(57)【要約】【課題】  実用化が容易である蛍光性ガラス、光導波路、光ファイバ、光コヒーレンストモグラフィ装置、及び光ファイバレーザを提供する。【解決手段】    本発明による蛍光性ガラスは、添加物としてＢｉを含有する石英系ガラスであり、波長９８０ｎｍ帯の励起光で励起され、蛍光を発生する。あるいは、本発明による蛍光性ガラスは、添加物として少なくとも１種類の遷移金属を含有し、９８０ｎm帯吸収スペクトルの半値全幅が１０ｎｍを超える。あるいは、本発明による蛍光性ガラスは、添加物として少なくとも１種類の遷移金属を含有する石英系ガラスであり、励起光強度が一定で且つ温度が−５℃以上６５℃以下である場合において、蛍光スペクトルのピークにおける強度が−１ｄＢ以上１ｄＢ以下の範囲内で変動する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
添加物としてＢｉを含有する石英系ガラスであり、波長９８０ｎｍ帯の励起光で励起され、蛍光を発生することを特徴とする蛍光性ガラス。
【請求項２】
前記励起光の波長と前記蛍光のスペクトルのピーク波長との差が、前記励起光の波長に対して１６％以内であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光性ガラス。
【請求項３】
添加物として少なくとも１種類の遷移金属を含有し、９８０ｎm帯吸収スペクトルの半値全幅が１０ｎｍを超えることを特徴とする蛍光性ガラス。
【請求項４】
前記半値全幅が５０ｎｍを超えることを特徴とする請求項３に記載の蛍光性ガラス。
【請求項５】
添加物として少なくとも１種類の遷移金属を含有する石英系ガラスであり、励起光強度が一定で且つ温度が−５℃以上６５℃以下である場合において、蛍光スペクトルのピークにおける強度が−１ｄＢ以上１ｄＢ以下の範囲内で変動することを特徴とする蛍光性ガラス。
【請求項６】
コア領域の少なくとも一部が請求項１〜５の何れか１項に記載の蛍光性ガラスからなることを特徴とする光導波路。
【請求項７】
コア領域の少なくとも一部が請求項１〜５の何れか１項に記載の蛍光性ガラスからなることを特徴とする光ファイバ。
【請求項８】
請求項６に記載の光導波路を有し、励起光が供給されることによって前記蛍光性ガラスから発生する蛍光を光増幅してＡＳＥ光を出力する光源と、
前記光源から出力される前記ＡＳＥ光を、第１光路方向に進行する第１分割光と反射体に向かって第２光路方向に進行する第２分割光とに２分割するビームスプリッタと、
前記第１分割光の光路上に配置され、前記第１光路方向に対して平行に移動されるとともに、前記第１光路方向に沿った方向に前記第１分割光を反射させるミラーと、
前記ミラーで反射された前記第１分割光と前記反射体で反射された前記第２分割光とを前記ビームスプリッタで重ね合わせ干渉させることによって得られる干渉光を検出する光検出器と、を備え、
前記反射体の３次元断層画像を、深度方向について４μｍ以下の分解能で測定することを特徴とする光コヒーレンストモグラフィ装置。
【請求項９】
請求項７に記載の光ファイバと、
前記光ファイバに含有される前記添加物を励起する励起光を前記光ファイバに供給する励起光供給部と、を備え、
前記光ファイバは、前記添加物から放出される光を共振させる共振器の光路中にレーザ媒質として配置されていることを特徴とする光ファイバレーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光性ガラス、この蛍光性ガラスを含む光導波路及び光ファイバ、この光導波路を含む光コヒーレントトモグラフィ装置、及び前述の光ファイバを含む光ファバーレーザに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レーザ活性物質が添加された蛍光性ガラスは、励起光により励起状態にされたレーザ活性物質が基底状態に戻る際に発生する自然放出光（蛍光）を光増幅することによってＡＳＥ光（Amplified Spontaneous Emission）を発生、或いは、誘導放出現象により信号光を光増幅する。レーザ活性物質としてＢｉ、Ｃｒ、Ｎｉなどの遷移金属、あるいはＥｒ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｎｄなどの希土類元素等が、蛍光性ガラスに添加される。
【０００３】
遷移金属を添加した場合には、希土類元素を添加した場合と比較して、発生する蛍光の帯域が広くなる。そのため、遷移金属を添加した蛍光性ガラスを、一括して広帯域の光を増幅できる光増幅器あるいは光源に対して応用することが検討されている（例えば、特許文献１〜３、非特許文献１〜３参照）。
【０００４】
特許文献１及び２並びに非特許文献３には、Ｂｉが添加された蛍光性ガラスについて記載されている。特許文献３並びに非特許文献１及び２には、ＣｒあるいはＮｉが添加された蛍光性ガラスについて記載されている。
【特許文献１】特開２００２−２５２３９７号公報
【特許文献２】特開２００３−２８３０２８号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２００３／００６３８９２号明細書
【非特許文献１】T. Suzuki et al., CLEO2004, Tech.Dig., CtuD6, 2004
【非特許文献２】C. Batchelor et al., AppliedPhysics Letters, vol.82, no.23, pp.4035-4037, 2003
【非特許文献３】M. Peng et al., Optics Letters,vol.29, no.17, pp.1998-2000, 2004
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１には、蛍光性ガラスに対して波長５００ｎｍ及び７００ｎｍの光を励起光として用いること、また、特許文献２には、蛍光性ガラスに対して波長５００ｎｍ、７００ｎｍ、及び８３３ｎｍの光を励起光として用いることが記載されている。波長５００ｎｍ帯の光を出力する半導体レーザ、及び波長７００ｎｍ帯の光を出力する半導体レーザは、高価である上、信頼性に欠ける。一方、波長８００ｎｍ帯の光を出力する半導体レーザを高出力に対応させようとすると、横モードが多モードとなってしまうという問題が生じる。そのため、波長８００ｎｍ帯の光を出力する半導体レーザは、高出力が要求される励起光源には適さない。
【０００６】
特許文献３並びに非特許文献１及び２に記載された蛍光性ガラスには、一般に温度管理が必要とされるＣｒあるいはＮｉが添加されている。したがって、安定した出力でＡＳＥ光を得るためには蛍光性ガラスの温度管理が必要であり、この蛍光性ガラスを使用した光源等ではコストが増大してしまう。
【０００７】
なお、非特許文献３に記載された蛍光性ガラスは、ホストガラスが石英系ではなくＧｅＯ２系である。ＧｅＯ２系のガラスは、融点が低く信頼性に劣るため、実用には不適である。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、実用化が容易である蛍光性ガラス、光導波路、光ファイバ、光コヒーレンストモグラフィ装置、及び光ファイバレーザを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を解決するために、本発明による蛍光性ガラスは、添加物としてＢｉを含有する石英系ガラスであり、波長９８０ｎｍ帯の励起光で励起され、蛍光を発生することを特徴とする。この蛍光性ガラスは、波長９８０ｎｍ帯の励起光により励起されるため、波長９８０ｎｍ帯の半導体レーザを励起光源として用いることができる。波長９８０ｎｍ帯の半導体レーザは、広く一般に普及しているため、安価で入手することができ、また信頼性についてもすでに検証がなされている。また、Ｂｉは、室温であっても、ホストガラスの中で比較的強い蛍光を放出することができる。したがって、この蛍光性ガラスの温度管理は容易である。以上のことから、この蛍光性ガラスは、実用化が容易に実現可能であることがわかる。
【００１０】
特に、励起光の波長と蛍光のスペクトルのピーク波長との差が、励起光の波長に対して１６％以内であることが好ましい。この場合、励起光からＡＳＥ光又はレーザ光に変換される際のパワー変換効率が良好となり、変換に伴って発生する熱を抑制することが可能となる。
【００１１】
本発明による蛍光性ガラスは、添加物として少なくとも１種類の遷移金属を含有し、９８０ｎm帯吸収スペクトルの半値全幅が１０ｎｍを超えることを特徴とする。この蛍光性ガラスは、波長９８０ｎｍ帯に吸収スペクトルを有しているため、波長９８０ｎｍ帯の半導体レーザを励起光源として用いることができる。また、吸収スペクトルは、１０ｎｍを超える広い半値全幅を示すため、励起光源の波長の選定に対する要求は緩和される。これにより、例えば安価な励起光源を選ぶことや、あるいは温度管理の緩い励起光源を選ぶことが可能となる。
【００１２】
特に、半値全幅が５０ｎｍを超えることが好ましい。これにより、励起光源の波長の選定に対する要求は、さらに緩和される。
【００１３】
本発明による蛍光性ガラスは、添加物として少なくとも１種類の遷移金属を含有する石英系ガラスであり、励起光強度が一定で且つ温度が−５℃以上６５℃以下である場合において、蛍光スペクトルのピークにおける強度が−１ｄＢ以上１ｄＢ以下の範囲内で変動することを特徴とする。この蛍光性ガラスでは、温度依存性が低いため、容易に実用化することができる。
【００１４】
本発明による光導波路は、コア領域の少なくとも一部が上記の蛍光性ガラスからなることを特徴とする。そのため、この光導波路は、容易に実用化することが可能である。
【００１５】
本発明による光ファイバは、コア領域の少なくとも一部が上記の蛍光性ガラスからなることを特徴とする。そのため、この光ファイバは、容易に実用化することが可能である。
【００１６】
本発明による光コヒーレンストモグラフィ装置は、上記の光導波路を有し、励起光が供給されることによって蛍光性ガラスから発生する蛍光を光増幅してＡＳＥ光を出力する光源と、光源から出力されるＡＳＥ光を、第１光路方向に進行する第１分割光と反射体に向かって第２光路方向に進行する第２分割光とに２分割するビームスプリッタと、第１分割光の光路上に配置され、第１光路方向に対して平行に移動されるとともに、第１光路方向に沿った方向に第１分割光を反射させるミラーと、ミラーで反射された第１分割光と反射体で反射された第２分割光とをビームスプリッタで重ね合わせ干渉させることによって得られる干渉光を検出する光検出器と、を備え、反射体の３次元断層画像を、深度方向について４μｍ以下の分解能で測定することを特徴とする。この光コヒーレンストモグラフィ装置では、測定に用いるＡＳＥ光を出力する光源が上記の光導波路を有する。そのため、この光コヒーレンストモグラフィ装置は、容易に実用化することが可能である。
【００１７】
本発明による光ファイバレーザは、上記の光ファイバと、光ファイバに含有される添加物を励起する励起光を光ファイバに供給する励起光供給部と、を備え、光ファイバは、添加物から放出される光を共振させる共振器の光路中にレーザ媒質として配置されていることを特徴とする。この光ファイバレーザでは、共振器の光路中に上記の光ファイバをレーザ媒質として配置している。そのため、この光ファイバレーザは、容易に実用化することが可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、実用化が容易である蛍光性ガラス、光導波路、光ファイバ、光コヒーレンストモグラフィ装置、及び光ファイバレーザを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面とともに、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２０】
まず、本発明に係る蛍光性ガラスの第１実施形態について説明する。本実施形態に係る蛍光性ガラスは、添加物としてＢｉを含有する石英系ガラスであり、波長９８０ｎｍ帯の励起光で励起され、蛍光を発生するものである。本実施形態に係る蛍光性ガラスは、励起光の波長と蛍光のスペクトルのピーク波長との差が、励起光の波長に対して１６％以内であることがより好適である。
【００２１】
本実施形態に係る蛍光性ガラスは、波長９８０ｎｍ帯の励起光により励起される。したがって、波長９８０ｎｍ帯の半導体レーザを励起光源として用いることができる。波長９８０ｎｍ帯の半導体レーザは、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）用に広く普及しているため、安価で且つ信頼性も高い。
【００２２】
また、本実施形態に係る蛍光性ガラスは、Ｂｉを添加物として含む。Ｂｉは、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｎｄなどの希土類元素と比較して、著しく広い帯域の蛍光を放出することができる。したがって、本実施形態に係る蛍光性ガラスは、帯域の広い蛍光を放出することが可能である。
【００２３】
加えて、Ｂｉは、室温であっても、ホストガラスの中で強い蛍光を放出することができる。したがって、本実施形態に係る蛍光性ガラスは、温度管理を容易に行うことが可能である。以上のことから、この蛍光性ガラスは、容易に実用化可能であることがわかる。
【００２４】
また、励起光の波長と蛍光のスペクトルのピーク波長との差が、励起光の波長に対して１６％以内と小さい場合、励起光とＡＳＥ光との間のフォトンエネルギーの差異が小さく、励起光からＡＳＥ光に変換される際のパワー変換効率が良好となる。このようにパワー変換効率が良好な蛍光性ガラスを光増幅導波路等に用いた場合、光増幅導波路内部で変換に伴う熱の発生が抑制される。このように内部での熱の発生が抑制された光増幅導波路等は、レーザ加工などに用いられる数１００Ｗ又は数ｋＷの高出力レーザあるいはアンプに適用するのに好適である。
【００２５】
次に、本発明に係る蛍光性ガラスの第２実施形態について説明する。本実施形態に係る蛍光性ガラスは、添加物として少なくとも１種類の遷移金属を含有し、９８０ｎm帯吸収スペクトルの半値全幅が１０ｎｍを超えるものである。本実施形態に係る蛍光性ガラスは、９８０ｎm帯吸収スペクトルの半値全幅が５０ｎｍを超えることがより好適である。
【００２６】
本実施形態に係る蛍光性ガラスは、波長９８０ｎｍ帯に吸収スペクトルを有している。そのため、波長９８０ｎｍ帯の半導体レーザを励起光源として用いることができる。上述したように、波長９８０ｎｍ帯の半導体レーザは、安価で且つ信頼性も高い。
【００２７】
また、本実施形態に係る蛍光性ガラスは、遷移金属を添加物として含む。Ｂｉ、Ｃｒ、Ｎｉなどの遷移金属は、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｎｄなどの希土類元素と比較して、著しく広い帯域の蛍光を放出することができる。したがって、本実施形態に係る蛍光性ガラスは、帯域の広い蛍光を放出することが可能である。
【００２８】
本実施形態に係る蛍光性ガラスの吸収スペクトルは、１０ｎｍを超える広い半値全幅を有する。そのため、励起光源の波長の選定における要求は緩い。したがって、例えば安価な励起光源を選ぶことや、あるいは温度管理の要求が緩い励起光源を選ぶことが可能となる。緩い温度管理下で励起光源を用いる場合には、さらに、温度管理に要するコスト及び消費電力も低減される。また、ＥＤＦＡでは容易ではない９８０ｎｍ帯励起光の波長分割多重（ＷＤＭ）化によって、パワーを向上させることも可能となる。半値全幅が５０ｎｍを超える吸収スペクトルを示す蛍光性ガラスの場合、励起光源の波長の選定に対する要求はさらに緩くなる。以上のことから、本実施形態に係る蛍光性ガラスは、容易に実用化可能であることがわかる。  
【００２９】
続いて、本発明に係る蛍光性ガラスの第３実施形態について説明する。本実施形態に係る蛍光性ガラスは、添加物として少なくとも１種類の遷移金属を含有する石英系ガラスであって、励起光強度が一定で且つ温度が−５℃以上６５℃以下である場合において、蛍光スペクトルのピークにおける強度が−１ｄＢ以上１ｄＢ以下の範囲内で変動するものである。
【００３０】
本実施形態に係る蛍光性ガラスは、添加物として少なくとも１種類の遷移金属を含む。上述したように、遷移金属は希土類元素と比較して、著しく広い帯域の蛍光を放出することができる。したがって、本実施形態に係る蛍光性ガラスは、帯域の広い蛍光を放出することが可能である。
【００３１】
また、遷移金属から放出される蛍光スペクトルの温度依存性は、一般に良好とは言い難い。しかし、本実施形態に係る蛍光性ガラスでは、蛍光スペクトルのピークにおける強度の変動が、励起光強度が一定で且つ温度が−５℃以上６５℃以下である場合において、−１ｄＢ以上１ｄＢ以下の範囲内であるため、例えば通信用途に適用することも可能である。以上のことから、本実施形態に係る蛍光性ガラスは、容易に実用化可能であることがわかる。
【００３２】
次に、遷移金属Ｂｉを含有する蛍光性ガラスをコア部分に含むシングルモードファイバ（ＳＭＦ）のサンプルＡ及びＢについて説明する。サンプルＡ及びＢは、石英系Ａｌ共添加のＢｉ添加光ファイバ（ＢｉＤＦ）である。表１に、サンプルＡ及びＢの組成、及び製造最終段階のファイバ線引き時の炉内温度を示す。
【表１】
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【００３３】
サンプルＡは、ホスト材料が石英系ガラスであり、添加されているＢｉ元素イオンの含有濃度が１００wt.ppm、共添加さているＡｌ元素イオンの含有濃度が３．８wt.%である。サンプルＢは、ホスト材料が石英系ガラスであり、添加されているＢｉ元素イオンの含有濃度が３７０wt.ppm、共添加されているＡｌ元素の含有濃度が４．２wt.%である。また、サンプルＡ、Ｂは、何れも通信用Ｅｒ添加光ファイバ（ＥＤＦ）と同様の設備で製造され、最後は線引速度５０ｍ／秒で光ファイバ化されたものである。線引きは、サンプルＡについては１７５０℃、サンプルＢについては１５００℃で行われた。サンプルＡ及びＢのいずれも、溶融状態から固体化するのに要した時間が１秒以内と、非常に急速な冷却により製造されたものである。
【００３４】
サンプルＡを含む光源及びサンプルＢを含む光源それぞれから放出されるＡＳＥ光を測定した。図１は、サンプルＡあるいはＢを含む光源の構成図である。図１に示す光源１０は、励起光源１１と、ＷＤＭカプラ１２と、光ファイバ１３と、無反射終端（ＳＭＦ）１４と、光アイソレータ１５と、出力コネクタ１６とを備える。光ファイバ１３として、５ｍの長さのサンプルＡ又はサンプルＢを用いた。光源１０は逆方向励起方式に構成されている。したがって、ＡＳＥ光は、サンプルＡ又はＢ内を励起光とは逆方向に進行するように出力される。
【００３５】
励起光源１１は、励起光をＷＤＭカプラ１２に対して出力する。ＷＤＭカプラ１２は、励起光源１１から出力された励起光を反射して光ファイバ１３に向かわせるとともに、光ファイバ１３から出力されたＡＳＥ光を透過して光アイソレータ１５に向かわせる。光ファイバ１３では、励起光源１１から出力された励起光が供給されることにより、光ファイバ１３に添加された添加物が励起状態とされる。光ファイバ１３に添加された添加物は、励起状態から基底状態に戻る際に自然放出光（蛍光）を発生する。光ファイバ１３は、この自然放出光（蛍光）を光増幅してＡＳＥ光を出力する。光アイソレータ１５は、光ファイバ１３から出力されたＡＳＥ光を出力コネクタ１６に向かう方向に通過させるが、逆方向には光は通過させない。
【００３６】
光源１０から出力されるＡＳＥ光の測定に際し、波長８０８ｎｍ、９１０ｎｍ、及び９７６ｎｍの３種類の励起光が用いられた。励起パワーは、何れの測定においても、１８５ｍＷとした。
【００３７】
図２に、波長８０８ｎｍ、９１０ｎｍ、及び９７６ｎｍの励起光がそれぞれ供給されたときに、サンプルＡ又はＢを含む光源１０から出力されたＡＳＥ光のスペクトルを示す。図２のグラフの横軸はＡＳＥ光の波長（ｎｍ）を、縦軸はＡＳＥ光の光パワー（ｄＢｍ／ｎｍ）を表す。図２のグラフＡは波長８０８ｎｍの励起光で励起されたサンプルＡを含む光源１０のＡＳＥ光スペクトルを、グラフＢは波長９１０ｎｍの励起光で励起されたサンプルＡを含む光源１０のＡＳＥ光スペクトルを、グラフＣは波長９７６ｎｍの励起光で励起されたサンプルＡを含む光源１０のＡＳＥ光スペクトルを、グラフＤは波長８０８ｎｍの励起光で励起されたサンプルＢを含む光源１０のＡＳＥ光スペクトルを、グラフＥは波長９１０ｎｍの励起光で励起されたサンプルＢを含む光源１０のＡＳＥ光スペクトルを、グラフＦは波長９７６ｎｍの励起光で励起されたサンプルＢを含む光源１０のＡＳＥ光スペクトルを表す。なお、図２に示されたＡＳＥ光のスペクトルは、励起光合波のために挿入されたＷＤＭカプラ１２及びアイソレータ１５の挿入損が補正されたものである。
【００３８】
図２より、サンプルＡを含む光源１０のＡＳＥ光スペクトルの形状とサンプルＢを含む光源１０のＡＳＥ光スペクトルの形状とは、いずれの励起波長においても略同じ形状であることがわかる。すなわち、グラフＡとグラフＤとが略同じ形状であり、グラフＢとグラフＥとが略同じ形状であり、グラフＣとグラフＦとが略同じ形状である。
【００３９】
これに対し、サンプルＡを含む光源１０のＡＳＥ光スペクトル及びサンプルＢを含む光源１０のＡＳＥ光スペクトルのいずれもが、励起波長により異なるピーク波長及びピーク値を示すことが図２よりわかる。すなわち、グラフＡ及びＤと、グラフＢ及びＥと、グラフＣ及びＦとでは、それぞれＡＳＥ光スペクトルのピーク波長及びピーク値が異なる。具体的には、波長９７６ｎｍの励起光によって励起された場合のＡＳＥ光スペクトル（グラフＣ及びＦ）は、波長８０８ｎｍの励起光によって励起された場合のＡＳＥ光スペクトル（グラフＡ及びＤ）に比べ、６ｄＢ以上大きいピーク値を示す。
【００４０】
また、グラフＡ〜Ｆのいずれのピーク値も、特許文献３のFigure１〜３に表されたＡＳＥ光スペクトルのピーク値に比べて絶対値で１桁大きい。また、特許文献１、２及び非特許文献３に記載された蛍光性ガラスでは、波長８０８ｎｍの励起光で励起した場合、ＡＳＥ光スペクトルはＯバンド（１２６０ｎｍ〜１３６０ｎｍ）内にピーク波長を有する。これに対し、サンプルＡを含む光源１０及びサンプルＢを含む光源１０の何れもが、波長８０８ｎｍの励起光で励起した場合であっても、１１００ｎｍ帯近傍にピーク波長を有する。また、特許文献１、２及び非特許文献３に記載された蛍光性ガラスでは、３００ｎｍ以上の半値全幅を示している。これに対し、サンプルＡを含む光源１０のＡＳＥ光スペクトル及びサンプルＢを含む光源１０のＡＳＥ光スペクトルの双方において、半値全幅は２００ｎｍ以下を示す。
【００４１】
表２に、サンプルＡを含む光源１０から放出されるＡＳＥ光及びサンプルＢを含む光源１０から放出されるＡＳＥ光それぞれの、各励起光のピークでの波長（中心波長）、ＡＳＥ光ピーク波長λｃ、ＡＳＥ光半値全幅Δν及びコヒーレンス長ｐを示す。コヒーレンス長ｐは、ＡＳＥ光ピーク波長λｃ及びＡＳＥ光半値全幅Δνを用いて、以下の式（１）で与えられる。
ｐ＝（２・ｌｎ（２）・π）・（λＣ２／Δλ）  …（１）
【表２】
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【００４２】
また、図２から、９７６ｎｍ帯の励起波長に対する蛍光スペクトルのピーク波長が１１１２ｎｍであることがわかる。この場合、励起光の波長（９７６ｎｍ）に対する、励起光の波長と蛍光スペクトルのピーク波長（１１１２ｎｍ）との差（１３６ｎｍ）の比率（以下、単にパワー変換比率）は約１４％である。これに対し、希土類Ｙｂが添加され、高出力レーザやアンプ等に適した光ファイバ（ＹｂＤＦ）では、通常、波長９１５ｎｍ帯の励起光に対して波長１０６４ｎｍ以上の蛍光が得られる。この場合、パワー変換比率は１６％を超える。したがって、ＢｉＤＦの方が、ＹｂＤＦに比べ、フォトンエネルギーの観点から見た場合、高出力を要する用途に適していると考えることができる。
【００４３】
なお、ＹｂＤＦでも９７５ｎｍ近傍に吸収のメインピークが存在し、この場合のパワー変換比率は約９％と非常に良好である。しかし、ＹｂＤＦの９７５ｎｍ帯吸収スペクトルの形状は尖鋭すぎ（半値全幅が１０ｎｍ以下）、励起光源の温度変化等により波長シフトが生じた場合には、性能が劇的に変化してしまうという問題を有する。
【００４４】
また、特許文献１、２、又は非特許文献３に記載されたＢｉ添加蛍光性ガラスは何れも、波長８００ｎｍの励起光に対して波長１２５０ｎｍ以上の蛍光を放出する。この場合、パワー変換比率は５０％以上となり、高出力化には適さない。
【００４５】
次に、図１に示した光源１０の光ファイバ１３部分のみを恒温槽に収納し、恒温槽内の温度を−２０℃〜８５℃の範囲内で変化させて光源１０から放出されるＡＳＥ光スペクトルを測定した結果を図３に示す。図３は、光ファイバ１３としてサンプルＡを用い、波長９１０ｎｍかつ励起パワー１８５ｍＷの励起光で励起した結果である。図３のグラフの横軸はＡＳＥ光の波長（ｎｍ）を、縦軸はＡＳＥ光の光パワー（ｄＢｍ／ｎｍ）を表す。図３のグラフＧは−２０℃のときのＡＳＥ光スペクトルを、グラフＨは２５℃のときのＡＳＥ光スペクトルを、グラフＩは８５℃のときのＡＳＥ光スペクトルを表す。
【００４６】
図３より、−２０℃〜８５℃までの１００℃以上の温度差の範囲内において、ＡＳＥ光のピーク値の変動は−０．３ｄＢ〜＋３ｄＢの範囲内であることがわかる。一般に、通信用の用途では−５℃〜６５℃の温度範囲内での温度依存性が評価される。図３より、サンプルＡでは、−５℃〜６５℃において、ＡＳＥ光のピーク値の変動は−０．２ｄＢ〜＋０．２ｄＢの範囲内と温度依存性が低く、通信用の用途にも十分耐えうると考えられる。また、加工用装置、及び医療用装置では、一般に温度依存性が評価される温度範囲が通信用途に比べて狭い。そのため、サンプルＡは、通信用途はもちろん、加工用途及び医療用途での使用にも十分耐えうる温度特性を有し、安定動作が期待できるため、容易に実用化できると考えられる。
【００４７】
一般に、遷移金属から発せられる蛍光は、温度依存性が高いため、温度環境を維持するのが困難である。図４に、非特許文献１に記載の蛍光性ガラス及び非特許文献２に記載の蛍光性ガラスそれぞれの蛍光スペクトルのピーク値の温度依存性を示す。図４のグラフの横軸は絶対温度（Ｋ）を、縦軸は蛍光強度（ＡＵ）を表す。三角で表した点が非特許文献１に記載されたＮｉ添加蛍光性ガラスを、四角で表した点が非特許文献２に記載されたＣｒ添加の蛍光性ガラスを示す。また、点線で表したグラフは、三角で表した非特許文献１に記載のＮｉ添加蛍光性ガラスの温度依存性についての補間曲線である。
【００４８】
図４に示されるように、非特許文献１に記載のＮｉ添加蛍光性ガラスでは、−２０℃（≒２５３Ｋ）での蛍光強度が室温での蛍光強度の約１．７倍（２．４ｄＢ）、８５℃（≒３５８Ｋ）での蛍光強度が室温での蛍光強度の約０．３７倍（４．６ｄＢ）となる。このように高い温度依存性を示しては、実用化は困難である。
【００４９】
図５に、サンプルＡ及びＢの吸収スペクトルを示す。図５（ａ）は７５０ｎｍ以上の波長域でのサンプルＡ及びサンプルＢそれぞれの吸収スペクトルを、図５（ｂ）はサンプルＡの吸収スペクトルを表す。図５（ａ）、（ｂ）のグラフの横軸は波長を、縦軸は吸収係数を表す。図５（ａ）のグラフＪはサンプルＡの吸収スペクトルを、グラフＫはサンプルＢの吸収スペクトルを表す。
【００５０】
図５（ａ）から、サンプルＢの方がサンプルＡより顕著なピークを示すことがわかる。これは、サンプルＢの方がサンプルＡに比べてＢｉの濃度が高いためと考えられる。さらに、図５（ａ）から、サンプルＡの吸収スペクトル及びサンプルＢの吸収スペクトルの双方が、波長９５０ｎｍを中心とする緩やかなピークを有することがわかる。これに対し、特許文献１又は２に記載された蛍光性ガラスの吸収スペクトルでは、波長９５０ｎｍ帯にピークを有していない。したがって、サンプルＡ及びＢは、特許文献１又は２に記載された蛍光性ガラスと異なり、励起光源として９８０ｎｍ帯レーザダイオードを用いることが可能であることがわかる。９８０ｎｍ帯レーザダイオードは、Ｅｒ添加光ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）として広く普及しているため、価格も安く、信頼性に関しても既に十分な検証がなされている。
【００５１】
図５（ａ）のグラフＫより、サンプルＢの９５０ｎｍ帯吸収スペクトルの半値全幅は２００ｎｍに達することがわかる。ここで、図６に、Ｅｒ添加光ファイバ（ＥＤＦ）の９８０ｎｍ帯吸収スペクトルのグラフを示す。図６より、ＥＤＦの９８０ｎｍ帯吸収スペクトルの半値全幅は約２０ｎｍであることがわかる。このように、サンプルＢの吸収スペクトルは広い半値全幅を有するため、サンプルＢの励起光源の波長の選定は緩い条件の下、行うことができる。
【００５２】
次に、本発明に係るＯＣＴ装置の実施形態について、図７を参照して説明する。図７は、本実施形態に係るＯＣＴ装置２０の構成図である。ＯＣＴ装置２０は、光源３０とビームスプリッタ２１とミラー２２と光検出器２３とを備え、被検体２４の３次元断層画像を得る装置である。ＯＣＴ装置２０による測定原理を簡単に説明する。光源３０から出力されたＡＳＥ光ＬＡがビームスプリッタ２１で２分割され、各分割光はそれぞれミラー２２及び被検体２４に照射される。ミラー２２及び被検体２４でそれぞれ反射された２つの分割光はビームスプリッタ２１において重ね合わせられ、干渉光ＬＣが得られる。この干渉光ＬＣを光検出器２３で検出してコンピュータ等で断層画像化することにより、被検体２４の３次元断層画像が得られる。
【００５３】
光源３０は、上記の蛍光性ガラスからなる光導波路３１と、光導波路３１中の上記蛍光性ガラスに励起光Ｌ０を供給する励起光源３３とを備える。光源３０はさらに、レンズ３２、ＷＤＭフィルタ３４、及び光アイソレータ３５を備える。光源３０は、図７に示すように、逆方向励起方式に構成されている。したがって、光源３０では、励起光Ｌ０が入射した光導波路３１の端面と同じ端面から、励起光Ｌ０とは逆方向に進行するようにＡＳＥ光ＬＡが出力される。
【００５４】
励起光源３３は、光導波路３１に添加された添加物を励起し得る波長（例えば９８０ｎｍ）の励起光Ｌ０をＷＤＭフィルタ３４に対して出力する。ＷＤＭフィルタ３４は、励起光源３３から出力された励起光Ｌ０を反射して光導波路３１に向かわせるとともに、光導波路３１から出力されたＡＳＥ光ＬＡを透過して光アイソレータ３５に向かわせる。光導波路３１は、励起光源３３から出力された励起光Ｌ０が供給されることにより、ＡＳＥ光ＬＡを出力する。レンズ３２は、励起光Ｌ０を光導波路３１の端面に集光するとともに、光導波路３１から出力されたＡＳＥ光ＬＡをコリメートする。光アイソレータ３５は、光導波路３１から出力されたＡＳＥ光ＬＡをＷＤＭフィルタ３４から後述のビームスプリッタ２１に向かう方向に通過させるが、逆方向には光は通過させない。
【００５５】
ＡＳＥ光ＬＡの光路上に配置されたビームスプリッタ２１は、ＡＳＥ光ＬＡの一部を反射させ残りを透過させることにより、ＡＳＥ光ＬＡを第１分割光Ｌ１と第２分割光Ｌ２とに分割する。第１分割光Ｌ１は、ビームスプリッタ２１で反射されたＡＳＥ光ＬＡであり、ＡＳＥ光ＬＡの光路と交差する方向である第１光路方向に沿って進行する。第２分割光Ｌ２は、ビームスプリッタ２１で透過されたＡＳＥ光ＬＡであり、ＡＳＥ光ＬＡの光路と平行な方向である第２光路方向に後述の被検体２４に向かって進行する。また、ビームスプリッタ２１は、後述のミラー２２で反射された第１分割光Ｌ１と後述の被検体２４で反射された第２分割光Ｌ２とを重ね合わせて干渉させる。
【００５６】
第１分割光Ｌ１を反射させるミラー２２は、第１分割光Ｌ１の光路上に配置される。ミラー２２は、第１光路方向に沿った方向に第１分割光Ｌ１が反射されるように配置される。また、ミラー２２は、第１光路方向に対して平行に移動可能なように駆動装置（図示していない）に保持されている。
【００５７】
一方、第２分割光Ｌ２を反射させる反射体である被検体２４は、第２分割光Ｌ２の光路上に配置される。
【００５８】
光検出器２３は、ビームスプリッタ２１で第１分割光Ｌ１及び第２分割光Ｌ２を重ね合わせることによって得られる干渉光ＬＣを検出する。ＯＣＴ装置２０は、検出された干渉光ＬＣを断層画像化するコンピュータ（図示を省略）を備え、被検体２４の３次元断層画像を、深度方向について４μｍ以下の分解能で得る。
【００５９】
ＯＣＴ装置２０の動作について説明する。励起光源３３から出力された励起光Ｌ０は、ＷＤＭフィルタ３４及びレンズ３２を経て、光導波路３１へ供給される。光導波路３１に供給された励起光Ｌ０は、光導波路３１に含まれる添加物を励起する。励起状態にされた添加物が基底状態に戻る際に発生する自然放出光（蛍光）が光導波路３１において光増幅され、ＡＳＥ光ＬＡが得られる。光導波路３１で発生したＡＳＥ光ＬＡは励起光Ｌ０の入射光路に沿って光導波路３１から出力される。こうして出力されたＡＳＥ光ＬＡは、その後レンズ３２、ＷＤＭフィルタ３４、及び光アイソレータ３５を経て、ビームスプリッタ２１に入射する。
【００６０】
ビームスプリッタ２１に入射したＡＳＥ光ＬＡは、ビームスプリッタ２１において第１分割光Ｌ１及び第２分割光Ｌ２に２分割される。ビームスプリッタ２１で反射されたＡＳＥ光である第１分割光Ｌ１は、ミラー２２に入射し、そこで入射時の光路と同じ方向である第１光路方向に沿った方向に反射され、ビームスプリッタ２１に戻される。一方、ビームスプリッタ２１を透過したＡＳＥ光である第２分割光Ｌ２は、被検体２４に向かって進行し、被検体２４に照射される。被検体２４に照射された第２分割光Ｌ２は、前方・後方散乱を起こしながら被検体２４内を伝搬する。こうして被検体２４内を伝搬した散乱光のうち後方散乱光が、ビームスプリッタ２１に入射され、そこでミラー２２で反射された第１分割光Ｌ１と重ね合わせされる。
【００６１】
第１分割光Ｌ１及び第２分割光Ｌ２とが重ね合されて干渉されることにより得られる干渉光ＬＣが、光検出器２３で検出される。光検出器２３では、ビームスプリッタ２１とミラー２２との距離に等しい距離だけビームスプリッタ２１から離れた被検体２４内の点からの後方散乱光のみが選択的に干渉信号として検出される。ここで、ミラー２２は第１分割光Ｌ１の光路と同じ方向である第１光路方向に沿った方向に移動可能である。ミラー２２を移動させることにより、被検体２４内において干渉信号が検出される散乱点を選択することが、第２分割光Ｌ２の光軸方向で可能となる。すなわち、ミラー２２の移動により被検体２４の深さ方向における測定点の走査が可能となる。光検出器２３で検出された干渉信号がその後、コンピュータ等で処理されることにより被検体２４の断層画像が得られる。
【００６２】
光源３０は、上記の蛍光性ガラスを備える。したがって、添加物としてＢｉを含有し且つ波長９８０ｎｍ帯の励起光で励起され蛍光を発生する石英系蛍光性ガラスを光導波路３１が含む場合には、安価で信頼性の高い波長９８０ｎｍ帯の半導体レーザを励起光源３３として使うことが可能となる。さらに、Ｂｉを含むため、光導波路３１の温度管理は容易である。
【００６３】
また、添加物として少なくとも１種類の遷移金属を含有し且つ９８０ｎm帯吸収スペクトルの半値全幅が１０ｎｍを超える蛍光性ガラスを光導波路３１が含む場合にも、やはり安価で信頼性の高い波長９８０ｎｍ帯の半導体レーザを励起光源として使うことが可能となる。加えて、励起光源の波長の選定に対する要求が緩和される。
【００６４】
また、添加物として少なくとも１種類の遷移金属を含有するとともに、励起光強度が一定で且つ温度が−５℃以上６５℃以下である場合において蛍光スペクトルのピークにおける強度が−１ｄＢ以上１ｄＢ以下の範囲内で変動する石英系蛍光性ガラスを光導波路３１が含む場合には、温度依存性が低くなり、容易に実用化することができる。
【００６５】
このように、上記の蛍光性ガラスを含む光源３０を備えることで、ＯＣＴ装置２０は、容易に実用化することが可能となる。
【００６６】
ＯＣＴ装置の光源として、一般的にスーパールミネッセントダイオード（以下、単にＳＬＤという）が使われている。しかし、１５０ｎｍ以上の半値全幅の光を出力するＳＬＤチップの製造は困難であり、分解能にも限界がある。これに対し、ＯＣＴ装置２０では、光源３０から出力される光の半値全幅が広く、深度方向について４μｍ以下の分解能を有する。さらに、光源３０のようにファイバ型の光源では、出力光の偏光度がほぼ零と小さい。そのため、ＯＣＴ装置２０では、偏光度が小さく、分解能も高い断層画像を得ることが可能となる。
【００６７】
なお、光源３０は、ＯＣＴ装置に限らず、近赤外分光の分野で広く応用可能である。
【００６８】
次に、本発明に係る光ファイバレーザの実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。図８は、上記の蛍光性ガラスを含む光ファイバの断面における領域区分を示す図である。図９は、図８に示す光ファイバを用いた光ファイバレーザの構成を概略的に示す図である。
【００６９】
図８に示すように、上記の蛍光性ガラスを含む光ファイバ４０は、断面が、コア領域４１と、コア領域４１を包囲する内クラッド領域４２と、内クラッド領域４２を包囲する外クラッド領域４３とから構成される二重クラッドファイバである。光ファイバ４０のコア領域４１の少なくとも一部は、上記の蛍光性ガラスからなる。本実施形態に係る光ファイバ４０は、例えば、コア領域４１の直径が２０μｍ、開口数ＮＡが０．０６であり、内クラッド領域４２の直径が２５０μｍ、開口数ＮＡが０．４程度である。外クラッド領域４３は、例えば樹脂からなる。
【００７０】
図９に示す本実施形態に係る光ファイバレーザ５０は、光ファイバ４０と、励起光供給部５１と、高反射率ファイバーグレーティング５３と、低反射率ファイバグレーティング５４とを備える。光ファイバレーザ５０では、励起光供給部５１によって所定波長の励起光が光ファイバ４０に供給され、光ファイバ４０内に含まれる添加物を励起する。励起された光ファイバ４０内の添加物によって励起光とは異なる波長のレーザ光が発生する。発生したレーザ光は、高反射率ファイバーグレーティング５３と低反射率ファイバグレーティング５４とで構成される共振器内で共振された後出射する。
【００７１】
励起光供給部５１は、複数（本実施形態では、４つ）の励起ＬＤ（レーザダイオード）５１Ａ〜５１Ｄと励起光合波器５２とを有し、励起光合波器５２には複数の励起ＬＤ５１Ａ〜５１Ｄが接続されている。励起ＬＤ５１Ａ〜５１Ｄは、光ファイバ４０のコア領域４１に含まれる蛍光性ガラスに含有されている添加物を励起する励起光を、光ファイバ４０に供給する。励起光合波器５２は、複数の励起ＬＤ５１Ａ〜５１Ｄから出力された励起光を合波する。励起光合波器５２として、例えば７×１の多モードファイバ（ＭＭＦ）コンバイナなどが一般的に用いられる。ここで、励起光合波器５２として用いられる７×１の多モードファイバ（ＭＭＦ）コンバイナとは、入力側が励起ＬＤモジュールのピグテイル（例えば、クラッド径が１２５μｍΦ、コア径が１０５μｍΦ）と同等のファイバであり、これら7本を束ねて、光ファイバ４０に適合した径になるように溶融しながら延伸して製造されたものである。
【００７２】
光ファイバ４０は、高反射率ファイバーグレーティング５３と低反射率ファイバグレーティング５４とで構成される共振器の光路中にレーザ媒質として配置されている。共振器は、光ファイバ４０のコア領域に含まれる蛍光性ガラスに含有されている添加物から放出される光を共振させる。低反射率ファイバグレーティング５４は、１０％の反射率で一部の光を反射するとともに、残りの光を透過する。
【００７３】
この光ファイバレーザ５０では、励起ＬＤ５１Ａ〜５１Ｄから出力された励起光は、励起光合波器５２を経て光ファイバ４０へ供給される。光ファイバ４０に供給された励起光は、光ファイバ４０のコア領域４１に含まれる蛍光性ガラスに含有されている添加物を励起する。
【００７４】
光ファイバ４０のコア領域４１に含有されている添加物が励起光により励起されると、この添加物から自然放出光が発生する。この自然放出光は、光ファイバ４０を伝搬し、高反射率ファイバーグレーティング５３と低反射率ファイバグレーティング５４とで構成される共振器の間を往復する。そして、自然放出光が光ファイバ４０を伝搬する際に誘導放出光が起こりレーザ発振が生じる。この誘導放出光の一部が低反射率ファイバグレーティング５４から外部へ、レーザ光として出力される。
【００７５】
光ファイバ４０は、上記の蛍光性ガラスを含む。したがって、添加物としてＢｉを含有する石英系ガラスであり、波長９８０ｎｍ帯の励起光で励起され、蛍光を発生する蛍光性ガラスを光ファイバ４０が含む場合には、安価で信頼性の高い波長９８０ｎｍ帯の半導体レーザを励起ＬＤ５１Ａ〜５１Ｄとして使うことが可能となる。さらに、Ｂｉを含むため、温度管理は容易である。
【００７６】
また、添加物として少なくとも１種類の遷移金属を含有し、９８０ｎm帯吸収スペクトルの半値全幅が１０ｎｍを超える蛍光性ガラスを光ファイバ４０が含む場合にもやはり、安価で信頼性の高い波長９８０ｎｍ帯の半導体レーザを励起ＬＤ５１Ａ〜５１Ｄとして使うことが可能となる。加えて、励起光源の波長の選定に対する要求が緩和される。
【００７７】
また、添加物として少なくとも１種類の遷移金属を含有する石英系ガラスであり、励起光強度が一定で且つ温度が−５℃以上６５℃以下である場合において、蛍光スペクトルのピークにおける強度が−１ｄＢ以上１ｄＢ以下の範囲内で変動する蛍光性ガラスを光ファイバ４０が含む場合には、温度依存性が低くなり、容易に実用化することができる。
【００７８】
このように、上記の蛍光性ガラスを含む光ファイバ４０を備えることで、光ファイバレーザ５０は、容易に実用化することが可能となる。
【００７９】
なお、Ｂｉ元素添加蛍光性ガラス等の上記の蛍光性ガラスは利得スペクトルが広いため、上記の蛍光性ガラスを用いた光ファイバレーザでは、レーザ発振波長を比較的自由に設定できる。また、共振器を構成するファイバグレーティング５３、５４のグレーティング周期を変えることによって、レーザ発振波長をより高い自由度で設定することができる。
【００８０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、光ファイバレーザを単体で構成するのではなく、図１０に示すように、複数の光ファイバレーザを合波した光ファイバレーザとして構成してもよい。図１０に示す光ファイバレーザ６０は、光ファイバレーザ６１Ａから出射される発振波長１０４０ｎｍのレーザ光と、光ファイバレーザ６１Ｂから出射される発振波長１０６０ｎｍのレーザ光と、光ファイバレーザ６１Ｃから出射される発振波長１０８０ｎｍのレーザ光と、光ファイバレーザ６１Ｄから出射される発振波長１１００ｎｍのレーザ光と、光ファイバレーザ６１Ｅから出射される発振波長１１２０ｎｍのレーザ光と、光ファイバレーザ６１Ｆから出射される発振波長１１４０ｎｍのレーザ光と、光ファイバレーザ６１Ｇから出射される発振波長１１６０ｎｍのレーザ光と、光ファイバレーザ６１Ｈから出射される発振波長１１８０ｎｍのレーザ光とを、ＷＤＭ合波器６２で合波して、合波したレーザ光を出力する。この場合、合波されたレーザ光は、各光ファイバレーザ６１Ａ〜６１Ｈから出力されるレーザ光の８倍の出力を有する。なお、ＷＤＭ合波器６２としてファイバ型カプラを使用することが信頼性上好ましい。
【００８１】
また、サンプルＡ及びＢとして、石英系Ａｌ共添加のＢｉＤＦについて説明したが、本発明はこの組成以外にも適用可能である。例えば、Ｂｉイオンの蛍光メカニズムについて、特許文献１及び２ではＢｉ３＋と仮定している。しかし、図１１に示すＢｉ元素イオンのエネルギー準位図から、その仮定よりむしろ、ＢｉＯ（つまり２価）の状態の方が適切であると推察される。Ｂｉ２Ｏ３の場合、図１１から、蛍光が見られるとすると、Ｂｉが金属化しない程度の還元剤（例えば、Ｓｂ、Ｓｎなど）を共添加することが好ましいと考えられ、このような組成にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】蛍光性ガラスを含む光源の構成図である。
【図２】蛍光性ガラスを含む光源から出力されたＡＳＥ光のスペクトルを示す。
【図３】光ファイバの環境温度を変化させたときのＡＳＥ光スペクトルである。
【図４】蛍光性ガラスの蛍光スペクトルのピーク値の温度依存性を示す。
【図５】蛍光性ガラスの吸収スペクトルを示す。
【図６】ＥＤＦの９８０ｎｍ帯吸収スペクトルのグラフを示す。
【図７】実施形態に係るＯＣＴ装置の構成図である。
【図８】蛍光性ガラスを含む光ファイバの断面における領域区分を示す図である。
【図９】光ファイバを用いた光ファイバレーザの構成を概略的に示す図である。
【図１０】実施形態に係る光ファイバレーザの変形例の構成を概略的に示す図である。
【図１１】Ｂｉ元素イオンのエネルギー準位図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０…光源、１１…励起光源、１２…ＷＤＭカプラ、１３…光ファイバ、１４…無反射終端、１５…光アイソレータ、１６…出力コネクタ、２０…ＯＣＴ装置、３０…光源、３１…光導波路、３２…レンズ、３３…励起光源、３４…ＷＤＭフィルタ、３５…光アイソレータ、２１…ビームスプリッタ、２２…ミラー、２３…光検出器、２４…被検体、４０…光ファイバ、４１…コア領域、４２…内クラッド領域、４３…外クラッド領域、５０、６０、６１Ａ〜６１Ｈ…光ファイバレーザ、５１…励起光供給部、５１Ａ〜５１Ｄ…励起ＬＤ、５２…励起光合波器、５３…高反射率ファイバーグレーティング、５４…低反射ファイバグレーティング、６２…ＷＤＭ合波器
【図１】
2007027511.tif 000005
【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】
2007027511.tif 000011
【図８】
2007027511.tif 000012
【図９】
2007027511.tif 000013
【図１０】
2007027511.tif 000014
【図１１】
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