ニア・ファーフィールドパターン精密測定による光ファイバー内の真の導波モード推定

光ファイバーの周囲に塗付した色素ドープ薄膜が光励起によりレーザー発振することが多 数報告されている。 　光ファイバー内の伝播光の強度分布がファイバー外周部で強くなるように調整できれば効 率よく励起できることが期待できる。このような伝播モードが可能かどうかを調べることを 目的とした。

[実験方法] 　(1)〜ビーム・プロファイラーによる光強度測定〜 Nd/YAG SHGレーザーや半導体レーザー光�@を対物レンズ�Aで集光し、光ファイバ�Cに結合する。光ファイバー他端での伝播光のニア・フィールドパターンを顕微鏡�Eで拡大し、CCDカメラ(ビームプロファイラー)�Fで撮影する。光ファイバ�Cから出た光を光検出器で数?と出力されれば、主となる光はほぼ光ファイバ内を通過したものと推定できる。そうなる為に、対物レンズ�Aの調整をし、さらに光ファイバーコネクタ�Bを調整する。光ファイバ�Cをコネクタ�Dに接続し直して、�D〜�Fを光ファイバー�Cの光に沿って平行にし、顕微鏡�Eで光ファイバー�C出射口零距離の像(ニア・フィールドパターン)を検出できる。それぞれをビーム・プロファイラー�Fで検出する事で光ファイバ�C内の光強度の分布を知ることができる。 　(2)〜スペクトル・アナライザによるレーザー光の縦モード分布測定〜 光ファイバーからの出射光を�Eでコメリートし、平行光状態での光強度空間分布を�Fで撮影する。レーザー光の縦モード(波長軸上での発振強度分布)は、光ファイバー�Cをスペクトラム・アナライザー�Gへ接続して観測した。

図２のニアフィールドパターンでは、ファイバー中心部の光強度が弱く外周部に強く出ていることがわかる。また、図３のファーフィールドパターンでは中心部、外周部の区別はなく全体に光強度がばらついているのがわかる。 図４のスペクトラム・アナライザーのグラフでは周波数が661ｎｍ付近にピークが二つあるのがわかる。

実験１では、目的としていた結果がいきなり出てしまい、このことには何か原因があるのではと思い、ファイバーやレンズを調べて診た所、レンズに図５のようなレンズ中心に焼け付きが見られた

図５のレンズを焼き付きのない清浄レンズに取り代えて、ニアフィールドパターンを測定したものが図６になる。図の左側の２Ｄを見るとファイバーの中心辺りが最も光強度が強いことがだいたい見てとれる。図の右側の３Ｄ画像では、そのことがより解りやすく描き出されている。

同様にファーフィールドパターンを測定したものが図７になる

図８では、レンズを清浄レンズに交換した後でスペクトラムアナライザーでファイバーからでた光の各周波数での光強度を測定した。図４の時の様なピークが二つ出るような分布にはならず、６６１．５ｎｍに出たピーク一つだけに変わっていた。

また図９では、焼き付いたレンズのみが目的として提唱した、外周部に光強度が強く光る事に起因しているかどうかを確かめるために、改めて焼き付いたレンズでニアフィールドパターンを測定してみた所、図２で得られた様な中心部は弱く外周部に強く光強度が出るような結果が得られた。

図１０では図９と同じように、清浄レンズを上記と同じ理由により焼き付いたレンズに交換し、ファーフィールドパターンを測定したものである。 ファーフィールドパターンではニアフィールドパターンほどの変化はみられなかった。

結果としては、クラッドの外側にも光が抜けだしていることが測定したニアフィールドパターンの２Ｄの画像から解る。 　また対物レンズ中心の焼き付きが結果としては、功を奏した形となった。 図９、図１０からも解る通りレンズの焼き付きだけが、外周部に強く光強度を起こすものではなく、ファイバーの種類や長さまた巻き数、レンズからファイバーへの集光角度の様々な条件が影響しているのではないかと思われる。

【実験２】 クラッド層を除去すると、より励起しやすいと考え、エッチング前の外径をフッ化水素でエッチング処理を行い、コア層のみの光ファイバーを製作しました。

図１４では、中心部では、光強度が大きく、外周部にいくにつれてなだらかに小さくなっていくことがわかります。

エッチング処理後の光ファイバーでは、コア層の外周部に際立って光の励起が確認されました。

今後の展望 温今回の実験ではコア外周部に塗付した。色素が一種類だったため、比較検討が行いにくかった。真の導波モードを導くためにも数種の色素を使用した場合を試みる。