JP2013535032A - 大コア面積のシングルモード光ファイバ - Google Patents

Abstract

本発明は、光信号を案内するシングルモード光ファイバに関する。光ファイバのコア領域は、光信号波長でコア基本モードにおける光信号を案内可能である。クラッド領域は、コア領域を包囲するように配置され、内側クラッドの領域および外側クラッドの領域を備えている。内側クラッドの領域は、バックグラウンド材料と、該バックグラウンド材料に配置された内側クラッドの複数のフィーチャとを備え、該内側クラッドの複数のフィーチャのうちの幾つかは、第１タイプフィーチャである。該第１タイプフィーチャは、内側クラッドのバックグラウンド材料の屈折率よりも大きな高屈折率材料を含む高屈折率領域に包囲された空孔を含む。複数の第１タイプフィーチャは、光信号波長のコア基本モードの実効屈折率よりも低い実効屈折率ｎ_１を持った光モードをサポートする。光ファイバは、活性材料を含み、クラッド励起式のファイバ増幅器として使用されることが可能である。

Description

本発明は、高屈折率領域に包囲された空孔を含む微細構造を備えた大コア面積のシングルモード光ファイバと、その製造方法と、光信号の増幅用ファイバ等の様々な用途とに関する。

シングルモード光ファイバおよびその用途は、当業者には周知である。一構成では、シングルモード・コアは、ファイバ材料に含まれる活性元素を光励起する励起光を案内可能なクラッド領域に包囲されている。

本発明の様々な実施形態は、以下に記述される。

本発明の１つの目的は、光信号を案内するシングルモード光ファイバを提供することにあり、該光ファイバは、長手方向の光軸とこの光軸に垂直な断面とを有し、この光ファイバは、コア領域およびクラッド領域を備えている。コア領域は、光信号波長λ_１において実効屈折率ｎ_ｃを有したコア基本モードにおける光信号を案内可能である。クラッド領域は、コア領域を包囲するように配置され、内側クラッドの領域および外側クラッドの領域を備えている。内側クラッドの領域は、屈折率ｎ_ｂを有したバックグラウンド材料と、該バックグラウンド材料に配置された内側クラッドの複数のフィーチャとを備え、該内側クラッドの複数のフィーチャのうちの少なくとも幾つかが、第１タイプフィーチャである。第１タイプフィーチャは、内側クラッドのバックグラウンド材料の屈折率よりも大きな屈折率ｎ_ｒを有した高屈折率材料からなる高屈折率領域に包囲された空孔を含む。複数の第１タイプフィーチャは、その光信号波長のコア基本モードの実効屈折率以下の実効屈折率ｎ_１を有した光モードをサポートする。

本発明の１つの目的は、光信号を増幅するシングルモードのクラッド励起式光ファイバを提供することにあり、該光ファイバは、長手方向の光軸とこの光軸に垂直な断面とを有している。光ファイバは、コア領域およびクラッド領域を備えている。コア領域は、少なくとも１つの活性元素を用いてドープされた材料を含有し、光信号波長λ_１において実効屈折率ｎ_ｃを有したコア基本モードにおける光信号を案内可能である。クラッド領域は、コア領域を包囲し、励起波長λ_ｐで励起信号を案内可能な内側クラッドの領域と、外側クラッドの領域とを備えている。内側クラッドの領域は、屈折率ｎ_ｂを有したバックグラウンド材料と、該バックグラウンド材料に配置された内側クラッドの複数のフィーチャとを備えている。内側クラッドの複数のフィーチャのうちの少なくとも幾つかは、第１タイプフィーチャであり、該第１タイプフィーチャは、内側クラッドのバックグラウンド材料の屈折率ｎ_ｂよりも大きな屈折率ｎ_ｒを有した高屈折率材料からなる高屈折率領域に包囲された空孔を含む。複数の第１タイプフィーチャは、光信号波長のコア基本モードの実効屈折率以下の実効屈折率ｎ_１を有した光モードをサポートする。

本発明の文脈では、語句「高屈折率領域」および「高屈折率材料」に関して使用される語句「高屈折率」は、内側クラッドのバックグラウンド材料の屈折率よりも高い屈折率を指す。

本発明の文脈では、語句「内側クラッドのバックグラウンド材料」は、単一の材料または実質的に同じ屈折率を有した複数の材料を指し、この特定の材料によって作られる内側クラッドの領域の断面積の割合として測定される内側クラッドの大部分を構成し、それは
、その領域の少なくとも５０％、少なくとも６０％、少なくとも７０％、少なくとも８０％、少なくとも９０％、少なくとも９５％である。内側クラッドのバックグラウンド材料は、同様の屈折率を有した２つの材料を含有することも可能である。

本発明の文脈では、内側クラッドの領域の面積などの領域または要素の面積は、別段の定めがない限り、その領域または要素の断面積を指す。同様に、もし他の方法で注記されなければ、直径または厚さなどの寸法は、断面寸法である。

本発明の１つの目的は、本発明にかかる光ファイバを製造する方法を提供することにある。本方法は、少なくとも１つのコアのプレフォーム要素と内側クラッドの複数のプレフォーム要素とを提供するステップと、および、コアのプレフォーム要素と内側クラッドのプレフォーム要素とを１つのプレフォームに配置するステップとを含む。このプレフォーム要素は、内側クラッドのプレフォーム要素がコアのプレフォーム要素を包囲するように配置される。随意に、外側クラッドの複数のプレフォーム要素および／または外側クラッドのプレフォーム管は、コアのプレフォーム要素および内側クラッドのプレフォーム要素を包囲するように配置される。その後、上記プレフォームは、光ファイバとして引き出される。内側クラッドのプレフォーム要素は、高屈折率領域に包囲された空孔を含む複数の第１タイプ・プレフォーム要素を備える。

本発明にかかる方法の一実施形態では、空孔の半径と、高屈折率材料の領域の厚さとの間の比率は、約１である。
本発明の１つの目的は、光信号を増幅するクラッド励起式光ファイバを提供することにあり、該光ファイバは、長手方向の光軸とこの光軸に垂直な断面とを有している。光ファイバは、コア領域およびクラッド領域を備えている。コア領域は、少なくとも１つの活性元素を用いてドープされた材料を含有し、コア領域は、光信号波長λ_１において実効屈折率ｎ_ｃを有したコア基本モードに、光信号を案内可能である。クラッド領域は、コア領域を包囲するように配置され、内側クラッドの領域および外側クラッドの領域を備える。内側クラッドの領域は、励起波長λ_ｐにおいて励起信号を案内可能である。内側クラッドの領域は、屈折率ｎ_ｂを有したバックグラウンド材料と、該バックグラウンド材料に配置された内側クラッドの複数のフィーチャとを備え、該内側クラッドの複数のフィーチャのうちの少なくとも幾つかは、第１タイプフィーチャである。第１タイプフィーチャは、内側クラッドのバックグラウンド材料の屈折率よりも大きな屈折率ｎ_ｒを有した高屈折率材料からなる高屈折率領域に包囲された空孔を含む。内側クラッドの複数の第１タイプフィーチャは、高次コア・モードを抑制する少なくとも１つのクラッド・モードを提供するように配置される。

本発明の１つの目的は、光信号波長λ_１において光信号を増幅する光学増幅システムを提供することにあり、本システムは、本発明にかかるシングルモード・クラッド励起式光ファイバと、励起光源と、シード光源とを備える。励起光源は、励起波長λ_ｐにおいて励起光を供給可能であり、励起光源は、クラッド励起式光ファイバに光学的に結合されている。シード光源は、クラッド励起式光ファイバのコアに光信号を放射するように配置される。

本発明の１つの目的は、光信号波長λ_１において光信号を放射する光学レーザ・システムを提供することにあり、本システムは、本発明にかかるクラッド励起式光ファイバと、励起波長λ_ｐにおいて励起光を供給可能な励起光源とを備え、この励起光源は、クラッド励起式光ファイバに光学的に結合されている。

クラッド励起式光ファイバのシングルモード・コアは、大きな断面積を有することが可能であり、それによって、単位コア領域当たりの信号強度がより低いため、コア材料にお
ける非線形光学効果の影響は緩和される。

一実施形態では、コア領域は、内側クラッドのバックグラウンド材料の屈折率と実質的に等しいコア実効屈折率とを有している。一実施形態では、コア実効屈折率と内側クラッドのバックグラウンド材料の屈折率との間の屈折率差は、約５×１０^−４以下（例えば、約２×１０^−４以下、約１×１０^−４以下、約５×１０^−５以下）である。

一実施形態では、コア領域は、約２０μｍ以上（例えば、約３０μｍ以上、約４０μｍ以上、約５０μｍ以上、約７５μｍ以上、約１００μｍ以上、約１２５μｍ以上、約１５０μｍ以上、約１７５μｍ以上、約２００μｍ以上、約３００μｍ以上）の最大断面寸法を有している。一実施形態では、コア領域は、約２０００μｍ以下（例えば、約１５００μｍ以下、約１０００μｍ以下、約７５０μｍ以下、約５００μｍ以下）の最大断面寸法を有する。

本願の文脈では、コア領域などの光ファイバの領域の、語句「最大断面寸法」は、その領域の円形断面の直径または、ある領域の非円形断面に外接する円の直径を指す。
一実施形態では、コア領域は、約２０×λ_１以上（例えば、約３０×λ_１以上、約４０×λ_１以上、約５０×λ_１以上、約６０×λ_１以上、約７５×λ_１以上、約１００×λ_１以上、約１２５×λ_１以上、約１５０×λ_１以上、約２００×λ_１以上、約３００×λ_１以上）の最大断面寸法を有する。一実施形態では、コア領域は、約２０００×λ_１以下（例えば、約１５００×λ_１以下、約１０００×λ_１以下、約７５０×λ_１以下、約５００×λ_１以下）の最大断面寸法を有する。

一実施形態では、コア領域の面積は、約３００μｍ^２〜約６７５００μｍ^２（例えば、約６００μｍ^２〜約５００００μｍ^２、約７５０μｍ^２〜約４００００μｍ^２、約１０００μｍ^２〜約３５０００μｍ^２、約１２００μｍ^２〜約３２０００μｍ^２、約１５００μｍ^２〜約２５０００μｍ^２、約１９００μｍ^２〜約１８０００μｍ^２、約２０００μｍ^２〜約１５０００μｍ^２）の範囲にある。

光ファイバは、石英ガラス、カルコゲナイド・ガラス、および軟質ガラスの群から選択される材料を含むことが可能である。光ファイバは、約０．５ｍｍ以上（例えば、約０．７５ｍｍ以上、約１ｍｍ以上、約１．５ｍｍ以上、約２ｍｍ以上）の外径を有したロッドファイバとすることが可能である。

コア領域において伝播する光信号の増幅は、活性材料の存在に拠ることがあり、それは、励起光から信号光にエネルギを伝達する。活性元素は、イッテルビウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｅｏｄｙｎｉｕｍ）（Ｎｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ツリウム（Ｔｍ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）の群から選択される希土類元素、または、エルビウム（Ｅｒ）およびイッテルビウム（Ｙｂ）の組合せなどのそれら希土類元素の組合せを含むことが可能である。

活性元素を用いてドープされた材料は、コア領域において様々な方法で配置可能である。一実施形態では、活性材料は、コア領域に亘って実質的に均質に分配される。活性部分は、コア領域および／または内側クラッドの領域内に少なくとも部分的に含有させることが可能である。一実施形態では、活性領域は、環状形成領域を備える。環状形成領域は、コア領域の中心を包囲するコヒーレント・リングを備えることが可能である。

幾つかの用途では、活性ファイバにおける光黒化が問題となる。同時係属中の国際特許出願ＰＣＴ／ＤＫ２００９／０５０３１４号に記述されるように、光黒化が時間に応じて生じる範囲は、案内された光信号と活性領域との重複を低減することによって緩和される
。重複を減少させたモードは、様々な方法で実現可能である。一実施形態では、コア領域の中心から第２半径方向距離ｒ_２の活性元素の濃度は、コア領域の中心から第１半径方向距離ｒ_１の活性元素の濃度よりも高い（ここでは、ｒ_１＜ｒ_２）。一実施形態では、活性元素の濃度は、コア領域の中心に局所的最小部を有する。活性元素の濃度は、コア領域の中心で実質的に零とすることが可能である。そのようなファイバ設計の一例を図３に示す。

一実施形態では、環状領域は、コア領域の中心を包囲するリング状に配置された複数の活性フィーチャを備える。
活性領域との重複が減少したモードは、コア領域の断面の閉じた部分にコア活性フィーチャを配置することによって、コア領域において案内される光信号に対してさらに実現可能である。活性領域は、少なくとも１つのコア活性フィーチャを備える。一実施形態では、ファイバは、第１コア線に実質的に沿って配置された少なくとも１つのコア活性フィーチャを備える。第１コア線は、この第１の線と平行である。

活性フィーチャの屈折率は、活性元素の存在によって影響を受けることがある。屈折率は、一又は複数の追加のドーパントを添加することによって調節可能である。一実施形態では、活性フィーチャは、内側クラッドのバックグラウンド材料の屈折率よりも低いかまたはこの屈折率と実質的に等しい屈折率プロファイルを有している。

活性光ファイバとして使用され、比較的高い励起パワーが活性材料の占有を逆転させるべく加えられた場合、例えば、空間的非均一分布の逆転によって生じる熱効果は、シングルモード光ファイバに高次モードを少なくとも部分的にサポートさせることが可能である。空間的非均一分布の逆転は、エネルギがコアの中心におけるコア基本モードに最も効率的に伝達される場合に生じることが可能であり、この場合に、この基本モードがその最大強度を有する。

活性領域は、高次コア・モードが活性元素との重複が減少するモードを有するようにさらに配置可能である。一実施形態では、高次モードは、活性元素との重複モード域を有し、その重複域は、約５０％以下（例えば、約２５％以下、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、約５％以下、約１％以下）である。一実施形態では、案内された光信号は、複数のモードで伝播する光を含むことが可能であり、案内された光信号は、活性元素との重複モードを有し、その重複は、約２５％以下（例えば、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、約５％以下、約１％以下）である。図４では、コア基本モードがその最大強度を有するファイバ設計が図示されており、活性元素はゲインがコアの基本モードに対して優先的に強度を有するように配置される。

活性元素は、その発光スペクトルに少なくとも１つの波長範囲を有しており、そこでは、活性元素が励起信号によって励起されるときに、比較的強い放射が観察される。
光ファイバは、高次モード（ＨＯＭ）の抑制および／または狭スペクトル波長範囲への光の案内に適応可能である。一実施形態では、内側クラッドの複数の第３タイプフィーチャは、一又は複数の断面延長光学共振構造を形成し、一又は複数の光シンク（ｌｉｇｈｔ
ｓｉｎｋ）へのコア・モードの共振結合を提供する。

活性材料の区画を含んだコア領域では、コア領域の活性部分の面積とコア領域の面積との間の比率は、約０．１〜約０．９（例えば、約０．２〜約０．８、約０．３〜約０．７、約０．４〜約０．６）の範囲である。

活性材料は、実質的にコア領域全体に亘って分布され、その結果、コア領域の活性部分の面積とコア領域の面積との間の比率は、実質的に１に等しい。
活性元素の濃度は、コア領域断面に亘って徐々に変化可能である。濃度は、例えば、コア領域の円形または環状形成部分における実質的により高い濃度と、コア領域の別の部分における、より低い濃度とが存在するような状態とすることも可能である。その場合、コア領域の「活性部分」という語句は、濃度が最も高いコア領域の部分を指すことがある。

一実施形態では、活性部分は、コア基本モードが活性部分との重複モードを有するように配置され、その重複は、約５０％以下（例えば、約２５％以下、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、約５％以下、約１％以下）である。さらに、コア領域は、フッ素（Ｆ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、およびセリウム（Ｃｅ）の群から選択される一又は複数の材料、または、これらの組合せを用いてドープ可能である。

コア領域の基本モードは、内側クラッドの領域の実効屈折率よりも高い実効屈折率を有することが可能であり、その結果、光は、全内部反射によってコア領域に沿って案内される。

励起光は、外側クラッドによって内側クラッドの領域に閉じ込めることが可能である。外側クラッドの領域は、内側クラッドの領域よりも低い屈折率を有することが可能である。一実施形態では、外側クラッドの領域は、シリカよりも低い屈折率を有したポリマー・クラッドを備える。外側クラッドは、エア・クラッドを備えることが可能である。本願の文脈では、語句「エア・クラッド」は、複数の空孔が内側クラッドの領域を包囲する列（ｃｈａｉｎ）に配置される状況を指す。その列中の２つの隣接する空孔間に配置されたシリカ領域の幅は、約１．２μｍ以下（例えば、約１μｍ以下、約０．９μｍ以下、約０．８μｍ以下、約０．７μｍ以下、約０．６μｍ以下、約０．５μｍ以下、約０．４μｍ以下）とすることが可能である。

信号波長は、約９００ｎｍ〜約１２００ｎｍの範囲にあるイッテルビウム放射帯、約１５００ｎｍ〜約１６００ｎｍの範囲にあるエルビウム放射帯、約１８００ｎｍ〜約２４００ｎｍの範囲にあるツリウム放射帯のような、活性材料の放射帯内とすることが可能である。

励起波長は、活性材料の吸収帯とすることが可能である。
内側クラッドのフィーチャは、原則として、任意の方法で配置可能であり、それによって、内側クラッドの領域の実効屈折率に対する要求が満たされ、内側クラッドの第１タイプフィーチャは、光学的に結合するように配置可能である。つまり、これらのフィーチャは、フィーチャ間の間隙に配置され、それは、内側クラッドの第１タイプフィーチャにサポートされるモードから、第１タイプフィーチャのローカル・モードの組合せである所謂スーパー・モードを形成する第１波長での別のモードへの光パワーの伝達を可能にする。

一実施形態では、内側クラッドのフィーチャは、六方格子などの周期性Λを有した実質的に周期的な格子に配置される。
格子の周期性Λは、比率Λ／λ_１が約５以上（例えば、約８以上、約１０以上、約１２以上、約１５以上、約２０以上、約３０以上、約４０以上、約５０以上）とすることが可能である。比率Λ／λ_１は、約５〜約６０（例えば、約８〜約４０、約１０〜約３０、約１２〜約２８、約１５〜約２５、約１８〜約２２）の範囲内とすることが可能である。

一実施形態では、格子の周期性Λは、約５μｍ以上（例えば、約８μｍ以上、約１０μｍ以上、約１２μｍ以上、約１５μｍ以上、約１７μｍ以上、約２０μｍ以上、約２３μｍ以上、約２６μｍ以上、約３０μｍ以上、約４０μｍ以上、約５０μｍ以上、約７５μｍ以上、約１００μｍ以上）である。周期性は、約５００μｍ以下（例えば、約４００μｍ以下、約２００μｍ以下、約１５０μｍ以下、約１２５μｍ以下）とすることが可能で
ある。

一実施形態では、内側クラッドの全ての第１タイプフィーチャなどの内側クラッドの第１タイプフィーチャの大部分は、実質的に一定のフィーチャ間の間隙を有して配置される。その間隙は、約５μｍ以上（例えば、約８μｍ以上、約１０μｍ以上、約１２μｍ以上、約１５μｍ以上、約２０μｍ以上、約２５μｍ以上、約３０μｍ以上、約５０μｍ以上）とすることが可能である。間隙は、約２５０μｍ以下とすることが可能である。

この間隙と第１波長との間の比率は、約５以上（例えば、約８以上、約１０以上、約１２以上、約１５以上、約２０以上、約２５以上、約３０以上）とすることが可能である。この比率は、約２５０以下とすることが可能である。

内側クラッドの第１タイプフィーチャの高屈折率領域は、高屈折率領域が存在しない場合よりも孔径に対してより敏感な実効屈折率を持ったスーパー・モードをもたらすことがある屈折率プロファイルの変化を提供する。高屈折率領域は、リング、内側の円および外側の円によって定義されるリング、高屈折率要素を含む列、高屈折率材料からなる少なくとも第１要素と第２要素とを含む列、２つの半円、および、原則として第１タイプフィーチャの空孔を少なくとも部分的に包囲する任意の材料配置等、様々な断面形状を取ることが可能である。

一実施形態では、高屈折率領域の平均厚さｔ_ａｖｇおよび格子の周期性は、ｔ_ａｖｇ／Λが約０．０１以上（例えば、約０．０５以上、約０．０８以上、約０．１０以上、約０．１５以上、約０．１８以上、約０．２０以上、約０．２５以上、約０．３以上、約０．３５以上、約０．４以上、約０．４５以上）となるようなものである。

均一な幅を有した高屈折率領域では、この領域の平均厚さは、同領域の厚さと等しく、その結果、同心配置された内側の円および外側の円によって定義されたリングの厚さは、そのリングの平均厚さと等しい。

第１タイプフィーチャの空孔の直径ｄ_１は、ｄ_１／Λの比率が約０．５以下（例えば、約０．４以下、約０．３５以下、約０．３以下、約０．２５以下、約０．２以下、約０．１５以下、約０．１以下、約０．０５以下）とすることが可能である。

本発明にかかる光ファイバは、幾つかの異なる種類の内側クラッドのフィーチャを備えることが可能である。これらのうちの幾つかは、これらのフィーチャにサポートされるモード間の結合を制御するために、第１タイプフィーチャ間に或る距離を提供するように配置可能である。他の種類の内側クラッドのフィーチャは、リザーバへのコア・モードの共振結合などの光ファイバに対するさらなる機能性を提供するように配置可能である。

一実施形態では、内側クラッドの複数のフィーチャは、低屈折率領域を含む第２タイプフィーチャをさらに備える。一実施形態では、低屈折率領域は、空孔であるか、または、空孔を含む。一実施形態では、低屈折率領域は、ダウンドープした（ｄｏｗｎ−ｄｏｐｅｄ）領域であるか、または、ダウンドープした領域を備える。

一実施形態では、第１タイプフィーチャおよび第２タイプフィーチャにおける空孔の直径は、実質的に同一であり、例えば、直径の差は、第１タイプフィーチャの直径の、約２５％以下（例えば、約２０％以下、約１５％以下、約１２％以下、約１０％以下、約８％以下、約５％以下、約２％以下）であるか、空孔が実質的に同一である。

光ファイバが製造されるプレフォームでは、第１タイプ・プレフォーム要素の空孔の直
径は、第２タイプ・プレフォーム要素の空孔の直径よりも小さくすることが可能である。プレフォームが、該プレフォームから光ファイバを製作するために使用される引出し手順中に加熱される際に、空孔の直径の差は、或る程度まで平均化されることがある。

一実施形態では、第１タイプフィーチャの空孔は、第２タイプフィーチャの空孔よりも僅かに大きく、例えば、少なくとも約５％、少なくとも約８％、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、少なくとも約５０％大きい。

別の実施形態では、第２タイプフィーチャの空孔は、第１タイプフィーチャの空孔よりも僅かに大きく、例えば、少なくとも約５％、少なくとも約８％、少なくとも約１０％、少なくとも約１５％、少なくとも約２０％、少なくとも約２５％、少なくとも約５０％大きい。

第１タイプフィーチャおよび第２タイプフィーチャは、第１タイプフィーチャの大部分に対して、クラッドの最隣接フィーチャが第２タイプとなるように配置可能である。内側クラッドの領域では、内側クラッドのフィーチャは、実質的に六方格子として配置され、第１タイプフィーチャを包囲する６つの最隣接フィーチャは、第２タイプとすることが可能である。そのような内側クラッドの領域を備えた光ファイバ設計の一例が図２に示されている。

第２タイプフィーチャは、少なくとも空孔を包囲する材料の組成に関して第１タイプフィーチャとは異なることがある。第２タイプフィーチャは、その空孔を包囲する高屈折率領域を含むことが可能である。一実施形態では、第２タイプフィーチャにおけるそのような高屈折率領域は、第１タイプフィーチャの高屈折率領域の屈折率よりも低い屈折率を有する。第１タイプフィーチャの高屈折率領域と第２タイプフィーチャの高屈折率領域との屈折率差は、少なくとも約１×１０^−５（例えば、少なくとも約５×１０^−５、少なくとも約１×１０^−４、少なくとも約５×１０^−４、少なくとも約７×１０^−４、少なくとも１×１０^−３、少なくとも約２×１０^−３、約１×１０^−２）とすることが可能である。

第２タイプフィーチャの高屈折率領域は、第１タイプフィーチャの高屈折率領域の面積よりも小さい断面積に亘って広がることが可能であり、その断面積は、例えば、約２分の１以下である（約３分の１以下であるか、約４分の１以下であるか、約５分の１以下であるか、約７分の１以下であるか、約９分の１以下であるか、約１０分の１以下であるか、約１６分の１以下であるか、約２０分の１以下であるか、約２５分の１以下であるか、約３０分の１以下であるか、約３６分の１以下であるか、約４０分の１以下であるか、約４９分の１以下であるか、約６４分の１以下であるか、約８１分の１以下であるか、約１００分の１以下であるか、約１５０分の１以下であるか、約２００分の１以下であるか、約４００分の１以下であるか、約６００分の１以下であるか、約１０００分の１以下の）面積であるか、第２タイプフィーチャが高屈折率を有した材料を実質的に含有しない。

一実施形態では、第２タイプフィーチャは、空孔および内側クラッドのバックグラウンド材料からなる。
内側クラッドの複数のフィーチャは、第３タイプフィーチャおよび第４タイプフィーチャなどの幾つかの異なる種類のフィーチャを備えることが可能である。一実施形態では、異なる種類のフィーチャは、内側クラッドの領域が少なくとも波長間隔における高次コア・モードを抑制可能に配置される。

第１タイプフィーチャの高屈折率領域は、ゲルマニウムでドープしたシリカを含むことが可能である。
一実施形態では、内側クラッドの第１タイプフィーチャは、第２領域をさらに備える。第２領域は、高屈折率領域よりも低い屈折率を有した材料を含むことが可能である。第２領域は、内側クラッドのバックグラウンド材料よりも高い屈折率を有した材料を含むことが可能である。

内側クラッドの第１タイプフィーチャにおけるそのような第２領域は、高屈折率領域に対して様々な方法で配置可能である。一実施形態では、第２領域は、高屈折率領域を包囲するように配置される。そのような配置の一例は、図７のｄに図示される。一実施形態では、高屈折率領域は、第２領域を包囲するように配置される。そのような配置の一例は、図７のｅに図示されている。

内側クラッドの高屈折率材料とバックグラウンド材料との間の屈折率差は、少なくとも約１×１０^−５（例えば、少なくとも約５×１０^−５、少なくとも約１×１０^−４、少なくとも約５×１０^−４、少なくとも約７×１０^−４、少なくとも約１×１０^−３、少なくとも１．５×１０^−３、少なくとも約２×１０^−３、少なくとも約２．５×１０^−３、少なくとも約３×１０^−３、少なくとも約４×１０^−３）である。屈折率差は、約１×１０^−２以下とすることが可能である。

第１タイプフィーチャの高屈折率領域は、約５μｍ^２以上（例えば、約１０μｍ^２以上、約２０μｍ^２以上、約３０μｍ^２以上、約４０μｍ^２以上、約５０μｍ^２以上、約６０μｍ^２以上、約７０μｍ^２以上、約７５μｍ^２以上、約８０μｍ^２以上、約１００μｍ^２以上、約１２５μｍ^２以上、約１５０μｍ^２以上、約２００μｍ^２以上、約３００μｍ^２以上、約４００μｍ^２以上、約５００μｍ^２以上）の断面積を有することが可能である。断面積は、約１０００μｍ^２以下とすることが可能である。

一実施形態では、内側クラッドの領域は、内側クラッドの第１タイプフィーチャにサポートされた光モードの実効屈折率よりも高い屈折率を有したリザーバ材料を含有している。このリザーバ材料は、内側クラッドの一部を包囲する領域に配置可能であり、そこに内側クラッドのフィーチャが配置される。

第１タイプフィーチャおよび第２タイプフィーチャは、第１タイプフィーチャの大部分に対して、クラッドの最隣接フィーチャが内側クラッドの第２タイプフィーチャとなるように配置可能である。内側クラッドのフィーチャが実質的に六方格子として配置される内側クラッドの領域では、第１タイプフィーチャを包囲する６つの最隣接フィーチャは、第２タイプフィーチャ、または、第１タイプフィーチャとは異なるフィーチャの組合せなどの異なる種類のフィーチャとすることが可能である。

内側クラッドの第１タイプフィーチャは、これらのフィーチャにサポートされるモードが、隣接する第１タイプフィーチャのモードに結合可能に配置されることがある。好ましくは、第１タイプフィーチャなどの少なくとも一種類の内側クラッドのフィーチャは、信号波長における光モードをサポートすることができる。一実施形態では、第１タイプフィーチャの高屈折率領域は、モードが信号波長でサポートされることを保証するように配置される。第１タイプフィーチャにおける高屈折率材料は、モードがサポートされることを可能にする様々な方法で高屈折率領域に配置可能である。一実施形態では、第１タイプフィーチャの少なくとも一部の高屈折率領域は、実質的に均一角度の屈折率プロファイルを有する。均一な屈折率プロファイルは、均一なゲルマニウム・ドーピングの使用によって実現可能である。一実施形態では、高屈折率領域は、角度変化を伴った屈折率プロファイルを有している。角度変化は、その領域の屈折率プロファイルが実質的にｎ回回転対称を有するように可能である（ここでは、ｎは、２，３，４，５，６，８，１０、またはそれ以上とすることが可能である）。

一実施形態では、内側クラッドの第１タイプフィーチャは、光モードをサポートすることが可能であり、光信号波長λ_１では、コア基本モードの実効屈折率よりも小さい実効屈折率を有し、光信号波長λ_１よりも短い波長範囲では、コア基本モードの実効屈折率以上の実効屈折率を有する。

一実施形態では、内側クラッドの第１タイプフィーチャは、少なくとも１つのモードをサポートすることができ、光信号波長λ_１では、コア領域の第１高次モードの実効屈折率以上であり、且つ、光信号波長λ_１におけるコア基本モードの実効屈折率よりも小さい、実効屈折率を有する。

内側クラッドのフィーチャは、実質的に六方格子として配置可能であり、コア領域は、７個または１９個の内側クラッドのフィーチャを中実ロッドに置き換えることに対応している。一実施形態では、中実ロッドは、ゲルマニウムおよび／またはフッ素を用いてドープされたシリカ材料などのシリカ材料を含有している。

本発明にかかる方法の一実施形態では、コアのプレフォーム要素は、少なくとも１つの活性元素を用いてドープされた材料を含有している。複数のコアのプレフォーム要素が使用される場合、一又は複数のプリフォーム要素が、少なくとも１つの活性元素を用いてドープされた材料を含むことが可能である。

一実施形態では、プレフォームに配置された第１タイプ・プレフォーム要素は、高屈折率領域を包囲するように配置された内側クラッドのバックグラウンド材料の領域をさらに備える。

内側クラッドのプレフォーム要素は、複数の第２タイプ・プレフォーム要素をさらに備えることが可能であり、該プリフォーム要素はそれぞれ、空孔を含む。一実施形態では、第２タイプ・プレフォーム要素の空孔は、内側クラッドのバックグラウンド材料の領域に包囲される。

本発明にかかる方法は、六方格子などの格子内に内側クラッドのプレフォーム要素を積層することをさらに含むことが可能である。一実施形態では、プレフォームは、光ファイバ内のコア領域を提供すべく六方格子に配置された７個または１９個のコアのプレフォーム要素を備える。

内側クラッドの第１タイプフィーチャおよび第２タイプフィーチャは、第１タイプ・プレフォーム要素の大部分に対して、内側クラッドの最隣接プレフォーム要素が第２タイプ・プレフォーム要素となるように配置可能である。

本方法は、高屈折率材料からなる多数のロッドに包囲された内管と、バックグラウンド材料を含有した外管とを備える構造を共に融合させることによって、第１タイプ・プレフォーム要素を提供することをさらに含むことが可能であり、内管の空孔は、融合中に維持される。内管が高屈折率材料からなる場合、第１タイプ・プレフォームは、図７のｂに図示した断面設計を有することが可能である。

一実施形態では、光ファイバへのプレフォームの引出しは、プレフォームをケーン（ｃａｎｅ）として引出し、続いて光ファイバに引出すことを含む。光ファイバとして引出される前に、ケーンにはオーバクラッド（ｏｖｅｒ−ｃｌａｄｄｉｎｇ）が提供可能である。

一実施形態では、外側クラッドのプレフォーム要素の少なくとも一部は、空孔を含み、エア・クラッドが光ファイバ内に提供されるように内側クラッドのプレフォーム要素を包囲する列に配置される。

一実施形態では、高屈折率領域は、空孔の増大に応じて引出し中にその内径を増大させることが可能である。この文脈では、空孔の増大は、空孔が増大されないファイバと比較した場合、絶対寸法および／またはファイバの外径に対するサイズの増大として理解されるべきである。

屈折率は、一般に従来からある均質材料の屈折率である。実効屈折率は、所定の波長λの光が、同質ではないことがある所定の材料を通じて伝播する場合に認められる屈折率であり、それは、材料複合体が、例えば、２つ以上の副材料（ｓｕｂ−ｍａｔｅｒｉａｌ）を含有し、それが１つの屈折率のバックグラウンド材料、および、異なる屈折率の一又は複数のタイプのフィーチャとすることが可能であることを意味する（多くの場合、本願では微細構造要素と称される）。均質材料について、屈折および実効屈折率は、当然類似している。

本発明にかかる光ファイバに対して、最も重要な光波長は、紫外線から赤外線の範囲（例えば、約１５０ｎｍ〜１１μｍの波長）にある。この波長範囲では、ファイバ製造に最適な材料（例えば、シリカ）の屈折率は、主に波長に依存しないまたは少なくとも波長にそれほど依存しないと考えられる。しかし、微細構造要素（例えば、ボイド、空孔）を備えたファイバなどの非同質材料について、実効屈折率は、材料の形態に大きく依存することがある。さらに、そのようなファイバの実効屈折率は、波長に大きく依存することがある。ボイドまたは孔を有する所定のファイバ構造の所定の波長での実効屈折率を判断する手順は、当業者には周知である（例えば、Ｂｒｏｅｎｇ ｅｔ ａｌ， Ｏｐｔｉｃａｌ
Ｆｉｂｒｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌ． ５， ｐｐ． ３０５−３３０， １９９９を参照）。

一実施形態では、高屈折率リングと内側クラッドのバックグラウンド材料との間の屈折率差は、内側クラッドのバックグラウンド材料をダウンドープすることによって提供される。そして、高屈折率リングは、アップドープされた（ｕｐ−ｄｏｐｅｄ）シリカ材料または実質的に純粋なシリカを含むことが可能である。

内側クラッドのフィーチャは、整列した配置（格子のような）または整列もしくは周期性が殆どない配置とすることが可能である。一実施形態では、内側クラッドのフィーチャの配置は、実質的にコア領域を包囲している。一実施形態では、内側クラッドのフィーチャの配置は、コア領域を部分的にのみ包囲する局所的な区画を備える。内側クラッドのフィーチャは、一又は複数の別個の区画に配置することが可能であり、そのそれぞれの区画は、その断面で対応する角度範囲内に制限される。

一実施形態では、空孔の半径と高屈折率材料の領域の厚さとの間の比率は、約０．９以下（例えば、約０．８以下、約０．７以下、約０．６以下、約０．５以下、約０．４以下、約０．３以下、約０．２以下）である。

内側クラッドのフィーチャは、コア領域から外側クラッドの領域に第１波長範囲の光の共振結合を提供する１つの共振構造に配置された第３タイプフィーチャをさらに備えることが可能である。内側クラッドのフィーチャは、コア領域から外側クラッドの領域に第２波長範囲の光の共振結合を提供する第２共振構造に配置された第４タイプフィーチャをさらに備えることが可能である。第１波長範囲および第２波長範囲は、光ファイバの曲げに敏感である。

第１タイプフィーチャの高屈折率リングは、これらのフィーチャが一又は複数の光モードをサポート可能にする。
一実施形態では、第１タイプフィーチャにサポートされるモードの実効屈折率は、第１タイプフィーチャの空孔の直径の影響を変更することによって調整可能である。

一実施形態では、第２タイプフィーチャは、内側クラッドのバックグラウンド材料の領域に包囲された空孔からなる。
一実施形態では、第１タイプフィーチャおよび第２タイプフィーチャの両方は、高屈折率リングを備える。そして、フィーチャは、少なくともフィーチャの高屈折率リングの厚さによって識別可能である。第２タイプフィーチャの厚さと第１タイプフィーチャの厚さとの間の比率は、約０．９以下（例えば、約０．８以下、約０．７以下、約０．６以下、約０．５以下、約０．４以下、約０．３以下、約０．２以下、約０．１以下、約０．０５以下、約０．０２以下）とすることが可能である。

内側クラッドのフィーチャの配置は、本発明にかかる光ファイバが複屈折を利用することが可能である。この複屈折は、応力付加要素をファイバに加えることによって強めたり弱めたりすることが可能であるか、または、導入することが可能である。一実施形態では、光ファイバは、応力をコア領域および／または内側クラッドのフィーチャに加えるように配置された応力付加要素をさらに備える。応力付加要素は、ホウ素（Ｂ）および／またはフッ素（Ｆ）をドープしたシリカを含むことが可能である。応力付加要素は、内側クラッドの応力付加フィーチャとも称されることがある。

コアが不活性の場合（つまり、活性材料を含有しないなど、十分でない量の活性材料だけを含む場合）、光ファイバは、依然として光信号の増幅を提供可能である。一実施形態では、励起信号の波長は、光信号の波長に対して波長を下方にシフトされ、波長シフトは、石英ガラスのラマン・シフトに対応し、本発明にかかる光学系は、コア領域中を伝播する光信号にラマン・ゲインを提供可能である。一実施形態では、信号波長は、１０６４ｎｍであり、励起波長は、約１０１０ｎｍ程度である。

一実施形態では、内側クラッドの複数の第１タイプフィーチャは、波長間隔よりも短い波長に配置された阻止帯域（ｓｔｏｐ ｂａｎｄ）においてコア基本モードの抑制を提供し、その帯域では、コア領域は、シングルモードである。このように、光ファイバは、信号波長のシングルモードである間、短い波長の増幅自然放出をコア領域からフィルタリング除去可能である。一実施形態では、コア領域は、１０６４ｎｍの信号波長のシングルモードであり、コア・モードは、１０３０ｎｍの波長周囲の波長間隔に波長を抑制する。

一実施形態では、励起光源は、活性元素の吸収スペクトル波長で光を放射可能なレーザを備える。
一実施形態では、シード光源は、シード光レーザ源を備える。励起光は、ファイバ・テーパ、励起反射ミラー、レンズ系、または励起送達ファイバへのスプライシングの群から選択される光学の要素を使用して、光ファイバのクラッド領域に結合可能である。

励起光源は、活性元素の吸収スペクトル波長における光を放射可能なレーザを備えることが可能である。
レーザ・システムは、Ｑスイッチを行なう要素をさらに備えることが可能である。

上記システムは、少なくとも１つの励起・パワーリフレクタをさらに備えることが可能である。
本発明は、独立項の特徴によって規定される。好ましい実施形態は、従属項において規
定される。特許請求の範囲における如何なる参照符号も、特許請求の範囲を限定しないように意図されている。

幾つかの好ましい実施形態は、上で示したが、本発明は、これらに限定されず、以下の特許請求の範囲で規定される主題の範囲内の他の方法で具現化されることが可能であることが強調されるべきである。

本発明にかかる光ファイバの模式的設計を示す図。 本発明にかかる光ファイバの模式的設計を示す図。 コア領域の活性部分にコア基本モードの重複が減少したモードを提供する、本発明にかかる活性光ファイバの模式的設計を示す図。 ゲインがコアの基本モードに対して優先的により強い、本発明にかかる活性光ファイバの模式的設計を示す図。 外側クラッドの領域がエア・クラッドを備えた本発明にかかる光ファイバの模式的設計を示す図。 外側クラッドの領域がポリマー・クラッドを備えた本発明にかかる光ファイバの模式的設計を示す図。 第１タイプ・プレフォーム要素の様々な設計を示す図。 本発明にかかる光ファイバを備えた増幅設定およびレーザ設定の模式図を示す図。 本発明にかかる光ファイバの演算上のシングルモード領域を示す図。 本発明にかかる光ファイバの実効屈折率対正規化孔径を示す図。 本発明にかかる光ファイバの測定された透過スペクトルを示す図。 図１１の透過スペクトルの拡大図を示し、１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長範囲に拡大している図。 六方格子として配置された内側クラッドの第１タイプフィーチャを備えた光ファイバの端面の画像を示す図。 六方格子として配置された内側クラッドのフィーチャを備えた光ファイバの端面の画像を示しており、内側クラッドのフィーチャの一部は、第１タイプフィーチャである図。 本発明にかかる光ファイバの模式的設計を示す図。 本発明にかかる光ファイバの模式的設計を示す図。 本発明にかかる光ファイバの模式的設計を示す図。 本発明にかかる光ファイバの模式的設計を示す図。 本発明にかかる光ファイバの模式的設計を示す図。 本発明にかかる活性光ファイバの模式的設計を示す図。

図１は、光ファイバ１の設計を示しており、内側クラッドの領域３に配置された内側クラッドのフィーチャはすべて、第１タイプフィーチャ４である。内側クラッドのフィーチャは、六方格子として配置され、コア領域２は、格子内の１９個のセルに対応している。図１３は、そのような設計を有して具現化された光ファイバ１の画像を示している。第１タイプフィーチャ４は、リング状に形成された断面を有する円筒状構造として実質的に形成された高屈折率領域（明るい部分）に包囲された空孔（暗い部分）を備える。六方格子のピッチは、１４．５μｍであり、空孔の直径は、３．５μｍであり、高屈折率領域の厚さは、約３μｍである。

図１５は、光ファイバ１の設計を示しており、図１に示されるファイバに対応している。従って、２つの実施形態の間の相違のみがここで説明される。この実施形態におけるコ
ア領域２は、六方格子中の７個のセルに対応している。図１の実施形態と比較して、この実施形態は、格子の周期性に比べてより少ない内側クラッドのフィーチャ４を有している。ファイバ１は、ここでは内側クラッドのフィーチャの２つのリングのみで図示されているが、当業者は、本発明を逸脱することなく、ファイバが３個、４個、または５個以上などの別の個数のリングを有することが可能であると気付くであろう。

図２は、光ファイバ１の設計を示しており、内側クラッドの領域３に配置された内側クラッドのフィーチャの一の部分は、第１タイプフィーチャ４であり、一の部分は、第２タイプフィーチャ５である。内側クラッドのフィーチャは、六方格子として配置され、すべての第１タイプフィーチャ４のうちの最隣接フィーチャは、空孔を含んだ内側クラッドの第２タイプフィーチャ５である。コア領域２は、六方格子中の１９個のセルに対応している。第１タイプフィーチャの配置は、ハニカム状またはカゴメ状の格子を規定している。図１４は、そのような設計を有した具現化された光ファイバ１の画像を示している。第１タイプフィーチャ４は、リング状に形成された断面を有した円筒状構造として実質的に形成された高屈折率領域（明るい部分）に包囲された空孔（暗い部分）を備えている。第２タイプフィーチャ５は、内側クラッド材料に包囲された空孔で作られている。六方格子のピッチは、１４．５μｍであり、高屈折率領域の厚さは、約４μｍであり、第１タイプフィーチャおよび第２タイプフィーチャの空孔の直径は、約２μｍである。

図１６は、光ファイバ１の設計を示しており、図２に示される設計に対応している。従って、２つの実施形態の間の相違のみがここで説明され、同様の参照符号は、同様のまたは対応する特徴を参照する。この実施形態では、内側クラッドの第２タイプフィーチャ５ａは、ダウンドープした領域（例えば、フッ素でドープしたシリカを含有する）。当業者は、図２および図１６の実施形態の組合せが、空孔を含んだ一又は内側クラッドの複数の第２タイプフィーチャと、ダウンドープした領域を備えた一又は内側クラッドの複数の第２タイプフィーチャとを備えることが想定されることがあると気付くであろう。このように、内側クラッドの領域の実効屈折率プロファイルの高い適合性を達成可能である。

図１７は、光ファイバ１の設計を示しており、図２および図１６に示される設計に対応している。従って、２つの実施形態の間の相違のみがここで説明される。この実施形態では、内側クラッドの第２タイプフィーチャ５は、コア領域２を直に包囲するように備えられ、第２タイプフィーチャ５は、ファイバ構造の他の箇所では省略されている。

図１８および図１９は、図１５および図１７の実施形態にそれぞれ対応する光ファイバ１の実施形態を示している。本実施形態では、図１５および図１７のファイバと比較した場合、内側クラッドの第１タイプフィーチャ４の空孔は、格子周期性に関して直径を増大されている。

図３、図４、および図２０は、本発明にかかる活性ファイバ設計の例を示しており、コア中の活性材料の濃度が区画化されている。図３では、コア６の活性部分は、コア領域の中心７を包囲するコヒーレント・リングとして形成されている。図４では、活性部分８は、コア基本モードがその最大強度を有するコアの中心であって、且つ、励起により引き起こされる高次モードが生じることがある活性材料の濃度がより小さいコア領域の周囲に配置される。図２０では、活性部分８は、コア領域全体を実質的に備える。

図５および図６示される設計は、外側クラッドの領域が、ハニカム状またはカゴメ状の格子として配置された内側クラッドの第１タイプフィーチャ４を備えた内側クラッドの領域３を包囲するエア・クラッド９およびポリマー・クラッド１０を備え、第１タイプフィーチャはそれぞれ、第２タイプフィーチャ５に包囲されている。

図７は、第１タイプフィーチャの空孔に関して異なる高屈折率材料の配置を示している。第１タイプフィーチャの中心にある白い領域は、空孔であり、最も暗い部分は、内側クラッドのバックグラウンド材料である。図７のａでは、高屈折率材料は、リングとして配置され、図７のｂでは、高屈折率材料の配置は、内側クラッドのバックグラウンド材料の高屈折率内管と外管との間に高屈折率ロッドを配置することによって提供され、空孔を開放したままこの構造を融合させる。図７のｃでは、交互する屈折率のロッドが、空孔を包囲する列に配置される。図７のｄでは、異なる屈折率の２つの同心配置されたリングが、空孔を包囲している。これらのリングのうちの少なくとも１つの屈折率は、内側クラッドのバックグラウンド材料よりも高い。随意に、両方のリングは、内側クラッドのバックグラウンド材料よりも高い屈折率を有している。図７のｅでは、内側クラッドのバックグラウンド材料のリングは、高屈折率領域の内部に配置されている。図７のｆでは、高屈折率ロッドの組合せを備えた高屈折率領域と、高屈折率リングとが示されている。図７のｇは、多数の副領域（ｓｕｂ−ｒｅｇｉｏｎｓ）として構成された高屈折率領域を示している。

増幅器構成１１およびレーザ構成２１における本発明にかかる活性光ファイバ１の用途が図８に図示されている。
増幅器構成では、光信号は、光源１２から放射され、光ファイバ１に結合される前に、アイソレータ１３を通過する。励起信号１６は、レンズ１７，１４および励起リフレクタ１５を使用して内側クラッドに結合される。光ファイバの内部では、光信号が増幅され、矢符１８によって示されるように光源の反対の端部から本システムを出る。

レーザ・システム２１では、リフレクタ要素２０は、レーザ・キャビティの一部を形成し、リフレクタ要素の反対に配置された端面は、キャビティの別のリフレクタを構成することがある。

図９は、０．１〜０．２４の正規化した孔径に対する、不活性ハニカム構造（図２）の測定されたシングルモード領域を示している。２つのシングルモードの帯域が、コアの外部で高次モードを結合する複数の第１タイプフィーチャのうちの２つの異なるクラッドのモードに対応して示されている。水平線は、信号波長の一例として１０３０ｎｍに印を付けてあり、垂直線は、ファイバが信号波長のシングルモードである孔径間隔を示している。

図１０は、１０６４ｎｍの波長でのハニカム構造（図２に図示されるような）の基本モード（破線）と高次モード（破線の曲線（小さい傾斜））とのシミュレートされたモード屈折率を示している。ファイバ構造は、１４．５μｍのピッチΛを有し、シリカよりも高い２．５×１０^−３のリング屈折率を有している。大きい孔径では、ファイバはマルチモードであるが、孔径ｄは縮小され、正規化されたリング厚さは増大し、クラッドのモードの実効屈折率を増加させ、ｄ／Λ＝０．１７〜０．１９のコアの外側で高次モードを結合する（傾斜が大きい破線）。ｄ／Λ＜０．１７では、コア基本モードは案内されない。さらに、正規化されたリング厚さが孔径の関数として示されている（高屈折率材料の質量保存を想定する）。

図１１および図１２は、基本モードと高次コア・モードとの間のビーティング（ｂｅａｔｉｎｇ）からのオーバレイド・ビートスペクトル（ｏｖｅｒｌａｉｄ ｂｅａｔ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を有した不活性のハニカム状またはカゴメ状の構造の透過スペクトル３１を示している。約１０５０ｎｍ〜１０７０ｎｍでは振動は観察されず、それはファイバがこの波長域３２でシングルモードであることを示している。コア・モードは、波長９７０ｎｍ〜１０５０ｎｍでは案内されないかまたは弱く案内されるだけであり、それはクラッドのモードがコア基本モードと交差し、この波長域３５ではコアの外部でそのコア基本モ
ードを結合させることを示している。この阻止帯域は、短い波長の増幅自然放出を抑制することができる。図１２では、１０７０ｎｍよりも大きな波長で振動が観察され、それはマルチモード挙動の開始を示している。コア・モードは、１０５０ｎｍよりも低い波長では案内されないかまたは弱く案内されるだけであり、それはクラッド・モードがコア基本モードと交差し、コアの外部でそのコア基本モードを結合させることを示している。

Claims (64)

1. 光信号を案内するためのシングルモード光ファイバであって、該光ファイバが、長手方向の光軸と該光軸に垂直な断面とを有し、
   光信号波長λ_１において実効屈折率ｎ_ｃを有したコア基本モードに、光信号を案内可能なコア領域と、
   該コア領域を包囲するクラッド領域であって、該クラッド領域が、内側クラッドの領域と外側クラッドの領域とを具備し、前記内側クラッドの領域が、屈折率ｎ_ｂを有したバックグラウンド材料と、該バックグラウンド材料に配置された内側クラッドの複数のフィーチャとを具備し、前記内側クラッドの複数のフィーチャのうちの少なくとも幾つかが、第１タイプフィーチャであり、該第１タイプフィーチャが、前記内側クラッドのバックグラウンド材料の屈折率よりも大きな屈折率ｎ_ｒを有した高屈折率材料からなる高屈折率領域に包囲された空孔を含み、第１タイプフィーチャが、光信号波長λ_１におけるコア基本モードの実効屈折率ｎ_ｃ以下の実効屈折率ｎ_１を有した光モードをサポートする、光ファイバ。
2. 前記光ファイバは、クラッドの励起またはコアの励起が可能であるとともに、光信号を増幅するように適合されており、前記コア領域は、少なくとも１つの活性元素を用いてドープされた材料を含有し、前記内側クラッドの領域は、励起波長λ_ｐの励起信号を案内可能である、請求項１に記載の光ファイバ。
3. 前記コア領域は、コア実効屈折率を有し、該コア実効屈折率は、前記内側クラッドのバックグラウンド材料の屈折率と実質的に等しい、請求項１または２に記載の光ファイバ。
4. 前記コア領域は、約２０μｍ以上の最大断面寸法を有する（例えば、約３０μｍ以上、約４０μｍ以上、約５０μｍ以上、約７５μｍ以上、約１００μｍ以上、約１２５μｍ以上、約１５０μｍ以上、約１７５μｍ以上、約２００μｍ以上、約３００μｍ以上の最大断面寸法である）、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバ。
5. コア領域は、約２０×λ_１以上の最大断面寸法を有する（例えば、約３０×λ_１以上、約４０×λ_１以上、約５０×λ_１以上、約６０×λ_１以上、約７５×λ_１以上、約１００×λ_１以上、約１２５×λ_１以上、約１５０×λ_１以上、約２００×λ_１以上、約３００×λ_１以上の最大断面寸法である）、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光ファイバ。
6. 前記活性元素は、イッテルビウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、プラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｅｏｄｙｎｉｕｍ）（Ｎｄ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ツリウム（Ｔｍ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）の群から選択される希土類元素、またはエルビウム（Ｅｒ）およびイッテルビウム（Ｙｂ）の組合せなどのそれら希土類元素の組合せを含む、請求項２〜５のいずれか一項に記載の光ファイバ。
7. 前記活性元素を用いてドープされた材料は、前記コア領域の中央部を包囲する活性部分に実質的に配置されており、前記活性部分は、前記コア領域の中央部を包囲する断面環状領域によって前記活性部分が実質的に形成される、請求項２〜６のいずれか一項に記載の光ファイバ。
8. 前記活性部分は、コア基本モードが前記活性部分と重複するモード域を有するように配置され、その重複モード域は、約５０％以下である（例えば、約２５％以下、約２０％以下、約１５％以下、約１０％以下、約５％以下、約１％以下である）、請求項７に記載の光ファイバ。
9. 前記コア領域は、フッ素（Ｆ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、およびセリウム（Ｃｅ）の群から選択される一又は複数の材料、またはこれらの組合せを用いてさらにドープされる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光ファイバ。
10. 前記外側クラッドは、エア・クラッドを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光ファイバ。
11. 前記信号波長は、約９００ｎｍ〜約１２００ｎｍの範囲の前記活性材料の放射帯内にある（例えば、約１５００ｎｍ〜約１６００ｎｍ、約１８００ｎｍ〜約２４００ｎｍの範囲内である）、請求項２〜１０のいずれか一項に記載の光ファイバ。
12. 前記励起波長は、前記活性材料の吸収帯内にある、請求項２〜１１のいずれか一項に記載の光ファイバ。
13. 前記内側クラッドのフィーチャは、六方格子などの実質的に周期的な格子周期性Λとなるように配置される、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光ファイバ。
14. 前記格子の周期性Λは、比率Λ／λ_１が約５以上である（例えば、約８以上、約１０以上、約１２以上、約１５以上、約２０以上、約３０以上、約４０以上、約５０以上である）、請求項１３に記載の光ファイバ。
15. 前記格子の周期性Λは、約５μｍ以上である（例えば、約８μｍ以上、約１０μｍ以上、約１２μｍ以上、約１５μｍ以上、約１７μｍ以上、約２０μｍ以上、約２３μｍ以上、約２６μｍ以上、約３０μｍ以上、約４０μｍ以上、約５０μｍ以上、約７５μｍ以上、約１００μｍ以上である）、請求項１３または１４に記載の光ファイバ。
16. 前記高屈折率領域の平均厚さｔ_ａｖｇと前記格子の周期性とは、ｔ_ａｖｇ／Λが約０．０１以上である（例えば、約０．０５以上、約０．０８以上、約０．１０以上、約０．１５以上、約０．１８以上、約０．２０以上、約０．２５以上、約０．３以上、約０．３５以上、約０．４以上、約０．４５以上、約０．５以上、約０．５５以上、約０．６以上、約０．６５以上である）、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の光ファイバ。
17. 第１タイプフィーチャの空孔の直径ｄ_１は、ｄ_１／Λの比率が約０．５以下である（例えば、約０．４以下、約０．３５以下、約０．３以下、約０．２５以下、約０．２以下、約０．１５以下、約０．１以下、約０．０５以下である）、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の光ファイバ。
18. 前記内側クラッドの複数のフィーチャは、低屈折率領域を含む第２タイプフィーチャをさらに備える、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の光ファイバ。
19. 前記低屈折率領域は、空孔であるかまたは空孔を含む、請求項１８に記載の光ファイバ。
20. 前記低屈折率領域は、ダウンドープされた領域であるかまたはダウンドープされた領域を含む、請求項１８または１９に記載の光ファイバ。
21. 第２タイプフィーチャは、少なくとも前記空孔を包囲する材料の組成に関して第１タイプフィーチャとは異なっている、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の光ファイバ。
22. 第２タイプフィーチャの高屈折率領域は、第１タイプフィーチャの高屈折率領域の面積
    よりも小さい断面積に亘って広がっている、請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の光ファイバ。
23. 第２タイプフィーチャの高屈折率領域の断面積は、第１タイプフィーチャの高屈折率領域の面積よりも約１０分の１以下の面積である（例えば、約２０分の１以下、約３０分の１以下、約４０分の１以下、約４９分の１以下）か、第２タイプフィーチャが高屈折率を有した材料を実質的に含有しない、請求項２２に記載の光ファイバ。
24. 第２タイプフィーチャは、前記空孔および内側クラッドのバックグラウンド材料からなる、請求項１９〜２３のいずれか一項に記載の光ファイバ。
25. 第１タイプフィーチャの高屈折率領域は、ゲルマニウムでドープされたシリカを含有している、請求項１〜２４のいずれか一項に記載の光ファイバ。
26. 内側クラッドの第１タイプフィーチャは、第２領域をさらに含む、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の光ファイバ。
27. 第２領域は、前記高屈折率領域よりも低い屈折率を有した材料を含有している、請求項２４に記載の光ファイバ。
28. 第２領域は、前記内側クラッドのバックグラウンド材料よりも高い屈折率を有した材料を含有している、請求項２４または２５に記載の光ファイバ。
29. 第２領域は、前記高屈折率領域を包囲するように配置される、請求項２４〜２６のいずれか一項に記載の光ファイバ。
30. 前記高屈折率領域は、第２領域を包囲するように配置される、請求項２４〜２６のいずれか一項に記載の光ファイバ。
31. 前記高屈折率材料と前記内側クラッドのバックグラウンド材料との間の屈折率差は、少なくとも約１×１０^−５である（例えば、少なくとも約５×１０^−５、少なくとも１×１０^−４、少なくとも約５×１０^−４、少なくとも約７×１０^−４、少なくとも１×１０^−３、少なくとも約１．５×１０^−３、少なくとも約２×１０^−３、少なくとも約２．５×１０^−３、少なくとも約３×１０^−３、少なくとも約４×１０^−３であり、前記屈折率差が随意に約１×１０^−２以下である）、請求項１〜２９のいずれか一項に記載の光ファイバ。
32. 第１タイプフィーチャの高屈折率領域は、約５μｍ^２以上の断面積を有する（例えば、１０μｍ^２以上、約２０μｍ^２以上、約３０μｍ^２以上、約４０μｍ^２以上、約５０μｍ^２以上、約６０μｍ^２以上、約７０μｍ^２以上、約７５μｍ^２以上、約８０μｍ^２以上、約１００μｍ^２以上、約１２５μｍ^２以上、約１５０μｍ^２以上、約２００μｍ^２以上、約３００μｍ^２以上、約４００μｍ^２以上、約５００μｍ^２以上である）、請求項１〜３０のいずれか一項に記載の光ファイバ。
33. 前記内側クラッドの領域は、内側クラッドの第１タイプフィーチャにサポートされた前記光モードの実効屈折率よりも高い屈折率を有した材料を含んでいる、請求項１〜３１のいずれか一項に記載の光ファイバ。
34. 前記材料は、前記内側クラッドのフィーチャが配置される前記内側クラッドの一部を包囲する領域に配置される、請求項３１に記載の光ファイバ。
35. 第１タイプフィーチャおよび第２タイプフィーチャは、第１タイプフィーチャの大部分に対して、クラッドの最隣接フィーチャが前記内側クラッドの第２タイプフィーチャとなるように配置される、請求項２４〜３２のいずれか一項に記載の光ファイバ。
36. 前記内側クラッドの複数のフィーチャは、実質的に六方格子として配置され、第１タイプフィーチャを包囲する６つの最隣接フィーチャは、第２タイプである、請求項３３に記載の光ファイバ。
37. 第１タイプフィーチャの少なくとも一部の高屈折率領域は、実質的に均一角度屈折率プロファイルを有している、請求項１〜３５のいずれか一項に記載の光ファイバ。
38. 前記高屈折率領域は、角度変化を伴った屈折率プロファイルを有している、請求項１〜３４のいずれか一項に記載の光ファイバ。
39. 前記角度変化は、前記領域の屈折率プロファイルが実質的にｎ回回転対称を有し、ｎは、２，３，４，５，６，８，１０、または１０以上である、請求項３６に記載の光ファイバ。
40. 前記内側クラッドの第１タイプフィーチャは、光モードをサポート可能であり、該光モードは、前記光信号波長λ_１において前記コア基本モードの実効屈折率よりも小さい実効屈折率を有し、且つ前記光信号波長λ_１よりも短い波長範囲で、前記コア基本モードの実効屈折率以上の実効屈折率を有している、請求項１〜３８のいずれか一項に記載の光ファイバ。
41. 前記内側クラッドの第１タイプフィーチャは、少なくとも１つのモードをサポート可能であり、該モードは、前記光信号波長λ_１において前記コア領域の第１高次モードの実効屈折率以上であり、且つ前記光信号波長λ_１の前記コア基本モードの実効屈折率よりも小さい実効屈折率を有している、請求項１〜３９のいずれか一項に記載の光ファイバ。
42. 前記ファイバは、ロッドファイバである、請求項１〜４０のいずれか一項に記載の光ファイバ。
43. 前記内側クラッドの複数のフィーチャは、実質的に六方格子として配置され、前記コア領域は、７個または１９個の内側クラッドのフィーチャを、ゲルマニウムおよびフッ素の一方または両方でドープされたシリカ材料などのシリカ材料の中実ロッドに置き換える領域に対応している、請求項１〜４１のいずれか一項に記載の光ファイバ。
44. 光信号を増幅するクラッド励起光ファイバであって、該光ファイバが、長手方向の光軸と該光軸に垂直な断面を有し、前記光ファイバは、
    少なくとも１つの活性元素を用いてドープされた材料を含有するコア領域であって、該コア領域が、光信号波長λ_１において実効屈折率ｎ_ｃを有したコア基本モードに、光信号を案内可能であることと、
    前記コア領域を包囲するクラッド領域であって、該クラッド領域が、内側クラッドの領域および外側クラッドの領域を含み、前記内側クラッドの領域が、励起波長λ_ｐにおいて励起信号を案内可能であり、前記内側クラッドの領域が、屈折率ｎ_ｂを有したバックグラウンド材料と該バックグラウンド材料に配置された内側クラッドの複数のフィーチャとを有し、前記内側クラッドの複数のフィーチャのうちの少なくとも幾つかが、第１タイプフィーチャであり、第１タイプフィーチャが、前記内側クラッドのバックグラウンド材料の屈折率よりも大きな屈折率ｎ_ｒを有した高屈折率材料からなる高屈折率領域に包囲された
    空孔を含み、前記内側クラッドの複数の第１タイプフィーチャが、高次コア・モードを抑制する少なくとも１つのクラッド・モードを提供するように配置される、光ファイバ。
45. 請求項１〜４２のいずれか一項に記載の光ファイバを製作する方法であって、該方法は、
    ｉ． 少なくとも１つのコアのプレフォーム要素と内側クラッドの複数のプレフォーム要素とを提供するステップと、
    ｉｉ． 前記コアのプレフォーム要素と前記内側クラッドのプレフォーム要素とを、前記内側クラッドのプレフォーム要素が前記コアのプレフォーム要素を包囲するように配置し、随意に、前記コアのプレフォーム要素および前記内側クラッドのプレフォーム要素を包囲するように、外側クラッドの複数のプレフォーム要素および外側クラッドのプレフォーム管の一方または両方を配置して１つのプレフォームとするステップと、
    ｉｉｉ． 該１つになったプレフォームを光ファイバとして引き出すステップとを含み、
    前記内側クラッドの複数のプレフォーム要素は、高屈折率領域に包囲された空孔を含む複数の第１タイプ・プレフォーム要素を備える方法。
46. 前記空孔の半径と高屈折率材料の領域の厚さとの間の比率は、約１よりも小さい、請求項４３に記載の方法。
47. 前記コアのプレフォーム要素は、少なくとも１つの活性元素を用いてドープされた材料を含有している、請求項４３または４４のいずれか一項に記載の方法。
48. 第１タイプ・プレフォーム要素は、高屈折率領域を包囲するように配置された内側クラッドのバックグラウンド材料の領域をさらに含む、請求項４３〜４５のいずれか一項に記載の方法。
49. 前記内側クラッドのプレフォーム要素は、さらに、空孔を含む第２タイプ・プレフォーム要素を複数含む、請求項４３〜４６のいずれか一項に記載の方法。
50. 前記内側クラッドのプレフォーム要素を前記六方格子などの格子内に積層するステップを含む、請求項４３〜４７のいずれか一項に記載の方法。
51. 第２タイプ・プレフォーム要素は、前記光ファイバ内に前記コア領域を提供するように配置された７個または１９個のコアのプレフォーム要素を含む、請求項４８に記載の方法。
52. 第２タイプ・プレフォーム要素の空孔は、内側クラッドのバックグラウンド材料の領域に包囲される、請求項４７〜４９のいずれか一項に記載の方法。
53. 前記内側クラッドの第１タイプフィーチャおよび第２タイプフィーチャは、第１タイプ・プレフォーム要素の大部分に対して、内側クラッドの最隣接プレフォーム要素が、第２タイプ・プレフォーム要素となるように配置される、請求項４７〜５０のいずれか一項に記載の方法。
54. 高屈折率材料からなる複数のロッドに包囲された内管と、バックグラウンド材料を含有した外管とを備えた構造を互いに融合させることによって第１タイプ・プレフォーム要素を提供するステップを含み、前記内管の空孔は、融合中に維持される、請求項４３〜５１のいずれか一項に記載の方法。
55. 前記プレフォームを光ファイバとして引き出すステップは、前記プレフォームをケーンとして引き出すステップを含み、続いて前記光ファイバとして引き出すステップを含んでいる、請求項４３〜５２のいずれか一項に記載の方法。
56. 前記ケーンには、前記ケーンを光ファイバに引き出す前にオーバクラッドが提供される、請求項５３に記載の方法。
57. 前記外側クラッドのプレフォーム要素の少なくとも一部が空孔を含むとともに、前記内側クラッドのプレフォーム要素を包囲する列に配置されており、エア・クラッドが前記光ファイバに提供される、請求項４３〜５４のいずれか一項に記載の方法。
58. 光信号波長λ_１における光信号を増幅する光増幅システムであって、該システムは、
    ｉ． 請求項２〜４２のいずれか一項に記載のシングルモード・クラッド励起式光ファイバと、
    ｉｉ． 励起波長λ_ｐにおいて励起光を供給可能な励起光源であって、該励起光源が、前記クラッド励起式光ファイバに光学的に結合されている、前記励起光源と、
    ｉｉｉ． 前記クラッド励起式光ファイバのコアに光信号を放射するように配置されたシード光源とを備えるシステム。
59. 前記励起光源は、前記活性元素の吸収スペクトルの波長で光を放射可能なレーザを含む、請求項５６に記載のシステム。
60. 前記シード光源は、シード光レーザ源を含む、請求項５６または５７記載のシステム。
61. 前記励起光は、ファイバ・テーパ、励起反射ミラー、レンズ系、または励起送達ファイバへのスプライシングの群から選択された光学素子を使用して、光ファイバのクラッド領域に結合される、請求項５６〜５８のいずれか一項に記載のシステム。
62. 光信号波長λ_１で光信号を放射する光学レーザ・システムであって、該システムは、
    ｉ． 請求項２〜４３のいずれか一項に記載のクラッド励起光ファイバと、
    ｉｉ． 励起波長λ_ｐにおいて励起光を供給可能な励起光源であって、該励起光源が、クラッド励起光ファイバに光学的に結合されていることとを備えるシステム。
63. 前記励起光源は、前記活性元素の吸収スペクトルの波長で光を放射可能なレーザを備える、請求項６０に記載のシステム。
64. Ｑスイッチ用の要素をさらに備える、請求項６１に記載のシステム。

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