光子帶隙光纖、以及使用光子帶隙光纖的光纖激光裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及能夠除去高次模光而傳播基模光，并且能夠傳播功率大的光的光子帶 隙光纖（photonicbandgapfibers)、以及使用光子帶隙光纖的光纖激光裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為在加工機(jī)、醫(yī)療器械、測(cè)量?jī)x等領(lǐng)域使用的激光裝置的一種，公知有光纖激 光裝置。在這樣的光纖激光裝置中，存在從放大用光纖射出的光通過傳輸光纖（Delivery Fiber)傳播至所希望的場(chǎng)所后射出的情況。從傳輸光纖射出的光，存在被透鏡聚光，或通過 波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件將光的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為短波長(zhǎng)側(cè)的情況。在這些情況下，從提高聚光性的觀點(diǎn)、或 提高波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率的觀點(diǎn)來看，優(yōu)選使基模（LP01模）光的功率大高次模光的功率減少的 光束品質(zhì)優(yōu)越的光從傳輸光纖射出。
[0003] 作為這樣的傳輸光纖，例如可舉出僅傳播基模光的單模光纖。但是，單模光纖一般 光的有效截面積（Arff)小，因此即使想要傳播功率大的光，也產(chǎn)生由光的功率密度變高而引 起的非線形光學(xué)效應(yīng)等的現(xiàn)象，從而傳播功率大的光是困難的。因此，進(jìn)行了抑制高次模光 的傳播而傳播基模光并且放大光的有效截面積這樣的嘗試。作為該嘗試所使用的光纖，除 了可舉出傳播的纖芯的外周面由包層圍起的光纖之外還可舉出光子帶隙光纖。
[0004] 下述專利文獻(xiàn)1記載有這樣的光子帶隙光纖。在該光子帶隙光纖中，以多個(gè)高折 射率部成為正六邊形的外形的方式分別配置為三角格子狀。但是，在應(yīng)該配置高折射率部 的該正六邊形的中心的位置以及包圍它的6個(gè)應(yīng)該配置高折射率部的位置，不配置這些高 折射率部，而是通過包括未配置這些高折射率部的位置的區(qū)域形成纖芯區(qū)域。換句話說，該 光子帶隙光纖是未配置有7個(gè)高折射率部而是形成有纖芯區(qū)域的所謂的7單元纖芯型光子 帶隙光纖。而且該光子帶隙光纖構(gòu)成為，以規(guī)定的彎曲半徑處于彎曲的狀態(tài)，由彎曲產(chǎn)生的 基模光與高次模光的彎曲損失之差而限制高次模光的傳播，從而實(shí)際上僅傳播基模。
[0005] 專利文獻(xiàn)1:日本特開2012-73389號(hào)公報(bào)
[0006] 光的有效截面積用下式表示。
[0007]
[0008] 其中，E(r)表不光纖內(nèi)的電解分布，r表不光纖的徑向的距離。
[0009] 從上式可知，光纖的光所傳播的區(qū)域大的一方，能夠使光的有效截面積變大。但 是，如上述那樣專利文獻(xiàn)1所記載的光子帶隙光纖，由于應(yīng)該配置的7個(gè)高折射率部未被配 置而是形成有纖芯區(qū)域，因此成為與該纖芯區(qū)域的面積對(duì)應(yīng)的光的有效截面積。近年來，謀 求射出功率更大的光的光纖，但在專利文獻(xiàn)1記載的光子帶隙光纖中，存在無法使光的有 效截面積足夠大，導(dǎo)致產(chǎn)生非線形光學(xué)效應(yīng)的擔(dān)憂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 因此，本發(fā)明的目的在于，提供能夠除去高次模光而傳播基模光，并且能夠傳播功 率大的光的光子帶隙光纖、以及使用光子帶隙光纖的光纖激光裝置。
[0011] 為了解決上述課題，本發(fā)明者們，為了抑制非線形光學(xué)效應(yīng)的產(chǎn)生，對(duì)為了使光的 有效截面積比上述7單元纖芯型的光子帶隙光纖大，而增大纖芯區(qū)域的面積進(jìn)行了研究。 為了實(shí)現(xiàn)此目的，得到如下結(jié)論：在應(yīng)該配置高折射率部的該正六邊形的中心的位置和包 圍它們的6個(gè)應(yīng)該配置高折射率部的位置、以及包圍該6個(gè)應(yīng)該配置高折射率部的位置的 12個(gè)應(yīng)該配置高折射率部的位置不配置高折射率部，而是設(shè)為19單元纖芯型的光子帶隙 光纖即可。但是，除去高次模光并傳播基模光的19單元纖芯型的光子帶隙光纖以往沒有研 究。因此，本發(fā)明者對(duì)能夠在19單元纖芯型的光子帶隙光纖中除去高次模光并傳播基模光 的條件認(rèn)真研究，得到本發(fā)明。
[0012] S卩，本發(fā)明的光子帶隙光纖具備：纖芯區(qū)域；以及包層區(qū)域，由折射率比上述纖芯 區(qū)域的折射率高的多個(gè)高折射率部包圍上述纖芯區(qū)域而配置為三角格子狀，并且各個(gè)上述 高折射率部之間被折射率與上述纖芯區(qū)域相等的介質(zhì)填埋，上述光子帶隙光纖以至少一部 分按照規(guī)定的半徑彎曲的狀態(tài)使用，上述光子帶隙光纖的特征在于，上述多個(gè)高折射率部 以19單元纖芯型配置為3層，V值在1. 5以上且1. 63以下，在將上述高折射率部相對(duì)于上 述介質(zhì)的相對(duì)折射率差設(shè)為A%，將格子常數(shù)設(shè)為Aym，將上述規(guī)定的彎曲半徑設(shè)為Rem 的情況下，滿足下式（1)以及式（2)
[0024] 本發(fā)明的光子帶隙光纖為19單元纖芯型。即，在由各個(gè)高折射率部的配置所劃定 的三角格子的一個(gè)格子點(diǎn)的位置、包圍該一個(gè)格子點(diǎn)的位置的6個(gè)格子點(diǎn)的位置、以及包 圍該6個(gè)格子點(diǎn)的位置的12個(gè)格子點(diǎn)的位置不配置高折射率部，來形成纖芯區(qū)域。因此， 與專利文獻(xiàn)1所記載的7單元纖芯型的光子帶隙光纖相比，能夠?qū)⒗w芯區(qū)域放大，因此能夠 將光的有效截面積放大。因此，在傳播相同功率的光的情況下能夠降低光的功率密度，因此 能夠傳播功率更大的光。
[0025] 此外，V值是作為標(biāo)準(zhǔn)化頻率一般公知的值，通過下式得到。
[0026]
[0027] 其中，A是使用波長(zhǎng)，d是高折射率部的直徑，nhlgh是高折射率部的折射率，nlOT是 填埋各個(gè)高折射率部之間的介質(zhì)的折射率。
[0028] 另外，如上述那樣以19單元纖芯型的光子帶隙光纖傳播基模光并除去高次模光 的條件以往沒有研究，但本發(fā)明者們認(rèn)真研究的結(jié)果得到：在至少高折射率部以3層配置 的情況下，使V值在1. 5以上且1. 63以下，且滿足上式（1)，由此在光子帶隙光纖以半徑為 15cm~25cm彎曲的位置中，能夠除去高次模光。因此，根據(jù)本發(fā)明的光子帶隙光纖，能夠 除去高次模光而傳播基模光。此外，如上述那樣包圍纖芯區(qū)域的高折射率部以3層配置是 指：由于本發(fā)明的光子帶隙光纖以19單元纖芯型將高折射率部配置為三角格子狀，因此在 包圍纖芯區(qū)域的內(nèi)周側(cè)的位置，18個(gè)高折射率部配置為六邊形狀，在包圍該18個(gè)高折射率 部的位置，24個(gè)高折射率部配置為六邊形狀，在包圍該24個(gè)高折射率部的位置，30個(gè)高折 射率部配置為六邊形狀，通過由上述18個(gè)高折射率部構(gòu)成的層、由24個(gè)高折射率部構(gòu)成的 層、以及由30個(gè)高折射率部構(gòu)成的層而成為3層。
[0029] 另外，優(yōu)選在上述纖芯區(qū)域添加活性元素。通過添加活性元素，能夠成為能夠除去 高次模光并放大基模光的放大用光纖。
[0030] 另外，本發(fā)明的光纖激光裝置的特征在于，具備：光子帶隙光纖，其如上述那樣在 纖芯區(qū)域添加了活性元素；種子光源，其將入射于上述光子帶隙光纖的上述纖芯區(qū)域的種 子光射出；以及激勵(lì)光源，其將激勵(lì)上述光子帶隙光纖的上述活性元素的激勵(lì)光射出?；?者特征在于，具備：光子帶隙光纖，其如上述那樣在纖芯區(qū)域添加了活性元素；激勵(lì)光源， 其將激勵(lì)上述光子帶隙光纖的上述活性元素的激勵(lì)光輸出；第1FBG，其設(shè)置于上述光子帶 隙光纖的一側(cè)，將由上述激勵(lì)光激勵(lì)的上述活性元素所放出的光的至少一部分波長(zhǎng)的光反 射；第2FBG，其設(shè)置于上述光子帶隙光纖的另一側(cè)，將上述第1FBG所反射的光中的至少一 部分波長(zhǎng)的光以比上述第1FBG低的反射率反射。
[0031] 根據(jù)這樣的光纖激光裝置，在光子帶隙光纖中將高次模光除去，因此能夠抑制高 次模光的放大并將基模光放大，因此能夠射出光束品質(zhì)好的光。另外，這樣的光纖激光裝置 在光子帶隙光纖中將光的有效截面積放大，因此能夠?qū)⒏吖β实墓馍涑觥?br>[0032] 如以上那樣，根據(jù)本發(fā)明，提供能夠除去高次模光并傳播基模光，并且能夠傳播功 率大的光的光子帶隙光纖、以及使用光子帶隙光纖的光纖激光裝置。
【附圖說明】
[0033] 圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的光纖激光裝置的圖。
[0034] 圖2是表示與圖1的放大用光纖的長(zhǎng)度方向垂直的剖面的情況的圖。
[0035] 圖3是表示與圖1的傳輸光纖的長(zhǎng)度方向垂直的剖面的情況的圖。
[0036] 圖4是針對(duì)以半徑15cm彎曲的V值為1. 6的光子帶隙光纖傳播基模光并損失高 次模光的條件，表示高折射率部相對(duì)于低折射率部的相對(duì)折射率差△%與高折射率部的格 子常數(shù)Aym的關(guān)系的圖。
[0037] 圖5是針對(duì)以半徑20cm彎曲的與圖4相同的光子帶隙光纖傳播基模光并損失高 次模光的條件，表示與圖4相同的關(guān)系的圖。