(57)【要約】複数の押出し成形された非円形ケインを含むフォトニック結晶ファイバであって、押出し成形された非円形ケインのそれぞれが少なくとも１つの孔を備える。フォトニック結晶ファイバを製造する方法であって、ガラス材料を非円形の外断面を有するガラス管に加熱成形する工程、ガラス管を線引きして複数のケインを得る工程、ケインを積層してプリフォーム構造を生成する工程、および、プリフォーム構造を線引きしてフォトニック結晶ファイバを得る工程を含む。
2010520497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトニック結晶ファイバを製造する方法であって、
ガラス材料を非円形の外断面を有するガラス管に加熱成形する工程、
前記ガラス管を線引きして複数のケインを得る工程、
前記ケインを積層してプリフォーム構造を生成する工程、および、
前記プリフォーム構造を線引きしてフォトニック結晶ファイバを得る工程、
を含むことを特徴とするフォトニック結晶ファイバを製造する方法。
【請求項２】
前記プリフォーム構造を線引きする工程が、前記プリフォーム構造を線引きしてファイバプリフォームとする工程、および、該ファイバプリフォームを線引きしてフォトニック結晶ファイバを得る工程、を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記加熱成形する工程が、金型を通して前記ガラス材料を押出しする工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ガラス管が、前記管の軸に沿って延在する複数のチャンネルを備えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記ガラス管が、基本的に互いに平行で、前記管の軸に沿って延在する少なくとも１９個のチャンネルを備えることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記ケインを積層してプリフォーム構造を生成する工程が、前記ケインを整列させて、空の中央チャンネルを中心近傍に含むプリフォーム構造を生成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記ガラス材料を非円形の外断面を有するガラス管に加熱成形する工程が、前記ガラス材料を押出しして六角形の管とする工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
フォトニック結晶ファイバを製造する方法であって、
酸化物基準の重量百分率で表して、５５％〜７５％のＳｉＯ２、５％〜１０％のＮａ２Ｏ、２０％〜３５％のＢ２Ｏ３、および０％〜５％のＡｌ２Ｏ３より実質的になる組成を有する前駆体ガラス材料を押出ししてガラス管を得、該ガラス管が該管の軸に沿って延在する複数のチャンネルを有する工程、
前記ガラス管を溶出し、重量で少なくとも９０％のシリカを含む多孔質ガラス管を得る工程、
高密度化されたガラスを形成するために前記多孔質ガラス管を該ガラス管内の孔が崩壊するように加熱し、高密度化されたガラス管を得る工程、
前記高密度化されたガラス管を線引きし、複数のケインを得る工程、
前記ケインの積層部材を形成し、該ケインそれぞれが該積層部材内の隣接ケインと直接に接する工程、および、
前記積層部材を線引きし、フォトニック結晶ファイバを得る工程、
を含むことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ製造する方法。
【請求項９】
前記管が、前記管の軸に沿って延在する少なくとも１９個のチャンネルを備えることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
フォトニック結晶ファイバプリフォーム構造であって、複数の押出し成形された非円形ケインを備え、該押出し成形された非円形ケインそれぞれが、該ケインの軸に沿って延在する少なくとも１つのチャンネルを備えていることを特徴とするフォトニック結晶ファイバプリフォーム構造。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、その内容を引用し、またその全体を参照により本書に組み込む、２００７年２月２８日に出願された米国仮特許出願第６０／９０３，９０１号、タイトル「フォトニック結晶ファイバおよびそれを製造する方法」の利益を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、フォトニック結晶ファイバおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来の光導波路型ファイバは、光損失、非線形性、群速度、分散、および偏光効果の間のバランスを呈している。しかしながら、フォトニック結晶ファイバ（フォトニックバンドギャップファイバなどを含む）は近年、光のパルスとそのバルク成分との間の非線形性光相互作用を向上させる効果的な手法により、関心をますます広範囲に広げてきた。フォトニック結晶ファイバは、ファイバ光通信、ファイバレーザ、非線形装置、ハイパワー伝送、高感度ガスセンサ、およびその他の領域において用途が見出されている。
【０００４】
現在のフォトニック結晶ファイバの製造工程には、微細構造アレイを形成するための積層−延伸法の技術が含まれる。特に、積層−延伸法の工程においては、所望の巨視的な断面形状を生成するため、外側サポート管内の格子状アレイに多数のガラスキャピラリが配列される。このアレイはその後線引きされ、ファイバ内に組み立てられる。この積層−延伸法の工程は、手作業であるため比較的工程が遅く、１つのプリフォーム構造と別のものとが一貫していないといった問題がある。さらに工程の不整合性により、円形に成形されたキャピラリには、その溶融中および／または線引き中にしばしば位置ずれが発生し、ファイバ内に空隙や欠陥が発生する結果となっている。このような意図していない欠陥により、フォトニック結晶ファイバ内の光損失は著しく増加する。
【０００５】
整合性および欠陥に伴う問題に加え、従来の工程では、キャピラリまたはプリフォーム構造の形状を変えることは非常に困難である。例えば、大半のフォトニック結晶ファイバは円形形状のファイバプリフォームから線引きされるが、近年では六角形形状での研究が行われている。六角形プリフォームの従来の作製工程には、ＣＶＤにより管を用意し、その後管の外径を研磨して六角形形状を生成する工程が含まれていた。この研磨された六角形管は、予備線引き（redraw）してキャピラリとすることができ、各キャピラリはその後巨視的なアレイの内部へ積層され、真空下で線引きされる。このような六角形の管を作製してプリフォーム構造を組み立てるのに時間や費用が必要となるといった問題だけでなく、組立工程中にキャピラリがよじれたり動いたりするとファイバ内に意図していない空隙が生成されるという問題も生じる。この場合も、意図していない空隙や欠陥により光損失が増加する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、欠陥が少なく、再現性よく作製可能な特有の幾何学的形状を有する高品質なフォトニック結晶ファイバが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、問題や欠点に取り組み、かつ取り除くこと、あるいは従来のフォトニック結晶ファイバおよびその製造方法を改善することを意図している。
【０００８】
これを達成するために、本発明の一実施の形態は、フォトニック結晶ファイバを製造する方法であって、ガラス材料を非円形の外断面を有するガラス管に加熱成形する工程、ガラス管を線引きして複数のケインを得る工程、ケインを積層してプリフォーム構造を生成する工程、および、プリフォーム構造を線引きしてフォトニック結晶ファイバを得る工程、を含むことを特徴とするフォトニック結晶ファイバを製造する方法を含む。
【０００９】
上記をさらに達成するために、本発明の一実施の形態は、フォトニック結晶ファイバを製造する方法であって、酸化物基準の重量百分率で表して、５５％〜７５％のＳｉＯ２、５％〜１０％のＮａ２Ｏ、２０％〜３５％のＢ２Ｏ３、および０％〜５％のＡｌ２Ｏ３よりなる組成を有する前駆体ガラス材料を押出ししてガラス管を得、このガラス管がこの管の軸に沿って延在する複数のチャンネルを有する工程、ガラス管を溶出し、重量で少なくとも９０％のシリカを含む多孔質ガラス管を得る工程、高密度化されたガラスを形成するために多孔質ガラス管をこのガラス管内の孔が崩壊するように加熱し、高密度化されたガラス管を得る工程、高密度化されたガラス管を線引きし、複数のケインを得る工程、ケインの積層部材を形成し、ケインそれぞれがこの積層部材内の隣接ケインと直接に接する工程、および、積層部材を線引きし、フォトニック結晶ファイバを得る工程、を含むことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ製造する方法を含む。
【００１０】
上記をさらに達成するために、本発明の一実施の形態は、フォトニック結晶ファイバプリフォーム構造であって、複数の押出し成形された非円形ケインを備え、押出し成形された非円形ケインそれぞれが、このケインの軸に沿って延在する少なくとも１つのチャンネルを備えていることを特徴とする、フォトニック結晶ファイバプリフォーム構造を含む。
【００１１】
本明細書は、本発明を具体的に示しかつ明確に主張する請求範囲を最後に記すが、これは添付の図面とともに例示される以下の説明から、より理解されるであろうと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明によるフォトニック結晶ファイバ内で使用される代表的な管を製造するための代表的な金型を示す底面図
【図２Ａ】本発明によるフォトニック結晶ファイバの代表的な製造工程を示す概略図
【図２Ｂ】本発明によるフォトニック結晶ファイバの代表的な製造工程を示す概略図
【図２Ｃ】本発明によるフォトニック結晶ファイバの代表的な製造工程を示す概略図
【図３Ａ】本発明の代表的な実施形態により製造される別の代表的な管の画像
【図３Ｂ】本発明の代表的な実施形態により製造される別の代表的な管の画像
【図３Ｃ】本発明の代表的な実施形態により製造される別の代表的な管の画像
【図４Ａ】本発明によるフォトニック結晶ファイバの別の代表的な製造工程を示す概略図
【図４Ｂ】本発明によるフォトニック結晶ファイバの別の代表的な製造工程を示す概略図
【図５Ａ】本発明によるフォトニック結晶ファイバの別の代表的な製造工程を示す概略図
【図５Ｂ】本発明によるフォトニック結晶ファイバの別の代表的な製造工程を示す概略図
【図５Ｃ】本発明によるフォトニック結晶ファイバの別の代表的な製造工程を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面で説明される実施の形態は、実際の実例であって、請求の範囲により画定される本発明を限定することを意図したものではない。さらに、図面および本発明の個々の特徴は、詳細な説明を考慮するとより十分に明らかになり、また理解されるであろう。
【００１４】
指示のない限り、本明細書および請求範囲において使用される構成要素の重量パーセント、寸法、および特定の物理的特性値のような全ての数は、全ての場合において「約」という用語により修飾されると理解されたい。また、本明細書および請求項で使用される正確な数値は、本発明の付加的な実施形態を構成するものであることも理解されたい。これまで、実施例において開示される数値の正確性を確実にするための努力がなされてきた。しかしながら、任意の測定数値には本質的に、各測定技術に見られる標準偏差に起因する、ある程度の誤差が含まれる可能性がある。
【００１５】
本発明の記述および請求項で用いられる単数形は、「少なくとも一つ」を意味し、明確にこれに反する指示がなければ「唯一つ」に限定されるべきではない。従って、例えば「ケイン」の引用は、文脈が明らかに別のことを指示していない限り、２つ以上のケインを有する実施形態を含む。本明細書で用いられる、構成要素の「ｗｔ％」すなわち「重量パーセント」や「重量によるパーセント」は、特に反する記述がない限り、その構成要素が含まれる組成物すなわち製品の総重量に基づくものである。本明細書の全ての百分率は、特記しない限り重量によるものである。
【００１６】
ここでより詳細に記載するが、本発明者は、非円形の外断面を有する多孔質ガラス管を加熱成形または押出し成形する工程を開発してきた。形成された非円形管は、より小さな径の管へと線引きし、プリフォーム構造を造るために一緒に積層することができる。各管の外径は、プリフォーム構造アレイにこの管を一貫して整列および積層するため、他の管の幾何学的形状と一致する形状とすることもできる。その結果形成される作製物を（所望であれば）ケインへと線引きし、フォトニック結晶ファイバへと線引きするために外側管で被覆することもできる。ここに記載された工程により製造されるフォトニック結晶ファイバは、従来のフォトニック結晶ファイバと比較して、特有の幾何学的特性および伝送特性を有する。
【００１７】
本明細書で使用される「フォトニック結晶ファイバ」という用語には、フォトニック結晶ファイバ、フォトニックバンドギャップファイバ（バンドギャップ効果により光を閉じ込めるフォトニック結晶ファイバ）、ホーリーファイバ（断面に空孔を有するフォトニック結晶ファイバ）、空孔付加型ファイバ（空孔の存在により修正された従来の高屈折率コアにより光を導くフォトニック結晶ファイバ）、および／またはブラッグファイバ（多層の誘電体または金属の膜の同心リングにより形成されるフォトニックバンドギャップファイバ）が含まれることは理解されるであろう。
【００１８】
一実施の形態において、本発明の工程で使用されるガラス材料は、シリカ含有量が高いガラス群から選択されるものであってもよい。一般にこのようなガラスに関連する特性は、幾何学的に複雑な構造体において望ましいと考えられる。例えば、シリカ含有量が高いガラス前駆体は通常、軟化温度が１５００℃前後またはそれ以上であり、熱膨張性は低くＵＶ透過性は高い。一実施の形態において、このガラス前駆体／材料には、ニューヨーク州コーニング、コーニング社製のバイコール（ＶＹＣＯＲ；登録商標）製品の前駆体を含むこともできる。一般にバイコール（登録商標）はアルカリホウケイ酸塩ガラスとして始まり、アルカリホウケイ酸塩ガラスを少なくとも９０％（例えば約９５〜９６％）のシリカ構造体へと変換する処理工程に通される。この約９５〜９６％のシリカ構造体は、多孔質体もしくは強化されたガラス体となり得る。
【００１９】
バイコール（登録商標）製品およびそのガラス前駆体は、コーニング社の米国特許第２，１０６，７４４号明細書（´７４４特許）に記載されており、その全てが参照することにより本明細書に組み込まれる。そこで開示されているように、三成分系（Ｒ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２）のある領域のガラス組成は、適切な熱処理により２つの相に分離される。その相の一方はシリカを非常に多く含み、これに対し他方の相はアルカリおよび酸化ホウ素を非常に多く含む。´７４４特許は、７５％のＳｉＯ２、５％のＮａ２Ｏ、および２０％のＢ２Ｏ３の前駆体組成を開示している。しかし、本書に記載された方法に使用する他の前駆体組成には、例えば、６０．８２％のＳｉＯ２、７．５％のＮａ２Ｏ、２８．７％のＢ２Ｏ３、２．８３％のＡｌ２Ｏ３、および０．１５％のＣｌの組成が含まれ、このような組成の軟化温度は６７０℃前後であり、熱膨張係数は５２．５×１０−７／Ｋ前後である。当然のことながら、（重量パーセントで）５５〜７５％前後のＳｉＯ２、５〜１０％のＮａ２Ｏ、２０〜３５％のＢ２Ｏ３、０〜５％のＡｌ２Ｏ３、０〜０．５％のＣｌといった組成の範囲を有する任意の他のシリカガラス組成が、本発明の方法に使用されるものとして考えられていると理解されたい。
【００２０】
本明細書に記載されているような高シリカガラスおよび／または比較的低い軟化温度を有するガラス（例えば軟化ガラス）は、本発明による工程において使用されるのに理想的であると考えられる一方、本発明はこれに限定されるものではなく、本明細書に記載される高品質なフォトニック結晶ファイバを得るために様々なガラスが使用可能であることを理解されたい。
【００２１】
フォトニック結晶ファイバを製造するための代表的な工程段階が図１および２Ａ〜２Ｃに概略的に示されている。一実施の形態において金型２０（図１に底面図が示されている）は、六角形の形状を備え（例えば金型の周辺は６つの辺２２を有する）、３７個のピン２４アレイを含むことができる。この六角形の外周（例えば、成形形状２６の外径）は、非円形管を製造するために構成された非円形金型の一例である。しかしながら金型２０は、形状を形作る任意の非円形の外周を有することができると理解されたい。本明細書に使用される「非円形」とは、いくつか例を挙げると、三角形、四角形、五角形、多角形、平行四辺形や台形、または任意の非対称の形状を含むことができる。後述するが、管を所望の形状に加熱成形すなわち押出し成形することができる能力により、製造効率を改善しかつ結果として生じるファイバの特性を向上させる手法で管が積層され、一方欠陥は最小限に抑えられる。
【００２２】
図１の金型２０は、３７個のピン２４を有するものとして図示されている。３７という数は六角形構造の空間利用の観点から、一致する数のチャンネル（channel；例えば、図２Ａにおける符号３４）を形成するために最も効果的な数であると考えられる。しかし、他の実施形態において六角形の金型は、一致する数のチャンネル３４を管３０の軸に沿って形成するために、１個、７個、１９個、３７個、５５個、７９個などのピン（六角対称を考慮したあらゆる数）を有していて差し支えない。図示のように、管３０内のチャンネルおよび多数のケイン４０の空間周期性（例えば、最も近接したチャンネルの距離は同一であり、また、周辺に存在するものを除き全てのチャンネルは本質的に同じ数の近接チャンネルを有する）は基本的に同じである。さらに、積層部材５０内の空間周期性は、個々のケインにおけるものと基本的に同じである。
【００２３】
他の非円形金型のピン数は、用途ごとに、また管の所望の外周の対称性によって変えてもよい。しかし、製造された管３０中のチャンネルが多くなるとトンネリング損失は低くなると考えられる。さらに、短波長用途が望まれる場合には、ピッチを狭くするという要求に対応するためにチャンネルの数を増加させてもよい。さらに、図１の金型２０のピン２４は、（結果的に管３０のチャンネル３４と同じ）円形形状で例示されているが、金型２０内部の全体形状と同様に、ピン２４（および結果的にチャンネル３４）の形状は、いくつか例を挙げると、三角形、四角形、五角形、多角形、平行四辺形または台形などの任意の形状を含むことができると理解されたい。さらに後述するように、意図的な欠陥（defect）を所望する場合などには、ピン／チャンネルの全てが他のピン／チャンネルと同じサイズである必要はない。例えば、図１に例示されているように、六角形の各ポイントでのピン２４を周辺部分のピンよりも大きくしてもよい（例えば、そうしなければ押出し成形中に外側角部が歪んでしまうような押出しされたチャンネルの幾何学的形状を改善するために）。
【００２４】
特に、ここで記述および意図されたガラスの使用を通して、ガラス管は、フォトニック結晶ファイバの製造を改善すると考えられる任意形状（外周／外径および孔形状の両方に関して）を有するように押出しすることが可能であり、これに対し従来の工程での製造および積層では、ガラスキャピラリは円形に限られていた。例えば、図３Ａ〜３Ｃを参照すると、本発明の代表的な実施形態により製造されるガラス管１３０の画像が示されている。図３Ａにおいてガラス管１３０は、六角形の外断面／外周／外径１３２および単一の六角形孔１３４を備えている。この後、ガラス管１３０を以下に詳細に記載される方法によりケイン１４０（図３Ｂ参照）へと予備線引きし、積層部材１５０（図３Ｃ参照）へと配列してもよい。この代表的な実施形態により、本発明で使用するための様々な幾何学的に特有の形状を有する管を製造する際の融通性が示され、これが製造可能性およびファイバ特性の両方における長所につながる。
【００２５】
図１および図２Ａ〜２Ｃを再び参照すると、一実施の形態では、高温ガラスの金型２０への押出し成形から工程を始めることができる。押出し成形の前に、ガラス材料を１５００℃前後の温度で融解してもよい。ガラスを室温で冷ました後、押出しを可能とするために７００℃〜９００℃前後まで再加熱する。加熱されたガラスは、直径４インチ（約１０ｃｍ）のブール（boule）に対し約１１０ｋＰａ〜１．４５ＭＰａ（１６〜２１０ｐｓｉ）の圧力で、金型２０に通すよう押圧される。押出しされた管３０（概略上面図を示す）は、金型２０と一致した形状となる。
【００２６】
使用されるガラス材料に応じて、この段階もしくは後の段階で管３０に追加の処理を施すこともできる。例えば、前述の前駆体ガラスを使用する際には、押出し成形後にガラスに加熱処理を施してもよい。前駆体ガラスの加熱処理は、５８０℃前後で行ってもよい。加熱処理中には、ガラス内でホウ素・アルカリ群（アルカリと酸化ホウ素を非常に多く含む）とシリカ・酸素群（シリカを非常に多く含む）の相分離が起こる。加熱処理されたガラス材料には、その後アルカリホウ酸塩を取り除く溶出工程を施すこともできる。この溶出工程はＨＮＯ３を用いて多段階で行うことができる（すなわち、１ｍｍ厚のサンプルに対しては４５時間以上行い、６ｍｍ厚の大きなサンプルでは３０日までの間行う）。多孔性を崩壊し一層強固な物質（例えば高密度化されたガラスで形成されるガラス構造体）とするために、溶出工程６０後に少なくとも３０分間１２２５℃とすることで、ガラス構造体は強固になる。
【００２７】
ここに記載された加熱処理（例えば押出し成形に関連する処理）は、前述のガラスの相分離を妨げるものではないことが分かっている。従って、本発明のガラス前駆体の処理方法の多くは実現可能なものである。例えば、押出し成形した後に加熱処理するよりもむしろ、別の実施形態においては、ガラス前駆体をまず加熱処理した後、続けて押出し成形を行ってもよい。ここに記載された、加熱処理が施されたガラス前駆体に続けて押出し成形を行うことによって、相分離が妨げられることはないと考えられる。同様に、さらに別の実施形態においては、押出し成形の工程中に相分離が始まるようガラス前駆体に加熱処理を施してもよく、こうすると二つの工程は一本化される。
【００２８】
前述のガラス前駆体（例えばＲ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２の前駆体）に適用されるこれらの工程により、相互接続された１〜６ｎｍ前後サイズの相分離されたネットワーク構造を有するガラス構造体が形成される。前述の工程の結果、軟化温度は６７０℃前後（ガラス前駆体）から１５００℃（ガラス基板）へと上昇する。さらに、この段階でのガラス構造体は多孔質（体積比２８〜３０％）であり、約１ｎｍから約１２ｎｍの大きさで平均約５ｎｍ〜６ｎｍの孔を有する。さらに、そのガラス構造体は、重量比で少なくとも９０％から約９６％のシリカを含む（溶出後には通常ガラス構造体に４％の残留ホウ素が存在するため９６％のシリカとなる）。このようなガラス構造体のＵＶ透過性は高く、熱膨張性は低く、また軟化温度は高い。例えば、このようなガラスは強化されると、約２３０ｎｍから３５０ｎｍで、約８０％／ｍｍから約１００％／ｍｍの範囲の透過性を有する。当然のことながら、前述したように、使用されるシリカガラスに応じて、処理に任意の数の工程を含んでもよいし含まなくてもよい。
【００２９】
図２Ａ〜２Ｃを参照すると、形成および潜在的処理を終えた後、管３０を予備線引きしてケイン４０とすることができる（例えば、線引き比２：１から１００：１の間）。一実施の形態において、管３０の直径は約３インチ（約７．５ｃｍ）、長さは約４フィート（約１２０ｃｍ）である。しかしながら、様々な径や長さが意図されており、所望のケイン４０のための線引き比に依存する可能性がある。例えば、ケインは一般に１ｍｍから２０ｍｍの間へと線引きされる。管構造体に存在するチャンネルが多くなると、どの程度小さくケインを予備線引きするべきかに関して影響を与えるかもしれない。当然のことながら、ケインが大きくなると、積層部材を形成するために必要なケインの数は少なくなる（詳細に後述する）。
【００３０】
引続き図２Ａ〜２Ｃを参照するが、いったんケイン４０が予備線引きされて切断されると、ケインはアレイに、すなわち積層部材５０内に配列される。この積層部材５０はその後、プリフォーム構造６２を形成するために外側クラッド管６０内に配置される。図示のように、積層部材５０には５４個のケインが配列され、１９９６孔のアレイ（５４ケイン×３７チャンネル／ケイン）が製造される。同じ数のチャンネルを達成するために、従来の技術では、少なくとも３から６倍の数のキャピラリを、さらにある用途では、１９９６個のキャピラリを積層する必要があったであろう。このより大きな構造体で多数のものを製造する能力により、組立ておよび積層に必要とされるケインの総数は減少し、このためプリフォーム、最終的にはここに記載されるようなファイバ、における不整合性が低減される。さらに、より大きな管を積層部材内に配置するため、工程に要する時間が短縮し効率が上がる。
【００３１】
また、各ケインの六角形（非円形）形状により隣接するケインがぴったりと一致するため、ケイン間に必要以上の空隙を設けずにケインを積層して一体化させることができる。積層部材５０内のチャンネルの空間周期性は、基本的に個々のケインにおけるものと同じである。また、ファイバプリフォームを形成する際に重要な要素は、プリフォームの長さを通じての整合性および真直度である。しばしば位置ずれや間隙が生じていた従来の積層工程とは対照的に、ここに記載された工程では、管の積層部材内への配列およびクラッド管内での配列を簡潔に行うことができる。整合するよう成形された、より大きく強固なケインを用いることにより、位置ずれの可能性はさらに減少する。その結果、ここに記載された工程で製造されたファイバプリフォームは、より一貫して整列され、ファイバプリフォームの長さを通じて真っ直ぐになる。ここに記載されるように管を簡潔に配列することにより、孔アレイが正しい形状となっているか確認するために全てのケインおよびファイバの長さを調べる必要がなくなり、工程の効率が上がる。
【００３２】
さらに、ここに記載された工程で形成されたアレイにより、制御可能な空気充填率および細かい孔間ピッチを有するファイバを線引きする能力が促進される。特に、押出し成形を通してケイン内の任意の位置に（さらに制御可能なサイズで）多数のチャンネルを配置することが可能であり、またケイン間をぴったりと一致させることによりケイン間の空隙が最小限に抑えられるため、フォトニック結晶ファイバにおける空気充填率および細かいピッチをはっきりと確認することができ、しかるべく製造することができる。所望の空気充填率および細かいピッチを制御および／または予知する能力により、従来の工程で一般的に必要とされるエッチング量を著しく低減することもできる。
【００３３】
図４Ａ〜４Ｂを参照すると、管、予備線引きされたケイン、および積層部材の別の実施形態が例示されている。例えば図４Ａを参照すると、管２３０は、ここで記述された工程により鋸歯状の外周２３２を有するように押出し成形されたものである。図４Ａの管２３０は鋸歯状の外周を有するが、外周の最も外側の点をなぞると六角形が生じるであろうことから、全体の断面／外周／外径は、ここでも六角形の形状を成しているとみなすことができる。図４Ａに示したような管２３０が予備線引き２４０され、積層２５０されると、管の鋸歯状端部は、パズルのように互いにぴったりと一致する。このような手法で管２３０を設計すると、各管（さらに最終的には全積層部材）の間の表面領域を大幅に減少することができる。同様に４Ｂは、ここで記述された工程によって外周に複数の半円３３２を有するよう押出し成形された管３３０の、さらに別の実施形態を例示している。ここでも、外周の最も外側の点をなぞると六角形が生じるであろうことから、全外周すなわち外径は依然として六角形の形状を成しているとみなすことができる。図４Ｂの管３３０が予備線引き３４０され、積層３５０されると、ケイン間でチャンネルを追加形成するように半円が合わさり、表面領域は減少する。図２〜４に示されたように、管および積層部材（および最終的にはフォトニック結晶ファイバ）の実施形態の多くは、ここに記載された工程を通して製造することができる。
【００３４】
再び図２Ａ〜２Ｃを参照すると、積層部材５０は中央チャンネル５６すなわち空隙を有して形成される。他の積層部材の実施形態は、中央チャンネル５６すなわち他の意図的な孔や中央チャンネルを有していないかもしれないが（例えば、図３Ａ〜３Ｃおよび図４Ａ〜４Ｂの積層部材１５０、２５０および３５０）、図２Ａ〜２Ｃの中央チャンネルは光伝播のために意図的な欠陥を生成する。管を押出し成形する際の融通性により、管３０の内部すなわち積層部材５０の内部の任意の位置に（図２Ａ〜２Ｃに例示されるように管を除去することによって）、孔すなわち欠陥を意図的に生成できることが理解されるであろう。さらに、図２Ａ〜２Ｃに示したように、また上述したように、特に所望のバンドギャップを有するファイバに対し性能を高めると考えられている任意の幾何学形状で、中央チャンネル５６を設計することができる。
【００３５】
所望であれば、積層部材５０をクラッド管６０に挿入する前に、積層部材のケイン４０を融合してもよい（結束されていない管をクラッド管内に配置して、後にその構造体の予備線引き中に融合するのとは対照的に）。この工程では、ケインの整列を保持するため、難溶性の治具を用いてアレイ内へケインを積層することができる。この治具は、ケインにわずかな圧力をかけるためその縁間にわずかな間隙を有する、２つの四角い外側片および六角形の内側片とすることができる。この治具およびケインを加熱炉内に設置し、ケインの形状を変形させずにケインを融着する温度まで加熱することができる。所望であれば、治具の上に錘を配置することおよび／または２つの治具片の間の間隙を広くすることにより、ケインに圧力を加えることができる。
【００３６】
図２Ａ〜２Ｃに関して上述したように、いったんケインが予備線引きされ切断されると、このケインを微細構造アレイ内すなわち積層部材内に配列してもよい。この積層部材は、その後プリフォーム構造を形成するために外側クラッド管内部に配置される。一実施の形態においては、スリーブすなわち管の体積（例えば、スリーブの内側表面と、スリーブの中心軸に垂直な、スリーブ端部の断面とによって画定される、直にスリーブ内側の自由空間の体積）の少なくとも９０％をケインが占有する。また、一実施の形態においては、空の中央チャンネルを除いた全てのケイン間の任意の空き空間が、積層部材の全体積の多くても１０％となるようにケインを積層することができる。プリフォームをその後、予備線引き７０して第２ケイン８０とし、ファイバへと線引きするために別の管８０で覆ってもよい。所望であれば、プリフォーム構造を直接フォトニック結晶ファイバへと線引きすることもできる。ここに記載された工程の結果、ファイバプリフォームを生成する際により大きなケインを使用すれば、より多くのファイバをプリフォームから線引きすることができる。この能力によりファイバの生産量は増加する。
【００３７】
図５Ａ〜５Ｃを参照すると、クラッド管の前にガラス管内に積層部材を配置する別の実施形態が例示されている。この工程では、管を押出し成形し、さらに前述したようにケイン４４０へと予備線引きすることができる（図５Ａ〜５Ｃに示されるケイン４４０は１つの孔と六角形の外形を含むことに注意する）。カバー管４４３は、所望の数の成形されたケイン４４０を受け入れるよう形成された内径４４４を有するように、その後押出し成形してもよい。そのカバー管は、積層部材５０と同様にガラス材料、または任意の他の材料からなるものとすることができる。カバー管４４３をその後切断して第１および第２の部材４４５および４４６とし、研磨工程を施してもよい。ケイン４４０をカバー管４４６内に積層してもよい。ケイン４４０およびカバー管４４３の内径４４４の形状により、ケイン４４０は、カバー管４４６内に正確に収めることができる。いったんケインが積層されると、第1部材４４５を第２部材４４６と結合してカバー管結合４４７を形成し、その後クラッド管４６０内に配置することができる。この構造体をケイン４７０へと予備線引きし、ファイバプリフォーム４９０を成形した後、フォトニック結晶ファイバ５００へと線引きしてもよい。
【００３８】
本発明によるフォトニック結晶ファイバおよびこれを製造する方法は、上述の実施形態に限られるものではないことは当然のことである。多くの代替案、変形例および変更例が、上記教示の当業者には明らかになるであろう。例えば、本発明によるガラス材料は、多くの構造体を製造するために有用な多くのガラスおよび前駆体を含むものとしてもよく、またファイバプリフォームを組み立てるためには種々の押出し管を使用することができる。従って、代替となる実施形態のいくつかを具体的に記述したが、一般的な当業者によって他の実施形態が明白に、すなわち比較的容易に開発されるであろう。
【符号の説明】
【００３９】
２０    金型
２４    ピン
３０，１３０，２３０，３３０    管
３４    チャンネル
４０，１４０，４４０，４７０    ケイン
５０，１５０，２５０，３５０    積層部材
６０，４６０    クラッド管
６２    プリフォーム構造
４９０    ファイバプリフォーム
５００    フォトニック結晶ファイバ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【国際調査報告】
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