▶ 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】2023-12-08
(45)【発行日】2023-12-18
(54)【発明の名称】中空コア光ファイバおよびレーザシステム
(51)【国際特許分類】
G02B 6/02 20060101AFI20231211BHJP
H01S 3/10 20060101ALI20231211BHJP
G02B 6/032 20060101ALI20231211BHJP
G02B 6/036 20060101ALI20231211BHJP
G02B 6/32 20060101ALI20231211BHJP
G02B 6/42 20060101ALI20231211BHJP
【ＦＩ】
G02B6/02 451
H01S3/10 Z
G02B6/032 Z
G02B6/036
G02B6/02 376B
G02B6/32
G02B6/42
【請求項の数】
30
(21)【出願番号】P 2022112153
(22)【出願日】2022-07-13
(62)【分割の表示】P 2018532357の分割
【原出願日】2016-12-22
(65)【公開番号】P2022140483
(43)【公開日】2022-09-26
【審査請求日】2022-08-10
(31)【優先権主張番号】PA201570877
(32)【優先日】2015-12-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DK
(31)【優先権主張番号】PA201670263
(32)【優先日】2016-04-27
(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】リンスー、イェンス クリスチャン
(72)【発明者】
【氏名】ヤコブセン、クリスチャン
(72)【発明者】
【氏名】ミキエレット、マッティア
【審査官】林 祥恵
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１９－５０４３５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００４／０８３９１９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１５／１８５７６１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開昭６２－１７８２０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－００２１１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０１－０８６１０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】欧州特許出願公開第０２５３３０８１（ＥＰ，Ａ１）
【文献】中国特許出願公開第１０１１２２６５１（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２００４－０７７９７９（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許第０８８５４７２８（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】Francesco Poletti，Nested antiresonant nodeless hollow core fiber，Optics Express，Vol. 22,Issue 20，2014年09月，pp. 23807-23828，https://www.osapublishing.org/DirectPDFAccess/3A4156E5-EF1B-0E9B-20AC6F7175857817_301570/oe-22-20-23807.pdf?da=1&id=301570&seq=0&mobile=no
【文献】Walter Belardi，Design and Properties of Hollow Antiresonant Fibers for the Visible and Near Infrared Spectral Range，Journal of Lightwave Technology，Volume: 33, Issue: 21，IEEE，2015年11月，pp.4497- 4503，https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=7247624，DOI:10.1109/JLT.2015.2477775
【文献】W. Belardi et al.，"Hollow antiresonant fibers with low bending loss"，Optics Express，Vol. 22, No. 8，2014年04月18日，pp. 10091-10096，https://www.osapublishing.org/DirectPDFAccess/83D23091-6DB5-4182-9B85BA72B101F933_283622/oe-22-8-10091.pdf?da=1&id=283622&seq=0&mobile=no，https://doi.org/10.1364/OE.22.010091
【文献】L. Vincetti et al.，"Waveguiding mechanism in tube lattice fibers"，Optics Express，Vol. 18, No. 22，2010年10月19日，pp. 23133-23146，https://www.osapublishing.org/DirectPDFAccess/34EBD706-BE30-BBD8-CEEC4AE6319B47F8_206719/oe-18-22-23133.pdf?da=1&id=206719&seq=0&mobile=no，https://doi.org/10.1364/OE.18.023133
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ６／０２－６／０３６
Ｇ０２Ｂ ６／１０
Ｇ０２Ｂ ６／４４
Ｇ０２Ｂ ６／２６－６／２７
Ｇ０２Ｂ ６／３０－６／３４
Ｇ０２Ｂ ６／４２－６／４３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
外側クラッド領域と、前記外側クラッド領域に取り囲まれる７本の中空管とを備える中空コアフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）であって、前記中空管の各々は前記外側クラッド領域に溶融されて、内側クラッド領域を画定するリングと、前記内側クラッド領域に取り囲まれる中空コア領域とを形成し、前記中空管は互いに接触しておらず、前記中空管は入れ子状の小管を備えておらず、前記中空管の各々は、コア中心に面した壁厚ｔの領域を備え、前記壁厚は最大約２．１μｍであり、前記中空コア領域は、約１０μｍから約１００μｍのコア径Ｄを有し、前記コア径に対する前記管の外径の平均ｄ２／Ｄは、約０．５から約０．７５までである、中空コアフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）。
【請求項2】
前記中空管の各々は平均外径ｄ２および平均内径ｄ１を有し、ｄ１／ｄ２が約０．８以上である、請求項１に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項3】
前記中空管は、隣り合う中空管同士の中心間距離Λを有し、前記距離Λは約１．０１×ｄ２から約１．５×ｄ２の間である、請求項１または請求項２に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項4】
前記中空管は実質的に平行な中心軸を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項5】
前記中空管の３本が、所定の壁厚を有し、残り４本の前記中空管が、別の壁厚を有する、請求項１に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項6】
前記中空管の少なくとも１本は、前記中空管の少なくとも他の１本の壁厚よりも少なくとも約５％大きな壁厚を有し、好ましくは、前記中空管のうちの少なくとも１本は、前記中空管の少なくとも他の１本の前記壁厚よりも少なくとも約１０％大きな壁厚を有する、請求項５に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項7】
前記中空管の各々は実質的に円形である、請求項１～６のいずれか１項に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項8】
前記中空管の各々は、長い内径Ｄｌと、前記長い内径Ｄｌに対して垂直な短い内径Ｄｓとを有し、Ｄｌは半径方向において決定される、請求項１～７のいずれか１項に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項9】
前記中空管の少なくとも１本は、前記中空管の１以上のコア中心に面した領域に配置される１以上のノジュールを備え、好ましくは、前記ノジュールは前記中空コア領域の境界に配置され、前記ノジュールは、好ましくは、動作波長で反共振になるように配置されて、基本モードの光が前記ノジュールから実質的に除外されるようにする、請求項１～８のいずれか１項に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項10】
隣り合う中空管間の最小距離は少なくとも約０．１μｍである、請求項１～９のいずれか１項に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項11】
前記中空コア領域および前記中空管は互いに独立して、空気、アルゴン、窒素または前述の気体のいずれかを含む混合気体から選択される気体を含み、オプションで、前記中空コア領域および前記中空管は互いに独立して、真空引きされ、または加圧気体が充填される、請求項１～１０のいずれか１項に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項12】
前記外側クラッド領域は少なくとも約１２５μｍの外径を有する、請求項１～１１のいずれか１項に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項13】
前記外側クラッド領域および前記中空管の両方または一方はソリッドガラス材料を備え、好ましくは、前記ソリッドガラス材料は、オプションで屈折率修正ドーパントが添加された、シリカから作られる、請求項１～１２のいずれか１項に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項14】
前記外側クラッド領域は、前記内側クラッド領域を取り囲むフォトニックバンドギャップ構造を備える、請求項１～１３のいずれか１項に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項15】
前記外側クラッド領域は、屈折率Ｎｏｃを有する外側背景材料と、前記背景材料の前記屈折率とは異なる屈折率を有する複数の介在物とを備え、前記外側背景材料内の前記複数の介在物は、好ましくは、前記内側クラッド領域を取り囲む２つ以上の介在物のリングを含む断面パターンで配置される、請求項１４に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項16】
前記外側背景材料内の前記複数の介在物は、実質的に六角形パターンで配置される、請求項１５に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項17】
前記複数の介在物は、ソリッド材料から作られる、請求項１５または請求項１６に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項18】
前記複数の介在物は空隙であるか、または気体から作られる、請求項１５または請求項１６に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項19】
前記複数の介在物は、最大約２．５μｍの平均径（ｄｉｎｃ）を有する、請求項１５～１８のいずれか１項に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項20】
前記複数の介在物は、最大約６μｍのピッチ（Λｉｎｃ）で配置される、請求項１５～１９のいずれか１項に記載の中空コアＰＣＦ。
【請求項21】
ユーザ装置にレーザ光を伝送するレーザシステムであって、レーザ光源と、前記レーザ光源から前記ユーザ装置に光を伝送するファイバ伝送ケーブルとを備え、前記ファイバ伝送ケーブルは請求項１～２０のいずれか１項に記載の中空コアＰＣＦを備える、レーザシステム。
【請求項22】
前記レーザ光源はレーザ光パルスを生成するように構成されて、前記ファイバ伝送ケーブルに光学的に接続され、好ましくは、前記レーザ光源はフェムト秒レーザ源である、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項23】
前記レーザ光源は約３０ｆｓから約３０ｐｓまでのポンプ持続時間を有する、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項24】
前記レーザ光源は、少なくとも約５ｋＷの、前記レーザ光源の出口において決定されるピーク電力を有する、請求項２１または請求項２２に記載のレーザシステム。
【請求項25】
前記レーザ光源は、モード同期レーザであり、前記モード同期レーザは、好ましくは、１以上の増幅器を備える、請求項２１～２４のいずれか１項に記載のレーザシステム。
【請求項26】
前記中空コアＰＣＦは、約２００ｎｍから約４．５μｍまでの範囲の少なくとも１つの波長、好ましくは１０００ｎｍから約１１００ｎｍまでの範囲の少なくとも１つの波長のシングルモードを案内するように構成される、請求項２１～２５のいずれか１項に記載のレーザシステム。
【請求項27】
前記中空コアＰＣＦは、少なくとも約０．１μｍの帯域幅の光の波長の連続波を誘導するように構成される、請求項２１に記載のレーザシステム。
【請求項28】
前記中空コアＰＣＦは、前記ユーザ装置に接続されるように構成された第１ファイバ端部と、ファイバカップリング構造体を介して前記レーザ光源の出力ファイバに光学的に接続される第２ファイバ端部とを有する、請求項２１～２７のいずれか１項に記載のレーザシステム。
【請求項29】
前記ファイバカップリング構造体は、集光レンズ、
グレーデッドインデックス要素（ＧＲＩＮ）、
保護要素、および、
フェルール構造体、
のうちの少なくとも１つを備える、請求項２８に記載のレーザシステム。
【請求項30】
前記第１ファイバ端部はフェルール構造内に取り付けられる、請求項２８または請求項２９に記載のレーザシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、中空コアフォトニック結晶ファイバおよび中空コア光ファイバを備えるレーザシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
中空コアフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ：ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｃｒｙｓｔａｌ ｆｉｂｅｒ）は長年知られており、いくつかのアプリケーションでは、ソリッドコアＰＣＦと比較してその伝播損失が非常に低く、非線形効果が低く、損傷閾値が高いため、使用が非常に魅力的である。
【0003】
中空コアファイバは本質的に中空領域内で光を案内する光ファイバであるため、コアを取り囲むソリッドファイバ材料内では光電力のごく一部しか伝播しない。中空領域には空気もしくは任意の他の気体を充填してもよく、または非常に低い気体圧力になるように排気してもよい。
【0004】
長年にわたり、例えば特許文献１に記載される中空コアフォトニックバンドギャップファイバ、例えば特許文献２に記載されるカゴメ設計型ファイバなど、いくつかのタイプの中空コアＰＣＦが開発されてきた。
【0005】
カゴメ型ファイバは反共振効果によって光を案内し、フォトニックバンドギャップファイバで達成されるものよりも実質的に広いスペクトル伝送を可能にする。
近年、この中空コア反共振ファイバ（ＡＲＦ：ａｎｔｉ－ｒｅｓｏｎａｎｔ ｆｉｂｅｒ）は、特に低損失かつ広いスペクトル伝送に関して、ファイバのさらなる改良を目指して集中的に研究されている。
近年、この中空コア反共振ファイバ（ＡＲＦ：ａｎｔｉ－ｒｅｓｏｎａｎｔ ｆｉｂｅｒ）は、特に低損失かつ広いスペクトル伝送に関して、ファイバのさらなる改良を目指して集中的に研究されている。
【0006】
減衰を低減する試みにおいて、非特許文献１は、中空コアを８本の同一毛細管で取り囲んだ中空コアファイバを提案した。損失を低減するにはより大きな寸法のコアが好ましく、クラッド内の毛細管の数を増やすことにより損失低減が達成できると結論付けられた。
【0007】
先行技術の中空コア反共振ファイバの別の欠点は、そのファイバがいくつかの高次モード（ＨＯＭ：ｈｉｇｈｅｒ－ｏｒｄｅｒ ｍｏｄｅ）もサポートするため、純粋なシングルモード導波管ではないことである。これらのＨＯＭは損失が比較的低いことが多いため、ＨＯＭの汚染のない純粋なＬＰ０１モードを励振するのが非常に難しく、さらにＨＯＭが曲げ応力または外部応力によって励起される可能性がある。
【0008】
この問題を解決し、ＬＰ０１モードで適度に低損失を維持しながら、ＨＯＭのできるだけ高い抑制を達成しようとする中で、非特許文献２で、改造されたファイバ設計が提案された。この論文に記載されるＡＲＲファイバは、壁厚ｔおよび内径ｄの等間隔に離れて接触しない６本の毛細管（以下、中空管ともいう）によって取り囲まれる中央の中空コア（内径Ｄ）を備え、それが厚壁の１本の支持毛細管内に支持される。接触しないガラス要素は高次コアモードとの共振位相整合結合を確保するように合わせられたモードを有し、高次コアモードを非常に高率で支持ソリッドガラスシースに漏洩させた。ｄ／Ｄ比≒０．６８で、管の壁Ｔが十分に薄い、つまりｔ／Ｄ＝０．０１であれば、ファイバが低損失で案内する広波長帯域でＨＯＭの極めて高い抑制を達成できることが分かった。
【0009】
特許文献３は同様な反共振中空コアファイバを記載しており、この反共振中空コアファイバは、クラッド内面を画定する第１管状クラッド要素と、クラッド面に装着されて、有効半径をもつコアを共同して画定する複数の第２管状要素であって、前記第２管状要素は相隔たる関係で配置されて、第２管状要素の隣り合うものがその間に間隔を有する、第２管状要素と、第２管状要素の各々の中にそれぞれ入れ子式に収められる複数の第３管状要素とを備える。ＨＯＭを抑制するための管の最適な数は６本であると結論付けられた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】米国特許６８９２０１８号明細書
【文献】米国特許８３０６３７９号明細書
【文献】国際公開第１５１８５７６１号
【非特許文献】
【0011】
【文献】コリャディン（Ｋｏｌｙａｄｉｎ）ら著「オプティックエクスプレス（Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ）」、第２１巻、２０１３年、ｐ.９５１４～９５１９
【文献】グネディ（Ｇｕｎｅｄｉ）ら著「高次モードの共振フィルタによる広帯域かつロバストなシングルモード中空コアＰＣＦ（Ｂｒｏａｄ－ｂａｎｄ ｒｏｂｕｓｔｌｙ ｓｉｎｇｌｅ－ｍｏｄｅ ｈｏｌｌｏｗ－ｃｏｒｅ ＰＣＦ ｂｙ ｒｅｓｏｎａｎｔ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｏｆ ｈｉｇｈｅｒ ｏｒｄｅｒ ｍｏｄｅｓ）」コーネル大学図書館アーカイブ（Ｃｏｒｎｅｌｌ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｌｉｂｒａｒｙ ａｒＸｉｖ）：１５０８．０６７４７［ｐｈｉｓｉｃｓ．ｏｐｔｉｃｓ］、（２０１５年８月２７日）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明の目的は、前述した欠点の少なくとも１つを軽減する中空コアＰＣＦを提供することである。
一実施形態において、高スペクトル伝送およびＨＯＭの高い抑制を有する中空コアＰＣＦを提供することが目的である。
一実施形態において、高スペクトル伝送およびＨＯＭの高い抑制を有する中空コアＰＣＦを提供することが目的である。
【0013】
一実施形態において、高いシングルモード伝送効率を有し、実質的に曲げの影響を受けない中空コアＰＣＦを提供することが目的である。
一実施形態において、少なくとも約５０ｎｍの帯域幅で、好ましくは約５０ｄＢ／ｋｍ未満の伝送損失の所望の低損失伝送帯域を有するように簡単に設計することのできる中空コアＰＣＦを提供することが目的である。
一実施形態において、少なくとも約５０ｎｍの帯域幅で、好ましくは約５０ｄＢ／ｋｍ未満の伝送損失の所望の低損失伝送帯域を有するように簡単に設計することのできる中空コアＰＣＦを提供することが目的である。
【0014】
一実施形態において、約４００ｎｍから約１２００ｎｍまでの範囲の波長を備える伝送帯域を有する中空コアＰＣＦを提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【0015】
以上の目的および他の目的は、請求項に定義されるとともに本明細書中以下説明する、本発明およびその実施形態によって解決されている。
本発明またはその実施形態は、以下の説明から当業者には明らかになる多数の追加の利点を有することが分かっている。
本発明またはその実施形態は、以下の説明から当業者には明らかになる多数の追加の利点を有することが分かっている。
【0016】
「半径方向距離」という用語は、中空コアの中心軸から半径方向において決定される距離を意味する。「半径方向」という用語は、コアの中心軸から半径方向外側の方向である。
【0017】
「実質的に」という用語は、本明細書において、通常の製品の差異および許容差が含まれることを意味すると解釈するべきである。
「約」という用語は、一般に、測定の不確かさ内であるものを含むために使用される。「約」いう用語が範囲で使用されるとき、本明細書においては、測定の不確かさの範囲内であるものがその範囲に含まれることを意味すると解釈するべきである。
「約」という用語は、一般に、測定の不確かさ内であるものを含むために使用される。「約」いう用語が範囲で使用されるとき、本明細書においては、測定の不確かさの範囲内であるものがその範囲に含まれることを意味すると解釈するべきである。
【0018】
「備える／備え」いう用語は、本明細書で使用される場合、非限定用語として解釈されるべき、つまり、要素、ユニット、整数、ステップ、コンポーネントおよびその組み合わせなど、具体的に述べられる特徴の存在を明記すると解釈されるべきであるが、述べられる１つまたは複数の他の特徴の存在または追加を排除するものではないことは特記しておく。
【0019】
本明細書または請求項を通し、別の規定がされていない限り、または文脈上要求されない限り、単数は複数を包含する。
径、厚さおよび他の構造的な値は、別の規定がなされていない限り、または文脈から明らかでない限り、中空コアＰＣＦの断面図でみなされる。
径、厚さおよび他の構造的な値は、別の規定がなされていない限り、または文脈から明らかでない限り、中空コアＰＣＦの断面図でみなされる。
【0020】
本発明の中空コアフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）は、外側クラッド領域と、外側クラッド領域に取り囲まれる７本の中空管とを備える。中空管の各々は外側クラッドに溶融されて、内側クラッド領域を画定するリングと、内側クラッド領域に取り囲まれる中空コア領域とを形成する。中空管は互いに接触していない。望ましくない高次モードの抑制のためには、各中空管がｄ２と呼ばれる平均外径とｄ１と呼ばれる平均内径とを有することが有利であることが分かった。ｄ１／ｄ２比は約０．８以上である。
【0021】
各中空管の平均外径ｄ２および／または平均内径は、中空管同士で等しくても、または異なっていてもよい。
一実施形態において、ｄ１および／またはｄ２は少なくとも３本の中空管、例えば７本の中空管全てなどで、実質的に同一である。
一実施形態において、ｄ１および／またはｄ２は少なくとも３本の中空管、例えば７本の中空管全てなどで、実質的に同一である。
【0022】
本発明によると、また先行技術の中空コアＰＣＦのすべての教唆に照らし、驚くべきことに、７本の非接触管がある非接触内側クラッド構造を有する中空コアＰＣＦは、前述した６本の非接触内側クラッド管を有する中空コアＰＣＦよりも、より高次のモード（ＨＯＭ）の抑制を非常に高めることが分かった。特に、かつ実施例で示すように、７本の非接触管を有する本発明の中空コアＰＣＦは、３次のＨＯＭなど、方位数が１より大きいＨＯＭの抑制を高めると同時に、少なくとも伝送帯域が２μｍ未満、好ましくは１．５μｍ未満の基本モードで低損失を有することが分かった。
【0023】
「伝送帯域」という用語は、本明細書において、少なくとも約１０ｎｍ、例えば少なくとも約２５ｎｍなど、好ましくは少なくとも約５０ｎｍ、またはさらには少なくとも約１００ｎｍの伝送波長の帯域幅を有する帯域を意味するために使用される。
【0024】
「低損失伝送帯域」という用語は、その基本モードの光について、約１００ｄＢ／ｋｍ未満、好ましくは約６０ｄＢ／ｋｍ未満、さらに好ましくは約５０ｄＢ／ｋｍ未満の伝送損失を有する伝送帯域を意味する。
【0025】
ｄ１／ｄ２比を高めることにより、１２００ｎｍ未満、例えば１μｍ未満など、例えば８００μｍ未満など、例えば６００ｍｙ未満などの波長を備える低損失伝送帯域などのさらに低い波長でも、低損失伝送帯域を達成できることが分かった。ｄ１／ｄ２比は約０．８５以上、例えば約０．９以上などであると有利である。
【0026】
外側クラッドはソリッドクラッド材料を備え、好ましくは全体がソリッド材料で作られる。
一実施形態において、各中空管は、隣り合う中空管から実質的に等間隔に配置される。それにより、非常に高いガウシアンビーム品質が得られる。代替実施形態において、各中空管は、隣り合う中空管から異なる距離だけ離して配置される。後者の実施形態では、隣り合う中空管間の距離の差異は、管の外径ｄ２を異ならせることによってもたらされる。中空管の内径ｄ１および／または外径ｄ２が異なる場合、計算が中空管の厚さである場合を除き、または別の規定がなされていない限り、内径ｄ１、外径ｄ２はそれぞれｄ１およびｄ２の平均値として計算される。したがって、ｄ１／ｄ２比はｄ１およびｄ２の平均値によって求められる。ＨＯＭの最適な抑制には、隣り合う中空管間の最小距離は比較的小さく、好ましくは中空管の外径ｄ２の約半分未満にする必要があることが分かった。他方で、この距離を狭めすぎてもならず、それは、距離を狭めすぎると、ファイバの線引き中の表面の張力および材料の引力のために、ファイバ全長の一部またはファイバ全長に沿ってこの距離が完全になくなるリスクが生じるおそれがあるためである。このようなリスクを避けるために、隣り合う中空管間の最小距離は少なくともｄ２の０．０１倍である。
一実施形態において、各中空管は、隣り合う中空管から実質的に等間隔に配置される。それにより、非常に高いガウシアンビーム品質が得られる。代替実施形態において、各中空管は、隣り合う中空管から異なる距離だけ離して配置される。後者の実施形態では、隣り合う中空管間の距離の差異は、管の外径ｄ２を異ならせることによってもたらされる。中空管の内径ｄ１および／または外径ｄ２が異なる場合、計算が中空管の厚さである場合を除き、または別の規定がなされていない限り、内径ｄ１、外径ｄ２はそれぞれｄ１およびｄ２の平均値として計算される。したがって、ｄ１／ｄ２比はｄ１およびｄ２の平均値によって求められる。ＨＯＭの最適な抑制には、隣り合う中空管間の最小距離は比較的小さく、好ましくは中空管の外径ｄ２の約半分未満にする必要があることが分かった。他方で、この距離を狭めすぎてもならず、それは、距離を狭めすぎると、ファイバの線引き中の表面の張力および材料の引力のために、ファイバ全長の一部またはファイバ全長に沿ってこの距離が完全になくなるリスクが生じるおそれがあるためである。このようなリスクを避けるために、隣り合う中空管間の最小距離は少なくともｄ２の０．０１倍である。
【0027】
隣り合う中空管間の最小距離は少なくとも約０．１μｍ、例えば少なくとも約１μｍなど、例えば少なくとも約２μｍなど、例えば少なくとも約５μｍなどであると有利である。
【0028】
一実施形態において、隣り合う中空管間の最小距離は約５μｍ以下、例えば約４μｍ以下などである。
隣り合う中空管同士の中心間距離Λは、約１．０１×ｄ２から約１．５×ｄ２の間、例えば１．０５×ｄ２から１．２×ｄ２の間などである。
隣り合う中空管同士の中心間距離Λは、約１．０１×ｄ２から約１．５×ｄ２の間、例えば１．０５×ｄ２から１．２×ｄ２の間などである。
【0029】
中空管は、有利なことに、実質的に平行な中心軸を有する。実際上、中空管の中心軸は、加工のばらつきにより、直線からやや逸脱してもよい。中空管は、例えば、非常に長いピッチで、例えば最大１ｋｍのピッチなど、例えば１ｃｍから１００ｍの間などで、コアに対してらせん状であってもよい。
【0030】
中空コアＰＣＦの構造により、コアは、原則として、任意の径のコア領域で設計してもよい。コア領域は実質的に円形であることが有利である。一実施形態において、コア領域は円形ではなく、楕円形、または実質的に五角形などの角度を有する。コア径Ｄは、７本の中空管によって内接される最大の円の直径として定義される。
【0031】
有利なことに、中空コア領域は、約１０μｍから約１００μｍまで、例えば約１０μｍから約６０μｍまでなどのコア径Ｄを有する。
最適なコア径Ｄは、中空コアＰＣＦの伝送帯域の中心波長に合わせてスケーラブルであることが分かった。
最適なコア径Ｄは、中空コアＰＣＦの伝送帯域の中心波長に合わせてスケーラブルであることが分かった。
【0032】
中心波長が約１．０μｍの場合、コア径Ｄは、有利なことに、例えば約２０μｍから約５０μｍなど、例えば約２５μｍから約４０μｍなどである。好適なコア径Ｄは、中空コアＰＣＦの伝送帯域の中心波長に正比例してスケーリングされる。
【0033】
中空コアＰＣＦは、コアが比較的大きい場合でも、非常に高いビーム品質を有し得ることが分かった。一実施形態において、ビーム品質Ｍ２は約１．７５以下、例えば約１．６以下など、例えば約１．５またはさらにそれ以下などである。
【0034】
一実施形態において、コア径に対する管外径の平均ｄ２／Ｄは、約０．５から約０．７５まで、例えば約０．６５から約０．７２までなどであり、それにより、中空管間の所望の最小距離と、（特に３次および４次のＨＯＭでは）非常に効果的なＨＯＭの抑制が確保される。
【0035】
さらに、コア径に対する管外径の平均ｄ２／Ｄが約０．５から約０．７５までの中空コアＰＣＦで得られるビームのモード品質は、非常に高いことが示された。
中空管の壁厚は、中空コアＰＣＦの１つまたは複数の低損失伝送帯域に大きく影響することが分かった。実際、関係する壁厚ｔは、コア中心に面した中空管の壁領域であることが分かった。
中空管の壁厚は、中空コアＰＣＦの１つまたは複数の低損失伝送帯域に大きく影響することが分かった。実際、関係する壁厚ｔは、コア中心に面した中空管の壁領域であることが分かった。
【0036】
したがって、コア中心に面した中空管の領域の壁厚ｔ（またはｔの平均値）は、主に低損失伝送帯域の波長に関する位置に影響することが分かった。一般に、中空コアＰＣＦは１、２、３、４またはさらにそれ以上の低損失伝送帯域など、１つまたは複数の低損失伝送帯域を有することがある。有利なことに、中空コアＰＣＦは少なくとも３つの低損失伝送帯域、例えば少なくとも４つの低損失伝送帯域などを有する。０．２μｍ未満の低損失帯域を１つまたは複数得るためには、壁厚ｔは最大で約２．１μｍ、例えば最大約１μｍなど、例えば約１５０から約３５０ｎｍまでの範囲または約６５０から約８５０ｎｍまでの範囲または約９００から約２．１μｍまでの範囲などであることが望ましい。
【0037】
例えば、本発明の一実施形態の中空コアＰＣＦの場合、ファイバは壁厚ｔ＝１５０～３５０ｎｍ、好ましくは２００～３００ｎｍ（最も高い波長をもつ低損失伝送帯域‐帯域Ｉ）、壁厚ｔ＝６５０～８５０ｎｍ、好ましくは７００～８００ｎｍ（２番目に高い波長の低損失伝送帯域‐帯域ＩＩ）、１０３０～１０６４ｎｍを備える３番目の伝送帯域については最初の範囲の５倍の壁厚（つまり５×１５０ｎｍ～５×３５０ｎｍ）、１０３０～１０６４ｎｍを備える４番目の伝送帯域については最初の範囲の７倍などの場合に、１０３０～１０６４ｎｍで低損失伝送を有することが分かっている。
【0038】
有利なことに、中空コアＰＣＦは、中空コアが基本モードで光を案内するように設計され、損失が約１０００ｄＢ／ｋｍ未満の場合、２００ｎｍから４０００ｎｍの間、例えば４００から２０００ｎｍの間など、例えば８００から１６００ｎｍの間など、例えば１０００から１１００ｎｍの間などの波長から少なくとも１つの波長を備える。
【0039】
有利なことに、中空コアＰＣＦは、伝送損失が約１００ｄＢ／ｋｍ未満、好ましくは約６０ｄＢ／ｋｍ未満、さらに好ましくは５０ｄＢ／ｋｍ未満で、１０００から１１００ｎｍの間の間隔の波長を備え、好ましくは少なくとも１０３０～１０６４ｎｍの波長を備える、基本モードの低損失伝送帯域を有する。
【0040】
一実施形態において、中空コアＰＣＦは、基本モードの低伝送帯域で、約２０００ｄＢ／ｋｍより大きいＨＯＭの伝送損失を有し、それにより効果的なシングルモード伝送を確保する。
【0041】
中空コアＰＣＦは実質的に曲げの影響を受けないことがさらに分かっており、例えば、本発明の一実施形態の中空コアＰＣＦは約６ｃｍの直径で巻いたときに、１０３０～１０６０ｎｍで約５％／ｋｍ未満の低損失を有する。
【0042】
有利なことに、中空管の各々の壁厚ｔは実質的に同一である。好ましくは、中空管は実質的に同一であり、隣り合う中空管から等間隔に配置される。それにより、中空コアＰＣＦは所望の波長の伝送に対して設計しやすくなる。
【0043】
一実施形態において、管のうちの少なくとも１本は、中空管のうちの少なくとも他の１本のものとは異なる壁厚ｔを有する。好ましくは、中空管の３本が、ある壁厚を有し、残りの４本の中空管が、別の壁厚を有する。この構成により、中空コアＰＣＦは、主に壁厚ｔの差と、より大きいおよびより小さい壁厚ｔを有する中空管の相対的な位置とによって、複屈折を生じさせることが分かった。
【0044】
一実施形態において、中空管のうちの少なくとも１本は、他の中空管のうちの少なくとも１本の壁厚よりも少なくとも約５％大きい壁厚を有し、好ましくは、中空管のうちの少なくとも１本は、中空管のうちの少なくとも他の１本の壁厚よりも少なくとも約１０％大きい壁厚を有する。
【0045】
一実施形態において、中空管の各々は実質的に円形である。実際上は、第一に、各中空管を外側クラッドの内側に溶融する場合のわずかな変形により、第二に、ファイバの線引き中に、隣り合う中空管に中空管が引きつけられ得ることにより、真円形の中空管を得るのは非常に難しい。
【0046】
一実施形態において、中空管の各々は、長い内径Ｄｌと、長い内径Ｄｌに対して垂直な短い内径Ｄｓとを有し、Ｄｌは中空コアの中心軸から半径方向において決定される。
有利なことに、Ｄｓ／Ｄｌ比は、約０．５から約０．９９まで、例えば約０．８から約０．９９までなどである。
有利なことに、Ｄｓ／Ｄｌ比は、約０．５から約０．９９まで、例えば約０．８から約０．９９までなどである。
【0047】
一実施形態において、Ｄｓ／Ｄｌ比は約０．９よりも大きく、例えば約０．９５より大きいなどで、これは実際上製造しやすい。
一実施形態において、Ｄｓ／Ｄｌ比は約０．９５よりも小さく、例えば０．９よりも小さいなどで、これは比較的大きなコア径Ｄになり、それにより基本モードの伝送損失をさらに低減することができる。
一実施形態において、Ｄｓ／Ｄｌ比は約０．９５よりも小さく、例えば０．９よりも小さいなどで、これは比較的大きなコア径Ｄになり、それにより基本モードの伝送損失をさらに低減することができる。
【0048】
一実施形態において、中空管の少なくとも１本は、中空管の中空構造内に配置される少なくとも１本の入れ子状の小管を備え、小管は中空管に溶融され、好ましくは外側クラッドへの溶融部にアラインされ、つまりコア領域から最も遠い。
【0049】
１本または複数本の入れ子状の管を有する中空管は、例えば、各第２管状要素内に入れ子式に収められる第３管状要素を有する第２管状要素を備える、国際公開第１５１８５７６１号のＰＣＦについて記載される通りにしてもよく、中空コアＰＣＦが、入れ子状の第３管状管を有する第２管状要素を７本有する点が異なる。
【0050】
小管は、有利なことに、中空管の平均内径ｄよりも実質的に小さい平均外径ｄｓｕｂを有する。平均外径ｄ２ｓｕｂは、好ましくは、中空管の最大約０．９×ｄ２、例えば最大約０．９×ｄ２などであり、好ましくは、内部小管は、コアの中心軸からその最大半径距離のところで中空管に溶融される。
【0051】
一実施形態において、中空管のうちの少なくとも１本は、中空管のうちの１本または複数本の、コア中心に面した領域に配置される１つまたは複数のノジュールを備え、好ましくは、ノジュールは中空コア領域の境界に配置され、ノジュールは、好ましくは、動作波長で反共振になるように配置されて、基本モードの光がノジュールから実質的に除外されるようにする。それにより、中空コアＰＣＦのコア領域で伝送される基本モードでの光の損失をさらに低減するための、基本モードのより強力な閉じ込めが得られる。
【0052】
ノジュールは、有利なことに、小結節状、もしくは玉状の構造の形態であっても、または壁の局部的に厚い領域がファイバの長さの少なくとも一部に沿って延びる形態であってもよい。このノジュールは、例えば米国特許第７３２１７１２号明細書に記載されるように、先行技術の光ファイバではノードまたは小塊と呼ばれることもある。ノジュール、および中空管の残りの部分は、同一の材料で作られると有利である。
【0053】
コア領域および／または中空管は、原則として、任意の流体を含んでもよい。好ましくは、コア領域および／または中空管は互いに独立して、温度２５℃で厳密に１０００００Ｐａの絶対圧力として標準環境温度および圧力（ＳＡＴＰ）で判断される気体を含む。適切な気体には、空気、アルゴン、窒素または前述した気体のいずれかを含む混合気が含まれる。オプションで、中空コア領域および／または中空管は互いに独立して、真空引きされ（非常に低い気体圧力を有するように排気され）、または加圧気体が充填される。
【0054】
一実施形態において、中空コア領域および／または中空管は、標準温度で約１００ｈＰａ（１ｍｂａｒ）以下の圧力、例えば約１０ｈＰａ（０．１ｍｂａｒ）以下の圧力など、例えば約１ｈＰａ（０．０１ｍｂａｒ）以下の圧力などに真空引きされる。
【0055】
一実施形態において、中空コア領域および／または中空管は、標準温度で最大２００ｋＰａ（２ｂａｒ）、例えば最大約１５０ｋＰａ（１．５ｂａｒ）などの圧力に加圧される。
【0056】
外側クラッド領域は、原則として、中空管に対して十分な機械的な支持を中空コアＰＣＦに与えるのであれば、任意の寸法にしてもよい。一実施形態において、外側クラッド領域は少なくとも約１２５μｍ、１５０μｍ、例えば少なくとも約２００μｍなどの外径を有する。
【0057】
一般に、中空コアＰＣＦは、オプションで屈折率修正ドーパントが添加された、好ましくはガラス、さらに好ましくはシリカである、１つの材料から作るのが望ましい。一実施形態において、中空管のうちの１本または複数本、例えば全てをドープシリカで作り、外側クラッド領域は非ドープシリカから作る。ドーパントは、例えば、Ｆ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂまたはその組み合わせなど、屈折率変更材料を含んでもよい。
【0058】
さらに、前記内側クラッド領域を取り囲むフォトニックバンドギャップ構造を備える外側クラッド領域を提供することにより、閉じ込め損失を低減できることが分かった。
フォトニックバンドギャップ構造は、任意の手段、例えば、屈折率の異なる同心円リングを備える屈折率格子を外側クラッド領域に設けることにより、および／または屈折率の異なる微細構造を含むことにより、提供してもよい。
フォトニックバンドギャップ構造は、任意の手段、例えば、屈折率の異なる同心円リングを備える屈折率格子を外側クラッド領域に設けることにより、および／または屈折率の異なる微細構造を含むことにより、提供してもよい。
【0059】
一実施形態において、外側クラッド領域は、屈折率Ｎｏｃを有する外側背景材料と、背景材料の屈折率とは異なる屈折率を有する複数の介在物とを備える。介在物は、背景材料の屈折率よりも低い屈折率を有すると有利である。介在物は、好ましくは、コア領域に実質的に平行に延びている。介在物は、中空コアＰＣＦの、ある長さ区間に延びても、または中空コアＰＣＦの実質的に全長に延びてもよい。
【0060】
一実施形態において、外側背景材料内の複数の介在物は、内側クラッド領域を取り囲む介在物の少なくとも２つのリング、例えば介在物の少なくとも３つのリングなど、例えば少なくとも４つのリングなどを備える断面パターンで配置される。
【0061】
「介在物のリング」とは、コアから実質的に等しい半径方法の距離を有し、コアを取り囲むリング構成でアラインされる、外側クラッド介在物の介在物をいう。典型的には、介在物のリングは完全には円形ではなく、六角形形状など、多数の丸みのある角をもって形作られる。好ましくは、介在物のリングのすべての介在物は実質的に同じ寸法であり、好ましくは同じソリッド材料、空隙および／または気体から作られる。
【0062】
背景材料は、有利なことに、非ドープシリカまたはドープシリカなどのシリカであってもよい。ドーパントは、例えば、Ｆ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂまたはその組み合わせなどの屈折率変更材料を含んでもよい。
【0063】
一実施形態において、外側背景材料内の複数の介在物は、実質的に六角形パターンで配置される。
一実施形態において、複数の介在物は空隙であるか、または空気などの気体から作られる。
一実施形態において、複数の介在物は空隙であるか、または空気などの気体から作られる。
【0064】
介在物の径は、有利なことに、選択された波長または波長の範囲の損失を最小化するように選択される。したがって、径は所望の伝送プロファイルに最適になるように選択することができる。
【0065】
一実施形態において、介在物は実質的に同一の径を有する。
有利なことに、複数の介在物は、最大約２．５μｍ、例えば最大約２μｍなど、例えば約１．１μｍから１．８μｍの間など、例えば約１．１５μｍから約１．７μｍの間など、例えば約１．２μｍから約１．５μｍの間など、例えば約１．３μｍなどの平均径（ｄｉｎｃ）を有する。
有利なことに、複数の介在物は、最大約２．５μｍ、例えば最大約２μｍなど、例えば約１．１μｍから１．８μｍの間など、例えば約１．１５μｍから約１．７μｍの間など、例えば約１．２μｍから約１．５μｍの間など、例えば約１．３μｍなどの平均径（ｄｉｎｃ）を有する。
【0066】
また、各介在物間の距離が、閉じ込め損失の最適化（最小化）に関係があることが示された。一実施形態において、閉じ込め損失を最適にするために、複数の介在物は、最大約６μｍ、例えば最大約５μｍなど、例えば最大約４μｍなど、例えば約２μｍから４μｍの間などのピッチ（Λｉｎｃ）で配置される。
【0067】
一実施形態において、介在物は、最大約３．５μｍ、例えば最大約３μｍなど、例えば最大約２．５μｍなど、例えば約１．１μｍから２μｍの間などのピッチ（Λｉｎｃ）で配置される。
【0068】
本発明は、ユーザ装置にレーザ光を伝送するレーザシステムも備え、レーザシステムは、レーザ光源と、レーザ光源からユーザ装置に光を伝送するためのファイバ伝送ケーブルとを備え、ファイバ伝送ケーブルは、前述した中空コアＰＣＦを備える。
【0069】
中空コアＰＣＦを備えるファイバ伝送ケーブルは、好ましくは、最大５０ｍ、例えば約０．３ｍから約２０ｍまでなど、例えば約１ｍから約１５ｍまでなどの長さを有してもよい。
【0070】
有利なことに、レーザ光源はレーザ光パルスを生成するように構成されて、ファイバ伝送ケーブルに光学的に接続され、好ましくは、レーザ光源はフェムト秒レーザ光源である。
【0071】
レーザ光源は、一実施形態において、例えば中空コアＰＣＦに溶融することによって、中空コアＰＣＦに光を直接送るように配置してもよい。一実施形態において、レーザ光源は、１つまたは複数の光学要素を介しておよび／または自由空間を介して、中空コアＰＣＦに光を送るように配置される。
【0072】
一実施形態において、レーザ光源は約３０ｆｓから約３０ｐｓまで、例えば約１００ｆｓから約１０ｐｓまでのポンプ持続時間を有する。
一実施形態において、レーザ光源は、少なくとも約５ｋＷ、例えば少なくとも約１０ｋＷなど、例えば少なくとも約３０ｋＷなど、例えば少なくとも約５０ｋＷなどの、レーザ光源の出口において決定されるピーク電力を有する。
一実施形態において、レーザ光源は、少なくとも約５ｋＷ、例えば少なくとも約１０ｋＷなど、例えば少なくとも約３０ｋＷなど、例えば少なくとも約５０ｋＷなどの、レーザ光源の出口において決定されるピーク電力を有する。
【0073】
レーザ光源は、有利なことに、モード同期レーザ光源である。一実施形態において、レーザ光源は能動モード同期レーザである。一実施形態において、レーザ光源は受動モード同期レーザである。モード同期レーザは、好ましくは、１つまたは複数の増幅器を備える。
【0074】
一実施形態において、中空コアＰＣＦは、約２００ｎｍから約４．５μｍまでの範囲の少なくとも１つの波長、好ましくは１０００ｎｍから約１１００ｎｍまでの範囲の少なくとも１つの波長を備える光、好ましくはシングルモード光を案内するように構成される。
【0075】
一実施形態において、中空コアＰＣＦは、好ましくは少なくとも約０．１μｍ、例えば少なくとも約０．３μｍなど、例えば少なくとも約０．５μｍなどにまたがる光の波長の連続波を誘導するように構成される。
【0076】
一実施形態において、中空コアＰＣＦは、ユーザ装置に接続されるように構成された第１ファイバ端部と、ファイバカップリング構造体を介してレーザ光源の出力ファイバに光学的に接続される第２ファイバ端部とを有する。ファイバカップリング構造体は、好ましくは第１ファイバ端部の保護、および好ましくは第１ファイバ端部の端面の保護を提供して、端面および／または中空コアが埃、湿気または同様なもので汚染されないように確保する。安全な低損失接続を確保する他に、カップリング構造は、集光レンズなどのレンズ、グレーデッドインデックス要素、または一般に中空コアファイバのカップリング構造のために当業界で公知のものなどの他の要素を備えてもよい。
【0077】
一実施形態において、ファイバカップリング構造体は、例えば米国特許第８８５４７２８号明細書に記載されるもののような集光レンズを備える。
一実施形態において、ファイバカップリング構造体は、米国特許出願公開第２００３／００６８１５０号明細書に記載されるもののようなグレーデッドインデックス要素（ＧＲＩＮ）を備える。
一実施形態において、ファイバカップリング構造体は、米国特許出願公開第２００３／００６８１５０号明細書に記載されるもののようなグレーデッドインデックス要素（ＧＲＩＮ）を備える。
【0078】
一実施形態において、ファイバカップリング構造体は、米国特許第７３７３０６２号明細書に記載されるもののような保護要素を備える。
好適な一実施形態において、第１ファイバ端部はフェルール構造体内に取り付けられ、好ましくは「フォトニック結晶ファイバアセンブリ（ＰＨＯＴＯＮＩＣ ＣＲＹＳＴＡＬ
ＦＩＢＥＲ ＡＳＳＥＭＢＬＹ）」の名称のデンマーク特許出願第２０１５７０８７６号明細書に記載されるフェルール構造体に対して取り付けられ、同出願は、本明細書で明示的に開示される主題と組み込まれる主題とに矛盾がある場合には、本明細書で明示的に開示される主題の内容を優先することを条件に、参照により本開示に組み込まれる。
好適な一実施形態において、第１ファイバ端部はフェルール構造体内に取り付けられ、好ましくは「フォトニック結晶ファイバアセンブリ（ＰＨＯＴＯＮＩＣ ＣＲＹＳＴＡＬ
ＦＩＢＥＲ ＡＳＳＥＭＢＬＹ）」の名称のデンマーク特許出願第２０１５７０８７６号明細書に記載されるフェルール構造体に対して取り付けられ、同出願は、本明細書で明示的に開示される主題と組み込まれる主題とに矛盾がある場合には、本明細書で明示的に開示される主題の内容を優先することを条件に、参照により本開示に組み込まれる。
【0079】
本明細書に開示される中空コアＰＣＦは、有利なことに、プリフォームから線引きすることにより製造してもよく、線引きは、例えば米国特許第６９５４５７４号明細書、米国特許第８２１５１２９号明細書、米国特許第７７９３５２１号明細書、および／または「プリフォーム用のリング要素、プリフォームおよびそのプリフォームから線引きされる光ファイバ（Ａ ＲＩＮＧ ＥＬＥＭＥＮＴ ＦＯＲ Ａ ＰＲＥＦＯＲＭ，Ａ ＰＲＥＦＯＲＭ ＡＮＤ ＡＮ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＢＥＲ ＤＲＡＷＮ ＦＲＯＭ ＴＨＥ ＰＲＥＦＯＲＭ）」の名称のデンマーク特許出願第２０１６７０２６２号明細書に記載されるように、中空管内の圧力を制御しながら行われる。
【0080】
プリフォームは、有利なことに、外側クラッド領域用の中空管および内側クラッド用の７本の中空管を提供することによって製造され、外側クラッド領域用の中空管は、７本の中空管の外径よりも、または異なる場合には、内側クラッド用の７本の中空管の最大の外径よりも、２倍大きい、例えば少なくとも３倍など、例えば少なくとも４倍など大きい内径を有する。好ましくは、外側クラッド領域は、７本の中空管が互いに接触しないように、７本の中空管を外側クラッド領域用の中空管の内部に接触して配置するのに十分に大きい内径を有する。７本の中空管を外側クラッド領域用の中空管の内部に配置するために、中空管の各端部に短い区間の支持要素（例えば、ガラス製の管またはロッド）を配置してもよい。７本の中空管を外側クラッド領域用の中空管に溶融した後、支持要素を備える溶融した中空管の端部は切り落としてもよい。
【0081】
次いで、プリフォームを、好ましくは各中空管内の圧力を個々のまたは共通の圧力制御を同時に行うことにより、ファイバ線引き塔で線引きすることができる。
一実施形態において、「細長い空孔」または単に「空孔」とも呼ばれる、プリフォームの中空管のうちの１本または複数本それぞれの圧力制御は、空孔と圧力源との間に圧力管を配置することによってもたらされる。圧力源は、中空管内の圧力を、プリフォームからファイバを線引きする間、圧力管を介して所望のレベルに制御することを確保する。
一実施形態において、「細長い空孔」または単に「空孔」とも呼ばれる、プリフォームの中空管のうちの１本または複数本それぞれの圧力制御は、空孔と圧力源との間に圧力管を配置することによってもたらされる。圧力源は、中空管内の圧力を、プリフォームからファイバを線引きする間、圧力管を介して所望のレベルに制御することを確保する。
【0082】
圧力管は中空圧力管であると有利である。「管内」とは、圧力管の中空部分内をいう。
したがって、一実施形態において、方法は、圧力管の第１端部をプリフォームの第１端部でプリフォームの空孔に挿入する工程と、線引き中、圧力管を介してプリフォームの空孔を制御圧力にさらす工程とを含む。有利なことに、少なくとも、圧力管の第１端部を含む圧力管長さ区間をプリフォームの細長い空孔に挿入する。圧力管長さ区間は、好ましくは少なくとも約０．５ｍｍ、例えば約１ｍｍから約２０ｃｍまでなど、例えば約２ｍｍから約５ｃｍまでなど、例えば約０．５から１ｃｍまでなどの長さを有するべきである。
したがって、一実施形態において、方法は、圧力管の第１端部をプリフォームの第１端部でプリフォームの空孔に挿入する工程と、線引き中、圧力管を介してプリフォームの空孔を制御圧力にさらす工程とを含む。有利なことに、少なくとも、圧力管の第１端部を含む圧力管長さ区間をプリフォームの細長い空孔に挿入する。圧力管長さ区間は、好ましくは少なくとも約０．５ｍｍ、例えば約１ｍｍから約２０ｃｍまでなど、例えば約２ｍｍから約５ｃｍまでなど、例えば約０．５から１ｃｍまでなどの長さを有するべきである。
【0083】
実際上、圧力管長さ区間は、圧力管長さ区間と細長い空孔との間に封止を提供するだけの十分な長さを有することが望ましいが、圧力管長さ区間を含むプリフォームの長さ部分が、一実施形態では、ファイバに線引きされないことがあるため、または、代替実施形態では、ファイバに線引きされたとしても、得られるファイバが管長さ区間のないプリフォーム材料から線引きしたファイバとは異なる特性を有することになるため、長すぎてはいけない。
【0084】
圧力管の第１端部を空孔に挿入するだけで、ならびに、オプションで、圧力管長さ区間の外面が細長い空孔の円周面に適合するように圧力管長さ区間が膨張されるようにすることによって、ならびに／または接着剤、エポキシ、グリースおよび／もしくはゴムまたは任意の他の柔軟な封止材などの封止材を施すことによって、細長い空孔と圧力管との間に安全な気体接続が得られることが分かった。
【0085】
圧力管は、有利なことに、プリフォームの空孔に嵌まり込むように選択される外径および外周を有する。空孔の断面形状は円形または楕円形または任意の他の適切な形状でもよい。空孔を画定する表面は、細長い空孔の円周面とも呼ばれる。圧力管は、好ましくは、プリフォームの空孔の断面形状に対応する外側断面形状を有するが、平均径はプリフォームの空孔の平均径よりもやや小さくして、圧力管の第１端部を空孔に挿入できるようにする。
【0086】
一実施形態において、圧力管または少なくとも圧力管の圧力管長さ区間は、空孔の平均内径の約８０％から最大１００％、例えば空孔の平均径の約９０％から約９９％などの平均外径を有する。
【0087】
有利なことに、圧力管は、空孔の外側にある供給区間を有し、つまり、空孔から圧力源への気体接続に導く圧力管の部分を有する。
一実施形態において、圧力管の供給区間は、空孔内の圧力を制御するために、圧力源と気体接続されている供給開口を有する。
一実施形態において、圧力管の供給区間は、空孔内の圧力を制御するために、圧力源と気体接続されている供給開口を有する。
【0088】
一実施形態において、圧力管の供給区間は、圧力調整室内にある供給開口を有する。圧力調整室内の圧力を、例えば圧力源によって調整することにより、圧力管内の圧力も調整され、それによって、細長い空孔内の圧力が調整される。
【0089】
一実施形態において、圧力管の供給区間は、圧力管内の圧力を調整するために圧力源に直接接続される供給開口を有し、それによって、細長い空孔内の圧力が調整される。
圧力管は、原則として、任意の材料から作ることができる。一実施形態において、圧力管は熱成形可能な材料、例えばファイバ線引き塔で成形または線引きできる材料から作られる。有利なことに、圧力管は、オプションでポリマーコーティングを含むシリカから作られる。一実施形態において、圧力管の少なくとも供給区間は外側ポリマーコーティングを有し、オプションで、圧力管長さ区間にはポリマーコーティングがない。ポリマーコーティングは圧力管の柔軟性を高めるとともに、圧力管の破断のリスクを低減する。
圧力管は、原則として、任意の材料から作ることができる。一実施形態において、圧力管は熱成形可能な材料、例えばファイバ線引き塔で成形または線引きできる材料から作られる。有利なことに、圧力管は、オプションでポリマーコーティングを含むシリカから作られる。一実施形態において、圧力管の少なくとも供給区間は外側ポリマーコーティングを有し、オプションで、圧力管長さ区間にはポリマーコーティングがない。ポリマーコーティングは圧力管の柔軟性を高めるとともに、圧力管の破断のリスクを低減する。
【0090】
シリカ製の圧力管に、コーティングされていない圧力管長さ区間を有する圧力管長さ区間とポリマーコーティングを施した圧力管供給区間とを提供することにより、圧力管の望ましく大きい中空部分の断面径が得られるのと同時に、圧力管供給区間を望ましく柔軟にかつ耐破断性にすることができる。
【0091】
前述したように、プリフォームの数個の空孔は前述したように圧力管で圧力制御してもよい。圧力管は、同じ圧力源に接続しても、または異なる圧力源に接続してもよい。
上記説明した本発明および本発明の実施形態のすべての特徴は、範囲および好適な範囲を含め、かかる特徴を組み合わせるべきではない特別の理由がない限り、本発明の範囲内で様々な形で組み合わせることができる。
上記説明した本発明および本発明の実施形態のすべての特徴は、範囲および好適な範囲を含め、かかる特徴を組み合わせるべきではない特別の理由がない限り、本発明の範囲内で様々な形で組み合わせることができる。
【0092】
本発明の上記および／または追加の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照して、以下の例示的かつ非限定的な本発明の実施形態の詳細な説明からさらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0093】
【図1】本発明の中空コアＰＣＦの一実施形態の断面を示す図。内径ｄ１、外径ｄ２および壁厚ｔを示すために中空管の１本を拡大している。
【図2】中空管の何本かが中空管の他のものより大きな壁厚ｔを有する、本発明の中空コアＰＣＦの一実施形態の断面を示す図。
【図3】中空管が楕円形である、本発明の中空コアＰＣＦの一実施形態の断面を示す図。
【図4】中空管が、中空管の中空構造内に配置されて、中空管に溶融される入れ子状の小管を備える、本発明の中空コアＰＣＦの一実施形態の断面を示す図。
【図5】中空管が、コア中心に面した領域に配置されるノジュールを備える、本発明の中空コアＰＣＦの一実施形態の断面を示す図。
【図6】中空コアＰＣＦにシングルモード光が送られた、本発明の中空コアＰＣＦの一実施形態の断面を示す図。
【図7】本発明の一実施形態の中空コアＰＣＦのいくつかの低損失伝送帯域を示すグラフ。
【図8】本発明の一実施形態の中空コアＰＣＦの広い低損失伝送帯域を示すグラフ。
【図9】６本の中空管を有する先行技術の中空コアＰＣＦのＨＯＭの抑制を示すグラフ。
【図10】７本の中空管を有する本発明の一実施形態の中空コアＰＣＦのＨＯＭの抑制を示すグラフ。
【図11】本発明の一実施形態のレーザシステムおよびユーザ装置の略図。
【図12】７個の細長い空孔を形成する７本の中空管を有する、本発明の中空コアＰＣＦの一実施形態のためのプリフォームの第１端部を示す図。線引き中の空孔の圧力制御のために、各圧力管の第１端部が各空孔に挿入されている。
【図13a】フォトニックバンドギャップ構造を備える外側クラッド領域を備える、本発明の一実施形態の中空コアＰＣＦを示す図。
【図14】実施例１で製作されたファイバのビーム品質Ｍ２の測定を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【0094】
図面は、明確にするために模式的に簡略化している。全体を通し、同一の部品または対応する部品には同じ参照符号を使用している。
図１に示す本発明の中空コアＰＣＦは、外側クラッド領域１と、前記外側クラッド領域に取り囲まれる７本の中空管２とを備える。中空管２はそれぞれ溶融点３で外側クラッド１に溶融されて、内側クラッド領域を画定するリングと、内側クラッド領域に取り囲まれるとともにコア径Ｄを有する中空コア領域４とを形成する。
図１に示す本発明の中空コアＰＣＦは、外側クラッド領域１と、前記外側クラッド領域に取り囲まれる７本の中空管２とを備える。中空管２はそれぞれ溶融点３で外側クラッド１に溶融されて、内側クラッド領域を画定するリングと、内側クラッド領域に取り囲まれるとともにコア径Ｄを有する中空コア領域４とを形成する。
【0095】
中空管は互いに接触しておらず、一般に非接触中空管と呼ばれる。中空管の拡大図に示すように、中空管２はそれぞれ平均外径ｄ２および平均内径ｄ１と、各中空管２の、中心に面した領域における壁厚ｔとを有する。外側クラッド１は内径ＩＤおよび外径ＯＤを有する。この実施形態では、中空管２は同一であり、断面が実質的に円形である。
【0096】
図２に示す実施形態では、中空コアＰＣＦは、外側クラッド領域１１と、前記外側クラッド領域に取り囲まれる７本の非接触中空管１２ａ、１２ｂとを備え、中空管１２ａ、１２ｂは溶融点１３で外側クラッド１１に溶融されて、内側クラッド領域を画定するリングと、内側クラッド領域に取り囲まれる中空コア領域１４とを形成する。非接触中空管１２ａの３本は、残りの４本の非接触中空管１２ｂよりも大きな壁厚ｔを有する。図示するように、７本の各非接触中空管１２ａ、１２ｂはそれぞれ厚さが均一で、それによって中空コアＰＣＦが製造しやすくなる。
【0097】
図３に図示する実施形態では、中空コアＰＣＦは、外側クラッド領域２１と、前記外側クラッド領域に取り囲まれる７本の同一な非接触中空管２２とを備え、中空管２２は外側クラッド２１に溶融されて、内側クラッド領域を画定するリングと、内側クラッド領域に取り囲まれる中空コア領域２４とを形成する。中空管２２は楕円形であり、中空管２２の各々が、長い内径Ｄｌと、長い内径Ｄｌに対して垂直な短い内径Ｄｓとを有し、Ｄｌは半径方向において決定される。
【0098】
図４に図示する実施形態では、中空コアＰＣＦは、外側クラッド領域３１と、前記外側クラッド領域に取り囲まれる７本の同一な非接触中空管３２とを備え、中空管３２は溶融点３３で外側クラッド３１に溶融されて、内側クラッド領域を画定するリングと、内側クラッド領域に取り囲まれる中空コア領域３４とを形成する。中空管３２は、中空管の中空構造内に配置されるとともにコアの中心軸からそれぞれ最大半径距離にある溶融点３３で中空管に溶融される入れ子状の小管３５を備える。
【0099】
図５に図示する実施形態では、中空コアＰＣＦは、外側クラッド領域４１と、前記外側クラッド領域に取り囲まれる７本の非接触中空管４２ａ、４２ｂとを備え、中空管４２ａ、４２ｂは外側クラッド４１に溶融されて、内側クラッド領域を画定するリングと、内側クラッド領域に取り囲まれる中空コア領域４４とを形成する。非接触中空管１２ａの４本はそれぞれの壁の厚さが均一なのに対し、残り３本の非接触中空管４２ｂは、各中空管の、コア中心に面した領域に配置されるノジュール４５を備える。各非接触中空管４２ａ、４２ｂの外径ｄ２は実質的に同一であるため、ノジュール４５は中空コア領域の境界に配置される。
【0100】
図６に図示する実施形態では、中空コアＰＣＦは主に図１の中空コアＰＣＦと同じ構造を有する。図示されていないシングルモードレーザ源が配置されて、ＰＣＦの低損失伝送帯域の波長でＰＣＦにレーザ光を放射する。符号６で示すように、ＰＣＦで伝送されるビームは、５ｍまたはさらには１０の後でも、ガウシアンビーム品質を有し、完全なシングルモードである。１０ｍの伝送後、基本モードの損失は非常に小さく、例えば伝送効率は８５％を超え、例えば９０％を超える。
【0101】
図７のグラフは、図１に図示する構造を有し、コアの寸法Ｄが約３０μｍでｔ＝７５０ｎｍのファイバのいくつかの低損失伝送帯域を示す。帯域には、一番長い波長の帯域から、より短い波長の帯域に昇順で番号を振っている。見て分かるように、中空コアＰＣＦは低損失伝送の帯域を４つ有し、低損失伝送帯域のうちの３つは１．２μｍ未満の波長を備える。
【0102】
図８のグラフは、伝送帯域ＩＩのＤ＝３０μｍでｔ＝７５０ｎｍの、図１の中空コアＰＣＦの伝送損失の詳細図を示す。低損失伝送帯域は非常に広く、１．０６４μｍ付近で２００～２５０ｎｍの帯域幅を有することが分かる。
【0103】
６本の中空管を有する中空コアＰＣＦ（先行技術の中空コアＰＣＦ）と７本の中空管を有する中空コアＰＣＦ（本発明の一実施形態）とについて、シミュレーションを行った。シミュレーションは、１０３２ｎｍにおいて、Ｄ＝３０μｍ、ｔ＝７５０ｎｍで行った。
【0104】
【0105】
図１０で分かるように、０．６から０．７５の間の最適なｄ／Ｄ比は、Ｌｐ１１状のモードおよび他のいくつかのより高次のＨＯＭをクラッドモードに共振結合することを確実にする。
【0106】
図９では、６本の中空管の使用により、Ｌｐ１１状のモードの部分的な抑制を達成できることが分かる。しかし、より高次の方位数のモードは摂動を受けないままで、ＨＯＭの全体的な消光を制限している。
【0107】
このように、７本の中空管を有する本発明の中空コアＰＣＦは、６本の中空管を有する先行技術の中空コアＰＣＦよりも、ＨＯＭの抑制の特性を大きく改善していることが明確に示されている。
【0108】
ミキエレット（Ｍｉｃｈｉｅｌｅｔｔｏ）らの論文、「高電力パルス伝送のための中空コアファイバ（Ｈｏｌｌｏｗ－ｃｏｒｅ ｆｉｂｅｒｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ
ｐｕｌｓｅ ｄｅｌｉｖｅｒｙ）」、オプティクスエクスプレス（Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ）、７１０３～７１１９頁（２０１６年３月号）にて、本発明の一実施形態の中空コアＰＣＦと６本の中空管を有する中空コアＰＣＦとのさらなる比較が開示されている。この論文の内容は、本明細書で明示的に開示される主題と組み込まれる主題とに矛盾がある場合には、本明細書で明示的に開示される主題の内容を優先することを条件に、参照により本開示に組み込まれる。
ｐｕｌｓｅ ｄｅｌｉｖｅｒｙ）」、オプティクスエクスプレス（Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ）、７１０３～７１１９頁（２０１６年３月号）にて、本発明の一実施形態の中空コアＰＣＦと６本の中空管を有する中空コアＰＣＦとのさらなる比較が開示されている。この論文の内容は、本明細書で明示的に開示される主題と組み込まれる主題とに矛盾がある場合には、本明細書で明示的に開示される主題の内容を優先することを条件に、参照により本開示に組み込まれる。
【0109】
図１１に図示するレーザシステムは、レーザ光源５１と、レーザ光源５１からユーザ装置５４に光を伝送するためのファイバ伝送ケーブル５２とを備える。ファイバ伝送ケーブル５２は、その導波管として、ユーザ装置に相関される１つまたは複数の低損失伝送帯域を有する前述の中空コアＰＣＦを備える。示すように、ファイバ伝送ケーブル５２はやや長くてもよいが、それでも基本モードでユーザ装置５４に高効率かつ低損失でシングルモード光を伝送する。ファイバ伝送ケーブル５２は第１端部５３ａおよび第２端部５３ｂを有する。図示する実施形態では、第１端部５３ａおよび第２端部５３ｂはそれぞれ、ユーザ装置５４およびレーザ光源５にそれぞれ接続するためにフェルール構造体内に取り付けられる。
【0110】
図示していない代替実施形態では、ファイバ伝送ケーブル５２の第２端部は、レーザ光源５１のファイバ出力に接合される。
図１２に図示するプリフォームは、本明細書で説明する中空コアファイバの一実施形態のためのプリフォームである。
図１２に図示するプリフォームは、本明細書で説明する中空コアファイバの一実施形態のためのプリフォームである。
【0111】
プリフォームは、プリフォーム外側クラッド領域１６５と、プリフォーム外側クラッド領域１６５に取り囲まれて溶融される非接触リングに配置される７本の中空プリフォーム管１６１ａ、１６１ｂ（つまり、管は互いに接触していない）とを備える。
【0112】
図示していない圧力源にプリフォーム管のうちの３本（主中空管）の各々を接続する圧力管１６４を、線引き中に主中空管１６１ａの圧力を制御するために配置する。各主中空管１６１ａの空孔に挿入される圧力管長さ区間１６４ａはコーティングされていないシリカであると有利であるが、圧力管１６４の残りの部分（圧力管供給区間と呼ばれる）は、ポリマーコートしたシリカである。副中空管１６１ｂの圧力は、有利なことに、「プリフォーム用のリング要素、プリフォームおよびそのプリフォームから線引きされる光ファイバ（Ａ ＲＩＮＧ ＥＬＥＭＥＮＴ ＦＯＲ Ａ ＰＲＥＦＯＲＭ，Ａ ＰＲＥＦＯＲＭ
ＡＮＤ ＡＮ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＢＥＲ ＤＲＡＷＮ ＦＲＯＭ ＴＨＥ ＰＲＥＦＯＲＭ）」の名称のデンマーク特許出願第２０１６７０２６２号明細書の図１５および図１６に図示されるような圧力室で制御してもよい。
ＡＮＤ ＡＮ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＢＥＲ ＤＲＡＷＮ ＦＲＯＭ ＴＨＥ ＰＲＥＦＯＲＭ）」の名称のデンマーク特許出願第２０１６７０２６２号明細書の図１５および図１６に図示されるような圧力室で制御してもよい。
【0113】
図１３ａに図示する実施形態では、中空コアＰＣＦは、外側クラッド領域１７１と、内側クラッド領域を形成するとともに前記外側クラッド領域１７１に取り囲まれる７本の非接触中空管１７２とを備える。中空管１７２は溶融点１７３で外側クラッド１７１の内側に溶融されて、内側クラッド領域と、内側クラッド領域に取り囲まれる中空コア領域１７４とを形成する。外側クラッド領域は、クラッド背景材料１７５ｂとは異なる屈折率を有する微細構造（介在物）１７５ａの形態のフォトニックバンドギャップ構造を備える。
【0114】
フォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）構造は、任意の手段、例えば屈折率の異なる同心円リングを備える屈折率格子を外側クラッド領域に設けることにより、および／または包含により提供してもよい。
【0115】
外側背景材料１７５ｂの介在物１７５ａは、約５つのリングを備える断面パターンで配置される。
前述したように、介在物は空隙であるか、または気体から作られ、比較的小さな径を有し、所望の波長または波長の範囲の閉じ込め損失を最適化（最小化）するために短く配置するのが好ましい。
前述したように、介在物は空隙であるか、または気体から作られ、比較的小さな径を有し、所望の波長または波長の範囲の閉じ込め損失を最適化（最小化）するために短く配置するのが好ましい。
【0116】
図１３ｂは、図１３ａの実施形態の中空コアＰＣＦの２つの変型例についての伝送損失を示し、各クラッドにＰＢＧ構造を有する中空コアＰＣＦの２つの変型例は、それぞれ１０６４ｎｍ（左）および１５５０ｎｍ（右）の所望の中心波長付近で閉じ込め損失を低減するように最適にされている。見て分かるように、損失は非常に低い。さらに、閉じ込め損失低減のためのこのアプローチは、偏波保持反共振ファイバでも活用することができることが分かる。
【0117】
さらに、閉じ込め損失は、フォトニックバンドギャップ構造の全体的な厚さを増やすことによって、恣意的に低減されるようであることが分かった。
実施例１
図１に図示する構造を有する中空コアＰＣＦは、スタックアンドロー製法を使用して製作した。図示する製作したファイバはコア径が約３０μｍ、ｄ２ 約１７μｍで、ｄ２／Ｄ 約０．５７である。１０６４ｎｍで測定したモードフィールド径は２μｍである。管にはわずかな寸法の差が存在するが、それでもファイバは、極めて低い損失および曲げ損失、および優れたモード品質を示している。製作したファイバのモード品質係数は、１０６４ｎｍの波長のレーザと５ｍのＦＵＴを用いて、カメラベースのＭ２測定システム（Ｓｐｉｒｉｃｏｎ Ｍ２－２ＯＯＳ）でモード品質係数を測定した。標準的な８ｃｍのスプールに巻いたファイバで、それ以上のコイルなしで測定を行った。この結果を表Ｉにまとめ、図１４に図示する。ファイバ出力ビームは、無視できる非点収差と不平衡を示し、Ｍ２は１．２である。
実施例１
図１に図示する構造を有する中空コアＰＣＦは、スタックアンドロー製法を使用して製作した。図示する製作したファイバはコア径が約３０μｍ、ｄ２ 約１７μｍで、ｄ２／Ｄ 約０．５７である。１０６４ｎｍで測定したモードフィールド径は２μｍである。管にはわずかな寸法の差が存在するが、それでもファイバは、極めて低い損失および曲げ損失、および優れたモード品質を示している。製作したファイバのモード品質係数は、１０６４ｎｍの波長のレーザと５ｍのＦＵＴを用いて、カメラベースのＭ２測定システム（Ｓｐｉｒｉｃｏｎ Ｍ２－２ＯＯＳ）でモード品質係数を測定した。標準的な８ｃｍのスプールに巻いたファイバで、それ以上のコイルなしで測定を行った。この結果を表Ｉにまとめ、図１４に図示する。ファイバ出力ビームは、無視できる非点収差と不平衡を示し、Ｍ２は１．２である。
【0118】
【表1】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13a】
【図13b】
【図14】
