(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】2024-11-07
(45)【発行日】2024-11-15
(54)【発明の名称】回転光ビーム発生装置
(51)【国際特許分類】
G02B 6/02 20060101AFI20241108BHJP
G02B 6/032 20060101ALI20241108BHJP
【ＦＩ】
G02B6/02 401
G02B6/02 411
G02B6/02 356A
G02B6/032 A
G02B6/032 Z
【請求項の数】
17
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2020149468
(22)【出願日】2020-09-04
(65)【公開番号】P2021047399
(43)【公開日】2021-03-25
【審査請求日】2023-07-19
(31)【優先権主張番号】62/900,992
(32)【優先日】2019-09-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/703,723
(32)【優先日】2019-12-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【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】100170597
【弁理士】
【氏名又は名称】松村 直樹
(72)【発明者】
【氏名】マーティン エイチ メンデル
(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】ジェームズ ジェー モアヘッド
(72)【発明者】
【氏名】ヴィンセント ペティット
(72)【発明者】
【氏名】パトリック グレッグ
【審査官】岸 智史
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０８４８１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１９－５０８８９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】欧州特許出願公開第００２２７３６６（ＥＰ，Ａ２）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ６／０２－６／１０、６／４４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１部分及び第２部分を有するコアと、該コアを取り囲むクラッドを備える光ファイバデバイスであって、前記第２部分は、前記第１部分内の開口部に挿入される少なくとも１つの挿入部を備え、
前記少なくとも１つの挿入部は、前記第１部分の中心に対するオフセンタ位置に挿入され、
前記少なくとも１つの挿入部は、前記第１部分内の前記開口部内に含まれる流体又は真空を含み、
前記第１部分の屈折率は、前記第２部分の屈折率と異なり、
前記第２部分は、当該光ファイバデバイスの長さに沿った当該光ファイバデバイスの軸周りでねじれ、
前記軸周りでの前記第２部分のねじれ度は、当該光ファイバデバイスの第１端部での第１ねじれ度から、当該光ファイバデバイスの第２端部での第２ねじれ度へ増加し、
前記軸周りでねじれた前記第２部分は、当該光ファイバデバイスの前記第１端部で発出される光ビームの少なくとも一部を、当該光ファイバデバイスの前記第２端部で回転光ビームに変換する、光ファイバデバイス。
【請求項2】
前記少なくとも１つの挿入部は、円形断面を有する、請求項１に記載の光ファイバデバイス。
【請求項3】
前記第２部分は、前記第１部分内に挿入される２つ以上の挿入部を含む、請求項１に記載の光ファイバデバイス。
【請求項4】
前記第１部分と前記第２部分の断面は丸形であり、前記少なくとも１つの挿入部の断面直径は、前記第１部分の直径の略５％未満である、請求項１に記載の光ファイバデバイス。
【請求項5】
前記少なくとも１つの挿入部の断面サイズは、当該光ファイバデバイスの長さの一部に沿って、当該光ファイバデバイスの前記第１端部から前記第２端部へ向かって増大する、請求項１に記載の光ファイバデバイス。
【請求項6】
前記少なくとも１つの挿入部の断面サイズは、当該光ファイバデバイスの長さの一部に沿って、当該光ファイバデバイスの前記第１端部から前記第２端部へ向かって減少する、請求項１に記載の光ファイバデバイス。
【請求項7】
前記少なくとも１つの挿入部の断面サイズは、当該光ファイバデバイスの前記第１端部にて略ゼロである、請求項１に記載の光ファイバデバイス。
【請求項8】
前記少なくとも１つの挿入部の断面サイズは、当該光ファイバデバイスの前記第２端部にて略ゼロである、請求項１に記載の光ファイバデバイス。
【請求項9】
ローテータファイバによって該ローテータファイバの第１端部で光ビームを受ける段階であって、前記ローテータファイバは、第１部分及び第２部分を有するコアを有し、前記第２部分は、前記第１部分内の開口部に挿入される少なくとも１つの挿入部を備え、前記少なくとも１つの挿入部を前記第１部分の中心に対するオフセンタ位置に挿入し、前記少なくとも１つの挿入部は、前記第１部分内の前記開口部内に含まれる流体又は真空を含み、前記第１部分の屈折率は、前記第２部分の屈折率と異なり、前記第２部分を、当該ローテータファイバの長さに沿った当該ローテータファイバの軸周りでねじり、前記軸周りでの前記第２部分のねじれ度を、当該ローテータファイバの第１端部での第１ねじれ度から、当該ローテータファイバの第２端部での第２ねじれ度へ増加させる、段階と、前記ローテータファイバによって前記光ビームの少なくとも一部を回転光ビームへ変換する段階であって、前記光ビームの少なくとも一部を、前記第２部分が前記軸周りでねじられた結果として前記回転光ビームに変換する、段階と、
前記ローテータファイバによって前記回転光ビームを出力する段階、を有する方法。
【請求項10】
前記少なくとも１つの挿入部は、円形断面を有する、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記第２部分は、前記第１部分内に挿入される６つ以下の挿入部を備える、請求項９に記載の方法。
【請求項12】
前記少なくとも１つの挿入部の断面サイズを、前記ローテータファイバの長さの一部に沿って、前記ローテータファイバの前記第１端部から前記第２端部へ向かって増大させる、請求項９に記載の方法。
【請求項13】
前記少なくとも１つの挿入部の断面サイズを、前記ローテータファイバの長さの一部に沿って、前記ローテータファイバの前記第１端部から前記第２端部へ向かって減少させる、請求項９に記載の方法。
【請求項14】
前記少なくとも１つの挿入部の断面サイズは、前記ローテータファイバの前記第１端部又は前記第２端部にて略ゼロとする、請求項９に記載の方法。
【請求項15】
光ファイバデバイスを備える環状ビーム発生装置であって、当該光ファイバデバイスは、第１部分及び第２部分を含むコア部を備え、
前記第２部分は、前記第１部分内の開口部に挿入される一組の挿入部を備え、
前記１組の挿入部は、それぞれ前記第１部分の中心に対するオフセンタ位置に挿入され、
前記一組の挿入部は、前記第１部分内の前記開口部内に含まれる流体又は真空を含み、
前記第１部分の屈折率は、前記第２部分の屈折率と異なり、
前記第２部分は、当該光ファイバデバイスの長さに沿った当該光ファイバデバイスの軸周りでねじれ、
前記第２部分の前記軸周りでのねじれ度は、当該光ファイバデバイスの第１端部での第１ねじれ度から、当該光ファイバデバイスの第２端部での第２ねじれ度へ増加する、環状ビーム発生装置。
【請求項16】
前記１組の挿入部の断面のサイズは、当該光ファイバデバイスの長さに沿って当該光ファイバデバイスの前記第１端部から前記第２端部へ向かって変化する、請求項１５に記載の環状ビーム発生装置。
【請求項17】
第１部分を備えるファイバプリフォームを提供する段階と、前記ファイバプリフォームの長さに沿って前記ファイバプリフォームの前記第１部分内に開口部を形成する段階であって、前記開口部を、前記ファイバプリフォームの中心軸からオフセットさせる、段階と、
前記ファイバプリフォームの前記第１部分の前記開口部内に挿入部を挿入することで前記ファイバプリフォームの第２部分を生成する段階であって、
前記少なくとも１つの挿入部は、前記第１部分内の前記開口部内に含まれる流体又は真空を含み、
前記第１部分の屈折率は、前記第２部分の屈折率と異なり、
前記第１部分と前記第２部分はコアを構成する、
段階と、
前記ファイバプリフォームを統合し、延伸し、かつねじることでねじれローテータファイバを生成する段階であって、前記ねじりの結果、前記第２部分を、前記ねじれローテータファイバの長さに沿って前記ねじれローテータファイバの軸周りでねじれさせる、段階を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【0001】
本願は、２０１９年９月１６日に出願された米国仮特許出願第６２／９００９９２号の優先権を主張する、２０１９年６月２８日に出願された米国特許出願第１６／４５７０１８号の一部継続出願（ＣＩＰ）である。米国特許出願第１６／４５７０１８号は、２０１８年８月６日に出願された米国仮特許出願第６２／７１５０４０号の優先権を主張する、２０１７年１１月３日に出願された米国特許出願第１５／８０２８９７号（現在は米国特許第１０４２９５８４号）の一部継続出願（ＣＩＰ）である。米国特許出願第１５／８０２８９７号は、２０１６年１１月２２日に出願された米国仮特許出願第６２／４２５４３１号の優先権を主張する。これら各出願の内容は、その全てが参照によって組み込まれる。
【技術分野】
【0002】
本開示は、環状ビーム形状を有する光ビームを生成する光ファイバデバイス、及び、環状ビーム形状を有する回転光ビームを光ファイバ内に直接的に（すなわち、自由空間光学系を用いることなく）生成する光ファイバデバイスに関する。
【背景技術】
【0003】
光ビームのビームプロファイルは、その光ビームを用いて実行される材料の処理に係る処理性能に対して重大な影響を有する。例えば、ビームプロファイルが環状の光ビームは、優れた金属切断を可能にする。しかし、ほとんどのファイバによって供給される光ビームのビームプロファイルは相対的に単純化され過ぎてしまう。例えば、ビームプロファイルは、強く集束した光ビームを用いて薄いシート状金属（例えば、厚さが約３ｍｍ以下のシート状金属）を処理するために用いることのできる低ビームパラメータ積（ＢＰＰ）のレーザ（例えば、ＢＰＰが約３ｍｍ・ｍｒａｄ以下）については、ガウス型又は略ガウス型のプロファイルであると考えられる。他の例として、ビームプロファイルは、拡散した光ビームを用いて厚いシート状金属（例えば、厚さが約３ｍｍ以上のシート状金属）を処理するのに用いることのできる高ビームパラメータ積（ＢＰＰ）のレーザ（例えば、ＢＰＰが約３ｍｍ・ｍｒａｄ超）については、トップハット型（フラットトップ型とも称される）プロファイルを有するものと考えられる。
【発明の概要】
【0004】
複数の実施形態によると、光ファイバデバイスは、第１部分及び第２部分を含む一体化コアと、該一体化コアを取り囲むクラッドを備えてよい。前記第２部分の少なくとも一部は、前記一体化コアからオフセットされ、前記一体化コアは、当該光ファイバデバイスの長さに沿った当該光ファイバデバイスの光軸周りでねじれ、前記第１部分の屈折率は、前記第２部分の屈折率よりも大きい。
【0005】
複数の実施形態によると、光ファイバデバイスは、第１部分を含む一体化コア、及び、該一体化コアを取り囲むクラッドを備えてよい。前記一体化コアの前記第１部分は、非円形状を有し、前記一体化コアは、当該光ファイバデバイスの長さに沿った当該光ファイバデバイスの光軸周りでねじれる。
【0006】
複数の実施形態によると、方法は、ローテータファイバによって前記ローテータファイバの第１端部で光ビームを受ける段階であって、前記ローテータファイバは、該ローテータファイバの長さに沿った前記ローテータファイバの光軸周りでねじれる、段階と、前記ローテータファイバによって、前記光ビームを回転光ビームへ少なくとも部分的に変換する段階であって、前記光ビームは、前記一体化コアが前記光軸周りでねじれた結果として、少なくとも一部が前記回転光ビームに変換される、段階と、前記ローテータファイバによって前記回転光ビームを出力する段階を有することができる。
【0007】
複数の実施形態によると、方法は、ローテータファイバのプリフォームを製造する段階であって、前記ローテータファイバのプリフォームは、該ローテータファイバのプリフォームの中心に対して角度方向に変化する屈折率構造とした一体化コアを有する、段階と、統合ローテータファイバのプリフォームを生成するために前記ローテータファイバのプリフォームを統合する段階と、スパンローテータファイバを生成するために前記統合ローテータファイバのプリフォームの延伸及びスピン付与を同時に行う段階と、先細のスパンローテータファイバを生成するために前記スパンローテータファイバを先細にする段階であって、前記先細スパンローテータファイバ内部で、前記一体化コアを、前記先細スパンローテータファイバの長さに沿って、前記先細スパンローテータファイバの光軸周りで回転させる、段階を有することができる。
【0008】
複数の実施形態によると、方法は、ローテータファイバのプリフォームを製造する段階であって、前記ローテータファイバのプリフォームは、該ローテータファイバのプリフォームの中心に対して角度方向に変化する屈折率構造とした一体化コアを有する、段階と、統合ローテータファイバのプリフォームを生成するために前記ローテータファイバのプリフォームを統合する段階と、延伸ローテータファイバを生成するために前記統合ローテータファイバのプリフォームを延伸する段階と、ねじれローテータファイバを生成するために前記延伸ローテータファイバをねじる段階であって、前記ねじれローテータファイバ内部では、前記一体化コアを、前記ねじれローテータファイバの長さに沿って、前記ねじれローテータファイバの光軸周りで回転させる、段階を有することができる。
【0009】
複数の実施形態によると、方法は、ローテータファイバのプリフォームを製造する段階であって、前記ローテータファイバのプリフォームは、該ローテータファイバのプリフォームの中心に対して角度方向に変化する屈折率構造を有する一体化コアを有する、段階と、統合ローテータファイバのプリフォームを生成するために前記ローテータファイバのプリフォームを統合する段階と、延伸ローテータファイバを生成するために前記統合ローテータファイバのプリフォームを引っ張る段階と、ねじれローテータファイバを生成するために前記延伸ローテータファイバをねじる段階であって、前記ねじれローテータファイバ内部では、前記一体化コアを、前記ねじれローテータファイバの長さに沿った前記ねじれローテータファイバの光軸周りで回転させる、段階を有することができる。
【0010】
複数の実施形態によると、光ファイバデバイスは、当該光ファイバデバイスの長さに沿った当該光ファイバデバイスの軸周りでねじれるコア部と、該コア部を取り囲むクラッドを備えてよい。前記コア部の中心は、当該光ファイバデバイスの長さに沿った当該光ファイバデバイスの軸からオフセットされ、前記コア部の前記軸周りでのねじれ度は、当該光ファイバデバイスの第１端部での第１ねじれ度から、当該光ファイバデバイスの第２端部での第２ねじれ度へ増加し、前記軸周りでねじれる前記コア部は、当該光ファイバデバイスの前記第１端部で発出される光ビームの少なくとも一部を、当該光ファイバデバイスの前記第２端部で回転光ビームに変換する。
【0011】
複数の実施形態によると、方法は、ローテータファイバによって該ローテータファイバの第１端部で光ビームを受ける段階であって、前記ローテータファイバは、該ローテータファイバの長さに沿った前記ローテータファイバの軸周りでねじれるコア部を有し、その際、前記コア部の中心は、前記ローテータファイバの前記長さに沿った前記ローテータファイバの前記軸からオフセットされ、前記コア部の前記軸周りでのねじれ度が、前記ローテータファイバの第１端部での第１ねじれ度から、前記ローテータファイバの第２端部での第２ねじれ度へ増加する、段階と、前記ローテータファイバによって前記光ビームの少なくとも一部を回転光ビームへ変換する段階であって、前記光ビームは、前記コア部が前記軸周りでねじれた結果として、少なくとも一部が前記回転光ビームに変換される、段階と、前記ローテータファイバによって前記回転光ビームを出力する段階、を有することができる。
【0012】
複数の実施形態によると、環状ビーム発生装置は、光ファイバデバイスを備えてよい。当該光ファイバデバイスは、当該光ファイバデバイスの長さに沿った当該光ファイバデバイスの軸周りでねじれるコア部と、該コア部を取り囲むクラッドを備えてよい。前記コア部の中心は、当該光ファイバデバイスの長さに沿った当該光ファイバデバイスの軸からオフセットされ、前記コア部の前記軸周りでのねじれ度は、当該光ファイバデバイスの第１端部での第１ねじれ度から、当該光ファイバデバイスの第２端部での第２ねじれ度へ増加する。
【0013】
複数の実施形態によると、方法は、コアと該コアを取り囲むクラッドを有するファイバプリフォームを取得する段階であって、前記コアは前記ファイバプリフォームの略中心に位置する、段階と、前記ファイバプリフォームの長さに沿って前記コアを取り囲む前記クラッドの一部を除去する段階と、ローテータファイバプリフォームを生成するために前記ファイバプリフォームを再スリーブ形成する段階であって、前記ローテータファイバプリフォーム内では、前記コアの中心は、前記ローテータファイバプリフォームの中心軸からオフセットされる、段階と、前記ローテータファイバプリフォームを用いてローテータファイバを生成する段階であって、前記ローテータファイバ内では、前記コアの中心は、前記ローテータファイバの長さに沿った前記ローテータファイバの前記軸からオフセットされ、かつ、前記ローテータファイバ内では、前記コアは、前記ローテータファイバの前記長さに沿った前記ローテータファイバの前記軸周りでねじれる、段階を有することができる。
【0014】
複数の実施形態によると、方法は、クラッドロッドの長さに沿って前記クラッドロッドの中心軸からオフセットされる開口部を生成する段階と、前記クラッドロッドの前記長さに沿って前記開口部内にコアロッドを挿入する段階と、統合ローテータファイバプリフォームを生成するために前記コアロッドと前記クラッドロッドとを統合する段階と、前記ローテータファイバプリフォームを用いてローテータファイバを生成する段階であって、前記ローテータファイバ内では、前記コアの中心は、前記ローテータファイバの長さに沿った前記ローテータファイバの軸からオフセットされ、かつ、前記ローテータファイバ内では、前記コアは、前記ローテータファイバの前記長さに沿った前記ローテータファイバの前記軸周りでねじれる、段階を有することができる。
【0015】
複数の実施形態によると、光ファイバデバイスは、第１部分と第２部分を有するコアと、該コアを取り囲むクラッドを備えてよい。前記第２部分は、前記第１部分内に挿入される少なくとも１つの挿入部を備え、前記少なくとも１つの挿入部は前記第１部分の中心に対するオフセンタ位置に挿入され、前記第２部分は、当該光ファイバデバイスの長さに沿った当該光ファイバデバイスの軸周りでねじれ、前記第２部分の前記軸周りでのねじれ度は、当該光ファイバデバイスの第１端部での第１ねじれ度から、当該光ファイバデバイスの第２端部での第２ねじれ度へ増加し、前記軸周りでねじれる前記第２部分は、当該光ファイバデバイスの前記第１端部で発出される光ビームの少なくとも一部を、当該光ファイバデバイスの前記第２端部で回転光ビームに変換する。
【0016】
複数の実施形態によると、方法は、ローテータファイバによって該ローテータファイバの第１端部で光ビームを受ける段階であって、前記ローテータファイバは、第１部分と第２部分を有し、前記第２部分は、前記第１部分内に挿入される少なくとも１つの挿入部を備え、前記少なくとも１つの挿入部は前記第１部分の中心に対するオフセンタ位置に挿入され、前記第２部分は、当該光ファイバデバイスの長さに沿った当該光ファイバデバイスの軸周りでねじれ、前記第２部分の前記軸周りでのねじれ度は、当該光ファイバデバイスの第１端部での第１ねじれ度から、当該光ファイバデバイスの第２端部での第２ねじれ度へ増加する、段階と、前記ローテータファイバによって前記光ビームの少なくとも一部を回転光ビームへ変換する段階であって、前記光ビームは、前記第２部分が前記軸周りでねじれた結果として、少なくとも一部が前記回転光ビームに変換される、段階と、前記ローテータファイバによって前記回転光ビームを出力する段階、を有することができる。
【0017】
複数の実施形態によると、環状ビーム発生装置は、光ファイバデバイスを有することができる。当該光ファイバデバイスは、第１部分と第２部分を含むコア部を備えてよい。前記第２部分は、前記第１部分内に挿入される１組の挿入部を備え、前記１組の挿入部は、それぞれ前記第１部分の中心に対するオフセンタ位置に挿入され、前記第２部分は、当該光ファイバデバイスの長さに沿った当該光ファイバデバイスの軸周りでねじれ、前記第２部分の前記軸周りでのねじれ度は、当該光ファイバデバイスの第１端部での第１ねじれ度から、当該光ファイバデバイスの第２端部での第２ねじれ度へ増加する。
【0018】
複数の実施形態によると、方法は、第１部分を備えるファイバプリフォームを提供する段階と、前記ファイバプリフォームの長さに沿って前記ファイバプリフォームの前記第１部分内に開口部を形成する段階であって、前記開口部は、前記ファイバプリフォームの中心軸からオフセットされる、段階と、前記ファイバプリフォームの前記第１部分の前記開口部内に挿入部を挿入することで前記ファイバプリフォームの第２部分を生成する段階と、前記ファイバプリフォームを統合し、延伸し、かつねじることでねじれローテータファイバを生成する段階であって、前記ねじれの結果、前記第２部分は、前記ねじれローテータファイバの長さに沿った前記ねじれローテータファイバの軸周りでねじれる、段階を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】Ａ及びＢは、本願で説明される回転光ビームを生成する例示的なローテータファイバに係る概略図である。
【図2】回転光ビームを生成するローテータファイバが実施可能な例示的環境の図である。
【図3】カットオフ未満の放物状屈折率分布型ファイバの様々な低次導波モードＬＰｌｍの例示的な近接場強度パターンを表す図である。
【図4】Ａ及びＢは、回転光ビームを生成する例示的なローテータファイバの断面図である。
【図5】本願で説明される例示的な先細ローテータファイバを表す図である。
【図6】本願で説明されるローテータファイバを製造するスピンファイバ法の例示的なプロセスのフローチャートである。
【図7】本願で説明されるローテータファイバを製造するねじれファイバ法の例示的なプロセスのフローチャートである。
【図8】Ａ～Ｃは、本願で説明されるローテータファイバの様々な先細長を利用した例示的なシミュレーションに係る図である。
【図9】Ａ及びＢは、回転光ビームを生成するさらなる例示的ローテータファイバの図である。
【図10】本願で説明されているオフセットされた一体化コアによってローテータファイバを製造する例示的なプロセスのフローチャートである。
【図11】本願で説明されているオフセットされた一体化コアによってローテータファイバを製造する例示的なプロセスのフローチャートである。
【図12】例示的な光ファイバの例示的な断面図である。ここに、２つのロッド形状の第２部分は、クラッド部によって取り囲まれる第１部分内にオフセンタ位置で挿入される。
【図14】本願で説明されている挿入部を備えるローテータファイバを製造する例示的なプロセスのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0020】
例示的な実施形態についての以下の詳細な説明は、添付図面を参照するものである。異なる図中であっても、同一の参照番号は同一又は類似の部材を特定する。以降で説明する実施形態は単なる例示であり、その実施形態は開示された厳密な形式に限定されるものではない。その代わりに、実施形態は、説明によって当業者がその実施形態を実施可能となるように選ばれている。
【0021】
上述したように、従来のファイバによって供給される光ビームのビーム形状は相対的に単純化され過ぎている（例えば、ガウス型又は略ガウス型のプロファイル、トップハット型のプロファイル等を有するように）。比較的進んだビーム形状－例えば、環状ビーム形状（リング形状ビーム）－を有する光ビームの生成には、高価で、特殊で、位置合わせに敏感な自由空間光学系－例えば、アキシコン、螺旋状の位相板等－が必要となる。しかも、そのような光学系は一般的に、光ビームの供給に係るファイバから離れた処理ヘッド内に配置する必要がある。処理ヘッドは、加速度や（例えば、煙、金属デブリ、埃等からの）汚染の影響を受けやすい光学機械的な組立体であるため、高価で、位置合わせに敏感で、かさばり、及び／又は重い光学素子にとって望ましくない場所である。
【0022】
さらに、環状ビーム形状を有する光ビームを生成する従来方法は一般的に、ビーム品質の不十分な光ビームを提供する。例えば、従来方法では、過剰にＢＰＰが高く、環の中心での出力が過剰で、ビーム端が広がる（例えば、半径端部が相対的に長いことで処理品質を不十分にしてしまう）。
【0023】
本願で説明されている複数の実施形態は、環状ビーム形状を有する光ビームを光ファイバ内に直接的に（すなわち、自由空間光学系を用いずに）生成する光ファイバデバイスを提供する。より詳細には、生成された光ビームは、回転光ビーム（つまり光ファイバ内を螺旋状に伝播する光ビーム）であるため、環状ビーム形状を有する光ビームを生成する。複数の実施形態では、光ビームの回転特性は保存されてよい（例えば、光ビームが光ファイバを飛び出すときに）。その結果、光ファイバから試料へ投射されるレーザスポットは、例えば、明瞭な縁部と高いビーム品質を有する環状ビームプロファイルを示す。このようにして、環状ビーム形状を有する光ビームが光ファイバ内に生成されることで、材料処理の改善が容易となる。
【0024】
【0025】
回転光ビームを生成する光ファイバデバイス（本願ではローテータファイバと呼ばれる。）は、第１部分及び第２部分を有することができる一体化コアを備えてよい。第２部分の少なくとも一部は、前記一体化コアの中心からオフセットされる。係るローテータファイバの例示的な断面が、図１Ａに示されている。図１Ａに示された例では、第２部分（例えば、“＋”形状の断面部分）は、第１部分を４部分に分離するように配置される。さらに示されているように、ローテータファイバは、一体化コアを取り囲むクラッド領域をさらに有することができる。
【0026】
図１Ｂに示されているように、一体化コア（すなわち、第１部分及び第２部分）は、ローテータファイバの長さに沿った前記ローテータファイバの光軸（例えば、前記一体化コアの中心）周りでねじれてよい。一部の実施形態では、以降で詳述するように、光軸周りでねじれる一体化コアによって、ローテータファイバの入力端部で発出される入力光ビーム（例えば、非回転光ビーム）の少なくとも一部は、前記ローテータファイバの出力端部で回転光ビームに変換される。
【0027】
さらに図１Ｂに示されているように、一部の実施形態では、ローテータファイバは、入力ファイバと出力ファイバとの間に設けられてよい。一部の実施形態では、入力ファイバ、ローテータファイバ、及び出力ファイバは、（例えば、従来のファイバ溶融接続法を用いて）溶融接続で一体化されてよい。
【0028】
動作時、ローテータファイバは、入力ファイバから入力光ビームを受けてよい。図示されているように、入力光ビームは、１つ以上の非回転導波モードにて伝播する光を含んでよい。光がローテータファイバを伝播し、かつ、前記ローテータファイバの長さに沿って一体化コアがねじれているため、前記ローテータファイバは、入力光ビームから回転光ビームを生成する。換言すると、ローテータファイバは、（例えば、１つ以上の非回転導波モードの少なくとも一部を、少なくとも１つの回転導波モード及び／又は少なくとも１つの回転漏洩波に変換することによって）入力光ビームの少なくとも一部を回転光ビームに変換することができる。よって図１Ｂで示唆されているように、回転光ビームは、少なくとも１つの回転導波モード及び／又は少なくとも１つの回転漏洩波で伝播する光を含むことができる。
【0029】
一部の実施形態では、光が少なくとも１つの回転導波モード及び／又は少なくとも１つの回転漏洩波で伝播するため、回転光ビームは、環状ビーム形状を有する。回転光ビームは、（例えば、金属切断のような材料処理で用いるために）出力ファイバを介して発出されてよい。ここで、光ビームの回転特性は保存されてよい。その結果、出力ファイバから投影されるレーザスポットは、明瞭な縁部と高いビーム品質を有する環状ビームプロファイルを示す。このようにして、光ファイバデバイスは、環状ビーム形状を有する回転光ビームを光ファイバ内に直接（つまり自由空間光学系を用いずに）生成することで、（例えば、上述した従来の方法と比較して）材料処理の改善を容易に達成することができる。
【0030】
上で示唆したように、図１Ａ及び図１Ｂは、単なる例として供される。他の例も可能であり、図１Ａ及び図１Ｂで説明したものと異なってよい。例えば、図１Ａ及び図１Ｂに示された一体化コアは第１部分と第２部分を有するが、他の実施形態－例えば、第１部分のみを有する一体化コア（例えば、非円形状の第１部分、光軸からオフセットされる第１部分等）－も可能である。ローテータファイバの例示的な設計に関するさらなる詳細については後述する。
【0031】
図２は、回転光ビームを生成するローテータファイバが実施可能な例示的環境２００の図である。図２に示されているように、環境２００は、入力ファイバ２１０、ローテータファイバ２２０、及び出力ファイバ２３０を有することができる。
【0032】
入力ファイバ２１０は、ローテータファイバ２２０へ入力光ビーム（例えば、入力レーザビーム）を発出する光ファイバを含む。一部の実施形態では、入力ファイバ２１０は、屈折率階段型光ファイバ又は屈折率分布型光ファイバであってよく、かつ、入力ファイバ２１０の光ファイバ軸付近に光ビームを運ぶように設計されてよい。一部の実施形態では、入力ファイバ２１０は、ファイバレーザの出力ファイバに接続されてよいし、あるいは、入力ファイバ２１０自体がファイバレーザの出力ファイバであってもよい。あるいはその代りに、場合によっては、入力光ビームは、自由空間から入力ファイバ２１０へ発出されてよい。そのような場合では、入力ファイバ２１０は実際には省略されてよく、かつ、入力光ビームは、（例えば、入力ファイバ２１０ではなく）ローテータファイバ２２０へ直接発出されてよい。
【0033】
一部の実施形態では、システムの設計と入力ファイバ２１０の設計に依存して、入力ファイバ２１０によって発出される入力光ビームは、入力ファイバ２１０のコアの導波モードをとってよい。屈折率階段型ファイバの場合では、導波モードは、２次モーメント法を用いて、かつ、次式で表されるカットオフ条件を満たして測定される空気中での特性半発散角（θ）を有することができる。
[数１] ｓｉｎθ＜ＮＡ
ここで、ＮＡ＝√（ｎ１ ２－ｎ２ ２）は開口数で、ｎ１とｎ２はそれぞれ、入力ファイバ２１０のコアと入力ファイバ２１０のクラッドの屈折率である。入力ファイバ２１０が屈折率階段型ファイバではない場合では、導波モードは、ファイバ中での波動方程式の従来の解を用いて同様に定義されてよい。
[数１] ｓｉｎθ＜ＮＡ
ここで、ＮＡ＝√（ｎ１ ２－ｎ２ ２）は開口数で、ｎ１とｎ２はそれぞれ、入力ファイバ２１０のコアと入力ファイバ２１０のクラッドの屈折率である。入力ファイバ２１０が屈折率階段型ファイバではない場合では、導波モードは、ファイバ中での波動方程式の従来の解を用いて同様に定義されてよい。
【0034】
入力ファイバ２１０が屈折率階段型ファイバであるか否かによらず、弱導波の円形コアファイバの導波モードは、所謂ＬＰモードＬＰｌｍと呼ばれてよい。ここで、回転量子数ｌは０以上の整数（ｌ≧０）で、かつ、動径量子数ｍは０以上の整数（ｍ≧１）である。ｌとｍの上限は、上述の入力ファイバ２１０の屈折率プロファイルに係るカットオフ条件によって決定することができる。
【0035】
一部の実施形態では、入力ファイバ２１０によって発出される入力光ビームは、単一モード光ビームでも多モード光ビームでもよく、かつ、偏光光ビームでも無偏光光ビームでもよい。入力光ビームが偏光する場合、その入力光ビームは円偏光とすることができる。円偏光は、ローテータファイバ２２０及び／又は出力ファイバ２３０内においてより良好に維持できるからである（例えば、直線偏光又は楕円偏光と比較して）。一部の実施形態では、直線偏光の出力光ビームが望ましい場合には、直線偏光を、例えば１／４波長板を用いることによって、出力ファイバ２３０の通過後に円偏光から生成することができる。
【0036】
ローテータファイバ２２０は、第１回転状態の入力光ビームの少なくとも一部を、第２回転状態の出力光ビームに変換する光ファイバデバイスを有する。例えば、ローテータファイバ２２０は、光ビーム（例えば、非回転光ビーム）の少なくとも一部を、回転光ビームに変換する光ファイバデバイスを有することができる。一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０は、相対的に短くてよい（例えば、１ｍｍ超で１ｍ未満）一方、入力ファイバ２１０と出力ファイバ２３０の長さは、ローテータファイバ２２０が配置される光学系によって規定することができる（例えば、約０．５ｍ～約１００ｍの範囲）。ローテータファイバ２２０によって生成される回転光ビームに係る設計態様は、以降の段落で説明されるが、ローテータファイバ２２０に係る設計態様は、以降の図４Ａ、図４Ｂ、図９Ａ、図９Ｂ及び図１２で説明する。
【0037】
一部の実施形態では、回転光ビームは、１つ以上の回転導波モードで伝播する光を含んでよい。回転導波モードは、ｌ≧１、かつ、一の明確な回転方向を有するモードとして定義される。一の明確な回転方向を有するモードは以下のように定義される。ｌ≧１のモードでは、ＬＰモードは、ｓｉｎ（ｌφ）とｃｏｓ（ｌφ）の依存性、又は、ｅｉｌφの依存性のいずれかのモードで表されてよい。ここでφは角度座標である。ｌ＝０のモードは角度依存性を持たない。ｓｉｎとｃｏｓのモードは、角度方向で定常波である。角度方向には節が存在し、正味の回転方向はゼロである。複素指数モードは、角度方向の節を持たない角度方向の進行波である。これらのモードは、一の明確な回転方向（例えば、時計回り又は反時計回り）を有する。前記回転方向は、ｅｉｌφ内での＋と－の選択によって選ばれる。
【0038】
一部の実施形態では、本願で説明される回転光ビームの回転導波モードでは、ｍは１に等しくて（ｍ＝１）よいし、あるいは、１よりも有意に小さくても（１の約５０％未満、１の約２０％未満等）よい。一部の実施形態では、（１と比較して）比較的小さなｍの値を用いることで、回転導波モードが、顕著な環状形状を有することが保障される。一特にｍ＝１の回転導波モードは、原点ではゼロ以外の半径方向の節を持たない。換言すると、ｍ＝１の回転導波モードは単一リングである（他方ｍの値が大きいモードは、ｍ個の同心円を有するモードに対応する）。一部の実施形態では、一の明確な回転方向を有し、角度方向の節を持たず、かつ／あるいは、半径方向の節をほとんど持たない角度方向の進行波が、ローテータファイバ２２０によって生成されてよい。
【0039】
図３は、カットオフ未満の放物状屈折率分布型ファイバの様々な低次導波モードＬＰｌｍの例示的な近接場強度パターンを表す図である。他の回転対称な屈折率プロファイルを有する光ファイバのモード－例えば、屈折率階段型光ファイバ－は、図３に示された強度パターンと同様の強度パターンを有することができる。図３では、それぞれのｍの値に対応する左欄内と右欄内には、ｌ≧１について、それぞれのｍの値での角度方向の定常波（ｃｏｓ）モードと進行波モードの両方が、示されている。
【0040】
一部の実施形態では、（例えば、図３で塗りつぶした四角枠で示された）ｍ＝１の回転導波モードは、ローテータファイバ２２０によって生成される回転光ビーム内に含まれてよい。特に、この回転導波モードの組は、大きな値のｌの値（例えば、ｌが２０以上）に拡張される。図示されているように、ｍ＝１の回転導波モードは、任意の方向で節を持たない顕著な環状形状を有する。一部の実施形態では、ｍの値が少しだけ大きな（例えば、ｍ＝２、ｍ＝３等）回転導波モードもまた、特に大きなｌの値で、有用な環状ビームを提供することができる。一部の実施形態では、回転光ビームに含まれる回転導波モードは、１０以上のｌの値（ｌ≧１０で、例えばｌ＝１５、ｌ＝１８、ｌ＝２０等）を有することができる。
【0041】
それに加えて又はその代わりに、回転光ビームは、１つ以上の回転漏洩波内を伝播する光を含んでよい。漏洩波は、光ファイバ内の非導波光（例えば、光ファイバのコアによって導波されない光）に分類される。光ファイバのコアへ発出される漏洩波は、その光ファイバのクラッドへ逃げ込んでよい。しかしファイバ中の大抵の非導波光とは対照的に、漏洩波光は、コアからクラッドへ相対的にゆっくりと漏れる。
【0042】
回転漏洩波光により、特に、相対的に広いパラメータ範囲にわたって損失を低下させることができる。ＮＡが０．１０でコア直径が５０マイクロメートル（μｍ）である屈折率階段型シリカファイバ内では、半径方向に節がなく、かつ、特性半発散角θがｓｉｎθ＝０．１１を満たす波長１０３０ナノメートル（ｎｍ）（λ＝１０３０ｎｍ）の回転漏洩波光は、計算上ではわずか１ｍで０．１４デシベル（ｄＢ／ｍ）しか損失しない。よって回転漏洩波は、導波モードの基準を満たさないが、最大数ｄＢの損失であれば許容し得る数十ｍ以下のオーダーの出力ファイバ長の用途－例えば、受動的光パワー供給ファイバ及び能動的増幅ファイバ－で用いることができる。回転導波モードの場合と同様に、回転漏洩波は、一の明確な回転方向を有し、かつ、角度方向の節を持たず一般的には（ほとんど）半径方向の節も持たず、ローテータファイバ２２０によって生成される回転光ビームに含まれる構成とすることができる。一部の実施形態では、回転光ビームに含まれる１つ以上の回転漏洩波は、１０以上のｌ（ｌ≧１０で、例えばｌ＝１５、ｌ＝１８、ｌ＝２０等）を有することができる。
【0043】
一部の実施形態では、回転光ビームは、１つ以上の回転導波モード及び／又は１つ以上の漏洩波との組み合わせを含んでよい。一部の実施形態では、入力光ビームが単一モード光ビームである場合には、回転光ビームが相対的に純粋な（例えば、約５０％超の純度、約８０％超の純度等）単一回転導波モード又はｌが特定の値をとる回転漏洩波を含むように、ローテータファイバ２２０は設計されてよい。換言すると、一部の実施形態では、入力光ビームの入力パワーの少なくとも５０％が、その入力光ビームの単一回転導波モード又は単一回転漏洩波に変換されるように、ローテータファイバ２２０は設計されてよい。上述したように、（例えば、１つ以上の回転導波モード及び／又は１つ以上の漏洩波を含む）回転光ビームは、ローテータファイバ２２０の出力端で環状形状を有する。
【0044】
図２に戻ると、出力ファイバ２３０は、ローテータファイバ２２０によって発出される出力光ビーム（例えば、回転光ビーム）を受ける光ファイバを有する。一部の実施形態では、出力ファイバ２３０は、屈折率階段型光ファイバ、屈折率分布型光ファイバ、又は、特殊な屈折率プロファイルを有するファイバ－例えば、他のモード又は漏洩波への結合を最小にする回転光ビームを運ぶように設計された環状コアファイバ、及び／又は、好適半径強度プロファイルを提供するように設計された環状コアファイバ－であってよい。一部の実施形態では、例えば、光学系の出力が（例えば、ファイバへではなく）自由空間へ直接結合される場合には、出力ファイバ２３０は省略されてよい。
【0045】
図２に関連して図示及び説明された構成要素の個数及び配置は、例として供されている。実際、環境２００は、図２に示された構成要素に加えてさらに構成要素を有することができるし、図示された個数よりも少ない個数の構成要素を有してもよいし、図示された構成要素とは異なる構成要素を有してもよいし、図示された配置の構成要素とは異なる配置の構成要素を有してもよいし、かつ／あるいは、図示されたサイズの構成要素とは異なるサイズの構成要素を有してもよい。
【0046】
【0047】
図４Ａに示されているように、一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０は、屈折率がｎ１の第１部分４１０（例えば、図４Ａに示された例では部分４１０－１、部分４１０－２、部分４１０－３、及び部分４１０－４）と、屈折率がｎ３の第２部分４３０を含む一体化コア４０５を有することができる。一体化コア４０５の複数の部分（例えば、第１部分４１０と第２部分４３０）が、ローテータファイバ２２０内部で単一体を構成するように相互に接触する意味において、一体化コア４０５は一体化したものとして記載されている。さらに図示されているように、ローテータファイバ２２０は、一体化コア４０５を取り囲む屈折率がｎ２のクラッド４２０を有することができる。一部の実施形態では、断面４００で表されているように、第２部分４３０の一体化コア４０５内での配置は、第２部分４３０の少なくとも一部が、一体化コア４０５の中心からオフセットされるようにされてよい。
【0048】
一部の実施形態では、一体化コア４０５は、（例えば、これまで説明し、かつ、図１Ｂで表されたように）ローテータファイバ２２０の長さに沿ったローテータファイバ２２０の光軸（例えば、ローテータファイバ２２０の中心）の周りでねじれてよい。一部の実施形態では、光軸周りでのねじれ度は、ローテータファイバ２２０の第１端部付近（例えば、入力ファイバ２１０付近の端部）での第１ねじれ度から、ローテータファイバ２２０の第２端部付近（例えば、出力ファイバ２２０付近の端部）での第２ねじれ度へ増大する。例えば、ローテータファイバの入力端付近でのねじれ度は、１ｍｍあたり略ゼロ（例えば、１ｍｍあたり略０．０２以下のねじれ度（５０ｍｍで略１のねじれ））のねじれから、ローテータファイバ２２０の出力端付近では１ｍｍあたり略０．１７のねじれ（６ｍｍで略１のねじれ）にまで増加してよい。
【0049】
一部の実施形態では、一体化コア４０５のサイズ（例えば直径）が、入力ファイバ２１０及び／又は出力ファイバ２３０のコアのサイズとローテータファイバ２２０のそれぞれの端部で実質的に一致するように、ローテータファイバ２２０は先細ってよい。
【0050】
図５は、本願で説明される例示的な先細ローテータファイバ２２０を表す図である。図５に示されているように、一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０の入力端（例えば、ねじれ度が略ゼロである入力ファイバ２１０に接合される端部）でのローテータファイバ２２０のサイズは、ローテータファイバ２２０の出力端（例えば、入力端と比較してねじれ度が増大する出力ファイバ２３０に接合される端部）でのローテータファイバ２２０のサイズよりも小さくなるように、ローテータファイバ２２０は先細ってよい。
【0051】
さらに図５に示されているように、一体化コア４０５の光軸周りでのねじれ度は、ローテータファイバ２２０の入力端付近での第１ねじれ度（例えば、略ゼロのねじれ度）から、ローテータファイバ２２０の出力端付近での第２ねじれ度へ増大してよい。上述のように、図５は、単なる例として供されている。他の例も可能であり、図５で説明したものと異なってよい。図５ではローテータファイバ２２０は直線状で表されているが、ローテータファイバ２２０は任意の形状を有することができる。
【0052】
図４Ａに戻ると、一部の実施形態では、ｎ１はｎ２とｎ３よりも大きく、ｎ３はｎ
２
以上である（ｎ２≦ｎ３＜ｎ１）。換言すると、ｎ１はｎ３及びｎ２とは異なり（例えば、ｎ３及びｎ２より大きく）、かつ、ｎ３はｎ
２
と異なって（例えばｎ
２
以上であって）よい。このローテータファイバ２２０の屈折率の関係によって、光がローテータファイバ２２０を伝播する際の回転光ビームの生成は容易になる。例えば、ほとんどの入力光ビームが（屈折率がｎ１の）第１部分４１０内で発出される一方、一部の入力光ビームは（屈折率がｎ３の）第２部分４３０内で発出される。ここで、ｎ１とｎ３のいずれもｎ２（クラッド４２０の屈折率）よりも大きいので、一体化コア４０５（例えば、第１部分４１０及び第２部分４３０）内で発出される光は、クラッド４２０によって導光されてよい。さらに、ｎ３がｎ１未満なので、第２部分４３０は、多少第１部分４１０の別個の部分に光を導光し、かつ、一体化コア４０５が光軸周りでねじれているので、ローテータファイバ２２０の長さに沿ったローテータファイバ２２０の光軸周りで光をねじることで、回転光ビームを生成する。
【0053】
一部の実施形態では、例示的な断面４００で表されているように、第２部分４３０は、第１部分４１０を（例えば、第２部分４３０が第１部分４１０の複数の部分間に存在するように）少なくとも２つの部分に分離してよい。一部の実施形態では、一体化コア４０５は、少なくとも２つの部分（例えば、２つの部分、３つの部分、４つの部分、６つの部分等）を有する第１部分４１０を含んでよい。一部の実施形態では、第１部分４１０の少なくとも２つの部分は、略等しい断面積を有することができる。さらに又は代わりに、第１部分４１０の少なくとも２つの部分は、異なる断面積を有することができる。
【0054】
一部の実施形態では、例示的な断面４００で表されているように、第２部分４３０の断面は、ローテータファイバ２２０の光軸に対して対称であってよい。あるいはその代わりに、一部の実施形態では、第２部分４３０の断面は、ローテータファイバ２２０の光軸に対して非対称であってよい。
【0055】
一部の実施形態では、第２部分４３０は少なくとも３つの部分を含んでよい。前記少なくとも３つの部分は、ローテータファイバ２２０の断面内でローテータファイバ２２０の光軸に対して垂直な方向に延びる。一部の実施形態では、少なくとも３つの部分のうちの１つが延びる方向は、前記少なくとも３つの部分のうちの他が延びる方向に対して垂直であってよい。例えば、断面４００を参照すると、第２部分４３０は、水平部分、第１垂直部分（例えば、図４Ａの第２部分４３０の水平部分上方の垂直部分）、及び、第２垂直部分（例えば、図４Ａの第２部分４３０の水平部分下方の垂直部分）を有することができる。ここで図示されているように、水平部分、第１垂直部分、及び、第２垂直部分は、ローテータファイバ２２０の光軸に垂直な方向に延びる。さらに図４Ａに示されているように、水平部分が延びる方向は第１垂直部分が延びる方向に対して垂直で、かつ、水平部分が延びる方向は第２垂直部分が延びる方向に対して垂直である。
【0056】
特に例示的な断面４００は、単なる例として供されている。一般的には、（例えば、第１部分４１０と第２部分４３０を含む）一体化コア４０５は、ローテータファイバ２２０の光軸に対して角度方向に変化する屈折率構造を有することができる。ここで一体化コア４０５は、ローテータファイバ２２０の光軸周りでねじれている。例示的な断面４００では、角度方向に変化する屈折率構造は、クラッド４２０によって取り囲まれた一体化コア４０５内の“＋”形状の第２部分４３０の屈折率構造である。この例では、第２部分４３０は完全な分割器を構成する。その結果、第１部分４１０の複数の部分は、第２部分４３０によって分離される。
【0057】
角度方向に変化する屈折率構造の他の例は、図４Ａに示されているように、第１部分４１０が、第２部分４３０によって分離される様々な個数の部分を含むローテータファイバ２２０を含んでよい。一部の実施形態では、一体化コア４０５の屈折率構造に係る第２部分４３０の対称性は、回転光ビームに含まれる所望の回転導波モードに基づいて選ばれてよい。例えばｌ＝８の回転導波モードが望ましい場合、一体化コア４０５の屈折率構造が、対称な８つのブレードを構成する（例えば、その結果、第１部分４１０が８つの部分を有する）ように、ローテータファイバ２２０の光軸に対する第２部分４３０の対称性は選ばれてよい。一般的には、第２部分４３０の対称性は、ｌ又はその倍数に等しいｌのモードを選択的に生成する。例えば、ローテータファイバ２２０が、対称な４つのブレードからなる分割器を構成する（例えばそれにより断面４００で示されているように、第１部分４１０が４つの部分を有する）第２部分４３０を含む場合、ｌ＝４のモードと、ｌが４の倍数（例えばｌ＝０、ｌ＝８、ｌ＝１２、ｌ＝１６等）であるモードを選択的に励起することができる。
【0058】
角度方向に変化する屈折率構造のさらに他の例は、第２部分４３０によって、（例えば、第１部分４１０を複数の部分を分離することなく）一体化コア４０５の断面形状をローテータファイバ２２０の光軸に対して非対称な断面形状とするローテータファイバ２２０を含むことができる。
【0059】
角度方向に変化する屈折率構造のさらに他の例は、第１部分４１０及び／又は第２部分４３０が屈折率分布型材料を含むローテータファイバ２２０、第２部分４３０が、（例えば、クラッド４２０の内径の約８５％をとることで、単一の相互接続する第１部分４１０を含む一体化コア４０５を形成する第２部分４３０のような、例示的な断面４００内に示された完全な分割器と比較して）部分的な分割器を構成するローテータファイバ２２０、一体化コア４０５内にオフセンタ位置で配置される環状の含有物を含むローテータファイバ２２０等を含んでよい。
【0060】
別例として、図４Ｂの例示的な断面４５０に示されているように、一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０は、第２部分４３０を含まなくてよい（例えば、ローテータファイバ２２０は、屈折率がｎ３の材料を含まなくてよい）。換言すると、一部の実施形態では、一体化コア４０５は、第１部分４１０のみを含んでよい。そのような場合、屈折率構造の角度変化は、クラッド４２０内の第１部分４１０の非円形状によって定められてよい（例えば、星形五角形の第１部分４１０が、例示的な断面４５０内に示されている）。一般的には、第１部分４１０の非円形状の周囲の少なくとも一部は、凹形状であってよい（例えば、星形五角形の第１部分４１０は５つの凹部を有する）。そのような場合、一体化コア４０５の非円形状は、ローテータファイバ２２０の長さに沿ってねじれてよい（例えば、星形五角形の点が、ローテータファイバ２２０の長さに沿ったローテータファイバ２２０の光軸周りで回転するように）。ここで、非円形状の一体化コア４０５が光軸周りでねじれているので、非円形状の一体化コア４０５内を伝播する光（例えば、例示的な断面４５０に示された星形五角形の点又はその付近を伝播する光）は、ローテータファイバ２２０の長さに沿ったローテータファイバ２２０の光軸周りでねじれる。それにより回転光ビームが生成される。一部の実施形態では、一体化コア４０５のサイズが、入力ファイバ２１０及び／又は出力ファイバ２３０のコア領域のサイズと、ローテータファイバ２２０の各端部で実質的に一致するように、非円形状の一体化コア４０５（つまり非円形状の第１部分４１０）を含むローテータファイバ２２０は、先細ってよい。
【0061】
【0062】
一部の実施形態では、角度方向に変化する断面を有するローテータファイバ２２０は、ロッド・イン・チューブプリフォームアセンブリ法を用いて製造されてよい。この方法によって、ローテータファイバ２２０のプリフォームは（例えば、各々が適切な屈折率を有する複数の別個のガラス部材を用いて）製造される。続いてローテータファイバ２２０のプリフォームは、ガラスの融点付近で一つとなるように融解されてよい。ねじれは、ファイバ引き込み処理の間に（例えば、偏光保持、低複屈折、又はキラル結合コアファイバで用いられるのと同様な）プリフォーム回転法を用いるか、あるいは、ファイバ引き込み処理の後に、ローテータファイバ２２０を加熱している間にローテータファイバ２２０の短い長さをねじることによって導入されてよい。ローテータファイバ２２０の製造に関するさらなる詳細は、以降の図６及び図７で説明する。
【0063】
動作中、ローテータファイバ２２０は、該ローテータファイバ２２０の第１端部で光ビームを受けてよい。光ビームがローテータファイバ２２０を伝播することで、ローテータファイバ２２０は、その光ビームの少なくとも一部を回転光ビームへ変換し、かつ、その回転光ビームを出力ファイバへ出力してよい。
【0064】
一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０のモードは、角度方向に変化する屈折率構造のねじれパターンに従う。このことは、光ビームがローテータファイバ２２０を伝播することで、モードは、本質的に回転特性を持つ傾向にあることを意味する。その結果、ローテータファイバ２２０が出力ファイバ２３０に接合されるとき、出力ファイバ２３０へ発出される光は、１つ以上の回転導波モード及び／又は１つ以上の回転漏洩波を含む回転状態とすることができる。ローテータファイバ２２０の出力端でのねじれ度（Φ；単位は、例えば１ｍあたりの回転数）は、次式に従って出力発散半値角と回転光ビームの略回転状態を決定する。
[数２] sin(θ) ～ 2πn1RΦ
[数３] l ～ 2πRsin(θ)/λ
ここでＲは回転導波モード及び／又は回転漏洩波（いずれも単複不問）の実効半径で、例示的には一体化コア４０５の半径の略１０％未満である。よって、例えば、回転ピッチが６ｍｍ、コアの屈折率が（例えば、溶融シリカガラスでは例示的な値として）１．４５０、及び、動作波長λが１０８０ｎｍであるコア直径が１００μｍのローテータファイバ２２０を用いると、実効半径は略４５×１０－６ｍとなる（例えば、Ｒ～９０％×（１００／２）＝４５×１０－６ｍ）。ここで、ねじれ度は、１６６．７回転／ｍ（例えば１／（６ｍｍ）＝１６６．７）であるので、sin(θ)は０．０６８ラジアンとなり、ｌは略１８となる（例えば、ｌ～１８）。
[数２] sin(θ) ～ 2πn1RΦ
[数３] l ～ 2πRsin(θ)/λ
ここでＲは回転導波モード及び／又は回転漏洩波（いずれも単複不問）の実効半径で、例示的には一体化コア４０５の半径の略１０％未満である。よって、例えば、回転ピッチが６ｍｍ、コアの屈折率が（例えば、溶融シリカガラスでは例示的な値として）１．４５０、及び、動作波長λが１０８０ｎｍであるコア直径が１００μｍのローテータファイバ２２０を用いると、実効半径は略４５×１０－６ｍとなる（例えば、Ｒ～９０％×（１００／２）＝４５×１０－６ｍ）。ここで、ねじれ度は、１６６．７回転／ｍ（例えば１／（６ｍｍ）＝１６６．７）であるので、sin(θ)は０．０６８ラジアンとなり、ｌは略１８となる（例えば、ｌ～１８）。
【0065】
回転状態が１８というのは高回転ビームを表し、～０．０６８ラジアンの出力発散は、産業用途でのファイバ供給レーザビームで例示的である。ＢＰＰは３．１ｍｍ・ｍｒａｄ（例えば、４５×０．０６８＝３．１ｍｒａｄ）で、これは薄い金属の処理に適しているが、環状ビーム形状の場合には厚い金属の処理にも適している。
【0066】
任意の光ファイバでは、ローテータファイバ２２０の導光能は、そのローテータファイバ２２０のＮＡによって定められる。ここでＮＡ＝√（ｎ１
２－ｎ２
２）である。上の例では、回転光ビームを１つの回転導波モード又は複数の回転導波モードとして伝播するため、ローテータファイバ２２０のＮＡは少なくとも０．０６８でなければならない。よってｎ２の値は、例えば、ドーピングされた溶融シリカを用いて実現可能な１．４４８４以下でなければならない。あるいはその代わりに、回転光ビームを回転漏洩波として伝播することが望ましい場合、０．０６８よりもわずかに小さなＮＡの値（例えば、略０．０６０～略０．０６７の範囲の値）が用いられてよい。一部の実施形態では、出力ファイバ２３０もまた、回転光ビームを回転漏洩波及び／又は回転漏洩波として伝えるのに適切なＮＡを有しなければならない。
【0067】
一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０への入力ファイバ２１０の結合の質は、どれだけ効率的に入力パワー（例えば非回転）が、ローテータファイバ２２０の出力で、（例えば、ローテータファイバ２２０外部へ散乱される、又は、例えば多くの異なるモードを含む劣化したビーム品質の非回転ビームとして伝播するのとは対照的な）高輝度回転光パワーへ変換されるのかを決定することができる。高効率ビーム変換を保証するため、全ての遷移は、具体的には３つの態様において滑らかで断熱的でなければならない。
【0068】
断熱遷移の提供に係る第１態様は、モード及び／又は漏洩が顕著なモードの混合を起こすことなく移行するように、入力ファイバ２１０からローテータファイバ２２０への遷移でのコアサイズと、ローテータファイバ２２０から出力ファイバ２３０への遷移でのコアサイズが、実質的に一致しなければならない。よって、入力ファイバ２１０のコアと出力ファイバ２３０のコアが異なるサイズである場合、入力端でのローテータファイバ２２０のコアサイズと出力端でのローテータファイバ２２０のコアサイズが、入力ファイバ２１０のコアサイズと出力ファイバ２３０のコアサイズにそれぞれ実質的に一致するように、ローテータファイバ２２０は先細っていなければならない（例えば、図５について上述したように）。一部の実施形態では、先細りの度合いは、断熱遷移を可能にするのに十分な程度にゆるやかであってよい。一部の実施形態では、断熱的なまま相対的に短い先細りを可能にするため、平方根先細プロファイルが用いられてよい。
【0069】
断熱遷移の提供に係る他の態様は、ローテータファイバ２２０のねじれ度は、ローテータファイバ２２０の入力端（例えば、入力ファイバ２１０に最も近い端部）で（略）ゼロで、かつ、ローテータファイバ２２０の長さに沿ってゆるやかに増加しなければならない。例えば、ローテータファイバ２２０の入力ファイバ２１０付近でのねじれ度は、略２以下及び／又は０．５以下等の回転状態ｌに相当してよい。一部の実施形態では、ねじれ度は、ローテータファイバ２２０の長さに沿って、ローテータファイバ２２０の出力端付近で最大ねじれ度になるまで増大してよい。ここで、ねじれ度の変化率は、断熱遷移を可能にするのに十分な程度ゆるやかでなければならない。特にねじれ度は、出力ファイバ２３０付近で（略）ゼロとなる（例えば、入力ファイバ２１０と出力ファイバ２３０のいずれも角度方向に変化する屈折率構造を有してないため、固有な程度のねじれは存在せず、（回転状態がそのファイバのカットオフ未満である限り）これらのファイバは、これらのファイバへ発出される所与の回転状態を有する光を送出する）。
【0070】
断熱遷移の提供に係るさらに他の態様は、入力ファイバ２１０から第２部分４３０（ローテータファイバ２２０に含まれる場合）へ直接発出される光を、第１部分４１０によって順次に取り込んで回転特性を達成するものである。このような効果は、一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０のサイズが、入力ファイバ２１０から出力ファイバ２３０へ向けて太くなるように先細るときに実現することができる。よって、上述の第１態様を満たすため、出力ファイバ２３０のコアサイズは、入力ファイバ２１０のコアサイズよりも大きくなければならない。最初に第２部分４３０へ発出される光は、クラッド４２０によって導光されてよい。しかしこの光は、第１部分４１０と第２部分４３０にわたって導光されることなく通過する。ローテータファイバ２２０のコアサイズが出力ファイバ２３０へ向かって太くなるように先細るとき、この光の発散角は、コアサイズに反比例して減少する。それにより、発散角が、第１部分４１０の屈折率と第２部分４３０の屈折率との界面（つまりｎ１－ｎ３界面）によって定められるＮＡを下回ることで、この光のより多くが第１部分４１０によって取り込まれる。一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０と、それに係る先細度合いを適切に設計することによって、第２部分４３０へ発出される光のうちの少なくとも５０％（例えば８０％）は、第１部分４１０によって捕獲され得て、回転特性を得ることができる。
【0071】
図６は、ローテータファイバ２２０を製造する回転ファイバ法の例示的なプロセス６００のフローチャートである。
【0072】
図６に示されているように、プロセス６００は、一体化コアを有するローテータファイバ２２０のプリフォームを製造する段階であって、前記一体化コアは、ローテータファイバ２２０のプリフォームの中心に対して角度方向に変化する屈折率構造を備える段階を含んでよい（ブロック６１０）。例えば、ファイバ断面構造－例えば図４Ａに示されているようなもの－のプリフォームは、（例えば第１部分４１０を構成する）屈折率がｎ１のガラスの１／４円を４つ、（例えば第２部分４３０を構成する）屈折率がｎ３のガラス板を少なくとも３つ、及び、（例えばクラッド４２０を構成する）屈折率がｎ２のガラス管を用いて製造されてよい。ローテータファイバ２２０のプリフォームを製造する他の方法も可能である。
【0073】
さらに図６に示されているように、プロセス６００は、統合ローテータファイバ２２０のプリフォームを生成するためにローテータファイバ２２０のプリフォームを統合する段階を含んでよい（ブロック６２０）。一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０のプリフォームは、（例えば、ローテータファイバ２２０のプリフォームのガラスの部分片が溶融して一つになるように）熱源を用いて統合されてよい。一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０のプリフォームは、ブロック６１０に係るプリフォーム形成処理の間、又は、後述するブロック６３０に係るスピン付与処理の間に統合されてよい。
【0074】
さらに図６に示されているように、プロセス６００は、スパンローテータファイバを生成するために統合ローテータファイバ２２０のプリフォームの延伸とスピン付与を同時に行う段階を含んでよい（ブロック６３０）。一部の実施形態では、スパンローテータファイバを生成するため、統合ローテータファイバ２２０のプリフォームは、ファイバ延伸塔上のプリフォームスピナにおいて固定されてよく、かつ、統合ローテータファイバ２２０のプリフォームは、（例えば、所謂スパンファイバの生成に係る従来方法を用いることによって）スピンを付与する間に延伸されてよい。
【0075】
一部の実施形態では、ファイバ延伸速度に対するスピン付与度は、スピンローテータファイバ２２０内でのねじれ度を決定することができる。一部の実施形態では、スピン付与の度合いは、スピンローテータファイバ２２０内でのねじれ度が回転光ビームにとって望ましいものとなるように選ばれる。例示的なねじれ度は、例えば、略５０回転／ｍ～略２０００回転／ｍの範囲内でであってよい（とはいえ、場合により、より緩やかな度合い又はより速い度合いが用いられてもよい）。一部の実施形態では、コアのサイズが、出力ファイバ２３０のコアのサイズと略同一であるか、あるいは、わずかに小さくなるように、スピンローテータファイバ２２０は下方に引っ張られる。
【0076】
さらに図６に示されているように、プロセス６００は、スピンローテータファイバ２２０を出力ファイバ２３０の端部へ接合する段階を含んでよい（ブロック６４０）。例えば、スピンローテータファイバ２２０は、出力ファイバ２３０の端部へ融着接続されてよい。
【0077】
さらに図６に示されているように、プロセス６００は、先細スパンローテータファイバ２２０を生成するためにスパンローテータファイバ２２０を先細にする段階であって、先細スパンローテータファイバ２２０の内部では、一体化コアが、先細スパンローテータファイバ２２０の長さに沿って、先細スパンローテータファイバ２２０の光軸周りで回転する、段階を含んでよい（ブロック６５０）。
【0078】
一部の実施形態では、スパンローテータファイバ２２０のコアのサイズは、入力ファイバ２１０のコアのサイズと略同程度又はそれよりもわずかに大きくなる程度に先細るように、下向きテーパが、熱源（例えば、トーチ及び／又は融着接続機等）を用いてスパンローテータファイバ２２０を加熱して軟化させることによって、スパンローテータファイバ２２０内に形成されてよい。ここで、先細構造は本質的に、（図５で表されているように）先細スパンローテータファイバ２２０のねじれ度を減少させる。その結果、先細スパンローテータファイバ２２０の入力端でのねじれ度は（略）ゼロとなり、入力ファイバ２１０によって発出される光ビームの例示的な非回転特性への適合が実現される。
【0079】
上述したように、先細度合いは選ばれてよい。先細スパンローテータファイバ２２０を伝播する光の（例えば、第１回転状態から第２回転状態への）遷移が、例えば、輝度損失の最小化、及び／又は、先細スパンローテータファイバ２２０によって回転光ビーム内に生成される回転状態（単複不問）の純度最大化のため、（略）断熱的であってよい。より具体的には、コアのサイズの増加度合い、ねじれ度の増加、及び、クラッド４２０から一体化コア４０５への光の移行は、断熱遷移を保証する程度に十分緩やかでなければならない。断熱遷移は、遷移をさらにより緩やかにすることが、顕著な性能の改善とはならない遷移と定義されてよい。
【0080】
一部の実施形態では、先細スパンローテータファイバ２２０を生成するために先細にした後、先細スパンローテータファイバ２２０は、入力ファイバ２１０の端部に接合（例えば融着接続）されてよい。
【0081】
例として、コア直径が１００μｍの先細スパンローテータファイバ２２０についてこれまでに供された値を用いることによって、コア直径が１００μｍの出力ファイバ２３０は、ローテータファイバ２２０へ接合され、かつ、先細スパンローテータファイバ２２０の入力端は、３０μｍのコア入力ファイバ２１０と一致させるため、例えば３０μｍのコア直径へ向けて先細にされてよい。この例では、ねじれ度は、このテーパによって、１５回転／ｍに減少すると計算することができる（例えば、（３０／１００）２×１６６．７＝１５回転／ｍ）。その結果、ローテータファイバ２２０の入力端で略０．１８（ｌ～０．１８）の回転状態となる。この回転状態は、実効的に非回転であるので、入力ファイバ２１０によって運ばれる非回転入力光ビームに十分適合する。一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０が、該ローテータファイバ２２０の入力端で（略）ゼロのねじれ度を有するように、入力ファイバ２１０のコアのサイズは、出力ファイバ２３０のコアのサイズよりも顕著に小さくてよい（例えば、入力ファイバ２１０のコアのサイズは、出力ファイバ２３０のコアのサイズよりも略３０％小さくてよい）。
【0082】
図６は例示的なプロセス６００を示しているが、一部の実施形態では、プロセス６００は、追加のブロック、図６に示されたよりも少ないブロック、図６に示されたブロックとは異なるブロック、又は、図６に示されたブロックとは異なる配置のブロックを含んでよい。それに加えて又は代わりに、プロセス６００の２つ以上のブロックが並行して実行されてよい。
【0083】
一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０を製造するスピンファイバ法のプロセスは、ローテータファイバのプリフォームを製造する段階であって、前記ローテータファイバのプリフォームは、該ローテータファイバのプリフォームの中心に対して角度方向に変化する屈折率構造を有する一体化コアを有する、段階と、統合ローテータファイバのプリフォームを生成するために前記ローテータファイバのプリフォームを統合する段階と、スパンローテータファイバを生成するために前記統合ローテータファイバのプリフォームの延伸とスピン付与を同時に行う段階と、先細スパンローテータファイバを生成するために前記スパンローテータファイバを先細にする段階であって、前記先細スパンローテータファイバの内部では、一体化コアが、前記先細スパンローテータファイバの長さに沿った前記先細スパンローテータファイバの光軸周りで回転する、段階を含んでよい。一部の実施形態では、前記スパンローテータファイバを先細らせることで、入力ファイバと出力ファイバとの間での断熱遷移、及び、第１回転状態から第２回転状態への断熱遷移がなされる。
【0084】
図７は、ローテータファイバ２２０を製造するねじれファイバ法の例示的なプロセス７００のフローチャートである。
【0085】
図７に示されているように、プロセス７００は、一体化コアを有するローテータファイバ２２０のプリフォームを製造する段階であって、前記一体化コアは、ローテータファイバ２２０のプリフォームの中心に対して角度方向に変化する屈折率構造を備える段階を含んでよい（ブロック７１０）。例えばローテータファイバ２２０のプリフォームは、例示的なプロセス６００に関連して上述した方法と同様の方法で製造されてよい。
【0086】
さらに図７に示されているように、プロセス７００は、統合ローテータファイバ２２０のプリフォームを生成するためにローテータファイバ２２０のプリフォームを統合する段階を含んでよい（ブロック７２０）。例えばローテータファイバ２２０のプリフォームは、例示的なプロセス６００で関連して上述した方法と同様の方法で統合されてよい。
【0087】
さらに図７に示されているように、プロセス７００は、統合ローテータファイバ２２０のプリフォームを生成するためにローテータファイバ２２０のプリフォームを統合する段階を含んでよい（ブロック７３０）。一部の実施形態では、統合ローテータファイバ２２０のプリフォームは、スピンを付与することなく従来のファイバ延伸処理を用いて延伸させてよい。一部の実施形態では、延伸ローテータファイバ２２０のコアサイズ（例えば、一体化コア４０５のサイズ）が、出力ファイバ２３０のコアのサイズと略等しいか、あるいは、わずかに小さくなるように、統合ローテータファイバ２２０のプリフォームは引っ張られてよい。
【0088】
さらに図７に示されているように、プロセス７００は、延伸ローテータファイバ２２０を出力ファイバ２３０の端部へ接合する段階を含んでよい（ブロック７４０）。例えば延伸ローテータファイバ２２０の端部は、出力ファイバ２３０の端部へ融着接続されてよい。
【0089】
さらに図７に示されているように、プロセス７００は、ねじれローテータファイバ２２０を生成するために延伸ローテータファイバ２２０をねじる段階を含んでよい。ねじれローテータファイバ２２０内部では、一体化コアが、ねじれローテータファイバ２２０の長さに沿ったねじれローテータファイバ２２０の光軸周りで回転する。
【0090】
一部の実施形態では、ねじれ度が変化する（例えば、ねじれローテータファイバ２２０の入力端での（略）ゼロから、ねじれローテータファイバ２２０の出力端での所望のねじれ度にまで変化するねじれ度合い）ねじれローテータファイバ２２０を生成するため、延伸ローテータファイバ２２０は、熱源（例えばトーチ及び／又は融着接続機等）を用いて加熱及び／又は軟化されながらねじられてよい。一部の実施形態では、ねじれローテータファイバ２２０のサイズが入力ファイバ２１０と出力ファイバ２３０の両方と一致するように、先細プロファイルが、ねじれローテータファイバ２２０に与えられてもよい。
【0091】
一部の実施形態では、ねじれスパンローテータファイバ２２０を生成するためにねじった後、ねじれローテータファイバ２２０は、入力ファイバ２１０の端部に接合（例えば融着接続）されてよい。
【0092】
特に、先細スパンローテータファイバ２２０に係る延伸中での一定のねじれではなく、ねじれローテータファイバ２２０内で変化するねじれを生成する必要があるため、プロセス７００は、プロセス６００よりもある程度複雑になることがある。しかしプロセス７００は、プロセス６００と比較してさらなる自由度を提供することができる。例えばプロセス７００によって、出力ファイバ２３０のコアサイズよりも大きなコアサイズの入力ファイバ２１０を利用することが可能となる。別例として、先細スパンローテータファイバ２２０の入力端でのねじれ度がスピンファイバ法での先細度合いによって決定されるプロセス６００と比較して、プロセス７００によれば、ねじれローテータファイバ２２０の入力端のねじれ度をゼロ（例えば略ゼロ）にすることが可能となる。一部の実施形態では、ハイブリッド法が可能である。ここでは、スパンローテータファイバ２２０は、入力端でのねじれ度を微調整（又は完全に除去）するため、熱源を用いて先細らせてさらなるねじれを付与することによって修正される。
【0093】
図７は例示的なプロセス７００を示しているが、一部の実施形態では、プロセス７００は、追加のブロック、図７に示されたよりも少ないブロック、図７に示されたブロックとは異なるブロック、又は、図７に示されたブロックとは異なる配置のブロックを含んでよい。それに加えて又は代わりに、プロセス７００の２つ以上のブロックが並行して実行されてよい。
【0094】
一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０を製造するねじれファイバ法のプロセスは、ローテータファイバの中心に対して角度方向に変化する屈折率構造を有する一体化コアを有するローテータファイバのプリフォームを製造する段階と、統合ローテータファイバのプリフォームを生成するためにローテータファイバのプリフォームを統合する段階と、延伸ローテータファイバを生成するために統合ローテータファイバのプリフォームを引っ張る段階と、ねじれローテータファイバを生成するために延伸ローテータファイバをねじる段階を含んでよい。ねじれローテータファイバ内部では、一体化コアが、ねじれローテータファイバの長さに沿ったねじれローテータファイバの光軸周りで回転する。一部の実施形態では、当該プロセスは、延伸ローテータファイバをねじりながら熱源を用いて延伸ローテータファイバを柔らかくする段階をさらに有することができる。その結果、延伸ローテータファイバは、ねじれローテータファイバの長さに沿ってねじれ度が変化するようにねじられる。
【0095】
図８Ａ～図８Ｃは、ローテータファイバの様々なテーパ長さを用いた例示的なシミュレーションに係る図である。図８Ａ～Ｃに係るシミュレーションでは、入力ファイバ２１０は３０μｍのコアを有し、出力ファイバ２３０は１００μｍのコアを有する。ローテータファイバ２２０は、３０μｍのコアから１００μｍのコアへの放物プロファイルとなるように先細るスパンローテータファイバで、かつ、ローテータファイバ２２０の出力端で１６６．７のねじれ度を有する。さらに、入力ファイバ２１０は、ＬＰ０１，ＬＰ０２，ＬＰ１１（＋），ＬＰ１１（－），ＬＰ２１（＋），ＬＰ２１（－）の６つの等しく存在するモードを運ぶ。（＋）と（－）は、対応するモードの２つのとり得る回転方向を示している。ＬＰ１１モードとＬＰ２１モード（それぞれｌ＝１とｌ＝２）の回転量はそれぞれ小さいが、６つのモード全てが等しく存在するので、入力モードの混合したものの平均回転状態はゼロである。ローテータファイバ２２０のクラッドのＮＡは０．２２である（例えば、それゆえに全ての関連するモードは強く導波された）。出力光ビームの性質は、励起したモード数によって特徴づけられる。
【0096】
図８Ａ、図８Ｂ及び図８Ｃのローテータファイバ２２０には、これらのテーパ長さの断熱性を評価するため、１０ｍｍのテーパ長、４０ｍｍのテーパ長、及び、８０ｍｍのテーパ長がそれぞれ対応付けられる。例示的なシミュレーションは、期待通り、出力放射線の大半が、強い回転モードＬＰ１１であることを示した。回転数ｌの関数としてモード出力を示す結果が、図８Ａ～８Ｃに示されている。
【0097】
図示されているように、上述のローテータファイバによって生成される回転状態は、ｌ～１８付近で中心となる。しかし、２つ以上の入力モードが存在したため、複数の分布状態が存在する。それに加えて、図８Ａ、図８Ｂ、及び図８Ｃの比較に基づき、１０ｍｍのテーパは、４０ｍｍのテーパ及び８０ｍｍのテーパよりも顕著に多くの励起状態を有することがわかる。１０ｍｍのテーパは、断熱的にするには短すぎる（つまり１０ｍｍのテーパでは、入力端から出力端までにローテータファイバ２２０のパラメータがあまりに急峻に変化する）ので、さらなるモードが励起され、輝度とモード純度が劣化することを、この結果は示唆する。
【0098】
他方、図８Ｂ及び図８Ｃの比較で示唆されているように、４０ｍｍのテーパと８０ｍｍのテーパとの間に存在する変化は相対的に小さい。このことは、これらのテーパのいずれも断熱的で、かつ、その結果得られたモード分布は最適に近いことを示唆している。特に６つの入力モードが存在したことを考慮すると、理想的な場合では、６つの出力モードが存在するはずである。図からわかるように、断熱的テーパ内での出力群の大半は、６つのモード内で捕獲される。一部は隣接するモードにわずかに広がる。
【0099】
生成されたモードの全てが回転モードであるため、ローテータファイバ２２０の出力に係る出力スポットは、より有効な材料処理で所望されているように、端部の鋭い明瞭な環とすることができる。
【0100】
【0101】
一部の実施形態では、上述したように、ローテータファイバ２２０は第２部分４３０を含まなくてよく（つまり一体化コア４０５は第１部分４１０のみ含んでよい）、かつ、入力光ビームの少なくとも一部を回転光ビームに変換することに関連して、一体化コア４０５の中心（つまり第１部分４１０の中心）は、一体化コア４０５（つまり第１部分４１０の中心）は、ローテータファイバ２２０の光軸からオフセットされてよい。図９Ａ及び図９Ｂは、一体化コア４０５の中心がローテータファイバ２２０の光軸からオフセットされる例示的なローテータファイバ２２０の図である。
【0102】
図９Ａ及び図９Ｂに示されているように、一部の実施形態では、一体化コア４０５は単一の第１部分４１０を有し、かつ、一体化コア４０５の中心（つまり単一の第１部分４１０の中心）は、ローテータファイバ２２０の光軸からオフセットされてよい。係る一体化コア４０５は、本願ではオフセットされた一体化コア４０５と呼ぶことにする。一部の実施形態では、オフセットされた一体化コア４０５は、（図９Ａ及び図９Ｂに示されているような）円形状の断面、長方形断面、楕円形断面、輪状断面、部分環状断面、楔形状断面、又は他の形状の断面を有してよい。図９Ａ及び図９Ｂに示されている例示的なローテータファイバ２２０は例えば、クラッド４２０（例えば４００μｍのクラッド）の中心軸に対して１０μｍオフセットされる８０μｍ直径（多モード性の高い）の一体化コア４０５（例えば、ＮＡが０．２２で、かつ、略１μｍ、１．５μｍ、１．９μｍ等の例示的な動作波長周辺で数千のモードが存在する）を表してよい。
【0103】
図９Ａ及び図９Ｂに示されているように、オフセットされた一体化コア４０５は、ローテータファイバ２２０の長さに沿ってねじれてよい。（例えば、その際に一体化コア４０５は、ローテータファイバ２２０の長さに沿って光軸周りで回転する。）そのような場合では、屈折率構造の角度変化は、ローテータファイバ２２０の光軸に対する一体化コア４０５のオフセットによって定められてよい。ここで、オフセットされた一体化コア４０５が光軸周りでねじれていることで、オフセットされた一体化コア４０５内を伝播する光は、ローテータファイバ２２０の長さに沿ったローテータファイバ２２０の光軸周りでねじれる。その結果、上述の方法と同様にして（例えば、少なくとも１つの回転導波モード又は少なくとも１つの回転漏洩波で伝播する光を含む）回転光ビームが生成される。一部の実施形態では、回転光ビームは、上述したように、ローテータファイバ２２０の第２端部で環形状を有してよい。
【0104】
一部の実施形態では、上述したように、オフセットされた一体化コア４０５の光軸周りでのねじれ度は、ローテータファイバ２２０の第１端部での第１ねじれ度から、ローテータファイバ２２０の第２端部での第２ねじれ度へ増大する。一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０の第１端部での第１ねじれ度は、５０ｍｍあたり１回のねじれ以下であってよい。一部の実施形態では、図９Ａで示されたように、一体化コア４０５が、ローテータファイバ２２０の軸からオフセットされ、かつ、ローテータファイバ２２０の長さに沿ったローテータファイバ２２０の軸周りでねじれることで、一体化コア４０５は、らせん形状を有する。
【0105】
一部の実施形態では、一体化コア４０５のサイズが、入力ファイバ２１０及び／又は出力ファイバ２３０のコア領域のサイズと、ローテータファイバ２２０の各端部で実質的に一致するように、オフセットされた一体化コア４０５（つまり光軸からオフセットされた第１部分４１０）を含むローテータファイバ２２０は、先細ってよい。一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０の第１端部でのローテータファイバ２２０のサイズは、ローテータファイバ２２０の第２端部でのローテータファイバ２２０のサイズよりも小さくなるように、ローテータファイバ２２０は先細ってよい。
【0106】
一部の実施形態では、図９Ｂで示されたように、オフセットされた一体化コア４０５を取り囲むクラッド４２０の厚さは、（単一の第１部分４１０が光軸からオフセットされているため）ローテータファイバ２２０の所与の断面で不均一である。よって一部の実施形態では、オフセットされた一体化コア４０５を含むローテータファイバ２２０の断面は、ローテータファイバ２２０の光軸に対して非対称であってよい。
【0107】
一部の実施形態では、オフセットされた一体化コア４０５（例えば単一の第１部分）を含むローテータファイバ２２０は、（例えば図４Ａで示された例示的なローテータファイバ２２０と比較して）製造が相対的に容易となる。例えば、コア（例えば単一の第１部分４１０を含む一体化コア４０５）が中心に位置する従来のプリフォームが製造可能で、かつ、クラッド４２０の一部は、一体化コア４０５がオフセンタとなるように削られてよい。続いて、（必要な場合には）一体化コア４０５の軸を外れた位置を維持しながら、さらなるクラッド材料を追加する再スリーブ形成が実行されてよい。あるいはその代わりに、ドーピングされていないロッドにオフセンタ穴があけられ、かつ、コア又はコア／クラッドのロッドがオフセンタ穴に挿入されてよい。続いてこの構造は、統合され、かつ、延伸されることでファイバとなってよい。特に、これらのプロセスは例として供され、他の方法が、オフセットされた一体化コア４０５を含む所望のローテータファイバ２２０を製造するのに利用されてよい。
【0108】
一部の実施形態では、ねじられたオフセットされた一体化コア４０５の出力端は、回転光ビームが保存されるように、適切な従来の非らせんコアの多モード出力ファイバ２３０に接合されてよい。一部の実施形態では、出力ファイバ２３０のコアの半径は、オフセットされた一体化コア４０５の最大変位と一致してよい。例えば、８０μｍ直径の一体化コア４０５と１０μｍオフセットされた一体化コア４０５では、一体化コア４０５の最大変位は５０μｍ（例えば、半径４０μｍ＋オフセット１０μｍ＝５０μｍ）で、かつ、オフセットされた一体化コア４０５内部の光の大半は、（遠心力によって）５０μｍ半径付近に存在するはずである。したがってこの例では、適切な一致出力ファイバ２３０は、５０μｍ半径（つまり１００μｍ直径）のコアファイバだと思われる。ここで、回転光ビームは、オフセットされた一体化コア４０５の外側で閉じ込められている領域から、出力ファイバ２３０のコアの５０μｍ半径へ切れ目なく移行しなければならない。
【0109】
非回転入力光ビームの少なくとも一部を、最大の効率で回転光ビームに変換するため、上述の方法が用いられてよい。例えば、オフセットされた一体化コア４０５を備えるローテータファイバ２２０は、先細り、入力ファイバ２１０に接合されてよい。上の例から数値を用いると、入力ファイバ２１０が３０μｍのコアを有する場合、８０μｍのオフセットされた一体化コア４０５と４００μｍのクラッド４２０を備えるローテータファイバ２２０は、３０μｍのコアと４００μｍのクラッドに先細ることができる。入力ファイバ２１０は、入力ファイバ２１０のコアとオフセットされた一体化コア４０５が位置合わせされるように接合されてよい。ここで、入力ファイバ２１０は中心をとるコアを有する場合があるので、コア同士が位置合わせされているときには、入力ファイバ２１０のクラッドの外側端部とローテータファイバ２２０クラッド４２０は位置合わせされなくてよい。上述の例では、出力ファイバ２３０は１００μｍのコアを有してよい。接合を容易にするため、出力ファイバ２３０のクラッドは４００μｍであってよく、出力ファイバ２３０のクラッドとローテータファイバ２２０のクラッド４２０は位置合わせされてよい。
【0110】
さらに上述したように、ファイバ回転のピッチは、所望のビーム回転率（特定の出力ＮＡに相当する）を提供するように選ばれてよく、かつ、テーパの長さは、出力の質を最適化するように選ばれてよい。上述の例で、６ｍｍの回転ピッチを用いると、８０ｍｍの直線テーパ長さは、ＬＰ０１が５０％でＬＰ０２が５０％の入力モードの混合で高品質の回転ビームを与えると予想される。ここで、近視野場と遠視野場のいずれでも、明瞭な輪構造が形成することができる。このことは、高い割合で回転モードが励起されていることを意味する。モデルは、励起モードの回転数が、上述のモデルの結果と一致する略８から略２０にまでの範囲に及ぶことを示している。
【0111】
さらに上述したように、先細構造を用いることで、非回転状態から回転状態への緩やかな遷移と、小さな（例えば３０μｍ）入力光ビームから大きな（例えば１００μｍ）入力光ビームへの緩やかな遷移が同時に与えられる。一部の実施形態では、平方根先細テーパパターンが利用されてよい。
【0112】
一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０は、スピンファイバ法を用い（例えばファイバ延伸中にプリフォームにスピンを付与する）、続いて非スピンテーパを付与することによって製造されてよいし、あるいは上述したように、非スピンファイバ法を用い、テーパ処理中に回転を行うことによって製造されてもよい。
【0113】
回転ビームでは、顕著な曲げ損失を避けるように注意する必要がある。よって、オフセットされた一体化コア４０５を含むローテータファイバ２２０のクラッド４２０のＮＡは、生成された回転光の発散よりも大きくてよい。６ｍｍの回転ピッチで１００μｍの出力ファイバ２３０である上の例では、出力発散（遠視野半径）は、略０．１０ラジアンにまで広がる。ここで、ＮＡが０．１２以上（例えば０．１５以上）のファイバを用いることで、曲げ損失を防止する適切なマージンが与えられる。
【0114】
特にローテータファイバ２２０のオフセットされた一体化コア４０５によって供される効果によって、円形状のコアを利用する必要がなくなる。例えば一の他の実施形態は、図４Ａに示された「４つのブレード」型の実施形態で開始する段階、及び、光を第１部分４１０のうちの１つにのみ入射させる段階を含む。この場合、実効的には光を運ぶのは単一の第１部分４１０しか存在せず、この単一の第１部分４１０は、ローテータファイバ２２０の中心からオフセットされている（例えば、楔型の頂点は中心付近で、かつ、全ての光伝播領域は中心から離れている）。
【0115】
【0116】
図１０は、オフセットされた一体化コア４０５を含むローテータファイバ２２０の第１製造方法の例示的なプロセス１０００のフローチャートである。
【0117】
図１０に示されているように、プロセス１０００は、コアと該コアを取り囲むクラッドを含むファイバプリフォームを取得する段階であって、前記コアは前記ファイバプリフォームの中心軸で略中心をとる段階を有してよい（ブロック１０１０）。例えば、円形状のコアと該コアを取り囲むクラッドを含むファイバプリフォームが得られてよい。ここで、ファイバプリフォームのコアは、ファイバプリフォームの中心軸で略中心をとってよい。
【0118】
さらに図１０に示されているように、プロセス１０００は、ファイバプリフォームの長さに沿ってコアを取り囲むクラッドの一部を除去する段階を有してよい（ブロック１０２０）。例えばファイバプリフォームのクラッドの一部は、ファイバプリフォームの長さに沿って削られてよい。
【0119】
さらに図１０に示されているように、プロセス１０００は、ローテータファイバプリフォームを生成するためにファイバプリフォームの再スリーブ形成を行う段階を有してよい。前記ローテータファイバプリフォーム内では、前記コアの中心は前記ローテータファイバプリフォームの中心軸からオフセットされている（ブロック１０３０）。例えば、ファイバプリフォームの（シフトした）中心軸に対して一体化コア４０５位置を軸から外れた状態に維持しながら、さらなるクラッド材料を追加する再スリーブ形成が実行されてよい。
【0120】
さらに図１０に示されているように、プロセス１０００は、ローテータファイバプリフォームを用いてローテータファイバ２２０を生成する段階を有してよい。ローテータファイバ２２０内では、コア（例えば一体化コア４０５）の中心は、ローテータファイバ２２０の長さに沿ったローテータファイバ２２０の軸からオフセットされ、かつ、ローテータファイバ２２０内では、オフセットされた一体化コア４０５が、ローテータファイバ２２０の長さに沿ったローテータファイバ２２０の軸周りでねじれる（ブロック１０４０）。一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０は、上の図６で述べたように（延伸とスピン付与を同時に行う方法を含む）スピンファイバ法を用いて生成されてよい。一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０は、上の図７で述べたように（延伸の後にスピンを付与する方法を含む）ねじれファイバ法を用いて生成されてよい。
【0121】
図１０は例示的なプロセス１０００を示しているが、一部の実施形態では、プロセス１０００は、追加のブロック、図１０に示されたよりも少ないブロック、図１０に示されたブロックとは異なるブロック、又は、図１０に示されたブロックとは異なる配置のブロックを含んでよい。それに加えて又は代わりに、プロセス１０００の２つ以上のブロックが並行して実行されてよい。
【0122】
図１１は、オフセットされた一体化コア４０５を含むローテータファイバ２２０の第２製造方法の例示的なプロセス１１００のフローチャートである。
【0123】
図１１に示されているように、プロセス１１００は、クラッドロッドの長さに沿ってクラッドロッドの中心軸からオフセットされた開口部を生成する段階を有してよい（ブロック１１１０）。例えばオフセンタ穴が、（ドーピングされていない）クラッドロッド内にあけられてよい。
【0124】
さらに図１１に示されているように、プロセス１１００は、クラッドロッドの長さに沿った開口部内にコアロッドを挿入する段階を有してよい（ブロック１１２０）。例えばコアロッドは、クラッドロッドの長さに沿ってクラッドロッド内の穴に挿入されてよい。
【0125】
さらに図１１に示されているように、プロセス１１００は、統合されたローテータファイバプリフォームを生成するためにコアロッドとクラッドロッドとを統合する段階を有してよい（ブロック１１３０）。例えばコアロッドとクラッドロッドは、ローテータファイバ２２０のプリフォームを形成するように統合されてよい。一部の実施形態では、ローテータファイバのプリフォームは、（例えばローテータファイバ２２０のプリフォームのガラスの部分片が溶融して一つになるように）熱源を用いて統合されてよい。一部の実施形態では、ローテータファイバのプリフォームは、後述するブロック１１４０に係るローテータファイバ２２０の生成中に統合されてよい。
【0126】
さらに図１１に示されているように、プロセス１１００は、ローテータファイバプリフォームを用いてローテータファイバ２２０を生成する段階を有してよい。ローテータファイバ２２０内では、コア（例えば一体化コア４０５）の中心は、ローテータファイバ２２０の長さに沿ったローテータファイバ２２０の軸からオフセットされ、かつ、ローテータファイバ２２０内では、オフセットされた一体化コア４０５が、ローテータファイバ２２０の長さに沿ったローテータファイバ２２０の軸周りでねじれる（ブロック１１４０）。一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０は、上の図６で述べたように（延伸とスピン付与を同時に行う方法を含む）スピンファイバ法を用いて生成されてよい。一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０は、上の図７で述べたように（延伸の後にスピンを付与する方法を含む）ねじれファイバ法を用いて生成されてよい。
【0127】
図１１は例示的なプロセス１１００を示しているが、一部の実施形態では、プロセス１１００は、追加のブロック、図１１に示されたよりも少ないブロック、図１１に示されたブロックとは異なるブロック、又は、図１１に示されたブロックとは異なる配置のブロックを含んでよい。それに加えて又は代わりに、プロセス１１００の２つ以上のブロックが並行して実行されてよい。
【0128】
一部の実施形態では、１つ以上の第２部分４３０が、１つ以上の挿入部（例えば、１つ以上のロッド形状の挿入部）として実施されてよい。一部の実施形態では、挿入部は、１つ以上の第１部分４１０にオフセンタ位置で挿入されてよい。つまり、第２部分４３０は、第１部分内で第１部分４１０の中心に対するオフセンタ位置に挿入される少なくとも１つの挿入部を有してよい。一部の実施形態では、挿入部は、第１部分４１０よりも小さな屈折率を有してよい。一部の実施形態では、挿入部の断面は丸形（例えば円形、楕円形等）であってよい。一部の実施形態では、所与の挿入部の断面サイズ（例えば直径）は、第１部分４１０のサイズ（例えば断面直径）の略５％未満であってよい。一部の実施形態では、１つ以上の挿入部は、第１部分４１０及び／又はクラッド４２０を構成するプリフォームに、それぞれの挿入部に対応する穴を開け、その穴に第２部分４３０の１つ以上の挿入部を挿入し、続いてプリフォームの統合と延伸を行うことでファイバにすることによって実施されてよい。続いてファイバは、本願の他の箇所で説明したように、延伸処理又はその後に続いてねじられてよい。
【0129】
図１２は、例示的な光ファイバの例示的な断面図１２００である。図中、２つのロッド形状の第２部分（例えば第２部分４３０はロッド形状の挿入部）は、クラッド部によって取り囲まれる第１部分内にオフセンタ位置で挿入される。一部の実施形態では、この設計は、（例えば図４Ａで示された設計と比較して）製造が相対的に容易なプリフォームを提供する。
【0130】
一部の実施形態では、光ファイバの長さに沿って図１２に示されたプロファイルをねじることで、第１部分４１０内部の光ビームは、回転光ビームに変換される。つまり、軸周りでねじれたオフセンタ状態の挿入部によって、光ファイバの第１端部で発出される光ビームの少なくとも一部は、光ファイバの第２端部で回転光ビームに変換される。一部の実施形態では、上述したように、１つ以上の挿入部である第２部分の光ファイバ周りでのねじれ度は、光ファイバの第1端部での第１ねじれ度から光ファイバの第２端部での第２ねじれ度に増大してよい。上述したように、一部の実施形態では、ねじれ度は、ゼロ又は比較的小さなねじれ度で始まり、比較的高い（例えば１ｍｍ～１ｍ超）のねじれ度にまで徐々に増大してよい。一部の実施形態では、ファイバは、上述したように太くなってよい。一部の実施形態では、入力ビームは、第２部分４３０よりもむしろ第１部分４１０に主として注入されてよい。
【0131】
【0132】
図１２に示された設計を用いることで光ファイバデバイスによって生成された回転光ビームを示す例示的な計算が、図１３Ａ～図１３Ｄに示されている。図１３Ａに示された第１部分４１０の幾何学構造に基づくファイバのテーパを伝播した後、図１３Ｂの強度プロットで示されているように、ファイバの中心から光強度がなくなることで示されているように、回転が光ビームに誘起された。そのようなビームは、標準的な供給ファイバを通過したとき、図１３Ｃと図１３Ｄで示唆されているように、（例えば、近視野と遠視野で輪形状を有する）回転光ビームを供給することができる。一部の実施形態では、回転光ビームのパラメータ（例えば回転率、遠視野でのビームサイズ等）は、図１３Ａに示された光ファイバの寸法の選択、又は、屈折率プロファイルの回転を加速させるようなデバイスの創製に基づいて制御されてよい。
【0133】
【0134】
一部の実施形態では、所与の挿入部は、ドーピングされたシリカ、ドーピングされていないシリカ、又は、第１部分４１０よりも屈折率の小さい他のガラスを含んでよい。
【0135】
一部の実施形態では、第２部分４３０を構成する挿入部は、流体（例えば、液体、気体、例えば空気等の混合気体）、又は、第１部分４１０内の１つ以上の開口部内に含まれる真空であってよい。そのような実施形態は、多数の利点を有する。一の利点は、充填材料が、構造の特性を変更するように変更できることである。例えば、構造は、（例えば、回転構造が光ビームによって見えないように）低屈折率の液体を第１部分４１０と同一の屈折率を有する液体に置換することによって、回転誘起から非回転誘起に変更されてよい。そのような場合、液体が回転構造に対して（例えばリアルタイムで）流入出可能となるようなファイバの創製が利用されてよい。
【0136】
第２部分４３０内に挿入部を実装するために流体を用いることの他の利点は、第１部分４１０のプリフォーム内の穴が、挿入部が段階的に「オン」と「オフ」を行う再に、光ファイバの製造中に選択的かつ段階的に壊れる場合があることである。例えば、光ファイバが、１つ以上の穴を開いたまま（例えば空気によって満たされる状態）にして延伸し、かつ、ねじられる場合、光ファイバデバイスの最終処理中、１つ以上の穴は、所望の領域内でファイバに十分な熱を加えることによって、入力ファイバ２１０及び／又は出力ファイバ２３０付近で穏やかに壊れる場合がある。そのような場合、１つ以上の挿入部の断面サイズは、光ファイバの第１の部位（例えば、光ファイバの入力端近傍の部分）に沿って増大し、光ファイバの第２の部位（例えば、光ファイバの出力端近傍の部分）に沿って減少してよい。よって一部の実施形態では、１つ以上の挿入部の断面サイズは、光ファイバの長さの少なくとも一部に沿って変化してよい。一部の実施形態では、１つ以上の挿入部の断面サイズ（例えば直径）は、光ファイバの第１端部と第２端部でゼロ又はゼロ付近で、第１端部と第２端部との間ではゼロよりも十分に大きくてよい。このようにして、入力光ビームをローテータファイバ２２０のモード（単複不問）へ断熱的又は略断熱的に変換し、かつ、ローテータファイバ２２０の１つ以上のモード又は漏洩波を出力ファイバ２３０の１つ以上のモード又は漏洩波へ断熱的又は略断熱的に変換することができる。この方法の一の利点は、モード変換が理想状態に近くなり得ることである。例えば単一の入力モード（例えば基本モードＬＰ０１）を、単一の高次回転モード（例えばＬＰ８１又はＬＰ１５，１）へ効率的に変換することができる。それに加えて、入力ファイバ１２０との入力境界では第２部分４３０へ直接発出される光－光ファイバデバイスの性能を劣化させる－は存在し得ない。この実施形態では、１つ以上の穴は、該１つ以上の穴の第２端部が（例えば空気又は真空）封止されるときに、光学系内に存在する流体によって満たされてよいが、必要に応じて、代わりに特定の気体、特定の混合気体、又は特定の液体で満たされてもよい。
【0137】
図１４は、本願で説明した、挿入部である第２部分４３０を含むローテータファイバ２２０の製造方法の例示的なプロセス１４００のフローチャートである。
【0138】
図１４に示されているように、プロセス１４００は、第１部分４１０を含むファイバプリフォームを提供する段階を有してよい（ブロック１４１０）。
【0139】
さらに図１４に示されているように、プロセス１４００は、ファイバプリフォームの長さに沿ってファイバプリフォームの第１部分４１０内に、ファイバプリフォームの中心軸からオフセットされる開口部を形成する段階を有してよい（ブロック１４２０）。一部の実施形態では、上述したように、開口部は、ファイバプリフォームの第１部分内に穴を開けることによってファイバプリフォーム内に形成されてよい。
【0140】
さらに図１４に示されているように、プロセス１４００は、ファイバプリフォームの第１部分４１０の開口部内に挿入部を挿入することでファイバプリフォームの第２部分４３０を生成する段階を有してよい（ブロック１４３０）。一部の実施形態では、上述したように、挿入部は、開口部内に挿入される流体（例えば液体、気体、空気のような混合気体）、又は、第１部分４１０内の開口部内に含まれるように生成される真空であってよい。
【0141】
さらに図１４に示されているように、プロセス１４００は、ファイバプリフォームを統合し、延伸し、かつねじることでねじれローテータファイバを生成する段階を有してよい。ねじれの結果、第２部分４３０（つまり挿入部）は、ねじれローテータファイバの長さに沿ったねじれローテータファイバの軸周りでねじれる（ブロック１４３０）。
【0142】
一部の実施形態では、ローテータファイバのプリフォームは、（例えばーテータファイバ２２０のプリフォームのガラスの部分片が溶融して一つになるように）熱源を用いて統合されてよい。
【0143】
一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０のプリフォームは、スピンを付与尾せずに従来のファイバ延伸処理を用いて引っ張られてよい。一部の実施形態では、延伸ローテータファイバ２２０のコアサイズ（例えば。一体化コア４０５のサイズ）が、出力ファイバ２３０のコアのサイズと略等しいか、あるいは、わずかに小さくなるように、統合ローテータファイバ２２０のプリフォームは引っ張られてよい。
【0144】
一部の実施形態では、ローテータファイバ２２０は、ねじれ度が変化する（例えば、ねじれローテータファイバ２２０の入力端での（略）ゼロから、ねじれローテータファイバ２２０の出力端での所望のねじれ度にまで変化する）ねじれローテータファイバ２２０を生成するため、延伸ローテータファイバ２２０は、熱源（例えばトーチ及び／又は融着接続機等）を用いて加熱及び／又は軟化されながらねじられてよい。一部の実施形態では、ねじれローテータファイバ２２０のサイズが入力ファイバ２１０と出力ファイバ２３０の両方と一致するように、先細プロファイルが、ねじれローテータファイバ２２０に与えられてもよい。
【0145】
図１４は例示的なプロセス１４００を示しているが、一部の実施形態では、プロセス１４００は、追加のブロック、図１４に示されたよりも少ないブロック、図１４に示されたブロックとは異なるブロック、又は、図１４に示されたブロックとは異なる配置のブロックを含んでよい。それに加えて又は代わりに、プロセス１４００の２つ以上のブロックが並行して実行されてよい。
【0146】
本願で説明されている複数の実施形態は、環状ビーム形状を有する光ビームを光ファイバ内に直接（つまり自由空間光学系を用いずに）生成する光ファイバデバイスを提供する。より詳細には、生成された光ビームは、回転光ビーム（つまり光ファイバ内を螺旋状に伝播する光ビーム）であるため、環状ビーム形状を有する光ビームを生成する。複数の実施形態では、光ビームの回転特性は保存されてよい（例えば、光ビームが光ファイバを飛び出すときに）。その結果、光ファイバから試料へ投影されるレーザスポットは例えば、明瞭な縁部と高いビーム品質を有する環状ビームプロファイルを示す。
【0147】
上記の開示は、例示と説明を与えるが、排他的ではないし、実施形態を開示された厳密な形態に限定することも意図していない。修正型や変形例が、上記の開示に照らして可能であるし、あるいは、実施形態の実施から得ることができる。
【0148】
例えばローテータファイバ２２０は、非回転ビームを回転ビームへ変換する目的で用いられるものとして説明されてきた。しかし一部の応用では、ローテータファイバ２２０は、入力回転光ビームを出力非回転光ビームへ変換するため、逆方向で用いられてよい。これは、テーパとねじれの変化を含むローテータファイバ２２０の設計を逆にすることによって実現することができる。その結果、ローテータファイバ２２０の入力端でのねじれ度は、入力光ビームの回転と一致し、かつ、ローテータファイバ２２０の出力端でのねじれ度は、（略）ゼロとなる。上述の製造方法のいずれも、この例に適合されてよい。
【0149】
他の例として、ローテータファイバ２２０は、任意の回転状態の入力光ビームを、他の（異なる）回転状態の出力光ビームへ変換するために設計されてよい。これを実現する基準は、ローテータファイバ２２０の入力端でのねじれ度が入力光ビームの回転状態と一致することと、ローテータファイバ２２０の出力端でのねじれ度が出力光ビームの所望の回転状態と一致することである。上述の製造方法のいずれも、この例に適合されてよい。
【0150】
たとえ複数の特徴の特定の組み合わせが請求項中に記載及び／又は明細書中に開示されているとしても、これらの組み合わせは、可能な実施形態の開示に限定することを意図していない。実際、これらの特徴の多くは、請求項中に具体的に記載及び／又は明細書中に具体的に開示されていない方法で結合することができる。たとえ以降の「特許請求の範囲」で列挙される各従属請求項が直接的には１つの請求項にしか従属していないとしても、可能な実施形態の開示には、「特許請求の範囲」における他の全ての請求項と結合する各従属請求項が含まれる。
【0151】
本願で用いられている構成要素、作用、又は命令は、重要又は必須と明記されていない限りそのようには構成されてはならない。また本願で用いられているように、単数を表す不定冠詞は、１つ以上のものを含むことを意図し、かつ、「１つ以上」と同義的に用いられてよい。さらに本願で用いられているように、「組（集合）」という語句は、１つ以上のもの（例えば、関連するもの、関連しないもの、関連するものと関連しないものとの組み合わせ等）を含むことを意図し、かつ、「１つ以上」と同義的に用いられてよい。１つのものが意図されている場合には、「１つの」等の語句が用いられる。また本願で用いられているように、「有する」等の語句は、制限のない語句であることが意図されている。さらに「基づく」という語句は、明示的に否定されていない限り、「少なくとも部分的に基づく」ことを意味することが意図されている。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
