JPH01312510A - 中空光導波路 - Google Patents
中空光導波路Info
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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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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
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。
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 【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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63143569A JP2643315B2 (ja) | 1988-06-13 | 1988-06-13 | 中空光導波路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63143569A JP2643315B2 (ja) | 1988-06-13 | 1988-06-13 | 中空光導波路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01312510A true JPH01312510A (ja) | 1989-12-18 |
| JP2643315B2 JP2643315B2 (ja) | 1997-08-20 |
Family
ID=15341803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63143569A Expired - Lifetime JP2643315B2 (ja) | 1988-06-13 | 1988-06-13 | 中空光導波路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2643315B2 (ja) |
Cited By (3)
| 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 |
-
1988
- 1988-06-13 JP JP63143569A patent/JP2643315B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| 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 |
| 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2643315B2 (ja) | 1997-08-20 |
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