(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アクティブ光ファイバ（１１）のセクションであって、
第１屈折率を有するコア（１）であって、前記コア（１）がアクティブであるコア（１）と、
励起放射を伝搬させるための、第２屈折率を有する内部クラッド層（２）であって、前記第２屈折率が前記第１屈折率より小さい内部クラッド層（２）と、
前記内部クラッド層（２）の周囲に第３屈折率を有する外部クラッド層（３）であって、前記第３屈折率が前記第２屈折率より小さい外部クラッド層（３）と、を備え、
前記コア（１）の直径及び前記内部クラッド（２）の厚さが、前記アクティブ光ファイバ（１１）のセクションの全長に沿って徐々に変化し、先細縦プロファイルを形成し、前記ファイバ（１１）のセクションの全長、及び前記ファイバ（１１）のセクションの厚い端における多モード作動を支援する前記先細コア（１）に沿って連続モード変換処理を可能にし、
前記アクティブ光ファイバ（１１）のセクションの前記先細縦プロファイルが、べき指数プロファイル、指数関数プロファイル、及びこれらプロファイルの組み合わせを含むプロファイルの群から選択されることを特徴とする、アクティブ光ファイバ（１１）のセクション。
【請求項２】
前記アクティブ光ファイバ（１１）のセクションの前記コア（１）が、前記ファイバ（１１）のセクションの薄い端における単一モード動作を支援することを特徴とする、請求項１に記載のアクティブ光ファイバ（１１）のセクション。
【請求項３】
前記内部クラッド層（２）の外部境界が非円形断面を有することを特徴とする、請求項１から２のいずれかに記載のアクティブ光ファイバ（１１）のセクション。
【請求項４】
前記アクティブ光ファイバ（１１）の前記コア（１）が前記ファイバの中央部からオフセットしていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のアクティブ光ファイバ（１１）のセクション。
【請求項５】
前記アクティブ光ファイバ（１１）のセクションが、前記外部クラッド層（３）の周囲に第４屈折率を有する第３クラッド層（５）を備え、前記第４屈折率が前記第３屈折率より小さいことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のアクティブ光ファイバ（１１）のセクション。
【請求項６】
前記アクティブ光ファイバ（１１）のセクションの前記コア（１）が強い複屈折性であり、前記コア（１）は通常偏光と異常偏光の間で５×１０−５より大きい屈折率差を有することを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載のアクティブ光ファイバ（１１）のセクション。
【請求項７】
励起光がファイバの開口数により決定される最大角より小さい角度で前記ファイバ（１１）のセクションに結合されることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載のアクティブ光ファイバ（１１）のセクション。
【請求項８】
アクティブ光ファイバのセクションを作成するための方法であって、
延伸タワー内のプリフォームからアクティブ光ファイバを延伸するためのプリフォームを作成する工程と、
前記プリフォームを延伸タワー内に設置する工程と、
前記延伸タワー内で光ファイバを延伸する工程と、
前記アクティブ光ファイバのセクションに対して先細プロファイルを統合するために、引き取りプリフォーム速度及び巻き取りファイバ速度を含む２種のパラメータのうち少なくとも１種を前記光ファイバの延伸中に変更する工程と、を備え、
前記アクティブ光ファイバ（１１）のセクションの前記先細縦プロファイルが、べき指数プロファイル、指数関数プロファイル、及びこれらプロファイルの組み合わせを含むプロファイルの群から選択されることを特徴とする方法。
【請求項９】
前記方法が前記光ファイバを高分子でコーティングする工程を備えることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記方法が、前記アクティブ光ファイバのセクションに対して先細りプロファイルを統合するために前記プリフォームの温度を変更する工程を備えることを特徴とする、請求項８及び９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記方法が前記アクティブ光ファイバを延伸する前に前記プリフォームを予備延伸する工程を備えることを特徴とする、請求項８から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
アクティブ光ファイバ（１２）のセクションの配列であって、前記配列が、順に備わってファイバ（１２）のセクションを形成する、請求項１から７のいずれかに記載のアクティブ光ファイバ（１１）の配列のうち２つ以上を含むことを特徴とする、アクティブ光ファイバ（１２）のセクションの配列。
【請求項１３】
励起光が前記セクションの両端から前記アクティブ光ファイバ（１２）のセクションの配列に結合されることを特徴とする、請求項１２に記載のアクティブ光ファイバ（１２）のセクションの配列。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブ光ファイバ、光ファイバアンプ及び光ファイバレーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ダブルクラッドアクティブ光ファイバはファイバレーザ及びアンプで広く使われている。数キロワットまでのＣＷ出力を持つファイバレーザ及びアンプが実証されてきた。このような明らかな利点のみならず、既知のダブルクラッドアクティブ光ファイバには重大な欠点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
まず、ダブルクラッドファイバ内に送ることのできる励起電力のレベルに限界がある。これは結果的にファイバレーザ及びアンプの電力スケーリング能力を制限することになる。さらに、単一モードファイバにおいて、基本モード伝搬の要件が最大コア径に制限を負わせる。この要件により、小さな開口数（ＮＡ<０．０７）のファイバでさえコア径がｌmｍの動作波長に対して１２mｍを超えないことが決まる。同時に、ダブルクラッドファイバにおける励起吸収はコア／クラッド径比に依存するので、ダブルクラッドファイバの比直径は３００〜４００mｍを超えない。利用できる励起源の明るさが限られていることを考慮すると、ファイバ直径の限界は自動的に動作中部品の出力の限界につながる。
第２に、各クラッド伝搬モードに対する励起吸収係数は、コアにおけるモードフィールド分布及びドーパント（例えば希土類イオン）分布間の重複により定められる。その結果、各モードは種々のモードのモードフィールド分布における差に起因する異なる効率で吸収される。でるから、実質的に全クラッド伝搬モードを「吸収可能」及び「吸収不可能」モードというふたつのグループに分割することが可能となる。
【０００４】
モードの第１グループは、軸対称モードフィールド分布を有する。これらはドープされたコア（すなわちファイバの中心）に最大強度を持つモードであり、その結果、これらモードは良く吸収されて光増幅に非常に寄与する。モードの第２グループ（励起電力の必須部分を依然として含む）はコア及びドーパントと一体化した小さな重複を有する。したがってこのグループのモードはファイバのコアに効率的に吸収されず、光増幅に特に寄与しない。
光線光学に関して、「吸収可能」モードはファイバの光軸、すなわちドープされたコアを横切るファイバに沿って伝搬する子午光線として理解できる。「吸収不可能」モードはスキュー光線として理解できる。これらスキュー光線はらせん軌道を有し、ダブルクラッドファイバの内部クラッドにより依然として導かれるが、ドープされたコアを横切ることなく伝搬する。
【０００５】
一般的に励起吸収は以下のシナリオにしたがって起こる。モードの第１グループ、つまり子午光線は、ファイバ長に沿って伝搬する間に非常に早く吸収される。スキュー光線内にほとんど集中する残りの励起放射は、実質的に何の吸収もなく伝搬する。ダブルクラッドファイバ内を伝搬する前後の励起放射に対するモードスペクトルが図１に示されている。異なるモードが著しく異なる吸収を有するので、モードスペクトルは光がファイバに沿って伝搬する間に劇的に変化し、スペクトル「穴」がスペクトル内に焼き付けられる。モードスペクトルは「吸収可能」モードが著しい吸収を受けた後に安定化し始める。
【０００６】
ファイバ長に沿った反転分布のこの非均一分布は、おおむね伝搬距離を持つ励起放射のモード内容における変化の結果である。不十分な反転を有するアクティブファイバの部分は吸収材として働く。これは、レーザ及びアンプにおける励起変換効率の劣化原因となる。
【０００７】
ダブルクラッドファイバにおける限られた励起吸収を向上させるために、主な方法が３つある。第１の方法は、特殊形状のクラッドを持つファイバを使うことである。このクラッドの断面は、例えば切頂、二重切頂、長方形、六角形又は十角形とすることができ、このファイバはファイバの中央部からオフセットしたコア（図２）を有することができる。この特殊形状のクラッド又はオフセットコアは、光線の伝搬軌跡がよりカオス的になるに従いモードスペクトルを高める。これによってファイバのモードスペクトルがより連続的になる。その結果、円形対称ファイバに比較して、全励起電力のより大きな部分がモードスペクトルの「吸収可能」モードに集中する。アクティブコア内への励起電力が低吸収となる理由は、ファイバの規則性、すなわちモードスペクトルファイバの全部分に対して同じであるという事実である。従来技術により、特殊形状のクラッドが励起電力吸収の増加につながるということが知られているが、決してこの吸収の飽和問題を完全に除去するものではない。
【０００８】
第２の方法は、ファイバコーティング内に埋め込まれた砂、金属、セラミック又はプラスチック粒子といった粒状物質により導入されるファイバの非正規屈曲を利用する。周期的な非正規応力及び屈曲は、光学パワーの一部をスキュー光線（「吸収不可能」モード）から子午光線（「吸収可能」モード）への移動（図３Ａ）につながるモード結合の原因となる。この非規則性は励起電力の吸収を改善するかもしれないが、この効果はファイバ形状に強く依存する。知られているように、モード結合係数Ｄはファイバの比直径に強く依存する。
【数１】
0005390524.tif 000002
ここで、Ｄはコア直径、ｂはファイバの外径及びlは動作波長である。
【０００９】
（１）でわかるように、大径（３００〜５００mｍ）ファイバに対するモード結合係数は極端に低い。さらにこの方法は、クラッドの比直径が２００mｍ未満の比較的薄いファイバにのみ適用できる、というのは求められる空間周期を持つ３００〜６００mｍ径ファイバを曲げることが難しいからである。加えて、カオス的機械的応力及びクラッドの摂動がスキュー及び漏光線間の結合に至り、励起電力の損失が増えることになるかもしれない。これが動作中部品の効率を劣化させることになる。
【００１０】
ダブルクラッドファイバにおける励起吸収を向上させる第３の方法が、特殊「切頂域」又は「フィラメント」がファイバクラッド内に埋め込まれた（図３ｂ）米国特許第６，６８７，４４５  Ｂ２に開示されている。この「切頂域」はガラス、空気、セラミック、金属又は他の材料で作ることができる。「切頂域」は散乱中心として動作し、「吸収不可能」スキュー光線から「吸収可能」子午光線への変換を高める。この方法には、クラッド内に直接埋め込まれた「切頂領域」での散乱が必然的にファイバからの励起電力が著しく漏れるという、明らかな不利益がある。すなわちこの方法は励起損失に至る。
【００１１】
本発明は、新しいタイプのアクティブ光ファイバ構造及びこれを作成する方法を提供することにより前述の従来技術の技術的問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、独立請求項１及び８に提示されるものにより特徴づけられる。
本発明によるアクティブ光ファイバのセクションは、アクティブコアと、励起放射を伝搬させるため及びこのコアの屈折率より小さい屈折率を有する内部クラッド層とを備える。アクティブ光ファイバのセクションは、内部クラッド層の周囲に外部クラッド層を更に備える。この外部クラッド層は、内部クラッド層の屈折率より小さい屈折率を有する。本発明によれば、コアの直径及び内部クラッド層の厚さはアクティブ光ファイバのセクションの長さに沿って徐々に変化し、先細り縦プロファイルを形成してファイバのセクション長に沿って連続モード変換処理を可能とする。この先細コアは、ファイバのセクションの厚い端における多モード作動を支援する。
【００１３】
本発明によるアクティブ光ファイバのセクションを作成する方法は、延伸タワー内のプリフォームからアクティブ光ファイバを延伸するためのプリフォームを作成する工程と、このプリフォームを延伸タワー内に設置する工程と、延伸タワー内の光ファイバを延伸して光ファイバの延伸中に引き取りプリフォーム速度及び巻き取りファイバ速度を含むふたつのパラメータの少なくともひとつを変更する工程とを備える。この方法は、該アクティブ光ファイバのセクションに対して先細りプロファイルを統合する。
【００１４】
本発明による方法の一実施形態において、ファイバの延伸に先だってプリフォームを予備延伸することでプリフォームの直径が減少する。
本発明による方法の他の実施形態において、プリフォーム及びプリフォームがある炉の温度はファイバを延伸する間変えられ。これは定常状態条件の変化及びファイバの直径の変化につながる。
【００１５】
本発明によるアクティブ光ファイバのセクションを作成する方法の更に他の実施形態において、先細ファイバは延伸タワーの高温炉から出た後に高分子コーティングで被覆される。
【００１６】
励起電力は、ファイバのセクションの一端又はファイバのセクションの両端からファイバのセクションの内部クラッドへ結合されてよい。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、本発明によるファイバのふたつ以上の先細部が順に備わって、ファイバの双円錐又は多円錐セクションを形成してよい。
【００１８】
本発明の他の実施形態によれば、ファイバのセクションの薄い端におけるコアが単一モード動作を支援する。この先細アクティブ光ファイバのセクションを、薄い端におけるコアが基本モードだけを支援できる一方、厚い端におけるコアが動作波長に対する多モード作動を支援できるように設計することができる。ファイバのセクションを例えばレーザ又はアンプの光増幅使うとき、出力放射は単一モードになる。単一モード動作は、例えば光パルスの分散を最小にしなければならない通信の応用で有益である。
【００１９】
本発明の他の実施形態において、ファイバのセクションの薄い端におけるコアは多モード作動を支援する。先細ファイバのセクションの薄い端において多モードコアを有することは、例えばファイバの先細部での誘導ブリルアン散乱を抑える利点があり、これはファイバが高電力の応用に使われるときに特に重要である。多モードファイバ出力の追加の利点は、出力を他の部品に結合し易くする、その大モードフィールド直径（大断面コア面積）である。この大モードフィールド直径はまた、誘導ブリルアン散乱が起こるためのより高いしきい値光学パワーをもたらす。
【００２０】
本発明の更に他の実施形態において、アクティブ光ファイバのセクションの先細り縦プロファイルは、線形プロファイル、べき指数プロファイル、指数関数プロファイル、又はこれらプロファイルの組み合わせである。
【００２１】
本発明によるアクティブ先細光ファイバのセクションの重要な特徴は、従来技術アクティブファイバに比べて著しく高い励起光吸収である。増加した有効光学長の既知の効果に加えて、本発明による先細ファイバのセクションは励起光吸収を劇的に改善するモード結合（又はモード混合）を利用する。光線光学の点からみて、これはファイバのアクティブ先細部を伝搬した励起光の各光線の反射角が、ファイバの内部クラッドと外部層との境界からの各反射後に増える、と理解できる。
【００２２】
単一モード出力を持った従来技術のアクティブ光学ファイバと比較すると、本発明によるファイバのセクションの厚い端における厚いコア及びこのコアの先細りプロファイルは、励起光が吸収できるアクティブコアがより大きい体積となる。これは、本発明によるアクティブファイバのセクションの励起光吸収及び効率を著しく増加させることに更に寄与する。
【００２３】
本発明によるアクティブ光ファイバのセクションの構造の本質的利点はこの構造が入力での励起光パワーに対し大きい受け入れ開口を有し、また同時に上述のようにコアへの励起光パワーの吸収を著しく改善するということである。これら性質は、最新のアクティブ光ファイバの限られた電力出力の問題を緩和又は除去する。アクティブ光ファイバのセクションの厚い端における大径により、高効率の高出力低強度励起源から先細ファイバ内への励起放射の開始させることができる。例えばビーム積パラメータ（ＢＰＰ）が１００〜２００ｍｍ*ｍｒａｄまでの励起源を使ってよい。これにより、キロワットレベルの半導体バーダイオードを本発明によるアクティブ光ファイバのセクションの励起源として使う機会が開かれる。
【００２４】
本発明の一実施形態において、内部クラッド層の外部境界はアクティブ光ファイバの縦方向に垂直な平面において非円形断面を有する。アクティブ光ファイバのセクションのコアもまた、ファイバの中央部からオフセットしてよい。これら性質は、光線の伝搬軌跡がよりカオス的になるにつれモードスペクトルを高めるファイバ構造に非対称性をもたらす。これが、ファイバのモードスペクトルをより連続的にする。その結果、全励起電力のより大きな部分が円形対称ファイバに比較してモードスペクトルの「吸収可能」モードに集中する。
【００２５】
本発明の他の実施形態において、アクティブ光ファイバのセクションは外部クラッド層の周囲に第４屈折率を持つ第３クラッド層を備える。第４屈折率はこの場合第３屈折率より小さい。
【００２６】
発明の更に他の実施形態において、アクティブ光ファイバのセクションのコアは複屈折である。コアは好ましくは通常及び異常偏光間で例えば５×１０−５よりも大きい屈折率差を有する。この強い複屈折が、ファイバ出力における安定した偏光状態を維持するのを助ける。
【００２７】
多モードコアからより少ないモード又は単一モードのみを支援するコアへ徐々に変化する先細ファイバは、スペクトル選択光学装置として働く。この固有のスペクトル選択性は、先細コアの薄い端（すなわち、先細部から出力されるモード）により支援されるモードのみが増幅されるにつれ、アクティブ装置の効率における著しい増加をもたらし、コアを通じて持続することができる。したがって、ファイバのセクションの厚い端におけるコアのより大きい量をより効率的に使って、求められる出力モードを増幅する。
【００２８】
本発明によるファイバのアクティブ先細部が高電力ファイバレーザ及びアンプの非線形ひずみも低下させる。通常非線形ひずみは、誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）、自己位相変調（ＳＰＭ）又は誘導ラマン散乱（ＳＲＳ）により発生する。可変コア半径を持つファイバを使うことによりＳＢＳに対するしきい値を著しく増やすことは可能である。さらに、大モード直径を持つファイバ（先細部の厚い端におけるファイバ）は低レベルの光学パワー密度を有ししたがってＳＰＭ及びＳＲＳに対して本質的に影響を受けない。
【００２９】
先の議論を踏まえて、本発明によるアクティブ光ファイバの先細部は、従来技術アクティブファイバとファイバ装置の限られた励起効率及び限られた電力スケーリング能力の問題の克服に寄与するためのいくつかの特徴を有する。これらの問題はアクティブファイバ及び単一モード出力を持った装置においてなおさら顕著である。本発明の最も重要で有益な特徴は、ファイバの先細部の長い光路、連続モード変換処理、大きなコア／クラッド径比、アクティブコアの大きい体積、入力での励起光パワーに対する大きい受け入れ開口及び固有のスペクトル選択性を備えている。これら特徴が一緒になって、アクティブ光ファイバ装置の効率と電力スケーリング能力を劇的に増加させる。本発明のひとつの応用は、例えば、限られた励起光の効率と限られた出力の問題がより顕著な単一モード出力を持ったアクティブ光学装置である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
以下に、添付の略図を参照して本発明をより詳細に説明する。
【図１】（従来技術）ダブルクラッドファイバを通過前（破線）及び後（実線）の伝搬定数の関数としての励起放射スペクトルを表す図である。
【図２】（従来技術）コア及びオフセットコア（Ｃ）を持つ内部クラッドと標準円形（Ａ）、長方形（Ｂ）、八角形（Ｄ）、切頂（Ｅ）及び二重切頂（Ｆ）を持つ内部クラッドの横断面領域を有する光ファイバを表す図である。
【図３Ａ】（従来技術）外部コーティング内に埋め込まれた「切頂域」を持つ光ファイバの縦プロファイルを表す図である。
【図３Ｂ】（従来技術）内部クラッド内に直接埋め込まれた「切頂域」及び「フィラメント」を持つ光ファイバの縦プロファイルを表す図である。
【図４】本発明の一実施形態によるアクティブダブルクラッド先細ファイバのセクションの縦プロファイル、屈折率プロファイル及び先細りプロファイルの例を表す図である。
【図５】本発明によるファイバの先細部の縦プロファイルにおける光線の伝搬の一実施形態を表す図である。
【図６】本発明によるファイバの双円錐先細部の縦プロファイルにおけるポンピング方式の一実施形態を表す図である。
【図７】本発明による先細アクティブ光ファイバのセクションを作成する方法の一実施形態を表すフローグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。
図４は、本発明によるダブルクラッドアクティブ光ファイバ１１の先細部の縦プロファイルの一実施形態を表す。ファイバのセクションは、アクティブコア１、内部クラッド２及び外部クラッド３を備える。この図は更にファイバのセクションの先細りプロファイル６を表す。このファイバの外部クラッド３の先細りプロファイル６が、ファイバ１１のセクションの直径に関してファイバ１１のセクション上の位置の関数として提示される。図４の例において、前述の３層すべての先細りプロファイルは線形関数に続くが他のプロファイルも利用してよい。この製造方法を考慮すると、ファイバのセクションの層すべてがその縦プロファイルに対し同じ関数依存性を有する例を考慮することが可能である。それにもかかわらず本発明によれば、議論した技術的効果を起こすためにコア１及び励起電力が伝搬する内部クラッド２のみを先細にする必要がある。
【００３２】
本発明によるファイバ１１のセクションの直径は、ファイバの長さ沿って変化するので、ファイバのセクションの一端（厚い端）においてコア１はより大きい直径を有し、内部クラッド層２は励起電力を結合及び伝搬させるための非常に大きな受け入れ開口を持つことでより厚くなっている。この厚い端におけるファイバ１１のセクションの直径は例えば最大２ｍｍであってよい（これは依然として作製するのが技術的に可能な光ファイバに対する直径の現時点の上限）、しかしより大きい直径もまた考えられる。ファイバ１１の先細の他端（薄い端）において、ファイバのコア１はより小さい直径を有し、励起電力を伝搬させるための内部クラッド２はより薄い。先細化により、励起電力を伝搬させるための内部クラッド２は薄い端においてより薄いので、ファイバの先細りプロファイルは励起電力に対して連続モード変換処理を可能とする。
【００３３】
本発明によるファイバ１１のセクションのコア１は、励起光での励起後に固有波長で発光するコア１の活性元素によりアクティブである。コア１の活性元素は例えば希土類元素のイオンであってよいが、他の元素及びコア１における発光方法も考慮してよい。
【００３４】
薄い端８及び厚い端７における図４のファイバの屈折率プロファイルはそれぞれファイバ１１のセクションの薄い端及び厚い端において示されている。ファイバに対する屈折率プロファイルは、最大屈折率を有するコア１を持ったステップインデックスプロファイルである。内部クラッド２の屈折率はコア１のそれより小さく、外部クラッド３の屈折率は内部クラッド２のそれより小さい。屈折率プロファイルからわかるように、階段関数の上部はファイバ１０の薄い端よりファイバ９の厚い端においてはるかに幅広である。これは、より少ないモード又は単一モードのみがファイバの薄い端において支援される一方で、ファイバ１１のセクションが厚い端において多モード作動を支援することを示している。
【００３５】
本発明の実施形態によれば、ファイバのセクションの薄い端におけるコア１が単一モード動作を支援する。これは一般にステップインデックスファイバにおける正規化周波数Ｖに対する値Ｖ<２．４０５に対応する。アクティブ光ファイバ１１の先細セクションは、厚い端におけるコア１が動作波長に対して多モード作動を支援できる一方で薄い端におけるコア１が基本モードだけを支援できるように設計することができる。であるから、アクティブファイバ１１のセクションの単一モード部分が、基本モードを導き高次モードに対して著しい損失をもたらす空間周波数フィルタとして働く。よって、ファイバ１１のセクションが例えばレーザ又はアンプにおける光増幅に使われるとき、出力放射は単一モードとなる。
【００３６】
本発明の他の実施形態によれば、ファイバのセクションの薄い端におけるコア１も多モード作動を支援するが、厚い端におけるよりも支援されるモードは少ない。誘導ブリルアン散乱は、高電力狭帯域放射の発生（増幅）中に起こる自己Ｑスイッチングに対する誘発処理として働く。このカオス的自己Ｑスイッチングは、高電力動作中のファイバレーザ及びアンプの電力スケーリング能力に重大な制限を負わせるかもしれない。自己Ｑスイッチングによるジャイアントパルスの出現は、ファイバを破壊するファイバコアでの光学的放電となるかもしれない。自己スイッチングを避けるにはファイバで起こるＳＢＳを抑制する必要がある。ファイバの光学輝線の拡張をＳＢＳの抑制に使うことができる。ファイバ１１の先細部の薄い端におけるコア１を単一モードよりも多く支援させることは、単一モードの場合に比べてコア１の光学スペクトルを著しく広げることとなり、その結果、効率的なＳＢＳの抑制となる。また、ＳＢＳに対するしきい値光学パワーの発生も大きな断面域のコア１を使うことにより増やすことができ、ゆえに先細ファイバ１１のセクションの薄い端における、多モードファイバに特徴的な大モードフィールド径となる。
【００３７】
多モードコアからより少ないモード又は単一モードのみを支援するコアへ徐々に変換するファイバの先細部１１が、スペクトル選択光学装置として働く。このスペクトル選択性は非相反性の特性を有する。スペクトル選択性は、ファイバ１１のセクションの厚い端から薄い端の方へ伝搬する光のためだけに存在する。ファイバ１１の先細部は反対方向へのスペクトル選択性を何も示さない。このスペクトル選択性は、先細部の厚い部分におけるモード間干渉とファイバ１１の先細部の薄い部分における多モードスペックルパターンの空間フィルタリング（上記参照）の組み合わせにより説明できる。この固有のスペクトル選択性を、例えばレーザの発振線幅が狭くなることが本発明によるファイバ１１の先細部の固有の性質により起こる、単光路レーザにおいて使うことができる。この固有のスペクトル選択性は、先細コア１の薄い端により支援されるモード（すなわち先細部から出力されるモード）のみが増幅されてコア１を通して持続することができるので、アクティブ装置の効率の著しい増加につながる。したがって、ファイバ１１のセクションの厚い端におけるコア１のより大きい体積は、より効率的に使われて求められる出力モードを増幅する。
【００３８】
本発明によるアクティブ先細光ファイバのセクション１１の重要な特徴は、従来技術のアクティブファイバに比べてはるかに高い励起吸収である。従来技術により周知なように、先細ファイバの有効光学長は非先細ファイバの有効光学長に比べて長い。結果的に、光とアクティブ先細ファイバにおける材料間の相互作用を、著しく強化することができ励起電力の吸収が増加する。増加した有効光学長についての既知の効果に加えて、本発明による先細ファイバ１１のセクションは励起光の吸収を劇的に改善するモード結合（又はモード混合）を利用する。光線光学の点から、これを、ファイバ１１のアクティブ先細部を伝搬した励起光の各光線４の反射角が、ファイバの内部クラッド２と外部層との境界からそれぞれ反射した後に増加する、と理解できる。
【００３９】
図５は本発明によるダブルクラッドアクティブ光ファイバ１１の先細部の縦プロファイルの一実施形態を表す。この図は、内部クラッド２と外部クラッド３との境界から反射するファイバのセクションを励起光の光線４がどのように伝搬するかを表している。ファイバ上の光線４の入射角qｉは、開口数ＮＡで決定されるファイバの最大受け入れ角より小さい。内部クラッド２と外部クラッド３との境界上の光線４の入射角aは明らかに反射角と同じである。反射境界は角度Qで先細るので、境界上の入射角aは図５の光線４の軌道で示すように各反射後に増加する。
【００４０】
本発明によるファイバ１１の先細部において、この連続モード変換処理（すなわち、上述のような反射角の増加）はクラッドに閉じ込められた「吸収不可能」スキュー光線からファイバコア１を横切る「吸収可能」子午光線までの励起電力の流れとなる。その結果、最初にスキュー光線に集中した励起電力（すなわち、「吸収不可能」モードで）は、ファイバの先細部へ伝搬後に「吸収可能」モード（すなわち、子午光線へ）に結合されることになる。したがってファイバ１１のアクティブダブルクラッド先細部の励起光吸収は、連続モード変換のこの効率的機構により改善される。
【００４１】
本発明の一実施形態において、励起光はファイバの開口数で決定される最大角より小さい角度でファイバ１１のセクションに結合される。ファイバへの好適な入射角qｉは以下の条件により与えられる。
【数２】
0005390524.tif 000003
ここで、ＮＡはセクションファイバ１１の開口数、及びｎはファイバに衝突する励起光が出射する媒体の屈折率である。この方式により、励起光の光線がファイバの内部クラッド２と外部層との境界から反映するにつれ、励起光の反射角が先細部１１の薄い端の方に向かって高くなりすぎないことが保証される。反射角が大きすぎると、励起電力の一部がファイバから逃げて装置の効率を減らす可能性がある。
【００４２】
励起電力は、ファイバのセクションの一端又はファイバのセクションの両端からファイバのセクションの内部クラッド２内に結合されてよい。さらにふたつ以上の本発明によるファイバ１１の先細部は順に備わってファイバの双円錐１２又は多円錐セクションを形成してよい。本発明による作製方法を用いて、このような双円錐１２又は多円錐ファイバの作製をファイバの先細り方向を交互に入れ替えることで実現してよい。
【００４３】
図６は、ファイバ１１の先細部をふたつ備える本発明による双円錐先細アクティブ光ファイバ１２のセクションの縦プロファイルの一実施形態を表す。図６の双円錐ファイバ１２のセクションは更に先細になっていない第３クラッド層５を備える。双円錐部１２は、励起光４の入射光線で示すように大きい受け入れ開口を有する両端から励起できる。双円錐部１２の中央部分１３におけるコアは、端部における厚いコアより少ないモード又は単一モードのみを支援し、したがってセクション１２は空間フィルタとして働く。
【００４４】
本発明の一実施形態において、アクティブ光ファイバ１１のセクションは外部クラッド層３の周囲に第４屈折率を持った第３クラッド層５を備える。第４屈折率はこの場合第３屈折率より小さい。この追加のクラッド層により、付加的な光閉じ込め及び環境からの内部層に対する機械的な保護がもたらされる。
【００４５】
図７に示すように、本発明による先細アクティブ光ファイバの製造の一実施形態は、例えば希土類イオンでドープされた例えばシリカ又はガラスプリフォームを作成することから始まる。このプリフォームは、ドープされたコアと求められるクラッド構造備える。クラッド構造は、例えば外部シリカクラッドを持ったダブルクラッド構造とすることができ、コア及び第１クラッド領域の屈折率より小さい屈折率を有する。プリフォームはまた、コアの周囲に複数のクラッド層を持ったマルチクラッド構造を有することができる。プリフォームの横断面形状は、延伸されたファイバに要求される形状に応じて丸形又は切頂や二重切頂といった特殊形状とすることができる。アクティブ光ファイバ用プリフォームはＭＣＶＤ、ＯＶＤ、ＶＡＤ、ＤＮＤ等の一般に知られる作製方法のうちのひとつにより作ることができる。
【００４６】
図７の例示的実施形態によれば、作製方法における次のステップは、延伸している間にリフォームの溶ける量を減少させるためにファイバの延伸に先だって、プリフォームの直径を減らすことである。これにより、先細ファイバのより短いセクションを延伸することが可能となる。プリフォームの直径を減らすことは、ファイバを延伸することに先だってプリフォームを予備延伸することにより達成できる。予備延伸ステップの後、プリフォームは、例えばシリカ又はガラスを溶かすのに適した高温炉と、プリフォームを炉の熱い区域に移動するための引き取り機構と、ファイバを延伸するための巻き取り機構と、好ましくは延伸工程中にファイバをコーティングするための高分子コーティングアプリケータとを備える延伸タワーに挿入される。
【００４７】
プリフォームを延伸タワーに設置の後、ファイバの延伸が始まる。プリフォームの引き取り速度Ｖｐとファイバの巻き取り速度Ｖｆの間には単純な関係がある。定常状態ファイバ延伸するレジームについては以下のようになる。
【数３】
0005390524.tif 000004
ここで、ＤＰ及びＤｆはそれぞれプリフォーム及びファイバの直径である。この関係は、プリフォームから引き取られる量の速度とファイバへ巻き取られる量の速度が同等でなければならないという前提から始まって導くことができる。
【００４８】
図７の作製方法における次のステップは、定常状態条件を変更することである。先細ファイバを製造するためには、関係（２）をなんとかして破壊することになる。これを行う最も手近な方法は、速度Ｖｐ及びＶｆのひとつ又は両方を同時に又は別々に変更することである。例えば、ファイバ延伸の速度Ｖｆを上げてＶｐを一定に保つとすると、結果として生じるファイバの直径が変わって等式（２）による新条件を満たす。延伸のふたつの定常状態間のファイバの中央部は先細形状を有することになる。Ｖｆを増やす場合は、ファイバの直径が減少する。同じ論理を使って、当業者は等式（２）の変数を変更する他の状況におけるファイバ径の作用を容易に推定できる。例えば、ファイバの先細部を作る他のあり得る方法は速度Ｖp及びＶｆを逆方向に変えることである。
【００４９】
ファイバの先細部の長さは、主に炉の余熱と炉内の溶けたプリフォーム（例えばシリカ又はガラス）の量というふたつのパラメータにより定められる。ファイバの先細部をある定常状態（等式（２）で提示されるように）から別の状態への移動速度を上げることでより短くするには、炉の熱い区域でのリフォームの溶ける量をできるだけ少なくすることが望ましい。プリフォームがある炉の温度もまたファイバの延伸中に徐々に変えることができる。これにより、定常状態が変化しファイバの直径も変化する。炉の温度を変更することにより、ある定常状態から別の状態への移動の力学もまた変わり、ファイバの先細部の長さを制御することが可能となる。
【００５０】
定常状態が変更された後、図７の実施形態に示すようにファイバの先細部は延伸タワーの高温炉を出た後で高分子コーティングステップを受けてよい。先細ファイバは特殊アプリケータを通過して、高分子コーティングがファイバに施される。ファイバは延伸工程中に高分子でコーティングされてファイバの内部層及びコアを保護する。このコーティングの屈折率はファイバのクラッドの屈折率より小さくてよく、この場合このコーティングは追加の低屈折率クラッドとしても働く。このコーティングの屈折率はまたクラッドの屈折率より高くてよく、この場合このコーティングは機械的保存コーティングとしてのみ働く。このコーティングはどんな形状のプリフォームにも加えることができる。通常のファイバとは対照的に、先細ファイバについてのコーティング厚さもまたある程度まで変化してよいが、これは先細ファイバの光学的又は機械的性質に影響を与えない。最後に、高分子コーティングが施された後、光ファイバの延伸を停止してよい。
【００５１】
当業者に明らかなように、この発明は上述の例に限られるものではなく、実施形態を請求項の範囲内で自由に変えることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１‥アクティブコア、２‥内部クラッド層、３‥外部クラッド層、４‥光線、５‥第３クラッド層、６‥先細りプロファイル、１１‥アクティブ光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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