JP2004347991A - フォトニッククリスタルファイバ、光制御装置、投影装置およびフォトニッククリスタルファイバの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ファイバ終端部端面を封止し、不純物の侵入を始めとする諸問題の解決を図ったフォトニッククリスタルファイバと、光制御装置、投影装置、およびフォトニッククリスタルファイバの製造方法を提供する。
【解決手段】本発明のフォトニッククリスタルファイバは、ファイバの長手方向に多数の空孔が規則的な断面構造をもって配置され、ファイバの終端部をファイバの光伝播物質よりも軟化温度の低いガラスで構成された融着材によって融着封止されるとともに、該融着材によってフェルールに接続されたファイバ構成とする。この構成をとることにより、光伝播媒質と空孔との間の大きな屈折率差、高い光伝送効率および開口率等の光学的特性の低下を回避することができ、更に空孔内部への異物の進入およびフェルールのずれに伴う焼損事故等を回避することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明のフォトニッククリスタルファイバは、ファイバの長手方向に多数の空孔が規則的な断面構造をもって配置され、ファイバの終端部をファイバの光伝播物質よりも軟化温度の低いガラスで構成された融着材によって融着封止されるとともに、該融着材によってフェルールに接続されたファイバ構成とする。この構成をとることにより、光伝播媒質と空孔との間の大きな屈折率差、高い光伝送効率および開口率等の光学的特性の低下を回避することができ、更に空孔内部への異物の進入およびフェルールのずれに伴う焼損事故等を回避することができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトニッククリスタルファイバ、光制御装置、投影装置およびフォトニッククリスタルファイバの製造方法、すなわち、光伝播媒質中に、多数の空孔が、光ファイバの長手方向に延在配置されて成るいわゆるフォトニッククリスタル構造による光ファイバ、そして、この光ファイバを有する光制御装置、投影装置、更にそのフォトニッククリスタルファイバの製造方法に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
光エネルギー伝播、光増幅がなされる光ファイバにあっては、ファイバ端にフェルールと呼称される接続部品が接合される。
このフェルールの接合は、通常、有機系接着材によっている。しかしながら、この場合、耐熱性の問題、経年変化等の問題、したがって、信頼性に問題があった。
【０００３】
これに対して、側面に例えばＶ字溝等が形成された孔つきのフェルールを用いて、その溝内に光ファイバを沿わせて、軟化温度の低いガラスによってフェルールとファイバとをいわば周面で融着させるという方法の提案がなされた（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、近年、光デジタル通信の著しい発展にともない、数十キロメートル規模の長距離間で、大容量の光通信を行うことが盛んに行われている。
この場合、できるだけ高い光伝送効率と、高い開口率を有する光ファイバが要求されるものであり、このような光ファイバとして、フォトニッククリスタル構造によるファイバ、すなわちフォトニッククリスタルファイバが開発された。
このフォトニッククリスタルファイバは、例えば石英による光伝播媒質、いわゆるコア部の周囲を直径数μｍ以下の微細な空孔が取り巻く構成とすることにより、直径方向に大きな屈折率分布変化をもたせて、高い伝送効率と高い開口率例えば０．５以上の開口率を得るものである。
【０００５】
一方、上述した長距離間、大容量の光通信において、中継地点で光信号を電気信号に変換することなく、光信号を増倍する光ファイバ増幅器が広く用いられる方向にある。
この光ファイバ増幅器においても、上述した高い光伝送効率、高い開口率が得られるフォトニッククリスタルファイバ構成とする光ファイバ増幅器の提案がなされている。
また、高い光伝送効率、高い開口率、光増幅は、光通信分野のみならず、高い光強度が望まれる投影装置等においても、その要求が高まっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−１０９９４４号公報（Ｆｉｇ．２，段落番号［０００３］）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した光エネルギー伝播や、光増幅がなされる光ファイバにおいては、光ファイバ端から、数ワット以上の高出力光の入出力がなされることから、この光ファイバ端の固定には、安全性から、格段の注意を要する。
したがって、上述したファイバの周側面での融着を行う孔つきのフェルールを用いることは、不適当である。また、側面にＶ溝等の孔を具備することのない通常のフェルールを用いる場合においても、有機系接着材を用いる場合、接着材の経時変化によってフェルールに数μｍから数十μｍ程度のずれが生じ、ファイバ端部に入射させるべき高出力光がコアすなわち光伝播媒質からもれ、この光の漏洩に伴う発熱によってこのファイバを有する装置に破損をきたすなど、安全性に問題が生じる。
【０００８】
また、フォトニッククリスタルファイバにおいては、その空孔が、ファイバ端面に開口していることから、この開口を通じて空孔内に、大気中の水分や、汚染物が侵入することによって、ファイバの直径方向の屈折率分布に変化が生じ、本来の光伝送効率を維持できなくなり、性能が低下し、伝播特性、開口率に劣化や変動をきたし、信頼性の低下をきたす。
【０００９】
そこで、フォトニッククリスタルファイバにおいては、その空孔端部の開口端面を封止することが必要となる。
この封止は、光ファイバの伝播媒質を構成する石英ガラスの融点である１６００℃以上に、例えばアーク放電によって２０００℃に端部のみを加熱して、空孔端部を潰す手法などによる。
しかしながらこの手法による場合、光ファイバの端末の変形をきたすことから、例えばファイバからの出力光の強度分布にひずみが生じるなどの不都合が生じる。
また、上述した光ファイバ増幅器構成においては、励起光を伝播させる伝播媒質内に、更に入射光、例えば信号光を伝播させ、励起光の励起によって入力光の増幅を行う利得媒質によるコアの２重構造とされる。この場合においても、コア構造のひずみの発生によって、出力光の強度分布にひずみが発生し、例えば、これに接続する他の光ファイバとの結合部における光伝送効率を低下させるなどの問題が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、上述したフォトニッククリスタル構造による光ファイバの端末に関わる諸問題の解決を図るものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によるフォトニッククリスタルファイバは、光伝播媒質中に、多数の空孔が、光ファイバの長手方向に延在配置されて成るフォトニッククリスタルファイバ部材の終端部に、フェルールが配置された構造を有する。
そして、フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部にその端面を含んで、融点が光伝播媒質に比して低く、かつ上記フォトニッククリスタルファイバ部材に導入する光に対して光透過性を有するガラス融着材が融着される。
このガラス融着材の融着によってフォトニッククリスタルファイバ部材に、フェルールが固着されると共に、フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部の端面に開口する空孔の開口端面が封止される構成とするものである。
【００１２】
また、本発明によるフォトニッククリスタルファイバは、上述した構成において、光伝播媒質の少なくとも一部に、励起光によって、所定の波長光を励起発光する利得媒質を有して構成される光ファイバ増幅器を構成するものである。
【００１３】
また、本発明によるフォトニッククリスタルファイバの製造方法においては、光ファイバの光伝播媒質中に、多数の空孔が光ファイバの長手方向に延在配置されて成るフォトニッククリスタルファイバ部材の終端部に、フェルールを配置する工程と、フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部の端面に、融点が光伝播媒質に比して低く、かつこのフォトニッククリスタルファイバ部材に導入する光に対して光透過性を有するガラス融着材を融着する工程とを有する。
そして、ガラス融着材の融着によってフォトニッククリスタルファイバ部材の終端部に、フェルールを固着すると共に、フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部の端面に開口する空孔の開口端面を封止するものである。
【００１４】
また、本発明による光制御装置は、光源部と、光変調素子とを有する。この光変調素子は、マイクロリボンによる光回折素子が配列され、光回折素子の変位によって回折光量を変化させる構成を有して成る。
光源部は、光発振器とフォトニッククリスタルファイバとを有し、このフォトニッククリスタルファイバは、上述した本発明によるフォトニッククリスタルファイバの構成とするものである。
【００１５】
また、本発明による投影装置は、上述した光制御装置、すなわち光源部と、マイクロリボンによる光回折素子が配列され光回折素子の変位によって回折光量を変化させる光変調素子とを有し、その光源部が、光発振器と、フォトニッククリスタルファイバとを有する構成とする。
そして、このフォトニッククリスタルファイバは、上述した本発明によるフォトニッククリスタルファイバの構成とするものである。
【００１６】
本発明によるフォトニッククリスタルファイバにおいては、そのファイバ部材の終端部をガラス融着によって封止したことにより、有機系接着材を用いた場合に起こり得る経時変化を回避できることから、フェルールのずれを効果的に回避することができる。
また、光伝播媒質よりも低い軟化温度を有するガラスを用いて融着することから、光ファイバ部材におけるコア部の変形、ひずみが回避される。
【００１７】
更に、ファイバ終端部の端面を封止したことにより、フォトニッククリスタルファイバ特有の問題点、すなわち空孔内部への開口端面からの水分等の侵入の回避が図られる。
そして、本発明による光制御装置および投影装置は、上述した特性に優れ、フォトニッククリスタルファイバによる安定した光伝播を行うことから確実な光制御と投影を行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ、光制御装置、投影装置およびフォトニッククリスタルファイバ製造方法の実施の形態例を説明するが、本発明は、この実施の形態例に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００１９】
先ず、本発明によるフォトニッククリスタルファイバの実施の形態例について説明する。
図１は、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ９の要部の概略縦断面図を示す。
このフォトニッククリスタルファイバ９は、フォトニッククリスタルファイバ部材１と、その終端部１ａに取着されるフェルール２とを有して成る。
このフェルール２は、例えばその中心に透孔２ｈが形成された筒状体より成る。
そして、フェルール２の透孔２ｈにファイバ部材１の終端部１ａが挿入され、終端部１ａの端面１ｆが、透孔２ｈの開口端面２ｆより透孔２ｈ内に位置するように配置される。
そして、ファイバ部材１とフェルール２とが、ファイバ部材１の光伝播媒質とフェルール２とに比して低融点を有するガラス融着材３、例えば鉛系ガラスあるいは非鉛系のビスマスガラスによって、ファイバ部材１の終端部１ａの空孔５の開口端面５ｆを封止する形で融着される。
【００２０】
〔フォトニッククリスタルファイバ部材の第１の実施の形態〕
この実施の形態例においては、図２に示すように、例えば外径１２５μｍの石英よりなる光伝播媒質４中に、多数の空孔５が、ファイバの長手方向に沿って延在するように配列され、かつその例えば直径約５μｍの横断面に関して、すなわちファイバの長手方向と直交する断面に関して所定の位置関係をもって規則的に配置されて形成される。すなわち、光伝播媒質４側からみれば、伝播媒質４の殆どが、その周囲を空孔によって囲まれるように配置されて、ファイバ部材１の直径方向に大きな屈折率分布すなわち屈折率差を形成する。
また、ファイバ部材１は、その周面に例えばアクリル樹脂よりなる保護層６がコーティングされて成る。
【００２１】
次に、第２の実施の形態として、伝播媒質の一部に利得媒質を有し、入力光、例えば信号光に対し光増幅効果を有するフォトニッククリスタルファイバ部材の実施の形態例を説明する。
〔フォトニッククリスタルファイバ部材の第２の実施の形態〕
この実施の形態例においては、図３に利得媒質を有するフォトニッククリスタルファイバ部材１の終端部１ａの端面１ｆから見た模式的正面図を示すように、ファイバ部材１の例えば石英よりなる光伝播媒質４の中心部に、希土類イオン例えばエルビウム（Ｅｒ）イオン、ネオジウム（Ｎｄ）イオン等がドープされたことにより所定波長の励起光によって所定波長の励起発光がなされる光増幅効果を有する利得媒質７のコア部が、ファイバの長手方向に沿って延在するように配置される。
そして、この利得媒質７により入射光例えば信号光を増幅しつつ、光の伝播が行われるものである。
この利得媒質７のコア部は、例えば長径約８μｍ、短径約３μｍの断面楕円形状とし得る。この利得媒質７のコア部は、例えば励起光によって中心波長約１０６４ｎｍの増幅光を発生させる例えばネオジウム（Ｎｄ）イオンや、屈折率調整のためのアルミニウム（Ａｌ）イオンやゲルマニウム（Ｇｅ）イオンが石英ガラスに添加された構成とすることができる。
また、その周辺には石英ガラスのみで構成される非利得媒質の伝播媒質の周囲に直径約５μｍの空孔５が多数配置されて成る。
【００２２】
また、この実施形態においても、ファイバの長手方向と直交する断面に関して、屈折率分布すなわち屈折率差を有するようにこの断面において所定の位置関係をもって規則的に配置される多数の空孔５がそれぞれファイバの長手方向に沿って延在するように配列形成される。
また、ファイバ部材１は、その周面に、例えばアクリル樹脂よりなる保護層６がコーティングされて成る。
【００２３】
〔フォトニッククリスタルファイバの製造方法の実施の形態〕
上述したフォトニッククリスタルファイバ部材１の終端部１ａにフェルール２を取着する。
フォトニッククリスタルファイバ部材１は、例えば外径約１２５μｍ、長さ約６ｍとする。
フェルール２は、例えば内径約１２７μｍ、外径約１．３ｍｍ、長さ約３ｍｍの超高密度の透光性アルミナ焼結体により構成し得る。
フェルール２は例えば石英あるいは超高密度アルミナより成り、その中心に透孔２ｈが形成された円筒状、角筒状等の筒状体を成す。
そして、例えば図４にその概略縦断面図を示すように、フェルール２の透光２ｈの内部にファイバ部材１の終端部１ａを挿通して、融着作業を行う基台となる断熱体８の上に載置、固定する。このとき、ファイバ部材１の終端部１ａの端面１ｆが、フェルール２の端面２ｆよりも突き出ないようにする。
次に、棒状に線引きされたガラス融着材３例えば鉛系ガラスあるいは非鉛系ビスマスガラスをフェルール２の端面２ｆの中心部上に載置する。
この線引きによる融着ガラス３は、直径約２２０μｍで、線引きされた融着ガラス３を例えば約３０ｍｇ用い得る。また、この融着ガラスは軟化温度が例えば約５６０℃、作業温度が例えば約６２０℃のものを用い得る。
この状態で、図示しないが、例えば小型ヒーターを用いてフェルール２を例えば約６５０℃で３０分間加熱することによりガラス融着材３を溶融し、これをフェルール２内に流し込んでフェルール２の端面２ｆから例えば２ｍｍの深さまで透孔２ｈとファイバ部材１との間にガラス融着材３を充填する。このようにして、ファイバ部材１の終端部１ａにフェルール２を融着固定すると共に、ファイバ部材１の全空孔５の全開口端面５ｆを気密的に封止する。
また、ファイバ部材１の空孔内には、例えばファイバ部材１の終端部の端面から３００μｍ程度流入させる。
このようにして形成したフェルール２の終端面２ｆに対し、光ファイバ用の先端研磨装置を用いて光学研磨を施した。
【００２４】
このようにして形成した、第１の実施の形態による本発明のフォトニッククリスタルファイバについて、光ファイバとしての信頼性の評価を行った。
〔信頼性評価〕
この評価方法について説明する。図５にこの場合の評価装置の概略構成図を示すように、評価試料としての本発明による上述の第１の実施形態によるフォトニッククリスタルファイバ９と、例えば半導体レーザによる励起光用光源１０と、光伝送用ケーブル１１と、コリメータレンズ１２と、集光レンズ１３と、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ９が巻き込まれた巻き込みコイル１４と、光出力計１５とを有する。
励起光用光源１０からの、例えば中心波長約８０７ｎｍ、出力約１８ワットのレーザ光を、光伝送ケーブル１１に入力し、コリメータレンズ１２、集光レンズ１３により、本発明のフォトニッククリスタルファイバ９の終端部から入力する。
【００２５】
この信頼性評価では、集光レンズ１３から本発明のフォトニッククリスタルファイバ９の終端部に入射させる励起光のスポット直径を例えば約５０μｍに調整して入力し、例えば約４０μｍの直径を持つ本発明のフォトニッククリスタルファイバ９へ入射する際に漏れ光が発生するように設定している。
この状態で、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ９からの光出力を光出力計１５で測定したところ約１４ワットあり、反射によって損なわれる分を考慮すると約３ワットほどの出力が洩れ光となっている。
このような構成で２時間連続運転させた結果、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ９に特に変化はみられず、出射光出力の値にも大きな変動は起こらなかった。
これに比し、従来の接着材を用いて光ファイバをフェルールに固着した試料で同様の評価を行ったところ、励起光用光源１０の運転開始後、約５分で接着部分が焼損し、従来の光ファイバからの出射光出力も０．５ワットに低下した。
この結果から、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ９を使用することで、信頼性を高めることができ、光ファイバ端への高出力光の入射時における洩れ光に対する耐性を向上させ、光エネルギー伝送を行う上で好適なことが明らかになった。
【００２６】
次に、第２の実施形態による、本発明のフォトニッククリスタルファイバについて、光増幅性の評価を行った。
〔光増幅性評価〕
この評価方法について説明する。図６にその評価装置の概略構成図を示す。本発明によるフォトニッククリスタルファイバ９と、入力光源すなわち信号光源１６と、ミラー１７と、ダイクロイックミラー１８と、集光レンズ１９と、コリメータレンズ２０と、ダイクロイックミラー２１と、ミラー２２と、集光レンズ２３と、撮像素子２４と、ビームアナライザ２５とを設ける。一方、ポンプ光用光源すなわち励起光用光源２６と、ポンプ光用光源からのポンプ光を伝送するケーブル２７と、コリメータレンズ２８とを有する。また、ダイクロイックミラー１８の集光レンズ１９とは反対側に集光レンズ２９とミラー３０が配置される。
【００２７】
この構成において、光増幅の評価を行う。
まず、信号光源１６から、例えば中心波長約１０６４ｎｍ、パルス幅５ナノ秒で２メガヘルツ間隔、最高出力０．２ワットの信号光を、ミラー１７、ダイクロイックミラー１８によってそれぞれ反射させ、集光レンズ１９によって本発明による光増幅用フォトニッククリスタルファイバ９の一方の終端部に集光、入射させる。
一方、ポンプ光用光源２６から出力された、例えば中心波長約８０７ｎｍのポンプ光は、ポンプ光誘導ケーブル２７からコリメータレンズ２８、集光レンズ２０を経て、フォトニッククリスタルファイバ９に入射させる。
この時、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ９において、上述した利得媒質７を励起し、これにより励起されて例えば中心波長約１０６４ｎｍの波長の光が増幅され、コリメータレンズ２０、ダイクロイックミラー２１、ミラー２２、集光レンズ２３を通じて撮像素子２４に導入され、これによる撮像光をビームアナライザ２５によってアナライズする。
この際、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ９に入射したポンプ光の一部は、集光レンズ１９によってコリメートされ、ダイクロイックミラー１８を透過し、集光レンズ２９によって集光され、ミラー３０によって反射されて、再びフォトニッククリスタルファイバ９に入射されて利得媒質７を励起する。
このような構成で、本発明のフォトニッククリスタルファイバによる光増幅光の強度分布をビームアナライザ２５により観測したところ、ガウス分布に従った強度分布を得ることができた。
これに対し、上述した従来方法に基づいたアーク放電による融解によって空孔の封止加工を施した場合には、増幅光の強度分布が非対称となる結果が得られた。
【００２８】
次に、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ構造を有する光制御装置の実施の形態例を説明する。
〔光制御装置の実施の形態〕
この実施の形態例においては図７（Ａ）にその概略構成図を示すように、光源部３２と、光変調素子３３とを有する。
光源部３２は、入力光源３４と、光増幅用フォトニッククリスタルファイバ９と、励起光用光源（ポンプ光用光源）３５とから成る。
この構成において、光源部３２からの入力光をフォトニッククリスタルファイバ９に導入し、一方、例えば半導体レーザよりなる励起光用光源３５からの励起光をファイバ９に導入して、これを増幅して、光変調素子３３に導入する。
【００２９】
また、別の実施の形態例においては、図７（Ｂ）にその概略構成図を示すように、非線形光学素子よりなる波長変換素子（ＳＨＧ；Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）３６を設ける。図７（Ｂ）において、図７（Ａ）と対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
この場合においては、前述したフォトニッククリスタルファイバ９からの増幅光を波長変換素子３６によって波長変換する。例えばこの場合、入力光源３４からの中心波長約１０６４ｎｍの入力光を、フォトニッククリスタルファイバ９に入射し、励起光光源３５からの例えば中心波長約８０７ｎｍの励起光によって励起し、ファイバ９から例えば中心波長約１０６４ｎｍの光を波長変換素子３６に入射し、これより、その二次光調波である中心波長約５３２ｎｍの緑色の光を光源部３２から得るようにした。
【００３０】
光変調素子３３は、図８にその概略平面図を示すように、例えばマイクロリボンによる光回折素子が配列された、いわゆるＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）は、マイクロリボンによる回折格子が配列されたピクセル３７が、一次元的に多数個配列されて成る。
このピクセル３６の内部構造は、図９にその概略斜視図を示すように、基板３８の上に、両端が支持された例えば６本のレーザ光反射マイクロリボン３９が、平行配列されて回折格子を構成している。
一方、マイクロリボン３９配列部下に差し渡って、基板３８上に、全マイクロリボン３９に対向して、共通の対向電極４０が、マイクロリボン３９との間に、所要の間隙を保持するように形成されて成る。
これらのマイクロリボン３９は、例えばその一つおきのリボン３９と対向電極４０との間に所要の電圧を印加することによって、これらリボン３９の中央部が基板３８から所定の距離に移行保持され、図１０に概略断面図を示すように各ピクセルのマイクロリボン３９に入射光Ｌｉすなわち図７における光源部３２からの光を入射させることにより、１次回折光Ｌｒ（−１）およびＬｒ（＋１）が発生するようになされている。
このようにして、光源部３２からの光を、光変調素子３３によって±１次回折光としての有無あるいは強度（階調）に変調する。
【００３１】
次に、本発明によるフォトニッククリスタルファイバを有する投影装置の実施の形態例を説明する。
【００３２】
〔投影装置の実施の形態〕
この実施の形態においては、図１１にその概略構成図を示すように、赤、緑、および青の光を得る光源部３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂと、これらに対応して設けられたそれぞれ赤、緑、青の一次元投影光学像を得る例えばＧＬＶより成る光変調素子３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂとを有する。そして、これらからの一次元光学像がダイクロイックミラー４３および４４によって合成されてスキャナ４６によってスクリーン４７に二次元光学像として投影するようになされる。光源部３２Ｒ、３２Ｂは図７（Ａ）で示した構成をとり、３２Ｇは図７（Ｂ）で示した構成をとる。また、反射鏡４１と、集光レンズ４２と、投影レンズ４５とを有する。
【００３３】
なお、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ、光制御装置、投影装置およびフォトニッククリスタルファイバの製造方法は、上述した各実施形態例に限定されることなく種々の変形、変更を行い得ることは言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
上述したように、本発明によるフォトニッククリスタルファイバによれば、フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部を、ガラス融着材によってフェルールに固着すると共に、ファイバ部材の空孔を気密的に閉塞したことから、空孔内に水分等が侵入することを回避することができ、フォトニッククリスタルファイバ部材の長所である、高い光伝送効率および高い開口率という本来の特性を損なうことなく、長期にわたって安定的に能力を発揮できるものである。
また、融着材を用いて封止を行うことにより、冒頭に述べた石英ファイバによる場合の高温加熱によるファイバ部材の変形、および出力光の強度分布のひずみを回避でき、適切な光強度分布を有する出力光の保持が図られる。
【００３５】
更に、本発明のフォトニッククリスタルファイバ、また、これによる光増幅ファイバにおいては、ファイバ部材が持つ高い光伝送効率および高い開口率、すなわち高い光強度を維持できることから、この構成による本発明による光制御装置および投影装置においては、効率的かつ安定的に光制御や投影を行うことができるものである。
すなわち、これらの装置においては、光が高出力であることに加え、しばしば長時間にわたって光を出力できる能力が要求される。本発明によるフォトニッククリスタルファイバは、その要求に応え得るものであり、優れた光学的特性を保持することができる。
【００３６】
また、本発明によるフォトニッククリスタルファイバの製造方法によれば、従来の有機系接着材を用いた場合は単にファイバ部材とフェルールとの接着を目的としていたのに対し、フォトニッククリスタルファイバの終端部の端面の空孔を封止する目的も同時に達せられる。
そして、本発明による光制御装置および投影装置は、上述した特性に優れ、フォトニッククリスタルファイバによる安定した光伝播を行うことから確実な光制御と投影を行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフォトニッククリスタルファイバの一例の要部の概略縦断面図である。
【図２】本発明によるフォトニッククリスタルファイバの一例における、フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部の端面から見た模式的正面図である。
【図３】本発明によるフォトニッククリスタルファイバの他の例における、フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部の端面から見た模式的正面図である。
【図４】本発明によるフォトニッククリスタルファイバの製造方法の一例の一部の概略工程図である。
【図５】本発明によるフォトニッククリスタルファイバの信頼性評価装置の一例の概略構成図である。
【図６】本発明によるフォトニッククリスタルファイバの光増幅性評価装置の一例の概略構成図である。
【図７】本発明によるフォトニッククリスタルファイバによる光制御装置の一例の概略構成図である。
【図８】本発明による光制御装置に用いられる、光変調素子の一例の概略構成図である。
【図９】本発明による光制御装置に用いられる、光変調素子を構成する回折格子構造体の一例の概略斜視図である。
【図１０】本発明による光制御装置に用いられる、光変調素子を構成する回折格子構造体における、１次回折光の発生原理の概略図である。
【図１１】本発明によるフォトニッククリスタルファイバによる光制御装置を含む、投影装置の一例の概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・フォトニッククリスタルファイバ部材、１ａ・・・フォトニッククリスタルファイバ部材終端部、１ｆ・・・フォトニッククリスタルファイバ部材端面、２・・・フェルール、２ｆ・・・フェルール端面、２ｈ・・・フェルール内透孔、３・・・ガラス融着材、４・・・光伝播媒質、５・・・空孔、５ｆ・・・空孔開口端面、６・・・保護層、７・・・利得媒質、８・・・断熱体、９・・・フォトニッククリスタルファイバ、１０・・・励起光用光源、１１・・・光伝送用ケーブル、１２・・・コリメータレンズ、１３・・・集光レンズ、１４・・・巻込みコイル、１５・・・光出力計、１６・・・信号（入力）光源、１７・・・ミラー、１８・・・ダイクロイックミラー、１９・・・集光レンズ、２０・・・コリメータレンズ（集光レンズ）、２１・・・ダイクロイックミラー、２２・・・ミラー、２３・・・集光レンズ、２４・・・撮像素子、２５・・・ビームアナライザ、２６・・・ポンプ光用光源、２７・・・ポンプ光誘導ケーブル、２８・・・コリメータレンズ、２９・・・集光レンズ、３０・・・ミラー、３２・・・光源部、３３・・・光変調素子、３４・・・入力光源、３５・・・励起光用光源（ポンプ光用光源）、３６・・・波長変換素子、３７・・・ピクセル、３８・・・基板、３９・・・マイクロリボン、４０・・・対向電極、４１・・・ミラー、４２・・・集光レンズ、４３・・・ダイクロイックミラー、４４・・・ダイクロイックミラー、４５・・・投影レンズ、４６・・・スキャナ、４７・・・スクリーン
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトニッククリスタルファイバ、光制御装置、投影装置およびフォトニッククリスタルファイバの製造方法、すなわち、光伝播媒質中に、多数の空孔が、光ファイバの長手方向に延在配置されて成るいわゆるフォトニッククリスタル構造による光ファイバ、そして、この光ファイバを有する光制御装置、投影装置、更にそのフォトニッククリスタルファイバの製造方法に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
光エネルギー伝播、光増幅がなされる光ファイバにあっては、ファイバ端にフェルールと呼称される接続部品が接合される。
このフェルールの接合は、通常、有機系接着材によっている。しかしながら、この場合、耐熱性の問題、経年変化等の問題、したがって、信頼性に問題があった。
【０００３】
これに対して、側面に例えばＶ字溝等が形成された孔つきのフェルールを用いて、その溝内に光ファイバを沿わせて、軟化温度の低いガラスによってフェルールとファイバとをいわば周面で融着させるという方法の提案がなされた（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、近年、光デジタル通信の著しい発展にともない、数十キロメートル規模の長距離間で、大容量の光通信を行うことが盛んに行われている。
この場合、できるだけ高い光伝送効率と、高い開口率を有する光ファイバが要求されるものであり、このような光ファイバとして、フォトニッククリスタル構造によるファイバ、すなわちフォトニッククリスタルファイバが開発された。
このフォトニッククリスタルファイバは、例えば石英による光伝播媒質、いわゆるコア部の周囲を直径数μｍ以下の微細な空孔が取り巻く構成とすることにより、直径方向に大きな屈折率分布変化をもたせて、高い伝送効率と高い開口率例えば０．５以上の開口率を得るものである。
【０００５】
一方、上述した長距離間、大容量の光通信において、中継地点で光信号を電気信号に変換することなく、光信号を増倍する光ファイバ増幅器が広く用いられる方向にある。
この光ファイバ増幅器においても、上述した高い光伝送効率、高い開口率が得られるフォトニッククリスタルファイバ構成とする光ファイバ増幅器の提案がなされている。
また、高い光伝送効率、高い開口率、光増幅は、光通信分野のみならず、高い光強度が望まれる投影装置等においても、その要求が高まっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−１０９９４４号公報（Ｆｉｇ．２，段落番号［０００３］）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した光エネルギー伝播や、光増幅がなされる光ファイバにおいては、光ファイバ端から、数ワット以上の高出力光の入出力がなされることから、この光ファイバ端の固定には、安全性から、格段の注意を要する。
したがって、上述したファイバの周側面での融着を行う孔つきのフェルールを用いることは、不適当である。また、側面にＶ溝等の孔を具備することのない通常のフェルールを用いる場合においても、有機系接着材を用いる場合、接着材の経時変化によってフェルールに数μｍから数十μｍ程度のずれが生じ、ファイバ端部に入射させるべき高出力光がコアすなわち光伝播媒質からもれ、この光の漏洩に伴う発熱によってこのファイバを有する装置に破損をきたすなど、安全性に問題が生じる。
【０００８】
また、フォトニッククリスタルファイバにおいては、その空孔が、ファイバ端面に開口していることから、この開口を通じて空孔内に、大気中の水分や、汚染物が侵入することによって、ファイバの直径方向の屈折率分布に変化が生じ、本来の光伝送効率を維持できなくなり、性能が低下し、伝播特性、開口率に劣化や変動をきたし、信頼性の低下をきたす。
【０００９】
そこで、フォトニッククリスタルファイバにおいては、その空孔端部の開口端面を封止することが必要となる。
この封止は、光ファイバの伝播媒質を構成する石英ガラスの融点である１６００℃以上に、例えばアーク放電によって２０００℃に端部のみを加熱して、空孔端部を潰す手法などによる。
しかしながらこの手法による場合、光ファイバの端末の変形をきたすことから、例えばファイバからの出力光の強度分布にひずみが生じるなどの不都合が生じる。
また、上述した光ファイバ増幅器構成においては、励起光を伝播させる伝播媒質内に、更に入射光、例えば信号光を伝播させ、励起光の励起によって入力光の増幅を行う利得媒質によるコアの２重構造とされる。この場合においても、コア構造のひずみの発生によって、出力光の強度分布にひずみが発生し、例えば、これに接続する他の光ファイバとの結合部における光伝送効率を低下させるなどの問題が生じる。
【００１０】
本発明の目的は、上述したフォトニッククリスタル構造による光ファイバの端末に関わる諸問題の解決を図るものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によるフォトニッククリスタルファイバは、光伝播媒質中に、多数の空孔が、光ファイバの長手方向に延在配置されて成るフォトニッククリスタルファイバ部材の終端部に、フェルールが配置された構造を有する。
そして、フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部にその端面を含んで、融点が光伝播媒質に比して低く、かつ上記フォトニッククリスタルファイバ部材に導入する光に対して光透過性を有するガラス融着材が融着される。
このガラス融着材の融着によってフォトニッククリスタルファイバ部材に、フェルールが固着されると共に、フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部の端面に開口する空孔の開口端面が封止される構成とするものである。
【００１２】
また、本発明によるフォトニッククリスタルファイバは、上述した構成において、光伝播媒質の少なくとも一部に、励起光によって、所定の波長光を励起発光する利得媒質を有して構成される光ファイバ増幅器を構成するものである。
【００１３】
また、本発明によるフォトニッククリスタルファイバの製造方法においては、光ファイバの光伝播媒質中に、多数の空孔が光ファイバの長手方向に延在配置されて成るフォトニッククリスタルファイバ部材の終端部に、フェルールを配置する工程と、フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部の端面に、融点が光伝播媒質に比して低く、かつこのフォトニッククリスタルファイバ部材に導入する光に対して光透過性を有するガラス融着材を融着する工程とを有する。
そして、ガラス融着材の融着によってフォトニッククリスタルファイバ部材の終端部に、フェルールを固着すると共に、フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部の端面に開口する空孔の開口端面を封止するものである。
【００１４】
また、本発明による光制御装置は、光源部と、光変調素子とを有する。この光変調素子は、マイクロリボンによる光回折素子が配列され、光回折素子の変位によって回折光量を変化させる構成を有して成る。
光源部は、光発振器とフォトニッククリスタルファイバとを有し、このフォトニッククリスタルファイバは、上述した本発明によるフォトニッククリスタルファイバの構成とするものである。
【００１５】
また、本発明による投影装置は、上述した光制御装置、すなわち光源部と、マイクロリボンによる光回折素子が配列され光回折素子の変位によって回折光量を変化させる光変調素子とを有し、その光源部が、光発振器と、フォトニッククリスタルファイバとを有する構成とする。
そして、このフォトニッククリスタルファイバは、上述した本発明によるフォトニッククリスタルファイバの構成とするものである。
【００１６】
本発明によるフォトニッククリスタルファイバにおいては、そのファイバ部材の終端部をガラス融着によって封止したことにより、有機系接着材を用いた場合に起こり得る経時変化を回避できることから、フェルールのずれを効果的に回避することができる。
また、光伝播媒質よりも低い軟化温度を有するガラスを用いて融着することから、光ファイバ部材におけるコア部の変形、ひずみが回避される。
【００１７】
更に、ファイバ終端部の端面を封止したことにより、フォトニッククリスタルファイバ特有の問題点、すなわち空孔内部への開口端面からの水分等の侵入の回避が図られる。
そして、本発明による光制御装置および投影装置は、上述した特性に優れ、フォトニッククリスタルファイバによる安定した光伝播を行うことから確実な光制御と投影を行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ、光制御装置、投影装置およびフォトニッククリスタルファイバ製造方法の実施の形態例を説明するが、本発明は、この実施の形態例に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００１９】
先ず、本発明によるフォトニッククリスタルファイバの実施の形態例について説明する。
図１は、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ９の要部の概略縦断面図を示す。
このフォトニッククリスタルファイバ９は、フォトニッククリスタルファイバ部材１と、その終端部１ａに取着されるフェルール２とを有して成る。
このフェルール２は、例えばその中心に透孔２ｈが形成された筒状体より成る。
そして、フェルール２の透孔２ｈにファイバ部材１の終端部１ａが挿入され、終端部１ａの端面１ｆが、透孔２ｈの開口端面２ｆより透孔２ｈ内に位置するように配置される。
そして、ファイバ部材１とフェルール２とが、ファイバ部材１の光伝播媒質とフェルール２とに比して低融点を有するガラス融着材３、例えば鉛系ガラスあるいは非鉛系のビスマスガラスによって、ファイバ部材１の終端部１ａの空孔５の開口端面５ｆを封止する形で融着される。
【００２０】
〔フォトニッククリスタルファイバ部材の第１の実施の形態〕
この実施の形態例においては、図２に示すように、例えば外径１２５μｍの石英よりなる光伝播媒質４中に、多数の空孔５が、ファイバの長手方向に沿って延在するように配列され、かつその例えば直径約５μｍの横断面に関して、すなわちファイバの長手方向と直交する断面に関して所定の位置関係をもって規則的に配置されて形成される。すなわち、光伝播媒質４側からみれば、伝播媒質４の殆どが、その周囲を空孔によって囲まれるように配置されて、ファイバ部材１の直径方向に大きな屈折率分布すなわち屈折率差を形成する。
また、ファイバ部材１は、その周面に例えばアクリル樹脂よりなる保護層６がコーティングされて成る。
【００２１】
次に、第２の実施の形態として、伝播媒質の一部に利得媒質を有し、入力光、例えば信号光に対し光増幅効果を有するフォトニッククリスタルファイバ部材の実施の形態例を説明する。
〔フォトニッククリスタルファイバ部材の第２の実施の形態〕
この実施の形態例においては、図３に利得媒質を有するフォトニッククリスタルファイバ部材１の終端部１ａの端面１ｆから見た模式的正面図を示すように、ファイバ部材１の例えば石英よりなる光伝播媒質４の中心部に、希土類イオン例えばエルビウム（Ｅｒ）イオン、ネオジウム（Ｎｄ）イオン等がドープされたことにより所定波長の励起光によって所定波長の励起発光がなされる光増幅効果を有する利得媒質７のコア部が、ファイバの長手方向に沿って延在するように配置される。
そして、この利得媒質７により入射光例えば信号光を増幅しつつ、光の伝播が行われるものである。
この利得媒質７のコア部は、例えば長径約８μｍ、短径約３μｍの断面楕円形状とし得る。この利得媒質７のコア部は、例えば励起光によって中心波長約１０６４ｎｍの増幅光を発生させる例えばネオジウム（Ｎｄ）イオンや、屈折率調整のためのアルミニウム（Ａｌ）イオンやゲルマニウム（Ｇｅ）イオンが石英ガラスに添加された構成とすることができる。
また、その周辺には石英ガラスのみで構成される非利得媒質の伝播媒質の周囲に直径約５μｍの空孔５が多数配置されて成る。
【００２２】
また、この実施形態においても、ファイバの長手方向と直交する断面に関して、屈折率分布すなわち屈折率差を有するようにこの断面において所定の位置関係をもって規則的に配置される多数の空孔５がそれぞれファイバの長手方向に沿って延在するように配列形成される。
また、ファイバ部材１は、その周面に、例えばアクリル樹脂よりなる保護層６がコーティングされて成る。
【００２３】
〔フォトニッククリスタルファイバの製造方法の実施の形態〕
上述したフォトニッククリスタルファイバ部材１の終端部１ａにフェルール２を取着する。
フォトニッククリスタルファイバ部材１は、例えば外径約１２５μｍ、長さ約６ｍとする。
フェルール２は、例えば内径約１２７μｍ、外径約１．３ｍｍ、長さ約３ｍｍの超高密度の透光性アルミナ焼結体により構成し得る。
フェルール２は例えば石英あるいは超高密度アルミナより成り、その中心に透孔２ｈが形成された円筒状、角筒状等の筒状体を成す。
そして、例えば図４にその概略縦断面図を示すように、フェルール２の透光２ｈの内部にファイバ部材１の終端部１ａを挿通して、融着作業を行う基台となる断熱体８の上に載置、固定する。このとき、ファイバ部材１の終端部１ａの端面１ｆが、フェルール２の端面２ｆよりも突き出ないようにする。
次に、棒状に線引きされたガラス融着材３例えば鉛系ガラスあるいは非鉛系ビスマスガラスをフェルール２の端面２ｆの中心部上に載置する。
この線引きによる融着ガラス３は、直径約２２０μｍで、線引きされた融着ガラス３を例えば約３０ｍｇ用い得る。また、この融着ガラスは軟化温度が例えば約５６０℃、作業温度が例えば約６２０℃のものを用い得る。
この状態で、図示しないが、例えば小型ヒーターを用いてフェルール２を例えば約６５０℃で３０分間加熱することによりガラス融着材３を溶融し、これをフェルール２内に流し込んでフェルール２の端面２ｆから例えば２ｍｍの深さまで透孔２ｈとファイバ部材１との間にガラス融着材３を充填する。このようにして、ファイバ部材１の終端部１ａにフェルール２を融着固定すると共に、ファイバ部材１の全空孔５の全開口端面５ｆを気密的に封止する。
また、ファイバ部材１の空孔内には、例えばファイバ部材１の終端部の端面から３００μｍ程度流入させる。
このようにして形成したフェルール２の終端面２ｆに対し、光ファイバ用の先端研磨装置を用いて光学研磨を施した。
【００２４】
このようにして形成した、第１の実施の形態による本発明のフォトニッククリスタルファイバについて、光ファイバとしての信頼性の評価を行った。
〔信頼性評価〕
この評価方法について説明する。図５にこの場合の評価装置の概略構成図を示すように、評価試料としての本発明による上述の第１の実施形態によるフォトニッククリスタルファイバ９と、例えば半導体レーザによる励起光用光源１０と、光伝送用ケーブル１１と、コリメータレンズ１２と、集光レンズ１３と、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ９が巻き込まれた巻き込みコイル１４と、光出力計１５とを有する。
励起光用光源１０からの、例えば中心波長約８０７ｎｍ、出力約１８ワットのレーザ光を、光伝送ケーブル１１に入力し、コリメータレンズ１２、集光レンズ１３により、本発明のフォトニッククリスタルファイバ９の終端部から入力する。
【００２５】
この信頼性評価では、集光レンズ１３から本発明のフォトニッククリスタルファイバ９の終端部に入射させる励起光のスポット直径を例えば約５０μｍに調整して入力し、例えば約４０μｍの直径を持つ本発明のフォトニッククリスタルファイバ９へ入射する際に漏れ光が発生するように設定している。
この状態で、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ９からの光出力を光出力計１５で測定したところ約１４ワットあり、反射によって損なわれる分を考慮すると約３ワットほどの出力が洩れ光となっている。
このような構成で２時間連続運転させた結果、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ９に特に変化はみられず、出射光出力の値にも大きな変動は起こらなかった。
これに比し、従来の接着材を用いて光ファイバをフェルールに固着した試料で同様の評価を行ったところ、励起光用光源１０の運転開始後、約５分で接着部分が焼損し、従来の光ファイバからの出射光出力も０．５ワットに低下した。
この結果から、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ９を使用することで、信頼性を高めることができ、光ファイバ端への高出力光の入射時における洩れ光に対する耐性を向上させ、光エネルギー伝送を行う上で好適なことが明らかになった。
【００２６】
次に、第２の実施形態による、本発明のフォトニッククリスタルファイバについて、光増幅性の評価を行った。
〔光増幅性評価〕
この評価方法について説明する。図６にその評価装置の概略構成図を示す。本発明によるフォトニッククリスタルファイバ９と、入力光源すなわち信号光源１６と、ミラー１７と、ダイクロイックミラー１８と、集光レンズ１９と、コリメータレンズ２０と、ダイクロイックミラー２１と、ミラー２２と、集光レンズ２３と、撮像素子２４と、ビームアナライザ２５とを設ける。一方、ポンプ光用光源すなわち励起光用光源２６と、ポンプ光用光源からのポンプ光を伝送するケーブル２７と、コリメータレンズ２８とを有する。また、ダイクロイックミラー１８の集光レンズ１９とは反対側に集光レンズ２９とミラー３０が配置される。
【００２７】
この構成において、光増幅の評価を行う。
まず、信号光源１６から、例えば中心波長約１０６４ｎｍ、パルス幅５ナノ秒で２メガヘルツ間隔、最高出力０．２ワットの信号光を、ミラー１７、ダイクロイックミラー１８によってそれぞれ反射させ、集光レンズ１９によって本発明による光増幅用フォトニッククリスタルファイバ９の一方の終端部に集光、入射させる。
一方、ポンプ光用光源２６から出力された、例えば中心波長約８０７ｎｍのポンプ光は、ポンプ光誘導ケーブル２７からコリメータレンズ２８、集光レンズ２０を経て、フォトニッククリスタルファイバ９に入射させる。
この時、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ９において、上述した利得媒質７を励起し、これにより励起されて例えば中心波長約１０６４ｎｍの波長の光が増幅され、コリメータレンズ２０、ダイクロイックミラー２１、ミラー２２、集光レンズ２３を通じて撮像素子２４に導入され、これによる撮像光をビームアナライザ２５によってアナライズする。
この際、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ９に入射したポンプ光の一部は、集光レンズ１９によってコリメートされ、ダイクロイックミラー１８を透過し、集光レンズ２９によって集光され、ミラー３０によって反射されて、再びフォトニッククリスタルファイバ９に入射されて利得媒質７を励起する。
このような構成で、本発明のフォトニッククリスタルファイバによる光増幅光の強度分布をビームアナライザ２５により観測したところ、ガウス分布に従った強度分布を得ることができた。
これに対し、上述した従来方法に基づいたアーク放電による融解によって空孔の封止加工を施した場合には、増幅光の強度分布が非対称となる結果が得られた。
【００２８】
次に、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ構造を有する光制御装置の実施の形態例を説明する。
〔光制御装置の実施の形態〕
この実施の形態例においては図７（Ａ）にその概略構成図を示すように、光源部３２と、光変調素子３３とを有する。
光源部３２は、入力光源３４と、光増幅用フォトニッククリスタルファイバ９と、励起光用光源（ポンプ光用光源）３５とから成る。
この構成において、光源部３２からの入力光をフォトニッククリスタルファイバ９に導入し、一方、例えば半導体レーザよりなる励起光用光源３５からの励起光をファイバ９に導入して、これを増幅して、光変調素子３３に導入する。
【００２９】
また、別の実施の形態例においては、図７（Ｂ）にその概略構成図を示すように、非線形光学素子よりなる波長変換素子（ＳＨＧ；Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）３６を設ける。図７（Ｂ）において、図７（Ａ）と対応する部分には、同一符号を付して重複説明を省略する。
この場合においては、前述したフォトニッククリスタルファイバ９からの増幅光を波長変換素子３６によって波長変換する。例えばこの場合、入力光源３４からの中心波長約１０６４ｎｍの入力光を、フォトニッククリスタルファイバ９に入射し、励起光光源３５からの例えば中心波長約８０７ｎｍの励起光によって励起し、ファイバ９から例えば中心波長約１０６４ｎｍの光を波長変換素子３６に入射し、これより、その二次光調波である中心波長約５３２ｎｍの緑色の光を光源部３２から得るようにした。
【００３０】
光変調素子３３は、図８にその概略平面図を示すように、例えばマイクロリボンによる光回折素子が配列された、いわゆるＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）は、マイクロリボンによる回折格子が配列されたピクセル３７が、一次元的に多数個配列されて成る。
このピクセル３６の内部構造は、図９にその概略斜視図を示すように、基板３８の上に、両端が支持された例えば６本のレーザ光反射マイクロリボン３９が、平行配列されて回折格子を構成している。
一方、マイクロリボン３９配列部下に差し渡って、基板３８上に、全マイクロリボン３９に対向して、共通の対向電極４０が、マイクロリボン３９との間に、所要の間隙を保持するように形成されて成る。
これらのマイクロリボン３９は、例えばその一つおきのリボン３９と対向電極４０との間に所要の電圧を印加することによって、これらリボン３９の中央部が基板３８から所定の距離に移行保持され、図１０に概略断面図を示すように各ピクセルのマイクロリボン３９に入射光Ｌｉすなわち図７における光源部３２からの光を入射させることにより、１次回折光Ｌｒ（−１）およびＬｒ（＋１）が発生するようになされている。
このようにして、光源部３２からの光を、光変調素子３３によって±１次回折光としての有無あるいは強度（階調）に変調する。
【００３１】
次に、本発明によるフォトニッククリスタルファイバを有する投影装置の実施の形態例を説明する。
【００３２】
〔投影装置の実施の形態〕
この実施の形態においては、図１１にその概略構成図を示すように、赤、緑、および青の光を得る光源部３２Ｒ、３２Ｇ、３２Ｂと、これらに対応して設けられたそれぞれ赤、緑、青の一次元投影光学像を得る例えばＧＬＶより成る光変調素子３３Ｒ、３３Ｇ、３３Ｂとを有する。そして、これらからの一次元光学像がダイクロイックミラー４３および４４によって合成されてスキャナ４６によってスクリーン４７に二次元光学像として投影するようになされる。光源部３２Ｒ、３２Ｂは図７（Ａ）で示した構成をとり、３２Ｇは図７（Ｂ）で示した構成をとる。また、反射鏡４１と、集光レンズ４２と、投影レンズ４５とを有する。
【００３３】
なお、本発明によるフォトニッククリスタルファイバ、光制御装置、投影装置およびフォトニッククリスタルファイバの製造方法は、上述した各実施形態例に限定されることなく種々の変形、変更を行い得ることは言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
上述したように、本発明によるフォトニッククリスタルファイバによれば、フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部を、ガラス融着材によってフェルールに固着すると共に、ファイバ部材の空孔を気密的に閉塞したことから、空孔内に水分等が侵入することを回避することができ、フォトニッククリスタルファイバ部材の長所である、高い光伝送効率および高い開口率という本来の特性を損なうことなく、長期にわたって安定的に能力を発揮できるものである。
また、融着材を用いて封止を行うことにより、冒頭に述べた石英ファイバによる場合の高温加熱によるファイバ部材の変形、および出力光の強度分布のひずみを回避でき、適切な光強度分布を有する出力光の保持が図られる。
【００３５】
更に、本発明のフォトニッククリスタルファイバ、また、これによる光増幅ファイバにおいては、ファイバ部材が持つ高い光伝送効率および高い開口率、すなわち高い光強度を維持できることから、この構成による本発明による光制御装置および投影装置においては、効率的かつ安定的に光制御や投影を行うことができるものである。
すなわち、これらの装置においては、光が高出力であることに加え、しばしば長時間にわたって光を出力できる能力が要求される。本発明によるフォトニッククリスタルファイバは、その要求に応え得るものであり、優れた光学的特性を保持することができる。
【００３６】
また、本発明によるフォトニッククリスタルファイバの製造方法によれば、従来の有機系接着材を用いた場合は単にファイバ部材とフェルールとの接着を目的としていたのに対し、フォトニッククリスタルファイバの終端部の端面の空孔を封止する目的も同時に達せられる。
そして、本発明による光制御装置および投影装置は、上述した特性に優れ、フォトニッククリスタルファイバによる安定した光伝播を行うことから確実な光制御と投影を行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるフォトニッククリスタルファイバの一例の要部の概略縦断面図である。
【図２】本発明によるフォトニッククリスタルファイバの一例における、フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部の端面から見た模式的正面図である。
【図３】本発明によるフォトニッククリスタルファイバの他の例における、フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部の端面から見た模式的正面図である。
【図４】本発明によるフォトニッククリスタルファイバの製造方法の一例の一部の概略工程図である。
【図５】本発明によるフォトニッククリスタルファイバの信頼性評価装置の一例の概略構成図である。
【図６】本発明によるフォトニッククリスタルファイバの光増幅性評価装置の一例の概略構成図である。
【図７】本発明によるフォトニッククリスタルファイバによる光制御装置の一例の概略構成図である。
【図８】本発明による光制御装置に用いられる、光変調素子の一例の概略構成図である。
【図９】本発明による光制御装置に用いられる、光変調素子を構成する回折格子構造体の一例の概略斜視図である。
【図１０】本発明による光制御装置に用いられる、光変調素子を構成する回折格子構造体における、１次回折光の発生原理の概略図である。
【図１１】本発明によるフォトニッククリスタルファイバによる光制御装置を含む、投影装置の一例の概略構成図である。
【符号の説明】
１・・・フォトニッククリスタルファイバ部材、１ａ・・・フォトニッククリスタルファイバ部材終端部、１ｆ・・・フォトニッククリスタルファイバ部材端面、２・・・フェルール、２ｆ・・・フェルール端面、２ｈ・・・フェルール内透孔、３・・・ガラス融着材、４・・・光伝播媒質、５・・・空孔、５ｆ・・・空孔開口端面、６・・・保護層、７・・・利得媒質、８・・・断熱体、９・・・フォトニッククリスタルファイバ、１０・・・励起光用光源、１１・・・光伝送用ケーブル、１２・・・コリメータレンズ、１３・・・集光レンズ、１４・・・巻込みコイル、１５・・・光出力計、１６・・・信号（入力）光源、１７・・・ミラー、１８・・・ダイクロイックミラー、１９・・・集光レンズ、２０・・・コリメータレンズ（集光レンズ）、２１・・・ダイクロイックミラー、２２・・・ミラー、２３・・・集光レンズ、２４・・・撮像素子、２５・・・ビームアナライザ、２６・・・ポンプ光用光源、２７・・・ポンプ光誘導ケーブル、２８・・・コリメータレンズ、２９・・・集光レンズ、３０・・・ミラー、３２・・・光源部、３３・・・光変調素子、３４・・・入力光源、３５・・・励起光用光源（ポンプ光用光源）、３６・・・波長変換素子、３７・・・ピクセル、３８・・・基板、３９・・・マイクロリボン、４０・・・対向電極、４１・・・ミラー、４２・・・集光レンズ、４３・・・ダイクロイックミラー、４４・・・ダイクロイックミラー、４５・・・投影レンズ、４６・・・スキャナ、４７・・・スクリーン
Claims (12)
- 光伝播媒質中に、多数の空孔が、ファイバの長手方向に延在配置されて成るフォトニッククリスタルファイバ部材の終端部に、フェルールが配置され、
上記フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部に、該終端部の端面を含んで、融点が上記光伝播媒質に比して低く、かつ上記フォトニッククリスタルファイバ部材に導入する光に対して光透過性を有するガラス融着材によって融着封止され、
該ガラス融着によって上記フォトニッククリスタルファイバ部材に、上記フェルールが固着されると共に、上記フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部の端面に開口する上記空孔の開口端面が封止されて成ることを特徴とするフォトニッククリスタルファイバ。 - 上記光伝播媒質の少なくとも一部に、励起光によって、所定の波長光を励起発光する利得媒質を有することを特徴とする請求項１に記載のフォトニッククリスタルファイバ。
- 上記光伝播媒質が、石英であることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトニッククリスタルファイバ。
- 上記光伝播媒質の上記利得媒質が、希土類ドープの光伝播媒質であることを特徴とする請求項２に記載のフォトニッククリスタルファイバ。
- 上記ガラス融着材が、上記光伝播媒質に比して低い融点を有する鉛系ガラス、もしくは非鉛系のビスマスガラスであることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトニッククリスタルファイバ。
- 上記フェルールが、石英ガラスもしくは超高密度アルミナより成ることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトニッククリスタルファイバ。
- 光ファイバの光伝播媒質中に、多数の空孔がファイバの長手方向に延在配置されて成るフォトニッククリスタルファイバ部材の終端部に、フェルールを配置する工程と、
上記フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部に、該終端部の端面を含んで、融点が上記光伝播媒質に比して低く、かつ該フォトニッククリスタルファイバ部材に導入する光に対して光透過性を有するガラス融着材を融着封止する工程とを有し、
該ガラス融着材の融着によって上記フォトニッククリスタルファイバ部材に、上記フェルールを固着すると共に、上記フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部の端面に開口する上記空孔の開口端面を封止することを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの製造方法。 - 上記フォトニッククリスタルファイバが、上記光伝播媒質の少なくとも一部に、励起光によって、所定の波長を励起発光する利得媒質を有することを特徴とする請求項７に記載のフォトニッククリスタルファイバの製造方法。
- 光源部と、
マイクロリボンによる光回折素子が配列され、該光回折素子の変位によって回折光量を変化させる光変調素子とを有し、
上記光源部が、光発振器と、フォトニッククリスタルファイバとを有し、
該フォトニッククリスタルファイバが、光伝播媒質中に、多数の空孔が、ファイバの長手方向に延在配置されて成るフォトニッククリスタルファイバ部材の終端部に、フェルールが配置され、
上記フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部に、該終端部の端面を含んで、融点が上記光伝播媒質に比して低く、かつ上記フォトニッククリスタルファイバ部材に導入する光に対して光透過性を有するガラス融着材が融着され、該ガラス融着材の融着によって上記フォトニッククリスタルファイバ部材に、上記フェルールが固着されると共に、上記フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部の端面に開口する上記空孔の開口端面が封止されて成り、
上記光発振器からの光が上記フォトニッククリスタルファイバに導入され、該フォトニッククリスタルファイバから上記光変調素子に対する光照射がなされ、上記変調素子の上記マイクロリボンの変位によって光回折量の制御がなされることを特徴とする光制御装置。 - 上記光伝播媒質の少なくとも一部に、励起光によって、所定の波長光を励起発光する利得媒質を有することを特徴とする請求項９に記載の光制御装置。
- 光源部と、
マイクロリボンによる光回折素子が配列され、該光回折素子の変位によって回折光量を変化させる光変調素子とを有し、
上記光源部が、光発振器と、フォトニッククリスタルファイバとを有し、
該フォトニッククリスタルファイバは、光伝播媒質中に、多数の空孔が、ファイバの長手方向に延在配置されて成るフォトニッククリスタルファイバ部材の終端部に、フェルールが配置されて成り、
上記フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部に、該終端部の端面を含んで、融点が上記光伝播媒質に比して低く、かつ上記フォトニッククリスタルファイバ部材に導入する光に対して光透過性を有するガラス融着材が融着され、該ガラス融着材の融着によって上記フォトニッククリスタルファイバ部材に、上記フェルールが固着されると共に、上記フォトニッククリスタルファイバ部材の終端部の端面に開口する上記空孔の開口端面が封止され、
上記光発振器からの光がフォトニッククリスタルファイバに導入され、該フォトニッククリスタルファイバから上記光変調素子に対する光照射がなされ、上記光変調素子の上記マイクロリボンの変位による光回折量の制御によって投影光学像を形成することを特徴とする投影装置。 - 上記光伝播媒質の少なくとも一部に、励起光によって、所定の波長光を励起発光する利得媒質を有することを特徴とする請求項１１に記載の投影装置。
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