特開 2023-10588 テーパ状のコアを有する光ファイバ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023010588

(43)【公開日】2023-01-20

(54)【発明の名称】テーパ状のコアを有する光ファイバ

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/02 20060101AFI20230113BHJP

   G02B 6/04 20060101ALI20230113BHJP

【ＦＩ】

G02B6/02 411

G02B6/04

G02B6/02 356

【審査請求】未請求

【請求項の数】20

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022089569

(22)【出願日】2022-06-01

(31)【優先権主張番号】63/203,127

(32)【優先日】2021-07-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/447,373

(32)【優先日】2021-09-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】515288122

【氏名又は名称】ルーメンタム オペレーションズ エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】Ｌｕｍｅｎｔｕｍ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ＬＬＣ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100225543

【弁理士】

【氏名又は名称】上原 真

(72)【発明者】

【氏名】リチャード ディー ファウルハーバー

(72)【発明者】

【氏名】マーティン エイチ メンデル

(72)【発明者】

【氏名】パトリック グレッグ

(72)【発明者】

【氏名】ジェームズ ジェー モアヘッド

【テーマコード（参考）】

2H250

【Ｆターム（参考）】

2H250AA06

2H250AA64

2H250AB02

2H250AC12

2H250AC23

2H250AC25

2H250AC32

2H250AC33

2H250AC37

2H250AH42

2H250BA32

2H250BB22

2H250CA02

2H250CA32

2H250CA39

2H250CB12

2H250CC23

(57)【要約】      （修正有）

【課題】非理想的な光学系では、ＢＰＰ値が大幅に大きくなることがあり、それにより、ビーム品質を損なわせ得る。
【解決手段】いくつかの実施態様において、光ファイバが、コアとコアを囲むクラッドとを含み得る。コア及びクラッドは、光ファイバに沿って光伝播方向に導光し得る。コアは、光ファイバの一部分で光伝播方向にテーパを有し得る。コアの直径が、光ファイバの上記部分においてクラッドの直径とは関係なく縮小し得る。
【選択図】図1A

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光ファイバコンバイナであって、
包囲管と、
該包囲管内に束ねられた少なくとも１つの光ファイバであり、
コア及び
該コアを囲むクラッド
を含み、前記コア及び前記クラッドは、前記少なくとも１つの光ファイバに沿って光伝播方向に導光し、
前記コアは、前記少なくとも１つの光ファイバの一部分で前記光伝播方向に予備成形テーパを有し、且つ
前記コアの直径は、前記少なくとも１つの光ファイバの前記部分で前記クラッドの直径とは関係なく縮小する
光ファイバと、
を備えた光ファイバコンバイナ。

【請求項2】

請求項１に記載の光ファイバコンバイナにおいて、前記少なくとも１つの光ファイバの前記クラッドの前記直径は、前記コアが前記予備成形テーパを有する前記少なくとも１つの光ファイバの前記部分で一定である光ファイバコンバイナ。

【請求項3】

請求項１に記載の光ファイバコンバイナにおいて、前記コアの前記直径に対する前記少なくとも１つの光ファイバの前記クラッドの直径の比が、前記少なくとも１つの光ファイバの前記部分における前記コアのテーパ比とは無関係である光ファイバコンバイナ。

【請求項4】

請求項１に記載の光ファイバコンバイナにおいて、前記少なくとも１つの光ファイバの前記部分の第１端における前記コアの前記直径に対する前記クラッドの前記直径の第１比が、前記少なくとも１つの光ファイバの前記部分の第２端における前記コアの前記直径に対する前記クラッドの前記直径の第２比とは異なる光ファイバコンバイナ。

【請求項5】

請求項４に記載の光ファイバコンバイナにおいて、前記第２端は、前記光伝播方向で前記第１端に続き、且つ
前記第２比は、前記第１比より大きい光ファイバコンバイナ。

【請求項6】

請求項１に記載の光ファイバコンバイナにおいて、前記包囲管は、該包囲管の入力端から該包囲管の出力端にかけてテーパ状である光ファイバコンバイナ。

【請求項7】

請求項１に記載の光ファイバコンバイナにおいて、前記包囲管内に束ねられた前記少なくとも１つの光ファイバは、前記包囲管内に束ねられた、予備成形テーパを有するコアを有する複数の光ファイバを含む光ファイバコンバイナ。

【請求項8】

光ファイバであって、
コアと、
該コアを囲むクラッドと
を含み、前記コア及び前記クラッドは、光ファイバに沿って光伝播方向に導光し、
前記コアは、前記光ファイバの一部分で前記光伝播方向に非延伸テーパを有し、且つ
前記コアの直径が、前記光ファイバの前記部分で前記クラッドの直径とは関係なく縮小する光ファイバ。

【請求項9】

請求項８に記載の光ファイバにおいて、前記光ファイバの前記クラッドの前記直径は、前記コアが前記非延伸テーパを有する光ファイバの前記部分で一定である光ファイバ。

【請求項10】

請求項８に記載の光ファイバにおいて、前記コアの前記直径に対する前記光ファイバの前記クラッドの直径の比が、前記光ファイバの前記部分における前記コアのテーパ比とは無関係である光ファイバ。

【請求項11】

請求項８に記載の光ファイバにおいて、前記光ファイバの前記部分の長さが５００ミリメートル未満である光ファイバ。

【請求項12】

請求項８に記載の光ファイバにおいて、前記非延伸テーパは断熱的である光ファイバ。

【請求項13】

方法であって、
コア及び該コアを囲むクラッドを含む光ファイバを得るステップであり、前記コア及び前記クラッドは、前記光ファイバに沿って光伝播方向に導光するステップと、
前記光ファイバの一部分で、前記光伝播方向にテーパを有するように前記コアを形成するステップであり、
前記コアの直径が前記光ファイバの前記部分で前記クラッドの前記直径とは関係なく縮小する
ステップと、
を含む方法。

【請求項14】

請求項１３に記載の方法において、前記テーパを有するように前記コアを形成するステップは、
前記クラッドの前記直径が前記光ファイバの前記部分の第１端から前記部分の第２端にかけて拡大するように、前記光ファイバの前記部分において前記クラッドから材料を除去するステップと、
前記クラッドの前記材料が除去される前記光ファイバの前記部分において、前記光ファイバをテーパ化して前記テーパを有する前記コアを形成するステップと、
を含む方法。

【請求項15】

請求項１４に記載の方法において、前記テーパを有する前記コアの前記直径は、前記部分の前記第１端から前記部分の前記第２端にかけて縮小する方法。

【請求項16】

請求項１４に記載の方法において、前記光ファイバは火炎テーパ化を用いてテーパ化される方法。

【請求項17】

請求項１４に記載の方法において、前記光ファイバは、前記クラッドの前記直径が前記光ファイバの前記部分で一定であるように、テーパ化される方法。

【請求項18】

請求項１３に記載の方法において、前記テーパを有するように前記コアを形成するステップは、
前記光ファイバの前記部分において前記光ファイバをテーパ化して、前記テーパを有する前記コアを形成するステップと、
前記クラッドの前記直径が前記光ファイバの前記部分で一定であるように、テーパ化される前記光ファイバの前記部分において、前記光ファイバの前記クラッドから材料を除去するステップと、
を含む方法。

【請求項19】

請求項１３に記載の方法において、前記光ファイバの前記部分は別個の光ファイバを含み、且つ
前記テーパを有するように前記コアを形成するステップは、
前記別個の光ファイバのクラッドから材料を除去するステップと、
前記別個の光ファイバを光ファイバ先行物に接続して前記光ファイバを得るステップと、
前記別個の光ファイバを含む前記光ファイバの前記部分において、前記光ファイバをテーパ化して前記テーパを有するコアを形成するステップと、
を含む方法。

【請求項20】

請求項１３に記載の方法において、
前記光ファイバと少なくとも１つのさらなる光ファイバとを包囲管内に束ねるステップ
をさらに含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願の相互参照］
本願は、２０２１年７月９日に出願された「ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＢＥＲ ＦＯＲ Ａ ＳＩＧＮＡＬ ＣＯＭＢＩＮＥＲ」と題する米国仮特許出願第６３／２０３，１２７号の優先権を主張する。この先行出願の開示を本特許出願の一部とみなし、参照により本特許出願に援用する。

【0002】

本開示は、包括的には、光ファイバコンバイナとテーパ状のコアを有する光ファイバとに関する。

【背景技術】

【0003】

光学系において、ビーム品質は、概して特定の条件下（例えば、ビーム発散の制限下）でレーザビームがどの程度集束できるかの指標となる。例えば、高いビーム品質は、レンズでのビームの集束により波面が平面状の場所にビームを集束させることができるような平滑な波面（例えば、ビームプロファイルにわたる強い位相相関）を意味する。他方では、ビーム品質が低いビームは、ビーム集束をより困難にする乱れた波面を有し得る（例えば、所与のスポットサイズでのビーム発散が大きくなる）。ビーム品質の定量化に用いられることが多い１つのメトリックは、ビームパラメータ積（ＢＰＰ）であり、これはビーム半径（ビームウエストで測定）とビーム発散半角（遠視野で測定）との積として定義される。概して、ＢＰＰ値が大きくなるとビーム品質は低下し、またその逆も同様である（例えば、ＢＰＰが大きいほど低いビーム品質に繋がり、ＢＰＰが小さいほど高いビーム品質に繋がる）。概して、最小実現可能ＢＰＰ値はλ／πであり、これは、波長λを有する理想的なガウスビームに相当する。例えば、１０６４ナノメートル（ｎｍ）波長を有するビームの最小限のＢＰＰ値は、約０．３３９ミリメートル・ミリラジアン（ｍｍ－ｍｒａｄ）である。ビームが薄いレンズ等の無収差光学系を通して送られると、ＢＰＰは不変のままか又は増加が最小限であり得る（例えば、著しく悪化しない）（例えば、レンズがビームウエストで発生させる焦点の半径が小さく又は大きくなる場合、ビーム発散はそれに対応して大きく又は小さくなる）。しかしながら、非理想的な光学系では、ＢＰＰ値が大幅に大きくなることがあり、それにより、ビーム品質を損なわせ得る。例えば、１つ又は複数の光学コンポーネントが、ビーム発散半角の対応した減少を伴わずにビーム半径を増大させる場合、ＢＰＰ値は大幅に大きくなり得る。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

いくつかの実施態様において、光ファイバコンバイナは、包囲管と、包囲管内に束ねられた少なくとも１つの光ファイバとを含む。少なくとも１つの光ファイバは、コア及びコアを囲むクラッドを含むことができ、コア及びクラッドは、少なくとも１つの光ファイバに沿って光伝播方向に導光する。コアは、少なくとも１つの光ファイバの一部分で光伝播方向に予備成形テーパを有することができ、コアの直径は、少なくとも１つの光ファイバの上記部分でクラッドの直径とは関係なく縮小し得る。

【0005】

いくつかの実施態様において、光ファイバは、コアと、コアを囲むクラッドとを含み、コア及びクラッドは、光ファイバに沿って光伝播方向に導光する。コアは、光ファイバの一部分で光伝播方向に非延伸テーパを有することができ、コアの直径が、光ファイバの上記部分でクラッドの直径とは関係なく縮小し得る。

【0006】

いくつかの実施態様において、方法は、コア及びコアを囲むクラッドを含む光ファイバを得るステップであり、コア及びクラッドは、光ファイバに沿って光伝播方向に導光するステップを含み得る。本方法は、光ファイバの一部分で、光伝播方向にテーパを有するようにコアを形成するステップであり、コアの直径が光ファイバの上記部分でクラッドの直径とは関係なく縮小するステップを含み得る。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1A】ビーム合成の１つ又は複数の例を示す図である。

【図1B】ビーム合成の１つ又は複数の例を示す図である。

【図2】例示的な光ファイバの図である。

【図3】テーパ状のコアを有する光ファイバの製造に関する例示的なプロセス３００の図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下の例示的な実施態様の詳細な説明は、添付図面を参照するものである。異なる図面における同一の参照符号は、同一又は同様の要素を示し得る。

【0009】

さまざまなレーザアーキテクチャが、ハイパワーレーザ源を高いビーム品質（例えば、高い放射輝度又は輝度）で動作させることができる。しかしながら、既存のレーザアーキテクチャには制限があり、レーザ用途によっては、任意の既知のレーザ技術で実現可能であると考えられるものよりも高いレーザパワー及び／又は輝度を必要とする。高いレーザパワーを必要とするレーザ用途で起こる別の問題は、ハイパワーレーザシステムが少数しか開発製造されておらず、そのせいで装置が高価なことである。ハイパワーレーザシステムにおける課題及び／又は制限に対処することが可能な解決手段の１つは、ビーム合成の使用であり、これは、（例えばレーザアレイ状の）複数のレーザ源からの出力を合成して単一の出力ビームを得る光学系を指す。したがって、個々のレーザがスケーラブルでないとしても、スケーラブルなビーム合成技術を使用することで、パワースケーラブルなレーザ源につながり得る。

【0010】

図１Ａ及び図１Ｂは、マルチキロワット（ｋＷ）ファイバレーザのパワースケーリングに用いることができるビーム合成の１つ又は複数の例１００を示す図である。図１Ａに示すように、レーザモジュール及びコンバイナの手法を用いて、最大パワーを達成するよう１つ又は複数のレーザモジュール１１０を構成することができ、続いて、より大きな全システムパワーを達成するように、光ファイバコンバイナ１２０（例えば、信号コンバイナ）を介して複数のレーザモジュール１１０を組み合わせることができる。レーザモジュール及びコンバイナの手法で用いられる一般的な方策は、複数の入力ファイバ１３０を束状に融着し、束を包囲管（例えば、ガラス管、毛管等）に充填し、管を入力ファイバ１３０上で潰すことである。入力ファイバ１３０は、（例えば、入力ファイバ１３０の組み合わせたクラッドが出力ファイバ１４０のサイズに一致するまで）目標の初期直径に達するようにテーパ領域１２２にわたってエッチング及び／又はテーパ化され得る。束状に融着された入力ファイバ１３０は、続いてテーパウエスト１２４（例えば、コンバイナ１２０の直径が最小である場所）で切断することができ、束状の入力ファイバ１３０は、続いて出力ファイバ１４０に接続することができる。

【0011】

例えば、図１Ａに示すように、図示のコンバイナ１２０は、３つの入力ファイバ１３０が束としてガラス管又は別の適当な包囲管１３６に充填される、３：１コンバイナである。各入力ファイバ１３０は、円形のコア１３２と、円形のコア１３２を囲む円形のクラッド１３４とを含む。続いて、アセンブリを融着しテーパ化することができ、これによりコア１３２から各クラッド１３４へ光が漏れる。したがって、融着されたクラッド１３４には、レーザモジュール１１０から出る光が照射される。図１にさらに示すように、融着されテーパ化されたアセンブリは、出力ファイバ１４０のコア１４２に直径のサイズが一致させられる。コンバイナ束と出力ファイバ１４０とが続いて接続されて、光ファイバコンバイナ１２０が完成する。

【0012】

ビーム合成を用いる光学アセンブリ又は光学系において、１つの設計目標は、出力パワーを倍増させることだが、別の重要な設計目標は、放射輝度が出力パワーとほぼ同程度に増加するようにビーム品質を保つことである。したがって、図１Ａに示すレーザモジュール及びコンバイナの手法を用いる光学系において、通常の目標は、ビームパラメータ積（ＢＰＰ）の増加ができる限り小さく且つパワーの損失がないように、レーザモジュール１１０を組み合わせることである。例えば、上述のように、ＢＰＰは、ビーム半径とビーム発散角との積を概して指す。ＢＰＰは、ＢＰＰが小さいビームほど大半の材料加工用途に好ましいという点でエントロピーと同様又は類似である。さらに、ＢＰＰは、通常は増加しやすく且つ減少し難い又は減少不可能である。

【0013】

Ｎ個のレーザモジュール１１０を組み合わせた光学系において、理論上完璧なコンバイナ１２０は、出力ＢＰＰを個々の入力レーザモジュール１１０のＢＰＰの

倍に増加させる。定性的には、発散角を維持しながら全ビーム面積がＮ倍に増加し、ＢＰＰは面積の平方根として増減するので、ＢＰＰの増加が起こる。

【0014】

主発振器出力増幅器（ＭＯＰＡ）を用いた単一のレーザモジュールのパワーのスケーリングには、誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）等の非線形効果を回避するために、大きな直径のコア１３２を有する入力ファイバ１３０の使用が必要であり得る。大きなコア１３２を有する入力ファイバ１３０は、多数のモードをサポートでき、シングルモード源又は少数モード源に対する合成を困難にする。したがって、上述のような大きな直径のコア１３２を有する入力ファイバ１３０を用いるコンバイナ１２０では、ＢＰＰの悪化を助長する可能性がある。

【0015】

上述のように、ファイバ束を加熱しテーパ化すると、入力ファイバ１３０のコア１３２の直径が縮み、元のサイズのコア１３２によりサポートされていたファイバモードは、縮小サイズのコア１３２によりサポートされなくなる。これは、全て又はほぼ全ての光が、コア１３２ではなく、ファイバ束の周囲の空気又は包囲管１３６に組み込まれた低屈折率ドープガラス（例えば、フッ素（Ｆ）ドープガラス）に閉じ込められた入力ファイバ１３０のクラッド１３４で導光されるまで続く。コア１３２により導かれ、コア１３２からクラッド１３４に遷移する各開始モードが、開始モードと同じモード次数の単一のクラッドモードすなわち同じＢＰＰを有する単一のクラッドモードに遷移する場合、コンバイナ１２０のテーパは断熱的とみなすことができる。

【0016】

図１Ｂは、図１Ａのコンバイナ１２０で用いられる入力ファイバ１３０の例を示す。入力ファイバ１３０は、光伝播方向１５０にテーパを有し得る。例えば、入力ファイバ１３０のコア１３２は、光伝播方向１５０にテーパ状であり得る。すなわち、入力ファイバ１３０のコア１３２の直径が光伝播方向１５０に縮小し得る。この例の続きとして、入力ファイバ１３０のクラッド１３４は、光伝播方向１５０にテーパ状であり得る。すなわち、入力ファイバ１３０のクラッド１３４の直径が光伝播方向１５０に縮小し得る。

【0017】

入力ファイバ１３０のテーパの幾何学的形状は、テーパ長、テーパ比（すなわち、最終直径に対する初期直径の比）、及び／又はクラッド径とコア径との比（ＣＣＤＲ）により規定され得る。断熱的なテーパを可能にするには、ＣＣＤＲが最小限に保たれるべきであり、通常はテーパに沿って均一である。例えば、あるモードがテーパ状のコア１３２から放出される際に、ＣＣＤＲが比較的小さい場合、このモードは単一のクラッドモードに断熱的に遷移する可能性が高い。しかしながら、ＣＣＤＲが比較的大きい場合、放出されているモードは、コア１３２から放出されたモードにほぼ位相整合した高次のクラッドモードに大きくパワー結合され得る。これにより、テーパで生じる高次モード内容に起因してＢＰＰが大きくなるが、それは高次モードほど断熱性が制約的であり、それにより低次モードに対して小さいＣＣＤＲ又は長いテーパが必要となるからである。したがって、比較的大きいＢＰＰを伴う入力ビームは、断熱テーパを得るために（例えば、所与のテーパ比及びテーパ長で）比較的小さいＣＣＤＲを必要とする。

【0018】

テーパ長及びテーパ比は、共にコア１３２の直径の変化率を規定する。概して、コア１３２の直径の変化率が比較的小さい場合に、テーパはより断熱性が高い。同様に、次式１に示すテーパ角Ωが比較的小さい場合に、テーパはより断熱性が高い。

【数1】

【0019】

上述のように、テーパ長、テーパ比、及びＣＣＤＲは、テーパが断熱的か否かを決定する。さらに、テーパ長、テーパ比、及びＣＣＤＲは、相互に影響し合うことがある。例えば、大きいＣＣＤＲは長いテーパにより軽減することができる。通常、設計制約（例えば、レーザ筐体サイズ、フォームファクタ等）がテーパ長に制限を設ける。さらに、テーパ比は、コアからクラッドへ放出されるモードの割合を決定する役割を果たす。高マルチモードステップインデックスファイバでは、適当な導波モード数Ｎが式２により与えられる。

【数2】

【0020】

式中、ＶはファイバのＶナンバを指し、式３により与えられる。

【数3】

【0021】

式中、Ｄはコア径であり、λは光の波長であり、ＮＡはコアとクラッドとの間の屈折率コントラストに関する。

【0022】

各ファイバモードは、特定のカットオフＶナンバを有し、それ未満では閉じ込められなくなる（例えば、シングルモード導波路のＶナンバは２．４未満であり、その理由は、これがＬＰ１１、すなわち２番目に低い次数のモードのカットオフＶナンバだからである）。したがって、コンバイナ１２０又は入力ファイバ１３０のテーパがテーパの端でコア１３２から全部又は一部の数のモードを放出する場合、コア１３２の最終直径は固定される。したがって、上述のように、コア１３２のサイズがパワースケーリングのために増大するほど、より大きなテーパ比が特定の最終コアサイズの達成に必要である。

【0023】

さらに、上述のように、束ねられた入力ファイバ１３０は出力ファイバ１４０に接続され、出力ファイバ１４０は、ＳＲＳに対処するために比較的大きな直径のコア１４２を有し得る。したがって、輝度を保つために、束ねられた入力ファイバ１３０は、できる限り出力ファイバ１４０のコア１４２を満たすべきである。束ねられた入力ファイバ１３０のコア１３２が大幅に縮んでモードを放出するので、テーパウエスト１２４におけるＣＣＤＲは、出力ファイバ１４０を満たすのに十分なほど大きくなければならず、これにより、上述のようなＣＣＤＲ最小化を妨げる。さらに、入力パワーの増加に入力コアサイズの拡大（例えば倍増）が必要な場合、テーパ比及びクラッド１３４の直径を維持することで、最終コア１３２が比較的大きくなり且つテーパウエスト１２４におけるコア１３２内により多くの光が保持され得ることにより、ＢＰＰが悪化する。さらに、クラッド１３４の直径を同一に保ちつつ最終コアサイズの拡大を回避するためにテーパ比を増加させると、出力ファイバ１４０の充填不足が起こることにより、ＢＰＰが悪化する。したがって、所望の最終コア径を達成すると共に出力ファイバ１４０の特定の目標直径を満たすには、非断熱的なテーパとなり得るＣＣＤＲの増加が必要である。

【0024】

本明細書に記載のいくつかの実施形態は、ＣＣＤＲがテーパ比及び／又はテーパ長の影響を受けない光ファイバに関する。特に、光ファイバのコアのテーパは、光ファイバのクラッドの直径とは無関係であり得る。これにより、例えば、テーパの端で比較的大きいＣＣＤＲ（例えば、出力ファイバのコアを満たすのに望ましい可能性がある）と、テーパの始まりで比較的小さいＣＣＤＲ（例えば、高次モードであるほどテーパの始まりの近くでコアを離れ得るので、ＢＰＰ悪化の防止に望ましい可能性がある）とが可能である。いくつかの実施態様において、光ファイバのテーパは（例えば、コンバイナのために光ファイバを束ねる前に）予備成形され得る。例えば、光ファイバの一部分を加工して、その部分の第１端からその部分の第２端（光ファイバの端と一致する）にかけて拡大するクラッド径を形成することができる。この例を続けると、加工された光ファイバをテーパ化して、コアをテーパ状にすることができ、これによりＣＣＤＲはテーパ比から切り離される。テーパ化済みの光ファイバは、１つ又は複数のさらなるテーパ化済みのファイバと束ねられて、光ファイバコンバイナの包囲管に充填され得る。

【0025】

このようにして、ＣＣＤＲ及びテーパ比が独立したパラメータであるような光ファイバを製造することができる。これにより、コア径が大きいファイバを用いる非常にハイパワーの用途又は短いテーパ長が望まれ得る用途で必要であり得るテーパ断熱性が改善する。さらに、予備成形テーパを有する光ファイバを用いたコンバイナは、高輝度及びハイパワーを伴う高品質ビーム（例えばＢＰＰが小さい）を生成することができる。

【0026】

上記のように、図１Ａ及び図１Ｂは一例として提供されている。他の例は、図１Ａ及び図１Ｂに関して記載したものとは異なる場合がある。

【0027】

図２は、例示的な光ファイバ２００の図である。光ファイバ２００は、コア２０２とコア２０２を囲むクラッド２０４とを含む。さらに、光ファイバ２００は、クラッド２０４を囲むバッファ２０６（例えばコーティング層）を含み得る。コア２０２は、第１屈折率を有するガラス又は同様の材料を含み得る。クラッド２０４は、第２屈折率を有するガラス又は同様の材料を含み得る。バッファ２０６は、ポリマー材料を含み得る。

【0028】

コア２０２及びクラッド２０４は、光ファイバに沿って光伝播方向２５０に導光することができる。図２に示すように、コア２０２は直径Ｄ１を、クラッド２０４は直径Ｄ２を有し得る。以下で説明するように、コア２０２の直径Ｄ１及び／又はクラッド２０４の直径Ｄ２は、光伝播方向２５０に変化し得る。

【0029】

図２に示すように、コア２０２は、光ファイバ２００の部分２０８で光伝播方向２５０にテーパを有し得る。いくつかの実施態様において、部分２０８は、５００ミリメートル（ｍｍ）未満、２５０ｍｍ未満、又は１００ｍｍ未満の長さを有する。図３に関連して説明するように、テーパは予備成形テーパであり得る。さらに、テーパは断熱的であり得る。

【0030】

テーパに関連して、コア２０２の直径Ｄ１は、部分２０８の第１端から部分２０８の第２端にかけて光伝播方向２５０に縮小し得る（例えば、第２端は光ファイバ２００の端と一致し得る）。いくつかの実施態様において、コア２０２の直径Ｄ１は、クラッド２０４の直径Ｄ２とは関係なく縮小し得る。すなわち、部分２０８において、コア２０２の直径Ｄ１及びクラッド２０４の直径Ｄ２は相互に無関係であり得る。換言すれば、部分２０８において、コア２０２の直径Ｄ１の変化率とクラッド２０４の直径Ｄ２の変化率とは等しくない。

【0031】

いくつかの実施態様では、部分２０８において、コア２０２の直径Ｄ１に対するクラッド２０４の直径Ｄ２の比（すなわちＣＣＤＲ）は、コア２０２のテーパ比とは無関係であり得る。例えば、部分２０８において、クラッド２０４の直径Ｄ２が一定であり得る一方で、コア２０２の直径Ｄ１は縮小し得る。すなわち、部分２０８において、コア２０２がテーパ状であり得ると共に、クラッド２０４が非テーパ状であり得る。別の例として、部分２０８において、コア２０２の直径Ｄ１が第１割合で縮小し得る一方で、クラッド２０４の直径Ｄ２は第２割合で縮小し得る、且つ／又は拡大し得る。さらに別の例として、部分２０８において、コア２０２の直径Ｄ１が一定の割合で変わり（例えば縮小し）得る一方で、クラッド２０４の直径Ｄ２は一定でない割合で変わり（例えば縮小且つ／又は拡大）し得る（例えば、クラッド２０４の表面が波状であり得る、且つ／又は光ファイバ２００の中心軸に対して少なくとも２つの異なる角度で延び得る）。

【0032】

いくつかの実施態様において、部分２０８におけるコアの直径Ｄ１に対するクラッド２０４の直径Ｄ２の第１比（すなわち第１ＣＣＤＲ）は、部分２０８におけるコア２０２の直径Ｄ１に対するクラッド２０４の直径Ｄ２の第２比（すなわち第２ＣＣＤＲ）とは異なる。特に、部分２０８の第１端におけるコアの直径Ｄ１に対するクラッド２０４の直径Ｄ２の第１比（すなわち第１ＣＣＤＲ）は、部分２０８の第２端におけるコア２０２の直径Ｄ１に対するクラッド２０４の直径Ｄ２の第２比（すなわち第２ＣＣＤＲ）とは異なり得る（例えば、第２端は光伝播方向２５０で第１端から続く）。部分２０８の第２端における第２比は、部分２０８の第１端における第１比より大きい場合がある。このように、テーパの端におけるＣＣＤＲが大きいと出力ファイバのコアの充填に有用であり得ると共に、テーパの始まりのＣＣＤＲが小さいとＢＰＰ悪化を軽減することができる。

【0033】

いくつかの実施態様において、光ファイバコンバイナは、図１Ａに関連して記載したのと同様に、包囲管（例えば、ガラス管、毛管等）と包囲管内に束ねられた少なくとも１つの光ファイバ２００とを含み得る。本明細書に記載のように、少なくとも１つの光ファイバ２００は予備成形テーパを有し得る。いくつかの実施態様において、光ファイバコンバイナは、包囲管内に束ねられた（例えば、本明細書に記載のように、予備成形テーパを有するコアを有する）複数の光ファイバ２００を含み得る。光ファイバコンバイナの包囲管は、包囲管の入力端から包囲管の出力端にかけてテーパ状であり得る。図１Ａに関連して記載したように、光学系又は光学アセンブリは、（例えば、マルチｋｗレベルへのパワースケーリングのために）複数のレーザモジュールと出力ファイバとの間に配置された光ファイバコンバイナを含み得る。いくつかの実施態様において、光ファイバカプラ、エバネッセント場センサ、又はＣＣＤＲ及びテーパ比の独立制御が有用な別の装置が、１つ又は複数の光ファイバ２００（例えば、予備成形テーパを有する）を含み得る。一緒に用いられる複数の光ファイバ２００は、コア径、クラッド径、ＣＣＤＲ等が同じであってもよいし、異なっていてもよい。

【0034】

上記のように、図２は一例として提供されている。他の例は、図２に関して記載したものとは異なる場合がある。

【0035】

図３は、テーパ状のコアを有する光ファイバの製造に関する例示的なプロセス３００の図である。プロセス３００は、１つ又は複数の機械により（例えば自律的に）行われ得る。

【0036】

参照符号３１０で示すように、プロセス３００は、上述のようにコア３０２とコア３０２を囲むクラッド３０４とを含む光ファイバ３０１を得るステップを含み得る。上述のように、コア３０２及びクラッド３０４は、光ファイバ３０１に沿って光伝播方向３５０に導光し得る。上述のように、光ファイバ３０１は、クラッドを囲むバッファ３０６を含み得る。光ファイバ３０１は、コア３０２がテーパ状になっている（例えば、ファイバ母材ではなく）完全に製造された光ファイバであり得る。

【0037】

プロセス３００は、例えば参照符号３２０及び３３０で示すように、光ファイバ３０１の部分３０８において、光伝播方向３５０にテーパを有するようにコア３０２を形成するステップを含み得る。すなわち、コア３０２は、上述のように光ファイバ３０１の部分３０８においてコア３０２の直径がクラッド３０４の直径に関係なく縮小するようなテーパを有するように形成され得る。

【0038】

参照符号３２０で示すように、プロセス３００は、部分３０８においてクラッド３０４から材料を除去するステップを含み得る。材料は、光ファイバ３０１の加工によりクラッド３０４から除去され得る。例えば、光ファイバ３０１は、ＣＯ_２ファイバレーザを用いて加工され得る。いくつかの実施態様において、材料は、クラッド３０４の直径が部分３０８において拡大及び／又は縮小し、一定の割合で変わり（例えば、縮小又は拡大し）、且つ／又は一定でない割合で（例えば、所望のＣＣＤＲに従って）縮小及び／又は拡大するように、クラッド３０４から除去され得る。

【0039】

図３に示すように、材料は、クラッド３０４の直径が部分３０８の第１端から部分３０８の第２端にかけて（例えば一定の割合で）拡大するように、クラッド３０４から除去され得る（例えば、光ファイバ３０１の端と一致し得る第２端は、光伝播方向３５０で第１端から続く）。例えば、部分３０８の第１端におけるクラッド３０４の直径は、光ファイバのうち材料が除去されない異なる部分におけるクラッド３０４の直径より小さくすることができ、部分３０８の第２端におけるクラッド３０４の直径は、上記異なる部分におけるクラッド３０４の直径と同じにすることができる。換言すれば、材料は、クラッド３０４が光伝播方向３５０とは逆方向にテーパを有するように、クラッド３０４から除去され得る。

【0040】

いくつかの実施態様において、光ファイバ３０１の部分３０８は、光ファイバ３０１に接続される（例えば、コア及びクラッドを含む）別個の光ファイバを含み得る。例えば、上述と同様に、材料が、別個の光ファイバのクラッドから除去され得る。ここで、材料は、エッチングにより別個の光ファイバのクラッドから除去され得る。別個の光ファイバのクラッドから（例えば、参照符号３２０に関連して示す部分３０８を作製するために）材料が除去された後に、この別個の光ファイバを光ファイバ先行物（例えば、参照符号３２０に関連して示す部分３０８を除く部分）に接続して、光ファイバ３０１（例えば、参照符号３２０で示す光ファイバ３０１）を得ることができる。

【0041】

参照符号３３０で示すように、プロセス３００は、クラッド３０４の材料が除去される部分３０８において光ファイバ３０１をテーパ化して（例えば、別の光ファイバと組み合わせる前に光ファイバ３０１を予めテーパ化して）、テーパを有するコア３０２を形成するステップを含み得る。例えば、光ファイバ３０１は、火炎テーパ化又は別の光ファイバテーパ化技法を用いて部分３０８をテーパ化され得る。テーパを有するコア３０２の直径は、部分３０８の第１端から部分３０８の第２端にかけて縮小し得る。さらに、上述のように、光ファイバ３０１は、クラッド３０４の直径が部分３０８で一定であるようにテーパ化される。しかしながら、いくつかの実施態様において、上述のように、光ファイバ３０１は、クラッド３０４の直径が部分３０８において拡大及び／又は縮小するようにテーパ化され得る。このように、部分３０８において、コア３０２の直径に対するクラッド３０４の直径の比（すなわちＣＣＤＲ）は、コア３０２のテーパ比とは無関係である。

【0042】

いくつかの実施態様において、プロセス３００は、上述のものとは逆の動作順序を用いてテーパを有するようにコア３０２を形成するステップを含み得る。例えば、参照符号３１０で示す光ファイバ３０１を部分３０８でテーパ化して（例えば、別の光ファイバと組み合わせる前に光ファイバ３０１を予めテーパ化して）、テーパを有するコア３０２を形成することができる。これにより得られるクラッド３０４もテーパを有することになる。この例を続けると、次に、テーパ化される部分３０８において材料がクラッド３０４から除去され得る。上述のように、材料は加工によりクラッド３０４から除去され得る。いくつかの例では、上述のように、材料は、クラッド４０５の直径が部分３０８で一定であるように、クラッド３０４から除去され得る。しかしながら、いくつかの実施態様では、上述のように、材料は、クラッド３０４の直径が部分３０８において拡大及び／又は縮小するように、クラッド３０４から除去され得る。このように、部分３０８において、コア３０２の直径に対するクラッド３０４の直径の比（すなわちＣＣＤＲ）は、コア３０２のテーパ比とは無関係である。

【0043】

上述のプロセス３００を用いて、光ファイバ２００を製造することができる。換言すれば、テーパを有するように形成されたコア３０２を有する光ファイバ３０１は、光ファイバ２００に対応し得る。

【0044】

プロセス３００を用いて、光ファイバ３０１のコア３０２は予備成形テーパ（例えば、光ファイバ３０１とは別個作成されたテーパ）を有し得る。例えば、予備成形テーパを形成した後に、包囲管内に光ファイバを束ねることができる。さらに、予備成形テーパは、上述のように、完全に製造された光ファイバ上に作成することができる。換言すれば、テーパは、ファイバ母材を光ファイバへ形成（例えば線引き）している間（例えば、１メートル超等の５００ｍｍより長いテーパ長になり得る）には形成されない。したがって、光ファイバ３０１のコア３０２のテーパは非延伸テーパであり得る（例えば、これにより、テーパ長の短縮、断熱性の改善、テーパ長の変化に対するＣＣＤＲ制御の改善、光学アセンブリへの組込みのためのフォームファクタの改善等が可能になり得る）。本明細書で用いる場合、非延伸テーパは、光ファイバが線引き塔又は同様の装置で線引きされた後に光ファイバの加工プロセスにより形成されたテーパを指し得る。

【0045】

いくつかの実施態様において、プロセス３００は、上述のように、光ファイバ３０１（例えば、上述のように形成されたテーパ状のコア３０２を有する）と少なくとも１つのさらなる光ファイバ（例えば、上述のように形成されたテーパ状のコアを同じく有し得る）とを束ねるステップを含み得る。例えば、光ファイバ３０１と少なくとも１つのさらなる光ファイバとを束ねるステップは、光ファイバ３０１と少なくとも１つのさらなる光ファイバとを融着するステップを含み得る。いくつかの実施態様において、プロセス３００は、（例えば、光ファイバコンバイナを完成させるために）光ファイバ３０１及び少なくとも１つのさらなる光ファイバの束の上で包囲管を（例えば、火炎テーパ化を用いて）テーパ化するステップを含み得る。これにより、光ファイバ３０１のさらにテーパ化し得る。しかしながら、以前の技法（例えば、包囲管のテーパ化により、ＣＣＤＲがテーパ比に依存する光ファイバのテーパが作成され得る）とは異なり、光ファイバ３０１の（例えば、部分３０８における）コア３０２は、包囲管に充填し包囲管をテーパ化してコンバイナを完成させる前に、（例えば、１つ又は複数の所望のＣＣＤＲを達成するために）予備成形テーパを有する。すなわち、光ファイバ３０１のコア３０２は、（例えば、包囲管をテーパ化する同じテーパ化の間に、光ファイバ３０１及び少なくとも１つのさらなる光ファイバのテーパが初めて形成されるのとは異なり）少なくとも１つのさらなる光ファイバから独立した予備成形テーパを有し得る。このように、光ファイバ３０１の予備成形テーパは、（例えば、光ファイバ３０１を収容する包囲管を続いてテーパ化した後でも）ＣＣＤＲ及びコア３０２のテーパ比を独立させることができる。

【0046】

図３は、プロセス３００の例示的な動作を示してそれにより説明されているが、いくつかの実施態様において、プロセス３００は、図３に図示し且つ図３に関連して説明したものに対して追加の動作、より少ない動作、異なる動作、又は異なる配置の動作を含み得る。追加として又は代替として、プロセス３００の動作の２つ以上を並行して行ってもよい。

【0047】

上記開示は、図示及び説明を行っているが、網羅的であることも、開示された形態そのものに実施態様を限定することも意図していない。変更形態及び変形形態は、上記開示に照らして行うことができ又は実施態様の実施から得ることができる。さらに、上記開示が１つ又は複数の実施態様を組み合わせることができない理由を明示しない限り、本明細書に記載の実施態様のいずれを組み合わせてもよい。

【0048】

特徴の特定の組み合わせが特許請求の範囲に記載され且つ／又は明細書に開示されているが、これらの組み合わせは、種々の実施態様の開示を限定することを意図するものではない。実際には、これらの特徴の多くは、具体的に特許請求の範囲に記載されておらず且つ／又は明細書に開示されていない方法で組み合わせることができる。併記の各従属請求項が１つの請求項のみに直接従属している場合があるが、種々の実施態様の開示は、各従属請求項をその請求項の組の他の全ての請求項と組み合わせたものを含む。本明細書で用いる場合、項目のリストのうち「少なくとも１つ」を指す語句は、個々の部材を含むそれらの項目の任意の組み合わせを指す。一例として、「ａ、ｂ、及びｃの少なくとも１つ」は、ａ、ｂ、ｃ、ａ－ｂ、ａ－ｃ、ｂ－ｃ、及びａ－ｂ－ｃ、並びに複数の同じ事項の任意の組み合わせを包含することを意図する。

【0049】

本明細書で用いるいずれの要素、動作、又は指示も、そのように明記されない限りは重要又は必須であるものと解釈されるべきではない。また、本明細書で用いる場合の不定冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、１つ又は複数の事項を含むことを意図し、「１つ又は複数」と交換可能に用いることができる。さらに、本明細書で用いる場合の定冠詞「ｔｈｅ」は、定冠詞「ｔｈｅ」に関連して言及される１つ又は複数の事項を含むことを意図し、「１つ又は複数」と交換可能に用いることができる。さらに、本明細書で用いる場合の用語「組」は、１つ又は複数の事項（例えば、関係事項、無関係事項、関係及び無関係事項の組み合わせ等）を含むことを意図し、「１つ又は複数」と交換可能に用いることができる。１つの事項のみが意図される場合、語句「１つのみ」又は同様の文言が用いられる。また、本明細書で用いる場合の用語「有する（"ｈａｓ"、"ｈａｖｅ"、"ｈａｖｉｎｇ"）」等は、オープンエンドな用語であることを意図する。さらに、語句「に基づく」は、特に明記のない限り、「に少なくとも部分的に基づく」を意味することを意図する。また、本明細書で用いる場合の用語「又は」は、列挙中に用いられる場合は包括的であることを意図し、特に明記のない限り（例えば、「いずれか」又は「１つのみ」と組み合わせて用いる場合を除き）、「及び／又は」と交換可能に用いることができる。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【外国語明細書】