JP2008065151A - ファイバ及びファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトニック結晶ファイバにおいて、端面を適切に保護するとともに、入射端面の強度を上げ、損傷閾値を上げて、入射端面での表面絶縁破壊を防止すること可能なファイバを提供する。
【解決手段】ファイバは、フォトニック結晶ファイバ２と、撥油材４と、ドロップレットレンズ３とを具備している。撥油材４は、フォトニック結晶ファイバ２のエアホール内にコーティングされている。ドロップレットレンズ３は、フォトニック結晶ファイバ２の端部にシリコンオイルで形成されている。撥油材４は、シリコン系撥油材、又は、フッ素系撥油材を含んでいても良い。シリコン系撥油材としては、パーフロロアルキルシラザンが例示される。
【選択図】図２

Description

本発明は、ファイバ及びファイバの製造方法に関し、特にフォトニック結晶ファイバを用いたファイバ及びファイバの製造方法に関する。

光ファイバや光導波路として、フォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ：Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｅｒ）が知られている。ＰＣＦは、通常の光ファイバと異なり、実効面積の小さなコアとコアの周囲に周期的に配置されたエアホール群により、光を閉じ込めて伝播させている。従来の光ファイバと比較して非常に大きな非線形効果が得られるものがあるため、幅広い用途での利用が考えられている。

図１は、ＰＣＦの種類の代表的な例を示す断面図である。図１（ａ）、図１（ｂ）は、屈折率導波型ＰＣＦ（Ｉｎｄｅｘ Ｇｕｉｄｉｎｇ ＰＣＦ）である。純粋なシリカガラスのコアと、そのコアの周囲に周期的に配置されたエアホールを有するクラッドとを備える。図１（ａ）のＰＣＦは、直径の比較的小さい多数のエアホールからなる。図１（ｂ）のＰＣＦは、直径の比較的大きい少数のエアホールからなる。図１（ｃ）は、ホールアシスト型ファイバ（Ｈｏｌｅ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ｆｉｂｅｒ）である。ドーパントをドープしたシリカガラスのコアと、そのコアの周囲に周期的に配置されたエアホールを有するクラッドとを備える。図１（ｄ）は、中空コア型ＰＣＦ（Ｈｏｌｌｏｗ Ｃｏｒｅ ＰＣＦ）である。中空なコアと、そのコアの周囲に周期的に配置されたエアホールを有するクラッドとを備える。

一般に、ファイバの入射端面は、コアが損傷して表面絶縁破壊が起きる損傷閾値が最も低いため、ファイバへの入射光量やファイバ内の光強度を決めるポイントとなる。ＰＣＦの場合、入射端面における損傷閾値は、通常の光ファイバに比較して桁違いに小さい。それは、ＰＣＦがコアとエアホールとを幾何学的に配置させた複雑な構造を有するためである。したがって、特に非線形性を用いる白色光発生や誘導ラマン散乱やファイバーレーザなどの応用において、この入射端面の強度を上げ、損傷閾値を上げることが重要となっている。この端面の表面での損傷は、（１）真空（大気）と誘電体との境界での電界ひずみ、（２）表面粗さや表面欠陥に吸収された熱によるひずみ、（３）ダストの付着や表面の汚染などが入力光により加熱されて生じる熱によるひずみ、などが考えられる。入射端面を損傷から保護し、入射端面の強度を上げ、損傷閾値を上げることが可能な技術が望まれる。

従来、ファイバの端面については、端面を保護するため、又は、開口数を増加するために、（１）微小光学素子を付ける、（２）端面を球形状に研磨する、ことなどが行なわれている。（１）については、コアに対して精度の高いアライメントが必要になる。加えて、ファイバとレンズガラスとの間には屈折率マッチング液もしくは光学接着などが必要になる。また、（２）については、クラッド径が小さいため、球面を作るためには特殊な研磨が必要になる。しかし、ＰＣＦのようなエアホールを有するファイバでは、屈折率液体のエアホール内への浸入や、研磨による微細な構造損傷などの問題があり、接着も困難、研磨も困難である。ファイバの端面を適切に保護する技術が望まれる。

特開２００５−３１４５６号公報に片持ち梁構造を有する光ビームスキャナが開示されている。この光ビームスキャナは、光ビームを走査する光走査部が片持ち梁構造の光導波路と該片持ち梁構造の光導波路を駆動する駆動手段によって構成されている。該駆動手段で該片持ち梁構造の光導波路が駆動されることで該片持ち梁構造の光導波路の端部から出射される光ビームが走査される。片持ち梁構造の光導波路の端部には、フォトニック結晶によって構成されたコリメータが設けられ得る。

特開２００４−４３２４号公報にフォトニック結晶ファイバの端末処理方法が開示されている。このフォトニック結晶ファイバの端末処理方法は、ファイバ中心をなし且つ中実に形成されたコア部と、該コア部を囲うように設けられ且つ該コア部に沿って延びる多数の細孔を有する多孔部と、を備えたフォトニック結晶ファイバのファイバ端面を研磨する。フォトニック結晶ファイバの端末処理方法は、上記ファイバ端面の研磨を行なう前に、上記ファイバ端部の細孔の開口を閉塞材で塞ぎ、該ファイバ端面の研磨を行なった後に、上記ファイバ端部の細孔の開口を塞いだ閉塞材を除去する。閉塞材は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂のうちいずれかであっても良い。

特開２００６−１７１５８０号公報に光波形整形器が開示されている。この光波形整形器は、光可飽和吸収特性を有する媒質を利用している。光波形整形器は、中空部を光が伝搬する中空ファイバの該中空部に、光可飽和吸収特性を有する光学結晶粉末、又は該光学結晶粉末を含む材料が挿入されている。光学結晶粉末又は該光学結晶粉末を含む材料と、それら材料を溶け込んだ液体が挿入されていても良い。

特開２００５−２８９７６９号公報にフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法が開示されている。このフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法は、コア部材となる石英ガラス棒若しくは中空石英ガラス管の周囲にエアホールを構成するための複数本の中空石英ガラス管を密着配置して石英ガラス管束とし、このエアホール用石英ガラス管束をさらにサポート用中空石英ガラス管内に挿入して一体化する。フォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法において、前記コア部材及び前記複数本のエアホール用石英ガラス管のそれぞれの周囲に石英ガラス粉末からなるスートを付着させた後にこれらのコア部材及びエアホール用石英ガラス管を密着配置してエアホール用石英ガラス管束とし、次いで前記エアホール用石英ガラス管束を加熱して前記スートをガラス化してエアホール用石英ガラス管束のコア部材及び各石英ガラス管同士を固定させてから前記エアホール用石英ガラス管束をサポート用中空石英ガラス管内に挿入して一体化する。

特開２００５−７０４６１号公報に偏波保持フォトニック結晶ファイバ、そのファイバ端部処理方法、光ファイバ融着接続装置を制御するためのコンピュータープログラム及びそのプログラムの読み取り可能な記録媒体が開示されている。この偏波保持フォトニック結晶ファイバは、コアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿って延びるように形成された複数の細孔によりファイバ半径方向にフォトニック結晶構造が構成されたクラッドと、を備え、偏波主軸方向又はそれに垂直な方向に配設されたファイバ長さ方向に沿って延びる少なくとも一対のマーカー用細孔が形成されている。偏波保持フォトニック結晶ファイバは、ファイバ端部において、上記複数の細孔の少なくとも一部が封止されて、任意の方向のファイバ側面視で上記マーカー用細孔が視認可能とされている。

特開２００５−３１４５６号公報 特開２００４−４３２４号公報 特開２００６−１７１５８０号公報 特開２００５−２８９７６９号公報 特開２００５−７０４６１号公報

本発明の目的は、ＰＣＦファイバにおいて、より高強度の入力光を取り扱うことが可能なファイバ及びファイバの製造方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、ＰＣＦファイバにおいて、端面を適切に保護するとともに、入射端面での表面絶縁破壊を防止することが可能なファイバ及びファイバの製造方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、ＰＣＦファイバにおいて、入射端面の強度を上げ、損傷閾値を上げることが可能なファイバ及びファイバの製造方法を提供することにある。

以下に、発明を実施するための最良の形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための最良の形態との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、特許請求の範囲に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

上記課題を解決するために、本発明のファイバは、フォトニック結晶ファイバ（２）と、フォトニック結晶ファイバ（２）のエアホール（２ａ）内にコーティングされた撥油材（４）と、フォトニック結晶ファイバ（２）の端部にシリコンオイルで形成されたドロップレットレンズ（３）とを具備する。
本発明では、フォトニック結晶ファイバ（２）の端部のエアホール（２ａ）内を撥油材（４）でコーティングし、フォトニック結晶ファイバ（２）のエアホール（２ａ）内部へのシリコンオイルの浸入を抑えることにより、その端面に付着させたドロップレットレンズ（３）をそのまま維持し、使用することが可能になる。ドロップレットレンズ（３）は液体状のレンズなので、半球に近いレンズが、液体の表面張力と液体の粘性率、フォトニック結晶ファイバ（２）のクラッド断面の真円度、コアー・クラッドの同軸性を使って、自動求心、自動平滑曲面形状に作ることが可能になる。なお、フォトニック結晶ファイバ（２）の端部は、その端面とその近傍のエアホール（２ａ）の内壁面とを含む。

上記のファイバにおいて、撥油材（４）は、シリコン系撥油材又はフッ素系撥油材を含むことが好ましい。
本発明において、シリコン系撥油材及びフッ素系撥油材は、ドロップレットレンズ（３）の材料であるシリコンオイルに対する撥油性を有している。これらの材料を用いることで、エアホール（２ａ）内部へのシリコンオイルの浸入を抑えることができる。シリコン系撥油材としては、パーフロロアルキルシラザンが例示され、ｍ−キシレンヘキサフロライドを溶媒として用いることが出来る。

上記課題を解決するために、本発明のファイバの製造方法は、（Ａ）フォトニック結晶ファイバ（２）のエアホール（２ａ）内に撥油材（４）をコーティングする工程と、（Ｂ）フォトニック結晶ファイバ（２）の端部にシリコンオイルでドロップレットレンズ（３）を形成する工程とを具備する。
本発明では、フォトニック結晶ファイバ（２）の端部のエアホール（２ａ）内を撥油材（４）でコーティングし、フォトニック結晶ファイバ（２）のエアホール（２ａ）内部へのシリコンオイルの浸入を抑えることにより、その端面にドロップレットレンズ（３）を付着させることが可能になる。ドロップレットレンズ（３）は液体状のレンズなので、半球に近いレンズが、液体の表面張力と液体の粘性率、フォトニック結晶ファイバ（２）のクラッド断面の真円度、コアー・クラッドの同軸性を使って、自動求心、自動平滑曲面形状に作ることが可能になる。なお、フォトニック結晶ファイバ（２）の端部は、その端面とその近傍のエアホール（２ａ）の内壁面とを含む。

上記のファイバの製造方法において、撥油材（４）は、シリコン系撥油材又はフッ素系撥油材を含むことが好ましい。
本発明において、シリコン系撥油材及びフッ素系撥油材は、ドロップレットレンズ（３）の材料であるシリコンオイルに対する撥油性を有している。これらの材料を用いることで、アホール（２ａ）内部へのシリコンオイルの浸入を抑えることができる。

上記のファイバの製造方法において、撥油材（４）は、パーフロロアルキルシラザンを含むことが好ましい。
本発明において、パーフロロアルキルシラザンはシリコン系撥油材の中でも、シリコンオイルに対する高い撥油性を有している。

上記のファイバの製造方法において、撥油材（４）は、ｍ−キシレンヘキサフロライドを溶媒として含むことが好ましい。
本発明において、ｍ−キシレンヘキサフロライドはパーフロロアルキルシラザンの濃度調節に好適であり、その濃度調節により、撥油材（４）の膜厚やフォトニック結晶ファイバ（２）のエアホール（２ａ）内部への浸入深さを調節できる。

上記のカーボンチューブの製造方法において、（Ａ）工程は、（Ａ１）フォトニック結晶ファイバ（２）の端部を撥油材（４）に浸す工程と、（Ａ２）フォトニック結晶ファイバ（２）のエアホールの内側に浸入した撥油材（４）を排出する工程と、（Ａ３）フォトニック結晶ファイバ（２）の端部の撥油材（４）を熱処理する工程とを備えることが好ましい。
本発明では、これらの工程により、フォトニック結晶ファイバ（２）の端面を撥油材（４）でコーティングすることが出来る。

上記のファイバの製造方法において、
（Ｂ）工程は、（Ｂ１）撥油材（４）でコーティングされたフォトニック結晶ファイバ（２）の端面を、シリコンオイルに接触させた後、引き上げる工程を備えることが好ましい。
本発明では、これらの工程により、フォトニック結晶ファイバ（２）の端面にドロップレットレンズ（３）を作製することが出来る。

上記課題を解決するために、本発明のファイバは、フォトニック結晶ファイバ（２）と、フォトニック結晶ファイバ（２）の端部をコーティングする撥油材（４）と、撥油材（４）の表面上にシリコンオイルで形成されたドロップレットレンズ（３）とを具備する。
本発明では、フォトニック結晶ファイバ（２）の端部を撥油材（４）でコーティングし、フォトニック結晶ファイバ（２）のエアホール（２ａ）内部へのシリコンオイルの浸入を抑えることにより、その端面に付着させたドロップレットレンズ（３）をそのまま維持し、使用することが可能になる。

本発明により、ＰＣＦファイバにおいて、より高強度の入力光を取り扱うことが可能となる。また、端面を適切に保護するとともに、入射端面の強度を上げ、損傷閾値を上げて、入射端面での表面絶縁破壊を防止することができる。

以下、本発明のファイバ及びファイバの製造方法の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。図２は、本発明のファイバの実施の形態の構成を示す斜視図である。ファイバ１は、フォトニック結晶ファイバ２と撥油材４とドロップレットレンズ３とを具備する。

フォトニック結晶ファイバ２は、コア２ｂとコア２ｂの周囲に周期的に配置されたエアホール２ａ群により、光を閉じ込めて伝播させるファイバである。フォトニック結晶ファイバ２は、図１（ａ）〜図１（ｄ）に示す各ファイバに例示される。本実施の形態では、図２に示すように、ホールアシスト型ファイバの例について説明するが、本発明はこの例に限定されるものではなく、エアホールを有する他のフォトニック結晶ファイバについても同様に適用可能である。

撥油材４は、フォトニック結晶ファイバ２の端面及びエアホール内をコーティングしている。ドロップレットレンズ３の材料であるシリコンオイルに対して高い撥油性を示す材料である。撥油性は、表面でオイルをはじく性質であり、ここでは、シリコンオイルをはじく性質である。撥油材４としては、シリコン系撥油材又はフッ素系撥油材が例示される。シリコン系撥油材としては、シリコーン樹脂化合物が例示される。シリコーン樹脂化合物としては、パーフロロアルキルシラザンが例示される。パーフロロアルキルシラザンは、パーフルオロシリコーンにシラザン基が付いた物質であり、特許２８５８４４０号公報に記載されている。具体的には、株式会社東京製品開発研究所（ＴＳＫ Ｃｏ．Ｌｔｄ．）製のパラックコート（Ｐａｒａｑ Ｃｏａｔ：登録商標）である。撥油材４は、例えば、ｍ−キシレンヘキサフロライドのような有機溶剤を溶媒として濃度調整を行うことが出来る。その濃度により、撥油材４の膜厚や、フォトニック結晶ファイバ２のエアホール内への浸入深さを調整可能である。図３は、ｍ−キシレンヘキサフロライドの構造式を示す。

撥油材４は、フォトニック結晶ファイバ２の端部をコーティングするように形成されているが、その端部は、端面及び端面近傍のエアホール２ａ（コアが中空の場合にはコアも含む、以下同じ）の内壁面も含む。すなわち、フォトニック結晶ファイバ２の端面近傍におけるエアホール２ａの内壁面も撥油材４にコーティングされている。それにより、ドロップレットレンズ３の材料であるシリコンオイルが、フォトニック結晶ファイバ２のエアホール２ａ内に浸入することを防止できる。

ドロップレットレンズ３は、撥油材４の表面上に形成された液状レンズである。フォトニック結晶ファイバ２の入射端面を保護する。フォトニック結晶ファイバ２の素材（ガラス）に近い屈折率を持つことが好ましい。屈折率の光の波長に対する変化がフォトニック結晶ファイバ２の素材（ガラス）の場合と近いことが更に好ましい。フォトニック結晶ファイバ２とドロップレットレンズ３との境界面での反射を低減できるからである。

ドロップレットレンズ３は、シリコンオイルで形成されている。図４は、シリコンオイルの構造式の一例を示す。ガラスと同じ無機質のシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）と有機質のメチル基（−ＣＨ_３）とからなる。本実施の形態では、図４に示す構造のシリコンオイルの例について説明するが、本発明はこの例に限定されるものではなく、所定の粘性を有する他のシリコンオイルについても同様に適用可能である。

図５は、本発明のファイバの実施の形態の構成を示す断面図である。ファイバ１は、フォトニック結晶ファイバ２の端部（端面及びエアホール２ａの内壁の一部を含む）に撥油材４が形成され、撥油材４でコーティングされた端面を覆うようにドロップレットレンズ３が形成されている。

フォトニック結晶ファイバ２では、クラッド（エアホール２ａ群）とコア（コア２ｂ）とが軸Ａに対して高精度で同軸に配置されている。後述されるように、このフォトニック結晶ファイバ２のクリーブ面をシリコンオイルにつけ引き上げるだけで、その表面張力により理想的な曲面３ａを作ることができる。この曲面３ａは、フォトニック結晶ファイバ２の持つ円形のために、自動的に、対称性が高くかつ軸Ａに対してコアと同軸な形状となる。すなわち、曲面３ａは、軸Ａ上の点Ｏを中心とする球の球面の一部と同じ形状となる（真球性）。これにより、従来、ファイバの端部にレンズを貼り付けるときに必要とされた高精度のレンズアライメントなどを省略することが可能になる。

ここで、ドロップレットレンズ３の曲率半径Ｒ及び接触角θは、ドロップレットレンズ３を形成するシリコンオイルの粘度により自在に調整可能である。図６（ａ）〜図６（ｃ）は、動粘度の異なるシリコンオイルを用いて形成されたドロップレットレンズを示す側面図である。図６（ａ）は動粘度１ｃｓのシリコンオイルを用いた場合、図６（ｂ）は動粘度１０ｃｓのシリコンオイルを用いた場合、図６（ｃ）は動粘度１００ｃｓのシリコンオイルを用いた場合をそれぞれ示している。すなわち、所望の正確な曲率半径Ｒを有するドロップレットレンズ３を、所望の粘度を有するシリコンオイルをフォトニック結晶ファイバ２の端部に単に付着させるだけで製作できる。なお、シリコンオイルは幅広い粘度のものが市場から容易に入手可能であり、さらに、それらを混合することで内挿にあたる粘度を作ることが可能である。

ドロップレットレンズ３をフォトニック結晶ファイバ２のコア端面に作ることにより、ファイバーの有効開口数を上げ、外部とのカップリングを容易にすることが可能になる。すなわち、ドロップレットレンズ３は、自由境界ではドロップレットレンズとして使用されるが、他の固体光学素子（レンズ、窓など）とのカップリングにも使用することが可能である。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、本発明のファイバの効果の一つを説明する斜視図である。図７（ａ）は、ファイバ１の端部に入射ビーム２０が入射する場合におけるファイバ１の位置と電界強度との関係を示すグラフである。縦軸は電界強度であり、横軸はファイバ１の位置を示している。図７（ｂ）は、ファイバ１の端部にビーム２０が入射する状況を図７（ａ）との関係で示す概略図である。

ドロップレットレンズ３を設けることにより、同じ光強度の入射ビーム２０に関して、フォトニック結晶ファイバ２の端部である端部Ａの位置での電界強度Ｅ１は、ドロップレットレンズ３を有さない場合の電界強度Ｅ０と比較して、大幅に低下している。これは、フォトニック結晶ファイバ２の素材と屈折率が近いシリコンオイルをドロップレットレンズ３に用いているので、端部Ａにおける屈折率変化が小さいためと考えられる。加えて、ドロップレットレンズ３の端部である端部Ｂの位置での電界強度Ｅ２は、端部Ａの電界強度Ｅ１と比較して、数分の一の低下している。これは、ドロップレットレンズ３の表面３ａにおいて、端部Ｂにおける入射ビーム２０の通過する表面積が、フォトニック結晶ファイバ２のコアの断面積よりも大きいためと考えられる。

このように、フォトニック結晶ファイバ２の端部にドロップレットレンズ３を設けることで、真空（大気）とファイバ１の端面との境界（端部Ｂ）での電界強度Ｅ２、及びフォトニック結晶ファイバ２の端部（端部Ａ）での電界強度Ｅ１を大幅に低下させることが出来る。したがって、端部における電界強度を低くすることが出来るので、より高い強度の入射ビームを入射させることが出来る。すなわち、表面絶縁破壊が起きる損傷閾値を高くすることが出来る。それにより、非線形性を用いる白色光発生や誘導ラマン散乱やファイバーレーザなどの応用においても、本発明のファイバ１を適用することが可能となる。

図８（ａ）及び図８（ｂ）は、本発明のファイバの効果の他の一つを説明する斜視図である。上記のようにドロップレットレンズ３は流体である。そのため、たとえ液体内で光損傷が発生し、それにより気泡２２やデブリ（図示されず）が発生したとしても（図８（ａ））、浮力や重力などにより、その気泡２２やデブリを光軸（軸Ａ）から外すことが可能になる（図８（ｂ））。加えて、ドロップレットレンズ３に損傷による変形が起きたとしても、再度、表面張力による曲面３ａに戻ることができる。したがって、このドロップレットレンズ３は自己修復機能を持っている。すなわち、このドロップレットレンズ３を用いた方法では、自動的に求心が可能（自動求心性）であり、常に平滑な球面を保つことができる。

なお、重水素ランプやエキシマランプなどの真空紫外光をドロップレットレンズ３の表面に照射することにより、その曲面３ａに薄膜（膜厚１〜２μｍ）を形成させることができる。すなわち、水の入った風船のようなドロップレットレンズ３を作ることが出来る。これにより、使用条件（鉛直、水平などの方向性）に依存しないレンズにすることも可能となる。

図９は、本発明のファイバの使用の一形態を示す概略図である。Ｔｉ−Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ１１からビーム２０（レーザ光：波長７４５ｎｍ、８２ＭＨｚ、１００ｆｓ）が出力される。ビーム２０は、対物レンズ１２で（１／２０）倍に集光され、本発明のファイバ１に一方の端部のドロップレットレンズ３から入射する。その後、ビーム２０は、ファイバ１の他方の端部から出射され、対物レンズ１３で２０倍に拡大される。続いて、ビーム２０は、レンズ１４により平行光線となり、プリズム１５で分散され、レンズ１６を介してＣＣＤカメラ１７により受光される。

このとき、ファイバ１の非線形媒質であるフォトニック結晶ファイバ２を通過することにより、ビーム２０は、７４５ｎｍのレーザ光から、スペクトルが広帯域に広がり白色化したスーパーコンティニウム光（ＳＣ）となる。すなわち、本発明のファイバ１は、その端面におけるドロップレットレンズ３により、スーパーコンティニウム光を発生可能な高強度の入射ビームに対しても、安定的に使用することが可能となる。

なお、高強度のレーザ光によるファイバ端面での表面絶縁破壊を軽減する方法として、ａ）フォトポリマを使って別のファイバを端面に接着する、ｂ）入射する光に対して負の周波数チャープを与え、入射面での強度を低減する。ｃ）２つの時間遅延されたパルスもしくは２つの波長のパルスを用いて入射面強度を下げる、などの方法がこれまで提案されてきた。本発明のファイバは、このどれとも併用して使用することができ、１つのパルスに対する破壊閾値自体を上げる手法なので、他の方法より適応範囲が広い。

次に、本発明のファイバの製造方法の実施の形態について説明する。図１０〜図１６は、本発明のファイバの製造方法の実施の形態における各工程の一例を示す断面図である。

図１０を参照して、フォトニック結晶ファイバ２の端部をクリーバ（ｃｌｅａｖｅｒ）で切断する。フォトニック結晶ファイバ２における撥油処理する端面の反対側（出力側）の端面にキャピラリ管３１を接続する。キャピラリ管３１とフォトニック結晶ファイバ２との隙間は、エポキシ樹脂等で固定し、封入する。このキャピラリ管３１とゴムチューブ３２とをつなぐ。ゴムチューブ３２の先にバルブ３３を接続する。一方、撥油材４としてのパラックコート（登録商標）をｍ−キシレンヘキサフロライドに溶かして、所望の濃度にした撥油材溶液４２を予め準備しておく。そして、容器４１に入れた撥油材溶液４２に、上記キャピラリ管３１等を接続されたフォトニック結晶ファイバ２の端面を浸す。このとき、バルブ３３は閉止しておく。この状態が図１１（及び図１０）である。

図１１を参照して、これにより、フォトニック結晶ファイバ２の端面４０ｂに撥油材溶液４２が付着する。同時に、フォトニック結晶ファイバ２の端面４０ｂ近傍におけるエアホール２ａの内壁４０ａに、毛細管現象によりエアホール２ａ内に浸入した撥油材溶液４２ａが付着する。ただし、バルブ３３が閉止されているので、撥油材溶液４２ａはエアホール２ａ内に深く浸入することが出来ず、所定の深さまでの浸入に留まる。その浸入深さは、例えば、百μｍ〜数百μｍである。

撥油材溶液４２ａのエアホール２ａへの浸入深さは、撥油材溶液４２の粘度で調整することが出来る。撥油材溶液４２の粘度は、パラックコート（登録商標）の濃度で調整することが出来る。浸入深さは、後述されるシリコンオイルの粘性に基づいて決定する。すなわち、浸入深さは、シリコンオイルとフォトニック結晶ファイバ２の端面４０ｂとが接触したとき、シリコンオイルがエアホール２ａ内に毛細管現象により浸入できない程度の深さとする。

このように、エアホール２ａの内壁が撥油材でコーティングされた場合、シリコンオイルは撥油材による撥油効果により、エアホール２ａ内に浸入することができない。それにより、シリコンオイルはフォトニック結晶ファイバ２の端面４０ｂ上に留まり、図５に示すようなドロップレットレンズ３を形成することが出来る。

図１１の状態において、フォトニック結晶ファイバ２を撥油材溶液４２から取り出す。この状態が図１２である。この状態では、フォトニック結晶ファイバ２の端面及びエアホール２ａの内部に、撥油材溶液４２ｂ及び撥油材溶液４２ａがそれぞれ付着している。

図１２の状態において、バルブ３３を開として、ゴムチューブ３２へ気体を供給する。これにより、フォトニック結晶ファイバ２のゴムチューブ３２側の端部と撥油材溶液４２が付着している側の端部との間に差圧がかかる。この場合、ゴムチューブ３２側の端部が高圧となる。これにより、エアホール２ａの内部の撥油材溶液４２ａの一部（４２ｄ）が、ゴムチューブ３２側から流れ込む気体により、エアホール２ａ外へ噴出され、取り除かれる。その結果、エアホール２ａが貫通すると共に、フォトニック結晶ファイバ２の端面及びエアホール２ａの内壁に、膜状に撥油材溶液４２ｃが残る。この状態が図１３である。

図１３の状態において、フォトニック結晶ファイバ２の端面を、撥油材４のコーティング条件（温度、時間）で熱処理する。撥油材４としてパラックコート（登録商標）、溶媒としてｍ−キシレンヘキサフロライドを用いた場合、典型的なコーティング条件としては１００℃、３０分である。それにより、フォトニック結晶ファイバ２の端面及びエアホール２ａの内壁に撥油材４の被膜を形成することが出来る。その後、ファイバ１両端に差圧をかけ、残存する可能性のある撥油材溶液４２を十分に排出させる。この状態が図１４である。

図１４の状態において、容器４５に用意された、設計で決まる粘性率（粘度）を有するシリコンオイル４６に、フォトニック結晶ファイバ２の端面を触れさせる。この状態が図１５である。このとき、毛細管現象によるエアホール２ａ内へのシリコンオイル４６の浸入は発生しない。これは、エアホール２ａ内壁を、シリコンオイル４６に対して撥油性のある撥油材４でコーティングしているからである。

図１５の状態において、フォトニック結晶ファイバ２を引き上げることにより、フォトニック結晶ファイバ２の端部にドロップレットレンズ３を形成することが出来る。これにより、本発明のファイバ１が完成する。この状態が図１６である。なお、必要に応じて、重水素ランプやエキシマランプなどの真空紫外光をドロップレットレンズ３の表面に照射することにより、その曲面３ａに薄膜（膜厚１〜２μｍ）を形成させても良い。

フォトニック結晶ファイバ２は高精度でクラッドとコアが同軸上に配置されている。このフォトニック結晶ファイバ２のクリーブ面をシリコンオイル４６につけ引き上げるだけで、その表面張力により理想的な曲面を作ることができる。その曲面は、クラッドの持つ円形のために、自動的に、対称性が高く、かつコアと同軸となる。これにより従来必要とされた高精度のレンズアライメントなどが省略されることが可能になる。

また、この撥油材４をフォトニック結晶ファイバ２端面にコーティングする方法により、シリコンオイル４６のエアホール２ａ内部への浸入を防ぐことができる。それにより、フォトニック結晶ファイバ２の端面にドロップレットレンズ３を付着させることが可能になる。そして、自由境界ではドロップレットレンズ３として使用されるが、他の固体光学素子（レンズ、窓など）とのカップリングにも使用できる。

なお、図１０のような機器だけでなく、他の機器を組み合わせて本発明のファイバの製造方法を実行することも出来る。図１７及び図１８は、本発明のファイバの製造方法の実施の形態における工程の他の一例を示す断面図である。ここでは、図１０の構成の一部を密閉容器３５内に導入している。

図１７において、上記図１０に示されたバルブ３３、ゴムチューブ３２及びキャピラリ管３１を取り付けられたフォトニック結晶ファイバ２について、その端部を大気圧の密閉容器３５に入れる。そして、その密閉容器３５内で、そのフォトニック結晶ファイバ２の端面を所望の濃度にした撥油材溶液４２に浸す。このとき、バルブ３３、及び密閉容器３５のバルブ３７は閉止しておく。この場合にも、フォトニック結晶ファイバ２の端面の状態は、図１１に示す状態となる。その後、図１２の状態までは、上記説明の通りである。

図１８のような機器構成での図１２の状態において、バルブ３７を開として、密閉容器３５内の気体を吸引（排気）する。これにより、フォトニック結晶ファイバ２のゴムチューブ３２側の端部と撥油材溶液４２が付着している側の端部との間に差圧がかかる。この場合、ゴムチューブ３２側の端部を高圧とする。これにより、エアホール２ａの内部の撥油材溶液４２ａの一部（４２ｄ）、ゴムチューブ３２側から流れ込む気体により、エアホール２ａ外へ噴出され、取り除かれる。その結果、エアホール２ａが貫通すると共に、フォトニック結晶ファイバ２の端面及びエアホール２ａの内壁に、膜状に撥油材溶液４２ｃが残る。この状態が図１３である。その後、図１６の状態までは、上記説明の通りである。

この場合にも、図１０〜図１６の場合と同様の効果を得ることができる。

本発明では、ドロップレットレンズにより、高い強度のレーザ光をファイバ内に導入することができる。そのため、ファイバとして高非線形フォトニック結晶ファイバを利用することで、従来の場合に比較して高い強度を有する白色光を発生することが可能になる。すなわち、ファイバ内の非線形効果の効率的な利用が可能となる。

本発明では、所定の処理を施したフォトニック結晶ファイバの端面をシリコンオイルに浸して引き上げるだけで、コアに求心されたドロップレットレンズを作製することが出来る。すなわち、ファイバ端面レンズの作製・設置時間を大幅に短縮することが出来る。

従来の固体ファイバの端面の場合、光損傷が発生すると、新たな端面を出す加工が必要になる。そのために、安全係数を見込んだ強度のレーザ光しか入射させることができない。一方、本発明では、ドロップレットレンズが自己修復機能を有している。そのため、レーザ光の強度を限界まで上げ、ドロップレットレンズの損傷強度を確認した後に、その損傷強度以下で使用することができる。それにより、入射光強度を限界まで上げることが可能になる。

ファイバ端面に液体の屈折体（ドロップレットレンズ）があるために、波長短縮により集光光学系（入射光学系）への開口数を増加できる。これは、顕微鏡対物レンズでの液浸と同一の効果である。

エアホールを有するフォトニック結晶ファイバでは、非線形性を高めるため、又は分散を制御するために、ファイバ内にガスなどを封入する場合がある。ガスを封入する場合、ファイバの端面に“壁”が必要になる。本発明のドロップレットレンズ法により、フォトニック結晶ファイバの端面に薄膜を形成することが可能で、ガス封入用の装置を外部に付けずに、ガスを封入することが可能である。すなわち、フォトニック結晶ファイバでの端面シール効果を持たせることが出来る。

なお、上記実施の形態では、フォトニック結晶ファイバ２の端部にコーティングされた撥油材４は、その端部のエアホール２ａの内壁面及びフォトニック結晶ファイバ２の端面をコーティングする例を示している。しかし、本発明では、フォトニック結晶ファイバ２の端部にコーティングされた撥油材４は、少なくともその端部のエアホール２ａの内壁面をコーティングしていれば良い。それに加えて、フォトニック結晶ファイバ２の端面をもコーティングしていれば更に良い。

本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。

図１は、ＰＣＦの種類の代表的な例を示す断面図である。 図２は、本発明のファイバの実施の形態の構成を示す斜視図である。 図３は、ｍ−キシレンヘキサフロライドの構造式を示す。 図４は、シリコンオイルの構造式の一例を示す。 図５は、本発明のファイバの実施の形態の構成を示す断面図である。 図６は、動粘度の異なるシリコンオイルを用いて形成されたドロップレットレンズを示す側面図である。 図７は、本発明のファイバの効果の一つを説明する斜視図である。 図８は、本発明のファイバの効果の他の一つを説明する斜視図である。 図９は、本発明のファイバの使用の一形態を示す概略図である。 図１０は、本発明のファイバの製造方法の実施の形態における各工程の一例を示す断面図である。 図１１は、本発明のファイバの製造方法の実施の形態における各工程の一例を示す断面図である。 図１２は、本発明のファイバの製造方法の実施の形態における各工程の一例を示す断面図である。 図１３は、本発明のファイバの製造方法の実施の形態における各工程の一例を示す断面図である。 図１４は、本発明のファイバの製造方法の実施の形態における各工程の一例を示す断面図である。 図１５は、本発明のファイバの製造方法の実施の形態における各工程の一例を示す断面図である。 図１６は、本発明のファイバの製造方法の実施の形態における各工程の一例を示す断面図である。 図１７は、本発明のファイバの製造方法の実施の形態における工程の他の一例を示す断面図である。 図１８は、本発明のファイバの製造方法の実施の形態における工程の他の一例を示す断面図である。

符号の説明

１ ファイバ
２ フォトニック結晶ファイバ
２ａ エアホール
２ｂ コア
３ ドロップレットレンズ
３ａ 曲面
４ 撥油材
１１ Ｔｉ−Ｓａｐｐｈｉｒｅレーザ
１２、１３ 対物レンズ
１４、１６ レンズ
１５ プリズム
１７ ＣＣＤカメラ
２０ （入射）ビーム
２２ 気泡
３１ キャピラリ管
３２ ゴムチューブ
３３ バルブ
３５ 密閉容器
３７ バルブ
４０ａ 内壁
４０ｂ 端面
４１ 容器
４２、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄ 撥油材溶液
４５ 容器
４６ シリコンオイル

Claims (9)

1. フォトニック結晶ファイバと、
   前記フォトニック結晶ファイバのエアホール内にコーティングされた撥油材と、
   前記フォトニック結晶ファイバの端部にシリコンオイルで形成されたドロップレットレンズと
   を具備する
   ファイバ。
2. 請求項１に記載のファイバにおいて、
   前記撥油材は、シリコン系撥油材又はフッ素系撥油材を含む
   ファイバ。
3. （Ａ）フォトニック結晶ファイバのエアホール内に撥油材をコーティングする工程と、
   （Ｂ）前記フォトニック結晶ファイバの端部にシリコンオイルでドロップレットレンズを形成する工程と
   を具備する
   ファイバの製造方法。
4. 請求項３に記載のファイバの製造方法において、
   前記撥油材は、シリコン系撥油材又はフッ素系撥油材を含む
   ファイバの製造方法。
5. 請求項４に記載のファイバの製造方法において、
   前記撥油材は、パーフロロアルキルシラザンを含む
   ファイバの製造方法。
6. 請求項５に記載のファイバの製造方法において、
   前記撥油材は、ｍ−キシレンヘキサフロライドを溶媒として含む
   ファイバの製造方法。
7. 請求項３乃至６のいずれか一項に記載のファイバの製造方法において、
   前記（Ａ）工程は、
   （Ａ１）前記フォトニック結晶ファイバの端部を前記撥油材に浸す工程と、
   （Ａ２）前記フォトニック結晶ファイバの前記エアホールの内側に浸入した前記撥油材を排出する工程と
   （Ａ３）前記フォトニック結晶ファイバの端部の前記撥油材を熱処理する工程と
   を備える
   ファイバの製造方法。
8. 請求項３乃至７のいずれか一項に記載のファイバの製造方法において、
   前記（Ｂ）工程は、
   （Ｂ１）前記撥油材でコーティングされた前記フォトニック結晶ファイバの端部を、前記シリコンオイルに接触させた後、引き上げる工程を備える
   ファイバの製造方法。
9. フォトニック結晶ファイバと、
   前記フォトニック結晶ファイバの端部をコーティングする撥油材と、
   前記撥油材の表面上にシリコンオイルで形成されたドロップレットレンズと
   を具備する
   ファイバ。

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