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テーパ光ファイバ UPDATE

国内特許コード P200016713
整理番号 5453
掲載日 2020年4月1日
出願番号 特願2010-015814
公開番号 特開2010-211192
登録番号 特許第5354605号
出願日 平成22年1月27日(2010.1.27)
公開日 平成22年9月24日(2010.9.24)
登録日 平成25年9月6日(2013.9.6)
優先権データ
  • 特願2009-028429 (2009.2.10) JP
発明者
  • 竹内 繁樹
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 テーパ光ファイバ UPDATE
発明の概要 【課題】テーパ光ファイバの比較的細いテーパ部に光を閉じ込めて光密度を高めて、さらにこのテーパ部において光干渉効果を誘起させ、様々な機能を発現させる。
【解決手段】ファイバの一部の直径が、長手方向に沿って変化するテーパ部を有するテーパ光ファイバにおいて、前記テーパ部が、光の干渉効果を誘起するように、光の伝搬方向に沿って周期的に屈折率が変調されている、テーパ光ファイバを提供する。好ましくは、前記テーパ部の形状は、光の干渉効果を誘起する周期的な構造を有する。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要

通常の光ファイバは、一般的に100μm以上の直径を有し、かつ同心円状に配置されたコアとクラッドを有する。コアとクラッドのそれぞれに、屈折率の異なる材料(例えばガラス)を用いる。それにより、コアへの光閉じこめを実現している。

一方、テーパ光ファイバとは、光ファイバの一部を加熱溶融して引き延ばすことにより、その直径を小さくした(細くした)光ファイバである。細くされた部分を「テーパ部」と称する。通常の光ファイバ部からテーパ部にいたる形状を適切に制御することで、通常の光ファイバ部に入射された光のほぼ100%が、テーパ部に導波されうる。

テーパ光ファイバのテーパ部の直径を、1μm以下とすることもでき、加熱時間や延伸速度を調整することでテーパ部の直径を400nm程度としたテーパ光ファイバも報告されている(非特許文献1および2)。ある一定以下の直径(例えば1μm以下の直径)のテーパ部では、コアとクラッドとが明確には区別されず、伝搬する光はテーパ部を構成する材料(例えばガラス)と、外気との屈折率差によって、テーパ部に閉じ込められる。したがってテーパ部には、光ファイバに入力された光の全てを、光の回折限界に近い断面積に閉じこめることもでき、非常に大きな光密度とすることもできる。

さらに、ある一定以下の直径のテーパ部を導波する光は、テーパ部の表面から外部(空気部)にエバネッセント波としてしみ出しながら伝搬する。このテーパ部表面でのエバネッセント波の強度は非常に大きく、条件によって最大強度の数十パーセントの強度にも達する。

上記のような特徴を活かして、テーパ光ファイバの応用研究が行われている。例えば、センサーとしての応用が試みられている。すなわちテーパ光ファイバのテーパ部に、標的となる分子が吸着することで、発光が異なるようなセンシング分子を付着させた場合、そのテーパ部での大きな光パワー密度により、微量の標的分子を高い感度で検出することができる(非特許文献3を参照)。また、テーパ部の代わりにテーパ部と結合した微小球共振器にセンシング分子を結合させても、標的分子を検出することができる(非特許文献4を参照)。

さらに、テーパ光ファイバのテーパ部に、ファイバーブラッググレーティング(FBG)により回折格子を形成する技術が知られている(非特許文献5などを参照)。具体的には、テーパ光ファイバのテーパ部(直径30μmまたは50μm)に、近赤外光を照射してコア-クラッドの屈折率を変調させていることが報告されている。しかし、テーパ部の直径が、波長に比べて10倍以上大きいため、表面でのエバネッセント波の強度は小さい。

一方で、光ファイバではなく、半導体導波路(channel waveguide)に、ブラッググレーティング構造を付与する技術が知られている(非特許文献6などを参照)。具体的には、Ge-SiOフィルムにレーザを照射して、マイクロメートルオーダーの半導体導波路を形成し、さらにその半導体導波路にブラッググレーティング構造を形成している。しかしながら、テーパ光ファイバのテーパ部とは異なり、半導体導波路に光を入力するのは一般的に困難である。

産業上の利用分野

本発明はテーパ光ファイバに、より具体的には、テーパ部の屈折率が周期的に変調されているテーパ光ファイバに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ファイバの一部の直径が、長手方向に沿って変化するテーパ部を有するテーパ光ファイバにおいて、
前記テーパ部は、前記ファイバにおけるコアおよびクラッドを有する光入射部になだらかな形状で接続し、
前記テーパ部の直径が、5μm未満であり、
前記テーパ部の形状が、光の伝搬方向に沿って周期的に実効屈折率が変調されて光の干渉効果を誘起するように、前記ファイバの延伸方向に沿って、一定間隔毎に前記テーパ部の周囲の全周または一部に設けられた畝状の凹凸を有する、テーパ光ファイバ。

【請求項2】
前記テーパ部の直径が、前記光ファイバを伝搬する光の波長と同程度かそれ以下である、請求項1に記載のテーパ光ファイバ。

【請求項3】
前記テーパ光ファイバの材質はガラスである、請求項1または2に記載のテーパ光ファイバ。

【請求項4】
前記周期的な構造が、特定範囲の波長を反射する反射鏡として作用する、請求項1~3のいずれか一項に記載のテーパ光ファイバ。

【請求項5】
前記周期的な構造が、特定範囲の波長を透過し、かつ他の特定範囲の波長の光を反射する周波数フィルターとして作用する、請求項1~4のいずれか一項に記載のテーパ光ファイバ。

【請求項6】
前記周期的な構造中に欠陥部を有し、
前記欠陥部において、特定範囲の波長の光の密度を高めることができる、請求項1~4のいずれか一項に記載のテーパ光ファイバ。

【請求項7】
請求項1~6のいずれか一項に記載のテーパ光ファイバと、前記欠陥部の近傍に設けられたレーザ媒質とを有する、レーザ発振器。

【請求項8】
請求項1~6のいずれか一項に記載のテーパ光ファイバを製造する方法であって、
コアおよびクラッドを有する光ファイバを用意するステップと、
前記光ファイバの一部を加熱溶融して、かつ引き延ばしてテーパ部を形成するステップと、
前記テーパ部の形状を加工して、周期構造を形成するステップと、を含む製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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