(57)【要約】  第１の屈折率,ｎ１を有するシリカ系コア及びコアを囲む少なくとも１つのシリカ系クラッドを有し、少なくとも１つのシリカ系クラッドが屈折率を下げる非周期的ガス入り空孔を含み、空孔の少なくとも８０％の最大断面径が２０００ｎｍ未満であり、少なくとも１つのシリカ系クラッドに直に接し、その内側にある、ファイバ層のＮＡが少なくとも０.２である、光ファイバ。
2010517112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバにおいて、
（ｉ）第１の屈折率,ｎ１を有するシリカ系コア、及び
（ii）前記コアを囲む少なくとも１つのシリカ系クラッドであって、前記少なくとも１つのシリカ系クラッドが、ｎ１＞ｎｉであるような、第２の屈折率,ｎｉを有し、前記少なくとも１つのシリカ系クラッドが、屈折率を下げる、非周期的なガス入り空孔を含み、前記空孔の少なくとも８０％が２０００ｎｍ未満の最大断面径を有し、前記少なくとも１つのシリカ系クラッドに直に接し、前記少なくとも１つのシリカ系クラッドの内側にあるファイバ層のＮＡが少なくとも０.２である少なくとも１つのシリカ系クラッド、
を有することを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記少なくとも１つのシリカ系クラッドに直に接し、前記少なくとも１つのシリカ系クラッドの内側にある前記ファイバ層のＮＡが、少なくとも０.５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３】
前記少なくとも１つのシリカ系クラッドに直に接し、前記少なくとも１つのシリカ系クラッドの内側にある前記ファイバ層が、前記コアであり、前記コアの直径が５０μｍと４００μｍの間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】
前記少なくとも１つのシリカ系クラッドに直に接し、前記少なくとも１つのシリカ系クラッドの内側にある前記ファイバ層が、前記コアであり、前記コアのＮＡが少なくとも０．４であり、前記コアの直径が５０μｍと４００μｍの間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５】
前記ＮＡを測定するための波長をλＮＡとし、前記空孔の平均直径をＤｉとして、λＮＡ/Ｄｉ＞２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６】
前記空孔の少なくとも８０％が５００ｎｍ未満の最大断面径を有することを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ。
【請求項７】
ガス充填領域分率が少なくとも１％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８】
ガス充填領域分率が少なくとも５％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９】
前記コアが少なくとも２００ｎｍのコア直径を有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１０】
前記ファイバが、（ｉ）直径１０ｍｍのマンドレルに沿って曲げられた時の曲げ損失が０.２５ｄＢ/ｋｍ未満であり、及び／または（ii）λ＝８５０ｎｍにおけるコア減衰が２０ｄＢ/ｋｍ未満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１１】
前記コアが希土類ドープコアであり、前記ファイバが前記コアを囲むシリカ系内層クラッドをさらに有し、前記内層クラッドが、ｎ１＞ｎ２であるような、第２の屈折率,ｎ２を有し、屈折率を下げる非周期的空孔を含む前記少なくとも１つのシリカ系クラッドが前記内層クラッドを囲む外層クラッド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１２】
前記内層クラッドの直径が少なくとも１２５μｍであることを特徴とする請求項１１に記載の光ファイバ。
【請求項１３】
（ｉ）前記コアが、重量％で、
Ｙｂ及び／またはＥｒ：０．１〜２５重量％，
Ｐ                  ：０〜５重量％，
Ａｌ                ：０〜１５重量％，
Ｇｅ                ：０〜１５重量％，及び
Ｆ                  ：０〜１重量％，
を含有し、
（ii）前記内層クラッドが０〜２０重量％のＧｅを含有する、
ことを特徴とする請求項１１に記載の光ファイバ。
【請求項１４】
前記コアが、（ｉ）細長く、前記コアが少なくとも１.５:１のアスペクト比を有し、短軸に沿う前記コアの直径が５μｍ〜５０μｍであって、前記ファイバが偏波維持（ＰＭ）ファイバであるか、または（ii）円形であり、前記コアの直径が９μｍ〜３０μｍであることを特徴とする請求項１１に記載の光ファイバ。
【請求項１５】
前記内層クラッドの直径が１００μｍ〜３５０μｍであり、前記外層クラッドの直径が１２０μｍ〜５００μｍであって、前記シリカ系内層クラッドが０.２５と０.９の間の開口数を有することを特徴とする請求項１１に記載の光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全般的に、短距離通信システム用に大ＮＡ／大径コアを有するか、あるいは高パワー光源とともに使用するための二重クラッドファイバにおいてまたは光ファイバレーザ及び光増幅器において大ＮＡクラッドを有する、ファイバを含む大ＮＡ光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバは、大容量であり、電気雑音の影響を受けないことから、遠距離通信に重用される媒体となっている。光ファイバは、広帯域幅を提供し、比較的安価であり、情報システム、エンターテイメント、エンジン制御及び安全システムのために光データを提供するための自動車用光データシステムに用いることができるため、自動車用途にも利用されている。そのようなファイバには、光をファイバコアに高効率で結合させるため、ファイバコアの開口数が大きく、コアが大きいことが必要である。自動車用途には現在２つのタイプの光ファイバが利用されている。ポリマー光ファイバ（ＰＯＦ）とポリマークラッドシリカ（ＰＣＳ）光ファイバである。ポリマーの比較的低い屈折率が大コアＮＡを提供する。ＰＯＦファイバの主な欠点は、注目する波長における比較的高い（６３０ｎｍ＜λ＜６８５ｎｍにおいて０.３ｄＢ/ｍ〜０.４ｄＢ/ｍもの大きさの）減衰、及び比較的狭い動作温度範囲（−４５℃〜８５℃）である。安全／エンジン制御システム用センサシステムのような用途に対しては、ファイバ動作温度範囲はさらに広いことが好ましく、一方ビデオ処理システムのような用途には減衰がより低いファイバが必要である。ＰＣＳファイバは若干広い温度範囲（−６５℃〜１２５℃）で動作することができ、ＰＯＦファイバより減衰が低い。しかし、温度が高くなると、光ファイバのＰＣＳは熱くなり、外層クラッドのポリマー材料が炭化するかまたは燃え、この結果、特にファイバが曲げられている時に、デバイス故障がおこる。８５℃と１２５℃の間の温度においてさえ、ポリマークラッドは比較的速く老化し、機械的特性及び光学的特性を失い、脆くなり、したがってデバイス寿命が縮まる。最後に、いずれのタイプのファイバにも曲げ損失の問題がある。
【０００３】
光増幅器及びファイザバレーザの分野においては、単クラッド希土類ドープ光ファイバが広く用いられている。このタイプのファイバは、（本明細書では光ポンプまたはポンプとも称される）大パワー光源からの多モード光を希土類ドープファイバコアに高効率で結合することが困難であることから、大パワー多モード光源を扱う能力が低い。
【０００４】
上記問題を解決するため及びファイバレーザの出力パワーを高めるため、当業者は（本明細書では二重クラッド光ファイバと称される）二重構造クラッド構造をもつ光ファイバを利用する。二重クラッド希土類ドープ光ファイバは、コア、コアを囲む内層クラッド及び内層クラッドを囲む外層クラッドを有するファイバである。
【０００５】
二重クラッド光ファイバは、ポンプによって供給される光パワーの保持及び利用において単クラッド光ファイバより効率が高いことから、１０〜１００ワットの間の光パワーを供給する光源の利用を必要とする分野に用いられている。このファイバでは、光ポンプパワーの内層クラッド−コア結合を利用することで、効率が高くなる。さらに詳しくは、希土類ドープ二重クラッド光ファイバは光ポンプから内層クラッドに光を受け入れ、次いで、光ファイバの長さに沿い、コア−内層クラッド界面を介して光を希土類ドープコアに移す。すなわち、光ファイバは、ポンプ光を希土類ドープコアに結合することで、内層クラッドによって伝搬される多モード光のかなりの部分をより長波長の単一モード出力に変換する。
【０００６】
二重クラッド光ファイバの内層クラッドは外層クラッドより高い屈折率を有し、したがって、ポンプエネルギーは内層クラッド内部に閉じ込められ、向きを変えられてコアに導かれる。光ファイバは、光ファイバが強力な光ポンプでポンピングされたときに高電子エネルギー順位に励起され得る希土類ドーパントがコア内に存在することから、光活性を有する。クラッドポンピングは、ファイバ増幅器に利用することができ、あるいは大パワー単一モードファイバポンプレーザを構成するために用いることができる。
【０００７】
二重クラッドレーザにおいて、光ファイバの外層クラッドは光ポンプによって供給されたポンプ光を光ファイバの多モード内層クラッド内に閉じ込める。断面積がかなり小さい光ファイバコアには一般に、単一モード出力信号におけるレーザ発振能力を与えるため、少なくとも１つの希土類元素、例えばネオジムまたはイッテルビウムがドープされる。二重クラッド構成により、ポンプエネルギーを受け入れ、デバイスの長さに沿ってコアに移すために多モード第１クラッドを用いるファイバのポンピングが容易になる。
【０００８】
二重クラッドファイバの内層クラッドにどれだけの量のポンプ光が結合され得るかは、クラッド寸法及び開口数,ＮＡに依存する。一般に、内層クラッドと外層クラッドの間の屈折率差に関係する内層クラッドの開口数,ＮＡが大きいことが望ましい。周知の構造においては、第１クラッド層（内層クラッド）がガラスでつくられ、第２クラッド層（外層クラッド）が、内層クラッドの開口数,ＮＡを大きくするために屈折率が比較的低い、プラスチック（例えばフッ素化ポリマー）でつくられる。そのようなプラスチックは、多くの用途に対して所望の熱安定性を有していないことがあり、第１クラッドから剥れることがあり、水分による損傷を受け易いことがある。さらに、このタイプの二重クラッド光ファイバは、比較的パワーが小さい（２０ワットより小さい）光源との持続的使用にしか適していないことがある。（１００ワットより大きい）大パワー光源が利用される場合、このタイプのファイバは熱くなり、外クラッド層のポリマー材料が炭化するかまたは燃え、この結果、特にファイバが曲げられている場合、デバイス故障がおこる。（２０ワットから１００ワット以下までの）中間パワーにおいては、ポリマー外層クラッドは比較的速く老化し、機械的特性及び光学特性を失い、脆くなり、したがってデバイス寿命が縮まる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、第１の屈折率,ｎ１を有するシリカ系コア及びコアを囲む少なくとも１つのシリカ系クラッドを有し、少なくとも１つのクラッド層は、ｎ１＞ｎｉであるような、第２の屈折率,ｎｉを有し、少なくとも１つのクラッド層は非周期的屈折率下げガス入り空孔を含み、空孔の少なくとも８０％は２０００ｎｍ未満の最大断面径を有する、活性光ファイバである。空孔を含む少なくとも１つのシリカ系クラッドに直に接し、このクラッドの内側にあるファイバ層の開口数,ＮＡは、少なくとも０.２，好ましくは少なくとも０.２５，さらに好ましくは少なくとも０.３，さらに一層好ましくは少なくとも０.３５，最も好ましくは少なくとも０.４以上である。ファイバ断面に入る空孔の数は少なくとも５０個であることが好ましい。
【００１０】
これらのファイバでは、λＮＡ/Ｄｉ＞２であることが好ましく、λＮＡ/Ｄｉ＞４であることがさらに好ましい。ここで、λＮＡは上記ＮＡを測定するための波長であり、Ｄｉは空孔の平均直径である。また、空孔の少なくとも８０％は５００ｎｍ未満の最大断面径をもつことも好ましい。
【００１１】
本発明の一実施形態において、光ファイバは、（ｉ）第１の屈折率,ｎ１を有するシリカ系希土類ドープコア、（ii）コアを囲む、ｎ１＞ｎ２であるような、第２の屈折率,ｎ２を有するシリカ系内層（第１）クラッド及び（iii）第１クラッドを囲むシリカ系外層クラッドを有し、外層クラッドが屈折率下げガス入り空孔をさらに含み、空孔の少なくとも８０％が２０００ｎｍ未満の最大（断面）寸法を有する、活性光ファイバである。内層クラッドは０.２と０.８の間ないしさらに大きい、例えば、０.３，０.４，０.５，０.６，０.７または０.８の、開口数を有することが好ましい。
【００１２】
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、当業者には、ある程度は、説明から容易に明らかであろうし、あるいは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、また添付図面も含む本明細書に説明されるように本発明を実施することによって認められるであろう。
【００１３】
上記の全般的説明及び以下の詳細な説明が、本発明の実施形態を提示し、特許請求されるような本発明の本質及び特徴の理解のための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は、本発明のさらに深い理解のために含められ、本明細書に組み入れられて、本明細書の一部をなす。図面は本発明の様々な実施形態を示し、記述とともに、本発明の原理及び動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】図１Ａは本発明の一実施形態の簡略な断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは図１Ａの光ファイバに対応する屈折率プロファイルの略図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは本発明の別の実施形態の簡略な断面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは本発明の２つの実施形態の一方の簡略な横面図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは本発明の２つの実施形態の他方の簡略な横面図である。
【図２Ａ】図２Ａは本発明の光ファイバの別の実施形態の簡略な断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは本発明の光ファイバのまた別の実施形態の簡略な断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは本発明の光ファイバのまた別の実施形態の簡略な断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態にしたがうガス充填空孔を含む例示光ファイバ及びそのような空孔を含まない同様のファイバの、曲げ性能のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
その例が添付図面に示される、本発明の現在好ましい実施形態をここで詳細に参照する。可能であれば必ず、図面を通して同じ参照数字が同じかまたは同様の要素を指すために用いられる。本発明にしたがう、大開口数層を有するファイバ１０の２つの実施形態が図１Ａ及び１Ｃに簡略に示される。
【００１６】
図１Ａ〜１Ｅの光ファイバ１０は、第１の屈折率,ｎ１を有するシリカ系コア１２及びコア１２を囲む少なくとも１つのシリカ系クラッド１６を有する。少なくとも１つのシリカ系クラッドは屈折率下げガス入り空孔を含み、空孔の少なくとも８０％は２０００ｎｍ未満の最大断面径を有する。ファイバ断面には少なくとも５０個の空孔が入ることが好ましい。少なくとも１つのシリカ系クラッド１６に直に接し、その内側にある、ファイバ層のＮＡは少なくとも０.２であることが好ましく、少なくとも０.３であることがさらに好ましく、少なくとも０.３５であることがさらに一層好ましく、０.５以上であることが最も好ましい。ファイバの開口数,ＮＡは、光が受け入れられてファイバ層を通して伝搬されるであろうファイバ軸に対する最大角を定めることにより、「集光能力」を定める。開口数はＮＡ＝ｓｉｎθであり、ここでθは、例えばコアまたは内層クラッドに結合される、入り光の受け入れ角の１/２である（図１Ｄ及び１Ｅを見よ）。屈折率がｎ２の一様な（すなわち空孔のない）材料の層の内側にある屈折率がｎ１の一様材料（すなわち無空孔中実ガラス）の層に対し、ＮＡは（ｎ１２−ｎ２２）１/２を用いて計算することができる。しかし、空孔を含む層の内側の一様材料の層には、この単純な式は適用できない。代わりに、そのようなファイバ層の開口数,ＮＡは、その層に結合される光の最大受け入れ角２θ、または層の外部に結合される光の最大発散角２θを測定することによって決定することができる。測定されるＮＡは、ファイバ層（コアまたは内層クラッド）によって取り込まれる光パワーの９０％が含まれる、受け入れ角または発散角２θ（図１Ｄ及び１Ｅを見よ）の１/２の正弦である。平均空孔直径に対する注目する波長（すなわち、信号波長またはポンプ波長、あるいはＮＡを測定するための波長）の比は、少なくとも２であることが好ましく、少なくとも３であることがさらに好ましく、少なくとも４であることがさらに好ましく、いくつかの実施形態においては少なくとも５であり、いくつかの実施形態では約１０である（すなわち、λＮＡ/Ｄｉ＞２である。ここで、λＮＡはＮＡを測定するための波長であり、Ｄｉは平均空孔直径である）。
【００１７】
図１Ａのファイバにおいて、大開口数層は、外層クラッド１６に隣接して、外層クラッド１６に囲まれている、内層クラッド１４である。図１Ｂは、図１Ａのファイバに対応し、その屈折率プロファイルを簡略に示す。この図は、クラッド１６の相対屈折率％がｎ３＝−２８％（シリカの屈折率に対するガス充填空孔の屈折率）と空孔を囲むガラス（本例では、相対屈折率％,ｎ５が約０％の、シリカである）の相対屈折率％の間で変動することを示す。代表的な相対屈折率％,ｎ５は、空孔を囲むガラス内に存在するドーパントに依存して、純シリカガラスに対して−２％と３％の間であろう。すなわち、クラッド１６の屈折率は変動し、図１Ｂの例において、ガス充填空孔の幅、及び／またはガス充填空孔間のガス充填間隔,Ｓは、ランダムに分布し、及び／または互いに等しくない。すなわち、空孔は周期的ではない。空孔間の平均距離は、５０００ｎｍ未満であることが好ましく、２０００ｎｍ未満であることがさらに好ましく、１０００ｎｍ未満であることがさらに一層好ましく、例えば、７５０ｎｍ，５００ｎｍ，４００ｎｍ，３００ｎｍ，２００ｎｍまたは１００ｎｍである。相対屈折率％,ｎ４は必要に応じて設けられるクラッド層１７に対応する。（図１Ｃに示される）自動車用途のための例示ファイバにおいて、大開口数層は、空孔を含む外層クラッド１６に隣接し、外層クラッド１６に囲まれる、コア層１２である。いずれのタイプのファイバにおいても、空孔の好ましくは少なくとも８０％、さらに好ましくは少なくとも９０％が５００ｎｍ未満の最大断面径Ｄｉを有する。さらに一層好ましくは、空孔の平均直径は５００ｎｍ未満であり、３００ｎｍ未満であることがさらに一層好ましい。空孔１６ａは独立し（中実材料で囲まれ）、周期性はない。すなわち、空孔１６ａの寸法は同じであり得るか、または異なることがあり得る。空孔間隔は一様（すなわち、同じ）であり得るか、または異なることがあり得る。
【００１８】
自動車用途に対し、ファイバコア直径は５０μｍ〜４００μｍであることが好ましい。空孔を含むクラッド層を有する自動車用ファイバの代表例は、１５５０ｎｍにおいて、２０ｄＢ/ｋｍより小さく、好ましくは１０ｄＢ/ｋｍより小さく、さらに好ましくは５ｄＢ/ｋｍより小さい、減衰を有するであろう。そのようなファイバは（１２５μｍ径ファイバについて）１０ｍｍマンドレル周囲で１ｄＢ/巻より小さい曲げ損失を有することも好ましい。大パワーレーザ及び増幅器用途に対しては、コア寸法が小さく（５μｍ〜５０μｍに）なるであろうし、１つないしさらに多くの活性（希土類）ドーパントがドープされるであろう。
【００１９】
さらに詳しくは、図１Ａに示される光ファイバ１０は、第１の屈折率,ｎ１を有するシリカ系希土類ドープコア１２、コアを囲み、ｎ１＞ｎ２であるような、第２の屈折率,ｎ２を有する（本明細書では内層クラッドとも称される）第１シリカ系クラッド１４並びに、第１クラッドを囲み、変動する第３の屈折率,ｎＲを有し、屈折率がｎ５（ガラス）及びｎ３（ガス）の領域を含む、シリカ系外層クラッド１６を有する。これらの屈折率は図１Ｂに簡略に示される。
【００２０】
レーザ及び／または増幅器用途のためのファイバでは、コア１２、内層クラッド１４及び外層クラッド１６がガラスでつくられる。例えば、図１Ａ及び１Ｂに示される実施形態において、シリカ系コア１２にはＹｂがドープされるが、Ｅｒのような他の希土類材料も利用することができる。コア１２は少なくとも１つの屈折率上げドーパントを含有することもできる。活性ファイバのこの実施形態において、（純シリカに対する）好ましい相対コア屈折率変化は約０.１％〜０.５％であり、好ましいコア幅すなわち径距離は約４μｍ〜２５μｍである。開示される実施形態において、内層クラッド１４は０.２より大きい開口数,ＮＡを有する。内層クラッド１４は、好ましくは０.２をこえ、さらに好ましくは０.２５と０.９の間、例えば、０.３以上，０.３３，０.３５，０.３８，０.４，０.４５，０.４８，０.５，０.５５，０.６，０.６５，０.７，０.７５，０.８または０.８５である、開口数,ＮＡを有する。外層クラッド１６は、（気泡、ガス充填空孔、穴または線状孔とも称される）ガス入りの屈折率下げ空孔１６ａを含む。ガスは、ＡｒまたはＮ２またはＯ２またはＣＯ２あるいはこれらの混合気を含むことができ、例えば空気とすることができる。最も好ましいガスはアルゴンまたは窒素である。これらの空孔１６ａは２０００μｍ未満の最大断面径,Ｄｉを有することが好ましい（本明細書で称されるように、断面はファイバ軸に直交する断面である）。ポンプ光の散乱を最小限に抑えるため及びポンピング効率を向上させるため、外層クラッド１６は、最大（断面）寸法,Ｄｉがポンピング波長より短い、例えば、好ましくは１４８０ｎｍまたは９８０ｎｍより短く、さらに好ましくは７５０ｎｍより短く、さらに好ましくは５００ｎｍより短く、さらに好ましくはいくつかの実施形態において２００ｎｍより短く、さらに一層好ましくはいくつかの実施形態において１００ｎｍより短く、最も好ましくはいくつかの実施形態において５０ｎｍより短い、ガス入り空孔１６ａを有する。この結果、より多くのポンプ光がファイバコア１２に入ることから、より高いレーザ発振または増幅効率が得られる。必要であれば選択的に追加されるガラスクラッド層１７を利用することもできる。保護被覆１８が外層クラッド１６及び選択的に追加されるクラッド層１７を囲む。外装被覆１８は。例えば、ポリイミドまたはＵＶ硬化性アクリレートまたはウレタンアクリレートのような、有機被覆とすることができる。
【００２１】
上述したように、シリカ系コア１２にはＹｂをドープすることができるが、Ｅｒのような、他の希土類材料を利用することもできる。Ｙｂドープコアは１.０３〜１.１１μｍの範囲でレーザ発振するであろう。コア１２は少なくとも１つの屈折率上げドーパントを含有することもできる。
【００２２】
レーザファイバ用途に対し、内層クラッド径,Ｄ内層は少なくとも９０μｍであることが好ましく、少なくとも１２５μｍであることがさらに好ましい。内層クラッド１４が円形断面を有していない場合、Ｄ内層は内層クラッドの断面の一辺から断面の対向辺までの最小距離として定められる。内層クラッド径,Ｄ内層は、約９０μｍ〜２０００μｍであることが好ましく、１００μｍと１７００μｍの間であることがさらに好ましく、約１００μｍと１５００μｍの間であることがさらに好ましい。Ｄ内層は約１００μｍ〜３５０μｍ、例えば、１２５μｍ、１５０μｍまたは２００μｍであることがさらに一層好ましい。内層クラッドの断面積はコア１２の断面積の少なくとも２００倍であることが好ましい。内層クラッド１４の断面積は、コア１２の断面積の１００倍と３０００倍の間であることがさらに一層好ましい。例えば、内層クラッド１４の断面積は、コア１２の断面積の、３００倍、５００倍、７００倍、１０００倍、１２００倍、１５００倍、１６００倍、２０００倍または２５００倍とすることができる。厚い内層クラッド１４，外層クラッド１６のガス入り空孔１６ａ及び光ファイバの全ガラス構成は協同してはたらいて、光ファイバの高エネルギー源への結合及び、光ファイバを損傷させない、コアへの大パワーの結合を可能にする。すなわち、そのようなファイバは大光パワー用途に特に適する。
【００２３】
このファイバ実施形態のシリカ系外層クラッド１６は比較的薄いことが好ましく、厚さは、１００μｍ以下であることが好ましく、８０μｍ未満であることがさらに好ましく、５０μｍ未満であることがさらに一層好ましい。例えば、外層クラッド１６の例示的厚さは、１０μｍ以上、１５μｍ、２０μｍ、３０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、６０μｍ、７０μｍ、８０μｍ、９０μｍ、９５μｍまたは９９μｍとすることができる。外層クラッド１６の壁厚は約１０μｍから５０μｍの間であることが好ましく、約１０μｍから３０μｍの間であることがさらに好ましい。外層クラッド径（Ｄ外層）は約１２０μｍ〜２１００μｍであることが好ましく、約１２５μｍから１６００μｍの間であることがさらに好ましく、Ｄ外層は約１３０μｍ〜５００μｍであることがさらに一層好ましい。外層クラッドは円形であるとは限らないことにも注意されたい。外層クラッドが円形ではない場合、Ｄ外層は外層クラッドの断面の一辺から外層クラッドの断面の対向辺までの最小距離として定められる。
【００２４】
一実施形態にしたがえば、活性ファイバコア１２は、重量％で、
希土類：      ０.１〜２.５重量％，
Ｐ：          ０〜５重量％，
Ａｌ：        ０.５〜１５重量％，
Ｇｅ：        ０〜１５重量％，
Ｆ：          ０〜１重量％，
を含有する。
【００２５】
ファイバコア１２内の希土類ドーパントは利得またはレーザ発振作用を可能にするための活性イオンを提供する。希土類ドーパントの例は、Ｙｂ，Ｅｒ，Ｎｄ，Ｔｍ，Ｓｍ及びＴｂである。コア１２内の希土類ドーパントの量は０.５重量％〜１.５重量％の間であることが好ましい。リンはコアガラスの軟化温度を下げるためにコア材料に添加することができ、これはコアが（以下で説明される）内付けプロセスで作製される場合に有利であり得る。リンは屈折率上げ剤としても利用することができる。しかし、リンが多すぎる（１０％以上）と、レーザ発振作用を阻害し得る、誘導ラマン散乱による非線形性が生じるから、リンは１０％より少ないことが好ましい。アルミニウムはクラスタリング防止剤としてコアに添加することができる（例えば、Ｙｂのクラスタリングを防止するにはＡｌ：Ｙｂが５:１〜１０:１であることが好ましい）。コア１２は、屈折率上げドーパントであるゲルマニウム、及び／または屈折率下げドーパントであり、クラスタリング防止剤でもあるフッ素も含有することができる。
【００２６】
活性光ファイバの内層クラッド１４は、大ＮＡ（開口数）を与えるために５重量％〜２０重量％のＧｅを含有することが好ましいが、ガス入り空孔１６ａが外層クラッド１６の実効屈折率を十分に低めていれば、内層クラッド１４はアンドープ（純）シリカとすることもできる。
【００２７】
外層クラッド１６内の気泡１６ａの量は、好ましくは、０.２から０.８の間の（例えば、少なくとも０.３，０.３５，０.４，０.４５，０.５ないしさらに大きい）内層クラッドのＮＡが得られるように選ばれる。外層クラッド材料には、外層クラッド１６に所要の実効屈折率、したがって内層クラッド１４の対応する大ＮＡの形成に役立たせるため、屈折率下げドーパント、例えばフッ素またはホウ素（Ｆ，Ｂ）、あるいはいずれをも、ドープすることもできる。
【００２８】
外層クラッドにガス入り空孔をもつ光ファイバを作製する一方法は、化学的気相成長（ＣＶＤ）法によるスート含有光ファイバプリフォームの形成を含む。さらに詳しくは、外層クラッド１６に対応するスート層をコア及び内層クラッドを有する固結ファイバロッドに堆積させ、よって最終スート含有プリフォームを形成することができる。最終スートプリフォームはプリフォームを囲むガス雰囲気内で固結され、固結は固結工程中にプリフォームのガス雰囲気の一部を閉じ込めるに有効な条件の下で行われる。この固結工程の結果、固結プリフォームの外層内に非周期的に分布する穴または空孔が形成され、それぞれの穴は少なくとも１つのガス入り空孔の領域に対応する。第２層（外層）内に空孔（ガス入り穴）１６ａを有する固結プリフォームは次いで光ファイバを作製するために用いられる。固結工程中に光ファイバプリフォームの外層内に形成されたガス入り空孔の少なくともいくつかは線引きされた光ファイバの第２クラッド層１６内に残る。空孔を含む領域を光ファイバの外層クラッドに相当するように構成することにより、そのようにして得られた光ファイバは、第１の屈折率を有する第１クラッド及び第１クラッドの第１の屈折率よりかなり低い第２の屈折率を有する第２クラッドを有するようにすることができ、低屈折率は、少なくともある程度は、第２（外層）クラッド１６内のガス入り空孔１６ａの存在による。
【００２９】
上述したように、プリフォームのスート領域はプリフォームを囲むガス雰囲気内で固結され、固結は、指定された層厚内に、固結工程中にプリフォーム内にガス雰囲気の一部を閉じ込めるに有効な条件の下で行われる。これは、プリフォーム内に閉じ込められるべき（例えば、ＡｒまたはＮ２またはＯ２またはＣＯ２あるいはこれらの混合気を含む）ガスの量及び圧力、スート厚、焼結速度及び／または固結温度を制御することで行うことができ、この結果、多数の独立空孔を有する、空孔含有焼結プリフォームが得られる。この空孔含有プリフォームは直接に光ファイバプリフォームとして用いることができ、あるいは必要に応じて再線引きしてその上にさらにＳｉＯ２含有スートでオーバークラッドを形成し、次いで固結炉に入れて焼結して最終光ファイバプリフォームにすることができる。空孔閉じ込め固結工程の結果、固結プリフォームの層内に非周期的に分布する穴または空孔が形成され、それぞれの穴は少なくとも１つのガス入り空孔の領域に対応する。第２層（外層）内に空孔（ガス入り穴）を有する、空孔含有固結プリフォームは次いで、ファイバ線引き速度及び温度を調節することができる、ファイバ線引き炉内で固結空孔含有プリフォームを線引きすることによって光ファイバを作製するために用いられる。ガス入り空孔１６ａを形成するための焼結及び固結工程の例は、２００６年１０月１８日に出願された米国特許出願第１１/５８３０９８号及び２００５年１１月８日に出願された米国仮特許出願第６０/７３４９９５号の各明細書にさらに詳細に説明されている。これらの明細書は本明細書に参照として含まれる。
【００３０】
本発明の二重クラッド光ファイバ１０の別の実施形態が図２Ａ〜２Ｃに簡略に示され、いくつかの例示的または代表的な実施形態を参照して本明細書に全般的に説明され、同じ参照数字が同じかまたは機能的に同様の要素を指して図示される。図２Ａ〜２Ｃに示される光ファイバ断面は図１Ａに示される光ファイバ断面と同様であるが、内層クラッド１４が非円形である。非円形内層クラッド１４の利点は、非円形状によりコア１２への光ポンプパワーの吸収を向上させ得ることである。
【００３１】
光ファイバコア１２は、円形（図２Ａ）または、図２Ｂ，２Ｃに示されるように、楕円形である。楕円コア１２は、光ファイバに偏波保存特性を与え得るため、好ましいことがある。楕円コア１２のアスペクト比は、そのようなアスペクト比では、ファイバが偏波維持ファイバであるように、コア１２の複屈折が改善されるから、少なくとも１.５：１であることが好ましく、２:１と５:１の間であることがさらに好ましい。例えば、比（長軸対短軸比）が２：１の楕円コアをもつ光ファイバが図２Ｃに示される。すなわち、希土類ドープコアの形状が楕円であれば、光ファイバ１０は偏波維持（ＰＭ）ファイバである。術語「偏波維持」は、本明細書に用いられるように、少なくとも５０ｍのファイバ長にわたる偏波維持を提供できるファイバを指す。
【００３２】
偏波維持単一モード増幅／レーザファイバを得るため、コア１２のアスペクト比は少なくとも１.５：１であり、開口数,ＮＡは（大パワーレーザ用途に対する）０.０５と（小パワー用途に対する）０.２の間である。コア１２の開口数,ＮＡの定義は（ｎ１２−ｎ２２）１/２である。コア１２が円形でない場合、コアのアスペクト比は３:１と１０:１の間であることが好ましい。
【００３３】
多重クラッドファイバのシリカ系内層クラッド１４は、図１Ａに示されるように、円形外周を有することができ（コアは偏心配置であることが好ましい）、または非円形外周を有することができる。（ポンピングされる）内層クラッド１４の、上で定められる、開口数,ＮＡは０.２をこえることが好ましい。
【００３４】
一般に、ファイバレーザまたは増幅器に用いられ得るであろう二重クラッド構造は２つのクラッドを有する。第１（内層）多モードクラッド１４は多モードポンピングコアとしてはたらく。内層クラッド１４はコア１２に隣接し、第２（外層）クラッド１６が第１クラッド１４を囲む。コア１２はコアレーザ発振波長において単一モードまたは多モードとすることができる。内層クラッド１４は入力（ポンピング光）に対する開口数,ＮＡが大きい導波路としてはたらく。内層クラッド径が大きくなるほど、光源から内層クラッドに結合されるポンプ光は多くなる。第１多モード内層クラッドの断面（図２Ａ〜２Ｃに示されるように、Ｄ内層は内層クラッドの最小寸法である）は所望の、例えば、ポンプ源の近視野形状と整合するかまたは光源から内層クラッドへの（ポンプ）光の結合効率を高める別のいずれかの形状を有するように設計することができる。内層クラッド１４の開口数はレーザダイオードのような、光源の出力を取り込むに十分に大きくなければならない。外層クラッド１６内にあるガス入り空孔１６ａが内層クラッド１４のＮＡをかなり大きくする。ガス充填領域分率、すなわち外層クラッド１６のガス充填分率（すなわち[空孔の総断面積]/[ファイバの空孔含有領域の総断面積]×１００）は、１％と７５％の間であることが好ましく、２％と５５％の間であることがさらに好ましく、６％と５０％の間であることが最も好ましく、一般に６〜２０％である。ガス充填分率（％）が高くなるほど、内層クラッド１４のＮＡが大きくなる。ファイバの空孔含有領域のガス分率の一般的範囲は８％〜５０％であり、外層クラッドに屈折率下げドープがなされていなければ、これは０.２〜０.８の内層クラッドＮＡに相当する。内層クラッドのＮＡは、外層クラッドに、例えばホウ素またはフッ素による、屈折率下げドープもなされていれば、さらに大きくなるであろう。
【００３５】
例えば、比較的薄い（例えば、４０μｍ未満、より好ましくは３０μｍ未満の径幅を有する）が、光ファイバ外周全体に広がることはない、空孔含有領域１６のリングが、光ファイバの内層クラッド１４を囲むことができる。光ファイバは、光ファイバのコア及び／またはクラッドの屈折率も調節するためにゲルマニウムまたはフッ素を含有することもしないこともあり得るが、そのようなドーパントは避けることもでき、代わりに、ポンプ光がファイバの内層クラッド１４内に収まるように、ポンプ光がファイバの内層クラッド１４内に閉じ込められてポンプ光が内層クラッドの外に漏れないように、内層クラッドに対して外層クラッドの屈折率を調節するために、空孔だけを用いることができる。開示される固結法を用いれば、ガス入り空孔の非周期的分布をその断面が示す、光ファイバを形成することができる。非周期的分布とは、光ファイバの断面を見た時に、外層クラッド１６の少なくとも一部にかけてガス入り空孔がランダムにまたは非周期的に分布していることを意味する。ファイバの長さに沿う異なる点でとられる断面は異なる断面穴パターンを示すであろう。すなわち、様々な断面はランダムに配位された若干異なる、例えば、異なる穴パターン、分布及び寸法が異なる、空孔を有するであろう。そのような穴（空孔１６ａ）は光ファイバの長さに沿って（すなわち軸線に平行に）引き伸ばされている（細長くなっている）が、ファイバ全長に伸びてはいない。理論に束縛されることは望まないが、空孔または穴はファイバの長さに沿って数ｍ以上、多くの場合は１ｍ以上、伸びることはない。
【００３６】
本明細書に開示される穴（空孔）形成固結法を用いれば、０.０１％より大きく、さらに好ましくは０.０５％より大きく、さらに一層好ましくは０.１％より大きく、さらに一層好ましくは約１％より大きい、総ファイバ空孔面積％（すなわち、[総空孔断面積]/[総光ファイバ断面積]×１００）を示すクラッド領域を有する光ファイバを作製することが可能である。例えば、ファイバの総空孔面積％は約５％より大きくすることができ、約８％より大きく、さらには１０％より大きくすることさえできる。外層クラッドすなわち第２クラッド領域内の（本明細書では穴または空孔とも称される）ガス入り空孔１６ａは、外層クラッド１６の屈折率を内層クラッド１４に対して下げ、よって光ファイバの内層クラッドに沿ってポンプ光を誘導するクラッド領域を形成するために用いることができる。以下の実施例で説明するように、適切なスート固結条件を選ぶことによって様々な、有用な光ファイバ構造を達成することができる。例えば、クラッド内の最大空孔寸法を、内層クラッド１４に供給されることになるポンプ光の波長（例えば、９８０ｎｍ未満、または１６８０ｎｍ）より小さく、好ましくはポンプ光波長の１/２より小さくなるように選ぶことによって、高価なドーパントを用いる必要なしに、高効率レーザ及び／または増幅器ファイバを達成することができる。したがって、様々な用途に対し、光ファイバ１０の外層クラッド１６内の穴の少なくとも８０％より多く（さらに好ましくは９５％より多く）、好ましくは全てが、２０００ｎｍ未満、さらに好ましくは１４８０ｎｍまたは９８０ｎｍ、さらに好ましくは５００ｎｍ未満、さらに好ましくは４００ｎｍ未満、さらに好ましくはいくつかの実施形態において３００ｎｍ未満、さらに好ましくはいくつかの実施形態において２００ｎｍ未満、さらに一層好ましくはいくつかの実施形態において１００ｎｍ未満、最も好ましくはいくつかの実施形態において約５０ｎｍ未満である、最大穴幅（すなわち最大断面径Ｄｉ）を示すように、穴が形成されることが望ましい。同様に、ファイバ内の穴の平均直径は、２０００ｎｍ未満であることが好ましく、１０００ｎｍ未満であることがさらに好ましく、５００ｎｍ未満であることがさらに好ましく、いくつかの実施形態において３５０ｎｍ未満であることがさらに一層好ましく、いくつかの実施形態において２００ｎｍ未満であることが最も好ましく、そのような平均直径は全て本明細書に開示される方法を用いて達成可能である。本明細書に開示される方法を用いて作製されるファイバは、１０００ｎｍの標準偏差内、さらに好ましくは５００ｎｍの標準偏差内、最も好ましくは２００ｎｍ以下の標準偏差内でこれらの平均直径を達成できる。いくつかの実施形態において、本明細書に開示されるファイバは、光ファイバの長さに直交する断面内で測定して、５０００個より少ない穴を有し、いくつかの実施形態では与えられた光ファイバの直交断面内の穴の総数は５００個より少ない。ほとんどのファイバがこれらの特徴の組合せを示すであろうことは当然である。すなわち、例えば、光ファイバの特定の好ましい実施形態の１つは、光ファイバ内に２００個より少ない穴を有し、穴の最大径は１５００ｎｍ未満で、平���直径は７５０ｎｍ未満であるが、さらに大きいまたさらに多くの穴を用いても、有用で耐曲げ性の高い光ファイバを達成することができる。ファイバの空孔含有領域内の、穴の数、平均直径、最大直径、空孔面積％、及び総空孔面積％は、全て、走査型電子顕微鏡を約８００倍で用い、米国メリーランド州シルバースプリング（Silver Spring）の、Media Cybernetics Inc.から入手できるＩｍａｇｅＰｒｏのような、画像解析ソフトウエアを用いて計算することができる。
【００３７】
以下の実施例４で説明するように、発明者等は、コア１２のＮＡへの空孔１６ａの影響を解析するため、ガス入り空孔のない純シリカ外層クラッドをもつファイバ（試料Ａファイバ）と酸素入り空孔（総ファイバ空孔面積％が６.８％，空孔の平均直径が０.４５μｍで標準偏差が０.２１μｍ）をもつ同様のファイバ（試料Ｂファイバ，図１Ｃ及び１Ｄを見よ）を比較した。酸素入り空孔をもたない光ファイバのコアＮＡは（波長約１３８０ｎｍで測定して）０.２６２であった。空孔１６ａをもつ光ファイバのコアＮＡは（波長約１３８０ｎｍで測定して）０.３４４であった。すなわち、コアの開口数,ＮＡは、Ｏ２充填空孔１６ａが加えられた場合に、３１％（０.２６２から０.３４４に）大きくなった。
【実施例】
【００３８】
以下の実施例によって本発明はさらに明瞭になるであろう。
【００３９】
実施例１
実施例１の光ファイバ１０は、図１Ａ及び１Ｂに簡略に示され、Ｙｂドープコア１２、ＧｅＯ２-シリカ内層クラッド（屈折率％デルタ約０.４６）１４、並びに、フッ素及びホウ素がドープされた外層クラッド１６を有する。屈折率（％）デルタは本明細書において（ｎｉ２−ｎｓ２）/２ｎｉ２と定義され、ここでｉ＝１，２または３であり、ｎｓは純シリカの屈折率である。（内層クラッド１４に対する）コア１２の相対屈折率差（％デルタ）は約０.５６である。このファイバの外層クラッド１６はフッ素／ホウ素がドープされ、Ｎ２入り空孔を有する（多孔度１６％）。Ｙｂドープファイバコア１２は１μｍより長い波長に対して単一モードである。コア１２にエルビウムがドープされていれば光ファイバは１.５５μｍのレーザ発振波長において単一モードであろう。光ファイバ１０は、コア１２に対して比較的小さいＮＡ（約０.０６５）を有し、内層クラッド１４に対して大きいＮＡ（波長１３８０ｎｍで測定して０.３９）を有する。この内層クラッドＮＡはポンプ源のＮＡより大きく、ポンプ光に対して９０％ないしさらに高い結合効率を可能にすることが好ましい。小さいコアＮＡ（０.０６５）により、大きなコア寸法（１０.５μｍ径）による単一モード動作が可能になる。コアＮＡが大きく（例えば０.１３に）なれば、単一モードであるためにはコア径を小さく（例えば、約５μｍ）にしなければならないであろう。大径コア及び小コアＮＡにより、コア１２が単一モードであることが可能になり、同時に、コアの内層クラッドからのより多くのポンプパワーの取り込みが可能になり、ファイバのパワーハンドリング能力を高くすることも可能になる。この実施例の光ファイバに対する仕様組成は、
コア１２：        ０.６重量％Ｙｂ２Ｏ３，４.５重量％Ａｌ２Ｏ３，
３.０重量％ＧｅＯ２，
内層クラッド１４：８.５重量％ＧｅＯ２，
外層クラッド１６：９重量％Ｂ及び２.７重量％Ｆ，
多孔度１６％（Ｎ２充填空孔），
であり、外層クラッド内の穴の平均寸法は２００ｎｍ，標準偏差は１００ｎｍである。この実施例において、（純シリカに対する）相対屈折率デルタｎ５及びｎ３はそれぞれ、約−１.５％及び−２８％である。
【００４０】
ファイバ１０は外付け（ＯＶＤ）プロセスで作製することができる。ＯＶＤプロセスは、ファイバスートプリフォームを作製するための、火炎内で酸素と反応してベイトロッド上にスート粒子形成する（シリカ及び所望のドーパントを含む）所望の蒸気成分からの堆積によって光ファイバを作製する方法である。スートプリフォームは次いで、ベイトロッドが取り外された後に、高温炉内で固結されて中実透明ガラスになる。コア／内層クラッド／外層クラッド組成は、スートプリフォーム形成プロセスにおいて、それぞれの層に異なる蒸気成分を用いることで達成される。コア／内層クラッドプリフォームが初めに形成され、次いで固結され、オーバークラッド外付けプロセスが続き、次いで再び固結される。本明細書に説明されるように、固結ファイバプリフォームにガス入り空孔を導入するために少なくとも１つの固結工程が利用される。最終プリフォームは次いで既知のファイバ線引き法によって線引きされて、二重クラッド光ファイバになる。
【００４１】
実施例２
この実施例の光ファイバは、図１Ａ及び１Ｂに簡略に示され、１１００ｎｍのレーザ発振波長において多モードであるＹｂドープシリカ系コア１２、純シリカ系内層クラッド１４（デルタ％約０）及び（アルゴンガス入り）空孔含有領域における多孔度が１６％の純シリカ外層クラッド１６を有する。この実施例において、（純シリカに対する）相対屈折率デルタｎ５及びｎ３はそれぞれ、約０％及び−２８％である。内層クラッド１４のＮＡは（１３８０ｎｍで測定して）０.３である。内層クラッド１４に対するコア１２の屈折率差（デルタ％）は約０.７である。コア１２及び内層クラッド１４の第１の区画は内付け（ＩＶＤ）プロセスで作製される。コアのＧｅＯ２-ＳｉＯ２スートがガラスチューブ（内層クラッドの第１の区画）の内側に堆積され、続いてコアスートの溶液Ｙｂドーピングが行われる。次いでこの構造が焼結されて中実プリフォームになる。次いでこのプリフォームが外層クラッド堆積のためのＯＶＤプロセスのためのベイトロッドとして用いられる。本明細書に説明されるように、固結ファイバプリフォームにガス入り空孔１６ａを導入するために少なくとも１つの固結工程が利用される。
【００４２】
第２の実施例の光ファイバに対する仕様組成は、
コア１２：        ０.８重量％Ｙｂ２Ｏ３，９.５重量％Ｐ２Ｏ５，
５.４重量％ＧｅＯ２，
内層クラッド１４：純シリカ，
外層クラッド１６：純シリカ，多孔度１６％（アルゴン入り空孔），
であり、外層クラッド内の穴の平均寸法は３００ｎｍ，標準偏差は１５０ｎｍである。この実施例において、（純シリカに対する）相対屈折率デルタｎ５及びｎ３はそれぞれ、約０％及び−２８％である。
【００４３】
実施例３
実施例３の（同じく図１Ａ及び１Ｂに簡略に示される）活性光ファイバは、Ｙｂドープコア１２、（１３８０ｎｍで測定して）ＮＡが０.３のＧｅＯ２ドープシリカ内層クラッド１４及びフッ素及びホウ素がドープされた空孔含有外層クラッド１６を有する。（内層クラッドに対する）コア１２の屈折率差（％デルタ）は約０.７である。この光ファイバ実施例に対する仕様組成は、
コア１２：        ０.８重量％Ｙｂ２Ｏ３，９.５重量％Ｐ２Ｏ５，
５.４重量％ＧｅＯ２，
内層クラッド１４：６重量％ＧｅＯ２，
外層クラッド１６：９重量％Ｂ及び２.７重量％Ｆ，
多孔度５％（アルゴン入り空孔），
であり、外層クラッド内の穴の平均直径は３００ｎｍ，標準偏差は１５０ｎｍである。この実施例において、（純シリカに対する）相対屈折率デルタｎ５及びｎ３はそれぞれ、約−１.５％及び−２８％である。ガス充填空孔１６ａにより内層クラッド１４のＮＡが向上し、したがってかなり高められたレーザポンプ効率が得られ、ポンプ光がファイバ内に閉じ込められたままでいるから、ポリマー被覆が燃えて火災をおこし得る、ポンプ光漏出による破局的故障を防止する。
【００４４】
実施例４
実施例４の光ファイバ（試料Ｂ）は図１Ｃ及び１Ｄに簡略に示される。対照ファイバ（試料Ａ）は試料Ｂファイバと同様であるが、外層クラッド内に空孔を有していない。試料Ａ及び試料Ｂ並びにそれぞれの性能を以下でさらに詳細に説明する。試料Ｂファイバは以下のようにして作製した。ＳｉＯ２スート（密度:０.４７ｇ/ｃｍ３）１２００ｇを１ｍ長×１５ｍｍ径の（放物線形状をもち、ピーク％デルタ屈折率（対シリカ）が２％の）分布屈折率ＧｅＯ２-ＳｉＯ２中実ガラスケーン上に火炎堆積させた。このアセンブリを、スートを焼結して酸素埋込オーバークラッドブランクにするため、初めにヘリウムと３％塩素からなる雰囲気内で１０００℃，２時間乾燥し、続いて、１００％酸素雰囲気にある１５００℃に設定した高温域を通して３２ｍｍ/分で下降させ、次いで同じ雰囲気の高温域を通して２５ｍｍ/分で再び下降させ、次いで１００％酸素内において６ｍｍ/分で最終焼結を行った。得られたガラスブランクを１０００℃に設定したアルゴンパージ均熱オーブン内に２４時間おいた。
【００４５】
このブランクを次いで、約２０ｃｍ長の高温域を有する、ほぼ２０００℃に設定した、線引き炉を用いて線引きして、２０ｍ/秒の速度で１０ｋｍ長の１２５μｍ径ファイバ（試料Ｂファイバ）にした。ファイバ端面の８００倍ＳＥＭ像解析は、６２.５μｍ径中実シリカ-酸化ゲルマニウムコア及び、コア端に始まりファイバのほぼ外径までクラッド全体にわたって分布する（酸素入り）線状孔（シリカに対しｎ３＝−２８％）をほぼ９.０体積％で含有する１２５μｍ径シリカクラッド（シリカに対しｎ５＝約０％）を示し、線状孔の、穴の平均直径は０.４５μｍ，最小直径は約０.０３μｍ，最大直径は１.２μｍ，標準偏差は０.２１μｍであり、ファイバ断面に含まれる穴の数はほぼ３０００個であった。総ファイバ空孔面積％（[穴の面積]/[総光ファイバ断面積]×１００）は約６.８％であった。多モード減衰として測定したときの、このファイバの光特性は２０ｄＢ/ｋｍより小さく、さらに詳しくは、８５０ｎｍ，１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍにおいて、それぞれ３.００ｄＢ/ｋｍ，０.７４ｄＢ/ｋｍ及び０.４５ｋｍ/ｄＢであった。半径５ｍｍ（直径１０ｍｍ）のマンドレルにファイバを１回巻き付けた時の、光曲げ性能データ（図３）は、８５０ｎｍ及び１５５０ｎｍにおいて、それぞれ０.０３ｄＢ未満及び０.０１ｄＢ未満の減衰増加を示した。
【００４６】
（放物線形状をもち、ピーク％デルタ屈折率（対シリカ）が２％の）分布屈折率ＧｅＯ２-ＳｉＯ２の）６２.５μｍ径コア及び空孔がない１２５μｍ径外層クラッドをもつ市販の対照ファイバ（試料Ａファイバ）も耐曲げ性について測定した。半径５ｍｍのマンドレルにファイバを１回巻き付けた時の、この対照ファイバ（試料Ａファイバ）の光曲げ性能（図３）は、８５０ｎｍ及び１５５０ｎｍにおいて、それぞれ１.１３ｄＢ及び１.３０ｄＢの減衰増加を示した。これらの結果は、クラッドに空孔を含有するファイバの優れた曲げ性能を実証する。酸素入り空孔をもたない対照光ファイバ（試料Ａファイバ）のコアＮＡは（約１３８０ｎｍで測定して）０.２６２であった。空孔１６ａをもつ光ファイバ（上述した、試料Ｂ）のコアＮＡは（約１３８０ｎｍで測定して）０.３４４であった。すなわち、空気充填空孔１６ａが加えられると、コアの開口数,ＮＡは３１％（０.２６２から０.３４４に）大きくなった。
【００４７】
したがって、本明細書に開示されるファイバ構造及び方法を用いれば、注目する波長（例えば、９１５ｎｍ，９７６ｎｍ，９８０ｎｍ，１４８０ｎｍ及び１５５０ｎｍ）における、１０ｍｍ径マンドレルに巻き付けた時に、１ｄＢ/巻未満、さらに好ましくは０.５ｄＢ/巻未満、さらに一層好ましくは０.２５ｄＢ/巻未満、最も好ましくは０.１５ｄＢ/巻未満の、減衰増加を示す光ファイバを作製することが可能である。
【００４８】
また、実施例４のファイバ作製用光学ブランクを線引きして、半径７５μｍの無空孔酸化ゲルマニウムドープシリカコアをもつ３００μｍ径ファイバにした。このコアは上述したような空孔含有シリカクラッドで囲まれており、この結果、大径コア及び大ＮＡを有する光ファイバが得られた。これらの１２５μｍ径ファイバまたは３００μｍ径ファイバは自動車用データ通信用途に適している。
【００４９】
実施例５
実施例５の光ファイバ１０は、図１Ｃ及び１Ｄに簡略に示され、自動車用データ通信用途での使用のために設計されている。このファイバは、平均直径が２００ｎｍ，標準偏差が１００ｎｍの窒素入り空孔１６ａを１６％含む、径厚が２０μｍの空孔含有シリカクラッド１６で囲まれた、コア半径が９０μｍの無空孔シリカコア１２を有し、クラッド１６はさらに径厚が１０μｍの無空孔シリカ外層クラッド１７で囲まれている。総ファイバ空孔面積％（[穴の面積]/[総光ファイバ断面積]×１００）は約４.４％である。コアのＮＡは、（１３８０ｎｍで測定して）０.３である。このファイバは自動車用データ通信用途に適している。
【００５０】
ガス充填領域分率、すなわち空孔含有クラッドのガス充填分率（すなわち[空孔の総断面積]/[ファイバの空孔含有領域の総断面積]×１００）は、１％と７５％の間であることが好ましく、２％と５５％の間であることがさらに好ましく、６％と５０％の間であることが最も好ましい。ガス充填分率（％）が高くなるほど、コア１２のＮＡが大きくなる。出願人等は、注目する波長（例えば光源波長）に対する空孔寸法が小さくなるほど、ファイバの光性能が高くなり、（本実施例ではコア１２である）大開口数層のＮＡが大きくなり、光ファイバ１０の曲げ性能が高くなることも見出した。すなわち、比λＮＡ/Ｄｉは、２より大きいことが好ましく、３より大きいことがさらに好ましく、４より大きいことがさらに好ましく、５より大きいことがさらに一層好ましく、１０より大きいことが最も好ましい（λＮＡはＮＡを測定するための波長であり、Ｄｉは平均空孔直径である）。この実施例において、（純シリカに対する）相対屈折率デルタｎ５及びｎ３はそれぞれ、約−０％及び−２８％である。
【００５１】
実施例６
実施例６の光ファイバ１０は、図１Ｃ及び１Ｄに簡略に示され、自動車用データ通信用途での使用のために設計されている。このファイバは以下のようにして作製した。ＳｉＯ２スート（密度:０.４６ｇ/ｃｍ３）５００ｇを１ｍ長×１５ｍｍ径の純シリカケーン上に火炎堆積させた。このアセンブリを次いで焼結した。さらに詳しくは、このアセンブリを、スートを焼結してＦドープされた窒素埋込埋込オーバークラッドブランクにするため、ヘリウムと３％塩素からなる雰囲気内で１０００℃，２時間乾燥し、続いて（体積で）７０％窒素／３０％ＳｉＦ４の雰囲気にある１５００℃に設定した高温域を通して３２ｍｍ/分で下降させ、次いで同じ雰囲気の高温域を通して２５ｍｍ/分で再び下降させ、次いで１００％窒素内において６ｍｍ/分で最終焼結を行った。ブランクを１０００℃に設定したアルゴンパージ均熱オーブン内に２４時間おいた。
【００５２】
ブランクを実施例１と同様の態様で線引きして１２５μｍ径ファイバにした。ファイバ端面の２００倍及び５００倍の光学像解析は、約８２μｍ径中実シリカコア及びほぼ９.０体積％の線状孔（窒素）を含むフッ素ドープシリカ（フッ素がほぼ１.２重量％で、シリカに対してｎ５＝−０.４％）クラッドを示し、線状孔の穴の平均直径は０.７３μｍ，最小直径は０.０３μｍ，最大直径は２.０μｍ，標準偏差は０.４０μｍであり、ファイバ断面に含まれる穴の数はほぼ１２００個であった。この実施例において、（純シリカに対する）相対屈折率デルタ,ｎ３は約−２８％である。総ファイバ空孔面積（[穴の面積]/[総光ファイバ断面積]×１００）は約５.１％であった。多モード減衰として測定したときの、このファイバの光特性は、８５０ｎｍ，１３１０ｎｍ及び１５５０ｎｍにおいてそれぞれ、１６.１ｄＢ/ｋｍ，１４.５ｄＢ/ｋｍ及び１３.２ｋｍ/ｄＢであった。半径５ｍｍのマンドレルにファイバを１回巻き付けた時の、光曲げ性能データは、８５０ｎｍ及び１５５０ｎｍにおいてそれぞれ、１.８５ｄＢ及び０.６７ｄＢの減衰増加を示した。空孔を含まない対照ファイバを作製した。クラッドにＳｉＦ４及びＨｅの焼結雰囲気を用いて、空孔のないファイバを得た。この対照ファイバの、ファイバ端面の２００倍及び５００倍でとった光学像の解析は、約８２μｍ径中実シリカコア及びフッ素ドープシリカ（フッ素はほぼ１.２重量％）無空孔クラッドを示した。半径５ｍｍのマンドレルにファイバを１回巻き付けた時の、この対照ファイバの光曲げ性能は、８５０ｎｍ及び１５５０ｎｍにおいてそれぞれ、８.０６ｄＢ及び９.３３ｄＢの減衰増加を示した。これらの結果はクラッドに空孔を含むファイバの優れた曲げ性能を実証している。（上述した）空孔１６ａを有する光ファイバの内層クラッドＮＡは（約１３８０ｎｍで測定して）０.２５８である。空孔のない対照光ファイバの内層クラッドＮＡは（約１３８０ｎｍで測定して）０.１３である。すなわち、内層クラッドの開口数,ＮＡは、空気充填空孔１６ａが加えられると、９８％（０.１３から０.２５８に）大きくなる。また、上記光学ブランクを線引きして、上述したような空孔含有フッ素ドープシリカクラッドで囲まれた、径距離がほぼ１００μｍの無空孔シリカコアを有する３００μｍ径ファイバにし、よって、大径コア及び大ＮＡを有する光ファイバを得た。これらの１２５μｍ径ファイバまたは３００μｍ径ファイバは自動車用データ通信用途に適している。
【００５３】
本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本発明に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本発明の改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価物の範囲内に入れば、本発明はそのような改変及び変形を包含するとされる。
【符号の説明】
【００５４】
１０    二重クラッド光ファイバ
１２    コア
１４    内層クラッド
１６    外層クラッド
１６ａ    空孔
１７    オーバークラッド層
１８    保護被覆
【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１Ｅ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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