JP6656076B2 - ファイバー構造体及び光源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ファイバー構造体及び光源装置に関する。
近年、スペクトル・エンコード内視鏡、光コヒーレント・トモグラフィー、誘導ラマン顕微鏡などの医用イメージング装置用の光源として、高非線形ファイバーでのパラメトリック波長変換による広帯域パルス光源や波長可変パルス光源の研究が行われている。高非線形ファイバーの中をピーク強度の高いパルス光が伝搬すると、光学非線形効果によって、ポンプ光の波長は波長の異なるパルス光に変換される。このような波長の変換に用いられる高非線形ファイバーとしては、ファイバーの断面に周期的な微細加工を施したフォトニック結晶ファイバー（以下、ＰＣＦとも言う）が用いられる。ＰＣＦを用いると、ファイバーの断面に設けられた周期的な微細加工によって、コア内への強い光閉じ込めが可能である。このコア内への光閉じ込めによって得られる高い光強度は、波長変換パルス光源に求められる高い波長変換効率を可能とする。また、ＰＣＦは、微細加工の形状の変更により、その分散を制御することができる。一般的に高非線形ファイバーの伝搬により生じる波長変換パルス光の波長は、高非線形ファイバーの群速度分散の波長依存性により決まる。ＰＣＦは、周期的な微細加工の形状の制御により群速度分散の調整が容易である。よって、入射するパルス光の波長を考慮して適当なＰＣＦを選ぶことにより、所望の波長を有する波長変換パルス光を発生させることができる。また、ポンプ光としては、パルス幅が１００ｐｓ以下のパルス光が頻繁に用いられる。１００ｐｓ以下のパルス光を用いた場合、光学非線形効果を生じさせるのに必要となる高い光ピーク強度を得ることができる。
パルス光をＰＣＦに入射する方法、およびＰＣＦから医用イメージング装置にパルス光を送る方法として、次の方法がある。即ち、シングルモードファイバー、マルチモードファイバー、およびダブルクラッドファイバー（以下、これらを総称して一般ファイバーとも呼ぶ）の何れかとＰＣＦとを融着によって接続する方法がある。パルス光源より出力されるパルス光は、これら一般ファイバーを通って、融着部よりＰＣＦに入射する。また、ＰＣＦより出射するパルス光および波長変換パルス光は、融着部より一般ファイバーに入り、一般ファイバーを伝搬して医用イメージング装置に送ることができる。このようなＰＣＦと一般ファイバーとを融着接続する方法は、非特許文献１に記載されている。ＰＣＦのコア径は、パルス光の波長変換で必要とされる分散曲線によってきまる。また、パルス光源の出力端である一般ファイバー、または医用イメージング装置の入力端である一般ファイバーは、それらの光源または装置の仕様によって適切な一般ファイバーが選択される。したがって、融着で接続するＰＣＦと一般ファイバーのモードフィールド径（ＭＦＤ：ファイバー中を伝搬する光の直径）は通常異なっている。非特許文献１には、融着点で弱い放電を複数回行ない、ＰＣＦの硝材（一般には石英）を融解し、ＰＣＦの断面に加工された周期的な空孔の直径の調整により、ＰＣＦのＭＦＤが調整できることが示されている。この方法によれば、融着点の近傍でＰＣＦのＭＦＤを調整することにより、通常はＭＦＤの異なるＰＣＦと一般ファイバーとの融着接続が可能となる。この融着方法によれば、パルス光に対して５０％〜９０％以上の高い接続効率が得られる。ここで接続効率とは、第１の一般ファイバーと第２の一般ファイバーとを光学的に接続し前者から後者に向かって光を伝搬させるときの、前者のコアを伝搬する光のパワーＰ０と後者のコアを伝搬する光のパワーＰ１との比Ｐ１／Ｐ０である。これらパワーの差Ｐ０−Ｐ１は、融着点における漏れ光のパワーを表す。
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏｌ．２５， Ｎｏ．１１， ｐｐ．３５６３−３５７４，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２００７
しかし、波長変換パルス光源において、このような方法をもって一般ファイバーとＰＣＦとを融着接続した場合、一般ファイバーおよびＰＣＦを保護する被覆層に破損が生じることがある。図５（ａ）は、ＰＣＦと一般ファイバーとの融着点を横から見た断面図である。ＰＣＦと一般ファイバーの融着点は、その強度を増す為に、ＵＶ硬化樹脂によって被覆されている。このようなＵＶ硬化樹脂で融着点を被覆する装置として、フジクラ株式会社やＶｙｔｒａｎ社などのファイバーメーカおよび融着機メーカより、ファイバーリコータが販売されている。融着点をリコータによりＵＶ硬化樹脂で被覆（リコート）することによって、一般ファイバーとＰＣＦとは、一般的に直径０．２５ｍｍの被覆層により滑らかに被覆されている。波長変換パルス光源においてパルス光を融着点に入射した場合、融着点で発生する漏れ光によって、一般ファイバーおよびＰＣＦの被覆層の破損が生じることがあり得る。
以下、図を用いて被覆層の破損のメカニズムを説明する。図５（ｂ）は、シングルモードファイバー（ＳＭＦ）およびＰＣＦを伝搬する光の断面光強度分布を表している。ＳＭＦの断面光強度分布は単峰形であり、一般にガウシアン分布として近似される。一方、ＰＣＦの断面光強度分布はコアの周りにフリンジ状の光の分布がある。よって、ＰＣＦにおける断面光強度分布は、断面の空孔の径を変えることにより調整できるが、ＳＭＦにおける断面光強度分布とは正確には一致しない。その結果、ＳＭＦより入射するパルス光の約１０％〜５０％は、ＰＣＦのコアに入射せず、漏れ光となる。融着点で発生する漏れ光は、ＰＣＦのＭＦＤ（約３μｍ〜６μｍ）と一般ファイバーのＭＤＦとの差が大きいほど、一般的に大きい。よって、ＰＣＦとマルチモードファイバーもしくはダブルクラッドファイバーとを融着接続した場合、漏れ光のパワーはより大きくなり易い。また、本発明者の測定によれば、ＰＣＦと一般ファイバーとの融着点で生じる漏れ光は、伝搬するパルス光のピーク強度が高くなると増すことが分かっている。これは、一般ファイバーおよびＰＣＦのコア内での非線形効果によって、パルス光が感受する屈折率が変わり、そのＭＦＤが変化することにより生じると考えられる。
また、ピーク強度が高いパルス光は、一般ファイバーおよびＰＣＦのコア内での非線形光学効果によってそのスペクトル幅が広がる。ＰＣＦの空孔を変えてモードフィールド径を調整する手法では、広い波長帯域においてＰＣＦと一般ファイバーとのモードフィールド径を一致させることは難しい。よって、非線形光学効果によってスペクトル幅が広がったパルス光に対しては、融着の接続効率は、より低下する。一方、ＳＭＦとＳＭＦの融着点に連続光（ＣＷ光）を入射する場合の損失は、およそ０．０５ｄＢ以下（約１．１％以下）である。以上のように、ＰＣＦと一般ファイバーとの融着点にパルス光を入射する場合、ＳＭＦとＳＭＦとの融着点にＣＷ光を入射する場合の１０倍以上の漏れ光（入射する光のパワーに対して約１０％〜５０％）が発生すると考えられる。
融着点で発生した漏れ光の一部は被覆層を伝搬する。被覆層は、一般に、ファイバーを柔軟に曲げることができるように曲げに対して柔軟な樹脂が選ばれており、可視光および近赤外光に対する透過率は高くない（５０％／ｍｍ以下）。よって、漏れ光は被覆層によって吸収され、発熱による被覆層の破損が生じることがある。以上のように、ＰＣＦと一般ファイバーなどとの融着点にパルス光を入射する場合、融着点で発生する漏れ光によって、ＰＣＦや一般ファイバーの被覆層の破損が生じることがある。
上記課題に鑑み、本発明の一側面のファイバー構造体は、第１のファイバーと、前記第１のファイバーを伝搬した光が伝搬するように、前記第一のファイバーと接続された第２のファイバーと、を備え、前記第１のファイバーと前記第２のファイバーのうち少なくとも１つがフォトニック結晶ファイバーである。そして、前記第２のファイバーは、前記第１のファイバーと前記第２のファイバーとの接続面より順に第１の被覆層と第２の被覆層で被覆されており、前記第１の被覆層の屈折率ｎ１は、前記第２のファイバーのクラッド層の屈折率より大きく、前記第１のファイバーのＮＡ、前記第２のファイバーの中心を原点とする前記第１の被覆層の半径Ｒ、前記第２のファイバーの中心を原点とする前記第２の被覆層の半径ｒ、前記接続面と前記第１の被覆層の端との間の距離Ｌ、が、Ｌ＞（ｒ×ｎ１）／ＮＡの関係式を満たす。
本発明によれば、被覆層の破損を効果的に防止ないし抑制することができる。
本発明に係る広帯域光源を説明する概略図。 本発明の実施形態１に関わる波長変換パルス光源の概略図。 本発明の実施形態２に関わるパルス光源の概略図。 本発明の実施形態２に関わるパルス光源の漏れ光を説明するグラフ。 本発明の課題を説明する模式図。
本発明の一側面の波長変換パルス光源は、次の様なファイバー接続構造を利用する。即ち、このファイバー接続構造では、少なくとも一方がフォトニック結晶ファイバーである第１のファイバーと第２のファイバーとが融着により接続されている。そして、第２のファイバーは、両ファイバーとの接続面より順に第１の被覆層と第２の被覆層で被覆され、第１の被覆層の屈折率ｎ１は、第２のファイバーのクラッド層の屈折率より大きく、Ｌ＞（ｒ×ｎ１）／ＮＡの関係式が満たされる。波長変換パルス光源では、パルス光を出力するパルス光源がこうしたファイバー接続構造と光学的に接続され、パルス光は第１のファイバーを伝搬したのち第２のファイバーを伝搬する。被覆層の破損をより効果的に防止ないし抑制するためには、さらにＲ＞（Ｌ×ＮＡ）／ｎ１の関係式が満たされるのが好適である。
以下、本発明に係る広帯域光源の一例を、図１を用いて説明する。図１（ａ）は波長変換パルス光源の構成を表す模式図、図１（ｂ）は波長変換パルス光源が有する融着部の断面図である。波長変換パルス光源は、パルス光を発生するパルス光源１０と、第１の光ファイバーと第２の光ファイバーを備えている。融着部Ａ、Ｂでは、第１の光ファイバーと第２の光ファイバーとが融着接続されている。第１の光ファイバーおよび第２の光ファイバーの一方はＰＣＦ、他方は一般ファイバーである。すなわち、図１（ａ）の融着部Ａにおいては、第１の光ファイバーは一般ファイバー１２であり、第２の光ファイバーはＰＣＦ１４である。また、融着部Ｂにおいては、第１の光ファイバーはＰＣＦ１４であり、第２の光ファイバーは一般ファイバー１６である。
パルス光源１０はパルス光を出力し、そのパルス光は第１の光ファイバーを伝搬したのち、融着点（融着面ないし接続面）より第２の光ファイバーへと入射する。第１の光ファイバーと第２の光ファイバーとは、それぞれ、被覆層０と被覆層２（第２の被覆層）とで被覆されている。融着点を挟む第２の光ファイバーの被覆層２と第１のファイバーの被覆層０の一部は取り除かれており、代わって、被覆層１（第１の被覆層）が被覆されている。被覆層１は、融着点と被覆層０との間の第１の光ファイバーを被覆し、融着点と被覆層２との間の第２の光ファイバーを被覆している。被覆層１の屈折率ｎ１は、第２の光ファイバーのクラッド層の屈折率ｎ０よりも高い。こうする理由は、第１のファイバーから第２のファイバーへ入らなかった漏れ光を効果的に被覆層１へ導波させるためである。ここで、第２の光ファイバーがＰＣＦである場合、ＰＣＦのクラッド層は、ＰＣＦの断面において周期的な加工が成されていない領域である。すなわち、ＰＣＦのクラッド層の屈折率ｎ０とは、ＰＣＦを形成する硝材の屈折率を指す。また、パルス光に対する被覆層１の透過率は、被覆層２の透過率よりも高い。こうする理由は、漏れ光が被覆層１で吸収されることによる発熱を抑えるためである。
被覆層１は、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、高屈折率ポリマー、の何れかを含むＵＶ硬化樹脂、ポリカーボネード、およびサファイアの少なくとも１つを含む。即ち、ＵＶ硬化樹脂は、アクリル樹脂とエポキシ樹脂と高屈折率ポリマーのうちの少なくとも１つを含み、被覆層１は、こうしたＵＶ硬化樹脂とポリカーボネードとサファイアのうちの少なくとも１つを含む。これらは、一般的に手に入りやすい比較的安価な部材である。
融着点で第２の光ファイバーのコアに接続しなかったパルス光（すなわち漏れ光）は、θの広がり角をもって被覆層１を伝搬し、被覆層２に到達する。ここで、被覆層１におけるパルス光の広がり角θは、空気中での広がり角θ空気と、以下の関係にある。
ｓｉｎθ／ｓｉｎθ空気＝ｓｉｎθ／ＮＡ＝１／ｎ１
ＮＡ（＝sinθ空気）は、第１の光ファイバーの開口数（ＮＡ）である。融着点と被覆層２の端との距離がＬである場合、被覆層２における漏れ光の広がり径ｄ漏れ光は、次式で与えられる。
ｄ漏れ光≒２Ｌ×ｓｉｎθ＝（２Ｌ×ＮＡ）／ｎ１
第２の光ファイバーの中心を原点とする被覆層１の半径をＲ、第２の光ファイバーの中心を原点とする被覆層２の半径をｒとするとき、被覆層１の表面での反射が抑制されて漏れ光が伝搬し、被覆層２の外部に放出される条件は、次のように表される。
ｄ漏れ光＞２ｒ
さらに、Ｒ＞ｄ漏れ光／２であると好適である。
上記の条件を満たすＬとＲは、次のように表される。
Ｌ＞（ｒ×ｎ１）／ＮＡ
さらに、Ｒ＞（Ｌ×ＮＡ）／ｎ１であると好適である。
上記条件式が満たされるとき、融着点より放出される漏れ光は、被覆層１の内部を広がりながら伝搬し、被覆層２の端に到達する。このとき、被覆層１の透過率は被覆層２の透過率より高く、被覆層１を伝搬する漏れ光の吸収による被覆層１の破損を回避することができる。また、被覆層２の端に到達した漏れ光の一部は、被覆層１と被覆層２との隙間より外部に放出される。よって、被覆層２に入射する漏れ光のパワーが下がり、被覆層２の破損が回避される。以上の議論は、第１の光ファイバーがＰＣＦであろうと一般ファイバーであろうと何れでも成立する。
以下、より具体的な実施形態を、図を用いて説明する。
（実施形態１）
図２（ａ）に、本発明の実施形態１に関わる波長変換パルス光源の概略図を示す。パルス光源２０は、Ｙｂドープファイバー利得媒体として用い、モード同期によってパルス光を出力するファイバーレーザと、Ｙｂドープファイバーを媒体として用いた増幅器とからなる。そして、コア径１０μｍのダブルクラッドファイバー（ＤＣＦ）２２よりパルス光を出力する。ＤＣＦは、コアアクティブ社製のＤＣＦ−ＵＮ−１０／１２５−０８であり、そのＮＡは０．０８である。パルス光は、中心波長１０３０ｎｍ、スペクトル幅０．５ｎｍ、パルス幅３ｐｓ、繰り返し周波数３０ＭＨｚ、平均出力２Ｗである。
パルス光の波長変換を行うフォトニック結晶ファイバー２４は、ＮＫＴフォトニクス社製のＳＣ−５．０−１０４０であり、その長さは０．３ｍである。ＰＣＦを伝搬するポンプパルス光は、Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａｒａｍｅｔｉｃ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ（ＦＯＰＡ）の原理によって、パルス光の一部は波長約８００ｎｍの波長変換パルス光に変換される。パルス光および波長変換パルス光は、ＰＣＦ２４より波長変換パルス光源の出力として取り出される。ＤＣＦ２２とＰＣＦ２４とは、非特許文献１に記載された断続的な融着条件により融着されている。断続的な融着条件では、通常のファイバー融着接続条件よりも弱い放電でファイバーを融着することで、ＰＣＦの穴形状を或る程度維持したまま融着・接続する。
図２（ｂ）に、ＤＣＦ２２とＰＣＦ２４の融着部の断面図を示す。ＤＣＦのコアからＰＣＦのコアへのパルス光の結合効率は約７０％である。融着点を挟んだＤＣＦとＰＣＦは、被覆層１である高屈折率透明樹脂で被覆されている。被覆層１で被覆されている融着点と被覆層２の端との距離Ｌは４ｍｍ、被覆層１の半径Ｒは０．５ｍｍである。パルス光の波長に対するＤＣＦ２２の被覆層０およびＰＣＦ２４の被覆層２の透過率は、５０％／ｍｍ以下である。ＰＣＦ２４の被覆層２の径２ｒは０．２５ｍである（ｒ＝０．１２５ｍｍ）。ＰＣＦの硝材はシリカガラスであり、パルス光に対するその屈折率は１．４５である。すなわち、ＰＣＦ２４のクラッドの屈折率は１．４５である。被覆層１の高屈折率透明樹脂は、ＵＶ硬化で成形が可能な菱江化学株式会社のルミプラスを選択することができる。このとき、ポンプパルス光の波長に対する被覆層１の屈折率はｎ１＝１．６５、透過率は８０％／ｍｍ以上である。発熱を回避するために、より好ましくは９０％／ｍｍ以上である。被覆層１の屈折率はＰＣＦ２４の硝材の屈折率より大きく、また被覆層１の透過率は被覆層２の透過率より高い。
（ｒ×ｎ１）／ＮＡは２．６ｍｍとなり距離Ｌ（＝４ｍｍ）よりも短い。また（Ｌ×ＮＡ）／ｎ１は０．１９ｍｍであり被覆層１の半径Ｒ（＝０．５ｍｍ）よりも小さい。このとき、被覆層２の端における漏れ光の広がり径ｄ漏れ光は０．３８ｍｍであり、被覆層２の直径ｄ（＝０．２５ｍｍ）よりも大きい。よって、被覆層２の端で被覆層２の断面と重ならない漏れ光は、被覆層１と被覆層２との隙間より外部に放出される。なお、漏れ光の広がり径ｄ漏れ光は、パルス光のピーク強度Ｉｐｅａｋの１／ｅ２の強度Ｉｐｅａｋ／ｅ２までの部分の径で定義している。
実施形態１のパルス光源では、ＰＣＦとＤＣＦの融着点で発生する漏れ光（パワー約０．６Ｗ）は、透過率の高い被覆層１の内部を広がりながら伝搬する。そして、被覆層１の表面での反射が抑制されて被覆層２の端に到達し、被覆層１と被覆層２との隙間よりその一部が外部に放出される。よって、被覆層１および被覆層２で吸収される漏れ光のパワー密度（吸収される漏れ光のパワーの密度）が減少し、その結果、発熱による被覆層１および被覆層２の破損を回避することができる。
（実施形態２）
図３（ａ）に、本発明の実施形態２に関わるパルス光源の概略図を示す。パルス光源３０は、Ｙｂドープファイバー利得媒体として用い、モード同期によってパルス光を出力するファイバーレーザと、Ｙｂドープファイバーを媒体として用いた増幅器とからなる。そして、コア径１０μｍのダブルクラッドファイバー（ＤＣＦ）３２よりポンプパルス光を出力する。ＤＣＦ３２は、コアアクティブ社製のＤＣＦ−ＵＮ−１０／１２５−０８であり、そのＮＡは０．０８である。ポンプパルス光は、中心波長１０３０ｎｍ、スペクトル幅１ｎｍ、パルス幅３ｐｓ、繰り返し周波数３０ＭＨｚ、平均出力５Ｗである。パルス光の波長変換を行うフォトニック結晶ファイバー３４は、ＮＫＴフォトニクス社製のＳＣ−３．７−９７５であり、その長さは１．５ｍである。パルス光はＰＣＦ３４を伝搬する際に、Ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍの発生原理に基づいて、波長４８０ｎｍ〜１８００ｎｍの広帯域光にその一部が変換される。
パルス光および波長変換パルス光は、ＰＣＦ３４より波長変換パルス光源の出力として取り出される。ＤＣＦ３２とＰＣＦ３４とは、非特許文献１に記載された断続的な融着条件により融着されている。ＤＣＦ３２のコアからＰＣＦ３４のコアへのパルス光の結合効率は約６０％である。すなわち、漏れ光の平均パワーは約２Ｗ（＝Ｐ漏れ光）と見積られる。実験的には、被覆層２に入射する漏れ光のパワーが１Ｗを超えると破損の確率が極めて高くなる。よって、被覆層２の端における漏れ光のパワー密度分布は、被覆層２の断面と重なるパワー（図３（ｂ）の斜線部）が１Ｗ以下であることが望ましい。
融着点より放出される漏れ光の被覆層２の端における強度分布は、ＤＣＦ３２のＮＡによって記述される。図４（ａ）は、被覆層２の端における漏れ光のパワー密度分布（ガウシアン分布）を表している。分布のピークに対してパワー密度が１／ｅ２倍に減少する半径が、漏れ光の広がりであり、広がり角θとＤＣＦ３２のＮＡとはｓｉｎθ／ＮＡ＝１／ｎ１の関係が成り立つ。よって、漏れ光の広がり径は、ｄ漏れ光／２≒（Ｌ×ＮＡ）／ｎ１である。
図４（ａ）のパワー密度分布において、被覆層２の断面（半径ｒ）に入るパワーＰｉｎは、次式で表される。
Figure 0006656076
ここで、Ｐ０は、第１の光ファイバーを伝搬するパルス光のパワー、αは、第１の光ファイバーと第２の光ファイバーとの結合効率である。被覆層２の破損を防ぐためには、Ｐｉｎは１Ｗ以下であることが望ましい。
図４（ｂ）は、ｒ／（ｄ漏れ光／２）に対し、Ｐｉｎ／Ｐ漏れ光＝１−ｅｘｐ［−２（ｒ／（ｄ漏れ光／２））２］をプロットしたグラフである。Ｐ漏れ光は２Ｗであるため、Ｐｉｎ／Ｐ漏れ光が０．５以下であれば、Ｐｉｎは１Ｗ以下となる。よって、グラフより２ｒ／ｄ漏れ光は０．６以下、すなわち、ｄ漏れ光は２ｒ／０．６より大きければよい。
融着点を挟んだＤＣＦ３２とＰＣＦ３４は、被覆層１である高屈折透明樹脂で被覆されている。被覆層１で被覆されている融着点と被覆層２の端との距離Ｌは９ｍｍ、被覆層１の半径Ｒは１．０ｍｍである。パルス光の波長に対するＤＣＦ３２の被覆層０およびＰＣＦ３４の被覆層２の透過率は５０％／ｍｍ以下である。ＰＣＦ３４の被覆層２の径２ｒは０．２５ｍｍ（ｒ＝０．１２５ｍｍ）である。ＰＣＦ３４の硝材はシリカガラスであり、パルス光に対する屈折率は１．４５である。被覆層１の高屈折透明樹脂は、ＵＶ硬化で成形が可能な菱江化学株式会社のルミプラスを選択することができる。このとき、ポンプパルス光の波長に対する被覆層１の屈折率はｎ１＝１．６５、透過率は８０％／ｍｍ以上である。被覆層１の屈折率はＰＣＦ３４の硝材より大きく、また被覆層１の透過率は被覆層２の透過率より高い。（ｒ×ｎ１）／ＮＡは２．６ｍｍとなり距離Ｌ（＝９ｍｍ）よりも短い。またＬ×ＮＡ／ｎ１は０．４４ｍｍであり被覆層１の半径Ｒ（＝１．０ｍｍ）よりも小さい。このとき、被覆層２の端における漏れ光の広がり径ｄ漏れ光は０．８８ｍｍであり、ｄ漏れ光／２と被覆層２の半径r（＝０．１２５ｍｍ）との比ｒ／（ｄ漏れ光／２）は、０．２８である。この値は、被覆層２に入射する漏れ光が１Ｗ以下となる条件ｒ／（ｄ漏れ光／２）＜０．６を満たしている。被覆層２に入射する漏れ光のパワーは、０．２９Ｗと見積られる。
よって、被覆層２の端で被覆層２の断面と重ならない漏れ光は、被覆層１と被覆層２との隙間より外部に放出される。以上のことから、実施形態２の波長変換パルス光源では、ＰＣＦとＤＣＦの融着点で発生する漏れ光（パワー約２Ｗ）は、透過率の高い被覆層１の内部を広がりながら伝搬し、被覆層２の端でその一部が外部に放出される。そのとき、被覆層２の断面より入射して、被覆層２を伝搬するパルス光のパワーは１Ｗより小さい。よって、漏れ光が被覆層１および被覆層２において高エネルギー密度で吸収されることによる発熱で被覆層１および被覆層２が破損されることを回避できる。実施形態２と実施形態１との相違点は、実施形態２ではパルス光の平均出力が大きいので、被覆層２に入ってくるパワーの観点から制限を設けていることである。
以上の様に、実施形態２のパルス光源では、ＤＣＦ３２とＰＣＦ３４の融着点で発生する漏れ光（パワー約２Ｗ）は、透過率の高い被覆層１の内部を広がりながら伝搬し、被覆層２の端でその一部が外部に放出される。また、被覆層２の端において、被覆層２に入射する漏れ光のパワーは０．２９Ｗと見積られる。これは、被覆層２が高い確率で破損する１Ｗより小さい。よって、被覆層１および被覆層２で吸収される漏れ光のパワー密度（吸収される漏れ光のパワーの密度）が減少し、その結果、発熱による被覆層１および被覆層２の破損を回避することができる。
本実施形態において、ＤＣＦ３２のコアからＰＣＦ３４のコアへのパルス光の結合効率は約６０％（α＝０．６）であるが、ＰＣＦ３４への結合効率は、パルス光のパルス幅等の条件により変動する。パルス光のパルス幅等の条件は、波長変換パルス光源の経年変化によって変動する可能性がある。よって、より確実に被覆層２の破損を回避するためには、次の式が満たされていることが望ましい。
Ｐ０｛１−ｅｘｐ［−２（ｒ／（Ｌ（ＮＡ／ｎ１）））２］｝＜１Ｗ
これは前の式（数１）でα＝０とした式である。このことは、たとえＤＣＦ３２のコアからＰＣＦ３４のコアへのパルス光の結合効率がゼロとなるようなことがあっても、被覆層２の破損が回避されることを意味し、より確実に被覆層２の破損を回避できることになる。また、被覆層１は、図３（ｂ）に示すように、発生した熱を排熱するためのヒートシンク３６と接触していると、より被覆層１の破損を回避することができる。ヒートシンク３６は、被覆層１より高い熱伝導率を有している材料であればよい。
１０・・パルス光源、１２，１４・・第１のファイバー、１４，１６・・第２のファイバー

Claims (17)

  1. 第１のファイバーと、前記第１のファイバーを伝搬した光が伝搬するように、前記第１のファイバーと接続された第２のファイバーと、を備え、
    前記第１のファイバーと前記第２のファイバーのうち少なくとも１つがフォトニック結晶ファイバーであり、
    前記第２のファイバーは、前記第１のファイバーと前記第２のファイバーとの接続面より順に第１の被覆層と第２の被覆層で被覆されており、
    前記第１の被覆層の屈折率ｎ１は、前記第２のファイバーのクラッド層の屈折率より大きく、
    前記第１のファイバーのＮＡ、前記第２のファイバーの中心を原点とする前記第１の被覆層の半径Ｒ、前記第２のファイバーの中心を原点とする前記第２の被覆層の半径ｒ、前記接続面と前記第１の被覆層の端との間の距離Ｌ、が、
    Ｌ＞（ｒ×ｎ１）／ＮＡ
    及び、
    Ｒ＞（２Ｌ×ＮＡ）／（２ｎ１）
    の関係式を満たす、
    ことを特徴とするファイバー構造体。
  2. 前記第２の被覆層に入射する、前記接続面からの漏れ光のパワーが１Ｗ以下であることを特徴とする請求項１に記載のファイバー構造体。
  3. 前記ファイバー構造体をパルス光が伝搬する場合、前記第１のファイバーを伝搬するパルス光のパワーをＰ０、前記第１のファイバーと前記第２のファイバーとの結合効率をαとすると、
    Ｐ０（１−α）｛１−ｅｘｐ［−２（ｒ／（Ｌ（ＮＡ／ｎ１）））２］｝＜１Ｗが満たされる、
    ことを特徴とする請求項１に記載のファイバー構造体。
  4. 前記ファイバー構造体をパルス光が伝搬する場合、前記第１のファイバーを伝搬する前記パルス光のパワーをＰ０、前記第１のファイバーと前記第２のファイバーとの結合効率をαとすると、
    Ｐ０｛１−ｅｘｐ［−２（ｒ／（Ｌ（ＮＡ／ｎ１）））２］｝＜１Ｗが満たされる、ことを特徴とする請求項１に記載のファイバー構造体。
  5. 前記第１の被覆層１の透過率は、前記第２の被覆層の透過率より大きい、
    ことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のファイバー構造体。
  6. 前記第１の被覆層の透過率は９０％／ｍｍ以上である、
    ことを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のファイバー構造体。
  7. ヒートシンクを備え、前記ヒートシンクは前記第１の被覆層と接触しており、前記ヒートシンクの熱伝導率は前記第１の被覆層の熱伝導率よりも大きい、
    ことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のファイバー構造体。
  8. 前記第１の被覆層は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、高屈折率ポリマー、の何れかを含むＵＶ硬化樹脂、ポリカーボネード、およびサファイアの少なくとも１つを含む、
    ことを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載のファイバー構造体。
  9. 請求項１から８の何れか１項に記載のファイバー構造体と、パルス光源と、を備え、
    前記パルス光源からのパルス光が、前記第１のファイバーを伝搬したのち前記第２のファイバーを伝搬するように、前記パルス光源と前記第１のファイバーと前記第２のファイバーとが光学的に接続されている、
    ことを特徴とする光源装置。
  10. 前記パルス光源は、Ｙｂドープファイバー利得媒体として用い、モード同期によってパルス光を出力するファイバーレーザと、Ｙｂドープファイバーを媒体として用いた増幅器とを含む、
    ことを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
  11. 第１のファイバーと、前記第１のファイバーを伝搬した光が伝搬するように、前記第１のファイバーと接合された第２のファイバーと、前記第１のファイバーと前記第２のファイバーとの間の接合表面を被覆する第１の被覆層と、前記第１の被覆層と接触し、前記第１の被覆層よりも熱伝導性が高いヒートシンクとを有するファイバー構造体であって、
    前記第１のファイバーと前記第２のファイバーの一方が、フォトニック結晶ファイバーであり、前記第１のファイバーと前記第２のファイバーの他方が光学ファイバーであり、前記第２のファイバーは、前記第１のファイバーと前記第２のファイバーとの接続面より順に前記第１の被覆層と第２の被覆層で被覆されており、
    前記第１の被覆層の屈折率ｎ１は、前記第２のファイバーのクラッド層の屈折率より大きく、
    前記第１のファイバーのＮＡ、前記第２のファイバーの中心を原点とする前記第１の被覆層の半径Ｒ、前記第２のファイバーの中心を原点とする前記第２の被覆層の半径ｒ、前記接続面と前記第１の被覆層の端との間の距離Ｌ、が、
    Ｌ＞（ｒ×ｎ１）／ＮＡ
    及び、
    Ｒ＞（２Ｌ×ＮＡ）／（２ｎ１）
    の関係式を満たす
    ことを特徴とするファイバー構造体。
  12. 前記第２の被覆層に入射する前記接続面からの漏れ光のパワーが１Ｗ以下であることを特徴とする請求項１１に記載のファイバー構造体。
  13. 前記第１の被覆層の透過率は、前記第２の被覆層の透過率よりも大きいことを特徴とする請求項１１または１２に記載のファイバー構造体。
  14. 前記第１の被覆層の透過率は９０％／ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載のファイバー構造体。
  15. 前記第１の被覆層は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、高屈折率ポリマー、の何れかを含むＵＶ硬化樹脂、ポリカーボネード、およびサファイアの少なくとも１つの部材を含むことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載のファイバー構造体。
  16. 請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載のファイバー構造体と、パルス光源とを有する光源装置であって、
    前記パルス光源と、前記第１のファイバーと、前記第２のファイバーとは、
    前記パルス光源からのパルス光が、前記第１のファイバーを伝搬した後に前記第２のファイバーを伝搬するように、光学的に接続されていることを特徴とする光源装置。
  17. 前記パルス光源は、Ｙｂドープファイバーを利得媒体として用い、モード同期によってパルス光を出力するファイバーレーザと、Ｙｂドープファイバーを媒体として用いた増幅器と、を含むことを特徴とする請求項１６に記載の光源装置。
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