(57)【要約】  光ファイバは、（i）第１の屈折率ｎ１を有するシリカベース希土類ドープコア、（ii）コアを囲み、ｎ１＞ｎ２であるような第２の屈折率ｎ２を有し、光ファイバの長さにわたり長さ方向に延びる複数の空気孔を有する、シリカベース内層クラッド、（iii）内層クラッドを囲む、ｎ２＞ｎ３であるような第３の屈折率ｎ３を有するシリカベース外層クラッドを有する。この光ファイバは、動作波長範囲内で単一偏波モードをサポートする。
2008518443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバにおいて、
（ｉ）  第１の屈折率ｎ１を有する、シリカベース希土類ドープコア、
（ii）  前記コアを囲む、ｎ１＞ｎ２であるような第２の屈折率ｎ２を有し、前記光ファイバの長さにわたって長さ方向に延びる複数の空気孔を有する、シリカベース内層クラッド、及び
（iii） 前記内層クラッドを囲む、ｎ２＞ｎ３であるような第３の屈折率ｎ３を有する、シリカベース外層クラッド、
を有し、
前記光ファイバが動作波長範囲内で単一偏波モードをサポートすることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記希土類ドープコアが細長コアであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記コアが楕円形であり、前記コアの最小寸法に対する前記コアの最大寸法の比が少なくとも１．５：１であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記希土類ドープコアがＹｂを含有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記空気孔が、直径が７〜２０μｍの円形であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全般的には光導波ファイバに関し、さらに詳しくは、単一偏波特性を示す希土類ドープ光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の一部はＤＡＲＰＡ（米国国防省高等研究計画局）と結ばれた契約第ＭＤＡ９７２-０２-３―００４号の下で米国政府の支援によりなされた。米国政府は本発明の特許請求項の内のいくつかにおいて一定の権利を有し得る。
【０００３】
本発明は全般的には二重クラッド型希土類ドープ光ファイバに関し、特に、高パワー光源とともに使用するか、または光ファイバレーザ及び光増幅器において使用するに適する総ガラス希土類ドープ光ファイバに関する。
【０００４】
光ファイバは、大容量であり、電気雑音に対して不感であることから、遠距離通信に対して重用される媒体となっている。単層クラッド型希土類ドープ光ファイバは光増幅器及びファイバレーザの分野で広く用いられてきた。このタイプのファイバは、（本明細書においては光ポンプまたはポンプとも称される）高パワー光源から希土類ドープファイバコアへの多モード光の高効率結合が困難であることから、高パワー多モード光源を扱える能力が低い。
【０００５】
この問題を解決するため及びファイバレーザの出力パワーを高めるため、当業者は（本明細書では二重クラッド型光ファイバと称される）二重クラッド構造をもつ光ファイバを利用している。二重クラッド型希土類ドープ光ファイバは、コア、コアを囲む内層クラッド及び内層クラッドを囲む外層クラッドを有するファイバである。Ｙｂドープコア及びコアを囲む２つのクラッド層をもつ光ファイバは、例えば、特許文献１，２，３及び４に開示されている。
【０００６】
二重クラッド型光ファイバは、ポンプによって供給される光パワーの維持／利用において単層クラッド型光ファイバより効率が高いため、１０〜１００Ｗの間の光パワーを供給する光源の利用が必要な用途に用いられている。この比較的高い効率は、ファイバにおいて光ポンプパワーのクラッド−コア間結合が利用されることによる。さらに詳しくは、二重クラッド型希土類ドープ光ファイバは光ポンプから内層クラッドに光を受け入れ、次いで、光ファイバの長さに沿ってコア−内層クラッド界面を介して光を希土類ドープコアに転送する。すなわち、光ファイバは、このポンプ光を希土類ドープコアに結合することによって、内層クラッドを通って伝搬する多モード光のかなりの部分を波長がより長い単一モード出力に変換する。
【０００７】
二重クラッド型光ファイバの内層クラッドは外層クラッドより高い屈折率を有し、したがって、ポンプエネルギーは内層クラッド内部に閉じ込められ、コアに向けられる。光ファイバは、光ファイバを強力な光ポンプでポンピングするとより高い電子エネルギー準位に励起することができる、コア内の希土類ドーパントの存在によって光学的に活性である。クラッドポンピングはファイバ増幅器において利用することができ、あるいは高パワー単一モードファイバポンプレーザを構成するために用いることができる。
【０００８】
単ストライプ−大面積ダイオードレーザは今も、最も効率が高く、最も安価なポンプ源である。半導体レーザ技術における最近の進歩によって、出力パワーが１０Ｗをこえる単ストライプ−多モード−大面積レーザダイオードが作成できるようになっている。
【０００９】
半導体レーザ技術における最近の進歩により、光源内に組み込まれた中間ファイバに直接結合される、単ストライプ−大面積レーザダイオードまたは単ストライプ−大面積レーザダイオードバーを利用する光源の作成が可能になっている。そのような光源の最大出力パワーは中間ファイバの出力端において９７６ｎｍの波長で１５０Ｗより大きい。中間ファイバ直径及び光源の開口数ＮＡはそれぞれ２００μｍ及び０.２２である。
【００１０】
二重クラッド型レーザにおいて、光ファイバの外層クラッドは光ポンプによって供給されたポンピング光を光ファイバの多モード内層クラッド内に閉じ込める。光ファイバの断面積がかなり小さいコアには一般に、単一モード出力信号におけるレーザ発振能力を与えるために、少なくとも１つの希土類元素、例えばネオジムまたはイッテルビウムがドープされる。一般に、ネオジムまたはイッテルビウムがドープされた二重クラッド型ファイバは、（それぞれ、８００ｎｍまたは９１５ｎｍにおいて）１つまたはいくつかの高パワー大面積ダイオードレーザでポンピングされて、（１０６０ｎｍのネオジム４準位遷移または１０３０ｎｍ〜１１２０ｎｍのイッテルビウム４準位遷移における）単一横モード出力を発生する。すなわち、従来の二重クラッド構成は、ポンピングエネルギーを受け入れ、デバイスの長さに沿ってコアに転送するための、多モード内層クラッドを用いるファイバのポンピングを容易にする。二重クラッド型レーザの出力は、縦続ラマンレーザをポンピングして、波長を、エルビウムのポンピングに適する、約１４８０ｎｍに変換するために用いることもできる。
【００１１】
どれだけのポンプ光を二重クラッド型ファイバの内層クラッドに結合できるかはクラッド寸法及び開口数ＮＡに依存する。知られているように、高効率結合のためには、内層クラッドの「エタンデュ」（[開口数]×[開口寸法またはスポット寸法]）を光ポンプのエタンデュ以上とすべきである。光源（光ポンプ）の開口数及びスポット寸法が軸によって異なる場合、より高い結合効率を得るためには、内層クラッドのエタンデュをｘ方向及びｙ方向のいずれにおいてもポンプのエタンデュと同じにするかまたはそれより大きくすべきである。
【００１２】
一般に、内層クラッドと外層クラッドの間の屈折率差に関係付けられる、内層クラッドの開口数ＮＡは高いことが望ましい。周知の構成において、第１のクラッド層（内層クラッド）はガラスでつくられ、第２の層（外層クラッド）は、内層クラッドの開口数ＮＡを高めるために、屈折率が比較的低いプラスチック（例えばフッ素化ポリマ）でつくられる。そのようなプラスチックは、多くの用途に対して望まれる熱安定性に欠け、第１のクラッド層から離層し、水分損傷を受け易いことがある。さらに、このタイプの二重クラッド型光ファイバは比較的低パワー（２０Ｗ未満）の光源とともに持続的に使用するだけに適し得る。（１００Ｗをこえる）高パワー源が利用される場合、特にファイバが曲げられていると、このタイプの光ファイバは発熱し、外層クラッドのポリマ材料は炭化するかまたは燃えてデバイス故障に至る。中程度のパワー（２０Ｗから１００Ｗ以下）では、ポリマの外層クラッドは比較的急速に老化し、機械的及び光学的特性を失い、脆くなって、デバイス寿命を短くする。
【００１３】
総ガラス−Ｙｂドープ光ファイバも知られている。そのようなファイバの例が特許文献５に開示されている。しかし、開示されているファイバは、比較的小さな外層クラッド直径及びＮＡを有し、したがって光ファイバの外への光漏れのため結合効率が低いから、高パワー用途には適していない。すなわち、光の内の比較的多くの分量が光ファイバに入らず、失われる。これは光パワーの内の少量だけがファイバに結合される必要がある場合の用途においては問題となり得ないが、そのようなファイバは光源パワーが１００Ｗ以上の高パワー用途に対して有効ではない。
【００１４】
単一偏波光ファイバは、超高速通信システムに、あるいは、光コンポーネント（レーザ、ＥＤＦＡ（エルビウムドープファイバ増幅器）、光計測器、光干渉型センサ、ジャイロスコープ等）に接続してこれらの光コンポーネントとともに使用するためのカップラファイバとしての使用に、有用である。偏波特性（単一偏波）は単一偏波帯域内の直交する２つの偏波の内の１つ、かつその１つだけを、伝搬させ、他方の偏波は伝送損失を劇的に高めることによって抑制する。
【００１５】
（偏波保存ファイバと称されることもある）偏波保持ファイバは２つの概ね直交する軸上で入力偏波を保存することができる。そのようなファイバは単一偏波ファイバではない。普通の偏波保存ファイバは応力複屈折部材を有し、図１Ａに示されるように、クラッド領域１４'で囲まれた円形コア１２'を有する。コア１２'及びクラッド領域１４'は光導波路の形成に用いられる通常の材料で形成される。コア材料の屈折率はクラッド材料の屈折率より大きい。
【００１６】
図１Ａにおいて、クラッド１４'の材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）とは異なるＣＴＥを有するガラス材料で形成された２つの応力誘起領域１３'が直径方向でコア１２'の両側にある。そのようなファイバが線引きされるときには、長さ方向に延びる応力誘起領域１３'及びクラッド領域の収縮量が異なり、よって領域１３'は張力歪または圧縮歪状態におかれるであろう。歪誘起複屈折（あるいは応力誘起複屈折と称される）がファイバに付与され、よって２つの直交する基本偏波モードの間の結合を弱める。これらの応力誘起領域１３'を有するそのようなファイバが単一偏波特性を提供しないことは当然である。
【００１７】
単一モード光ファイバの偏波性能の若干の改善が、相異なる偏光成分の減結合手段として、ファイバコアの形状を細長くするかまたは歪ませることによって達成された。細長コアをもつそのような光ファイバ導波路の例が、特許文献６，７及び８に開示されている。しかし、コアだけを非円形形状とすることは一般に、所望の単一偏波特性を提供するに十分ではない。このタイプの光ファイバは比較的低い（すなわち１０−５以下の）複屈折を有することにも注意されたい。さらに、これらのファイバは光学的に活性なファイバではなく、したがってレーザまたは増幅器ファイバとしての使用に適していない。
【特許文献１】米国特許第６４７７３０７号明細書
【特許文献２】米国特許第６４８３９７３号明細書
【特許文献３】米国特許第５９６６４９１号明細書
【特許文献４】米国特許第５９４９９４１号明細書
【特許文献５】米国特許第６４１１７６２号明細書
【特許文献６】米国特許第４１８４８５９号明細書
【特許文献７】米国特許第４２７４８５４号明細書
【特許文献８】米国特許第４３０７９３８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
したがって、単一偏波性能を有すると同時に光増幅媒質としての使用に適するであろうし、容易に作成可能でもある、光ファイバを得ることが進行中の開発分野となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
定義
以下の定義及び用語は技術上普通に用いられている。
【００２０】
屈折率プロファイル−屈折率プロファイルは、ファイバの選択された部分にわたる屈折率（Δ％）と（光ファイバの中心線から測定される）光ファイバ半径の間の関係である。
【００２１】
複屈折−複屈折は２つの偏波モードの実効屈折率の間の差である。
【００２２】
半径−ファイバのセグメントの半径は一般に、用いられる材料の屈折率が異なる組成についてとる点に関して定められる。例えば、セグメントの第１の点は中心線上にあるから、中心コアの内半径はゼロである。中心コアセグメントの外半径は導波路の中心線から正のデルタを有する中心コアの屈折率の最終点まで引かれた半径である。第１の点が中心線から外れているセグメントについては、導波路の中心線から第１の屈折率点の位置までの半径がそのセグメントの内半径である。同様に、導波路の中心線からセグメントの最終屈折率点の位置までの半径がそのセグメントの外半径である。例えば、中心コアを囲む屈折率下げドープされた環状セグメントは環状セグメントとクラッドの間の界面にある外半径を有することになろう。
【００２３】
相対屈折率パーセントΔ％−Δ％は式：
Δ％＝１００×（ｎｉ２−ｎｃ２）/２ｎｉ２
によって定められる屈折率の相対尺度を表し、ここで、ｎｉはｉとして表される屈折率プロファイルセグメントの最大屈折率であり、基準屈折率ｎｃはクラッド層の屈折率にとられる。セグメントのいかなる点もクラッドに対して測られた随伴相対屈折率を有する。
【００２４】
本発明のいくつかの実施形態にしたがえば、偏波保存（保持）特性を示すと同時に光増幅媒質としての使用に適する光ファイバが提供される。本発明のいくつかの実施形態にしたがえば、単一偏波帯域（ＳＰＢ）内で単一偏波特性を示す希土類ドープ光ファイバが提供される。ファイバパラメータはＳＰＢが動作波長帯域と一致するように選ばれることが好ましい。
【００２５】
本発明にしたがえば、光ファイバは：
（ｉ）  第１の屈折率ｎ１を有する、シリカベース希土類ドープコア：
（ii）  コアを囲む、ｎ１＞ｎ２であるような第２の屈折率ｎ２を有し、光ファイバの長さにわたって長さ方向に延びる複数の空気孔を有する、シリカベース内層クラッド；
（iii） 内層クラッドを囲む、ｎ２＞ｎ３であるような第３の屈折率ｎ３を有する、シリカベース外層クラッド；
を有し、
光ファイバは動作波長範囲内で単一偏波モードをサポートする。
【００２６】
本発明の光ファイバの一利点は、利得を生じさせ、よってレーザまたは光増幅器に使用できると同時に、（ｉ）単一偏波ファイバとして動作して、１０ｎｍより広く、さらに一層好ましくは１５ｎｍより広い、単一偏波帯域ＳＰＢ幅を示し、（ii）比較的大量の光パワーを扱うことができる、能力である。本発明の光ファイバの別の利点は、利得ファイバとしてもＳＰファイバとしても働くから、利得ファイバと単一偏波ファイバを接続し合せる必要がなくなり、よって、接続損失が低減され、総ファイバ長が短くなると同時に、２本のファイバの接続にともなう作業及び費用がなくなる。
【００２７】
さらに詳しくは、これらの実施形態において、一方の偏波の実効屈折率はＳＰＢ内でその偏波が伝搬できないような実効屈折率であるが、他方の直交偏波にはその偏波がまだＳＰＢ内を伝搬できるであろう、異なる実効屈折率がともなう。したがって、比較的簡単な構造をもつ希土類ドープファイバによってＳＰＢ内の単一偏波伝搬が提供される。本発明にしたがう光ファイバの実施形態のいくつかにおいて、ＳＰＢ幅は２０〜４０ｎｍである。
【００２８】
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、当業者には、説明から、あるいは以下の詳細な説明、特許請求の範囲、さらに添付図面も含む、本明細書に説明されるように本発明を実施することにより、ある程度は容易に明らかであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の、その例が添付図面に示される、現在好ましい実施形態をここで詳細に参照する。可能であれば必ず、同じかまたは同様の要素を指すために図面を通して同じ参照数字が用いられる。本発明にしたがう二重クラッド型単一偏波光ファイバの一実施形態が図１Ｂに簡略に示され、全体として参照数字１０で示される。図１Ｂに示される光ファイバ１０は、第１の屈折率ｎ１を有する、細長い、シリカベース希土類ドープコア１２，コア１２を囲む、ｎ１＞ｎ２であるような第２の屈折率ｎ２を有する、第１のシリカベースクラッド層（内層クラッド）１４及び、第１のクラッド層１４を囲む、第３の屈折率ｎ３を有する、シリカベース外層クラッド１６を有する。内層クラッド１４は、好ましくは、直径方向でコア１２の両側に位置し、ファイバ１０の長さにわたりコア１２に沿って延びる、少なくとも２つの空気孔２４，２６を収める。空気孔２４，２６は、図１Ｂに示される線Ａ-Ａに沿う内層クラッド１４の実効屈折率を下げ、このファイバの単一偏波特性を強めるかまたは可能にする。コア１２，内層クラッド１４及び外層クラッド１６はガラスでつくられる。保護被覆１８が外層クラッド１６を囲む。外装被覆１８は、例えば、比較的軟質の一次被覆及び一次被覆の上に施された比較的硬質の二次被覆を一般に含む、有機被覆とすることができる。
【００３０】
この実施形態においてはシリカベースコア１２にＹｂがドープされるが、Ｅｒなどの別の希土類材料を利用することもできる。コア１２は少なくとも１つの屈折率上げドーパントも含有することができる。さらに、外層クラッド１６は、ｎ２＞ｎ３とするような、屈折率下げドーパントを含有することが好ましい。内層クラッド直径ＤＩＮは少なくとも１２５μｍであることが好ましく、少なくとも２００μｍであることがさらに好ましい。内層クラッド直径ＤＩＮは少なくとも２２５μｍであることがさらに一層好ましく、少なくとも２５０μｍであることが最も好ましい。出願人等は、２つの空気孔がファイバを単一偏波ファイバとすると同時に、光ファイバの厚い内層クラッド１４と総ガラス構成が、相乗して、光ファイバの高エネルギー源への結合を可能にし、光ファイバを損傷させずに高パワーをコアに結合するように、働くことを見いだした。空気孔の寸法は、ファイバコアの所望の（短軸）寸法に依存して、好ましくは直径で７〜１２μｍの範囲で変わり得る。
【００３１】
外層クラッド１６は比較的薄いことが好ましく、壁厚は８０μｍより薄く、約５μｍと３５μｍの間であることが好ましい。外層クラッド１６の壁厚は約１０μｍ〜２５μｍの間であることが最も好ましい。ファイバコア１２の直径ＤＣは約５μｍ〜２０μｍであることが好ましく、内層クラッド直径ＤＩＮは約１２５μｍ〜２０００μｍであることが好ましく、約１２５μｍ〜１５００μｍであることがさらに好ましい。ＤＩＮは約１２５μｍ〜３５０μｍであることがさらに一層好ましい。外層クラッド直径（ＤＯＵＴ）は約１４５〜２１００μｍであることが好ましく、約１４５μｍ〜１６００μｍであることがさらに好ましく、ＤＯＵＴは約１４５μｍ〜５００μｍであることがさらに一層好ましい。内層クラッド１４の断面が円形でない場合、ＤＩＮは内層クラッド断面の外周上の一点から断面の外周上の対向点までの最小距離として定義される。外層クラッド１６が円形でない場合もあり得ることに注意されたい。外層クラッド１６が円形ではない場合、ＤＯＵＴは外層クラッド断面の外周上の一点から外層クラッド断面の外周上の対向点までの最小距離として定義される。内層クラッド１４の断面積はコア１２の断面積の少なくとも２００倍であることが好ましい。内層クラッド１４の断面積はコア１２の断面積の３００倍と３０００倍の間であることがさらに一層好ましい。例えば、内層クラッド１４の断面積はコア１２の断面積の、５００倍、７００倍、１０００倍、１２００倍、１５００倍、１６００倍、２０００倍または２５００倍とすることができる。
【００３２】
この実施形態にしたがえば、ファイバコア１２は重量％で：
希土類      ０.１〜２.５重量％
Ｐ          ０〜５重量％
Ａｌ        ０.５〜１５重量％
Ｇｅ        ０.１〜１５重量％
Ｆ          ０〜１重量％
を含有する。
【００３３】
ファイバコア１２内の希土類ドーパントは、利得またはレーザ発振作用を可能にする活性イオンを与える。例示的な希土類ドーパントは、Ｙｂ，Ｅｒ，Ｎｄ，Ｔｍ，Ｓｍ及びＴｂである。コア１２内の希土類ドーパントの量は０.５重量％から１.５重量％であることが好ましい。コアガラスの軟化温度を低めるためにリンをコア材料に添加することができ、これは、コアが内付けＣＶＤプロセスで作成される場合に利点となり得る。リンは屈折率上げドーパントとして利用することもできる。しかし、リンが多すぎる（１０％以上）と、レーザ発振作用を阻止し得る誘導ラマン散乱による非線形性が現れる。抗凝集剤としてコアにアルミニウムを添加することができる（例えば、Ｙｂの凝集防止には、Ｙｂに対するＡｌの比が５：１〜１０：１であることが好ましい）。コア１２は、屈折率上げドーパントであるゲルマニウム及び／または屈折率下げドーパントであり、抗凝集剤でもあるフッ素を含有することもできる。
【００３４】
コア１２の組成の好ましい範囲は重量％で：
希土類      ０.３〜１重量％
Ｐ          ０〜２重量％
Ａｌ        ２〜８重量％
Ｇｅ        ３〜１５重量％，及び
Ｆ          ０.１〜０.５重量％
である。Ｙｂドープコア１２は、１.０３〜１.１１μｍ範囲においてレーザ発振するであろう。
【００３５】
内層クラッド１４は高ＮＡを得るために５重量％〜３０重量％のＧｅを含有することが好ましい。内層クラッド１４は５重量％〜２０重量％のＧｅを含有することがさらに好ましい。多くの用途に対しては、５重量％〜１０重量％のＧｅで十分であることに注意されたい。
【００３６】
外層クラッド１６の屈折率下げドーパントはフッ素及び／またはホウ素を重量％で：
Ｆ    ０.５〜５重量％
Ｂ    ０.５〜２０重量％
含むことが好ましい。
【００３７】
外層クラッド１６に対する（１つまたはそれより多くの）ドーパントの量は、好ましくは０.１５から０.５の間の内層クラッドＮＡが得られるように選ばれる。しかし、外層クラッド１６はＢ及び／またはＦの内の少なくとも１つを含有することが好ましい。Ｂの量は少なくとも３重量％であることが好ましい。外層クラッド１６は、８重量％より多くのＢとともに、１重量％より多くのＦが含有することが好ましく、２重量％より多くのＦを含有することがさらに好ましい。外層クラッド１６は、５重量％より少ないＦ及び１５重量％より少ないＢを含有することが好ましい。さらに一層好ましいＢ及びＦの量は、Ｆが２〜４重量％及びＢが３〜１５重量％である。
【００３８】
本発明の二重クラッド型光ファイバの別の実施形態が図２Ａ〜２Ｃに簡略に示され、同じかまたは機能的に同様な要素は同じ参照数字で示されるいくつかの例示的または代表的な実施形態を参照して本明細書で全般的に説明される。図２Ａ〜２Ｃの光ファイバの内層クラッド１４は非円形である。非円形内層クラッド１４の利点は、非円形であることによって光ポンプパワーのコア１２への吸収が改善されることである。細長コア１２は、内層クラッドの幾何学的中心に配置することができ、あるいは内層クラッドの幾何学的中心からずらして配置することができる。
【００３９】
光ファイバコア１２は、図１Ｂ及び２Ａ〜２Ｃに示されるように、楕円形であることが好ましいが、他の細長形状を有することもできる。少なくとも２つの空気孔２４，１６がコアに隣接し、少なくとも一部は内層クラッド１４内に配置される。細長（楕円形）コア１２が、空気孔２４，２６とともに、この光ファイバを単一偏波（ＳＰ）ファイバにする。楕円形コア１２のアスペクト比（短軸に対する長軸の比）は少なくとも１.５：１であることが好ましく、２：１と１０：１の間であることが、これらのアスペクト比によりコア１２の複屈折が向上するから、さらに好ましい。
【００４０】
コアデルタは１％Δより小さく、０.５％Δより小さいことが好ましい。コア１２の開口数ＮＡは（高パワーレーザ用途に対しての）０.０５と（低パワーレーザ用途に対しての）０.２５の間である。コア１２の開口数ＮＡは（ｎ１２−ｎ２２）１/２と定義され、ここで、ｎ１はコア１２の屈折率であり、ｎ２は内層クラッド１４の屈折率である。
【００４１】
シリカベース内層クラッド１４は、図１Ｂに示されるように（中心を外して配置されたコアに好ましく）円形外周を有するかまたは図２Ａ〜２Ｃに示されるように非円形外周を有する。内層クラッド１４の開口数ＮＡは（ｎ２２−ｎ３２）１/２と定義され、ここでｎ３は外層クラッド１６の屈折率である。内層クラッドの開口数ＮＡは０.１５と０.４５の間であることが好ましく、０.３と０.４の間であることがさらに好ましい。
【００４２】
一般に、ファイバレーザまたは増幅器に用いることができるであろう二重クラッド構造は２つのクラッド層を有する。第１の（内層の）多モードクラッド層は多モードポンピングコアとして作用する。内層クラッド１４はコア１２に隣接し、第２の（外層の）クラッド層１６が第１のクラッド層すなわち内層クラッド１４を囲む。コア１２はコアレーザ発振波長において単一モードまたは多モードとすることができる。内層クラッド１４は入力（ポンピング）光に対して高開口数ＮＡをもつ導波路として働く。すなわち、内層クラッドはポンプキャビティとして働く。内層クラッド直径が大きくなるほど、光源から内層クラッド内に結合されるポンプ光が多くなる。第１の多モード内層クラッドの断面積（ＤＩＮは図２Ａ〜２Ｃに見られるように内層クラッドの短径寸法である）は所望の形状、例えばポンプ源のニアフィールド形状に整合する形状を有するか、あるいは光源から内層クラッドへの（ポンプ）光の結合効率を高めるいずれか別の形状を有するように設計することができる。内層クラッドの開口数は、レーザダイオードのような、光源の出力を捕捉するに十分に大きくなければならない。最近の半導体レーザ技術の進歩により、光源内に組み込まれた中間ファイバに直接結合されたディスクリート大面積レーザダイオードあるいは大面積レーザダイオードアレイを利用する光源の作成が可能になっている。この光源の出力パワーは中間ファイバの出力端において９７６ｎｍで１５０Ｗより大きい。中間ファイバの直径及び光源のＮＡはそれぞれ２００μｍ及び０.２２である。
【００４３】
この光源からの光は次いで、ＮＡが大きい大口径レンズを介して二重クラッド型光ファイバに結合される。この手法により、８５〜９０％の結合効率を得ることができる。
【実施例】
【００４４】
以下の実施例によって本発明はさらに明確になるであろう。
【００４５】
実施例１
図３Ａ及び３Ｂは本発明の第１の例示的光ファイバの相対屈折率プロファイルを簡略に示す。さらに詳しくは、図３Ａ及び３Ｂは光ファイバの（純シリカの屈折率に対する）屈折率パーセントデルタ対コア中心から測られた距離を示す。図３Ａは、例えば、図１Ｂに示されるファイバの線Ｙ-Ｙに沿う、空気孔を含まない領域にかけてとられた屈折率プロファイルを簡略に示す。図３Ｂは同じファイバの、但し（例えば、図１Ｂに示されるファイバの線Ａ-Ａに沿う）空気孔２４を含む領域にかけてとられた、屈折率プロファイルを簡略に示す。
【００４６】
図３Ｃは、本発明の第１の例示的光ファイバの、Ｙ-Ｙ軸に沿う、コア中心から測定された、屈折率（純シリカの屈折率に対するパーセントデルタ）プロファイルを示す。この光ファイバは図２Ｂに示される断面を有する。この内層クラッド断面の対向する２つの平な辺の間の距離ＤＩＮは２６０μｍである。屈折率パーセントデルタは（ｎｉ２−ｎＳ２）/２ｎｉ２と定義され、ここで、ｉ＝１,２または３であり、ｎＳは純シリカの屈折率である。この光ファイバは、Ｙｂドープコア１２，Ｇｅ-シリカ内層クラッド（％デルタ〜０.４６）及びフッ素とホウ素がドープされた外層クラッド１６を有する。
【００４７】
図３Ｃは、コア１２の相対屈折率差（パーセントデルタ）が約０.５６であり、フッ素／ホウ素ドープ外層クラッド１６が約−１.４の屈折率パーセントデルタを有することを示す。Ｙｂドープファイバコアは約１μｍの波長に対して単一モードである。コア１２にエルビウムがドープされていれば、光ファイバは１.５５μｍのレーザ発振波長において単一モードになるであろう。光ファイバ１０はコア１２について比較的小さいＮＡ（約０.０６５）を有し、内層クラッド１４について大きいＮＡ（０.３０）を有する（ＮＡは（ｎｉ２−ｎｉ＋１２）１/２で定義される）。この内層クラッドのＮＡはポンプ源のＮＡより大きく、ポンプ光の９０％以上の高い結合効率を可能にすることが好ましい。小さなコアＮＡ（０.０６５）により、大きなコア径（直径１０.５μｍ）で単一モード動作が可能になる。コアＮＡがより大きければ（例えば０.１３であれば）、単一モードであるためにはコア直径がより小さく（例えば約５μｍで）なければならない。コア直径が大きくなり、コアＮＡが小さくなるほど、コア１２は単一モードのままでいることが可能になり、同時に、コアが内層クラッドから取り込むことができるポンプパワーが大きくなり、またファイバのパワーハンドリング能力を高めることが可能になる。この例示的光ファイバの特定の組成は：
コア１２：        ０.６重量％Ｙｂ２Ｏ３，４.５重量％Ａｌ２Ｏ３，
３.０重量％ＧｅＯ２，０.２重量％Ｆ；
内層クラッド１４：８.５重量％ＧｅＯ２；
外層クラッド１６：９重量％Ｂ及び２.７重量％Ｆ；
である。
【００４８】
それぞれのドーパントの量は高レーザ効率を保証するために最適化される。好ましい内層クラッド形状は円対称ではなく、よってポンプ光吸収を最大化する。
【００４９】
ＯＶＤ（外付けＣＶＤ）プロセスでつくられた二重クラッド型ファイバはより高パワーのファイバレーザデバイスでの使用に特に適する。図４及び５は図２Ｂの光ファイバに対応する。さらに詳しくは、図４は図２ＢのファイバのＹｂドープコアにおいて達成された、例えば１２８０ｎｍにおいて３ｄＢ/ｋｍの、低受動損失を示す。コアの（背景損失とも称される）受動損失は、ＹｂまたはＥｒ等のような活性ドーパントによる吸収効果がないコアによる固有損失である。図５Ａはこのファイバの単一モードファイバレーザ効率を示す。さらに詳しくは、図５Ａは出力パワー（Ｗ）対入力パワー（Ｗ）のグラフである。光ポンプ波長は９７６ｎｍである。光ポンプは、ファイバ結合半導体レーザダイオードバー（ＧａＡｓ/ＩｎＧａＡｓ）である。この光ポンプからの出力を図２Ｂの二重クラッド型光ファイバの内層クラッド１４に投入した。このファイバレーザは低閾値及び（グラフの勾配から定められる）５２％のレーザ発振効率を示す。このファイバは良好なパワーハンドリング能力を有し、１００Ｗをこえる光（ポンプ）パワーを供給する光源で十分良く動作する。本実施例の光ファイバ１０は（ポンプパワーを内層クラッドに投入したときに）０.１〜２ｄＢ/ｍの範囲の単位長当り吸収を有する。
【００５０】
図５Ｂは図２Ｂに示される二重クラッド型単一偏波ファイバで測定された透過スペクトルである。単一偏波帯域幅は、レーザ発振がおこる１０８０ｎｍを中心とする、約２０ｎｍである。この例示的ファイバにおいて、第１の遮断波長λ１は約１０７０ｎｍであり、第２の遮断波長λ２は約１０９０ｎｍである。
【００５１】
実施例２
図６は本発明の第２の例示的光ファイバの、空気孔２４，２６と交差しない領域にわたる（例えば軸Ｙ-Ｙに沿う）、屈折率プロファイルを示す。さらに詳しくは、図６は第２の例示的光ファイバについての屈折率デルタ％対半径を示す。この光ファイバは、１１００ｎｍのレーザ発振波長において多モードであるＹｂドープシリカベースコア１２，屈折率がほとんど同じ（デルタ％〜０）２つの区画を有するシリカベース内層クラッド１４，及びフッ素がドープされた外層クラッド１６を有する。内層クラッドのＮＡは０.１６である。図６は、コア１２の屈折率差（デルタ％）が約０.７であり、フッ素ドープ外層クラッド１６が約−０.７の屈折率デルタ％を有することを示す。
【００５２】
図６に示される二重クラッド型光ファイバはファイバレーザデバイスでの使用にも適する。図７は図６の光ファイバに対応する。さらに詳しくは、図７は、図６のファイバのＹｂドープコアにおいて達成された、例えば１２８０ｎｍにおいて２ｄＢ/ｋｍより小さい、低受動損失を示す。この光ファイバは１０Ｗをこえるパワーで良好なパワーハンドリング能力を有する。
【００５３】
第２の実施例の光ファイバについての特定の組成は：
コア１２：        ０.８重量％Ｙｂ２Ｏ３，９.５重量％Ｐ２Ｏ３，
５.４重量％ＧｅＯ２；
内層クラッド１４：純シリカ；
外層クラッド１６：２.３重量％Ｆ；
である。
【００５４】
実施例２の光ファイバは、コア１２の（短軸に沿う）寸法に依存して、２０ｎｍ〜４０ｎｍの単一偏波範囲を有するであろう。
【００５５】
ファイバ作成のためのプロセス
図１Ｂ及び２Ａ〜２Ｃのファイバは外付けＣＶＤ（ＯＶＤ）プロセスで作成される。ＯＶＤプロセスは、スートプリフォームを作成するため、炎内で酸素と反応する（シリカ及び所望のドーパントを含む）所望の蒸気成分からスート粒子を形成してベイトロッド上に堆積させることによって光ファイバを作成する方法である。スートプリフォームは次いで、ベイトロッドを取り外してから、高温炉内で固結されて中実ガラスにされる。コア／内層クラッド／外層クラッド構成は、スートプリフォーム形成プロセスにおいてそれぞれの層に対して異なる蒸気成分を用いることによって達成される。コアプリフォームが初めに作成され、次いで固結され、コア／内層クラッドプリフォームの形成及び固結が続き、続いてコア／内層クラッドプリフォームに外層クラッド外付けＣＶＤプロセス及び別の固結工程が施される。最終プリフォームは次いで、既知のファイバ線引き方法によって、線引きされて二重クラッド型単一偏波光ファイバ１０にされる。
【００５６】
さらに詳しくは、図１Ｂ及び２Ａ〜２Ｃの二重クラッド型希土類ドープ単一偏波ファイバを作成するために以下の工程が用いられる。
【００５７】
１．コアケーン形成：  コアケーンが初めに形成される。コアは、例えば、標準的ＯＶＤプロセスによって作成される。コア材料は重層付け工程中にベイトロッド上に堆積される。ファイバコアケーンの作成に用いられる例示的な蒸気前駆体材料は、Ｙｂ（fod）３，ＡｌＣｌ３、ＳｉＦ４，ＳｉＣｌ４，ＧｅＣｌ４及びホウ酸トリエチルである。Ｙｂに加えて、またはＹｂの代りに、他の希土類材料を用いることができる。コア堆積プロセス中、出願人等は一様なＡｌＣｌ３気相給送を達成した。これは、図８に簡略に示されるＡｌＣｌ３給送のためのキャリアガス３０として（アルゴンガスの代りに）加熱された不活性ヘリウムを用いることで達成された。固体ＡｌＣｌ３が蒸気相（気相）に変わる際には、大量の熱が消費される。ヘリウムガスは高い熱伝導度を有し、効率的に熱をＡｌＣｌ３に伝達して、一定のＡｌＣｌ３蒸気圧を維持する。１５０℃から１８０℃の範囲内の温度にあるヘリウムガスが供給されることが好ましい。図８に示されるように、Ｈｅガスヒーター３２によって加熱されたＨｅガスがＡｌＣｌ３容器５２を入れているオーブン５２に供給される。比較的高いヘリウムガス温度が、ＡｌＣｌ３収納容器５２を約１４０℃〜１６０℃の一定温度に維持するに役立つ。本実施例の光ファイバを作成するためには、ヘリウムガスをヒーター３２によって１６８℃に加熱し、容器５２の温度を１４５℃で一定に保った。容器温度が高くなるほどプリフォーム内のＡｌ濃度が高くなる。さらに、コアドーピングプロセスを通して給送を最も一様にするために、ヘリウムガス流量も調節した。本実施例においては、１０％流量勾配（リットル/分）を給送に用いた（コア及びクラッド層の他の全てのドーパントに対しては後のパスになるにほど流量を増加させた）。加熱されたヘリウムガスが、加熱されたガス配管５４を通してＡｌＣｌ３蒸気をフレームバーナー（ガスバーナー）５６に送る。本実施例のコアプリフォームを作成するために、１００パスのコア堆積プロセスを、１.２リットル/分（パス＃１）で開始し、（パス＃１００の）１.６５リットル/分で終了して、約２ｍｍ〜３ｍｍのスートプリフォームコア厚を得た。加熱ヘリウムベースＡｌＣｌ３給送は、ファイバコアを形成するためだけではなく、その他のファイバ層（例えばクラッド層）への、そのような層のＡｌドーピングが望ましければ、Ａｌドーピングを与えるためにも用いることができる。さらに、加熱ヘリウム補助給送は、ＡｌＣｌ３とは別の、同じく吸熱性の（すなわち熱を吸収する）材料にも用いることができる。ヘリウムガスの代りにアルゴンガスを用いてＡｌＣｌ３を給送することもできるが、ヘリウムガスによるＡｌＣｌ３給送で、より高いＡｌ２Ｏ３濃度一様性が得られる（図９を見よ）。Ａｌ２Ｏ３の存在がコア内の（１つまたはそれより多くの）希土類ドーパントの凝集防止に役立つから、Ａｌ２Ｏ３はコア層全体にわたって一様に分布することが好ましい。これにより、低減された消光による高レーザ／増幅器効率が得られる。この給送プロセスは、比較的高い（すなわちシリカより高い）屈折率をもつファイバ層が必要な場合に、（例えばＧｅを置き換えるために）Ａｌがドープされた伝送ファイバ（すなわちコアに希��類を含有しないファイバ）に用いることもできる。
【００５８】
図１０に示されるように、ＡｌＣｌ３の加熱ヘリウム給送により、プリフォームコア全体にわたって極めて一様なＹｂ及びＡｌの分布が得られ、この結果、ファイバコア１２内の一様なＹｂ及びＡｌ濃度が得られた。さらに詳しくは、得られたコア内のＡｌ２Ｏ３濃度のばらつきは、特に３重量％をこえる最大Ａｌ２Ｏ３濃度に対して、２重量％より小さく、好ましくは０.５重量％より小さく、さらに好ましくは０.２５重量％より小さい。与えられたいずれのファイバ層（例えば、コア、クラッド層等）においても、Ａｌ２Ｏ３濃度の最小重量％に対する最大重量％の比は、特に３重量％をこえる最大Ａｌ２Ｏ３濃度に対して、２：１より小さく、好ましくは１.５：１より小さく、さらに好ましくは１.２：１より小さく、さらに一層好ましくは１.１：１より小さい。
【００５９】
Ｙｂ蒸気給送はアルゴンガスで行われ、有機金属Ｙｂ（fod）３を１５０℃〜１８０℃の範囲の温度に加熱することで達成されて、Ｙｂ２Ｏ３濃度が約０.２重量％〜３重量％のスートプリフォームコアが得られる。本実施例の光ファイバ１０を作成するためには、１６３℃のＹｂ（fod）３収納容器を用いて、約０.６重量％のＹｂ２Ｏ３濃度を得た。他の材料の給送は１００℃より低い温度における通常の酸素給送によって行った。
【００６０】
さらに詳しくは、本発明の一実施形態にしたがえば、Ｙｂ（fod）３，ＡｌＣｌ３，ＳｉＦ４，ＳｉＣｌ４及びＧｅＣｌ４がガスバーナー５６に給送される（図１１を見よ）。ガスバーナー５６は約２０００℃の温度で稼動する。それぞれのコア（またはクラッド）段階に対して給送されるあらかじめ量が定められた様々な気相材料がバーナー５６に供給される酸素によって運ばれ、バーナー炎５８内で反応して、所望のガラススート粒子が形成される。スート粒子は次いで熱泳動機構によって回転しているベイトロッド５９またはコアケーン６０上に堆積して、Ｙｂドープ単一モードコアをもつ単一偏波ファイバの作成に用いられるように設計された、スートプリフォーム６２になる。
【００６１】
コアスートプリフォーム層が重層付けされ、スートプリフォーム６２が室温に冷却された後、ベイトロッド５９がコアスートプリフォーム６２の中心から取り外される。コアスートプリフォーム６２は次いで固結されて（中実ガラスに緻密化されて）、コアケーン６２Ｂに線引きされる、中実ガラスプリフォーム６２Ａになる。
【００６２】
出願人等は、固結中の高い温度及び高い下方送込速度の適切な選択の結果として中実ガラスプリフォームの低結晶化形成が得られ、この結果、受動（背景）損失が極めて低い光ファイバが得られ、Ａｌドープブランクにともなう通常の二重再線引きプロセスも不要になることを見いだした。さらに詳しくは、得られるファイバコアの背景損失が１２８０ｎｍの波長において８ｄＢ/ｋｍより小さく、好ましくは３ｄＢ/ｋｍ以下になるように結晶化を最小限に抑えるに十分な速度及び温度で、スートプリフォーム６２が炉に対して下方に送り込まれる。図１２に示されるように、「コア」スートプリフォーム６２は高温（１４００℃〜１６００℃）の炉６４内で固結されて中実ガラスプリフォーム６２Ａになる。固結中の炉温は１５００℃〜１６００℃であることが好ましく、１５３０℃〜１５８０℃であることがさらに好ましい。本実施例の光ファイバ１０を作成するため、出願人等は１５５０℃の炉温を用いた。出願人等は、１５００℃より低い温度ではプリフォームガラスに結晶が形成され、１５３０℃より高い炉温で結晶化量が大きく低減されることを見いだした。炉内にある間、スートプリフォーム６２は炉６４に対して７ｍｍ/分以上の速度で移動させられる（例えば下方に送り込まれる）。この速度は８ｍｍ/分〜１２ｍｍ/分であることが好ましい。本実施例の光ファイバは９ｍｍ/分の速度でスートプリフォーム６２を下方に送り込むことで作成した。スートプリフォームを下方に送り込む代りに、スートプリフォームを固定位置に保持して炉を移動させ得ることに注意されたい。したがって、炉に対してスートプリフォームを移動させると明示することによって、出願人等はスートプリフォームと炉の間のいかなる相対運動も包含するつもりである。一般に、炉温が高くなるほど、炉とスートプリフォームの間の相対運動速度を高くすることが推奨される。
【００６３】
上述した高い固結温度及び高速下方送込の結果、光ファイバ１０のコア背景損失は８ｄＢ/ｋｍより低くなる。さらに好ましくは、光ファイバは５ｄＢ/ｋｍより低いコア背景損失を示す。本実施例において、コアの背景損失は３ｄＢ/ｋｍより低い。外層クラッドのない（単一モード）光ファイバを作成し、このファイバの背景損失を測定することによって、コア背景損失を測定した。
【００６４】
コアスートプリフォーム６２は、クラッド形成プロセス完了後に０.０６〜０.１％のコアデルタをもつ、ファイバを作成するに十分な量のＧｅを含有する。コアプリフォーム６２の固結後、上述したように、コアプリフォーム６２は線引きされてコアケーン６２Ｂになる。コアケーン６２Ｂは、長さが１ｍで直径が約８ｍｍであることが好ましい。図１４にコアケーン６２Ｂを簡略に示す。
【００６５】
２．第１クラッドブランク形成：  （本明細書で第１クラッドブランク６３と称される）コア／クラッド（スート）ブランクを形成するため、コアケーン６２Ｂがシリカスートでオーバークラッドされる。第１クラッドブランクは次いで固結されてケーン６３Ａになる。第１クラッドブランク６３の第１クラッドに対するコアの直径比は０.４〜０.６である。ケーン６３Ａの直径は約４２ｍｍである。図１５にケーン６３Ａを簡略に示す。
【００６６】
あるいは、ケーン６３Ａを形成するために、コアケーン６２Ａを囲んでシリカスリーブを配置することによるスリーブ掛けプロセスを利用することができる。
【００６７】
３．溝付ケーン形成：  ケーン６３Ａは、光ファイバ１０のコア１２及び第１クラッド層１４に対応する区画１１２，１１４を有する。ケーン６３Ａは、長さが１ｍで直径が約８ｍｍであることが好ましい。次いで、幅が約６.４ｍｍで深さが約８〜１０ｍｍの溝５４がケーン６３Ａの周面に直径方向に対向して長さ方向に研削で付けられ、よって溝付ケーン６３Ｂが形成される（図１６を見よ）。溝の深さは第１クラッド層の厚さに依存するが、図１６に示されるように、溝の底が（ファイバコア１２に対応する）区画１１２に実質的に接するようにすべきである。溝付ケーン６３Ｂはいかなる研削残渣も除去するために約３０分間ＨＦエッチングされ、次いで再線引きされて、適切な寸法の（ＯＤ（外径）が約８ｍｍの）ケーンにされる。
【００６８】
溝が付けられて再線引きされたケーン６３Ｂは次いで、図１７に示されるように、（例えば約８００〜１０００グラムの）シリカスート６７でオーバークラッドされた１ｍ長のシリカチューブすなわちスリーブ６５に挿入されて、中間集成プリフォーム７０になる。スリーブ６５上のシリカオーバークラッド６７は外付けＣＶＤ（ＯＶＤ）法で形成されることが好ましい。例示的なシリカチューブ６５は、内径が約８.８ｍｍであり、シリカスート６７の層を支持する外径は約１１.８ｍｍである。スートを載せているシリカチューブは、エッチングされて再線引きされたケーン６３Ｂのチューブ６５への挿入に先立ち、化学溶剤またはアルコール（例えばＩＰＡ（イソプロパノール））で、内側も外側も洗浄される。必要であれば、中間集成プリフォーム７０の２つの孔２４，２６をＨＦでさらにエッチングして孔を拡大することができる。
【００６９】
図１７の中間集成プリフォーム７０は次いで、図１８に示されるように、初めに固結炉６４内においてＣｌ２雰囲気で乾燥され、次いで炉内でＨｅ含有雰囲気で固結されることによる、通常の固結プロセスにしたがって固結されて、固結プリフォーム７０Ａになる。固結プリフォーム７０Ａは次いで、図１９に示されるように、再線引きタワー７４内に入れられる。好ましい下方送込速度は約７ｍｍ/分である。加熱素子７５によってプリフォーム７０Ａに熱が加えられ、張力印加ホイール７６によってプリフォーム７０Ａが線引きされて直径がほぼ７〜８ｍｍのケーン７８にされる。（プリフォームから直径がより小さいコアケーンに線引きする）再線引きプロセスが行われている間、空気孔２４，２６を閉じずにおくに十分な正圧（約１ｐｓｉ（６.８９×１０３Ｐａ））が空気孔２４，２６に印加される。この圧力は中心コアを若干細長くするに十分であり得る。用いられる圧力は、とりわけ、線引き温度、ガラス粘度及び線引き速度の関数である。
【００７０】
この、今では楕円形の中心コア及び空気孔を有する、ケーン７８は、図２０に示されるように、約１０００グラムのシリカスート６７Ａでオーバークラッドされた１ｍ長のシリカチューブ６５Ａに再び挿入されて中間集成プリフォーム７０Ｂになる。この中間集成プリフォーム７０Ｂは前述と同じ態様で固結されて固結ブランク７０Ｃになる。固結ブランク７０Ｃは光ファイバ１０のコア及び内層クラッド部分に対する基盤となるであろう。
【００７１】
固結ブランク７０Ｃは次いで、必要であれば、機械加工されて所望の形状にされる。内層クラッドの円対称性を崩すことによってポンプ光吸収効率が高められる。加工済コア／内層クラッドブランク７０Ｄが図２１に簡略に示される。加工済ブランク７０Ｄは再び、例えば屈折下げドーパントを含有するＳｉＯ２でオーバークラッドされ、次いで固結されて固結ブランク７１にされる。固結ブランク７１の屈折率下げドープされたシリカ層は、光ファイバ１０の第２のクラッド層すなわち外層クラッド１６を形成するであろう。図２２は例示的な固結ブランク７１を簡略に示す。オーバークラッド形成にホウ素が用いられる場合は、フッ素環境で固結が行われることが好ましい。本実施例において、屈折率下げドーパントはＢ及びＦである。
【００７２】
さらに詳しくは、バーナーに給送されるホウ酸トリエチル及びＳｉＣｌ４を用いてＢ２Ｏ３及びＳｉＯ２を研削済ガラスプリフォーム上に気相成長させてＢ２Ｏ３及びＳｉＯ２を含むスート層を形成する。Ｂ２Ｏ３ドープシリカスート層で被覆されたブランク（すなわち、加工済または研削済のガラスプリフォーム）は次いで、固結炉に供給されるＳｉＦ４ガスを用いることによって固結工程中にフッ素がドープされる。この第２の固結工程中、固結炉は１３００℃〜１４００℃の範囲の温度で稼動する。そのような固結温度において、フッ素はホウ素／シリカスート層内に拡散するが、その下のガラス層までは侵入しない。本実施例の光ファイバは、拡散による十分なフッ素ドープを容易にするために、１３５０℃の固結温度を用いて作成した。本実施例において、プリフォームの第３の層（外層クラッド）は第２の層（内層クラッド）の形状と同様の形状を有する。
【００７３】
固結ブランク７１は次いで、図２３に示されるように、線引き炉８０内でハンドル８１から吊り下げられ、ファイバ８２が固結ブランク７１から線引きされる。線引き中、孔を閉じずにおくために（約１ｐｓａｉないしさらに低い）弱い正圧が孔に印加される。これにより、コアは（さらに）楕円形にされる。図１Ｂ及び２Ａ〜２Ｃに示される例示的ファイバにおいて、出願人等は０.１ｐｓｉ（６８.９Ｐａ）より低い正圧を用いた。線引き速度は約１ｍ/秒とした。得られたファイバは楕円形コア及び双対空気孔を有する。
【００７４】
認められるはずであるように、中心コアの所望のアスペクト比を達成するための、コアの細長化は、再線引き工程、線引き工程またはこれらの工程の組合せでおこり得る。いずれの場合においても、細長化をおこさせるためにプリフォーム（及びファイバ）の孔に正圧が印加される。
【００７５】
本発明の範囲を逸脱することなく本発明に変形及び改変がなされ得ることが当業者には明らかであろう。例えば、ステップインデックス構造が示されるが、他のグレーデッドインデックス構造を用いることができる。さらに、環構造をファイバプロファイルに付加することもでき、それでも満足に機能するであろう。したがって、本発明の改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価物の範囲内に入れば、本発明はそのような改変及び変形を包含するとされる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１Ａ】従来技術の光ファイバの簡略な断面図である
【図１Ｂ】本発明の一実施形態の簡略な断面図である
【図２Ａ】本発明の別の実施形態の簡略な断面図である
【図２Ｂ】本発明のまた別の実施形態の簡略な断面図である
【図２Ｃ】本発明のまた別の実施形態の簡略な断面図である
【図３Ａ】本発明の例示的光ファイバの１つのファイバ断面にかけての、相対屈折率プロファイルを簡略に示す
【図３Ｂ】本発明の例示的光ファイバの別のファイバ断面にかけての、相対屈折率プロファイルを簡略に示す
【図３Ｃ】本発明にしたがう光ファイバの第１の例の測定された屈折率プロファイルである
【図４】図２Ｂの光ファイバの受動コア損失対波長を示すグラフである
【図５Ａ】図２Ｂの光ファイバについての出力パワー対投入パワーのグラフである
【図５Ｂ】図２Ｂの光ファイバの単一偏波特性を示すグラフである
【図６】本発明の光ファイバの別の例の屈折率プロファイルである
【図７】図６の光ファイバの受動コア損失対波長を示すグラフである
【図８】ＡｌＣｌ３給送機構の略図である
【図９】アルゴンガス給送（下の曲線）及び加熱Ｈｅガス給送（上の曲線）で得られたプリフォーム内のＡｌ２Ｏ３濃度を示す
【図１０】コア光ファイバプリフォーム内のＹｂ２Ｏ３及びＡｌ２Ｏ３濃度を示すグラフである
【図１１】コアスートプリフォームの作成の略図である
【図１２】スートプリフォームのガラスプリフォームへの固結を示す
【図１３】例示的ファイバの内層クラッド背景損失を示す
【図１４】図１Ｂ及び２Ａ〜２Ｃのファイバの作成に利用されるコアケーンを簡略に示す
【図１５】図１Ｂ及び２Ａ〜２Ｃのファイバの作成に利用されるコア／クラッドケーンを簡略に示す
【図１６】図１Ｂ及び２Ａ〜２Ｃのファイバの作成に利用される溝付ケーンを簡略に示す
【図１７】図１６の溝付ケーンが挿入されたガラスチューブを簡略に示す
【図１８】図１Ｂ及び２Ａ〜２Ｃのファイバの作成に利用される例示的固結プロセスを簡略に示す
【図１９】図１Ｂ及び２Ａ〜２Ｃのファイバの作成に利用される再線引きタワーを簡略に示す
【図２０】シリカスートでオーバークラッドされたシリカチューブを有する中間集成プリフォームを示す
【図２１】機械加工済コア／内層クラッドブランクを示す
【図２２】コア／内層クラッドブランクが図２１に示されるように機械加工され、シリカベース外層クラッド材料でオーバークラッドされた後の固結済ブランクを示す
【図２３】図１Ｂ及び２Ａ〜２Ｃのファイバの作成に利用されるファイバを線引きするためのプロセスを簡略に示す
【符号の説明】
【００７７】
１０    二重クラッド型単一偏波光ファイバ
１２    コア
１４    内層クラッド
１６    外層クラッド
１８    保護被覆
２４，２６    空気孔
【図１Ａ】
2008518443.tif 000003
【図１Ｂ】
2008518443.tif 000004
【図２Ａ】
2008518443.tif 000005
【図２Ｂ】
2008518443.tif 000006
【図２Ｃ】
2008518443.tif 000007
【図３Ａ】
2008518443.tif 000008
【図３Ｂ】
2008518443.tif 000009
【図３Ｃ】
2008518443.tif 000010
【図４】
2008518443.tif 000011
【図５Ａ】
2008518443.tif 000012
【図５Ｂ】
2008518443.tif 000013
【図６】
2008518443.tif 000014
【図７】
2008518443.tif 000015
【図８】
2008518443.tif 000016
【図９】
2008518443.tif 000017
【図１０】
2008518443.tif 000018
【図１１】
2008518443.tif 000019
【図１２】
2008518443.tif 000020
【図１３】
2008518443.tif 000021
【図１４】
2008518443.tif 000022
【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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【国際調査報告】
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