(57)【要約】  本発明は、コア空間対称性を有する少なくとも１つのコア（７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ１、７Ｅ、７Ｆ）を含む、微細構造の光ファイバー（１）であって、前記コアが、前記少なくとも１つの対称軸に対して非対称な埋め込みによって前記コアに分配された少なくとも１種のドーピング物質を含むことを特徴とする、光ファイバーに関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの対称軸を含む形状空間対称性を有する少なくとも１つのコア（７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆ）を含む、微細構造の光ファイバー（１）であって、前記コアが、前記少なくとも１つの対称軸に対して非対称な埋め込みによって前記コアに分配された少なくとも１種のドーピング物質を含むことを特徴とする、光ファイバー。
【請求項２】
前記少なくとも１種のドーピング物質が前記コアの複数のドーピング区域（５、６）に位置し、前記ドーピング区域のそれぞれが区別できる、請求項１に記載の光ファイバー。
【請求項３】
前記コアが１種類のドーピング物質のみを含み、前記ドーピング物質が前記ドーピング区域のそれぞれに位置し、前記ドーピング物質の濃度が各ドーピング区域で異なる、請求項２に記載の光ファイバー。
【請求項４】
前記コアが複数の異なるドーピング物質を含み、前記複数のドーピング物質のそれぞれが、前記複数のドーピング区域の異なるドーピング区域に位置している、請求項１又は２に記載の光ファイバー。
【請求項５】
前記コアが対称軸に対して対称であり、前記コアが２つのドーピング区域を含み、前記ドーピング区域が前記対称軸の両側に位置している、請求項２〜４のいずれか１項に記載の光ファイバー。
【請求項６】
複数のコアを含み、前記複数のコアの各コアが、少なくとも１つの対称軸に沿った空間対称性をそれぞれ有し、複数のコアの各コアが、前記少なくとも１つの対称軸のそれぞれに対して非対称な埋め込みによって前記対応するコアに分配された少なくとも１種のドーピング物質をそれぞれ含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光ファイバー。
【請求項７】
前記ドーピング物質が、希土類イオン、ゲルマニウム及びリンからなる群から選択される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光ファイバー。
【請求項８】
前記コアが４つの小さな直径の空洞（２）及び２つの大きな直径の空洞（４）に囲まれたシリカコアであり、４つの小さな直径の空洞が、大きな直径の空洞の両側で対になって分配されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光ファイバー。
【請求項９】
小さな直径が２．２μｍであり、大きな直径が４μｍである、請求項８に記載の光ファイバー。
【請求項１０】
前記空間対称性が対称の面である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光ファイバー。
【請求項１１】
−形状空間対称性コアを有する微細構造の光ファイバーを適用する工程；
−前記形状空間対称性の少なくとも１つの対称軸を決定する工程；
−前記少なくとも１つの対称軸に対して非対称な埋め込みによって前記コアに少なくとも１種のドーピング物質を分配する工程
を含む、ドープされた光ファイバーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの対称軸を含む形状空間対称性を有する少なくとも１つのコアを含む微細構造の光ファイバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバーは導波管として知られ、使用される。微細構造のファイバーは、断面において、微細な空洞のマトリクスを含む。これらの空洞は、光ファイバーの全長に沿って伸びる。光ファイバーの中心では、１つ又は複数の空洞は、光トラップ、ひいては光ファイバーのコアを構成している更に高い屈折率を有する区間を形成するためには存在していない。したがって、微細構造の光ファイバーのコアは、最小光損失を起こす伝播場所である。ファイバーは複数のコアを有してよい。
【０００３】
光ファイバーの非直線性は、それが作られる物質によってのみ決まる。しかし、これらの効果の存在の分かれ目は、コアで伝播している出力密度、ひいてはその伝播に沿った出力の閉じ込めによって決まる。さらに、複合的なスペクトルの広がりが基準とする全てのパラメトリック効果は、検討された波の位相速度の同調を必要とし、したがって偏光効果に、ひいては検討した管の複屈折性に敏感である。実際のところ、ファイバーが理論上は等方性になるように製造されるとしても、ファイバー内の不純物の存在及び物理的制約条件が、その中にいわゆる局在又は指向性の複屈折を与える。光ファイバー内の複屈折の出現が、その分散曲線を変えて、伝播場の偏光感度を良くすることも分かっている。したがって、管のコアで非直線型の波長が伝播する条件は、局在又は指向性の複屈折の存在により著しく影響される。
【０００４】
Ｏｒｔｉｇｏｓａ−Ｂｌａｎｃｈらの刊行物「Ｈｉｇｈｌｙ  ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｆｉｂｅｒｓ」、Ｏｐｔｉｃｓ  ｌｅｔｔｅｒ、２０００年、Ｖｏｌ．２５は、例えば、微細構造の光ファイバー（そのコアは、２つの対称軸を形成している孔内に形成されている）を開示する。したがって、そのように形成されたコアは実質的に楕円形である。これは、ファイバーコアの形状と関連している指向性の複屈折の様子によって示される。そのような複屈折は、コアで伝播している波の出力と無関係である。したがって、この複屈折は永続的であり、線形効果である。
【０００５】
他の微細構造のファイバーが、米国特許出願公開第２００５／１０５８６７号明細書及び米国特許出願公開第２００６／０８８２６２号明細書から分かる。
【０００６】
しかし、前述の文献で説明されるファイバーの楕円形のコアは、管の幾何学的非対称から生まれた複屈折性を有し、約３×１０−３〜７×１０−３の屈折率変化を超えないであろう。
【０００７】
ファイバーにおける非対称的な増幅による複屈折の調整を可能にする系が、米国特許出願公開第２００４／０８６２１３号明細書からも分かる。複屈折のこの制御は、標準的なファイバーのコア内の活性イオンドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）区域の導入によって、及び非線形効果によるこのドープされた区域内の屈折率を変更させるために、ひいては複屈折パラメータに影響を与えるために、第２の高出力ポンプ波の統合によって、許容される。この系では、複屈折は、それが永続的ではないから、「非線形（ｎｏｎ  ｌｉｎｅａｒ）」複屈折と呼ばれ、それは、入射波の出力によって決まり、信号を局所的に増幅するために補助ポンピングが行なわれるときにのみ存在する。そのような系は、外部ポンプを必要とし、そして静的利用（ポンプなし）では向上した複屈折性を提供しないという欠点を有する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、微細構造の光ファイバー内の線形複屈折の効果をさらに増加させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、本明細書で説明された通りにファイバーを用いて本発明により解決され、前記コアは、前記少なくとも１つの対称軸に対して非対称の埋め込みによって前記コアに分配された少なくとも１種のドーピング物質を含む。今では本発明の実施形態は、添付図面を参照しながら説明されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ＸＹ平面に沿った本発明による光ファイバーの断面図である。
【図２】本発明の第一の実施形態による光ファイバーの断面図である。
【図３】本発明による複数のコアの光ファイバーの断面図である。
【図４】本発明による光ファイバーのコアの詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明によれば、ドーピング物質の分配が、コアの空間対称性を変え、ドープされていないコアに対して、ファイバーのドープされたコアの異方性を向上させる。したがって、そうして得られた光ファイバーの線形複屈折性は、改良され、永続的であり、また潜在的に向上している。
【００１２】
コアで伝播している横モードの空間非対称性の導入は、コアの一部分の屈折率を直接改良するドーピングの導入によって、行なうことができる。次に、モードのこの非対称性は、その伝播の偏光感度を良くする同等の複屈折を起こす。
【００１３】
本発明による非対称性の導入には、より低い波長へ向かってコア内を伝播しているモードの分散ゼロ点のシフトを可能にするという利点もある。
【００１４】
微細構造の光ファイバーのコア内でのドーピング物質の導入は、それ自体が知られていて、ファイバーのコアで伝播している光信号を増幅すること又は非線形効果を増加させることを可能にする。様々なドーピング物質が、増幅されることになる信号及び望ましい光学的効果に応じて提供されている。既知の光ファイバーでは、ドーピング物質はコアの中心に、そしてコアの対称軸に対して対称に位置している。
【００１５】
むしろ、本発明によれば、ドーピング物質は、ファイバーのコアの対称性を崩すように分配されている。
【００１６】
ファイバーのコア内でのドーピング物質の非対称的な埋め込みによって、指向性の複屈折は、ドーピング物質の形状によって引き起こされた複屈折によって強化される。所定の範囲のコアの屈折率の増加が、非対称的な態様で、モードプロファイルのさらなる非対称性、ひいては複屈折性の変更を可能にする。次に位相の同調が、この特定のドーピングなしでは上手くいかないであろうが、可能である。
【００１７】
例えば、最初に中心対称性プロファイルを有していることで、その中心を横切っている無限の対称軸を有しているコアは、コアの全面における不均質なドーピングの導入によって変性され得る。コアの端に位置している僅か１つのドープされた区域が、コアの中心対称性を崩すことも可能にする。
【００１８】
本発明によれば、少なくとも１種のドーピング物質は、前記コアの複数のドーピング区域に位置し、ドーピング区域のそれぞれは区別でき、前記ドーピング区域は前記空間対称性を崩す程度に調整されている。
【００１９】
したがって、ドーピング物質（単数又は複数）の非等方性の分配が、コアの対称性を崩し、ひいては複屈折効果を増加させることを可能にする。
【００２０】
一実施形態によれば、前記コアはわずか１種類のドーピング物質を含み、前記ドーピング物質は前記ドーピング区域のそれぞれに位置し、前記ドーピング物質の濃度は各ドーピング区域で異なっている。
【００２１】
例えば、前記複数のドーピング区域は、２つのドーピング区域を含む。
【００２２】
この実施形態によれば、ドーピング物質の濃度はコアでは異なるから、コアの対称性は崩れている。この実施形態には、わずか１種類のドーピング物質が使われるとしても、コア複屈折性の増加を可能にするという利点がある。
【００２３】
本発明の別の実施形態では、前記コアは、複数のドーピング物質を含み、前記複数のドーピング物質の各ドーピング物質は、前記複数のドーピング区域のそれぞれのドーピング区域に位置している。
【００２４】
次に、異なるドーピング物質をそれぞれ含む多数のドーピング区域の調整が、コア対称性を崩すことを可能にする。前述したとおり、次に複屈折効果が改良される。
【００２５】
本発明によれば、前記光ファイバーは複数のコアを含んでよく、前記複数のコアのそれぞれは空間対称性を有し、複数のコアのそれぞれは、空間対称性を崩す程度に調整された少なくとも１種のドーピング物質を含んでいる。
【００２６】
この実施形態は、各コアの光幾何学的特性によって様々な異なるスペクトルの発生を可能にしながら、光ファイバーの複屈折性を増加させることを可能にする。これは、幾つかのスペクトルをコヒーレント加算することによって連結した導波管を提供することも可能にする。各コアから出た各波長は、他の波長とは無関係に非線形効果によってブロードなスペクトルを発生させてよい。これは、ファイバーの出口で、コアごとに異なる特性を有するスペクトルを得ることを可能にする。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば、前記少なくとも１種のドーピング物質は、希土類イオンである。これは、単数又は複数の波長を平行に増幅させることを可能にする。
【００２８】
これは、様々な波長における集合の反転を得て、レーザー効果又は多重増幅を生むことも可能にする。
【００２９】
本出願人は、前記コアが４つの小さな直径の空洞及び２つの大きな直径の空洞で囲まれたシリカコアであり、小さな直径の空洞が大きな直径の空洞の両側で対になって分配されているとき、より詳細には小さな直径が２．２μｍであり、大きな直径が４μｍであるとき、複屈折性が特に改良されることを示した。
【００３０】
本発明は：
−形状空間対称性を有するコアを有する微細構造の光ファイバーを供給する工程；
−前記形状空間対称性の少なくとも１つの対称軸を決定する工程；
−前記少なくとも１つの対称軸に対して非対称的な埋め込みによって前記コアに少なくとも１種のドーピング物質を分配する工程
を含む、ドープされた光ファイバーの製造方法にも関する。
【実施例】
【００３１】
図１は本発明による光ファイバー１の断面図である。光ファイバー１は、中間シリカ区域３を囲んでいる空洞２の網目を含む微細構造のファイバーである。空洞２及びシリカ区域３のこの集成体は、シース２、３にファイバー７のコアを囲ませる。
【００３２】
この光ファイバー１は、例えば、シリカ管を互いに平行に配置する「スタックアンドドロー（ｓｔａｃｋ  ａｎｄ  ｄｒａｗ）」として知られる方法を用いて製造される。
【００３３】
空洞２の直径は約２．２μｍであり、多数の空洞は約２．７μｍのシリカ区域によって隔てられている。
【００３４】
ファイバー１のコア７は、図１に示された座標系のＸ軸及びＹ軸に沿った非対称の態様で区切られている。Ｘ軸方向では、コア７は、微細構造体２の空洞の直径を超える直径を有する２つの空洞４によって区切られている。コア７のＸ軸に沿った空洞４の直径は約４μｍである。Ｙ軸方向では、コアは、シース２、３の空洞２と同じ直径を有する空洞によって区切られている。大きな直径の空洞４が存在するので、それによってコア７は実質的に楕円の形状を有する。コア面７は約５平方μｍである。
【００３５】
したがって、コア７を区切っている空洞の調整は、Ｘ及びＹの両軸に沿ってコア７に空間対称性を与える。間隙を介して、２つの対称面がこのように対応する。
【００３６】
シース２、３内の空気の量は約６５％である。
【００３７】
ファイバー１のコア７には、Ｘ軸に沿った偏光を有する基本波ＬＰ０１、Ｙ軸に沿った偏光を有する基本波モードＬＰ０１、Ｘ又はＹ軸方向の中心ゼロ点及びＸ又はＹ軸に沿った偏光を有する第一のより高いオーダーのモードＬＰ１１に対応する、波の６つの横モードを導くことを可能にしている次元がある。分散ゼロ波長は、Ｘ及びＹ軸に沿ったＬＰ０１モードについて約７７０ｎｍ及びＬＰ１１モードについて約５６０ｎｍである。
【００３８】
本発明によれば、コア７は、非対称の態様の微細構造であり、２つの区別できるドーピング区域５及び６を含む。
【００３９】
ドーピング区域５及び６は、異なる屈折率を有する２つの異なる物質を含む。したがって、コア７は、２つの区域５及び６に垂直に分割される。この分割は垂直でもよい。
【００４０】
一実施形態によれば、これらの２つのドーピング区域５及び６は、ドーピング区域ごとに異なるドーピング物質をドープされている。所望の性質に応じて、ドーピング物質は、ゲルマニウム、リン又は希土類イオンでよい。ゲルマニウム及びリンを希土類イオンよりも大量にファイバー中に導入し、次により高い複屈折性を得ることを可能にしてよい。
【００４１】
図２に示された一実施形態によれば、コア７では、２つのドーピング区域５及び６は、同じドーピング物質、例えばゲルマニウムを含む。ゲルマニウムの濃度は区域５及び６で異なっている。例えば、区域５は３％の低ドーピングを有する一方で、他の区域６は、１０％の濃度のより高いドーピングを有する。
【００４２】
コア７においてＸ軸の両側に２つの異なる濃度でドーピング物質が存在するので、コアの対称性がＹ軸方向では崩れている。したがって、光ファイバー１の複屈折性が増加する。
【００４３】
本発明によれば、ファイバー１は、図３に示したとおり、複数のコア７、７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ、７Ｆを含んでよい。コア７Ａ、７Ｂ、７Ｄ及び７Ｅは、それらが同一直径を有する空洞２に囲まれているので、実質的に環状である。大きな直径の空洞４がＸ軸に沿って存在しているので、コア７は上述のように実質的に楕円形状であり、空洞７Ｆ及び７Ｃは、Ｘ軸に沿って非対称及びＸ軸に対して対称である。
【００４４】
本発明によれば、前記コアのそれぞれでは、コアの空間対称性を崩すように調整されたドーピング区域がドープされる。
【００４５】
伝播対称性を崩し、ひいては複屈折効果を増加させるように、これらの多数のコアを連結させることができる。
【００４６】
例えば図４に示したように、Ｙ軸に沿った対称性を有するコア７Ｆ及び７Ｃについて、２つのドーピング区域５及び６は、異なる濃度の同一ドーピング物質、又は異なるドーピング物質のいずれかを存在させた状態で、コア７Ｆを隔てているＸ軸の両側に位置している。したがって、コア７Ｆの空間対称性が崩れ、コア７Ｆで伝播している光束のファイバー複屈折性を増加させる。
【００４７】
本発明について一般的に言えば、光ファイバーの複屈折性を改良するために、少なくともファイバーのコアの空間対称性が決定され、このコアは、コア内のドーピング物質の分配によって空間対称性を崩すようにドープされる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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