(57)【要約】軸方向と、前記軸方向と垂直な断面を有する光ファイバーにおいて、ファイバーの長手の軸方向に延在するとともに、間隔を空けて位置する複数のクラッド間隙を有するクラッド領域と、前記クラッド領域によって境界を定められたコア領域とを有する第１の光誘導ファイバー部と、第１の光誘導ファイバー部に対向する第１の端部と、光ファイバーの端面を形成する第２の端部とを有するソリッド光透過性ファイバー部とを備え、前記ソリッド光透過性ファイバー部は、第１の光誘導ファイバー部のクラッド間隙を密閉することを特徴とする光ファイバー及びその製造方法、並びに光ファイバーコネクタ及び端面が密閉された超小型構造の光ファイバーを備える物品と、その使用方法。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向と直交する断面を有する光ファイバーにおいて、
ファイバーの長手の軸方向に延在するとともに、間隔を空けて位置する複数のクラッド間隙を有するクラッド領域と、前記クラッド領域によって境界を定められたコア領域とを有する第１の光誘導ファイバー部と、
第１の光誘導ファイバー部に対向する第１の端部と、光ファイバーの端面を形成する第２の端部とを有するソリッド光透過性ファイバー部とを備え、
前記ソリッド光透過性ファイバー部は、第１の光誘導ファイバー部のクラッド間隙を密閉することを特徴とする光ファイバー。
【請求項２】
第１の光誘導ファイバー部は、光が第１の光誘導ファイバー部からソリッドのファイバー部へ伝達されるときに、ソリッドファイバー部の第１の端部の光の第１の光領域径を形成するモード・フィールド径、ＭＦＤを有し、伝達された光は、ソリッドファイバー部の第２の端部に到達するときに、第２の光領域径を有す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】
ソリッドファイバー部は、第２の光領域径が第１の光領域径より大きくなるような寸法を有することを特徴とする、請求項２に記載の光ファイバー。
【請求項４】
ソリッドファイバー部は、第２の光領域径が、ソリッドファイバー部の第２の端部の断面径または、最小の断面径以下の寸法であることを特徴とする、請求項２または３に記載の光ファイバー。
【請求項５】
ソリッドファイバー部の第２の端部の断面寸法は、第１のファイバー部の最大断面寸法以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項６】
ソリッドファイバー部は、第１の端部から第２の端部までの長さが、２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項７】
ソリッドファイバー部は、第１の端部から第２の端部までの長さが、１ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項６に記載の光ファイバー。
【請求項８】
ソリッドファイバー部は、第１の端部から第２の端部までの長さが、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項７に記載の光ファイバー。
【請求項９】
ソリッドファイバー部は、第１の端部から第２の端部までの長さが、０．１ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項８に記載の光ファイバー。
【請求項１０】
ソリッドファイバー部は、第１の端部から第２の端部までの長さが、０．０５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項９に記載の光ファイバー。
【請求項１１】
ソリッドファイバー部は、第１の端部から第２の端部までの長さが、０．０２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１０に記載の光ファイバー。
【請求項１２】
第１のファイバー部のコア領域が固体であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項１３】
第１のファイバー部が、４００から１７００ｎｍの範囲の誘導光の波長に対して、第１のファイバー部のコア材料の屈折率がクラッド領域の実効屈折率より大きいことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項１４】
第１のファイバー部のコア領域は、ファイバーの長手の軸方向に延在する一つもしくは間隔を空けて位置する複数のコア間隙を含み、コア間隙はソリッド光透過性ファイバー部によって密閉されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項１５】
４００から１７００ｎｍの範囲の誘導光の波長に対する第１のファイバー部のコア領域の実効屈折率は、クラッド領域の実効屈折率より大きいことを特徴とする、請求項１４に記載の光ファイバー。
【請求項１６】
４００から１７００ｎｍの範囲の誘導光の波長に対する第１のファイバー部のコア領域の実効屈折率は、クラッド領域の実効屈折率より小さいことを特徴とする、請求項１４に記載の光ファイバー。
【請求項１７】
クラッド間隙がクラッド領域内に周期的に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか、または１６に記載の光ファイバー。
【請求項１８】
クラッド間隙は、外装材内に配置されており、外装材の屈折率は、クラッド間隙の屈折率より大きいことを特徴とする、請求項１〜１７のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項１９】
クラッド間隙は空気、または別の気体、もしくは真空を含むことを特徴とする、請求項１〜１８のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項２０】
コア間隙は、空気、または別の気体、もしくは真空を含むことを特徴とする、請求項１４〜１９のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項２１】
クラッド間隙が、空気孔または毛細空気孔であることを特徴とする、請求項１〜２０のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項２２】
コア間隙が、空気孔もしくは毛細空気孔であることを特徴とする、請求項１４〜２１のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項２３】
コア領域またはクラッド領域を形成する材料がガラスであることを特徴とする、請求項１〜２２のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項２４】
コア領域またはクラッド領域を形成する材料は、シリカを含むことを特徴とする、請求項１〜２３のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項２５】
第１のファイバー部のクラッド領域は、実効屈折率を有し、ソリッドファイバー部も、実効屈折率を有し、４００〜１７００ｎｍの範囲の誘導光の波長に対し、ソリッドファイバー領域の実効屈折率は、第１のファイバー領域のクラッド領域の実効屈折率より大きいことを特徴とする、請求項１〜２４のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項２６】
ソリッドファイバー部は、密閉充填材でファイバー部の端部の間隙を充填することによって作成されていることを特徴とする、請求項１〜２５のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項２７】
充填材が透明であることを特徴とする、請求項２６に記載の光ファイバー。
【請求項２８】
充填材は、硬化もしくは固化する液体であることを特徴とする、請求項２６または２７に記載の光ファイバー。
【請求項２９】
充填材は、ゾル・ゲルであることを特徴とする、請求項２６〜２８のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項３０】
充填材は、スピン・オン・ガラスまたは液体ガラスであることを特徴とする、請求項２６〜２８のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項３１】
充填材は、重合体であることを特徴とする、請求項２６〜２８のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項３２】
充填材は、接着剤であることを特徴とする、請求項２６〜２８のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項３３】
充填材は、屈折率整合ゲルであることを特徴とする、請求項２６〜２８のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項３４】
充填材は、コロイド−ポリマー混合剤であることを特徴とする、請求項２６〜２８のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項３５】
充填材は、適当な溶剤に溶解したＳｉＯ2（シリコンテトラアセテートＳｉ（ＣＨ2ＣＯＯＨ）4）の高分子懸濁液であることを特徴とする、請求項２６〜２８のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項３６】
充填材は、熱を利用して固化する液体であることを特徴とする、請求項２６〜３５のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項３７】
充填材は、紫外線照射を利用して固化する液体であることを特徴とする、請求項２６〜３５のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項３８】
充填材は、電子線照射を利用して固化する液体であることを特徴とする、請求項２６〜３５のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項３９】
充填材は、水分を与えて固化する液体であることを特徴とする、請求項２６〜３５のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項４０】
充填材は、嫌気性反応を利用して固化する液体であることを特徴とする、請求項２６〜３５のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項４１】
充填材は、陰イオン反応を利用して固化する液体であることを特徴とする、請求項２６〜３５のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項４２】
充填材は、化学作用によって固化する２成分溶液であることを特徴とする、請求項２６〜２８のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項４３】
充填材は、毛細管現象を利用して間隙の奥まで浸透することができる液体であることを特徴とする、請求項２６〜４２のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項４４】
充填材の屈折率が、クラッド間隙を取り囲む外装材の屈折率以下であり、クラッド間隙の屈折率より大きいことを特徴とする、請求項２６〜４３のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項４５】
充填材で充填した間隙を有するファイバー部は、光ファイバーの端面を形成する切断端部を有することを特徴とする、請求項２６〜４４のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項４６】
充填材で充填された間隙を有するファイバー部を切断し、ソリッドファイバー部が所定の長さとなるようにすることを特徴とする、請求項４５に記載の光ファイバー。
【請求項４７】
ソリッドファイバー部は、一片のガラスもしくはシリカ棒であることを特徴とする、請求項１〜２５のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項４８】
ガラスまたはシリカ棒は、均質材料料からなることを特徴とする、請求項４７に記載の光ファイバー。
【請求項４９】
４００から１７００ｎｍの範囲の誘導光の波長に対し、ガラスまたはシリカ棒を形成する材料の屈折率は、クラッド領域の実効屈折率より大きいことを特徴とする、請求項４７または４８に記載の光ファイバー。
【請求項５０】
ソリッドファイバー部が、光誘導コアを有する一片の光ファイバーを備えて成ることを特徴とする、請求項１〜２４のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項５１】
ソリッドファイバー部は、段階的な屈折率特性を有する一片の光ファイバーを含むことを特徴とする、請求項１〜２４のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項５２】
ソリッドファイバー部は、第１の光ファイバー領域へ（またはから）光を集束、平行調整、集中させるように構成した段階的屈折率特性を有する一片の光ファイバーを含むことを特徴とする、請求項５１に記載の光ファイバー。
【請求項５３】
ソリッドファイバー部の光ファイバーは、第１のファイバー部のＭＦＤと略等しいモード・フィールド径（ＭＦＤ）を有することを特徴とする、請求項５０または５１に記載の光ファイバー。
【請求項５４】
ソリッドファイバー部の光ファイバーは、ソリッドファイバー部の第２の端部が第１の端部より大きい拡張モード・フィールド径（ＭＦＤ）を有することを特徴とする、請求項５０または５１に記載の光ファイバー。
【請求項５５】
ソリッドファイバー部の光ファイバーは、ソリッドファイバー部の第２の端部が第１の端部より小さいテーパ状のモード・フィールド径（ＭＦＤ）を有することを特徴とする、請求項５０または５１に記載の光ファイバー。
【請求項５６】
ソリッドファイバー部の光ファイバーのＭＦＤが、ソリッドファイバー部の第１の端部の第１のファイバー部のＭＦＤとほぼ同等であることを特徴とする、請求項５４または５５に記載の光ファイバー。
【請求項５７】
ソリッドファイバー部が、第１のファイバー部に接合されていることを特徴とする、請求項４７〜５６のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項５８】
ソリッドファイバー部は、第１のファイバー部に融着接合されることを特徴とする、請求項５７に記載の光ファイバー。
【請求項５９】
ソリッドファイバー部が、光ファイバーの端面を形成する切断端部を有することを特徴とする、請求項４７〜５８のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項６０】
ソリッドファイバー部の切断は、ソリッドファイバー部が所定の長さとなるように行うことを特徴とする、請求項５９に記載の光ファイバー。
【請求項６１】
ファイバー部の端部を加熱して、前記端部の中の間隙を潰すか、もしくは閉鎖することによって、密閉ソリッドファイバー部を形成することを特徴とする、請求項１〜２５のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項６２】
ソリッドファイバー部の第２の端部の断面寸法は、第１のファイバー部の最大断面寸法より小さいことを特徴とする、請求項６１に記載の光ファイバー。
【請求項６３】
ファイバー部の端部は、前記加熱工程の前に切断しておき、形成されたソリッドファイバー部の端面は、前記加熱工程中に外側に向かって湾曲した表面となることを特徴とする、請求項６１または６２に記載の光ファイバー。
【請求項６４】
加熱工程は、ソリッドファイバー部が所定の長さとなるように実施されることを特徴とする、請求項６３に記載の光ファイバー。
【請求項６５】
ソリッドファイバー部を形成するファイバー部の端部は、前記加熱工程後に切断しておき、形成されたソリッドファイバー部の端面とほぼ平坦な表面を形成することを特徴とする、請求項６１または６２に記載の光ファイバー。
【請求項６６】
形成されたソリッドファイバー部を切断し、ソリッドファイバー部を所定の長さとすることを特徴とする、請求項６５に記載の光ファイバー。
【請求項６７】
ソリッドファイバー部は、レーザを使って形成することを特徴とする、請求項６１〜６６のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項６８】
ソリッドファイバー部は、ＣＯ2レーザを使って形成することを特徴とする、請求項６７に記載の光ファイバー。
【請求項６９】
ソリッドファイバー部は、タングステンフィラメント加熱源を使って形成することを特徴とする、請求項６１〜６６のいずれかに記載の光ファイバー。
【請求項７０】
請求項１〜６９のいずれかに記載の光ファイバーから選択した光ファイバーのソリッド光透過性ファイバー部を、全体もしくは少なくとも部分的に囲むフェルールを備える光ファイバーコネクタ。
【請求項７１】
ファイバーの長手の軸方向に延在し、間隔を空けて位置する複数のクラッド間隙を有するクラッド領域と、前記クラッド領域によって境界を定められるコア領域とを有する第１の光誘導光ファイバー部を密閉する工程を含む、密閉した超小型構造の光ファイバーを作成する方法であって、
この方法は、第１の光誘導ファイバー部の端部にソリッド光透過性ファイバー部を、形成もしくは配置して、前記クラッド間隙を密閉する工程を含むことを特徴とする方法。
【請求項７２】
ソリッド光透過性ファイバー部は、第１の光誘導ファイバー部と対向する第１の端部と、前記第１の光誘導ファイバー部の反対側である第２の端部とを有し、ソリッドファイバー部は、光が第１の光誘導ファイバー部からソリッドファイバー部へ伝達されると、光は、第１の端部を通ってソリッドファイバー部に入り、第２の端部を通って、ソリッドファイバー部から出るように配置することを特徴とする、請求項７１に記載の方法。
【請求項７３】
第１の光誘導ファイバー部は、光が第１の光誘導ファイバー部からソリッドファイバー部へ伝達されるときに、ソリッドファイバー部の第１の端部において光の第１の光領域径を形成するモード・フィールド径、ＭＦＤを有し、伝達された光は、ソリッドファイバー部の第２の端部に到達するときに、第２の光領域径を有することを特徴とする、請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
ソリッドファイバー部の寸法は、第２の光領域径が第１の光領域径より大きくなるような寸法であることを特徴とする、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
ソリッドファイバー部の寸法は、第２の光領域径が、ソリッドファイバー部の第２の端部の断面径もしくは最小断面寸法以下であることを特徴とする、請求項７３または７４に記載の方法。
【請求項７６】
ソリッドファイバー部の寸法は、ソリッドファイバー部の第２の端部の断面寸法が第１のファイバー部の最大断面寸法以下であることを特徴とする、請求項７２〜７５のいずれかに記載の方法。
【請求項７７】
ソリッドファイバー部の第１の端部から第２の端部までの長さが、２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項７１〜７６のいずれかに記載の方法。
【請求項７８】
ソリッドファイバー部の第１の端部から第２の端部までの長さが、１ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
ソリッドファイバー部の第１の端部から第２の端部までの長さが、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
ソリッドファイバー部の第１の端部から第２の端部までの長さが、０．１ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項７９に記載の方法。
【請求項８１】
ソリッドファイバー部の第１の端部から第２の端部までの長さが、０．０５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
ソリッドファイバー部の第１の端部から第２の端部までの長さが、０．０２ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項８１に記載の方法。
【請求項８３】
第１のファイバー部のコア領域は、固体であることを特徴とする、請求項７１〜８２のいずれかに記載の方法。
【請求項８４】
４００から１７００ｎｍの範囲内の誘導光の波長に対し、第１のファイバー部のコア材料の屈折率は、クラッド領域の実行屈折率より大きいことを特徴とする、請求項７１〜８３のいずれかに記載の方法。
【請求項８５】
第１のファイバー部のコア領域が、ファイバーの長手の軸方向に延在する１つもしくは間隔を空けて位置する複数のコア間隙を備え、前記方法はさらに、ソリッド光透過性ファイバー部の形成もしくは配置によって、コア間隙を密閉する工程を含むことを特徴とする、請求項７１〜８４のいずれかに記載の方法。
【請求項８６】
４００から１７００ｎｍの領域の誘導光の波長に対し、第１のファイバー部のコア領域の実効屈折率は、クラッド領域の実効屈折率より大きいことを特徴とする、請求項８５に記載の方法。
【請求項８７】
４００から１７００ｎｍの領域の誘導光の波長に対し、第１のファイバー部のコア領域の実効屈折率は、クラッド領域の実行屈折率より小さいことを特徴とする、請求項８５に記載の方法。
【請求項８８】
クラッド間隙が、クラッド領域内において周期的に配置されていることを特徴とする、請求項７１〜８５のいずれか、または８７に記載の方法。
【請求項８９】
クラッド間隙は外装材内に配置されており、外装材の屈折率は、クラッド間隙の屈折率より大きいことを特徴とする、請求項７１〜８８のいずれかに記載の方法。
【請求項９０】
クラッド間隙が空気もしくは別の気体、あるいは真空を含むことを特徴とする、請求項７１〜８９のいずれかに記載の方法。
【請求項９１】
コア間隙は、空気もしくは別の気体、あるいは真空を含むことを特徴とする、請求項８５〜９０のいずれかに記載の方法。
【請求項９２】
クラッド間隙は、空気孔、もしくは毛細空気孔であることを特徴とする、請求項７１〜９１のいずれかに記載の方法。
【請求項９３】
コア間隙は、空気孔もしくは毛細空気孔であることを特徴とする、請求項８４〜９２のいずれかに記載の方法。
【請求項９４】
コア領域またはクラッド領域を形成する材料は、ガラスであることを特徴とする、請求項７１〜９３のいずれかに記載の方法。
【請求項９５】
コア領域またはクラッド領域を形成する材料は、シリカを含むことを特徴とする、請求項７１〜９４のいずれかに記載の方法。
【請求項９６】
第１のファイバー部のクラッド領域は、実行屈折率を有し、ソリッドファイバー部は実効屈折率を有し、４００から１７００ｎｍの領域の誘導光の波長に対し、ソリッドファイバー領域の実効屈折率は、第１のファイバー領域のクラッド領域の実効屈折率より大きいことを特徴とする、請求項７１〜９５のいずれかに記載の方法。
【請求項９７】
ソリッドファイバー部を形成する方法は、密閉充填材で第１の光誘導ファイバー部の端部の間隙を充填する工程を含むことを特徴とする、請求項７１〜９６のいずれかに記載の方法。
【請求項９８】
充填材は、透明であることを特徴とする、請求項９７に記載の方法。
【請求項９９】
充填材は、硬化もしくは固化できる液体であることを特徴とする、請求項９７または９８に記載の方法。
【請求項１００】
充填材は、ゾル・ゲルであることを特徴とする、請求項９７〜９９のいずれかに記載の方法。
【請求項１０１】
充填材は、スピン・オン・ガラスまたは液体ガラスであることを特徴とする、請求項９７〜９９のいずれかに記載の方法。
【請求項１０２】
充填材は、重合体であることを特徴とする、請求項９７〜９９のいずれかに記載の方法。
【請求項１０３】
充填材は、接着剤であることを特徴とする、請求項９７〜９９のいずれかに記載の方法。
【請求項１０４】
充填材は、屈折率整合ゲルであることを特徴とする、請求項９７〜９９のいずれかに記載の方法。
【請求項１０５】
充填材は、コロイド−ポリマー混合剤であることを特徴とする、請求項９７〜９９のいずれかに記載の方法。
【請求項１０６】
充填材は、適当な溶剤に溶解したＳｉＯ2（シリコンテトラアセテートＳｉ（ＣＨ2ＣＯＯＨ）4）の高分子懸濁液であることを特徴とする、請求項９７〜９９のいずれかに記載の方法。
【請求項１０７】
充填材は、熱を利用して固化する液体であることを特徴とする、請求項９７〜１０６のいずれかに記載の方法。
【請求項１０８】
充填材は、紫外線照射を利用して固化する液体であることを特徴とする、請求項９７〜１０６のいずれかに記載の方法。
【請求項１０９】
充填材は、電子線照射を利用して固化する液体であることを特徴とする、請求項９７〜１０６のいずれかに記載の方法。
【請求項１１０】
充填材は、水分を与えて固化する液体であることを特徴とする、請求項９７〜１０６のいずれかに記載の方法。
【請求項１１１】
充填材は、嫌気性反応を利用して固化する液体であることを特徴とする、請求項９７〜１０６のいずれかに記載の方法。
【請求項１１２】
充填材は、陰イオン反応を利用して固化する液体であることを特徴とする、請求項９７〜１０６のいずれかに記載の方法。
【請求項１１３】
充填材は、化学作用によって固化する２成分溶液であることを特徴とする、請求項９７〜９９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１４】
充填材は、毛細管現象を利用して間隙の奥まで浸透することができる液体であることを特徴とする、請求項９７〜１１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１１５】
充填材の屈折率が、クラッド間隙を取り囲む外装材の屈折率以下であり、クラッド間隙の屈折率より大きいことを特徴とする、請求項９７〜１１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１１６】
さらに、形成されたソリッドファイバー部を切断し、ソリッドファイバー部の切断された端部を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項９７〜１１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１１７】
形成されたソリッドファイバー部を切断し、ソリッドファイバー部が所定の長さとなるようにすることを特徴とする、請求項１１６に記載の方法。
【請求項１１８】
ソリッドファイバー部は、一片のガラスもしくはシリカ棒を第１の光誘導ファイバー部の端部または端面に締結することによって形成することを特徴とする、請求項７１〜９６のいずれかに記載の方法。
【請求項１１９】
ガラスまたはシリカ棒は、均質材料料からなることを特徴とする、請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２０】
４００から１７００ｎｍの範囲の誘導光の波長に対し、ガラスまたはシリカ棒を形成する材料の屈折率は、クラッド領域の実効屈折率より大きいことを特徴とする、請求項１１８または１１９に記載の方法。
【請求項１２１】
配置されたソリッドファイバー部が、光誘導コアを有する一片の光ファイバーを備えて成ることを特徴とする、請求項７１〜９５のいずれかに記載の方法。
【請求項１２２】
配置されたソリッドファイバー部は、段階的な屈折率特性を有する一片の光ファイバーを含むことを特徴とする、請求項７１〜９５のいずれかに記載の方法。
【請求項１２３】
配置されたソリッドファイバー部は、第１の光ファイバー領域へ／から光を集束、平行調整、集中させるように構成した段階的屈折率特性を有する一片の光ファイバーを含むことを特徴とする、請求項１２２に記載の方法。
【請求項１２４】
ソリッドファイバー部の光ファイバーは、第１のファイバー部のＭＦＤと略等しいモード・フィールド径（ＭＦＤ）を有することを特徴とする、請求項１２１または１２２に記載の方法。
【請求項１２５】
ソリッドファイバー部の光ファイバーは、ソリッドファイバー部の第２の端部が第１の端部より大きい拡張モード・フィールド径（ＭＦＤ）を有することを特徴とする、請求項１２１または１２２に記載の方法。
【請求項１２６】
ソリッドファイバー部の光ファイバーは、ソリッドファイバー部の第２の端部が第１の端部より小さいテーパ状のモード・フィールド径（ＭＦＤ）を有することを特徴とする、請求項１２１または１２２に記載の方法。
【請求項１２７】
ソリッドファイバー部の光ファイバーのＭＦＤがソリッドファイバー部の第１の端部の第１のファイバー部のＭＦＤと略同等であることを特徴とする、請求項１２５または１２６に記載の方法。
【請求項１２８】
前記方法が、ソリッドファイバー部の光ファイバーを第１のファイバー部に接合する工程を含むことを特徴とする、請求項１２１〜１２７のいずれかに記載の方法。
【請求項１２９】
前記接合する工程は、融着接合であることを特徴とする、請求項１１８〜１２８のいずれかに記載の方法。
【請求項１３０】
前記方法が、さらに、ソリッドファイバー部を切断し、ソリッドファイバー部の切断端部を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項１１８〜１２９のいずれかに記載の方法。
【請求項１３１】
ソリッドファイバー部が所定の長さとなるように切断されることを特徴とする、請求項１３０に記載の方法。
【請求項１３２】
固定ファイバー部が、第１の光誘導ファイバー部の端部を加熱し、前記端部の中の間隙を潰すか、もしくは閉鎖して前記間隙を密閉することによって形成されることを特徴とする、請求項７１〜９６のいずれかに記載の方法。
【請求項１３３】
ソリッドファイバー部の第２の端部の断面寸法は、第１のファイバー部の最大断面寸法より小さいことを特徴とする、請求項１３２に記載の方法。
【請求項１３４】
第１のファイバー部の端部は、前記加熱工程の前に切断しておくことにより、形成されたソリッドファイバー部の端面は、前記加熱工程中に外側に向かって湾曲した表面となることを特徴とする、請求項１３２または１３３に記載の方法。
【請求項１３５】
加熱工程は、形成されたソリッドファイバー部が所定の長さとなるように実施されることを特徴とする、請求項１３４に記載の方法。
【請求項１３６】
ソリッドファイバー部は、前記加熱工程中に形成した後、切断しておくことにより、形成されたソリッドファイバー部の端面に略平坦な表面を形成することを特徴とする、請求項１３２または１３３に記載の方法。
【請求項１３７】
形成されたソリッドファイバー部を切断し、ソリッドファイバー部を所定の長さとすることを特徴とする、請求項１３６に記載の方法。
【請求項１３８】
ソリッドファイバー部は、レーザを使って形成されることを特徴とする、請求項１３２〜１３７のいずれかに記載の方法。
【請求項１３９】
ソリッドファイバー部は、ＣＯ2レーザを使って形成されることを特徴とする、請求項１３８に記載の方法。
【請求項１４０】
ソリッドファイバー部は、タングステンフィラメント加熱源を使って形成されることを特徴とする、請求項１３２〜１３７のいずれかに記載の方法。
【請求項１４１】
ファイバーが、ファイバーの長手方向の少なくとも異なる二箇所に、少なくとも二つのタイプの密閉された間隙を有することを特徴とする、請求項１〜７０に記載の光ファイバー。
【請求項１４２】
ファイバーが、外側クラッド領域に外側間隙を備えるとともに、内側クラッドに内側間隙を備え、前記外側間隙は、前記内側間隙より大きいことを特徴とする、請求項１４１に記載の光ファイバー。
【請求項１４３】
前記外側間隙は、ファイバーの端部の切断面から距離Ｄ２だけ離れて密閉され、内側間隙は、ファイバーの端部の切断面から、Ｄ１＋Ｄ２の距離だけ離れて密閉されることを特徴とする、請求項１４２に記載の光ファイバー。
【請求項１４４】
Ｄ２が、１００mｍより小さいことを特徴とする、請求項１４３に記載の光ファイバー。
【請求項１４５】
Ｄ１が、５００μｍより大きく、例えば８００μｍより大きいことを特徴とする、請求項１４３または１４４に記載の光ファイバー。
【請求項１４６】
請求項１〜６９、または１４１〜１４５のいずれかに記載の光ファイバーか、請求項７０に記載の光ファイバーコネクタか、請求項７２〜１４０のいずれかに記載の方法を使って作成した光ファイバーかを備える物品。
【請求項１４７】
物品が、光学コリメータであることを特徴とする、請求項１４６に記載の物品。
【請求項１４８】
物品が、クラッドポンプド光ファイバーレーザ、もしくは増幅器であることを特徴とする、請求項１４６に記載の物品。
【請求項１４９】
物品が、非線形光ファイバーであることを特徴とする、請求項１４６に記載の物品。
【請求項１５０】
物品が、断面寸法が少なくとも１２μｍ、例えば、約１５μｍ以上、約２０μｍ以上、約３０μｍ以上であるコア領域を有する、大型モードエリアの光ファイバーであることを特徴とする、請求項１４６に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のクラッド間隙を備える光ファイバーと、そのファイバーの製造方法、及び、そのファイバーを備えるものを含むそのファイバーの使用法に関する。さらに詳しくは、本発明は、間隙の密封を有する光ファイバーと、前記間隙を密閉するための方法に関する。
【０００２】
本発明によって、ファイバーの間隙を密閉することにより、光ファイバーは、光ファイバーや、密閉された間隙を含むファイバーとは異なる光学的特性を有する他の光誘導波管などのような光学系に接合できるように、または、適するようになる。
【背景技術】
【０００３】
近年、新しいクラスの光ファイバーが出現した。これらのファイバーの光誘導メカニズムは、ファイバー内に多数の空気孔を設けることによって構成される。これらの孔は、一般的にファイバーと平行に、そのファイバーの全長に渡って延在する。誘導原理は、従来の光ファイバーのように、全内反射（ＴＩＲ）に基づくものでも、また、フォトニック・バンドギャップ（ＰＢＧ）原理に基づくものでもよい。
【０００４】
ＴＩＲに基づくファイバーの場合、そのコアは、一般的には、屈折率が多数の密間隔で形成される孔を含む周囲の外装材の実効屈折率より高いソリッドガラスから形成されている。ＰＢＧに基づくファイバーの場合、誘導は、光がパターン化された外装材を伝播できないという事実によって行われるため、コアの屈折率はどのような値でもよい。
【０００５】
外装材は、一般的には孔の寸法、距離、及びパターンで注意深く配置された空気孔から構成されている。
【０００６】
これらのファイバーは、いずれのタイプも、その光学的特性を得るため、空気孔に依存している。一般的に、これらのタイプのファイバーは、その他の名称を使っている場合もあるが、超小型構造の光ファイバー、孔あきファイバー、光結晶ファイバー、フォトニック・バンドギャップ・ファイバー、ホールアシステッド光ファイバーなどとして知られている。
【０００７】
最近開発された超小型構造のファイバーの多くは、従来のソリッドガラス光ファイバーとはかなり異なる特性を有するため、異なる分野での適用方法が発見されている。これら特殊なファイバーのこうした分野における利用可能性を高めるためには、異なるファイバー間で光を結合するとともに、超小型構造のファイバーと各種光学部品との間で、光を結合するための結合技術が非常に重要となる。
【０００８】
超小型構造のファイバーと類似した、もしくは他のタイプの光ファイバー、並びに他の光学部品に結合する場合、融着接合、自由空間光学、コネクタの使用などを含む、いくつかの方法がある。
【０００９】
融着接合は、高伝達率、高機械的安定性、高機械的強度で接合できるため、様々な面で好ましい。さらに、融着接合は、粉塵、湿気、その他の薬品が孔に入らないように孔が周囲から密閉されるという付加的利点を有する。また、接合においては、通常、ファイバーの切断後、短時間で繊維の境界近傍でガラス材が溶融するため、境界の汚染が軽減されるとともに、その後の汚染も回避できる。
【００１０】
上記のように、光ファイバーと、例えば平行もしくは集束光線との間で光を結合する他の方法は、自由空間光学である。自由空間光学とは、光が空気中を伝播し、レンズを使用して、その光をファイバーに集束させるか、もしくはファイバーから光を集束する状態を意味する。
【００１１】
あるファイバーから他のファイバーへ光を結合する際、これら２本のファイバーのモード・フィールド径があまりに異なっているために高伝達率接合を行えない場合は、一般的にこの方法を使用する。伝達は、２つのモード間の重なり積分によって得る。２つのモード・フィールド径（ＭＦＤ）が非常に異なっている場合、結合時に多量の光を損失することが解る。
【００１２】
また、接合が不可能な場合も、自由空間光学を利用できる。これは、２本のファイバーが、接着不可能もしくは融点が著しく異なる材料からなる場合などである。また、接合は、超小型構造のファイバーが壊れやすいか、もしくは熱感度が高い場合にも不可能である。
【００１３】
また、通常、従来のファイバー技術が使用されず、よって、接合を必要としない波長領域もしくは技術分野において、この新しいクラスのファイバーが、多く応用されている。上記のすべての場合は、自由空間光学、または単純な当接結合を使用した結合は、これらのファイバーを使用するには致命的となる場合がある。
【００１４】
自由空間光学の場合、１つもしくはそれ以上のレンズを、ファイバーの切断面に対して正確に位置させる。このシステムを機械的に安定させるためには、ファイバーの端部は、定位置にしっかり保持されなければならない。これは、通常、レンズ取り付け径に匹敵する外径と、すべりばめができるよう、ファイバー径よりわずかに大きい内径を有するフェルールに、ファイバーの端部を挿入することによって行う。
【００１５】
従来の、ソリッドファイバーの場合、一般的にファイバーは、フェルール内に接着、半田付け、溶着させる。また、一般的に、ファイバーの余分な長さ分をフェルールに押し込んでから、研磨して余分な接着剤を取り除き、ファイバーの端部が確実に平坦でフェルールの端部と同一面内になるようにする。これにより、フェルールは、レンズ系に対して永久的に固定できるようになる（例えば標準コリメータ）。
【００１６】
ファイバーと光をやりとりするためのもう１つの結合方法は、例えば、ＰＣまたはＡＰＣコネクタのようなコネクタを使用する方法である。コネクタをファイバーの端部に設けるには、やはり、ファイバーの端部をコネクタのフェルールの中に挿入し、ファイバーの端部をコネクタのフェルールの端部と同一面内になるように研磨する。これにより、このコネクタは、コネクタを設置した光学機器との接続、ファイバー同士の接続、あるいは、一般的な取り付け目的に使用することができるようになる。
【００１７】
コネクタを超小型構造のファイバーの端部に取り付け、ファイバーの端部を上記システム内に保持するのは困難である。取り付ける場合、取り付け工程において、接着剤や薬品が孔の中に（フェルールの中に）入らないように細心の注意が必要である。なぜなら、毛細管現象により、これらの汚染物が、さらに孔の中まで侵入する可能性があり、光誘導特性が著しく変わってしまったり、あるいは失われてしまう可能性があるからである。また、材料が孔に入ってしまう可能性があり、またファイバーが損傷しやすいために、研磨が不可能であることから、ファイバーの端部の研磨が不可能な場合もある。
【００１８】
従来のファイバー保守において、ファイバーの端部の洗浄は、一般的に、アセトンやメタノールまたはイソプロパノールアルコール（ＩＰＡ）のような化学薬品液にレンズティッシュを浸して行ったり、あるいは、布やレンズティッシュのような洗浄材料を切断面に接触させる他の方法によって行われる。超小型構造のファイバーの場合、材料が孔に入ってしまう可能性があるので、これらのいずれの方法も不可能である。加圧空気を使って、端面から粉塵を吹き飛ばす方法でも、切断面近傍の孔を損傷する可能性がある。
【００１９】
汚染物の堆積、または露出しているファイバーの切断面近傍の孔の損傷の影響により、光伝達率が低下し、切断面の反射（戻り損）が増加するか、あるいは光線の操舵が起こる。また、汚染物は、蒸発して孔の中に侵入したり、切断面を焼いてしまう可能性があるため、ファイバーの切断面が汚染されると、光ファイバーに対して、高い光パワーを結合する際に、重大な問題となる。いずれの場合も、永久損傷もしくは劣化を招く結果となる。
【００２０】
従って、端部が機械的及び化学的に強健であるとともに、通常のソリッドガラス光ファイバーと同様に、処理可能な間隙または孔を有するファイバーの切断面を処理できる方法が必要となる。さらに、そのように処理された光ファイバーと、その製造方法と、各種物品における使用法が要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明は、例えば研磨、コネクタ設置が可能であるとともに各種薬品を使って洗浄が可能である、従来の標準的な（ソリッド）光ファイバーで実質的に知られたような方法で、処理可能なファイバーの端部を有する超小型構造の光ファイバーを提供するとともに、そのようなファイバーの端部を製造する方法、並びにそのような端部を有するファイバーの使用法を提供することを目的とする。
【００２２】
特に、本発明は、孔または間隙構造の汚染、及びファイバーの端部の機械的不安定性に関する多数の潜在的問題を除去したファイバーの端部を有する超小型構造の光ファイバーを提供することを目的とする。さらに、本発明は、高強度レベルの光を処理可能な超小型構造の光ファイバーと、そのような光ファイバーを製造する方法と、その使用法を提供することを、もう１つの目的とする。
【００２３】
さらなる目的は、本書における説明の中で明らかとする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明によると、これらの目的は、軸方向と、この軸方向と垂直な断面を有する光ファイバーにおいて、前記光ファイバーは、長手の軸方向に延在するとともに、間隔を空けて位置する複数のクラッド間隙を有するクラッド領域と、前記クラッド領域によって境界を定められたコア領域とを有するファイバーの第１の光誘導ファイバー部と、第１の光誘導ファイバー部に対向する第１の端部と、光ファイバーの端面を形成する第２の端部とを有するソリッド光透過性ファイバー部とを備え、前記ソリッド光透過性ファイバー部は、第１の光誘導ファイバー部のクラッド間隙を密閉することを特徴とする。
【００２５】
言い換えれば、前期軸方向と直交する断面を有する光ファイバーにおいて、前記光ファイバーは、
（ａ）光誘導ファイバーと、第１の部分の端部とを有する第１の部分とを備え、前記光誘導ファイバーは、ファイバーの長手の軸方向に延在するとともに間隔を空けて位置する複数のクラッド間隙を有するクラッド領域と、前記クラッド領域によって境界を定められたコア領域とを有し、
（ｂ）第１の端部と第２の端部とを有するソリッド光透過性ファイバーを有する第２の部分を備え、前記第１の端部は、前記第１の部分の前記第１の部分の端部に面すると共に、前記第２の端部は、光ファイバーの端面を形成し、
前記第２の部分の前記ソリッド光透過性ファイバーは、前記クラッド間隙と、任意で前記光ファイバーの前記第１の部分の端部の前記コア領域におけるコア間隙とを密閉することを特徴とする。
【００２６】
“対向する”という用語は、両端が接触しながら互いに向き合う、例えば、互いに付着させる、互いに覆う、孔や間隙を覆う共通のソリッド背景材料を意味する。
【００２７】
また、２つのそれぞれの端部（第１の端部と第１の部分の端部、すなわち、超小型構造のファイバー部の端部とソリッドファイバー部の端部）は、（主張する光ファイバーが処理後の光ファイバーである場合）、処理前の同じ（単一の）光ファイバーの内部にあるか、もしくは（これら光ファイバーのうちの１つは固体であり、２つの光ファイバーが互いに付着され、主張する光ファイバーである１本の光ファイバーを形成している場合）、２つの端部は、処理前の２つの異なる光ファイバーに属していることとなる。
【００２８】
ここで、第１の光誘導ファイバー部は、モード・フィールド径、ＭＦＤを有していてもよい。第１のファイバー部のＭＦＤは、光が第１の光誘導ファイバー部からソリッドファイバー部へ伝達されるときのソリッドファイバー部の第１の端部の光の第１の光領域径を形成し、伝達された光は、ソリッドファイバー部の第２の端部に到達するときに第２の光領域径を有する。
【００２９】
ソリッドファイバー部は、第２の光領域径が第１の光領域径より大きくなるような寸法を有する。ソリッドファイバー部は、第２の光領域径が、ソリッドファイバー部の第２の端部の断面径または、最小の断面径以下の寸法とするのが好ましい。
【００３０】
本発明によると、ソリッドファイバー部の外径は、変化してもよいが、ソリッドファイバー部の第２の端部の断面寸法は、第１のファイバー部の最大断面寸法以下であるのが好ましい。
【００３１】
ソリッドファイバー部の長さも変化させ、例えば、第１のファイバー部及び誘導光の波長のＭＦＤの関数として最適化することができる。しかし、ソリッドファイバー部は、第１の端部から第２の端部までの長さが２ｍｍ以下、例えば１ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．２ｍｍ以下、０．１ｍｍ以下、０．０５ｍｍ以下、または０．０２ｍｍ以下であるのが好ましい。
【００３２】
第１のファイバー部のコア領域は、固体であるのが好ましい。また、４００から１７００ｎｍの範囲の誘導光の波長に対して、第１のファイバー部のコア材料の屈折率が、クラッド領域の実効屈折率より大きいことが好ましい。
【００３３】
第１のファイバー部のコア領域は、ファイバーの長手の軸方向に延在する１つもしくは間隔を空けて位置する複数のコア間隙を含み、コア間隙はソリッド光透過性ファイバー部によって密閉されていることは、本発明の実施形態に含まれる。ここで、４００から１７００ｎｍの範囲の誘導光の波長に対して、第１のファイバー部のコア領域の実効屈折率は、クラッド領域の実効屈折率より大きい。あるいは、４００から１７００ｎｍの範囲の誘導光の波長に対して、第１のファイバー部のコア領域の実効屈折率は、クラッド領域の実効屈折率より小さくてもよい。
【００３４】
また、本発明は、クラッド間隙が、クラッド領域内に周期的に配置されている実施形態も含む。
【００３５】
好ましい実施形態によると、クラッド間隙は、外装材内に配置されており、外装材の屈折率は、クラッド間隙の屈折率より大きい。ここで、クラッド間隙は、空気、または別の気体、もしくは真空を含むのが好ましく、クラッド間隙は、空気孔または毛細空気孔でもよい。同様に、コア間隙も、空気、または別の気体もしくは真空を含み、コア間隙は空気孔もしくは毛細空気孔であることが好ましい。
【００３６】
異なる材料を第１のファイバー部に使用してもよいが、コア領域またはクラッド領域を形成する材料はガラスであるのが好ましい。また、コア領域またはクラッド領域を形成する材料は、シリカを含むのが好ましい。
【００３７】
クラッド領域に間隙または孔を有する場合、第１のファイバー部のクラッド領域は、誘導光の波長の関数である実効屈折率を有し、ソリッドファイバー部も、実効屈折率を有する。ここで、４００から１７００ｎｍの範囲の誘導光の波長に対し、ソリッドファイバー領域の実効屈折率は、第１のファイバー領域のクラッド領域の実効屈折率より大きいのが好ましい。
【００３８】
本発明によると、第１のファイバー部の間隙の密閉には、いくつかの方法で実現できる。本発明の実施形態によると、密閉したソリッドファイバー部は、密閉充填材でファイバー部の端部の間隙を充填することによって作成する。充填材は透明なものでもよく、好ましくは、充填材は、硬化もしくは固化する液体を使用する。
【００３９】
充填材として、異なる材料を選択してもよく、充填材は、ゾル・ゲル、スピン・オン・ガラス、液体ガラス、重合体、接着剤、屈折率整合ゲル、コロイド−ポリマー混合剤、及び適当な溶液に溶解したＳｉＯ2（シリコンテトラアセテートＳｉ（ＣＨ2ＣＯＯＨ）4）の高分子懸濁液などから選択することができる。
【００４０】
充填材が固化する液体の場合、充填材を固化させるために別の方法を使用することができる。これらの方法には、熱を利用するもの、紫外線を照射するもの、電子線を照射するもの、水分を与えるもの、嫌気性反応を利用するもの、陰イオン反応を利用するものなどがある。充填材は、化学作用によって固化する２成分溶液でもよい。
【００４１】
充填材が液体である場合、液体は、毛細管現象を利用して間隙の奥まで浸透する。浸透距離は、従来の技術、例えば、温度を調整することによって粘度を調整したり、界面活性剤のような粘度変更材を液体に加えることによって制御することができる。また、間隙や孔の表面は、シランなどの湿潤材によって前処理を施し、液体との相互作用を高めてもよい。
【００４２】
間隙の充填材の屈折率が、クラッド間隙を取り囲む外装材の屈折率以下であり、クラッド間隙の屈折率より大きいのが好ましい。また、充填材で充填した間隙を有するファイバー部は、光ファイバーの端面を形成する切断端部を有するのが好ましい。充填材で充填された間隙を有するファイバー部を切断し、ソリッドファイバー部が所定の長さとなるようにすることができる。
【００４３】
密閉ソリッドファイバー部は、一片のガラスもしくはシリカ棒とすることは、本発明の実施形態に含まれる。ガラスまたはシリカ棒は、均質材料料からなる。ここで、４００から１７００ｎｍの範囲の誘導光の波長に対し、ガラスまたはシリカ棒を形成する材料の屈折率は、クラッド領域の実効屈折率より大きくてもよい。
【００４４】
本発明は、さらに、ソリッドファイバー部が、光誘導コアを有する一片の光ファイバーを備えて成る実施形態も含む。
【００４５】
本発明のさらなる実施形態によると、ソリッドファイバー部は、段階的な屈折率特性を有する一片の光ファイバーを含むものである。ここでは、ソリッドファイバー部は、第１の光ファイバー領域へ（またはから）、光を集束、平行調整、集中させるように構成した段階的屈折率特性を有する一片の光ファイバーを含んでいてもよい。
【００４６】
ソリッドファイバー部が光ファイバーを含む場合、ソリッドファイバー部の光ファイバーは、第１のファイバー部のＭＦＤと略等しいモード・フィールド径（ＭＦＤ）を有していてもよい。しかし、ソリッドファイバー部の光ファイバーは、ソリッドファイバー部の第２の端部が第１の端部より大きい拡張モード・フィールド径（ＭＦＤ）を有していてもよい。あるいはソリッドファイバー部の光ファイバーは、ソリッドファイバー部の第２の端部が、第１の端部より小さいテーパ状のモード・フィールド径（ＭＦＤ）を有していてもよい。ソリッドファイバー部の光ファイバーのＭＦＤが、ソリッドファイバー部の第１の端部の第１のファイバー部のＭＦＤとほぼ同等であるのが好ましい。
【００４７】
ソリッドファイバー部が光ファイバーを含む場合、ソリッドファイバー部の光ファイバーが第１のファイバー部に接合されるのが好ましい。ここで、ソリッドファイバー部の光ファイバーは、第１のファイバー部に融着接合してもよい。また、ソリッドファイバー部の光ファイバーが、光ファイバーの端面を形成する切断端部を有するのが好ましい。切断は、ソリッドファイバー部が所定の長さとなるように行うことができる。
【００４８】
本発明は、ファイバー部の端部を加熱して、前記端部の中の間隙を潰すか、もしくは閉鎖することによって、密閉ソリッドファイバー部を形成する実施形態も含む。ここで、ソリッドファイバー部の第２の端部の断面寸法は、第１のファイバー部の最大断面寸法より小さくてもよい。ファイバー部の端部は、上記加熱工程の前に切断しておき、形成されたソリッドファイバー部の端面は、前記加熱工程中に外側に向かって湾曲した表面となるのが好ましい。また、加熱工程は、ソリッドファイバー部が所定の長さとなるように実施されるのが好ましい。
【００４９】
ソリッドファイバー部を形成するファイバー部の端部は、前記加熱工程後に切断しておき、形成されたソリッドファイバー部の端面とほぼ平坦な表面を形成してもよい。また、ここで、形成されたソリッドファイバー部を切断し、ソリッドファイバー部を所定の長さとすることもできる。
【００５０】
ファイバー部の端部を加熱して、前記ソリッドファイバー部を得る際、ソリッドファイバー部は、レーザを使って形成するのが好ましい。レーザは、ＣＯ2レーザなどがよい。しかし、タングステンフィラメント加熱源などのような他の加熱源も使用可能である。
【００５１】
本発明の光ファイバーは、光コネクタの形態でもよい。よって、本発明の第２の局面によると、本発明の第１の局面の光ファイバーから選択した光ファイバーのソリッド光透過性ファイバー部の全体、もしくは少なくとも部分的に囲むフェルールを備える光ファイバーコネクタが提供されている。
【００５２】
本発明の第１の局面によると、ファイバーの長手の軸方向に延在し、間隔を空けて位置する複数のクラッド間隙を有するクラッド領域と、前記クラッド領域によって境界を定められるコア領域とを有する第１の光誘導光ファイバー部を密閉する方法が提供される。この方法は、第１の光誘導ファイバー部の端部にソリッド光透過性ファイバー部を形成もしくは配置して、前記クラッド間隙を密閉する工程を含む。
【００５３】
ソリッド光透過性ファイバー部は、第１の光誘導ファイバー部と対向する第１の端部と、前記第１の光誘導ファイバー部の反対側である第２の端部とを有し、ソリッドファイバー部は、光が第１の光誘導ファイバー部からソリッドファイバー部へ伝達されると、光は、第１の端部を通ってソリッドファイバー部に入り、第２の端部を通って、ソリッドファイバー部から出るように配置することができる。
【００５４】
第１の光誘導ファイバー部は、光が第１の光誘導ファイバー部からソリッドファイバー部へ伝達されるときに、ソリッドファイバー部の第１の端部において、光の第１の光領域径を形成するモード・フィールド径、ＭＦＤを有していてもよく、伝達された光は、ソリッドファイバー部の第２の端部に到達するときに、第２の光領域径を有していてもよい。
【００５５】
ソリッドファイバー部の寸法は、第２の光領域径が第１の光領域径より大きくなるような寸法とするのが好ましい。ソリッドファイバー部の寸法は、第２の光領域径が、ソリッドファイバー部の第２の端部の断面径、もしくは最小断面寸法より小さいことも、本発明の実施形態に含まれる。
【００５６】
ソリッドファイバー部の寸法は、ソリッドファイバー部の第２の端部の断面寸法が第１のファイバー部の最大断面寸法以下であるのが好ましい。本発明の方法において、ソリッドファイバー部は、第１の端部から第２の端部までの長さが、２ｍｍ以下、たとえば、１ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．１ｍｍ以下、０．０５ｍｍ以下、または０．０２ｍｍ以下であるのが好ましい。
【００５７】
第１のファイバー部のコア領域は、固体でもよく、４００から１７００ｎｍの範囲内の誘導光の波長に対し、第１のファイバー部のコア材料の屈折率は、クラッド領域の実行屈折率より大きい方が好ましい。
【００５８】
本発明の方法が、第１のファイバー部のコア領域がファイバーの長手の軸方向に延在する１つもしくは間隔を空けて位置する複数のコア間隙を備え、前記方法はさらに、ソリッド光透過性ファイバー部の形成もしくは配置によって、コア間隙を密閉する工程を含むことも実施形態に含まれる。
【００５９】
４００から１７００ｎｍの領域の誘導光の波長に対し、第１のファイバー部のコア領域の実効屈折率は、クラッド領域の実効屈折率より大きくてもよい。また、４００から１７００ｎｍの領域の誘導光の波長に対し、第１のファイバー部のコア領域の実効屈折率は、クラッド領域の実行屈折率より小さくてもよい。
【００６０】
本発明の方法は、クラッド間隙が、クラッド領域内において周期的に配置されている実施形態も含む。
【００６１】
本発明の方法の好ましい実施形態によると、クラッド間隙は、外装材内に配置されており、外装材の屈折率は、クラッド間隙の屈折率より大きくてもよい。クラッド間隙が空気もしくは別の気体、あるいは真空を含むのが好ましい。ここでは、クラッド間隙は、空気孔、もしくは毛細空気孔でもよい。また、コア間隙は、空気もしくは別の気体、あるいは真空を含むことが好ましく、コア間隙は、空気孔もしくは毛細空気孔でもよい。
【００６２】
また、本発明の方法において、第１のファイバー部に対して異なる材料を用いてもよいが、コア領域またはクラッド領域を形成する材料は、ガラスからなるのが好ましく、また、コア領域またはクラッド領域を形成する材料は、シリカを含むのが好ましい。
【００６３】
第１のファイバー部のクラッド領域は、実行屈折率を有し、ソリッドファイバー部は実効屈折率を有し、４００から１７００ｎｍの領域の誘導光の波長に対し、ソリッドファイバー領域の実効屈折率は、第１のファイバー領域のクラッド領域の実効屈折率より大きいことも、本発明の方法の実施形態に含まれる。
【００６４】
第１のファイバー部の間隙の密閉は、いくつかの方法で実現できることは、上に述べたとおりである。よって、ソリッドファイバー部を密閉する方法は、密閉充填材で第１の光誘導ファイバー部のファイバー部の端部の間隙を充填する工程を含むことも本発明の方法の実施形態の中に含まれる。ここで、充填材は、透明でもよく、充填材は硬化もしくは固化できる液体であるのが好ましい。
【００６５】
充填材として異なる材料を選択することもできる。充填材は、ゾル・ゲル、スピン・オン・ガラス、液体ガラス、重合体、接着剤、屈折率整合ゲル、コロイド−ポリマー混合剤、及び適当な溶液に溶解したＳｉＯ2（シリコンテトラアセテートＳｉ（ＣＨ2ＣＯＯＨ）4）の高分子懸濁液などから選択することができる。
【００６６】
充填材が固化する液体の場合、充填材を固化させるために別の方法を使用することができる。充填材の固化には、例えば、熱を利用するもの、紫外線を照射するもの、電子線を照射するもの、水分を与えるもの、嫌気性反応を利用するもの、陰イオン反応を利用するものなどがある。
【００６７】
充填材は、化学作用によって固化する２成分溶液でもよい。充填材が液体である場合、液体は、毛細管現象を利用して間隙の奥まで浸透することができる。
【００６８】
間隙の充填材の屈折率は、クラッド間隙を囲む外装材の屈折率以下であり、クラッド間隙の屈折率より大きいのが好ましい。また、本発明の方法は、形成したソリッドファイバー部を切断して、ソリッドファイバー部の切断端部を形成する工程を含むのが好ましい。形成したソリッドファイバー部を切断し、ソリッドファイバー部を所定の長さとすることもできる。
【００６９】
本発明の方法は、ソリッドファイバー部が、一片のガラスもしくはシリカ棒を第１の光誘導ファイバー部の端部、もしくは端面に固定または接合することによって形成する実施形態も含む。ガラスもしくはシリカ棒は、同質材料から形成することができる。４００から１７００ｎｍの領域の誘導光の波長に対し、ガラスまたはシリカ棒を形成する材料の屈折率は、クラッド領域の実効屈折率より大きいのが好ましい。
【００７０】
本発明の方法は、配置したソリッドファイバー部が、光誘導コアを有する一片の光ファイバーを備える実施形態も含む。
【００７１】
配置したソリッドファイバー部が、段階的屈折率特性を有する一片の光ファイバーを備えることも、本発明の方法の実施形態の範囲に含まれる。配置されたソリッドファイバー部は、第１の光ファイバー領域へ（またはから）光を集束、平行調整または集中させるように構成した段階的屈折率特性を有する一片の光ファイバーを含んでいてもよい。
【００７２】
ソリッドファイバー部の光ファイバーは、第１のファイバー部のＭＦＤとほぼ等しいモード・フィールド径（ＭＦＤ）を有していてもよい。しかし、ソリッドファイバー部の光ファイバーは、ソリッドファイバー部の第２の端部が、第１の端部より大きい拡張モード・フィールド径（ＭＦＤ）を有していてもよい。あるいはソリッドファイバー部の光ファイバーは、ソリッドファイバー部の第２の端部が第１の端部より小さいテーパ状のモード・フィールド径（ＭＦＤ）を有していてもよい。
【００７３】
ソリッドファイバー部の光ファイバーのＭＦＤが、ソリッドファイバー部の第１の端部の第１のファイバー部のＭＦＤとほぼ同等であるのが好ましい。
【００７４】
ソリッドファイバー部が光ファイバーを含む場合、本発明の方法は、さらに、ソリッドファイバー部の光ファイバーを第１のファイバー部に接合する工程を含むのが好ましい。接合する工程は、融着接合でもよい。
【００７５】
また、本発明の方法は、さらに、ソリッドファイバー部を切断し、ソリッドファイバー部の切断端部を形成する工程を含むのが好ましい。ソリッドファイバー部が所定の長さとなるように切断される。
【００７６】
本発明の方法は、さらに、ソリッドファイバー部が第１の光誘導ファイバー部の端部を加熱し、前記端部の中の間隙を潰す、もしくは閉鎖して前記間隙を密閉することによって形成される実施形態も含む。ソリッドファイバー部の第２の端部の断面寸法は、第１のファイバー部の最大断面寸法より小さくてもよい。第１のファイバー部の端部は、前記加熱工程の前に切断しておくことにより、形成されたソリッドファイバー部の端面は、前記加熱工程中に外側に向かって湾曲した表面となるのが好ましい。
【００７７】
また、好ましくは、加熱工程は、ソリッドファイバー部が所定の長さとなるように実施される。
【００７８】
あるいは、ソリッドファイバー部は、前記加熱工程中に、形成した後に切断することにより、形成されたソリッドファイバー部の端面に略平坦な表面を形成してもよい。また、好ましくは、形成されたソリッドファイバー部を切断し、ソリッドファイバー部を所定の長さとすることもできる。
【００７９】
ここでも、レーザを使って端部を加熱し、ソリッドファイバー部を形成するのが好ましい。レーザは、ＣＯ2レーザなどがよい。しかし、タングステンフィラメント加熱源などのような他の加熱源も使用可能である。
【００８０】
本発明の他の目的、特徴、利点などは、下記の添付の図面に基づく好ましい実施形態の説明から容易に理解できると思う。
【００８１】
本明細書において、“屈折率”という用語と、“実効屈折率”という用語を区別している。屈折率は、同質材料における従来の屈折率を意味する。
【００８２】
本発明の光ファイバーにおいて最も重要な光波長は、近赤外領域に対して見える波長（約４００ｎｍから２ｎｍ）である。この波長範囲では、ファイバー製品に最も関連のある材料（例えばシリカ）は、主に波長に依存しないか、もしくは、少なくとも波長に大きく依存しないと考えられる。
【００８３】
しかし、間隙や孔を有するファイバーのような非均質材料料において、実効屈折率は、材料の形態に大きく依存する場合がある。さらに、このようなファイバーの実効屈折率は、波長に大きく依存する。
【００８４】
間隙や孔を有する所定のファイバー構造の所定の波長における実効屈折率を決定する手順は、当業者にとって明らかである。（”Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ”（光結晶）ジュアンオプロス他、プリンストン大学出版１９９５年及び“Ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”（光ファイバー技術）ブルング他、第５版、１９９９年ｐ．３０５から３３０参照）。
【００８５】
超小型構造のファイバーの分野では知られているように、クラッドまたはコア内の“空気孔”は、真空、気体または液体を含む孔もしくは間隙であり、前記孔または間隙は、超小型構造の光ファイバーの製造後、全体もしくは部分的に液体または気体で充填される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８６】
本発明についての詳しい説明を、好ましい実施形態を例に挙げて、添付の図面に基づいて説明する。図１は、切断後の従来の超小型構造のファイバーの端面を略図で示したものである。
【００８７】
ファイバーから出る光が広がっている様子と、露出した孔１０１が見える。従来の技術の欠点は、図１に示すような超小型構造のファイバーは、様々な汚れや汚染物が、孔や間隙１０１に入りやすいということである。汚れや汚染物には、例えば孔や間隙に毛細管現象で吸入される水や他の液体などがある。これにより、一般的には超小型構造の光ファイバーの誘導波特性が、その一部もしくは全長に渡って変わってしまい、その性能が劣化してしまう。よって、端面に開放された孔または間隙を通して、汚れや汚染物にさらされる危険性をなくした超小型構造の光ファイバーを提供することが望まれる。
【００８８】
光ファイバーへの汚れや汚染物の侵入に関する問題の種類は、ソリッド光ファイバーが採用される標準的な光ファイバー技術においては経験がない。よって、問題は、孔または間隙を有する光ファイバー、特に超小型構造の光ファイバー独自のものであり、独自の光ファイバーソリューションと、これらの問題を解決するための方法の開発が必要である。
【００８９】
こうした光ファイバーソリューションと方法により、超小型構造の光ファイバーの展開が大きく高まると共に、その利用分野が広まるか、もしくは大きく改善されると思われる。
【００９０】
図２は、モード・フィールド径（ＭＦＤ）が大きく異なる２本のファイバーの切断端部を略示するものである。一方、もしくは両光ファイバーとも、超小型構造のファイバーである。ＭＦＤを２０１で示している。
【００９１】
図３は、モード・フィールド径（ＭＦＤ）が大きく異なる２本のファイバーを接合することによって得ることができる理論的に最良の伝達を、斜線で示したものである。超小型構造の光ファイバーは、得られるＭＦＤに関しては、非常に柔軟性がある。すなわち、超小型構造の光ファイバーは、標準的な光ファイバーに比較して、ＭＦＤを小さく設計しても、大きく設計しても、または同様に設計してもよい。よって、超小型構造のファイバー同士、または超小型構造のファイバーと標準ファイバー、他の光学部品、フリースペース光学または単にフリースペースとの間で光を連結するには、様々なＭＦＤを有する超小型構造のファイバーを処理することができる方法や、コネクタを開発する必要があり、かつその端面の孔や間隙から、ファイバーが汚れや汚染物によって汚染されないように防ぐ必要がある。
【００９２】
例えば、一端または両端に、標準的な光ファイバー技術では知られた方法によって超小型構造のファイバーの処理が可能なコリメータ、またはＰＣもしくはＡＰＣ型コネクタなどのようなコネクタを有する超小型構造のファイバーの開発が望まれる。
【００９３】
すでに述べたように、従来のソリッド光ファイバーとほぼ同様の方法で処理が可能な、機械的及び化学的に強健な超小型構造のファイバーの端部の切断面を形成する方法が必要である。
【００９４】
処理済領域は、図４の斜線の部分４０１である。この例は、超小型構造のファイバーをフェルール４０２に取り付けている様子を示す。超小型構造のファイバーの端部を、機械的強健さにおいて従来のファイバーに匹敵させるとともに、汚れや汚染物による汚染を防止するよう処理する方法が望まれている。よって、例えば、図４及び図５に略図で示すように取り付けることができる。
【００９５】
図４は、密閉された端面とフェルールを有する超小型構造の光ファイバーを備える本発明の好ましい実施形態による物品を示す略図である。図４では、超小型構造の光ファイバー４０１を、フェルール４０２から余分な長さ分貫通するように押し込んだ後、余分な接着剤を取り除くと共に、ファイバーの端部４０３が、フェルールの端部と同一面内で平坦となるように研磨する。
【００９６】
図５に略図で示す、本発明によるもう１つの好ましい実施形態のように、フェルールを、レンズ系に対して永久的に固定してもよい（例えば標準的なコリメータ）。図５は、本発明の好ましい実施形態によるファイバーコリメータの例を示す。コリメータは、密閉された超小型構造のファイバー５０１をフェルール５０２の内部に備える。発散された光線５０３は、レンズ５０５によって集束されると共に平行調整される５０４。典型的なコリメータでは、フェルール５０２はとレンズ５０５は、スチール製の管５０６の中に取り付けられる。
【００９７】
一般的な寸法は、フェルールの長さ：５ｍｍ以下、フェルールの外径：２ｍｍ以下、レンズ径：２ｍｍ以下、光線幅：１．８ｍｍ以下、コリメータの合計の長さ：２０ｍｍ以下、コリメータの合計径：３．５ｍｍ以下である。平行調整レンズは、平坦面を有するグレーデッド・インデックス（ＧＲＩＮ）レンズでもよい。
【００９８】
密閉された端面を形成するための本発明の好ましい実施形態による１つの方法は、超小型構造の光ファイバーの端部を切断後、所定の時間で硬化もしくは固化する液体の溶液内に超小型構造のファイバーの端部を挿入することによって取り付ける前に処理する方法である（図６参照）。
【００９９】
硬化または固化した液体材料６０１は、新しい光コアが生成されないように、透明で、屈折率が、周りのガラス材料以下であるのが好ましい。本発明の好ましい実施形態では、硬化または固化した液体材料の屈折率は、超小型構造の光ファイバーの光学的特性がそのファイバーの端面までの全長に渡って大きく変化しないように、周りのガラス材より小さく設定されている。
【０１００】
別の好ましい実施形態では、硬化または固化した液体材料の屈折率は、周りのガラス材とほぼ同様であり、超小型構造の光ファイバーのＭＦＤは、その端面において、硬化または固化した液体材料を含まない超小型構造のファイバー部のＭＦＤと比較して拡大される。
【０１０１】
液体の選択の幅は広い。いくつか例を挙げると、ゾル・ゲル、スピン・オン・ガラス、液体ガラス、接着剤、重合体、樹脂、ベンゾシクロブタン（ＢＣＢ）、屈折率整合ゲル、コロイド−ポリマー混合剤、または適当な溶液に溶解したＳｉＯ2（シリコンテトラアセテートＳｉ（ＣＨ2ＣＯＯＨ）4）の高分子懸濁液などがある。
【０１０２】
毛細管現象により、液体が孔の寸法、表面張力、浸漬時間及び液体の粘度によって、所定の距離だけ、孔の中に進入する。その後、ファイバーのうち、短い距離６０２だけ材料で充填されるように、ファイバーの端部を切断または研磨する（図６参照）。図６は、ファイバーの長手の軸方向に延在し、間隔を空けて位置する複数のクラッド間隙を有するクラッド領域を備える第１の光誘導ファイバー部６０４を示している。
【０１０３】
この方法で作られた領域の光誘導性は、失われるか、もしくは低下する。材料の屈折率が、ガラスの屈折率と同じ場合、光誘導のメカニズムは完全に失われる。その場合、この領域は、ファイバーへ（またはから）の光６０３は、均質の媒体内での光線の伝播に従って伝播するオプティカルウィンドウとして作用する。しかし、ファイバーへ（またはから）の光の連結は依然可能である。例えば、端面を通して孔を集束する光学レンズを１つ以上と、孔または間隙を有するファイバー部へのオプティカルウィンドウを利用することによって可能となる。
【０１０４】
例えば、単一モードのファイバーから連結する場合を考えてみる。また、孔が突然途切れ、ウィンドウの材料は、光学的に均質の材料、すなわち、均一な屈折率を有すると仮定する。
【０１０５】
この場合、例えば”Ｏｐｔｉｃａｌ  ｇｕｉｄｅｄ  ｗａｖｅｓ  ａｎｄ  ｄｅｖｉｃｅｓ”（光学的導波及び装置）Ｒ．シムス及びＪ．カズンズ、に記載されているようなガウスビームの理論により、光のシングルモードがウィンドウを有する領域６０２を通って回折する。ωがビーム径、ｚが伝播距離、ｋ＝２ｎπ／λ0で波動ベクトル、ａが原点ｚ＝０（ビームウェスト）の初期ビーム径、ｎがウィンドウ材料の屈折率、λ0が真空時の光の波長であるとすると、次のようになる。
【０１０６】
【数１】
2005505014.tif 000003
【０１０７】
初期ビームウェストと伝播距離の関数としてのビーム径の変化の略図を、図７に示す。小さい方のａの回折角が大きいため、２つのビーム径のカーブは、原点からある距離ｚだけ離れて交差している。これは、ウィンドウの厚さ（後述する）の設計に重要である。焦点の深さまたはレイリー長Ｂは、光線が√２だけ拡大する伝播距離である。
【０１０８】
【数２】
2005505014.tif 000004
【０１０９】
原点とは、ファイバーに沿った、誘導が失われる点、すなわち、孔が終わる場所である。上記の等式からわかるように、波長λ、屈折率ｎ、及びモード・フィールド径（ＭＦＤ）によって回折角が決まる。
【０１１０】
コネクタの設計は、例えば、ウィンドウを非常に薄くし、回折ビームがウィンドウの縁部に届かないようにすることによって、ビームのクリッピングと、それによる光伝達の低下を回避できるようにすることができる。
【０１１１】
数値的な例として、λ0＝１．５５μｍ、ｎ＝１．５、ＭＦＤ＝２・ａ＝３μｍの時、ウィンドウ径は１２５μｍであり、ウィンドウの屈折率は、ｎ＝１．５である。この場合、ラジアンの全回折角qは、２５．２度に相当する次の式で表すことができる。
【０１１２】
【数３】
2005505014.tif 000005
【０１１３】
これは、光線のエッジがウィンドウのエッジに到達しないようなウィンドウの厚さとしては、最大２８０μｍまで可能であることを意味する。標準的な光ファイバーとは異なり、超小型構造の光ファイバーは、例えば３μｍ以下という非常に小さいＭＦＤで実現可能である。このような超小型構造の光ファイバーは、例えば、非線形光ファイバーとして広く使用することが可能である。よって、本発明の好ましい実施形態は、非線形光ファイバーを処理するための改良された手段を提供すると共に、それらファイバーが容易に使用できるようになる。
【０１１４】
大型コア、シングルモードのファイバーの場合、ウィンドウをより厚くすることができる。例えば、ＭＦＤが２０μｍ（ａ＝１０μｍ）とする。この場合、全開度は、３．８度であり、ウィンドウは、１９００μｍの厚さとすることができる。
【０１１５】
シングルモードの標準的な光ファイバーとは異なり、シングルモードの超小型構造の光ファイバーは、近赤外波長で、例えば１２μｍ以上という非常に大きいＭＦＤで実現可能である。このような超小型構造の光ファイバーは、例えば、高出力伝送ファイバー、高出力増幅器またはレーザファイバー、あるいは電気通信伝送ファイバーなどとして広く利用可能である。本発明の好ましい実施形態によると、モードエリアの大きい光ファイバーを処理できる改良された手段が提供され、従って、このようなファイバーを容易に使用できるようになる。
【０１１６】
本発明とその好ましい実施形態は、シングルモードの光ファイバーに限定されるものではない。本発明は、いくつか、もしくは多数の高次モードである超小型構造の光ファイバーも含み、端面を密閉するために説明した方法は、それらファイバーに適用可能である。さらに本発明は、そのような端面が密閉されたマルチモードの超小型構造の光ファイバーを使用した好ましい実施形態も含むものである。
【０１１７】
孔充填材の屈折率がガラスの屈折率より小さい場合、材料の屈折率が常に空気の屈折率より大きくなるため、誘導効率は下がる。この誘導効率の低下により、屈折損が増える可能性がある。しかし、ファイバーのこの部分は、一般的にまっすぐなフェルールの中に保持されているため、曲げに対する感受性は問題にはならない。
【０１１８】
コネクタの設計のもう１つの例として、光線が大きく回折しないように、ウィンドウを短くしたい場合を考える。このタイプのコネクタは、ＰＣまたはＡＰＣコネクタのようにファイバー同士の連結に有効である。この場合、ウィンドウの厚さは、レイリー長Ｂより小さくなければならない。
【０１１９】
数値の例を、ＭＦＤが２０μｍ（ａ＝１０μｍ）である上記の大型コアファイバーで挙げると、この場合、Ｂは次の式のようになる。
【０１２０】
【数４】
2005505014.tif 000006
【０１２１】
光の原点から離れたレイリー長を有する位置では、光線の幅は、１．４以下だけ増加する。よって、２本の同じファイバーにこのようにして、幅Ｂ／２のウィンドウを設けて、コネクタを設け、それらを物理的に接触させると、連結損は０．５ｄＢと低く、（例えば”Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｆｉｂｅｒ  Ｏｐｔｉｃｓ”（ファイバーオプティクス入門）Ａ．ガタック及びＫ．チャガラジャンによる）、広範にわたり適用可能となる。
【０１２２】
一般的にウィンドウの使用は、ほとんどの場合、ファイバーの端部の局所的誘導メカニズムが大きく変わり、原点がファバーの内部に位置することがしばしばあるという点において、従来の切断ソリッドファイバーの端部とは異なる。レンズを使って光をファイバーと連結する場合、これは、集束光学を切断面に近づくように調整して、ファイバーの内部における誘導の初期に、光を最小寸法に集束できるようにしなければならないということを意味する。逆に、従来のファイバーでは、光は切断面を照射するスポットに集束しなければならない。
【０１２３】
ウィンドウを非常に薄くすると、コネクタの特性が、従来のファイバーのコネクタと近づくという点で有利である。非常に薄いウィンドウを使用することにより、ファイバーの光学的特性を大きく阻害することなく、空気孔の密閉を実現できる。本発明の好ましい実施形態では、オプティカルウィンドウは約５０μｍ以下であり、例えば約２０μｍ以下である。
【０１２４】
ウィンドウを生成するもう１つの方法は、一片のガラス棒をファイバーに接合する（図３参照）方法である。この棒片は、均質材料料から形成し、通常はファイバー径に匹敵する直径を選択する。ウィンドウ材料の屈折率は、反射を軽減するため、ファイバーの誘導モードの実効屈折率に近くなければならない。接合の後、ロッドを切断してウィンドウの幅、８０１を決定する。この方法は、他の方法で起こりうる光学的劣化や孔充填材の焼付けの危険性を回避できるため、高出力がファイバーと接合される際に有利である。
【０１２５】
しかし、グラス棒片は、必ずしも均質材料から形成されていなくてもよい。ファイバーの端部へ、ＭＦＤが超小型構造のファイバーのＭＦＤに匹敵する従来の光ファイバー９０１を接合する場合、光ビームの幅は、ウィンドウ全長に渡って保持される（図９参照）。この場合、ファイバーには、従来のソリッドの全グラスファイバーと同様にコネクタを設けることができる。ファイバーの境界面をコネクタのフェルールの内部に位置させることにより、ファイバー系の全体的な強度と長期間にわたる信頼性を高めているが、ウィンドウ９０１の幅にもはや制限はない。
【０１２６】
さらに、ウィンドウは、ＭＦＤがその長さに沿って増減する一片の光学指数誘導ファイバー１００１を使って作成することができる（図１０参照）。このような方法を使って、ファイバーの境界面における接合による損失を低減することができるか、または、ウィンドウの端部のＭＦＤを調整できる。
【０１２７】
このファイバー系において、接合領域をコネクタのフェルールの内部に置くことは、上記の理由から有利である。ソリッドファイバー部のコアの増減は、組立て前にファイバーを局所的に加熱することによって実現できる。この加熱により、コア形成ドーパントの外方への拡散をひきおこし、いわゆる熱膨張コアが作成される。
【０１２８】
光学指数誘導ファイバーも、屈折率が矢印１００３に示す半径方向に沿って小さくなるグレーデッド・インデックス（ＧＲＩＮ）ファイバー１００２でもよい。このようなファイバー片は、コネクタの境界面において光を操作する別の方法として使用することができる。
【０１２９】
端部の切断面が接合の前に汚染されることによって損失が増え、出力処理が劣化し、光学的特性が低下するか、または最終製品としてのファイバーの機械的特性の低下を招くことは不利益である。従って、汚染の危険性のない、密閉された端面を有する超小型構造の光ファイバーと、そのようなファイバーを製造する方法及びその使用法の提供が望まれる。本発明の好ましい実施形態では、次に示すように、単一のファイバーにおいて、直接端面を密閉する様々な方法が提供されている。
【０１３０】
本発明は、ファイバーを切断する前または後において、熱を使って孔を潰すことにより、ウィンドウを生成する有利な方法を実現した（図１１及び図１２）。密閉は、ソリッドファイバー部を形成するため、孔を完全に潰すことによって行う。この密閉は、新規に材料を導入することなく行うため、ガラス材料間に急激に変化する境界面ができることがない。また、ファイバーの長さに沿って段階的熱特性を設けることによって、孔を徐々に潰して、誘導の損失／減少が徐々に起きるようにする。これにより、拘束モードから自由伝播モードへの変換を容易に行うことができ、透過損が低減する。
【０１３１】
アプリケーションにより、超小型構造のファイバーの端部に対し、熱を切断前、切断後、もしくはその両方に加えるかを選択できる（図１１及び図１２参照）。
【０１３２】
切断前に孔を潰すと、ウィンドウの幅１１０１を決定するための切断位置に対し、高い正確性が要求される。従って、好ましい実施形態によると、潰す作業は、ウィンドウの幅１１０１をより正確にするために加熱後に行う。ソリッドファイバー部は、長さ２ｍｍ以下、１ｍｍ以下、０．５ｍｍ以下、０．０１ｍｍ以下、もしくは０．０２ｍｍ以下などが好ましい。有利な点は、ファイバーの切断面は、例えばレンズの連結を容易に行えるように平坦であるということである。
【０１３３】
また、切断面は、切断後に加熱することができる。加熱中は、２つのことが同時に起きる。その１つは、孔が一定距離だけファイバー１２０１の内方へ向かって潰され、表面張力により、その切断面が湾曲し、平坦な表面から変形することである。この曲率は、ファイバーへ容易に連結するために望ましい場合もある。実際、ファイバー１２０１の内方向への潰壊距離と切断面１２０２の曲率半径の制御が可能であるため、一体型コリメータまたは焦点の定め直しが可能となる。
【０１３４】
一般的に希望の曲率を得るためには、ファイバーの熱への露出時間、熱への露出領域／長さなどのようなパラメータを変更して、工程を反復する必要がある。
【０１３５】
本発明者は、光ファイバーの切断、接合、及び加熱に関し、光ファイバーの端部とその端面が、一体型カメラによって視覚的に監視可能な市販の機器を使用している。この機器は、バイトラン社の、ＦＦＳ−２０００型からコマーシャルベースで入手可能である。この機器により、例えば、ファイバーの加熱、切断、接合の反復工程及び必要なパラメータの調整、ならびに本発明の様々な好ましい実施形態による方法が可能となる。特に、この機器は、ソリッド光透過性ファイバー部の所定の長さ、例えば、ウィンドウの幅１１０１などのようなオプティカルウィンドウの寸法を正確に決定することができるとともに、超小型構造の光ファイバーとその端面を含む端部の視覚的検査が可能となる。
【０１３６】
熱源は、一般的に、上記のバイトラン社の機器のような融着接合機の中にあり、よってアーク、フレーム、またはフィラメントのいずれかである。一般的に、こうした加熱は、高度な制御と再現性に基づいて行われる。切断は、一般的に、ファイバーの所定の位置を、ダイアモンドスクライバによって、スクライビングしながらファイバーに張力を加えることによって行う。
【０１３７】
図１３及び図１４は、上記のバイトラン社の機器を使用して得たファイバーの写真である。この場合、２つの切断されたファイバーの端部が、１０μｍの距離に位置している。そして、抵抗型タングステンフィラメントを使って、境界面周辺領域を集中して迅速に加熱する。
【０１３８】
図１４に示す例では、３０Ｗの火力を０．５５秒間加えた。これより火力を高くし、時間を長くすると、ファイバーの端部がより湾曲し、レンズの曲率が小さく、焦点距離が短くなる。また、さらに加熱を続けると、孔がファイバーの切断端部から、さらに遠くまで潰れる。
【０１３９】
図１３では、３０Ｗの火力で０．５秒だけ熱を加えたものを示しており、加熱時間を短くすると、ファイバーの端部を密閉するのには十分ではないことがわかる。
【０１４０】
また、加熱または切断は、ＣＯ2レーザなどのようなレーザ源で行う。光の強度は、合計の光レーザ出力を変更するか、あるいは、光ビーム径を調整することによって調整できる。レーザからの光ビームは、連続波（ＣＷ）またはパルス波のいずれでもよい。時間的パルス幅と反復率は、光ファイバー材料の加熱に対する反応の仕方にとって重要である。
【０１４１】
レーザ光線を短いパルスと組み合わせた非常に高いピーク強度で厳密に焦点を合わせると、それにさらされたファイバー材料が蒸発または消散する。一般的に、温度の勾配は、非常に大きく、溶融する材料の量は少ない。
【０１４２】
もし、代わりに、レーザがＣＷビームを照射するか、あるいは、露出された材料の量が多い場合、溶融するファイバーの材料の量は増え、温度の勾配は小さくなる。よって、レーザを使って密閉した切断面を有する超小型構造のファイバーの端部を、平坦にも湾曲面にも形成することができるとともに、ウィンドウの厚みに関して高度な制御を行うことができる。
【０１４３】
ファイバーの端部にオプティカルウィンドウを形成することにより、高い光パワーを得ることができて有利であるということを強調しておく必要がある。一般的に、光パワーが大きいことによる悲劇的な光学的損傷は、切断面の損傷しきい値が低いために起きる。誘導された光を切断面に到達する前に発散させることにより、切断面に対する局所的な強度は低くすることができるので、光学的に誘発される損傷が起こる前に光パワーを増加する。
【０１４４】
さらに、光ファイバーの外径を大きく形成することにより、さらなる発散が可能となる。ある外径では、ウィンドウの厚さを選択して、ビーム幅をファイバーの外径と同等にすることができる。パワーが非常に大きい場合、ファイバーの外径を、８０μｍまたは１２５μｍから３００μｍ、５００μｍ、１ｍｍ、あるいは２ｍｍまで大きくすることができる。
【０１４５】
一部の超小型構造の光ファイバーは、いくつかの直径を有する孔を備えた設計である。（例えば”Ｃｌａｄｄｉｎｇ  ｐｕｍｐｅｄ  Ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ｌａｓｅｒ  ｗｉｔｈ  ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｉｎｎｅｒ  ａｎｄ  ｏｕｔｅｒ  ｃｌａｄｄｉｎｇ”（超小型構造の内側及び外側クラッドを有するクラッドポンプイッテルビウムドープファイバー）Ｋ．フルサワ他、２００１年、Ｎｏ．１３，第９版）。
【０１４６】
熱処理によって孔を潰す場合、その孔をファイバーの端部から異なる距離だけ潰すことができる。この例を図１６に示す。熱による孔を潰す場合、表面張力により促進され、孔が小さいほど低い温度で潰される反面、大きい孔を潰すには、高い温度を必要とする。上記の文献では、（開口率の低い）シングルモードのコアを形成するために小さい孔を利用し、また、環状に並んだ大きい孔で（開口率の高い）マルチモード領域を形成している。
【０１４７】
本発明の好ましい実施形態によるファイバーの熱処理によって、小さい孔は、大きい孔より、ファイバーの端部のさらに奥まで潰される。適当な熱処理特性を利用することにより、ファイバーの端部を、例えば、シングルモードまたはマルチモードのコアから出る光が大幅に拡大されるように形成することもできる。
【０１４８】
数値の例として、孔の外側リングが直径１００μｍ、開口率が０．５のマルチモードコアを形成する、外径２００μｍのファイバーが考えられる。内側の小さい孔は、直径１５μｍ、開口率０．０５のシングルモードコアを形成している。光が出て、マルチモードコアに確実に入るようにするため、図１６のＤ２は、８７μｍより小さくなければならない。Ｄ２が８７μｍの場合、光は２００μｍの切断面を充填する。大きい孔が、シングルモードコアに出入りする光のクリッピングを始める前のＤ１は、８００μｍ以上でもよい。
【０１４９】
上記の超小型構造のファイバーは、大径マルチモード（ＭＭ）内側クラッド及び内側クラッド内のシングルモード（ＳＭ）コアの両方を支持する二重クラッドを有する。このようなファイバーは、ファイバーレーザ及びファイバー増幅器の両方として配置及び使用することができる。いずれの場合も、ＭＭ内側クラッド１７０１，１８０１は、１つ以上のリング状に並んだ大きい空気孔１７０２、１８０２によって囲まれている。
【０１５０】
ＳＭコア１７０３、１８０３は、屈折率が内側クラッドより大きいコア材料で形成することによって（図１７参照）、あるいは、内側クラッドを超小型構造とすることによって（図１８参照）、形成することができる。後者の場合、内側クラッド内の孔１８０４は、一般的に内側領域を囲むものよりも小さい。
【０１５１】
内側クラッドを囲む孔は、内側クラッドが一般的に開口率（ＮＡ）が大きい導波管である。高ＮＡにより、内側クラッドの内部の光パワーの密度を上げることができるようになる。ファイバーがレーザとして使用される場合と、増幅器として使用される場合のいずれにおいても、１つ以上の高出力マルチモードレーザから内側クラッド内への光の結合によってポンピングエネルギーが得られる。
【０１５２】
基本的な物理の法則によると、光ビームの輝度を上げることはできない。輝度は、立体角ごとの面積あたりの光パワーとして定義されている。内側クラッドの高ＮＡにより、光を大きい立体角に結合することができるようになる。よって、面積あたりのパワーを上げ、内側クラッドの直径を他のＭＭファイバーより小さくすることができる。
【０１５３】
二重クラッドファイバーの場合、ＳＭコアは、一般的に、希土類イオン（Ｙｂ，Ｐｒ，Ｅｒ，Ｎｄなど）のようなアクティブにドープ処理した材料を有するシリカから構成される。これらの原子は、ポンピング光を吸収して、より低いエネルギーで光量子を再放射する。吸収率は、原子（ドーピングレベル）の集中に依存するが、内側クラッド領域に対するＳＭコア領域の割合にも依存する。よって、高ＮＡによって内側クラッドを縮小することができるので、吸収率は劇的に増加することができ、レーザ／増幅器の効率も増加することができる。
【０１５４】
このような装置の例として、標準技術（ソリッドガラス）ＭＭファイバーにピッグテールを設けた高出力半導体レーザが考えられる。このファイバーのコア径は１００μｍであり、ＮＡは０．２である。レンズ系１９０１を使って、このＭＭファイバー１９０３から、二重クラッドファイバー１９０４（図１９参照）の切断面に光１９０２を再結像すると、高ＮＡの分離が可能である。ＮＡを乗じた直径は保存され、再結像スポット径は４０μｍとなる。内側クラッドをこの直径に設計することにより、このポンプライトの高連結効率が可能となる。
【０１５５】
このような部品に切断したファイバーの端部を使う不利益は、ファイバーの切断面において光パワーの密度が非常に高くなりがちであり、この高エネルギーによって切断面に悲劇的な光学的損傷が起こりうるという点である。また、切断した切断面を使うということは、孔が露出されるということを意味し、これは、切断面に堆積した汚染物を取り除くことは難しいということを意味する。さらに、露出した孔は、粉塵、液体、蒸気などのような汚染物が孔に侵入し、切断面からさらにファイバーの内部まで汚染することを意味する。
【０１５６】
光結晶ファイバーで孔の端部を密閉する（図１１及び図１６参照）ことにより、上記のような問題はすべて解決する。孔は密閉され、汚染物は阻止され、切断面の洗浄が容易となり、オプティカルウィンドウの厚さも、光パワーの密度が下がるように構成され、よって、悲劇的な光学的損傷の危険性を軽減することができる。
【０１５７】
密閉したファイバーの端部に関し、分離レンズをファイバーの近くに位置させ、焦点が孔（よって誘導）が始まる位置にくるようにする。我々の実験の結果、連結効率は密閉し、切断したファイバーでも同じであることが証明された。
【０１５８】
ファイバーの端部を密閉することにより、改善されたファイバーレーザまたは増幅器の部品が実現し、使用できるようになる。
【０１５９】
図２０は、本発明の好ましい実施形態による光ファイバーのもう１つの例を示す。図２０は、超小型構造のファイバー部とソリッドファイバー部両者を示すファイバーの側面の写真である。ファイバーは、超小型構造のファイバーの孔または間隙が上記のバイトラン社の機器を使用して潰され、ソリッドファイバー部を形成する方法によって実現した。その後、ソリッド部は切断され、バイトラン社の機器を使って視覚的に検査をして、長さ約４５μｍのソリッド部を生成した。図２０から、ソリッドファイバー部は超小型構造のファイバー部とほぼ同様の外径を有することが解る。
【０１６０】
図２１及び図２２は、光顕微鏡を使って取った２枚の光学画像である。両者とも同じファイバーのものであり、図２０のファイバーを側面から撮ったものである。図２１は、ファイバーの端面に焦点を当てて光顕微鏡で撮ったものであり、図からわかるように、孔が開口していないが、ソリッドの閉鎖端面が表れており、これによって超小型構造の光ファイバーの密閉が確立している。
【０１６１】
図２２は、光顕微鏡を超小型構造のファイバー内部に焦点をあわせた場合の写真である。ファイバーのソリッド部は透明であるため、ファイバーの「内部から」写真を撮ることが可能である。図２２の写真は、ファイバーの内部約４５μｍに焦点をあわせたものであり、孔または間隙が現われている（これは、図２０の写真と一致している）。
【０１６２】
よって、図２０，２１，２２を組み合わせると、クラッド領域内に孔または間隙を有する光ファイバーの密閉された端面、並びに端面の密閉と光ファイバーの超小型構造部への光学的アクセス両者を可能とするソリッド透明ファイバー部を得ることが可能であることを示す。比較的厚さがないと同時に、ソリッドファイバー部の外径が、クラッド内の孔または間隙を有するファイバー部と比較してわずかに小さくなっていることにより、ここで開示する光ファイバーとそのような光ファイバーを使用した物品は、製造後に熱処理をしたファイバーの第１の領域において、少なくとも一部の孔の断面積が同じファイバーの第２の領域の断面積と異なり、よって、熱処理した領域のファイバーの光学的特性がその領域における孔の断面積の変化によって異なる、従来のテーパ状の超小型構造の光ファイバーと比較すると、さらに機械的に強健かつ安定性のあるものとなる（例えばＷＯ００／４９  ４３５  “ａ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｆｉｂｅｒ  ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ａ  ｐｌｕｒａｌｉｔｙ  ｏｆ  ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｈｏｌｅｓ  （複数の長手の孔を有する光結晶ファイバー））。
【０１６３】
この技術では、クラッド間隙またはコア間隙の密閉については、何も示されておらず、また提案されてもいない。特に、超小型構造の光ファイバーに機械的に安定した密閉端部を設けることに関しては、何も示されておらず、また提案されてもいない。逆に、この技術では、より壊れやすく、機械的影響を受けやすいテーパ状の光結晶ファイバーを開示している。
【０１６４】
本発明について、特定の実施形態を参照しながら説明してきたが、形態及び詳細について、本発明の精神と要旨にもとることなく、様々な変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。また、このような変更は、添付の請求の範囲のなかに含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１６５】
【図１】切断後の超小型構造のファイバーの端面を略示するものである。ファイバーから出る光が広がっている様子と、露出した孔が見える。
【図２】モード・フィールド径（ＭＦＤ）が大きく異なる２本のファイバーの切断端部を略示するもので、ＭＦＤのスケッチを示す。
【図３】モード・フィールド径（ＭＦＤ）が大きく異なる２本のファイバーを接合することによって得ることができる理論的に最良の伝達を、略示するものである。
【図４】図４のａ及びｂは、密閉されたファイバーの端部をどのようにフェルールに挿入しているか（図４ａ）と、突出した端部をフェルールの端部と同一面内で平坦となるように研磨した様子（図４ｂ）を示す。
【図５】フェルール内に密閉した超小型構造のファイバーを使用したファイバーコリメータの例を略示するものである。発散された光ビームは、レンズによって集束され、平行調整されている。
【図６】切断後の切断面を硬化または固化可能な透明な液体に浸漬した後の超小型構造のファイバーの端面を略示するものである。この液体は、孔の中にある一定の距離だけ進入しているのがわかる。拡散した光が、ファイバーから出ているのがわかる。
【図７】ビーム幅が均質の媒体内における伝播距離に沿ってどのように増加するかを略示するものである。初期のビーム幅が少ないと、回折が大きくなり、発散角も大きくなる。
【図８】均質のガラス棒をファイバーの端部上に接合した後の超小型構造のファイバーの端面を略示するものである。その後、棒をファイバーロッドの境界面から離れた位置で切断し、ウィンドウの厚みを決定した。ファイバーから分散する光が見える。
【図９】ＭＦＤが一致するソリッド光ファイバーを超小型構造のファイバーの端部に接合した後の超小型構造のファイバーの端面を略示するものである。その後の切断により、ファイバーのソリッド部の長さが決定する。
【図１０】ソリッド光ファイバーが超小型構造のファイバーの端面に接合された状態の２つの例を略示するものである。これら２本のファイバーは、ファイバー部の長さに沿ってそのＭＦＤが変わる。その後の切断により、ファイバーのソリッド部の長さが決定される。
【図１１】ファイバーの熱処理後、切断された超小型構造のファイバーの端面を略示するものである。熱処理により、孔が潰され、切断によってソリッド部の長さが決定する。ファイバーの平坦な端面とともに、ファイバーから光が拡散している様子がわかる。
【図１２】切断後に熱処理を施した場合の超小型構造のファイバーの端面を略示するものである。熱により、孔がファイバーの端部から一定距離だけ潰されている。表面張力により、端部の切断面には、レンズとして機能する曲率半径を有する湾曲面が形成されている。この例では、ファイバーから平行調整された光が出ている様子がわかる。
【図１３】切断及び加熱後の２本のファイバーの端部の写真である。孔が部分的に潰されている様子がわかる。
【図１４】切断及び加熱後の切断したファイバーの端部の写真である。
【図１５】切断後の加熱したファイバーの端部の写真である。
【図１６】孔の寸法により、異なる位置で孔を潰した様子を略示するものである。
【図１７】超小型構造の外側クラッド領域と、ソリッド内側クラッド領域とを有する二重クラッド光ファイバーの断面を略示するものである。
【図１８】超小型構造の外側クラッド領域と、超小型構造の内側クラッド領域とを有する二重クラッド光ファイバーの断面を略示するものである。
【図１９】ある光ファイバーから別の光ファイバーへの光を連結するレンズ系を略示するものである。
【図２０】好ましい実施形態による、光ファイバーの端部を含む側面の写真である。
【図２１】好ましい実施形態による光ファイバーの密閉された切断端面の写真である。
【図２２】好ましい実施形態による光ファイバー内部からの写真である。
【符号の説明】
【０１６６】
１０１  間隙
２０１  モード・フィールド径（ＭＦＤ）
４０１  超小型構造の光ファイバー
４０２  フェルール
５０１  超小型構造のファイバー
５０２  フェルール
５０３  光線
５０５  レンズ
６０１  液体材料
６０４  第１の光誘導ファイバー部
１２０１  ファイバー
１２０２  切断面
１７０２  空気孔
１８０２  空気孔
１９０４  二重クラッドファイバー
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
2005505014.tif 000094
2005505014.tif 000095
2005505014.tif 000096