(57)【要約】【課題】従来よりも入射端面近傍における発熱量の小さいファイバチャープドグレーティング素子を実現する。【解決手段】グレーティング（１１ａ）のピッチΛｉを、一方の端面（１Ａ）から遠ざかるに従って大きくすると共に、グレーティング（１１ａ）の屈折率差Δｎｉを、端面（１Ａ）から遠ざかるに従って大きくする。【選択図】図１
2018036400.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率がｎ０であるコアに屈折率がｎｉ（ｎｉ＞ｎ０）である高屈折率領域からなるグレーティングが書き込まれたファイバチャープドグレーティング素子であって、
上記グレーティングのピッチΛｉは、当該ファイバチャープドグレーティング素子の一方の端面から遠ざかるに従って大きくなり、
上記グレーティングの屈折率差Δｎｉ＝ｎｉ−ｎ０は、当該ファイバチャープドグレーティング素子の上記一方の端面から遠ざかるに従って大きくなる、
ことを特徴とするファイバチャープドグレーティング素子。
【請求項２】
上記ピッチΛｉは、当該ファイバチャープドグレーティング素子の上記一方の端面から遠ざかるに従って２次関数的に増加する、
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバチャープドグレーティング素子。
【請求項３】
上記屈折率差Δｎｉは、当該ファイバチャープドグレーティング素子の上記一方の端面から遠ざかるに従って１次関数的に増加する、
ことを特徴とする請求項２に記載のファイバチャープドグレーティング素子。
【請求項４】
屈折率がｎ０であるコアに屈折率がｎｉ（ｎｉ＞ｎ０）である高屈折率領域からなるグレーティングが書き込まれたファイバチャープドグレーティング素子であって、
上記グレーティングのピッチΛｉは、当該ファイバチャープドグレーティング素子の一方の端面から遠ざかるに従って大きくなり、
上記高屈折率領域の厚みＤｉは、当該ファイバチャープドグレーティング素子の一方の端面から遠ざかるに従って大きくなる、
ことを特徴とするファイバチャープドグレーティング素子。
【請求項５】
増幅用光ファイバの一端又は両端に、請求項１〜４の何れか１項に記載のファイバチャープドグレーティング素子がそれぞれ接続されている、
ことを特徴とするファイバレーザ。
【請求項６】
上記ファイバチャープドグレーティング素子において、（１）上記増幅用光ファイバから入射する発振波長のレーザ光が反射されることなく伝播する領域を第１領域、（２）上記増幅用光ファイバから入射する発振波長のレーザ光に対する反射が生じる領域を第２領域、（３）上記増幅用光ファイバから入射する発振波長のレーザ光のうち、上記第２領域において反射されずに残ったレーザ光が反射されることなく伝播する領域を第３領域として、
第２領域に含まれる高屈折率領域の平均屈折率は、全ての高屈折率領域の平均屈折率よりも低い、
ことを特徴とする請求項５に記載のファイバレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方の端面から遠ざかるに従ってピッチが次第に大きくなるグレーティングを光ファイバのコアに書き込むことによって得られるファイバチャープドグレーティング素子に関する。また、そのようなファイバチャープドグレーティング素子を備えたファイバレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
光加工及び光通信の分野では、レーザ発振器として、ファイバレーザが広く用いられている。このようなファイバレーザにおいては、コアに希土類元素が添加された増幅用光ファイバを含むキャビティを形成するために、増幅用光ファイバの一端にミラーとして機能するファイバブラッググレーティング素子が接続され、増幅用光ファイバの他端にハーフミラーとして機能するファイバブラッググレーティング素子が接続される。ファイバブラッググレーティング素子は、ピッチが一定（Λとする）のグレーティングを光ファイバの書き込むことにより得られる素子であり、波長が２ｎΛ（ｎは自然数）となる光を選択的に反射する機能を有する。
【０００３】
このようなファイバレーザにおいては、高出力化を進めるとスペクトラムホールバーニングや誘導ラマン散乱などの非線形光学効果が生じ易くなるので、これを避けるために発振波長を広帯域化する必要が生じる。この場合、ピッチが一定のグレーティングがコアに書き込まれた通常のファイバブラッググレーティングの代わりに、一方の端面から遠ざかるに従ってピッチが次第に大きくなるグレーティングが書き込まれたファイバチャープドグレーティング素子がミラー及びハーフミラーとして用いられる。ファイバチャープドグレーティング素子の反射帯域は、通常のファイバブラッググレーティングの反射帯域よりも広いためである。
【０００４】
特許文献１には、このようなファイバチャープドグレーティング素子（特許文献１における「ファイバブラッググレーティング素子」に相当）が開示されている。特許文献１によれば、コアに書き込むグレーティングと同じグレーティングをクラッドにも書き込むことによって、反射帯域が広くするとともに、遮断量を大きくすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２８２０４４号公報（公開日：２００８年１１月２０日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のファイバチャープドグレーティング素子においては、グレーティングが密に形成されると共に、入射光と反射光との多重干渉により光のエネルギー密度が高くなる方の端面からコアに光を入射させるところ、入射端面近傍における発熱量が大きく、これにより信頼性の低下を招来するという問題があった。このような問題が生じる理由は、以下のとおりである。
【０００７】
すなわち、ファイバチャープドグレーティング素子を製造するためには、まず、ゲルマニウム等の光感受性を有する元素がコアに添加された光ファイバを作成し、次に、この光ファイバに紫外線を照射することによってグレーティングを書き込む必要がある（紫外線を照射された領域が、グレーティングを構成する高屈折率領域となる）。この際、紫外線を照射された領域、すなわち、グレーティングを構成する高屈折率領域の内部に欠陥が形成されてしまう。このため、ファイバチャープドグレーティング素子のグレーティングに光が入射すると、その一部がグレーティングを構成する各高屈折率領域に含まれる欠陥により熱に変換される。特に、ファイバチャープドグレーティング素子においては、入射光と反射光との多重干渉により光のエネルギー密度が高くなる入射端面近傍においてグレーティングが密に形成されている。したがって、入射端面近傍における発熱量が大きくなり易い。
【０００８】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、従来のファイバチャープドグレーティング素子と比べて、入射端面近傍における発熱量が小さく、信頼性の高いファイバチャープドグレーティング素子を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明に係るファイバチャープドグレーティング素子は、屈折率がｎ０であるコアに屈折率がｎｉ（ｎｉ＞ｎ０）である高屈折率領域からなるグレーティングが書き込まれたファイバチャープドグレーティング素子であって、上記グレーティングのピッチΛｉは、当該ファイバチャープドグレーティング素子の一方の端面から遠ざかるに従って大きくなり、上記グレーティングの屈折率差Δｎｉ＝ｎｉ−ｎ０は、当該ファイバチャープドグレーティング素子の上記一方の端面から遠ざかるに従って大きくなる、ことを特徴とする。
【００１０】
また、上記の目的を達成するために、本発明に係るファイバチャープドグレーティング素子は、屈折率がｎ０であるコアに屈折率がｎｉ（ｎｉ＞ｎ０）である高屈折率領域からなるグレーティングが書き込まれたファイバチャープドグレーティング素子であって、上記グレーティングのピッチΛｉは、当該ファイバチャープドグレーティング素子の一方の端面から遠ざかるに従って大きくなり、上記高屈折率領域の厚みＤｉは、当該ファイバチャープドグレーティング素子の一方の端面から遠ざかるに従って大きくなる、ことを特徴とする。
【００１１】
上記の構成によれば、上記一方の端面から光を入射させたときに、当該端面近傍における発熱量を、グレーティングの屈折率差が一定である従来のファイバチャープドグレーティング素子よりも小さくすることができる。
【００１２】
本発明に係るファイバチャープドグレーティング素子においては、上記ピッチΛｉは、当該ファイバチャープドグレーティング素子の上記一方の端面から遠ざかるに従って２次関数的に増加する、ことが好ましく、上記屈折率差Δｎｉは、当該ファイバチャープドグレーティング素子の上記一方の端面から遠ざかるに従って１次関数的に増加する、ことが好ましい。
【００１３】
上記の構成によれば、光学特性（特に透過スペクトル）を従来のファイバチャープドグレーティング素子と同等に保ちながら、上記一方の端面から光を入射させたときに、当該端面近傍における発熱量を、従来のファイバチャープドグレーティング素子よりも小さくすることができる。
【００１４】
なお、本発明に係るファイバチャープドグレーティング素子は、ファイバレーザにおけるミラー又はハーフミラーとして利用することができる。すなわち、増幅用光ファイバの両端に、それぞれ上記ファイバチャープドグレーティング（一方はミラーとして、他方はハーフミラーとして利用）を接続したファイバレーザも、本発明の範疇に含まれる。
【００１５】
この場合、上記ファイバチャープドグレーティング素子において、（１）上記増幅用光ファイバから入射する発振波長のレーザ光が反射されることなく伝播する領域を第１領域、（２）上記増幅用光ファイバから入射する発振波長のレーザ光に対する反射が生じる領域を第２領域、（３）上記増幅用光ファイバから入射する発振波長のレーザ光のうち、上記第２領域において反射されずに残ったレーザ光が反射されることなく伝播する領域を第３領域として、第２領域に含まれる高屈折率領域の平均屈折率は、全ての高屈折率領域の平均屈折率よりも低い、ことが好ましい。
【００１６】
上記の構成によれば、上記ファイバチャープドグレーティング素子の温度を通常のファイバブラッググレーティング素子（各高屈折率領域の屈折率が上記ファイバチャープドグレーティング素子の全ての高屈折率領域の平均屈折率と等しいものとする）のの温度よりも低く抑えることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明よれば、従来よりも入射端面近傍における発熱量の小さいファイバチャープドグレーティング素子を実現することができる。その結果、従来よりも信頼性の高いファイバチャープドグレーティング素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施形態に係るファイバチャープドグレーティング素子の縦断面図及び横断面図である。
【図２】図１に示すファイバチャープドグレーティング素子が備えるコアの屈折率分布を示すグラフである。
【図３】図１に示すファイバチャープドグレーティング素子が備えるコアに入射した光に含まれる、波長１０６２．５ｎｍ，１０６３．５ｎｍ，１０６４．５ｎｍ，１０６５．５ｎｍの成分波のパワー分布を示すグラフである。
【図４】第１の実施例、第２の実施例、及び比較例に係るファイバチャープドグレーティング素子におけるグレーティングのピッチを定める２次関数Λ１（ｚ）、２次関数Λ２（ｚ）、及び１次関数Λ０（ｚ）のグラフである。
【図５】第１の実施例、第２の実施例、及び比較例に係るファイバチャープドグレーティング素子の透過スペクトルを示すグラフである。
【図６】第２の実施例及び比較例に係るファイバチャープドグレーティング素子の発熱量分布を示すグラフである。
【図７】一変形例に係るファイバチャープドグレーティング素子の縦断面図及び横断面図である。
【図８】図１に示すファイバチャープドグレーティング素子に入射した光の進路を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔ファイバチャープドグレーティング素子の構成〕
本発明の一実施形態に係るファイバチャープドグレーティング素子１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、ファイバチャープドグレーティング素子１の縦断面図（左側）及び横断面図（右側）である。
【００２０】
ファイバチャープドグレーティング素子１は、図１に示すように、円柱状のコア１１と、コア１１を取り囲む円筒状のクラッド１２とを備えた光ファイバ型の素子である。クラッド１２の屈折率ｎcladは、コア１１の屈折率ｎcoreよりも低く、一方の端面１Ａを介してコア１１に入射した光は、コア１１の内部を伝播し、他方の端面１Ｂを介してコア１１から出射する。なお、ファイバチャープドグレーティング素子１は、クラッド１２を取り囲む円筒状の被覆（不図示）を備えていてもよい。
【００２１】
ファイバチャープドグレーティング素子１のコア１１には、図１に示すように、コア１１の中心軸に沿って並んだ複数の高屈折率領域１１ａ１〜１１ａ１０からなるグレーティング１１ａが書き込まれている。各高屈折率領域１１ａｉ（ｉ＝１，２，…，１０）は、屈折率がコア１０の基材屈折率（高屈折率領域１１ａ１〜１１ａ１０以外の領域の屈折率）ｎ０よりも高い円柱状の領域である。各高屈折率領域１１ａｉの屈折率については、参照する図面を代えて後述する。
【００２２】
グレーティング１１ａのピッチΛ１〜Λ９は、図１に示すように、端面１Ａから遠ざかるに従って大きくなる。ここで、各ピッチΛｉは、端面１Ａから各高屈折率領域１１ａｉの中心までの距離をｚｉとしたときに、Λｉ＝ｚｉ＋１−ｚｉにより定義される量であり、隣接する２つの高屈折率領域１１ａｉ，１１ａｉ＋１の中心間隔を表す。従来のファイバチャープドグレーティング素子においては、グレーティング１１ａのピッチΛ１〜Λ９が端面１Ａから遠ざかるに従って１次関数的に増加する。より正確に言えば、Λ（ｚｉ）＝Λｉを満たす関数Λ（ｚ）がｚの１次関数Λ（ｚ）＝α０＋α１ｚ（α０，α１は定数）で与えられる。これに対して、本実施形態に係るファイバチャープドグレーティング素子１においては、グレーティング１１ａのピッチΛ１〜Λ９が端面１Ａから遠ざかるに従って２次関数的に増加する。より正確に言えば、Λ（ｚｉ）＝Λｉを満たす関数Λ（ｚ）がｚの２次関数Λ（ｚ）＝α０＋α１ｚ＋α２ｚ２（α０，α１，α２は定数）で与えられる。なお、高屈折率領域１１ａｉの厚みＤｉは、比Ｄｉ／Λｉが一定（図示した例では０．５）になるように決める。
【００２３】
ファイバチャープドグレーティング素子１により反射される光の波長帯域は、ピッチ一定（Λとする）のグレーティングが書き込まれた通常のファイバブラッググレーティング素子により反射される光の波長帯域よりも広くなる。なぜなら、通常のファイバブラッググレーティング素子のグレーティングは、波長が２ｎΛ（ｎは整数）となる光を選択的に反射するのに対し、ファイバチャープドグレーティング素子１のグレーティング１１ａは、波長が２ｎΛ１以上２ｎΛ９以下となる光を選択的に反射するからである。
【００２４】
なお、ファイバチャープドグレーティング素子１へのグレーティング１１ａの書き込みは、通常のファイバブラッググレーティング素子へのグレーティングの書き込みと同様の方法で実現することができる。すなわち、まず、ゲルマニウム等の光（紫外線）感受性を有する元素がコア１１に添加された光ファイバを製造し、次に、この光ファイバにおいて高屈折率領域１１ａ１〜１１ａ１０を形成すべき領域に対して紫外線を選択的に照射する。ここで、各高屈折率領域１１ａｉの屈折率は、その高屈折率領域１１ａｉを形成すべき領域に照射する紫外線量を増やせば高くなり、その高屈折率領域１１ａｉを形成すべき領域に照射する紫外線の量を減らせば低くなる。したがって、各高屈折率領域１１ａｉの屈折率を目標屈折率とするためには、その領域に照射する紫外線の強度やその領域に紫外線を照射する時間を調整し、その高屈折率領域１１ａｉを形成すべき領域に照射される紫外線量を目標屈折率に応じた量にすればよい。
【００２５】
〔コアの屈折率分布〕
次に、ファイバチャープドグレーティング素子１が備えるコア１１の屈折率分布について、図２を参照して説明する。図２は、コア１１の屈折率分布を示すグラフである。図２に示すグラフにおいて、横軸は、ファイバチャープドグレーティング素子１の一方の端面１Ａからの距離ｚを示し、縦軸は、コアの屈折率ｎcoreを示す。
【００２６】
グレーティング１１ａの屈折率差Δｎｉは、図２に示すように、ファイバチャープドグレーティング素子１の一方の端面１Ａから遠ざかるに従って大きくなる。ここで、屈折率差Δｎｉは、各高屈折率領域１１ａｉにおける最大屈折率をｎｉ、コア１０の基材屈折率をｎ０としたときに、Δｎｉ＝ｎｉ−ｎ０により定義される量である。従来のファイバチャープドグレーティング素子においては、グレーティング１１ａの屈折率差ｎ１〜ｎ１０が一定である。これに対して、本実施形態に係るファイバチャープドグレーティング素子１においては、グレーティング１１ａの屈折率差ｎ１〜ｎ１０が端面１Ａから遠ざかるに従って１次関数的に増加する。より正確に言えば、Δｎ（ｚｉ）＝Δｉを満たす関数Δｎ（ｚ）がｚの一次関数Δｎ（ｚ）＝β０＋β１ｚ（β０，β１は定数）で与えられる。
【００２７】
このような屈折率分布を採用することによる効果を以下に説明する。ここでは、簡単のために、λ１＝２Λ１以上λ９＝２Λ９以下の波長帯域の光を、ファイバチャープドグレーティング素子１の一方の端面１Ａからコア１１に入射させた場合を考える。
【００２８】
ファイバチャープドグレーティング素子１においては、グレーティング１１ａのピッチΛ１〜Λ９が端面１Ａから遠ざかるに従って大きくなる構成が採用されているので、端面１Ａからコア１１に入射した光は、波長の短い成分波ほど端面１Ａに近い領域において反射される。換言すれば、波長の長い成分波ほど端面１Ａから遠い領域にまで到達する。例えば、端面１Ａからコア１１に入射した光に含まれる、波長１０６２．５ｎｍ，１０６３．５ｎｍ，１０６４．５ｎｍ，１０６５．５ｎｍの成分波のパワー分布を図示すれば、図３のようになる。したがって、コア１１における光のパワー密度は、端面１Ａにおいて最大になり、端面１Ａから遠ざかるに従って小さくなる。
【００２９】
従来のファイバチャープドグレーティング素子においては、グレーティング１１ａの屈折率差Δｎ１〜Δｎ１０を一定とする構成が採用されている。このため、高屈折率領域１１ａ１〜１１ａ１０における発熱量は、端面１Ａに最も近い高屈折率領域１１ａ１において最大になり、端面１Ａから遠ざかるに従って小さくなる。これに対して、本実施形態に係るファイバチャープドグレーティング素子１においては、グレーティング１１ａの屈折率差Δｎ１〜Δｎ１０を端面１Ａから遠ざかるに従って１次関数的に増加させる（端面１Ａに近づくに従って１次関数的に減少させる）構成が採用されている。
【００３０】
このため、端面１Ａから入射する光のパワーが同じであれば、端面１Ａに近い高屈折率領域１１ａｉ（例えば、ｉ＝１，２，３）における発熱量は、従来のファイバチャープドグレーティング素子よりも少なくなり、端面１Ａから遠い高屈折率領域１１ａｉ（例えば、ｉ＝１０，９，８）における発熱量は、従来のファイバチャープドグレーティング素子よりも多くなる。なぜなら、単位パワー密度の光が入射したときの各高屈折率領域に１１ａｉにおける発熱量は、その高屈折率領域１１ａｉに含まれる欠陥（屈折率差Δｎｉを与えるための紫外線照射の際に生じる欠陥）の数に相関するところ、端面１Ａに近い高屈折率領域１１ａｉにおいては、照射する紫外線量が相対的に少ないため、含まれる欠陥の数も相対的に少なくなり、端面１Ａから遠い高屈折率領域１１ａｉにおいては、照射する紫外線量が相対的に多く、含まれる欠陥の数も相対的に多くなるためである。
【００３１】
したがって、本実施形態に係るファイバチャープドグレーティング素子１における発熱量の分布は、従来のファイバチャープドグレーティング素子における発熱量の分布よりも、平均化された（一様化された）分布となる。このため、端面１Ａに近い高屈折率領域１１ａｉ（特に、最も端面１Ａに近い高屈折率領域１１ａ１）の温度を、従来のファイバチャープドグレーティング素子よりも低くすることができ、その結果、ファイバチャープドグレーティング素子１の信頼性を、従来のファイバチャープドグレーティング素子よりも高くすることができる。
【００３２】
〔実施例〕
まず、グレーティング１１ａのピッチΛｉを図４のグラフに示す２次関数Λ１（ｚ）により定めたファイバチャープドグレーティング素子１を第１の実施例として作成した。第１の実施例に係るファイバチャープドグレーティング素子１において、コア１１の直径は２０μｍであり、コア１１を伝播する光に対するコア１１の実効屈折率は１．４５であり、グレーティング１１ａを構成する高屈折率領域１１ａｉの個数は約５５０００個である。第１の実施例に係るファイバチャープドグレーティング素子１においては、グレーティング１１ａの屈折率差Δｎｉを、Δｎ（ｚout）／Δｎ（ｚin）＝１．１６を満たす１次関数ｎ（ｚ）により定めた。ここで、ｚinは、ファイバチャープドグレーティング素子１の入射端面１Ａから、入射端面１Ａに最も近い高屈折率領域１１ａ１までの距離であり、ｚoutは、入射端面１Ａから、出射端面１Ｂに最も近い高屈折率領域１１ａＮ（Ｎはグレーティング１１ａを構成する高屈折率領域１１ａｉの個数）までの距離である。
【００３３】
また、グレーティング１１ａのピッチΛｉを図４のグラフに示す２次関数Λ２（ｚ）により定めたファイバチャープドグレーティング素子１を第２の実施例として作成した。第２の実施例に係るファイバチャープドグレーティング素子１において、コア１１の直径は２０μｍであり、コア１１を伝播する光に対するコア１１の実効屈折率は１．４５であり、グレーティング１１ａを構成する高屈折率領域１１ａｉの個数は約５５０００個である。第２の実施例に係るファイバチャープドグレーティング素子１においては、グレーティング１１ａの屈折率差Δｎｉを、Δｎ（ｚout）／Δｎ（ｚin）＝１．２９を満たす１次関数ｎ（ｚ）により定めた。
【００３４】
また、グレーティングのピッチΛｉを図４のグラフに示す１次関数Λ０（ｚ）により定めたファイバチャープドグレーティング素子を比較例として作成した。比較例に係るファイバチャープドグレーティング素子において、コアの直径は２０μｍであり、コア１１を伝播する光に対するコア１１の実効屈折率は１．４５であり、グレーティングを構成する高屈折率領域の個数は約５５０００個である。比較例に係るファイバチャープドグレーティング素子においては、グレーティングの屈折率差Δｎｉを、一定とした。
【００３５】
図５は、第１の実施例に係るファイバチャープドグレーティング素子１、第２の実施例に係るファイバチャープドグレーティング素子１、及び、比較例に係るファイバチャープドグレーティング素子の透過スペクトルを示すグラフである。
【００３６】
図５に示すグラフによれば、第１の実施例に係るファイバチャープドグレーティング素子１、及び、第２の実施例に係るファイバチャープドグレーティング素子１は、比較例に係るファイバチャープドグレーティング素子と同等の透過スペクトルを有していることが分かる。すなわち、グレーティング１１ａのピッチΛｉを２次関数的に増加させ、グレーティング１１ａの屈折率差Δｎｉを１次関数的に増加させる構成を採用しても、光学特性の劣化を生じないことが確かめられる。
【００３７】
図６は、第２の実施例に係るファイバチャープドグレーティング素子１、及び、比較例に係るファイバチャープドグレーティング素子の発熱量分布を示すグラフである。図６においては、比較例に係るファイバチャープドグレーティング素子の発熱量として、最大値が１００％となるように規格化した発熱量を示し、第２の実施例に係るファイバチャープドグレーティング素子の発熱量として、総発熱量が比較例に係るファイバチャープドグレーティング素子の総発熱量と一致するように規格化した発熱量を示している。
【００３８】
図６に示すグラフによれば、第２の実施例に係るファイバチャープドグレーティング素子１は、比較例に係るファイバチャープドグレーティング素子と比べて、端面Ａに近い領域における発熱量が小さくなり、その結果、最大発熱量が小さくなることが確かめられる。
【００３９】
〔変形例〕
最後に、ファイバチャープドグレーティング素子１の変形例について、図７を参照して説明する。図７は、本変形例に係るファイバチャープドグレーティング素子１の縦断面図（左側）及び横断面図（右側）である。
【００４０】
本変形例に係るファイバチャープドグレーティング素子１においては、グレーティング１１ａを構成する高屈折率領域１１ａｉの屈折率差Δｎｉを端面１Ａから遠ざかるに従って大きくする構成に代えて、グレーティング１１ａを構成する高屈折率領域１１ａｉの厚みＤｉを端面１Ａから遠ざかるに従って大きくする構成が採用されている。図示した例では、比Ｄｉ／ΛｉがＤ１／Λ１＝０．３からＤ１０／Λ１０＝０．５まで端面１Ａから遠ざかるに従って大きくなる。
【００４１】
この場合でも、端面１Ａから入射する光のパワーが同じであれば、端面１Ａに近い高屈折率領域１１ａｉ（例えば、ｉ＝１，２，３）における発熱量は、従来のファイバチャープドグレーティング素子よりも少なくなり、端面１Ａから遠い高屈折率領域１１ａｉ（例えば、ｉ＝１０，９，８）における発熱量は、従来のファイバチャープドグレーティング素子よりも多くなる。なぜなら、単位パワー密度の光が入射したときの各高屈折率領域１１ａｉにおける発熱量は、その高屈折率領域１１ａｉに含まれる欠陥（屈折率差Δｎｉを与えるための紫外線照射の際に生じる欠陥）の数に相関するところ、端面１Ａに近い高屈折率領域１１ａｉにおいては、厚みＤｉが相対的薄いため、含まれる欠陥の数も相対的に少なくなり、端面１Ａから遠い高屈折率領域１１ａｉにおいては、厚みＤｉが相対的に厚いため、含まれる欠陥の数も相対的に多くなるためである。
【００４２】
したがって、本変形例に係るファイバチャープドグレーティング素子１における発熱量の分布も、従来のファイバチャープドグレーティング素子における発熱量の分布よりも、平均化された（一様化された）分布となる。このため、端面１Ａに近い高屈折率領域１１ａｉ（特に、最も端面１Ａに近い高屈折率領域１１ａ１）の温度を、従来のファイバチャープドグレーティング素子よりも低くすることができ、その結果、ファイバチャープドグレーティング素子１の信頼性を、従来のファイバチャープドグレーティング素子よりも高くすることができる。
【００４３】
〔応用例〕
ファイバレーザは、（１）増幅用光ファイバと、（２）増幅用光ファイバの一端に接続されたミラー素子と、（３）増幅用光ファイバの他端に接続されたハーフミラー素子と、（４）ミラー素子を介して増幅用光ファイバに接続された励起光源と、（５）ハーフミラー素子を介して増幅用光ファイバに接続された出力用光ファイバとにより構成される。ミラー素子の反射波長帯域とハーフミラー素子の反射波長帯域とは、共通部分（以下、「共通反射帯域」と記載する）を持つ。
【００４４】
増幅用光ファイバのコアには、希土類元素が添加されており、この希土類元素は、励起光源からの励起光を吸収し反転分布状態に遷移する。そして、反転分布状態に遷移した希土類元素に、信号光又は自然放出光が入射すると、レーザ光が誘導放出される。上述した共通反射帯域内の波長を有するレーザ光は、ミラー素子とハーフミラー素子とに挟まれたキャビティ内を往復する過程で再帰的に増幅され、その一部が、ハーフミラー素子を介して出力用光ファイバに供給される。
【００４５】
このようなファイバレーザのミラー素子及びハーフミラー素子の一方又は両方として、ファイバチャープドグレーティング素子１を用いることができる。これにより、非線形光学効果の発生を抑えるべく、ファイバレーザの発振波長を広帯域化した場合であっても、レーザ光をキャビティ内で往復させるべく、ミラー素子及びハーフミラー素子においてレーザ光を所望の反射率で反射させることができる。ミラー素子又はハーフミラー素子として用いるファイバチャープドグレーティング素子１について、以下のことがいえる。
【００４６】
（１）ファイバチャープドグレーティング素子１の向き
ファイバチャープドグレーティング素子１の端面のうち、グレーティング１１ａのピッチΛｉが狭い方の端面１Ａを増幅用光ファイバに接続する構成を構成Ａとし、ファイバチャープドグレーティング素子１の端面のうち、グレーティング１１ａのピッチΛｉが広い方の端面１Ａを増幅用光ファイバに接続する構成を構成Ｂとする。このとき、構成Ａを採用する方が構成Ｂを採用するよりも、散乱による光の損失が小さくなる。
【００４７】
構成Ａを採用することによって、散乱による光の損失を小さくできる理由は、以下のとおりである。上述したように、増幅用光ファイバからの入射光は、共通反射帯域に属する波長を有する。したがって、増幅用光ファイバからの入射光は、図８に示すように、グレーティング１１ａ特定の領域Ａ２において波長の短いものから順に反射される。したがって、ファイバチャープドグレーティング素子１は、増幅用光ファイバ側から順に、（１）増幅用光ファイバから入射する発振波長のレーザ光が反射されることなく伝播する第１領域Ａ１と、（２）増幅用ファイバから入射する発振波長のレーザ光に対する反射が生じる第２領域（上述した特定の領域と同じ）Ａ２と、（３）増幅用光ファイバから入射する発振波長のレーザ光のうち、第２領域Ａ２において反射されずに残ったレーザ光が反射されることなく伝播する第３領域Ａ３とに分けられる。このとき、入射光及び反射光の双方が存在する第１領域Ａ１の光密度は、レーザ光（の一部）のみが存在する第３領域Ａ３の光密度よりも高くなる。このため、上記の構成Ａを採用する方が、上記の構成Ｂを採用するよりも、光密度の高い第１領域Ａ１におけるグレーティング１１ａのピッチΛｉを狭くすることができる。ところで、ピッチの狭いグレーティング（ピッチに対して光の波長が長い）の方が、ピッチの広いグレーティング（ピッチに対して光の波長が短い）よりも、散乱による光の損失が生じ難い。したがって、上記の構成Ａを採用する方が、上記の構成Ｂを採用するよりも、散乱による光の損失を小さくすることができる。
【００４８】
（２）コアの屈折率分布
ミラー素子又はハーフミラー素子として用いるファイバチャープドグレーティング素子１が備えるコア１１の屈折率分布は、上述した第２領域Ａ２に含まれる高屈折率領域１１ａ１〜１１ａｎの平均屈折率が全ての高屈折率領域１１ａ１〜１１ａＮの平均屈折率よりも低いことが好ましい。
【００４９】
上記の屈折率分布を採用することによって、ファイバチャープドグレーティング素子１の温度を通常のファイバブラッググレーティング素子（各高屈折率領域の屈折率がファイバチャープドグレーティング素子１の全ての高屈折率領域１１ａ１〜１１ａＮの平均屈折率と等しいものとする）の温度よりも低く抑えることができる。なぜなら、反射光が存在する領域における高屈折率領域の平均屈折率は、上記の屈折率分布を採用したファイバチャープドグレーティング素子１の方が、通常のファイバブラッググレーティング素子よりも低くなり、その結果、反射光が高屈折率領域に吸収されることにより生じる熱も、上記の屈折率分布を採用したファイバチャープドグレーティング素子１の方が、通常のファイバブラッググレーティング素子よりも小さくなるからである。
【００５０】
〔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み合わ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。
【符号の説明】
【００５１】
１              ファイバチャープドグレーティング素子
１Ａ、１Ｂ      端面
１１            コア
１１ａ          グレーティング
１１ａｉ        高屈折率領域
１２            クラッド
【図１】
2018036400.tif 000003
【図２】
2018036400.tif 000004
【図３】
2018036400.tif 000005
【図４】
2018036400.tif 000006
【図５】
2018036400.tif 000007
【図６】
2018036400.tif 000008
【図７】
2018036400.tif 000009
【図８】
2018036400.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年1月15日(2018.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率がｎ０であるコアに屈折率がｎｉ（ｎｉ＞ｎ０）である高屈折率領域からなるグレーティングが書き込まれたファイバチャープドグレーティング素子であって、
上記グレーティングのピッチΛｉは、当該ファイバチャープドグレーティング素子の一方の端面から遠ざかるに従って２次関数的に増加し、
上記グレーティングの屈折率差Δｎｉ＝ｎｉ−ｎ０は、当該ファイバチャープドグレーティング素子の上記一方の端面から遠ざかるに従って１次関数的に増加する、
ことを特徴とするファイバチャープドグレーティング素子。
【請求項２】
上記グレーティングを構成する高屈折率領域のなかで上記一方の端面から最も遠い高屈折率領域が、上記グレーティングを構成する高屈折率領域のなかで上記屈折率差Δｎｉが最も大きい高屈折率領域である、
ことを特徴とする請求項１に記載のファイバチャープドグレーティング素子。
【請求項３】
増幅用光ファイバの一端又は両端に、請求項１又は２に記載のファイバチャープドグレーティング素子がそれぞれ接続されている、
ことを特徴とするファイバレーザ。
【請求項４】
上記ファイバチャープドグレーティング素子において、（１）上記増幅用光ファイバから入射する発振波長のレーザ光が反射されることなく伝播する領域を第１領域、（２）上記増幅用光ファイバから入射する発振波長のレーザ光に対する反射が生じる領域を第２領域、（３）上記増幅用光ファイバから入射する発振波長のレーザ光のうち、上記第２領域において反射されずに残ったレーザ光が反射されることなく伝播する領域を第３領域として、
第２領域に含まれる高屈折率領域の平均屈折率は、全ての高屈折率領域の平均屈折率よりも低い、
ことを特徴とする請求項３に記載のファイバレーザ。