▶ エヌケイティー フォトニクス アクティーゼルスカブの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-01
(45)【発行日】2023-03-09
(54)【発明の名称】微細構造ファイバおよびスーパーコンティニューム光源
(51)【国際特許分類】
G02F 1/365 20060101AFI20230302BHJP
G02B 6/036 20060101ALI20230302BHJP
G02B 6/02 20060101ALI20230302BHJP
【ＦＩ】
G02F1/365
G02B6/036
G02B6/02 411
G02B6/02 376B
G02B6/02 451
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2021180455
(22)【出願日】2021-11-04
(62)【分割の表示】P 2020018673の分割
【原出願日】2015-03-25
(65)【公開番号】P2022010036
(43)【公開日】2022-01-14
【審査請求日】2021-12-02
(31)【優先権主張番号】PA201470146
(32)【優先日】2014-03-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DK
(73)【特許権者】
【識別番号】506179491
【氏名又は名称】エヌケイティー フォトニクス アクティーゼルスカブ
【氏名又は名称原語表記】ＮＫＴ ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ Ａ／Ｓ
(74)【代理人】
【識別番号】100105957
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 誠
(74)【代理人】
【識別番号】100068755
【弁理士】
【氏名又は名称】恩田 博宣
(74)【代理人】
【識別番号】100142907
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 淳
(72)【発明者】
【氏名】リングソー、イェンス クリスティアン
(72)【発明者】
【氏名】ヤコブセン、クリスティアン
【審査官】山本 元彦
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－１７７８１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００４－５２２１９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－０２７８６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００８－５０１１３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１９４８１２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０１７８８６９５（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ６／０２－６／０３６
Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５
Ｇ０２Ｆ １／２１－７／００
ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
スーパーコンティニューム光生成の光源（１００）であって、前記光源は、微細構造光ファイバ（２０）と、励起波長にて励起放射を生成するとともに、その入力端で前記微細構造光ファイバに前記励起放射を入射するように構成されている励起レーザ光源と、を備えており、前記微細構造光ファイバは、長さと、前記長さに沿った長手方向軸線とを有するとともに、コア領域（２２）と、該コア領域を包囲しているクラッド領域（２４）とを備えており、前記クラッド領域が、クラッド背景材料と、該クラッド背景材料内の複数のクラッド特徴部（２１，２６）とを有しており、該クラッド特徴部が前記コア領域の周りに配置されており、前記クラッド領域が、前記微細構造光ファイバの少なくともある長さ部分において、第１の特性径（ｄ１）を有するクラッド特徴部の内側リングを含む内側クラッド領域（２７）と、平均径（ｄ２）を有する外側クラッド特徴部の３つの外側リングを含む外側クラッド領域（２８）とを有しており、前記内側クラッド領域が前記コア領域に隣接しているとともに前記外側クラッド領域が前記内側クラッド領域に隣接しており、クラッド特徴部の各リングが、該リングの隣り合う特徴部を隔離しているクラッド背景材料のブリッジを有しており、前記内側リングのブリッジが平均最小幅（ｗ１）を有し、各ブリッジの最小幅が、リングの２つの隣り合う特徴部の間の最短距離であり、前記３つの外側リングのブリッジの平均最小幅（ｗ２）が前記内側リングのブリッジの平均最小幅（ｗ１）より少なくとも１０％大きく、前記内側リングが、前記コア領域に最も近いクラッド特徴部のリングを含み、前記コア領域が少なくとも２μｍの径を有し、前記微細構造光ファイバは、前記励起放射が前記微細構造光ファイバに入射すると、５００ｎｍ未満の短波長の光を含むスーパーコンティニューム放射を提供するように構成されている、スーパーコンティニューム光生成の光源。
【請求項2】
前記コア領域に最も近い前記内側リングのブリッジの平均最小幅（ｗ１）が１．２μｍ以下である、請求項１に記載のスーパーコンティニューム光生成の光源。
【請求項3】
前記コア領域に最も近い前記内側リングのブリッジが略等しい最小幅（ｗ１）を有する、請求項１又は２に記載のスーパーコンティニューム光生成の光源。
【請求項4】
前記外側クラッド領域における前記３つの外側リングのブリッジの平均最小幅（ｗ２）が、１μｍより大きい、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスーパーコンティニューム光生成の光源。
【請求項5】
前記第１の特性径（ｄ１）が前記外側クラッド特徴部の平均径（ｄ２）よりも少なくとも１０％大きい、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のスーパーコンティニューム光生成の光源。
【請求項6】
前記コア領域がコア背景材料を有しており、該コア背景材料にはドーパント材がドープされているため、ドープされていないコア背景材料と比較して前記コア領域の屈折率が低い、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のスーパーコンティニューム光生成の光源。
【請求項7】
前記内側クラッド領域の内側クラッド特徴部が第１ピッチ（Λ１）にて配置され、前記外側クラッド領域の外側クラッド特徴部が第２ピッチ（Λ２）にて配置され、前記内側クラッド領域の内側クラッド特徴部が第１の相対的クラッド特徴部寸法（ｄ１／Λ１）を有し、前記外側クラッド領域の外側クラッド特徴部が第２の相対的クラッド特徴部寸法（ｄ２／Λ２）を有し、前記第１の相対的クラッド特徴部寸法と第２の相対的クラッド特徴部寸法との間の差（ｄ１／Λ１－ｄ２／Λ２）が０．１よりも大きい、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のスーパーコンティニューム光生成の光源。
【請求項8】
前記第１の特性径が１．５μｍよりも大きく、前記第１の特性径（ｄ１）と前記外側クラッド特徴部の平均径（ｄ２）との間の差が０．３μｍよりも大きい、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のスーパーコンティニューム光生成の光源。
【請求項9】
前記内側クラッド領域の内側クラッド特徴部が第１ピッチ（Λ１）にて配置され、前記外側クラッド領域の外側クラッド特徴部が第２ピッチ（Λ２）にて配置され、前記第２ピッチが第１ピッチよりも大きい、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のスーパーコンティニューム光生成の光源。
【請求項10】
前記クラッド特徴部の屈折率が前記クラッド背景材料の屈折率より低い、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のスーパーコンティニューム光生成の光源。
【請求項11】
前記微細構造光ファイバが８６０ｎｍ～１４００ｎｍのゼロ分散波長を有し、該ゼロ分散波長において前記微細構造光ファイバがシングルモードである、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のスーパーコンティニューム光生成の光源。
【請求項12】
前記励起放射が、１０００ｎｍ～１１００ｎｍである励起波長を有する、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のスーパーコンティニューム光生成の光源。
【請求項13】
前記微細構造光ファイバがカスケード光ファイバであり、励起レーザが前記カスケード光ファイバの第１微細構造光ファイバの入力端に励起放射を入射するように構成され、前記カスケード光ファイバは、ａ．前記長さ部分を含む前記微細構造光ファイバの形態である前記第１微細構造光ファイバと、
ｂ．第２光ファイバであって、該第２光ファイバの長手方向軸線に沿って光を伝送可能な第２コア領域と、該第２コア領域を包囲している第２クラッド領域とを有している第２光ファイバと、を備え、
前記第１微細構造光ファイバのモードフィールド径が、前記第２光ファイバのモードフィールド径よりも大きく、前記第１微細構造光ファイバが、前記第２光ファイバに光学的に接続されている、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のスーパーコンティニューム光生成の光源。
【請求項14】
前記微細構造光ファイバは、第１および第２ファイバ部分を有するカスケード光ファイバであり、ａ．前記第１ファイバ部分は、シングルモード光ファイバを有し、前記シングルモード光ファイバは、該シングルモード光ファイバの長手方向軸線に沿って光を伝送可能であるコア領域と、小さいクラッド特徴部を有するクラッド領域とを有し、
ｂ．前記第２ファイバ部分は、該第２ファイバ部分の長手方向軸線に沿って光を伝送可能であるコア領域と、大きなクラッド特徴部を有するクラッド領域とを有している、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のスーパーコンティニューム光生成の光源。
【請求項15】
スーパーコンティニューム光が、実質的に前記微細構造光ファイバの基本モードのみに限定して生成される、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載のスーパーコンティニューム光生成の光源。
【請求項16】
内視鏡検査、外科的顕微鏡検査、共焦点顕微鏡検査、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＴＣ）、マルチモード照射、自己蛍光、蛍光寿命イメージング測定（ＦＬＩＭ）、全反射照明蛍光（ＴＩＲＦ）顕微鏡検査、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、ブロードバンド分光法、ナノフォトニクス、フローサイトメトリー、工業検査、リングダウン分光法、分析分光法、分子イメージング、光遺伝学、ディスプレイ、拡散成分特性評価、太陽電池特性評価、量子ドット特性評価、プラズモニクス、分散型フーリエ変換分光法および原子トラップ用途のうちの少なくとも１つにおける使用に適した照射光源であって、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のスーパーコンティニューム光生成の光源を有している照射光源。
【請求項17】
前記照射光源が、前記スーパーコンティニューム光生成の光源によって生成されたスーパーコンティニュームビームをフィルタリングするように構成されている光学フィルタ、及び、光パルスの時間的伸長を行う分散パルス伸長要素のうちの少なくとも１つを備えている、請求項１６に記載の照射光源。
【請求項18】
前記スーパーコンティニューム光生成の光源が、生成されたスーパーコンティニューム光のためのファイバ出力端を有し、該ファイバ出力端が、生成されたスーパーコンティニューム光を照射位置に送るためにデリバリファイバに光学的に接続されている、請求項１６又は１７に記載の照射光源。
【請求項19】
前記スーパーコンティニューム光生成の光源が、生成されたスーパーコンティニューム光のためのファイバ出力端を有し、該ファイバ出力端が、生成されたスーパーコンティニューム光を照射位置に送るためにデリバリファイバに光学的に接続されており、前記デリバリファイバが少なくとも部分的にプローブおよびセンサの少なくとも一方に組み込まれており、前記照射光源が眼科手術で使用するように構成されており、前記デリバリファイバが、手術前および手術中の少なくとも一方において眼球または眼球の内部に照射を行うために少なくとも部分的にプローブに組み込まれている、請求項１６乃至１８のいずれか一項に記載の照射光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、微細構造光ファイバおよびスーパーコンティニューム光源に関する。
【背景技術】
【0002】
微細構造光ファイバは当該技術分野において広く知られており、複数のクラッド特徴部を有しているクラッドによって包囲されたコアを有している。複数のクラッド特徴部は、背景材料内において概して規則的な配列構造に配置されている。これらの特徴部は、空気、気体もしくは液体によって満たされている間隙であってもよく、または、背景材料よりも屈折率の低い固体材料であってもよい。微細構造光ファイバは、「ホーリーファイバ」および「フォトニック結晶ファイバ」とも呼ばれている。例えば、クラッドの実効屈折率がコアの屈折率より低くなるようにクラッドを構成することによって、全反射の一般原理の偏角によって光がコア内を伝送されるように構成できる。
【0003】
微細構造ファイバは石英ガラスから形成してもよい。石英ガラスに他の材料を添加することによって、石英ガラスの屈折率を変更することや、光や感度の増幅等の効果をもたらすことが可能である。
【0004】
クラッド特徴部／孔の中心から中心までの間隔はピッチ（Λ）と称される。微細構造ファイバは、コアの寸法と、クラッド特徴部の間隔もしくはピッチ（Λ）に対するクラッド特徴部の寸法の割合とによって特徴づけられる。クラッド特徴部の寸法およびピッチを調節することによって、ファイバのゼロ分散波長（ＺＤＷ）を調節できる。このようにして、微細構造光ファイバのＺＤＷを、一般的に石英ガラスである背景材料のＺＤＷよりも短い波長にすることができる。これによって、所定の波長の励起レーザによって励起された光パルスからスーパーコンティニュームを発生できるようにＺＤＷを調節できる。
【0005】
光パルスが高非線形ファイバ内を伝搬される際には、光パルスの時間発展およびスペクトル発展が多数の非線形効果およびファイバの分散特性の影響を受ける。パルスが十分に強力である場合、パルススペクトルが広がりスーパーコンティニューム光になる。
【0006】
特許文献１には、４００ｎｍ未満の波長に至るスーパーコンティニュームを生成するように構成された光ファイバが記載されている。７頁２９行目から８頁１行目には、特許文献１の微細構造光ファイバ２０は、コア径が約４．７μｍであり、ピッチΛが約３．７μｍ、比率ｄ／Λが約０．７７であると記載されている。８頁１４～２２行には、ファイバ２０はマルチモードファイバであり、スーパーコンティニュームは最大２５５０ｎｍの波長に達することが記載されている。励起波長は１０６４ｎｍである。８頁１４行目に記載されているように、ファイバ２０は励起波長においてマルチモードである。
【0007】
非特許文献１には、コアの非常に小さい微細構造光ファイバにおいては、相対的に大きい気孔をコアの近傍に配置するとともに小さい気孔をコアから離して配置することによって、ファイバがゼロ分散波長においてシングルモード状態を保ちながらゼロ分散波長を７００ｎｍ未満とさせることが可能であると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】国際公開第２００９／０９８５１９号
【非特許文献】
【0009】
【文献】Ｊａｃｏｂｓｅｎら、「Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ Ａ： Ｐｕｒｅ Ａｐｐｌ．ＯＰＴ ６」、２００４年、ｐ．６０４－６０７、「Ｖｅｒｙ ｌｏｗ ｚｅｒｏ－ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ｆｏｒ ｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｄｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ－ｔｏｔａｌ－ｉｎｔｅｒｎａｌ－ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｒｅ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明の課題は、上記の微細構造ファイバおよびスーパーコンティニューム光源をより向上させた微細構造ファイバおよびスーパーコンティニューム光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の課題は、適切な励起レーザによって励起された場合に青色波長まで広がるシングルモードスーパーコンティニュームを安定して発生させるために適しており、同時に、スーパーコンティニューム生成に要する高ピークパワー光に起因する劣化に対する耐性の高い光ファイバを提供することである。
【0012】
本発明の一実施形態の課題は、光がファイバの入力端に入射したときに安定した出力をもたらすように構成されている微細構造ファイバを提供することである。
本発明の一実施形態の課題は、スーパーコンティニューム放射光源からの光スペクトルが青色波長まで広がるスーパーコンティニューム放射光源を提供することである。
本発明の一実施形態の課題は、スーパーコンティニューム放射光源からの光スペクトルが青色波長まで広がるスーパーコンティニューム放射光源を提供することである。
【0013】
本発明の一実施形態の課題は、比較的大きいコアを有しながらもシングルモードファイバとして機能し続けることができる微細構造光ファイバを提供することである。
本発明の一実施形態の課題は、例えば約４００ｎｍ～約１７００ｎｍのスペクトルにおいて例えば約１００ｎｍを超える比較的広い帯域幅の光を伝送可能である微細構造光ファイバを提供することである。
本発明の一実施形態の課題は、例えば約４００ｎｍ～約１７００ｎｍのスペクトルにおいて例えば約１００ｎｍを超える比較的広い帯域幅の光を伝送可能である微細構造光ファイバを提供することである。
【0014】
本発明の一実施形態の課題は、スーパーコンティニューム放射光源からの光スペクトルが、実質的にファイバの基本モードのみに限定して生成されるスーパーコンティニューム放射光源を提供することである。
【0015】
本発明の一実施形態においては、内視鏡検査、外科的顕微鏡検査、共焦点顕微鏡検査、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＴＣ）、マルチモード照射、自己蛍光、蛍光寿命イメージング測定（ＦＬＩＭ）、分子イメージング、光遺伝学、ディスプレイ、拡散成分特性評価、太陽電池特性評価、量子ドット特性評価、プラズモニクス、分散型フーリエ変換分光法および原子トラップ用途のうちの少なくとも１つにおける使用に適したスーパーコンティニューム光源を提供することを目的とする。
【0016】
上記および他の課題は、特許請求の範囲および以下に記載される本発明およびその実施形態によって達成される。
本発明およびその実施形態は、以下の説明によって当業者に明白となる他の利点を多く備えている。
本発明およびその実施形態は、以下の説明によって当業者に明白となる他の利点を多く備えている。
【0017】
別途明記しない限り、「実質的に」および「略」という用語は、通常の製品差異および公差を含むことを意味する。
別途明記しない限り、コアの寸法、特徴部の径、ブリッジ幅等の光ファイバの構造的詳細は、全てファイバの断面図を基準とする。本発明の微細構造光ファイバは、長さと、長さに沿った長手方向軸線とを有し、光ファイバの長手方向軸線に沿って光を伝送可能であるコア領域を有している。微細構造光ファイバは、コア領域を包囲しているクラッド領域をさらに有している。クラッド領域は、クラッド背景材料と、クラッド背景材料内の複数のクラッド特徴部とを有している。クラッド特徴部は、コア領域の周りに配置されている。
別途明記しない限り、コアの寸法、特徴部の径、ブリッジ幅等の光ファイバの構造的詳細は、全てファイバの断面図を基準とする。本発明の微細構造光ファイバは、長さと、長さに沿った長手方向軸線とを有し、光ファイバの長手方向軸線に沿って光を伝送可能であるコア領域を有している。微細構造光ファイバは、コア領域を包囲しているクラッド領域をさらに有している。クラッド領域は、クラッド背景材料と、クラッド背景材料内の複数のクラッド特徴部とを有している。クラッド特徴部は、コア領域の周りに配置されている。
【0018】
ファイバの少なくともダブルクラッド長さ部分において、クラッドは、内側クラッド特徴部の少なくとも１つの内側リングを含む内側クラッド領域と、外側クラッド特徴部の少なくとも３つの外側クラッドリングを含む外側クラッド領域とを有している。内側クラッド領域はコア領域に隣接しており、外側クラッド領域は内側クラッド領域に隣接している。内側クラッド特徴部は、第１の特性径（ｄ１）を有している。外側クラッド領域は、特性径（ｄ２）を有する複数の外側クラッド特徴部を有している。コア領域は略円形であり、少なくとも約２μｍの直径を有している。一般的に、スーパーコンティニューム生成に必要な高ピークパワー光に起因する劣化に対する耐性は、小さいコアよりも大きいコアの方が高い。実用においては、２μｍ未満のコアはスーパーコンティニューム生成には適していないことがわかっている。
【0019】
内側および外側のクラッド領域のそれぞれにおいて、改良された新しい構成にて特徴部を配置することによって、コアを比較的大きくしながらもシングルモードを維持することや、比較的安定した出力にて青色波長まで広がるスーパーコンティニューム光の生成に適していること等の好適な特性を光ファイバにおいて組み合わせることができる。さらに、得られたファイバは、コアの径が２μｍ以上の場合であってもシングルモードを維持できるため、高ピークパワー光に対する光ファイバの耐劣化性が高いという利点も備えている。このため、スーパーコンティニュームを生成する高パワー光源において非常に好適にこの光ファイバを用いることができる。
【0020】
クラッド特徴部の各リングがクラッド背景材料のブリッジを有し、このブリッジによってリングの隣り合う特徴部が互いから隔離されている。換言すると、「リング」は交互に配置されている特徴部およびブリッジから構成されている。各ブリッジの最小幅は、リングの２つの隣り合う特徴部の間の最短距離である。
【0021】
本明細書において、「内側リング」および「内側クラッドリング」という用語は、内側クラッド領域内の特徴部およびブリッジからなるリングであり、「外側リング」および「外側クラッドリング」という用語は、外側クラッド領域内の特徴部およびブリッジからなるリングである。「内側ブリッジ」は内側リングのブリッジを指し、「外側ブリッジ」は外側リングのブリッジを指す。
【0022】
本願においては、「クラッド特徴部のリング」はコア領域からの距離が概して略等しい複数のクラッド特徴部を指す。クラッド特徴部の最も内側のリングは、コア領域に最も近いクラッド特徴部から構成されている。コア領域から数えて次のクラッド特徴部のリングは、最も内側のリングのクラッド特徴部に最も近いクラッド特徴部から構成されている。一般的に、リングは円形ではなく、例えば六角形等の、クラッド特徴部の形状に合う形状を有している。本願においては、「クラッド特徴部のリング」は、前述したように、リングの全ての特徴部を含んだ完全なリングを指す。内側クラッド特徴部のリングにおいては、リング内の全てのクラッド特徴部の寸法が略同じである。
【0023】
本願において、「特性径」という用語はクラッド特徴部の寸法を指す。クラッド特徴部が円形である場合、特性径はクラッド特徴部の円の直径である。クラッド特徴部が円形でない場合は、特性径は、クラッド特徴部の最大範囲と最小範囲との平均であってもよいし、または、計算または測定されたクラッド特徴部の面積に一致する面積を有する円の直径であってもよい。
【0024】
外側クラッド領域は、平均径ｄ２を有する特性径を有している複数の外側クラッド特徴部を含んでいる。一実施形態においては、略全ての外側クラッド特徴部の特性径が概して平均径ｄ２である。しかしながら、外側クラッド領域は、特性径が互いに異なる外側クラッド特徴部を含んでいてもよい。
【0025】
少なくとも１つの内側リングのブリッジが平均最小幅（ｗ１）を有し、少なくとも１つの外側クラッドリングのブリッジが平均最小幅（ｗ２）を有し、少なくとも１つの外側リングのブリッジの平均最小幅（ｗ２）が少なくとも１つの内側リングのブリッジの平均最小幅（ｗ１）よりも少なくとも約１０％大きい。
【0026】
少なくとも１つの外側リングのブリッジよりも幅の狭いブリッジを内側リングに設けることによって、主に内側クラッド領域が分散特性をもたらし、主に外側クラッド領域が閉じ込め特性をもたらすように、分散特性と閉じ込め特性とが少なくとも部分的に切り離される。したがって、分散特性および閉じ込め特性の最適化をより自由に行うことが可能である。
【0027】
内側および外側のリングの相対的なブリッジ幅を選択することによって、可視域の波長を含む選択された波長に対して少なくとも第１高次モードを除去できる。このような状態は、高次モードが内側クラッド領域によって少なくとも部分的に閉じ込められるが、同時に、外側クラッド領域が所望の波長において高次モードを閉じ込めないように内側および外側のリングを構成することによって可能となる。
【0028】
好ましくは、少なくとも１つの内側リングのブリッジが略等しい最小幅（ｗ１）を有し、少なくとも１つの外側リングのブリッジの平均最小幅（ｗ２）が、少なくとも１つの内側クラッドリングのブリッジの最小幅（ｗ１）よりも好適には少なくとも約２０％、例えば少なくとも約５０％大きい。
【0029】
好適には、少なくとも３つの外側リングのブリッジの平均最小幅（ｗ２）は、少なくとも１つの内側クラッドリングのブリッジの最小幅（ｗ１）よりも少なくとも約１０％大きく、例えば少なくとも約２０％、例えば少なくとも約５０％大きい。
【0030】
高次モード除去の確実性を高くするためには、少なくとも３つの外側リングのブリッジの平均最小幅（ｗ２）が、少なくとも１つの内側クラッドリングのブリッジの最小幅（ｗ１）よりも約１５％～約１５０％大きいことが概して好ましい。
【0031】
外側リングのブリッジの最小幅は同じであっても異なっていてもよいが、外側ブリッジの最小幅が略等しくなるように、外側クラッド領域において特徴部が均一に分散されていることが好ましい場合が多い。
【0032】
一実施形態においては、少なくとも３つの外側リングのそれぞれのブリッジの最小幅（ｗ２）が略等しく、好適には、少なくとも３つの外側リングの全てのブリッジの最小幅（ｗ２）が略等しい。
【0033】
原則として、少なくとも１つの内側クラッドリングのブリッジの最小幅（ｗ１）は、機械的に可能な最も小さい幅であってもよい。例えば、少なくとも１つの内側クラッドリングのブリッジの最小幅（ｗ１）が約０．３μｍであっても機能できる。
【0034】
最小幅（ｗ１）が小さくなるにつれて、空気層および外側クラッド領域に包囲されたシリカ素線にファイバが原理上近づくようになる。このシリカ素線において、空気層の厚さは内側クラッド領域の軸方向の厚さである。別に記載しない限り、内側クラッド領域の軸方向の厚さは、コア領域から、内側クラッド領域と外側クラッド領域との境界までによって決定される。この境界は、内側クラッドを包囲する線であり、内側クラッド特徴部への最短距離が、少なくとも１つの内側クラッドリングのブリッジの最小幅（ｗ１）に等しい。
【0035】
好ましくは、少なくとも１つの内側クラッドリングのブリッジの最少幅（ｗ１）は約１．２μｍ以下であり、例えば約１μｍ以下、例えば約０．８μｍ以下、例えば約０．６μｍ以下、例えば約０．４μｍ～約１．２μｍである。
【0036】
一実施形態において、少なくとも１つの内側クラッドリングのブリッジの最小幅（ｗ１）は、基本コアモードのゼロ分散波長ＺＤＷよりも小さい。コアが２つのゼロ分散波長（コアＺＤＷ）を有している場合、少なくとも１つの内側クラッドリングのブリッジの最小幅（ｗ１）が最も小さいＺＤＷよりも小さいことが好ましい。
【0037】
一実施形態において、少なくとも３つの外側リングのブリッジの平均最小幅（ｗ２）は、基本コアモードのゼロ分散波長ＺＤＷよりも大きい。
平均最小幅（ｗ２）の実際の寸法は、原理上、少なくとも１つの内側クラッドリングのブリッジの最小幅（ｗ１）よりも約１０％以上大きい程度から、クラッドが基本モードを閉じ込めなくなる程度までの範囲とすることができる。
平均最小幅（ｗ２）の実際の寸法は、原理上、少なくとも１つの内側クラッドリングのブリッジの最小幅（ｗ１）よりも約１０％以上大きい程度から、クラッドが基本モードを閉じ込めなくなる程度までの範囲とすることができる。
【0038】
好ましくは、少なくとも３つの外側リングのブリッジの平均最少幅（ｗ２）が、約１μｍより大きく、例えば少なくとも約１．２μｍ、例えば少なくとも約１．５μｍ、例えば少なくとも約２μｍである。
【0039】
光ファイバのダブルクラッド長さ部分は、少なくとも第１高次モード（ＬＰ１１）をコアから出すことができる長さを有していることが好ましい。
第１高次モード（ＬＰ１１）は、少なくとも可視光を含む所望の波長範囲、例えば４００ｎｍ～１７００ｎｍの範囲内において少なくとも約１００ｎｍ、例えば少なくとも約５００ｎｍを含む波長範囲においてコアから出されることが好ましい。
第１高次モード（ＬＰ１１）は、少なくとも可視光を含む所望の波長範囲、例えば４００ｎｍ～１７００ｎｍの範囲内において少なくとも約１００ｎｍ、例えば少なくとも約５００ｎｍを含む波長範囲においてコアから出されることが好ましい。
【0040】
好適には、ダブルクラッド長さ部分は少なくとも約１０ｃｍであり、例えば少なくとも約２５ｃｍ、例えば少なくとも約５０ｃｍである。
好ましくは、ダブルクラッド長さ部分はファイバの略全長にわたって延びている。
好ましくは、ダブルクラッド長さ部分はファイバの略全長にわたって延びている。
【0041】
「ファイバの略全長」という表現は、ファイバの各端部の数ミリの部分は含まれる場合と含まれない場合があることを意味する。例えば特徴部が固形でない場合、特徴部の汚染を避けるためにシリカ材料で特徴部をつぶすもしくは「閉じる」ことが多い。
【0042】
一実施形態においては、複数の外側クラッド特徴部の特性径が第１の特性径（ｄ１）よりも小さく、第１の特性径（ｄ１）は外側クラッド特徴部の平均径（ｄ２）よりも少なくとも約１０％大きい。
【0043】
「第１の特性径（ｄ１）は少なくとも１０％大きい」という表現は、通常の数学的意味に解釈され、すなわち、「ｄ１＞１．１・ｄ２」である。
微細構造ファイバのクラッドが、内側クラッド特徴部を有する内側クラッド領域と、外側クラッド特徴部を有する外側クラッドとを有し、外側クラッド特徴部の平均寸法よりも内側クラッド特徴部の方が大きい場合、この微細構造光ファイバは、微細構造ファイバに適切な励起光が入射されたときに安定したスーパーコンティニュームを好適に提供できる。内側クラッド特徴部を相対的に大きくすることによって、例えば４５０ｎｍ、４００ｎｍさらには４００ｎｍ未満等の短波長の光が生成されやすくなることが分かっている。また、外側クラッド特徴部を相対的に小さくすることによって、微細構造ファイバをシングルモードファイバとして機能させやすくなる。さらに、本発明の微細構造ファイバに適切な励起光を入射した際に、ファイバがより安定してスーパーコンティニューム放射を提供できることが分かった。また、微細構造ファイバに対して十分に強力な励起放射を入射することによってスーパーコンティニュームを生成するためにファイバを用いる場合、得られるスーパーコンティニューム放射は、寸法が略同一であるクラッド特徴部を含むクラッドを有する微細構造ファイバによって得られるスーパーコンティニュームスペクトルと比較して、波長に応じたスペクトルがより平坦である。
微細構造ファイバのクラッドが、内側クラッド特徴部を有する内側クラッド領域と、外側クラッド特徴部を有する外側クラッドとを有し、外側クラッド特徴部の平均寸法よりも内側クラッド特徴部の方が大きい場合、この微細構造光ファイバは、微細構造ファイバに適切な励起光が入射されたときに安定したスーパーコンティニュームを好適に提供できる。内側クラッド特徴部を相対的に大きくすることによって、例えば４５０ｎｍ、４００ｎｍさらには４００ｎｍ未満等の短波長の光が生成されやすくなることが分かっている。また、外側クラッド特徴部を相対的に小さくすることによって、微細構造ファイバをシングルモードファイバとして機能させやすくなる。さらに、本発明の微細構造ファイバに適切な励起光を入射した際に、ファイバがより安定してスーパーコンティニューム放射を提供できることが分かった。また、微細構造ファイバに対して十分に強力な励起放射を入射することによってスーパーコンティニュームを生成するためにファイバを用いる場合、得られるスーパーコンティニューム放射は、寸法が略同一であるクラッド特徴部を含むクラッドを有する微細構造ファイバによって得られるスーパーコンティニュームスペクトルと比較して、波長に応じたスペクトルがより平坦である。
【0044】
第１の特性径（ｄ１）が平均径（ｄ２）よりも少なくとも１０％大きくなるように第１の特性径（ｄ１）および平均径（ｄ２）を選択することによって、内側クラッド領域の実効屈折率が外側クラッド領域の実効屈折率よりも小さい光ファイバを提供できる。内側クラッド領域の実効屈折率を求めるための方法のひとつとして、内側クラッド領域の実効屈折率が、内側クラッド領域の構造が無限に繰り返されるクラッド領域の実効屈折率と少なくとも実質的に同じであるとみなしてもよい。
【0045】
外側クラッド領域が外側クラッド特徴部の少なくとも３つの外側クラッドリングを有している場合、微細構造光ファイバからの漏れ損失が最小限に抑えられる。
コア領域の径が少なくとも約２μｍである場合、前述したように、スーパーコンティニューム生成に必要なパワーおよび／または一般的な高パワーに光ファイバが確実に耐えることができる。
コア領域の径が少なくとも約２μｍである場合、前述したように、スーパーコンティニューム生成に必要なパワーおよび／または一般的な高パワーに光ファイバが確実に耐えることができる。
【0046】
劣化に対するさらに高い耐久性が必要とされる場合は、水素および／または重水素をファイバにロードしてもよい。これについては、米国特許出願公開第２０１１／０１１６２８３号明細書、米国特許第８１４５０２３号明細書または同時係属のデンマーク特許出願第ＰＡ２０１４７０８００号明細書に記載されている。
【0047】
本発明による微細構造光ファイバの一実施形態においては、微細構造光ファイバが２０００μｍを超える波長の光を伝送可能であるように外側クラッド領域の外径および外側クラッド特徴部の平均径（ｄ２）の大きさが設定されている。したがって、閉じ込めが不十分であるために比較的大きい波長の光がファイバから漏れ出ることが確実に抑制される。比較的大きい波長の光が閉じ込められるため、このようなファイバは、スペクトルが５００ｎｍ未満、４５０ｎｍ未満または４００ｎｍ未満等の小さい波長に到達するスーパーコンティニュームの生成に適している。これは、スーパーコンティニュームスペクトルの大きい波長および小さい波長の群速度が合うことに少なくとも部分的に起因している。第１の特性径の大きさも、比較的波長の大きい光の閉じ込めを助けるように設定されることが好ましい。
【0048】
本発明による微細構造光ファイバの一実施形態においては、第１の特性径（ｄ１）が外側クラッド特徴部の平均径（ｄ２）よりも少なくとも１５％大きく、例えば外側クラッド特徴部の平均径（ｄ２）よりも少なくとも２０％大きく、例えば外側クラッド特徴部の平均径（ｄ２）よりも少なくとも２５％大きく、例えば外側クラッド特徴部の平均径（ｄ２）よりも少なくとも３０％大きく、例えば外側クラッド特徴部の平均径（ｄ２）よりも少なくとも３５％大きい。内側クラッド特徴部が外側クラッド特徴部よりも相対的に大きい場合、微細構造ファイバは小さい波長においてシングルモードである。さらに、励起光が入力端に入射される際に、微細構造光ファイバの出力端の安定性が向上する。また、内側クラッド特徴部が大きい場合には、励起光が入力端に入射される際にスペクトルの短波長において光が生成されやすくなる。
【0049】
本発明の微細構造光ファイバの一実施形態において、微細構造ファイバは非線形ファイバ、スーパーコンティニュームを生成するファイバまたはパッシブデリバリファイバである。
【0050】
製造を簡単にするために、光ファイバは非テーパ状であることが好ましい。
本発明による微細構造光ファイバの一実施形態において、コア領域は略円形であり、約２μｍ～約６μｍ、好ましくは約２．５μｍ～約５μｍ、好ましくは約３μｍ～約４μｍの径を有している。このようなコア径を有している微細構造光ファイバは、ファイバの入力端に励起光を入射することによってスーパーコンティニュームを生成する用途に適している。
本発明による微細構造光ファイバの一実施形態において、コア領域は略円形であり、約２μｍ～約６μｍ、好ましくは約２．５μｍ～約５μｍ、好ましくは約３μｍ～約４μｍの径を有している。このようなコア径を有している微細構造光ファイバは、ファイバの入力端に励起光を入射することによってスーパーコンティニュームを生成する用途に適している。
【0051】
本発明による微細構造光ファイバの一実施形態において、微細構造ファイバのコア領域は略円形であり、約１０μｍより大きく、好適には約１２μｍより大きく、好適には約１５μｍより大きく、好適には約２０μｍより大きく、好適には約３０μｍより大きい径を有している。このようなコア径を有している微細構造光ファイバは、光の特性を大幅に変えることなく光を伝送または誘導するデリバリファイバとして用いることができるラージモードエリアファイバである。さらに、上記のように大きいモードエリアを有する微細構造ファイバは、シングルモードにおいて１００ｎｍを超えるやや広い帯域幅にて光を伝送するよう構成されている。例えば、微細構造光ファイバは、約４００ｎｍ～約１７００ｎｍの波長範囲の光を伝送することができる。さらに、上記の寸法を有している微細構造ファイバは光の原子トラップに適している。
【0052】
好ましくは、コア領域の径はファイバの略全長にわたって略同じである。
本発明による微細構造光ファイバの一実施形態において、コア領域はコア背景材料を有しており、コア背景材料にはドーパント材がドープされているため、ドープされていないコア背景材料と比較してコア領域の屈折率が低い。このようなドーパント材の例としては、蛍石およびホウ素が挙げられる。屈折率を低下させる要素をコア領域が含んでいる場合、微細構造光ファイバはより小さい波長においてシングルモードファイバになる。コア背景材料は、例えば石英ガラス等の、クラッド背景材料と略同じ材料であってもよい。しかしながら、この実施形態においては、ドープされていないコア背景材料の屈折率よりもコア領域の屈折率が低い。
本発明による微細構造光ファイバの一実施形態において、コア領域はコア背景材料を有しており、コア背景材料にはドーパント材がドープされているため、ドープされていないコア背景材料と比較してコア領域の屈折率が低い。このようなドーパント材の例としては、蛍石およびホウ素が挙げられる。屈折率を低下させる要素をコア領域が含んでいる場合、微細構造光ファイバはより小さい波長においてシングルモードファイバになる。コア背景材料は、例えば石英ガラス等の、クラッド背景材料と略同じ材料であってもよい。しかしながら、この実施形態においては、ドープされていないコア背景材料の屈折率よりもコア領域の屈折率が低い。
【0053】
一実施形態において、コア領域は例えばデンマーク特許出願第ＰＡ２０１４００５４５号明細書に記載されているように微細構造を備えていてもよい。
本発明の微細構造光ファイバの一実施形態において、内側クラッド領域は、内側クラッド特徴部の内側リングを１つ、２つまたは３つ有している。このような数量のクラッド特徴部の内側リングを有していることによって、ファイバに適切な励起光が入射された場合に、生成されたスーパーコンティニュームスペクトルが、４５０ｎｍ、４００ｎｍさらには４００ｎｍ未満の短波長を含むという効果がもたらされる。
本発明の微細構造光ファイバの一実施形態において、内側クラッド領域は、内側クラッド特徴部の内側リングを１つ、２つまたは３つ有している。このような数量のクラッド特徴部の内側リングを有していることによって、ファイバに適切な励起光が入射された場合に、生成されたスーパーコンティニュームスペクトルが、４５０ｎｍ、４００ｎｍさらには４００ｎｍ未満の短波長を含むという効果がもたらされる。
【0054】
複数の内側リングを有している実施形態においては、内側リングのブリッジの最小幅が略同一であることが好ましい。
好ましくは、内側クラッド領域は内側クラッド特徴部のリングを１つのみ有している。比較的狭いブリッジ、例えば前述の最小幅（ｗ１）のブリッジを有している内側リングを１つのみ有している内側クラッド領域は、ファイバに適切な励起光が入射された場合に、生成されたスーパーコンティニュームスペクトルが４５０ｎｍ、４００ｎｍさらには４００ｎｍ未満の短波長を含むという効果をもたらし、同時に、内側クラッド領域はコアに光を閉じ込めるためには薄すぎる（コアから外側クラッド領域まで軸方向に測定した場合）。外側クラッド領域が、コアの基本モードを閉じ込めるために機能し、同時に、高次コアモードの除去を可能としている。
好ましくは、内側クラッド領域は内側クラッド特徴部のリングを１つのみ有している。比較的狭いブリッジ、例えば前述の最小幅（ｗ１）のブリッジを有している内側リングを１つのみ有している内側クラッド領域は、ファイバに適切な励起光が入射された場合に、生成されたスーパーコンティニュームスペクトルが４５０ｎｍ、４００ｎｍさらには４００ｎｍ未満の短波長を含むという効果をもたらし、同時に、内側クラッド領域はコアに光を閉じ込めるためには薄すぎる（コアから外側クラッド領域まで軸方向に測定した場合）。外側クラッド領域が、コアの基本モードを閉じ込めるために機能し、同時に、高次コアモードの除去を可能としている。
【0055】
一実施形態において、コアから外側クラッド領域まで軸方向に測定される内側クラッド領域の厚さは、好適にはコア径の約８０％未満であり、例えばコア径の約７０％以下であり、例えばコア径の約６０％以下であり、例えばコア径の約５０％以下である。内側クラッド領域が比較的薄く、例えばコア径の８０％以下の厚さ、もしくはより好適にはコア径の５０％以下の厚さを有しているクラッド領域を備えた光ファイバは、４００ｎｍ未満まで広がる青色シングルモード光を得るためのスーパーコンティニューム生成に非常に適している。内側クラッド領域を狭めることによって、光の可視域において少なくとも第１高次モードをほとんど完全に除去することができる。
【0056】
本発明の微細構造光ファイバの一実施形態において、内側クラッド領域の内側クラッド特徴部は第１ピッチ（Λ１）にて配置され、外側クラッド領域の外側クラッド特徴部は第２ピッチ（Λ２）にて配置されている。内側クラッド領域の内側クラッド特徴部は、第１の相対的クラッド特徴部寸法（ｄ１／Λ１）を有し、外側クラッド領域の外側クラッド特徴部は、第２の相対的クラッド特徴部寸法（ｄ２／Λ２）を有している。第１の相対的クラッド特徴部寸法と第２の相対的クラッド特徴部寸法との間の差（ｄ１／Λ１－ｄ２／Λ２）は約０．１よりも大きく、好適には約０．１５よりも大きく、好適には約０．２よりも大きく、好適には約０．２５よりも大きく、好適には約０．３よりも大きい。本願において、「ピッチ（Λ）」という用語は、隣り合うクラッド特徴部の間の間隔を指し、例えば、２つの隣り合うクラッド特徴部の中心の間の距離を指す。「相対的クラッド特徴部寸法（ｄ／Λ）」という用語は、クラッド特徴部が空気で満たされた間隙である場合は「空気充填比率」を指す。第１の相対的クラッド特徴部寸法と第２の相対的クラッド特徴部寸法との間の差の絶対値が上記のとおりである場合、内側クラッド領域内のより大きい特徴部と外側クラッド領域内のより小さい特徴部とによってもたらされる効果のバランスが適切な状態になる。光ファイバにシングルモード特性をもたらすためには、第１の相対的クラッド特徴部寸法と第２の相対的クラッド特徴部寸法との間の差（ｄ１／Λ１－ｄ２／Λ２）が可能な限り大きいことが好ましいが、この差が大きくなりすぎると光ファイバ内に光を十分に閉じ込められなくなり、光が失われてしまう。差を上記の数値に設定することによって適切なバランスがもたらされる。
【0057】
本発明による微細構造光ファイバの一実施形態において、第１の特性径（ｄ１）と外側クラッド特徴部の平均径（ｄ２）との間の差は約０．３μｍよりも大きく、好適には約０．４μｍよりも大きく、好適には約０．５μｍよりも大きく、好適には約０．６μｍよりも大きい。これによって、内側クラッド領域内のより大きい特徴部と外側クラッド領域内のより小さい特徴部とによってもたらされる効果のバランスが適切な状態になる。
【0058】
本発明による微細構造光ファイバの一実施形態において、第１の特性径は約１．５μｍよりも大きく、例えば約１．８μｍよりも大きく、例えば約２．０μｍよりも大きく、例えば約２．２μｍよりも大きく、例えば約２．４μｍよりも大きく、例えば約２．６μｍよりも大きく、例えば約２．８μｍよりも大きい。このような第１の特性径を有する第１クラッド特徴部を有している微細構造光ファイバは、例えば４００ｎｍ未満または４５０ｎｍ未満の非常に短い波長を有するスーパーコンティニュームスペクトルを生成することができるファイバであり、さらに、少なくともスペクトルの非常に大きな部分（例えば８００ｎｍ以上）においてシングルモードファイバとして機能する微細構造光ファイバである。
【0059】
本発明による微細構造光ファイバの一実施形態において、外側クラッド特徴部の平均径（ｄ２）は約１．１μｍ～１．８μｍであり、例えば約１．１５μｍ～約１．７μｍ、例えば約１．２μｍ～約１．５μｍ、例えば約１．３μｍである。しかしながら、第１の特性径が外側クラッド特徴部の平均径よりも少なくとも約１０％大きいという全体的な限定事項は維持する必要がある。したがって、上記の第１の特性径および外側クラッド特徴部の平均径は組み合わせられない場合もある。上記の外側クラッド特徴部の平均径を有している微細構造光ファイバは、波長スペクトルの広い光を非常に好適に閉じ込めることができる。
【0060】
本発明の微細構造光ファイバの一実施形態において、第１ピッチ（Λ１）および第２ピッチ（Λ２）はそれぞれ約２．５μｍ～約３．５μｍである。第１ピッチおよび第２ピッチをこのような数値にすることによって、２μｍ以上や３μｍ以上等の比較的小さいコア領域が形成され、その結果、例えば４５０ｎｍ未満、４００ｎｍ未満さらには約３５０ｎｍ未満の非常に短い波長を含むスーパーコンティニュームスペクトルを得ることができる。
【0061】
一実施形態において、内側クラッド領域の少なくとも１つの内側リングの特徴部は楕円形であり、大きい方の径と、直交する小さい方の径との間のアスペクト比は約１：１．２～約１：３であり、好適には、約１：１．５～約１：２．５である。好適には、内側クラッド領域の少なくとも１つの内側リングの特徴部は、小さい方の径が光ファイバの長手方向軸線を基準として径方向に延びるように配向されている。小さい方の径が光ファイバの長手方向軸線を基準として径方向に延びるように内側リングの特徴部を配置することによって、内側クラッド領域の厚さが比較的薄くなり、好適にはコア径の８０％以下、例えば約５０％以下になる。同時に、内側リングは１つのみであることが好ましい。
【0062】
一実施形態において、内側クラッド領域の実効屈折率は外側クラッド領域の実効屈折率よりも低い。この実施形態においては、内側クラッド領域の特徴部が、外側クラッド特徴部の平均径よりも大きい特性径を有していることが好ましい。
【0063】
一実施形態において、内側クラッド領域の実効屈折率は、外側クラッド領域の実効屈折率以上である。この実施形態においては、内側クラッド領域の特徴部が、外側クラッド特徴部の平均径よりも小さい特性径を有していることが好ましい。好適には、少なくとも３つの外側リングの特徴部を含む外側クラッド特徴部の平均径は、内側クラッド特徴部の特性径よりも少なくとも約１０％大きく、例えば少なくとも約２０％、例えば少なくとも約５０％大きい。
【0064】
一実施形態においては、内側クラッド特徴部の特性径は、少なくとも３つの外側リングの特徴部を含む外側クラッド特徴部の平均径の約半分以下である。
この実施形態または他の実施形態においては、内側クラッド領域の特徴部は第１ピッチ（Λ１）にて配置され、外側クラッド領域の特徴部は第２ピッチ（Λ２）にて配置されている。第２ピッチは第１ピッチよりも大きく、例えば第１ピッチよりも少なくとも約１０％大きく、好適には少なくとも約２５％大きく、より好適には少なくとも約５０％大きい。
この実施形態または他の実施形態においては、内側クラッド領域の特徴部は第１ピッチ（Λ１）にて配置され、外側クラッド領域の特徴部は第２ピッチ（Λ２）にて配置されている。第２ピッチは第１ピッチよりも大きく、例えば第１ピッチよりも少なくとも約１０％大きく、好適には少なくとも約２５％大きく、より好適には少なくとも約５０％大きい。
【0065】
好ましくは、高次モードを十分に取り除くために、第２ピッチ（Λ２）は少なくとも約２．５μｍである。
好適には、内側クラッド領域の径方向の厚さは、コア径に対して約８０％以下、例えばコア径に対して約６０％以下である。
好適には、内側クラッド領域の径方向の厚さは、コア径に対して約８０％以下、例えばコア径に対して約６０％以下である。
【0066】
一実施形態においては、第２ピッチは第１ピッチの少なくとも約２倍である。
本発明による微細構造光ファイバの一実施形態においては、約１４００ｎｍ以上、好適には約１２００ｎｍ以上、好適には約１１００ｎｍ以上、好適には約１０５０ｎｍ以上、好適には１０３０ｎｍ以上における高次コアモードの実効屈折率よりもクラッド領域の最も高い実効屈折率が高くなるように内側および外側のクラッド領域のクラッド特徴部の寸法が設定されている。クラッド領域の最も高い実効屈折率が、特定の波長範囲における高次コアモードの実効屈折率よりも高い場合、このような高次コアモードはその特定の波長範囲において微細構造光ファイバ内を伝送されない。このため、基本コアモードのみが伝送されることになり、その特定の波長範囲においてファイバがシングルモードとなる。
本発明による微細構造光ファイバの一実施形態においては、約１４００ｎｍ以上、好適には約１２００ｎｍ以上、好適には約１１００ｎｍ以上、好適には約１０５０ｎｍ以上、好適には１０３０ｎｍ以上における高次コアモードの実効屈折率よりもクラッド領域の最も高い実効屈折率が高くなるように内側および外側のクラッド領域のクラッド特徴部の寸法が設定されている。クラッド領域の最も高い実効屈折率が、特定の波長範囲における高次コアモードの実効屈折率よりも高い場合、このような高次コアモードはその特定の波長範囲において微細構造光ファイバ内を伝送されない。このため、基本コアモードのみが伝送されることになり、その特定の波長範囲においてファイバがシングルモードとなる。
【0067】
本発明による微細構造光ファイバの一実施形態において、クラッド特徴部は空気、気体または液体で満たされた間隙であり、もしくは、基材よりも屈折率の低いガラス、例えば蛍石をドープした石英ガラスである。
【0068】
本発明による微細構造光ファイバの一実施形態においては、光がファイバに入射するときに波長が約４００ｎｍ～約２３００ｎｍである光の基本モードに対するファイバの伝送損失は１ｄＢ／ｍ未満である。外側クラッドリングの数および外側クラッド特徴部の寸法は、伝送損失をこのように低くするように光の基本モードの閉じ込めを十分に行うために選択されている。
【0069】
本発明による微細構造光ファイバの一実施形態においては、微細構造ファイバのコア領域が第１屈折率を有し、内側クラッド領域が第２屈折率を有し、コア領域と、全体としてのクラッド領域の最高屈折率との間のΔ値が約０．０３より小さく、例えば約０．０２５より小さい。Δ値は、光ファイバがシングルモードファイバである程度の目安となる。Δ値が小さい場合、光ファイバがシングルモードである程度が高い。
【0070】
数値形式においては、Δ値はΔ＝（ｎｃ－ｎｅｆｆ，ｃｉ）／ｎｃであり、ｎｃはコアの屈折率であり、ｎｅｆｆ，ｃｉはクラッドの実効屈折率である。
コアの屈折率は基材の屈折率から求められるため、測定が概して容易である。クラッドの実効屈折率は、計算によって求められる数値である。当業者であれば、クラッドの実効屈折率を基本的な空間充填法によって計算できる。Δ値は、クラッドおよびコアの基材と、コアの寸法、クラッドの気孔の径および気孔の間隔もしくはピッチ（Λ）との組み合わせによって直接的および一義的に求めることが可能である。
コアの屈折率は基材の屈折率から求められるため、測定が概して容易である。クラッドの実効屈折率は、計算によって求められる数値である。当業者であれば、クラッドの実効屈折率を基本的な空間充填法によって計算できる。Δ値は、クラッドおよびコアの基材と、コアの寸法、クラッドの気孔の径および気孔の間隔もしくはピッチ（Λ）との組み合わせによって直接的および一義的に求めることが可能である。
【0071】
本発明による微細構造光ファイバの一実施形態においては、約３５０ｎｍを超える波長、例えば約５００ｎｍを超える波長、例えば約６００ｎｍを超える波長、例えば約７００ｎｍを超える波長、例えば約８００ｎｍを超える波長、例えば約９００ｎｍを超える波長、例えば約１０００ｎｍを超える波長、例えば約１１００ｎｍを超える波長、例えば約１２００ｎｍを超える波長に対してファイバがシングルモードファイバである。
【0072】
本発明による微細構造光ファイバの一実施形態において、外側クラッド領域は外側クラッド特徴部の少なくとも４つの外側クラッドリングを有し、例えば外側クラッド特徴部の少なくとも５つの外側クラッドリング、例えば外側クラッド特徴部の少なくとも６つの外側クラッドリング、例えば外側クラッド特徴部の７つの外側クラッドリングを有している。外側クラッド特徴部の外側クラッドリングの数が増加すると漏れ損失が減るため、光ファイバ内に光を閉じ込めやすくなる。
【0073】
一実施形態において、約４００ｎｍ～約２４００ｎｍの波長範囲において少なくとも約１００ｎｍ、例えば少なくとも約５００ｎｍに広がる波長における少なくとも第１高次コアモードの実効屈折率よりも外側クラッド領域の実効屈折率が高い。
【0074】
一実施形態において、クラッド特徴部の屈折率は、クラッド背景材料の屈折率よりも低い。好適には、クラッド特徴部は、空気、他の気体または混合気体で満たされていてもよい非固形状の間隙である。
【0075】
少なくとも約４００ｎｍ～約１７００ｎｍまで広がる所望のスーパーコンティニューム生成を行うためには、光ファイバのゼロ分散波長が約８６０ｎｍ～約１４００ｎｍであることが好ましい。好適には、光ファイバのゼロ分散波長は約９００ｎｍ～約１２００ｎｍであり、少なくともゼロ分散波長においてファイバがシングルモードであり、好適には、少なくともゼロ分散波長に対して＋２００ｎｍ～－２００ｎｍの波長範囲、より好適には、約４００ｎｍ～約１７００ｎｍの全範囲においてシングルモードである。
【0076】
一実施形態において、本発明は以下を備えているカスケード光ファイバに関する。
ａ．本発明による上記の第１微細構造光ファイバ。
ｂ．第２光ファイバの長手方向軸線に沿って光を伝送可能な第２コア領域と、第２コア領域を包囲している第２クラッド領域とを有している第２光ファイバ。
ａ．本発明による上記の第１微細構造光ファイバ。
ｂ．第２光ファイバの長手方向軸線に沿って光を伝送可能な第２コア領域と、第２コア領域を包囲している第２クラッド領域とを有している第２光ファイバ。
【0077】
この実施形態においては、第１微細構造光ファイバのモードフィールド径が、第２微細構造光ファイバのモードフィールド径よりも大きい。第１微細構造光ファイバは、好ましくは接合によって、第２光ファイバに光学的に接続されている。第２光ファイバも、本発明による微細構造光ファイバ、すなわち、寸法の異なるクラッド特徴部を有するファイバであってもよい。もしくは、全てのクラッド特徴部の寸法が略同じであるクラッドを有する微細構造光ファイバであってもよい。
【0078】
このようなカスケード光ファイバは、本発明による微細構造光ファイバの効果と第２光ファイバの効果とを組み合わせることができるという利点を備えている。一実施形態においては、第１微細構造光ファイバは入力ファイバとして用いることができ、この入力ファイバから出力される光が、確実にシングルモード光として第２光ファイバに入る。この場合、第２光ファイバがマルチモードファイバであっても、第１光ファイバから第２光ファイバに入力される光がシングルモード光であるため、第２光ファイバから出力される光は実質的にシングルモード光である。
【0079】
第２光ファイバは、ロバストパッシブ（ｒｏｂｕｓｔ ｐａｓｓｉｖｅ）であってもよい。もしくは、第２光ファイバは、分散を防止するように構成されたファイバであってもよい。この場合は、第２光ファイバを光出力用に構成されたファイバとすることが好ましい。
【0080】
本願においては「モードフィールド径」という用語は、光場の強度が最大値の１／ｅまで低減された基本モードの径を指す。この径は、光度がピーク光度のｅ－２まで下がる径方向位置の径に一致している。これは、光度密度が光場の強度の２乗に比例するためである。
【0081】
モードフィールド径はファイバの開口数およびカットオフ波長によって決まり、ファイバコアの径と相関関係にある。一般的に、モードフィールド径は、ファイバコアの物理的な径の寸法と同程度である。
【0082】
一実施形態においては、第１微細構造光ファイバのダブルクラッド長さ部分がファイバの略全長にわたって延び、第２光ファイバが少なくともシングルクラッド長さ部分を有し、好適には、第２光ファイバはその全長にわたってシングルクラッドファイバである。
【0083】
一実施形態において、本発明は、以下に記載される第１ファイバ部分および第２ファイバ部分を有する第２カスケード光ファイバに関する。
ａ．第１ファイバ部分はシングルモード光ファイバを有し、シングルモード光ファイバは、シングルモード光ファイバの長手方向軸線に沿って光を伝送可能である第３コア領域と、小さいクラッド特徴部を有する第３クラッド領域とを有している。
ａ．第１ファイバ部分はシングルモード光ファイバを有し、シングルモード光ファイバは、シングルモード光ファイバの長手方向軸線に沿って光を伝送可能である第３コア領域と、小さいクラッド特徴部を有する第３クラッド領域とを有している。
【0084】
ｂ．第２ファイバ部分は、第２ファイバ部分の長手方向軸線に沿って光を伝送可能である第４コア領域と、大きなクラッド特徴部を有する第４クラッド領域とを有している。
この第２カスケード光ファイバにおいては、第１ファイバ部分および第２ファイバ部分のモードフィールド径が略同じであり、第１ファイバ部分および第２ファイバ部分は、第１ファイバ部分から第２ファイバ部分および／または第２ファイバ部分から第１ファイバ部分に光を伝送可能であるように、例えば互いに接合されることによって光学的に接続されている。
この第２カスケード光ファイバにおいては、第１ファイバ部分および第２ファイバ部分のモードフィールド径が略同じであり、第１ファイバ部分および第２ファイバ部分は、第１ファイバ部分から第２ファイバ部分および／または第２ファイバ部分から第１ファイバ部分に光を伝送可能であるように、例えば互いに接合されることによって光学的に接続されている。
【0085】
この実施形態においては、第１ファイバ部分が、寸法の略等しいクラッド特徴部を有する完全なクラッドを備えている。さらに、第２ファイバ部分も、寸法の略等しいクラッド特徴部を有する完全なクラッドを備えている。しかしながら、第２ファイバ部分のクラッド特徴部の寸法は、第１ファイバ部分のクラッド特徴部の寸法よりも大きい。好ましくは、第２ファイバ部分は、青色波長（５００ｎｍ未満、４５０ｎｍ未満さらには４００ｎｍ未満）まで広がるスーパーコンティニュームスペクトルを生成するように構成されているいわゆる青色ファイバである。
【0086】
一実施形態において、本発明はスーパーコンティニューム光生成の光源に関する。この光源は、本発明による微細構造光ファイバと、励起レーザ光源とを有している。励起レーザ光源は、励起波長にて励起放射を生成するとともに、微細構造光ファイバの入力端に励起放射を入射するように構成されている。微細構造光ファイバは、微細構造ファイバに励起放射が入射したときにスーパーコンティニューム放射を発生させるように構成されている。
【0087】
このスーパーコンティニューム放射光源は本発明による微細構造光ファイバの複合クラッドを備えているため、ファイバの長手方向に直交する断面の全体においてクラッド特徴部の寸法が略等しいクラッドを有する微細構造光ファイバを使用する光源と比較して、より平坦かつ安定したスーパーコンティニュームスペクトルを生成することができる。「平坦なスペクトル」という表現は、波長に応じたスペクトルのパワー変化が小さい状態を指す。安定したスペクトルとは、大幅に変動することがなく、ずれることのないスペクトルを意味している。安定したスペクトルは時間に応じた変化がほとんど発生しない。
【0088】
好適には、本発明の光源にて使用される微細構造光ファイバは、光の青色波長（例えば４５０ｎｍ、４００ｎｍまたは４００ｎｍ未満）まで広がるスーパーコンティニュームスペクトルを生成するように構成されている。
【0089】
本発明による光源の一実施形態においては、スーパーコンティニューム光が、実質的にファイバの基本モードのみに限定して発生する。
好ましくは、微細構造光ファイバにおいて少なくとも入力端および好適にはファイバの大部分、例えば略全長にわたる部分が、励起波長においてシングルモードである。
好ましくは、微細構造光ファイバにおいて少なくとも入力端および好適にはファイバの大部分、例えば略全長にわたる部分が、励起波長においてシングルモードである。
【0090】
一実施形態においては、スーパーコンティニューム光生成の光源の微細構造光ファイバがカスケード光ファイバであり、励起レーザは第１微細構造光ファイバの入力端に励起放射を入射するように構成されている。
【0091】
本発明によるスーパーコンティニューム光生成の光源の一実施形態においては、励起波長が約１０００ｎｍ～約１１００ｎｍであり、好適には約１０３０ｎｍ～約１０７０ｎｍ、例えば約１０３０ｎｍまたは約１０６４ｎｍである。これらの波長において様々な励起光源が存在しているため、上記の数値は実用的である。
【0092】
一実施形態において、スーパーコンティニューム光生成の光源は、スペクトルフィルタリング装置を有し、この装置はスーパーコンティニューム光源の出力を、フィルタリングされたＳＣ出力にフィルタリングするように構成されている。フィルタリングされたＳＣ出力は、中心波長がλ１であり出力帯域幅ＢＷ１を有している。中心波長λ１および出力帯域幅ＢＷ１の少なくとも一方が同調可能である。好ましくは、出力帯域幅ＢＷ１は、約５ｎｍ未満の単位で段階的に同調可能である。スペクトルフィルタリング装置は例えばＡＯＴＦを有している。
【0093】
一実施形態において、本発明は、本発明によるスーパーコンティニューム光生成の光源を内視鏡検査および外科的顕微鏡検査の用途に使用することに関する。
内視鏡検査および外科的顕微鏡検査等の用途においては、特定の種類の組織を区別するために、明るい光と、実際の色に忠実かつ円滑な照明とが必要である。このような光は、最小侵襲手術後の傷の治りを良くするために細い光導波路を介して伝送されることが望ましい。
内視鏡検査および外科的顕微鏡検査等の用途においては、特定の種類の組織を区別するために、明るい光と、実際の色に忠実かつ円滑な照明とが必要である。このような光は、最小侵襲手術後の傷の治りを良くするために細い光導波路を介して伝送されることが望ましい。
【0094】
本発明においては、「スーパーコンティニューム」という用語はスペクトル的に広い信号を指す。スーパーコンティニュームは、スペクトルの下方境界である「青色端」と、スペクトルの上方境界である「赤色端」とを有している。シリカ光ファイバにおいて、青色端は３００～６００ｎｍの範囲内の波長であり、例えば３５０～５５０ｎｍの範囲内である。赤色端は、１３００～２４００ｎｍの範囲内の波長であり、例えば１６００～２４００ｎｍの範囲内である。スーパーコンティニュームのスペクトル幅は、赤色端の波長と青色端の波長との差としてもよい。スペクトル幅は１００ｎｍより大きくてもよく、例えば１５０ｎｍより大きく、例えば３００ｎｍより大きく、例えば５００ｎｍより大きく、例えば７５０ｎｍより大きく、例えば１０００ｎｍより大きく、例えば１５００ｎｍより大きく、例えば２０００ｎｍより大きく、例えば２５００ｎｍより大きく、例えば３０００ｎｍより大きい。
【0095】
微細構造光ファイバにおいては、コア領域は、クラッド特徴部によって直接的に包囲されている領域として定義されてもよい。コアは、クラッド特徴部の構造が欠落している部分、例えばクラッド特徴部がない部分として理解することができる。
【0096】
本発明はさらに、内視鏡検査、外科的顕微鏡検査、共焦点顕微鏡検査、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＴＣ）、マルチモード照射、自己蛍光、蛍光寿命イメージング測定（ＦＬＩＭ）、分子イメージング、光遺伝学、ディスプレイ、拡散成分特性評価、太陽電池特性評価、量子ドット特性評価、プラズモニクス、分散型フーリエ変換分光法および原子トラップ用途から選択される手法の実施における使用に適した照射方法に関する。
【0097】
この方法は、上記のようなスーパーコンティニューム光生成の光源を提供することと、微細構造光ファイバの入力端に励起放射を入射することと、微細構造光ファイバ内においてスーパーコンティニュームを生成することと、手法を実施する対象に向かってスーパーコンティニュームの少なくとも一部を放射することと、からなる。
【0098】
本発明のスーパーコンティニューム光生成の光源は安定性が高いため、このスーパーコンティニューム光生成の光源は、複数の波長が同時に使用されるか、例えば交互等に切り替えて順に使用される照射手法に非常に適している。スーパーコンティニューム光生成の光源の好適な使用は、内視鏡検査、外科的顕微鏡検査、共焦点顕微鏡検査、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＴＣ）、マルチモード照射、自己蛍光、蛍光寿命イメージング測定（ＦＬＩＭ）、分子イメージング、光遺伝学、ディスプレイ、拡散成分特性評価、太陽電池特性評価、量子ドット特性評価、プラズモニクス、分散型フーリエ変換分光法および原子トラップ用途のうちの少なくとも１つの手法において照射および検出のために使用することを含む。
【0099】
一実施形態において、本発明のスーパーコンティニューム光生成の光源は、米国特許出願公開第２０１４／０２３２９８８号明細書に記載されているように、例えば１つまたは複数のモニタリング工程を含む１つまたは複数のセッションにわたって患者の眼球の１つまたは複数のパラメータをモニタリングするために好適に用いることができる。
【0100】
一実施形態において、本発明のスーパーコンティニューム光生成の光源は、米国特許出願公開第２０１４／０３３３９７８号明細書に記載されているように、眼球をスキャンするために好適に用いることができる。
【0101】
本発明は、内視鏡検査、外科的顕微鏡検査、共焦点顕微鏡検査、光コヒーレンストモグラフィー（ＯＴＣ）、マルチモード照射、自己蛍光、蛍光寿命イメージング測定（ＦＬＩＭ）、全反射照明蛍光（ＴＩＲＦ）顕微鏡検査、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、ブロードバンド分光法、ナノフォトニクス、フローサイトメトリー、工業検査、リングダウン分光法、分析分光法、分子イメージング、光遺伝学、ディスプレイ、拡散成分特性評価、太陽電池特性評価、量子ドット特性評価、プラズモニクス、分散型フーリエ変換分光法および原子トラップ用途のうちの少なくとも１つにおける使用に適した照射光源にさらに関する。この照射光源は、上記のスーパーコンティニューム光生成の光源を有している。
【0102】
好ましくは、本発明の照射光源は１つまたは複数の光学フィルタを有している。光学フィルタは、スーパーコンティニューム光生成の光源によって生成されたスーパーコンティニュームビームをフィルタリングするように構成されている。光学フィルタは、照射光源の出力を１つまたは複数の波長および／または波長範囲に同調するように同調できることが好ましい。一実施形態においては、照射光源の出力は２つの区別された波長または波長範囲を有し、例えばグリッドパターンの生成またはパラメータのモニタリング／検出のための第１波長（単一の波長または必要に応じて波長範囲等）と、手術用照射を提供するための第２波長範囲とを有している。
【0103】
一実施形態においては、照射光源が、例えば米国特許出願公開第２０１４／００６６７２３号明細書に記載されているように光パルスの時間的伸長を行う分散パルス伸長要素を有している。分散パルス伸長要素は、デリバリファイバ等の光ファイバであるか、光ファイバの一部を形成している。一実施形態においては、分散パルス伸長要素はスーパーコンティニューム生成の光源に組み込まれている。
【0104】
好ましくは、スーパーコンティニューム光生成の光源は、生成されたスーパーコンティニューム光を出力するためのファイバ出力端を有している。ファイバ出力端は、生成されたスーパーコンティニューム光を照射位置に送るためにデリバリファイバに光学的に接続されている。デリバリファイバは、着脱式コネクタを用いてスーパーコンティニューム光生成の光源のファイバ出力端に接続されて、必要に応じてデリバリファイバを交換できるようになっていることが好ましい。好適には、デリバリファイバは、少なくとも部分的にプローブおよび／またはセンサに組み込まれることによって、プローブおよび／またはセンサに光学的に接続されている。
【0105】
一実施形態において、照射光源は、外科用顕微鏡等の顕微鏡、蛍光寿命イメージング（ＦＬＩＭ）および全反射照明蛍光（ＴＩＲＦ）顕微鏡検査法に基づく光学蛍光顕微鏡等の光学蛍光顕微鏡の一部を形成している。
【0106】
好ましくは、例えば米国特許出願公開第２０１４／００６６７２３号明細書に記載されているように、眼科手術等の目に照射する手法において用いるように照射光源が構成されている。好ましくは、手術前および手術中の少なくとも一方において眼球または眼球の内部に照射を行うためにデリバリファイバが少なくとも部分的にプローブに組み込まれていることによって、デリバリファイバがプローブに光学的に接続されている。好適には、プローブの外径は約１２５μｍ以下である。一実施形態においては、例えば米国特許出願公開第２０１４／０２９３２２５号明細書または米国特許出願公開第２０１５／００８０７１８号明細書に記載されているように、眼球のＯＴＣに用いるように照射光源が構成されている。
【0107】
一実施形態においては、プローブが、米国特許出願公開第２０１４／０２００５６６号明細書または米国特許出願公開第２０１４／０１８０２６４号明細書に記載されているようなマルチスポット発生器を有しており、このマルチスポット発生器は、デリバリファイバから出力ビームを少なくとも部分的に受け取るために光学的に接続されている。一実施形態においては、マルチスポット発生器がマルチコア光ファイバを有している。
【0108】
一実施形態において、プローブは、例えば米国特許第８４９６３３１号明細書に記載されているように光パターンを生成する回折光学要素を有している。
好ましくは、照射光源のスーパーコンティニューム光生成の光源は、４５０ｎｍ未満の波長を含むスーパーコンティニュームを生成するように構成されている。
好ましくは、照射光源のスーパーコンティニューム光生成の光源は、４５０ｎｍ未満の波長を含むスーパーコンティニュームを生成するように構成されている。
【0109】
一実施形態において、照射光源は誘導放出制御を行うように構成されている。
本発明は、例えば計測用の工業用検査装置をさらに含み、この装置は上記の照射光源を有している。
本発明は、例えば計測用の工業用検査装置をさらに含み、この装置は上記の照射光源を有している。
【0110】
本発明は、上記の照射光源を有している分光器をさらに含む。好適には、この分光器はリングダウン分光器（例えばガス検知用分光器）、分析用分光器（例えばハイパースペクトル分光法または果物等の農作物分析において用いる分光器）、飛行時間分光器および／または分散フーリエ変換分光器である。
【0111】
範囲および好適な範囲を有している上記の発明および発明の実施形態の全ての特徴は、これらの特徴を組み合わせない特定の理由が存在する場合を除いて、本発明の範囲内において様々に組み合わせ可能である。
【0112】
本発明の詳細を、好適な実施形態に関連して、以下の図面を参照して記載する。
【図面の簡単な説明】
【0113】
【図1a】既知の微細構造ファイバの断面を示す顕微鏡写真。
【図2a】本発明による微細構造光ファイバの一実施形態の断面を示す顕微鏡写真。
【図3a】本発明による微細構造光ファイバの一実施形態の断面を示す顕微鏡写真。
【図3c】微細構造ファイバの一実施形態の断面を示す概略図。
【図4】寸法の等しいクラッド特徴部を有するクラッドを備えた標準的な微細構造光ファイバに異なるパワーレベルにて励起波長の励起光を入射することによって得られるスーパーコンティニュームスペクトルのパワースペクトル密度を示すグラフ。
【図5】本発明による微細構造光ファイバに異なるパワーレベルにて励起波長の励起光を入射することによって得られるスーパーコンティニュームスペクトルのパワースペクトル密度を示すグラフ。
【図6a】所定の励起パワーレベルにおける、標準的な微細構造光ファイバおよび本発明による微細構造ファイバのパワースペクトル密度を示すグラフ。
【図6b】別の励起パワーレベルにおける、標準的な微細構造光ファイバおよび本発明による微細構造ファイバのパワースペクトル密度を示すグラフ。
【図7】本発明によるスーパーコンティニューム放射光源の概略図。
【図8】本発明によるカスケードファイバ５０の一実施形態を示す図。
【図9】楕円形の内側クラッド特徴部を有する、本発明による微細構造光ファイバの一実施形態を示す概略図。
【図10】内側クラッドピッチが外側クラッドピッチよりも小さい、本発明による微細構造光ファイバの一実施形態を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【0114】
図面は概略図であり、図示を明瞭にするために単純化されている場合もある。全図において、同一または類似の部分には同じ符号が付されている。
図１ａは、既知の微細構造ファイバの断面１０を示す顕微鏡写真である。この断面１０は、ファイバの長手方向軸線に対して直交する断面である。このファイバは微細構造ファイバであり、コア領域１２およびクラッド領域１４を有している。クラッド領域１４はコア領域１２を包囲している。コア部分もしくはコア領域１２は、コア１２を直接的に包囲するように配置されているクラッド特徴部１１に内接されている。
図１ａは、既知の微細構造ファイバの断面１０を示す顕微鏡写真である。この断面１０は、ファイバの長手方向軸線に対して直交する断面である。このファイバは微細構造ファイバであり、コア領域１２およびクラッド領域１４を有している。クラッド領域１４はコア領域１２を包囲している。コア部分もしくはコア領域１２は、コア１２を直接的に包囲するように配置されているクラッド特徴部１１に内接されている。
【0115】
クラッド領域１４はクラッド特徴部１１を有している。特徴部はファイバの長手方向に延びる略円形の孔もしくは間隙として形成されている。クラッド特徴部１１はクラッド背景材料または基材内において分散されている。図示されているクラッド特徴部１１は規則的配列に配置されている。図１ａ～１ｅに示す微細構造光ファイバ１０は、クラッド特徴部を有する単一のクラッドを備えている。各クラッド特徴部の寸法は略同じである。
【0116】
図１ｂは、図１ａに示すファイバの断面を示す概略図である。図１ｂは、コア領域１２を有する既知の微細構造ファイバの断面１０を示す。コア領域１２は、規則的な配列に配置されたクラッド特徴部１１を有するクラッド１４に包囲されている。
【0117】
図１ｃ～１ｅは、図１ａの微細構造ファイバの断面の概略図であり、クラッド特徴部の第１、第２および第３リングをそれぞれ示している。図１ｃにおいて、点線の六角形１４－Ｉはクラッド特徴部の最も内側のリングを示している。クラッド特徴部の間のブリッジには「Ｗ」が付されている。クラッド特徴部の最も内側のリングもしくは第１リングは、６個のクラッド特徴部を含んでいる。図１ｄにおいて、点線の六角形１４－ＩＩはクラッド特徴部の次のリングもしくは第２リングを示している。クラッド特徴部の次のリングもしくは第２リングは、１２個のクラッド特徴部を含んでいる。図１ｅにおいて、点線の六角形１４－ＩＩＩはクラッド特徴部の次のリングもしくは第３リングを示している。クラッド特徴部の第３リングは、１８個のクラッド特徴部を含んでいる。
【0118】
図１ｃに示されるように、クラッド特徴部の第１リングもしくは最も内側のリング１４－Ｉは、コア領域に最も近いクラッド特徴部からなる。クラッド特徴部の次のリング、もしくはコア領域から数えて２番目の第２リング１４－ＩＩは、最も内側のリング１４－Ｉのクラッド特徴部に最も近いクラッド特徴部等を含んでいる。一般的に、リングは円形ではなく、例えば六角形等の、クラッド特徴部の形状に合う形状を有している。図１ａ～１ｅに示す微細構造ファイバ１０の断面は、クラッド特徴部の完全なリングを７個有し、さらに、クラッド特徴部の第７リングの近傍に位置する３×６個の追加クラッド特徴部を有している。
【0119】
本願においては、「クラッド特徴部のリング」はコア領域からの距離が概して略等しい複数のクラッド特徴部を指す。
図２ａは、本発明による微細構造光ファイバ２０の一実施形態の断面を示す顕微鏡写真である。図２ｂは、図２ａに示す微細構造ファイバ２０の断面を示す概略図である。
図２ａは、本発明による微細構造光ファイバ２０の一実施形態の断面を示す顕微鏡写真である。図２ｂは、図２ａに示す微細構造ファイバ２０の断面を示す概略図である。
【0120】
図２ａおよび図２ｂに示すファイバ２０は、コア領域もしくはコア２２と、コア領域を包囲するクラッド領域２４とを有している。図２ａおよび図２ｂに示されるように、クラッド領域２４は、クラッド背景材料と、クラッド背景材料内の複数のクラッド特徴部２１，２６とを有している。
【0121】
クラッド領域は、内側クラッド領域２７および外側クラッド領域２８を有している。内側クラッド領域２７は、内側クラッド特徴部２６の２つの内側リングを含んでいる。外側クラッド領域２８は、外側クラッド特徴部２１の５つの完全な外側クラッドリングを含み、さらに、外側クラッド特徴部の最も外側のリングの近傍に位置するとともにリングを形成していない追加の外側クラッド特徴部を含んでいる。内側クラッド領域２７の特徴部２６間の背景材料のブリッジの幅はｗ１であり、外側クラッド領域２８の特徴部２１間の背景材料のブリッジの幅はｗ２である。図に示すようにｗ２はｗ１よりも大幅に大きく、これによって前述した効果がもたらされている。
【0122】
内側クラッド領域２７はコア領域２２に隣接しており、外側クラッド領域２８は内側クラッド領域に隣接している。内側クラッド特徴部は第１の特性径（ｄ１）を有し、外側クラッド領域２８は、第１の特性径（ｄ１）より小さい特性径を有する複数の外側クラッド特徴部２１を有している。第１の特性径（ｄ１）は、外側クラッド特徴部２１の平均径（ｄ２）より少なくとも約１０％大きい。
【0123】
図２ａおよび図２ｂにおいては、クラッド特徴部２１，２６のうちの少数のみに符号が付されているが、内側クラッド領域において最も内側の２つのリングの１８個の特徴部の全てが内側クラッド特徴部である。図２ａおよび２ｂの残りのクラッド特徴部は外側クラッド特徴部である。
【0124】
図３ａは、本発明による微細構造光ファイバ３０の一実施形態の断面を示す顕微鏡写真である。図３ｂは、図３ａに示す微細構造ファイバの３０の断面を示す概略図である。
図３ａおよび図３ｂに示すファイバ３０は、コア領域もしくはコア３２と、コア領域を包囲するクラッド領域３４とを有している。図３ａおよび図３ｂに示されるように、クラッド領域３４は、クラッド背景材料と、クラッド背景材料内の複数のクラッド特徴部３１，３６とを有している。
図３ａおよび図３ｂに示すファイバ３０は、コア領域もしくはコア３２と、コア領域を包囲するクラッド領域３４とを有している。図３ａおよび図３ｂに示されるように、クラッド領域３４は、クラッド背景材料と、クラッド背景材料内の複数のクラッド特徴部３１，３６とを有している。
【0125】
クラッド領域は、内側クラッド領域３７および外側クラッド領域３８を有している。内側クラッド領域３７は、内側クラッド特徴部３６の単一の内側リングを含んでいる。外側クラッド領域３８は、外側クラッド特徴部３１の６つの完全な外側クラッドリングを含み、さらに、外側クラッド特徴部の最も外側のリングの近傍に位置するとともにリングを形成していない追加の外側クラッド特徴部を含んでいる。
【0126】
内側クラッド領域３７の特徴部３６間の背景材料のブリッジの幅はｗ１であり、外側クラッド領域３８の特徴部３１間の背景材料のブリッジの幅はｗ２である。図に示すようにｗ２はｗ１よりも大幅に大きく、これによって前述した効果がもたらされている。
【0127】
内側クラッド領域３７はコア領域３２に隣接しており、外側クラッド領域３８は内側クラッド領域３７に隣接している。内側クラッド特徴部３６は第１の特性径（ｄ１）を有し、外側クラッド領域３８は、第１の特性径（ｄ１）より小さい特性径を有する複数の外側クラッド特徴部３１を有している。第１の特性径（ｄ１）は、外側クラッド特徴部３１の平均径（ｄ２）より少なくとも約１０％大きい。
【0128】
図３ａおよび図３ｂにおいては、クラッド特徴部３１，３６のうちの少数のみに符号が付されているが、内側クラッド領域において最も内側のリングの６個の特徴部の全てが内側クラッド特徴部である。図３ａおよび図３ｂの残りのクラッド特徴部は外側クラッド特徴部である。
【0129】
図３ｃは、微細構造ファイバ４０の一実施形態の断面を示す概略図である。図３ｃに示すように、ファイバ４０はコア領域もしくはコア４２と、コア領域を包囲するクラッド領域４４とを有している。さらに、図３ｃに示されるように、クラッド領域４４は、クラッド背景材料と、クラッド背景材料内の複数のクラッド特徴部４１，４６とを有している。
【0130】
クラッド領域は、内側クラッド領域４７および外側クラッド領域４８を有している。内側クラッド領域４７は、内側クラッド特徴部４６の３つの内側リングを含んでいる。外側クラッド領域４８は、外側クラッド特徴部４１の５つの完全な外側クラッドリングを含み、さらに、外側クラッド特徴部の最も外側のリングの近傍に位置するとともにリングを形成していない追加の外側クラッド特徴部を含んでいる。
【0131】
内側クラッド領域４７はコア領域４２に隣接しており、外側クラッド領域４８は内側クラッド領域に隣接している。内側クラッド特徴部は第１の特性径（ｄ１）を有し、外側クラッド領域４８は、第１の特性径（ｄ１）よりも小さい特性径を有する複数の外側クラッド特徴部４１を有している。第１の特性径（ｄ１）は、外側クラッド特徴部４１の平均径（ｄ２）よりも少なくとも約１０％大きい。
【0132】
図３ｃにおいては、クラッド特徴部４１，４６のうちの少数のみに符号が付されているが、内側クラッド領域４７において最も内側の３つのリングの３６個の特徴部の全てが内側クラッド特徴部である。図３ｃの残りのクラッド特徴部は外側クラッド特徴部である。
【0133】
図４に、寸法の等しいクラッド特徴部を有するクラッドを備えた標準的な微細構造光ファイバに励起波長の励起光を入射することによって得られるスーパーコンティニュームスペクトルのパワースペクトル密度の４つのグラフを示す。この微細構造光ファイバは例えば図１ａおよび図１ｂに示すファイバ１０である。図４の右上の挿入図は、図４のグラフの作成に用いたファイバの断面を示している。図４のグラフから、励起パワーが増加すると、発生するスーパーコンティニュームのパワースペクトル密度が増加することがわかる。図４に示される励起パワー値は、励起光源による推定励起効果と相関関係にある。この励起効果は、結合器における損失を含まない、光源による実際の励起効果である。
【0134】
図５に、本発明による微細構造光ファイバ３０に励起波長１０６４ｎｍの励起光を４つの異なるパワーレベルにて入射することによって得られるスーパーコンティニュームスペクトルのパワースペクトル密度のグラフを示す。図５の右上の挿入図は、図５のグラフの作成に用いたファイバ、すなわち微細構造光ファイバ３０の断面を示している。図５のグラフから、励起パワーが増加すると、発生するスーパーコンティニュームのパワースペクトル密度が増加し、４つの励起パワーレベルの全てにおいてスーパーコンティニュームが１７５０ｎｍまで広がることが明白である。しかしながら、この上限は測定に用いた光スペクトルアナライザ（ＯＳＡ）の測定限界値であり、スペクトルは全て１７５０ｎｍを超える波長まで広がる。より高い励起パワーにおいては、スペクトルは２０００ｎｍを優に上回る波長まで広がる。さらに、最も低い励起パワーすなわち３．５Ｗ以外の励起パワーの全てにおいて、スペクトルは４００ｎｍ未満の波長まで広がり、これは１６．５Ｗおよび２３Ｗの励起パワーにおいて特に顕著である。
【0135】
図４および図５の励起パワーレベルは同じではないが同等である。図４および図５の出力パワースペクトル密度を比較すると、同等の励起パワーにおいて同等の大きさであることがわかる。さらに、本発明による光ファイバ３０においては、パワースペクトル密度が標準的なファイバよりも安定しており、特に約４００ｎｍ～約７５０ｎｍの波長範囲において、また特に励起パワーが高い場合において安定していることがわかる。
【0136】
図６ａおよび図６ｂに、２つの異なる励起パワーレベルにおける、標準的な微細構造光ファイバ１０のパワースペクトル密度と、本発明による微細構造ファイバ３０のパワースペクトル密度のグラフを示す。図６ａおよび図６ｂは、スーパーコンティニュームスペクトルの一部、すなわち３５０～７５０ｎｍの範囲のみのパワースペクトル密度を示す。図６ａのグラフの励起パワーレベルは１８．６Ｗである。図６ｂのグラフについては、標準的な微細構造光ファイバ１０の励起パワーレベルは２１．３Ｗであり、本発明による微細構造光ファイバ３０の励起パワーレベルは２０．８Ｗである。
【0137】
図６ａから、４１０～７５０ｎｍの波長範囲の任意の波長に対して、本発明による微細構造光ファイバ３０のパワースペクトル密度が、標準的な微細構造光ファイバ１０のパワースペクトル密度よりも大きいことが分かる。さらに、図６ａには、少なくとも約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍの波長範囲においては、本発明による微細構造光ファイバ３０のスペクトルが標準的な微細構造光ファイバ１０よりも平坦であることが示されている。この現象は、励起パワーのより高い図６ｂのパワースペクトル密度グラフにさらに顕著に示されている。標準的な微細構造光ファイバ１０に使用された励起パワーは、本発明による微細構造光ファイバ３０に使用された励起パワーと異なっているが、これらは少なくとも同等である。図６ｂからわかるように、標準的な微細構造光ファイバ１０のパワースペクトル密度は、波長に応じて大きく変動しており、特に４７５～５７５ｎｍの波長範囲において大きく変動している。本発明による微細構造光ファイバ３０は、この４７５～５７５ｎｍの波長範囲において非常に平坦なスペクトルを有している。さらに、本発明による微細構造光ファイバ３０の励起パワーレベルは、標準的な微細構造光ファイバ１０の励起パワーレベルより低いにも関わらず（本発明による微細構造光ファイバ３０は２０．８Ｗであり、標準的な微細構造光ファイバは２１．３Ｗである）、標準的な微細構造光ファイバ３０のパワースペクトル密度は、標準的な微細構造光ファイバ１０のパワースペクトル密度よりも高い。
【0138】
図７は、本発明によるスーパーコンティニューム放射の光源１００の概略図である。スーパーコンティニューム光源１００は、微細構造光ファイバ４および励起光源２を備えている。微細構造光ファイバは、入力端および出力端の２つの端部を有している。図７において、ファイバの入力端はエンドキャップ８を有している。ファイバ４の出力端は反対側のファイバ端部であり、エンドキャップを有していないファイバ端部である。図７においてはエンドキャップ８が光ファイバ４よりも大きく示されているが、このような構成に限定されるものではなく、エンドキャップの寸法は光ファイバ４の寸法に類似していてもよい。光ファイバ４の出力端は自由端であるように示されているが、出力端はエンドキャップを有していてもよく、別の装置に接合されていてもよい。
【0139】
励起光源２は、微細構造光ファイバ４のエンドキャップ８に光を送るように構成された出力部３を有している。光はエンドキャップ８を介して微細構造光ファイバに送られ、スーパーコンティニュームスペクトルが微細構造光ファイバ内にて生成されて微細構造光ファイバの反対側端部から矢印に示すように出力される。
【0140】
図８は、本発明によるカスケードファイバ５０の一実施形態を示す図である。
カスケード光ファイバ５０は２本の光ファイバ３０，２０を有している。光ファイバ３０，２０は、互いに接合されているか、他の手段によって互いに光学的に接続されている。少なくとも一方のファイバが、本発明による微細構造光ファイバである。他方のファイバもしくは第２ファイバは、第２ファイバの長手方向軸線に沿って光を伝送可能な第２コア領域と、第２コア領域を包囲している第２クラッド領域とを有する光ファイバである。
カスケード光ファイバ５０は２本の光ファイバ３０，２０を有している。光ファイバ３０，２０は、互いに接合されているか、他の手段によって互いに光学的に接続されている。少なくとも一方のファイバが、本発明による微細構造光ファイバである。他方のファイバもしくは第２ファイバは、第２ファイバの長手方向軸線に沿って光を伝送可能な第２コア領域と、第２コア領域を包囲している第２クラッド領域とを有する光ファイバである。
【0141】
ファイバ３０および２０の寸法は、微細構造光ファイバ３０のモードフィールド径が微細構造光ファイバ２０のモードフィールド径よりも大きくなるように選択されている。
図８に示す例においては、２本の光ファイバの両方が本発明による光ファイバであり、例えば、ファイバ３０および２０はそれぞれ図３ａおよび図３ｂならびに図２ａおよび図２ｂに示すファイバであり、もしくは、それぞれ図９および図１０に示すファイバである。しかしながら、カスケード光ファイバの一方のファイバは、各クラッド特徴部の寸法が略同一であるクラッドを備えたマルチモードファイバおよび／または微細構造光ファイバ等であってもよい。矢印５１はファイバ５０への光の入力を示し、矢印５２はファイバ５０からの光の出力を示す。
図８に示す例においては、２本の光ファイバの両方が本発明による光ファイバであり、例えば、ファイバ３０および２０はそれぞれ図３ａおよび図３ｂならびに図２ａおよび図２ｂに示すファイバであり、もしくは、それぞれ図９および図１０に示すファイバである。しかしながら、カスケード光ファイバの一方のファイバは、各クラッド特徴部の寸法が略同一であるクラッドを備えたマルチモードファイバおよび／または微細構造光ファイバ等であってもよい。矢印５１はファイバ５０への光の入力を示し、矢印５２はファイバ５０からの光の出力を示す。
【0142】
図９に示す微細構造光ファイバは、コア領域（もしくは単にコアと称する）６２と、コアを包囲しているクラッド領域とを有している。クラッド領域は、クラッド背景材料と、クラッド背景材料内の複数のクラッド特徴部６１，６６とを有している。
【0143】
クラッド領域は、内側クラッド特徴部６６の単一の内側リングを含む内側クラッド領域６７と、外側クラッド特徴部６１の３つ以上の外側クラッドリングを含む外側クラッド領域６８とを有している。この図においては、図示を単純化するために外側クラッド特徴部６１のリングは２つのみ示している。
【0144】
内側クラッド領域６７の特徴部６６間の背景材料のブリッジの幅はｗ１であり、外側クラッド領域６８の特徴部６１間の背景材料のブリッジの幅はｗ２である。図に示すようにｗ２はｗ１よりも大幅に大きく、これによって前述した効果がもたらされている。
【0145】
内側クラッド領域の内側リングの特徴部６６は楕円形であり、大きい方の径ｄＬと、直交する小さい方の径ｄＳとを有している。前述したように、アスペクト比ｄＳ：ｄＬは約１：１．２～約１：３であることが好ましい。
【0146】
内側クラッド領域６７の楕円形特徴部６６は小さい方の径ｄＳが光ファイバの長手方向軸線を基準として径方向に延びるように配向されている。このため、図示される実施形態において内側クラッド領域６７の厚さは比較的小さく、コア径の約３０％である。
【0147】
図１０に示す微細構造光ファイバは、コア領域（もしくは単にコアと称する）７２と、コアを包囲しているクラッド領域を有している。クラッド領域は、クラッド背景材料と、クラッド背景材料内の複数のクラッド特徴部７１，７６とを有している。
【0148】
クラッド領域は、内側クラッド特徴部７６の単一の内側リングを含む内側クラッド領域７７と、外側クラッド特徴部７１の３つ以上の外側クラッドリングを含む外側クラッド領域７８とを有している。この図においては、図示を単純化するために外側クラッド特徴部７２のリングは２つのみ示している。
【0149】
内側クラッド領域７７の内側クラッド特徴部７６は第１ピッチ（Λ１）にて配置され、外側クラッド７８の外側クラッド特徴部７１は第２ピッチ（Λ２）にて配置されている。第２ピッチは第１ピッチよりも大幅に大きい。図示されている実施形態においては、第２ピッチ（Λ２）は第１ピッチ（Λ１）の約２倍である。
【0150】
内側クラッド領域６７の特徴部６６間の背景材料のブリッジの幅はｗ１であり、外側クラッド領域６８の特徴部６１間の背景材料のブリッジの幅はｗ２である。図に示すようにｗ２はｗ１よりも大幅に大きく、これによって前述した効果がもたらされている。
【0151】
内側クラッド領域７７の単一の内側リングの特徴部７６の特性径は、外側クラッド領域７８の特徴部７１の平均径よりも大幅に小さい。この実施形態においては、単一の内側リングの特徴部７６の特性径は、外側クラッド領域７８の特徴部７１の平均径の約半分である。図示されるように、内側クラッド領域の軸方向の厚さは非常に小さいため、高次モードの除去を効果的に行うことができる。
【0152】
本発明のさらなる適用範囲は本明細書の詳細な説明から明らかである。しかしながら、本発明の好適な実施形態について記載する詳細な説明および特定の実施例は例示のみを目的とするものであり、本発明の趣旨および範囲において様々な変更が可能であることは、詳細な説明の記載から当業者に自明である。
【0153】
本発明は、独立請求項の特徴によって定義される。好適な実施形態は、従属請求項によって定義される。特許請求の範囲における符号は発明の範囲を限定するものではない。
いくつかの好適な実施形態について前述したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲において定義される主題の範囲において他の態様にて実施可能である。
いくつかの好適な実施形態について前述したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲において定義される主題の範囲において他の態様にて実施可能である。
【図1a】
【図1b】
【図1c】
【図1d】
【図1e】
【図2a】
【図2b】
【図3a】
【図3b】
【図3c】
【図4】
【図5】
【図6a】
【図6b】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
