(57)【要約】【課題】迷光の存在に起因するファイバの加熱および／または他の故障モードを最小限に抑えるために、光ファイバ内の迷光の存在に対処することが可能な構成を提供すること。【解決手段】光伝送ファイバは、保護用の外側ポリマー被覆の下に配置された、比較的低い屈折率の比較的薄い外側クラッド層を含むように形成される。（屈折率の値を適切に選択することによって）ファイバ内の（１つまたは複数の）内側クラッド層に沿って伝搬する迷光を屈折させて、薄い外側クラッドに入るようにする。外側クラッド層の寸法が薄いため、迷光の存在に伴う被覆の加熱を最小限に抑えるように、迷光が制御された漸進的な形で外側被覆内に「漏出する」ことが可能になる。本発明のファイバは、迷光の被覆内への移動を助けるために湾曲させることもできる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
迷光の除去を容易にするように構成された光ファイバであって、
光信号を実質的に閉じ込め、伝搬するためのコア領域と、
前記コア領域を囲む内側クラッド層であって、前記コア領域の屈折率より小さい屈折率を示す内側クラッド層と、
前記内側クラッド層を囲む薄い外側クラッド層とを備え、前記内側クラッド層に沿って伝搬する迷光を捕捉するために、前記内側クラッドの屈折率より小さい屈折率を示し、捕捉された迷光を前記光ファイバから制御可能に放散させるように選択された厚さを有し、さらに、
前記薄い外側クラッド層を囲む外側被覆を備え、前記薄い外側クラッドによって捕捉された前記迷光が、該外側被覆内にその伸張長さ全体にわたって徐々にトンネリングし、前記迷光による該外側被覆の局所的な加熱を低減させることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記薄い外側クラッドが、前記内側クラッド層から前記薄い外側クラッド層に向かって迷光を効率的に移動させるための複数の散乱位置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記内側クラッドと前記薄い外側クラッドの間の開口数が、０．１５〜０．３３の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記薄い外側クラッド層が１０μｍ以下の厚さを示すことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記薄い外側クラッド層が５μｍ以下の厚さを示すことを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記外側被覆がポリマー材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記内側クラッド層と前記薄い外側クラッド層の間に、屈折率について実質的にステップインデックス型の違いが存在することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記内側クラッド層と前記外側クラッド層の間の屈折率の差が約０．０１６７であることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ。
【請求項９】
前記薄い外側クラッド層が、前記内側クラッド層との境界面から前記外側被覆層に向かって値が減少するグレーデッド型の屈折率の分布を示すことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記薄い外側クラッド層が、前記内側クラッド層との境界面から前記外側被覆層に向かって値が増加するグレーデッド型の屈折率の分布を示すことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項１１】
複数の別個の光信号を組み合わせ、関連付けられた伝送ファイバへの信号入力として複数の信号を提供するテーパ付きファイバ束であって、
複数の光信号の伝送を維持するための複数のファイバを含み、少なくとも１つのファイバが実質的にシングルモードの光入力信号の伝送を維持し、前記ファイバの各々が、
関連付けられた光信号を閉じ込め、伝搬するためのコア領域と、
前記コア領域を囲み、前記コア領域の屈折率より小さい屈折率を示す内側クラッド層と、
前記内側クラッド層を囲む薄い外側クラッド層とを含み、前記内側クラッド層に沿って伝搬する迷光を捕捉するために、前記内側クラッドの屈折率より小さい屈折率を示し、捕捉された迷光を前記光ファイバから制御可能に放散させるように選択された厚さを有し、前記ファイバの各々はさらに、
前記薄い外側クラッド層を囲む外側被覆を含み、前記薄い外側クラッドによって捕捉された前記迷光が、該外側被覆内にその伸張長さ全体にわたって徐々にトンネリングし、前記迷光による該外側被覆の局所的な加熱を低減させることを特徴とするテーパ付きファイバ束。
【請求項１２】
前記テーパ付きファイバ束が、クラッド励起型ファイバの増幅器に対する入力として利用され、前記複数のファイバが、実質的にシングルモードの光入力信号の伝送を維持するための信号ファイバを備え、残りのファイバが一連の別個のポンプ信号の伝搬を維持することを特徴とする請求項１１に記載のテーパ付きファイバ束。
【請求項１３】
前記テーパ付きファイバ束が、高出力の大きいコアの伝送ファイバに対する入力として利用され、前記複数のファイバの各ファイバが、入力レーザ信号の伝送を維持するために利用され、その後、前記高出力の大きいコアの伝送ファイバ内で組み合わされることを特徴とする請求項１１に記載のテーパ付きファイバ束。
【請求項１４】
少なくとも１つのコア領域、内側クラッド層および外側ポリマー被覆を含む光ファイバに沿って伝搬する迷光を制御可能に除去する方法であって、
前記外側ポリマー被覆のすぐ内側に薄い外側クラッドを含むステップと、
少なくとも前記内側クラッド層に沿って伝搬する迷光を、前記薄い外側クラッド層内に捕捉するステップと、
前記迷光による前記外側被覆の局所的な加熱を最小限に抑えるために、前記迷光を前記外側ポリマー被覆内にその伸張部分に沿って徐々に放散させるステップとを含み、前記漸進的な放散が少なくとも前記薄い外側クラッドの厚さによって制御されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記迷光の前記外側ポリマー被覆内への前記漸進的な放散をさらに制御するために、ファイバを湾曲させるステップをさらに含み、曲げ半径を大きくして、前記外側クラッド層から前記外側ポリマー被覆への迷光の移動を増大させることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファイバ・ベースのレーザ、増幅器または光結合器の用途における迷光の存在に対処するのに有用な光ファイバに関し、より詳細には、内側クラッドと外側被覆の間に配置された薄い外側クラッド層を含む光ファイバであって、ファイバの外側被覆の加熱を最小限に抑えるために、薄い外側クラッドを用いて内側クラッド層内に存在する光（ポンプ光または信号光）を閉じ込めて処理し、この迷光を制御された形で放散させる光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ、増幅器および光結合器などのクラッド励起型ファイバ装置は、高出力の通信システム、プリンタ用の光源、医療光学系用のレーザなどを含めた広範な光学的用途において重要である。典型的なクラッド励起型光ファイバは、信号コアおよび複数のクラッド層を備えている。コアを囲む内側クラッドは通常、（コアと比べて）断面積が大きく、開口数（ＮＡ）が高いシリカ・クラッドである。それは通常、内側クラッドのモードが確実にコアとの適切な重複を示すように非円形である。外側被覆は一般に、低屈折率ポリマーから構成される。コアの屈折率は内側クラッドの屈折率より大きく、内側クラッドの屈折率は外側被覆の屈折率より大きい。
【０００３】
クラッド励起型ファイバの主な利点は、低輝度の光源からの光をシングルモード・ファイバのコアにおいて高輝度の光に変換することが可能であることである。ダイオード・アレイなど低輝度の光源からの光は、断面積が大きく、開口数が高いため、内側クラッドに結合させることができる。クラッド励起型のレーザまたは増幅器では、コアはイッテルビウム（Ｙｂ）やエルビウム（Ｅｒ）などの希土類元素でドープされる。クラッド内の光はコアと相互作用し、希土類元素のドーパントによって吸収される。光信号は、励起されたコアを通過した場合に増幅される。あるいは、（ブラッグ・グレーティング型光共振器のように）光のフィードバックが与えられる場合には、クラッド励起型ファイバは、フィードバック波長においてレーザ発振器として働く。
【０００４】
図１は、コア２、内側（励起型）のマルチモード・クラッド層３および外側被覆４を有する、例示的な従来技術のクラッド励起型ファイバ１を示している。図１に示すように、コア２に沿って伝搬する光信号Ｌが内部に閉じ込められたままになるように、内側クラッド層３はコア２より低い屈折率を示す。同様に、図示されるように、外側被覆４は励起光Ｐを内側クラッド層３の境界内に閉じ込める。クラッド励起型の装置によれば、ポンプ光Ｐを含む光線は、光信号Ｌを発生させるまたは増幅するために周期的にコア２を横切り、その中の活性材料によって吸収される。内側クラッド３はマルチモードであるため、図１に矢印で示した光線以外の多くの光線も、内側クラッド３の中を伝搬することができることに留意されたい。
【０００５】
クラッド励起型ファイバ装置の可能性を十分に引き出すことを妨げている障害は、十分な数の低輝度の光源を内側クラッドに効率的に結合することに関する問題である。この問題に対して提唱された解決策が、１９９９年１月２６日にＤ．Ｊ．ＤｉＧｉｏｖａｎｎｉ等に対して発行された「Ｔａｐｅｒｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｂｕｎｄｌｅｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｉｎｔｏ  ａｎｄ  Ｏｕｔ  ｏｆ  Ｃｌａｄｄｉｎｇ−Ｐｕｍｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」という名称の米国特許第５、８６４、６４４号に記載されている。ＤｉＧｉｏｖａｎｎｉ等の装置では、個々のファイバを密に充填させた形にまとめ、集められたファイバを、束を細く引き伸ばしてテーパ付きの構成にすることが可能な温度まで加熱することによって形成されるテーパ付きファイバ束を用いることにより、光を複数の光源からクラッド励起型ファイバに結合させる。次いで、テーパを溶着接続してクラッド励起型ファイバにする。図２は、ＤｉＧｉｏｖａｎｎｉ等によるこの従来技術の手法の例示的な実施形態を示しており、複数のポンプ・ファイバ５がコア６を含むファイバのまわりに配置されて示されている。図示するように、束７の全体が溶着され、部分８に沿って信号出力用のクラッド励起型ファイバ９に向かってテーパ付けされている。その特許に記載されているように、ファイバ束のテーパ付けは、クラッド励起型ファイバ９の端部に結合させるポンプ光の強度を高めるために行われる。マルチモードのポンプ領域のＮＡはポンプ・ファイバのＮＡよりずっと大きいため、ファイバ束のテーパ付けは、マルチモードのポンプ領域についての角度の許容範囲内にとどまりながら、光ポンプの強度を高めることを可能にする。
【０００６】
ＤｉＧｉｏｖａｎｎｉ等のテーパ付きファイバ束は、複数の光信号をファイバの増幅器、レーザまたは光結合器に結合する効率を著しく改善することが判明しているが、システム内の「迷光（ｓｔｒａｙ  ｌｉｇｈｔ）」の存在に起因する問題は依然として解決されていない。迷光は、利得ファイバ内の増幅された自然放出光（ＡＳＥ）、吸収されないまたは散乱されたポンプ光、ならびにコアの外および内側クラッドの中へ散乱された信号光など、いくつかの異なる光源から生じることが判明している。図１の従来技術の装置は、減衰を最小限に抑え、ファイバを加熱することなく迷光を伝送することができるが、迷光は、それが永久に内側クラッド３の境界内に閉じ込められない場合、致命的な加熱を引き起こす可能性がある。クラッド光のＮＡが動揺要因（テーパなど）において増大され、内側クラッド３と外側被覆４の間のＮＡを超えた場合、迷光がクラッド層から漏出する可能性がある。この状況では、クラッド光は屈折して外側被覆４に入り、そこで吸収されて望ましくない量の局所的な加熱を生じさせる。クラッド励起型ファイバが出力ファイバ（そうしたファイバは一般に、高屈折率の外側被覆を有する）に接続される点などのクラッド励起型ファイバの終端、または光をクラッド層に結合するのに十分な角度まで湾曲させたファイバに沿った任意の点でも、迷光が屈折して外側被覆４に入る可能性がある。
【０００７】
図３は、この場合は図１のクラッド励起型ファイバ１と出力ファイバ１１の間の接続部Ｓにおいて、迷光が終端の状態に関連する前述の状況を示している。図示するように、クラッド励起型ファイバ１の終端にとどまっている、吸収されない／散乱されたポンプ光が出力ファイバ１１に入り、屈折して高屈折率ポリマーの外側被覆１３に入る。ポリマーの外側被覆１３の光吸収作用はガラスよりずっと大きいため、光のかなりの部分が被覆１３によって吸収され、熱に変換される。この加熱が十分に局所的である場合、ファイバが焼ける、あるいは致命的な故障をまねくような損傷を受ける可能性がある。吸収されないポンプ光の存在の他にも、ファイバ１の終端で信号光がコア領域２の外へ散乱される可能性もあり、その場合、信号光は内側クラッド１５に沿って伝搬し、屈折して高屈折率のクラッド１３に入り、さらなる加熱を引き起こす恐れもある。
【０００８】
（ここでは図３に示すように）加熱は２つの異なるファイバ間の接続位置で生じる可能性があるが、同じファイバ間の接続部も、光の散乱を引き起こすわずかな欠陥のために熱を発生させることがある。ファイバに沿った他の様々なタイプの動揺要因も、ファイバに沿った迷光の存在を増大させ、したがって、場合によってはファイバの局所的な加熱の問題を悪化させる可能性がある。増幅器の用途では光の出力レベルを高めることができるため、エネルギーを徐々に放散させ、ファイバまたはそれに関連付けられた任意の光学要素の局所的な加熱を回避することが最も好ましい。
【０００９】
この問題に対処するための従来技術の試みは、通常、伝送経路に沿って散在させた「吸収用」のファイバの各部分を使用するものであり、こうした部分は、希土類鉄など選択的吸収を行う化学種を所望の吸収選択性を与えるのに十分な濃度で含んでいる。２００４年６月３日にＢ．Ｊ．Ａｉｎｓｌｉｅ等に発行された米国特許第６５７４４０６号、および２００４年９月９日に公開されたＬ．Ａ．Ｒｅｉｔｈ等による米国特許出願第２００４／０１７５０８６号は、この原理に関する２つの異なる装置を開示している。
【特許文献１】米国特許第５８６４６４４号
【特許文献２】米国特許第６５７４４０６号
【特許文献３】米国特許出願第２００４／０１７５０８６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
これらの装置はある特定の角度の迷光の処理を提供するが、これを可能にするためにファイバの選択された部分を利用するため、その有用性が制限される。例えば、ファイバに新しい接続部を追加する、または新しい位置に湾曲部を導入する場合には、吸収用のファイバの各部分が、付加される迷光を放散させるように適切に配置されていない可能性がある。さらに、エネルギーを十分に漸進的な形で確実に放散させるためには、ファイバ部分の寸法を注意深く制御する必要がある。
【００１１】
したがって当分野では、迷光の存在に起因するファイバの加熱および／または他の故障モードを最小限に抑えるために、光ファイバ内の迷光の存在に対処することが可能な構成が依然として求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
従来技術に残されている要求は、迷光を制御可能に放散させるように構成された光ファイバに関し、より詳細には、屈折して内側クラッドから出る光を閉じ込め、その光をファイバの外側被覆の伸張部分に沿って制御された形で放散させるために、内側クラッドとファイバの外側（ポリマー）被覆との間に薄い外側クラッド層を含有することに関する、本発明によって対処される。
【００１３】
本発明によれば、光伝送ファイバは、内側クラッド層を囲むように配置された比較的薄い外側クラッド層を含むように、したがって迷光（残存するポンプ光および／または屈折した信号光を含む）を捕捉し、閉じ込めるように形成される。制限された厚さの外側クラッドは、それに沿って迷光が伝搬することを可能にすると同時に、制御された形での外側被覆内への「漏出」または「トンネリング」を可能にする。好ましい実施形態では、外側被覆層に対して１０μｍ（より好ましくは５μｍ）以下の厚さが定められる。迷光を外側被覆の伸張部分に沿って強制的に放散させることによって、ポリマーの外側被覆の局所的な加熱が実質的に解消され、熱によって引き起こされるファイバの致命的な故障を防止する。
【００１４】
（内側クラッド内の光の反射を促すために）薄い外側クラッド層は、内側クラッドより低い屈折率を示すように形成され、その場合、外側クラッド層は、内側クラッドおよび外側被覆の屈折率の値に対して、ステップインデックス型の分布を示しても、グレーデッドインデックス型の分布を示してもよい。
【００１５】
一実施形態では、内側クラッドから外側クラッドへの迷光の移動を容易にするために、外側クラッド層内、または内側クラッドと外側クラッドの間に、複数の散乱位置または吸収位置を形成することができる。
【００１６】
本発明の一態様は、薄い（漏出しやすい）外側クラッド層を含むことによって、迷光の熱についての処理が問題になる実質的に任意のファイバ・ベースの装置を利用することを可能にするものである。例えばファイバ増幅器、ファイバ・ベースのレーザ、レーザ結合器の束などはすべて、問題となる可能性のあるかなりの量の迷光のエネルギーを発生させる。さらに周囲の状況（湾曲位置または異なるファイバ部分の間の接続部でファイバを閉じ込める必要がある場合など）によっては、迷光の存在が増大する可能性がある。こうした状況のいずれにおいても、ポリマー・ベースのファイバの外側被覆に隣接する薄い外側クラッド層を含むことによって、外側被覆の伸張部分に沿った迷光の放散が制御可能に処理される。
【００１７】
本発明のこれらのおよび他の実施形態ならびに特徴は、以下の議論の過程において、また添付図面を参照することによって明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図４には、例示的な従来技術のテーパ付きファイバ束１０が示してあり、この場合、束１０に対して溶着されたクラッド励起型ファイバ１２から再び束１０に入る、後方散乱する迷光の伝搬を示している。束１０は、複数のポンプ・ファイバ１４および信号ファイバ１６を含むように示されている。束１０は当分野でよく知られた方法を用いて、その外径が位置Ｆにおいてクラッド励起型ファイバ１２の外径と一致するまで、断熱的に細くテーパ付けされ、位置Ｆでは２つのファイバが互いに溶着接続される。信号ファイバ１６は、比較的大きい直径（例えば１２５μｍ）のクラッド層１８によって囲まれたコア領域１７（シングルモードでもマルチモードでもよい）を備えている。ポンプ・ファイバ１４は、比較的大きいシリカ・コア１３（例えば１０５μｍ）および薄い（例えば１０μｍ）低屈折率のクラッド層１５を備えている。先に論じたように、ファイバの軸に対してコアに沿って伝搬する信号光を閉じ込めるために、クラッド層１８の屈折率はコア領域１７の屈折率より小さくなっている。
【００１９】
わずかな量の迷光でも、テーパ付きファイバ束１０の温度をかなり上昇させ、（場合によっては）致命的な故障をまねく可能性があることが知られている。先に言及したように、迷光は、信号ファイバ１６内のＡＳＥ、逆方向に伝搬するポンプ光（図４に「後方」への矢印で示す）に伴う吸収されないポンプ光Ｐ、および／または信号ファイバ１６のコア領域から外へ散乱する信号光を含めた１つまたは複数の光源から生じる。図５は、束を形成するそれぞれのファイバに結合される後方伝搬する信号を使用することによって迷光が存在するようになるこの原理を示す、光／熱写真を含んでいる。各ファイバを分離し、サーマル・カメラを用いてそれらの温度をモニターすると、熱画像の中心範囲内の白い点によって信号ファイバ１６内の温度がかなり高くなっていることが分かる。
【００２０】
図５の写真に示したような信号ファイバとポンプ・ファイバの間に生じた温度の違いは、ポンプ・ファイバに対して利用した特定のクラッド構造に起因する可能性があることが判明している。特に再び図４を参照すると、従来型の信号ファイバ１６に結合される後方移動する光は、周囲のクラッド層１８に入り、その後、外側のポリマー被覆１９の中に案内される。ポリマーは高い光吸収作用を有しているため、この光は直ちに望ましくない熱エネルギーに変換される。一方、ポンプ・ファイバ１４に入る光は、大部分がシリカ・コア１３によって捕捉され、シリカ・コア１３と低屈折率のクラッド１５との間のガラスの境界面に案内される。結果として、ポンプ・ファイバ内を後方伝搬する光は、重複しているポリマーと最小限に相互作用し、顕著な加熱作用は生じない。したがって、本発明によれば、ファイバの長さに沿った光エネルギーの分散を処理するための追加のクラッド層を組み込むことによって、信号ファイバに沿って伝搬する迷光に伴う加熱量が低減される。
【００２１】
図６は、特に信号ファイバ３０が、内側クラッドに沿って伝搬する迷光を除去し、この迷光を外側被覆の伸張部分に沿って制御可能に漏出させるために用いられる薄い（すなわち、漏出しやすい）低屈折率の外側クラッド層を含むように構成された、本発明に従って形成されたテーパ付きファイバ束を示している。以下に論じるように、ファイバを湾曲させることによってこの漏出（またはトンネリング）の効果を高めることができる。図６に示したポンプ・ファイバ１４は、図４の従来技術の構造の範囲内に含まれるものと本質的に同じである。
【００２２】
図７は、本発明に従って形成された、熱について処理された例示的な高出力の信号ファイバ３０の断面図を含んでいる。図６および７の両方に示すように、熱について処理された高出力の信号ファイバ３０は、コア領域３２、比較的断面積の大きい内側クラッド３４、薄い外側クラッド層３６（薄い外側クラッド３６は、一定値の屈折率またはグレーデッドインデックス型の値の、内側クラッド３４より小さい屈折率を有する）、および外側クラッド３６を被覆するポリマー被覆３８（被覆３８は、内側クラッド３４より大きい屈折率を有する）を備えている。図８は、本発明のこの特定の実施形態の例示的なファイバ３０に関する屈折率の分布を含んでいる（縮尺なし）。
【００２３】
先に論じたように、薄い外側クラッド層３６は、残存するポンプ光であれ屈折した信号光であれ、迷光を捕捉および案内するように機能し、この光がポリマー被覆３８の局所部分と直接相互作用して、それを加熱することを防止する。外側クラッド層３６は、意図的に比較的薄くなるように形成されるため（例えば１０ミクロン未満、または５ミクロン未満の厚さ）、光が外側クラッド層３６に沿って伝搬すると、迷光はポリマー被覆３８の中に徐々に漏出／トンネリングする。実際には、外側クラッド３６の厚さを１０μｍ未満に維持することによって、迷光が外側クラッド３６を通ってトンネリングするようになり、その後、光エネルギーは外側被覆３８の伸張部分に沿って徐々に分散される。
【００２４】
先に言及したように、薄い外側クラッド３６からポリマー被覆３８内へのトンネリングは、ファイバを湾曲させることによって高めることができる。特に図９のグラフに示すように、本発明のファイバの曲げ直径を小さくするほど、損失を生じやすい構造になる。図９のグラフは、図１０の関連する屈折率の分布に示す、コアの直径１０５μｍ、外側クラッドの直径１１４μｍ、および外側被覆の直径２５０μｍのファイバについて作成されたものである。内側クラッド層と外側クラッド層の間の屈折率の差（Δｎ）は約０．０１６７であり、外側被覆は、内側クラッドより大きい屈折率を有する、従来型のＵＶ硬化させたアクリレート被覆であった。コアを完全に光で満たし、様々な曲げ直径でスループットをモニターした。図９に示すように、曲げ直径を変えることによって光損失の割合を「変える」ことができる。曲げ直径をさらに大きくしても、光損失はゼロにならないことは明らかであることに留意されたい。外側クラッド３６の寸法が薄いため、コア領域３２内の信号の伝搬に影響を及ぼすことなく湾曲させることが可能である。
【００２５】
ほとんどの実施形態では、内側クラッド３４と外側クラッド３６の間のＮＡを約０．１５〜０．３３の範囲内にすべきである。したがって、こうした値を用いると、外側クラッド層３６は１０μｍ未満の厚さを有し、コア領域３２内を伝搬する光信号を分散させることなく、満足のいく曲げ損失を与えることができる。外側クラッド３６は、ガラスまたはポリマー材料を含むことができる。内側クラッド３４からの光エネルギーの除去、およびポリマー被覆３８に沿ったエネルギーの分散を容易にするために、クラッド３６を、そのバルク内またはその内面に散乱位置（例えばアルミナ・パウダー、結晶化ポリマーなど）を含むように形成することもできる。被覆３８は、製造工程中に光ファイバに塗布すること、あるいは（放熱グリースまたは接着性エポキシを用いて）後でファイバをひとまとめにするときに塗布することができる。
【００２６】
先の議論は、テーパ付きファイバ束の信号ファイバ内における熱の処理の問題に焦点を合わせているが、光の吸収による加熱が問題になる他のファイバ・ベースの光学装置でも、同様の熱の処理の問題が存在することを理解されたい。例えば、ファイバの接続部およびファイバの湾曲部は、システム内に迷光をもたらすことが知られた構成をしている。したがってこうした場合には、この迷光の除去および外側被覆の伸張部分に沿った光の放散を容易にするために、薄い低屈折率の外側クラッド層を含む、同様に構成された高出力の信号ファイバを利用することができる。実際に、別個の光源に関連付けられる複数のファイバがテーパ付けによって束に組み合わされ、ひとまとまりでより大きいコアの伝送ファイバへの入力として提供されるレーザ結合器装置が開発されている。図１１は、本発明に従って迷光に関する熱の処理を可能にするために、レーザの入力ファイバそれぞれに沿って薄い外側クラッド層を追加することを含む、そうしたレーザ結合器装置の１つを示している。
【００２７】
図１１を参照すると、レーザ結合器４０が、テーパ付きの配置によって大きいマルチモードのコア・ファイバ４２の形に組み合わされた、複数の信号ファイバ３０（３０−１、３０−２および３０−３として示す）を含むように示されている。入力の信号ファイバ３０はそれぞれ、ファイバ・レーザからのシングルモード光など高輝度かつ低ＮＡの光を含む。そうしたレーザ結合器４０の対象とする用途は、光（溶融金属の表面からの反射など）のかなりの部分が反射され、迷光として信号ファイバの束に戻される可能性が極めて高い材料処理に関連するものである。ファイバ３０の束の入口に達すると、迷光の一部は個々のコア３２の間の隙間空間に入り（レーザを伝搬するそうしたファイバ束における、例示的な複数のコアおよび広い隙間空間を示す図１２を参照のこと）、周囲のクラッド領域３４の中に案内される。したがって前述したものと同様に、迷光を捕捉し、この光をポリマー被覆３８の伸張長さに沿って徐々に放散させる外側クラッド層３６を含むことによって、外側のポリマー被覆３８の加熱に伴う問題が最小限に抑えられる。
【００２８】
実際には、前述の実施形態は、本発明の原理の利用例となり得る多くの実施可能な特定の実施形態のいくつかを説明しているにすぎないことを理解されたい。本明細書に添付される特許請求の範囲によって定められる本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者によって他にも多数の様々な装置が製造される可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】例示的な従来技術のクラッド励起型光ファイバの側面図である。
【図２】例示的な従来技術のクラッド励起型光ファイバに対するテーパ付きファイバ束の入力の側面図である。
【図３】接続部における迷光生成の可能性を示す、クラッド励起型ファイバと伝送ファイバの間の接続位置の側面図である。
【図４】後方伝搬する迷光のファイバ束内への導入を示す、従来技術のテーパ付きファイバ束をやや詳しく示す図である。
【図５】迷光の存在による信号ファイバの局所的な加熱の発生を示す、図４の従来技術のテーパ付きファイバ束の光／熱写真である。
【図６】迷光を外側被覆に沿って制御可能に放散させるために、信号ファイバ内に薄い外側クラッド層を備えた「熱について処理された光伝送ファイバ」を含む、本発明に従って形成された例示的なテーパ付きファイバ束の側面図である。
【図７】本発明に従って形成された、熱について処理された例示的な光伝送ファイバの断面図である。
【図８】図７の本発明のファイバについて屈折率の分布を示す図である。
【図９】迷光の除去および放散を助けるために制御されたファイバの曲げを使用することを示す、光損失をファイバの曲げ半径の関数として示すグラフである。
【図１０】図９のグラフ用のデータを集めるために使用された、例示的な本発明のファイバの屈折率の分布を示す図である。
【図１１】迷光を放散させるために各ファイバが薄い外側クラッド層を含む、本発明に従って形成された例示的なレーザ結合器の側面図である。
【図１２】システム内に迷光を発生させる可能性のある（ファイバ・コア間の）かなりの量の隙間空間を示す、図１１のレーザを伝搬するファイバと出力ファイバとの間の接続位置の切欠図である。
【図１】
2008199025.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図５】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年6月12日(2008.6.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
迷光の除去を容易にするように構成された光ファイバであって、
光信号を実質的に閉じ込め、伝搬するコア領域と、
前記コア領域を囲む内側クラッド層とを備え、前記内側クラッド層は前記コア領域の屈折率より小さい屈折率を示し、さらに、
前記内側クラッド層を囲む薄い外側クラッド層を備え、前記薄い外側クラッド層は、前記内側クラッド層に沿って伝搬する迷光を捕捉するように前記内側クラッドの屈折率より小さい屈折率を示し、そして、捕捉された迷光を前記光ファイバから制御可能に放散させるように選択された厚さを有しており、さらに、
前記薄い外側クラッド層を囲む外側被覆を備え、前記薄い外側クラッドによって捕捉された前記迷光が、該外側被覆内にその伸張長さ全体にわたって徐々にトンネリングし、前記迷光による該外側被覆の局所的な加熱を低減させることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記薄い外側クラッドが、前記内側クラッド層から前記薄い外側クラッド層に向かって迷光を効率的に移動させるための複数の散乱位置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記内側クラッドと前記薄い外側クラッドの間の開口数が、０．１５〜０．３３の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記薄い外側クラッド層が１０μｍ以下の厚さを示すことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記薄い外側クラッド層が５μｍ以下の厚さを示すことを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記外側被覆がポリマー材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記内側クラッド層と前記薄い外側クラッド層の間に、屈折率について実質的にステップインデックス型の違いが存在することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記内側クラッド層と前記外側クラッド層の間の屈折率の差が約０．０１６７であることを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ。
【請求項９】
前記薄い外側クラッド層が、前記内側クラッド層との境界面から前記外側被覆層に向かって値が減少するグレーデッド型の屈折率の分布を示すことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記薄い外側クラッド層が、前記内側クラッド層との境界面から前記外側被覆層に向かって値が増加するグレーデッド型の屈折率の分布を示すことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項１１】
複数の別個の光信号を組み合わせ、関連付けられた伝送ファイバへの信号入力として複数の信号を提供するテーパ付きファイバ束であって、
複数の光信号の伝送をサポートする複数のファイバを含み、少なくとも１つのファイバが実質的にシングルモードの光入力信号の伝送をサポートし、前記ファイバの各々が、
関連付けられた光信号を閉じ込め、伝搬するコア領域と、
前記コア領域を囲み、前記コア領域の屈折率より小さい屈折率を示す内側クラッド層と、
前記内側クラッド層を囲む薄い外側クラッド層とを含み、前記薄い外側クラッド層は、前記内側クラッド層に沿って伝搬する迷光を捕捉するように前記内側クラッドの屈折率より小さい屈折率を示し、そして、捕捉された迷光を前記光ファイバから制御可能に放散させるように選択された厚さを有しており、前記ファイバの各々はさらに、
前記薄い外側クラッド層を囲む外側被覆を含み、前記薄い外側クラッドによって捕捉された前記迷光が、該外側被覆内にその伸張長さ全体にわたって徐々にトンネリングし、前記迷光による該外側被覆の局所的な加熱を低減させることを特徴とするテーパ付きファイバ束。
【請求項１２】
前記テーパ付きファイバ束が、クラッド励起型ファイバの増幅器に対する入力として利用され、前記複数のファイバが、実質的にシングルモードの光入力信号の伝送を維持するための信号ファイバを備え、残りのファイバが一連の別個のポンプ信号の伝搬を維持することを特徴とする請求項１１に記載のテーパ付きファイバ束。
【請求項１３】
前記テーパ付きファイバ束が、高出力の大きいコアの伝送ファイバに対する入力として利用され、前記複数のファイバの各ファイバが、入力レーザ信号の伝送を維持するために利用され、その後、前記高出力の大きいコアの伝送ファイバ内で組み合わされることを特徴とする請求項１１に記載のテーパ付きファイバ束。
【請求項１４】
少なくとも１つのコア領域、内側クラッド層および外側ポリマー被覆を含む光ファイバに沿って伝搬する迷光を制御可能に除去する方法であって、
前記外側ポリマー被覆のすぐ内側に薄い外側クラッドを含むステップと、
少なくとも前記内側クラッド層に沿って伝搬する迷光を、前記薄い外側クラッド層内に捕捉するステップと、
前記迷光による前記外側被覆の局所的な加熱を最小限に抑えるために、前記迷光を前記外側ポリマー被覆内にその伸張部分に沿って徐々に放散させるステップとを含み、前記漸進的な放散が少なくとも前記薄い外側クラッドの厚さによって制御されることを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記迷光の前記外側ポリマー被覆内への前記漸進的な放散をさらに制御するために、ファイバを湾曲させるステップをさらに含み、曲げ半径を大きくして、前記外側クラッド層から前記外側ポリマー被覆への迷光の移動を増大させることを特徴とする請求項１４に記載の方法。