(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも曲がった部分を有する光ファイバであって、
長手軸を有するコア領域と、前記コア領域を囲むクラッド領域と、
を含み、
前記コア領域およびクラッド領域それぞれが基本横モードおよび少なくとも１つの高次横モードの信号光の伝搬をサポートし導波するように構成され、前記モードが前記コア領域を本質的に前記軸の方向に伝搬し、
前記クラッド領域は、外側クラッド領域と、前記コア領域と前記外側クラッド領域との間に配置された環状トレンチ領域と、前記トレンチ領域内に配置された、軸方向に延びる少なくとも１つのペデスタル領域と、
を含み、
ｎｃｏｒｅを前記コア領域の屈折率、ｎｐｅｄを前記少なくとも１つのペデスタル領域の屈折率、ｎｏｃを前記外側クラッド領域の屈折率、ｎｔｒを前記トレンチ領域の屈折率とするとき、
ｎｃｏｒｅ＞ｎｐｅｄ＞ｎｏｃ、
ｎｐｅｄ＞ｎｔｒ
を満たし、
前記少なくとも１つのペデスタル領域は、前記曲がり部分内で、（ｉ）少なくとも１つの横モードの伝搬をサポートし、（ｉｉ）前記コア領域の前記基本横モードではなく、前記コア領域の前記高次横モードのうちの少なくとも１つを、前記ペデスタル領域の少なくとも１つの横モードに共振的に結合させるように構成され、ここで、前記少なくとも１つのペデスタル領域の屈折率ｎｐｅｄは、該ペデスタル領域の該少なくとも１つの横モードの実効屈折率が、前記曲がり部分の前記コア領域の該少なくとも１つの高次横モードの実効屈折率と整合するように構成され、
前記曲がり部分内の前記少なくとも１つのペデスタル領域の屈折率ｎｐｅｄが、前記ペデスタル領域の等価屈折率における予測される反対の曲げ誘起シフトを事前補償するために、０．８ｎｐｅｄ（Ｒｐｅｄ／Ｒｂｅｎｄ）、にほぼ等しい量だけ低減され、ここで、Ｒｐｅｄが前記軸からの前記ペデスタル領域の中心の距離であり、Ｒｂｅｎｄが前記曲がり部分の半径である、
光ファイバ。
【請求項２】
前記外側クラッド領域の屈折率が、前記結合した横モードが前記外側クラッド領域に漏れるのを可能にするように十分に高い、請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記トレンチ領域内に配置された多数の前記ペデスタル領域を含む、請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記ペデスタル領域は前記トレンチ領域内に円周に配置される、請求項３に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記ペデスタル領域が、前記トレンチ領域内において方位的に本質的に等しく離間され、同じ半径にある、請求項４に記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記ペデスタル領域が前記トレンチ領域内で半径方向に中心に置かれる、請求項５に記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記光ファイバは大モード面積ファイバである、請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記外側クラッド領域の屈折率が前記トレンチ領域の屈折率よりも大きい、請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項９】
前記外側クラッド領域の屈折率が前記トレンチ領域の屈折率と同等であり、前記コア領域から前記ペデスタル領域内に結合したモードを抑制するために前記ペデスタル領域内に配置された損失手段をさらに含む、請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項１０】
加えられる光ポンプ・エネルギーに応じて信号光を増幅する大モード面積利得生成光ファイバと、
請求項１に記載の光ファイバを含む前記大モード面積利得生成光ファイバと、
前記ポンプ・エネルギーの光源と、
前記ポンプ・エネルギーおよび前記信号光を前記大モード面積利得生成光ファイバ内に結合するカプラと、
を含む光増幅器。
【請求項１１】
加えられる光ポンプ・エネルギーに応じて信号光を増幅する大モード面積利得生成光ファイバと、
前記大モード面積利得生成光ファイバに結合されたピグテール・ファイバと、
請求項１に記載のファイバを含む前記ファイバのうちの少なくとも１つと、
前記ポンプ・エネルギーの光源と、
前記ポンプ・エネルギーおよび前記信号光を前記大モード面積利得生成光ファイバ内に結合するカプラと、
を含む光増幅器。
【請求項１２】
少なくとも曲がっている部分を有する大モード面積光ファイバであって、
長手軸を有するコア領域と、
前記コア領域を囲むクラッド領域と、
を含み、
前記コア領域およびクラッド領域それぞれが基本横モードおよび少なくとも１つの高次横モードの信号光の伝搬をサポートし導波するように構成され、前記モードが前記コア領域を本質的に前記軸の方向に伝搬し、
前記クラッド領域は、
外側クラッド領域と、
前記コア領域と前記外側クラッド領域との間に配置され、前記外側クラッド領域の屈折率よりも低い屈折率を有する環状トレンチ領域と、
それぞれが、前記トレンチ領域内に円周方向に配置され、軸方向に延在する、複数のペデスタル領域と、
を含み、
ｎｃｏｒｅを前記コア領域の屈折率、ｎｐｅｄを前記ペデスタル領域の屈折率、ｎｏｃを前記外側クラッド領域の屈折率、ｎｔｒを前記トレンチ領域の屈折率とするとき、
ｎｃｏｒｅ＞ｎｐｅｄ＞ｎｏｃ＞ｎｔｒ
を満たし、
前記曲がり部分内で、前記複数のペデスタル領域および前記外側クラッド領域は、（ｉ）少なくとも１つの横モードの伝搬をサポートし、（ｉｉ）前記ファイバが曲がっている場合、前記コア領域の前記高次横モードのうちの少なくとも１つを前記ペデスタル領域のうちの少なくとも１つの横モードに共振的に結合させ、（ｉｉｉ）前記コア領域の前記基本モードを前記ペデスタル領域のいずれの横モードにも共振的に結合させないように構成され、ここで、前記ペデスタル領域の屈折率ｎｐｅｄは、前記ペデスタル領域それぞれの前記少なくとも１つの横モードの実効屈折率が、前記曲がり部分の前記コア領域の前記少なくとも１つの高次横モードの実効屈折率と整合するように構成され、
前記曲がり部分内の前記少なくとも１つのペデスタル領域の屈折率ｎｐｅｄが、前記ペデスタル領域の等価屈折率における予測される反対の曲げ誘起シフトを事前補償するために、０．８ｎｐｅｄ（Ｒｐｅｄ／Ｒｂｅｎｄ）、にほぼ等しい量だけ低減され、ここで、Ｒｐｅｄが前記軸からの前記ペデスタル領域の中心の距離であり、Ｒｂｅｎｄが前記曲がり部分の半径である、
大モード面積光ファイバ。
【請求項１３】
前記複数のペデスタル領域それぞれは、前記トレンチ領域内において方位的に本質的に等しく離間され、同じ半径の位置にある、請求項１２に記載の大モード面積光ファイバ。
【請求項１４】
光ファイバであって、
曲がっている第１の部分および直線である第２の部分を含み、
前記第１の部分及び前記第２の部分の各々は、長手軸を有するコア領域と、前記コア領域を囲むクラッド領域と、を含み、
前記コア領域および前記クラッド領域それぞれは、基本横モードおよび少なくとも１つの高次横モードの信号光の伝搬をサポートし導波するように構成され、前記モードが前記コア領域を本質的に前記軸の方向に伝搬し、
前記クラッド領域は、
外側クラッド領域と、
前記コア領域と前記外側クラッド領域との間に配置された環状トレンチ領域と、
前記トレンチ領域内に配置された軸方向に延在する少なくとも１つのペデスタル領域と、
を含み、
ｎｃｏｒｅを前記コア領域の屈折率、ｎｐｅｄを前記少なくとも１つのペデスタル領域の屈折率、ｎｏｃを前記外側クラッド領域の屈折率、ｎｔｒを前記トレンチ領域の屈折率とするとき、
ｎｃｏｒｅ＞ｎｐｅｄ＞ｎｏｃ、
ｎｐｅｄ＞ｎｔｒ
を満たし、
前記少なくとも１つのペデスタル領域は、前記曲がり部分内で、（ｉ）少なくとも１つの横モードの伝搬をサポートし、（ｉｉ）前記コア領域の前記高次横モードのうちの少なくとも１つの選択されたモードを前記ペデスタル領域の少なくとも１つの横モードに共振的に結合させ、（ｉｉｉ）前記コア領域の前記基本モードを前記ペデスタル領域のいずれの横モードにも共振的に結合させないように構成され、ここで、前記屈折率ｎｐｅｄは、前記ペデスタル領域の前記少なくとも１つの横モードの実効屈折率が、前記曲がり部分の前記コア領域の前記少なくとも１つの高次横モードの実効屈折率と整合するように構成され、
前記少なくとも１つのペデスタル領域は、前記直線の部分内で、（ｉ）少なくとも１つの横モードの伝搬をサポートし、（ｉｉ）前記コア領域の前記選択されたモードを前記ペデスタル領域のいずれの横モードにも結合させないように構成され、
前記曲がり部分内の前記少なくとも１つのペデスタル領域の屈折率ｎｐｅｄが、前記ペデスタル領域の等価屈折率における予測される反対の曲げ誘起シフトを事前補償するために、０．８ｎｐｅｄ（Ｒｐｅｄ／Ｒｂｅｎｄ）、にほぼ等しい量だけ低減され、ここで、Ｒｐｅｄが前記軸からの前記ペデスタル領域の中心の距離であり、Ｒｂｅｎｄが前記曲がり部分の半径である、
光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバのモード抑制に関し、より詳細には、例えば大モード面積（ＬＭＡ）ファイバを含む曲げ補償型ファイバにおける共振結合による高次モードの抑制に関する。
【背景技術】
【０００２】
屈折率整合を含む共振結合は光ファイバの高次モードを抑制するための技法である（例えば、参照により本明細書に組み込まれるＪ．Ｍ．Ｆｉｎｉ、「Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ｓｏｌｉｄ  ａｎｄ  ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｆｉｂｅｒｓ  ｆｏｒ  ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ｈｉｇｈｅｒ−ｏｒｄｅｒ  ｍｏｄｅｓ」、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、１３巻、３４７７頁（２００５年）を参照）。共振結合に依拠する直線ファイバ１０は、図１の材料屈折率プロファイルに示されるように、放射がコア領域を基本横モード１６および不都合なことには少なくとも１つの高次横モード１８で伝搬するように構成されたコア領域１２およびクラッド領域１４を含む。モード抑制を達成するために、ファイバはさらにファイバの長さに沿って延びる隆起屈折率（ｒａｉｓｅｄ−ｉｎｄｅｘ）クラッド形体１４．１を含む。この形体は、クラッド領域において、棒（円形のまたは他の）などのコアまたは介在物を取り巻く円環（または環形）とすることができる。
【０００３】
図１では、コア領域１２を導波される２つの横モードがガウス分布様基本モード１６および高次ＬＰ１１モード１８として示されるが、形体１４．１を導波される横モードは基本モード２０として示される。この概略図のモードの垂直位置はモードの実効屈折率を示す。形体１４．１によってサポートされたモード２０がＬＰ１１高次モード（ＨＯＭ）１８などのコア中のモードと本質的に屈折率整合される場合、光はコア領域のＨＯＭモード１８から形体のモード２０におよび最終的に外側クラッドに結合することになる。好ましい設計では、コア領域の基本モード１６は、特にモード２０を含めて形体のいずれのモードにも屈折率整合されないであろう。したがって、基本モード１６は、形体のモードに結合することなく、良好に閉じ込められたままである（低損失で伝搬する）ことになる。このようにして、ＨＯＭはコアから有効に抜き出され、損失および利得の減少を被り、すなわち抑制される。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０１４７７５１号
【非特許文献１】Ｊ．Ｍ．Ｆｉｎｉ、「Ｄｅｓｉｇｎ  ｏｆ  ｓｏｌｉｄ  ａｎｄ  ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｆｉｂｅｒｓ  ｆｏｒ  ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ｈｉｇｈｅｒ−ｏｒｄｅｒ  ｍｏｄｅｓ」、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、１３巻、３４７７頁（２００５年）
【非特許文献２】Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．、３２巻、１２号、１６３２〜１６３４頁（２００７年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この簡単な分析では、屈折率整合結合へのファイバの曲げの影響が無視されている。図２では、ファイバの曲げの影響は材料屈折率プロファイル２２の傾きとして扱われ、その傾きがモードの実効屈折率を歪ませ、曲がっていない（直線）ファイバの場合と異なる結合をもたらし、すなわち、曲げ誘起歪みが設計された材料屈折率プロファイル２２と全く異なる等価屈折率プロファイル２４を生成する。したがって、曲がったファイバ１０’は意図した結果を妨げることがある。曲がったファイバ１０’の共振結合は、基本モード１６をクラッド形体モード２０（付随する高い損失を伴う）に好ましくなく結合させることがあり、ＨＯＭ１８がモード２０に結合するのを妨げる（付随する抑制の破綻を伴う）ことがある。
【０００５】
したがって、ファイバが曲がっている場合、基本モードの伝搬を維持しながらＨＯＭを抑制するのに有効な共振結合技法への必要性が当技術分野に残されている。
【０００６】
この必要性は、特に、光ファイバ増幅器およびレーザを組み込む用途で一般に使用されるＬＭＡファイバにおいて切実である。（ＬＭＡファイバでは、実効コア面積は例示的には約１００μｍ２から約１５００μｍ２に及ぶがさらに大きいこともある。）これらの用途では、ＬＭＡファイバの比較的大きいコア面積は高いパワーを受け入れるが、多くのＨＯＭを伝搬することも可能にする。直線ファイバ中のＨＯＭを抑制する方策は存在するが、典型的な増幅器またはレーザのパッケージではＬＭＡファイバはパッケージ空間内に適合するように巻かれる。そのような状況下で、コイル状ファイバの半径（または少なくともある範囲の半径）が先験的に知られており、そのことが本発明の好ましい実施形態で利用される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、曲げの影響が光ファイバ設計で予想され、その結果、共振結合は依然としてＨＯＭを抑制するための有効な方策である。曲がったファイバに（または他は直線ファイバの曲がり部分に）基本モードではなく少なくとも１つのＨＯＭの選択的共振結合があるように、ファイバの屈折率プロファイルおよびその曲げ半径が構成される。
【０００８】
本発明の例示的実施形態では、光ファイバの曲げ半径（または所定の範囲の曲げ半径）は先験的に知られている。ファイバは長手軸を有するコア領域とコア領域を囲むクラッド領域とを含む。コア領域およびクラッド領域は基本横モードおよび少なくとも１つの高次横モードの信号光の伝搬をサポートする（導波する）ように構成される。これらのモードはコア領域を本質的に長手軸の方向に伝搬する。クラッド領域は、外側クラッド領域と、コア領域と外側クラッド領域との間に配置された環状トレンチとを含む。トレンチ領域は、さらに、外側クラッド領域の屈折率よりも高い屈折率を有する少なくとも１つの隆起屈折率ペデスタル（導波路）領域を含む。ファイバの少なくとも曲がり部分内で、少なくとも１つのペデスタル領域が、（ｉ）少なくとも１つの横モードの伝搬をサポートし、（ｉｉ）ファイバ部分が半径の所定の範囲内の半径に曲げられる場合、コア領域の高次横モード（すなわちＨＯＭ）のうちの少なくとも１つをペデスタル領域の少なくとも１つの横モード（例えば基本モード）に共振的に結合させるように構成される。
【０００９】
実際には、ファイバが前述の曲げの影響について事前補償されるように、ペデスタル領域は構成され、すなわち、補償されていない曲がりファイバ部分は共振結合に起因する高い基本モード損失を被るが、事前補償された曲がりファイバ部分はコア領域からのいずれの不要なＨＯＭもペデスタル領域に選択的に結合させる。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態では、光ファイバは光ファイバ増幅器またはレーザのパッケージに組み込まれるＬＭＡファイバである。そのため、曲げられた（すなわち、巻かれた）ファイバの半径は先験的に知られており、そのことを利用して、コイル状の状態においてさえＨＯＭを抑制することが有効なままであるようにファイバが事前補償される。
【００１１】
本発明は、様々な特徴および利点と共に、添付図面と共になされる以下のより詳細な説明から容易に理解することができる。
【００１２】
原寸に比例して描かれていないかつ／または図示の簡潔さと明瞭さのために実際の光ファイバまたは描かれた製品の詳細の全てを含んでいるわけではないということで、概略的に前述の図の様々なものが示される。特に、図１〜４および６の屈折率プロファイルは光ファイバにおいて観察できるはずの屈折率の実際の変動の平均である。
【００１３】
前述の（また以下の）説明における「半径」という用語の使用は様々な領域（例えば、コア、ペデスタル、トレンチ、クラッド）の断面が円形および／または環状であることを意味するが、実際にはこれらの領域は非円形であることがあり、例えば、楕円、多角形、不規則、または他のより複雑な形状であることがある。それにもかかわらず、当技術分野で一般的であるように、簡潔さと明瞭さのために本発明者はしばしば「半径」という用語を使用する。
【００１４】
以下で、モードという用語は横モードを意味し、屈折率（ｉｎｄｅｘおよびｉｎｄｉｃｅｓ）という用語は屈折率（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘおよびｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｉｃｅｓ）を意味するものとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
光ファイバ設計−全般的考慮事項
本発明による事前補償ファイバの第１の考慮事項は、ファイバまたはファイバ部分の曲がりが十分に大きくファイバ性能に重要な影響を及ぼす場合を理解することである。したがって、図２に戻ると、ファイバ１０’が半径Ｒｂｅｎｄまで曲げられる場合、形体１４．１の中心の屈折率プロファイルは量Δｎｂｅｎｄだけ増加するが、モード１６、１８の実効屈折率差（または間隔）Δｎｓｐは、両方のモードがコア領域に集中されるので比較的一定のままである。対処されるべき問題は、選択的共振結合が阻害されるほどＲｂｅｎｄが小さくなるのはいつかである。より詳細には、（ｉ）不要なＨＯＭ１８と形体モード２０との間の共振結合が妨害され、（ｉｉ）基本モード１６と形体モード２０（または形体１４．１の任意の他のモード）との間の共振結合が好ましくなく導入されるほどＲｂｅｎｄが小さくなるのはいつかである。分析によれば、Δｎｂｅｎｄが等式（１）に示されるようなΔｎｓｐに匹敵する場合、Ｒｂｅｎｄは小さすぎることが示される。
Δｎｂｅｎｄ＝（ｎｐｅｄＲｐｅｄ／Ｒｂｅｎｄ）〜Δｎｓｐ  （１）
明らかに、Δｎｂｅｎｄ＝Δｎｓｐの場合、性能は曲がったファイバで著しく悪化するであろうが、これらの２つのパラメータが１桁以内である場合でさえ性能はそれでもなお不十分であることがある。しかし、この問題への適切な解決策は、大きいコアのファイバ（例えばＬＭＡファイバ）では直ちに実用的でなくなる、単に曲げ半径を制限することには存在しない。例えば、シミュレーションによれば、このタイプのファイバは５０ｃｍもの大きさの曲げ半径でも許容できない基本モード損失を有し、本質的に選択性を有さないことが示される。しかし、以下で説明される本発明の原理に従って事前補償されたファイバは、ＬＭＡファイバさえも約１５ｃｍの曲げ半径でさえ所望の選択性を示す。
【００１６】
したがって、本発明者は直線ファイバまたはほとんど直線ファイバという用語を使用して、真に直線とすることができるかまたは曲げの影響が共振結合にわずかしか作用しない十分に大きい半径で曲げることができるファイバを説明する。Δｎｂｅｎｄ≪Δｎｓｐの条件から、以下の比例縮小則を導き出すことができ、ｋが約１１０に等しい定数であり、λがファイバを伝搬する信号光の波長であるとして、曲げ半径Ｒｂｅｎｄは概算でｋＲｃｏｒｅ３／λ２よりも大きくするべきである。この比例縮小則の導出は、参照により本明細書に組み込まれるＯｐｔ．Ｌｅｔｔ．、３２巻、１２号、１６３２〜１６３４頁（２００７年）に本発明者によって記述された類似の導出に従う（その参考文献で得られた定数ｋは本明細書で与えられるものと異なることがあるが）。２つの具体例を考える。（ｉ）増幅器／レーザ用途で使用するためのＬＭＡファイバ、ここで、Ｒｃｏｒｅ≒１７μｍ、λ≒１．０６μｍであり、これはＲｂｅｎｄを約４８ｃｍよりも大きくするべきであることを意味する。（ｉｉ）電気通信用途用の単一モード・ファイバ、ここで、Ｒｃｏｒｅ≒４．５μｍ、λ≒１．５５μｍであり、これはＲｂｅｎｄを約４．２ｍｍよりも大きくするべきであることを意味する。
【００１７】
次に、図５および６Ａを参照して、本発明の一態様による光ファイバ５０は曲がったファイバ（またはファイバ部分）のコア領域の少なくとも１つの（不要な）ＨＯＭを抑制し、したがって、例えば光増幅器パッケージおよびレーザ・パッケージ内のコイル状ファイバを含めて様々な曲がったファイバ用途に適する。ファイバ５０はクラッド領域５４によって囲まれたコア領域５２を含み、コア領域およびクラッド領域はコア領域５２の本質的に中心に位置する長手軸５９に沿って軸方向に信号光（放射）の伝搬をサポートし導波するように構成される。（簡単のために、外側クラッド領域５４の外側境界は示されていない。）
【００１８】
信号光がファイバ５０に沿って伝搬するとき信号光は実際には軸５９を縦横に横切ることがあるが、伝搬の全体的な方向は軸５９に沿っているものとして明確に述べられることが当技術分野でよく理解されている。
【００１９】
このタイプのファイバは一般にガラス（例えばケイ酸）で製作され、コア領域およびクラッド領域の屈折率は、当技術分野でよく知られているように、ファイバの製作中にそこに組み込まれるドーパント（例えばＰ、Ａｌ、Ｇｅ、Ｆ）の量およびタイプによって制御される。これらの屈折率、ならびにコア／クラッド領域の厚さ／直径は、以下で説明されるように、ファイバの重要な動作パラメータを決定する。
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、コア領域５２（直径Ｄｃｏｒｅ）および外側クラッド領域５４（半径方向厚さｔｏｃ、外側境界は示されていない）は環状トレンチ領域５６（半径方向厚さｔｔｒ）によって分離される。軸方向に延びる少なくとも１つの導波路（例えば、ペデスタル領域５８．Ｎ（Ｎ＝１、２、３…、））がトレンチ領域５６内に配置される。好ましい実施形態では、多数のペデスタル領域５８．Ｎ（すなわち、Ｎ＞１）がある。さらなる好ましい実施形態では、これらのペデスタル領域の中心は、トレンチ領域５６内において本質的に同じ半径（Ｒｐｅｄ）に、かつ本質的に等しく離間された方位位置に円周に配置される。（しかし、本質的に同じ半径および／または等しく離間された方位位置にペデスタル領域の全てを配置することは必須ではない。）
【００２１】
以下の説明だけのために、８つの円形ペデスタル領域５８．Ｎ（Ｎ＝１〜８）が、トレンチ領域５６内に方位角的に等しくに離間され（４５°間隔で）、全て同じ半径Ｒｐｅｄ＝０．５（Ｄｃｏｒｅ＋ｔｔｒ）であるように図５に示される。好ましい実施形態では、ペデスタル領域５８．Ｎは、さらに、トレンチ領域５６内において半径方向で中心に置かれる。図６Ａに示されるように、コア領域（ｎｃｏｒｅ）、トレンチ領域（ｎｔｒ）、ペデスタル領域（ｎｐｅｄ）、および外側クラッド領域（ｎｏｃ）の材料屈折率は、例示として以下の条件を満たす。
ｎｃｏｒｅ＞ｎｐｅｄ＞ｎｏｃ  （２）
ｎｔｒ＜ｎｏｃ  （３）
しかし、本発明によるファイバは厳密に式（２）または式（３）に従う必要はない。したがって、例えば、ｎｔｒがｎｏｃよりも小さい必要はないが、このタイプの設計ではペデスタル・モード２０が外側クラッド領域５４に放射するのを可能にする。図６Ｂのファイバ６０のｎｔｒ〜ｎｏｃに示されるように、このタイプの設計ではペデスタル・モード２０は、外側クラッド領域５４への放射（トンネリング）によってまたはペデスタル領域６８．Ｎに含まれた損失機構６７によって抑制することができる。そのような損失機構は、例えば、既知の吸収または散乱中心を含む。あるいは、利得生成ファイバでは、ペデスタル・モード２０が基本モード１６よりも低い利得重なりを有するようにペデスタル領域を構成することができる。
【００２２】
直線ファイバの材料屈折率（ｎｍａｔ）は、等式（４）に従って曲がったファイバの等価屈折率（ｎｅｑ）に関係し、
ｎｅｑ＝ｎｍａｔ（１＋ｘ／Ｒｃｏｒｒ）  （４）
ここで、ｘは曲がりの外側の方へのファイバ断面中の位置であり、Ｒｃｏｒｒは物理的曲げ半径Ｒに一定の補正率を乗算することにより得られた補正曲げ半径であり、すなわちシミュレーション・モデルが応力に対して補償されない場合Ｒｃｏｒｒ＝Ｒｂｅｎｄであり、応力補正率（１／０．８）が含まれる場合Ｒｃｏｒｒ＝Ｒｂｅｎｄ／０．８である。等式（４）は、曲がり形状の既知の等角写像によって得られた。
【００２３】
本発明の好ましい実施形態では、図５の光ファイバはＬＭＡファイバであり、それは、例示として、前述のように概算で１００〜１５００μｍ２の実効モードフィールド面積（Ａｅｆｆ）を有する。約４０μｍよりも大きいコア直径をもつＬＭＡファイバでは、モードは曲げおよび不規則摂動によって誘起されるモード結合の影響を非常に受けやすくなる。実際には、曲げ誘起歪みは約４０μｍコア径で顕著になり、６０μｍ直径以上で厳しくなる。そのようなＬＭＡファイバの主要な用途は光増幅器およびレーザであり、ＬＭＡファイバは利得生成ファイバまたはそれに結合されるＬＭＡピグテールのいずれかとすることができる。
【００２４】
光ファイバ設計−ＨＯＭ考慮事項
ＨＯＭを抑制するために、ペデスタル領域５８．Ｎのモードのうちの少なくとも１つがファイバの曲がり部分のコア領域５２の少なくとも１つの（不要な）ＨＯＭと共振的に結合するように、コア領域５２およびペデスタル領域５８．Ｎは構成される。ファイバ５０’の曲がり部分の簡単化された等価屈折率プロファイル（図４）に示されるように、好ましくは、コア領域５２のＨＯＭ１８（例示として１次モードとして示された）はペデスタル領域５８．Ｎのモード２０と共振するが、コア領域の基本モード１６はペデスタル領域のいずれのモードとも共振しない。モード２０は一般に最も高いかまたはほとんど最も高い実効屈折率をもつペデスタル領域５８．Ｎのリング・モードのうちの１つであり、モード２０は既知の対称原理によってコア領域のＨＯＭへの結合が禁止されない。対照的に、ファイバが直線（またはほとんど直線）である場合、図３の材料屈折率プロファイルに示されるように、コア領域５２のモードはペデスタル領域５８．Ｎのモード２０と共振しない。この設計は、ファイバ５０／５０’が光増幅器およびレーザのパッケージ内に含まれるコイル状ファイバなどの曲がりファイバ用途で使用するものなので許容できる。そのような状況下では、ファイバのほとんどが巻かれており、比較的短い部分だけを直線とすることができる。しかし、本発明はそのような用途に限定されない。一般に、本発明は、ファイバの少なくとも一部が十分に曲げられ、曲げの影響が共振結合の選択性を著しく妨害するいかなるファイバにも適用可能である。
【００２５】
したがって、本発明の一実施形態では、ファイバは直線部分と曲がり部分の両方を有する。ファイバの曲がり部分内では、少なくとも１つのペデスタル領域５８．Ｎは、（ｉ）少なくとも１つの横モードの伝搬をサポートし、（ｉｉ）ファイバ部分が半径の所定の範囲内の半径に曲げられる場合、コア領域１２のＨＯＭ１８のうちの少なくとも１つの選択されたＨＯＭをペデスタル領域５８．Ｎの少なくとも１つの横モード（例えば基本モード２０）に共振的に結合させ、（ｉｉｉ）コア領域の基本モード１６をペデスタル領域１４．１のいずれの横モードにも共振的に結合させないように構成される。さらに、直線の部分内では、ペデスタル領域５８．Ｎは、（ｉ）少なくとも１つの横モードの伝搬をサポートし、（ｉｉ）コア領域１２の選択されたＨＯＭをペデスタル領域５８．Ｎのいずれの横モードにも共振的に結合させないように構成される。
【００２６】
しかし、コイル状ファイバでさえ、曲げの正確な方向は必ずしも先験的に分かるとは限らないことに留意されたい。しかし、このタイプの方位感度は、多数のペデスタル領域５８．Ｎがトレンチ領域５６（図５）の周りに円周に配置されることによって緩和される。このタイプの設計では、曲げの方向にかかわらずＨＯＭが結合され最終的に抑制されることになる少なくとも１つのペデスタル領域を有するようにファイバを製作することができる。したがって、例えば、図５のファイバ５０が左に曲げられる場合、コア領域のＨＯＭはペデスタル領域５８．３に結合されるが、ファイバが右に曲げられる場合、ＨＯＭはペデスタル領域５８．７に結合される。同様に、ファイバが上に曲げられる場合、ＨＯＭはペデスタル領域５８．５に結合されるが、ファイバが下に曲げられる場合、ＨＯＭはペデスタル領域５８．１に結合される。同様の説明が中間方位角（例えば、４５°、１３５°、２２５°、および３１５°）のファイバの曲げに当てはまり、その場合、ＨＯＭはそれぞれ対応する中間ペデスタル領域５８．２、５８．４、５８．６、および５８．８に結合されることになる。当然、場合によっては、ＨＯＭは１つよりも多いペデスタル領域に同時に結合されることがある（例えば、以下の図１１を参照）。曲げ方位に鈍感なファイバでは、ＨＯＭ抑制は、ファイバが曲げ方向に関して制御されないかまたは様々な方位で巻かれる一般的な場合でさえ維持されるであろう。
【００２７】
「共振する」または「共振的に結合する」という用語は、コア領域のモードの実効屈折率ｎｅｆｆがファイバの曲がり部分においてペデスタル領域のモードの実効屈折率と本質的に等しいことを意味する。図４の曲がったファイバ５０’の等価屈折率プロファイルによって示されるように、ファイバ５０を曲げるとｎｅｆｆ１６．１および１８．１はそれぞれ１６．１’および１８．１’によって示されたレベルまで移動する。（１６．１’および１８．１’のレベルの実際の移動の量はかなり小さく、したがって、図４の概略的屈折率プロファイルには示されない。）より詳細には、本発明によれば、コア領域５２の１次モード１８のｎｅｆｆ１８．１’はペデスタル領域５８．Ｎの基本モード２０のｎｅｆｆ２０．１’に本質的に等しく、それによりＨＯＭ１８のエネルギーはコア領域からペデスタル領域のモード２０に移行または結合し（矢印２４）、そこから外側クラッド領域５４に放射（トンネル）することができる。（矢印２６は、通常存在する漏れクラッド・モードによるそのような放射を示す。前述ように、このエネルギーは、代わりに、既知の吸収、散乱などの中心をペデスタル領域および／または外側クラッド領域に組み込むことによって失うことができる。）ファイバに沿った適切な伝搬距離の後、共振移行および放射のこのプロセスは、コア領域のＨＯＭ１８を効果的に抑制する。対照的に、コア領域の基本モード１６のｎｅｆｆ６．１’はペデスタル領域のいずれのモードのｎｅｆｆにも対応しない。したがって、基本モード１６はコア領域を効果的に伝搬し、ペデスタル領域へのそのエネルギーの共振移行は生じない（否定されている矢印２８）。本発明者はこのプロセスを選択的結合と呼ぶ。
【００２８】
曲がりファイバ部分のコア領域モードおよびペデスタル領域モードが本質的に等しい屈折率を有する状況は、例えば、コア領域ＨＯＭ屈折率１８．１’およびペデスタル領域モード屈折率２０．１’がこれらのモード間の光の結合を著しく妨げられるほど異ならないことを意味する。本発明の好ましい実施形態では、屈折率１８．１’と２０．１’との間の差は、コア基本モード屈折率１６．１’とペデスタル・モード屈折率２０．１’との間の差よりも非常に少ない。
【００２９】
設計原理
曲がりファイバ部分で共振結合が効果的であるようにファイバを事前補償するために、共振結合のために最適化された直線ファイバ設計で開始し、次に、曲がり摂動を事前補償するように直線ファイバのペデスタル領域および外側クラッド領域の屈折率を調整することができる。半径方向位置Ｒｐｅｄおよび方位角位置θで屈折率ｎｐｅｄをもつ特定の形体について、事前補償は等式（５）によって与えられる。
Δｎｃｏｍｐ＝−ｎｐｅｄ（Ｒｐｅｄ／Ｒｃｏｒｒ）ｃｏｓ（θ−θｂｅｎｄ）  （５）
ここで、θｂｅｎｄは曲がりの外側の方への方位角方向である。多数のペデスタル領域を未知の曲げ方位に適合させるために、各々は概算で等式（６）によって与えられる量Δｃｏｍｐだけ低減される。
Δｎｃｏｍｐ＝−ｎｐｅｄ（Ｒｐｅｄ／Ｒｃｏｒｒ）  （６）
ここで、Ｒｐｅｄはコア領域５２に対する、すなわち軸５９に対するペデスタル領域５８．Ｎの中心の半径方向位置である。等式（５）および（６）は、（ｉ）コア・モードの曲げ誘起実効屈折率シフトが、ペデスタル・モードのそれに対して小さい簡単化された計算に基づく。等式（６）は、さらに、（ｉｉ）ＨＯＭ結合の役割を担うペデスタル領域（すなわちクラッド導波路）は曲げの外側のものである［ｃｏｓ（θ−θｂｅｎｄ）〜１］を仮定している。しかし、より一般的には、事前補償は、さらに、より詳細なモデル、実験データなどを使用して曲げ誘起の影響を全て含むことができる。このタイプの一般的な計算は、例えば、１つのペデスタル領域だけをもつファイバなどの回転対称でないファイバ設計で、またはペデスタル領域５８．Ｎがトレンチ領域５６内で（半径方向にまたは方位角的に）等しく離間されていないファイバ設計で使用されるであろう。
【００３０】
抑制されるべきコア領域モードと共振ペデスタル領域モードとの間の適切な結合は、さらに、前者のコア・モードへの後者のペデスタル・モードの結合の戻りを低減させる必要性を考慮に入れるべきである。逆結合は、次の節で説明されるように、共振結合とペデスタル・モード損失（または減少した利得）との適切なバランスで抑制される。
【００３１】
ファイバ５０’は、さらに、ペデスタル・モードによって不要なコア・モードを効果的に抑制できるように構成されるべきである。この条件は、屈折率整合、ならびにペデスタル損失（または減少した利得）および結合強度（コアへの）の適切なレベルを必要とする。曲がりファイバ部分のペデスタル・モードと不要モードとの実効屈折率を整合させるために、ペデスタル・モード実効屈折率はペデスタル領域の屈折率ｎｐｅｄおよび直径Ｄｐｅｄによって最も直接的に制御される。ペデスタルの半径方向位置Ｒｐｅｄを使用してコアとペデスタルとの間の結合強度が調整される。トレンチ厚さｔｔｒおよび外側クラッド屈折率ｎｏｃを使用して、ペデスタル・モードのトンネリング損失（他の損失機構を代わりに使用することができるが）が調整され、同様に基本コア・モード・トンネリング損失が制御される。同等に、（１）ペデスタルとコアとの間の間隔（Ｒｐｅｄ−０．５Ｄｃｏｒｅ）と、（２）ペデスタルと外側クラッドとの間の間隔（Ｒｏｃ−Ｒｐｅｄ）との比を調整することによってペデスタル損失とペデスタル結合（コアへの）とのバランスの制御を考慮することができる。本発明の一実施形態では、この比は約１である。
【００３２】
さらに、コア領域とペデスタル領域との間の結合は所望の（基本）コア・モードが妨害されるほど大きくするべきではない。一方、コア領域とペデスタル領域との間の結合は、抑制されることになるペデスタル・モードに不要なコア・モードが十分に結合しないほど小さくするべきでない。次に、ペデスタル・モードの損失率は、コアとペデスタル領域との間の結合が妨げられる（すなわち不十分な）ほど大きくするべきでない。最後に、ペデスタル・モードの損失率は、それに結合した不要なコア・モードがわずかな損失しか受けず効果的な抑制ができないほど小さくするべきでない。この点で、ペデスタル・モードの減少した利得は本質的に損失の役割を果たすことができる。さらに、外側クラッド屈折率は、曲がりファイバ部分において、基本モード損失を最小にしながらＨＯＭ抑制を最大にするように選ばれるべきである。このために、外側クラッド屈折率は、さらに、モードと外側クラッドとの間の相対屈折率差を維持するように事前補償することができる。すなわち、最適化直線ファイバの設計がＨＯＭ抑制および低い基本モード曲げ損失に好適な外側クラッド屈折率［ｎｏｃ］ｓｔｒａｉｇｈｔを有する場合、望ましい曲げファイバ設計は等式（５）に従って調整された屈折率をもつ外側クラッドを有することになり、すなわち
［ｎｏｃ］ｂｅｎｔ＝［ｎｏｃ］ｓｔｒａｉｇｈｔ−Δｎｃｏｍｐ  （７）
およびｃｏｓ（θ−θｂｅｎｄ）＝１の場合、
［ｎｏｃ］ｂｅｎｔ＝［ｎｏｃ］ｓｔｒａｉｇｈｔ−ｎｏｃ（Ｒｏｃ／Ｒｃｏｒｒ）  （８）
である。好ましい実施形態では、Ｒｏｃをちょうど超える半径の等価屈折率は、曲がりファイバ部分の基本コア・モードの実効屈折率とペデスタル・モードの実効屈折率との間にある。この説明の目的では、外側クラッドはトレンチ領域のちょうど外側の領域であり、必ずしもファイバ断面の最も外側の領域とは限らないことが理解されよう。当然、一般に、非常に様々な屈折率をもつ外側クラッド領域の外側の他の領域があり、それはポンプ閉じ込め（二重クラッド）領域、オーバークラッド領域、重合体被覆、またはファイバの外側の空気領域を含むことができる。
【００３３】
これらの設計原理に合致することにより、コア領域５２において、例えば基本モード１６は効果的に伝搬されるが、一方、ＨＯＭ１８は効果的に抑制されることが保証される。ＨＯＭを抑制（またはカットオフ）する必要がある程度は特定の用途に依存する。全部のまたは完全な抑制は多くの用途で要求されず、それは比較的低い強度のＨＯＭの継続的存在が許容できることを意味する。いずれにしても、ＨＯＭの抑制は、例えば以下の障害、すなわち低いビーム品質（またはＭ２）、利得競合、高い全挿入損、信号モード中のノイズ、およびマイクロベンド損失の１つまたは複数を軽減することによってシステム性能を改善する。
【００３４】
本発明のファイバが不要なＨＯＭコア・モードと特定のペデスタル・モードとの間で屈折率整合（または共振）を達成するように適切に設計される場合、コア・モードおよびペデスタル・モードの屈折率曲線の傾斜は、特にそれらが交差する領域でほとんど同じである。したがって、コア・モードとペデスタル・モードとの間の屈折率整合結合は比較的広い波長範囲にわたって達成される。
【００３５】
共振結合（屈折率整合）の前述の原理は、さらに、ペデスタル領域の単一のモードに多数の不要なコア・モードを共振的に結合させることによって、または１つまたは複数のペデスタル領域の異なるモードにそれらを共振的に結合させる、すなわち各コア・モードが別個のペデスタル・モードと共振することによってそれらを抑制するのに適用することができる。
【００３６】
シミュレーション結果
以下の説明は、曲がったファイバでのＨＯＭ抑制のために本発明の発明原理を組み込む様々な光ファイバ設計のコンピュータ・シミュレーションを述べる。石英系ファイバがシミュレーションの目的のために仮定されているが、特定の材料、寸法、および動作条件は例示のためだけに与えられ、特に明確に述べられない限り本発明の範囲を限定するものではない。
【００３７】
シミュレートされた６つのファイバの各々（以下、ファイバ１〜６で識別される）は、同じコア領域直径（Ｄｃｏｒｅ＝３４μｍ）および差異（Δｎ＝ｎｃｏｒｅ−ｎｔｒ＝０．００１５）をもつが、以下の表で規定される様々なクラッド構造をもつ図５に示された設計を本質的に有していた。ファイバ１〜３は直線ファイバＨＯＭ抑制のために設計され、ファイバ４〜６は前述の曲げファイバ補償技法を使用してファイバ１〜３から得られた。
【００３８】
【表１】
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図６Ａは、それぞれファイバ５の材料屈折率プロファイル６．１および等価屈折率プロファイル６．２を示す。等価屈折率プロファイルは、（補正された）ファイバ曲げ半径がＲｃｏｒｒ＝１４．０ｃｍであったことを反映している。ファイバ４および６は同様のプロファイルを有していた。Ｒｃｏｒｒ＝１６．０ｃｍをもつファイバも評価された。
【００３９】
先ず、発明者は比較のためのベースラインを与えるために曲がりの影響を無視して屈折率整合のためのファイバ１〜３を設計し、次いで、曲がりの影響を補正するように２つの屈折率パラメータがシフトされた、すなわち等式（５）によるペデスタル領域５８．Ｎの屈折率および外側クラッド領域５４の屈折率の他のファイバ（例えばファイバ４〜６）を設計した。事前補償された設計では、コア領域の中心とペデスタル領域の中心（Ｒｐｅｄ）との間の距離は、コア領域のＨＯＭ１６とペデスタル領域の基本モード２０との間に所望の共振結合を与え（図４）、したがってＨＯＭ１８に十分な損失を与えながら同時に基本モード１６の損失を制限するように選ばれた。同様に、外側クラッド半径Ｒｏｃおよび屈折率ｎｏｃは、大きいＨＯＭ損失を与え、かつ基本モード１６の損失を低減する（例えば、最小にする）ように選ばれた。
【００４０】
事前補償された設計（ファイバ４〜６）は補償されていない設計（ファイバ１〜３）と比べて非常に大きい改善があり、大きいＨＯＭ損失（図７）およびＨＯＭ−基本モード損失の大きい比（図８）を容易に達成した。より詳細には、３つの事前補償された設計について基本モード１６およびＨＯＭ１８の損失が図７に示される。所望のとおりに、Ｒｃｏｒｒ＝１５ｃｍの設計曲げ半径の近くで、基本モード損失（曲線７．４ｆ、７．５ｆ、７．６ｆ）は十分に小さく、典型的な増幅器（例えば約１〜１０ｍの長さの利得生成ファイバ）の許容可能な全曲げ損失を与えることができた。同時に、ＨＯＭ損失（曲線７．４ｈ、７．５ｈ、７．６ｈ）は十分に高く、増幅器長にわたって何ｄＢもの抑制を与えた。別の方法で調べると、ＨＯＭ−基本モード損失の比（図８）は非常に高く、３つの事前補償されたファイバの全てについてＲｃｏｒｒに応じて約１０〜１０００に及んでいた。例えば、Ｒｃｏｒｒ＝１４ｃｍをもつコイル状ファイバでは、ファイバ４は１ｄＢ／ｍの基本モード曲げ誘起損失および１００ｄＢ／ｍを超えるＨＯＭ損失を有していた。ファイバ４、５、および６の様々な結果は、さらに、設計パラメータを調整することによって、特定の要件に設計を適応させる（例えば、大きい抑制を維持しながら基本モードおよびＨＯＭの損失の絶対レベルを調整して）能力を示している。例えば、ファイバ４は比較的短い増幅器長（Ｒｃｏｒｒ〜１４ｃｍに巻かれ、全損失〜１ｄＢを与える約１ｍの利得生成ファイバ）に適することがあるが、基本モード損失が許容しがたいことがあるのでより厳しい曲がりの実質的により長い増幅器に適さないであろう。より長い増幅器長（例えば、Ｒｃｏｒｒ〜１４ｃｍに巻かれた１０ｍの利得生成ファイバ長）には、１０ｍファイバ長にわたって依然として１００ｄＢのＨＯＭ抑制を与えながら０．５ｄＢ未満の全曲げ損失を有するファイバ６が好ましいことがある。全体の設計方策を調整して、より大きいシステムの性能を改善するために指定されるかまたは必要とされるようにファイバ長、コイルサイズ、ＨＯＭおよび基本モード損失への要件に対応することができる。
【００４１】
モード強度プロット（図９〜１１）は、曲がりの影響を補償するために必要とされる屈折率整合結合および補正を例証する。曲げ補正を考慮することなく設計されたファイバ（ファイバ１、図９）は、実際には、Ｒｃｏｒｒ＝１４ｃｍでペデスタル領域５８．１および５８．３への基本モードの実質的結合を示した。図９は、図２に概略的に示された問題を示している。基本コア・モード１６のペデスタル・モード２０への望ましくない結合は曲がりの直接の結果である。実際には、同じファイバ設計が、直線ファイバ（Ｒｂｅｎｄ＝無限大）では、ＨＯＭへの優れた選択的結合があり、基本モードへの著しい結合がないことを達成した。良好な直線ファイバ性能は、コア屈折率に近い（しかし、わずかに低い）外側クラッド屈折率（実施例では、ｎｃｏｒｅ−ｎｏｃ＝０．０００２）をもつ適切に設計された形状によって可能になった。
【００４２】
一方、図１０（ファイバ４）に示されるように、曲がりの影響について事前補償されたファイバは基本モード１６のペデスタル領域への著しい結合がなかったが、図１１（ファイバ４）に示されるようにＨＯＭ１８の大きい結合があった。したがって、ファイバ４（ならびにファイバ５および６）は不要なＨＯＭの所望の選択的抑制を示した。
【００４３】
上記構成は、本発明の原理の応用を示すために考案することができる多くの可能な特定の実施形態の単なる例証であることが理解されるべきである。多数の多様な他の構成を、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく当業者はこれらの原理に従って考案することができる。
【００４４】
特に、前述の計算では、ファイバは、ペデスタル領域をコア領域に軸方向に巻きつかせる著しい回転またはねじれを有していないと仮定された。しかし、代替として、回転またはねじれを利用してらせん導波路クラッド形体を生成して、ＨＯＭ光除去に役立つペデスタル領域の固有曲がり経路およびモードの方位角変化による選択的モード結合などの追加の利点を活用することができる。ねじられるかまたは回転されたファイバを使用して全ての曲げ方位を確実にファイバの特性長にわたってサンプリングすることができる。いくつかのそのような設計では、コア領域とペデスタル領域との間の局所方位および曲げ半径が考慮に入れられるべきであることに留意されたい。
【００４５】
さらに、前述のシミュレーションはコア領域およびペデスタル領域の両方にステップ屈折率ファイバ（ＳＩＦ）を使用したが、その理由は、この設計が、当業界で依然として重要である従来のステップ屈折率ファイバとの直接比較を与えるからである。しかし、当業者は、容易に、不要なモードの共振抑制のための本発明の曲げ補償概念を非ステップ屈折率コア・プロファイルに、または空気孔、介在物などを含むファイバに適用することができる。特に、参照により本明細書に組み込まれる２００７年６月２７日の米国特許出願公開第２００７／０１４７７５１号で説明された理由のために有利となり得るグレーデッド屈折率（例えば、放物線）コア形状は、さらに、本発明によって与えられる追加のＨＯＭ抑制から利益を得ることができる。
【００４６】
より詳細には、米国特許出願公開第２００７／０１４７７５１号において、本発明者は、例えば、放物線グレーデッド屈折率コアおよび直線グレーデッド（円錐形）屈折率コアをもつ耐歪み性ファイバ設計を提案した。これらの設計は、シミュレートされた面積、損失、およびモード結合指標に関してステップ屈折率設計と比べて改善を実証した。設計パラメータ（コア・サイズ、全コア差異、グレーデッドの深さ、屈折率プロファイル形状、および利得ドーパント・プロファイル）が適切に構成されているという前提で、これらの耐曲げ性設計は好ましい増幅器性能基準（利得相互作用、曲げ損失、ＨＯＭ抑制、および実効モード面積）をもたらす。耐曲げ性ファイバまたは耐歪み性ファイバという用語によって、本発明者は、ファイバが曲がっているときファイバの性能が悪影響を受けない程度を指す。その性能は、主として、曲げ損失、曲げ歪み、ＨＯＭ抑制、および利得相互作用のファイバ性能特性によって測定される。
【００４７】
耐歪み性ＬＭＡファイバを設計する手法は、前述の親出願に説明されているように、ファイバの曲がり部分を伝搬する光が主として材料屈折率プロファイルではなく等価屈折率プロファイルによって直接影響を受けるということである。光は、一般的なパッケージ化ファイバの非常に短い直線部分で材料屈折率プロファイルに出会う。したがって、適切な設計手法は、材料屈折率プロファイルではなく等価屈折率プロファイルのモード特性を最適化すること（すなわち、重要な曲げ歪みの影響のどれも無視しないこと）である。曲げ誘起屈折率勾配が避けられない場合、それは反対の材料屈折率勾配によって少なくともコアの部分について相殺することができる。親出願の図４Ａ、９Ａ、および９Ｂを特に参照すれば、この相殺のために、材料屈折率の適切なグレーデッド屈折率プロファイル９４（図９Ａ）は、コア端部で鋭くピークに達する等価屈折率をもつＳＩＦ（図４Ａ、プロファイル４５）とは対照的に、平坦な屈折率ピーク９６を有する等価屈折率プロファイル９５（図９Ｂ）をもたらす。放物線材料屈折率プロファイル９４は、一般的な曲げ半径ではほとんど曲げによる変化がないピークでの等価屈折率形状（曲率）を有するので、特に魅力的な特別な場合である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の主要な用途は、図１２に示され、随意のＬＭＡピグテール・ファイバ２３５ｐに光学的に結合されたＬＭＡ利得生成光ファイバ（ＧＰＦ）２３５ａを含む光ファイバ増幅器２３０である。ＧＰＦ２３５ａは結合デバイス２３３に光学的に結合され、ピグテール・ファイバ２３５ｐは利用デバイス２３４に光学的に結合される。ＧＰＦ２３５ａもしくはピグテール２３５ｐのいずれか、または両方が本発明に従って設計され、すなわち、増幅器パッケージ内で、これらのファイバのいずれかまたは両方が一般に巻かれるであろう。
【００４９】
電気通信用途では、デバイス２３３は波長分割多重化器として知られており、高パワー非電気通信用途では、ポンプ結合器として知られている。簡単にするために、以下では高パワー非電気通信用途の状況で本発明の態様が説明される。この場合、ポンプ結合器２３３は、光入力信号光源２３１の出力および光ポンプ光源２３６の出力をＧＰＦ２３５ａ中に結合する。入力信号光源２３１は、従来のファイバ２３２を介してポンプ結合器２３３の入力に結合される第１の波長の光入力信号を生成するが、ポンプ光源２３６は、従来のファイバ２３７によってポンプ結合器２３３の別の入力に結合される第２の波長の光ポンプ信号を生成する。
【００５０】
当技術分野でよく知られているように、ポンプ信号はＧＰＦ２３５ａ中で反転分布を生成し、それにより入力光源２３１からの入力信号は増幅される。増幅された入力信号はＧＰＦ２３５ａに沿って（およびあるならばピグテール２３５ｐを通って）利用デバイス２３４まで伝搬する。高パワー用途では、後者は無数の既知のデバイスまたは装置、例えば、別の光増幅器、ビーム・コリメータ、レンズ系、加工品（例えば切断または溶接するための）を含むことができるが、電気通信用途では、利用デバイス２３４は光受信機、光変調器、光カプラもしくはスプリッタ、または１個の端末装置を含むことができる。
【００５１】
例示として、入力光源２３１は、ＧＰＦ２３５ａの増幅範囲の波長の比較的低いパワーの光入力信号を生成するレーザであるが、ポンプ光源２３６は、入力信号の所望の増幅を生成するより短い波長の比較的高い光パワー（例えば約１５０ｍＷを超える）のポンプ信号を生成する半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）またはＬＥＤのアレイである。例示として、ＧＰＦ２３５ａは、希土類元素ドープ・ファイバ（例えば、好ましくはイッテルビウム・ドープ・ファイバ）またはクロミウム・ドープ・ファイバである。好ましいイッテルビウム・ファイバの場合、信号光源２３１は約１０８０ｎｍの波長を有する入力信号を生成し、ポンプ光源２３６は約９１５ｎｍまたは代替として約９７５ｎｍの波長のポンプ信号を生成する。半導体レーザもポンプ光源として使用することができるが、ＬＥＤ、特にＬＥＤのアレイはより多くの合計光をＬＥＤによってファイバに結合させることができるので好ましい。
【００５２】
図１２の増幅器２３０は普通の共通伝搬ポンプ構成（すなわち、ポンプ信号および入力信号がＧＰＦを通って同じ方向に伝搬する）を示すが、逆伝搬構成（すなわち、ポンプ信号および入力信号がＧＰＦを通って反対方向に伝搬する）を使用することも可能である。さらに、多数の増幅器を直列に配置することができ、それは、高パワー多段システムの総利得を増加させるために当技術分野でよく知られている方式である。ポンプ・エネルギーは横断的に増幅器に結合することもできる。
【００５３】
さらに、適切な既知の光共振器（例えば、１対の離間したファイバ・グレーティング）を備える場合、ＧＰＦはレーザとして機能することができる。
【００５４】
本発明の他の用途は、例えばファイバ・ケーブル（例えばカール・ケーブル）が先験的に知られている半径に曲げられる通信システムで見いだすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】従来技術の直線光ファイバにおけるＨＯＭの共振結合を説明するために使用される概略の材料屈折率プロファイルを示す図である。
【図２】従来技術の曲がった光ファイバにおける基本モードの共振結合を説明するために使用される概略の等価屈折率プロファイルを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、直線光ファイバにおける共振結合（またはそれの欠如）を説明するために使用される概略の材料屈折率プロファイルを示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による、曲がった光ファイバにおけるＨＯＭの共振結合を説明するために使用される概略の等価屈折率プロファイルを示す図である。
【図５】多数の隆起屈折率ペデスタル（導波路）が、コア領域を囲む環状トレンチ領域内に配置される、本発明のもう１つの実施形態によるシミュレーション調査で使用されるＬＭＡ光ファイバの概略の断面図である。
【図６Ａ】直線（破線の曲線６．１）の状態および曲がり（実線の曲線６．２）の状態の図５のファイバの断面の計算された屈折率プロファイルを示す図である。断面は、図５の円形ペデスタル５８．３および５８．７の中心を通って水平に選ばれている。
【図６Ｂ】不要なＨＯＭを抑制するためにペデスタル領域に損失機構が導入される本発明の他の実施形態による光ファイバの部分断面の概略の屈折率プロファイルを示す図である。
【図７】図５に示されたタイプの３つの異なるファイバに対するモード損失対補正曲げ半径を示すグラフである。
【図８】図７に記載された同じ３つのファイバに対するＨＯＭ抑制（損失比）対補正曲げ半径を示すグラフである。
【図９】本発明に反して事前補償されていない図５に示されたタイプの曲がったファイバ（Ｒｂｅｎｄ＝１４．０ｃｍ）の強度プロットである。曲げられた時、コア領域の基本モードがペデスタル領域（導波路）のうちの２つに不利に結合されている。
【図１０】本発明の一実施形態に従って事前補償された図５に示されたタイプのファイバの強度プロットである。曲げられた時、コア領域の基本モードがペデスタル領域（導波路）に不利に結合していない。
【図１１】本発明の一実施形態に従って事前補償された図５に示されたタイプのファイバの強度プロットである。曲げられた時、コア領域のＨＯＭがペデスタル領域（導波路）のうちの２つに有利に結合している。
【図１２】本発明によるＬＭＡ光ファイバの一用途による光増幅器のブロック図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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