JP2007122068A - ブラッグファイバー格子の屈折率変更方法 - Google Patents

ブラッグファイバー格子の屈折率変更方法 Download PDF

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Abstract

【課題】約１．２４μｍ及び１．４８μｍの波長で放射するラマンファイバーレーザーを簡素化し、ラマン散乱の放射変換の効率を高めるのに使用することができる、ブラッグファイバー格子及びブラッグファイバー格子の屈折率変更方法を提供すること。
【解決手段】ブラッグファイバー格子の屈折率変更方法は、ケイ酸ゲルマニウムガラスから形成した素子をレーザー放射にさらす工程を含み、当該レーザー放射を、アルゴンレーザーが発する放射、ネオジムレーザーの放射の第３高調波、窒素レーザーの放射、クリプトンレーザーの放射、及びヘリウム−カドミウムレーザーの放射からなる群より選び、当該放射の波長を３３３〜３６４ｎｍの範囲とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、レーザー技術、ファイバーオプティックス及び集積光学の分野に関する。
ラマンファイバーレーザーは、波長λ＝１．４８μｍを放射し、そして能動媒質としてのＳｉＯ2＋ＧｅＯ2を基にしたファイバー光導波路、ポンピング源としての波長１．１１７μｍで放射するイッテルビウムレーザー、そしてラマン（誘導結合（ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎａｌ））散乱の第１、第２、第３、第４及び第５のストークス成分のための五つの共振器を形成するそれぞれ１．１７５μｍ、１．２４μｍ、１．３１μｍ、１．４０μｍ及び１．４８μｍの波長についての分布型レフレクターとしての五つのブラッグファイバー格子を含むことが知られている（Ｓ．Ｇ．Ｇｒｕｂｂ， Ｔ．Ｓｔｒａｓｓｅｒ， Ｗ．Ｙ．Ｃｈｅｕｎｇ， Ｗ．Ａ．Ｒｅｅｄ， Ｖ．Ｍｉｚｈａｒｉ， Ｔ．Ｅｒｄｏｇａｎ， Ｐ．Ｊ．Ｌｅｍａｉｒｅ， Ａ．Ｍ．Ｖｅｎｇｓａｒｋａｒ， Ｄ．Ｊ．ＤｉＧｉｏｖａｎｎｉ， Ｄ．Ｗ．Ｐｅｃｋｈａｍ， Ｂ．Ｈ．Ｒｏｃｋｈｅｙ， Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ １．４８μｍ Ｃａｓｃａｄｅｄ Ｒａｍａｎ Ｌａｓｅｒ ｉｎ Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｆｉｂｒｅｓ， Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐ． ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌ．， Ｄａｖｏｓ， ＵＳＡ， １５−１７ Ｊｕｎｅ １９９５， ｐ．１９７−１９９）。
このレーザーの欠点は、５対のブラッグ格子を使用する必要に起因する複雑さと、第５のストークス成分への放射をカバーすることの比較的低い効率である。更に、ブラッグ格子は屈折率変更の度合いが十分でない。
波長λ＝１．４８μｍを放射し、能動媒質としてのＳｉＯ2＋ＧｅＯ2を基にしたファイバー光導波路、ポンピング源としての波長約１μｍで放射する固体レーザー、そしてラマン散乱の第１、第２、第３、第４、第５及び第６のストークス成分のための五つの共振器を形成するそれぞれ１．１１７μｍ、１．１７５μｍ、１．２４μｍ、１．３１μｍ、１．４０μｍ及び１．４８μｍの波長についての分布型レフレクターとしての六つのブラッグファイバー格子を含むラマンファイバーレーザーが知られている（Ｓ．Ｇ．Ｇｒｕｂｂ， Ｔ．Ｓｔｒａｓｓｅｒ， Ｗ．Ｙ．Ｃｈｅｕｎｇ， Ｗ．Ａ．Ｒｅｅｄ， Ｖ．Ｍｉｚｈａｒｉ， Ｔ．Ｅｒｄｏｇａｎ， Ｐ．Ｊ．Ｌｅｍａｉｒｅ， Ａ．Ｍ．Ｖｅｎｇｓａｒｋａｒ， Ｄ．Ｊ．ＤｉＧｉｏｖａｎｎｉ， Ｄ．Ｗ．Ｐｅｃｋｈａｍ， Ｂ．Ｈ．Ｒｏｃｋｈｅｙ， Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ １．４８μｍ Ｃａｓｃａｄｅｄ Ｒａｍａｎ Ｌａｓｅｒ ｉｎ Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｆｉｂｒｅｓ， Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌ． ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌ．， Ｄａｖｏｓ， ＵＳＡ， １５−１７ Ｊｕｎｅ １９９５， ｐ．１９７−１９９）。
このレーザーの欠点は、６対のブラッグ格子を使用する必要に起因する複雑さと、第５のストークス成分への放射をカバーすることの比較的低い効率である。更に、ブラッグ格子は屈折率変更の度合いが十分でない。
本発明が関係するレーザーに最も近いものは、能動媒質としてのＳｉＯ2＋ＧｅＯ2を基にしたファイバー光導波路、ポンピング源としての波長約１．０６μｍで放射するネオジムレーザー、そしてラマン散乱の第１、第２及び第３のストークス成分のための三つの共振器を形成するそれぞれ１．１１７μｍ、１．１７５μｍ及び１．２４μｍの波長についての分布型レフレクターとしての三つのブラッグファイバー格子を含む既知のラマンレーザー（Ｓ．Ｇ．Ｇｒｕｂｂ， Ｔ．Ｅｒｄｏｇａｎ， Ｖ．Ｍｉｚｈａｒｉ， Ｔ．Ｓｔｒａｓｓｅｒ， Ｗ．Ｙ．Ｃｈｅｕｎｇ， Ｗ．Ａ．Ｒｅｅｄ， Ｐ．Ｊ．Ｌｅｍａｉｒｅ， Ａ．Ｅ．Ｍｉｌｌｅｒ， Ｓ．Ｃ．Ｋｏｓｉｎｓｋｉ， Ｇ．Ｎｙｋｏｌａｋ， Ｐ．Ｃ．Ｂｅｃｋｅｒ， Ｄ．Ｗ．Ｐｅｃｋｈａｍ， １．３μｍ Ｃａｓｃａｄｅｄ
Ｒａｍａｎ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ ｉｎ Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｆｉｂｒｅｓ， Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌ． ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌ．， Ｃｏｌｏｒａｄｏ， ＵＳＡ， ３−５ Ａｕｇ． １９９４， １８７−１９０ ）である。
このレーザーの欠点は、３対のブラッグ格子を使用する必要に起因する複雑さと、第３のストークス成分への放射をカバーすることの比較的低い効率である。
エルビウムイオンの緩和（ｒｅｌａｘａｔｉｏｎ）の期間を減らし、結果としてエルビウムイオンからイッテルビウムイオンへのエネルギー反転伝達の減衰を減らすためリンを含有する光ファイバーが知られている（１９９５年７月６日付け米国特許第５２２５９２５号明細書、ＩＰＣ Ｈ０１Ｓ３／１６）。
このファイバーの欠点は、光ファイバーの組成にエルビウムイオンが存在するため１．２４μｍ及び１．４８μｍの波長の放射を得ることが不可能なことである。
分布型レフレクターとして使用され、コアの屈折率が変更されたファイバー光導波路の一部分の形で実用されるブラッグ格子が知られている（１９９５年８月７日付け米国特許第５２３７５７６号明細書、ＩＰＣ Ｈ０１Ｓ ３／１７）。
この格子の欠点は、光ファイバーの化学組成が最適化されていないため効率が低いことである。
波長λが約４８０ｎｍのレーザー放射により光軸に沿ってファイバー光導波路に作用を及ぼす工程を含めて、ケイ酸ゲルマニウムガラスの光導波路の屈折率を変更するための方法が知られている（Ｋ．Ｏ．Ｈｉｌｌ， Ｙ．Ｆｕｊｉｉ， Ｄ．Ｃ．Ｊｏｈｎｓｏｎ ａｎｄ Ｂ．Ｓ．Ｋａｗａｓａｋｉ， Ｐｈｏｔｏｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｒｅ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ： ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｆｉｌｔｅｒ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ． Ａｐｐｌ．， Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． Ｖｏｌ． ３２ （１０）， ６４７−６４９（１９７８））。ここでは、出力が約１Ｗであり、コヒーレント波の長さがおよそＬ＝３０ｃｍであるアルゴンレーザーが使用された。この方法では、二光子相互作用が起こり、すなわち２４０ｎｍの吸収帯が励起された場合に屈折率の変化が得られた。ファイバー光導波路においては、入射しそして表面から反射したビームの相互作用が起こり、それによって光導波路内に格子が形成された。
この方法の欠点は、屈折率の変化Δｎがわずか（≒１０6）であり、形成された格子の間隔を変えることが不可能なことである。
本発明の方法に最も近いものは、ファイバー光導波路に波長がおよそ２４０ｎｍのレーザー放射により導波路表面に対し斜めに作用を及ぼす工程を含めて、ケイ酸ゲルマニウムガラスの光導波路の屈折率を変更する既知の方法（Ｇ．Ｍｅｌｔｓ， Ｗ．Ｗ．Ｍｏｒｅｙ， Ｗ．Ｈ．Ｇｌｅｎ， Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｒａｇｇ ｇｒａｔｉｎｇｓ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｒｅｓ ｂｙ ａ ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｍｅｔｈｏｄ， Ｏｐｔ． Ｌｅｔｔ． Ｖｏｌ． １４ （１５）， ８２３−８２５ （１９８９））である。詳しく言えば、この方法では、アルゴンレーザーの第２高調波（λ＝２４４ｎｍ）、ネオジムレーザーの第４高調波（λ＝２６６ｎｍ）、ＫｒＦを基にしたエキシマレーザー（λ＝２４８ｎｍ）、又は色素レーザー（λ＝２４０ｎｍ）の放射の作用により屈折率を変更することができる。実用上は、エキシマレーザーが一般に使用されるが、これは上述のレーザーの中で一番信頼性に乏しく、一番複雑で且つ高価である。
アルゴンレーザーの第二高調波の放射は出力（Ｗ≒０．２Ｗ）とコヒーレント長（Ｌ＝５ｃｍ）が十分大きくて、それゆえこれを使用すれば、光導波路表面に角度φで二つのビームを導く干渉効果によりファイバー光導波路内に格子が形成される。しかしながら、結果として得られる有効長は、ファイバー光導波路の軸線に沿って放射を導く場合には吸収が強いため格子を形成するのに十分でなく、これは許容できない。角度φを変えれば、形成される格子の間隔を変えることができる。同様の方法によって、ネオジムレーザーの、コヒーレント長Ｌ≒２〜３ｃｍである第４高調波（Ｗ≒１Ｗ）の放射の作用により屈折率の変更を行うことができる。あいにくなことに、このレーザーを使用することは、放射が最大で２４０ｎｍであるケイ酸ゲルマニウムガラスの吸収帯の端に達するので、効率的に十分ではない。ケイ酸ゲルマニウムガラスの吸収帯の中央に達するエキシマレーザー（Ｗ＞２Ｗ）と色素レーザーの第２高調波の強力な放射は、屈折率の十分大きな変化（Δ≒１０-3）を保証する。ところが、これらのレーザーによって放出される放射線はコヒーレント長がわずかであり（Ｌ＜１ｍｍ）、そしてそれは格子を形成する際に干渉効果を利用するのをどちらかと言えば困難にする（格子はレーザー放射線が通り抜ける高価で耐久性のない特別な石英マスクを使って形成される）。
上記の方法の主要な欠点は、波長の非常に短いレーザー放射線を使用し、その結果光学素子が劣化することになり（それは出力が大きくなるにつれて増大する）、また光学素子とファイバー光導波路の誘導損失が加わる（特に、ファイバー光導波路の広い吸収帯は最高で２９０ｎｍである）ことであり、そしてこれは広範囲のいくつかの格子の形成を妨げる。そのような放射線は標準的なファイバー光導波路のポリマークラッディングを通過することができず、そしてこれはそこに格子ができるのを困難にする（光導波路をクラッディングから解放しなくてはならない）。更に、この原型で使用されているレーザー源は十分な信頼性をもたらさない。
本発明は、約１．２４μｍ及び１．４８μｍの波長で放射するラマンファイバーレーザーを簡素化し、そしてラマン散乱の放射変換の効率を高めようとするものである。
そのために、能動媒質として少なくとも１種の不純物ドーパントを有するＳｉＯ2を基にしたファイバー光導波路、ポンピング源として１．０〜１．１μｍの波長範囲で放射するレーザー、そして一つの共振器を形成する１．２０〜１．２８μｍの範囲の波長についての分布型レフレクターとして二つのブラッグ格子を含む、既知のラマンファイバーレーザーにおいて、光ファイバーが上記の不純物ドーパントとしてＰ2Ｏ5を含有し、そして上記の分布型レフレクターが第１のストークス成分のための共振器を形成して、当該光ファイバーは１〜３０モル％の量のＰ2Ｏ5を含有するようにする。
また、能動媒質として少なくとも１種の不純物ドーパントを有するＳｉＯ2を基にしたファイバー光導波路、ポンピング源として１．０〜１．１μｍの波長範囲で放射するレーザー、二つの共振器を形成する、１．２０〜１．２８μｍの範囲の波長についての分布型レフレクターとしての二つのブラッグ格子、及び１．４６〜１．５０μｍの範囲の波長についての分布型レフレクターとしての二つのブラッグ格子を含む、既知のラマンファイバーレーザーにおいて、光ファイバーが上記の不純物ドーパントとしてＰ2Ｏ5を含有し、そして上記の分布型レフレクターが第１及び第２のストークス成分のための共振器を形成して、当該光ファイバーは１〜３０モル％の量のＰ2Ｏ5を含有するようにする。
詳しく言えば、ファイバー光導波路は、その機械的、光学的及びそのほかの特性を向上させるため、またストークス成分の波長を狭い範囲内で変化させるためにも、Ｆ、Ｎ、Ｇｅ、Ａｌ、Ｔｉ及び／又はＢｉを更に含有することができ、この追加の不純物ドーパントは１０-3〜１０モル％の範囲の量で含有される。
詳しく言えば、ポンピング源はネオジムレーザー、イッテルビウムレーザー、半導体レーザー、又はファイバーレーザーとして実現できる。ネオジムレーザーにおける活性素子中のＮｄの含有量は０．１〜２重量％の量でよい。
詳しく言えば、ネオジムレーザーを含むポンピング源は、ＬｉＦ：Ｆ2を基にした再構成用部材（ｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ ｍｅｍｂｅｒ）を追加して含むことができる。
詳しく言えば、ネオジムレーザーの活性部材は、アルミン酸イットリウム、フッ化リチウム、イットリウム−アルミニウムガーネット、ガドリニウム−ガリウムガーネット、ガドリニウム−カルシウム−マグネシウム−ジルコニウム−ガリウムガーネット、又はカルシウム−ニオブ−ガリウムガーネットを基にして実現することができる。
詳しく言えば、ファイバーレーザーにおいて、ファイバー光導波路の長さは１〜１００ｍでよい。
詳しく言えば、ファイバー光導波路の長さは１〜１０ｋｍでよい。更に、ファイバー光導波路は階段型の屈折率プロファイルを有するものとして実現することができる。別の態様では、ファイバー光導波路のコアはその横断面にわたって変化する屈折率を有するものとして実現することができる。
詳しく言えば、コアの屈折率とファイバー光導波路クラッディングの屈折率との差は１０-5以上でよい。
本発明においては、光導波路のコアの屈折率がその長さに沿って変更された、ＧｅＯ2を含めて少なくとも１種の不純物ドーパントを有するＳｉＯ2を基にしたファイバー光導波路の一部分の形でもって実現されたブラッグファイバー格子において、ＧｅＯ2の含有量が１１〜３９モル％の範囲内にあるようにする。
詳しく言えば、光学的及び機械的特性の向上を目的として、ブラッグ格子のファイバー光導波路は不純物ドーパントとして更にＦ、Ｎ、Ｐ、Ａｌ、Ｔｉ及び／又はＢｉを含有することができ、この追加の不純物ドーパントの含有量は１０-3〜１０モル％の範囲内でよい。
詳しく言えば、ブラッグ格子において、ファイバー光導波路の長さにわたる変更された屈折率の周期的変化は１０-6〜１０-2の範囲内でよい。
詳しく言えば、ファイバー光導波路の部分の長さは１〜１００ｍの範囲内でよい。
詳しく言えば、波長範囲が１．２０〜１．２８μｍでのブラッグ格子の反射率は９５〜１００％でよい。
また、波長範囲が１．２０〜１．２８μｍでのブラッグ格子の反射率は１０〜８０％でよい。
また、波長範囲が１．４６〜１．５０μｍでのブラッグ格子の反射率は９５〜１００％でよい。
また、波長範囲が１．４６〜１．５０μｍでのブラッグ格子の反射率は１０〜８０％でよい。
更に、レーザー放射によりガラスに作用を及ぼす工程を含むケイ酸ゲルマニウムガラスの屈折率を変更するための既知の方法において、この作用を波長範囲が２７０〜３８０ｎｍの放射により及ぼすようにする。
詳しく言えば、ケイ酸ゲルマニウムガラス製の素子の光軸に沿ってレーザー放射を導くことができる。別の態様においては、レーザー放射を、ケイ酸ゲルマニウムガラス製の素子の表面に対して斜めに導き、あるいはその光軸に沿って且つ素子表面に対して斜めに同時に導く。
詳しく言えば、素子はファイバー光導波路の一部分として実現され、その上には保護ポリマークラッディングが適用される。
また、上記素子はプレートの形でもって実現することができる。
詳しく言えば、ガラスに対してなされるべき作用は、アルゴンレーザーの紫外線により及ぼすことができる。別の素子においては、ガラスに対してなされるべき作用は、ネオジムレーザー、窒素レーザー、クリプトンレーザーにより放射される放射線の第３高調波、又はヘリウム−カドミウムレーザーによる紫外線によって及ぼされる。
本発明が関係するラマンファイバーレーザー、それらで使用される本発明のブラッグファイバー格子、及びブラッグ格子の屈折率を変更するための方法は、全て上述の単一レーザーにより関係づけられ、そして上記の技術的目的を達成する。
１．２４μｍの波長を放射するラマンレーザー（図１）は、ポンピング源１、ファイバー光導波路２、第１のストークス成分のための光共振器のブランク分布型レフレクターを形成する格子３、そして同じ共振器のための出力側分布型レフレクターであるレフレクター４を含み、上記のファイバー光導波路のうちの一部分がブラッグファイバー格子３及び４になる。ポンピング源１のタイプ、そして実現可能な場合において、その再構成用のそれ、及びその放射の波長は、ラマンファイバーレーザー放射波長の微調整の必要性に基づいて選ばれる。
レーザー（図１）は次のようにして作用する。ポンピング源１からのポンピング放射が、ファイバー光導波路２において強制連合散乱（ｆｏｒｃｅｄ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎａｌ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）のため変換される。上記の原型では、出力側において第３のストークス成分が得られたが、本発明が関係するレーザー（図１）では第１のストークス成分が得られる。第１のストークス成分への変換の効率は第３のものへのそれよりも明らかに高く、そして変換自体はより簡単である。効率を高めるため、上記のレーザー（図１）においては、上記の原型におけるように、レフレクター（ブラッグ格子）３及び４により形成される共振器を第１のストークス成分放射が多数通過する際の共振変換（ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）が利用される。ところが、上記の原型においては、光共振器の形成は第１のストークス成分についてだけではなく、第２及び第３のストークス成分についても必要とされる。
第１の態様（図１）と比較して１．４８μｍの波長用のラマンファイバーレーザー（図２）は、ブラッグファイバー格子５及び６であるファイバー導波路のうちの一部分を更に含み、格子５は第２のストークス成分のための光共振器のブランク分布型レフレクターを形成し、そしてレフレクター６は同じ共振器のための出力側分布型レフレクターである。更に、格子４の代わりに第２の格子３がある。このレーザー（図２）においては、第２のストークス成分が得られ、一方、最も近い類似物では第６のものが得られる。第２のストークス成分への変換の効率は第６のものへのそれより明らかに高く、且つ変換それ自体はより簡単である。上記の類似物は第１、第２、第３、第４、第５及び第６のストークス成分についての光共振器を作ることを必要とするが、本発明が関係するレーザー（図２）では第１及び第２のものについてだけに過ぎない。
本発明のブラッグファイバー格子（図３）は、上記の原型におけるように、コア７とクラッディング８とを含むファイバー光導波路の一部分であり、このコアにおいては屈折率がより高い部分９と標準の屈折率（すなわち平均の値よりも小さい）の部分１０が周期的に交替する。この格子は、上記の原型と全く同じように作用する。唯一の違いは、本発明の格子（図３）ではファイバー光導波路の新しい構成のために、屈折率の最大値と最小値との差（変更度）がより大きくなることである。ドーパントに関連するストークス成分は、共振器に導入された追加の長間隔の格子又は特別な出力用格子を使って抑制された。
ブラッグファイバー格子を形成する過程では、長手方向の配置の場合（図５）には光導波路１１の光軸に沿ってレーザー放射１２を導き、横断方向の配置の場合（図６）には光導波路１１の表面に対して角度φでレーザー放射１２を導き、また長手−横断方向の配置の場合（図７）には、光導波路１１の光軸に沿い且つその表面に対して斜めに、レーザー放射１２を同時に導く。図５、６及び７は、格子が形成される領域１３も示している（図５ではそれはファイバー光導波路１１の全部を占めている）。図５、６及び７のレーザービーム１２の方向は矢印で示されている。
実験から、伝統的に利用される１８０〜２４０ｎｍの波長に近い吸収帯ばかりでなくおよそ３３０ｎｍの波長を持つより弱い吸収帯にも達する波長を有するレーザー放射（図４）の作用により、産業上の利用可能性のために必要とされるケイ酸ゲルマニウムガラスの屈折率の変更を行うことができることが示された。そのような放射はファイバー光導波路の保護ポリマークラッディングを通り抜ける。２７０〜３９０ｎｍの範囲内の放射波長を提供するのに、上記の原型のものよりも信頼でき且つ耐久性のあるレーザーを使用することができる。詳しく言えば、放射の第３高調波を使用し（本発明の方法におけるように）、第４のもの（上記の原型におけるように）を使用しない場合に、ネオジムレーザーがより信頼性のある放射源であることは明らかである。同じことがアルゴンレーザーにも当てはまり、本発明の方法では放射の主要線（ｍａｉｎ ｌｉｎｅｓ）のうちの一つを使用する一方、上記の原型においては第２高調波が使用される。
発明者らの実験で、ケイ酸ゲルマニウムガラスによる上記の範囲でのレーザー吸収は屈折率の所望の変更を行うのを少しも妨げないことが証明された。２９０ｎｍに近い最大の吸収帯では誘導損失が全くないことも発見された。当該範囲でのわずかな損失は横断方向の配置（図６）においてばかりでなく、長手方向の配置においても（図５）また横断−長手方向の配置（図７）においても、格子を形成するのを可能にする。長手方向の配置（図５）では、格子間隔は変えることができず、そして横断方向の配置（図６）と長手−横断方向の配置（図７）では、角度φを変更することによりそれを変えることができる。
上記の原型と比較して、本発明の方法で使用される波長がより長い（光子のエネルギーがより少ない）放射は、光学素子の顕著な劣化を招かない。
出力が１．５Ｗであり、ファイバー光導波路の長さが３０ｍであり、レーザーのコアが０．５重量％のＮｄを含有している既知のネオジムファイバーレーザーを、ポンピング源１として使用した。ブラッグ格子３、４、５及び６は光ファイバーの長さ１ｍの部分の形でもって構成され、このファイバーのコア７は２１モル％のＧｅＯ2を含有しており、その屈折率は適切に変更されていて、変更度は８×１０-4に達していた。波長１．２４μｍ及び１．４８μｍでの格子３と５の反射率はそれぞれ９９％であり、格子４と６の波長１．２４μｍ及び１．４８μｍでの反射率はそれぞれ２０％であった。ファイバー光導波路２は長さが１０ｍであり、そのコアは１９モル％のＰ2Ｏ5を含有していた。ネオジムレーザー１のファイバー光導波路、ファイバー光導波路２そしてブラッグ格子３、４、５及び６のファイバー光導波路の横断寸法は、標準的なものであった。これらの光導波路は、気相からの化学的堆積の方法を使用する標準的な技術により製作した（Ｄｅｖｙａｔｙｋｈ Ｇ．Ｇ．， Ｄｉａｎｏｗ Ｅ．Ｍ．， Ｆｉｂｒｅ Ｌｉｇｈｔ Ｇｕｉｄｅｓ ｗｉｔｈ Ｌｏｗ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｏｓｓｅｓ， ＵＳＳＲ Ａｃａｄ． ｏｆ Ｓｃ． Ｃｏｕｒｉｅｒ， １９８１， ｉｓｓ． １０， ｐ．５４−６６）。それらは溶接して一体化された。
本発明の方法を実施するに当たり、次に掲げるレーザーのうちの一つを使用した。それらのレーザーとは、１）アルゴンレーザー（波長３３３、３５０及び／又は３６４ｎｍの紫外線）、２）イットリウム−アルミニウムガーネットを基にしたネオジムレーザー（波長３５５ｎｍの第３高調波）、３）窒素レーザー（波長３３０ｎｍ）、４）クリプトンレーザー（波長３５０ｎｍ）、５）ヘリウム−カドミウムレーザー（波長３３０及び／又は３５０ｎｍの紫外線）であった。これらのレーザーは全てが、伝統的に使用されているＫｒＦを基にしたエキシマレーザーより本質的に信頼性があり且つ耐久性がある。格子を形成する目的で２４４ｎｍの波長を持つアルゴンレーザーの第２高調波の十分強力な放射を供給することは、その基礎周波数の放射を得るのよりも困難である。同様に、第４高調波の放射を供給及び使用することはその第３高調波よりも困難である。本発明の方法を実現する装置においては、波長３０８ｎｍ、３５１ｎｍ、３５２ｎｍで放射するエキシマレーザーを使用することができるが、この場合本発明の方法の全部の利益が実現されることはなかろう。使用したレーザーと実験上の配置のパラメーターは下記の表に示される。
詳しく言えば、本発明の方法を使ってケイ酸ゲルマニウムガラスのファイバー光導波路に間隔の長い格子を作った。水素雰囲気を使用し、且つ水素による処理を利用せずに、ファイバー光導波路を構成した。格子は、干渉法（図５、６及び７）により、そして一収束レーザービーム（「ポイント−バイ−ポイント」モード）を使って形成した。
本発明の方法を利用して製作した間隔２００μｍの格子の試験から、それらが原型を使用したものと同じように実用向きであり、屈折率の変化はΔｎ≒１０-4を超えることが証明された。更に、原型の追加の損失特性は存在しなかった。水素の存在下で得られたケイ酸ゲルマニウムガラスを使用した場合、誘導損失の本質的な減少が認められた。
本発明の発明により実現されたブラッグ格子（図３）を有するラマンファイバーレーザー（図１及び２）の試験から、上記の設定目的は、それらを使用する場合に、すなわち波長１．２４μｍ及び１．４８μｍで放射するラマンファイバーレーザーの簡素化を行い、そしてラマン散乱において放射変換の効率が上昇する場合に達成されることが証明された。
本発明は、エレクトロニックリピーターに代えて広帯域ファイバーオプティックス通信系で使用される信号のファイバー増幅器のポンピング装置用の装置において産業的に利用可能である。本発明の方法はまた、ケイ酸ゲルマニウムガラス製のファイバー及び導波路光学素子の製作、詳しく言えばファイバーブラッグ格子、長間隔格子、散乱補償器、集積光学導波路等の製作に利用することもできる。
Figure 2007122068
１．２４μｍの波長を放射するラマンファイバーレーザーを説明する図である。 １．４８μｍの波長を放射するラマンファイバーレーザーを説明する図である。 ブラッグファイバー格子を模式的に説明する図である。 ケイ酸ゲルマニウムガラスの特性である吸収スペクトルを示す図である。 ブラッグ格子の形成中におけるファイバー光導波路の部分とレーザー放射ビームの相対的な位置の態様を模式的に示す図である。 ブラッグ格子の形成中におけるファイバー光導波路の部分とレーザー放射ビームの相対的な位置の態様を模式的に示すもう一つの図である。 ブラッグ格子の形成中におけるファイバー光導波路の部分とレーザー放射ビームの相対的な位置の態様を模式的に示す更にもう一つの図である。
符号の説明
１ ポンピング源
２ 光ファイバー導波路
３、４、５、６ ブラッグファイバー格子
７ コア
８ クラッディング
１１ 光導波路
１２ レーザー放射

Claims (11)

  1. １種の不純物ドーパントＧｅＯ2を含有するＳｉＯ2を基にしたファイバー光導波路のうちの一部分の形で実現されているブラッグファイバー格子であり、当該光導波路のコアの屈折率がその長さに沿って変更されているブラッグファイバー格子であって、ＧｅＯ2の含有量が１１〜３９モル％の範囲内であることを特徴とするブラッグファイバー格子（３、４、５、６）。
  2. 前記ファイバー光導波路が、Ｆ、Ｎ、Ｐ、Ａｌ、Ｔｉ及びＢｉからなる群より選ばれる少なくとも１種の追加の不純物ドーパントを１０-3〜１０モル％の量で含有していることを特徴とする、請求項１記載の格子（３、４、５、６）。
  3. 前記ファイバー光導波路の長さに沿った屈折率の周期的変化が１０-6〜１０-2の範囲内であることを特徴とする、請求項１記載の格子（３、４、５、６）。
  4. １．２０〜１．２８μｍの波長範囲内の前記ファイバーの表面からの反射率が９５〜１００％であることを特徴とする、請求項１記載の格子（３）。
  5. １．２０〜１．２８μｍの波長範囲内の前記ファイバーの表面からの反射率が１０〜８０％であることを特徴とする、請求項１記載の格子（４）。
  6. １．４６〜１．５０μｍの波長範囲内の前記ファイバーの表面からの反射率が９５〜１００％であることを特徴とする、請求項１記載の格子（５）。
  7. １．４６〜１．５０μｍの波長範囲内の前記ファイバーの表面からの反射率が１０〜８０％であることを特徴とする、請求項１記載の格子（６）。
  8. ケイ酸ゲルマニウムガラスをレーザー放射（１２）にさらす工程を含む、ブラッグファイバー格子の屈折率の変更方法であって、当該レーザー放射の波長が２７０〜３９０ｎｍの範囲にあり、素子として使用されるものが、１種の不純物ドーパントＧｅＯ2を含有するＳｉＯ2を基にした、プレート及び光導波路のうちの部分からなる群より選ばれる素子であり、光導波路のコアの屈折率をその長さに沿って変更することを特徴とする、ブラッグファイバー格子の屈折率変更方法。
  9. 前記レーザー放射（１２）をケイ酸ゲルマニウムガラス製の前記素子の表面に対して斜めに及び／又はその光軸に沿って導くことを特徴とする、請求項８記載の方法。
  10. 前記ブラッグファイバー格子をファイバー光導波路に作製する際に、当該ファイバー光導波路にポリマークラッディングを適用し、このクラッディングは当該格子を形成するのに使用される波長に対して透明であることを特徴とする、請求項８記載の方法。
  11. 前記ガラスを、アルゴンレーザーの紫外線、ネオジムレーザーの放射の第３高調波、窒素レーザーの放射、クリプトンレーザーの紫外線、又はヘリウム−カドミウムレーザーの紫外線にさらすことを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか一つに記載の方法。
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