The supercontinuum (SC) generations in a birefringent TeO₂-ZnO-Na₂O-Bi₂O₃ (TZNB) tellurite microstructured optical fiber (BTMOF) have been demonstrated by pumping near the zero-dispersion wavelengths (ZDWs) with a tunable picosecond erbium-doped fiber laser.

成果：

2024年度
本研究では，テルライトガラスの非線形屈折率をZスキャン法により波長0.8 μmで測定し，スーパーコンティニューム（SC）光発生に与える影響をシミュレーションで検討した．その結果，TLWMN, TZLB, TZNLは負の非線形屈折率を示し，SC光発生時のスペクトル拡がりは，従来報告されていた正の非線形屈折率と異なり，異常分散領域で自己位相変調や光波破壊が生じることを明らかにした．

2023年度
本研究では，中赤外分光応用に向けて，テルライトガラスを用いた偏波保持型全固体微細構造光ファイバを設計・作製し，単一偏波スーパーコンティニウム（SC）光の発生を実証した．扁平コア構造により波長分散と複屈折率を制御し，2.1 μm励起によるSC光の偏光性と帯域幅を評価した結果，高い消光比と広帯域な偏光SC光の発生を確認した．さらに，波長分散制御を強化するため，4ロッド構造を導入したファイバの設計と試作も行った．

2022年度
When the pump is polarized parallel with the x-axis of the BTMOF, the SC broadening is governed by the four-wave mixing (FWM), stimulated Raman scattering (SRS) and cross-phase modulation (XPM). The FWM signal can be generated from 1538 to 1293 nm, and the idler can be emitted from 1597 to 1907 nm. Due to the high nonlinear property of the BTMOF, the XPM between the FWM signal and idler can be significantly amplified by the cascaded FWM effect. When the pump is polarized parallel with the y-axis of the BTMOF, the SC is broadened by the Stokes and anti-Stokes SRS. A broadest Stokes SRS band with a 10-dB bandwidth of 232 nm is generated by pumping at 1545 nm with an average pump power of 23.8 dBm. Potentially, widely tunable fiber lasers can be developed by exploring the FWM or SRS in highly nonlinear tellurite fibers with tailored dispersion profiles. The SC evolutions agree well with the numerical simulation.

Here, an all-solid tellurite optical rod with a disordered transverse refractive index profile was first fabricated to study the transverse localization of light.

成果：

2024年度
本研究では、光イメージ伝送における解像度向上を目的として、屈折率差が1を超えるテルライトガラス-空気構造の横方向無秩序光ファイバ（TDOF）を作製した。高屈折率ガラス（TLWMN）チューブ内に低屈折率ガラス（TZNL）ファイバを1800本充填し、ガラス延伸時に温度を制御することで、高密度（約33%）の空孔を有するファイバ構造を得た。温度変化のサイクルにより空孔密度が増加し、理論サイズ（~1.1 µm）に近い空孔が多数観察された。一方で、中心部における空孔密度の不均一性が残された。

2023年度
空気-テルライトガラスランダム断面構造ファイバを作製することに成功した．これまで報告されている空孔を有するランダム断面構造ファイバと比較して空気/ガラス断面積比が約30％と高い．1.5μｍ帯での光閉じ込めが可能であることが確認できた．

2022年度
In the late 1980s, it was proposed that an optical wave system in which the refractive index profile is random in the transverse plane but is invariant in the longitudinal direction supported the transverse localization of light. The transport of optical images using transverse localization of light and its potential applications in biological and medical imaging were demonstrated by using a polymer optical fiber. The experimental results showed that after a CW probe beam propagated in our 5-cm-long fabricated tellurite optical rod, the beam became localized. With the potential of tellurite glasses such as high nonlinearity, broad transmission window and the control of the refractive index difference, the performance of image transport through a tellurite disordered optical medium by transverse localization of light is expected to improve in the near future.

Here, a tellurite step-index fiber with large core is fabricated to keep the zero-dispersion wavelength (ZDW) of the fundamental mode close to that of the material dispersion which is located in the near-infrared region.

成果：

2022年度
Four-wave mixing (FWM) in optical fibers is promising for wavelength conversion in optical networks due to its ultrafast response and high bit rate transmission. To further improve the performance of FWM-based wavelength conversion such as its bandwidth and conversion efficiency, the low nonlinearity of silica fibers should be improved by using novel highly nonlinear soft-glass fibers such as lead-silicate, bismuth-oxide, tellurite and chalcogenide fibers. By using a femtosecond pulsed laser pumped in the vicinity of the ZDW, it is expected to broaden and extend the bandwidth of the FWM-based wavelength conversion towards the near-infrared window for potential applications. When the pump wavelength was tuned from 1647 to 1795 nm, the signal was tuned from 1550 to 1434 nm, and the idler was generated from 1757 to 2400 nm. A 17.5 dB maximum signal gain at 1550 nm and +1.1 dB idler conversion efficiency at 1757 nm were obtained. When the pump wavelength was 1795 nm, the signal and generated idler wavelengths were 1434 and 2400 nm, respectively. To the best of our knowledge, this is the first time to demonstrate a FWM-based wavelength conversion performance whose wavelength spacing is ~966 nm (from 1434 to 2400 nm) in a tellurite step index optical fiber as short as 1 m.

We report here the design of a new chalcogenide hybrid microstructured optical fiber (HMOF) with a buffer layer around the core and its potential performance of tailoring chromatic dispersion and supercontinuum (SC) generation.

成果：

2022年度
The new chalcogenide HMOF has an AsSe₂ core. The refractive index difference ∆n between the AsSe₂ core and cladding material is supposed to be 0.3. The fiber microstructure and the ∆n between the core and buffer materials are designed in order to obtain broad anomalous dispersion regimes with near-zero and flattened chromatic dispersion profiles for broadband SC generation. Moreover, the suppression of chromatic dispersion fluctuation caused by fiber transverse geometry variation is investigated. By using the proposed chalcogenide buffer-embed HMOFs, the calculation shows that near-zero and flattened anomalous chromatic dispersion regimes from 4.5 µm can be obtained. When the variation of fiber structure occurs for ±1, ±5 and ±10 %, the chromatic dispersion fluctuation can be greatly suppressed. In addition, the calculation shows that a broad SC spectrum from 2.5 to more than 16.0 μm can be obtained when a 0.9-cm-long section of the new chalcogenide buffer-embed HMOF is pumped at 5.0 μm by a femtosecond laser with 1-kW peak power.

Here, we show a broad and flattened SC spectrum with 5-dB spectral flatness over 1060 nm spectral bandwidth by using a 20-cm-long segment of the fabricated tellurite HMOF.

成果：

2023年度
扁平コアを有するテルライト全固体微細構造光ファイバで波長分散と偏波保持特性を制御し, 単一偏波の中赤外SC 光を発生させることに成功した．

2022年度
Supercontinuum (SC) generation in optical fibers has been a topic of great interest because it can provide multiwavelength optical sources with high coherence and brightness which are useful for many potential applications such as wavelength division multiplexing transmission, optical frequency combs, spectroscopy and optical coherence tomography. However, SC spectra can also suffer from significant fluctuations in amplitude and it is important that the SC source is generated with low noise and with high spectral flatness. Recently, tellurite glasses have been employed for MOFs instead of silica glasses due to their high nonlinearity, wide transmission in the mid-IR region, low attenuation and high thermal stability. Several efforts have been devoted to obtain tellurite MOFs with flattened dispersion profiles because they can enhance the nonlinear spectral broadening and the spectral flatness of SC generation. But, they require very complex fiber structures which are difficult to be fabricated.
In order to control chromatic dispersion profile of tellurite fibers in higher extent but simplify their fiber structure, our group proposed a tellurite hybrid microstructured optical fiber (HMOF). The fiber was successfully fabricated and its chromatic dispersion was tailored to be near-zero and flattened with three zero-dispersion wavelengths at 1270, 1973 and 3627 nm.

In this work, we study the suppression of chromatic dispersion fluctuation and the performance of FOPA in a tellurite hybrid microstructured optical fiber (HMOF) with buffer layer by taking into account the variation in the core diameter and fiber transverse geometry.

成果：

2022年度
Fiber-based optical parametric amplification (FOPA) is one of typical applications of four-wave-mixing (FWM) in highly nonlinear optical fibers which can transfer energy from one or two strong pump fields to a weak signal field and generate a new idler field. Since FOPA can provide broad gain bandwidths and high signal gain in many spectral bands where other types of optical amplifier cannot reach, it has been exploited for various applications such as signal amplification, wavelength conversion, phase-conjugation, slow and fast lights, optical signal processing and biomedical applications. However, high efficiency of FOPA performance is not easy to be obtained. It requires suitable pump sources, optical fibers with high nonlinearity and appropriate designs of chromatic dispersion which can satisfy the phase-matching condition. One of important technical issues for FOPA performance is that phase-matching condition for FWM in optical fibers is very sensitive to the fluctuation of chromatic dispersion which is caused by the fiber transverse geometry variation. A new fiber structure has been reported to suppress the chromatic dispersion fluctuation for silica fiber on the supposition that only the core diameter varies along the fiber length.
It was shown that tellurite HMOF with buffer layer is more advantageous to suppress the chromatic dispersion fluctuation and to improve the FOPA signal gain and bandwidth than conventional tellurite HMOF without buffer layer. By optimizing the diameters and refractive indices of the core and buffer layer so as to effectively suppress the chromatic dispersion fluctuation, HMOF with buffer layer can be a promising medium to overcome the influence of fiber transverse geometry variation on the performance of FOPA.

現在，可視光イメージファイバを用いた内視鏡によって体内を直接的に観察し，患者への負担の少ない検査・手術が広く行われている．高解像度の赤外イメージ伝送が可能になると血管内の画像や人体内のサーモグラフィーが得られるようになり，内視鏡の適用範囲が拡がることで新たな診断・治療方法が実現できる．既存のイメージファイバでは赤外透過性の低い材料を使用しているため波長の長い赤外光を高い解像度で伝送することはできない．本研究課題では赤外光透過性の高い新規なガラス材料をもちいたイメージファイバを作製し，高い解像度の赤外イメージ伝送を実現することを目指す．

成果：

2025年度
本年度は，テルライトガラスを用いたランダム断面構造光ファイバにおいて，クラスタ形成を抑制する四つ葉型構造を設計し，ビーム伝搬法による最適化を行った．さらに実際にファイバを作製し，イメージ伝送評価を通じて構造の有効性を検証した．その結果，従来構造と比較して解像度向上の可能性を示し，高性能な赤外イメージ伝送ファイバ実現に向けた指針を得た ．

2024年度
本研究では、赤外領域における高解像度イメージングを目的として、テルライトガラスを用いた新規ランダム断面構造光ファイバ（FLOF: Four-Leaf Optical Fiber）を作製した。異なる屈折率を持つ2種類のガラスをランダムに配置しつつクラスタ形成を抑制した構造とし、波長1.55μmのレーザー光の伝搬に成功した。この構造によりアンダーソン局在効果が期待され、高精細なイメージ伝送への応用が可能であると示された。

2023年度
カルコゲナイドマルチコアファイバを作製することに成功した．波長9.3μｍにおいて高い解像度のイメージ伝送が可能であることを明らかにした．

2022年度
In 2017, Stone et al. presented a silica multicore fiber with low index contrast image thanks to a special structure where same sized cores would never be neighbors, decreasing significantly the crosstalk between cores. More recently, Tuan et al. successfully created a long (10cm) all-solid tellurite glass disordered fiber (TDOF) with good image transportation at different wavelength (1.4 to 1.6µm). It is, though, known that the problem of disordered fiber is that image transmission can be distorted due to oversized clusters of fibers of same refractive indices. By coupling these two research, this work tries to find how to obtain better results compared to the TDOF previously reported in view of coupling efficiency or image resolution by using a honeycomb-like network with different sized neighbor cores with controlled randomness.

2021年度
Programmation for beam pattern evolution of a new fiber structure was made and early interesting results started to appear

再生可能エネルギー源による発電量の増加により，リアルタイムで電流を計測する重要性が増している．光ファイバ電流センサは感電や漏電の危険性がなく，遠隔からの計測が可能という利点を有する．光ファイバによる電流の検出は，電流に付随する磁場が光ファイバ中の直線偏光を回転させることを利用するため，ヴェルデ定数の大きな材料が光ファイバ電流センサに適する．変形や温度変化に起因する応力によって偏光の乱れが生じることから，光弾性係数がゼロである材料を使用する必要がある．これらの条件を満たし，熱的安定性が高い材料として，鉛シリケートガラスが用いられてきた．しかし，近年，各国の規制により鉛の使用は制限されるようになり，光ファイバ電流センサ用の無鉛ガラスの開発が強く望まれている．本研究では，鉛シリケートガラスの代替可能なテルライトガラスを見出すことを目的とする．

成果：

2025年度
本年度は，テルライトガラスを用いた光ファイバ電流センサにおいて，クラッドモード抑制を目的としたオーバークラッド構造を導入し，単一モード導波路条件を満たすファイバの作製を行った．その結果，コアでの光伝搬を確認するとともに，クラッドモードの低減が達成された．これにより，テルライトガラスを用いた高精度電流センサ実現に向けた基盤が得られた．

2024年度
再生可能エネルギーの普及に伴い、スマートグリッド構築のため、リアルタイム電流計測が求められている。光ファイバ電流センサは電気絶縁性や耐ノイズ性に優れ、注目されているが、従来用いられてきた鉛ガラスは環境規制のため使用が困難になっている。本研究では鉛を含まないテルライト系低光弾性ガラスを用いて、磁気光学特性（ヴェルデ定数）を測定し、光ファイバを作製した。複数の組成の中で高い性能指数を示した材料を選定し、ファイバ化・伝搬試験を実施。光の閉じ込め効果に課題はあるものの、環境負荷の少ない代替材料としての有用性が示された。

2023年度
TeO₂-ZnO-Li₂O-Bi₂O₃系ガラスの組成探索により，光弾性率が実用材料よりも低いガラス組成を複数見出した．それらのガラスを用いてシングルモードファイバを作製し，磁場による偏光の回転を確認した．

本研究の目的は，カルコゲナイドガラスおよびテルライトガラスにおける非線形屈折率 n_2 の波長依存性を明らかにすることである．これにより，それぞれのガラスが持つ非線形光学応答の特性を系統的に比較・評価し，波長ごとの適切な材料選定や最適な励起条件の指針を得ることを目指す．特に中赤外領域における高効率な波長変換やスーパーコンティニウム光発生を実現するための基礎データとして，非線形屈折率の分散特性を明確化することが本研究の中心的課題である．

成果：

2025年度
今年度は，対象をカルコゲナイドガラスからテルライトガラスへと拡張し，熱的効果が非線形屈折率に及ぼす影響について詳細に検討した．特に，強パルス照射時に生じる局所的な温度上昇に着目し，その時間スケールおよび空間分布が非線形応答に与える影響を評価した．その結果，高強度条件下では電子応答に加えて熱レンズ効果などの寄与が無視できず，実効的な非線形屈折率が低下し，場合によっては負の値を示すことが明らかとなった．これにより，テルライトガラスにおける非線形光学応答は純粋な電子非線形性だけでなく，熱的寄与を含めた複合的な現象として理解する必要があることが示された．これらの知見は，高出力光源を用いた中赤外デバイス設計や非線形光学材料の評価において重要な指針を与えるものである．

2024年度
本研究では，Ge-As-Se系カルコゲナイドガラス（ChG）の非線形屈折率 n_2 を中赤外領域でZスキャン法により測定し，その波長依存性を明らかにした．2600～5000 nmの範囲で最大3倍の変動があり，3500 nm付近でピークが観測された．また，強度依存性の評価から，高強度では非線形吸収の影響が顕著になることが示された．さらにSC光発生のシミュレーションを行い，非線形屈折率のピーク波長で励起することで，帯域の広がりが最大になることを確認した．これらの結果は，中赤外分光や広帯域光源の設計に有用である．

本研究の目的は、赤外イメージ伝送用光ファイバとして注目されるランダム断面構造光ファイバ（TDOF）をより効率的に作製するため、相分離ガラスを用いた新たな作製手法を検討することである。従来のTDOFは複雑な線引き工程を必要とするが、本研究では相分離現象を活用することで工程の簡略化と高性能な構造の実現を目指す。そのために、相分離が生じるガラス組成を探索し、熱的安定性や結晶化挙動を評価することで、ファイバ化に適した材料を明らかにする。

成果：

2025年度
本研究では，TeO₂-B₂O₃-Ga₂O₃系相分離ガラスを対象に，赤外イメージ伝送用TDOF作製への適用可能性を検討した．その結果，相分離が起こりやすい組成上の素性を見出した一方で，ファイバ化には熱的および機械的特性に課題が残ることが明らかとなった．これにより，相分離の発現とファイバ作製性を両立する材料設計の必要性が示された．

2024年度
本研究では、赤外イメージ伝送に適したランダム断面構造光ファイバ（TDOF）を効率的に作製するため、相分離ガラスを用いた新たな手法を検討した。TeO₂-B₂O₃-Ga₂O₃系に注目し、脈理の有無や元素分布をもとに相分離の発現を確認した。さらに、組成や溶融条件を調整することで、熱的安定性と相分離の両立を図った。

本研究の目的は、Ga₂O₃をホスト材料とした低フォノンエネルギーガラスの中から、ファイバ化が可能であり、かつ潮解性による表面劣化を抑制できる組成を探索することである。特に、元素戦略的な観点から、希少元素を含むフッ化物ガラスやテルライトガラスに代わる新しいガラス材料としての可能性を有する組成の開発を目指す。

成果：

2025年度
本研究では，昨年度に見出した Cs₂O-Ga₂O₃ 系ガラスの有望組成を基に，ファイバレーザ材料としての実用性向上を目的として，組成の最適化および物性評価を進めた．特に ZnO，Nb₂O₅，Li₂O 添加系について，熱的安定性（ΔT）およびフォノンエネルギーの観点から詳細に評価を行った．その結果，いずれの系においてもベース組成と比較して結晶化に対する安定性が向上し，ファイバ化に適した特性を有することを確認した．さらに，ラマンスペクトル測定により，これらのガラスが低フォノンエネルギーを維持していることを明らかにした．
加えて，今年度はガラスの実用性に直結する潮解性の評価にも注力し，保存試験を通して表面変化の経時的挙動を調べた．その結果，特に Li₂O を添加した組成（CG10Li）において，従来組成で問題となっていた表面の劣化が大幅に抑制されることを確認した ．これにより，ガリウム酸塩ガラスにおいて，低フォノンエネルギーと高い熱的安定性に加え，耐環境性を兼ね備えた材料設計が可能であることが示された．
以上の結果から，最適化された組成はファイバレーザ用ホスト材料として有望であり，今後は実際のファイバ化およびレーザ発振特性の評価へと展開することが期待される．

2024年度
本研究では，ガリウム酸塩ガラスを用いたファイバレーザ材料のための組成探索を行った．Cs₂O-Ga₂O₃系のガラスにZnO，Nb₂O₅，Li₂Oを添加することで，潮解性の抑制と熱的安定性の向上を試みた．30 mol% Cs₂O–65 mol% Ga₂O₃–5 mol% ZnO（CG5Zn），30 mol% Cs₂O–65 mol% Ga₂O₃–5 mol% Nb₂O₅（CG5Nb），25 mol% Cs₂O–65 mol% Ga₂O₃–10 mol% Li₂O（CG10Li）はいずれも良好な熱安定性と低フォノンエネルギーを示し，ファイバ化に適していた．特にCG10Liは，保存試験においても表面変化が見られず，高い安定性を示した．これらの組成は，フッ化物ガラスやテルライトガラスの代替材料として有望であることが示された．