多波長赤外光共用超低損失ガラス中空導波路の開発

1993 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 04555082
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 宮城 光信 東北大学, 工学部, 教授 (90006263)
• 研究分担者: 本郷 晃史 日立電線(株), アドバンスリサーチセンター, 主任研究員 ; 黄 礼豊 東北大学, 工学部, 助手
• キーワード: 赤外波 / 中空導波路 / 誘電体内装導波路 / 炭酸ガスレーザ / 一酸化炭素ガスレーザ / 最小侵襲医療 / 光伝送装置

研究概要

赤外波長帯での光を効率よく伝送する為のガラス中空導波路を実現するために、本年度に於ては、昨年度の研究を継続し、硫化亜鉛内装銀中空導波路で特に波長2.94ミクロンのエルビウムヤグレーザ、5.3ミクロンの一酸化炭素ガスレーザの光を低損失に伝送できる導波路の研究を行なった。極めて滑らかな内面を持つ導波路を製作する為に、従来のアルミニウム母材の代わりに、酸溶解ガラスを新たに用いた。ガラスパイプのハンドリングの容易さ、エッチングに対する安定さの観点より、このガラスパイプに更にポリイミドで被覆し母材とした。伝送路からの出射ビームがガウス型とする為に、伝送路の径を従来の1.5ミリから0.8ミリに変え、伝送路の細径化を行なった。波長2.94ミクロン、5.3ミクロン、10.6ミクロンの光を伝送する硫化亜鉛内装銀中空導波路の製作技術を確立した。エルビウムヤグレーザ光用の伝送路は現在歯科用として、幾つかの研究機関に評価を依頼している。
一方、内面が完全に滑らかで、しかも長尺のガラス中空導波路を製作することを目的とし、ガラスキャピラリー内面にコートし、更に液相法により誘電体をコートするという手法を考案した。銀鏡反応により、銀をコートしたパイプ内に、耐環境性に優れ、しかも光学特性に優れた弗素樹脂を液相法でコートする手法である。予備実験の結果、長尺伝送路製作の可能性が十分確かめられた。
細径伝送路への高効率な励振条件を調べるために、伝送路の細径化に伴う中空導波路のモード構造を理論的に解析した。内装導波路の場合、内装誘電体の厚さの変化に対し、モード構造は複雑に変化することが分かった。

研究成果

• [文献書誌] M.Saito: "Loss characteristics of infrared hollow waveguides in multimode transmission" J.Opt.Soc.Am.A. 10. 277-282 (1993)
• [文献書誌] Y.Kato: "Asymptotic analysis of mode transition in general class of circular hollow waveguides at the infrared frequency" IEEE Trans.Microwave Theory & Tech.41. 733-736 (1993)
• [文献書誌] S.Sato: "Infrared hollow waveguides for capillary flow cells" Appl.Spectroscopy. 47. 1665-1669 (1993)
• [文献書誌] Y.Matsuura: "Er:YAG,CO,and CO_2 laser delivery by ZnS-coated Ag hollow waveguides" Appl.Opt.32. 6598-6601 (1993)
• [文献書誌] Y.Kato: "Fabrication of non-toxic and durable fluorocarbon-coated silver waveguides for the infrared:a new approach" Proc.SPIE. 2084. 27-34 (1993)
• [文献書誌] Y.Matsuura: "Fabrication and transmission properties of ZnS-coated Ag waveguides for Er:YAG,CO,and CO_2 laser light" Proc.SPIE. 2084. 6-13 (1993)
• [文献書誌] S.Abe: "Local attenuation and field changes in uniformly bent overmoded slab hollow waveguide" Electron.Lett.(in press). (1994)
• [文献書誌] M.Nomoto: "Graphical representation of mode selectivity in hollow waveguides with and without inner dielectric layer:Slab model" Opt.Commun.(in press). (1994)
• [文献書誌] Y.Kato: "Numerical analysis of mode structures and attenuation in dielectric-coated circular hollow waveguides for the infrared" IEEE Trans.Microwave Theory & Tech.(1994)
• [文献書誌] Y.Kato: "New fabrication technique of fluorocarbon polymer-coated hollow waveguides by liquid-ohase coating for medical application" Proc.SPIE(in press). 2131. (1994)
• [文献書誌] M.Saito: "Hollow glass waveguides for mid-infrared light transmission" Jpn.J.Appl.Phys.33. 164-168 (1994)