(57)【要約】光ファイバーを備え、ファイバーは、第１の外側クラッド領域に包囲された１本以上のコアを有し、第１の外側クラッド領域は、第２の外側クラッド領域によって包囲されており、第１の外側クラッド領域の断面は、第１の外側クラッド部を包囲するいかなる材料よりも屈折率が小さい多数の第１の外側クラッド部を有し、複数の前記第１の外側クラッド部に関し、２つの最も近い位置で隣接する第１の外側クラッド部の間の最短距離が、１．０μｍ未満、もしくは、使用中にファイバーを通して誘導される光の光波長より小さいことを特徴とする物品。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバーを備え、この光ファイバーは、第１の外側クラッド領域に包囲された１本以上のコアを有し、第１の外側クラッド領域は、第２の外側クラッド領域によって包囲されており、第１の外側クラッド領域の断面は、第１の外側クラッド部を包囲するいかなる材料よりも屈折率が小さい多数の第１の外側クラッド部を有し、複数の前記第１の外側クラッド部に対し、２つの最も近い位置で隣接する第１の外側クラッド部の間の最短距離が、１．０μｍよりも小さいか、あるいは、使用中にファイバーを通して誘導される光の光波長よりも小さいことを特徴とする物品。
【請求項２】
コアは、外側クラッドによって包囲されており、外側クラッドは、第１と第２の外側クラッド領域を備え、第１の外側クラッド領域は、コアと第２の外側クラッド領域の間に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の物品。
【請求項３】
第１の外側クラッド領域の断面の内径もしくは内側断面寸法が、１５μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の物品。
【請求項４】
第１の外側クラッド領域の内径または内側断面寸法が、２０μｍ以上であることを特徴とする、請求項３に記載の物品。
【請求項５】
第１の外側クラッド領域の内径または内側断面寸法が、８０〜１２５μｍの範囲内、もしくは１２５〜３５０μｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１または２に記載の物品。
【請求項６】
ファイバーは、多数のコアを備えており、これら多数のコアは、それぞれ、対応する第１の外側クラッド領域に包囲されており、前記コアと第１の外側クラッド領域は、第２の外側クラッド領域によって包囲されており、第１の外側クラッド領域の断面は、それぞれ、外側クラッド部を包囲するいかなる材料より屈折率が小さい第１の外側クラッド部を多数有し、前記第１の外側クラッド領域のそれぞれの、複数の第１の外側クラッド部においては、２つの最も近い位置で隣接する第１の外側クラッド部の間の最短距離が、１．０μｍ未満、もしくは使用中にファイバーを通して誘導される光の光波長よりも小さいことを特徴とする、請求項１に記載の物品。
【請求項７】
光ファイバーを備え、光ファイバーは、多数のコアを備え、前記多数のコアのうち複数が、それぞれ対応する第１の外側クラッド領域によって包囲され、コア及び第１の外側クラッド領域は、第２の外側クラッド領域に包囲され、第１の外側クラッド領域のそれぞれの断面は、第１の外側クラッド部を包囲するいかなる材料よりも屈折率が小さい第１の外側クラッド部を多数備え、前記第１の外側クラッド領域それぞれにおける複数の第１の外側クラッド部において、２つの最も近い位置で隣接する第１の外側クラッド部の間の最短距離は、１．０μｍ未満か、または使用中にファイバーを通して誘導される光の光波長より小さいことを特徴とする物品。
【請求項８】
前記多数のコアが、それぞれ第１の外側クラッド領域によって包囲されていることを特徴とする、請求項６または７に記載の物品。
【請求項９】
それぞれ対応する第１の外側クラッド領域によって包囲されている複数のコアの少なくとも一部が、２つの隣接するコアの第１の外側クラッド領域が、多数の前記第１の外側クラッド部を共有するように配置されていることを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載の物品。
【請求項１０】
第１の外側クラッド領域によって包囲されている複数のコアは、すべて、二つの隣接するコアの第１の外側クラッド領域が、多数の前記第１の外側クラッド部を共有するように配置されていることを特徴とする、請求項９に記載の物品。
【請求項１１】
すべてもしくは多数の第１の外側クラッド領域の断面が、５〜１００μｍの内径もしくは内側断面寸法を有することを特徴とする、請求項６〜１０のいずれかに記載の物品。
【請求項１２】
多数もしくはすべての第１の外側クラッド領域の断面が、３０〜６０μｍの内径もしくは内側断面寸法を有することを特徴とする、請求項６〜１１のいずれかに記載の物品。
【請求項１３】
それぞれ第１の外側クラッド領域によって包囲されている前記すべてもしくは複数のコアが、少なくとも２０本のコアを有することを特徴とする、請求項６〜１２に記載の物品。
【請求項１４】
それぞれ第１の外側クラッド領域によって包囲されている前記すべてもしくは複数のコアが、少なくとも１００本のコアを有することを特徴とする、請求項１３に記載の物品。
【請求項１５】
それぞれ第１の外側クラッド領域によって包囲されている前記すべてもしくは複数のコアが、少なくとも１０００本のコアを有することを特徴とする、請求項１４に記載の物品。
【請求項１６】
それぞれ第１の外側クラッド領域によって包囲されている前記すべてもしくは複数のコアが、３０００本以上のコアを有することを特徴とする、請求項１５に記載の物品。
【請求項１７】
第２の外側クラッド領域が、外側クラッドの一部であり、さらに、第３と第４の外側クラッド領域を有すると共に、第３の外側クラッド領域が第２と第４の外側クラッド領域の間に配置されており、第３の外側クラッド領域の断面が、第３の外側クラッド部を包囲するいかなる材料より小さい屈折率の多数の第３の外側クラッド部を備え、複数の前記第３の外側クラッド部において、２つの最も近い位置で隣接する第３の外側クラッド部の間の最短距離が、１．０μｍ未満、もしくは、使用中にファイバーを通して誘導される光の光波長よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜１６のいずれかに記載の物品。
【請求項１８】
複数の前記第１及び／または第３の外側クラッド部において、２つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部の間の最短距離は、０．５μｍ未満であることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項１９】
複数の前記第１または第３の外側クラッド部において、２つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部の間の最短距離は、０．４μｍ未満であることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項２０】
複数の前記第１または第３の外側クラッド部において、２つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部の間の最短距離は、０．３μｍ未満であることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項２１】
複数の前記第１または第３の外側クラッド部において、２つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部の間の最短距離は、０．２μｍ未満であることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項２２】
複数の前記第１の外側クラッド部において、２つの最も近い位置で隣接する第１の外側クラッド部の間の最短距離が、使用中にファイバーを通して誘導される光の最短光波長よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜２１のいずれかに記載の物品。
【請求項２３】
複数の前記第３の外側クラッド部において、二つの最も近い位置で隣接する第３の外側クラッド部の間の最短距離が、使用中にファイバーを通して誘導される光の最短光波長よりも小さいことを特徴とする、請求項１７〜２２のいずれかに記載の物品。
【請求項２４】
単数または複数のコアの断面寸法は、２５μｍより大きく、例えば５０μｍより大きく、例えば７５μｍより大きく、あるいは、１００μｍより大きくてもよく、それにより、ファイバーがコア内において、マルチモードで光を誘導することができるようになっていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか、または１３〜２３のいずれかに記載の物品。
【請求項２５】
１本以上のコアが、包囲されているコアの実効屈折率より小さい実効屈折率を有する内側クラッド領域によって包囲されており、前記内側クラッド領域は、内側クラッドの一部であることを特徴とする、請求項１〜２４のいずれかに記載の物品。
【請求項２６】
それぞれの内側クラッド領域は、対応する第１の外側クラッド領域によって包囲されていることを特徴とする、請求項２５に記載の物品。
【請求項２７】
１つ以上の外側クラッド領域において、第１の外側クラッド部は、第１の外側クラッド領域の断面積の４５％以上を占めていることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項２８】
第１の外側クラッド領域すべてにおいて、第１の外側クラッド部は、第１の外側クラッド領域の断面積の４５％以上を占めていることを特徴とする、請求項２７に記載の物品。
【請求項２９】
第１の外側クラッド部は、第１の外側クラッドの断面積の５０％以上、例えば、６０％以上、または７０％以上を占めていることを特徴とする、請求項２７または２８に記載の物品。
【請求項３０】
第３の外側クラッド部は、第３の外側クラッドの４５％以上を占めていることを特徴とする、請求項１７〜２９のいずれかに記載の物品。
【請求項３１】
第３の外側クラッド部は、第３の外側クラッドの断面積の５０％以上、例えば、６０％以上、または７０％以上を占めていることを特徴とする、請求項３０に記載の物品。
【請求項３２】
内側クラッドもしくはそれぞれの内側クラッド領域の断面は、単一の内側クラッド部を備えていることを特徴とする、請求項２５〜３１のいずれかに記載の物品。
【請求項３３】
内側クラッドもしくは一つ以上の内側クラッド領域の断面に、２つ以上の内側クラッド部を備えていることを特徴とする、請求項２５〜３１のいずれかに記載の物品。
【請求項３４】
内側クラッドもしくは１つ以上の内側クラッド領域の断面に、１０個未満の内側クラッド部を備えていることを特徴とする、請求項３３に記載の物品。
【請求項３５】
内側クラッド部が、非周期的に配置されていることを特徴とする、請求項３３または３４に記載の物品。
【請求項３６】
光ファイバーは、共通の第１の外側クラッド領域によって包囲された２本以上のコアを備えていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか、または１７〜２５のいずれか、または２７〜３１のいずれかに記載の物品。
【請求項３７】
光ファイバーは、例えば７本以上、例えば、１９本以上、または３７本以上のコアを共通の第１の外側クラッド領域で包囲したものであることを特徴とする、請求項３６に記載の物品。
【請求項３８】
光ファイバーは、略環状に配置した複数のコアを備え、前記複数のコアを、共通の第１の外側クラッド領域によって包囲したことを特徴とする、請求項３６または３７に記載の物品。
【請求項３９】
複数の略環状に配置したコアを内側クラッドの内部に配置して、内側クラッドの大部分を略環状に配置したコアで包囲し、前記内側クラッドの実効屈折率が、前記略環状に配置したコアそれぞれの実効屈折率よりも低くなるように構成したことを特徴とする、請求項３８に記載の物品。
【請求項４０】
１組の２本の最も近い位置で隣接するコアの間の距離が、別の１組の２本の最も近い位置で隣接するコアの間の距離とほぼ等しいことを特徴とする、請求項３６〜３９のいずれかに記載の物品。
【請求項４１】
共通の第１の外側クラッド領域に包囲された前記コアが、それぞれ、包囲されているコアより実効屈折率が小さい内側クラッド領域によって包囲されており、前記内側クラッド領域が、共通の第１の外側クラッド領域によって包囲された内側クラッドの一部であることを特徴とする、請求項３６〜４０のいずれかに記載の物品。
【請求項４２】
内側クラッドの断面は、多数の内側クラッド部を備えていることを特徴とする、請求項３６〜４１のいずれかに記載の物品。
【請求項４３】
内側クラッドは、２個以上の内側クラッド部を備えていることを特徴とする、請求項４２に記載の物品。
【請求項４４】
内側クラッドは、１０個以上の内側クラッド部を備えていることを特徴とする、請求項４３に記載の物品。
【請求項４５】
内側クラッド部の少なくとも一部が、
前記コアのうちの１本を囲む内側クラッド領域において、前記内側クラッド領域が、いくつかの内側クラッド部を備えていることを特徴とする、請求項４２〜４４のいずれかに記載の物品。
【請求項４６】
内側クラッド領域の内側クラッド部を、周期的に配置したことを特徴とする、請求項４５に記載の物品。
【請求項４７】
光ファイバーは、前記内側クラッド内で周期的に配分された多数の内側クラッド部を有する内側クラッドによって包囲されたコアを備え、前記内側クラッドは、第１の外側クラッド領域によって包囲されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか、または１７〜２４のいずれか、または２７〜３１のいずれかに記載の物品。
【請求項４８】
コアは、コア部を包囲しているコア材料より屈折率が小さいコア部を備えていることを特徴とする、請求項４７に記載の物品。
【請求項４９】
内側クラッド部の周期的配置が、内側クラッドの中心から半径方向に、４または５周期以上であることを特徴とする、請求項４７または４８に記載の物品。
【請求項５０】
第１の外側クラッド部は、非円形対称に配置されていることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項５１】
第１の外側クラッド領域の断面は、略六角形状であることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項５２】
異なる寸法の第１の外側クラッド部が存在することを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項５３】
第１または第３の外側クラッド部または内側クラッド部が、間隙であることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項５４】
第１または第３の外側クラッド部または内側クラッド部には、真空、空気、気体、液体、重合体、またはそれらの組み合わせが充填されていることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項５５】
内側クラッド領域によって包囲されたコアの断面寸法は、１０μｍ未満であることを特徴とする、請求項２５〜５４のいずれかに記載の物品。
【請求項５６】
コアは、Ｇｅ（ゲルマニウム），Ａｌ（アルミニウム），Ｐ（リン），Ｓｎ（スズ）及びＢ（ホウ素）からなる群中の一部材以上を含むことを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項５７】
コアは、Ｅｒ（エルビウム），Ｙｂ（イッテルビウム），Ｎｄ（ネオジム），Ｌａ（ランタン），Ｈｏ（ホルミウム），Ｄｙ（ジスプロシウム）及び／またはＴｍ（ツリウム）などの希土類のうちの１種類以上を含むことを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項５８】
ファイバーが、少なくともファイバーの長さの一部に沿って、長周期格子またはファイバーブラッグ格子を有することを特徴とする、請求項５７に記載の物品。
【請求項５９】
ファイバーは、シリカ、カルコゲン、または他のタイプのガラスである背景材料を含むことを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項６０】
ファイバーは、重合体である背景材料を含むことを特徴とする、請求項１から５８のいずれかに記載の物品。
【請求項６１】
前記物品が、クラッドポンプファイバーレーザまたは増幅器であることを特徴とする、請求項２５〜６０のいずれかに記載の物品。
【請求項６２】
前記物品は、ポンプ放射源と１本の前記光ファイバーを備えたクラッドポンプ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２５〜６１に記載の物品。
【請求項６３】
前記最短光波長は、前記ポンプ放射源の波長によって決定することができることを特徴とする、請求項２２または２３または６２に記載の物品。
【請求項６４】
前記光ファイバーの断面は、ファイバーの全長に渡り、内側クラッド領域が非均一形状であることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項６５】
第１及び／または第３の外側クラッド部は、周期的に配分されていることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項６６】
内側クラッド領域は、コアで生成された光のリザーバとして作用することを特徴とする、請求項２５から６５のいずれかに記載の物品。
【請求項６７】
光ファイバーは、２本以上のコアを備えていることを特徴とする、請求項２５から６６のいずれかに記載の物品。
【請求項６８】
前記２本以上のコアは、高出力広帯域増幅用に構成されていることを特徴とする、請求項６７に記載の物品。
【請求項６９】
ファイバーコア材料は、内側クラッド領域の背景材料と同じであることを特徴とする、請求項３２〜６８のいずれかに記載の物品。
【請求項７０】
前記光ファイバーは、両方向に光をポンピングすることを特徴とする、請求項２５〜６９のいずれかに記載の物品。
【請求項７１】
前記第１の外側クラッド部の大部分または全体において、２つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部間の最短距離が１．０μｍ未満であることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項７２】
前記第１の外側クラッド部の大部分または全体において、二つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部の間の最短距離は、０．５μｍ未満、０．４μｍ未満、０．３μｍ未満、または０．２μｍ未満であることを特徴とする、請求項７１に記載の物品。
【請求項７３】
前記第１の外側クラッド部の大部分もしくは全体において、二つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部の間の最短距離が、使用中にファイバーを通して誘導される光の光波長よりも小さいことを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項７４】
前記第１の外側クラッド部の大部分もしくは全体において、２つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部の間の最短距離が、使用中にファイバーを通して誘導される光の最短光波長よりも小さいことを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項７５】
第３の外側クラッド部の大部分または全体において、最も近い位置で隣接する外側クラッド部の間の最短距離が、１．０μｍ未満であることを特徴とする、請求項１７から７４のいずれかに記載の物品。
【請求項７６】
前記第３の外側クラッド部の大部分または全体において、２つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部の間の最短距離は、０．５μｍ未満、０．４μｍ未満、０．３μｍ未満、または０．２μｍ未満であることを特徴とする、請求項７５に記載の物品。
【請求項７７】
前記第３の外側クラッド部の大部分または全体において、２つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部の間の最短距離は、使用中にファイバーを通して誘導される光の光波長よりも小さいことを特徴とする、請求項１７から７６のいずれかに記載の物品。
【請求項７８】
前記第３の外側クラッド部の大部分または全体において、２つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部の間の最短距離は、使用中にファイバーを通して誘導される光の最短光波長より小さいことを特徴とする、請求項１７〜７７のいずれかに記載の物品。
【請求項７９】
外側クラッドの実効屈折率が、すべてのコアの実効屈折率よりも小さいことを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項８０】
外側クラッドの実効屈折率は、内側クラッドまたは内側クラッド領域の実効屈折率よりも小さいことを特徴とする、請求項２５〜７９のいずれかに記載の物品。
【請求項８１】
第２の外側クラッド領域は、均質材料から形成されていることを特徴とする、請求項１７〜８０に記載の物品。
【請求項８２】
第１の外側クラッド部の最大断面寸法は、１０μｍ以下であることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項８３】
第１の外側クラッド部の最大断面寸法は、３μｍ以下であることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項８４】
内側クラッドが背景材料と複数のクラッド部を有し、前記クラッド部は、内側クラッドの背景材料の屈折率より大きいか、または小さいことを特徴とする、請求項２５〜２６のいずれか、もしくは２７〜３１のいずれか、もしくは３３〜８３のいずれか一つに記載の物品。
【請求項８５】
内側クラッド部の屈折率は、背景材料の屈折率よりも小さいことを特徴とする、請求項８４に記載の物品。
【請求項８６】
内側クラッド部は間隙であることを特徴とする、請求項８４または８５に記載の物品。
【請求項８７】
内側クラッド部には、空気、気体、液体または重合体、あるいはそれらの組み合わせを充填してあることを特徴とする、請求項８１〜８６のいずれかに記載の物品。
【請求項８８】
内側クラッド部の屈折率は、背景材料の屈折率よりも小さく、内側クラッド部の断面径もしくは寸法は、隣接する内側クラッド部の中心間の間隔の０．３〜０．６倍、好ましくは０．３〜０．５倍、さらに好ましくは０．２〜０．３倍、最も好ましくは０．２２〜０．２８倍であることを特徴とする、請求項８１〜８７のいずれかに記載の物品。
【請求項８９】
隣接する内側クラッド部の間の中心間の間隔は、中心間の間隔の平均であることを特徴とする、請求項８８に記載の物品。
【請求項９０】
中心間の間隔は、５μｍよりも大きく、例えば、８〜１２μｍ、または、約１０μｍであることを特徴とする、請求項８８または８９に記載の物品。
【請求項９１】
コアは、屈折率を、内側クラッドの背景材料の屈折率より上げ下げするためのドーパントを１種類以上含むことを特徴とする、請求項８１〜９０のいずれかに記載の物品。
【請求項９２】
内側クラッドの外径は、６０〜４００μｍの範囲内、または２００〜４００μｍの範囲内であることを特徴とする、請求項８１〜９１のいずれかに記載の物品。
【請求項９３】
光ファイバーは、第１の端部と第２の端部を有する長い形状であり、第１の端部の第１の外側クラッド部の断面積は、第２の端部の第１の外側クラッド部のどの部分の断面積よりも大きいことを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項９４】
第２の端部には、第１の外側クラッド部を備えていないか、もしくは、第１の外側クラッド部は、第２の端部において完全に潰して形成してあることを特徴とする、請求項９３に記載の物品。
【請求項９５】
光ファイバーは、第１の端部と第２の端部を有する長い形状であり、第１の端部における第３の外側クラッド部の断面積は、第２の端部における第３の外側クラッド部の断面積よりも大きいことを特徴とする、請求項１７〜９４のいずれかに記載の物品。
【請求項９６】
第２の端部は、第３の外側クラッド部を備えていないか、もしくは、第３の外側クラッド部を、第２の端部において、完全に潰して形成してあることを特徴とする、請求項９５に記載の物品。
【請求項９７】
第１の外側クラッド部が、ファイバーの軸方向に延在する長い形状であることを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項９８】
第３の外側クラッド部が、ファイバーの軸方向に延在する長い形状であることを特徴とする、請求項１７〜９７のいずれかに記載の物品。
【請求項９９】
内側クラッド部が、ファイバーの軸方向に延在する長い形状であることを特徴とする、請求項３２〜９８のいずれかに記載の物品。
【請求項１００】
第１の外側クラッド部を包囲する背景材料、または、隣接する第１の外側クラッド部の間の領域を充填するブリッジ材料の屈折率は、内側クラッドの背景材料の屈折率よりも小さいことを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の物品。
【請求項１０１】
第１の外側クラッド部を包囲する背景材料、または隣接する第１の外側クラッド部の間を充填するブリッジ材料の屈折率は、内側クラッドの背景材料の屈折率より４％小さく、例えば、３％、または２％、あるいは１％小さいことを特徴とする、請求項１００に記載の物品。
【請求項１０２】
コアの屈折率と内側クラッドの背景材料の屈折率との違いは、１．０％未満であり、例えば、０．５％未満、または０．２％未満、あるいは、０．１％未満、もしくは０．０５％未満であることを特徴とする、請求項１００または１０１に記載の物品。
【請求項１０３】
コアの屈折率が、内側クラッドの背景材料の屈折率以上であることを特徴とする、請求項１０２に記載の物品。
【請求項１０４】
コアの屈折率が、内側クラッドの背景材料の屈折率以下であることを特徴とする、請求項１０２に記載の物品。
【請求項１０５】
物品が、内視鏡であることを特徴とする、請求項６〜１００のいずれかに記載の物品。
【請求項１０６】
１つ以上の所定の波長の光を誘導するための光ファイバーであって、光ファイバーは、長手の方向とそれに垂直な断面を有し、光ファイバーは、
（ａ）１つ以上のコア領域（５２，１８０，２４１，２５０，２５１，２６２）と、
（ｂ）クラッド領域とを備え、前記クラッド領域は、
外側クラッドを備え、前期外側クラッドは、
（ｉ）１つ以上の第１の外側クラッド領域を備え、前記第１の外側クラッド領域は、第１の外側クラッド背景材料と複数の第１の外側クラッド部（５０，５１，１８１，２４２）とを備え、前記第１の外側クラッド部は、前記第１の外側クラッド背景材料より屈折率が小さく、前記１つ以上のコア領域を包囲しており、さらに
（ｉｉ）１つ以上のさらに外側のクラッド領域（５４，１７１，１７２，１７３，１８２，２４０）を備え、前記１つ以上のさらに外側のクラッド領域は、それぞれ、さらに外側のクラッド背景材料を有し、前記第１の外側クラッド領域を包囲しており、
さらに、複数の前記第１の外側クラッド部において、２つの最も近い位置で隣接する第１の外側クラッド部の最短距離は、１つ以上の所定の波長を有する前記光の波長より短いことを特徴とする、光ファイバー。
【請求項１０７】
さらに、内側クラッド領域（５３，１０２，２０１）を有し、前記内側クラッド領域は、内側クラッド背景材料を含むことを特徴とする、請求項１０６に記載の光ファイバー。
【請求項１０８】
前記内側クラッド領域が、１つ以上の内側クラッド部（１０１，２０２）を有することを特徴とする、請求項１０６または１０７に記載の光ファイバー。
【請求項１０９】
コアが、外側クラッドによって包囲されており、外側クラッドは、第１と、さらに外側のクラッド領域を備え、第１の外側クラッド領域は、コアとさらに外側クラッド領域との間に配置されていることを特徴とする、請求項１０６に記載の光ファイバー。
【請求項１１０】
断面における第１の外側クラッド領域の内径もしくは内側断面寸法は、１５μｍ以上であることを特徴とする、請求項１０６〜１０９のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１１１】
第１の外側クラッド領域の内径または内側断面寸法は、２０μｍ以上であることを特徴とする、請求項１０６〜１１０のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１１２】
第１の外側クラッド領域の内径または内側断面寸法が、８０〜１２５μｍの範囲内もしくは１２５〜３５０μｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１０６〜１１１のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１１３】
前記一つ以上のコア領域は、それぞれ、対応する第１の外側クラッド領域に包囲されていることを特徴とする、請求項１０６〜１１２のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１１４】
前記１つ以上のコア領域は、共通の第１の外側クラッド領域によって包囲されていることを特徴とする、請求項１０６〜１１３のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１１５】
それぞれが対応する第１の外側クラッド領域に包囲されている複数のコアの少なくとも一部が、２つの隣接するコアの第１の外側クラッド領域が、多数の前記第１の外側クラッド部を共有するように配置されていることを特徴とする、請求項１０６〜１１４のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１１６】
それぞれが第１の外側クラッド領域に包囲された複数のコアのすべてが、２つの隣接するコアの第１の外側クラッド領域が、多数の前記第１の外側クラッド部を共有するように配置されていることを特徴とする、請求項１０６〜１１５のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１１７】
すべてもしくは多数の第１の外側クラッド領域の断面が、５〜１００μｍの内径もしくは内側断面寸法を有することを特徴とする、請求項１０６〜１１６のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１１８】
すべてもしくは多数の第１の外側クラッド領域の断面が、３０〜６０μｍの内径もしくは内側断面寸法を有することを特徴とする、請求項１０６〜１１７のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１１９】
それぞれ第１の外側クラッド領域によって包囲されている前記複数のコアが、２０本以上のコアを有し、好ましくは１００本のコアを有し、さらに好ましくは１０００本以上のコアを有し、特に３０００以上本のコアを有することを特徴とする、請求項１０６〜１１８のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１２０】
複数の前記第１の外側クラッド部において、２つの最も近い位置で隣接する外側クラッド領域の間の最短距離が、１．０μｍより小さく、好ましくは０．８μｍより小さく、さらに好ましくは０．７μｍより小さく、またさらに好ましくは０．６μｍより小さく、最も好ましくは０．５μｍより小さく、さらに特別好ましくは０．４μｍより小さく、さらに好ましくは０．３μｍより小さく、最も好ましくは０．２μｍより小さいことを特徴とする、請求項１０６〜１１９のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１２１】
２つ以上の所定の波長で誘導され、複数の前記第１の外側クラッド部において、２つの最も近い位置で隣接する第１の外側クラッド部の間の最短距離が、ファイバーを通して誘導される光の最短光波長よりも短いことを特徴とする、請求項１０６〜１２０のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１２２】
単数または複数のコアの断面寸法は、２５μｍより大きく、例えば５０μｍより大きく、例えば７５μｍより大きいか、あるいは、１００μｍより大きくてもよく、それにより、ファイバーが、コア内においてマルチモードで光を誘導することができるようになることを特徴とする請求項１０６〜１２１のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１２３】
１本以上のコアが、包囲されているコアの実効屈折率より小さい実効屈折率を有する内側クラッド領域によって包囲されており、前記内側クラッド領域は内側クラッドの一部であることを特徴とする、請求項１０６〜１２２のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１２４】
それぞれの内側クラッド領域は、対応する第１の外側クラッド領域によって包囲されていることを特徴とする、請求項１０６〜１２３のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１２５】
一つ以上の第１の外側クラッド領域において、第１の外側クラッド部は、第１の外側クラッド領域の断面積の４５％以上を占めていることを特徴とする、請求項１０６〜１２４のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１２６】
第１の外側クラッド領域すべてにおいて、第１の外側クラッド部は、第１の外側クラッド領域の断面積の４５％以上を占めていることを特徴とする、請求項１０６〜１２５のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１２７】
第１の外側クラッド部は、第１の外側クラッドの断面積の５０％以上、例えば、６０％以上、または７０％以上を占めていることを特徴とする、請求項１０６〜１２６のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１２８】
内側クラッドもしくは１つ以上の内側クラッド領域の断面は、単一の内側クラッド部を備えていることを特徴とする、請求項１０６〜１２７のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１２９】
内側クラッドもしくは１つ以上の内側クラッド領域の断面には、２つ以上の内側クラッド部を備えていることを特徴とする、請求項１０６〜１２８のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１３０】
内側クラッドもしくはそれぞれの内側クラッド領域の断面には、１０個未満の内側クラッド部を備えていることを特徴とする、請求項１０６〜１２９のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１３１】
内側クラッド部が、非周期的に配置されていることを特徴とする、請求項１０６〜１３０のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１３２】
光ファイバーは、共通の第１の外側クラッド領域によって包囲された２本以上のコアを備えることを特徴とする、請求項１０６〜１３１のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１３３】
光ファイバーは、例えば７本以上、例えば、１９本以上、または３７本以上を共通の第１の外側クラッド領域で包囲したものであることを特徴とする、請求項１０６〜１３２のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１３４】
光ファイバーは、略環状に配置した複数のコアを備え、前記複数のコアを共通の第１の外側クラッド領域によって包囲したことを特徴とする、請求項１０６〜１３３のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１３５】
光ファイバーが、前記内側クラッド内に周期的に分配された多数の内側クラッド部を有する内側クラッドによって包囲されたコアを備え、前記内側クラッドは、第１の外側クラッド領域によって包囲されていることを特徴とする、請求項１０６〜１３４のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１３６】
コアが、コア部を包囲するコア材料の屈折率より小さい屈折率のコア部を備えていることを特徴とする、請求項１０６〜１３５のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１３７】
内側クラッド部の周期的配置が、内側クラッドの中心から半径方向に４または５周期以上であることを特徴とする、請求項１０６〜１３６のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１３８】
第１の外側クラッド部は、非円形対称に配置されていることを特徴とする、請求項１０６〜１３７のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１３９】
第１の外側クラッド領域の断面は略六角形状であることを特徴とする、請求項１０６〜１３８のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１４０】
異なる寸法の第１の外側クラッド部が存在することを特徴とする、請求項１０６〜１３９のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１４１】
第１の外側クラッド部が、間隙であることを特徴とする、請求項１０６〜１４０のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１４２】
第１の外側クラッド部には、真空、空気、気体、液体、重合体、またはそれらの組み合わせが充填されていることを特徴とする、請求項１０６〜１４１のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１４３】
内側クラッド領域によって包囲された単数または複数のコアの断面寸法は、１０μｍ未満であることを特徴とする、請求項１０６〜１４２のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１４４】
単数または複数のコアは、Ｇｅ，Ａｌ，Ｐ，Ｓｎ及びＢからなる群中の一部材以上を含むことを特徴とする、請求項１０６〜１４３のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１４５】
単数または複数のコアは、Ｅｒ，Ｙｂ，Ｎｄ，Ｌａ，Ｈｏ，Ｄｙ及び／またはＴｍなどの希土類のうちの１種類以上を含むことを特徴とする、請求項１０６〜１４４のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１４６】
ファイバーが、少なくともファイバー長の一部に沿って、長周期格子またはファイバーブラッグ格子を有することを特徴とする、請求項１０６〜１４５のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１４７】
ファイバーは、シリカ、カルコゲン、または他のタイプのガラスである背景材料を含むことを特徴とする、請求項１０６〜１４６のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１４８】
ファイバーは、重合体である背景材料を含むことを特徴とする、請求項１０６〜１４７のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１４９】
光ファイバーが、クラッドポンプファイバーレーザまたは増幅器であることを特徴とする、請求項１０６〜１４８のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１５０】
光ファイバーは、ポンプ放射源と１本の前記光ファイバーを備えたクラッドポンプ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１０６〜１４９のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１５１】
前記所定の波長は、前記ポンプ放射源の波長によって決定することができることを特徴とする、請求項１０６〜１５０のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１５２】
前記光ファイバーの断面は、ファイバーの全長に渡り、内側クラッド領域が非均一形状であることを特徴とする、請求項１０６〜１５１のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１５３】
第１の外側クラッド部は、周期的に配分されていることを特徴とする、請求項１０６〜１５２のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１５４】
内側クラッド領域は、コアで生成された光のリザーバとして作用することを特徴とする、請求項１０６〜１５３のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１５５】
光ファイバーは、２本以上のコアを備えていることを特徴とする、請求項１０６〜１５４のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１５６】
前記２本以上のコアは、高出力広帯域増幅用に構成されていることを特徴とする、請求項１０６〜１５５のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１５７】
ファイバーコア材料は、内側クラッド領域の背景材料と同じであることを特徴とする、請求項１０６〜１５６のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１５８】
前記光ファイバーは、両方向に光をポンピングすることを特徴とする、請求項１０６〜１５７のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１５９】
前記第１の外側クラッド部の大部分または全体において、二つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部間の最短距離が１．０μｍ未満であることを特徴とする、請求項１０６〜１５８のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１６０】
前記第１の外側クラッド部の大部分または全体において、二つの最も近い位置に隣接する外側クラッド部の間の最短距離は、例えば、０．５μｍ未満、０．４μｍ未満、０．３μｍ未満、または０．２μｍ未満であることを特徴とする、請求項１０６〜１５９のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１６１】
前記第１の外側クラッド部の大部分もしくは全体において、二つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部の間の最短距離が、所定の波長より小さいことを特徴とする、請求項１０６〜１６０のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１６２】
第２の外側クラッド領域は、均質材料から形成することを特徴とする、請求項１０６〜１６１のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１６３】
第１の外側クラッド部の最大断面寸法は、１０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１０６〜１６２のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１６４】
第１の外側クラッド部の最大断面寸法は、３μｍ以下であることを特徴とする、請求項１０６〜１６３のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１６５】
内側クラッドが、背景材料と複数のクラッド部を有し、前記クラッド部は、背景材料の屈折率より大きいか、または小さいことを特徴とする、請求項１０６〜１６４のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１６６】
内側クラッド部の屈折率は、背景材料の屈折率より小さいことを特徴とする、請求項１０６〜１６５のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１６７】
内側クラッド部は間隙であることを特徴とする、請求項１０６〜１６６のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１６８】
内側クラッド部には、空気、気体、液体または重合体、あるいはそれらの組み合わせを充填することを特徴とする、請求項１０６〜１６７のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１６９】
内側クラッド部の屈折率は、背景材料の屈折率より低く、内側クラッド部の断面径もしくは寸法は、隣接する内側クラッド部の中心間の間隔の０．３〜０．６倍、好ましくは０．３〜０．５倍、さらに好ましくは０．２〜０．３倍、最も好ましくは０．２２〜０．２８倍であることを特徴とする、請求項１０６〜１６８のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１７０】
隣接する内側クラッド部の間の中心間の間隔は、中心間の間隔の平均であることを特徴とする、請求項１０６〜１６９のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１７１】
中心間の間隔は、５μｍより大きく、例えば、８〜１２μｍ、または、約１０μｍであることを特徴とする、請求項１０６〜１７０のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１７２】
コアは、屈折率を、内側クラッドの背景材料の屈折率より上げ下げするためのドーパントを１種類以上含むことを特徴とする、請求項１０６〜１７１のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１７３】
内側クラッドの外径は、６０〜４００μｍの範囲内または２００〜４００μｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１０６〜１７２のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１７４】
光ファイバーは、第１の端部と第２の端部を有する長手の形状であり、第１の端部の第１の外側クラッド部の断面積は、第２の端部の第１の外側クラッド部のどの部分の断面積より大きいことを特徴とする、請求項１０６〜１７３のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１７５】
第２の端部には、第１の外側クラッド部を備えていない、もしくは、第１の外側クラッド部は、第２の端部において完全に潰して形成してあることを特徴とする、請求項１０６〜１７４のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１７６】
第１の外側クラッド部が、ファイバーの軸方向に延在する長手の形状であることを特徴とする、請求項１０６〜１７５のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１７７】
内側クラッド部が、ファイバーの軸方向に延在する長手の形状であることを特徴とする、請求項１０６〜１７６のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１７８】
第１の外側クラッド部を包囲する背景材料または、隣接する第１の外側クラッド部の間の領域を充填するブリッジ材料の屈折率は、内側クラッドの背景材料の屈折率より小さいことを特徴とする、請求項１０６〜１７７のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１７９】
第１の外側クラッド部を包囲する背景材料または、隣接する第１の外側クラッド部の間の領域を充填するブリッジ材料の屈折率は、内側クラッドの背景材料の屈折率より４％小さく、例えば、３％、または２％、あるいは１％小さいことを特徴とする、請求項１０６〜１７８のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１８０】
コアの屈折率と内側クラッドの背景材料の屈折率との違いが１．０％未満であり、例えば、０．５％未満、または０．２％未満、あるいは、０．１％未満、もしくは０．０５％未満であることを特徴とする、請求項１０６〜１７９のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１８１】
コアの屈折率が、内側クラッドの背景材料の屈折率以上であることを特徴とする、請求項１０６〜１８０のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１８２】
コアの屈折率が、内側クラッドの背景材料の屈折率以下であることを特徴とする、請求項１０６〜１８１のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１８３】
光ファイバーが、内視鏡であることを特徴とする、請求項１０６〜１８２のいずれか１つに記載の光ファイバー。
【請求項１８４】
一つ以上の所定の波長の光を誘導するための光ファイバーの製造方法であり、前記方法は、
（ａ）母材を準備する工程を含み、前記母材は、
（ｖｉ）光ファイバーのコア領域（５２）を提供する一つ以上の中心母材要素（１４４）を含み、前記中心母材要素は、ロッド、管、またはその組み合わせからなる群から選択した１つ以上の要素と、
（ｖｉｉ）光ファイバーの内側クラッド領域（５３）を提供するための、複数の内側クラッド母材要素（１４２，１４３）であって、前記内側クラッド母材要素は、ロッド、管、またはその組み合わせからなる群から選択した一つ以上の要素を備えるものと、
（ｖｉｉｉ）光ファイバーの第１の外側クラッド領域を提供するための、複数の第１の外側クラッド母材要素（１４１）であって、前記第１の外側クラッド母材要素は、ロッド、管、またはその組み合わせからなる群から選択した複数の要素を備えるものと、
（ｉｘ）任意で、光ファイバーの、一つ以上のさらに外側のクラッド領域を提供するため、複数のさらに外側のクラッド母材要素であって、前記さらに外側のクラッド母材要素は、ロッド、管、またはその組み合わせからなる群から選択した複数の要素を備えるものと、
（ｘ）光ファイバーの外径を提供するためのオーバークラッド母材要素（１４０）であって、前記オーバークラッド母材要素は、管形状の要素を備えるものとを含み、
（ｂ）さらに、前記母材をファイバー内に引き入れる工程を備え、
前記第１の外側クラッド母材要素は、光ファイバーの二つの隣接する第１の外側クラッド要素間の最短距離が、光ファイバーにおいて伝達される一つ以上の所定の波長を有する前記光の波長より小さくなるように配置されていることを特徴とする方法。
【請求項１８５】
前記第１の外側クラッド母材要素が、光ファイバーの二つの隣接する第１の外側クラッド要素の間の最短距離が、１．０μｍより小さくなるように配置されていることを特徴とする、請求項１８４に記載の方法。
【請求項１８６】
前記一つ以上の中心母材要素が、希土類要素でドーピングされていることを特徴とする、請求項１８４または１８５に記載の方法。
【請求項１８７】
前記複数の内側クラッド母材要素が、非ドープシリカから形成されていることを特徴とする、請求項１８４〜１８６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８８】
前記複数の内側クラッド母材要素が、空気を含む毛細管から構成されていることを特徴とする、請求項１８４〜１８７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８９】
前記第１の外側クラッド母材要素が、空気を含む毛細管から構成されており、前記毛細管は、前記内側クラッド母材要素の毛細管によって提供される空気充填率より高い空気充填率を含むことを特徴とする、請求項１８４〜１８８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９０】
前記管とロッドが、円形、四角形または長方形の断面形状を有することを特徴とする、請求項１８４〜１８９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９１】
前記延伸ファイバーが、その全長に渡り異なる外形を有しており、好ましくは、前記延伸ファイバー（１６０）は、一端（１６２）が円形であり、他端が（１６１）が長方形であることを特徴とする、請求項１８４〜１９０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９２】
光レーザ、光増幅器、または内視鏡において、請求項１から１０５に記載の、または、請求項１８４〜１９１のいずれかに記載の方法によって製造した光ファイバーの使用。
【請求項１９３】
前記光レーザが、高出力レーザであり、好ましくはクラッドポンプレーザであることを特徴とする、請求項１９２に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁導波路に関するものであり、特に、高出力用マルチモード光ファイバーや、希土類ドーパントをコア及び／またはクラッド領域に有するとともに、高出力増幅またはレージング用に設計された導波特性を有する光ファイバーなどのような、高開口数の光ファイバー、その製造方法並びにその使用法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ここ数年、クラッドポンプファイバーレーザ及び増幅器は、研究所においては基本的な設備となっている。比較的小さい屈折率の領域によって包囲された比較的高屈折率の領域を有する従来の光ファイバーとは異なり、クラッド、クラッドポンプ（または二重クラッド）ファイバーは、中間屈折率の領域によって包囲された高屈折率コアを備え、この中間屈折率の領域は、光を誘導する役割を果たす低屈折率の領域（典型的には重合体）によって包囲されている。
【０００３】
例えば、二重クラッドファイバーは、高出力（クラッドポンプ）レーザ及び増幅器で使用することができる。このような構成要素において、ダイオードアレイなどのような輝度の低い光源からのポンプ光は、内側クラッドの断面積が大きく、開口数が大きいため、二重クラッドファイバーの内側クラッドへ容易に結合することができる。
【０００４】
マルチモードポンプ光は、コアを横切ると希土類ドーパントによって吸収されるので、ポンプ光とコアとの重なり部分の面積を大きくするため、内側クラッドは、非円形に形成されていることが多い。この点において、円形の内側クラッドを使用する場合の問題の１つとして、例えば、螺旋形状の光線すなわち、コア領域とあまり重なることのない光線のような、いわゆるスキュー光線の励起の可能性があり、よって、コア内に位置する希土類材料を効率よくポンピングできないという点が挙げられる。
【０００５】
このような二重クラッド設計の背後にある考えについて、最近の文献（例えば、非特許文献１）に記載されている。しかし、その著者であるベッカー氏他によって、内側クラッドは、低屈折率重合体の第２のクラッドによって包囲されたガラスクラッドであることが多く、これによって、内側クラッドが誘導構造体となる。ポンプ光は、ファイバーの端部からドープされていないクラッドの中に入射すると、マルチモード方式で伝播し、ファイバー内を進む間にドープされたコアと相互作用する。
【０００６】
高出力ファイバーレーザの評価において、ベッカー氏他は、放射線の内側のシングルモードコアへの結合を効率よく行うためには、長方形のマルチモード部（内側クラッド）が好ましく、ダイオードレーザポンプの幾何学的アスペクト比と適合すると述べている。このタイプのファイバーレーザの出力は、シングルモードファイバーコアによってシングルモードに抑制されるため、輝度変換器（大域マルチモードからシングルモードへ）と呼ばれることもある。
【０００７】
高出力ファイバーレーザは、固体レーザを交換するために使用されることが多い。設計が良好なファイバーレーザは熱特性、信頼性、単純性、及びコンパクト性に優れている（例えば非特許文献２）。
【０００８】
クラッドポンプレーザ及び増幅器は、高出力エルビウムドープファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）とラマン増幅器だけでなく、光パラメータ生成器及び非線形周波数変換器用のシングル周波数ポンプソースなどのような、より伝統的な適用方法において使用できる。また、自由空間光通信リンク、高ピークパワーレーザ源などのような適用方法も必要であり、高出力であるとともに、クラッドポンプであり、パルス位置調整シード発信器を有する、Ｙｂドープファイバー増幅器などがその潜在的候補である（例えば非特許文献３）。
【０００９】
これらの原理は、他の波長での操作を行う他の希土類イオンドープファバーにも当てはまる。興味深い可能性として、クラッドポンプ長波長帯エルビウムドープファイバー増幅器における増幅自然放射光（ＡＳＥ）がある（例えば非特許文献４）。ここでは、クラッドポンピングを使用することにより、ポンピングの指向性効果は、クラッド領域を増加することにより、著しく減るということを示している。実際は、クラッド領域が大きいと、ファイバー全長に渡るポンプ力の配分がより均一になり、短波長ゲインとＡＳＥ力の構築を阻止することができる。
【００１０】
最近、いわゆる超小型構造を特徴とする新型光ファイバーが提案されてきている。このタイプの光ファイバー（例えば超小型構造ファイバー、光結晶ファイバー、穴あきファイバー、光バンドギャップファイバーなどの呼び名で呼ばれている）は、様々な文献において説明されている。例えば、光バンドギャップ（ＰＢＧ）構造のクラッドを有するファイバー（例えば非特許文献５、及び特許文献１及び２）や、全反射（ＴＩＲ）を変更して光が伝達されるファイバーなどがある（例えば、特許文献３、非特許文献６、７）。この文献には、主にＴＩＲによって誘導されるファイバーも含まれている。超小型構造ファイバーは、従来のファイバーでは得ることができない光誘導特性を呈することで知られている。
【００１１】
ファイバーの内部に結合できるポンプ光の量を増やすため、新しいエアクラッドファイバー設計も開示されており、改善されたポンプ放射のファイバーへの結合を容易に行えるようにしたクラッドポンプ光ファイバー構造を提案している（例えば特許文献４）。また、ファイバーの別の局面において、内側クラッドを外側構造体から光学的に隔離して、再被覆によって紫外線（ＵＶ）でファイバー内に書かれたブラッグ格子の光特性が変化しないように工夫している。
【００１２】
この技術によるファイバーは、実効屈折率が従来技術より実質的に低いクラッド領域を設けたため、開口数（ＮＡ）が増えている。これは、第１の外側クラッド領域を実質的にエアクラッド領域としたことによって達成している。
【００１３】
イッテルビウムドープに関連する超小型構造ファイバーもしくは光結晶ファイバーの適用についても報告されている（例えば非特許文献８）。
【００１４】
さらに、高出力レベルが好ましくない非線形または物理的ダメージを引き起こす事実に関してもごく最近論じられるようになってきた（例えば非特許文献９）。ここで提案されている手法では、イッテルビウム共ドープの光結晶ファイバーのシングルモードとラージモードの領域の特性を組み合わせている。
【００１５】
さらに、ここでは、ＰＣＦ内のドープ領域はそれ自体では導波路を形成しないので注意が必要であると指摘されている。これを回避するため、提案されたイッテルビウムドープファイバーのコアは、それぞれ直径が２５０ｎｍ以下の４２５のドープ領域を有する超小型構造とされており、数パーセントのわずかなドープガラスを充填した領域を有する実効屈折率媒体を形成して、高出力の誘導ができないように構成している。
【００１６】
ここでは、さらに、この技術の可能性について、コアを大きくし、出力を高くするとともに、高開口数二重クラッド超小型構造を利用してダイオードレーザアレイからポンピングできる有効なクラッドを形成できると述べている。
【００１７】
最近の文献では、Ｄ字型内側クラッドを有するファイバーのポンプ力の吸収の最適化について述べている（例えば、非特許文献１０）。ここでは、Ｄ字型ファイバーの内側クラッドの横断面における光線軌道を使うことにより、（上述のスキュー光線を回避して）ポンピングの配分を良好にできると主張している。
【００１８】
また、例えば、クラッドポンプ装置のレーザとして使用する超小型構造ファイバーもある（例えば、特許文献５）。このファイバーは、多数（１０個以上）の低屈折率部が一定間隔で配置された超小型構造内側クラッドを有することを特徴とするものである。このファイバーの内側クラッドは、さらに、例えば、円形または矩形などのような、対称的な外形を有することを特徴としている。
【００１９】
特許文献４においては、高ＮＡを実現するため、第１の外側クラッド領域（エアクラッドとも称する）は、“比較的大きい範囲が空の空間であり、第１の外側クラッドの比較的小さい領域（典型的には５０％未満、好ましくは２５％未満）が、第２の外側クラッド領域を内側クラッド領域に対して固定する支持構造体（ウェブ）とする”としている。
【００２０】
しかし、本発明の詳しい説明において示すように、内側クラッドの高ＮＡを実現するためには、ファイバーに空気を大量に充填したエアクラッド領域を設けるだけでは必ずしも十分でないことを証明している。実際、本発明者は、高ＮＡを実現するために内側クラッドに誘導された光の波長に対する“ウェブ”の糸の太さに関し、特殊な方法で設計された“ウェブ”を設ける必要性を証明している。
【００２１】
“ウェブ”が高ＮＡに対して最適化されていないことが、特許文献４のファイバーの欠点である。
【００２２】
内側クラッドの断面が略円形であることも、特許文献４のファイバーの欠点である。これにより、ポンプのスキュー光線が発現する可能性があり、コア領域においてポンピングが起きる可能性がある。
【００２３】
さらに、上記の特許文献４は、内側クラッドが超小型の構造ではない、すなわち、内側クラッドの実効屈折率の制御について述べられておらず、さらに、内側クラッド内の空気孔または間隙の特殊な配置について探求されていない。
【００２４】
非特許文献８に記載の技術は、高出力の適用方法においては、二重クラッドファイバーに通常使用するようなマルチモード領域におけるポンプ力の配分についての問題は取り扱っていない。
【００２５】
非特許文献１０のＤ字型ファイバーは、超小型構造の利点を利用していない。さらに、Ｄ字型ファイバー設計は、処理がかなり複雑であり（長時間研磨する必要がある場合もある）、ファイバーガラスに不具合が起こる可能性がある。
【００２６】
特許文献５に記載のファイバーは、内側クラッド領域の形状が対称形状であるとう欠点を有する。また、このファイバーは内側クラッド領域に、多数の低屈折率部を有し、これらは、低屈折率部を持たないか、もしくは少数のみしか有しない（１０個未満）内側クラッド構造に比較して、内側クラッドにおける形態のＮＡを低下させるという欠点を有する。さらに、このファイバーは、内側クラッド領域の低屈折率部が一定周期で配置されているという欠点を有する。
【００２７】
本発明者は、内側クラッド領域において、低屈折率部を非周期的に配置することによって、クラッドのモードとファイバーコア内に誘導されるモードの間が、さらに効率よく結合できるということを立証した。
【００２８】
【特許文献１】
ＷＯ  ９９／６４９０３
【特許文献２】
ＷＯ  ９９／６４９０４
【特許文献３】
米国特許第５，８０２，２３６号
【特許文献４】
米国特許第５，９０７，６５２号、Ｄ．Ｊ．ディ・ジオヴァンニ氏及びＲ．Ｓ．ウィンデラー氏
【特許文献５】
ＷＯ  ０１４２８２９、ラッセル氏他
【特許文献６】
米国特許第５，９３７，１３４号
【非特許文献１】
ベッカー、オルッソン、及びシンプソン、による“エルビウムドープドファイバーアンプリファイヤー、ファンダメンタルズ・アンド・テクノロジー（Ｅｒｂｉｕｍ−Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，  Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”アカデミック出版、１９９９年  ＩＳＢＮ０−１２−０８４５９０−３）
【非特許文献２】
ホッドジンスキ他、“ＣＷＡ４９オブテクニカルダイジェスト・オブ・クレオ”（ＣＷＡ４９  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ＣＬＥＯ）‘２００１，２００１年５月６日〜１１日，ボルティモア，メリーランド州、米国
【非特許文献３】
バレイ他、“ＣＷＡ５１オブテクニカルダイジェスト・オブ・クレオ”（ＣＷＡ５１  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ＣＬＥＯ）‘２００１，２００１年５月６日〜１１日，  ボルティモア、メリーランド州、米国
【非特許文献４】
ソダーランド、  “ＩＥＥＥフォトニックテクノロジーレター”（ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ），  Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．１，２００１年１月、Ｐ．２２〜２４
【非特許文献５】
ブロング他、“ピュア・アンド・アプライド・オプティックス”（Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ）Ｐ．４７７〜４８２、１９９９年
【非特許文献６】
ナイト他、Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．Ａ，Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．３，Ｐ．７４８〜７５２，１９９８年”
【非特許文献７】
モンロー他、“オプティクスレター”（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）  Ｖｏｌ．２５（４）、Ｐ．２０６〜８，２０００年２月
【非特許文献８】
Ｗ．Ｊ．ワーズワース他  “ＩＥＥエレクトロニクスレター”（ＩＥＥ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）Ｖｏｌ．３６、Ｐ．１４５２〜１４５３、２０００年
【非特許文献９】
Ｗ．Ｊ．ワーズワース他，“ＣＷＣ１オブテクニカルダイジェスト・オブ・クレオ”（ＣＷＣ１  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ＣＬＥＯ）‘２００１，２００１年、５月６〜１１日  ボルティモア、メリーランド州、米国
【非特許文献１０】
ドヤ、レグランド、及びモルテッサーニュ  “オプティクス・レター”（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｅｒｓ）  Ｖｏｌ．２６，  Ｎｏ．１２，２００１年６月１５日、Ｐ．８７２〜８７４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
本発明の目的は、内側クラッド領域のモードに高ＮＡを提供することができる超小型構造の外側クラッド領域の最適な設計によって、クラッドポンプ光ファイバーへの結合が改良された、新しいクラスの光導波路を提供することにある。
【００３０】
本発明のもう１つの目的は、超小型構造の内側クラッド領域を最適な設計とすることによって、クラッドポンプ光ファイバーの効率が改良された、新しいクラスの光導波路を提供することにある。これによって、有効な屈折率と、所定の空間ポンプ配分に関し、より柔軟性を有する動的な設計が可能となる。
【００３１】
本発明のさらにもう１つの目的は、光バンドギャップ効果のモード伝播特性と超小型構造内側クラッドとを組み合わせることによって、高出力の増幅とレージングが可能な、新しい、改良されたクラッドポンプ装置を提供することにある。
【００３２】
本発明のさらにもう１つの目的は、超小型構造光ファイバーの正確な空間モード制御の実行可能性と、マルチモードポンピング特性とを組み合わせることによって、アクティブな媒体、例えば、希土類ドープ材を好適に備える、改良されたファイバーのレーザと増幅器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
本発明者は、様々なモードの内側クラッドを適用可能な、高ＮＡファイバー構造を有するクラッドポンプファイバー増幅器及びレーザを実現するには、隣接する低屈折率部の間の比較的狭い領域で、低屈折率のクラッド部を使用する必要があること認識した。また本発明者は、上記の領域の幅と内側のクラッドモードの光は、兆あとの間に重要な関係があることを発見した。
【００３４】
本発明によるファイバーで得ることができる高ＮＡファイバーは、レーザ源から、ファイバーへの光を効率よく結合できるという利点を有する。高ＮＡは、さらに、内側クラッドにおけるクラッドモードからコアモードへ効率よく移ることができるという利点を有する。
【００３５】
本発明の第１の局面によると、光ファイバーを備え、光ファイバーは、第１の外側クラッド領域に包囲された１本以上のコアを有し、第１の外側クラッド領域は、第２の外側クラッド領域によって包囲されており、第１の外側クラッド領域の断面は、第１の外側クラッド部を包囲するいかなる材料よりも屈折率が小さい多数の第１の外側クラッド部を有し、複数の前記第１の外側クラッド部に関し、２つの最も近い位置で隣接する第１の外側クラッド部の間の最短距離が、１．０μｍ未満、もしくは、使用中にファイバーを通して誘導される光の光波長より小さいことを特徴とする。
【００３６】
ここで、コアは、外側クラッドによって包囲されてもよく、外側クラッドは、第１と第２の外側クラッド領域を備え、第１の外側クラッド領域は、コアと第２の外側クラッド領域の間に配置される。
【００３７】
本発明では、２つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部は、２つの最も近い位置で隣接するクラッド部の外側境界線の間の最短距離を意味するものである。
【００３８】
所定の長さのファイバーを見たときに、ファイバーの断面寸法は、ファイバーの長さに沿って変化してもよい。よって、本発明は、ファイバーの長さに沿った１つ以上の断面積が、ここで説明する１つ以上の実施の形態によって示す断面積であるファイバーを有する物品を含む。ここで、１つ以上の断面積とは、ファイバーの端面を表す。また、１つ以上の断面積がファイバーの長さに沿った最も大きい断面積を表す場合も、好ましい実施形態に含まれる。
【００３９】
本発明の好ましい実施形態によると、ファイバーの断面積は、ファイバーの長さに沿って１５％以下、もしくは１０％以下の範囲で変化する。
【００４０】
本発明の好ましい実施形態によると、第１の外側クラッド領域の断面の内径もしくは内側断面寸法は、１５μｍ以上である。第１の外側クラッド領域の内径または内側断面寸法は、２０μｍ以上でもよい。好ましくは、第１の外側クラッド領域の内径または内側断面寸法は、８０〜１２５μｍの範囲内、もしくは１２５〜３５０μｍの範囲内である。
【００４１】
本発明の実施形態によると、ファイバーは、多数のコアを備えており、前記多数のコアは、それぞれ、対応する第１の外側クラッド領域に包囲されており、前記コアと第１の外側クラッド領域は、第２の外側クラッド領域によって包囲されており、第１の外側クラッド領域の断面は、それぞれ、第１の外側クラッド部を包囲するいかなる材料より屈折率が小さい第１の外側クラッド部を多数有し、前記第１の外側クラッド領域のそれぞれの、複数の第１の外側クラッド部においては、２つの最も近い位置で隣接する第１の外側クラッド部の間の最短距離が、１．０μｍ未満もしくは使用中にファイバーを通して誘導される光の光波長より小さいことを特徴とする。
【００４２】
本発明の第２の局面によると、光ファイバーを備え、光ファイバーは、多数のコアを備え、前記多数のコアのうち複数が、それぞれ対応する第１の外側クラッド領域によって包囲され、コア及び第１の外側クラッド領域は、第２の外側クラッド領域に包囲され、第１の外側クラッド領域のそれぞれの断面は、第１の外側クラッド部を包囲するいかなる材料より屈折率が小さい第１の外側クラッド部を複数備え、前記第１の外側クラッド領域それぞれにおける複数の第１の外側クラッド部において、２つの最も近い位置で隣接する第１の外側クラッド部の間の最短距離は、１．０μｍ未満であるか、または使用中にファイバーを通して誘導される光の光波長よりも小さいことを特徴とする。
【００４３】
さらに詳しい局面によると、本発明は、１つ以上の所定の波長の光を誘導するための光ファイバーを提供するものであり、光ファイバーは、長手の寸法と、それに垂直な断面とを有し、光ファイバーは以下を備えている。
（ａ）１つ以上のコア領域。
（ｂ）クラッド領域。前記クラッド領域は、以下を備える。
外側クラッド。前記外側クラッドは、以下を備えている。
（ｉ）第１の外側クラッド領域。この第１の外側クラッド領域は、第１の外側クラッド背景材料と複数の第１の外側クラッド部とを備え、前記第１の外側クラッド部は、前記第１の外側クラッド背景材料より屈折率が小さく、前記１つ以上のコア領域を包囲している。
（ｉｉ）１つ以上のさらに外側のクラッド領域。この１つ以上のさらに外側のクラッド領域は、それぞれ、さらに外側のクラッド背景材料を有し、前記第１の外側クラッド領域を包囲している。
さらに、複数の前記第１の外側クラッド部において、２つの最も近い位置で隣接する第１の外側クラッド部の最短距離は、１つ以上の所定の波長を有する前記光の波長より短く、よって、高ＮＡを有する光ファイバーを得ることができることを特徴とする。
【００４４】
本発明のもう１つの局面は、１つ以上の所定の波長の光を誘導するための光ファイバーの製造方法を提供するものであり、その方法は以下を含む。
（ａ）母材を準備する工程。前記母材は以下を含む。
（ｉ）光ファイバーのコア領域を提供する１つ以上の中心母材要素。前記中心母材要素は、ロッド、管、またはその組み合わせからなる群から選択した１つ以上の要素を備えている。
（ｉｉ）光ファイバーの内側クラッド領域を提供するための、複数の内側クラッド母材要素。前記内側クラッド母材要素は、ロッド、管、またはその組み合わせからなる群から選択した１つ以上の要素を備えている。
（ｉｉｉ）光ファイバーの第１の外側クラッド領域を提供するための、複数の第１の外側クラッド母材要素。前記第１の外側クラッド母材要素は、ロッド、管、またはその組み合わせからなる群から選択した複数の要素を備えている。
（ｉｖ）任意で、光ファイバーの、一つ以上のさらに外側のクラッド領域を提供するため、複数のさらに外側のクラッド母材要素。前記さらに外側のクラッド母材要素は、ロッド、管、またはその組み合わせからなる群から選択した複数の要素を備えている。
（ｖ）光ファイバーの外径を提供するためのオーバークラッド母材要素。前記オーバークラッド母材要素は、管形状の要素を備えている。
（ｂ）前記母材をファイバー内に引き入れる工程。
さらに、前記第１の外側クラッド母材要素は、光ファイバーの二つの隣接する第１の外側クラッド要素間の最短距離が、光ファイバーにおいて伝達される一つ以上の所定の波長を有する前記光の波長より小さくなるように配置されている。
【００４５】
好ましい実施形態は、クレームに開示されているが、次にさらに説明する。
【００４６】
それぞれが対応する第１の外側クラッド領域に包囲された多数のコアのうちの複数を有する本発明の実施形態において、好ましくは、前記多数のコアが、それぞれ第１の外側クラッド領域によって包囲されている。また、好ましくは、それぞれ対応する第１の外側クラッド領域によって包囲されている複数のコアの少なくとも一部が、２つの隣接するコアの第１の外側クラッド領域が多数の前記第１の外側クラッド部を共有するように配置されている。ここで、第１の外側クラッド領域によって包囲されている複数のコアは、すべて、２つの隣接するコアの第１の外側クラッド領域が、多数の前記第１の外側クラッド部を共有するように配置されている。
【００４７】
それぞれが対応する第１の外側クラッド領域に包囲されている多数のコアのうちの複数を有する本発明の好ましい実施形態において、好ましくは、すべてもしくは多数の第１の外側クラッド領域の断面が、５〜１００μｍの内径、もしくは内側断面寸法を有する。ここで、多数もしくはすべての第１の外側クラッド領域の断面が、３０〜６０μｍの内径もしくは内側断面寸法を有する。また、それぞれ第１の外側クラッド領域によって包囲されている複数のコアが、２０本以上、例えば１００本以上、例えば１０００本以上、また例えば３０００本以上のコアを有する。
【００４８】
本発明の実施形態によると、第２の外側クラッド領域が、外側クラッドの一部であり、さらに、第３と第４の外側クラッド領域を有すると共に、第３の外側クラッド領域が、第２と第４の外側クラッド領域の間に配置されており、第３の外側クラッド領域の断面が、第３の外側クラッド領域を包囲するいかなる材料より小さい屈折率の多数の第３の外側クラッド部を備え、複数の前記第３の外側クラッド部において、２つの最も近い位置で隣接する第３の外側クラッド領域の間の最短距離は、１．０μｍ未満であるか、もしくは、使用中にファイバーを通して誘導される光の光波長より小さい。
【００４９】
複数の前記第１または第３の外側クラッド部において、２つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部の間の最短距離が１．０μｍ未満である場合、好ましい実施形態によると、複数の前記第１または第３の外側クラッド部において、２つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部の間の最短距離は、０．８μｍより小さい。ここで、最短距離は、０．５μｍ未満、例えば、０．４μｍ未満、０．３μｍ未満、または０．２μｍ未満でもよい。
【００５０】
複数の前記第１の外側クラッド部において、２つの最も近い位置で隣接する第１の外側クラッド部の間の最短距離が、使用中にファイバーを通して誘導される光の光波長より小さい場合、好ましくは、複数の前記第１の外側クラッド部において、２つの最も近い隣接する第１の外側クラッド部の間の最短距離が、ファイバーを通して誘導される光の最短光波長より小さい。
【００５１】
また、複数の前記第３の外側クラッド部において、２つの最も近い位置で隣接する第３の外側クラッド部の間の最短距離が、使用中にファイバーを通して誘導される光の光波長より小さく、また、好ましくは、複数の前記第３の外側クラッド部において、２つの最も近い位置で隣接する第３の外側クラッド部が、ファイバーを通して誘導される光の最短光波長より小さい。
【００５２】
本発明の好ましい実施形態によると、単数または複数のコアの断面寸法は、２５μｍより大きい。ここで、断面寸法は、例えば５０μｍより大きく、例えば７５μｍより大きい。あるいは、１００μｍより大きい値でもよく、それにより、ファイバーがコア内においてマルチプルモードで光を誘導することができるようになる。
【００５３】
さらに、本発明の好ましい実施形態によると、１本以上のコアが、包囲されているコアの実効屈折率より小さい実効屈折率を有する内側クラッド領域によって包囲されており、前記内側クラッド領域は内側クラッドの一部である。ここで、それぞれの内側クラッド領域は、対応する第１の外側クラッド領域によって包囲されていてもよい。また、好ましくは、単数または複数のコアは、単数または複数の内側クラッド領域により接触して包囲されている。
【００５４】
好ましくは、１つ以上の第１の外側クラッド領域において、第１の外側クラッド部が、第１の外側クラッド領域のうち、比較的大きい面積を占める。よって、第１の外側クラッド部は、１つ以上の第１の外側クラッド領域の断面積の４５％以上を占めてもよい。第１の外側クラッド領域すべてにおいて、好ましくは、第１の外側クラッド部が第１の外側クラッド領域の断面積の４５％以上を占める。
【００５５】
また、好ましい実施形態によると、第１の外側クラッド部は、単数または複数の第１の外側クラッド領域の断面積の５０％以上、例えば、６０％以上、または７０％以上を占めていてもよい。また、本発明の実施形態によると、第３の外側クラッド部は、第３の外側クラッドの４５％以上を占めていてもよい。ここで、第３の外側クラッド部は、第３の外側クラッドの断面積の５０％以上、例えば、６０％以上、または７０％以上を占めていてもよい。
【００５６】
また、本発明者は、超小型構造クラッド領域を適用することで、マルチモードポンプ導波路に関し、より柔軟性のある設計とモード制御が可能となり、さらに、１本もしくは数本の長手の要素を内側クラッド領域の中に正確に戴置できることにより、ポンプ力を、ファイバー増幅器またはレーザに沿って最適に配分することが可能となることを認識した。
【００５７】
よって、本発明の実施形態によると、内側クラッド、もしくは１つ以上の内側クラッド領域の断面は、単一の内側クラッド部を備えていてもよい。あるいは、内側クラッドもしくは１つ以上の内側クラッド領域の断面には、２つ以上の内側クラッド部を備えてもよく、好ましくは、内側クラッドもしくは一つ以上の内側クラッド領域の断面には、１０個未満の内側クラッド部を備える。内側クラッド部は、非周期的に配置してもよい。
【００５８】
本発明の実施形態によると、光ファイバーは、共通の第１の外側クラッド領域によって包囲された２本以上のコアを備えている。ここで、光ファイバーは、例えば７本以上、例えば、１９本以上、または３７本以上のコアを、共通の第１の外側クラッド領域で包囲したものでもよい。また、あるいは、光ファイバーは、略環状に配置した複数のコアを備え、前記複数のコアを共通の第１の外側クラッド領域によって包囲してもよい。
【００５９】
好ましくは、複数の略環状に配置したコアを内側クラッドの内部に配置して、内側クラッドの大部分を略環状に配置したコアで包囲し、前記内側クラッドの実効屈折率が前記略環状に配置したコアそれぞれの実効屈折率より小さくなるように構成する。
【００６０】
２本以上のコアが共通の第１の外側クラッド領域によって包囲されたファイバーにおいて、一組の２本の最も近い位置で隣接するコアの間の距離が、別の一組の２本の最も近い位置で隣接するコアの間の距離とほぼ等しい。好ましくは、共通の第１の外側クラッド領域に包囲された前記コアが、それぞれ、包囲されているコアより実効屈折率が小さい内側クラッド領域によって包囲されており、前記内側クラッド領域が、共通の第１の外側クラッド領域によって包囲された内側クラッドの一部である。
【００６１】
また、内側クラッドの断面は、多数の内側クラッド部、例えば、２個以上の内側クラッド部、または１０個以上の内側クラッド部を備えていてもよい。好ましくは、内側クラッド部の少なくとも一部が、  前記コアのうちの１本を囲む内側クラッド領域において、前記内側クラッド領域がいくつかの内側クラッド部を備えている。また、好ましくは、内側クラッド領域の内側クラッド部を周期的に配置する。
【００６２】
また、本発明の実施形態によると、光ファイバーは、前記内側クラッド内で二次元に周期的に配分された多数の内側クラッド部を有する内側クラッドによって包囲されたコアを備え、前記内側クラッドは、第１の外側クラッド領域によって包囲されている。好ましくは、コアは、コア部を包囲しているコア材料より屈折率が小さいコア部を備えている。好ましくは、内側クラッド部の周期的配置は、内側クラッドの中心から半径方向に４または５周期以上である。
【００６３】
第１または第３の外側クラッド部は、周期的または非周期的に配置することができる。しかし、第１または第３の外側クラッド部は、非円形対称に配置するのが好ましい。また、本発明の実施形態によると、第１の外側クラッド領域の断面図は、ほぼ六角形である。
【００６４】
第１の外側クラッド部の寸法は、ほぼ等しいが、本発明の実施形態では、異なる寸法の第１の外側クラッド部が存在する。
【００６５】
好ましくは、第１または第３の外側クラッド部、または内側クラッド部が間隙であり、また、好ましくは、第１または第３の外側クラッド部または内側クラッド部には、真空、空気、気体、液体、重合体、またはそれらの組み合わせが充填されている。よって、本発明の実施形態によると、第１または第３のクラッド部は、空気を充填した間隙でもよい。
【００６６】
内側クラッドまたは内側クラッド領域によって包囲されたコアを有する内側クラッドを有する実施形態において、好ましくは、コアの断面寸法は、１０μｍ未満である。これにより、ファイバーがシングルモードのコアに光を誘導できるようになる。好ましくは、コアは、Ｇｅ（ゲルマニウム），Ａｌ（アルミニウム），Ｐ（リン），Ｓｎ（スズ）及びＢ（ホウ素）からなる群中の少なくとも一部材を含む。
【００６７】
しかし、本発明の実施形態では、コアは、Ｅｒ（エルビウム），Ｙｂ（イッテルビウム），Ｎｄ（ネオジム），Ｌａ（ランタン），Ｈｏ（ホルミウム），Ｄｙ（ジスプロシウム）及び／またはＴｍ（ツリウム）などの希土類のうちの１種類以上を含む。
【００６８】
本発明の実施形態によると、ファイバーは、少なくともファイバー長の一部に沿って、長周期格子またはファイバーブラッグ格子を設けてもよい。
【００６９】
異なる材料を使って本発明のファイバーを製造することも可能であることは理解できよう。ファイバーは、シリカ、カルコゲン、または他のタイプのガラスである背景材料を含んでいてもよい。また、本発明では、ファイバーは、重合体である背景材料を含んでいてもよい。
【００７０】
本発明者は、超小型構造光ファイバーの柔軟な設計を、いかにしてポンプ光源（例えば半導体レーザアレイ）の結合効率を上げるために使用できるか、そして、いかにして、そのような設計を、超小型構造要素の詳細制御を確実に行うことができる母材製造技術を使って容易に製造できるかを認識した。
【００７１】
本発明によって解決すべき基本的な問題の１つは、ファイバーレーザ及び増幅器において、内側クラッド内の超小型構造要素の最適な組み合わせと、クラッドポンプファイバーにおける外側クラッドの超小型構造を介した信号及びポンプモードのモード制御の改善によって、よりよい横方向及び長手方向へのポンプ力の配分を得ることである。
【００７２】
よって、本内側クラッドを含む発明の実施形態によると、本発明の物品は、クラッドポンプファイバーレーザ、もしくは増幅器である。ここで、物品は、ポンプ放射源と１本の前記光ファイバーを備えたクラッドポンプファイバーレーザ、もしくは増幅器でもよい。よって、２つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部の間が、最短光波長より小さく、最短光波長は、前記ポンプ放射源の波長によって決定することができる。
【００７３】
本発明の実施形態によると、光ファイバーの断面は、ファイバーの全長に渡り、内側クラッド領域が非均一形状である。
【００７４】
本発明の実施形態によると、第１または第３の外側クラッド部は、周期的に配分されている。これにより、ファイバーはクラッドモードをコアまたは内側クラッド領域に閉じ込めることができる光バンドギャップ効果を発揮する。
【００７５】
内側クラッドを有するファイバーにおいて、内側クラッド領域は、コアで生成された光のリザーバとして作用することができることは理解できよう。本発明によると、内側クラッドを有するファイバーにおいて、光ファイバーは、高出力広帯域増幅用に２本以上のコアを備えていてもよい。内側クラッドを有する本発明の光ファイバーは、両方向に光をポンピングするものでもよい。
【００７６】
内側クラッド部を有するファイバーにおいて、ファイバーコア材料は、内側クラッド領域の背景材料と同じでもよい。
【００７７】
また本発明の実施形態によると、前記第１の外側クラッド部の大部分、または全体において、２つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部間の最短距離は、１．０μｍ未満である。ここで、前記第１の外側クラッド部の大部分または全体において、２つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部の間の最短距離は、０．８μｍ未満、例えば、０．５μｍ未満、例えば０．４μｍ未満、例えば０．３μｍ未満、または０．２μｍ未満でもよい。
【００７８】
さらに、本発明の実施形態によると、前記第１の外側クラッド部の大部分もしくは全体において、２つの最も近い位置で隣接する外側クラッド部の間の最短距離は、使用中にファイバーを通して誘導される光の光波長より小さい。ここで、光波長は、使用中にファイバーを通して誘導される光の最短光波長であってもよい。
【００７９】
同様に、本発明の実施形態によると、前記第３の外側クラッド部の大部分または全体において、最も近い位置で隣接する外側クラッド部の間の最短距離は、１．０μｍ未満である。ここで、前記第３の外側クラッド部の大部分または全体において、２つの最も近い位置に隣接する外側クラッド部の間の最短距離は、０．８μｍ未満でもよく、例えば、０．５μｍ未満、０．４μｍ未満、０．３μｍ未満、または０．２μｍ未満でもよい。
【００８０】
さらに、本発明の実施形態によると、前記第３の外側クラッド部の大部分または全体において、２つの最も近い位置に隣接する外側クラッド部の間の最短距離は、使用中にファイバーを通して誘導される光の光波長よりも小さい。ここで、光波長は、使用中にファイバーを通して誘導される光の最短光波長でもよい。
【００８１】
本発明の好ましい実施形態によると、外側クラッドの実効屈折率は、コア、もしくは、すべてのコアの実効屈折率より小さいことが理解できよう。また、好ましくは、外側クラッドの実効屈折率は、内側クラッドまたは内側クラッド領域の実効屈折率より小さい。ここで、内側クラッドまたは内側クラッド領域の実効屈折率は、コアまたはすべてのコアの実効屈折率より小さくなければならない。
【００８２】
本発明の実施形態によると、第２の外側クラッド領域は、均質材料から形成することができる。
【００８３】
さらに、本発明の実施形態によると、第１の外側クラッド部において、最大断面寸法は、１０μｍ以下である。ここで、第１の外側クラッド部の最大断面寸法は、３μｍ以下でもよい。
【００８４】
本発明によるファイバーにおいて、内側クラッドが背景材料と複数のクラッド部を有し、前記クラッド部の屈折率は、内側クラッドの背景材料の屈折率より大きいか、または小さい。ここで、内側クラッド部は２次元内で、略周期的に配置してもよく、または内側クラッド部は半径方向に周期的に配置してもよい。
【００８５】
内側クラッド部の屈折率は、背景材料の屈折率より小さく、内側クラッド部は間隙でもよい。内側クラッド部には、空気、気体、液体または重合体、あるいはそれらの組み合わせを充填してもよい。内側クラッド部の屈折率は、内側クラッドの背景材料の屈折率より小さく、内側クラッド部の断面径もしくは寸法は、隣接する内側クラッド部の中心間の間隔の０．３〜０．６倍、もしくは０．３〜０．５倍でもよい。
【００８６】
隣接する内側クラッド部の間の中心間の間隔は、中心間の間隔の平均でもよい。また、中心間の間隔は５μｍより大きくてもよく、例えば、８〜１２μｍ、または、約１０μｍでもよい。
【００８７】
さらに、本発明の一つ以上の実施形態によると、コアは、屈折率を、内側クラッドの背景材料の屈折率より上げ下げするためのドーパントを１種類以上含んでいる。内側クラッドの外径は、６０〜４００μｍの範囲内、または２００〜４００μｍの範囲内でもよい。
【００８８】
さらに、本発明の実施形態によると、光ファイバーは、第１の端部と第２の端部を有する長手の形状であり、第１の端部の第１の外側クラッド部の断面積は、第２の端部の第１の外側クラッド部のどの部分の断面積より大きい。第２の端部には、第１の外側クラッド部を設けなくてもよく、あるいは、第１の外側クラッド部を、第２の端部において完全に潰して形成してもよい。
【００８９】
同様に、本発明の実施形態によると、光ファイバーは、第１の端部と第２の端部を有する長手の形状であり、第１の端部における第３の外側クラッド部の断面積は、第２の端部における第３の外側クラッド部の断面積より大きい。また、第２の端部には、第３の外側クラッド部を設けなくてもよく、あるいは、第３の外側クラッド部を、第２の端部において、完全に潰して形成してもよい。
【００９０】
本発明によると、第１の外側クラッド部は、ファイバーの軸方向に延在する長手の形状とすることができる。同様に、第３の外側クラッド部も、ファイバーの軸方向に延在する長手の形状とすることができ、内側クラッド部も、ファイバーの軸方向に延在する長手の形状とすることができる。
【００９１】
本発明の実施形態によると、内側クラッドを有するファイバーにおいて、第１の外側クラッド部を包囲する背景材料、または、隣接する第１の外側クラッド部の間の領域を充填するブリッジ材料の屈折率は、内側クラッドの背景材料の屈折率より小さい。
【００９２】
また、本発明によると、本発明の１つ、またはそれ以上の実施形態において、物品は内視鏡である。
【００９３】
上記の一般的な説明と、下記に示す詳しい説明は、共に、本発明の例示を目的としたものに過ぎず、主張する本発明の本質と特徴を理解するための概要及び骨組を提供することを目的とするものである。添付の図面は、本発明の理解を深めるためのものであり、本発明の一部に組み込まれると共に、一部を構成するものである。
【００９４】
本発明は、ここで説明する例に限られるものではない。図面は、本発明の様々な形態と実施例を示しており、説明と共に本発明の原理と作用を説くものである。特に記載してある場合、図面は、従来の技術を説明するために使用する。
【００９５】
「光ファイバーを備えた物品」という語は、広い意味で捉えられるべき語である。例えば、ファイバー被覆で覆われた光ファイバーなどのような光ファイバー自体、例えばケーブルの中に光ファイバーを備えた光ファイバー製品、光ファイバーを光学部品として備えた光ファイバー製品、または光ファイバーを備えた光通信システムまたはその部品などを示す。
【００９６】
超小型構造において、直接測定可能な量とは、超小型構造の全体積に対する超小型構造に配設された部分の体積である、いわゆる「充填率」を示す。ファイバーの軸方向に変化のないファイバーにおいて、充填率は、ファイバー断面を直接検査して決定することができる。
【００９７】
本明細書において、「屈折率」「幾何学的屈折率」及び「実効屈折率」を区別している。屈折率は、均質材料における従来の屈折率である。構造体の幾何学的屈折率は、構造体の幾何学的に重みをつけた屈折率である。例として、４０％の空気（屈折率＝１．０）及び６０％のシリカ（屈折率≒１．４５）を含む構造体の幾何学的屈折率は、０．４´１．０＋０．６´１．４５＝１．２７となる。
【００９８】
所定の波長の、所定の超小型構造の実効屈折率を決定する手順は、当業者にとっては周知の技術である（例えばジョアンノプロス他、“フォトニック・クリスタル”（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ）プリンストン大学出版１９９５年及びブロング他“オプティカル・ファイバ・テクノロジー”（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）  Ｖｏｌ．５，Ｐ．３０５−３３０，１９９９年）。
【００９９】
通常、超小型構造の実効屈折率を正確に判定するためには、フルベクトル形のマックスウェル方程式を解くことができる数値的方法が必要である。本発明は、資料として十分な証拠書類があるそれらの方法（前述のジョアンノプロス文献参照）プリンストン大学出版１９９５年参照）を使用する。長波長領域では、実効屈折率は、材料の構成要素の屈折率の重みつき平均とほぼ等しい。すなわち、実効屈折率は、この波長領域では幾何学的屈折率に近い。通常、均質媒体においては、実効屈折率は、屈折率と等しい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１００】
本発明を例に基づいて説明する。しかし本発明は、本発明の基となる概念や設計の構想を示すことのみを目的としたこれらの例に限定されるものではない。
【０１０１】
図１は、従来の技術で周知の典型的な二重クラッドファイバーの例を示す。このタイプのファイバーは、クラッドポンプファイバー増幅器及びレーザに広く使用される。ファイバーは、コア領域１０と二つのクラッド領域を有することを特徴とする内側クラッド領域１１と外側クラッド領域１２である。
【０１０２】
一般的に、コア領域の屈折率は、内側クラッド領域の屈折率より大きく、それによって、コアは、従来のシングルモードの光ファイバーのコアとして作用することができ、内側クラッド領域の屈折率は、外側クラッド領域の屈折率より大きい。よって、多数のクラッドモードを内側クラッド内に誘導することができる。
【０１０３】
クラッドポンプ増幅器またはレーザ装置としてのファイバーの原理は、単に、ポンプ光をポンプレーザからコアに伝送するための手段としてクラッドモードを使用し、ファイバー内のアクティブな材料のポンピングを促進するということである。高出力レーザは、一般的にマルチモードであり、コア内のモードへ直接というより、二重クラッドファイバーのクラッドモードへ、より効率よく結合される。
【０１０４】
光エネルギーが、ファイバーの長さに沿ってクラッドモードからコアモードへ伝送されることにより、ポンプレーザ光のファイバーコアとの直接結合と比較して、全体的により効率のよいポンピングを実現できる。本発明の背景技術に関する個所において、このタイプのファイバー装置に関する多数の参考文献が紹介されている（特許文献６参照）。
【０１０５】
エネルギーのクラッドモードからコアモードへの伝送を改善するため、非円形の内側クラッド領域が用いられることが多い。図２は、コア領域２０を囲む略矩形の内側クラッド領域２１を有する従来の技術の二重クラッドファイバーの例を示す。
【０１０６】
図１に示すファイバーとは異なり、外側クラッド領域２２は、屈折率が内側クラッド領域より低い。非円形対称形状の内側クラッド領域を使用する利点については、発明の背景において説明した。さらに、内側クラッド領域の形状及び内側クラッド部に応力印加特性を組み込むことにより、偏波保持（米国特許第５，９４９，９４１号参照）する際などに、二重クラッドファイバーの複屈折を実現することができる。図３は、非円形の内側クラッド３１を有する従来の技術のもう１つの例である。
【０１０７】
クラッドポンプファイバーとファイバー装置を最適化する場合、第１の重要な点は、内側クラッド領域とその外側の包囲部分との間の屈折率の対比を大きくしなければならないという点である。ポンプレーザからクラッドモードまでを有効に結合できるような内側クラッドの高開口数ＮＡを実現するために重要なことである。
【０１０８】
一般的に、ポンプレーザ、例えば、マルチモード固体レーザの開口数は、０．２よりかなり大きい。よって、ポンプ波長で開口数が０．２より大きい内側クラッド領域を有するファイバー設計を実現するのが望ましい。２番目に、空間的寸法及び形状において、クラッドモードのフィールド配分をポンプファイバーモードと一致させることが重要である。第３に、ファイバーがクラッドモードからコアへ、効率よくエネルギーを伝達できることが重要である。
【０１０９】
従来の技術の一例である、内側クラッド４１の潜在的ＮＡが大きい二重クラッドファイバーを、図４に示す。このファイバーは、外側クラッドが二つの領域に分割されていることを特徴とする、いわゆるエアクラッドファイバーである。第１の外側クラッド領域は、多数の低屈折率部（一般的に空気穴）４２と、第１の外側クラッド領域を包囲し、主にファイバーの機械的支持と安定性を提供するオーバークラッド層として作用する第２の外側クラッド領域４３を備えている。
【０１１０】
従来の技術に、このタイプのエアクラッドファイバーがある（例えば特許文献４）。これには、空気孔を使用することにより、第１の外側クラッド領域の実効屈折率を小さくすることができるという利点を有すると指摘している。この特許文献では、実効屈折率は、空気充填率によって決まり、ファイバーを改善するには、空気充填率をできるだけ多くしなければならないとしている。
【０１１１】
好ましい実施形態では、このファイバーは、５０％以上の空気充填率であり、さらに好ましい実施形態では、エアクラッド層（“ウェブ”とよぶ）の中の空気が７５％以上である。通常、超小型構造の実効屈折率は、空気充填率（または低屈折率部の割合）を上げることによって小さくなることは知られており、これによって、この特許文献で提案されているファイバーを直接的に改善し、その空気充填率を上げることができる（空気充填率を上げることと同様に、この特許文献では、エアクラッド領域の高屈折率材料（一般的には、シリカが“ウェブ”の背景材料である）の量を減らさなければならない。好ましくは５０％未満、もしくはさらに２５％未満）と述べている。
【０１１２】
エアクラッドファイバーのＮＡの詳しい理論的分析によって、エアクラッドファイバーの改良に関し、上記特許文献で提案されている理論は、あまりに単純すぎ、空気充填率にのみ焦点を当てているということが判明した。実際、場合によっては、空気充填率が大きいということが、クラッドポンプファイバーにとって利点とならないということが判明した。
【０１１３】
一方、驚いたことに、第１の外側クラッド領域の高屈折率材料の幅が、エアクラッドファイバーを最適化するための重要なパラメータであり、このパラメータは、光ファイバーを通して誘導される光の光波長に対して調整することができるということが判明した。エアクラッドファイバーの断面を見ると、問題のパラメータがエアクラッド層に含まれる“ウェブ”の糸の太さである。
【０１１４】
さらに詳しくは、ｂで示すパラメータは、図５に２つの異なるエアクラッドファイバーとして示すように“第１の外側クラッド領域の高屈折率材料の最小幅”である。図５ａ及び５ｂでは、両ファイバーとも、コア領域５２、内側クラッド領域５３、それぞれ低屈折率部５０及び５１を有する第１の外側クラッド領域、及び第２の外側クラッド領域５４を有する。パラメータｂは、２つの隣接する低屈折率部の縁部間の最短距離である、両低屈折率部間の距離も示している。
【０１１５】
例えば図５ａに示すように、低屈折率部が周期的に配分された第１の外側クラッドの場合、ｂは独立しており、２つの低屈折率部を利用して、ｂを形成していることは明らかである。一方、非周期的な低屈折率部の場合、もしくは、製造時にしばしば起きうる構造的な変動を有するエアクラッド構造においては、図５ｂに示すように、ｂは、第１の外側クラッド内では、均等ではない。後者の場合、本発明では、典型的代表的値ｂ、複数の可能な値ｂ、大多数を占めるｂ、またはすべてのｂに関する。
【０１１６】
エアクラッドファイバーを分析するための理論的ツールは、広くテストされ、資料として十分な証拠書類があるフルベクトル数値演算プログラムである（例えばジョンソン他  “オプティックス・エクスプレス  ８”（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ８）  Ｎｏ．３、Ｐ．１７３−１９０（２００１年））。
【０１１７】
本発明者の発見を理解するため、図６は、図５ａに略図で示す設計を有するエアクラッドファイバー用のクラッドモードに関するＮＡを示す。ファイバーは約４５％の第１の外側クラッド領域において適度な空気充填率を有する（よって、特許文献  ４に示すエアクラッドファイバーの好ましい実施形態より低い）。
【０１１８】
図６を見ると、パラメータｂを０．６μｍ以下に調整することによって、約０．８μｍから２．０μｍより大きい波長の範囲λにわたって、０．２を超えるＮＡを実現することができる。一般的に、エルビウムドープファイバー増幅器及びレーザに好ましいポンプ波長は、約０．９８μｍ及び約１．４８μｍである。例えばＹｂのような他の希土類ドーパントを有するファイバー増幅器及びレーザにおいて、好ましいポンピング波長は、約１．０６μｍである。
【０１１９】
図６から、ｂの寸法が０．６μｍより大きいと、空気充填率が約４５％に限られているときに有利ではない。よって、空気充填率だけでは、クラッドファイバーの開口数ＮＡを大きくして、最適化する際に調整するパラメータとして十分とはいえない。
【０１２０】
図６に示すものと類似してはいるが、第１の外側クラッドの空気充填率が、約５８％と大きいエアクラッドファイバーを見ると、パラメータｂはＮＡを最適化する際に重要な役割を果たすことがわかる（図７参照）。約０．９８μｍから２．０μｍまでの重要な波長範囲において、ＮＡを０．２より大きくするには、パラメータｂは０．８μｍより小さくなければならない。
【０１２１】
前述のように、空気充填率が大きいからといって、必ずしもＮＡが高いわけではない。図７からわかるように、ＮＡが０．２未満である場合、ｂは、光波長の０．８倍より大きくなる。一方、ｂが光波長の０．２倍より小さい場合には、同じ空気充填率で０．５を上回る非常に高いＮＡとなる場合もある（本発明においては、自由空間光波長のみについて言及する）。また、ｂが光波長の０．４倍より小さい場合には、ＮＡは、０．３より高くなる。
【０１２２】
図６及び図７では、２つの異なる空気充填率のみについて説明しているが、０．２以上のＮＡを得るには、ｂがファイバーを通して誘導される光の光波長より大きくてはならない。よって、約０．９８μｍポンピングする場合、ｂは、１．０μｍ未満でなければならない。
【０１２３】
上記の技術（特許文献４）の教義によれば、パラメータｂはエアクラッドファイバーのＮＡに関して、そのような重要な役割を果たすなどということは驚きに値すると思われる。その教義に続き、空気充填率が異なるが、ｂパラメータの値が類似している２本のファイバーに対して実際に同じＮＡが実現できるということは、さらなる驚きである。
【０１２４】
しかし、図８からわかるように、これは本発明者が発見したことである。図は、空気充填率が約５８％で、ｂが０．２μｍ（最も上に示す曲線）のファイバーのＮＡを示している。さらに、この図は、ｂ値が同様の０．３μｍではあるが、空気充填率が約４５％及び約５８％（それぞれｄ／Λ＝０．７、及びｄ／Λ＝０．８で示す曲線）と異なる２本のファイバーのＮＡを比較している。
【０１２５】
これらの２本の曲線から、空気充填率が異なるにもかかわらず、２本のファイバーのＮＡは、０．８μｍから２．０μｍという広い波長範囲でほとんど同じである。この結果は、さらに、エアクラッドファイバーのＮＡに関するｂパラメータの重要性と、ファイバーを最適化するのに空気充填率のみに焦点を当てることがいかに単純な考えであるかを示している。ＮＡがｂ＝０．３μｍのファイバーにおいて、たまたま一致したのではないことを示すため、図８は、さらにｂ＝０．４μｍのファイバーの場合も示している。
【０１２６】
図６から図８に示すように、ファイバーのＮＡは、短い波長では低くなる。この減少は、光波長に対してブリッジ幅がより大きいということに関連する。ブリッジ材料は、内側クラッド領域の背景材料より屈折率が小さいという、もう一つの利点があることが判明した。これにより、所定の好ましいＮＡを有するファイバーにおいては、ブリッジ幅を増加させることができるか、あるいは、所定の好ましいブリッジ幅においては、より高いＮＡを得ることができるようになる。
【０１２７】
これらの局面によって、所定のＮＡに対してブリッジ幅を増加させることができるため、本出願において、後述するように、ファイバーの機械的頑強性や、例えば、切断や接合などのような処理おいては有利である。よって、好ましい実施形態では、エアクラッド層は、内側クラッド領域の背景材料の屈折率より、少なくとも０．５％低い背景材料の中に戴置された低屈折率部を備えている。
【０１２８】
好ましくは、屈折率の差は、１％より大きいか、もしくは、２％より大きい、あるいはそれより大きい。この差は、エアクラッド層の背景材料に対して、例えばＦドープシリカを使用することによる、シリカドープ技術を使って、または、Ｇｅドープガラスを内側クラッド領域の背景材料に使って達成することができる。
【０１２９】
非シリカガラスのような他のタイプのガラスを使えば、屈折率の差をさらに大きくすることができる。よって、さらに好ましい実施形態では、前記の屈折率の差は、５％より大きい、もしくは１０％より大きい。屈折率の差が約１０％またはそれ以下の場合、一般的に達成できるブリッジ幅の増加は、ＮＡが約０．５以上のファイバーにおいては、比較的小さい。よって、好ましい実施形態では、ブリッジ幅は、約０．５以上のＮＡのファイバーにおいては、約２００ｎｍから４００ｎｍの範囲である。
【０１３０】
エアクラッド領域に焦点を当てると、内側クラッド領域の超小型構造が、ＮＡに影響することを知っておくことが重要であることは当然である。この点に関し、超小型構造低屈折率部が内側クラッド領域に多数存在すると、クラッドモードのＮＡが低下する。よって、従来の技術で提案されているような多数の大型内側クラッド部を有するファイバーの設計は、有利ではない（前記特許文献５参照）。このようなファイバーの例を図９に示す。
【０１３１】
しかし、内側クラッド領域の超小型構造の利点は、超小型構造は内側クラッドにおけるモードフィールドの分布を調整できるということと、クラッドモードをスクランブルし、コアモードとのオーバーラップを改善することができるということにある。クラッドポンプ用のエアクラッドファイバーを最適化するためには、ファイバーのＮＡを著しく低下させないため、内側クラッド部の数を比較的少なくする必要がある。
【０１３２】
さらに、好ましくは、これら内側クラッド部を非周期的に配置する。本発明によるこのようなファイバーの好ましい実施形態の例を図１０に示す。ファイバーは、希土類ドープコア１００と、背景材料１０２と非周期的に配置した少数、ここでは５個の低屈折率部１０１を有する内側クラッド領域を備える。内側クラッド領域の低屈折率部の寸法は、それぞれ異なる。内側クラッド領域を包囲するのは、外側クラッド領域１０３である。この外側クラッド領域は、単一の外側領域でもよく、あるいは、第１、第２、またはそれ以上の外側クラッド領域を備えていてもよい。
【０１３３】
もう１つの実施形態を図１１に示す。内側クラッド領域１１１の形状は、第１の外側クラッド領域に低屈折率部１１２を非円形に配置した非円形状のものでもよい。このファイバーのコア１１０も示している。
【０１３４】
本発明による、光ファイバーの好ましい実施形態のもう一つの例を、図１２に示す。ここでは、コア１２０は、第１の外側クラッド領域内で、異なる寸法の低屈折率部１２２、１２３を使用して形成された非円形外側形状を有する内側クラッド領域１２１によって包囲されている。
【０１３５】
図１３は、本発明による光ファイバーの好ましい実施形態の他の例を示している。コア１３０は、背景材料１３１と、コアモードの導波に影響を及ぼすようにコア１３０に近接して位置させた少数のクラッド部１３２を備える内側クラッド領域によって包囲されている。このファイバーは、さらに、外側エアクラッド領域１３３を特徴としている。さらに図１３には、本発明による光ファイバーの好ましい実施形態の例を含む、このタイプのファイバー設計の他の変形例も示している。コアが内側クラッドの背景材料と同じ材料から形成されていると共に、内側クラッド部により、コア内におけるシングルモードの誘導が確実に行われるように構成されている。
【０１３６】
さらに図１３に関して述べなければならないことは、コアの周囲に低屈折率部が存在することにより、内側クラッドモードとコアの間の結合が阻止される場合があるため、孔のパターンを非円形対称として内側クラッドの外側部分からコアまでの間において、いくつかの“チャネル”を広げている点において有利である。これは、さらに、ファイバー内で強い複屈折を引き起こして偏波保持するために使用することができる。
【０１３７】
クラッドモードとコアモードの間の結合が短い波長に比較して、長い波長の方が弱いということを知っておくことは重要である。信号波長と比較して、短いポンプ波長をクラッドポンプファイバー増幅器及びレーザに使用することが多いので、コアに近い低屈折率部の存在が（長波長）信号光の導波を制御するためには有利となる。一方、この存在が（短波長）、クラッドモードからコア領域までのエネルギーの伝送にほとんど、もしくはまったく影響がなくてもよい。言い換えれば、その存在が、クラッドモードからコアモードへ有効な結合を可能とする。
【０１３８】
本発明による光ファイバーを製造するには、超小型構造ファイバーを製造するための周知の技術を採用することができる（例えば前記特許文献  ４はじめ、他の文献）。この方法は、本発明による光ファイバーの実施形態を製造するように構成されている。この方法は、毛細管とロッドを積層して母材を形成し、これを従来の延伸タワーを使ってファイバーに延伸する。
【０１３９】
また、本発明は、母材の設計も含む。本発明による母材の例を、図１４に示す。母材は、製品と成ったファイバーでコアとして作用する希土類ドープ中心要素１４４を含む。コア領域は、さらに多くのロッド、管、またはその組み合わせにより形成することもできる。コアは、多数のソリッドロッド（一般的にはドーピングしていないシリカ）１４２と、非周期的に配置した数本の管１４３に包囲されている。これらのロッドと管が、製品としてのファイバーの内側クラッド領域を形成する。
【０１４０】
母材は、さらに、内側クラッド領域における管と比較して、空気充填率が大きい毛細管１４１の領域を含んでいる。よって、壁の厚さが０．５ｂpreformと薄い管壁を得ることができる。ファイバーの延伸中は、母材の寸法が小さくなるので、最終製品のファイバーのｂパラメータは、エアクラッド領域の管の管壁の厚さより小さい。これらの管は、第１の外側クラッド領域を形成するか、あるいは、製品としてのファイバーのエアクラッド領域を形成する。
【０１４１】
最終的にファイバーの母材は、製品としてのファイバーに希望の外径とファイバーの機械的頑強性とを付与する第２の外側クラッド領域として作用する大きいオーバークラッド管１４０を含む。
【０１４２】
本発明は、また、図１５に略示する設計を有する母材を含む。このタイプの母材と、そこから延伸される光ファイバーは、レーザーダイオード片からクラッドポンプ光ファイバーに結合するために重要である。高出力レーザーダイオードに関し、高出力光ファイバー増幅器及びレーザ用として好ましいポンプ源は、一般的に、１μｍから数百μｍまでの寸法の区分から光を発射する。様々な形状に適合する光ファイバーは、毛細管１５０を積載してエアクラッド領域とロッド１５１，１５２を形成して、コア１５３を包囲する内側クラッド領域を形成する。
【０１４３】
さらに、エアガラス屈折率のコントラストによる高ＮＡにより、大きく分散する速い軸を平行調整するためのレンズの助けを借りることなく、すべてのポンプ光を直接接合によって、ダイオードから誘導することができる。非円形管／ロッドから構築した母材も、利用可能である（要素１５４，１５５参照）。
【０１４４】
また、本発明は、ファイバーの外形が、光ファイバーの全長に渡って変化する光ファイバーも含む。例えば、図１６に略図で示すように、光ファイバー１６０は、一端がその長さ方向の一部分を加熱することによって“円形化”されている。ファイバーは、このようにして、長方形配置部１６１などによって一端側で長方形状にし、円形配置部１６２を使って他端を円形にするなど、特定のモードプロファイルに調整することができる。
【０１４５】
これにより、光ファイバーは、入力側端部で特定のレーザ用として構成することができ、また、光ファイバーは、より対称的な出力光線を出射するように構成することができる。ファイバーは、同じ製造工程を使って延ばし、出力スポットサイズを縮小することもできる。
【０１４６】
図１６に示すように、ファイバーは、内側クラッド材料と同じコア材料を含み、よって、コアと内側クラッドが１本の大型マルチモードコアとして作用するように構成してもよい。
【０１４７】
本発明による他の実施形態、例えば、同心環状超小型構造領域などのように、断面における様々な領域間で実効屈折率の差が大きい超小型構造光ファイバーを含んでいてもよい。よって、別の局面によると、本発明は、１つ以上の均質領域によって分離される２つ以上の超小型構造クラッド領域を有する。このようなファイバーの例を図１７に示す。ここでは、２つの超小型構造領域が、低屈折率部１７０、１７１から形成されている。超小型構造領域は、それぞれｂパラメータが１．０μｍ未満、例えば、０．５μｍ未満、または０．３μｍ未満であり、隣接する領域間の実効屈折率の差が大きい。２つの超小型構造領域を分離する均質領域は、符号１７２で示す。
【０１４８】
本発明は、エアクラッド層を有する光ファイバーで高開口数を実現する方法を開示している。高開口数は、クラッドポンプ光ファイバーレーザ及び増幅器だけに限らず、本発明は、高開口数を得るために狭いブリッジを利用した他の光ファイバーの用途も含む。例えば、本発明は、コア領域に希土類要素を含まないマルチモード光ファイバーだけでなく、コアがドーピング要素を一切含まない超小型構造光ファイバーも含む。本発明の好ましい実施形態に関する前述の例と比較すると、本発明によるマルチモード光ファイバーは、内側クラッドと同質のコアを有していてもよい。
【０１４９】
よって、本発明は、エアクラッド領域が、均質材料、例えば、純シリカからなる大型コアを包囲する狭いブリッジ領域を有する光ファイバーも含む。コアは、例えば、コアの領域において、放物線の屈折率プロファイルのような、特殊な屈折率プロファイルを実現できるドープシリカガラスを含むものでもよいことはもちろんである。
【０１５０】
高開口数のマルチモード光ファイバーの例を、図１８に略図で示す。光ファイバーは、直径が１０μｍより大きく、例えば２５μｍより大きい大型コア領域１８０を有していてもよい。コア領域１８０は、空気孔１８１を備えたエアクラッド層で包囲されており、エアクラッド層の外側は、ファイバーに機械的頑強性を付与する均質のクラッド層１８２であってもよい。光ファイバーを高開口数、例えば、０．５より大きい、好ましくは０．７より大きい値とするには、空気穴１８１間のブリッジ幅は、１．０μｍ未満と狭くなければならず、好ましくは０．５μｍ未満がよい。
【０１５１】
上記のようなマルチモード光ファイバーは、例えば、高出力伝送に採用することができる。例として、マルチモードファイバーは、各種レーザ及びレーザ部品へのポンプ源の伝送媒体として使用することができる。一般的に、このような（受動）伝送光ファイバーにおいては、光ファイバーの両端が高ＮＡであるか、もしくは入力側端部のＮＡが高く、出力側端部のＮＡが低い、またはその逆のように、光ファイバー端部一方のみにおいて高ＮＡであると有利である。
【０１５２】
例えば、図１９ａで示すように、入力側端部１９０では、エアクラッド層１９１のブリッジ領域が狭く、ＮＡが０．５より大きい値となっており、一方、出力側端部１９２では、標準ファイバーや、特殊なレーザ部品とモードが適合するように低く（例えば０．３未満）、エアクラッド層の穴が部分的または完全に潰してあるものがある。これは、ファイバーの全長、もしくはその一部に渡って行うことができ、また、ファイバーの出力側端部の端面で直接行うこともできる。
【０１５３】
このような、光ファイバーにおける両端間のＮＡの差は、図１９ｂに示すようにドープコア領域１９５，１９７を備えたアクティブファイバーにも関連する。例えば、（通常は固体レーザ源からの）ポンプ光を効率よく結合できるように、入力側端部１９４のＮＡが高く設計されているクラッドポンプファイバーレーザがある。このようなファイバーレーザの出力側端部１９６においては、ポンプ光が大量に吸収され、コア領域においてファイバーが搬送する主なパワーは、信号波長となる。よって、出力側端部においては、エアクラッド層は、ほとんど、もしくはまったく影響がないので、間隙を完全もしくは部分的に潰すことができる。
【０１５４】
本発明による光ファイバーは、例えば、光ファイバーレーザ用として、その長さの一部にブラッグ格子を備えていることが多い。これらのブラッグ格子は、光ファイバーの長手の方向にＵＶで書き込み、屈折率の変化を付けて構成することができる。
【０１５５】
ファイバーレーザに応用できる本発明による光ファイバーの好ましい実施形態の一例を図２０に示す。図は、たとえば、ＹｂやＥｒのような１種類以上の希土類要素のドーピングによって実現した、アクティブなコア領域２００を含むファイバーの断面の略図である。
【０１５６】
コア領域は、背景材料２０１と多数の高低（両方もしくはいずれか一方）屈折率部２０２を備える内側クラッドで包囲されている。内側クラッド領域は、最終的にはオーバークラッド領域２０４に包囲されるエアクラッド層２０３に包囲される。このようなファイバーは、例えば、シリカ材料などで設計してもよく、内側クラッド部２０２が間隙でもよい。
【０１５７】
好ましい実施形態では、光ファイバーは、高出力で使用するため、ラージモード領域のクラッドポンプ光ファイバーレーザである。直径が平均の約０．３０から０．５０倍である内側クラッドの低屈折率部を使用すると、コア領域では、一般的または代表的に内側クラッド部の間の中心間の間隔がΛ、信号波長λsでシングルモード操作となり、コアだけでなく、内側クラッド領域も、λsより小さい波長、λpでポンプ光がポンプされるようになる。
【０１５８】
λpの一般的な値は、約８００ｎｍ，９８０ｎｍ，１０５０ｎｍ，及び１４８０ｎｍであり、λsは、約９８０ｎｍ、１０５０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍであって、１５００ｎｍ〜１６４０ｎｍである。前述のように、内側クラッド部の数と寸法がかなり大きい場合でも、ｂ値が、１００ｎｍから１０００ｎｍの間（好ましくは４００ｎｍ未満）にあるときには、エアクラッド層を使って高ＮＡを実現できる。
【０１５９】
一般的にコア領域２００は、１種類以上の屈折率上昇ドーパント（希土類のシリカへの染込みを改善するために使用する）を含む。よって、１．５５μｍの波長で１．４４４以上など、屈折率が純シリカより高い背景材料２０１を使用した光ファイバーを製造した方が好ましい。これは、例えば、ＧｅまたはＡｌを含む背景材料２０１を使用することにより実現できる。コア領域は、例えばＦまたはＢのような、屈折率を低下させる１種類以上の共ドーパント（１種類以上の（アクティブな）希土類ドーパントと任意の屈折率上昇共ドーパントとは別に）を含んでいてもよい。
【０１６０】
図２０に示すようなファイバーの寸法に関し、外側クラッド領域２０４の外径が、約１２５μｍのファイバーの場合、一般的に内側クラッド領域の外径は、約６０μｍ〜１００μｍである。外径がより大きいファイバーの場合、内側クラッドの外径は、２００μｍまで可能である。一般的に内側クラッド部は、中心間の間隔Λが５μｍより大きく、一般的には、８．０μｍから１２．０μｍの範囲内の、約１０μｍであることを特徴とする。
【０１６１】
屈折損を回避し、さらにコア領域のファイバーシングルモードを信号波長に維持するため、内側クラッド部の直径は、一般的に０．３Λから０．６Λ~の範囲内である。ファイバーは、ファイバーレーザなどの製品の一部として採用することができ、製品は、１つ以上のポンプ源を備え、一つ以上のＵＶで書かれたブラッグ格子を使用して外部リフレクタ、もしくはリフレクタがファイバー内で直接形成される。
【０１６２】
レーザまたは増幅器に使用する本発明による光ファイバーは、標準的なファイバー技術、例えば、エンドポンピングやサイドポンピングなどにおいて知られる各種方式でポンピングできる。
【０１６３】
図２１は、本発明により製造した光ファイバーの好ましい実施形態を光学顕微鏡写真で示したものである。ファイバーのＮＡは、約１．０μｍの波長で約０．６である。この高ＮＡは、エアクラッド領域のブリッジ領域を非常に狭くすることによって、実現できる。このファイバーのｂ値は、約４００ｎｍである。ｂ値が異なる多数のファイバーが製造され、実験的な特徴づけにより、ｂ値が１００ｎｍから５００ｎｍの範囲内の光ファイバーのＮＡは、０．５より大きく、一般的には、０．６より大きいことが確認された。
【０１６４】
実験作業から、実際の光ファイバーのｂ値がある寸法より大きいという関係があることが明らかになった。これは、例えば、ファイバーの切断または接合に関係する場合である。一般的に、ｂ値は、１００ｎｍを下回らないのが好ましく、例えば、ｂ値は、２００ｎｍを下回らない方が好ましい。
【０１６５】
本発明者は、さらに、エアクラッド層を有するファイバーに重要であるもう一つの設計パラメータを実現した。実験作業を通して、本発明者は、エアクラッド層２２３の厚さＴが、ファイバーの切断において機械的に重要な役割を果たすことを認識した。ドープコア領域２２０、内側クラッド領域２２１、エアクラッド層２２３、外側クラッド領域２２２を有するファイバーにおけるＴパラメータを図２２に示す。
【０１６６】
切断が、通常ある種の引っかき傷をファイバーの外表面に形成し、この引っかき傷をファイバーの内部まで達する切れ目として広げることによって行うので、エアクラッド層の厚さＴが大きい場合は、内側クラッド領域が、機械的に外側クラッドから隔離されてしまい、不利である。一方、厚さＴは、内側クラッド領域２２１と外側クラッド領域２２２を光学的に隔離するためにはある程度の寸法がなければならない。
【０１６７】
本発明者は、エアクラッド層２２３の最適な厚さが、約３．０μｍから約１０μｍの範囲内であることを理解した。本発明によるファイバーが、ファイバー製造後のエアクラッド層が、例えば、重合体及び／または他の材料によって充填されるような適用方法にも使用できるため、所定の体積を得るために、他の厚さとしてもよい。よって、１０μｍより厚さが大きいエアクラッド層でもよい。
【０１６８】
図２３は、本発明による実際のファイバーのもう１つの例を示している。図２３ａは、コアと、内側クラッド領域と、エアクラッド層と、外側クラッドの一部（コアは、電子顕微鏡の写真における内側クラッドの純シリカと同じである、Ｙｂドープシリカを含む）。ファイバーは、波長約１．０μｍで、ｂ値が約３００ｎｍ、ＮＡが約０．７である。光ファイバーは、図２１のファイバーよりＴ値が大きく、ファイバーは、Ｔ値と切断能力の間の上記の関係に従って切断するのが困難である。
【０１６９】
図２４は、本発明によるファイバーのもう１つの例の略図であり、このファイバーは、内視鏡に使用することができる。このファイバーは、オーバークラッド２４０と多数（通常は１００以上）の、一般的にマルチモードで受動であるコア要素２４１を有する。コア要素は、個々のコアに高ＮＡを付与するエアクラッド層（または他のタイプの低屈折率層）を使って互いから分離されている。このように、本発明によるファイバーは、個々のコアの高ＮＡによって多量の光を収集でき、これら個々のコアを、ファイバー内視鏡を通して画像伝送するピクセルとして使用することができる。
【０１７０】
本特許明細書全体を通して説明してきたように、高ＮＡを得るには、エアクラッド層のブリッジ幅は狭くなくてはならない。一般的に、個々のコアの直径は、約１０μｍ以上である。
【０１７１】
図２５は、本発明によるファイバーのもう１つの例を示す。このファイバーは、図２０に略図で示すファイバーに類似しており、本出願で開示している高ＮＡエアクラッド層２５３を有する。しかし、このファイバーは、コアの中心からその最も近い位置で隣接するコアの中心までの距離が、ファイバーのすべてのコアの場合と類似しているように位置する多数（例えば、７、１９、３７など）のコア２５０、２５１を有する。このタイプのファイバーは、チェオ他  “ＩＥＥＥフォトニックス・テクノロジー・レター”（ＩＥＥＥ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｌｅｔｔｅｒｓ）Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．５、ｐ．４３９−４４１  ２００１年５月で説明しているように、高輝度レーザとして使用する。ファイバーは、内側クラッド領域に多数のクラッド部２５２を有する。
【０１７２】
図２６は、本発明によるファイバーのさらに別の例を示す。このファイバーは、本発明の主な局面による高ＮＡエアクラッド層２６３と、エアクラッド層の内部に環状に配置した多数のコア２６２を含む。他の、例えば、多角形形状の配置なども好ましい。このファイバーは、さらに、従来のオーバークラッド領域２６４を有する。ファイバーは、ポンプ光がコア装置の内部を伝播するクラッドポンプ装置として使用することもできる。このタイプのコア装置は、例えば結合効率を改善する場合に好ましい（例えばグラス氏他  Ｏｐｔ．Ｃｏｍｍ．  １５１，  ｐ．１８７−１９５、１９９８年）。
【０１７３】
本発明者は、さらに、改良されたタイプのクラッドポンプエルビウムドープファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）を、ファイバーの内部にコアモードを閉じ込めるＰＢＧ効果を利用することによって実現した。一般的に、ＰＢＧ効果を利用して、光フィールドを閉じ込める場合、少なくとも、４から５周期の周期的に配分されたクラッドホールを使用しなければならない。
【０１７４】
光クラッドポンプファイバーは、比較的大きい内側クラッド領域を有しているので、コアモードを閉じ込めるために、十分な数の周期で設けることができる。ＰＢＧによる閉じ込め効果を使う利点は、次の通りである。まず、第１に、増幅したモードの波長で構成するＰＢＧは、ポンプモードフィールドの波長では、空気孔のモードスクランブリングを行うが、ＰＣＦの制限された中心部に対し、ポンプの分布を制限することはないという点である。よって、好ましい実施形態では、本発明は、信号波長で光のＰＢＧ効果によって導波を行う内側クラッド領域に周期的に配分されたクラッド部を有するエアクラッドファイバーを含む。
【０１７５】
図２７は、本発明による光ファイバーの例を示すものである。高ＮＡを提供するためのエアクラッド層２７０と、内側クラッドに周期的に配分された多数のクラッド部２７１を備えている。さらに、ファイバーは、コアに低屈折率部２７２を備えている。この低屈折率部２７２は、例えば、間隙でも、あるいは、ダウンドープシリカガラスでもよい。低屈折率部は、任意で、希土類ドープ（ＲＥＤ）材料のように、増幅して、光増幅やレージングを行うアクティブな材料を備えていてもよい。また、ファイバーは、任意で低屈折率部２７２を包囲する領域にアクティブな材料を備えていてもよい。
【０１７６】
さらに、ＲＥＤ材料の信号モードと、クラッドポンプの分布の間のオーバーラップが異なるため、ポンプから信号への出力変換を良好に行うことができる。さらに、ＰＢＧ誘導を利用して、高位モード（非ガウスモード分布）で作動するレーザ及び増幅器から、高出力を得ることができる。これは、ＰＢＧ構造を、コアモードが高位モードでのみ誘導し、他のモードでは、バンドギャップ外にあるために漏れやすく構成できるからである。増幅モードのＰＢＧ誘導も、特殊な分散性を有する増幅器が必要な場合（パルス分散もしくはパルス圧縮など）に利用できることがわかった。
【０１７７】
また、別の局面によると、ＰＢＧ誘導を使って、増幅器スペクトルの特定の部分を高めることができる。この場合、バンドギャップエッジを希土類イオンの発光スペクトル内のある周波数に設定することができる。バンドギャップ内の赤色発光スペクトルの部分において、コアモードがしっかり閉じ込めている一方、バンドギャップの外部のスペクトル成分に対する閉じ込め効果は緩く、よって、二つの範囲で異なる増幅が行われる。
【０１７８】
この特性を利用すれば、新しい高出力増幅器をスペクトル的に形成し、ＰＢＧ効果によって可能となった強力モード選択／識別によって、特定の放射波長を有するレーザを製造することができる。この局面については、図２８に略図で示している。
【０１７９】
本発明によるファイバーは、超小型構造ファイバーの分野で周知の技術を使って製造することができる。たとえば、毛細管とロッドを使用した積層延伸法によって内側クラッド領域にエアクラッド層と任意のクラッド部を設けることができる。この方法は、特許文献３及び特許文献４において詳しく説明している。長手方向に非均一である本発明によるファイバーは、ファイバー延伸後の、熱処理、ストレッチング、加圧またはファイバー内の間隙の真空処理など、各種後処理工程によって得ることができる。
【０１８０】
図２４に示すファイバーのようなファイバーを製造するには、ファイバーを次のような多数の工程において延伸するとよい。まず、第１の工程において、ロッドより直径の小さい管の層によって包囲された単一のソリッドロッドを備えた母材を組立てることによって、シングルコアとその周りのエアクラッド層を製造する。この母材の直径は、一般的に１０ｍｍから５０ｍｍであり、一般的に直径１ｍｍから５ｍｍの多数の第１のケインに延伸可能である。
【０１８１】
次に、第２の母材を、多数の第２のケインを積み重ねることによって製造し、この母材に、任意でオーバークラッドを設けて、直接ファイバーに延伸するか、あるいは、第２の母材を多数の第２のケインに延伸して積載してオーバクラッドで被覆し、第３の母材を形成してファイバーに延伸する。
【０１８２】
図２９ａは、２本の異なるエアクラッドファイバーのＮＡを測定した実験結果を示す図である。各ファイバーは、図５ｂに略図で示すようなエアクラッド領域を有しているが、ファイバーのｂ値は、４２０ｎｍと９５０ｎｍと異なる。図では、測定したＮＡ値を点で示し、線は、ファイバーの模擬ＮＡを示している。それらがほぼ一致していることがわかる。
【０１８３】
図は、最小幅のブリッジ領域ｂが約４２０ｎｍであるファイバーのＮＡが、ｂが約９５０ｎｍであるファイバーよりかなり高いことを示している。ｂ＝４２０ｎｍのファイバーの一部の電子顕微鏡写真を図２９ｂに示す。エアクラッド層が空気孔の単一リングを備え、空気孔のファイバーの中心から半径方向の幅が、５μｍから１５μｍの範囲内にあるのが好ましい。
【０１８４】
ここで、半径方向の幅、よって、ブリッジ領域を、十分な長さに維持し、高ＮＡという観点から光学的特性を確保する一方、半径方向の幅をできるだけ短くして、ファイバーの切断または処理強度をという観点から、良好な機械的特性を確保するのが望ましい。
【０１８５】
幅に関するもう一つの問題は、ファイバーの内部から外側への熱伝達である。高出力で使用する場合、熱の分離を回避するためにエアクラッド領域の半径方向の幅を制限するのが望ましい。したがって、ブリッジ領域を多数設けるのが好ましく、同様に、低屈折率部を外側クラッドに数多く設けて、十分な熱伝達率を確保するのが好ましい。
【０１８６】
好ましい実施形態では、断面における２つの隣接するブリッジ領域間の最短距離を、第１の寸法より大きく保つことにより、光学的に確実に隔離している（個々のブリッジを隔離するには一般的に動作波長の３から５倍の距離で十分である）。同時に、第２の寸法より小さくすることによって、十分な数のブリッジを確保している（例えば、第２の寸法は、動作波長の約１０倍）。しかし、他の第１及び第２の寸法でもよい。一般的に第２の寸法の範囲はかなり広く、例えば、第２の寸法は、動作波長の数十倍でもよい。
【０１８７】
図２９ａは、さらに、ＮＡが波長とともにどのように変化するかを示している。本発明者は、ＮＡとその変化は、おもに、ｂパラメータに対する波長で決まることを発見した。それさらに詳しく説明するため、図３０は、波長をｂで割った数を関数としたＮＡを、実験的に得た結果とシミュレーションの両方で示したものである。
【０１８８】
図２９とは異なり、図３０の結果は、エアクラッド領域に純シリカと空気孔のみを有するファイバーに関するものである。この図は、ＮＡとｂで割った波長、すなわち、λ／ｂとの間の関係が非常に明白に表われており、実験的に見た結果が数値的シミュレーションによって確認された。よって、図３０は、所定の波長において、あるＮＡを有するファイバーを設計する際に使用することができる。
【０１８９】
図３０から、約０．３以上のＮＡを得るためには、ｂは、λより小さくなければならないことがわかる。ＮＡを約０．４以上とするには、ｂは、約０．８λより小さくなければならず、また、ＮＡを０．５より大きい値とするには、ｂは、約０．６λより小さくなければならず、さらに、ＮＡを０．６より大きい値とするには、ｂは、約０．４５λより小さくなければならない。また、図３０は、０．７以上という極度に大きい数値のＮＡは、約０．３λより小さいｂを使えば実現可能であることも示している。
【０１９０】
よって、本発明によるファイバーを、ポンピング波長が約９８０ｎｍ、ＮＡが約０．５であるのが望ましいクラッドポンプ装置として使用する場合（例えば、レーザまたは増幅器）、ｂは、約５６０ｎｍ以下に設計しなければならない。
【０１９１】
各種の適用において、所定のＮＡに対して可能な最大ブリッジ領域を得るのが望ましい。これは、例えば、ファイバーの強度や切断などといった機械的特性を改善するため、または、前述のように、熱伝達率を改善するために望ましい。
【０１９２】
所定のＮＡに対するブリッジ幅を増加するため、本発明者は、ブリッジ領域の材料と、内側クラッドの背景材料との間の屈折率に差、△cladをつけるとよいということを発見した。図３１は、本発明による改良されたファイバーの例を略図で示したものであり、外側クラッド領域の背景材料３１０の屈折率が内側クラッド領域の背景材料３１１より低くなっている。この屈折率の差は、たとえば、内側クラッド領域が、Ｇｅドープシリカガラスを含み、外側クラッド領域が非ドープシリカガラスを含むという、シリカドープ技術を使って実現可能である。
【０１９３】
もちろん、この屈折率の差を実現するには、他の方法も考えられる。例えば、純粋のシリカと比較すると、粉が屈折率を低下させるため、屈折率Ｆ−ドープガラスを外側クラッドに使用することもできる。
【０１９４】
図３２は、屈折率の差△cladを略図で示している。図３２は、本発明によるファイバーの断面を通る一方向の屈折率プロファイルの例を、概略で示している。図３０では、ＮＡを内側と外側クラッドの間の背景材料の屈折率の間の差がない。すなわち、△clad＝０％である場合のλ／ｂの関数として示しているが、図３３では、△cladを増加させることによって、どのようにＮＡが増加するかを示している。
【０１９５】
この図は、シリカベースのファイバーの△cladが０％から４％に変化した場合のＮＡのシミュレーションを示している。図からわかるように、非ゼロの△cladを使用すれば、ＮＡがかなり増加する。例として、△clad＝０％のファイバーに対するｂ＝５６０ｎｍと比較すると、ポンプ波長９８０ｎｍ、ＮＡ０．５、ｂ値約６５０ｎｍで動作する前述のファイバー装置が実現できる（△clad＝１％及び０％の時に、それぞれλ／ｂが約１．５０及び１．７５である場合に、ＮＡは０．５となる）。
【０１９６】
もう一つの例として、ｂがほぼλであり、△cladが約３％である場合に、ＮＡが約０．５であるファイバーが実現する。さらに、ＮＡが０．８より大きいファイバーは、λ／ｂが約３．０以上である場合に実現する。この非ゼロ△cladを利用して、ＮＡを増加する考えは、外側クラッド領域において、低屈折率部３１４、３２４を有するあらゆるタイプの高ＮＡファイバーに対して利用でき、内側クラッド領域３２１内に、内側クラッド部３１２，３２２とアクティブコア３１３，３２０を有する、図３１及び図３２に示す例に限られるものではない。
【０１９７】
オーバークラッド領域３１５，３２５は、背景材料３１０とは異なる背景材料を備えていてもよい。ＮＡ特性を改善するのは、ブリッジ領域の材料と内側クラッドの背景材料との間の屈折率の差であるが、低屈折率の背景材料３１７を有する外側クラッドの半径方向の幅は、あまり重要ではない。半径方向の幅３１７は、外側クラッド３１６の低屈折率部の半径方向の幅より大きい方が好ましい。このような関係は、内側クラッド領域（及びコア）を形成するロッドより、屈折率が小さいシリカ毛細管を使って外側クラッド領域を形成する、積載牽引工程を使って製造されるファイバーに表われる（特許文献４参照）。内側クラッド領域とコアは、管またはロッドの様々な組み合わせによって製造できることはもちろんである。
【０１９８】
非ゼロ△cladを使ったもう１つの利点は、大型のアクティブコアを有するクラッドポンプファイバーに関連する。図３２には、アクティブコア３２０と、内側クラッド３２１の背景材料との間の屈折率の差、△coreを示している。好ましい実施形態では、ファイバーは、変形した全反射（Ｍ−ＴＩＲ）（例えばＷＯ  ９９００６８５）または前述のＰＢＧ効果を利用して、内側クラッド部３２２によってコア内に光を閉じ込める。
【０１９９】
Ｍ−ＴＩＲの場合、屈折率△coreをできるだけ小さくして、寸法の大きいコアにおける信号波長でのマルチモード操作を避けることができる。好ましい実施形態では、△coreは約ゼロであり、他の好ましい実施形態では、△coreは、負の数でもよい。低い（または負の）△coreにより、直径が１５μｍ以上の非常に大きいアクティブコアを使用できることができる一方、少なくとも信号波長に対してシングルモード操作を行うことができる。
【０２００】
アクティブコアを実現するためのドーパント（Ｅｒ，Ｙｂまたは他の希土類要素、あるいは、その組み合わせ）と任意の共ドーパント（例えばＡｌ，Ｇｅ，またはＬａ）により、純シリカより屈折率を大きくすることができるため、内側クラッド領域に、例えば、Ｇｅドープシリカを使った屈折率の高い背景材料を使用するのが好ましい。これにより、△coreが約ゼロとなると同時に、△clad値がゼロより大きくなる。
【０２０１】
よって、好ましい実施形態において、本発明では、直径が１５μｍ以上のＥｒまたはＹｂを含むアクティブコアと、Ｇｅドープシリカの背景材料と約０．３５以上のｄ／Λを有する多数の間隙を含む内側クラッド領域（信号用としてコアにＭ−ＴＩＲを提供する）と、屈折率が内側クラッド背景材料より小さい背景材料（例えば純シリカ）とｂ値が、１．０μｍ未満、好ましくは自由空間ポンプ波長の２／３倍未満である大型間隙を含むエアクラッド領域とを含む（よって、約０．５以上のＮＡが実現する）、可視または近赤外波長用の光ファイバーレーザまたは増幅器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０２０２】
【図１】従来の技術による、内側クラッドが円形の二重クラッドファイバーを示す。
【図２】従来の技術による、内側クラッドが、横方向に長手の二重クラッドファイバーを示す。
【図３】内側クラッドが非円形であり、葉形状の断面を有する従来の技術による二重クラッドファイバーを示す。
【図４】第１の外側クラッドが実質的にエアクラッド領域である、従来の技術による二重クラッドファイバーの例を示す。
【図５】内側クラッドと外側クラッドとの間の境界面の周りに延在するシリカブリッジ領域を示す図であり、ブリッジ領域の最小幅が規定されている。
【図６】約４５％の固定した空気充填率を有するが、ブリッジ領域の幅が異なるエアクラッドファイバーの開口数を示す図である。
【図７】約５８％の固定した空気充填率を有するが、ブリッジ領域の幅が異なるエアクラッドファイバーの開口数を示す図である。
【図８】空気充填率が異なり、ブリッジ幅が類似したエアクラッドファイバーの開口数の比較図である。
【図９】内側クラッドの実効屈折率が周期的に配置された、多数の小さい空気孔によって決定し、外側クラッドの実効屈折率が、内側クラッドと比較して異なる断面を有する空気孔によって決定する、従来の技術による光結晶ファイバーの断面を示す図である。
【図１０】少数の非周期的に配置した空気孔を、内側クラッドの付加的要素として使用してクラッドポンピングを補助するように構成された、本発明による光結晶ファイバーの例を示す図である。
【図１１】第２のクラッドを形成する空気孔が、非円形に配置された、本発明による光結晶ファイバーの断面の例である。
【図１２】第２のクラッドを形成する空気孔が、様々な寸法を有している、本発明による光結晶ファイバーの断面の例である。
【図１３】内側クラッドを形成する空気孔が、非円形に配置されている、本発明による光結晶ファイバーの断面の例を示す。
【図１４】内側クラッドと外側クラッドが、異なる空気充填率の毛細管を使って形成され、内側クラッドがソリッドロッドを備えている、本発明による光結晶ファイバーの母材の断面の例を示す。
【図１５】異なる形状の毛細管を使って、レーザーダイオードへの高結合効率を得るために最適化した非対称の構造を形成した、本発明による光結晶ファイバーの母材の断面の例を示す。
【図１６】非円形対称モードと近円形対称モードとの間で高結合効率を得られるように設計した光結晶ファイバー移行要素の例を示す。
【図１７】本発明による光結晶ファイバーのもう一つの例を示す。このファイバーは、隣接するクラッド層の間の実効屈折率の対比が大きい一般的なタイプのものである。
【図１８】本発明による光結晶ファイバーのもう一つの例を示す。このファイバーは、エアクラッド領域に包囲された均質コア領域が大きい。ファイバーは、マルチモードであり、高ＮＡである。
【図１９】本発明による光結晶ファイバーの２つの例を示している。これらのファイバーは、その長さの一端（例えば、光がファイバーに結合する入力端）が高ＮＡであり、他方の端部のＮＡが低い。ＮＡの高低は、ファイバーの長さに沿ったエアクラッド領域の空気充填率を制御することによって変えることができる。また、ファイバーの一端の切断面で空気孔を潰すことによって、変えることができる。図１９ａは、マルチモードファイバーを示し、図１９ｂは、ドープコアを有し、ドープコア内における所定の波長でシングルモード動作を行うファイバーを示す。
【図２０】本発明による光結晶ファイバーのもう一つの例を示す。このファイバーは、光がシングルモードで誘導される大型コア領域を有する。また、このファイバーは、コア内でシングルモードだけを支援するよう作用する内側クラッドと、内側クラッド内のモードに対し、高ＮＡを提供するよう作用するエアクラッド領域において超小型構造を有する。
【図２１】本発明による実際の光結晶ファイバーの例である。このファイバーは、ブリッジ領域が狭くファイバーを高ＮＡとするクラッド領域を有する。
【図２２】エアクラッド層の厚みを特徴付けるために使用するパラメータＴを示す略図である。
【図２３】本発明による真の光結晶ファイバーのもう一つの例である。ｋのファイバーは、ブリッジ領域が狭く、高ＮＡとしている。図２３ａのファイバーのエアクラッド領域は、図２１に示すファイバーのエアクラッド領域より厚いが、これらファイバーのＮＡは、実質的には同一である。図２３ｂは、ファイバーの完全な断面を示す。
【図２４】内視鏡に使用するための、本発明によるファイバーの例の略図である。ファイバーは、ブリッジ領域に薄いエアクラッド層により互いに分離した、多数（通常１００以上）のマルチコア要素を有する。
【図２５】本発明によるマルチコアファイバーを示す。ファイバーは高輝度レーザとして使用することができる。
【図２６】本発明によるマルチコアファイバーのもう一つの例を示す。
【図２７】内側クラッドに周期的に分布した部分を有し、ＰＢＧ効果を使って信号光を閉じ込める構成の、本発明による光ファイバーの略図である。
【図２８】ＰＢＧ効果を利用して効率が上がったファイバー増幅器またはファイバーレーザの動作の略図である。
【図２９】波長の関数として異なるブリッジ幅を有する２本のファイバーのＮＡの実験と、シミュレーションの結果を示す図である。
【図３０】ＮＡの実験の結果とシミュレーションの結果を、ブリッジ幅で割った波長の関数として示す。
【図３１】ブリッジ領域の屈折率が内側クラッド領域の背景材料と比較すると低いことを特徴とする、本発明による光ファイバーの断面の略図である。
【図３２】ブリッジ領域の屈折率が内側クラッド領域の背景材料と比較すると低いことを特徴とする、本発明によるファイバーの断面における一方向に沿った屈折率のプロファイルを概略で示す図である。
【図３３】ブリッジ領域と、内側クラッド領域の背景材料との間の屈折率のコントラストとが異なるファイバーにおいて、ＮＡのシミュレーションの結果をブリッジ幅で割った波長の関数として示す図である。
【符号の説明】
【０２０３】
５０，５１，１８１，２４２  第１の外側クラッド領域
５２，１８０，２４１，２５０，２５１，２６２  コア領域
５３，１０２，２０１  内側クラッド領域
５４，１７１，１７２，１７３，１８２，２４０  さらに外側のクラッド領域
１０１，２０２  内側クラッド部
１４０  オーバークラッド母材要素
１４１  第１の外側クラッド母材要素
１４２，１４３  内側クラッド母材要素
１４４  中心母材要素
１６０  延伸ファイバー
１６１  延伸ファイバーの一端
１６２  延伸ファイバーの他端
【図１】
2005500583.tif 000003
【図２】
2005500583.tif 000004
【図３】
2005500583.tif 000005
【図４】
2005500583.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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