(57)【要約】【課題】簡単な構成で、波長の異なる複数の光源からの光を、フォトニッククリスタルファイバに入射することのできる光入射装置を提供する。【解決手段】波長がそれぞれ異なる光を発する複数の光源それぞれからの光をフォトニッククリスタルファイバ１のコア１１端面に入射させる光入射装置であって、上記複数の光源２，３，４を、少なくとも相対的に波長が長短異なる光を発する２つの光源により構成し、上記両光源のうち、上記フォトニッククリスタルファイバの上記コア端面を通る長手方向中心軸に近い位置には波長の短い光を発する光源を、遠い位置には波長が長い光を発する光源を配置している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長がそれぞれ異なる光を発する複数の光源それぞれからの光をフォトニッククリスタルファイバのコア端面に入射させる光入射装置であって、
上記複数の光源を、少なくとも相対的に波長が長短異なる光を発する２つの光源により構成し、上記両光源のうち、上記フォトニッククリスタルファイバの上記コア端面を通る長手方向中心軸に近い位置には波長の短い光を発する光源を、遠い位置には波長が長い光を発する光源を配置した、ことを特徴とする光入射装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光入射装置において、
上記フォトニッククリスタルファイバの光入射側コア端面は、上記複数の光源からの光が入射される突起部を設けていることを特徴とする光入射装置。
【請求項３】
請求項２に記載の光入射装置において、
上記突起部は、円錐台状、円錐状、半球面状、半楕円球面状のいずれかであることを特徴とする光入射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長がそれぞれ異なる光を発する複数の光源それぞれからの光をフォトニッククリスタルファイバのコア端面に入射させる光入射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、互いに異なる波長の複数の光を同時的に伝送する多重通信や、レーザ加工装置などのように、１本の光ファイバに複数の波長の光を入力してそれぞれを同時に伝搬させることのできる技術の要求が高まっている。
【０００３】
従来、１本の光ファイバに波長の異なる複数の光を入力するには、下記の方法がとられていた。
【０００４】
例えば、図７に示すように、１本の光ファイバ１０の光入射側コア端に対してコア端を通る長手方向中心軸に沿った一定方向からのみ光が入射できるようにするため、入射光の数に対応するハーフミラー２３をそれぞれ前記コア中心軸の延長線上に直線状に並べ、各光源２２からの光を対応するハーフミラー２３に出射させ各ハーフミラー２３で反射させて光ファイバ１０に入力していた（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
しかしこの方法では、必要波長分の光源とは別にそれぞれの光源に対応したハーフミラーが必要であり、それぞれのハーフミラーや光源を光ファイバのコア端を通る長手方向中心軸に沿って配置するため装置が大がかりとなり、高価なものとなっていた。
【０００６】
また、１本の光ファイバに波長の異なる複数の波長の光を入力するには、光ファイバで作成したカプラを通して複数の光源から発せられる光を１本の光ファイバに入射することも考えられるが、この場合、所望の波長でシングルモードになるように設計すると、その所望の波長よりも長波長側に対してはリーキーモードとなり、曲げ損失が発生して光が通らなくなるという問題がある。また、３波長以上の光信号を入射させる場合、複数のカプラが必要となるなど、構造が複雑になるという問題があった。
【特許文献１】特開平０９−０９６７２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであって、簡単な装置で、波長の異なる複数の光を光ファイバに入射することのできる光入力装置の提供を解決課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る光入射装置は、波長がそれぞれ異なる光を発する複数の光源それぞれからの光をフォトニッククリスタルファイバのコア端面に入射させる光入射装置であって、上記複数の光源を、少なくとも相対的に波長が長短異なる光を発する２つの光源により構成し、上記両光源のうち、上記フォトニッククリスタルファイバの上記コア端面を通る長手方向中心軸に近い位置には波長の短い光を発する光源を、遠い位置には波長が長い光を発する光源を配置した、ことを特徴とする。ここで、コア端面を通る長手方向中心軸とは、フォトニッククリスタルファイバにおけるコアの中心を通る仮想的な軸であって、そのファイバにおいて光が入射されるコア端面近傍におけるファイバの沿う方向（長手方向）と一致する方向のことをいう。
【０００９】
本発明に係る光入射装置によれば、異なる波長の光を発する複数の光源の配置を少なくとも２つ光源について、フォトニッククリスタルファイバの上記コア端面を通る長手方向中心軸に近い位置には波長の短い光を発する光源を、遠い位置には波長が長い光を発する光源を配置したから、それら光源から発した光を直接的にフォトニッククリスタルファイバのコア端に入射させることができ、したがって、従来のようにハーフミラーなどの構成を別途必要としなくなることにより簡単な構成となる。さらに、波長の長い光ほど光ファイバの中心軸に対して角度の大きな入射が可能となるというフォトニッククリスタルファイバの有する特性である開口数（ＮＡ）の波長依存性を利用することにより、フォトニッククリスタルファイバの入射端の中心軸に対して波長に対応した入射可能な入射角度となるように複数の光源をそれぞれ配置することにより、異なる複数の波長の光を、フォトニッククリスタルファイバに入射することが可能となる。なお、本発明に係る光入射装置において、１本のフォトニッククリスタルファイバに対して複数の光源から光が入射されるようにすることが好ましい。ただし、少なくとも入射位置で互いに近接させて配置した複数本のフォトニッククリスタルファイバに対して複数の光源から光を入射できるように構成した光入射装置でもよい。
【００１０】
本発明に係る光入射装置において、上記フォトニッククリスタルファイバの光入射側コア端面は、上記複数の光源からの光が入射される突起部を設けていることが好ましい。この場合、フォトニッククリスタルファイバの光入射側コア端面に突起部を設けることにより、フォトニッククリスタルファイバの入射端の中心軸に対して大きな角度で入射される光源からの入射光であっても、外方に突出する形態となる突起部の外面が入射光に対して９０°の角度に近い状態で入射できる面となるから、入射光はフォトニッククリスタルファイバコア端面で不必要に反射されることなく、フォトニッククリスタルファイバに入射する。したがって、フォトニッククリスタルファイバのコア端面中心軸に対して入射角度が大きい入射光でも入射時の反射が小さいので、その反射による減衰が抑制された状態でフォトニッククリスタルファイバを通して光伝搬できる。
【００１１】
本発明に係る光入射装置において、上記突起物は、円錐台状、円錐状、半球面状、半楕円球面状のいずれかであることが好ましい。このような構造にすれば、フォトニッククリスタルファイバの入射側コア端の長手方向中心軸に対して大きな角度で入射される光源からの入射光であっても、フォトニッククリスタルファイバのコア端面への光の入射時における反射が抑制されたものとなるため、フォトニッククリスタルファイバに光がより一層入射されやすくなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、１本のフォトニッククリスタルファイバに波長の異なる複数光を入射して伝搬することが簡易な構成で可能となるため、安価に構成できるとともに、多波長の多重通信はもちろんのこと、レーザ加工装置や光増幅装置など複数の波長を使用する光学機器等への応用も可能であり、その工業的価値は大きなものがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る光入射装置の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の光入射装置の実施形態を示す模式図、図２は、図１のフォトニッククリスタルファイバ端部を拡大して示す模式図、図３は、図１の光入射装置のフォトニッククリスタルファイバと光源との配置関係をフォトニッククリスタルファイバの中心軸方向から見た状態を示す説明図、図４は、本発明に係る光入射装置の他の実施形態を示す模式図、図５は、図４のフォトニッククリスタルファイバ端部を拡大して示す模式図、図６は、本発明に係る光入射装置の他の実施形態を示す模式図である。
【００１４】
図１を参照して、１はフォトニッククリスタルファイバ（以下、ＰＣファイバと称す。）であり、２は短波長光源、３は中間波長光源、４は長波長光源である。この短波長光源２からの出射光の波長は、中間波長光源３の出射光の波長より短く、中間波長光源３からの出射光の波長は、長波長光源４の出射光の波長より短く設定している。なおここで、短波長光源、中間波長光源、長波長光源とする呼称は、それぞれの光源から発せられる光の波長に関する相対的な関係において区別するように称しているのであって、特定の波長域の光源を称するものではない。なお、本発明において、各光源２，３，４は、半導体レーザなどのレーザ光源であることが好ましいが、レーザ光源に限定されるものではない。また、光源２，３，４から発せられる光が空間中を伝搬してＰＣファイバ１に入射されるものでもよいし、一旦別の光ファイバなどを通した光をＰＣファイバ１に入射されるようにしてもよい。後者の場合、ＰＣファイバ１へ光を発するように導く光ファイバも含んで光源とする。
【００１５】
図２を参照して、ＰＣファイバ１は、中実のコア１１と、多数の細孔を有するクラッド１２と、サポート層１３とから構成されている。このＰＣファイバ１の入射側コア１１端面は平坦面となっている。
【００１６】
各々の光源２，３，４から発せられた光は、それぞれ一本のＰＣファイバ１に、その入射側コア端面を通る長手方向中心軸に対してそれぞれ異なる入射角度でもって入射している。また各々の光源は、ＰＣファイバ１の中心軸に近い方から短波長光源２、中間波長光源３、長波長光源４の順に配置されている。
【００１７】
ＰＣファイバには、入射される光が長波長であるほど開口数（ＮＡ）が大きくなり、逆に入射される光が短波長であるほど開口数（ＮＡ）が小さくなるという、開口数（ＮＡ）と入射する光の波長との間に波長依存性の関係がある。すなわち、入射光が長波長になるほど、ＰＣファイバの入射側コア端面１ａを通る長手方向中心軸に対する入射角度が大きくなっても、光はＰＣファイバに入射することのできる性質がある。
【００１８】
この性質を利用すれば、各光源２，３，４から発せられる光がＰＣファイバ１の入射側コア端面１ａ（図１，図２においては、コア端面は平坦面となっている）に向けて出射されるようにした状態で、短波長光源をＰＣファイバの中心軸に近いところに配置し、長波長になるにつれ光ファイバの中心軸から離れるように配置する、すなわち、中間波長光源をＰＣファイバの中心軸から離れた位置に配置し、長波長光源をＰＣファイバの中心軸から中間波長光源よりもさらに離れた位置に配置する構成にすることで、波長の異なる複数の光を、一本のＰＣファイバに入射することが可能となる。したがって、各光源２，３，４がこのように配置されていることで、それぞれの光源２，３，４から発した光の経路がＰＣファイバ１の入射側コア端面１ａの中心に向かって集束していく光入射経路（図１，２において、一点鎖線で示す）となっている。
【００１９】
各光源２，３，４をこのように配置することで、どの光源２，３，４から発した光もＰＣファイバ１の入射側コア端面１ａに直接的に入射できるものとなっている。
【００２０】
図３は、光源方向から見た、ＰＣファイバと各々の光源２，３，４との配置関係を示している。図２では、短波長光源２を１台、中間波長光源３を８台、長波長光源４を８台、ＰＣファイバ１を中心として放射状に配置した例を示している。光源２，３，４をこのように配置すれば、各光源２，３，４から発した多数の波長の光を、ハーフミラーなど介することなく直接一本のＰＣファイバに入射することができる。なお、図３において、中間波長光源３や長波長光源４のそれぞれはＰＣファイバ１のコアを中心にして同心円上に位置するものとして示しているが、それぞれの中間波長光源３同士や長波長光源４同士は、発する光の波長が互いに近い波長であるけれども異なる波長となっている。また、それぞれの中間波長光源３や長波長光源４の各群においても、それら光源３，４から発せられる光の波長に対応させて波長の長い光を発するものほど、ＰＣファイバ１の入射側コア端面を通る長手方向中心軸に対する入射角度が大きくなる位置に配置されるようにしてもよい。本発明においては、複数の光源のうち、少なくとも相対的に波長が長短異なる光を発する２つの光源により構成し、上記両光源のうち、上記ＰＣファイバの上記コア端面を通る長手方向中心軸に近い位置には波長の短い光を発する光源を、遠い位置には波長が長い光を発する光源を配置する構成を有するものであればよい。
【００２１】
上記のように光源を短波長、中間波長、長波長として、１本のＰＣファイバへ入射させる場合の具体例を、表１に示している。表１では、用途別に短波長、中間波長、長波長の光を発する光源からの各波長の具体的数値を例示している。なお、短波長と長波長との２種の光源からのみ１本のＰＣファイバへ光を入射させる場合については、中間波長について示していない。また、この表１に示した用途と各波長の値は例示であって、これに示すものに限定されない。
【００２２】
【表１】
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図４は、本発明の光入射装置の他の実施形態を示しており、ＰＣファイバ１は、中実のコア１１と、多数の細孔を有するクラッド１２と、サポート層１３とから構成され、ＰＣファイバ１のコア１１端面にはクラッド１２やサポート層１３の端面よりも外方に突出する一つの突起部１４が設けられている。
【００２３】
コア１１端面に突起部１４を設けることにより、図１に示す実施形態のような光源２，３，４において、ＰＣファイバ１の入射側コア端面を通る中心軸から離れて設けられた中間波長光源３、長波長光源４からの光は、発せられる光の波長が長いほどＰＣファイバ１への入射角度が大きくなるように設定され、それぞれの光源２，３，４から発せられた光がＰＣファイバ１のコア１１端面で反射されることなく入射することが可能となっている。ここで、入射角度とは、ＰＣファイバ１の入射コア端面を通る中心軸と入射光との間の角度をいう。
【００２４】
この様子を図５により詳細に説明する。図５に示すように、突起部１４を設けることにより、例えばＰＣファイバ１の入射側コア端面を通る中心軸Ｐから離れた位置にある光源からのＰＣファイバ１への入射光１５は、ＰＣファイバ１への入射角度がαとなるため、突起部１４を設けない場合のＰＣファイバコア１１端面への入射角度βよりも９０°に近くなり、ＰＣファイバ１へ光がコア１１内へより一層入射しやすくなる。特に、光源がＰＣファイバ中心軸より離れるほど効果がある。
【００２５】
突起部１４としては、円錐台状、円錐状、半円球状、半楕円球状の構造が好ましい。このような構造であれば、ＰＣファイバの入射側コア端面を通る中心軸から離れた位置に配置された複数の中間波長光源３、長波長光源４からの光もＰＣファイバコア１１端面への入射時における反射が抑制されるため、波長の異なる複数の光を反射による減衰が抑制された状態でＰＣファイバ１に入射されることになる。
【００２６】
これら突起部１４の製造方法としては、エッチングにより行うことができる。一般的に、ＰＣファイバは石英からなり、中実のコア１１と、多数の細孔を有するクラッド１２とからなるので、コア１１はエッチング溶液によるエッチング速度が相対的に小さく、クラッド１２は、エッチング溶液によるエッチング速度が相対的に大きい。よって、その端面部分をエッチング溶液に浸漬すると、コア１１とクラッド１２はともにエッチングされるが、クラッド１２のエッチング速度はコア１１のエッチング速度より大きいので、エッチングが進むにつれて、コア１１が突出する形で残留する。しかもエッチングは、ＰＣファイバ１の軸長方向、径方向に均等に進んでいくため、所定の時間が経過すると、ＰＣファイバ端面には、円錐台状、円錐状、半球状、半楕円球状の突起部１４が形成されることとなる。なおこの際、サポート層１３は、入射光の妨げにならない程度に研磨や切断等で取り除いておけばよい。あるいは、これら構造の突起部を形成するためのコア１１とクラッド１２のエッチングの速度差を、コア１１とクラッド１２に含ませるゲルマニウム、フッ素等のドーパントとエッチング溶液とにより調整してもよい。
【００２７】
また、ＰＣファイバの一端面に過大なパワー約１００Ｗ／ｍｍ２のＵＶ光を入射させると他端側のコア端面部分が局所的に加熱溶融されて外方に突出した形状となることを利用して、突起部１４を形成することができる。他にも切削加工により、突起部１４を形成してもよい。
【００２８】
また、本発明の別の実施の形態として、図６に示すように、ＰＣファイバ１の入射側端面において、クラッド１２のみ所要深さまで例えばエッチングなどにより欠除し、コア１１先端をクラッド１２の端面より突出した突起部１４としてもよい。この場合においても、コア１１の突起部１４の形状を、例えば、円錐台状、円錐状、半球状、半楕円球状のように先すぼまり状とすることが望ましい。また、クラッド１２の欠除された部分１６のサポート層１３の内周面を外拡がり状の円錐面にすることで光入射しやすいものにできる。
【００２９】
また、ＰＣファイバのコア端面に突起部ではなく、凹み部を形成することでも、突起部を設けた場合と同様に、波長の異なる複数の光を、入射側コア端面を通る中心軸に対して大きな入射角度で１本のＰＣファイバに入射することができる。
【００３０】
この場合の製造方法としては、突起部を設ける場合とは逆に、エッチング速度が相対的に大きいコアと、相対的に小さいクラッドとなるよう、ドーバントとエッチング溶液を調整すればよい。また、切削により、凹み部を形成してもよい。
【００３１】
本発明による光入射装置は下記の種々の用途に利用できる。
（ａ）レーザ加工装置
レーザ加工では、穴あけ、切断等に使用するレーザは不可視光であるので、焦点位置合わせをするための可視光が必要となるが、上記した不可視光と可視光の２つの波長の光を１本のＰＣファイバに入力、伝送することができる。
（ｂ）増幅レーザ
増幅レーザ用の光ファイバには、信号光と、その信号光を増幅するための励起光が必要であるが、これら信号光と励起光とを１本のＰＣファイバを通して入射させることができ、カプラを不要にできる。
（ｃ）３倍波などの発生手段
位相整合させたＰＣファイバに、例えば波長１．０６μｍの光と波長０．５３μｍの光を同時に入射すると、３倍波の波長０．３５５μｍの光を発生させることができる。他にも４倍波、５倍波等の所望の波長の光を発生させることができる。
（ｄ）多重伝送
例えば、波長０．８５μｍと１．３１μｍと１．５５μｍとを同時に多重伝送することができる。もちろん他の波長を利用することも可能であるし、重畳する光信号の数も４以上とすることも可能である。
【実施例】
【００３２】
光源として、波長０．８５μｍの光を出射する光源をＰＣファイバの入射側コア端面を通る長手方向中心軸に対して入射角度１４°以内、波長１．３１μｍの光を出射する光源を同じく入射角度２１°以内、波長１．５５μｍの光を出射する光源を同じく入射角度２３°以内にそれぞれ波長の短いものほどＰＣファイバの入射側コア端面を通る長手方向中心軸に対する入射角度が小さくなるように配置し、ＰＣファイバ(Λ＝２μｍ、ｄ／Λ＝０．５)（ここでΛは、クラッドの細孔の間隔であり、ｄはクラッドの細孔の直径である）１本の端面に、光を入射・結合させたところ、それぞれの光信号は大きく減衰することなく伝搬された。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る光入射装置の実施形態を示す模式図
【図２】図１のフォトニッククリスタルファイバ端部を拡大して示す模式図
【図３】図１の光入射装置のＰＣファイバと光源との配置関係を示す説明図
【図４】本発明に係る光入射装置の他の実施形態を示す模式図
【図５】図４のフォトニッククリスタルファイバ端部を拡大して示す模式図
【図６】本発明に係る光入射装置の他の実施形態を示す模式図
【図７】従来の光入射装置を示す説明図
【符号の説明】
【００３４】
１    フォトニッククリスタルファイバ（ＰＣファイバ）
２，３，４    光源
１１  コア
１４  突起部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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