JP2736266B2 - 単結晶光ファイバの製造方法及び製造装置 - Google Patents

単結晶光ファイバの製造方法及び製造装置

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JP2736266B2 JP1152398A JP15239889A JP2736266B2 JP 2736266 B2 JP2736266 B2 JP 2736266B2 JP 1152398 A JP1152398 A JP 1152398A JP 15239889 A JP15239889 A JP 15239889A JP 2736266 B2 JP2736266 B2 JP 2736266B2
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【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は単結晶光ファイバの製造方法及び製造装置に
関し、長手方向に亘っての性質が微細に変化した単結晶
光ファイバを得ることができるように工夫したものであ
る。
<従来の技術> 従来技術に係る単結晶光ファイバの製造方法及び製造
装置を第3図(a),(b),(c)を参照しながら説
明する。
第3図(a)には従来の単結晶光ファイバの製造装置
の概略構成を、第3図(b)にはその右側面形状を、第
3図(c)にはその加熱装置の内部構造を示す。これら
の図面に示すように、コラム101には先端部に結晶母材1
02を垂直上向きに支持する母材支持アーム103と、先端
部に単結晶光ファイバ104を付着成長させる図示しない
種結晶を垂直下向きに支持するファイバ支持アーム105
とがそれぞれ独立に駆動昇降自在に突設されている。こ
れら母材支持アーム103とファイバ支持アーム105との間
に位置するガス雰囲気調整部106は、ブラケット107を介
してコラム101に固定されており、ここに図示しない例
えば炭酸ガスレーザー等のレーザー発振器からのエネル
ギビーム108がビーム透過窓109を介して送り込まれるよ
うになっている。
ガス雰囲気調整部106内には凸形の円錐鏡110とこの円
錐鏡110を同心に囲む凹形の円錐鏡111とがビーム透過窓
109に接して組付けられ、更に棒状をなす結晶母材102に
対してほぼ45度傾斜した平面鏡112と、単結晶光ファイ
バ104が中央部を貫通する凹面の集光鏡113とが配置され
ている。従って、平行光束のエネルギビーム108は円錐
鏡110,111によって環状に変えられ、平面鏡112を介して
集光鏡113により結晶母材102の先端部に集光され、ここ
の部分を加熱溶融させる。なお、このガス雰囲気調整部
106には、単結晶光ファイバの結晶性を良くするため、
必要に応じて酸素ガス、ヘリウムガス等を雰囲気ガスと
して導入するためのガス供給管114が設けられている。
一方、この結晶母材102の先端部を挾んで加熱装置106
の左右には、単結晶光ファイバ104の線径を測定するた
めの光検出器115と、単結晶光ファイバ104を横切ってこ
の光検出器115側へ検出光116を投光するヘリウム・ネオ
ンレーザー発振器等の投光器117とが対向状態で配置さ
れている。そして、光検出器114は単結晶光ファイバ104
を横切った検出光116の散乱回折状態から単結晶光ファ
イバ104の線径を測定し、この結果に基づいて母材支持
アーム103及びファイバ支持アーム104の上昇速度をそれ
ぞれ制御し、所定の線径となるように単結晶光ファイバ
104の線引き速度が調整される。
すなわち、従来においては、ガス雰囲気調整部106内
に保持された結晶母材102の先端部に一定のエネルギビ
ーム108を集光させ、製造されたファイバ104の線径を測
定しながらその線径が所定の値になるように母材支持ア
ーム103及びファイバ支持アーム104の上昇速度をそれぞ
れ制御し、所定の線径を有する単結晶光ファイバ104を
線引きするものである。
<発明が解決しようとする課題> 前述した従来の方法及び装置では、長手方向に均質な
単結晶光ファイバを製造することはできるが、単結晶光
ファイバの材料・結晶組成や光学特性を長手方向に亘っ
て微細に変化させることは極めて困難である。
本発明はこのような事情に鑑み、材料組成、結晶特
性、光学特性等が光ファイバの長手方向に微細に変化し
た単結晶光ファイバを得ることができる製造方法及び製
造装置を提供することを目的とする。
<課題を解決するための手段> 前記目的を達成する本発明に係る単結晶光ファイバの
製造方法は、ガスが充満されている帯域内に細径結晶母
材を保持し、光源からの出射光を集光して上記細径結晶
母材の先端を加熱し、この加熱された先端より種結晶材
を用いて単結晶光ファイバを製造する方法において、上
記光源からの出射光の一部又は全部を断続的に遮断しな
がら単結晶光ファイバを製造することを特徴とし、ま
た、単結晶光ファイバの製造装置は、ガスが充満されて
いる帯域を形成するガス雰囲気調整部と、このガス雰囲
気調整部内に細径結晶母材をその軸方向移動自在に保持
する細径結晶母材移動機構と、この細径結晶母材の先端
に光源からの出射光を集光して当該細径母材の先端を加
熱する集光機構と、この加熱された先端より種結晶材を
用いて単結晶光ファイバを線引きする単結晶光ファイバ
移動機構とを有する単結晶光ファイバの製造装置におい
て、上記光源からの出射光の一部又は全部を断続的に遮
断する遮断機構を具えたことを特徴とする。
<作用> 光源からの出射光の一部又は全部を断続的に遮断しな
がら単結晶光ファイバを線引きすると、製造された単結
晶光ファイバの結晶特性や光学特性がその長手方向に亘
って微細に変化する。かかる単結晶光ファイバは、高調
波発生等の非線形光学効果の特性が向上される。
<実 施 例> 以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
第1図(a)には一実施例に係る単結晶光ファイバの
製造装置の概略構成を、第1図(b)にはそのガス雰囲
気調整部の内部構造を、第1図(c)にはその遮断装置
の内部構造を示す。これらの図面に示すように、コラム
1には先端部に結晶母材2を垂直上向きに支持する母材
支持アーム3と、下端部に単結晶光ファイバ4を付着さ
せる図示しない種結晶を垂直下向きに支持するファイバ
支持アーム5とがそれぞれ独立に駆動昇降自在に突設さ
れている。これら母材支持アーム3とファイバ支持アー
ム5との間には第1図(b)に示す構造を有するガス雰
囲気調整部6がブラケット7を介してコラム1に固定さ
れている。
このガス雰囲気調整部6の基本的構成は第3図(c)
に示すものと同様であり、例えば炭酸ガスレーザー等の
図示しないレーザー発振器からのエネルギビーム8はビ
ーム透過窓9から導入され、円錐鏡10、円錐鏡11、平面
鏡12及び集光鏡13の順に反射して結晶母材2の先端に集
光・照射されるようになっている。そして、これにより
母材先端部が加熱溶融され、この加熱溶融された先端部
から種結晶材を用いて単結晶光ファイバ4が作製され
る。なお、14はこのガス雰囲気調整部6内に雰囲気ガス
を導入するためのガス供給管である。なお、本装置にも
図示は省略しているが、線引きされた単結晶光ファイバ
の線径を測定する装置が具えられており、所定の線径と
なるように線引き速度が調整されるようになっている。
そして、本実施例のガス雰囲気調整部6内の円錐鏡1
0,11によって反射された環状のエネルギビーム8Aの通過
路に、断続的遮断器20が設けられている。この断続的遮
断器20は第1図(c)に示すように環状のエネルギビー
ム8Aの中央に位置する駆動部21と、この駆動部に取付け
られて回転駆動されると共にエネルギビーム8Aの一部を
遮閉する遮閉板22とを有するものである。すなわち、か
かる遮閉板22を回転しながらエネルギビーム8を照射す
ることにより、エネルギビーム8Aの一部は断続的に遮断
される。
このようにエネルギビーム8の一部又は全部を断続的
に遮断機構は勿論、これに限定されるものではなく、例
えばビーム透過窓9に入る前のエネルギビーム8の一部
又は全部を遮閉する遮閉板を往復移動又は回転移動させ
ることによりエネルギビーム8の一部又は全部を断続的
に遮断するようにしてもよい。
以下、上述した装置を用いて単結晶光ファイバを作製
した具体例について説明する。
エネルギビーム8として5WのCO2レーザ光(波長10.6
μm)を、また結晶母材2として直径500μmのLiNbO3
を使用し、毎時60mmの速度で直径170μmのa軸LiNbO3
単結晶光ファイバを作製しながら、ビームの断続的遮断
器20を毎分10回転の速度で稼動し、エネルギビーム8Aの
一部を断続的に遮断した。
このようにして製造されたa軸LiNbO3単結晶光ファイ
バにはその長手方向に亘って、第3図に示すように、周
期的な結晶ドメイン(分極の方向が同じ結晶内の領域)
30が形成され、その分極の方向が交互に反対方向を向い
ており、すなち、結晶ドメイン30の周期的な反転が認め
られた。この結晶ドメイン30は微小な屈折率変化を伴う
ものであり、結晶ドメイン30の反転により、製造された
a軸LiNbO3単結晶光ファイバ中には周期的な屈折率変化
(変化率は屈折率差にして0.01程度である)、すなわち
グレーティングが形成されたことになる。本実施例の場
合、この屈折率変化(グレーティング)の周期は100μ
mの長さであり、この周期は遮閉板22の回転数に依存す
る。
次に、遮閉板22の回転数を毎分20回転として同様にa
軸LiNbO3単結晶光ファイバを製造したところ、グレーテ
ィング周期が50μmのa軸LiNbO3単結晶光ファイバを得
た。
そして、この50μm周期のグレーティングが形成され
た170μm直径、長さ10mmのa軸LiNbO3単結晶光ファイ
バに、その片端から波長1.06μmのYAGレーザ光を入射
し、高調波発生の検討を行った。この結果、50mWのYAG
レーザ光の入射に対して、10mWの第2高調波光(波長0.
53μm)の発生が確認され、このときの高調波光への変
換効率は約20%であった。なお、この変換効率は、50μ
m周期のグレーティングが形成されていない同型のLiNb
O3単結晶光ファイバを使用した場合に比べて10倍程度と
高いものであった。
このように本発明に係る単結晶光ファイバの製造方法
及び製造装置によって実現される単結晶光ファイバの長
手方向に亘っての結晶特性、光学特性の微細な変化は、
単結晶光ファイバを使用した高調波発生等において有効
な効果をもたらすものである。特に、上述したように、
単結晶光ファイバ用素材がLiNbO3のように結晶内にドメ
イン等の結晶の性質の異なる領域を有する場合、この結
晶の性質の相異を長手方向に亘って変化することができ
る。
例えば、上述したLiNbO3の他に、Ndイオンを添加した
Nd:YAG結晶を使用して上述した実施例と同様に単結晶光
ファイバを製造したところ、Ndイオンの添加量が作製さ
れたNd:YAG単結晶光ファイバの長手方向に亘って変化し
た。
勿論、本発明の適用は、これら例示した結晶素材の種
類に限定されるものではなく、種々の単結晶光ファイバ
の様々な特性を長手方向に亘って変化させることができ
る。
以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明
はこれら実施例に限定されるものではないことは言うま
でもない。
<発明の効果> 以上説明したように、本発明では光源からの加熱用出
射光の一部又は全部を断続的に遮断しながら単結晶光フ
ァイバを作製するものであるので、光ファイバの長手方
向に亘ってその結晶特性や光学特性が微細に変化した単
結晶光ファイバを作製することができ、当該単結晶光フ
ァイバの高調波発生等の非線形光学効果の特性を向上で
きる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の一実施例に係る単結晶光ファイ
バの製造装置の概略構成図、第1図(b)はそのガス雰
囲気調整部の断面図、第1図(c)はその遮断器の内部
構成図、第2図は本発明の実施例により作製された単結
晶光ファイバの説明図、第3図(a)はそれぞれ従来技
術に係る単結晶光ファイバの製造装置の概略構成図、第
3図(b)はその右側面図、第3図(c)はそのガス雰
囲気調整部の断面図である。 図 面 中、 1はコラム、 2は結晶母材、 3は母材支持アーム、 4は単結晶光ファイバ、 5はファイバ支持アーム、 6はガス雰囲気調整部、 7はブラケット、 8はエネルギビーム、 9はビーム透過窓、 10,11は円錐鏡、 12は平面鏡、 13は集光鏡、 14はガス供給管、 20は遮断器、 21は駆動部、 22は遮閉板である。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガスが充満されている帯域内に細径結晶母
    材を保持し、光源からの出射光を集光して上記細径結晶
    母材の先端を加熱し、この加熱された先端より種結晶材
    を用いて単結晶光ファイバを製造する方法において、上
    記光源からの出射光の一部又は全部を断続的に遮断しな
    がら単結晶光ファイバを製造することを特徴とする単結
    晶光ファイバの製造方法。
  2. 【請求項2】ガスが充満されている帯域を形成するガス
    雰囲気調整部と、このガス雰囲気調整部内に細径結晶母
    材をその軸方向移動自在に保持する細径結晶母材移動機
    構と、この細径結晶母材の先端に光源からの出射光を集
    光して当該細径母材の先端を加熱する集光機構と、この
    加熱された先端より種結晶材を用いて単結晶光ファイバ
    を線引きする単結晶光ファイバ移動機構とを有する単結
    晶光ファイバの製造装置において、上記光源からの出射
    光の一部又は全部を断続的に遮断する遮断機構を具えた
    ことを特徴とする単結晶光ファイバの製造装置。
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