(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバー母材を作製する方法であって、
ガラスの中空の外側チューブを用意するステップと、
前記外側チューブの内径よりも小さい外径を有するガラスの中空の一次毛細管チューブを用意するステップと、
前記一次毛細管チューブの外面が、前記一次毛細管チューブおよび前記外側チューブの縦軸に平行な接触線に沿って前記外側チューブの内面に対して位置するように、前記外側チューブの内部に前記一次毛細管チューブを位置決めするステップと、
前記接触線と位置合わせされた１つまたは複数の位置においてレーザービームを前記外側チューブまたは前記一次毛細管チューブの表面へ向けることによって、前記一次毛細管チューブを前記外側チューブの内部のその位置に接合するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記レーザービームは、前記接合を可能にするように、少なくとも前記外側チューブまたは前記一次毛細管チューブの前記ガラスの軟化を引き起こすように熱エネルギーを蓄積させる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レーザービームは、前記ガラス内で線形光吸収を受ける、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記レーザービームは、前記ガラス内で非線形光吸収を受ける、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記レーザービームは、前記ガラス内で非線形光吸収を受けて、前記接合を可能にするように光イオン化を生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記一次毛細管チューブの内径よりも小さい外径を有するガラスの中空の二次毛細管チューブを用意するステップと、
前記レーザービームを向ける前に、前記二次毛細管チューブの外面が、前記接触線と径方向に位置合わせされて前記一次毛細管チューブの内面に対して位置するように、前記一次毛細管チューブの内部に前記二次毛細管チューブを位置決めするステップと、
前記一次毛細管チューブと前記二次毛細管チューブの両方をそれらの位置に接合するように前記レーザービームを向けるステップと、
をさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記レーザービームを向けた後に、前記一次毛細管チューブおよびさらなる一次毛細管チューブが互いから離間しているように、前記接触線から角度的に間隔をおいて配置されるさらなる接触線に沿って、前記外側チューブの内部に前記さらなる一次毛細管チューブを位置決めするステップと、
適宜、前記さらなる接触線との径方向位置合わせで前記さらなる一次毛細管チューブの内部にさらなる二次毛細管チューブを位置決めするステップと、
前記さらなる一次毛細管チューブ、および含まれる場合、前記さらなる二次毛細管チューブを所定の位置に接合するように前記レーザービームを向けるステップと、
をさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記位置決めするステップは、前記一次毛細管チューブを前記外側チューブの中に、および適宜、二次毛細管チューブを前記一次毛細管チューブの中に挿入するステップと、１つまたは複数の毛細管チューブが最低点において重力によって前記外側チューブの内部にそれら自体を向けるように前記外側チューブを水平向きに支持するステップと、
を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
最も内側の毛細管チューブの内部に磁力によって引き寄せられる要素のペアの一方を配置するステップと、前記磁力によって引き寄せられる要素のペア間の磁力が最低点において１つまたは複数の前記毛細管チューブを向ける際に重力を支援するように、前記外側チューブの下方で垂直に前記磁力によって引き寄せられる要素のペアの第２のものを配置するステップと、をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記位置決めするステップは、前記一次毛細管チューブを前記外側チューブの中に、および適宜、二次毛細管チューブを前記一次毛細管チューブの中に挿入するステップと、最も内側の毛細管チューブの内部に磁力によって引き寄せられる要素のペアの一方を配置するステップと、前記磁力によって引き寄せられる要素のペア間の磁力が１つまたは複数の前記毛細管チューブを前記接触線に沿った所定の位置に引っ張るように、前記接触線と径方向に位置合わせして前記外側チューブの外側に前記磁力によって引き寄せられる要素のペアの第２のものを配置するステップと、を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記外側チューブを、回転ステージを用いて保持するステップと、
前記レーザービームを向ける前記ステップの後に、次の接触線に対しての前記レーザービームのさらなる位置決めおよびさらなる方向付けの前に、前記次の接触線を前記レーザービームと位置合わせするようにその縦軸を中心として前記外側チューブを回転させるステップと、
をさらに含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記位置決めするステップは、前記一次毛細管チューブを前記外側チューブの中に、および適宜、二次毛細管チューブを前記一次毛細管チューブの中に挿入するステップと、残りの１つまたは複数のチューブが重力によって最も内側のチューブから吊り下げられるように毛細管チューブの最も内側を水平向きに支持するステップとを含む、
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記位置決めするステップは、集束された前記レーザービームを向けている最中に、毛細管チューブまたはチューブを所定の位置に支持するように充填材料を加えることを含む、
請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記レーザービームを向けるステップは、前記外側チューブの外面へ前記レーザービームを向けるステップを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記レーザービームを向けるステップは、毛細管チューブの内面へ前記レーザービームを向けるステップを含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記レーザービームを接触点の方へ逸らすように構成されている前記外側チューブの内部の光学的方向付け要素へ前記外側チューブの内部で縦方向に前記レーザービームを向けるステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記接触線と位置合わせされた１つまたは複数の位置において前記レーザービームを向けるステップは、前記接触線に沿って離間した２つ以上の離散した位置において前記レーザービームを向けるステップを含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記接触線と位置合わせされた１つまたは複数の位置において前記レーザービームを向けるステップは、前記接触線に沿って連続的に前記レーザービームを向けるステップを含む、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記１つまたは複数の位置に前記レーザービームを向けるために前記レーザービームを位置決めするように前記外側チューブと前記レーザービームの間の前記接触線と平行な相対的直線運動を与えるように並進ステージを使用するステップを含む、請求項１７または１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記外側チューブの外径よりも大きい内径を有するガラスの追加の中空の外側チューブを用意するステップと、
前記外側チューブの外面は、前記接触線に沿って前記追加の外側チューブの内面に対して位置するように、前記追加の外側チューブの内部に前記外側チューブを位置決めするステップと、
前記追加の外側チューブの内部のその位置に前記外側チューブを接合するように、前記接触線と位置合わせされる１つまたは複数の位置において、前記追加の外側チューブまたは前記外側チューブの表面へ前記レーザービームを向けるステップと、
をさらに含む、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記レーザービームを向けるステップは、前記レーザービームを前記接触線で集束させるステップを含む、請求項１から２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記接触線に向かう前記外側チューブ及び前記一次毛細管チューブの径方向に沿って前記レーザービームを向けるステップを含む、請求項１から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２３】
前記接触線に向かう前記外側チューブ及び前記一次毛細管チューブの径方向から角度を付けて配置される前記レーザービームを向けるステップを含む、請求項１から２１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２４】
前記レーザービームを向けるのと同時に前記１つまたは複数の位置においてまたはそれに隣接して第２のレーザービームを向けるステップを含む、請求項１から２３いずれか一項に記載の方法。
【請求項２５】
前記ガラスがシリカで構成され、前記レーザービームは、１０．６μｍの波長を有する、請求項１から２４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２６】
中空コア光ファイバーのための中空コア光ファイバーまたはガラス管を製造する方法であって、
請求項１から２５のいずれか一項に記載の方法により光ファイバー母材を製造するステップと、
熱の印加によって前記光ファイバー母材を前記中空コア光ファイバーまたは前記ガラス管のための必要な直径へ線引きするステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバーを作製するための母材を製造する方法に関し、より詳細には、中空コア光ファイバーを作製するための母材を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスベースの光ファイバーは、光ファイバーの意図される幅よりもずっと大きいスケールで組み立てられた所望のコアおよびクラッドの特徴を備えた要求される光ファイバーの断面構造を有するチューブ状の要素である母材から作製することができる。次いで、母材は、炉内で加熱によって軟化され、光ファイバーに必要とされる直径に到達するまでより大きい長さおよびより小さい幅に引き伸ばされるまたは線引きされる。これは、ドローイングタワー内で行うことができ、母材は、重力で支援される引き伸ばしのためにその下端から吊り下げられたおもりを用いて垂直に吊るされ、あるいはファイバーは、母材の端部からの張力によって線引きされる。ガラス管（ｃａｎｅ）として知られているおよび必要なファイバー寸法にただ部分的に線引きされる中間製品が、やはり作製され得る。大きいスケールの構成要素を母材に配置することは、中央コアが空気で満たされた空所を備える中空コアファイバーを含む穴のあいたファイバーなどの複雑な内部構造を有するファイバーについて特に最終的に意図されるサイズの構成要素を組み立てるより実際的である。
【０００３】
一例は、離間した間隔でジャケットチューブの内面の内側に配置されるとともにこれに接合されたより小さい直径の中空ガラスチューブまたは毛細管のアレイを備えたガラスの外側ジャケットまたは中空クラッドチューブを備える反共振中空コア光ファイバーであり、より小さい直径のチューブ間に接触はない。そのようなファイバーは、チューブ状の非接触中空コアファイバーと呼ばれ得る。チューブ状ファイバーのこのフォーマットのサブカテゴリーは、入れ子型反共振ノードレスファイバー（ＮＡＮＦ：Ｎｅｓｔｅｄ  Ａｎｔｉｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｎｏｄｅｌｅｓｓ  Ｆｉｂｒｅ）であり、１つまたは複数のより小さい直径の毛細管が、離間した小さい直径のチューブ内で入れ子にされ、内面に対して所定の位置に接合され、それによって各入れ子状セットのチューブ間の接触点が、ジャケットチューブ上の同じ方位角位置または周方向位置にある。超低損失、広い光学帯域幅、およびシングルモード光学ガイダンスをもたらすＮＡＮＦは、興味深い。しかしながら、これらの高性能の特性は、入れ子状チューブ間の接触が、真っすぐに維持されるとともにファイバーの長さに沿ったジャケットチューブの縦方向中心軸に平行である正確および厳密な幾何学的形状に頼る。
【０００４】
カゴメまたはフォトニックバンドギャップファイバーなどのいくつかの他のタイプの中空コアファイバーは、多くのぎっしり詰められた小さい毛細管を備える。母材を作り出すためにクラッドチューブの内部に積み重ねられると、毛細管は、正確な構造を有する完成したファイバーを与えるために、線引きプロセス中にそれらの位置をよく維持する。対照的に、反共振ファイバータイプの離間した内側チューブは、いくつかのやり方で固定されているのではない限り、母材内でそれらの所望の位置から自由に移動する。母材が炉内にあるとき、２つの端部間で毛細管は、それらの所望の位置から全く自由に移動することができるので、母材の端部のみで全てのチューブを所定の位置に保持することは、規則正しくおよび正確に構造化されたガラス管およびファイバーを作り出すときに有効でない傾向がある。したがって、非接触ファイバーを製造するための他の手法が、考えられている。
【０００５】
典型的な製造手順［１〜６］は、熟練した専門家による多大な手作業を伴い得る。したがって、そのようなプロセスは、ファイバー材料にコンタミネーションを導入する傾向があり、大量製造まで容易にスケールアップできない。例えば、充填要素は、毛細管を所望の位置に保持するためにジャケットチューブの中に挿入することができ、充填は、端部のみにおいてまたはチューブの長さに沿ってあり得る。これは、熟練した使用者の集約的手順である。ＮＡＮＦ製造の報告された一例では［７］、入れ子状構成要素は、チューブのペア（より大きいものの内部に入れ子にされたより小さいチューブ）を線引きすることによって事前製造され、次いで、これは、ジャケットチューブの内部に組み立てられた。しかしながら、ねじれは、入れ子状ペアの線引き中にやむなく生じ、そこで、それによって、ペアを入れ子状構造の適切な平行な向きでジャケットチューブの中に積み重ねることは不可能である。内側毛細管の接触点が外側毛細管の接触点と正確に位置合わせされない場合、例えばそれは、代わりにチューブに沿って螺旋状にねじれている場合、ファイバーの性能は、ひどく劣化する。別の例［８］では、小さい酸水素炎が、旋盤に保持された入れ子状ペアのチューブを一緒に溶融するために使用され、次いで、これは線引きされ、最終的なファイバーが線引きされる母材を作り出すために積み重ねられる。ファイバーの外観上規則正しく見える断面が実現されたが、いくつかの見える方位角の非対称があった。また、この技法は、比較的厚いチューブから形成される母材に限定されるように思われ、厚い膜を有するファイバー、および中赤外の中に離れて位置する必然的な基本の光学ガイダンス窓を与える。チューブを溶融する炎の使用は、たくさんの熱を構造へ送り届け、より薄いチューブが使用されるときに歪みを引き起こす。したがって、この方法は、より短い波長、特に、薄いファイバー膜を必要とする近赤外通信波長における低損失が意図されるファイバーの入れ子状要素母材を作製するために適用できない。また、この技法は、母材の外側に対して入れ子状要素内でねじれやすいと考えられている。したがって、結果として得られるファイバーは、理想的なねじれのない構造と比べて高い損失に悩み、またはこの方法は、短い長さの均一なファイバーだけの生産に限定される。さらに、炎の使用は、それらが１６００℃を超える温度に耐えることが必要であるので、チューブを所定の位置に保持するために使用され得る充填材料のタイプに関する厳密な制限を設ける。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｊ．Ｒ．  Ｈａｙｅｓ、Ｓ．  Ｓａｎｄｏｇｈｃｈｉ、Ｔ．Ｄ．  Ｂｒａｄｌｅｙ、Ｚ．  Ｌｉｕ、Ｒ．  Ｓｌａｖｉｋ、Ｍ．  Ａ．  Ｇｏｕｖｅｉａ、Ｎ．Ｖ．  Ｗｈｅｅｌｅｒ、Ｇ．Ｔ．  Ｊａｓｉｏｎ、Ｙ．  Ｃｈｅｎ、Ｅ．  Ｎｕｍｋａｍ−Ｆｏｋｏｕａ、Ｍ．Ｎ．  Ｐｅｔｒｏｖｉｃｈ、Ｄ．Ｊ．  Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ、およびＦ．  Ｐｏｌｅｔｔｉ、「Ａｎｔｉｒｅｓｏｎａｎｔ  ｈｏｌｌｏｗ  ｃｏｒｅ  ｆｉｂｅｒ  ｗｉｔｈ  ｏｃｔａｖｅ  ｓｐａｎｎｉｎｇ  ｂａｎｄｗｉｄｔｈ  ｆｏｒ  ｓｈｏｒｔ  ｈａｕｌ  ｄａｔａ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｏｓｔｄｅａｄｌｉｎｅ  Ｐａｐｅｒｓ  （Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ、２０１６）、ｐ．  Ｔｈ５Ａ．３
【非特許文献２】Ａ．Ｎ．  Ｋｏｌｙａｄｉｎ、Ａ．Ｆ．  Ｋｏｓｏｌａｐｏｖ、Ａ．Ｄ．  Ｐｒｙａｍｉｋｏｖ、Ａ．Ｓ．  Ｂｉｒｉｕｋｏｖ、Ｖ．Ｇ．  Ｐｌｏｔｎｉｃｈｅｎｋｏ、およびＥ．Ｍ．  Ｄｉａｎｏｖ、「Ｌｉｇｈｔ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｉｎ  ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｃｕｒｖａｔｕｒｅ  ｈｏｌｌｏｗ  ｃｏｒｅ  ｆｉｂｅｒ  ｉｎ  ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ  ｈｉｇｈ  ｍａｔｅｒｉａｌ  ｌｏｓｓ  ｒｅｇｉｏｎ」、Ｏｐｔ．  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２１（８）、９５１４〜９５１９  （２０１３）
【非特許文献３】Ｗ．  Ｂｅｌａｒｄｉ、およびＪ．Ｃ．  Ｋｎｉｇｈｔ、「Ｈｏｌｌｏｗ  ａｎｔｉｒｅｓｏｎａｎｔ  ｆｉｂｅｒｓ  ｗｉｔｈ  ｒｅｄｕｃｅｄ  ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ」、Ｏｐｔ．  Ｌｅｔｔ．  ３９（７）、１８５３〜１８５６  （２０１４）
【非特許文献４】Ｍ．  Ｍｉｃｈｉｅｌｅｔｔｏ、Ｊ．Ｋ．  Ｌｙｎｇｓｏ、Ｃ．  Ｊａｋｏｂｓｅｎ、Ｊ．  Ｌａｅｇｓｇａａｒｄ、  Ｏ．  Ｂａｎｇ、およびＴ．Ｔ．  Ａｌｋｅｓｋｊｏｌｄ、「Ｈｏｌｌｏｗ−ｃｏｒｅ  ｆｉｂｅｒｓ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｐｏｗｅｒ  ｐｕｌｓｅ  ｄｅｌｉｖｅｒｙ」、Ｏｐｔ．  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２４（７）、７１０３〜７１１９  （２０１６）
【非特許文献５】Ｂ．  Ｄｅｂｏｒｄ、Ａ．  Ａｍｓａｎｐａｌｌｙ、Ｍ．  Ｃｈａｆｅｒ、Ａ．  Ｂａｚ、Ｌ．  Ｖｉｎｃｅｔｔｉ、Ｊ−Ｍ．  Ｂｌｏｎｄｙ、Ｆ．  Ｇｅｒｏｍｅ、およびＦ．  Ｂｅｎａｂｉｄ、「７．７  ｄＢ／ｋｍ  ｌｏｓｓｅｓ  ｉｎ  ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｈｏｌｌｏｗ−ｃｏｒｅ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｆｉｂｅｒｓ」、ＣＬＥＯ  ２０１６  （Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ、ＵＳＡ）、ＯＳＡ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  （ｏｎｌｉｎｅ）  （Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ、２０１６）、ｐａｐｅｒ  ＪＴｈ４Ｃ
【非特許文献６】Ｓ．Ｒ．  Ｓａｎｄｏｇｈｃｈｉ、Ｍ．Ｎ．  Ｐｅｔｒｏｖｉｃｈ、Ｄ．Ｒ．  Ｇｒａｙ、Ｙｏｎｇ  Ｃｈｅｎ、Ｎ．Ｖ．  Ｗｈｅｅｌｅｒ、Ｔ．Ｄ．  Ｂｒａｄｌｅｙ、Ｎ．Ｈ．Ｌ．  Ｗｏｎｇ、Ｇ  ．Ｊａｓｉｏｎ、Ｊ．Ｒ．  Ｈａｙｅｓ、Ｅ．  Ｎｕｍｋａｍ  Ｆｏｋｏｕａ、Ｍ．  Ｂｏｔｅｌｈｏ  Ａｌｏｎｓｏ、Ｓ．Ｍ．  Ａｂｏｋｈａｍｉｓ  Ｍｏｕｓａｖｉ、Ｄ．Ｊ．  Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ、Ｆ．  Ｐｏｌｅｔｔｉ、「Ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｉｄｅ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｒａｄｉｏｍｅｔｒｙ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，  ｗｉｄｅ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｒａｎｇｅ  ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒｓ」、Ｏｐｔ．  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２３（２１）、２７９６０〜２７９７４  （２０１５）
【非特許文献７】Ｗ．  Ｂｅｌａｒｄｉ、「Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｈｏｌｌｏｗ  ａｎｔｉ  ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｆｉｂｅｒｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｖｉｓｉｂｌｅ  ａｎｄ  ｎｅａｒ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒａｎｇｅ」、Ｊ．  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  ３３（２１）、４４９７〜４５０３  （２０１５）
【非特許文献８】Ａ．Ｆ．  Ｋｏｓｏｌａｐｏｖ、Ｇ．Ｋ．  Ａｌａｇａｓｈｅｖ、Ａ．Ｎ．  Ｋｏｌｙａｄｉｎ、Ａ．Ｄ．  Ｐｒｙａｍｉｋｏｖ、Ａ．Ｓ．  Ｂｉｒｙｕｋｏｖ、Ｉ．Ａ．  Ｂｕｆｅｔｏｖ、およびＥ．Ｍ．  Ｄｉａｎｏｖ、「Ｈｏｌｌｏｗ−ｃｏｒｅ  ｒｅｖｏｌｖｅｒ  ｆｉｂｒｅ  ｗｉｔｈ  ａ  ｄｏｕｂｌｅ−ｃａｐｉｌｌａｒｙ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｃｌａｄｄｉｎｇ」、Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．  ４６（３）、２６７〜２７０  （２０１６）
【非特許文献９】Ａ．Ｄ．  ＭｃＬａｃｈｌａｎ、およびＦ．Ｐ．  Ｍｅｙｅｒ、「Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  ｆｕｓｅｄ  ｓｉｌｉｃａ  ｆｏｒ  ＣＯ２  ｌａｓｅｒ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ」、Ａｐｐｌ．  Ｏｐｔ．  ２６、１７２８〜１７３１  （１９８７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、非接触中空コア光ファイバーのための母材を製造する改善された方法に関心がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書中に記載されているいくつかの実施形態の第１の態様によれば、光ファイバー母材を作製する方法であって、ガラスの中空外側チューブを用意するステップと、当該外側チューブの内径よりも小さい外径を有するガラスの中空一次毛細管チューブを用意するステップと、当該一次毛細管チューブの外面が、当該一次毛細管チューブおよび当該外側チューブの当該縦軸に平行な接触線に沿って当該外側チューブの内面に対して位置するように、当該外側チューブの内部に当該一次毛細管チューブを位置決めするステップと、当該接触線と位置合わせされた１つまたは複数の位置においてレーザービームを当該外側チューブまたは当該一次毛細管の表面へ向けることによって当該一次毛細管チューブを当該外側チューブの内部のその位置に接合するステップとを含む、方法が提供される。
【０００９】
本明細書中に記載されているいくつかの実施形態の第２の態様によれば、中空コア光ファイバーのための中空コア光ファイバーまたはガラス管を製造する方法であって、当該第１の態様の当該方法により光ファイバー母材を製造するステップと、熱の当該印加によって当該母材を当該光ファイバーまたは当該ガラス管のための必要な直径へ線引きするステップとを含む、方法が提供される。
【００１０】
本明細書中に記載されているいくつかの実施形態の第３の態様によれば、当該第１の態様の当該方法により製造される光ファイバー母材が提供される。
【００１１】
本明細書中に記載されているいくつかの実施形態の第４の態様によれば、光ファイバーのための母材であって、ガラスの中空外側チューブと、当該外側チューブの内径よりも小さい外径を有するガラスの複数の中空一次毛細管チューブとを備え、各一次毛細管チューブは、当該外側チューブおよび当該一次毛細管チューブの当該縦軸に平行な接触線に沿って、当該一次毛細管チューブが、当該外側チューブの当該周囲に互いから離間しているように、１つまたは複数のレーザー溶接によって当該外側チューブの当該内面に接合される、母材が提供される。
【００１２】
本明細書中に記載されているいくつかの実施形態の第５の態様によれば、当該第４の態様による光ファイバーのための母材であって、当該一次毛細管チューブの内径よりも小さい外径を有するガラスの複数の中空二次毛細管チューブをさらに備え、各二次毛細管チューブは、１つまたは複数のレーザー溶接によって一次毛細管チューブの当該内面へ接合される、母材を提供する。
【００１３】
本明細書中に記載されているいくつかの実施形態の第６の態様によれば、第４の態様または第５の態様により母材を線引きすることによって製造される中空コア光ファイバーのための中空コア光ファイバーまたはガラス管が提供される。
【００１４】
いくつかの実施形態のこれらのおよびさらなる態様は、添付の独立請求項および従属請求項に記載されている。従属請求項の特徴は、互いに組み合わされてもよく、独立請求項の特徴は、請求項に明示的に記載されたもの以外と組み合わされてよいことを理解されよう。さらに、本明細書中に記載された手法は、以下に記載されるような特定の実施形態に限定されず、本明細書中に示される特徴の任意の適切な組み合わせを含むとともに予期する。例えば、光ファイバー母材を製造する方法、または母材、またはそのような方法を用いる光ファイバーは、適切に以下に説明される様々な特徴のいずれか１つまたは複数を含む本明細書中に記載された手法に従って提供することができる。
【００１５】
本発明をより良く理解するとともに、それを実施できる仕方を示すために、ここで、下記添付図面の参照が例によってなされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示の実施形態に適用可能である第１の例の非接触中空コア光ファイバーの概略横断面図である。
【図２】本開示の実施形態に適用可能である第２の例の非接触中空コア光ファイバーの概略横断面図である。
【図３】図２の例の光ファイバーの概略縦断面図である。
【図４Ａ】本開示の実施形態による製造方法のための装置の簡略化された概略横断図である。
【図４Ｂ】図４Ａの装置の簡略化された概略縦断図である。
【図５】一実施形態による母材製造方法における３つのステージの簡略化された横断図である。
【図６】一実施形態による母材製造方法を実施するための装置の例の概略図である。
【図７】一実施形態による母材の製造のために組み立てられる構成要素の側面図である。
【図８】別の実施形態による母材の製造のために組み立てられる構成要素の側面図である。
【図９】さらなる実施形態による母材の製造のために組み立てられる構成要素の側面図である。
【図１０】一実施形態により形成された母材の断面の写真画像である。
【図１１】一実施形態による母材製造方法における各ステップからなるフローチャートである。
【図１２】各実施形態による製造方法のための代替装置の簡略化された概略縦断図である。
【図１３】本開示の方法の各実施形態を用いて製造することができる例の光ファイバーの概略横断面図である。
【図１４】本開示の方法の各実施形態を用いて製造することができる例の光ファイバーの概略横断面図である。
【図１５】本開示の方法の各実施形態を実施するためのさらなる例の装置の簡略化された概略横断図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
いくつかの例および実施形態の態様および特徴は、本明細書中に開示／説明されている。いくつかの例および実施形態のいくつかの態様および特徴は、従来から実施されている可能性があり、これらは、簡潔にするために詳細に議論／説明されていない。したがって、詳細に説明されていない本明細書中に述べられた装置および方法の態様および特徴は、そのような態様および特徴を実施する任意の従来の技法により実現することができることが理解されよう。
【００１８】
図１は、一例のチューブ状非接触中空コア光ファイバー（反共振中空コア光ファイバーの一種）の断面図を示す。ファイバー１０は、ファイバー１０のクラッド層であるガラスから形成された中空円筒形外側チューブまたはジャケット１２で構成されている。ファイバー１０のコアは、ガラスからやはり形成される７つの内側円筒形チューブまたは毛細管１４で構成されている。各毛細管１４は、外側ジャケット１２よりも小さい外側直径を有し、チューブを形成するガラス材の厚さであるより薄い壁厚も有する。各毛細管１４は、その外面上で外側チューブ１２の内面に接合または固定され、それによって毛細管１４は、外側チューブ１２の内周のまわりに規則的な間隔をおいて配置されている。したがって、各毛細管１４は、ファイバー１０の断面における接触点１６において外側チューブ１２の内面に触れる、これに対して位置する、またはこれに接触する。接触点１６は、外側チューブ１２の内周のまわりに規則正しく間隔をおいて配置されており、各々は、Ｘとして記された、外側チューブ１２の中心縦軸に対して異なる角度位置、周方向位置、または方位角位置を占めるようになっている。ファイバー１０における最適な低損失光伝搬のために、断面構造が、ファイバー１０の縦方向の広がりに沿って、すなわち、縦軸Ｘに沿ってｍ一定に維持されることが有益である。言い換えれば、ファイバーの長さに沿って互いに対してチューブ（毛細管）のねじれまたは変位がなく、それによって各毛細管１４の中心縦軸Ｙは、外側チューブ１２の縦軸Ｘに平行のままである。同様に、ファイバー１０の長さに沿った各接触点１６の投影は、様々な縦軸Ｘ、Ｙに平行のままでもある。ファイバーに沿った接触点１６のこの投影は、外側チューブ１２の内面に対しての毛細管１４の接触を表す接触線であると考えることができる。
【００１９】
毛細管１４は、隣接した毛細管同士の間に接触がないように外側チューブの周囲に間隔をおいて配置されており、これは、チューブ状非接触中空コア光ファイバーの特徴であることに留意されたい。同様に、毛細管が周囲に間隔をおいて配置されているファイバーコアの中央領域は、空気で満たされた空の空所であり、中空コアを実現する。毛細管の直径は、非接触配置を維持するように、かつ所望の幅の中央空所を与えることを目指して、選択することができる。
【００２０】
図２は、一例のさらなるタイプの反共振中空コア光ファイバー、すなわち、入れ子型反共振ノードレスファイバー（ＮＡＮＦ：  Ｎｅｓｔｅｄ  Ａｎｔｉｒｅｓｏｎａｎｔ  Ｎｏｄｅｌｅｓｓ  Ｆｉｂｒｅ）２０の断面図を示す。図１の例と同じように、ファイバー２０は、外側ジャケット層１２と、隣接した毛細管１４同士の間に接触がないように規則正しい離間間隔において外側ジャケット１２の内面に接合された複数（この例では、６本）の毛細管チューブ１４とを備える。加えて、ＮＡＮＦ２０は、メイン毛細管１４内部に入れ子にされた一層小さい毛細管１８を備える。したがって、メイン毛細管１４は、一次毛細管として設計することができ、より小さい毛細管は、二次毛細管１８として設計することができる。二次毛細管１８は、一次毛細管１４の内径よりも小さい外径を有し、より厚い壁厚を有することもできる（他の例において、この壁厚は、一次毛細管の壁厚以上であってもよい）。すでに述べたように、各一次毛細管１４は、それが外側ジャケット１２の内壁に対して位置する接触点１６を有する。さらに、１つの二次毛細管１８は、各一次毛細管１４の内部に配置され、は、その一次毛細管についての接触点１６に関する径方向の並びで一点において一次毛細管の内面に対して位置する。したがって、一次および二次毛細管の各ペアは、ファイバーの長さに沿って共通の接触線として延びたまたは投影された同じ角度または方位角位置における共有または共通の接触点を有する。この配置は、二次毛細管１８の縦軸Ｚが、外側チューブ１２および一次毛細管１４の縦軸ＸおよびＹに平行であり、接触線にも平行であることを意味する。各二次毛細管１８は、一次毛細管１４の内部に入れ子にされているものとして説明することができ、（より大きい一次毛細管内部のより小さい二次毛細管から形成される）各入れ子状ペアの毛細管は、異なる接触点／線において外側チューブ１２に接合されている。
【００２１】
図３は、明確にするために、単一の入れ子状ペアの毛細管が示さている一例の中空コアファイバーまたは母材をそのために通る縦断面（原寸に比例しない）を示す。直径ｄ１の最も内側の二次毛細管１８が、直径ｄ２の一次毛細管１４の内部に位置し、直径ｄ２の一次毛細管１４は、直径ｄ３の外側チューブ１２の内側に位置する。二次毛細管１８は、一次毛細管１４の内面に対してその外面が存在する。今度は、一次毛細管１４の外面は、内面上の二次毛細管１８との接点と同じ径方向位置に外側チューブ１２の内面に対して存在する。したがって、外側チューブ１２上の単一の方位角位置において共有の接触点１６がある。接触点は、ファイバー／母材の長さに沿って投影されるとき、ファイバー／母材の縦軸Ｘに平行な接触線２２を定める。一次毛細管の壁ｄ２は、接触線に沿って一方が他方に対して静止しているチューブおよび毛細管の構成を理解することができるように、明確にするために破線で示されている。
【００２２】
好都合には、これらの例のような複雑な断面構造の光ファイバーは、同じ断面構造を与えるがずっと大きいスケールを与える構成要素を含む光ファイバー母材から製造することができる。したがって、図１および図２の図面は、母材とファイバーの両方が１つまたは２つのサイズの毛細管チューブを内部に有する外側ジャケットチューブを備えるとみなされ得る同じ断面構造を備えた光ファイバーに形成するのに適している母材を通る断面図を同様に表す。図１および図２のファイバーの構造は、例に過ぎず、より多くまたはより少ない一次または二次毛細管チューブが、必要に応じて含まれてもよいことに留意されたい。また、様々なチューブおよび毛細管は、円筒形である必要はなく、六角形の断面を有するチューブのような他のチューブ状形状が使用されてもよい。ドローイングタワー内部の炉を用いた母材の加熱および引き伸ばしは、母材から光ファイバーを引っ張るために使用され、（Ｘ軸に沿った）縦方向の引張りにより、要求されるファイバーの幅が達成されるまで対応する径の減少をもたらす。
【００２３】
したがって、最終的なファイバーの幾何学的形状が十分高い水準である可能性を高めるために、母材の構造的な幾何学的形状ができるだけ正確であることが望ましい。これを達成するために、相対位置でしっかり保持される母材の構成要素が、ファイバーの線引き中に相対移動が生じるリスクを減少させることが有益である。これは、毛細管の離間した位置がファイバーの線引き中に固定されていない構成要素の移動のための十分な自由空間を与える非接触幾何学的形状を有する反共振ファイバーにとって特に重要である。ドローイングタワー内で印加される熱が、ガラスチューブの軟化または溶解を引き起こし、これによって完成したファイバーのために所定の位置に毛細管を接合するが、初期の母材に接合が何らないことにより、毛細管を不正確な位置に接合させる可能性があり、これは、様々な縦軸の所望の平行関係を保たず、ファイバーの幾何学的形状をだめにする。それによって、ファイバーの性能が損なわれる。
【００２４】
したがって、ファイバーの幾何学的形状が、線引き中に、完成したファイバーの中により良く保つことができるように、いくらかの毛細管接合を材内の要求された位置に行うことが、本開示において提案されている。「接合」によって、接触線内の少なくともいくつかのガラス領域は、隣接したチューブおよび毛細管が一緒に溶融または融合されることになるように軟化または溶解されることが意味される。様々な例によれば、接合は、毛細管を所定の位置に「仮留めする」ように、母材の長さに沿って連続的にまたは母材の長さに沿って選択された間隔をおいて配置された位置において与えられ得る。接合は、ガラスが溶融している接触線に沿って与えられる。接触線に沿った２つの接触表面、触れている表面、またはほぼ触れている表面のうちの一方または両方は、接合を実現するように軟化または溶解される。
【００２５】
用語「接触線」は、ミラーの曲がりまたはチューブおよび毛細管における不完全さが、局所的に平坦でない、およびしたがって接触できない表面を与え得るので、必ずしも線の全長に沿った２つの表面間の物理的接触を示唆してないことに留意されたい。概して、２つの表面間の接触は、接触線の長さに沿っていることが意図されるが、使用される構成要素の物理的欠陥の範囲内でできる限り達成される。実際の母材または実際のファイバーでは、どんなに注意深く製造されようとも、ことによると様々なジャケットおよび毛細管チューブにおける曲がり、湾曲、または同様に歪みにより、上述した平行な縦軸および接触線の理想的な配置から離れて少なくとも最小の歪みになるものと思われる。したがって、本明細書中においてチューブおよび毛細管が「接触している」という言及は、それぞれの構成要素の長さに沿った全ての点において接触が行われることを必ずしも示唆しない。構成要素は、利用可能な構成要素の公差の範囲内で接触線に沿ったいくつかの位置においてのみ触れ得る。用語「接触線」は、有限の直線領域であるが、比較的狭い幅を示しており、これ沿って接触は、完全に真っすぐなチューブおよび毛細管を有する理想的な状況において連続的であろう。
【００２６】
本提案によれば、母材の外側ジャケット内の毛細管チューブの接合は、（以下さらに説明される）ビームの焦点が表面上または表面近くにある場合のいくつかの例において、例えば、ジャケットの外面または毛細管の内面へ合焦またはコリメートされ得るレーザービームの印加によって実現される。レーザービームによって送り届けられるエネルギーは、場合によっては集束されたビームの小さい空間的な広がりと組み合わされて、近接した構造が一緒に溶融されるために、ガラスを軟化または溶解するように、必要な場合に（すなわち、接触線上に）正確に狙われ得る局所加熱を与える。炎を用いたまたはドローイングタワー炉内などのより大きい加熱によって引き起こされ得るより大きいスケール歪みを、低減または防止することができ、したがって、母材の幾何学的形状を非常に正確にすることができ、注意深い線引きで、これは完成したファイバーの中に保たれ得る。したがって、高レベルのファイバー性能が、やはり達成され得る。２つの接触表面、触れている表面、またはほぼ触れている表面の一方または両方が接合を実現するように軟化または溶解されているので、溶融プロセスは、レーザー溶接プロセスとみなされ得る。以下の説明から理解されるように、レーザー接合または溶接は、以前に提案された製造技法と比較して、広範なユーザー入力、および詳細には手作業の必要性を減少させる。それによって、コンタミネーションを減少させ、製造をより高速、より効率的、およびより自動化させることができる。また、レーザービームにより局所的に狙われた加熱は、この方法を、任意に小さい壁厚のガラスチューブに適用可能にさせ、したがって、この方法は、炎加熱を用いた技法よりも幅広く適用可能である。この方法は、均一な幾何学的形状の長い長さの母材を製造するために容易にスケール変更することもでき、より大きいファイバーの歩留まりをもたらす。
【００２７】
図４Ａは、一例によるレーザー溶接装置の簡略化された概略横断面図を示す。
毛細管チューブ１４（その一部だけが示されている）は、接触点１６において触れつつ外側チューブ１２（やはり一部だけが示されている）の内部に配置されている。レーザービーム３４を発生させるように動作可能な光源３０は、外側チューブ１２の外部に配置され、ビーム３４が接触点１６と位置合わせされて外側チューブ１２の方へ向けられるようになっている。単一の収束レンズとして示されているが所望の集束を達成するように複数の光学素子を備え得る集束系３２が、光源３０の出力をレーザービームが最も狭い幅にされる焦点３６またはビームウェストへ集束させるようにレーザービーム３４内に配置される。この例では、焦点は、接触点１６と一致するように配置される。しかしながら、これは、本質的ではなく、焦点は、ビームが外面、外側チューブ１２または毛細管１４のいずれかの壁の厚さの内部、または毛細管の内面の内側に到達する前に、外側チューブ１２の外面に位置してもよい。この位置は、隣接した表面間の接合をもたらすのに十分な接触点における軟化または溶解をもたらすのに十分な熱エネルギーの送達を目標として、外側チューブおよび毛細管が形成されている１種または複数種のガラス内のレーザー光の波長の吸収深さ、ガラス材の屈折率、外側チューブおよび毛細管の各壁の厚さ、ならびに焦点の幅に鑑みて選ばれ得る。いくつかの構成では、ビームの幅およびパワーは、集束するおよびコリメートされたまたは発散するビームが使用され得る必要なしに十分なエネルギーを与えるのに適切であり得る。一例では、接触点におけるビームの幅は、接合されている最も狭い毛細管チューブの内径または外径よりも小さくすることができる。レーザーエネルギーおよびその加熱効果が（ガラス材によるエネルギーの吸収に応じて）接触点をずっと越えて及ぶ場合、これにより、小さい毛細管をレーザーエネルギーに過度に露光させることを防止することができ、歪みを引き起こし得る軟化を減少させる。また、焦点深度を考慮に入れることができる。短いビームウェストを伴うとてもタイトな集束は、高いパワー、したがって、より狙った接合を与えるために、小さい厚さのガラスにわたって高温を送り届けることができる。しかしながら、複数のチューブが接触線において積み重ねられる（複数の入れ子要素の）例では、接合は、様々なチューブの壁を通じて到達すべきであり、したがって、より長いビームウェストを伴うより幅広い集束が適切であり得、これは、単一の溶接ステップを用いて全てのチューブを入れ子に溶融することを可能にすることができる。
【００２８】
図４Ｂは、図３Ａの例に関するレーザー溶接装置の簡略化された概略縦断面図を示す。ビーム３４の焦点３６は、接触点に配置される。接触線２２を定めるように接触点が構成要素を母材の長さに沿って投影することを思い起こされたい。したがって、外側チューブ１２と毛細管１４の間の強固な接合を達成するために、レーザービームと母材の間の並進が、ビーム焦点を接触線の長さに沿って移動させるように実行される。これは、母材を依然として保持しつつレーザー源３０を並進方向Ｔに移動させることによって、またはレーザー源を依然として保ちつつ第１の方向Ｔとは反対の並進方向ｔに母材を移動させることによって、あるいは２つの移動の組み合わせによって達成され得る。代替として、レーザー源３０および／または母材が依然としてそのままでありつつ、（例えば、並進可能なミラーを含む）移動可能な集束系が、ビームを母材上へ向け、合焦部分を母材に沿って移動させるように用いることができる。いずれの場合も、目標は、溶接を形成するために、母材の長さに沿った接触線の広がりをレーザービームのエネルギーに曝すように、レーザービームと母材の間の相対移動を作り出すことである。この移動は、接触線に沿った連続的な溶接を形成するように、レーザービームの一定の放射を伴って連続的であり得る。代替として、レーザービームは、一連の点溶接をもたらすように接触線に沿って断続的に動作し得る。レーザービームへのこの断続的な露出は、一定の相対移動中に行われてもよく、または構成要素は、ある溶接点から次へ再配置され、レーザー露光が行われている間さらに保持されてもよい。
【００２９】
図５は、一例の溶接プロセスにおけるステップの簡略化された概略横断図を示す。図５（ａ）では、一次毛細管１４内に二次毛細管１８を備えた入れ子状ペアの毛細管チューブは、共通の接触点１６において位置合わせされて外側チューブ１２の内側に配置される。接触点１６は、外側チューブ１２の周囲上の任意の基準点からの接触点の角度変位である方位角位置を有する。
【００３０】
図５（ｂ）は、光源３０からのかつ集束系３２によって集束されるレーザービーム３４の印加によって、図４Ｂを参照して上述されるように、接触点１６においておよび接触線に沿って製造されるレーザー溶接を示す。この例では、レーザービーム３４は、下方から外側チューブ１２の方へ向けられる（ビーム方向は上向きである）のに対して、図４Ａおよび図４Ｂの例は、上方から外側チューブ１２上へ向けられるレーザービームを示す（ビーム方向は上向きである）ことに留意されたい。この方法は、この点に限定されず、ビーム方向は、都合のよいように選ばれ得る。これは、溶接中に所定の位置にチューブおよび毛細管を保持するように選択される技法によって少なくとも一部要求され得るものであり、様々な技法は、以下さらに説明される。これらの技法のいくつかは、外側チューブが水平向きに保持されることを必ず必要とするが、概して、外側チューブは、任意の都合のよい位置において支持することができ、これに応じてレーザービームは、最も都合がよいように向けられ、毛細管を外側チューブ内に位置決めおよび保持する技法によって課される何らかの位置的な制限を受ける。
【００３１】
図５（ｃ）は、外側チューブ１２に溶接され、図５（ｂ）の第１の溶接手順中にその配置から離れるようにその縦軸Ｘを中心にして回転される第１および第２の毛細管１４、１８で構成されている部分的に完成した母材を示す。レーザー溶接による毛細管の接合は、第１の入れ子状毛細管ペアが外側チューブと共に回転することを可能にし、外側チューブの新しい部分は、レーザービームが当たって溶接を生成することができる最も低い位置との位置合わせがもたらされる。したがって、第２の方位角位置における第２の接触点１６ａは、溶接のために配置され、第２の入れ子状毛細管ペアは、図５（ｂ）のステップを繰り返すことによる次の溶接ステップのために、図５（ａ）のステップを繰り返すことによって第２の接触点１６ａにおいて外側チューブ１２の内部に置くことができる。第１の接触点１６の方位角位置および第２の接触点１６ａの方位角位置は、第２の入れ子状毛細管ペアが第１の毛細管ペアに触れないように十分に分離されている。回転ステップ、位置決めステップ、および溶接ステップは、全ての必要な毛細管が外側チューブと接合されるまで繰り返すことができる。
【００３２】
毛細管は、任意の順序で位置決めおよび接合されてもよく、製造は、外側チューブの周囲に順に中空の毛細管を必要としないことに留意されたい。また、溶接間の回転再配置は、単独でまたはチューブの回転と組み合わせて外側チューブのまわりの新しい角度位置へ（光源３０および／または集束系３２を移動させることによって）レーザービームの移動によって行われ得る。
【００３３】
さらに、２つ以上のレーザービームが、外側チューブの異なる部分への方向に利用可能である場合、２本以上の毛細管または毛細管ペアが、同時に接合されてもよい。複数の光源が使用されてもよく、またはビームスプリッターおよび方向付け用光学部品を含む複雑な集束系が、異なる場所におけるチューブへの方向に、単一光源からのビームを複数の溶接ビームに分割するために使用されてもよい。実際は、溶接中に毛細管を所定の位置に保持するために使用される技法に適合する場合、複数のビームを使用して、直ちに全ての接触点／線を同時に溶接することができる。この場合には、図５（ｃ）に示された回転位置決めは、せずに済まされてもよく、図４Ｂの縦方向並進だけが使用される必要がある。
【００３４】
図６は、本明細書中に開示されたような方法を実施するための一例の装置の概略図を示す。母材４０のための外側チューブは、その縦軸を中心としてチューブを回転させるように構成されている回転ステージ４２の中に取り付けられる。入れ子状毛細管（図示せず）は、チューブの中に挿入される。外側チューブおよび毛細管は、シリカから形成される。１０．６μｍの波長における出力を生成するように動作可能な二酸化炭素（ＣＯ２）レーザーを備えたレーザー源３０が設けられる。その出力ビーム３４は、ビーム軸に沿ったレンズの移動のために、ミラー３６（または同様の方向付け用の光学部品）およびステージ３８に取り付けられた集束レンズ３２を用いて外側チューブの上へ向けられ、したがって、焦点の位置を調整することができる。レンズは、平凸であり、１００ｍｍの焦点距離を有し、ＺｎＳｅから形成される。集束されたビームは、外側チューブの内面に対して入れ子状毛細管の接触点と位置合わせされている外側チューブへ入射する。レーザー出力は、品質係数Ｍ２＜１．５で線形に分極され、ピーク有向パワー２５０Ｗおよび１０〜５００μｓのパルス長を伴って１００ｋＨｚまで切り替えることができる。代替として、連続波レーザーが、使用されてもよい。１０．６μｍのレーザー光は、シリカ内で約３５μｍの吸収深さを有し、この深さは、温度が増大するにつれて減少する［９］。この吸収深さは、比較的短く、したがって、レーザービームによって送り届けられるエネルギーは、シリカ内であまり遠くに広がらない。したがって、入射レーザービームは、局所的に狙われた領域内のみの外側チューブの温度を上昇させて、ガラスを軟化させ、外側チューブと毛細管の間の接触点が位置するこの領域をある深さになるように配置することによって、入れ子状要素は、外側チューブへ接合する。接合プロセスの温度は、レーザーからの平均パワーおよび集束されるレーザースポットのサイズによって制御することができる。パルス状ＣＯ２レーザーの平均パワーの制御は、レーザーのパルス長とパルス繰り返し数の積により、レーザーは、約２５０Ｗのピークパワーを有するトップハットタイプパルス（ｔｏｐ  ｈａｔ−ｔｙｐｅ  ｐｕｌｓｅ）を生成する。アブレーション閾値の上へのガラスのピーク温度の上昇を防ぐことが望ましく、したがって、高い繰り返し数（６０ｋＨｚ以上）におけるおよび短パルス長（５から２０μｓ）を有する動作が、利用され得る。これは、母材材料によって吸収される平均パワーを最大にしつつ、チューブ表面からの材料のアブレーションを最小にする。母材表面からの集束レンズ距離の位置決めによるレーザースポットサイズ制御が、溶接されたシーム（またはスポット溶接）の幅を管理するために利用され得る。例えば、直径が０．５ｍｍから１．５ｍｍの間のビームを使用することによって、接触点の位置合わせ公差がしっかりした溶接を確実にすることを可能にし、内側入れ子状毛細管を通じたより均一な加熱を促進する。しかしながら、他のスポットサイズは、除外されない。スポットサイズの選択は、適切な溶接サイズを実現するために母材構成要素のサイズを参照して行われ得る。
【００３５】
回転ステージ４２は、（ｘ方向の）接触線の縦方向の広がりに沿った母材４０とレーザービーム３４の相対移動のために、並進ステージ４３に取り付けられている。ステージ４３は、外側チューブの頂点の上へそれが向けられるように、ビームとの位置合わせの微調整のために、母材の縦方向の広がりを横断するｙ方向の移動も与えることができる。チューブおよび毛細管は、接触線に沿ってほんのいくつかの点においてレーザー露光によって一緒に点で仮留めされてもよく、または母材４０は、毛細管を外側チューブへシーム溶接するために、レーザービームから一定の露光中に、その縦方向に沿って移行されてもよい。シーム溶接のために、母材は、異なるレーザーパラメータに対しては他の速度が適切となろうが、例えば０．１から１．０ｍｍ／ｓの間の速さでその長さに沿って移行され得る。複数の入れ子状毛細管およびチューブの有効な接合のために、母材チューブに沿ったレーザーの複数回の通過は、改善された接合を確実にすることができる。溶接が完了すると、母材４０は、（微細な位置決めのためにｘ軸を横断して調整可能でもある）回転ステージ４２を用いて回転させられ、入れ子状毛細管の次のセットが挿入され、必要とされる全ての入れ子状毛細管が結合されるまでプロセスが繰り返される。
【００３６】
抽出部（ｅｘｔｒａｃｔ）４４が、この材料と続くレーザーパルスの相互作用、および母材４０および集束用光学部品３２上への蓄積を防ぐために、被加工物からアブレーションされたシリカを除去するためにレーザー入射スポットに隣接して含まれる。
【００３７】
装置は、母材の下方からのレーザービームを母材の最低点へ加えるために、例えば、同じレーザーからの第２のビーム送達線を含むように改良され得る。他の角度位置におけるさらなるビーム線が、やはり含まれてもよい。
【００３８】
この技法によって、様々な厚さの外側チューブと一次および二次（またはさらなる）入れ子状毛細管の両方、ならびに入れ子状毛細管だけを一緒に接合することが可能であり、次いで、これは、穴のあいた光ファイバーを作製するためにより従来の積み重ね配において利用され得る。用語「外側チューブ」は、完成した光ファイバー中の最外層としてのこの構成要素の機能を何ら示唆しない。
【００３９】
低損失光ファイバーの生産のために、互いにに対しておよび外側チューブに対して入れ子状毛細管の正確な位置合わせを実現することが重要である。ファイバー内の正確な位置合わせは、始めの母材の範囲内の正確な位置合わせによって助けられ得る。ＮＡＮＦの先の生産において、充填要素が、母材のジャケットチューブに挿入されており、これらの要素を必要な位置へ位置合わせするようになっている。これは、熟練した使用者による多大な労力を必要とするプロセスだけではく、チューブを接合するために炎ベースの加熱要素の使用することは、充填材料の選択を１６００℃超までの加熱を乗り切ることができるものに限定する。対照的に、本開示によるレーザー溶接の使用は、母材材料の温度が特に狙った局所化領域においてだけ上昇するので、より幅広い範囲の材料を充填要素とすることを可能にする。
【００４０】
また、母材構成要素の位置合わせは、充填材料、または位置決めもしくは位置特定要素なしで実現することができる。重力を利用するいくつかの位置合わせ技法が提案されている。
【００４１】
図７は、重力で支援される第１の例の位置合わせ技法の概略側面図を示す。この例は、「入れ子状要素で支えられた」または「入れ子状毛細管で支えられた」技法とみなされ得る。二次毛細管チューブ１８は、一次毛細管チューブ１４の内側に置かれ、一次毛細管チューブ１４は、外側チューブ１２の内部に置かれる。最も内側の二次毛細管チューブは、他の構成要素から突出し、この例では、チューブを下方から支持するスタンド４８または他の支持体によってこの突出端において支持される。例えば、支持要素は、毛細管チューブの端が内部に位置する溝を備えてもよい。対応する支持要素は、二次毛細管（図示せず）の他端に設けられる。代替として、二次毛細管は、毛細管端部が挿入されるつり帯または他の吊るされる支持体などによって上方から支持され得る。一次毛細管１４および外側チューブ１２は、二次毛細管１８から吊り下げられ、重力の作用により、母材構成要素の頂点に沿った単一の方位角接触線２２に沿って３つのチューブを位置合わせする。したがって、光源３０からのレーザービーム３４は、上方から外側チューブ１２へ向けられて、接触線２２に沿った溶接を作り出す。外側チューブの重量による回転位置合わせトルクは静的な力に打ち勝ち得るので、この構成は、特に正確な位置合わせをもたらすことができる。しかしながら、二次毛細管の強度に関する限界、および湾曲の限界は、有効に溶接され得る母材の最大強度を規制し得る。
【００４２】
図８は、重力を利用する第２の例の位置合わせ技法の概略側面図を示す。この例では、すでに述べたように、二次毛細管１８および一次毛細管１４は、外側チューブ１２の内部に配置されるが、この場合、外側チューブは、最も内側の毛細管チューブではなく支持される。例えば、外側チューブは、図６の例にあるように回転ステージに取り付けられてもよい。入れ子状毛細管１４、１８は、外側チューブ１２の内部で自由に移動し、したがって重力の下で、それらは、外側チューブ１２の最低部分に沿って単一の方位角接触線２２に沿って最低点において処理される。したがって、光源３０からのレーザービーム３４は、下方から外側チューブ１２上へ入射する。この構成は、特に形成された母材が回転ステージから取り外されることなく連続する角度位置へ正確に回転させられ得るので都合がよい。したがって、一連の溶接の用意は、迅速に実現することができ、それぞれの方位角接触点の間隔は、声楽に制御することができる。しかしながら、毛細管チューブの静的影響および可能性ある比較的低い重量は、それらが自力で処理されるように放置されている場合、チューブの位置合わせ不良が生じ得るように重力に打ち勝つ可能性がある。
【００４３】
図９は、第３の例の位置合わせ技法の概略側面図を示す。外側チューブ１２および毛細管１４、１８は、図８の例にあるように配置され、しかし、磁力が、重力位置合わせを支援し、任意の静的影響を克服するために導入される。これを達成するために、鉄棒５０は、最も内側の二次毛細管１８の端部の内側に置かれる。外部磁石５２は、例えば、外側チューブ１２を支持するために使用される任意の回転ステージの構成要素として母材の下方に取り付けられる。鉄棒５０と磁石５２の間の引力は、毛細管１４、１８が外側チューブ１２の底に到達することの任意の静的な制限に反対に作用する。磁力は、内部に入れ子状のチューブについてのより大きい重量と透過であり、したがって、位置合わせ公差を改善することができる。鉄棒および磁石は、所定の位置に受け入れ可能であり、それによって、磁石は、内側毛細管の内部に置かれる。代替として、反対の磁極を用いる要素（すなわち、機械的に取り付けられた要素）の任意のペアが用いられてもよい。同様に、位置合わせを行うために、静電気力が使用されてもよい。
【００４４】
図７、図８、および図９の例は、外側チューブと一対の入れ子状毛細管とをそれぞれ備えているが、位置合わせ技法は、外側チューブの中への単一の毛細管の溶接、または外側チューブ内の３つ以上の毛細管の入れ子状セットの溶接に適用され得る。
【００４５】
さらに、磁極ペアが重力に打ち勝つのに十分強い引力を有し、したがって１つまたは複数の毛細管チューブを外側チューブ内部の持ち上げられた位置に保持する場合、磁石の位置合わせは、外側チューブの最低部分以外の位置に毛細管を位置合わせするために使用することができる。これは、２つ以上のレーザービームが利用できる場合に２つ以上の毛細管入れ子を同時に固定するように拡張され得る。
【００４６】
また、代替として、これらの例とは異なる溶接プロセスのための位置合わせ技法およびチューブ位置を固定する技法が、好ましいものまたは都合よいものとして使用されてもよい。
【００４７】
一例として、母材は、重力で支援される位置合わせと外側チューブ内の毛細管要素のＣＯ２レーザー溶接とによって製造された。後のファイバーの線引きのための線引きハンドルを有する外側チューブは、図６の例に類似する装置内に取り付けられた。二重入れ子状毛細管要素（外径３．３ｍｍの一次毛細管、および外径２．８ｍｍの二次毛細管、ならびに壁厚２００μｍ）の単一セットが、外側チューブの中に挿入された。次いで、並進速度０．１ｍｍ／ｓでシーム溶接が形成され、レーザーは、（約６０Ｗの平均パワーに等価である）１８ｋＨｚにおける１４μｓのパルスで動作し、レーザースポットサイズは約５００μｍである。並進速度は、レーザー出力、吸収深さ、およびガラス厚さに鑑みて必要とされるパワー送達の量を参照して選択することができることに留意されたい。第１の毛細管セットが接合されると、母材チューブは、自動的に６０度だけ回転させられ、入れ子状毛細管の次のセットが挿入され、重力によって位置合わせされ、溶接され、６つの毛細管入れ子全体の溶接などがされる。（利用可能な並進ステージによって制限される）溶接の全長は、２２０ｍｍであり、ちょうど３時間を超える総製造時間は、熟練したユーザーが入れ子状毛細管を用意し挿入する時間の２０分未満を含む。残りの時間の間、レーザーおよび並進ステージの自動動作は、溶接プロセスが自動化されることを可能にする。最初の例証にあるように、一次毛細管と二次毛細管の面積比は、とても類似しており、その結果、二次毛細管の位置合わせは、溶接長さに沿った正しい接触線について正確さが不十分であった。より高速でレーザーが複数回通過することと組み合わされたより小さい二次毛細管の続く使用は、より有効な接合をもたらした。
【００４８】
図１０は、本開示により製造されたＮＡＮＦのために母材から引っ張られた中間のガラス管を通じての断面の写真画像を示す。単一の（一次）毛細管の接合、およびそれらの正確な方位角位置合わせが、見られ得る。さらに、２つの入れ子状毛細管の面積比がさらなる変形を防止するにはあまりに近かったが、ある二次入れ子状毛細管の挿入および接合は、（「１０時」の位置に）示されている。
【００４９】
本明細書中に開示されたような母材製造の利点は、母材の手作業を減少または最小にすることができることである。母材構成要素が所定の位置に配置されると、レーザーおよび任意の並進／回転ステージは、遠隔制御およびプログラムされてもよく、したがって熟練した専門家が常時存在する必要を潜在的になくす。例えば、上述したように、３時間の製造期間のうち２０分未満にわたって専門家の存在が必要とされる状態で例の母材が作製された。生産施設内の適切な装備を用いて、この方法は、たった一人の監督の下で任意の母材が同時に組み立てられることを可能にし得るものであり、既存の方法と比べてより自動化された製造手順のための能力をもたらす。さらに、この手順は、レーザーの同じ通過と同時にいくつかの入れ子状チューブを接合し、連続するチューブを別々に取り扱う他の手法を用いて行われ得る望ましくない歪みを引き起こすことのない入れ子状構成要素を溶融する時間効率のよいやり方をもたらすことができる。
【００５０】
したがって、説明された例は、外側から母材へ外側ガラスチューブの外面、外側、表面に入射するようにレーザービームを遠くに展開している。それが発生させるレーザービームおよび／または熱エネルギーは、一次チューブの壁を通過して接触点に到達し、ガラス材に必要な軟化および溶解を引き起こす。しかしながら、この方法は、この点に限定されず、代替として、接合は、レーザービームの内部展開によってもたらされてもよく、したがって、それは、毛細管チューブの一方または両方の側面を通じて母材の関連部分に入射する。ビームをこのように向けるために母材の物理的内部にコンパクトなレーザー源を配置することも可能であるが、１つまたは複数のミラーを使用することがより好都合であり得る。レーザー源は、ビームが母材の内部を母材の内部に配置された角度が付けられたミラーへ縦方向下に、好ましくは縦軸に平行またはほぼ平行に向けるように母材の外側に配置することができ、このミラーは、接触点の方へより横断方向にビームを向ける。
【００５１】
図１２は、この種の内部溶接を実現するための一例の配置の概略断面図を示す。毛細管１４は、すでに述べたように、外側チューブ１２の内面に対して配置される。溶接は、チューブ１２と毛細管１４の間の接触点１６において要求される。レーザー源３０は、そのビーム３４が母材の内部に沿って縦方向に向けることができるように配置される。これは、必要に応じて、光学部品（図示せず）に向いているおよび／または集束している適切なビームを用いて実現することができる。集束用光学部品３２（本例では、必要とされる方向へのビームの集束と反射の両方をもたらす単一の凹面ミラーであるが、他の場合には、レンズとミラーの組み合わせなどの異なる光学素子が用いられてもよい）は、母材の内側にある角度で配置され、それによってビーム３４を遮り、接触点１６と位置合わせされまたはそれの近くにあるチューブ壁の方にビーム３４を外側へ向ける。示したように、ビーム３４は、外側チューブ１２に沿って移動し、ミラー３２は、外側チューブの内部に位置し、この構成において、向け直されたビームは、接触点１６のあたりで吸収されるために、まず毛細管１４の外側で入射し、毛細管１４の内腔を横切って毛細管壁を通過し、毛細管の内面に到達する。この場合には、接触点１６にまたはその近くに焦点を有する集束されたレーザービームを使用することが好ましいものであり得、より重要なことは、毛細管１４のこの部分の熱を減少させるために溶接エリアに到達するようにビーム３４が通過する毛細管１４の反対側の壁から離れていることである。代替の構成では、ビーム３４は、源３０から毛細管１４の内部に沿って毛細管１４の内部に配置された光学部品３２へ向けられてもよく、この光学部品３２は、ビーム３４を毛細管の内面へ直接向ける。この構成は、ビーム３４が毛細管１４全体を通過して接触点１６に到達する必要性をなくすが、外側チューブ１２の内径と比べて毛細管１４のより小さい内径のためにあまり都合がよくない可能性がある。
【００５２】
さらなる入れ子状毛細管が、すでに述べたように含まれてもよく、レーザービームは、ビームが毛細管を通過して接触点領域に到達する要件に対して、任意の毛細管の内腔に沿って移動して内径制約を受ける方向付け用光学部品に到達する。しかしながら、ビームがやはり毛細管の内側にある場合でも、これは、やはり外側チューブの内部にあることになり、これらの例のいずれかまたは全部は、ビームは、外側チューブの内部に沿って向けられて接触点に到達するとみなされる。これは、ビームが外側チューブの外部から向けられて接触点に到達するより先の例とは対照的である。前者の場合には、（内面に到達するようにビームが通過する任意の毛細管壁のいずれのものでも関わらず）ビームは、ビーム伝搬方向に関して接触点よりも前の毛細管の内面に入射し、後者の場合には、ビームは、ビーム伝搬方向に関して接触点よりも前の外側チューブの外面に入射する。
【００５３】
上述した図１２の例およびその変形例などの構成では、方向付け用光学部品３２は、外側チューブ１２の縦軸に平行な方向に沿った並進のために、ステージ６０などに取り付けることができる。ステージ６０の動作による（矢印によって示された）この方向に沿った光学部品３２の移動は、毛細管１４と外側チューブ１２の間の接触線に沿った接合を実現するために母材の長さに沿ってビームの入射点を並進させる。先に説明したように、これは、連続的な溶接、または離間した溶接からなる仮留め接合であり得る。ビームのただ１回の通過および数回の通過が使用され得る。
【００５４】
本明細書中に開示された方法を用いて製造することができる母材は、これまでに示された例に限定されない。容易に理解されるように、様々な個数のチューブの他の構成がなされてもよい。２つのチューブまたは毛細管の間の任意の接触は、適切に向けられたレーザービームによって接合することができる。異なるように配置された接触線または共通の接触線のための溶接は、母材構造を構築するように順に実行することができ、または複数のチューブ／毛細管についての共通の接触線は、１つの溶接ステップを用いて完全な母材を作り出すように溶接されてもよい。
【００５５】
図１３は、代替の構成を有する一例の母材（またはガラス管または完成したファイバー）の断面図を示す。この場合には、外側チューブ１２は、その内面に接合された一次毛細管１４を有する。一次毛細管１４は、その内面に接合された３つの等しいサイズの二次毛細管１８を有しており、二次毛細管１６は、異なる接触線に沿って一次毛細管１４の周囲に離間配置されている。一次毛細管および二次毛細管を備える毛細管ユニットは、第１の製造ステップとして作製することができ、それに続いてこのユニットを外側チューブに接合する。さらなる毛細管ユニットが、外側チューブ１２の周囲の異なる接触線において外側チューブ１２内に加えられてもよい。
【００５６】
図１４は、さらなる例の母材の断面図を示す。この例では、外側チューブ１２は、その内面に接合された毛細管ユニットを有し、毛細管ユニットは、入れ子状構成においてその内部に接合された減少する直径の３つの二次毛細管１８ａ、１８ｂ、１８ｃを有する一次毛細管１４を備える。４つの毛細管および外側チューブ１２は、共通の接触線に沿って全て接合される。毛細管ユニットは、完成した入れ子状毛細管ユニットが外側チューブ１２の中に固定される前に、中くらいの二次毛細管１８ｂの内部に最小の二次毛細管１８ｃを接合し、次いで最大の二次毛細管１８ａの内部に中くらいの二次毛細管１８ｂを接合し、そして一次毛細管１４の内部に最大の二次毛細管１８ａを接合するように（または別の順序で）、連続した溶接ステージによって構築することができる。代替として、毛細管および外側チューブは、単一の溶接ステップにおいて全て一緒に接合されてもよい。さらなる同じまたは異なる毛細管ユニットは、外側チューブ１２の内面の周りに他の接触線において加えられてもよい。
【００５７】
本明細書中に述べられた特定の例は、シリカから作製される母材について言及して、きたが、概して、技法は、任意のガラス材から作製される母材に適用可能である。単一の母材内の様々なチューブまたは構成要素（一次、二次、またはさらなる毛細管を含む外側チューブおよび内側毛細管）は、同じガラスからまたは異なるガラスから作製することができる。本明細書中において、用語「ガラス」は、光ファイバーに使用するための外側チューブまたは毛細管がそこから作製され得るように適切な物理的特性および光特性を有する任意の材料を指すことが意図されており、これは、母材内の所定の位置に構成要素を接合することを可能にするのに十分に入射レーザービームによって軟化または溶解され得る。概して、ガラスは、液体状態の方に加熱されるときにガラス転移を示す非結晶アモルファス固体である。ガラスのタイプには、化合物シリカ（二酸化ケイ素または石英）に基づく「ケイ酸塩ガラス」または「シリカベースのガラス」が含まれ、それについて多くの例が存在する。光学応用に適した他のガラスには、カルコゲナイド、テルライトガラス、フッ化物ガラス、およびドープシリカガラスが含まれるが、これらに限定されない。レーザー動作パラメータ（波長、パワー、エネルギー、パルス持続時間および周波数、露光間の時間、ビームサイズなど）の適切な選択は、シリカよりもより容易に生じ得るガラス破壊またはガラス結晶化などの問題を減らすまたは防ぐために、カルコゲナイドなどのこれらの材料のいくつかが必要とされる。ガラスは、吸収／透過の改良または光ポンピングの有効化など、光特性に合わせるために１つまたは複数のドーパントを含むことができる。
【００５８】
レーザービームを発生させる光源（レーザー）は、波長が適切な吸収深さを有するように接合されるガラス材の特性を参照することによって選択され得、それによって接触点または接触線のまわりの材料の適切なサイズの領域にわたって接合のために必要な温度上昇をもたらす。動作パラメータは、必要なガラス材の軟化／溶解をもたらすとともに、ことによって材料のアブレーションを防止もするように適切な量のエネルギーを送り届けるように同様に選択され得る。これらは、パルスレーザーについて平均パワー、ピークパワー、パルス持続時間、および繰り返し数、または連続波（ｃｗ）動作の選択を含むことができる。示されるように、二酸化炭素レーザーの１０．６μｍの波長出力は、シリカガラスに適切である。他のレーザーには、シリカ、ドープされたシリカ、およびフッ化物ガラスと共に使用するための二酸化炭素レーザー（９から１１μｍの波長レンジ）、シリカ、ドープされたシリカ、およびフッ化物ガラスと共に使用するための一酸化炭素レーザー（５から６μｍの波長範囲）、シリカ、ドープされたシリカ、カルコゲナイド、テルライト、またはフッ化物ガラスと共に使用するために好ましくはパルス動作を伴う５３２ｎｍの波長のレーザー（緑色出力）、およびシリカ、ドープされたシリカ、カルコゲナイド、テルライト、およびフッ化物ガラスと共に使用するための紫外線波長レーザーが含まれ得るが、これらに限定されない。
【００５９】
レーザービームは、垂直な幾何学的形状において母材の表面（外側チューブの外面または毛細管の内面）へ向けることができ、その結果、（接触点と径方向に位置合わせした）径が接触点を満たす場所でチューブまたは毛細管の径に沿って位置合わせされる。言い換えれば、ビームの方向は、接触点における関連したチューブまたは毛細管の接線と直交する。しかしながら、これは、必須ではなく、他の幾何学的形状が、好ましいまたは好都合なものとして使用されてもよく、これは、必要なエネルギーを接触点の近くへ送り届けて接触点におけるガラス表面の必要な溶融を実現するのに有効である。垂直な幾何学的形状は、表面上の入射点と接触点の間のガラスの厚さを最小にすることができ、これは、場合によっては適切であり得る。他の場合には、図１２にあるような傾斜しているまたは角度が付けられた幾何学的形状は、エネルギー吸収を増加させる、したがって送り届けられる熱を増加させるために、ガラスを通じた経路長の増加を与えるのに好ましい可能性がある。他の場合には、角度が付いた非垂直な入射は、実施するのに物理的により好都合であり得る。いずれの場合も、送り届けられる必要がある熱エネルギーの量、および送り届けられる領域を決定するときに、ガラスを通じた経路長が、考慮に入れられるべきである。角度が付いたビーム構成も、溶接を作り出すために２つ以上のビームの同時使用を可能にする。
【００６０】
図１５は、２つのレーザービーム３４ａ、３４ｂが、母材の外面から外側チューブ１２と入れ子状ペアの毛細管１４、１８の間の接触点１６の方へ向けられている一例の製造方法の断面図を示す。ビームは、垂直位置のいずれかの側にある角度で配置され、したがって、それらは、エネルギーを両側から同時に接触点領域へ送り届けることができる。これは、接をより迅速に形成するのに役立ち得る、またはガラス内のレーザービームの吸収深さが小さい、および／またはガラス内の熱伝導率が低い場合、その結果、単一ビームで要求された加熱を効率的にもたらすことが難しい。２つのビームは、２つのレーザー源が使用される場合、エネルギー送達の増加も可能にし、ただし、十分なパワーを単一のレーザー源から得てもよい。２つのレーザー源は、動作波長または時間的特性に関して同じである必要はない。代替として、２つのビームは、ビームスプリッターを介して単一のレーザー源から得ることができる。そのような装置は、２つのビームに限定されず、３つ以上が用いられてもよい。複数のレーザーの使用（２つ以上のビーム）について、図１５におけるように、ビームは母材上の共通の入射位置または隣接した位置へ向けることができ、それによってその効果は組み合わされ、あるいは同じ接触線に沿った複数の接触線または複数の離間点の同時の溶接を可能にするように複数の異なる入射位置へ向けられてもよい。
【００６１】
前述の議論は、光とガラスの線形相互作用を仮定しており、レーザー光が吸収され、それによってエネルギーがガラス内の温度上昇を引き起こして軟化または溶解をもたらす。しかしながら、本発明は、この点に限定されず、非線形光学レジームが、代わりに使用されてもよい。このため、レーザービームまたはビームを発生させる光源は、接合されるガラス材または材料の非線特性を参照することにより選択されるパルス源であり、パルスピークパワー、パルス持続時間、およびパルス繰り返し数の組み合わせが十分な非線形光吸収を実現して、接触点または接触線のまわりでガラス材の適切なサイズの領域にわたって接合のために温度上昇をもたらすようになっている。非線形光吸収は、一般に多光子吸収効果によって行われ、高い光学場強度を必要とし、これは、短光パルスまたは超短光パルスおよび密に集束されたレーザービームを用いて実現することができる。この集束装置は、さもなければ（線形レジームにおける特定のレーザー光の低吸収を有し得る）透過材料において局所化された熱の蓄積を可能にする。
【００６２】
したがって、接合のために非線形光吸収を使用するために、レーザービームの焦点は、熱発生が必要とされるところへ熱発生を局所化するように意図された接合位置にまたはそのとても近くに（したがって、接触点または接触線にまたはそのあたりに、接合される２つのチューブの間の界面に）配置されるべきである。それによって、ガラスは、接合位置において溶融され、一方、その他の場所では熱発生が最小化または防止され、これは、ガラス材の他の部分におけることによって望ましくない熱的影響を防止するのに有利であり得る。
【００６３】
さらに、非線形吸収レジームにおいて、熱的影響なしでまたは熱的影響に加えて、接合を作り出すことができ、その代わりに、場合によってイオン移動またはアブレーションを含んで、接合は光イオン化効果によって生じることが可能である。
【００６４】
非線形吸収効果（熱および非熱）による接合のために、フェムト秒、ピコ秒、またはナノ秒の持続時間のパルスを生成するのに動作可能なレーザーを使用することができ、１０ｋＷ以上、１００ｋＷ以上、または１００ＭＷ以上、あるいは一層より高いピークパルスパワーで動作する。また、ガラス材中のレーザーの動作波長の線形光吸収は、比較的低くすることができ、例えば１ｄＢ／ｍ以下、０．１ｄＢ／ｍ以下、０．０１ｄＢ／ｍ以下、０．００１ｄＢ／ｍ以下、またはさらに低いものである。したがって、レーザー波長が有効な吸収および十分な温度の増加のためにガラス特性に整合されるべきである線形吸収レジームと比較して、レーザー源の選択に際してより大きい柔軟性がもたらされうる。
【００６５】
したがって、ガラスの接合は、ガラスによる吸収のために母材へ向けられるレーザービームの特性に応じて、すなわち、レーザーの特性が線形または非線形の光吸収を引き起こすかに応じて、ガラスの一部を軟化するまたは溶解するために熱的影響（加熱）によって、および／または光イオン化およびアブレーションなどの非熱的影響によって実現することができる。全てのオプションについて、エネルギーは、レーザービームによって２つの隣接した（接触している）チューブの一方または両方のガラスへ送り届けられ、それによって２つのチューブのガラスは、所望の接合をもたらすために接触点においてまたは接触線に沿って一緒に溶融される。レーザーエネルギー（加熱、溶解、軟化、イオン化など）によって様々な物理的効果がガラスに引き起こされ得るが、２つの隣接したガラス表面の結合または合体の望まれる結果がもたらされ得、２つのチューブのガラスは、接合を形成するために融合され得る。
【００６６】
レーザービームの焦点が非線形レジームによってもたらされる非常に局所的な効果を考慮して適切に配置される限り、ガラスチューブを位置決めするとともに１本または複数本のレーザービームを印加する上述した様々な構成は、非線形の光吸収を用いた接合にやはり関連している。
【００６７】
外側チューブおよび毛細管チューブのサイズおよび壁厚のいくつかの特定の例が、上述されてきたが、実施形態は、この点に限定されない。母材が作製され得るチューブについてのこれらのパラメータのいくつかの典型的な例は、（限定されるものではないが）２ｍｍまでの壁厚を有する（外側チューブ１２が外径３０ｍｍを有するように）３０ｍｍまでの直径のファイバー母材と、２ｍｍまでの壁厚を有する１０ｍｍまでの外径を備えた一次毛細管とを備え、この一次毛細管は、２ｍｍまでの壁厚を有する７ｍｍまでの外径を備えた二次毛細管を有する入れ子状である。代替として、他の直径および厚さのチューブおよび毛細管が使用されてもよい。
【００６８】
反共振中空コア光ファイバーのための母材は、任意の個数の一次毛細管を備えることができ、一次毛細管の内部に入れ子にされた二次毛細管を有しまたは有さず、適宜、二次毛細管の内部に入れ子にされたさらなる毛細管を備える。構造は、本明細書中に示された例に限定されず、本明細書中に開示された方法は、反共振中空コア光ファイバーのための母材の全部および任意の構成に適用することができるとともに、別個の後のステージにおいて、外側チューブに組み込まれる毛細管の入れ子状セットなどのそのような母材での包含のために要素に適用される。また、この方法は、中空チューブ状要素を含む他の光ファイバーのための母材の製造に適用可能であり得る。
【００６９】
図１１は、本開示による一例の方法におけるステップのフローチャートを示す。第１のステップＳ１では、ガラス材から作製された母材のための外側チューブを与える。ステップＳ２では、外側チューブよりも直径がより小さいやはりガラスの一次毛細管チューブが与えられる。ステップＳ３において、一次毛細管チューブは、外側チューブの内面に対して、および両チューブの縦軸に平行であるチューブ間の接触線に沿って、外側チューブの内部に配置される。次いで、適宜、ステップＳ４において、やはりガラスのおよび一次毛細管チューブよりもより小さい直径を有する二次毛細管チューブが加えられてもよく、これは、その内面に対して一次毛細管の内部に位置決めされ、接触線と位置合わせされる。代替として、位置決めの行為は、まず、一次毛細管の内部に二次毛細管を位置決めし、次いで外側チューブの内部に一次毛細管を位置決めすることによって、逆にされてもよい。
【００７０】
ステップＳ５では、レーザービームは、エネルギーを送り届けて接触線の近くのガラスを加熱し、それによってそれが軟化するように接触線に沿った１つまたは複数の位置において外側チューブへ向けられ、ガラスが冷却され硬化されるとチューブが接触線に沿って一緒に接合されることを可能にする。次いで、ステップＳ２からＳ５は、外側チューブの周囲の第１の接触線から離間した接触線に沿って外側チューブの内部にさらなる一次毛細管チューブ（および適宜、二次毛細管チューブ）を固定するように、ステップＳ６として繰り返すことができる。最後に、ステップＳ７は、所望の個数の毛細管チューブが、外側チューブの内側に接合され、意図された光ファイバーの要求される設計に従って周囲に間隔をおいて配置されるまで、ステップＳ６の繰り返しを可能にする。したがって、母材が製造され、この母材は、ガラス管または光ファイバーを形成するために線引きされ得る。
【００７１】
本明細書中に記載された様々な実施形態は、権利主張された特徴の理解および教示によって助けるように示されているものに過ぎない。これらの実施形態は、実施形態の代表的なサンプルとして与えられるものに過ぎず、網羅的および／または排他的ではない。本明細書中に記載された利点、実施形態、例、機能、特徴、構造、および／または他の態様は、特許請求の範囲によって定められる本発明の範囲に関する限定、または特許請求の範囲の均等物に関する限定とみなされるべきではなく、他の実施形態が利用されてもよく、クレームされた発明の範囲から逸脱せずに修正がなされてもよいことを理解されたい。本発明の様々な実施形態は、本明細書中に具体的に記載されたもの以外の開示された要素、構成要素、特徴、部分、ステップ、手段などの適切な組み合わせを適切に含んでも、それらからなっても、またはそれらから本質的になってもよい。加えて、本開示は、現在クレームにされていない他の発明を含むことができ、これらは、将来クレームされる可能性がある。
【００７２】
参考文献
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［５］  Ｂ．  Ｄｅｂｏｒｄ、Ａ．  Ａｍｓａｎｐａｌｌｙ、Ｍ．  Ｃｈａｆｅｒ、Ａ．  Ｂａｚ、Ｌ．  Ｖｉｎｃｅｔｔｉ、Ｊ−Ｍ．  Ｂｌｏｎｄｙ、Ｆ．  Ｇｅｒｏｍｅ、およびＦ．  Ｂｅｎａｂｉｄ、「７．７  ｄＢ／ｋｍ  ｌｏｓｓｅｓ  ｉｎ  ｉｎｈｉｂｉｔｅｄ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ  ｈｏｌｌｏｗ−ｃｏｒｅ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｆｉｂｅｒｓ」、ＣＬＥＯ  ２０１６  （Ｓａｎ  Ｊｏｓｅ、ＵＳＡ）、ＯＳＡ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  （ｏｎｌｉｎｅ）  （Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ、２０１６）、ｐａｐｅｒ  ＪＴｈ４Ｃ
［６］  Ｓ．Ｒ．  Ｓａｎｄｏｇｈｃｈｉ、Ｍ．Ｎ．  Ｐｅｔｒｏｖｉｃｈ、Ｄ．Ｒ．  Ｇｒａｙ、Ｙｏｎｇ  Ｃｈｅｎ、Ｎ．Ｖ．  Ｗｈｅｅｌｅｒ、Ｔ．Ｄ．  Ｂｒａｄｌｅｙ、Ｎ．Ｈ．Ｌ．  Ｗｏｎｇ、Ｇ  ．Ｊａｓｉｏｎ、Ｊ．Ｒ．  Ｈａｙｅｓ、Ｅ．  Ｎｕｍｋａｍ  Ｆｏｋｏｕａ、Ｍ．  Ｂｏｔｅｌｈｏ  Ａｌｏｎｓｏ、Ｓ．Ｍ．  Ａｂｏｋｈａｍｉｓ  Ｍｏｕｓａｖｉ、Ｄ．Ｊ．  Ｒｉｃｈａｒｄｓｏｎ、Ｆ．  Ｐｏｌｅｔｔｉ、「Ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｉｄｅ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｒａｄｉｏｍｅｔｒｙ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ，  ｗｉｄｅ  ｄｙｎａｍｉｃ  ｒａｎｇｅ  ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒｓ」、Ｏｐｔ．  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２３（２１）、２７９６０〜２７９７４  （２０１５）
［７］  Ｗ．  Ｂｅｌａｒｄｉ、「Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｈｏｌｌｏｗ  ａｎｔｉ  ｒｅｓｏｎａｎｔ  ｆｉｂｅｒｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｖｉｓｉｂｌｅ  ａｎｄ  ｎｅａｒ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｓｐｅｃｔｒａｌ  ｒａｎｇｅ」、Ｊ．  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  ３３（２１）、４４９７〜４５０３  （２０１５）
［８］  Ａ．Ｆ．  Ｋｏｓｏｌａｐｏｖ、Ｇ．Ｋ．  Ａｌａｇａｓｈｅｖ、Ａ．Ｎ．  Ｋｏｌｙａｄｉｎ、Ａ．Ｄ．  Ｐｒｙａｍｉｋｏｖ、Ａ．Ｓ．  Ｂｉｒｙｕｋｏｖ、Ｉ．Ａ．  Ｂｕｆｅｔｏｖ、およびＥ．Ｍ．  Ｄｉａｎｏｖ、「Ｈｏｌｌｏｗ−ｃｏｒｅ  ｒｅｖｏｌｖｅｒ  ｆｉｂｒｅ  ｗｉｔｈ  ａ  ｄｏｕｂｌｅ−ｃａｐｉｌｌａｒｙ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｃｌａｄｄｉｎｇ」、Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．  ４６（３）、２６７〜２７０  （２０１６）
［９］  Ａ．Ｄ．  ＭｃＬａｃｈｌａｎ、およびＦ．Ｐ．  Ｍｅｙｅｒ、「Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  ｆｕｓｅｄ  ｓｉｌｉｃａ  ｆｏｒ  ＣＯ２  ｌａｓｅｒ  ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ」、Ａｐｐｌ．  Ｏｐｔ．  ２６、１７２８〜１７３１  （１９８７）
【符号の説明】
【００７３】
１０  ファイバー
１２  中空円筒形外側チューブまたはジャケット、外側ジャケット、外側チューブ、外側ジャケット層、チューブ
１４  内側円筒形チューブまたは毛細管、毛細管、毛細管チューブ、外側チューブ、一次毛細管、第１の毛細管
１６  接触点
１６ａ  第２の接触点
１８  一層小さい毛細管、二次毛細管、第２の毛細管、最も内側の二次毛細管
１８ａ  二次毛細管
１８ｂ  二次毛細管
１８ｃ  二次毛細管
２０  入れ子型反共振ノードレスファイバー（ＮＡＮＦ）、ファイバー、ＮＡＮＦ
２２  接触線
３０  光源、レーザー源
３２  集束系、集束レンズ、集束用光学部品、ミラー、光学部品、方向付け用光学部品
３４  レーザービーム、ビーム
３４ａ  レーザービーム
３４ｂ  レーザービーム
３６  焦点
３８  ステージ
４０  母材
４２  回転ステージ
４３  並進ステージ、ステージ
４４  抽出部
４８  スタンド
５０  鉄棒
５２  外部磁石
６０  ステージ
【図１】
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【図２】
0006910486.tif 000003
【図３】
0006910486.tif 000004
【図４Ａ】
0006910486.tif 000005
【図４Ｂ】
0006910486.tif 000006
【図５（ａ）】
0006910486.tif 000007
【図５（ｂ）】
0006910486.tif 000008
【図５（ｃ）】
0006910486.tif 000009
【図６】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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