JP6122120B2 - 高複屈折中空コアファイバー及び高複屈折中空コアファイバーを作製する技法 - Google Patents
高複屈折中空コアファイバー及び高複屈折中空コアファイバーを作製する技法 Download PDFInfo
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Description
本出願は、2012年8月18日に出願された米国仮特許出願第61/684,738号の優先権の利益を主張する。この米国仮特許出願は、本出願の譲受人によって所有され、引用することによってその全内容が本明細書の一部をなすものとする。
1.序論−複屈折及びコアジオメトリー(core geometry)
2.複屈折中空コアファイバー
3.非対称コアジオメトリー
4.中実欠陥ロッド
5.欠陥セル及び欠陥キャピラリーチューブ
5.1 例−13セルプリフォームアセンブリ
5.2 他の例−3セルプリフォームアセンブリ、7セルプリフォームアセンブリ、及び4セルプリフォームアセンブリ
5.3 数値シミュレーション
5.4 数値シミュレーション:例−19セルコア
5.5 更なる技法及び例
5.51 長形コア
5.52 コア及び欠陥のパターン
5.53 欠陥の「強度」の範囲
6.他の設計
7.実験による確認
8.一般的な技法
9.結論
ファイバーは、制御されていない偏波結合、特に長さ可変の偏波結合又は時変の偏波結合の影響を緩和するのに十分な大きさの意図的な複屈折を有する場合に偏波維持性を有する。例えば、偏波維持ファイバーは、入力偏波が正しく選ばれている限り、屈曲、温度等の変化にほとんど依存しない特定のシステムにおいて出力偏波を有することができる。
次に、中空コアが、複数の個々の中空セルを画定するセル壁のウェブを備える微細構造クラッド(microstructured cladding)によって囲まれている光ファイバーに関して複屈折を解説する。そのようなファイバーは、例えば、「積層延伸(stack-and-draw:スタックアンドドロー)」技法を用いて製作することができる。この技法では、石英ガラス、プラスチック等から製造された複数のキャピラリーチューブが適切に配置されて、プリフォームアセンブリが作製される。このプリフォームアセンブリは、通常、複数のキャピラリーチューブを合わせて保持するための同様の材料からなる外側チューブを備える。構築後、プリフォームアセンブリは、次に、光ファイバーに延伸される。
図1A〜図1Fは、隣接したキャピラリーチューブ群が除外されているプリフォームアセンブリの一連の代表的な部分の図である。図1A〜図1Cは、隣接した欠落キャピラリーチューブ群及びその結果のコアギャップが対称であるプリフォームアセンブリを示している。これらのプリフォームから延伸されたファイバーが複屈折を示すには、通常、延伸プロセス中にそのようにすることが必要である。図1D〜図1Fは、隣接した欠落キャピラリーチューブ群及びその結果のコアギャップが非対称であるプリフォームアセンブリを示している。したがって、そのようなプリフォームから延伸されたファイバーは、複屈折をサポートする延伸条件がない場合であっても、複屈折表面モードを有する非対称コアを有する。
上述したように、第2の手法では、コアチューブの内部表面に取り付けられた欠陥ロッドが、中空コアファイバー内に複屈折を提供するのに用いられる。図2A及び図2Bは、第1の7セルプリフォームアセンブリ70及び第2の7セルプリフォームアセンブリ80の代表的な部分の断面図である。これらの7セルプリフォームアセンブリでは、複数のキャピラリーチューブ72及び82が規則的な配置に組み立てられ、この配置から、隣接した対称的な7つのキャピラリーチューブからなる群が除外され、その結果、それに対応した形状を有するコアギャップ76及び86が得られている。コアチューブ74及び84が、コアギャップ76及び86内に嵌合されている。
上述したように、微細構造中空コアファイバーは、通常、ファイバーの長さに沿って延在する個々の中空セルを画定するセル壁のウェブを備える。本発明の一態様によれば、複屈折は、2つの異なるタイプのセル、すなわち「格子セル(lattice cell)」及び「欠陥セル」を備える微細構造を設けることによって生み出される。
図4は、本発明の一態様による13セルプリフォームアセンブリ100の、コンピューターが作成した第1の例の代表的な部分の横断面図であり、図5は、図4に示すプリフォームアセンブリ100から延伸された一例示の中空コアファイバー150の対応する部分の横断面図である。
図6A〜図6Cは、本発明によるプリフォームアセンブリの他の例を示している。
欠陥キャピラリーチューブを組み込んだプリフォームアセンブリの結果として得ることができる幾つかの中空コアファイバージオメトリーをシミュレートした。欠陥キャピラリーチューブのこの使用は、アセンブリジオメトリーの細部によって部分的に特定されるが、延伸条件にも依存する多くの異なるファイバージオメトリーをもたらすことができる。
1.欠陥キャピラリーチューブの壁の厚さが変化すると、表面モードはバンドギャップ内をシフトし、中空コア表面モードの密度は変化する。
2.基本モードの複屈折は、表面モードの密度とともに増加する傾向がある。
3.損失、複屈折等の大きな変化は、表面モードに関連付けられている。したがって、表面モード密度が高いほど、所与の帯域幅内における損失、複屈折等の変動がより大きいことを意味する。
4.チューブの厚さの望ましい範囲は、高複屈折、低損失、ガラス内の光の低い割合、及び或る動作帯域幅内でのこれらのパラメーターの変動を比較的平滑にしたいという要望の間の妥協によって示唆される。
5.信号帯域幅が極めて狭い用途の場合であっても、適度に大きな動作帯域幅が非常に望ましい。なぜならば、これは、製造の不完全性及び擾乱、例えばファイバーの外径の変動に対する感度を低くすることを意味するからである。
6.コアの周囲の異なる位置における欠陥の配置は、複屈折、損失、及び動作帯域幅の間の異なるトレードオフをもたらす。したがって、本発明の一態様は、複屈折、損失、及び帯域幅の間の最適なトレードオフを提供するコアギャップ境界における格子キャピラリーチューブ及び欠陥キャピラリーチューブのためのパターンを選択することを含む。
上記傾向は、図7A〜図7Cに示されている。これらの図は、4つの欠陥キャピラリーチューブのセットがコアギャップ境界に位置決めされている19セルプリフォームアセンブリの3つの異なる構成を示している。
次に、複屈折コアジオメトリーを生成するように構成された複数の格子セル及び複数の欠陥セルを備える中空コアファイバーに関する追加の技法及び例を提示する。特に、以下の例示の設計は、複屈折、低損失、及び動作帯域幅をバランスさせる表面モード密度をもたらすことが分かっている。
中空コアファイバー及びプリフォームアセンブリのための複屈折をサポートする構成は、直交した長軸及び短軸と、対向する長いサイド及び対向する短いサイド側と、長軸及び短軸のそれぞれの回りの反射対称性とを有する概ね長形の形状、すなわち細長い円の形状に概ね近い形状を有する中空コアを備えることができることが分かっている。
次に、複数の例示のコア及び欠陥のパターンを説明する。これらの例において、プリフォームアセンブリは、密充填スタックに配置された複数のキャピラリーチューブを備える。コアギャップは、隣接したキャピラリーチューブのセットを除外することによって生成される。延伸されたファイバー内の複屈折は、コアギャップの境界におけるキャピラリーチューブの第1「層」に、格子キャピラリーチューブ及び欠陥キャピラリーチューブの複屈折サポートパターンを設けることによって生み出される。
(1)長形コア、
(2)コアの対向する長いサイドに位置決めされた欠陥、並びに
(3)これらの欠陥が、長形コアの長軸及び短軸の双方に関して反射対称性を用いて配置されていること。
図10A〜図10Fに示す例示のジオメトリーでは、適した欠陥「強度」を上記で解説した技法を用いて提供することができる。
図11及び図12は、従来技術を上回る他の可能な改良形態を示す図である。
一連の実験を行って、上記数値シミュレーションを確認した。図7B及び図7Cに示すプリフォームアセンブリのプロトタイプを製造した。測定によって、これらのアセンブリから延伸されたファイバーが低損失で偏波を維持する性能の波長範囲を有することが確認された。図14は、トレース582が損失と波長との関係を示し、トレース584が偏波保持と波長との関係を示す予備測定データの一例示のグラフ580である。グラフ580は、ほぼ1520nm〜1560nmの低損失の偏波保持ウィンドウを示している。
図15は、複屈折中空コアファイバーを製造するプリフォームアセンブリを構築するための、上記で説明した本発明の様々な態様及び実施形態による一般的な技法600のフローチャートを示している。
610:複数のキャピラリーチューブをプリフォームアセンブリに配置する。
620:マトリックスにコアギャップを設ける。ここで、コアギャップは、複数のチューブに及び、当該コアギャップと残りのアセンブリとの間の境界面によって画定された境界を有し、
マトリックスは、
複数の格子キャピラリーチューブと、
少なくとも1つの特性における、キャピラリーチューブの特性との少なくとも1つの相違によって特徴付けられた複数の欠陥キャピラリーチューブと、
を含み、
コアギャップ境界におけるキャピラリーチューブは、プリフォームアセンブリから延伸された中空コアファイバーにおいて反射対称の2つの直交軸を画定するパターンで配置された格子キャピラリーチューブ及び欠陥キャピラリーチューブを含む。
630:プリフォームアセンブリをファイバーに延伸する。ここで、キャピラリーチューブは、ともに融合して、プリフォームアセンブリにおけるコアギャップに対応する中空コアと、プリフォームアセンブリにおける個々のキャピラリーチューブに対応する個々のセルを有する微細構造クラッドとを形成する。
上記説明は、当業者が本発明を実施することを可能にする詳細を含むが、この説明は、本質的に例示であり、その多くの変更形態及び変形形態が、これらの教示内容の利益を有する当業者には明らかであることが認識されるべきである。したがって、本出願における本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ画定され、特許請求の範囲は、従来技術によって許容されるのと同程度に広く解釈されることが意図されている。
Claims (11)
- 中空コアファイバーであって、
セルのマトリックスを含むクラッドであって、各々の前記セルは、孔と、該孔を囲む壁とを備える、クラッドと、
前記セルのマトリックスにコアギャップを備える中空コア領域であって、該コアギャップは、複数の前記セルに及び、該コアギャップの前記セルと前記クラッドの前記セルとの間の境界面によって画定される境界を有する、中空コア領域と、
を備え、
前記セルのマトリックスは、
実質的に同様のサイズ、形状、及び壁の厚さを有する複数の格子セルと、
前記格子セルのそれぞれのサイズ及び形状と同様のそれぞれのサイズ及び形状を有する複数の欠陥セルであって、前記格子セルの壁の厚さと比較した壁の厚さの相違によって特徴付けられる複数の欠陥セルと、
を含み、
前記コア領域境界における前記セルは、該中空コアファイバーを通って伝播する光に複屈折を生み出すように、反射対称の2つの直交軸を画定するパターンで配置された格子セル及び欠陥セルを含む、中空コアファイバー。 - 前記欠陥セルは、孔の幅における、前記格子セルの該孔の幅と比較した相違を有することによってさらに特徴付けられる、請求項1に記載のファイバー。
- 前記コア領域は、前記コアの対向する長いサイドに位置決めされた欠陥を有する、直交した長軸及び短軸の回りに反射対称性を示す長形の形状の断面プロファイルを有し、
前記欠陥は、長形の前記コアの前記長軸及び前記短軸の双方に対して反射対称に配置されている、
請求項1に記載のファイバー。 - 複屈折中空コアファイバーを製造する方法であって、
複数のキャピラリーチューブをプリフォームアセンブリに配置するステップと、
マトリックスにコアギャップを設けるステップであって、該コアギャップは、複数のチューブに及び、該コアギャップと残りの前記アセンブリとの境界面によって画定された境界を有する、設けるステップと、
なお、前記マトリックスは、
実質的に同様のサイズ、形状、及び壁の厚さを有する複数の格子キャピラリーチューブと、
前記格子キャピラリーチューブのそれぞれのサイズ及び形状と同様のそれぞれのサイズ及び形状を有する複数の欠陥キャピラリーチューブであって、前記格子キャピラリーチューブの壁の厚さと比較した壁の厚さの相違によって特徴付けられた複数の欠陥キャピラリーチューブと、
を含み、
前記コアギャップ境界における前記キャピラリーチューブは、前記プリフォームアセンブリから延伸された中空コアファイバーにおいて反射対称の2つの直交軸を画定するパターンで配置された格子キャピラリーチューブ及び欠陥キャピラリーチューブを含み、
前記プリフォームアセンブリをファイバーに延伸するステップであって、前記アセンブリは、ともに融合して、前記プリフォームアセンブリにおける前記コアギャップに対応する中空コアと、前記プリフォームアセンブリにおける個々のキャピラリーチューブに対応する個々のセルを有する微細構造クラッドとを形成する、延伸するステップと、
を含む、複屈折中空コアファイバーを製造する方法。 - 欠陥キャピラリーチューブに対応する前記ファイバーのセルは、格子キャピラリーチューブに対応する前記ファイバーのセルと比較して、孔の幅の相違を有するように選択される、請求項6に記載の方法。
- 前記コア領域は、前記コアの対向する長いサイド上に位置決めされた欠陥キャピラリーチューブを有する長形の断面プロファイルを有し、
前記欠陥キャピラリーチューブは、長形の前記コアの長軸及び短軸の双方に対して反射対称に配置されている、
請求項6に記載の方法。 - 前記延伸するステップの間に、圧力制御が、前記格子キャピラリーチューブに適用されるものとは異なって前記欠陥キャピラリーチューブに適用される、請求項6に記載の方法。
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