JPH02501416A - 光導波体の変形方法及び変形光導波体 - Google Patents

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】 先導波体の変形方法及び変形光導波体 この発明は先導波体、特に光ファイバのコアの変形方法及び変形した光ファイバ に関する。

単一モードシリカファイバ（＞　１０　ＧＷｃ　ｍ−２）の損傷しきい値は高い ので、光ファイバをラマン増幅ソリトン生成、超高速光学ゲート及び第二高調波 発生のような非線形効果に用いることができる。ピコ秒パルスの高いピークのノ くワーを用いてマルチモードファイバの自己集束を観察する第１の実験報告が行 なわれているが、ファイバの損傷は観察されなかった。光学損傷機構はＱスイッ チレーザ及びモード同期レーザを用いた高い電界強度におけるブリアン散乱ある いは誘電破壊に関係している。光ファイバの損傷は通常、発射端部で発生し、こ の端部は汚染の可能性を有し、散乱過程や端部破損によってレーザエネルギーを 吸収して融解することによって起こる。ファイバの光学的な損傷は医薬や工業に おけるノくワー伝達システム及びビット速度の高い非線形装置の設計者にとって 非常に重要である。一般的にノくワー伝達システムにも端部損傷が起こり、安全 設計及びコアイノくケーブルの操作に注意が必要である。１９８７年８月のノく ルデツク・ビーエル・ラッカー及びアルファノ・アール・アールによる光学書簡 １２（８）。

本発明の第１の側面によると、導波体の光学構成を変形する方法は導波体に光学 パワーを発射させ導波体の一部分の温度を上昇させる工程から成り、光学パワー 及び温度は構造変形が導波体に沿って光学パワー源にむかって伝播を開始しこの 伝播が保持されるのに十分に上昇する。

この場合“光学”という言葉は、可視光線とその各々の端部の赤外線及び紫外線 領域の部分をも含む光線の電磁スペクトル部分を意味し、この光線は光ファイバ のような誘電光学導波体によって伝達することができる。

導波体の一部分を加熱するとこの部分に伝達された光パワーによって光源に近い 部分に、レーザからのパワーの局部的な吸収に必要な条件が再生される。別の部 分に局部的な高い加熱が行なわれるとさらに光源に近い部分でも同様に吸収が行 なわれる。導波体中の局部的な吸収が促進されると導波体の損傷につながり、ひ いては導波体の光学的な特性、特に伝達性に局部的な変化が起こる。局部的な変 形の伝播は、十分な光学パワーが導波体に継続して送られる限り行なわれる。

導波体が光ファイバである場合は、光学パワーが与えられた時間で吸収される部 分がクラッドを通して強力な光を発するので伝播過程は目で追うことができる。

ファイバコアが次第に変形していくにつれ、局部的な発光もファイバに沿って光 源に向かって移動する。単一モードシリカファイバで必要とされるのは比較的低 いピークのパワー（０，５ワツト、３　ＭＷ　ｃ　ｍ−２）であり、いったん吸 収が始まると妨げられずに光源に向かって伝播し、伝達媒体に損傷を与える。

導波体の温度は伝播変形を開始するための色々な方法で上昇されることができる 。加熱は外部の加熱源、例えば光ファイバをスプライスするのに普通用いられる 溶融スプライサによって与えられる。または、例えば金属フィルムの付着した基 板をファイバの磨きファイバハーフカップラーブロックと接触させて設けること によってか（光学フィールドは金属フィルムを気化させてファイバを局部的に加 熱する）、あるいは光ファイバの端部を吸収材料に対して配置することによって 光学フィールドに吸収材料を設け、光パワーが吸収されてファイバ端部が局部的 に加熱されるようにすることもできる。

光ファイバの場合変形は中心が数ミクロンの弾丸形状のものが規則的に数ミクロ ン離間しており、回折装置の製造に適用される新規な構成である。

導波体の損傷は光源に近い提手さいため、周期的な損傷はいったん始まれば光学 源に戻ることがある。この効果は１．５ｋｍの光ファイバの端部で起こる。この 方法は光ファイバの不用の場合に速やかに実際的に適用され、例えば損傷光ファ イバを完全に使用することができないようにし、物理的にファイバを除去する必 要がなく副標率ファイバを不注意に結合することを回避している。

本発明の第２の側面によると、構造変形されたファイバはまた光学装置の基礎と して適用することもできる。

このように変形された光ファイバは例えば研磨して周期的に変形を露出させ、回 折格子を形成することができる。

変形している間に光ファイバから発光がゆっくりと（約ｌ　ｍ　ｓ−’）移動す るので、これは娯楽産業で特別な効果を発揮する。

本発明を添付図面を参照にして以下に説明する。

第１図は本発明による光ファイバを変形するのに適切な装置の概略的図である。

第２図は変形後の光ファイバのコアの再生を示す図である。

第３図は第２図に示された光ファイバの端部の再生を示す写真図である。

第４図は初期化された周期的な変形の溶融スプライサを示す光ファイバを示す写 真再生図である。

第５図は第４図に示されたファイバの周期的な変形を示す写真再生図である。

第６図はＤファイバの周期的な変形を示す写真再生図である。

第７図は本発明に従って変形したファイバから形成される毛細管を示す写真再生 図である。

第８図は変形ファイバの空洞にあるガスのラーマンスペクトルのグラフである。

第９図はファイバの変形伝達速度をコアパワーの関数として示すグラフである。

第１０図はファイバの変形の伝達速度をコアパワー密度の関数として示すグラフ である。

第１１図は単一モードファイバの吸収を温度の関数として示すグラフである。

第１２図はコアの変形期間におけるファイバからの発光の周期性を示すグラフで ある。

第１３図は３つの異なる型の光パワーに対するコア変形の写真図である。

第１４図及び第１５図は本発明による光学パワーリミッタによって保護される光 学回路の概略的図である。

第１図では１．０６４μｍで動作するモード同期Ｎｄ。

ＹＡＧレーザ２からの出力が、研磨されたファイバハーフカップラブロック６　 （ＨＣＢ）をその長手方向に沿っていくつかの箇所に備えた短い単一モードシリ カファイバ４に発射されている。出力パワーはパワーメータ８によって監視され る。

金属フィルム１２が付着した基板１０がＨＣＢに接触される。

ここでＨＣＢから発しファイバ４に沿って発射レーザ２に向かって伝播する強力 な青白いフラッシュを見ることができる。

パワーメータ８における出力パワーは速やかにゼロに下降する。

第２図には顕微鏡下で見られる変形されたシリカ光ファイバのファイバ構成が示 されている。ファイバの試験結果はいくつかの興味深い特性を示している。ＨＣ Ｂ６から発射端部までのファイバ４の全体的な長さは根本的に変えられ、ＨＣＢ ６は光学損傷を受けたご゛とを示した。損傷の開始時には先細りの部分が現われ て光学伝播が終息したことを示した。

穴がおいてごく少量のコア材料が失われた。第２図に示されるようにこの部分の すぐ後には数ミクロンの周期的な損傷の中心１３が高速に進展した。これらはフ ァイバの縦方向上に規則的に離間した弾丸状体である。二のｔＮ俗の中心は穴で あると認められた。この領域の局所的な加熱により穴は高速に拡大して融合し毛 細管を形成すると考えられる。第３図には第２図に示された損傷ファイバの端部 １４の写真が示されている。コア半径が４．７μｍ（非損傷時）から約９，７μ ｍに増加していることが明かである。損傷ファイバ端部１４は中心が小さなシリ ンダになっていて反射率が高い。これはガラスと後方のシリンダの間のインター フェイスによる。コアのすぐ周囲の領域はわずかに暗くなっている。

一般的に光学ファイバはコアへ損傷を与えずに数ワットのパワーを伝播すること ができる。損傷が生じた場合は、パワー出力が急速に減少し、ブリアン散乱ある いは局部的な加熱による物理的な損傷によって入力面が切断される。これは通常 長時間伝達した後やＱスイッチを用いることによって起こる。この明細書の場合 は平均パワー出力が約２ワツトであって約ｌＧＷｃｍ−２のピークパワー密度が 与えられるが、これはシリカの光学１８１Ｍしきい値より十分に下である。

ファイバの損傷はフィラメントの形成したバルク中や多重集束中心の自動集束損 傷に見られる損傷（１９７１年１０月４日のギウリアノ・シー・アール・アンド ・マルトバーガー・ジによるフィジカル・レビュー・レターズ２７　（１４）を 参照）と非常に似ているが、バルク材料に適用可能な既知の理論では本発明の方 法による周期的なフィラメント形成は説明されない。バルク媒体の周期的なフィ ラメント形成は、回折によってビームの発散及び効果の終息が保証されているた め比較的短い長さに限定される。本発明者は、導波体の場合局所的な損傷が臨界 しきい値を越えてしまうと、損傷が伝播することができる限り効果も伝播する可 能性があることを発見した。加熱自己集束によって光源に向かうフィラメントの 移動効果が示されるが、これが原因であるかどうかは明かではない。この工程の 基本的な駆動力は局所的な効果を生成するレーザからのエネルギーの伝達である 。損傷の中心周囲のすぐ周囲の領域がわずかに暗くなることで、ゲルマニア及び ／またはシリカ、すなわちＧｅＯ及びＳｉＯが減少した（両方とも暗く見える） 可能性が示される。

第４図には溶融アークが放出された後のファイバ端部が示されている。融解時の 表面聴力にによってファイバの端部は球形となり、それから大きな滴形状の空洞 が生じる。続いてそれよりも小さな空洞がある距離まで温度勾配の結果として形 成され、第５図に示されるように損傷が安定化してファイバの長さを通じてコア の周期的な再構成が多少行なわれる。

この効果の観察に対して可能な説明はいくつかある。効果が現われる条件はエネ ルギーに関係したものであることが指摘される。この工程は透明媒体（上記の例 ではファイバ導波体）が高度吸収性にされるか、あるいは非線形屈折率の実数部 が大きく増加するような方法で開始されなければならない。

誘電体は例えば液体から気体相に相変化すると高度に吸収性になることは良く知 られている。初期点においては局所的な温度上昇が起きて、ファイバコアのガラ ス融点である約１７００℃を越えることは明らかである。このため吸収が非常に 増加し、それによってさらに温度が上昇することが考えられる。伝播損傷部位に おけるファイバからの発光強度によって、コア領域には誘電破壊によりプラズマ が形成されることが示される。このためプラズマ加熱によって加熱フロントの伝 播機構が生成され、吸収点がレーザ源に向けて移動する。

吸収係数ａが大きい場合は、ａ−１の距離で入って来るレーザ放射が吸収される 。これは前の吸収中心とすぐに接触している必要はなく、接触しない場合は第２ 図に示された損傷の中心が分離する。非線形的に伝播する場合も同じように説明 することができる。過程の力学は機構に内在する性質に依存するが、本発明は上 記分析の正確性に時存するものではないことは理解されなければならない。

この過程の別の機構では励起状態吸収が起こる。初期過程によって強力な放射が 起こり、コアドーパントＧｅＯ２の２５０ｍｍ付近の励起状態のエネルギーに及 ぶ。このため非線形的な回折及び吸収が増大し、同様の過程になる。

モードフィールドの幅及び入力パワーの異なるファイバについて幾つか実験が行 なわれた。初期の結果ではこの過程が保持されるしきい値が存在することが示さ れており、これは約３００ＭＷｃｍ”であると測定された。従って実効的非線形 性は、７　Ｘ　１０”　ｍ２ｖ−２の自己集束が起こっており、これはゆっくり であるがシリカに比較して非常に大きいと仮定して計算される。また１、５ｋｍ の単一モードファイバの遠隔端部からこの過程を開始しすぐその後に停止するこ ともでき、ファイバの長さに沿った損傷の可能性も示された。しかし別の実験で は１５０ｍのファイバを完全に変形したが、これがこれまで実験した内で最も長 いファイバである。

変形過程は幾つか異なる方法で開始することができる。適当な金属表面とファイ バ４の出口を接触させることによって、初期フィラメントを形成するのに必要な 条件が生成される。

またアーク溶融ファイバ結合装置によっても開始点を形成することができ、この 場合は溶融アークが発せられるとファイバの出口端部がビニルフロア被覆と接触 して変形工程が開始する。吸収材料は高温になるものなら何でも良い。しかし初 期過程は完全に理解されているわけではなく、現在調査中である。熱は外部の加 熱源によって発生されるか、あるいは導波体に与えられた光学パワーからのエネ ルギー吸収によって発生される。

加熱フローの大ざっばなモデルでは伝導や放射拡散による熱の損失はないものと 仮定し、計測データと良く一致している。このモデルでは蒸発点の小さな局部的 な損傷中心部の温度は３０００℃であると予想している。損傷中心部の大きさは 入力パワーとも一致する。計測データによれば１０５ｍの場合、約２　Ｘ　１０ −１５　ｍ　３の各々の損傷部は１ワツトの入力パワーである。従ってｍｓ”の 移動速度は、Ｖ−Ｅ／　（ＶρＣＮ） によって与えられる。ただし、■は中心部の容積、ρはガラスの密度、Ｃは比熱 容量、Ｎは１ｍあたりの中心部の数、Ｅは入力エネルギーである。これによって 約１　ｍ　ｓ　−１の損傷中心部の移動速度が与えられるが、これは計測された 速度に近い。各損傷中心部ができるには、約１０μｓの間に１１００ｐｓＦＷＨ の約７５０のパルスが必要である。概略的なモデルではシリカの昇華エネルギー や材料の比熱容量の温度による変化は考慮されていない。加熱はほとんど瞬間的 なものであり一定容積であるとみなすことができるので、これらの変化が最終的 な結果に与える影響はごく小さいように思われる。

第６図にはＤ形状ファイバにおいてクラッドが除去されてコアがほとんど露出し ている状態のファイバが損傷を受けた後のファイバコアの周期的な再構成が示さ れている。空洞は矢頭のように形成される。損傷空洞の形状はファイバの状態に 依存しているので、熱拡散によって空洞の形状は決まるはずである。損傷過程の 結果としてＧｅＯｘ及びＳｉＯｘが形成され、酸素は空洞内に遊離することが認 められる。ファイバの一部分を続けて加熱することによって、第７図に示されて いるように損傷の中心部から毛細管が形成される。空洞部の加熱が突然拡大する のは、なんらかの圧力がかかっているからであろう。

ガスを検出し副酸化物があるかどうかを識別するために、マイクロプローブラー マン研究が行なわれた。初期の結果では空洞内に約４気圧の酸素分子があること が示された。第８図にはラーマンスペクトルが示されており、酸素の特徴的な振 動帯域が１５５５ｃｍ”にあることが明確に解像されている。圧力は大気中の酸 素のスペクトル曲線下の領域を比較することによって計算された。

損傷過程の伝播速度を調べるためにｃｗモード同期のＮｄ：ＹＡＧ及びアルゴン レーザが用いられた。レーザの出力は、開口数及びスポット寸法の両方の大きさ を連続的に変えることができる最適の構成を使用して単一モードファイバに発射 された。従って異なる型の単一モードファイバへ効率よくレーザを発射すること が可能であった。発射された光学パワーを選択するために、λ／２プレート及び 偏光子から成る光学減衰器が用いられた。ファイバホルダの局部的な加熱による 温度ドリフトを最小限にするために、ファイバはシリカのＶ型溝に納められた。

各々の計測の前には出力メータによって出力が監視された。ファイバの出力端部 から１ｍ離間して、集積ファイバ開口部を備えた２個の小面積のＲＣＡシリコン フォトダイオードが設けられ、ファイバはこの端部間で引き延ばされる。フォト ダイオードの出力はインターバルカウンタをスタートさせたり停止するためのト リガーとして用いられた。

伝播特性を比較するためにＡ％Ｂ及びＣの３つのファイバが用いられた。表１に は屈折率曲線及びコア／クラッド屈折率差等のファイバの詳細が示されている。

Δｎ及びコア半径は異なるように選択された。これらのパラメータによってレー ザ波長でファイバに発射された光学パワーのモードフィルド幅が決まる。平均パ ワーレベルでＣＷ及びモード同期が０．７乃至２．４ワツトで変化する場合、１ ．０６４μｍで動作するＮｄ：ＹＡＧレーザに関していくつかの計測が行なわれ た。５１４ｍｍで動作するアルゴンレーザの場合、光学パワーのＣＷ動作が０． ５乃至２．２５ワツトで変化するファイバＢについて計測が行なわれた。

表　１　ファイバのデータ ｎ　おけるスポ ット寸法 Ａ　段　４　Ｘ　１０−’　８．０５　＃　Ｂ、０４ａＢ　三角形　５．４８Ｘ １０−’　５．４Ｏｎ　４．８ＢｓＣ三角形　８　Ｘｌ０−’　５．４０　ｔｎ ｓ　３．９４伸上記の計測のためにここでは２つの方法で過程が開始された。レ ーザパワーを同時に伝送するファイバの出力端部において高温を生成するのにア ーク溶融接合装置が用いられるか、あるいは塗布されているか金属が被覆されて いる表面と出力端部と接触するときに生成される熱によって自動的にスタートす る。１．０６４μｍではファイバの発射端部に向かって局部的な強い青白いフィ ラメントが伝播するので工程の開始は明かである。５１４ｎｍでは同じように後 方に伝播するレーザ放射の強い散乱が見えるため、現象はマスキングされる。

しかしアルゴン系遮断安全ガラスを通してプラズマ様の発光が見える。スタート ／停止トリガーパルスは両波長の散乱放射の結果としてフォトダイオードによっ て検出される。

損傷伝播ニ ７０種類の計測すべてが実行され平均化された。第９図に示されたデータでは出 力光学パワーに関する各ファイバの伝播速度が示され、異なる傾斜の直線的関係 が見られる。しかし第１０図に見られるようにコア中のパワー密度に関してデー タを描いたとき、コアの平均パワー密度の直線的な関係がある。この場合傾斜は はっきりと同一である。この現象を生じるのに必要なエネルギー密度はすべての ファイバでおおよそ一定であることがわかる。傾斜は約５ＸＩＱ”　ｍ’　Ｊ− ’である。

５μｍの損傷の中心部の長さおよび光源のパワーの吸収が正味５Δであることに 基づいて、吸収係数αは１００ｃｍ’付近であることが計算される。吸収レベル が非常に大きいために、αが反映する吸収の変化から、カラーセンターの形成に より吸収されることが示される。部分的には高温における電子雪崩イオン化かシ リカの導電性の増大によるものと考えられる。熱フローモデルは複雑であるため 、ゲルマニウム及びシリコンの副酸化物を形成するための溶融エネルギーを得る のに必要な温度上昇を見積るためには手元にあるデータとシリカの比熱に依存す る温度に関する刊行物のデータを用いて簡単な熱吸収の計算が行なわれた。これ は２５００℃付近である。しかし問題を数値的に分析するために有限要素法を用 いたダイナミツフナ熱拡散モデルが試みられており、別に報告されている。変形 過程を維持するしきい値は、損傷伝播が停止するまでの入力パワーを減少させる ことによって計測された。しきい値はモード・フィールド幅の平方に反比例する 熱拡散時定数の関数である。従って各ファイバに対して異なるしきい値が予想さ れる。しきい値の正確な計測は減衰器における粗移動によって困難である。しか し第６図には各ファイバに関する損傷が伝播できなくなる温度より下のパワー密 度が示されている。ファイバＢでは約０．７ワツトＣＷの最小パワーに対応する 最小レベルは約３．２ＭＷｃｍ−２である。

第６図にはまた５１４ｎｍにおけるデータが示されている。

波長がより短い場合に高いモードが存在することによって、標準化は困難である 。データの散乱はパワー密度を計算するのに用いられるフィールド幅の見積の結 果である。ここでも傾斜はＹＡＧ計測に同等であり、同じ様な関数特性を示して いる。ファイバＡの場合しきい値は１．０６４μｍの計測データと良く一致する 。

非線形吸収： この現象に関する機構は温度と共に吸収が増大することに関係していると思われ た。単一モードファイバのスルーブツトの変化を計測するために実験が行なわれ 、ファイバは炉中で加熱された。１ｍのファイバは１１００℃の温度まで加熱さ れ、一方で出力パワーを監視した。１．０６４μｍでの発射パワーは故意に低く 保持され、温度と共に増大する吸収によって光学加熱を通してエラー結果は生成 されない。第１１図には温度の関数としての減衰が示されている。１０５０℃付 近で損失はシャープに増大する。５０度の範囲ではほぼ２０００ｄＢｋｍ”　（ ４，６Ｘ１０−’ｃｍ−’）で減衰が増大する。わずかに温度が上昇すると、指 数的に上昇するように見える減衰によって、案内されたモードのパワーは非常に 短い長さに渡って強く吸収される。第３次の非線形性の対応する増加があり、そ れによって自動集束が起こると考えられる。

周期的な発光： 損傷中心部が周期的に形成されるのを検出するためにファイバＢで別の実験が行 なわれた。プラズマ様の発光は空洞形成の速度の関数となる変調があると思われ る。ファイバは微孔毛細管を通して、光電子増倍（ＰＭＴ）の前を通り、別の同 じような毛細管を通るようにアルミニウムハウジングに挿入される。したがって アルミニウムハウジングはＰＭＴ用の光に対して密閉された容器を形成する。フ ァイバにパワーが発射され、ハウジングの出口毛細管を越えた所で損傷が開始す る。ＰＭＴの出力は１２５ＭＨｚの過渡デジタル化オシロスコープ上に表示され 、ＰＭＴ表面を横切る走査をされた損傷としてデータが記録された。ＰＭＴに入 射する光のレベルを調節して出力の直線性を確保するために、ファイバの前には フィルタを挿入した。

変調を獲得するためにいくつかの方法を試みた。計測は一定しないが、出力の構 成は損傷の中心部と相関関係がある。

第１２図には過渡デジタル化オシロスコープ出力が示されており、拡大しておら ず時間窓はより小さい。周囲発光の背景には発光変調が見られるが、変調度は小 さい。これは驚くべきことではなく、発光温度は熱拡散によるもので波動を減少 させる傾向があり、ダイナミックな温度変化は小さく保持される。

伝播速度を計測して決められる中心部間の一時的な分離は、ファイバに発射され たパワーに対して約３３μｓである。ブラズマ様発光で計測された変調はまた３ ３．３μｓの周期であり、損傷中心部の周期性と良く一致する。

一時的効果 モード同期は３つのファイバの損傷伝播速度にはほとんど効果がないが、損傷中 心部の形状はわずかに変化する。ファイバの形状、光学パルス幅及び平均パワー の間の関係を正確に見積ることは困難である。しかしこの関係は熱拡散時定数に 関係し、また光学パワー密度の低周波数統計波動や導波体の局部的、周期的、変 化ともおそらく関係がある。入力パワー状態に関する空洞形成の量的な変化を観 察することができる。第１３図ａには、ファイバへの入力パワーが２ワツトであ る場合には１４．８μｍで形成し分離する空洞の型が示されている。空洞は前端 部が丸くなっている大きな水滴形状である。しかし空洞はシャープで面取りされ た後端部を有している。このシャープな後端部はこれまで述べたすべてのサンプ ルに見られる特徴である。１９０　ｐ　ｓ　（ＦＷＨＭ）のモード同期されたパ ルスでは、空洞の長さは短いが（第１３図ｂ）直径はより大きい。最後に１００ ｐｓモード同期パルスでは、空洞は細長いベル形状であり平均直径はさらに小さ い（第１３図Ｃ）。上記観察により、変形効果は入力光学パワーの一時的な特性 に反応し、この光学パワーは実験で用いられる１１００ｐｓＦＷＨの最も狭いパ ルスまで下降する。結果として非線形性は高速であると考えられ、ピコ秒の領域 で使用可能である。

上記の観察では動作の安全性、光導波装置の試験及びパワー伝達システムに関し て重要な問題が生じる。ファイバ中の平均パワー密度は約１０ＭＷｃｍ−２であ った。その結果単一モード導波装置の平均パワー密度は非常に低く限定され、装 置は潜在的に破壊される危険性もある。融点の低い材料から成る装置では限度は さらに低いと思われる。集積光学装置に用いられるような別の導波体でもメカニ ズムは明確であり、特にパワー伝達装置では著しい。

しかしこの現象によって異なる材料でのレーザ損傷過程を“制御″して検査する ことができる。導波体のコアに特定材料を導入することによってこの材料の損傷 を観察することも可能である。損傷過程期間中光ファイバの両端部間に新しい材 料の薄い銀を挾むことによって光学装置の適応性を査定することができる。

平均パワーが高い多くのファイバは損傷も大きくなる可能性がある。ファイバハ ーフカップラブロックのような金属あるいは非線形材料の被覆と相互作用する次 第に消失するフィールドを用いた光学装置の構成では、平均パワーを高くしてそ の集積性を確保する必要がある。ファイバレーザの高速成長領域は、用いられて いるポンプ及び空洞パワーが高いので危険性のある別の領域である。将来的には ファイバレーザは高いパワーを生成することが予想されるため、このような損傷 を受け安い。

吸収メカニズムにはさらに基本的な問題も起こる。吸収はゆるやかであると考え られており、現在の見積ではほんの少量の光学パワー（５Δ）が吸収されると思 われる。これが例えばドーパントを注入したり別の装置材料を用いたりすると変 化して、しきい値がミリワットの単位となる可能性があると多くの装置ユーザに 関係が生じる。

さらにこの効果の応用の可能性がある。ファイバのコアに高温プラズマが発生す ると、例えばファイバのコアに計画的に設けられたガスで満たされた小さな探針 空洞があることがわかる。ガスとプラズマの相互作用は空洞を通って伝播するプ ラズマとして観察される。プラズマの温度はコアのパワー密度を変えることによ って変化させることができ、現在では効果の発生は容易な、調和したものになっ ている。

構成を周期的に規則的に変化させるための変形光ファイバは回折格子の製造に適 用される。

本発明はさらに、光導波体システムあるいはこのようなシステムのパーツを、シ ステムに与えられた光パワーが増大し偶然に自己伝播構成変形が始まることによ る大きな損傷から保護する光パワーリミタにも適用される。

第１４図に示されている光学システム２０では、レーザ光パワー源２から光パワ ーが第１の光ファイバ２２に発射され、このファイバ２２は第２の光ファイバ２ ４に光学的に直列に結合され、さらにこのファイバ２４は別の装置（図示されて いない）に結合されている。光ファイバ２２は表面が金属フィルム１２で被覆さ れている基板１０と接触するＨＣＢ６を備え、これらは結合されて光パワーリミ タ２３を構成している。ファイバ２２及び２４の特性はレーザ２によって光パワ ーがファイバ２２に導入されると金属フィルム１２が光学フィールドとの相互作 用で、ファイバ２４を損傷する可能性のあるより少い光パワーにより第１図に示 されたような方法で、例えば構成変形の伝播を開始し保持することによって、構 成を周期的に変形させるように、選択される。

従ってこのような構成ではファイバ２２が初期パワーより大きな光パワーでは非 伝達性となってファイバ２４を大きな損傷から保護するため、パワーリミタとし て作用する。ファイバ２２が損傷を受けると、ファイバ２４にレーザ２を再結合 するには損傷を受けた部分のみを交換する必要があるに過ぎない。

本発明による光パワーリミッタはまた第１５図に示されたようなレーザから遠い 装置あるいは導波体の保護にも適用することができる。レーザ２からは光ファイ バ２６を通して過剰な光パワーから保護する装置、例えばスイッチ２８に第１４ 図に示された光パワーリミタを介して先パワーが与えられる。この場合パワーリ ミタは、スイッチの損傷しきい値パワーよりも小さくまたファイバ２６への伝播 を保持するのに必要な光パワーより小さいパワーで、コアの周期的な再構成が開 始するように構成される。本発明による光パワーリミタによって他の導波体ある いは装置の組合せを保護することができることも明かである。

本発明は上記の特定の実施例のみに適用可能であるのではなく、上記のコアの構 成変形の伝播が得られるような任意の光導波体及び変形を開始する任意の方法に も適用可能である。

ＦＩＧ、４゜ １２５／ＪＩＴ＋ １０．２ｍ ＦＩＣＩｉ、９゜ ｆ毘Ｊ艷？）鶏壜にとし１り輩−モードフ１イ）＜−４’り剛Σ心（国際調査報 告 １″１Ｍ″ｅＮｌｌＡ＄″””””　ＰＣＴ／Ｇ３８Ｂ１００７７５

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. （１）導波体に光パワーを発射し、導波体の一部分の温度を上げることから成る 導波体の光学構成を変える方法において、光パワー及び温度の上昇が構成の変形 が導波体に沿って光パワー源に向かって伝播するのに十分である導波体の光学構 成を変える方法。
2. （２）導波体が光フアイバである請求の範囲第１項記載の方法。
3. （３）光フアイバが単一モード光ファイバである請求の範囲第２項記載の方法。
4. （４）温度の上昇が導波体付近の光パワーを吸収する材料によって生じる請求の 範囲第１項乃至第３項のいずれか１項記載の方法。
5. （５）吸収が導波体の端部に吸収体を設けることによって行なわれる請求の範囲 第４項記載の方法。
6. （６）金属フイルムが研磨されたハーフカップラブロックと接触して光源からの エネルギーを吸収する請求の範囲第４項記載の方法。
7. （７）温度の上昇が外部の加熱源によって行なわれる請求の範囲第１項乃至第３ 項のいずれか１項記載の方法。
8. （８）加熱源が溶融スプライサである請求の範囲第７項記載の方法。
9. （９）光パワー源がモード同期レーザである請求の範囲第１項乃至第８項のいず れか１項記載の方法。
10. （１０）レーザが１．０６４μｍで動作するＮｄ：ＹＡＧレーザである請求の範 囲第９項記載の方法。
11. （１１）請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれか１項記載の方法によって形成 される同期構成を有する光学導波体。
12. （１２）請求の範囲第１１項記載の方法に従って光導波体を研磨し、導波体の変 形構造を露出させる回折格子の製造方法。
13. （１３）光学装置と直列に結合された第１の光導波体を備える光導波体ネットワ ークにおいて、第１の光導波体が、導波体に沿って光パワー源に向かう構造変形 の伝播が光学装置の損傷しきい値より下の光パワーで開始され保持されるように 構成されている光導波体ネットワーク。
14. （１４）光学装置が第２の光導波体である請求の範囲第１３項記載の光学ネット ワーク。
15. （１５）第２の光導波体の損傷しきい値が、第２の光導波体に沿って構成変形の 伝播を保持するのに必要な光パワーである請求の範囲第１４記載の光学ネットワ ーク。
16. （１６）構成変形が請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれか１項に記載された 方法によって開始され保持される請求の範囲第１３項乃至第１５項のいずれか１ 項記載の光学ネットワーク。