(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏光（ＰＺ）光ファイバであって、
前記ＰＺ光ファイバは、漏洩チャネルファイバ（ＬＣＦ）であり、且つ、
第１の屈折率ｎ１を有する第１のクラッド材料を備える第１のクラッド領域、
前記第１のクラッド領域に配置され、ｎ１より小さい第２の屈折率ｎ２を有する第２のクラッド材料を備えるクラッド構成物、
前記第１のクラッド領域に配置され、熱膨張係数αＳＡＰの材料を備える応力付与部（ＳＡＰ）、及び
少なくとも部分的に前記クラッド構成物及び前記ＳＡＰに囲まれ、熱膨張係数αｃｏｒｅのガラスを有するコア領域
を備え、
Ｄｓｃを前記ＳＡＰから前記コア中心領域の中心までの距離とし、ｄＳＡＰを平均ＳＡＰ直径とした場合に、前記ＳＡＰの配置が関係式：Ｒｓｃ＝ｄＳＡＰ／Ｄｓｃ及びｄα＝｜αＳＡＰ−αｃｏｒｅ｜を満たし、Ｒｓｃが０．７から０．９５の範囲にあり、且つ、ｄαが１×１０−７よりも大きく、且つＲｓｃ及びｄαが、応力複屈折を前記コア領域へ誘発するのに十分に大きく、
偏光出力が前記漏洩チャネルファイバから生成されるように、前記ＰＺ光ファイバは、偏波保持（ＰＭ）動作から偏光（ＰＺ）動作への遷移範囲に関連する複屈折値を超える増大した複屈折値（Ｂ）を示し、且つ該複屈折値（Ｂ）は８×１０−５より大きく、
前記コア領域の少なくとも一部分が、光学利得を提供するドーパントによりドープされ、前記ＰＺファイバが、
内側のリングに配置されたクラッド構成物、
前記内側のリングを部分的に囲むＳＡＰの複数グループ、及び
前記内側のリングを部分的に囲む第２のリングに配置された追加のクラッド構成物
を備え、
前記第２のリングが前記複数グループの各々からのＳＡＰを含む、
偏光（ＰＺ）光ファイバ。
【請求項２】
前記第２のクラッド材料が、フッ素添加シリカガラス又はホウ素添加シリカガラスからなる第２のガラスを備える、請求項１に記載のＰＺファイバ。
【請求項３】
前記ＰＺファイバが、光入力パルスに応じて１５ｄＢから２５ｄＢまでの範囲の偏波消光比（ＰＥＲ）及び１．０５から１．２０までの範囲のビーム品質（Ｍ２）を示す光出力パルスを生成することができる、請求項１に記載のＰＺファイバ。
【請求項４】
Δｎ＝ｎ１−ｎ２が少なくとも１．２×１０−３である、請求項１に記載のＰＺファイバ。
【請求項５】
ｎ２が１より大きく（ｎ１−５×１０−５）までの範囲にある、請求項１に記載のＰＺファイバ。
【請求項６】
ｎ１が１より大きく３．５までの範囲にある、請求項１に記載のＰＺファイバ。
【請求項７】
前記コア領域の少なくとも一部分が光学利得を提供するドーパントでドープされた、請求項１に記載のＰＺファイバ。
【請求項８】
前記クラッド構成物が複数のリングに配置され、前記ＳＡＰが前記コア領域に隣接した第１の最内リングに配置される、請求項１に記載のＰＺファイバ。
【請求項９】
前記ＳＡＰ及びクラッド構成物が少なくとも１つのリングに配置され、前記各ＳＡＰは前記ＳＡＰと最も近いクラッド構成物との間に間隔Λｐを有し、少なくとも１つのＳＡＰのｄＳＡＰ／Λｐが０．７０から０．９５の範囲にある、請求項１に記載のＰＺファイバ。
【請求項１０】
前記第１のクラッド材料が、シリカ、パイレックス、ソーダ石灰ガラス、リン酸塩ガラス、カルコゲナイドガラス、フッ化物ガラス又はポリマーの１つ又は組合せからなる、請求項１に記載のＰＺファイバ。
【請求項１１】
前記第１のクラッド材料が単結晶体からなる、請求項１に記載のＰＺファイバ。
【請求項１２】
前記コア領域が３５μｍから１５０μｍの範囲の平均コア直径を有し、前記第１のクラッド領域が平均コア直径よりも少なくとも３倍大きな外径を有する、請求項１に記載のＰＺファイバ。
【請求項１３】
前記ＰＺファイバが複数のコアを備え、前記クラッド構成物の複数のリングが前記複数のコアの少なくとも１つの少なくとも一部分を囲む、請求項１に記載のＰＺファイバ。
【請求項１４】
前記複数のコアの前記の少なくとも１つが希土類イオンでドープされ、高ピーク出力光パルスを生成するようにアクティブなマルチコア漏洩チャネルファイバアレイ（ＭＣ−ＬＣＦ）の一部分として配置された、請求項１３に記載のＰＺファイバ。
【請求項１５】
前記ＰＺファイバが高ピーク出力増幅システムにおけるパルス圧縮器として配置され、ピコ秒の入力パルスを１００ｆｓよりも小さいパルス幅に圧縮可能な、請求項１に記載のＰＺファイバ。
【請求項１６】
前記Ｒｓｃ及びｄαによって、第１の偏波状態の有効率が上昇されて第２の他の偏波状態の有効率が低下されるように基本モードの有効モード率が変更される、請求項１に記載のＰＺファイバ。
【請求項１７】
偏波保持（ＰＭ）光ファイバであって、
前記ＰＭ光ファイバは、漏洩チャネルファイバ（ＬＣＦ）であり、且つ、
第１の屈折率ｎ１を有する第１のクラッド材料を備える第１のクラッド領域と、
前記第１のクラッド領域に配置され、ｎ１より小さい第２の屈折率ｎ２を有する第２のクラッド材料を備えるクラッド構成物と、
前記第１のクラッド領域に配置され、熱膨張係数αＳＡＰの材料を備える応力付与部（ＳＡＰ）と、
少なくとも部分的に前記クラッド構成物及び前記ＳＡＰに囲まれ、熱膨張係数αｃｏｒｅのガラスを有するコア領域と
を備え、
前記クラッド構成物が複数のリングに配置され、前記ＳＡＰが内側のリングよりも前記コアに対して外側に配置され、
Ｄｓｃを前記ＳＡＰから前記コア中心領域の中心までの距離とし、ｄＳＡＰを平均ＳＡＰ直径とした場合に、前記ＳＡＰの配置が関係式：Ｒｓｃ＝ｄＳＡＰ／Ｄｓｃ及びｄα＝｜αＳＡＰ−αｃｏｒｅ｜を満たし、Ｒｓｃ及びｄαが、応力複屈折を前記コア領域へ誘発するとともに、前記ＰＭファイバへの入力として受光した偏光入力ビームの偏波を保持するのに十分に大きく、
前記ＰＭ  ＬＣＦの複屈折値（Ｂ）は約７×１０−５よりも小さい、
偏波保持（ＰＭ）光ファイバ。
【請求項１８】
Ｒｓｃが約０．４から約０．７の範囲にある、請求項１７に記載のＰＭファイバ。
【請求項１９】
前記ＰＭファイバが複数のコア領域を備える、請求項１７に記載のＰＭファイバ。
【請求項２０】
前記Ｒｓｃ及びｄαによって、第１の偏波状態の有効率が上昇され第２の他の偏波状態の有効率が低下されるように基本モードの有効モード率が変更される、請求項１７に記載のＰＭファイバ。
【請求項２１】
ｄαが約１×１０−７よりも大きい、請求項１７に記載のＰＭファイバ。
【請求項２２】
前記コア領域が５０μｍから１５０μｍの範囲の平均コア直径を有する、請求項１に記載のＰＺファイバ。
【請求項２３】
前記第１のクラッド領域が、平均コア直径よりも少なくとも３倍大きな外径を有する、請求項２２に記載のＰＺファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本出願は、２０１３年１１月２２日出願の米国特許出願第６１／９０７７５４号、発明の名称「ＰＯＬＡＲＩＺＩＮＧ  ＡＮＤ  ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ  ＭＡＩＮＴＡＩＮＩＮＧ  ＬＥＡＫＡＧＥ  ＣＨＡＮＮＥＬ  ＦＩＢＥＲＳ」の優先権の利益を主張し、ここに参照により全体を取り込む。
【０００２】
本開示は、偏光光ファイバ及び偏波保持光ファイバに関し、そのような光ファイバ双方のタイプのアクティブ及び／又はパッシブな実施例を含む。
【背景技術】
【０００３】
以下の特許及び公開された特許出願は、偏光（ＰＺ）又は偏波保持（ＰＭ）光ファイバ配置の一方又は両方を記載する。米国特許第６９５４５７５号、発明の名称「Ｓｉｎｇｌｅ−ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｈｉｇｈ  ｐｏｗｅｒ  ｆｉｂｅｒ  ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ」、米国特許第７７２４４２２号、発明の名称「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ  ｌｉｇｈｔ  ｈａｖｉｎｇ  ａ  ｓｅｌｅｃｔｅｄ  ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｗｉｔｈｉｎ  ａｎ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ」、米国特許第７２８９７０９号、発明の名称「Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｆｉｂｒｅｓ  ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  ｓｔｒｅｓｓ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ」、米国特許第７７８７７２９号、発明の名称「Ｓｉｎｇｌｅ  ｍｏｄｅ  ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｆｉｂｅｒｓ  ａｎｄ  ｒｏｄｓ  ｈａｖｉｎｇ  ｌａｒｇｅ  ｌｅａｋａｇｅ  ｃｈａｎｎｅｌｓ」、米国特許第８１５９７４２号、発明の名称「Ｇｌａｓｓ  ｌａｒｇｅ−ｃｏｒｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒｓ」、米国特許第８１９９３９８号、発明の名称「Ｈｉｇｈ  ｐｏｗｅｒ  ｐａｒａｌｌｅｌ  ｆｉｂｅｒ  ａｒｒａｙｓ」及び米国特許出願公開第２００９／０２０７４８３号、発明の名称「Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｂａｎｄｇａｐ  ｆｉｂｅｒ  ａｎｄ  ｆｉｂｅｒ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ」
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６９５４５７５号明細書
【特許文献２】米国特許第７７２４４２２号明細書
【特許文献３】米国特許第７２８９７０９号明細書
【特許文献４】米国特許第７７８７７２９号明細書
【特許文献５】米国特許第８１５９７４２号明細書
【特許文献６】米国特許第８１９９３９８号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００９／０２０７４８３号明細書
【特許文献８】米国特許第７４５０８１３号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、アクティブ及び／又はパッシブな実施例を含む、偏光光ファイバ及び偏波保持光ファイバの実施例を提供する。少なくとも１つの実施形態は、偏光（ＰＺ）光ファイバを含む。ファイバは、第１のクラッド領域に配置される応力付与部（ＳＡＰ）を含み、ＳＡＰは熱膨張係数αＳＡＰの材料からなる。コア領域は、少なくとも部分的にクラッド構成物及びＳＡＰに囲まれている。コア領域は、熱膨張係数αｃｏｒｅのガラスを含む。ＤｓｃをＳＡＰの中心からコア中心への距離、ｄＳＡＰを平均ＳＡＰ直径とすると、ＳＡＰの配置は、関係式Ｒｓｃ＝ｄＳＡＰ／Ｄｓｃ及びｄα＝｜αＳＡＰ−αｃｏｒｅ｜を満たす。様々な実施形態において、ＲＳＣ及びｄαは、応力複屈折をコアへ誘発するとともに偏光出力を与えるのに十分に大きい。ファイバの一部分が（例えば利得媒質で）ドープされたアクティブファイバは、ファイバレーザ、ファイバ増幅器及び／又は光パルス圧縮器での用途に実施され得る。
【０００６】
第１の形態では、偏光（ＰＺ）光ファイバの実施形態は、第１の屈折率ｎ１を有する第１のクラッド材料を備える第１のクラッド領域、第１のクラッド領域に配置されてｎ１より小さい第２の屈折率ｎ２を有する第２のクラッド材料を備えるクラッド構成物、第１のクラッド領域に配置され熱膨張係数αＳＡＰである材料を備える応力付与部（ＳＡＰ）並びに少なくとも部分的にクラッド構成物及びＳＡＰに囲まれ熱膨張係数αｃｏｒｅであるガラスを有するコア領域を備え、ＤｓｃをＳＡＰの中心からコア中心領域の中心までの距離とし、ｄＳＡＰを平均ＳＡＰ直径とした場合に、ＳＡＰの配置が関係式Ｒｓｃ＝ｄＳＡＰ／Ｄｓｃ及びｄα＝｜αＳＡＰ−αｃｏｒｅ｜を満たし、Ｒｓｃ及びｄαは、応力複屈折をコア領域へ誘発するとともにファイバからの偏光出力を与えるのに十分に大きい。
【０００７】
Ｒｓｃが約０．７から約０．９５の範囲にある、形態１によるＰＺファイバ。
【０００８】
ｄαが約１×１０−７よりも大きい、形態１によるＰＺファイバ。
【０００９】
コアの屈折率が約（ｎ１＋１×１０−４）から（ｎ１−２×１０−４）の範囲にある、形態１によるＰＺファイバ。
【００１０】
コア領域が第１の偏波を有する少なくとも１つの低次モードで伝搬する一方で、少なくとも１つの低次モードの第２の偏波の伝搬を制限する、形態１によるＰＺファイバ。
【００１１】
第２のクラッド材料が、フッ素添加シリカガラス又はホウ素添加シリカガラスからなる第２のガラスを備える、形態１によるＰＺファイバ。
【００１２】
少なくともコア領域の一部分が、光学利得を提供するドーパントによりドープされた形態１によるＰＺファイバであって、内側のリングに配置されたクラッド構成物、内側のリングを部分的に囲むＳＡＰの複数グループ及び内側のリングを部分的に囲む第２のリングに実質的に配置された更なるクラッド構成物を備え、第２のリングは実質的に各グループからのＳＡＰを含み、ＰＺは、光入力パルスに応じて、約１５ｄＢから２５ｄＢまでの範囲のＰＥＲ及び約１．０５から約１．０８までの範囲のＭ２を示す光出力パルスの生成することができる。
【００１３】
Δｎ＝ｎ１−ｎ２が少なくとも約１．２×１０−３である、形態１によるＰＺファイバ。
【００１４】
ｎ２が１より大きく約（ｎ１−５×１０−５）までの範囲にある、形態１によるＰＺファイバ。
【００１５】
ｎ１が１より大きく約３．５までの範囲にある、形態１によるＰＺファイバ。
【００１６】
ファイバの少なくとも一部分が希土類イオンでドープされた、形態１によるＰＺファイバ。
【００１７】
コア領域の少なくとも一部分が光学利得を提供するドーパントでドープされた、形態１によるＰＺファイバ。
【００１８】
クラッド構成物が複数のリングに配置され、ＳＡＰがコア領域に隣接した第１の最内リングに配置される、形態１によるＰＺファイバ。
【００１９】
ＳＡＰ及びクラッド構成物が少なくとも１つのリングに配置され、各ＳＡＰはＳＡＰと最も近いクラッド構成物との間に間隔Λｐを有し、少なくとも１つのＳＡＰのｄＳＡＰ／Λｐが約０．４から約０．７５の範囲にある、形態１によるＰＺファイバ。
【００２０】
ファイバからの偏光出力が約１．０５から約１．７の範囲のＭ２を有する、形態１によるＰＺファイバ。
【００２１】
第１のクラッド材料が溶融シリカからなる第１のガラスを備える、形態１によるＰＺファイバ。
【００２２】
第１のクラッド材料が、パイレックス、ソーダ石灰ガラス、リン酸塩ガラス、カルコゲナイドガラス、フッ化物ガラス又はポリマーの１つ又は組合せからなる、形態１によるＰＺファイバ。
【００２３】
第１のクラッド材料が単結晶体からなる、形態１によるＰＺファイバ。
【００２４】
コア領域が約３５μｍから約１５０μｍの範囲の平均コア直径を有し、第１のクラッド領域が平均コア直径よりも少なくとも約３倍大きな外径を有する、形態１によるＰＺファイバ。
【００２５】
第２０の形態では、ＰＺファイバが複数コアを備え、低率クラッド構成物の複数のリングが複数のコアの少なくとも１つの少なくとも一部分を囲む、形態１によるＰＺファイバ。
【００２６】
複数のコアの少なくとも１つが希土類イオンでドープされ、高ピーク出力光パルスを生成するようにアクティブなマルチコア漏洩チャネルファイバアレイ（ＭＣ−ＬＣＦ）の一部分として配置される、形態２０によるＰＺファイバ。
【００２７】
ＰＺファイバが高ピーク出力増幅システムにおけるパルス圧縮器として配置され、ピコ秒の入力パルスを約１００ｆｓよりも小さいパルス幅に圧縮可能な、形態１によるＰＺファイバ。
【００２８】
Ｒｓｃ及びｄαによって、第１の偏波状態の有効率が上昇され第２の他の偏波状態の有効率が低下されるように基本モードの有効モード率が変更される、形態１によるＰＺファイバ。
【００２９】
前述のいずれかの形態のＰＺファイバにおいて、ＰＺファイバは、約８×１０−５より大きなモード複屈折を有し得る。
【００３０】
第２４の形態では、偏波保持（ＰＭ）光ファイバは、第１の屈折率ｎ１を有する第１のクラッド材料を備える第１のクラッド領域、第１のクラッド領域に配置されｎ１より小さい第２の屈折率ｎ２を有する第２のクラッド材料を備えるクラッド構成物、第１のクラッド領域に配置され熱膨張係数αＳＡＰである材料を備える応力付与部（ＳＡＰ）、少なくとも部分的にクラッド構成物及びＳＡＰに囲まれ熱膨張係数αｃｏｒｅであるガラスを有するコア領域を備え、クラッド構成物が複数のリングに配置され、ＳＡＰが内側のリングを超えてコアに対して遠位に配置され、ＤｓｃをＳＡＰの中心からコア中心領域の中心までの距離とし、ｄＳＡＰを平均ＳＡＰ直径とした場合に、ＳＡＰの配置が関係式Ｒｓｃ＝ｄＳＡＰ／Ｄｓｃ及びｄα＝｜αＳＡＰ−αｃｏｒｅ｜を満たし、Ｒｓｃ及びｄαが、応力複屈折をコア領域へ誘発するとともに、ＰＭファイバへ入力として受光した偏光入力ビームの偏波を保持するのに十分に大きい。
【００３１】
Ｒｓｃが約０．４から約０．７の範囲にある、形態２４によるＰＭファイバ。
【００３２】
ＰＭファイバが複数のコア領域を備える、形態２４によるＰＭファイバ。
【００３３】
Ｒｓｃ及びｄαによって、第１の偏波状態の有効率が上昇され第２の他の偏波状態の有効率が低下されるように基本モードの有効モード率が変更される、形態２４によるＰＭファイバ。
【００３４】
ｄαが約１×１０−７よりも大きい、形態２４によるＰＭファイバ。
【００３５】
前述のいずれかの形態のＰＭファイバにおいて、ＰＭファイバは、約７×１０−５より小さいモード複屈折を有し得る。
【００３６】
前述のいずれかの形態のＰＭファイバ又はＰＺファイバにおいて、コアを囲むクラッド材料の均一性は、約５×１０−５、約１×１０−５又は約５×１０−６より良好である。
【００３７】
前述及び他の形態を、図面及び以降の詳細な説明を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１Ａ】図１Ａは、漏洩チャネル光ファイバの実施例並びにパラメータのピッチΛ、ホール直径ｄ、コア半径ρ及びファイバ直径２ρ０を模式的に示す側面図である。この実施例のファイバは、被膜及びホールを超えるクラッド領域も備える。漏洩チャネルファイバは、光モードを導く大きなエアホールを備え得る。本開示の少なくとも１つの実施形態では、漏洩チャネルファイバは、市販のフッ素添加シリカを第二クラッド材料（エアホールではなく）として全ての「全ガラス」設計において備え、第二のクラッド材料と他のクラッド材料との間に、小さな相対屈折率Δcを成す。（ガラスクラッド構成物の使用は、コア直径が同じであるがクラッド構成物がエアホールを含む場合と比較してより大きなクラッド構成物をもたらし得る。）
【図１Ｂ】図１Ｂは、漏洩チャネル光ファイバの実施例並びにパラメータのピッチΛ、ホール直径ｄ、コア半径ρ及びファイバ直径２ρ０を模式的に示す断面図である。この実施例のファイバは、被膜及びホールを超えるクラッド領域も備える。漏洩チャネルファイバは、光モードを導く大きなエアホールを備え得る。本開示の少なくとも１つの実施形態では、漏洩チャネルファイバは、市販のフッ素添加シリカを第二クラッド材料（エアホールではなく）として全ての「全ガラス」設計において備え、第二のクラッド材料と他のクラッド材料との間に、小さな相対屈折率Δcを成す。（ガラスクラッド構成物の使用は、コア直径が同じであるがクラッド構成物がエアホールを含む場合と比較してより大きなクラッド構成物をもたらし得る。）
【図１Ｃ】図１Ｃは、二重クラッドの偏波保持（ＰＭ）ファイバを模式的に示す断面図であり、本開示のある実施形態に対応するイッテルビウム添加の大きなコア及び複数材料のクラッドを有する。
【図１Ｄ】図１Ｄは、利用され得る他のクラッド構成物の形を示す。様々に異なるクラッド構成物の横断面が示されるが、クラッド構成物の設計はこれに限定されない。
【図２Ａ】図２Ａは、漏洩チャネルファイバ（ＬＣＦ）の実施例（上部右）を対応するプリフォームスタック（上部左）及び作製されたファイバの一部分の実施例の画像（下部）とともに模式的に示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、プリフォームの実施例（上部左）及び大きなコアの偏波保持（ＰＭ）ＬＣＦに対応するファイバ（上部右）を模式的に示し、作製された大きなコアのＰＭ  ＬＣＦの対応の実施例の顕微鏡画像（下部）を含む。
【図３Ａ】図３Ａは、偏光（ＰＺ）ＬＣＦの実施例（上部）及び作製されたＰＺ  ＬＣＦの一部分の実施例の画像（下部）を模式的に示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、偏光（ＰＺ）ＬＣＦの他の実施例（上部右）及びプリフォーム（上部左）を、作製されたＬＣＦの実施例の画像（下部）とともに模式的に示す。
【図４】図４は、偏光ＬＣＦプリフォームスタックの実施例（左）及びポンプガイドとして構成された最外クラッドを備えるファイバの実施例（右）を模式的に示す。
【図５】図５は、低率クラッド構成物から生じた漏洩チャネルがほぼ環状構成に配置されている偏光ＬＣＦプリフォーム（左）及びファイバ（右）の配置の実施例を模式的に示す。
【図６Ａ】図６Ａは、マルチコアＰＭ及びＰＺ  ＬＣＦを含むマルチコアファイバの実施例の断面図を模式的に示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、マルチコアＰＭ及びＰＺ  ＬＣＦを含むマルチコアファイバの実施例の断面図を模式的に示す。
【図６Ｃ】図６Ｃは、マルチコアＰＭ及びＰＺ  ＬＣＦを含むマルチコアファイバの実施例の断面図を模式的に示す。
【図６Ｄ】図６Ｄは、プリフォームの実施例の断面図を模式的に示す。
【図６Ｅ】図６Ｅは、プリフォームから引き出されたマルチコアファイバの実施例の断面図を模式的に示す。
【図７Ａ】図７Ａは、偏光ＬＣＦのためのプリフォームスタックの実施例を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、作製されたＬＣＦの一部分の対応の実施例を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、図７Ｂの偏光ＬＣＦの性能を示すプロットである。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図７Ｂの偏光ＬＣＦの性能を示すプロットである。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図７Ｂの偏光ＬＣＦの性能を示すプロットである。
【図８Ｄ】図８Ｄは、図７Ｂの偏光ＬＣＦの性能を示すプロットである。
【図９Ａ】図９Ａは、応力付与部（ＳＡＰ）の様々な配置の作製されたＬＣＦの様々な実施例の性能を示すプロットである。非ＰＭファイバの例の性能も比較のため計測された。
【図９Ｂ】図９Ｂは、応力付与部（ＳＡＰ）の様々な配置の作製されたＬＣＦの様々な実施例の性能を示すプロットである。非ＰＭファイバの例の性能も比較のため計測された。
【図９Ｃ】図９Ｃは、応力付与部（ＳＡＰ）の様々な配置の作製されたＬＣＦの様々な実施例の性能を示すプロットである。非ＰＭファイバの例の性能も比較のため計測された。
【図１０Ａ】図１０Ａは、ＰＺ及びＰＭファイバの実施例の偏波保持能力を比較するプロットである。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、ＰＺ及びＰＭファイバの実施例の偏波保持能力を比較するプロットである。
【図１１】図１１は、作製されたＹｂ添加偏光漏洩チャネル増幅ファイバの一部の実施例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本開示の追加的な実施形態を模式的に示す追加的な図は、参照によりここに取り込まれた様々な特許、特許公開及び特許出願に含まれている。図は、説明の目的で本開示の様々な実施形態を表現するが、制限を意図したものではない。ここで示されるシステム及び方法の代替となる実施形態は、ここに記載の原理から逸脱することなく利用され得る。詳細な参照がいくつかの実施形態についてなされ、その実施例は添付図面に示される。図中で使用可能な類似又は同様の符号が使われる場合は、類似又は同様の機能を示していることに注意すべきである。
【００４０】
漏洩チャネルファイバ（ＬＣＦ）技術は、コア直径の大きな、例えば米国特許第７７８７７２９号（‘７２９）及び第８１５９７４２号（‘７４２）に記載されているような４０μｍより大きい、ファイバの様々な実施例を提供することができる。‘７２９及び‘７４２特許は、開示する全てについてその全体においてここに参照によりここに取り込まれる。
【００４１】
‘７４２で検討されたように、漏洩チャネルファイバは、第１の屈折率ｎ１の第１のクラッド材料を有する第１のクラッド領域を含み得る。クラッド構成物は、第１のクラッド領域に配置される。クラッド構成物は、第２の屈折率ｎ２を有する第２のクラッド材料を含み、ｎ２はｎ１よりも小さく、相対屈折率差Δｃは（ｎ１−ｎ２）／ｎ１で特徴づけられ、ある実施形態では約４．５×１０−３より小さくなり得る。コア領域は、少なくとも部分的にクラッド構成物により囲まれている。第１のクラッド領域及びクラッド構成物は、コア領域がある波長を有する少なくとも１つの低次モードで伝搬し、一方その波長を有する少なくとも１つの高次モードの伝搬を制限するように構成される。少なくとも１つの高次モードは、その波長における少なくとも１つの低次モードよりもより高い損失を有する。
【００４２】
図１Ａ及び１Ｂは、漏洩チャネルファイバを示す。実施例の光ファイバ１００はクラッド構成物１０２、例えば、６個のホールに囲まれたコア１０１を備える。その構成物は、直径ｄ及び中心間の間隔でピッチともいうΛを有する。コアは、直径２ρを有し、最も近いホール間の間隔を２ρとして定義する。ファイバの直径は、２ρ０である。この実施例において、第１のクラッド領域１０３は、低率クラッド構成物１０２を超えて形成され、被膜１０４が加えられる。正規化されたホール直径ｄ／Λは、２次モードについての漏れ損失が基本モードでの損失よりも有意に高くなるように選択される。これにより、従来型の光ファイバでビルトインモードフィルタリングを用いて可能な直径よりも非常に大きなコア直径での効果的なシングルモード動作が与えられる。
【００４３】
ファイバ直径２ρ０は、第１のクラッド領域１０３を横切って計測が可能であるが、任意の被膜１０４を含まない。コア直径２ρは、対向するクラッド構成物１０２の内部境界線間をファイバの中心を横切って計測可能である。
【００４４】
図１Ｂ及び１Ｃは、クラッド構成物としての円形のホールを模式的に示す。同様に、ファイバ直径２ρ０は、代表的な円形ファイバとして示される。以下の作製されたファイバの実施例から明らかとなるように、クラッド構成物は非円形であってもよく、ファイバの形状は少なくとも非円形の部分を含んでいてもよい。例えば、いくつかの構成物又はクラッド形状は、六角形、八角形に近くてもよく、又は直線及び／若しくは曲線部分で非回転対称であってもよい。ある実施形態では、クラッド形状は、不規則な、及び明確に定義されない標準形状であってもよい。
【００４５】
ある実施形態では、クラッド構成物の少なくとも一部が、少なくとも部分的に排気されている、又は気体（例えば空気）若しくは液体を含むホールであればよい。ある実施形態では、クラッド構成物の少なくとも一部が、その構成物を囲む材料の屈折率とは異なる屈折率、例えばその構成物を囲む材料の屈折率よりも小さい屈折率を有する構成物を含むことができる。
【００４６】
多角形の直径の１つの可能な定義は、頂点の任意の対の間で最大の距離であり、多角形の最長対角線に対応する。また、構成物の寸法ｄに関しては、特に指定がなければ、ｄ／２は、一般に構成物の中心から、最も近くで隣り合う２つの中心を結ぶ線に沿った辺までの距離とみなされる。構成物の中心は、非円形又は非対称な構成物については、「質量の中心」又は「重心」として計算され得る。
【００４７】
例として、ファイバ直径の数値は、ある実施形態ではポンプガイドとしても利用され得る図１Ｂに示す第１のクラッド１０３の外縁を一般に基準とする。円形ファイバの実施例では、直径は２ρ０である。直径は、コア１０１の中心を通る線に沿った第１のクラッド１０３の外縁への最大寸法である。
【００４８】
少なくとも１つの実施形態において、クラッド構成物１０２の少なくとも１つは、コア１０１又は他のクラッド材料（例えば第１のクラッド材料）１０３のいずれかの屈折率よりも低い屈折率を有する第２の材料ガラスから作製される。ある実施形態は、「全ガラス」設計を備え、クラッド構成物１０２及びクラッド構成物が配置されている材料の双方がガラスを含む。クラッド構成物１０２の少なくとも一部はガラスを含むことができる。
【００４９】
非常に小さな相対屈折差、例えば約８．３×１０−４のΔｃは、例えばフッ素添加シリカ（フッ素添加シリカ、又は全エアホールではなく使用されるクラッド構成物１０２に適切な他の材料）とクラッド構成物が配置される他のクラッド材料との間に作り出される。クラッド材料１０２（第２のクラッド）は、概して光ファイバ１０１のクラッド材料１０３（第１のクラッド）の屈折率よりもわずかに低い屈折率を有する。驚くべきことに、フォトニック結晶ファイバ及び漏洩チャネルファイバの双方について、低損失のシングルモード動作は、７×１０−３よりも実質的に低い２つのクラッド材料間の相対屈折率差で発生し得る。ある実施形態では、相対屈折率差Δｃは、大きなコアのファイバについての２×１０−４と同程度に低い。相対屈折率は、同様に相対屈折率もより低くてもよい。ある実施形態では、Δｃは、約１×１０−３又は約４．５×１０−３よりも小さくてもよい。ここで記載されるファイバ実施形態では、相対屈折率は、１．０５μｍの公称波長で決定される。数値シミュレーションは、一般に１．０５μｍの設計波長に基づいて実行されたが、波長依存性が定量化され、弱いものであることがわかった。
【００５０】
さらに、全ガラスフォトニック結晶ファイバ、エンドレスシングルモード光ファイバ及び漏洩チャネルファイバは、製造が容易なだけでなく、従来の光ファイバと比べて使用も容易となる。上記のように、このような「全ガラス」ファイバの効果は、十分に低い曲げ損失、生産された製品の再現性の向上、エアホールがないことによる性能の向上、及び簡単に例えば角部を丸くした六角形の形態となるようなファイバ断面の形状を含む。
【００５１】
一般に、非常に小さい相対屈折率は、シングルモード動作について十分なモードフィルタリングを与え、一方で妥当な曲げ損失性能も与える。より大きなΔｃは良好なモードフィルタリング及び曲げ性能を意味するが、十分小さな相対屈折率差はシングルモード及び曲げ損失の制御を与える。また、上記のように、第１の背景クラッド材料とホール中の第２のクラッド材料との間の、減少した又は最小限の有用な屈折率差により、製造可能性及び性能が著しく向上する。いくつかの漏洩チャネルファイバを、相対屈折率差Δｃ≒８．３×１０−４のフッ素添加シリカで作製して、先の設計で使用されたエアホールを置き換えることによって得られた結果が以下に検討される。作製された漏洩チャネルファイバを有する実施形態が多くの用途のために十分な曲げ損失性能を与えることがわかった。
【００５２】
上記のように、曲げ損失性能は、低い相対率差で低下することが知られており、出願人の実験及びシミュレーションで確認された。しかし、出願人は、低い相対屈折率差でのモードフィルタリングにおいて著しい向上を認め、曲げ損失性能が十分であることも見出した。これは、例えば「全ガラス」設計で、クラッド構成物がエアホールを含む等価な漏洩チャネルファイバと比較して向上したモードフィルタリングに供する。
【００５３】
２種類のクラッド材料間の屈折差が非常に小さいある実施形態では、広く入手可能な高純度溶融シリカガラスが第１のクラッドガラス１０３として使用可能であり、一方、フッ素又は／及びホウ素添加の他の高純度シリカガラスを第２のクラッドガラス１０２として使用可能である。フッ素及びホウ素添加レベルが低い場合は、２種類のクラッド材料は、力学的、化学的、物理的及び熱的に良好な適合性を有する。市販のフッ素添加シリカがホール１０２のための材料として使用可能であり、高純度シリカガラスは第１のクラッド１０３のために使用可能である。他の材料及び設計もまた可能である。
【００５４】
図１Ｃは、「全ガラス」設計：二重クラッド、偏波保持、イッテルビウム添加の大きなコアのファイバの他の実施例である。（上記のように、このような二重クラッド配置が非円形、例えば六角形の断面を有するファイバに含まれる場合、ポンプ混合は増加され得る。）コア１０１内側のイッテルビウム添加領域１０５は、直径２ｄ０及び周囲のガラスに厳密に適合した屈折率を有する。
【００５５】
上記のように、図１Ｃは、二重クラッドの偏波保持（ＰＭ）ファイバであり、大きなコア及び複数材料クラッドを有する実施例を模式的に示す断面図である。ある実施形態では、コアの少なくとも一部分には、１以上のドーパント例えばイッテルビウムのような１以上の希土類イオンをドープ可能である。コアの少なくとも一部分には、１以上のドーパントがドープ可能であり、ドーパントは希土類イオンを含み得る。ドーパントは、光学利得を提供可能である（このようなファイバは、光学利得を提供しないパッシブファイバと対照的にアクティブファイバということもある）。
【００５６】
２個の応力付与要素１０６（ＳＡＰ）は、周囲のガラスとは実質的に異なる熱膨張係数及び他の低率構成物１０２とは異なる屈折率を有する。応力要素１０６は、低率構成物１０２とは異なる寸法及び大きさも有し得る。応力要素１０６は、ホウ素添加シリカガラスからなっていればよい。この実施例では、ガラス１０７は、ポンプクラッドを与える低屈折率のガラスで、フッ素及び／又はホウ素添加シリカガラスから構成されていればよい。
【００５７】
図１Ａ−１Ｄのファイバの構造は、漏洩ファイバ設計の構造の標準的な方法で一般に実施され得る。例えば、フッ素添加シリカロッドは、まずシリカ管に挿入され、所望の直径及びフッ素添加シリカのシリカガラスに対する割合でケーンに引き伸ばされる。そして、そのケーンは、シリカケーンとともに所望の構成の六角形のスタックに積層される。そのスタックは、次にシリカ管に挿入されファイバに引き出される。シリカ管の中の真空は、低い引出し温度を併用して非円形ファイバ（例えば六角形のファイバ）の生産に使用されることがある。イッテルビウム添加シリカロッド及び／又は応力ロッドは、イッテルビウム添加ファイバ及び／又は偏波保持ファイバの作成にスタックで使用されることがある。概して、低い相対率、「全ガラス」構造によって、例えば上記のように漏洩ファイバの製造全体が簡素化し得る。
【００５８】
図１Ｄは、利用され得る他のクラッド構成物の形状を示す。図示されるように、クラッド構成物の断面は、円形に限定されない。図１Ｄは、他に可能な形状１２０−１２７を示し、これらもまた使用され得る。したがって、クラッド構成物の構成、例えばクラッド構成物の形状、寸法、材料、屈折率などは変化し得る。その変化は、クラッド構成物の周囲に限定されず、さらに内部の構成物及び設計も含み得る。図１Ｄの断面１２８、１３０及び１３２は、例えば、含有物が埋め込まれている材料とは異なる屈折率の１以上の含有物１２９、１３１及び１３３を示す。これらの内部構成物も、例えば、形状、大きさ、配置、材料、屈折率などで変化し得る。さらに他の設計も可能である。
【００５９】
ここに記載されるいずれのファイバにおいても、１以上のクラッド構成物が、例えば相互に異なる形状、寸法、材料及び／又は屈折率を有し、クラッド構成物の全てが同じ設計を有する必要はない。
【００６０】
図２Ａは、大きなコア、漏洩チャネルファイバ２０３、及び対応するプリフォーム２０１の実施例を模式的に示す。ＬＣＦ２０３は、プリフォーム２０１から引き出し得る。作製されたＬＣＦの一部分２０５も示される。上記のように、ＬＣＦを、コア及び第１のクラッド領域を形成する内部クラッドを有することで特徴づけることができる。１以上の更なる外側クラッド領域は、例えばポンプ源からポンプ光を誘導するために利用され得る。ある実施形態では、コア及び内部クラッド（例えば第１のクラッド領域１０３）は、屈折率ｎ１を有するガラスを含み得る。内部クラッドは、屈折率ｎ1の背景ガラス及びｎ１より小さい屈折率の１以上のクラッド構成物を含むことができる。クラッド構成物は、全ガラス又は低率のガラス、気体（例えば空気）、真空若しくはより低率の他の媒質の組合せの場合がある。低率クラッド構成物の配置は、少なくも１つのより低次のモード（例えば基本モード）と比べて少なくとも１つのより高次のモードに対するより高い損失を与える漏洩チャネルを与える。
【００６１】
ＬＣＦコアにおける全モードについての閉じ込め損失は、場合によっては、標準的なステップインデックスファイバよりも一層大きくなり得る。ＬＣＦの１つの効果は、基本モードと次の高次モードとの間の差分損失が大きくなり得ることである。基本モードについての損失が０．０５ｄＢ／ｍから２ｄＢ／ｍであり、一方、次の高次モードでは５ｄＢ／ｍから２０ｄＢ／ｍの範囲であればよい。ファイバの長さに亘って、ＦＭは誘導されるが、ＨＯＭはファイバクラッドへ漏出する。
【００６２】
様々な実施形態において、ＬＣＦの背景ガラスは、合成溶融シリカである。図２Ａの低率構成物２０７は、溶融シリカの屈折率よりも低い屈折率１．２×１０−３のフッ素添加シリカガラスを含み得る。低率構成物は、数個のリング（例えば１、２、３、４個又はそれより多いリング）に配置が可能で、それらを層ということもあり、コアの周辺に配置される。ある好ましい実施例では、２個又は３個のリングが利用可能である。例として、図２ＡのＬＣＦ２０５は２個のリングで配置される。ある実施形態では、低率構成物の３個以下のリングが利用される。
【００６３】
低率構成物は、周期性Λ及び直径ｄを有する。直径ｄは、円形構成物の直径又は非円形構成物の最大幅を表すことが可能である。比ｄ／Λは、漏洩チャネルサイズの特徴づけに使用可能なパラメータである。以下の実施例において明らかになるように、ＬＣＦのＳＡＰは、ＳＡＰの中心から最も近い低率クラッド構成物への距離であるピッチΛｐを有することである程度特徴づけが可能である。リングに配置された低率構成物についての比ｄ／Λは、一様である必要はない。リングに配置されたＳＡＰについての比ｄ／Λｐは、一様である必要はない。同様に、比は各リングについて一様である必要はなく、例えば比ｄ／Λ及び／又はｄ／Λｐは異なるリングについて異なり得る。
【００６４】
偏波保持（ＰＭ）パッシブ又はアクティブファイバは、偏光出力が要求されるファイバレーザ／増幅器で利用可能である。漏洩チャネルファイバは、‘７４２で検討されたように、例えば、少なくとも‘７４２の図１Ｃに関して記載されたように、偏波保持となり得る。
【００６５】
光ファイバの偏波効果に関して、まず標準シングルモード（ＳＭ）ファイバを検討する。コアは、標準モードのみに対応する。一方、基本モードは、２つの直交する偏波状態について縮退している。理想的には、これら２つの縮退状態は、ファイバ全体に同一の伝搬定数を有する。ファイバにおける偏光パルス伝搬は、この理想的な場合では初期偏波状態のままとなる。しかし、ファイバのマイクロベンディング及び／又は他の環境効果によるランダム応力の結果として、これら２つの縮退状態のうちの１つでシングルモードファイバに伝播する偏光パルスは、電力を他の偏波状態に結合する。伝搬定数は、ＳＭファイバの２つの偏波状態間でほぼ等しいので、２つの状態間の結合が促進される。したがって、標準的なＳＭファイバに入射された偏光は、通常は、偏波されない状態で、部分的に偏波された状態で、楕円偏波された状態で、又は２つの出力偏波軸間のｄＢにおける電力比である偏波消光比を概ね減少した状態で現れる。
【００６６】
シングルモード（ＳＭ）ファイバを利用するＰＭ設計において偏波を保存するために、ファイバは１以上の応力付与部（ＳＡＰ）、例えば応力ロッドで引き伸ばすことができる。ＳＡＰで引き起こされる応力光学効果によって、基本モードの有効モード率が変わり、よって伝搬定数も変わる。１つの偏波状態の有効率は、上昇して「遅い軸」を生成する。他の偏波状態の有効率は、低下して「速い軸」を生成する。モード結合を引き起こすランダム応力効果の能力は、有効モード率の差が増加した結果として減少する。
【００６７】
偏光は、ＰＭファイバの遅い軸又は速い軸に平行な偏波軸を有するＰＭファイバの入力に出射される。双方の軸が光を誘導する。ＰＭファイバの出力に到着する光は、入力時と実質的に同じ偏波を有する。このシステムの性能指数は偏波消光比（ＰＥＲ）である。
【００６８】
１つの偏波状態のみが誘導されるように、偏光ファイバを作製し、又は標準的なＰＭファイバのパラメータを調整することが可能である。好ましくない偏波状態へ出射された偏光は、ファイバクラッドへ失われることになる。
【００６９】
先行する偏光ファイバの例として、米国特許第７２８９７０９号、発明の名称「Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｆｉｂｒｅｓ  ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  ｓｔｒｅｓｓ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ」は、大きなモード領域のフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）におけるシングルモード、単一偏波誘導及び増幅を教示する。偏光フォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）の例は、‘７０９において開示された。例えば、基本的な偏波状態の１つが誘導され、基本モードの有効屈折率ｎｍｏｄｅとクラッド領域の有効屈折率ｎｅｆｆの間の差Δｎは、コア領域のモード複屈折Ｂｍｏｄｅより小さい又は実質的に等しい。中心波長λについては、単一偏光帯域幅Δλは、基本的な偏波状態のうちの１つのみの誘導をもたらす。率差Δｎは、Ｂｍｏｄｅの５０％未満、Ｂｍｏｄｅの２０％未満又はＢｍｏｄｅの１０％未満に適合され得る。
【００７０】
‘７０９において、いくつかのパラメータは、単一偏光帯域幅Δλ及び／又はその中心波長λＣに影響を及ぼし得ると指摘されている。パラメータ群は、例えば、応力要素の熱膨張係数αＴ，ＳＡＰとクラッド背景材料の熱膨張係数αＴ，ｃｌａｄｂａｃｋの間の差ΔαＴ、隣接する２個の微細構造要素間の最小距離Λ、微細構造要素の相対的大きさｄ／Λ、コアの屈折率ｎｃｏｒｅとクラッド背景の屈折率ｎｃｌａｄｂａｃｋの間の差、フォトニック結晶ファイバの曲げ半径及びそれらの組合せを含む。このようなパラメータは、偏光帯域幅及びその中心波長を特定用途の要求に適合させることに供し得る。コア及びクラッド背景の屈折率の制御によりモードフィールド直径の制御が可能となり、それによって他の微細構造又は非微細構造の光ファイバへのスプライスが容易になる。
【００７１】
ＰＣＦと比較すると、漏洩チャネルファイバは、好ましい全固体ガラス配置を備え、大きなモードのファイバレーザ及び増幅器の開発を促進することができる。少なくとも１つの実施形態では、ＬＣＦは、比較的大きなエアホールの少数のリング（例えば２、３個の）で囲まれ、高次モードとしては比較的高い損失を与える。‘７４２で開示されたように、ある好適な配置では、ガラスＬＣＦは低率のクラッド構成物の、例えば低率のガラスの、少数のリングに囲まれた大きなコアを含む。低率の領域は、クラッドガラスに狭いチャネルを画定する。いくつかの配置では、全ガラスＬＣＦが提供され得る。非ＰＭ、ＰＭ及び偏光（ＰＺ）ＬＣＦの比較例が以下に検討される。
【００７２】
図２Ａを再び参照すると、漏洩チャネルファイバ（ＬＣＦ）２０３の実施例が、対応するプリフォームスタック２０１（ここからファイバ２０３が引き出し可能である）及び作製されたファイバ２０５の実施例の画像とともに示される。この実施例では、ファイバは、５０／４８０ＬＣＦとして特徴づけ可能であり、５０μｍコア及び４８０μｍ直径の第１の（内部）クラッドに対応する。プリフォーム２０１は、低率のロッド２０１ｂの２層に囲まれた中心の中実ロッド２０１ａを含む。ロッド２０１ｂは、コア及びクラッドからなる。ロッド２０１ｂのコアは、ロッド２０１ａの屈折率よりも低い屈折率を有する材料から形成される。ロッド２０１ｂのクラッドは、ロッド２０１ａの材料と同じ屈折率を有する材料から形成される。全ガラスＬＣＦの低率構成物２０１ｂは、内側のリングとしてｄ／Λ＝０．８及び外側のリングとしてｄ／Λ＝０．７の２層に配置される。低率ロッド２０１ｂの層は、中実ロッド２０１ｃの２層に囲まれてクラッドを形成する。ロッド２０１ｃは、コアロッド２０１ａと同じ屈折率の材料を備える。ロッド２０１ａ−２０１ｃは、外側のクラッド管２０１ｄの中に積み重ねられる。クラッド管２０１ｄは、ロッド２０１ｃと同じ屈折率を有し得る。顕微鏡画像は、作製されたＬＣＦ２０５の内側及び外側のリングのクラッド構成物のわずかに異なる大きさを示す。この実施例では、ＳＡＰは含まれず、ファイバは非ＰＭである。
【００７３】
図２Ｂは、大きなコアの偏波保持（ＰＭ）ＬＣＦに対応するプリフォーム２１１及びファイバ２１３を模式的に示し、作製された大きなコアのＰＭ  ＬＣＦの対応の実施例の顕微鏡画像を含む。ファイバは、低率構成物として図２と同じ値のｄ／Λを有する５０／４８０ＬＣＦである。外側のリングの２個の非円形ＳＡＰ２０４は、ｄ／Λｐ〜０．９に配置され、ＰＭ動作を提供する。ここで、ｄはＳＡＰの最大直径であり、ΛｐはＳＡＰ２０４の中心と最も近く隣接したクラッド構成物の中心との間隔である。作製されたＰＭファイバ２１５の顕微鏡画像が示される。この実施例では、ＳＡＰは、外側のリングのクラッド構成物よりも大きい。プリフォーム２１１は、概してプリフォーム２０１に似ているが、低率ロッド２０１ｃの外側のリングに２本のＳＡＰロッド２０１ｅを含む。ＳＡＰロッド２０１ｅは、クラッドを形成するロッド２０１ｃ及び／又は低率構成物を形成するロッド２０１ｂの熱膨張係数とは異なる熱膨張係数を有する。
【００７４】
図３Ａ−３Ｂは、偏光（ＰＺ）ＬＣＦ３０３及び３１３の実施例を、それぞれ作製されたＬＣＦ３０５及び３１５の実施例とともに模式的に示す。各ファイバは、低率構成物としての図２Ａと同じ値のｄ／Λを有する５０／４８０ＬＣＦである。図２ＢのＰＭの実施例とは対照的に、２個のＳＡＰ３０４はＬＣＦ３０３の内側のリング及び作製されたＰＺ  ＬＣＦ３０５のｄ／Λｐ＝０．９に含まれ（図３Ａ）、ＳＡＰ３１４はＬＣＦ３１３の内側のリング及び作製されたＰＺ  ＬＣＦ３１５のｄ／Λｐ＝０．７５に含まれる（図３Ｂ）。したがって、異なる応力がＳＡＰによりファイバに付与され、それぞれが偏光（ＰＺ）能力をもたらす。図３Ｂはまた、ファイバ３１３が引出し可能なプリフォーム３１１の実施例を示す。プリフォーム３１１は概してプリフォーム２１１に似ているが、２本の応力付与ロッド３１４を含む。
【００７５】
図４は、偏光ＬＣＦプリフォーム４０１の実施例及び最外クラッド４０５をポンプガイドとして構成したＬＣＦファイバ４０３の実施例を模式的に示す。コア及び低率構成物領域で囲む背景ガラス４０２は、周囲のガラス４０５よりも高い屈折率を有する。周囲のガラス４０５と比べた背景ガラス４０２のＮＡは、０．１−０．３の範囲であればよく、ポンプガイドを形成する。この実施例では、ファイバは、５０／４８０ＬＣＦである。２個のＳＡＰ４０４は、ｄ／Λｐ＝０．７５の内側のリングに含まれる。４個の低率構成物は、ｄ／Λ＝０．８の内側のリングに配置される。この実施例では、外側のリングは、ｄ／Λ＝０．７の低率構成物で部分的に占められる。構成物の寸法の間隔に対する比は、上記に掲げた「最も近い隣接」基準に従う。ＳＡＰ４０４に囲まれた希土類添加コア領域（個別には示されない）及び低率構成物の内側の層は、５０／２００漏洩チャネル利得ファイバを提供するように形成され得る。このようなＰＺ  ＬＣＦは、ファイバ増幅器又はファイバレーザシステムに利用可能である。
【００７６】
図５は、漏洩チャネルのための１２個の低率クラッド構成物の１つのリング５０２が、ほぼ円形の構成で配置された偏光ＬＣＦ５０３の配置の実施例を模式的に示す。この実施例では、低率構成物（及び漏洩チャネル）は六角形型で配置されず、さらに厳密に円に近い（例えば１２辺の多角形）。２個のＳＡＰ５０４の各々の直径は、コア直径よりも大きく、低率クラッド構成物の直径よりも一層大きく、例えばこの実施例では５−１０倍程度大きい。
【００７７】
特別な理論に従うことなしに、いくつかの効果が、作製されたファイバの様々な実施例の発展の間に明らかになった。作製されたファイバでは、層の数又は低率構成物間の間隔に応じて、偏光に重大な影響は認められなかった。層の数が少なすぎると、例えば１層又は非ポピュレ−ト層の場合、損失は増加し得るが偏光能力は維持される。（非ポピュレ−ト層は、漏洩チャネルを形成するディプレストインデックス構成物のないプリフォームスタックの層である。）同様に、構成物間の間隔が減少すると、モード間クロストークが増加した状態で消光比も減少する。しかし、偏光特性は維持される。また、間隔の減少によって、コアの一層増加するモードの伝搬が可能となるので、消光比は減少する。
【００７８】
要件ではないが、応力光学効果が偏光能力に相当な影響を有すると考えられている。コア上の応力が、コアからの距離を増加させたＳＡＰを有するファイバを作製することによって低減させる場合、様々な作製されたファイバの実施例は、偏光（ＰＺ）動作よりもＰＭ動作の増加を示した。さらに、ＳＡＰのｄ／Λｐは、ファイバが偏光するための低率構成物のｄ／Λより大きいことは、重要又は必須ではない。このような見解は、偏光効果が応力光学効果により引き起こされていることを支持する。
【００７９】
少なくとも１つの実施形態では、偏光漏洩チャネルファイバは、以下の原理及び作用に基づいて構築される。
【００８０】
屈折率ｎ１及び熱膨張係数（ＴＥＣ）αｃｌａｄを有するクラッドガラスを選択する。クラッド直径及びコア直径が指定される。大きなコアのシングルモードファイバで、有効コア開口数（ＮＡ）がゼロに近づくと、それにより、同様に、次第に弱まる誘導、マイクロベンディング又は他のランダムな環境応力効果が、基本モード（ＦＭ）で見られる背景損失を増加し得ることになる。したがって、クラッドの大きさは、クラッドが目的のコアを外部応力から隔離するように、そのコアの直径に一致するように選択される。
【００８１】
ある好適な実施例では、全ての外側クラッドの直径は、コアの中央を通って計測されるが、外部応力からコアを隔離するために十分な大きさでなくてはならない。例として、コアの直径は、約２０−１５０μｍ、３５−１５０μｍ又は５０−１５０μｍの範囲にあればよい。様々な実施形態において、外側クラッドは、コアの大きさの少なくとも３倍となる。少なくとも一実施形態においては、コアとクラッドの比は、５０／２５０又は５０／４８０であればよい。特に、コアの直径が減少すると、好ましいクラッドの直径は相対的に増加し得る。例えば、２０μｍのコアで好ましい外側クラッドの直径は、少なくとも約５００μｍから１ｍｍであればよい。あるファイバ増幅器の実施例では、ポンプガイドは、全クラッド直径とは独立して実施及び検討され得る。例として、直径１５０μｍのポンプガイドは、直径５０μｍのコアを囲み得る。ファイバは直径５００μｍの外側クラッドを有し得る。ファイバは、アクティブファイバ、例えばレーザ又は増幅器として作用できるように利得を与えるようにドーパントでドープされ得る。
【００８２】
名目上５０μｍのコアの偏光ＬＣＦについては、ＬＣＦコアの屈折率は、ｎ１と比較して、ある実施例では、（ｎ１＋１×１０−４）から（ｎ１−２×１０−４）の範囲にあればよい。好ましい実施形態では、αｃｏｒｅ≒αｃｌａｄであり、ここでαはそれぞれコア又はクラッド領域の熱膨張係数（ＴＥＣ）である。コアの周囲に配置された低率ガラス領域は、ｎ１よりも小さい屈折率を有する。好ましい実施例では、低率領域のＴＥＣは、αｃｌａｄの約±２０％の範囲にある。ある実施形態では、低率領域のＴＥＣは７×１０−７を超える場合もあり、約３×１０−６と同程度に大きい場合もある。ある実施形態では、率差の大きさ｜ｄｎ｜は、低率ガラス領域の各々とｎ１との間で、約｜ｄｎ｜＞５×１０−４となり得る。率差は、より大きく、例えば｜ｄｎ｜＞１．２×１０−３であってもよい。ファイバで偏光特性を得るために、少なくとも２個の低率構成物がＳＡＰとして配置され、ＴＥＣαＳＡＰが｜αＳＡＰ−αｃｏｒｅ｜＞１×１０−７であるガラスからなることが可能である。ある実施例では、２個のＳＡＰ領域は、隣接し、コアについて対照的に配置され得る。増加した偏光能力のために、ＳＡＰは内側のリングに含まれ得るが、ＬＣＦは低率構成物の１−４個のリングを有し得る。ある実施形態では８個までのリングが利用されてもよく、他の実施形態では約１０個までのリングが利用され得る。ここで開示されるいずれのファイバ実施形態も、アクティブな部分を含むことができ、利得媒質でドープされて光学利得を与える１以上の領域を備えることができる。
【００８３】
特別な理論に従うことなしに、コアに隣接するＳＡＰを有して増加した偏光能力は、少なくとも基本的なメカニズムとして、応力光学効果から生じ得る。便利な基準として、ＤｓｃをＳＡＰの中心からコアの中心までの距離とし、ｄＳＡＰを、この実施例では平均ＳＡＰ直径であるＳＡＰの寸法とした場合、比Ｒｓｃ＝ｄＳＡＰ／Ｄｓｃが考えられる。出願人は、ＰＺパッシブファイバでＲｓｃが約０．８２−０．９５であることを観察したが、一方、ＰＭファイバについては、Ｒｓｃ〜０．５が得られた。ＰＭファイバは、約０．４から０．７の範囲のＲｓｃを有し得る。ＰＺアクティブ又はパッシブファイバは、約０．７−０．９５の範囲のＲｓｃを有し、１を超え、又は実施形態によっては約１．５までになることもある。したがって、ここで開示されるファイバの所定の実施形態については、ＰＺファイバは、ＰＭファイバよりも大きなＲｓｃを有する傾向がある。ＰＭの性質は、０．４から０．７の範囲のＲＳＣを有するファイバ実施形態について得られる。ＰＺの性質は、約０．７より大きく約１．５までのＲｓｃを有するファイバ実施形態について得られる。パッシブＰＺファイバは、アクティブＰＺファイバよりも幾らか広い範囲に亘るＲｓｃで作製され得る。
【００８４】
ガラス偏光ＬＣＦ（ＰＺ−ＬＣＦ）ファイバの様々な実施形態は、１以上の好ましい特性を与えることができる。例えば、クラッド構成物は大きく、従来のＰＣＦの作製で要求されるよりも少ないプリフォームスタック要素で広いピッチで配置され得る。そのように、作製が容易化される。また、偏光アプリケーションについては、必要とされる応力付与部の材料がより少ない。例として、４０／２００ＰＣＦは、２０個以上のＳＡＰ材料領域を利用し得る。これに対して、ここで開示されるＰＺ−ＬＣＦ実施形態の一部は、わずか２個のＳＡＰ領域しか含まない。さらに、曲げ制約及び曲げ性能は、考慮すべきパラメータである。出願人は、様々な作製されたファイバについて、パッシブファイバの最大性能を達成するような好ましい曲げの向きはなく、非円形のファイバ形状についての偏光アプリケーションにおいて何も期待される効果がないことも見出した。
【００８５】
コアの材料及び配置並びにクラッド材料及び組成物には多くの可能性が存在し、これに限定されないが以下を含む。
【００８６】
クラッド材料は、溶融シリカを含み得る。クラッド材料は、パイレックス、ソーダ石灰ガラス、リン酸塩ガラス、カルコゲナイドガラス、フッ化物ガラス、又は好ましくは高率の均一性を備えたポリマーの１つ又は組合せを含み得る。クラッド材料は、単結晶体を含み得る。
【００８７】
クラッド材料の屈折率ｎ１は、動作の波長において１から約３．５までの範囲、例えば近赤外線（ＩＲ）から中赤外線までの範囲に存在し得る。
【００８８】
ＬＣＦファイバのある実施形態は、第１のクラッドを実質的に囲む第２のクラッドを含み得る。第２のクラッド材料は、フッ素添加シリカガラス又はホウ素添加シリカガラスを含み得る。第２のクラッド材料の屈折率ｎ２は、平均としてｎ１よりも小さくてよい。例えば、Δｎ＝ｎ１−ｎ２は、少なくとも約１．２×１０−３であればよい。第２のクラッド材料の屈折率ｎ２は、１．０より大きく、概ねｎ１、例えば概ねｎ１−５×１０−５までの範囲にあればよい。
【００８９】
上記のように、マルチコアＰＭ及び／又はＰＺ  ＬＣＦファイバは、クラッド構成物の複数のリングの配置を含み、アクティブ又はパッシブマルチコアファイバに利用され得る。マルチコアＰＭ又はＰＺファイバは、入力パルスが空間的に分離した複数ビームへ分けられ個々に増幅される、高ピーク出力のアプリケーションで利用され得る。ビームは、増幅後に再結合される。このような構成は、医療及び産業用途のために有用な増加されたピーク出力を提供し、従来のファイバレーザ／増幅器技術、特殊なファイバ（例えばＬＣＦ、ＰＣＦ）、光パラメトリック発振器／増幅器又はそれらの組合せに利用され得る。
【００９０】
図６Ａは、ステップインデックスファイバに基づく個々のファイバコアを備えるマルチコアファイバの実施例を模式的に示す断面図である。
【００９１】
図６Ｂは、漏洩チャネルファイバに基づく個々のファイバコアを備えるマルチコアファイバの実施例を模式的に示す断面図である。
【００９２】
図６Ｃは、偏波保持漏洩チャネルファイバに基づく個々のファイバコアを備えるマルチコアファイバの実施例を模式的に示す断面図である。
【００９３】
図６Ｅは、２層（ＰＺ−ＬＣＦ）の偏光漏洩チャネルファイバの実施例を模式的に示す断面図であり、そのプリフォームは図６Ｄに示される。
【００９４】
米国特許第８１９９３９８号（‘３９８）、発明の名称「Ｈｉｇｈ  ｐｏｗｅｒ  ｐａｒａｌｌｅｌ  ｆｉｂｅｒ  ａｒｒａｙｓ」は、開示する全てについてその全体において参照によりここに取り込まれる。‘３９８特許は、特に、漏洩チャネルファイバに基づく個々のファイバコアを有するアクティブマルチコアファイバの実施例を提供する。図６Ａ−６Ｃ（‘３９８の図３Ａ−３Ｃに対応）は、個々のファイバコア６０１を備えるマルチコアファイバを示す。これらの実施例では、各マルチコアファイバは、１９本の個々のシングルモードコアを含む。図６Ｂ及び６Ｃは、アクティブマルチコア漏洩チャネルファイバ（ＭＣ−ＬＣＦ）を示す。影付き円６０１はコア領域を表し、少なくともその一部は、この実施例では希土類イオン（例えばＹｂ）のようなドーパントで（任意に）ドープされ、一方、小さな影なし円６０２はエアホール又はコア６０１及び／若しくは低率領域６０２を囲む材料と比べて減少した屈折率のガラス領域を表す。以下に検討されるように、コア６０１を囲んでいる構成物の少なくともいくつかはＳＡＰ６０４であればよい。図６Ａ−６Ｃに示す本実施例のファイバでは、６個の構成物６０２及び６０４が各コア６０１を囲む。他の実施形態では、異なる数のコア６０１及び／又は異なる数の構成物６０２、６０４の使用が可能である。他の実施形態では、パッシブファイバは、ドープされる領域を含まない。
【００９５】
‘３９８で検討されたように、ファイバアレイアプリケーションのためのマルチコア漏洩チャネルファイバは、モード結合の少ない従来のステップインデックスマルチコアシングルモードファイバと比べて、各個別モードのモードウイングの削減又は最小化のために、より密な充填が可能になる。これは‘３９８の図４にさらに示され、従来のシングルモードファイバのモード強度の分布が、漏洩チャネルファイバの強度分布と比較される。この図では、漏洩チャネルファイバの強度分布のウイングは、従来のステップインデックスファイバよりも一層速くゼロに低下する。
【００９６】
モード結合に加え、マルチコアファイバでは、特に超短波パルスを利用するアプリケーションについては、あらゆる実質的な熱誘発位相変動も考慮されるべきである。そのような熱変動は、ファイバの前又は後に導入される適切な位相遅延の導入により補償され得る。そのような位相遅延は、例えばある厚さの光学位相板で実施され得る。小さな熱負荷については、適応光学の補償方式によって経路長の差を調節することができる。少なくとも１つの実施形態では、アレイの増幅器は、増幅器の熱的変動が増幅器の出力において相対位相変動を例えば１０ｋHｚより小さい帯域幅へ制限するのに十分に適合されるように、及びいずれの増幅器間の光エネルギ−結合も小さいか又は無視できるように、間隔を空けることができる。このような実施例は‘３９８で検討される。
【００９７】
マルチコア利得ファイバは、全ての偏波保持（ＰＭ）構成でも製造可能である。図６Ｃは、ＰＭ設計の実施例を示す。ファイバは、図６Ｂに示すファイバの構造と似ているが、さらに応力生成領域を内蔵している。図６Ｃのファイバでは、ＳＡＰ６０４は、コアの反対側に配置されている。この実施例では、応力生成領域は、各コアを直接囲む６個中２個の構成物に対応する。その領域は、ファイバコアに応力を生成し、偏波保持動作をもたらす。
【００９８】
図６Ｂ−６Ｃに示す実施例では、２個の隣接するコア領域の間に配置された１つの低率構成物がある。さらにモード結合を減少するために、以下に検討されるように、コア分離が増加され、及び／又は２以上の低率構成物が２個のコア領域の間に配置され得る。様々な実施形態において、光学利得を提供するように、コア６０１のいずれもドーパントでドープされず、又はコア６０１の一部若しくは全部がドーパントでドープされ得る。
【００９９】
マルチコアファイバは、アクティブ又はパッシブのアプリケーションのいずれかでの使用について、偏光構成において製造可能でもある。上記に検討したように、及び特別な理論に従うことなしに、応力光学効果は、偏光能力に対して考慮すべき影響を有すると考えられる。ＳＡＰがコアから増加した距離で構成される配置は、偏光動作ではなくＰＭ動作をもたらし得る。逆に、ＳＡＰからコアへの距離が減少すれば、偏光（ＰＺ）動作を得ることができる。さらに、コアからコアへの分離が増加すると、隣接するコア間でのモード結合が減少し得る。例えば、上記に検討したように、ここで開示されるファイバの所定の実施形態について、ＰＺファイバは、ＰＭファイバよりも大きなＲｓｃを有する傾向がある。ＰＭの性質は、０．４から０．７の範囲のＲｓｃを有するファイバ実施形態について得られる。ＰＺの性質は、約０．７よりも大きく約１．５までのＲｓｃを有するファイバ実施形態について得られる。パッシブＰＺファイバは、アクティブＰＺファイバよりも幾らか広い範囲に亘るＲｓｃで作製され得る。
【０１００】
図６Ｅは、低率クラッド構成物の２個のリングで各々囲まれた７個のコア領域６１１のマルチコアファイバ６１０（そのプリフォーム６０９が図６Ｄに示される）の実施例を示す。この実施例では、コア領域６１１の少なくとも一部を囲む２個のリングは、ＰＺ能力のためにＳＡＰがコアに隣接又はすぐ近くにあるように配置された２個のＳＡＰ６１４を含む。様々な実施形態において、コア領域６１１がいずれもドープされないか、コア領域６１１の一部又は全部がドープされ得る。ファイバ６１０は、大きなコアの漏洩チャネル偏光ファイバを構築するために約３５−１００μｍの範囲の寸法、例えば最大直径を有するドープされたコア領域で変更され得る。ある実施形態では、約２０μｍより大きなコアサイズ、例えば２０−１００μｍが利用され得る。
【０１０１】
マルチコアファイバ及びそのアプリケーションの更なる実施例は‘３９８において検討されている。例えば、二重クラッド、マルチコア希土類添加（例えばＹｂ）増幅器は、高ピーク出力を生成するのに使用され得る。他の実施例では、同軸マルチコアファイバ配置が、少なくとも部分的に低率クラッド構成物（不図示）により囲まれたファイバの外周に近いコアの単一円形アレイを含み得る。
【０１０２】
実施例−偏光ＬＣＦファイバ及び性能
図７Ａ−７Ｂは、偏光ＬＣＦのためのプリフォーム７０１の実施例（図７Ａ）及び作製されたＬＣＦ７０３の一部分の対応の実施例（図７Ｂ）を示す。図７Ｂは、５０／４５０の偏光ＬＣＦ７０３の切断端面の顕微鏡画像である。暗い領域７０５は、フッ素又はホウ素添加低率ガラスである。図７Ｂに示すＬＣＦファイバ７０３は、スタックアンドドロー法で作製された。クラッドロッドのスタック７０１ａ、低率コアのロッド７０１ｂ及びＳＡＰロッド７０１ｃは、図７Ａのプリフォーム７０１で示す幾何構造において、コアロッド７０１ｄの周囲に配置され、外側の管７０１ｅの内部に積層された。
【０１０３】
この実施例のプリフォーム７０１では、スタックには５層があり、中心ロッドが層１と数えられる。プリフォームスタックの層２及び３は、低率構成物７０１ｂを含む。層２は６個の要素を有し、そのうち４個はｄ／Λ＝０．８の低率構成物７０１ｂであり、残り２個の構成物７０１ｃはｄ／Λｐ＝０．９の応力付与部ＳＡＰである。層３は、１２個のｄ／Λ＝０．７の低率構成物を有する。層４は、１８個の背景クラッドガラスのロッド７０１ａを有する。層５は、２４個の背景クラッドガラスのロッド７０１ａを有する。内径（ＩＤ）と外径（ＯＤ）の比ＩＤ／ＯＤ＝０．７５で固く嵌合したクラッド管７０１ｅが作製された。クラッド管の内壁と重なる層５のコーナーロッドは、残余のロッド端を共に融合して束を生成する段階でスタックから除去された。その束は、クラッド管に挿入された。組み立てられたファイバプリフォームは、線引きタワーへ搬入された。プリフォーム７０１は、真空下でクラッド直径４５０±５μｍまで引かれた。保護用の高率ポリマー被膜が塗布され、作製されたファイバ７０３はリールに巻き取られてコイルを形成した。
【０１０４】
曲げ損失Ｍ２及び偏波消光比（ＰＥＲ）は、コイル直径の関数としてファイバの４メートル長で計測された。この実施例では、入力ビーム波長は１０４０ｎｍであった。さらにカットバック測定が行われ、コアにおけるＦＭ背景損失が〜０．３ｄＢ／ｍであることが示された。
【０１０５】
図８Ａ−８Ｄは、図７Ｂの偏光ＬＣＦの性能を示すプロットである。この実施例のファイバは、ＰＭではなく直線偏光であった。
【０１０６】
図８Ａは、４メートル長の５０／４５０偏光ＬＣＦについての曲げ損失を示す。曲げ損失は、同様の構造パラメータの非ＰＭ  ＬＣＦ版についても同様である。曲げ損失は、ステップインデックスファイバと比べて大きい。
【０１０７】
図８Ｂは、偏光５０／４５０ＬＣＦの長さについてのＭ２測定を示す。４００ｍｍより小さいコイル直径については、ファイバＭ２は、約１．２より小さく約１．０５から約１．２の範囲にあった。
【０１０８】
図８Ｃは、５０／４５０偏光ＬＣＦの４メートル長の出力からの偏波消光比（ＰＥＲ）測定を示す。４００ｍｍより小さいコイル直径については、ファイバは、ＦＭの１つの偏波状態の強い誘導を示す約２０ｄＢを超えるＰＥＲを示した。
【０１０９】
図８Ｄは、ＬＣＦの偏光特性を示す。この実施例では、ファイバの４メートルが利用され、コイル直径は１６０ｍｍであった。入力の半波長板（ＷＰ）は、ファイバの偏光軸に一致するように回転された。出力変動を測定するのに出力の半波長板が走査された。入力波長板が４５度回転され、出力波長板が走査されて全波長板角度についてゼロ出力に近い測定結果を与えた。これにより、この実施例のＬＣＦの偏光特性が量的に示される。
【０１１０】
図９Ａ−９Ｃは、２層及びその中に応力付与部（ＳＡＰ）の様々な配置を有する作製されたＬＣＦの更なる実施例の性能を示すプロットである。以下の実施例のＰＭファイバは、ｄ／Λｐ〜０．９の比較的大きなＳＡＰの図２Ｂの作製されたファイバ２１５に対応する。２本のＰＺファイバは、それぞれｄ／Λｐ〜０．９及び０．７５を有するＳＡＰの図３Ａ及び３Ｂの作製されたファイバ３０５及び３１５に対応する。
【０１１１】
図９Ａは、３本のファイバのＰＥＲを曲げ直径の関数として示す。約０．４ｍより小さい曲げ半径では、ＰＭファイバは最も高いＰＥＲを示した。特に、ｄ／Λｐ〜０．９に対応する、より大きなＳＡＰは、そのＰＭファイバ及び外側の層のＳＡＰで最大の消光をもたらした。最も低い消光は、そのＰＭファイバで、コアに隣接した最も内側の層のＳＡＰで見られた。ＰＺの実施例については、ＳＡＰの寸法を減少させることによって相対ＰＥＲが向上した。
【０１１２】
特別な理論に従うことなく、応力光学効果は、ＳＡＰ寸法の増加に伴い基本モードと若干高次のモード間のモード結合の増加をもたらしたと考えられている。さらに、実験において、出射条件は最適化されなかった。
【０１１３】
図９Ｂは、曲げ損失性能をコイル直径の関数として示す。この実験では、モードに考慮せずに総電力における損失が測定された。非ＰＭファイバ測定も含まれた。非ＰＭ構成は、より小さな曲げ直径で最も高い損失を示した。さらに、ＰＺ及びＰＭファイバの間で、より高いＰＥＲが、より小さな曲げ直径での損失の増加をもたらした。
【０１１４】
図９Ｃは、ＰＺファイバ、ＰＭファイバ及び非ＰＭファイバについてのＭ２測定値を示す。減少したＳＡＰ寸法（ｄ／Λｐ〜０．７５）のＰＺファイバについて、Ｍ２値は約１．０５−１．３の範囲にあったが、より大きなＳＡＰではＭ２＜１．７が得られた。より大きな値は、増加した高次モードの成分によって引き起こされた、コアに隣接したＳＡＰの大きなサイズによる漏洩チャネルの一部の狭小化と関連付けられ得る。上記のように、各ＰＺ  ＳＡＰは、コア付近の内側リングにあった。図９Ｃの測定は、１０４０ｎｍの波長で得られた。より長い１．５５μｍの波長でＭ２の測定が幾らか向上したことが観察された。
【０１１５】
例えば、約０．４−０．７５の好ましい範囲のｄ／Λｐは、約０．２−０．６ｍの範囲の曲げ直径で約１．３より小さい好ましいＭ２を与え得ることが期待される。ある実施形態では、Ｍ２は、約０．２−０．６ｍの範囲の曲げ直径で約１．０５−１．７の範囲となる。
【０１１６】
ある実施形態では、コアに隣接した最内層のＳＡＰは、より大きなＳＡＰサイズを維持しつつＳＡＰのｄ／Λを効果的に低減するように調整され得る。例えば、より少ないクラッド構成物が利用され、及び／又はクラッド構成物間の間隔が増加され得る。そのような実施例では、モードフィールドの全体形状はやや楕円的になり得る。
【０１１７】
図１０Ａ−１０Ｂは、それぞれＰＺ及びＰＭファイバの実施例の偏波保持能力を比較するプロットである。
【０１１８】
実施例−ＬＣＦパルス圧縮器
ＰＺ又はＰＭファイバ配置は、パッシブ（伝送）ファイバ又は超短波パルスレーザシステムのファイバ圧縮器として利用され得る。そのようなシステムでは、一時的に拡げられたパルス又はピコセカンドからナノセカンドの範囲の他のパルスが、より短いパルス幅に圧縮可能である。ある実施例では、周知のチャープパルス増幅技術が利用され得る。
【０１１９】
例として、持続時間２．４６ｐｓの入力パルスをより短い５７ｆｓの時間長に圧縮するのに１．４ｍ長のファイバが１．５μｍ付近の信号波長で利用された。入力ＰＥＲは３２ｄＢであった。出力ＰＥＲは２１ｄＢであった。
【０１２０】
ある実施例では、約５０ｆｓ、１００ｆｓ又は１ｐｓほどの短さに圧縮されたパルス幅が与えられてもよい。ある実施形態では、１００ｆｓ未満のパルス幅が生成され得る。
【０１２１】
実施例−ＳＭ  ＰＭファイバのＰＥＲ測定
一実施例では、ＰＥＲが２６ｄＢの入力光が、９００ｍのＳＭ  ＰＭファイバへ出射された。出力のＰＥＲは２１ｄＢであった。恐らくは可能となった状態間の結合に起因する５ｄＢのＰＥＲ変化が、９００ｍ長のファイバに沿って観察された。
【０１２２】
実施例−Ｙｂ添加コア偏光ＬＣＦファイバ増幅器
一実施例では、適合した率のＹｂ添加コアの偏光漏洩チャネルファイバが作製された。ファイバ断面の一部分の画像を図１１に示す。ファイバは、全部で８個のＳＡＰ要素で作製された。ＳＡＰ要素は、４個のうちの２グループ（１１１０−a、１１１０−ｂ）に配置された。４個のうちの１グループにおいて、３個のＳＡＰが層３に、１個のＳＡＰが層４にあり、層１はファイバコアである。層２はＳＡＰを含まず、ｄ／Λ＝０．８の低率構成物だけを含む。ＳＡＰに加えて、層３は、６個のｄ／Λ＝０．７の低率構成物（１１２０−a、１１２０−ｂ）を含む。層４は、２個のＳＡＰを除いてほとんどがシリカガラスである。全てのＳＡＰは、ｄＳＡＰ／Λｐ＝０．９を有する。平均導波路コア直径は５０μｍであり、平均クラッド直径は４００μｍである。クラッドは、ポンプ吸収を容易にするように略六角形とされた。ファイバは、低率ポリマー被膜とともに引き出された。一構成では、４メートル長のファイバが、直径０．５ｍまで巻き付けられた。ファイバの方向付けは、ＳＡＰグループにより定義される軸が、コイル水平面に対して垂直になるように制御された。ファイバ端は、約５°に研磨された角度でフェルールをつけられた。
【０１２３】
ファイバレーザからのパルスは、自由空間結合を使用してＳＭファイバからＬＣＭの一端へ入射された。平均入力電力は、１０４０ｎｍ近くの中心波長において約２６ｄＢのＰＥＲで約２４ｍＷであった。入力パルスの繰り返し率は約５０ＭＨｚであった。高出力レーザダイオードからの９８０ｎｍでのポンプ光は、ファイバのもう一端へ自由空間結合した。約２０Ｗの入力ポンプ電力について、増幅された信号の約６．８Ｗが得られた。出力ＰＥＲは、Ｍ２＜１．２で約１８．８ｄＢであった。ファイバの１つの偏波軸へ入射された信号光は増幅された。他方の（直交する）偏波軸へ入射された信号光は増幅されず、有意に誘導もされなかった。しかし、この実施例では、単向性ポンピング配置によってもたらされる増幅自然放出（ＡＳＥ）に起因し得る直交した偏波軸に低レベル背景が認められた。この実施例は、実質的に単一偏波及び高消光比を有するパルスを出力するような方法で、選択的に偏光入力パルスを増幅する能力を示す。例えば、偏光入力パルス及び２０ｄＢを超える増幅器利得で、約１５ｄＢから２５ｄＢの範囲に増幅器出力でのＰＥＲを得ることができる。Ｍ２の範囲が約１．０５から約１．２未満及び１．８未満であることに例示されたように、偏光出力パルスは良好なビーム品質を示した。
【０１２４】
実施例−ＰＭ及びＰＺ  ＬＣＦについての複屈折モデル結果
一実施例では、市販の有限要素解析プログラム（ＦｅｍＳＩＭシノプシス社から入手可能なＲＳｏｆｔ）を利用して、モードプロファイル及び有効モード率ｎｅｆｆを、非ＰＭ及びＰＭ  ＬＣＦファイバについて計算した。ソフトウエアにより、ユ−ザは、基本モード横方向電界（ＴＥ）及び横方向磁界（ＴＭ）偏波状態のｎｅｆｆに熱的に誘発される応力の影響をシミュレート可能になった。モード複屈折Ｂは、Ｂ＝ｎｅｆｆ＿ＴＥ−ｎｅｆｆ＿ＴＭにより計算される。Ｂは、ＰＭ／ＰＺファイバのＰＥＲを予測するための良好な代替として使用され得る。システム上の他の外乱又はファイバインデックスプロファイルの詳細を考慮することなく、Ｂ＞０の値はＰＭの性質をもたらし、より大きな値のＢは偏光の性質をもたらす。
【０１２５】
モデルシステムのセットアップにおいて、及び有用な近似値を得るため、未知の材料の性質についていくつかの仮定がなされた。溶融シリカについて、ヤング係数ＹＳｉＯ２、ポワソン比νＳｉＯ２、熱膨張係数（αＳｉＯ２）及び応力光学係数は周知である。低率構成物の中のフッ素添加シリカについての同様の値（ＹＬＩ、νＬＩ、αＬＩ）及びＳＡＰの中のホウ素添加シリカについての同様の値（ＹＳＡＰ、νＳＡＰ、αＳＡＰ）は周知ではない。妥当な仮定は、ＹＳｉＯ２≒ＹＬＩ≒ＹＳＡＰ及び同様にνＳｉＯ２≒νＬＩ≒νＳＡＰである。この実施例では、αＳｉＯ２＝５．４×１０−７、αＬＩ＝６×１０−７と仮定された。αＳＡＰについての値を得るため、標準シングルモードＰＭファイバ（Ｎｕｆｅｒｎ社，Ｅａｓｔ  Ｇｒａｎｂｙ，ＣＴにて入手可能なＮｕｆｅｒｎ  ＰＭ９８０）に対するＢが最初に計測され、Ｂ≒３．８−３．９×１０−４であった。ＰＭ９８０の幾何構造及びインデックスプロファイルを使用してモデルが作成され、αＳＡＰの値を、モデルのＢが計測されたＢに一致するまで調整した。約１．３×１０−６のαＳＡＰの値は、あり得るＳＡＰの組成（ホウ素添加シリカ）として妥当である。
【０１２６】
以下は、先の図における幾何構造のファイバを利用したモデルで計算した複屈折Ｂの例の表である。
【表１】
0006657087.tif 000002
【０１２７】
特に、標準的なステップインデックスＰＭファイバと比較して、これらのＰＭ／ＰＺ  ＬＣＦの例に対するＢの値は低い。モデルは、ＰＭ→ＰＺ移行範囲があることを示し、Ｂが約７×１０−５より小さければファイバはＰＭである。Ｂが約８×１０−５より大きければＬＣＦはＰＺである。
【０１２８】
モデルの利点の一例として、上記の例のＹｂ添加コアで偏光ＬＣＦファイバ増幅器のモード複屈折が推定され、アクティブファイバとしてのＰＺの性質の予測をもたらした。
【０１２９】
実施例：クラッド材料のインデックス均一性
大きなコアのファイバ作製において、インデックス均一性が考慮されるべきである。例えば、米国特許第７４５０８１３号、発明の名称「Ｒａｒｅ  ｅａｒｔｈ  ｄｏｐｅｄ  ａｎｄ  ｌａｒｇｅ  ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ａｒｅａ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒｓ  ｆｏｒ  ｆｉｂｅｒ  ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ」は、インデックス非均一性の影響を開示する。米国特許第７４５０８１３号（‘８１３）は、開示する全てについてその全体において参照によりここに取り込まれる。例えば、‘８１３はインデックス非均一性の影響について検討し、局所化された導波路の形成を含み、インデックス均一性を得るための方法を特定する。‘８１３の少なくとも第５欄２８行−第６欄３４行を参照。偏光（ＰＺ）又は偏波保持（ＰＭ）漏洩チャネルファイバのある好ましい実施形態では、コアを囲むクラッド材料の均一性は、約５×１０−５、約１×１０−５又は約５×１０−６よりも良好となり得る。
【０１３０】
ここで使用される条件付きの文言、例えば、特に「ｃａｎ」、「ｃｏｕｌｄ」、「ｍａｙ」、「ｍｉｇｈｔ」、「例えば」などは、特に指定のない限り、又は使用される文脈で他のように理解されない限り、通常、ある構成、要素及び／又はステップを、ある実施形態は含み、他の実施形態は含まないことを伝えること意図している。したがって、そのような条件付きの文言は、一般に、構成、要素及び／若しくはステップが１以上の実施形態に対して何らかの態様で要求されること、又はこれらの構成、要素及び／若しくはステップが任意の特定の実施形態に含まれ、若しくは実行されるべきかを著者の記入若しくは助言の有無にかかわらず決定するための論理を１以上の実施形態が必ず含むこと示唆するものではない。用語「備える」、「含む」、「有する」などは同意語であり、包含的に拡張可能な方法で使用され、追加の要素、構成、行為、動作などを排除しない。また、用語「又は」は、その包含的な意味で（排他的な意味ではなく）使用され、例えば、要素の列挙をつなぐために使用される場合、用語「又は」は、列挙された要素のうちの１つ、一部又は全部を意味する。さらに、この出願及び添付の請求項で使用される冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、他に指定されない限り「１以上」又は「少なくとも１つの」を意味するよう解釈されるべきである。ここでは、項目の列挙の「少なくとも１つの」に言及する表現は、それら要素の任意の組合せのことであり、１要素の場合を含む。例として、「少なくとも１つのＡ、Ｂ又はＣ」は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ及びＢ、Ａ及びＣ、Ｂ及びＣ並びにＡ、Ｂ及びＣを含むものとする。例えば、「少なくとも１つのＸ、Ｙ及びＺ」のような連結的な表現は、あるいは、特に指定のない限り、通常使用される文脈で、項目、用語などが少なくとも１つのＸ、Ｙ又はＺとなり得ることを伝えるものとして理解される。したがって、このような連結的な表現は、ある実施形態が少なくとも１つのＸ、少なくとも１つのＹ及び少なくとも１つのＺの各々が存在することを要求するという意味を一般に意図するものではない。
【０１３１】
ここに記載される実験例、実験データ、表、グラフ、プロット、写真、図並びに処理及び／又は動作パラメータ（例えば値及び／又は範囲）は、開示されたファイバの構成又は動作条件の説明となるものであり、ここで開示されたファイバの様々な実施形態についての構成又は動作条件の範囲を限定する意図はない。さらに、実験、実験データ、計算データ、表、グラフ、プロット、写真、図及びここで開示された他のデータは、開示されたファイバの実施形態における様々なレジームを示し、そのレジームにおいて、開示されたファイバの実施形態は、１以上の所望の結果を生じるよう効果的に動作し得る。そのような動作レジーム及び所望の結果は、例えば表、グラフ、プロット、図又は写真に示された動作パラメータ、条件又は結果の特定の値のみに制限されず、これら特定の値を含む又は値に亘る適切な範囲も含む。したがって、ここで開示された値は、表、グラフ、プロット、図、写真などに記載又は表示された任意の値（又は上下限）間の範囲の値の全部を含む。さらに、ここで開示された値は、表、グラフ、プロット、図、写真などに記載又は表示された他の値により示されるように、表、グラフ、プロット、図、写真などに記載又は表示された任意の値の上方又は下方の範囲を含む。また、ここで開示されたデータは、１以上の効果的な動作範囲及び／又はある実施形態についての１以上の所望の結果を確証し得るが、全ての実施形態が、そのような動作範囲それぞれで動作可能である必要はなく、そのような所望の結果それぞれを生じる必要はないことを理解されるべきである。また、開示されたファイバの他の実施形態は、異なって構成され、又は実験例、実験データ、表、グラフ、プロット、写真、図及びここでの他のデータに関連して図示及び記載されたものとは異なる動作レジームで動作し、及び／若しくは異なる結果を生じる。
【０１３２】
本開示を概説する目的のために、所定の形態、効果及び新規の構成がここに記載される。しかし、必ずしも全てのそのような効果が、特定の実施形態において達成され得るわけではないことが理解されるべきである。したがって、所定の実施例は、ここで教示又は示唆され得るように、必ずしも他の効果を達成することなく１以上の効果を達成する態様で具体化又は実施され得る。いずれの構成又は構成群も各実施形態について必須又は必要ではない。構成は、図示又は記載したものとは異なるように追加、削除又は調整され得る。
【０１３３】
したがって、所定の実施形態のみが特にここで具体的に記載されるが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく多数の変更がなされ得ることは明らかである。さらに、頭字語は、明細書及び請求項の可読性を高めるためにのみ使用される。これらの頭字語は、使用される用語の一般性を弱めることを意図していないことに留意すべきであり、請求項の範囲をそこに記載される実施形態に限定するものと解釈されるべきではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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