過剰に吸収するため、適さない場合がある。ファイバの半径方向に均一な加熱を達成するためには、レーザビームを分割して多方向から照射を行う必要がある。これは、波長10.6 μmのCO2レーザが供給する発熱密度が高すぎるためである（図５）。より均一な加熱を実現するためには、比較的低い吸収率をもつ波長のレーザが適している。市販のCO2レーザとは異なり、我々が開発した波長2.8 μmのErファイバレーザは、約1.0のM2値で高品質のビームを提供し、最大30 Wの安定した出力を実現している6)。 本研究は、波長2.8 μmの連続波Erファイバレーザを用いてPOFの融着接続を実証したものである。この装置は接着剤や他の処理を必要とせずにPOFを加工することができる。さらに、これらのファイバの樹脂は2.8 μmで適度なエネルギー吸収を示すため、POFに照射されるレーザビームを分割する必要もない。本手法の有効性は、融着後のPOFの光透過率、引張強度および曲げ強度を評価することで検討された。 図５■厚さ0.2 mmのPMMAフィルムの赤外線透過スペクトルと、ErファイバレーザおよびCO2レーザの発光線 図６■中赤外ファイバレーザを使用したPOF融着の実験装置の概略図、(a)装置全体、(b)Y軸から見た図、(c)Z軸から見た図 ■・ ■実験装置■本実験では、市販のPOF（PMMA製、直径0.5 mmのESKA-GCK-20E、三菱ケミカル製）を使用した。図６はPOFの融着に使用した実験装置の概略図である。ここで、図６(b)と図６(c)は、それぞれY軸およびZ軸方向から見た図である。この装置では、焦点距離20 mmのCaF2レンズが2.8 μmのレーザビームを焦点に合わせ、焦点でスポットサイズを15 μmにした。予備実験の結果に基づき、レーザの焦点はPOFの反対側の表面から1.0 mmの距離に位置させた（図６(b)）。この構成により、ファイバの均一なの増加に伴い22 µJから14 µJに減少した。最大ピークパワー1.1 kWは5 kHzで達成され、40 kHzの繰り返し率でも0.6 kWの高いピークパワーが維持された。 このシステムの比較的高いスロープ効率は、励起ビームモードと共振器モードの良好なモードマッチングにより実現された。Fe:ZnSe結晶上の励起スポット直径は約210 µmと推定された。TEM00モードを仮定すると、結晶中のレーザーモード直径は210〜220 µmと計算された。励起吸収率が現在のシステムで52％に過ぎないため、さらにパワースケーリングのためには、Fe:ZnSe結晶の長さを最適化する必要がある。これまでに報告された強制Qスイッチまたは利得スイッチ技術を用いたFe:ZnSeパルスレーザは、励起光源の繰り返し率の制限のため、1 kHz以下の繰り返し率が一般的であった。半導体飽和吸収ミラー（SESAM）を用いた受動QスイッチFe:ZnSeレーザでは、繰り返し率が100 kHzを超えることが報告されているが、パルスエネルギーはサブµJレベルであり、ピークパワーは10 W未満であった。例えば、フッ化物やカルコゲナイドガラスファイバーを用いた中赤外スーパーコンティニューム生成のためには、少なくとも数kWのピークパワーが必要である。本システムでは、集光ビーム直径50 µmを仮定すると、集光強度およびフルエンスはそれぞれ56 MW/cm2および1.1 J/cm2に達する。1 J/cm2のフルエンスがあればガラスやポリマーのレーザ加工用光源として実用化が期待できる。近年、半導体レーザ励起Erドープ固体レーザの高出力化が進んでいる。これらの高出力な3 µm帯レーザは、Fe:ZnSeレーザの励起光源として適しており、今後の更なる高出力化が期待される。 ３．中赤外ファイバレーザによるプラスチック光フ■・■■概要■中赤外レーザ光源は、分光法、外科手術、センサなど多くの用途において重要な技術として認識されている。過去10年間で、中赤外ファイバレーザの高出力化に関して顕著な進展があった。我々のグループは、2.8 μmの安定した高出力産業用エルビウムドープファイバレーザを開発し、この技術の応用を探求してきた３,４）。このレーザの用途の一つとして、将来の通信システムに組み込まれる可能性のあるプラスチック光ファイバー（POF）の融着接続が挙げられる。POFは、コスト効率、安全性、柔軟性、および、センシングデバイスとしての利用など、さまざまな利点を有する。これまでにPOFの融着接続のために試行された手法として、電気アーク融着やポリエーテルエーテルケトン（PEEK）チューブを使用した熱融着などがある5)。電気アーク融着は、高温を必要とするシリカガラスファイバーに広く利用されているが、POFへの利用では熱的な劣化を引き起こす可能性がある。CO2レーザはPOFの融着接続の代替手段として使用できるが、ポリメチルメタクリレート（PMMA）などの低融点ポリマーはCO2レーザ光をァイバの融着接続 − 271 −
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