(57)【要約】微細構造光ファイバが開示される。微細構造光ファイバは内側領域及び外側領域を含む。内側領域は、内側材及び内側材に形成された複数の穴を含む。外側領域は、内側領域を包囲しており、外側材を含む。内側材の軟化点温度は、少なくとも約５０℃だけ少なくとも外側材の軟化点温度よりも大である。また、微細構造光ファイバプリフォーム及び微細構造光ファイバを製造する方法が開示される。微細構造光ファイバは、内側領域に実質的に変形していない穴を有するように形成され得る。
2005538029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長を有する光信号を伝播するための微細構造光ファイバであって、前記微細構造光ファイバは、
前記所定波長における屈折率及び軟化点温度を有する内側材及び前記内側材に形成される複数の穴を含む内側領域と、前記内側領域を包囲する外側領域と、を含み、前記外側領域は外側材を含み、前記外側材は前記所定波長での屈折率及び軟化点温度を有し、前記内側材の前記軟化点温度が少なくとも約５０℃だけ外側材の軟化点温度よりも高いことを特徴とする微細構造光ファイバ。
【請求項２】
前記内側領域はコアを含むことを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項３】
前記内側材の前記軟化点温度が少なくとも約１００℃だけ外側材の軟化点温度よりも高いことを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項４】
前記内側材の前記軟化点温度は、少なくとも約１５０℃だけ前記外側材の前記軟化点温度よりも高いことを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項５】
前記内側材及び前記外側材は前記内側材の前記所定波長で約０．４％未満のデルタの絶対値を有することを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項６】
前記外側材は実質的にその中に形成される穴を有しないことを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項７】
前記内側材及び前記外側材はシリカガラス、添加シリカガラス、フッ化物ガラス、カルコゲニド・ガラス及び重金属酸化物ガラスからなる群からそれぞれ選択されることを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項８】
前記外側材は軟化点温度下降ドーパントを含むことを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項９】
前記外側材は前記軟化点温度下降ドーパントによって生じる屈折率変化を補償するための第２のドーパントを更に含むことを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項１０】
前記軟化点温度下降ドーパントは。フッ素、ゲルマニウム、ホウ素、リン及びこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項９記載の微細構造光ファイバ。
【請求項１１】
前記内側材が前記軟化点温度上昇ドーパントを含むことを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項１２】
前記軟化点温度上昇ドーパントはタンタル、窒素及びこれらの混合物からなる群から選択されることを特徴とする請求項１１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項１３】
前記外側材は前記内側材の外表面と実質的に接触していることを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項１４】
前記微細構造光ファイバは中央軸を有し、前記内側材が前記中央軸に沿って実質的に配置されることを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項１５】
前記内側領域の複数の穴が前記コアを包囲する穴の少なくとも２つのリングを含むことを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項１６】
前記内側領域の複数の穴が前記コアを包囲する穴の少なくとも４つのリングを含むことを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項１７】
前記内側領域は質量を有し、前記外側領域は質量を有し、前記外側領域の質量は、前記内側領域の質量よりも実質的に大であることを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項１８】
前記外側領域の質量は前記内側領域の質量の少なくとも約３倍であることを特徴とする請求項１７記載の微細構造光ファイバ。
【請求項１９】
前記コアは前記内側材に形成された穴を含むことを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項２０】
前記コアは実質的に固体材料から形成されることを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項２１】
前記請求項１に記載の前記微細構造光ファイバを含む光通信システム。
【請求項２２】
微細構造光ファイバを製造するための微細構造光ファイバプリフォームであって、前記微細構造光ファイバは所定波長を有する光信号を伝播し、前記微細構造光ファイバプリフォームは、内側材及び前記内側材に形成された複数の穴を含む内側領域と、前記内側領域を包囲する外側領域とを含み、前記内側材は所定波長での屈折率及び軟化点温度を有し、前記外側領域は外側材を含み、前記外側材は所定波長での屈折率及び軟化点温度を有し、前記内側材の前記軟化点温度は少なくとも約５０℃だけ前記外側材の前記軟化点温度よりも高いことを特徴とする微細構造光ファイバプリフォーム。
【請求項２３】
前記内側材の前記軟化点温度は前記外側材の前記軟化点温度よりも少なくとも約１００℃だけ高いことを特徴とする請求項２２記載の微細構造光ファイバ・プリフォーム。
【請求項２４】
前記内側材の前記軟化点温度は前記外側材の前記軟化点温度よりも少なくとも約１５０℃だけ高いことを特徴とする請求項２２記載の微細構造光ファイバ・プリフォーム。
【請求項２５】
前記内側材及び前記外側材は前記内側材の前記所定波長で約０．４％未満のデルタの絶対値を有することを特徴とする請求項２２記載の微細構造光ファイバ。
【請求項２６】
前記内側材及び前記外側材はシリカガラス、添加シリカガラス、フッ化物ガラス、カルコゲニド・ガラス及び重金属酸化物ガラスからなる群からそれぞれ選択されることを特徴とする請求項２２記載の微細構造光ファイバ。
【請求項２７】
前記外側材は前記内側材の外部表面と実質的に接触していることを特徴とする請求項２２記載の微細構造光ファイバ・プリフォーム。
【請求項２８】
前記微細構造光ファイバは中央軸を有し、前記内側材が前記中央軸に沿って実質的に配置されていることを特徴とする請求項２２記載の微細構造光ファイバ・プリフォーム。
【請求項２９】
前記内側領域が質量を有し、前記外側領域が質量を有し、前記外側領域の前記質量は実質的に前記内側領域の前記質量よりも大であることを特徴とする請求項２２記載の微細構造光ファイバ・プリフォーム。
【請求項３０】
前記外側領域の前記質量は前記内側領域の前記質量の少なくとも約３倍であることを特徴とする請求項２９記載の微細構造光ファイバ・プリフォーム。
【請求項３１】
微細構造光ファイバの製造方法であって、プリフォームを提供するステップと、前記微細構造光ファイバを形成するために前記プリフォームを線引きするステップと、を含み、前記プリフォームはコア、内側材及び前記内側材に形成された複数の穴を含む内側領域と、前記内側領域を包囲する外側領域と、を有し、前記内側材は所定波長での屈折率及び軟化点温度を有し、前記外側領域は外側材を含み、前記外側材は前記所定波長での屈折率及び軟化点温度を有し、前記内側材の前記軟化点温度は少なくとも約５０℃だけ前記外側材の軟化点温度よりも高いことを特徴とする方法。
【請求項３２】
前記プリフォームは実際の線引き温度で線引きされ、前記内側材は第１の線引き温度によって特徴づけられ、前記外側材は第２の線引き温度によって特徴づけられ、前記実際の線引き温度は前記第１の線引き温度よりも実質的に前記第２の線引き温度に近いことを特徴とする請求項３１記載の方法。
【請求項３３】
前記内側材の前記軟化点温度が少なくとも約１００℃だけ前記外側材の前記軟化点温度よりも高いことを特徴とする請求項３１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項３４】
前記内側材の前記軟化点温度は少なくとも約１５０℃だけ前記外側材の前記軟化点温度よりも高いことを特徴とする請求項３１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項３５】
前記外側材が前記内側材の外側表面と実質的に接触していることを特徴とする請求項３１記載の方法。
【請求項３６】
前記微細構造光ファイバは中央軸を有し、前記内側材は前記中央軸に沿って実質的に配置されていることを特徴とする請求項３１記載の方法。
【請求項３７】
前記内側領域が質量を有し、前記外側領域が質量を有し、前記外側領域の前記質量は実質的に前記内側領域の前記質量よりも大きいことを特徴とする請求項３１記載の方法、
【請求項３８】
前記外側領域の前記質量は前記内側領域の前記質量の少なくとも約３倍よりも大であることを特徴とする請求項３７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバに関し、より詳細には、微細構造光ファイバ及びその製造方法、微細構造光ファイバを線引きするためのプリフォームに関する。
【背景技術】
【０００２】
すべてガラス材料から形成されている光ファイバは、２０年以上前から実用に供されてきた。このような光ファイバはデータ通信の分野において飛躍的な発展をみせてきたにもかかわらず、他の光ファイバの設計の研究が継続していた。その１つである他の有望な光ファイバが微細構造光ファイバである。これはファイバ軸に沿った長手方向に走る穴若しくはボイドを含むのである。この穴は、一般的に空気若しくは不活性ガスを含んでいるが、他の材料を含んでいてもよい。
【０００３】
微細構造光ファイバは、多種多様な性質を有するように設計され得て、多種多様なアプリケーションで使用され得る。例えば、固体ガラスコアと、コアの周囲のクラッド領域に配置された複数の穴とを有する微細構造光ファイバが製造されている。穴の位置及びサイズは、大なる負の値から大なる正の値までの分散を有する微細構造光ファイバを生じるように設計することができる。この種のファイバは、例えば、分散補償に用いられる。固体コア微細構造光ファイバは、広範囲に亘る波長範囲でシングルモードであるように設計され得る。ほとんどの固体コア微細構造光ファイバは、全反射メカニズムによって光を導き、穴の低い屈折率によって、穴が配置されたクラッド領域の実効屈折率を低下させているのである。
【０００４】
特に興味深い微細構造光ファイバは、フォトニック・バンドギャップ・ファイバである。フォトニック・バンドギャップ・ファイバは、基本的に全反射メカニズムとは異なるメカニズムによって光を導いている。フォトニック・バンドギャップ・ファイバは、ファイバのクラッドに形成された光学結晶構造体を有する。この光学結晶構造体は、光の波長のオーダーの間隔を有した穴の周期的な配列である。ファイバのコアは、光学結晶構造体クラッドの欠陥によって形成される。例えば、欠陥は、光学結晶構造体の穴とは実質的に異なるサイズ及び／又は形状の穴であり得る。光学結晶構造体は、バンドギャップとして知られる周波数範囲を有し、光学結晶構造体中を光が伝搬するのを禁止する。バンドギャップの範囲内の周波数を有し、ファイバのコアを導かれた光は、光学結晶クラッドを伝搬することを禁止されて、コアに閉じこめられるのである。フォトニック・バンドギャップ・ファイバは、光学結晶構造体の穴よりも大きい穴から形成されるコアを有することができて、例えば、中空コアファイバ（ｈｏｌｌｏｗ−ｃｏｒｅ  ｆｉｂｅｒ）の如きにおいては、光はガス状媒体において導かれ、ガラス材料の吸収やレイリー散乱による損失を低下させる。光がガス状媒体で導かれるとき、中空コアファイバは極めて低い非線形性を有し得る。
【０００５】
微細構造光ファイバの製作は、全ガラス光ファイバの製造とほぼ類似した製造方法を使用する。所定の配置に穴を有するプリフォームが形成され、加熱と引っ張りによってファイバを線引きする。線引き工程において、穴のサイズ、形状及び配置は、材料の硬さ及び穴内部での表面張力によって大きく変形せしめ（歪め）られ得る。バンドギャップが例えば穴サイズ、ピッチ及び対称性の如き、光学結晶構造体の特性ディメンションの変化に大きく影響を受けるとき、この種の変形は中空コア・フォトニック・バンドギャップ・ファイバのダメージと特になりうる。
【０００６】
よって、ファイバの微細構造の制御を考慮に入れた微細構造光ファイバの製作の方法が必要である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの特徴は、所定波長を有する光信号を伝播するための微細構造光ファイバに関する。微細構造光ファイバは、内側材を含む内側領域及び内側材に形成された複数の穴を含む。内側材は所定波長での屈折率及び軟化点温度を有する。外側領域は内側領域を包囲しており、外側材を含む。外側材は所定波長での屈折率及び軟化点温度を有する。内側材の軟化点温度は、少なくとも約５０℃だけ外側材の軟化点温度よりも高い。
【０００８】
本発明の他の特徴は、微細構造光ファイバの製造のための微細構造光ファイバ・プリフォームに関する。微細構造光ファイバは所定波長で光信号を伝播する。微細構造光ファイバ・プリフォームは内側材を含む内側領域及び内側材に形成された複数の穴を含む。内側材は所定波長での屈折率及び軟化点温度を有する。外側領域は内側領域を包囲している。外側領域は外側材を含む。外側材は所定波長での屈折率及び軟化点温度を有する。内側材の軟化点温度は、少なくとも約５０℃だけ外側材の軟化点温度よりも高い。
【０００９】
本発明の他の特徴は、微細構造光ファイバを製造する方法に関する。当該方法は、プリフォームを提供するステップと、微細構造光ファイバを形成するプリフォームを線引きするステップとを含む。プリフォームは内側材を含む内側領域及び内側材に形成された複数の穴を含む。内側材は所定波長での屈折率及び軟化点温度を有する。外側領域は内側領域を包囲している。外側領域は外側材を含む。外側材は所定波長での屈折率及び軟化点温度を有する。内側材の軟化点温度は少なくとも約５０℃だけ外側材の軟化点温度よりも高い。
【００１０】
本発明他の特徴は光通信システムに関する。当該光通信システムは微細構造光ファイバを含む。微細構造光ファイバは内側材を含む内側領域及び内側材に形成された複数の穴を含む。内側材は所定波長での屈折率及び軟化点温度を有する。外側領域は内側領域を包囲している。外側領域は外側材を含む。外側材は所定波長での屈折率及び軟化点温度を有する。内側材の軟化点温度は少なくとも約５０℃だけ外側材の軟化点温度よりも高い。
【００１１】
本発明の光ファイバ、その製造方法及びプリフォームは、通常の光ファイバ、その製造方法及びプリフォームに勝る多くの利点を結果として与える。本発明は、ファイバの内側領域に実質的に変形していない微細構造を有する微細構造光ファイバの製作を可能にする。微細構造光ファイバの伝播がファイバの内側領域の歪みによって全く影響を受けない故、本発明の微細構造光ファイバは、通常の微細構造光ファイバよりも実質的に良好な光学特性を有することができる。
【００１２】
本発明の更なる特徴及び利点は後述する詳細な説明に記載される。一部は当業者であれば直ちに明らかとなるであろうが、ここに添付した図面とともに、明細書及び特許請求の範囲に記載された発明を実施することによっても認識されるであろう。前述の一般的な説明及び後述する詳細な説明は、単に本発明の典型例にすぎず、クレームされた本発明の性質及び特徴を理解するための概要若しくはフレームワークを提供することを意図していると理解されるであろう。
【００１３】
添付の図面は、本発明の更なる理解を提供するために含まれており、取り入れられて本明細書の一部分を構成する。図面は必ずしも実際の比率通りではない。図面は、本発明の１つ以上の実施例を図示しており、明細書等の記載とともに本発明の原理及び動作を説明するために供される。
【定義】
【００１４】
以下の定義は、従来技術における使用法と共通している。
【００１５】
デルタ（Δ）は相対屈折率値パーセントであり、Δ＝（ｎi2−ｎ02）／２ｎ02
である。ここで、ｎiは内側材の屈折率、ｎ0は外側材の屈折率である。デルタは、パーセントで一般的に表現される。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の好適な実施例を詳細に説明する。これらの実施例は添付図面において図示される。
【００１７】
本発明者は、特定の微細構造の光ファイバの線引き工程の間において、微細構造の近傍及び周辺領域が他のファイバと比較して比較的高い軟化点温度を有する部材を含む場合、望ましくない変形を抑制することができることを見出した。より高い軟化点温度の材料は、線引き工程の間、微細構造の近くの領域で相対的に硬いままに維持され、故に、微細構造は線引き工程の間、もちろんサイズを減少させられるのであるが、実質的に変形することを抑制できるのである。
【００１８】
本発明の光ファイバは、高い軟化点温度領域（例えば、微細構造の近傍及び周辺領域）及び低い軟化点温度領域（例えば、微細構造から除去された領域）を含む。低い軟化点温度領域によって、ファイバが高い軟化点温度材料だけからなる場合に必要とされる最低線引き温度よりも低い実際のファイバ線引き温度となるであろう。低い軟化点温度材料の相対的な質量が増加するとき（すなわち、高い軟化点温度材料に対する低い軟化点温度材料の量の比が増加するとき）、必要とされる実際の線引き温度が低下する。高い軟化点温度材料の粘性は、実際の線引き温度では十分に高く維持され、高い軟化点温度材料から形成された微細構造の変形（歪み）を抑制するのである。
【００１９】
材料間の軟化点温度差が十分大である場合、より高い軟化点温度材料は線引きステップの間において相対的に硬いままであり得る。材料の軟化点温度は、材料が約１０7.6ポアズの粘性に到達する温度である。より高い軟化点温度材料の軟化点温度は、少なくとも約５０℃だけより低い軟化点温度材料の軟化点温度よりも高くなければならない。より好ましくは、より高い軟化点温度材料の軟化点温度が少なくとも約１００℃、最も好ましくは約１５０℃だけ少なくともより低い軟化点温度材料の軟化点温度よりも高い。
【００２０】
本発明の１つの特徴において、微細構造光ファイバが提供される。微細構造光ファイバは、内側材を含む内側領域及び内側材に形成された複数の穴を含む。微細構造光ファイバは、内側領域を包囲する外側領域を含む。外側領域は外側材を含む。内側材の軟化点温度は、外側材の軟化点温度よりも少なくとも５０℃、好ましくは少なくとも１００℃、より好ましくは少なくとも１５０℃高い。本発明の特徴による微細構造光ファイバの実施例が図１の断面図に示される。図１のファイバ３０は、内側領域３２及び外側領域３４を有する実効屈折率ガイド微細構造光ファイバである。内側領域３２は、内側材３６から形成されて、内側材に形成された複数の穴４０とともに固体コア３８を含む。外側領域３４は、外側材４２から形成される。本発明の本実施例において、外側材４２はその中に形成される穴を有しない。内側材３６は、外側材４２の軟化点温度よりも少なくとも５０℃高い軟化点温度を有する。図１の実施例は、１つの固体チューブのみを外側領域３４の材料として用いる点において製造の際の利点を有する。
【００２１】
図２は、本発明の特徴による微細構造光ファイバ５０の他の実施例の断面図である。本発明の実施例において、微細構造光ファイバは、フォトニック・バンドギャップ・ファイバである。ファイバ５０は、六角形の格子の構造体を有する。すなわち、穴は六角形の格子の構造体の格子点にほぼ位置する。微細構造光ファイバ５０は、内側領域５２及び外側領域５４を含む。内側領域５２は、内側材５６から形成されて、中空コア５９と同様に、内側材に形成された複数の穴５８を含む。中空コアは、内側材に拡大した穴として形成される。本実施例において、内側領域５２は中空コア及び格子の位置を包囲する４つのリングを含む。ここで使用される「リング」の術語は円形配置を意味していないことを当業者は認識するであろう。この例では、リングは六角形の幾何形状を有する。もちろん、内側領域は、例えば、２つのリングの如き、格子の位置の４つのリングよりも多い若しくは少ないリングを含むことができる。内側領域５２の近似範囲が点線によって囲まれている。外側領域５４は、内側領域５２を包囲しており、且つ、外側材６０から形成される。この実施例では、内側領域５２の格子位置を直に包囲する格子位置の外側材に形成された一組の穴６２を含む。図２は、内側領域５２を包囲する格子位置の３つのリングを有する外側領域５４である。もちろん、外側領域５４は内側領域５２を包囲する格子位置の３つのリングよりも多くの若しくは少ないリング、例えば５つのリングを含むことができる。内側材５６は、外側材６０の軟化点温度よりも少なくとも５０℃高い軟化点温度を有する。図２のファイバの線引き工程の間において、外側領域の穴はわずかに変形せしめられ得る（すなわち円形断面を有する）。内側領域の穴は実質的に変形を受けないまま維持されるだろう。外側領域の穴がファイバを伝搬する光信号と比較的接触を有さない場合にあっては、外側領域の穴の歪みはあまり重要ではない。
【００２２】
本発明の微細構造光ファイバは、例えば図２の実施例の内側領域の穴５８及び外側領域の穴６２の如き、穴を含む。穴は、ファイバの長軸と実質的に平行に伸張する好ましくは細長い環状の通路である。例えば、穴の直径は、０．５から５．０ミクロンまでの間であり得る。穴は、穴を包囲している材料とは異なる屈折率を有するガスまたは他の材料で満たされ得る。他の選択肢として、穴の内部は真空であってもよい。
【００２３】
本発明の微細構造光ファイバはコアを含む。ここで使用されるように、コアは光がその境界内で実質的に伝播するような構造を有する物理的形態である。例えば、図１の屈折率ガイド光ファイバ３０は、穴４０のリングの中央に形成される固体のコア３８を含む。固体コアは、図１に示されているように、内側材から形成され得て、若しくは、異なる材料から形成されることができる。図２のフォトニック・バンドギャップ光ファイバ５０は、六角形の格子の中央に拡大した穴として形成される中空コア５９を含む。中空コアは、内側クラッド材料に穴として形成され得る。または異なる材料の穴として形成され得る。ファイバを伝搬する光は、実質的にコアに制限される。図１及び２の実施例において、ファイバの中央に１つのコアのみがある。しかし、当業者が認める如く、本発明の光ファイバは複数のコアを含んだマルチプル・コアであり得る。光ファイバのコアはファイバの中心軸に沿って位置することが好ましいが、コアがファイバの中心軸に沿った位置と別の位置にあり得る。
【００２４】
本発明の微細構造光ファイバにおいて、線引き工程の間の内側領域の穴の望ましくない変形は、内側材及び外側材の特性の適当な選択によって抑制することができる。特に、内側材は線引き温度、すなわちファイバが線引きされる温度において外側材の粘性よりも高い粘性を有する。線引き温度での材料の粘性は、材料の軟化点温度に直接、関連する。故に、より高い軟化点温度を有する材料が線引き温度でより高い粘性を有し、その材料に形成された穴は線引きの間においてより少ない変形を伴うのである。本発明の微細構造ファイバにおいて、内側領域の内側材は、少なくとも外側領域の外側材の軟化点温度よりも少なくとも約５０℃だけ、好ましくは少なくとも約１００℃だけ、より好ましくは約１５０℃だけ高い軟化点温度を有する。軟化点温度の差の最も大きな利益を得るためには、外側領域の質量が内側領域の質量よりも大であることが好ましい。より好ましくは外側領域の質量は内側領域の質量の少なくとも約３倍である。さらにより好ましくは外側領域の質量は内側領域の質量の少なくとも約６倍である。本発明のある実施例においては、外側領域の質量は内側領域の質量の約５０倍にもなり得るのである。
【００２５】
本発明の光ファイバは、様々な材料から形成され得る。例えば、シリカ（石英）ガラス、添加シリカガラス（例えば、ゲルマノシリケートガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノケイ酸塩ガラス、フルオロケイ酸塩ガラスなど）、フッ化物ガラス、カルコゲニド・ガラス及び重金属酸化物ガラスなどである。当業者であれば、内側材のより高い軟化点温度は様々な方法によって成し遂げられ得ることを理解されるであろう。例えば、内側材と外側材は、所定の粘度及び軟化点温度の関係を与える実質的に異なる材料であってもよい。あるいは、内側材のより高い軟化点温度は、当業者にとって馴染みの深い技術を使用して、類似した内側材及び外側材に相対的に添加することで達成され得る。例えば、石英ガラスからなる外側材は、軟化点温度下降ドーパント、例えばフッ素、ゲルマニウム、ボロン、及び／若しくはリンを添加され得る。あるいは、石英ガラスからなる内側材は、軟化点温度上昇ドーパント、例えばタンタル、及び／若しくは窒素）を添加され得る。他の選択肢として、内側材はその軟化点温度を上昇させるために添加物を添加されるとともに、外側材もその軟化点温度を下げるために添加物を添加され得る。
【００２６】
図２の実施例において、内側材５６及び外側材６０は、実質的に同じ屈折率を有することができる。内側材５６及び外側材６０が実質的に同じ屈折率を有する場合、利点として、ファイバ５０の内側領域５２及び外側領域５４は一定のフォトニック・バンドギャップ特性を有する。この場合、内側材５６及び外側材６０の間のデルタの絶対値は所定波長で約０．４％未満であることが好ましい。このように、全体としての内側領域５２及び外側領域５４は、一定の屈折率の媒体を結合した領域、すなわち、内側材５６及び外側材６０、及び、異なる屈折率を有する穴５８及び６２からなる。本発明の他の実施例（例えば図１の屈折率ガイド微細構造光ファイバ）において、実質的に同じ屈折率を有さない内側材５６及び外側材６０が望まれる。
【００２７】
材料に軟化点温度変更ドーパントを添加することで材料の屈折率を変化させることができる。このように、補償ドープは、実質的に同じ内側及び外側材の屈折率を維持することを必要とし得る。この補償は、例えば、約０．４％未満のデルタの絶対差を有する内・外材料を生じさせ得る。例えば、内側材が軟化点温度を上昇させるためにタンタルを添加されたとき、その屈折率は上昇する。外側材は、実質的に内側材の屈折率に等しい屈折率を上昇させるために、好ましくは添加物（例えばゲルマニウム）を添加される。もちろん、外側材が粘性を変化させるための添加をなされる場合、内側材は、実質的に同じである内側・外側材の屈折率を維持するために添加物を添加されることを必要とし得る。あるいは、外側材だけが軟化点温度を下降させるとともに、この軟化点温度改良剤による屈折率変化を補償するために不純物を添加され得る。このように、内側材は実質的に未添加シリカであって、外側材はゲルマニウム（軟化点温度を下降させると共に屈折率を上昇させる）及びフッ素（軟化点温度を下降させると共に屈折率を下降させる）を添加され得る。
【００２８】
図３は、多くの点で図２の実施例と同様であるが、これは本発明の他の好適な実施例である。微細構造光ファイバ８０は、内側領域８２及び外側領域８４を有する。内側領域８２は、内側材８６から形成されて、フォトニック結晶構造の穴８８及びその中に形成されるコア穴９０を有する。外側領域８４は、外側材９２から形成されて、実質的にその中に形成された穴を有しない。内側材８６は、外側材９２の軟化点温度よりも少なくとも５０℃だけ高い軟化点温度を有する。本実施例において、内側領域のコアを包囲する穴の７つのリングがあって、外側領域の大なる相対的質量によって、内側領域の穴の実質的な変形なしにファイバを線引きし得るのである。
【００２９】
本発明の微細構造光ファイバにおいて、外側材が実質的に内側材の外表面と接触していることが好ましい。例えば、外側材は内側材の外表面の少なくとも約８０％に、より好ましくは少なくとも９０％に接触していることが好ましい。内側材及び外側材間の大なるギャップは、光ガイド特性を乱す傾向があって、機械強度を低下させ、微細構造光ファイバのスプライシングを阻害する。
【００３０】
本発明の微細構造光ファイバにおいて、好ましくは、内側領域はファイバの中心軸に実質的に沿って配置される。特にファイバの中心軸に沿って実質的に配置されたコアを有することが望ましい。内側領域及び／又はコアのセンタリングは、これらの特徴を有するように、機械的配列方法を使用して簡単に位置決めされ得るだろう。
【００３１】
当業者であれば、本発明の光ファイバに使用され得る他の穴の配置及び固体領域を認識されるであろう。例えば、より多くの穴若しくはより少数の穴が使用され得て、異なる屈折率の領域が形成され得る。図１乃至４に関して上記した微細構造光ファイバは六角形の格子を有する一方で、他の幾何形状、例えば正方形、三角形などが採用され得る。当業者であれば、本発明のファイバに使用される他の材料系及び他の微細構造形状を選ぶことができる。
【００３２】
本発明の微細構造光ファイバが設計され得て、多種多様な所定波長で動作するように作られ得る。例えば、本発明の微細構造光ファイバは、紫外線、可視光線、近赤外線若しくは遠赤外線波長で動作可能であってもよい。特に望ましい波長は、１３００ｎｍ及び１５５０ｎｍを含む。当業者であれば、本発明の微細構造光ファイバが特に本明細書において言及された以外の波長での使用にあわせて設計され得ることを認識されるであろう。
【００３３】
本発明の他の特徴において、微細構造光ファイバの製造のための微細構造光ファイバ・プリフォームが提供される。微細構造光ファイバは、内側材を含む内側領域及び内側材に形成された複数の穴を含む。微細構造光ファイバは内側領域を包囲する外側領域を含み、外側領域は外側材を含む。内側材の軟化点温度は、外側材の軟化点温度よりも少なくとも５０℃、好ましくは少なくとも１００℃、より好ましくは少なくとも１５０℃だけ高い。
【００３４】
当業者が認識するように、本発明の微細構造光ファイバ・プリフォームは上記した如き、本発明の微細構造光ファイバに構造的に類似している。例えば、所定波長で内側材及び外側材は、互いに約０．４％未満のデルタの絶対値を有し得る。外側材は、内側材の外表面と実質的に接触し得る。内側材は、中心軸に沿って実質的に配置され得る。当業者であれば、本発明の特徴を有する微細構造光ファイバ・プリフォームに、微細構造光ファイバに関する上記開示を適用できるであろう。
【００３５】
本発明の特徴によりなされる微細構造光ファイバの実施例は図４の斜視図に示される。この光ファイバ・プリフォームは、図３の実施例と同様にフォトニックバンドギャップ・ファイバの製作に適している。微細構造光学プリフォーム１００は、内側領域１０２及び外側領域１０４を含む。内側領域１０２は内側材１０６から形成されており、内側材に形成された複数の穴１０８を中空コア１０９とともに含む。中空コアは、内側材の穴を拡大して形成される。本実施例において、内側領域１０２は格子位置を包囲する中空コア及び６つのリングを含む。もちろん、内側領域は例えば格子位置の６つよりも多く若しくは少ない、例えば２つのリングを含むことができる。内側領域１０２のおおよその範囲は、点線によって囲まれて示される。外側領域１０４は、内側領域１０２を包囲して且つ外側材１１０から形成される。内側材１０６は、外側材１１０の軟化点温度よりも少なくとも５０℃だけ大なる軟化点温度を有する。本発明の他の特徴は、微細構造光ファイバを作る方法である。微細構造光ファイバ・プリフォームは、実質的に上記の如く提供される。微細構造光ファイバは、内側材を含む内側領域及び内側材に形成された複数の穴を含む。微細構造光ファイバはまた内側領域を包囲する外側領域を含み、外側領域は外側材を含む。内側材の軟化点温度は、外側材の軟化点温度よりも少なくとも５０℃だけ、好ましくは少なくとも１００℃だけ、より好ましくは少なくとも１５０℃だけ大である。微細構造光ファイバ・プリフォームは、微細構造光ファイバに線引きされる。
【００３６】
線引きステップが実行される温度は、当業者であれば、線引きの間、内側領域の穴の変形を最小にするように選択される。与えられた微細構造光ファイバ・プリフォームの幾何、及び、線引き条件（例えば線引き張力、線引き速度）の与えられた一組で、内側材は第１の線引き温度によって特徴づけられる。第１の線引き温度は、所定の幾何形状を有し且つ内側材だけから形成される微細構造プリフォームを、所与の線引き条件の組の下で、ファイバに線引きするために必要とされる最低温度である。同様に、外側材は第２の線引き温度によって特徴づけられる。第２の線引き温度は、所定の幾何形状を有し且つ外側材だけから形成される微細構造プリフォームを、所与の線引き条件の組の下で、ファイバに線引きするために必要とされる最低温度である。外側材の軟化点温度が内側材の軟化点温度未満であるので、第１の線引き温度は第２の線引き温度のそれよりも高い。内側材及び外側材の両方を含む微細構造光ファイバ・プリフォームの実際の線引き温度は、第１及び第２の線引き温度の間である。外側材の質量は実質的に内側材の質量よりも大であることが好ましい。このような方法で、外側材の相対的に大なる質量のために、実際の線引き温度は、実質的により高い第１の線引き温度よりもより低い第２の線引き温度により近くなり得る。実際の線引き温度が実質的により低い第２の線引き温度に近い場合、内側材の粘性は実際の線引き温度で十分に高いままであって、第１の領域の穴の実質的な変形を防止する。換言すれば、内側材は実際の線引き温度で相対的に高い粘性によって、線引きの間、硬いままであって、増加する硬さは、実質的にファイバの線引きの間、内側材の穴の変形を防ぐ。
【００３７】
本発明の微細構造光ファイバ・プリフォームは、当業者にとって公知の方法を使用して製造され得る。共通して使われる積層・線引き工程において、中空キャピラリが互いに束ねられて微細構造プリフォームを形成する。微細構造光ファイバの製造のための積層・線引き工程の実施例が図５の断面図に示される。中空キャピラリのグループは、所望の微細構造、例えば中空コア欠陥を有するフォトニック結晶構造を定義するために配置される。キャピラリの束は固体チューブによってスリーブでつながれ、付加的に再度、線引きされてプリフォームの直径を減じられ、ＳＦ6若しくはＮＨ4Ｆ・ＨＦ水溶液でエッチングされて穴のサイズを拡大される。再線引き及びエッチング工程は、例えば、本明細書に引用したものとする米国特許出願第０９／５６３３９０号に記載されている。微細構造光ファイバ・プリフォームのコアは、様々な方法で製造され得る。例えば、固体コア微細構造光ファイバを製造するためには、コアは中空キャピラリの中に配置された固体ロッドによって形成され得る。中空コア微細構造光ファイバを作るためには、より大なる内側断面積を有するキャピラリ１５０が構造体に嵌入され得る。図６に示すように、オフセット穴１５２を有するキャピラリで中心キャピラリを包囲することでエッチング・ステップの間に欠陥が拡大され得る。これは米国特許出願第１０／０８５，７８５号において記載されるとともに、本願明細書に引用により包含される。エッチング・ステップは、オフセット・キャピラリ及び穴１５４を拡大した中心キャピラリの間の比較的薄い壁を除去するために実行され得る。突出構造は、表面張力により線引きの間、欠陥の壁に部分的に又は完全に後退し得る。あるいは、成形コアキャピラリは、スートの圧密化及びベイトロッドの物理的及び／又は化学的除去に続く、特別に成形されたグラファイトベイトロッド上へガラススートを析出させることによって提供され得る。
【００３８】
当業者であれば、微細構造光ファイバのためのプリフォームを製造する他の方法が本発明において都合よく使用され得ることを認識するであろう。例えば、押出成形工程がプリフォームを形成するために使用されてもよい。当業者にとって公知の他のエッチング及び線引き技術が、本発明と連動して同様に使われ得る。
【００３９】
微細構造光ファイバ・プリフォームは、当業者にとって公知の方法を用いて、微細構造光ファイバに線引きされ得る。例えば、穴が表面張力により閉じてしまわないように圧力が線引きの間、プリフォームの穴に与えられる。プリフォームの穴の異なる組に異なる圧力を与えることが好ましい。これについては、発明者であるドーズ（Ｄａｗｅｓ）、ガラハ（Ｇａｌｌａｇｈｅｒ）、ハウトフ（Ｈａｗｔｏｆ）、ベンカタラマン（Ｖｅｎｋａｔａｒａｍａｎ）氏らによるコーニング社の書類番号ＳＰ０２−１１２と同じ米国仮出願の「微細構造光ファイバの線引きの方法及びプリフォーム（ＭＥＴＨＯＤＳ  ＡＮＤ  ＰＲＥＦＯＲＭＳ  ＦＯＲ  ＤＲＡＷＩＮＧ  ＭＩＣＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＤ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＦＩＢＥＲＳ）」に記載されている。これらは本願明細書に引用したものとする。例えば、フォトニック・バンド・ギャップ・ファイバの大なるコア穴は第１の圧力システムに接続され得て、光学結晶構造体の穴は第２の圧力システムに接続され得る。内側コア穴が光学結晶構造体の穴に比べて広がらないように、第１の圧力システムは第２の圧力システムよりも低い圧力に設定され得る。
【００４０】
本発明の他の特徴は、本発明による微細構造光ファイバを含む光通信システムに関する。本発明の微細構造光ファイバは、通常の微細構造光ファイバよりも実質的に少ない変形（歪み）で作られ得る。したがって、通常の微細構造光ファイバより大幅に良好な光学性能を有することができる。このように、本発明の微細構造光ファイバは、特に光通信システムに適している。
【００４１】
本発明の典型例となることを意図された以下の実施例に制限されないことを本発明は更に明らかにされる。
【実施例１】
【００４２】
微細構造光ファイバ・プリフォームは、未添加シリカキャピラリを積層する工程と、未添加シリカ・チューブにそれらを入れてスリーブでつないで束を形成する工程と、束を線引きしてそのサイズを減じる工程と、及び、上記の如く、ＮＨ4Ｆ水溶液でエッチングして穴を大きくする工程と、によって組み立てられた。プリフォームの中心領域の端面の図が図７に示される。このプリフォームは１９５０℃の溶解炉温度で光ファイバに線引きされた。図７のプリフォームから線引きされた光ファイバは図８の端面の図に示される。このファイバの穴は、プリフォームの穴と比較して実質的に歪められている。例えば、コア穴に突き出たリブが消失し、フォトニック結晶クラッド構造の穴の多くが実質的に環状から変形せしめられている。
【００４３】
本発明による微細構造光ファイバ・プリフォームは、未添加シリカキャピラリと、６ｗｔ％Ｂ2Ｏ3添加シリカスリーブチューブとを用いて、上記と同様に構成される。図９の端面の図に示されるこのプリフォームは、内側領域を形成するシリカキャピラリ及び外側領域を形成するボロン添加シリカ・スリーブ・チューブとからなる実施例３に示されるプリフォームと同様のものである。内側領域及び外側領域の材料の間の軟化点温度差は、約１６０℃である。このプリフォームは、１９５０℃の炉温度で、光ファイバに線引きされた。図９のプリフォームから線引きされた光ファイバが図１０の端面の図に示される。図１０の微細構造光ファイバのコア穴及びフォトニック結晶格子は、プリフォームの穴と比較して実質的に変形していない。例えば、フォトニック結晶格子の穴は円形であって、六角形の格子点を残しており、コア穴に突き出たリブは軽微なゆがみだけを有して線引きされても残る。
【００４４】
さまざまなモディフィケーション及びバリエーションが本発明の精神と範囲から逸脱することなく、本発明においてなしえることは当業者であれば明らかであろう。例えば、２つのコア・キャピラリを有する二重コア・フォトニック・バンドギャップ・ファイバの製造において、両方のコア穴は、第１の圧力システムに接続され得る。本発明は、１つ、２つ若しくは３つの圧力システムに関して上記したが、当業者であれば、より多くの圧力システムが本発明において使用され得ると認識するだろう。すなわち、本発明は、ここに添付した特許請求の範囲及びそれらの均等の範囲において与えられる本発明のモディフィケーション及びバリエーションをカバーすることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の１つの実施例による微細構造光ファイバの断面図である。
【図２】本発明の他の実施例による微細構造光ファイバの断面図である。
【図３】本発明の他の実施例による微細構造光ファイバの断面図である。
【図４】本発明の１つの実施例による微細構造光ファイバプリフォームの斜視図である。
【図５】微細構造光ファイバを製造するための積層・線引き法の実施例のブロック線図である。
【図６】フォトニック・バンドギャップ・ファイバ・プリフォームのコア欠陥を拡げるために用いられるエッチングプロセスの実施例のブロック線図である。
【図７】１つの材料から形成される微細構造光ファイバ・プリフォームの端面の図である。
【図８】１つの材料から形成される微細構造光ファイバの端面の図である。
【図９】本発明の１つの実施例による微細構造光ファイバ・プリフォームの端面の図である。
【図１０】本発明の１つの実施例による微細構造光ファイバ・プリフォームの端面の図である。
【図１】
2005538029.tif 000003
【図２】
2005538029.tif 000004
【図３】
2005538029.tif 000005
【図４】
2005538029.tif 000006
【図５】
2005538029.tif 000007
【図６】
2005538029.tif 000008
【図７】
2005538029.tif 000009
【図８】
2005538029.tif 000010
【図９】
2005538029.tif 000011
【図１０】
2005538029.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月14日(2005.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長を有する光信号を伝播するための微細構造光ファイバであって、前記微細構造光ファイバは、
前記所定波長における屈折率及び軟化点温度を有する内側材と、前記内側材に形成された複数の穴と、を含む内側領域と、
前記内側領域の周りに配置された外側領域と、を含み、
前記外側領域は前記内側領域を包囲する外側材を含み、前記外側材は前記所定波長での屈折率及び軟化点温度を有し、
前記内側材の前記軟化点温度が少なくとも約５０℃だけ前記外側材の軟化点温度よりも高いことを特徴とする微細構造光ファイバ。
【請求項２】
前記内側領域はコアを含むことを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項３】
前記外側材は実質的にその中に形成される穴を有しないことを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項４】
前記コアは前記内側材に形成された穴を有することを特徴とする請求項１記載の微細構造光ファイバ。
【請求項５】
請求項１記載の前記微細構造光ファイバを含む光通信システム。
【国際調査報告】
2005538029.tif 000013
2005538029.tif 000014
2005538029.tif 000015