JP2780795B2 - 光ファイバの光学的構造を変化させる方法及び変化された光ファイバ - Google Patents

光ファイバの光学的構造を変化させる方法及び変化された光ファイバ

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は光導波体、特に光ファイバのコアの光学的
構造の変化方法及び変化した光ファイバに関する 単一モードシリカフアイバ（＞10GWcm-2）の損傷しき
い値は高いので、光フアイバをラマン増幅ソリトン生
成、超高速光学ゲート及び第二高調波発生のような非線
形効果に用いることができる、ピコ秒パルスの高いピー
クのパワーを用いてマルチモードフアイバの自己集束を
観察する第１の実験報告が行なわれているが、フアイバ
の損傷は観察されなかった。光学損傷機構はＱスイッチ
レーザ及びモード同期レーザを用いた高い電界強度にお
けるブリアン散乱あるいは誘電破壊に関係している。光
フアイバの損傷は通常、発射端部で発生し、この端部は
汚染の可能性を有し、散乱過程や端部破損によってレー
ザエネルギーを吸収して融解することによって起こる、
フアイバの光学的な損傷は医薬や工業におけるパワー伝
達システム及びビット速度の高い非線形装置の設計者に
とって非常に重要である。一般的にパワー伝達システム
にも端部損傷が起こり、安全設計及びフアイバケーブル
の操作に注意が必要である。1987年８月のバルデック・
ピーエル・ラッカー及びアルファノ・アール・アールに
よる光学書簡12（８）。
本発明の第１の側面によると、光ファイバの光学的構
造を変化させる方法は、該光ファイバに光パワーを発射
して光ファイバの一部分の温度を上昇させることにより
該光ファイバの一部の光学的構造を変化させ、光パワー
発射を継続することによりこの光学的構造変化を光ファ
イバに沿って光パワー源にむかって伝播させる。ここで
光パワー及び温度はこの光学的構造変化が光ファイバに
沿って光パワー源にむかって伝播を開始しそしてこの伝
播が保持されるのに十分な値に上昇させられる。かかる
方法により例えば光ファイバ内に連続する弾丸状の穴が
形成されこれに伴い光ファイバ内の屈折率分布も変化
し、光ファイバの物理的および光学的性質が変化させら
れる。
この場合“光”という言葉は、可視光線とその各々の
端部の赤外線及び紫外線領域の部分をも含む光線の電磁
スペクトル部分を意味し、この光線は光フアイバのよう
な誘電光導波体によって伝達することができる。
導波体の一部分を加熱するとこの部分に伝達された光
パワーによって光源に近に部分に、レーザからのパワー
の局部的な吸収に必要な条件が再生される。別の部分に
局部的な高い加熱が行なわれるとさらに光源に近い部分
でも同様に吸収が行なわれる。導波体中の局部的な吸収
が促進されると導波体の損傷につながり、ひいては導波
体の光学的な特性、特に伝達性に局部的な変化が起こ
る。局部的な変形の伝播は、十分な光パワーが導波体に
継続して送られる限り行なわれる。
導波体が光フアイバである場合は、光パワーが与えら
れた時間で吸収される部分がクラッドを通して強力な光
を発するので伝播過程は目で追うことができる。フアイ
バコアが次第に変形していくにつれ、局部的な発光もフ
アイバに沿って光源に向かって移動する。単一モードシ
リカフアイバで必要とされるのは比較的低いピークのパ
ワー（0.5ワット、3MWcm−２）であり、いったん吸収が
始まると妨げられずに光源に向かって伝播し、伝達媒体
に損傷を与える。
導波体の温度は伝播変形を開始するための色々な方法
で上昇されることができる。加熱は外部の加熱源、例え
ば光フアイバをスプライスするのに普通用いられる溶融
スプライサによって与えられる。または、例えば、金属
フィルムがその表面に付着した基板を、ファイバと、研
磨されたファイバハーフカップラーブロックの部分にお
いて接触させることによってか（光照射は金属フィルム
を蒸発させてファイバを局部的に加熱すると考えられ
る）、あるいは光フアイバの端部を吸収材料に対して配
置することによって光学フイールドに吸収材料を設け、
光パワーが吸収されてフアイバ端部が局部的に加熱され
るようにすることもできる。
光ファイバの場合の構造変形の例としては、中心部の
長さが数ミクロンの弾丸形状の多数の穴が光ファイバ内
部にその中心線に沿って規則的に数ミクロンづつ離間し
て形成される。弾丸形状の穴と光ファイバ媒体の間には
屈折率の変化が生じ光学的特性が連続して変化する。従
ってこれは回折素子の製造にも適用することのできる新
規な構造を提供する。
導波体の損傷は光源に近い程小さいため、周期的な損
傷はいったん始まれば光源に戻ることがある。この効果
は1.5kmの光フアイバの端部で生じたことがある。この
方法は光フアイバの不用の場合に速やかに実際的に適用
され、例えば損傷光フアイバを完全に使用することがで
きないようにし、物理的にフアイバを除去する必要がな
く副標準フアイバを不注意に結合することを回避してい
る。
本発明の第２の側面によると、構造変形されたフアイ
バはまた光学装置の基礎として適用することもできる。
このように変形された光フアイバは例えば研磨して周
期的に変形を露出させ、回折格子を形成することができ
る。
変形している間に光フアイバから発光がゆっくりと
（約1ms-1）移動するので、これは娯楽産業で特別な効
果を発揮する。
本発明を添付図面を参照にして以下に説明する。
第１図は本発明による光フアイバを変形するのに適切
な装置の概略的図である。
第２図は変形後の光フアイバのコアの再生を示す図で
ある。
第３図は第２図に示された光フアイバの端部の再生を
示す写真図である。
第４図は溶融スプライサにより開始された周期的変化
を示す光フアイバを示す写真再生図である。
第５図は第４図に示されたフアイバの周期的な変形を
示す写真再生図である。
第６図はＤフアイバの周期的な変形を示す写真再生図
である。
第７図は本発明に従って変形したフアイバから形成さ
れる毛細管を示す写真再生図である。
第８図は変形フアイバの空洞にあるガスのラーマンス
ペクトルのグラフである。
第９図はフアイバの変形伝達速度をコアパワーの関数
として示すグラフである。
第10図はフアイバの変形の伝達速度をコアパワー密度
の関数として示すグラフである。
第11図は単一モードフアイバの吸収を温度の関数とし
て示すグラフである。
第12図はコアの変形期間におけるフアイバからの発光
の周期性を示すグラフである。
第13図は３つの異なる型の光パワーに対するコア変形
の写真図である。
第14図及び第15図は本発明による光学パワーリミッタ
によって保護される光学回路の概略的図である。
第１図では1.064μｍで動作するモード同期Nd、YAGレ
ーザ２からの出力が、研磨されたフアイバハーフカップ
ラブロック６（HCB）をその長手方向に沿っていくつか
の箇所に備えた短い単一モードシリカフアイバ４に発射
されている。出力パワーはパワーメータ８によって監視
される。金属フイルム12が付着した基板10がHCBに接触
される。するとHCBから発したフアイバ４に沿って発射
レーザ２に向かって伝播する強力な青白いフラッシュを
見ることができる。そしてパワーメータ８における出力
パワーは速やかにゼロに下降する。
第２図には顕微鏡下で見られる変形されたシリカ光フ
アイバのフアイバ構成が示されている。フアイバの試験
結果はいつくかの興味深い特性を示している。HCB6から
発射端部までのフアイバ４の全体にわたって根本的に変
えられ、HCB6は光学損傷を受けたことを示した。損傷の
開始部において、先細りの部分が現われ光伝播が破壊さ
れた部分の終端であることを示している。また、これは
明らかに穿孔状のもので少量のコア材料が失われたこと
によるものである。第２図に示されるようにこの部分の
すぐ後には数ミクロンの周期的な損傷中心13が次々と連
なっている。この損傷部は１例を挙げるとその長さが数
ミクロンの弾丸形状の穴である。これらはフアイバの縦
方向上に規則的に離間した弾丸状体である。この損傷の
中心は穴であると認められた。この領域の局所的な加熱
により穴は高速に拡大して融合し毛細管を形成すると考
えられる。第３図には第２図に示された損傷フアイバの
端部14の写真が示されている。著しい特徴はコアの直径
が4.7μｍ（非損傷時）から約9.7μｍに明らかに増加し
たことにある。損傷フアイバ端部14は中心が小さなシリ
ンダとなっていて反射率が高い。これはガラスと後方の
シリンダの間のインターフエイスによる。コアのすぐ周
囲の領域はわずかに暗くなっている。
一般的に光学フアイバはコアへ損傷を与えずに数ワッ
トのパワーを伝播することができる。損傷が生じた場合
は、パワー出力が急速に減少し、ブリアン散乱あるいは
局部的な加熱による物理的な損傷によって入力面が切断
される。これは通常長時間伝達した後やＱスイッチを用
いることによって起こる。この明細書の場合は平均パワ
ー出力が約２ワットであって約1GWcm-2のピークパワー
密度が与えられるが、これはシリカの光学損傷しきい値
より十分に下である。
フアイバの損傷はフイラメントの形成したバルク中や
多重集束中心の自動集束損傷に見られる損傷（1971年10
月４日のギウリアノ・シー・アール・アンド・マルバー
ガー・ジによるフィジカル・レビュー・レターズ27（1
4）を参照）と非常に似ているが、バルク材料に適用可
能な既知の理論では本発明の方法による周期的なフイラ
メント形成は説明されない。バルク媒体の周期的なフイ
ラメント形成は、回折によってビームの発散及び効果の
終息が保証されているため比較的短い長さに限定され
る。本発明者は、導波体の場合局所的な損傷が臨界しき
い値を越えてしまうと、損傷が伝播することができる限
り効果も伝播する可能性があることを発見した。加熱自
己集束によって光源に向かうフイラメントの移動効果が
示されるが、これが原因であるかどうかは明かではな
い。この工程の基本的な駆動力は局所的な効果を生成す
るレーザからのエネルギーの伝達である。損傷の中心周
囲のすぐ周囲の領域がわずかに暗くなることで、ゲルマ
ニア及び／またはシリカ、すなわちGeO及びSiOが減少し
た（両方とも暗く見える）可能性が示される。
第４図には溶融アークが放出された後のフアイバ端部
が示されている。融解時の表面張力にによってフアイバ
の端部は球形となり、それから大きな滴形状の空洞が生
じる。続いてそれよりも小さな空洞がある距離まで温度
勾配の結果として形成され、第５図に示されるように損
傷が安定化してフアイバの長さを通じてコアの周期的な
再構成が多少行なわれる。
この効果の観察に対して可能な説明はいくつかある。
効果が現われる条件はエネルギーに関係したものである
ことが指摘される。この工程は透明媒体（上記の例では
フアイバ導波体）が高度吸収性にされるか、あるいは非
線形屈折率の実数部が大きく増加するような方法で開始
されなければならない。誘電体は例えば液体から気体相
に相変化すると高度に吸収性になることは良く知られて
いる。初期点においては局所的な温度上昇が起きて、フ
アイバコアのガラス融点である約1700℃を越えることは
明らかである。このため吸収が非常に増加し、それによ
ってさらに温度が上昇することが考えられる。伝播損傷
部位におけるフアイバからの発光強度によって、コア領
域には誘電破壊によりプラズマが形成されることが示さ
れる。このためプラズマ加熱によって加熱フロントの伝
播機構が生成され、吸収点がレーザ源に向けて移動す
る。吸収係数ａが大きい場合は、a-1の距離で入って来
るレーザ放射が吸収される。これは前の吸収中心とすぐ
に接触している必要はなく、接触しない場合は第２図に
示された損傷の中心が分離する。非線形に伝播する場合
も同じように説明することができる。過程の力学は機構
に内在する性質に依存するが、本発明は上記分析の正確
性に依存するものではないことは理解されなければなら
ない。
この過程の別の機構では励起状態吸収が起こる。初期
過程によって強力な放射が起こり、コアドーパントGeO2
の250nm付近の励起状態のエネルギーに及ぶ。このため
非線形的な回折及び吸収が増大し、同様の過程になる。
モードフイールドの幅及び入力パワーの異なるフアイ
バについて幾つか実験が行なわれた。初期の結果ではこ
の過程が保持されるしきい値が存在することが示されて
おり、これは約300MWcm-2であると測定された。従って
実効的非線形性は、７×10-16m2v-2の自己集束が起こっ
ており、これはゆっくりであるがシリカに比較して非常
に大きいと仮定して計算される。また1.5kmの単一モー
ドフアイバの遠隔端部からこの過程を開始しすぐにその
後に停止することもでき、フアイバの長さに沿った損傷
の可能性を示された。しかし別の実験では150mのフアイ
バを完全に変形したが、これがこれまで実験した内で最
も長いフアイバである。
変形過程は幾つか異なる方法で開始することができ
る。適当な金属表面とフアイバ４の出口を接触させるこ
とによって、初期フイラメントを形成するのに必要な条
件が生成される。またアーク溶融フアイバ結合装置によ
っても開始点を形成することができ、この場合は溶融ア
ークが発せられるとフアイバの出口端部がビニルフロア
被覆と接触して変形工程が開始する。吸収材料は高温に
なるものなら何でも良い。しかし初期過程は完全に理解
されているわけではなく、現在調査中である。熱は外部
の加熱源によって発生されるか、あるいは導波体に与え
られた光学パワーからのエネルギー吸収によって発生さ
れる。
加熱フローの大ざっぱなモデルでは伝導や放射拡散に
よる熱の損失はないものと仮定し、計測データと良く一
致している。このモデルでは蒸発点の小さな局部的な損
傷中心部の温度は3000℃であると予想している。損傷中
心部の大きさは入力パワーとも一致する。計測データに
よれば105mの場合、約２×10-15m3の各々の損傷部は１
ワットの入力パワーである。従ってms-1の移動速度は、 Ｖ＝E/（ＶρCN） によって与えられる。ただし、Ｖは中心部の容積、ρは
ガラス密度、Ｃは比熱容量、Ｎは1mあたりの中心部の
数、Ｅは入力エネルギーである。これによって約1ms-1
の損傷中心部の移動速度が与えられるが、これは計測さ
れた速度に近い、各損傷中心部ができるには、約10μｓ
の間に100psFWHMの約750のパルスが必要である。概略的
なモデルではシリカの昇華エネルギーや材料の比熱容量
の温度による変化は考慮されていない、加熱はほとんど
瞬間的なものであり一定容積であるとみなすことができ
るので、これらの変化が最終的な結果に与える影響はご
く小さいように思われる。
第６図にはＤ形状フアイバにおいてクラッドが除去さ
れてコアがほとんど露出している状態のフアイバが損傷
を受けた後のフアイバコアの周期的な再構成が示されて
いる。空洞は矢頭のように形成される。損傷空洞の形状
はフアイバの状態の依存しているので、熱拡散によって
空洞の形状は決まるはずである。損傷過程の結果として
GeOx及びSiOxが形成され、酸素は空洞内に遊離すること
が認められる。フアイバの一部分を続けて加熱すること
によって、第７図に示されているように損傷の中心部か
ら毛細管が形成される。空洞部の加熱が突然拡大するの
は、なんらかの圧力がかかっているからであろう。
ガスを検出し副酸化物があるかどうかを識別するため
に、マイクロプローブラーマン研究が行なわれた、初期
の結果では空洞内に約４気圧の酸素分子があることが示
された。第８図にはラーマンスペクトルが示されてお
り、酸素の特徴的な振動帯域が1555cm-1にあることが明
確に解像されている。圧力は大気中の酸素のスペクトル
曲線下の領域を比較することによって計算された。
損傷過程の伝播速度を調べるためにcwモード同期のN
d:YAG及びアルゴンレーザが用いられた。レーザの出力
は、開口数及びスポット寸法の両方の大きさを連続的に
変えることができる最適の構成を使用して単一モードフ
アイバに発射された、従って異なる型の単一モードフア
イバへ効率よくレーザを発射することが可能であった。
発射された光学パワーを選択するために、λ/2プレート
及び偏光子から成る光学減衰器が用いられた。フアイバ
ホルダの局部的な加熱による温度ドリフトを最小限にす
るために、フアイバはシリカのＶ型溝に納められた。各
々の計測の前には出力メータによって出力が監視され
た。フアイバの出力端部から1m離間して、集積フアイバ
開口部を備えた２個の小面積のRCAシリコンフオトダイ
オードが設けられ、フアイバはこの端部間で引き延ばさ
れる。フオトダイオードの出力はインターバルカウンタ
をスタートさせたり停止するためのトリガーとして用い
られた。
伝播特性を比較するためにＡ、Ｂ及びＣの３つのフア
イバが用いられた。表１には屈折率曲線及びコア／クラ
ッド屈折率差等のフアイバの詳細が示されている。Δｎ
及びコア半径は異なるように選択された。これらのパラ
メータによってレーザ波長でフアイバに発射された光学
パワーのモードフールド幅が決まる。平均パワーレベル
でcw及びモード同期が0.7乃至2.4ワットで変化する場
合、1.064μｍで動作するNd:YAGレーザに関していくつ
かの計測が行なわれた。514nmで動作するアルゴンレー
ザの場合、光学パワーのcw動作が0.5乃至2.25ワットで
変化するフアイバＢについて計測が行なわれた。
上記の計測のためにここでは２つの方法で過程が開始
された。レーザパワーを同時に伝送するフアイバの出力
端部において高温を生成するのにアーク溶融接合装置が
用いられるか、あるいは塗布されているか金属が被覆さ
れている表面と出力端部と接触するときに生成される熱
によって自動的にスタートする。1.64μｍではフアイバ
の発射端部に向かって局部的な強い青白いフイラメント
が伝播するので工程の開始は明かである、514nmでは同
じように後方に伝播するレーザ放射の強い散乱が見える
ため、現象はマスキングされる。しかしアルゴン系遮断
安全ガラスを通してプラズマ様の発光が見える。スター
ト／停止トリガーパルスは両波長の散乱放射の結果とし
てフオトダイオードによって検出される。
損傷伝播： 70種類の計測すべてが実行され平均化された。第９図
に示されたデータでは出力光学パワーに関する各フアイ
バの伝播速度が示され、異なる傾斜の直線的関係が見ら
れる。しかし第10図に見られるようにコア中のパワー密
度に関してデータを描いたとき、コアの平均パワー密度
の直線的な関係がある。この場合傾斜ははっきりと同一
である。この現象を生じるのに必要なエネルギー密度は
すてのフアイバでおおよそ一定であることがわかる。傾
斜は約５×10-12m3J-1である。
５μｍの損傷の中心部の長さおよび光源のパワーの吸
収が正味５Δであることに基づいて、吸収係数αは100c
m-1付近であることが計算される。吸収レベルが非常に
大きいために、αが反映す吸収の変化から、カラーセン
ターの形成により吸収されることが示される。部分的に
は高温における電子雪崩イオン化かシリカの導電性の増
大によるものと考えられる。熱フローモデルは複雑であ
るため、ゲルマニウム及びシリコンの副酸化物を形成す
るための溶融エネルギーを得るのに必要な温度上昇を見
積るために手元にあるデータとシリカの比熱に依存する
温度に関する刊行物のデータを用いて簡単な熱吸収の計
算が行なわれた。これは2500℃付近である、しかし問題
を数値的に分析するために有限要素法を用いたダイナミ
ックナ熱拡散モデルが試みられており、別に報告されて
いる。変形過程を維持するしきい値は、損傷伝播が停止
するまでの入力パワーを減少させることによって計測さ
れた。しきい値はモード・フイールド幅の平方に反比例
する熱拡散時定数の関数である。従って各フアイバに対
して異なるしきい値が予想される。しきい値の正確な計
測は減衰器における粗移動によって困難である。しかし
第６図には各フアイバに関する損傷が伝播できなくなる
温度より下のパワー密度が示されている。フアイバＢで
は約0.7ワットCWの最小パワーに対応する最小レベルは
約3.2MWcm-2である。
第６図にはまた514nmにおけるデータが示されてい
る。波長がより短い場合に高いモードが存在することに
よって、標準化は困難である。データの散乱はパワー密
度を計算するのに用いられるフイールド幅の見積の結果
である。ここでも傾斜はYAG計測に同等であり、同じ様
な関数特性を示している。フアイバＡの場合しきい値は
1.064μｍの計測データと良く一致する。
非線形吸収： この現象に関する機構は温度と共に吸収が増大するこ
とに関係していると思われた。単一モードフアイバのス
ループットの変化を計測するために実験が行なわれ、フ
アイバは炉中で加熱された。1mのフアイバは1100℃の温
度まで加熱され、一方で出力パワーを監視した。1.064
μｍでの発射パワーのは故意に低く保持され、温度と共
に増大する吸収によって光学加熱を通してエラー結果は
生成されない。第11図には温度の関数としての減衰が示
されている。1050℃付近で損失はシャープに増大する。
50度の範囲ではほぼ2000dBkm-1（4.6×10-3cm-1）で減
衰が増大する。わずかに温度が上昇すると、指数的に上
昇するように見える減衰によって、案内されたモードの
パワーは非常に短い長さに渡って強く吸収される。第３
次の非線形性の対応する増加があり、それによって自動
集束が起こると考えられる。
周期的な発光： 損傷中心部が周期的に形成されるのを検出するために
フアイバＢで別の実験が行なわれた。プラズマ様の発光
は空洞形成の速度の関数となる変調があると思われる。
フアイバは微孔毛細管を通して、光電子増倍（PMT）の
前を通り、別の同じような毛細管を通るようにアルミニ
ウムハウジングに挿入される。したがってアルミニウム
ハウジングはPMT用の光に対して密閉された容器を形成
する。フアイバにパワーが発射され、ハウジングの出口
毛細管を越えた所で損傷が開始する。PMTの出力は125MH
zの過度デジタル化オシロスコープ上に表示され、PMT表
面を横切る走査をされた損傷としてデータが記録され
た。PMTに入射する光のレベルを調節して出力の直線性
を確保するために、フアイバの前にはフイルタを挿入し
た。
変調を獲得するためにいくつかの方法を試みた。計測
は一定しないが、出力の構成は損傷の中心部と相関関係
がある。第12図には過度デジタル化オシロスコープ出力
が示されており、拡大しておらず時間窓はより小さい。
周囲発光の背景には発光変調が見られるが、変調度は小
さい、これは驚くべきことではなく、発光温度は熱拡散
によるもので波動を減少させる傾向があり、ダイナミッ
クな温度変化は小さく保持される。
伝播速度を計測して決められる中心部間の一時的な分
離は、フアイバに発射されたパワーに対して約33μｓで
ある。プラズマ様発光で計測された変調はまた33.3μｓ
の周期であり、損傷中心部の周期性と良く一致する。
一時的効果 モード同期は３つのフアイバの損傷伝播速度にはほと
んど効果がないが、損傷中心部の形状はわずかに変化す
る。フアイバの形状、光学パルス幅及び平均パワーの間
の関係を正確に見積ることは困難である。しかしこの関
係は熱拡散時定数に関係し、また光学パワー密度の低周
波数統計波動や導波体の局部的、周期的、変化ともおそ
らく関係がある。入力パワー状態に関する空洞形成の量
的な変化を観察するごとができる。第13図ａには、フア
イバＡの入力パワーが２ワットである場合には14.8μｍ
で形成し分離する空洞の型が示されている。空洞は前端
部が丸くなっている大きな水滴形状である。しかし空洞
はシャープで面取りされた後端部を有している。ごのシ
ャープな後端部はこれまで述べたすべてのサンプルに見
られる特徴である。190ps（FWHM）のモード同期された
パルスでは、空洞の長さは短いが（第13図ｂ）直径はよ
り大きい、最後に100psモード同期パルスでは、空洞は
細長いベル形状であり平均直径はさらに小さい（第13図
ｃ）。上記観察により、変形効果は入力光学パワーの一
時的な特性に反応し、この光学パワーは実験で用いられ
る100psFWHMの最も狭いパルスまで下降する。結果とし
て非線形性は高速であると考えられ、ピコ秒の領域で使
用可能である。
上記の観察では動作の安全性、光導波装置の試験及び
パワー伝達システムに関して重要な問題が生じる。フア
イバ中の平均パワー密度は10MWcm-2であった。その結果
単一モード導波装置の平均パワー密度は非常に低く限定
され、装置は潜在的に破壊される危険性もある。融点の
低い材料から成る装置では限度はさらに低いと思われ
る。集積光学装置に用いられるような別の導波体でもメ
カニズムは明確であり、特にパワー伝達装置では著し
い。
しかしこの現象によって異なる材料でのレーザ損傷過
程を“制御”して検査することができる。導波体のコア
に特定材料を導入することによってこの材料の損傷を観
察することも可能である。損傷過程期間中光フアイバの
両端部間に新しい材料の薄い銀を挟むことによって光学
装置の適応性を査定することができる。
平均パワーが高い多くのフアイバは損傷も大きくなる
可能性がある。フアイバハーフカップラブロックのよう
な金属あるいは非線形材料の被覆と相互作用する次第に
消失するフイールドを用いた光学装置の構成では、平均
パワーを高くしてその集積性を確保する必要がある。フ
アイバレーザの高速成長領域は、用いられているポンプ
及び空洞パワーが高いので危険性のある別の領域であ
る。将来的にはフアイバレーザは高いパワーを生成する
ことが予想されるため、このような損傷を受け安い。
吸収メカニズムにはさらに基本的に問題を起こる。吸
収はゆるやかであると考えられており、現在の見積では
ほんの少量の光学パワー（５Δ）が吸収されると思われ
る。これが例えばドーパントを注入したり別の装置材料
を用いたりすると変化して、しきい値がミリワットの単
位となる可能性があると多くの装置ユーザに関係が生じ
る。
さらにこの効果の応用の可能性がある。フアイバんの
コアに高温プラズマが発生すると、例えばフアイバコア
に計画的に設けられたガスが満たされた小さな探針空洞
があることがわかる。ガスとプラズマの相互作用は空洞
を通って伝播するプラズマとして観察される。プラズマ
の温度はコアのパワー密度を変えることによって変化さ
せることができ、現在では効果の発生は容易な、調和し
たものになっている。
構成を周期的に規則的に変化させるための変形光フア
イバは研磨され、導波体の変形構造を露出することによ
り回折格子の製造に適用される。
本発明はさらに、光導波体システムあるいはこのよう
なシステムのパーツを、システムに与えられった光パワ
ーが増大し偶然に自己伝播構成変形が始まることによる
大きな損傷から保護する光パワーリミタにも適用され
る。光パワーリミタは図14に示すように、金属フィルム
12を有する基盤10に接触するHCB6に隣接して、接続され
た他の光部品が損傷する前に、犠牲となって損傷する光
ファイバ部分22を接続することにより形成される。
第14図に示されている光学システム20では、レーザ光
パワー源２から光パワーが第１の光フアイバ22に発射さ
れ、このフアイバ22は第２の光フアイバ24に光学的に直
列に結合され、さらにこのフアイバ24は別の装置（図示
されていない）に結合されている。光フアイバ22は表面
が金属フイルム12で被覆されている基板10と接触するHC
B6を備え、これらは結合されて光パワーリミタ23を構成
している。フアイバ22及び24の特性はレーザ２によって
光パワーがフアイバ22に導入されると金属フイルム12が
光学フイールドとの相互作用で、フアイバ24を損傷する
可能性のあるより少い光パワーにより第１図に示された
ような方法で、例えば構成変形の伝播を開始し保持する
ことによって、構成を周期的に変形させるように、選択
される。
従ってこのような構成ではフアイバ22が初期パワーよ
り大きな光パワーでは非伝達性となってフアイバ24を大
きな損傷から保護するため、パワーリミタとして作用す
る、フアイバ22が損傷を受けると、フアイバ24にレーザ
２を再結合するには損傷を受けた部分のみを交換する必
要があるに過ぎない。
本発明による光パワーリミッタはまた第15図に示され
たようなレーザから遠い装置あるいは導波体の保護にも
適用することができる。レーザ２からは光フアイバ26を
通して過剰な光パワーから保護する装置、例えばスイッ
チ28に第14図に示された光パワーリミタを介して光パワ
ーが与えられる。この場合パワーリミタは、スイッチの
損傷しきい値パワーよりも小さくまたフアイバ26への伝
播を保持するのに必要な光パワーより小さいパワーで、
コアの周期的な再構成が開始するように構成される。本
発明による光パワーリミタによって他の導波体あるいは
装置の組合せを保護することができることも明かであ
る。
本発明は上記の特定の実施例のみに適用可能であるの
ではなく、上記のコアの構成変形の伝播が得られるよう
な任意の光導波体及び変形を開始する任意の方法にも適
用可能である。

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】光ファイバに光パワーを放射し、前記ファ
    イバの一部分の温度を上げることから成る前記ファイバ
    の光学的構造を変化させる方法において、前記光パワー
    及び温度の上昇が構造変化を開始させ光パワー源に向か
    ってその伝播を継続するのに十分であることを特徴とす
    る光ファイバの光学的構造を変化させる方法。
  2. 【請求項２】光ファイバが単一モード光ファイバである
    請求の範囲第１項記載の方法。
  3. 【請求項３】温度の上昇がファイバ付近の光パワーを吸
    収する材料によって生じる請求の範囲第１項乃至第２項
    のいずれか１項記載の方法。
  4. 【請求項４】吸収がファイバの端部に吸収体を設けるこ
    とによって行われる請求の範囲第３項記載の方法。
  5. 【請求項５】金属フィルムが研磨されたハーフカップラ
    ブロックと接触して光源からのエネルギーを吸収する請
    求の範囲第３項記載の方法。
  6. 【請求項６】温度の上昇が外部の加熱源によって行なわ
    れる請求の範囲第１項乃至第２項のいずれか１項記載の
    方法。
  7. 【請求項７】加熱源が溶融スプライサである請求の範囲
    第６項記載の方法。
  8. 【請求項８】光パワー源がモード同期レーザである請求
    の範囲第１項乃至第７項のいずれか１項記載の方法。
  9. 【請求項９】レーザが1.064μｍで動作するNd:YAGレー
    ザである請求の範囲第８項記載の方法。
  10. 【請求項１０】周期的構造を有する光ファイバであっ
    て、前記周期的構造は光パワーを前記ファイバに放射す
    ることにより前記ファイバの温度を部分的に上昇し前記
    ファイバの光学的構造を変化することにより形成され、
    前記光パワーと温度上昇は前記ファイバに沿って前記光
    パワー源の方へ構造的変化を開始し伝播を継続するに十
    分であり、前記構造的変化は周期的構造を含むことを特
    徴とする光ファイバ。
  11. 【請求項１１】光ファイバに光パワーを放射し、前記フ
    ァイバの温度を部分的に上昇させることにより前記ファ
    イバの光学的構造を変化させる工程と、ここで前記光パ
    ワーと温度上昇は前記ファイバに沿って光パワー源の方
    に周期的構造の変化を開始し伝播を継続するのに十分で
    あり、それによって前記ファイバに周期的構造が形成さ
    れ、さらに、前記ファイバの変化された構造を露出する
    ように前記ファイバを研磨する工程を含むことを特徴と
    する回折格子の製造方法。
  12. 【請求項１２】光学装置と直列に結合された第１の光フ
    ァイバを備えるファイバネットワークにおいて、光パワ
    ーの変化が前記第１の光ファイバの温度を部分的に上昇
    させて光学的構造を変化させ、前記第１のファイバに沿
    って光パワー源に向かう前記構造的変化の伝播が前記光
    学装置の損傷しきい値より下の光パワーで開始され継続
    されるように第１の光ファイバが構成されている光ファ
    イバネットワーク。
  13. 【請求項１３】光学装置が第２の光ファイバである請求
    の範囲第12項記載の光学ネットワーク。
  14. 【請求項１４】第２の光ファイバの損傷しきい値が、第
    １の光ファイバに沿って構造的変化の伝播を継続するの
    に必要な光パワーである請求の範囲13記載の光学ネット
    ワーク。
  15. 【請求項１５】構造的変化が請求の範囲第１項乃至第５
    項および第８項乃至第９項のいずれか１項に記載された
    方法によって開始され継続される請求の範囲第12項乃至
    第14項のいずれか１項記載の光学ネットワーク。
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