(57)【要約】  本発明は、元の光信号を伝搬するために機能する光導波路に関し、前記光導波路は、前記元の光信号から漏洩モードを生成するために好適な非線形導波路の第１のコア（１２）と、少なくとも１つの第２のコアとを含み、第１コアは同第２のコア内に含まれている。少なくとも前記元の光信号から第１のコアによって生成される漏洩モードを前記第１のコアの外側で閉じ込めるように、第２のコアが第１のコアに対して配置されている。上述した導波路によって、特に、導波路の第１のコアの非線形性によって、連続光は同軸位相整合により、本発明のファイバ内にて生成される。加えて、チェレンコフ効果によって、他の波長が同軸位相整合による連続スペクトルの波長によって生成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
元の光信号を伝搬するために機能する光導波路（１０）であって、前記光導波路は、前記元の光信号から漏洩モードを生成するために好適な非線形導波路の第１のコア（１２）を含み、前記導波路は少なくとも１つの第２のコアを含み、前記第１のコアは前記第２のコア内に含まれ、少なくとも前記元の光信号から第１のコアによって生成される漏洩モードを前記第１のコアの外側で閉じ込めるように、前記第２のコアが前記第１のコアに対して配置されている光導波路。
【請求項２】
前記元の光信号は少なくとも１つの元の波長を含み、前記非線形導波路の第１のコアは、前記元の光信号から少なくとも１つの波長を含む信号を生成するために好適であり、前記第１のコアは、更に前記信号の漏洩モードを生成するために好適である請求項１に記載の光導波路。
【請求項３】
出力光信号を生成するためのデバイス（１１）であって、前記デバイスは、少なくとも１つの元の光信号を放射するために好適な少なくとも１つのポンプデバイス（５）と、導波路（１０）と、前記元の光信号を前記導波路内へ入射するための入射手段（８）とを備え、前記導波路が請求項１又は２に記載の導波路であることを特徴とするデバイス。
【請求項４】
前記元の光信号が前記導波路内へ入射される前に、前記元の光信号の偏光を改変するために好適な偏光手段（７）を更に備える請求項３に記載の出力光信号を生成するためのデバイス。
【請求項５】
前記光信号が前記導波路に沿って伝搬する間に、前記光信号の偏光を改変するために好適な偏光手段（７）を更に備える請求項３に記載の出力光信号を生成するためのデバイス。
【請求項６】
前記元の光信号が前記導波路内へ入射される前に、前記元の光信号を増幅するための増幅器を更に備える請求項３〜５の何れか１項に記載の出力光信号を生成するためのデバイス。
【請求項７】
少なくとも１つの元の波長を含む元の光信号を使用するとともに、少なくとも非線形の第１のコアを含む非線形導波路を使用する出力光信号の生成方法であって、前記方法は、
前記元の光信号を前記非線形の第１のコア内に入射する工程と、
非線形効果によって前記元の光信号から少なくとも１つの波長を含む広帯域信号を生成する工程とを備え、
前記方法は、更に、
前記非線形の第１のコアの外側を伝搬する漏洩信号を得られるように、第１のコア内を伝搬するとともに、少なくとも１つの波長を含む信号の少なくとも１つの漏洩モードを生成する工程と、
前記導波路の第２のコアにより前記漏洩信号を収集する工程とを備えることを特徴とする方法。
【請求項８】
前記導波路の前記第２のコア内に少なくとも１つの漏洩モードを閉じ込める工程を更に備える請求項７に記載の出力光信号の生成方法。
【請求項９】
前記出力光信号は少なくとも１つの出口波長を含み、前記元の光信号は偏光を有し、前記方法は、前記出力波長の作用として前記元の光信号の前記偏光を適応する工程を更に備える請求項７又は８に記載の出力光信号の生成方法。
【請求項１０】
前記導波路内で生成された広帯域信号の漏洩モードから複数の波長を生成するための請求項３〜６の何れか１項に記載のデバイスの用途。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源、特に広帯域、即ち連続光源の生成方法の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続光を生成する方法は、従来技術、例えばコヒラス社の特許文献１又は特許文献２から知られている。本質的に知られているように、連続光を生成する方法は、電磁場の閉じ込め及び分散特性を有する光ファイバ、例えば非線形ファイバのような光導波路を使用する。狭いスペクトルを有する光の放射がファイバの入り口に入射され、そのスペクトルは分散特性を備えて結合された導波路の非線形特性によって広げられる。
【０００３】
本発明の第１の目的は、連続光を生成する従来の方法に代わる方法を提供することにある。
従来、連続スペクトルは、ラマン効果、寄生効果、又は位相自己変調のような種々の非線形効果によって、光ファイバ内で生成される。寄生効果は、広いスペクトル幅にわたって平滑なスペクトルを得ることを可能とするとともに、現在のところ広いスペクトルを生成するための最も有望な非線形効果である。
【０００４】
しかしながら、それらの効果は、ポンプ波と信号波との間の位相速度整合を必要とする。そのような位相整合は、光導波路の拡散曲線、案内されるモードの伝搬方向、及びそれらの各々に伝送される電力に依存する。単一モードの伝搬において、単一の伝搬方向が所定の選択であり、かつ位相整合が残り得るスペクトルレンジは限定されている。その結果、スペクトルの広がりはより小さくなる。
【０００５】
従って、本発明の別の目的は、連続光を生成するために設計された導波路において位相整合を容易とすることにある。
導波路の分野において、チェレンコフ効果は、光が導波路から漏れる「漏洩モード」の伝搬モードを使用することが知られている。その効果は、例えば、非特許文献１及び非特許文献２に記載の特定の導波路に関して述べられている。チェレンコフ効果によって、ファイバのコア内を伝搬する光波の少量は、非同軸に伝搬する別の波長に変換される。案内されるモードの方向とは異なる方向におけるその伝搬（漏洩モード）は、波同士の位相整合を得ることを可能とし、かつ放射の少量を他の周波数に変換することを可能とする。そのような従来と異なる変換は、コアモードと漏洩モードとの間に非零の重なりが存在するときにのみ可能である。
【０００６】
光波が光ファイバを進行するとき、コア内を伝搬するエネルギーの少量は、非案内モードを有する結合を介して外側へ放射される。そして、それらのモードは「漏洩モード」として参照されるとともに、チェレンコフ効果の基本特性である。従って、チェレンコフ効果は、非同軸位相整合を伴う伝搬の一例である。
【０００７】
この効果は、例えば、裸眼にて観察可能であり、図１に示すように、光ファイバの出口のみならず光ファイバの全長にわったって照らされている導波路に対応する。図１において、本質的に知られているように、入射波１はファイバ２内を通過する。チェレンコフ効果によるとともにファイバ２の特性に依存して、波１の少量は、入射波１の波長ベクトルと同軸である波長ベクトルｋの波長３の形態にてファイバ内に案内される。そして、波の少量は、ベクトルｋの方向とは異なる方向に延びる波長ベクトルｋ’の漏洩波４の形態にてファイバから出射する。
【０００８】
漏洩波が光ファイバから出射してその全長にわたって前記ファイバを照らすため、それら漏洩モードの第１の視覚的効果が観察される。
ファイバの出口において、漏洩モードが存在しないため、波が中央の点ではなくリング形状に分散され、その伝搬方向はファイバの軸と同軸である。これが、第２の視覚的効果である。また、そのリングは図１に示されている。
【０００９】
通常、入射波１の電力の少量が漏洩波４の形体で損失となるため、これらの漏洩モード効果は、線形のファイバには所望されない効果である。
【特許文献１】国際公開第２００５／０６２１１３パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００５／０７１４８３パンフレット
【非特許文献１】竹間清文、外１名著、「チェレンコフ型放射の位相整合に基づく結晶コアファイバにおける光第２高調波発生理論(Theory of optical second-harmonic generation in crystal-cored fibers based on phase matching of Cerenkov-type radiation)」、（米国）、米国光学学会誌Ｂ(Optics Society of America B)、第９巻、第７号、１９９２年７月
【非特許文献２】早田、外２名著、「チェレンコフ放射の形態における案内波の第２高調波発生の向上(Enhancement of the guided-wave second harmonic generation in the form of Cerenkov radiation)」、（米国）、米国物理学会誌(Applied Physics Letters)、第５６巻、第３号１５、１９９０年１月
【発明の開示】
【００１０】
これらの漏洩効果は、連続光を生成するための非線形光ファイバに対して効果的に利用されていない。
XP002398712として参照される論文、光学学会誌(Optics Letters)、第３０巻、第１２号、２００５年６月１５日のフェイ・ルー(Fei Lu)等による「分散マイクロ管理されたホーリーファイバにおける広帯域フェムト秒の可視パルスの生成」と題する論文は、導波路における変更可能な連続光の生成に言及している。連続スペクトルの生成は、ソリトン伝搬からの「チェレンコフ」放射に依存する。しかしながら、その種のチェレンコフ放射は、スペクトル効果であり、上述の漏洩モードに対するような空間的な効果ではない。これらの２つの効果における違いは、上記出版物XP-002398712にて参照される、サイエンス誌、第301巻、1705ページ、2003年のスクリャービン(Skryabin)による論文を根拠として、当業者にとって公知である。その論文は、漏洩モードの使用について述べておらず、複数のコアを有するファイバについて全く言及していない。
【００１１】
加えて、オプティクス・コミュニケーション誌(Optics Communications)、第255巻、2005年のフェドトフ(Fedotov)等による「フォトニック結晶ファイバのマイクロ導波路における調和した非線形光学」と題する論文は、マイクロストラクチャファイバ内にある導波路における周波数生成に言及している。上記論文に示されるように、フェドトフ等による論文の分散チェレンコフ効果は、スペクトル効果であり、空間的な効果ではない。上述のように、フェドトフ等による論文にて参照されるサイエンス誌、第301巻、1705ページ、2003年のスクリャービンによる論文は、その違いについて述べている。その論文は、漏洩モードの使用について述べておらず、複数のコアを有するファイバについて全く言及していない。
【００１２】
同様に、XP002398712として参照される論文、オプティクス・エクスプレス誌(Optics Express)の第１２巻、第2号のフェイ・ルー等による「テーパの単一モードの光ファイバにおける高スペクトルコヒーレンスを有する広帯域連続スペクトルの生成」と題する論文は、スペクトル型のチェレンコフ効果に関するものである。
【００１３】
本発明の目的のうちの１つは、連続光を生成する目的のために、光ファイバにおける漏洩モードを有効に使用することにある。
本発明の別の目的は、従来の連続スペクトル生成方法に代わる方法を見い出すことにある。
【００１４】
さらに、寄生効果が単一モードの伝搬において同軸位相整合で実施される場合、位相整合が可能となるスペクトルレンジは限定される。従って、得られるスペクトルの広がりもまた限定される。
【００１５】
従って、本発明の別の目的は、広帯域のソースの生成において、改善されたスペクトルの広がりを得ることである。
米国特許第4,981,337号明細書は、空間的チェレンコフ効果、即ち漏洩モードによる周波数の生成を教示する。その文献における周波数生成は、第２高調波の生成のみに関するものである。二次非線形効果は、広帯域変換を誘起することができない。加えて、その文献には、偏光効果について全く述べられていない。最後に、その文献は、単一のコアを有する導波路のみに関するものである。コアを覆う光学的なクラッドについて述べている。クラッドはコアの屈折率と同一の屈折率を有するため、コア及びクラッドを備えるアセンブリは当業者にとって２つのコアアセンブリであると考慮されない。従って、コアを覆うクラッドは、コア内で生成される漏洩モードを案内することには適していないため、それらのモードのスペクトルパワーは損失となる。
【００１６】
本発明の別の目的は、良好なスペクトルパワーを有する連続光の生成を可能とする導波路を提供することにある。
これらの目的の少なくとも１つは、元の光信号を伝搬するために機能する光導波路による本発明にて達成される。前記光導波路は前記元の光信号から漏洩モードを生成するために好適な非線形導波路の第１のコアを含む。前記導波路は少なくとも１つの第２のコアを含み、第１のコアは第２のコア内に含まれている。少なくとも前記元の光信号から第１のコアによって生成される漏洩モードを前記第１のコアの外側で閉じ込めるように、第２のコアが第１のコアに対して配置されている。
【００１７】
上述したような導波路は、ほぼ単色の元の信号から連続光を生成するために、即ちより一般的には複数の波長を含む信号を生成ために使用される。
上述した導波路によって、特に、導波路の第１のコアの非線形性によって、連続光は同軸の位相整合による本発明のファイバ内にて生成される。加えて、チェレンコフ効果により、他の波長が、連続スペクトルの波長によって、或いはチェレンコフ型の非同軸の位相整合を用いた元の波長によって生成される。
【００１８】
本発明のそのような導波路では、導波路内の漏洩モードを除去することを探求するよりも、その目的は同心状の第２のコア内でそれらのモードを激化させ、かつ閉じ込めることである。これは、特に、連続スペクトルのスペクトルパワーを改善するように、第１のコアから出射する漏洩モードを閉じ込めるように配置された第２のコアを提供することにより達成される。
【００１９】
この結果、導波路の出口において、漏洩モード特性であるリング形状の新しい連続スペクトルが形成される。
より詳しくは、特定の実施形態において、前記元の光信号は少なくとも１つの元の波長を含む。前記非線形導波路の第１のコアは、前記元の光信号から少なくとも１つの波長を含む信号を生成するために好適である。前記第１のコアは、更に前記信号の漏洩モードを生成するために好適である。
【００２０】
このように、導波路のコアは、導波路の非線形性によって生成される信号を生成するために特別に適応されている。
また、本発明は、出力光信号を生成するためのデバイスを提供する。前記デバイスは、少なくとも１つの元の光信号を放射するために好適な少なくとも１つのポンプデバイスと、導波路と、前記元の光信号を前記導波路内へ入射するための入射手段とを備える。前記デバイスは、前記導波路が上述した導波路であることを特徴とする。
【００２１】
一実施形態において、前記導波路の出口にて得られる信号、即ち連続スペクトルのスペクトル特性を改変することができるように、デバイスは前記元の光信号が前記導波路内へ入射される前に前記元の光信号の偏光を改変するために好適な偏光手段を更に備える。
【００２２】
本質的に知られているように、前記導波路内で伝搬する波によって見られる導波路の屈折率は、波の偏光に依存する。導波路の出口にて得られる連続スペクトルは、前記導波路の屈折率、複屈折、及び分散に依存するため、入射波の偏光を改変することは、生成されるスペクトルを改変することになる。
【００２３】
代わりに、偏光手段は、前記光信号が前記導波路に沿って伝搬する間に、前記光信号の偏光を改変するために好適であってもよい。
実施形態において、導波路の出口における信号、即ち連続スペクトルの検出を容易とするために、前記デバイスは前記導波路の出口において生成される前記出力光信号をフォーカスする手段を更に備える。
【００２４】
上述したように、漏洩モードを用いて生成された信号は、導波路からリングの形で出射する。これは、ある条件下で、生成された信号の検出及び利用において問題を呈する。そして、フォーカス手段は、リングをより均一の焦点に閉じ込めることを可能とする。
【００２５】
光ファイバ内に入射された波のピークパワーを増加させるために、本発明のデバイスは電力増幅器を更に備えることが好ましい。
また、本発明は、少なくとも１つの元の波長を含む元の光信号を使用するとともに、少なくとも非線形の第１のコアを含む非線形導波路を使用する出力光信号の生成方法を提供する。前記方法は、
前記元の光信号を前記非線形の第１のコア内に入射する工程と、
非線形効果によって前記元の光信号から少なくとも１つの波長を含む広帯域信号を生成する工程とを備え、前記方法は、
前記非線形の第１のコアの外側を伝搬する漏洩信号を得られるように、第１のコア内を伝搬するとともに、少なくとも１つの波長を含む信号の少なくとも１つの漏洩モードを生成する工程と、
前記導波路の第２のコアにより前記漏洩信号を収集する工程とを更に備えることを特徴とする。
【００２６】
加えて、前記導波路の出口におけるスペクトルパワーを改善するために、方法は、前記導波路内における同心状の第２のコアによって前記漏洩モードを案内する工程を更に備える。
【００２７】
更に、光ファイバの出口にて得られるスペクトル特性を改変するために、前記方法は、前記入力信号の偏光ベクトルの方向を改変して、出力の波長を選択することを可能とする偏光要素を更に備える。
【００２８】
また、本発明は、前記導波路内で生成される広帯域信号の漏洩モードから到来する複数の波長を生成するための、上述したような導波路の用途を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明は、以下の詳細な説明及び添付の図面からより良く理解されるであろう。
図２に示すように、本発明の光生成デバイス１１は、固定の波長にて少なくとも１つの元の信号を放射するために好適なポンプデバイス５と、導波路１０とを備える。以下、これらの要素について、より詳細に説明する。
【００３０】
デバイス１１は、電力増幅器６を更に備える。この増幅器の目的は、導波路の出口において生成されるパワースペクトル密度を増大するように、ポンプデバイス５によって放射された波長における元の光信号を増幅することにある。
【００３１】
デバイス１１は、位相プレート７を更に備える。このプレート７の目的は、増幅器７によって増幅され得る場合もあるが、ポンプデバイス５によって放射された信号の偏光を改変することを可能とすることにある。
【００３２】
デバイス１１は、コリメーションレンズ８を更に備える。コリメーションレンズ８の目的は、ファイバ１０内への入射を行うことにある。
例えば、ポンプデバイス５は、偏光されるか或いは違った状態にある１０６４ナノメートルの光信号を放射する小型レーザーである。このレーザーは、ファイバレーザー又はソリッドステートレーザーであってもよい。それは、フェスト秒、ピコ秒、又はナノ秒パルスの条件下で、可変の反復周波数にて動作する。
【００３３】
電力増幅器６は、本質的に知られているタイプであり、導波路における非線形効果を容易とするためにパルスのピークパワーを増大することを可能とする。しかしながら、レーザー５が十分なパワーを有する場合には、この増幅器は省略されてもよい。
【００３４】
偏光されかつコリメートされた光は、導波路１０内に入射される。例えば、導波路は光ファイバである。
例えば、ファイバは、マイクロストラクチャのシリカファイバである。非線形効果によって、シリカコアが、入射された信号から他の周波数を生成することを可能とする程度にシリカファイバは非線形である。これらの非線形のメカニズムは、本質的に知られている。それらは、ほぼ単色の元の信号から複数の波長を有する信号を生成することが可能である。特に、生成された信号は、連続光の形態を取る。
【００３５】
また、元の光信号の入射波長の作用として、ファイバのコアの外側においてチェレンコフ効果による漏洩モードを生成することが可能となるように、光ファイバ１０のコアが適応される。
【００３６】
従って、ファイバ１０のコアの非線形性によって、波長が入射波から同軸位相整合により生成される。
そして、これらの波長及び入射波の波長は、中心コアからの漏洩として新規の波長を生成する。コア内を案内されるエネルギーの伝搬と非同軸の方向にあるそれらの伝搬は、チェレンコフ型の非同軸位相整合を得ることが可能である。
【００３７】
ファイバ１０の出口において、光のリングが、ファイバ１０内の漏洩モードの漏洩方向において生成される。従って、本発明に従い、この光のリングは、複数の波長からなるスペクトルを備える。このスペクトルは、周波数において広帯域であり、かつエネルギーがこれらの漏洩モードを伝搬する間に呈する非線形効果の組み合わせに依存する。
【００３８】
従って、非線形効果によってファイバの中心コア内に第１の連続光を生成することが可能である。第１の連続光は漏洩し、かつチェレンコフ効果によって生成される新規の波長を生成することにより、ファイバの出口において第２の連続光を生成する。
【００３９】
ファイバ１０からの出力信号の検出を容易とするために、リング状信号を再フォーカスするためのデバイスを使用することが可能である。例えば、そのような再フォーカスデバイスは、竹間等による論文、アプライド・オプティクス誌(Applied Optics)、第３３巻、３１９８ページ、１９９４年に詳細に記載されている。
【００４０】
上述したように、このようにファイバ１０は、第１のファイバコアを含む。漏洩モードを介して伝搬し、第１のコアからの到来した光は、前記第１のコアから出射する。特に、この漏洩効果は、ファイバに沿って全長にわたる断面上の出射光のエネルギーを目視することにより観察される。
【００４１】
しかしながら、ファイバの出口における光信号、即ち光損失を回復することにより得られた連続光のパワースペクトル密度を増大させることができることは有利である。
この目的のため、本発明の変形例において、本発明のファイバ１０は第２のファイバコアを含む。第２のファイバコアは、例えば、第１のコアを覆い、かつ第２のコアにおいてファイバ内の漏洩モードを閉じ込めるように機能する。
【００４２】
前記第２のコアを追加することにより、漏洩モードは、ファイバに沿って裸眼ではもはや観察することはできない。
図３は、そのような２コア型ファイバ１０の一例を示し、第２のコア１３は、第１のコア１２からの漏洩モードを閉じ込めることを可能とする。この図において、第１のコア１２の直径は４マイクロメーターであり、マイクロストラクチャの穴の直径は１．８マイクロメーターであり、第２のコア１３の直径は５０マイクロメーターであり、トータルの外径は１５０マイクロメーターである。
【００４３】
図４Ａ及び図４Ｂは、漏洩モード無しで得られるスペクトル（図４Ａ）と、本発明に従い漏洩モードを使用して得られるスペクトル（図４Ｂ）との比較を示す。図４Ａは、単にスペクトルの広がりが得られた結果を示す。広帯域スペクトルが連続的であり、かつ赤外領域のみに延びていることが観察される。
【００４４】
漏洩モード及び本発明に従うデバイス１１を使用することによって、得られる広帯域スペクトルは、可視領域にも延びている。このように生成されたスペクトルは、もはや完全に連続的ではないが、むしろ多数の離散的な線を示す。これらの離散的な線は、フォトニック禁制帯を有する複雑な構造において、漏洩モードで伝搬する複数の波長に対する位相整合点の特徴である。
【００４５】
これらの離散的な波長を全て収集することにより、可視光線の全波長を呈する、ほぼ連続的なスペクトルを再構築することが可能である。
また、本発明に従えば、漏洩モードに対応するスペクトルにおける波長の分布を改変することが可能である。非線形効果によって生成された波のスペクトルは、複屈折ファイバにおいて、偏光ベクトルの方向の作用であることが知られている。偏光ベクトルのこの方向によって、後に非線形プロセスを開始することを可能とする位相整合が得られたり、得られなかったりする。また、偏光に依存するこのプロセスは、漏洩モードを伴う周波数変換の間に存在する。そして、入力波の偏光の改変は、出力波長を選択することを可能とする。
【００４６】
位相板７、例えば半波長板の形体でファイバの入り口に配置されたファイバ、例えば複屈折ファイバに関して、ファイバ内における入射波の偏光の向きを変えることが可能であり、そして漏洩モードで放射される波長を選択することが可能である。ファイバの出力信号の波長が固定である場合、適応された元の信号の波長を偏光することができる。
【００４７】
例えば、偏光ベクトルの方向の変更は、波長変換の間に主要な非線形プロセスを選択することを可能とする。そして、プロセスの変更は、生成される波長を変更することを可能とする。１０６４ナノメートルの波を周波数３倍効果（３５５ナノメートル）から周波数２倍効果（５３２ナノメートル）まで変更可能であり、或いは６７０ナノメートルに生成される結果となる赤外の広帯域スペクトルから周波数合算効果まで変更可能である。
【００４８】
また、非線形性によってファイバの出口における連続的なスペクトルの生成を改善することを可能とする任意の方法が、本発明に従い、特に周波数２倍化、周波数３倍化、変調の不安定性、及び／又はラマン効果を組み合わせて使用されてもよいことが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】光ファイバにおけるチェレンコフ効果を示す。
【図２】本発明の光生成デバイスの一例を示す。
【図３】本発明の一実施形態における非線形ファイバの一例を示す。
【図４Ａ】漏洩モード無しで得られるスペクトル。
【図４Ｂ】本発明に従い漏洩モードを使用して得られるスペクトルを比較のために示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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