JP7193530B2 - 反共振中空コアプリフォームおよび光ファイバおよび加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ、特に、反共振中空コア光ファイバ（antiresonant hollow core optical fibre）、およびこのタイプの光ファイバをプリフォームから加工するための方法に関する。

光ファイバは、縦毛細管の構造化された配置構成を含むクラッディングによって囲まれた中心空孔（central void）の形態の導光性コア（light-guiding core）を備える中空コアファイバ（hollow core fibre）として知られているタイプのものを含む。中空コアファイバは、その光学的誘導機構に従って、クラッディングが多数の毛細管からなる規則的配列構造を備え、そこから中心グループが排除されてコアを画成する、中空コアフォトニックバンドギャップファイバ、およびファイバ群の一部においてより少数の毛細管がコアを画成する中心空間の周りのより大きいジャケットチューブ（jacket tube）の内面に結合される、負曲率ファイバを含む反共振中空ファイバとして分類することができる。

今まで、中空コアフォトニックバンドギャップファイバはより低い光伝送損失を示していたが、それと引き換えに使用可能な光帯域幅は小さい。逆に、反共振中空コアファイバは、かなり広い帯域幅を有するが、典型的にはより高い損失を有するものとしてよい。

負曲率タイプの反共振中空コアファイバは、ガラス、ポリマー、または他の光学材料から作製され得る。より大きいジャケットチューブの内面の周りに固定された円形または他の形状の多数の細いチューブまたは毛細管の構造は、中心中空コア領域を形成し、そこで、光は細い周囲チューブ壁からの反共振および空気誘導光学モードとチューブ誘導光学モードとの間の低い重なり合いの組合せ効果によって誘導され得る[１]。

これらのファイバの以前の実装形態は、ジャケットの内面の周りで互いに接触するチューブのリングを備えていた[２]。その後の研究により、チューブの間隔をあけて隣接するチューブ同士の接触をなくすことによって光学的性能を改善できることが立証された。この構造は、チューブとチューブとの間の接点で生じ、結果としてファイバの透過スペクトル内に高い損失ピークをもたらす望ましくない共振を引き起こす傾向のある、光ノードを除去する[３]。したがって、これらのファイバは、「ノードレス」反共振負曲率ファイバと称され得る。さらに開発が進むと、既存のチューブの内側により小さなチューブを入れ子にしてさらに加えることで、光学的損失を数桁減少させることが可能になり得ることがわかった[４,５]。この構造を持つファイバは、「入れ子状反共振ノードレスファイバ（nested antiresonant nodeless fibre）（NANF）」と称され得る。

これらの様々なノードレス構造のモデリングおよびシミュレーションは、ノードを持つ構造（チューブのリングが接触している）と比較したときに光学的損失特性が実質的に改善されることを示している。しかしながら、モデルは、チューブのサイズ、間隔、および厚さが最適である理想化された、完全に対称的なファイバ構造に基づく。特に、ノードレスファイバの損失を低くするには、離間されたチューブの間の分離距離を小さく、均一にする必要がある。分離距離は大きければ大きいほど、導光がコアから容易に漏れることを許すことによって損失を高めるが、閉じられたギャップ（分離距離がゼロ）はノードを導入することによって損失を高める。実験から、望ましい規則的構造は実際には達成することが困難であることがわかっている。

光ファイバはプリフォームから加工され、これはさらに大きなスケールでファイバに対する所望の断面構造を複製する。プリフォームは加熱され、軟化した構造が引っ張られ、それを引き延ばして所望のファイバにするが、その際にかなり縮小された直径まで断面構造の関連特性を維持する。ノードレスファイバについては、壁が薄くチューブ間隔が狭い規則的構造を達成することを試みる際に、外側ジャケットとのみ接触しているチューブを含むプリフォームを延伸するのが困難であるため、問題が生じる。

これには多くの理由がある。第１に、チューブは、外側ジャケットの内面との小さな方位角接点（azimuthal contact point）しか有しない。ガラスが軟化されるときに延伸プロセスにおいて生じる基本的な流体力学的メカニズムは、チューブがこの接点の周りにわずかに回転しがちであり、それのいずれかの側で制御できないまま劇的に反転することすらあり得ることを意味する。第２に、チューブにおける回避できない製造の不正確さ（たわんでいる、楕円である、ねじれている）は、ジャケットの内面に対する接触線がプリフォームの長さに沿って必ずしも真っすぐでなく、また他のチューブの接触線に平行でもないことを意味する。最後に、壁厚さ対直径の比を低減するために延伸時に圧力を印加しチューブを膨らませるプロセスは、チューブ間のまたは縦方向の外径変動などの、小さな、不可避である初期差異を目立たせる傾向がある。全体な、したがって、チューブの位置とその直径および厚さの両方が、仕上げられたファイバにおける理想的状態から逸脱する可能性がある。その結果、予想される光学的性能は達成不可能なものとなり得る。

したがって、低損失反共振中空コア光ファイバを得ることが目的であることから、ファイバ加工の改善は注目に値する。

国際公開第２０１５／１８５７６１号

Chengli Wei、R. Joseph Weiblen、Curtis R. Menyuk、および Jonathan Hu、「Negative curvature fibers」、Adv. Opt. Photon. 9、504-561（2017） A. D. Pryamikov、A. S. Biriukov、A. F. Kosolapov、V. G. Plotnichenko、S. L. Semjonov、および E. M. Dianov、「Demonstration of a waveguide regime for a silica hollow-core microstructured optical fiber with a negative curvature of the core boundary in the spectral region >３.５μm」、Opt. Express 19、1441-1448（2011） A. N. Kolyadin、A. F. Kosolapov、A. D. Pryamikov、A. S. Biriukov、V. G. Plotnichenko、および E. M. Dianov、「Light transmission in negative curvature hollow core fiber in extremely high material loss region」、Opt. Express 21、9514-9519（2013） F. Poletti、「Nested antiresonant nodeless hollow core fiber」、Opt. Express 22、23807-23828（2014） Seyedmohammad Abokhamis Mousavi、Seyed Reza Sandoghchi、David J. Richardson、および Francesco Poletti、「Broadband high birefringence and polarizing hollow core antiresonant fibers」、Opt. Express 24、22943-22958（2016）

態様および実施形態は、付属の請求項において述べられる。

本明細書において説明されているいくつかの実施形態の第１の態様によれば、反共振中空コア光ファイバのためのプリフォームが提供され、これは内面および中心縦軸を有する外側ジャケットチューブと、外側ジャケットチューブの内面の周りの事前定義された周辺配置において離間された複数の反共振クラッディングチューブであって、各反共振クラッディングチューブは各反共振クラッディングチューブの中心縦軸が外側ジャケットチューブの中心縦軸から第１の半径方向距離にあるように、内面と接触している、反共振クラッディングチューブと、反共振クラッディングチューブと交互に配設され、各々１つまたは複数の接点で２つの隣接する反共振クラッディングチューブの各々の外面と接触し、接点は外側ジャケットチューブの中心縦軸から第２の半径方向距離にあり、第２の半径方向距離は第１の半径方向距離より大きい、複数のスペーシング要素とを備える。

本明細書において説明されているいくつかの実施形態の第２の態様によれば、第１の態様によるプリフォームから延伸された反共振中空コア光ファイバのための中間ケイン（intermediate cane）が提供される。

本明細書において説明されているいくつかの実施形態の第３の態様によれば、第１の態様または第２の態様によるプリフォームから延伸された反共振中空コア光ファイバが提供される。

本明細書において説明されているいくつかの実施形態の第４の態様によれば、内面および中心縦軸を有するチューブ状外側ジャケット、外側ジャケットチューブの内面の周りに離間された複数の反共振クラッディング毛細管であって、各反共振クラッディング毛細管は各クラッディングチューブの中心縦軸がチューブ状外側ジャケットの中心縦軸から第１の半径方向距離にあるように、事前定義された周辺配置において内面に結合されている、反共振クラッディング毛細管、ならびに反共振クラッディング毛細管と交互に配設され、各々１つまたは複数の接点で２つの隣接する反共振クラッディング毛細管の各々の外面に結合され、接点はチューブ状外側ジャケットの中心縦軸から第２の半径方向距離にある、複数のスペーシング要素を備えるクラッディングと、反共振クラッディング毛細管の外面の内向き部分によって境界を画される中心空孔を備えるコアとを具備する反共振中空コア光ファイバが提供される。

本明細書において説明されているいくつかの実施形態の第５の態様によれば、反共振中空コア光ファイバのためのプリフォームを作製する方法が提供され、この方法は、複数の反共振クラッディングチューブを内面と中心縦軸とを有する外側ジャケットチューブの内側の事前定義された周辺配置に設けることであって、反共振クラッディングチューブが内面の周りに離間され、各反共振クラッディングチューブが内面と接触し、各反共振クラッディングチューブの中心縦軸が外側ジャケットチューブの中心縦軸から第１の半径方向距離にあるように、複数の反共振クラッディングチューブを設けることと、複数のスペーシング要素を、反共振クラッディングチューブと交互に、各々１つまたは複数の接点で２つの隣接する反共振クラッディングチューブの各々の外面と接触するように設けることであって、接点は外側ジャケットチューブの中心縦軸から第２の半径方向距離にあり、第２の半径方向距離は第１の半径方向距離より大きい、複数のスペーシング要素を設けることと、任意選択で、反共振クラッディングチューブとスペーシング要素とを外側ジャケットチューブ内のそれらの位置に固定することとを含む。

本明細書において説明されているいくつかの実施形態の第６の態様によれば、反共振中空コア光ファイバを作製する方法が提供され、これは第５の態様の方法によりプリフォームを作製することと、プリフォームを延伸して光ファイバにすることとを含む。

本明細書において説明されているいくつかの実施形態の第７の態様によれば、反共振中空コア光ファイバのための中間ケインを作製する方法が提供され、この方法は、第５の態様の方法によりプリフォームを作製することと、プリフォームを延伸して中間ケインにすることとを含む。

いくつかの実施形態のこれらおよびさらなる態様は、付属の独立および従属請求項において述べられる。従属請求項の特徴は、互いに、および請求項において明示的に述べられているもの以外の組合せによる独立請求項の特徴と組み合わされ得ることは理解されるであろう。さらに、本明細書において説明されているアプローチは、以下で述べたものなどの特定の実施形態に制限されないが、本明細書において提示されている特徴の任意の適切な組合せを含み、および企図している。たとえば、反共振中空コア光ファイバのためのプリフォーム、反共振中空コア光ファイバ、またはこれらのファイバおよびプリフォームを加工するための方法は、適宜以下で説明されている様々な特徴のうちの任意の１つまたは複数を含む本明細書において説明されているアプローチに従って提供され得る。

次に、発明をよく理解するために、またそれをどのように実行に移すかを示すために、たとえば添付図面が参照される。

従来技術による例示的な反共振中空コア光ファイバの概略断面図である。 従来技術による第２の例示的な反共振中空コア光ファイバの概略断面図である。 従来技術により加工された反共振中空コア光ファイバの画像を示す図である。 本開示の一態様による反共振中空コア光ファイバを加工するためのプリフォームの一例の概略断面図である。 本開示の例によるプリフォームについて定義されている比ｒ２／ｒ１の関数としての光学的損失のグラフを示す図である。 本開示の態様によるプリフォーム、ケイン、および光ファイバの画像を示す図である。 図３（ａ）からの従来技術のファイバおよび図５（ｃ）からの例示的なファイバの画像を、比較のため示す図である。 従来技術による２本のファイバおよび本開示の一例によるファイバに対する波長を有する減衰の変動のグラフである。 本開示のいくつかの例によるスペーシング要素を備えるプリフォームの一部分の概略断面図である。 本開示の他の例によるスペーシング要素を備えるプリフォームの一部分の概略断面図である。 本開示のさらなる例によるスペーシング要素を備えるプリフォームの一部分の概略断面図である。 本開示のなおもさらなる例によるスペーシング要素を備えるプリフォームの一部分の概略断面図である。 本開示の一例によるプリフォームおよびプリフォームから延伸された２本の例示的なファイバの画像を示す図である。 図３（ｃ）からの従来技術のファイバおよび図１２（ｃ）からの例示的なファイバの画像を、比較のため示す図である。 本開示の例による例示的な偏光維持反共振中空コア光ファイバの概略断面図である。 本開示の例による例示的な偏光維持反共振中空コア光ファイバの概略断面図である。 本開示の例による例示的な偏光維持反共振中空コア光ファイバの概略断面図である。 本開示の態様によるプリフォームおよび光ファイバ加工のための例示的な方法のフローチャートである。

いくつかの例および実施形態の態様および特徴が、本明細書において説明され／記述されている。いくつかの例および実施形態のいくつかの態様および特徴は、従来通りに実装されるものとしてよく、これらは簡略にするため詳細に説明／記述されない。詳細に記述されていない本明細書において説明されている装置および方法の態様および特徴は、そのような態様および特徴を実装するための任意の従来の技術に従って実装されてよいことは理解されるであろう。

本開示の実施形態は、プリフォームから延伸されるファイバに含まれる様々なコンポーネントの相対的位置を改善するように構成されている反共振中空コア光ファイバを作製するためのプリフォームに関するものである。

図１は、正確な対称的構造を備える理想化された反共振中空コア光ファイバの概略断面図である。様々なコンポーネントの断面配置構成は、ファイバ１０の長さに沿って保たれる（図示されているようにページの平面の中へおよび平面から外へ）。ファイバ１０は、たとえば、ガラスから形成された、比較的大直径の中空チューブの形態の外側ジャケット１２を備える。多数の、この場合には７本の、より小さい中空チューブまたは毛細管１４が、外側ジャケット１２の内側の正確な事前定義された配置に位置決めされる。これらのチューブ１４は、ガラス製でもあり、外側ジャケット１２よりも小さい直径であり、この例では、各々同じ直径を有する。これらは、離間され、互いに接触しないように外側ジャケット１２の内周の周りに配置構成される。したがって、隣接するチューブ１４の間にギャップｇがあり、チューブの各ペアの間のギャップｇはこの理想的構造において等しい。各チューブ１４は、単一の配置１６において外側ジャケット１２の内面と接触し、配置１６は外側ジャケット１２の周上に等しい間隔で並ぶ。チューブ１４は中心空孔１８を残しファイバ１０のコアを形成するサイズを有する。チューブ１４およびジャケット１２はファイバクラッディングを形成し、チューブ１４の構造および位置は、ファイバ１０が反共振効果を介してコアに沿って光を誘導することを可能にし、したがって反共振クラッディングチューブとして指定され得る。コア１８は、形状がクラッディングチューブ１４の内向きの外面によって画成される境界を有し、このため、このファイバタイプに対して「負曲率ファイバ」という名称を付けられている。クラッディングチューブ１４の間にギャップｇが存在することで、そうでなかった場合にチューブが接触する点に生じ、高い共振を有する光モードを誘導し伝送損失を引き起こすであろうノードがファイバ構造から排除される。したがって、このファイバタイプは、「ノードレスファイバ」とも知られている。ギャップｇのサイズが小さければ小さいほど、改善されたより低い損失に等しくなるが、それは、より大きいギャップは導光がコアからより容易に漏れるのを許し、損失を増やすからである。また、ファイバの周りの不等ギャップは、使用可能な空気モード誘導帯域幅の低減を引き起こす。

図２は、第２の例示的な反共振中空コアファイバ１０ａの概略断面図を示している。ファイバ１０ａは、図１の例と同じコンポーネントを備えるが、反共振クラッディングチューブは７本ではなく６本しか含まれない。これらは、依然としてジャケットの周りに等しい間隔で並ぶが、ギャップｇだけ離間された。それに加えて、ファイバ１０ａは、主クラッディングチューブ１４の各々の内側にさらなるより小さい中空クラッディングチューブ２０を備える。各さらなるクラッディングチューブ２０は、単一点でその主クラッディングチューブ１４の内面と接触し、この点は主クラッディングチューブ１４がジャケット１２の内面に接触する点１６と一致する。１本の主クラッディングチューブ１４および１本のさらなるクラッディングチューブ２０の各グループは、同じ方位角配置で整列されるチューブの入れ子になった対を形成し、方位角配置はジャケット１２の周上に等しい間隔で並ぶ。入れ子状構成は、光伝送損失のさらなる低下を可能にし、「入れ子状反共振ノードレスファイバ（NANF）」と呼ばれることになる。

これらの例示的なファイバ構造は理想化されており、クラッディングチューブは正しい、規則的なサイズおよび間隔を有する。これらのファイバを作製するために、様々なチューブが一緒に組み立てられてプリフォームを形成し、各チューブは最終的なファイバ内でそれの必要なプリフォーム内の相対的位置を有する。したがって、図１および図２の例は、等しく、プリフォームの断面さらにはファイバ断面を図示している。図は概略であり、縮尺通りでないことに留意されたい。たとえば、実際には、外側ジャケットチューブ１２の壁厚さは、厚いかもしくはクラッディングチューブ１４、２０の壁厚さよりかなり厚い場合も、またはそうでない場合もある。内側クラッディングチューブ２０は、主クラッディングチューブ１４と同じ壁厚さを有する場合も有しない場合もあり、壁厚さはいくつかの定義されたようにしてクラッディングチューブ１４、２０の間で変化し特定の望ましいファイバ構造を達成し得る。

背景技術の節で説明されているように、チューブの相対的位置およびその相対的サイズおよび壁厚さをファイバ延伸プロセス全体にわたり最終的なファイバに至るまでプリフォームにおいて設定されたとおりに維持することは非常に困難である。したがって、ギャップｇは、ファイバ全体を通して所望のサイズ（多くの構成において最小の損失のために光学的に望ましい可能な最小サイズなど）に維持され得ず、チューブは等しい壁厚さを維持し得ず、したがってファイバは意図されている以上に大きい損失および低い帯域幅を有する可能性が高い。これらの欠陥は、ファイバの単一の断面内と、ファイバの長さに沿った構造の変動の両方にある場合がある。

図３は、実際の加工された反共振中空コアファイバのいくつかの断面画像（光学顕微鏡および走査型電子顕微鏡からの）を示している。図３（ａ）は６本の単一非接触クラッディングチューブを有するファイバを示し、図３（ｂ）は７本の単一非接触クラッディングチューブを有するファイバを示し、図３（ｃ）は６本の非接触入れ子状対を有するクラッディングチューブを有するファイバを示している。各場合において、また可能な限り高い精度で均一にプリフォームを組み立てるのに最高の注意が払われているにもかかわらず、ファイバは、非対称的で、不規則な方位角位置決め、等しくないチューブ直径、および局所的に変化するチューブ壁厚さを有するクラッディングチューブを含む。これらの構造的欠陥はファイバの光学的性能を低下させるが、離間されたクラッディングチューブを備えるノードレスファイバのすべての報告されている例において存在すると信じられており、毛細管の厚さ対サイズの比が減少するにつれ明白になる。

本発明の実施形態は、反共振中空コアファイバを作製するために使用されるプリフォームの構造を修正することによってこの問題に対処しようとするものである。プリフォーム内の反共振クラッディングチューブの間の空間またはギャップは、スペーシング要素によって占有されているが、反共振チューブそれ自体は必要な非接触構成に維持されている。接点は、その代わりに、反共振クラッディングチューブと隣接するスペーシング要素との間に導入される。この接触はノードを構造内に導入し、望ましくないように思われるが、反共振クラッディングチューブと交互配置するスペーシング要素との間の接点が外側ジャケットの中心点からの反共振クラッディングチューブの中心点（中心縦軸）の距離より大きい外側ジャケットチューブ（コア、および全体としてプリフォームの中心縦軸にも対応する）の中心点（中心縦軸に対応する）からの半径方向距離に配置されている場合に、プリフォームから延伸された結果として得られたファイバの光学的性能が著しく悪影響を受けないスペクトル領域が存在しているという驚くべき結果がもたらされている。追加の接点によって導入されるノードは、より長い波長でいくつかの高い損失共振を引き起こし得るが、これらが反共振窓のより短い波長におけるファイバの伝送損失に及ぼす影響は、反共振クラッディングチューブが触れているファイバと比較して無視できるくらい小さく、最小損失はノードレスのもう一方のファイバの最小損失に類似している。

反共振クラッディングチューブと交互に置かれ、それらと接触するスペーシング要素の効果は、延伸プロセスにおいてチューブを適所に保持し、横への移動、転がり、反転、およびねじれを低減し、チューブ間でチューブの膨張をより一定に維持するのを助けるという効果である。このようにして、チューブの位置およびしたがってチューブの間のギャップのサイズの規則正しさ、ならびにチューブのサイズおよび厚さの規則正しさは両方とも、プリフォームから完成したファイバにより正確に移され、光学的性能は、スペーシング要素なしのプリフォームから作製された同等のファイバと比較して改善される。完成したファイバの一体部分となる、スペーシング要素は、プリフォームの長さ全体を通して縦方向に（連続的または不連続的に）延在する意味で細長く、プリフォーム、ケイン、またはファイバの全範囲にわたってクラッディングチューブ位置の必要な固定を行う。

いくつかの例において、反共振チューブと交互に置かれているスペーシング要素の組合せは、構造的コンポーネント（クラッディングチューブおよびスペーシング要素）によって連続的に占有されるプリフォームの内側の周りに少なくとも１つの経路を設けるものであり、これらのコンポーネントの間にギャップはない。プリフォームは、反共振チューブとスペーシング要素との間の接点がジャケットの中心からの反共振チューブの中心までの距離より大きい半径方向位置に出現するような構成で方位角方向に密に詰め込まれる。チューブの位置は、それによって固定され、延伸時にこれらの意図された位置から離れる移動が低減される。他の例では、スペーシング要素は、ジャケットチューブの内面にそれ自体固定されることによってチューブの位置を固定し得る。これはチューブを意図された配置に固定する同じ操作を行い、これらの配置を最終的なファイバ内にうまく平行移動させることができる。スペーシング要素の多くの形態は、以下でさらに説明されるように、望ましい効果を得るために使用され得る。

図４は、スペーシング要素２２を備える例示的なプリフォーム１０の概略断面図を示している。プリフォーム１０は、外側ジャケット１２の内面１２ａの周りに等しい間隔で並ぶ６本の反共振クラッディングチューブ１４を備え、各々単一の方位角位置１６でこの内面と接触している。チューブ１４は、中間の隣接要素と接触しないように互いに離間され、代わりにギャップｇによって分離される。この例では、チューブ１４はすべて同じ直径であり、したがってギャップｇはすべて同じ幅である。チューブ１４のリング内の開いた空間または空孔は、最終的なファイバのコア１８となる。外側ジャケット１２は、中心縦軸２４を（ファイバ１０およびコア１８の中心縦軸も）有する。各クラッディングチューブ１４は、それぞれの中心縦軸２６も有する。完成したファイバでは、これらの軸２６が互いにおよびジャケット１２の軸２４に平行であることが望ましい。典型的には、クラッディングチューブは、同じまたは類似の長さを有する、外側ジャケットチューブの長さ分を途切れることなく貫通する。

この例におけるスペーシング要素２２は、たとえばガラスから作製された、さらなる中空チューブを備える。１つのスペーシング要素２２は、クラッディングチューブ１４の各隣接する対の間に挿入される。スペーシング要素２２は、クラッディングチューブより小さい直径を有し、したがって、２本の隣接するクラッディングチューブ１４および外側ジャケット１２によって境界を画された空間内に嵌合する。各スペーシング要素２２は、接点２８において、この要素が間に置かれるクラッディングチューブの両方と接触するようにサイズおよび位置が決められる。この例では、各スペーシング要素は、単一点で外側ジャケット１２の内面１２ａとも接触し（クラッディングチューブ１４とジャケット１２との間の接触に類似する）、これらのチューブは断面が円形であるので、各チューブは１つの接点２８でのみ各隣接するクラッディングチューブと接触する。典型的には、スペーシング要素は、クラッディングチューブよりも小さい直径または幅を有することになるが、これは、特に非円形断面を有するスペーシング要素が使用される場合（以下でさらに説明される）には、常に当てはまるわけではない。また、多くの場合において、スペーシング要素は、外側ジャケットチューブおよびクラッディングチューブと同じまたは類似の長さを有する、外側ジャケットチューブの長さ分を途切れることなく貫通する。スペーシング要素は、プリフォームの恒久的部分であり、最終的なファイバ内のプリフォームの延伸時に他のコンポーネントと融合しファイバの一体部分となる。したがって、これらは、様々な部分のパッキングをきつくするためにプリフォームの端部内にときには詰め込まれる一時的または偶発的パッキング要素と異なる。

各反共振クラッディングチューブ１４の中心軸２６は、第１の半径方向距離ｒ１によって外側ジャケット１２の中心軸２４から分離される。すべてチューブは、この例では同じサイズであるため、すべてのチューブは同じ値ｒ１を有する。スペーシング要素２２とクラッディングチューブ１４との間の接点２８は、ジャケット１２の中心軸２４から第２の半径方向距離ｒ２にある。第２の半径方向距離は、第１の半径方向距離より大きい、すなわち、ｒ２>ｒ１である。

スペーシング要素２２およびそれがクラッディングチューブ１４と接触している位置の存在は、プリフォームを延伸してファイバにするときにクラッディングチューブの位置を維持する働きをする。接点２８はノードを形成するが、ファイバの中心軸２４からの位置がクラッディングチューブの軸２４より遠いので、これらのノードから生じる共振がファイバの光学的性能に著しい影響を及ぼさない。

図４Ａは、ｒ２>ｒ１の関係式を適用することによって損失がどれだけ低減され得るかを実証するグラフである。このグラフは、損失（正規化された閉じ込め損失として）をｒ２／ｒ１の関数として示しており、曲線はｒ２が変化するプリフォーム構造の範囲についてシミュレートされる一組の損失値に当てはめられる。ｒ１距離が一定であるようなクラッディングチューブのサイズおよび間隔と同様に伝搬波長は一定である。３つの例示的なプリフォームの構造が例示され、グラフ上の対応する点にマッピングされている。これらは、ｒ２が実際にはｒ１より小さい例１、ｒ２／ｒ１が１.０４５であるようにｒ２がｒ１よりわずかに大きい例２、およびｒ２／ｒ１が約１.１３５であるようにｒ２が大きくされる例３である。円形スペーシング要素はｒ２が増加すると直径が増加し、各スペーシング要素とその２本の隣接するクラッディングチューブとの間の接触を維持することに留意されたい。グラフは、外側ジャケットの中心軸から接点を遠ざけることによってｒ２値を大きくすることでファイバの性能が改善されるという点で光学的品質（より低い閉じ込め損失が優れた品質を示す）がｒ２値の変化によってどのような影響を受けるかを示している。１より低い（例１など）から１より高い（例２など）ｒ２／ｒ１比をとることに対応する、ｒ１より小さいｒ２値からｒ１より大きいｒ２値に変化した後の損失の劇的低下に留意されたい。ｒ２／ｒ１値のさらなる増加は、損失をさらに低下させる働きをする。このシミュレーションにおいて、最高性能（最小損失）は、各円形スペーシング要素が２つの隣接するクラッディングチューブと、また外側ジャケットの内面と接触しているファイバからのものである（例３）。損失のさらなる低減は、ｒ２距離を大きくする非円形スペーシング要素に変えることによって生じることは予想される。

図５は、スペーシング要素の実用的効果を実証するプリフォームおよびファイバの画像を示している。図５（ａ）は、クラッディングチューブを適所に保持するために６本のチューブ状スペーシング要素と交互する６本の反共振クラッディングチューブを有するプリフォームの概略断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）などのプリフォームから引っ張られたケイン（ファイバ延伸の中間段階）を通る断面の光学顕微鏡画像を示している。図５（ｃ）は、図５（ｂ）のケインを延伸することによって形成されたファイバの断面の走査型電子顕微鏡画像を示している。これから、プリフォームにおけるクラッディングチューブの規則的および対称的位置決めおよび間隔が、ファイバを延伸した後もきちんと保たれていることを理解することは可能である。これは、ジャケットの内壁との単一接点の周りのクラッディングチューブの移動を低減または防止することにスペーシング要素が関わっていることによる。反共振クラッディングチューブの間のギャップは最終的なファイバでは均一であり、そのサイズは、適切なサイズのスペーシング要素を使用することで非常に正確に制御され得る。加工されたファイバでは、クラッディングチューブは円形の扇形形状をとっており、スペーシング要素は三角形の形状をとっていることが観察される。これは、延伸プロセスにおけるプリフォーム／ケイン内の様々なチューブおよび空孔の加圧による。圧力差がない場合にとるであろう形状と比較してコンポーネントを膨らませるか、または萎ませることによってファイバ構造を制御するためにコンポーネントの異なるグループの間の圧力差が使用され得る。最終的なファイバ内のクラッディングチューブは各々、スペーシング要素が有するのと同じ規則的形状を有する。

図６は、スペーシング要素を欠いている図３（ａ）のファイバとスペーシング要素を含む図５（ｃ）のファイバとの間の比較結果を示している。これは、スペーシング要素によってもたらされる改善を強調している。以前のファイバには、クラッディングチューブのサイズが等しくなく、クラッディングチューブの位置決めが非対称であるという欠陥があるが、これらの欠陥はスペーシング要素でクラッディングチューブを適所に保つことによって是正される。

図７は、スペーシング要素を含むプリフォームから作製されたファイバから取得可能な品質光学的性能を実証するデータを提示している。図の右には、３つのモデル化された例示的なファイバ構造（断面）が示されている。例１は、接触している反共振チューブのリングを備える反共振中空コアファイバであり、この構成は、チューブ間の接点によって可能にされるノードにおける共振から生じる損失を有することが知られている。例２は、反共振チューブが他方から離間されたファイバであり、チューブ間のギャップは、接点のノードを取り除くことによって伝送損失を低減することが知られている。例３は、本開示によるファイバであり、スペーシング要素が反共振チューブの間に挿入されている。これらの違いを別にすれば、モデル化されたパラメータは各場合において同じである。

図７の左に、コンピュータシミュレーションから取得される伝送波長に対するdB／km単位の減衰（言い換えると、伝送損失の量）のグラフが示されている。これら３つの例の各々に対する曲線は、例１については鎖線として、例２については破線として、例３については実線として示されている。このことから、われわれは、例２で導入された間隔が例１のファイバと比較して減衰をどれだけ低減するかを観察することができ、減衰は、すべての波長において小さく、より長い波長では実質的に低減され、より広い使用可能帯域幅が得られる。例３は、約１５５０nm未満の波長における例２に類似した（および実際にはわずかに小さい）減衰を示しており、これはスペーシング要素の接点が伝送損失に対して有害な影響を有しないことを示している。より長い波長では、減衰は、例１のファイバのものに近く、帯域幅は比較可能であり、ファイバ通信について注目する典型的な波長（約１５５０nm）の良い伝送窓を提供することを示す。しかしながら、実際には例２のファイバには延伸プロセスからの位置的な欠陥があり、モデルの正確な構造を欠くことを思い出すと、このタイプの現実のファイバにおける実際の損失は一般的により高く、帯域幅は狭くなるが、現実の例３のファイバはモデルの構造に十分に近く、グラフに示されているものに類似する減衰を有する可能性が高い。したがって、例３による現実のファイバは、現実の例２のファイバに比べ良い光学的性能を有する可能性が高い。したがって、スペーシング要素の使用は、ファイバ特性を改善するうえで有益である。

上の例は、単一の中空チューブをスペーシング要素として使用している。これらは既存のファイバコンポーネントとの類似性があるので都合がよいが、本開示は、この点に限定されず、スペーシング要素の多くの異なる形状および構成が企図される。各スペーシング要素は、反共振チューブの中心に比べてプリフォーム中心軸からより大きい半径方向距離にある接点において２つの隣接する反共振チューブと接触し、これを達成する任意の形状および構成が使用され得る。スペーシング要素のサイズは、反共振チューブの数およびサイズならびにそれらの間の望ましいギャップに関して選ぶことができるが、それは、これらのパラメータがスペーシング要素を受け入れる空間のサイズで決定されるからである。したがって、より広いギャップは方位角方向（プリフォームの周囲または外周上）でより広いスペーシング要素を使用して達成され、狭いギャップについてはその反対であるものとしてよい。半径方向のスペーシング要素の深さは、ジャケット中心軸からの接点の距離ｒ２に影響を及ぼすことがあり、接点におけるノード共振からの損失を最小することを目的としてこの距離を増大させるために浅くなるように選択されることもあり得る。他の場合には、より深いスペーシング要素でより小さいｒ２距離を与えることも、より高い損失の観点から容認可能であり得るが、隣接する反共振チューブの固定をより安全に行うという利点を有する。

図８は、様々なスペーシング要素を備えるいくつかのさらなる例示的なプリフォームの概略表現を示す図である。プリフォームは、断面であり、簡単のために、各々の一部のみが図示され、これは３つの反共振チューブ１４およびその交互配置のスペーシング要素２２を含む。接点は、小さな点で示されている。破線は、ジャケット中心２４から、接点がジャケット中心２４からさらに離れて置かれているのを示すために点線の曲線で接続されている、反共振クラッディングチューブ中心までの距離ｒ１を示している。図８（ａ）は、前の例のような例を示しており、スペーシング要素２２は円形中空チューブである。図８（ｂ）は、スペーシング要素２２が円形であるが、中空チューブの代わりに中実ロッドを備える一例を示している。図８（ｃ）は、スペーシング要素２２が断面が三角形である中空チューブ（これらは代替的に中実ロッドとすることも可能である）を備える一例を示している。三角形のスペーシング要素は、三角形の任意の形状（正三角形、不等辺三角形、二等辺三角形）をとり、望ましい場所に接点を配置しながら利用可能な空間に嵌るような形状およびサイズのものとすることが可能である。このようにして、三角形要素は、円形要素より柔軟であると考えられ得る。他の断面形状も使用されてよい。

図９は、さらに多くの例示的なプリフォームの概略表現を示す図である。スペーシング要素は、単一のコンポーネントを備えることに限定されず、代替的に、単一のスペーシング要素として働く一緒に（接触して）配置構成されているサブ要素のグループを備えるものとしてよい。これは、たとえば、容易に利用可能なより単純な要素からのより複雑な形状のスペーシング要素を達成するうえで有用であり得るか、または単独では小さすぎて両方の隣接する反共振チューブと接触することができないであろう要素から空間を充填するためのスペーシング要素を形成するために有用であり得る。図９（ａ）は、各スペーシング要素２２が外側ジャケット１２の内面に対して接触し、隣り合うように配置構成されている２本の円形中空チューブのグループを備える一例を示している。このグループは、接点をジャケットの中心軸２４から移動して遠ざける浅いスペーシング要素をもたらす。２つより多いサブ要素は、この仕方で並べることが可能であり、接点はグループの端部で２つのサブ要素によって設けられる。図９（ｂ）は、各スペーシング要素２２が三角形のグループ内で接触するように配置構成されている３本の円形中空チューブのグループを備える一例を示している。この形状は、各隣接反共振チューブ１４との２つの接点を形成するが、すべての接点は、反共振クラッディングチューブ中心に比べて、ジャケット中心２４からより離れている。他の例では、より多くのサブ要素がグループ化されてスペーシング要素が形成され、そのグループは、円形以外の形状の、およびチューブではなく中実ロッドである、サブ要素を含んでいてもよい。また、異なるサイズ、形状、および構成のサブ要素は組み合わされて、単一のスペーシング要素にされるものとしてよい。

図１０は、さらなる例の概略表現を示す図である。スペーシング要素は、反共振ロッドの間でプリフォーム内に積み重ねられる分離したコンポーネントであることに限定されない。これは、その代わりに、外側ジャケットの内面から内向きに延在する突起部として外側ジャケットと一体形成されるものとしてよく、それによって反共振チューブが入れられるか、またはスロットに入れられ得る凹状クレードル領域を画成する。スペーシング要素は、別々に形成され内面上に結合され外側ジャケットとの一体構造を形成するか、または外側ジャケットは、突起部分を含むように形成されるか（成形などによって）、または内面は、機械加工されるか、または他の何らかの形で加工されて材料を取り除き凹状領域を形成し、スペーシング要素をそれらの凹状部の間の凸状突起部として残すことも可能である。図１０（ａ）は、スペーシング要素２２が外側ジャケット１２の内面から突き出る単純な正方形または矩形断面を有する一例を示している。各スペーシング要素２２は、２つの隅部で隣接クラッディングチューブ１４と接触する。図１０（ｂ）は、内面がクラッディングチューブ１４を受け入れる一連の交互する凹状部およびチューブ１４を離間し、方位角位置に固定する凸状突起部２２とともに整形されている一例を示している。この場合、スペーシング要素２２は、比較的広い領域にわたってクラッディングチューブ１４と接触し得る。スペーシング要素が外側ジャケットと一体であるときに、クラッディングチューブの間の方位角空間全体にわたって延在するという要求条件はない。必要な固定は、クラッディングチューブにただ直に隣接するだけの内壁から突き出る個別のサブ要素によってもたらされ得る。各サブ要素は、１つのクラッディングチューブとのみ１つまたは複数の接点を有し、サブ要素は隣接クラッディングチューブの各対の間で対毎に離間され、サブ要素の各対はスペーシング要素を形成するグループである。図１０（ｃ）は、この種類の一例を示している。

スペーシング要素の使用は、入れ子状反共振クラッディングチューブを含むファイバなどの、より複雑な反共振中空コアファイバ構造のためのプリフォームに適用することもできる。図１１（ａ）は、各クラッディングチューブ１４がその中により小さな追加の反共振クラッディングチューブ２０を入れ子にし、外側ジャケット１２に対する同じ方位角整列を有する一例を示している。スペーシング要素２２は、前のように主クラッディングチューブ１４の間に含まれる。さらなる入れ子状チューブは、追加の入れ子レベルなどの構成で含まれ得るか、または２つもしくはそれ以上のチューブがより大きいクラッディングチューブの内側に互いに隣接して配置構成され得る。「入れ子」という語は、１つまたは複数のクラッディングチューブをより大きいクラッディングチューブの内側に入れるそのような任意の配置構成を含むことを意図されている。加工を目的として、入れ子状グループは、事前に組み立てられるか、または事前に加工されて単一のユニットにされ、その後にプリフォームの外側ジャケットの内側に挿入されるか、または様々なクラッディングチューブを個別に外側ジャケット内に挿入することによってその場で組み立てられることもあり得る。図１１（ｂ）に示されているように、追加の反共振クラッディングチューブは、また、主クラッディングチューブの内側に置かれたスペーシング要素によって入れ子位置で固定され得る。この場合、追加のクラッディングチューブが、リング状ではなく個別に存在しているので、各スペーシング要素はただ１つの追加クラッディングチューブとの接点を有し、スペーシング要素は追加のクラッディングチューブの各側に設けられ、したがってチューブは各側に接点を有し、前のようにその位置を安定化し、移動を阻止する。これらの接点は、ジャケット中心点２４から、第１の半径方向距離ｒ１より遠くにある。スペーシング要素は、それぞれの主クラッディングチューブ１４の内面とも接触している。

図１２は、入れ子状チューブを組み込んだプリフォームおよびファイバの画像を示している。図１２（ａ）は、６個の円形中空チューブスペーシング要素と交互する反共振クラッディングチューブの６本の均等な間隔で並ぶ入れ子状対を含むプリフォームのカメラ画像を示している。図１２（ｂ）および図１２（ｃ）は、異なる加圧手段を用いて様々なチューブの形状およびサイズを修正する、このプリフォームから引き出される２本のファイバの顕微鏡画像を示している。スペーシングチューブは、最終的なファイバにおいて、ファイバ全体にわたって非常によく似た要素サイズと併せて、良好な方位角均一性をもたらし得ることに留意されたい。

図１３は、スペーシング要素なしのプリフォームから延伸される６本の入れ子状チューブファイバの画像（図１３（ａ））の隣りに図１２（ｂ）の画像を繰り返したものである。画像を６０°の扇形に分割し、図１３（ａ）のファイバと比較した図１３（ｂ）のファイバのより一貫したサイズおよび間隔を強調するために点線が重ね合わせで示されている。

プリフォームは、円形断面のチューブから組み立てられたものに限定されない。ジャケットおよび／またはクラッディングチューブはどれも、卵形、涙滴形状、正方形、六角形、または他の多角形（正多角形、不規則多角形）などの他の形状をとり得る。図１２（ｂ）および図１２（ｃ）から明白なように、ファイバ延伸時の加圧の使用も、様々なコンポーネントの形状を修正するために利用され得る。

前述の例から明白なように、本開示は、プリフォーム／ファイバに含まれる反共振クラッディングチューブまたはクラッディングチューブの入れ子状グループの数に関して限定されない。ファイバから必要な光学特性に応じて任意の数が含まれ得る。５本、６本、７本、および８本のチューブが、一般的に、反共振中空コアファイバに備えられるが、より少ない、またはより多いチューブが除外されない。たとえば、偏光効果のために４本のチューブを使用して直交対称性を与えることも可能である。

偏光および偏光維持（複屈折）光ファイバが知られており、これは入射光内に特定の偏光を引き起こすか、または伝搬光内に出射偏光を維持するかのいずれかを行うことができるファイバ断面を横切る２つまたはそれ以上の対角線方向の間の設計された差もしくは非対称性を有するファイバである。反共振中空コアファイバの場合、非対称性は、ジャケットチューブを横切る２本の直交軸に沿って対称的に配置構成される２つのグループ内の異なるサイズ、形状、もしくは構造の反共振クラッディングチューブまたはチューブの入れ子状グループを使用することによってもたらされ得る[５、６]。たとえば、４本の反共振クラッディングチューブは、２つの対において９０°の方位角間隔で等間隔に配置構成されるものとしてよく、対向するチューブは同じ構成を有し、２つの対は異なる構成を有する。これは、２つのクラッディングチューブ対に対応する２つの方向に沿って偏光される光に対する伝送損失の異なる量で直交非対称性をもたらし、したがって、導光モードは高い複屈折を示すか、または一方の偏光が支持され、他方の偏光が散逸または低減される。本明細書において開示されているスペーシング要素は、そのようなファイバを作製するためにプリフォーム内で利用することができ、実際、クラッディングチューブを４本だけ含めることで、延伸時に大きな移動が可能になるようにチューブ間に比較的大きいギャップが必ず設けられるので特に価値があり得る。スペーシング要素は、この移動を抑制し、より正確に位置決めされたコンポーネントおよびしたがって改善された光学的性能を有する偏光維持および偏光ファイバを形成するために加えられ得る。

図１４Ａは、偏光維持ファイバのためのプリフォームの一例の概略断面図を示している。ファイバ１０は外側ジャケット１２を備え、その内面に対して４本の反共振クラッディングチューブ１４ａ、１４ｂが置かれる。各クラッディングチューブ１４ａ、１４ｂは、各側にスペーシングサブ要素２２ａを有し、チューブの外面と接触し、方位角位置を固定する。各クラッディングチューブの間に２つのスペーシングサブ要素２２ａがあり、これら２つは単一のスペーシング要素２２を構成するグループを備える。クラッディングチューブは、２つの異なるサイズを有し、均等な離間され、対向する対で配置構成され、したがって、２本のより大きいチューブ１４ａは互いに対向し、２本のより小さいチューブ１４ｂはより大きいチューブ１４ａに直交する方向に沿って互いに対向する。クラッディングチューブのサイズが異なることで、２つの直交方向に沿って偏光される光に対する高い複屈折または異なるレベルの光伝送損失のいずれかをもたらすものとしてよく、したがって一方の偏光は維持され得るが、他方は失われるか、または減衰される。クラッディングチューブ（入れ子であるものおよび入れ子でないもの）の他の多くの構成は、同等の直交損失差をもたらし光偏光を維持するために使用できる。

図１４Ｂは、偏光維持ファイバのための代替的な例示的なプリフォームの一例の概略断面図を示している。この例では、反共振クラッディングチューブ構造１４ａ、１４ｂの２つの直交配置構成対は、図１４Ａの例と同様に使用される。しかしながら、クラッディングチューブはより複雑であり、一方の対１４ａは各々直径が減少する３本の入れ子状チューブを備え、他方の対１４ｂは直径が減少する２本の入れ子状チューブを備える。複屈折に必要な非対称性は、一部は、入れ子状チューブの数のこの差によってもたらされるが、クラッディングチューブの直径および壁厚さでももたらされる。三重入れ子状クラッディングチューブ１４ａは、二重入れ子状チューブ１４ｂと比べて、より大きい外径（外側クラッディングチューブの直径）およびより薄い壁厚さを有する。スペーシング要素２２は、各々が隣接するクラッディングチューブの入れ子１４ａ、１４ｂおよび外側ジャケットチューブ１２の両方と接触している個別の円形チューブを備える。これは、各スペーシング要素２２が２つの離間されたスペーシングサブ要素２２ａのグループを含む図１４Ａの例とは対照的である。

図１４Ｃは、偏光維持ファイバのためのさらなる例示的なプリフォームの概略断面図を示している。この例では、６本の反共振クラッディングチューブが使用され、これらは２本のより大きい厚い壁を有するクラッディングチューブ１４ｂの第１のグループと、４本のより小さい薄い壁を有するクラッディングチューブ１４ａの第２のグループとに分割される。各グループは、６本のチューブ１４ａ、１４ｂすべてが外側ジャケット１２の内面の周りの２本の隣接するチューブから離間されたことに加えて、前のように互いに直交するように配置構成される。円形断面の中実ロッドの形態のスペーシング要素２２は、クラッディングチューブ１４ａ、１４ｂの間に交互に並び、各々２本の隣接するクラッディングチューブ１４ａ、１４ｂおよび外側ジャケットチューブ１２の内面と接触する。

円形チューブおよび要素がプリフォーム内で使用されるときに、チューブの中心縦軸がどこにあるかは明らかである。回転対称を有する他の形状については、中心は、回転対称軸であると考えることができる。図５、図６、および図１２の例の扇形または楔形の反共振クラッディングチューブなどの、より複雑な形状については、われわれは、クラッディングチューブの中心縦軸を（第１の半径方向距離ｒ１を定義することを目的として）クラッディングチューブがジャケット壁に接触する位置まで延在するファイバの半径に沿って、その接触位置と半径がコアを囲むクラッディングチューブの内向きの側を通過する場所との間の中間位置にある配置に置かれていることとして定義することができる。

いくつかの場合において、プリフォームは、複数のサイズの主クラッディングチューブとともに意図的に構造化され得る。したがって、第１の半径方向距離ｒ１は、すべてのクラッディングチューブについて同じではない。したがって、われわれは、第１の半径方向距離と第２の半径方向距離とを比較することを目的としてすべてのクラッディングチューブにわたってｒ１の平均値をとるものとしてよい。同様に、クラッディングチューブおよび／またはスペーシング要素が、単一プリフォームまたはファイバ内で異なるサイズもしくは形状を有する場合に、第２の半径方向距離ｒ２は、すべての接点について同じでなくてもよい。この状況において半径方向距離を比較するために、各接点に対する第２の半径方向距離ｒ２は、その接点が配置されるクラッディングチューブに対して第１の半径方向距離ｒ１と比較することも可能であろう。さらなる代替的形態において、異なるスペーシング要素、または複数の接点を有するスペーシング要素（図９（ａ）のものなどの）のいずれかからの、ある範囲の第２の半径方向距離がある場合、この比較で、ｒ２のすべての個別の値がｒ１の値（単一もしくは平均値）より大きいことをチェックし得る。または、すべてのｒ２値の平均は、すべてのｒ１値の平均と比較することができる。

これまでに示されている例は、隣接するクラッディングチューブと接触するだけでなく、外側ジャケットの内面とも接触しているすべての含まれるスペーシング要素を有する。しかしながら、これは、必要なことではなく、クラッディングチューブと接触するが外側ジャケットとは接触しないスペーシング要素も企図される。

プリフォームに含まれるスペーシング要素は、光ファイバの一体部分となるように接触しているコンポーネントと融合または接着し、したがって、外側ジャケットチューブおよびクラッディングチューブを形成し得る材料などの、ファイバ加工に適している材料から作製されるべきである。本明細書において説明されているいくつかの例は、プリフォーム、ガラスから作製されたケインおよびファイバを指しており、光ファイバの分野では、これは一般的に、化合物シリカ（二酸化ケイ素、または石英）に基づく、シリカおよび「ケイ酸塩ガラス」または「石英系ガラス」と称されることを意図されており、例は多数ある。単一プリフォーム、ケイン、またはファイバ内の様々なチューブまたは毛細管は、同じガラスまたは異なるガラスから作製され得る。１つまたは複数のガラスは、吸収／透過率を修正することまたは光学的ポンピングを可能にすることなどの、光学的特性に手を加えることを目的とする１つまたは複数のドーパントを含み得る。また、１つまたは複数のガラスは、仮想温度、表面張力、粘性、ならびに／または水もしくは塩素含有量および関連する化学反応性などの化学特性を修正することなどの、材料特性に手を加えることを目的とする１つまたは複数のドーパントを含み得る。本明細書において、「ガラス」という語は、光ファイバが本明細書において説明されている方法に従ってガラスから作製され得るように適切な物理的および光学的特性を有する任意の材料を指すことを意図されており、ケイ酸塩ガラスはこの範囲に収まるが、他のガラスまたはガラス様材料は、必要な特性を有している場合に使用されてもよく、一般に、ガラスは非結晶無定形固体であり、加熱され液体状態に向かうときにガラス転移を示す。これは、たとえば、プラスチックおよびポリマーを含むことができる。

スペーシング要素は、プリフォーム、ケイン、またはファイバの他のコンポーネントと同じ材料、または異なる材料から作製されるものとしてよく、すべて同じ材料から作製されてもよいし、作製されなくてもよい。また、スペーシング要素は、プリフォームの全長にわたって、単一のコンポーネント、または端と端とで接する多数のコンポーネント、のいずれかとして含まれ得る。代替的に、クラッディングチューブを適切に固定することは、プリフォームの長さに沿って間隔を置いて追加されるスペーシング要素の長さを短くすることで行うことも可能である。

様々なチューブおよびスペーシング要素が所望の構造のプリフォームとして組み立てられたときに、これらは、プリフォームをケインまたはファイバ内に引き込む準備段階として外側ジャケット内の位置に恒久的にまたは一時的に固定され得る。スペーシング要素が固定ステップが必要ないように十分にきついパッキングを、ジャケットの内部の周りに設けることがあり得る。代替的に、熱を加えることによって接着が達成され、それにより様々な要素を適所に融合し得る。さらなる代替的形態として、プラグまたは他のパッキング材料もしくは要素がプリフォームの各端部内に短い距離だけ挿入され、それにより、コア空孔を占有し、クラッディングチューブをジャケットチューブの内面に外向きに押し付けることができる。したがって、本明細書で開示されているのはプリフォームを加工するための方法である。

図１５は、プリフォームおよびファイバの例示的な加工方法のステップのフローチャートを示している。第１のステップＳ１として、外側クラッディングジャケットとして使用するのに適している中空チューブが提供される。ステップＳ２において、必要な数の中空反共振クラッディングチューブは、外側ジャケットの内側の周りの必要な方位角位置に離間され、その内面と接触するように配置構成される。任意選択のステップＳ３において、プリフォームが図１１の例などの入れ子状反共振ノードレスファイバを加工するためのプリフォームである場合に、さらなる中空クラッディングチューブが既存のクラッディングチューブ内に挿入される。ステップＳ４に進むと、複数のスペーシング要素が外側ジャケットの内側に追加され、クラッディングチューブと交互に置かれている。次のステップＳ５において、スペーシング要素は、クラッディングチューブの中心が外側ジャケットの中心から離れているのに比べて外側ジャケットの中心縦軸（中心）から半径方向にさらに離れている接点において隣接するクラッディングチューブの外面と接触するように位置決めされる。スペーシング要素は、ステップＳ２からの主クラッディングチューブを固定することに加えて、ステップＳ３において任意選択で加えられているさらなる任意の中空クラッディングチューブを固定するように含まれ得る。結果として得られる構造のパッキングのきつさに応じて、任意選択のステップＳ６が含まれてよく、クラッディングチューブおよびスペーシング要素は、外側ジャケット内の位置に固定される。これでプリフォームが完成する。

様々なチューブおよび要素が別々のコンポーネントとして提供されるこの例などのプリフォーム加工方法ならびにクラッディングチューブおよびスペーシング要素を外側ジャケットの内側に配置構成するステップは、それらを外側ジャケットチューブ内に（個別またはグループ単位のいずれかで）挿入することを含み、これらは積み重ねと称され得る。しかしながら、プリフォーム加工のための他のオプションが使用できる。たとえば、チューブおよび要素のうちのいくつかまたはすべては、必要な位置に置かれ構成をとるように押出成形されることによってまたは３Ｄプリンティングによって提供され得る。これらのプロセスを使用することで、プリフォーム全体が単一の段階で加工されることを可能にできる（したがって、図１５の例の段階S２からS５またはS６は、同時に実行される）。代替的に、押出成形またはプリンティングは段階にわけて実行されてもよく、プリフォーム全体を形成するか、またはその一部のみを作製し、積み重ねなどの他のプロセスは他の部分を作製するために使用される。

その後ある程度経って、場合によっては、異なる当事者により異なる配置にあると、光ファイバの加工はステップＳ７を実施することによって完了し、プリフォームからファイバが延伸される。任意選択で、これは、ケインがプリフォームから引き出される中間段階を介するものであってよく、次いでケインはファイバに延伸される。また任意選択で、最終的なファイバ中のこれらの部分のサイズおよび形状を制御するために延伸時に、プリフォームまたはケインの様々な中空部分、特にクラッディングチューブに圧力差が印加され得る。

上で説明されているように、スペーシング要素は、第２の半径方向距離ｒ２（接点までの距離）が第１の半径方向距離ｒ１（クラッディングチューブの中心までの距離）より大きい、したがってｒ２>ｒ１または逆にｒ１<ｒ２となるようにサイズが決められプリフォームの内側に位置決めされる。したがって、ｒ２対ｒ１の比は１より大きい。反共振中空コアファイバの幾何学的形状は、円形またはほぼ円形のファイバ断面に基づくものなどの最も一般的な構成において、ｒ２対ｒ１の比は２を超えない可能性が高いことを意味する。言い換えると、第２の半径方向距離は、第１の半径方向距離の２倍より小さい。したがって、有用な範囲は、１<ｒ２／ｒ１<２である。より典型的には、１<ｒ２／ｒ１<１.５、または１<ｒ２／ｒ１<１.４、または１<ｒ２／ｒ１<１.３である。多くの場合において、より大きいｒ２値（接点はコアから押されて遠ざかり、ジャケットに近くなる）は、損失の低減をもたらし、したがって、注目する他の範囲は１.１<ｒ２／ｒ１<１.５、１.１<ｒ２／ｒ１<１.４、１.１<ｒ２／ｒ１<１.３、および１.１<ｒ２／ｒ１<１.２を含み、さらに１.２<ｒ２／ｒ１<１.５、１.２<ｒ２／ｒ１<１.４、および１.２<ｒ２／ｒ１<１.３を含む。

上で指摘されているように、スペーシング要素は、ある範囲の形状およびサイズを有することができる。形状に関係なく、クラッディングチューブのサイズと比較したスペーシング要素のサイズは注目に値する。われわれは、スペーシング要素を断面積Ａｓｐを有するものとして定義することができ、この断面積は単一のスペーシング要素の断面積、または単一のスペーシング要素を構成する２つもしくはそれ以上のスペーシングサブ要素の組み合わされた断面積であってよい。また、われわれは、スペーシング要素に隣接するクラッディングチューブの断面積Ａｔも定義する。入れ子構成では、Ａｔは、スペーシング要素が接触している入れ子内の最大のチューブの面積である。これらの面積は比Ａｓｐ／Ａｔを有し、これは範囲０.１<Ａｓｐ／Ａｔ<１内にあるように選択すると役立つが、それは、典型的には、スペーシング要素は、クラッディングチューブより大きくなく（空間に関する理由で、またｒ２>ｒ１を維持するために）、逆に、スペーシング要素は、小さすぎなければクラッディングチューブをより適切に固定するからである。注目する他の範囲は、０.１５<Ａｓｐ／Ａｔ<１、０.１５<Ａｓｐ／Ａｔ<０.７５、０.１５<Ａｓｐ／Ａｔ<０.５、および０.１５<Ａｓｐ／Ａｔ<０.４、または０.２<Ａｓｐ／Ａｔ<１、０.２<Ａｓｐ／Ａｔ<０.７５、０.２<Ａｓｐ／Ａｔ<０.５、および０.２<Ａｓｐ／Ａｔ<０.４、またはさらに、０.２５<Ａｓｐ／Ａｔ<１、０.２５<Ａｓｐ／Ａｔ<０.７５、０.２５<Ａｓｐ／Ａｔ<０.５、および０.２５<Ａｓｐ／Ａｔ<０.４を含むが、他の値も除外されない。

本明細書で開示されているようにプリフォームから延伸された完成したファイバに関して、ｒ２>ｒ１の特性は、プリフォームからファイバへ伝えられるものとしてよい。しかしながら、延伸プロセスによって引き起こされる反共振クラッディングチューブの相対的な形状およびサイズが変わる結果として、元のプリフォームに対する値と異なる、ｒ２／ｒ１の値を有するファイバが形成され得る。いくつかの場合において、結果として得られるファイバは、ｒ１値に近づくか、またはｒ１値より小さくなることすらある、すなわち、ｒ２≦ｒ１となるようなｒ２の値を有し得る。しかしながら、最終的なファイバ内でｒ２>ｒ１を維持することで、より良い損失特性が得られる可能性が高くなる。

本開示において、「チューブ」および「毛細管」という語が両方とも使用されており、未指定の断面形状（したがって、チューブまたは毛細管の断面が円形であってもなくてもよい）の中空細長要素の指定として一般的に交換可能であると理解されるべきである。しかしながら、プリフォームとファイバとの間の断面寸法の差が与えられた場合、「チューブ」という語はプリフォームに対して好ましいものとしてよく、「毛細管」という語はファイバに対して好ましいが、それは、間がより狭い開口部を示唆していると考えられ得るからである。本明細書において断りのない限り、両方の語は、プリフォーム、ケイン、およびファイバのうちのどれかおよびすべてに適用するために使用され、いずれの語の採用も制限があることを暗示しない。

本明細書において説明されている様々な実施形態は、請求されている特徴を理解し、教示するのを補助するためにのみ提示されている。これらの実施形態は、実施形態の代表的な例としてのみ提供され、網羅的および／または排他的ではない。本明細書で説明されている利点、実施形態、例、機能、特徴、構造、および／または他の態様は、請求項によって定義されているような本発明の範囲に対する制限または請求項の等価項目に対する制限と考えられるべきでなく、請求されている発明の範囲から逸脱することなく他の実施形態も利用されてよく、また修正も行ってよいことは理解されるであろう。本発明の様々な実施形態は、適宜、本明細書において特に説明されているもの以外の、開示されている要素の適切な組合せ、コンポーネント、特徴、部分、ステップ、手段など、を含み、それらからなり、または本質的にそれらからなるものとしてよい。それに加えて、本開示は、現在請求されていないが、将来請求され得る、他の発明を含み得る。
参考文献

[１] Chengli Wei、R. Joseph Weiblen、Curtis R. Menyuk、および Jonathan Hu、「Negative curvature fibers」、Adv. Opt. Photon. 9、504-561（2017）
[２] A. D. Pryamikov、A. S. Biriukov、A. F. Kosolapov、V. G. Plotnichenko、S. L. Semjonov、および E. M. Dianov、「Demonstration of a waveguide regime for a silica hollow-core microstructured optical fiber with a negative curvature of the core boundary in the spectral region >３.５μm」、Opt. Express 19、1441-1448（2011）
[３] A. N. Kolyadin、A. F. Kosolapov、A. D. Pryamikov、A. S. Biriukov、V. G. Plotnichenko、および E. M. Dianov、「Light transmission in negative curvature hollow core fiber in extremely high material loss region」、Opt. Express 21、9514-9519（2013）
[４] F. Poletti、「Nested antiresonant nodeless hollow core fiber」、Opt. Express 22、23807-23828（2014）
[５] 国際公開第２０１５／１８５７６１号
[６] Seyedmohammad Abokhamis Mousavi、Seyed Reza Sandoghchi、David J. Richardson、および Francesco Poletti、「Broadband high birefringence and polarizing hollow core antiresonant fibers」、Opt. Express 24、22943-22958（2016）

１０ ファイバ
１０ａ 反共振中空コアファイバ
１２ 外側ジャケット
１２ａ 内面
１４ より小さい中空チューブまたは毛細管、主クラッディングチューブ
１４ａ、１４ｂ 反共振クラッディングチューブ
１６ 配置
１８ 中心空孔
２０ さらなるより小さい中空クラッディングチューブ
２２ スペーシング要素
２２ａ スペーシングサブ要素
２４ 中心縦軸
２６ 中心縦軸
２８ 接点

Claims (30)

1. 反共振中空コア光ファイバのためのプリフォームであって、
   内面および中心縦軸を有する外側ジャケットチューブと、
   前記外側ジャケットチューブの前記内面の周りの事前定義された周辺配置において離間された複数の反共振クラッディングチューブであって、各反共振クラッディングチューブは各反共振クラッディングチューブの中心縦軸が前記外側ジャケットチューブの前記中心縦軸から第１の半径方向距離にあるように、前記内面と接触している、反共振クラッディングチューブと、
   前記反共振クラッディングチューブと交互に配設され、各々１つまたは複数の接点で２つの隣接する反共振クラッディングチューブの各々の外面と接触し、前記接点が前記外側ジャケットチューブの前記中心縦軸から第２の半径方向距離にあり、前記第２の半径方向距離は前記第１の半径方向距離より大きい、複数のスペーシング要素と、
   を備えていることを特徴とする、プリフォーム。
2. 第２の半径方向距離ｒ２対第１の半径方向距離ｒ１の比が１<ｒ２／ｒ１<２の範囲、１<ｒ２／ｒ１<１.５の範囲、１<ｒ２／ｒ１<１.４の範囲、１<ｒ２／ｒ１<１.３の範囲、１<ｒ２／ｒ１<１.２の範囲、１<ｒ２／ｒ１<１.１の範囲のいずれか一つの範囲内にあることを特徴とする、請求項１に記載のプリフォーム。
3. 第２の半径方向距離ｒ２対第１の半径方向距離ｒ１の比が、１.１<ｒ２／ｒ１<１.５の範囲、１.１<ｒ２／ｒ１<１.４の範囲、１.１<ｒ２／ｒ１<１.３の範囲、１.１<ｒ２／ｒ１<１.２の範囲、１.２<ｒ２／ｒ１<１.５の範囲、１.２<ｒ２／ｒ１<１.４の範囲、１.２<ｒ２／ｒ１<１.３の範囲のいずれか一つの範囲内にあることを特徴とする、請求項１に記載のプリフォーム。
4. 少なくとも１つのスペーシング要素が、前記外側ジャケットチューブの前記内面と接触していることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のプリフォーム。
5. 少なくとも１つのスペーシング要素が、０.１<Ａｓｐ／Ａｔ<１となるように隣接する前記反共振クラッディングチューブの断面積Ａｔより小さい断面積Ａｓｐを有していることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のプリフォーム。
6. 前記スペーシング要素は中空であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のプリフォーム。
7. 前記スペーシング要素は中実であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のプリフォーム。
8. 少なくとも１つのスペーシング要素は、スペーシングサブ要素のグループを含んでなることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のプリフォーム。
9. スペーシング要素に含まれる前記スペーシングサブ要素は、互いに接触していることを特徴とする、請求項８に記載のプリフォーム。
10. スペーシング要素に含まれる前記スペーシングサブ要素は、互いに離間されていることを特徴とする、請求項８に記載のプリフォーム。
11. 前記スペーシング要素は、前記内面から内向きに延在する突起部として外側ジャケットと一体形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のプリフォーム。
12. 複数の前記スペーシング要素は各々、同じ断面サイズおよび構造を有していることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載のプリフォーム。
13. 複数の前記反共振クラッディングチューブは、その外面の間の一定の分離距離で均等に離間されていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のプリフォーム。
14. 複数の前記反共振クラッディングチューブは各々、同じ断面サイズ、断面形状、および／または壁厚さを有していることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載のプリフォーム。
15. 複数の前記反共振クラッディングチューブは、反共振クラッディングチューブの２つまたはそれ以上のグループを含み、各グループは別のグループと異なる断面サイズ、断面形状、および／または壁厚さを有し、グループ内の前記反共振クラッディングチューブは互いに対角線上で対向するように配置されていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のプリフォーム。
16. １つまたは複数のさらなる反共振クラッディングチューブがその内面と接触する前記反共振クラッディングチューブの内側に入れ子になるように配置構成されているさらなる複数の反共振クラッディングチューブをさらに備えていることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載のプリフォーム。
17. 前記反共振クラッディングチューブ内に配設され、各々前記反共振クラッディングチューブの内面と接触し、前記第１の半径方向距離より大きい前記外側ジャケットチューブの前記中心縦軸からの半径方向距離のところで１つまたは複数の接点においてさらなる反共振クラッディングチューブの外面と接触するスペーシング要素をさらに備えていることを特徴とする、請求項１６に記載のプリフォーム。
18. 請求項１から１７のいずれか一項に記載のプリフォームから延伸された反共振中空コア光ファイバのための中間ケイン。
19. 請求項１から１７のいずれか一項に記載のプリフォームから、または請求項１８に記載の中間ケインから延伸された反共振中空コア光ファイバ。
20. 内面および中心縦軸を有するチューブ状外側ジャケット、
    外側ジャケットチューブの前記内面の周りに離間された複数の反共振クラッディング毛細管であって、各反共振クラッディング毛細管は各クラッディング毛細管の中心縦軸が前記チューブ状外側ジャケットの前記中心縦軸から第１の半径方向距離にあるように、事前定義された周辺配置において前記内面に結合されている、反共振クラッディング毛細管、ならびに
    前記反共振クラッディング毛細管と交互に配設され、各々１つまたは複数の接点で２つの隣接する反共振クラッディング毛細管の各々の外面に結合され、前記接点は前記チューブ状外側ジャケットの前記中心縦軸から第２の半径方向距離にある、複数のスペーシング要素を備えた、クラッディングと、
    前記反共振クラッディング毛細管の前記外面の内向き部分によって境界を画される中心空孔を備えるコアと、
    を具備していることを特徴とする、反共振中空コア光ファイバ。
21. 前記第２の半径方向距離は、前記第１の半径方向距離より大きいことを特徴とする、請求項２０に記載の光ファイバ。
22. 反共振中空コア光ファイバのためのプリフォームを作製する方法であって、
    複数の反共振クラッディングチューブを内面と中心縦軸とを有する外側ジャケットチューブの内側の事前定義された周辺配置に設けるステップであって、前記反共振クラッディングチューブが前記内面の周りに離間され、各反共振クラッディングチューブが前記内面と接触し、各反共振クラッディングチューブの中心縦軸が前記外側ジャケットチューブの前記中心縦軸から第１の半径方向距離にある、ステップと、
    複数のスペーシング要素を、前記反共振クラッディングチューブと交互に、各々１つまたは複数の接点で２つの隣接する反共振クラッディングチューブの各々の外面と接触するように設けるステップであって、前記接点は前記外側ジャケットチューブの前記中心縦軸から第２の半径方向距離にあり、前記第２の半径方向距離は前記第１の半径方向距離より大きい、ステップと、
    任意選択で、前記反共振クラッディングチューブと前記スペーシング要素とを前記外側ジャケットチューブ内のそれらの位置に固定するステップと、
    を含んでなることを特徴とする、方法。
23. 前記反共振クラッディングチューブを設けるステップは、前記反共振クラッディングチューブを前記外側ジャケットチューブ内に挿入するステップを含んでなることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
24. 複数の前記スペーシング要素を設けるステップは、前記スペーシング要素を前記外側ジャケットチューブ内に挿入するステップを含むことを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
25. 複数の前記スペーシング要素を設けるステップは、前記外側ジャケットチューブを外側ジャケットチューブとして提供するステップを含み、前記スペーシング要素は、前記外側ジャケットチューブの前記内面から内向きに延在する突起部を備えていることを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
26. 前記反共振クラッディングチューブおよび／または前記スペーシング要素は、前記反共振クラッディングチューブおよび／または前記スペーシング要素および／または前記外側ジャケットチューブの押出成形または３Ｄプリンティングによって前記外側ジャケットチューブの内側に設けられていることを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
27. 前記反共振クラッディングチューブのうちの少なくとも１つの内側に入れ子になっている１つまたは複数のさらなる反共振クラッディングチューブを提供するステップをさらに含み、さらなる前記反共振クラッディングチューブのうちの少なくとも１つは前記反共振クラッディングチューブの内面と接触し、前記入れ子は少なくとも１つのさらなる前記反共振クラッディングチューブの内側に１つまたは複数のさらなる反共振クラッディングチューブおよび／または前記反共振クラッディングチューブの内側に２つもしくはそれ以上の隣接するさらなる反共振クラッディングチューブを含むことを特徴とする、請求項２２から２６のいずれか一項に記載の方法。
28. 反共振中空コア光ファイバを作製する方法であって、
    請求項２２から２７のいずれか一項に記載の方法によりプリフォームを作製するステップと、
    前記プリフォームを延伸して光ファイバにするステップと、
    を含む、方法。
29. 反共振中空コア光ファイバのための中間ケインを作製する方法であって、
    請求項２２から２７のいずれか一項に記載の方法によりプリフォームを作製するステップと、
    前記プリフォームを延伸して中間ケインにするステップと、
    を含む、方法。
30. 少なくとも１つの圧力差を前記反共振クラッディングチューブの内部と前記スペーシング要素との間、前記反共振クラッディングチューブと前記反共振クラッディングチューブによって境界を画されている中心空孔との間、および／または前記スペーシング要素と前記中心空孔との間に、延伸時に、印加するステップをさらに含んでなることを特徴とする、請求項２８または２９に記載の方法。

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