(57)【要約】  本発明は、フォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）、その作製方法、及びそのようなフォトニック結晶ファイバからなるスーパーコンティニューム光源に関する。フォトニック結晶ファイバは、長手方向軸を有し、前記長手方向軸の長さに沿って延びるコアと、コアを取り囲むクラッディング領域とからなる。少なくとも、クラッディング領域は、少なくとも微細構造化された長さ区間内でフォトニック結晶ファイバの長手方向軸に沿って延びる含有物の形の複数の微細構造を含む。フォトニック結晶ファイバは、少なくとも微細構造化された長さ区間の耐分解性の長さ区間内で、水素及び重水素のうちの少なくとも一方を含む。フォトニック結晶ファイバは、少なくとも耐分解性の長さ区間内で、クラッディング領域を取り囲む主コーティングをさらに含み、主コーティングは、Ｔｈを下回る温度で水素及び重水素のうちの少なくとも一方に対して気密性があり、ここでＴｈは少なくとも約５０℃、好適には５０℃＜Ｔｈ＜２５０℃である。
2018505438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向軸を有し、前記長手方向軸の長さに沿って延びる固体コアと、前記コアを取り囲むクラッディング領域とからなるフォトニック結晶ファイバにおいて、少なくとも前記クラッディング領域が、少なくとも微細構造化された長さ区間内で前記フォトニック結晶ファイバの前記長手方向軸に沿って延びる含有物の形の複数の微細構造を含み、前記フォトニック結晶ファイバが、少なくとも前記微細構造化された長さ区間の耐分解性の長さ区間内で、水素及び重水素のうちの少なくとも一方を含み、前記フォトニック結晶ファイバが、少なくとも前記耐分解性の長さ区間内で、前記クラッディング領域を取り囲む主コーティングをさらに含み、前記主コーティングが、Ｔｈを下回る温度で前記水素及び重水素のうちの少なくとも一方に対して気密性があり、Ｔｈが、少なくとも約５０℃、好適には５０℃＜Ｔｈ＜２５０℃である、フォトニック結晶ファイバ。
【請求項２】
前記クラッディング領域内の前記複数の含有物が、前記コアを取り囲む少なくとも２つの含有物リングを含むパターンで配置される、請求項１に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項３】
前記含有物が気体含有物であり、好適には前記気体含有物が、前記耐分解性の長さ区間の両側で閉じられる、請求項１又は２に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項４】
前記耐分解性の長さ区間は、任意選択で前記フォトニック結晶ファイバの閉じた端部を除く、前記フォトニック結晶ファイバの全長さであり、前記閉じた端部のそれぞれの長さは、前記フォトニック結晶ファイバの前記長さに沿って、最高約３ｍｍ、最高約２ｍｍなど、最高約１ｍｍなど、最高約０．５ｍｍなど、最高約０．３ｍｍなど、最高約０．２ｍｍなどである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項５】
少なくとも前記耐分解性の長さ区間の前記クラッディング領域内の前記複数の含有物が、内側含有物を含む内側クラッディング領域と、外側含有物を含む外側クラッディング領域とからなり、前記内側含有物が、前記外側含有物より大きく、好適には、前記内側含有物が、少なくとも１つの含有物リングを含み、前記外側含有物が、少なくとも１つの外側含有物リングを含み、より好適には、前記内側含有物の直径ｄｉｎｎｅｒが、前記外側含有物の直径ｄｏｕｔｅｒより少なくとも約１５％、少なくとも約２０％など、少なくとも約２５％など、少なくとも約３０％など大きい、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項６】
少なくとも前記耐分解性の長さ区間内の前記クラッディング領域が、前記含有物を含む内側クラッディング領域と、前記内側クラッディング領域を取り囲む外側クラッディング領域とからなり、前記内側クラッディング領域の最も外側の含有物と前記主コーティングとの間の径方向距離が、少なくとも約１０μｍであり、任意選択で、前記内側クラッディング領域と前記主コーティングとの間の材料が、水素及び重水素のうちの少なくとも一方のためのリザーバを形成する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項７】
少なくとも前記耐分解性の長さ区間内の前記コアのコア直径が、約１０μｍ以下、約８μｍ以下など、約６μｍ以下など、約３μｍからの範囲内など、約３μｍ〜約５μｍの範囲内などである、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項８】
少なくとも前記耐分解性の長さ区間内の最も内側の含有物と前記コアとの中心間距離が、約５０μｍ未満、好適には約４０μｍ未満、約３０μｍ未満など、約１０μｍ未満などである、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項９】
少なくとも１つの波長に対する前記フォトニック結晶ファイバの異常分散が、１０００ｎｍ〜１１００ｎｍであり、好適には前記フォトニック結晶ファイバの異常分散が、約１０３０ｎｍ又は１０６４ｎｍである、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項１０】
前記フォトニック結晶ファイバの前記コアが、１０６４ｎｍで空間的に単一モードである、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項１１】
前記フォトニック結晶ファイバの前記コアが、１０３０ｎｍで単一モードである、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項１２】
少なくとも前記フォトニック結晶ファイバの前記コアが、本質的にゲルマニウムを含まず、好適には少なくとも前記コアが、本質的にドープされていないシリカ又はフッ素でドープされたシリカである、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項１３】
少なくとも前記フォトニック結晶ファイバの前記コアが、本質的に希土類イオンなどの活性材料を含まない、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項１４】
前記主コーティングが、窒化物、炭素、アルミニウム、金、銅、ニッケル、金属ガラス、もしくは組合せ、又は上記の１つ又は複数を含む合金を含む、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項１５】
前記主コーティングの厚さが、約５ｎｍ〜約２５μｍ、約１０μｍなど、１０ｎｍ〜約５μｍなど、約２０ｎｍ〜約１μｍなどである、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項１６】
前記主コーティングが、Ｔｏを上回る温度で水素及び重水素のうちの少なくとも一方に対して開いた拡散であり、Ｔｏが、Ｔｈより大きく、好適にはＴｏが、少なくとも約２５℃であり、好適にはＴｏが、約５０℃〜約３００℃の間隔、少なくとも約７０℃など、少なくとも約１００℃などである、請求項１乃至１５のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項１７】
前記フォトニック結晶ファイバが、前記主コーティングの外側に機械的保護のための少なくとも１つの追加のコーティングを含み、前記追加のコーティングが、好適には高分子コーティングであり、有利には、アクリレート、ポリイミド、ポリウレタン、シリコーン、又はそれらの任意の組合せを含む、請求項１乃至１６のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項１８】
前記フォトニック結晶ファイバが、少なくとも１つの先細りした長さ区間を含み、前記先細りした長さ区間の第１の端部内の前記コアが、コア直径Ｄ１を有し、前記先細りした長さ区間の第２の端部内の前記コアが、コア直径Ｄ２を有し、Ｄ１がＤ２より大きく、好適にはＤ２が、Ｄ１の最高約０．９５倍、Ｄ１の約０．１〜約０．９倍などである、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項１９】
前記先細りした長さ区間の前記第１の端部が、前記ファイバの入射端にあり、又は前記ファイバの前記入射端から前記長さに沿って最高５ｃｍにあり、好適には前記先細りした長さ区間の前記第１の端部が、前記耐分解性の長さ区間に隣接しており、又は前記耐分解性
の長さ区間内に含まれる、請求項１８に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項２０】
前記フォトニック結晶ファイバが、２つ以上の継ぎ合わせたファイバ長さ区間を含み、少なくとも１つの継ぎ合わせたファイバ長さ区間が、前記耐分解性の長さ区間であり、又は前記耐分解性の長さ区間を含む、請求項１乃至３又は請求項５乃至１９のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項２１】
前記フォトニック結晶ファイバが、第１の長さＬ１を有する第１の長さ区間であって、前記光ファイバの前記含有物が、少なくとも前記長手方向軸に直交する前記第１の長さ区間の第１の断面において、第１のピッチΛ１、第１の含有物直径ｄ１、及び第１の含有物相対サイズｄ１／Λ１を有する、第１の長さ区間と、
第２の長さＬ２を有する第２の長さ区間であって、前記光ファイバの前記微細構造要素が、少なくとも前記長手方向軸に直交する前記第２の長さ区間の第２の断面において、第２のピッチΛ２、第２の含有物直径ｄ２、及び第２の含有物相対サイズｄ２／Λ２を有する、第２の長さ区間とからなり、
前記第１の長さＬ１及び前記第２の長さＬ２の少なくとも１つが、前記耐分解性の長さ区間を含み、又は前記耐分解性の長さ区間からなる、請求項１乃至３又は請求項５乃至２０のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項２２】
前記フォトニック結晶ファイバが、少なくとも前記フォトニック結晶ファイバの入射端から延び又は前記フォトニック結晶ファイバの前記入射端から最高５ｃｍ延びるモードフィールド適合長さ区間内に、前記フォトニック結晶ファイバの前記長さに沿って延びるモード・アダプタを備え、前記モードフィールド適合長さ区間の長さが、少なくとも約５ｃｍ、少なくとも約１０ｃｍなど、少なくとも約２０ｃｍなどであり、有利には、前記モードフィールド適合長さ区間が、前記耐分解性の長さ区間内に部分的又は完全に含まれる、請求項１乃至２１のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項２３】
請求項１乃至２２のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバの製造方法において、
前記フォトニック結晶ファイバの前記コア及び前記クラッディング領域に対するプリフォーム構造を含むプリフォームを作製する工程と、
前記プリフォームを延伸して、前記フォトニック結晶ファイバの前記コア及びクラッディング領域を得る工程と、
少なくとも前記フォトニック結晶ファイバの前記耐分解性の長さ区間を水素及び重水素のうちの少なくとも一方の添加にかける工程と、
少なくとも前記フォトニック結晶ファイバの前記耐分解性の長さ区間に前記主コーティングを施す工程とを備え、
好適には、前記耐分解性の長さ区間は、任意選択で前記フォトニック結晶ファイバの閉じた端部を除く、前記フォトニック結晶ファイバの前記全長さであり、前記閉じた端部のそれぞれの長さが、前記フォトニック結晶ファイバの前記長さに沿って、最高約３ｍｍ、最高約２ｍｍなど、最高約１ｍｍなど、最高約０．５ｍｍなど、最高約０．３ｍｍなど、最高約０．２ｍｍなどである、方法。
【請求項２４】
前記主コーティングを施す前に前記フォトニック結晶ファイバを水素及び重水素のうちの少なくとも一方の添加にかける工程を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記水素及び重水素のうちの少なくとも一方の添加が、少なくとも約Ｐ１の圧力及び少なくとも約Ｔ１の温度で水素及び重水素のうちの少なくとも一方を含むチャンバ内に、前記フォトニック結晶ファイバを少なくともｔ１の持続時間にわたって配置する工程を含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記主コーティングを施した後に前記フォトニック結晶ファイバを水素及び重水素のうちの少なくとも一方の添加にかける工程を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記フォトニック結晶ファイバの前記コア及び前記クラッディング領域に対するプリフォーム構造を含むプリフォームを作製する工程と、
前記プリフォームを延伸して、前記フォトニック結晶ファイバの前記コア及びクラッディング領域を得る工程と、
前記フォトニック結晶ファイバに前記主コーティングを施す工程と、
少なくとも約Ｔｏの温度で前記フォトニック結晶ファイバを水素及び重水素のうちの少なくとも一方にかける工程と、
前記フォトニック結晶ファイバをＴｈ以下に冷却する工程とを備える、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記水素及び重水素のうちの少なくとも一方の添加が、少なくとも約Ｐ２の圧力及び少なくとも約Ｔ２＞Ｔｏの温度で水素及び重水素のうちの少なくとも一方を含むチャンバ内に、前記フォトニック結晶ファイバを少なくともｔ２の持続時間にわたって配置する工程を含む、請求項２６又は請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記含有物が気体含有物を含み、前記方法が、前記耐分解性の長さ区間の両側で前記気体含有物を閉じる工程を含み、前記方法が、好適には、前記フォトニック結晶ファイバの両端で前記気体含有物を閉じる工程を含む、請求項２３乃至２８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記フォトニック結晶ファイバを水素及び重水素のうちの少なくとも一方の添加にかける前に前記気体含有物を閉じる工程を含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記主コーティングが、約５ｎｍ〜約１０μｍ、１０ｎｍ〜約５μｍなど、約２０ｎｍ〜約１μｍなどの厚さで前記フォトニック結晶ファイバに施される、請求項２３乃至３０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３２】
前記主コーティングの外側に少なくとも１つの追加のコーティングを施す工程を含む、請求項２３乃至３１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３３】
前記主コーティングが炭素コーティングであり、前記方法が、化学気相成長処理によって前記主炭素コーティングを施す工程を含み、前記化学気相成長処理が、前記ファイバを反応器の反応器チャンバに通す工程と、前記反応器チャンバ内の前記ファイバを少なくとも約７００℃の温度の反応器ガスにかける工程とを含み、前記反応器ガスが、炭素質の組成物を含み、好適には、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）などのアルキン（ＣｎＨ２ｎ−２）、及びエタン（Ｃ２Ｈ６）などのアルケン（ＣｎＨ２ｎ＋２）のうちの少なくとも一方を含み、ｎが２〜１０、２〜４などである、請求項２３乃至３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３４】
延伸塔内で前記ファイバを延伸した直後に前記主炭素コーティングを施す工程を含み、好適には、前記炭素コーティングを施す前に前記反応器ガスに対する反応温度を下回るまで前記ファイバを冷まさない、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記反応器が、前記延伸塔の一体部分であり、好適にはそれにより、前記ファイバが、前記反応器チャンバに通され、前記炭素コーティングが施されてから巻き取られる、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記炭素コーティング上へ追加のコーティングを施す工程を含み、前記追加のコーティングが、好適には高分子コーティング又は金属コーティングであり、前記追加のコーティングが、好適には、前記ファイバを巻き取る前に前記延伸塔内で前記炭素コーティング上へ施される、請求項３３乃至３５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３７】
前記主コーティングが金属コーティングであり、前記方法が、前記ファイバを液体金属溶融物に通すことによって前記主金属コーティングを施す工程を含み、前記溶融物に入るときの前記ファイバの温度が、前記金属溶融物の温度より低い、請求項２３乃至３２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３８】
前記金属コーティングが、前記ファイバを水に浸し、少なくとも部分的に冷ました後に、好適には前記ファイバを巻き取る前に、前記延伸塔内で前記ファイバに施される、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
請求項１乃至２２のいずれか１項に記載のフォトニック結晶ファイバと、前記フォトニック結晶ファイバの入射端へポンプ・パルスを送出するように配置されたポンプ源とからなるスーパーコンティニューム光源。
【請求項４０】
前記フォトニック結晶ファイバが、前記ポンプ・パルスの帯域幅に対して広くした帯域幅を有するスーパーコンティニューム光を生成するように配置される、請求項３９に記載のスーパーコンティニューム光源。
【請求項４１】
前記パルス源によって生成される前記ポンプ・パルスが、前記フォトニック結晶ファイバの前記入射端で少なくとも約５ｋＷ、少なくとも約１０ｋＷなど、少なくとも約１５ｋＷなど、少なくとも約２０ｋＷなどのピーク・パワーを有する高ピーク・パワー・パルスである、請求項３９又は４０に記載のスーパーコンティニューム光源。
【請求項４２】
前記パルス源によって生成される前記ポンプ・パルスのパルス幅が、最高約２００ｐｓ、最高約１００ｐｓなど、最高約５０ｐｓなど、最高約３０ｐｓなど、最高約１０ｐｓなど、最高約８ｐｓなど、最高約５ｐｓなど、最高約３ｐｓなど、最高約１ｐｓなどである、請求項３９乃至４１のいずれか１項に記載のスーパーコンティニューム光源。
【請求項４３】
前記パルス源によって生成される前記ポンプ・パルスの繰返し率が、少なくとも約１０ｋＨｚ、少なくとも約１００ｋＨｚなど、少なくとも約１ＭＨｚなどであり、前記繰返し率が、好適には同調可能である、請求項３９乃至４２のいずれか１項に記載のスーパーコンティニューム光源。
【請求項４４】
前記パルス源によって生成される前記ポンプ・パルスの波長が、約９００ｎｍ〜約１１００ｎｍ、約１０３０又は約１０６４ｎｍなどである、請求項３９乃至４３のいずれか１項に記載のスーパーコンティニューム光源。
【請求項４５】
前記スーパーコンティニューム光源の平均出力パワーが、少なくとも約１Ｗ、少なくとも約５Ｗなど、少なくとも約１０Ｗなど、少なくとも約２０Ｗなど、少なくとも約５０Ｗなど、少なくとも約１００Ｗなど、少なくとも約５００Ｗなどである、請求項３９乃至４４のいずれか１項に記載のスーパーコンティニューム光源。
【請求項４６】
前記スーパーコンティニューム光源の出力が、約６００ｎｍ未満、約５５０ｎｍ未満など、約４５０ｎｍ未満など、約４２０ｎｍ未満など、約４１０ｎｍ未満など、約４００ｎｍ未満など、約３８０ｎｍ未満など、約３６０ｎｍ未満などの波長を含む、請求項３９乃至４５のいずれか１項に記載のスーパーコンティニューム光源。
【請求項４７】
前記スーパーコンティニューム光源の出力が、約１４００ｎｍ超、約１６００ｎｍ超など、約１８００ｎｍ超など、約２０００ｎｍ超など、約２２００ｎｍ超などの波長を含む、請求項３９乃至４６のいずれか１項に記載のスーパーコンティニューム光源。
【請求項４８】
前記スーパーコンティニューム光源が、前記スーパーコンティニューム源の前記出力をフィルタリングして、中心波長λ１及び出力帯域幅ＢＷ１を有するフィルタリングされたＳＣ出力にするように配置されたスペクトル・フィルタリング・ユニットをさらに備え、前記中心波長λ１及び前記出力帯域幅ＢＷ１の少なくとも１つが同調可能であり、前記出力帯域幅ＢＷ１が、有利には（少なくとも１回の同調において）約５ｎｍ未満である、請求項３９乃至４７のいずれか１項に記載のスーパーコンティニューム光源。
【請求項４９】
請求項３９乃至４２のいずれか１項に記載のスーパーコンティニューム光源からなる照射源であって、好適には誘導放出抑制に適している照射源。
【請求項５０】
蛍光撮像、蛍光寿命撮像（ＦＬＩＭ）、全反射照明蛍光（ＴＩＲＦ）顕微鏡法、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）、広帯域分光法、ナノフォトニクス、フロー・サイトメトリー、計測などの工業検査、ガス感知などのリングダウン分光法、ハイパースペクトル分光法、たとえば果物の作物分析、及び飛行時間分光法（ＴＣＳＰＣ）などの分析分光法、単一分子撮像、ならびに／又はこれらの組合せに適合される、請求項４９に記載の照射源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）、フォトニック結晶ファイバを作製する方法、及びそのようなフォトニック結晶ファイバ、微細構造化光ファイバからなるスーパーコンティニューム光源、ならびにスーパーコンティニューム光放射源に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトニック結晶ファイバは、背景材料内に典型的には規則的なアレイで配置された複数の含有物（クラッディング特徴又は微細構造と呼ばれることもある）を有するクラッディング領域によって取り囲まれたコアを有するファイバである。以下、フォトニック結晶ファイバをフォトニック結晶ファイバ又は微細構造化光ファイバと呼ぶ。含有物は、気体、液体、又は固体の含有物とすることができる。原則的に、含有物は空隙である可能性もあるが、実際にはそれらの空隙は通常、いくつかの気体分子を含む。
【０００３】
このタイプのファイバは、当技術分野ではよく知られており、たとえば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、及び特許文献１に記載されている。
微細構造化ファイバは、たとえば、石英ガラスから作ることができる。石英ガラスに他の材料を加えて、その屈折率を変更することができ、又は光の増幅、感度などの作用を提供することができる。
【０００４】
クラッディング含有物間の中心間隔は、ピッチ（Λ）として定義される。フォトニック結晶ファイバは通常、コアのサイズ、及び含有物のサイズと含有物の間隔又はピッチ（Λ）との比によって、少なくとも部分的に特徴付けられる。クラッディング含有物のサイズ及びピッチを調節することによって、ファイバのゼロ分散波長（ＺＤＷ：ｚｅｒｏ  ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）を調節することができる。
【０００５】
フォトニック結晶ファイバは、概して、高パワー光源での使用に適している。光ファイバ内で比較的大きいパワーを案内することは、外科用及び／又は治療用の光の案内、光学的感知、ならびに材料処理などのいくつかの商業的な応用例にとって重要となり得る。そのような応用例の中には、ファイバ内での光エネルギーの輸送及び非線形作用の利用が挙げられ、これらは一般的に、ファイバ内の光パワーがより大きい場合により顕著である。光パワーは、連続波（ＣＷ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ）、パルス波、又はそれらの混合物とすることができる。ファイバ内で光パワーが大きくなることは、比較的控えめな平均パワーを有しながら大きいピーク・パワーを得られるパルス光で、特に顕著となり得る。
【０００６】
光ファイバによって搬送される平均パワー／スペクトル密度の１つの制限は、ファイバの損傷閾値である。特に、フォトニック結晶ファイバがスーパーコンティニューム生成に適用され、フォトニック結晶ファイバの入射端（入力端と呼ばれることもある）を介してフォトニック結晶ファイバへ高パワー光が送出される場合、送出される光のピーク・パワーに応じて、フォトニック結晶ファイバが時間とともに分解することが判明している。さらに、入射端に隣接又は近接するファイバ区間は、入射端からの距離が長ければ長いほど、分解により露出されることが判明している。
【０００７】
特許文献４は、コア材料及び任意選択でクラッディング材料に水素及び／又は重水素を添加することによって、フォトニック結晶ファイバへ送出される高パワー光によって引き起こされる分解を軽減する方法について記載している。この添加の結果、ファイバの寿命
がある程度増大することが判明した。特許文献３では、この方法は、水素及び／又は重水素の添加後にフォトニック結晶ファイバをアニーリング及び／又は高パワー放射にかけることによってさらに改善された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２１９５５５４号明細書
【特許文献２】米国特許第８４０６５９４号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１１１１６２８３号明細書
【特許文献４】米国特許第８１４５０２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、耐分解性が非常に高いスーパーコンティニューム生成に適したフォトニック結晶ファイバを提供することである。
１実施形態では、目的は、スーパーコンティニューム生成に使用されるときでも長い寿命を有するスーパーコンティニューム生成に適したフォトニック結晶ファイバを提供することである。
【００１０】
さらなる目的は、高い耐分解性を有するフォトニック結晶ファイバからなるスーパーコンティニューム光源、ならびにそのようなスーパーコンティニューム光源の好適な応用例を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記その他の目的は、特許請求の範囲に定義された本明細書に後述する本発明又はその実施形態によって解決される。
本発明又はその実施形態は、複数の追加の利点を有することが分かっており、そのような追加の利点は、以下の説明から当業者には明らかになるであろう。
【００１２】
本発明のフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）は、長手方向軸を有し、長手方向軸の長さに沿って延びるコアと、コアを取り囲むクラッディング領域とからなる。少なくとも、クラッディング領域は、少なくとも微細構造化された長さ区間内でフォトニック結晶ファイバの長手方向軸に沿って延びる含有物の形の複数の微細構造を含む。フォトニック結晶ファイバは、耐分解性の長さ区間を有し、この長さ区間は、フォトニック結晶ファイバの全長さ又は単にその長さ区間とすることができる。
【００１３】
「耐分解性の長さ区間」という語句は、このファイバ長さ区間が、他の従来技術のファイバ長さ区間に対して、経時的に非常に高い耐分解性を有することを示すために使用される。
【００１４】
フォトニック結晶ファイバは、少なくとも前記微細構造化された長さ区間内の耐分解性の長さ区間内で、水素及び／又は重水素を含み、フォトニック結晶ファイバは、少なくとも耐分解性の長さ区間内で、クラッディング領域を取り囲む主コーティングをさらに含み、この主コーティングは、Ｔｈを下回る温度で前記水素及び／又は重水素に対して気密性があり、ここでＴｈは少なくとも約５０℃である。有利には、Ｔｈは、少なくとも使用中のフォトニック結晶ファイバの最大予想温度前後である。それによって、経時的及び／又は使用中にファイバから拡散する水素及び／又は重水素が最小になる。好適には、Ｔｈは、５０℃＜Ｔｈ＜２５０℃である。１実施形態では、Ｔｈは最高約１５０℃である。
【００１５】
「気密」という用語は、本明細書では、コーティングを通る水素原子及び／又は重水素
原子のあらゆる拡散が、１日当たり約１％未満であることを意味するために使用され、この拡散は、ラマン分光法を使用して、たとえば大気状態（すなわち、ファイバが空気中に１バールで配置される）において関連温度で測定され、あるいは赤外分光法によって、Ｈ２に対して約１２４０ｎｍもしくは約１８７０ｎｍ又はＤ２に対して約１７１５ｎｍで、Ｈ２（もしくはＤ２）の吸収線を測定することによって測定される。好適には、気密コーティングにより、拡散を１日当たり０．５％未満、約０．１％未満、１日当たり約０．０１％未満などにすることが可能になる。
【００１６】
「含有物」という用語は、背景材料中の含有物を意味し、含有物は、含有物を取り囲む背景材料とは別の屈折率を有する。含有物は、たとえば、空気、窒素、もしくは任意の他のガスなどの気体含有物、背景材料及び／もしくはドープ材料（Ｆ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂなどの屈折率を変化させる材料）とは別のガラス・タイプなどの固体含有物、真空含有物、又はそれらの任意の組合せとすることができる。有利には、含有物の少なくとも一部は気体又は真空の含有物である。気体含有物は、水素及び／又は重水素の貯蔵所として作用することができることが判明しており、それらの含有物は、耐分解性の長さ区間の両側で閉じられる。
【００１７】
「径方向距離」という語句は、長手方向軸から径方向に求められる距離を意味する。
「実質上」という用語は、本明細書では、通常の生成物の分散及び公差が含まれることを意味すると見なされるべきである。
【００１８】
クラッディング領域は、均質な背景材料を有することができ、又はそれぞれの背景材料が互いに異なるいくつかの領域を有することができることに留意されたい。背景材料は、有利には、シリカであり、任意選択でドープされる。１実施形態では、たとえば米国特許第８６００２０７号明細書に記載されているように、クラッディング領域は、内側クラッディング領域と、内側クラッディング領域を取り囲む外側クラッディング領域とからなり、内側クラッディング領域の背景材料は、外側クラッディング領域の背景材料とは異なる。
【００１９】
１実施形態では、クラッディング領域は、内側クラッディング領域と、内側クラッディング領域を取り囲む外側クラッディング領域とからなり、内側クラッディング領域の背景材料は、外側クラッディング領域の背景材料と同じ屈折率を有する。この実施形態では、内側クラッディング領域及び外側クラッディング領域が同じ背景材料を有することが有利である。内側クラッディング領域と外側クラッディング領域の違いは、たとえば、含有物のサイズ、タイプ、及び／又は数の違いである。クラッディング領域は、光をコアに閉じ込めるものであり、有利には、含有物は、平均屈折率に影響を与えて光を閉じ込めるように配置される。これは、含有物がコアに比較的近接しているべきであることを意味し、好適には、含有物の少なくとも一部とコアとの中心間距離は、最高約５０μｍ、好適には最高約４０μｍ、最高約３０μｍなど、最高約１５μｍなどである。
【００２０】
クラッディング領域、含有物、及びコアの材料について説明するとき、水素及び／又は重水素の量は材料の一部として含まない。
１実施形態では、クラッディング領域の背景材料及びコア材料は、実質上純シリカである。
【００２１】
１実施形態では、クラッディング領域の背景材料及びコア材料は、フッ化物でドープされたシリカである。
少なくとも耐分解性の長さ区間内でコア材料がフッ化物でドープされる場合、光によって誘起される分解に対してさらに高い耐性を実現することができることが判明している。
【００２２】
有利には、少なくとも耐分解性の長さ区間のコア内のＨ２又はＤ２の形の水素及び／又は重水素の含有量は、少なくとも約０．００１ｐｐｍ、少なくとも約０．０１ｐｐｍなど、約０．１〜約１００００ｐｐｍなどを含む。水素及び／又は重水素の量は、たとえば、上記で説明したように、それぞれの水素又は重水素の吸収ピークでその結果生じる吸収を求めることによって決定することができる。
【００２３】
耐分解性の長さ区間は、任意の長さを有することができる。有利には、耐分解性の長さ区間は、フォトニック結晶ファイバの端部から延びる。１実施形態では、耐分解性の長さ区間は、フォトニック結晶ファイバの入射端から延びる。入射端は、フォトニック結晶ファイバへ光を送出するポンプ・レーザに光学的に結合され又は結合されるように適合された端部である。それによって、耐分解性の長さ区間は、高パワー光がフォトニック結晶ファイバへ送出されるように位置決めすることができる。従来技術のフォトニック結晶ファイバの主な損傷は、フォトニック結晶ファイバの入射端に近接して生じることが観察されている。フォトニック結晶ファイバの入射端で水素及び／又は重水素の十分な添加を確保することによって、負荷応力による損傷に対するフォトニック結晶ファイバの耐性がますます大きくなり、フォトニック結晶ファイバ全体に対する寿命がさらに長くなる。
【００２４】
本出願では、「含有物リング」という語句は、典型的にはコアに対して実質上等しい距離を有し、コアを取り囲む円形又は非円形のリング内に位置合わせされるクラッディング含有物を指す。典型的には、含有物リングは、完全に円形ではなく、六角形の形状など、複数の緩やかな角を有する形状である。好適には、含有物リングの含有物はすべて、実質上同じサイズであり、好適には同じ材料である。
【００２５】
１実施形態では、クラッディング領域内の複数の含有物は、コアを取り囲む少なくとも２つの含有物リングを含むパターンで配置される。
スーパーコンティニューム生成にとって非常に良好なフォトニック結晶ファイバを得るために、中心間距離（ピッチΛとも呼ばれる）は、有利には、少なくとも約１μｍ、約１．５μｍ〜約５μｍなど、又はそれ以上である。含有物直径（ｄ）は、有利には、少なくとも約０．５μｍ、約１μｍ〜約３μｍなどである。相対的な直径／ピッチｄ／Λは、好適には、約０．４〜約０．８５である。
【００２６】
含有物直径又は含有物の直径は、含有物の特徴的直径とも呼ばれる。「特徴的直径」という語句は、含有物（クラッディング特徴とも呼ばれる）のサイズの尺度である。クラッディング特徴が円形である場合、特徴的直径は、クラッディング特徴の円の直径である。クラッディング特徴が非円形である場合、特徴的直径は、１実施形態では、クラッディング特徴の最大の長さ及び最小の長さの平均として決定され、別の実施形態では、特徴的直径は、当該クラッディング特徴の計算又は測定された面積に対応する面積を有する円の直径である。
【００２７】
含有物は、等しい直径を有しても異なる直径を有してもよく、それぞれの含有物の含有物直径は、上述したように、ファイバの長さに沿って等しくても異なってもよい。
含有物及びその直径の様々な好適な組合せの実施形態は、コア、クラッディング領域、及び含有物の構造に関する同時係属出願である、本願明細書に援用するＤＫＰＡ２０１４７０１４６に開示されている。ＰＡ２０１４７０１４６は、本発明のフォトニック結晶ファイバの好適な実施形態を開示しているが、その違いは、少なくともＰＡ２０１４７０１４６に開示されているフォトニック結晶ファイバの長さ区間が、本明細書に記載する水素及び／又は重水素ならびに気密コーティングを含む耐分解性の長さ区間になるように、又はそのような耐分解性の長さ区間を含むように、修正されていることである。
【００２８】
１実施形態では、それぞれの含有物の含有物直径（ｄ）は、ファイバの長さに沿って等
しい。１実施形態では、それぞれの含有物の含有物直径（ｄ）は、ファイバの長さの少なくとも１区間に沿って異なり、たとえば先細りした区間に沿って異なる。
【００２９】
含有物は、上記のように、原則的に、任意の種類の材料を含むことができ、又は任意の種類の材料からなることができ、含有物は通常、それぞれの含有物が埋設され又は含まれる背景材料とは異なる屈折率を有する材料を含む。適した含有物材料の例は、上記で開示した。
【００３０】
１実施形態では、含有物は、空気孔、たとえば低い圧力又は周囲の圧力（大気圧）で空気を有する空気孔などの気体含有物を含む。好適には、気体含有物は、前記耐分解性の長さ区間の両側で閉じられる。
【００３１】
１実施形態では、耐分解性の長さ区間は、任意選択でフォトニック結晶ファイバの閉じた端部を除く、フォトニック結晶ファイバの全長さである。
フォトニック結晶ファイバの端部を閉じることによって、フォトニック結晶ファイバからの水素及び／又は重水素の拡散がさらに低減され、またそれにより、フォトニック結晶ファイバ全体の耐分解性、それによって寿命が増すことが判明している。
【００３２】
フォトニック結晶ファイバの端部は、たとえば、短い端部区間内でフォトニック結晶ファイバを押しつぶすことによって、又は短い固体シリカの長さ区間をそれぞれの端部に溶融することによって、閉じることができる。
【００３３】
有利には、閉じた端部のそれぞれの長さは、光を損失するリスクを低減させるために、フォトニック結晶ファイバの長さに沿って比較的短い。有利には、閉じた端部のそれぞれのフォトニック結晶ファイバの長さは、最高約３ｍｍ、最高約２ｍｍなど、最高約１ｍｍなど、最高約０．５ｍｍなど、最高約０．３ｍｍなど、最高約０．２ｍｍなどである。
【００３４】
１実施形態では、少なくとも耐分解性の長さ区間のクラッディング領域内の複数の含有物は、内側含有物を含む内側クラッディング領域と、外側含有物を含む外側クラッディング領域とからなる。この実施形態は、スーパーコンティニューム生成にとって非常に良好なフォトニック結晶ファイバを提供することが判明している。有利には、内側含有物は、外側含有物より大きい。好適には、内側含有物は、少なくとも１つの含有物リングを含み、外側含有物は、少なくとも１つの外側含有物リングを含む。１実施形態では、より好適には、内側含有物の直径ｄｉｎｎｅｒは、外側含有物の直径ｄｏｕｔｅｒより少なくとも約１５％、少なくとも約２０％など、少なくとも約２５％など、少なくとも約３０％など大きい。それによって、青色光の範囲内でも高い安定性を有するスーパーコンティニューム生成のためのフォトニック結晶ファイバが提供される。さらに、耐分解性の長さ区間のため、非常に大きいパワーで動作する場合でも、フォトニック結晶ファイバの寿命は長くなる。
【００３５】
１実施形態では、ｄｉｎｎｅｒは、好適には、少なくとも約１．５μｍ、約１．８〜約４μｍなど、約２〜約２．５μｍなどである。
１実施形態では、ｄｏｕｔｅｒは、好適には、約２．５μｍ未満、約０．８〜約２μｍなど、約１〜約１．８μｍなどである。
【００３６】
有利には、内側クラッディング領域の背景材料及び外側クラッディング領域の背景材料は同一であり、また任意選択で、コア材料とも同一である。有利には、内側クラッディング領域の背景材料及び外側クラッディング領域の背景材料、ならびに任意選択でコア材料は、実質上純シリカであり、又は任意選択で、フッ素でドープされたシリカである。
【００３７】
有利には、外側クラッディング領域は、少なくとも３つの外側含有物リングを含む。
含有物の構造及び配置は、１実施形態では、同時係属出願のＤＫＰＡ２０１４７０１４６に記載されているとおりであり、たとえばＤＫＰＡ２０１４７０１４６の図２ａ及び図３ａに記載及び図示されているとおりであるが、フォトニック結晶ファイバは、本明細書に記載する水素及び／又は重水素ならびに気密コーティングを含む耐分解性の長さ区間になるように、又はそのような耐分解性の長さ区間を含むように、修正される。
【００３８】
１実施形態では、少なくとも耐分解性の長さ区間内のクラッディング領域は、含有物を含む内側クラッディング領域と、内側クラッディング領域を取り囲む外側クラッディング領域とからなり、内側クラッディング領域の最も外側の含有物と主コーティングとの間の径方向距離は、少なくとも約１０μｍである。任意選択で、内側クラッディング領域と主コーティングとの間の材料は、水素及び／又は重水素のためのリザーバを形成する。
【００３９】
内側クラッディング領域の最も外側の含有物と主コーティングとの間に比較的大きい径方向距離を有することによって、水素及び／又は重水素のためのリザーバを大きい面積で形成することができ、このリザーバは、水素及び／又は重水素がコア内で消費されるにつれて、徐々にコアへ拡散することができ、それによってコア内で比較的安定した十分な水素及び／又は重水素濃度を維持することができる。
【００４０】
１実施形態では、内側クラッディング領域と主コーティングとの間の材料は、水素及び／又は重水素のためのリザーバを形成し、たとえば水素のためのリザーバは、多孔質のシリカである。
【００４１】
１実施形態では、内側クラッディング領域と主コーティングとの間の水素のためのリザーバは、内側クラッディング領域の背景材料より水素及び／又は重水素に対して高い吸着容量を有するガラス又はプラスチックを含む。
【００４２】
当業者であれば、いくつかの水素及び／又は重水素添加試験によって、適した材料を見出すことが可能である。
コアは、原則的に任意のサイズを有することができる。コアが大きければ大きいほど、フォトニック結晶ファイバへ送出することができるパワーも大きくなるが、コアが大きくなりすぎた場合、帯域幅を所望の範囲まで広げることが困難になり得る。広い安定したスーパーコンティニューム光を提供するために、コアの直径は、少なくとも約１μｍ、好適には少なくとも約２μｍであることが有利である。それによって、スーパーコンティニューム生成に必要なパワー及び／又は概して大きいパワーに光ファイバが耐えることが可能であることが確実になる。
【００４３】
１実施形態では、少なくとも耐分解性の長さ区間内のコアのコア直径は、約１０μｍ以下、約８μｍ以下など、約６μｍ以下などである。１実施形態では、コア直径は、約３μｍからの範囲内、約３μｍ〜約７μｍなどである。
【００４４】
１実施形態では、コアは含有物によって画定され、すなわちコアを取り囲む含有物は異なる屈折率を有し、それによってコアを形成する。
有利には、フォトニック結晶ファイバは、上述したように、シリカから作られ、任意選択でドープされる。
【００４５】
１実施形態では、コア及び／又はクラッディング領域の材料はドープされる。
１実施形態では、少なくとも耐分解性の長さ区間内の最も内側の含有物とコアとの中心間距離は、約５０μｍ未満、好適には約４０μｍ未満、約３０μｍ未満など、約１０μｍ未満などである。
【００４６】
コアは固体コアである。
「固体コア」という用語は、コアが固体の材料からできており、実質上空隙を構成する気体がないことを意味する。１実施形態では、コアは微細構造化コアである。
【００４７】
有利には、コアは、任意選択で固体の微細構造を含む固体コアである。
コアは、１実施形態では、実質上純シリカである。
上述したように、フォトニック結晶ファイバの非常に有益な特性は、クラッディング含有物のサイズ及びピッチを調節することによって、ファイバのゼロ分散波長（ＺＤＷ）を調節することができることである。
【００４８】
１実施形態では、少なくとも１つの波長に対するフォトニック結晶ファイバの異常分散は、１０００ｎｍ〜１１００ｎｍである。好適には、フォトニック結晶ファイバの異常分散は、約１０３０ｎｍ又は１０６４ｎｍである。
【００４９】
１実施形態では、フォトニック結晶ファイバのコアは、ポンプ波長で単一モードである。
有利には、フォトニック結晶ファイバのコアは、１０６４ｎｍで空間的に単一モードである。
【００５０】
空間的に単一モードとは、長さ２ｍのファイバの場合、より高次のモードの損失が基本モードより少なくとも１９．３ｄＢ高いことを意味する。これは、たとえば、Ｓ＾２法を使用して測定することができる。「大モード面積ファイバにおけるモード・コンテンツの空間及びスペクトル分解撮像（Ｓｐａｔｉａｌｌｙ  ａｎｄ  ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ  ｒｅｓｏｌｖｅｄ  ｉｍａｇｉｎｇ  ｏｆ  ｍｏｄａｌ  ｃｏｎｔｅｎｔ  ｉｎ  ｌａｒｇｅ  ｍｏｄｅ−ａｒｅａ  ｆｉｂｅｒｓ）」、ジェイ  ダブル  ニコルソンら（Ｊ．Ｗ．Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ  ｅｔ  ａｌ）、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、ｖｏｌ．１６、Ｉｓｓｕｅ  １０、７２３３頁、２００８を参照されたい。
【００５１】
１実施形態では、フォトニック結晶ファイバのコアは、１０３０ｎｍで単一モードである。
１実施形態では、フォトニック結晶ファイバのコアは、１０６４ｎｍ又は１０３０ｎｍなどのポンプ波長でマルチモードである。
【００５２】
有利には、少なくともフォトニック結晶ファイバのコアは、本質的にゲルマニウムを含まない。ゲルマニウムを含む結果、シリカ内に特定の構造的欠陥が生じ得ることが判明しており、したがって、ゲルマニウム含有量は可能な限り低いことが望ましい。水素及び／又は重水素はまた、ゲルマニウムによって誘起される構造的欠陥に対する耐性を増大させることが判明しており、したがってフォトニック結晶ファイバがゲルマニウムを含む場合、水素及び／又は重水素の添加を増大させることができる。
【００５３】
１実施形態では、フォトニック結晶ファイバ全体が、本質的にゲルマニウムを含まない。１実施形態では、フォトニック結晶ファイバ全体が、本質的にドープされていないシリカである。１実施形態では、フォトニック結晶ファイバの少なくとも一部が、フッ素により、たとえば１０００ｐｐｍを上回るレベルでドープされる。
【００５４】
本発明では、「本質的にゲルマニウムを含まない」という語句は、ゲルマニウムの濃度がゼロを含めて約１０ｐｐｍ未満であることを意味する。
本発明では、「本質的にドープされていない」という語句は、Ｇｅ、Ｂ、Ｆ、Ｐ、Ａｌ、及び／又は希土類元素ＥｒもしくはＹｂなどの活性材料など、屈折率を変化させるドー
パントの濃度が、１０００ｐｐｍを下回るレベルであることを意味する。１実施形態では、ドーパントのレベルはさらに低く、約１ｐｐｍ以下などである。
【００５５】
１実施形態では、少なくともフォトニック結晶ファイバのコアは、本質的に希土類イオンなどの活性材料を含まない。
１実施形態では、フォトニック結晶ファイバ全体が、活性イオンを含まない。
【００５６】
本発明では、「本質的に活性材料を含まない」という語句は、希土類元素Ｅｒ又はＹｂなどの活性材料の濃度が、１０００ｐｐｍを下回るレベルであることを意味する。好適には、活性材料のレベルはさらに低く、約１ｐｐｍ以下などである。
【００５７】
主コーティングは、上記で定義した気密コーティングを提供する任意の材料から作ることができる。
主コーティングに適した材料の例には、窒化物（窒化炭素、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化ケイ素、及び／もしくは酸窒化ケイ素など）、炭素、アルミニウム、金属ガラス、又は上記の１つもしくは複数を含む組合せを含む材料が挙げられる。
【００５８】
主コーティングに対する特に好適な材料は、炭素である。
主コーティングの厚さは、材料のタイプに応じて決定される。概して、比較的小さい厚さで気密性を有する主コーティングに対する材料を選択し、それによって、亀裂の形成という実質的なリスクをもたらすことなく、フォトニック結晶ファイバの高い可撓性及び屈曲性を確保することが望ましい。
【００５９】
１実施形態では、主コーティングの厚さは、約５ｎｍ〜約１０μｍ、１０ｎｍ〜約５μｍなど、約２０ｎｍ〜約１μｍなどである。
１実施形態では、主コーティングの厚さは約３０ｎｍである。
【００６０】
金属の主コーティングの場合、厚さは、有利には、１５μｍ〜６０μｍである。
１実施形態では、主コーティングは、Ｔｏ’を上回る温度で水素及び／又は重水素に対して開いた拡散であり、ここでＴｏはＴｈより大きい。それによって、コーティングを施した後、水素及び／又は重水素をフォトニック結晶ファイバに添加することができる。これにより、機械的でありかつ防塵式の取扱い中に主コーティングがファイバを保護するため、フォトニック結晶ファイバを作製する好適な実施形態が提供される。さらに、より均質かつ正確な含有量の水素及び／又は重水素を添加することができる。主コーティングがなければ、フォトニック結晶ファイバは、添加された水素及び／又は重水素を添加直後から失い始め、実際には、主コーティングを施す前に、望ましくないほど大量の水素及び／又は重水素が失われ得ることが判明している。したがって、添加後に主コーティングが施される場合、より大量の水素及び／又は重水素がフォトニック結晶ファイバにまず添加されることが望ましい。
【００６１】
好適には、Ｔｏは、少なくとも約２５℃であり、好適には、Ｔｏは、約５０℃〜約３００℃の間隔、少なくとも約７０℃など、少なくとも約１００℃などである。１実施形態では、Ｔｏは１バールで求められる。１実施形態では、Ｔｏは１００バールで求められる。
【００６２】
概して、Ｔｏは、使用中のフォトニック結晶ファイバの温度（又は予想温度）より大きいことが望ましい。他方では、Ｔｏは、有利には、材料を変形させるリスクを冒してまで材料の軟化温度を増大させるべきでない。
【００６３】
フォトニック結晶ファイバは、有利には、主コーティングの上又は下に１つ又は複数の追加のコーティングを含むことができる。
そのような追加のコーティングは、追加の機械的保護の提供、主コーティング内の亀裂のリスクの低減、ならびに／又は最も外側の外観及び／もしくは触感の提供という目的を有することができる。
【００６４】
追加のコーティングは、好適には高分子コーティングであり、有利には、アクリレート、ポリイミド、ポリウレタン、シリコーン、又はそれらの任意の組合せを含む。
１実施形態では、主コーティングが炭素である場合、追加のコーティングは、アルミニウム、金、銅、ニッケル、金属ガラス、もしくは組合せなどの金属、又は上記の金属の少なくとも１つを含む合金である。
【００６５】
１実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、少なくとも１つの先細りした長さ区間を含み、先細りした長さ区間の第１の端部内のコアは、コア直径Ｄ１を有し、先細りした長さ区間の第２の端部内のコアは、コア直径Ｄ２を有し、Ｄ１はＤ２より大きく、好適には、Ｄ２は、Ｄ１の最高約０．９５倍、Ｄ１の約０．１〜約０．９倍などである。有利には、第１の端部は入射端である。
【００６６】
たとえばＰＣＴ／ＤＫ２０１４／０５０２０５に記載されているように、フォトニック結晶ファイバを先細りさせることによって、フォトニック結晶ファイバのスーパーコンティニューム生成特性を増大させることができることが判明している。１実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、ＰＣＴ／ＤＫ２０１４／０５０２０５に記載されているとおりであるが、その違いは、フォトニック結晶ファイバが、本明細書に記載する水素及び／又は重水素ならびに気密コーティングを含む耐分解性の長さ区間になるように、又はそのような耐分解性の長さ区間を含むように、修正されていることである。
【００６７】
好適には、先細りした長さ区間の第１の端部は、ファイバの入射端にあり、又はファイバの入射端から長さに沿って最高５ｃｍにあり、好適には、先細りした長さ区間の第１の端部は、耐分解性の長さ区間に隣接しており、又は耐分解性の長さ区間内に含まれる。
【００６８】
それによって、フォトニック結晶ファイバは、ピーク・パワーが非常に大きい場合、分解から特に保護される。
１実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、いかなる継ぎ目も含まない。
【００６９】
１実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、２つ以上の継ぎ合わせたファイバ長さ区間を含み、少なくとも１つの継ぎ合わせたファイバ長さ区間は、耐分解性の長さ区間であり、又は耐分解性の長さ区間を含む。
【００７０】
最適のスーパーコンティニュームを提供するために、たとえばＰＣＴ／ＤＫ２０１４／０５０２０６に記載されているように、異なる特性を有するファイバ長さ区間を含むファイバが有利となり得ることが判明している。
【００７１】
１実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、耐分解性の長さ区間を含み、又は耐分解性の長さ区間からなる第１の長さ区間と、第１の長さ区間に継ぎ合わせた第２の長さ区間とからなり、第２の長さ区間の水素及び／又は重水素の含有量は、耐分解性の長さ区間より少ない。
【００７２】
１実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、
・第１の長さＬ１を有する第１の長さ区間であって、光ファイバの含有物が、少なくとも長手方向軸に直交する第１の長さ区間の第１の断面において、第１のピッチΛ１、第１の含有物直径ｄ１、及び第１の含有物相対サイズｄ１／Λ１を有する、第１の長さ区間と、
・第２の長さＬ２を有する第２の長さ区間であって、光ファイバの微細構造要素が、少なくとも長手方向軸に直交する第２の長さ区間の第２の断面において、第２のピッチΛ２、第２の含有物直径ｄ２、及び第２の含有物相対サイズｄ２／Λ２を有する、第２の長さ区間とからなり、
・第１の長さＬ１及び第２の長さＬ２の少なくとも１つが、耐分解性の長さ区間を含み、又は耐分解性の長さ区間からなる。
【００７３】
ファイバの長さ区間の１つ又は複数は、先細りさせることができる。
１実施形態では、本発明のフォトニック結晶ファイバは、ＰＣＴ／ＤＫ２０１４／０５０２０６に記載されているとおりであるが、その違いは、少なくともＰＣＴ／ＤＫ２０１４／０５０２０６に開示されているフォトニック結晶ファイバの長さ区間が、本明細書に記載する水素及び／又は重水素ならびに気密コーティングを含む耐分解性の長さ区間になるように修正されていることである。
【００７４】
１実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、少なくともフォトニック結晶ファイバの入射端から延び又はフォトニック結晶ファイバの入射端から最高約５ｃｍ延びるモードフィールド適合長さ区間内に、フォトニック結晶ファイバの長さに沿って延びるモード・アダプタを備える。好適には、モードフィールド適合長さ区間の長さは、少なくとも約５ｃｍ、少なくとも約１０ｃｍなど、少なくとも約２０ｃｍなどである。有利には、モードフィールド適合長さ区間は、耐分解性の長さ区間内に部分的又は完全に含まれる。
【００７５】
本発明はまた、フォトニック結晶ファイバを作製する方法を含み、この方法は、
・フォトニック結晶ファイバのコア及びクラッディング領域に対するプリフォーム構造を含むプリフォームを作製する工程と、
・プリフォームを延伸して、フォトニック結晶ファイバのコア及びクラッディング領域を得る工程と、
・少なくともフォトニック結晶ファイバの耐分解性の長さ区間を水素及び／又は重水素の添加にかける工程と、
・少なくともフォトニック結晶ファイバの耐分解性の長さ区間に主コーティングを施す工程とからなる。
【００７６】
好適には、耐分解性の長さ区間は、任意選択でフォトニック結晶ファイバの閉じた端部を除く、フォトニック結晶ファイバの全長さである。有利には、閉じた端部は上述したとおりである。
【００７７】
１実施形態では、この方法は、主コーティングを施す前にフォトニック結晶ファイバを水素及び／又は重水素の添加にかける工程を含む。
主コーティングを施す前に水素及び／又は重水素の添加が実行される場合、水素及び／又は重水素の添加は、少なくとも約Ｐ１の圧力及び少なくとも約Ｔ１の温度で水素及び／又は重水素を含むチャンバ内に、フォトニック結晶ファイバを少なくともｔ１の持続時間にわたって配置する工程を含む。
【００７８】
水素及び／又は重水素の比較的速い添加を提供するために、有利には、温度及び任意選択で圧力を上昇させる。
１実施形態では、Ｔ１は、好適には、少なくとも４０℃、約５０℃〜約２５０℃など、約１００℃〜約８００℃など、最高約５００℃など、最高約２００℃などである。実際には、フォトニック結晶ファイバの材料により、温度Ｔ１に対する上限が設定される。
【００７９】
添加時間ｔ１は、好適には、少なくとも約１時間、約２時間〜約２００時間など、約２４時間〜約９６時間などである。
添加圧力Ｐ１は、好適には、約１バールから、１バール超〜約２５０バールなど、約５０バール〜約２００バールなど、約１００バール〜約２００バールなどである。
【００８０】
この実施形態では、主コーティングは、数時間内の添加で施されることが望ましい。なぜなら、そうでない場合は、添加された水素及び／又は重水素の多くがファイバから拡散し得るためである。好適には、主コーティングは、添加の終了から約５時間以内、約２時間以内などで、フォトニック結晶ファイバに施される。
【００８１】
好適な実施形態では、この方法は、主コーティングを施した後にフォトニック結晶ファイバを水素及び／又は重水素の添加にかける工程を含む。
それによって、添加された水素及び／又は重水素はほとんど、添加後にフォトニック結晶ファイバから拡散せず、上述したように、フォトニック結晶ファイバの品質を増大させることができる。さらに、添加される水素及び／又は重水素の量をより少なくすることができ、その結果、添加時間をより少なくすることができる。
【００８２】
好適には、この方法は、
・フォトニック結晶ファイバのコア及びクラッディング領域に対するプリフォーム構造を含むプリフォームを作製する工程と、
・プリフォームを延伸して、フォトニック結晶ファイバのコア及びクラッディング領域を得る工程と、
・フォトニック結晶ファイバに主コーティングを施す工程と、
・少なくとも約Ｔｏの温度でフォトニック結晶ファイバを水素及び／又は重水素にかける工程と、
・フォトニック結晶ファイバをＴｈ以下に冷却する工程とからなる。
【００８３】
冷却は、受動的冷却（単にフォトニック結晶ファイバをたとえば室温で冷ます）、又は能動的冷却、たとえばフォトニック結晶ファイバに冷風を吹き付けることによって、実行することができる。
【００８４】
１実施形態では、水素及び／又は重水素を添加する前に主コーティングが施される場合、添加は、好適には、少なくとも約Ｐ２の圧力及び少なくとも約Ｔ２＞Ｔｏの温度で水素及び／又は重水素を含むチャンバ内に、フォトニック結晶ファイバを少なくともｔ２の持続時間にわたって配置する工程を含む。
【００８５】
１実施形態では、Ｔ２は、好適には、少なくとも５０℃、約７５℃〜約２５０℃など、約１００℃〜約２００℃など、又はそれ以上である。実際には、施される主コーティング又は任意の追加のコーティングの材料により、温度Ｔ２に対する上限が設定され、これは、いくつかのタイプの主コーティングに対して、温度Ｔ２を最高約５００℃又はさらに最高約８００℃とすることができることを意味する。
【００８６】
添加時間Ｔ２は、好適には、少なくとも約１時間、約２時間〜約２００時間など、約２４時間〜約９６時間などである。
添加圧力Ｐ２は、好適には、約１バールから、１バール超〜約２５０バールなど、約５０バール〜約２００バールなど、約１００バール〜約２００バールなどである。
【００８７】
フォトニック結晶ファイバが気体含有物を含む場合、フォトニック結晶ファイバを作製する方法は、好適には、耐分解性の長さ区間の両側で気体含有物を閉じる工程を含む。この方法は、好適には、フォトニック結晶ファイバの両端で気体含有物を閉じる工程を含む。
【００８８】
１実施形態では、この方法は、フォトニック結晶ファイバを水素及び／又は重水素の添加にかける前に気体含有物を閉じる工程を含み、それによって水素及び／又は重水素が含有物を介して拡散するリスクを低減させる。
【００８９】
１実施形態では、この方法は、ファイバの端部で気体含有物を閉じる前にフォトニック結晶ファイバを水素及び／又は重水素の添加にかける工程を含む。１実施形態では、添加は、閉じられていない気体含有物を介して添加し、それに続いてファイバの端部で気体含有物を閉じる工程を含むことができる。この実施形態では、添加前に主コーティングを施すことができる。
【００９０】
主コーティングの材料ならびにその厚さは、上述したとおりとすることができる。
１実施形態では、化学気相成長（ＣＶＤ）又は類似したもしくは修正された堆積方法によって、主コーティングをフォトニック結晶ファイバに施す。
【００９１】
１実施形態では、主コーティングは炭素コーティングであり、この方法は、化学気相成長処理によって主炭素コーティングを施す工程を含む。有利には、ＣＶＤ処理は、ファイバを反応器の反応器チャンバに通す工程と、反応器チャンバ内のファイバを少なくとも約７００℃の温度の反応器ガスにかける工程とを含む。好適には、温度は、約７００℃〜約１１００℃、約７００℃〜約９００℃などの間隔である。９００℃を上回る温度は、ダイヤモンド状の構造を有する炭素コーティングの形成をもたらし得る。
【００９２】
ファイバを炭素コーティングする方法は、たとえば、米国特許第５０００５４１号明細書に記載されているとおりとすることができる。
反応器ガスは、有利には、炭素質の組成物を含むことができ、好適には、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）などのアルキン（ＣｎＨ２ｎ−２）、及び／又はエタン（Ｃ２Ｈ６）などのアルケン（ＣｎＨ２ｎ＋２）を含み、ここでｎは２〜１０、２〜４などである。好適には、反応器ガスは、実質上酸素を含まない。
【００９３】
延伸塔内でファイバを延伸した直後に主炭素コーティングを施すことが非常に効果的であることが判明している。それによって、主コーティングを施す前にファイバの表面が汚染されないことが確実になり、炭素コーティングを施す前に反応器ガスに対する反応温度を下回るまでファイバを冷ますことなく、ファイバを延伸した直後に主炭素コーティングを施すことによって、炭素コーティング前にファイバを再加熱する必要がなくなることがさらに判明している。代替実施形態では、ファイバは反応温度まで再加熱される。反応チャンバ内の反応温度は、有利には、少なくとも約７００℃、約８００℃〜約１１００℃などである。
【００９４】
有利には、反応器は、延伸塔の一体部分であり、好適にはそれにより、ファイバは、反応器チャンバに通され、炭素コーティングが施されてから巻き取られ、すなわちインライン処理にかけられる。
【００９５】
１実施形態では、この方法は、炭素コーティング上へ追加のコーティングを施す工程を含む。追加のコーティングは、好適には、上述した高分子コーティング又は金属コーティングなどである。追加のコーティングは、好適には、ファイバを巻き取る前に延伸塔内で炭素コーティング上へ施される。
【００９６】
１実施形態では、主コーティングは金属コーティングであり、この方法は、ファイバを液体金属溶融物に通すことによって主金属コーティングを施す工程を含み、溶融物に入るときのファイバの温度は、金属溶融物の温度より低い。
【００９７】
金属溶融物の温度は、金属のタイプに依存する。１実施形態では、金属コーティングは、ファイバを水に浸し、少なくとも部分的に冷ました後に、好適にはインライン処理でファイバを巻き取る前に、延伸塔内でファイバに施される。
【００９８】
１実施形態では、この方法は、たとえば主コーティングの外側に少なくとも１つの追加のコーティングを施す工程を含む。
本発明はまた、上述したフォトニック結晶ファイバと、フォトニック結晶ファイバの入射端へポンプ・パルスを送出するように配置されたポンプ源とからなるスーパーコンティニューム光源を含む。
【００９９】
１実施形態では、フォトニック結晶ファイバは、ポンプ・パルスの帯域幅に対して広くした帯域幅を有するスーパーコンティニューム光を生成するように配置される。
有利には、フォトニック結晶ファイバは、ポンプ・パルスの帯域幅に対して少なくとも約１００％、少なくとも約２００％など広くした帯域幅を有するスーパーコンティニューム光を生成するように配置される。
【０１００】
１実施形態では、生成されるスーパーコンティニュームは、少なくともオクターブに及ぶ帯域幅を有する。
ポンプ源は、十分に高いエネルギーのポンプ・パルスを提供することが可能な任意の種類のポンプ源、たとえばＭＯＰＡなどのモード・ロックのポンプ源とすることができ、パルス・ピッカ（ゲーティング手段）を有しても有していなくてもよい。
【０１０１】
ポンプ・パルスは、好適には、相対的に高いピーク・パワーを有する。１実施形態では、パルス源によって生成されるポンプ・パルスは、フォトニック結晶ファイバの入射端で少なくとも約５ｋＷ、少なくとも約１０ｋＷなど、少なくとも約１５ｋＷなど、少なくとも約２０ｋＷなどのピーク・パワーを有する高ピーク・パワー・パルスである。
【０１０２】
１実施形態では、パルス源によって生成されるポンプ・パルスのパルス幅は、最高約２００ｐｓ、最高約１００ｐｓなど、最高約５０ｐｓなど、最高約３０ｐｓなど、最高約１０ｐｓなど、最高約８ｐｓなど、最高約５ｐｓなど、最高約３ｐｓなど、最高約１ｐｓなどである。
【０１０３】
有利には、パルス源によって生成されるポンプ・パルスのパルス幅は、少なくとも約２００ｆｓ、少なくとも約１ｐｓなど、少なくとも約５ｐｓなどである。
好適には、パルス源によって生成されるポンプ・パルスの繰返し率は、少なくとも約１００ｋＨｚ、少なくとも約１０ｋＨｚ、少なくとも約１ＭＨｚなどであり、繰返し率は、好適には、たとえば電気光学変調器（ＥＯＭ：ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）、音響光学変調器（ＡＯＭ：ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ  ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）、又は音響光学同調フィルタ（ＡＯＴＦ：ａｃｏｕｓｔｏ−ｏｐｔｉｃ  ｔｕｎａｂｌｅ  ｆｉｌｔｅｒ）を使用して同調可能であり、ＡＯＴＦは、同時に波長フィルタとして作用する。
【０１０４】
１実施形態では、パルス源によって生成されるポンプ・パルスの波長は、約９００ｎｍ〜約１１００ｎｍ、約１０３０又は約１０６４ｎｍなどである。
１実施形態では、スーパーコンティニューム光源の平均出力パワーは、少なくとも約１Ｗ、少なくとも約５Ｗなど、少なくとも約１０Ｗなど、少なくとも約２０Ｗなど、少なくとも約５０Ｗなど、少なくとも約１００Ｗなど、又はさらに少なくとも約５００Ｗである。概して、本発明のフォトニック結晶ファイバの耐分解性の長さ区間のため、所望の高出力パワーを有すると同時に驚くほど長い寿命を有する高パワー・スーパーコンティニューム光源を提供することが可能になることが判明している。
【０１０５】
１実施形態では、スーパーコンティニューム光源の出力は、約６００ｎｍ未満、約５５０ｎｍ未満など、約４５０ｎｍ未満など、約４２０ｎｍ未満など、約４１０ｎｍ未満など、約４００ｎｍ未満など、約３８０ｎｍ未満など、約３６０ｎｍ未満などの波長を含む。
【０１０６】
１実施形態では、スーパーコンティニューム光源の出力は、約１８００ｎｍ超、約２０００ｎｍ超など、約２２００ｎｍ超などの波長を含む。
１実施形態では、スーパーコンティニューム光源は、スーパーコンティニューム源の出力をフィルタリングして、中心波長λ１及び出力帯域幅ＢＷ１を有するフィルタリングされたＳＣ出力にするように配置されたスペクトル・フィルタリング・ユニットをさらに備え、中心波長λ１及び出力帯域幅ＢＷ１の少なくとも１つは同調可能である。出力帯域幅ＢＷ１は、有利には（少なくとも１回の同調において）約５ｎｍ未満である。スペクトル・フィルタリング・ユニットは、たとえば、ＡＯＴＦを含む。
【０１０７】
本発明はまた、上述したスーパーコンティニューム光源からなる照射源を備える。好適には、照射源は、誘導放出抑制に適している。
１実施形態では、照射源は、蛍光撮像、蛍光寿命撮像（ＦＬＩＭ：Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  Ｌｉｆｅｔｉｍｅ  Ｉｍａｇｉｎｇ）、全反射照明蛍光（ＴＩＲＦ：Ｔｏｔａｌ
Ｉｎｔｅｒｎａｌ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）顕微鏡法、蛍光共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ：ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ  ｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｅｎｅｒｇｙ  ｔｒａｎｓｆｅｒ）、広帯域分光法、ナノフォトニクス、フロー・サイトメトリー、計測などの工業検査、ガス感知などのリングダウン分光法、ハイパースペクトル分光法、たとえば果物の作物分析、及び飛行時間分光法（ＴＣＳＰＣ：ｔｉｍｅ  ｏｆ  ｆｌｉｇｈｔ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）などの分析分光法、単一分子撮像、ならびに／又はこれらの組合せに適合される。
【０１０８】
１実施形態では、顕微鏡は、好適には、蛍光寿命撮像（ＦＬＩＭ）、全反射照明蛍光（ＴＩＲＦ）顕微鏡法に基づく、光学蛍光顕微鏡などの光学蛍光顕微鏡である。
１実施形態では、分光器は、好適には、広帯域分光器である。
【０１０９】
本発明はまた、光干渉断層撮影法（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）のための光干渉断層撮影器を備え、断層撮影器は、上述した照射源を備える。
【０１１０】
本発明はまた、上述した照射源を備える工業検査を含む。
範囲及び好適な範囲を含む上述した本発明の特徴及び本発明の実施形態はすべて、そのような特徴を組み合わせない特有の理由がない限り、本発明の範囲内で様々な形式で組み合わせることができる。
【０１１１】
本発明の上記及び／又は追加の目的、特徴、及び利点は、添付の図面を参照して、本発明の実施形態の以下の例示的かつ非限定的な説明によって、さらに解明されよう。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の１実施形態のフォトニック結晶ファイバの横断面図。
【図２】本発明の別の実施形態のフォトニック結晶ファイバの横断面図。
【図３】本発明のさらに別の実施形態のフォトニック結晶ファイバの横断面図。
【図４ａ】本発明の１実施形態によるフォトニック結晶ファイバの側面図。
【図４ｂ】本発明の１実施形態によるフォトニック結晶ファイバの第１の長さ区間の横断面図。
【図４ｃ】本発明の１実施形態によるフォトニック結晶ファイバの第２の長さ区間の横断面図。
【図５】本発明によるスーパーコンティニューム放射光源の１実施形態の概略図。
【図６】主コーティング及び追加のコーティングがインライン処理で施される、炭素コーティングを施すための反応器を備えるコーティング・ステーションを備える延伸塔の概略図。
【図７】主コーティング及び追加のコーティングがインライン処理で施される、金属コーティングを施すためのコーティング・ステーションを備える延伸塔の概略図。
【発明を実施するための形態】
【０１１３】
これらの図は概略図であり、見やすいように簡略化されていることがある。全体にわたって、同一の部分又は対応する部分に対して同じ参照番号が使用される。
本発明のさらなる適用可能範囲は、後述する説明から明らかになるであろう。しかし、詳細な説明及び特有の例は、本発明の好適な実施形態を示すが、この詳細な説明から本発明の精神及び範囲内の様々な変更及び修正が当業者には明らかになるため、例示のみを目的として記載されていることを理解されたい。
【０１１４】
図１に示すフォトニック結晶ファイバは、コア１と、コア１を取り囲むクラッディング領域２、３とを有する。フォトニック結晶ファイバは、図示しない長さ及び長手方向軸を有し、この長手方向軸は、図示の実施形態では、コアの中心軸に一致する。クラッディング領域は、内側クラッディング領域２及び外側クラッディング領域３からなる。内側クラッディング領域は、含有物の形の複数の微細構造を含み、含有物は、フォトニック結晶ファイバの長手方向軸に沿って延びる。上述したように、含有物は、任意の材料を含むことができるが、有利には、空気含有物などの気体含有物である。有利には、含有物は、耐分解性の長さ区間の各端部など、ファイバの長さに沿って１つ又は複数の位置で押しつぶされており、１実施形態では、耐分解性の長さ区間は、上述したように、実質上フォトニック結晶ファイバの全長さである。
【０１１５】
理解されるように、フォトニック結晶ファイバの横断面図は、フォトニック結晶ファイバの耐分解性の長さ区間内の横断面図であり、耐分解性の長さ区間は、上述したように、フォトニック結晶ファイバの全長さ又はフォトニック結晶ファイバの長さの一部のみからなることができる。
【０１１６】
フォトニック結晶ファイバには、好適には水素分子及び／又は重水素分子（Ｈ２／Ｄ２）の形の図示しない水素及び／又は重水素が添加される。水素及び／又は重水素は通常、コア１とクラッディング領域２、３の両方に存在する。フォトニック結晶ファイバは、Ｔｈを下回る温度で水素及び／又は重水素に対して気密性がある主コーティング４を含む。様々なタイプの好適な主コーティングを上述した。
【０１１７】
フォトニック結晶ファイバは、機械的保護ならびに任意選択でフォトニック結晶ファイバへの所望の外観及び／又はテキスチャの提供のために、追加のコーティング５を含む。
使用の際、上述したように、フォトニック結晶ファイバが高いピーク・パワーの光にかけられるとき、この光は、コア材料内に欠陥を引き起こし得る。この作用は、様々な化学反応によって引き起こされると考えられており、光によって誘起される分解又は光黒化と呼ばれることもある。水素及び／又は重水素は、材料に化合することによって分解を緩和し、たとえば遊離基を消滅させることが判明されている。
【０１１８】
コア１内の水素及び／又は重水素が費やされるにつれて、新鮮な水素及び／又は重水素がクラッディング領域２、３からコア１へ移動する。水素及び／又は重水素に対して気密性がある主コーティング４のため、フォトニック結晶ファイバが使用中であるとき、又は使用前に保管されているとき、水素及び／もしくは重水素の必要とされる量を比較的低く
することができ、かつ／又はフォトニック結晶ファイバは、長時間、最高数年など、たとえば３、４、もしくはさらに５年以上にわたって、過度の分解から保護される。
【０１１９】
フォトニック結晶ファイバは、有利には、上述したようにシリカからできており、たとえばドープされる。
図２に示すフォトニック結晶ファイバは、コア１１と、コア１１を取り囲むクラッディング領域１２とを有する。フォトニック結晶ファイバは、図示しない長さ及び長手方向軸を有し、この長手方向軸は、図示の実施形態では、コア１１の中心軸に一致する。クラッディング領域１２は、クラッディング背景材料１２ｂ内の含有物の形の複数の微細構造１２ａを含む。含有物１２ａは、フォトニック結晶ファイバの長手方向軸に沿って延びる。上述したように、含有物は、任意の材料を含むことができるが、有利には、空気含有物などの気体含有物である。有利には、含有物は、耐分解性の長さ区間の各端部など、ファイバの長さに沿って１つ又は複数の位置で押しつぶされており、１実施形態では、耐分解性の長さ区間は、上述したように、実質上フォトニック結晶ファイバの全長さである。
【０１２０】
複数の含有物１２ａは、コアを取り囲むいくつかの含有物リングを含むパターンで、クラッディング領域内に配置される。コアを取り囲む最も内側の含有物リングを、点線のリング１２ｃで示す。
【０１２１】
理解されるように、フォトニック結晶ファイバの横断面図は、フォトニック結晶ファイバの耐分解性の長さ区間内の横断面図であり、耐分解性の長さ区間は、上述したように、フォトニック結晶ファイバの全長さ又はフォトニック結晶ファイバの長さの一部のみからなることができる。
【０１２２】
フォトニック結晶ファイバは、Ｔｈを下回る温度で水素及び／又は重水素に対して気密性がある主コーティング１４を含む。様々なタイプの好適な主コーティングを上述した。
フォトニック結晶ファイバは、クラッディングとしてのあらゆる作用を有するのに十分なほどコア１１から遠い追加の材料層１６を含む（すなわち、材料層１６の材料の屈折率は、コアの光案内に影響しない）。
【０１２３】
クラッディング領域の含有物１２ａの最も外側と主コーティング１４との間の径方向距離１７は、少なくとも約１０μｍである。
追加の材料層１６は、クラッディング背景材料１２ｂと同じ又は異なる材料とすることができる。追加の材料層１６は、有利には、水素及び／又は重水素に対して高い容量を有し、それによって水素及び／又は重水素に対するリザーバとして作用するように選択される。
【０１２４】
フォトニック結晶ファイバには、上述したように、図示しない水素及び／又は重水素が添加される。水素及び／又は重水素は通常、コア１１とクラッディング領域１２の両方、ならびに追加の材料層１６内に存在する。
【０１２５】
使用の際、上述したように、フォトニック結晶ファイバが高いピーク・パワーの光にかけられるとき、コア１１内の水素及び／又は重水素が費やされるにつれて、新鮮な水素及び／又は重水素がクラッディング領域１２及び材料層１６からコア１１へ移動する。水素及び／又は重水素に対して気密性がある主コーティング１４のため、フォトニック結晶ファイバが使用中であるとき、又は使用前に保管されているとき、水素及び／もしくは重水素の必要とされる量を比較的低くすることができ、かつ／又はフォトニック結晶ファイバは、長時間、最高数年など、たとえば３、４、もしくはさらに５年以上にわたって、過度の分解から保護される。
【０１２６】
フォトニック結晶ファイバは、有利には、上述したようにシリカからできており、たとえばドープされる。
図３に示すフォトニック結晶ファイバは、コア２１と、コア２１を取り囲むクラッディング領域２２、２３とを有する。フォトニック結晶ファイバは、図示しない長さ及び長手方向軸を有し、この長手方向軸は、図示の実施形態では、コア２１の中心軸に一致する。
【０１２７】
クラッディング領域は、内側クラッディング領域２２及び外側クラッディング領域２３からなる。内側クラッディング領域２２は、内側クラッディング背景材料２２ｂ内に内側含有物２２ａを含む。外側クラッディング領域２３は、外側クラッディング背景材料２２ｂ内に外側含有物２３ａを含む。
【０１２８】
内側含有物２２ａは、２つの内側含有物リングを含み、外側含有物２３ａは、５つの外側含有物リングを含む。
含有物２２ａ、２３ａは、フォトニック結晶ファイバの長手方向軸に沿って延びる。上述したように、含有物は、任意の材料を含むことができるが、有利には、空気含有物などの気体含有物である。有利には、含有物は、耐分解性の長さ区間の各端部など、ファイバの長さに沿って１つ又は複数の位置で押しつぶされており、１実施形態では、耐分解性の長さ区間は、上述したように、実質上フォトニック結晶ファイバの全長さである。
【０１２９】
内側クラッディング領域２２の背景材料２２ｂ及び外側クラッディング領域２３の背景材料２３ｂ、ならびに任意選択でコア材料は、有利には、シリカなどの同じ材料であり、任意選択でフッ素ドープされる。
【０１３０】
理解されるように、フォトニック結晶ファイバの横断面図は、フォトニック結晶ファイバの耐分解性の長さ区間内の横断面図であり、耐分解性の長さ区間は、上述したように、フォトニック結晶ファイバの全長さ又はフォトニック結晶ファイバの長さの一部のみからなることができる。
【０１３１】
フォトニック結晶ファイバは、Ｔｈを下回る温度で水素及び／又は重水素に対して気密性がある主コーティング２４を含む。様々なタイプの好適な主コーティングを上述した。
フォトニック結晶ファイバは、クラッディングとしてのあらゆる作用を有するのに十分なほどコア２１から遠い追加の材料層２６を含む。
【０１３２】
追加の材料層２６は、この実施形態では、クラッディング背景材料２３ｂと同じである。
内側クラッディング領域の内側含有物２２ａの最も外側と主コーティング２４との間の径方向距離２７は、少なくとも約１０μｍである。
【０１３３】
フォトニック結晶ファイバには、上述したように、図示しない水素及び／又は重水素が添加される。水素及び／又は重水素は通常、コア２１とクラッディング領域２２、２３の両方、ならびに追加の材料層２６内に存在する。
【０１３４】
使用の際、上述したように、フォトニック結晶ファイバが高いピーク・パワーの光にかけられるとき、コア２１内の水素及び／又は重水素が費やされるにつれて、新鮮な水素及び／又は重水素がクラッディング領域２２、２３及び材料層２６からコア２１へ移動する。
【０１３５】
図４ａ、図４ｂ、及び図４ｃは、２つの継ぎ合わせたファイバ長さ区間を含むフォトニック結晶ファイバ３０の１実施形態を示し、少なくとも１つの継ぎ合わせたファイバ長さ区間は、上述した耐分解性の長さ区間であり、又はそのような耐分解性の長さ区間を含む
。このタイプのファイバは、継ぎ合わせた縦続接続型光ファイバとも呼ばれる。図４ｂは、第１の長さ区間３１の横断面図であり、図４ｃは、第１の長さ区間に継ぎ合わされた第２の長さ区間３２の横断面図である。好適には、少なくともフォトニック結晶ファイバの第１の長さ区間３１は、上述した耐分解性の長さ区間である。
【０１３６】
フォトニック結晶ファイバ３０は、第１の波長λ１、たとえば約９００ｎｍ〜約１１００ｎｍを有する光をフォトニック結晶ファイバ３０の入射端３４内へ送出する際に、スーパーコンティニューム光を生成するように配置される。
【０１３７】
光ファイバ３０は、その長さに沿って、第１の長さ区間３１と、第２の長さ区間３２と、第１の長さ区間３２と第２の長さ区間３３との間の継ぎ目３３とからなる。光ファイバ３０は、任意選択で、含有物を閉じるために、図示しないエンド・キャップを含むことができる。
【０１３８】
第１の長さ区間３１は、第１のコア直径Ｗ１を有するコア４１ａと、第１のピッチΛ１、第１の含有物直径ｄ１、及び第１の含有物相対サイズΛ１／ｄ１を有するクラッディング領域４２ａとを有する。第１の長さ区間は、Ｔｈを下回る温度で水素及び／又は重水素に対して気密性がある主コーティング４４ａを含む。様々なタイプの好適な主コーティングを上述した。少なくとも第１の長さ区間には、水素及び／又は重水素が添加される。
【０１３９】
第２の長さ区間３２は、第２のコア直径Ｗ２を有するコア４１ｂと、第２のピッチΛ２、第２の含有物直径ｄ２、及び第２の含有物相対サイズΛ２／ｄ２を有するクラッディング領域４２ｂとを有する。
【０１４０】
有利には、第１のコア直径Ｗ１、第１のピッチΛ１、第１の含有物直径ｄ１、及び第１の含有物相対サイズΛ１／ｄ１の寸法の少なくとも１つは、第２の長さ区間３２の第２のコア直径Ｗ２、第２のピッチΛ２、第２の含有物直径ｄ２、及び第２の含有物相対サイズΛ２／ｄ２の対応する寸法とは異なる。
【０１４１】
第１の長さ区間３１全体にわたって、ファイバの寸法は実質上一定であり、第２の長さ区間３２全体にわたって、ファイバの寸法は実質上一定である。
第１の長さ区間３１及び第２の長さ区間３２のそれぞれの長さは、この実施形態では、それぞれ１〜１０ｍ及び１０ｍである。しかし、これらの長さは単なる例として記載されており、ファイバ長さ区間は、原則的に、任意の他の長さを有することができることを理解されたい。
【０１４２】
図５は、スーパーコンティニューム光源の概略図である。スーパーコンティニューム光源５０は、上述した耐分解性の長さ区間を有するフォトニック結晶ファイバ５４と、ポンプ源５２とからなる。フォトニック結晶ファイバは、入射端５５及び出力端５６という２つの端部を有する。図５で、フォトニック結晶ファイバ５４の入射端５５は、ポンプ源５２からのポンプ・パルスのモードを適合させるモード・アダプタ５８を有し、又はモード・アダプタ５８に光学的に接続される。図５で、モード・アダプタ５８は、光ファイバ５４より大きいかのように示されているが、これは例示のみを目的としており、実際には、モード・アダプタは、任意の適した外寸、たとえば光ファイバ５４の外寸に類似の外寸を有することができる。光ファイバ５４の出力端５６は、自由端であるかのように示されているが、出力端は、エンド・キャップを有することもあり、又はさらなる機器に継ぎ合わされることもある。
【０１４３】
ポンプ光源５２は、供給ファイバ５７及びモード・アダプタ５８を介してフォトニック結晶ファイバ５４内へ光を送出するように配置された出力５３を有し、フォトニック結晶
ファイバ内にスーパーコンティニューム・スペクトルが生成され、フォトニック結晶ファイバの出力端５６から出力される。供給ファイバ５７は、たとえば省略してもよく、又はたとえばレンズなどの光学素子に置き換えてもよい。
【０１４４】
図６に示す延伸塔は、プリフォーム６３ａからフォトニック結晶ファイバ６３を延伸する処理にある。プリフォームは、フォトニック結晶ファイバ内の気体含有物の圧力を制御する１つ又は複数の圧力チャンバからなる圧力制御チャンバ６１内に密閉される。底部が炉６２内へ延び、炉６２では、プリフォームの底部が加熱されて、フォトニック結晶ファイバ６３の延伸が可能になる。フォトニック結晶ファイバの速度、及びそれによるフォトニック結晶ファイバ直径は、フォトニック結晶ファイバを延伸塔の様々なステーションに通す延伸ホイール６９によって制御される。フォトニック結晶ファイバ６３の速度は調整可能であり、炉６２の温度及びフォトニック結晶ファイバ６３の速度を調整することによって、ファイバの直径を調整することができる。フォトニック結晶ファイバは監視ステーション６７ａを通過し、監視ステーション６７ａでは、炉６２からのフォトニック結晶ファイバの直径がインラインで監視される。
【０１４５】
フォトニック結晶ファイバ６３は、監視ステーション６７ａから出て、主炭素コーティングを施すためのコーティング・ステーションへ進む。
フォトニック結晶ファイバ６３は反応器６４の反応器チャンバを通過し、矢印で示すように、反応器内で実質上一定の量の新鮮なガスを維持するように、連続する流れで反応ガスが導入及び排出される。
【０１４６】
フォトニック結晶ファイバ６３が反応器６４に入るときに十分に高い温度を有することを確実にするために、反応器は、フォトニック結晶ファイバ６３が炉６２を離れる位置に比較的近接して位置決めされることが望ましい。別法として、反応器の前にオーブンを位置決めして、フォトニック結晶ファイバ６３を予熱することができるが、後者の代替実施形態は、オーブンの追加のコストがかかるため好ましくない。
【０１４７】
炭素層の厚さは、たとえば、反応ガス内の反応性の炭素質ガスの濃度を調整することによって、又はフォトニック結晶ファイバ速度を変化させることによって、調整することができる。
【０１４８】
炭素コーティングされたフォトニック結晶ファイバは、反応器から出て、追加のコーティングを施すための追加のコーティング・ステーションへ進む。追加のコーティング・ステーションは、図示の実施形態では、高分子コーティング・ステーション６５である。コーティングされたフォトニック結晶ファイバは、コーティング・ステーションから出て、同心性モニタ６７ｂへ進み、さらに硬化ステーション６６へ進み、硬化ステーション６６では、高分子コーティングが光によって硬化される。
【０１４９】
コーティングされたフォトニック結晶ファイバは、硬化ステーション６６から出て、ファイバ直径を監視する追加のモニタ６７ｃへさらに進む。コーティングされたフォトニック結晶ファイバ６３は、延伸ホイール６９から出て、スプール６８上へ巻き取られる。
【０１５０】
コーティングされたフォトニック結晶ファイバ６３には、有利には、添加チャンバ内でスプール６８上のコーティングされたフォトニック結晶ファイバを水素及び／又は重水素にかけることによって、スプール上で水素又は重水素を添加することができる。
【０１５１】
図７に示す延伸塔は、プリフォーム７３ａからフォトニック結晶ファイバ７３を延伸する処理にある。プリフォームは、フォトニック結晶ファイバ内の気体含有物の圧力を制御する１つ又は複数の圧力チャンバからなる圧力制御チャンバ７１内に密閉される。底部が
炉７２内へ延び、炉７２では、プリフォームの底部が加熱され、ファイバ７３は所望の厚さまで延伸される。ファイバの速度は、フォトニック結晶ファイバ７３を延伸塔の様々なステーションに通す延伸ホイール７９によって制御される。ファイバは、炉７２から出て、監視ステーション７７ａを通過し、監視ステーション７７ａでは、ファイバの直径がインラインで監視される。
【０１５２】
フォトニック結晶ファイバ７３は、監視ステーション７７ａから出て、主金属コーティングを施すためのコーティング・ステーション７４へ進む。
コーティング・ステーション７４は、比較的高い温度の液体金属溶融物を含むが、均一のコーティング層を確保するために、ファイバは、溶融物の温度を下回る温度を有するべきである。コーティング・ステーション７４の前に送風機又は類似の冷却手段を適用して、冷気７０を吹き付けてフォトニック結晶ファイバ７３を冷却することができる。
【０１５３】
適した溶融物温度を表１に示す。
【０１５４】
【表１】
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フォトニック結晶ファイバ７３は、ファイバ延伸速度に等しい所望の速度で金属溶融物を通過する。金属コーティングの厚さは、たとえば、コーティング・ステーション７４の溶融物チャンバ内の溶融物の量又はファイバ速度を調整することによって調整することができる。
【０１５５】
金属コーティングされたフォトニック結晶ファイバは、コーティング・ステーション７４から出て、追加のコーティングを施すための追加のコーティング・ステーション７５へさらに進む。追加のコーティング・ステーション７５は、図示の実施形態では、高分子コーティング・ステーション７５である。コーティングされたフォトニック結晶ファイバは、コーティング・ステーション７５から出て、同心性モニタ７７ｂへ進み、さらに硬化ステーション７６へ進み、硬化ステーション７６では、高分子コーティングが光によって硬
化される。
【０１５６】
コーティングされたフォトニック結晶ファイバは、硬化ステーション７６から出て、ファイバ直径を監視する追加のモニタ７７ｃへさらに進む。コーティングされたフォトニック結晶ファイバは、延伸ホイール７９から出て、スプール７８上へ巻き取られる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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