(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空コアフォトニック結晶ファイバガスセルは、シングルモードファイバ103、ファイバスプライシング保護スリーブ105、中空コアフォトニック結晶ファイバ111および光電検出器121を備え、シングルモードファイバ103の一端は、 中空コアフォトニック結晶ファイバ111の一端と融着され、融着接続部107が形成され、中空コアフォトニック結晶ファイバガスセルの一端が封止され、ファイバスプライシング保護スリーブ105は、融着接続部107を被覆するように保護され、中空フォトニック結晶ファイバガスセルの特徴は、中空コアフォトニック結晶ファイバ111の他端が溶融封止されて出力端115に加工されていることであり、出力端面は、光電検出器121の検出面に対向するが、平行ではない、中空コアフォトニック結晶ファイバガスセル。
【請求項２】
請求項１に記載の中空コアフォトニック結晶ガスセルの製造方法において、
１）シングルモードファイバ103の一端は、中空コアフォトニック結晶ファイバ111の一端と融着接続され、融着接続部107が形成され、中空コアフォトニック結晶ファイバガスセルの端部は、密閉され、 ファイバスプライス保護スリーブ105は、融着接続部107を被覆するように保護すること、
２）シングルモードファイバ103にスプライスされた中空コアフォトニック結晶ファイバ111を真空チャンバ内に配置し、中空コアフォトニック結晶ファイバの真空チャンバと中空コア111にガスを充填すること、
３）中空コアフォトニック結晶ファイバ111の自由端は、ガスチャンバ内で溶融することによって崩壊し、その後、中空コア113内にガスが十分に封入されること、
４）中空コアフォトニック結晶ファイバ111の溶融崩壊された端部は、以下のｉ及びｉｉのステップによって処理されること、
ｉ．シングルモードファイバ103の自由端に信号光101が入射し、光電検出器121により中空コアフォトニック結晶ファイバ111が検出された後に、中空コアフォトニック結晶ファイバ111の溶融崩壊された端部から出力され、検出信号123が装置によって記録され、
ｉｉ．中空コアフォトニック結晶ファイバ111の溶融崩壊された端部は、検出信号123をシステムの要件に適合させるために、良好に劈開され、研磨され、メッキされるか、またはその両方であり、 切断後の端部は、中空コアフォトニック結晶ファイバ111の出力端115であり、
５）、中空コアフォトニック結晶ファイバ111とその出力端115及び光電検知器が固定されること、を含む中空コアフォトニック結晶ガスセルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスセルに、特に中空コアフォトニック結晶ファイバガスセル（HC−PCF）及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス吸収スペクトル解析や、レーザ周波数安定化、及び冷原子時計その他の分野において安定性の高い周波数レーザが必要であり、ガス吸収線を参考データに周波数を安定させるのはこのようなレーザ器を実現する方法の一つである。
【０００３】
ガスセルは、ガス吸収ラインに基づく周波数安定化レーザの必須成分である。吸収が弱いガスラインは、十分な吸収を得るために、ガス吸収ラインを非常に長くしなければいけない。さらに、宇宙飛行、航空機搭載及び車載要件を満たすために、周波数安定レーザは軽量性と耐振動性が求められる。したがって、ガスセル構造も体積が小さいこと、及び軽量性と安定性が必要である。
【０００４】
従来よく使われるサイズが小さい、軽量性、安定性が高いなどが実現された中空コアフォトニック結晶ファイバガスセル（[I] BENABID F、COUNY F、KNIGHT J Cなど、Compact, stable and efficient aii-fibre gas cells using hollow-core phonic crystal fibres(j).Nature, 2005,434(7032):488-491）があるが、その案では、HC−PCFに特定のガスが充填され、それからシングルモード光ファイバー（SMF）でHC−PCFの二つの端部を接合することにより、HC−PCFガスセルの製造が完了する。しかし、接合界面が垂直に並んでいるため、HC−PCFとSMFとの間の界面にはかなりのフレネル反射が存在する。従来の解決方法は、（([II]COUNY F, BENABID F, LIGHT P S. Reduction of Fresnel Back-Reflection at Splice Interface Between Hollow Core PCF and Single-Mode Fiber[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2007, 19(13): 1020-1022.を参照する)、繊維の角を切断させて、HC−PCFガスセルとシングルモード光ファイバー（SMF）に接合させる。しかし、HC−PCFの角切断が難しいため、実施しにくい。
【０００５】
その他の先行技術もある。HC−FCPを多目的ファイバーに使われるシリコンＶ溝に合わせて、コネクタシステムを作る。([III]MARTY P T, MOREL J, FEURER T. All-Fiber Multi-Purpose Gas Cells and Their Applications in Spectroscopy[J]. Journal of Lightwave Technology, 2010, 28(8): 1236-1240を参照する)。そして、HC-PCFには、その特殊な構造及びその製造プロセスの制限があり、マルチモードライトフィールドが存在していた。 マルチモード干渉は、使用過程において、遠距離場光の重心に連続的に影響を与える可能性がある。
【０００６】
光ファイバーコアの直径の制限があるため、HC−PCFの出力端子に普通の光ファイバーを接合する案は、吸収セルに空間フィルターを設置することになる。設置された空間フィルターは余計に振動を引き起こすことがあり、安定性を悪くする。従って、先行技術はさらに改善する必要がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】ＢＥＮＡＢＩＤ Ｆ、ＣＯＵＮＹ  Ｆ、ＫＮＩＧＨＴ Ｊ Ｃなど、Ｃｏｍｐａｃｔ, ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｉｉ−ｆｉｂｒｅ ｇａｓ ｃｅｌｌｓ ｕｓｉｎｇ ｈｏｌｌｏｗ−ｃｏｒｅ ｐｈｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｒｅｓ（ｊ）.Ｎａｔｕｒｅ, ２００５，４３４（７０３２）：４８８−４９１
【非特許文献２】ＣＯＵＮＹ  Ｆ， ＢＥＮＡＢＩＤ Ｆ， ＬＩＧＨＴ Ｐ Ｓ. Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｒｅｓｎｅｌ Ｂａｃｋ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ａｔ Ｓｐｌｉｃｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｈｏｌｌｏｗ Ｃｏｒｅ ＰＣＦ ａｎｄ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ［Ｊ］. ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ, ２００７, １９（１３）： １０２０-１０２２
【非特許文献３】ＭＡＲＴＹ Ｐ Ｔ, ＭＯＲＥＬ Ｊ, ＦＥＵＲＥＲ Ｔ. Ａｌｌ−Ｆｉｂｅｒ Ｍｕｌｔｉ−Ｐｕｒｐｏｓｅ Ｇａｓ Ｃｅｌｌｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ［Ｊ］. Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ, ２０１０, ２８（８）： １２３６-１２４０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述した技術上の不足を克服するため、HC−PCFガスセル及びのそのせい製造方法を提供するのは本発明の目的である。該当HC−PCFはスペクトル中のファブリーパロット縞を除去することにより、透過スペクトルにおけるバックグランド噪音振動を軽減することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の目的は以下通りに実現された。
【００１０】
HC−PCFガスセルは、シングルモード光ファイバー一本、光ファイバースプライシング保護スリーブ一つ、HC−PCF一本、及び光電検出器を備える。シングルモード光ファイバーの端部をｈｃ−ｐｃｆの端部に結合させる、密封されたHC−PCFガスセルの端部が形成される。ファイバースプライシング保護スリーブは、融着接続部を被覆するように保護する。
【００１１】
HC−PCFガスセルはHC−PCFの他端を溶融密封方式で出力端子に加工されることを特徴とする。出力端面は、光電検出器の検出面に対向するが、平行ではない。
【００１２】
先述のHC−PCFガスセルの製造方法は、以下のステップを含む。
１、シングルモードの出力端をHC−PCFに接続せて、融着接続部になり、HC−PCFの端子を密封させる。そして、ファイバスプライス保護スリーブが融着接続部を被覆するように保護する。
２、SMFをHC−PCFを真空チャンバーに入れ、HC−PCFの中空コアにガスを充填する。
３、HC-PCFの他端は、ガスを充填された状態で溶融され、崩壊するとともに、その中空コアに密封される。
４、溶融され崩壊された端部は以下のステップに処理される。
ｉ信号光がSMFの自由端に入り、HC-PCFが光検出器（PD）によって検出された後に透過光が崩壊端から出て、検出信号が装置によって記録される。
ｉｉHC−PCFの崩壊端に研磨、切断、またはメッキをかけることにより、検出された信号をシステムの要件に一致させ、HC−PCFの出力部になる。
５、HC−PCF及び出力端そして光電検出器を固定させる。
【発明の効果】
【００１３】
従来の技術の比べ、以下の利点と効果がある。
１、先行技術[I]と比較して、HC-PCFガスセルがHC−pfc出力端の端面に溶融させ、そして切断し、研磨及びメッキをかけることにより、ファブリーパロット縞を除去し透過スペクトルのバックグラウンド振動を低減することができる。
２、先行技術「２」と比べ、HC−PCFガスセルがHC−PCFの射出端の端面に溶融させ、切断し、研磨及びメッキ加工を行うのは簡単で実施しやすいことにより、繰り返し実施することが可能である。
３、先行技術[I] [II] [III]と比較して、HC-PCFガスセルが溶融加工されて、光電検知器に固定された場合、有限ファイバに接続する際に空間フィルター作用が防止され、透過スペクトルのバックグラウンド振動が減少される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明におけるHC−PCFガスセルの全体図。
【図２】本発明におけるHC−PCF出力端を示す。
【図３】第一の実施形態におけるHC−PCFの出力端の概略図である。
【図４】第２の実施形態におけるHC−PCFの出力端の概略図である。
【図５】第３の実施形態におけるHC−PCFの出力端の概略図である。
【図６】本発明の実施形態と従来の一般的なHC−PCFガスセルとの間で比較した透過スペクトルを示す。
【００１５】
図中の要素は、簡潔かつ明瞭にするために示されており、必ずしも縮尺通りに描かれていない。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実例と図を使って、本発明について説明するが、その実例と図が本発明の保護範囲とされない。
【００１７】
図１はシングルモードファイバ（SMF）103、ファイバスプライシング保護スリーブ105、HC-PCF111および光電検出器121を含む中空コアフォトニック結晶ファイバ（HC-PCF）ガスセルの一例を概略的に示す。 シングルモードファイバ103をHC-PCF111の一端に融着して融着接続部107を形成し、密閉されたHC-PCFガスセルの一端を形成する。 ファイバスプライシング保護スリーブ105は、融着スプライス107を被覆するように保護する。 HC-PCFガスセルは、HC-PCF111の他端が溶融密封様式で出力端115に加工されることを特徴とする。 出力端面は、光電検出器121の検出面に対向するが、平行ではない。
【００１８】
前記HC-PCFガスセルの製造方法は、下記の工程通りとなる：
１）シングルモードファイバ103の一端は、HC-PCF111の一端と融着接続され、融着接続部107が形成され、HC-PCFガスセルの端部は気密である。 ファイバスプライス保護スリーブ105は、融着スプライス107を被覆するように保護する。
２）シングルモードファイバ103にスプライスされたHC-PCF111を真空チャンバ内に配置し、HC-PCFの真空チャンバおよび中空コア113にガスを充填する。
３）HC-PCF111の自由端は、ガスチャンバー内で溶融することによって崩壊し、その後、ガスは中空コア113内で十分に密閉される。
４）HC-PCF111の崩壊された端部は、以下のステップによって処理される。
ｉシングルモードファイバ103の自由端に信号光101が入射し、HC−PCF111の崩壊端を通って、透過スペクトル117を射出し、117が光検出器（PD）121で受け取り、112が出力した検出信号１２３が装置によって記録される。
ｉｉHC−FCP111の崩壊端に研磨、切断、メッキをかけることによって、検出信号123をシステムの要件に適合させ、HC−FCP１１１の出力端１１５が形成される。
５）上記のHC−PCF111と出力端子115及び光電検知器121を固定する。きれいな表面ができ、後加工がしやすくなる。
【００１９】
図2の左側は、オープンコア201を有する未処理のHC-PCFである。図2の右側は、HC-PCFの出力端203において熱処理プロセス205を行った後のHC-PCFである。図2のその部分は、上記ステップ4-iiで説明したように、出力端115が崩壊して気密になり、HC-PCFの中空コア113がシールキャビティを構成し、出力端115は処理しやすい完全な表面を形成する。
【００２０】
熱処理工程205は、 CO2レーザまたは融着接続器によって加熱される。適切な加熱電流、加熱時間及び加熱位置などを設定することによって、つぶされたHC−PCFの内部は非平面が形成され、反射及び207によって引き起こされるファブリーパロット縞を防止することができ、透過スペクトルノイズも低減される。
【００２１】
図３は、本明細書に記載の第1の実施形態による例示的なPC-PCFガスセルを概略的に示す。 この例は、HC-PCF111の一部を含み、その部分は出力端115を含む。出力端115の表面に研磨を実施し、特定な表面301ができ、平行光117を集束することができる。そして出力端115の表面にメッキをかけることにより、前述出力端301の表面に反射防止303がコーティングされる。
【００２２】
図４は、本発明による第2の実施形態を示す。 この例は、HC-PCF111の出力端を示し、すなわちHC−PCFの出力端及び補助レンズ501を示す。この実施例において出力端115の表面が切断され、傾斜面401が形成される。この傾斜面401によって、出力端115の表面の平行反射が軽減され、透過スペクトル117におけるファブリーパロット縞によるバックグランド振動を軽減することができる。
【００２３】
図５は、本発明による第3の実施形態の例を示す。この図HC−PCF111の出力端を示す。即ちHC−PCF出力端115と集光レンズ501を示す。この例において、出力端115が切断され、傾斜表面401が形成される。切断された傾斜面401にメッキをかけることによって、反射防止503が401に形成される。出力端115と光電検知器121の間に集光レンズ501が固定される。
【００２４】
ARコーティングは、出力端115の処理後に、任意に行われる。ARコーティングは、フレネル反射をさらに低減し、ファブリ - パロット縞の除去を改善することができるが、処理の複雑さを増大させる。
【００２５】
図６Ａは、HC−PCFガスセルの構造と測定した透過スペクトルを示す。そのうち図６（a）において、上半分は、従来技術の共通構造で、2つの光ファイバと融着接続されたHC-PCFを含むHC-PCFガスセルを示している。図6Aの下半分は、ガスセルが測定した測定透過スペクトルを示す。ファブリ・パロット縞による振動が明らかになっている。
【００２６】
図６Ｂは、上半分は本発明のHC−PCFガスセル及び測定した透過スペクトルの構造図である。図に示された通り、振動が除去されている。
【００２７】
本発明によって、従来のHC−PCFガスセル透過光の背景噪音の問題が改善されている。そして、サイズが小さい、軽い及び安定性が高いなどの特徴がある。この分野の一部公表の技術が詳しく説明しないとする。
【図１】
0006340469.tif 000002
【図２】
0006340469.tif 000003
【図３】
0006340469.tif 000004
【図４】
0006340469.tif 000005
【図５】
0006340469.tif 000006
【図６】
0006340469.tif 000007