(57)【要約】  中空コアファイバーは、セルのマトリックスを含むクラッドを有し、各セルは、孔と、この孔を囲む壁とを備える。このファイバーは、セルのマトリックスにコアギャップを備える中空コア領域を更に有し、このコアギャップは、複数のセルに及び、当該コアギャップの境界面によって画定される境界を有する。セルのマトリックスは、複数の格子セルと、少なくとも１つの特性における、格子セルの特性との少なくとも１つの相違によって特徴付けられる複数の欠陥セルとを含む。コア領域境界におけるセルは、中空コアファイバーを通って伝播する光に複屈折を生み出すように、反射対称の２つの直交軸を画定するパターンで配置された格子セル及び欠陥セルを含む。【選択図】図４
2015534650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空コアファイバーであって、
セルのマトリックスを含むクラッドであって、各々の前記セルは、孔と、該孔を囲む壁とを備える、クラッドと、
前記セルのマトリックスにコアギャップを備える中空コア領域であって、該コアギャップは、複数の前記セルに及び、該コアギャップの前記セルと前記クラッドの前記セルとの間の境界面によって画定される境界を有する、中空コア領域と、
を備え、
前記セルのマトリックスは、
複数の格子セルと、
少なくとも１つの特性における、前記格子セルの特性との少なくとも１つの相違によって特徴付けられる複数の欠陥セルと、
を含み、
前記コア領域境界における前記セルは、該中空コアファイバーを通って伝播する光に複屈折を生み出すように、反射対称の２つの直交軸を画定するパターンで配置された格子セル及び欠陥セルを含む、中空コアファイバー。
【請求項２】
前記欠陥セルは、断面の中実面積における、前記格子セルの該断面の中実面積と比較した相違を有することによって特徴付けられる、請求項１に記載のファイバー。
【請求項３】
前記欠陥セル及び前記格子セルのそれぞれの前記壁の厚さは、以下の関係を満たし、
【数１】
2015534650.tif 000007
ここで、ＡＦＦｄｅｆｅｃｔは、欠陥セルにおける光学材料に対する空気の体積比率であり、ＡＦＦｌａｔｔｉｃｅは、格子セルにおける光学材料に対する空気の体積比率である、請求項２に記載のファイバー。
【請求項４】
前記欠陥セルは、孔の幅における、前記格子セルの該孔の幅と比較した相違を有することによって特徴付けられる、請求項１に記載のファイバー。
【請求項５】
前記欠陥セル及び前記格子セルのそれぞれの前記壁の厚さは、以下の関係を満たし、
【数２】
2015534650.tif 000008
ここで、ＡＦＦｄｅｆｅｃｔは、欠陥セルにおける光学材料に対する空気の体積比率であり、ＡＦＦｌａｔｔｉｃｅは、格子セルにおける光学材料に対する空気の体積比率である、請求項４に記載のファイバー。
【請求項６】
前記コア領域は、前記コアの対向する長いサイドに位置決めされた欠陥を有する、直交した長軸及び短軸の回りに反射対称性を示す長形の形状の断面プロファイルを有し、
前記欠陥は、長形の前記コアの前記長軸及び前記短軸の双方に対して反射対称に配置されている、
請求項１に記載のファイバー。
【請求項７】
複屈折中空コアファイバーを製造する方法であって、
複数のキャピラリーチューブをプリフォームアセンブリに配置するステップと、
マトリックスにコアギャップを設けるステップであって、該コアギャップは、複数のチューブに及び、該コアギャップと残りの前記アセンブリとの境界面によって画定された境界を有する、設けるステップと、
なお、前記マトリックスは、
複数の格子キャピラリーチューブと、
少なくとも１つの特性における、前記キャピラリーチューブの特性との少なくとも１つの相違によって特徴付けられた複数の欠陥キャピラリーチューブと、
を含み、
前記コアギャップ境界における前記キャピラリーチューブは、前記プリフォームアセンブリから延伸された中空コアファイバーにおいて反射対称の２つの直交軸を画定するパターンで配置された格子キャピラリーチューブ及び欠陥キャピラリーチューブを含み、
前記プリフォームアセンブリをファイバーに延伸するステップであって、前記アセンブリは、ともに融合して、前記プリフォームアセンブリにおける前記コアギャップに対応する中空コアと、前記プリフォームアセンブリにおける個々のキャピラリーチューブに対応する個々のセルを有する微細構造クラッドとを形成する、延伸するステップと、
を含む、複屈折中空コアファイバーを製造する方法。
【請求項８】
前記欠陥キャピラリーチューブは、前記格子キャピラリーチューブの断面の中実面積と比較して、該断面の中実面積の相違を有するように選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記欠陥キャピラリーチューブは、それらの壁の厚さが以下の関係を満たすように選択され、
【数３】
2015534650.tif 000009
ここで、ＡＦＦｄｅｆｅｃｔは、欠陥キャピラリーチューブにおける光学材料に対する空気の体積比率であり、ＡＦＦｌａｔｔｉｃｅは、格子キャピラリーチューブにおける光学材料に対する空気の体積比率である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
欠陥キャピラリーチューブに対応する前記ファイバーのセルは、格子キャピラリーチューブに対応する前記ファイバーのセルと比較して、孔の幅の相違を有するように選択される、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記欠陥キャピラリーチューブは、それらの壁の厚さが以下の関係を満たすように選択され、
【数４】
2015534650.tif 000010
ここで、ＡＦＦｄｅｆｅｃｔは、欠陥キャピラリーチューブにおける光学材料に対する空気の体積比率であり、ＡＦＦｌａｔｔｉｃｅは、格子キャピラリーチューブにおける光学材料に対する空気の体積比率である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記コア領域は、前記コアの対向する長いサイド上に位置決めされた欠陥キャピラリーチューブを有する長形の断面プロファイルを有し、
前記欠陥キャピラリーチューブは、長形の前記コアの長軸及び短軸の双方に対して反射対称に配置されている、
請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
前記延伸するステップの間に、圧力制御が、前記格子キャピラリーチューブに適用されるものとは異なって前記欠陥キャピラリーチューブに適用される、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、包括的には、光ファイバーデバイス及び方法に関し、特に、改良された高複屈折中空コアファイバー（high-birefringence hollow-core fiber）及び改良された高複屈折中空コアファイバーを作製する技法に関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１２年８月１８日に出願された米国仮特許出願第６１／６８４，７３８号の優先権の利益を主張する。この米国仮特許出願は、本出願の譲受人によって所有され、引用することによってその全内容が本明細書の一部をなすものとする。
【背景技術】
【０００３】
中空コアファイバーは、中空コアを満たす真空内又は液体若しくは気体内のほぼ全体における光の誘導を可能にする。この能力は、潜在的に低損失の耐屈曲ファイバー（bend-resistant fiber）における極めて低い光学的非線形性（optical nonlinearity）の達成等の幾つかの可能性を開く。中空コアファイバーの固有の特性は、光伝送（optical transmission）、センシング、パルス圧縮（pulse compression）等を含む複数の異なる用途において潜在的に有用である。
【０００４】
例えば、一般的に言えば、中空コア通信ファイバーは、シリカコアファイバー（silica-core fiber）よりも大幅に低い非線形性を示し、システム性能を劇的に変化させる。センシングの用途の場合、中空コアファイバーによって、ファイバーのコア内に導入された気体サンプル又は液体サンプル内で光を誘導することが可能になる。これは、光とサンプルとの相互作用を最大にする傾向があり、これは、高感度を得るのに非常に望ましい。高出力パルスレーザー（pulsed laser）システムでは、中空コアによって、非線形となることもファイバーを損傷することもなく、非常に高いピークパワーのパルスを送達及び圧縮することが可能になる。
【０００５】
加えて、中空コアファイバーは、大きな偏波モード減衰（polarization-mode impairment）を有すると予想される。これは重要な意味を有する。なぜならば、通信等の多くの用途では、信号偏波（signal polarization）の制御が重要であるからである。偏波モード分散（polarization-mode dispersion）に関して、一般的に言えば、伝送ファイバーは、伝送が偏波無依存であるように非常に低い複屈折を有するか、又は伝送信号の偏波を制御することができるように非常に高い複屈折を有することが望ましい。
【０００６】
一般的に言えば、中空コアファイバーを効果的にシングルモードにし、非常に低い複屈折を持たせることが困難である。したがって、偏波が十分に維持された状態で信号伝播を可能にする複屈折中空コアファイバーは、魅力的な選択肢である。同様に、センシングシステム及び他の用途では、不要な偏波結合（polarization coupling）は、光を２つの偏波モードに不確実に分割するために、多くの場合、センサー出力に雑音又は減衰をもたらす。したがって、複屈折ファイバーの偏波維持特性は、この特性がなければ偏波結合を誘発するおそれがある擾乱にもかかわらず、各信号を確定した偏波モードに保つことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
複屈折中空コアファイバーのための１つの現在の設計では、コアチューブが、格子キャピラリーチューブ（lattice capillary tube）のアセンブリに追加され、複数の欠陥ロッド（defect rod）が、コアチューブの内周部に非対称パターンで位置決めされる。そのような設計を用いた複屈折は、実験による実証に成功している。しかしながら、コアチューブの使用は、常に望ましいとは限らない。
【０００８】
１つの理由は、コアチューブの使用が、延伸されたファイバーにおけるコアウェブの厚さに影響を与え、これが性能に影響を与えるということである。コアウェブの厚さの種々の選択肢が、低損失、低損失ウィンドウの大きな帯域幅、高複屈折、又は他の特性を達成するのに望ましい場合がある。また、欠陥ロッドの位置は、要素の密充填配置（close-packed arrangement：最密充填配置）によって一定ではない。したがって、欠陥ロッドは、それらの所望の位置から変位する傾向もあれば、意図せずに分離される傾向さえある。欠陥の位置の不規則性は、損失の増大又は複屈折軸のドリフトをもたらす可能性があり、これは、ファイバーの偏波維持性能を劣化させる傾向がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従来技術のこれらの課題及び他の課題は、本発明によって対処される。本発明の態様は、複屈折中空コアファイバー及びこのファイバーを製造する技法を対象とする。
【００１０】
本発明の一態様によれば、中空コアファイバーは、セルのマトリックスを含むクラッドを有し、各セルは、孔と、この孔を囲む壁とを備える。このファイバーは、セルのマトリックスにコアギャップを備える中空コア領域を更に有し、このコアギャップは、複数のセルに及び、当該コアギャップのセルとクラッドのセルとの間の境界面によって画定される境界を有する。セルのマトリックスは、複数の格子セルと、物理特性又は光学特性等の少なくとも１つの特性における、格子セルの特性との少なくとも１つの相違によって特徴付けられる複数の欠陥セルとを含む。コア領域境界におけるセルは、中空コアファイバーを通って伝播する光に複屈折をもたらすように、反射対称の２つの直交軸を画定するパターンで配置された格子セル及び欠陥セルを含む。
【００１１】
本発明の更なる態様は、複屈折中空コアファイバーを製造する方法を対象とする。複数のキャピラリーチューブが、プリフォームアセンブリに配置される。コアギャップが、キャピラリーチューブのマトリックスに設けられ、キャピラリーチューブがマトリックスから欠落している複数の位置に及び、コアギャップと残りのアセンブリとの境界面によって画定された境界を有する。キャピラリーチューブのマトリックスは、複数の格子キャピラリーチューブと、少なくとも１つの特性における、格子キャピラリーチューブの特性との少なくとも１つの相違によって特徴付けられた複数の欠陥キャピラリーチューブとを含む。コアギャップ境界におけるキャピラリーチューブは、プリフォームアセンブリから延伸された中空コアファイバーにおいて反射対称の２つの直交軸を画定するパターンで配置された格子キャピラリーチューブ及び欠陥キャピラリーチューブを含む。このプリフォームアセンブリは、次にファイバーに延伸され、キャピラリーチューブは、ともに融合して、中空コアを囲む微細構造クラッドを形成する。
【００１２】
本発明の一態様では、コアチューブが、アセンブリ内においてコアギャップ境界に配置される。本発明の別の態様では、コアチューブは、アセンブリ内においてコアギャップ境界に配置されない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】局所的なコアジオメトリーと複屈折との関係を示す、例示のプリフォームアセンブリの代表的な部分の一連の断面図である。
【図１Ｂ】局所的なコアジオメトリーと複屈折との関係を示す、例示のプリフォームアセンブリの代表的な部分の一連の断面図である。
【図１Ｃ】局所的なコアジオメトリーと複屈折との関係を示す、例示のプリフォームアセンブリの代表的な部分の一連の断面図である。
【図１Ｄ】局所的なコアジオメトリーと複屈折との関係を示す、例示のプリフォームアセンブリの代表的な部分の一連の断面図である。
【図１Ｅ】局所的なコアジオメトリーと複屈折との関係を示す、例示のプリフォームアセンブリの代表的な部分の一連の断面図である。
【図１Ｆ】局所的なコアジオメトリーと複屈折との関係を示す、例示のプリフォームアセンブリの代表的な部分の一連の断面図である。
【図２Ａ】欠陥ロッドの配置と複屈折との関係を示す、例示のプリフォームアセンブリの代表的な部分の一対の断面図である。
【図２Ｂ】欠陥ロッドの配置と複屈折との関係を示す、例示のプリフォームアセンブリの代表的な部分の一対の断面図である。
【図３Ａ】一例示の格子キャピラリーチューブ（図３Ａ）及び２つの例示の欠陥キャピラリーチューブ（図３Ｂ及び図３Ｃ）のそれぞれのジオメトリーの比較を提供する、一律の縮尺で描かれていない一連の断面図である。
【図３Ｂ】一例示の格子キャピラリーチューブ（図３Ａ）及び２つの例示の欠陥キャピラリーチューブ（図３Ｂ及び図３Ｃ）のそれぞれのジオメトリーの比較を提供する、一律の縮尺で描かれていない一連の断面図である。
【図３Ｃ】一例示の格子キャピラリーチューブ（図３Ａ）及び２つの例示の欠陥キャピラリーチューブ（図３Ｂ及び図３Ｃ）のそれぞれのジオメトリーの比較を提供する、一律の縮尺で描かれていない一連の断面図である。
【図４】本発明の一態様による一例示のプリフォームアセンブリの代表的な部分の断面図である。
【図５】図４に示すプリフォームアセンブリから延伸された中空コアファイバーの代表的な部分の断面図である。
【図６Ａ】本発明の更なる態様による例示のプリフォームアセンブリの断面図である。
【図６Ｂ】本発明の更なる態様による例示のプリフォームアセンブリの断面図である。
【図６Ｃ】本発明の更なる態様による例示のプリフォームアセンブリの断面図である。
【図７Ａ】各プリフォームアセンブリのそれぞれのコアギャップ境界におけるキャピラリーチューブの層内の４つの欠陥キャピラリーチューブの変化する配置を有する１９セルプリフォームアセンブリの一連の断面図である。
【図７Ｂ】各プリフォームアセンブリのそれぞれのコアギャップ境界におけるキャピラリーチューブの層内の４つの欠陥キャピラリーチューブの変化する配置を有する１９セルプリフォームアセンブリの一連の断面図である。
【図７Ｃ】各プリフォームアセンブリのそれぞれのコアギャップ境界におけるキャピラリーチューブの層内の４つの欠陥キャピラリーチューブの変化する配置を有する１９セルプリフォームアセンブリの一連の断面図である。
【図８Ａ】３つの異なる欠陥チューブ壁の厚さについての損失と波長とのそれぞれの関係を示すグラフである。
【図８Ｂ】３つの欠陥チューブ壁の厚さについての複屈折と波長とのそれぞれの関係を示すグラフである。
【図９】コアギャップと、このコアギャップの境界におけるキャピラリーチューブの第１層とが、隣接した複数のキャピラリーチューブを除外することによって形成される一例示のプリフォームアセンブリの一部分の図である。
【図１０Ａ】プリフォームアセンブリにおけるコアサイズ、コア形状、及び欠陥配置の例示の組み合わせの一連の図である。
【図１０Ｂ】プリフォームアセンブリにおけるコアサイズ、コア形状、及び欠陥配置の例示の組み合わせの一連の図である。
【図１０Ｃ】プリフォームアセンブリにおけるコアサイズ、コア形状、及び欠陥配置の例示の組み合わせの一連の図である。
【図１０Ｄ】プリフォームアセンブリにおけるコアサイズ、コア形状、及び欠陥配置の例示の組み合わせの一連の図である。
【図１０Ｅ】プリフォームアセンブリにおけるコアサイズ、コア形状、及び欠陥配置の例示の組み合わせの一連の図である。
【図１０Ｆ】プリフォームアセンブリにおけるコアサイズ、コア形状、及び欠陥配置の例示の組み合わせの一連の図である。
【図１１】本明細書において説明する他のプリフォームアセンブリの利点のうちの少なくとも幾つかを取得する代替的な方法を示すプリフォームアセンブリの断面図である。
【図１２】本明細書において説明する他のプリフォームアセンブリの利点のうちの少なくとも幾つかを取得する代替的な方法を示すプリフォームアセンブリの断面図である。
【図１３】本明細書において説明する他のプリフォームアセンブリの利点のうちの少なくとも幾つかを取得する代替的な方法を示すプリフォームアセンブリの断面図である。
【図１４】本発明による一例示のファイバーについての損失と波長との関係及び偏波保持と波長との関係を示すグラフである。
【図１５】本発明による一般的な技法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、偏波維持中空コアファイバー並びにそれらのファイバーを設計及び構築する技法の本発明の態様による例を説明する。
【００１５】
この解説は、次のように編成されている。
１．序論−複屈折及びコアジオメトリー（core geometry）
２．複屈折中空コアファイバー
３．非対称コアジオメトリー
４．中実欠陥ロッド
５．欠陥セル及び欠陥キャピラリーチューブ
５．１  例−１３セルプリフォームアセンブリ
５．２  他の例−３セルプリフォームアセンブリ、７セルプリフォームアセンブリ、及び４セルプリフォームアセンブリ
５．３  数値シミュレーション
５．４  数値シミュレーション：例−１９セルコア
５．５  更なる技法及び例
５．５１  長形コア
５．５２  コア及び欠陥のパターン
５．５３  欠陥の「強度」の範囲
６．他の設計
７．実験による確認
８．一般的な技法
９．結論
【００１６】
１．序論−複屈折及びコアジオメトリー
ファイバーは、制御されていない偏波結合、特に長さ可変の偏波結合又は時変の偏波結合の影響を緩和するのに十分な大きさの意図的な複屈折を有する場合に偏波維持性を有する。例えば、偏波維持ファイバーは、入力偏波が正しく選ばれている限り、屈曲、温度等の変化にほとんど依存しない特定のシステムにおいて出力偏波を有することができる。
【００１７】
実際問題として、全ての実際の中空コアファイバーは、物理構造が完全に対称でないので、或る複屈折を有する。偏波維持ファイバー又は高複屈折ファイバーの目標は、ファイバーの長さに沿って比較的小さな変動を有する比較的大きな複屈折を達成することである。好ましくは、ファイバー内の各点における局所的な複屈折軸は、延伸プロセス中に導入されるのではなく、主として、ファイバーが延伸されるプリフォーム又はプリフォームアセンブリ（preform assembly）の構造によって決定されるべきである。プリフォーム段階において局所的な複屈折軸を確立することによって、延伸条件が、ファイバーの長さに沿った複屈折軸において大きなランダム性又は変動を導入し得る可能性が低減される。
【００１８】
ファイバーの中空コアに誘導されるモードは、コアの周囲の局所的なジオメトリーが、ｎ＞２についてｎ回対称（n-fold symmetry）を示さない場合、複屈折にすることができる。本解説において、そのようなジオメトリーは、存在し得る他のタイプの対称性にもかかわらず、「非対称」と呼ばれるか又は「非対称性」を有すると呼ばれる。同様に、「対称性」及び「対称」という用語は、本明細書において用いられるとき、この場合も存在し得る他のタイプの対称性にもかかわらず、ｎ＞２についてｎ回対称を有するジオメトリーのみを指す。したがって、これらの定義を用いると、反射対称（reflection symmetry）性又は１８０度回転対称性を有する構造は、それにもかかわらず「非対称」とみなされる。
【００１９】
複屈折は、非局所的なジオメトリーよりも、コアのすぐ周辺の局所的なジオメトリーにはるかに強く依存する。したがって、コア及びその周囲の局所的な構造は、ファイバー内のそれより離れた構造が非対称であっても、又はコア自体がファイバー内で対称的に位置決めされていなくても、説明した対称性を示す場合がある。さらに、複数のコアを有するファイバーでは、各コアの複屈折は、そのコアの周囲の局所的なジオメトリーから推定することができる。
【００２０】
２．複屈折中空コアファイバー
次に、中空コアが、複数の個々の中空セルを画定するセル壁のウェブを備える微細構造クラッド（microstructured cladding）によって囲まれている光ファイバーに関して複屈折を解説する。そのようなファイバーは、例えば、「積層延伸（stack-and-draw：スタックアンドドロー）」技法を用いて製作することができる。この技法では、石英ガラス、プラスチック等から製造された複数のキャピラリーチューブが適切に配置されて、プリフォームアセンブリが作製される。このプリフォームアセンブリは、通常、複数のキャピラリーチューブを合わせて保持するための同様の材料からなる外側チューブを備える。構築後、プリフォームアセンブリは、次に、光ファイバーに延伸される。
【００２１】
延伸プロセスは、プリフォームアセンブリ内の複数のキャピラリーチューブをともに融合させて上述した個々の中空セルの微細構造ウェブにする。延伸されたファイバーの微細構造における中空セルは、プリフォームアセンブリ内のキャピラリーチューブに対応する。中空コア又は他の特徴部は、例えば、プリフォームアセンブリからキャピラリーチューブを除外すること；他の構成要素をプリフォームアセンブリ内に追加すること；プリフォームを光ファイバーに延伸するための適したパラメーターを選択すること；又は他の適した技法若しくはそれらの組み合わせによって作製することができる。
【００２２】
中空コアファイバーに複屈折を設けるのに、複数の異なる手法を用いることができる。すなわち、（１）コア境界の形状を、本明細書において定義したような「非対称」となるように設計すること；（２）コアの近くに適切に位置決めされた光欠陥ロッドを導入すること；（３）ファイバー微細構造内に適切に構成及び位置決めされた「欠陥セル（defect cell）」を設けること；（４）手法（１）、（２）、又は（３）のうちの任意のもの同士の或る組み合わせ又は任意のものと他の手法との或る組み合わせ、を用いることができる。
【００２３】
３．非対称コアジオメトリー
図１Ａ〜図１Ｆは、隣接したキャピラリーチューブ群が除外されているプリフォームアセンブリの一連の代表的な部分の図である。図１Ａ〜図１Ｃは、隣接した欠落キャピラリーチューブ群及びその結果のコアギャップが対称であるプリフォームアセンブリを示している。これらのプリフォームから延伸されたファイバーが複屈折を示すには、通常、延伸プロセス中にそのようにすることが必要である。図１Ｄ〜図１Ｆは、隣接した欠落キャピラリーチューブ群及びその結果のコアギャップが非対称であるプリフォームアセンブリを示している。したがって、そのようなプリフォームから延伸されたファイバーは、複屈折をサポートする延伸条件がない場合であっても、複屈折表面モードを有する非対称コアを有する。
【００２４】
本解説において、プリフォームアセンブリ及び中空コアファイバーは、所与の中空コア領域を形成するために除外されたキャピラリーチューブ又はセルの数に従って分類される。図１Ａ〜図１Ｆのそれぞれは、それぞれの除外された各キャピラリーチューブ群の描写を含む。
【００２５】
図１Ａは、３セルプリフォームアセンブリ１０のコア領域及び周囲の局所的なジオメトリーの断面を示している。この３セルプリフォームアセンブリでは、複数のキャピラリーチューブ１２が規則的な配置に組み立てられ、この配置から、隣接した対称的な３本のキャピラリーチューブからなる群１４が除外されて、それに対応した形状を有する対称的なコアギャップ１６が形成されている。除外された群１４等の除外されたキャピラリーチューブ群の描写は例示のためのものであることが理解されるであろう。
【００２６】
図１Ｂは、７セルプリフォームアセンブリ２０のコア領域及び周囲の局所的なジオメトリーの断面を示している。この７セルプリフォームアセンブリでは、複数のキャピラリーチューブ２２が規則的な配置に組み立てられ、この配置から、隣接した対称的な７本のキャピラリーチューブからなる群２４が除外されて、それに対応した形状を有する対称的なコアギャップ２６が形成されている。
【００２７】
図１Ｃは、１０セルプリフォームアセンブリ３０のコア領域及び周囲の局所的なジオメトリーの断面を示している。この１０セルプリフォームアセンブリでは、複数のキャピラリーチューブ３２が規則的な配置に組み立てられ、この配置から、隣接した対称的な１０本のキャピラリーチューブからなる群３４が除外されて、それに対応した形状を有する対称的なコアギャップ３６が形成されている。
【００２８】
図１Ｄは、４セルプリフォームアセンブリ４０のコア領域及び周囲の局所的なジオメトリーの断面を示している。この４セルプリフォームアセンブリでは、複数のキャピラリーチューブ４２が規則的な４セル配置に組み立てられ、この配置において、隣接した非対称的な４本のキャピラリーチューブからなる群４４が除外されて、それに対応した形状を有する非対称的なコアギャップ４６が形成されている。
【００２９】
図１Ｅは、１３セルプリフォームアセンブリ５０のコア領域及び周囲の局所的なジオメトリーの断面を示している。この１３セルプリフォームアセンブリでは、複数のキャピラリーチューブ５２が規則的な１３セル配置に組み立てられ、この配置において、隣接した対称的な１３本のキャピラリーチューブからなる群５４が除外されて、それに対応した形状を有する非対称的なコアギャップ５６が形成されている。
【００３０】
図１Ｆは、５セルプリフォームアセンブリ６０のコア領域及び周囲の局所的なジオメトリーの断面を示している。この５セルプリフォームアセンブリでは、複数のキャピラリーチューブ６２が規則的な５セル配置に組み立てられ、この配置において、隣接した非対称的な５本のキャピラリーチューブからなる群６４が除外されて、それに対応した形状を有する対称的なコアギャップ６６が形成されている。
【００３１】
図１Ｄ〜図１Ｆに示すアセンブリ等の非対称アセンブリを用いると、改善された偏波維持特性を有するファイバーが得られることが予想される。上述したように、非対称性は、延伸プロセス中ではなく、プリフォーム段階において導入されることが一般に好ましい。
【００３２】
さらに、反射対称の２つの直交軸を有する非対称プリフォームアセンブリが好ましい。なぜならば、反射対称の軸は、少なくとも或る程度は延伸条件に依存しない複屈折の軸を画定するからである。したがって、例えば、一般的に言うと、図１Ｄ及び図１Ｅに示すジオメトリーは、その紙面に示すようにそれらのそれぞれの水平軸及び垂直軸の回りに反射対称性を示すので、図１Ｆに示すジオメトリーよりも好ましい。
【００３３】
４．中実欠陥ロッド
上述したように、第２の手法では、コアチューブの内部表面に取り付けられた欠陥ロッドが、中空コアファイバー内に複屈折を提供するのに用いられる。図２Ａ及び図２Ｂは、第１の７セルプリフォームアセンブリ７０及び第２の７セルプリフォームアセンブリ８０の代表的な部分の断面図である。これらの７セルプリフォームアセンブリでは、複数のキャピラリーチューブ７２及び８２が規則的な配置に組み立てられ、この配置から、隣接した対称的な７つのキャピラリーチューブからなる群が除外され、その結果、それに対応した形状を有するコアギャップ７６及び８６が得られている。コアチューブ７４及び８４が、コアギャップ７６及び８６内に嵌合されている。
【００３４】
図２Ａでは、３つの欠陥ロッド７８ａ、７８ｂ、及び７８ｃが、コアチューブ７４の内周部に対称に位置決めされている。図２Ｂでは、４つの欠陥ロッド８８ａ、８８ｂ、８８ｃ、及び８８ｄが、コアチューブ８４の内周部に非対称に位置決めされている。図２Ｂのプリフォームアセンブリ８０における欠陥ロッド８８ａ〜８８ｄの非対称の位置決めは、プリフォームアセンブリ８０から延伸された中空コアファイバーに大きな複屈折を提供する。この複屈折は、図２Ａに示すプリフォームアセンブリ７０における欠陥ロッド７８ａ〜７８ｃの対称的な位置決めによっては提供されない。
【００３５】
図２Ｂの構造は、製造されたファイバーに複屈折を与えることが実証されているが、或る特定の不利な点を有する。
【００３６】
第１に、図示するように、この手法は、コアチューブをアセンブリ内に配置することを要し、これによって、ファイバーのコアを直接囲むセル壁のウェブの厚さが増加する。このウェブは、本明細書において「コアウェブ」と呼ばれる。研究によって、幾つかの場合には、コアウェブが薄いほど、望ましくない表面モードの存在を低減するか又は低損失領域の大きな帯域幅を提供するのに望ましい場合があることが示されている。したがって、コアチューブは、場合によっては、望ましい場合もあるし、そうでない場合もあり、コアチューブの存在又は厚さに依存せずにファイバーの非対称性を制御することができることが望ましい。
【００３７】
第２に、コアチューブに取り付けられた欠陥ロッドは、密充填配置の一部ではなく、これによって、製造プロセスの難しさが増し、最終構造の精密さが低下する結果を招く傾向がある。
【００３８】
５．欠陥セル及び欠陥キャピラリーチューブ
上述したように、微細構造中空コアファイバーは、通常、ファイバーの長さに沿って延在する個々の中空セルを画定するセル壁のウェブを備える。本発明の一態様によれば、複屈折は、２つの異なるタイプのセル、すなわち「格子セル（lattice cell）」及び「欠陥セル」を備える微細構造を設けることによって生み出される。
【００３９】
「格子セル」という用語は、本明細書において用いられるとき、ファイバー微細構造の基本構成ブロック（basic building block）を形成するセルを指す。格子セルは、通常、実質的に同様のサイズ、形状、壁の厚さ、及び光学特性を有する。
【００４０】
「欠陥セル」という用語は、本明細書において用いられるとき、格子セルのサイズ及び形状と概ね同様のサイズ及び形状を有するが、光学特性又は物理特性において少なくとも１つの複屈折をサポートする相違を有するファイバー微細構造内のセルを指す。以下で説明するように、本発明の１つの実施形態では、特性の相違は、壁の厚さの相違、すなわち、大きいか又は小さいかである。本発明の更なる実施形態によれば、より大きな屈折率（refractive index）又はより小さな屈折率、より大きな粘性又はより小さな粘性、異なる形状（例えば、六角形対円形）等を含む他の特性の相違が用いられる。
【００４１】
本発明の一態様によれば、複屈折は、適切な形状を有する中空コア境界に欠陥セル及び格子セルの適した配置を設けることによって中空コアファイバー内で生み出される。以下で説明するように、複屈折表面特性は、（１）中空コア境界の形状と、（２）中空コアの境界におけるセル（本明細書では、「境界セル」と呼ばれる）の層内の欠陥セル及び格子セルの配置とを適切に構成することによって生み出すことができる。
【００４２】
上述したように、中空コアに位置決めされていないセル、すなわち、中空コアの視点から、境界セルによって「不明瞭」にされたセル（本明細書では、「非境界セル」と呼ばれる）の特性の変動は、境界セルによって生み出される表面モード特性に大きな影響を有しないことが分かっている。したがって、説明される本発明は、その一部又は全てがコア境界における格子セルの特性と同一でない特性を有する「非境界」セルを用いて実施することができる。
【００４３】
或る特定の状況では、「格子セル」又は「欠陥セル」としてのセル群の指定は、或る程度任意とすることができる。通常の使用では、境界セルの大部分及び非境界セルのほとんど又は全ては、実質的に同一の特性を有し、したがって、「格子セル」として指定することができ、２番目に小さな異なるセル群は「欠陥セル」として指定されることが予想される。しかしながら、非境界セルの特性の変動は、一般的に、境界セルによって生み出される複屈折にほとんど影響を有しないことから、どのセル群が説明した「格子セル」を提供するのか及びどのセル群が「欠陥セル」を提供するのかが容易に明らかではないファイバーを製造することが可能である。所与の複数のセル内の第１のセル群及び第２のセル群を「格子セル」及び「欠陥セル」として又は「欠陥セル」及び「格子セル」としてそれぞれ分類することを考慮することなく、本発明を実施することが可能であることが理解されるであろう。
【００４４】
本発明の一態様によれば、説明した複屈折セル及びコアジオメトリーを作製する１つの方法は、「積層延伸」技法等を用いて、ファイバーの中空コアに対応するコアギャップを内部に有する複数のキャピラリーチューブを備えるプリフォームアセンブリから中空コアファイバーを延伸することである。コアギャップは、隣接したキャピラリーチューブ群を除外することによって適切に形成することができる。
【００４５】
プリフォームアセンブリは、延伸されたファイバー内の中空コア境界における格子セル及び欠陥セルに対応する格子キャピラリーチューブ及び欠陥キャピラリーチューブをコアギャップ境界に備える。プリフォームアセンブリ内の格子キャピラリーチューブ及び欠陥キャピラリーチューブは、延伸されたファイバー内の格子セル及び欠陥セルの複屈折構成に変形する構成に従って配置される。
【００４６】
延伸されたファイバーは、当該ファイバーを製造するのに用いられる特定の技法に関係なく、それ自体新規な構造を含むと考えられることに留意すべきである。
【００４７】
「格子キャピラリーチューブ」という用語は、本明細書において用いられるとき、プリフォームアセンブリから延伸されたファイバー内の「格子セル」に対応する、当該プリフォームアセンブリ内のキャピラリーチューブを指す。「欠陥キャピラリーチューブ」という用語は、延伸されたファイバー内の「欠陥セル」に対応する、プリフォームアセンブリ内のキャピラリーチューブを指す。
【００４８】
欠陥キャピラリーチューブは、光学特性又は物理特性において、格子キャピラリーチューブの特性との、少なくとも１つの複屈折をサポートする相違によって特徴付けられる。上記で解説した欠陥セルと同様に、欠陥キャピラリーチューブは、例えば、壁の厚さ、屈折率、粘性等、又はそれらの或る組み合わせの相違によって特徴付けることができる。
【００４９】
図３Ａ〜図３Ｃは、３Ａに示す一例示の格子キャピラリーチューブ９０、並びに３Ｂ及び３Ｃにそれぞれ示す２つの例示の欠陥キャピラリーチューブ９５及び９５’の比較説明図を提供する、一律の縮尺で描かれていない一連の断面図である。
【００５０】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、例示の格子チューブ９０及び欠陥チューブ９５は、それぞれの壁の厚さ９１、９６、外径９２、９７、及び内径９３、９８を有する。欠陥チューブは、格子チューブの壁の厚さ９１よりも大きな壁の厚さ９６を有する。本発明の一態様によれば、欠陥チューブの外径９７は、格子チューブの外径９２と同じである。壁の厚さの相違のために、欠陥チューブ９５は、それに対応して、格子チューブの内径９３よりも小さな内径９８を有する。
【００５１】
同じ外径を有する欠陥キャピラリーチューブ及び格子キャピラリーチューブを用いることによって、上記で解説した図１Ａ〜図１Ｆに示す構造等のより単純な構造を構築するのに用いられる方法と同様の方法を用いて、本発明による密充填アセンブリを容易に製造することが可能になる。この密充填構造は、非密充填構造とは異なり、アセンブリ又はファイバーに導入された意図的でない不規則性を最小にするのに役立つ。異なる外径を有する欠陥キャピラリーチューブ及び格子キャピラリーチューブを用いた密充填ジオメトリーを用いて、説明した技法を実施することが可能であることに留意されたい。
【００５２】
図３Ｃは、格子チューブの壁の厚さ９１よりも小さな壁の厚さ９６’を有する一例示の欠陥チューブ９５’を示している。欠陥チューブ９５’は、格子チューブの外径９２と同じ外径９７’と、それに対応してより大きな内径９８’とを有する。
【００５３】
次に、（１）本発明の態様による改良されたプリフォームアセンブリの例；（２）数値シミュレーションの結果及びそれらの結果から明らかになる傾向；並びに（３）数値シミュレーションの実験による確認を説明する。
【００５４】
５．１  例−１３セルプリフォームアセンブリ
図４は、本発明の一態様による１３セルプリフォームアセンブリ１００の、コンピューターが作成した第１の例の代表的な部分の横断面図であり、図５は、図４に示すプリフォームアセンブリ１００から延伸された一例示の中空コアファイバー１５０の対応する部分の横断面図である。
【００５５】
プリフォームアセンブリ１００は、格子キャピラリーチューブ１０２の密充填スタックを備え、この密充填スタックから、隣接したキャピラリーチューブの選択された群１０４が除外されて、コアギャップ１０６が形成される。本例では、除外された群１０４は、１３本の隣接したキャピラリーチューブ１０２を含む。本例は、限定ではなく例示であることに留意すべきである。本明細書に提供する他の例によって示されるとともに、本説明から明らかになるように、異なる形状及びサイズを有するコアギャップを有するプリフォームアセンブリを用いて本発明を実施することが可能である。
【００５６】
この一般的な配置は、アセンブリジオメトリーの細部によって部分的に特定されるが、延伸条件にも依存する多くの異なるファイバージオメトリーをもたらすことができる。
【００５７】
図４は、キャピラリーチューブ１０２の密充填スタックを収容し、キャピラリーチューブ１０２のスタックを合わせて保持するための構造を提供するのに用いられる、一律の縮尺で描かれていない外側チューブ１３０を更に示している。本発明の一実施形態によれば、キャピラリーチューブ１０２のこの配置は、追加のキャピラリーチューブ（図示せず）を含む。これらの追加のキャピラリーチューブによって、外側チューブ１３０の内部表面１３２によってスタックを合わせて保持することが可能になる。図４には、外側チューブの内部表面１３２が、円形のプロファイルを有するものとして示されている。本発明の更なる実施形態によれば、外側チューブの内部表面は、六角形（１３２’によって示す）等の異なる形状を有するプロファイルを有することができる。本発明の１つの実施形態では、外側チューブ１３０内におけるキャピラリーチューブ１０２の位置決めを容易にするために、キャピラリーチューブ１０２は、外側チューブ１３０の長さよりも大きな長さを有する。他の適した技法を用いて、キャピラリーチューブ１０２のスタックを合わせて保持することができることに留意すべきである。
【００５８】
本例では、キャピラリーチューブ１１１〜１１３及び１１９〜１２１は、欠陥キャピラリーチューブであり、キャピラリーチューブ１１４〜１１８及び１２２〜１２６は、格子キャピラリーチューブである。プリフォームアセンブリ内のコアギャップは非対称である、すなわち、コアギャップは、ｎ＞２についてｎ回回転対称を有しないことが図４に見て取れる。加えて、欠陥キャピラリーチューブ１１１〜１１３及び１１９〜１２１は、非対称に位置決めされていることが図４に更に見て取れる。
【００５９】
説明のために、図４には、欠陥キャピラリーチューブ１１１〜１１３及び１１９〜１２１は、この図において可視的に識別することができるように、格子キャピラリーチューブ１１０、１１４〜１１８、及び１２２〜１２６よりも数倍太いものとして示されている。しかしながら、壁の厚さの相違は、通常、はるかに小さい。また、欠陥キャピラリーチューブは、格子キャピラリーチューブの壁の厚さよりも小さい壁の厚さを有することができる。格子キャピラリーチューブ及び欠陥キャピラリーチューブに適したそれぞれの壁の厚さを選択するための基準は、以下で詳細に説明する。
【００６０】
図５は、アセンブリ１００から延伸された一例示の中空コアファイバー１５０の代表的な部分の断面を示している。一般事項として、所与のプリフォームアセンブリジオメトリーは、延伸条件及び他の要因に応じて、異なるファイバージオメトリーをもたらすことができることに留意すべきである。
【００６１】
延伸プロセスの結果として、キャピラリーチューブは、ともに融合して、ウェブ構造を有する微細構造クラッドを形成する。微細構造内の個々のセル及びセル壁は、プリフォームアセンブリ内の個々のキャピラリーチューブ及びチューブ壁に対応する。ファイバー１５０において、微細構造クラッドは、プリフォームアセンブリ１００内のコアギャップ１０６の相対的なサイズ、形状、及び位置によって部分的に決まる相対的なサイズ、形状、及び位置を有する中空コア１５６を囲む。欠陥セル１６１〜１６３及び１６９〜１７１は、それぞれ、欠陥キャピラリーチューブ１１１〜１１３及び１１９〜１２１に対応する。格子セル１６４〜１６８及び１７２〜１７６は、それぞれ、格子キャピラリーチューブ１１４〜１１８及び１２２〜１２６に対応する。ファイバージオメトリーは、製造の種々の段階中に孔内の圧力を制御する方法を含む延伸条件及び他の製造方法によって更に決まる。したがって、欠陥キャピラリーは、ファイバーの対応するセルを変更するために製造中に異なってハンドリングすることができ、例えば、欠陥セルの圧力制御は、対応するファイバー欠陥セル内の孔を拡大又は縮小するために、延伸中に格子セルと異ならせることができる。
【００６２】
５．２  他の例−３セルプリフォームアセンブリ、７セルプリフォームアセンブリ、及び４セルプリフォームアセンブリ
図６Ａ〜図６Ｃは、本発明によるプリフォームアセンブリの他の例を示している。
【００６３】
図６Ａは、対称コアギャップを有するとともに反射対称性を有する３セルプリフォームアセンブリ２００を示している。複屈折は、コアギャップ境界における３つの欠陥キャピラリーチューブの非対称の位置決めを通じて生み出される。
【００６４】
図６Ｂは、対称コアギャップを有するとともに反射対称性を有する７セルプリフォームアセンブリ２２０を示している。複屈折は、コアギャップ境界における４つの欠陥キャピラリーチューブの非対称の位置決めを通じて生み出される。
【００６５】
図６Ｃは、非対称コアギャップを有するとともに反射対称性を有する４セルプリフォームアセンブリ２４０を示している。複屈折は、コアギャップの非対称ジオメトリー及びコアギャップ境界における２つの欠陥キャピラリーチューブの非対称の位置決めを通じて生み出される。
【００６６】
したがって、欠陥キャピラリーチューブは、上記で解説した図６Ａ及び図６Ｂにそれぞれ示す３セル及び７セルの例のように通常ならば対称のコアの回りに非対称性を生み出すのに用いることもできるし、既に非対称のコア形状とともに用いることもできる。欠陥チューブの配置は、図３に示す１３セルの例のように、コアのｘ軸反射対称性及びｙ軸反射対称性を保存することもできるし、図６Ｃに示す４セルの例のように、反射対称性のうちの１つのみを保存することもできる。
【００６７】
５．３  数値シミュレーション
欠陥キャピラリーチューブを組み込んだプリフォームアセンブリの結果として得ることができる幾つかの中空コアファイバージオメトリーをシミュレートした。欠陥キャピラリーチューブのこの使用は、アセンブリジオメトリーの細部によって部分的に特定されるが、延伸条件にも依存する多くの異なるファイバージオメトリーをもたらすことができる。
【００６８】
プリフォームアセンブリ内の欠陥キャピラリーチューブの壁の厚さを、欠陥キャピラリーチューブを有しないプリフォームアセンブリにより類似したものからあまり類似していないものまで変化させるとともに、プリフォームアセンブリ内の欠陥キャピラリーチューブの位置を、対称ジオメトリーにより近く近似したものからあまり近く近似していないものまで変化させてシミュレーションを行った。
【００６９】
これらのシミュレーションから幾つかの傾向が明らかになった。
１．欠陥キャピラリーチューブの壁の厚さが変化すると、表面モードはバンドギャップ内をシフトし、中空コア表面モードの密度は変化する。
２．基本モードの複屈折は、表面モードの密度とともに増加する傾向がある。
３．損失、複屈折等の大きな変化は、表面モードに関連付けられている。したがって、表面モード密度が高いほど、所与の帯域幅内における損失、複屈折等の変動がより大きいことを意味する。
４．チューブの厚さの望ましい範囲は、高複屈折、低損失、ガラス内の光の低い割合、及び或る動作帯域幅内でのこれらのパラメーターの変動を比較的平滑にしたいという要望の間の妥協によって示唆される。
５．信号帯域幅が極めて狭い用途の場合であっても、適度に大きな動作帯域幅が非常に望ましい。なぜならば、これは、製造の不完全性及び擾乱、例えばファイバーの外径の変動に対する感度を低くすることを意味するからである。
６．コアの周囲の異なる位置における欠陥の配置は、複屈折、損失、及び動作帯域幅の間の異なるトレードオフをもたらす。したがって、本発明の一態様は、複屈折、損失、及び帯域幅の間の最適なトレードオフを提供するコアギャップ境界における格子キャピラリーチューブ及び欠陥キャピラリーチューブのためのパターンを選択することを含む。
【００７０】
５．４  数値シミュレーション−説明例：１９セルコア
上記傾向は、図７Ａ〜図７Ｃに示されている。これらの図は、４つの欠陥キャピラリーチューブのセットがコアギャップ境界に位置決めされている１９セルプリフォームアセンブリの３つの異なる構成を示している。
【００７１】
図７Ａにおいて、プリフォームアセンブリ３００は、キャピラリーチューブ３０２から構築されている。４つの欠陥キャピラリーチューブ３０８は、高さに対する幅の比が約１．２〜１である矩形３１０の頂点を形成するように、中空コア領域３０６の境界に沿って配置されている。
【００７２】
図７Ｂにおいて、プリフォームアセンブリ３２０は、キャピラリーチューブ３２２から構築されている。４つの欠陥キャピラリーチューブ３２８は、高さに対する幅の比が約２．９〜１である矩形３３０の頂点を形成するように、中空コア領域３２６の境界に沿って配置されている。
【００７３】
図７Ｃにおいて、プリフォームアセンブリ３４０は、キャピラリーチューブ３４２から構築されている。４つの欠陥キャピラリーチューブ３４８は、幅に対する高さの比が約５．２〜１である矩形３５０の頂点を形成するように、中空コア領域３４６の境界に沿って配置されている。
【００７４】
シミュレーションから、図７Ａにおける欠陥チューブの配置は、図７Ｂ及び図７Ｃに示す欠陥チューブの配置と比較して、複屈折を生み出すのに効果的でないことが確認された。図７Ａの配置は、非常に低い複屈折をもたらし、したがって、望ましくない一方、図７Ｂ及び図７Ｃの配置は、複屈折、損失、及び帯域幅の間の比較的良好なトレードオフを提供する。図７Ａのプリフォームアセンブリが生み出す複屈折が他のアセンブリよりも大幅に小さいことの考えられる理由は、図７Ａにおける欠陥の位置が、４回回転対称セット、すなわち正方形にほぼ近いということである。
【００７５】
数値シミュレーションを更に用いて、格子キャピラリーチューブの壁の厚さに対する欠陥キャピラリーチューブの適した壁の厚さの範囲を見出した。適した厚さの範囲は、帯域幅、損失、及び特定の用途のための他の要件に部分的に依存する。シミュレーションは、大きな複屈折が達成されるとともに、動作帯域幅が適度に大きい石英ガラス又は同様の光学材料の好適な厚さの範囲を以下のように示している。
【数１】
2015534650.tif 000003
ここで、ＡＦＦは、「空隙率（air-filling fraction：空気充填率）」、すなわち、単位セルにおける光学材料に対する空気の体積比率である。したがって、ＡＦＦｄｅｆｅｃｔ及びＡＦＦｌａｔｔｉｃｅは、欠陥セル及び格子セルにおける光学材料に対する空気のそれぞれの体積比率である。したがって、格子キャピラリーチューブの壁の厚さよりも１．１倍〜２．０倍厚い壁の厚さを有する欠陥キャピラリーチューブが、大きな複屈折を最終的に達成するのに望ましい。
【００７６】
格子キャピラリーチューブの壁の厚さよりも薄い壁の厚さを有する欠陥キャピラリーチューブの厚さの好適な範囲も、以下のように存在する。
【数２】
2015534650.tif 000004
【００７７】
格子キャピラリーチューブの壁の厚さよりも大きな壁の厚さを有する欠陥キャピラリーチューブの場合、数値シミュレーションは、以下の範囲が特に好適であることを示している。
【数３】
2015534650.tif 000005
【００７８】
この開示に従って作製されたファイバーの性能を示すために、上記で解説した図４に示す１３セル配置によるが、格子キャピラリーチューブの厚さと比較して、欠陥キャピラリーチューブの３つの異なる相対的な厚さを有する３つのファイバージオメトリーをシミュレートした。
【数４】
2015534650.tif 000006
【００７９】
上記で解説した図４に示すファイバー断面は、シミュレーション３に基づくものである。
【００８０】
図８Ａは、シミュレーション１（トレース４０１）、シミュレーション２（トレース４０２）、及びシミュレーション３（トレース４０３）についての損失（ｄＢ／ｋｍ）と波長（μｍ）との間のそれぞれの関係を示すグラフ４００である。図８Ｂは、３つのシミュレーション（トレース４２１〜４２３）についての複屈折と波長との間のそれぞれの関係を示すグラフ４２０である。複屈折が、低損失の波長範囲、すなわち５０ｄＢ／ｋｍ未満の損失を有する波長範囲と、比較的一定の複屈折とを示すために実線でプロットされている。トレース４２１〜４２３には、高損失の波長範囲が破線で示されている。各ファイバーの有用な帯域幅は、低損失を有する波長の範囲と考えることができる。
【００８１】
図８Ａ及び図８Ｂに示すように、シミュレーション１（トレース４０１及び４２１）は、かなり大きく比較的一定の複屈折と、比較的大きな帯域幅、すなわちほぼ１００ｎｍにわたる低損失とを達成する。シミュレーション２（トレース４０２及び４２２）及びシミュレーション３（トレース４０３及び４２３）は、更に大きな壁の厚さを有する欠陥キャピラリーチューブを用い、特定の波長においてより大きな複屈折を得ている。しかしながら、シミュレーション２及び３は、より高い損失、より小さな帯域幅、及び光学パラメーターのはるかに平滑性の低い変動も示している。シミュレーション１、２、及び３は、他のシミュレーションにおいても見て取れる点、すなわち、欠陥チューブの壁の厚さが格子チューブの壁の厚さの約２倍よりも大きい場合に、表面密度が、多くの用途にとって望ましくない挙動を引き起こすのに十分な大きさになることも示している。
【００８２】
５．５  更なる技法及び例
次に、複屈折コアジオメトリーを生成するように構成された複数の格子セル及び複数の欠陥セルを備える中空コアファイバーに関する追加の技法及び例を提示する。特に、以下の例示の設計は、複屈折、低損失、及び動作帯域幅をバランスさせる表面モード密度をもたらすことが分かっている。
【００８３】
５．５１  長形コア
中空コアファイバー及びプリフォームアセンブリのための複屈折をサポートする構成は、直交した長軸及び短軸と、対向する長いサイド及び対向する短いサイド側と、長軸及び短軸のそれぞれの回りの反射対称性とを有する概ね長形の形状、すなわち細長い円の形状に概ね近い形状を有する中空コアを備えることができることが分かっている。
【００８４】
上述したように、延伸されたファイバー自体が、ファイバーを製造するのに用いられる技法とは無関係に、新規な構造を含むと考えられる。したがって、製造技法に関係なく、本発明の一態様による複屈折中空コアファイバーは、セルのマトリックスを含む微細構造クラッドを備え、各セルは、孔と、この孔を囲む壁とを備える。このファイバーは、セルのマトリックス内にコアギャップを含む長形の形状の中空コア領域を更に備え、このコアギャップは、複数のセルに及び、当該コアギャップの境を成すセルの壁によって画定された境界を有する。セルのマトリックスは、この中空コアファイバーを通って伝播する光に複屈折を生み出すように、反射対称の２つの直交軸を画定する格子セル及び欠陥セルのパターンで配置された複数の格子セル及び複数の欠陥セルをコア領域境界に含む。
【００８５】
本発明の一態様による中空コアファイバーの代替的な特徴は、製造技法を考慮に入れる。したがって、本発明の一態様は、規則的な格子にスタックされ、次いで、ともに融合されて、延伸されたファイバー内でそれぞれのセルを形成する複数のキャピラリーチューブを備えるプリフォームアセンブリから延伸されたファイバーを対象とする。このプリフォームアセンブリは、延伸されたファイバーの中空コアに対応するコアギャップを備える。このコアギャップは、長形パターンの隣接したキャピラリーチューブを格子から除外することによって形成され、複数のキャピラリーチューブに及ぶ。このプリフォームアセンブリは、複数の格子キャピラリーチューブ及び２本以上の欠陥キャピラリーチューブをコアギャップ境界に更に備える。コアセル及び欠陥セルのパターンは、反射対称の２つの直交軸を画定する。
【００８６】
５．５２  例示のコア及び欠陥のパターン
次に、複数の例示のコア及び欠陥のパターンを説明する。これらの例において、プリフォームアセンブリは、密充填スタックに配置された複数のキャピラリーチューブを備える。コアギャップは、隣接したキャピラリーチューブのセットを除外することによって生成される。延伸されたファイバー内の複屈折は、コアギャップの境界におけるキャピラリーチューブの第１「層」に、格子キャピラリーチューブ及び欠陥キャピラリーチューブの複屈折サポートパターンを設けることによって生み出される。
【００８７】
図示した例では、スタック内の残りのチューブは、格子キャピラリーチューブを含む。しかしながら、延伸されたファイバーの複屈折は、大部分、コアギャップにおけるキャピラリーチューブの光学特性及び／又は物理特性に依存し、したがって、延伸されたファイバー内の対応するセルに依存することに留意すべきである。したがって、プリフォームアセンブリの外側層におけるキャピラリーチューブが、一様でない特性を有するか、又はコア境界における格子キャピラリーセルの特性と異なる特性を有するプリフォームを用いて本発明を実施することが可能である。
【００８８】
このセクションでは、コアギャップ境界におけるキャピラリーチューブの層についての「コーナー」位置及び「サイド」位置が定義される。図９は、連続した２９個のキャピラリーセルの群４４３を除外することによってコアギャップ４４２が形成されている、複数のキャピラリーチューブ４４１を備える一例示のプリフォームアセンブリ４４０の一部分を示す図である。コアギャップ４４２は、延伸されたファイバーにおいて長円形に近い細長い六角形状を有する。
【００８９】
キャピラリーチューブの第１層における各キャピラリーチューブは、この第１層における他のセルに当接していることが見て取れる。したがって、「コーナー」位置及び「サイド」位置は、本明細書において用いられるとき、次のように定義される。第１層のセル及びその２つの隣り合ったセルが直線を成す場合、それは「サイド」位置にあり、この同じ線にある全てのサイド位置のセルは、一括して「サイド」と呼ぶことができる。第１層のセル及びその２つの隣り合ったセルが直線を成していない場合、それは「コーナー」位置にある。図９では、各コーナー位置は、大文字「Ｃ」を用いてマーキングされ、各サイド位置は、大文字「Ｓ」を用いてマーキングされている。
【００９０】
図１０Ａ〜図１０Ｆは、プリフォームアセンブリにおけるコアサイズ、コア形状、及び欠陥配置の例示の組み合わせの一連の図である。図１０Ｄ及び図１０Ｅに示す構成は、上記で解説した図７Ｂ及び図７Ｃに示す構成と同様であることに留意されたい。本構造は、プリフォームアセンブリに関して説明されるが、本説明は、図示したプリフォームアセンブリから延伸されたファイバーにも当てはまることに更に留意されたい。
【００９１】
図１０Ａは、隣接したキャピラリーチューブの７セル群４５３を除外することによってコアギャップ４５２が形成されている、複数のキャピラリーチューブ４５１を備えるプリフォームアセンブリ４５０を示している。プリフォームアセンブリ４５０には、小文字「ａ」を用いてマーキングされた２つの欠陥キャピラリーチューブが、対向するコーナー位置に位置決めされている。
【００９２】
図１０Ｂは、隣接したキャピラリーチューブの１３セル群４６３を除外することによってコアギャップ４６２が形成されている、複数のキャピラリーチューブ４６１を備えるプリフォームアセンブリ４６０を示している。プリフォームアセンブリ４６０には、小文字「ｂ」を用いてマーキングされた６つの欠陥キャピラリーチューブが、長形コアの長いサイドに位置決めされている。
【００９３】
図１０Ｃは、隣接したキャピラリーチューブ４７３の１３セル群４７３を除外することによってコアギャップ４７２が形成されている、複数のキャピラリーチューブ４７１を備えるプリフォームアセンブリ４７０を示している。プリフォームアセンブリ４７０には、小文字「ｃ」を用いてマーキングされた２つの欠陥キャピラリーチューブが、長形コアの長いサイドの中心に位置決めされている。
【００９４】
図１０Ｄは、隣接したキャピラリーチューブの１９セル群４８３を除外することによってコアギャップ４８２が形成されている、複数のキャピラリーチューブ４８１を備えるプリフォームアセンブリ４８０を示している。プリフォームアセンブリ４８０には、小文字「ｄ」を用いてマーキングされた４つの欠陥キャピラリーチューブが、２つの対向するコーナー位置に隣接する位置に位置決めされている。
【００９５】
図１０Ｅは、隣接したキャピラリーチューブの１９セル群４９３を除外することによってコアギャップ４９２が形成されている、複数のキャピラリーチューブ４９１を備えるプリフォームアセンブリ４９０を示している。プリフォームアセンブリ４９０には、小文字「ｅ」を用いてマーキングされた４つの欠陥キャピラリーチューブが、対向するコーナー位置に位置決めされている。
【００９６】
図１０Ｆは、隣接したキャピラリーチューブの２９セル群５０３を除外することによってコアギャップ５０２が形成されている、複数のキャピラリーチューブ５０１を備えるプリフォームアセンブリ５００を示している。プリフォームアセンブリ５００には、小文字「ｆ」を用いてマーキングされた８つの欠陥キャピラリーチューブが、対向するコーナー位置に位置決めされている。
【００９７】
上記の例のうち、図１０Ｂ、図１０Ｃ、及び図１０Ｆに示す例は、以下によって特徴付けられる一般の好適な部類に属する。
（１）長形コア、
（２）コアの対向する長いサイドに位置決めされた欠陥、並びに
（３）これらの欠陥が、長形コアの長軸及び短軸の双方に関して反射対称性を用いて配置されていること。
【００９８】
５．５３  欠陥「強度」の範囲
図１０Ａ〜図１０Ｆに示す例示のジオメトリーでは、適した欠陥「強度」を上記で解説した技法を用いて提供することができる。
【００９９】
したがって、図１０Ａ〜図１０Ｆに示すジオメトリーを用いる本発明の実施形態では、欠陥キャピラリーチューブは、格子キャピラリーチューブの断面の中実面積（cross sectional solid area）の１．１倍〜２．０倍の範囲にある断面の中実面積を有するチューブである。
【０１００】
本発明の別の実施形態によれば、ファイバー内の欠陥セルは、格子セルの孔の幅よりも１０％〜５０％小さい孔の幅を有する。
【０１０１】
６．他の設計
図１１及び図１２は、従来技術を上回る他の可能な改良形態を示す図である。
【０１０２】
図１１では、プリフォームアセンブリ５２０が、キャピラリーチューブ５２２から組み立てられている。中実の欠陥ロッド（solid defect rod）５２８が、コアギャップ５２６の境界において格子キャピラリーチューブ５２２に直接取り付けられ、したがって、コアチューブの必要がなくなるとともに、多くの場合、コアチューブを用いることから由来するコアウェブの厚さの潜在的に望ましくない変更がなくなる。
【０１０３】
図１２では、プリフォームアセンブリ５４０が、キャピラリーチューブ５４２から製造されている。欠陥ロッド５４８が、ギャップ５４６の周辺部において、格子キャピラリーチューブ５４２とともに密充填されている。点線を用いて示されたコアチューブ５５０が、欠陥ロッド５４８を所定の位置に保持するために設けられている。さらに、コアチューブ５５０は、延伸中にファイバー内に実際には組み込まれないようにサポート用に導入することもできる。例えば、このサポートコアチューブ５５０は、プリフォームの全長に延在しない場合がある。代替的に、このサポートコアチューブは、延伸前に選択的にエッチング又は除外することもできる。
【０１０４】
図１３には、非対称のパターンの欠陥キャピラリーチューブ５６８をギャップ５６６の周辺部においてコアチューブ５７０とともに用いることができることが、キャピラリーチューブ５６２から製造されたプリフォームアセンブリ５６０に示されている。この場合、コアチューブ５７０は、ファイバー内に組み込まれ、コアウェブの厚さを変化させている。詳細な例は、コアチューブを有しない場合に焦点を当てているが、基本原理は、コアチューブを有する設計にも当てはまることが理解される。
【０１０５】
７．実験による確認
一連の実験を行って、上記数値シミュレーションを確認した。図７Ｂ及び図７Ｃに示すプリフォームアセンブリのプロトタイプを製造した。測定によって、これらのアセンブリから延伸されたファイバーが低損失で偏波を維持する性能の波長範囲を有することが確認された。図１４は、トレース５８２が損失と波長との関係を示し、トレース５８４が偏波保持と波長との関係を示す予備測定データの一例示のグラフ５８０である。グラフ５８０は、ほぼ１５２０ｎｍ〜１５６０ｎｍの低損失の偏波保持ウィンドウを示している。
【０１０６】
８．一般的な技法
図１５は、複屈折中空コアファイバーを製造するプリフォームアセンブリを構築するための、上記で説明した本発明の様々な態様及び実施形態による一般的な技法６００のフローチャートを示している。
【０１０７】
技法６００は、以下のステップを含む。
６１０：複数のキャピラリーチューブをプリフォームアセンブリに配置する。
６２０：マトリックスにコアギャップを設ける。ここで、コアギャップは、複数のチューブに及び、当該コアギャップと残りのアセンブリとの間の境界面によって画定された境界を有し、
マトリックスは、
複数の格子キャピラリーチューブと、
少なくとも１つの特性における、キャピラリーチューブの特性との少なくとも１つの相違によって特徴付けられた複数の欠陥キャピラリーチューブと、
を含み、
コアギャップ境界におけるキャピラリーチューブは、プリフォームアセンブリから延伸された中空コアファイバーにおいて反射対称の２つの直交軸を画定するパターンで配置された格子キャピラリーチューブ及び欠陥キャピラリーチューブを含む。
６３０：プリフォームアセンブリをファイバーに延伸する。ここで、キャピラリーチューブは、ともに融合して、プリフォームアセンブリにおけるコアギャップに対応する中空コアと、プリフォームアセンブリにおける個々のキャピラリーチューブに対応する個々のセルを有する微細構造クラッドとを形成する。
【０１０８】
９．結論
上記説明は、当業者が本発明を実施することを可能にする詳細を含むが、この説明は、本質的に例示であり、その多くの変更形態及び変形形態が、これらの教示内容の利益を有する当業者には明らかであることが認識されるべきである。したがって、本出願における本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ画定され、特許請求の範囲は、従来技術によって許容されるのと同程度に広く解釈されることが意図されている。
【図１Ａ】
2015534650.tif 000011
【図１Ｂ】
2015534650.tif 000012
【図１Ｃ】
2015534650.tif 000013
【図１Ｄ】
2015534650.tif 000014
【図１Ｅ】
2015534650.tif 000015
【図１Ｆ】
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【図２Ａ】
2015534650.tif 000017
【図２Ｂ】
2015534650.tif 000018
【図３Ａ】
2015534650.tif 000019
【図３Ｂ】
2015534650.tif 000020
【図３Ｃ】
2015534650.tif 000021
【図４】
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【図５】
2015534650.tif 000023
【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2015534650.tif 000025
【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
2015534650.tif 000027
【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2015534650.tif 000043
【国際調査報告】
2015534650.tif 000044