JP2021039360A - フォトニック結晶ファイバ、その作製方法、及びスーパーコンティニューム光源 - Google Patents

Abstract

【課題】耐分解性が非常に高いスーパーコンティニューム生成に適したフォトニック結晶ファイバを提供する。【解決手段】フォトニック結晶ファイバは、長手方向軸を有し、長手方向軸の長さに沿って延びるコア１と、コアを取り囲むクラッディング領域２，３とからなる。少なくともクラッディング領域は、微細構造化された長さ区間内でフォトニック結晶ファイバの長手方向軸に沿って延びる含有物の形の複数の微細構造を含む。少なくとも微細構造化された長さ区間の耐分解性の長さ区間内で、水素及び重水素のうちの少なくとも一方を含む。少なくとも耐分解性の長さ区間内で、クラッディング領域を取り囲むコーティング５をさらに含み、コーティングは、Ｔｈを下回る温度で水素及び重水素のうちの少なくとも一方に対して気密性があり、ここでＴｈは少なくとも約５０℃、好適には５０℃＜Ｔｈ＜２５０℃である。【選択図】図１

Description

本発明は、フォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）、フォトニック結晶ファイバを作製する方法、及びそのようなフォトニック結晶ファイバ、微細構造化光ファイバからなるスーパーコンティニューム光源、ならびにスーパーコンティニューム光放射源に関する。

フォトニック結晶ファイバは、背景材料内に典型的には規則的なアレイで配置された複数の含有物（クラッディング特徴又は微細構造と呼ばれることもある）を有するクラッディング領域によって取り囲まれたコアを有するファイバである。以下、フォトニック結晶ファイバをフォトニック結晶ファイバ又は微細構造化光ファイバと呼ぶ。含有物は、気体、液体、又は固体の含有物とすることができる。原則的に、含有物は空隙である可能性もあるが、実際にはそれらの空隙は通常、いくつかの気体分子を含む。

このタイプのファイバは、当技術分野ではよく知られており、たとえば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献１に記載されている。
微細構造化ファイバは、たとえば、石英ガラスから作ることができる。石英ガラスに他の材料を加えて、その屈折率を変更することができ、又は光の増幅、感度などの作用を提供することができる。

クラッディング含有物間の中心間隔は、ピッチ（Λ）として定義される。フォトニック結晶ファイバは通常、コアのサイズ、及び含有物のサイズと含有物の間隔又はピッチ（Λ）との比によって、少なくとも部分的に特徴付けられる。クラッディング含有物のサイズ及びピッチを調節することによって、ファイバのゼロ分散波長（ＺＤＷ：ｚｅｒｏ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）を調節することができる。

フォトニック結晶ファイバは、概して、高パワー光源での使用に適している。光ファイバ内で比較的大きいパワーを案内することは、外科用及び／又は治療用の光の案内、光学的感知、ならびに材料処理などのいくつかの商業的な応用例にとって重要となり得る。そのような応用例の中には、ファイバ内での光エネルギーの輸送及び非線形作用の利用が挙げられ、これらは一般的に、ファイバ内の光パワーがより大きい場合により顕著である。光パワーは、連続波（ＣＷ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）、パルス波、又はそれらの混合物とすることができる。ファイバ内で光パワーが大きくなることは、比較的控えめな平均パワーを有しながら大きいピーク・パワーを得られるパルス光で、特に顕著となり得る。

光ファイバによって搬送される平均パワー／スペクトル密度の１つの制限は、ファイバの損傷閾値である。特に、フォトニック結晶ファイバがスーパーコンティニューム生成に適用され、フォトニック結晶ファイバの入射端（入力端と呼ばれることもある）を介してフォトニック結晶ファイバへ高パワー光が送出される場合、送出される光のピーク・パワーに応じて、フォトニック結晶ファイバが時間とともに分解することが判明している。さらに、入射端に隣接又は近接するファイバ区間は、入射端からの距離が長ければ長いほど、分解により露出されることが判明している。

特許文献４は、コア材料及び任意選択でクラッディング材料に水素及び／又は重水素を添加することによって、フォトニック結晶ファイバへ送出される高パワー光によって引き起こされる分解を軽減する方法について記載している。この添加の結果、ファイバの寿命がある程度増大することが判明した。特許文献３では、この方法は、水素及び／又は重水素の添加後にフォトニック結晶ファイバをアニーリング及び／又は高パワー放射にかけることによってさらに改善された。

米国特許出願公開第２０１２１９５５５４号明細書 米国特許第８４０６５９４号明細書 米国特許出願公開第２０１１１１６２８３号明細書 米国特許第８１４５０２３号明細書

本発明の目的は、耐分解性が非常に高いスーパーコンティニューム生成に適したフォトニック結晶ファイバを提供することである。
１実施形態では、目的は、スーパーコンティニューム生成に使用されるときでも長い寿命を有するスーパーコンティニューム生成に適したフォトニック結晶ファイバを提供することである。

さらなる目的は、高い耐分解性を有するフォトニック結晶ファイバからなるスーパーコンティニューム光源、ならびにそのようなスーパーコンティニューム光源の好適な応用例を提供することである。

上記その他の目的は、特許請求の範囲に定義された本明細書に後述する本発明又はその実施形態によって解決される。
本発明又はその実施形態は、複数の追加の利点を有することが分かっており、そのような追加の利点は、以下の説明から当業者には明らかになるであろう。

本発明のフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）は、長手方向軸を有し、長手方向軸の長さに沿って延びるコアと、コアを取り囲むクラッディング領域とからなる。少なくとも、クラッディング領域は、少なくとも微細構造化された長さ区間内でフォトニック結晶ファイバの長手方向軸に沿って延びる含有物の形の複数の微細構造を含む。フォトニック結晶ファイバは、耐分解性の長さ区間を有し、この長さ区間は、フォトニック結晶ファイバの全長さ又は単にその長さ区間とすることができる。

「耐分解性の長さ区間」という語句は、このファイバ長さ区間が、他の従来技術のファイバ長さ区間に対して、経時的に非常に高い耐分解性を有することを示すために使用される。

フォトニック結晶ファイバは、少なくとも前記微細構造化された長さ区間内の耐分解性の長さ区間内で、水素及び／又は重水素を含み、フォトニック結晶ファイバは、少なくとも耐分解性の長さ区間内で、クラッディング領域を取り囲む主コーティングをさらに含み、この主コーティングは、Ｔ_ｈを下回る温度で前記水素及び／又は重水素に対して気密性があり、ここでＴ_ｈは少なくとも約５０℃である。有利には、Ｔ_ｈは、少なくとも使用中のフォトニック結晶ファイバの最大予想温度前後である。それによって、経時的及び／又は使用中にファイバから拡散する水素及び／又は重水素が最小になる。好適には、Ｔ_ｈは、５０℃＜Ｔｈ＜２５０℃である。１実施形態では、Ｔ_ｈは最高約１５０℃である。

「気密」という用語は、本明細書では、コーティングを通る水素原子及び／又は重水素原子のあらゆる拡散が、１日当たり約１％未満であることを意味するために使用され、この拡散は、ラマン分光法を使用して、たとえば大気状態（すなわち、ファイバが空気中に１バールで配置される）において関連温度で測定され、あるいは赤外分光法によって、Ｈ２に対して約１２４０ｎｍもしくは約１８７０ｎｍ又はＤ２に対して約１７１５ｎｍで、Ｈ２（もしくはＤ２）の吸収線を測定することによって測定される。好適には、気密コーティングにより、拡散を１日当たり０．５％未満、約０．１％未満、１日当たり約０．０１％未満などにすることが可能になる。

「含有物」という用語は、背景材料中の含有物を意味し、含有物は、含有物を取り囲む背景材料とは別の屈折率を有する。含有物は、たとえば、空気、窒素、もしくは任意の他のガスなどの気体含有物、背景材料及び／もしくはドープ材料（Ｆ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂなどの屈折率を変化させる材料）とは別のガラス・タイプなどの固体含有物、真空含有物、又はそれらの任意の組合せとすることができる。有利には、含有物の少なくとも一部は気体又は真空の含有物である。気体含有物は、水素及び／又は重水素の貯蔵所として作用することができることが判明しており、それらの含有物は、耐分解性の長さ区間の両側で閉じられる。

「径方向距離」という語句は、長手方向軸から径方向に求められる距離を意味する。
「実質上」という用語は、本明細書では、通常の生成物の分散及び公差が含まれることを意味すると見なされるべきである。

クラッディング領域は、均質な背景材料を有することができ、又はそれぞれの背景材料が互いに異なるいくつかの領域を有することができることに留意されたい。背景材料は、有利には、シリカであり、任意選択でドープされる。１実施形態では、たとえば米国特許第８６００２０７号明細書に記載されているように、クラッディング領域は、内側クラッディング領域と、内側クラッディング領域を取り囲む外側クラッディング領域とからなり、内側クラッディング領域の背景材料は、外側クラッディング領域の背景材料とは異なる。

１実施形態では、クラッディング領域は、内側クラッディング領域と、内側クラッディング領域を取り囲む外側クラッディング領域とからなり、内側クラッディング領域の背景材料は、外側クラッディング領域の背景材料と同じ屈折率を有する。この実施形態では、内側クラッディング領域及び外側クラッディング領域が同じ背景材料を有することが有利である。内側クラッディング領域と外側クラッディング領域の違いは、たとえば、含有物のサイズ、タイプ、及び／又は数の違いである。クラッディング領域は、光をコアに閉じ込めるものであり、有利には、含有物は、平均屈折率に影響を与えて光を閉じ込めるように配置される。これは、含有物がコアに比較的近接しているべきであることを意味し、好適には、含有物の少なくとも一部とコアとの中心間距離は、最高約５０μｍ、好適には最高約４０μｍ、最高約３０μｍなど、最高約１５μｍなどである。

クラッディング領域、含有物、及びコアの材料について説明するとき、水素及び／又は重水素の量は材料の一部として含まない。
１実施形態では、クラッディング領域の背景材料及びコア材料は、実質上純シリカである。

１実施形態では、クラッディング領域の背景材料及びコア材料は、フッ化物でドープされたシリカである。
少なくとも耐分解性の長さ区間内でコア材料がフッ化物でドープされる場合、光によって誘起される分解に対してさらに高い耐性を実現することができることが判明している。

有利には、少なくとも耐分解性の長さ区間のコア内のＨ２又はＤ２の形の水素及び／又は重水素の含有量は、少なくとも約０．００１ｐｐｍ、少なくとも約０．０１ｐｐｍなど、約０．１〜約１００００ｐｐｍなどを含む。水素及び／又は重水素の量は、たとえば、上記で説明したように、それぞれの水素又は重水素の吸収ピークでその結果生じる吸収を求めることによって決定することができる。

耐分解性の長さ区間は、任意の長さを有することができる。有利には、耐分解性の長さ区間は、フォトニック結晶ファイバの端部から延びる。１実施形態では、耐分解性の長さ区間は、フォトニック結晶ファイバの入射端から延びる。入射端は、フォトニック結晶ファイバへ光を送出するポンプ・レーザに光学的に結合され又は結合されるように適合された端部である。それによって、耐分解性の長さ区間は、高パワー光がフォトニック結晶ファイバへ送出されるように位置決めすることができる。従来技術のフォトニック結晶ファイバの主な損傷は、フォトニック結晶ファイバの入射端に近接して生じることが観察されている。フォトニック結晶ファイバの入射端で水素及び／又は重水素の十分な添加を確保することによって、負荷応力による損傷に対するフォトニック結晶ファイバの耐性がますます大きくなり、フォトニック結晶ファイバ全体に対する寿命がさらに長くなる。

本出願では、「含有物リング」という語句は、典型的にはコアに対して実質上等しい距離を有し、コアを取り囲む円形又は非円形のリング内に位置合わせされるクラッディング含有物を指す。典型的には、含有物リングは、完全に円形ではなく、六角形の形状など、複数の緩やかな角を有する形状である。好適には、含有物リングの含有物はすべて、実質上同じサイズであり、好適には同じ材料である。

１実施形態では、クラッディング領域内の複数の含有物は、コアを取り囲む少なくとも２つの含有物リングを含むパターンで配置される。
スーパーコンティニューム生成にとって非常に良好なフォトニック結晶ファイバを得るために、中心間距離（ピッチΛとも呼ばれる）は、有利には、少なくとも約１μｍ、約１．５μｍ〜約５μｍなど、又はそれ以上である。含有物直径（ｄ）は、有利には、少なくとも約０．５μｍ、約１μｍ〜約３μｍなどである。相対的な直径／ピッチｄ／Λは、好適には、約０．４〜約０．８５である。

含有物直径又は含有物の直径は、含有物の特徴的直径とも呼ばれる。「特徴的直径」という語句は、含有物（クラッディング特徴とも呼ばれる）のサイズの尺度である。クラッディング特徴が円形である場合、特徴的直径は、クラッディング特徴の円の直径である。クラッディング特徴が非円形である場合、特徴的直径は、１実施形態では、クラッディング特徴の最大の長さ及び最小の長さの平均として決定され、別の実施形態では、特徴的直径は、当該クラッディング特徴の計算又は測定された面積に対応する面積を有する円の直径である。

含有物は、等しい直径を有しても異なる直径を有してもよく、それぞれの含有物の含有物直径は、上述したように、ファイバの長さに沿って等しくても異なってもよい。
含有物及びその直径の様々な好適な組合せの実施形態は、コア、クラッディング領域、及び含有物の構造に関する同時係属出願である、本願明細書に援用するＤＫＰＡ２０１４７０１４６に開示されている。ＰＡ２０１４７０１４６は、本発明のフォトニック結晶ファイバの好適な実施形態を開示しているが、その違いは、少なくともＰＡ２０１４７０１４６に開示されているフォトニック結晶ファイバの長さ区間が、本明細書に記載する水素及び／又は重水素ならびに気密コーティングを含む耐分解性の長さ区間になるように、又はそのような耐分解性の長さ区間を含むように、修正されていることである。

１実施形態では、それぞれの含有物の含有物直径（ｄ）は、ファイバの長さに沿って等しい。１実施形態では、それぞれの含有物の含有物直径（ｄ）は、ファイバの長さの少なくとも１区間に沿って異なり、たとえば先細りした区間に沿って異なる。

含有物は、上記のように、原則的に、任意の種類の材料を含むことができ、又は任意の種類の材料からなることができ、含有物は通常、それぞれの含有物が埋設され又は含まれる背景材料とは異なる屈折率を有する材料を含む。適した含有物材料の例は、上記で開示した。

１実施形態では、含有物は、空気孔、たとえば低い圧力又は周囲の圧力（大気圧）で空気を有する空気孔などの気体含有物を含む。好適には、気体含有物は、前記耐分解性の長さ区間の両側で閉じられる。

１実施形態では、耐分解性の長さ区間は、任意選択でフォトニック結晶ファイバの閉じた端部を除く、フォトニック結晶ファイバの全長さである。
フォトニック結晶ファイバの端部を閉じることによって、フォトニック結晶ファイバからの水素及び／又は重水素の拡散がさらに低減され、またそれにより、フォトニック結晶ファイバ全体の耐分解性、それによって寿命が増すことが判明している。

フォトニック結晶ファイバの端部は、たとえば、短い端部区間内でフォトニック結晶ファイバを押しつぶすことによって、又は短い固体シリカの長さ区間をそれぞれの端部に溶融することによって、閉じることができる。

有利には、閉じた端部のそれぞれの長さは、光を損失するリスクを低減させるために、フォトニック結晶ファイバの長さに沿って比較的短い。有利には、閉じた端部のそれぞれのフォトニック結晶ファイバの長さは、最高約３ｍｍ、最高約２ｍｍなど、最高約１ｍｍなど、最高約０．５ｍｍなど、最高約０．３ｍｍなど、最高約０．２ｍｍなどである。

１実施形態では、少なくとも耐分解性の長さ区間のクラッディング領域内の複数の含有物は、内側含有物を含む内側クラッディング領域と、外側含有物を含む外側クラッディング領域とからなる。この実施形態は、スーパーコンティニューム生成にとって非常に良好なフォトニック結晶ファイバを提供することが判明している。有利には、内側含有物は、外側含有物より大きい。好適には、内側含有物は、少なくとも１つの含有物リングを含み、外側含有物は、少なくとも１つの外側含有物リングを含む。１実施形態では、より好適には、内側含有物の直径ｄ_{ｉｎｎｅｒ}は、外側含有物の直径ｄ_{ｏｕｔｅｒ}より少なくとも約１５％、少なくとも約２０％など、少なくとも約２５％など、少なくとも約３０％など大きい。それによって、青色光の範囲内でも高い安定性を有するスーパーコンティニューム生成のためのフォトニック結晶ファイバが提供される。さらに、耐分解性の長さ区間のため、非常に大きいパワーで動作する場合でも、フォトニック結晶ファイバの寿命は長くなる。

１実施形態では、ｄ_{ｉｎｎｅｒ}は、好適には、少なくとも約１．５μｍ、約１．８〜約４μｍなど、約２〜約２．５μｍなどである。
１実施形態では、ｄ_{ｏｕｔｅｒ}は、好適には、約２．５μｍ未満、約０．８〜約２μｍなど、約１〜約１．８μｍなどである。

有利には、内側クラッディング領域の背景材料及び外側クラッディング領域の背景材料は同一であり、また任意選択で、コア材料とも同一である。有利には、内側クラッディング領域の背景材料及び外側クラッディング領域の背景材料、ならびに任意選択でコア材料は、実質上純シリカであり、又は任意選択で、フッ素でドープされたシリカである。

有利には、外側クラッディング領域は、少なくとも３つの外側含有物リングを含む。
含有物の構造及び配置は、１実施形態では、同時係属出願のＤＫＰＡ２０１４７０１４６に記載されているとおりであり、たとえばＤＫＰＡ２０１４７０１４６の図２ａ及び図３ａに記載及び図示されているとおりであるが、フォトニック結晶ファイバは、本明細書に記載する水素及び／又は重水素ならびに気密コーティングを含む耐分解性の長さ区間になるように、又はそのような耐分解性の長さ区間を含むように、修正される。

１実施形態では、少なくとも耐分解性の長さ区間内のクラッディング領域は、含有物を含む内側クラッディング領域と、内側クラッディング領域を取り囲む外側クラッディング領域とからなり、内側クラッディング領域の最も外側の含有物と主コーティングとの間の径方向距離は、少なくとも約１０μｍである。任意選択で、内側クラッディング領域と主コーティングとの間の材料は、水素及び／又は重水素のためのリザーバを形成する。

内側クラッディング領域の最も外側の含有物と主コーティングとの間に比較的大きい径方向距離を有することによって、水素及び／又は重水素のためのリザーバを大きい面積で形成することができ、このリザーバは、水素及び／又は重水素がコア内で消費されるにつれて、徐々にコアへ拡散することができ、それによってコア内で比較的安定した十分な水素及び／又は重水素濃度を維持することができる。

１実施形態では、内側クラッディング領域と主コーティングとの間の材料は、水素及び／又は重水素のためのリザーバを形成し、たとえば水素のためのリザーバは、多孔質のシリカである。

１実施形態では、内側クラッディング領域と主コーティングとの間の水素のためのリザーバは、内側クラッディング領域の背景材料より水素及び／又は重水素に対して高い吸着容量を有するガラス又はプラスチックを含む。

当業者であれば、いくつかの水素及び／又は重水素添加試験によって、適した材料を見出すことが可能である。
コアは、原則的に任意のサイズを有することができる。コアが大きければ大きいほど、フォトニック結晶ファイバへ送出することができるパワーも大きくなるが、コアが大きくなりすぎた場合、帯域幅を所望の範囲まで広げることが困難になり得る。広い安定したスーパーコンティニューム光を提供するために、コアの直径は、少なくとも約１μｍ、好適には少なくとも約２μｍであることが有利である。それによって、スーパーコンティニューム生成に必要なパワー及び／又は概して大きいパワーに光ファイバが耐えることが可能であることが確実になる。

１実施形態では、少なくとも耐分解性の長さ区間内のコアのコア直径は、約１０μｍ以下、約８μｍ以下など、約６μｍ以下などである。１実施形態では、コア直径は、約３μｍからの範囲内、約３μｍ〜約７μｍなどである。

１実施形態では、コアは含有物によって画定され、すなわちコアを取り囲む含有物は異なる屈折率を有し、それによってコアを形成する。
有利には、フォトニック結晶ファイバは、上述したように、シリカから作られ、任意選択でドープされる。

１実施形態では、コア及び／又はクラッディング領域の材料はドープされる。
１実施形態では、少なくとも耐分解性の長さ区間内の最も内側の含有物とコアとの中心間距離は、約５０μｍ未満、好適には約４０μｍ未満、約３０μｍ未満など、約１０μｍ未満などである。

コアは固体コアである。
「固体コア」という用語は、コアが固体の材料からできており、実質上空隙を構成する気体がないことを意味する。１実施形態では、コアは微細構造化コアである。

有利には、コアは、任意選択で固体の微細構造を含む固体コアである。
コアは、１実施形態では、実質上純シリカである。
上述したように、フォトニック結晶ファイバの非常に有益な特性は、クラッディング含有物のサイズ及びピッチを調節することによって、ファイバのゼロ分散波長（ＺＤＷ）を調節することができることである。

１実施形態では、少なくとも１つの波長に対するフォトニック結晶ファイバの異常分散は、１０００ｎｍ〜１１００ｎｍである。好適には、フォトニック結晶ファイバの異常分散は、約１０３０ｎｍ又は１０６４ｎｍである。

１実施形態では、フォトニック結晶ファイバのコアは、ポンプ波長で単一モードである。
有利には、フォトニック結晶ファイバのコアは、１０６４ｎｍで空間的に単一モードである。

空間的に単一モードとは、長さ２ｍのファイバの場合、より高次のモードの損失が基本モードより少なくとも１９．３ｄＢ高いことを意味する。これは、たとえば、Ｓ＾２法を使用して測定することができる。「大モード面積ファイバにおけるモード・コンテンツの空間及びスペクトル分解撮像（Ｓｐａｔｉａｌｌｙ ａｎｄ ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ ｒｅｓｏｌｖｅｄ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｍｏｄａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎ ｌａｒｇｅ ｍｏｄｅ−ａｒｅａ ｆｉｂｅｒｓ）」、ジェイ ダブル ニコルソンら（Ｊ．Ｗ．Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ ｅｔ ａｌ）、Ｏｐｔｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ、ｖｏｌ．１６、Ｉｓｓｕｅ １０、７２３３頁、２００８を参照されたい。

１実施形態では、フォトニック結晶ファイバのコアは、１０３０ｎｍで単一モードである。
１実施形態では、フォトニック結晶ファイバのコアは、１０６４ｎｍ又は１０３０ｎｍなどのポンプ波長でマルチモードである。

有利には、少なくともフォトニック結晶ファイバのコアは、本質的にゲルマニウムを含まない。ゲルマニウムを含む結果、シリカ内に特定の構造的欠陥が生じ得ることが判明しており、したがって、ゲルマニウム含有量は可能な限り低いことが望ましい。水素及び／又は重水素はまた、ゲルマニウムによって誘起される構造的欠陥に対する耐性を増大させることが判明しており、したがってフォトニック結晶ファイバがゲルマニウムを含む場合、水素及び／又は重水素の添加を増大させることができる。

１実施形態では、フォトニック結晶ファイバ全体が、本質的にゲルマニウムを含まない。１実施形態では、フォトニック結晶ファイバ全体が、本質的にドープされていないシリカである。１実施形態では、フォトニック結晶ファイバの少なくとも一部が、フッ素により、たとえば１０００ｐｐｍを上回るレベルでドープされる。

本発明では、「本質的にゲルマニウムを含まない」という語句は、ゲルマニウムの濃度がゼロを含めて約１０ｐｐｍ未満であることを意味する。
本発明では、「本質的にドープされていない」という語句は、Ｇｅ、Ｂ、Ｆ、Ｐ、Ａｌ、及び／又は希土類元素ＥｒもしくはＹｂなどの活性材料など、屈折率を変化させるドーパントの濃度が、１０００ｐｐｍを下回るレベルであることを意味する。１実施形態では、ドーパントのレベルはさらに低く、約１ｐｐｍ以下などである。

１実施形態では、少なくともフォトニック結晶ファイバのコアは、本質的に希土類イオンなどの活性材料を含まない。
１実施形態では、フォトニック結晶ファイバ全体が、活性イオンを含まない。

本発明では、「本質的に活性材料を含まない」という語句は、希土類元素Ｅｒ又はＹｂなどの活性材料の濃度が、１０００ｐｐｍを下回るレベルであることを意味する。好適には、活性材料のレベルはさらに低く、約１ｐｐｍ以下などである。

主コーティングは、上記で定義した気密コーティングを提供する任意の材料から作ることができる。
主コーティングに適した材料の例には、窒化物（窒化炭素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化ケイ素、及び／もしくは酸窒化ケイ素など）、炭素、アルミニウム、金属ガラス、又は上記の１つもしくは複数を含む組合せを含む材料が挙げられる。

主コーティングに対する特に好適な材料は、炭素である。
主コーティングの厚さは、材料のタイプに応じて決定される。概して、比較的小さい厚さで気密性を有する主コーティングに対する材料を選択し、それによって、亀裂の形成という実質的なリスクをもたらすことなく、フォトニック結晶ファイバの高い可撓性及び屈曲性を確保することが望ましい。

１実施形態では、主コーティングの厚さは、約５ｎｍ〜約１０μｍ、１０ｎｍ〜約５μｍなど、約２０ｎｍ〜約１μｍなどである。
１実施形態では、主コーティングの厚さは約３０ｎｍである。

金属の主コーティングの場合、厚さは、有利には、１５μｍ〜６０μｍである。
１実施形態では、主コーティングは、Ｔ_ｏ’を上回る温度で水素及び／又は重水素に対して開いた拡散であり、ここでＴ_ｏはＴ_ｈより大きい。それによって、コーティングを施した後、水素及び／又は重水素をフォトニック結晶ファイバに添加することができる。これにより、機械的でありかつ防塵式の取扱い中に主コーティングがファイバを保護するため、フォトニック結晶ファイバを作製する好適な実施形態が提供される。さらに、より均質かつ正確な含有量の水素及び／又は重水素を添加することができる。主コーティングがなければ、フォトニック結晶ファイバは、添加された水素及び／又は重水素を添加直後から失い始め、実際には、主コーティングを施す前に、望ましくないほど大量の水素及び／又は重水素が失われ得ることが判明している。したがって、添加後に主コーティングが施される場合、より大量の水素及び／又は重水素がフォトニック結晶ファイバにまず添加されることが望ましい。

好適には、Ｔ_ｏは、少なくとも約２５℃であり、好適には、Ｔ_ｏは、約５０℃〜約３００℃の間隔、少なくとも約７０℃など、少なくとも約１００℃などである。１実施形態では、Ｔ_ｏは１バールで求められる。１実施形態では、Ｔ_ｏは１００バールで求められる。

概して、Ｔ_ｏは、使用中のフォトニック結晶ファイバの温度（又は予想温度）より大きいことが望ましい。他方では、Ｔ_ｏは、有利には、材料を変形させるリスクを冒してまで材料の軟化温度を増大させるべきでない。

フォトニック結晶ファイバは、有利には、主コーティングの上又は下に１つ又は複数の追加のコーティングを含むことができる。
そのような追加のコーティングは、追加の機械的保護の提供、主コーティング内の亀裂のリスクの低減、ならびに／又は最も外側の外観及び／もしくは触感の提供という目的を有することができる。

追加のコーティングは、好適には高分子コーティングであり、有利には、アクリレート、ポリイミド、ポリウレタン、シリコーン、又はそれらの任意の組合せを含む。
１実施形態では、主コーティングが炭素である場合、追加のコーティングは、アルミニウム、金、銅、ニッケル、金属ガラス、もしくは組合せなどの金属、又は上記の金属の少なくとも１つを含む合金である。

１実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、少なくとも１つの先細りした長さ区間を含み、先細りした長さ区間の第１の端部内のコアは、コア直径Ｄ１を有し、先細りした長さ区間の第２の端部内のコアは、コア直径Ｄ２を有し、Ｄ１はＤ２より大きく、好適には、Ｄ２は、Ｄ１の最高約０．９５倍、Ｄ１の約０．１〜約０．９倍などである。有利には、第１の端部は入射端である。

たとえばＰＣＴ／ＤＫ２０１４／０５０２０５に記載されているように、フォトニック結晶ファイバを先細りさせることによって、フォトニック結晶ファイバのスーパーコンティニューム生成特性を増大させることができることが判明している。１実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、ＰＣＴ／ＤＫ２０１４／０５０２０５に記載されているとおりであるが、その違いは、フォトニック結晶ファイバが、本明細書に記載する水素及び／又は重水素ならびに気密コーティングを含む耐分解性の長さ区間になるように、又はそのような耐分解性の長さ区間を含むように、修正されていることである。

好適には、先細りした長さ区間の第１の端部は、ファイバの入射端にあり、又はファイバの入射端から長さに沿って最高５ｃｍにあり、好適には、先細りした長さ区間の第１の端部は、耐分解性の長さ区間に隣接しており、又は耐分解性の長さ区間内に含まれる。

それによって、フォトニック結晶ファイバは、ピーク・パワーが非常に大きい場合、分解から特に保護される。
１実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、いかなる継ぎ目も含まない。

１実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、２つ以上の継ぎ合わせたファイバ長さ区間を含み、少なくとも１つの継ぎ合わせたファイバ長さ区間は、耐分解性の長さ区間であり、又は耐分解性の長さ区間を含む。

最適のスーパーコンティニュームを提供するために、たとえばＰＣＴ／ＤＫ２０１４／０５０２０６に記載されているように、異なる特性を有するファイバ長さ区間を含むファイバが有利となり得ることが判明している。

１実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、耐分解性の長さ区間を含み、又は耐分解性の長さ区間からなる第１の長さ区間と、第１の長さ区間に継ぎ合わせた第２の長さ区間とからなり、第２の長さ区間の水素及び／又は重水素の含有量は、耐分解性の長さ区間より少ない。

１実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、
・第１の長さＬ１を有する第１の長さ区間であって、光ファイバの含有物が、少なくとも長手方向軸に直交する第１の長さ区間の第１の断面において、第１のピッチΛ１、第１の含有物直径ｄ１、及び第１の含有物相対サイズｄ１／Λ１を有する、第１の長さ区間と、
・第２の長さＬ２を有する第２の長さ区間であって、光ファイバの微細構造要素が、少なくとも長手方向軸に直交する第２の長さ区間の第２の断面において、第２のピッチΛ２、第２の含有物直径ｄ２、及び第２の含有物相対サイズｄ２／Λ２を有する、第２の長さ区間とからなり、
・第１の長さＬ１及び第２の長さＬ２の少なくとも１つが、耐分解性の長さ区間を含み、又は耐分解性の長さ区間からなる。

ファイバの長さ区間の１つ又は複数は、先細りさせることができる。
１実施形態では、本発明のフォトニック結晶ファイバは、ＰＣＴ／ＤＫ２０１４／０５０２０６に記載されているとおりであるが、その違いは、少なくともＰＣＴ／ＤＫ２０１４／０５０２０６に開示されているフォトニック結晶ファイバの長さ区間が、本明細書に記載する水素及び／又は重水素ならびに気密コーティングを含む耐分解性の長さ区間になるように修正されていることである。

１実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、少なくともフォトニック結晶ファイバの入射端から延び又はフォトニック結晶ファイバの入射端から最高約５ｃｍ延びるモードフィールド適合長さ区間内に、フォトニック結晶ファイバの長さに沿って延びるモード・アダプタを備える。好適には、モードフィールド適合長さ区間の長さは、少なくとも約５ｃｍ、少なくとも約１０ｃｍなど、少なくとも約２０ｃｍなどである。有利には、モードフィールド適合長さ区間は、耐分解性の長さ区間内に部分的又は完全に含まれる。

本発明はまた、フォトニック結晶ファイバを作製する方法を含み、この方法は、
・フォトニック結晶ファイバのコア及びクラッディング領域に対するプリフォーム構造を含むプリフォームを作製する工程と、
・プリフォームを延伸して、フォトニック結晶ファイバのコア及びクラッディング領域を得る工程と、
・少なくともフォトニック結晶ファイバの耐分解性の長さ区間を水素及び／又は重水素の添加にかける工程と、
・少なくともフォトニック結晶ファイバの耐分解性の長さ区間に主コーティングを施す工程とからなる。

好適には、耐分解性の長さ区間は、任意選択でフォトニック結晶ファイバの閉じた端部を除く、フォトニック結晶ファイバの全長さである。有利には、閉じた端部は上述したとおりである。

１実施形態では、この方法は、主コーティングを施す前にフォトニック結晶ファイバを水素及び／又は重水素の添加にかける工程を含む。
主コーティングを施す前に水素及び／又は重水素の添加が実行される場合、水素及び／又は重水素の添加は、少なくとも約Ｐ１の圧力及び少なくとも約Ｔ１の温度で水素及び／又は重水素を含むチャンバ内に、フォトニック結晶ファイバを少なくともｔ１の持続時間にわたって配置する工程を含む。

水素及び／又は重水素の比較的速い添加を提供するために、有利には、温度及び任意選択で圧力を上昇させる。
１実施形態では、Ｔ１は、好適には、少なくとも４０℃、約５０℃〜約２５０℃など、約１００℃〜約８００℃など、最高約５００℃など、最高約２００℃などである。実際には、フォトニック結晶ファイバの材料により、温度Ｔ１に対する上限が設定される。

添加時間ｔ１は、好適には、少なくとも約１時間、約２時間〜約２００時間など、約２４時間〜約９６時間などである。
添加圧力Ｐ１は、好適には、約１バールから、１バール超〜約２５０バールなど、約５０バール〜約２００バールなど、約１００バール〜約２００バールなどである。

この実施形態では、主コーティングは、数時間内の添加で施されることが望ましい。なぜなら、そうでない場合は、添加された水素及び／又は重水素の多くがファイバから拡散し得るためである。好適には、主コーティングは、添加の終了から約５時間以内、約２時間以内などで、フォトニック結晶ファイバに施される。

好適な実施形態では、この方法は、主コーティングを施した後にフォトニック結晶ファイバを水素及び／又は重水素の添加にかける工程を含む。
それによって、添加された水素及び／又は重水素はほとんど、添加後にフォトニック結晶ファイバから拡散せず、上述したように、フォトニック結晶ファイバの品質を増大させることができる。さらに、添加される水素及び／又は重水素の量をより少なくすることができ、その結果、添加時間をより少なくすることができる。

好適には、この方法は、
・フォトニック結晶ファイバのコア及びクラッディング領域に対するプリフォーム構造を含むプリフォームを作製する工程と、
・プリフォームを延伸して、フォトニック結晶ファイバのコア及びクラッディング領域を得る工程と、
・フォトニック結晶ファイバに主コーティングを施す工程と、
・少なくとも約Ｔ_ｏの温度でフォトニック結晶ファイバを水素及び／又は重水素にかける工程と、
・フォトニック結晶ファイバをＴ_ｈ以下に冷却する工程とからなる。

冷却は、受動的冷却（単にフォトニック結晶ファイバをたとえば室温で冷ます）、又は能動的冷却、たとえばフォトニック結晶ファイバに冷風を吹き付けることによって、実行することができる。

１実施形態では、水素及び／又は重水素を添加する前に主コーティングが施される場合、添加は、好適には、少なくとも約Ｐ２の圧力及び少なくとも約Ｔ２＞Ｔ_ｏの温度で水素及び／又は重水素を含むチャンバ内に、フォトニック結晶ファイバを少なくともｔ２の持続時間にわたって配置する工程を含む。

１実施形態では、Ｔ２は、好適には、少なくとも５０℃、約７５℃〜約２５０℃など、約１００℃〜約２００℃など、又はそれ以上である。実際には、施される主コーティング又は任意の追加のコーティングの材料により、温度Ｔ２に対する上限が設定され、これは、いくつかのタイプの主コーティングに対して、温度Ｔ２を最高約５００℃又はさらに最高約８００℃とすることができることを意味する。

添加時間Ｔ２は、好適には、少なくとも約１時間、約２時間〜約２００時間など、約２４時間〜約９６時間などである。
添加圧力Ｐ２は、好適には、約１バールから、１バール超〜約２５０バールなど、約５０バール〜約２００バールなど、約１００バール〜約２００バールなどである。

フォトニック結晶ファイバが気体含有物を含む場合、フォトニック結晶ファイバを作製する方法は、好適には、耐分解性の長さ区間の両側で気体含有物を閉じる工程を含む。この方法は、好適には、フォトニック結晶ファイバの両端で気体含有物を閉じる工程を含む。

１実施形態では、この方法は、フォトニック結晶ファイバを水素及び／又は重水素の添加にかける前に気体含有物を閉じる工程を含み、それによって水素及び／又は重水素が含有物を介して拡散するリスクを低減させる。

１実施形態では、この方法は、ファイバの端部で気体含有物を閉じる前にフォトニック結晶ファイバを水素及び／又は重水素の添加にかける工程を含む。１実施形態では、添加は、閉じられていない気体含有物を介して添加し、それに続いてファイバの端部で気体含有物を閉じる工程を含むことができる。この実施形態では、添加前に主コーティングを施すことができる。

主コーティングの材料ならびにその厚さは、上述したとおりとすることができる。
１実施形態では、化学気相成長（ＣＶＤ）又は類似したもしくは修正された堆積方法によって、主コーティングをフォトニック結晶ファイバに施す。

１実施形態では、主コーティングは炭素コーティングであり、この方法は、化学気相成長処理によって主炭素コーティングを施す工程を含む。有利には、ＣＶＤ処理は、ファイバを反応器の反応器チャンバに通す工程と、反応器チャンバ内のファイバを少なくとも約７００℃の温度の反応器ガスにかける工程とを含む。好適には、温度は、約７００℃〜約１１００℃、約７００℃〜約９００℃などの間隔である。９００℃を上回る温度は、ダイヤモンド状の構造を有する炭素コーティングの形成をもたらし得る。

ファイバを炭素コーティングする方法は、たとえば、米国特許第５０００５４１号明細書に記載されているとおりとすることができる。
反応器ガスは、有利には、炭素質の組成物を含むことができ、好適には、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）などのアルキン（Ｃ_ｎＨ_２ｎ−２）、及び／又はエタン（Ｃ_２Ｈ_６）などのアルケン（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２）を含み、ここでｎは２〜１０、２〜４などである。好適には、反応器ガスは、実質上酸素を含まない。

延伸塔内でファイバを延伸した直後に主炭素コーティングを施すことが非常に効果的であることが判明している。それによって、主コーティングを施す前にファイバの表面が汚染されないことが確実になり、炭素コーティングを施す前に反応器ガスに対する反応温度を下回るまでファイバを冷ますことなく、ファイバを延伸した直後に主炭素コーティングを施すことによって、炭素コーティング前にファイバを再加熱する必要がなくなることがさらに判明している。代替実施形態では、ファイバは反応温度まで再加熱される。反応チャンバ内の反応温度は、有利には、少なくとも約７００℃、約８００℃〜約１１００℃などである。

有利には、反応器は、延伸塔の一体部分であり、好適にはそれにより、ファイバは、反応器チャンバに通され、炭素コーティングが施されてから巻き取られ、すなわちインライン処理にかけられる。

１実施形態では、この方法は、炭素コーティング上へ追加のコーティングを施す工程を含む。追加のコーティングは、好適には、上述した高分子コーティング又は金属コーティングなどである。追加のコーティングは、好適には、ファイバを巻き取る前に延伸塔内で炭素コーティング上へ施される。

１実施形態では、主コーティングは金属コーティングであり、この方法は、ファイバを液体金属溶融物に通すことによって主金属コーティングを施す工程を含み、溶融物に入るときのファイバの温度は、金属溶融物の温度より低い。

金属溶融物の温度は、金属のタイプに依存する。１実施形態では、金属コーティングは、ファイバを水に浸し、少なくとも部分的に冷ました後に、好適にはインライン処理でファイバを巻き取る前に、延伸塔内でファイバに施される。

１実施形態では、この方法は、たとえば主コーティングの外側に少なくとも１つの追加のコーティングを施す工程を含む。
本発明はまた、上述したフォトニック結晶ファイバと、フォトニック結晶ファイバの入射端へポンプ・パルスを送出するように配置されたポンプ源とからなるスーパーコンティニューム光源を含む。

１実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、ポンプ・パルスの帯域幅に対して広くした帯域幅を有するスーパーコンティニューム光を生成するように配置される。
有利には、フォトニック結晶ファイバは、ポンプ・パルスの帯域幅に対して少なくとも約１００％、少なくとも約２００％など広くした帯域幅を有するスーパーコンティニューム光を生成するように配置される。

１実施形態では、生成されるスーパーコンティニュームは、少なくともオクターブに及ぶ帯域幅を有する。
ポンプ源は、十分に高いエネルギーのポンプ・パルスを提供することが可能な任意の種類のポンプ源、たとえばＭＯＰＡなどのモード・ロックのポンプ源とすることができ、パルス・ピッカ（ゲーティング手段）を有しても有していなくてもよい。

ポンプ・パルスは、好適には、相対的に高いピーク・パワーを有する。１実施形態では、パルス源によって生成されるポンプ・パルスは、フォトニック結晶ファイバの入射端で少なくとも約５ｋＷ、少なくとも約１０ｋＷなど、少なくとも約１５ｋＷなど、少なくとも約２０ｋＷなどのピーク・パワーを有する高ピーク・パワー・パルスである。

１実施形態では、パルス源によって生成されるポンプ・パルスのパルス幅は、最高約２００ｐｓ、最高約１００ｐｓなど、最高約５０ｐｓなど、最高約３０ｐｓなど、最高約１０ｐｓなど、最高約８ｐｓなど、最高約５ｐｓなど、最高約３ｐｓなど、最高約１ｐｓなどである。

有利には、パルス源によって生成されるポンプ・パルスのパルス幅は、少なくとも約２００ｆｓ、少なくとも約１ｐｓなど、少なくとも約５ｐｓなどである。
好適には、パルス源によって生成されるポンプ・パルスの繰返し率は、少なくとも約１００ｋＨｚ、少なくとも約１０ｋＨｚ、少なくとも約１ＭＨｚなどであり、繰返し率は、好適には、たとえば電気光学変調器（ＥＯＭ：ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）、音響光学変調器（ＡＯＭ：ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）、又は音響光学同調フィルタ（ＡＯＴＦ：ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ ｔｕｎａｂｌｅ ｆｉｌｔｅｒ）を使用して同調可能であり、ＡＯＴＦは、同時に波長フィルタとして作用する。

１実施形態では、パルス源によって生成されるポンプ・パルスの波長は、約９００ｎｍ〜約１１００ｎｍ、約１０３０又は約１０６４ｎｍなどである。
１実施形態では、スーパーコンティニューム光源の平均出力パワーは、少なくとも約１Ｗ、少なくとも約５Ｗなど、少なくとも約１０Ｗなど、少なくとも約２０Ｗなど、少なくとも約５０Ｗなど、少なくとも約１００Ｗなど、又はさらに少なくとも約５００Ｗである。概して、本発明のフォトニック結晶ファイバの耐分解性の長さ区間のため、所望の高出力パワーを有すると同時に驚くほど長い寿命を有する高パワー・スーパーコンティニューム光源を提供することが可能になることが判明している。

１実施形態では、スーパーコンティニューム光源の出力は、約６００ｎｍ未満、約５５０ｎｍ未満など、約４５０ｎｍ未満など、約４２０ｎｍ未満など、約４１０ｎｍ未満など、約４００ｎｍ未満など、約３８０ｎｍ未満など、約３６０ｎｍ未満などの波長を含む。

１実施形態では、スーパーコンティニューム光源の出力は、約１８００ｎｍ超、約２０００ｎｍ超など、約２２００ｎｍ超などの波長を含む。
１実施形態では、スーパーコンティニューム光源は、スーパーコンティニューム源の出力をフィルタリングして、中心波長λ１及び出力帯域幅ＢＷ１を有するフィルタリングされたＳＣ出力にするように配置されたスペクトル・フィルタリング・ユニットをさらに備え、中心波長λ１及び出力帯域幅ＢＷ１の少なくとも１つは同調可能である。出力帯域幅ＢＷ１は、有利には（少なくとも１回の同調において）約５ｎｍ未満である。スペクトル・フィルタリング・ユニットは、たとえば、ＡＯＴＦを含む。

本発明はまた、上述したスーパーコンティニューム光源からなる照射源を備える。好適には、照射源は、誘導放出抑制に適している。
１実施形態では、照射源は、蛍光撮像、蛍光寿命撮像（ＦＬＩＭ：Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｌｉｆｅｔｉｍｅ Ｉｍａｇｉｎｇ）、全反射照明蛍光（ＴＩＲＦ：Ｔｏｔａｌ
Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）顕微鏡法、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ：ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ）、広帯域分光法、ナノフォトニクス、フロー・サイトメトリー、計測などの工業検査、ガス感知などのリングダウン分光法、ハイパースペクトル分光法、たとえば果物の作物分析、及び飛行時間分光法（ＴＣＳＰＣ：ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）などの分析分光法、単一分子撮像、ならびに／又はこれらの組合せに適合される。

１実施形態では、顕微鏡は、好適には、蛍光寿命撮像（ＦＬＩＭ）、全反射照明蛍光（ＴＩＲＦ）顕微鏡法に基づく、光学蛍光顕微鏡などの光学蛍光顕微鏡である。
１実施形態では、分光器は、好適には、広帯域分光器である。

本発明はまた、光干渉断層撮影法（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）のための光干渉断層撮影器を備え、断層撮影器は、上述した照射源を備える。

本発明はまた、上述した照射源を備える工業検査を含む。
範囲及び好適な範囲を含む上述した本発明の特徴及び本発明の実施形態はすべて、そのような特徴を組み合わせない特有の理由がない限り、本発明の範囲内で様々な形式で組み合わせることができる。

本発明の上記及び／又は追加の目的、特徴、及び利点は、添付の図面を参照して、本発明の実施形態の以下の例示的かつ非限定的な説明によって、さらに解明されよう。

本発明の１実施形態のフォトニック結晶ファイバの横断面図。 本発明の別の実施形態のフォトニック結晶ファイバの横断面図。 本発明のさらに別の実施形態のフォトニック結晶ファイバの横断面図。 本発明の１実施形態によるフォトニック結晶ファイバの側面図。 本発明の１実施形態によるフォトニック結晶ファイバの第１の長さ区間の横断面図。 本発明の１実施形態によるフォトニック結晶ファイバの第２の長さ区間の横断面図。 本発明によるスーパーコンティニューム放射光源の１実施形態の概略図。 主コーティング及び追加のコーティングがインライン処理で施される、炭素コーティングを施すための反応器を備えるコーティング・ステーションを備える延伸塔の概略図。 主コーティング及び追加のコーティングがインライン処理で施される、金属コーティングを施すためのコーティング・ステーションを備える延伸塔の概略図。

これらの図は概略図であり、見やすいように簡略化されていることがある。全体にわたって、同一の部分又は対応する部分に対して同じ参照番号が使用される。
本発明のさらなる適用可能範囲は、後述する説明から明らかになるであろう。しかし、詳細な説明及び特有の例は、本発明の好適な実施形態を示すが、この詳細な説明から本発明の精神及び範囲内の様々な変更及び修正が当業者には明らかになるため、例示のみを目的として記載されていることを理解されたい。

図１に示すフォトニック結晶ファイバは、コア１と、コア１を取り囲むクラッディング領域２、３とを有する。フォトニック結晶ファイバは、図示しない長さ及び長手方向軸を有し、この長手方向軸は、図示の実施形態では、コアの中心軸に一致する。クラッディング領域は、内側クラッディング領域２及び外側クラッディング領域３からなる。内側クラッディング領域は、含有物の形の複数の微細構造を含み、含有物は、フォトニック結晶ファイバの長手方向軸に沿って延びる。上述したように、含有物は、任意の材料を含むことができるが、有利には、空気含有物などの気体含有物である。有利には、含有物は、耐分解性の長さ区間の各端部など、ファイバの長さに沿って１つ又は複数の位置で押しつぶされており、１実施形態では、耐分解性の長さ区間は、上述したように、実質上フォトニック結晶ファイバの全長さである。

理解されるように、フォトニック結晶ファイバの横断面図は、フォトニック結晶ファイバの耐分解性の長さ区間内の横断面図であり、耐分解性の長さ区間は、上述したように、フォトニック結晶ファイバの全長さ又はフォトニック結晶ファイバの長さの一部のみからなることができる。

フォトニック結晶ファイバには、好適には水素分子及び／又は重水素分子（Ｈ２／Ｄ２）の形の図示しない水素及び／又は重水素が添加される。水素及び／又は重水素は通常、コア１とクラッディング領域２、３の両方に存在する。フォトニック結晶ファイバは、Ｔ_ｈを下回る温度で水素及び／又は重水素に対して気密性がある主コーティング４を含む。様々なタイプの好適な主コーティングを上述した。

フォトニック結晶ファイバは、機械的保護ならびに任意選択でフォトニック結晶ファイバへの所望の外観及び／又はテキスチャの提供のために、追加のコーティング５を含む。
使用の際、上述したように、フォトニック結晶ファイバが高いピーク・パワーの光にかけられるとき、この光は、コア材料内に欠陥を引き起こし得る。この作用は、様々な化学反応によって引き起こされると考えられており、光によって誘起される分解又は光黒化と呼ばれることもある。水素及び／又は重水素は、材料に化合することによって分解を緩和し、たとえば遊離基を消滅させることが判明されている。

コア１内の水素及び／又は重水素が費やされるにつれて、新鮮な水素及び／又は重水素がクラッディング領域２、３からコア１へ移動する。水素及び／又は重水素に対して気密性がある主コーティング４のため、フォトニック結晶ファイバが使用中であるとき、又は使用前に保管されているとき、水素及び／もしくは重水素の必要とされる量を比較的低くすることができ、かつ／又はフォトニック結晶ファイバは、長時間、最高数年など、たとえば３、４、もしくはさらに５年以上にわたって、過度の分解から保護される。

フォトニック結晶ファイバは、有利には、上述したようにシリカからできており、たとえばドープされる。
図２に示すフォトニック結晶ファイバは、コア１１と、コア１１を取り囲むクラッディング領域１２とを有する。フォトニック結晶ファイバは、図示しない長さ及び長手方向軸を有し、この長手方向軸は、図示の実施形態では、コア１１の中心軸に一致する。クラッディング領域１２は、クラッディング背景材料１２ｂ内の含有物の形の複数の微細構造１２ａを含む。含有物１２ａは、フォトニック結晶ファイバの長手方向軸に沿って延びる。上述したように、含有物は、任意の材料を含むことができるが、有利には、空気含有物などの気体含有物である。有利には、含有物は、耐分解性の長さ区間の各端部など、ファイバの長さに沿って１つ又は複数の位置で押しつぶされており、１実施形態では、耐分解性の長さ区間は、上述したように、実質上フォトニック結晶ファイバの全長さである。

複数の含有物１２ａは、コアを取り囲むいくつかの含有物リングを含むパターンで、クラッディング領域内に配置される。コアを取り囲む最も内側の含有物リングを、点線のリング１２ｃで示す。

理解されるように、フォトニック結晶ファイバの横断面図は、フォトニック結晶ファイバの耐分解性の長さ区間内の横断面図であり、耐分解性の長さ区間は、上述したように、フォトニック結晶ファイバの全長さ又はフォトニック結晶ファイバの長さの一部のみからなることができる。

フォトニック結晶ファイバは、Ｔ_ｈを下回る温度で水素及び／又は重水素に対して気密性がある主コーティング１４を含む。様々なタイプの好適な主コーティングを上述した。
フォトニック結晶ファイバは、クラッディングとしてのあらゆる作用を有するのに十分なほどコア１１から遠い追加の材料層１６を含む（すなわち、材料層１６の材料の屈折率は、コアの光案内に影響しない）。

クラッディング領域の含有物１２ａの最も外側と主コーティング１４との間の径方向距離１７は、少なくとも約１０μｍである。
追加の材料層１６は、クラッディング背景材料１２ｂと同じ又は異なる材料とすることができる。追加の材料層１６は、有利には、水素及び／又は重水素に対して高い容量を有し、それによって水素及び／又は重水素に対するリザーバとして作用するように選択される。

フォトニック結晶ファイバには、上述したように、図示しない水素及び／又は重水素が添加される。水素及び／又は重水素は通常、コア１１とクラッディング領域１２の両方、ならびに追加の材料層１６内に存在する。

使用の際、上述したように、フォトニック結晶ファイバが高いピーク・パワーの光にかけられるとき、コア１１内の水素及び／又は重水素が費やされるにつれて、新鮮な水素及び／又は重水素がクラッディング領域１２及び材料層１６からコア１１へ移動する。水素及び／又は重水素に対して気密性がある主コーティング１４のため、フォトニック結晶ファイバが使用中であるとき、又は使用前に保管されているとき、水素及び／もしくは重水素の必要とされる量を比較的低くすることができ、かつ／又はフォトニック結晶ファイバは、長時間、最高数年など、たとえば３、４、もしくはさらに５年以上にわたって、過度の分解から保護される。

フォトニック結晶ファイバは、有利には、上述したようにシリカからできており、たとえばドープされる。
図３に示すフォトニック結晶ファイバは、コア２１と、コア２１を取り囲むクラッディング領域２２、２３とを有する。フォトニック結晶ファイバは、図示しない長さ及び長手方向軸を有し、この長手方向軸は、図示の実施形態では、コア２１の中心軸に一致する。

クラッディング領域は、内側クラッディング領域２２及び外側クラッディング領域２３からなる。内側クラッディング領域２２は、内側クラッディング背景材料２２ｂ内に内側含有物２２ａを含む。外側クラッディング領域２３は、外側クラッディング背景材料２２ｂ内に外側含有物２３ａを含む。

内側含有物２２ａは、２つの内側含有物リングを含み、外側含有物２３ａは、５つの外側含有物リングを含む。
含有物２２ａ、２３ａは、フォトニック結晶ファイバの長手方向軸に沿って延びる。上述したように、含有物は、任意の材料を含むことができるが、有利には、空気含有物などの気体含有物である。有利には、含有物は、耐分解性の長さ区間の各端部など、ファイバの長さに沿って１つ又は複数の位置で押しつぶされており、１実施形態では、耐分解性の長さ区間は、上述したように、実質上フォトニック結晶ファイバの全長さである。

内側クラッディング領域２２の背景材料２２ｂ及び外側クラッディング領域２３の背景材料２３ｂ、ならびに任意選択でコア材料は、有利には、シリカなどの同じ材料であり、任意選択でフッ素ドープされる。

理解されるように、フォトニック結晶ファイバの横断面図は、フォトニック結晶ファイバの耐分解性の長さ区間内の横断面図であり、耐分解性の長さ区間は、上述したように、フォトニック結晶ファイバの全長さ又はフォトニック結晶ファイバの長さの一部のみからなることができる。

フォトニック結晶ファイバは、Ｔ_ｈを下回る温度で水素及び／又は重水素に対して気密性がある主コーティング２４を含む。様々なタイプの好適な主コーティングを上述した。
フォトニック結晶ファイバは、クラッディングとしてのあらゆる作用を有するのに十分なほどコア２１から遠い追加の材料層２６を含む。

追加の材料層２６は、この実施形態では、クラッディング背景材料２３ｂと同じである。
内側クラッディング領域の内側含有物２２ａの最も外側と主コーティング２４との間の径方向距離２７は、少なくとも約１０μｍである。

フォトニック結晶ファイバには、上述したように、図示しない水素及び／又は重水素が添加される。水素及び／又は重水素は通常、コア２１とクラッディング領域２２、２３の両方、ならびに追加の材料層２６内に存在する。

使用の際、上述したように、フォトニック結晶ファイバが高いピーク・パワーの光にかけられるとき、コア２１内の水素及び／又は重水素が費やされるにつれて、新鮮な水素及び／又は重水素がクラッディング領域２２、２３及び材料層２６からコア２１へ移動する。

図４ａ、図４ｂ、及び図４ｃは、２つの継ぎ合わせたファイバ長さ区間を含むフォトニック結晶ファイバ３０の１実施形態を示し、少なくとも１つの継ぎ合わせたファイバ長さ区間は、上述した耐分解性の長さ区間であり、又はそのような耐分解性の長さ区間を含む。このタイプのファイバは、継ぎ合わせた縦続接続型光ファイバとも呼ばれる。図４ｂは、第１の長さ区間３１の横断面図であり、図４ｃは、第１の長さ区間に継ぎ合わされた第２の長さ区間３２の横断面図である。好適には、少なくともフォトニック結晶ファイバの第１の長さ区間３１は、上述した耐分解性の長さ区間である。

フォトニック結晶ファイバ３０は、第１の波長λ_１、たとえば約９００ｎｍ〜約１１００ｎｍを有する光をフォトニック結晶ファイバ３０の入射端３４内へ送出する際に、スーパーコンティニューム光を生成するように配置される。

光ファイバ３０は、その長さに沿って、第１の長さ区間３１と、第２の長さ区間３２と、第１の長さ区間３２と第２の長さ区間３３との間の継ぎ目３３とからなる。光ファイバ３０は、任意選択で、含有物を閉じるために、図示しないエンド・キャップを含むことができる。

第１の長さ区間３１は、第１のコア直径Ｗ_１を有するコア４１ａと、第１のピッチΛ_１、第１の含有物直径ｄ_１、及び第１の含有物相対サイズΛ_１／ｄ_１を有するクラッディング領域４２ａとを有する。第１の長さ区間は、Ｔ_ｈを下回る温度で水素及び／又は重水素に対して気密性がある主コーティング４４ａを含む。様々なタイプの好適な主コーティングを上述した。少なくとも第１の長さ区間には、水素及び／又は重水素が添加される。

第２の長さ区間３２は、第２のコア直径Ｗ_２を有するコア４１ｂと、第２のピッチΛ_２、第２の含有物直径ｄ_２、及び第２の含有物相対サイズΛ_２／ｄ_２を有するクラッディング領域４２ｂとを有する。

有利には、第１のコア直径Ｗ_１、第１のピッチΛ_１、第１の含有物直径ｄ_１、及び第１の含有物相対サイズΛ_１／ｄ_１の寸法の少なくとも１つは、第２の長さ区間３２の第２のコア直径Ｗ_２、第２のピッチΛ_２、第２の含有物直径ｄ_２、及び第２の含有物相対サイズΛ_２／ｄ_２の対応する寸法とは異なる。

第１の長さ区間３１全体にわたって、ファイバの寸法は実質上一定であり、第２の長さ区間３２全体にわたって、ファイバの寸法は実質上一定である。
第１の長さ区間３１及び第２の長さ区間３２のそれぞれの長さは、この実施形態では、それぞれ１〜１０ｍ及び１０ｍである。しかし、これらの長さは単なる例として記載されており、ファイバ長さ区間は、原則的に、任意の他の長さを有することができることを理解されたい。

図５は、スーパーコンティニューム光源の概略図である。スーパーコンティニューム光源５０は、上述した耐分解性の長さ区間を有するフォトニック結晶ファイバ５４と、ポンプ源５２とからなる。フォトニック結晶ファイバは、入射端５５及び出力端５６という２つの端部を有する。図５で、フォトニック結晶ファイバ５４の入射端５５は、ポンプ源５２からのポンプ・パルスのモードを適合させるモード・アダプタ５８を有し、又はモード・アダプタ５８に光学的に接続される。図５で、モード・アダプタ５８は、光ファイバ５４より大きいかのように示されているが、これは例示のみを目的としており、実際には、モード・アダプタは、任意の適した外寸、たとえば光ファイバ５４の外寸に類似の外寸を有することができる。光ファイバ５４の出力端５６は、自由端であるかのように示されているが、出力端は、エンド・キャップを有することもあり、又はさらなる機器に継ぎ合わされることもある。

ポンプ光源５２は、供給ファイバ５７及びモード・アダプタ５８を介してフォトニック結晶ファイバ５４内へ光を送出するように配置された出力５３を有し、フォトニック結晶ファイバ内にスーパーコンティニューム・スペクトルが生成され、フォトニック結晶ファイバの出力端５６から出力される。供給ファイバ５７は、たとえば省略してもよく、又はたとえばレンズなどの光学素子に置き換えてもよい。

図６に示す延伸塔は、プリフォーム６３ａからフォトニック結晶ファイバ６３を延伸する処理にある。プリフォームは、フォトニック結晶ファイバ内の気体含有物の圧力を制御する１つ又は複数の圧力チャンバからなる圧力制御チャンバ６１内に密閉される。底部が炉６２内へ延び、炉６２では、プリフォームの底部が加熱されて、フォトニック結晶ファイバ６３の延伸が可能になる。フォトニック結晶ファイバの速度、及びそれによるフォトニック結晶ファイバ直径は、フォトニック結晶ファイバを延伸塔の様々なステーションに通す延伸ホイール６９によって制御される。フォトニック結晶ファイバ６３の速度は調整可能であり、炉６２の温度及びフォトニック結晶ファイバ６３の速度を調整することによって、ファイバの直径を調整することができる。フォトニック結晶ファイバは監視ステーション６７ａを通過し、監視ステーション６７ａでは、炉６２からのフォトニック結晶ファイバの直径がインラインで監視される。

フォトニック結晶ファイバ６３は、監視ステーション６７ａから出て、主炭素コーティングを施すためのコーティング・ステーションへ進む。
フォトニック結晶ファイバ６３は反応器６４の反応器チャンバを通過し、矢印で示すように、反応器内で実質上一定の量の新鮮なガスを維持するように、連続する流れで反応ガスが導入及び排出される。

フォトニック結晶ファイバ６３が反応器６４に入るときに十分に高い温度を有することを確実にするために、反応器は、フォトニック結晶ファイバ６３が炉６２を離れる位置に比較的近接して位置決めされることが望ましい。別法として、反応器の前にオーブンを位置決めして、フォトニック結晶ファイバ６３を予熱することができるが、後者の代替実施形態は、オーブンの追加のコストがかかるため好ましくない。

炭素層の厚さは、たとえば、反応ガス内の反応性の炭素質ガスの濃度を調整することによって、又はフォトニック結晶ファイバ速度を変化させることによって、調整することができる。

炭素コーティングされたフォトニック結晶ファイバは、反応器から出て、追加のコーティングを施すための追加のコーティング・ステーションへ進む。追加のコーティング・ステーションは、図示の実施形態では、高分子コーティング・ステーション６５である。コーティングされたフォトニック結晶ファイバは、コーティング・ステーションから出て、同心性モニタ６７ｂへ進み、さらに硬化ステーション６６へ進み、硬化ステーション６６では、高分子コーティングが光によって硬化される。

コーティングされたフォトニック結晶ファイバは、硬化ステーション６６から出て、ファイバ直径を監視する追加のモニタ６７ｃへさらに進む。コーティングされたフォトニック結晶ファイバ６３は、延伸ホイール６９から出て、スプール６８上へ巻き取られる。

コーティングされたフォトニック結晶ファイバ６３には、有利には、添加チャンバ内でスプール６８上のコーティングされたフォトニック結晶ファイバを水素及び／又は重水素にかけることによって、スプール上で水素又は重水素を添加することができる。

図７に示す延伸塔は、プリフォーム７３ａからフォトニック結晶ファイバ７３を延伸する処理にある。プリフォームは、フォトニック結晶ファイバ内の気体含有物の圧力を制御する１つ又は複数の圧力チャンバからなる圧力制御チャンバ７１内に密閉される。底部が炉７２内へ延び、炉７２では、プリフォームの底部が加熱され、ファイバ７３は所望の厚さまで延伸される。ファイバの速度は、フォトニック結晶ファイバ７３を延伸塔の様々なステーションに通す延伸ホイール７９によって制御される。ファイバは、炉７２から出て、監視ステーション７７ａを通過し、監視ステーション７７ａでは、ファイバの直径がインラインで監視される。

フォトニック結晶ファイバ７３は、監視ステーション７７ａから出て、主金属コーティングを施すためのコーティング・ステーション７４へ進む。
コーティング・ステーション７４は、比較的高い温度の液体金属溶融物を含むが、均一のコーティング層を確保するために、ファイバは、溶融物の温度を下回る温度を有するべきである。コーティング・ステーション７４の前に送風機又は類似の冷却手段を適用して、冷気７０を吹き付けてフォトニック結晶ファイバ７３を冷却することができる。

適した溶融物温度を表１に示す。

フォトニック結晶ファイバ７３は、ファイバ延伸速度に等しい所望の速度で金属溶融物を通過する。金属コーティングの厚さは、たとえば、コーティング・ステーション７４の溶融物チャンバ内の溶融物の量又はファイバ速度を調整することによって調整することができる。

金属コーティングされたフォトニック結晶ファイバは、コーティング・ステーション７４から出て、追加のコーティングを施すための追加のコーティング・ステーション７５へさらに進む。追加のコーティング・ステーション７５は、図示の実施形態では、高分子コーティング・ステーション７５である。コーティングされたフォトニック結晶ファイバは、コーティング・ステーション７５から出て、同心性モニタ７７ｂへ進み、さらに硬化ステーション７６へ進み、硬化ステーション７６では、高分子コーティングが光によって硬化される。

コーティングされたフォトニック結晶ファイバは、硬化ステーション７６から出て、ファイバ直径を監視する追加のモニタ７７ｃへさらに進む。コーティングされたフォトニック結晶ファイバは、延伸ホイール７９から出て、スプール７８上へ巻き取られる。

Claims (20)

1. 水素及び重水素のうちの少なくとも一方を添加した微細構造化光ファイバを作製する方法において、
   前記微細構造化光ファイバのコア及びクラッディング領域に対するプリフォーム構造を含むプリフォームを作製する工程と、
   前記コア及び前記クラッディング領域を有した前記微細構造化光ファイバを得るために前記プリフォームを延伸する工程であって、少なくとも前記クラッディング領域は前記微細構造化光ファイバの長手方向軸に沿って延びる複数の含有物を備える、前記プリフォームを延伸する工程と、
   前記クラッディング領域の周りにコーティングを設ける工程であって、前記コーティングは前記水素及び重水素のうちの少なくとも一方に対して温度Ｔ_ｈ以下の温度で気密性を有し、Ｔ_ｈは少なくとも約５０℃であり、前記水素及び重水素のうちの少なくとも一方はＴ_ｈを超える温度では前記コーティングを透過することができる、前記クラッディング領域の周りにコーティングを設ける工程と、
   前記微細構造化光ファイバへの前記水素及び重水素のうちの少なくとも一方の添加を生じさせる工程とを備える、方法。
2. 前記微細構造化光ファイバへの前記水素及び重水素のうちの少なくとも一方の添加を生じさせる工程は、前記コーティングを設けた後に前記微細構造化光ファイバを前記水素及び重水素のうちの少なくとも一方にさらすことからなる、請求項１に記載の方法。
3. 前記コーティングを設けた後で前記微細構造化光ファイバをＴ_ｈ以下の温度に冷却する工程をさらに備える、請求項２に記載の方法。
4. 前記微細構造化光ファイバへの前記水素及び重水素のうちの少なくとも一方の添加を生じさせる工程は、前記コーティングを設ける前に前記微細構造化光ファイバを前記水素及び重水素のうちの少なくとも一方にさらすことからなる、請求項１に記載の方法。
5. 前記微細構造化光ファイバへの前記水素及び重水素のうちの少なくとも一方の添加を生じさせる工程は、前記微細構造化光ファイバを、水素及び／又は重水素を含むチャンバ内に配置することからなる、請求項１に記載の方法。
6. 前記微細構造化光ファイバの一定の選択された長さの両側で含有物を閉じる工程を備える、請求項１に記載の方法。
7. 閉じられた前記含有物は前記微細構造化光ファイバを前記水素及び重水素のうちの少なくとも一方にさらす前に閉じられている、請求項６に記載の方法。
8. 前記コーティングの外側に少なくとも１つのさらなるコーティングを施す工程をさらに備える、請求項１に記載の方法。
9. 前記コーティングは炭素コーティングからなる、請求項１に記載の方法。
10. 前記炭素コーティングを施す工程は化学気相成長法によるものであり、反応器の反応器チャンバを通して前記ファイバを延伸させることを含んでなる、請求項９に記載の方法。
11. 前記反応器チャンバ内の前記ファイバを少なくとも約７００℃の温度の反応器ガスにかける工程を備え、前記反応器ガスは炭素質の組成物を含んでなる、請求項１０に記載の方法。
12. 前記反応器は延伸塔の一体部分である、請求項１０に記載の方法。
13. 前記コーティングは金属コーティングからなる、請求項１に記載の方法。
14. 液体金属溶融物の中に前記ファイバを通過させることによって前記金属コーティングを施す工程を備え、前記ファイバが溶融物に入るときの前記ファイバの温度は、前記金属溶融物の温度より低い、請求項１３に記載の方法。
15. 前記コーティングは前記ファイバを巻き取った後、かつ少なくとも部分的に冷ました後で施される、請求項１３に記載の方法。
16. 前記クラッディング領域は内側クラッディングと外側クラッディング領域からなり、前記内側クラッディング領域は前記含有物を含んでなり、前記内側クラッディング領域の含有物の最も外側と前記コーティングとの間の径方向距離は少なくとも１０μｍである、請求項１に記載の方法。
17. 前記微細構造化光ファイバの前記内側クラッディング領域と前記コーティングの間の材料が水素及び重水素のうちの少なくとも一方のリザーバを形成する、請求項１に記載の方法。
18. 前記微細構造化光ファイバの前記コア領域が約１０μｍ以下の直径を有する、請求項１に記載の方法。
19. 前記微細構造化光ファイバの外側クラッディング領域は前記微細構造化光ファイバの長手方向軸に沿って伸びる含有物を含んでなり、前記内側クラッディング領域に備えられる含有物は前記外側クラッディング領域に備えられる含有物よりも大きな直径を有する、請求項１に記載の方法。
20. 前記複数の含有物は少なくとも２つのリングからなるパターンに配置されている、請求項１に記載の方法。