(57)【要約】【課題】  ビーム品質の劣化を抑制しつつラマン散乱光を損失させ得るフォトニックバンドギャップファイバを提供することを目的とする。【解決手段】  コア領域１０と、コア領域１０を囲んで格子状に配置される複数の第１高屈折率部２１及び複数の第２高屈折率部２２を備え、第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２はそれぞれコア領域１０の中心軸を対称軸とする回転対称となる位置に形成され、第１高屈折率部２１は、規格化周波数とコア領域１０を伝搬する信号光の中心波長の基本モードの光の損失とで表される複数のフォトニックバンドギャップのいずれかにおいて、損失が極小となる規格化周波数より小さい規格化周波数を有し、第２高屈折率部２２は、複数のフォトニックバンドギャップのいずれかにおいて、損失が極小となる規格化周波数より大きい規格化周波数を有する。【選択図】    図１
2020020885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア領域と、前記コア領域を囲むバンドギャップ領域と、を備え、
前記バンドギャップ領域は、前記コア領域の屈折率よりも高い屈折率を有し互いに隣接して格子状に配置される複数の高屈折率部と、前記高屈折率部の屈折率より低い屈折率を有しそれぞれの前記高屈折率部の間を埋める低屈折率部とを有し、
前記バンドギャップ領域は、前記コア領域に隣接する第１バンドギャップ領域と、外周側の少なくとも一部を含む第２バンドギャップ領域と、を有し、
前記第１バンドギャップ領域には、前記高屈折率部のうち複数の第１高屈折率部が互いに隣接して配置され、
前記第２バンドギャップ領域には、前記高屈折率部のうち複数の第２高屈折率部が互いに隣接して配置され、
前記第１高屈折率部は、規格化周波数と前記コア領域を伝搬する信号光の中心波長の基本モードの光の損失とで表される複数のフォトニックバンドギャップのいずれかにおいて、前記損失が極小となる規格化周波数より小さい規格化周波数を有し、
前記第２高屈折率部は、複数の前記フォトニックバンドギャップのいずれかにおいて、前記損失が極小となる規格化周波数より大きい規格化周波数を有する
ことを特徴とするフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項２】
前記第１バンドギャップ領域及び前記第２バンドギャップ領域のそれぞれが前記コア領域の中心軸を対称軸とする回転対称となる位置に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項３】
前記信号光の中心波長において、基本モードの光の損失が０．０１ｄＢ／ｍ以下、かつ、第２高次モードの光または第３高次モードの光の損失が０．０５ｄＢ／ｍ以上５ｄＢ／ｍ以下であり、
前記信号光の中心波長＋１０ｎｍ以上、＋１００ｎｍ以下の範囲内のいずれかの波長において、基本モードの光の損失が５ｄＢ／ｍ以上である
ことを特徴とする請求項１または２に記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項４】
前記信号光の中心波長において、第１高次モードの光の損失が０．１ｄＢ／ｍ以下である
ことを特徴とする請求項３に記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項５】
前記第１高屈折率部及び前記第２高屈折率部は三角格子状に配置される
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項６】
前記第１バンドギャップ領域及び前記第２バンドギャップ領域のそれぞれが前記コア領域の中心軸を対称軸として６０°回転対称となる位置に形成される
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項７】
前記第２バンドギャップ領域が複数に分割され、
前記第１バンドギャップ領域の一部が前記バンドギャップ領域の最も内側から前記第２バンドギャップ領域同士の間まで分布している
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項８】
前記第１高屈折率部の数が前記第２高屈折率部の数より多い
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項９】
前記コア領域は、内側コアと前記内側コアより屈折率が低く前記内側コアを囲う外側コアとを有する
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項１０】
前記信号光の中心波長において、基本モードの光の実効断面積が６００μｍ２以上である
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニックバンドギャップファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを増幅媒体とするファイバレーザ装置は、集光性に優れ、パワー密度が高く、小さなビームスポットとなる光が得られることから、金属や樹脂等の材料加工分野、医療分野等の様々な分野において用いられている。このようなファイバレーザ装置では、高いパワーの信号光が光ファイバを伝搬するため、誘導ラマン散乱等の非線形現象が生じる場合がある。
【０００３】
上記のような非線形現象を抑制するための光ファイバとして、フォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）が知られている。フォトニックバンドギャップファイバは、フォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）が生じる特定の波長帯域において光を伝搬させ、他の波長帯域を光の伝搬が抑制される遮断帯域とすることができる。例えば、フォトニックバンドギャップファイバの遮断帯域を一次のラマン散乱光の波長帯域に合わせることによって、誘導ラマン散乱光の成長が抑制される。
【０００４】
このようなフォトニックバンドギャップファイバが下記特許文献１に記載されている。下記特許文献１のフォトニックバンドギャップファイバは、クラッドと屈折率が同じか、クラッドより屈折率が低い第１コアと、第１コアを囲う第１コアより屈折率が低い第２コアと、クラッドより屈折率が高い高屈折率部が周期的に複数配置されて第２コアを囲む周期構造部と、を備える。
【０００５】
また、下記特許文献２には、低屈折率部と低屈折率部内において三角格子状に配置された多数の高屈折領域とを有するフォトニックバンドギャップファイバが記載されている。このフォトニックバンドギャップファイバでは、光ファイバの長手方向に垂直な断面の中央部において高屈折領域が非配置とされ、当該領域がコア領域とされる。また、このフォトニックバンドギャップファイバでは、光ファイバの長手方向に垂直な断面において中央部から径方向に高屈折領域が非配置とされる複数の帯状の領域がクラッド領域に含まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許７９７８９４７号明細書
【特許文献２】特許第５１６０４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１のフォトニックバンドギャップファイバにおいて、コアを伝搬する光のパワー密度を下げるためにコアを大径化すると、高次モードの光が伝搬し易くなる傾向がある。ビーム品質を高めるためには、高次モードの光は可能な限り除去されることが好ましい。このため、上記特許文献１のフォトニックバンドギャップファイバでは、ビーム品質が劣化する懸念がある。
【０００８】
また、上記特許文献２に記載のフォトニックバンドギャップファイバでは、信号光の波長帯域より長波長側の波長帯域においても基本モードの光が伝搬し易い。このため、上記特許文献２に記載のフォトニックバンドギャップファイバでは、信号光より波長が長いラマン散乱光が伝搬し易い傾向にある。
【０００９】
そこで、本発明は、ビーム品質の劣化を抑制しつつラマン散乱光を損失させ得るフォトニックバンドギャップファイバを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明のフォトニックバンドギャップファイバは、コア領域と、前記コア領域を囲むバンドギャップ領域と、を備え、前記バンドギャップ領域は、前記コア領域の屈折率よりも高い屈折率を有し互いに隣接して格子状に配置される複数の高屈折率部と、前記高屈折率部の屈折率より低い屈折率を有しそれぞれの前記高屈折率部の間を埋める低屈折率部とを有し、前記バンドギャップ領域は、前記コア領域に隣接する第１バンドギャップ領域と、外周側の少なくとも一部を含む第２バンドギャップ領域と、を有し、前記第１バンドギャップ領域には、前記高屈折率部のうち複数の第１高屈折率部が互いに隣接して配置され、前記第２バンドギャップ領域には、前記高屈折率部のうち複数の第２高屈折率部が互いに隣接して配置され、前記第１高屈折率部は、規格化周波数と前記コア領域を伝搬する信号光の中心波長の基本モードの光の損失とで表される複数のフォトニックバンドギャップのいずれかにおいて、前記損失が極小となる規格化周波数より小さい規格化周波数を有し、前記第２高屈折率部は、複数の前記フォトニックバンドギャップのいずれかにおいて、前記損失が極小となる規格化周波数より大きい規格化周波数を有することを特徴とする。
【００１１】
コア領域を伝搬する信号光の中心波長の基本モードの光の損失が極小となるときの規格化周波数より小さい規格化周波数を有する第１高屈折率部が上記のように配置されることによって、信号光の中心波長より長波長の光の伝搬を抑制し得る。また、信号光の中心波長の基本モードの光の損失が極小となるときの規格化周波数より大きい規格化周波数を有する第２高屈折率部が上記のように配置されることによって、信号光の波長帯域において基本モードの光の損失を抑制しつつ高次モードの光を損失させ得る。さらに、第２高屈折率部が配置される第２バンドギャップ領域が上記のようにバンドギャップ領域の外周側に形成されることによって、高次モードの光をフォトニックバンドギャップファイバから漏洩させ易くし得る。このように規格化周波数が互いに異なる第１高屈折率部及び第２高屈折率部が配置されることによって、本発明のフォトニックバンドギャップファイバは、使用波長帯域では基本モードの光の損失を抑制しつつ高次モードの光を損失させ、使用波長帯域より長波長側の波長帯域では基本モードの光及び高次モードの光を損失させ得る。よって、ビーム品質の劣化を抑制しつつラマン散乱光を損失させ得る。
【００１２】
また、前記第１バンドギャップ領域及び前記第２バンドギャップ領域のそれぞれが前記コア領域の中心軸を対称軸とする回転対称となる位置に配置されることが好ましい。
【００１３】
コア領域の中心軸を対称軸とする回転対称の位置に第１バンドギャップ領域及び第２バンドギャップ領域が配置されることによって、フォトニックバンドギャップファイバから周方向の均等な方向から光を漏洩させ得る。そのため、光の漏洩による局所的な発熱が抑制され得る。
【００１４】
また、前記信号光の中心波長において、基本モードの光の損失が０．０１ｄＢ／ｍ以下、かつ、第２高次モードの光または第３高次モードの光の損失が０．０５ｄＢ／ｍ以上５ｄＢ／ｍ以下であり、前記信号光の中心波長＋１０ｎｍ以上、＋１００ｎｍ以下の範囲内のいずれかの波長において、基本モードの光の損失が５ｄＢ／ｍ以上であることが好ましい。
【００１５】
信号光の中心波長において基本モードの光の損失が０．０１ｄＢ／ｍ以下とされることによって、使用波長帯域において基本モードの光の損失が抑制され得る。また、信号光の中心波長において第２高次モードの光または第３高次モードの光の損失が０．０５ｄＢ／ｍ以上５ｄＢ／ｍ以下とされることによって、使用波長帯域において第２高次モードの光または第３高次モードの光を徐々に漏洩させることができる。そのため、光の漏洩による局所的な発熱が抑制され得る。また、信号光の中心波長＋１０ｎｍ以上、信号光の中心波長＋１００ｎｍ以下の範囲内のいずれかの波長において、基本モードの光の損失が５ｄＢ／ｍ以上であることによって、信号光より長波長であるラマン散乱光の伝搬が抑制され得る。
【００１６】
また、前記信号光の中心波長において、第１高次モードの光の損失が０．１ｄＢ／ｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
信号光の中心波長において第１高次モードの光の損失が０．１ｄＢ／ｍ以下とされることによって、使用波長帯域において第１高次モードの光の過度な漏洩を抑制し得る。第１高次モードの光の漏洩が抑制されることによって、光の漏洩に起因する発熱が抑制され得る。
【００１８】
また、前記第１高屈折率部及び前記第２高屈折率部は三角格子状に配置されることが好ましい。
【００１９】
第１高屈折率部及び第２高屈折率部が三角格子状に配置されることによって、第１高屈折率部となるガラスロッド及び第２高屈折率部となるガラスロッドを最密充填で配置することができ、コア領域の中心軸を対称軸とする回転対称の位置に第１バンドギャップ領域及び第２バンドギャップ領域が配置される構造を容易に実現し得る。
【００２０】
また、前記第１バンドギャップ領域及び前記第２バンドギャップ領域のそれぞれが前記コア領域の中心軸を対称軸として６０°回転対称となる位置に形成されることが好ましい。
【００２１】
このように第１バンドギャップ領域及び第２バンドギャップ領域が形成されることによって、フォトニックバンドギャップファイバから光が漏洩する方向をより均等にし得る。そのため、光の漏洩による局所的な発熱がより抑制され得る。
【００２２】
また、前記第２バンドギャップ領域が複数に分割され、前記第１バンドギャップ領域の一部が前記バンドギャップ領域の最も内側から前記第２バンドギャップ領域同士の間まで分布していることが好ましい。
【００２３】
このように第１バンドギャップ領域が分布することによって、基本モードの光の損失をより抑制し、コア領域を伝搬する基本モードの光のモードフィールド形状がコア領域内に保持され得る。
【００２４】
また、前記第１高屈折率部の数が前記第２高屈折率部の数より多いことが好ましい。
【００２５】
第１高屈折率部の数が第２高屈折率部の数より多いことによって、基本モードの光の損失をより抑制し得る。
【００２６】
また、前記コア領域は、内側コアと前記内側コアより屈折率が低く前記内側コアを囲う外側コアとを有することが好ましい。
【００２７】
コア領域が内側コアと内側コアより屈折率が低く内側コアを囲う外側コアとを有することによって、コア領域を伝搬する信号光のモードフィールド形状が円形に近付けられ得る。このようにモードフィールド形状が円形に近付けられることによって、例えば、他の光ファイバと接続する時に接続損失をより小さくし得る。
【００２８】
また、前記信号光の中心波長において、基本モードの光の実効断面積が６４０μｍ２以上であることが好ましい。
【００２９】
このように使用波長帯域において基本モードの光の実効断面積が大きくされることによって、コア領域を伝搬する光のパワー密度を下げ得る。そのため、誘導ラマン散乱を抑制し得る。
【発明の効果】
【００３０】
以上のように、本発明によれば、ビーム品質の劣化を抑制しつつラマン散乱光を損失させ得るフォトニックバンドギャップファイバが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係るフォトニックバンドギャップファイバの長手方向に垂直な断面を示す図である。
【図２】規格化周波数とコア領域を伝搬する信号光の中心波長の基本モードの光の損失との関係を示す模式図である。
【図３】フォトニックバンドギャップとコア領域を伝搬する光の分散曲線を示す模式図である。
【図４】比較例１のフォトニックバンドギャップファイバの長手方向に垂直な断面を示す図である。
【図５】比較例１のフォトニックバンドギャップファイバのコア領域を伝搬する光の波長とコア領域を伝搬する光の損失との関係を示す図である。
【図６】比較例２のフォトニックバンドギャップファイバのコア領域を伝搬する光の波長とコア領域を伝搬する光の損失との関係を示す図である。
【図７】比較例３のフォトニックバンドギャップファイバのコア領域を伝搬する光の波長とコア領域を伝搬する光の損失との関係を示す図である。
【図８】実施例１のフォトニックバンドギャップファイバのコア領域を伝搬する光の波長とコア領域を伝搬する光の損失との関係を示す図である。
【図９】実施例１のフォトニックバンドギャップファイバのコア領域を伝搬する基本モードの光の波長と実効断面積との関係を示す図である。
【図１０】実施例２のフォトニックバンドギャップファイバの長手方向に垂直な断面を示す図である。
【図１１】実施例２のフォトニックバンドギャップファイバのコア領域を伝搬する光の波長とコア領域を伝搬する光の損失との関係を示す図である。
【図１２】実施例２のフォトニックバンドギャップファイバのコア領域を伝搬する基本モードの光の波長と実効断面積との関係を示す図である。
【図１３】実施例３のフォトニックバンドギャップファイバのコア領域を伝搬する光の波長とコア領域を伝搬する光の損失との関係を示す図である。
【図１４】実施例３のフォトニックバンドギャップファイバのコア領域を伝搬する基本モードの光の波長と実効断面積との関係を示す図である。
【図１５】実施例４のフォトニックバンドギャップファイバのコア領域を伝搬する光の波長とコア領域を伝搬する光の損失との関係を示す図である。
【図１６】実施例４のフォトニックバンドギャップファイバのコア領域を伝搬する基本モードの光の波長と実効断面積との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明に係るフォトニックバンドギャップファイバの好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本発明の実施形態に係るフォトニックバンドギャップファイバの長手方向に垂直な断面を示す図である。
【００３４】
本実施形態のフォトニックバンドギャップファイバ１は、ソリッド型のフォトニックバンドギャップファイバであり、コア領域１０、コア領域１０の外周を囲むクラッド領域２０、クラッド領域２０の外周を囲む内側被覆３１、及び内側被覆３１を被覆する外側被覆３２を主な構成として備える。
【００３５】
本実施形態のコア領域１０は、内側コア１１及び内側コア１１を囲う外側コア１２を有する。図１に示す断面において、内側コア１１の外形はフォトニックバンドギャップファイバ１の中心軸を中心とする円形であり、外側コア１２の外形もフォトニックバンドギャップファイバ１の中心軸を中心とする円形である。また、外側コア１２の屈折率は、内側コア１１の屈折率より低くされる。このような外側コア１２が形成されることによって、コア領域１０を伝搬する信号光のモードフィールド形状が円形に近付けられ得る。
【００３６】
クラッド領域２０は、コア領域１０を囲むバンドギャップ領域ＢＧＡと、バンドギャップ領域ＢＧＡを囲うジャケット領域ＪＡと、を有する。バンドギャップ領域ＢＧＡには、複数の高屈折率部２０Ｈが格子状に配置され、それぞれの高屈折率部２０Ｈの間を低屈折率部２５が埋めている。これらの複数の高屈折率部２０Ｈは、複数の第１高屈折率部２１と複数の第２高屈折率部２２とからなる。そして、低屈折率部２５のうちバンドギャップ領域ＢＧＡを囲う部分によって、ジャケット領域ＪＡが形成される。
【００３７】
フォトニックバンドギャップファイバ１は、例えば以下のような材料によって構成される。外側コア１２の屈折率は、内側コア１１の屈折率より低くされ、第１高屈折率部２１の屈折率及び第２高屈折率部２２の屈折率は、それぞれコア領域１０及び低屈折率部２５の屈折率よりも高くされる。よって、例えば、内側コア１１及び低屈折率部２５が純粋石英で構成され、外側コア１２が屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等のドーパントが添加された石英で構成され、第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２は、屈折率を高くするゲルマニウム（Ｇｅ）等のドーパントが添加される石英で構成される。
【００３８】
また、内側被覆３１を構成する材料として、例えば紫外線硬化樹脂が挙げられ、外側被覆３２を構成する材料として、例えば内側被覆３１を構成する材料とは異なる紫外線硬化樹脂が挙げられる。
【００３９】
バンドギャップ領域ＢＧＡは、コア領域１０に隣接する第１バンドギャップ領域２１Ａと、バンドギャップ領域ＢＧＡの外周側の少なくとも一部を含む第２バンドギャップ領域２２Ａと、を有する。第１バンドギャップ領域２１Ａには複数の第１高屈折率部２１が互いに隣接して格子状に配置され、第２バンドギャップ領域２２Ａには複数の第２高屈折率部２２が互いに隣接して格子状に配置される。図１において、バンドギャップ領域ＢＧＡのうち第２バンドギャップ領域２２Ａは破線で示されており、バンドギャップ領域ＢＧＡの他の領域が第１バンドギャップ領域２１Ａとされる。なお、本実施形態の第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２は、図１に示す断面においてそれぞれ円形とされる。
【００４０】
バンドギャップ領域ＢＧＡには、上記のように複数の第１高屈折率部２１及び複数の第２高屈折率部２２が格子状に配置され、本実施形態の第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２は、三角格子状に配置される。フォトニックバンドギャップファイバ１のコア領域１０の中心軸Ｃ上の格子点を１層目とし、中心軸Ｃを囲う直近の格子点を２層目、さらにそれらの格子点を囲う直近の格子点を３層目とすると、本実施形態のフォトニックバンドギャップファイバ１では、１層目から３層目には第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２が非配置とされる。すなわち、コア領域１０の中心軸Ｃ上の格子点上、当該格子点の直近の６個の格子点上、及び当該６つの格子点を囲う直近の１２個の格子点上の合計１９個の格子点上には第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２が非配置とされる。このように第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２が非配置とされる領域にコア領域１０が形成される。そして、３層目の格子点を囲う直近の１８個の格子点からなる４層目、及び４層目の格子点を囲う直近の２４個の格子点からなる５層目には第１高屈折率部２１が配置される。さらに、６層目から８層目の格子点には第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２が配置される。具体的には、６層目の格子点によって形成される正六角形の各辺の中央に２個の第２高屈折率部２２が配置され、当該正六角形の頂点とその両側には第１高屈折率部２１が配置される。７層目の格子点によって形成される正六角形の各辺の中央には３個の第２高屈折率部２２が配置され、当該正六角形の頂点とその両側には第１高屈折率部２１が配置される。８層目の格子点によって形成される正六角形の各辺の中央には４個の第２高屈折率部２２が配置され、当該正六角形の頂点とその両側には第１高屈折率部２１が配置される。
【００４１】
第２高屈折率部２２は、バンドギャップ領域ＢＧＡの外周側において、図１の破線で囲われた６つの台形の第２バンドギャップ領域２２Ａに９個ずつ固まって配置される。本実施形態のフォトニックバンドギャップファイバ１では、このように第２バンドギャップ領域２２Ａが複数に分割され、第１バンドギャップ領域２１Ａの一部がバンドギャップ領域ＢＧＡの最も内側から第２バンドギャップ領域２２Ａ同士の間まで分布している。
【００４２】
また、第１バンドギャップ領域２１Ａ及び第２バンドギャップ領域２２Ａは、コア領域１０の中心軸Ｃを対称軸して回転対称となる位置に形成される。本実施形態のフォトニックバンドギャップファイバ１において、第１バンドギャップ領域２１Ａ及び第２バンドギャップ領域２２Ａは、コア領域１０の中心軸Ｃを対称軸して６０°回転対称となる位置に形成されている。
【００４３】
また、本実施形態のフォトニックバンドギャップファイバ１において、第１高屈折率部２１の数は、第２高屈折率部２２の数より多い。具体的には、第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２の総数は１５０個であり、このうち第１高屈折率部２１は１１４個であり、第２高屈折率部２２は３６個である。したがって、第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２の総数のうち２４％が第２高屈折率部２２である。
【００４４】
第１高屈折率部２１の屈折率分布と第２高屈折率部２２の屈折率分布とは、互いに異なる。第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２は、例えば、直径や低屈折率部２５に対する比屈折率差が互いに異なることによって、互いに屈折率分布が異なる。このように第１高屈折率部２１と第２高屈折率部２２とは、屈折率分布が互いに異なることによって、以下に説明するように互いに異なる規格化周波数（Ｖ値）を有する。なお、Ｖ値は、例えば、高屈折率部２０Ｈがステップインデックス型の屈折率分布を有するとき、下記式によって定義される。
【数１】
2020020885.tif 000003
ただし、λは信号光の中心波長、ｄは高屈折率部２０Ｈの直径、ｎｈｉｇｈは高屈折率部２０Ｈの屈折率、ｎｌｏｗは高屈折率部２０Ｈの間を埋める低屈折率部２５の屈折率である。
【００４５】
図２は、規格化周波数とコア領域１０を伝搬する信号光の中心波長の基本モードの光の損失との関係を示す模式図である。図２には、４つのバンドギャップが示されており、規格化周波数が小さい側から順に第１ＢＧ、第２ＢＧ、第３ＢＧ、第４ＢＧとする。また、第１ＢＧ、第２ＢＧ、第３ＢＧ、第４ＢＧにおいて基本モードの光の損失が極小となる規格化周波数をＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４とする。
【００４６】
第１高屈折率部２１は、図２のように規格化周波数とコア領域１０を伝搬する信号光の中心波長の基本モードの光の損失とで表される複数のフォトニックバンドギャップのいずれかにおいて、損失が極小となる規格化周波数より小さい規格化周波数を有する。すなわち、第１高屈折率部２１は、第１ＢＧにおけるＶ１より小さい規格化周波数、第２ＢＧにおけるＶ２より小さい規格化周波数、第３ＢＧにおけるＶ３より小さい規格化周波数、及び第４ＢＧにおけるＶ４より小さい規格化周波数のいずれかの規格化周波数を有する。また、第２高屈折率部２２は、図２のように規格化周波数とコア領域１０を伝搬する信号光の中心波長の基本モードの光の損失とで表される複数のフォトニックバンドギャップのいずれかにおいて、損失が極小となる規格化周波数より大きい規格化周波数を有する。すなわち、第２高屈折率部２２は、第１ＢＧにおけるＶ１より大きい規格化周波数、第２ＢＧにおけるＶ２より大きい規格化周波数、第３ＢＧにおけるＶ３より大きい規格化周波数、及び第４ＢＧにおけるＶ４より大きい規格化周波数のいずれかの規格化周波数を有する。
【００４７】
なお、第１高屈折率部２１の規格化周波数と第２高屈折率部２２の規格化周波数とは、同じバンドギャップにおける損失が極小となるときの規格化周波数を基準として大きく又は小さくされてもよく、互いに異なるバンドギャップにおける損失が極小となるときの規格化周波数を基準として大きく又は小さくされてもよい。例えば、第１高屈折率部２１が第１ＢＧにおいてＶ１より小さい規格化周波数を有し、第２高屈折率部２２が第１ＢＧにおいてＶ１より大きい規格化周波数を有してもよい。また、例えば、第１高屈折率部２１が第２ＢＧにおいてＶ２より小さい規格化周波数を有し、第２高屈折率部２２が第１ＢＧにおいてＶ１より大きい規格化周波数を有してもよい。よって、第１高屈折率部２１の規格化周波数が第２高屈折率部２２の規格化周波数より小さい場合も大きい場合もある。
【００４８】
図３は、フォトニックバンドギャップとフォトニックバンドギャップファイバのコア領域を伝搬する光の分散曲線を示す模式図である。図３において、横軸はコア領域を伝搬する光の波長、縦軸は実効屈折率である。また、図３において、長波長側のエッジと実線で示す短波長側のエッジとで挟まれる領域は、第１高屈折率部２１のみによってバンドギャップ領域ＢＧＡが形成される場合のフォトニックバンドギャップであり、長波長側のエッジの上側及び短波長側のエッジの下側は遮断帯域である。図３に示すように、フォトニックバンドギャップの長波長側のエッジでは、高次モードの光ほど遮断帯域が長波長側にずれる。すなわち、光の波長が長くなるにつれて、低次モードの光からカットオフされる。一方、フォトニックバンドギャップの短波長側のエッジでは、短波長側に向かうにつれて高次モードの光からカットオフされる。
【００４９】
フォトニックバンドギャップファイバ１において、第１高屈折率部２１が上記のような規格化周波数を有することによって、図３に示すフォトニックバンドギャップの長波長側のエッジが形成される。このようにフォトニックバンドギャップの長波長側のエッジが形成されることにより、例えば、コア領域１０を伝搬する信号光の波長及びラマン散乱光の波長が図３に破線で示す波長である場合、コア領域１０を伝搬する信号光はコア領域１０に閉じ込められ易く、信号光の波長より長い波長の光を有するラマン散乱光は損失し易くなる。
【００５０】
また、フォトニックバンドギャップファイバ１において、上記のような規格化周波数を有する第２高屈折率部２２がバンドギャップ領域ＢＧＡに配置されることによって、図３に一点鎖線で示す短波長側のエッジを有するフォトニックバンドギャップが実線で示すフォトニックバンドギャップに重ね合わせられる。例えば、図３に点線で示す波長を信号光の波長とする場合、実線で示す短波長側のエッジを有するフォトニックバンドギャップではＬＰ２１モードの光がコア領域１０を伝搬し易いのに対して、一点鎖線で示す短波長側のエッジを有するフォトニックバンドギャップが重ね合わせられることによって、ＬＰ２１モードの光がコア領域１０を伝搬することが抑制され得る。このように、フォトニックバンドギャップファイバ１は、第１高屈折率部２１のみによってバンドギャップ領域ＢＧＡが形成される場合に比べて、コア領域１０を伝搬する信号光の波長帯域において基本モードの光の損失を抑制しつつ高次モードの光を損失させ得る。
【００５１】
上記のような第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２が配置されることによって、フォトニックバンドギャップファイバ１は、例えば、コア領域１０を伝搬する信号光の中心波長において、基本モードの光の損失が０．０１ｄＢ／ｍ以下とされる。好ましくは、コア領域１０を伝搬する信号光の中心波長±５ｎｍ程度の波長帯域において、基本モードの光の損失が０．０１ｄＢ／ｍ以下とされる。そのため、使用波長帯域において基本モードの光の損失が抑制され得る。また、フォトニックバンドギャップファイバ１は、例えば、コア領域１０を伝搬する第２高次モードの光または第３高次モードの光の損失が０．０５ｄＢ／ｍ以上５ｄＢ／ｍ以下とされる。そのため、使用波長帯域において第２高次モードの光または第３高次モードの光を徐々に漏洩させることができる。よって、光の漏洩による局所的な発熱が抑制され得る。また、フォトニックバンドギャップファイバ１は、ファイバレーザ装置等で用いられる一般的である信号光の中心波長が１０７２ｎｍの場合に、例えば、コア領域１０を伝搬する信号光の中心波長＋１０ｎｍ以上、信号光の中心波長＋１００ｎｍ以下の範囲内のいずれかの波長において、基本モードの光の損失が５ｄＢ／ｍ以上とされる。また、コア領域１０を伝搬する信号光の中心波長＋１０ｎｍ以上の波長帯において、基本モードの光の損失が５ｄＢ／ｍ以上とすることもできる。そのため、信号光より長波長であるラマン散乱光の伝搬が抑制され得る。なお、信号光の中心波長が５００ｎｍ以上１４５０ｎｍ以下のいずれかの波長であれば、中心波長が１０７２ｎｍの場合と同様に、コア領域１０を伝搬する信号光の中心波長＋１０ｎｍ以上、信号光の中心波長＋１００ｎｍ以下の範囲内のいずれかの波長において、基本モードの光の損失が５ｄＢ／ｍ以上とされ得る。このような信号光の中心波長の場合、中心波長が１０７２ｎｍの場合と同様に、コア領域１０を伝搬する信号光の中心波長＋１０ｎｍ以上の波長帯において、基本モードの光の損失が５ｄＢ／ｍ以上とすることもできる。そのため、信号光の中心波長が５００ｎｍ以上１４５０ｎｍ以下のいずれかの波長でも同様に、信号光より長波長であるラマン散乱光の伝搬が抑制され得る。また、信号光の中心波長が１４５０ｎｍよりも大きく２０００ｎｍ以下のいずれかの波長であれば、コア領域１０を伝搬する信号光の中心波長＋１０ｎｍ以上、信号光の中心波長＋２００ｎｍ以下の範囲内のいずれかの波長において、基本モードの光の損失が５ｄＢ／ｍ以上とされ得る。このような信号光の中心波長の場合、コア領域１０を伝搬する信号光の中心波長＋１０ｎｍ以上の波長帯において、基本モードの光の損失が５ｄＢ／ｍ以上とすることもできる。そのため、信号光の中心波長が１４５０ｎｍよりも大きく２０００ｎｍ以下のいずれかの波長でも同様に、信号光より長波長であるラマン散乱光の伝搬が抑制され得る。
【００５２】
また、フォトニックバンドギャップファイバ１では、例えば、コア領域１０を伝搬する信号光の中心波長において、第１高次モードの光の損失が０．１ｄＢ／ｍ以下とすることができる。好ましくは、コア領域１０を伝搬する信号光の中心波長±５ｎｍ程度の波長帯域において、第１高次モードの光の損失が０．１ｄＢ／ｍ以下とされる。信号光の中心波長において第１高次モードの光の損失が０．１ｄＢ／ｍ以下とされることによって、使用波長帯域において第１高次モードの光の過度な漏洩を抑制し得る。第１高次モードの光の漏洩が抑制されることによって、光の漏洩に起因する発熱が抑制され得る。
【００５３】
また、フォトニックバンドギャップファイバ１では、例えば、コア領域１０を伝搬する信号光の中心波長において、基本モードの光の実効断面積が６００μｍ２以上とすることができる。好ましくは、コア領域１０を伝搬する信号光の中心波長±５ｎｍ程度の波長帯域において、基本モードの光の実効断面積が６００μｍ２以上とされる。また、フォトニックバンドギャップファイバ１では、例えば、コア領域１０を伝搬する信号光の中心波長において、基本モードの光の実効断面積が６４０μｍ２以上とすることができる。好ましくは、コア領域１０を伝搬する信号光の中心波長±５ｎｍ程度の波長帯域において、基本モードの光の実効断面積が６４０μｍ２以上とされる。このように使用波長帯域において基本モードの光の実効断面積が大きくされることによって、コア領域１０を伝搬する光のパワー密度を下げ得る。
【００５４】
以上の説明のように、本実施形態のフォトニックバンドギャップファイバ１は、コア領域１０と、コア領域１０を囲むバンドギャップ領域ＢＧＡと、を備える。また、バンドギャップ領域ＢＧＡは、コア領域１０の屈折率よりも高い屈折率を有し互いに隣接して格子状に配置される複数の高屈折率部２０Ｈと、高屈折率部２０Ｈの屈折率より低い屈折率を有しそれぞれの高屈折率部２０Ｈの間を埋める低屈折率部２５とを有する。さらに、バンドギャップ領域ＢＧＡは、コア領域１０に隣接する第１バンドギャップ領域２１Ａと、外周側の少なくとも一部を含む第２バンドギャップ領域２２Ａと、をコア領域１０の中心軸Ｃを対称軸とする回転対称となる位置に有する。第１バンドギャップ領域２１Ａには、コア領域１０の屈折率よりも高い屈折率を有する複数の第１高屈折率部２１が互いに隣接して配置され、第２バンドギャップ領域２２Ａには、コア領域１０の屈折率よりも高い屈折率を有する複数の第２高屈折率部２２が互いに隣接して配置される。そして、第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２の屈折率より低い屈折率を有する低屈折率部２５がそれぞれの第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２の間を埋める。第１高屈折率部２１は、規格化周波数とコア領域１０を伝搬する信号光の中心波長の基本モードの光の損失とで表される複数のフォトニックバンドギャップのいずれかにおいて、当該損失が極小となる規格化周波数より小さい規格化周波数を有する。また、第２高屈折率部２２は、複数のフォトニックバンドギャップのいずれかにおいて、損失が極小となる規格化周波数より大きい規格化周波数を有する。
【００５５】
本実施形態のフォトニックバンドギャップファイバ１によれば、第１高屈折率部２１が上記のように配置されることによって、信号光の波長より長波長の光の伝搬を抑制し得る。また、第２高屈折率部２２が上記のように配置されることによって、信号光の波長帯域において基本モードの光の損失を抑制しつつ高次モードの光を損失させ得る。さらに、第２高屈折率部２２が配置される第２バンドギャップ領域２２Ａが上記のようにバンドギャップ領域ＢＧＡの外周側に形成されることによって、高次モードの光をフォトニックバンドギャップファイバ１から漏洩させ易くし得る。また、コア領域１０の中心軸Ｃを対称軸とする回転対称の位置に第１バンドギャップ領域２１Ａ及び第２バンドギャップ領域２２Ａが形成されることによって、フォトニックバンドギャップファイバ１から周方向の均等な方向から光を漏洩させ得る。このように規格化周波数が互いに異なる第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２が配置されることによって、本実施形態のフォトニックバンドギャップファイバ１は、使用波長帯域では基本モードの光の損失を抑制しつつ高次モードの光を損失させ、使用波長帯域より長波長側の波長帯域では基本モードの光及び高次モードの光を損失させ得る。よって、ビーム品質の劣化を抑制しつつラマン散乱光を損失させ得る。
【００５６】
また、本実施形態のフォトニックバンドギャップファイバ１において、第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２は三角格子状に配置される。そのため、コア領域１０の中心軸Ｃを対称軸とする回転対称の位置に第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２を配置することが容易になる。
【００５７】
また、本実施形態のフォトニックバンドギャップファイバ１において、第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２は、コア領域１０の中心軸Ｃを対称軸として６０°回転対称となる位置に配置される。このように第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２が配置されることによって、フォトニックバンドギャップファイバ１から光が漏洩する方向をより均等にし得る。
【００５８】
また、本実施形態のフォトニックバンドギャップファイバ１において、第２バンドギャップ領域２２Ａは複数に分割され、第１バンドギャップ領域２１Ａの一部はバンドギャップ領域ＢＧＡの最も内側から第２バンドギャップ領域２２Ａ同士の間まで分布している。このように第１バンドギャップ領域２１Ａが分布することによって、基本モードの光の損失をより抑制し得る。
【００５９】
また、本実施形態のフォトニックバンドギャップファイバ１において、第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２はそれぞれある程度固まって配置される。このように、第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２が配置されることによって、適切なフォトニックバンドギャップを形成し易くなる。
【００６０】
以上、本発明について、実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００６１】
例えば、高屈折率部２０Ｈが非配置とされる領域は図１に示す例に限定されない。例えば、コア領域１０の中心軸Ｃ上の１つの格子点上のみに高屈折率部２０Ｈが非配置とされてもよく、コア領域１０の中心軸Ｃ上の格子点上、及び当該格子点の直近の６個の格子点上の合計７つの格子点上のみに高屈折率部２０Ｈが非配置とされてもよい。また、上記実施形態では、高屈折率部２０Ｈが４層目から８層目の５層の格子点上に配置される例を挙げて説明したが、高屈折率部２０Ｈはより少ない層の格子点上に配置されてもよく、より多い層の格子点上に配置されてもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２が三角格子状に配置される例を挙げて説明したが、第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２の配置はこれに限定されない。第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２は、それぞれコア領域１０の中心軸Ｃを対称軸とする回転対称となる位置に格子状に配置されていればよい。よって、第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２は、例えば、四角格子状に配置されてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２がコア領域１０の中心軸Ｃを対称軸して６０°回転対称となる位置に配置される例を挙げて説明したが、第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２の配置はこれに限定されない。例えば、第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２が上記のように四角格子状に配置される場合、第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２はコア領域１０の中心軸Ｃを対称軸して９０°回転対称となる位置に配置されてもよい。
【００６４】
また、上記実施形態では、第１バンドギャップ領域２１Ａ及び第２バンドギャップ領域２２Ａのそれぞれがコア領域１０の中心軸を対称軸とする回転対称となる位置に配置される例を挙げて説明した。しかし、第１バンドギャップ領域２１Ａ及び第２バンドギャップ領域２２Ａのそれぞれの位置は、コア領域１０の中心軸を対称軸とする回転対称となる位置でなくてもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、第２バンドギャップ領域２２Ａが複数に分割され、バンドギャップ領域ＢＧＡの最も内側から最も外側まで第１バンドギャップ領域２１Ａが分布している例を挙げて説明した。しかし、第１バンドギャップ領域２１Ａ及び第２バンドギャップ領域２２Ａの形成位置はこれに限定されない。例えば、第１バンドギャップ領域２１Ａの外周全体を囲うように第２バンドギャップ領域２２Ａが形成されてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態では、第１高屈折率部２１の数が第２高屈折率部２２の数より多い例を挙げて説明したが、第１高屈折率部２１の数と第２高屈折率部２２の数とは同数でもよく、第１高屈折率部２１の数が第２高屈折率部２２の数より少なくてもよい。
【００６７】
また、上記実施形態では、コア領域１０が内側コア１１と外側コア１２とを有する例を挙げて説明したが、外側コア１２は必須ではない。外側コア１２が設けられない場合、コア領域１０は内側コア１１のみからなると考えることができる。この場合、コア領域１０は、クラッド領域２０の低屈折率部２５と同じ材料で構成されることにより、低屈折率部２５と見かけ上の区別がされなくてもよい。
【００６８】
また、コア領域１０を伝搬する光の損失割合や実効断面積は、上記例に限定されない。
【００６９】
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものでは無い。
【００７０】
（比較例１）
図４は、比較例１に係るフォトニックバンドギャップファイバの長手方向に垂直な断面を示す図である。図４において、図１と同様の構成には同じ符号を付している。図４に示すフォトニックバンドギャップファイバ２は、第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２が高屈折率部２３に置き換えられる点において、上記実施形態のフォトニックバンドギャップファイバ１と異なる。全ての高屈折率部２３は、同様の屈折率分布とされる。
【００７１】
比較例１のフォトニックバンドギャップファイバ２において、クラッド領域２０の低屈折率部２５は屈折率が１．４５のシリカガラスとされ、高屈折率部２３の直径は４．３７μｍ、高屈折率部２３の比屈折率差は２．５％とされる。高屈折率部２３は、互いに隣り合う高屈折率部２３の中心間距離が９．９μｍとなるように三角格子状に配置される。また、コア領域１０の内側コア１１は屈折率が１．４５のシリカガラスとされ、外側コア１２の比屈折率差は−０．１６％、内側コア１１の直径は３７．２μｍ、外側コアの外径は４７．０μｍとされる。この比較例１のフォトニックバンドギャップファイバ２において、コア領域１０を伝搬する信号光の中心波長を１．０７２μｍとすると、この信号光の波長での高屈折率部２３の規格化周波数は４．２６である。この高屈折率部２３の規格化周波数は、第３ＢＧにおける基本モードの光の損失が極小となるときの規格化周波数より小さい。
【００７２】
このような比較例１に係るフォトニックバンドギャップファイバ２について、有限要素法によるシミュレーションを行った。図５にその結果を示す。図５は、比較例１のフォトニックバンドギャップファイバ２のコア領域１０を伝搬する光の波長とコア領域１０を伝搬する光の損失との関係を示す図である。図５に示すように、比較例１のフォトニックバンドギャップファイバ２では、信号光の波長より長波長側において高次モードの光の損失が基本モードの光の損失よりも少なくなっている。そのため、このフォトニックバンドギャップファイバ２は高次モードの光の存在により波長フィルタ特性が劣化したり、このフォトニックバンドギャップファイバ２を伝搬する光の品質が低下したりすると考えられる。
【００７３】
（比較例２）
比較例２のフォトニックバンドギャップファイバ２は、高屈折率部２３の直径を４．００μｍ、高屈折率部２３の比屈折率差を２．５％とした以外は比較例１のフォトニックバンドギャップファイバ２と同様とした。コア領域１０を伝搬する信号光の中心波長も比較例１と同様に１．０７２μｍであり、この信号光の波長での高屈折率部２３の規格化周波数は３．９０である。この高屈折率部２３の規格化周波数は、第２ＢＧにおける基本モードの光の損失が極小となるときの規格化周波数より大きい。
【００７４】
このような比較例２に係るフォトニックバンドギャップファイバ２について、有限要素法によるシミュレーションを行った。図６にその結果を示す。図６は、比較例２のフォトニックバンドギャップファイバ２のコア領域１０を伝搬する光の波長とコア領域１０を伝搬する光の損失との関係を示す図である。図６に示すように、比較例２のフォトニックバンドギャップファイバ２では、短波長側ほど基本モードの光の損失も高次モードの光の損失も大きくなる。また、基本モードの光の損失よりも第１高次モードの光の損失の方が大きく、信号光の波長付近においてそれらの差は１０ｄＢ／ｍ以上となっている。なお、第１高次モードより高次モードの光は第１高次モードの光よりも損失が大きいためにカットオフされていると考えられる。
【００７５】
（比較例３）
比較例３のフォトニックバンドギャップファイバ２は、高屈折率部２３の直径を３．７μｍ、高屈折率部２３の比屈折率差を１．０％とした以外は比較例１のフォトニックバンドギャップファイバ２と同様とした。コア領域１０を伝搬する信号光の中心波長も比較例１と同様に１．０７２μｍであり、この信号光の波長での高屈折率部２３の規格化周波数は２．２５である。この高屈折率部２３の規格化周波数は、第１ＢＧにおける基本モードの光の損失が極小となるときの規格化周波数より大きい。
【００７６】
このような比較例３に係るフォトニックバンドギャップファイバ２について、有限要素法によるシミュレーションを行った。図７にその結果を示す。図７は、比較例２のフォトニックバンドギャップファイバ２のコア領域１０を伝搬する光の波長とコア領域１０を伝搬する光の損失との関係を示す図である。図７に示すように、比較例３のフォトニックバンドギャップファイバ２では、短波長側ほど基本モードの光の損失も高次モードの光の損失も大きくなる。また、基本モードの光の損失よりも第１高次モードの光の損失の方が大きく、信号光の波長付近においてそれらの差は５ｄＢ／ｍ以上となっている。なお、第１高次モードより高次モードの光は第１高次モードの光よりも損失が大きいためにカットオフされていると考えられる。
【００７７】
（実施例１）
実施例１のフォトニックバンドギャップファイバは、図１に示すフォトニックバンドギャップファイバ１と同様の構成とした。実施例１のフォトニックバンドギャップファイバ１は、第１高屈折率部２１の規格化周波数が比較例１の高屈折率部２３の規格化周波数と同様であり、第２高屈折率部２２の規格化周波数が比較例２の高屈折率部２３の規格化周波数と同様である。また、コア領域１０及びクラッド領域２０の低屈折率部２５は、比較例１のフォトニックバンドギャップファイバ２と同様とした。
【００７８】
上記比較例１のシミュレーション結果より、第１高屈折率部２１は信号光の波長付近において基本モードの光及び高次モードの光を閉じ込める特性を有することがわかる。また、上記比較例２のシミュレーション結果より、第２高屈折率部２２は信号光の波長付近において実効的に基本モードの光のみを閉じ込める特性を有することがわかる。
【００７９】
このような実施例１に係るフォトニックバンドギャップファイバ１について、有限要素法によるシミュレーションを行った。図８及び図９にその結果を示す。図８は、実施例１のフォトニックバンドギャップファイバ１のコア領域１０を伝搬する光の波長とコア領域１０を伝搬する光の損失との関係を示す図である。また、図９は、基本モードの光の波長と実効断面積との関係を示す図である。
【００８０】
図８に示すように、波長１．０６６μｍ以上１．０７８μｍ以下（信号光の中心波長±６ｎｍ）の範囲において、基本モードの光の損失は０．０００３５ｄＢ／ｍ以上０．００１１ｄＢ／ｍ以下、ＬＰ１１モードの光の損失は０．０６９ｄＢ／ｍ以上０．３３ｄＢ／ｍ以下、ＬＰ２１モードの光の損失は０．４５ｄＢ／ｍ以上４．０ｄＢ／ｍ以下、ＬＰ０２モードの光の損失は２．１ｄＢ／ｍ以上３．０ｄＢ／ｍ以下であることがわかる。このように、実施例１のフォトニックバンドギャップファイバ１では、信号光の波長付近においてＬＰ２１モードの光及びＬＰ０２モードの光の損失が５．０ｄＢ／ｍ以下となっており、これらの光が徐々にフォトニックバンドギャップファイバ１から漏洩することがわかる。よって、フォトニックバンドギャップファイバ１から漏洩する光による発熱が抑制され得る。また、ＬＰ０１モードの光については、波長１．０８４μｍよりも長波長側で損失が５．０ｄＢ／ｍを超えている。すなわち、信号光の中心波長＋１２ｎｍ以上の波長帯において、基本モードの光の損失が５ｄＢ／ｍを超えている。そのため、実施例１のフォトニックバンドギャップファイバ１は良好な波長フィルタ特性を有することがわかる。
【００８１】
また、図９に示すように、波長１．０６６μｍ以上１．０７８μｍ以下の範囲において、ＬＰ０１モードの光の実効断面積は６４０μｍ２以上となっている。そのため、コア領域１０を伝搬する光のパワー密度を下げ得る。
【００８２】
（実施例２）
実施例２のフォトニックバンドギャップファイバでは、第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２の配置を実施例１のフォトニックバンドギャップファイバに対して変えた。図１０は、実施例２に係るフォトニックバンドギャップファイバの長手方向に垂直な断面を示す図である。図１０において、図１と同様の構成には同じ符号を付している。図１と同様に、破線で囲われる領域に第２高屈折率部２２が配置される。このように、実施例１のフォトニックバンドギャップファイバ１と実施例２のフォトニックバンドギャップファイバ１とでは第１高屈折率部２１及び第２高屈折率部２２の数が互いに異なる。実施例２のフォトニックバンドギャップファイバ１の方が実施例１のフォトニックバンドギャップファイバ１よりも、第１高屈折率部２１の数が多く、第２高屈折率部２２の数が少ない。第２高屈折率部２２は上記のように高次モードの光の漏洩に寄与するため、実施例２のフォトニックバンドギャップファイバ１では、実施例１のフォトニックバンドギャップファイバ１よりも高次モードの光の損失が低下すると予想される。すなわち、実施例２のフォトニックバンドギャップファイバ１では、実施例１のフォトニックバンドギャップファイバ１よりも高次モードの光が徐々に漏洩すると予想される。
【００８３】
このような実施例２に係るフォトニックバンドギャップファイバ１について、有限要素法によるシミュレーションを行った。図１１及び図１２にその結果を示す。図１１は、実施例２のフォトニックバンドギャップファイバ１のコア領域１０を伝搬する光の波長とコア領域１０を伝搬する光の損失との関係を示す図である。また、図１２は、基本モードの光の波長と実効断面積との関係を示す図である。
【００８４】
図１１に示すように、波長１．０６６μｍ以上１．０７８μｍ以下（信号光の中心波長±６ｎｍ）の範囲において、ＬＰ０１モードの光の損失は０．０００５２ｄＢ／ｍ以上０．００１０ｄＢ／ｍ以下、ＬＰ１１モードの光の損失は０．０２３ｄＢ／ｍ以上０．０８８ｄＢ／ｍ以下、ＬＰ２１モードの光の損失は０．１６ｄＢ／ｍ以上０．８１ｄＢ／ｍ以下、ＬＰ０２モードの光の損失は０．２７ｄＢ／ｍ以上０．６６ｄＢ／ｍ以下であることがわかる。このように、実施例２のフォトニックバンドギャップファイバ１では、信号光の波長付近においてＬＰ２１モードの光及びＬＰ０２モードの光の損失が１．０ｄＢ／ｍ以下となっており、これらの光は急激な損失が抑えられて徐々にフォトニックバンドギャップファイバ１から漏洩することがわかる。よって、フォトニックバンドギャップファイバ１から漏洩する光による発熱が抑制され得る。また、ＬＰ０１モードの光については、波長１．０８４μｍよりも長波長側で損失が５．０ｄＢ／ｍを超えている。すなわち、信号光の中心波長＋１２ｎｍ以上の波長帯において、基本モードの光の損失が５ｄＢ／ｍを超えている。そのため、実施例２のフォトニックバンドギャップファイバ１は良好な波長フィルタ特性を有することがわかる。
【００８５】
また、図１２に示すように、波長１．０６６μｍ以上１．０７８μｍ以下の範囲において、ＬＰ０１モードの光の実効断面積は６４０μｍ２以上となっている。そのため、コア領域１０を伝搬する光のパワー密度を下げ得る。
【００８６】
（実施例３）
実施例３のフォトニックバンドギャップファイバ１は、第２高屈折率部２２を比較例３の高屈折率部２３と同様とした以外は実施例１のフォトニックバンドギャップファイバ１と同様である。
【００８７】
このような実施例３に係るフォトニックバンドギャップファイバ１について、有限要素法によるシミュレーションを行った。図１５及び図１６にその結果を示す。図１５は、実施例３のフォトニックバンドギャップファイバ１のコア領域１０を伝搬する光の波長とコア領域１０を伝搬する光の損失との関係を示す図である。また、図１６は、基本モードの光の波長と実効断面積との関係を示す図である。
【００８８】
図１５に示すように、波長１．０６６μｍ以上１．０７８μｍ以下（信号光の波長±６ｎｍ）の範囲において、ＬＰ０１モードの光の損失は０．０００２４ｄＢ／ｍ以上０．０００５０ｄＢ／ｍ以下、ＬＰ１１モードの光の損失は０．０１９ｄＢ／ｍ以上０．０２３ｄＢ／ｍ以下、ＬＰ２１モードの光の損失は０．６０ｄＢ／ｍ以上１．２ｄＢ／ｍ以下、ＬＰ０２モードの光の損失は３．６ｄＢ／ｍ以上１４ｄＢ／ｍ以下であることがわかる。このように、実施例３のフォトニックバンドギャップファイバ１では、信号光の波長付近においてＬＰ２１モードの光の損失が１．２ｄＢ／ｍ以下となっており、ＬＰ２１モードの光は急激な損失が抑えられて徐々にフォトニックバンドギャップファイバ１から漏洩することがわかる。よって、フォトニックバンドギャップファイバ１から漏洩する光による発熱が抑制され得る。また、ＬＰ０１モードの光については、波長１．０９２μｍ以上で損失が５．０ｄＢ／ｍを超えている。すなわち、信号光の中心波長＋２０ｎｍ以上の波長帯において、基本モードの光の損失が５ｄＢ／ｍを超えている。そのため、実施例３のフォトニックバンドギャップファイバ１は良好な波長フィルタ特性を有することがわかる。
【００８９】
また、図１６に示すように、波長１．０６６μｍ以上１．０７８μｍ以下の範囲において、ＬＰ０１モードの光の実効断面積は６４０μｍ２以上となっている。そのため、コア領域１０を伝搬する光のパワー密度を下げ得る。
【００９０】
（実施例４）
実施例４のフォトニックバンドギャップファイバ１は、第２高屈折率部２２を比較例３の高屈折率部２３と同様とした以外は実施例２のフォトニックバンドギャップファイバ１と同様である。
【００９１】
このような実施例４に係るフォトニックバンドギャップファイバ１について、有限要素法によるシミュレーションを行った。図１５及び図１６にその結果を示す。図１５は、実施例４のフォトニックバンドギャップファイバ１のコア領域１０を伝搬する光の波長とコア領域１０を伝搬する光の損失との関係を示す図である。また、図１６は、基本モードの光の波長と実効断面積との関係を示す図である。
【００９２】
図１５に示すように、波長１．０６６μｍ以上１．０７８μｍ以下（信号光の波長±６ｎｍ）の範囲において、ＬＰ０１モードの光の損失は０．０００５８ｄＢ／ｍ以上０．０００８１ｄＢ／ｍ以下、ＬＰ１１モードの光の損失は０．００５７ｄＢ／ｍ以上０．０１４ｄＢ／ｍ以下、ＬＰ２１モードの光の損失は０．１１ｄＢ／ｍ以上０．３１ｄＢ／ｍ以下、ＬＰ０２モードの光の損失は０．１６ｄＢ／ｍ以上０．３６ｄＢ／ｍ以下であることがわかる。このように、実施例４のフォトニックバンドギャップファイバ１では、信号光の波長付近においてＬＰ２１モードの光及びＬＰ０２モードの光の損失が０．５ｄＢ／ｍ以下となっており、これらの光は急激な損失が抑えられて徐々にフォトニックバンドギャップファイバ１から漏洩することがわかる。よって、フォトニックバンドギャップファイバ１から漏洩する光による発熱が抑制され得る。また、ＬＰ０１モードの光については、波長１．０８６μｍよりも長波長側で損失が５．０ｄＢ／ｍを超えており、実施例４のフォトニックバンドギャップファイバ１は良好な波長フィルタ特性を有することがわかる。
【００９３】
また、図１６に示すように、波長１．０６６μｍ以上１．０７８μｍ以下の範囲において、ＬＰ０１モードの光の実効断面積は６４０μｍ２以上となっている。そのため、コア領域１０を伝搬する光のパワー密度を下げ得る。
【００９４】
以上のように、実施例１から実施例４に係るフォトニックバンドギャップファイバ１では、使用波長帯域では基本モードの光の損失を抑制しつつ高次モードの光を損失させ、使用波長帯域より長波長側の波長帯域では基本モードの光及び高次モードの光を損失させることができる。よって、実施例１から実施例４に係るフォトニックバンドギャップファイバ１は、ビーム品質の劣化を抑制しつつラマン散乱光を損失させ得る。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
以上説明したように、本発明によれば、ビーム品質の劣化を抑制しつつラマン散乱光を損失させ得るフォトニックバンドギャップファイバが提供され、加工用のファイバレーザ装置等においての利用が期待される。
【符号の説明】
【００９６】
１・・・フォトニックバンドギャップファイバ
１０・・・コア領域
１１・・・内側コア
１２・・・外側コア
２０・・・クラッド領域
２０Ｈ・・・高屈折率部
２１・・・第１高屈折率部
２１Ａ・・・第１バンドギャップ領域
２２・・・第２高屈折率部
２２Ａ・・・第２バンドギャップ領域
２５・・・低屈折率部
３１・・・内側被覆
３２・・・外側被覆
Ｃ・・・中心軸
ＢＧＡ・・・バンドギャップ領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図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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【図１６】
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