CN101910895B

CN101910895B - 光纤熔化阻断部件、光纤激光器及光传输路径

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Publication number: CN101910895B
Application number: CN200980101573.0A
Authority: CN
Inventors: 竹永胜宏
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2008-08-26
Filing date: 2009-08-25
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2029-08-25
Also published as: RU2444770C2; JPWO2010023881A1; US8244091B2; EP2320254A1; WO2010023881A1; RU2010113917A; CN101910895A; US20130010817A1; US20100177792A1; EP2320254A4; US8526775B2; TWI436113B; JP4551981B2; DK2320254T3; EP2320254B1; TW201015133A

Abstract

本发明是用于阻断光纤熔化的光纤熔化阻断部件，具备光纤，该光纤具有无空穴的纤芯和具有在长度方向上延伸的空穴的包层，上述光纤的上述纤芯的折射率比上述包层的除上述空穴以外的部分的折射率高，在使上述光纤在使用波长下的模场直径为MFD，使上述光纤的垂直于上述长度方向的截面的、上述纤芯的中心和距上述纤芯最近的上述空穴距上述中心最近的位置之间的距离为Rmin时，用2×Rmin/MFD表示的值在1.2以上2.1以下的范围内，当使上述包层中上述空穴存在的区域的径向上的宽为W时，用W/MFD表示的值在0.3以上，当使上述光纤的上述包层的直径为D_fiber时，满足W≤0.45×D_fiber。

Description

光纤熔化阻断部件、光纤激光器及光传输路径

技术领域

本发明涉及在传输高功率的光的光传输路径、光纤激光器等中，能够阻断光纤熔化来防止传输设备、光源等的损伤的光纤熔化阻断部件、光纤激光器及光传输路径。

本申请根据2008年8月26日在日本申请的专利2008-216485号主张优先权，这里援用其内容。

背景技术

近年来，在光通信领域，伴随着传输容量的增加，光纤中被传输的光的强度(功率)正在增加。另外，在光纤激光器中，随着激光输出的增加，从数百W到甚至数kW的高功率的光在光纤中被传输。

在传输高强度的光的光纤中，由于附着在端面上的灰尘等引起的过热或光纤局部弯曲引起的过热，可能发生光纤熔化，从而不仅光纤、甚至连接光纤的设备、装置也可能会破坏(参照例如非专利文献1、2)。

图1及图2表示光纤熔化已通过的单模光纤(SMF)的侧视图及剖视图。图中，附图标记10表示光纤、11表示纤芯、12表示包层。如这些图所示，在光纤熔化已通过的光纤10中，中心的纤芯11上周期性地发生孔洞1。由于此孔洞，光纤变得不能传输光，所以光纤熔化的通过给通信系统、光纤激光器等带来致命的障碍。一旦发生光纤熔化，则只要光纤中被传输的光的强度不下降到某一阈值以下，继续在光纤中通过就会破坏光纤的波导构造。作为此阈值的光强度根据光纤的构造等而不同。以下在本说明书中，将用于阻断此光纤熔化的作为阈值的光强度称为“光纤熔化阈值”。

为了保护光传输路径、装置不受光纤熔化的影响，作为在光纤的中途阻断光纤熔化的技术，以下技术被公开。

专利文献1记载有通过使单模光纤的一部分模场直径(MFD)局部地扩大，而使纤芯中的功率密度降低来阻断光纤熔化的方法。

专利文献2中记载有通过在光纤传输路径的中途插入渐变折射率(GI)光纤、设置扩大了纤芯直径的部分由此阻断光纤熔化现象的光纤传输路径。

专利文献3中记载了通过在光传输路径中途配设光子晶体光纤型光衰减器来阻断光纤熔化现象的方法。

非专利文献3上记载了通过蚀刻光纤的包层，使光纤的外径细到MFD的2倍左右，从而阻断光纤熔化的技术。例如当MFD为9.5μm时，外径为10.5μm～33μm的情况能够阻断光纤熔化。另外，在非专利文献3中记载了为了阻断光纤熔化所需的光纤被蚀刻的部分的外径，对激光器的放射强度影响不大。

非专利文献4中研究了对于被30个空穴(直径约为1μm、中心间距约为2μm)包围的具备中心部、使波长1.06μm中的MFD变为约2μm，可在单模下传输光的“微细构造光纤”(microstructured fiber)的光纤熔化特性。非专利文献4中记载了“微细构造光纤”的光纤熔化阈值若与具有相同程度的MFD的通常的SMF相比，在10倍以上。

作为在中心具有比包层折射率高的纤芯，在包层具有空穴的孔助型光纤(HAF hole-assisted fiber)的熔接方法，公知了以下内容。

非专利文献5记载了通过对在通常的SMF纤芯周围配置了空穴的光纤进行间歇放电或扫描放电，使空穴变形成锥状，以平均0.05dB的连接损耗与SMF进行熔接的方法。

现有技术文献

专利文献1：日本特许第4070111号公报

专利文献2：日本特许第4098195号公报

专利文献3：日本特开2005-345592号公报

非专利文献1：R.Kashyap and K.J.Blow、“Observation of catastrophicself-propelled self-focusing in optical fibres”、Electronic Letters、1998年1月7日、第24卷、第1号、p.47-48

非专利文献2：Shin-ichi Todoroki、“Oringin of periodic voidformation during fiber fuse”、2005年8月22日、第13卷、第17号、p.6381-6389

非专利文献3：E.M.Dianov，I.A.Bufetov and A.A.Frolov、“Destructionof silica fiber cladding by fiber fuse effect”、OFC2004、2004年、TuB4

非专利文献4：E.Dianov，A.Frolov and I.Bufetov、“Fiber Fuse effectin microstructured fibers”、OFC2003、2003年、FH2

非专利文献5：铃木龙次等、“ホ一リ一フアイバ融着接続方法の検討”、2004年電子情報通信学会エレクトロニクスソサイエテイ大会、C-3-119

发明内容

但是，以往技术存在以下的缺点。

专利文献1的方法(通过使SMF的一部分的MFD扩大来阻断光纤熔化的方法)，难以减小扩大了MFD的光纤和通常的SMF的连接损耗。要想减小扩大了MFD的光纤和通常的SMF的连接损耗，需要使SMF的纤芯的掺杂剂扩散成锥状，阶段性地准备多种MFD不同的光纤连接成多段，所以成本非常高。

专利文献2的方法(通过插入GI光纤阻断光纤熔化的方法)，存在GI光纤和SMF的光的耦合部分处的损耗大的问题。要想减小损耗，需要设置1/4间距长度的GI光纤部分，扩大从SMF入射的光的直径，使光的功率密度降低后，再设置1/4间距长度的GI光纤部分，缩小光的直径，入射到下一个SMF上的复杂构造，制作上需要成本。

利用专利文献3的方法(通过插入光子晶体光纤型光衰减器阻断光纤熔化的方法)，由于波导构造只通过空穴形成，所以存在熔接部处的连接损耗大的缺点。而且，光衰减器自身的插入损耗也大，所以作为传输路径损耗较大。

非专利文献3的方法(通过蚀刻使光纤的外径细到MFD的2倍左右由此阻断光纤熔化的方法)，如果弄错用氢氟酸(HF)处理的时间，光纤会熔化等，制作成想获得的外径变得困难、制造性变坏。另外，需要后处理，成本变高。而且，由于光纤的外径局部变细，所以机械强度变弱。另外，为了蚀刻包层，去除了光纤的树脂包覆的一部分后，需要将包层浸入到HF那样的作用剧烈药液中，存在着伴随作业困难性的情况。

在非专利文献4中，在“微细构造光纤”的一个具体例中，虽然光纤熔化阈值比通常的SMF高，但对详细的空穴设计方法未进行阐述。另外，当将微细构造光纤与SMF连接时，对能否用微细构造光纤阻断SMF中产生的光纤熔化也未进行研究。还有，由于不具有折射率高的纤芯，所以与SMF的连接损耗大的问题并未解决。

本发明鉴于上述情况而进行的，以提供能够低成本地制作、与单模光纤也能够以低损耗连接的光纤熔化阻断部件及光纤熔化的阻断方法作为课题。

本发明的一方式的光纤熔化阻断部件，是用于阻断光纤熔化的光纤熔化阻断部件，具备光纤，该光纤具备无空穴的纤芯和具有在长度方向上延伸的空穴的包层，上述光纤的上述纤芯的折射率比上述包层的除上述空穴以外的部分的折射率高，当使上述光纤在使用波长下的模场直径为MFD，使上述光纤的垂直于上述长度方向的截面上的、上述纤芯的中心和距上述纤芯最近的上述空穴距上述纤芯的上述中心最近的位置之间的距离为Rmin时，用2×Rmin/MFD表示的值在1.2以上2.1以下，当使上述包层中上述空穴存在的区域的径向上的宽为W时，用W/MFD表示的值在0.3以上，当使上述光纤的上述包层的直径为D_fiber时，满足W≤0.45×D_fiber。

在本发明的一方式的光纤熔化阻断部件中，优选使上述光纤的垂直于上述长度方向的截面上的、上述纤芯的上述中心和距上述纤芯最近的上述空穴距上述纤芯的上述中心最近的上述位置之间的距离为Rmin，使上述纤芯的上述中心和距上述纤芯最远的上述空穴距上述纤芯的上述中心最远的位置间的距离为Rmax，使以上述纤芯的上述中心为中心、半径为Rmax的圆和半径为Rmin的圆之间的区域的截面积为S时，半径为Rmax的上述圆和半径为Rmin的上述圆之间的上述区域中、设置上述空穴的部分的截面积是上述区域的上述截面积S的20％以上。

在本发明的一实施方式的光纤熔化阻断部件中，优选上述光纤的两端分别被熔接在不具有空穴的单模光纤，每个部位的熔接损耗在0.50dB以下。

在本发明的一方式的光纤熔化阻断部件中，优选上述光纤的上述空穴的数目在3以上。

在本发明的一方式的光纤熔化阻断部件中，优选上述光纤的表面上与上述单模光纤的熔接部及其周围以外的部分被包覆树脂覆盖，上述光纤的表面上、上述熔接部及其上述周围被阻燃性的保护层覆盖。

在本发明的一方式的光纤熔化阻断部件中，优选将上述光纤的上述两端和上述单模光纤通过间歇放电或电压渐升扫描放电进行熔接。

在本发明的一方式的光纤熔化阻断部件中，优选上述光纤的长度在1mm以上。

本发明的其他方式的光纤熔化阻断部件是用于阻断光纤熔化的光纤熔化阻断部件，具备光纤，该光纤具有无空穴的纤芯和在此纤芯周围具有在长度方向上延伸的1层空穴的包层，上述光纤的上述纤芯的折射率比上述包层的除上述空穴以外的部分的折射率高，使上述光纤在使用波长下的模场直径为MFD，使上述光纤的垂直于上述长度方向的截面上的、上述纤芯中心和距上述纤芯最近的上述空穴距上述纤芯的上述中心最近的位置之间的距离为Rmin时，用2×Rmin/MFD表示的值在1.2以上2.1以下的范围内，当使上述包层中上述空穴存在的区域的径向上的宽为W时，用W/MFD表示的值在0.3以上，当使上述光纤的上述包层的直径为D_fiber时，满足W≤0.45×D_fiber，当使上述光纤的垂直于上述长度方向的上述截面上的、上述纤芯的上述中心和距上述纤芯最远的上述空穴距上述纤芯的上述中心最远的位置之间的距离为Rmax，使以上述纤芯的上述中心为中心的半径为Rmax的圆和半径为Rmin的圆之间的区域截面积为S时，半径为Rmax的上述圆和半径为Rmin的上述圆间的上述区域中设置上述空穴的部分的截面积在上述区域的上述截面S的20％以上。

本发明的一方式的光纤激光器，具备激励电源、稀土类添加光纤、具备光纤的光纤熔化阻断部件，该部件的上述光纤包括纤芯和具有在长度方向延伸的空穴的包层，该部件的上述光纤的上述纤芯的折射率比上述包层的除上述空穴以外的部分的折射率高，当使上述光纤在使用波长下的模场直径为MFD，使上述光纤的垂直于上述长度方向的截面上的、上述纤芯中心和距上述纤芯最近的上述空穴距上述纤芯的上述中心最近的位置之间的距离为Rmin时，用2×Rmin/MFD表示的值在1.2以上2.1以下的范围内。当使上述包层中上述空穴存在的区域的径向上的宽为W时，用W/MFD表示的值在0.3以上，当使上述光纤的上述包层的直径为D_fiber时，满足W≤0.45×D_fiber。

本发明的一方式的光纤激光器，优选地还具备隔离器，上述光纤熔化阻断部件被配置在上述隔离器的输出侧。

本发明的一方式的光传输路径是采用光纤的光传输路径，在上述光纤的中途被插入了本发明的光纤熔化阻断部件。

根据本发明的光纤熔化阻断部件，能够阻断在光传输路径、光纤激光器等的光纤内发生的光纤熔化，防止传输设备、光源等的损伤。本发明的光纤熔化阻断部件，由于能够以低成本制作，与单模光纤也能够以低损耗连接，所以有助于传输容量、激光输出的进一步的增加。

附图说明

图1是示意地表示光纤熔化在单模光纤中已通过的状态的一例的侧视图。

图2是示意地表示光纤熔化在单模光纤中已通过的状态的一例的剖视图。

图3是表示在本发明的第1实施方式的纤芯周围有4个空穴的孔助型光纤的剖视图。

图4是示意地表示在单模光纤上发生的光纤熔化通过了以往的光纤状态的一例的剖视图。

图5是示意地表示单模光纤上发生的光纤熔化在与本发明的孔助型光纤的连接部位上停止的状态的一例的剖视图。

图6是示意地表示单模光纤上发生的光纤熔化在本发明的孔助型光纤中途停止的状态一例的剖视图。

图7是表示本发明的第1实施方式的变形例的具有2个空穴的孔助型光纤的剖视图。

图8是表示本发明的第1实施方式的变形例的具有3个空穴的孔助型光纤的剖视图。

图9是表示本发明的第1实施方式的变形例的具有6个空穴的孔助型光纤的剖视图。

图10是表示本发明的第1实施方式的变形例的具有8个空穴的孔助型光纤的剖视图。

图11是表示在本发明的第2实施方式的纤芯周围具有被配设多层的60个空穴的孔助型光纤的剖视图。

图12是表示本发明的第2实施方式的变形例的具有12个空穴的孔助型光纤的剖视图。

图13是表示用于评价光纤熔化阻断性能的测定系统的一例的构成图。

图14是表示实验3的入射功率和光纤熔化侵入距离的关系的曲线图。

图15是说明单模光纤的熔融部直径的剖视图。

图16是表示实验3的入射功率和熔融部直径的关系的曲线图。

图17是示意地表示实验10-1中采用的光纤Q的构造的剖视图。

图18是示意地表示实验10-2中采用的光纤R的构造的剖视图。

图19是表示采用了本发明的光纤熔化阻断部件的添加Yb光纤激光器的一例的构成图。

图20是表示采用了本发明的光纤熔化阻断部件的添加Er光纤激光器的一例的构成图。

附图标记说明

20、120、220、320、420、20A、120A-孔助型光纤(光纤)

21-纤芯

22-包层

23-空穴

67、77-光纤熔化阻断部件

具体实施方式

以下根据最佳实施方式，参照附图说明本发明。

(第1实施方式)

本发明的第1实施方式的光纤熔化阻断部件如图3所示，由光纤(以下称为“孔助型光纤”)20构成，该光纤20具有没有空穴的纤芯21、和具有在长度方向上延伸的多个(本实施方式为4个)空穴23的包层22，并且纤芯21的折射率比包层22除空穴23以外的部分的折射率高。

在图3所示的孔助型光纤20中，在包层22中、纤芯21周围设置有1层的空穴23。

在本实施方式中，通过适当地设定孔助型光纤20在使用波长下的模场直径和从光纤20的中心到空穴23的距离的比率、模场直径和空穴23的大小的比率、光纤20的包层22的直径和空穴23的大小的比率等，能够将孔助型光纤20用作光纤熔化阻断部件。

首先，对孔助型光纤20在使用波长下的模场直径和从光纤20的中心到空穴23的距离的比率进行以下说明。在本发明中，作为决定这样的比率的参数，采用“2×Rmin/MFD”。MFD是孔助型光纤20在使用波长下的模场直径。Rmin是纤芯21的中心和距纤芯21最近的空穴23的内缘间的距离。

在本实施方式的孔助型光纤20中，2×Rmin/MFD的值在1.2以上、2.1以下的范围内。

而且，所谓“空穴23的内缘”是指在光纤的垂直于长度方向的截面上、在空穴23中距纤芯21的中心最近的位置的意思。另外，“距纤芯21最近的空穴23的内缘”是指各空穴23的内缘中、距纤芯21中心的距离最近的位置的意思。因此，在径向上距纤芯21的中心的距离不到Rmin的位置上，空穴23不存在。

在孔助型光纤20中，通过使2×Rmin/MFD的值在1.2以上且2.1以下的范围内，能够采用此孔助型光纤20阻断光纤熔化。

当2×Rmin/MFD的值超过上述范围的上限值时，阻断光纤熔化的性能变差。由此观点看，用2×Rmin/MFD表示的比值在2.1以下为优选，2.0以下更为优选，1.9以下再为优选，1.7以下特别优选。

另外，当2×Rmin/MFD的值不到上述范围的下限值时，导致空穴被包含在传输模式的电解分布的宽范围内，或者过于接近。其结果，有可能孔助型光纤传输损耗增大，或者因熔接时空穴变形给波导构造的影响变得更大引起的连接损耗增大。由此观点看，用2×Rmin/MFD表示的比值在1.2以上为优选，1.3以上更为优选，1.4以上再为优选，1.5以上特别优选。

MFD依赖于使用波长，所以作为光纤熔化阻断部件的孔助型光纤的构成根据各使用波长(或波段)来设计为优选。作为利用光纤的波段，1.55μm波段、1.31μm波段、1.06μm波段等已被公知。

例如使用波长被设计为1.55μm的光纤熔化阻断部件能够在1.55μm波段或其附近的波段上利用。作为1.55μm波段或其附近的波段，例如列举有C带、S带、L带等。

另外，由于孔助型光纤的包层22中存在空穴23，为了使阻断光纤熔化的效果变得更可靠，最好调整空穴23的直径、个数、配置等。

空穴23如图3所示，优选配置成以上述Rmin为半径的圆24与多个空穴23接触。另外，空穴直径相等的多个空穴23优选被设置在距纤芯21的中心等距离的位置上。

孔助型光纤的空穴数在2以上为优选。为了在熔接时可更加减小连接损耗，空穴数在3以上更为优选。

然后，对孔助型光纤20在使用波长下的单模直径和空穴23大小的比率进行以下说明。在本发明中，作为决定这样比率的参数，采用“W/MFD”。W是包层22中空穴23存在的区域(以下有仅称为“空穴区域”的情况)的径向上的宽，定义为W＝Rmax-Rmin。

这里，Rmax是指纤芯21的中心和距纤芯21最远的空穴23的外缘间的距离。另外，Rmin如上所述是指纤芯21的中心和距纤芯21最近的空穴23的内缘间的距离。

而且，在本发明中，“空穴23的外缘”是指在光纤的垂直于长度方向的截面上、空穴23上距纤芯21的中心最远的位置的意思。另外，“距纤芯21最远的空穴23的外缘”是指在各空穴23的外缘中，距纤芯21中心的距离最远的位置的意思。因此，在径向上距纤芯21的中心的距离超过Rmax的位置上不存在空穴23。

在孔助型光纤20中，W/MFD的值在0.3以上的为优选。

如图3所示，当空穴23为1层时，空穴区域的宽W与空穴23的直径相等。还有，空穴23的截面也可不一定是准确的圆(正圆)，圆形或略圆形(意图成为圆形制作而成的空穴形状)为优选。

在图3中，空穴23在以纤芯21为中心的圆周上等间隔地(即N个空穴正N边形(N为3以上的情况)或180°对置(N＝2时))地配置。

下面，对孔助型光纤20的包层22的直径和空穴23的大小的比率进行以下说明。在本发明中，作为决定这样的比率的参数，采用“W/D_fiber”。D_fiber是指光纤20的包层22的直径。在孔助型光纤20中，W/D_fiber的值在0.45以下为优选。即优选W≤0.45×D_fiber。如果空穴在光纤的截面积上占的面积比例过大，恐有不能确保光纤的强度之虞。

如上所述，优选0.3≤W/MFD、且W≤0.45×D_fiber，所以W的更适合的范围被表示为0.3×MFD≤W≤0.45×D_fiber。

此外，当将以纤芯的中心为中心的半径为Rmax的圆和半径为Rmin的圆之间的区域的截面积设定为S时，此截面积S的区域中空穴存在的部分的截面积在S的20％以上为优选。

此外，该截面积S的区域相当于上述的“空穴区域”。

孔助型光纤20的外径并不特别限定，但用熔接、机械连接等(详细后述)与其他光纤进行连接时，外径与其他光纤相同程度的为优选。为一般的石英系光纤时，包层直径(玻璃部分的外径)为80～125μm(例如80μm、125μm)，包含树脂包覆的光纤外径为250～400μm(例如250μm、400μm)，所以孔助型光纤20的外径也与此相同。

本发明的光纤熔化阻断部件，具有比包层22的除空穴23以外的部分的折射率高的纤芯21。因此，光纤熔接时，即使空穴23的周围熔融从而空穴23被熔化，或者折射率匹配剂进入空穴23内也能够维持导波构造。因此，如非专利文献5所述，能够使孔助型光纤20与单模光纤熔接时的连接损耗变得非常小。

孔助型光纤20的纤芯21及包层22，例如可由石英(硅石)系玻璃材料构成。构成纤芯21的材料选择与构成包层22(详细来说是包层22中空穴23以外的部分)的材料相比折射率高的材料。例如也可以是纤芯21由掺杂了锗(详细为GeO₂)的石英玻璃构成，包层22由纯石英玻璃构成。另外，也可以是纤芯21由纯石英玻璃构成，包层22由掺杂了氟(F)的石英玻璃构成。

作为用于使石英系玻璃的折射率上升的掺杂剂，除锗(Ge)外列举有铝(Al)、P(磷)等。另外，用于使石英系玻璃的折射率下降的掺杂剂，列举有氟(F)、硼(B)等。

纤芯21即使包含铒(Er)、镱(Yb)、铥(Tm)、钕(Nd)、铽(Tb)等稀土类元素也没关系。

使纤芯21和包层22的折射率差异化的方法，并不限定于只在纤芯21中添加提高折射率的掺杂剂或只在包层22中添加降低折射率的掺杂剂的方法。可在纤芯21中分别掺杂提高折射率的掺杂剂和降低折射率的掺杂剂各1种以上，使得纤芯21变为折射率比包层22高。另外，可在包层22中掺杂提高折射率的掺杂剂和降低折射率的掺杂剂各1种以上，使得包层22变为折射率比纤芯21低。另外，纤芯21及包层22双方可分别掺杂掺杂剂各1种以上。

纤芯-包层间的相对折射率差Δ，由光纤的构造(外径等的尺寸、折射率分布等)、使用波长等决定，一般在0.3～0.5％的范围内。根据情况，即使相对折射率差Δ在上述范围外，也能够适用本发明。

为了将孔助型光纤20用作为光纤熔化阻断部件，要使其两端与通常(没有空穴)的SMF连接，插入到光传输路径、光纤激光器的光纤中途。由此，当通过SMF来的光纤熔化入射到孔助型光纤20中时，能够阻断光纤熔化。

对利用光纤熔化的发生机理及本发明的光纤熔化阻断部件阻断光纤熔化的机理，进行以下说明。

在传输高强度的光的光纤中，由于附着在端面的灰尘等引起的过热，光纤的温度上升。当光纤的温度到约1100℃以上时，构成光纤的玻璃的局部结合断开，变为吸收入射光。通过此入射光的吸收，玻璃的温度进一步上升，玻璃的结合断开。通过该反复，玻璃的温度急剧地上升，光纤的纤芯到达等离子体状态。其朝向入射光的光源，连锁引发的现象是光纤熔化。在光纤熔化发生时，由于玻璃温度的上升，玻璃气化。作为此玻璃气化的痕迹，光纤上产生了孔洞。

为了阻断光纤熔化，可考虑降低光纤的温度，停止光纤中心部的温度上升和孔洞发生之间的不良循环。在本发明中，孔助型光纤20中以包围纤芯21(中心部)的方式设置空穴23，通过采用上述参数，适当地设定空穴23的大小、配置等，能够降低光纤中心部的温度。即如上所述，在光纤熔化发生时，光纤的玻璃越是从固体变为气体，光纤中心部的温度越是上升。当玻璃从固体变为气体时，体积膨胀。在本发明中，由于空穴23被设置成包围纤芯21，所以孔助型光纤20的温度上升时，可使孔助型光纤20的中心部(纤芯21)向径向外侧(即空穴23侧)隔热膨胀。当中心部的玻璃因隔热膨胀而做功时，此玻璃的温度下降。一旦玻璃的温度下降到约1100℃以下，由于入射光的吸收增大消失，温度上升停止，光纤熔化就被阻断。

图4中示出在以往的光纤110和单模光纤(SMF)10的连接部位上，无法将通过SMF10来的光纤熔化(从图右向左行进)在光纤110阻断，光纤熔化通过了光纤110的状态的一例。此时，由光纤熔化引起的孔洞1在SMF10的纤芯11及光纤110的纤芯111上周期性地产生。

另一方面，根据本实施方式的孔助型光纤20，如图5所示，通过SMF10来的光纤熔化在孔助型光纤20和SMF10的连接部位15上被阻断，或如图6所示通过SMF10来的光纤熔化稍侵入孔助型光纤20内后被阻断。在图6的情况下，由光纤熔化导致的孔洞1在孔助型光纤20的纤芯21内仅侵入了距离L后消失，其前端(图的左侧)的部分未被光纤熔化影响。

光纤熔化侵入孔助型光纤20的距离L(以下仅称为“侵入距离”)也依赖于光纤熔化发生时在光纤中被传输的光的功率、发生状况等，利用本发明的孔助型光纤20，能够使侵入距离L不满1mm。

根据本发明的孔助型光纤20，由于能够使光纤熔化的侵入距离L不满1mm，所以能够将孔助型光纤20作为光纤熔化阻断部件使用。也就是说如果孔助型光纤20的长度为1mm以上，就能够防止向其前方部分的光纤熔化的侵入。这样，孔助型光纤20的长度在1mm以上为优选。还有，从阻断光纤熔化的可靠性、熔接的操作性等观点来看，孔助型光纤的长度在10mm以上为优选。另外，从成本、小型化等观点来看，孔助型光纤的长度例如为20mm、30mm、50mm、100mm等或这些长度以下为优选。

在光纤熔化发生并如图5或图6所示，在与孔助型光纤20的连接部位15附近，其光纤熔化被阻断时，通过SMF10来的高功率入射光的一部分向光纤外侧透出。如果在连接部位15附近残留有树脂包覆，则存在树脂包覆被加热导致损伤的可能性。因此，在被假定为阻断了光纤熔化的部位及其附近，预先去除较易燃的树脂包覆为优选。但是，由于直接露出玻璃制的包层有可能会损伤，所以优选在去除了树脂包覆的部分周围，与后述的熔接部的周围同样地，设置阻燃性的保护层。另外，为了防止光向外部透出，优选用金属管等覆盖光纤熔化阻断部件的周围。

孔助型光纤20和SMF10的连接能以更低损耗连接，从长期的可靠性优越来看，优选熔接。作为熔接的方法，优选如非专利文献5所述，通过间歇放电或扫描放电，使孔助型光纤20的空穴23变形成锥状。

在纤芯21的周围具有1层的空穴23的孔助型光纤20的情况下，扫描放电尤其优选。

对本实施方式的光纤熔化阻断部件来说，能够构成为孔助型光纤的两端分别被熔接到不具有空穴的单模光纤(SMF)上。此时，每1部位的熔接损耗在0.50dB以下为优选。

作为熔接以外的连接方法，还有采用光连接器、机械连接、利用V槽等机械性地对上连接的方法。这些方法适合于光纤熔化阻断部件的设置是暂时的情况。在孔助型光纤和其他光纤的端面间存在折射率匹配材料等有机物时，从耐功率特性的观点来看不为优选，所以在熔接以外的方法中，优选PC连接(physical contact：物理接触)。

在用熔接、机械连接等进行连接时，在各个光纤的端部附近，包层12、22周围的树脂包覆被去除。因此，优选在熔接部的周围设置保护层。但是，如果保护层由易燃材料构成，如上所述，存在由于阻断光纤熔化时透出的入射光的功率保护层被加热导致损伤的可能性。因此，保护层由阻燃性材质构成为优选。作为适合于构成保护层的阻燃性材质，可举出：包含溴(Br)等卤素的紫外线(UV)固化树脂；包含氢氧化铝、氢氧化镁等阻燃剂的UV固化树脂；聚酰亚胺树脂等耐热性优越的树脂。

而且，在本实施方式的孔助型光纤20中，4个空穴23在纤芯21的周围被设计成1层，但只要满足上述参数，空穴的个数并不限定于此。例如，可以是设置2个空穴23的孔助型光纤120(图7)、设置3个空穴23的孔助型光纤220(图8)、设置6个空穴23的孔助型光纤320(图9)、设置8个空穴23的孔助型光纤420(图10)。

(第2实施方式)

对本发明的第2实施方式的光纤熔化阻断部件进行以下说明。本实施方式在空穴被设置成多层这点上，与上述第1实施方式不同。其他的与第1实施方式通用的部分配以相同附图标记，以省略其说明。

如图11所示，本实施方式的光纤熔化阻断部件由光纤(以下称“孔助型光纤”)20A构成，该光纤20A具有：没有空穴的纤芯21、和具有在长度方向上延伸的多个(本实施方式中为60个)空穴23的包层22，并且纤芯21的折射率比包层22除空穴23以外的部分的折射率高。

另外，在如图11所示的孔助型光纤20A中，空穴23在纤芯21周围被设置成多层(本实施方式中为4层)。

在本实施方式中，也与第1实施方式相同地，通过适当地设定孔助型光纤20A在使用波长下的模场直径和从光纤20A的中心到空穴23的距离的比率(2×Rmin/MFD)、模场直径和空穴23的大小的比率(W/MFD)、光纤20A的包层22的直径和空穴23的大小的比率(W/D_fiber)等，能够将孔助型光纤20A用作光纤熔化阻断部件。

首先，对孔助型光纤20A在使用波长下的模场直径和从光纤20A的中心到空穴23的距离的比例(2×Rmin/MFD)进行以下说明。由于在本实施方式的孔助型光纤20A中，使2×Rmin/MFD的值也在1.2以上、2.1以下的范围内，所以可采用此孔助型光纤阻断光纤熔化。

另外，从阻断光纤熔化的性能的观点来看，用2×Rmin/MFD表示的比值在2.1以下为优选，2.0以下更为优选，1.9以下再为优选，1.7以下特别优选。从传输模式的电解分布观点来看，用2×Rmin/MFD表示的比值在1.2以上较为优选，1.3以上更为优选，1.4以上再为优选，1.5以上特别优选。

空穴23如图11所示，优选配置成以上述Rmin为半径的圆24与多个空穴23接触。另外，优选空穴直径相等的多个空穴23被设置在距纤芯21的中心等距离的位置上。

优选孔助型光纤的空穴数为2以上。为了熔接时能更加减小连接损耗，空穴数在3以上更为优选。

下面，对孔助型光纤20A在使用波长下的模场直径和空穴23的大小的比率进行以下说明。在本实施方式的孔助型光纤20A中，W/MFD的值在0.3以上为优选。

因此，在本实施方式中，由于空穴23被配置成多层，空穴区域的宽W比空穴23的直径大。在图11中，以纤芯21的中心为中心、半径为Rmin的圆24与属于距纤芯21最近的层中的各空穴23的内缘相内接，以纤芯21的中心为中心、半径为Rmax的圆25，与属于距纤芯21最远的层中的各空穴23的外缘相外接。

下面，对孔助型光纤20A的包层22的直径和孔23的大小的比率(W/D_fiber)进行以下说明。在本发明的孔助型光纤20A中，W/D_fiber的值在0.45以下为优选。也就说，优选W≤0.45×D_fiber。

还有，当将以纤芯的中心为中心的半径为Rmax的圆和半径为Rmin的圆之间的区域的截面积设定为S时，此截面积S的区域中存在空穴的部分的截面积在S的20％以上为优选。

孔助型光纤20A的外径并不被特别限定，但用熔接、机械连接等(详细后述)与其他光纤连接时，外径与其他光纤相同程度的为优选。为一般石英系光纤时，包层直径(玻璃部分的外径)为80～125μm(例如80μm、125μm)，包含树脂包覆的光纤的外径为250～400μm(例如250μm、400μm)，所以孔助型光纤20A的外径也与此相同。

本实施方式的光纤熔化阻断部件，具有比包层22的除空穴23以外的部分的折射率高的纤芯21。这些纤芯21、包层22及空穴23的制造方法及材料，与第1实施方式相同，所以省略其说明。

为了将孔助型光纤20A用作光纤熔化阻断部件，要使其两端与通常的(无空穴)的SMF连接，插入到光传输路径、光纤激光器的光纤中途。

由此，当通过SMF来的光纤熔化入射到孔助型光纤20A时，能够阻断光纤熔化。

根据本实施方式的孔助型光纤20A，能够使光纤熔化的侵入距离L不满1mm，所以能够将孔助型光纤20A用作光纤熔化阻断部件。也就是说，如果孔助型光纤20A的长度为1mm以上，就能够防止向其前方部分的光纤熔化的侵入。这样，孔助型光纤20A的长度为1mm以上为优选。还有，从阻断光纤熔化的可靠性、熔接的操作性等观点来看，孔助型光纤的长度在10mm以上为优选。另外，从成本、小型化等观点来看，孔助型光纤的长度例如为20mm、30mm、50mm、100mm等或这些长度以下为优选。

另外，优选在孔助型光纤20A和SMF10的连接部位附近，预先去除有可能燃烧的树脂包覆。但是，由于直接露出玻璃制的包层有可能会损伤，所以优选在去除了树脂包覆的部分周围，与后述的熔接部的周围相同地，设置阻燃性的保护层。另外，为了防止光透到外部，优选用金属管等覆盖光纤熔化阻断部件的周围。

孔助型光纤20A和SMF10的连接能够更低损耗连接，而从长期的可靠性优越这点来看，优选熔接。作为熔接的方法，优选如非专利文献5记载所述，通过间歇放电或扫描放电，使孔助型光纤20A的空穴23变形成锥状。

另外，在纤芯21的周围具有多层(图11时为4层)空穴23的孔助型光纤20A的情况下，进行短时间放电后在短时间内放电变为ON/OFF的间歇放电为优选。

本实施方式的光纤熔化阻断部件，能够构成为孔助型光纤的两端分别与不具有空穴的单模光纤(SMF)上。此时，每个部位的熔接损耗在0.50dB以下为优选。

作为熔接以外的连接方法，也有采用光连接器、机械连接、利用V槽等机械性地对上连接的方法。这些方法适于光纤熔化阻断部件的设置是暂时的情况。当在孔助型光纤和其他光纤的端面间存在折射率匹配材料等有机物时，从耐功率特性的观点看不为优选，所以在熔接以外的方法中，优选PC连接(physical contact)。

在用熔接、机械连接等进行连接时，在各个光纤的端部附近，包层12、22周围的树脂包覆被去除。因此，优选在熔接部的周围，设置由阻燃性材质构成的保护层。作为适合用于构成保护层的阻燃性的材质，可举出：包含溴(Br)等卤素的紫外线(UV)固化树脂；包含氢氧化铝、氢氧化镁等阻燃剂的UV固化树脂；聚酰亚胺树脂等耐热性优越的树脂。

还有，在本实施方式的孔助型光纤20A中，被设置成60个空穴23在纤芯21周围为4层，但空穴的个数、层数并不限定于此。例如图12所示，也可以是被设置成12个空穴23为2层的孔助型光纤120A。

实施例

以下例举实施例具体说明本发明。

图13示出用于评价光纤熔化阻断性能的测定系统。在此测定系统50中，光源51、使光源51输出光的一部分分到功率监测器53的耦合器52、假光纤54、被测定光纤55、SMF56、无芯光纤59按上述顺序连接。各个光纤(包含光源51及耦合器52的余长部分)彼此利用熔接被连接。而且，图13中、×符号表示熔接点。

还有，为了引起光纤熔化，在测定系统50中设有用弧光放电58加热SMF56的加热电极57、57。此电极57、57使用了光纤融着机上备用的电极。

当高功率光从光源51入射到光纤54、55、56、59上时用弧光放电58使SMF56加热到1100℃以上，能够故意地使光纤熔化发生。通过观察SMF56上发生的光纤熔化在被测定光纤55上怎样传输，能够检测出被测定光纤55是否能够阻断光纤熔化。

耦合器52被设置成用于监测光源51的输出光。耦合器52的分支比为30dB。

假光纤54被设置成即使在光纤熔化通过了被测定光纤55的情况下也能够保护光源51。假光纤54的长度为1km。

被测定光纤55的长度为30m，SMF56的长度为5m。

无芯光纤59为了保护光源51不受终端的反射光的影响，所以使用成在终端不发生反射光。

采用图13的装置，如下所示进行实验1～10的实验。另外，表1示出了光纤熔化向被测定光纤55侵入的距离为1mm以下时的条件及结果，表2示出侵入距离超过了1mm时的条件及结果。

表1及表2的实验编号在对应实验1～10的编号之外，添加了用于区别多个例子的连续编号。

表1

表2

在表1及表2中，Rmin表示距被测定光纤55的纤芯的中心和距纤芯最近的空穴的内缘之间的距离，Rmax表示被测定光纤55的纤芯的中心和距纤芯最远的空穴的外缘之间的距离，W表示被测定光纤55的空穴区域的宽。

“空穴的面积比”是将在被测定光纤55的空穴区域(即以纤芯的中心为中心半径为Rmin的圆和半径为Rmax之间的区域)内，用百分率表示空穴占有的面积比的数值。

“传输的情况”的评价是使光纤熔化向被测定光纤55侵入的距离为1mm以下的情况为“Good”(能够阻断光纤熔化)，使侵入距离超过了1mm的情况为“Bad”(无法阻断光纤熔化而通过)。

D_fiber表示被测定光纤55的包层直径。

熔接损耗“dB/点”表示熔接点每个部位的熔接损耗。

(实施例1)

将具备图9所示的概略截面的HAF(Fiber A)用作被测定光纤55，使入射功率变化，进行了实验1-1、1-2。

表1的实验编号1-1、1-2表示Fiber A的参数及实验条件。Fiber A的包层直径D_fiber为125μm、空穴数为6、Rmin为8.5μm，W为7.3μm、Rmax为15.8μm、波长1.55μm下的MFD为10.2μm。另外，2×Rmin/MFD＝1.67。

对此Fiber A，检测出入射波长为1.55μm、且入射功率为9.8W时(实验编号1-1)及3.0W时(实验编号1-2)的光纤熔化的阻断性能。在这些实验1-1、1-2的任一情况下，2×Rmin/MFD的值都为1.67，在1.2以上且2.1以下的范围内。W/MFD的值为0.72，在0.3以上。还有，W为7.3μm，0.45×D_fiber为56.25μm，所以满足W≤0.45×D_fiber。

实验的结果在两者的入射功率下都能阻断光纤熔化。

这样，2×Rmin/MFD、W/MFD及0.45×D_fiber的值在上述范围内时，能够采用此孔助型光纤，阻断光纤熔化。

由上可知在光传输路径、光纤激光器的中途将本实验的HAF用作光纤熔化阻断部件时，能够使传输损耗抑制得很低且能够阻断光纤熔化。

(实施例2)

将具备图3所示的概略截面的HAF(Fiber C)用作被测定光纤55，使入射功率变化，进行了实验3-1～3-5。

表1的实验编号3-1～3-5表示Fiber C的参数及实验条件。Fiber C的包层直径D_fiber为125μm、空穴数为4、Rmin为10.6μm，W为16.3μm、Rmax为26.9μm、波长1.55μm下的MFD为10.4μm。另外，2×Rmin/MFD＝2.04。

对此Fiber C，检测出入射波长为1.55μm、且入射功率为8.1W时(实验编号3-1)、4.7W时(实验编号3-2)、2.1W时(实验编号3-3)、1.7W时(实验编号3-4)及1.5W时(实验编号3-5)的光纤熔化的阻断性能。而且，入射功率1.5W是接近于不具有空穴的通常的SMF上的光纤熔化阈值的值，因此小于此的功率下不会发生光纤熔化。

在所有这些实验3-1～3-5的情况下，2×Rmin/MFD的值都为2.04，在1.2以上且2.1以下的范围内。W/MFD的值为1.57，在0.3以上。还有，W为16.3μm，0.45×D_fiber为56.25μm，所以满足W≤0.45×D_fiber。

实验的结果在所有入射功率的情况下，如图6所示，光纤熔化从SMF稍微侵入到了HAF，在1mm以内停止。

这样，当2×Rmin/MFD、W/MFD及0.45×D_fiber的值在上述范围内时，可采用此孔助型光纤，阻断光纤熔化。

在实验3中可知，侵入距离根据入射功率如图14曲线图所示那样地不同。如图14所示，随着入射功率接近于光纤熔化阈值，侵入距离伸长。

为了研究此现象的原因，观察了发生光纤熔化的截面。图15示意地表示发生了光纤熔化的SMF的截面。在图中，附图标记40表示纤芯，41表示孔洞，42表示熔融部，43表示包层。在此SMF的截面上纤芯内产生的孔洞41的周围，观察到了黑的环状的熔融部42。此熔融部42示出由于光纤熔化的通过、一次熔融了的部分。因此，当测定出熔融部42的直径D_melted时，为图16所示的结果。随着入射功率接近于通常的SMF的光纤熔化阈值Pth＝1.5W，如图16所示，熔融部的直径D_melted急剧地变小。

在本实验中采用的SMF56的波长1.55μm下的MFD为10.4μm，所以可认为即使在被测定光纤55的HAF中，随着入射功率接近于通常SMF的光纤熔化阈值，D_melted也会急剧地变小。图16中此实验3采用的Fiber C的2×Rmin的值(即21.2μm)也用水平的虚线表示。

如上所述，在本发明的孔助型光纤中，通过以包围纤芯的方式设置空穴，而使孔助型光纤的中心部(纤芯)向径向外侧(即空穴侧)隔热膨胀，降低中心部的玻璃温度。由此，光纤熔化被阻断。如果入射功率接近于光纤熔化阈值，由于熔融部的直径D_melted变小，所以熔融部和空穴的距离变小。因此，可认为随着入射功率接近于光纤熔化阈值，空穴对于光纤熔化的影响变小，产生了侵入距离伸长的现象。

D_melted如图16的曲线图所示依赖于入射功率，所以可知为了决定用于开口地阻断光纤熔化的HAF的构造，最好详细研究入射功率在光纤熔化阈值附近时的D_melted。另外，根据光纤熔化到稍微侵入HAF后停止这一现象可知，HAF的长度也很重要。实验3中侵入距离最长的是入射功率1.5W时侵入距离为630μm。因此，可知最好作为光纤熔化阻断部件采用的HAF的长度最低也要1mm以上。

另外，此HAF和SMF的熔接损耗为低到0.04dB/点的值。

(实施例3)

将具备图10所示的概略截面的HAF(Fiber D)用作被测定光纤55，使入射功率变化，进行了实验4-1、4-2。

表1的实验编号4-1、4-2表示Fiber D的参数及实验条件。Fiber D的包层直径D_fiber为125μm、空穴数为8、Rmin为9.0μm，W为3.0μm、Rmax为12.0μm、波长1.55μm下的MFD为10.0μm。另外，2×Rmin/MFD＝1.80。

对此Fiber D，检测出入射波长为1.55μm、且入射功率为1.7W时(实验编号4-1)及8.0W时(实验编号4-2)的光纤熔化的阻断性能。

在这些实验4-1、4-2的任一情况下，2×Rmin/MFD的值都为1.80，是在1.2以上且2.1以下的范围内。W/MFD的值为0.30，在0.3以上。还有，W为3.0μm，0.45×D_fiber为56.25μm，所以满足W≤0.45×D_fiber。

实验的结果在两者的入射功率下都能阻断光纤熔化。

Fiber D和SMF的熔接损耗为低到0.03dB/点以下的值。

(实施例4)

将具备图10所示的概略截面的HAF(Fiber E)用作被测定光纤55，使入射功率变化，进行了实验4-3、4-4。

表1的实验编号4-3、4-4表示Fiber E的参数及实验条件。Fiber E的包层直径D_fiber为125μm、空穴数为8、Rmin为10.2μm，W为3.2μm、Rmax为13.4μm、波长1.55μm下的MFD为10.1μm。另外，2×Rmin/MFD为2.02。

对此Fiber E，检测出入射波长为1.55μm、且入射功率为1.7W时(实验编号4-3)及8.0W时(实验编号4-4)的光纤熔化的阻断性能。

在这些实验4-3、4-4的任一情况下，2×Rmin/MFD的值都为2.02，是在1.2以上且2.1以下的范围内。W/MFD的值为0.32，在0.3以上。还有，W为3.2μm，0.45×D_fiber为56.25μm，所以满足W≤0.45×D_fiber。

实验的结果在两者的入射功率下都能阻断光纤熔化。

Fiber E和SMF的熔接损耗为低到0.03dB/点以下的值。

(实施例5)

将具备图7所示的概略截面的HAF(Fiber H)用作被测定光纤55，使入射功率变化，进行了实验5-1、5-2。

表1的实验编号5-1、5-2表示Fiber H的参数及实验条件。Fiber H的包层直径D_fiber为125μm、空穴数为2、Rmin为8.5μm，W为14.5μm、Rmax为23.0μm、波长1.55μm下的MFD为10.0μm。另外，2×Rmin/MFD为1.70。

对此Fiber H，检测出入射波长为1.55μm、且入射功率为3.0W时(实验编号5-1)及10.0W时(实验编号5-2)的光纤熔化的阻断性能。

在这些实验5-1、5-2任一情况下，2×Rmin/MFD的值都为1.70，是在1.2以上且2.1以下的范围内。W/MFD的值为1.45，在0.3以上。还有，W为14.5μm，0.45×D_fiber为56.25μm，所以满足W≤0.45×D_fiber。

实验的结果在两者的入射功率下都能阻断光纤熔化。由此结果可知即使空穴数减少，也能够阻断光纤熔化。

Fiber H和SMF的熔接损耗为0.50dB/点。可知空穴数为2的Fiber H由于空穴数少，所以熔接时纤芯变形，熔接损耗变高。另一方面，在后述的实施例6的空穴数为3的Fiber I中，与SMF的熔接损耗为低到0.15dB/点的值。由此可知，HAF的空穴数多优选，最好3个以上。

(实施例6)

将具备图8所示的概略截面的HAF(Fiber I)用作被测定光纤55，使入射功率变化，进行了实验5-3、5-4。

表2的实验编号5-3、5-4中示出Fiber I的参数及实验条件。FiberI的包层直径D_fiber为125μm、空穴数为3、Rmin为8.3μm，W为7.6μm、Rmax为15.9μm、波长1.55μm下的MFD为9.8μm。另外，2×Rmin/MFD为1.69。

对此Fiber I，检测出入射波长为1.55μm、且入射功率为3.0W时(实验编号5-3)及10.0W时(实验编号5-4)的光纤熔化的阻断性能。

在这些实验5-3、5-4的任一情况下，2×Rmin/MFD的值都为1.69，是在1.2以上且2.1以下的范围内。W/MFD的值为0.78，在0.3以上。还有，W为7.6μm，0.45×D_fiber为56.25μm，所以满足W≤0.45×D_fiber。

实验的结果在两者的入射功率下都能阻断光纤熔化。由此结果可知即使空穴数少，也能够阻断光纤熔化。

Fiber I和SMF的熔接损耗为0.15dB/点。由此可知，从熔接损耗的观点来看，HAF的空穴数多优选，最好3个以上。

(实施例7)

将具备图12所示的概略截面的HAF(Fiber J)用作被测定光纤55，进行了实验6-1。

表1的实验编号6-1中示出Fiber J的参数及实验条件。Fiber J具有距纤芯中心距离不同的多个空穴，W不等于空穴直径。Fiber J的包层直径D_fiber为125μm、空穴数为12、空穴径为4.0μm，Rmin为8.6μm，W为15.0μm、Rmax＝23.6μm、波长1.55μm下的MFD为8.2μm。另外，2×Rmin/MFD为2.09。

对此Fiber J，在入射波长为1.55μm、且入射功率为10.0W下检测出光纤熔化的阻断性能。在实验6-1中，2×Rmin/MFD的值为2.09，是在1.2以上2.1以下的范围内。W/MFD的值为1.83，在0.3以上。还有，W为15.0μm，0.45×D_fiber为56.25μm，所以满足W≤0.45×D_fiber。

实验的结果能够阻断光纤熔化。

Fiber J和SMF的熔接损耗为低到0.10dB的值。

(实施例8)

将具备图11所示的概略截面的HAF(Fiber K)用作被测定光纤55，进行了实验6-2。

表1的实验编号6-2中示出Fiber K的参数及实验条件。Fiber K具有距纤芯的中心的距离不同的多个空穴，W不等于空穴直径。Fiber K的包层直径D_fiber为125μm、空穴数为60、空穴直径为3.9μm，Rmin为8.5μm，W为30.0μm、Rmax＝38.5μm、波长1.55μm下的MFD为8.1μm。另外，2×Rmin/MFD为2.10。

对此Fiber K，检测出在入射波长为10.0μm光纤熔化的阻断性能。

在实验6-2中，2×Rmin/MFD的值为2.10，是在1.2以上2.1以下的范围内。W/MFD的值为3.70，在0.3以上。还有，W为30.0μm，0.45×D_fiber为56.25μm，所以满足W≤0.45×D_fiber。

实验的结果能够阻断光纤熔化。

Fiber K和SMF的熔接损耗为低到0.12dB的值。

(实施例9)

将具备图9所示的概略截面的HAF(Fiber L)用作被测定光纤55，使入射功率变化，进行了实验7-1、7-2。

表1的实验编号7-1、7-2中示出Fiber L的参数及实验条件。FiberL在距纤芯的中心等距离的位置具有空穴，W等于空穴直径。

Fiber L的包层直径D_fiber为125μm、空穴数为6、Rmin为5.5μm，W为6.2μm、Rmax为11.7μm、波长1.06μm下的MFD为5.8μm。另外，2×Rmin/MFD为1.90。

对此Fiber L，检测出入射波长1.06μm且入射功率为8.0W时(实验编号7-1)及20.0W时(实验编号7-2)的光纤熔化的阻断性能。

在这些实验7-1、7-2的任一情况下，2×Rmin/MFD的值都为1.90，是在1.2以上2.1以下的范围内。W/MFD的值为1.07，在0.3以上。还有，W为6.2μm，0.45×D_fiber为56.25μm，所以满足W≤0.45×D_fiber。

实验的结果在两者的入射功率下都能够阻断光纤熔化。

Fiber L和SMF的熔接损耗为低到0.20dB的值。

还有，在实验编号7-2(Fiber L、入射功率20W)中，观察到在光纤熔化被阻断的部位，UV固化树脂的一部分燃烧碳化的现象。此UV固化树脂是重新涂敷了HAF和SMF的熔接部的部分。可认为这是由于用HAF阻断了高功率到20W时产生的光纤熔化时，高功率的入射光向HAF周围透出，其能量被UV固化树脂吸收。因此，采用高功率的入射光时，对于HAF的包覆、重新涂敷HAF和SMF的熔接部的包覆，希望采用上述阻燃性材质。

(实施例10)

将具备图7所示的概略截面的HAF(Fiber N)用作被测定光纤55，使入射功率变化，进行了实验7-5。

表1的实验编号7-5示出Fiber N的参数及实验条件。Fiber N的包层直径D_fiber为125μm、空穴数为2、Rmin为5.5μm，W为4.5μm、Rmax为10.0μm、波长1.06μm下的MFD为5.8μm。另外，2×Rmin/MFD为1.90。

对此Fiber N，检测出入射波长1.06μm且入射功率为8.0W时的光纤熔化的阻断性能。

在这些实验7-5中，2×Rmin/MFD的值都为1.90，是在1.2以上2.1以下的范围内。W/MFD的值为0.78，在0.3以上。还有，W为4.5μm，0.45×D_fiber为56.25μm，所以满足W≤0.45×D_fiber。

实验的结果能够阻断光纤熔化。

另外，Fiber N和SMF的熔接损耗为低到0.22dB/点的值。

(实施例11)

采用与实施例2相同的HAF(Fiber C)进行了实验9-1。表1的实验编号9-1中示出Fiber C的参数及实验条件。与实施例2相同，Fiber C的包层直径D_fiber为125μm、空穴数为4、Rmin为10.6μm，W为16.3μm、Rmax为26.9μm、波长1.55μm下的MFD为10.4μm。另外，2×Rmin/MFD＝2.04。

对此Fiber C，检测出入射波长为1.55μm、且入射功率为3.0W时的光纤熔化的光纤熔化的阻断性能。在实验9-1中，2×Rmin/MFD的值为2.04，是在1.2以上且2.1以下的范围内。W/MFD的值为1.57，在0.3以上。还有，W为16.3μm，0.45×D_fiber为56.25μm，所以满足W≤0.45×D_fiber。

实验的结果如图6所示，光纤熔化从SMF稍微侵入了HAF，在1mm以内停止。

这样，当2×Rmin/MFD、W/MFD及0.45×D_fiber的值为上述范围内时，能够利用此孔助型光纤阻断光纤熔化。

(实施例12)

将具备图3所示的概略截面的HAF(Fiber O)用作被测定光纤55，进行了实验9-2。

表1的实验编号9-2中示出Fiber O的参数及实验条件。Fiber O的包层直径D_fiber＝125μm、空穴数为4、Rmin为7.5μm，W为14.3μm、Rmax＝21.8μm、波长1.55μm下的MFD为9.8μm。另外，2×Rmin/MFD的值为1.53，是在1.2以上且2.1以下的范围内。W/MFD的值为1.46，在0.3以上。还有，W为14.3μm，0.45×D_fiber为56.25μm，所以满足W≤0.45×D_fiber。

对此Fiber O，检测出入射波长1.55μm、且入射功率为3.0W时的光纤熔化的阻断性能。其结果光纤熔化不会侵入Fiber O内，能够阻断光纤熔化。

Fiber O和SMF的熔接损耗为低到0.15dB/点的值。

(实施例13)

将具备图3所示的概略截面的HAF(Fiber P)用作被测定光纤55，进行了实验9-3。

表1的实验编号9-3中示出Fiber P的参数及实验条件。

Fiber P的D_fiber＝125μm、空穴数为4、Rmin为5.5μm，W为16.7μm、Rmax＝22.2μm、波长1.55μm下的MFD为9.2μm。另外，2×Rmin/MFD的值为1.20，是在1.2以上且2.1以下的范围内。W/MFD的值为1.82，在0.3以上。还有，W为16.7μm，0.45×D_fiber为56.25μm，所以满足W≤0.45×D_fiber。

对此Fiber P，检测出入射波长1.55μm、且入射功率为3.0W时的光纤熔化的阻断性能。其结果光纤熔化不会侵入Fiber P内，能够阻断光纤熔化。

Fiber P和SMF的熔接损耗为0.60dB/点。

根据此结果可认为，当Rmin过于接近MFD/2时，光纤熔化能够阻断，但熔接时纤芯变形，熔接损耗变高。

(比较例1)

将具备4个空穴被设置在1层上的截面的HAF(Fiber B)用作被测定光纤55，使入射功率变化进行了实验2-1、2-2。

表2的实验编号2-1、2-2中示出此实验中采用的Fiber B的参数及实验条件。Fiber B的包层直径D_fiber＝125μm、空穴数为4、Rmin为19.4μm，W为17.4μm、Rmax＝36.8μm、波长1.55μm下的MFD为10.8μm。即2×Rmin/MFD的值为3.59，比2.1大。

对此Fiber B，检测出入射波长1.55μm、且入射功率为4.4W时(实验编号2-1)及2.0W时(实验编号2-2)的光纤熔化的阻断性能。其结果光纤熔化从SMF通过HAF，在两者的入射功率下都不能阻断光纤熔化。另外，此HAF和SMF的熔接损耗为0.03dB/点。

即使在光传输路径、光纤激光器的中途采用本比较例的HAF作为光纤熔化阻断部件，也不能阻断光纤熔化。

(比较例2)

将具备8个空穴被设置在1层上的截面的HAF(Fiber F)用作被测定光纤55，使入射功率变化进行了实验4-5、4-6。

表2的实验编号4-5、4-6中示出Fiber F的参数及实验条件。FiberF的包层直径D_fiber为125μm、空穴数为8、Rmin为12.0μm，W为3.5μm、Rmax为15.5μm、波长1.55μm下的MFD为10.3μm。另外，2×Rmin/MFD为2.33，比2.1大。

对此Fiber F，检测出入射波长1.55μm、且入射功率为1.7W时(实验编号4-5)及8.0W时(实验编号4-6)的光纤熔化的阻断性能。其结果在两者的入射功率下都不能阻断光纤熔化。

Fiber F和SMF的熔接损耗为低到0.03dB/点以下的值。

(比较例3)

将具备8个空穴被设置在1层上的截面的HAF(Fiber G)用作被测定光纤55，使入射功率变化进行了实验4-7、4-8。

表2的实验编号4-7、4-8中示出Fiber G的参数及实验条件。FiberG的包层直径D_fiber为125μm、空穴数为8、Rmin为14.8μm，W为4.2μm、Rmax为19.0μm、波长1.55μm下的MFD为10.5μm。另外，2×Rmin/MFD为2.82，比2.1大。

对此Fiber G，检测出入射波长1.55μm、且入射功率为1.7W时(实验编号4-7)及8.0W时(实验编号4-8)的光纤熔化的阻断性能。其结果在两者的入射功率下都不能阻断光纤熔化。

Fiber G和SMF的熔接损耗为低到0.03dB/点以下的值

(比较例4)

将具备图9所示的概率截面的HAF(Fiber M)用作被测定光纤55，使入射功率变化进行了实验7-3、7-4。

表2的实验编号7-3、7-4中示出此实验中采用的Fiber M的参数及实验条件。

Fiber M的包层直径D_fiber为125μm、空穴数为6、Rmin为5.6μm，W为1.4μm、Rmax为7.0μm、波长1.06μm下的MFD为5.9μm。2×Rmin/MFD＝1.9，是在1.2以上2.1以下的范围内。另外，W为1.4μm，0.45×D_fiber为56.25μm，所以满足W≤0.45×D_fiber。然而，由于W小到1.4μm，所以W/MFD的值变为0.24，小于0.3。

对此HAF，检测出入射功率为8.0W时(实验编号7-3)及20.0W时(实验编号7-4)的光纤熔化的阻断性能。其结果在两者的入射功率下都不能阻断光纤熔化。

另外，Fiber M和SMF的熔接损耗为低到0.18dB/点的值。

(比较例5)

采用与实施例2相同的HAF(Fiber C)，使入射波长变化，进行了实验8-2、8-3。表2的实验编号8-2、8-3中示出了Fiber C的参数及实验条件。

在入射波长为1.31μm时(实验编号8-2)及1.06μm时(实验编号8-3)，检测出光纤熔化的阻断性能。

与实施例2相同，Fiber C的包层直径D_fiber为125μm，空穴数为4，Rmin为10.6μm，W为16.3μm，Rmax为26.9μm。然而，由于入射波长与实施例2不同，MFD也不同，波长1.31μm下的MFD为9.3μm，波长1.06μm下的MFD为8.3μm。因此，2×Rmin/MFD的值在波长是1.31μm时为2.28，在波长是1.06μm时为2.55，任一场合都比2.1大。

实验的结果在实验8-2及8-3的任一场合下都不能阻断光纤熔化。

(比较例6、7)

将具备图17、图18分别所示的概略截面的HAF(Fiber Q、R)用作被测定光纤55，进行了实验10-1、10-2。

表2的实验编号10-1、10-2中示出Fiber Q、R的参数及实验条件。

在实验例8中采用的Fiber K(空穴数60)和实验例12中采用的FiberO(空穴数4)中，纤芯的折射率比包层除空穴以外的部分的媒质的折射率高。与此相对，如图17、图18所示，制作了在媒质31中具有多个空穴32，而在光纤30、30A的中心部33上不具有高折射率的纤芯的Fiber Q(空穴数60、图17)及Fiber R(空穴数4、图18)。

对这些光纤，在入射波长1.55μm且入射功率10.0W下检测出光纤熔化的阻断性能。其结果任一光纤都能阻断光纤熔化。

Fiber Q的连接损耗为0.80dB/点，比相同空穴数的HAF即Fiber K的连接损耗大了0.12dB/点。另外，Fiber R的连接损耗为0.75dB/点，比相同空穴数的HAF即Fiber O的连接损耗大了0.15dB/点。根据此结果可知：对于不包含空穴的媒质来说，在不具有高折射率纤芯的构造的光纤中，能够阻断光纤熔化，但存在连接损耗大的问题。

这样，由于连接损耗大，所以这些Fiber Q、R不适合作光纤熔化阻断部件。

对于这些实施例及比较例的研究在以下记载。

(其1：对于“2×Rimn/MFD”)

在上述实验中，如表1及表2所示，观察到空穴的数目、构造、入射功率(也称光强度)、入射波长等各种构成与光纤熔化的阻断性能相关。这里采用的参数为“2×Rmin/MFD”。如果采用此指标，就能够唯一地决定光纤熔化的阻断性能的有无。

2×Rmin/MFD的最低值通过实验9-3(实验例13)判明为1.2。因此，如果2×Rmin/MFD为1.2以上，就能够阻断光纤熔化。一般能够制作2×Rmin/MFD比1.2小的，此时存在连接损耗相对变大的问题。

2×Rmin/MFD的最高值通过实验6-1及6-2(实验例7及8)的结果判明为2.1。另外，通过实验3-1～3-5(实施例2)的结果，存在2×Rmin/MFD为2.0时光纤熔化稍微侵入HAF的情况，由于侵入距离小到1mm以内，所以未发生光源、传输设备的损伤。还有，实验6-1及6-2的连接损耗变为0.10dB/点、0.12dB/点，连接损耗也被抑制得很小。还有，可认为为了确实地阻断光纤熔化，空穴的位置靠近纤芯的较有利。根据此观点如实验例1-1及1-2(实施例1)所示，2×Rmin/MFD为1.7以下较适合。

(其2：对于“W/MFD”及“W/D_fiber”)

根据实验7-3及7-4(比较例4)的Fiber M的结果判明，当使用波长下的MFD和空穴区域宽W的比小时(W/MFD＝0.22)、与2×Rmin/MFD为1.9无关地，存在不能阻断光纤熔化的情况。另外根据实验4-1及4-2(实施例3)的Fiber D的结果判明，当2×Rmin/MFD＝1.8、W/MFD＝0.3时能够阻断光纤熔化。以上由于0.3≤W/MFD，能够更确实地阻断光纤熔化。

还有，当具有上述纤芯及空穴的光纤的包层直径为D_fiber时，满足W≤0.45×D_fiber的情况优选。当不满足此条件时，空穴被光纤的截面积占的截面积的比例会变大，不能保证光纤的强度。

(其3：对空穴的截面积)

当入射光为高功率时，不仅是W/MFD的值，对于以纤芯中心为中心的半径Rmax的圆和半径Rmin的圆之间的区域(以下称为“空穴区域”)的面积S，其区域内空穴占有的面积比也很重要。在实验5-1～5-4(实施例5及6)中采用的Fiber H、I的空穴占有的面积比分别为23.0％、23.6％，在入射功率为10W时都能够阻断光纤熔化。因此，当空穴占有空穴区域的20％以上时，高功率下也能够更确实地阻断光纤熔化。

还有，如实施例7的Fiber J所示，存在空穴占有的面积比即使不到10％，入射功率为10W时也能够阻断光纤熔化的情况，所以此面积比并不是本发明的必要条件。

(其4：对于连接损耗)

一般在异种的光纤的连接中，如果设想传输系统的设计上的界限、被告知所知的连接损耗为1dB左右。所以在光纤熔化阻断部件的两端进行连接时，在每个连接部位所知的连接损耗被假定为0.5dB左右。

(其5：对于空穴的数目)

根据实施例2、5、6的结果可知，随着空穴数增加为2、3、4，连接损耗急剧地下降。如上所述，为了在每个连接部位使连接损耗为0.5dB以下，期望至少有3个以上的空穴。

(其6：对于HAF的长度)

从实验3-1～3-5(实施例2)的光纤熔化稍微侵入后停止这一现象可知，用作光纤熔化阻断部件的HAF的长度(空穴部的长度)也很重要。实施例2中侵入距离最长的是入射功率1.5W时，侵入距离为630μm。因此，最好用作光纤熔化阻断部件的HAF的长度为1mm以上。更优选地，如图14的曲线图所示，为了应对侵入距离急剧伸长的情况，HAF的长度为10mm左右较好。

(适用于Yb光纤激光器的实施例)

如图19所示，在采用了添加镱(Yb)的双包层光纤(添加稀土类光纤)64的光纤激光器装置60中，在输出部的一部分上插入由长度50mm的HAF组成的光纤熔化阻断部件67。各个光纤间彼此通过熔接进行连接。而且，图19中×符号表示熔接点。

此Yb光纤激光器的振荡波长为1060nm、输出为3W。此光纤激光器装置60还具备：连接有多个作为激励光源的激励用激光器二极管(LD)61的多端口耦合器62；插入到添加Yb双包层光纤64的前后的光纤布拉格光栅(FBG)63、65；及在使光纤熔化通过光纤熔化阻断部件67时，用于防止在其上通过的隔离器66。

输出端的光纤68是单模光纤，外径为125μm、波长1060nm下的MFD为7.1μm。

用作光纤熔化阻断部件67的HAF的外径为125μm，波长1060nm下的MFD为7.4μm，空穴数为6个，Rmin＝6.3μm、2×Rmin/MFD＝1.7μm、W＝5.2μm。

在此光纤激光器装置60中，当通过使输出端的光纤68的温度上升，有意地使光纤熔化发生的情况下，在HAF67的部分能够阻断光纤熔化。另外，对于HAF67的包覆及其两端的熔接部的再涂敷采用了聚酰亚胺涂层，不会发生包覆燃烧。因此，能够保护光纤激光器不受光纤熔化的影响，只更换输出光纤(HAF67及SMF68)重新连接，就能够修复装置。

作为应对此实施例的比较例，不导入HAF67，就进行与上述相同的实验的情况下，有意地使输出端的光纤68上发生的光纤熔化破坏了隔离器66的一部分后停止。为了装置的修复，必须更换高价的隔离器。

(适用于Er光纤的实施例)

如图20所示，在采用了添加铒(Er)的双包层光纤(添加稀土类光纤)75的光纤激光器装置70中，在输出部的一部分上插入由长度60mm的HAF组成的光纤熔化阻断部件77。各个光纤彼此用熔接进行连接。而且，图20中×符号表示熔接点。

此Er光纤激光器的振荡波长为1550nm、输出为4W。此光纤激光器装置70还具备：波长1550nm的DFB激光器71，用于防止光向DFB71返回的隔离器72，连接多个作为激励光源的激励用激光二极管(LD)73的多端口耦合器74，当使光纤熔化通过光纤熔化阻断部件77时，用于防止在其上通过的隔离器76。

输出端的光纤78是单模光纤，外径为125μm、波长1550nm下的MFD为9.8μm。

用作光纤熔化阻断部件77的HAF外径为125μm，波长1550nm下的MFD为10.0μm，空穴数为4个，Rmin＝8.1μm、2×Rmin/MFD＝1.6、W＝7.0μm。

在该光纤激光器装置70中，通过使输出端的光纤78的温度上升，而有意地使光纤熔化发生的情况下，在HAF77的部分能够阻断光纤熔化。另外，由于对于HAF67的包覆及其两端的熔接部的再涂层，采用了聚酰亚胺，所以不会发生包覆燃烧。由此，能够保护光纤激光器不受光纤熔化的影响，只更换输出光纤(HAF77及SMF78)重新连接，就能够修复装置。

另外，在添加Er的双包层光纤75内发生了光纤熔化时，向LD73和DFB激光器71传输光纤熔化。但是，由于在LD的输出中采用的光纤是多模光纤，所以在其以上光纤熔化不在LD73方向上传播。另外，DFB激光器71输出为数mW左右，在DFB激光器71的方向上光纤熔化不传播。

本发明的光纤熔化阻断部件，由于能够在传输高功率的光的光传输路径、光纤激光器等中阻断光纤熔化来防止传输设备、光源等的损伤，所以能够适当地加以利用。

Claims

1.一种光纤熔化阻断部件，用于阻断光纤熔化，其特征在于，

具备光纤，该光纤具备纤芯和具有在长度方向上延伸的空穴的包层，

上述光纤的上述纤芯的折射率比上述包层的除上述空穴以外的部分的折射率高，

当使上述光纤在使用波长下的模场直径为MFD，使上述光纤的垂直于上述长度方向的截面上的、上述纤芯的中心和距上述纤芯最近的上述空穴距上述纤芯的上述中心最近的位置之间的距离为Rmin时，用2×Rmin/MFD表示的值在1.2以上2.1以下的范围内，

当使上述包层中上述空穴存在的区域的径向上的宽为W时，用W/MFD表示的值在0.3以上，

当使上述光纤的上述包层的直径为D_fiber时，满足W≤0.45×D_fiber，

上述光纤的两端分别被熔接在不具有空穴的单模光纤，每个部位的熔接损耗在0.50dB以下，

上述光纤的表面上与上述单模光纤的熔接部及其周围以外的部分被树脂包覆覆盖，

上述光纤的表面上、上述熔接部及其上述周围被阻燃性的保护层覆盖。

2.根据权利要求1所述的光纤熔化阻断部件，其特征在于，

当使上述光纤的垂直于上述长度方向的截面上的、上述纤芯的上述中心和距上述纤芯最近的上述空穴距上述纤芯的上述中心最近的上述位置之间的距离为Rmin，使上述纤芯的上述中心和距上述纤芯最远的上述空穴距上述纤芯的上述中心最远的位置间的距离为Rmax，使以上述纤芯的上述中心为中心、半径为Rmax的圆和半径为Rmin的圆之间的区域的截面积为S时，

半径为Rmax的上述圆和半径为Rmin的上述圆之间的上述区域中、设置上述空穴的部分的截面积，是上述区域的上述截面积S的20％以上。

3.根据权利要求1所述的光纤熔化阻断部件，其特征在于，

上述光纤的上述空穴的数目为3以上。

4.根据权利要求1所述的光纤熔化阻断部件，其特征在于，

将上述光纤的上述两端和上述单模光纤通过间歇放电或扫描放电进行熔接。

5.根据权利要求1所述的光纤熔化阻断部件，其特征在于，

上述光纤的长度在1mm以上。

6.一种光纤熔化阻断部件，用于阻断光纤熔化，其特征在于，

具备光纤，该光纤具备纤芯、和在该纤芯周围具有在长度方向上延伸的1层空穴的包层，

使上述光纤在使用波长下的模场直径为MFD，使上述光纤的垂直于上述长度方向的截面上的、上述纤芯中心和距上述纤芯最近的上述空穴距上述纤芯的上述中心最近的位置之间的距离为Rmin时，用2×Rmin/MFD表示的值在1.2以上2.1以下的范围内，

上述光纤的表面上、上述熔接部及其上述周围被阻燃性的保护层覆盖，

当使上述光纤的垂直于上述长度方向的上述截面上的、上述纤芯的上述中心和距上述纤芯最远的上述空穴距上述纤芯的上述中心最远的位置之间的距离为Rmax，使以上述纤芯的上述中心为中心的半径为Rmax的圆和半径为Rmin的圆之间的区域的截面积为S时，半径为Rmax的上述圆和半径为Rmin的上述圆间的上述区域中设置上述空穴的部分的截面积在上述区域的上述截面积S的20％以上。

7.根据权利要求6所述的光纤熔化阻断部件，其特征在于，上述光纤长度在1mm以上。

8.一种光纤激光器，其特征在于，

具备激励电源、添加稀土类光纤、具备光纤的光纤熔化阻断部件，该部件的上述光纤包括纤芯和具有在长度方向上延伸的空穴的包层，

该部件的上述光纤的上述纤芯的折射率比上述包层的除上述空穴以外的部分的折射率高，

当使上述光纤在使用波长下的模场直径为MFD，使上述光纤的垂直于上述长度方向的截面上的、上述纤芯中心和距上述纤芯最近的上述空穴距上述纤芯的上述中心最近的位置之间的距离为Rmin时，用2×Rmin/MFD表示的值在1.2以上2.1以下的范围内，

9.根据权利要求8所述的光纤激光器，其特征在于，

还具备隔离器，上述光纤熔化阻断部件被配置在上述隔离器的输出侧。

10.一种光传输路径，是采用光纤的光传输路径，其特征在于，

在上述光纤的中途插入了权利要求1所述的光纤熔化阻断部件。

11.一种光传输路径，是采用光纤的光传输路径，其特征在于，

在上述光纤的中途插入了权利要求6所述的光纤熔化阻断部件。