JP2004146681A - 光増幅用ファイバ、光増幅装置、光源装置、光治療装置および露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力光の高パワー化、非線型光学現象の発生の抑制およびコンパクト収納がともに可能である光増幅用ファイバおよび光増幅装置を提供する。
【解決手段】励起光源５０より出力された励起光は、光カプラ４０および接続用ファイバ２０を経て光増幅用ファイバ１０へ供給される。入力端１ａに入力した光は、光カプラ４０および接続用ファイバ２０を経て光増幅用ファイバ１０に入射し、この光増幅用ファイバ１０において光増幅される。この光増幅された光は、接続用ファイバ３０を経て出力端１ｂより出力される。光増幅用ファイバ１０は、希土類元素が添加されたコア領域と、このコア領域を取り囲みコア領域より低屈折率のクラッド領域とを有し、コア領域の外径が１０μｍ以上３０μｍ以下であり、クラッド領域の外径が７５μｍ以上２００μｍ未満であり、クラッド領域に対するコア領域の比屈折率差が０．５％以上２．０％以下である。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を光増幅することができる光増幅用ファイバおよび光増幅装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光増幅装置は、希土類元素がコア領域に添加された光増幅用ファイバを光増幅媒体として用い、この光増幅用ファイバに励起光を供給することで、この光増幅用ファイバにおいて信号光を光増幅することができる。例えば、Ｅｒ元素が添加された光増幅用ファイバを光増幅媒体として用いた光増幅装置は、光通信システムにおいて一般に用いられる波長１．５５μｍ帯の信号光を光増幅することができるので、光通信システムの光中継器等に設けられる。
【０００３】
一方、このような光増幅装置は、波長変換により紫外光を発生させるための高出力光源としての使用も検討されている。例えば、非特許文献１に記載された技術は、光増幅装置より出力された高出力の赤外光を非線型光学結晶に入射させ、この非線型光学結晶において高調波を発生させて、この非線型光学結晶より紫外光を出力させるものである。
【０００４】
【非特許文献１】
大槻朋子、”ファイバ増幅器と波長変換による高効率紫外光源”、レーザー研究、第２９巻、第２号、第９４頁〜第９８頁、２００１年２月
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記非特許文献１に記載されたような用途では、光増幅装置は、出力光パワーが大きいこと、光増幅用ファイバにおける非線型光学現象の発生が抑制されること、光増幅用ファイバのコンパクトな収納が可能であること、が要求される。
【０００６】
しかしながら、出力光パワーを大きくしようとすると、光増幅用ファイバにおいて非線型光学現象が発生し易くなる。すなわち、出力光の高パワー化と非線型光学現象の発生の抑制とは互いにトレードオフの関係にある。
【０００７】
また、非線型光学現象の発生を抑制するには、光増幅用ファイバの実効コア断面積を大きくすればよいが、そうすると、光増幅用ファイバの曲げ損失が大きくなり、光増幅用ファイバのコンパクトな収納が困難となる。すなわち、非線型光学現象の発生の抑制と光増幅用ファイバのコンパクト収納とは互いにトレードオフの関係にある。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、出力光の高パワー化、非線型光学現象の発生の抑制およびコンパクト収納がともに可能である光増幅用ファイバ、この光増幅用ファイバを用いた光増幅装置および光源装置、ならびに、この光源装置を用いた光治療装置および露光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光増幅用ファイバは、希土類元素が添加されたコア領域と、コア領域を取り囲みコア領域より低屈折率のクラッド領域とを有し、コア領域の外径が１０μｍ以上３０μｍ以下であり、クラッド領域の外径が７５μｍ以上２００μｍ未満であり、クラッド領域に対するコア領域の比屈折率差が０．５％以上２．０％以下である、ことを特徴とする。また、好適には、コア領域の外径が１５μｍ以上２７μｍ以下であり、クラッド領域の外径が１１０μｍ以上１５０μｍ未満であり、或いは、クラッド領域に対するコア領域の比屈折率差が０．７％以上１．５％以下である。このように構成される光増幅用ファイバは、出力光の高パワー化、非線型光学現象の発生の抑制およびコンパクト収納がともに可能である。
【００１０】
本発明に係る光増幅用ファイバは、コア領域に添加されている希土類元素がＥｒ元素であるのが好適であり、コア領域におけるＥｒ元素の添加濃度が８００ｗｔ．ｐｐｍ以上であるのが好適であり、波長１５３０ｎｍ付近における吸収損失ピークが２０ｄＢ／ｍ以上８０ｄＢ／ｍ以下であるのが好適である。この場合には、光増幅用ファイバは、波長１．５〜１．６μｍ帯の光を光増幅して出力することができる。
【００１１】
本発明に係る光増幅装置は、光を光増幅する上記の本発明に係る光増幅用ファイバと、光増幅用ファイバに励起光を供給する励起光供給手段と、を備えることを特徴とする。この光増幅装置によれば、励起光供給手段により光増幅用ファイバに励起光が供給され、この光増幅用ファイバにおいて光が増幅される。
【００１２】
本発明に係る光増幅装置は、光増幅用ファイバの光入射側に設けられた入射用ファイバと光増幅用ファイバとの間に接続用ファイバが設けられ、接続用ファイバのモードフィールド径が、入射用ファイバのモードフィールド径より大きく、光増幅用ファイバのモードフィールド径より小さいのが好適である。また、光増幅用ファイバの光出射側に設けられた出射用ファイバと光増幅用ファイバとの間に接続用ファイバが設けられ、接続用ファイバのモードフィールド径が、出射用ファイバのモードフィールド径より大きく、光増幅用ファイバのモードフィールド径より小さいのが好適である。この場合には、光増幅用ファイバの何れかの端におけるモードフィールド径の変化が段階的なものとなって、モードフィールド径の不連続に因る増幅光または励起光の損失が低減されて、この点でも、高いパワーの光を出力することができる。
【００１３】
本発明に係る光増幅装置は、光増幅用ファイバがコイル状に巻かれており、光増幅用ファイバの最小曲げ半径が１５ｍｍ以上であるのが好適である。この場合には、光増幅装置はコンパクトなものとなる。また、このとき、光増幅用ファイバが上記の本発明に係るものであることから、曲げ損失の増加が抑制され、出力光パワーが安定した高いものとなる。
【００１４】
本発明に係る光源装置は、電気信号を発生する信号発生器と、電気信号に基づいてレーザ光を生成する半導体レーザと、半導体レーザからのレーザ光を増幅する光ファイバ増幅器とを備える光源装置であって、光ファイバ増幅器が上記の本発明に係る光増幅用ファイバを備えることを特徴とする。また、電気信号がパルス状であり、半導体レーザがパルス光を生成するものであり、光ファイバ増幅器の前段に別の光ファイバ増幅器を備えるのが好適である。
【００１５】
本発明に係る光治療装置は、上記の本発明に係る光源装置と、光源装置の出口部から出射された照射光を所定波長の治療用照射光に変換する波長変換器と、波長変換器により変換された照射光を治療部位に導いて照射させる照射光学系と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る露光装置は、上記の本発明に係る光源装置と、光源装置の出口部から出射される照射光を所定波長の照射光に変換する波長変換器と、所定の露光パターンが設けられたフォトマスクを保持するマスク支持部と、露光対象物を保持する対象物保持部と、波長変換器により変換された照射光を、マスク支持部により保持されたフォトマスクに照射させる照明光学系と、照明光学系を介してフォトマスクに照射されてここを通過した照射光を、対象物保持部により保持された露光対象物に照射させる投影光学系と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
（光増幅装置および光増幅用ファイバの実施形態）
先ず、本発明に係る光増幅装置および光増幅用ファイバの実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る光増幅装置１の構成図である。この図に示される光増幅装置１は、入力端１ａに入力した光を光増幅して、その光増幅した光を出力端１ｂより出力するものであり、光増幅用ファイバ１０、接続用ファイバ２０、接続用ファイバ３０、光カプラ４０および励起光源５０を備えている。
【００１９】
光増幅用ファイバ１０は、石英ガラスを主成分とするものであって、希土類元素が添加されたコア領域と、これを取り囲むクラッド領域とを有する。特に、光増幅用ファイバ１０は、希土類元素としてＥｒ元素がコア領域に添加されているのが好適であり、コア領域におけるＥｒ元素の添加濃度が８００ｗｔ．ｐｐｍ以上であるのが好適であり、また、波長１５３０ｎｍ付近における吸収損失ピークが２０ｄＢ／ｍ以上８０ｄＢ／ｍ以下であるのが好適である。また、光増幅用ファイバ１０は、Ａｌ元素またはＬａ元素がコア領域に共添加されているのも好適である。なお、後述するように、光増幅用ファイバ１０のモードフィールド径は通常のものより大きい。また、光増幅用ファイバ１０は、コイル状に巻かれており、その最小曲げ半径が１５ｍｍ以上とされている。
【００２０】
光増幅用ファイバ１０は、入力端１ａ側に接続用ファイバ２０が融着接続されており、この接続用ファイバ２０を介して光カプラ４０の出力端（一般には標準的なシングルモード光ファイバ）と接続されている。接続用ファイバ２０は、光増幅用ファイバ１０と光カプラ４０の出力端との間に設けられている。接続用ファイバ２０のモードフィールド径は、光カプラ４０の出力端におけるモードフィールド径より大きく、光増幅用ファイバ１０のモードフィールド径より小さい。
【００２１】
光増幅用ファイバ１０は、出力端１ｂ側に接続用ファイバ３０が融着接続されており、この接続用ファイバ３０を介して出力端１ｂと接続されている。接続用ファイバ３０は、出力端１ｂに接続される光ファイバ（一般には標準的なシングルモード光ファイバ）と光増幅用ファイバ１０との間に設けられる。接続用ファイバ３０のモードフィールド径は、出力端１ｂに接続される光ファイバのモードフィールド径より大きく、光増幅用ファイバ１０のモードフィールド径より小さい。
【００２２】
光カプラ４０は、入力端１ａに入力した光を光増幅用ファイバ１０へ出力するとともに、励起光源５０より出力された励起光をも光増幅用ファイバ１０へ出力する。励起光源５０は、光増幅用ファイバ１０に添加された希土類元素を励起し得る波長の励起光を出力する。光カプラ４０および励起光源５０は、光増幅用ファイバ１０に励起光を供給する励起光供給手段を構成している。例えば、光増幅用ファイバ１０に添加された希土類元素がＥｒ元素である場合には、励起光の波長は１．４８μｍ付近または０．９８μｍ付近であり、増幅される光の波長は１．５〜１．６μｍ帯である。
【００２３】
この光増幅装置１は以下のように動作する。励起光源５０より出力された励起光は、光カプラ４０および接続用ファイバ２０を経て光増幅用ファイバ１０へ供給され、光増幅用ファイバ１０に添加された希土類元素を励起する。入力端１ａに入力した光は、光カプラ４０および接続用ファイバ２０を経て光増幅用ファイバ１０に入射し、この光増幅用ファイバ１０において光増幅される。この光増幅された光は、接続用ファイバ３０を経て出力端１ｂより出力される。本実施形態では、接続用ファイバ２０，３０が用いられていることにより、光増幅用ファイバ１０の両端におけるモードフィールド径の変化が段階的なものとなって、モードフィールド径の不連続に因る増幅光または励起光の損失が低減されて、この点でも、高いパワーの光を出力することができる。
【００２４】
図２は、本実施形態に係る光増幅用ファイバ１０の説明図である。同図（ａ）は、光軸に垂直な面で切断したときの光増幅用ファイバ１０の断面を示し、同図（ｂ）は、光増幅用ファイバ１０の屈折率プロファイルを示す。この図に示されるように、光増幅用ファイバ１０は、希土類元素が添加されたコア領域１１と、コア領域１１を取り囲みコア領域１１より低屈折率のクラッド領域１２とを有する。そして、コア領域１１の外径２ａが１０μｍ以上３０μｍ以下であり、クラッド領域１２の外径２ｂが７５μｍ以上２００μｍ未満であり、クラッド領域１２に対するコア領域１１の比屈折率差Δが０．５％以上２．０％以下である。また、コア領域１１の外径２ａが１５μｍ以上２７μｍ以下であるのが好適であり、クラッド領域１２の外径２ｂが１１０μｍ以上１５０μｍ未満であるのが好適であり、クラッド領域１２に対するコア領域１１の比屈折率差Δが０．７％以上１．５％以下であるのが好適である。本実施形態に係る光増幅用ファイバ１０は、このような構成とされていることにより、出力光の高パワー化、非線型光学現象の発生の抑制およびコンパクト収納がともに可能となる。上述したように、光増幅用ファイバ１０がコイル状に巻かれていても、その最小曲げ半径が１５ｍｍ以上であれば、曲げ損失が充分に小さい。
【００２５】
図３は、本実施形態に係る光増幅装置１および光増幅用ファイバ１０を評価する評価システム１００の構成図である。この図に示される評価システム１００は、ＤＦＢレーザ光源１１０、プリアンプ１２０、レンズ１３１、１／４波長板１４１、１／２波長板１４２、フィルタ１５１、レンズ１３２、レンズ１３３、フィルタ１５２および光検出器１４０を順に備える。この評価システム１００は、ＤＦＢレーザ光源１１０より出力された光をプリアンプ１２０により光増幅し、これをレンズ１３１によりコリメートする。評価システム１００は、このコリメートした光の偏光状態を１／４波長板１４１および１／２波長板１４２により調整した後、フィルタ１５１により特定波長成分の光のみを透過させ、その透過した光をレンズ１３２により集光して、光増幅装置１の入力端に入力させる。そして、評価システム１００は、光増幅装置１の出力端より出力された光をレンズ１３３によりコリメートし、フィルタ１５２により特定波長成分の光のみを透過させ、その透過した光のパワーを光検出器１４０により検出する。
【００２６】
図４は、本実施形態に係る光増幅用ファイバ１０の実施例および比較例それぞれの諸元を纏めた図表である。実施例および比較例それぞれの光増幅用ファイバは、コア領域１１にＥｒ元素が添加されたものであり、クラッド領域の外径２ｂが１２５μｍであり、長さが２ｍである。これらの光増幅用ファイバは、Ｇｅを含み石英ガラスを主成分とするガラス微粒子をＭＣＶＤ法によりガラス管内壁に堆積させた後、Ｅｒ元素およびＡｌ元素を溶液含浸法により添加し、これを透明ガラス化・中実化して光ファイバ母材として、この光ファイバ母材を線引することで製造された。この図には、実施例および比較例それぞれの場合について、コア領域の外径２ａ、比屈折率差Δ、Ｅｒ添加濃度、吸収損失ピークα、および、最大出力ピークパワーが示されている。最大出力ピークパワーは、図３に示された評価システム１００を用いて評価された。励起光の波長は１．４８μｍであった。
【００２７】
比較例の光増幅用ファイバは、通常のコア径を有するシングルモード光ファイバであり、コア領域の外径が６．２μｍであり、比屈折率差Δが１．１％であり、Ｅｒ添加濃度が１５００ｗｔ．ｐｐｍであり、波長１５３０ｎｍ付近における吸収損失ピークαが２７．１ｄＢ／ｍであった。実施例の光増幅用ファイバは、コア領域の外径２ａが通常より大きく１３μｍであり、比屈折率差Δが１．２％であり、Ｅｒ添加濃度が１５００ｗｔ．ｐｐｍであり、波長１５３０ｎｍ付近における吸収損失ピークαが３７．０ｄＢ／ｍであった。
【００２８】
図５は、実施例および比較例それぞれの光増幅用ファイバにおける励起パワーと出力ピークパワーとの関係を示すグラフである。比較例の光増幅用ファイバでは、励起パワーを大きくしていくと、非線型光学現象に因る雑音光の発生が顕著になり、雑音光へのパワー配分が増加する。したがって、比較例の光増幅用ファイバでは、励起パワーを約１Ｗより大きくしても、出力ピークパワーは約５ｋＷで飽和する傾向が見られた。これに対して、実施例の光増幅用ファイバでは、励起パワーを４Ｗ以上とすれば、出力ピークパワーが１５ｋＷ以上となり、最大出力ピークパワーが２４ｋＷであった。
【００２９】
非線型光学現象に因る雑音光の発生の効率ηは、ファイバ長Ｌの２乗に比例し、実効コア断面積の２乗に反比例する。Ｅｒ元素添加の光増幅用ファイバは、Ｅｒ元素に因る吸収条長積（吸収損失ピークαとファイバ長Ｌとの積）が所定値にされて使用される場合が多い。また、実効コア断面積は、モードフィールド径ＭＦＤの２乗に比例する。この場合、非線型雑音光発生効率ηは　１／（α^２×ＭＦＤ^４）
に比例する。
【００３０】
図６は、比屈折率差Δの各値についてコア直径２ａと非線型雑音光発生効率ηとの関係を示すグラフである。図７は、コア直径２ａの各値について比屈折率差Δと非線型雑音光発生効率ηとの関係を示すグラフである。各図において、非線型雑音光発生効率ηは、比較例の光増幅用ファイバにおける値を基準とする相対値として示されている。これらの図から判るように、コア径２ａを大きくすると、非線型雑音光発生効率ηは１／１０〜１／１００程度まで低減が可能である。実用上問題が無い雑音光発生レベルに抑制するには、非線型雑音光発生効率ηの相対値は０．４以下（より好ましくは０．３以下）であることが必要であり、このことから、コア外径２ａが１２μｍ以上（より好ましくは１５μｍ以上）であることが必要であり、また、比屈折率差Δが２％以下（より好ましくは１．５％以下）であることが必要である。
【００３１】
比屈折率差Δが０．７％より大きい光増幅用ファイバは、曲げ半径１５ｍｍのコイル状に巻いた状態で収納されても、出力パワーの変動や低下が見られなかった。比屈折率差Δが０．７％より小さい光増幅用ファイバでも、曲げ半径５０ｍｍ以上のコイル状に巻かれた状態で収納されれば、出力パワーの変動や低下が見られなかった。しかし、比屈折率差Δが０．５％より小さい光増幅用ファイバでは、略直線状態に保たれた状態であっても、僅かな振動が加わるだけで出力パワーの変動や低下が見られた。以上のことから、出力パワーの安定化のためには、比屈折率差Δが０．５％以上であるのが好適であり、比屈折率差Δが０．７％以上であるのが更に好適であることが判る。
【００３２】
同様に、クラッド外径２ｂが１１０μｍより小さいと、光増幅用ファイバをコイル化したときの出力パワーの変動や低下が大きい。クラッド外径２ｂが１５０μｍ未満であれば、この光増幅用ファイバと通常のクラッド外径１２５μｍの他の光ファイバとを融着接続することが容易となる。
【００３３】
図８は、比屈折率差Δの各値についてコア直径２ａと伝搬可能モード数との関係を示すグラフである。伝搬可能なモード数が３０以下の光増幅用ファイバは、曲げ半径１５ｍｍのコイル状に巻かれた状態で収納されても、出力パワーの変動や低下が見られなかった。伝搬可能なモード数が３０を超える光増幅用ファイバでも、曲げ半径５０ｍｍ以上のコイル状に巻かれた状態で収納されれば、出力パワーの変動や低下が見られなかった。しかし、伝搬可能なモード数が２００を超える光増幅用ファイバでは、略直線状態に保たれた状態であっても、僅かな振動が加わるだけで出力パワーの変動や低下が見られた。以上のことから、出力パワーの安定化のためには、伝搬可能モード数が２００以下であるのが好適であり、伝搬可能モード数が１３０以下であるのが更に好適であることが判る。更に、このことから、コア直径２ａが３０μｍ以下であるのが好適であり、コア直径２ａが２７μｍ以下であるのが更に好適であることが判る。
【００３４】
上記の実施例の光増幅用ファイバと同等のものを用いて、図１に示される光増幅装置１を構成し、その光増幅装置１の性能を評価した。用いた光増幅用ファイバ１０は、伝搬可能モード数が５０であった。光増幅用ファイバ１０と光カプラ４０との間に設けられる接続用ファイバ２０は、コア直径が１８μｍであり、比屈折率差が０．６％であり、伝搬可能モード数が５０であった。波長１．４８μｍの励起光のパワーが６Ｗで、安定した出力ピークパワー約２０ｋＷ以上の出力パルス光が得られた。
【００３５】
（光源装置の実施形態）
次に、本発明に係る光源装置の実施形態について説明する。図９は、本実施形態に係る光源装置２００の構成図である。この光源装置２００は、上述した本実施形態に係る光増幅用ファイバを含むものであり、パルス光を出力するパルス光源である。
【００３６】
この実施の形態のパルス光源２００は、矩形の電気パルス信号を発生するパルス発生器２０１と、電気パルス信号に基づいて矩形の光パルスを生成するレーザダイオード２０２と、偏波コントローラ２０３と、第１のエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）２０４と、ＡＳＥ（雑音）光を除去するためのバンドパスフィルタ２０５と、上記の本実施形態に係る光増幅用光ファイバを備える第２のエルビウムドープファイバ増幅器２０６とを備えている。
【００３７】
このパルス光源２００では、パルス発生器２０１で発生した矩形の電気パルス信号は、レーザダイオード２０２によって矩形の光パルスに変換される。レーザダイオード２０２より出力された光パルスは、偏波コントローラ２０３を介して第１のエルビウムドープファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）２０４に入力されて増幅され、増幅パルス光として出力される。第１のエルビウムドープファイバ増幅器２０４からの増幅パルス光は、バンドパスフィルタ２０５でＡＳＥ（雑音）光が除去されて、本実施形態に係る第２のエルビウムドープファイバ増幅器２０６に入力されて増幅され、高いピークパワーのパルス光が出力される。
【００３８】
この実施の形態のパルス光源２００によれば、本実施形態に係る光増幅用ファイバを用いているので、非線型光学現象の発生が抑制できることになり、高出力のパルス光を得ることができる。
【００３９】
以下では、このパルス光源２００を用いた本発明の光治療装置および露光装置の実施形態について説明する。
【００４０】
（光治療装置の実施形態）
次に、本発明に係る光治療装置の実施形態について図１０〜図１２を参照して以下に説明する。本実施形態に係る光治療装置は、上述した本実施形態に係るパルス光源２００を用いて構成される。この光治療装置は、レーザ光を角膜に照射して表面のアブレーション（ＰＲＫ：　Ｐｈｏｔｏｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ　Ｋｅｒａｔｅｃｔｏｍｙ）あるいは切開した角膜内部のアブレーション（ＬＡＳＩＫ：　Ｌａｓｅｒ　Ｉｎｔｒａｓｔｒｏｍａｌ　Ｋｅｒａｔｏｍｉｌｅｕｓｉｓ）を行い、角膜の曲率もしくは凹凸を矯正して近眼、乱視などの治療を行なう装置である。
【００４１】
図１０は、本実施形態に係る光治療装置３００の構成を示す概略図である。光治療装置３００は、この図に示されるように基本的には、装置筐体３５１内に、上述したパルス光源２００と、このパルス光源２００により増幅されて出力されるレーザ光を所望の波長のレーザ光に変換する波長変換装置３６０と、波長変換装置３６０により波長変換されたレーザ光を眼球ＥＹの角膜ＨＣの表面（治療部位）に導いて照射させる照射光学装置３７０と、治療部位の観察を行う観察光学装置３８０とを備えて構成される。装置筐体３５１のベース部３５２はＸ−Ｙ移動テーブル３５３の上に配設されており、Ｘ−Ｙ移動テーブル３５３により装置筐体３５１全体が、図１０において矢印Ｘ方向すなわち図面左右方向と、紙面に垂直なＹ方向とに移動させることが可能となっている。
【００４２】
図１１は、光治療装置３００を構成する波長変換装置３６０の構成を示す概略図である。パルス光源２００は上述したとおりの構成であり、その出力端３４７から出力されるレーザ光が波長変換装置３６０内において所望の波長（この装置では、角膜治療に適した波長１９３ｎｍであり、ＡｒＦエキシマレーザ光と同一波長）の治療用レーザ光に変換される。パルス光源２００の出力端３４７から射出される所定波長（この実施形態では、波長１．５４４μｍ）の基本波を、非線形光学結晶を用いて８倍波（高調波）に波長変換して、ＡｒＦエキシマレーザと同じ波長である１９３ｎｍの紫外光を発生する構成例を示している。出力端３４７から出力される波長１．５４４μｍ（周波数ω）の基本波は、非線形光学結晶３６１，３６２，３６３を図中左から右に向かって透過して出力される。なお、非線形光学結晶３６１，３６２，３６３の間には、図示のように集光レンズ３６４，３６５が配設されている。
【００４３】
これら基本波が非線形光学結晶３６１を通る際に、２次高調波発生により基本波の周波数ωの２倍、すなわち周波数２ω（波長は１／２の７７２ｎｍ）の２倍波が発生する。発生した２倍波は右方向へ進み、次の非線形光学結晶３６２に入射する。ここで再び第２次高調波発生を行い、入射波の周波数２ωの２倍、すなわち基本波に対し４倍の周波数４ω（波長は１／４の３８６ｎｍ）をもつ４倍波が発生する。発生した４倍波はさらに右の非線形光学結晶３６３に進み、ここで再び第２次高調波発生を行い、入射波の周波数４ωの２倍、すなわち基本波に対し８倍の周波数８ωを有する８倍波（波長は１／８の１９３ｎｍ）を発生する。
【００４４】
前記波長変換に使用する非線形光学結晶としては、例えば、基本波から２倍波への変換を行う非線形光学結晶３６１にはＬｉＢ_３Ｏ_５（ＬＢＯ）結晶を、２倍波から４倍波への変換を行う非線形光学結晶３６２にはＬｉＢ_３Ｏ_５（ＬＢＯ）結晶を、４倍波から８倍波への変換を行う非線形光学結晶３６３にはＳｒ_２Ｂｅ_２Ｂ_２Ｏ_７（ＳＢＢＯ）結晶を、それぞれ使用する。ここで、ＬＢＯ結晶を使用した基本波から２倍波への変換には、波長変換のための位相整合にＬＢＯ結晶の温度調節による方法、での基本波と第二高調波との角度ずれ（Ｗａｌｋ−ｏｆｆ）が起こらないため高効率で２倍波への変換を可能にし、また発生した２倍波はＷａｌｋ−ｏｆｆによるビームの変形も受けないため有利である。
【００４５】
このようにして波長変換装置３６０において波長変換されて出力される波長１９３ｎｍのレーザ光（ＡｒＦエキシマレーザ光の波長と同一となるレーザ光）を、眼球ＥＹの角膜ＨＣの表面に導いてここに照射させる照射光学装置３７０および観察光学装置３８０について、図１２を用いて説明する。なお、パルス光源２００においては、固体レーザを１．５１μｍ〜１．５９μｍの範囲内に発振波長を持つＤＦＢ半導体レーザもしくはファイバレーザから構成しているので、波長変換装置３６０により、固体レーザからの上記波長のレーザ光は、１８９ｎｍ〜１９９ｎｍの範囲内となる８倍高調波を有したレーザ光に変換されて出力される。このようにこのレーザ光はＡｒＦエキシマレーザ光と略同一の波長のレーザ光であるが、そのパルス発振の繰り返し周波数は１００ｋＨｚと非常に高いものとなっている。
【００４６】
図１２は、光治療装置３００を構成する照射光学装置３７０および観察光学装置３８０の構成を示す概略図である。照射光学装置３７０は、上記パルス光源２００からの光を波長変換装置３６０により波長変換して得られた波長１９３ｎｍのレーザ光を細いビーム状に集光する集光レンズ３７１と、このように集光されたビーム状レーザ光を反射させて治療対象となる眼球ＥＹの角膜ＨＣの表面に照射させるダイクロイック・ミラー３７２とを有して構成される。これにより、角膜ＨＣの表面にレーザ光がスポット光として照射され、この部分の蒸散を行わせる。このとき、Ｘ−Ｙ移動テーブル３５３により、装置筐体３５１全体をＸ方向およびＹ方向に移動させて角膜ＨＣの表面上に照射されるレーザ光スポットを走査移動させ、角膜表面のアブレーションを行い、近視、乱視、遠視等の治療を行う。
【００４７】
このような治療は、眼科医等の術者が観察光学装置３８０を介して目視観察しながらＸ−Ｙ移動テーブル３５３の作動を制御して行われる。この観察光学装置３８０は、治療対象となる眼球ＥＹの角膜ＨＣの表面を照明する照明ランプ３８５と、照明ランプ３８５により照明された角膜ＨＣからの光をダイクロイック・ミラー３７２を透過して受ける対物レンズ３８１と、対物レンズ３８１からの光を反射させるプリズム３８２と、この光を受ける接眼レンズ３８３とから構成され、接眼レンズ３８３を通して角膜ＨＣの拡大像を観察できるようになっている。
【００４８】
（露光装置の実施形態）
次に、本発明に係る露光装置の実施形態について説明する。図１３は、本実施形態に係る露光装置４００の構成を示す概略図である。露光装置４００は、上述したパルス光源２００を用いて構成され、半導体製造工程の一つであるフォトリソグラフィ工程で使用される。光リソグラフィ工程で使用される露光装置は、原理的には写真製版と同じであり、フォトマスク（レチクル）上に精密に描かれたデバイスパターンを、フォトレジストを塗布した半導体ウエハやガラス基板などの上に光学的に投影して転写する。この露光装置４００は、上述したパルス光源２００と、波長変換装置４０１と、照明光学系４０２と、フォトマスク（レチクル）４１０を支持するマスク支持台４０３と、投影光学系４０４と、半導体ウエハ４１５を載置保持する載置台４０５と、載置台４０５を水平移動させる駆動装置４０６とを備えて構成される。
【００４９】
この露光装置４００においては、上述したとおりのパルス光源２００の出力端から出力されるレーザ光が波長変換装置４０１に入力され、ここで半導体ウエハ４１５の露光に必要とされる波長のレーザ光に波長変換される。このように波長変換されたレーザ光は、複数のレンズから構成される照明光学系４０２に入力され、ここを通ってマスク支持台４０３に支持されたフォトマスク４１０の全面に照射される。このように照射されてフォトマスク４１０を通過した光は、フォトマスク４１０に描かれたデバイスパターンの像を有しており、この光が投影光学系４０４を介して、載置台４０５に載置された半導体ウエハ４１５の所定位置に照射される。このとき、投影光学系４０４によりフォトマスク４１０のデバイスパターンの像が半導体ウエハ４１５の上に縮小されて結像露光される。
【００５０】
（その他の実施の形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、線引して光増幅用ファイバを製造する為の光ファイバ母材は、ＭＣＶＤ法に限らず、他の製造方法（ＶＡＤ法、ＯＶＤ法、ＰＣＶＤ法、ゾルゲル法など）により製造されてもよい。
【００５１】
上述の実施の形態では、エルビウムＥｒを添加した光ファイバに適用して説明したけれども、ＹｂやＮｄなどの他の希土類元素を添加した光ファイバに適用してもよい。また、コア領域の比屈折率差は均一でなくてもよく、その場合には、上記実施形態に示した数値は実効的な値と考えればよい。また、希土類元素はコア領域全体に添加されていなくてもよい
【００５２】
また、本発明の光源装置は、パルス光源に限らず、連続光を出力するＣＷ光源に適用してもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係る光増幅用ファイバは、希土類元素が添加されたコア領域と、コア領域を取り囲みコア領域より低屈折率のクラッド領域とを有し、コア領域の外径が１０μｍ以上３０μｍ以下であり、クラッド領域の外径が７５μｍ以上２００μｍ未満であり、クラッド領域に対するコア領域の比屈折率差が０．５％以上２．０％以下である。この光増幅用ファイバは、出力光の高パワー化、非線型光学現象の発生の抑制およびコンパクト収納がともに可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光増幅装置１の構成図である。
【図２】本実施形態に係る光増幅用ファイバ１０の説明図である。
【図３】本実施形態に係る光増幅装置１および光増幅用ファイバ１０を評価する評価システムの構成図である。
【図４】本実施形態に係る光増幅用ファイバ１０の実施例および比較例それぞれの諸元を纏めた図表である。
【図５】実施例および比較例それぞれの光増幅用ファイバにおける励起パワーと出力ピークパワーとの関係を示すグラフである。
【図６】比屈折率差Δの各値についてコア直径２ａと非線型雑音光発生効率ηとの関係を示すグラフである。
【図７】コア直径２ａの各値について比屈折率差Δと非線型雑音光発生効率ηとの関係を示すグラフである。
【図８】比屈折率差Δの各値についてコア直径２ａと伝搬可能モード数との関係を示すグラフである。
【図９】本実施形態に係る光源装置２００の構成図である。
【図１０】本実施形態に係る光治療装置３００の構成を示す概略図である。
【図１１】光治療装置３００を構成する波長変換装置３６０の構成を示す概略図である。
【図１２】光治療装置３００を構成する照射光学装置３７０および観察光学装置３８０の構成を示す概略図である。
【図１３】本実施形態に係る露光装置４００の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１…光増幅装置、１０…光増幅用ファイバ、２０，３０…接続用ファイバ、４０…光カプラ、５０…励起光源、２００…パルス光源、３００…光治療装置、３６０…波長変換装置、３７０…照射光学装置、３８０…観察光学装置、４００…露光装置、４０１…波長変換装置、４０２…照明光学系、４０３…マスク支持台、４０４…投影光学系、４１０…フォトマスク（レチクル）、４１５…半導体ウエハ。

Claims (15)

1. 希土類元素が添加されたコア領域と、前記コア領域を取り囲み前記コア領域より低屈折率のクラッド領域とを有し、
   前記コア領域の外径が１０μｍ以上３０μｍ以下であり、
   前記クラッド領域の外径が７５μｍ以上２００μｍ未満であり、
   前記クラッド領域に対する前記コア領域の比屈折率差が０．５％以上２．０％以下である、
   ことを特徴とする光増幅用ファイバ。
2. 前記コア領域の外径が１５μｍ以上２７μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光増幅用ファイバ。
3. 前記クラッド領域の外径が１１０μｍ以上１５０μｍ未満であることを特徴とする請求項１記載の光増幅用ファイバ。
4. 前記クラッド領域に対する前記コア領域の比屈折率差が０．７％以上１．５％以下であることを特徴とする請求項１記載の光増幅用ファイバ。
5. 前記コア領域に添加されている希土類元素がＥｒ元素であることを特徴とする請求項１記載の光増幅用ファイバ。
6. 前記コア領域におけるＥｒ元素の添加濃度が８００ｗｔ．ｐｐｍ以上であることを特徴とする請求項５記載の光増幅用ファイバ。
7. 波長１５３０ｎｍ付近における吸収損失ピークが２０ｄＢ／ｍ以上８０ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする請求項５記載の光増幅用ファイバ。
8. 光を光増幅する請求項１記載の光増幅用ファイバと、前記光増幅用ファイバに励起光を供給する励起光供給手段と、を備えることを特徴とする光増幅装置。
9. 前記光増幅用ファイバの光入射側に設けられた入射用ファイバと前記光増幅用ファイバとの間に接続用ファイバが設けられ、
   前記接続用ファイバのモードフィールド径が、前記入射用ファイバのモードフィールド径より大きく、前記光増幅用ファイバのモードフィールド径より小さい、
   ことを特徴とする請求項８記載の光増幅装置。
10. 前記光増幅用ファイバの光出射側に設けられた出射用ファイバと前記光増幅用ファイバとの間に接続用ファイバが設けられ、
    前記接続用ファイバのモードフィールド径が、前記出射用ファイバのモードフィールド径より大きく、前記光増幅用ファイバのモードフィールド径より小さい、
    ことを特徴とする請求項８記載の光増幅装置。
11. 前記光増幅用ファイバがコイル状に巻かれており、前記光増幅用ファイバの最小曲げ半径が１５ｍｍ以上である、ことを特徴とする請求項８記載の光増幅装置。
12. 電気信号を発生する信号発生器と、前記電気信号に基づいてレーザ光を生成する半導体レーザと、前記半導体レーザからのレーザ光を増幅する光ファイバ増幅器とを備える光源装置であって、
    前記光ファイバ増幅器が、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光増幅用ファイバを備える、
    ことを特徴とする光源装置。
13. 前記電気信号がパルス状であり、前記半導体レーザがパルス光を生成するものであり、前記光ファイバ増幅器の前段に別の光ファイバ増幅器を備えることを特徴とする請求項１２記載の光源装置。
14. 請求項１２又は１３に記載の光源装置と、
    前記光源装置の出口部から出射された照射光を所定波長の治療用照射光に変換する波長変換器と、
    前記波長変換器により変換された照射光を治療部位に導いて照射させる照射光学系と、
    を備えることを特徴とする光治療装置。
15. 請求項１２又は１３に記載の光源装置と、
    前記光源装置の出口部から出射される照射光を所定波長の照射光に変換する波長変換器と、
    所定の露光パターンが設けられたフォトマスクを保持するマスク支持部と、
    露光対象物を保持する対象物保持部と、
    前記波長変換器により変換された照射光を、前記マスク支持部により保持された前記フォトマスクに照射させる照明光学系と、
    前記照明光学系を介して前記フォトマスクに照射されてここを通過した照射光を、前記対象物保持部により保持された前記露光対象物に照射させる投影光学系と、
    を備えることを特徴とする露光装置。

Images