(57)【要約】  本発明のファイバは、屈折率Ｎ＋Δｎおよび厚さΔＲを有するリング（４）によって取り囲まれた、屈折率Ｎおよび直径１０μｍ以上を有するコア（２）と、上記リングを取り囲む、例えば空隙（８）などを備えるクラッド（６）とを含む。本発明によると、Δｎ≧１０−３、ΔＲ＝α／（Δｎ）β[１]であり、ここで５×１０−４μｍ≦α≦５×１０−２μｍ、０．５≦β≦１．５である。数字αおよびβは、上記ファイバによって導波される光の波長λと、上記ファイバにおける欠落した間隙の数と、上記間隙の直径ｄと、上記間隙の間隔Λと、Ｎに依存する。上記ファイバを設計するために、λ、欠落した間隙の数、ｄ／Λ、コアのドープ量、ΛおよびΔｎが選択される。ΔＲが、平滑化された基本モードを得るために、等式[１]を使用して決定される。
2014531618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大口径コアおよび平滑化された基本モードを有する微細構造光ファイバであって、
直径が少なくとも１０μｍに等しいコア（２）と、
屈折率が値Δｎだけ前記コアのものを上回り、外半径が値ΔＲだけ内半径より大きい、前記コアを取り囲むリング（４）と、
前記リングを取り囲み、例えば長手方向の空隙（８）などのインクルージョンを含んだ母材を備え、該空隙において屈折率が前記母材のものと異なり、等価平均屈折率ｎＦＳＭが前記コアの屈折率より小さい光学クラッド（６）とを備え、
Δｎが１０−３より大きく、ΔＲが等式ΔＲ＝α／（Δｎ）βによってΔｎと関連付けられ、ここでαは５×１０−４μｍから５×１０−２μｍまでの範囲内にあり、βは０．５から１．５までの範囲内にあり、αおよびβは、前記微細構造光ファイバによって導波される光の波長λと、前記ファイバにおける欠落インクルージョンの数と、前記インクルージョン（８）の直径ｄと、前記インクルージョンの間隔Λと、前記コア（２）の屈折率とに依存することを特徴とする、微細構造光ファイバ。
【請求項２】
前記欠落インクルージョンの数が７に等しい、請求項１に記載の微細構造光ファイバ。
【請求項３】
前記コア（２）がドープされていない、請求項１または２に記載の微細構造光ファイバ。
【請求項４】
前記コア（２）がノンドープシリカでできており、βが１に等しく、前記αは以下の公式によって与えられ、
α＝２．４８９×１０−２（ｄ／Λ）０．２５λ２／Λ
ここでαの単位はマイクロメートルである（ｄ、Λおよびλも単位がマイクロメートル時）、請求項３に記載の微細構造光ファイバ。
【請求項５】
前記コア（２）がドープされている、請求項１および２のいずれかに記載の微細構造光ファイバ。
【請求項６】
前記コア（２）が、純粋シリカの屈折率をおよそ１．５×１０３だけ高めるために、例えばイッテルビウムとアルミニウムまたはリンやゲルマニウムなどの別の補助ドーパントなどがドープされたシリカでできており、βが０．９０５に等しく、前記αは以下の公式によって与えられ、
α＝１．０４６×１０−２（λ／Λ）０．１９
ここでαの単位はマイクロメートルである（Λおよびλも単位がマイクロメートル時）、請求項５に記載の微細構造光ファイバ。
【請求項７】
前記コア（２）が、純粋シリカの屈折率をおよそ５×１０−３だけ高めるために、例えばイッテルビウムとアルミニウムまたはリンやゲルマニウムなどの別の補助ドーパントなどがドープされたシリカでできており、βが０．８７に等しく、前記αは以下の公式によって与えられ、
α＝１．３２７×１０−２（λ／Λ）０．０５
ここでαの単位はマイクロメートルである（Λおよびλも単位がマイクロメートル時）、請求項５に記載の微細構造光ファイバ。
【請求項８】
請求項１に記載の微細構造光ファイバを製造する方法であって、
λが選択され、
前記欠落インクルージョンの数が選択され、
前記比率ｄ／Λが選択され、
前記コア（２）のドープ量Ｔが選択され、Ｔが０以上であり、
Λが選択され、
Δｎが選択され、
波長λを有する光が前記ファイバの入力に注入されたときに前記ファイバの出力で平滑化された基本モードを得るために、前記等式を使用してΔＲが決定され、
前記のように選択された前記インクルージョン数およびパラメータｄ、Ｔ、Λ、Δｎと、前記のようにして決定された前記パラメータΔＲを用いて、前記微細構造光ファイバが製造される、微細構造光ファイバを製造する方法。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかに記載の微細構造光ファイバが、レーザによって放射される光の導波に使用される、レーザ微細加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平滑化された基本モードを得るのに適した、大口径コアを有する微細構造光ファイバ、およびそのファイバを製造する方法に関する。
【０００２】
用語「大口径コア」は、直径が少なくとも１０μｍに等しいコアを意味する。用語「平滑化された基本モード」は、横方向の強度分布が平滑化された基本モードを意味する。この事例における基本モードの直径は、コア径に対してほとんど差が見られず、コア径が大きくなる（１０μｍ以上）と、基本モードの直径も大きくなることに留意すべきである。
【０００３】
本発明は特に、例えばレーザマーキング法やレーザカッティング法、治療および診断のための光と生体組織の相互作用に関連する方法などの、レーザ微細加工法に適用される。
【背景技術】
【０００４】
平滑化された基本モードを有する光ファイバを得るために、ファイバコアの周りに、屈折率がそのコアのものよりわずかに大きいリングを配置することが知られている。
【０００５】
この点に関しては非特許文献１を参照することができる。非特許文献１については、以下に引用される特許文献１、他の非特許文献２〜６と同様に、本明細書の最後に言及する。
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に記載されている光ファイバは、コアの直径が小さいという欠点を有する。
【０００７】
希土類元素がドープされた大口径コアの周りにリングを使用することが非特許文献２および特許文献１により知られている。ただし、こういった文献で議論されている光ファイバはマルチモードであり、このファイバの出力のところでシングルモードすなわち基本モードを得るために、利得を利用して識別が行われる。実際に、他のモードと比較して、平滑化された基本モードは、ドープされたコア上に優れた重なり合いを有する。
【０００８】
この重なり合いは、従来技術で知られている平滑化された大モードの実験的実施形態だけで成り立つ。このファイバの出力のところで得られるモードの実験像が、非特許文献３の図７に見られる。得られる分布は非常に不完全である。これは上記ファイバの実際の実施形態に起因する。この実施形態は、完全な屈折率の段差を得るのには適していない。
【０００９】
空隙構造によって基本モードを閉じ込め、リングによってそのモードを平滑化するのに適した光ファイバが、非特許文献４により知られている。これに記載されている微細構造の空隙の直径ｄとこれらの空隙の間隔Λの比率ｄ／Λは約０．４である。これにより、このタイプの構造にマルチモードコアが作り出される。ただし、実験に基づく実証は示されていない。
【００１０】
さらに、非特許文献４に記載されているファイバのパラメータは現実的ではないようにみえる。具体的には、リングとコアとの屈折率の差が極めて小さく（その差は３×１０−４に等しい）、それをファイバ製造時に得るのは極めて困難であるか、不可能でさえある。
【００１１】
非常に小さなドープ・コア（直径２、３マイクロメートル）を有する、リング無しの微細構造光ファイバが、非特許文献５により知られている。
【００１２】
実際、パッシブ光ファイバの出力のところで、少なくとも１０μｍに等しい直径を有する平滑化されたシングルモードを得るのに満足のいく解決策は現在まで知られていない。すなわち、
非特許文献１および非特許文献５で提案されているパッシブ・コア・ファイバは、小さなモードサイズ（有効面積１００μｍ２未満）を得るのに適しているにすぎない。
非特許文献２により知られているファイバの設計のマルチモード形態は、利得識別を活用するため、増幅が必要なときにそのファイバを使用する必要がある。ただし事例によっては（例えば空間的整形、出力輸送、非線形増幅など）パッシブ・ファイバを含むことが不可欠である。しかしながらその事例の中には、曲率識別が可能なものもあることに留意されたい。
非特許文献４で提案されているファイバ・パラメータ、特にそのファイバのリングの屈折率差は、実験的に実行するには極めて困難、または不可能である。
【００１３】
一般に、従来技術で提案されている設計は、製造上の制約条件を考慮していないので現実的ではない。従来技術は単に、平滑化された基本モード・ファイバの一実験的実施形態を含むにすぎない（非特許文献２を参照）。
【００１４】
しかしながらこの実施形態は、ファイバの出力で得られた光ビームを平滑化されているものとみなすことができないため、あまり説得力がない（非特許文献３を参照）。さらに、非特許文献２の著者らは、このファイバの実際の実施形態が、十分に制御された屈折率の段差を得るのに適していないことを認めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】米国特許公開第２００４／０２４７２７２号、ジェイ．ダブリュー．ドーソン（J.W. Dawson）、アール．ジェイ．ビーチ（R.J. Beach）、エス．エー．ペイン（S.A. Payne）、エム．デー．フェイト（M.D. Feit）、シー．ピー．ジェイ．バーティー（C.P.J. Barty）、ジー．エム．リアオ（Z.M. Liao）、「平滑化モード円筒／リボンファイバおよび増幅器（Flattened Mode Cylindrical and Ribbon Fibers and Amplifiers）」、２００４年１２月９日
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献１】エー．ケー．ガタク（A.K. Ghatak）、アイ．シー．ゴヤル（I.C. Goyal）、アール．ジンダル（R. Jindal）、「平滑モード場を得るための導波管屈折率分布の設計（Design of Waveguide Refractive Index Profile to Obtain Flat Modal Field）」、国際光工学会（SPIE）予稿集（Proceedings SPIE）、１９９８年、第３６６６巻、ｐ．４０−４４
【非特許文献２】ジェイ．ダブリュー．ドーソン（J.W. Dawson）、アール．ビーチ（R. Beach）、アイ．ヨヴァノヴィッチ（I. Jovanovic）、ビー．ワテリア（B. Wattellier）、ジー．リアオ（Z. Liao）、エス．エー．ペイン（S.A. Payne）、シー．ピー．ジェイ．バーティー（C.P.J. Barty）、「高出力エネルギー・パルス・ファイバ・レーザのための大面積平滑化モード光ファイバ（Large flattened mode optical fiber for high output energy pulsed fiber lasers）」、論文ＣＷＤ５（paper CWD5）、レーザー・エレクトロオプティクスに関する会議（ＣＬＥＯ）、２００３年
【非特許文献３】ジェイ．ダブリュー．ドーソン（J.W. Dawson）、アール．ビーチ（R. Beach）、アイ．ヨヴァノヴィッチ（I. Jovanovic）、ビー．ワテリア（B. Wattelier）、ジー．リアオ（Z. Liao）、エス．エー．ペイン（S.A. Payne）、シー．ピー．ジェイ．バーティー（C.P.J. Barty）、「光ファイバ・レーザにおける非線形効果を低減するための大面積平滑化モード光ファイバ（Large flattened mode optical fiber for reduction of non-linear effects in optical fiber lasers）」、国際光工学会（ＳＰＩＥ）予稿集（Proceedings SPIE）、２００４年、第５３３５巻、ｐ．１３２−１３９
【非特許文献４】シー．ワン（C. Wang）、エフ．ジャン（F. Zhang）、ワイ．ルー（Y. Lu）、シー．リュー（C. Liu）、アール．ゲン（R. Geng）、テー．ニン（T. Ning）、「ファイバ・レーザのための平滑化基本モードを備えるフォトニック結晶ファイバ（Photonic crystal fiber with a flattened fundamental mode for the fiber lasers）」、光学通信（Optics Communications）、２００９年、第２８２巻、ｐ．２２３２−２２３５
【非特許文献５】エックス．ルー（X. Lu）、キュー．ジョウ（Q. Zhou）、ジェイ．キュー（J. Qiu）、シー．ジュー（C. Zhu）、デー．ファン（D. Fan）、「ビーム整形微細構造光ファイバの設計ガイドラインおよび特性（Design guidelines and characteristics of beam-shaping microstructure optical fibers）」、光学通信（Optics Communications）、２００６年、第２５９巻、ｐ．６３６−６３９
【非特許文献６】齊藤（K. Saitoh）、土田（Y. Tsuchida）、小柴（M. Koshiba）、エヌ．アスガーモーテンセン（N. Asger Mortensen）、「エンドレス・シングル・モードのホーリー・ファイバ：コア設計の影響（Endlessly single-mode holey fibers: the influence of core design）」、光学エキスプレス（Optics Express）、２００５年、２６巻、ｐ．１０８３３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、上述の欠点をもたない微細構造光ファイバに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
具体的には、本発明は、
直径が少なくとも１０μｍに等しいコアと、
上記コアを取り囲むリングにおいて、屈折率が値Δｎだけ上記コアのものを上回り、外半径が値ΔＲだけ内半径より大きいリングと、
上記リングを取り囲み、例えば長手方向の空隙などのインクルージョンを含んだ母材を備える光学クラッドにおいて、屈折率が上記母材のものと異なり、等価平均屈折率ｎＦＳＭが上記コアの屈折率より小さい光学クラッドとを備える、大口径コアおよび平滑化された基本モードを有する微細構造光ファイバであって、
Δｎが１０−３より大きく、ΔＲが等式ΔＲ＝α／（Δｎ）βによってΔｎと関連付けられ、ここでαは５×１０−４μｍから５×１０−２μｍまでの範囲内にあり、βは０．５から１．５までの範囲内にあり、αおよびβは、上記微細構造光ファイバによって導波される光の波長λと、上記ファイバにおける欠落インクルージョンの数（コアおよびリングが存在することによる欠落）と、上記インクルージョンの直径ｄと、上記インクルージョンの間隔Λと、上記コアの屈折率とに依存することを特徴とする、微細構造光ファイバに関する。
【００１９】
本発明による微細構造光ファイバの好ましい一実施形態によると、上記欠落インクルージョンの数が７に等しい。このとき上記ファイバは欠陥７個を有すると言われる。
【００２０】
本発明による微細構造光ファイバのコアは、ドープされていてもドープされていなくてもよい。
【００２１】
例えば、上記コアは、発光体（例えば希土類イオンなど）がドープされていても、その発光体がドープされていなくてもよい。
【００２２】
本発明の第１の特定の実施形態によると、上記コアがノンドープシリカでできており、βが１に等しく、上記αは以下の公式によって与えられ、
α＝２．４８９×１０−２（ｄ／Λ）０．２５λ２／Λ
ここでαの単位はマイクロメートルである（ｄ、Λおよびλも単位がマイクロメートル時）。
【００２３】
本発明の第２の特定の実施形態によると、上記コアが、純粋シリカの屈折率をおよそ１．５×１０−３だけ高めるために、例えばイッテルビウムとアルミニウムまたはリンやゲルマニウムなどの別の補助ドーパントなどがドープされたシリカでできており、βが０．９０５に等しく、上記αは以下の公式によって与えられ、
α＝１．０４６×１０−２（λ／Λ）０．１９
ここでαの単位はマイクロメートルである（Λおよびλ単位がもマイクロメートル時）。
【００２４】
本発明の第３の特定の実施形態によると、上記コアが、純粋シリカの屈折率をおよそ５×１０−３だけ高めるために、例えばイッテルビウムとアルミニウムまたはリンやゲルマニウムなどの別の補助ドーパントなどがドープされたシリカでできており、βが０．８７に等しく、上記αは以下の公式によって与えられ、
α＝１．３２７×１０−２（λ／Λ）０．０５
ここでαの単位はマイクロメートルである（Λおよびλも単位がマイクロメートル時）。
【００２５】
本発明はまた、本発明による微細構造光ファイバを製造する方法であって、
λが選択され、
上記欠落インクルージョンの数が選択され、
上記比率ｄ／Λが選択され、
上記コアのドープ量Ｔが選択され、Ｔが０以上であり、
Λが選択され、
Δｎが選択され、
波長λを有する光が上記ファイバの入力に注入されたときに上記ファイバの出力で平滑化された基本モードを得るために、上記等式を使用してΔＲが決定され、
上記のように選択された上記インクルージョン数およびパラメータｄ、Ｔ、Λ、Δｎと、上記のようにして決定された上記パラメータΔＲを用いて、上記微細構造光ファイバが製造される、微細構造光ファイバを製造する方法に関する。
【００２６】
本発明はさらに、本発明による微細構造光ファイバが、レーザによって放射される光の導波に使用される、レーザ微細加工方法に関する。
【００２７】
添付の図を参照して、以下に限定ではなく単に目安として示されている実施形態の例の説明を読めば、本発明がよりはっきり理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１Ａは本発明による微細構造光ファイバの例の横断面概略図であり、図１Ｂはこのファイバ例に対する屈折率の径方向分布を示す図である。
【図２】図１Ａの光ファイバについて、欠陥７個で、間隔Λが様々な値をとった場合の、屈折率差Δｎに応じた、平滑化された分布を得るのに適したリングの厚さΔＲの変動を示す図である。
【図３】図３Ａは、Λが３０μｍに等しく、Δｎが２×１０−３に等しいときに上記ファイバ内に導波されるモードの横方向の分布を示す図であり、図３Ｂは、図３Ａの水平軸ｘと角度π／６（３０°）を成す図３Ａの軸Ｘに沿った、上記ファイバにおける光強度Ｉの変動を示す図である。
【図４】Λが３０μｍに等しいときの、ΔｎおよびΔＲに応じた、ｒ．ｍ．ｓ（二乗平均平方根）平滑度変動のグラフである（単位は％）。
【図５】本発明による光ファイバの屈折率の径方向分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１Ａは、大口径を有する、平滑化された基本モードを得るのに適した微細構造光ファイバの発明例の横断面概略図である。図１Ｂは、図１Ａに示されているファイバの、水平断面に沿った屈折率分布、すなわち半径Ｒの関数としての屈折率ｎの変動（径方向分布）を表す。
【００３０】
微細構造化の利点は特に、ファイバ内で伝播する光の波長λに比して大口径のコアについても、準シングルモード動作が可能になるということである。
【００３１】
図１Ａに示されているファイバは、
屈折率にＮと付されたコア２と屈折率がＮ＋Δｎに等しいリング４からなる、Δｎ（屈折率の段差）が厳密に正である中心部分と、
リング４を取り囲み、空気インクルージョンを含み、コア２の屈折率Ｎより小さな等価平均屈折率ｎＦＳＭを有する、光学クラッド６とを備える。
【００３２】
より具体的には、図１Ａに示されている例では、光学クラッド６は、ファイバの軸と平行な長手方向の間隙８を備える。クラッド６は、コアと同じだが、これらの間隙の存在のために屈折率ｎＦＳＭがＮより小さい材料からなる。
【００３３】
この例では、コア２は純粋シリカでできている。リング４は、サブミクロンの厚さを有し、ゲルマニウムが低濃度ドープされたシリカでできている。リングの内半径はＲ１、その外半径はＲ２、その厚さはΔＲ（ΔＲ＝Ｒ２−Ｒ１）と付される。クラッド６は空気−シリカタイプのものである。コア２の直径は２Ｒ１に等しく、本発明によると２Ｒ１≧１０μｍであることに留意されたい。
【００３４】
微細構造化パラメータは、空隙８の直径ｄおよびその間隔Λである。
【００３５】
図１Ａに見られるように、リング４で取り囲まれたコア２を形成するために、７個の中心間隙すなわち細孔が上記固体材料に置き換えられ、コアを形成し、リングを形成する。このファイバは欠陥７個を有すると言われる。
【００３６】
この幾何形状は、間隙網のピッチΛを過度に広げることなく、基本モードのサイズを拡大するのに適している。このような幾何形状には、λ／Λに関係なく単一の伝播モードを得るために、０．０４６に等しい比率ｄ／Λが必要であるはずであるということに留意すべきである（非特許文献６参照）。
【００３７】
比率ｄ／Λは、導波モードの数ができるだけ少なくなるように、できる限り小さくすべきである（典型的にはｄ／Λは０．２５未満）。
【００３８】
リング４の外半径Ｒ２は、ファイバの製造によって規定される。クラッド６の形成に使用される細孔の上記配置により、半径Ｒ２を有する、リング４を画成する外側円筒と、その円筒が直面する最初の空隙の中心との間には、少なくともΛ／２に等しい間隔が必要である。これは
【００３９】
【数１】
2014531618.tif 000003
【００４０】
に等しい最大外半径と等価である。
【００４１】
リングの基本モードがその遮断波長に達すると（すなわちこのモードの有効屈折率がコア材料の屈折率に等しいとき）、平滑化されたモードが得られる。基本モードの横方向の強度分布の平滑度は、対（Δｎ；ΔＲ）に対して最適化される。ｄ／Λ＝０．２５に対する最適化の例が図２に示されている。Δｎ（屈折率の段差または屈折率差）はリング４の屈折率とコア２の屈折率の差であり、ΔＲはリングの厚さであることに留意されたい。
【００４２】
より具体的には、図２は、平滑化された分布を得るのに適したリングの厚さを、屈折率差の関数として示す。これは、欠陥７個の場合の、複数の空隙間隔ΛすなわちΛ＝８．５μｍ（曲線Ｉ）、Λ＝１７μｍ（曲線ＩＩ）、Λ＝３０μｍ（曲線ＩＩＩ）に対する、ｄ／Λ＝０．２５についての図である。
【００４３】
図３Ａに、ピッチΛが３０μｍ、屈折率差Δｎが２×１０−３、比率ｄ／Λが０．２５の場合の、図１Ａ（欠陥７個）に示されている微細構造ファイバ内に導波されるモードの横方向の分布が示されている。この屈折率差の場合、図２により、リングの厚さΔＲは３０５ｎｍに等しくすべきことが示されている。
【００４４】
図３Ｂに、図３Ａにおける軸Ｘに沿った光強度Ｉ（Ｗ／ｍ２）の変動が示されている。この軸Ｘは、図３Ａの水平軸ｘに対して角度π／６ｒａｄ（３０°）を成す。
【００４５】
図３Ａには、対称性の理由からファイバの４分の１のみが示されていることに留意すべきである。得られる基本モードの有効面積はこの場合、この構造体全体に対して６４２０μｍ２である。
【００４６】
図１Ａに示されている構造体と、図２に示されている屈折率差の関数としてのリングの厚さの変動は、平滑化された基本モードを得るのに適している。従来技術で提示された設計案と異なり、本発明では、製造上の制約条件を考慮して、光ファイバのパラメータが計算される。
【００４７】
したがってここでは、従来技術で知られている設計を強化することを問題とする。この強化により、これまで解決されたことがない、平滑化された基本モードを有する光ファイバを製造するという課題を解決することが可能になる。
【００４８】
図２で読み取ることができる屈折率差Δｎは、例えばＯＶＤ法（外部蒸着）などを使用して、純粋シリカ（屈折率Ｎ）のロッドの周りに屈折率Ｎ＋Δｎを有するシリカを蒸着することによって、または、ドープされたシリカコア（屈折率Ｎ−Δｎ）の周りに純粋シリカ（屈折率Ｎ）を蒸着することによって、得るのに適している。現行の製造技術は、数パーセントの範囲内でリングの寸法を制御し、５×１０−４の範囲内の屈折率差を得るのに適している。
【００４９】
図４は、欠陥７個、ピッチΛが３０μｍ、比率ｄ／Λが０．２５である光ファイバに対する、パラメータΔｎおよびΔＲの関数としての、平滑度の変動（ｒ．ｍ．ｓ．変動の単位は％）のグラフである。
【００５０】
図４では、Δｎは２×１０−３前後、ΔＲは３００ｎｍ前後の値をとっていることがわかる。これらの変動が、変調率
【００５１】
【数２】
2014531618.tif 000004
【００５２】
に基づいて計算される。ここで記号＜＞は、モード面域の８０％について計算された平均値に当たる。
【００５３】
したがって、Ｍｓｐａによって定義される変動値は、ΔＲ（半径の差）値の、典型的な製造精度よりも大きい範囲についても、７％未満になっている。
【００５４】
本発明では、上記の光ファイバの各構造化パラメータおよびそれらのパラメータに関する不確定度は、従来技術で知られている光ファイバと異なり、現行の製造技術に適合する。
【００５５】
具体的には、非特許文献４で開示されている光ファイバの寸法決めは本発明による光ファイバの寸法決めに類似しているように思われるが、非特許文献４により知られているこのファイバは、本発明によるファイバと異なり、実験的に実現可能ではない。
【００５６】
さらに留意すべきは、本発明では、製造上の制約条件を考慮した寸法決めを実現するために、数値的な最適化を行う必要があるということである。したがって使用するパラメータは、従来技術で知られている法則または値をそのまま使用しても得られない。
【００５７】
平滑化された基本モード・ファイバによって代表されるかなりの関心が寄せられていながら、従来技術は単にそのようなファイバの一実験的実施形態を含むにすぎないことにも留意すべきである（非特許文献２を参照）。さらに、ファイバ出力のところで得られるビームの強度が極めて僅かにしか平滑化されないことから（非特許文献３参照）、この周知の実験的実施形態はあまり説得力がない。これは、その寸法決めが自明ではないことをはっきり示している。
【００５８】
本発明に従って光ファイバを寸法決めするのに使用される論法を以下に明示する。
ファイバ内で導波される光の波長λを選択する（例えばλ＝１μｍやλ＝１．５５μｍ）、
間隙構造体において固体のコアに置き換える細孔の数を選択する（例えば欠陥７個）、
比率ｄ／Λを選択する（例えばｄ／Λ＝０．１２）、
コアの、発光イオンドープ量Ｔ（Ｔ≧０）を選択する。これによりコアの屈折率Ｎが決まる（図５参照）、
空隙間の間隔Λを選択する。これにより間隙の直径d、外半径Ｒ２（図５）および光学クラッドの等価平均屈折率ｎＦＳＭが決まる。
【００５９】
したがって、リングの厚さΔＲと屈折率差Δｎの間に等式が存在する。この等式は以下の通りである：
【００６０】
【数３】
2014531618.tif 000005
【００６１】
パラメータα（単位はμｍ）およびβの値は、上記で選択したパラメータ（波長λ、欠陥の値、比率ｄ／Λ、場合により行われるドープの結果生じるコアの屈折率値Ｎ、空隙間の間隔Λ）に依存する。
【００６２】
様々な構成に対するパラメータαおよびβの値が以下に与えられる。
Ｉ）コアがノンドープシリカでできている。
αは以下の公式によって与えられる。
α＝２．４８９×１０−２（ｄ／Λ）０．２５λ２／Λ
ここでαの単位はマイクロメートルである（ｄ、Λおよびλも単位はマイクロメートル）。βは１に等しい。
ＩＩ）コアが、ドープシリカでできている（ドープされるのは、例えばイッテルビウムとアルミニウムまたはリンやゲルマニウムなどの別の補助ドーパントなど）。このドープにより、純粋シリカに対して、およそδｎ＝１．５×１０−３という屈折率差が生じる。
αは以下の公式によって与えられる。
α＝１．０４６×１０−２（λ／Λ）０．１９
ここでαの単位はマイクロメートルである（Λおよびλも単位がマイクロメートル時）。βは０．９０５に等しい。
ＩＩＩ）コアがドープされる（例えばイッテルビウムとアルミニウムまたはリンやゲルマニウムなどの別の補助ドーパントなど）。このドープにより、純粋シリカに対して、およそδｎ＝５×１０−３という屈折率差が生じる。
αは以下の公式によって与えられる。
α＝１．３２７×１０−２（λ／Λ）０．０５
ここでαの単位はマイクロメートルである（Λおよびλも単位がマイクロメートル時）。βは０．８７に等しい。
【００６３】
一般に、コアのドープが高濃度であるほど、関数Λとしてのαの変動が小さくなる（リングに関するパラメータΔｎおよびΔＲの最適値に対して、光学クラッドの構造体の及ぼす影響がより少ない）。
【００６４】
等式（１）および上記の値の結果生じる、リングの厚さΔＲと屈折率差Δｎの間の変動は、非特許文献４に記載されている分析的な公式によって与えられるものと異なることに留意することが重要である。この公式によって与えられる結果は、得られた設計によって平滑化された基本モードを製造するにはあまりにも大まかである。
【００６５】
一般に、Δｎ＞１０−３、５×１０−４μｍ≦α≦５×１０−２μｍ、および０．５≦β≦１．５が指定される。
【００６６】
本発明は、以下のように、ファイバ・レーザ・システムの分野で様々な利点および用途を有する。
強度がガウス分布を有する光ビームを、強度が平滑化された分布を有する光ビームに変換するのに適している（空間的整形）。
レーザ微細加工用途（特にマーキングおよび溶接）向けのビームの遠視野強度を最適化するのに適している。
基本モードが等価有効面積を有するがガウス型であるパッシブファイバ（すなわち非発光性）と比較して、平滑化されたモードによるピーク強度の低下は、伝播に適したエネルギー（または出力）を増大させるのに適し（したがって高エネルギービーム輸送用途）、あるいは、非線形増幅に基づいた装置（特に四光波混合を利用した装置とラマン効果を利用した装置）の出力で得るのに適したエネルギー（または出力）を増大させるのに適している。
ファイバコアに発光イオンをドープすると、本発明は、平滑モード・ファイバ・レーザと、かかるシステムから取り出すことができるエネルギー（または出力）を増大させるのに適した増幅器の製造に適する。
【００６７】
上記で示した例では、欠陥７個（欠落した間隙７個）を有する微細構造ファイバが考慮されている。ただし、本発明はこの値に限定されない。上記ファイバは、例えば１９個あるいは１個でさえも別の値の欠陥を有することができる。
【００６８】
さらに、上記で示した例では、微細構造ファイバの光学クラッドにおける空気のインクルージョン（長手方向の間隙）が考慮されている。ただし、例えばドープシリカのインクルージョンや、アルゴンなどの他の気体のインクルージョンなど、他のインクルージョンが可能である。
【符号の説明】
【００６９】
２  コア
４  リング
６  光学クラッド
８  間隙
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図５】
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【図４】
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【国際調査報告】
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