(57)【要約】  ガウシアンレーザビームをベッセルレーザビームに変換するための光ファイバは、移行領域で第２のセグメントに光学的に結合された第１のセグメントを含んでよく、上記第１のセグメントは、上記第２のセグメントの第２の外径より大きな第１の外径を有する。上記第１のセグメントは第１のコア部分を含んでよく、第１のクラッド部分は上記第１のコア部分の周りに延在する。上記第２のセグメントは第２のコア部分を含んでよく、第２のクラッド部分は上記第２のコア部分の周りに延在する。上記光ファイバは非軸対称屈折率プロファイルを有してよく、又は非軸対称屈折率プロファイルを有するエンドキャップに結合されていてよい。
2021501058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明被加工物をレーザ加工するための方法であって、
前記方法は、前記透明被加工物内に輪郭線を形成するステップを含み、前記輪郭線は、前記透明被加工物内の欠陥を含み、
前記輪郭線を形成する前記ステップは：
ビーム源によって供給されたパルスレーザビームを：
（ａ）非軸対称パルスレーザビームを形成する、非軸対称屈折率プロファイルを有する少なくとも１つのセグメントを備えた光ファイバ；又は
（ｂ）リング状ビームを生成する光ファイバ、及び非軸対称屈折率プロファイルを有するエンドキャップであって、前記エンドキャップが非軸対称パルスレーザビームを形成するように、リング状ビームを生成する前記光ファイバに結合された、エンドキャップ
を通して、前記透明被加工物内へと向けるステップ
を含み、
前記非軸対称パルスレーザビームの、前記透明被加工物内へと向けられた部分は、前記透明被加工物内で誘起吸収を生成し、前記誘起吸収は、前記透明被加工物内に欠陥を生成し、また前記パルスレーザビームの、前記透明被加工物内へと向けられた前記部分は：
波長λ；
有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ；及び
非軸対称ビーム断面
を含み、前記非軸対称ビーム断面は、断面ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及び断面ｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを含み、
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
【数１】
2021501058.tif 000046
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数である、方法。
【請求項２】
前記透明被加工物及び前記非軸対称パルスレーザビームを前記輪郭線に沿って互いに対して並進移動させることにより、前記透明被加工物内に、前記輪郭線に沿った複数の欠陥をレーザ形成するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記無次元発散係数ＦＤの値は約５０〜約１５００である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
赤外線レーザビームを、前記輪郭線に沿って又は前記輪郭線付近において、前記透明被加工物上へと向けることにより、前記透明被加工物を前記輪郭線に沿って分割するステップを更に含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記ビーム源は、パルスバーストあたり約１パルス〜パルスバーストあたり約３０パルスのパルスバーストを生成するパルスビーム源を含み、パルスバーストエネルギは、パルスバーストあたり約１００μＪ〜約６００μＪである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記非軸対称パルスレーザビームの、前記透明被加工物内へと向けられた前記部分の前記非軸対称ビーム断面は、スポットサイズパラメータＷｏ，ｍａｘを有する長軸と、スポットサイズパラメータＷｏ，ｍｉｎを有する短軸とを備え、Ｗｏ，ｍａｘはＷｏ，ｍｉｎより長く、Ｗｏ，ｍｉｎに対するＷｏ，ｍａｘのアスペクト比は１．３超である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
集束用光学部品を更に備える、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記集束用光学部品は、少なくとも１つの凸面を備えるレンズである、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
非球面光学素子を更に備え、
前記非球面光学素子は、屈折アキシコン、反射アキシコン、ワキシコン、負屈折アキシコン、空間光変調器、回折光学素子、又は立方体光学素子である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
非球面光学素子を更に備え、
前記非球面光学素子は、屈折アキシコン、反射アキシコン、ワキシコン、負屈折アキシコン、空間光変調器、回折光学素子、又は立方体光学素子である、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
透明被加工物をレーザ加工するための光学系であって、
前記光学系は：
パルスレーザビームを供給するためのレーザビーム源；
前記源から供給された前記レーザビームを、非軸対称断面を有するレーザビームに変換する構造の、光ファイバ部品
を備え、前記光ファイバ部品は：
（ｉ）互いに対して光学的に結合された少なくとも２つのファイバセグメントを備える光ファイバであって、ある前記セグメントは、前記レーザビーム源に光学的に結合され、実質的にガウシアンレーザビームであるレーザビームを伝播させる構造であり、別の前記ファイバセグメントは、前記ガウシアンレーザビームをリング状非ガウシアンレーザビームに変換する構造である、光ファイバ、及び前記別のファイバセグメントに隣接するエンドキャップであって、前記エンドキャップは、前記リング状非ガウシアンビームを非軸対称レーザビームに変換する構造であり、また前記エンドキャップは非軸対称屈折率プロファイルを有する、エンドキャップ；又は
（ｉｉ）互いに対して光学的に結合された少なくとも２つのファイバセグメントを備える光ファイバであって、ある前記セグメントは、前記レーザビーム源に光学的に結合され、実質的にガウシアンビームであるビームを伝播させる構造であり、別の前記ファイバセグメントは、前記ガウシアンレーザビームを非軸対称レーザビームに変換する構造であり、前記別のファイバセグメントは非軸対称屈折率プロファイルを有する、光ファイバ
を備え、
前記非軸対称レーザビームは：
波長λ；
最大ビーム強度；
有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ（前記有効スポットサイズは、ビーム強度が前記最大ビーム強度の１／ｅ２まで低下する、ビーム伝播経路ｚからいずれの方向の最短径方向距離として定義される）；
透明被加工物の損傷閾値を超えることによって、前記透明被加工物内に前記輪郭線を形成する（ここで前記輪郭線は前記透明被加工物内の欠陥を含む）ために、十分なパルスエネルギ及びパルス持続時間
を有し、
前記非軸対称ビーム断面は、ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及びｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを有し、
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
【数２】
2021501058.tif 000047
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数であり、前記ｘ及びｙ方向の前記最小レイリー範囲のうちの小さい方は、前記ビームの光学強度が前記最大ビーム強度の１／２まで減少する、前記ビーム経路に沿った距離である、光学系。
【請求項１２】
前記被加工物に入射する前記非軸対称レーザビームは、準非回折レーザビームである、請求項１１に記載の光学系。
【請求項１３】
ＦＤは５０〜１５００である、請求項１１又は１２に記載の光学系。
【請求項１４】
前記非軸対称レーザビームを、非軸対称断面を有するレーザ焦線へと集束させるように配置された、集束用部品を更に備える、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の光学系。
【請求項１５】
非球面光学素子を更に備え、
前記非球面光学素子は、屈折アキシコン、反射アキシコン、ワキシコン、負屈折アキシコン、空間光変調器、回折光学素子、又は立方体光学素子である、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１７年１０月３１日出願の米国仮特許出願第６２／５７９，６１４号の優先権の利益を主張するものであり、上記仮特許出願の内容は依拠され、その全体が参照により本出願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は一般に光ファイバに関し、より具体的には、ガウシアンレーザビームを非軸対称準非回折レーザビームに変換するための光ファイバ、及び上記光ファイバを備えるレーザ送達システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
回折は、レーザビームの発散を引き起こす１つの要因である。他の要因としては、レーザビームを形成する光学系が引き起こす集束若しくはデフォーカス、又は界面における屈折及び発散が挙げられる。
【０００４】
準非回折レーザビーム（例えばベッセルレーザビーム）は、材料加工用途に望ましいものである場合がある。準非回折レーザビームは、ビーム軸に沿って伝播する際に、ガウシアンビームのように回折（拡散）しない。ベッセルレーザビームのような準非回折レーザが集束するとき、焦点の深さは、従来のガウシアンレーザビームに関する深さの１０倍を超えるものとすることができる。例えば、波長が１．０６マイクロメートル（μｍ）のガウシアンレーザビームは、直径約１μｍの焦点スポットへと集束させることができ、焦点の深さは約１μｍである。対照的に、同じ波長（１．０６μｍ）を有するベッセルレーザビーム等の準非回折レーザビームは、同一の焦点スポット直径（１μｍ）を達成でき、かつ１０μｍ超、例えば５０μｍ超の（即ち典型的なガウシアンビームによって達成される深さよりも少なくとも１０倍大きな）焦点の深さを有することができる。このような焦点の深さの増大は、レーザ特性決定技法、レーザ加工技法等にとって望ましい。
【０００５】
従来のレーザシステムはガウシアンレーザビームを生成するが、これはベッセルレーザビームとは異なり、ビーム軸に沿って伝播する間に回折する。ベッセルレーザビームは、環状アパーチャ、アキシコンプリズム、又はこれらの組み合わせといった、自由空間光学素子システムを用いて、ガウシアンレーザビームから生成又は変換できる。しかしながら、自由空間光学素子システムはかさばり、位置合わせ許容誤差が小さく、またコストが高い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、ガウシアンレーザビームを例えばベッセルレーザビームである準非回折レーザビームに変換するための代替装置に対する需要が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態によると、透明被加工物をレーザ加工するための方法は、上記透明被加工物内に輪郭線を形成するステップを含み、上記輪郭線は、上記透明被加工物内の欠陥を含み、上記輪郭線を形成する上記ステップは：
ビーム源によって供給されたパルスレーザビームを：
（ａ）非軸対称パルスレーザビームを形成する、非軸対称屈折率プロファイルを有する少なくとも１つのセグメントを備えた光ファイバ；又は
（ｂ）リング状ビームを生成する光ファイバ、及び非軸対称屈折率プロファイルを有するエンドキャップであって、上記エンドキャップが非軸対称パルスレーザビームを形成するように、リング状ビームを生成する上記光ファイバに結合された、エンドキャップ
を通して、上記透明被加工物内へと向けるステップ
を含み、
上記非軸対称パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられた部分は、上記透明被加工物内で誘起吸収を生成し、上記誘起吸収は、上記透明被加工物内に欠陥を生成し、また上記パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられた上記部分は：
波長λ；
有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ；及び
非軸対称ビーム断面
を含み、上記非軸対称ビーム断面は、断面ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及び断面ｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを含み、
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
【０００８】
【数１】
2021501058.tif 000003
【０００９】
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数である。
【００１０】
いくつかの実施形態によると、上記方法は更に、上記透明被加工物及び上記非軸対称パルスレーザビームを上記輪郭線に沿って互いに対して並進移動させることにより、上記透明被加工物内に、上記輪郭線に沿った複数の欠陥をレーザ形成するステップを含む。いくつかの実施形態によると、上記無次元発散係数ＦＤの値は約５０〜約１５００である。
【００１１】
いくつかの実施形態によると、透明被加工物をレーザ加工するための光学系は：
パルスレーザビームを供給するためのレーザビーム源；
上記源から供給された上記レーザビームを、非軸対称断面を有するレーザビームに変換する構造の、光ファイバ部品
を備え、上記光ファイバ部品は：
（ｉ）互いに対して光学的に結合された少なくとも２つのファイバセグメントを備える光ファイバであって、ある上記セグメントは、上記レーザビーム源に光学的に結合され、実質的にガウシアンレーザビームであるレーザビームを伝播させる構造であり、別の上記ファイバセグメントは、上記ガウシアンレーザビームをリング状非ガウシアンレーザビームに変換する構造である、光ファイバ、及び上記別のファイバセグメントに隣接するエンドキャップであって、上記エンドキャップは、上記リング状非ガウシアンビームを非軸対称レーザビームに変換する構造であり、また上記エンドキャップは非軸対称屈折率プロファイルを有する、エンドキャップ；又は
（ｉｉ）互いに対して光学的に結合された少なくとも２つのファイバセグメントを備える光ファイバであって、ある上記セグメントは、上記レーザビーム源に光学的に結合され、実質的にガウシアンビームであるビームを伝播させる構造であり、別の上記ファイバセグメントは、上記ガウシアンレーザビームを非軸対称レーザビームに変換する構造であり、上記別のファイバセグメントは非軸対称屈折率プロファイルを有する、光ファイバ
を備え、
上記非軸対称レーザビームは：
波長λ；
最大ビーム強度；
有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ（上記有効スポットサイズは、ビーム強度が上記最大ビーム強度の１／ｅ２まで低下する、ビーム伝播経路ｚからいずれの方向の最短径方向距離として定義される）；
透明被加工物の損傷閾値を超えることによって、上記透明被加工物内に上記輪郭線を形成する（ここで上記輪郭線は上記透明被加工物内の欠陥を含む）ために、十分なパルスエネルギ及びパルス持続時間
を有し、
上記非軸対称ビーム断面は、ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及びｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを有し、
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
【００１２】
【数２】
2021501058.tif 000004
【００１３】
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数であり、上記ｘ及びｙ方向の上記最小レイリー範囲のうちの小さい方は、上記ビームの光学強度が上記最大ビーム強度の１／２まで減少する、上記ビーム経路に沿った距離である。
【００１４】
いくつかの実施形態によると、上記被加工物に入射する上記非軸対称レーザビームは、準非回折レーザビームである。いくつかの実施形態によると、上記光学系は、上記非軸対称レーザビームを、非軸対称断面を有するレーザ焦線へと集束させるように配置された、集束用部品を備える。
【００１５】
いくつかの実施形態によると、上記部品は：
（Ｉ）光ファイバであって、上記光ファイバは：
（ｉ）第１のセグメントであって：
上記光ファイバの軸中心線からの半径Ｒ１を有する第１のコア部分であって、上記第１のコア部分は、上記光ファイバの上記中心線を中央とし、かつ内半径Ｒ０及び第１の半径方向厚さＴＡＣ＝Ｒ１−Ｒ０を有する、第１の環状コア領域を備える、第１のコア部分；並びに
上記第１のコア部分の周りに延在する第１のクラッド部分であって、上記第１のクラッド部分は半径方向厚さＴＣＬを有し、上記第１の環状コア領域は上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率ΔＡＣ％を有する、第１のクラッド部分
を備える、第１のセグメント；
（ｉｉ）第２のセグメントであって：
上記光ファイバの上記軸中心線からの半径ｒ１を有する第２のコア部分であって、上記第２のコア部分の少なくとも一部分は、上記第１の環状コア領域に光学的に結合され、上記半径Ｒ１は上記半径ｒ１より大きい、第２のコア部分；並びに
上記第２のコア部分の周りに延在する第２のクラッド部分であって、上記第２のクラッド部分は、上記第１のクラッド部分の上記半径方向厚さＴＣＬより小さな半径方向厚さｔｃｌを有する、第２のクラッド部分
を備える、第２のセグメント
を備える、光ファイバと；
（ＩＩ）上記光ファイバの上記第１のセグメントに隣接して接触するよう配置されたエンドキャップであって、上記エンドキャップは、上記非円対称屈折率プロファイルを有する、エンドキャップと
を備える。
【００１６】
いくつかの実施形態によると、上記第２のコア部分は、上記第２のクラッド部分に対する相対屈折率Δｃ％を有し、ΔＡＣ％はΔｃ％に略等しい。いくつかの実施形態によると、上記エンドキャップは少なくとも１つの領域Ｒを有するコア領域を備え、上記第１のセグメントの上記第１の環状コア領域は、上記エンドキャップの上記コア領域に隣接して上記コア領域に略重なり、これにより、上記第１のセグメントの上記第１の環状コア領域から伝播した光を上記エンドキャップの上記コア領域に結合させ、かつ上記エンドキャップを通して非円対称に伝播させることができる。
【００１７】
いくつかの実施形態によると、光ファイバは：
（Ｉ）第１のセグメントであって：
上記光ファイバの軸中心線からの半径Ｒ１を有する第１のコア部分であって、上記第１のコア部分は、上記光ファイバの上記中心線を中央とし、かつ内半径Ｒ０及び第１の半径方向厚さＴＡＣ＝Ｒ１−Ｒ０を有する、第１のコア領域を備える、第１のコア部分；並びに
上記第１のコア部分の周りに延在する第１のクラッド部分であって、上記第１のクラッド部分は半径方向厚さＴＣＬを有し、上記第１のコア領域は上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率ΔＡＣ％を有する、第１のクラッド部分
を備え、上記第１のコア領域は非円対称屈折率プロファイルを有する、第１のセグメント；
（ＩＩ）第２のセグメントであって：
上記光ファイバの上記軸中心線からの半径ｒ１を有する第２のコア部分であって、上記第２のコア部分の少なくとも一部分は、上記第１のコア領域に光学的に結合され、上記半径Ｒ１は上記半径ｒ１より大きい、第２のコア部分；並びに
上記第２のコア部分の周りに延在する第２のクラッド部分であって、上記第２のクラッド部分は、上記第１のクラッド部分の上記半径方向厚さＴＣＬより小さな半径方向厚さｔｃｌを有する、第２のクラッド部分
を備える、第２のセグメント
を備える。
【００１８】
いくつかの実施形態によると、上記第２のコア部分は、上記第２のクラッド部分に対する相対屈折率Δｃ％を有し、ΔＡＣ％はΔｃ％に略等しい。
【００１９】
いくつかの実施形態によると、上記第１のコア部分は、空洞、ダウンドープシリカ、又は純シリカを含む。いくつかの実施形態によると、上記第１のセグメントは、上記第１のセグメントの残りの部分とは屈折率が異なる、領域Ｒを有する。いくつかの実施形態によると、上記第１のコア部分は少なくとも１つの領域Ｒを含み、上記領域Ｒは初め、ΔＡＣ％より小さい上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率を有する。いくつかの実施形態によると、上記第１のコア領域は、リングの一部として成形される。いくつかの実施形態によると、上記第１のコア部分は、ΔＡＣ％より小さい上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率を有する、少なくとも１つの領域Ｒを含む。
【００２０】
いくつかの実施形態によると、ファイバ部品は：
（Ｉ）光ファイバであって：
（ａ）第１のセグメントであって：
第１の中央コア領域、第１の環状コア領域、及び第１の低屈折率コア領域を備える、第１のコア部分であって、上記第１の中央コア領域は、上記第１の環状コア領域内に配置され、かつ上記第１の低屈折率コア領域によって上記第１の環状コア領域から隔てられる、第１のコア部分；並びに
上記第１のコア部分の周りに延在する第１のクラッド部分であって、上記第１の中央コア領域は、上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率ΔＣＣ％を有し、上記第１の環状コア領域は、上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率ΔＡＣ％を有し、上記第１の低屈折率コア領域は、上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率ΔＬＩＣ％を有し、ΔＬＩＣ％はΔＣＣ％及びΔＡＣ％より小さい、第１のクラッド部分
を備える、第１のセグメント；
（ｂ）第２のセグメントであって：
第２の中央コア領域、第２の環状コア領域、及び第２の低屈折率コア領域を備える、第２のコア部分であって、上記第２の中央コア領域は、上記第２の環状コア領域内に配置され、かつ上記第２の低屈折率コア領域によって上記第２の環状コア領域から隔てられ、少なくとも上記第２の中央コア領域が上記第１の環状コア領域に光学的に結合される、第２のコア部分；並びに
上記第２のコア部分の周りに延在する第２のクラッド部分であって、上記第２の中央コア領域は、上記第２のクラッド部分に対する相対屈折率Δｃｃ％を有し、上記第２の環状コア領域は、上記２のクラッド部分に対する相対屈折率Δａｃ％を有し、上記第２の低屈折率コア領域は、上記第２のクラッド部分に対する相対屈折率Δｌｉｃ％を有し、Δｌｉｃ％はΔｃｃ％及びΔａｃ％より小さい、第２のクラッド部分
を備える、第２のセグメント
を備える、光ファイバと；
（ＩＩ）上記光ファイバの上記第１のセグメントに隣接して接触するよう配置されたエンドキャップであって、上記エンドキャップは、上記非円対称屈折率プロファイルを有する、エンドキャップと
を備える。
【００２１】
いくつかの実施形態によると、上記第１のセグメントは、移行領域によって上記第２のセグメントに光学的に結合され、上記第１のセグメントは第１の外径Ｄ０を有し、上記第２のセグメントは第２の外径ｄ０を有し、上記第１の外径Ｄ０は上記第２の外径ｄ０より大きい。
【００２２】
いくつかの実施形態によると、光学系は：
ガウシアンプロファイルを有する出力ビームを放出する、レーザ光源と；
上記レーザ光源の上記出力ビームに結合される光ファイバであって、上記光ファイバは：
第１の外径Ｄ０を有する第１のセグメント；
第２の外径ｄ０を有する第２のセグメントであって、上記第１の外径Ｄ０は上記第２の外径ｄ０より大きく、上記第１の外径Ｄ０に対する上記第２の外径ｄ０の比は、０．２以上０．９以下である、第２のセグメント；並びに
上記第１のセグメント及び上記第２のセグメントと一体形成されて光学的に結合された、移行領域
を備え、上記第１のセグメントは、上記第２のセグメントの第２のコア部分に光学的に結合された第１の環状コア領域を有する、第１のコア部分を備え、上記光ファイバは、上記レーザ光源の上記出力ビームを、上記ガウシアンプロファイルからベッセルプロファイルへと変換する、光ファイバと；
上記光ファイバに結合された、非軸対称屈折率プロファイルを有するエンドキャップであって、上記エンドキャップは、上記ベッセルプロファイルを非軸対称ベッセルプロファイルへと改変する、エンドキャップと
を備える。
【００２３】
いくつかの実施形態によると、上記光学系は：
ガウシアンプロファイルを有する出力ビームを放出する、レーザ光源と；
上記レーザ光源の上記出力ビームに結合される光ファイバであって、上記光ファイバは非軸対称屈折率プロファイルを有し、更に：
第１の外径Ｄ０を有する第１のセグメント；
第２の外径ｄ０を有する第２のセグメントであって、上記第１の外径Ｄ０は上記第２の外径ｄ０より大きく、上記第１の外径Ｄ０に対する上記第２の外径ｄ０の比は、０．２以上０．９以下である、第２のセグメント；並びに
上記第１のセグメント及び上記第２のセグメントと一体形成されて光学的に結合された、移行領域
を備え、上記第１のセグメントは、上記第２のセグメントの第２のコア部分に光学的に結合された第１の環状コア領域を有する、第１のコア部分を備え、上記光ファイバは、上記レーザ光源の上記出力ビームを、上記ガウシアンプロファイルからベッセルプロファイルへと変換する、光ファイバと
を備える。
【００２４】
本明細書に記載の光ファイバの１つの利点は、これらのファイバを用いて、従来のガウシアンビームを、レーザ加工、レーザ切断、及び光学撮像等の多くの用途に好適なベッセルビームに変換できる点である。
【００２５】
上述のように、ベッセルビームは、かさばり、位置合わせ許容誤差が小さく、またコストが高い光学系を用いて生成されることが多い。本明細書に記載の光ファイバ及び光学系の１つの利点は、遠隔レーザ加工及び携帯型機器といったいくつかの用途が可能になる点である。かさばる光学部品を光ファイバに置き換えることにより、より柔軟で、配備が容易な機器が提供される。多くの用途に関して、レーザ送達及びビーム成形のための光ファイバシステムは、従来のシステムで可能なものよりも小さな損失及び良好な安定性という利点を提供する。
【００２６】
本明細書に記載の光ファイバ、及び上記光ファイバを利用した光学系の追加の特徴及び利点を、以下の「発明を実施するための形態」に記載するが、その一部は、「発明を実施するための形態」から、又は以下の「発明を実施するための形態」、特許請求の範囲及び添付の図面を含む本出願に記載の実施形態を実践することによって、当業者には容易に明らかになるだろう。
【００２７】
上述の「発明の概要」及び以下の「発明を実施するための形態」の両方は、様々な実施形態を説明するものであり、請求対象の主題の性質及び特徴を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。添付の図面は、これらの様々な実施形態の更なる理解を提供するために含まれており、また本明細書に組み込まれて本明細書のいち部を構成する。これらの図面は、本明細書に記載の上記様々な実施形態を図示し、本記載と併せて、請求対象の主題の原理及び動作を説明する役割を果たす。 
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１Ａ】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による欠陥の輪郭線の形成の概略図
【図１Ｂ】透明被加工物、本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、透明被加工物の加工中の例示的なパルスレーザビーム焦線の概略図
【図２】本明細書に記載の１つ以上の実施形態による、透明被加工物内に輪郭線を形成するための所望の分割線を通過する非軸対称ビームスポットの概略図
【図３Ａ】非軸対称（非円対称）ベッセル又はガウシアン‐ベッセルビームを生成する光学アセンブリ１０の実施形態
【図３Ｂ】非軸対称（非円対称）ベッセル又はガウシアン‐ベッセルビームを生成する光学アセンブリ１０の実施形態
【図３Ｃ】非軸対称（非円対称）ベッセル又はガウシアン‐ベッセルビームを生成する光学アセンブリ１０の実施形態
【図３Ｄ】非軸対称（非円対称）ベッセル又はガウシアン‐ベッセルビームを生成する光学アセンブリ１０の実施形態
【図３Ｅ】非軸対称（非円対称）ベッセル又はガウシアン‐ベッセルビームを生成する光学アセンブリ１０の実施形態
【図３Ｆ】非軸対称（非円対称）ベッセル又はガウシアン‐ベッセルビームを生成する光学アセンブリ１０の実施形態
【図４Ａ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、光ファイバの概略側面図
【図４Ｂ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、別の光ファイバの概略側面図
【図４Ｃ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、別の光ファイバの概略側面図
【図４Ｄ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、別の光ファイバの概略側面図
【図５Ａ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図４Ａの光ファイバの第１のセグメントの半径方向断面の概略図
【図５Ｂ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図４Ｂの光ファイバの第１のセグメントの半径方向断面の概略図
【図６Ａ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図５Ａの光ファイバの第１のセグメントの相対屈折率プロファイルの、該光ファイバのガラス部分の半径Ｒの関数としてのグラフ
【図６Ｂ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図５Ｂの光ファイバの第１のセグメントの（Ａ‐Ａ断面における）相対屈折率プロファイルの、該光ファイバのガラス部分の半径Ｒの関数としてのグラフ
【図６Ｃ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図５Ｂの光ファイバの第１のセグメントの（Ｂ‐Ｂ断面における）相対屈折率プロファイルの、該光ファイバのガラス部分の半径Ｒの関数としてのグラフ
【図７Ａ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図４Ａの光ファイバの第２のセグメントの半径方向断面の概略図
【図７Ｂ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図４Ｂの光ファイバの第２のセグメントの半径方向断面の概略図
【図８Ａ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図７Ａの光ファイバの第２のセグメントの相対屈折率プロファイルの、該光ファイバのガラス部分の半径ｒの関数としてのグラフ
【図８Ｂ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図７Ｂの光ファイバの第２のセグメントの（Ａ‐Ａ断面における）相対屈折率プロファイルの、該光ファイバのガラス部分の半径ｒの関数としてのグラフ
【図８Ｃ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図７Ｂの光ファイバの第２のセグメントの（Ｂ‐Ｂ断面における）相対屈折率プロファイルの、該光ファイバのガラス部分の半径ｒの関数としてのグラフ
【図９Ａ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図４Ａの光ファイバの第１のセグメントの半径方向断面の概略図
【図９Ｂ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図４Ｂの光ファイバの第１のセグメントの半径方向断面の概略図
【図１０Ａ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図９Ａの光ファイバの第１のセグメントの相対屈折率プロファイルの、該光ファイバのガラス部分の半径Ｒの関数としてのグラフ
【図１０Ｂ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図９Ｂの光ファイバの第１のセグメントの（Ａ‐Ａ断面における）相対屈折率プロファイルの、該光ファイバのガラス部分の半径Ｒの関数としてのグラフ
【図１０Ｃ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図９Ｂの光ファイバの第１のセグメントの（Ｂ‐Ｂ断面における）相対屈折率プロファイルの、該光ファイバのガラス部分の半径Ｒの関数としてのグラフ
【図１１Ａ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図４Ａの光ファイバの第２のセグメントの半径方向断面の概略図
【図１１Ｂ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図４Ａの光ファイバの第２のセグメントの半径方向断面の概略図
【図１２Ａ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図１１Ａの光ファイバの第２のセグメントの相対屈折率プロファイルの、該光ファイバのガラス部分の半径ｒの関数としてのグラフ
【図１２Ｂ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図１１Ｂの光ファイバの第２のセグメントの（Ａ‐Ａ断面における）相対屈折率プロファイルの、該光ファイバのガラス部分の半径ｒの関数としてのグラフ
【図１２Ｃ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図１１Ｂの光ファイバの第２のセグメントの（Ｂ‐Ｂ断面における）相対屈折率プロファイルの、該光ファイバのガラス部分の半径ｒの関数としてのグラフ
【図１３Ａ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図４Ｃの光ファイバの第１のセグメントの半径方向断面の概略図
【図１３Ｂ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図４Ｄの光ファイバの第１のセグメントの半径方向断面の概略図
【図１４Ａ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図１３Ａの光ファイバの第１のセグメントの相対屈折率プロファイルの、該光ファイバのガラス部分の半径Ｒの関数としてのグラフ
【図１４Ｂ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図１３Ｂの光ファイバの第１のセグメントの（Ａ‐Ａ断面における）相対屈折率プロファイルの、該光ファイバのガラス部分の半径Ｒの関数としてのグラフ
【図１４Ｃ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図１３Ｂの光ファイバの第１のセグメントの（Ｂ‐Ｂ断面における）相対屈折率プロファイルの、該光ファイバのガラス部分の半径Ｒの関数としてのグラフ
【図１５Ａ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図４Ｃの光ファイバの第２のセグメントの半径方向断面の概略図
【図１５Ｂ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図４Ｄの光ファイバの第２のセグメントの半径方向断面の概略図
【図１６Ａ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図１３Ａの光ファイバの第２のセグメントの相対屈折率プロファイルの、該光ファイバのガラス部分の半径ｒの関数としてのグラフ
【図１６Ｂ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図１５Ｂの光ファイバの第２のセグメントの（Ａ‐Ａ断面における）相対屈折率プロファイルの、該光ファイバのガラス部分の半径ｒの関数としてのグラフ
【図１６Ｃ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、図１５Ｂの光ファイバの第２のセグメントの（Ｂ‐Ｂ断面における）相対屈折率プロファイルの、該光ファイバのガラス部分の半径ｒの関数としてのグラフ
【図１７Ａ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、光ファイバを用いて「無回折（ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ‐ｆｒｅｅ）」ビームを生成するための光学系の概略図
【図１７Ｂ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、光ファイバを用いて「無回折」ビームを生成するための光学系の概略図
【図１７Ｃ】図１７Ａ及び１７Ｂの光学系によって提供される非軸対称ビームの一実施形態
【図１８Ａ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、光ファイバを用いて「無回折」ビームを生成するための別の光学系の概略図
【図１８Ｂ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、光ファイバを用いて「無回折」ビームを生成するための光学系の概略図
【図１９Ａ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、光ファイバを用いて「ハイブリッド（ｈｙｂｒｉｄ）」ガウシアン‐ベッセルレーザビームを生成するための光学系の概略図
【図１９Ｂ】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、光ファイバを用いて「ハイブリッド」ガウシアン‐ベッセルレーザビームを生成するための光学系の別の実施形態の概略図
【図２０】本明細書で図示及び説明されている１つ以上の実施形態による、光ファイバを用いて「ハイブリッド」ガウシアン‐ベッセルレーザビームを生成するための光学系の別の実施形態の概略図
【図２１Ａ】光ファイバ、又は本明細書に記載の光ファイバと共に使用するためのエンドキャップの実施形態の概略断面図
【図２１Ｂ】光ファイバ、又は本明細書に記載の光ファイバと共に使用するためのエンドキャップの実施形態の概略断面図
【図２１Ｃ】光ファイバ、又は本明細書に記載の光ファイバと共に使用するためのエンドキャップの実施形態の概略断面図
【図２１Ｄ】光ファイバ、又は本明細書に記載の光ファイバと共に使用するためのエンドキャップの実施形態の概略断面図
【図２１Ｅ】光ファイバ、又は本明細書に記載の光ファイバと共に使用するためのエンドキャップの実施形態の概略断面図
【図２１Ｆ】光ファイバ、又は本明細書に記載の光ファイバと共に使用するためのエンドキャップの実施形態の概略断面図
【図２１Ｇ】光ファイバ、又は本明細書に記載の光ファイバと共に使用するためのエンドキャップの実施形態の概略断面図
【図２２Ａ】本明細書に記載のファイバの実施形態のうちのいくつかを作製するためのある例示的な方法の概略図
【図２２Ｂ】本明細書に記載のファイバの実施形態のうちのいくつかを作製するためのある例示的な方法の概略図
【図２２Ｃ】本明細書に記載のファイバの実施形態のうちのいくつかを作製するためのある例示的な方法の概略図
【図２３Ａ】本明細書に記載のファイバの実施形態のうちのいくつかを作製するための別の例示的な方法の概略図
【図２３Ｂ】本明細書に記載のファイバの実施形態のうちのいくつかを作製するための別の例示的な方法の概略図
【図２３Ｃ】本明細書に記載のファイバの実施形態のうちのいくつかを作製するための更に別の例示的な方法の概略図
【図２３Ｄ】本明細書に記載のファイバの実施形態のうちのいくつかを作製するための更に別の例示的な方法の概略図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本明細書中で使用される場合、用語「レーザビーム（ｌａｓｅｒ  ｂｅａｍ）」は、ガウシアン強度プロファイル（ガウシアンプロファイル）を有し、またその横磁場及び電場振幅プロファイルがガウス関数によって与えられる、単色電磁放射のビームを指す。ガウシアンレーザビームは、軸対称又は非軸対称であってよく、即ちガウシアンレーザビームは、軸対称ビーム断面、又は長軸及び短軸を有する非軸対称ビームスポットを形成する非軸対称ビーム断面を有してよい。本明細書中で使用される用語「ベッセルレーザビーム（Ｂｅｓｓｅｌ  ｌａｓｅｒ  ｂｅａｍ）」は、第１種のベッセル関数で記述される振幅（プロファイル）を有する単色電磁放射のビームを指す。ベッセルレーザビーム又はガウシアン‐ベッセルビームは、軸対称又は非軸対称であってよく、即ちベッセルレーザ又はガウシアン‐ベッセルビームは、軸対称ビーム断面、又は長軸及び短軸を有する非軸対称ビームスポットを形成する非軸対称ビーム断面を有してよい。本明細書中で使用される場合、用語「ハイブリッドガウシアン‐ベッセルレーザビーム」（又は「ハイブリッド」ガウシアン‐ベッセルレーザビーム）は、ガウシアンプロファイル及びベッセルプロファイルの組み合わせを有する電磁放射のビームを指す。
【００３０】
本明細書中で使用される場合、用語「無回折」ビームは、非回折ビーム及び例えばベッセルビーム等の準非回折ビームを指す。
【００３１】
用語「マイクロメートル（ｍｉｃｒｏｍｅｔｅｒ、ｍｉｃｒｏｎ）」及び「μｍ」は、本明細書中では相互交換可能なものとして使用される。
【００３２】
本明細書中で使用される場合、用語「透明被加工物（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ）」は、透明なガラス、ガラスセラミック、サファイア又は他の材料から形成された被加工物を意味し、本明細書中で使用される場合、用語「透明（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ）」は、材料が、指定されたパルスレーザ波長に関して材料深さ１ｍｍあたり約２０％未満の光吸収率、例えば材料深さ１ｍｍあたり約１０％未満の光吸収率、又は例えば指定されたパルスレーザ波長に関して材料深さ１ｍｍあたり約１％未満の光吸収率を有することを意味する。１つ以上の実施形態によると、透明被加工物の厚さは約５０マイクロメートル〜約１０ｍｍ（例えば約１００マイクロメートル〜約５ｍｍ、又は約０．５ｍｍ〜約３ｍｍ）であってよい。
【００３３】
以下の用語法を、本明細書に記載の光ファイバと共に使用する。
【００３４】
本明細書中で使用される場合、用語「屈折率プロファイル（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ｐｒｏｆｉｌｅ）」又は「相対屈折率プロファイル（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ｐｒｏｆｉｌｅ）」は、ファイバの屈折率又は相対屈折率と半径Ｒ（又はｒ）との間の関係である。
【００３５】
本明細書中で使用される場合、用語「相対屈折率」は：
【００３６】
【数３】
2021501058.tif 000005
【００３７】
として定義され、ここでｎ（ｒ）は、特段の記載がない限り、光ファイバの半径ｒ（又はＲ）における屈折率であり、ｒ＝０はファイバの軸中心線に対応する。特段の記載がない限り、相対屈折率は１５５０ｎｍにおいて定義される。本明細書に記載の実施形態では、基準屈折率ｎＲＥＦは外側クラッドの屈折率である。本明細書中で使用される場合、相対屈折率はΔで表され、その値は、特段の記載がない限り、「％」を単位として与えられる。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎＲＥＦ未満である場合、相対屈折率パーセントは負であり、低減領域（ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ  ｒｅｇｉｏｎ）、被低減屈折率（ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ‐ｉｎｄｅｘ）、又は低屈折率を有すると呼ばれる。ある領域の屈折率が基準屈折率ｎＲＥＦより大きい場合、相対屈折率パーセントは正であり、この領域は、屈折率が増大している（ｂｅ  ｒａｉｓｅｄ）、又は正の屈折率を有すると呼ぶことができる。
【００３８】
特段の記載がない限り、文字「Ｒ」、「Ｔ」、及び「Ｖ」はそれぞれ、光ファイバの第１のセグメントに関する半径、半径方向厚さ、及び（以下に記載される）体積を指して使用され、文字「ｒ」、「ｔ」、及び「ｖ」はそれぞれ、光ファイバの第２のセグメントに関する半径、半径方向厚さ、及び（以下に記載される）体積を指して使用される。下付き文字「ＣＨ」は、光ファイバの第１のセグメントの「チャネル（ｃｈａｎｎｅｌ）を指す。下付き文字「ＡＣ」及び「ａｃ」はそれぞれ、光ファイバの第１のセグメント及び第２のセグメントの「環状コア領域（ａｎｎｕｌａｒ  ｃｏｒｅ  ｒｅｇｉｏｎ）」を指す。下付き文字「Ｃ」及び「ｃ」はそれぞれ、光ファイバの第１のセグメント及び第２のセグメントの「コア部分（ｃｏｒｅ  ｐｏｒｔｉｏｎ）」を指す。下付き文字「ＣＬ」及び「ｃｌ」はそれぞれ、光ファイバの第１のセグメント及び第２のセグメントの「クラッド部分（ｃｌａｄｄｉｎｇ  ｐｏｔｉｏｎ）」を指す。下付き文字「ＯＣＬ」及び「ｏｃｌ」はそれぞれ、光ファイバの第１のセグメント及び第２のセグメントの「外側クラッド部分（ｏｕｔｅｒ  ｃｌａｄｄｉｎｇ  ｐｏｒｔｉｏｎ）」を指す。下付き文字「ＩＣＬ」及び「ｉｃｌ」はそれぞれ、光ファイバの第１のセグメント及び第２のセグメントの「内側クラッド部分（ｉｎｎｅｒ  ｃｌａｄｄｉｎｇ  ｐｏｒｔｉｏｎ）」を指す。下付き文字「ＬＩＴ」及び「ｌｉｔ」はそれぞれ、光ファイバの第１のセグメント及び第２のセグメントの「低屈折率トレンチ（ｌｏｗ‐ｉｎｄｅｘ  ｔｒｅｎｃｈ）」を指す。下付き文字「ＬＩＣ」及び「ｌｉｃ」はそれぞれ、光ファイバの第１のセグメント及び第２のセグメントの「低屈折率コア領域（ｌｏｗ‐ｉｎｄｅｘ  ｃｏｒｅ  ｒｅｇｉｏｎ）」を指す。下付き文字「ＣＣ」及び「ｃｃ」はそれぞれ、光ファイバの第１のセグメント及び第２のセグメントの「中央コア領域（ｃｅｎｔｒａｌ  ｃｏｒｅ  ｒｅｇｉｏｎ）」を指す。
【００３９】
本明細書中で使用される場合、用語「トレンチ（ｔｒｅｎｃｈ）」は、半径方向断面において、屈折率が相対的に高い領域によって取り囲まれた、光ファイバの領域を指す。
【００４０】
本明細書中で使用される場合、用語「アップドーパント（ｕｐ‐ｄｏｐａｎｔ）」は、純粋なドープされていないシリカガラス（ＳｉＯ２）に対して、ガラスの屈折率を上昇させるドーパントを指す。用語「ダウンドーパント（ｄｏｗｎ‐ｄｏｐａｎｔ）」は、純粋なドープされていないＳｉＯ２に対して、ガラスの屈折率を低下させる傾向を有するドーパントである。アップドーパントは、アップドーパントではない１つ以上の他のドーパント（例えばダウンドーパント）を伴う場合に負の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在し得る。同様に、アップドーパントではない１つ以上の他のドーパントは、正の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在し得る。ダウンドーパントは、ダウンドーパントではない１つ以上の他のドーパント（例えばアップドーパント）を伴う場合に正の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在し得る。同様に、ダウンドーパントではない１つ以上の他のドーパントは、負の相対屈折率を有する光ファイバの領域に存在し得る。
【００４１】
本明細書に記載の光ファイバは、従来のガウシアンレーザビームを、非回折ビーム又は弱回折ビームに、例えばベッセルレーザビーム又はガウシアン‐ベッセルビームに変換するために利用できる。より具体的には、ベッセルビーム又はガウシアン‐ベッセルビームは、非回折ビーム又は弱回折ビーム（本明細書中では準非回折ビームとも呼ばれる）、即ち以下で数学的に定義される小さなビーム発散を有するビームの１つの形態である。集束した非回折ビーム又は準非回折ビームは、レーザ焦線を形成する。レーザ焦線の形成については、以下でも更に詳細に説明する。本明細書に記載されているように、得られるレーザ焦線は、透明被加工物を加工するため（例えば損傷領域若しくは孔を作製するため、又はこのような被加工物を異なる若しくは別個の部品へと切断するため）に利用できる。
【００４２】
準非回折ビームの非対称性の測定は、より伝統的なガウシアンビームの非対称性の測定ほど簡単には実施できないことに留意されたい。例えば、準非回折ビームは典型的には、単調に減少するガウシアンビームに比べて、振動性の横方向プロファイルを有する。ガウシアンビームの直径は典型的には、強度の１／ｅ２の低下によって定義される。対照的に、準非回折ビームの強度は、径方向距離の関数として、１／ｅ２の強度閾値の上下に複数回変動する場合がある。従って、径方向に対称な準非回折ビームであっても、そのサイズを定義するのは困難となり得る。
【００４３】
更に、非対称ガウシアンビームは当該技術分野において公知であるものの、これらはほとんどの場合単一スポットとして議論され、ここではガウシアンビームは、例えばｙ方向よりｘ方向が大きな直径を有することができる。しかしながら、準非回折ビームに関して、ビームの断面は、単一の単調に減少するコア又はスポットを有しない場合がある。このような状況では、ビームの「長い（ｌｏｎｇ）」又は「短い（ｓｈｏｒｔ）」断面軸は容易には明らかでなく、これにより、非回折又は準非回折ビームの非対称性の測定方法の定義が更に困難となる。
【００４４】
理論によって制限されることを望むものではないが、上述の動機から、準非回折ビーム、及び準非回折の非対称性の測定方法の両方を定義するために以下の議論が行われる。この議論は、単調な強度プロファイルを有する単純な低次ガウシアンビームであるか、又は複数のスポットを投射する若しくは振動挙動を示す更に複雑な準非回折ビームであるかにかかわらず、全ての形態のレーザビームに広く適用可能である。ガウシアンビームの場合、結果は、スポットサイズ及びレイリー範囲の定義に関するガウシアンビームの文献から知られている比較的簡単な形式に縮減される。
【００４５】
レーザビーム発散は、ビーム伝播方向（即ちＺ方向）におけるビーム断面の拡大率を指す。本明細書中で使用される場合、句「ビーム断面（ｂｅａｍ  ｃｒｏｓｓ  ｓｅｃｔｉｏｎ）」は、レーザビームの伝播に対して垂直な平面に沿った、例えばＸ‐Ｙ平面に沿った、レーザビームの断面を指す。本明細書で議論されるビーム断面の一例は、Ｘ‐Ｙ平面内にある表面上に、（以下で説明される）上記光ファイバと少なくとも１つの集束要素又は集束面とによって形成された、集束レーザビームのビームスポット（例えば非軸対称ビームスポット）（レーザビーム焦線のＸ‐Ｙ断面に対応するビームスポット）である。断面平面内でのレーザビームの強度分布は、断面強度分布と呼ばれる場合がある。
【００４６】
回折は、レーザビームの発散につながる１つの因子である。他の因子としては、それを通ってレーザビームが伝播する光学系によって引き起こされる集束若しくはデフォーカス、又は界面における屈折及び散乱が挙げられる。本明細書に記載の光ファイバ１００’、２００’、３００’、１００、２００、３００によって提供されて、集束によってレーザ焦線１３を形成する、レーザビーム１２は、発散が小さく回折が弱い、小さな非軸対称ビームスポット１４（小さな非軸対称Ｘ‐Ｙビーム断面）を有することができる（例えば図１Ａ、１Ｂ、及び２を参照）。レーザビーム１２の発散はレイリー範囲ＺＲによって特性決定され、これは、レーザビーム１２の強度分布の分散σ２及びビーム伝播係数Ｍ２に関連する。以下の議論では、式は直交座標系を用いて提示される。他の座標系に関する対応する式は、当業者に公知の数学的技法を用いて得ることができる。ビーム発散に関する更なる情報は、Ａ．Ｅ．  Ｓｉｅｇｍａｎ「Ｎｅｗ  Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ  ｉｎ  Ｌａｓｅｒ  Ｒｅｓｏｎａｔｏｒｓ」（ＳＰＩＥ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ｖｏｌ．  １２２４，  ｐ．  ２  （１９９０））、並びにＲ．  Ｂｏｒｇｈｉ及びＭ．  Ｓａｎｔａｒｓｉｅｒｏ「Ｍ２  ｆａｃｔｏｒ  ｏｆ  Ｂｅｓｓｅｌ‐Ｇａｕｓｓ  ｂｅａｍｓ」  （Ｏｐｔｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，  Ｖｏｌ．  ２２（５），  ２６２  （１９９７））に見出すことができ、これらの開示はその全体が参照により本出願に援用される。更なる情報は、国際規格ＩＳＯ  １１１４６‐１：２００５（Ｅ）「Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  ｌａｓｅｒ‐ｒｅｌａｔｅｄ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ‐  Ｔｅｓｔ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｌａｓｅｒ  ｂｅａｍ  ｗｉｄｔｈｓ，  ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ  ａｎｇｌｅｓ  ａｎｄ  ｂｅａｍ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏｓ  ‐  Ｐａｒｔ  １：  Ｓｔｉｇｍａｔｉｃ  ａｎｄ  ｓｉｍｐｌｅ  ａｓｔｉｇｍａｔｉｃ  ｂｅａｍｓ」、ＩＳＯ  １１１４６‐２：２００５（Ｅ）「Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  ｌａｓｅｒ‐ｒｅｌａｔｅｄ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ‐  Ｔｅｓｔ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｌａｓｅｒ  ｂｅａｍ  ｗｉｄｔｈｓ，  ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ  ａｎｇｌｅｓ  ａｎｄ  ｂｅａｍ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏｓ  ‐  Ｐａｒｔ  ２：  Ｇｅｎｅｒａｌ  ａｓｔｉｇｍａｔｉｃ  ｂｅａｍｓ」、及びＩＳＯ  １１１４６‐３：２００４（Ｅ）「Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  ｌａｓｅｒ‐ｒｅｌａｔｅｄ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ‐  Ｔｅｓｔ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  ｌａｓｅｒ  ｂｅａｍ  ｗｉｄｔｈｓ，  ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ  ａｎｇｌｅｓ  ａｎｄ  ｂｅａｍ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｒａｔｉｏｓ  ‐  Ｐａｒｔ  ３：  Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ａｎｄ  ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ  ｌａｓｅｒ  ｂｅａｍ  ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ｄｅｔａｉｌｓ  ｏｆ  ｔｅｓｔ  ｍｅｔｈｏｄｓ」にも見出すことができ、これらの開示はその全体が参照により本出願に援用される。
【００４７】
時間平均強度プロファイルＩ（ｘ，ｙ，ｚ）を有するレーザビーム１２の強度プロファイルの重心の空間座標は、以下の式で与えられる：
【００４８】
【数４】
2021501058.tif 000006
【００４９】
【数５】
2021501058.tif 000007
【００５０】
これらはウィグナー分布の最初の瞬間としても知られており、ＩＳＯ  １１１４６‐２：２００５（Ｅ）の第３．５節に記載されている。その測定については、ＩＳＯ  １１１４６‐２：２００５（Ｅ）の第７節に記載されている。
【００５１】
分散は、ビーム伝播方向における位置ｚの関数としての、レーザビーム１２の強度分布の断面（Ｘ‐Ｙ）平面における幅の測定値である。
【００５２】
任意のレーザビームに関して、Ｘ方向の分散はＹ方向の分散とは異なり得る。σｘ２（ｚ）及びσｙ２（ｚ）をそれぞれＸ方向及びＹ方向の分散とする。特に関心の対象となるのは、近接場及び遠距離場の極限における分散である。σ０ｘ２（ｚ）及びσ０ｙ２（ｚ）をそれぞれ、近接場の極限におけるＸ方向及びＹ方向の分散とし、σ∞ｘ２（ｚ）及びσ∞ｙ２（ｚ）をそれぞれ、遠距離場の極限におけるＸ方向及びＹ方向の分散とする。時間平均強度プロファイルＩ（ｘ，ｙ，ｚ）を有するレーザビームに関して、フーリエ変換
【００５３】
【数６】
2021501058.tif 000008
【００５４】
（ここでνｘ及びνｙはそれぞれＸ方向及びＹ方向の空間周波数である）を用いると、
ｘ方向及びｙ方向の近接場及び遠距離場分散は、以下の式によって与えられる：
【００５５】
【数７】
2021501058.tif 000009
【００５６】
【数８】
2021501058.tif 000010
【００５７】
【数９】
2021501058.tif 000011
【００５８】
【数１０】
2021501058.tif 000012
【００５９】
分散量σ０ｘ２（ｚ）、σ０ｙ２（ｚ）、σ∞ｘ２（ｚ）及びσ∞ｙ２（ｚ）は、ウィグナー分布の対角要素としても知られている（ＩＳＯ  １１１４６‐２：２００５（Ｅ）を参照）。これらの分散は、ＩＳＯ  １１１４６‐２：２００５（Ｅ）の第７節に記載の測定技法を用いて、実験用レーザビームに関して定量化できる。簡潔に述べると、この測定は、線形不飽和ピクセル化検出器を用いて、分散及び重心座標を定義する積分方程式の無限積分領域を近似する有限空間領域にわたって、Ｉ（ｘ，ｙ）を測定する。測定領域の適切な範囲、バックグラウンドの減算、及び検出器のピクセル分解能は、ＩＳＯ  １１１４６‐２：２００５（Ｅ）の第７節に記載されている反復測定手順の収束によって決定される。等式１〜６によって与えられる以上の式の数値は、ピクセル化検出器によって測定される一連の複数の強度値から数値的に計算される。
【００６０】
任意の光ビームに関する横方向振幅プロファイル
【００６１】
【数１１】
2021501058.tif 000013
【００６２】
（ここで
【００６３】
【数１２】
2021501058.tif 000014
【００６４】
と、任意の光ビームに関する空間周波数分布
【００６５】
【数１３】
2021501058.tif 000015
【００６６】
（ここで
【００６７】
【数１４】
2021501058.tif 000016
【００６８】
との間のフーリエ変換関係により、以下を示すことができる：
【００６９】
【数１５】
2021501058.tif 000017
【００７０】
【数１６】
2021501058.tif 000018
【００７１】
等式（７）及び（８）において、σ０ｘ２（ｚ０ｘ）及びσ０ｙ２（ｚ０ｙ）はσ０ｘ２（ｚ）及びσ０ｙ２（ｚ）の最小値であり、これらはそれぞれｘ方向及びｙ方向におけるウエスト位置ｚ０ｘ及びｚ０ｙにおいて発生し、またλはビームの波長である。等式（７）及び（８）は、σｘ２（ｚ）及びσｙ２（ｚ）が、ビームのウエスト位置に関連付けられた最小値から各方向に、ｚの２次式として増加することを示している。ビーム伝播軸Ｚに関して回転対称であるガウシアンビームでは、σ０ｘ２（ｚ）＝σ０ｙ２（ｚ）であり、またウエスト位置ｚ０ｘ＝ｚ０ｙである。
【００７２】
等式（７）及び（８）は、ビーム伝播係数Ｍ２に関して書き換えることができ、ここでｘ方向及びｙ方向に関して別個のビーム伝播係数Ｍ２ｘ及びＭ２ｙが以下のように定義される：
Ｍ２ｘ＝４πσ０ｘσ∞ｘ      （９）
Ｍ２ｙ＝４πσ０ｙσ∞ｙ      （１０）
式（９）及び（１０）の再編成及び式（７）及び（８）への代入により：
【００７３】
【数１７】
2021501058.tif 000019
【００７４】
【数１８】
2021501058.tif 000020
【００７５】
が得られ、これらは：
【００７６】
【数１９】
2021501058.tif 000021
【００７７】
【数２０】
2021501058.tif 000022
【００７８】
として書き換えることができ、ここでｘ方向及びｙ方向それぞれのレイリー範囲ＺＲｘ及びＺＲｙは、以下によって与えられる：
【００７９】
【数２１】
2021501058.tif 000023
【００８０】
【数２２】
2021501058.tif 000024
【００８１】
レーザビームがビーム伝播軸に関して回転対称である場合、これらのレイリー範囲は等しく、即ちＺＲｘ＝ＺＲｙである。レーザビームがビーム伝播軸に関して回転対称でない場合、これらのレイリー範囲ＺＲｘ及びＺＲｙは等しくなく、即ちＺＲｘ≠ＺＲｙである。
【００８２】
上記レイリー範囲は、レーザビームの分散が（ビームのウエストの位置における分散に対して）２倍になる、（ＩＳＯ  １１１４６‐１：２００５（Ｅ）の第３．１２節で定義されるようなビームのウエストの位置に対する）距離に対応し、レーザビームの断面積の発散の尺度となる。レイリー範囲はまた、光強度がビームのウエスト位置（最大強度位置）において観察される値の１／２まで減少する、ビーム軸に沿った距離としても観察できる。大きなレイリー範囲を有するレーザビームは発散が少なく、伝播方向における距離と共に、レイリー範囲が小さいレーザビームよりもゆっくりと拡散される。
【００８３】
上述の式は、レーザビームを説明する強度プロファイルＩ（ｘ，ｙ，ｚ）を用いることにより、（ガウシアンビームだけではない）いずれのレーザビームに適用できる。ガウシアンビームのＴＥＭ００モードでは、強度プロファイルは：
【００８４】
【数２３】
2021501058.tif 000025
【００８５】
によって与えられ、ここでｗ０は、（ビーム強度がビームのウエスト位置ｚ０における該ビームのピークビーム強度の１／ｅ２まで低下する半径として定義される）半径である。等式（１７）及び上述の式から、ＴＥＭ００ガウシアンビームに関して以下の結果が得られる：
【００８６】
【数２４】
2021501058.tif 000026
【００８７】
【数２５】
2021501058.tif 000027
【００８８】
【数２６】
2021501058.tif 000028
【００８９】
【数２７】
2021501058.tif 000029
【００９０】
【数２８】
2021501058.tif 000030
【００９１】
【数２９】
2021501058.tif 000031
【００９２】
【数３０】
2021501058.tif 000032
【００９３】
上述のように、レーザビームがビーム伝播軸に関して回転対称である場合、これらのレイリー範囲は、ＺＲ＝ＺＲｘ＝ＺＲｙである。また、典型的な回転対称ガウシアンビームに関して、Ｍ２＝Ｍ２ｘ＝Ｍ２ｙ＝１であることに更に留意されたい。
【００９４】
ビーム断面は、形状及び寸法によって特性決定される。上述のように、非軸対称ビームスポット１４であるビームスポットを生成することが望ましい場合が多い。例示的な非軸対称断面としては、楕円形断面が挙げられる。ビーム断面の寸法は、ビームのスポットサイズによって特性決定される。例えば、ガウシアンビームに関して、スポットサイズは多くの場合、等式（１７）でｗ０として表されるように、ビームの強度がその最大値の１／ｅ２まで低下する径方向範囲として定義される。ガウシアンビームの最大強度は、強度分布の中央（ｘ＝０及びｙ＝０（直交座標系）又はｒ＝０（円柱座標系））において発生し、スポットサイズの決定に使用される径方向範囲は、この中央に対して測定される。
【００９５】
軸対称の（即ちビーム伝播軸Ｚに関して回転対称の）断面を有するビームは、ＩＳＯ  １１１４６‐１：２００５（Ｅ）の第３．１２節に明記されているように、ビームのウエスト位置において測定される単一の寸法又はスポットサイズによって特性決定できる。ガウシアンビームに関して、等式（１７）は、スポットサイズがｗ０に等しいことを示しており、これは等式（１８）から、２σ０ｘ又は２σ０ｙに対応する。軸対称（円対称）ガウシアンビームに関して、σ０ｘ＝σ０ｙである。
スポットサイズは、軸対称ビームと違ってσ０ｘ≠σ０ｙである非軸対称ビーム断面に関しても同様に定義できる。従って、非軸対称ビームの断面寸法を、それぞれｘ方向及びｙ方向のｗ０ｘ及びｗ０ｙという２つのスポットサイズパラメータを用いて特性決定することが必要となり、ここで：
ｗ０ｘ＝２σ０ｘ      （２５）
ｗ０ｙ＝２σ０ｙ      （２６）
である。
【００９６】
非軸対称ビームに関して、軸対称性（即ち任意の回転角度での対称性）が欠如していることは、σ０ｘ及びσ０ｙの計算結果がｘ軸及びｙ軸の配向の選択に左右されることを意味する。いくつかの実施形態では、ｘ軸は非軸対称ビームスポット１４の長軸１６であってよく、ｙ軸は短軸１５であってよい。他の実施形態では、ｘ軸は短軸１５であってよく、ｙ軸は長軸１６であってよい。ＩＳＯ  １１１４６‐１：２００５（Ｅ）はこれらの基準軸を力密度分布の主軸と呼んでおり（第３．３〜３．５節）、以下の議論において、ｘ及びｙ軸はこれらの主軸と整列されていると仮定する。更に、断面平面においてｘ軸及びｙ軸が回転する角度φ（例えばｘ軸及びｙ軸それぞれに関する基準位置に対する、ｘ軸及びｙ軸の角度）を用いて、非軸対称ビームに関するスポットサイズパラメータの最小値（ｗ０，ｍｉｎ）及び最大値（ｗ０，ｍａｘ）：
ｗ０，ｍｉｎ＝２σ０，ｍｉｎ      （２７）
ｗ０，ｍａｘ＝２σ０，ｍａｘ      （２８）
を定義してよく、ここで２σ０，ｍｉｎ＝２σ０ｘ（φｍｉｎ，ｘ）＝２σ０ｙ（φｍｉｎ，ｙ）、かつ２σ０，ｍａｘ＝２σ０ｘ（φｍａｘ，ｘ）＝２σ０ｙ（φｍａｘ，ｙ）である。ビーム断面の軸対称性の強さは、アスペクト比によって定量化でき、ここでアスペクト比は、ｗ０，ｍｉｎに対するｗ０，ｍａｘの比として定義される。非軸対称ビーム断面のアスペクト比は１．０であり、楕円形及び他の非軸対称ビーム断面のアスペクト比は、１．０超、例えば１．１超、１．２超、１．３超、１．４超、１．５超、１．６超、１．７超、１．８超、１．９超、２．０超等である。
【００９７】
本明細書に記載の光ファイバ１００、２００、３００、１００’、２００’、３００’によって（１つ以上の光ファイバのみによって、又は１つ以上の光ファイバと他の光学部品とによって）生成されるパルスレーザビーム１２のビーム断面のアスペクト比（例えば非軸対称ビームスポット１４のアスペクト比）：
【００９８】
【数３１】
2021501058.tif 000033
【００９９】
は、１．１超、１．３超、１．５超、２．０超、２．５超、３．０超、３．５超、４．０超、５．０超、７．５超、１０．０超、１．１〜２０．０、１．２〜１５．０、１．３〜１０．０、１．３〜７．５、１．３〜５．０、１．５〜７．５、１．５〜５．０、１．５〜３．０、１．７５〜５．０、２．０〜４．０等であってよい。レーザビームの小さな発散を達成するために、光ファイバ１００、２００、３００、１００’、２００’、３００’によって生成されるレーザビームの強度分布を制御又は最適化することによって、回折を低減することが望ましい。本明細書に記載の光ファイバ１００、２００、３００、１００’、２００’、３００’によって生成されるレーザビームは、非回折性又は弱回折性であり、また１つ以上の焦線１３’を形成するベッセルビーム、ガウシアン‐ベッセルビームを含み、小さなスポットサイズへと集束できる。このようなビームスポット１４のスポットサイズは、例えば数ミクロンの範囲内であり、また例えば、集束レーザビームの断面距離（即ちスポット幅）は、約０．５〜１０マイクロメートル、０．５〜５マイクロメートル、０．５〜３マイクロメートル、１〜５マイクロメートル、又は１〜１０マイクロメートルである。
【０１００】
上述のように、レーザビーム発散はレイリー範囲によって特性決定できる。小さな発散は、レイリー範囲の大きな値及びレーザビームの弱い回折に相関する。
【０１０１】
対称ビームに関して、レイリー範囲はＸ方向及びＹ方向において同一であり、ガウス強度分布を有するビームに関して等式（２２）又は等式（２３）によって表される。軸対称ビームに関して、レイリー範囲ＺＲｘ及びＺＲｙは等しい。非軸対称ビームに関して、レイリー範囲ＺＲｘ及びＺＲｙは等しくない。等式（１５）及び（１６）は、ＺＲｘ及びＺＲｙがそれぞれσ０ｘ及びσ０ｙに依存することを示しており、また上述のように、σ０ｘ及びσ０ｙの値は、Ｘ軸及びＹ軸の配向に左右される。従って、非軸対称ビームに関して、ＺＲｘ及びＺＲｙの値は変動することになり、これらはそれぞれ、上記主軸に対応する最小値及び最大値を有することになり、ＺＲｘの最小値はＺＲｘ，ｍｉｎとして表され、ＺＲｙの最小値はＺＲｙ，ｍｉｎとして表される。任意のビームプロファイルＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎに関して、軸対称ガウシアンビームのレイリー範囲を特性決定する式（等式（２２）又は等式（２３）は：
【０１０２】
【数３２】
2021501058.tif 000034
【０１０３】
及び
【０１０４】
【数３３】
2021501058.tif 000035
【０１０５】
によって与えられることを示すことができる。
【０１０６】
なお、軸対称ガウシアンビームに関しては、ＺＲ、ｍｉｎ＝ＺＲｘ、ｍｉｎ＝ＺＲｙ、ｍｉｎである。
【０１０７】
レーザビームの発散は、最小のレイリー範囲を有する方向において比較的短い距離にわたって発生するため、レーザの強度分布を好ましく制御することにより、ＺＲｘ及び／又はＺＲｙの最小値を可能な限り大きくすることができる。ＺＲｘの最小値ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙの最小値ＺＲｙ，ｍｉｎは、非軸対称ビームに関しては異なるため、本明細書に記載の例示的実施形態によると、ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方を用いて、ある強度分布を有するレーザビームを生成してよい。他の例示的実施形態では、レーザビームは、ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方を可能な限り大きくしてよい。
【０１０８】
異なる実施形態では、ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、５０μｍ以上、１００μｍ以上、２００μｍ以上、３００μｍ以上、５００μｍ以上、１ｍｍ以上、２ｍｍ以上、３ｍｍ以上、５ｍｍ以上、５０μｍ〜２０ｍｍ、５０μｍ〜１０ｍｍ、１００μｍ〜５ｍｍ、２００μｍ〜４ｍｍ、３００μｍ〜２ｍｍ等である。
【０１０９】
本明細書に記載の実施形態によると、非軸対称レーザビーム１２は、被加工物１６０（例えばガラス、ガラスセラミック、サファイア等）の上に非軸対称スポットを形成し、被加工物１６０内に損傷領域（欠陥１７２）を形成する（例えば図１Ａを参照）。本明細書で明記したＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方の値及び範囲は、等式（２７）で定義されたスポットサイズパラメータｗ０，ｍｉｎの調整によって、上記被加工物がそれに対して透明となるような様々な波長に関して達成できる。異なる実施形態では、スポットサイズパラメータｗ０，ｍｉｎは、０．２５μｍ以上、０．５０μｍ以上、０．７５μｍ以上、１．０μｍ以上、２．０μｍ以上、３．０μｍ以上、５．０μｍ以上、０．２５μｍ〜１０μｍ、０．２５μｍ〜５．０μｍ、０．２５μｍ〜２．５μｍ、０．５０μｍ〜１０μｍ、０．５０μｍ〜５．０μｍ、０．５０μｍ〜２．５μｍ、０．７５μｍ〜１０μｍ、０．７５μｍ〜５．０μｍ、０．７５μｍ〜２．５μｍ等である。
【０１１０】
損傷領域の形成に使用されるレーザビームのレイリー範囲は、同一波長を有するガウシアンビームのレイリー範囲より大きくなり得る。従って、共通の波長λにおける、（等式（２２）又は（２３）において明記されているような）ガウシアンビームのレイリー範囲ＺＲに対するＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方の比は、２以上、５以上、１０以上、２５以上、５０以上、１００以上、２５０以上、５００以上、１０００以上、２〜１５００、５〜１２５０、１０〜１０００、２５〜１０００、１００〜１０００等であってよい。
【０１１１】
非回折又は準非回折ビームは一般に、半径に対して非単調減少するもの等の、複雑な強度プロファイルを有する。ガウシアンビームと同様に、有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆは、非軸対称ビームに関して、最大強度の径方向位置（ｒ＝０）からの、強度が最大強度の１／ｅ２まで低下するいずれの方向における最短径方向距離として定義できる。有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆに基づくレイリー範囲に関する基準は、損傷領域の形成のための非回折又は準非回折ビームに関して：
【０１１２】
【数３４】
2021501058.tif 000036
【０１１３】
のように具体化でき、ここでＦＤは、少なくとも１０、少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも２５０、少なくとも５００、少なくとも１０００、１０〜２０００、５０〜１５００、１００〜１０００の値を有する無次元発散係数である。等式（３１）を等式（２２）又は（２３）と比較することにより、非回折又は準非回折ビームに関して、有効ビームサイズが２倍になる距離、即ち式（３１）中の「ＺＲｘ，ｍｉｎ、ＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方」が、仮に典型的なガウシアンビームを使用する場合に予想される距離のＦＤ倍となることを確認できる。
【０１１４】
無次元発散係数ＦＤは、レーザビームが準非回折性であるかどうかを決定するための基準を提供する。本明細書中で使用される場合、「レーザビーム（ｌａｓｅｒ  ｂｅａｍ）」は、該レーザビームが、ＦＤの値≧１０において式（３１）を満たす場合に、準非回折性とみなされる。ＦＤの値が増加するに従って、レーザビームは、非回折状態に更に完璧に近づく。いくつかの実施形態によると、ＦＤ≧１０、例えばＦＤ≧２０、ＦＤ≧５０、ＦＤ≧１００、ＦＤ≧２００、ＦＤ≧３００、ＦＤ≧４００、ＦＤ≧５００、又はＦＤ≧１０００である。例えばいくつかの実施形態では、１００００≧ＦＤ≧１０、又は１５００≧ＦＤ≧５０である。
【０１１５】
ガウス強度プロファイルを有するビームは、十分に小さいスポットサイズ（例えば約１〜５マイクロメートル又は約１〜１０マイクロメートルといった、数マイクロメートル範囲のスポットサイズ）に集束させた場合、強く回折して、短い伝播距離にわたって強く発散する。低発散を達成するために、レーザビームの強度分布を制御又は最適化することにより、回折を低減することが望ましい。レーザビームは、非回折性又は準非回折性、例えばベッセルビーム又はガウシアン‐ベッセルビームとすることができる。
【０１１６】
これより、光ファイバ及び上記光ファイバを備えるレーザ送達システムの実施形態について詳細に言及する。これらの実施形態の例は添付の図面に図示されている。
【０１１７】
１つ以上の実施形態によると、本開示は被加工物を加工するための方法を提供する。本明細書中で使用される場合、「レーザ加工（ｌａｓｅｒ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」は、被加工物内に輪郭線を形成するステップ、被加工物を分割するステップ、又はこれらの組み合わせを含んでよい。透明被加工物１６０は、ボロシリケートガラス、ソーダライムガラス、アルミノシリケートガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、アルカリ土類アルミノシリケートガラス、アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラス、溶融シリカ、又はサファイア、ケイ素、ガリウムヒ素若しくはこれらの組み合わせといった結晶質材料等の、ガラス組成物から形成された、ガラス被加工物を含んでよい。いくつかの実施形態では、ガラスをイオン交換してよく、これによりガラス組成物は、上記透明被加工物のレーザ加工前又は後に、機械的強化のためのイオン交換を受けることができる。例えば上記透明被加工物は、イオン交換済み及びイオン交換性ガラス、例えばＣｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（ニューヨーク州コーニング）から入手可能なＣｏｒｎｉｎｇ  Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス（例えばコード２３１８、コード２３１９及びコード２３２０）を含んでよい。更にこれらのイオン交換済みガラスは、約６ｐｐｍ／℃〜約１０ｐｐｍ／℃の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有してよい。いくつかの実施形態では、上記透明被加工物のガラス組成物は、約１．０モル％超のホウ素、及び／又は限定するものではないがＢ２Ｏ３を含むホウ素含有化合物を含んでよい。別の実施形態では、上記透明被加工物を形成するガラス組成物は、約１．０モル％以下の、ホウ素及び／又はホウ素含有化合物の酸化物を含む。更に上記透明被加工物は、レーザの波長に対して透明である他の成分、例えばサファイア又はセレン化亜鉛等の結晶を含んでよい。
【０１１８】
いくつかの透明被加工物を、ディスプレイ及び／又はＴＦＴ（薄膜トランジスタ）基板として利用してよい。ディスプレイ又はＴＦＴの用途に好適なこのようなガラス又はガラス組成物のいくつかの例は、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ（ニューヨーク州コーニング）から入手可能なＥＡＧＬＥ  ＸＧ（登録商標）、ＣＯＮＴＥＧＯ、及びＣＯＲＮＩＮＧ  ＬＯＴＵＳ（商標）である。アルカリ土類ボロアルミノシリケートガラス組成物は、ＴＦＴ用基板を含むがこれに限定されない、電子工学用途のための基板としての使用に好適となるように配合できる。ＴＦＴと組み合わせて使用されるガラス組成物は典型的には、ケイ素と同様のＣＴＥ（例えば５×１０−６／Ｋ未満、又は更には４×１０−６／Ｋ未満、例えばおよそ３×１０−６／Ｋ、又は約２．５×１０−６／Ｋ〜約３．５×１０−６／Ｋ）を有し、またガラス内に低レベルのアルカリを有する。ＴＦＴ用途において低レベルのアルカリ（例えば約０重量％〜２重量％、例えば１重量％未満、例えば０．５重量％未満といった微量）しか使用できないが、これは、いくつかの条件下において、アルカリドーパントがガラスから漏出してＴＦＴを汚染する又は「害する（ｐｏｉｓｏｎ）」、場合によってはＴＦＴを動作不能にするためである。実施形態によると、本明細書に記載のレーザ切断プロセスを用いて、無視できる程度のデブリ、最小の欠陥、及び縁部に対する小さな表面下損傷しか伴わずに、被加工物の完全性及び強度を保持して、透明被加工物を制御下で分割できる。
【０１１９】
本明細書中で使用される場合、句「輪郭線（ｃｏｎｔｏｕｒ  ｌｉｎｅ）」は、透明被加工物の表面上の所望の分割線に沿って形成される線（例えば直線、曲線等）を指し、透明被加工物は、適当な加工条件への曝露時に、上記分割線に沿って複数の部分に分割されることになる。上記輪郭線は一般に、様々な技法を用いて上記透明被加工物内に導入された１つ以上の欠陥からなる。本明細書中で使用される場合、「欠陥（ｄｅｆｅｃｔ）」は、上記透明被加工物内の、（バルク材料に対して）修正された材料の領域、空所、擦過傷、傷、孔、又は他の変形を含んでよく、これらにより、更なる加工によって、例えばレーザ加工、機械的応力又は他の分割プロセスによって、分割を実施できる。更に各欠陥は、中央欠陥領域と、上記透明被加工物の結像表面に沿って上記中央欠陥領域から外向きに延在する１つ以上の径方向アームとを備えてよい。本明細書中で使用される場合、上記透明被加工物の「結像表面（ｉｍａｇｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ）」は、上記パルスレーザビームが上記透明被加工物に初めて接触する、上記透明被加工物の表面である。以下で更に詳細に説明するように、１つ以上の径方向アームの径方向長さは、パルスレーザビームによって上記透明被加工物上に投射されるビームスポットの形状によって制御できる。一例として、一般に長軸及び短軸を備える非軸対称ビームスポットを備えるパルスレーザビームを、上記透明被加工物の結像平面に照射することにより、上記非軸対称ビームスポットの上記長軸及び上記短軸の交点に形成された中央欠陥領域と、上記非軸対称ビームスポットの上記長軸の方向に形成された１つ以上の径方向アームとを備える、欠陥を生成できる。
【０１２０】
ガラス基板等の透明被加工物は、まず上記被加工物の表面に輪郭線を形成し、その後、例えば赤外線レーザを用いて、上記被加工物の上記表面を上記輪郭線上において加熱することによって、熱応力等の応力を上記被加工物内に生成することによって、複数の部分に分割できる。上記応力は最終的には、上記輪郭線に沿った上記被加工物の自発的な分割をもたらす。更に、ビームの長軸が所望の分割線に沿って延在するように配向された、非軸対称ビームスポットを有するパルスレーザビームを用いて、各欠陥を形成すると、上記輪郭線に沿って上記透明被加工物内の欠陥に応力を印加することによって引き起こされた割れの伝播が、上記所望の分割線の方向に延在し得る。上記所望の分割線の方向に延在する径方向アームを有する欠陥を形成することにより、上記欠陥を、ランダムに延在する径方向アームを有する又は径方向アームを有しない欠陥よりも大きな間隔距離で離間させることができ、分割後の透明被加工物の縁部（分割前にはここに上記輪郭線が存在していた）に対して損傷が生じない。更に、上記所望の分割線の方向に延在する径方向アームを有する欠陥を形成することにより、上記被加工物に印加されるエネルギ、例えば熱エネルギをより少なくして、割れの伝播を生成でき、分割後の透明被加工物の縁部（分割前にはここに上記輪郭線が存在していた）の損傷が限定される。対照的に、欠陥が、ランダムに延在する径方向アームを含む又は径方向アームを含まない場合、割れは、分割後の縁部から、分割後の透明被加工物の縁部に対して概ね垂直な（即ち上記輪郭線によって示される、意図した分割線に対して概ね垂直な）方向に伝播し得、これにより、分割後の透明被加工物の縁部が弱くなる。
【０１２１】
ここで例として図１Ａ及び１Ｂを参照すると、本明細書に記載の方法による加工を受ける、ガラス被加工物又はガラスセラミック被加工物等の透明被加工物１６０が、概略図で示されている。図１Ａ及び１Ｂは、透明被加工物１６０内の輪郭線１７０の形成を示し、これは上記透明被加工物に対してパルスレーザビーム１２を並進移動方向１０１に並進移動させることによって形成できる。図１Ａ及び１Ｂは、（以下で説明されるように、光ファイバ１００、２００、３００とエンドキャップとによって、又は光ファイバ１００’、２００’、３００’によって供給される）ビーム方向／経路１１に沿ったパルスレーザビーム１２を示し、これは、このパルスレーザビーム１２を、レンズ（例えば以下で説明されるレンズ部品１３０Ｉ）によって、透明被加工物１６０内の焦線１３’を形成する集束パルスレーザビーム１３へと集束させることができるように配向される。更に、パルスレーザビーム焦線１３’は、以下で更に詳細に定義されるような、準非回折ビームの一部分である。図１Ａ及び１Ｂは、パルスレーザビーム１２が、透明被加工物１６０の結像表面１６２上に投射された非軸対称ビームスポット１４を形成する様子を示す。更に、パルスレーザビーム焦線１３’は、パルスレーザビーム１２の伝播軸に対して垂直な（例えばビーム経路１１に対して垂直な）パルスレーザビーム焦線１３’の断面において、非軸対称である。本明細書中で使用される場合、「軸対称（ａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）」は、中心軸の周囲に作製されたいずれの任意の回転角度に関して対称である、即ち同一に見える形状を指し、「非軸対称（ｎｏｎ‐ａｘｉｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）」は、中心軸の周囲に作製されたいずれの任意の回転角度に関して対称でない形状を指す。回転軸（例えば中心軸）はほとんどの場合、上記レーザビームの伝播軸として理解される。また本明細書中で使用される場合、「ビームスポット（ｂｅａｍ  ｓｐｏｔ）」は、あるレーザビーム（例えばパルスレーザビーム１２）の、ある被加工物（例えば透明被加工物１６０）と最初に接触する点における断面を指す。
【０１２２】
また図２を参照すると、輪郭線１７０は所望の分割線１６５に沿って延在し、意図した分割線を描き、上記意図した分割線の周辺において、透明被加工物１６０を２つ以上の部分に分割できる。輪郭線１７０は複数の欠陥１７２を含み、これらは、透明被加工物１６０の表面内へと延在して、透明被加工物１６０を輪郭線１７０に沿った複数の分割部分に分割するための割れの伝播のための経路を確立する。図１Ａ及び図２では、輪郭線１７０は略直線として図示されているが、曲線、パターン、規則的な幾何学的形状、不規則形状を含むがこれらに限定されない他の構成が考えられ、またこれら他の構成が可能であることを理解されたい。再び図１Ａ〜２を参照すると、欠陥１７２の形成に使用されるパルスレーザビーム１２は、強度分布Ｉ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を更に有し、ここで、これらの図面に図示されているように、Ｚはパルスレーザビーム１２の伝播の方向であり、Ｘ及びＹは上記伝播の方向に対して垂直な方向である。Ｘ方向及びＹ方向は断面方向と呼ばれる場合もあり、Ｘ‐Ｙ平面は断面平面と呼ばれる場合がある。断面平面におけるパルスレーザビーム１２の強度分布を、断面強度分布と呼ぶことができる。
【０１２３】
引き続き図２を参照すると、非軸対称ビームスポット１４は、非軸対称の断面強度分布を有する。例えば非軸対称ビームスポット１４は、非軸対称ビームスポット１４の短軸１５に沿った領域よりも、非軸対称ビームスポット１４の長軸１６に沿った領域において、パルスレーザビーム１２からの累積エネルギの強度が高く、従って分布が大きくなり得る。即ち非軸対称ビームスポット１４の長軸１６が所望の分割線１６５と整列している場合、パルスレーザビーム１２は、所望の分割線１６５に隣接する領域に対してよりも、所望の分割線１６５に沿って多くのエネルギを伝達でき、所望の分割線１６５に沿っていない方向に延在する径方向アーム１７６よりも、所望の分割線１６５に沿って延在する径方向アーム１７６が長い、欠陥１７２が形成される。本明細書中で使用される場合、「累積エネルギ（ｃｕｍｕｌａｔｅｄ  ｅｎｅｒｇｙ）」は、パルスレーザビーム１２を透明被加工物１６０に照射したときにパルスレーザビーム１２が透明被加工物１６０の特定の領域に伝達する全てのエネルギを指す。
【０１２４】
図２に示すように、この実施形態では、各欠陥１７２は、中央欠陥領域１７４と、ビーム伝播方向又は経路１１に対して略垂直な方向に（例えば図１Ａ、１Ｂ及び２に示されているＸ及び／又はＹ方向に）外向きに延在する１つ以上の径方向アーム１７６とを含む。動作時、例えば本明細書に記載の方法及びシステムを用いて輪郭線１７０の欠陥１７２が形成された後、欠陥１７２は更に、後続の分割ステップにおいて機能して、輪郭線１７０に沿った透明被加工物１６０の自発的な分割を誘発できる。この後続の分割ステップは、透明被加工物１６０のタイプ、厚さ及び構造に応じて、機械的な力、熱応力を誘発する力、又は透明被加工物内に存在する応力によって発生する自発的な破壊を使用するステップを含んでよい。例えば、透明被加工物１６０内に応力が存在する場合があり、この応力が、更なる加熱又は機械的分割ステップを要することなく、自発的な分割を引き起こす場合がある。
【０１２５】
図１Ａ、１Ｂ、及び２を参照すると、本明細書に記載の実施形態では、（透明被加工物１６０上に投射される非軸対称ビームスポット１４を有する）パルスレーザビーム１２を、透明被加工物１６０に向けることができる（例えば透明被加工物１６０の厚さの少なくとも一部分を貫通する高アスペクト比の線状焦点へと集光できる）。これは、非軸対称ビームスポット１４と相関する非軸対称断面を有するパルスレーザビーム焦線１３’を形成する。特に、非軸対称ビームスポット１４は、パルスレーザビーム焦線１３’の例示的な断面であり、パルスレーザビーム焦線１３’は、パルスレーザビーム焦線１３’が透明被加工物１６０の少なくとも一部分を貫通する際、非軸対称のままである。更にパルスレーザビーム１２を透明被加工物１６０に対して（例えば並進移動方向１０１に）並進移動させることによって、輪郭線１７０の複数の欠陥１７２を形成できる。パルスレーザビーム１２を透明被加工物１６０内へと向けることにより、透明被加工物１６０の複数の部分の破断を引き起こし、例えば所望の分割線１６５に沿った複数の離間した場所に、透明被加工物１６０内の化学結合を破壊するために十分なエネルギを投入して、欠陥１７２を形成する。１つ以上の実施形態によると、透明被加工物１６０の運動（例えば透明被加工物１６０に連結された並進移動ステージ１９０の運動）、上記パルスレーザビームの運動（例えばパルスレーザビーム焦線１３’の運動）、又は透明被加工物１６０及びパルスレーザビーム焦線１３’両方の運動によって、上記パルスレーザビームを、透明被加工物１６０を横断するように並進移動させることができる。パルスレーザビーム焦線１３’を透明被加工物１６０に対して並進移動させることにより、透明被加工物１６０内に複数の欠陥１７２を形成できる。
【０１２６】
図２に示すように、非軸対称ビームスポット１４は、長軸１６、短軸１５、非軸対称ビームスポット１４の中央に位置決めされ得る軸交点１８、及びビームスポット外周１９を備える。実施形態によると、長軸１６は、非軸対称ビームスポット１４内の中央から最長の距離を有する、非軸対称ビームスポット１４の軸として定義され、短軸１５は、非軸対称ビームスポット１４内の中央から最短の距離を有する、非軸対称ビームスポット１４の軸として定義される。図２では、非軸対称ビームスポット１４は楕円として図示されているが、例えば非楕円形状等のいずれの非軸対称形状が考えられることを理解されたい。更に、非軸対称ビームスポット１４は、複数のビームスポットの集合を含んでよい。更に、本明細書中では非軸対称ビームスポット１４について実質的に議論するが、透明被加工物１６０内のパルスレーザビーム焦線１３’の他の断面も非軸対称であり、非軸対称ビームスポット１４に関して上述したように短軸及び長軸を備えることを理解されたい。
【０１２７】
例として、上記長軸に沿った非軸対称ビームスポット１４の中央からの距離は、約０．２５μｍ〜約２０μｍ、例えば約１μｍ〜約１０μｍ、約２μｍ〜約８μｍ、又は約３μｍ〜約６μｍであってよい。更に、上記短軸に沿った非軸対称ビームスポット１４の中央からの距離は、約０．０１μｍ〜約１０μｍ、約０．１μｍ〜約１０μｍ、又は約０．７μｍ〜約３μｍであってよい。例えば、上記短軸に沿った非軸対称ビームスポット１４の中央からの距離は、上記長軸に沿った非軸対称ビームスポット１４の中央からの距離の約５％〜約９５％、例えば上記長軸に沿った非軸対称ビームスポット１４の中央からの距離の約１０％〜約５０％、約２０％〜約４５％、又は約３０％〜約４０％であってよい。ビームスポットサイズを決定するための方法は以下で開示される。
【０１２８】
図３Ａ〜３Ｆは、準非回折性であるパルスレーザビーム１２を生成するための光学アセンブリ１０の概略図を示す。より具体的には、図３Ａ〜３Ｆの実施形態は、非軸対称（非円対称）ガウシアン‐ベッセルビームを生成する。この光学アセンブリは、（本明細書中ではビーム源とも呼ばれる）光源１０Ａ、光ファイバ１００、２００、３００、１００’、２００’、３００’、及び１つ以上の光学部品を含む。これらの実施形態では、上記光学アセンブリは、透明被加工物１６０において非軸対称ビームスポット１４を生成する。
【０１２９】
例えば、図３Ａは、光ファイバ１００、２００、３００によって準非回折性であるパルスレーザビーム１２を生成するパルスレーザ加工のための、光学アセンブリ１０を示す。図３Ａの光学アセンブリ１０は、例えばレンズ５Ａを介して光ファイバ１００、２００、３００に光学的に結合されたビーム源１０Ａを備える。更に、透明被加工物１６０は、ビーム源１０Ａからの光ビームによる出力が光ファイバ１００、２００、３００及びエンドキャップ１０００を横断し（エンドキャップが、ファイバ１００、２００、３００を通って伝播するリング状ビームを、非軸対称レーザビームに（即ち円対称性を有しないレーザビームに）変換し）、透明被加工物１６０において小さな非軸対称ビーム断面１４を形成する焦線１３’を生成するように集束した後で、パルスレーザビーム１２が透明被加工物１６０を照射するように、位置決めしてよい。ファイバ１００、２００、３００は、少なくとも２つのファイバセグメント：ガウシアンビームの伝播をサポートするファイバセグメントＧ（本明細書中ではＧセグメントとも呼ばれる）と、エンドキャップ１０００による非軸対称ビームへの変換前に、非ガウシアンビームの、例えばリング状レーザビームの伝播をサポートする、別のセグメントＲ（Ｒセグメント）とを有する。
【０１３０】
図３Ｂは、光ファイバ１００’、２００’、３００’によって準非回折性であるパルスレーザビーム１２を生成するパルスレーザ加工のための、光学アセンブリ１０を示す。図３Ｂの光学アセンブリ１０は、例えばレンズ５Ａを介して光ファイバ１００、２００、３００に光学的に結合されたビーム源１０Ａを備える。更に、透明被加工物１６０は、ビーム源１０Ａからの光ビームによる出力が光ファイバ１００’、２００’、３００’を横断し、透明被加工物１６０において小さな非軸対称ビーム断面１４を形成する焦線１３’を生成するように集束した後で、パルスレーザビーム１２が透明被加工物１６０を照射するように、位置決めしてよい。ファイバ１００’、２００’、３００’は、少なくとも２つのファイバセグメント：ガウシアンビームの伝播をサポートするファイバセグメントＧ（Ｇセグメント）と、非軸対称非ガウシアンビームの、例えば非軸対称レーザビームの伝播をサポートする、別のセグメントＲ（Ｒセグメント）とを有する。
【０１３１】
光源１０Ａは、ファイバ１００、２００、３００、１００’、２００’、３００’のＧセグメントに結合され、ファイバ１００、２００、３００、１００’、２００’、３００’によって非ガウシアンビームに変換される。ファイバ１００、２００、３００のＲセグメント又はファイバ１００’、２００’、３００’のＲセグメントの端面に位置するエンドキャップ１０００を出た非ガウシアンレーザビーム（例えば「分割又は破壊されたリング（ｓｐｌｉｔ  ｏｒ  ｂｒｏｋｅｎ  ｒｉｎｇ）」状のビーム）は、１つ以上の光学部品１３０Ｉ（例えば図３Ａ〜３Ｄに示すレンズ１３０Ａ）を備える光学系によって集束させられて、集束非軸対称ベッセルビームを生成し、透明被加工物１６０上に非軸対称ビームスポット１４を形成する。あるいは図３Ｅに示すように、いくつかの実施形態によると、光学部品１３０Ｂが、エンドキャップ１０００の出力端部に直接形成されていてよく、又はエンドキャップ１０００の出力端部に取り付けられていてよい。図３Ｆに示すように、光学部品１３０Ｃが、光ファイバ１００’、２００’、３００’のＲセグメントの出力端部に直接形成されていてよく、又は光ファイバ１００’、２００’、３００’のＲセグメントの出力端部に取り付けられていてよい。
【０１３２】
上述のように、また図３Ａ及び３Ｂに示すように、いくつかの実施形態では、光源（ビーム源１０Ａ）からの光（レーザビーム）を、例えばレンズ５Ａである光学部品を介して、光ファイバ１００、２００、３００、１００’、２００’、３００’のＧセグメントのコアに結合できる。他の実施形態では、光源（ビーム源１０Ａ）を光ファイバ１００、２００、３００、１００’、２００’、３００’に突き合わせ結合（図示せず）することによって、光ファイバ１００、２００、３００、１００’、２００’、３００’のＧセグメントのコアに光を供給してよい。更に他の実施形態では、図３Ｃ〜３Ｆに示すように、光源１０Ａからの光を、別の（ブリッジ）ファイバ１０Ａ’に接続されたファイバ結合器６によって、光ファイバ１００、２００、３００、１００’、２００’、３００’のＧセグメントに結合してよい。本明細書に記載の実施形態のうちの少なくともいくつかによると、ビーム源１０Ａによって供給されたガウシアンビームは、光ファイバ１００、２００、３００、１００’、２００’、３００’のＧセグメントを通って伝播し、続いて該ビームの大半（例えばその強度の６０％超、７０％超、８０％超、８５％超、９０％超、その強度の９５％超、又は９８％超を有する部分）が、ファイバのＲセグメントによって非ガウシアンビームに変換される。本明細書に記載の実施形態のうちの少なくともいくつかによると、ビーム源１０Ａによって供給されたガウシアンビームは、光ファイバ１００、２００、３００、１００’、２００’、３００’のＧセグメントを通って伝播し、ファイバのＲセグメントによって非ガウシアンビームに変換される。
【０１３３】
いくつかの実施形態によると、例えば図３Ａ、３Ｃ、及び３Ｅに示すように、光ファイバ１００、２００、３００は、光ファイバのＧセグメントのファイバコアを通って伝播したガウシアンビームを、ファイバのＲセグメントを通って伝播する軸対称リング状ビームへと変換でき、ファイバエンドキャップ１０００は、このリング状ビームを非軸対称ビーム形状へと成形でき、これは、集束すると焦線１３’を生成することになり、この焦線１３’は、透明被加工物１６０に小さな非軸対称ビーム断面１４を生成する。ファイバエンドキャップ１０００については、本明細書中で後に説明する。他の例示的実施形態によると、以下で説明するように、光ファイバ１００’、２００’、３００’のＲセグメントの断面対称性を破壊することによって、光ファイバ１００’、２００’、３００’は、光ファイバのＧセグメントのファイバコアを通って伝播したガウシアンビームを、ファイバのＲセグメントを通って伝播する非軸対称リング状ビームへと直接変換できる。（図３Ｂ、３Ｄ、及び３Ｆに示す）このような例示的実施形態では、エンドキャップは不要となる。
【０１３４】
例えば、図４Ａ、４Ｂは、ガウシアンビーム形状（ガウシアンレーザビーム、ＧＬＢ）をサポートする一方のセグメント（Ｇセグメント、Ｇ）と、非ガウシアンビーム形状ＮＧＢＳ（図４Ａに示すようにエンドキャップを共に使用しなければならない軸対称ＲＳＢ、又は図４Ｂの実施形態に対応する非軸対称ＲＳＢ）をサポートする別のセグメント（Ｒセグメント、Ｒ）とを含む、ファイバ１００、２００、１００’、２００’の概略側面図を示す。非軸対称非ガウス形状ビームＮＧＢＳ（例えばファイバ１００’、２００’、３００’を通って伝播するレーザビーム）は、「破壊されたリング（ｂｒｏｋｅｎ  ｒｉｎｇ）」形状（本明細書中では分割リング形状又は部分リング形状ＰＲＳとも呼ばれる）を有してよく、即ち円対称の連続したリング形状を形成せず、この場合にはエンドキャップは不要となる。
【０１３５】
図４Ａの実施形態で示すように、ガウシアンビーム形状のレーザビームは、ファイバコアのＧセグメントに結合され、ファイバテーパ加工セクションＦＴにおいてリング状ビームへと変換された後、ファイバ１００、２００のＲセグメントにおいてリング状ビームＲＳＢとして伝播する。そして、ビーム強度プロファイルは、図４Ａに示されているエンドキャップ１０００と呼ばれるファイバの短い長さによって、再成形される。エンドキャップ１０００は円対称ジオメトリを有しない。エンドキャップ１０００は、リング状ビームを「部分（ｐａｒｔｉａｌ）」リング状（例えばリングの半分、リングの３／４、中にブロックされたセクションを有するリング、又は分離した２つの半リング）ビームへと変換することによって、リング状ビームの対称性を破壊し、従って、出射したレーザビームは、１つ以上の光学部品によって集束させられたときに、楕円形ベッセルビームを形成できる。エンドキャップの長さは、例えば数マイクロメートルから数十ミリメートルである。エンドキャップ１０００は、従来の溶融接合技法又は他の手段によって、光ファイバ１００、２００、３００のセグメントＲに取り付けることができる。光ファイバ１００、２００のＧセグメントへの光の結合は、例えばレンズ５Ａによって提供され、Ｒセグメントからのリング状ビームは、例えば図３Ａ、３Ｃ、及び３Ｄに示すように、レーザ加工のために１つ以上の光学部品によって透明被加工物１６０上に集束させられる。あるいは、ファイバレーザをビーム源１０Ａとして使用する場合、レーザは、図３Ｃに示すように、直接の突き合わせ結合によって、又は溶融接合によって、ファイバのＧセグメントに結合できる。エンドキャップ１０００の構造については、本明細書中の更に後で更に詳細に説明する。
【０１３６】
図４Ｂは、エンドキャップ１０００を利用しない代替実施形態を示す。より具体的には、図４Ｂは、ガウシアンビーム形状（ガウシアンレーザビーム、ＧＬＢ）をサポートする一方のセグメント（Ｇセグメント、Ｇ）と、非軸対称である非ガウシアンビーム形状をサポートする別のセグメント（Ｒセグメント、Ｒ）とを含む、ファイバ１００’、２００’の概略側面図を示す。図４Ｂの実施形態の光ファイバ１００’、２００’は図４Ａと同様であるが、以下で説明するように、非軸対称レーザビームＮＧＢＳ（例えば非ガウシアンレーザビーム、例えば「破壊されたリング」の形状又は「部分」リング形状を有するレーザビーム）の伝播をサポートする、ファイバ１００’、２００’のＲセグメントのファイバコアの導波リングセクションが、破壊されている（即ち連続していない）。これは例えば、上述のような光ファイバ１００、２００のためのファイバプリフォームを作製し、コアのリング部分に対応するプリフォームの一部分を切削又は切除し、（ｉ）クラッド（又は純シリカ）の屈折率と同様の屈折率を有する材料で、リングの破壊されたセクションを充填し、光ファイバ１００’のＲセグメントをそこからドロー加工することによって、Ｒセグメントのコアのリング部分を非軸対称とすること、あるいは（ｉｉ）切削したファイバプリフォームを、ファイバのリング部分を非軸対称とする１つ以上の空洞を有する光ファイバへとドロー加工することによって、達成できる。あるいは、光ファイバ１００、２００のための光ファイバプリフォームを軸に沿って半分に切断して、（いずれもＤ字型断面を有する）２つの半円筒上部分を作製し、これらの間に純シリカガラスを挿入し、純シリカガラスで隔てられた２つの円筒状部分にオーバクラッドを施してプリフォームアセンブリを形成した後、そこから光ファイバ１００’、２００’をドロー加工できる。別の実施形態では、光ファイバ１００、２００のための光ファイバプリフォームを軸に沿って半分に切断して、（いずれもＤ字型断面を有する）２つの半円筒上部分を作製し、このプリフォームの半体のうちの一方を、シリカ系ガラス管内の、Ｄ字型断面を有する純シリカロッドに隣接させて配置して、２つの半体からなるファイバプリフォームアセンブリを形成し（図２１Ｆを参照）、そこから光ファイバ２００’をドロー加工できる。別の実施形態では、光ファイバ１００、２００のための光ファイバプリフォームを軸に沿って半分に切断して、（いずれもＤ字型断面を有する）２つの半円筒上部分を作製することにより、Ｄ字型断面を有する最終プリフォームを形成し、この最終プリフォームから、略Ｄ字型の光ファイバ１００’、２００’をドロー加工できる。
【０１３７】
図４Ｃは、従来のガウシアンレーザビームをベッセルレーザビームに変換するための光ファイバの別の実施形態の概略側面図を示す。光ファイバ３００は一般に、移行領域で別のセグメントに結合される１つのセグメントを備える。図４Ｃの実施形態で示すように、ガウシアンビーム形状のレーザビームは、ファイバコアのＧセグメントに結合され、ファイバテーパ加工セクションＦＴにおいてリング状ビームへと変換された後、ファイバ３００のＲセグメントにおいてリング状ビームＲＳＢとして伝播する。そして、ビーム強度プロファイルは、図４Ｃに示すように、エンドキャップ１０００と呼ばれるファイバの短い長さによって、再成形される。エンドキャップ１０００は円対称ジオメトリを有しない。エンドキャップ１０００は、リング状ビームを、分割された、又は「部分」リング状（例えばリングの半分、リングの３／４、中にブロックされたセクションを有するリング、又は分離した２つの半リング）ビームへと変換することによって、リング状ビームの対称性を破壊し、従って、出射したレーザビームは、光学系によって集束させられたときに、非軸対称ベッセルビーム（例えば楕円形断面を有するベッセルビーム）を形成できる。Ｇセグメントはガウシアンレーザビームの伝播をサポートし、Ｒセグメントはベッセルレーザビームの伝播をサポートする。Ｇセグメントを通って伝播するガウシアンレーザビームは、ファイバのＲセグメント内に向かって移行領域を通過する際に、ベッセルレーザビームに変換され、エンドキャップ１０００はレーザビームの対称性を破壊して、レーザビームを非軸対称とする。ガウシアンレーザビームをベッセルレーザビームに変換する光ファイバの様々な実施形態の構造及び組成は、添付の図面を参照して、本明細書中で更に詳細に説明される。
【０１３８】
図４Ｄは、エンドキャップ１０００を利用しない代替実施形態を示す。より具体的には、図４Ｄは、ガウシアンビーム形状（ガウシアンレーザビーム、ＧＬＢ）をサポートする一方のセグメント（Ｇセグメント、Ｇ）と、非軸対称である非ガウシアンビーム形状（ベッセルビーム）をサポートする別のセグメント（Ｒセグメント、Ｒ）とを含む、ファイバ３００’の概略側面図を示す。図４Ｄの実施形態の光ファイバ３００’は図４Ｃと同様であるが、以下で説明するように、非軸対称レーザビームＮＧＢＳ（例えば非ガウシアンレーザビーム、例えば「破壊されたリング」の形状又は「部分」リング形状を有するレーザビーム）の伝播をサポートする、ファイバ３００’のＲセグメントのファイバコアの導波リングセクションが、破壊されている（即ち連続していない）。
【０１３９】
引き続き図３Ａ〜３Ｆを参照すると、ビーム源１０Ａは、例えばパルスレーザビームであるレーザビームを出力するよう構成された、いずれの公知の又はまだ開発されていないビーム源１０Ａを備えてよい。動作時、レーザビームからの光が光ファイバ１００、２００、３００、１００’、２００’、３００’のセグメントＧ及びＲを通って伝播して、光学部品１３０Ｉ（例えば１３０Ａ、１３０Ｂ、又は１３０Ｃ）によって集束させられた後、輪郭線１７０の欠陥１７２が、透明被加工物１６０と、ビーム源１０Ａが出力したパルスレーザビームとの相互作用によって製造される。いくつかの実施形態では、ビーム源１０Ａは、例えば１０６４ｎｍ、１０３０ｎｍ、５３２ｎｍ、５３０ｎｍ、３５５ｎｍ、３４３ｎｍ、又は２６６ｎｍ、又は２１５ｎｍの波長を備えるパルスレーザビーム１２を出力してよい。更に、透明被加工物１６０内に欠陥１７２を形成するために使用されるパルスレーザビーム１２は、選択されたパルスレーザ波長に対して透明である材料に対して十分に好適となり得る。
【０１４０】
欠陥１７２の形成に好適なレーザ波長は、透明被加工物１６０による吸収及び散乱を合わせた損失が十分に小さい波長である。実施形態では、該波長における、透明被加工物１６０による吸収及び散乱を合わせた損失は、２０％／ｍｍ未満、又は１５％／ｍｍ未満、又は１０％／ｍｍ未満、又は５％／ｍｍ未満、又は１％／ｍｍ未満であり、ここで寸法「／ｍｍ」は、パルスレーザビーム１２の伝播の方向（例えばＺ方向）における透明被加工物１６０内の距離１ミリメートルあたりを意味する。多くのガラス被加工物に関する代表的な波長としては、Ｎｄ３＋（例えば１０６４ｎｍ付近の基本波長並びに５３２ｎｍ、３５５ｎｍ及び２６６ｎｍ付近の高次高調波長を有するＮｄ３＋：ＹＡＧ又はＮｄ３＋：ＹＶＯ４）の基本波長及び高調波長が挙げられる。所与の基板材料に関して吸収及び散乱を合わせた損失の要件を満たす、スペクトルの紫外部分、可視部分及び赤外部分の他の波長も、使用できる。
【０１４１】
動作時、集束したパルスレーザビーム１２は、透明被加工物１６０内に多光子吸収（ｍｕｌｔｉ‐ｐｈｏｔｏｎ  ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ：ＭＰＡ）を生成できる。ＭＰＡは、分子をある状態（通常はグランド状態）からより高いエネルギの電子的状態（即ちイオン化）に励起する、同一の又は異なる周波数の２つ以上の光子の同時吸収である。これに関与する分子の低エネルギ状態と高エネルギ状態との間のエネルギの差は、関与する光子のエネルギの合計に等しい。誘起吸収とも呼ばれるＭＰＡは、２次又は３次（又はより高次）プロセスであってよく、これは例えば、線形吸収よりも数桁弱い。これは、２次誘起吸収の強度が光強度の２乗に比例し得、従って非線形光学プロセスであるという点で、線形吸収とは異なる。
【０１４２】
輪郭線１７０を形成する穿孔ステップは、ビーム源１０Ａ（例えば超短パルスレーザ）を、ファイバ、並びに図３Ａ〜３Ｆ及び１７Ａ〜２０に図示され以下で説明される光学素子と組み合わせて利用して、透明被加工物１６０上に非軸対称ビームスポット１４を投射し、図１Ｂのパルスレーザビーム焦線１３’を生成できる。パルスレーザビーム焦線１３’は、上で定義したような非軸対称ガウシアン‐ベッセルビーム等の準非回折ビームを含み、これにより、透明被加工物１６０を完全に穿孔して、透明被加工物１６０内に一連の欠陥１７２を形成する。いくつかの実施形態では、個々のレーザパルスのパルス持続時間は、約１ピコ秒〜約１００ピコ秒、例えば約５ピコ秒〜約２０ピコ秒であり、また個々のパルスの繰り返し数は、約１ｋＨｚ〜４ＭＨｚ、例えば約１０ｋＨｚ〜約３ＭＨｚ、又は約１０ｋＨｚ〜約６５０ｋＨｚであってよい。
【０１４３】
再び図４Ａを参照すると、図４Ａは、光ファイバ１００、２００の一実施形態の概略側面図を示す。本明細書に記載の光ファイバは、従来のガウシアンレーザビームをベッセルレーザビームに変換するために使用できる。光ファイバは一般に、移行領域で第２のセグメント（Ｇ）に結合された第１のセグメント（Ｒ）を備える。この実施形態では、第１のセグメント（Ｒ）は第２のセグメント（Ｇ）よりも大きな直径Ｄｏを有する。実施形態では、上記第１のセグメントは、光ファイバの軸中心線を中央とする第１の環状コア領域を有する、第１のコア部分と、上記第１のコア部分の周りに延在する第１のクラッド部分とを含む。第１の環状コア領域は、第１のクラッド部分よりも高い相対屈折率を有する。第２のセグメント（Ｇ）は、第２のコア部分、及び上記第２のコア部分の周りに延在する第２のクラッド部分を有する。第２のセグメントの第２のコア部分の少なくとも一部分は、第１の環状コア領域に光学的に結合され、また第２のクラッド部分よりも高い相対屈折率を有する。第２のセグメント（Ｇ）はガウシアンレーザビームの伝播をサポートし、第１のセグメント（Ｒ）はベッセル（又はガウシアン‐ベッセル）レーザビームの伝播をサポートする。第２のセグメントを通って伝播するガウシアンレーザビームは、ファイバの第１のセグメント（Ｒ）内に向かって移行領域を通過する際に、ベッセル（又はガウシアン‐ベッセル）レーザビームに変換される。例えば、ガウシアンプロファイルを有する出力ビームを放出するレーザ光源は、光ファイバの第２のセグメントに光学的に結合でき、出力ビームのガウシアンプロファイルは、出力ビームが移行領域を通って第１のセグメント内へと伝播する際に、ベッセルプロファイルに変換される。ガウシアンレーザビームをベッセルレーザビームに変換する光ファイバの様々な実施形態の構造及び組成は、添付の図面を参照して、本明細書中で更に詳細に説明される。
【０１４４】
図４Ａ及び５Ａ〜８Ａを参照すると、移行領域１５０で第２のセグメント１３０（Ｇセグメント、Ｇ）に光学的に結合された第１のセグメント１１０（Ｒセグメント、Ｒ）を有する光ファイバ１００の一実施形態が図示されている。光ファイバ１００の少なくとも一部分の側面図が図４Ａに示されており、光ファイバ１００の第１のセグメント１１０及び第２のセグメント１３０の半径方向断面が、それぞれ図５Ａ及び７Ａに示されており、第１のセグメント１１０及び第２のセグメント１３０の対応する相対屈折率プロファイルが、それぞれ図６Ａ及び８Ａに示されている。第１のセグメント１１０（Ｒセグメント）は第１の外径「Ｄ０」を有し、第２のセグメント１３０（Ｇセグメント）は第２の外径「ｄ０」を有する（図４Ａ）。（直径Ｄ０及びｄ０は、ファイバのクラッドの外径である）。第１の外径Ｄ０は第２の外径ｄ０より大きい。例示的実施形態では、第１の外径Ｄ０は約０．２ミリメートル（ｍｍ）〜約５．０ｍｍであってよく、第２の外径ｄ０は約０．１〜約４．５ｍｍであってよく、移行領域１５０の長さは約０．５ｍｍ〜約２０ｍｍであってよい。実施形態では、第１の外径Ｄ０は約０．４ｍｍ〜約１．０ｍｍであり、第２の外径ｄ０は約０．２ｍｍ〜約０．９ｍｍであり、移行領域１５０の長さは約１ｍｍ〜約１０ｍｍである。他の実施形態では、第１の外径Ｄ０は約１５０μｍ〜約２５０μｍであり、第２の外径ｄ０は約７５μｍ〜約２２５μｍであり、移行領域１５０の長さは１０ｍｍ超である。第２のセグメント１３０に結合されて第２のセグメント１３０を通って伝播するガウシアンレーザビーム「ＧＬＢ」は、第１のセグメント１１０を通って伝播するリング状ビームＲＳＢ（又はベッセルビームの近接場バージョン）に変換され、これは、エンドキャップ１０００（本明細書中ではエンドキャップ部分と呼ばれる場合もある）によって非軸対称形状に改変され、集束して、非軸対称ビームスポット１４を提供する非軸対称ベッセルレーザビーム「ＢＬＢ」を形成する。（本明細書に記載の実施形態によると、リング状ビームは、光学的に「近接場（ｎｅａｒ  ｆｉｅｌｄ）」として知られる位置にあり、従ってベッセルビームの近接場バージョンである。１つ以上の集束レンズは、この改変されたリング状ビームを、光学的な「遠距離場（ｆａｒ  ｆｉｅｌｄ）」に変換し、これはベッセルプロファイル又はベッセルレーザビーム「ＢＬＢ」を生成する）。実施形態では、第１のセグメント１１０（Ｒセグメント）、第２のセグメント１３０（Ｇセグメント）、及び移行領域１５０は互いに一体として形成され、光ファイバ１００のテーパ比（ｄ０／Ｄ０）は、約０．２以上約０．９以下である。他の実施形態では、光ファイバ１００のテーパ比は、約０．３以上約０．９以下である。更に他の実施形態では、光ファイバ１００のテーパ比は、約０．３以上約０．８以下（例えば０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８、又はこれらの間）である。いくつかの実施形態によると、移行領域１５０の長さは、例えば１ｍｍ〜１０ｍｍ、又は１〜５ｍｍである（例えば１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、又はこれらの間；ファイバのドロー加工中にテーパが形成される場合、テーパ加工領域１５０を比較的長くする（例えば長さ１０ｍｍ〜５ｍ）ことができる）。いくつかの実施形態では、テーパ加工領域は１５０断熱形状を有する。より具体的には、テーパ加工領域１５０は、ＧセグメントからＲセグメントへの結合損失を最小化する、断熱性移行部分（ジオメトリ）を有する。例えば移行部分による結合損失は、１ｄＢ未満、０．５ｄＢ未満、０．２５ｄＢ未満、又は０．１ｄＢ未満でさえある。光ファイバ１００のＲセグメント（第１のセグメント１１０、図５Ａ及び６Ａ）は、光ファイバ１００の軸中心線２を中央とする第１のコア部分１１２を有する。第１のコア部分１１２は、第１の環状コア領域１１３を含んでよい。第１のクラッド部分１２２は、第１のコア部分１１２の周りに延在してよい。光ファイバ１００の第２のセグメント１３０（Ｇセグメント（図７Ａ及び８Ａ））は、第２のコア部分１３２を有してよく、第２のコア部分１３２の少なくとも一部分は、第１のコア部分１１２に光学的に結合される。第２のクラッド部分１４２は、第２のコア部分１３２の周りに延在してよい。
【０１４５】
図４Ａ、５Ａ及び６Ａを参照すると、図４Ａの光ファイバ１００の第１のセグメント１１０の半径方向断面が、図５Ａに概略図で示されており、断面の中心線に対するこの半径方向断面の相対屈折率プロファイルが、図６Ａにグラフで示されている。第１のセグメント１１０（Ｒセグメント）は一般に、第１のコア部分１１２及び第１のクラッド部分１２２を含む。第１のコア部分１１２は、第１のクラッド部分１２２内に位置決めされ、第１のクラッド部分１２２は第１のコア部分１１２の周りに延在する。第１のコア部分１１２及び第１のクラッド部分１２２は概ね同心であってよく、従って、光ファイバ１００の第１のセグメント１１０の断面は、光ファイバ１００の第１のコア部分１１２の中心に関して概ね円対称である。また、第１のコア部分１１２及び第１のクラッド部分１２２は、光ファイバ１００の第１のコア部分１１２の中心に関して概ね軸対称であってよい。図４Ａ、５Ａ、及び６Ａに示す実施形態では、第１のコア部分１１２は、第１の環状コア領域１１３及びチャネル１１４を含んでよい。チャネル１１４は、例えば空洞であってよい。チャネル１１４は第１の環状コア領域１１３内に位置決めされ、またチャネル１１４は、第１の環状コア領域１１３のすぐ横で、第１の環状コア領域１１３に直接接触する。
【０１４６】
いくつかの実施形態では、第１のクラッド部分１２２は任意に、第１の低屈折率トレンチ１２４及び第１の外側クラッド部分１２３を含んでよい。この任意の第１の低屈折率トレンチ１２４は、第１の外側クラッド部分１２３内に位置決めされ、また第１の低屈折率トレンチ１２４は、第１の外側クラッド部分１２３のすぐ横で、第１の外側クラッド部分１２３に直接接触してよい。第１の低屈折率トレンチ１２４が含まれている場合、これは、光ファイバ１００の曲げ性能を改善する。即ち、第１の低屈折率トレンチ１２４は、光ファイバ１００をコイル状に巻いた場合に、光ファイバ１００内で伝播する光の減衰を低減するため、第１の低屈折率トレンチ１２４を備えない同様の構造を有する光ファイバに比べて、光ファイバ１００を、光ファイバ１００内で伝播する光の減衰を増大させることなく、より小さな半径へとコイル状に巻くことが可能となる。
【０１４７】
いくつかの実施形態（図示せず）では、第１の低屈折率トレンチ１２４は、第１のコア部分１１２のすぐ横で、第１のコア部分１１２に直接接触してよい。図５Ａ及び６Ａに示す実施形態のような他のいくつかの実施形態では、第１の低屈折率トレンチ１２４は、第１の内側クラッド部分１２５によって第１のコア部分１１２から隔てられていてよく、即ち第１の内側クラッド部分１２５は、第１の低屈折率トレンチ１２４内において、第１の低屈折率トレンチ１２４と第１のコア部分１１２との間に位置決めされる。実施形態では、第１の内側クラッド部分１２５は、第１の低屈折率トレンチ１２４及び第１の環状コア領域１１３のすぐ横で、第１の低屈折率トレンチ１２４及び第１の環状コア領域１１３に直接接触する。
【０１４８】
第１のセグメント１１０は、光ファイバ１００の軸中心線２からの半径Ｒ４を有する。第１のコア部分１１２は、半径Ｒ４より小さな半径Ｒ１を有する。第１のコア部分１１２のチャネル１１４は、半径Ｒ１より小さな半径Ｒ０を有する。第１の環状コア領域１１３は、内半径Ｒ０、外半径Ｒ１、及び半径方向厚さＴＡＣ＝Ｒ１−Ｒ０を有する。第１のコア部分１１２及び第１の環状コア領域１１３それぞれの半径Ｒ０及びＲ１は、第１のコア部分１１２及び第１の環状コア領域１１３それぞれの相対屈折率プロファイルの最大勾配に対する接線（図６Ａ）が、以下で更に詳細に説明する基準相対屈折率線ΔＯＣＬ％と交差する点において定義される。第１のクラッド部分１２２は、内半径Ｒ１、外半径Ｒ４、及び半径方向厚さＴＣＬ＝Ｒ４−Ｒ１を有する。第１のクラッド部分１２２が第１の低屈折率トレンチ１２４及び第１の外側クラッド部分１２３を含む実施形態では、第１の低屈折率トレンチ１２４は、内半径Ｒ２、外半径Ｒ３、及び半径方向厚さＴＬＩＴ＝Ｒ３−Ｒ２を有する。第１の外側クラッド部分１２３は、内半径Ｒ３、外半径Ｒ４、及び半径方向厚さＴＯＣＬ＝Ｒ４−Ｒ３を有する。第１の低屈折率トレンチ１２４が第１のコア部分１１２のすぐ横で第１のコア部分１１２に直接接触する実施形態（図示せず）では、第１の低屈折率トレンチ１２４の内半径Ｒ２は、第１のコア部分１１２の半径Ｒ１と等しくなり得る。第１の低屈折率トレンチ１２４が第１の内側クラッド部分１２５によって第１のコア部分１１２から隔てられている実施形態では、第１の内側クラッド部分１２５は、内半径Ｒ１、外半径Ｒ２、及び半径方向厚さＴＩＣＬ＝Ｒ２−Ｒ１を有する。
【０１４９】
第１のセグメント１１０（Ｒセグメント）のクラッドの半径Ｒ４は、約５０μｍ〜約２５０μｍである。いくつかの実施形態では、第１のセグメント１１０の半径Ｒ４は約６０μｍ〜約１５０μｍである。第１のコア部分１１２の半径Ｒ１は約５μｍ〜約５５μｍである。いくつかの実施形態では、半径Ｒ１は約１０μｍ〜約５０μｍである。チャネル１１４の半径Ｒ０は約２μｍ〜約４０μｍである。いくつかの実施形態では、チャネル１１４の半径Ｒ０は約５μｍ〜約３５μｍである。第１の環状コア領域１１３の半径方向厚さＴＡＣ（Ｒ１−Ｒ０）は約１μｍ〜約２０μｍである。いくつかの実施形態では、半径方向厚さＴＡＣは約２μｍ〜約１５μｍである。第１のクラッド部分１２２の半径方向厚さＴＣＬ（Ｒ４−Ｒ１）は約２０μｍ〜約１５０μｍである。いくつかの実施形態では、半径方向厚さＴＣＬは約２５μｍ〜約１２５μｍである。第１のクラッド部分１２２が第１の低屈折率トレンチ１２４及び第１の外側クラッド部分１２３を含む実施形態では、第１の低屈折率トレンチ１２４の内半径Ｒ２は約１０μｍ〜約６０μｍであり、外半径Ｒ３は約２０μｍ〜約７５μｍであり、半径方向厚さＴＬＩＴ（Ｒ３−Ｒ２）は約１．０μｍ〜約１５μｍである。実施形態では、内半径Ｒ２は約１５μｍ〜約５５μｍであり、外半径Ｒ３は約２５μｍ〜約６５μｍであり、半径方向厚さＴＬＩＴは約１．０μｍ〜約１０μｍである。第１の外側クラッド部分１２３の内半径Ｒ３は約２０μｍ〜約７５μｍであり、外半径Ｒ４は約５０μｍ〜約２５０μｍであり、半径方向厚さＴＯＣＬ（Ｒ４−Ｒ３）は約２５μｍ〜約１５０μｍである。実施形態では、内半径Ｒ３は約２５μｍ〜約５５μｍであり、外半径Ｒ４は約６０μｍ〜約１５０μｍであり、半径方向厚さＴＯＣＬは約３０μｍ〜約１２５μｍである。第１の低屈折率トレンチ１２４が第１の内側クラッド部分１２５によって第１のコア部分１１２から隔てられている実施形態では、第１の内側クラッド部分１２５の内半径Ｒ１は約５μｍ〜約５５μｍであり、外半径Ｒ２は約１０μｍ〜約６０μｍであり、半径方向厚さＴＩＣＬ（Ｒ２−Ｒ１）は約１．０μｍ〜約２０μｍである。実施形態では、内半径Ｒ１は約１０μｍ〜約５０μｍであり、外半径Ｒ２は約１５μｍ〜約５５μｍであり、半径方向厚さＴＩＣＬは約１．０μｍ〜約１５μｍである。
【０１５０】
図４Ａ、７Ａ及び８Ａを参照すると、図４Ａの光ファイバ１００の第２のセグメント１３０（Ｇセグメント）の半径方向断面が、図７Ａに概略図で示されており、断面の中心線に対するこの半径方向断面の相対屈折率プロファイルが、図８Ａにグラフで示されている。第２のセグメント１３０は一般に、第２のコア部分１３２及び第２のクラッド部分１４２を含む。第２のコア部分１３２は、第２のクラッド部分１４２内に位置決めされ、第２のクラッド部分１４２は第２のコア部分１３２の周りに延在する。第２のコア部分１３２及び第２のクラッド部分１４２は概ね同心であってよく、従って、光ファイバ１００の第２のセグメント１３０の断面は、光ファイバ１００の第２のコア部分１３２の中心に関して概ね円対称である。第２のコア部分１３２及び第２のクラッド部分１４２は、光ファイバ１００の第２のコア部分１３２の中心に関して概ね軸対称であってよい。
【０１５１】
いくつかの実施形態では、第２のクラッド部分１４２は任意に、第２の低屈折率トレンチ１４４及び第２の外側クラッド部分１４３を含んでよい。第２の低屈折率トレンチ１４４は、第２の外側クラッド部分１４３内に位置決めされ、また第２の低屈折率トレンチ１４４は、第２の外側クラッド部分１４３のすぐ横で、第２の外側クラッド部分１４３に直接接触してよい。第２の低屈折率トレンチ１４４が含まれている場合、これは、光ファイバ１００の曲げ性能を改善する。即ち、第２の低屈折率トレンチ１４４は、光ファイバ１００をコイル状に巻いた場合に、光ファイバ１００内で伝播する光の減衰を低減するため、第２の低屈折率トレンチ１４４を備えない同様の構造を有する光ファイバに比べて、光ファイバ１００を、光ファイバ１００内で伝播する光の減衰を増大させることなく、より小さな半径へとコイル状に巻くことが可能となる。光ファイバ１００の第１のセグメント１１０が第１の低屈折率トレンチ１２４を含む場合、光ファイバ１００の第２のセグメント１３０は第２の低屈折率トレンチ１４４を含むことになり、またその逆でもあることを理解されたい。
【０１５２】
いくつかの実施形態（図示せず）では、第２の低屈折率トレンチ１４４は、第２のコア部分１３２のすぐ横で、第２のコア部分１３２に直接接触してよい。他のいくつかの実施形態では、第２の低屈折率トレンチ１４４は、図７Ａ及び８Ａに示すように、第２の内側クラッド部分１４５によって第２のコア部分１３２から隔てられていてよい。即ち第２の内側クラッド部分１４５は、第２の低屈折率トレンチ１４４内に位置決めされ、また第２の低屈折率トレンチ１４４と第２のコア部分１３２との間に位置決めされる。実施形態では、第２の内側クラッド部分１４５は、第２の低屈折率トレンチ１４４及び第２のコア部分１３２のすぐ横で、第２の低屈折率トレンチ１４４及び第２のコア部分１３２に直接接触する。
【０１５３】
第２のセグメント１３０は、光ファイバ１００の軸中心線２からの半径ｒ４を有する。第２のコア部分１３２は、半径ｒ４より小さな半径ｒ１を有する。第２のコア部分１３２の半径ｒ１は、第２のコア部分１３２の相対屈折率プロファイルの最大勾配に対する接線（図８Ａ）が、基準相対屈折率線Δｏｃｌ％と交差する点において定義される。第２のクラッド部分１４２は、内半径ｒ１、外半径ｒ４、及び半径方向厚さｔｃｌ＝ｒ４−ｒ１を有する。第２のクラッド部分１４２が第２の低屈折率トレンチ１４４及び第２の外側クラッド部分１４３を含む実施形態では、第２の低屈折率トレンチ１４４は、内半径ｒ２、外半径ｒ３、及び半径方向厚さｔｌｉｔ＝ｒ３−ｒ２を有する。第２の外側クラッド部分１４３は、内半径ｒ３、外半径ｒ４、及び半径方向厚さｔｏｃｌ＝ｒ４−ｒ３を有する。第２の低屈折率トレンチ１４４が第２のコア部分１３２のすぐ横で第２のコア部分１３２に直接接触する実施形態（図示せず）では、第２の低屈折率トレンチ１４４の内半径ｒ２は、第２のコア部分１３２の半径ｒ１と等しくなり得る。第２の低屈折率トレンチ１４４が第２の内側クラッド部分１４５によって第２のコア部分１３２から隔てられている実施形態では、第２の内側クラッド部分１４５は、内半径ｒ１、外半径ｒ２、及び半径方向厚さｔｉｃｌ＝ｒ２−ｒ１を有する。
【０１５４】
第２のセグメント１３０の半径ｒ４は、約２５μｍ〜約８０μｍである。いくつかの実施形態では、第２のセグメント１３０の半径ｒ４は約３５μｍ〜約７０μｍである。第２のコア部分１３２の半径ｒ１は約２μｍ〜約３５μｍである。いくつかの実施形態では、半径ｒ１は約４μｍ〜約３０μｍである。第２のクラッド部分１４２の半径方向厚さｔｃｌ（ｒ４−ｒ１）は約２０μｍ〜約７５μｍである。いくつかの実施形態では、半径方向厚さｔｃｌは約２５μｍ〜約６５μｍである。第２のクラッド部分１４２が第２の低屈折率トレンチ１４４及び第２の外側クラッド部分１４３を含む実施形態では、第２の低屈折率トレンチ１４４の内半径ｒ２は約４μｍ〜約３５μｍであり、外半径ｒ３は約５μｍ〜約４０μｍであり、半径方向厚さｔｌｉｔ（ｒ３−ｒ２）は約１．０μｍ〜約１５μｍである。実施形態では、内半径ｒ２は約５μｍ〜約３０μｍであり、外半径ｒ３は約１０μｍ〜約３５μｍであり、半径方向厚さｔｌｉｔは約１．０μｍ〜約１２．５μｍである。第２の外側クラッド部分１４３の内半径ｒ３は約５μｍ〜約４０μｍであり、外半径ｒ４は約２５μｍ〜約８０μｍであり、半径方向厚さｔｏｃｌ（ｒ４−ｒ３）は約１５μｍ〜約７５μｍである。実施形態では、内半径ｒ３は約１０μｍ〜約３５μｍであり、外半径ｒ４は約３５μｍ〜約７０μｍであり、半径方向厚さｔｏｃｌは約２０μｍ〜約６０μｍである。第２の低屈折率トレンチ１４４が第２の内側クラッド部分１４５によって第２のコア部分１３２から隔てられている実施形態では、第２の内側クラッド部分１４５の内半径ｒ１は約２μｍ〜約３５μｍであり、外半径ｒ２は約４μｍ〜約３５μｍであり、半径方向厚さｔｉｃｌ（ｒ２−ｒ１）は約１．０μｍ〜約２０μｍである。実施形態では、内半径ｒ１は約４μｍ〜約３０μｍであり、外半径ｒ２は約５μｍ〜約３０μｍであり、半径方向厚さｔｉｃｌは約１．０μｍ〜約１５μｍである。
【０１５５】
図４Ａ及び５Ａ〜８Ａを参照すると、第１のセグメント１１０及び第２のセグメント１３０はいずれもコア部分及びクラッド部分を有するが、第１のセグメント１１０の第１のコア部分１１２は第１の環状コア領域１１３を含み、チャネル１１４が第１の環状コア領域１１３内に位置決めされるが、第２のコア部分１３２はチャネル又は環状コア領域を含まないことを理解されたい。また、移行領域１５０を介して、第１のコア部分１１２は第２のコア部分１３２に光学的に結合され、第１のクラッド部分１２２は第２のクラッド部分１４２に光学的に結合されることを理解されたい。特に、移行領域１５０を介して、第１の環状コア領域１１３は第２のコア部分１３２に光学的に結合され、第１の外側クラッド部分１２３は第２の外側クラッド部分１４３に光学的に結合され、第１の低屈折率トレンチ１２４は第２の低屈折率トレンチ１４４に光学的に結合され、第１の内側クラッド部分１２５は第２の内側クラッド部分１４５に光学的に結合される。
【０１５６】
第１のセグメント１１０のチャネル１１４は、第１のセグメント１１０の軸中心線２に沿って延在する空間であってよい。実施形態では、チャネル１１４は、例えば空気又は別の気体等の気体で充填されていてよい。チャネル１１４は、光ファイバ１００の他の部分及び領域よりもはるかに低い相対屈折率を有する。具体的には、チャネル１１４は、屈折率ｎＣＨ、及び第１の外側クラッド部分１２３に対する相対屈折率ΔＣＨ％を有する。屈折率ｎＣＨは約１．０であり、相対屈折率ΔＣＨ％は約−２６％である。第１の環状コア領域１１３は屈折率ｎＡＣ及び相対屈折率ΔＡＣ％を有し、第２のコア部分１３２は屈折率ｎｃ及び相対屈折率Δｃ％を有する。実施形態では、第１の環状コア領域１１３及び第２のコア部分１３２は同一の材料から作製され、相対屈折率ΔＡＣ％は相対屈折率Δｃ％に略等しい（即ちΔＡＣ％＝Δｃ％）。相対屈折率ΔＡＣ％及び相対屈折率Δｃ％は、相対屈折率ΔＣＨ％よりもはるかに大きい（即ちΔＡＣ％＞＞ΔＣＨ％、Δｃ％＞＞ΔＣＨ％）。相対屈折率ΔＡＣ％及び相対屈折率Δｃ％は、約０．２％〜約１．０％である。実施形態では、相対屈折率ΔＡＣ％及び相対屈折率Δｃ％は、約０．３％〜約０．７５％である。
【０１５７】
第１のクラッド部分１２２は、屈折率ｎＣＬと、純シリカガラスに対する相対屈折率ΔＣＬ％とを有する。第１のクラッド部分１２２の屈折率ｎＣＬは、光ファイバ１００の第１のセグメント１１０の他のガラス部分の相対屈折率のための基準として使用される。第１のクラッド部分１２２が第１の外側クラッド部分１２３、第１の低屈折率トレンチ１２４、及び（任意に）第１の内側クラッド部分１２５を含む実施形態では、光ファイバ１００の第１のセグメント１１０の他のガラス部分の相対屈折率は、本明細書中で更に詳細に説明するように、第１の外側クラッド部分１２３に対して決定される。
【０１５８】
第１のクラッド部分１２２が第１の内側クラッド部分１２５及び第１の低屈折率トレンチ１２４を含む実施形態では、第１の内側クラッド部分１２５は屈折率ｎＩＣＬ及び相対屈折率ΔＩＣＬ％を有し、第１の低屈折率トレンチ１２４は屈折率ｎＬＩＴ及び相対屈折率ΔＬＩＴ％を有する。図６Ａに概略的に図示されているように、相対屈折率ΔＩＣＬ％は一般に相対屈折率ΔＬＩＴ％より大きく、一般に相対屈折率ΔＡＣ％より小さい（即ちΔＡＣ％＞ΔＩＣＬ％＞ΔＬＩＴ％）。相対屈折率ΔＩＣＬ％は約−０．１％〜約０．１％であり、相対屈折率ΔＬＩＴ％は約−０．１％〜約−１．０％である。実施形態では、相対屈折率ΔＩＣＬ％は約−０．０５％〜約０．０５％であり、相対屈折率ΔＬＩＴ％は約−０．３％〜約−０．５％である。
【０１５９】
第２のクラッド部分１４２は、屈折率ｎｃｌと、純シリカガラスに対する相対屈折率Δｃｌ％とを有する。第２のクラッド部分１４２の屈折率ｎｃｌは、光ファイバ１００の第２のセグメント１３０の他のガラス部分の相対屈折率のための基準として使用でき、従ってそれ自体に対して決定される。第２のクラッド部分１４２が第２の外側クラッド部分１４３、第２の低屈折率トレンチ１４４、及び（任意に）第２の内側クラッド部分１４５を含む実施形態では、光ファイバ１００の第２のセグメント１３０の他のガラス部分の相対屈折率は、本明細書中で更に詳細に説明するように、第２の外側クラッド部分１４３に対して決定される。
【０１６０】
第２のクラッド部分１４２が第２の内側クラッド部分１４５及び第２の低屈折率トレンチ１４４を含む実施形態では、第２の内側クラッド部分１４５は屈折率ｎｉｃｌ及び相対屈折率Δｉｃｌ％を有し、第２の低屈折率トレンチ１４４は屈折率ｎｌｉｔ及び相対屈折率Δｌｉｔ％を有する。図８Ａに概略的に図示されているように、相対屈折率Δｉｃｌ％は一般に相対屈折率Δｌｉｔ％より大きく、一般に相対屈折率相対屈折率Δｃ％より小さい（即ちΔｃ％＞Δｉｃｌ％＞Δｌｉｔ％）。実施形態では、第２の内側クラッド部分１４５は第１の内側クラッド部分１２５と同一の材料から作製され、第２の低屈折率トレンチ１４４は第１の低屈折率トレンチ１２４と同一の材料から作製される。従って、相対屈折率ｎｉｃｌ及び相対屈折率ｎｌｉｔはそれぞれ、相対屈折率ｎＩＣＬ及び相対屈折率ｎＬＩＴに略等しくなり得（即ちｎｉｃｌ＝ｎＩＣＬ；ｎｌｉｔ＝ｎＬＩＴ）、また相対屈折率Δｉｃｌ％及び相対屈折率Δｌｉｔ％はそれぞれ、相対屈折率ΔＩＣＬ％及び相対屈折率ΔＬＩＴ％に略等しくなり得る（即ちΔｉｃｌ％＝ΔＩＣＬ％；Δｌｉｔ％＝ΔＬＩＴ％）。例えば、相対屈折率Δｉｃｌ％は約−０．１％〜約０．１％であってよく、相対屈折率Δｌｉｔ％は約−０．１％〜約−１．０％であってよい。実施形態では、相対屈折率Δｉｃｌ％は約−０．０５％〜約０．０５％であってよく、相対屈折率Δｌｉｔ％は約−０．３％〜約−０．５％であってよい。
【０１６１】
第１のクラッド部分１２２が第１の外側クラッド部分１２３を含む実施形態では、第１の外側クラッド部分１２３は屈折率ｎＯＣＬ及び相対屈折率ΔＯＣＬ％を有する。これらの実施形態では、相対屈折率ΔＯＣＬ％は、光ファイバ１００の第１のセグメント１１０の他のガラス部分の相対屈折率を決定するための基準として使用できる。本明細書に記載の実施形態では、第１の外側クラッド部分１２３の相対屈折率ΔＯＣＬ％は、第１の低屈折率トレンチ１２４の相対屈折率ΔＬＩＴ％より大きい（即ちΔＯＣＬ％＞ΔＬＩＴ％）。いくつかの実施形態では、第１の内側クラッド部分１２５が、第１の内側クラッド部分１２５の屈折率ｎＩＣＬを第１の外側クラッド部分１２３の屈折率ｎＯＣＬに対して低下させる１つ以上のダウンドーパントでドープされたシリカガラスを含む場合等には、第１の外側クラッド部分１２３の相対屈折率ΔＯＣＬ％は、第１の内側クラッド部分１２５の相対屈折率ΔＩＣＬ％より大きくなり得る。他の実施形態では、第１の外側クラッド部分１２３の相対屈折率ΔＯＣＬ％は、第１の内側クラッド部分１２５の相対屈折率ΔＩＣＬ％と略等しくてよい。このような実施形態では、第１の外側クラッド部分１２３の組成は、ΔＯＣＬ％＝ΔＩＣＬ％でありさえすれば、第１の内側クラッド部分１２５の組成と同一であっても、第１の内側クラッド部分１２５の組成と異なっていてもよい。以上に基づいて、第１の外側クラッド部分１２３の相対屈折率ΔＯＣＬ％が、第１の内側クラッド部分１２５の相対屈折率ΔＩＣＬ％より大きいか、又はこれに略等しいことを理解されたい。
【０１６２】
第２のクラッド部分１４２が第２の外側クラッド部分１４３を含む実施形態では、第２の外側クラッド部分１４３は屈折率ｎｏｃｌ及び相対屈折率Δｏｃｌ％を有する。従って相対屈折率Δｏｃｌ％は、光ファイバ１００の第２のセグメント１３０の他のガラス部分の相対屈折率のための基準として使用できる。本明細書に記載の実施形態では、第２の外側クラッド部分１４３の相対屈折率Δｏｃｌ％は、第２の低屈折率トレンチ１４４の相対屈折率Δｌｉｔ％より大きい（即ちΔｏｃｌ％＞Δｌｉｔ％）。いくつかの実施形態では、第２の内側クラッド部分１４５が、第２の内側クラッド部分１４５の屈折率ｎｉｃｌを第２の外側クラッド部分１４３の屈折率ｎｏｃｌに対して低下させる１つ以上のダウンドーパントでダウンドープされたシリカガラスを含む場合等には、第２の外側クラッド部分１４３の相対屈折率Δｏｃｌ％は、第２の内側クラッド部分１４５の相対屈折率Δｉｃｌ％より大きくてよい。他の実施形態では、第２の外側クラッド部分１４３の相対屈折率Δｏｃｌ％は、第２の内側クラッド部分１４５の相対屈折率Δｉｃｌ％と略等しくてよい。このような実施形態では、第２の外側クラッド部分１４３の組成は、Δｏｃｌ％＝Δｉｃｌ％でありさえすれば、第２の内側クラッド部分１４５の組成と同一であっても、第２の内側クラッド部分１４５の組成と異なっていてもよい。以上に基づいて、第２の外側クラッド部分１４３の相対屈折率Δｏｃｌ％が、第２の内側クラッド部分１４５の相対屈折率Δｉｃｌ％より大きいか、又はこれに略等しいことを理解されたい。実施形態では、第２の外側クラッド部分１４３は第１の外側クラッド部分１２３と同一の材料から作製され、従って第２の外側クラッド部分１４３の屈折率ｎｏｃｌは、第１の外側クラッド部分１２３の屈折率ｎＯＣＬと略等しくなり得（即ちｎｏｃｌ＝ｎＯＣＬ）、また第２の外側クラッド部分１４３の相対屈折率Δｏｃｌ％は、第１の外側クラッド部分１２３の相対屈折率ΔＯＣＬ％と略等しくなり得る（即ちΔｏｃｌ％＝ΔＯＣＬ％＝０）。
【０１６３】
第１のセグメント１１０の第１の環状コア領域１１３、及び第２のセグメント１３０の第２のコア部分１３２は、シリカガラスの屈折率を上昇させる１つ以上のアップドーパントを含むシリカガラスを含む。好適なアップドーパントとしては例えば、限定するものではないが、ゲルマニウム（Ｇｅ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、塩素（Ｃｌ）、リン（Ｐ）、二酸化ゲルマニウム（例えばＧｅＯ２）、二酸化チタン（例えばＴｉＯ２）、五酸化二リン（例えばＰ２Ｏ５）、及びこれらの様々な組み合わせが挙げられる。実施形態では、第１の環状コア領域１１３及び第２のコア部分１３２のうちの少なくとも一方は、約３重量％〜約１７重量％のＧｅＯ２を含有する。他のいくつかの実施形態では、第１の環状コア領域１１３及び第２のコア部分１３２のうちの少なくとも一方は、約５重量％〜約１３重量％のＧｅＯ２を含有する。実施形態では、第１の環状コア領域１１３及び第２のコア部分１３２は同一の材料から作製され、第１の環状コア領域１１３中のドーパント濃度は、第２のコア部分１３２中のドーパント濃度と略等しい。
【０１６４】
第１のセグメント１１０の第１の内側クラッド部分１２５、及び第２のセグメント１３０の第２の内側クラッド部分１４５は、純シリカガラス、シリカガラスの屈折率を上昇させる１つ以上のアップドーパントを含むシリカガラス、又はシリカガラスの屈折率を低下させる１つ以上のダウンドーパントを含むシリカガラスを含んでよい。好適なアップドーパントの非限定的な例としては、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｌ、Ｐ、ＧｅＯ２、ＴｉＯ２、Ｐ２Ｏ５、これらの組み合わせ等が挙げられる。実施形態では、第１の内側クラッド部分１２５及び第２の内側クラッド部分１４５のうちの少なくとも一方は、アップドーパントとしてＣｌを含有する。好適なダウンドーパントの非限定的な例としては、フッ素（Ｆ）、ホウ素（Ｂ）等が挙げられる。実施形態では、第１の内側クラッド部分１２５及び第２の内側クラッド部分１４５のうちの少なくとも一方は、ダウンドーパントとしてＦを含有する。本明細書中で使用される場合、句「純シリカガラス（ｐｕｒｅ  ｓｉｌｉｃａ  ｇｌａｓｓ）」は、シリカガラスがＳｉＯ２からなり、他の元素を１０００重量ｐｐｍ未満しか含まないことを意味する。
【０１６５】
光ファイバの特定のガラス部分の半径方向厚さは、この特定のガラス部分の相対屈折率と相関し得る。具体的には、相対屈折率Δｉ％、内半径Ｒｉｎ、及び外半径Ｒｏｕｔを有するガラス部分「ｉ」は：
【０１６６】
【数３５】
2021501058.tif 000037
【０１６７】
として定義されるトレンチ容積Ｖｉを有してよく、これは：
Ｖｉ＝Δｉ％（Ｒｏｕｔ２−Ｒｉｎ２）      （３３）
のように書き換えることができる。従って、第１の低屈折率トレンチ１２４はトレンチ容積ＶＬＩＴ：
ＶＬＩＴ＝ΔＬＩＴ％（Ｒ３２−Ｒ２２）      （３４）
を有することができ、また第２の低屈折率トレンチ１４４はトレンチ容積ｖｌｉｔ：
ｖｌｉｔ＝Δｌｉｔ％（ｒ３２−ｒ２２）      （３５）
を有することができる。
【０１６８】
本明細書に記載の実施形態では、第１の低屈折率トレンチ１２４のトレンチ容積ＶＬＩＴは、約８０％‐μｍ２以上、例えば約１００％‐μｍ２以上であってよい。いくつかの実施形態では、トレンチ容積ＶＬＩＴは約１１０％‐μｍ２以上、又は約１２０％‐μｍ２以上でさえあってよい。いくつかの実施形態では、トレンチ容積ＶＬＩＴは約８０％‐μｍ２かつ約２２０％‐μｍ２以下であってよい。いくつかの実施形態では、トレンチ容積ＶＬＩＴは約１００％‐μｍ２以上かつ約２００％‐μｍ２以下であってよい。更に他の実施形態では、トレンチ容積プロファイルＶＬＩＴは約１１０％‐μｍ２以上かつ約１８０％‐μｍ２以下であってよい。
【０１６９】
本明細書に記載の実施形態では、第２の低屈折率トレンチ１４４のトレンチ容積ｖｌｉｔは、約４０％‐μｍ２以上、例えば約５０％‐μｍ２以上であってよい。いくつかの実施形態では、トレンチ容積ｖｌｉｔは約５５％‐μｍ２以上、又は約６０％‐μｍ２以上でさえあってよい。いくつかの実施形態では、トレンチ容積ｖｌｉｔは約４０％‐μｍ２以上かつ約１１０％‐μｍ２以下であってよい。いくつかの実施形態では、トレンチ容積ｖｌｉｔは約５０％‐μｍ２以上かつ約１００％‐μｍ２以下であってよい。更に他の実施形態では、トレンチ容積プロファイルｖｌｉｔは約５５％‐μｍ２以上かつ約９０％‐μｍ２以下であってよい。
【０１７０】
本明細書に記載の光ファイバの実施形態では、第１の低屈折率トレンチ１２４、第２の低屈折率トレンチ１４４、又は第１の低屈折率トレンチ１２４及び第２の低屈折率トレンチ１４４の両方は、シリカガラスの屈折率を低下させる１つ以上のダウンドーパントを含むシリカガラスを含む。ダウンドーパントの非限定的な例としては、Ｆ、Ｂ等が挙げられる。第１の低屈折率トレンチ１２４、第２の低屈折率トレンチ１４４、又は第１の低屈折率トレンチ１２４及び第２の低屈折率トレンチ１４４の両方は、Ｆを約０．１重量％〜約２．５重量％の濃度で含んでよい。実施形態では、第１の低屈折率トレンチ１２４及び第２の低屈折率トレンチ１４４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．１重量％〜約１．８重量％の濃度で含む。いくつかの実施形態では、第１の低屈折率トレンチ１２４及び第２の低屈折率トレンチ１４４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．１重量％〜約１．５重量％の濃度で含む。更に他の実施形態では、第１の低屈折率トレンチ１２４及び第２の低屈折率トレンチ１４４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．５重量％〜約１．８重量％の濃度で含む。また更に他の実施形態では、第１の低屈折率トレンチ１２４及び第２の低屈折率トレンチ１４４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．７重量％〜約１．８重量％の濃度で含む。
【０１７１】
いくつかの実施形態では、第１の低屈折率トレンチ１２４の相対屈折率ΔＬＩＴ％及び第２の低屈折率トレンチ１４４の相対屈折率Δｌｉｔ％のうちの少なくとも一方は、第１の低屈折率トレンチ１２４及び第２の低屈折率トレンチ１４４のうちの対応する少なくとも一方のシリカガラスを、シリカガラス全体に非周期的に配置された、又は周期的に配置された、又はその両方である空所を有するように形成することによって達成される。本明細書中で使用される場合、句「非周期的に配置された（ｎｏｎ‐ｐｅｒｉｏｄｉｃａｌｌｙ  ｄｉｓｐｏｓｅｄ）」又は「非周期的分布（ｎｏｎ‐ｐｅｒｉｏｄｉｃ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）」は、光ファイバ１００の断面（例えば長手方向軸に対して垂直な断面）に関して、非周期的に配置された空所が、シリカガラスにわたってランダムに、即ち非周期的に分布していることを指す。ファイバの長さに沿った異なる地点で得られる同様の断面は、異なる断面空所パターンを有することになる。即ち、様々な複数の断面が異なる空所パターンを有することになり、これらの断面を互いに比較した場合に、空所の分布及び空所のサイズは一致しない。従って、空所はファイバの構造内に非周期的に配置される。これらの空所は光ファイバ１００の長さに沿って（即ち長手方向軸に対して平行に）引き伸ばされる（伸長する）が、ファイバ全体の全長に延在することはない。理論によって束縛されることを望むものではないが、空所は、光ファイバの長さに沿って数メートル未満、多くの場合は１メートル未満だけ延在する。本明細書で開示される光ファイバは、固化したガラスブランク中にかなりの量の気体が閉じ込められることにより、固化したガラスの光ファイバプリフォーム中に空所が形成されるようにするために効果的なプリフォーム固化条件を利用する方法によって作製できる。これらの空所を除去するためのステップを実施するのではなく、得られたプリフォームを用いて、中に空所を有する光ファイバを形成する。いくつかの実施形態では、これらの空所は、アルゴン、クリプトン、ＣＯ２、ＳＯ２、Ｏ２、又はこれらの混合物といった１つ以上の気体を内包してよい。他のいくつかの実施形態では、空所は気体を実質的に含まない。気体の存在又は不在にかかわらず、第１の低屈折率トレンチ１２４の屈折率ｎＬＩＴ、第２の低屈折率トレンチ１４４の屈折率ｎｌｉｔ、又は屈折率ｎＬＩＴ及びｎｌｉｔの両方は、空所の存在によって低下する。あるいは、又は更に第１の低屈折率トレンチ１２４の屈折率ｎＬＩＴ、第２の低屈折率トレンチ１４４の屈折率ｎｌｉｔ、又は屈折率ｎＬＩＴ及びｎｌｉｔの両方は、空所の非周期的な分布、周期的な分布、又は非周期的な分布及び周期的な分布の両方を伴うダウンドープシリカガラスを形成することによって、低下する。
【０１７２】
第１の低屈折率トレンチ１２４の相対屈折率ΔＬＩＴ％は、第１の内側クラッド部分１２５の相対屈折率ΔＩＣＬ％未満であり（即ちΔＬＩＴ％＜ΔＩＣＬ％）、また第１の外側クラッド部分１２３の相対屈折率ΔＯＣＬ％未満である（即ちΔＬＩＴ％＜ΔＯＣＬ％）。いくつかの実施形態では、相対屈折率ΔＩＣＬ％は相対屈折率ΔＯＣＬ％に略等しく、またΔＬＩＴ％＜ΔＩＣＬ％＝ΔＯＣＬ％である。他の実施形態では、相対屈折率ΔＩＣＬ％は相対屈折率ΔＯＣＬ％未満であり、またΔＬＩＴ％＜ΔＩＣＬ％＜ΔＯＣＬ％である。
【０１７３】
第２の低屈折率トレンチ１４４の相対屈折率Δｌｉｔ％は、第２の内側クラッド部分１４５の相対屈折率Δｉｃｌ％未満であり（即ちΔｌｉｔ％＜Δｉｃｌ％）、また第２の外側クラッド部分１４３の相対屈折率Δｏｃｌ％未満である（即ちΔｌｉｔ％＜Δｏｃｌ％）。いくつかの実施形態では、相対屈折率Δｉｃｌ％は相対屈折率Δｏｃｌ％に略等しく、またΔｌｉｔ％＜Δｉｃｌ％＝Δｏｃｌ％である。他の実施形態では、相対屈折率Δｉｃｌ％は相対屈折率Δｏｃｌ％未満であり、またΔｌｉｔ％＜Δｉｃｌ％＜Δｏｃｌ％である。第２の低屈折率トレンチ１４４、第２の内側クラッド部分１４５、及び第２の外側クラッド部分１４３が、それぞれ第１の低屈折率トレンチ１２４、第１の内側クラッド部分１２５、及び第１の外側クラッド部分１２３と同一の材料から作製される実施形態では、相対屈折率Δｌｉｔ％は相対屈折率ΔＬＩＴ％に略等しくなり得（即ちΔｌｉｔ％＝ΔＬＩＴ％）、相対屈折率Δｉｃｌ％は相対屈折率ΔＩＣＬ％に略等しくなり得（即ちΔｉｃｌ％＝ΔＩＣＬ％）、相対屈折率Δｏｃｌ％は相対屈折率ΔＯＣＬ％に略等しくなり得る（即ちΔｏｃｌ％＝ΔＯＣＬ％）ことを理解されたい。また、相対屈折率ΔＩＣＬ％が相対屈折率ΔＯＣＬ％に略等しい実施形態では、Δｌｉｔ％＜ΔＩＣＬ％＝ΔＯＣＬ％及びΔＬＩＴ％＜Δｉｃｌ％＝Δｏｃｌ％である。相対屈折率ΔＩＣＬ％が相対屈折率ΔＯＣＬ％未満である実施形態では、Δｌｉｔ％＜ΔＩＣＬ％＜ΔＯＣＬ％及びΔＬＩＴ％＜Δｉｃｌ％＜Δｏｃｌ％である。
【０１７４】
第１のセグメント１１０の第１の外側クラッド部分１２３、及び第２のセグメント１３０の第２の外側クラッド部分１４３は、純シリカガラス、シリカガラスの屈折率を上昇させる１つ以上のアップドーパントを含むシリカガラス、又はシリカガラスの屈折率を低下させる１つ以上のダウンドーパントを含むシリカガラスを含んでよい。好適なアップドーパントの非限定的な例としては、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｌ、Ｐ、ＧｅＯ２、ＴｉＯ２、Ｐ２Ｏ５、これらの組み合わせ等が挙げられる。実施形態では、第１の外側クラッド部分１２３及び第２の外側クラッド部分１４３のうちの少なくとも一方は、アップドーパントとしてＣｌを含有する。好適なダウンドーパントの非限定的な例としては、Ｆ、Ｂ、これらの組み合わせ等が挙げられる。実施形態では、第１の外側クラッド部分１２３及び第２の外側クラッド部分１４３のうちの少なくとも一方は、ダウンドーパントとしてＦを含有する。
【０１７５】
本明細書に記載の光ファイバ１００の様々な実施形態は、第１の低屈折率トレンチ１２４を第１のクラッド部分１２２内に組み込み、また第２の低屈折率トレンチ１４４を第２のクラッド部分１４２内に組み込むことによって、曲げ性能が改善されている。光ファイバ１００のマクロ曲げ性能は、ＦＯＴＰ‐６２（ＪＥＣ‐６０７９３‐１‐４７）に従って、直径１５ｍｍ及び／又は３０ｍｍのマンドレルの周りに光ファイバを２周巻き付けて、曲げによる減衰の増大を測定することによって決定できる。
【０１７６】
本明細書に記載の実施形態では、光ファイバ１００は、所望の構造及び組成を有するファイバプリフォームを作製するための従来のファイバ製造プロセスを用いて製造される。ファイバプリフォームを作製するために使用されるプロセスの非限定的な例としては、外側蒸着（ｏｕｔｓｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＯＶＤ）、改良型化学蒸着（ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＣＶＤ）、物理化学蒸着（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＣＶＤ）等が挙げられる。ファイバプリフォームの形成後、ファイバプリフォームを、第１のセグメント１１０の寸法を有するファイバへとドロー加工する。第１のセグメント１１０の寸法を有するファイバをクランプで把持して、ファイバの一部分を、第２のセグメント１３０の寸法へと更に下向きにドロー加工し、ここで第１のセグメント１１０と第２のセグメント１３０との間には移行領域１５０が位置決めされる。
【０１７７】
例えば一実施形態では、まず、光ファイバ１００がチャネル１１４、第１の環状コア領域１１３、第１の内側クラッド部分１２５、第１の低屈折率トレンチ１２４、及び第１の外側クラッド部分１２３を最初に有するように、光ファイバ１００を形成してよい。次に光ファイバ１００をクランプで把持して、ファイバの一部分を加熱して更にドロー加工することにより、チャネル１１４、第１の環状コア領域１１３、第１の内側クラッド部分１２５、第１の低屈折率トレンチ１２４、及び第１の外側クラッド部分１２３を有する第１のセグメント１１０と、第２のコア部分１３２、第２の内側クラッド部分１４５、第２の低屈折率トレンチ１４４、及び第２の外側クラッド部分１４３を有する第２のセグメント１３０とを有する、光ファイバを形成する。この手順において、光ファイバを更にドロー加工することでチャネル１１４が潰されることにより、光ファイバ１００の第２のセグメント１３０の（チャネルを有しない）第２のコア部分１３２が形成され、同時に光ファイバ１００の第２のセグメント１３０の寸法が、第１のセグメント１１０に比べて低減される。別の実施形態では、光ファイバ１００は、第１のセグメント１１０及び第２のセグメント１３０を一体に接合することによって形成できる。このような実施形態では、第１のセグメント１１０の外径Ｄ０及び第２のセグメント１３０の外径ｄ０は、第１のコア部分１１２、第２のコア部分１３２、第１のクラッド部分１２２及び第２のクラッド部分１４２が上述の属性及び特性を有する限り、互いに概ね等しくすることができる。
【０１７８】
図４Ａ、６Ａ、及び８Ａを参照すると、光ファイバ１００は、ガウシアンレーザビームをベッセルレーザビームに変換するために使用できる。具体的には、ガウシアンレーザビームＧＬＢは、光ファイバ１００の入口端部１３１に光学的に結合されてよく、また光ファイバ１００の第２のセグメント１３０を通り、第１のセグメント１１０に向かって伝播する。ガウシアンレーザビームＧＬＢは、第２のセグメント１３０を通って伝播する間、第２のコア部分１３２内に概ね閉じ込められる。第２のセグメント１３０が第１のセグメント１１０へと移行するに従って、第２のコア部分１３２は第１の環状コア領域１１３へと移行し、即ち第２のコア部分１３２は、光ファイバ１００の第１のセグメント１１０の長さに沿ったチャネル１１４の周りに位置決めされた第１の環状コア領域１１３へと移行する。第２のセグメント１３０を通って伝播したガウシアンレーザビームＧＬＢは、高屈折率コア部分を通って伝播しようとし、これにより、第２のコア部分１３２が第１の環状コア領域１１３へと移行するに従って、第１の環状コア領域１１３へと伝播する、即ち第２のコア部分１３２に「追従する（ｆｏｌｌｏｗ）」。これにより、ガウシアンレーザビームＧＬＢは、第１のセグメント１１０を通って伝播するリング状ビームＲＳＢへと変換され、第１のコア部分１１２及び第２のコア部分１３２の相対的なジオメトリ及び相対屈折率により、第１の環状コア領域１１３内に概ね閉じ込められる。リング状ビームＲＳＢは集束するとベッセルレーザビームＢＬＢを形成する。出口端部１１１が平面である（集束力を有しない）場合、ガウシアンレーザビームからリング状レーザビーム（ＲＳＢ）への変換を経たリング状ビームレーザビームが出力端部１１１から光ファイバ１００を出る。エンドキャップ１０００は、（軸対称でないため）リング状レーザビーム（ＲＳＢ）の円対称性を破壊し、リング状レーザビーム（ＲＳＢ）を、破壊された又は部分リング状ビームへと変換する。エンドキャップの出口端部が湾曲している、及び／又は集束レンズ面を形成する場合、レーザビームは非軸対称（非円対称）ベッセルレーザビームＢＬＢを形成し、ガウシアンレーザビームから非軸対称ベッセルレーザビームへの変換を経たベッセルレーザビームＢＬＢがエンドキャップ１０００を出る。実施形態では、ガウシアンレーザビームＧＬＢは、レンズ系を通して、直接の突き合わせ結合によって、又は溶融接合によって、光ファイバ１００の入口端部１３１に結合できる。光ファイバ１００の出口端部１１１に供給され、エンドキャップ１０００によって改変されたリング状ビームは例えば、自由空間のかさばる光学素子（図３Ａ、３Ｃを参照）、又はエンドキャップ１０００の出口端部に直接形成された（図示せず）、若しくはエンドキャップの出口端部に取り付けられた（図３Ｅ）、エンドキャップレンズを用いて、集束させることができる。
【０１７９】
図４Ｂ、５Ｂ、６Ｂ、６Ｃ、７Ｂ、及び８Ｂを参照すると、移行領域１５０’で第２のセグメント１３０’（Ｇセグメント）に光学的に結合された第１のセグメント１１０’（Ｒセグメント）を有する光ファイバ１００’の一実施形態が示されている。ファイバ１００’はファイバ１００と同様であるが、光ファイバ１００’のコアは、以下で更に詳細に説明される１つ以上の領域Ｒを含む。
【０１８０】
この実施形態の光ファイバ１００’の例示的なＲセグメント（セグメント１１０’）は、図５Ｂ、６Ｂ、及び６Ｃに図示されており、光ファイバ１００のＲセグメント（セグメント１１０）と同様である。しかしながら、ファイバ１００’のコア部分１１２’の第１のコア領域１１３’は、完全な環状ではなく（即ち連続しておらず）、隣接する領域１１３’（例えば純シリカ、ダウンドープシリカ、又は図５Ｂ、６Ｂに示す実施形態では１つ以上の空洞Ｈ）よりも屈折率が低い１つ以上の領域Ｒを含む。コア領域１１３’は、破壊された又は分割されたリングの形状である。より具体的には、ある断面（Ａ‐Ａ）において、ファイバセグメント１１０’（即ちＲセグメント）は、図６Ｂに示されている屈折率プロファイル（ここでは、第１の（不連続な）コア領域１１３’はクラッドよりも高い相対屈折率ΔＡＣ％を有する）を有し、別の断面（Ｂ‐Ｂ）では、図６Ｃに示されている屈折率プロファイルを有する。領域Ｒ（例えば図５Ｂに示すような１つ以上の空洞Ｈ）は、コア領域１１３’の対称性を破壊することにより、コアを通って伝播するレーザビームの対称性を破壊する。
【０１８１】
図７Ｂ、８Ｂ、８Ｃに示す実施形態の光ファイバ１００’の例示的なＧセグメント（第２のセグメント１３０’）は、ファイバのＧセグメント（第２のセグメント１３０’）を通って伝播するガウシアンビームを非円対称にする。中央のチャネル１１４’が潰れた後、この実施形態のコア部分１３２’は楕円形になる。第２のセグメント１３０’を通って伝播したガウシアンレーザビームＧＬＢは、高屈折率コア部分を通って伝播しようとし、これにより、コア部分１３２’の高屈折率部分が第１の環状コア領域１１３’へと移行するに従って、第１の環状コア領域１１３’へと伝播し、即ちコア部分１３２’の高屈折率部分に「追従し」、低屈折率材料の領域Ｒを通る、又はファイバセグメント１１０’の１つ以上の空洞Ｈを通る伝播はあまり発生しない。
【０１８２】
上述のように、ファイバセグメント１１０’のコア内の１つ以上の低屈折率領域（例えば１つ以上の空洞Ｈ）は、リング状レーザビーム（ＲＳＢ）の対称性を破壊するため、セグメント１１０’を通って伝播するビームの形状は、「破壊された」又は「部分リング」形状のビームである。光ファイバ１００’の出口端部１１１’が湾曲している、及び／又は集束レンズ面を形成する場合、光ファイバ１００’は非軸対称（非円対称）ベッセルレーザビームＢＬＢを形成し、ガウシアンレーザビームから非軸対称ベッセルレーザビームへの変換を経たベッセルレーザビームＢＬＢが光ファイバ１００’を出る。光ファイバ１００’の出口端部１１１’に供給された非軸対称レーザビームは例えば、自由空間のかさばる光学素子（図３Ｂ、３Ｄを参照）、又は光ファイバの出口端部１１１’に直接形成された（図示せず）、若しくは光ファイバの出口端部１１１’に取り付けられた（図３Ｆ）、レンズを用いて、集束させることができる。
【０１８３】
光ファイバ１００’ではなく光ファイバ１００を使用する場合、図５Ｂ、６Ｂ、６Ｃに示されているジオメトリ及び屈折率プロファイルを有する小さなファイバセグメントを、光ファイバ１００のセグメント１１０（Ｒセグメント）の端面に取り付けて（例えば接合して）、光ファイバ１００のセグメント１１０（Ｒセグメント）を通って伝播する軸対称リング状レーザビームを非軸対称のレーザビームへと変換するためのエンドキャップ１０００として利用できることに留意されたい。本明細書で開示される他のエンドキャップ１０００を利用してもよい。
【０１８４】
エンドキャップ１０００又はファイバ１００’を通って伝播した非軸対称ビームは、集束すると非軸対称レーザビームを形成し、これは非軸対称スポット１４をもたらす。
【０１８５】
図４Ａ及び９Ａ〜１２Ａを参照すると、移行領域２５０で第２のセグメント２３０に光学的に結合された第１のセグメント２１０を有する光ファイバ２００の一実施形態が図示されている。光ファイバ２００は、第１のセグメント２１０（Ｒセグメント）が、空気チャネルの代わりに、第１の環状コア領域２１３内に位置決めされた第１の低屈折率コア領域２１４を有する、第１のコア部分２１２を含んでよく、また第２のセグメント２３０（Ｇセグメント）が、第２の環状コア領域２３３内に位置決めされた第２の低屈折率コア領域２３４を有する、第２のコア部分を含んでよいことを除いて、光ファイバ１００と同様であってよい。第１の低屈折率コア領域２１４は、第１の内側クラッド部分２２５の屈折率以下の屈折率を有してよい。例えば、コア領域２１４は、純シリカガラス、Ｆドープシリカガラス、又はホウ素ドープシリカガラス製であってよい。光ファイバ２００の少なくとも一部分の側面図が図４Ａに示されており、光ファイバ２００の第１のセグメント２１０及び第２のセグメント２３０の半径方向断面が、それぞれ図９Ａ及び１１Ａに示されており、第１のセグメント２１０及び第２のセグメント２３０の対応する相対屈折率プロファイルが、それぞれ図１０Ａ及び１２Ａに示されている。第１のセグメント２１０は第１の外径「Ｄ０」を有し、第２のセグメント２３０は第２の外径「ｄ０」を有する（図４Ａ）。第１の外径Ｄ０は第２の外径ｄ０より大きい。実施形態では、第１の外径Ｄ０は約０．２ミリメートル（ｍｍ）〜約５．０ｍｍであってよく、第２の外径ｄ０は約０．１〜約４．５ｍｍであってよく、移行領域２５０の長さは約０．５ｍｍ〜約２０ｍｍであってよい。実施形態では、第１の外径Ｄ０は約０．４ｍｍ〜約１．０ｍｍであり、第２の外径ｄ０は約０．２ｍｍ〜約０．９ｍｍであり、移行領域２５０の長さは約１ｍｍ〜約１０ｍｍである。他の実施形態では、第１の外径Ｄ０は約１５０μｍ〜約２５０μｍであり、第２の外径ｄ０は約７５μｍ〜約２２５μｍであり、移行領域２５０の長さは１０ｍｍ超である。第２のセグメント２３０を通って伝播するガウシアンレーザビーム「ＧＬＢ」は、第１のセグメント２１０を通って伝播するリング状ビームに変換される。実施形態では、第１のセグメント２１０、第２のセグメント２３０、及び移行領域２５０は互いに一体として形成され、光ファイバ２００のテーパ比（ｄ０／Ｄ０）は、約０．２以上約０．９以下（例えば０．２、０．３、０．４、０．５、０．７、０．８、０．９又はこれらの間）である。例えばいくつかの実施形態では、光ファイバ２００のテーパ比は、約０．３以上約０．９以下である。更に他の実施形態では、光ファイバ２００のテーパ比は、約０．３以上約０．８以下である。光ファイバ２００の第１のセグメント２１０（図９Ａ及び１０Ａ）は、光ファイバ２００の軸中心線２を中央とする第１のコア部分２１２を有する。第１のコア部分２１２は、第１の環状コア領域２１３を含んでよい。第１のクラッド部分２２２は、第１のコア部分２１２の周りに延在してよい。光ファイバ２００の第２のセグメント２３０（図１１Ａ及び１２Ａ）は、第２のコア部分２３２を有してよく、第２のコア部分２３２の少な���とも一部分は、第１のコア部分２１２に光学的に結合される。第２のクラッド部分２４２は、第２のコア部分２３２の周りに延在してよい。
【０１８６】
図４Ａ、９Ａ及び１０Ａを参照すると、図４Ａの光ファイバ２００の第１のセグメント２１０の半径方向断面が、図９Ａに概略図で示されており、断面の中心線に対するこの半径方向断面の相対屈折率が、図１０Ａにグラフで示されている。第１のセグメント２１０は一般に、第１のコア部分２１２及び第１のクラッド部分２２２を含む。第１のコア部分２１２は、第１のクラッド部分２２２内に位置決めされ、第１のクラッド部分２２２は第１のコア部分２１２の周りに延在する。第１のコア部分２１２及び第１のクラッド部分２２２は概ね同心であってよく、従って、光ファイバ２００の第１のセグメント２１０の断面は、光ファイバ２００の第１のコア部分２１２の中心に関して概ね円対称である。また、第１のコア部分２１２及び第１のクラッド部分２２２は、光ファイバ２００の第１のコア部分２１２の中心に関して概ね軸対称であってよい。実施形態では、第１のコア部分２１２は、第１の環状コア領域２１３及び第１の低屈折率コア領域２１４を含んでよい。第１の低屈折率コア領域２１４は第１の環状コア領域２１３内に位置決めされ、また第１の低屈折率コア領域２１４は、第１の環状コア領域２１３のすぐ横で、第１の環状コア領域２１３に直接接触する。
【０１８７】
いくつかの実施形態では、第１のクラッド部分２２２は任意に、第１の低屈折率トレンチ２２４及び第１の外側クラッド部分２２３を含んでよい。この第１の低屈折率トレンチ２２４は、第１の外側クラッド部分２２３内に位置決めされ、また第１の低屈折率トレンチ２２４は、第１の外側クラッド部分２２３のすぐ横で、第１の外側クラッド部分２２３に直接接触してよい。第１の低屈折率トレンチ２２４が含まれている場合、これは、光ファイバ２００の曲げ性能を改善する。即ち、第１の低屈折率トレンチ２２４は、光ファイバ２００をコイル状に巻いた場合に、光ファイバ２００内で伝播する光の減衰を低減するため、第１の低屈折率トレンチ２２４を備えない同様の構造を有する光ファイバに比べて、光ファイバ２００を、光ファイバ２００内で伝播する光の減衰を増大させることなく、より小さな半径へとコイル状に巻くことが可能となる。
【０１８８】
いくつかの実施形態（図示せず）では、第１の低屈折率トレンチ２２４は、第１のコア部分２１２のすぐ横で、第１のコア部分２１２に直接接触してよい。図９Ａ及び１０Ａに示す実施形態のような他のいくつかの実施形態では、第１の低屈折率トレンチ２２４は、第１の内側クラッド部分２２５によって第１のコア部分２１２から隔てられていてよく、即ち第１の内側クラッド部分２２５は、第１の低屈折率トレンチ２２４内において、第１の低屈折率トレンチ２２４と第１のコア部分２１２との間に位置決めされる。実施形態では、第１の内側クラッド部分２２５は、第１の低屈折率トレンチ２２４及び第１の環状コア領域２１３のすぐ横で、第１の低屈折率トレンチ２２４及び第１の環状コア領域２１３に直接接触する。
【０１８９】
第１のセグメント２１０は、光ファイバ２００の軸中心線２からの半径Ｒ４を有する。第１のコア部分２１２は、半径Ｒ４より小さな半径Ｒ１を有する。第１のコア部分２１２の第１の低屈折率コア領域２１４は、半径Ｒ１より小さな半径Ｒ０を有する。第１の環状コア領域２１３は、内半径Ｒ０、外半径Ｒ１、及び半径方向厚さＴＡＣ＝Ｒ１−Ｒ０を有する。第１の低屈折率コア領域２１４及び第１の環状コア領域２１３それぞれの半径Ｒ０及びＲ１は、第１の低屈折率コア領域２１４及び第１の環状コア領域２１３それぞれの相対屈折率プロファイルの最大勾配に対する接線（図１０Ａ）が、基準相対屈折率線ΔＯＣＬ％と交差する点において定義される。第１のクラッド部分２２２は、内半径Ｒ１、外半径Ｒ４、及び半径方向厚さＴＣＬ＝Ｒ４−Ｒ１を有する。第１のクラッド部分２２２が第１の低屈折率トレンチ２２４及び第１の外側クラッド部分２２３を含む実施形態では、第１の低屈折率トレンチ２２４は、内半径Ｒ２、外半径Ｒ３、及び半径方向厚さＴＬＩＴ＝Ｒ３−Ｒ２を有する。第１の外側クラッド部分２２３は、内半径Ｒ３、外半径Ｒ４、及び半径方向厚さＴＯＣＬ＝Ｒ４−Ｒ３を有する。第１の低屈折率トレンチ２２４が第１のコア部分２１２のすぐ横で第１のコア部分２１２に直接接触する実施形態（図示せず）では、第１の低屈折率トレンチ２２４の内半径Ｒ２は、第１のコア部分２１２の半径Ｒ１と等しくなり得る。第１の低屈折率トレンチ２２４が第１の内側クラッド部分２２５によって第１のコア部分２１２から隔てられている実施形態では、第１の内側クラッド部分２２５は、内半径Ｒ１、外半径Ｒ２、及び半径方向厚さＴＩＣＬ＝Ｒ２−Ｒ１を有する。
【０１９０】
第１のセグメント２１０の半径Ｒ４は、約５０μｍ〜約２５０μｍである。いくつかの実施形態では、第１のセグメント２１０の半径Ｒ４は約１００μｍ〜約１５０μｍである。第１のコア部分２１２の半径Ｒ１は約５μｍ〜約２５μｍである。いくつかの実施形態では、半径Ｒ１は約７．５μｍ〜約１５μｍである。第１の低屈折率コア領域２１４の半径Ｒ０は約１μｍ〜約１０μｍである。いくつかの実施形態では、第１の低屈折率コア領域２１４の半径Ｒ０は約２μｍ〜約７μｍである。第１の環状コア領域２１３の半径方向厚さＴＡＣ（Ｒ１−Ｒ０）は約２μｍ〜約１５μｍである。いくつかの実施形態では、半径方向厚さＴＡＣは約５μｍ〜約１０μｍである。第１のクラッド部分２２２の半径方向厚さＴＣＬ（Ｒ４−Ｒ１）は約７５μｍ〜約１７５μｍである。いくつかの実施形態では、半径方向厚さＴＣＬは約９０μｍ〜約１２５μｍである。第１のクラッド部分２２２が第１の低屈折率トレンチ２２４及び第１の外側クラッド部分２２３を含む実施形態では、第１の低屈折率トレンチ２２４の内半径Ｒ２は約５μｍ〜約５０μｍであり、外半径Ｒ３は約７μｍ〜約５０μｍであり、半径方向厚さＴＬＩＴ（Ｒ３−Ｒ２）は約１μｍ〜約２０μｍである。実施形態では、内半径Ｒ２は約１０μｍ〜約３０μｍであり、外半径Ｒ３は約１０μｍ〜約４０μｍであり、半径方向厚さＴＬＩＴは約１μｍ〜約１５μｍである。第１の外側クラッド部分２２３の内半径Ｒ３は約７μｍ〜約５０μｍであり、外半径Ｒ４は約５０μｍ〜約２５０μｍであり、半径方向厚さＴＯＣＬ（Ｒ４−Ｒ３）は約７５μｍ〜約１５０μｍである。実施形態では、内半径Ｒ３は約１０μｍ〜約４０μｍであり、外半径Ｒ４は約１００μｍ〜約１５０μｍであり、半径方向厚さＴＯＣＬは約８５μｍ〜約１２５μｍである。第１の低屈折率トレンチ２２４が第１の内側クラッド部分２２５によって第１のコア部分２１２から隔てられている実施形態では、第１の内側クラッド部分２２５の内半径Ｒ１は約５μｍ〜約２５μｍであり、外半径Ｒ２は約５μｍ〜約５０μｍであり、半径方向厚さＴＩＣＬ（Ｒ２−Ｒ１）は約１μｍ〜約１５．０μｍである。実施形態では、内半径Ｒ１は約７．５μｍ〜約１５μｍであり、外半径Ｒ２は約１０μｍ〜約３０μｍであり、半径方向厚さＴＩＣＬは約１μｍ〜約１０μｍである。
【０１９１】
図４Ａ、１１Ａ及び１２Ａを参照すると、図４Ａの光ファイバ２００の第２のセグメント２３０の半径方向断面が、図１１Ａに概略図で示されており、断面の中心線に対するこの半径方向断面の相対屈折率が、図１２Ａにグラフで示されている。第２のセグメント２３０は一般に、第２のコア部分２３２及び第２のクラッド部分２４２を含む。第２のコア部分２３２は、第２のクラッド部分２４２内に位置決めされ、第２のクラッド部分２４２は第２のコア部分２３２の周りに延在する。第２のコア部分２３２及び第２のクラッド部分２４２は概ね同心であってよく、従って、光ファイバ２００の第２のセグメント２３０の断面は、光ファイバ２００の第２のコア部分２３２の中心に関して概ね円対称である。また、第２のコア部分２３２及び第２のクラッド部分２４２は、光ファイバ２００の第２のコア部分２３２の中心に関して概ね軸対称であってよい。実施形態では、第２のコア部分２３２は、第２の環状コア領域２３３及び第２の低屈折率コア領域２３４を含んでよい。第２の低屈折率コア領域２３４は第２の環状コア領域２３３内に位置決めされ、また第２の低屈折率コア領域２３４は、第２の環状コア領域２３３のすぐ横で、第２の環状コア領域２３３に直接接触する。
【０１９２】
いくつかの実施形態では、第２のクラッド部分２４２は任意に、第２の低屈折率トレンチ２４４及び第２の外側クラッド部分２４３を含んでよい。第２の低屈折率トレンチ２４４は、第２の外側クラッド部分２４３内に位置決めされ、また第２の低屈折率トレンチ２４４は、第２の外側クラッド部分２４３のすぐ横で、第２の外側クラッド部分２４３に直接接触してよい。第２の低屈折率トレンチ２４４が含まれている場合、これは、光ファイバ２００の曲げ性能を改善する。即ち、第２の低屈折率トレンチ２４４は、光ファイバ２００をコイル状に巻いた場合に、光ファイバ２００内で伝播する光の減衰を低減するため、第２の低屈折率トレンチ２４４を備えない同様の構造を有する光ファイバに比べて、光ファイバ２００を、光ファイバ２００内で伝播する光の減衰を増大させることなく、より小さな半径へとコイル状に巻くことが可能となる。光ファイバ２００の第１のセグメント２１０が第１の低屈折率トレンチ２２４を含む場合、光ファイバ２００の第２のセグメント２３０は第２の低屈折率トレンチ２４４を含むことになり、またその逆でもあることを理解されたい。
【０１９３】
いくつかの実施形態（図示せず）では、第２の低屈折率トレンチ２４４は、第２のコア部分２３２のすぐ横で、第２のコア部分２３２に直接接触してよい。他のいくつかの実施形態では、第２の低屈折率トレンチ２４４は、図１１Ａ及び１２Ａに示すように、第２の内側クラッド部分２４５によって第２のコア部分２３２から隔てられていてよい。即ち第２の内側クラッド部分２４５は、第２の低屈折率トレンチ２４４内に位置決めされ、また第２の低屈折率トレンチ２４４と第２のコア部分２３２との間に位置決めされる。実施形態では、第２の内側クラッド部分２４５は、第２の低屈折率トレンチ２４４及び第２の環状コア領域２３３のすぐ横で、第２の低屈折率トレンチ２４４及び第２の環状コア領域２３３に直接接触する。
【０１９４】
図４Ａ及び９Ａ〜１２Ａを参照して、移行領域２５０を介して、第１のコア部分２１２は第２のコア部分２３２に光学的に結合され、第１のクラッド部分２２２は第２のクラッド部分２４２に光学的に結合されることを理解されたい。特に、移行領域２５０を介して、第１の低屈折率コア領域２１４は第２の低屈折率コア領域２３４に光学的に結合され、第１の環状コア領域２１３は第２の環状コア領域２３３に光学的に結合され、第１の外側クラッド部分２２３は第２の外側クラッド部分２４３に光学的に結合され、第１の低屈折率トレンチ２２４は第２の低屈折率トレンチ２４４に光学的に結合され、第１の内側クラッド部分２２５は第２の内側クラッド部分２４５に光学的に結合される。
【０１９５】
第２のセグメント２３０は、光ファイバ２００の軸中心線２からの半径ｒ４を有する。第２のコア部分２３２は、半径ｒ４より小さな半径ｒ１を有する。第２のコア部分２３２の第２の低屈折率コア領域２３４は、半径ｒ１より小さな半径ｒ０を有する。第２の環状コア領域２３３は、内半径ｒ０、外半径ｒ１、及び半径方向厚さｔａｃ＝ｒ１−ｒ０を有する。第２の低屈折率コア領域２３４及び第２の環状コア領域２３３の半径ｒ０及びｒ１は、それぞれ第２の低屈折率コア領域２３４及び第２の環状コア領域２３３の相対屈折率プロファイルの最大勾配に対する接線（図１２Ａ）が、基準相対屈折率線Δｏｃｌ％と交差する点において定義される。第２のクラッド部分２４２は、内半径ｒ１、外半径ｒ４、及び半径方向厚さｔｃｌ＝ｒ４−ｒ１を有する。第２のクラッド部分２４２が第２の低屈折率トレンチ２４４及び第２の外側クラッド部分２４３を含む実施形態では、第２の低屈折率トレンチ２４４は、内半径ｒ２、外半径ｒ３、及び半径方向厚さｔｌｉｔ＝ｒ３−ｒ２を有する。第２の外側クラッド部分２４３は、内半径ｒ３、外半径ｒ４、及び半径方向厚さｔｏｃｌ＝ｒ４−ｒ３を有する。第２の低屈折率トレンチ２４４が第２のコア部分２３２のすぐ横で第２のコア部分２３２に直接接触する実施形態（図示せず）では、第２の低屈折率トレンチ２４４の内半径ｒ２は、第２のコア部分２３２の半径ｒ１と等しくなり得る。第２の低屈折率トレンチ２４４が第２の内側クラッド部分２４５によって第２のコア部分２３２から隔てられている実施形態では、第２の内側クラッド部分２４５は、内半径ｒ１、外半径ｒ２、及び半径方向厚さｔｉｃｌ＝ｒ２−ｒ１を有する。
【０１９６】
第２のセグメント２３０の半径ｒ４は、約２０μｍ〜約１００μｍである。いくつかの実施形態では、第２のセグメント２３０の半径ｒ４は約３０μｍ〜約７０μｍである。第２のコア部分２３２の半径ｒ１は約１μｍ〜約１０μｍである。いくつかの実施形態では、半径ｒ１は約２．５μｍ〜約７．５μｍである。第２のクラッド部分２４２の半径方向厚さｔｃｌ（ｒ４−ｒ１）は約２０μｍ〜約８０μｍである。いくつかの実施形態では、半径方向厚さｔｃｌは約３５μｍ〜約６０μｍである。第２のクラッド部分２４２が第２の低屈折率トレンチ２４４及び第２の外側クラッド部分２４３を含む実施形態では、第２の低屈折率トレンチ２４４の内半径ｒ２は約２μｍ〜約１５μｍであり、外半径ｒ３は約２μｍ〜約２５μｍであり、半径方向厚さｔｌｉｔ（ｒ３−ｒ２）は約１μｍ〜約１０μｍである。実施形態では、内半径ｒ２は約３μｍ〜約１０μｍであり、外半径ｒ３は約３μｍ〜約２０μｍであり、半径方向厚さｔｌｉｔは約１μｍ〜約８μｍである。第２の外側クラッド部分２４３の内半径ｒ３は約２μｍ〜約２５μｍであり、外半径ｒ４は約２０μｍ〜約１００μｍであり、半径方向厚さｔｏｃｌ（ｒ４−ｒ３）は約２５μｍ〜約７５μｍである。実施形態では、内半径ｒ３は約３μｍ〜約２０μｍであり、外半径ｒ４は約３０μｍ〜約７０μｍであり、半径方向厚さｔｏｃｌは約３０μｍ〜約５０μｍである。第２の低屈折率トレンチ２４４が第２の内側クラッド部分２４５によって第２のコア部分２３２から隔てられている実施形態では、第２の内側クラッド部分２４５の内半径ｒ１は約１μｍ〜約１０μｍであり、外半径ｒ２は約２μｍ〜約１５μｍであり、半径方向厚さｔｉｃｌ（ｒ２−ｒ１）は約１μｍ〜約８μｍである。実施形態では、内半径ｒ１は約２．５μｍ〜約７．５μｍであり、外半径ｒ２は約３μｍ〜約１０μｍであり、半径方向厚さｔｉｃｌは約１μｍ〜約４μｍである。
【０１９７】
第１のセグメント２１０の第１の低屈折率コア領域２１４は、屈折率ｎＬＩＣ及び相対屈折率ΔＬＩＣ％を有し、第２のセグメント２３０の第２の低屈折率コア領域２３４は、屈折率ｎｌｉｃ及び相対屈折率Δｌｉｃ％を有する。実施形態では、第１の低屈折率コア領域２１４及び第２の低屈折率コア領域２３４は同一の材料から作製され、相対屈折率ΔＬＩＣ％は相対屈折率Δｌｉｃ％に略等しい（即ちΔＬＩＣ％＝Δｌｉｃ％）。相対屈折率ΔＬＩＣ％及び相対屈折率Δｌｉｃ％は約０．２％〜約−１．０％である。実施形態では、相対屈折率ΔＬＩＣ％及び相対屈折率Δｌｉｃ％は約０．１％〜約−０．５％である。
【０１９８】
第１の環状コア領域２１３は屈折率ｎＡＣ及び相対屈折率ΔＡＣ％を有し、第２の環状コア領域２３３は屈折率ｎａｃ及び相対屈折率Δａｃ％を有する。実施形態では、第１の環状コア領域２１３及び第２の環状コア領域２３３は同一の材料から作製され、相対屈折率ΔＡＣ％は相対屈折率Δａｃ％に略等しい（即ちΔＡＣ％＝Δａｃ％）。相対屈折率ΔＡＣ％及び相対屈折率Δａｃ％は、それぞれ相対屈折率ΔＬＩＣ％及び相対屈折率Δｌｉｃ％よりも大きい（即ちΔＡＣ％＞ΔＬＩＣ％；Δａｃ％＞Δｌｉｃ％）。第１の低屈折率コア領域２１４及び第２の低屈折率コア領域２３４が同一の材料から作製される実施形態では、第１の環状コア領域２１３及び第２の環状コア領域２３３は同一の材料から作製され、ΔＡＣ％＞Δｌｉｃ％及びΔａｃ％＞ΔＬＩＣ％となる。相対屈折率ΔＡＣ％及び相対屈折率Δａｃ％は、約０．２％〜約１．０％である。実施形態では、相対屈折率ΔＡＣ％及び相対屈折率Δａｃ％は、約０．３％〜約０．７５％である。
【０１９９】
第１のクラッド部分２２２は、屈折率ｎＣＬと、純シリカガラスに対する相対屈折率ΔＣＬ％とを有する。第１のクラッド部分２２２の屈折率ｎＣＬは、光ファイバ２００の第１のセグメント２１０の他のガラス部分の相対屈折率のための基準として使用できる。第１のクラッド部分２２２が第１の外側クラッド部分２２３、第１の低屈折率トレンチ２２４、及び（任意に）第１の内側クラッド部分２２５を含む実施形態では、光ファイバ２００の第１のセグメント２１０の他のガラス部分の相対屈折率は、本明細書中で更に詳細に説明するように、第１の外側クラッド部分２２３に対して決定される。
【０２００】
第１のクラッド部分２２２が第１の内側クラッド部分２２５及び第１の低屈折率トレンチ２２４を含む実施形態では、第１の内側クラッド部分２２５は屈折率ｎＩＣＬ及び相対屈折率ΔＩＣＬ％を有し、第１の低屈折率トレンチ２２４は屈折率ｎＬＩＴ及び相対屈折率ΔＬＩＴ％を有する。図１０Ａに概略的に図示されているように、相対屈折率ΔＩＣＬ％は一般に相対屈折率ΔＬＩＴ％より大きく、一般に相対屈折率ΔＡＣ％より小さい（即ちΔＡＣ％＞ΔＩＣＬ％＞ΔＬＩＴ％）。相対屈折率ΔＩＣＬ％は約−０．１％〜約０．１％であり、相対屈折率ΔＬＩＴ％は約−０．１％〜約−１．０％である。実施形態では、相対屈折率ΔＩＣＬ％は約−０．０５％〜約０．０５％であり、相対屈折率ΔＬＩＴ％は約−０．３％〜約−０．５％である。
【０２０１】
第２のクラッド部分２４２は、屈折率ｎｃｌと、純シリカガラスに対する相対屈折率Δｃｌ％とを有する。第２のクラッド部分２４２の屈折率ｎｃｌは、光ファイバ２００の第２のセグメント２３０の他のガラス部分の相対屈折率のための基準として使用できる。第２のクラッド部分２４２が第２の外側クラッド部分２４３、第２の低屈折率トレンチ２４４、及び（任意に）第２の内側クラッド部分２４５を含む実施形態では、光ファイバ２００の第２のセグメント２３０の他のガラス部分の相対屈折率は、本明細書中で更に詳細に説明するように、第２の外側クラッド部分２４３に対して決定される。
【０２０２】
第２のクラッド部分２４２が第２の内側クラッド部分２４５及び第２の低屈折率トレンチ２４４を含む実施形態では、第２の内側クラッド部分２４５は屈折率ｎｉｃｌ及び相対屈折率Δｉｃｌ％を有し、第２の低屈折率トレンチ２４４は屈折率ｎｌｉｔ及び相対屈折率Δｌｉｔ％を有する。図１２Ａに概略的に図示されているように、相対屈折率Δｉｃｌ％は一般に相対屈折率Δｌｉｔ％より大きく、一般に相対屈折率相対屈折率Δａｃ％より小さい（即ちΔａｃ％＞Δｉｃｌ％＞Δｌｉｔ％）。実施形態では、第２の内側クラッド部分２４５は第１の内側クラッド部分２２５と同一の材料から作製され、第２の低屈折率トレンチ２４４は第１の低屈折率トレンチ２２４と同一の材料から作製される。従って、相対屈折率ｎｉｃｌ及び相対屈折率ｎｌｉｔはそれぞれ、相対屈折率ｎＩＣＬ及び相対屈折率ｎＬＩＴに略等しくなり得（即ちｎｉｃｌ＝ｎＩＣＬ；ｎｌｉｔ＝ｎＬＩＴ）、また相対屈折率Δｉｃｌ％及び相対屈折率Δｌｉｔ％はそれぞれ、相対屈折率ΔＩＣＬ％及び相対屈折率ΔＬＩＴ％に略等しくなり得る（即ちΔｉｃｌ％＝ΔＩＣＬ％；Δｌｉｔ％＝ΔＬＩＴ％）。例えば、相対屈折率Δｉｃｌ％は約−０．１％〜約０．１％であってよく、相対屈折率Δｌｉｔ％は約−０．１％〜約−１．０％であってよい。実施形態では、相対屈折率Δｉｃｌ％は約−０．０５％〜約０．０５％であってよく、相対屈折率Δｌｉｔ％は約−０．３％〜約−０．５％であってよい。
【０２０３】
第１のクラッド部分２２２が第１の外側クラッド部分２２３を含む実施形態では、第１の外側クラッド部分２２３は屈折率ｎＯＣＬ及び相対屈折率ΔＯＣＬ％を有する。これらの実施形態では、相対屈折率ΔＯＣＬ％は、光ファイバ２００の第１のセグメント２１０の他のガラス部分の相対屈折率を決定するための基準として使用できる。本明細書に記載の実施形態では、第１の外側クラッド部分２２３の相対屈折率ΔＯＣＬ％は、第１の低屈折率トレンチ２２４の相対屈折率ΔＬＩＴ％より大きい（即ちΔＯＣＬ％＞ΔＬＩＴ％）。いくつかの実施形態では、第１の内側クラッド部分２２５が、第１の内側クラッド部分２２５の屈折率ｎＩＣＬを第１の外側クラッド部分２２３の屈折率ｎＯＣＬに対して低下させる１つ以上のダウンドーパントでドープされたシリカガラスを含む場合等には、第１の外側クラッド部分２２３の相対屈折率ΔＯＣＬ％は、第１の内側クラッド部分２２５の相対屈折率ΔＩＣＬ％より大きくなり得る。他の実施形態では、第１の外側クラッド部分２２３の相対屈折率ΔＯＣＬ％は、第１の内側クラッド部分２２５の相対屈折率ΔＩＣＬ％と略等しくてよい。このような実施形態では、第１の外側クラッド部分２２３の組成は、ΔＯＣＬ％＝ΔＩＣＬ％でありさえすれば、第１の内側クラッド部分２２５の組成と同一であっても、第１の内側クラッド部分２２５の組成と異なっていてもよい。以上に基づいて、第１の外側クラッド部分２２３の相対屈折率ΔＯＣＬ％が、第１の内側クラッド部分２２５の相対屈折率ΔＩＣＬ％より大きいか、又はこれに略等しいことを理解されたい。
【０２０４】
第２のクラッド部分２４２が第２の外側クラッド部分２４３を含む実施形態では、第２の外側クラッド部分２４３は屈折率ｎｏｃｌ及び相対屈折率Δｏｃｌ％を有する。従って相対屈折率Δｏｃｌ％は、光ファイバ２００の第２のセグメント２３０の他のガラス部分の相対屈折率のための基準として使用できる。本明細書に記載の実施形態では、第２の外側クラッド部分２４３の相対屈折率Δｏｃｌ％は、第２の低屈折率トレンチ２４４の相対屈折率Δｌｉｔ％より大きい（即ちΔｏｃｌ％＞Δｌｉｔ％）。いくつかの実施形態では、第２の内側クラッド部分２４５が、第２の内側クラッド部分２４５の屈折率ｎｉｃｌを第２の外側クラッド部分２４３の屈折率ｎｏｃｌに対して低下させる１つ以上のダウンドーパントでダウンドープされたシリカガラスを含む場合等には、第２の外側クラッド部分２４３の相対屈折率Δｏｃｌ％は、第２の内側クラッド部分２４５の相対屈折率Δｉｃｌ％より大きくてよい。他の実施形態では、第２の外側クラッド部分２４３の相対屈折率Δｏｃｌ％は、第２の内側クラッド部分２４５の相対屈折率Δｉｃｌ％と略等しくてよい。このような実施形態では、第２の外側クラッド部分２４３の組成は、Δｏｃｌ％＝Δｉｃｌ％でありさえすれば、第２の内側クラッド部分２４５の組成と同一であっても、第２の内側クラッド部分２４５の組成と異なっていてもよい。以上に基づいて、第２の外側クラッド部分２４３の相対屈折率Δｏｃｌ％が、第２の内側クラッド部分２４５の相対屈折率Δｉｃｌ％より大きいか、又はこれに略等しいことを理解されたい。実施形態では、第２の外側クラッド部分２４３は第１の外側クラッド部分２２３と同一の材料から作製され、従って第２の外側クラッド部分２４３の屈折率ｎｏｃｌは、第１の外側クラッド部分２２３の屈折率ｎＯＣＬと略等しくなり得（即ちｎｏｃｌ＝ｎＯＣＬ）、また第２の外側クラッド部分２４３の相対屈折率Δｏｃｌ％は、第１の外側クラッド部分２２３の相対屈折率ΔＯＣＬ％と略等しくなり得る（即ちΔｏｃｌ％＝ΔＯＣＬ％＝０）。
【０２０５】
第１のセグメント２１０の第１の低屈折率コア領域２１４及び第２のセグメント２３０の第２の低屈折率コア領域２３４は、シリカガラスの屈折率を低下させる、限定するものではないが例えばＦ、Ｂ、これらの組み合わせ等の１つ以上のダウンドーパントを含むシリカガラスを含む。実施形態では、第１の低屈折率コア領域２１４及び第２の低屈折率コア領域２３４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．１重量％〜約２．５重量％の濃度で含んでよい。いくつかの実施形態では、第１の低屈折率コア領域２１４及び第２の低屈折率コア領域２３４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．１重量％〜約１．８重量％の濃度で含む。他のいくつかの実施形態では、第１の低屈折率コア領域２１４及び第２の低屈折率コア領域２３４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．１重量％〜約１．５重量％の濃度で含む。更に他の実施形態では、第１の低屈折率コア領域２１４及び第２の低屈折率コア領域２３４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．５重量％〜約１．８重量％の濃度で含む。また更に他の実施形態では、第１の低屈折率コア領域２１４及び第２の低屈折率コア領域２３４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．７重量％〜約１．８重量％の濃度で含む。
【０２０６】
第１のセグメント２１０の第１の環状コア領域２１３、及び第２のセグメント２３０の第２の環状コア領域２３３は、シリカガラスの屈折率を上昇させる１つ以上のアップドーパントを含むシリカガラスを含む。好適なアップドーパントとしては例えば、限定するものではないが、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｌ、Ｐ、ＧｅＯ２、例えＴｉＯ２、Ｐ２Ｏ５、及びこれらの様々な組み合わせが挙げられる。実施形態では、第１の環状コア領域２１３及び第２の環状コア領域２３３のうちの少なくとも一方は、約３重量％〜約１７重量％のＧｅＯ２を含有する。他のいくつかの実施形態では、第１の環状コア領域２１３及び第２の環状コア領域２３３のうちの少なくとも一方は、約５重量％〜約１３重量％のＧｅＯ２を含有する。実施形態では、第１の環状コア領域２１３及び第２の環状コア領域２３３は同一の材料から作製され、第１の環状コア領域２１３中のドーパント濃度は、第２の環状コア領域２３３中のドーパント濃度と略等しい。
【０２０７】
第１のセグメント２１０の第１の内側クラッド部分２２５、及び第２のセグメント２３０の第２の内側クラッド部分２４５は、純シリカガラス、シリカガラスの屈折率を上昇させる１つ以上のアップドーパントを含むシリカガラス、又はシリカガラスの屈折率を低下させる１つ以上のダウンドーパントを含むシリカガラスを含んでよい。好適なアップドーパントの非限定的な例としては、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｌ、Ｐ、ＧｅＯ２、ＴｉＯ２、Ｐ２Ｏ５、これらの組み合わせ等が挙げられる。実施形態では、第１の内側クラッド部分２２５及び第２の内側クラッド部分２４５のうちの少なくとも一方は、アップドーパントとしてＣｌを含有する。好適なダウンドーパントの非限定的な例としては、Ｆ、Ｂ、これらの組み合わせ等が挙げられる。実施形態では、第１の内側クラッド部分２２５及び第２の内側クラッド部分２４５のうちの少なくとも一方は、ダウンドーパントとしてＦを含有する。
【０２０８】
式（３２）及び（３３）に関連して上述したように、光ファイバの特定のガラス部分の半径方向厚さは、この特定のガラス部分の相対屈折率と相関し得る。本明細書に記載の実施形態では、第１の低屈折率トレンチ２２４のトレンチ容積ＶＬＩＴは、約８０％‐μｍ２以上、例えば約１００％‐μｍ２以上であってよい。いくつかの実施形態では、トレンチ容積ＶＬＩＴは約１１０％‐μｍ２以上、又は約１２０％‐μｍ２以上でさえあってよい。いくつかの実施形態では、トレンチ容積ＶＬＩＴは約８０％‐μｍ２かつ約２２０％‐μｍ２以下であってよい。いくつかの実施形態では、トレンチ容積ＶＬＩＴは約１００％‐μｍ２以上かつ約２００％‐μｍ２以下であってよい。更に他の実施形態では、トレンチ容積プロファイルＶＬＩＴは約１１０％‐μｍ２以上かつ約１８０％‐μｍ２以下であってよい。
【０２０９】
本明細書に記載の実施形態では、第２の低屈折率トレンチ２４４のトレンチ容積ｖｌｉｔは、約４０％‐μｍ２以上、例えば約５０％‐μｍ２以上であってよい。いくつかの実施形態では、トレンチ容積ｖｌｉｔは約５５％‐μｍ２以上、又は約６０％‐μｍ２以上でさえあってよい。いくつかの実施形態では、トレンチ容積ｖｌｉｔは約４０％‐μｍ２以上かつ約１１０％‐μｍ２以下であってよい。いくつかの実施形態では、トレンチ容積ｖｌｉｔは約５０％‐μｍ２以上かつ約１００％‐μｍ２以下であってよい。更に他の実施形態では、トレンチ容積プロファイルｖｌｉｔは約５５％‐μｍ２以上かつ約９０％‐μｍ２以下であってよい。
【０２１０】
本明細書に記載の光ファイバの実施形態では、第１の低屈折率トレンチ２２４、第２の低屈折率トレンチ２４４、又は第１の低屈折率トレンチ２２４及び第２の低屈折率トレンチ２４４の両方は、シリカガラスの屈折率を低下させる１つ以上のダウンドーパントを含むシリカガラスを含む。ダウンドーパントの非限定的な例としては、Ｆ、Ｂ、これらの組み合わせ等が挙げられる。実施形態では、第１の低屈折率トレンチ２２４及び第２の低屈折率トレンチ２４４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．１重量％〜約２．５重量％の濃度で含む。いくつかの実施形態では、第１の低屈折率トレンチ２２４及び第２の低屈折率トレンチ２４４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．１重量％〜約１．８重量％の濃度で含む。他の実施形態では、第１の低屈折率トレンチ２２４及び第２の低屈折率トレンチ２４４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．１重量％〜約１．５重量％の濃度で含む。更に他の実施形態では、第１の低屈折率トレンチ２２４及び第２の低屈折率トレンチ２４４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．５重量％〜約１．８重量％の濃度で含む。また更に他の実施形態では、第１の低屈折率トレンチ２２４及び第２の低屈折率トレンチ２４４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．７重量％〜約１．８重量％の濃度で含む。
【０２１１】
いくつかの実施形態では、第１の低屈折率コア領域２１４の相対屈折率ΔＬＩＣ％、第１の低屈折率トレンチ２２４の相対屈折率ΔＬＩＴ％、第２の低屈折率コア領域２３４の相対屈折率Δｌｉｃ％、及び第２の低屈折率トレンチ２４４の相対屈折率Δｌｉｔ％のうちの少なくとも一方は、第１の低屈折率コア領域２１４、第１の低屈折率トレンチ２２４、第２の低屈折率コア領域２３４、及び第２の低屈折率トレンチ２４４のうちの対応する少なくとも一方のシリカガラスを、シリカガラス全体に非周期的に配置された、又は周期的に配置された、又はその両方である空所を有するように形成することによって達成される。これらの空所は光ファイバ２００の長さに沿って（即ち長手方向軸に対して平行に）引き伸ばされる（伸長する）が、ファイバ全体の全長に延在することはない。理論によって束縛されることを望むものではないが、空所は、光ファイバの長さに沿って数メートル未満、多くの場合は１メートル未満だけ延在する。本明細書で開示される光ファイバは、固化したガラスブランク中にかなりの量の気体が閉じ込められることにより、固化したガラスの光ファイバプリフォーム中に空所が形成されるようにするために効果的なプリフォーム固化条件を利用する方法によって作製できる。これらの空所を除去するためのステップを実施するのではなく、得られたプリフォームを用いて、中に空所を有する光ファイバを形成する。いくつかの実施形態では、これらの空所は、アルゴン、クリプトン、ＣＯ２、ＳＯ２、Ｏ２、又はこれらの混合物といった１つ以上の気体を内包してよい。他のいくつかの実施形態では、空所は気体を実質的に含まない。気体の存在又は不在にかかわらず、第１の低屈折率コア領域２１４の屈折率ｎＬＩＣ、第１の低屈折率トレンチ２２４の屈折率ｎＬＩＴ、第２の低屈折率コア領域２３４の屈折率ｎｌｉｃ、及び第２の低屈折率トレンチ２４４の屈折率ｎｌｉｔのうちの少なくとも１つは、空所の存在によって低下する。あるいは、又は更に、第１の低屈折率コア領域２１４の屈折率ｎＬＩＣ、第１の低屈折率トレンチ２２４の屈折率ｎＬＩＴ、第２の低屈折率コア領域２３４の屈折率ｎｌｉｃ、及び第２の低屈折率トレンチ２４４の屈折率ｎｌｉｔのうちの少なくとも１つは、空所の非周期的な分布、周期的な分布、又は非周期的な分布及び周期的な分布の両方を伴うダウンドープシリカガラスを形成することによって、低下する。
【０２１２】
第１の低屈折率トレンチ２２４の相対屈折率ΔＬＩＴ％は、第１の内側クラッド部分２２５の相対屈折率ΔＩＣＬ％未満であり（即ちΔＬＩＴ％＜ΔＩＣＬ％）、また第１の外側クラッド部分２２３の相対屈折率ΔＯＣＬ％未満である（即ちΔＬＩＴ％＜ΔＯＣＬ％）。いくつかの実施形態では、相対屈折率ΔＩＣＬ％は相対屈折率ΔＯＣＬ％に略等しく、またΔＬＩＴ％＜ΔＩＣＬ％＝ΔＯＣＬ％である。他の実施形態では、相対屈折率ΔＩＣＬ％は相対屈折率ΔＯＣＬ％未満であり、またΔＬＩＴ％＜ΔＩＣＬ％＜ΔＯＣＬ％である。
【０２１３】
第２の低屈折率トレンチ２４４の相対屈折率Δｌｉｔ％は、第２の内側クラッド部分２４５の相対屈折率Δｉｃｌ％未満であり（即ちΔｌｉｔ％＜Δｉｃｌ％）、また第２の外側クラッド部分２４３の相対屈折率Δｏｃｌ％未満である（即ちΔｌｉｔ％＜Δｏｃｌ％）。いくつかの実施形態では、相対屈折率Δｉｃｌ％は相対屈折率Δｏｃｌ％に略等しく、またΔｌｉｔ％＜Δｉｃｌ％＝Δｏｃｌ％である。他の実施形態では、相対屈折率Δｉｃｌ％は相対屈折率Δｏｃｌ％未満であり、またΔｌｉｔ％＜Δｉｃｌ％＜Δｏｃｌ％である。第２の低屈折率トレンチ２４４、第２の内側クラッド部分２４５、及び第２の外側クラッド部分２４３が、それぞれ第１の低屈折率トレンチ２２４、第１の内側クラッド部分２２５、及び第１の外側クラッド部分２２３と同一の材料から作製される実施形態では、相対屈折率Δｌｉｔ％は相対屈折率ΔＬＩＴ％に略等しくなり得（即ちΔｌｉｔ％＝ΔＬＩＴ％）、相対屈折率Δｉｃｌ％は相対屈折率ΔＩＣＬ％に略等しくなり得（即ちΔｉｃｌ％＝ΔＩＣＬ％）、相対屈折率Δｏｃｌ％は相対屈折率ΔＯＣＬ％に略等しくなり得る（即ちΔｏｃｌ％＝ΔＯＣＬ％）ことを理解されたい。また、相対屈折率ΔＩＣＬ％が相対屈折率ΔＯＣＬ％に略等しい実施形態では、Δｌｉｔ％＜ΔＩＣＬ％＝ΔＯＣＬ％及びΔＬＩＴ％＜Δｉｃｌ％＝Δｏｃｌ％である。相対屈折率ΔＩＣＬ％が相対屈折率ΔＯＣＬ％未満である実施形態では、Δｌｉｔ％＜ΔＩＣＬ％＜ΔＯＣＬ％及びΔＬＩＴ％＜Δｉｃｌ％＜Δｏｃｌ％である。
【０２１４】
第１のセグメント２１０の第１の外側クラッド部分２２３、及び第２のセグメント２３０の第２の外側クラッド部分２４３は、純シリカガラス、シリカガラスの屈折率を上昇させる１つ以上のアップドーパントを含むシリカガラス、又はシリカガラスの屈折率を低下させる１つ以上のダウンドーパントを含むシリカガラスを含んでよい。好適なアップドーパントの非限定的な例としては、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｌ、Ｐ、ＧｅＯ２、ＴｉＯ２、Ｐ２Ｏ５、これらの組み合わせ等が挙げられる。実施形態では、第１の外側クラッド部分２２３及び第２の外側クラッド部分２４３のうちの少なくとも一方は、アップドーパントとしてＣｌを含有する。好適なダウンドーパントの非限定的な例としては、Ｆ、Ｂ、これらの組み合わせ等が挙げられる。実施形態では、第１の外側クラッド部分２２３及び第２の外側クラッド部分２４３のうちの少なくとも一方は、ダウンドーパントとしてＦを含有する。
【０２１５】
本明細書に記載の光ファイバ２００の様々な実施形態は、第１の低屈折率トレンチ２２４を第１のクラッド部分２２２内に組み込み、また第２の低屈折率トレンチ２４４を第２のクラッド部分２４２内に組み込むことによって、曲げ性能が改善されている。光ファイバ２００のマクロ曲げ性能は、上述のようにＦＯＴＰ‐６２（ＪＥＣ‐６０７９３‐１‐４７）に従って決定できる。
【０２１６】
本明細書に記載の実施形態では、光ファイバ２００は、所望の構造を有するファイバプリフォームを作製するための従来のファイバ製造プロセスを用いて製造される。ファイバプリフォームを作製するために使用されるプロセスの非限定的な例としては、外側蒸着（ｏｕｔｓｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＯＶＤ）、改良型化学蒸着（ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＣＶＤ）、物理化学蒸着（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＣＶＤ）等が挙げられる。ファイバプリフォームの形成後、ファイバプリフォームを、第１のセグメント２１０（Ｒセグメント）の寸法を有するファイバへとドロー加工する。第１のセグメント２１０の寸法を有するファイバをクランプで把持して、ファイバの一部分を、第２のセグメント２３０（Ｇセグメント）の寸法へと更に下向きにドロー加工し、ここで第１のセグメント２１０と第２のセグメント２３０との間には移行領域２５０が位置決めされる。
【０２１７】
例えば一実施形態では、まず、光ファイバ２００が第１の低屈折率コア領域２１４、第１の環状コア領域２１３、第１の内側クラッド部分２２５、第１の低屈折率トレンチ２２４、及び第１の外側クラッド部分２２３を最初に有するように、光ファイバ２００を形成してよい。次に光ファイバ２００をクランプで把持して、ファイバの一部分を加熱して更にドロー加工することにより、第１の低屈折率コア領域２１４、第１の環状コア領域２１３、第１の内側クラッド部分２２５、第１の低屈折率トレンチ２２４、及び第１の外側クラッド部分２２３を有する第１のセグメント２１０と、第２の低屈折率コア領域２３４、第２の環状コア領域２３３、第２の内側クラッド部分２４５、第２の低屈折率トレンチ２４４、及び第２の外側クラッド部分２４３を有する第２のセグメント２３０とを有する、光ファイバを形成する。この手順において、光ファイバを更にドロー加工することで、光ファイバ２００の第２のセグメント２３０の寸法が、第１のセグメント２１０に比べて低減される。特に、第２の低屈折率コア領域２３４の寸法は第１の低屈折率コア領域２１４に対して大幅に小さい。別の実施形態では、光ファイバ２００は、第１のセグメント２１０及び第２のセグメント２３０を一体に接合することによって形成できる。このような実施形態では、第１のセグメント２１０の外径Ｄ０及び第２のセグメント２３０の外径ｄ０は、第１のコア部分２１２、第２のコア部分２３２、第１のクラッド部分２２２及び第２のクラッド部分２４２が上述の属性及び特性を有する限り、互いに概ね等しくすることができる。
【０２１８】
再び図４Ａ、１０Ａ、及び１２Ａを参照すると、光ファイバ２００を用いて、ガウシアンレーザビームをリング状ビームＲＳＢに変換でき、これは続いてエンドキャップ１０００で再成形され、集束すると非円対称ベッセルレーザビームＢＬＢを形成する。これらの実施形態では、ベッセルレーザビームＢＬＢのＦＤ値は少なくとも１０である。例えば、ＦＤ値は少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも２５０、少なくとも５００、少なくとも１０００、１０〜２０００、５０〜１５００、又は１００〜１０００である。
【０２１９】
具体的には、ガウシアンレーザビームＧＬＢは、光ファイバ２００の入口端部２３１に光学的に結合され、また第２のセグメント２３０を通り、第１のセグメント２１０に向かって伝播する。ガウシアンレーザビームＧＬＢは、第２の低屈折率コア領域２３４に入射できる。ガウシアンレーザビームＧＬＢは、低屈折率領域よりも高屈折率領域を通って伝播しようとすることが理解される。また、第２の低屈折率コア領域２３４が第１の低屈折率コア領域２１４へと移行するに従って、第２の低屈折率コア領域２３４の半径が増大するため、第１の低屈折率コア領域２１４内を伝播するガウシアンレーザビームＧＬＢの強度は低下する。ガウシアンレーザビームＧＬＢが高屈折率領域を通って伝播しようとすることと、第１の低屈折率コア領域２１４を通って伝播する際にその強度が低下することとによって、ガウシアンレーザビームＧＬＢは第１の低屈折率コア領域２１４を貫通し、第１の環状コア領域２１３を通って伝播し、これによってリング状ビームＲＳＢが形成され、光がリング状ビームとして出口端部２１１を通って光ファイバ２００を出る。続いてこのリング状ビームは、出口端部２１１に隣接するように配置されたエンドキャップ１０００に入射して（図３Ａ、３Ｃ、３Ｅを参照）、非軸対称の非ガウシアンレーザビームへと変換される。エンドキャップ１０００が、湾曲した出力面、又は集束レンズを形成する出力面を有する場合、あるいはこのようなレンズ（１３０Ｉ、１３０Ｃ）がエンドキャップ１０００の出口端部上に直接形成されている、又は取り付けられている場合（図３Ｅを参照）、非軸対称、非ガウシアンレーザビームは、収束又は集束した非軸対称ベッセルビームへと変換される。より具体的には、エンドキャップ１０００は、（軸対称でないため）リング状レーザビーム（ＲＳＢ）の円対称性を破壊し、リング状レーザビーム（ＲＳＢ）を、「破壊されたリング」状のビームへと、又は「部分リング」形状のビームへと変換する。いくつかの実施形態では、光ファイバ２００の出口端部２１１を出たリング状レーザビーム（ＲＳＢ）は、エンドキャップ１０００に結合され、続いてエンドキャップ１０００によって改変されて非軸対称レーザビームとなり、その後、エンドキャップから出て、自由空間のかさばる光学素子（例えば図３Ａ、３Ｃに示すような１３０Ｉ、１３０Ａ）によって集束させられて、非軸対称ベッセルレーザビームＢＬＢを形成する。ガウシアンレーザビームＧＬＢは、レンズ部品を通して（図３Ａ）、直接の突き合わせ結合によって（図示せず）、又は溶融接合によって、光ファイバ２００の入口端部２３１に結合できる。
【０２２０】
図４Ｂ、９Ｂ、１０Ｂ、１０Ｃ、１１Ｂ、１２Ｂ、及び１２Ｃを参照すると、光ファイバ２００’の一実施形態は、移行領域２５０’で第２のセグメント２３０’（Ｇセグメント）に光学的に結合された第１のセグメント２１０’（Ｒセグメント）を備える。光ファイバ２００’は光ファイバ２００と同様であるが、光ファイバ２００’のコアは、以下で更に詳細に説明される１つ以上の低屈折率領域Ｒを含む。
【０２２１】
光ファイバ２００’のＲセグメント（即ちセグメント２１０’）が図９Ｂ、１０Ｂ、及び１０Ｃに示されている。これはファイバ２００のＲセグメント（セグメント２１０）と同様であるが、コア部分２１２’の第１のコア領域２１３’は完全な環状ではなく、領域２１３’の屈折率より低い屈折率を有する材料（例えば純シリカ）の１つ以上の低屈折率領域Ｒによって、「分割」されている。あるいは、１つ以上の領域Ｒは、１つ以上の空洞Ｈである。従って、コア部分部分２１２’が、隣接する領域１１３’の屈折率より低い屈折率を有する１つ以上の領域Ｒ（例えば純シリカ、又は空洞Ｈ）を含むため、第１のコア領域２１３’は完全な環状ではない。このような実施形態では、第１のコア領域２１３’はクラッドより高い相対屈折率ΔＡＣ％を有し、「破壊されたリング形状」又は「部分リング」形状を有する。従って、ある断面（Ａ‐Ａ）では、光ファイバ２００’のファイバセグメント２１０’は、図１０Ｂに示す屈折率プロファイルを有し、別の断面（Ｂ‐Ｂ）では、図１０Ｃに示す屈折率プロファイルを有する。領域Ｒ（例えば空洞Ｈ）は、コア領域２１３’の対称性を破壊することにより、ファイバコアを通って伝播するレーザビームの対称性を破壊する。
【０２２２】
この実施形態の光ファイバ２００’の例示的なＧセグメント（セグメント２３０’）は、図１１Ｂ、１２Ｂ、及び１２Ｃに示されており、これらもまた、好ましくは、ファイバ２００’のＧセグメント（第２のセグメント２３０’）を通って伝播するガウシアンビームを非円対称とするために、隣接する領域の屈折率より低い屈折率を有する１つ以上の領域Ｒ（例えば純シリカ、ダウンドープシリカ、又は空洞Ｈ）を含む。よって、ある断面（Ａ‐Ａ）では、光ファイバ２００’のファイバセグメント２１０’は図１２Ｂに示す屈折率プロファイルを有し、別の断面（Ｂ‐Ｂ）では、図１２Ｃに示す屈折率プロファイルを有する。第２のセグメント２３０’を通って伝播した非円対称ガウシアンレーザビームＧＬＢは、高屈折率コア部分を通って伝播しようとし、これにより、コア部分２３２’の高屈折率部分が第１の環状コア領域２１３’へと移行するに従って、第１の環状コア領域２１３’へと伝播し、即ちコア部分２３２’の高屈折率部分に「追従し」、低屈折率材料の領域Ｒを通る、又はファイバセグメント２１０’の１つ以上の空洞Ｈを通る伝播はあまり発生しない。
【０２２３】
具体的には、ガウシアンレーザビームＧＬＢは、光ファイバ２００’の入口端部２３１に光学的に結合され、また第２のセグメント２３０’（Ｒセグメント）を通り、第１のセグメント２１０’（Ｇセグメント）に向かって伝播する。ガウシアンレーザビームＧＬＢは、第２の低屈折率コア領域２３４’に入射できる。ガウシアンレーザビームＧＬＢは、低屈折率領域よりも高屈折率領域を通って伝播しようとすることが理解される。また、第２の低屈折率コア領域２３４’が第１の低屈折率コア領域２１４’へと移行するに従って、第２の低屈折率コア領域２３４’の半径が増大するため、第１の低屈折率コア領域２１４’内を伝播するガウシアンレーザビームＧＬＢの一部分の強度は低下する。ガウシアンレーザビームＧＬＢが高屈折率領域を通って伝播しようとすることと、第１の低屈折率コア領域２１４’を通って伝播する際にその強度が低下することとによって、ガウシアンレーザビームＧＬＢは第１の低屈折率コア領域２１４’を貫通し、第１のコア領域２１３’を通って伝播し、これによって非軸対称比ガウシアンレーザビーム（例えば破壊されたリング状のビーム）が形成され、このビームが出口端部２１１’を通って光ファイバ２００’を出る。光ファイバ２００’の出口端部２１１’が湾曲している、及び／又は集束レンズ面を形成する場合、光ファイバ２００’は非軸対称（非円対称）ベッセルレーザビームＢＬＢを形成し、ガウシアンレーザビームから非軸対称ベッセルレーザビームへの変換を経たベッセルレーザビームＢＬＢが光ファイバ２００’を出る。光ファイバ２００’の出口端部２１１’に供給された非軸対称レーザビームは例えば、自由空間のかさばる光学素子１３０Ｉ、１３０Ａ（図３Ｂを参照）、又は光ファイバの出口端部２１１’に直接形成された（図示せず）、若しくは光ファイバの出口端部２１１’に取り付けられた（図３Ｆ）、レンズを用いて、集束させることができる。
【０２２４】
ガウシアンレーザビームＧＬＢは、光ファイバ２００’、例えばレンズ部品５Ａによって（図３Ｂを参照）、直接の突き合わせ接合によって、又は溶融接合によって（図３Ｄを参照）、光ファイバ２００’の入口端部２３１’に結合できる。
【０２２５】
しかしながら、いくつかの実施形態では、例えばファイバセグメント２１０’を移行領域２５０に接合することによって、ファイバセグメント２１０’を光ファイバ２００のファイバセグメント２３０に結合してよい。このような実施形態では、ファイバセグメント２１０’は図９Ｂ及び１０Ｂ、１０Ｃに示されているものと同様であり、一方でファイバセグメント２３０は、図１１Ａ及び１２Ａに示されているものである。
【０２２６】
光ファイバ２００’ではなく光ファイバ２００を使用する場合、図９Ｂ、１０Ｂ、及び１０Ｃに示されているジオメトリ及び屈折率プロファイルを有する小さなファイバセグメントを、光ファイバ２００のセグメント２１０の端面に取り付けて、光ファイバ２００のセグメント２１０（Ｒセグメント）を通って伝播する軸対称リング状レーザビームを非軸対称のレーザビームへと変換するためのエンドキャップ１０００として利用できることに留意されたい。光ファイバ２００又は１００を通って伝播するリング状ビームに非対称性を導入する他のエンドキャップ１０００を利用してもよい。上述のように、ファイバ２００と共に使用されるエンドキャップ１０００を通って（又はファイバ２００’を通って）伝播した非軸対称ビームは、集束すると非軸対称レーザビーム（例えば非軸対称ベッセルビーム）を形成し、これは非軸対称スポット１４をもたらす。
【０２２７】
図４Ｃ、及び１３Ａ〜１６Ａを参照すると、移行領域３５０で第２のセグメント３３０に光学的に結合された第１のセグメント３１０を有する光ファイバ３００の実施形態が示されている。光ファイバ３００は、第１のセグメント３１０の第１のコア部分及び第２のセグメント３３０の第２のコア部分が、「二重コア（ｄｏｕｂｌｅ  ｃｏｒｅ）」構成を有することを除いて、光ファイバ２００と同様であってよい。特に、第１のセグメント３１０の第１のコア部分及び第２のセグメント３３０の第２のコア部分は、環状コア領域内に位置決めされ、かつ低屈折率コア領域によって環状コア領域から隔てられた、中央コア領域を含んでよい。光ファイバ３００の少なくとも一部分の側面図が図４Ｃに示されており、光ファイバ３００の第１のセグメント３１０及び第２のセグメント３３０の半径方向断面が、それぞれ図１３Ａ及び１５Ａに示されており、第１のセグメント３１０及び第２のセグメント３３０に関する対応する相対屈折率プロファイルが、それぞれ図１４Ａ及び１６Ａに示されている。第１のセグメント３１０（Ｇセグメント）は第１の外径「Ｄ０」を有し、第２のセグメント３３０（Ｒセグメント）は第２の外径「ｄ０」を有する（図４Ｃ）。第１の外径Ｄ０は第２の外径ｄ０より大きい。実施形態では、第１の外径Ｄ０は約０．２ミリメートル（ｍｍ）〜約５．０ｍｍであってよく、第２の外径ｄ０は約０．１〜約４．５ｍｍであってよく、移行領域３５０の長さは約０．５ｍｍ〜約２０ｍｍであってよい。実施形態では、第１の外径Ｄ０は約０．４ｍｍ〜約１．０ｍｍであり、第２の外径ｄ０は約０．２ｍｍ〜約０．９ｍｍであり、移行領域３５０の長さは約１ｍｍ〜約１０ｍｍである。他の実施形態では、第１の外径Ｄ０は約１５０μｍ〜約３５０μｍであり、第２の外径ｄ０は約７５μｍ〜約２２５μｍであり、移行領域３５０の長さは１０ｍｍ超である。第２のセグメント３３０を通って伝播するガウシアンレーザビームＧＬＢは、第１のセグメント３１０を通って伝播するリング状ビームＲＳＢへと変換される。実施形態では、第１のセグメント３１０（Ｇセグメント）、第２のセグメント３３０（Ｒセグメント）、及び移行領域３５０は互いに一体として形成され、光ファイバ３００のテーパ比（ｄ０／Ｄ０）は、約０．２以上約０．９以下である。他の実施形態では、光ファイバ３００のテーパ比は約０．３以上０．９以下である。更に他の実施形態では、光ファイバ３００のテーパ比は０．３以上０．８以下である。光ファイバ３００の第１のセグメント３１０（図１３Ａ及び１４Ａ）は、光ファイバ３００の軸中心線２を中央とする第１のコア部分３１２を有する。第１のコア部分３１２は第１の環状コア領域３１３を含んでよい。第１のクラッド部分３２２は第１のコア部分３１２の周りに延在してよい。光ファイバ３００の第２のセグメント３３０（図１５Ａ及び１６Ａ）は、第２のコア部分３３２を有してよく、第２のコア部分３３２の少なくとも一部分は、第１のコア部分３１２に光学的に結合される。第２のクラッド部分３４２は第２のコア部分３３２の周りに延在してよい。
【０２２８】
図４Ｃ、１３Ａ、及び１４Ａを参照すると、図４Ｃの光ファイバ３００の第１のセグメント３１０（Ｇセグメント）の半径方向断面が、図１３Ａに概略図で示されており、断面の中心線に対するこの半径方向断面の相対屈折率が、図１４Ａにグラフで示されている。第１のセグメント３１０は一般に、第１のコア部分３１２及び第１のクラッド部分３２２を含む。第１のコア部分３１２は、第１のクラッド部分３２２内に位置決めされ、第１のクラッド部分３２２は第１のコア部分３１２の周りに延在する。第１のコア部分３１２及び第１のクラッド部分３２２は概ね同心であってよく、従って、光ファイバ３００の第１のセグメント３１０の断面は、光ファイバ３００の第１のコア部分３１２の中心に関して概ね円対称である。また、第１のコア部分３１２及び第１のクラッド部分３２２は、光ファイバ３００の第１のコア部分３１２の中心に関して概ね軸対称であってよい。実施形態では、第１のコア部分３１２は、第１の環状コア領域３１３、第１の低屈折率コア領域３１４、及び第１の中央コア領域３１５を含んでよい。第１の中央コア領域３１５は、図１４Ａに示すように、第１の低屈折率コア領域３１４によって第１の環状コア領域３１３から隔てられる。実施形態では、第１の低屈折率コア領域３１４は、第１の環状コア領域３１３のすぐ横で第１の環状コア領域３１３に直接隣接し、第１の中央コア領域３１５は、第１の低屈折率コア領域３１４のすぐ横で第１の低屈折率コア領域３１４に直接隣接する。
【０２２９】
いくつかの実施形態では、第１のクラッド部分３２２は任意に、第１の低屈折率トレンチ３２４及び第１の外側クラッド部分３２３を含んでよい。この第１の低屈折率トレンチ３２４は、第１の外側クラッド部分３２３内に位置決めされ、また第１の低屈折率トレンチ３２４は、第１の外側クラッド部分３２３のすぐ横で、第１の外側クラッド部分３２３に直接接触してよい。第１の低屈折率トレンチ３２４が含まれている場合、これは、光ファイバ３００の曲げ性能を改善する。即ち、第１の低屈折率トレンチ３２４は、光ファイバ３００をコイル状に巻いた場合に、光ファイバ３００内で伝播する光の減衰を低減するため、第１の低屈折率トレンチ３２４を備えない同様の構造を有する光ファイバに比べて、光ファイバ３００を、光ファイバ３００内で伝播する光の減衰を増大させることなく、より小さな半径へとコイル状に巻くことが可能となる。
【０２３０】
いくつかの実施形態（図示せず）では、第１の低屈折率トレンチ３２４は、第１のコア部分３１２のすぐ横で、第１のコア部分３１２に直接接触してよい。図１３Ａ及び１４Ａに示す実施形態のような他のいくつかの実施形態では、第１の低屈折率トレンチ３２４は、第１の内側クラッド部分３２５によって第１のコア部分３１２から隔てられていてよく、即ち第１の内側クラッド部分３２５は、第１の低屈折率トレンチ３２４内において、第１の低屈折率トレンチ３２４と第１のコア部分３１２との間に位置決めされる。実施形態では、第１の内側クラッド部分３２５は、第１の低屈折率トレンチ３２４及び第１の環状コア領域３１３のすぐ横で、第１の低屈折率トレンチ３２４及び第１の環状コア領域３１３に直接接触する。
【０２３１】
第１のセグメント３１０は、光ファイバ３００の軸中心線２からの半径Ｒ４を有する。第１のコア部分３１２は、半径Ｒ４より小さな半径Ｒ１を有する。第１の中央コア領域３１５は、半径Ｒ００を有する。第１の低屈折率コア領域３１４は、内半径Ｒ００、外半径Ｒ０、及び半径方向厚さＴＬＩＣ＝Ｒ０−Ｒ００を有する。第１の環状コア領域３１３は、内半径Ｒ０、外半径Ｒ１、及び半径方向厚さＴＡＣ＝Ｒ１−Ｒ０を有する。第１の中央コア領域３１５、第１の低屈折率コア領域３１４及び第１の環状コア領域３１３それぞれの半径Ｒ００、Ｒ０及びＲ１は、第１の中央コア領域３１５、第１の低屈折率コア領域３１４及び第１の環状コア領域３１３それぞれの相対屈折率プロファイルの最大勾配に対する接線（図１４Ａ）が、基準相対屈折率線ΔＯＣＬ％と交差する点において定義される。第１のクラッド部分３２２は、内半径Ｒ１、外半径Ｒ４、及び半径方向厚さＴＣＬ＝Ｒ４−Ｒ１を有する。第１のクラッド部分３２２が第１の低屈折率トレンチ３２４及び第１の外側クラッド部分３２３を含む実施形態では、第１の低屈折率トレンチ３２４は、内半径Ｒ２、外半径Ｒ３、及び半径方向厚さＴＬＩＴ＝Ｒ３−Ｒ２を有する。第１の外側クラッド部分３２３は、内半径Ｒ３、外半径Ｒ４、及び半径方向厚さＴＯＣＬ＝Ｒ４−Ｒ３を有する。第１の低屈折率トレンチ３２４が第１のコア部分３１２のすぐ横で第１のコア部分３１２に直接接触する実施形態（図示せず）では、第１の低屈折率トレンチ３２４の内半径Ｒ２は、第１のコア部分３１２の半径Ｒ１と等しくなり得る。第１の低屈折率トレンチ３２４が第１の内側クラッド部分３２５によって第１のコア部分３１２から隔てられている実施形態では、第１の内側クラッド部分３２５は、内半径Ｒ１、外半径Ｒ２、及び半径方向厚さＴＩＣＬ＝Ｒ２−Ｒ１を有する。
【０２３２】
第１のセグメント３１０の半径Ｒ４は、約５０μｍ〜約２５０μｍである。いくつかの実施形態では、第１のセグメント３１０の半径Ｒ４は約１００μｍ〜約１５０μｍである。第１のコア部分３１２の半径Ｒ１は約５μｍ〜約４０μｍである。いくつかの実施形態では、半径Ｒ１は約１０μｍ〜約３５μｍである。第１のクラッド部分３２２の半径方向厚さＴＣＬ（Ｒ４−Ｒ１）は約７５μｍ〜約１７５μｍである。いくつかの実施形態では、半径方向厚さＴＣＬは約８５μｍ〜約１５０μｍである。第１の中央コア領域３１５の半径Ｒ００は約１μｍ〜約１５μｍである。いくつかの実施形態では、第１の中央コア領域３１５の半径Ｒ００は約２μｍ〜約１０μｍである。第１の低屈折率コア領域３１４の内半径Ｒ００は約１μｍ〜約１５μｍであり、外半径Ｒ０は約２μｍ〜約３０μｍであり、半径方向厚さＴＬＩＣは約１μｍ〜約２０μｍである。いくつかの実施形態では、内半径Ｒ００は約２μｍ〜約１０μｍであり、外半径Ｒ０は約５μｍ〜約２５μｍであり、半径方向厚さＴＬＩＣは約２．５μｍ〜約１７．５μｍである。第１の環状コア領域３１３内半径Ｒ０は約２μｍ〜約３０μｍであり、外半径Ｒ１は約５μｍ〜約４０μｍであり、第１の環状コア領域３１３の半径方向厚さＴＡＣは約２μｍ〜約２０μｍである。実施形態では、内半径Ｒ０は約５μｍ〜約２５μｍであり、外半径Ｒ１は約１０μｍ〜約３５μｍであり、半径方向厚さＴＡＣは約２．５μｍ〜約１５μｍである。第１のクラッド部分３２２が第１の低屈折率トレンチ３２４及び第１の外側クラッド部分３２３を含む実施形態では、第１の低屈折率トレンチ３２４の内半径Ｒ２は約１０μｍ〜約５０μｍであり、外半径Ｒ３は約１５μｍ〜約６５μｍであり、半径方向厚さＴＬＩＴ（Ｒ３−Ｒ２）は約１μｍ〜約４０μｍである。実施形態では、内半径Ｒ２は約１５μｍ〜約４０μｍであり、外半径Ｒ３は約２５μｍ〜約５５μｍであり、半径方向厚さＴＬＩＴは約１μｍ〜約３５μｍである。第１の外側クラッド部分３２３の内半径Ｒ３は約１５μｍ〜約６５μｍであり、外半径Ｒ４は約５０μｍ〜約２５０μｍであり、半径方向厚さＴＯＣＬ（Ｒ４−Ｒ３）は約５０μｍ〜約１５０μｍである。実施形態では、内半径Ｒ３は約２５μｍ〜約５５μｍであり、外半径Ｒ４は約１００μｍ〜約１５０μｍであり、半径方向厚さＴＯＣＬは約６０μｍ〜約１２５μｍである。第１の低屈折率トレンチ３２４が第１の内側クラッド部分３２５によって第１のコア部分３１２から隔てられている実施形態では、第１の内側クラッド部分３２５の内半径Ｒ１は約５μｍ〜約４０μｍであり、外半径Ｒ２は約１０μｍ〜約５０μｍであり、半径方向厚さＴＩＣＬ（Ｒ２−Ｒ１）は約１μｍ〜約１５μｍである。実施形態では、内半径Ｒ１は約１０μｍ〜約３５μｍであり、外半径Ｒ２は約１５μｍ〜約４０μｍであり、半径方向厚さＴＩＣＬは約１μｍ〜約１０μｍである。
【０２３３】
図４Ｃ、１５Ａ、及び１６Ａを参照すると、図４Ｃの光ファイバ３００の第２のセグメント３３０（Ｒセグメント）の半径方向断面が、図１５Ａに概略図で示されており、断面の中心線に対するこの半径方向断面の相対屈折率が、図１６Ａにグラフで示されている。第２のセグメント３３０は一般に、第２のコア部分３３２及び第２のクラッド部分３４２を含む。第２のコア部分３３２は、第２のクラッド部分３４２内に位置決めされ、第２のクラッド部分３４２は第２のコア部分３３２の周りに延在する。第２のコア部分３３２及び第２のクラッド部分３４２は概ね同心であってよく、従って、光ファイバ３００の第２のセグメント３３０の断面は、光ファイバ３００の第２のコア部分３３２の中心に関して概ね円対称である。また、第２のコア部分３３２及び第２のクラッド部分３４２は、光ファイバ３００の第２のコア部分３３２の中心に関して概ね軸対称であってよい。いくつかの実施形態では、第２のコア部分３３２は、第２の環状コア領域３３３、第２の低屈折率コア領域３３４、及び第２の中央コア領域３３５を含んでよい。第２の低屈折率コア領域３３４は第２の環状コア領域３３３内に位置決めされ、第２の中央コア領域３３５は第２の低屈折率コア領域３３４内に位置決めされる。第２の中央コア領域３３５は、図１５Ａに示すように、第２の低屈折率コア領域３３４によって第２の環状コア領域３３３から隔てられる。いくつかの実施形態では、第２の低屈折率コア領域３３４は、第２の環状コア領域３３３のすぐ横で第２の環状コア領域３３３に直接接触し、第２の中央コア領域３３５は、第２の低屈折率コア領域３３４のすぐ横で第２の低屈折率コア領域３３４に直接接触する。
【０２３４】
いくつかの実施形態では、第２のクラッド部分３４２は任意に、第２の低屈折率トレンチ３４４及び第２の外側クラッド部分３４３を含んでよい。第２の低屈折率トレンチ３４４は、第２の外側クラッド部分３４３内に位置決めされ、また第２の低屈折率トレンチ３４４は、第２の外側クラッド部分３４３のすぐ横で、第２の外側クラッド部分３４３に直接接触してよい。第２の低屈折率トレンチ３４４が含まれている場合、これは、光ファイバ３００の曲げ性能を改善する。即ち、第２の低屈折率トレンチ３４４は、光ファイバ３００をコイル状に巻いた場合に、光ファイバ３００内で伝播する光の減衰を低減するため、第２の低屈折率トレンチ３４４を備えない同様の構造を有する光ファイバに比べて、光ファイバ３００を、光ファイバ３００内で伝播する光の減衰を増大させることなく、より小さな半径へとコイル状に巻くことが可能となる。光ファイバ３００の第１のセグメント３１０が第１の低屈折率トレンチ３２４を含む場合、光ファイバ３００の第２のセグメント３３０は第２の低屈折率トレンチ３４４を含むことになり、またその逆でもあることを理解されたい。
【０２３５】
いくつかの実施形態（図示せず）では、第２の低屈折率トレンチ３４４は、第２のコア部分３３２のすぐ横で、第２のコア部分３３２に直接接触してよい。他のいくつかの実施形態では、第２の低屈折率トレンチ３４４は、図１５Ａ及び１６Ａに示すように、第２の内側クラッド部分３４５によって第２のコア部分３３２から隔てられていてよい。即ち第２の内側クラッド部分３４５は、第２の低屈折率トレンチ３４４内に位置決めされ、また第２の低屈折率トレンチ３４４と第２のコア部分３３２との間に位置決めされる。実施形態では、第２の内側クラッド部分３４５は、第２の低屈折率トレンチ３４４及び第２のコア部分３３３のすぐ横で、第２の低屈折率トレンチ３４４及び第２の環状コア領域３３３に直接接触する。
【０２３６】
図４Ｃ及び１３Ａ〜１６Ａを参照して、移行領域３５０を介して、第１のコア部分３１２は第２のコア部分３３２に光学的に結合され、第１のクラッド部分３２２は第２のクラッド部分３４２に光学的に結合されることを理解されたい。特に、移行領域３５０を介して、第１の中央コア領域３１５は第２の中央コア領域３３５に光学的に結合され、第１の低屈折率コア領域３１４は第２の低屈折率コア領域３３４に光学的に結合され、第１の環状コア領域３１３は第２の環状コア領域３３３に光学的に結合され、第１の外側クラッド部分３２３は第２の外側クラッド部分３４３に光学的に結合され、第１の低屈折率トレンチ３２４は第２の低屈折率トレンチ３４４に光学的に結合され、第１の内側クラッド部分３２５は第２の内側クラッド部分３４５に光学的に結合される。
【０２３７】
第２のセグメント３３０は、光ファイバ３００の軸中心線２からの半径ｒ４を有する。第２のコア部分３３２は、半径ｒ４より小さな半径ｒ１を有する。第２の中央コア領域３３５は半径ｒ００を有する第２の低屈折率コア領域３３４は、内半径ｒ００、外半径ｒ０、及び半径方向厚さｔｌｉｃ＝ｒ０−Ｒ００を有する。第２の環状コア領域３３３は、内半径ｒ０、外半径ｒ１、及び半径方向厚さｔａｃ＝ｒ１−ｒ０を有する。第２の中央コア領域３３５、第２の低屈折率コア領域３３４及び第２の環状コア領域３３３の半径ｒ００、ｒ０及びｒ１は、それぞれ第２の中央コア領域３３５、第２の低屈折率コア領域３３４及び第２の環状コア領域３３３の相対屈折率プロファイルの最大勾配に対する接線（図１６Ａ）が、基準相対屈折率線Δｏｃｌ％と交差する点において定義される。第２のクラッド部分３４２は、内半径ｒ１、外半径ｒ４、及び半径方向厚さｔｃｌ＝ｒ４−ｒ１を有する。第２のクラッド部分３４２が第２の低屈折率トレンチ３４４及び第２の外側クラッド部分３４３を含む実施形態では、第２の低屈折率トレンチ３４４は、内半径ｒ２、外半径ｒ３、及び半径方向厚さｔｌｉｔ＝ｒ３−ｒ２を有する。第２の外側クラッド部分３４３は、内半径ｒ３、外半径ｒ４、及び半径方向厚さｔｏｃｌ＝ｒ４−ｒ３を有する。第２の低屈折率トレンチ３４４が第２のコア部分３３２のすぐ横で第２のコア部分３３２に直接接触する実施形態（図示せず）では、第２の低屈折率トレンチ３４４の内半径ｒ２は、第２のコア部分３３２の半径ｒ１と等しくなり得る。第２の低屈折率トレンチ３４４が第２の内側クラッド部分３４５によって第２のコア部分３３２から隔てられている実施形態では、第２の内側クラッド部分３４５は、内半径ｒ１、外半径ｒ２、及び半径方向厚さｔｉｃｌ＝ｒ２−ｒ１を有する。
【０２３８】
第２のセグメント３３０の半径ｒ４は、約３０μｍ〜約８０μｍである。いくつかの実施形態では、第２のセグメント３３０の半径ｒ４は約４０μｍ〜約７０μｍである。第２のコア部分３３２の半径ｒ１は約３μｍ〜約２０μｍである。いくつかの実施形態では、半径ｒ１は約５μｍ〜約１７．５μｍである。第２のクラッド部分３４２の半径方向厚さｔｃｌ（ｒ４−ｒ１）は約２５μｍ〜約７０μｍである。いくつかの実施形態では、半径方向厚さｔｃｌは約３５μｍ〜約６０μｍである。第２の中央コア領域３３５の半径ｒ００は約０．５μｍ〜約７．５μｍである。いくつかの実施形態では、第２の中央コア領域３３５の半径ｒ００は約１μｍ〜約５μｍである。第２の低屈折率コア領域３３４の内半径ｒ００は約０．５μｍ〜約７．５μｍであり、外半径ｒ０は約２μｍ〜約１５μｍであり、半径方向厚さｔｌｉｃは約１μｍ〜約１０μｍである。いくつかの実施形態では、内半径ｒ００は約１μｍ〜約５μｍであり、外半径ｒ０は約３μｍ〜約１２μｍであり、半径方向厚さｔｌｉｃは約２μｍ〜約７．５μｍである。第２の環状コア領域３３３の内半径ｒ０は約２μｍ〜約１５μｍであり、外半径ｒ１は約３μｍ〜約２０μｍであり、第２の環状コア領域３３３の半径方向厚さｔａｃは約１μｍ〜約１０μｍである。いくつかの実施形態では、内半径ｒ０は約３μｍ〜約１２μｍであり、外半径ｒ１は約５μｍ〜約１７．５μｍであり、半径方向厚さｔａｃは約２μｍ〜約７μｍである。第２のクラッド部分３４２が第２の低屈折率トレンチ３４４及び第２の外側クラッド部分３４３を含む実施形態では、第２の低屈折率トレンチ３４４の内半径ｒ２は約５μｍ〜約２５μｍであり、外半径ｒ３は約７μｍ〜約３０μｍであり、半径方向厚さｔｌｉｔ（ｒ３−ｒ２）は約１μｍ〜約２０μｍである。いくつかの実施形態では、内半径ｒ２は約７μｍ〜約２０μｍであり、外半径ｒ３は約１０μｍ〜約２５μｍであり、半径方向厚さｔｌｉｔは約１μｍ〜約１５μｍである。第２の外側クラッド部分３４３の内半径ｒ３は約７μｍ〜約３０μｍであり、外半径ｒ４は約３０μｍ〜約８０μｍであり、半径方向厚さｔｏｃｌ（ｒ４−ｒ３）は約２０μｍ〜約７０μｍである。いくつかの実施形態では、内半径ｒ３は約１０μｍ〜約２５μｍであり、外半径ｒ４は約４０μｍ〜約７０μｍであり、半径方向厚さｔｏｃｌは約２５μｍ〜約６５μｍである。第２の低屈折率トレンチ３４４が第２の内側クラッド部分３４５によって第２のコア部分３３２から隔てられている実施形態では、第２の内側クラッド部分３４５の内半径ｒ１は約３μｍ〜約２０μｍであり、外半径ｒ２は約５μｍ〜約２５μｍであり、半径方向厚さｔｉｃｌ（ｒ２−ｒ１）は約１μｍ〜約７．５μｍである。実施形態では、内半径ｒ１は約５μｍ〜約１７．５μｍであり、外半径ｒ２は約７μｍ〜約２０μｍであり、半径方向厚さｔｉｃｌは約１μｍ〜約５μｍである。
【０２３９】
第１のセグメント３１０の第１の中央コア領域３１５は屈折率ｎＣＣ及び相対屈折率ΔＣＣ％を有し、第２のセグメント３３０の第２の中央コア領域３３５は屈折率ｎｃｃ及び相対屈折率Δｃｃ％を有する。実施形態では、第１の中央コア領域３１５及び第２の中央コア領域３３５は同一の材料から作製され、相対屈折率ΔＣＣ％は相対屈折率Δｃｃ％に略等しい（即ちΔＣＣ％＝Δｃｃ％）。相対屈折率ΔＣＣ％及び相対屈折率Δｃｃ％は約０．０％〜約０．５％である。実施形態では、相対屈折率ΔＣＣ％及び相対屈折率Δｃｃ％は約０．１％〜約０．４％である。
【０２４０】
第１のセグメント３１０の第１の低屈折率コア領域３１４は、屈折率ｎＬＩＣ及び相対屈折率ΔＬＩＣ％を有し、第２のセグメント３３０の第２の低屈折率コア領域３３４は、屈折率ｎｌｉｃ及び相対屈折率Δｌｉｃ％を有する。実施形態では、第１の低屈折率コア領域３１４及び第２の低屈折率コア領域３３４は同一の材料から作製され、相対屈折率ΔＬＩＣ％は相対屈折率Δｌｉｃ％に略等しい（即ちΔＬＩＣ％＝Δｌｉｃ％）。相対屈折率ΔＬＩＣ％及び相対屈折率Δｌｉｃ％は約０．２％〜約−１．０％である。実施形態では、相対屈折率ΔＬＩＣ％及び相対屈折率Δｌｉｃ％は約０．１％〜約−０．５％である。
【０２４１】
第１の環状コア領域３１３は屈折率ｎＡＣ及び相対屈折率ΔＡＣ％を有し、第２の環状コア領域３３３は屈折率ｎａｃ及び相対屈折率Δａｃ％を有する。実施形態では、第１の環状コア領域３１３及び第２の環状コア領域３３３は同一の材料から作製され、相対屈折率ΔＡＣ％は相対屈折率Δａｃ％に略等しい（即ちΔＡＣ％＝Δａｃ％）。相対屈折率ΔＡＣ％及び相対屈折率Δａｃ％は、それぞれ相対屈折率ΔＬＩＣ％及び相対屈折率Δｌｉｃ％よりも大きい（即ちΔＡＣ％＞ΔＬＩＣ％；Δａｃ％＞Δｌｉｃ％）。いくつかの実施形態では、相対屈折率ΔＡＣ％は相対屈折率ΔＣＣ％より大きく（即ちΔＡＣ％＞ΔＣＣ％）、相対屈折率Δａｃ％は相対屈折率Δｃｃ％より大きい（即ちΔａｃ％＞Δｃｃ％）。他の実施形態では、相対屈折率ΔＡＣ％は相対屈折率ΔＣＣ％に略等しく（即ちΔＡＣ％＝ΔＣＣ％）、相対屈折率Δａｃ％は相対屈折率Δｃｃ％に略等しい（即ちΔａｃ％＝Δｃｃ％）。第１の低屈折率コア領域３１４及び第２の低屈折率コア領域３３４が同一の材料から作製される実施形態では、第１の環状コア領域３１３及び第２の環状コア領域３３３は同一の材料から作製され、ΔＡＣ％＞Δｌｉｃ％及びΔａｃ％＞ΔＬＩＣ％となる。相対屈折率ΔＡＣ％及び相対屈折率Δａｃ％は、約０．２％〜約２．０％である。実施形態では、相対屈折率ΔＡＣ％及び相対屈折率Δａｃ％は、約０．３％〜約０．７５％である。
【０２４２】
第１のクラッド部分３２２は、屈折率ｎＣＬと、純シリカガラスに対する相対屈折率ΔＣＬ％とを有する。第１のクラッド部分３２２の屈折率ｎＣＬは、光ファイバ３００の第１のセグメント３１０の他のガラス部分の相対屈折率のための基準として使用できる。第１のクラッド部分３２２が第１の外側クラッド部分３２３、第１の低屈折率トレンチ３２４、及び（任意に）第１の内側クラッド部分３２５を含む実施形態では、光ファイバ３００の第１のセグメント３１０の他のガラス部分の相対屈折率は、本明細書中で更に詳細に説明するように、第１の外側クラッド部分３２３に対して決定される。
【０２４３】
第１のクラッド部分３２２が第１の内側クラッド部分３２５及び第１の低屈折率トレンチ３２４を含む実施形態では、第１の内側クラッド部分３２５は屈折率ｎＩＣＬ及び相対屈折率ΔＩＣＬ％を有し、第１の低屈折率トレンチ３２４は屈折率ｎＬＩＴ及び相対屈折率ΔＬＩＴ％を有する。図１４Ａに概略的に図示されているように、相対屈折率ΔＩＣＬ％は一般に相対屈折率ΔＬＩＴ％より大きく、一般に相対屈折率ΔＡＣ％より小さい（即ちΔＡＣ％＞ΔＩＣＬ％＞ΔＬＩＴ％）。相対屈折率ΔＩＣＬ％は約−０．１％〜約０．１％であり、相対屈折率ΔＬＩＴ％は約−０．１％〜約−１．０％である。実施形態では、相対屈折率ΔＩＣＬ％は約−０．０５％〜約０．０５％であり、相対屈折率ΔＬＩＴ％は約−０．３％〜約−０．５％である。
【０２４４】
第２のクラッド部分３４２は、屈折率ｎｃｌと、純シリカガラスに対する相対屈折率Δｃｌ％とを有する。第２のクラッド部分３４２の屈折率ｎｃｌは、光ファイバ３００の第２のセグメント３３０の他のガラス部分の相対屈折率のための基準として使用できる。第２のクラッド部分３４２が第２の外側クラッド部分３４３、第２の低屈折率トレンチ３４４、及び（任意に）第２の内側クラッド部分３４５を含む実施形態では、光ファイバ３００の第２のセグメント３３０の他のガラス部分の相対屈折率は、本明細書中で更に詳細に説明するように、第２の外側クラッド部分３４３に対して決定される。
【０２４５】
第２のクラッド部分３４２が第２の内側クラッド部分３４５及び第２の低屈折率トレンチ３４４を含む実施形態では、第２の内側クラッド部分３４５は屈折率ｎｉｃｌ及び相対屈折率Δｉｃｌ％を有し、第２の低屈折率トレンチ３４４は屈折率ｎｌｉｔ及び相対屈折率Δｌｉｔ％を有する。図１６Ａに概略的に図示されているように、相対屈折率Δｉｃｌ％は一般に相対屈折率Δｌｉｔ％より大きく、一般に相対屈折率相対屈折率Δａｃ％より小さい（即ちΔａｃ％＞Δｉｃｌ％＞Δｌｉｔ％）。実施形態では、第２の内側クラッド部分３４５は第１の内側クラッド部分３２５と同一の材料から作製され、第２の低屈折率トレンチ３４４は第１の低屈折率トレンチ３２４と同一の材料から作製される。従って、相対屈折率ｎｉｃｌ及び相対屈折率ｎｌｉｔはそれぞれ、相対屈折率ｎＩＣＬ及び相対屈折率ｎＬＩＴに略等しくなり得（即ちｎｉｃｌ＝ｎＩＣＬ；ｎｌｉｔ＝ｎＬＩＴ）、また相対屈折率Δｉｃｌ％及び相対屈折率Δｌｉｔ％はそれぞれ、相対屈折率ΔＩＣＬ％及び相対屈折率ΔＬＩＴ％に略等しくなり得る（即ちΔｉｃｌ％＝ΔＩＣＬ％；Δｌｉｔ％＝ΔＬＩＴ％）。例えば、相対屈折率Δｉｃｌ％は約−０．１％〜約０．１％であってよく、相対屈折率Δｌｉｔ％は約−０．１％〜約−１．０％であってよい。実施形態では、相対屈折率Δｉｃｌ％は約−０．０５％〜約０．０５％であってよく、相対屈折率Δｌｉｔ％は約−０．３％〜約−０．５％であってよい。
【０２４６】
第１のクラッド部分３２２が第１の外側クラッド部分３２３を含む実施形態では、第１の外側クラッド部分３２３は屈折率ｎＯＣＬ及び相対屈折率ΔＯＣＬ％を有する。これらの実施形態では、相対屈折率ΔＯＣＬ％は、光ファイバ３００の第１のセグメント３１０の他のガラス部分の相対屈折率を決定するための基準として使用できる。本明細書に記載の実施形態では、第１の外側クラッド部分３２３の相対屈折率ΔＯＣＬ％は、第１の低屈折率トレンチ３２４の相対屈折率ΔＬＩＴ％より大きい（即ちΔＯＣＬ％＞ΔＬＩＴ％）。いくつかの実施形態では、第１の内側クラッド部分３２５が、第１の内側クラッド部分３２５の屈折率ｎＩＣＬを第１の外側クラッド部分３２３の屈折率ｎＯＣＬに対して低下させる１つ以上のダウンドーパントでドープされたシリカガラスを含む場合等には、第１の外側クラッド部分３２３の相対屈折率ΔＯＣＬ％は、第１の内側クラッド部分３２５の相対屈折率ΔＩＣＬ％より大きくなり得る。他の実施形態では、第１の外側クラッド部分３２３の相対屈折率ΔＯＣＬ％は、第１の内側クラッド部分３２５の相対屈折率ΔＩＣＬ％と略等しくてよい。このような実施形態では、第１の外側クラッド部分３２３の組成は、ΔＯＣＬ％＝ΔＩＣＬ％でありさえすれば、第１の内側クラッド部分３２５の組成と同一であっても、第１の内側クラッド部分３２５の組成と異なっていてもよい。以上に基づいて、第１の外側クラッド部分３２３の相対屈折率ΔＯＣＬ％が、第１の内側クラッド部分３２５の相対屈折率ΔＩＣＬ％より大きいか、又はこれに略等しいことを理解されたい。
【０２４７】
第２のクラッド部分３４２が第２の外側クラッド部分３４３を含む実施形態では、第２の外側クラッド部分３４３は屈折率ｎｏｃｌ及び相対屈折率Δｏｃｌ％を有する。従って相対屈折率Δｏｃｌ％は、光ファイバ３００の第２のセグメント３３０の他のガラス部分の相対屈折率のための基準として使用できる。本明細書に記載の実施形態では、第２の外側クラッド部分３４３の相対屈折率Δｏｃｌ％は、第２の低屈折率トレンチ３４４の相対屈折率Δｌｉｔ％より大きい（即ちΔｏｃｌ％＞Δｌｉｔ％）。いくつかの実施形態では、第２の内側クラッド部分３４５が、第２の内側クラッド部分３４５の屈折率ｎｉｃｌを第２の外側クラッド部分３４３の屈折率ｎｏｃｌに対して低下させる１つ以上のダウンドーパントでダウンドープされたシリカガラスを含む場合等には、第２の外側クラッド部分３４３の相対屈折率Δｏｃｌ％は、第２の内側クラッド部分３４５の相対屈折率Δｉｃｌ％より大きくてよい。他の実施形態では、第２の外側クラッド部分３４３の相対屈折率Δｏｃｌ％は、第２の内側クラッド部分３４５の相対屈折率Δｉｃｌ％と略等しくてよい。このような実施形態では、第２の外側クラッド部分３４３の組成は、Δｏｃｌ％＝Δｉｃｌ％でありさえすれば、第２の内側クラッド部分３４５の組成と同一であっても、第２の内側クラッド部分３４５の組成と異なっていてもよい。以上に基づいて、第２の外側クラッド部分３４３の相対屈折率Δｏｃｌ％が、第２の内側クラッド部分３４５の相対屈折率Δｉｃｌ％より大きいか、又はこれに略等しいことを理解されたい。実施形態では、第２の外側クラッド部分３４３は第１の外側クラッド部分３２３と同一の材料から作製され、従って第２の外側クラッド部分３４３の屈折率ｎｏｃｌは、第１の外側クラッド部分３２３の屈折率ｎＯＣＬと略等しくなり得（即ちｎｏｃｌ＝ｎＯＣＬ）、また第２の外側クラッド部分３４３の相対屈折率Δｏｃｌ％は、第１の外側クラッド部分３２３の相対屈折率ΔＯＣＬ％と略等しくなり得る（即ちΔｏｃｌ％＝ΔＯＣＬ％＝０）。
【０２４８】
第１のセグメント３１０の第１の中央コア領域３１５、及び第２のセグメント３３０の第２の中央コア領域３３５は、シリカガラスの屈折率を上昇させる１つ以上のアップドーパント、例えば限定するものではないが、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｌ、Ｐ、ＧｅＯ２、例えＴｉＯ２、Ｐ２Ｏ５、これらの組み合わせ等を含む、シリカガラスを含む実施形態では、第１の中央コア領域３１５及び第２の中央コア領域３３５のうちの少なくとも一方は、約３重量％〜約１７重量％のＧｅＯ２を含有する。他のいくつかの実施形態では、第１の中央コア領域３１５及び第２の中央コア領域３３５のうちの少なくとも一方は、約５重量％〜約１３重量％のＧｅＯ２を含有する。実施形態では、第１の中央コア領域３１５及び第２の中央コア領域３３５は同一の材料から作製され、第１の中央コア領域３１５中のドーパント濃度は、第２の中央コア領域３３５中のドーパント濃度と略等しい。
【０２４９】
第１のセグメント３１０の第１の低屈折率コア領域３１４及び第２のセグメント３３０の第２の低屈折率コア領域３３４は、シリカガラスの屈折率を低下させる、限定するものではないが例えばＦ、Ｂ、これらの組み合わせ等の１つ以上のダウンドーパントを含むシリカガラスを含む。実施形態では、第１の低屈折率コア領域３１４及び第２の低屈折率コア領域３３４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．１重量％〜約２．５重量％の濃度で含む。いくつかの実施形態では、第１の低屈折率コア領域３１４及び第２の低屈折率コア領域３３４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．１重量％〜約１．８重量％の濃度で含む。他のいくつかの実施形態では、第１の低屈折率コア領域３１４及び第２の低屈折率コア領域３３４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．１重量％〜約１．５重量％の濃度で含む。更に他の実施形態では、第１の低屈折率コア領域３１４及び第２の低屈折率コア領域３３４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．５重量％〜約１．８重量％の濃度で含む。また更に他の実施形態では、第１の低屈折率コア領域３１４及び第２の低屈折率コア領域３３４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．７重量％〜約１．８重量％の濃度で含む。
【０２５０】
第１のセグメント３１０の第１の環状コア領域３１３、及び第２のセグメント３３０の第２の環状コア領域３３３は、シリカガラスの屈折率を上昇させる１つ以上のアップドーパント、例えば限定するものではないが、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｌ、Ｐ、ＧｅＯ２、例えＴｉＯ２、Ｐ２Ｏ５、これらの組み合わせ等を含む、シリカガラスを含む。実施形態では、第１の環状コア領域３１３及び第２の環状コア領域３３３のうちの少なくとも一方は、約３重量％〜約１７重量％のＧｅＯ２を含有する。他のいくつかの実施形態では、第１の環状コア領域３１３及び第２の環状コア領域３３３のうちの少なくとも一方は、約５重量％〜約１３重量％のＧｅＯ２を含有する。実施形態では、第１の環状コア領域３１３及び第２の環状コア領域３３３は同一の材料から作製され、第１の環状コア領域３１３中のドーパント濃度は、第２の環状コア領域３３３中のドーパント濃度と略等しい。
【０２５１】
第１のセグメント３１０の第１の内側クラッド部分３２５、及び第２のセグメント３３０の第２の内側クラッド部分３４５は、純シリカガラス、シリカガラスの屈折率を上昇させる１つ以上のアップドーパントを含むシリカガラス、又はシリカガラスの屈折率を低下させる１つ以上のダウンドーパントを含むシリカガラスを含んでよい。好適なアップドーパントの非限定的な例としては、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｌ、Ｐ、ＧｅＯ２、ＴｉＯ２、Ｐ２Ｏ５、これらの組み合わせ等が挙げられる。実施形態では、第１の内側クラッド部分３２５及び第２の内側クラッド部分３４５のうちの少なくとも一方は、アップドーパントとしてＣｌを含有する。好適なダウンドーパントの非限定的な例としては、Ｆ、Ｂ、これらの組み合わせ等が挙げられる。実施形態では、第１の内側クラッド部分３２５及び第２の内側クラッド部分３４５のうちの少なくとも一方は、ダウンドーパントとしてＦを含有する。
【０２５２】
式（３２）及び（３３）に関連して上述したように、光ファイバの特定のガラス部分の半径方向厚さは、この特定のガラス部分の相対屈折率と相関し得る。本明細書に記載の実施形態では、第１の低屈折率トレンチ３２４のトレンチ容積ＶＬＩＴは、約８０％‐μｍ２以上、例えば約１００％‐μｍ２以上であってよい。いくつかの実施形態では、トレンチ容積ＶＬＩＴは約１１０％‐μｍ２以上、又は約１２０％‐μｍ２以上でさえあってよい。いくつかの実施形態では、トレンチ容積ＶＬＩＴは約８０％‐μｍ２かつ約２２０％‐μｍ２以下であってよい。いくつかの実施形態では、トレンチ容積ＶＬＩＴは約１００％‐μｍ２以上かつ約２００％‐μｍ２以下であってよい。更に他の実施形態では、トレンチ容積プロファイルＶＬＩＴは約１１０％‐μｍ２以上かつ約１８０％‐μｍ２以下であってよい。
【０２５３】
本明細書に記載の実施形態では、第２の低屈折率トレンチ３４４のトレンチ容積ｖｌｉｔは、約４０％‐μｍ２以上、例えば約５０％‐μｍ２以上であってよい。いくつかの実施形態では、トレンチ容積ｖｌｉｔは約５５％‐μｍ２以上、又は約６０％‐μｍ２以上でさえあってよい。いくつかの実施形態では、トレンチ容積ｖｌｉｔは約４０％‐μｍ２以上かつ約１１０％‐μｍ２以下であってよい。いくつかの実施形態では、トレンチ容積ｖｌｉｔは約５０％‐μｍ２以上かつ約１００％‐μｍ２以下であってよい。更に他の実施形態では、トレンチ容積プロファイルｖｌｉｔは約５５％‐μｍ２以上かつ約９０％‐μｍ２以下であってよい。
【０２５４】
本明細書に記載の光ファイバの実施形態では、第１の低屈折率トレンチ３２４、第２の低屈折率トレンチ３４４、又は第１の低屈折率トレンチ３２４及び第２の低屈折率トレンチ３４４の両方は、シリカガラスの屈折率を低下させる１つ以上のダウンドーパントを含むシリカガラスを含む。ダウンドーパントの非限定的な例としては、Ｆ、Ｂ、これらの組み合わせ等が挙げられる。実施形態では、第１の低屈折率トレンチ３２４及び第２の低屈折率トレンチ３４４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．１重量％〜約２．５重量％の濃度で含む。いくつかの実施形態では、第１の低屈折率トレンチ３２４及び第２の低屈折率トレンチ３４４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．１重量％〜約１．８重量％の濃度で含む。他の実施形態では、第１の低屈折率トレンチ３２４及び第２の低屈折率トレンチ３４４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．１重量％〜約１．５重量％の濃度で含む。更に他の実施形態では、第１の低屈折率トレンチ３２４及び第２の低屈折率トレンチ３４４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．５重量％〜約１．８重量％の濃度で含む。また更に他の実施形態では、第１の低屈折率トレンチ３２４及び第２の低屈折率トレンチ３４４のうちの少なくとも一方は、Ｆを約０．７重量％〜約１．８重量％の濃度で含む。
【０２５５】
いくつかの実施形態では、第１の低屈折率コア領域３１４の相対屈折率ΔＬＩＣ％、第１の低屈折率トレンチ３２４の相対屈折率ΔＬＩＴ％、第２の低屈折率コア領域３３４の相対屈折率Δｌｉｃ％、及び第２の低屈折率トレンチ３４４の相対屈折率Δｌｉｔ％のうちの少なくとも一方は、第１の低屈折率コア領域３１４、第１の低屈折率トレンチ３２４、第２の低屈折率コア領域３３４、及び第２の低屈折率トレンチ３４４のうちの対応する少なくとも一方のシリカガラスを、シリカガラス全体に非周期的に配置された、又は周期的に配置された、又はその両方である空所を有するように形成することによって達成される。これらの空所は光ファイバ３００の長さに沿って（即ち長手方向軸に対して平行に）引き伸ばされる（伸長する）が、ファイバ全体の全長に延在することはない。理論によって束縛されることを望むものではないが、空所は、光ファイバの長さに沿って数メートル未満、多くの場合は１メートル未満だけ延在する。本明細書で開示される光ファイバは、固化したガラスブランク中にかなりの量の気体が閉じ込められることにより、固化したガラスの光ファイバプリフォーム中に空所が形成されるようにするために効果的なプリフォーム固化条件を利用する方法によって作製できる。これらの空所を除去するためのステップを実施するのではなく、得られたプリフォームを用いて、中に空所を有する光ファイバを形成する。いくつかの実施形態では、これらの空所は、アルゴン、クリプトン、ＣＯ２、ＳＯ２、Ｏ２、又はこれらの混合物といった１つ以上の気体を内包してよい。他のいくつかの実施形態では、空所は気体を実質的に含まない。気体の存在又は不在にかかわらず、第１の低屈折率コア領域３１４の屈折率ｎＬＩＣ、第１の低屈折率トレンチ３２４の屈折率ｎＬＩＴ、第２の低屈折率コア領域３３４の屈折率ｎｌｉｃ、及び第２の低屈折率トレンチ３４４の屈折率ｎｌｉｔのうちの少なくとも１つは、空所の存在によって低下する。あるいは、又は更に、第１の低屈折率コア領域３１４の屈折率ｎＬＩＣ、第１の低屈折率トレンチ３２４の屈折率ｎＬＩＴ、第２の低屈折率コア領域３３４の屈折率ｎｌｉｃ、及び第２の低屈折率トレンチ３４４の屈折率ｎｌｉｔのうちの少なくとも１つは、空所の非周期的な分布、周期的な分布、又は非周期的な分布及び周期的な分布の両方を伴うダウンドープシリカガラスを形成することによって、低下する。
【０２５６】
第１の低屈折率トレンチ３２４の相対屈折率ΔＬＩＴ％は、第１の内側クラッド部分３２５の相対屈折率ΔＩＣＬ％未満であり（即ちΔＬＩＴ％＜ΔＩＣＬ％）、また第１の外側クラッド部分３２３の相対屈折率ΔＯＣＬ％未満である（即ちΔＬＩＴ％＜ΔＯＣＬ％）。いくつかの実施形態では、相対屈折率ΔＩＣＬ％は相対屈折率ΔＯＣＬ％に略等しく、またΔＬＩＴ％＜ΔＩＣＬ％＝ΔＯＣＬ％である。他の実施形態では、相対屈折率ΔＩＣＬ％は相対屈折率ΔＯＣＬ％未満であり、またΔＬＩＴ％＜ΔＩＣＬ％＜ΔＯＣＬ％である。
【０２５７】
第２の低屈折率トレンチ３４４の相対屈折率Δｌｉｔ％は、第２の内側クラッド部分３４５の相対屈折率Δｉｃｌ％未満であり（即ちΔｌｉｔ％＜Δｉｃｌ％）、また第２の外側クラッド部分３４３の相対屈折率Δｏｃｌ％未満である（即ちΔｌｉｔ％＜Δｏｃｌ％）。いくつかの実施形態では、相対屈折率Δｉｃｌ％は相対屈折率Δｏｃｌ％に略等しく、またΔｌｉｔ％＜Δｉｃｌ％＝Δｏｃｌ％である。他の実施形態では、相対屈折率Δｉｃｌ％は相対屈折率Δｏｃｌ％未満であり、またΔｌｉｔ％＜Δｉｃｌ％＜Δｏｃｌ％である。第２の低屈折率トレンチ３４４、第２の内側クラッド部分３４５、及び第２の外側クラッド部分３４３が、それぞれ第１の低屈折率トレンチ３２４、第１の内側クラッド部分３２５、及び第１の外側クラッド部分３２３と同一の材料から作製される実施形態では、相対屈折率Δｌｉｔ％は相対屈折率ΔＬＩＴ％に略等しくなり得（即ちΔｌｉｔ％＝ΔＬＩＴ％）、相対屈折率Δｉｃｌ％は相対屈折率ΔＩＣＬ％に略等しくなり得（即ちΔｉｃｌ％＝ΔＩＣＬ％）、相対屈折率Δｏｃｌ％は相対屈折率ΔＯＣＬ％に略等しくなり得る（即ちΔｏｃｌ％＝ΔＯＣＬ％）ことを理解されたい。
【０２５８】
第１のセグメント３１０の第１の外側クラッド部分３２３、及び第２のセグメント３３０の第２の外側クラッド部分３４３は、純シリカガラス、シリカガラスの屈折率を上昇させる１つ以上のアップドーパントを含むシリカガラス、又はシリカガラスの屈折率を低下させる１つ以上のダウンドーパントを含むシリカガラスを含んでよい。好適なアップドーパントの非限定的な例としては、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｌ、Ｐ、ＧｅＯ２、ＴｉＯ２、Ｐ２Ｏ５、これらの組み合わせ等が挙げられる。実施形態では、第１の外側クラッド部分３２３及び第２の外側クラッド部分３４３のうちの少なくとも一方は、アップドーパントとしてＣｌを含有する。好適なダウンドーパントの非限定的な例としては、Ｆ、Ｂ、これらの組み合わせ等が挙げられる。実施形態では、第１の外側クラッド部分３２３及び第２の外側クラッド部分３４３のうちの少なくとも一方は、ダウンドーパントとしてＦを含有する。
【０２５９】
本明細書に記載の光ファイバ３００の様々な実施形態は、第１の低屈折率トレンチ３２４を第１のクラッド部分３２２内に組み込み、また第２の低屈折率トレンチ３４４を第２のクラッド部分３４２内に組み込むことによって、曲げ性能が改善されている。光ファイバ３００のマクロ曲げ性能は、上述のようにＦＯＴＰ‐６２（ＪＥＣ‐６０７９３‐１‐４７）に従って決定できる。
【０２６０】
本明細書に記載の実施形態では、光ファイバ３００は、所望の構造を有するファイバプリフォームを作製するための従来のファイバ製造プロセスを用いて製造される。ファイバプリフォームを作製するために使用されるプロセスの非限定的な例としては、外側蒸着（ｏｕｔｓｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＯＶＤ）、改良型化学蒸着（ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＣＶＤ）、物理化学蒸着（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＣＶＤ）等が挙げられる。ファイバプリフォームの形成後、ファイバプリフォームを、第１のセグメント３１０（Ｇセグメント）の寸法を有するファイバへとドロー加工する。第１のセグメント３１０の寸法を有するファイバをクランプで把持して、ファイバの一部分を、第２のセグメント３３０（Ｒセグメント）の寸法へと更に下向きにドロー加工し、ここで第１のセグメント３１０と第２のセグメント３３０との間には移行領域３５０が位置決めされる。
【０２６１】
例えば一実施形態では、まず、光ファイバ３００が第１の中央コア領域３１５、第１の低屈折率コア領域３１４、第１の環状コア領域３１３、第１の内側クラッド部分３２５、第１の低屈折率トレンチ３２４、及び第１の外側クラッド部分３２３を最初に有するように、光ファイバ３００を形成してよい。次に光ファイバ３００をクランプで把持して、ファイバの一部分を加熱して更にドロー加工することにより、第１の中央コア領域３１５、第１の低屈折率コア領域３１４、第１の環状コア領域３１３、第１の内側クラッド部分３２５、第１の低屈折率トレンチ３２４、及び第１の外側クラッド部分３２３を有する第１のセグメント３１０と、第２の中央コア領域３３５、第２の低屈折率コア領域３３４、第２の環状コア領域３３３、第２の内側クラッド部分３４５、第２の低屈折率トレンチ３４４、及び第２の外側クラッド部分３４３を有する第２のセグメント３３０とを有する、光ファイバを形成する。この手順において、光ファイバを更にドロー加工することで、光ファイバ３００の第２のセグメント３３０の寸法が、第１のセグメント３１０に比べて低減される。特に、第２の中央コア領域３３５の寸法は第１の中央コア領域３１５に対して大幅に小さい。
【０２６２】
図４Ｃ、１４Ａ、及び１６Ａを参照すると、ガウシアンレーザビームＧＬＢは、光ファイバ３００の入口端部３１１に光学的に結合され、第１のセグメント３１０を通って第２のセグメント３３０に向かって伝播する。具体的には、ガウシアンレーザビームＧＬＢは第１の中央コア領域３１５に導入され、第１のセグメント３１０を通って移行領域３５０内へと伝播する。ガウシアンレーザビームＧＬＢが移行領域３５０を通って第２のセグメント３３０内へと伝播する際、第２の中央コア領域３３５の低減されたサイズでは、ガウシアンレーザビームＧＬＢの伝播をサポートできず、ガウシアンレーザビームＧＬＢはその代わりに第２の環状コア領域３３３内を伝播し、これによってガウシアンレーザビームＧＬＢはリング状レーザビーム（ＲＳＢ）に変換される。リング状レーザビームは、第２のセグメント３３０を通って第２の環状コア領域３３３内に伝播する。実施形態では、図１４Ａに示すように、ガウシアンレーザビームＧＬＢの光パワーの一部分は、第２のセグメント３３０の第２の中央コア領域３３５内に維持される。第２の中央コア領域３３５内に維持されたガウシアンレーザビームＧＬＢの一部分は、第１のセグメント３１０の第１の中央コア領域３１５を通って伝播したガウシアンレーザビームＧＬＢの１０％未満であってよい。実施形態では、第２の中央コア領域３３５内に維持されたガウシアンレーザビームＧＬＢの一部分は、第１のセグメント３１０の第１の中央コア領域３１５を通って伝播したガウシアンレーザビームＧＬＢの１０％未満であってよい。リング状レーザビームＲＳＢは、出口端部３３１を通って光ファイバ３００を出る。ガウシアンレーザビームＧＬＢは、レンズ系を通して（図示せず）、直接の突き合わせ結合によって（図示せず）、又は溶融接合によって（図示せず）、光ファイバ３００の入口端部３１１に結合できる。光ファイバ３００の出口端部３３１に入射したリング状レーザビームは、自由空間のかさばる光学素子（図示せず）、又は出口端部３３１に直接形成された若しくは取り付けられたファイバレンズ（図示せず）を用いて、集束させることができる。実施形態では、第２の中央コア領域３３５内に維持されたガウシアンレーザビームＧＬＢの一部分は、塗料を用いて出口端部３３１において第２の中央コア領域３３５を被覆すること、出口端部３３１において第２の中央コア領域３３５にアパーチャを形成すること等によって、出口端部３３１を出ないようにブロックできる。
【０２６３】
図４Ｄ、並びに１３Ｂ、１４Ｂ、１４Ｃ、１５Ｂ、１６Ｂ、及び１６Ｃを参照すると、移行領域３５０’で第２のセグメント３３０’（Ｒセグメント）に光学的に結合された第１のセグメント３１０’（Ｇセグメント）を有する光ファイバ３００’の一実施形態が図示されている。光ファイバ３００’は上述の光ファイバ３００と同様であるが、光ファイバ３００’のコアは、以下で更に詳細に説明するように、１つ以上の低屈折率領域Ｒを（例えば第２のコア領域３３３’内に）含む。第２のセグメント３３０’を通って第２の環状コア領域３３３’内を伝播するレーザビームは円対称でないため、光ファイバ３００の第２のセグメント３３０を通って第２の環状コア領域３３３内を伝播するリング状ビームとは形状が異なる。
【０２６４】
光ファイバ３００’のＲセグメント（セグメント３３０’）が図１５Ｂ、１６Ｂ、及び１６Ｃに示されている。光ファイバ３００’のＲセグメント（セグメント３３０’）は、上述のようなファイバ３００のＲセグメント（セグメント３３０）と同様であるが、ファイバ３００’のコア部分３３２’は円対称でない。より具体的には、コア部分３３２’は、領域３３３’の屈折率より低い屈折率を有する１つ以上の領域Ｒ（例えば純シリカ、ダウンドープシリカ、又は１つ以上の空洞Ｈ）によって中断されている。このような実施形態では、第１のコア領域３３３’はクラッドより高い相対屈折率ΔＡＣ％を有するが、不連続であり、即ち「破壊されたリング形状」又は「部分リング」形状を有する。よって、ある断面（Ａ‐Ａ）では、ファイバセグメント３３０’は図１６Ｂに示す屈折率プロファイルを有し、別の断面（断面（Ｂ‐Ｂ））では、図１６Ｃに示す屈折率プロファイルを有する。空洞Ｈ又は領域Ｒは、コア領域３３２’の対称性を破壊して、ファイバコアを通って伝播するレーザビームの対称性を破壊する。
【０２６５】
光ファイバ３００’の一実施形態は、移行領域３５０’で第２のセグメント２３０’（Ｒセグメント）に光学的に結合された第１のセグメント３１０’（Ｇセグメント）を備える。この実施形態の光ファイバ３００’の例示的なＧセグメント（第１のセグメント３１０’）は、図１３Ｂ、１４Ｂ、及び１４Ｃに図示されており、これもまた、好ましくは、隣接する第１のコア領域３１３’の屈折率より低い屈折率を有する（即ちクラッドに対する相対屈折率がΔＡＣ％より低い）１つ以上の領域Ｒ（例えば純シリカ、ダウンドープシリカ、又は空洞Ｈ）を含む。第１のセグメント３１０’のある断面（Ａ‐Ａ）における屈折率プロファイルが図１４Ｂに示されており、別の断面（Ｂ‐Ｂ）における屈折率プロファイルが図１４Ｃに示されている。第１のセグメント３１０’を通って伝播したガウシアンレーザビームＧＬＢは、高屈折率コア部分を通って伝播しようとし、これにより、コア部分３３２’が第１のコア領域３３３’へと移行するに従って、コア部分３３２’へと伝播し、即ちコア部分３３２’の第２の高屈折率部分に「追従し」、コア領域３３３’の対称性を破壊する、ファイバセグメントの低屈折率材料の領域Ｒを通る、又は１つ以上の空洞Ｈを通る伝播はあまり発生しない。
【０２６６】
具体的には、ガウシアンレーザビームＧＬＢは、光ファイバ３００’の入口端部３１１’に光学的に結合され、第１のセグメント３１０’を通って第２のセグメント３３０’に向かって伝播する。ガウシアンレーザビームＧＬＢは、第１のセグメント３１０’の第１の中央コア領域３１５’を通って第２のセグメント３３０’に向かって伝播する。具体的には、ガウシアンレーザビームＧＬＢは第１の中央コア領域３１５’に導入され、第１のセグメント３１０’を通って移行領域３５０’内へと伝播する。ガウシアンレーザビームＧＬＢが移行領域３５０’を通って第２のセグメント３３０’内へと伝播する際、第２の中央コア領域３３５’の低減されたサイズでは、ガウシアンレーザビームＧＬＢの伝播を十分にサポートできず、ガウシアンレーザビームＧＬＢはその代わりに第２の環状コア領域３３３’内を伝播し、これによってガウシアンレーザビームＧＬＢは非対称形状のレーザビーム（例えば破壊されたリング又は部分リングの形状のビーム）に変換される。非対称形状のレーザビームは、第２のセグメント３３０’を通って第２の非軸対称コア領域３３３’内に伝播する。
【０２６７】
非軸対称レーザビームは、出口端部３３１’を通って光ファイバ３００’を出る。ガウシアンレーザビームＧＬＢは、レンズ系を通して（図３Ｂを参照）、直接の突き合わせ結合によって（図３Ｄを参照）、又は溶融接合によって（図示せず）、光ファイバ３００’の入口端部３１１’に結合できる。光ファイバ３００’の出口端部３３１’に入射した非軸対称レーザビームは、自由空間のかさばる光学素子（図３Ｂを参照）、又は出口端部３３１’に直接形成された若しくは取り付けられたファイバレンズ（図３Ｆを参照）を用いて、集束させることができる。いくつかの実施形態では、第２の中央コア領域３３５’内に維持されたガウシアンレーザビームＧＬＢの一部分は、第１のセグメント３１０’の第１の中央コア領域３１５’を通って伝播したガウシアンレーザビームＧＬＢの１０％未満であってよい。いくつかの実施形態では、第２の中央コア領域３３５内に維持されたガウシアンレーザビームＧＬＢの一部分は、塗料を用いて出口端部３３１’において第２の中央コア領域３３５’を被覆すること、出口端部３３１’において第２の中央コア領域３３５’にアパーチャを形成すること等によって、出口端部３３１’を出ないようにブロックできる。
【０２６８】
光ファイバ３００’の出口端部３３１’が湾曲している、及び／又は集束レンズ面を形成する場合、光ファイバ３００’は非軸対称（非円対称）ベッセルレーザビームＢＬＢを形成し、ガウシアンレーザビームから非軸対称（集束）ベッセルレーザビームへの変換を経たベッセルレーザビームＢＬＢが光ファイバ３００’を出る。光ファイバ３００’の出口端部３３１’に供給された非軸対称レーザビームは例えば、自由空間のかさばる光学素子１３０Ｉ、１３０Ａ（図３Ｄを参照）、又は光ファイバの出口端部３３１’に直接形成された（図示せず）、若しくは光ファイバの出口端部３３１’に取り付けられた（図３Ｆ）、レンズを用いて、集束させることができる。
【０２６９】
光ファイバ３００’ではなく光ファイバ３００を使用して非軸対称ベッセルビームを生成する場合、図１４Ｂ、１６Ｂ、及び１６Ｃに示されているジオメトリ及び屈折率プロファイルを有する小さなファイバセグメントを、光ファイバ３００のセグメント３３０の端面に取り付けて、光ファイバ３００のセグメント３３０（Ｒセグメント）を通って伝播する軸対称リング状レーザビームを非軸対称のレーザビームへと変換するためのエンドキャップ１０００として利用できることに留意されたい。光ファイバ３００を通って伝播するリング状ビームに非対称性を導入する他のエンドキャップ（例えば上述のもの）を利用してもよい。ファイバ３００と共に使用されるエンドキャップ１０００を通って（又はファイバ３００’を通って）伝播した非軸対称ビームは、集束すると非軸対称レーザビーム（例えば非軸対称ベッセルビーム）を形成し、これは非軸対称スポット１４をもたらす。
【０２７０】
図４Ａ及び１７Ａは、非回折及び／又は準非回折レーザビームを生成するための光学系４００の概略図を示す。光学系４００は、図４Ａ及び５Ａ〜８Ａに関して上述したように、移行領域１５０で第２のセグメント１３０に光学的に結合された第１のセグメント１１０を有する光ファイバ１００を含む。図１７Ａに示すように、この実施形態では、エンドキャップ１０００が光ファイバ１００の出口端部１１１に配置される。光学系４００は、図４Ａ及び９Ａ〜１２Ａに関して上述した光ファイバ２００、又は図４Ｄ及び１３Ａ〜１６Ａに関して上述した光ファイバ３００を、光ファイバ１００の代わりに含んでもよいことを理解されたい。分かりやすくするために、第１のセグメント１１０の出口端部１１１の第１の環状コア領域１１３のみが図１７Ａに図示されており、即ち第１のクラッド部分１２２は図示されていない。出口端部１１１は、エンドキャップ１０００を介して端面レンズ１０３に結合される。端面レンズ１０３は、エンドキャップ１０００の出口端部（図示せず）に直接形成してよく、あるいは端面レンズ１０３は、エンドキャップ１０００に取り付けられていてもよい。例えば、端面レンズ１０３は、エンドキャップ１０００の出口端部を成形する従来の研磨若しくはレーザベースのプロセスによって、又は別個の溶融シリカロッド上に所望の表面形状を形成した後、エンドキャップ１０００に溶融接合することによって、作製できる。
【０２７１】
あるいは、光ファイバ１００の代わりに光ファイバ１００’を用いる場合、図１７Ｂに示すように、エンドキャップは不要となる。これらの実施形態では、光学系４００は代わりに、上述のように、移行領域１５０’で第２のセグメント１３０’に光学的に結合された第１のセグメント１１０’を有する光ファイバ１００’を用いる。光学系４００は、図４Ｂ並びに９Ｂ、１０Ｂ、１０Ｃ、１１Ｂ、１２Ｂ、及び１２Ｃに関して上述した光ファイバ２００’、又は図４Ｄ、並びに１３Ｂ、１４Ｂ、１４Ｃ、１５Ｂ、１６Ｂ、及び１６Ｃに関して上述した光ファイバ３００’を、光ファイバ１００’の代わりに含んでもよいことを理解されたい。分かりやすくするために、第１のセグメント１１０’の出口端部１１１’の第１の環状コア領域１１３’のみが図１７Ｂに図示されており、即ち第１のクラッド部分１２２’は図示されていない。出口端部１１１’は端面レンズ１０３を有し、これは、入射するリング状レーザビーム（ＲＳＢ）の高い強度によって発生する可能性がある出口端部１１１’の表面損傷を軽減するために、光ファイバ１００’の出口端部１１１’の表面上のベッセルレーザビームＢＬＢのビームサイズを大幅に増大させることができる。端面レンズ１０３’は、光ファイバ１００’の出口端部１１１’（図示せず）に直接形成してよく、あるいは端面レンズ１０３’は、光ファイバ１００’の出口端部１１１’に取り付けられていてもよい。例えば、端面レンズ１０３’は、光ファイバ１００’の出口端部１１１’を成形する従来の研磨若しくはレーザベースのプロセスによって、又は別個の溶融シリカロッド上に所望の表面形状を形成した後、光ファイバ１００’の出口端部１１１’に溶融接合することによって、作製できる。
【０２７２】
図１７Ａ、１７Ｂに示す実施形態では、元のガウシアンレーザビームＧＬＢから変換されたベッセルレーザビームＢＬＢは、端面レンズ１０３、１０３’によって結像し、アキシコンプリズム４１０上に投射される。これらの実施形態では、端面レンズ１０３，１０３’の焦点距離は１０ミリメートル（ｍｍ）未満である。ベッセルレーザビームＢＬＢはアキシコンプリズム４１０を通過し、これはベッセルレーザビームＢＬＢを点ではなく線（レーザビーム焦線）へと再集束させて、ベッセルレーザビームＢＬＢを「無回折」ビーム４２０へと（即ち準非回折ビームへと）再成形する。これらの実施形態では、ベッセルレーザビームＢＬＢのＦＤ値は、少なくとも１０である。例えば、ベッセルレーザビームＢＬＢのＦＤ値は、１０〜５０００であってよい。ＦＤ値は少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも２５０、少なくとも５００、少なくとも１０００、１０〜２０００、５０〜１５００、又は１００〜１０００である。
【０２７３】
図１７Ｃは、図１７Ａ又は１７Ｂの光学系４００を用いて提供されるビーム強度プロファイルを示す。非軸対称ビームは、上述のアキシコンプリズム４１０を通過して、図１７Ｃに示すビーム強度プロファイルを有する所望の無回折楕円形ビームを形成できるように、再成形される。
【０２７４】
図４Ａ及び１８Ａは、「無回折」ビームを生成するための光学系５００の別の実施形態を示す。光学系５００は、移行領域１５０（図示せず）で第２のセグメント１３０（図示せず）に光学的に結合された第１のセグメント１１０を有する光ファイバ１００を含む。分かりやすくするために、第１のセグメント１１０の出口端部１１１の第１の環状コア領域１１３のみが図１８Ａに図示されており、即ち第１のクラッド部分１２２は図示されていない。光学系５００は、図４Ａ及び９Ａ〜１２Ａに関して上述した光ファイバ２００、又は図４Ｃ及び１３Ａ〜１５Ａに関して上述した光ファイバ３００を、光ファイバ１００の代わりに含んでもよいことを理解されたい。図１８Ａの光学系５００は更に、光ファイバ１００（又は２００若しくは３００）の出力端部に配置されたエンドキャップ１０００を含み、このエンドキャップ１０００は、レンズ５０５に隣接してこれに対面するように配置される。ガウシアンレーザビームＧＬＢからリング状ビームＲＳＢに変換されたレーザビームは、光ファイバ１００によって放出され、エンドキャップ１０００によって非軸対称ビームに変換され、例えば球面レンズ、球若しくは円筒の一部を含まない表面プロファイルを有する非球面レンズ等であってよいレンズ５０５によって結像する。いくつかの実施形態では、非球面レンズは、アキシコンレンズ、例えば負屈折アキシコンレンズ、正屈折アキシコンレンズ、反射アキシコンレンズ、回折アキシコンレンズ、プログラマブル空間光変調器アキシコンレンズ（例えば位相アキシコン）等の、円錐波面生成光学素子を含んでよい。いくつかの実施形態によると、非球面レンズは例えば、屈折アキシコン、反射アキシコン、ワキシコン、空間光変調器、回折光学素子、又は立方体光学素子（図示せず）である。実施形態では、軸対称ベッセルレーザビームは、光ファイバ１００から伝播して、（例えばエンドキャップを通って伝播するビームの一部分をブロックすることによって）ベッセルビームを非軸対称にするエンドキャップ１０００に入り、レンズ５０５は、エンドキャップ１０００によって供給された非軸対称ベッセルレーザビームＢＬＢを、ベッセルレーザビームＢＬＢの幅が光ファイバ１００の直径Ｄ０より少なくとも１０倍大きくなるように再結像させる。結像した非軸対称ベッセルレーザビームＢＬＢは、アキシコンプリズム５１０に入射し、アキシコンプリズム５１０はこのベッセルレーザビームＢＬＢを（点ではなく）線に集束させて、ベッセルレーザビームＢＬＢを、非軸対称（例えば楕円形）断面を有するレーザ焦線を形成する所望の「無回折」ビーム５２０へと（この実施形態では準非回折ビームへと）再成形する。
【０２７５】
図４Ｄ及び１８Ｂを参照すると、「無回折」ビームを生成するための光学系５００の別の実施形態が示されている。光学系５００は、移行領域１５０’（図示せず）で第２のセグメント１３０’（図示せず）に光学的に結合された第１のセグメント１１０’を有する光ファイバ１００’を含む。分かりやすくするために、第１のセグメント１１０’の出口端部１１１’の第１の環状コア領域１１３’のみが図１８Ｂに図示されており、即ち第１のクラッド部分１２２’は図示されていない。光学系５００は、図４Ｂ及び９Ｂ、１０Ｂ、１０Ｃ、１１Ｂ、１２Ｂ、１２Ｃに関して上述した光ファイバ２００’、又は図４Ｄ並びに１３Ｂ、１４Ｂ、１４Ｃ、１５Ｂ、１６Ｂ、及び１６Ｃに関して上述した光ファイバ３００’を、光ファイバ１００の代わりに含んでもよいことを理解されたい。ガウシアンレーザビームＧＬＢから非軸対称形状のビーム（例えば破壊されたリングの形状のビーム又は部分リング形状のビーム）に変換されたレーザビームは、光ファイバ１００’によって放出され、例えば球面レンズ、球若しくは円筒の一部を含まない表面プロファイルを有する非球面レンズ等であってよいレンズ５０５によって結像する。いくつかの実施形態では、非球面レンズは、アキシコンレンズ、例えば負屈折アキシコンレンズ、正屈折アキシコンレンズ、反射アキシコンレンズ、回折アキシコンレンズ、プログラマブル空間光変調器アキシコンレンズ（例えば位相アキシコン）等の、円錐波面生成光学素子を含んでよい。非球面光学素子は例えば、屈折アキシコン、反射アキシコン、ワキシコン、空間光変調器、回折光学素子、又は立方体光学素子（図示せず）であってよい。実施形態では、非軸対称ベッセルレーザビームＢＬＢは光ファイバ１００’から伝播し、レンズ５０５は、このベッセルレーザビームＢＬＢを、ベッセルレーザビームＢＬＢの幅が光ファイバ１００’の直径Ｄ０より少なくとも１０倍大きくなるように再結像させる。結像した非軸対称ベッセルレーザビームＢＬＢは、アキシコンプリズム５１０に入射し、アキシコンプリズム５１０はこのベッセルレーザビームＢＬＢを（点ではなく）線に集束させて、ベッセルレーザビームＢＬＢを、非軸対称（例えば楕円形）断面を有するレーザ焦線を形成する所望の「無回折」ビーム５２０へと（この実施形態では準非回折ビームへと）再成形する。
【０２７６】
ベッセルレーザビームＢＬＢが図１７Ａ、１７Ｂに示すアキシコンプリズム４１０及び図１８Ａ、１８Ｂに示すアキシコンプリズム５１０に到達すると、ベッセルレーザビームＢＬＢの中央領域内の光信号が最小化されることを理解されたい。その結果、光学系４００、５００の構成は、アキシコンプリズム４１０、５１０の中央の頂点領域の形状の影響を受けにくくなる。これは、アキシコンプリズムを使用する光学系の構成に関して特に有益である。というのは、ほとんどのアキシコンプリズムは、製造プロセスの限界によって、頂点領域付近における品質制御の問題を有しており、この中央頂点領域は、「無回折」ビームのビーム品質を大幅に劣化させる従来のレンズのように作用する場合があるためである。従って、図１７Ａ、１７Ｂ、１８Ａ、及び１８Ｂに示す光学系の構成は、アキシコンプリズムの中央頂点領域に関する問題を効果的に回避して、非円形断面を有する高品質な「無回折」ビーム（即ち準非回折ビーム）を生成する。この実施形態によると、レーザビームのＦＤ値は少なくとも１０である。例えば、ＦＤ値は少なくとも５０、少なくとも１００、少なくとも２５０、少なくとも５００、少なくとも１０００、又は例えば１０〜２０００、５０〜１５００、若しくは１００〜１０００である。
【０２７７】
図４Ｃ、１３Ａ〜１６Ａ、及び１９Ａを参照すると、「無回折」特性及びガウシアン特性の両方を有する「ハイブリッド」ガウシアン‐ベッセルレーザビームを生成するための光学系６００が示されている。光学系６００は、移行領域３５０で第２のセグメント３３０に光学的に結合された第１のセグメント３１０を有する光ファイバ３００を含む。光学系６００は、少なくとも１つのレンズ６０５、及び二重焦点レンズも含む。光ファイバ３００の第２のセグメント３３０を出たビームは、本明細書に記載されているように、リング状部分及びガウシアンレーザビームＧＬＢ部分を有する。光ファイバ３００が放出したリング状ビーム（ＲＳＢ）部分は、エンドキャップ１０００によって非軸対称ビーム部分（例えば破壊されたリング状のビーム、又は部分リング状ビーム）に変換され、例えば球面レンズ、非球面レンズ等であってよい少なくとも１つのレンズ６０５によって再結像する。実施形態では、リング状ビームＲＳＢ部分は光ファイバ３００から伝播し、レンズ６０５は、ベッセルレーザビームＢＬＢ部分の外幅（即ち外径）が光ファイバ３００の直径Ｄ０の少なくとも１０倍大きくなるように、ベッセルレーザビームＢＬＢを形成する。レンズ６０５によって形成されたベッセルレーザビームＢＬＢは、二重焦点レンズ６１０の外側部分に入射し、この二重焦点レンズ６１０は、ベッセルレーザビームＢＬＢを所望の「無回折」ビームへと（即ちこの実施形態では準非回折ビームへと）再成形する。同時に、光ファイバ３００の第２のセグメント３３０を出たビームのガウシアンレーザビームＧＬＢ部分は、少なくとも１つのレンズを通過し、二重焦点レンズ６１０の中央部分によって再結像する。二重焦点レンズ６１０は、ベッセルレーザビームＢＬＢ部分とガウシアンレーザビームＧＬＢ部分とを効果的に組み合わせて、ハイブリッドビーム６２０を形成し、このハイブリッドビーム６２０の大半は「無回折」である。また、ガウシアンレーザビームＧＬＢが望まれていない又は必要でない場合、ガウシアンレーザビームＧＬＢを、塗料、アパーチャ等によってブロックできる。
【０２７８】
図４Ｄ、１３Ｂ、１４Ｂ、１４Ｃ、１５Ｂ、１６Ｂ、１６Ｃ、及び１９Ｂを参照すると、「無回折」特性及びガウシアン特性の両方を有する「ハイブリッド」ガウシアン‐ベッセルレーザビームを生成するための別の光学系６００が示されている。図１９Ｂの光学系６００は、移行領域３５０’で第２のセグメント３３０’に光学的に結合された第１のセグメント３１０’を有し、かつエンドキャップ１０００を必要としない、光ファイバ３００’を含む。図１９Ｂの光学系６００は、少なくとも１つのレンズ６０５、及び二重焦点レンズ６１０も含む。この実施形態では、光ファイバ３００’の第２のセグメント３３０’を出たビームは、本明細書に記載されているように、非軸対称部分（例えば破壊されたリングの形状の部分）及びガウシアンレーザビームＧＬＢ部分を有する。従って、光ファイバ３００’が放出した、破壊されたリングの形状のビーム（破壊されたＲＳＢ）部分は、非軸対称であり、この非軸対称ビームは、例えば球面レンズ、非球面レンズ等であってよい少なくとも１つのレンズ６０５によって再結像する。いくつかの実施形態によると、本明細書で使用される非球面レンズ（又は非球面部品）は、例えば屈折アキシコン、反射アキシコン、ワキシコン、空間光変調器、回折光学素子、又は立方体光学素子（図示せず）を含んでよい。実施形態では、破壊されたリングの形状のビーム（破壊されたＲＳＢ）部分は光ファイバ３００’から伝播し、レンズ６０５は、ベッセルレーザビームＢＬＢ部分の外幅が光ファイバ３００の直径Ｄ０の少なくとも１０倍大きくなるように、非軸対称ベッセルレーザビームＢＬＢを形成する。レンズ６０５によって形成されたベッセルレーザビームＢＬＢは、二重焦点レンズ６１０の外側部分に入射し、この二重焦点レンズ６１０は、非軸対称ベッセルレーザビームＢＬＢを、非軸対称（例えば楕円形断面）を有する所望の「無回折」ビームへと（即ちこの実施形態では準非回折ビームへと）再成形する。同時に、光ファイバ３００の第２のセグメント３３０を出たビームのガウシアンレーザビームＧＬＢ部分は、少なくとも１つのレンズを通過し、二重焦点レンズ６１０の中央部分によって再結像する。二重焦点レンズ６１０は、ベッセルレーザビームＢＬＢ部分とガウシアンレーザビームＧＬＢ部分とを効果的に組み合わせて、ハイブリッドビーム６２０を形成し、このハイブリッドビーム６２０の大半は「無回折」である。また、ガウシアンレーザビームＧＬＢが望まれていない又は必要でない場合、ガウシアンレーザビームＧＬＢを、塗料、アパーチャ等によってブロックできる。
【０２７９】
図１Ａ、１Ｂ、１０〜１３、及び２０を参照すると、「無回折」特性及びガウシアン特性の両方を有する「ハイブリッド」ガウシアン‐ベッセルレーザビームを生成するための別の光学系７００が示されている。光学系７００は、移行領域３５０’で第２のセグメント３３０’に光学的に結合された第１のセグメント３１０’を有し、かつエンドキャップ１０００を必要としない、光ファイバ３００’を含む。第２のセグメント３３０’は、テーパ加工された表面部分３０４’及び平坦なコア領域３０５’を有する端面３０３’を有し、従って、光ファイバ３００の端面３０３から出る非軸対称ベッセルレーザビームＢＬＢ部分及びガウシアンレーザビームＧＬＢ部分は異なる光路及び焦点を有し、これにより、ベッセルレーザビームＢＬＢ部分及びガウシアンレーザビームＧＬＢ部分を収束させて組み合わせ、「無回折」の単一のビームとするのを支援する。光学系７００は、少なくとも１つのレンズ７０５、及び二重焦点レンズ７１０も含む。光ファイバ３００’の第２のセグメント３３０’を出たビームは、本明細書に記載されているように、非軸対称ベッセルレーザビームＢＬＢ部分及びガウシアンレーザビームＧＬＢ部分を有する。光ファイバ３００’が放出したベッセルレーザビームＢＬＢ部分は、まず光ファイバ３００’の端面３０３’によって再結像し、続いて、例えば球面レンズ、非球面レンズ等であってよい少なくとも１つのレンズ７０５によって再結像する。実施形態では、レンズ７０５は、ベッセルレーザビームＢＬＢ部分の幅（少なくとも１つの外径）が光ファイバ３００’の直径Ｄ０の少なくとも１０倍大きくなるように、ベッセルレーザビームＢＬＢを再結像する。再結像されたベッセルレーザビームＢＬＢは、二重焦点レンズ７１０の外側部分に入射し、この二重焦点レンズ７１０は、ベッセルレーザビームＢＬＢを、所望の非回折ビーム又は準非回折ビームへと再成形する。同時に、光ファイバ３００’の第２のセグメント３３０’を出たビームのガウシアンレーザビームＧＬＢ部分は、まず平坦なコア領域３０５’によって再結像し、その後少なくとも１つのレンズ７０５を通過して、二重焦点レンズ７１０の中央部分によって再結像する。二重焦点レンズ７１０は、ベッセルレーザビームＢＬＢ部分とガウシアンレーザビームＧＬＢ部分とを効果的に組み合わせて、ハイブリッドビーム７２０を形成し、このハイブリッドビーム７２０の大半は「無回折」ビーム（準非回折ビーム）である。また、ガウシアンレーザビームＧＬＢが望まれていない又は必要でない実施形態では、ガウシアンレーザビームＧＬＢを、塗料、アパーチャ等によってブロックできる。第２のセグメント３３０の端面３０３は、光ファイバ３００から放出されたビームを集束させるために使用されるレンズの構成を簡略化できることを理解されたい。実施形態では、端面３０３’を用いて、少なくとも１つのレンズ７０５及び二重焦点レンズ７１０を完全に排除できる。
【実施例】
【０２８０】
以下の実施例によって、本明細書に記載の実施形態を更に明らかにする。
【０２８１】
図１Ａ及び５Ａ〜８Ａに示す光ファイバ１００の５つの実施例（実施例１〜５）に関する半径及び相対屈折率の概要を、以下の表１Ａに示す。
【０２８２】
【表１Ａ】
2021501058.tif 000038
【０２８３】
表１Ａに示すように、実施例１〜５について、チャネル１１４に関する相対屈折率ΔＣＨ％は−２６％であった。第１の環状コア領域１１３に関する相対屈折率ΔＡＣ％は０．１２％〜１％であり、第１の低屈折率トレンチ１２４に関する相対屈折率ΔＬＩＴ％は０％〜−０．６％であった。半径Ｒ０は１０μｍ〜３０μｍであり、半径Ｒ１は１５μｍ〜４０μｍであり、半径Ｒ２は２０μｍ〜４０μｍであり、半径Ｒ３は２８μｍ〜４２．５μｍであり、半径Ｒ４は７３．５μｍ〜１２５μｍであった。第１の環状コア領域１１３の半径方向厚さＴＡＣは２．５μｍ〜１０μｍであり、第１の内側クラッド部分１２５の半径方向厚さＴＩＣＬは０．０μｍ〜１２．５μｍであり、第１の低屈折率トレンチ１２４の半径方向厚さＴＬＩＣは０．０μｍ〜８．５μｍであり、第１の外側クラッド部分１２３の半径方向厚さＴＯＣＬは３３．５μｍ〜１００μｍであった。
【０２８４】
第１のセグメント１１０と第２のセグメント１３０との間のテーパ比は０．５〜０．８５であった。第２のコア部分１３２に関する相対屈折率Δｃ％及び第２の低屈折率トレンチ１４４に関する相対屈折率Δｌｉｔ％は、それぞれ第１の環状コア領域１１３の相対屈折率ΔＡＣ％及び第１の低屈折率トレンチ１２４の相対屈折率ΔＬＩＴ％に略等しかった。半径ｒ１は５．７μｍ〜２４．６μｍであり、半径ｒ２は８．８μｍ〜２４．６μｍであり、半径ｒ３は３．２μｍ〜３０．２μｍであり、半径ｒ４は４０μｍ〜６２．５μｍであった。第２の内側クラッド部分１４５の半径方向厚さｔｉｃｌは０．０μｍ〜１３．９μｍであり、第２の低屈折率トレンチ１４４の半径方向厚さｔｌｉｃは０．０μｍ〜８．９μｍであり、第２の外側クラッド部分１４３の半径方向厚さｔｏｃｌは２４．６μｍ〜４９．３μｍであった。
【０２８５】
光ファイバ１００’の実施形態（実施例１’〜５’）が表１Ｂに示されており、これらは表１を参照して上述した光ファイバ１００と同様であり、断面Ａ‐Ａにおいて、実施例１〜５の屈折率プロファイルを有する。例えばコア領域１１３’は、表１に示したような相対屈折率ΔＡＣ％を有する。しかしながら、光ファイバ１００’は１つ以上の領域Ｒ（例えば図５Ｂ、７Ｂに示すように純シリカ、ダウンドープシリカ、又は空気を含む）１つ以上の領域Ｒを使用するため、ファイバ１００’は、軸対称（円対称）である第１の環状コア領域１１３を有する代わりに、分割若しくは破壊されたリング、又は部分リングの形状の第１のコア領域１１３’を使用する（領域Ｒがコア領域１１３’を中断させるため）。表１Ｂの例示的実施形態では、領域Ｒはダウンドープシリカ、純シリカ、又は空気を含み、幅ｗ＝２Ｒ０を有する。
【０２８６】
【表１Ｂ】
2021501058.tif 000039
【０２８７】
図４Ａ及び９Ａ〜１２Ａに示す光ファイバ２００の３つの実施例（実施例６〜８）に関する半径及び相対屈折率の概要を、以下の表２Ａに示す。
【０２８８】
【表２Ａ】
2021501058.tif 000040
【０２８９】
表２Ａに示すように、第１の低屈折率コア領域２１４に関する相対屈折率ΔＬＩＣ％は０％〜−０．５％であり、第１の環状コア領域２１３に関する相対屈折率ΔＡＣ％は０．３４％〜１％であり、第１の低屈折率トレンチ２２４に関する相対屈折率ΔＬＩＴ％は０％〜−０．５％であった。実施例６〜８について、半径Ｒ０は３μｍ〜５μｍであり、半径Ｒ１は１０μｍ〜１２μｍであり、半径Ｒ２は１０μｍ〜１８μｍであり、半径Ｒ３は１０μｍ〜３０μｍであり、半径Ｒ４は１２５μｍであった。第１の環状コア領域２１３の半径方向厚さＴＡＣは６μｍ〜７μｍであり、第１の内側クラッド部分２２５の半径方向厚さＴＩＣＬは０．０μｍ〜８μｍであり、第１の低屈折率トレンチ２２４の半径方向厚さＴＬＩＣは０．０μｍ〜１２μｍであり、第１の外側クラッド部分２２３の半径方向厚さＴＯＣＬは９５μｍ〜１１５μｍであった。
【０２９０】
第１のセグメント２１０と第２のセグメント２３０との間のテーパ比は０．３２〜０．５であった。第２の低屈折率コア領域２３４に関する相対屈折率Δｌｉｃ％、第２の環状コア領域２３３に関する相対屈折率Δａｃ％、及び第２の低屈折率トレンチ２４４に関する相対屈折率Δｌｉｔ％は、それぞれ第１の低屈折率コア領域２１４に関する相対屈折率ΔＬＩＣ％、第１の環状コア領域２１３に関する相対屈折率ΔＡＣ％、及び第１の低屈折率トレンチ２２４に関する相対屈折率ΔＬＩＴ％に略等しかった。半径ｒ０は１．３μｍ〜２μｍであり、半径ｒ１は３．２μｍ〜５μｍであり、半径ｒ２は３．２μｍ〜９μｍであり、半径ｒ３は３．２μｍ〜１５μｍであり、半径ｒ４は４０μｍ〜６２．５μｍであった。第２の環状コア領域２３３の半径方向厚さｔａｃは１．９μｍ〜３．５μｍであり、第２の内側クラッド部分２４５の半径方向厚さｔｉｃｌは０．０μｍ〜４μｍであり、第２の低屈折率トレンチ２４４の半径方向厚さｔｌｉｃは０．０μｍ〜６μｍであり、第２の外側クラッド部分２４３の半径方向厚さｔｏｃｌは３６．８μｍ〜４７．５μｍであった。
【０２９１】
光ファイバ２００’の実施形態（実施例６’〜８’）が表２Ｂに示されており、これらは表２Ａを参照して上述した光ファイバ２００と同様であり、断面Ａ‐Ａにおいて、実施例６〜８の屈折率プロファイルを有する。例えばコア領域２１３’は、表２Ｂに示したような相対屈折率ΔＡＣ％を有し、コア領域２３３’は相対屈折率Δａｃ％を有する。しかしながら、光ファイバ２００’は１つ以上の領域Ｒ（例えば図９Ｂ、１０Ｂ、１０Ｃ、１１Ｂ、１２Ｂ、及び１２Ｃに示すように純シリカ、ダウンドープシリカ、又は空気を含む）１つ以上の領域Ｒを使用するため、光ファイバ２００’は、軸対称である第１の環状コア領域２１３を有する代わりに、破壊されたリング又は部分リングの形状の第１のコア領域２１３’を使用する（領域Ｒがコア領域２１３’を中断させるため）。表２Ｂの例示的実施形態では、領域Ｒは純シリカであり（ただし代替実施形態ではダウンドープシリカ又は空気であり）、幅ｗ＝２Ｒ０を有する。
【０２９２】
【表２Ｂ】
2021501058.tif 000041
【０２９３】
図４Ｃ及び１３Ａ〜１６Ａに示す光ファイバ３００の３つの実施例（実施例９〜１１）に関する半径及び相対屈折率の概要を、以下の表３Ａに示す。
【０２９４】
【表３Ａ】
2021501058.tif 000042
【０２９５】
表３Ａに示すように、第１の中央コア領域３１５に関する相対屈折率ΔＣＣ％は０．１％〜０．３４％であり、第１の低屈折率コア領域３１４に関する相対屈折率ΔＬＩＣ％は０％〜−０．２％であり、第１の環状コア領域３１３に関する相対屈折率ΔＡＣ％は０．５％〜１％であり、第１の低屈折率トレンチ３２４に関する相対屈折率ΔＬＩＴ％は０％〜−０．５％であった。実施例９〜１１について、半径Ｒ００は４μｍ〜７μｍであり、半径Ｒ０は９μｍ〜２０μｍであり、半径Ｒ１は１５μｍ〜３０μｍであり、半径Ｒ２は２０μｍ〜３０μｍであり、半径Ｒ３は３０μｍ〜５０μｍであり、半径Ｒ４は１２５μｍであった。第１の低屈折率コア領域３１４の半径方向厚さＴＬＩＣは５μｍ〜１３μｍであり、第１の環状コア領域３１３の半径方向厚さＴＡＣは６μｍ〜１０μｍであり、第１の内側クラッド部分３２５の半径方向厚さＴＩＣＬは０．０μｍ〜５μｍであり、第１の低屈折率トレンチ３２４の半径方向厚さＴＬＩＣは０．０μｍ〜２８μｍであり、第１の外側クラッド部分３２３の半径方向厚さＴＯＣＬは７５μｍ〜９５μｍであった。
【０２９６】
第１のセグメント３１０と第２のセグメント３３０との間のテーパ比は０．４〜０．５であった。第２の中央コア領域３３５に関する相対屈折率Δｃｃ％、第２の低屈折率コア領域３３４に関する相対屈折率Δｌｉｃ％、第２の環状コア領域３３３に関する相対屈折率Δａｃ％、及び第２の低屈折率トレンチ３４４に関する相対屈折率Δｌｉｔ％はそれぞれ、第１の中央コア領域３１５に関する相対屈折率ΔＣＣ％、第１の低屈折率コア領域３１４に関する相対屈折率ΔＬＩＣ％、第１の環状コア領域３１３に関する相対屈折率ΔＡＣ％、及び第１の低屈折率トレンチ３２４に関する相対屈折率ΔＬＩＴ％に略等しかった。半径ｒ００は２μｍ〜３．５μｍであり、半径ｒ０は４．５μｍ〜１０μｍであり、半径ｒ１は７．５μｍ〜１５μｍであり、半径ｒ２は８．８μｍ〜１５μｍであり、半径ｒ３は１５μｍ〜２０μｍであり、半径ｒ４は５０μｍ〜６２．５μｍであった。第２の低屈折率コア領域３３４の半径方向厚さｔｌｉｃは２．４μｍ〜６．５μｍであり、第２の環状コア領域３３３の半径方向厚さｔａｃは３μｍ〜５μｍであり、第２の内側クラッド部分３４５の半径方向厚さｔｉｃｌは０．０μｍ〜２．５μｍであり、第２の低屈折率トレンチ３４４の半径方向厚さｔｌｉｃは０．０μｍ〜１１．２μｍであり、第２の外側クラッド部分３４３の半径方向厚さｔｏｃｌは３０μｍ〜４７．５μｍであった。
【０２９７】
光ファイバ３００’の実施形態（実施例９’〜１１’）が表３Ｂに示されており、これらは表３Ａを参照して上述した光ファイバ３００と同様であり、断面Ａ‐Ａにおいて、実施例９〜１１の屈折率プロファイルと同様の屈折率プロファイルを有する。例えばコア領域３１３’は、表３Ａに示したような相対屈折率ΔＡＣ％を有し、コア領域３３３’は相対屈折率Δａｃ％を有する。しかしながら、光ファイバ３００’は１つ以上の領域Ｒ（例えば図１３Ｂ、１４Ｂ、１４Ｃ、１５Ｂ、及び１５Ｃ）に示すように純シリカ、ダウンドープシリカ、又は空気を含む）１つ以上の領域Ｒを使用するため、光ファイバ３００’は、軸対称である第１の環状コア領域３１３、３３３を有する代わりに、破壊されたリング又は部分リングの形状のコア領域３１３’、３３３’を使用する（領域Ｒがコア領域３１３’、３３３’を中断させるため）。表３Ｂの例示的実施形態では、領域Ｒは空気であり（ただしダウンドープシリカ又は純シリカも利用可能であり）、幅ｗ＝２Ｒ０を有する。
【０２９８】
【表３Ｂ】
2021501058.tif 000043
【０２９９】
光ファイバ１００’、２００’、３００’は例えば、上述のようにして非円対称光ファイバプリフォームを作製した後、上記ファイバを上記非円対称プリフォームからドロー加工することによって、製造できる。いくつかの実施形態によると、光ファイバ１００’、２００’、３００’を作製するための非円対称プリフォームは例えば：Ａ）光ファイバ１００、２００、３００のためのプリフォームを作製した後で空洞を切削して、このようなプリフォーム内に領域Ｒを形成すること；又はＢ）光ファイバ１００、２００、３００のためのプリフォームを作製した後で孔を切削し、これを純シリカロッドで若しくはダウンドープシリカによって充填して、このようなプリフォーム内に領域Ｒを形成すること；又はＣ）の光ファイバ１００、２００、３００のためのプリフォームの一部分を切除してＤ字型プリフォームを形成し、これを異なるＤ字型プリフォーム（例えばダウンドープ若しくは純シリカＤ字型プリフォーム）と共にガラス系の管に入れて溶融し、円形外周を有する光ファイバプリフォームを作製すること；又はＤ）光ファイバ１００、２００、３００のためのプリフォームの一部分を切除してＤ字型プリフォームを形成することによって、製造できる。
【０３００】
例えば、いくつかの実施形態によると、ガウシアンビームを楕円形ベッセルビームに変換するために、光ファイバ１００’、２００’、３００’は、アップドープされたリング状領域（例えば１１３、２１３、３１３）を備えた円対称コアを有する代わりに、２つの「Ｄ字型」ファイバ部分Ｄ１、Ｄ２を備える。図２１Ａ〜２１Ｄは、分割されたリング（本明細書中では「破壊されたリング」とも呼ばれる）の形状のファイバ、即ち分割されたリングの形状のアップドープ領域、例えばコア領域１１３’、２１３’、３１３’を有するファイバの、断面図を示す。例えば、光ファイバは、例えばスロット又は２つの孔によって２つのＤ字型コアに分割されたリング状コアを有してよい。リング状コアの分割に使用できる構造又はスペーサは際限なく存在し、限定するものではないが、円形の孔、正方形の孔、又は不規則な構造が含まれる。コアの２つの部分を隔てる構造Ｒの幅ｇは好ましくは、２つのＤ字型コアの電場が結合しないよう、数マイクロメートルから数十マイクロメートルの範囲内である。いくつかの実施形態によると、これらのＤ字型コア構造は、寸法又は屈折率がわずかに異なり、これにより、これら２つのＤ字型コア部分を通って伝播した２つのビーム部分は、異なる位相及び強度を有する。２つのＤ字型構造の幅の比ｗｒ１／ｗｒ２は０．８〜１．３であり、又は２つのＤ字型構造の長さの比Ｌ１／Ｌ２は、好ましくは０．８〜１．３である。同様に、破壊されたリング（コア領域）１１３’、２１３’、３１３’の２つの部分の屈折率比は０．８〜１．３であり、これにより、コアを通って伝播した２つのレーザビーム部分は、異なる位相及び強度を有する。図２１Ｅ及び２１Ｆに示すように、１つのＤ字型の「破壊されたリング」の形状のコアを用いて、楕円形ベッセルビームを生成することもできる。
【０３０１】
より具体的には、図２１Ａ〜２１Ｆは、光ファイバ２００’、３００’の（又はその代わりにエンドキャップ１０００の）更なる実施形態の断面を示す。図２１Ａ及び２１Ｂでは、分かりやすくするために、第１のセグメント２１０’の（第１の領域２１３’を含む）コア部分２１２’及びクラッド部分２２５’のみが図示されており、即ち第１のクラッド部分２２２’の残りの部分は図示されていない。図２１Ａ及び２１Ｂに対応するファイバ２００’のこれらの例示的実施形態では、領域Ｒは、領域２１４’及び２２５’と同一の屈折率を有する。図２１Ｃ及び２１Ｄでは、分かりやすくするために、ファイバセグメント３３０’の（アップドープされた第１の領域３３３’を含む）コア部分３３２’及び第１のクラッド領域３４５’のみが図示されており、即ち第１のクラッド部分３４２’の残りの部分は図示されていない。図２１Ｃ及び２１Ｄに対応するファイバ３００’のこれらの例示的実施形態では、領域Ｒは、領域３３４’及び３４５’と同一の屈折率を有する。
【０３０２】
図２１Ｅは、光ファイバ２００’の別の実施形態を示す。この実施形態の光ファイバ２００’は２つのＤ字型部分を備え、そのうちの一方（右側）は、コア部分２１２’（半円として成形された第１の領域２１３’を含む）、及びクラッド部分２４５’を備える。左側の部分は、コア部分２１２’及びクラッド部分２４５’を含むが、高屈折率部分である第１の領域２１３’は含まない。ここでも分かりやすくするために、（ファイバ２００’の右側に位置する第１の領域２１３’を含む）コア部分２１２’及びクラッド部分２２５’のみを図２１Ｅに示す。即ち、第１のクラッド部分２２２’の残りの部分は図示されていない。図２１Ｆは、光ファイバ３００’の別の実施形態を示す。この実施形態の光ファイバ３００’は２つのＤ字型部分Ｄ１、Ｄ２を備え、そのうちの一方（右側Ｄ２）は：中央コア領域３１５’、ダウンドープ領域である第１の領域３３４’、及びリングの半体として成形されたアップドープ領域３３３’を含むコア部分３３２’；並びにクラッド部分３４５’を備える。左側の部分は、中央コア領域３３５’及びクラッド部分３４５’を含むが、高屈折率部分である第１の領域３３３’は含まない。ここでも分かりやすくするために、（ファイバ３００’の右側に位置する第１の領域３３３’を含む）コア部分３３２’及びクラッド部分３４５’のみを図２１Ｅに示し、即ち第１のクラッド部分３４２’の残りの部分は図示されていない。図２１Ｇは、非軸対称ガウシアンビームを作製するためのファイバ（ファイバ１００’）の別の実施形態を示す。
【０３０３】
分割されたリング状のコア又はＤ字型リング状のコアファイバ１００’、２００’、３００’のセグメントを、エンドキャップとして、リング状コアファイバ１０００、２００、３００と共に使用し、リング状ビームから非軸対称形状ビームへのビーム変換を実施できる。エンドキャップファイバ１０００を（リング状ファイバとも呼ばれる）ファイバ１００、２００、３００に取り付けると、コアが円対称でなくなるようにコアの対称性を分割することにより、従来のベッセルビームを２つのＤ字型ビームへと変換できる。
【０３０４】
上述のように、ここで提案されるＤ字型リング状コアファイバは、いくつかの方法で作製できる。図２２Ａ〜２２Ｃは、分割されたリング状のコアファイバを作製するためのある方法を示す。まず、外側にリングコア２１３’を備えるリング状コアプリフォーム（即ち高屈折率リングを有する光ファイバプリフォーム）を、例えばＯＶＤプロセスによって作製する（図２２Ａを参照）。続いて、リング状コアの２つの領域のガラスを除去することによって２つのスロットを作製し、領域Ｒを形成する（図２２Ｂを参照）。その後、ＯＶＤを用いてプリフォームにオーバクラッドを施し、最終的な光ファイバプリフォームを作製する。プリフォームはファイバへとドロー加工される（図２２Ｃを参照）。
【０３０５】
図２３Ａ〜２３Ｂは、分割されたリング状のコアファイバを作製するための別の方法を示す。まず、リング状コア及びクラッドを備えるリング状コアプリフォームを、ＯＶＤプロセスによって作製する（図２３Ａを参照）。続いて、リング状コアに２つの孔を作製する（図２３Ｂを参照）。プリフォームは、上記孔を開放状態に維持したまま、ファイバへとドロー加工される。
【０３０６】
図２３Ｃ〜２３Ｄは、Ｄ字型リング状コアファイバプリフォームを作製するための方法を示す。まず、リング状コア及びクラッドを備える第１のリング状コアプリフォームを、ＯＶＤプロセスによって作製する（図２３Ｃを参照）。続いて、クラッド及びリング状コアの一部を除去して、Ｄ字型光ファイバプリフォームを作製する（図２３Ｄを参照）。光ファイバプリフォームは、Ｄ字型ファイバへとドロー加工される。
【０３０７】
以上に基づいて、本明細書に記載の光ファイバは、ガウシアンレーザビームを、例えば非軸対称ベッセルレーザビームであるベッセルビームに変換することを理解されたい。また、上記光ファイバは、比較的低い曲げ損失を有することを理解されたい。上記光ファイバは特に、レーザ検査技法、レーザ加工技法等といった、大きな焦点深さが必要となる用途に好適である。また、以上に基づいて、本明細書に記載の光ファイバの一部は、エンドキャップと共に使用した場合に、ガウシアンレーザを非軸対称ベッセルレーザビームに変換することも理解されたい。
【０３０８】
請求対象の主題の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の実施形態に対して様々な修正及び変形を実施できることは、当業者には理解されるだろう。よって本明細書は、本明細書に記載の様々な実施形態に対する上記修正及び変形が、添付の請求項及びその均等物の範囲内である限りにおいて、上記修正及び変形を包含することを意図している。
【０３０９】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０３１０】
実施形態１
透明被加工物をレーザ加工するための方法であって、
上記方法は、上記透明被加工物内に輪郭線を形成するステップを含み、上記輪郭線は、上記透明被加工物内の欠陥を含み、
上記輪郭線を形成する上記ステップは：
ビーム源によって供給されたパルスレーザビームを：
（ａ）非軸対称パルスレーザビームを形成する、非軸対称屈折率プロファイルを有する少なくとも１つのセグメントを備えた光ファイバ；又は
（ｂ）リング状ビームを生成する光ファイバ、及び非軸対称屈折率プロファイルを有するエンドキャップであって、上記エンドキャップが非軸対称パルスレーザビームを形成するように、リング状ビームを生成する上記光ファイバに結合された、エンドキャップ
を通して、上記透明被加工物内へと向けるステップ
を含み、
上記非軸対称パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられた部分は、上記透明被加工物内で誘起吸収を生成し、上記誘起吸収は、上記透明被加工物内に欠陥を生成し、また上記パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられた上記部分は：
波長λ；
有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ；及び
非軸対称ビーム断面
を含み、上記非軸対称ビーム断面は、断面ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及び断面ｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを含み、
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
【０３１１】
【数３６】
2021501058.tif 000044
【０３１２】
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数である、方法。
【０３１３】
実施形態２
上記透明被加工物及び上記非軸対称パルスレーザビームを上記輪郭線に沿って互いに対して並進移動させることにより、上記透明被加工物内に、上記輪郭線に沿った複数の欠陥をレーザ形成するステップを更に含む、実施形態１に記載の方法。
【０３１４】
実施形態３
上記無次元発散係数ＦＤの値は約５０〜約１５００である、実施形態１に記載の方法。
【０３１５】
実施形態４
赤外線レーザビームを、上記輪郭線に沿って又は上記輪郭線付近において、上記透明被加工物上へと向けることにより、上記透明被加工物を上記輪郭線に沿って分割するステップを更に含む、実施形態２に記載の方法。
【０３１６】
実施形態５
上記ビーム源は、パルスバーストあたり約１パルス〜パルスバーストあたり約３０パルスのパルスバーストを生成するパルスビーム源を含み、パルスバーストエネルギは、パルスバーストあたり約１００μＪ〜約６００μＪである、実施形態１〜４のいずれか１つに記載の方法。
【０３１７】
実施形態６
上記非軸対称パルスレーザビームの、上記透明被加工物内へと向けられた上記部分の上記非軸対称ビーム断面は、スポットサイズパラメータＷｏ，ｍａｘを有する長軸と、スポットサイズパラメータＷｏ，ｍｉｎを有する短軸とを備え、Ｗｏ，ｍａｘはＷｏ，ｍｉｎより長く、Ｗｏ，ｍｉｎに対するＷｏ，ｍａｘのアスペクト比は１．３超である、実施形態１〜５のいずれか１つに記載の方法。
【０３１８】
実施形態７
集束用光学部品を更に備える、実施形態１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【０３１９】
実施形態８
上記集束用光学部品は、少なくとも１つの凸面を備えるレンズである、実施形態７に記載の方法。
【０３２０】
実施形態９
非球面光学素子を更に備え、
上記非球面光学素子は、屈折アキシコン、反射アキシコン、ワキシコン、負屈折アキシコン、空間光変調器、回折光学素子、又は立方体光学素子である、実施形態１〜６のいずれか１つに記載の方法。
【０３２１】
実施形態１０
非球面光学素子を更に備え、
上記非球面光学素子は、屈折アキシコン、反射アキシコン、ワキシコン、負屈折アキシコン、空間光変調器、回折光学素子、又は立方体光学素子である、実施形態７に記載の方法。
【０３２２】
実施形態１１
透明被加工物をレーザ加工するための光学系であって、
上記光学系は：
パルスレーザビームを供給するためのレーザビーム源；
上記源から供給された上記レーザビームを、非軸対称断面を有するレーザビームに変換する構造の、光ファイバ部品
を備え、上記光ファイバ部品は：
（ｉ）互いに対して光学的に結合された少なくとも２つのファイバセグメントを備える光ファイバであって、ある上記セグメントは、上記レーザビーム源に光学的に結合され、実質的にガウシアンレーザビームであるレーザビームを伝播させる構造であり、別の上記ファイバセグメントは、上記ガウシアンレーザビームをリング状非ガウシアンレーザビームに変換する構造である、光ファイバ、及び上記別のファイバセグメントに隣接するエンドキャップであって、上記エンドキャップは、上記リング状非ガウシアンビームを非軸対称レーザビームに変換する構造であり、また上記エンドキャップは非軸対称屈折率プロファイルを有する、エンドキャップ；又は
（ｉｉ）互いに対して光学的に結合された少なくとも２つのファイバセグメントを備える光ファイバであって、ある上記セグメントは、上記レーザビーム源に光学的に結合され、実質的にガウシアンビームであるビームを伝播させる構造であり、別の上記ファイバセグメントは、上記ガウシアンレーザビームを非軸対称レーザビームに変換する構造であり、上記別のファイバセグメントは非軸対称屈折率プロファイルを有する、光ファイバ
を備え、
上記非軸対称レーザビームは：
波長λ；
最大ビーム強度；
有効スポットサイズＷｏ，ｅｆｆ（上記有効スポットサイズは、ビーム強度が上記最大ビーム強度の１／ｅ２まで低下する、ビーム伝播経路ｚからいずれの方向の最短径方向距離として定義される）；
透明被加工物の損傷閾値を超えることによって、上記透明被加工物内に上記輪郭線を形成する（ここで上記輪郭線は上記透明被加工物内の欠陥を含む）ために、十分なパルスエネルギ及びパルス持続時間
を有し、
上記非軸対称ビーム断面は、ｘ方向の最小レイリー範囲ＺＲｘ，ｍｉｎ及びｙ方向の最小レイリー範囲ＺＲｙ，ｍｉｎを有し、
ＺＲｘ，ｍｉｎ及びＺＲｙ，ｍｉｎのうちの小さい方は、
【０３２３】
【数３７】
2021501058.tif 000045
【０３２４】
より大きく、ここでＦＤは１０以上の値を有する無次元発散係数であり、上記ｘ及びｙ方向の上記最小レイリー範囲のうちの小さい方は、上記ビームの光学強度が上記最大ビーム強度の１／２まで減少する、上記ビーム経路に沿った距離である、光学系。
【０３２５】
実施形態１２
上記被加工物に入射する上記非軸対称レーザビームは、準非回折レーザビームである、実施形態１１に記載の光学系。
【０３２６】
実施形態１３
ＦＤは５０〜１５００である、実施形態１１又は１２に記載の光学系。
【０３２７】
実施形態１４
上記非軸対称レーザビームを、非軸対称断面を有するレーザ焦線へと集束させるように配置された、集束用部品を更に備える、実施形態１１〜１３のいずれか１つに記載の光学系。
【０３２８】
実施形態１５
非球面光学素子を更に備え、
上記非球面光学素子は、屈折アキシコン、反射アキシコン、ワキシコン、負屈折アキシコン、空間光変調器、回折光学素子、又は立方体光学素子である、実施形態１１〜１４のいずれか１つに記載の光学系。
【０３２９】
実施形態１６
光ファイバ部品であって、
上記光ファイバ部品は：
（Ｉ）光ファイバであって、上記光ファイバは：
（ｉ）第１のセグメントであって：
上記光ファイバの軸中心線からの半径Ｒ１を有する第１のコア部分であって、上記第１のコア部分は、上記光ファイバの上記軸中心線を中央とし、かつ内半径Ｒ０及び第１の半径方向厚さＴＡＣ＝Ｒ１−Ｒ０を有する、第１の環状コア領域を備える、第１のコア部分；並びに
上記第１のコア部分の周りに延在する第１のクラッド部分であって、上記第１のクラッド部分は半径方向厚さＴＣＬを有し、上記第１の環状コア領域は上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率ΔＡＣ％を有する、第１のクラッド部分
を備える、第１のセグメント；
（ｉｉ）第２のセグメントであって：
上記光ファイバの上記軸中心線からの半径ｒ１を有する第２のコア部分であって、上記第２のコア部分の少なくとも一部分は、上記第１の環状コア領域に光学的に結合され、上記半径Ｒ１は上記半径ｒ１より大きい、第２のコア部分；並びに
上記第２のコア部分の周りに延在する第２のクラッド部分であって、上記第２のクラッド部分は、上記第１のクラッド部分の上記半径方向厚さＴＣＬより小さな半径方向厚さｔｃｌを有する、第２のクラッド部分
を備える、第２のセグメント
を備える、光ファイバと；
（ＩＩ）上記光ファイバの上記第１のセグメントに隣接して接触するよう配置されたエンドキャップであって、上記エンドキャップは、上記非円対称屈折率プロファイルを有する、エンドキャップと
を備える、光ファイバ部品。
【０３３０】
実施形態１７
上記第２のコア部分は、上記第２のクラッド部分に対する相対屈折率Δｃ％を有し、
ΔＡＣ％はΔｃ％に略等しい、実施形態１６に記載の光ファイバ部品。
【０３３１】
実施形態１８
上記エンドキャップは少なくとも１つの領域Ｒを有するコア領域を備え、上記第１のセグメントの上記第１の環状コア領域は、上記エンドキャップの上記コア領域に隣接して上記コア領域に略重なり、これにより、上記第１のセグメントの上記第１の環状コア領域から伝播した光を上記エンドキャップの上記コア領域に結合させ、かつ上記エンドキャップを通して非円対称に伝播させることができる、実施形態１６に記載の光ファイバ部品。
【０３３２】
実施形態１９
上記エンドキャップの上記コア領域の上記領域Ｒは：空洞、ダウンドープシリカ領域、及び純シリカ領域のうちの少なくとも１つを含む、実施形態１８に記載の光ファイバ部品。
【０３３３】
実施形態２０
上記エンドキャップの上記コア領域の上記領域Ｒの屈折率は、上記第１の環状コア領域の屈折率より小さい、実施形態１９に記載の光ファイバ部品。
【０３３４】
実施形態２１
上記エンドキャップは、部分リング形状のコア領域を備える、実施形態１６に記載の光ファイバ部品。
【０３３５】
実施形態２２
光ファイバであって、
上記光ファイバは：
第１のセグメントであって：
上記光ファイバの軸中心線からの半径Ｒ１を有する第１のコア部分であって、上記第１のコア部分は、上記光ファイバの上記軸中心線を中央とし、かつ内半径Ｒ０及び第１の半径方向厚さＴＡＣ＝Ｒ１−Ｒ０を有する、第１のコア領域を備える、第１のコア部分；並びに
上記第１のコア部分の周りに延在する第１のクラッド部分であって、上記第１のクラッド部分は半径方向厚さＴＣＬを有し、上記第１のコア領域は上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率ΔＡＣ％を有する、第１のクラッド部分
を備え、上記第１のコア領域は非円対称屈折率プロファイルを有する、第１のセグメント；
第２のセグメントであって：
上記光ファイバの上記軸中心線からの半径ｒ１を有する第２のコア部分であって、上記第２のコア部分の少なくとも一部分は、上記第１のコア領域に光学的に結合され、上記半径Ｒ１は上記半径ｒ１より大きい、第２のコア部分；並びに
上記第２のコア部分の周りに延在する第２のクラッド部分であって、上記第２のクラッド部分は、上記第１のクラッド部分の上記半径方向厚さＴＣＬより小さな半径方向厚さｔｃｌを有する、第２のクラッド部分
を備える、第２のセグメント
を備える、光ファイバ。
【０３３６】
実施形態２３
上記第２のコア部分は、上記第２のクラッド部分に対する相対屈折率Δｃ％を有し、
ΔＡＣ％はΔｃ％に略等しい、実施形態２２に記載の光ファイバ。
【０３３７】
実施形態２４
上記第１のコア部分は、空洞、ダウンドープシリカ、純シリカのうちの少なくとも１つを含む、実施形態２２に記載の光ファイバ。
【０３３８】
実施形態２５
上記第１のセグメントの上記第１のコア領域は、上記第１のセグメントの残りの部分とは屈折率が異なる領域Ｒを有する、実施形態２２に記載の光ファイバ。
【０３３９】
実施形態２６
上記第１のコア領域はリングの一部として成形される、実施形態２２に記載の光ファイバ。
【０３４０】
実施形態２７
上記第１のコア部分は少なくとも１つの領域Ｒを含み、上記領域Ｒは初め、ΔＡＣ％より小さい上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率を有する、実施形態２２に記載の光ファイバ。
【０３４１】
実施形態２８
光ファイバ部品であって、
上記光ファイバ部品は：
（Ｉ）光ファイバであって：
（ａ）第１のセグメントであって：
第１の中央コア領域、第１の環状コア領域、及び第１の低屈折率コア領域を備える、第１のコア部分であって、上記第１の中央コア領域は、上記第１の環状コア領域内に配置され、かつ上記第１の低屈折率コア領域によって上記第１の環状コア領域から隔てられる、第１のコア部分；並びに
上記第１のコア部分の周りに延在する第１のクラッド部分であって、上記第１の中央コア領域は、上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率ΔＣＣ％を有し、上記第１の環状コア領域は、上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率ΔＡＣ％を有し、上記第１の低屈折率コア領域は、上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率ΔＬＩＣ％を有し、ΔＬＩＣ％はΔＣＣ％及びΔＡＣ％より小さい、第１のクラッド部分
を備える、第１のセグメント；
（ｂ）第２のセグメントであって：
第２の中央コア領域、第２の環状コア領域、及び第２の低屈折率コア領域を備える、第２のコア部分であって、上記第２の中央コア領域は、上記第２の環状コア領域内に配置され、かつ上記第２の低屈折率コア領域によって上記第２の環状コア領域から隔てられ、少なくとも上記第２の中央コア領域が上記第１の環状コア領域に光学的に結合される、第２のコア部分；並びに
上記第２のコア部分の周りに延在する第２のクラッド部分であって、上記第２の中央コア領域は、上記第２のクラッド部分に対する相対屈折率Δｃｃ％を有し、上記第２の環状コア領域は、上記２のクラッド部分に対する相対屈折率Δａｃ％を有し、上記第２の低屈折率コア領域は、上記第２のクラッド部分に対する相対屈折率Δｌｉｃ％を有し、Δｌｉｃ％はΔｃｃ％及びΔａｃ％より小さい、第２のクラッド部分
を備える、第２のセグメント
を備える、光ファイバと；
（ＩＩ）上記光ファイバの上記第１のセグメントに隣接して接触するよう配置されたエンドキャップであって、上記エンドキャップは、上記非円対称屈折率プロファイルを有する、エンドキャップと
を備える、光ファイバ部品。
【０３４２】
実施形態２９
上記第１のセグメントは、移行領域によって上記第２のセグメントに光学的に結合され、上記第１のセグメントは第１の外径Ｄ０を有し、上記第２のセグメントは第２の外径ｄ０を有し、上記第１の外径Ｄ０は上記第２の外径ｄ０より大きい、実施形態２８に記載の光ファイバ部品。
【０３４３】
実施形態３０
光ファイバであって、
上記光ファイバは：
第１のセグメントであって：
非円対称屈折率プロファイルを有し、かつ第１の中央コア領域、第１のコア領域、及び第１の低屈折率コア領域を備える、第１のコア部分であって、上記第１の中央コア領域は、上記第１のコア領域内に配置され、かつ上記第１の低屈折率コア領域によって上記第１のコア領域から隔てられる、第１のコア部分；並びに
上記第１のコア部分の周りに延在する第１のクラッド部分であって、上記第１の中央コア領域は、上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率ΔＣＣ％を有し、上記第１のコア領域は、上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率ΔＡＣ％を有し、上記第１の低屈折率コア領域は、上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率ΔＬＩＣ％を有し、ΔＬＩＣ％はΔＣＣ％及びΔＡＣ％より小さい、第１のクラッド部分
を備える、第１のセグメント；
第２のセグメントであって：
第２の中央コア領域、第２のコア領域、及び第２の低屈折率コア領域を備える、第２のコア部分であって、上記第２の中央コア領域は、上記第２のコア領域内に配置され、かつ上記第２の低屈折率コア領域によって上記第２のコア領域から隔てられ、少なくとも上記第２の中央コア領域が上記第１のコア領域に光学的に結合される、第２のコア部分；並びに
上記第２のコア部分の周りに延在する第２のクラッド部分であって、上記第２の中央コア領域は、上記第２のクラッド部分に対する相対屈折率Δｃｃ％を有し、上記第２のコア領域は、上記２のクラッド部分に対する相対屈折率Δａｃ％を有し、上記第２の低屈折率コア領域は、上記第２のクラッド部分に対する相対屈折率Δｌｉｃ％を有し、Δｌｉｃ％はΔｃｃ％及びΔａｃ％より小さい、第２のクラッド部分
を備える、第２のセグメント
を備える、光ファイバ。
【０３４４】
実施形態３１
上記第１のコア領域はリングの一部として成形される、実施形態３０に記載の光ファイバ。
【０３４５】
実施形態３２
上記第１のセグメントは、移行領域によって上記第２のセグメントに光学的に結合され、上記第１のセグメントは第１の外径Ｄ０を有し、上記第２のセグメントは第２の外径ｄ０を有し、上記第１の外径Ｄ０は上記第２の外径ｄ０より大きい、実施形態３０に記載の光ファイバ。
【０３４６】
実施形態３３
光学系であって、
上記光学系は：
ガウシアンプロファイルを有する出力ビームを放出する、レーザ光源と；
上記レーザ光源の上記出力ビームに結合される光ファイバであって、上記光ファイバは：
第１の外径Ｄ０を有する第１のセグメント；
第２の外径ｄ０を有する第２のセグメントであって、上記第１の外径Ｄ０は上記第２の外径ｄ０より大きく、上記第１の外径Ｄ０に対する上記第２の外径ｄ０の比は、０．２以上０．９以下である、第２のセグメント；並びに
上記第１のセグメント及び上記第２のセグメントと一体形成されて光学的に結合された、移行領域
を備え、上記第１のセグメントは、上記第２のセグメントの第２のコア部分に光学的に結合された第１の環状コア領域を有する、第１のコア部分を備え、上記光ファイバは、上記レーザ光源の上記出力ビームを、上記ガウシアンプロファイルからベッセルプロファイルへと変換する、光ファイバと
を備える、光学系。
【０３４７】
実施形態３４
上記第１のセグメントは、上記第１のコア部分の周りに延在する第１のクラッド部分を更に備え、
上記第１のコア部分は、上記第１の環状コア領域内に配置された第１の低屈折率コア領域を備え、上記第１の環状コア領域は、上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率ΔＡＣ％を有し、上記第１の低屈折率コア領域は、上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率ΔＬＩＣ％を有し、ΔＬＩＣ％はΔＡＣ％より小さく；
上記第２のセグメントは、上記第２のコア部分の周りに延在する第２のクラッド部分を更に備え；
上記第２のコア部分は、第２の環状コア領域と、上記第２の環状コア領域内に配置された第２の低屈折率コア領域とを備え、上記第２の環状コア領域は、上記第２のクラッド部分に対する相対屈折率Δａｃ％を有し、上記第２の低屈折率コア領域は、上記第２のクラッド部分に対する相対屈折率Δｌｉｃ％を有し、Δｌｉｃ％はΔａｃ％より小さく、ΔＡＣ％はΔａｃ％と略同一である、実施形態３３に記載の光学系。
【０３４８】
実施形態３５
上記第１のクラッド部分は、第１の外側クラッド領域と、上記第１の外側クラッド領域内に配置され、第１の内側クラッド部分によって上記第１のコア部分から隔てられた、第１の低屈折率トレンチとを更に備え、上記第１の低屈折率トレンチは、上記第１の外側クラッド領域に対する相対屈折率ΔＬＩＴ％を有し、上記第１の内側クラッド部分は、上記第１の外側クラッド領域に対する相対屈折率ΔＩＣＬ％を有し、ΔＡＣ％はΔＩＣＬ％より大きく、ΔＩＣＬ％はΔＬＩＴ％より大きく、
上記第２のクラッド部分は、第２の外側クラッド領域と、上記第２の外側クラッド領域内に配置され、第２の内側クラッド部分によって上記第２のコア部分から隔てられた、第２の低屈折率トレンチとを更に備え、上記第２の低屈折率トレンチは、上記第２の外側クラッド領域に対する相対屈折率Δｌｉｔ％を有し、上記第２の内側クラッド部分は、上記第２の外側クラッド領域に対する相対屈折率Δｉｃｌ％を有し、Δａｃ％はΔｉｃｌ％より大きく、Δｉｃｌ％はΔｌｉｔ％より大きい、実施形態３４に記載の光学系。
【０３４９】
実施形態３６
上記第１のセグメントは、上記第１のコア部分の周りに延在する第１のクラッド部分を更に備え、
上記第１のコア部分は、上記第１の環状コア領域内に配置された第１の中央コア領域を備え、
上記第１の環状コア領域は、第１の低屈折率コア領域によって上記第１の中央コア領域から隔てられ、上記第１の環状コア領域は、上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率ΔＣＣ％を有し、上記第１の環状コア領域は、上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率ΔＡＣ％を有し、上記第１の低屈折率コア領域は、上記第１のクラッド部分に対する相対屈折率ΔＬＩＣ％を有し、ΔＡＣ％はΔＣＣ％より大きいか又は略等しく、ΔＣＣ％はΔＬＩＴ％より大きく、
上記第２のセグメントは、上記第２のコア部分の周りに延在する第２のクラッド部分を更に備え；
上記第２のコア部分は、第２の環状コア領域内に配置された第２の中央コア領域を備え、上記第２の環状コア領域は、第２の低屈折率コア領域によって上記第２の中央コア領域から隔てられ、上記第２の中央コア領域は、上記第２のクラッド部分に対する相対屈折率Δｃｃ％を有し、上記第２の環状コア領域は、上記第２のクラッド部分に対する相対屈折率Δａｃ％を有し、上記第２の低屈折率コア領域は、上記第２のクラッド部分に対する相対屈折率Δｌｉｃ％を有し、Δａｃ％はΔｃｃ％より大きいか又は略等しく、Δｃｃ％はΔｌｉｃ％より大きい、実施形態３３に記載の光学系。
【０３５０】
実施形態３７
光学系であって、
上記光学系は：
ガウシアンプロファイルを有する出力ビームを放出する、レーザ光源と；
上記レーザ光源の上記出力ビームに結合される光ファイバであって、上記光ファイバは：
第１の外径Ｄ０を有する第１のセグメント；
第２の外径ｄ０を有する第２のセグメントであって、上記第１の外径Ｄ０は上記第２の外径ｄ０より大きく、上記第１の外径Ｄ０に対する上記第２の外径ｄ０の比は、０．２以上０．９以下である、第２のセグメント；並びに
上記第１のセグメント及び上記第２のセグメントと一体形成されて光学的に結合された、移行領域
を備え、上記第１のセグメントは、上記第２のセグメントの第２のコア部分に光学的に結合された第１の環状コア領域を有する、第１のコア部分を備え、上記光ファイバは、上記レーザ光源の上記出力ビームを、上記ガウシアンプロファイルからベッセルプロファイルへと変換する、光ファイバと
を備える、光学系。
【符号の説明】
【０３５１】
１００’、２００’、３００’、１００、２００、３００      光ファイバ
２          軸中心線
５Ａ        レンズ
６          ファイバ結合器
１０Ａ      ビーム源、光源
１０Ａ’    ファイバ
１０        光学アセンブリ
１１        ビーム方向／経路、ビーム経路
１２        パルスレーザビーム、レーザビーム
１３        レーザ焦線
１３’      パルスレーザビーム焦線
１４        非軸対称ビームスポット、非軸対称ビーム断面、非軸対称スポット
１５        非軸対称ビームスポット１４の短軸
１６        非軸対称ビームスポット１４の長軸
１８        軸交点
１９        ビームスポット外周
１０３、１０３’      端面レンズ
１０１      並進移動方向
１１０、１１０’、２１０、２１０’、３１０、３１０’      第１のセグメント
１１１、１１１’、３３１、３３１’      出口端部
１１２、２１２、３１２      第１のコア部分
１１２’、２１２’、２３２’、３３２’    コア部分
１１３、１１３’、２１３、２１３’、３１３      第１の環状コア領域
１１４、１１４’      チャネル
１２２、１２２’、２２２、２２２’、３２２      第１のクラッド部分
１２３、２２３、３２３      第１の外側クラッド部分
１２４、２２４、３２４      第１の低屈折率トレンチ
１２５、２２５、３２５      第１の内側クラッド部分
１３０、１３０’、２３０、２３０’、３３０、３３０’      第２のセグメント
１３０Ａ    レンズ、光学素子
１３０Ｂ、１３０Ｃ    光学部品
１３０Ｉ    レンズ部品、光学部品、光学素子
１３１、２３１、３１１、３１１’      入口端部
１３２      第２のコア部分
１３３、２３２、３３２      第２の環状コア領域
１４２、２４２３４２      第２のクラッド部分
１４３、２４３、３４３      第２の外側クラッド部分
１４４、２４４、３４４      第２の低屈折率トレンチ
１４５、２４５、３４５      第２の内側クラッド部分
１５０、１５０’      移行領域、テーパ加工領域
１６０      透明被加工物
１６２      結像表面
１６５      分割線
１７０      輪郭線
１７２      欠陥
１７４      中央欠陥領域
１７６      径方向アーム
１９０      並進移動ステージ
２１４、２１４’、３１４      第１の低屈折率コア領域
２２５’、２４５’、３４５’    クラッド部分
２３３、３３３      第２の環状コア領域
２３３’    コア領域
２３４、２３４’、３３４      第２の低屈折率コア領域
２５０、２５０’、３５０、３５０’      移行領域
３０３、３０３’      端面
３０４’      テーパ加工された表面部分
３０５’    平坦なコア領域
３１３’    第１のコア領域
３１５、３１５’      第１の中央コア領域
３３３’    アップドープ領域、第１の領域
３３４’    ダウンドープ領域、第１の領域
３３４’、３４５’  領域
３３５      第２の中央コア領域
３３５’    中央コア領域、第２の中央コア領域
３４２’      第１のクラッド部分
３５０、３５０’      移行領域
４００、５００、６００、７００      光学系
４１０、５１０      アキシコンプリズム
４２０      無回折ビーム
５０５、６０５、７０５      レンズ
５２０      「無回折」ビーム
６１０、７１０      二重焦点レンズ
６２０      ハイブリッドビーム
１０００    エンドキャップ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2021501058.tif 000049
【図２】
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【図３Ａ】
2021501058.tif 000051
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
2021501058.tif 000054
【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図４Ａ】
2021501058.tif 000057
【図４Ｂ】
2021501058.tif 000058
【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
2021501058.tif 000060
【図５Ａ】
2021501058.tif 000061
【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2021501058.tif 000069
【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
2021501058.tif 000079
【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
2021501058.tif 000088
【図１６Ｂ】
2021501058.tif 000089
【図１６Ｃ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ】
2021501058.tif 000094
【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
2021501058.tif 000096
【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
2021501058.tif 000099
【図２１Ｂ】
2021501058.tif 000100
【図２１Ｃ】
2021501058.tif 000101
【図２１Ｄ】
2021501058.tif 000102
【図２１Ｅ】
2021501058.tif 000103
【図２１Ｆ】
2021501058.tif 000104
【図２１Ｇ】
2021501058.tif 000105
【図２２Ａ】
2021501058.tif 000106
【図２２Ｂ】
2021501058.tif 000107
【図２２Ｃ】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２３Ｃ】
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【図２３Ｄ】
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【国際調査報告】
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2021501058.tif 000114
2021501058.tif 000115