JPH055813A - 実質的にモード構造を保持して高出力レーザー放射線を伝送する可撓性グレーデツド型光フアイバー - Google Patents
実質的にモード構造を保持して高出力レーザー放射線を伝送する可撓性グレーデツド型光フアイバーInfo
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- JPH055813A JPH055813A JP3021447A JP2144791A JPH055813A JP H055813 A JPH055813 A JP H055813A JP 3021447 A JP3021447 A JP 3021447A JP 2144791 A JP2144791 A JP 2144791A JP H055813 A JPH055813 A JP H055813A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】 ファイバー内に注入された光のモード構造を
出力光中に出来るだけ忠実に保存し、特にガウスモード
を良く伝送できて、しかも製造が容易な高出力光伝送用
の可撓性屈折率分布型光ファイバーを提供する。 【構成】 コアの直径をＤｋ、コア中心の屈折率を
ｎki、クラッドとの界面上のコアの屈折率をｎka、コア
中心からの動径距離をｒ、その点の屈折率をｎk（ｒ）
とするとき、ｎ２（ｒ）＝ｎ2 ki−（ｎ2 ki−ｎ２ ka）・
（２ｒ／Ｄk）gを満足するようにコアの折率分布を定め
た光ファイバーである。ここで２００・１０-6ｍ＜Ｄk
＜８００・１０-6ｍ、△ｎk（＝ｎki−ｎka）＞１．６
・１０-3、１．４＜ｇ＜３．０である。またＤkは下記
式１９の２．５倍以上で、φ′は最高次モード数φの関
数で、φが５未満なら５，５〜２０ならφ′＝φ、また
２０以上ならφ′は式２０で示した値とする。但し、入
は光の波長である。
出力光中に出来るだけ忠実に保存し、特にガウスモード
を良く伝送できて、しかも製造が容易な高出力光伝送用
の可撓性屈折率分布型光ファイバーを提供する。 【構成】 コアの直径をＤｋ、コア中心の屈折率を
ｎki、クラッドとの界面上のコアの屈折率をｎka、コア
中心からの動径距離をｒ、その点の屈折率をｎk（ｒ）
とするとき、ｎ２（ｒ）＝ｎ2 ki−（ｎ2 ki−ｎ２ ka）・
（２ｒ／Ｄk）gを満足するようにコアの折率分布を定め
た光ファイバーである。ここで２００・１０-6ｍ＜Ｄk
＜８００・１０-6ｍ、△ｎk（＝ｎki−ｎka）＞１．６
・１０-3、１．４＜ｇ＜３．０である。またＤkは下記
式１９の２．５倍以上で、φ′は最高次モード数φの関
数で、φが５未満なら５，５〜２０ならφ′＝φ、また
２０以上ならφ′は式２０で示した値とする。但し、入
は光の波長である。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、実質的にモード構造を
保持して高出力レーザー放射線を伝送する可撓性グレー
デッド型光ファイバーに関する。 【０００２】 【従来の技術】可視、近赤外及び近紫外スペクトル領域
用に多数のレーザーがある。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレー
ザーは１．０６４μの波長で放射し、その初期出力は連
続波動作で１００Ｗを越え、ピーク出力はパルス動作で
幾ＭＷとなることが可能である。これらのレーザーの大
部分は低次モードで放射し、いわゆるガウスモード又は
それと類似のモードが頻繁に発生する。 【０００３】一般次のモードｍがモードを指定するのに
使用される。ガウス−エルミート・モード（特に「解析
幾何」を有するレーザー）では、例えば、ｍ＝ｎx ＋ｎ
y ＋１であり、ｎx とｎy はＸ軸とＹ軸に関するモード
オーダである。つまり、ｎx 又はｎyはＸ又はＹ方向の
光軸に垂直な強度分布における節の数である。ガウス−
ラゲールモード（対称型シリンダにおける）では、ｍ＝
２ｐ＋ｌ＋１であり、ｐとｌはラジアル及び方位角モー
ドオーダである。この分類は公知であり、ガウスモード
が本モードに包含されてない場合にも、これは相応じて
使用される。 【０００４】高出力レーザーでは、ｍは殆ど常に１より
大きい。従って、１つのモードのみが発生することは殆
どない。つまりモード動作中にレーザーは交互に交替す
るか、または同時に数個のモードで放射する。しかし、
レーザー放射の一般次モードｍには上限φがある。それ
はおそらく、その共振器の構成上、高次モードが制作さ
れないためであろう。数φは放射線の最高次モードとし
て指定される。レーザーが放射可能なモードの全数は、
〜φ2 のように測定される。 【０００５】材料処理というような点から、使用のため
には低次モードが最も有利である。つまり、放射線を小
さな焦点に焦点調節することが可能であるか、あるいは
放射線を結像するための光学系をもっと単純な構成にで
きるからである。従って、モードオーダはビームの質と
いう概念としばしば関連する。つまり、レーザー放射線
の質が高くなればなるほどモードーオーダは低くなり、
少ないモードに分布されることになる。高出力レーザー
をしばしば使用する上で、例えば、最高次モードが約１
０未満であれば、ビームの質は十分である。 【０００６】高出力レーザー放射線の伝送には、可撓性
のファイバーがしばしば必要となる。これらのファイバ
ーは、高出力放射線を伝送可能でなければならないばか
りでなく、放射線のモード構造を悪化させてはならず、
従って、例えば、レーザーによって指定される最高次モ
ードの増加を可能な限り少なくしなければならない。レ
ーザー放射線伝送用ファイバーは公知のものであるが、
高出力又は良いモード構造の公知のファイバーには、放
射線を伝送する上でかなりの欠点がある。 【０００７】基本モード（φ＝１）の伝送には、単モー
ドファイバーが適当である。これらは、グレーデッド型
光ファイバーとして、例えば、指数ｇを有する（ｎkiは
ファイバー中心の屈折率、ｎkaはファイバークラッドと
の界面上の屈折率、ｎkiはｎkaより大きく、ｒはファイ
バ軸心からの距離、Ｄk はファイバーコアの直径を表
す）屈折率分布 （１）ｎ2 k （ｒ）＝ｎ2 ki−（ｎ2 ki−ｎ2 ka）・
（２ｒ／Ｄk ）g …Ｄk ／２未満のｒについて を有するベキ法則型ファイバーとして製作可能である
が、実際には、ステップ型ファイバーが好適である。し
かし、単モードファイバーは、高次モードを伝送でき
ず、コア直径が一般的には僅か数ミクロンという小ささ
のために、高出力放射線も伝送不可能である。高出力放
射線を高次モードで伝送するファイバーは、多モードフ
ァイバーでなければならず、それらのコア直径は少なく
とも１０ミクロンである。 【０００８】高出力レーザー放射線伝送用可撓性多モー
ドステップ型ファイバーは公知である（ショット・プロ
ダクト・インフォーメーション １０２４ｅ（Ｓｃｈｏ
ｔｔＰｒｏｄｕｃｔ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ １０２
４ｅ）、“石英ガラス製特殊ファイバー（Ｓｐｅｃｉａ
ｌ ｆｉｂｅｒｓ ｍａｄｅ ｏｆ ｑｕａｒｔｚ
ｇｌａｓｓ）”、１９８９、ショット・グラスヴェルケ
社（ＳｃｈｏｔｔＧｌａｓｗｅｒｋｅ）、ドイツ連邦共
和国マインツ）。しかし、良いモード構造での放射線伝
送には、それらのファイバーモード（ファイバー内の放
射線の状態をファイバーモードとして示す）がレーザー
モードより大幅に異なるため、多モードステップ型ファ
イバーは不適当である。放射線のラウンチングにおいて
多数のファイバーモードが一般に励起される。 【０００９】ｒ2 ファイバーは高次モード、特にガウス
モードで放射線を伝送できると推測されている（ジェ
イ．エイ．アーンアウド（Ｊ．Ａ．Ａｒｎａｕｄ）、
“ビーム及びファイバー オプチクス（Ｂｅａｍ ａｎ
ｄ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ）”、アカデミック・プ
レス社（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ）、ニューヨー
ク、１９７５、ＩＳＢＮ ０−１２−０６３２５０−
０）。管状ｒ2 ファイバーのコア内では、屈折率の位置
依存性は下記のような関係となる。 （２）ｎ2 k （ｒ）＝ｎ2 ki−（ｎ2 ki−ｎ2 ka）・
（２ｒ／Ｄk ）g ＝ｎ2 ki・（１−（ｆ・ｒ）g ）…ｇ
＝２である （ｒはファイバー軸心からの距離、Ｄk はコア直径、ｎ
ki、ｎkaはファイバー中心とクラッドとの界面上の屈折
率、ｎkaはｎkiより小さく、ｆは比集束、つまり屈折率
分布の曲率の測定値を表す）ファイバー内に一定の屈折
率分布を与えるには費用が非常に高額となるし（ケイ．
ダブリュ．レイン（Ｋ．Ｗ．Ｒａｉｎｅ）、ジェイ．ジ
ィ．エヌ．ベインズ（Ｊ．Ｇ．Ｎ．Ｂａｉｎｅｓ）、デ
ィ、イー、ポートランド（Ｄ．Ｅ．Ｐａｕｔｌａｎ
ｄ）、“屈折率分布付与−技術状況（Ｒｅｆｒａｃｔｉ
ｖｅ ＩｎｄｅｘＰｒｏｆｉｌｉｎｇ−−Ｓｔａｔｅ
ｏｆ ｔｈｅ Ａｒｔ）”、Ｊ．Ｌｉｆｈｔｗ．Ｔｅｃ
ｈｎ．７，１１６２−１１６９、１９８９）、今までの
ところ、充分に良いｒ2 グレーデッド型分布は達成され
ていない。 【００１０】“ｒ2 類似”グレーデッド型多モードファ
イバーは公知である。米国特許明細書第３，８２３，９
９７号には、例えば、屈折率分布がモード動作時間散乱
（モードオーダのファイバーモードの機能の動作時間）
の減少に関して最適となる通信工学用のファイバーが示
されている。本ファイバーの屈折率分布の指数には、２
−（ｎki−ｎka）／ｎkiにほぼ等しいｇが適用され、ｇ
は実質的に２の値を有する。西独特許明細書第２７ ４
５ ７１５号には、同様の用途に使用するために、ｇが
ほぼ１．９２に等しいファイバーが示されており、その
材料として、ファイバーのコアがＧｅＯ2 及びＰ2 Ｏ5
をドーピングしたＳｉＯ2 から構成されることを提案し
ている。このファイバーモードの半径は小さすぎるた
め、このような「通信ファイバー」は高出力放射線の伝
送には不適当である。更に、このファイバーモードはレ
ーザーモードに僅かにしか対応しないため、これらのフ
ァイバーは、伝送により放射線のモード構造を劣化させ
る。そして、これらのファイバーでの放射線のラウンチ
ングでは、僅かな数のファイバーモードしか励起されな
いのに、ファイバーモード間の放射線出力の結合が強力
であるため、放射線はファイバー端で多数のファイバー
モードに非選択的に分配される。 【００１１】放射線をファイバーコア内に安全に閉じ込
めて、モード動作時間散乱を小さく保持するためには、
公知のファイバーでは、コア内の屈折率差が大きくなる
ように通常は選択される。近紫外線及び近赤外線領域の
放射線伝送用のＳｉＯ2 ベースのガラスのグレーデッド
型光ファイバーでは、Δｎk は２０・１０-3よりしばし
ば大きく、あるいは３０・１０-3よりさえ大きい。Δｎ
k を大きな値にするためには、屈折率分布の精密な調節
も不可能となりあるいは他の欠点も出てくるファイバー
の組成や製造工程が必要となる。 【００１２】西独特許明細書第３２ ６１ ５３６号に
は、例えば、そのコアの屈折率分布が酸化金属（Ｍｇ
Ｏ、ＳｒＯ、ＢａＯ、等）を半径方向に変化させてドー
ピングすることによって生じたファイバーが示されてい
る。しかし、このファイバーは１１００ｎｍ〜１５００
ｎｍのスペクトル領域でのみ充分な伝導性を有する。 【００１３】近紫外線及び近赤外線スペクトル領域の放
射線伝送用のファイバーについては、好ましくはＧｅＯ
2 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ｂ2 Ｏ3 又はＦが内部コーティング化学
蒸着法（ＣＶＤ）でＳｉＯ2 ガラスにドーピングされ
る。ＧｅＯ2 又はＰ2 Ｏ5 のドーピング及びこれらのド
ーパントの混合物はＳｉＯ2 ガラスに屈折率を増加させ
るように作用し、Ｂ2 Ｏ3 又はＦのドーピングとこれら
の混合物は屈折率を減少させるように作用する。管内の
位置依存性屈折率は位置依存性ドーピングより生じ、そ
の管を圧潰することによりガラス棒が得られ、このいわ
ゆるファイバープリフォームを延伸することによりファ
イバーが得られる。 【００１４】Ｂ2 Ｏ3 ドーピングは吸収帯を発生させた
り、ファイバーの機械的強度を弱めることができる。従
って、屈折率を減少させるためには、Ｆドーピングが好
適である。しかし、フッ素では、ＳｉＯ2 ガラスの屈折
率は少ししか減少されず、最大Ｆ部分も少なく維持しな
ければならないため、その屈折率分布がコアのＦドーピ
ングによってのみ調節されるファイバーは使用されてい
ない。 【００１５】通常は、ファイバー内の屈折率分布は、屈
折率の増加によって生成され、その目的のために、コア
をＧｅＯ2 又はＰ2 Ｏ5 で位置依存的にドーピングす
る。ＧｅＯ2 ドーピングが特に好適である。なぜならＳ
ｉＯ2 ガラスのそのドーパント部分を多くできるからで
あり、それが屈折率を大きく増加させるからである。コ
アとクラッド間の屈折率差をより大きくするために、そ
のクラッドを更にフッ素でドーピングしたファイバーも
又公知である。ヨーロッパ特許出願第０１ ２５８２８
号には、ＧｅＯ2 で強力にドーピングされたコアを有す
るファイバーが示されており、そのクラッドは、コア周
囲の薄層内でフッ素で強力にドーピングされており、こ
の層内のＦ部分は一定であるか、あるいは内部より外部
に半径方向に減少している。 【００１６】しかし、ドーパントは反対の作用で屈折率
に影響を及ぼすこともあり、それはコアがＧｅＯ2 又は
Ｐ2 Ｏ5 とフッ素との両者でドーピングされた場合にま
れに発生するが、その理由は屈折率分布の面からは解明
されていない。ヨーロッパ特許明細書第０１ ６０ ２
４４号に示されているファイバーでは、例えば、主にＧ
ｅＯ2 又はＰ2 Ｏ5 でドーピングされたコアを更にフッ
素でドーピングすることにより、紫外線領域の基本的な
吸収率を減少させている。ヨーロッパ特許出願公開第０
１ ９１ ２０２号には、ファイバーのレイリー散乱へ
のいわゆる引き抜き効果を減少させるために、そのコア
が、フッ素というような特別のドーパントを含有するフ
ァイバーが示されているが、これらの「より不純な」フ
ァイバーは破壊閾値が低く、従って高出力放射線の伝送
には不適当である。 【００１７】ＧｅＯ2 又はＰ2 Ｏ5 を使用しての内部コ
ーティング工程では「屈折率下降（ｒｅｆｒａｃｔｉｖ
ｅ ｉｎｄｅｘｄｉｐ）」つまりファイバーの中心の屈
折率の減少が通常発生する。この下降は、ドーピング材
料の蒸気圧がＳｉＯ2 の蒸気圧より高いためドーピング
材料を蒸発させることによってガラス管を圧潰させる間
に生じる。従って、この下降が、ファイバーモード間の
強力な結合を生じさせ、ビームの質の低下となる。注意
深く圧潰すれば、この下降を少なくすることができる。
例えば、西独特許明細書第３４ １９ ８３５号によれ
ば、管の内部を、圧潰中に規定された組成の蒸気に当て
ることによって、その下降を少なくしている。又、圧潰
中に蒸発する材料でこの下降を抑制しようとする試み
は、ドーピングにおいてすでに考慮されている。しか
し、これらの工程は全て再生産性に劣っている。 【００１８】例えばヨーロッパ特許明細書第０１ ７５
０６７号に示されているように、ファイバープリフォ
ームを外部コーティング又は焼結工程で生産すれば、屈
折率の下降は防止できる。しかし、これらの工程では、
高出力放射線レーザーをファイバーで伝送するのに充分
な程精密に屈折率分布を設定できないし、ファイバー材
料を純粋にもできないという欠点がある。 【００１９】西独特許明細書第２８ ３７ ３３８号に
は、通信工学用の多モードファイバーが示されており、
それでは、下降の影響は、下降以外の屈折率分布の適切
な構成により補正されている。しかしこのファイバーも
又、良いモード構造の高出力レーザー放射線の伝送には
適当でない。 【００２０】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
した問題を解決し、ファイバー内でラウンチングされた
放射線のモード構造に比して出力放射線のモード構造が
可能な限り保持されており、特にガウスモードを良く伝
送でき、その製造も簡単な高放射出力を有する放射線伝
送用のファイバーを提供することにある。 【００２１】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、前記目
的を達成するために、直径Ｄk のコアと、該コア周囲の
クラッドと、該クラッド周囲の保護外装とを有し、前記
コア内の屈折率分布が下記指数法則 ｎ2 k （ｒ）＝ｎ2 ki−（ｎ2 ki−ｎ2 ka）・（２ｒ／Ｄk ）g （ここで、ｒはファイバー軸心からの距離、ｎkiはファ
イバー軸心の屈折率、ｎkaは前記クラッドとの界面上の
コアの屈折率を表わし、ｎkiはｎkaよりも大きい）に基
本的に従う、実質的にモード構造を保持して高出力レー
ザー放射線を伝送する可撓性グレーデッド型光ファイバ
ーにおいて、 ａ）コア直径Ｄk は２００・１０-6ｍ〜８００・１０-6
ｍであること、 ｂ）しかし、Ｄk は下記数７の少なくとも２．５倍であ
り、ここでレーザー放射線の最高次モードφが５未満で
ある場合にφ′は５の値であり、φが５〜２０の範囲で
ある場合にφ′＝φであり、あるいはφが２０より大き
い場合はφ′は数８で示される値であり、数９は前記コ
ア内の屈折率差Δｎk の平方根であり、λは伝達される
前記レーザー放射線の波長であること、 ｃ）指数ｇは１．４〜３．０であること、及び ｄ）前記コア内の屈折率差Δｎk ＝ｎki−ｎkaは１．６
・１０-3より大きいことを特徴とする光ファイバーが提
供される。 【数７】 【数８】 【数９】 【００２２】 【発明の作用・効果及び態様】円筒状ファイバーは重要
な使用に十分役立ち、生産も最も簡単であるため、本発
明を基本的に円筒状であるファイバーで説明する。しか
し、断面が円形でないファイバーにも大幅な変更なしに
適用できる。本発明に係るファイバーは、基本的に円筒
状のコアを有し、その周囲には１層以上のクラッドがあ
り、それはコアと基本的に同心である。コアとクラッド
とがファイバー内で放射線を案内する。コアとクラッド
内のファイバーの放射線案内帯での幾分不揃いな分化は
通常のことであり、当業者にとって周知のことである。 【００２３】放射線は、主にコア内で案内される。従っ
て、コア材料による放射線減衰（吸収と散乱）は少なく
なければならない。この場合に許容可能なコア材料の減
衰定数は、必要なファイバーの長さに依存する。減衰値
の十分に低い適切な材料を見つけることは、一般的に問
題はない。 【００２４】ファイバーコア内の屈折率分布は、大部分
下記の関係に従う。 （３） ｎ2 k （ｒ）＝ｎ2 ki−（ｎ2 ki−ｎ2 ka）・
（２ｒ／Ｄk ）g …Ｄk ／２のｒについて ここで、ｇは本ファイバーの屈折率分布の指数であり、
ｒはファイバー軸心からの距離、Ｄk はコアの直径、ｎ
kiは軸心（ｒ＝０）の屈折率、ｎkaはコアのクラッド
（ｒ＝Ｄk ／２）との直接の界面上の屈折率である。放
射線をコア内で確実に案内するために、ｎkiはｎkaより
も大きくなっている。この屈折率分布は、ベキ法則屈折
率分布の単モードファイバー用の式（１）に記載のもの
と同様のものである。しかし、本発明によるファイバー
は、少なくとも２００ミクロンのコア直径Ｄkを有する
多モードファイバーであり、従って高次モードで放射線
を伝送可能であり、ファイバーモードの半径は高出力放
射線をファイバーで伝送可能な程十分に大きい。 【００２５】ファイバーモードの半径の値が大きいこと
は有利な点であり、レーザ出力の揺らぎにおいて、コア
の強度がコア材料の損傷限界値を越えることがなく、フ
ァイバーに損傷を与えない。更に、ラウンチングの場合
に、それは高品質ビームの伝送に必要なことであるのだ
が、放射線モードの半径をファイバーモードの半径に正
確に整合させることは、半径の小さいファイバーモード
では困難なことである。ファイバーのコア直径が大きく
なれば、ファイバーモードの半径も大きくなる。従っ
て、コア直径Ｄk は３００ミクロンより大きいことが好
ましい。 【００２６】８００ミクロンより大きいコア直径では、
ファイバーは機械的に使用不可能である。殆どの場合、
コアは細いほうが好適であり、そうすれば厚いクラッド
をコア周囲に被覆することが可能であり、それが外部か
らの影響をうけないように保護し、ファイバーの可撓性
も損なわれないからである。コアが細ければ生産技術の
面からも利点があり、例えば、初期ガラス管の壁の厚み
も内部コーティング処理で厚くすることが可能であり、
それによって、ファイバーの対称誤差をずっと簡単に減
少できる。従って、可撓性ファイバーでは、コア直径に
は最高で６００ミクロンの値が好適である。 【００２７】コア直径には、更に別の制限が考えられ
る。もし、コア直径Ｄk が小さ過ぎれば、ファイバーモ
ードの強度がコアとクラッドとの界面で高くなるため、
ファイバー内で強力なモード結合が生じる。従って、Ｄ
k には更に下限も必要となる。最高次モードφが５〜２
０の場合には、Ｄk は数１０の値より大きく、ここで数
１１は屈折率差Δｎk ＝ｎki−ｎkaの平方根を表し、λ
は放射線波長を表す。 【数１０】 【数１１】 ５未満のφでは、前記式に記載の下限では低すぎるの
で、Ｄk は数１２で示す値より大きくなければならな
い。 【数１２】 φが２０より大きい最高次モードの放射線では、放射線
は、レーザー出力で、多数の高次モードからすでに構成
されている。従って、この放射線を伝送するファイバー
の必要条件は、ビームの質の保持に関しては殆どない。
つまり、伝送中にファイバーモードは僅かな結合が許さ
れ、ビームの質は僅かにしか低下しない。φが２０以上
の放射線の伝送のためのファイバーでは、コア直径Ｄk
の増加は、モードオーダを増加するにつれて少なくな
る。少なくとも数１３のコア直径で充分である。 【数１３】 この場合、高次モードの放射線では、放射線強度は半径
方向に急速に減少し、放射線強度がビーム軸より充分に
遠くまで除去された時には、例えば、ビームの輪郭は一
般的に鋭利に画成される。このＤk の下限は実際には非
常に低いが、これは、ファイバー幾何形状に対する良好
な制御を有し、ファイバー内への放射線のラウンチング
が注意深く行われており、かつ高品質の放射線を伝送す
るための少数の湾曲部を有するファイバーには充分なも
のである。 【００２８】しかし実際には、例えば、ファイバーにと
って、放射線ラウンチングにおいて放射線モードのモー
ド半径とファイバーモードのモード半径との間の不整合
に高い公差を示すことが必要となる。このような場合、
最高次モードφが３〜２０の範囲にあれば、コア直径Ｄ
k には数１４の下限が好適である。 【数１４】 φが３未満の場合は、コア直径Ｄk の下限は数１５が好
適である。 【数１５】 φが２０より大きい最高次モードでは、コア直径の下限
としては数１６で充分である。 【数１６】このようなファイバーは、例え放射線モードのモード半
径がラウンチングにおいてファイバーモードのモード半
径より±５０％以上偏向しても良質のビームを伝送可能
である。 【００２９】もし、なお一層大きなＤk が選択されるな
ら、そしてそれがファイバーの寸法上許されるものであ
れば、ファイバーにおける放射線ラウンチングは更に単
純化され、何よりも、ファイバーの湾曲に対して感度の
ない点が改善される。最高次モードを表すφが３＜φ＜
２０の場合、非常に好適な実施例においては、Ｄk は数
１７より大きい。 【数１７】 φが３未満である場合にはコア直径Ｄk の下限は数１８
が好適である。 【数１８】 そうすれば、ファイバーモード間に放射線出力の強力な
過結合が発生することなく、ファイバーは５０ｍｍ未満
の半径に一般的に湾曲可能である。 【００３０】指示されたモード構造を有する放射線を伝
送するファイバーにとって、指数ｇを可能な限り正確に
２の値に設定することが有利であると思われている。し
かし、本発明に係るファイバーにとって、驚くべきこと
に、ｇは２の値より大幅に偏向しており、本発明による
と、ｇは１．４〜３．０の範囲にある。本ファイバーの
他の特徴も、屈折率分布の偏向を不利なものとはしてい
ない。 【００３１】この指数ｇが２の値より大幅に偏向してい
ても本ファイバーは放射線を効率よく伝送可能であると
いうことは、従って、我々の考えでは、大部分の放射線
が案内される場所であるファイバー軸心付近において式
（３）による分布が放物線プロフィールに非常によく近
似できるということから説明可能である。 【００３２】最高次モードφが５までの場合、大部分の
場合において、モード間に有効な結合が皆無であって
も、例えば、指数ｇが上記の範囲内であれば、モード構
造は完全に伝送される。 【００３３】モードオーダが増加すれば、放射線はコア
の軸心をはずれた帯で案内される。そこでは、屈折率分
布と放物線曲線とはあまり近似してなく、その結果、モ
ード間に弱い結合が発生する。このようにビームの質が
僅かに低下するが、殆どの場合、実際には無視可能なも
のであり、指数ｇの制限を狭めて選択できるというのは
有利である。最高次モードφが１０未満である場合、好
ましくは指数ｇは１．６〜２．４の範囲であり、φが１
０より大きい場合は、ｇは１．８〜２．２の範囲である
ことが好ましい。このように、さらに高次のモードでの
放射線出力の結合は、非常にまれにしか発生しないとい
うことが特に達成された。 【００３４】ファイバーの屈折率指数ｇの上記の帯域幅
の結果、生産技術が単純化され、ファイバーの生産に特
別の技術が使用できるようになり、僅かな屈折率の揺ら
ぎではファイバーは影響を受けなくなった。このこと
は、本発明に係るファイバーの場合で可能なように、コ
ア内の屈折率差が非常に小さければ有利である。 【００３５】ファイバーモードの正確な半径を予め決定
することは（これが、ファイバー内の完全な放射線ラウ
ンチングに必要であることは公知のことであるのだ
が）、（理論的に）非常に困難を伴ってのみ実施可能で
あるという問題は、指数ｇの帯域によって発生する。し
かし、完成ファイバーのファイバーモードの半径を決定
する測定工程が知られているため、この問題は重大では
ない。更に、モード半径の指数ｇあるいは屈折率分布の
製造によって生じた揺らぎへの依存性は、指数を正確に
２の値にすることを避ければ少なくすることが可能であ
り、この目的のためには、一般的には、非常に少ない偏
向で充分である。 【００３６】本発明に係るファイバーコア内の屈折率差
Δｎk ＝ｎki−ｎkaは１．６・１０-3より大きい。従っ
てより小さな値では、放射線はコア内に閉じ込められな
いため、放射線損失が発生することが予測される。 【００３７】安全をとって、好適な実施例では、Δｎk
は３．３・１０-3より大きく、従って屈折率の僅かな揺
らぎが発生する可能性があるが、無害である。より大き
なコア直径Ｄk が特に選択された場合、Δｎk のより大
きな値が推奨される。ファイバーのコア直径Ｄk が３０
０ミクロンより大きく、屈折率差が３．３・１０-3未満
である場合は、例えば微小曲率損失が発生し得、これ
は、ファイバーの伝送効率を減少させる。 【００３８】屈折率差Δｎk の上限は、光学素子はファ
イバーの内外に放射線をラウンチングし出力するために
単純でなければならないという要求から生じている（小
開口数 ＮＡ）。これを達成するためには、好ましく
は、Δｎk は４・１０-4・（Ｄk ／λ）2 ／φ2 より小
さい。ここで、λは放射線波長であり、Ｄk はファイバ
ーのコア直径、φは最高次モードである。この屈折率差
の上限が維持される場合、開口数（ＮＡ）が０．３未満
（完全角）の光学素子が使用される。このＮＡを有する
光学系は、比較的安い費用で生産可能である。ＮＡが
０．１５未満の通常の光学素子が一般的には使用される
ので２・１０-5・（Ｄk ／λ）2 ／φ2 未満のΔｎkが
一層好適である。 【００３９】近紫外線から近赤外線スペクトル領域で、
約２５０ｎｍから約２ミクロンの波長を有する放射線を
伝送するファイバーコア内では、屈折率差Δｎk ＝ｎki
−ｎkaが２０・１０-3未満であることが有利である。本
発明のファイバーでは、屈折率差を有するファイバーモ
ードの半径Ｗは約ｗ〜Δｎ-1/4となる。２０・１０-3よ
り大きいΔｎでは、Δｎのモード半径への影響は従って
少なく、ファイバーのビームの案内に関しては実際には
明確な影響は見いだされない。 【００４０】一方、より単純な素子と工程でファイバー
を生産する上で、コア内の屈折率差をより小さくするこ
とが好ましく、そうすればファイバーモードのモード半
径と伝送可能な放射線の出力限界が増加する。Δｎk が
１０・１０-3未満であることが更に好適であり、この屈
折率差はＰＩＣＶＤ処理により簡単に達成可能である。 【００４１】波長が約１１ミクロンまでのより長い波長
を有する近赤外線スペクトル領域では、２００・１０-3
までの大きな値の屈折率差Δｎk が有利である。しかし
実質的な理由から、（例えば、ファイバーの内外に放射
線をラウンチング又は出力するために光学素子の開口数
を小さく維持するために）このような場合には屈折率差
を１００・１０-3未満にすべきである。 【００４２】指数ｇには広帯域幅が許容可能であり、屈
折率差Δｎk には小さい値が許容可能であるという所見
は、以下のように説明される。すなわち、ファイバーモ
ード間の放射線エネルギーの過結合は、「結合の長さ」
と「コヒーレンスの長さ」とによる（構造上の）過結合
のために測定されて、過結合が効率よく行われるため
に、結合の長さは、その関連するコヒーレンスの長さよ
り短くなければならない。さもなくば、ファイバーモー
ドの相対的位相は、結合の長さ内でそれ自身逆転し、破
壊的な過結合が発生する。すなわち、モード内でラウン
チングされた放射線出力が再度除去され、モード内の平
均出力が低くなる。従って結合の長さとコヒーレンスの
長さを比較することは重要である。 【００４３】屈折率分布の理想のｒ2 分布からの偏向が
大きいため、本発明に係るファイバー内のファイバーモ
ードの結合の長さは短い。しかし、関連するコヒーレン
スの長さは一般的にそれより尚短く、２つのファイバー
モード間の相互作用のためのコヒーレンスの長さは、フ
ァイバモードで公知のモード定数から生成される。これ
らはファイバーモードのために重要であり、それは、波
動スペクトルが自由電磁波のために重要であるのと同じ
である。モード定数が異なる程、コヒーレンスの長さは
短くなる。それは、モード間の放射線出力の結合が、そ
のモード定数が大幅に異なる場合に、効率よく抑制され
ることから理解される。本発明に係るファイバーは、こ
の特性を有する。 【００４４】モード動作時間散乱が減少している公知の
指数分布ファイバーでは、（ファイバーモードの短い動
作時間散乱を有する）これらのファイバーにおいて、フ
ァイバーモードのモード定数が類似しているため、この
状況は特に好ましくない。 【００４５】ファイバーがｒ2 分布をほぼ有する場合
は、ファイバーモードの散乱は特に少なく、つまり、コ
ヒーレンスの長さは特に長くなる。従って、ｇが２と異
なることは、モード結合の抑制のためには好ましい。こ
の目的のためには、好ましくは、ファイバーの屈折率分
布の指数ｇは１．９５未満、あるいは２．０５より大き
い。そうすれば、指数ｇの値２からの偏向が増加して
も、コヒーレンスの長さは一般的に結合の長さより、よ
り急速に短くなる。 【００４６】しかし、もし、レーザー放射線が主に低次
モード、特に最高次モードφが１０のモードで構成され
たり、指数ｇの値２からの偏向がさらに大きい場合に
は、その方がより好適である。屈折率分布のｒ2 分布か
らの偏向がファイバー軸に近い方が有効であり、すなわ
ち、そうすれば、散乱は低次のファイバーモードにも有
効である。より好適な実施例では、指数ｇは、従って
１．９未満であるか２．１より大きい。 【００４７】多モードファイバー内のクラッドの主な目
的は、ファイバーを介する放射線を安全に案内すること
である。容易に湾曲可能なファイバーのクラッドの外径
は１．２ｍｍ以下であり、クラッドの外径が１．０ｍｍ
未満のファイバーの方がさらに良く、又小さい半径に湾
曲可能なファイバーは、クラッドの外径が７００ミクロ
ン未満である。クラッド材料の減衰定数の必要条件は、
コア材料のそれより少なく、適切な材料を見つけること
は一般的に困難ではない。 【００４８】好適な場合では、例えば伝送される放射線
の最高次モードが低く、ファイバーが大幅に湾曲されて
ない場合には、クラッドの、案内された放射線のモード
構造への影響は少なく、従って、クラッド材料は一番単
純な実施例のファイバーとほぼ同質である。しかし、屈
折率分布がクラッド内でも適切に構成されている場合に
は、その方がより有利である。（本発明に係るファイバ
ーのコア内の屈折率差とコア直径とは小さくすることが
可能であるため、屈折率をクラッド内にも与えることが
できるほど充分な公差がある。） 【００４９】図１から図３はファイバーの構成図であ
る。コアとクラッドの内部の屈折率のファイバー軸心か
らの距離ｒとの関係をそれぞれ図示する。より良く図示
するために寸法通りの縮尺ではない。 【００５０】クラッド内の、コアとクラッドとの界面上
の屈折率が、ｎka未満の値ｎm に減少し、δｉの厚さを
有する層内でｎm の値を越えない場合に、ファイバー特
性は改善される。このクラッドの構成により、ファイバ
ーによるビームの案内がより安全に実施される。なぜな
ら、放射線がコアより出力されるということ（高出力放
射線では、それはファイバーを破壊することさえあり得
る）は、ファイバーの個々強い湾曲部内ではありそうも
なく、それは、故障時になら発生する。 【００５１】放射線が層を貫通するのを防止するため
に、ファイバークラッドの最内層の厚さδｉは、好まし
くは少なくとも１０ミクロンである。しかしながら、厚
さが僅か１０ミクロンのクラッドのファイバーでは、も
しファイバーがスリーブ内の端で破砕されれば、故障が
発生する可能性がある。更に、厚さδｉが増加すれば、
ファイバー内の放射線のラアウンチングの公差がより大
きくなることが、実際には示されている。処理或いは生
産技術にクラッドの厚さを製作する許容度があれば、好
ましくは、最内層のクラッド層の厚さδｉは、５０ミク
ロンより大きい。 【００５２】図１に、コア上に直接被覆するクラッド層
内の屈折率がほぼ一定であるファイバーを図示する。直
径Ｄk と、屈折率差Δｎk とを有するコアを１−１で示
す。外径Ｄm と厚さδｉ＝（Ｄm −Ｄk ）／２と正の屈
折率差Δｎm ＝ｎka−ｎm とを有するクラッドの最内層
を１−２で示す。１−３で示されている別のクラッド層
を、層１−２上に配設することもできる。 【００５３】製造によって生じる少ない屈折率の揺らぎ
は、無害であるため、屈折率の減少Δｎm ＝ｎka−ｎm
が１・１０-3より大きいことは有利である。Δｎm とδ
ｉの値がより大きくなることは好ましいが、Δｎk の値
が非常に大きいと、複雑なファイバー素子が必要とな
り、実質的な面で妨害となる。δｉの値が非常に大きい
と、ファイバーがもはや充分な可撓性を有しなくなるた
め、処理問題が発生する可能性がある。 【００５４】厚さδｉを有するクラッドの最内層の屈折
率が、ほぼｎka或いはそれより幾分小さい基本的な一定
値ｎmiを有する場合に、また最内層上に直接被覆する厚
さδｉを有する他の層内の屈折率がｎmi未満である値ｎ
mwを有する場合に、一般的により良い特性が達成され
る。このファイバーでは、強い湾曲部があるため、放射
線の一部はコアより出力されるが、放射損失は、なおク
ラッドの最内層内に案内されて、ファイバーの長い部分
又はファイバー端で初めて出力される。そのビームの質
が、「整然と案内された放射線」より明らかに劣るとこ
ろの放射損失が、ファイバー端に達した場合に、もし、
クラッドの最内層の厚が充分であれば、整然と案内され
た放射線より分離可能である。 【００５５】一番単純な場合には、ｎmiとｎkaは同じで
ある。放射損失が、コア内の質の劣るビームと再結合す
る可能性を減少するために、好適な実施例では、図１の
ファイバーの屈折率は、コアよりクラッド方向に同様に
減少している。クラッド内の、コアとクラッドとの界面
上の屈折率ｎmiは、前述の同様な理由で、この界面上に
直接あるコア内の屈折率ｎkaより小さいところの少なく
とも１・１０-3である。 【００５６】図２は、このようなファイバーを図示す
る。コアとクラッドとの界面を２−０で、直径Ｄk と屈
折率差Δｎk とを有するコアを２−１で、屈折率ｎmiと
外径Ｄi と厚さδｉ＝（Ｄi −Ｄk ）／２とを有するク
ラッドの最内層を２−２で、屈折率ｎmwと外径Ｄw と厚
さδw ＝（Ｄw −Ｄi ）／２とを有するクラッドの他の
層を２−３で示す。屈折率差Δｎ1 ＝ｎka−ｎmiは、界
面２−０を通渦中に屈折率が低下することによって生
じ、クラッド内の屈折率差Δｎ2 ＝ｎmi−ｎmwは、層２
−２と層２−３との間の屈折率の値ｎmiから値ｎmwへの
低下により生じる。２−４で示す他のクラッド層は、層
２−３上にあることもあるが、それらはファイバーのビ
ーム案内の決定的原因とはならない。 【００５７】層２−２内の屈折率はｎkaより小さい。さ
もなければ、層２−２からの質の低い放射損失が、コア
２−１内で再結合される可能性があるからである。層２
−２は、放射損失のためのステップ型ファイバーとして
の役割をする。つまり、このステップ型ファイバーのビ
ーム案内特性が充分であるためには、屈折率の低下Δｎ
2 ＝ｎmi−ｎmwは少なくとも１．５・１０-3である。放
射線がクラッド最内層を介して貫通しないように厚さδ
ｉは少なくとも１０ミクロンである。この厚さなら、層
２−２内を案内される放射線が出力端で、整然と案内さ
れた放射線とうまく分離されるという別の利点がある。
好ましくはδｉは放射線のラウンチングを単純化するた
めに、５０ミクロンより大きい。つまり、ラウンチング
で発生する放射損失は層２−２と層２−３とにより形成
されるステップ型ファイバーによって充分に良く案内さ
れ、それによって、ラウンチングでは損傷は発生しない
（放射損失は、ファイバーの出力端まで案内されるか、
或はファイバーから、長さが長く充分に冷却されること
の可能なファイバー部分で出力される）。Δｎ2 とδｉ
の値は大きい方が好適であるが、生産や処理技術の問題
を引き起こす可能性がある。２−２内を案内される放射
線がこの層を貫通する可能性を減少させるために、好ま
しくは、層２−３の厚さδw は７ミクロンより大きい。 【００５８】原則として、屈折率差Δｎ1 を非常に大き
くすることは可能であるが、屈折率差が小さくても前述
の効果は明確であるし、一方、屈折率差が大きくなると
生産許容度を大幅に制限するので、８・１０-3より大き
くする必要は殆ど起こらない。 【００５９】値ｎkaに基本的に対応する屈折率の値ｎmi
をより低い値ｎmaに、コア周囲のクラッドの最内層の内
側より外側に連続して減少させた場合、ファイバーには
更に良い特性が得られる。このように、まれに発生する
ファイバーの大きな湾曲では、放射線が制御不可能な方
法でコアより出力されるというようなことは起こりそう
にない。更に、コアとクラッドとの界面に到達する放射
線の質は、僅かにしか劣化しない。 【００６０】図３では、対応して構成されるファイバー
を図示する。コアとクラッドとの界面を３−０で、直径
Ｄk と屈折率差Δｎk とを有するコアを３−１で、外径
Ｄi と厚さδｉ＝（Ｄi −Ｄk ）／２と内面又は外面上
の屈折率の値ｎmiとｎmaとを有するクラッドの最内層を
３−２で示す。３−３と３−４とはクラッドの他の層で
ある。本実施例では、最内層３−２の屈折率は値ｎmi＝
ｎkaから値ｎmaに直線的に減少する。つまり、層３−２
内の屈折率差はΔｎ1 ＝ｎka−ｎmaである。 【００６１】好ましくは、クラッド最内層３−２の厚さ
δｉ＝（Ｄi −Ｄk ）／２は、少なくとも１０ミクロン
である。さもなければ放射線がこの層を貫通する可能性
があるからである。生産により生じる屈折率の揺らぎ
が、屈折率分布に制御不可能な影響を与える可能性があ
るため、好ましくは、屈折率の低下Δｎ1 ＝ｎka−ｎma
は２・１０-3より大きい。 【００６２】それでもなおクラッドの厚さの公差がある
場合には、更に好ましくは、最内層３−２の厚さδｉ＝
（Ｄi −Ｄk ）／２は、少なくとも５０ミクロンであ
る。それによって、層３−２内のラウンチングで発生す
る放射損失は充分に良く案内される。 【００６３】図２の実施例と同様に、この効果は強めら
れて、外径Ｄw を有する他の層３−３は、その厚さδw
＝（Ｄw −Ｄk ）／２が７ミクロンより大きく、その屈
折率ｎmwがｎma未満で、基本的に一定であるクラッドの
最内層上に直接配置されている。好ましくは、屈折率の
低下Δｎ2 ＝ｎma−ｎmwは、１．５・１０-3より大き
い。 【００６４】コア３−１からクラッドの最内層３−２へ
の屈折率の低下は（クラッド内の、コアとクラッドとの
界面３−０上の屈折率ｎmiは、コア内のこの界面上に直
接ある屈折率ｎkaより小さい）、ファイバーのビーム案
内特性に良い影響を与えず、避けるべきものである。そ
の代わりに、界面を介しての通過中に屈折率の形状が可
能な限り平滑になれば（平滑＝連続して微分可能であ
り、屈折率分布に「亀裂」がない）ビーム案内特性は改
善される。 【００６５】コアとクラッドの界面又はクラッドの種々
の層間の界面を介してのコア又はクラッド材料の拡散
は、コア又はこれらの層内の屈折率形状に影響を与え
て、図１から図３までの「屈折率ステップ」は、例えば
丸い形状となる。しかし、概して、この拡散はビーム案
内特性に測定可能な影響は与えないが、屈折率分布のた
めに拡散帯以外での値のみを明記するために、名目上の
ファイバーデータを測定するのには有用でありうる。こ
の目的のためには、大抵の場合、界面からの距離は数ミ
クロンで充分である。 【００６６】ファイバーのクラッドは、１層又は多層の
保護外装（コーティング）により被覆されている。コー
ティング材料は、ファイバーのビーム案内特性のために
は基本的には重要でなく、好ましい生産或は処理条件、
又は例えばファイバーの機械的特性が生じるように選択
される。好ましくは、コーティング層は、ガラス又はプ
ラスチックから成る。 【００６７】光ファイバーの通常の製造方法では、例え
ば、ファイバー成分の蒸発による屈折率の低下（屈折率
下降）はファイバーの軸心周囲の狭い領域で見られる。
このような偏向は、モード構造の大きな歪みを生じさせ
る。ファイバーの生産には、屈折率下降が発生しないよ
うな成分や工程が好ましい。 【００６８】２５０ｎｍから２ミクロンの波長のスペク
トル領域内の放射線を伝送するファイバーにおいては、
好ましくは、コアはもっぱらＳｉＯ2 ガラスとフッ素を
ドーピングしたＳｉＯ2 ガラス（Ｆ：ＳｉＯ2）から成
り、コア内の屈折率分布はフッ素ドーピングが半径方向
に増加することによって設定される。この種のドーピン
グによって、ＳｉＯ2 ガラスの内部コーティングで屈折
率を最高−３０・１０ -3にまで低下させることが可能で
あるが、この処理は再生産が困難である。従って、屈折
率差の限界を−２０・１０-3未満にするべきである。フ
ァイバーを低価格で生産するためには、−１１・１０-3
未満の値でも好適である。フッ素ドーピングには、ファ
イバープリフォームの圧潰中にフッ素の顕著な蒸発がな
く、従って屈折率の下降が発生しないという利点があ
る。そのコアがＳｉＯ2 とＦ：ＳｉＯ2 のみから成るフ
ァイバーの別の利点としては、損傷限界値及び例えば励
起ラマン散乱というような有害な非線形光学作用に対す
る閾値が高いということである。 【００６９】更に好ましくは、ファイバーのドーピング
はファイバーの中心部で一番少ない、つまり、純粋のＳ
ｉＯ2 ガラスから成るファイバーが可能である。そうす
れば、更に高い損傷限界値が達成され、又コア内に高い
屈折率差を設定可能である。フッ素ドーピングが、ファ
イバー内の必要な屈折率形状を達成するのに充分でない
場合は、好ましくは、コア内のファイバーは純粋及びフ
ッ素ドーピングＳｉＯ2 から構成され、ファイバーのク
ラッドが、そこの屈折率を更に減少させるために更にＢ
2 Ｏ3 でドーピングされる。 【００７０】幾つかの生産工程では、コア内に連続した
形状の屈折率を設定することは不可能である。ＭＣＶＤ
処理では、例えばコア内の屈折率分布は、その屈折率を
予め設定可能な半径方向の少なくとも２０層の組より成
る。このように、式（３）に記載の形状に大部分が整合
し、コア内に別個の屈折率分布を有するファイバーを生
産することが可能である。このように生産されたファイ
バーは、本発明の精神に従って寸法が決定され使用され
る。式（３）に記載の屈折率分布は、「幅広く」支持さ
れているが、生産により屈折率或は屈折率形状の僅かな
揺らぎが発生する。それにもかかわらず、これらのファ
イバーは本発明の精神に従って使用可能である。 【００７１】下記の内の１条件が適用されれば、本発明
の精神に従ってファイバーを使用可能であると考えるの
は（概算）妥当である。 −式（３）に従った理想屈折率分布により予め設定され
た値分の局部屈折率の揺らぎは、０．０６・Δｎk 未満
である。ついでながら、ファイバーコア内の屈折率差は
式（３）に従ってΔｎk である。 −式（３）に従った理想屈折率分布により予め設定され
た値分の局部屈折率の揺らぎは、０．１１・Δｎk ・
（２ｒ／Ｄk ）未満である。したがって、ファイバー軸
心から距離を開けて線形に偏向が増加するのは許される
ことである。この点に関して、式（３）に従って、ｒは
ファイバー軸心からの距離、Ｄk はコア直径、Δｎk は
ファイバーコア内の屈折率差である。 −コア内の屈折率分布が半径方向の４組の層によって作
られる場合、最内層及び２番目に最内層の屈折率、ｎk1
とｎk2では、ｎk1がｎk2より大きい場合、ｎk1−ｎk2は
０．０８・Δｎk ・Ｄka・2 ／Ｄk 以下である。ｎk1が
ｎk2未満である場合、ｎk2−ｎk1は０．０５・Δｎk ・
Ｄka・2 ／Ｄk 以下である。ついでながら、Ｄka・2 は
コアの２番目に最内層の外径である。これらの特徴を有
するファイバーも又、本発明に含まれるものとする。 【００７２】 【実 施 例】本発明を下記の実施例により、更に詳細
に説明する。 【００７３】１．０６４・１０-6ｍの放射線波長λを有
し、４０Ｗの平均出力＜Ｐ＞を有するＮｄ：ＹＡＧレー
ザーの初期放射線が伝送されることになっている。レー
ザーは音響光学変調器でＱスイッチ切り替えされ、約１
２０ｎｓの平均パルス時間と、約４ＫＨｚの周波数とを
有する１連のレーザーパルスが放射される。パルスのピ
ーク出力Ｐ′は１５０ＫＷである。レーザー放射線は半
径方向に対称であり、この放射線モードは、大部分がガ
ウスーラゲールモードに対応する。１０の値の最高次モ
ードφがレーザーの出力で測定される。つまり、大部分
のレーザーパルスは、２の値のラジアルモードオーダを
有し（軸心を除いて、強度の２つの最小値、つまり
「節」が半径方向で計数される）、３の値の方位角モー
ドオーダを有している（強度の６つの最小値が全表面
で、３つの最小値が半表面で計数される）。その結果、
ｍ＝２ｐ＋ｌ＋１＝８が適用される。 【００７４】２．１の指数ｇと６・１０-3の屈折率差Δ
ｎk と４００ミクロンのコア直径Ｄk とを有する本発明
に係るファイバーが選定される。 【００７５】最も好ましくは、図３に記載の実施例が選
定される。屈折率の形状は、コアとクラッドとの界面上
で連続しており、つまり、そこには屈折率キャップがな
い。クラッド３−２の最内層では、屈折率はほぼ線形に
減少し、つまり、そこでは半径方向の屈折率勾配ｄｎ／
ｄｒ＝−６３ｍ-1でほぼ一定である。最内層の厚さは、
７５ミクロンである。つまり、屈折率が最内層で−４．
７・１０-3だけ減少している。２５ミクロンの厚さの別
の層３−３がクラッドの最内層上にある。この別の層で
は、最内層の外側領域の値に比例する屈折率は、更に−
２・１０-3だけ減少する。 【００７６】従って、直径Ｄw は６００ンミクロンであ
り、ファイバーの「光学的に有効な帯域」内では、屈折
率差は僅かに１２．７・１０-3である。ＰＩＣＶＤ処
理、内部コーチングＣＶＤ処理を使用して、約１ミクロ
ンのスペクトル領域用に、もっとも好適なファイバー成
分ＳｉＯ2 とＦ：ＳｉＯ2 からファイバーを生産する。
ファイバーは、軸心では純粋のＳｉＯ2 から成り、コア
のドーピングは半径方向に内側より外側に増加する。こ
の方法で、１３・１０-3より大きい屈折率差を容易にフ
ァイバ内に導入可能である。 【００７７】１２０ミクロンの厚さを有するＳｉＯ2 ガ
ラスの更に別のクラッド層が、強力にドーピングされた
クラッドの第２の層周囲に配設される。従って、ファイ
バーのガラス素子の外径は８４０ミクロンである。この
ような寸法のファイバーは、高出力放射線の伝送には一
般的なものである。 【００７８】このファイバーコア内のファイバーモード
のモード半径は、放射線モードのモードオーダによっ
て、７０…８０ミクロンに決定された。１５０ＫＷのピ
ーク放射線出力から出発して、コアについて約８００Ｍ
Ｗ／ｃｍ2 の最高放射線出力密度が推定される。ここで
使用されているファイバー材料は、損傷が発生すること
なく、この放射線出力密度に耐え得ることは公知であ
る。又、前述のファイバー内にも損傷は発生しない。 【００７９】このファイバーでは、ファイバー端の最高
次モードの放射線のために、φ＝１０が保持されるが、
１０以下のｍ＝２Ｐ＋ｌ＋１を有する更に多くのモード
に放射線が分配されることが決定される。
保持して高出力レーザー放射線を伝送する可撓性グレー
デッド型光ファイバーに関する。 【０００２】 【従来の技術】可視、近赤外及び近紫外スペクトル領域
用に多数のレーザーがある。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレー
ザーは１．０６４μの波長で放射し、その初期出力は連
続波動作で１００Ｗを越え、ピーク出力はパルス動作で
幾ＭＷとなることが可能である。これらのレーザーの大
部分は低次モードで放射し、いわゆるガウスモード又は
それと類似のモードが頻繁に発生する。 【０００３】一般次のモードｍがモードを指定するのに
使用される。ガウス−エルミート・モード（特に「解析
幾何」を有するレーザー）では、例えば、ｍ＝ｎx ＋ｎ
y ＋１であり、ｎx とｎy はＸ軸とＹ軸に関するモード
オーダである。つまり、ｎx 又はｎyはＸ又はＹ方向の
光軸に垂直な強度分布における節の数である。ガウス−
ラゲールモード（対称型シリンダにおける）では、ｍ＝
２ｐ＋ｌ＋１であり、ｐとｌはラジアル及び方位角モー
ドオーダである。この分類は公知であり、ガウスモード
が本モードに包含されてない場合にも、これは相応じて
使用される。 【０００４】高出力レーザーでは、ｍは殆ど常に１より
大きい。従って、１つのモードのみが発生することは殆
どない。つまりモード動作中にレーザーは交互に交替す
るか、または同時に数個のモードで放射する。しかし、
レーザー放射の一般次モードｍには上限φがある。それ
はおそらく、その共振器の構成上、高次モードが制作さ
れないためであろう。数φは放射線の最高次モードとし
て指定される。レーザーが放射可能なモードの全数は、
〜φ2 のように測定される。 【０００５】材料処理というような点から、使用のため
には低次モードが最も有利である。つまり、放射線を小
さな焦点に焦点調節することが可能であるか、あるいは
放射線を結像するための光学系をもっと単純な構成にで
きるからである。従って、モードオーダはビームの質と
いう概念としばしば関連する。つまり、レーザー放射線
の質が高くなればなるほどモードーオーダは低くなり、
少ないモードに分布されることになる。高出力レーザー
をしばしば使用する上で、例えば、最高次モードが約１
０未満であれば、ビームの質は十分である。 【０００６】高出力レーザー放射線の伝送には、可撓性
のファイバーがしばしば必要となる。これらのファイバ
ーは、高出力放射線を伝送可能でなければならないばか
りでなく、放射線のモード構造を悪化させてはならず、
従って、例えば、レーザーによって指定される最高次モ
ードの増加を可能な限り少なくしなければならない。レ
ーザー放射線伝送用ファイバーは公知のものであるが、
高出力又は良いモード構造の公知のファイバーには、放
射線を伝送する上でかなりの欠点がある。 【０００７】基本モード（φ＝１）の伝送には、単モー
ドファイバーが適当である。これらは、グレーデッド型
光ファイバーとして、例えば、指数ｇを有する（ｎkiは
ファイバー中心の屈折率、ｎkaはファイバークラッドと
の界面上の屈折率、ｎkiはｎkaより大きく、ｒはファイ
バ軸心からの距離、Ｄk はファイバーコアの直径を表
す）屈折率分布 （１）ｎ2 k （ｒ）＝ｎ2 ki−（ｎ2 ki−ｎ2 ka）・
（２ｒ／Ｄk ）g …Ｄk ／２未満のｒについて を有するベキ法則型ファイバーとして製作可能である
が、実際には、ステップ型ファイバーが好適である。し
かし、単モードファイバーは、高次モードを伝送でき
ず、コア直径が一般的には僅か数ミクロンという小ささ
のために、高出力放射線も伝送不可能である。高出力放
射線を高次モードで伝送するファイバーは、多モードフ
ァイバーでなければならず、それらのコア直径は少なく
とも１０ミクロンである。 【０００８】高出力レーザー放射線伝送用可撓性多モー
ドステップ型ファイバーは公知である（ショット・プロ
ダクト・インフォーメーション １０２４ｅ（Ｓｃｈｏ
ｔｔＰｒｏｄｕｃｔ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ １０２
４ｅ）、“石英ガラス製特殊ファイバー（Ｓｐｅｃｉａ
ｌ ｆｉｂｅｒｓ ｍａｄｅ ｏｆ ｑｕａｒｔｚ
ｇｌａｓｓ）”、１９８９、ショット・グラスヴェルケ
社（ＳｃｈｏｔｔＧｌａｓｗｅｒｋｅ）、ドイツ連邦共
和国マインツ）。しかし、良いモード構造での放射線伝
送には、それらのファイバーモード（ファイバー内の放
射線の状態をファイバーモードとして示す）がレーザー
モードより大幅に異なるため、多モードステップ型ファ
イバーは不適当である。放射線のラウンチングにおいて
多数のファイバーモードが一般に励起される。 【０００９】ｒ2 ファイバーは高次モード、特にガウス
モードで放射線を伝送できると推測されている（ジェ
イ．エイ．アーンアウド（Ｊ．Ａ．Ａｒｎａｕｄ）、
“ビーム及びファイバー オプチクス（Ｂｅａｍ ａｎ
ｄ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃｓ）”、アカデミック・プ
レス社（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ）、ニューヨー
ク、１９７５、ＩＳＢＮ ０−１２−０６３２５０−
０）。管状ｒ2 ファイバーのコア内では、屈折率の位置
依存性は下記のような関係となる。 （２）ｎ2 k （ｒ）＝ｎ2 ki−（ｎ2 ki−ｎ2 ka）・
（２ｒ／Ｄk ）g ＝ｎ2 ki・（１−（ｆ・ｒ）g ）…ｇ
＝２である （ｒはファイバー軸心からの距離、Ｄk はコア直径、ｎ
ki、ｎkaはファイバー中心とクラッドとの界面上の屈折
率、ｎkaはｎkiより小さく、ｆは比集束、つまり屈折率
分布の曲率の測定値を表す）ファイバー内に一定の屈折
率分布を与えるには費用が非常に高額となるし（ケイ．
ダブリュ．レイン（Ｋ．Ｗ．Ｒａｉｎｅ）、ジェイ．ジ
ィ．エヌ．ベインズ（Ｊ．Ｇ．Ｎ．Ｂａｉｎｅｓ）、デ
ィ、イー、ポートランド（Ｄ．Ｅ．Ｐａｕｔｌａｎ
ｄ）、“屈折率分布付与−技術状況（Ｒｅｆｒａｃｔｉ
ｖｅ ＩｎｄｅｘＰｒｏｆｉｌｉｎｇ−−Ｓｔａｔｅ
ｏｆ ｔｈｅ Ａｒｔ）”、Ｊ．Ｌｉｆｈｔｗ．Ｔｅｃ
ｈｎ．７，１１６２−１１６９、１９８９）、今までの
ところ、充分に良いｒ2 グレーデッド型分布は達成され
ていない。 【００１０】“ｒ2 類似”グレーデッド型多モードファ
イバーは公知である。米国特許明細書第３，８２３，９
９７号には、例えば、屈折率分布がモード動作時間散乱
（モードオーダのファイバーモードの機能の動作時間）
の減少に関して最適となる通信工学用のファイバーが示
されている。本ファイバーの屈折率分布の指数には、２
−（ｎki−ｎka）／ｎkiにほぼ等しいｇが適用され、ｇ
は実質的に２の値を有する。西独特許明細書第２７ ４
５ ７１５号には、同様の用途に使用するために、ｇが
ほぼ１．９２に等しいファイバーが示されており、その
材料として、ファイバーのコアがＧｅＯ2 及びＰ2 Ｏ5
をドーピングしたＳｉＯ2 から構成されることを提案し
ている。このファイバーモードの半径は小さすぎるた
め、このような「通信ファイバー」は高出力放射線の伝
送には不適当である。更に、このファイバーモードはレ
ーザーモードに僅かにしか対応しないため、これらのフ
ァイバーは、伝送により放射線のモード構造を劣化させ
る。そして、これらのファイバーでの放射線のラウンチ
ングでは、僅かな数のファイバーモードしか励起されな
いのに、ファイバーモード間の放射線出力の結合が強力
であるため、放射線はファイバー端で多数のファイバー
モードに非選択的に分配される。 【００１１】放射線をファイバーコア内に安全に閉じ込
めて、モード動作時間散乱を小さく保持するためには、
公知のファイバーでは、コア内の屈折率差が大きくなる
ように通常は選択される。近紫外線及び近赤外線領域の
放射線伝送用のＳｉＯ2 ベースのガラスのグレーデッド
型光ファイバーでは、Δｎk は２０・１０-3よりしばし
ば大きく、あるいは３０・１０-3よりさえ大きい。Δｎ
k を大きな値にするためには、屈折率分布の精密な調節
も不可能となりあるいは他の欠点も出てくるファイバー
の組成や製造工程が必要となる。 【００１２】西独特許明細書第３２ ６１ ５３６号に
は、例えば、そのコアの屈折率分布が酸化金属（Ｍｇ
Ｏ、ＳｒＯ、ＢａＯ、等）を半径方向に変化させてドー
ピングすることによって生じたファイバーが示されてい
る。しかし、このファイバーは１１００ｎｍ〜１５００
ｎｍのスペクトル領域でのみ充分な伝導性を有する。 【００１３】近紫外線及び近赤外線スペクトル領域の放
射線伝送用のファイバーについては、好ましくはＧｅＯ
2 ，Ｐ2 Ｏ5 ，Ｂ2 Ｏ3 又はＦが内部コーティング化学
蒸着法（ＣＶＤ）でＳｉＯ2 ガラスにドーピングされ
る。ＧｅＯ2 又はＰ2 Ｏ5 のドーピング及びこれらのド
ーパントの混合物はＳｉＯ2 ガラスに屈折率を増加させ
るように作用し、Ｂ2 Ｏ3 又はＦのドーピングとこれら
の混合物は屈折率を減少させるように作用する。管内の
位置依存性屈折率は位置依存性ドーピングより生じ、そ
の管を圧潰することによりガラス棒が得られ、このいわ
ゆるファイバープリフォームを延伸することによりファ
イバーが得られる。 【００１４】Ｂ2 Ｏ3 ドーピングは吸収帯を発生させた
り、ファイバーの機械的強度を弱めることができる。従
って、屈折率を減少させるためには、Ｆドーピングが好
適である。しかし、フッ素では、ＳｉＯ2 ガラスの屈折
率は少ししか減少されず、最大Ｆ部分も少なく維持しな
ければならないため、その屈折率分布がコアのＦドーピ
ングによってのみ調節されるファイバーは使用されてい
ない。 【００１５】通常は、ファイバー内の屈折率分布は、屈
折率の増加によって生成され、その目的のために、コア
をＧｅＯ2 又はＰ2 Ｏ5 で位置依存的にドーピングす
る。ＧｅＯ2 ドーピングが特に好適である。なぜならＳ
ｉＯ2 ガラスのそのドーパント部分を多くできるからで
あり、それが屈折率を大きく増加させるからである。コ
アとクラッド間の屈折率差をより大きくするために、そ
のクラッドを更にフッ素でドーピングしたファイバーも
又公知である。ヨーロッパ特許出願第０１ ２５８２８
号には、ＧｅＯ2 で強力にドーピングされたコアを有す
るファイバーが示されており、そのクラッドは、コア周
囲の薄層内でフッ素で強力にドーピングされており、こ
の層内のＦ部分は一定であるか、あるいは内部より外部
に半径方向に減少している。 【００１６】しかし、ドーパントは反対の作用で屈折率
に影響を及ぼすこともあり、それはコアがＧｅＯ2 又は
Ｐ2 Ｏ5 とフッ素との両者でドーピングされた場合にま
れに発生するが、その理由は屈折率分布の面からは解明
されていない。ヨーロッパ特許明細書第０１ ６０ ２
４４号に示されているファイバーでは、例えば、主にＧ
ｅＯ2 又はＰ2 Ｏ5 でドーピングされたコアを更にフッ
素でドーピングすることにより、紫外線領域の基本的な
吸収率を減少させている。ヨーロッパ特許出願公開第０
１ ９１ ２０２号には、ファイバーのレイリー散乱へ
のいわゆる引き抜き効果を減少させるために、そのコア
が、フッ素というような特別のドーパントを含有するフ
ァイバーが示されているが、これらの「より不純な」フ
ァイバーは破壊閾値が低く、従って高出力放射線の伝送
には不適当である。 【００１７】ＧｅＯ2 又はＰ2 Ｏ5 を使用しての内部コ
ーティング工程では「屈折率下降（ｒｅｆｒａｃｔｉｖ
ｅ ｉｎｄｅｘｄｉｐ）」つまりファイバーの中心の屈
折率の減少が通常発生する。この下降は、ドーピング材
料の蒸気圧がＳｉＯ2 の蒸気圧より高いためドーピング
材料を蒸発させることによってガラス管を圧潰させる間
に生じる。従って、この下降が、ファイバーモード間の
強力な結合を生じさせ、ビームの質の低下となる。注意
深く圧潰すれば、この下降を少なくすることができる。
例えば、西独特許明細書第３４ １９ ８３５号によれ
ば、管の内部を、圧潰中に規定された組成の蒸気に当て
ることによって、その下降を少なくしている。又、圧潰
中に蒸発する材料でこの下降を抑制しようとする試み
は、ドーピングにおいてすでに考慮されている。しか
し、これらの工程は全て再生産性に劣っている。 【００１８】例えばヨーロッパ特許明細書第０１ ７５
０６７号に示されているように、ファイバープリフォ
ームを外部コーティング又は焼結工程で生産すれば、屈
折率の下降は防止できる。しかし、これらの工程では、
高出力放射線レーザーをファイバーで伝送するのに充分
な程精密に屈折率分布を設定できないし、ファイバー材
料を純粋にもできないという欠点がある。 【００１９】西独特許明細書第２８ ３７ ３３８号に
は、通信工学用の多モードファイバーが示されており、
それでは、下降の影響は、下降以外の屈折率分布の適切
な構成により補正されている。しかしこのファイバーも
又、良いモード構造の高出力レーザー放射線の伝送には
適当でない。 【００２０】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
した問題を解決し、ファイバー内でラウンチングされた
放射線のモード構造に比して出力放射線のモード構造が
可能な限り保持されており、特にガウスモードを良く伝
送でき、その製造も簡単な高放射出力を有する放射線伝
送用のファイバーを提供することにある。 【００２１】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、前記目
的を達成するために、直径Ｄk のコアと、該コア周囲の
クラッドと、該クラッド周囲の保護外装とを有し、前記
コア内の屈折率分布が下記指数法則 ｎ2 k （ｒ）＝ｎ2 ki−（ｎ2 ki−ｎ2 ka）・（２ｒ／Ｄk ）g （ここで、ｒはファイバー軸心からの距離、ｎkiはファ
イバー軸心の屈折率、ｎkaは前記クラッドとの界面上の
コアの屈折率を表わし、ｎkiはｎkaよりも大きい）に基
本的に従う、実質的にモード構造を保持して高出力レー
ザー放射線を伝送する可撓性グレーデッド型光ファイバ
ーにおいて、 ａ）コア直径Ｄk は２００・１０-6ｍ〜８００・１０-6
ｍであること、 ｂ）しかし、Ｄk は下記数７の少なくとも２．５倍であ
り、ここでレーザー放射線の最高次モードφが５未満で
ある場合にφ′は５の値であり、φが５〜２０の範囲で
ある場合にφ′＝φであり、あるいはφが２０より大き
い場合はφ′は数８で示される値であり、数９は前記コ
ア内の屈折率差Δｎk の平方根であり、λは伝達される
前記レーザー放射線の波長であること、 ｃ）指数ｇは１．４〜３．０であること、及び ｄ）前記コア内の屈折率差Δｎk ＝ｎki−ｎkaは１．６
・１０-3より大きいことを特徴とする光ファイバーが提
供される。 【数７】 【数８】 【数９】 【００２２】 【発明の作用・効果及び態様】円筒状ファイバーは重要
な使用に十分役立ち、生産も最も簡単であるため、本発
明を基本的に円筒状であるファイバーで説明する。しか
し、断面が円形でないファイバーにも大幅な変更なしに
適用できる。本発明に係るファイバーは、基本的に円筒
状のコアを有し、その周囲には１層以上のクラッドがあ
り、それはコアと基本的に同心である。コアとクラッド
とがファイバー内で放射線を案内する。コアとクラッド
内のファイバーの放射線案内帯での幾分不揃いな分化は
通常のことであり、当業者にとって周知のことである。 【００２３】放射線は、主にコア内で案内される。従っ
て、コア材料による放射線減衰（吸収と散乱）は少なく
なければならない。この場合に許容可能なコア材料の減
衰定数は、必要なファイバーの長さに依存する。減衰値
の十分に低い適切な材料を見つけることは、一般的に問
題はない。 【００２４】ファイバーコア内の屈折率分布は、大部分
下記の関係に従う。 （３） ｎ2 k （ｒ）＝ｎ2 ki−（ｎ2 ki−ｎ2 ka）・
（２ｒ／Ｄk ）g …Ｄk ／２のｒについて ここで、ｇは本ファイバーの屈折率分布の指数であり、
ｒはファイバー軸心からの距離、Ｄk はコアの直径、ｎ
kiは軸心（ｒ＝０）の屈折率、ｎkaはコアのクラッド
（ｒ＝Ｄk ／２）との直接の界面上の屈折率である。放
射線をコア内で確実に案内するために、ｎkiはｎkaより
も大きくなっている。この屈折率分布は、ベキ法則屈折
率分布の単モードファイバー用の式（１）に記載のもの
と同様のものである。しかし、本発明によるファイバー
は、少なくとも２００ミクロンのコア直径Ｄkを有する
多モードファイバーであり、従って高次モードで放射線
を伝送可能であり、ファイバーモードの半径は高出力放
射線をファイバーで伝送可能な程十分に大きい。 【００２５】ファイバーモードの半径の値が大きいこと
は有利な点であり、レーザ出力の揺らぎにおいて、コア
の強度がコア材料の損傷限界値を越えることがなく、フ
ァイバーに損傷を与えない。更に、ラウンチングの場合
に、それは高品質ビームの伝送に必要なことであるのだ
が、放射線モードの半径をファイバーモードの半径に正
確に整合させることは、半径の小さいファイバーモード
では困難なことである。ファイバーのコア直径が大きく
なれば、ファイバーモードの半径も大きくなる。従っ
て、コア直径Ｄk は３００ミクロンより大きいことが好
ましい。 【００２６】８００ミクロンより大きいコア直径では、
ファイバーは機械的に使用不可能である。殆どの場合、
コアは細いほうが好適であり、そうすれば厚いクラッド
をコア周囲に被覆することが可能であり、それが外部か
らの影響をうけないように保護し、ファイバーの可撓性
も損なわれないからである。コアが細ければ生産技術の
面からも利点があり、例えば、初期ガラス管の壁の厚み
も内部コーティング処理で厚くすることが可能であり、
それによって、ファイバーの対称誤差をずっと簡単に減
少できる。従って、可撓性ファイバーでは、コア直径に
は最高で６００ミクロンの値が好適である。 【００２７】コア直径には、更に別の制限が考えられ
る。もし、コア直径Ｄk が小さ過ぎれば、ファイバーモ
ードの強度がコアとクラッドとの界面で高くなるため、
ファイバー内で強力なモード結合が生じる。従って、Ｄ
k には更に下限も必要となる。最高次モードφが５〜２
０の場合には、Ｄk は数１０の値より大きく、ここで数
１１は屈折率差Δｎk ＝ｎki−ｎkaの平方根を表し、λ
は放射線波長を表す。 【数１０】 【数１１】 ５未満のφでは、前記式に記載の下限では低すぎるの
で、Ｄk は数１２で示す値より大きくなければならな
い。 【数１２】 φが２０より大きい最高次モードの放射線では、放射線
は、レーザー出力で、多数の高次モードからすでに構成
されている。従って、この放射線を伝送するファイバー
の必要条件は、ビームの質の保持に関しては殆どない。
つまり、伝送中にファイバーモードは僅かな結合が許さ
れ、ビームの質は僅かにしか低下しない。φが２０以上
の放射線の伝送のためのファイバーでは、コア直径Ｄk
の増加は、モードオーダを増加するにつれて少なくな
る。少なくとも数１３のコア直径で充分である。 【数１３】 この場合、高次モードの放射線では、放射線強度は半径
方向に急速に減少し、放射線強度がビーム軸より充分に
遠くまで除去された時には、例えば、ビームの輪郭は一
般的に鋭利に画成される。このＤk の下限は実際には非
常に低いが、これは、ファイバー幾何形状に対する良好
な制御を有し、ファイバー内への放射線のラウンチング
が注意深く行われており、かつ高品質の放射線を伝送す
るための少数の湾曲部を有するファイバーには充分なも
のである。 【００２８】しかし実際には、例えば、ファイバーにと
って、放射線ラウンチングにおいて放射線モードのモー
ド半径とファイバーモードのモード半径との間の不整合
に高い公差を示すことが必要となる。このような場合、
最高次モードφが３〜２０の範囲にあれば、コア直径Ｄ
k には数１４の下限が好適である。 【数１４】 φが３未満の場合は、コア直径Ｄk の下限は数１５が好
適である。 【数１５】 φが２０より大きい最高次モードでは、コア直径の下限
としては数１６で充分である。 【数１６】このようなファイバーは、例え放射線モードのモード半
径がラウンチングにおいてファイバーモードのモード半
径より±５０％以上偏向しても良質のビームを伝送可能
である。 【００２９】もし、なお一層大きなＤk が選択されるな
ら、そしてそれがファイバーの寸法上許されるものであ
れば、ファイバーにおける放射線ラウンチングは更に単
純化され、何よりも、ファイバーの湾曲に対して感度の
ない点が改善される。最高次モードを表すφが３＜φ＜
２０の場合、非常に好適な実施例においては、Ｄk は数
１７より大きい。 【数１７】 φが３未満である場合にはコア直径Ｄk の下限は数１８
が好適である。 【数１８】 そうすれば、ファイバーモード間に放射線出力の強力な
過結合が発生することなく、ファイバーは５０ｍｍ未満
の半径に一般的に湾曲可能である。 【００３０】指示されたモード構造を有する放射線を伝
送するファイバーにとって、指数ｇを可能な限り正確に
２の値に設定することが有利であると思われている。し
かし、本発明に係るファイバーにとって、驚くべきこと
に、ｇは２の値より大幅に偏向しており、本発明による
と、ｇは１．４〜３．０の範囲にある。本ファイバーの
他の特徴も、屈折率分布の偏向を不利なものとはしてい
ない。 【００３１】この指数ｇが２の値より大幅に偏向してい
ても本ファイバーは放射線を効率よく伝送可能であると
いうことは、従って、我々の考えでは、大部分の放射線
が案内される場所であるファイバー軸心付近において式
（３）による分布が放物線プロフィールに非常によく近
似できるということから説明可能である。 【００３２】最高次モードφが５までの場合、大部分の
場合において、モード間に有効な結合が皆無であって
も、例えば、指数ｇが上記の範囲内であれば、モード構
造は完全に伝送される。 【００３３】モードオーダが増加すれば、放射線はコア
の軸心をはずれた帯で案内される。そこでは、屈折率分
布と放物線曲線とはあまり近似してなく、その結果、モ
ード間に弱い結合が発生する。このようにビームの質が
僅かに低下するが、殆どの場合、実際には無視可能なも
のであり、指数ｇの制限を狭めて選択できるというのは
有利である。最高次モードφが１０未満である場合、好
ましくは指数ｇは１．６〜２．４の範囲であり、φが１
０より大きい場合は、ｇは１．８〜２．２の範囲である
ことが好ましい。このように、さらに高次のモードでの
放射線出力の結合は、非常にまれにしか発生しないとい
うことが特に達成された。 【００３４】ファイバーの屈折率指数ｇの上記の帯域幅
の結果、生産技術が単純化され、ファイバーの生産に特
別の技術が使用できるようになり、僅かな屈折率の揺ら
ぎではファイバーは影響を受けなくなった。このこと
は、本発明に係るファイバーの場合で可能なように、コ
ア内の屈折率差が非常に小さければ有利である。 【００３５】ファイバーモードの正確な半径を予め決定
することは（これが、ファイバー内の完全な放射線ラウ
ンチングに必要であることは公知のことであるのだ
が）、（理論的に）非常に困難を伴ってのみ実施可能で
あるという問題は、指数ｇの帯域によって発生する。し
かし、完成ファイバーのファイバーモードの半径を決定
する測定工程が知られているため、この問題は重大では
ない。更に、モード半径の指数ｇあるいは屈折率分布の
製造によって生じた揺らぎへの依存性は、指数を正確に
２の値にすることを避ければ少なくすることが可能であ
り、この目的のためには、一般的には、非常に少ない偏
向で充分である。 【００３６】本発明に係るファイバーコア内の屈折率差
Δｎk ＝ｎki−ｎkaは１．６・１０-3より大きい。従っ
てより小さな値では、放射線はコア内に閉じ込められな
いため、放射線損失が発生することが予測される。 【００３７】安全をとって、好適な実施例では、Δｎk
は３．３・１０-3より大きく、従って屈折率の僅かな揺
らぎが発生する可能性があるが、無害である。より大き
なコア直径Ｄk が特に選択された場合、Δｎk のより大
きな値が推奨される。ファイバーのコア直径Ｄk が３０
０ミクロンより大きく、屈折率差が３．３・１０-3未満
である場合は、例えば微小曲率損失が発生し得、これ
は、ファイバーの伝送効率を減少させる。 【００３８】屈折率差Δｎk の上限は、光学素子はファ
イバーの内外に放射線をラウンチングし出力するために
単純でなければならないという要求から生じている（小
開口数 ＮＡ）。これを達成するためには、好ましく
は、Δｎk は４・１０-4・（Ｄk ／λ）2 ／φ2 より小
さい。ここで、λは放射線波長であり、Ｄk はファイバ
ーのコア直径、φは最高次モードである。この屈折率差
の上限が維持される場合、開口数（ＮＡ）が０．３未満
（完全角）の光学素子が使用される。このＮＡを有する
光学系は、比較的安い費用で生産可能である。ＮＡが
０．１５未満の通常の光学素子が一般的には使用される
ので２・１０-5・（Ｄk ／λ）2 ／φ2 未満のΔｎkが
一層好適である。 【００３９】近紫外線から近赤外線スペクトル領域で、
約２５０ｎｍから約２ミクロンの波長を有する放射線を
伝送するファイバーコア内では、屈折率差Δｎk ＝ｎki
−ｎkaが２０・１０-3未満であることが有利である。本
発明のファイバーでは、屈折率差を有するファイバーモ
ードの半径Ｗは約ｗ〜Δｎ-1/4となる。２０・１０-3よ
り大きいΔｎでは、Δｎのモード半径への影響は従って
少なく、ファイバーのビームの案内に関しては実際には
明確な影響は見いだされない。 【００４０】一方、より単純な素子と工程でファイバー
を生産する上で、コア内の屈折率差をより小さくするこ
とが好ましく、そうすればファイバーモードのモード半
径と伝送可能な放射線の出力限界が増加する。Δｎk が
１０・１０-3未満であることが更に好適であり、この屈
折率差はＰＩＣＶＤ処理により簡単に達成可能である。 【００４１】波長が約１１ミクロンまでのより長い波長
を有する近赤外線スペクトル領域では、２００・１０-3
までの大きな値の屈折率差Δｎk が有利である。しかし
実質的な理由から、（例えば、ファイバーの内外に放射
線をラウンチング又は出力するために光学素子の開口数
を小さく維持するために）このような場合には屈折率差
を１００・１０-3未満にすべきである。 【００４２】指数ｇには広帯域幅が許容可能であり、屈
折率差Δｎk には小さい値が許容可能であるという所見
は、以下のように説明される。すなわち、ファイバーモ
ード間の放射線エネルギーの過結合は、「結合の長さ」
と「コヒーレンスの長さ」とによる（構造上の）過結合
のために測定されて、過結合が効率よく行われるため
に、結合の長さは、その関連するコヒーレンスの長さよ
り短くなければならない。さもなくば、ファイバーモー
ドの相対的位相は、結合の長さ内でそれ自身逆転し、破
壊的な過結合が発生する。すなわち、モード内でラウン
チングされた放射線出力が再度除去され、モード内の平
均出力が低くなる。従って結合の長さとコヒーレンスの
長さを比較することは重要である。 【００４３】屈折率分布の理想のｒ2 分布からの偏向が
大きいため、本発明に係るファイバー内のファイバーモ
ードの結合の長さは短い。しかし、関連するコヒーレン
スの長さは一般的にそれより尚短く、２つのファイバー
モード間の相互作用のためのコヒーレンスの長さは、フ
ァイバモードで公知のモード定数から生成される。これ
らはファイバーモードのために重要であり、それは、波
動スペクトルが自由電磁波のために重要であるのと同じ
である。モード定数が異なる程、コヒーレンスの長さは
短くなる。それは、モード間の放射線出力の結合が、そ
のモード定数が大幅に異なる場合に、効率よく抑制され
ることから理解される。本発明に係るファイバーは、こ
の特性を有する。 【００４４】モード動作時間散乱が減少している公知の
指数分布ファイバーでは、（ファイバーモードの短い動
作時間散乱を有する）これらのファイバーにおいて、フ
ァイバーモードのモード定数が類似しているため、この
状況は特に好ましくない。 【００４５】ファイバーがｒ2 分布をほぼ有する場合
は、ファイバーモードの散乱は特に少なく、つまり、コ
ヒーレンスの長さは特に長くなる。従って、ｇが２と異
なることは、モード結合の抑制のためには好ましい。こ
の目的のためには、好ましくは、ファイバーの屈折率分
布の指数ｇは１．９５未満、あるいは２．０５より大き
い。そうすれば、指数ｇの値２からの偏向が増加して
も、コヒーレンスの長さは一般的に結合の長さより、よ
り急速に短くなる。 【００４６】しかし、もし、レーザー放射線が主に低次
モード、特に最高次モードφが１０のモードで構成され
たり、指数ｇの値２からの偏向がさらに大きい場合に
は、その方がより好適である。屈折率分布のｒ2 分布か
らの偏向がファイバー軸に近い方が有効であり、すなわ
ち、そうすれば、散乱は低次のファイバーモードにも有
効である。より好適な実施例では、指数ｇは、従って
１．９未満であるか２．１より大きい。 【００４７】多モードファイバー内のクラッドの主な目
的は、ファイバーを介する放射線を安全に案内すること
である。容易に湾曲可能なファイバーのクラッドの外径
は１．２ｍｍ以下であり、クラッドの外径が１．０ｍｍ
未満のファイバーの方がさらに良く、又小さい半径に湾
曲可能なファイバーは、クラッドの外径が７００ミクロ
ン未満である。クラッド材料の減衰定数の必要条件は、
コア材料のそれより少なく、適切な材料を見つけること
は一般的に困難ではない。 【００４８】好適な場合では、例えば伝送される放射線
の最高次モードが低く、ファイバーが大幅に湾曲されて
ない場合には、クラッドの、案内された放射線のモード
構造への影響は少なく、従って、クラッド材料は一番単
純な実施例のファイバーとほぼ同質である。しかし、屈
折率分布がクラッド内でも適切に構成されている場合に
は、その方がより有利である。（本発明に係るファイバ
ーのコア内の屈折率差とコア直径とは小さくすることが
可能であるため、屈折率をクラッド内にも与えることが
できるほど充分な公差がある。） 【００４９】図１から図３はファイバーの構成図であ
る。コアとクラッドの内部の屈折率のファイバー軸心か
らの距離ｒとの関係をそれぞれ図示する。より良く図示
するために寸法通りの縮尺ではない。 【００５０】クラッド内の、コアとクラッドとの界面上
の屈折率が、ｎka未満の値ｎm に減少し、δｉの厚さを
有する層内でｎm の値を越えない場合に、ファイバー特
性は改善される。このクラッドの構成により、ファイバ
ーによるビームの案内がより安全に実施される。なぜな
ら、放射線がコアより出力されるということ（高出力放
射線では、それはファイバーを破壊することさえあり得
る）は、ファイバーの個々強い湾曲部内ではありそうも
なく、それは、故障時になら発生する。 【００５１】放射線が層を貫通するのを防止するため
に、ファイバークラッドの最内層の厚さδｉは、好まし
くは少なくとも１０ミクロンである。しかしながら、厚
さが僅か１０ミクロンのクラッドのファイバーでは、も
しファイバーがスリーブ内の端で破砕されれば、故障が
発生する可能性がある。更に、厚さδｉが増加すれば、
ファイバー内の放射線のラアウンチングの公差がより大
きくなることが、実際には示されている。処理或いは生
産技術にクラッドの厚さを製作する許容度があれば、好
ましくは、最内層のクラッド層の厚さδｉは、５０ミク
ロンより大きい。 【００５２】図１に、コア上に直接被覆するクラッド層
内の屈折率がほぼ一定であるファイバーを図示する。直
径Ｄk と、屈折率差Δｎk とを有するコアを１−１で示
す。外径Ｄm と厚さδｉ＝（Ｄm −Ｄk ）／２と正の屈
折率差Δｎm ＝ｎka−ｎm とを有するクラッドの最内層
を１−２で示す。１−３で示されている別のクラッド層
を、層１−２上に配設することもできる。 【００５３】製造によって生じる少ない屈折率の揺らぎ
は、無害であるため、屈折率の減少Δｎm ＝ｎka−ｎm
が１・１０-3より大きいことは有利である。Δｎm とδ
ｉの値がより大きくなることは好ましいが、Δｎk の値
が非常に大きいと、複雑なファイバー素子が必要とな
り、実質的な面で妨害となる。δｉの値が非常に大きい
と、ファイバーがもはや充分な可撓性を有しなくなるた
め、処理問題が発生する可能性がある。 【００５４】厚さδｉを有するクラッドの最内層の屈折
率が、ほぼｎka或いはそれより幾分小さい基本的な一定
値ｎmiを有する場合に、また最内層上に直接被覆する厚
さδｉを有する他の層内の屈折率がｎmi未満である値ｎ
mwを有する場合に、一般的により良い特性が達成され
る。このファイバーでは、強い湾曲部があるため、放射
線の一部はコアより出力されるが、放射損失は、なおク
ラッドの最内層内に案内されて、ファイバーの長い部分
又はファイバー端で初めて出力される。そのビームの質
が、「整然と案内された放射線」より明らかに劣るとこ
ろの放射損失が、ファイバー端に達した場合に、もし、
クラッドの最内層の厚が充分であれば、整然と案内され
た放射線より分離可能である。 【００５５】一番単純な場合には、ｎmiとｎkaは同じで
ある。放射損失が、コア内の質の劣るビームと再結合す
る可能性を減少するために、好適な実施例では、図１の
ファイバーの屈折率は、コアよりクラッド方向に同様に
減少している。クラッド内の、コアとクラッドとの界面
上の屈折率ｎmiは、前述の同様な理由で、この界面上に
直接あるコア内の屈折率ｎkaより小さいところの少なく
とも１・１０-3である。 【００５６】図２は、このようなファイバーを図示す
る。コアとクラッドとの界面を２−０で、直径Ｄk と屈
折率差Δｎk とを有するコアを２−１で、屈折率ｎmiと
外径Ｄi と厚さδｉ＝（Ｄi −Ｄk ）／２とを有するク
ラッドの最内層を２−２で、屈折率ｎmwと外径Ｄw と厚
さδw ＝（Ｄw −Ｄi ）／２とを有するクラッドの他の
層を２−３で示す。屈折率差Δｎ1 ＝ｎka−ｎmiは、界
面２−０を通渦中に屈折率が低下することによって生
じ、クラッド内の屈折率差Δｎ2 ＝ｎmi−ｎmwは、層２
−２と層２−３との間の屈折率の値ｎmiから値ｎmwへの
低下により生じる。２−４で示す他のクラッド層は、層
２−３上にあることもあるが、それらはファイバーのビ
ーム案内の決定的原因とはならない。 【００５７】層２−２内の屈折率はｎkaより小さい。さ
もなければ、層２−２からの質の低い放射損失が、コア
２−１内で再結合される可能性があるからである。層２
−２は、放射損失のためのステップ型ファイバーとして
の役割をする。つまり、このステップ型ファイバーのビ
ーム案内特性が充分であるためには、屈折率の低下Δｎ
2 ＝ｎmi−ｎmwは少なくとも１．５・１０-3である。放
射線がクラッド最内層を介して貫通しないように厚さδ
ｉは少なくとも１０ミクロンである。この厚さなら、層
２−２内を案内される放射線が出力端で、整然と案内さ
れた放射線とうまく分離されるという別の利点がある。
好ましくはδｉは放射線のラウンチングを単純化するた
めに、５０ミクロンより大きい。つまり、ラウンチング
で発生する放射損失は層２−２と層２−３とにより形成
されるステップ型ファイバーによって充分に良く案内さ
れ、それによって、ラウンチングでは損傷は発生しない
（放射損失は、ファイバーの出力端まで案内されるか、
或はファイバーから、長さが長く充分に冷却されること
の可能なファイバー部分で出力される）。Δｎ2 とδｉ
の値は大きい方が好適であるが、生産や処理技術の問題
を引き起こす可能性がある。２−２内を案内される放射
線がこの層を貫通する可能性を減少させるために、好ま
しくは、層２−３の厚さδw は７ミクロンより大きい。 【００５８】原則として、屈折率差Δｎ1 を非常に大き
くすることは可能であるが、屈折率差が小さくても前述
の効果は明確であるし、一方、屈折率差が大きくなると
生産許容度を大幅に制限するので、８・１０-3より大き
くする必要は殆ど起こらない。 【００５９】値ｎkaに基本的に対応する屈折率の値ｎmi
をより低い値ｎmaに、コア周囲のクラッドの最内層の内
側より外側に連続して減少させた場合、ファイバーには
更に良い特性が得られる。このように、まれに発生する
ファイバーの大きな湾曲では、放射線が制御不可能な方
法でコアより出力されるというようなことは起こりそう
にない。更に、コアとクラッドとの界面に到達する放射
線の質は、僅かにしか劣化しない。 【００６０】図３では、対応して構成されるファイバー
を図示する。コアとクラッドとの界面を３−０で、直径
Ｄk と屈折率差Δｎk とを有するコアを３−１で、外径
Ｄi と厚さδｉ＝（Ｄi −Ｄk ）／２と内面又は外面上
の屈折率の値ｎmiとｎmaとを有するクラッドの最内層を
３−２で示す。３−３と３−４とはクラッドの他の層で
ある。本実施例では、最内層３−２の屈折率は値ｎmi＝
ｎkaから値ｎmaに直線的に減少する。つまり、層３−２
内の屈折率差はΔｎ1 ＝ｎka−ｎmaである。 【００６１】好ましくは、クラッド最内層３−２の厚さ
δｉ＝（Ｄi −Ｄk ）／２は、少なくとも１０ミクロン
である。さもなければ放射線がこの層を貫通する可能性
があるからである。生産により生じる屈折率の揺らぎ
が、屈折率分布に制御不可能な影響を与える可能性があ
るため、好ましくは、屈折率の低下Δｎ1 ＝ｎka−ｎma
は２・１０-3より大きい。 【００６２】それでもなおクラッドの厚さの公差がある
場合には、更に好ましくは、最内層３−２の厚さδｉ＝
（Ｄi −Ｄk ）／２は、少なくとも５０ミクロンであ
る。それによって、層３−２内のラウンチングで発生す
る放射損失は充分に良く案内される。 【００６３】図２の実施例と同様に、この効果は強めら
れて、外径Ｄw を有する他の層３−３は、その厚さδw
＝（Ｄw −Ｄk ）／２が７ミクロンより大きく、その屈
折率ｎmwがｎma未満で、基本的に一定であるクラッドの
最内層上に直接配置されている。好ましくは、屈折率の
低下Δｎ2 ＝ｎma−ｎmwは、１．５・１０-3より大き
い。 【００６４】コア３−１からクラッドの最内層３−２へ
の屈折率の低下は（クラッド内の、コアとクラッドとの
界面３−０上の屈折率ｎmiは、コア内のこの界面上に直
接ある屈折率ｎkaより小さい）、ファイバーのビーム案
内特性に良い影響を与えず、避けるべきものである。そ
の代わりに、界面を介しての通過中に屈折率の形状が可
能な限り平滑になれば（平滑＝連続して微分可能であ
り、屈折率分布に「亀裂」がない）ビーム案内特性は改
善される。 【００６５】コアとクラッドの界面又はクラッドの種々
の層間の界面を介してのコア又はクラッド材料の拡散
は、コア又はこれらの層内の屈折率形状に影響を与え
て、図１から図３までの「屈折率ステップ」は、例えば
丸い形状となる。しかし、概して、この拡散はビーム案
内特性に測定可能な影響は与えないが、屈折率分布のた
めに拡散帯以外での値のみを明記するために、名目上の
ファイバーデータを測定するのには有用でありうる。こ
の目的のためには、大抵の場合、界面からの距離は数ミ
クロンで充分である。 【００６６】ファイバーのクラッドは、１層又は多層の
保護外装（コーティング）により被覆されている。コー
ティング材料は、ファイバーのビーム案内特性のために
は基本的には重要でなく、好ましい生産或は処理条件、
又は例えばファイバーの機械的特性が生じるように選択
される。好ましくは、コーティング層は、ガラス又はプ
ラスチックから成る。 【００６７】光ファイバーの通常の製造方法では、例え
ば、ファイバー成分の蒸発による屈折率の低下（屈折率
下降）はファイバーの軸心周囲の狭い領域で見られる。
このような偏向は、モード構造の大きな歪みを生じさせ
る。ファイバーの生産には、屈折率下降が発生しないよ
うな成分や工程が好ましい。 【００６８】２５０ｎｍから２ミクロンの波長のスペク
トル領域内の放射線を伝送するファイバーにおいては、
好ましくは、コアはもっぱらＳｉＯ2 ガラスとフッ素を
ドーピングしたＳｉＯ2 ガラス（Ｆ：ＳｉＯ2）から成
り、コア内の屈折率分布はフッ素ドーピングが半径方向
に増加することによって設定される。この種のドーピン
グによって、ＳｉＯ2 ガラスの内部コーティングで屈折
率を最高−３０・１０ -3にまで低下させることが可能で
あるが、この処理は再生産が困難である。従って、屈折
率差の限界を−２０・１０-3未満にするべきである。フ
ァイバーを低価格で生産するためには、−１１・１０-3
未満の値でも好適である。フッ素ドーピングには、ファ
イバープリフォームの圧潰中にフッ素の顕著な蒸発がな
く、従って屈折率の下降が発生しないという利点があ
る。そのコアがＳｉＯ2 とＦ：ＳｉＯ2 のみから成るフ
ァイバーの別の利点としては、損傷限界値及び例えば励
起ラマン散乱というような有害な非線形光学作用に対す
る閾値が高いということである。 【００６９】更に好ましくは、ファイバーのドーピング
はファイバーの中心部で一番少ない、つまり、純粋のＳ
ｉＯ2 ガラスから成るファイバーが可能である。そうす
れば、更に高い損傷限界値が達成され、又コア内に高い
屈折率差を設定可能である。フッ素ドーピングが、ファ
イバー内の必要な屈折率形状を達成するのに充分でない
場合は、好ましくは、コア内のファイバーは純粋及びフ
ッ素ドーピングＳｉＯ2 から構成され、ファイバーのク
ラッドが、そこの屈折率を更に減少させるために更にＢ
2 Ｏ3 でドーピングされる。 【００７０】幾つかの生産工程では、コア内に連続した
形状の屈折率を設定することは不可能である。ＭＣＶＤ
処理では、例えばコア内の屈折率分布は、その屈折率を
予め設定可能な半径方向の少なくとも２０層の組より成
る。このように、式（３）に記載の形状に大部分が整合
し、コア内に別個の屈折率分布を有するファイバーを生
産することが可能である。このように生産されたファイ
バーは、本発明の精神に従って寸法が決定され使用され
る。式（３）に記載の屈折率分布は、「幅広く」支持さ
れているが、生産により屈折率或は屈折率形状の僅かな
揺らぎが発生する。それにもかかわらず、これらのファ
イバーは本発明の精神に従って使用可能である。 【００７１】下記の内の１条件が適用されれば、本発明
の精神に従ってファイバーを使用可能であると考えるの
は（概算）妥当である。 −式（３）に従った理想屈折率分布により予め設定され
た値分の局部屈折率の揺らぎは、０．０６・Δｎk 未満
である。ついでながら、ファイバーコア内の屈折率差は
式（３）に従ってΔｎk である。 −式（３）に従った理想屈折率分布により予め設定され
た値分の局部屈折率の揺らぎは、０．１１・Δｎk ・
（２ｒ／Ｄk ）未満である。したがって、ファイバー軸
心から距離を開けて線形に偏向が増加するのは許される
ことである。この点に関して、式（３）に従って、ｒは
ファイバー軸心からの距離、Ｄk はコア直径、Δｎk は
ファイバーコア内の屈折率差である。 −コア内の屈折率分布が半径方向の４組の層によって作
られる場合、最内層及び２番目に最内層の屈折率、ｎk1
とｎk2では、ｎk1がｎk2より大きい場合、ｎk1−ｎk2は
０．０８・Δｎk ・Ｄka・2 ／Ｄk 以下である。ｎk1が
ｎk2未満である場合、ｎk2−ｎk1は０．０５・Δｎk ・
Ｄka・2 ／Ｄk 以下である。ついでながら、Ｄka・2 は
コアの２番目に最内層の外径である。これらの特徴を有
するファイバーも又、本発明に含まれるものとする。 【００７２】 【実 施 例】本発明を下記の実施例により、更に詳細
に説明する。 【００７３】１．０６４・１０-6ｍの放射線波長λを有
し、４０Ｗの平均出力＜Ｐ＞を有するＮｄ：ＹＡＧレー
ザーの初期放射線が伝送されることになっている。レー
ザーは音響光学変調器でＱスイッチ切り替えされ、約１
２０ｎｓの平均パルス時間と、約４ＫＨｚの周波数とを
有する１連のレーザーパルスが放射される。パルスのピ
ーク出力Ｐ′は１５０ＫＷである。レーザー放射線は半
径方向に対称であり、この放射線モードは、大部分がガ
ウスーラゲールモードに対応する。１０の値の最高次モ
ードφがレーザーの出力で測定される。つまり、大部分
のレーザーパルスは、２の値のラジアルモードオーダを
有し（軸心を除いて、強度の２つの最小値、つまり
「節」が半径方向で計数される）、３の値の方位角モー
ドオーダを有している（強度の６つの最小値が全表面
で、３つの最小値が半表面で計数される）。その結果、
ｍ＝２ｐ＋ｌ＋１＝８が適用される。 【００７４】２．１の指数ｇと６・１０-3の屈折率差Δ
ｎk と４００ミクロンのコア直径Ｄk とを有する本発明
に係るファイバーが選定される。 【００７５】最も好ましくは、図３に記載の実施例が選
定される。屈折率の形状は、コアとクラッドとの界面上
で連続しており、つまり、そこには屈折率キャップがな
い。クラッド３−２の最内層では、屈折率はほぼ線形に
減少し、つまり、そこでは半径方向の屈折率勾配ｄｎ／
ｄｒ＝−６３ｍ-1でほぼ一定である。最内層の厚さは、
７５ミクロンである。つまり、屈折率が最内層で−４．
７・１０-3だけ減少している。２５ミクロンの厚さの別
の層３−３がクラッドの最内層上にある。この別の層で
は、最内層の外側領域の値に比例する屈折率は、更に−
２・１０-3だけ減少する。 【００７６】従って、直径Ｄw は６００ンミクロンであ
り、ファイバーの「光学的に有効な帯域」内では、屈折
率差は僅かに１２．７・１０-3である。ＰＩＣＶＤ処
理、内部コーチングＣＶＤ処理を使用して、約１ミクロ
ンのスペクトル領域用に、もっとも好適なファイバー成
分ＳｉＯ2 とＦ：ＳｉＯ2 からファイバーを生産する。
ファイバーは、軸心では純粋のＳｉＯ2 から成り、コア
のドーピングは半径方向に内側より外側に増加する。こ
の方法で、１３・１０-3より大きい屈折率差を容易にフ
ァイバ内に導入可能である。 【００７７】１２０ミクロンの厚さを有するＳｉＯ2 ガ
ラスの更に別のクラッド層が、強力にドーピングされた
クラッドの第２の層周囲に配設される。従って、ファイ
バーのガラス素子の外径は８４０ミクロンである。この
ような寸法のファイバーは、高出力放射線の伝送には一
般的なものである。 【００７８】このファイバーコア内のファイバーモード
のモード半径は、放射線モードのモードオーダによっ
て、７０…８０ミクロンに決定された。１５０ＫＷのピ
ーク放射線出力から出発して、コアについて約８００Ｍ
Ｗ／ｃｍ2 の最高放射線出力密度が推定される。ここで
使用されているファイバー材料は、損傷が発生すること
なく、この放射線出力密度に耐え得ることは公知であ
る。又、前述のファイバー内にも損傷は発生しない。 【００７９】このファイバーでは、ファイバー端の最高
次モードの放射線のために、φ＝１０が保持されるが、
１０以下のｍ＝２Ｐ＋ｌ＋１を有する更に多くのモード
に放射線が分配されることが決定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバーの一実施例の屈折率
分布を示すグラフである。 【図２】本発明に係る光ファイバーの他の実施例の屈折
率分布を示すグラフである。 【図３】本発明に係る光ファイバーのさらに他の実施例
の屈折率分布を示すグラフである。 【符号の説明】 １−１ コア、１−２ 最内層のクラッド層、１−３
別のクラッド層。 【数１９】 【数２０】
分布を示すグラフである。 【図２】本発明に係る光ファイバーの他の実施例の屈折
率分布を示すグラフである。 【図３】本発明に係る光ファイバーのさらに他の実施例
の屈折率分布を示すグラフである。 【符号の説明】 １−１ コア、１−２ 最内層のクラッド層、１−３
別のクラッド層。 【数１９】 【数２０】
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フロントページの続き
(72)発明者 ウベエ、リユツツエ
ドイツ連邦共和国、デエー6500マインツ、
ヴエストリング 36
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 直径Ｄk のコアと、該コア周囲のクラッ
ドと、該クラッド周囲の保護外装とを有し、前記コア内
の屈折率分布が下記指数法則 ｎ2 k （ｒ）＝ｎ2 ki−（ｎ2 ki−ｎ2 ka）・（２ｒ／Ｄk ）g （ここで、ｒはファイバー軸心からの距離、ｎkiはファ
イバー軸心の屈折率、ｎkaは前記クラッドとの界面上の
コアの屈折率を表わし、ｎkiはｎkaよりも大きい）に基
本的に従う、実質的にモード構造を保持して高出力レー
ザー放射線を伝送する可撓性グレーデッド型光ファイバ
ーにおいて、 ａ）コア直径Ｄk は２００・１０-6ｍ〜８００・１０-6
ｍであること、 ｂ）しかし、Ｄk は下記数１の少なくとも２．５倍であ
り、ここでレーザー放射線の最高次モードφが５未満で
ある場合にφ′は５の値であり、φが５〜２０の範囲で
ある場合にφ′＝φであり、あるいはφが２０より大き
い場合はφ′は数２で示される値であり、数３は前記コ
ア内の屈折率差Δｎk の平方根であり、λは伝達される
前記レーザー放射線の波長であること、 ｃ）指数ｇは１．４〜３．０であること、及び ｄ）前記コア内の屈折率差Δｎk ＝ｎki−ｎkaは１．６
・１０-3より大きいことを特徴とする光ファイバー。 【数１】 【数２】 【数３】 【請求項２】 コア直径Ｄk が３００・１０-6〜６００
・１０-6ｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記
載の光ファイバー。 【請求項３】 Δｎk が３．３・１０-3より大きいこと
を特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバー。 【請求項４】 Ｄk が下記数４の少なくとも５倍であ
り、φが３未満である場合にφ′が３の値を有し、φが
３〜２０の範囲にある場合にφ′＝φであり、φが２０
より大きい場合はφ′は数５で示される値であることを
特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光フ
ァイバー。 【数４】 【数５】 【請求項５】 Ｄk が下記数６の少なくとも８倍であ
り、φが３未満である場合にφ′は３の値を有し、φが
３〜２０の範囲にある場合にφ′＝φであることを特徴
とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光ファイ
バー。 【数６】 【請求項６】 最高次モードφが１０以下である場合に
指数ｇは１．６〜２．４であり、φが１０より大きい場
合に１．８〜２．２であることを特徴とする請求項１乃
至５のいずれか一項に記載の光ファイバー。 【請求項７】 Δｎk が４・１０-4・（Ｄk ／λ）2 ／
φ2 未満であり、ここでＤk はファイバーのコア直径で
あり、λは放射線波長であり、φは前記放射線の最高次
モード（φは１より大きい）であることを特徴とする請
求項１乃至６のいずれか一項に記載の光ファイバー。 【請求項８】 Δｎk が２・１０-5・（Ｄk ／λ）2 ／
φ2 未満であることを特徴とする請求項１乃至７のいず
れか一項に記載の光ファイバー。 【請求項９】 屈折率差Δｎk が２０・１０-3未満であ
ることを特徴とする、２５０・１０-9ｍ〜２・１０-6ｍ
の範囲の放射線波長λを有する放射線伝送用の請求項１
乃至８のいずれか一項に記載の光ファイバー。 【請求項１０】 屈折率差Δｎk が１０・１０-3未満で
あることを特徴とする、２５０・１０-9ｍ〜２・１０-6
ｍの範囲の放射線波長λを有する放射線伝送用の請求項
１乃至９のいずれか一項に記載の光ファイバー。 【請求項１１】 指数ｇが１．９５未満又は２．０５よ
り大きいことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか
一項に記載の光ファイバー。 【請求項１２】 指数ｇが１．９０未満又は２．１０よ
り大きいことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか
一項に記載の光ファイバー。 【請求項１３】 その最大屈折率がせいぜい前記コア内
の最小屈折率と同等であるところの少なくとも１０・１
０-6ｍの厚さを有するクラッド層が、前記コア上に直接
配設されていることを特徴とする請求項１乃至１２のい
ずれか一項に記載の光ファイバー。 【請求高１４】 前記コア上に直接配設されているクラ
ッド層の厚さが、少なくとも５０・１０-6ｍであること
を特徴とする請求項１３に記載の光ファイバー。 【請求項１５】 前記コアとクラッドとの界面上の屈折
率分布が平滑形状であるか、又は前記コア上に直接配設
されているクラッド層内の屈折率がほぼ一定である場合
に、この層内の屈折率が、前記コア内の最小屈折率未満
でかつ少なくとも１・１０-3であることを特徴とする請
求項１３又は１４に記載の光ファイバー。 【請求項１６】 前記コアとクラッドとの界面上の屈折
率分布が平滑形状であり、前記コア上に直接配設されて
いるクラッド層内の屈折率が少なくとも２・１０-3の屈
折率差で内側より外側に半径方向に減少していることを
特徴とする請求項１５に記載の光ファイバー。 【請求項１７】 その厚さが少なくとも７・１０-6ｍで
ある第二のクラッド層が、前記コア上に直接配設されて
いる第一のクラッド層上に配置されており、前記第一と
第二のクラッド層間の屈折率は少なくとも１．５・１０
-3だけ減少していることを特徴とする請求項１３乃至１
６のいずれか一項に記載の光ファイバー。 【請求項１８】 前記コアが微少の不純物の他は純粋な
フッ素をドーピングしたＳｉＯ2 ガラスから構成されて
おり、前記フッ素は、前記コアの内側より外側に増量し
てドーピングされていることを特徴とする２５０・１０
-9〜２・１０-6ｍの範囲の放射線波長λを有する放射線
伝送用の請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の光フ
ァイバー。 【請求項１９】 前記クラッド層の最内層は、微少の不
純物の他は、純粋のフッ素とＢ2 Ｏ3 をドーピングした
ＳｉＯ2 ガラスから構成されていることを特徴とする請
求項１８に記載の光ファイバー。
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