(57)【要約】  一般に、一態様において、本発明の特徴は、導波路軸に沿って波長λにおいてあるモードの電磁放射をガイドするように構成されたフォトニック結晶ファイバ（２００、９００）を含む装置である。ファイバには、導波路軸に沿って延びるコア（２１０）と、導波路軸に沿って延びコア（２１０）を囲む閉じ込め領域（２２０、９１０）とが、含まれる。閉じ込め領域（２２０，９１０）には、厚さｄ１およびｄ２ならびに異なる屈折率ｎ１およびｎ２をそれぞれ有する第１および第２の誘電体材料からなる交互層（２１１〜２１９、９２０〜９２２）が含まれる。第１の材料の交互層の少なくとも１つの厚さは、厚さｄ１ＱＷとは異なり、または第２の材料の交互層の少なくとも１つは、厚さｄ２ＱＷとは異なり、ここで、ｄ１ＱＷおよびｄ２ＱＷは、２つの誘電体材料に対する４分の１波長条件、式（Ｉ）および式（ＩＩ）に、それぞれ対応する。フォトニック結晶ファイバの波長λにおける被ガイド・モードに対する減衰は、４分の１波長条件に対応する交互層厚さを有すること以外はフォトニック結晶ファイバと同一である基準ファイバに対する減衰に対して、約２以上の因子分の１に低減される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路であって、
導波路軸に沿って延びるコアと、
前記コアを囲む閉じ込め領域であって、らせん状部分および非らせん状部分を備える閉じ込め領域と、を備え、
前記らせん状部分および前記非らせん状部分は、前記導波路軸に沿って延びる、導波路。
【請求項２】
前記導波路はファイバ導波路である、請求項１に記載の導波路。
【請求項３】
前記ファイバ導波路はフォトニック結晶ファイバである、請求項２に記載の導波路。
【請求項４】
前記ファイバ導波路はブラッグ・ファイバである、請求項３に記載の導波路。
【請求項５】
前記導波路は、波長λの放射をガイドするように構成され、前記非らせん状部分は、前記導波路軸に直交する半径方向の光学的厚さが約λ／４以下である層を備える、請求項１に記載の導波路。
【請求項６】
前記導波路は、波長λが約０．４μｍ〜約０．８μｍの放射をガイドするように構成される、請求項１に記載の導波路。
【請求項７】
前記導波路は、波長λが約０．８μｍ〜約２．０μｍの放射をガイドするように構成される、請求項１に記載の導波路。
【請求項８】
前記導波路は、波長λが約２μｍ〜約１５μｍの放射をガイドするように構成される、請求項１に記載の導波路。
【請求項９】
前記コアは、導波路軸に沿って延びる中空部分を備える、請求項１に記載の導波路。
【請求項１０】
前記コアは、半径が約０．５μｍ〜約１０μｍである、請求項１に記載の導波路。
【請求項１１】
前記コアは、半径が約１０μｍ〜約２，０００μｍである、請求項１に記載の導波路。
【請求項１２】
前記らせん状部分は、前記コアを複数回取り囲む異なる材料からなる少なくとも２つの層を備える多層構造を備える、請求項１に記載の導波路。
【請求項１３】
前記異なる材料からなる少なくとも２つの層は、コアを４回以上取り囲む、請求項１２に記載の導波路。
【請求項１４】
前記異なる材料からなる少なくとも２つの層は、コアを６回以上取り囲む、請求項１２に記載の導波路。
【請求項１５】
前記異なる材料からなる少なくとも２つの層は、コアを１０回以上取り囲む、請求項１２に記載の導波路。
【請求項１６】
前記異なる材料は、高屈折率誘電体材料および低屈折率誘電体材料を含む、請求項１２に記載の導波路。
【請求項１７】
前記高屈折率材料の屈折率と前記低屈折率材料の屈折率との比率が約１．１以上である、請求項１６に記載の導波路。
【請求項１８】
前記高屈折率材料の屈折率と前記低屈折率材料の屈折率との比率が約１．３以上である、請求項１６に記載の導波路。
【請求項１９】
前記高屈折率材料の屈折率と前記低屈折率材料の屈折率との比率が約１．５以上である、請求項１６に記載の導波路。
【請求項２０】
前記高屈折率材料の屈折率と前記低屈折率材料の屈折率との比率が約１．８以上である、請求項１６に記載の導波路。
【請求項２１】
前記異なる材料はポリマーおよびガラスを含む、請求項１２に記載の導波路。
【請求項２２】
前記ガラスはカルコゲナイド・ガラスである、請求項２１に記載の導波路。
【請求項２３】
前記ガラスは酸化物ガラスである、請求項２１に記載の導波路。
【請求項２４】
前記ポリマーは熱可塑性ポリマーである、請求項２１に記載の導波路。
【請求項２５】
前記ポリマーはポリオレフィンを含む、請求項２１に記載の導波路。
【請求項２６】
前記ポリマーはポリエーテルスルフォンを含み、カルコゲナイド・ガラスはＡｓ２Ｓｅ３を含む、請求項２１に記載の導波路。
【請求項２７】
前記非らせん状部分は環状部分である、請求項１に記載の導波路。
【請求項２８】
前記非らせん状部分は孔の開いた部分である、請求項１に記載の導波路。
【請求項２９】
前記非らせん状部分は前記らせん状部分と前記コアとの間にある、請求項１に記載の導波路。
【請求項３０】
前記非らせん状部分は無機材料を含む、請求項１に記載の導波路。
【請求項３１】
前記無機材料はガラスである、請求項３０に記載の導波路。
【請求項３２】
前記ガラスはカルコゲナイド・ガラスである、請求項３１に記載の導波路。
【請求項３３】
前記ガラスは非カルコゲナイド・ガラスである、請求項３１に記載の導波路。
【請求項３４】
前記非カルコゲナイド・ガラスは、酸化物ガラスおよびハロゲン化物ガラスからなる群から選択される、請求項３３に記載の導波路。
【請求項３５】
前記非らせん状部分の屈折率プロファイルは、前記導波路軸に直交する半径方向に沿って変化する、請求項１に記載の導波路。
【請求項３６】
前記非らせん状部分の屈折率プロファイルは、前記導波路軸に直交する半径方向に沿って実質的に一定である、請求項１に記載の導波路。
【請求項３７】
前記非らせん状部分は、１つまたは複数の材料からなる１つまたは複数の層を備える構造を備える、請求項１に記載の導波路。
【請求項３８】
前記非らせん状部分は、異なる材料からなる２以上の層を備える多層構造を備える請求項３７に記載の導波路。
【請求項３９】
前記多層構造は３以上の層を備える、請求項３７に記載の導波路。
【請求項４０】
前記多層構造は５以上の層を備える、請求項３７に記載の導波路。
【請求項４１】
方法であって、
平坦な部材を回転させてらせん状構造を形成すること、
前記らせん状構造上に材料を堆積して中間の構造を形成すること、
ファイバ導波路を形成すること、を備え、
前記ファイバ導波路を形成することは、前記中間の構造から得られるファイバ母材を引き出すことを含む、方法。
【請求項４２】
前記材料は、前記らせん状構造の内部上に堆積される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記材料は、前記らせん状構造の外側上に堆積される、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記平坦な部材をマンドレルの周りで回転させて、前記らせん状構造を形成する、請求項４１に記載の方法。
【請求項４５】
前記マンドレルは中空である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記回転させた平坦な部材を、前記マンドレルの周りで固化する、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
固化することは、前記らせん状構造を加熱することを含む、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
固化することは、真空下で前記らせん状構造を加熱することを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項４９】
少なくとも一部のマンドレルは、前記材料を前記らせん状構造内に堆積させる前に、前記らせん状構造内から取り除かれる、請求項４４に記載の方法。
【請求項５０】
前記マンドレルをエッチングして、前記少なくとも一部のマンドレルを取り除く、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記マンドレルを、酸を用いてエッチングする、請求項５０に記載の方法。
【請求項５２】
前記平坦な部材は、屈折率の異なる材料を備える少なくとも２つの層を備える多層構造である、請求項４１に記載の方法。
【請求項５３】
前記少なくとも２つの層は、第１の材料層と、第１の材料層をはさむ一対の第２の材料層とを備える、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記異なる材料は、ガラスを含む第１の材料とポリマーを含む第２の材料とを含む、請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
前記多層構造は、第２の材料層の表面上に第１の材料層を配置して前記多層構造を形成することによって形成され、第１および第２の材料は異なる、請求項５２に記載の方法。
【請求項５６】
第２の材料層の第２の表面上に第１の材料をさらに配置して前記多層構造が形成される、請求項５２に記載の方法。
【請求項５７】
第２の材料はポリマーである請求項５２に記載の方法。
【請求項５８】
前記堆積させることは、スパッタリングを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項５９】
前記堆積させることは、蒸着を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項６０】
１つまたは複数のさらなる層を第１の材料層上に堆積して多層部材が形成される、請求項４１に記載の方法。
【請求項６１】
前記材料は、化学気相成長法を用いてらせん状構造上に堆積される、請求項４１に記載の方法。
【請求項６２】
前記化学気相成長法は、マイクロ波支援化学気相成長法である、請求項６１に記載の方法。
【請求項６３】
前記化学気相成長法は、熱化学気相成長法である、請求項６１に記載の方法。
【請求項６４】
前記らせん状構造上に堆積させる材料はガラスである、請求項４１に記載の方法。
【請求項６５】
前記ガラスはカルコゲナイド・ガラスである、請求項６２に記載の方法。
【請求項６６】
方法であって、
中空のらせん状構造を用意すること、
前記中空のらせん状構造上に化学気相成長法を用いて材料層を堆積させること、を備える方法。
【請求項６７】
システムであって、
レーザと、
請求項１に記載の導波路と、
送出デバイスと、を備え、
前記導波路は、前記レーザから放出される放射を受け入れるように構成され、前記送出デバイスにより、オペレータは、フォトニック結晶ファイバから放出される放射を患者の目標組織に送ることが可能となる、システム。
【請求項６８】
前記レーザがＣＯ２レーザである、請求項６７に記載のシステム。
【請求項６９】
前記レーザがＥｒ：ＹＡＧレーザである、請求項６７に記載のシステム。
【請求項７０】
前記送出デバイスがハンドピースを備える、請求項６７に記載のシステム。
【請求項７１】
前記送出デバイスが内視鏡を備える、請求項６７に記載のシステム。
【請求項７２】
装置であって、
導波路軸に沿って波長λにおいてあるモードの電磁放射をガイドするように構成されたフォトニック結晶ファイバであって、前記導波路軸に沿って延びるコアと、前記導波路軸に沿って延びコアを囲む閉じ込め領域とを備え、該閉じ込め領域は、厚さｄ１およびｄ２ならびに異なる屈折率ｎ１およびｎ２をそれぞれ有する第１および第２の誘電体材料からなる交互層を備えるフォトニック結晶ファイバを備え、
前記第１の材料の交互層の少なくとも１つの厚さは、厚さｄ１ＱＷとは異なり、または前記第２の材料の交互層の少なくとも１つは、厚さｄ２ＱＷとは異なり、ここで、ｄ１ＱＷおよびｄ２ＱＷは、２つの誘電体材料に対する４分の１波長条件、ｄ１ＱＷ＝λ／｛４√（ｎ１２−１）｝およびｄ２ＱＷ＝λ／｛４√（ｎ２２−１）｝に、それぞれ対応し、
前記フォトニック結晶ファイバの波長λにおける被ガイド・モードに対する減衰は、４分の１波長条件に対応する交互層厚さを有すること以外は前記フォトニック結晶ファイバと同一である基準ファイバに対する減衰に対して、約２以上の因子分の１に低減される、装置。
【請求項７３】
前記閉じ込め領域は、ｄ１ＱＷおよびｄ２ＱＷとは異なる厚さを有する最も内側の層を含む、請求項７２に記載の装置。
【請求項７４】
前記最も内側の層の厚さがｄ１ＱＷおよびｄ２ＱＷ未満である、請求項７３に記載の装置。
【請求項７５】
前記最も内側の層は、前記第１の材料の交互層の１つである、請求項７３に記載の装置。
【請求項７６】
前記最も内側の層は、前記第１の材料を含み、かつｄ１とは異なる厚さを有する、請求項７３に記載の装置。
【請求項７７】
前記閉じ込め領域は、ｄ１ＱＷおよびｄ２ＱＷとは異なる厚さを有する最も内側の層に隣接する層を含む、請求項７３に記載の装置。
【請求項７８】
前記最も内側の層に隣接する層は、前記第２の材料を含み、かつｄ２とは異なる厚さを有する、請求項７７に記載の装置。
【請求項７９】
前記閉じ込め領域はさらに、ｄ１およびｄ１ＱＷとは異なる厚さを有する前記第１の材料からなる１つまたは複数のさらなる層を含む、請求項７２に記載の装置。
【請求項８０】
前記閉じ込め領域はさらに、ｄ２およびｄ２ＱＷとは異なる厚さを有する前記第２の材料からなる１つまたは複数のさらなる層を含む、請求項７９に記載の装置。
【請求項８１】
前記交互層は環状の層である、請求項７２に記載の装置。
【請求項８２】
前記交互層は、らせん状部分の第１のらせん状層および第２のらせん状層を含む、請求項７２に記載の装置。
【請求項８３】
前記因子は約３以上である、請求項７２に記載の装置。
【請求項８４】
前記因子は約４以上である、請求項７２に記載の装置。
【請求項８５】
前記因子は約１０以上である、請求項７２に記載の装置。
【請求項８６】
前記因子は約５０以上である、請求項７２に記載の装置。
【請求項８７】
前記第１および第２の材料は、λにおいて異なる吸収を有する請求項７２に記載の装置。
【請求項８８】
前記第１の誘電体材料は、λにおいて約１ｄＢ／ｍ以上の吸収を有する、請求項７２に記載の装置。
【請求項８９】
前記第１の誘電体材料は、λにおいて約１０ｄＢ／ｍ以上の吸収を有する、請求項７２に記載の装置。
【請求項９０】
前記第１の誘電体材料は、λにおいて約１００ｄＢ／ｍ以上の吸収を有する、請求項７２に記載の装置。
【請求項９１】
前記第２の誘電体材料は、λにおいて約１ｄＢ／ｍ以下の吸収を有する、請求項８８に記載の装置。
【請求項９２】
前記第２の誘電体材料は、λにおいて０．１ｄＢ以下の吸収を有する、請求項８８に記載の装置。
【請求項９３】
前記第１および第２の誘電体材料は、λにおいてα１およびα２の吸収をそれぞれ有し、比率α１／α２は約１０以上である、請求項７２に記載の装置。
【請求項９４】
前記第１および第２の誘電体材料は、λにおいてα１およびα２の吸収をそれぞれ有し、比率α１／α２は約１００以上である、請求項７２に記載の装置。
【請求項９５】
前記第１および第２の誘電体材料は、λにおいてα１およびα２の吸収をそれぞれ有し、比率α１／α２は約１，０００以上である、請求項７２に記載の装置。
【請求項９６】
｜ｎ１−ｎ２｜＜０．１である請求項７２に記載の装置。
【請求項９７】
｜ｎ１−ｎ２｜＜０．３である請求項７２に記載の装置。
【請求項９８】
｜ｎ１−ｎ２｜＜０．５である請求項７２に記載の装置。
【請求項９９】
｜ｎ１−ｎ２｜＜０．８である請求項７２に記載の装置。
【請求項１００】
λが約４００ｎｍ〜約９００ｎｍの範囲である、請求項７２に記載の装置。
【請求項１０１】
λが約９００ｎｍ〜約１，６００ｎｍの範囲である、請求項７２に記載の装置。
【請求項１０２】
λが約２，０００ｎｍ以上である、請求項７２に記載の装置。
【請求項１０３】
λが約１０．６μｍである、請求項７２に記載の装置。
【請求項１０４】
前記第１の誘電体材料がガラスである、請求項７２に記載の装置。
【請求項１０５】
前記ガラスが無機ガラスである、請求項１０４に記載の装置。
【請求項１０６】
前記ガラスがカルコゲナイド・ガラスである、請求項１０５に記載の装置。
【請求項１０７】
カルコゲナイド・ガラスはＡｓおよびＳｅを含む、請求項１０５に記載の装置。
【請求項１０８】
前記第２の誘電体材料が無機ガラスである、請求項１０５に記載の装置。
【請求項１０９】
前記第１の誘電体材料はカルコゲナイド・ガラスであり、前記第２の誘電体材料は非カルコゲナイド・ガラスである、請求項１０８に記載の装置。
【請求項１１０】
前記非カルコゲナイド・ガラスが酸化物ガラスである、請求項１０９に記載の装置。
【請求項１１１】
前記第１の誘電体材料がポリマーである、請求項７２に記載の装置。
【請求項１１２】
前記ポリマーが熱可塑性ポリマーである、請求項１１１に記載の装置。
【請求項１１３】
前記第２の誘電体材料が無機ガラスである、請求項１１１に記載の装置。
【請求項１１４】
前記第２の誘電体材料がポリマーである、請求項１１１に記載の装置。
【請求項１１５】
システムであって、
レーザと、
請求項１に記載の装置と、
送出デバイスと、を備え、
前記装置は、前記レーザから放出される放射を受け入れるように構成され、前記送出デバイスにより、オペレータは、前記装置から放出される放射を患者の目標組織に送ることが可能となる、システム。
【請求項１１６】
前記レーザがＣＯ２レーザである、請求項１１５に記載のシステム。
【請求項１１７】
前記送出デバイスがハンドピースを備える、請求項１１５に記載のシステム。
【請求項１１８】
前記送出デバイスが内視鏡を備える、請求項１１５に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶導波路およびフォトニック結晶導波路を用いたシステムの分野に関する。
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法１１９条（ｅ）（１）に基づき、以下の出願に対する利益を主張する。米国仮出願第１０／５６０，４５８号明細書、発明の名称「フォトニック結晶ファイバ応用」（２００４年４月８日出願）、米国仮出願第１０／５６１，０２０号明細書、発明の名称「フォトニック結晶ファイバ応用」（２００４年４月９日出願）、および米国仮出願第１０／６０３，０６７号明細書、発明の名称「フォトニック結晶導波路およびこのような導波路を用いたシステム」（２００４年８月２０日出願）、また本出願は、米国特許法１２０条に基づき、以下の出願に対する利益を主張する。米国実用特許出願第１０／９７８，６０５号明細書、発明の名称「フォトニック結晶導波路およびこのような導波路を用いたシステム」（２００４年１１月１日出願）、および米国実用特許出願第１０／９７８，３３０号明細書、発明の名称「フォトニック結晶導波路およびこのような導波路を用いたシステム」（２００４年１１月１日出願）。なおこれらの文献の全体の内容はすべて、本明細書において参照により取り入れられている。
【背景技術】
【０００２】
導波路は、多くの業界において重要な役割を果たしている。たとえば光導波路は、遠距離通信ネットワークにおいて広く用いられている。この場合、ファイバ導波路（たとえば光ファイバ）が、情報を、異なる箇所間で光信号として運ぶために用いられる。このような導波路では実質的に、光信号を、好ましい経路に沿って伝搬するように閉じ込めている。光導波路の他の応用例としては、結像の応用例が挙げられ、たとえば内視鏡において、および光学的な検出においてである。また光導波路は、レーザ放射（たとえば、高強度レーザ放射）を、供給源から医療（たとえば眼科手術）および製造（たとえばレーザ加工および成形）応用例における目標物までガイドするために用いることもできる。
【０００３】
最も普及しているファイバ導波路の形式は、光ファイバであり、この場合には、屈折率ガイドを用いて光信号を好ましい経路に閉じ込めている。このようなファイバには、導波路軸に沿って延びるコア領域と、導波路軸の周囲のコアを囲み、コア領域よりも屈折率が小さいクラッド領域とが含まれる。屈折率差があるために、高屈折率の方のコア内の導波路軸に沿って実質的に伝搬する光線は、全反射（ＴＩＲ）をコア−クラッド界面から受ける可能性がある。その結果、光ファイバは、１つまたは複数のモードの電磁（ＥＭ）放射をガイドして、コア内を導波路軸に沿って伝搬させる。このような被ガイド・モードの数は、コア直径とともに増加する。特に、屈折率ガイド・メカニズムでは、導波路軸に平行な所定の波動ベクトルがあった場合に、最低周波数の被ガイド・モードを下回るどんなクラッド・モードの存在も除外する。使用されているほとんどすべての屈折率ガイドされた光ファイバは、商業的にはシリカ・ベースであり、すなわちコアおよびクラッドの一方または両方に、不純物がドープされて、屈折率差を生成するとともにコア−クラッド界面を生成している。たとえば、広く用いられているシリカ光ファイバは、波長が約１．５ｍの場合に、応用例に応じて、屈折率は約１．４５であり、屈折率差は約０．２％〜３％である。
【０００４】
他の形式の導波路ファイバは、ＴＩＲ屈折率ガイドに基づかない形式であるブラッグ・ファイバであり、導波路軸の周囲のコアを囲む複数の交互に設けられた誘電体層が含まれている。複数の層は、ある周波数範囲に渡って光をコアに閉じ込める円筒型のミラーを形成する。交互層は、平面積層誘電体リフレクタ（ブラッグ・ミラーとしても知られている）の交互層に類似している。複数の層は、フォトニック結晶として知られているものを形成し、またブラッグ・ファイバは、フォトニック結晶ファイバの例である。フォトニック結晶構造は、フォトニック結晶（ＰｈｏｔｏｎｉｃＣｒｙｓｔａｌｓ）（ジョンＤ．ジョアンノポウロス（ＪｏｈｎＤ．Ｊｏａｎｎｏｐｏｕｌｏｓ）ら）（プリンストン大学出版、プリンストン、ニュージャ−ジ州（ＰｒｉｎｃｅｔｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，ＰｒｉｎｃｅｔｏｎＮＪ）、１９９５）において概略的に説明されている。なお、この文献の全体の内容は、本明細書において参照により取り入れられている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様において、本発明の特徴は、減衰特性が小さい（被ガイド波長において吸収損失が小さいことおよび／または放射損失が小さいことを含む）フォトニック結晶ファイバである。放射損失に加えて吸収損失を考慮したときに、発明者は、閉じ込め領域のある特定の部分が４分の１波長条件を満たさないフォトニック結晶ファイバは、４分の１波長条件が満たされる閉じ込め領域を有する同様のファイバよりも小さい減衰を示せることを見出した。したがって、ある特定の態様において本発明の特徴は、１つまたは複数の層が４分の１波長条件を満たさない閉じ込め領域を有するフォトニック結晶ファイバである。いくつかの実施形態では、最も内側の層または最も内側の２層は、４分の１波長条件を満たさない。最も内側の層または最も内側の２層は、光学的厚さが、閉じ込め領域内の他の層よりも厚いかまたは薄いとすることができる。
【０００６】
他の態様においては、本発明の特徴は、らせん状部分および非らせん状部分（たとえば環状部分）を含む閉じ込め領域を有するフォトニック結晶ファイバである。いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、環状部分とらせん状部分とを有する閉じ込め領域であって、環状部分はコアとらせん状部分との間にある閉じ込め領域を含むことができる。環状およびらせん状部分はそれぞれ、１つまたは複数の層を含むことができる。環状部分は、らせん状部分における材料とは異なる１つまたは複数の材料から形成することができる。たとえば、コアにより近い部分（たとえば環状部分）を形成する材料の１つまたは複数は、被ガイド波長における吸収が、コアからより遠い部分（たとえばらせん状部分）を形成する材料の１つまたは複数よりも小さくなることができる。いくつかの実施形態では、コアに隣接する部分は、コアに非隣接の部分の場合よりも不純物が少ない材料から形成することができる。コアに最も近い閉じ込め領域層での不純物を少なくすることで、閉じ込め領域の最初の数層を貫通する被ガイド放射の散乱を低減することによって、閉じ込め領域内でのファイバの局所的な加熱を減らすことができる。
【０００７】
一般に、フォトニック結晶ファイバは、ファイバ母材から引き出すことができる。
フォトニック結晶ファイバは、種々の応用例において用いることができる。したがって、さらなる態様において本発明の特徴は、フォトニック結晶ファイバを含むシステムである。たとえば、いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、遠距離通信システム、レーザ送出システム（たとえば、医療用レーザ送出システム）、および／または他の光学システム（たとえば、センサ、結像システム）で用いられる。
【０００８】
一般に、一態様では、本発明の特徴は、導波路軸に沿って波長λにおいてあるモードの電磁放射をガイドするように構成されたフォトニック結晶ファイバである。ファイバには、導波路軸に沿って延びるコアと、導波路軸に沿って延びコアを囲む閉じ込め領域とが、含まれる。閉じ込め領域には、厚さｄ１およびｄ２ならびに異なる屈折率ｎ１およびｎ２をそれぞれ有する第１および第２の誘電体材料からなる交互層が含まれる。第１の材料の交互層の少なくとも１つの厚さは、厚さｄ１ＱＷとは異なり、または第２の材料の交互層の少なくとも１つは、厚さｄ２ＱＷとは異なり、ここで、ｄ１ＱＷおよびｄ２ＱＷは、２つの誘電体材料に対する４分の１波長条件、ｄ１ＱＷ＝λ／｛４√（ｎ１２−１）｝およびｄ２ＱＷ＝λ／｛４√（ｎ２２−１）｝に、それぞれ対応する。フォトニック結晶ファイバの波長λにおける被ガイド・モードに対する減衰は、交互層厚さが４分の１波長条件に対応すること以外はフォトニック結晶ファイバと同一である基準ファイバに対する減衰に対して、約２以上の因子分の１に低減される。
【０００９】
装置の実施形態は、以下の特徴の１つもしくは複数および／または他の態様の特徴を含むことができる。
閉じ込め領域には、ｄ１ＱＷおよびｄ２ＱＷとは異なる厚さを有する最も内側の層を含むことができる。最も内側の層の厚さは、ｄ１ＱＷおよびｄ２ＱＷ未満とすることができる。最も内側の層は第１の材料の交互層の１つとすることができる。最も内側の層は、第１の材料を含み、ｄ１とは異なる厚さを有することができる。閉じ込め領域には、ｄ１ＱＷおよびｄ２ＱＷとは異なる厚さを有する最も内側の層に隣接する層を含むことができる。最も内側の層に隣接する層は、第２の材料を含み、ｄ２とは異なる厚さを有することができる。
【００１０】
閉じ込め領域にはさらに、ｄ１およびｄ１ＱＷとは異なる厚さを有する第１の材料からなる１つまたは複数のさらなる層を含むことができる。閉じ込め領域にはさらに、ｄ２およびｄ２ＱＷとは異なる厚さを有する第２の材料からなる１つまたは複数のさらなる層を含むことができる。
【００１１】
交互層は環状の層とすることができる。交互層には、らせん状部分の第１のらせん状層および第２のらせん状層を含むことができる。因子は、約３以上（たとえば、約４以上、約５以上、約６以上、約７以上、約８以上、約９以上、約１０以上、約１５以上、約２０以上、約３０以上、約５０以上、約１００以上）とすることができる。
【００１２】
第１および第２の材料は、λにおいて異なる吸収を有することができる。第１の誘電体材料の吸収は、λにおいて約１ｄＢ／ｍ以上（たとえば、約５ｄＢ／ｍ以上、約１０ｄＢ／ｍ以上、約２０ｄＢ／ｍ以上、約３０ｄＢ／ｍ以上、約５０ｄＢ／ｍ以上、約１００ｄＢ／ｍ以上、約２００ｄＢ／ｍ以上、約５００ｄＢ／ｍ以上、約１，０００ｄＢ／ｍ以上）とすることができる。その代わりに、またはそれに加えて、第２の誘電体材料の吸収は、λにおいて約１ｄＢ／ｍ以下（たとえば、約０．５ｄＢ／ｍ以下、約０．２ｄＢ／ｍ以下、約０．１ｄＢ／ｍ以下、０．０１ｄＢ／ｍ以下）とすることができる。
【００１３】
第１および第２の誘電体材料は、λにおいてα１およびα２の吸収をそれぞれ有することができ、比率α１／α２は約１０以上（たとえば、約２０以上、約５０以上、約１００以上、約２００以上、約３００以上、約５００以上、約１，０００以上、約２，０００以上）である。
【００１４】
｜ｎ１−ｎ２｜は、０．１未満（たとえば、＜０．２、＜０．３、＜０．４、＜０．５、＜０．６、＜０．７、＜０．８、＜０．９、＜１．０）とすることができる。λは、約４００ｎｍ〜約９００ｎｍの範囲、約９００ｎｍ〜約１，６００ｎｍ、約１，６００ｎｍ〜約２，０００ｎｍ、または約２，０００ｎｍ以上の範囲することができる。いくつかの実施形態では、λは約１０．６μｍである。
【００１５】
いくつかの実施形態では、第１の誘電体材料は、ガラス、たとえば無機ガラス（たとえば、カルコゲナイド・ガラス、たとえばＡｓおよびＳｅを含むカルコゲナイド・ガラス）である。第２の誘電体材料は、無機ガラスとすることができる。ある特定の実施形態では、第１の誘電体材料はカルコゲナイド・ガラスであり、第２の誘電体材料は非カルコゲナイド・ガラスである。非カルコゲナイド・ガラスは、酸化物ガラスとすることができる。
【００１６】
いくつかの実施形態では、第１の誘電体材料は、ポリマー（たとえば熱可塑性ポリマー）である。第２の誘電体材料は、無機ガラスまたはポリマーとすることができる。
一般に、他の態様では、本発明の特徴は、導波路軸に沿って延びるコアと、コアを囲む閉じ込め領域とを備える導波路である。閉じ込め領域は、らせん状部分および非らせん状部分を備え、らせん状部分および非らせん状部分は、導波路軸に沿って延びている。
【００１７】
導波路の実施形態には、以下の特徴の１つもしくは複数および／または他の態様の特徴を含むことができる。
導波路はファイバ導波路とすることができる。いくつかの実施形態では、ファイバ導波路は、フォトニック結晶ファイバ、たとえばブラッグ・ファイバである。
【００１８】
導波路は、波長λの放射をガイドするように構成され、非らせん状部分は、導波路軸に直交する半径方向の光学的厚さが約λ／４以下である層を備えることができる。導波路は、波長λが約０．４μｍ〜約０．８μｍ、約０．８μｍ〜約２．０μｍ、または約２μｍ〜約１５μｍの放射をガイドするように構成される。
【００１９】
コアは、導波路軸に沿って延びる中空部分を備えることができる。コアは、半径が約０．５μｍ〜約１０μｍまたは約１０μｍ〜約２，０００μｍとすることができる。
らせん状部分は、コアを複数回取り囲む異なる材料からなる少なくとも２つの層を備えることができる。異なる材料からなる少なくとも２つの層は、コアを４回以上（たとえば、５回以上、６回以上、７回以上、８回以上、１０回以上、１２回以上、１５回以上）取り囲むことができる。
【００２０】
異なる材料には、高屈折率誘電体材料および低屈折率誘電体材料を含むことができる。高屈折率材料の屈折率と低屈折率材料の屈折率との比率は、約１．１以上（たとえば、約１．２以上、約１．３以上、約１．４以上、約１．５以上、約１．６以上、約１．７以上、約１．８以上、約１．９以上、約２．０以上）とすることができる。異なる材料には、ポリマー（たとえば、熱可塑性ポリマー、たとえばポリオレフィン）およびガラス（たとえば、カルコゲナイド・ガラスまたは酸化物ガラス）を含むことができる。ある特定の実施形態では、ポリマーにはポリエーテルスルフォンが含まれ、カルコゲナイド・ガラスにはＡｓ２Ｓｅ３が含まれる。
【００２１】
非らせん状部分は環状部分とすることができる。いくつかの実施形態では、非らせん状部分は孔の開いた部分である。非らせん状部分は、らせん状部分とコアとの間にあることができる。非らせん状部分には、無機材料たとえばガラスを含むことができる。ガラスは、たとえば、カルコゲナイド・ガラスまたは非カルコゲナイド・ガラス（たとえば、酸化物ガラスまたはハロゲン化物ガラス）とすることができる。
【００２２】
非らせん状部分の屈折率プロファイルは、導波路軸に直交する半径方向に沿って変化することができる。あるいは、非らせん状部分の屈折率プロファイルは、導波路軸に直交する半径方向に沿って実質的に一定とすることができる。いくつかの実施形態では、非らせん状部分は、１つまたは複数の材料からなる１つまたは複数の層を備えることができる。たとえば、非らせん状部分は、異なる材料からなる２以上の層（たとえば、３以上の層、４以上の層、５以上の層、６以上の層、７以上の層、８以上の層、９以上の層、１０以上の層、１２以上の層、１５以上の層、２０以上の層）を備える多層構造を備えることができる。
【００２３】
一般に、他の態様では、本発明の特徴は、平坦な部材を回転させてらせん状構造を形成すること、らせん状構造上に材料を堆積して中間の構造を形成すること、ファイバ導波路を形成すること、を含む方法である。ファイバ導波路を形成することには、中間の構造から得られるファイバ母材を引き出すことが含まれる。
【００２４】
方法の実施形態は、以下の特徴の１つもしくは複数および／または他の態様の特徴を含むことができる。
材料は、らせん状構造の内部上または外側上に堆積させることができる。平坦な部材をマンドレルの周りで回転させて、らせん状構造を形成することができる。マンドレルは中空とすることができる。回転させた平坦な部材を、マンドレルの周りで固化することができる。固化することには、らせん状構造を加熱することを含めることができる。この加熱は、真空下で行なうことができる。少なくとも一部のマンドレルを、材料をらせん状構造内に堆積させる前に、らせん状構造内から取り除くことができる。たとえば、マンドレルをエッチングして、少なくとも一部のマンドレルを取り除くことができる。エッチングは、酸を用いて行なうことができる。
【００２５】
平坦な部材は、屈折率の異なる材料を備える少なくとも２つの層を備える多層構造とすることができる。層は、第１の材料層と、第１の材料層をはさむ一対の第２の材料層とを備えることができる。異なる材料には、ガラスを含む第１の材料とポリマーを含む第２の材料とを含むことができる。
【００２６】
多層構造を、第１の材料層を第２の材料層の表面上に配置して多層構造を形成することによって形成し、第１および第２の材料は異ならせることができる。第１の材料をさらに、第２の材料層の第２の表面上に配置して多層構造を形成することができる。第２の材料はポリマーとすることができる。
【００２７】
堆積させることにはスパッタリングまたは蒸着を含むことができる。１つまたは複数のさらなる層を第１の材料層上に堆積して多層部材を形成することができる。材料を、化学気相成長法を用いて（たとえば、マイクロ波支援化学気相成長法または熱化学気相成長法を用いて）らせん状構造上に堆積させることができる。
【００２８】
らせん状構造上に堆積させる材料はガラスたとえばカルコゲナイド・ガラスとすることができる。
一般に、他の態様では、本発明の特徴は、中空のらせん状構造を用意すること、中空のらせん状構造上に化学気相成長法を用いて材料層を堆積させること、を含む方法である。
【００２９】
方法の実施形態は、他の態様の特徴の１つまたは複数を含むことができる。
さらなる態様では、本発明の特徴は、レーザと、前述の態様の導波路または装置と、送出デバイスと、を備えるシステムである。導波路は、レーザから放出される放射を受け入れるように構成され、送出デバイスにより、オペレータは、フォトニック結晶ファイバから放出される放射を患者の目標組織に送ることができる。
【００３０】
システムの実施形態は、以下の特徴の１つもしくは複数および／または他の態様の特徴を含むことができる。レーザは、ＣＯ２レーザまたはＥｒ：ＹＡＧレーザとすることができる。送出デバイスは、ハンドピースおよび／または内視鏡を備えることができる。
【００３１】
本発明の実施形態は、以下の優位性の１つまたは複数を含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバの被ガイド波長における減衰を、比較的低くすることができる。たとえば、フォトニック結晶ファイバの閉じ込め領域の特徴は、被ガイド波長における信号の減衰を減らす（たとえば最小限にする）ように光学的厚さが最適化されている複数の層である。
【００３２】
減衰が低減されているため、より低いパワー信号源を用いることができ、および／または送信信号を増幅する必要性が減る。また減衰が低減されているため、ファイバを高出力応用例において用いることもできる。そうでなければ、送信エネルギーの吸収が高いために、ファイバに損傷を与える場合がある。
【００３３】
いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバを用いて、比較的高出力のレーザからの放射を送出することができる。一例としては、フォトニック結晶ファイバを用いて、ＣＯ２レーザからの高出力放射を目標物に送出することができる。
【００３４】
ある特定の実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、比較的経済的に製造することができる。たとえば、比較的高出力のレーザ放射（たとえばＣＯ２レーザからのもの）をガイドすることができるファイバのかなりの量を、ファイバ母材から引き出すことができる。
【００３５】
いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバを用いて比較的高出力のレーザからの放射を送出することが、医療用応用例において可能であり、その結果、多関節アームを用いるデバイスと比較して、レーザ送出デバイスの操縦性を向上させることができる。したがって、フォトニック結晶ファイバを利用する医療用レーザ・システムを用いて、比較的高いレベルの操縦性を要求する手順を行なってもよい。
【００３６】
以下、本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細を、添付の図面および説明において述べる。本発明の他の特徴および優位性は、説明および図面ならびに請求項から明らかとなる。
【００３７】
種々の図面における同様の参照符号は、同様の要素を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
ある特定の態様において、本発明の特徴は、フォトニック結晶ファイバおよびフォトニック結晶ファイバを用いるシステムである。本明細書で用いる場合、フォトニック結晶とは、誘電体構造であって、フォトニック結晶中でフォトニック・バンドギャップを生成する屈折率変調を伴う誘電体構造のことである。フォトニック・バンドギャップとは、本明細書で用いる場合は、何らアクセス可能な広がった（すなわち、伝搬している、非局在化の）状態が誘電体構造中に存在しない周波数範囲のことである。通常、構造は、周期的な誘電体構造であるが、たとえば、より複雑な「擬似結晶」を含んでいてもよい。バンドギャップを用いて光を閉じ込め、ガイドし、および／または局在化することが、フォトニック結晶を、バンドギャップ構造からはずれる「欠陥」領域と組み合わせることによって可能である。さらに、ギャップより下および上の両方の周波数においてアクセス可能な広がった状態が存在する結果、低屈折率側の領域にさえ光を閉じ込めることができる（これは、屈折率ガイドされたＴＩＲ構造とは対照的である）。用語「アクセス可能な」状態とは、結合がシステムの何らかの対称性または保存の法則によってすでに禁じられているわけではない状態を意味する。たとえば、２次元のシステムにおいて偏光は保存されるため、同様の偏光の状態のみをバンドギャップから除く必要がある。均一な断面を伴う導波路（たとえば典型的なファイバ）では、波動ベクトルβは保存されるため、フォトニック結晶の被ガイド・モードをサポートするためには、所定のβを伴う状態のみをバンドギャップから除く必要がある。さらに、円筒対称性を伴う導波路では、「角運動量」指数ｍは保存されるため、同じｍを伴うモードのみをバンドギャップから除く必要がある。簡単に言えば、高対称性のシステムの場合には、フォトニック・バンドギャップに対する要求は、すべての状態が対称性に関係なく除かれる「完全な」バンドギャップと比較して、かなり緩和される。
【００３９】
厳密に言えば、フォトニック結晶がバンドギャップにおいて完全反射性であるのは、フォトニック結晶における屈折率変調の程度が無限大であるときだけである。そうでない場合には、入射放射が、フォトニック結晶のいずれかのサイド上の伝搬モードを結合させるエバネッセント・モードを介して、フォトニック結晶を「トンネル」することができる。しかし実際には、このようなトンネリングのレートは、フォトニック結晶厚さ（たとえば交互層の数）とともに、指数関数的に減少する。また閉じ込め領域での屈折率差の大きさが増加すると、減少する。
【００４０】
さらにフォトニック・バンドギャップは、伝搬ベクトルの比較的小さい領域に渡ってのみ延びる場合がある。たとえば、積層誘電体は、垂直に入射する光線に対しては非常に反射性であるが、斜めに入射する光線に対しては部分的にのみ反射性である。「完全なフォトニック・バンドギャップ」は、すべての可能な波動ベクトルおよびすべての偏光に渡って延びるバンドギャップである。一般に、完全なフォトニック・バンドギャップは、３つの次元に沿って屈折率変調を有するフォトニック結晶にのみ付随する。しかし、隣接する誘電体材料からフォトニック結晶に入射するＥＭ放射に関連して言えば、「全方向性フォトニック・バンドギャップ」を規定することもできる。これは、隣接する誘電体材料が伝搬ＥＭモードをサポートする場合の可能なすべての波動ベクトルおよび偏光に対するフォトニック・バンドギャップである。同様な意味合いで、全方向性フォトニック・バンドギャップは、ライト・ラインより上方のすべてのＥＭモードに対するフォトニック・バンド・ギャップとして規定される。なおライト・ラインによって、フォトニック結晶に隣接する材料によってサポートされる最も低い周波数の伝搬モードが規定される。たとえば、空気中では、ライト・ラインは概ね、ω＝ｃβで与えられる。ここで、ωは放射の角周波数、βは波動ベクトル、およびｃは光の速度である。全方向性平面リフレクタの説明が、以下の文献に開示されている。米国特許第６，１３０，７８０号明細書。なお、この文献の内容は本明細書において参照により取り入れられている。さらに、交互に重ねた誘電体層を用いて円筒型導波路形状において全方向性反射（平面制限）を得ることが、公開されたＰＣＴ出願ＷＯ００／２２４６６号明細書に開示されている。なお、この文献の内容は本明細書において参照により取り入れられている。
【００４１】
フォトニック結晶ファイバのいくつかの実施形態が、以下の文献で説明されている。米国特許出願第１０／０５７，２５８号明細書、発明の名称「大きなコア半径を有する低損失フォトニック結晶ファイバ」（ステーブンＧ．ジョンソンら）（２００２年１月２５日に出願、および公開番号ＵＳ２００２−０１６４１３７−Ａ１で公開）、なおこの文献の全体の内容は、本明細書において参照により取り入れられている。
【００４２】
図１を参照して、フォトニック結晶ファイバ１０には、中空のコア２０と、これを囲む誘電体閉じ込め領域３０とが含まれている。誘電体閉じ込め領域３０は、導波路軸（図１の平面に垂直）に沿って延びている。閉じ込め領域３０は、ジャケット４０（たとえば、ポリマー・ジャケット）によって囲まれている。ジャケット４０によって、機械的サポートが得られ、またコアおよび閉じ込め領域が環境危険から保護される。
【００４３】
コア２０の半径は、ファイバ１０の最終用途の応用例に応じて変化し得る。コア半径は、ファイバによってガイドされるべきエネルギーの波長または波長範囲に依存するとともに、ファイバが単一モードのファイバかまたは多モードのファイバかに依存し得る。たとえばファイバが、可視波長（たとえば約４００ｎｍ〜約８００ｎｍ）をガイドするための単一モードのファイバコアである場合には、コア半径はサブミクロンから数ミクロンの範囲（たとえば約０．５μｍ〜約５μｍ）であり得る。しかしファイバが、ＩＲ波長（たとえば約２μｍ〜約１５μｍ、たとえば１０．６μｍ）をガイドするためのマルチモードのファイバである場合には、コア半径は、数１０〜１０００μｍ範囲（たとえば、約１０μｍ〜約２，０００μｍ、たとえば約５００μｍ〜約１，０００μｍ）であり得る。コア半径は、約５λ以上（たとえば、約１０λ以上、約２０λ以上、約５０λ以上、約１００λ以上）であり得る、ここでλは、ガイドされるエネルギーの波長である。
【００４４】
本実施形態では、コア２０は中空である。任意的に、中空のコアに、流体たとえばガス（たとえば、空気、窒素、および／もしくは希ガス）または液体（たとえば、等方性の液体もしくは液晶）を充填することができる。あるいは、コア２０には、閉じ込め領域２０を形成する材料とレオロジー的に共存できる任意の材料または材料の組み合わせを含むことができる。ある特定の実施形態では、コア２０には、１つまたは複数のドーパント材料、たとえば以下の文献で説明されるものを含めることができる。米国特許出願第１０／１２１，４５２号明細書、発明の名称「高屈折率差のファイバ導波路および応用例」（２００２年４月１２日出願、および公開番号ＵＳ２００３−００４４１５８−Ａ１で現在公開されている）。なおこの文献の全体の内容は、本明細書において参照により取り入れられている。
【００４５】
図２Ａを参照して、いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバ１０は、閉じ込め領域が閉じ込め領域２００に対応するブラッグ・ファイバである。閉じ込め領域２００には、屈折率の異なる複数の環状の誘電体層（すなわち、屈折率ｎＨを有する高屈折率材料からなる層、および屈折率ｎＬを有する低屈折率材料からなる層）（層２１０〜２１９として示す）が含まれる。ここで、ｎＨ＞ｎＬであり、ｎＨ−ｎＬは、たとえば約０．０１以上、約０．０５以上、約０．１以上、約０．２以上、約０．５以上であり得る。閉じ込め領域２００の半径方向の屈折率プロファイルを、図２Ｂに示す。便宜上、誘電体閉じ込め層のうち少数のみを図２Ａに示す。実際には、閉じ込め領域２２０には、はるかに多い層（たとえば、約１５層以上、約２０層以上、約３０層以上、約４０層以上、約５０層以上、約８０層以上）が含まれていてもよい。
【００４６】
いくつかの実施形態では、閉じ込め領域２００は、コア２０に対して全方向性のバンドギャップを実現することができる。原理的には、コアから閉じ込め領域に入射するどのＥＭ放射も完全に反射されるため、被ガイド・モードは強く閉じ込められる。しかし、このような完全な反射が起こるのは、無限の数の層が存在する場合のみである。有限の数の層（たとえば約２０層）の場合、全方向性フォトニック・バンドギャップは、少なくとも９５％の平坦形状における反射率に、０°〜８０°の範囲のすべての入射角度に対して、また全方向性のバンドギャップにおける周波数を有するＥＭ放射のすべての偏光に対して、対応する場合がある。さらに、バンドギャップが全方向性ではない閉じ込め領域を有するファイバ１０であっても、強くガイドされるモード、たとえば放射損失がバンドギャップ内の周波数範囲に対して０．１ｄＢ／ｋｍ未満であるモードについては、依然としてサポートする場合がある。一般に、バンドギャップが全方向性であるか否かは、交互層によって生成されるバンドギャップのサイズ（一般に、２つの層の屈折率差に比例する）と、フォトニック結晶の最低屈折率の成分とに依存する。
【００４７】
しかし全方向性のバンドギャップの存在は、ファイバ１０の有用な応用例に対して必要でない場合もある。たとえば、いくつかの実施形態では、ファイバ内の伝搬フィールドを確立するために用いられるレーザ・ビームは、ＴＥＭ００モードである。このモードは、好適にデザインされたファイバのＨＥ１１モードと高い効率で結合することができる。こうして、レーザ・エネルギーの送信に対するファイバの応用例が成功するためには、この１つのモードの損失が十分に低いことだけが必要であれば良い。より一般的には、ファイバは、ある数の低損失モード（たとえば、ＨＥ１１モード、および単純な摂動たとえばファイバの曲げからＨＥ１１モードに結合するモード）のみをサポートすれば十分である。言い換えれば、フォトニック・バンドギャップ・ファイバは、必ずしも全方向性のバンドギャップを所有することなく、ファイバ内のモードの１つまたは群の損失を最小限にするようにデザインされていてもよい。
【００４８】
平面誘電体リフレクタの場合、次のことが良く知られている。すなわち、垂直入射に対して、最大のバンド・ギャップは、各層が等しい光学的厚さλ／４を有する（または同様な意味合いでｎｈｉｄｈｉ＝ｎｌｏｄｌｏ＝λ／４）の「４分の１波長」スタックに対して得られる。ここで、ｄｈｉ／ｌｏおよびｎｈｉ／ｌｏは、スタック中の高屈折率層および低屈折率層の厚さおよび屈折率をそれぞれ指す。しかし垂直入射はβ＝０に対応するが、円筒型導波路の場合、望ましいモードは通常、ライト・ラインω＝ｃβの付近に存在する（Ｒが大きい範囲では、最低次モードは本質的に、ｚ軸すなわち導波路軸に沿って伝搬する平面波である）。この場合、４分の１波長条件は以下のようになる。
【００４９】
【数１】
2007532955.tif 000003
この方程式は、正確に最適なものではない場合がある。なぜならば、４分の１波長条件が円筒型形状によって変更されるために、各層の光学的厚さが、その半径座標とともに滑らかに変化する必要があり得るからである。加えて、高屈折率材料および低屈折率材料の吸収が異なるために、最適な層厚さを、その４分の１波長値から変えることができる。
【００５０】
ある特定の実施形態では、閉じ込め領域２００には、方程式１で与えられる４分の１波長条件を満たさない層が含まれる。言い換えれば、層２１０〜２１９の１つまたは複数は、ｄλ／４よりも厚いかまたは薄い。ここで、ｄλ／４＝λ／４√（ｎ２−１）であり、ｎは、層の屈折率である（すなわち、ｄλ／４は、４分の１波長厚さに等しい光学的厚さに対応する）。たとえば、閉じ込め領域内の１つまたは複数の層の厚さは、約０．９ｄλ／４以下（たとえば、約０．８ｄλ／４以下、約０．７ｄλ／４以下、約０．６ｄλ／４以下、約０．５ｄλ／４以下、約０．４ｄλ／４以下、約０．３ｄλ／４以下）、または約１．１ｄλ／４以上（たとえば、約１．２ｄλ／４以上、約１．３ｄλ／４以上、約１．４ｄλ／４以上、約１．５ｄλ／４以上、約１．８ｄλ／４以上、約２．０ｄλ／４以上）であり得る。いくつかの実施形態では、閉じ込め領域内のすべての層が、４分の１波長条件からずれることができる。いくつかの実施形態では、高屈折率層の１つまたは複数の厚さが、残りの高屈折率層の厚さとは異なることができる（たとえば、より厚いかまたはより薄い）。たとえば、最も内側の高屈折率層の厚さは、残りの高屈折率層の厚さとは異なることができる。その代わりに、またはそれに加えて、低屈折率層の１つまたは複数の厚さが、残りの低屈折率層の厚さとは異なることができる（たとえば、より厚いかまたはより薄い）。たとえば、最も内側の低屈折率層の厚さは、残りの低屈折率層の厚さとは異なることができる。
【００５１】
閉じ込め領域内の層の厚さを４分の１波長条件からずらすことによって、フォトニック結晶ファイバ１０の減衰が、テスト・ファイバと比較して減少する。テスト・ファイバとは、４分の１波長条件が閉じ込め領域内のすべての層に対して満たされていること以外は、フォトニック結晶ファイバ１０と同一のファイバを指す（すなわち、テスト・ファイバは同一のコアを有し、その閉じ込め領域は、フォトニック結晶ファイバ１０の場合と同じ数および同じ組成の層を有する）。たとえば、ファイバ１０の１つまたは複数の被ガイド・モードに対する減衰は、テスト・ファイバの減衰と比較して、（約２以上の因子）分の１に低減され得る（たとえば、約３以上、約４以上、約５以上、約１０以上、約２０以上、約５０以上、約１００以上の因子分の１に低減される）。
【００５２】
閉じ込め領域内の各層の厚さは、フォトニック結晶ファイバの組成および構造に応じて変化し得る。また厚さは、フォトニック結晶ファイバが最適化される波長、モード、またはモードの群に応じても変化し得る。各層の厚さは、理論上および／または経験的な方法を用いて決定することができる。理論上の方法には、計算モデリングが含まれる。１つの計算論的アプローチは、異なる層厚さに対してファイバの減衰を決定し、最適化ルーチン（たとえば、非線形の最適化ルーチン）を用いて、被ガイド・モードに対するファイバの減衰を最小限にする層厚さの値を決定することである。たとえば、テキスト「フォートランにおける数値的レシピ（ＮｕｍｅｒｉｃａｌＲｅｃｉｐｅｓｉｎＦＯＲＴＲＡＮ）（第２版）（Ｗ．プレス、Ｓ．テウコルスキ、Ｗ．ベッターリング、Ｂ．フラネリ）（Ｗ．Ｐｒｅｓｓ、Ｓ．Ｔｅｕｋｏｌｓｋｙ、Ｗ．Ｖｅｔｔｅｒｌｉｎｇ、およびＢ．Ｆｌａｎｎｅｒｙ）著で説明される「滑降シンプレックス法」を用いて、最適化を行なうことができる。
【００５３】
このようなモデルによって、ファイバ内の異なる減衰メカニズムが説明されるはずである。エネルギーが被ガイドＥＭモードから失われ得る２つのメカニズムは、吸収損失および放射損失によるものである。吸収損失は、材料吸収に起因する損失を指す。放射損失は、不完全な閉じ込めに起因してファイバから漏れるエネルギーを指す。両方の損失モードとも、ファイバ減衰に寄与し、また理論的に研究することが、たとえば伝達行列法および摂動理論を用いて可能である。伝達行列法の説明は、Ｐ．イエー（Ｐ．Ｙｅｈ）らによる論文（ジャーナル・オブ・ザ・オプティカル・ソサエティ・オブ・アメリカ（Ｊ．Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．）、６８、ｐ．１１９６（１９７８））に見出すことができる。摂動理論の説明は、Ｍ．スコロボガティ（Ｍ．Ｓｋｏｒｏｂｏｇａｔｉｙ）らによる論文（オプティクス・エキスプレス（ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ）、１０、ｐ．１２２７（２００２））に見出すことができる。特に、伝達行列コードによって、フォトニック結晶ファイバ構造内の「漏洩」モード共鳴に対する伝搬定数βが見出される。βの虚部によって、モード放射損失が規定される。すなわち、Ｌｏｓｓｒａｄｉａｔｉｏｎ〜Ｉｍ（β）。材料吸収に起因する損失は、摂動理論の展開式を用いて計算され、またモード・フィールド重なり積分の観点で次式から決定することができる。
【００５４】
【数２】
2007532955.tif 000004
ここでωは放射周波数、ｒはファイバ半径、αは材料のバルク吸収、およびＥβは電界ベクトルである。
【００５５】
あるいは、ファイバ内を伝搬できる所望のモード・フィールドは、好適な機能の組、たとえばＢ−スプラインにおいて拡げることができる。（たとえば、スプラインの実用ガイド（ＰｒａｃｔｉｃａｌＧｕｉｄｅｔｏＳｐｌｉｎｅｓ）（Ｃ．デボア（Ｃ．ｄｅＢｏｏｒ））を参照）。ガレルキン状態（たとえば、コンピュータ利用のガレルキン法（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＧａｌｅｒｋｉｎＭｅｔｈｏｄｓ）（Ｃ．Ａ．Ｊ．フレッチャ（Ｃ．Ａ．Ｊ．Ｆｌｅｔｃｈｅｒ）、スプリンガ・フェルラーグ（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ−Ｖｅｒｌａｇ）、１９８４）を参照）を適用して、マクスウェルの方程式を、標準的な固有値−固有ベクトル問題に変換する。この問題は、ＬＡＰＡＣＫソフトウェア・パッケージ（たとえば、インターネット上のネットリブ・リポジトリ（ｎｅｔｌｉｂｒｅｐｏｓｉｔｏｒｙ）「ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｅｔｌｉｂ．ｏｒｇ」から無料で入手可能）を用いて解くことができる。所望の複素伝搬定数は、材料および放射損失の両方を含んでいるが、固有値から直接得られる。
【００５６】
被ガイド・モードは、３つの形式の１つとして分類することができる。純粋な横方向電気（ＴＥ）モード、純粋な横方向磁気（ＴＭ）モード、および混合モードである。損失は多くの場合、モードの形式に依存する。たとえば、ＴＥモードは、ＴＭ／混合モードよりも低い放射および吸収損失を示すことができる。したがってファイバを、放射および／または吸収損失が低いモードをガイドすることに対して最適化することができる。
【００５７】
閉じ込め領域３０の組成に関して言えば、高屈折率層および低屈折率層の組成は通常、ファイバの動作波長における層間の所望の屈折率差が得られるように選択される。各高屈折率層の組成は、他の高屈折率層と同じにすることもできるし、異なるものにすることもできる。同様に、各低屈折率層の組成は、他の低屈折率層と同じにすることもできるし、異なるものにすることもできる。高屈折率層および低屈折率層に対して好適な材料には、無機材料たとえば無機ガラスまたはアモルファス合金を含むことができる。無機ガラスの例には、酸化物ガラス（たとえば、重金属酸化物ガラス）、ハロゲン化物ガラスおよび／またはカルコゲナイド・ガラス、および有機材料、たとえばポリマーが含まれる。ポリマーの例には、以下のものが含まれる。アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、セルロースアセテートブチレート（ＣＡＢ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）（たとえば、コポリマースチレン−ブタジエン（ＳＢＣ）、メチルスチレン−アクリロニトリル、スチレン−キシリレン、スチレン−エチレン、スチレン−プロピレン、スチレン−アクリロニトリル（ＳＡＮ）が含まれる）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリ酢酸ビニル（ＰＶＡＣ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリオキシメチレン；ポリホルムアルデヒド（ポリアセタール）（ＰＯＭ）、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡＣ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエチレン・フタレート（ＰＥＴＰ）、フルオロポリマー（たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリペルフルオロアルコキシエチレン（ＰＦＡ）、フッ素化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）が含まれる）、ポリブチレンフタレート（ＰＢＴＰ）、低密度ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）（および他のポリオレフィン、たとえば環状ポリオレフィン）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスルフィド（たとえば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）が含まれる）、およびポリスルホン（たとえば、ポリスルホン（ＰＳＵ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳＵ）、ポリアリールアルキルスルホン、およびポリスルホネートが含まれる）。ポリマーは、ホモポリマーまたはコポリマー（たとえば、（コ）ポリ（アクリルアミド−アクリロニトリル）および／またはアクリロニトリルスチレンコポリマー）であり得る。ポリマーには、ポリマー・ブレンド、たとえばポリアミド−ポリオレフィン、ポリアミド−ポリカーボネート、および／またはＰＥＳ−ポリオレフィンのブレンドを、含むことができる。
【００５８】
その代わりにまたはそれに加えて、低屈折率領域の作製は、中空の構造的サポート材料、たとえばシリカ球体または中空ファイバを用いて、高屈折率層または領域を分離することによって行なうことができる。このような構造的サポートを含むファイバの例が、以下の文献に説明されている。公開された国際特許出願ＷＯ０３／０５８３０８号明細書、発明の名称「復屈折光ファイバ」。なおこの文献の全体の内容は、本明細書において参照により取り入れられている。
【００５９】
ある特定の実施形態では、閉じ込め領域は、誘電体閉じ込め領域である。この領域は、実質的にすべての誘電体材料、たとえば１つもしくは複数のガラスおよび／または１つもしくは複数の誘電体ポリマーからなる。一般に、誘電体閉じ込め領域には、実質的に金属層が含まれていない。
【００６０】
いくつかの実施形態では、閉じ込め領域の高屈折率層または低屈折率層には、カルコゲナイド・ガラス（たとえば、カルコゲン元素たとえばイオウ、セレン、および／またはテルルを含むガラス）を含むことができる。カルコゲン元素に加えて、カルコゲナイド・ガラスには、以下の元素の１つまたは複数のが含まれていてもよい。ボロン、アルミニウム、シリコン、リン、イオウ、ガリウム、ゲルマニウム、ヒ素、インジウム、スズ、アンチモン、タリウム、鉛、ビスマス、カドミウム、ランタンおよびハロゲン化物（フッ素、塩素、臭化物、ヨウ素）。
【００６１】
カルコゲナイド・ガラスは、二成分または三成分ガラスであり得る。たとえば、Ａｓ−Ｓ、Ａｓ−Ｓｅ、Ｇｅ−Ｓ、Ｇｅ−Ｓｅ、Ａｓ−Ｔｅ、Ｓｂ−Ｓｅ、Ａｓ−Ｓ−Ｓｅ、Ｓ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ａｓ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ａｓ−Ｓ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ｇｅ−ＳＳｅ、Ａｓ−Ｇｅ−Ｓｅ、Ａｓ−Ｇｅ−Ｔｅ、Ａｓ−Ｓｅ−Ｐｂ、Ａｓ−Ｓ−Ｔｌ、Ａｓ−Ｓｅ−Ｔｌ、Ａｓ−Ｔｅ−Ｔｌ、Ａｓ−Ｓｅ−Ｇａ、Ｇａ−Ｌａ−Ｓ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｓｅ、またはこれらの元素に基づく複雑な多成分ガラス、たとえばＡｓ−Ｇａ−Ｇｅ−Ｓ、Ｐｂ−Ｇａ−Ｇｅ−Ｓなどである。カルコゲナイド・ガラスにおける各元素の比率は、変えることができる。
【００６２】
ある特定の実施形態では、カルコゲナイド・ガラスに加えてまたはその代わりに、層２１０〜２１９には、１つまたは複数の酸化物ガラス（たとえば、重金属酸化物ガラス）、ハロゲン化物ガラス、アモルファス合金、またはそれらの組み合わせを含むことができる。
【００６３】
一般に、高屈折率層および低屈折率層の吸収は、それらの組成およびファイバの動作波長に応じて変化する。いくつかの実施形態では、高屈折率層および低屈折率層の両方を形成する材料は、低い吸収とすることができる。低吸収材料の吸収は、約１００ｄＢ／ｍ以下（たとえば、約２０ｄＢ／ｍ以下、約１０ｄＢ／ｍ以下、約５ｄＢ／ｍ以下、約１ｄＢ／ｍ以下、０．１ｄＢ／ｍ以下）である。低吸収材料の例には、カルコゲナイド・ガラスが含まれる。この材料は、約３ミクロンの波長において、約４ｄＢ／ｍの吸収係数を示す。約１０．６ミクロンの波長において、カルコゲナイド・ガラスは、約１０ｄＢ／ｍの吸収係数を示す。他の例として、酸化物ガラス（たとえば鉛ホウケイ酸塩ガラス、またはシリカ）は、約１〜２ミクロンの波長に対して低い吸収であり得る。いくつかの酸化物ガラスは、この波長範囲において、約１ｄＢ／ｍ〜０．０００２ｄＢ／ｍの吸収係数であり得る。
【００６４】
あるいは、高屈折率材料および低屈折率材料の一方または両方は、高い吸収（たとえば、約１００ｄＢ／ｍ以上、たとえば約１，０００以上、約１０，０００以上、約２０，０００以上、約５０，０００ｄＢ／ｍ以上）であり得る。たとえば、多くのポリマーは、約３〜約１１ミクロンの波長に対して約１０５ｄＢ／ｍの吸収係数を示す。このようなポリマーの例には、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシエチレン（ＰＦＡ）、およびポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）が含まれる。ＰＥＩの吸収は、３ミクロンにおいて約１０５ｄＢ／ｍを超えており、一方でＰＣＴＦＥ、ＰＦＡ、およびＰＥＮの吸収は、１０．６ミクロンにおいて約１０５ｄＢ／ｍを超えている。
【００６５】
いくつかの実施形態では、高屈折率材料は低い吸収係数であり、低吸収材料は高い吸収係数であり、逆の場合も同様である。
材料の吸収の決定は、材料の少なくとも２つの異なる厚さＴ１およびＴ２を通る相対的な透過を測定することによって行なうことができる。材料内のフィールドが、Ｐｅ−αＴに従って厚さＴとともに減衰すると仮定すると、（Ｐは材料に入射するパワーを表わす）、厚さＴ１およびＴ２を通る測定される透過パワーは、Ｐ１＝Ｐｅ−αＴ１およびＰ２＝Ｐｅ−αＴ２となる。したがって吸収係数は、次のように得られる。α＝−｛１／（Ｔ２−Ｔ１）｝ｌｎ（Ｐ２／Ｐ１）。必要に応じて、αのより正確な評価を、複数の厚さを用いること、および透過パワーの対数に対して最小２乗法フィットを行なうことによって、得ることができる。
【００６６】
前述したように、閉じ込め領域に対する材料の選択は、好都合な光学特性（たとえば、低吸収で、被ガイド波長における屈折の屈折率が適切）が得られるように、行なうことができる。しかしまた材料は、ファイバを製造するために用いられるプロセスと共存しなければならない。いくつかの実施形態では、高屈折率材料および低屈折率材料（たとえば、第１および第２のカルコゲナイド・ガラス）は好ましくは、同時に引き出すことと両立しなければならない。同時に引き出すこととの両立性に対する基準は、前述の米国特許出願第１０／１２１，４５２号明細書、発明の名称「高屈折率差ファイバ導波路および応用例」に示されている。加えて、高屈折率材料および低屈折率材料は好ましくは、ファイバが形成され、配置され、および使用される条件（たとえば、環境条件たとえば温度、湿度、および周囲のガス環境）において、結晶化、相分離、化学的攻撃および望ましくない反応に対して十分に安定でなければならない。
【００６７】
図３Ａおよび３Ｂを参照して、層厚さの最適化結果が、高屈折率材料が低吸収であり低屈折率材料が高吸収であるフォトニック結晶ファイバに対して、示されている。これらの計算に対して、ファイバ・コア半径は２５０μｍ、動作波長は１０．６μｍとして、選択されている。高屈折率材料および低屈折率材料の屈折率は、以下のように選択される。
【００６８】
【数３】
2007532955.tif 000005
【００６９】
【数４】
2007532955.tif 000006
ここで、添え字「Ｈ」は高屈折率を指し、「Ｌ」は低屈折率を指す。高屈折率および低屈折率の虚部は、材料損失として約１０ｄＢ／ｍおよび約４０，０００ｄＢ／ｍに、それぞれ対応する。これらの値は、１０．６μｍにおけるカルコゲナイド・ガラスおよびポリマーの吸収にほぼ対応する。この実施形態では、最も内側の層は高屈折率層である。
【００７０】
層厚さを最適化するために、各ファイバに対する初期デザインが、４分の１波長条件から得られる。
【００７１】
【数５】
2007532955.tif 000007
【００７２】
【数６】
2007532955.tif 000008
ここで、ｔＨ、ｔＬは、高屈折率層および低屈折率層の厚さを、それぞれ示す。初期状態はテスト・ファイバに対応する。減衰を、ＨＥ１１モードに対して、種々の数の二重層（「二重層」は、高屈折率層／低屈折率層ペアである）の場合に計算した。
【００７３】
図３Ａに示したように、テスト・ファイバに対する減衰（曲線３０１）は、ほぼ１００〜２００ｄＢ／ｍである。曲線３０２が対応する減衰をもたらすファイバは、すべての高屈折率層が同じ厚さで、またすべての低屈折率層が同じ厚さであるが、高屈折率層および低屈折率層は両方とも４分の１波長条件からずれているファイバである。このファイバに対する減衰は、二重層の数の増加とともに、約３ｄＢ／ｍから１ｄＢ／ｍ未満へと変化する。この最適化は、２つの厚さを４分の１波長条件からずらすことを伴うために、「２パラメータ」最適化と言われる。最適化は、前述した「滑降シンプレックス方法」を用いて行なった。高屈折率層および低屈折率層の厚さを群として変えること以外に、個々の層の厚さが変化できるように、さらなる最適化を行なった。詳細には、最適化として、最も内側の層（すなわち、コアに隣接する高屈折率層）が、高屈折率層および低屈折率層以外に、独立に変化するものは、「３パラメータ」最適化と言われる。３パラメータ最適化によって、初期ずらし（すべての層の）に渡って減衰がさらに低減された。この最適化の結果を、曲線３０３として示す。このファイバに対する減衰は、二重層の数の増加とともに、約０．８ｄＢ／ｍから約０．２ｄＢ／ｍへと変化する。図３Ｂを参照して、さらに個々の層厚さ（すなわち、最も内側の低屈折率層（「４パラメータ」最適化）、最も内側の高屈折率層の次の層（「５パラメータ」最適化）、最も内側の低屈折率層の次の層（「６パラメータ」最適化）を変えても、３パラメータ最適化と比較して、減衰は実質的に低減しない。４、５、および６パラメータ最適化に対する曲線は、図３Ｂで数字３０４によって示す。
【００７４】
他の層に対して別個に最適化される層の最適な厚さは、たとえばファイバ内での二重層の数に応じて、変化する場合がある。たとえば図４を参照して、最も内側の高屈折率層および低屈折率層と、残りの高屈折率層および低屈折率層との相対的な層厚さはそれぞれ、４パラメータ最適化の場合に、ファイバ内の二重層の数に応じて変化する。詳細には、最も内側の高屈折率層ｔ１と、残りの高屈折率層の厚さｔＨとの相対厚さは、ファイバ内の二重層の数の増加とともに増加するが（曲線４０１）、最も内側の低屈折率層の厚さｔ２と、残りの低屈折率層の厚さｔＬとの相対厚さは、減少する（曲線４０２）。図４の曲線のある程度ギザギザした性質は、最適化ソフトウェアの収束基準が緩和されていることに由来するものであると考えられる。最適化がさらに進んでいたら、曲線は滑らかになっていると予想されたであろう。
【００７５】
厚さが群として最適化される層の厚さも、ファイバ内の二重層の数の関数として変化し得る。たとえば、図５を参照して（この図も４パラメータ最適化に対応するものであるが）、最適化されたｔＨ（曲線５０３）および最適化されたｔＬ（曲線５０４）が、４分の１波長条件からの量が二重層の数の増加とともに増加することによって、変化する。４分の１波長厚さは、高屈折率材料および低屈折率材料に対して曲線５０１および５０２として、それぞれ示している。
【００７６】
図６を参照して、ファイバ減衰が、低損失の高屈折率材料および低屈折率材料からなり比較的屈折率差が小さいファイバに対して示されている。
【００７７】
【数７】
2007532955.tif 000009
【００７８】
【数８】
2007532955.tif 000010
高屈折率および低屈折率の虚部は、１０ｄＢ／ｍの材料損失に対応する。これらの屈折率は、異なるカルコゲナイド・ガラスに対応する。たとえば、高屈折率ガラスは三セレン化ヒ素に対応し、低屈折率ガラスは三硫化ヒ素に対応する。減衰が、テスト・ファイバ（曲線６０１）、２パラメータ最適化に対応するファイバ（曲線６０２）、３パラメータ最適化に対応するファイバ（曲線６０３）、および４パラメータ最適化に対応するファイバ（曲線６０４）に対して、示されている。なお、曲線６０４によって、曲線６０３は分かりにくくなっている。Ａｓ以前の例の場合には、減衰のかなりの改善（たとえば、１桁以上）が、テスト・ファイバに対して、２パラメータ最適化されたファイバにおいて観察されている。同様に、減衰のかなりの低減が、２パラメータ最適化から３パラメータ最適化に向けて、観察される。しかし、３パラメータから４パラメータ最適化に向けては、減衰の実質的な低減はない。
【００７９】
図７を参照して、本材料組み合わせでは、３パラメータ最適化を用いた場合、最も内側の層ｔ１と残りの高屈折率層の厚さｔＨとの最適な厚さ比率は、種々の数の二重層に対してわずかに変化する。詳細には、比率ｔ１／ｔＨは、２０〜３５の二重層に対して、約０．２３〜約０．１８の間で変化する。
【００８０】
図８を参照して、４パラメータ最適化を用いた場合、これらの材料に対して、ｔＨとｔＬと４分の１波長厚さとの間の差はほとんどない。これは、以前の屈折率に対する同じ最適化とは対照的である。以前の屈折率では、ｔＨおよびｔＬが４分の１波長厚さから変化し、また二重層の数の関数として変化していた（図５）。
【００８１】
前述の最適化計算では、仮定として、高屈折率層が最も内側の層としているが、他の実施形態では、低屈折率層が最も内側の層であるファイバを含むことができる。
さらに前述の最適化では、減衰最小の決定を、１つまたは複数の層が４分の１波長厚さよりも薄い閉じ込め領域に対して行なっているが、減衰最小を、４分の１波長厚さよりも厚い１つまたは複数の層を有する閉じ込め領域に対して見出してもよい。その代わりにまたはそれに加えて、前述の最適化では、最も内側の高屈折率層および／または低屈折率層が、残りの高屈折率層および／または低屈折率層よりも薄い低減衰ファイバが得られるが、低減衰ファイバには、最も内側の高屈折率層および／または低屈折率層が、残りの高屈折率層および／または低屈折率層よりも厚いような構造が含まれる。たとえば、表ＩおよびＩＩでは、層厚さおよび減衰の比較を、同じ数の二重層を有し同じ材料から形成されているファイバであるが、残りの層に対する最も内側の層の厚さが異なっているファイバに対して、行なっている。詳細には、表Ｉでは、ｔＨ、ｔＬ、ｔ１／ｔＨ、ｔ２／ｔＬと、ＨＥ１１モードに対する減衰とを示しており、これらは、ｔ１およびｔ２が両方ともｔＨおよびｔＬよりもそれぞれ厚い場合および薄い場合の減衰最小を求めるための４パラメータ最適化を用いるために決定される。ファイバには２０の二重層があり、またｎＨおよびｎＬは、方程式３および４に示すものと同じであった。表ＩＩでは、同じパラメータを、３４の二重層ファイバがあってｎＨおよびｎＬが方程式７および８で与えられる場合について、示している。前述した例の場合と同様に、コア半径は２５０μｍであり、波長は１０．６μｍであった。
【００８２】
【表１】
2007532955.tif 000011
表Ｉ
２０の二重層の閉じ込め領域において、閉じ込め領域の層が４分の１波長条件よりも薄い場合（欄ＩＩ）および厚い場合（欄ＩＩＩ）の層厚さおよび損失の比較。高屈折率層および低屈折率層に対する屈折率は、方程式（３）および（４）にそれぞれ対応する。
【００８３】
【表２】
2007532955.tif 000012
表ＩＩ
３４の二重層の閉じ込め領域において、閉じ込め領域の層が４分の１波長条件よりも薄い場合（欄ＩＩ）および厚い場合（欄ＩＩＩ）の層厚さおよび損失の比較。高屈折率層および低屈折率層に対する屈折率は、方程式（７）および（８）にそれぞれ対応する。
【００８４】
さらに、前述の例では、ＨＥ１１モードに対して減衰を最適化することが考慮されているが、減衰は、他の被ガイド・モードに対して低減してもよい。たとえば、表ＩＩＩおよびＩＶでは、テスト・ファイバとＨＥ１１モードに対して４パラメータを用いて最適化されたファイバとの異なるモードの減衰を比較している。表ＩＩＩの場合、ファイバには２０の二重層があり、またｎＨおよびｎＬは、方程式３および４で与えられていた。表ＩＶの場合、ファイバには３４の二重層があり、またｎＨおよびｎＬは、方程式７および８で与えられていた。コア半径は２５０μｍであり、波長は１０．６μｍであった。
【００８５】
【表３】
2007532955.tif 000013
表ＩＩＩ
２０の二重層のテスト・ファイバ（欄ＩＩ）とＨＥ１１モードに対する２０の二重層の最適化されたファイバとの異なるモードにおける減衰の比較。高屈折率層および低屈折率層に対する屈折率は、方程式（３）および（４）にそれぞれ対応する。
【００８６】
【表４】
2007532955.tif 000014
表ＩＶ
３４の二重層のテスト・ファイバ（欄ＩＩ）とＨＥ１１モードに対して最適化された３４の二重層のファイバとの異なるモードに対する減衰の比較。高屈折率層および低屈折率層に対する屈折率は、方程式（７）および（８）にそれぞれ対応する。
【００８７】
前述の例では、特定のファイバ組成に特定の波長において関するものであったが、最適化された構造を決定するために用いられた方法は、他の組成、波長および／またはモードに適用することができる。一般に、最適化された構造を得るためには、構造を規定する種々のパラメータの関数として、ファイバの損失を評価できなくてはならない。たとえば、孔の開いたファイバの構造は、そのコア・サイズ、格子間隔、空気充填比、および層の数によって、規定することができる。この構造を最適化するために、これらのパラメータをすべて、損失を最小限にする値が得られるまで、変えることができる。構造の損失は、適切な形式のマクスウェルの方程式を解くことによって決定することができる。
【００８８】
フォトニック結晶ファイバ２００は円形断面であり、コア２１０は円形断面であり、閉じ込め領域２２０（および内部の層）は環状の断面であるが、一般に、フォトニック結晶ファイバは、異なる幾何学的断面（たとえば、矩形断面または六角形断面）であり得る。さらに、後述するように、閉じ込め領域２２０の層は、屈折率の異なる複数の誘電体材料を含んでいてもよい。このような場合、与えられた領域の「平均屈折率」を参照してもよい。これは、領域の成分に対する重み付けされた屈折率の合計を指すものであり、各屈折率は、その成分の領域における面積比によって重み付けされる。しかし領域２２０と２１０との間の境界は、屈折率の変化によって規定される。変化は、異なる２つの誘電体材料の界面によってか、または同じ誘電体材料内の異なるドーパント濃度（たとえば、シリカの異なるドーパント濃度）によって、生じる場合がある。
【００８９】
実施形態には、環状の断面ではない（すなわち、導波路軸の周りの回転に関して対称な断面プロファイルではない）ブラッグ・ファイバを含むことができる。たとえば、図９Ａおよび９Ｂを参照して、いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバ９００には、らせん状断面の閉じ込め領域９１０を含むことができる。閉じ込め領域９１０は、単一の低屈折率基板９２０の両基板表面（９２１および９２２）に、高屈折率材料層９３０および９４０をコーティングしたものから、形成される。コーティングした後、基板９２０を巻きつけて、らせん状構造を形成する。図９Ｂを参照して、半径方向の屈折率プロファイルは、高屈折率および低屈折率の部分が交互に重なる多層のブラッグ構成に対応する。最も内側の高屈折率部分９５０は、残りの高屈折率部分９５５の半径方向厚さの半分であるため、フォトニック結晶ファイバ９００の減衰は、匹敵するテスト・ファイバよりも小さい。さらに、最も外側の高屈折率部分９５６も、部分９５５の厚さの半分である。層厚さの最適化は、このように、第１および最後の高屈折率層が残りの高屈折率層の厚さの半分であるという制約の下で行なわれる。高屈折率層の相対厚さを、これらの層を基板表面上に堆積させるときに変えることによって、部分９５０、９５５、および９５６の相対厚さを変えることができる。らせん状の閉じ込め領域を有するフォトニック結晶ファイバの例が、以下の文献でさらに説明されている。米国特許出願第第１０／１９６，４０３号明細書、発明の名称「反射誘電体ミラーの形成方法」。なおこの文献の全体の内容は、本明細書において参照により取り入れられている。
【００９０】
図１０Ａおよび１０Ｂを参照して、いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバ１００１は、らせん状部分１０３０と環状部分１０２０とを含む閉じ込め領域１０１０を含むことができる。環状部分１０２０およびらせん状部分１０３０における層の数（ファイバ軸から半径方向に沿って）は、必要に応じて変えることができる。いくつかの実施形態では、環状部分には単一の層を含むことができる。あるいは、環状部分１０２０には、複数の層（たとえば、２以上の層、３以上の層、４以上の層、５以上の層、１０以上の層）を含むことができる。
【００９１】
環状部分１０２０に複数の層が含まれる実施形態では、各層の光学的厚さは、環状部分における他の層と、同じであってもよいし、異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、環状部分１０２０における１つまたは複数の層は、光学的厚さが４分の１波長厚さに対応していてもよい（すなわち、方程式（１）によって与えられる通。その代わりにまたはそれに加えて、環状部分１０２０の１つまたは複数の層は、厚さが４分の１波長厚さとは異なることができる。層厚さを最適化して被ガイド放射の減衰を減らす（たとえば最小限にする）ことが、本明細書で開示する最適化方法を用いて可能である。
【００９２】
いくつかの実施形態では、環状部分１０２０は、被ガイド波長における吸収が比較的低い材料から形成することができる。たとえば、環状部分１０２０は、赤外線波長における吸収が低いカルコゲナイド・ガラスの１つまたは複数の層を含むことができる。
【００９３】
ある特定の実施形態では、環状部分１０２０は、フォトニック結晶ファイバ１００１によってガイドされる放射を散乱および／または吸収する欠陥の濃度が比較的低い材料から形成することができる。たとえば、環状部分１０２０は、不均質性および／または不純物の濃度が比較的低い１つまたは複数のガラスを含むことができる。不均質性および不純物は、たとえば光学または電子顕微鏡法を用いて確認することができる。またラマン分光法、グロー放電質量分析法、スパッタ中性粒子質量分析法、またはフーリエ変換赤外分光法（ＦＴＩＲ）を用いて、フォトニック結晶ファイバ中の不均質性および／または不純物をモニタすることもできる。
【００９４】
ある特定の実施形態では、環状部分１０２０は、らせん状部分１０３０よりも欠陥の濃度が低い材料から形成される。一般に、これらの欠陥には、構造上の欠陥（たとえば、層間剥離、割れ）および材料不均質性（たとえば、化学組成および／または結晶構造における変化）の両方が含まれる。
【００９５】
フォトニック結晶ファイバ１００１は、らせん状断面を有するシリンダの表面上に１つまたは複数の環状の層を堆積させて母材を形成することによって、用意することができる。そしてフォトニック結晶ファイバを、母材から引き出すことができる。
【００９６】
らせん状のシリンダは、平坦な多層膜を回転させてらせんにした後、らせん状の隣接する層を共に融合する（たとえば加熱によって）ことでらせんを固化させることによって、用意することができる。いくつかの実施形態では、平坦な多層膜を回転させて、マンドレル（たとえば、ガラス・シリンダまたはロッド）の周りにらせんにすることができ、およびマンドレルを、固化した後に除去して（たとえば、エッチングによってか、またはマンドレルをらせん状シースから分離してマンドレルをシースの外へ滑らせることによって）、らせん状のシリンダを得ることができる。マンドレルは、単一の材料から形成することもできるし、異なる材料からなる部分を含むこともできる。たとえば、いくつかの実施形態では、マンドレルに、回転させたらせん状構造を固化した後に除去されない１つまたは複数の層をコーティングすることができる。一例としては、マンドレルの形成は、中空ロッドの形状の第１の材料（たとえば珪酸ガラス）と、中空ロッドの外側にコーティングされた第２の材料（たとえば、他のガラス、たとえばカルコゲナイド・ガラス）とから、行なうことができる。第２の材料は、多層膜を形成するために用いられる材料の１つと同じすることができる。固化した後、第１の材料をエッチングして、第２の材料によってファイバ母材の一部が形成される。
【００９７】
いくつかの実施形態では、さらなる材料を、巻きつけた多層膜の外側に配置することができる。たとえば、ポリマー膜を、らせんの外側の周りに巻きつけた後、らせんと融合させることで、環状のポリマー層（たとえばクラッド）が得ることができる。ある特定の実施形態では、多層膜およびさらなる膜の両方をマンドレルの周りに巻きつけた後、単一の融合ステップで固化することができる。実施形態によっては、多層膜をマンドレルの周りに巻きつけて固化することができ、その後さらなる膜を、融合したらせんの周りに巻きつけて、第２の融合ステップで固化することができる。第２の固化は、マンドレルのエッチング前に行なうこともできるし、エッチング後に行なうこともできる。任意的に、１つまたは複数のさらなる層をらせん内に堆積させる（たとえば、ＣＶＤを用いて）ことを、さらなる膜で巻きつける前に行なうことができる。
【００９８】
らせん状部材を用意するための方法が、以下の文献に説明されている。米国特許出願第１０／７３３，８７３号明細書、発明の名称「ファイバ導波路およびその製造方法」（２００３年１２月１０日出願）。なおこの文献の全体の内容は、本明細書において参照により取り入れられている。
【００９９】
環状の層を、らせん状シリンダの表面に、種々の堆積方法を用いて堆積させることができる。たとえば、らせん状部分が環状部分とコアとの間にある場合には、材料をらせん状部材の外面に蒸着またはスパッタリングによって設けて、母材を形成することができる。
【０１００】
フォトニック結晶ファイバの環状部分がらせん状部分とコアとの間にある実施形態では、材料をらせん状部材の内面に堆積させることが、たとえば化学気相成長法（たとえば、プラズマ助長化学気相成長法）によって、可能である。たとえば１つまたは複数のガラスの層を円筒型の母材の内面に堆積させる方法が、以下の文献に説明されている。米国特許出願第１０／７２０，４５３号明細書、発明の名称「誘電体導波路およびその製造方法」（２００３年１１月２４日出願）。なおこの文献の全体の内容は、本明細書において参照により取り入れられている。
【０１０１】
一般に、閉じ込め領域には、多層構成とは異なるフォトニック結晶構造が含まれていてもよい。たとえば、フォトニック結晶ファイバ１００１では、閉じ込め領域にらせん状部分および環状部分の両方が含まれているが、いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、他の非らせん状構造を伴う部分を含むことができる。たとえば、図１０Ｂを参照して、ある特定の実施形態では、フォトニック結晶ファイバ１０５１において、閉じ込め領域１０７０（中空のコア１０６０を囲んでいる）に、らせん状部分１０８０および孔の開いた部分１０９０が含まれている。孔の開いた部分１０９０は、ファイバの軸に沿って延びる多くの孔（いくつかが標示されている１０９１）によって穿孔されたソリッド・シリンダ１０９２からなる。孔１０９１は、同心円に沿って配置されていて、閉じ込め領域１０７０の孔の開いた部分１０９０の半径方向の屈折率を変化させている。
【０１０２】
ソリッド・シリンダ１０９２は、フォトニック結晶ファイバ１０５１の製造に用いられるプロセスと共存すればどんな材料からも形成することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、ソリッド・シリンダ１０９２は、らせん状部分１０８０と同時に引き出し可能な材料から形成することができる。ある特定の実施形態では、ソリッド・シリンダ１０９２は、ポリマーまたはガラス（たとえば、カルコゲナイド・ガラス）から形成される。
【０１０３】
孔１０９１の直径は、孔の開いた部分１０９０に対して所望の屈折率プロファイルが得られるように選択される。各孔に対する直径は、同じにすることもできるし異なるようにすることもできる。いくつかの実施形態では、異なる同心円に沿って配置される孔の直径は異なる。孔の直径は、被ガイド波長における損失が最適化された構造が得られるように選択できることは、前述の通りである。
【０１０４】
いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバ１０５１の形成は、孔が形成された母材に多層シートをらせん状に巻きつけ、巻きつけたシートを孔の開いた母材に高温で融合することによって、行なうことができる。融合された構造は母材であり、引き出してファイバにすることができる。
【０１０５】
フォトニック結晶ファイバ１００１および１０５１は、ファイバがハイブリッドの閉じ込め領域（たとえば、らせん状部分および非らせん状部分を有する領域）を有する例であるが、非ハイブリッドの閉じ込め領域の他の実施形態も考慮される。たとえば、図１５Ａを参照して、いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバ１５００には、中空のコア１５１０と、らせん状に巻きつけられた単一の層１５３０を含むらせん状の閉じ込め領域１５２０とが含まれており、らせん状の隣接する層は、ギャップ１５４０によって分離される。コア１５１０および閉じ込め領域１５２０は、導波路軸１５９９に沿って延びている。ロッド１５４１によって、ギャップ１５４０がサポートされている。また図１５Ｂを参照して、代替的に、フォトニック結晶ファイバ１５５０、ギャップ１５４０は、ポスト１５８１によってサポートされる。ロッド１５４１およびポスト１５８１は、包括的にスペーサと言う。
【０１０６】
スペーサの厚さは、必要に応じて変えることができる。一般に、スペーサの厚さは、ギャップ１５４０に対して所望の半径方向厚さが得られるように選択される。いくつかの実施形態では、スペーサの厚さは均一である。あるいは、ある特定の実施形態では、スペーサの厚さは閉じ込め領域の中で変化している。たとえば、コア１５１０に最も近いスペーサの厚さは、残りのスペーサとは異なることができる。いくつかの実施形態では、スペーサの厚さは、被ガイド波長における損失が最適化された構造が得られるように変えられることは、前述した通りである。
【０１０７】
ロッド１５４１および／またはポスト１５８１は、系統的またはランダムなやり方で離間して配置することができる。系統的な配置の例では、スペーサは、フォトニック結晶ファイバの軸１５９９に対して規則的な方位角に位置する。通常、スペーサの密度は、ギャップ１５４０に対する十分なサポートが得られるように（たとえば、ギャップ１５４０が、閉じ込め領域１５２０の全体を通して実質的に均一となるように）、選択される。スペーサは、軸１５９９に沿って、ファイバの全長に渡って延びるか、またはファイバ長さの一部に渡って延びる。ロッド１５４１および／またはスペーサ１５８１ならびに層１５３０は、同じ材料から形成することもできるし、異なる材料から形成することもできる。
【０１０８】
フォトニック結晶ファイバ１５００および１５５０の形成は、ロッドまたは他のスペーサを材料のシート上に堆積させて、シートを回転させてらせん状にして（たとえば、マンドレルの周囲に）、らせん状構造を融合して母材を形成することによって、行なうことができる。その後、フォトニック結晶ファイバを、母材から引き出すことができる。スペーサを堆積させる代わりに、いくつかの実施形態では、スペーサを、たとえば連続的な材料層を基板層上に堆積させた後に回転させてらせん状にしたものから、エッチングすることができる。
【０１０９】
いくつかの実施形態では、ブラッグ構成（一次元的に周期的なフォトニック結晶（平面制限における）の例である）ではなくて、いくつかの実施形態では、閉じ込め領域の少なくとも一部を、二次元的に周期的なフォトニック結晶（平面制限における）たとえばハチの巣構造に対応する屈折率変調を形成するように選択してもよい。たとえば、Ｒ．Ｆ．クリーガン（Ｃｒｅｇａｎ）ら、サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）２８５巻、１５３７〜１５３９頁、１９９９を参照のこと。さらに、ブラッグ状の構成であっても、高屈折率層は屈折率および厚さが変化しても良く、および／または低屈折率層は屈折率および厚さが変化してもよい。一般に、閉じ込め領域は、被ガイド波長において十分に低い放射損失が得られるならばどんな屈折率変調に基づいていてもよい。
【０１１０】
本明細書で説明したフォトニック結晶ファイバは、種々の応用例で用いることができる。いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、供給源と検出器との間の放射をガイドするために用いてもよい。図１１に示すのは、供給源１１１０および検出器１１２０を含むシステム１１００の概略図であり、供給源１１１０および検出器１１２０は、フォトニック結晶ファイバ１１３０を介して互いに結合されている。ある特定の実施形態では、システムは光学的な遠距離通信システムであり、フォトニック結晶ファイバ１１３０は、供給源１１１０と検出システム１１２０との間の光信号をガイドする光学的な伝送線として機能する。一般に、光学的な伝送線には、フォトニック結晶ファイバ１１３０に加えて１つまたは複数の他のセグメントを含んでいてもよい。供給源１１１０は、伝送線に沿って送られる光信号の本来の供給源であってもよいし、または、光信号を伝送線に再送し、光学的に増幅し、ならびに／または電子的に検出して光学的に再生する中間ノードであってもよい。さらに、供給源１１１０には、異なる波長において複数の光信号を多重化または逆多重化するコンポーネントが含まれていてもよい。同様に、検出器１１２０は、伝送線に沿っての送信される光信号に対する最終的な目的地であってもよいし、または、光信号を再送し、光学的に増幅し、および／または電気的に検出して光学的に再成する中間ノードであってもよい。加えて、検出器１１２０には、異なる波長において複数の光信号を多重化または逆多重化するコンポーネントが含まれていてもよい。伝送線に沿って送信される光信号は、対応する波長において複数の信号を含むＷＤＭ信号であってもよい。本システムに対して好適な波長には、約１．２ミクロン〜約１．７ミクロンの範囲の波長（現在使用される多くの長距離システムに対応する）とともに、約０．７ミクロン〜約０．９ミクロンの範囲の波長（現在考慮されているいくつかの計測システムに対応する）が含まれる。
【０１１１】
本明細書で説明したフォトニック結晶ファイバは、損失が小さいために、光学的な遠距離通信システムにおいて送信ファイバとして用いたときに、１つまたは複数の優位性が得られる。損失が小さいために、周期的に増幅する必要が少なく、伝送線の長さを長くすることができる。たとえば、損失は、１ｄＢ／ｋｍ未満であり、０．１ｄＢ／ｋｍ未満であり、または０．０１ｄＢ／ｋｍ未満でさえあり得る。さらに、ＦＷＭが低減されているために、ファイバ内のＷＤＭチャンネル間隔を小さくすることができる。
【０１１２】
いくつかの実施形態では、システム１１００は、診断ツールであってもよい。たとえば、フォトニック結晶ファイバ１１３０を、気相分光計における試料セルとして用いることができる。この場合、ファイバ１１３０の中空のコアにサンプル・ガスが充填される。ファイバ１１３０内に放出された放射は、ガスと相互作用する。通常、種々の波長における放射量は、コア内のガスの組成に依存する。こうして、種々の波長においてファイバを出る放射の強度をモニタすることによって、ガスの組成を決定することができる。このような実施形態では、検出器１１２０を、プロセッサ（たとえば、コンピュータ）に接続することができる。プロセッサでは、供給源からの放射に応答して検出器１１２０によって生成される信号の解析を行なう。中空ファイバを利用する気相分光計の例が、以下の文献に説明されている。Ｃ．チャールトン（Ｃｈａｒｌｔｏｎ）ら、ＩＥＥプロシーディング（Ｐｒｏｃ．）オプトエレクトロン（Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ）１５０巻、１号、３０６〜３０９頁。
【０１１３】
いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバを用いて、レーザ放射を目標物に送出することができる。たとえば、図１２を参照して、レーザ・システム１２００には、レーザ１２１０とフォトニック結晶ファイバ１２２０とが含まれている。フォトニック結晶ファイバ１２２０は、レーザからの電磁（ＥＭ）エネルギーを、レーザから離れた目標物１２３０（たとえば鋼鉄シートまたは患者）までガイドするためのものである。放射は、レーザ１２１０からファイバ１２２０内へ、カプラ１２４０を用いて結合される。またレーザ・システム１２００には、フォトニック結晶ファイバ１２２０から出てくる放射１２０１を、目標物１２３０上にフォーカスするフォーカシング素子１２５０（たとえば、レンズまたはレンズの組み合わせ）も、含まれている。たとえば放射を用いて、目標物１２３０において材料を、切断、洗浄、除去、凝固、成形、液化、食刻、および／または溶接することができる。たとえば、形成の応用例では、金属シートの一部に熱応力をかけてシートを曲げるために、レーザ放射をシートに送ることができる。
【０１１４】
レーザ１２１０は、連続波とすることもできるし、パルス・レーザとすることもできる。レーザと目標物との間の距離は、特定の応用例に応じて変化する可能性があり、また数メートル以上のオーダ（たとえば、約１０以上、約２０以上、約５０以上、約１００以上）となる可能性がある。
【０１１５】
レーザ・システム１２００は、ＵＶ、可視波長、または赤外線（ＩＲ）波長で動作することができる。いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバ１２２０は、レーザ１２１０から放出されるＩＲエネルギーをガイドするように構成されており、またエネルギーの波長は、約０．７ミクロンと２０ミクロンとの間（たとえば、約２〜５ミクロンまたは約８〜１２ミクロン）である。いくつかの実施形態では、レーザ１２１０はＣＯ２レーザであり、放射の波長は約６．５ミクロンまたは１０．６ミクロンである。ＩＲエネルギーを放出可能なレーザの他の例には、以下のものを含めることができる。Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（たとえば、１．０６４ミクロンにおいて）、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ（たとえば、２．９４ミクロンにおいて）、Ｅｒ、Ｃｒ：ＹＳＧＧ（エルビウム、クロムがドープされたイットリウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット）レーザ（たとえば、２．７９６ミクロンにおいて）、Ｈｏ：ＹＡＧレーザ（たとえば、２．１ミクロンにおいて）、自由電子レーザ（たとえば、６〜７ミクロンの範囲）、および量子カスケード・レーザ（たとえば、３〜５ミクロンの範囲）。
【０１１６】
被ガイド波長においてレーザ１２１０から放出されるパワーは、変化する可能性がある。レーザ・パワーは、多くの応用例において比較的低くすることができるが（たとえばｍＷ）、レーザ・システムは高出力で動作する。たとえば、レーザ出力強度は、約１ワット以上（たとえば、約５ワット以上、約１０ワット以上、約２０ワット以上）となる可能性がある。いくつかの応用例では、レーザ出力エネルギーは、約１００ワット以上（たとえば、約２００ワット以上、約３００ワット以上、約５００ワット以上、約１キロワット以上）となる可能性がある。
【０１１７】
高出力システムの場合、ファイバ１０２０によってガイドされるパワー密度は、比較的高くなる可能性がある。たとえば、ファイバ内のパワー密度は、約１０５Ｗ／ｃｍ２以上、たとえば約１０６Ｗ／ｃｍ２以上、約１０７Ｗ／ｃｍ２以上、約１０８Ｗ／ｃｍ２以上、約１０９Ｗ／ｃｍ２以上、約１０１０Ｗ／ｃｍ２以上となる可能性がある。
【０１１８】
ファイバ１２２０は、被ガイド波長において比較的低い損失となることができる（たとえば、約１０ｄＢ／ｍ以下、約５ｄＢ／ｍ以下、約２ｄＢ／ｍ以下、約１ｄＢ／ｍ以下、約０．５ｄＢ／ｍ以下、約０．２ｄＢ／ｍ以下）。損失が低いために、ガイドされたエネルギーの比較的少量のみがファイバによって吸収される結果、ファイバは、加熱に起因する実質的な損傷なしに高出力放射をガイドすることができる。
【０１１９】
カプラ１２４０は、レーザ・システムが動作する波長および強度において好適であれば、どんなカプラとすることもできる。カプラの１つの形式が、以下の文献に説明されている。Ｒ．ニュブリン（Ｎｕｂｌｉｎｇ）およびＪ．ハリントン（Ｈａｒｒｉｎｇｔｏｎ）著「高出力の工業用ＣＯ２レーザ用の中空導波路送出システム」アプライド・オプティクス（ＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ）３４巻、１号、３７２〜３８０頁（１９９６）。カプラの他の例には、１つまたは複数のフォーカシング素子、たとえば１つまたは複数のレンズが含まれる。結合効率を高くすることができる。たとえば、カプラは、ファイバ内の被ガイド・モードへのレーザ出力の約７０％以上と結合することができる（たとえば、約８０％以上、約９０％以上、約９５％以上、約９８％以上）。結合効率は、所望のモードによってガイドされるパワーとファイバに入射する総パワーとの比率を指す。
【０１２０】
前述したように、いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、医療用レーザ・システムにおいて用いられる。たとえば、いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバを用いて、医療処置を受ける患者にレーザ放射を送出することができる。図を参照して、医療処置を行なうためのレーザ・システム１３００には、レーザ１３１０と、レーザからの放射１３１２を患者の目標組織１３９９にガイドするフォトニック結晶ファイバ１３２０とが含まれる。レーザ放射１３１２は、レンズ１３３０によってフォーカスされてフォトニック結晶ファイバ１３２０に入り、フォトニック結晶ファイバ１３２０から放射が、ハンドピース１３４０に送出される。使用中に、オペレータ（たとえば、医師、たとえば外科医、歯科医、眼科医、または獣医）はハンドピース１３４０を操作して、目標組織１３９９に所望の照射量のレーザ放射を与える。レーザ１３１０は、電子コントローラ１３５０によって制御される。電子コントローラ１３５０には、システムの動作パラメータを設定および表示するためのディスプレイ１３５２が含まれる。ハンドピース１３４０には、電子回路（別個に示してはいない）が含まれている。電子回路は、操作ノブ１３４２と協同する。コネクタ１３４０によって、信号がハンドピース１３１０とレーザ１３５０との間で、コントローラ１３９９を介して伝達される。コントローラ１３９９は、オペレータによるノブ１３４２の調整に応答して、目標組織１３９９へのビーム送出を制御する。またハンドピース１３４０には、スタンド・オフ・チップ１３４４も含まれている。スタンド・オフ・チップ１３４４によって、ファイバ１３２０の端部と目標組織１３９９との間の所望の距離が維持される。いくつかの実施形態では、ハンドピース１３４０には、光学部品（たとえばレンズ）を含むことができる。レンズは、ファイバから放出されるビームをフォーカスして、所望のスポット・サイズにする。フォーカス・ビームのウエストは、スタンド・オフ・チップの末端部に対応することができる。
【０１２１】
いくつかの実施形態では、ファイバを、レンズ１３３０に対してファイバの近接端を位置合わせするマウント（図示せず）に、およびハンドピース１３４０に、容易に組み込んで取り除くことができる。この結果、使い捨ての応用例（ファイバが各手順の後に取り替えられる）でシステムを用いることを、容易にすることができる。
【０１２２】
またレーザ・システム１３００には、冷却装置１３７０も含まれている。冷却装置１３７０は、冷却液をファイバ１３２０に、送出管１３７２を介して送出する。いくつかの実施形態では、ファイバ１３２０を、冷却液が充填された管内で位置合わせすることができる。このような場合には、冷却システム１３７０は、冷却液を管を通してポンプで送る、冷却液によって、ファイバの外面から放出される熱が吸収される。あるいは、冷却システム１３７０は、冷却液をファイバ１３２０の中空のコアを通して送出する。冷却液は、コアを通してポンプで送られて、コアに隣接するファイバ表面からの熱を吸収する。冷却液は、液体、ガス、または超流動体とすることができる。いくつかの実施形態では、冷却液には希ガスおよび／または窒素が含まれる。ある特定の実施形態では、冷却液は空気である。他の例としては、冷却液は水である。冷却液は、レーザ放射の伝搬方向と同じ方向にポンプで送ることもできるし、反対の方向に送ることもできる。
【０１２３】
フォトニック結晶ファイバ１３２０の長さは、必要に応じて変えることができる。いくつかの実施形態では、ファイバは、長さが約１．２ｍ以上（たとえば、約１．５ｍ以上、約２ｍ以上、約３ｍ以上、約５ｍ以上、約８ｍ以上、約１０ｍ以上）である。長さは通常、レーザ・システムが用いられる具体的な応用例に依存している。レーザ１３１０が患者に近いところに位置する可能性がある応用例、および／または応用例にとって好ましいハンドピースの動きの範囲が比較的小さい応用例では、ファイバの長さを比較的短くすることができる（たとえば、約１．５ｍ以下、約１．２ｍ以下、約１ｍ以下）。しかし、レーザを患者に極めて接近した場所に配置することが不都合な応用例、および／またはハンドピースの動きの範囲が大きいことが好ましい応用例では、ファイバの長さはもっと長い（たとえば、約２ｍ以上、約５ｍ以上、約８ｍ以上）。たとえば、外科の応用例では、医師の大規模なチームが患者に極めて接近した場所にいる必要があり、レーザを手術台から離して置くことが望ましい場合がある（たとえば、手術室の隅に、または全く別の部屋に）。このような状況では、ファイバは長いことが望ましい。
【０１２４】
光は、システム１３００において、レーザ１３１０からファイバ１３２０内へとレンズ１３３０を介して結合される。しかしある特定の実施形態では、レンズ１３３０を、レーザ・システムが動作する波長および強度に対して好適であればどんなカプラと取り替えることもできる。より一般的に、カプラおよび／またはハンドピースには、さらなる光学部品を含むことができる、たとえば、ビーム成形オプティクス、ビーム・フィルタなどである。
【０１２５】
フォトニック結晶ファイバ１３２０のコア直径は、比較的大きくすることができる。たとえば、フォトニック結晶ファイバのコア直径は、約２０λ以上（たとえば、約３０λ以上、４０λ以上、５０λ以上、７５λ以上、１００λ以上、１５０λ以上、２００λ以上）とすることができる。ここで、λは、被ガイド波長である。フォトニック結晶ファイバ１３２０のコア直径は、約１００μｍ以上（たとえば約１５０μｍ以上、２００μｍ以上、２５０μｍ以上、３００μｍ以上、４００μｍ以上、５００μｍ以上、７５０μｍ以上、１，０００μｍ以上）とすることができる。コア直径が大きいことは好都合であり得る。特に、高出力の応用例においてそうである。なぜならば、コアが大きいと、ファイバは、コア直径が小さいファイバの場合と比較してコア内のパワー密度が小さくなることで高パワー放射をガイドすることができるからである。
【０１２６】
あるいは、他の実施形態では、フォトニック結晶ファイバ１３２０のコア直径は、比較的小さくすることができる。たとえば、フォトニック結晶ファイバ１３２０のコア直径は、約０．２λ〜約１０λ（たとえば、約８λ以下、約５λ以下、約３λ以下、約２λ以下、約１λ以下）とすることができる。いくつかの実施形態では、コアは約２０μｍ以下（たとえば、約１５μｍ以下、約１２μｍ以下、約１０μｍ以下、約８μｍ以下、約５μｍ以下、約３μｍ以下）である。小さいコアのファイバが好都合となり得るのは、目標物におけるビーム・スポット・サイズが小さいことが好ましい場合である。いくつかの実施形態では、コアが十分に小さいことによって、フォーカシング・オプティクス（たとえば、レンズ）に対する必要性をなくすことができる。フォーカシング・オプティクスは、そうでなければ、ビームをフォーカスして、ファイバの出力端における小さいスポットにするのに用いられる場合がある。
【０１２７】
ファイバ１３２０の外径を、比較的大きくすることができる。外径が大きいことは、ファイバの機械的なフレキシビリティを小さくすることができ、その結果、ファイバが曲がって曲率半径が小さくなることを防ぐことができる。このような曲がりを防ぐことは、曲がることによってファイバに損傷を与える可能性がある場合には、好都合である。たとえば、曲がることに付随する機械的な応力によって、ファイバに損傷を与える可能性がある。その代わりにまたはそれに加えて、曲がることによって、被ガイド放射の減衰がファイバ内の曲がり点において増える可能性がある。曲がりに損失が付随する結果、ファイバが局所的に加熱される可能性がある。この加熱によってファイバが損傷を受ける可能性が、特に高出力の応用例において存在する。ファイバ１３２０の外径は、約７５０μｍ以上（たとえば、約１，０００μｍ以上、約１，２５０μｍ以上、約１，５００μｍ以上、約２，０００μｍ以上、約３，０００μｍ以上、約４，０００μｍ以上、約５，０００μｍ以上）とすることができる。
【０１２８】
あるいは、いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバ１３２０の外径は小さい。細いファイバが有用である応用例は、ファイバが狭いスペースたとえば血管の組織に挿入される場合である。いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバ１３２０の外径は、約５００μｍ以下（たとえば、約３００μｍ以下、約２００μｍ以下、約１００μｍ以下、約７５μｍ以下、約５０μｍ以下、約３０μｍ以下、約２０μｍ以下）である。
【０１２９】
ジャケット２３０の形成は、ポリマー（たとえば、アクリレートまたはシリコーン・ポリマー）または他の材料から行なうことができる。ジャケットが患者と接触する応用例では、ジャケットの形成は、医療機器に対するＦＤＡ基準に適合する材料から行なうことができる。このような場合、たとえばシリコーン・ポリマーが、ジャケット材料として使用することに特に適している。通常、ジャケット２３０によって、ファイバが外側の損傷から保護される。前述したように、ジャケット２３０のデザインを、ファイバのフレキシビリティを制限して曲率半径の小さい曲がりによる損傷を防止するように、行なうこともできる。
【０１３０】
ジャケット２３０以外にも、ファイバ２００には、曲がり半径を限定するためのさらなるコンポーネントが含まれていてもよい。たとえば、ファイバには、その外径の周りにらせん状に巻きつけられた材料（たとえば、らせん状に巻きつけられたワイヤ）が含まれていてもよい。その代わりに、またはそれに加えて、ファイバには、さらなる機械的サポートを与えるさらなるジャケットが含まれていてもよい。
【０１３１】
いくつかの実施形態では、ファイバの曲がりを抑えて、曲率半径が約５０ｃｍ未満（たとえば、約４０ｃｍ以下、３０ｃｍ以下、２０ｃｍ以下、１５ｃｍ以下、１２ｃｍ以下、１０ｃｍ以下、８ｃｍ以下、５ｃｍ以下）にはならないようにすることを、ファイバがデザインされている応用例での日常的な使用時に行なってもよい。
【０１３２】
あるいは、ファイバの高度のフレキシビリティが要求される応用例（たとえば、内視鏡による外科手術または砕石術）では、ジャケットは、比較的細く（たとえば、約５００μｍ以下）および／またはフレキシブルになるように、デザインすることができる。
【０１３３】
ジャケット材料は、ファイバを滅菌できるように選択してもよい。たとえば、ジャケット材料は、ファイバが高温（たとえば加圧滅菌で生じるような）に耐えられるように選択してもよい。
【０１３４】
システム１３００には、ハンドピース１３４０が、フォトニック結晶ファイバの末端部に含まれているが、他のビーム送出デバイスを用いることもできる。たとえば、いくつかの実施形態では、システム１３００には、患者へのレーザ放射の送出をオペレータが自分の足で制御できるようにするフット・スイッチが含まれていてもよい。一般に、送出デバイスは、システムの最終用途の応用例に基づいて選択される。たとえば、放射が患者内の目標領域に送出される場合、ファイバの末端部は、たとえば内視鏡または他のデバイスを用いて制御することができる。
【０１３５】
内視鏡を含むシステムの例を、図１４に示す。レーザ放射１４１２は、内視鏡１４１０を用いて患者１４０１内の目標組織１４９９に送出される。内視鏡１４１０には、レーザ制御ノブ１４１２を伴うハンドピース１４１１、送出管１４１５、および結像ケーブル１４２２が含まれる。結像ケーブル１４２２には、送出管１４１５を介して目標組織に照明を送る光ファイバが収容されている。また結像ケーブルによって、目標組織から反射される光がコントローラ１４２０までガイドされる。コントローラ１４２０では、反射光が結像および表示されて、視覚情報がオペレータに与えられる。送出管１４１５には、フォトニック結晶ファイバ１４２０および結像ファイバ・オプティクスの両方が収容されている（従来のＴＩＲファイバまたはフォトニック結晶ファイバが含まれ得る）。こうして、特定されたらすぐに、オペレータは、放射を目標組織に、フォトニック結晶ファイバ１４２０を通して送出する。いくつかの実施形態では、内視鏡１４１０を用いて、放射をＣＯ２レーザから目標組織１４９９に送出することができる。
【０１３６】
送出管１４１５には、フォトニック結晶ファイバ１４２０および結像ファイバ・オプティクスの両方が収容されているが、一般に、フォトニック結晶ファイバ１３２０は、システムがデザインされた手順において使用される他のファイバおよび／または管と束ねることができる。たとえば、いくつかの実施形態では、フォトニック結晶ファイバを、フォトニック結晶ファイバから送出される放射とは異なる機能を行なう他のレーザからの放射を送出する他のファイバと、束ねることができる。一例として、フォトニック結晶ファイバ１３２０を、照準ビームを組織までガイドするための他のファイバ導波路と束ねることができる。照準ビームは、レーザ１３１０から送出される放射とは異なる波長および／または強度である。特有の色彩の光源を用いて、照準ビームを実現することができる。たとえば、照準ビームを、可視レーザたとえばＨｅＮｅレーザから送出して、フォトニック結晶ファイバ１３２０が放射を送出する箇所に対応する目標組織上に、特有のスポットを与えることができる。
【０１３７】
他の例として、フォトニック結晶ファイバは、ＣＯ２レーザからの１０．６μｍ放射をガイドすることができ、またＮｄ：Ａｇレーザからの１．０６μｍ放射を患者までガイドする他のファイバ導波路と束ねることができる。ＣＯ２放射は、組織中において比較的浅い侵入深さとなることができ（たとえば数１０μｍ）、したがって正確な切開ビームとして用いてもよい。他方で、Ｎｄ：Ａｇ放射は、はるかに大きい侵入深さとなることができ（たとえば、約１ｃｍ）、凝固に対してはＣＯ２放射よりも効果的であり得る。したがって、フォトニック結晶ファイバ１３２０を用いて切断ビームを実現することができ、一方でＮｄ：Ａｇ放射を、凝固用に、シリカ・ベースのファイバ（たとえば、ＴＩＲファイバ）を介して送出する。シリカ・ベースのファイバは、フォトニック結晶ファイバよりも、１．０６ｍｍ放射のガイドに適することができる。
【０１３８】
ある特定の実施形態では、ハンドピースは、ロボットと取り替えることができる。ロボットは遠隔に操作することができる。たとえば、ロボットが行なう外科手術は、外科医が患者（たとえば戦場の負傷した兵士）まで簡単にも迅速にも到着できない応用例では検討中である。
【０１３９】
一般に、レーザ・システム１３００は、多くの異なる医療用の応用例で用いることができる。たとえば、レーザ・システム１３００を、美容医療処置、外科医療処置、眼科処置、獣医科処置、および／または歯科処置で用いることができる。
【０１４０】
美容処置には、以下のものに対する処理が含まれる。脱毛；以下のものを低減するためのパルス光皮膚処理、微細な皺線、陽による損傷、加齢によるシミ、雀斑、複数の出産斑、酒さ、不規則な色素沈着、損傷した毛細管、良性の茶色色素および色素沈着；皮膚再生；脚静脈；血管の損傷；色素損傷；にきび；乾癬＆白斑；および／または美容用再色素沈着。
【０１４１】
外科処置には、婦人科、腹腔鏡検査、外部生殖器のコンジロームおよび損傷、ならびに／または白板症に対する処置が含まれる。また外科の応用例には、以下のものも含まれ得る。耳／鼻／喉（ＥＮＴ）処置、たとえばレーザ支援口蓋形成（ＬＡＵＰ）（すなわち、いびきを止めるため）；鼻閉塞を取り除く処置；前庭窓開窓；気管支内視鏡検査；扁桃腺の融除；および／または良性の喉頭損傷の除去。外科の応用例には、以下のものも含まれ得る。胸部生検、転移性疾患に対する細胞減少療法、床ずれまたはうっ血性潰瘍の処理、痔核切除、腹腔鏡による外科手術、乳房切除、および／または乳房縮小。外科の処置は、足病治療の分野における処置も含まれ得る。たとえば神経腫、爪周囲、爪下、および足の裏のイボの処理、孔角化腫融除、および／または根治的爪切除。レーザを用いてもよい外科手術の他の分野には、以下のものが含まれる。整形外科、泌尿器科、胃腸病学、および胸部＆肺の外科手術。
【０１４２】
眼科用途には、以下のものが含まれる。緑内障、加齢黄斑変性（ＡＭＤ）、増殖性糖尿病網膜症、未熟児網膜症、網膜裂孔および剥離、網膜静脈閉塞症の処理、および／または屈折異常を減らすかまたは取り除くための屈折矯正手術処理。
【０１４３】
獣医用途には、小さい動物および大きい動物処置の両方が含まれる。
歯科応用例の例には、硬組織、軟部組織、および歯内療法の処置が含まれる。硬組織歯科処置には、虫歯除去＆虫歯の穴処理およびレーザ・エッチングが含まれる。軟部組織歯科処置には、以下のものが含まれる。切開、切除＆気化、笑歯肉の処理、凝固（止血）、未萌出歯の露髄、アフタ症潰瘍、歯肉形成、歯肉切除、歯肉溝形成歯冠歯型、インプラント露髄、小帯切除、歯肉剥離ソウハ、線維腫除去、弁切除、膿瘍の切開＆排液、口腔乳頭切除、歯肉肥大の縮小、補綴前外科手術、歯冠周囲炎、インプラント周囲炎、口腔病変、および歯肉溝創傷清拭。歯内療法処置には、歯髄切断、根管創傷清拭、および洗浄が含まれる。歯科処置には、歯のホワイトニングも含まれる。
【０１４４】
一般に、レーザ、波長、ファイバ長さ、ファイバ外径、およびファイバ内径の形式は、他にもシステム・パラメータはあるが、応用例に基づいて選択される。たとえば、レーザ１３１０がＣＯ２レーザである実施形態では、レーザ・システム１３００、軟部組織の融除、気化、切除、切開、および凝固を必要とする外科処置に対して用いることができる。ＣＯ２レーザ・システムは、種々の医療専門分野での外科応用例に対して用いることができる。専門分野には、以下のものが含まれる。美容専門分野（たとえば、皮膚科および／または形成外科）、足病治療、耳鼻咽喉科（たとえば、ＥＮＴ）、婦人科（腹腔鏡検査を含む）、脳外科、整形外科（たとえば、軟部組織整形外科）、関節鏡検査（たとえば、膝関節鏡検査）、一般および胸部外科（開腹手術および内視鏡手術を含む）、歯科および口腔外科、眼科、泌尿生殖器科外科、および獣医外科。
【０１４５】
いくつかの実施形態では、ＣＯ２レーザ・システムを、組織（たとえば軟部組織）の融除、気化、切除、切開、および／または凝固において、皮膚科および／または形成外科において、レーザ皮膚再生、レーザ皮膚剥離、および／またはレーザ日焼け創傷清拭の働きにおいて、用いることができる。レーザ皮膚再生（たとえば、融除および／または気化による）は、たとえば皺、皺皮症、および／または額皺（微細な線およびテクスチャ不規則性を含む）の処理において、行なうことができる。レーザ皮膚再生は、以下のものの縮小、除去、および／または処理に対して行なうことができる：角化症（光線性角化症を含む）、尋常性脂漏症、脂漏性イボ、および／またはイボ脂漏症；唇のベルミロネクトミィ；皮角；日光性／光線性弾力繊維症；口唇炎（光線性口唇炎を含む）；黒子（悪性黒子またはハッチンソン悪性雀斑を含む）；不均一な色素沈着／皮膚色異常；にきび傷跡；手術の痕；ケロイド（にきびケロイド性背頸部を含む）；血管腫（含む頬、ブドウ酒および／または化膿性肉芽腫／膿原性肉芽腫／肉芽腫毛細血管拡張症）；入れ墨；毛細血管拡張症；除去皮膚腫瘍（爪周囲および／または爪下の線維腫を含む）；皮相の色素損傷；脂腺腺腫肥大および／または脂腺過形成；鼻瘤縮小；皮膚乳頭腫；稗粒腫；湿疹性および／または感染性皮膚の創傷清拭；基底および扁平上皮細胞癌（含む角化棘細胞腫、ボーエン病、および／またはボーエノイド・バピュローシス損傷）；母斑（クモ状、表皮型、および／または突出型を含む）；神経線維腫；レーザ脱上皮形成；毛包上皮腫；眼瞼黄板症；および／または汗管腫。ＣＯ２レーザ・システムを、以下のために用いることができる。完全および／または部分的な爪床除去のためのレーザ融除、気化、および／または切除、皮膚損傷（たとえば良性および／または悪性、血管および／または無血管）の気化および／または凝固、および／またはモース氏手術、脂肪組織切除。さらなる例としては、以下のためにレーザ・システム１３００を用いることが挙げられる。上眼および／または下眼瞼形成の働きのための軟部組織のレーザ切開および／もしくは切除、ならびに／または植毛に対する受容部位の形成。
【０１４６】
ある特定の実施形態では、ＣＯ２レーザ・システムは、以下のものの縮小、除去、および／または処理に対する足病治療処置中の軟部組織のレーザ融除、気化、および／または切除において用いられる。尋常性イボ／足の裏のイボ（爪周囲炎、爪周囲、および爪下のイボを含む）；孔角化腫融除；嵌入爪甲処理；神経腫／線維腫（モートン神経腫を含む）；潰瘍の創傷清拭；および／または他の軟部組織損傷。またＣＯ２レーザ・システムは、完全および／または部分的な爪床除去に対する足病治療におけるレーザ融除、気化、および／または切除に対して用いることもできる。
【０１４７】
ＣＯ２レーザ・システムは、以下のものの処理に対する耳鼻咽喉科における軟部組織のレーザ切開、切除、融除、および／または気化に対して用いることができる。後鼻孔閉鎖症；白板症（口頭、喉頭、口蓋垂、口蓋、上外側咽頭の組織を含む）；鼻閉塞；成人および／または若年性乳頭腫症ポリープ；鼻および／または鼻道のポリープ切除；リンパ管腫除去；声帯／ひだ小結節、ポリープ、および嚢胞の除去；口腔、鼻腔、喉頭、咽頭、および気管内の再発性乳頭腫の除去（含む口蓋垂、口蓋、上外側咽頭の組織、舌、および声帯）；喉頭、咽頭、鼻、耳、および口頭の構造および組織におけるレーザ／腫瘍外科手術；ツェンカー憩室／咽頭食道憩室（たとえば、内視鏡のレーザ支援されるエソファゴジベルティクロストミィ）；狭窄（含む声門下狭窄）；扁桃摘出（含む扁桃陰窩消散、腫瘍）および扁桃腺融除／扁桃切除；肺気管支および気管損傷除去；良性および悪性の小結節、腫瘍および線維腫（たとえば、喉頭、咽頭、気管、気管支／気管支内の）；良性および／または悪性の損傷および／または線維腫（たとえば、鼻または鼻道の）；良性および／または悪性の腫瘍および／または線維腫（たとえば、口の）；前庭窓開窓／あぶみ骨切除；耳内での聴神経腫；耳の皮相損傷（慢性結節性耳輪軟骨皮膚炎／ヴィンクラー病を含む）；喉頭、咽頭、および／または気管の毛細血管拡張症／血管腫（口蓋垂、口蓋、および／または上外側咽頭の組織を含む）；声帯切除、脊髄切断（たとえば、声帯麻痺／声帯ひだ運動障害の処理用）、および／または喉頭、咽頭、および／または気管の帯損傷；鼓膜穿刺／鼓膜切開（たとえば、鼓膜開窓）；口蓋垂口蓋形成（たとえばＬＡＵＰ）；鼻甲介切除および／または鼻甲介縮小／融除；中隔骨棘融除／縮小および／または鼻中隔形成；部分的な舌切除；口頭、顔面下および／または頸部組織上の腫瘍切除；鼻瘤；尋常性イボ；および／または歯肉形成／歯肉切除。
【０１４８】
いくつかの実施形態では、以下のものの処理に対する婦人科における軟部組織のレーザ切開、切除、融除、および／または気化に対してＣＯ２レーザ・システムを用いることができる。頸部の円錐切除（頸部の上皮肉腫瘍形成、外陰部、および／または膣の上皮肉腫瘍形成を含む）；尖圭コンジローム（頸部、性器、外陰部、会陰、および／またはボーエン病、および／またはボーエノイド・バピュローサ損傷を含む）；白板症（たとえば、外陰部ジストロフィ）；バルトリンおよび／またはナーボト嚢胞の切開および排液；ヘルペス気化；尿道小丘気化；頸部形成異常；良性および／または悪性の腫瘍；および／または血管腫。
【０１４９】
ＣＯ２レーザ・システムは、以下のものの処理に対する内視鏡および／または腹腔鏡外科手術（婦人科での腹腔鏡検査を含む）における軟部組織の気化、切開、切除、融除および／または凝固に対して用いることができる。子宮内膜損傷（子宮内膜症の融除を含む）；粘着の切除／消散；卵管開口術；卵巣摘出／卵巣切除；卵管采形成；子宮形成；卵管顕微手術；子宮筋腫および／または類線維腫；卵巣線維腫および／または濾胞性嚢胞；子宮仙骨融除および／または子宮摘出。
【０１５０】
ある特定の実施形態では、ＣＯ２レーザ・システムは、以下のものを含む頭蓋状態の処理に対する脳外科における軟部組織のレーザ切開、切除、融除、および／または気化に対して用いることができる。後頭蓋窩腫瘍；末梢神経切除；良性および／または悪性の腫瘍および／または嚢胞（たとえば、神経膠腫、髄膜腫、聴神経腫、脂肪腫、および／または大きな腫瘍）；動静脈奇形；および／または下垂体腫瘍。いくつかの実施形態では、ＣＯ２レーザ・システムは、以下のものを含む脊髄状態の処理に対する脳外科における軟部組織のレーザ切開、切除、融除、および／または気化に対して用いることができる。良性および／または悪性の腫瘍および／または嚢胞の切開／切除および／または気化；硬膜内および／または硬膜外損傷；および／または椎弓切除／椎弓切開／顕微鏡的ヘルニア摘出。
【０１５１】
ＣＯ２レーザ・システムは、超顕微鏡および／または一般外科を含む応用例での整形外科における軟部組織の切開、切除、および／または気化に対して用いることができる。超顕微鏡応用例には、以下のものが含まれる。半月板切除；軟骨軟化症；軟骨整復；靭帯遊離（たとえば、横方向の靭帯遊離）；ひだの切除；および／または部分的な滑膜切除。一般外科応用例には、以下のものが含まれる。外傷の創傷清拭；床擦れおよび／または糖尿病の潰瘍の創傷清拭；顕微手術；人口関節更新；および／またはポリマー（たとえば、ポリメチルメタクリレート）除去。
【０１５２】
またＣＯ２レーザ・システムは、内視鏡および／または開腹処置を含む一般および／または胸部外科における軟部組織の切開、切除、および／または気化に対しても用いることができる。このような応用例には以下のものが含まれる。床ずれ潰瘍、うっ血、糖尿病、および他の潰瘍の創傷清拭；乳房切除；火傷の創傷清拭；直腸および／または肛門痔核切除；胸部生検；乳房縮小；転移性疾患に対する細胞減少療法；側腹切開および／または腹腔鏡による応用例；縦隔および／または胸部の損傷および／または異常；糸状線維腫気化；アテローム；嚢胞（唇の脂腺嚢胞、皮脂嚢胞、および／または粘液嚢胞を含む）；毛巣嚢胞除去および／または修復；膿瘍；およびまたは他の軟部組織応用例。
【０１５３】
ある特定の実施形態では、ＣＯ２レーザ・システムは、以下のものを含む歯科および／または口腔外科における軟部組織の切開、切除、および／または気化に対して用いることができる。歯肉切除；歯肉形成；切開および／または切除生検；潰瘍性損傷の処理（アフタ症潰瘍を含む）；抗生物質治療とともに用いられるときの感染の切開；小帯切除；良性および／または悪性の損傷の切除および／または融除；ホメオスタシス；弁切除；歯冠延長；軟部組織、嚢胞、および／または腫瘍の除去；口腔腫瘍および／または血管腫；膿瘍；抜歯位置止血；唾液腺病理学；前人工歯肉調製；白板症；部分的な舌切除；および／または歯周歯肉切除。
【０１５４】
いくつかの実施形態では、ＣＯ２レーザ・システムは、以下のものを含む泌尿生殖器科処置における軟部組織の切開、切除、および／または気化に対して用いることができる。外性器の良性および／または悪性の損傷；コンジローム；包茎；および／または紅色肥厚症。
【０１５５】
多くの本発明の実施形態について説明してきた。それにもかかわらず、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく種々の変更を施してもよいことが理解される。したがって、他の実施形態は添付の請求項の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】フォトニック結晶ファイバの一実施形態の断面図である。
【図２】図２Ａは、フォトニック結晶ファイバの閉じ込め領域およびコアの断面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示す閉じ込め領域の半径方向の屈折率プロファイルを示すプロットである。
【図３Ａ】高屈折率層および低屈折率層が第１の組の屈折率を有する最適化されたフォトニック結晶ファイバにおける種々のパラメータを比較するプロットであり、ファイバの閉じ込め領域における種々の数の二重層に対して最適化されたテスト・ファイバおよびフォトニック結晶ファイバに対するＨＥ１１モードの減衰を示すプロットである。
【図３Ｂ】高屈折率層および低屈折率層が第１の組の屈折率を有する最適化されたフォトニック結晶ファイバにおける種々のパラメータを比較するプロットであり、図３Ａと同じデータを、拡げたｙ軸目盛りを用いて示すプロットである。
【図４】高屈折率層および低屈折率層が第１の組の屈折率を有する最適化されたフォトニック結晶ファイバにおける種々のパラメータを比較するプロットであり、最も内側の高屈折率層および低屈折率層の厚さであるｔ１およびｔ２と、残りの高屈折率層および低屈折率層の厚さであるｔＨおよびｔＬとの比率を、種々の数の二重層に対して４パラメータ最適化を用いて最適化されたフォトニック結晶ファイバに対して示すプロットである。
【図５】高屈折率層および低屈折率層が第１の組の屈折率を有する最適化されたフォトニック結晶ファイバにおける種々のパラメータを比較するプロットであり、種々の数の二重層に対して４パラメータ最適化を用いて最適化されたフォトニック結晶ファイバに対する外側の高屈折率層および低屈折率層の厚さを示すプロットである。４分の１波長厚さも示している。
【図６】高屈折率層および低屈折率層が第２の組の屈折率を有する最適化されたフォトニック結晶ファイバにおける種々のパラメータを比較するプロットであり、ファイバの閉じ込め領域における種々の数の二重層に対して最適化されたテスト・ファイバおよびフォトニック結晶ファイバに対するＨＥ１１モードの減衰を示すプロットである。
【図７】高屈折率層および低屈折率層が第２の組の屈折率を有する最適化されたフォトニック結晶ファイバにおける種々のパラメータを比較するプロットであり、最も内側の高屈折率層であるｔ１と他の高屈折率層の厚さであるｔＨとの厚さ比率を、種々の数の二重層に対して４パラメータ最適化を用いて最適化されたフォトニック結晶ファイバに対して示すプロットである。
【図８】高屈折率層および低屈折率層が第２の組の屈折率を有する最適化されたフォトニック結晶ファイバにおける種々のパラメータを比較するプロットであり、種々の数の二重層に対して４パラメータ最適化を用いて最適化されたフォトニック結晶ファイバに対する外側の高屈折率層および低屈折率層の厚さを示すプロットである。４分の１波長厚さも示している。
【図９】図９Ａは、らせん状断面を有するフォトニック結晶ファイバの閉じ込め領域およびコアの実施形態を示す断面図であり、図９Ｂは、図９Ａに示す閉じ込め領域の半径方向の屈折率プロファイルを示すプロットである。
【図１０Ａ】らせん状部分および非らせん状部分を含む閉じ込め領域を有するフォトニック結晶ファイバの実施形態を示す断面図である。
【図１０Ｂ】らせん状部分および非らせん状部分を含む閉じ込め領域を有するフォトニック結晶ファイバの他の実施形態を示す断面図である。
【図１１】本明細書で説明したフォトニック結晶ファイバを組み込む光学的な遠距離通信システムを示す概略図である。
【図１２】本明細書で説明したフォトニック結晶ファイバを組み込むレーザ・システムの概略図である。
【図１３】フォトニック結晶ファイバを含む医療用レーザ・システムを示す概略図である。
【図１４】フォトニック結晶ファイバおよび内視鏡を含む医療用レーザ・システムを示す概略図である。
【図１５Ａ】孔の開いたらせん状部分を含む閉じ込め領域を有するフォトニック結晶ファイバの実施形態を示す断面図である。
【図１５Ｂ】孔の開いたらせん状部分を含む閉じ込め領域を有するフォトニック結晶ファイバの他の実施形態を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【国際調査報告】
2007532955.tif 000033
2007532955.tif 000034