JPWO2011118293A1 - 光ファイバ型光学素子、レーザダイオードモジュール、及びファイバレーザ - Google Patents

光ファイバ型光学素子、レーザダイオードモジュール、及びファイバレーザ Download PDF

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Abstract

入射される光の導波方向に延在するコア部（１）と、導波方向に延在してコア部（１）の周囲を取り囲み、所定波長の紫外線の照射によりグレーティング（４ａ）が形成される感光層（３ａ）とを備え、コア部（１）と感光層（３ａ）との間に、コア部（１）よりも屈折率が低く、且つ所定波長の紫外線の照射により屈折率が変化する光感受性が感光層（３ａ）よりも低い第１クラッド部（２）が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ型光学素子、特に、光ファイバグレーティングに関する光ファイバ型光学素子、該光ファイバ型光学素子を備えたレーザダイオードモジュール、及びファイバレーザに関するものである。
近年、ハイパワーＬＤ（Laser Diode；ＬＤ）を用いたＬＤモジュールの開発が積極的に進められている。
従来のＬＤモジュールは、主としてＬＤと、レンズドファイバとを備えている。レンズドファイバは、光ファイバの一方の端面がレンズ形状（以下、「レンズ部」という）をなした光ファイバであり、ＬＤから発振されたレーザ光をレンズ部の集光機能によりコア部に集光させる。
しかしながら、従来のレンズドファイバを用いたＬＤモジュールでは、レンズ部で集光できなかった光が不要光又は余剰光としてクラッド部に結合してしまう。例えば、出力パワーが１０Ｗ程度のハイパワーＬＤを用いた場合、約０．５Ｗ〜１Ｗの光がクラッド部に結合する場合がある。このため、クラッド部に結合した光が、光ファイバの周囲に形成された被覆部や金属コート部に吸収された場合、被覆部や金属コート部が高温状態となり破損してしまう可能性がある。
このような問題を回避するためには、被覆部や金属コート部が形成された領域に入射する前に、クラッド部を導波する光を放射モードに結合させ、光ファイバ外に放射すればよい。クラッド部を導波する光を放射モードに結合させるために利用可能な技術としては、特許文献１に開示された光ファイバ及び特許文献２に開示された光伝送ファイバがある。
特許文献１に開示された光ファイバでは、低屈折率材料で構成されたインナークラッドと、小さな空気で満たされた領域と散乱体とを含んだ領域で構成されたアウタークラッドとからなる光ファイバを作成し、導波方向に沿ってアウタークラッドにおける小さな空気で満たされた領域を部分的にコラプスしている。この特許文献１に開示された光ファイバでは、アウタークラッドに含まれる散乱体により、アウタークラッドに漏れ出した光を散乱させている。
一方、特許文献２に開示された光伝送ファイバは、内側クラッド層よりも厚さが薄く、屈折率が低い外側クラッド層を含む。この光伝送ファイバは、屈折率の値を適切に設定することによって内側クラッド層に沿って伝播する迷光を屈折させて、外側クラッド層で捕捉し、外側クラッド層の厚さを適切に選択して捕捉した迷光を被覆に放散させている。
ところで、選択的に特定モード間に結合を生じさせることができる技術として光ファイバグレーティング（以下、単に「ＦＧ」と称する）が良く知られている。
ＦＧとは、光ファイバの導波方向に屈折率の摂動（以下、「屈折率グレーティング」という）が形成された光ファイバ型光学素子のことである。
このＦＧにおける屈折率グレーティングにより、選択的に特定モード間に結合を生じさせることができる。
このようなＦＧの製造方法としては、光ファイバに紫外線を照射して、フォトリフラクティブ効果により、コア部の屈折率を変化させる方法が用いられている。ここで、フォトリフラクティブ効果とは、例えば、ドーパントとしてゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されたシリカガラス（ＳｉＯ２）に、波長２４０ｎｍ前後の紫外線を照射すると、シリカガラスの屈折率の上昇が起きる現象のことである。このＦＧによれば、一般的な光ファイバの基本構造を大きく変更する必要がないというメリットがある。
このような、従来のＦＧに関する技術では、コア部に屈折率グレーティングを形成するものが多いが、特許文献３には、コア部とクラッド部とにグレーティングを形成したＦＧが開示されている。また、特許文献４には、コア部に近接したクラッド部に屈折率グレーティングを形成したＦＧが開示されている。
米国公開特許公報「第２００９／１６９１６２号公報（公開日：２００９年７月２日）」 日本国公開特許公報「特開２００８−１９９０２５号公報（公開日：２００８年８月２８日）」 日本国公開特許公報「特開２００１−０１５８４１号公報（公開日：２００１年１月１９日）」 国際公開「第１９９７／０２６５７１号明細書（国際公開日：１９９７年７月２４日）」
しかしながら、上記従来の特許文献１に開示された光ファイバは、アウタークラッドに含まれる散乱体で光を散乱させるという特殊な構造なので、導波方向に対する所望の位置で光を散乱させることが難しいという問題点がある。また、上記のように、一般的な光ファイバと異なる特殊な構造であるため、光ファイバ同士の融着や、レンズ加工などの加工が困難であるという問題点がある。
次に、上記従来の特許文献２に開示された光伝送ファイバでは、内側クラッド層と外側クラッド層との屈折率差や、内側クラッド層及び外側クラッド層の厚さを厳密に設定する必要があり、加工が難しく、導波方向に対する所望の位置で光を散乱させることが難しい点は、上記特許文献１に開示された光ファイバと同様である。
次に、特許文献３に開示されたＦＧでは、コア部とクラッド部とに屈折率グレーティングが形成されている。また、特許文献４に開示されたＦＧでは、クラッド部に形成された屈折率グレーティングが、コア部に近接している。このため、屈折率グレーティングがコアモード光に影響を及ぼす外乱となって、コアモード光に損失が生じる可能性がある。なお、特許文献３に記載されているように、光ファイバを蛇行させることよってグレーティングを形成する場合についても同様である。
本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、コアモード光に影響を及ぼす外乱を可能な限り排除しつつ、導波方向に対する所望の位置でクラッドモード光を選択的に他のモードに結合又は反射させることができる光ファイバ型光学素子などを提供することを目的とする。
本発明の光ファイバ型光学素子は、前記課題を解決するために、入射される光の導波方向に延在するコア部と、前記導波方向に延在して前記コア部の周囲を取り囲む感光層であって、所定波長の紫外線の照射により屈折率グレーティングが形成される感光層とを備え、前記コア部と前記感光層との間に、前記コア部よりも屈折率が低く、且つ前記所定波長の紫外線の照射により屈折率が変化する光感受性が前記感光層よりも低いクラッド部が設けられていることを特徴とする。
前記構成によれば、本発明の光ファイバ型光学素子は、入射される光の導波方向に延在するコア部と、導波方向に延在してコア部の周囲を取り囲む感光層とを備え、コア部と感光層との間に、クラッド部が設けられている。ここで、クラッド部の屈折率は、コア部の屈折率よりも低くなっている。
また、感光層は、所定波長の紫外線の照射により屈折率グレーティングが形成される層であり、クラッド部は、所定波長の紫外線の照射により屈折率が変化する光感受性が感光層よりも低い。言い換えれば、感光層は、光感受性がクラッド部よりも高い層である。なお、光感受性は、所定波長の紫外線の照射により屈折率が変化する性質のことであり、フォトリフラクティブ効果と称される。
このため、クラッド部は、フォトリフラクティブ効果を受け難く、感光層は、フォトリフラクティブ効果を受け易い。従って、所定波長の紫外線の照射により形成される屈折率グレーティングをコア部から離間させることが可能となる。よって、コア部に振幅が偏在する導波モード、すなわち、コアとクラッドとの屈折率差によって全反射条件を満たす導波モードとして伝播する光（以下、「コアモード光」という）に対して屈折率グレーティングが外乱となることはない。
なお、屈折率グレーティングにおける屈折率の摂動は、周期性を有していることが好ましいが、厳密な周期性を要するものではない。例えば、屈折率グレーティングの摂動周期は、導波方向に対して一定であっても良いし、導波方向に対して連続的に変化していても良い（チャープトファイバグレーティング）。また、屈折率グレーティングは、後述する長周期グレーティングであっても良いし、後述するブラッググレーティングであっても良い。なお、ブラッググレーティングは、後述するスラント型のブラッググレーティングであっても良い。
屈折率グレーティングの形成位置及びその屈折率の摂動周期を調整することにより、導波方向に対する所望の位置で、所定波長のクラッドモード光を選択的に他のモードに結合（放射モードを含む）又は反射させることができる。また、このようなＦＧを用いれば、光ファイバ型光学素子の形状を変形（ベンド）させる必要はないので、変形による影響を受けてコアモード光が損失することはない。また、ＦＧを用いれば、一般的な光ファイバの基本構造を大きく変更する必要がなく、加工が容易である。
以上のように、本発明の光ファイバ型光学素子によれば、光ファイバ型光学素子に形成した屈折率グレーティングが、コアモード光に影響を及ぼす外乱となることはない。
よって、コアモード光に影響を及ぼす外乱を可能な限り排除しつつ、導波方向に対する所望の位置でクラッドモード光を選択的に他のモードに結合又は反射させることができる。
本発明の光ファイバ型光学素子は、以上のように、入射される光の導波方向に延在するコア部と、前記導波方向に延在して前記コア部の周囲を取り囲む感光層であって、所定波長の紫外線の照射により屈折率グレーティングが形成される感光層とを備え、前記コア部と前記感光層との間に、前記コア部よりも屈折率が低く、且つ前記所定波長の紫外線の照射により屈折率が変化する光感受性が前記感光層よりも低いクラッド部が設けられているものである。
それゆえ、コアモード光に対する外乱を可能な限り排除しつつ、導波方向に対する所望の位置でクラッドモード光を選択的に他のモードに結合又は反射させるという効果を奏する。
本発明の他の目的、特徴、および優れた点は、以下に示す記載によって十分分かるであろう。また、本発明の利点は、添付図面を参照した次の説明で明白になるであろう。
本発明の一実施形態である光ファイバ型光学素子の構成を示すものであり、コア部の中心軸を含む平面で切ったときの断面図（上段）、前記光ファイバ型光学素子のＡ−Ａ’断面図（中段）、及びＡ−Ａ’断面における屈折率分布を示すグラフ（下段）である。 本発明の他の実施形態である光ファイバ型光学素子の構造を示すものであり、コア部の軸を含む平面で切ったときの断面図（上段）、前記光ファイバ型光学素子のＢ−Ｂ’断面図（中段）、及びＢ−Ｂ’断面における屈折率分布を示すグラフ（下段）である。 本発明のさらに他の実施形態である光ファイバ型光学素子の構成を示すものであり、コア部の中心軸を含む平面で切ったときの断面図（上段）、前記光ファイバ型光学素子のＡ−Ａ’断面図（中段）、及びＡ−Ａ’断面における屈折率分布を示すグラフ（下段）である。 本発明のさらに他の実施形態である光ファイバ型光学素子の構造を示すものであり、コア部の軸を含む平面で切ったときの断面図（上段）、前記光ファイバ型光学素子のＢ−Ｂ’断面図（中段）、及びＢ−Ｂ’断面における屈折率分布を示すグラフ（下段）である。 前記光ファイバ型光学素子の製造方法を説明するための図であり、（ａ）は、前記光ファイバ型光学素子の周囲をプライマリ被覆層及びセカンダリ被覆層で被覆したときの様子を示し、（ｂ）は、セカンダリ被覆層の一部を除去したときの様子を示し、（ｃ）は、セカンダリ被覆層の一部を除去した部分に紫外線を照射したときの様子を示し、（ｄ）は、前記プライマリ被覆層に紫外光による回折光を照射したときの各構成要素の配置を示す。 本発明のさらに他の実施形態であるファイバレーザの構成を示すブロック図である。 本発明のさらに他の実施形態であるＬＤモジュールの構成を示す図であり、（ａ）は、前記ＬＤモジュールの断面（側断面）の構造の一例を示し、（ｂ）は、レンズドファイバのレンズ部の断面（側断面）の構造の一例を示す。
本発明の一実施形態について図１〜図７に基づいて説明すれば、次の通りである。以下の特定の実施形態で説明すること以外の構成は、必要に応じて説明を省略する場合があるが、他の実施形態で説明する構成と同じである。また、説明の便宜上、各実施形態に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
〔１．第１実施形態〕
まず、図１に基づき、本発明の一実施形態である光ファイバ型光学素子１０ａについて説明する。
図１は、光ファイバ型光学素子１０ａの構成を示すコア部１の中心軸を含む平面で切ったときの断面図（上段）、光ファイバ型光学素子１０ａのＡ−Ａ’断面図（中段）、及び、Ａ−Ａ’断面における屈折率分布を示すグラフ（下段）である。
光ファイバ型光学素子１０ａは、図１に示すように、Ａ−Ａ’断面が円形状で、入射される光の導波方向に延在するコア部１と、Ａ−Ａ’断面がほぼ円環状で、導波方向に沿って延在し、コア部１の周囲を取り囲む第１クラッド部（クラッド部）２と、Ａ−Ａ’断面がほぼ円環状で、導波方向に沿って延在し、第１クラッド部２を取り囲む感光層３ａとを含んでいる。
なお、感光層３ａにおける「感光」は、所定波長の紫外線に対する光感受性を意味し、「光感受性（フォトリフラクティブ効果）」は、所定波長の紫外線の照射により屈折率が変化する性質のことを意味する。
コア部１は、主としてシリカガラス（二酸化珪素：ＳｉＯ２）により構成され、屈折率を第１クラッド部２よりも高くし、光感受性を感光層３ｂよりも小さく（若しくは示さないように）するために、アルミニウム（Ａｌ）を約４．０Ｗｔ％添加している。コア径ｄ１は、約１０５μｍである。なお、ドーパントは、アルミニウムの他、リン（Ｐ）でも良いが、これに限られない。
第１クラッド部２は、屈折率をコア部１よりも低くし、光感受性を感光層３ｂよりも小さく（若しくは示さないように）するために、無添加のシリカガラスで構成されている。第１クラッド部２の厚さは７．５μｍであり、第１クラッド径ｄ２は、１２０μｍである。なお、本実施形態では、第１クラッド部２は無添加であるが、コア部１よりも低濃度のアルミニウムの他、リン、フッ素（Ｆ）などをドーパントとしても良い。
感光層３ａは、本実施形態では、光感受性をコア部１及び第１クラッド部２よりも大きく（若しくは示すように）するために、ゲルマニウム（Ｇｅ）を約２．４Ｗｔ％添加しており、結果的に第１クラッド部２よりも屈折率は高くなっている。しかしながら、感光層３ａの屈折率は、必要に応じて第１クラッド部２よりも低くしても良い。
また、感光層３ａの厚さは、約２．５μｍであり、感光層外径ｄ３は、約１２５μｍである。なお、ドーパントは、ゲルマニウムの他、酸化チタン（ＴｉＯ２）、ホウ素（Ｂ）でも良いが、これらに限られない。
なお、Ａ−Ａ’断面における屈折率分布を示すグラフは、コア部１、第１クラッド部２及び感光層３ａの、それぞれの屈折率の大小関係を模式的に示しており、屈折率ｎ１、ｎ２及びｎ３は、それぞれコア部１、第１クラッド部２及び感光層３ａの屈折率を示している。なお、屈折率は、シリカガラスに対するドーパントの種類及びその添加量によって決まるので、屈折率ｎ１〜ｎ３の具体的な値については省略する。
以上の構成によれば、コア部１と感光層３ａとの間に、フォトリフラクティブ効果を示さない第１クラッド部２が配置される。従って、コア部１から離間した感光層３ａのみに所定波長の紫外線の照射による屈折率ｎの摂動を生じさせることが可能となる。
本実施形態の光ファイバ型光学素子１０ａでは、感光層３ａのみに、波長２４４ｎｍの紫外線（アルゴンガスレーザの第二高調波）の照射による屈折率ｎの摂動によって形成されたグレーティング（屈折率グレーティング）４ａを形成している。感光層３ａにおけるグレーティング４ａは、後述するレンズ部（一方の端面）８２から約２．５ｃｍの位置から、導波方向に約２ｃｍの範囲に亘って延在している。
なお、本実施形態のグレーティング４ａは、導波方向に周期性を持つ長周期ファイバグレーティング（以下、「長周期グレーティング」という）であり、周期ＰＬは、数μｍ〜１００μｍ程度である。但し、グレーティング４ａは、厳密な周期性を持たないものであっても良い。例えば、周期ＰＬは、導波方向に対して一定であっても良いし、導波方向に対して連続的に変化していても良い（チャープトＦＧ）。
また、必要に応じて、グレーティング４ａを短周期（１μｍ以下）のファイバブラッググレーティング（以下、「ブラッググレーティング」という）としても良い。さらに、グレーティング４ａは、後述する第６実施形態に示す例のように、スラント型のブラッググレーティング（以下、「スラント型グレーティング」と称する）であっても良い。スラント型グレーティングは、その角度変換効果により、放射モードに強く結合させることが可能である。
以上より、図１に示すように、グレーティング４ａの周期ＰＬを調整することにより、第１クラッド部２における所定波長のクラッドモード光Ｌ１を必要に応じて選択的に他のモード（例えば、放射モードＬ２）に結合させることができる。しかも、グレーティング４ａがコア部１から離間して形成されているので、グレーティング４ａの影響を受けて、コア部１と第１クラッド部２との屈折率差によって全反射条件を満たす導波モード（以下、「コアモード光」という）が損失することはない。
なお、上述した特許文献２の光伝送ファイバでは、光伝送ファイバの任意の位置で、迷光を漏らす場合には、被覆を位置精度良く剥ぐ必要があるが、このような加工は非常に難しく、作製精度に問題がある。更にコアモード光は、被覆部に漏出するのであるが、被覆部で発熱が生じるため、放熱するための構造が必要となり構成の自由度が低い。しかしながら、本実施形態の光ファイバ型光学素子１０ａによれば、紫外線を照射するだけで、感光層３ａの導波方向の任意の位置にグレーティング４ａを形成し、迷光を放射モードに結合させることができるので、ファイバの距離の制御が容易であり、構成の自由度が高い。
（コア部とクラッド部との界面から感光層までの距離について）
次に、コア部１と第１クラッド部２との界面から感光層３ａまでの距離（クラッド部の厚さ）Δ〔＝（ｄ２−ｄ１）／２；不図示〕について説明する。
一般に、前記界面から第１クラッド部２に滲みだす際の滲みだし深さは、導波モードの波長程度である。すなわち、距離Δ≒導波モードの波長である。
すなわち、距離Δ≧導波モードの波長であれば、コア部１に振幅が偏在する導波モード（コアモード光）は、概ねグレーティング４ａの影響を受けない。
次に光強度の観点からは、コアモード光の強度が最大強度の１／ｅ２よりも小さくなる領域（シングルモードファイバにおけるモードフィールド径外の領域に相当）に感光層３ｂが形成されていれば、コアモード光は、概ねグレーティング４ａの影響を受けないと考えて良い。
次に、電力の観点から、屈折率グレーティングによる影響を受ける部分の光に相当する電力を、コア部１から第１クラッド部２へ漏れ出した光の電力の１％以下に抑える条件について説明する。
まず、グレーティング４ａがコアモード光に与える影響は、次式（１）から見積もることができる。式（１）は、コア径をａ、θ方向の導波モードの次数をｌとしたときの、コア外（ｒ＞ａ）におけるステップインデックスファイバの電界分布ＥＺ（ｒ）である。Ｊｌ（κａ)は、ベッセル関数であり、Ｋｌ（γｒ）は、変形ベッセル関数である。
Figure 2011118293
このとき、クラッド部への減衰は、Ｋｌ（γｒ）で表され、θ方向のモード数が小さいほど、減衰定数が小さくなるので、以下、基底モード（ｌ＝０）を考える。このとき、基底モードの場合のクラッド部への減衰は、Ｋ０（γｒ）で表される。
また、κは波数であり、γは次式（２）により定義される定数であり、φｌは、初期位相である。
Figure 2011118293
ここで、ｋ０は、定数、ｎｅｑは、基底モードの波長に対するコア部の等価屈折率、ｎ２は、クラッド部の屈折率である。
式（２）より、マルチモードコアの最高次の導波モードは減衰定数が小さくなることがわかる。
例えば、シリカガラス系のコア部を９００ｎｍ程度の波長の光が導波していて、コア部の等価屈折率ｎｅｑとクラッド部の屈折率ｎ２との差が１０−４のとき、距離Δを５μｍ以上とすれば、屈折率グレーティングの影響を受けるのは、コアからクラッドへ漏れ出した光の電力の１％以下に相当する部分の光となる。
よって、厳密には、距離Δ＝５μｍでは、コア部１から第１クラッド部２へ漏れ出した光の電力の１％以下に相当する部分の光は、屈折率グレーティングによる影響を受ける。
しかしながら、コア径が充分大きければ、コアモード光のほとんどがコア部に偏在していると考えられ、距離Δ＝５μｍでは、屈折率グレーティングのコアモード光へ与える影響を無視することができると考えられる。
言い換えれば、距離Δ≧５μｍとすれば、コア部１を導波する光の電力の９９％以上に相当する部分はグレーティング４ａの影響を受けない。
以上より、より具体的には、距離Δ≧５μｍであることが好ましい。
また、コアモード光の損失の観点からは、光ファイバ型光学素子１０ａ及び後述する光ファイバ型光学素子１０ｂ〜１０ｄは、コア部１に振幅が偏在する導波モードの光の損失が、０ｄＢ／ｍｍよりも大きく、０．３ｄＢ／ｍｍ以下であることが好ましい。
コアモード光の損失が、０．３ｄＢ／ｍｍ以下であれば、光ファイバ型光学素子１０ａ〜１０ｄに形成したグレーティング４ａ〜４ｄが、コア部１から充分離れ、コアモード光に影響を及ぼす外乱となっていないと考えて良い。
以上のように、光ファイバ型光学素子１０ａによれば、光ファイバ型光学素子１０ａを変形させる必要がなく、感光層３ａのグレーティング４ａが外乱となり、コアモード光が影響を受けることはないので、コアモード光に影響を及ぼす外乱を可能な限り排除することができる。
よって、コアモード光に影響を及ぼす外乱を可能な限り排除し、導波方向に対する任意の位置で第１クラッド部２におけるクラッドモード光を選択的に他のモードに結合（放射モード）又は反射させることができる。また、ＦＧの手法を用いているので、光ファイバ型光学素子１０ａの基本構造を大きく変更する必要がなく、光ファイバ型光学素子１０ａの加工が容易である。
〔２．第２実施形態〕
次に、図２に基づき、本発明の他の実施形態である光ファイバ型光学素子１０ｂについて説明する。
図２は、光ファイバ型光学素子１０ｂの構成を示すコア部１の中心軸を含む平面で切ったときの断面図（上段）、光ファイバ型光学素子１０ｂのＢ−Ｂ’断面図（中断）、及び、Ｂ−Ｂ’断面における屈折率分布を示すグラフ（下段）である。
光ファイバ型光学素子１０ｂは、いわゆるダブルクラッドファイバであり、図２に示すように、Ｂ−Ｂ’断面が円形状で、入射される光の導波方向に延在するコア部１と、Ｂ−Ｂ’断面がほぼ円環状で、導波方向に沿って延在し、コア部１の周囲を取り囲む第１クラッド部２と、Ｂ−Ｂ’断面がほぼ円環状で、導波方向に延在して第１クラッド部の周囲を取り囲む感光層３ｂと、Ｂ−Ｂ’断面がほぼ円環状で、導波方向に延在し、感光層３ｂの周囲を取り囲む第２クラッド部（クラッド部）５とを含んでいる。なお、感光層３ｂにおける「感光」は、上述した感光層３ａの場合と同じである。また、「光感受性（フォトリフラクティブ効果）」についても、上述した感光層３ａの場合と同じである。
ここで、以下、クラッド部が複数ある場合に、例えば、コア部１に近い方から、第１クラッド部２、第２クラッド部５、・・・第Ｌクラッド部・・・第Ｎクラッド部（Ｌ、Ｎは、自然数；Ｌ＜Ｎ）と称することにする。
このとき、感光層３ｂは、第１クラッド部２〜第Ｎクラッド部の中から選択された１つのクラッド部の外周側に近接して設けられていても良い。
例えば、第Ｌクラッド部のクラッドモード光を選択的に他のモードに結合（放射モードを含む）又は反射させる場合には、感光層３ｂは、第Ｌクラッド部の外周側に近接して設ければ良い。
コア部１は、主としてシリカガラスにより構成され、屈折率を第１クラッド部２よりも高くし、光感受性を感光層３ｂよりも小さく（若しくは示さないように）するために、アルミニウムを６．０Ｗｔ％添加している。コア径ｄ１は、２０μｍである。なお、ドーパントは、アルミニウムの他、リンでも良いが、これらに限られない。なお、ファイバレーザにおける増幅媒体として利用するために、コア部１には、さらに希土類金属であるイッテルビウム（Ｙｂ）を、１０００〜１０００００ｐｐｍ程度添加している。なお、希土類金属としては、ツリウム（Ｔｍ）、又はエルビウム（Ｅｒ）でも良いが、希土類金属は、これに限られない。
第１クラッド部２は、主としてシリカガラスにより構成され、屈折率をコア部１よりも低くし、光感受性を感光層３ｂよりも小さく（若しくは示さないように）するために、アルミニウムを２．５Ｗｔ％添加している。第１クラッド部２の厚さは、２０μｍであり、第１クラッド径ｄ２は、約６０μｍである。なお、ドーパントは、コア部１よりも低濃度のアルミニウムの他、リン、フッ素でも良いが、ドーパントは、これらに限られない。
感光層３ｂは、屈折率を第１クラッド部２よりも低くし、光感受性をコア部１及び第１クラッド部２よりも大きく（若しくは示すように）するために、ゲルマニウムを約３．０Ｗｔ％添加している。また、感光層３ｂの厚さは、約１４０μｍであり、感光層外径ｄ３は、約３４０μｍである。なお、ドーパントは、ゲルマニウムの他、酸化チタン、ホウ素でも良いが、これらに限られない。
第２クラッド部５は、屈折率を感光層３ｂよりも低くし、光感受性を感光層３ｂよりも小さくするために、無添加のシリカガラスにより構成されている。第２クラッド部５の厚さは、約３０μｍであり、第２クラッド径ｄ４は、約４００μｍである。
なお、Ｂ−Ｂ’断面における屈折率分布を示すグラフは、コア部１、第１クラッド部２、感光層３ｂ及び第２クラッド部５の、それぞれの屈折率の大小関係を模式的に示しており、屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３及びｎ４は、それぞれコア部１、第１クラッド部２、感光層３ｂ及び第２クラッド部５の屈折率を示している。なお、屈折率は、シリカガラスに対するドーパントの種類及びその添加量によって決まるので、屈折率ｎ１〜ｎ４の具体的な値については省略する。
以上の構成によれば、コア部１と感光層３ｂとの間に、フォトリフラクティブ効果を示さない第１クラッド部２が配置される。従って、コア部１から離間した感光層３ｂのみに所定波長の紫外線の照射による屈折率ｎの摂動を生じさせることが可能となる。
本実施形態の光ファイバ型光学素子１０ｂでは、感光層３ｂのみに、波長２４４ｎｍの紫外線の照射による屈折率ｎの摂動によって形成されたグレーティング（屈折率グレーティング）４ｂを形成している。感光層３ｂにおけるグレーティング４ｂは、光ファイバ型光学素子１０ｂの一方の端面の位置から、導波方向に約２０ｍｍの範囲に亘って延在している。
なお、本実施形態のグレーティング４ｂは、導波方向に周期性を持つブラッググレーティングであり、周期ＰＳは、約３１０ｎｍである。また、グレーティング４ａは、必要に応じて波長の整数倍のブラッググレーティングや上述した長周期グレーティング、またはスラント型のブラッググレーティングとしても良い。
以上より、図２に示すように、グレーティング４ｂの周期ＰＳを調整することにより、導波方向の任意の位置で、第１クラッド部２及び感光層３ｂにおける所定波長のクラッドモード光Ｌ１’を必要に応じて選択的に反射して反射光Ｌ２’とすることができる。しかも、グレーティング４ｂがコア部１から離間して形成されているので、グレーティング４ｂの影響を受けてコアモード光が損失することはない。
なお、コア部１と第１クラッド部２との界面から感光層３ｂまでの距離Δ（第１クラッド部２の厚さ）は、第１実施形態と同じである。すなわち、コアモード光の強度が最大強度の１／ｅ２よりも小さくなる領域に感光層３ｂが形成されていれば、コアモード光は、概ねグレーティング４ａの影響を受けない。また、より好ましくは、距離Δ≧５μｍである。
上述したように、光ファイバ型光学素子１０ｂによれば、光ファイバ型光学素子１０ｂを変形させる必要がなく、感光層３ｂのグレーティング４ｂが外乱となって、コアモード光が影響を受けることはないので、コアモード光に影響を及ぼす外乱を可能な限り排除することができる。
よって、コア部１に影響を及ぼす外乱を可能な限り排除し、導波方向に対する所望の位置で第１クラッド部２におけるクラッドモード光を選択的に反射させることができる。また、ＦＧの手法を用いているので、光ファイバ型光学素子１０ｂの基本構造を大きく変更する必要がなく、光ファイバ型光学素子１０ｂの加工が容易である。
〔３．第３実施形態〕
次に、図３に基づき、本発明の一実施形態である光ファイバ型光学素子１０ｃについて説明する。
図３は、光ファイバ型光学素子１０ｃの構成を示すコア部１の中心軸を含む平面で切ったときの断面図（上段）、光ファイバ型光学素子１０ｃのＡ−Ａ’断面図（中段）、及び、Ａ−Ａ’断面における屈折率分布を示すグラフ（下段）である。
光ファイバ型光学素子１０ｃは、図３に示すように、Ａ−Ａ’断面が円形状で、入射される光の導波方向に延在するコア部１と、Ａ−Ａ’断面がほぼ円環状で、導波方向に沿って延在し、コア部１の周囲を取り囲む第１クラッド部（クラッド部）２と、Ａ−Ａ’断面がほぼ円環状で、導波方向に沿って延在し、第１クラッド部２を取り囲む感光層３ｃとを含んでいる。
なお、感光層３ｃにおける「感光」及び「光感受性（フォトリフラクティブ効果）」は、上述した感光層３ａ及び感光層３ｂの場合と同じである。
コア部１は、光感受性を感光層３ｃよりも小さく（若しくは示さないように）するために、無添加のシリカガラスで構成されている。コア部１の屈折率は、第１クラッド部２よりも高い。コア径ｄ１は、約１０５μｍである。
第１クラッド部２は、屈折率をコア部１よりも低くし、光感受性を感光層３ｃよりも小さく（若しくは示さないように）するために、シリカガラスにフッ素（Ｆ）を約２．０Ｗｔ％添加している。
第１クラッド部２の厚さは７．５μｍであり、第１クラッド径ｄ２は、１２０μｍである。なお、なお、ドーパントは、上述したフッ素の他、アルミニウムや、リンでも良いが、これらに限られない。
感光層３ｃは、本実施形態では、光感受性をコア部１及び第１クラッド部２よりも大きく（若しくは示すように）するために、ゲルマニウム（Ｇｅ）を約２．４Ｗｔ％添加しており、結果的に第１クラッド部２よりも屈折率は高くなっている。しかしながら、感光層３ｃの屈折率は、必要に応じて第１クラッド部２よりも低くしても良い。
また、感光層３ｃの厚さは、約２．５μｍであり、感光層外径ｄ３は、約１２５μｍである。なお、ドーパントは、ゲルマニウムの他、酸化チタン（ＴｉＯ２）、ホウ素（Ｂ）でも良いが、これらに限られない。
なお、Ａ−Ａ’断面における屈折率分布を示すグラフは、コア部１、第１クラッド部２及び感光層３ｃの、それぞれの屈折率の大小関係を模式的に示しており、屈折率ｎ１、ｎ２及びｎ３は、それぞれコア部１、第１クラッド部２及び感光層３ｃの屈折率を示している。なお、屈折率は、シリカガラスに対するドーパントの種類及びその添加量によって決まるので、屈折率ｎ１〜ｎ３の具体的な値については省略する。
以上の構成によれば、コア部１と感光層３ａとの間に、フォトリフラクティブ効果を示さない第１クラッド部２が配置される。従って、コア部１から離間した感光層３ｃのみに所定波長の紫外線の照射による屈折率ｎの摂動を生じさせることが可能となる。
本実施形態の光ファイバ型光学素子１０ａでは、感光層３ｃのみに、波長２４４ｎｍの紫外線（アルゴンガスレーザの第二高調波）の照射による屈折率ｎの摂動によって形成されたグレーティング（屈折率グレーティング）４ｃを形成している。感光層３ｃにおけるグレーティング４ｃは、後述するレンズ部（一方の端面）８２から約２．５ｃｍの位置から、導波方向に約２ｃｍの範囲に亘って延在している。
なお、本実施形態のグレーティング４ｃは、上述した長周期グレーティングであり、周期ＰＬは、数μｍ〜１００μｍ程度である。但し、グレーティング４ｃは、厳密な周期性を持たないものであっても良い。例えば、周期ＰＬは、導波方向に対して一定であっても良いし、導波方向に対して連続的に変化していても良い（チャープトＦＧ）。
また、必要に応じて、グレーティング４ｃを上述したブラッググレーティングとしても良い。さらに、グレーティング４ｃは、後述する第６実施形態に示す例のように、上述したスラント型グレーティングであっても良い。
以上より、図３に示すように、グレーティング４ｃの周期ＰＬを調整することにより、第１クラッド部２における所定波長のクラッドモード光Ｌ１を必要に応じて選択的に他のモード（例えば、放射モードＬ２）に結合させることができる。しかも、グレーティング４ｃがコア部１から離間して形成されているので、グレーティング４ｃの影響を受けて、コアモード光が損失することはない。
なお、上述した特許文献２の光伝送ファイバでは、光伝送ファイバの任意の位置で、迷光を漏らす場合には、被覆を位置精度良く剥ぐ必要があるが、このような加工は非常に難しく、作製精度に問題がある。更にコアモード光は、被覆部に漏出するのであるが、被覆部で発熱が生じるため、放熱するための構造が必要となり構成の自由度が低い。しかしながら、本実施形態の光ファイバ型光学素子１０ｃによれば、紫外線を照射するだけで、感光層３ｃの導波方向の任意の位置にグレーティング４ｃを形成し、迷光を放射モードに結合させることができるので、ファイバの距離の制御が容易であり、構成の自由度が高い。
なお、コア部１と第１クラッド部２との界面から感光層３ｃまでの距離Δ（第１クラッド部２の厚さ）は、第１実施形態と同じである。すなわち、コアモード光の強度が最大強度の１／ｅ２よりも小さくなる領域に感光層３ｃが形成されていれば、コアモード光は、概ねグレーティング４ｃの影響を受けない。また、より好ましくは、距離Δ≧５μｍである。
また、コアモード光の損失の観点からは、光ファイバ型光学素子１０ｃは、コア部１に振幅が偏在する導波モードの光の損失が、０ｄＢ／ｍｍよりも大きく、０．３ｄＢ／ｍｍ以下であることが好ましい。
コアモード光の損失が、０．３ｄＢ／ｍｍ以下であれば、光ファイバ型光学素子１０ｃに形成したグレーティング４ｃが、コア部１から充分離れ、コアモード光に影響を及ぼす外乱となっていないと考えて良い。
以上のように、光ファイバ型光学素子１０ｃによれば、光ファイバ型光学素子１０ｃを変形させる必要がなく、感光層３ｃのグレーティング４ｃが外乱となり、コアモード光が影響を受けることはないので、コアモード光に影響を及ぼす外乱を可能な限り排除することができる。
よって、コアモード光に影響を及ぼす外乱を可能な限り排除し、導波方向に対する任意の位置で第１クラッド部２におけるクラッドモード光を選択的に他のモードに結合（放射モード）又は反射させることができる。また、ＦＧの手法を用いているので、光ファイバ型光学素子１０ｃの基本構造を大きく変更する必要がなく、光ファイバ型光学素子１０ｃの加工が容易である。
〔４．第４実施形態〕
次に、図４に基づき、本発明の他の実施形態である光ファイバ型光学素子１０ｄについて説明する。
図４は、光ファイバ型光学素子１０ｄの構成を示すコア部１の中心軸を含む平面で切ったときの断面図（上段）、光ファイバ型光学素子１０ｄのＢ−Ｂ’断面図（中断）、及び、Ｂ−Ｂ’断面における屈折率分布を示すグラフ（下段）である。
光ファイバ型光学素子１０ｄは、いわゆるダブルクラッドファイバであり、図４に示すように、Ｂ−Ｂ’断面が円形状で、入射される光の導波方向に延在するコア部１と、Ｂ−Ｂ’断面がほぼ円環状で、導波方向に沿って延在し、コア部１の周囲を取り囲む第１クラッド部２と、Ｂ−Ｂ’断面がほぼ円環状で、導波方向に延在して第１クラッド部の周囲を取り囲む感光層３ｄと、Ｂ−Ｂ’断面がほぼ円環状で、導波方向に延在し、感光層３ｄの周囲を取り囲む第２クラッド部（クラッド部）５とを含んでいる。なお、感光層３ｄにおける「感光」及び「光感受性（フォトリフラクティブ効果）」は、上述した感光層３ａ〜３ｃの場合と同じである。
ここで、以下、クラッド部が複数ある場合に、例えば、コア部１に近い方から、第１クラッド部２、第２クラッド部５、・・・第Ｌクラッド部・・・第Ｎクラッド部（Ｌ、Ｎは、自然数；Ｌ＜Ｎ）と称することにする。
このとき、感光層３ｄは、第１クラッド部２〜第Ｎクラッド部の中から選択された１つのクラッド部の外周側に近接して設けられていても良い。
例えば、第Ｌクラッド部のクラッドモード光を選択的に他のモードに結合（放射モードを含む）又は反射させる場合には、感光層３ｄは、第Ｌクラッド部の外周側に近接して設ければ良い。
コア部１は、光感受性を感光層３ｄよりも小さく（若しくは示さないように）するために、無添加のシリカガラスで構成されている。コア径ｄ１は、２０μｍである。なお、本実施形態では、コア部１は無添加であるが、アルミニウム、リン、フッ素（Ｆ）などをドーパントとしても良い。
また、ファイバレーザにおける増幅媒体として利用するために、コア部１には、さらに希土類金属であるイッテルビウム（Ｙｂ）を、１０００〜１０００００ｐｐｍ程度添加している。なお、希土類金属としては、ツリウム（Ｔｍ）、又はエルビウム（Ｅｒ）でも良いが、希土類金属は、これに限られない。
第１クラッド部２は、主としてシリカガラスにより構成され、屈折率をコア部１よりも低くし、光感受性を感光層３ｄよりも小さく（若しくは示さないように）するために、シリカガラスにフッ素（Ｆ）を約２．０Ｗｔ％添加している。
第１クラッド部２の厚さは、２０μｍであり、第１クラッド径ｄ２は、約６０μｍである。なお、ドーパントは、アルミニウムの他、リンでも良いが、ドーパントは、これらに限られない。
感光層３ｄは、屈折率を第１クラッド部２よりも低くし、光感受性をコア部１及び第１クラッド部２よりも大きく（若しくは示すように）するために、ゲルマニウムを約３．０Ｗｔ％添加している。また、感光層３ｄの厚さは、約１４０μｍであり、感光層外径ｄ３は、約３４０μｍである。なお、ドーパントは、ゲルマニウムの他、酸化チタン、ホウ素でも良いが、これらに限られない。
第２クラッド部５は、屈折率を感光層３ｄよりも低くし、光感受性を感光層３ｄよりも小さくするために、無添加のシリカガラスにより構成されている。第２クラッド部５の厚さは、約３０μｍであり、第２クラッド径ｄ４は、約４００μｍである。
なお、Ｂ−Ｂ’断面における屈折率分布を示すグラフは、コア部１、第１クラッド部２、感光層３ｄ及び第２クラッド部５の、それぞれの屈折率の大小関係を模式的に示しており、屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３及びｎ４は、それぞれコア部１、第１クラッド部２、感光層３ｄ及び第２クラッド部５の屈折率を示している。なお、屈折率は、シリカガラスに対するドーパントの種類及びその添加量によって決まるので、屈折率ｎ１〜ｎ４の具体的な値については省略する。
以上の構成によれば、コア部１と感光層３ｄとの間に、フォトリフラクティブ効果を示さない第１クラッド部２が配置される。従って、コア部１から離間した感光層３ｄのみに所定波長の紫外線の照射による屈折率ｎの摂動を生じさせることが可能となる。
本実施形態の光ファイバ型光学素子１０ｄでは、感光層３ｄのみに、波長２４４ｎｍの紫外線の照射による屈折率ｎの摂動によって形成されたグレーティング（屈折率グレーティング）４ｄを形成している。感光層３ｄにおけるグレーティング４ｄは、光ファイバ型光学素子１０ｄの一方の端面の位置から、導波方向に約２０ｍｍの範囲に亘って延在している。
なお、本実施形態のグレーティング４ｄは、導波方向に周期性を持つブラッググレーティングであり、周期ＰＳは、約３１０ｎｍである。また、グレーティング４ｄは、必要に応じて波長の整数倍のブラッググレーティングや上述した長周期グレーティング、またはスラント型のブラッググレーティングとしても良い。
以上より、図４に示すように、グレーティング４ｄの周期ＰＳを調整することにより、導波方向の任意の位置で、第１クラッド部２及び感光層３ｄにおける所定波長のクラッドモード光Ｌ１’を必要に応じて選択的に反射して反射光Ｌ２’とすることができる。しかも、グレーティング４ｄがコア部１から離間して形成されているので、グレーティング４ｄの影響を受けてコアモード光が損失することはない。
なお、コア部１と第１クラッド部２との界面から感光層３ｄまでの距離Δ（第１クラッド部２の厚さ）は、第１実施形態と同じである。すなわち、コアモード光の強度が最大強度の１／ｅ２よりも小さくなる領域に感光層３ｄが形成されていれば、コアモード光は、概ねグレーティング４ｄの影響を受けない。また、より好ましくは、距離Δ≧５μｍである。
上述したように、光ファイバ型光学素子１０ｄによれば、光ファイバ型光学素子１０ｄを変形させる必要がなく、感光層３ｄのグレーティング４ｄが外乱となって、コアモード光が影響を受けることはないので、コアモード光に影響を及ぼす外乱を可能な限り排除することができる。
よって、コア部１に影響を及ぼす外乱を可能な限り排除し、導波方向に対する所望の位置で第１クラッド部２におけるクラッドモード光を選択的に反射させることができる。また、ＦＧの手法を用いているので、光ファイバ型光学素子１０ｄの基本構造を大きく変更する必要がなく、光ファイバ型光学素子１０ｄの加工が容易である。
〔５．屈折率グレーティングの形成方法について〕
次に、図５の（ａ）〜図５の（ｄ）に基づき、上述したグレーティング４ａ〜４ｄの形成方法について説明する。なお、ここで説明する屈折率グレーティングの形成方法は、上述した第１〜４実施形態、並びに以下で説明する第５及び６実施形態に共通するものである。また、屈折率グレーティングの形成方法は、ここで説明する方法に限られない。
まず、図５の（ａ）は、光ファイバ型光学素子１０ａ〜１０ｄの周囲をプライマリ被覆層２０及びセカンダリ被覆層３０で被覆したときの様子を示す斜視図である。
また、図５の（ｂ）は、セカンダリ被覆層３０の一部を除去したときの様子を示す斜視図である。
次に、図５の（ｃ）は、セカンダリ被覆層３０の一部を除去した部分に紫外線を照射したときの様子を示す斜視図である。
さらに、図５の（ｄ）は、プライマリ被覆層２０に紫外光による回折光を照射したときの各構成要素の配置を示す構成図である。
図５の（ａ）に示すように、光ファイバ型光学素子１０ａ〜１０ｄの外周側は、プライマリ被覆層２０及びセカンダリ被覆層３０で被覆され、被覆ファイバ４０としている。
プライマリ被覆層２０は、紫外線（以下、「ＵＶ光」と称する場合がある）の透過率の高い熱硬化型のシリコーン樹脂からなるものである。具体的には、ジメチルシリコーン樹脂等が挙げられる。熱硬化型のシリコーン樹脂は、波長２４４ｎｍの紫外線に対して、約９０％程度の透過率を有する。よって、このシリコーン樹脂からなるプライマリ被覆層２０上から紫外線を照射しても、紫外線は光ファイバ型光学素子１０ａ〜１０ｄに達する。よって、光ファイバ型光学素子１０ａ〜１０ｄにグレーティング４ａ〜４ｄを形成する際に、プライマリ被覆層２０を除去する必要がない。
このプライマリ被覆層２０の厚さとしては、１〜１０μｍであることが好ましい。１μｍ未満であると光ファイバ型光学素子１０ａ〜１０ｄの保護機能が得られず、１０μｍを超えるとグレーティング４ａ〜４ｄ形成時の紫外線の吸収が大きくなる。
次に、セカンダリ被覆層３０は、通常の光ファイバの被覆に用いられる紫外線吸収性で、波長２４４ｎｍの紫外線吸収率が約１０％以下の紫外線硬化型樹脂を用いることができ、好ましくはエポキシ系あるいはウレタンアクリレート系の紫外線硬化型樹脂を用いることができる。
このセカンダリ被覆層３０の厚さとしては、５１．５〜６１．５μｍであることが好ましい。５１．５μｍ未満であると、被覆ファイバ４０に十分な強度を与えることができず、６１．５μｍを超えると、光ファイバ型光学素子１０ａ〜１０ｄにグレーティング４ａ〜４ｄを形成する際のセカンダリ被覆層３０の除去が困難となり、また、被覆ファイバ４０の取り扱い性が悪化する。
このセカンダリ被覆層３０の紫外線硬化型樹脂の紫外線透過率は、２４４ｎｍの紫外線において約１０％以下であるので、従来の紫外線透過率の高い紫外線硬化型樹脂のみを被覆層に用いた光ファイバの製造方法のように製造速度を低下させる必要がなく、通常の製造速度により光ファイバ型光学素子１０ａ〜１０ｄを製造することができる。セカンダリ被覆層３０は、上記のように紫外線透過率が低いものであるので、ＦＧの製造時には除去する必要があるが、このセカンダリ被覆層３０は容易に除去することができる。
例えば、セカンダリ被覆層３０に紫外線ビームをパルス状に照射することによって、紫外線硬化型樹脂が紫外線を吸収して加熱され、この熱で燃焼し、簡単にアブレーションを起こすため、これを容易に取り除くことができる。この紫外線の照射は、例えばエキシマレーザ等の紫外線ビームをパルス状にセカンダリ被覆層３０に照射することにより可能である。このように、紫外線を照射することにより、セカンダリ被覆層３０を除去することができるので、光ファイバ型光学素子１０ａ〜１０ｄに傷をつけることがない。またセカンダリ被覆層３０の除去は、紫外線照射装置を用いて容易に行うことができるものであるので、ＦＧの製造工程において、特別な装置を用意する必要がない。
また、セカンダリ被覆層３０の除去された被覆ファイバ４０は、その表面を紫外線透過率の高いプライマリ被覆層２０に被われているので、この上から、紫外線を照射してグレーティング４ａ〜４ｄを形成することが可能である。よって、このような被覆ファイバ４０においては、グレーティング４ａ〜４ｄ形成中に、光ファイバ型光学素子１０ａ〜１０ｄにマイクロクラックが生じることがないので、グレーティング４ａ〜４ｄ形成後に光ファイバ型光学素子１０ａ〜１０ｄの強度が劣化することがない。
以下、グレーティング４ａ〜４ｄの形成方法の詳細について説明する。まず、１００気圧、５０℃の水素雰囲気中で５日間保管し、光ファイバ型光学素子１０ａ〜１０ｄの紫外線感受性を高める（水素処理工程）。
次に、図５の（ｂ）及び図５の（ｃ）に示すように、被覆ファイバ４０の途中のグレーティングを形成する部分に、紫外線レーザをパルス状に照射してセカンダリ被覆層３０を除去する。このときの紫外線照射装置としては、グレーティングに用いるものと同様のものを用いることができ、アルゴンイオンレーザの第二高調波（２４４ｎｍ）の他、エキシマレーザ、ＱスイッチＹＡＧ（イットリウム−アルミニウム−ガーネット）レーザの３次高調波等を用いることができる。また、紫外線の波長としては１９０〜４００ｎｍ、エネルギー密度としては０．５〜１０．０ｍＪ／ｍｍ２、パルス数としては１０〜２００Ｈｚ／１０〜１０００ｓｅｃとするのが好ましい。
次に、セカンダリ被覆層３０が除去された被覆ファイバ４０に、プライマリ被覆層２０上から、紫外線（ＵＶ光）を照射して、光ファイバ型光学素子１０ａ〜１０ｄにグレーティング４ａ〜４ｄを形成する。長周期グレーティングとして機能する長周期のグレーティング４ａ〜４ｄは、形成しようとするグレーティング４ａ〜４ｄの周期と同じ周期でスリットが形成された散乱マスク（不図示）を用いて形成することができる。一方、ブラッググレーティングとして機能する短周期のグレーティング４ａ〜４ｄは、図５の（ｄ）に示す位相マスク６を用いて、図５の（ｄ）に示すように行われる。
なお、図５の（ｄ）は、図５の（ｂ）に示す被覆ファイバ４０における、グレーティング形成部５０を含むセカンダリ被覆層３０の除去部分を示している。また、位相マスク６の片面には、所定の周期（３１０ｎｍ）で複数の格子７が形成されている。
ブラッググレーティングとして機能する短周期のグレーティング４ａ（又は４ｂ〜４ｄ）を形成するには、図５の（ｄ）に示すように、被覆ファイバ４０の側面から位相マスク６を介して、紫外線照射装置（図示せず）から、アルゴンイオンレーザの第二高調波（波長２４４ｎｍの紫外線）を照射する。
なお、長周期グレーティングのグレーティング４ａ（又は４ｂ〜４ｄ）については、波長２４４ｎｍの紫外線を約２０分間照射し、ブラッググレーティングのグレーティング４ｂ（又は４ａ、４ｃ、４ｄ）については、約１０分間照射した。
なお、ブラッググレーティングを形成する場合、位相マスク６の格子７によって紫外線が回折し、＋１次回折光と、−１次回折光とが干渉して干渉縞を生じる。また、この干渉縞を生じた部分の光ファイバ型光学素子１０ａ〜１０ｄの感光層３ａ〜３ｄの屈折率がフォトリフラクティブ効果によって変化する。なお、紫外線の回折光としては、２次以上の回折光を用いても良い。
また、グレーティング４ａ〜４ｄは、スラント型グレーティングであっても良い。スラント型グレーティングは、その角度変換効果により、放射モードに強く結合させることが可能である。スラント型グレーティングを得るには、フォトリフトラクティブ効果を利用する際に、例えば、図５の（ｄ）に示す位相マスク６の片面に形成されている周期的な格子７が、被覆ファイバ４０の軸方向に対して斜めになるようにセットした状態で、この位相マスク６を介して被覆ファイバ４０に紫外光を照射すればよい。
以上の結果、光ファイバ型光学素子１０ａ〜１０ｄの導波方向に沿って、グレーティング４ａ〜４ｄが形成されたＦＧを製造することができる。このときの周期が短周期の場合はファイバブラッググレーティング、長周期の場合は長周期ファイバグレーティングとなる。その後、脱水素工程として、１２０℃の熱処理を約１２時間行う。
〔６．第５実施形態〕
次に、図６に基づき、本発明のさらに他の実施形態であるファイバレーザ７０の構成について説明する。図６は、ファイバレーザ７０の構成を示すブロック図である。本実施形態のファイバレーザ７０は、ブラッググレーティングとして機能する第２又は第４実施形態の光ファイバ型光学素子１０ｂ又は１０ｄを備えたものである。
図６に示すように、ファイバレーザ７０は、光ファイバ型光学素子１０ｂ又は１０ｄ、パルス光源７１、ポンプコンバイナ７２、及び合計４つのＬＤ７３を備える。
パルス光源７１は、例えば、パルス幅５０ｎｓ、ピークパワー６０Ｗ、繰り返し周波数２０ｋＨｚ、波長１．０６μｍのパルス（信号光）を、ポンプコンバイナ７２を介して光ファイバ型光学素子１０ｂ又は１０ｄのコア部１に入射させるものである。
また、ＬＤ７３は、波長９８０ｎｍの励起光（レーザ光）を、ポンプコンバイナ７２を介して光ファイバ型光学素子１０ｂ又は１０ｄの第１クラッド部２及び感光層３ｂ又は３ｄに入射させるものである。
本実施形態では、コア部１に入射させる信号光と、第１クラッド部２及び感光層３ｂ又は３ｄに入射させる励起光とが、ポンプコンバイナ７２を介して光ファイバ型光学素子１０ｂ又は１０ｄに入射するように構成されている。
光ファイバ型光学素子１０ｂ又は１０ｄは、図２に示したダブルクラッド構造をとる。このため、コア１は、信号光を導波する導波路として機能し、第１クラッド２及び感光層３ｂ又は３ｄは、励起光を導波する導波路（インナークラッド）として機能する。第２クラッド５は、励起光をインナークラッドに閉じ込めるために用いられる。光ファイバ型光学素子１０ｂ又は１０ｄにおいて、グレーティング４ｂ又は４ｄは、励起光を導波する感光層３ｂ又は３ｄのポンプコンバイナ７２側とは反対側の端部に形成される。これにより、イッテルビウムの励起に使用されなかった励起残留光（の一部）を、ポンプコンバイナ７２側とは反対側の端部にて反射させ、イッテルビウムの励起に再使用することができる。
〔７．第６実施形態〕
次に、図７の（ａ）及び図７の（ｂ）に基づき、本発明のさらに他の実施形態であるＬＤモジュール８０の構成について説明する。本実施形態のＬＤモジュール８０は、長周期ファイバグレーティングとして機能する第１実施形態のファイバ型光学素子１０ａ又は１０ｃを備えたものである。
図７の（ａ）は、ＬＤモジュール８０の構成を示すブロック図であり、図７の（ｂ）は、光ファイバ型光学素子１０ａ又は１０ｃ（レンズドファイバとしたもの）のレンズ部８２の構造の一例を示す模式図である。
図７の（ａ）に示すように、ＬＤモジュール８０は、ハイパワーＬＤ８１、レンズ部８２、ベース８３、サブマウント８４、ペルチェ素子８５、フェルール８６及びレーザ射出口８７を備える。
ハイパワーＬＤ８１は、出力パワーが１０Ｗ程度であり、出力光（レーザ光）の波長は、９１５ｎｍである。
ハイパワーＬＤ８１は、放熱特性を向上させるため，ジャンクションダウンの配置でサブマウント８４に固定されている。
レンズ部８２は、光ファイバ型光学素子１０ａ又は１０ｃの一方の端面をレンズ形状とした部分であり、図７の（ｂ）に示すように、楔角θは、約１１５°、レンズ径ｒは、約１５μｍである。これにより、ハイパワーＬＤ８１から出射されるレーザ光を、光ファイバ型光学素子１０ａ又は１０ｃのコア部１に効率良く集光させている。
また、光ファイバ型光学素子１０ａ又は１０ｃは、精密調芯した後、ＹＡＧ溶接でベース８３に固定される。ベース８３の下にはペルチェ素子８５（thermoelectric cooler: TEC）が取り付けられ、ハイパワーＬＤ８１の温度を一定に制御できるようにしている。
なお、フェルール８６は、光ファイバ型光学素子１０ａ又は１０ｃの光出射端側を固定するものであり、レーザ光は、レーザ射出口８７から出射されるようになっている。
本実施形態の光ファイバ型光学素子１０ａ又は１０ｃでは、フェルール８６を貫通する部分が金属コートされている。このため、金属コートされている領域の手前でクラッドモード光を光ファイバ型光学素子１０ａ又は１０ｃの外部に放射させ、金属コートの過熱を防止することが望ましい。そこで、本実施形態に示す例では、感光層３ａ又は３ｃにおけるグレーティング４ａ又は４ｃは、レンズ部８２から約２．５ｃｍの位置から、導波方向に約２ｃｍの範囲に亘ってスラント角が１０度のスラント型グレーティングとして形成している。なお、グレーティング４ａ又は４ｃの周期ＰＬは、約７５０ｎｍである。また、スラント角とは、グレーティング方向（屈折率上昇が起きている面に垂直な方向）と、光ファイバ型光学素子１０ａ又は１０ｃの軸方向との為す角のことである。
また、本発明は、以下のように表現することもできる。
すなわち、本発明の光ファイバ型光学素子は、前記感光層は、前記コア部に振幅が偏在する導波モードの光強度が、最大強度の１／ｅ２よりも小さくなる領域に存在していることが好ましい。また、クラッド部の厚さが、５μｍ以上であっても良い。
前記構成によれば、本発明の光ファイバ型光学素子は、コア部に振幅が偏在する導波モードの振幅のほとんどは、光強度が、最大強度の１／ｅ２となるまでの領域内（又はクラッド部の厚さが５μｍを超えない範囲内）に存在し、光強度が、最大強度の１／ｅ２よりも小さくなる領域（又はクラッド部の厚さが５μｍ以上である範囲）には、コアモード光の振幅が存在しないとみなすことができるため、コアモード光に影響を与えず、クラッドモード光がそのまま伝播することを抑制することができる。
なお、シングルモードの場合は、光強度が、最大強度の１／ｅ２となる領域の径は、いわゆるモードフィールド径（Mode Field Diameter；ＭＦＤ）となる。
以上より、コア部と感光層とが、充分離れているので、屈折率グレーティングが、コアモード光に対する外乱となることを回避することができる。
また、本発明の光ファイバ型光学素子は、前記導波方向に延在して前記感光層の周囲を取り囲む、他のクラッド部が設けられていても良い。
前記構成によれば、本発明を複数のクラッド部を有する光ファイバ型光学素子に適用することができる。
以下、クラッド部が複数ある場合に、例えば、コア部に近い方から、第１クラッド部、第２クラッド部、・・・第Ｌクラッド部・・・第Ｎクラッド部（Ｌ、Ｎは、自然数；Ｌ＜Ｎ）と称することにする。
このとき、感光層は、第１クラッド部〜第Ｎクラッド部の中から選択された１つのクラッド部の外周側に近接して設けられていても良い。
例えば、第Ｌクラッド部のクラッドモード光を選択的に他のモードに結合（放射モードを含む）又は反射させる場合には、感光層は、第Ｌクラッド部の外周側に近接して設ければ良い。
また、本発明の光ファイバ型光学素子は、前記屈折率グレーティングは、所定波長の導波モードを放射モードに結合する長周期グレーティングであっても良いし、所定波長の導波モードを反射するブラッググレーティングであっても良い。
屈折率グレーティングは、長周期ファイバグレーティング（以下、長周期グレーティングという）であれば、所定波長の導波モードを放射モードに結合することができる。
また、短周期ファイバグレーティング又はファイバブラッググレーティング（以下、ブラッググレーティングという）であれば、所定波長の導波モードを反射することができる。
また、本発明の光ファイバ型光学素子は、前記ブラッググレーティングは、スラント型のグレーティングであっても良い。
スラント型のグレーティングは、その角度変換効果により、所定波長の導波モードを放射モードに強く結合させることが可能となる。
また、本発明のレーザダイオードモジュールは、前記光ファイバ型光学素子のいずれかを備えたレーザダイオードモジュールであっても良い。
前記構成によれば、例えば、屈折率グレーティングを、導波方向の所望の位置で形成し、長周期グレーティングとすることにより、所望の位置でクラッド部における不要光又は余剰光を放射モードに結合することができるので、光ファイバ型光学素子を被覆する被覆部や金属コート部が高温状態となり破損してしまうことを防止することができるなどの効果が得られる。
また、本発明のファイバレーザは、前記光ファイバ型光学素子のいずれかを備えたファイバレーザであっても良い。
前記構成によれば、例えば、屈折率グレーティングを、ブラッググレーティングとすることにより、コアモード光の増幅に寄与できなかったレーザ光の一部を所望の位置で反射させて、コアモード光の増幅に再度寄与させることができるなどの効果が得られる。
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組合せて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、ファイバレーザやＬＤモジュール等に使用する光ファイバ型光学素子に利用することができる。特に、コア部に振幅が偏在する導波モードの損失の低さが要求される光ファイバ型光学素子、ファイバレーザ及びＬＤモジュール等に好適に利用することができる。
１ コア部
２ 第１クラッド部（クラッド部）
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ 感光層
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ グレーティング（屈折率グレーティング，長周期グレーティング，ブラッググレーティング）
５ 第２クラッド部（他のクラッド部）
６ 位相マスク
７ 格子
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 光ファイバ型光学素子
２０ プライマリ被覆層
３０ セカンダリ被覆層
４０ 被覆ファイバ
５０ グレーティング形成部
７０ ファイバレーザ
７１ パルス光源
７２ ポンプコンバイナ
７３ ＬＤ
８０ ＬＤモジュール（レーザダイオードモジュール）
８１ ハイパワーＬＤ
８２ レンズ部
８３ ベース
８４ サブマウント
８５ ペルチェ素子
８６ フェルール
８７ レーザ射出口
ｄ１ コア径
ｄ２ 第１クラッド径
ｄ３ 感光層外径
ｄ４ 第２クラッド径
Ｌ１，Ｌ１’ クラッドモード光
Ｌ２ 放射モード
Ｌ２’ 反射光
ｎ，ｎ１〜ｎ４ 屈折率
ＰＬ，ＰＳ 周期

Claims (9)

  1. 入射される光の導波方向に延在するコア部と、
    前記導波方向に延在して前記コア部の周囲を取り囲む感光層であって、所定波長の紫外線の照射により屈折率グレーティングが形成される感光層とを備え、
    前記コア部と前記感光層との間に、コア部よりも屈折率が低く、且つ前記所定波長の紫外線の照射により屈折率が変化する光感受性が前記感光層よりも低いクラッド部が設けられていることを特徴とする光ファイバ型光学素子。
  2. 前記感光層は、前記コア部に振幅が偏在する導波モードの光強度が、最大強度の１／ｅ２よりも小さくなる領域に存在していることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ型光学素子。
  3. 前記導波方向に延在して前記感光層の周囲を取り囲む、他のクラッド部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ型光学素子。
  4. 前記屈折率グレーティングは、所定波長の導波モードを放射モードに結合する長周期グレーティングであることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の光ファイバ型光学素子。
  5. 前記屈折率グレーティングは、所定波長の導波モードを反射するブラッググレーティングであることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の光ファイバ型光学素子。
  6. 前記ブラッググレーティングは、スラント型のグレーティングであることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ型光学素子。
  7. 前記クラッド部の厚さが、５μｍ以上であることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の光ファイバ型光学素子。
  8. 請求項１から７までのいずれか１項に記載の光ファイバ型光学素子を備えていることを特徴とするレーザダイオードモジュール。
  9. 請求項１から７までのいずれか１項に記載の光ファイバ型光学素子を備えていることを特徴とするファイバレーザ。
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