(57)【要約】概して、一態様において、本発明は、表面に第１カルコゲニド・ガラス（２４０）の層を堆積するのに十分な条件の下で、表面を第１気体組成に晒すこと、第２ガラス（２３０）の層を第１カルコゲニド・ガラスの層の上に堆積するのに十分な条件の下で、第１カルコゲニド・ガラス（２４０）の層を第２気体組成に晒すことを含む方法であって、第２ガラスが第１カルコゲニド・ガラスとは異なる、方法を特徴とする。
2006507545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波路であって、
導波路軸に沿って延び、第１カルコゲニド・ガラスからなる第１部分と、
前記導波路軸に沿って延び、第２カルコゲニド・ガラスからなる第２部分と
を備え、前記第２カルコゲニド・ガラスは前記第１カルコゲニド・ガラスとは異なる、導波路。
【請求項２】
請求項１記載の導波路において、前記第１カルコゲニド・ガラスは、前記第２カルコゲニド・ガラスとは異なる屈折率を有する、導波路。
【請求項３】
請求項１記載の導波路において、前記第１カルコゲニド・ガラスは、ＡｓおよびＳｅを含む、導波路。
【請求項４】
請求項３記載の導波路において、前記第１カルコゲニド・ガラスは、Ａｓ２Ｓｅ３を含む、導波路。
【請求項５】
請求項３記載の導波路において、前記第１カルコゲニド・ガラスは、更に、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｉ、またはＴｅを含む、導波路。
【請求項６】
請求項１または３記載の導波路において、前記第２カルコゲニド・ガラスは、ＡｓおよびＳを含む、導波路。
【請求項７】
請求項６記載の導波路において、前記第２カルコゲニド・ガラスは、Ａｓ２Ｓ３を含む、導波路。
【請求項８】
請求項１または３に記載の導波路において、前記第２カルコゲニド・ガラスはＰおよびＳを含む、導波路。
【請求項９】
請求項８記載の導波路において、前記第２カルコゲニド・ガラスは、更に、ＧｅまたはＡｓを含む、導波路。
【請求項１０】
請求項１記載の導波路であって、更に、中空コアを備えている、導波路。
【請求項１１】
請求項１記載の導波路において、前記第１カルコゲニド・ガラスは、２．７以上の屈折率を有する、導波路。
【請求項１２】
請求項１１記載の導波路において、前記第２カルコゲニド・ガラスは、２．７以下の屈折率を有する、導波路。
【請求項１３】
請求項１記載の導波路において、前記第１カルコゲニド・ガラスは、約１８０℃以上のＴｇを有する、導波路。
【請求項１４】
請求項１３記載の導波路において、前記第２カルコゲニド・ガラスは、約１８０℃以上のＴｇを有する、導波路。
【請求項１５】
請求項１記載の導波路において、前記導波路は、約１０．６ミクロンの波長を有する電磁エネルギに対して、約２ｄＢ／ｍ未満の損失係数を有する、導波路。
【請求項１６】
請求項１記載の導波路において、前記第１部分はコアを包囲する、導波路。
【請求項１７】
請求項１６記載の導波路において、前記第２部分は前記コアを包囲する、導波路。
【請求項１８】
請求項１６記載の導波路において、前記第２部分は前記第１部分を包囲する、導波路。
【請求項１９】
請求項１６記載の導波路において、前記コアは、少なくとも約１０λの最少断面寸法を有し、λは、前記導波路によって導波される放射線の波長である、導波路。
【請求項２０】
請求項１９記載の導波路において、前記コアの前記最少断面寸法は、約２０λである、導波路。
【請求項２１】
請求項１６記載の導波路において、前記コアは、少なくとも約５０ミクロンの最少断面寸法を有する、導波路。
【請求項２２】
請求項２１記載の導波路において、前記コアは、少なくとも約１００ミクロンの最少断面寸法を揺する、導波路。
【請求項２３】
請求項２２記載の導波路において、前記コアは、少なくとも約２００ミクロンの最少断面寸法を有する、導波路。
【請求項２４】
請求項１記載の導波路において、前記導波路は、フォトニック結晶ファイバである、導波路。
【請求項２５】
請求項２４記載の導波路において、前記フォトニック結晶ファイバは、閉じ込め領域を備えており、前記第１および第２部分は前記閉じ込め領域の一部である、導波路。
【請求項２６】
請求項２４記載の導波路において、前記フォトニック結晶ファイバはブラッグ・ファイバである、導波路。
【請求項２７】
方法であって、
導波路軸に沿って延び、第１カルコゲニド・ガラスを含む第１部分と、前記導波路軸に沿って延びる第２部分とを備えている導波路を提供すること、
前記導波路を通じて、第１位置から第２位置に電磁エネルギを導波すること
を備える方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の方法において、前記第２部分は、前記第１カルコゲニド・ガラスとは異なる第２カルコゲニド・ガラスを含む、方法。
【請求項２９】
請求項２７記載の方法において、前記電磁エネルギは、約２ミクロンと１５ミクロンとの間の波長を有する、方法。
【請求項３０】
請求項２９記載の方法において、前記電磁エネルギは、約１ワットを超える電力を有する、方法。
【請求項３１】
請求項３０記載の方法において、前記電磁エネルギは、約１０ワットを超える電力を有する、方法。
【請求項３２】
請求項３１記載の方法において、前記電磁エネルギは、約１００ワットを超える電力を有する、方法。
【請求項３３】
請求項２７記載の方法であって、更に、レーザからの前記電磁エネルギを前記導波路に結合することを備える、方法。
【請求項３４】
請求項３３記載の方法において、前記レーザは、ＣＯ２レーザである、方法。
【請求項３５】
請求項２７記載の方法において、前記導波路は、フォトニック結晶ファイバである、方法。
【請求項３６】
請求項３５記載の方法において、前記フォトニック結晶ファイバは、ブラッグ・ファイバである、方法。
【請求項３７】
装置であって、
軸に沿って延び、該軸に沿って電磁放射線を導波するように構成されている誘電体導波路を備え、前記電磁放射線が約１ワットよりも大きい電力を有する、装置。
【請求項３８】
請求項３７記載の装置において、前記電磁放射線は、約２ミクロンよりも長い波長を有する、装置。
【請求項３９】
請求項３８記載の装置において、前記電磁放射線は、約５ミクロンよりも長い波長を有する、装置。
【請求項４０】
請求項３７記載の装置において、前記電磁放射線は、約２０ミクロン未満の波長を有する、装置。
【請求項４１】
請求項４０記載の装置において、前記電磁放射線は、約１５ミクロン未満の波長を有する、装置。
【請求項４２】
請求項３９記載の装置において、前記電磁放射線は、約１０ミクロンから１１ミクロンの波長を有する、装置。
【請求項４３】
請求項４２記載の装置において、前記電磁放射線は、約１０．６ミクロンの波長を有する、装置。
【請求項４４】
請求項３７記載の装置において、前記電磁放射線は、約５ワットよりも大きい電力を有する、装置。
【請求項４５】
請求項４４記載の装置において、電磁放射線は、約１０ワットよりも大きい電力を有する、装置。
【請求項４６】
請求項４５記載の装置において、電磁放射線は、約１００ワットよりも大きい電力を有する、装置。
【請求項４７】
請求項３７記載の装置において、前記誘電体導波路は、前記導波路軸に沿って延び、第１カルコゲニド・ガラスからなる第１部分を含む、装置。
【請求項４８】
請求項４７記載の装置において、前記誘電体導波路は、更に、前記導波路軸に沿って延び、前記第１部分とは異なる組成を有する第２部分を含む、装置。
【請求項４９】
請求項４８記載の装置において、前記第２部分は、前記第１カルコゲニド・ガラスとは異なる第２ガラスを含む、装置。
【請求項５０】
請求項４９記載の装置において、前記第２ガラスはカルコゲニド・ガラスである、装置。
【請求項５１】
請求項４９記載の装置において、前記第２ガラスは酸化物ガラスである、装置。
【請求項５２】
請求項３７記載の装置において、前記導波路は、フォトニック結晶ファイバである、装置。
【請求項５３】
請求項５２記載の装置において、前記フォトニック結晶ファイバは、ブラッグ・ファイバである、装置。
【請求項５４】
請求項３７記載の装置において、前記導波路は、中空のコアを含む、装置。
【請求項５５】
方法であって、
第１カルコゲニド・ガラスの層を表面に堆積するのに十分な条件の下で、前記表面を第１気体組成に晒すこと、
前記第１カルコゲニド・ガラスの層上に第２ガラスの層を堆積するのに十分な条件の下で、前記第１カルコゲニド・ガラスの層を第２気体組成に晒すことと
を備え、前記第２ガラスは、前記第１カルコゲニド・ガラスとは異なる、方法。
【請求項５６】
請求項５５記載の方法において、前記表面を前記第１気体組成に晒すことは、前記第１気体組成内でプラズマを活性化することを含む、方法。
【請求項５７】
請求項５６記載の方法において、前記第１気体組成内でプラズマを活性化することは、前記気体を電磁放射線に晒して、前記プラズマを活性化することを含む、方法。
【請求項５８】
請求項５７記載の方法において、前記電磁放射線は、マイクロ波放射線を含む、方法。
【請求項５９】
請求項５７記載の方法において、前記電磁放射線は、無線周波数放射線を含む、方法。
【請求項６０】
請求項５５記載の方法において、前記第１ガラスの層を前記第２気体組成に晒すことは、前記第２気体組成においてプラズマを活性化することを含む、方法。
【請求項６１】
請求項６０記載の方法において、前記第２気体組成においてプラズマを活性化することは、前記気体を前記電磁放射線に晒して、前記プラズマを活性化することを含む、方法。
【請求項６２】
請求項６１記載の方法において、前記電磁放射線は、マイクロ波放射線を含む、方法。
【請求項６３】
請求項６１記載の方法において、前記電磁放射線は、無線周波数放射線を含む、方法。
【請求項６４】
請求項５５記載の方法において、前記第２気体組成は、前記第１気体組成とは異なる、方法。
【請求項６５】
請求項５５記載の方法において、前記第１気体組成は、１つ以上のハロゲン化合物を含む、方法。
【請求項６６】
請求項６５記載の方法において、前記１つ以上のハロゲン化合物は、塩化物を含む、方法。
【請求項６７】
請求項５５記載の方法において、前記第１気体組成は、キャリア・ガスを含む、方法。
【請求項６８】
請求項６７記載の方法において、前記キャリア・ガスは、窒素を含む、方法。
【請求項６９】
請求項６７記載の方法において、前記キャリア・ガスは、希ガスを含む、方法。
【請求項７０】
請求項６９記載の方法において、前記希ガスはアルゴンである、方法。
【請求項７１】
請求項５５記載の方法において、前記第１気体組成はカルコゲンを含む、方法。
【請求項７２】
請求項５５記載の方法において、前記第１気体組成の圧力は、約２Ｔｏｒｒと２０Ｔｏｒｒとの間である、方法。
【請求項７３】
請求項５５記載の方法において、前記第２気体組成は、１つ以上のハロゲン化合物を含む、方法。
【請求項７４】
請求項７３記載の方法において、塩基１つ以上のハロゲン化合物は、塩化物を含む、方法。
【請求項７５】
請求項５５記載の方法において、前記第２気体組成は、キャリア・ガスを含む、方法。
【請求項７６】
請求項７５記載の方法において、前記キャリア・ガスは、窒素を含む、方法。
【請求項７７】
請求項７５記載の方法において、前記キャリア・ガスは、貴ガスを含む、方法。
【請求項７８】
請求項７７記載の方法において、前記貴ガスは、アルゴンである、方法。
【請求項７９】
請求項５５記載の方法において、前記第２気体組成は、カルコゲンを含む、方法。
【請求項８０】
請求項５５記載の方法において、前記第２気体組成は、酸素を含む、方法。
【請求項８１】
請求項５５記載の方法において、前記第２気体組成の圧力は、約２Ｔｏｒｒと２０Ｔｏｒｒとの間である、方法。
【請求項８２】
請求項５５記載の方法において、前記第２ガラスは、酸化物ガラスを含む、方法。
【請求項８３】
請求項５５記載の方法において、前記第１ガラスは、カルコゲニド・ガラスを含む、方法。
【請求項８４】
請求項５５記載の方法において、前記表面は、チューブの表面である、方法。
【請求項８５】
請求項８４記載の方法において、前記表面は、チューブの内面である、方法。
【請求項８６】
請求項８４記載の方法において、前記チューブはガラスを含む、方法。
【請求項８７】
請求項８６記載の方法において、前記ガラスは、シリケート・ガラスである、方法。
【請求項８８】
請求項８４記載の方法において、前記チューブはポリマを含む、方法。
【請求項８９】
請求項５５記載の方法において、前記表面は平坦面である、方法。
【請求項９０】
方法であって、
チューブの内面を形成する第１材料に対して実質的に不活性である第１化合物を含む第１気体組成をチューブに導入すること、
前記第１化合物を前記第１材料と反応する第２化合物に変化させ、かつ、前記チューブの内面上に第２材料の層を堆積するのに十分な条件に、前記第１気体組成を晒すこと
を備える方法。
【請求項９１】
請求項９０記載の方法において、前記第１化合物を第２化合物に変化させるのに十分な条件に前記第１気体組成を晒すことは、前記第１気体組成においてプラズマを活性化することを含む、方法。
【請求項９２】
請求項９１記載の方法において、前記プラズマを活性化することは、前記第１気体組成を電磁放射線に晒すことを含む、方法。
【請求項９３】
請求項９２記載の方法において、前記電磁放射線は、マイクロ波放射線を含む、方法。
【請求項９４】
請求項９２記載の方法において、前記電磁放射線は、無線周波数放射線を含む、方法。
【請求項９５】
請求項９０記載の方法において、前記第１化合物は、酸素を含む、方法。
【請求項９６】
請求項９５記載の方法において、前記第１化合物は、窒酸化物である、方法。
【請求項９７】
請求項９６記載の方法において、前記第２化合物は、酸素である、方法。
【請求項９８】
請求項９０記載の方法において、前記第１材料はガラスである、方法。
【請求項９９】
請求項９８記載の方法において、前記ガラスは、カルコゲニド・ガラスである、方法。
【請求項１００】
請求項９０記載の方法であって、更に、前記第１材料の層の上に第２材料の層を堆積するのに十分な条件の下で、前記第１材料の層を第２気体組成に晒すことを含み、前記第２ガラスは前記第１ガラスとは異なる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体導波路および導波路の製造方法の分野に関する。
（関連出願に対する引用）
本願は、「高電力導波路」（ＨＩＧＨ  ＰＯＷＥＲ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥ）と題し２００２年１１月２２日に出願された仮特許出願第６０／４２８，３８２号、および「フォトニック結晶ファイバ」（ＰＨＯＴＯＮＩＣ  ＣＲＹＳＴＡＬ  ＦＩＢＥＲ）と題し２００３年３月２８日に出願した仮特許出願第６０／４５８，６４５号の優先権を主張する。各々の内容は、ここで引用したことにより、本願にも含まれるものとする。
【背景技術】
【０００２】
導波路は、数多くの産業において重要な役割を果たしている。例えば、光導波路は、遠隔通信ネットワークにおいて広く用いられており、この場合、光ファイバのようなファイバ導波路を用いて、異なる場所間に情報を光信号として搬送する。かかる導波路は、実質的に光信号を閉じ込めて、好ましい１本または複数の経路に沿って伝搬させる。光導波路のその他の用途には、内視鏡や光学的検出のような撮像の用途が含まれる。
【０００３】
ファイバ導波路のうち最も普及している種類は、光ファイバであり、これは屈折率導波(index guiding)を利用して光信号を好ましい経路に閉じ込める。かかるファイバは、導波路の軸に沿って延びるコア領域と、導波路軸を中心としてコアを包囲し、コア領域よりも低い屈折率を有するクラッディング領域とを含む。屈折率の差により、屈折率が高いコア内を実質的に導波路軸に沿って伝搬する光線は、コア−クラッディング界面からの全内部反射（ＴＩＲ）を受ける。その結果、光ファイバは、導波路軸に沿ってコア内を伝搬するように１つ以上のモードの電磁（ＥＭ）放射線を導波する。導波モードの数は、コアの直径とともに増加する。特に、屈折率導波機構は、導波路軸に対して平行な任意の波数ベクトルに対して、最も周波数が低い被導波モード未満にあるいずれのクラッディング・モードの存在をも除外する。商業的に用いられる屈折率導波型光ファイバの殆どはシリカ系であり、コアおよびクラッディングの一方または双方に不純物を注入して、屈折率差を生じさせ、コア−クラッディング界面を形成する。例えば、一般に用いられるシリカ製の光ファイバの屈折率は約１．４５であり、用途に応じて、１．５μｍの範囲の波長に対して、屈折率差は約０．２％から３％の範囲となる。
【０００４】
プリフォームからファイバを引き出すのが、ファイバ導波路を製造するために用いられる最も一般的な方法である。プリフォームとは、所望のファイバの正確な形状および組成を有する短い棒状体（例えば、１０から２０インチの長さ）である。しかしながら、プリフォームの直径は、ファイバの直径よりも遥かに大きい（例えば、数百倍から数千倍大きい）。通例、光ファイバを引き出すとき、プリフォームの材料組成には、単一のガラスが含まれ、このガラスはプリフォーム・コア内に与えられた１つ以上のドーパントを種々のレベルで有し、クラッディングの屈折率に対してコアの屈折率を高めている。これによって、コアおよびクラッディングを形成する材料が、流動学的および化学的に同様に引き出されつつ、なおも十分な屈折率差が得られ、コア内において導波モードに対応することを保証する。プリフォームからファイバを形成するために、ガラスの粘度が十分に低くなる（例えば、１０８ポイズ未満）温度に、炉によってプリフォームが加熱されて、プリフォームからファイバが引き出される。引き出しの際に、プリフォームは直径が細くなって行き、プリフォームと同じ断面組成および構造を有するファイバとなる。ファイバの直径は、ファイバの具体的な流動学的特性、およびそれを引き出す速度によって決定される。
【０００５】
プリフォームは、当業者には公知の多くの技法を用いて製造することができ、改良化学蒸着（ＭＣＶＤ）、外部蒸着（ＯＶＤ）、プラズマ活性化化学蒸着（ＰＣＶＤ）、および軸方向蒸着（ＶＡＤ）が含まれる。各プロセスは、通例、蒸発させた原材料の層を、予め作成されている、スート(soot)の形状の管または棒状体の壁上に蒸着することを伴う。各スート層を蒸着後直ちに溶解する。この結果、プリフォーム管が得られ、次いで、これを圧潰して中実の棒状体とし、その上から被覆し(over-jacketed)、次いで引き出してファイバとする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光ファイバの用途は、波長および信号電力によって制限される可能性がある。好ましくは、ファイバは、導波波長においてエネルギ吸収が低く、欠陥が最少の材料から形成するとよい。吸収度が高いと、長いファイバに亘る伝送では、ノイズと区別できないレベルに、信号強度を低下させる可能性がある。比較的低い吸収度の材料でも、コアおよび／またはクラッディングによる吸収がファイバを加熱する。欠陥が導波放射線をコア外部に散乱させる可能性があり、これもファイバの加熱に至る可能性がある。ある電力密度を超えると、この加熱は修復不可能にファイバを損傷する虞れがある。したがって、高電力放射源を利用する多くの用途は、放射線を発生源からその目的地まで導波する際に、光ファイバ以外の装置を用いている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
光電力レーザ・システムが開示されている。かかるシステムは、少なくとも約１ワットの電力で動作する。場合によっては、動作強度は、約１キロワット以上というように、約１００ワットを超える可能性もある。これらのシステムは、レーザ・ビームを目標に伝達するために誘電体導波路を含む。導波路によって導波されるエネルギは、非常に高い電力密度を有してもよい。例えば、ある導波路における電力密度は、約１０６Ｗ／ｃｍ２よりも高くしてもよい（例えば、１０８Ｗ／ｃｍ２よりも大きく、約１０１０Ｗ／ｃｍ２よりも高い）。
【０００８】
適した誘電体導波路は、ある種のフォトニック結晶ファイバ（例えば、ある種のブラッグ・ファイバ）のように、高電力電磁エネルギを導波可能なファイバ導波路を含む。かかる誘電体導波路は、カルコゲナイド・ガラスで形成された１つ以上の部分を含む。実施形態によっては、誘電体導波路は２つ（以上）の異なるカルコゲナイド・ガラスを含むこともでき、この場合、異なるカルコゲナイド・ガラスの屈折率は異なる。尚、ある材料の屈折率とは、導波路が光を導波するように設計した波長における、材料の屈折率のことを言う。好ましくは、異なるガラスは、同じ熱機械特性を有し、同時に引き出すことができる。
【０００９】
前述の導波路の部分は、導波路の構造要素であり、導波路の光学特性を決定する（例えば、導波路がどのように光信号を経路に閉じ込めるかを決定する構造要素）。好適な実施形態では、ファイバ導波路は、フォトニック結晶ファイバであり、コアと、閉じ込め領域とを含む。閉じ込め領域は屈折率の変化を有し、ある範囲の周波数においてバンドギャップを形成し、光を反射して、この光をコアに閉じ込める。フォトニック結晶ファイバの一種にブラッグ・ファイバがあり、ブラッグ・ファイバでは、閉じ込め領域は、屈折率の変化を起こす異なる組成の多数の層を含むことができる。このような場合、層の各々は、導波路の一部と考えられる。
【００１０】
フォトニック結晶導波路は、中空のコアを有することができ、これは光電力用途では有利である。何故なら、コアによって導波されるエネルギの吸収（そしてその後の加熱）は、中実のコア導波路と比較して、大幅に減少されるからである。
【００１１】
実施形態によっては、誘電体導波路は、赤外線波長（例えば、１０．６ミクロンのように、約１ミクロンと１５ミクロンとの間、約５ミクロンと１２ミクロンとの間）の電磁エネルギを導波するように構成されている。導波路を形成する材料（例えば、カルコゲニド・ガラス）は、他のいずれかのガラスのような、他の材料と比較すると、これらの波長における吸収度が比較的低い。したがって、これらの波長においてカルコゲニド・ガラスを用いることは有利となり得る。何故なら、これらの導波路の損失は、他の材料（例えば、ポリマまたは酸化物ガラス）で形成した同様の導波路よりも少ないので、高電力レーザからの出力エネルギを目標に向けて導波するのに適したものとなるからである。
【００１２】
誘電体導波路の製造方法も開示される。即ち、堆積チューブ内に異なる材料の層を堆積するのに適した化学蒸着（ＣＶＤ）方法が開示される。これらの方法は、例えば、堆積チューブ内に２つの異なるカルコゲニド・ガラスの層を交互に堆積するために、またはカルコゲニド・ガラスおよび酸化物ガラスの層を交互に堆積するために用いることができる。ＣＶＤ方法は、欠陥密度が低いファイバを引き出すことが可能なプリフォームを提供することができる。欠陥はエネルギを散乱させ易く、局在的にファイバを加熱するので、過度な加熱がファイバにとって致命的となり得る高電力密度伝送に、低欠陥密度ファイバは特に適している。
【００１３】
概して言えば、第１の態様において、本発明は、導波路軸に沿って延び、第１カルコゲニド・ガラスからなる第１部分と、導波路軸に沿って延び、第２カルコゲニド・ガラスからなる第２部分とを含み、第２カルコゲニド・ガラスは第１カルコゲニド・ガラスとは異なる、導波路を特徴とする。
【００１４】
導波路の実施形態は、以下の特徴および／または他の態様の特徴の内１つ以上を含むことができる。
第１カルコゲニド・ガラスは、第２カルコゲニド・ガラスとは異なる屈折率を有してもよい。第１カルコゲニド・ガラスは、ＡｓおよびＳｅを含んでもよい。例えば、第１カルコゲニド・ガラスは、Ａｓ２Ｓｅ３を含んでもよい。実施形態によっては、第１カルコゲニド・ガラスは、更に、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｉ、またはＴｅを含んでもよい。第２カルコゲニド・ガラスは、ＡｓおよびＳ（例えば、Ａｓ２Ｓ３）、および／またはＰおよびＳを含んでもよい。第２カルコゲニド・ガラスはＧｅまたはＡｓを含んでもよい。
【００１５】
第１カルコゲニド・ガラスは、２．７以上の屈折率を有してもよい。第２カルコゲニド・ガラスは２．７以下の屈折率を有してもよい。第１カルコゲニド・ガラスは、約１８０℃以上のガラス遷移温度（Ｔｇ）を有してもよい。第２カルコゲニド・ガラスは、約１８０℃以上のＴｇを有してもよい。
【００１６】
導波路は、約１０．６ミクロンの波長を有する電磁エネルギに対して、約２ｄＢ／ｍ未満の損失係数を有してもよい。導波路は、中空のコアを有してもよい。第１部分はコア（例えば、中空のコア）を包囲してもよい。第２部分もコアを包囲してもよい。第２部分は第１部分を包囲してもよい。コアは、少なくとも約１０λ（例えば、約２０λ、５０λ、１００λ）の最少断面寸法を有してもよく、λは、導波路によって導波される放射線の波長である。コアは、少なくとも約５０ミクロン（例えば、少なくとも約１００ミクロン、少なくとも約２００ミクロン）の最少断面寸法を有してもよい。
【００１７】
導波路は、ブラッグ・ファイバのような、フォトニック結晶ファイバとしてもよい。フォトニック結晶ファイバは、閉じ込め領域を含むことができ、第１および第２部分は閉じ込め領域の一部である。
【００１８】
概して言えば、別の態様において、本発明は、導波路軸に沿って延び、第１カルコゲニド・ガラスを含む第１部分と、導波路軸に沿って延びる第２部分とを備えている導波路を提供すること、導波路を通じて、第１位置から第２位置に電磁エネルギを導波することを含む方法を特徴とする。
【００１９】
この方法の実施形態は、以下の特徴、および／または他の態様の特徴の内１つ以上を含むことができる。
第２部分は、第１カルコゲニド・ガラスとは異なる第２カルコゲニド・ガラスを含むことができる。電磁エネルギは、約２ミクロンと１５ミクロンとの間の波長を有してもよい。電磁エネルギは、約１ワットを超える電力（例えば、１Ｋｗ以上というように、約５ワット、１０ワット、５０ワット、１００ワットを超える）。
【００２０】
この方法は、レーザからの電磁エネルギを導波路に結合することを含むことができる。レーザは、ＣＯ２レーザとしてもよい。
導波路は、ブラッグ・ファイバのような、フォトニック結晶ファイバとしてもよい。
【００２１】
概して言えば、更に別の態様において、本発明は、軸に沿って延び、この軸に沿って電磁放射線を導波するように構成されている誘電体導波路を備えており、電磁放射線が約１ワットよりも大きい電力を有する装置を特徴とする。
【００２２】
この装置の実施形態は、以下の特徴および／または他の態様の特徴の内１つ以上を含むことができる。
電磁放射線は、約２ミクロンよりも長い波長（例えば、約５ミクロンより長い）を有してもよい。電磁放射線は、約２０ミクロン未満の波長（例えば、約１５ミクロン未満）を有してもよい。例えば、電磁放射線は、約１０ミクロンと約１１ミクロンとの間（例えば、約１０．６ミクロン）の波長を有してもよい。
【００２３】
電磁放射線は、約５ワットよりも大きい電力（例えば、１Ｋｗ以上というように、約１０ワット、５０ワット、１００ワットよりも大きい）を有してもよい。
誘電体導波路は、導波路軸に沿って延び、第１カルコゲニド・ガラスからなる第１部分を含むことができる。誘電体導波路は、更に、導波路軸に沿って延びる第２部分を含むことができ、第２部分は、第１部分とは異なる組成を有する。第２部分は、酸化物ガラスまたはカルコゲニド・ガラスを含むことができる。例えば、第２部分は、第１カルコゲニド・ガラスとは異なる第２ガラスを含むことができる。
【００２４】
導波路は、ブラッグ・ファイバのような、フォトニック結晶ファイバとしてもよい。導波路は、中空のコアを有してもよい。
別の態様において、本発明は、第１カルコゲニド・ガラスの層を表面に堆積するのに十分な条件の下で、表面を第１気体組成に晒すこと、第１カルコゲニド・ガラスの層上に第２ガラスの層を堆積するのに十分な条件の下で、第１カルコゲニド・ガラスの層を第２ガス組成に晒すこととを含み、第２ガラスは、第１カルコゲニド・ガラスとは異なる、方法を特徴とする。
【００２５】
この方法の実施形態は、以下の特徴および／または他の態様の特徴の内１つ以上を含むことができる。
表面を第１気体組成に晒すことは、第１気体組成内でプラズマを活性化することを含んでもよい。プラズマを活性化することは、気体を電磁放射線（例えば、マイクロ波または無線周波数放射線）に晒して、プラズマを活性化することを含んでもよい。
【００２６】
第１ガラスの層を第２気体組成に晒すことは、第２気体組成においてプラズマを活性化することを含んでもよい。第２気体組成においてプラズマを活性化することは、気体を電磁放射線（例えば、マイクロ波または無線周波数放射線）に晒して、プラズマを活性化することを含んでもよい。
【００２７】
第２気体組成は、通例、第１気体組成とは異なる。第１気体組成は、１つ以上のハロゲン化合物（例えば、１つ以上の塩化物）を含んでもよい。第１気体組成は、キャリア・ガス（例えば、窒素、またはアルゴンのような貴ガス）を含んでもよい。第１気体組成はカルコゲンを含んでもよい。第１気体組成の圧力は、約２Ｔｏｒｒと２０Ｔｏｒｒとの間としてもよい。
【００２８】
第２気体組成は、１つ以上のハロゲン化合物（例えば、１つ以上の塩化物）を含んでもよい。第２気体組成は、キャリア・ガス（例えば、窒素、またはアルゴンのような貴ガス）を含んでもよい。第２気体組成はカルコゲンを含んでもよい。代わりに、または加えて、第２気体組成は酸素からなる。第２気体組成の圧力は、約２Ｔｏｒｒと２０Ｔｏｒｒとの間としてもよい。
【００２９】
第２ガラスは、酸化物ガラスまたはカルコゲニド・ガラスとしてもよい。
前述の表面は、チューブの表面、例えば、チューブの内面としてもよい。チューブは、ガラス（例えば、シリケート・ガラスのような酸化物ガラス）のチューブまたはポリマ・チューブとしてもよい。実施形態によっては、表面は平坦面である。
【００３０】
概して言えば、更に別の態様において、本発明は、チューブの内面を形成する第１材料に対して実質的に不活性である第１化合物を含む第１気体組成をチューブに導入すること、第１化合物を第１材料と反応する第２化合物に変化させ、かつ、チューブの内面上に第２材料の層を堆積するのに十分な条件に、第１気体組成を晒すこととを含む方法を特徴とする。
【００３１】
この方法の実施形態は、以下の特徴および／または他の態様の特徴の内１つ以上を含むことができる。
第１化合物を第２化合物に変化させるのに十分な条件に第１気体組成を晒すことは、第１気体組成においてプラズマを活性化することを含んでもよい。実施形態によっては、プラズマを活性化することは、第１気体組成を電磁放射線（例えば、マイクロ波または無線周波数放射線）に晒すことを含む。
【００３２】
第１化合物は、酸素を含んでもよい。例えば、第１化合物は窒酸化物としてもよい。第２化合物は酸素としてもよい。第１材料は、カルコゲニド・ガラスのような、ガラスとしてもよい。
【００３３】
実施形態によっては、この方法は、更に、第１材料の層の上に第２材料の層を堆積するのに十分な条件の下で第１材料の層を第２気体組成に晒すことを含み、第２ガラスは第１ガラスとは異なる。例えば、第１ガラスは、カルコゲニド・ガラスとしてもよく、第２ガラスは酸化物ガラスとしてもよい。
【００３４】
本発明の実施形態は、以下の利点の内１つ以上を含むことができる。
ここに開示する導波路は、高強度電子放射線を、加熱による損傷を受けることなく、導波することができる。これらの導波路は、導波波長において、低い損失を呈する。
【００３５】
ここに開示するＣＶＤ方法は、基板上に異なる（例えば、光学的に異なる）材料の層を堆積するために用いてもよい。実施形態によっては、異なる材料は、第２材料を堆積するために用いられる気体と最初に堆積した材料の表面との間に重大な望ましくない反応を起こすことなく、堆積してもよい。実施形態によっては、ＣＶＤプロセスは、同様の熱機械的特性を有する、光学的に異なる材料の層を堆積し、同時に引くことができる。このＣＶＤプロセスを用いて形成される導波路は、低い欠陥密度（例えば、低い不純物濃度）を有することができ、したがって、高い欠陥密度によって導波路の著しい加熱（そして、最終的に、破損）を招く虞れがあるような光電力の用途に特に相応しいと言うことができる。
【００３６】
特に定義しない限り、ここで用いている全ての技術的および科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者が一般に理解するのと同じ意味を有するものとする。用語の衝突が生じた場合、本明細書が、定義も含んで、優先することとする。加えて、ここに開示する材料、方法、および例は、限定を意味するのではなく、単なる例示に過ぎない。
【００３７】
本発明のその他の特徴、目的、および利点は、以下の詳細な説明および図面、ならびに特許請求の範囲から明白となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
種々の図面において同様の参照符号は、同様の要素を示すものとする。
図１を参照すると、レーザ・システム１００は、レーザ１１０と、レーザからの電磁（ＥＭ）エネルギを、レーザから離れた場所１３０に導波するフォトニック結晶ファイバ１２０とを含む。放射線は、カプラ１４０を用いて、レーザ１１０からファイバ１２０内に結合される。レーザ１１０は、連続波またはパルス状としてもよい。レーザ１１０と場所１３０との間の距離は、個々の用途に応じて変更することができ、数メートル程度以上（例えば、約１０ｍ、２０ｍ、５０ｍ、１００ｍよりも長い）としてもよい。
【００３９】
レーザ・システム１００は、ＵＶ、可視、または赤外線（ＩＲ）波長において動作してもよい。実施形態によっては、フォトニック結晶ファイバ１２０は、レーザ１１０によって放出されるＩＲエネルギを導波するように構成され、このエネルギの波長は、約０．７ミクロンと２０ミクロンとの間の波長を有する（例えば、約２から５ミクロンの間、または約８から１２ミクロンの間）。実施形態によっては、レーザ１１０は、ＣＯ２レーザであり、放射線の波長は、約６．５ミクロン、または１０．６ミクロンである。ＩＲエネルギを放出可能なレーザのその他の例には、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（例えば、１．０６４ミクロン）、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ（例えば、２．９４ミクロン）、Ｅｒ、Ｃｒ：ＹＳＧＧ（エルビウム、クロム、ドープしたイットリウム・スカンジウム・ガリウム・ガーネット）レーザ（例えば、２．７９６ミクロン）、Ｈｏ：ＹＡＧレーザ（例えば、約２．１ミクロン）、自由電子レーザ（例えば、６から７ミクロンの範囲）、および量子カスケード・レーザ（例えば、３から５ミクロンの範囲）が含まれる。
【００４０】
導波波長においてレーザ１１０から放出される電力は様々な値を取ることができる。レーザ電力は比較的低く、例えば、ｍＷであるが、多くの用途において、レーザ・システムは高電力で動作する。例えば、レーザ出力強度は、約１ワットよりも大きくしてもよい（例えば、５ワット、１０ワット、２０ワットを超える）。用途によっては、レーザ出力エネルギは、数百ワットというように、約１００ワットよりも大きくすることも可能である（例えば、約２００ワット、３００ワット、５００ワット、１キロワット）。
【００４１】
高電力システムでは、ファイバ１２０によって導波される電力密度は、非常に高くしてもよい。例えば、ファイバにおける電力密度は、約１０７Ｗ／ｃｍ２、１０８Ｗ／ｃｍ２、１０９Ｗ／ｃｍ２、または１０１０Ｗ／ｃｍ２を超えるというように、約１０６Ｗ／ｃｍ２よりも多くしてもよい。
【００４２】
ファイバ１２０は、導波波長における損失を比較的少なくすることができる（例えば、約１０ｄＢ／ｍ、５ｄＢ／ｍ、２ｄＢ／ｍ、１ｄＢ／ｍ、０．５ｄＢ／ｍ、０．２ｄＢ／ｍ未満）。低損失のために、導波エネルギでファイバによって吸収されるのは比較的少量に過ぎず、ファイバは、加熱による大きな損失を生ずることなく、高電力の放射線を導波することができる。
【００４３】
カプラ１４０は、レーザ・システムが動作する波長および強度に適したカプラであればいずれでも可能である。カプラの一種について、アール．ナブリング（Ｒ．Ｎｕｂｌｉｎｇ）およびジェー．ハリントン（Ｊ．Ｈａｒｒｉｎｇｔｏｎ）が、「高電力産業用ＣＯ２レーザのための中空導波路伝達システム」(Applied Optics, 34, No.3, pp.372-380 (1996)）において記載している。カプラのその他の例には、１つ以上のレンズのような、１つ以上の集束要素が含まれる。結合効率は高くすることができる。例えば、カプラ１４０は、約７０％を超える（例えば、約８０％、９０％、９５％、９８％を超える）レーザ出力を、ファイバ内の導波モードに結合することができる。結合効率とは、所望のモードによって導波される電力の、ファイバに入射する全電力に対する比率を言う。
【００４４】
任意に、システム１００は冷却装置１５０（例えば、ポンプまたはコンプレッサ）を含み、動作の間ファイバ１２０の加熱を低減する。冷却装置１５０は、空気を用いるシステムとすることができ、ファイバの他の部分を包囲する外鞘１６５を通じて空気を送り込む。あるいは、冷却装置１５０は、液体の冷媒（例えば、水）を利用し、液体を外鞘を通じて送り込むこともできる。冷却装置１５０は、特に、ファイバが過度に高い強度（例えば数百ワットまたはキロワット）のエネルギを導波するような用途においては特に有益であると考えられる。例えば、ファイバは、かかる高強度においても、その動作範囲内の温度に維持することができる。
【００４５】
図２を参照すると、フォトニック結晶ファイバ１２０は、導波路軸に沿って延びるコア２２０、およびコアを包囲する誘電体閉じ込め領域２１０（例えば、多層クラッディング）とを含む。閉じ込め領域２１０は、支持層２５０によって包囲されており、支持層２５０は、閉じ込め領域を機械的に支持する。任意に、支持層２５０は外鞘１６５に包囲される。空間２６５が外鞘１６５とファイバ１２０との間に存在する。既に論じたように、外鞘とクラッディングとの間の空間に液体または気体を送り込み、動作の間ファイバを冷却することができる。
【００４６】
図２の実施形態では、閉じ込め領域２１０は、異なる屈折率を有する誘電体物質の層２３０および２４０を交互に含むように示されている。１組の層、例えば、層２４０は、屈折率ｎＨおよび厚さｄＨを有する、高屈折率層集合を形成し、他方の組の層は、屈折率ｎＬおよび厚さｄＬを有する低屈折率層集合を形成し、ｎＨ＞ｎＬである（例えば、ｎＨ−ｎＬは、０．０１、０．０５、０．１、０．２、０．５以上よりも大きいか、またはそれ以上としてもよい）。便宜上、数層の誘電体閉じ込め層のみを図１に示す。実際には、閉じ込め領域２１０は、遥かに多い層（例えば、８０以上というように、約１５層、２０層、３０層、４０層、５０層より多い）を含む場合もある。
【００４７】
図２には示されていないが、ファイバ１２０は、閉じ込め領域とコアとの間に１つ以上の追加の層を含むこともできる。例えば、ファイバは、ファイバの分散特性を自在に形成ように選択された１つ以上の層を含むことができる。かかるファイバの例は、２００２年１月２５日に出願し、公開番号ＵＳ−２００２−０１７６６７６−Ａ１を有する、「個々に形成した分散特性を有するフォトニック結晶光導波路」（ＰＨＯＴＯＮＩＣ  ＣＲＹＳＴＡＬ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥＳ  ＨＡＶＩＮＧ  ＴＡＩＬＯＲＥＤ  ＤＩＳＰＥＲＳＩＯＮ  ＰＲＯＦＩＬＥＳ）と題する米国特許出願第１０／０５７，４４０号に記載されている。その内容全体は、ここで引用したことにより、本願にも含まれるものとする。
【００４８】
層２４０は、カルコゲナイド・ガラスのような、屈折率の高い材料を含む。層２４０における高屈折率材料は、流動学的に、材料形成層２３０と適合することができる。層２４０の各々における材料は、同一でも異なっていてもよい。層２３０は、隣接する層２４０の高屈折率材料よりも屈折率が低い材料を含み、更に第２カルコゲナイド・ガラスまたは酸化物ガラスを含む。層２３０および２４０双方がカルコゲナイド・ガラスを含む実施形態では、これらのガラスは大抵の場合、異なる。層２３０の各々における材料は、同一でも異なっていてもよい。高および低屈折率材料の例について以下で説明する。
【００４９】
本実施形態では、コア２２０は中空である。任意に、中空コアに気体（例えば、空気、窒素、および／または貴ガス）、または液体（例えば、等方性液体または液晶）のような流体を充填してもよい。あるいは、コア２２０は、流動学的に閉じ込め領域２１０を形成する材料と適合性のあるいずれかの材料、または材料の組み合わせを含んでもよい。ある実施形態では、コア２２０は、２００２年４月１２日に出願され、現在では公開番号ＵＳ−２００３−００４４１５８−Ａ１として公開されている、「高屈折率差導波路および用途」（ＨＩＧＨ  ＩＮＤＥＸ−ＣＯＮＴＲＡＳＴ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＥＳ  ＡＮＤ  ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ）と題する米国特許出願第１０／１２１，４５２号に記載されているような、１つ以上のドーパント材料を含むことができる。この特許出願の内容は、ここで引用したことにより、本願にも含まれるものとする。
【００５０】
フォトニック結晶ファイバ１２０は、円形の断面を有し、コア２２０は円形断面を有し、領域２１０（およびその中の層）は環状断面を有する。しかしながら、別の実施形態では、導波路およびその構成領域は、矩形または六角形断面のような異なる幾何学的断面を有してもよい。更に、以下で述べるが、コアならびに閉じ込め領域２２０および２１０は、屈折率が異なる多数の誘電体材料を含むことができる。このような場合、任意の領域の「平均屈折率」に言及することがある。これは、当該領域の構成成分の荷重屈折率の合計のことであり、各屈折率に、その構成成分の領域における部分的占有面積で重み付けしている。しかしながら、領域２２０および２１０間の境界は、屈折率の変化によって規定される。この変化は、２つの異なる誘電体材料の界面、または同じ誘電体材料における異なるドーパント濃度（例えば、シリカにおける異なるドーパント濃度）によって生じさせることができる。
【００５１】
誘電体閉じ込め領域２１０は、第１波長範囲にあるＥＭ放射線を、導波路軸に沿って誘電体コア２２０内を伝搬するように誘導する。閉じ込め機構は、第１波長範囲を含むバンドギャップを形成する領域２１０におけるフォトニック結晶構造を基本とする。閉じ込め機構は屈折率による導波を行わないので、コアが、当該コアに直接隣接する閉じ込め領域の部分よりも高い屈折率を有する必要はない。逆に、コア２２０の平均屈折率は、閉じ込め領域２１０のそれよりも低くてもよい。例えば、コア２２０は、空気、窒素のようなその他の何らかの気体、またはほぼ真空でもよい。このような場合、コア内を導波されるＥＭ放射線の損失および非線形相互作用は、シリカ・コア内を誘導されるＥＭ放射線よりも遥かに小さく、シリカまたはその他のかかる固体材料に対して多くの気体の吸収や非線形相互作用による制約が小さいことを示している。付加的な実施形態では、例えば、コア２２０は多孔質誘電体材料を含み、周囲の閉じ込め領域に対して何らかの構造的支持を与えつつ、大部分が空気であるコアを規定することもできる。したがって、コア２２０は均一の屈折率特性を有する必要はない。
【００５２】
閉じ込め領域２１０の交互層２３０および２４０は、ブラッグ・フィルタとして知られているものを形成する。これらの交互層は、平面誘電体積層反射体（これもブラッグ・ミラーとして知られている）の交互層と類似している。閉じ込め領域２１０の環状層、および誘電体積層反射体の交互平面層は、双方とも、フォトニック結晶構造の例である。フォトニック結晶構造については、概略的に、ジョン  ディー．ジョアンノポウロス他（Ｊｏｈｎ  Ｄ．  Ｊｏａｎｎｏｐｏｕｌｏｓ  ｅｔ  ａｌ．）によるフォトニック結晶（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｃｒｙｓｔａｌｓ）(Prinston University Press, Princeton NJ, 1995)に記載されている。
【００５３】
ここで用いる場合、フォトニック結晶とは、フォトニック結晶においてフォトニック・バンドギャップを生ずる屈折率変調を有する誘電体構造である。フォトニック・バンドギャップとは、ここで用いる場合、誘電体構造内にアクセス可能な拡張（即ち、伝搬、非局在的）状態がない波長の範囲（逆に言えば、周波数）の範囲である。通例、この構造は周期的誘電体構造であるが、例えば、更に複雑な「疑似結晶」を含む場合もある。バンドギャップは、フォトニック結晶を、バンドギャップ構造からずれた「欠陥」領域と組み合わせることによって、光の閉じ込め、誘導、および／または局在化を行うために用いることができる。更に、ギャップの下および上の双方の波長に、アクセス可能な拡張状態があり、低屈折率領域であっても光を閉じ込めることが可能である（前述したような、屈折率導波ＴＩＲ構造とは対照的）。「アクセス可能」状態という用語は、システムの何らかの対称性または保存則によって、結合が事前に禁止されていない状態を意味する。例えば、二次元系では、偏波(polarization)は保存されているので、同様の偏波の状態のみをバンドギャップから除外すればよい。均一な断面を有する導波路（典型的なファイバ等）では、波数ベクトルβが保存されているので、任意のβを有する状態のみをバンドギャップから除外し、フォトニック結晶導波モードに対応すればよい。更に、円筒対称性(cylindrical symmetry)を有する導波路では、「角運動量」インデックスｍが保存されるので、同じｍを有するモードだけをバンドギャップから除外すればよい。つまり、高対称性システムでは、フォトニック・バンドギャップに対する要求は、対称性に係わらず全ての状態が除外されている「完全な」バンドギャップと比較して、かなり緩和されている。
【００５４】
したがって、誘電体積層反射体は、フォトニック・バンドギャップでは非常に反射率が高い。何故なら、ＥＭ放射線は積層を伝搬することができないからである。同様に、閉じ込め領域２１０における環状層も、バンドギャップ内の入射光線に対して非常に高い反射率を有するので、閉じ込めが得られる。厳密に言うと、フォトニック結晶は、当該フォトニック結晶における屈折率変調が無限の広がりを有するときにのみ、バンドギャップにおいて完全に反射性となる。それ以外の場合、入射放射線は、伝搬モードをフォトニック結晶のいずれかの側に結合する減衰モードによって、フォトニック結晶を「潜り抜ける」ことができる。しかしながら、実際には、かかる潜り抜けの割合は、フォトニック結晶の厚さ（例えば、交互層の数）と共に指数的に減少する。また、これは、閉じ込め領域における屈折率差の大きさと共に減少する。
【００５５】
更に、フォトニック・バンドギャップは、伝搬ベクトルの比較的小さな領域だけに広がる場合もある。例えば、誘電体積層は、垂直に入射する光線に対しては非常に高い反射性を呈するが、斜めに入射する光線に対しては部分的な反射性を呈するに過ぎない場合もある。「完全なフォトニック・バンドギャップ」とは、可能な波数ベクトル全ておよび全ての偏波に亘って広がるバンドギャップである。一般に、完全なフォトニック・バンドギャップは、三次元に沿って屈折率変調を有するフォトニック結晶のみに伴う。しかしながら、隣接する誘電体材料からフォトニック結晶に入射するＥＭ放射線に関して、「全方向性フォトニック・バンドギャップ」を定義することもできる。これは、隣接する誘電体材料がＥＭモードの伝搬に対応する全ての可能な波数ベクトルおよび偏波に対するフォトニック・バンドギャップである。等価的に、全方向性フォトニック・バンドギャップは、光線(light line)よりも上の全てのＥＭモードに対するフォトニック・バンドギャップとして定義でき、光線は、フォトニック結晶に隣接する材料が対応する最も低い周波数伝搬モードを定義する。例えば、空気中では、光線は近似的にω＝ｃβで求められ、ここで、ωは放射線の角周波数、βは波数ベクトル、ｃは光速である。全方向性平面反射器の説明が、米国特許第６，１３０，７８０号に開示されており、その内容は、ここで引用したことにより、本願にも含まれるものとする。更に、円筒状導波路形状に全方向性反射を与える（平面の範囲内で）ための交互誘電体層の使用は、イエル  フィンク他（Ｙｏｅｌ  Ｆｉｎｋ  ｅｔ  ａｌ．）の光導波路の改良のための全方向性多層デバイス」（ＯＭＮＩＤＩＲＥＣＴＩＯＮＡＬ  ＭＵＬＴＩＬＡＹＥＲ  ＤＥＶＩＣＥ  ＦＯＲ  ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＯＰＴＩＣＡＬ  ＷＡＶＥＧＵＩＤＩＮＧ）と題する米国特許第６，４６３，２００号に開示されており、その内容は、ここで言及したことにより、本願にも含まれるものとする。
【００５６】
閉じ込め領域２１０内の交互層２３０および２４０がコア２２０に対して全方向性バンドギャップを生じると、導波モードは強く閉じ込められる。何故なら、原則として、コアから閉じ込め領域に入射するあらゆるＥＭ放射線も完全に反射されるからである。しかしながら、かかる完全反射が起こるのは、無限数の層がある場合のみである。有限数の層（例えば、約２０層）では、全方向性フォトニック・バンドギャップは、０゜から８０゜までの範囲の全ての入射角、および全方向性バンドギャップにおける周波数を有するＥＭ放射線の全ての偏波に対して、少なくとも９５％の、平面形状における、反射に対応することができる。更に、フォトニック結晶ファイバ１２０の閉じ込め領域が全方向性でないバンドギャップを有する場合でも、なおも強導波モード、例えば、バンドギャップ内の周波数範囲に対して放射損失が０．１ｄＢ／ｋｍ未満のモードに対応することができる。一般に、バンドギャップが全方向性か否かは、交互層（一般に２つの層の屈折率差によって変化する）およびフォトニック結晶の内屈折率が最も小さい構成成分によって生成されるバンドギャップの大きさに依存する。
【００５７】
付加的な実施形態では、誘電体閉じ込め領域は、多層ブラッグ構成とは異なるフォトニック結晶構造を有する場合がある。例えば、一次元周期性フォトニック結晶（平面の範囲内で）の一例であるブラッグ構成とは異なり、閉じ込め領域は、例えば、ハニカム構造に対応する屈折率変調のような、二次元周期性フォトニック結晶（平面の範囲内で）を形成するように選択すればよい。例えば、アール．エフ．クリーガン他（Ｒ．Ｆ．Ｃｒｅｇａｎ  ｅｔ  ａｌ．）、Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２８５、ｐ．１５３７〜１５３９、１９９９年を参照のこと。更に、ブラッグ状構成においても、高屈折率層の屈折率および厚さは様々に変化する場合があり、および／または低屈折率層の屈折率および厚さが様々に変化する場合がある。また、閉じ込め領域は、周期当たり２層よりも多い層を含む周期的構造（例えば、周期当たり３層以上）を含むこともできる。更に、屈折率変調は、閉じ込め領域内のファイバの半径の関数として、連続的または不連続的に変化してもよい。一般に、閉じ込め領域は、フォトニック・バンドギャップを形成するのであれば、いずれの屈折率変調に基づくこともできる。
【００５８】
本実施形態では、多層構造２１０はブラッグ反射器を形成する。何故なら、これは半径方向軸に対して周期的な屈折率変動を有するからである。適した屈折率変動は、近似の１／４波状態である。垂直入射に対して、各層が等しい光学厚さλ／４を有する、即ち、等価的にｄＨ／ｄＬ＝ｎＬ／ｎＨである「１／４波」積層に対して最大バンドギャップが得られることは周知である。ここで、ｄおよびｎは、それぞれ、高屈折率層および低屈折率層の厚さおよび屈折率を示す。これらは、それぞれ、層２４０および２３０に対応する。垂直入射は、β＝０に対応する。円筒状導波路では、所望のモードは、通例、光線ω＝ｃβの近くにある（大きなコア半径の範囲では、最低次モードは、本質的に、ｚ−軸、即ち、導波路軸に沿って伝搬する平面波である）。この場合、１／４波条件は、次のようになる。
【００５９】
【数１】
2006507545.tif 000003
厳密に言えば、この式は正確には最適ではない可能性もある。何故なら、１／４波条件は、円筒形状によって変化し、円筒形状は、その半径座標と共に円滑に変化するためには、各層の光学厚さが必要となると考えられるからである。しかしながら、この式は、特に、中間バンドギャップ波長よりも大きなコア半径に対して、多くの所望の特性を最適化する優れた指針を与えることを見出した。
【００６０】
フォトニック結晶ファイバのいくつかの実施形態が、２００２年１月２５日に出願され、公開番号ＵＳ−２００２−０１６４１３７−Ａ１として公開された、「大きなコア半径を有する低損失フォトニック結晶ファイバ」（ＬＯＷ−ＬＯＳＳ  ＰＨＯＴＯＮＩＣ  ＣＲＹＳＴＡＬ  ＦＩＢＥＲ  ＨＡＶＩＮＧ  ＬＡＲＧＥ  ＣＯＲＥ  ＲＡＤＩＵＳ）と題する米国特許出願第１０／０５７，２５８号に記載されている。その内容全体は、ここで引用したことにより、本願にも含まれるものとする。
【００６１】
コア２２０の半径は、ファイバ１２０の最終用途に応じて変化させることができる。コアの半径は、ファイバによって導波されるエネルギの波長または波長の範囲、およびそのファイバが単一ファイバかまたはマルチモード・ファイバかによって異なる可能性がある。例えば、ファイバが、可視波長（例えば、約３００ｎｍと８００ｎｍとの間）を導波するための単一モード・ファイバである場合、コアの半径は、ミクロン以下から数ミクロンの範囲（例えば、約０．５μｍから５μｍ）としてもよい。しかしながら、ファイバがＩＲ波長（例えば、１０．６μｍのような、約２μｍから１５μｍまで）を導波するマルチモード・ファイバである場合、コアの半径は、１０ミクロン台から１０００ミクロン台の範囲（例えば、５００μｍから１，０００μｍまでのように、約１０μｍから２，０００μｍまで）としてもよい。コア半径は、約５λよりも大きくすることができ（例えば、１０λ、２０λ、５０λ、１００λよりも大きい）、ここでλは導波エネルギの波長である。
【００６２】
フォトニック結晶ファイバにおいて導波信号からエネルギが失われ得る２つの機構は、吸収損失および放射損失である。吸収損失は、材料の吸収による損失のことである。放射損失は、不完全な閉じ込めのためにファイバから漏れるエネルギを言う。双方の損失モードについては、例えば、伝達行列法や摂動理論を用いて、理論的に研究することができる。伝達行列法についての論述は、ピー．イェー他（Ｐ．  Ｙｅｈ  ｅｔ  ａｌ．）による論文(J.Opt.Soc.Am., 68, p.1196 (1978)）にて見出すことができる。摂動理論についての論述は、エム．スコロボガティイ他（Ｍ．Ｓｋｏｒｏｂｏｇａｔｉｙ  ｅｔ  ａｌ．）による論文（Optics Express, 10, p.1227 (2002)）にて見出すことができる。特に、伝達行列符号は、フォトニック結晶ファイバ構造において共振する「漏洩」モードに対して、伝搬定数βを求める。βの虚部は、モードの放射損失を定義し、したがって、Ｌｏｓｓｒａｄｉａｔｉｏｎ〜Ｉｍ（β）となる。材料吸収による損失は、摂動理論展開を用いて計算し、モード・フィールド重複積分(modal field overlap integral)に関して、次の式から決定することができる。
【００６３】
【数２】
2006507545.tif 000004
ここで、ωは放射線周波数、ｒはファイバの半径、αは材料の総吸収量、および
【００６４】
【数３】
2006507545.tif 000005
は電界ベクトルである。
【００６５】
理論的および／または経験的調査に基づいて、ファイバ１２０のようなフォトニック結晶ファイバは、損失モードの一方または双方を最小に抑えるように設計することができる。導波モードは、３種類、即ち、完全横電気（ＴＥ）モード、完全横磁気（ＴＭ）モード、および混合モードの１つに分類することができる。多くの場合、損失はモードの種類によって異なる。例えば、ＴＥモードは、ＴＭ／混合モードよりも低い放射および吸収損失を呈してもよい。したがって、ファイバは、放射損失および／または吸収損失が低いモードを導波するように最適化することができる。あるいは、または加えて、ファイバは、レーザ１１０のモードに好適に一致するモードに対して最適化することができる。例えば、ファイバは、レーザのＴＥＭ００モードに好適に一致するＨＥ１１（混合）モードを導波するために最適化することができる。「好適に一致する」とは、レーザのモードとファイバの導波モードとの間の効率的な結合を意味する。
【００６６】
放射損失は、ファイバ１２０の閉じ込め領域に層を追加すること、高および低屈折率層間の屈折率差を増加させること、コアの半径を延長すること、および／または導波波長において低い吸収度を有する材料を選択することにより最初の数層の固有の吸収損失を低下させることによって、減少させることができる。例えば、約３ミクロンの波長において、カルコゲニド・ガラスは約４ｄＢ／ｍの吸収係数を呈するが、これに比べて、多くのポリマは、その波長範囲では約１０５ｄＢ／ｍの吸収係数を有する。同様に、１０．６ミクロンでは、カルコゲニド・ガラスの吸収係数は、約１０ｄＢ／ｍであるのに比較して、多くのポリマでは１０５ｄＢ／ｍである。このように、ポリマの代わりにカルコゲニド・ガラスを用いると、場合によっては損失を低減することができる。しかしながら、ポリマでは、酸化物ガラスと同様、カルコゲニド・ガラスよりも低い屈折率の材料を得ることができる。
【００６７】
一例として、コア半径Ｒｉ＝５００μｍを有するフォトニック結晶ファイバ、屈折率ｎｌ＝２．３およびｎｈ＝２．７を有し、二重層の厚さｄ＝２．３μｍを有する閉じ込め領域の材料について検討する。低屈折率および高屈折率層の対応する厚さは、それぞれ、１．３μｍおよび１．０μｍである。この例では、高／邸屈折率材料の固有体積吸収損失を１０ｄＢ／ｍとする。支持層（Ｒｃ＝１５００μｍ）は、ポリマの典型である、１０５ｄＢ／ｍの吸収損失を有すると仮定する。閉じ込め領域は、５５層を有し、したがって、Ｒｍ＝５６３μｍである。
【００６８】
λ＝１０．６μｍにおいて、理論的モデルは、これらの構造パラメータが、２４ｄＢ／ｋｍのファイバ放射損失（３０層を閉じ込め領域に追加する毎に、約１桁放射損失が減少する）、および０．２３ｄＢ／ｋｍの閉じ込め領域内における材料吸収損失を規定することを示す。更に６０層を閉じ込め領域に追加すると、放射損失が低減し、この場合、ミラーにおける材料吸収損失に相当するまでになる。これらの結果を図３Ａおよび図３Ｂに纏める。これらは、放射線および吸収損失の動作波長に対する依存性をそれぞれ示す。
【００６９】
対照的に、低屈折率および高屈折率材料がｎｌ＝１．５およびｎｈ＝２．８の屈折率を有し、二重層の厚さがｄ＝２．８２μｍであることを除いて、同様の構造を有するファイバについて検討する（二重層は、高屈折率および低屈折率層の対のことである）。これらの屈折率地は、ポリマの低屈折率材料およびカルコゲニド・ガラスの高屈折率材料を表す。対応する層の厚さは、低および高屈折率層に対して、それぞれ、１．９７μｍおよび０．８４μｍである。高屈折率材料の固有体積吸収損失(intrinsic bulk absorption loss)は１０ｄＢ／ｍである。支持層（Ｒｃ＝１５００μｍ）および低屈折率材料は、ポリマに典型的な１０５ｄＢ／ｍの吸収損失を有すると仮定する。この例では、閉じ込め領域は、３５層（１７．５二重層）を有し、したがってＲｍ＝５４９μｍであると想定する。
【００７０】
λ＝１０．６μｍにおいて、これらの構造パラメータは、１．０９ｄＢ／ｋｍのファイバ放射損失（４つの二重層を追加する毎に、放射損失は１桁減少する）、およびミラーにおける、３２０ｄＢ／ｋｍの材料吸収損失を規定し、この場合、電力消散損失は、閉じ込め領域の少数の第１ポリマ層における材料吸収度によって支配される。
【００７１】
したがって、実施形態によっては、低屈折率材料を選択すれば、閉じ込め領域の少数の第１層において低吸収損失を有し、外側の層程高い相対的吸収損失を有するようにすることが可能となる。屈折率差は、内側の層と比較して、外側の層の方で大きくすることができる。例えば、閉じ込め領域は、コアに近い層においてカルコゲニド・ガラスを含む低屈折率層を有するが、コアから離れた層においてポリマまたは酸化物ガラスを含むようにしてもよい。高屈折率層は、全体にわたってカルコゲニド・ガラスを含むことができる。
【００７２】
既に論じたように、有利な光学特性（例えば、導波波長（複数の波長）における適切な屈折率のもとでの低吸収度）を得るために、閉じ込め領域の材料を選択してもよい。しかしながら、この材料は、ファイバを製造する際に用いられるプロセスとの適合性もなければならない。実施形態の中には、高および低屈折率材料（例えば、第１および第２カルコゲニド・ガラス）が同時引き出し(co-drawing)に適合性があることが好ましい場合もある。同時引き出しの適合性に関する基準は、前述の「高屈折率差ファイバ導波路および用途」と題する米国特許出願第１０／１２１，４５２号に提示されている。加えて、高および低屈折率材料は、好ましくは、結晶化、相分離、化学的攻撃、ファイバを形成し、配備し、使用する条件に対する望ましくない反応（例えば、温度、湿度、および周囲気体環境というような環境的条件）に対して十分に安定でなければならない。
【００７３】
ファイバ１２０について前述の説明で述べたように、層２４０および２３０は、それぞれ、第１および第２カルコゲニド・ガラス（例えば、硫黄、セレニウム、および／またはテルリウムのようなカルコゲン元素を含有するガラス）を含むことができる。カルコゲン元素に加えて、カルコゲニド・ガラスは、硼素、アルミニウム、シリコン、燐、硫黄、ガリウム、ゲルマニウム、砒素、インディウム、錫、アンチモン、タリウム、鉛、ビスマス、カドミウム、ランタン、およびハロゲン化物（フッ化物、塩化物、臭化物、沃化物）のヨウ素のうちの１つ以上を含んでもよい。
【００７４】
カルコゲニド・ガラスは、二元または三元ガラス、例えば、Ａｓ−Ｓ、Ａｓ−Ｓｅ、Ｇｅ−Ｓ、Ｇｅ−Ｓｅ、Ａｓ−Ｔｅ、Ｓｂ−Ｓｅ、Ａｓ−Ｓ−Ｓｅ、Ｓ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ａｓ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ａｓ−Ｓ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓｅ−Ｔｅ、Ｇｅ−Ｓ−Ｓｅ、Ａｓ−Ｇｅ−Ｓｅ、Ａｓ−Ｇｅ−Ｔｅ、Ａｓ−Ｓｅ−Ｐｂ、Ａｓ−Ｓ−Ｔｌ、Ａｓ−Ｓｅ−Ｔｌ、Ａｓ−Ｔｅ−Ｔｌ、Ａｓ−Ｓｅ−Ｇａ、Ｇａ−Ｌａ−Ｓ、Ｇｅ−Ｓｂ−Ｓｅ、またはＡｓ−Ｇａ−Ｇｅ−Ｓ、Ｐｂ−Ｇａ−Ｇｅ−Ｓ等のような要素に基づく複雑な多元成分ガラスとしてもよい。カルコゲニド・ガラスにおける各要素の比率は、変更してもよい。
【００７５】
高屈折率材料における第１カルコゲニド・ガラスの量は、様々に変わり得る。通例、高屈折率材料は、少なくとも約５０重量％の第１カルコゲニド・ガラス（例えば、少なくとも７０％、８０％、９０％、９５％、９８％、９９％）を含む。高屈折率材料は、実質的にカルコゲニド・ガラスのみ（即ち、約１００％のカルコゲニド・ガラス）としてもよい。実施形態によっては、第１カルコゲニド・ガラスに加えて、高屈折率材料は、１つ以上の付加的カルコゲニド・ガラス、重金属酸化物ガラス、アモルファス合金、またはその組み合わせを含むことができる。
【００７６】
実施形態によっては、高屈折率材料は、ＡｓおよびＳｅを含むカルコゲニド・ガラスである。例えば、高屈折率ガラスは、Ａｓ２Ｓｅ３を含むことができる。Ａｓ２Ｓｅ３は、ガラス遷移温度（Ｔｇ）が約１８０℃、熱膨張係数（ＴＥＣ）が約２４×１０−６／℃である。Ａｓ２Ｓｅ３は、アルトウニ（Ｈａｒｔｏｕｎｉ）および共同研究者が測定しProc. SPIE, 505, 11 (1984)に記載したところによると、２．７７７５の屈折率を有し、フォイクト（Ｖｏｉｇｔ）およびリンケ（Ｌｉｎｋｅ）が測定し「電気光学における非結晶半導体の応用」（Ｐｈｙｓｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  ｉｎ  Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）(Ed.A. Andriesh and M. Bertolotti, NATO ASI Series 3. High Technology, Vol. 36, p.155 (1996)）に記載したところによると、５．８ｄＢ／ｍの吸収係数αを有する。これらの参考文献は双方共、ここで言及したことにより、その全体が本願にも含まれるものとする。
【００７７】
第１カルコゲニド・ガラスは、Ａｓ２Ｓｅ３および１つ以上のその他の要素を含むことができる。含むことができる他の要素の例は、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｉ、Ｔｌ、Ｐｂ、および／またはＢｉである。第１カルコゲニド・ガラスの屈折率は、Ａｓ２Ｓｅ３の屈折率よりも大きくしてもよい。例えば、Ａｓ２Ｓｅ３に加えてＳｂおよび／またはＴｅを含むカルコゲニド・ガラスは、カルコゲニド・ガラスの屈折率を、Ａｓ２Ｓｅ３の屈折率よりも高く増加させることができる。これらの実施形態における第１カルコゲニド・ガラスの屈折率は、約２．８（例えば、約３．０以上というように、２．９よりも大きい）よりも大きくしてもよい。
【００７８】
第１カルコゲニド・ガラスの屈折率を高めるためにＡｓ２Ｓｅ３に添加することができる要素の一部は、第１カルコゲニド・ガラスの熱機械的特性を、Ａｓ２Ｓｅ３の熱機械的特性から変化させる可能性がある。熱機械的特性は、Ｔｇのような層遷移温度、およびガラスのＴＥＣのようなその他のパラメータを含む。例えば、ヨウ素は、第１カルコゲニド・ガラスの屈折率を高めることができるが、Ｔｇを低下させる可能性がある。かかる熱機械的効果を低下させ得る元素の一例はＧｅである。実施形態では、第２カルコゲニド・ガラスは、約１８０℃よりも高いＴｇ（例えば、約２００℃、２２０℃、２５０℃またはそれ以上）を有してもよい。
【００７９】
第１カルコゲニド・ガラスにおいてＡｓ２Ｓｅ３に添加される追加化合物の量は、様々に変化し得る。通例、第１カルコゲニド・ガラスにおける種々の要素の量は、経験的に、フォトニック結晶ファイバの仕様にしたがって決定される。例えば、ファイバの設計において、第１カルコゲニド・ガラスが特定の屈折率を有する必要がある場合、所望の屈折率が得られるのに十分な量の屈折率増加要素を添加する。好ましくは、いずれの屈折率増加要素を含ませるにしても、その量は、ガラスの安定性に実質的に影響を及ぼさない程度の少量とする（例えば、ガラス成分の相分離を防止する）。実施形態によっては、第１カルコゲニド・ガラスにおけるＡｓ２Ｓｅ３の量は、約８０モル％よりも多くする（例えば、約９０％、９５％、９９％を超える）してもよく、１つ以上の追加要素の量は、約２０モル％未満（例えば、約１０％、５％、１％未満）としてもよい。
【００８０】
低屈折率材料における第２カルコゲニド・ガラスの量は、様々に変化し得る。通例、低屈折率材料は、第２カルコゲニド・ガラスの少なくとも約５０重量％（例えば、少なくとも７０％、８０％、９０％、９５％、９８％、９９％）を含む。低屈折率材料は、実質的にカルコゲニド・ガラスのみとしてもよい（即ち、約１００％のカルコゲニド・ガラス）。実施形態によっては、第２カルコゲニド・ガラスに加えて、高屈折率材料は、１つ以上の追加のカルコゲニド・ガラス、重金属酸化物ガラス、アモルファス合金、またはその組み合わせを含んでもよい。
【００８１】
実施形態によっては、低屈折率材料は、ＡｓおよびＳｅを含むカルコゲニド・ガラスである。例えば、高屈折率材料はＡｓ２Ｓｅ３を含んでもよい。
第２カルコゲニド・ガラスは、Ａｓ２Ｓｅ３および１つ以上のその他の要素を含むことができる。含ませることが可能なその他の要素の例には、Ｂ、Ｆ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、および／またはＧｅがある。これらの実施形態では、第２カルコゲニド・ガラスの屈折率は、Ａｓ２Ｓｅ３の屈折率未満にすることができる。例えば、Ａｓ２Ｓｅ３に加えてＰおよび／またはＳを含むカルコゲニド・ガラスは、カルコゲニド・ガラスの屈折率を、Ａｓ２Ｓｅ３の屈折率未満に低下させることができる。これらの実施形態における第２カルコゲニド・ガラスの屈折率は、約２．７未満（例えば、２．０以下というように、２．５未満）としてもよい。
【００８２】
第２カルコゲニド・ガラスの屈折率を低下させるためにＡｓ２Ｓｅ３に添加することができる要素の中には、第１カルコゲニド・ガラスの熱機械的特性を、Ａｓ２Ｓｅ３の熱機械的特性から変化させる可能性があるものもある。例えば、Ｓｉは、第２カルコゲニド・ガラスの屈折率を低下させることができ、更にＴｇを増加させることができる。このような場合では、１つ以上の追加の化合物を第２カルコゲニド・ガラスに添加すると、屈折率低下要素の効果を緩和し、低屈折率材料が高屈折率材料と適合することを確保できる。実施形態では、第２カルコゲニド・ガラスは、１８０℃よりも高いＴｇ（例えば、約２００℃、２２０℃、２５０℃以上）を有してもよい。
【００８３】
第２カルコゲニド・ガラスにおいてＡｓ２Ｓｅ３に添加する追加化合物の量は、様々に変化し得る。通例、第２カルコゲニド・ガラスにおける種々の要素の量は、経験的に、フォトニック結晶ファイバの仕様にしたがって決定される。例えば、ファイバの設計において、第２カルコゲニド・ガラスが特定の屈折率を有する必要がある場合、所望の屈折率が得られるのに十分な量の屈折率増加要素を添加する。好ましくは、いずれの屈折率増加要素を含ませるにしても、その量は、ガラスの安定性に実質的に影響を及ぼさない程度の少量とする（例えば、ガラス成分の相分離を防止する）。実施形態によっては、第２カルコゲニド・ガラスにおけるＡｓ２Ｓｅ３の量は、約８０モル％よりも多くする（例えば、約９０％、９５％、９９％を超える）ことができ、１つ以上の追加要素の量は、約２０モル％未満（例えば、約１０％、５％、１％未満）としてもよい。
【００８４】
実施形態によっては、第２カルコゲニド・ガラスはＡｓ２Ｓ３、ＧｅＰＳ、および／またはＡｓＰＳを含むことができる。Ａｓ２Ｓ３、ＧｅＰＳ、および／またはＡｓＰＳを含む第２カルコゲニド・ガラスの組成を操作すれば、前述のＡｓ２Ｓｅ３について記載したように、所望の屈折率および／または熱機械的特性を得ることができる。
【００８５】
第１および／または第２カルコゲニド・ガラスは、非カルコゲニド・ガラスの一部および／またはポリマの一部（例えば、ＰＥＳ）に比較して、対象の波長において比較的低い損失を有することができる。例えば、１０．６ミクロンでは、第１および第２カルコゲニド・ガラスは、約１，０００ｄＢ／ｍ未満の損失係数を有することができる。更に好ましくは、第１および／第２カルコゲニド・ガラスは、約２０ｄＢ／ｍ未満、１０ｄＢ／ｍ以下というように、約５０ｄＢ／ｍ未満の損失係数を有することができる。対照的に、ＰＥＳのようなポリマは、１０，０００ｄＢ／ｍ以上の損失係数を有する可能性がある。
【００８６】
誘電体導波路が高電力密度において信頼性高く機能するためには、これらは低欠陥密度を有していなければならない。ここで説明しているようなフォトニック結晶ファイバでは、欠陥は、層間の剥離(delamination)、亀裂、またはその他の構造的欠陥、および不純物のような材料の欠陥が含まれる。熱機械的特性が一致する材料を選択すれば、欠陥の発生を低減することができる。これらの材料のプリフォームを高純度で形成する１つの方法は、ＣＶＤを用いることである。
【００８７】
ＣＶＤを用いる実施形態では、高および低屈折率材料（例えば、第１および第２カルコゲニド・ガラス）はこのプロセスと適合性がなければならない。ＣＶＤと適合するには、固体堆積物を形成することができる化合物の前駆体が、高および低屈折率材料を形成するために入手可能でなければならない。
【００８８】
図４を参照すると、ＣＶＤプロセスの間、ＣＶＤシステム５００を用いて、堆積チューブ５０１の内面上に異なる材料の層を堆積する。ＣＶＤシステム５００は、気体源５１０、気体マニフォルド５２０、および堆積チューブ５０１を取り付ける旋盤(lathe)５３０を含む。システムによりチューブ５０１内に堆積する物質は、気体源５１０によってマニフォルド５２０を通じてチューブ５０１に供給される気体間の化学反応により形成される。また、システム５００は、マイクロ波源５５０を含み、チューブの中でプラズマを励起させることによって、気体を反応させ、チューブ表面に物質を堆積させる。炉５４０が、堆積プロセスの間、チューブ５０１を所望の温度に加熱する。また、システム５００は、気体源５１０からの気体をマニフォルド５２０に輸送するチューブ５７０も含む。バルブ５８０が、気体源５１０からマニフォルド５２０への気体の流量を調整する。気体は、パイプ５９０を通じて堆積チューブ５０１に輸送される前に、マニフォルド５２０の内側で混合される。堆積プロセスは、電子コントローラ５６０（例えば、コンピュータのように、命令を実行するプロセッサを含むシステム）によって制御される。
【００８９】
また図５も参照すると、マイクロ波源５５０は、堆積チューブ５０１のセグメントを密閉する共振器を含む。動作の間、共振器は、導波路からのマイクロ波エネルギを、チューブ５０１内にある気体（例えば、水蒸気）に結合する。通例、このエネルギは、約１から約４０ＧＨｚの範囲の周波数を有する。例えば、エネルギは、約１２．５ＧＨｚというような、約５から１５ＧＨｚの周波数を有してもよい。このエネルギは、チューブ内に、局在的な非等温低圧プラズマ領域６１０を生成する。堆積チューブを通過する気体は、矢印６２０および６３０によって示すように、プラズマ領域６１０によって、プラズマ領域６１０とチューブ５０１との間にある空間に偏向させられる。プラズマ付近にある気体は互いに反応し合い、プラズマ６１０に隣接するチューブ５０１の内面上に材料層を形成する。好ましくは、マイクロ波エネルギを、実質的にエネルギ損失を生ずることなく、チューブ自体に転送し、マイクロ波エネルギを、管の内側で活性化されたプラズマに直接結合する。
【００９０】
動作の間、システム５００はマイクロ波源５５０をチューブ５０１の軸に沿って前後に並進させて、マイクロ波源に隣接するチューブの部分においてプラズマを励起する。チューブに対するマイクロ波源５５０の各経路は、チューブ内で堆積される材料の層を形成することとなる。マイクロ波源５５０は、管内にある材料に所望の厚さが得られるのに必要な回数だけ、並進させることができる。
【００９１】
炉５４０は、堆積した材料が拡散して確実に固結層を形成するのに十分な温度に、チューブ表面を加熱する。この理由のために、温度は、堆積される材料の種類によって異なる。多くの材料では、チューブは、約１００℃というように、約８０℃と２５０℃との間の温度に加熱する。チューブの温度は、堆積した層において実質的に有害な何らかの反応を起こす温度未満に保持する。例えば、カルコゲニド・ガラスは、約２５０℃から３００℃の温度で酸化する可能性がある。したがって、これらのガラスでは、チューブの表面はこれらの温度未満に維持する。更にプロセス温度を低下させると、堆積層における機械的応力を低減し、多層構造の断裂および／または剥離の可能性を低下させることができる。チューブ表面の温度は、その中にある異なる材料の堆積層間で異なることもある。
【００９２】
コントローラ５６０は、堆積プロセスに関連する多くのパラメータを制御して、所望の厚さおよび材料特性（例えば、組成、密度、均質性、および／または層の形態）を有する材料の層が得られるようにする。これらのパラメータは、表面温度、気体圧力、気体の組成、マイクロ波エネルギ、およびマイクロ波の周波数を含む。これらのパラメータの堆積速度および材料特性に対する効果は、相互に関係する。例えば、気体圧力および／または気体の組成が変化すると、大体１つ以上の反応気体をチューブに供給することによって、堆積速度に影響を及ぼす可能性がある。
【００９３】
その形状から、プラズマ領域６１０のことをプラズマ「ボール」と呼ぶことが多い。プラズマ・ボールの形状およびサイズは、放射線によって励起されるプラズマ・モードに関係があり、気体圧力、空洞の形状、気体組成、および／または気体のイオン化エネルギによる影響を受ける可能性がある。例えば、その他の同等な条件の下では、窒素において形成されるプラズマ・ボールのサイズは、通例、アルゴンにおいて形成されるプラズマ・ボールよりも小さい。成分気体の気相反応がプラズマ・ボールに近接して発生するので、プラズマ・ボールの形状およびサイズは、堆積が行われるチューブの面積を制御するように選択することができる。多くの実施形態では、堆積チューブが円筒形の場合、Ｔ０１プラズマ・モードが望ましい。
【００９４】
最初に、第１気体組成を用いて、第１材料の層を生成する。第１層を堆積した後で第２材料を堆積する前に、チューブを浄化して、残留する反応気体を除去する。通例、システムは不活性気体（即ち、チューブ内に丁度堆積したばかりの材料の層およびチューブ内にある残留気体に対して不活性）を、第１気体組成の実質的に全てをチューブから浄化するのに十分な時間だけ流して、チューブを通過させる。不活性気体の例には、窒素や、アルゴンのような貴ガスが含まれる。このシステムは、チューブから浄化される気体の組成を監視して、チューブ内にある第１気体組成の濃度が無視し得る程に小さくなった時期を確定することができる。
【００９５】
第１および第２気体組成は、プラズマによって加熱されたときに反応して、それぞれ、第１および第２材料を形成する成分気体を含む。成分気体の種類および相対的濃度は、材料の所望の組成に基づいて選択される。材料のいずれかがカルコゲニド・ガラスである実施形態では、それぞれの成分気体のうち少なくとも１つがカルコゲン要素を含む。材料のいずれかが酸化物ガラスである実施形態では、それぞれの気体組成が酸素を含む（例えば、酸素ガスまたは酸素含有化合物の気体として）。各気体組成において、１つ以上の成分はハロゲン化物（例えば、塩化物）気体または水素化合物気体としてもよい。塩化物の例には、ＳｉＣｌ４、ＢＣｌ３、ＰＯＣｌ３、ＧｅＧｌ４、ＳｅＣｌ２、ＡｓＣｌ３、およびＳ２Ｃｌ２が含まれる。水素化合物の例には、Ｈ２Ｓｅ、ＧｅＨ４、Ｈ２Ｓ、Ｈ２Ｔｅ、ＡｓＨ３、およびＰＨ３が含まれる。実施形態によっては、特に、ハロゲンおよび／または酸素が堆積した材料を汚染する可能性がある場合、塩化物の方が水素化合物よりも好ましい。このような汚染は、成分気体の分解が不完全な場合、および／または水および／または酸素の存在によって発生すると考えられる。
【００９６】
第１または第２材料の層の堆積中、成分気体の相対的濃度は同一に維持されるか、変化することもあり得る。しかしながら、層全体を通じて組成が変化することが望ましい場合、成分気体の相対的濃度を層の堆積中変化させることができる。例えば、層全域にわたって屈折率が傾斜することが望ましい場合、成分気体の相対的濃度を、層の堆積中に変化させることができる。
【００９７】
また、第１および／第２気体組成は、キャリア・ガスも含むことができる。これは、他の成分気体に対して不活性である。キャリア・ガスを用いると、成分気体の相対的濃度に影響を与えることなく、第１気体組成の圧力を調節することができる。キャリア・ガスは、成分気体の組成に基づいて選択される。キャリア・ガスの例には、窒素や、アルゴンのような貴ガス、およびその組み合わせを含む。
【００９８】
キャリア・ガスの成分（反応）気体（複数の気体）に対する比率は、所望通りに変化させることができる。通例、キャリア・ガスの成分（反応）気体（複数の気体）に対する比率は、約１：１０−４と１：１０−１との間である。成分気体（複数の気体）のキャリア・ガスに対する相対的な量は、堆積速度や、堆積した物質の形態に影響を与える可能性がある。
【００９９】
実施形態によっては、後続の層を形成する化合物または要素が気体の形状である間に、第１堆積層がこの要素または化合物と反応するという不都合が生ずる場合がある。不都合な反応は不純物をプリフォームに混入し、これがファイバの性能に対して有害となる可能性がある。例えば、酸化物ガラスをカルコゲニド・ガラスの層上に堆積している場合、気体酸素はカルコゲニド・ガラスを酸化させる可能性がある。このような場合、反応要素または化合物を含有する不活性成分気体を気体組成に選択すれば、気体と既に堆積されている層（またはチューブ）との間のあらゆる不都合な反応を低減（例えば、緩和）することができる。酸化物ガラスをカルコゲニド（またはその他の酸化し得るガラス）上に堆積するときに酸素を供給するために用いることができる気体の例は、窒酸化物である。実施形態によっては、一旦薄い材料（例えば、酸化物ガラス）の層が直前の層の上に堆積されたなら、反応気体（例えば、酸素）の相対的濃度を高めることができる。
【０１００】
材料は、比較的高い速度で堆積することができる。例えば、堆積速度は、約１μｍ／分以上（例えば、約５μｍ／分、８μｍ／分、１０μｍ／分よりも高い）にしてもよい。
一般に、チューブ５０１は、いずれの材料でも形成することができる。チューブが最終的に引き出されるファイバの一部をなす場合、チューブは、チューブ内に堆積される物質と同時に引き出すことができる材料で形成しなければならない。実施形態によっては、チューブ５０１をガラスまたはポリマで形成する場合がある。適したガラスの例には、シリカ系ガラスが含まれる。適したポリマの例には、ポリスルフォン、フッ化ポリマ（例えば、テフロン（登録商標））、ポリエチレン、および、それらの誘導体が含まれる。
【０１０１】
マイクロ波の放射を用いてシステム１００においてプラズマを励起するようにしたが、他の形態のＥＭ放射も使用可能である。例えば、無線周波数放射（例えば、約１０９Ｈｚ未満の周波数での）を用いて、チューブ内でプラズマを励起することができる。更に、実施形態によっては、プラズマは、ＥＭ放射を用いる代わりに、またはそれに加えて、熱的に励起することもできる。
【０１０２】
フォトニック結晶ファイバのプリフォームを作成するために、追加の材料層を第２材料の層の上に堆積してもよい。実施形態によっては、第１および第２材料の層の順次堆積を多数回繰り返す（例えば、２回、３回、４回、またはそれ以上）。あるいは、例えば、第３層の組成を、第１層の組成とは異なるようにしてもよい。例えば、低損失フォトニック結晶ファイバのプリフォームを作成する際に、屈折率差が大きい材料（例えば、カルコゲニド・ガラスおよび酸化物ガラスの層）を最初に堆積し、続いて吸収率が低い材料の層（例えば、２つの異なるカルコゲニド・ガラス）を堆積してもよい。実施形態によっては、多くの層を堆積してもよい（例えば、２０以上の層というように、約１０層よりも多い層）。
【０１０３】
各層の厚さは、所望通りに変化させることができる。一般に、堆積される層の厚さは、導波路の所望の構造、および後続のファイバ引き出しにおいて用いられる引き出し率によって異なる。交互層の厚さは、同じでも異なっていてもよい。実施形態によっては、同じ光学的厚さを有する層が形成される。通例、堆積される層の厚さは、約０．１ｎｍと５００μｍとの間である。
【０１０４】
ここに記載したＣＶＤ方法は、フォトニック結晶ファイバを参照したが、これらは他の種類の導波路（例えば、ＴＩＲ光ファイバ）を製造する際にも用いることができる。
図６を参照すると、実施形態によっては、システム１００は、多数の位置にレーザ１００からの出力エネルギを同時に供給するように変更することができる。変更したシステム７００は多数のカプラ７１０を含み、これらが導波路１２０内を導波されるエネルギを他の導波路７２０に結合する。各導波路７２０は、レーザ・エネルギを、レーザ１１０から離れた異なる位置に伝達してもよい。導波路７２０は、導波路１２０と同一とすることも、異ならせることも可能である。例えば、導波路７２０は、フォトニック結晶ファイバまたはその他の何らかの種類の導波路（例えば、ＴＩＲファイバ）としてもよい。各導波路７２０内に結合されるレーザ・エネルギの強度は、同一とすることも、異ならせることも可能である。各導波路の出力を同様の用途に用いる場合、各導波路によって伝達される強度は、同一としてもよい。しかしながら、用途が異なる場合、伝達される強度をそれに応じて変化させることができる。
【０１０５】
前述の実施形態に対する種々の変更は、本発明の技術思想および範囲から逸脱することなく行えるものと解される。したがって、他の実施形態も特許請求の範囲に該当するものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】フォトニック結晶ファイバを内蔵したレーザ・・システムの模式図。
【図２】フォトニック結晶ファイバの一実施形態の断面図。
【図３Ａ】波長の関数として、フォトニック結晶ファイバの放射損失をモデル化して示すグラフ。
【図３Ｂ】波長の関数として、フォトニック結晶ファイバの吸収損失をモデル化して示すグラフ。
【図４】化学蒸着（ＣＶＤ）システムの模式図。
【図５】図４に示すＣＶＤシステムの一部の模式図。
【図６】フォトニック結晶ファイバを内蔵したレーザ・システムの模式図。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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