JPH01312510A - 中空光導波路 - Google Patents

中空光導波路

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JPH01312510A
JPH01312510A JP63143569A JP14356988A JPH01312510A JP H01312510 A JPH01312510 A JP H01312510A JP 63143569 A JP63143569 A JP 63143569A JP 14356988 A JP14356988 A JP 14356988A JP H01312510 A JPH01312510 A JP H01312510A
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Akishi Hongo
晃史 本郷
Kenichi Morosawa
諸沢 健一
Tsuneo Shioda
塩田 恒夫
Mitsunobu Miyagi
光信 宮城
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は吸収の小さい誘電体薄膜を内装した金属中空導
波路に係るもので、特に、石英系光ファイバが使用でき
ない赤外波長帯のレーザ光を伝搬させるのに好適な中空
光導波路に関するものである。
[従来の技術] 炭酸ガスレーザは、発振効率が高く、大出力を得ること
ができるため、医療用のレーザメスや溶接、切断等の工
業加工用として広く利用されるようになった。
しかし、その発振波長が10.6μmという赤外領域に
あるため、従来の石英系光ファイバでは損失が大きく、
これを導波路として用いることはできない。
そこで第1図に示すような、誘電体内装金属中空導波路
が考案された。これは、複素屈折率の大きさが大きい金
属チューブ1の内壁に、伝送するレーザ光の波長帯にお
いて吸収の小さい誘電体薄膜2を内装することにより、
内壁の反射率を高め、中空領域3にエネルギーを閉じ込
めてレーザ光を伝搬させるものである。このような誘電
体内装金属中空導波路の伝送損失は内装する誘電体の膜
厚に依存する。
第2図にゲルマニウムを内装したニッケル中空導波路に
炭酸ガスレーザ光を通したときのゲルマニウムの膜厚に
対するHE//モードの伝送損失の実測値及び理論値を
示す。
ここで、導波路系はφ1 、5ml長さは1mである。
このように、伝送損失は内装する誘電体の膜厚によって
周期的に変化する。
APPL、Phys、Lett、43,430(198
3)によれば、内装する誘電体の膜厚tが、 七“2π(a2  i)l/l X を満足するとき、伝送損失は極小となる。但し、ここで
λはレーザ光の波長、aは内装する誘電体の屈折率、q
は零または自然数である0例えば、内装する誘電体がゲ
ルマニウムの場合、t=0.49μmのとき伝送損失は
極小となり、実測値はほぼ理論の妥当性を示している。
第2図に見られるもののうちで代表的な中空導波路の曲
げ特性の測定結果を第3図〜第5図に示す、第3図はニ
ッケル中空導波路、第4図は式■を満足して、伝送損失
が極小となるゲルマニウム内装ニッケル中空導波路、第
5図は伝送損失が極大となるゲルマニウム内装ニッケル
中空導波路である。
ここで、導波路系φ1.51n 、長さ111で、導波
路の入射端20clを真っすぐに固定し、それから残り
80cmを曲げ半径Rで一様に曲げである。
また図中O印は第6図(a)に示すように、曲げ平面に
対し、電界が垂直となる直線偏光E、を入射した場合、
X印は第6図(b)に示すように曲げ平面に対し、電界
が平行となる直線偏光E/を入射した場合の測定結果で
、ともに直線状態の導波路の透過率を基準にして相対的
な透過率を示しである。
第3図のニッケル中空導波路の場合や第5図の伝送損失
が極大となるゲルマニウム内装ニッケル中空導波路の場
合では、わずかな曲がりでも伝送損失は大きく増加する
。これに対し第4図の伝送損失が極小となるゲルマニウ
ム内装ニッケル中空導波路の場合では曲げに対して比較
的強い結果が出ている。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、第3図〜第5図はいずれも直線偏光E、
とE/を入射させたときの曲がりに対する損失の増加は
異なり、曲げ損失に入射レーザ光の偏光依存性が顕れる
。そのため、偏光をもったレーザ光を入射して任意の方
向に曲げる場合にはいずれの中空導波路も適さない、す
なわち、最小損失条件式■を満足する誘電体内装金属中
空導波路は直線状態で用いる場合は低損失であるが、偏
光をもったレーザ光を入射し、任意の方向に曲げる場合
には安定な出力を制御するのは難しい、したがって、本
発明の目的は前記した従来技術の欠点を解消し、任意の
方向に曲げても曲げ特性が変らない新規な中空光導波路
を提供することにある。
[課題を解決するたための手段] 本発明の中空光導波路は、金属チューブに誘電体が内装
され、偏光をもったレーザ光を伝送させる中空光導波路
において、誘電体の膜厚tがほぼ、・・・・・・・・・
■ を満足するように構成したものである。但し、ここでλ
はレーザ光の波長、aは誘電体の屈折率。
nは金属の複素屈折率の実数部、には金属の複素屈折率
の虚数部、qは零または自然数である。
そして、上記金属チューブをニッケルで形成する場合に
は、誘電体の膜厚tが、 0.49μm<t<0.57μm を満足することが好ましい。
また、上記金属チューブを銀で形成する場合であって、
誘電体がゲルマニウムのときは、その膜厚tが、 0.49μm<t<0.59μm であり、誘電体がセレン化亜鉛のときは、その膜厚tが
、 0.79μm<t<1.02μm であり、誘電体が硫化亜鉛のときは、その膜厚tが、 0.82μm<t<1.07μm であり、誘電体がフッ化カルシウムのときは、その膜厚
tが、 1.64μm<t<2.21μm であることが好ましい。
[作用] 第3図〜第5図かられがるように第5図の伝送損失が極
大となるゲルマニウム内装ニッケル中空導波路では、第
4図のニッケル中空導波路や第5図の伝送損失が極小と
なるゲルマニウム内装ニッケル中空導波路と異なり、曲
げ平面に対し、電界が垂直となる直線偏光E土を入射し
た場合と、曲げ平面に対し電界が平行となる直線開光E
/を入射した場合の透過率の大小関係が逆転する。すな
わち、最小損失条件式〇を満足した第4図の中空導波路
よりも、ゲルマニウムの膜厚をさらに厚くしたところに
E上を入射させても、E/を入射させても同じ曲げ特性
が得られるところが存在すると考えられる。
入射ビームの偏光に対して曲げ特性が変らないようにす
るには、第7図のスラブモデルにおいて、導波路境界面
におけるTE波の反射率とTM波の反射率とが一致する
ように誘電体の膜厚を決定すればよい。誘電体を内装し
た金属中空導波路のTE波とTM波の反射率はIEEE
 J、QuantumE Iectron、 、 QE
−19,136,(1983)に示されている。
一般に赤外領域において、金属の複素屈折率の絶対値は
、誘電体の屈折率よりも十分大きいので、この関係を用
いれば、内装する誘電体の膜厚tが、はぼ上記式〇を満
足するとき、TE波とTM波の反射率はほぼ一致する。
、[実施例] 以下本発明の実施例について述べる。
炭酸ガスレーザ光伝送を目的としたゲルマニウム内装ニ
ッケル中空導波路の場合では、弐〇を満足するゲルマニ
ウム膜の最小の膜厚はo、53μlである。伝送損失が
最小損失条件式■を満足したときの最小伝送損失より2
倍は増加しないためのゲルマニウムの膜厚を膜厚許容範
囲と定めれば膜厚許容範囲は、0.22μmから0.5
7μlである。従って、式■を満足するゲルマニウムの
膜厚は、この許容範囲内であり、式■を満足しなくとも
伝送損失はあまり変らない、すなわち、ゲルマニウム内
装ニッケル中空導波路ではゲルマニウムの膜厚tを0.
49μa(t <0.57μmにすれば、伝送損失は小
さくしかも曲げ損失のレーザ光偏光依存性も小さい導波
路が得られる。特に、ゲルマニウムの膜厚が0.53μ
mのときは曲げ損失のレーザ光偏光依存性はほとんど無
視し得る。
以上はゲルマニウム内装ニッケル中空導波路の場合を示
したが、金属チューブ及び誘電体として他の材料を用い
た場合も同様である。低損失でしかも曲げ損失のレーザ
光偏光依存性を小さくするには、例えばゲルマニウム内
装銀中空導波路では、ゲルマニウムの膜厚tを0.49
μrr < t <0.59μmにすればよい、またセ
レン化亜鉛内装銀中空導波路では、セレン化亜鉛の膜厚
tを0.79μrm <t<1.02μm、硫化亜鉛内
装銀中空導波路では、硫化亜鉛の膜厚tを0.82μI
I < t <1.07μm、フッ化カルシウム内装銀
中空導波路では、フッ化カルシウムの膜厚tを1.64
μl < t <2.21μIにすればよい。
弐〇を満足する最小の誘電体の膜厚tは、ゲルマニウム
内装銀中空導波路ではt=o、56μl、セレン化亜鉛
内装銀中空導波路ではt=0.91μm、硫化亜鉛内装
銀中空導波路ではt=0.95μl、フッ化カルシウム
内装銀中空導波路ではt=1.88μlであり、いずれ
も上記膜厚の範囲内にある。
このような膜厚の範囲外で誘電体が内装された場合は、
曲げ損失のレーザ光偏光依存性が大きくなり、任意の方
向に曲げるような導波路には適さない。
なお、前記した数値検討において、ゲルマニウム、セレ
ン化亜鉛、硫化亜鉛、フッ化カルシウムの屈折率をそれ
ぞれ4.2,4.2.3.1.4とし、また、ニッケル
、銀の複素屈折率をそれぞれ9.1−j34.4゜13
.5−j7s、3としている。
[発明の効果〕 以上説明したように、本発明による金属チューブに誘電
体を内装した中空光導波路は、導波路境界面におけるT
E波の反射率とTM波の反射率とが一致するように誘電
体の膜厚が決められるので、低損失で、しかもどのよう
な偏波のレーザ光を入射しても、曲げ方向によって曲げ
特性はほとんど変化せず、したがって安定した出力光を
得るための制御が極めて容易となる。
【図面の簡単な説明】 第1図は誘電体内装金属中空導波路の横断面図、第2図
はゲルマニウム内装ニッケル中空導波路のゲルマニウム
の膜厚に対する伝送損失の実測値及び理論値特性図、第
3図はニッケル中空導波路の曲がりに対する相対透過率
特性図、第4図は伝送損失が極小となるゲルマニウム内
装ニッケル中空導波路の同特性図、第5図は伝送損失が
極大となるゲルマニウム内装ニッケル中空導波路の同特
性図、第6図は曲がりに対するレーザ光の偏光方向を示
す模式図、第7図はスラブモデルにおけるTEモードと
7Mモードの偏光方向を示す模式図である。 図中、1は金属チューブ、2は誘電体、3は中空領域で
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、金属チューブに誘電体が内装され、偏光をもったレ
    ーザ光を伝送させる中空光導波路において、誘電体の膜
    厚tがほぼ ▲数式、化学式、表等があります▼ を満足することを特徴とする中空光導波路。 但し、λはレーザ光の波長、aは誘電体の屈折率、nは
    金属の複素屈折率の実数部、κは金属の複素屈折率の虚
    数部、qは零または自然数である。 2、上記金属チューブがニッケルで形成され、上記誘電
    体が、 0.49μm<t<0.57μm の膜厚tを満足するゲルマニウムである請求項1記載の
    中空光導波路。 3、上記金属チューブが銀で形成され、上記誘電体が、 0.49μm<t<0.59μm の膜厚tを満足するゲルマニウムである請求項1記載の
    中空光導波路。 4、上記金属チューブが銀で形成され、上記誘電体が、 0.79μm<t<1.02μm の膜厚tを満足するセレン化亜鉛である請求項1記載の
    中空光導波路。 5、上記金属チューブが銀で形成され、上記誘電体が、 0.82μm<t<1.07μm の膜厚tを満足する硫化亜鉛である請求項1記載の中空
    光導波路。 6、上記金属チューブが銀で形成され、上記誘電体が、 1.64μm<t<2.21μm の膜厚tを満足するフッ化カルシウムである請求項1記
    載の中空光導波路。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03184003A (ja) * 1989-12-14 1991-08-12 Hitachi Cable Ltd 誘電体内装金属中空光導波路を用いたレーザ加工装置
JPH0519124A (ja) * 1991-07-09 1993-01-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザプローブ
WO2005112014A1 (ja) * 2004-05-14 2005-11-24 Fujitsu Limited 光照射ヘッド、情報記憶装置、光照射ヘッド設計装置、および光照射ヘッド設計プログラム

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US7304916B2 (en) 2004-05-14 2007-12-04 Fujitsu Limited Optical head, information storage apparatus, optical head design apparatus, and optical head design program storage medium

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