JP2017181777A - 透明光学材料の改質方法、光デバイス、光デバイスの製造方法、及び光デバイスの製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
2)集光点近傍が瞬間的に高温、高圧状態となることで発生する圧力波の伝搬による高密度化(高屈折率化)
3)格子振動のエネルギーを熱蓄積、拡散させることで形成される局所溶解
4)オプティカルブレークダウンによるマイクロクラック(ボイド)の形成
まず、FBG構造を有する光ファイバについて説明する。FBG構造を有する光ファイバは、「希土類元素が添加された透明光学材料内に、当該透明光学材料より屈折率が高い高屈折率領域が周期的に設けられた光デバイス」の一例である。図1(A)〜(C)は光ファイバの端部に作製された周期構造(FBG構造)の一例を示す模式図である。
次に、本実施の形態のレーザ加工装置について説明する。本実施の形態のレーザ加工装置は「光デバイスの製造装置」の一例であり、本実施の形態のレーザ加工装置の動作は「光デバイスの製造方法」の一例である。
次に、図2及び図3を参照して、光ファイバ20の端部にFBG18を形成する場合のレーザ加工装置100の動作について説明する。図3はレーザ加工装置の加工動作の一例を示す概略図である。ここでは、超短パルスレーザ光を連続して複数回照射する場合について説明する。
本実施の形態では、光ファイバ20の光軸方向の複数の位置で、コア部102の断面全体に集光ビームBを照射し、照射部分を高屈折率化して周期的な面構造を有するFBG18を作製する。光ファイバ20のコア部102及びクラッド部104は、母材が石英であり、「透明光学材料」の一例である。
ここで、ビームの「レイリー長」の調整について説明する。図4は集光光学系のビーム伝播特性を示す模式図である。本実施の形態では、集光光学系として対物レンズ38が配置されている。円形のガウス強度分布のレーザ光の場合、レーザ光を対物レンズ38で集光するとビームBは一旦絞られ,その後広がる。ビームBが最小に絞られた位置がビームウエスト(集光点)であり、集光点でのビーム半径は「ω」、直径は「d」である。なお、「θ」はビームの拡がり角を示す。
d=4λfM2/(πD) 式(2)
図3に示した例では、コア径が20μmで外形が八角形の光ファイバ20に対して、超短パルスレーザ光の集光ビームBの集光点がコア部102内に位置している。超短パルスレーザ光の集光ビームBを、起点である位置P1からy方向に距離dyだけ走査して位置P2に到達する。次に、位置P2からx方向に距離dxだけ走査して位置P3に到達する。次に、位置P3から−y方向に距離dyだけ走査して位置P4に到達する。次に、位置P4からx方向に距離dxだけ走査して位置P5に到達する。次に、位置P5からy方向に距離dyだけ走査して位置P6に到達する。なお、集光ビームBの走査方法は一例であり、異なる方向、異なる順序で集光ビームBを走査してもよい。
ここで、本発明の光デバイスの一例である「FBG18を有する光ファイバ20」を「増幅用光ファイバ」として用いたファイバレーザ装置について説明する。ファイバレーザ装置では、光増幅器としてコア部に希土類元素が添加された希土類添加光ファイバが用いられている。近年、大容量の信号伝送のために、信号の多重化が可能なマルチモード光ファイバが主流化しており、希土類添加光ファイバとしてもマルチモード光ファイバが用いられる。
上記では、本発明の光デバイスの一例として「光ファイバ」について説明したが、本発明の光デバイスは、光ファイバに限定されるものではない。希土類元素が添加された透明光学材料内に、当該透明光学材料より屈折率が高い高屈折率領域が周期的に設けられた光デバイスであればよい。
12 励起光源部
14 励起光源
16 光合波器
20 増幅用光ファイバ
24 出力側光ファイバ
30 光源部
32 フィルタ
34 シャッタ
36 反射鏡
38 対物レンズ
40 被加工物
42 載置台
44 駆動装置
46 駆動装置
48 駆動装置
50 制御装置
100 レーザ加工装置
102 コア部
102H 高屈折率領域
102L 低屈折率領域
104 クラッド部
B ビーム
L 光軸
Claims (21)
- 希土類元素が添加された透明光学材料に、超短パルスレーザ光を照射して、照射部分の透明光学材料を高屈折率化する、透明光学材料の改質方法。
- 前記透明光学材料及び前記希土類元素が熱変化しない照射エネルギー密度で、前記超短パルスレーザ光を照射する、請求項1に記載の透明光学材料の改質方法。
- 前記照射エネルギー密度が、前記透明光学材料が光学破壊を起こさないエネルギー密度である、請求項2に記載の透明光学材料の改質方法。
- 前記照射エネルギー密度が、前記希土類元素のイオン価数変化を起こさないエネルギー密度である、請求項2または請求項3に記載の透明光学材料の改質方法。
- 前記超短パルスレーザ光の波長が、前記希土類元素により吸収される波長である、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の透明光学材料の改質方法。
- 前記超短パルスレーザ光を複数回照射する、請求項2から請求項4までのいずれか1項に記載の透明光学材料の改質方法。
- 希土類元素が添加された透明光学材料内に、当該透明光学材料より屈折率が高い高屈折率領域が周期的に設けられた、光デバイス。
- 前記透明光学材料としてコア部に希土類元素が添加された光ファイバを有し、前記コア部において前記コア部より屈折率の高い高屈折率領域が光ファイバの光軸に沿って周期的に設けられた、光デバイス。
- 前記高屈折率領域の前記光ファイバの光軸と直交する断面において、前記コア部の断面全体が前記高屈折率領域である、請求項8に記載の光デバイス。
- 前記光ファイバは、マルチモード光ファイバである、請求項8または請求項9に記載の光デバイス。
- 請求項7から請求項10までのいずれか1項に記載の光デバイスを製造する光デバイスの製造方法であって、
前記透明光学材料内に周期的に配置された複数の位置で、前記透明光学材料に超短パルスレーザ光を照射して、前記透明光学材料より屈折率の高い高屈折率領域を形成する、光デバイスの製造方法。 - 前記透明光学材料の母材及び前記希土類元素が熱変化しない照射エネルギー密度で、前記透明光学材料に前記超短パルスレーザ光を照射する、請求項11に記載の光デバイスの製造方法。
- 前記照射エネルギー密度が、前記透明光学材料の母材が光学破壊を起こさないエネルギー密度である、請求項12に記載の光デバイスの製造方法。
- 前記照射エネルギー密度が、前記希土類元素のイオン価数変化を起こさないエネルギー密度である、請求項12または請求項13に記載の光デバイスの製造方法。
- 前記超短パルスレーザ光の波長が、前記希土類元素により吸収される波長である、請求項11から請求項14までのいずれか1項に記載の光デバイスの製造方法。
- 前記超短パルスレーザ光を複数回照射する、請求項11から請求項15までのいずれか1項に記載の光デバイスの製造方法。
- 前記透明光学材料が、コア部に希土類元素が添加されたマルチモード光ファイバである場合には、前記コア部を横切るように前記超短パルスレーザ光のビームを走査して、前記マルチモード光ファイバの光軸と直交するコア部断面全体を高屈折率化する、請求項11から請求項16までのいずれか1項に記載の光デバイスの製造方法。
- 前記超短パルスレーザ光のビームが、前記コア部内に集光する、請求項17に記載の光デバイスの製造方法。
- 前記超短パルスレーザ光のビームが、前記コア部の直径以上のレイリー長を有する、請求項17または請求項18に記載の光デバイスの製造方法。
- 請求項7から請求項10までのいずれか1項に記載の光デバイスを製造する光デバイスの製造装置であって、
超短パルスレーザ光のビームを照射する照射部と、
被加工物を載せ置く載置台と、
前記載置台に載せ置かれた前記透明光学材料内に周期的に配置された複数の位置で、前記超短パルスレーザ光のビームが前記透明光学材料を横切るように、前記載置台を前記超短パルスレーザ光のビームに対して相対移動させる駆動制御部と、
を備えた光デバイスの製造装置。 - 前記透明光学材料が、コア部に希土類元素が添加されたマルチモード光ファイバである場合には、前記マルチモード光ファイバの光軸に沿って周期的に配置された複数の位置で、前記超短パルスレーザ光のビームが前記コア部を横切る、請求項20に記載の光デバイスの製造装置。
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JP2016068692A JP2017181777A (ja) | 2016-03-30 | 2016-03-30 | 透明光学材料の改質方法、光デバイス、光デバイスの製造方法、及び光デバイスの製造装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2019176572A1 (ja) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | 三星ダイヤモンド工業株式会社 | レーザ発振器、レーザ加工装置、光ファイバー、光ファイバーの製造方法、及び、光ファイバーの製造装置 |
JP2020184565A (ja) * | 2019-05-07 | 2020-11-12 | 株式会社豊田中央研究所 | 光ファイバレーザ装置 |
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2016
- 2016-03-30 JP JP2016068692A patent/JP2017181777A/ja active Pending
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WO2019176572A1 (ja) * | 2018-03-13 | 2019-09-19 | 三星ダイヤモンド工業株式会社 | レーザ発振器、レーザ加工装置、光ファイバー、光ファイバーの製造方法、及び、光ファイバーの製造装置 |
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