(57)【要約】本開示は、高次モード信号（HOM）のために利得材料、あるいは励起光のプロファイルを信号光のプロファイルと整合させることによってより効率よく信号を増幅する方法を提供する。そうすることによって、より効率のよいエネルギーの抽出が達成される。
2010531049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムであって、
（Ａ）光ファイバを含み、前記光ファイバが、
（Ａ１）高次モードを導く利得ドープされた領域を含み、前記利得ドープされた領域が、
（Ａ１ａ）希土類（ＲＥ）でドープされた、第一の屈折率を有するコアと、
（Ａ１ｂ）前記コアの半径方向外側に配される内側クラッドとを含み、前記内側クラッドは第二の屈折率を有し、前記第二の屈折率は前記第一の屈折率よりも小さく、そして、前記内側クラッドはＲＥでドープされており、前記光ファイバはさらに、
（Ａ２）前記内側クラッドの半径方向外側に配される溝を含み、前記溝は空気孔からなり、前記溝は第三の屈折率を有し、そして、前記第三の屈折率は前記第二の屈折率よりも小さいものであり、前記システムはさらに、
（Ｂ）前記光ファイバに光学的に結合された信号源を含み、前記信号源は前記光ファイバの前記利得ドープされた領域に信号光を射出するものであり、さらに、
（Ｃ）前記光ファイバに光学的に結合された、カスケード式ラマン共振器（ＣＲＲ）を含み、前記ＣＲＲは、前記光ファイバの前記利得ドープされた領域を励起することを特徴とするシステム。
【請求項２】
システムであって、
利得ドープされた領域を有する光ファイバを含み、前記利得ドープされた領域が高次モード（ＨＯＭ）のための導波路であり、さらに、
前記光ファイバの前記利得ドープされた領域に光学的に結合された信号源を含み、前記信号源は前記光ファイバの前記利得ドープされた領域に信号を射出するものであり、さらに、
前記利得ドープされた領域に光学的に結合された励起光源を含み、前記励起光源は前記光ファイバの前記利得ドープされた領域を励起することを特徴とするシステム。
【請求項３】
前記励起光源がカスケード式ラマン共振器であることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記利得ドープされた領域が希土類（ＲＥ）ドーパントを含むことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記希土類（ＲＥ）ドーパントがエルビウムであることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記希土類（ＲＥ）ドーパントがイットリビウムであることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記光ファイバが、
前記利得ドープされた領域の半径方向外側に配される溝を含み、前記溝は、前記利得ドープされた領域の屈折率よりも低い屈折率を有することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
前記溝が空気からなることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記利得ドープされた領域が、
第一の屈折率を有する利得ドープされたコアと、
第二の屈折率を有する利得ドープされた内側クラッドとを含み、前記第二の屈折率は前記第一の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項１０】
前記光ファイバが前記利得ドープされた領域の半径方向外側に配された溝からなり、前記溝が第三の屈折率を有し、そして、前記第三の屈折率が前記第二の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記溝が空気からなることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記溝がシリカの網からなることを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１３】
高次モードのための導波路である利得ドープされた領域を有する光ファイバにおいて、
前記利得ドープされた領域に信号を射出するステップと、
前記利得ドープされた領域を励起するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記利得ドープされた領域を励起するステップが前記利得ドープされた領域を直接的に励起するステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方式。
【請求項１５】
前記利得ドープされた領域を励起するステップが励起波長で光を射出するステップを含み、前記光がファイバレーザによって射出されることを特徴とする請求項１３に記載の方式。
【請求項１６】
前記ファイバレーザがカスケード式ラマン共振器（ＣＲＲ）であることを特徴とする請求項１５に記載の方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
この出願は「高次モード増幅器」と題する２００７年２月５日に出願された米国特許出願第６０／８８８，１１４号に対して優先権の利益を主張し、参照のためそのすべてがここに引用される。
【０００２】
さらに、その全体を明白に説明するために以下の米国特許出願が参照のためここに引用される。
【０００３】
（ａ）ＤｉＧｉｏｖａｎｎｉ他によって２００６年１１月３０日に出願された米国特許出願第１１／６０６，７１８号
【０００４】
（ｂ）Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ他によって２００５年９月２０日に出願された米国特許出願第１１／２３０，９０５号
【０００５】
（ｃ）Ｒａｍａｃｈａｎｄｒａｎ他によって２００５年４月１４日に出願された米国特許出願第１１／１０５，８５０号
【０００６】
（ｄ）Ｒａｍａｃｈａｎｄｒａｎ他によって２００６年３月０４日に出願された米国特許出願第１１／３６７，４９５号
【０００７】
（ｅ）Ｆｉｎｉ他によって２００６年７月１４日に出願された米国特許出願第１１／４８７，２５８号
【０００８】
さらに、同時に出願された以下の米国出願特許がその全体を説明するために参照のためここに引用される。
【０００９】
（ｆ）「光ファイバの誘電破壊の防止」と題するＲａｍａｃｈａｎｄｒａｎ、およびＹａｂｌｏｎによる［文書Ｎ０．ＦＥＮＡ００１３６３］
【００１０】
（ｇ）「高次モード（ＨＯＭ）信号伝播において継続的に生じる有効断面積の増加」と題するＤｉＧｉｏｖａｎｎｉ、およびＲａｍａｃｈａｎｄｒａｎによる［文書Ｎ０．ＦＥＮＡ００１３６４］
【００１１】
（ｈ）「信号モードとは異なる高次モードにおける励起」と題するＲａｍａｃｈａｎｄｒａｎによる［文書Ｎ０．ＦＥＮＡ００１３６５］
【００１２】
（ｉ）「光ファイバの分割された利得ドーピング」と題するＤｉＧｉｏｖａｎｎｉ、Ｇｈａｌｍｉ、Ｍｅｒｍｅｌｓｔｅｉｎ、およびＲａｍａｃｈａｎｄｒａｎによる［文書Ｎ０．ＦＥＮＡ００１３６６］
【００１３】
（ｊ）「本質的に信号モードと同一である高次モードにおける励起”と題するＤｉＧｉｏｖａｎｎｉ、およびＨｅａｄｌｙによる［文書Ｎ０．ＦＥＮＡ００１３６８］
【００１４】
本開示は一般に光ファイバ、より詳しくは光ファイバにおける高次モード（ＨＯＭ）信号伝送に関する。
【背景技術】
【００１５】
シリカベースの光ファイバが高出力レーザ、および増幅器に使われてきているが、ファイバを通して伝送される信号のパワーを増加させ、信号増幅中のエネルギー効率を改善する努力が継続的に行なわれている。
【００１６】
従来のレーザ励起においては、エネルギーが外部のエネルギー源から利得ドープファイバ（あるいは他のレーザ利得媒体）に移される。その移されたエネルギーがファイバに吸収され、それによってファイバ内の原子の励起状態を生成する。ある点で、一つの励起状態にある粒子の数が基底状態（あるいは他の励起されない状態）にある粒子の数を越える。分子反転として知られるこの条件で、誘導放出が起こり、ファイバがレーザ、あるいは光増幅器として作用する。こうして、信号がファイバに注入されると、励起エネルギーが利得媒体から注入された信号に移され、したがってファイバを伝播するにしたがい、注入された信号を増幅する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許出願第１１／６０６，７１８号
【特許文献２】米国特許出願第１１／２３０，９０５号
【特許文献３】米国特許出願第１１／１０５，８５０号
【特許文献４】米国特許出願第１１／３６７，４９５号
【特許文献５】米国特許出願第１１／４８７，２５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
注入された信号のプロファイルを変えるための努力が引き続き行なわれている。しかし、大規模に研究されていない事項は励起光を適合させることによる効果である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１Ａ】励起光および信号の両方を高次モード（ＨＯＭ）に変換するための構成例を示す模式図である。
【図１Ｂ】励起光および信号の両方をＨＯＭに変換するための他の構成例を示す模式図である。
【図２Ａ】励起光および信号の両方をＨＯＭに変換するための第三の構成例を示す模式図である。
【図２Ｂ】励起光および信号の両方をＨＯＭに変換するための第四の構成例を示す模式図である。
【図３】光ファイバの屈折率プロファイルの例を示すチャートである。
【図４Ａ】光ファイバの断面の近視野像を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ａのファイバに沿って伝達される信号の近視野像の例を示す図である。
【図５Ａ】光ファイバの屈折率プロファイル、および光ファイバに沿って伝達される対応するＨＯＭ信号を示す図である。
【図５Ｂ】ＨＯＭ信号の信号プロファイル、および対応するファイバの利得ドーププロファイルを示すチャートである。
【図６Ａ】例示的なＨＯＭ信号の近視野像を示す図である。
【図６Ｂ】図６ＡのＨＯＭ信号に対応する励起領域を示す図である。
【図７Ａ】例示的なＨＯＭ信号の近視野像を示す図である。
【図７Ｂ】図７ＡのＨＯＭ信号に対応する励起された領域を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
開示の多くの観点が以下の図面の参照によってよりよく理解される。図面の構成要素は必ずしも寸法どおりではなく、むしろ本開示の理論を明確に示すために強調される。さらに、図面中で数枚の図面にわたって同じ参照番号が該当する部分を示している。
【００２１】
図に示される実施例の記述を詳細に参照する。これらの図とともにいくつかの実施例が記載されているが、ここに記載される実施例に開示を限定する意図はない。むしろ、意図するところはすべての変形、修正、および類似のことすべてをカバーするということである。
【００２２】
上に述べられるように、従来のレーザ励起においては、エネルギーが外部のエネルギー源から利得ドープファイバに移され、それによってファイバ中の原子に励起状態を生成する。分子反転が達成されると、誘導放出が生じ、ファイバはレーザ、あるいは光増幅器として作用する。こうして、信号がファイバに注入されると、励起エネルギーが利得媒体から注入された信号に移され、したがってファイバを伝播するにしたがい、注入された信号を増幅する。
【００２３】
波長１．５ミクロンメータの付近に高出力信号を生成する（例えば、エルビウム（Ｅｒ）、あるいはイッテルビウム（Ｙｂ）をドープされた）希土類ドープ増幅器はしばしばクラッド励起であって、励起光が利得ドープされていないクラッド中に導入されるということを意味する。クラッド中の励起光はいろいろ既知の反射、および屈折の機構を経てその結果、光ファイバの利得ドープされた領域に入り、利得ドープ領域内で分子反転させる結果となる。
【００２４】
あいにく、利得ドープされていないクラッド領域に比較して非常に小さな利得ドープ断面積を持つファイバでは励起光の吸収長が大きくなる。吸収長の増加は励起レベルがより低く、出力の効率も低い結果となる。
【００２５】
この問題を改善するために、一般に利得ドープされていないクラッドよりむしろコア（あるいは他の利得ドープ領域）を励起することが望ましい。しかし、利得ドープ領域に直接結合される適切な励起ダイオードは十分なパワーを有していない。図１および２に示されるように本発明のいくつかの実施例においては、カスケード式ラマン共振器（ＣＲＲ）がコア（あるいは他の利得ドープ領域）を励起するために使われる。本発明はＣＲＲの使用に限定されないということが認識されるべきである。むしろ、他のファイバレーザが光ファイバの利得ドープ領域を励起するために使われることもできる。
【００２６】
また、図１Ａ、１Ｂ、２Ａ、および２Ｂに示されるように、増幅されるべき信号の空間的強度プロファイルに適合するように励起光を適切に変えることによって変換の効率をさらに増加させるためのいろいろな方法がある。励起光の空間的強度プロファイルを信号の空間的強度プロファイルに適合させることにより、より効率的なエネルギーの抽出が達成される。その理由は、励起光のエネルギーが信号に渡されないと、これが増幅された自然放出（ＡＳＥ）をもたらすということであって、よく知られているように望ましくない効果である。
【００２７】
図の参照において、図１Ａは励起光および信号の両方を高次モード（ＨＯＭ）変換するための構成例を示す。特に、図１Ａは励起光源としてカスケード式ラマン共振器（ＣＲＲ）１１５を用いる実施例を示す。励起光は入力ファイバ１６０で信号１１０と多重化され、多重化された光が部分１２０で入力ファイバ１６０に接合されている利得ドープファイバ１５５の中に射出される。ＣＲＲ１１５は（利得ドープされていない）外側のクラッドを励起するよりも、射出端で利得ドープされた領域を励起するので、この構成は励起光をエネルギー変換が生じる利得ドープ領域に閉じ込めることにより、従来のクラッド励起に比較して出力効率を増加させる。
【００２８】
図１Ａにおいて、長周期グレーティング（ＬＰＧ）などのモード変換器１３５が利得ファイバ１５５に沿ってある距離だけ配され、高次モード（ＨＯＭ）信号への変換前に信号が基底ＬＰ０１モード１２５で増幅されることを可能にする。利得ファイバ１５５は図３に示されるプロファイルと似たプロファイルを有する。当該技術に通常の技能を有する人はこれらの屈折率プロファイルをよく知っているので、ここでは図３は詳細には議論されない。図１Ａの実施例において、コアおよび内側のクラッドを経て進行する信号が増幅されるようにコア（ｄｃｏｒｅ）および内側のクラッド（ｄｉｃｌａｄ）はいずれも利得ドープされているとだけ述べておく。
【００２９】
引き続き図１Ａにおいて、モード変換器１３５は変換効率に複数のピークを持ち、それによって励起波長と信号波長の両方に適合するように設計される。モード変換器の高い吸光性によって、モード変換器１３５と共振しない光はほとんど減衰、あるいは歪むことなく変換器１３５を通過する。
【００３０】
ピークは波長１４８０、および（ここでは１５ＸＸとして示される）１５００−１６００μｍの範囲について示されるので、モード変換器１３５は仮想的にはいずれの波長の組合せにも適合するように設計されるということが認められるべきである。モード変換器は広帯域の運用に向けて設計、製作されるので、特に転換点（ＴＡＰ）で運用されるとき、もし励起光および信号光の波長が変換帯域幅内である場合、光１４５は利得ファイバ１５５を伝播し続けるので、信号および励起光の両方が同一のＨＯＭに変換される。
【００３１】
図７Ａおよび７Ｂはそれぞれ例としての信号６１０および励起光７２０の近視野像を示す図であって、その両方は励起光７２０の強度プロファイルが信号光６１０の強度プロファイルと実質的に重なるようにＨＯＭに変換されている。図７Ａおよび７ＢはＬＰ０６モードであるＨＯＭを示しているが、励起光および信号光は希望する、あるいは必要な他のＨＯＭに変換され得るということが理解されるべきである。図７Ａおよび７Ｂに示されるように、ＬＰ０６励起光７２０はＬＰ０６信号光６１０と重なるので、励起エネルギーはより効率よく変換され、「暗」領域からのＡＳＥのようなものはほとんどない。
【００３２】
他の実施例において、励起および信号光を分離して変換するために複数の変換器が使われる。また、他の実施例においては、信号と励起光は同一のＨＯＭに変換される必要はない。むしろ、信号光は一ＨＯＭに変換され、励起光は他のＨＯＭに変換されるかもしれない。図２Ａは、信号および励起光が直列に配され二つの個別のモード変換器を用いて異なるＨＯＭに変換される一つの実施例を示す。
【００３３】
図２Ａに示されるように、構成は信号２１０を送り出す信号源２０５、および励起光を出すＣＲＲ２１５とからなる。信号２１０と励起光は利得ドープファイバ２５０に部分２２０で接合されている入力ファイバ２５５上において多重化される。図１Ａに記される実施例と同様に、図２Ａの利得ドープファイバは利得ドープコア、および利得ドープ内側クラッドを有する。
【００３４】
多重化されたＬＰ０１光２５５はファイバ２５０に沿ってある距離を進行し、信号が基底ＬＰ０１モードで増幅されることを可能にする。ある時点で、信号モード変換器が信号をＬＰ０ｍモード２３５に変換し、その間、ほとんど、あるいはまったく歪み、あるいは減衰なしに励起光を通過させる。図６Ａおよび６Ｂはｍ＝６である特定の例を示す。信号モード変換器２３０を通過すると、その結果であるＬＰ０６信号光は図６Ａに示される信号光と同じように見え、変換なしに信号モード変換器２３０を通過する励起光は図６Ｂに示される励起光と同じように見える。
【００３５】
信号モード変換器２３０の通過に続いて、ＨＯＭ信号６１０と励起光６２０は特性的に励起波長だけに作用するように構成される励起モード変換器２４０を通過する。それゆえに、ＨＯＭ信号６１０はほとんど、あるいはまったく歪み、あるいは減衰なしに励起モード変換器を通過し、それに対してＬＰ０１励起光はＨＯＭに変換される。ＨＯＭ信号およびＨＯＭ励起光を含む変換された光２４５は利得ファイバ２５０を進行し続ける。
【００３６】
信号モード変換器２３０、および励起モード変換器２４０は利得ファイバ２５０に沿って直列に配されるとして図２Ａに示されるが、モード変換器がＬＰＧ、あるいは他の類似の構造で作られるなら、モード変換器２３０、２４０は利得ファイバ２５０中の物理的に同じ位置に書かれてもよいということが理解されるべきである。あるいは、装置の運用に有害な影響を及ぼすことなくモード変換器の順番が変えられてもよい。また、図２Ａの実施例に示されるように、励起（ｎ）のＨＯＭは信号（ｍ）のＨＯＭと同じである必要はない。
【００３７】
信号と励起光を異なるＨＯＭ（つまり、ｍ≠ｎ）に変換する理由がある。例えば、励起モード変換器２４０は励起波長、あるいはいくつかの多重励起波長の不確実さ、あるいはドリフトに順応するためにグレーティングＴＡＰの近くに作られる広帯域変換器のほうがよい。信号モード変換器２３０は不要な波長成分を除去するために狭帯域の装置がよい。この特別な事情により、励起モード（ｎ）は信号モード（ｍ）と異なることが望ましい。
【００３８】
図１Ａの実施例に戻って、モード消光を改善するために、モード変換器１３５の前に追加のＨＯＭモード除去器１３０を意図的に配することにより接合部からの不要なモード、および散乱が除去される。ＨＯＭモード除去器１３０がない他の実施例が図１Ｂとして示される。図１Ａの構成はモード除去器１３０を除いて本質的に図１Ｂの構成と類似しているので、ここで重複する項目の説明は省かれている。
【００３９】
続いて、図１Ａに示されるモード除去器１３０は短尺のファイバとして作られ、その上の被覆が除去されて、クラッド中の光を除去するためにファイバは先細りに、あるいはエッチングされる。それによって、中心部のコアによって導かれる（励起および信号の両方を含む）光だけが残る。言い換えると、モード除去器１３０はシステム中にあるいろいろな不要ＨＯＭを除去し（あるいは、はぎ取り）、モード変換器１３５との組合せでモード除去器１３０が同じモードの帯域内ＡＳＥの除去機能を除いてすべてのフィルタ機能を満たしている。
【００４０】
例えば、光は後方に（あるいは、信号に逆行して）伝播する多数のＨＯＭ中に存在する。これらの不要なＨＯＭはＡＳＥ、あるいはＨＯＭ利得ファイバ１５５中に生じる誘導ブリリュアン散乱（ＳＢＳ）、あるいは反射光によってもたらされる。そのような後方に伝播する光はモード変換器１３５と共振せず、クラッド中に残り、モード除去器によって除去されるべきものである。
【００４１】
前方に伝播するＨＯＭ光は接合部で、あるいはモード除去器１３０の信号側の切片中あるいはその前の散乱から生じる場合がある。モード除去器１３０はこの前方に伝播するＨＯＭ光も除去する。
【００４２】
さらに、所望のＨＯＭ中で、しかしモード変換器１３５の帯域外で発生するＡＳＥも基底モードに変化しない。したがって、この帯域外ＨＯＭも除去される。
【００４３】
また、ＨＯＭ部のＬＰ０１基底モード中に発生し、後方に伝播する帯域内ＡＳＥはＬＰ０７に変化し、同じくモード除去器１３０によって除去される。
【００４４】
要約すると、モード除去器１３０は帯域内のＨＯＭおよび帯域外の基底モードを除くすべてを除去する。しかし、帯域内ＡＳＥは一般に問題ではない。また、定義により励起光のプロファイルは信号光のそれと適合するので、帯域外の基底モードも問題ではない。したがって、光の問題部分の多くはモード除去器１３０によって除去され、モード除去器１３０によって変化されずに残るいずれの光も良性といえそうである。
【００４５】
図１Ａのモード除去器１３０の機能があると、モード変換器２３０の前に追加のＨＯＭモード除去器１３０を意図的に配することにより、同様の改善が図２Ａの実施例において達成できる。ＨＯＭモード除去器１３０を含むそのような実施例が図２Ｂに示される。図２Ｂの残りの構成は本質的に図２Ａの構成と同じであるので、ここでは図２Ｂの他の類似の構成要素の説明は省かれる。
【００４６】
ＣＲＲ１１５、２１５はコア（あるいは、他のより直径の小さい利得ドープ領域）を励起するので、利得ドープファイバの構造をより詳細に検証する価値がある。図４Ａは光ファイバの断面の近視野像を示す図であり、図４Ｂは図４Ａのファイバに沿って伝送される一例としての信号の近視野像を示す図である。
【００４７】
背景として、ＨＯＭ増幅器を含む従来の二層クラッド増幅器はクラッドによる励起である。これらのクラッドによる励起増幅器は信号を導く領域（一般的にはコアで、利得ドープされている）、および励起光を導く領域（一般的にはクラッドで、利得ドープされていない）を含む。普通、クラッドの断面積はコアの断面積よりも大きい。この面積の違いが高出力動作に使われる低輝度の励起光に順応し、それはおおよそ二つの面積の比に比例する量だけ励起光の吸収の割合が減少するということを意味する。このことがそれに対応するファイバ長の増加をもたらす。
【００４８】
あいにく、高出力増幅器においては、この長さの増加が付随的に長さに依存する望ましくない非線形効果の量を増加させる。この理由により、重なりを増加させるために励起光を信号と同じ空間領域に導くことが望ましい。
【００４９】
従来の低輝度励起大モード面積（ＬＭＡ）ファイバでは、導くモードの数を減らし、大モード面積を保持するためにコアが比較的小さい開口数（ＮＡ）を持つので、これは一般的には不可能である。そのような設計においては、励起光の伝播路（例えば、クラッド）は異なる特性を有し、したがって信号の伝播路（例えば、コア）は異なる空間領域になければならない。
【００５０】
ＨＯＭ伝播について、このことはそれほど必要ではない。なぜならモードはしっかりと導かれ、モード結合し難く、かつたいへん消光しやすい状態で励起されるので、伝播路のＮＡが大きい。実際、励起光伝播路、およびＨＯＭ伝播路は同じ領域にあり得る。図に戻り、図４ＡはＨＯＭ信号を伝播できるファイバ（あるいは、導波路）の断面像４１０を示す。ファイバは中心部のコア（像４１０には見えない）、およびコアを取り巻く内側のクラッド４３０からなる。内側のクラッド４３０に対して半径方向外側は空気孔４４０の輪であり、それがまたシリカの輪４５０に囲まれている。図示されていないが、ポリマの層が全体構造を取り囲む。そのようなファイバの屈折率プロファイルが図３に示される。
【００５１】
内側のクラッド４３０は薄いシリカの網に支持され、それが空気孔を明示している。網の厚さは、光を内側のクラッド４３０内に閉じ込め、シリカの輪４５０への光の漏れを妨げるために十分なだけ薄い。空気とシリカの間の屈折率の大きな差（図３にΔＮｄｄとして示される）によって、内側のクラッド４３０は高い開口数ＮＡの伝播路（約０．６〜０．８）であって、励起光を保持するために適している。
【００５２】
さらに、ＮＡは空気孔よりも低屈折率のポリマで構成される従来の二層クラッドファイバよりはるかに高いので、図４Ａのファイバの光伝送容量は直径が約５０％大きいファイバと等しい。いくつかのＨＯＭ設計に対して、励起光伝播路は自由空間光を用いて励起される。
【００５３】
図４Ｂは図４Ａのファイバに沿って伝送されるＨＯＭ信号の一例の近視野像４２０を示す。特に、ＬＰ０６ＨＯＭの最外層の輪の直径と内側クラッド４３０の直径との間の対応を示すために、図４Ｂの尺度は図４Ａの尺度に合わせてある。この対応により、利得ドープされると内側クラッド４３０はＨＯＭを導くために適していることがわかる。したがって、励起光と信号光は高い空間的な重なりを持ち、同じ利得ドープ領域４３０（コア、および内側クラッド）によって導かれる。言い換えると、信号および励起光が異なる空間モードにあるとしても、同じ導波路が信号と励起光の両方を閉じ込める。
【００５４】
図４Ｂの続きで、ＨＯＭ像４２０の強度パターンは内側クラッド４３０の周辺の形によるわずかな違いを示す。従来の二層クラッドファイバにおいては、もっと効率よく励起光をより小さな利得（あるいは、コア）領域に結合するために、非円形励起導波路を作る、あるいは励起導波路内にモード歪みを引き起こすために膨大な努力が費やされている。図４Ａの従来の二層クラッドファイバと違って、励起および信号光が同じ場所に配され、それゆえに励起導波路は円形で歪みなしに出来る。
【００５５】
他の実施例で、非円形の内側クラッドが構成される。例えば、薄い寸法で熱伝導特性が改善されることにより、直角の内側クラッドが使われる。
【００５６】
空気−クラッドファイバが図４Ａに具体的に示されているが、コア励起の概念はポリマ−クラッドファイバ、およびガラス−クラッドファイバに拡張できるということに注目する価値がある。非常に深い溝（Δ図３のΔＮｄｄは非常に大きい）を有する実施例に対して、溝領域（図３のｄｄｄ）は大きくできる。その結果として、外側領域（図３のｄｏｃｌａｄ）は全体を除去できる。
【００５７】
上記のように、図１および２の実施例は信号光の強度プロファイルを励起光の強度プロファイルと整合させるためのいろいろな方法を示している。強度プロファイルを整合させることにより、「暗」領域からのＡＳＥが低減される。これらのいわゆる「暗」領域のＡＳＥを低減する他の選択肢は、信号の「暗」領域に対応するファイバ領域が利得ドーパントを有しないように利得ドープファイバを選択的にドープすることによる。これは図５Ａおよび５Ｂを参照すると詳細に記されている。
【００５８】
図５Ａは光ファイバ、および光ファイバに沿って伝送される対応するＨＯＭ信号５２０の屈折率プロファイル５１０を示すチャート５００である。図５Ａに示されるように、ＬＰ０８ＨＯＭ信号５２０が内側クラッドに沿って搬送され、この具体的な実施例では、それが半径方向外側に約４０ミクロンメータまで広がる。 「暗」領域はＨＯＭ信号５２０のプロット上の強度ゼロに対応する。
【００５９】
図５Ｂは図５ＡのＨＯＭ信号５２０、および対応するファイバの利得ドーププロファイル５６０を示すチャートである。これからわかるように、ファイバは半径方向の異なる位置に希土類（ＲＥ）ドーパントをドープされる。特に、利得ドーパントの位置はＬＰ０８ＨＯＭ信号５２０の強度がピークの位置のそれぞれに対応する。したがって、主として内側のクラッド全体に一様に分布するＲＥドーパントを有する従来の利得ドープファイバと違って、図５Ｂの実施例は、特定のファイバに沿って伝送される特定のＨＯＭ信号に対応するファイバの各部に分割されたドープ状態を示す。
【００６０】
単純に励起光をＨＯＭに変換することと比較して、分割されたドープ状態のひとつの不具合はモード選択の自由度が低くなることである。いったんファイバが特定の領域に利得ドープされると、利得ドープファイバのプロファイルと信号との空間的対応を壊すことなく信号の強度プロファイルを変えることができない。さらに、異常なドーピングが利得ドープ領域とＨＯＭ信号の不完全な重なりをもたらす結果となる。この理由により、図５Ａおよび５Ｂの分割されたドーピングよりも、むしろ図１および２による方法を採用することが好ましい。
【００６１】
例示的な実施例が示され、説明されてきたが、説明された開示に対して数多くの変形、修正あるいは変更がなされてよいことが通常の技術を有する者には明らかであろう。例えば、特定のＨＯＭが図面に示され、詳細に説明されているが、（明確に示されたものに加えて）他の次数のモードがいろいろ他の設計パラメータに順応するために使われるということが理解されるべきである。さらに、ドーピングプロファイルの具体的な例が示され、説明されてきたが、これらの具体的なドーピングプロファイルは異なるＨＯＭ信号に対応するように、いろいろなレベルで変えられてよいということが理解されるべきである。したがって、それらすべての変形、修正、および変更は開示の範囲内であるべきである。
【符号の説明】
【００６２】
１１０                信号
１１５、２１５        カスケード式ラマン共振器（ＣＲＲ）
１２０、２２０        入力ファイバと利得ドープファイバの接合部
１２５                信号の基底ＬＰ０１モード
１３０                モード除去器
１３５                モード変換器
１４５                伝播光
１５５、２５０        利得ドープファイバ
１６０、２５５        入力ファイバ
２０５                信号源
２１０、６１０        信号光
２３０                信号モード変換器
２３５                信号のＬＰ０ｍモード
２４０                励起光モード変換器
２５５                多重化されたＬＰ０１モード光
４１０                ファイバの断面像
４２０                ＨＯＭの近視野像
４３０                内側のクラッド
４４０                空気孔
４５０                シリカの輪
５００                屈折率のチャート
５１０                屈折率プロファイル
５２０                ＨＯＭ信号
５６０                ＨＯＭ信号、および利得ドープファイバプロファイル
６２０、７２０        励起光
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
2010531049.tif 000016