JP2019074739A - ファイバ内の表面モードの抑制 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、2017年10月11日に出願した、Krempによる「Surface Mode Suppression in Hollow Core Fibers」というタイトルを有する、米国仮特許出願第62570804号の利益を主張するものである。
ngroup=neff−λ(dneff/dλ) [式1]
である。
dneff/dλ=(neff−ngroup)/λ [式2]
となる。
nbent(r,Θ)=n(r,Θ)・[1+cos(Θ)r/R] [式3]
に従って事実上偏らせる。
したがって、曲げの中立面から概算距離cоs(Θ)rのところのクラッド内に存在する、実効屈折率neffをもつモードの実効屈折率は、おおよそ
Δneff=neff・cos(Θ)・r/R [式4]
だけ変わる。
直線ファイバにおける実効屈折率がわずかな量Δneff、すなわち|Δneff|<<neffだけ隔たっている2つのモードを断続的に結合するために、式4から十分な曲げ半径、
R=cоs(Θ)・r・neff/Δneff [式5]
が導かれる。
一例として、クラッド・モードが、曲げの中立面から概算距離cоs(Θ)・r約30μmのところに存在する場合、かつその実効屈折率neff約1が、表面モードの実効屈折率とはΔneff=0.0003だけ異なる場合、非常に緩やかな曲げ半径R=30μm/0.0003=10cmはすでに、式5によれば、クラッド・モードを表面モードに位相整合させ、したがって望まれない表面モードから高損失性クラッド・モードにパワーを伝達するのに、十分なほどタイトである。それと等価には、曲げ半径と方位角度Θのコサインの商R/cоs(Θ)が、R/cоs(Θ)=10cmを満足させる場合、曲げファイバにおいてモード結合をなお達成しながら、クラッド・モードの実効屈折率は、望まれない表面モードの実効屈折率とは(直線ファイバにおける)Δneff=0.0003と同程度だけ異なることができる。表面モードの実効屈折率の傾き|dneff/dλ|が、図8(b)の点810のところの例と同様に、交差するクラッド・モードの実効屈折率の傾きよりも例えば5.4・10−5/nm大きな(すなわち急峻である)場合、Δneff=0.0003というこの変化は、図8(b)の結合点810および図11(b)の損失スパイク1110の概算シフトΔλ約0.0003/(5.4・10−5/nm)=5.5nmに対応する。表面モードの、曲げにより誘発される実効屈折率変化が、無視できるほどではない場合、このスペクトル・シフトは、より大きくなることもあり、より小さくなることもある。このファイバが半径R=10cmの曲げに沿って捻られる場合、表面モード損失スパイク1110はしたがって、それぞれの1回捻り(360°の方位角方向回転)にわたって幅2・5.5nm=11nmの波長範囲を走査して、この波長範囲全体にわたって表面モードを効果的に減衰させる。より小さな値R/cоs(Θ)=1cmでは、同様に計算すると、波長シフトΔλ約55nmが得られる。同様の計算が、図11(b)の損失スパイク1120および1130についても成り立つ。特定のファイバ設計に応じて、表面モードおよびクラッド・モードの屈折率の傾き|dneff/dλ|は、実質的により大きくなる(例えば10倍大きくなる)こともあり、より小さくなる(例えば10分の1になる)こともあり、それがずっと大きなまたは小さな波長シフトΔλに対応する。
Claims (20)
- 横断面を有し、前記断面が、軸方向中心を有し、前記軸方向中心から径方向に一方向に延在する基準方向をさらに有する、光ファイバであって、
実質的に前記軸方向中心のところに位置する導波中空コアと、
前記中空コアを取り囲むクラッド・マトリックスであって、
クラッド空孔特性をもつクラッド空孔、および
隣接するクラッド空孔間に位置する支柱部であって、前記横断面にわたって実質的に均一である、支柱部
を備える、クラッド・マトリックスと、
前記クラッド・マトリックス内の、前記軸方向中心からさまざまな径方向距離のところに配設された修正空孔であって、さらに前記クラッド・マトリックス内の、前記基準方向からさまざまな方位角度のところに配設され、修正特性を有し、前記修正特性が、前記クラッド空孔特性とは異なっており、
径方向に変化する特性、
方位角方向に変化する特性、および
径方向に変化する特性と方位角方向に変化する特性との組合せ
からなる群から選択されるものである、修正空孔と
を備える、光ファイバ。 - 前記クラッド・マトリックス内に位置するシャント・コアをさらに備える、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記修正空孔が、前記軸方向中心から径方向外側に延在する直線状経路に沿って位置する、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記修正特性が、径方向に変化する特性である、請求項3に記載の光ファイバ。
- 前記径方向に変化する特性が、
そのそれぞれに対応する直線状経路に沿って変化する空孔径、
そのそれぞれに対応する直線状経路に沿って変化する空孔形状、
そのそれぞれに対応する直線状経路に沿って変化する壁部厚さ、
そのそれぞれに対応する直線状経路に沿って変化するノード・ガラス領域、
そのそれぞれに対応する直線状経路に沿って変化する空孔表面の粗さ、
そのそれぞれに対応する直線状経路に沿って変化する材料タイプ、
そのそれぞれに対応する直線状経路に沿って変化するドーパント・タイプ、
そのそれぞれに対応する直線状経路に沿って変化するドーパント濃度、および
それらのさまざまな組合せ
からなる群から選択されるものである、請求項4に記載の光ファイバ。 - 前記修正特性が、方位角方向に変化する特性である、請求項3に記載の光ファイバ。
- 前記方位角方向に変化する特性が、
方位角方向に変化する空孔径、
方位角方向に変化する空孔形状、
方位角方向に変化する壁部厚さ、
方位角方向に変化するノード・ガラス領域、
方位角方向に変化する空孔表面の粗さ、
方位角方向に変化する材料タイプ、
方位角方向に変化するドーパント・タイプ、
方位角方向に変化するドーパント濃度、および
それらのさまざまな組合せ
からなる群から選択されるものである、請求項6に記載の光ファイバ。 - 軸方向断面を有し、前記軸方向断面が、軸方向中心を有し、前記軸方向中心から径方向に一方向に延在する基準方向をさらに有する、光ファイバであって、
実質的に前記軸方向中心のところに位置する中空コアと、
前記中空コアを取り囲むクラッド・マトリックスであって、
クラッド空孔特性を有するクラッド空孔、および
クラッド空孔間に位置する支柱部であって、実質的に均一な特性を有する、支柱部
を備える、クラッド・マトリックスと、
前記クラッド・マトリックス内の、前記軸方向中心からさまざまな径方向距離のところに配設された修正空孔であって、さらに前記クラッド・マトリックス内の、前記基準方向からさまざまな方位角度のところに配設され、前記クラッド空孔特性とは異なる修正特性を有する、修正空孔と
を備える、光ファイバ。 - 前記修正空孔が、前記軸方向中心から径方向外側に延在する直線状経路に沿って位置し、前記さまざまな方位角度が、規則的に間隔の空いた角度である、請求項8に記載の光ファイバ。
- 前記規則的に間隔の空いた角度が、約60度(60°)である、請求項9に記載の光ファイバ。
- 前記クラッド・マトリックス内に位置するシャント・コアをさらに備える、請求項8に記載の光ファイバ。
- 前記修正空孔が、前記軸方向中心から径方向外側に延在する直線状経路に沿って位置する、請求項8に記載の光ファイバ。
- 前記修正特性が、径方向に変化する特性である、請求項12に記載の光ファイバ。
- 前記径方向に変化する特性が、
そのそれぞれに対応する直線状経路に沿って変化する空孔径、
そのそれぞれに対応する直線状経路に沿って変化する空孔形状、
そのそれぞれに対応する直線状経路に沿って変化する壁部厚さ、
そのそれぞれに対応する直線状経路に沿って変化するノード・ガラス領域、
そのそれぞれに対応する直線状経路に沿って変化する空孔表面の粗さ、
そのそれぞれに対応する直線状経路に沿って変化する材料タイプ、
そのそれぞれに対応する直線状経路に沿って変化するドーパント・タイプ、
そのそれぞれに対応する直線状経路に沿って変化するドーパント濃度、および
それらのさまざまな組合せ
からなる群から選択されるものである、請求項13に記載の光ファイバ。 - 前記修正特性が、方位角方向に変化する特性である、請求項12に記載の光ファイバ。
- 前記方位角方向に変化する特性が、
方位角方向に変化する空孔径、
方位角方向に変化する空孔形状、
方位角方向に変化する壁部厚さ、
方位角方向に変化するノード・ガラス領域、
方位角方向に変化する空孔表面の粗さ、
方位角方向に変化する材料タイプ、
方位角方向に変化するドーパント・タイプ、
方位角方向に変化するドーパント濃度、および
それらのさまざまな組合せ
からなる群から選択されるものである、請求項15に記載の光ファイバ。 - 前記修正特性が、径方向に変化する特性と方位角方向に変化する特性との組合せである、請求項12に記載の光ファイバ。
- 実質的に円形の軸方向断面を有する外管を使用する製造工程であって、前記軸方向断面が、軸方向中心を有し、前記軸方向中心から径方向に一方向に延在する基準方向をさらに有する、製造工程において、
前記軸方向中心のところに中空領域を有するマトリックスを形成するように、前記外管内にキャピラリ管を配列するステップと、
前記キャピラリ管に混じって修正管を配置するステップであって、前記修正管が、修正特性を有し、前記軸方向中心からさまざまな径方向距離のところに配置され、さらに前記基準方向からさまざまな方位角度のところに配置され、さらに前記軸方向中心から径方向外側に延在する直線状経路に沿って配置され、前記修正特性が、
径方向に変化する特性、
方位角方向に変化する特性、および
径方向に変化する特性と方位角方向に変化する特性との組合せ
からなる群から選択される、配置するステップと
を含む、工程。 - 各修正管が、そのそれぞれに対応する空孔径、壁部厚さ、ノード・ガラス領域、表面粗さ、材料組成、ドーパント・タイプ、およびドーパント濃度を有し、前記径方向に変化する特性が、
そのそれぞれに対応する修正空孔の径方向距離の関数として変化する空孔径、
そのそれぞれに対応する修正空孔の径方向距離の関数として変化する空孔形状、
そのそれぞれに対応する修正空孔の径方向距離の関数として変化する壁部厚さ、
そのそれぞれに対応する修正空孔の径方向距離の関数として変化するノード・ガラス領域、
そのそれぞれに対応する修正空孔の径方向距離の関数として変化する表面粗さ、
そのそれぞれに対応する修正空孔の径方向距離の関数として変化する材料組成、
そのそれぞれに対応する修正空孔の径方向距離の関数として変化するドーパント・タイプ、および
そのそれぞれに対応する修正空孔の径方向距離の関数として変化するドーパント濃度
からなる群から選択される、請求項18に記載の工程。 - 各修正管が、そのそれぞれに対応する空孔径、壁部厚さ、ノード・ガラス領域、表面粗さ、それぞれに対応する材料組成、ドーパント・タイプ、およびドーパント濃度を有し、前記方位角方向に変化する特性が、
そのそれぞれに対応する修正空孔の方位角度の関数として変化する空孔径、
そのそれぞれに対応する修正空孔の方位角度の関数として変化する空孔形状、
そのそれぞれに対応する修正空孔の方位角度の関数として変化する壁部厚さ、
そのそれぞれに対応する修正空孔の方位角度の関数として変化するノード・ガラス領域、
そのそれぞれに対応する修正空孔の方位角度の関数として変化する表面粗さ、
そのそれぞれに対応する修正空孔の方位角度の関数として変化する材料組成、
そのそれぞれに対応する修正空孔の方位角度の関数として変化するドーパント・タイプ、および
そのそれぞれに対応する修正空孔の方位角度の関数として変化するドーパント濃度
からなる群から選択される、請求項18に記載の工程。
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