(57)【要約】  コア部の外周に該コア部より屈折率が低いクラッド部を有し、前記クラッド部内に前記コア部を中心とした４回回転対称性を有するように４つの空孔を形成してゼロ分散波長を９００〜１１５０ｎｍとするとともにカットオフ波長を９５０ｎｍ以下とした。好ましくはカットオフ波長を９００ｎｍ以下とした。これによって、低コストで容易に作製でき、波長９００ｎｍ〜１１５０ｎｍの光の伝送に適するシングルモードの光ファイバおよびこれを備えた光導波路を提供する。
2008062834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部の外周に該コア部より屈折率が低いクラッド部を有し、
前記クラッド部内に前記コア部を中心とした４回回転対称性を有するように４つの空孔を形成してゼロ分散波長を９００〜１１５０ｎｍとするとともにカットオフ波長を９５０ｎｍ以下としたことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
カットオフ波長を９００ｎｍ以下としたことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
ゼロ分散波長を９００〜１１００ｎｍとしたことを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
ゼロ分散波長を９００〜１０５０ｎｍとしたことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ。
【請求項５】
波長９００〜１１５０ｎｍにおける伝搬損失が１０ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記伝搬損失が３ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ。
【請求項７】
波長１１００ｎｍと波長１１５０ｎｍとの伝搬損失の差が１ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記コア部はゲルマニウムまたはリンを添加した石英系ガラスであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【請求項９】
前記コア部の前記クラッド部に対する比屈折率差は０．３〜１．５％であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記比屈折率差は０．５〜１．０％であることを特徴とする請求項９に記載の光ファイバ。
【請求項１１】
前記コア部の直径は３μｍ以上７μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【請求項１２】
前記直径は６μｍより小さいことを特徴とする請求項１１に記載の光ファイバ。
【請求項１３】
前記空孔の直径は１μｍより大きく８μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【請求項１４】
前記コア部の直径をＡμｍ、前記各空孔の直径をＢμｍ、前記コア部と各空孔との中心間の距離をＬμｍとした場合に、式（１）
Ｄ＝｛Ｌ−（Ａ＋Ｂ）｝／２    （１）
によって定義される前記コア部と前記各空孔との最短の距離Ｄが０μｍ以上１．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【請求項１５】
前記Ｄは０．６μｍ以下であることを特徴とする請求項１４に記載の光ファイバ。
【請求項１６】
前記クラッド部内の前記空孔よりも前記コア部から離れた位置に該コア部を中心とした４回回転対称性を有するように４つの副空孔を形成したことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【請求項１７】
長手方向の端部に前記空孔を潰して形成した空孔閉塞部を有し、前記空孔閉塞部は波長９５０ｎｍの光をシングルモードで伝搬することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【請求項１８】
長手方向の端部に前記空孔内へ前記クラッド部と同等以下の屈折率を有する媒質を充填して形成した空孔充填部を有し、前記空孔充填部は波長９５０ｎｍの光をシングルモードで伝搬することを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【請求項１９】
請求項１〜１８のいずれか１つに記載の光ファイバを備え、波長が９００〜１１５０ｎｍの光を導波することを特徴とする光導波路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバおよび光導波路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に使用される石英系ガラスからなるシングルモード光ファイバの場合、その波長分散特性はその光ファイバの屈折率構造が基となって定まる波長分散すなわち構造分散と、その光ファイバの構成材料である石英系ガラスの光学特性によって定まる波長分散すなわち材料分散との和で表される。構造分散は、光ファイバの有する屈折率分布形状を変化させることによって特性を大きく変化させることが可能であるから、光ファイバの構造分散の調整によって波長分散値がゼロとなるゼロ分散波長を所望の波長に設定することが出来る。しかしながら、構造分散の調整によってゼロ分散波長を容易に設定することが出来るのは波長１２００ｎｍ以上の範囲であって、１２００ｎｍよりも短い波長にゼロ分散波長を設定することは困難である。その理由を以下に説明する。すなわち、石英系ガラスの有する材料分散の値は波長約１３００ｎｍより長波長側では正であって異常分散を示すが、波長約１３００ｎｍにおいて正負が逆転し、短波長側の領域では波長が短くなるにつれて大きな正常分散を示す。これに対し構造分散は約１０００ｎｍより長波長側において基本的には正常分散であり、屈折率分布形状を変化させて波長分散を異常分散側にシフトさせてもその絶対値は小さいものにしかならない。このため、光ファイバの材料分散と構造分散との和である波長分散値は負となる。したがって、１２００ｎｍよりも短い波長にゼロ分散波長を設定することは困難である。特に近赤外領域である波長９００ｎｍ〜１１５０ｎｍの範囲にゼロ分散波長を設定することは不可能である。【０００３】
これに対し近年、シリカガラスからなるコア部の周囲に多数の空孔が形成された、通称フォトニッククリスタルファイバと呼ばれる光ファイバが報告されている。フォトニッククリスタルファイバにおいては絶対値の大きな構造分散が得られるとの報告がある（非特許文献１，２参照）。また、フォトニッククリスタルファイバにおいてこのような空孔を形成した構造を用いることによって、任意の波長においてシングルモード動作やゼロ分散波長特性を得ることが出来るといった報告がされている（非特許文献３参照）。すなわちフォトニッククリスタルファイバにおいては、６０〜３００個程度の多数の空孔をクラッド部内に配置することで光ファイバの屈折率構造を大きく変えることが可能であり、これによって絶対値の大きな構造分散を得ることができる。これにより例えば近赤外の短波長領域において、大きな異常分散値を得ることができるので、大きな正常分散値を有する材料分散と足し合わせることによって、波長分散値をゼロにすることが可能である。フォトニッククリスタルファイバにおいては、波長分散特性が空孔の大きさや空孔配置の精度に大きく依存する。しかしながら、このような多数の空孔を精度良く配置した光ファイバを作製することは困難であるため、製造留まりが低下しコスト高となる。さらに、フォトニッククリスタルファイバにおいては、コア部にはゲルマニウムのような屈折率を高めるドーパントを添加しないので実効屈折率が低い。その結果、光の閉じ込め損失が大きくなりやすくなるが、この損失を抑制するには多数の空孔の層を設ける必要があるので、空孔の総数を少なくすることができず、さらに製造歩留まりの低下と高コスト化を招く。【０００４】
一方、近年、Ｈｏｌｅ−ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｆｉｂｅｒ（以下、ホールアシストファイバ）と呼ばれる、ゲルマニウムを添加したコア部の周囲に空孔を設けた構造の光ファイバが報告されている（非特許文献４参照）。このホールアシストファイバの特徴は、空孔を設けることでコア部への光の閉じ込めを強くできるので、マクロベンディングロスを低減できること、およびコア部の近傍に空孔を設けることによって構造分散を大きく変えることができることである。また、上記のフォトニッククリスタルファイバのように閉じ込め損失を抑制するために多数の空孔層を設ける構造とは異なり、クラッド部よりも屈折率の高いコア部を有するため、実効屈折率がクラッド部の屈折率よりも高くなるので、多数の空孔層を設けなくても光の閉じ込め損失を抑制することが容易である。【０００５】
【非特許文献１】"Dispersion  compensation  using  single-material  fibers"  T.  A.  Birks  et  al.,  Photon.  Tech.  Lett.  11,  674(1999).
【非特許文献２】"Anomalous  dispersion  in  photonic  crystal  fiber"  J.  C.  Knight  et  al.,  Photon.  Tech.  Lett.  12,  807(2000).
【非特許文献３】"Toward  practical  holey  fiber  technology:  fabrication,  splicing,  modeling,  and  characterization"  P.  J.  Bennett  et  al.,  Opt.  Lett.  24,  1203(1999).
【非特許文献４】"Novel  hole-assisted  lightguide  fiber  exhibiting  large  anomalous  dispersion  and  low  loss  below  1dB/km"  T.  Hasegawa  et  al.,  OFC2001,D5-1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年使用の要求が高まっている波長帯域である波長９００ｎｍ〜１１５０ｎｍにゼロ分散波長を有し、この波長帯域での使用に適するシングルモードの光ファイバについては、フォトニッククリスタルファイバを用いた場合は精度良く作製することが困難であり、高コストになるという問題があった。【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コストで容易に作製でき、波長９００ｎｍ〜１１５０ｎｍの光の伝送に適するシングルモードの光ファイバおよびこれを備えた光導波路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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバは、コア部の外周に該コア部より屈折率が低いクラッド部を有し、前記クラッド部内に前記コア部を中心とした４回回転対称性を有するように４つの空孔を形成してゼロ分散波長を９００〜１１５０ｎｍとするとともにカットオフ波長を９５０ｎｍ以下としたことを特徴とする。【０００９】
また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、カットオフ波長を９００ｎｍ以下としたことを特徴とする。【００１０】
また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、ゼロ分散波長を９００〜１１００ｎｍとしたことを特徴とする。【００１１】
また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、ゼロ分散波長を９００〜１０５０ｎｍとしたことを特徴とする。【００１２】
また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、波長９００〜１１５０ｎｍにおける伝搬損失が１０ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。【００１３】
また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記伝搬損失が３ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。【００１４】
また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、波長１１００ｎｍと波長１１５０ｎｍとの伝搬損失の差が１ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。【００１５】
また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記コア部はゲルマニウムまたはリンを添加した石英系ガラスであることを特徴とする。【００１６】
また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記コア部の前記クラッド部に対する比屈折率差は０．３〜１．５％であることを特徴とする。【００１７】
また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記比屈折率差は０．５〜１．０％であることを特徴とする。【００１８】
また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記コア部の直径は３μｍ以上７μｍ以下であることを特徴とする。【００１９】
また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記直径は６μｍより小さいことを特徴とする。【００２０】
また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記空孔の直径は１μｍより大きく８μｍ以下であることを特徴とする。【００２１】
また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記コア部の直径をＡμｍ、前記各空孔の直径をＢμｍ、前記コア部と各空孔との中心間の距離をＬμｍとした場合に、式（１）
Ｄ＝｛Ｌ−（Ａ＋Ｂ）｝／２    （１）
によって定義される前記コア部と前記各空孔との最短の距離Ｄが０μｍ以上１．２μｍ以下であることを特徴とする。【００２２】
また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記Ｄは０．６μｍ以下であることを特徴とする。【００２３】
また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、前記クラッド部内の前記空孔よりも前記コア部から離れた位置に該コア部を中心とした４回回転対称性を有するように４つの副空孔を形成したことを特徴とする。【００２４】
また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、長手方向の端部に前記空孔を潰して形成した空孔閉塞部を有し、前記空孔閉塞部は波長９５０ｎｍの光をシングルモードで伝搬することを特徴とする。【００２５】
また、本発明に係る光ファイバは、上記の発明において、長手方向の端部に前記空孔内へ前記クラッド部と同等以下の屈折率を有する媒質を充填して形成した空孔充填部を有し、前記空孔充填部は波長９５０ｎｍの光をシングルモードで伝搬することを特徴とする。【００２６】
また、本発明に係る光導波路は、上述のいずれか１つの発明に係る光ファイバを備え、波長が９００〜１１５０ｎｍの光を導波することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る光ファイバは、コア部の外周のクラッド部内にコア部を中心とした４回回転対称性を有するように４つの空孔を配置した空孔群を形成することによって、精度良く作製できる程度の大きさおよび数の空孔でコア部への適度な光の閉じ込めを実現してカットオフ波長を９５０ｎｍ以下とするとともに、構造分散の特性を異常分散側にシフトさせて波長分散値を調整してゼロ分散波長を９００〜１１５０ｎｍとした。その結果、低コストで作製でき、波長９００ｎｍ〜１１５０ｎｍの光の伝送に適するシングルモードの光ファイバおよびこれを備えた光導波路を実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバを模式的に表した断面図である。
【図２】図２は、コア部と空孔との最短の距離Ｄを説明する図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバにおいてコア径を６μｍに固定して比屈折率差Δ１と距離Ｄとを適宜変更したサンプル１〜３の諸特性を示す図である。
【図４】図４は、図３に示すサンプル１〜３における空孔径とゼロ分散波長との関係を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバにおいて距離Ｄを０μｍに固定してコア径と比屈折率差Δ１とを適宜変更したサンプル４〜７の諸特性を示す図である。
【図６】図６は、図５に示すサンプル４〜７における空孔径とゼロ分散波長との関係を示す図である。
【図７】図７は、カットオフ波長を９５０ｎｍ以下とした場合の、各空孔径の条件下での、コア径と最短となるゼロ分散波長との関係を示す図である。
【図８】図８は、各コア径において、ゼロ分散波長が１１５０ｎｍ以下であり、波長１１５０ｎｍにおける光の閉じ込め損失が０．１ｄＢ／ｋｍ以下であるときのコア部のクラッド部に対する最小比屈折率差Δ１を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバにおいてカットオフ波長が９５０ｎｍ以下、波長９５０ｎｍ〜１１５０ｎｍにおける光の閉じ込め損失が０．１ｄＢ／ｋｍ以下である条件における距離Ｄと空孔径との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバのコア部のコア径が５μｍの場合において、条件２を満たす空孔の空孔径と距離Ｄとコア部の比屈折率差Δ１との関係について示す図である。
【図１１】図１１は、図１０において条件２にさらに条件３を付加した場合の空孔の空孔径と距離Ｄとコア部の比屈折率差Δ１との関係について示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバのコア部のコア径が４μｍの場合において、条件２を満たす空孔の空孔径と距離Ｄとコア部の比屈折率差Δ１との関係について示す図である。
【図１３】図１３は、図１２において条件２にさらに条件３を付加した場合の空孔の空孔径と距離Ｄとコア部の比屈折率差Δ１との関係について示す図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバのコア部のコア径が３μｍの場合において、条件２を満たす空孔の空孔径と距離Ｄとコア部の比屈折率差Δ１との関係について示す図である。
【図１５】図１５は、図１４において条件２にさらに条件３を付加した場合の空孔の空孔径と距離Ｄとコア部の比屈折率差Δ１との関係について示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバのコア部のコア径が６μｍの場合において、条件２を満たす空孔の空孔径と距離Ｄとコア部の比屈折率差Δ１との関係について示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバにおいて距離Ｄを０μｍとしたサンプル１０〜１８の諸特性を示す図である。
【図１８】図１８は、実施例１に係る光ファイバの分散特性を示す図である。
【図１９】図１９は、実施例２に係る光ファイバの分散特性を示す図である。
【図２０】図２０は、実施例３、４に係る光ファイバにおける、比屈折率差Δ１と閉じ込め損失が抑制される長波長側の限界波長との関係を示す図である。
【図２１】図２１は、実施例３、４に係る光ファイバにおける、比屈折率差Δ１とカットオフ波長との関係を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明の実施の形態２に係る光ファイバを模式的に表した断面図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態３に係る光ファイバと、これに接続するシングルモード光ファイバを模式的に表した長手方向の断面図である。
【図２４】図２４は、本発明の実施の形態４に係る光ファイバと、これに接続するシングルモード光ファイバを模式的に表した長手方向の断面図である。
【図２５】図２５は、本発明の実施の形態５に係る光導波路を備えた光伝送システムのブロック図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０〜６０  光ファイバ
１１〜５１  コア部
１２〜４２  空孔
１３〜４３、５２  クラッド部
１４  コア径
１５  空孔径
１６  コア部と空孔との中心間の距離
１７  コア部と空孔との最短の距離
２４  副空孔
３０ａ  空孔閉塞部
３２ａ  潰れた空孔
４０ａ  空孔充填部
４５  屈折率整合剤
７０  光送信器
８０  光受信器
１００  光伝送システム
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下に、図面を参照して本発明に係るファイバおよび光導波路の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、本明細書においては、カットオフ波長（λc）とは、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１で定義するファイバカットオフ波長をいう。その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．６５０．１における定義、測定方法に従うものとする。【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバを模式的に表した断面図である。図１に示すように、本実施の形態１に係る光ファイバ１０は、コア部１１の外周にコア部１１より屈折率が低いクラッド部１３を有し、クラッド部１３内のコア部１１の近傍にコア部１１を中心とした４回回転対称性を有するように４つの空孔１２を形成して、ゼロ分散波長を９００〜１１５０ｎｍとするとともにカットオフ波長を９５０ｎｍ以下としたものである。この４つの空孔１２は断面が円状であり、隣接する空孔同士はコア部１１の中心に対して９０度の角度をなすとともに各空孔がコア部１１の中心から等距離に配置されており、その結果この４つの空孔１２はコア部１１を中心とした４回回転対称性を有するものとなっている。【００３２】
この光ファイバ１０は、上記の構成を備えることによって、低コストで容易に作製でき、波長９００〜１１５０ｎｍの光のシングルモード伝送に適する光ファイバとなる。以下、具体的に説明する。【００３３】
前述のように、石英系ガラス系の光ファイバの場合、材料分散は波長約１３００ｎｍより短波長側において正常分散を示し、その絶対値は波長が短くなるに従い大きくなる。たとえば、材料分散の値は波長１１５０ｎｍにおいて約−１５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、波長１１００ｎｍにおいて約−２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、波長１０５０ｎｍにおいて約−３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍである。一方、構造分散については、波長１０００ｎｍより長波長側において１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の値の異常分散を有するが、一般の石英系ガラスからなる光ファイバにおいては、コア部とクラッド部とで構成した屈折率構造を変化させても、波長１１５０ｎｍよりも短波長において構造分散の変位量は小さいため、波長９００〜１１５０ｎｍの範囲において、材料分散と構造分散との和である波長分散は大きな負の値を有することとなり、ゼロとはならない。【００３４】
そこで、本実施の形態１に係る光ファイバ１０は、クラッド部１３内に空孔を形成して、屈折率構造を極めて大きく変化させて構造分散の値を異常分散側に大きくシフトさせることによって材料分散を相殺し、構造分散と材料分散の和がゼロとなるゼロ分散波長を波長９００〜１１５０ｎｍの範囲内に有するようにしている。なお、ゼロ分散波長は、コア部のクラッド部に対する比屈折率差、コア部の直径すなわちコア径、空孔の直径すなわち空孔径、コア部と空孔との距離を調整することによって所望の値に調整でき、好ましくは１１００ｎｍ以下、特に好ましくは１０５０ｎｍ以下とできる。【００３５】
また、本実施の形態１に係る光ファイバ１０は、コア部１１を中心とした４回回転対称性を有するように４つの空孔１２を形成しているが、空孔が４つであれば空孔１２をコア部１１の近傍に設けても中心コア部への光の閉じ込めが適度な強さになり、カットオフ波長を９５０ｎｍ以下、好ましくは９００ｎｍ以下とできる。さらに、空孔の数が４つであれば空孔を設計どおりの位置に精度良く形成できるとともに、空孔径をそれほど小さくする必要が無いので、精度良く容易に作製できる程度の大きで空孔を形成できる。その結果、製造歩留まりが高く、低コスト化が可能になる。さらに、４つの空孔１２はコア部１１の中心に対して４回回転対称を有するように配置されているので、ファイバ断面上においてファイバ中心を直交する２軸の屈折率分布が等価となる。すなわち、屈折率分布の異方性が生じないため、偏波モード分散（ＰＭＤ）の劣化を抑えることが出来る。なお、この点から空孔数は４個若しくは８個が好ましい。これに対し、空孔数が３個や５個のような奇数個とした光ファイバの場合、空孔を設けることによる製造コストの上昇はそれほどないが、屈折率分布の異方性は大きくなるため、ＰＭＤは大きく劣化する。【００３６】
一方、中心コア部の近傍に空孔を設ける場合は、空孔の作用により中心コア部への光の閉じ込めが強くなる。すなわち高次モードのコア部への光の閉じ込めもまた強くなるため、カットオフ波長は長波長化する。そのため、９５０ｎｍより短波のカットオフ波長を得ることが困難となる。中心コア近傍に空孔が密になるほどこの影響が大きく、例えば空孔数が６個の場合においては、空孔数が４個の場合と同等の構造分散を得ようとした場合、空孔一つあたりの面積を大幅に小さくする必要があるので、製造が難しくなる。また、空孔数が多くなることで空孔が増えた分だけ製造コストが上昇する。上記により、配置する空孔数は４個であることが好ましい。【００３７】
以下、本実施の形態１に係る光ファイバ１０についてさらに説明する。まず、光ファイバ１０は、波長１１００ｎｍと波長１１５０ｎｍとの伝搬損失の差が１ｄＢ／ｋｍ以下である。以下、具体的に説明する。まず、ごく一般的な光ファイバの場合、波長１１００ｎｍと波長１１５０ｎｍとの伝搬損失差はレイリー散乱やＯＨ基による損失の寄与が大きいが、これらの要因の寄与により発生する伝搬損失差は１ｄＢ以下である。しかしながら、本発明に代表される構造の光ファイバにおいては、コア部の近傍に空孔を設けることでコア部への光の閉じ込めが強くなる一方、空孔を形成したことによる影響によりコア部とその近傍の領域であって光が伝搬する部分である光伝搬部の実効屈折率が下がることによって、コア部からクラッド部への光の漏れが生じやすくなる。使用波長帯においてこの光の漏れが大きいと、伝搬損失のゆらぎが大きくなり光ファイバ内部において光のパワーが経時変化し、安定しない。したがって、光を安定したパワーで伝搬するためには、この光の漏れをほぼゼロにする必要がある。【００３８】
なお、ここで言う光の漏れは、一般的には閉じ込め損失と呼ばれる。この閉じ込め損失は波長依存性が大きく、波長が長くなるに従い大きくなる。また、この閉じ込め損失が伝搬損失に影響を及ぼし始めた波長より長波長の光はほとんど光伝搬しないという性質を有する。【００３９】
ここで、波長１１００ｎｍと波長１１５０ｎｍとの伝搬損失の差が１ｄＢ／ｋｍ以下であるということは、波長１１５０ｎｍにおける光の閉じ込め損失が０．１ｄＢ／ｋｍ以下であることを意味する。ただし、ＯＨ基による損失が大きいと、それだけで波長１１００ｎｍと波長１１５０ｎｍにおける伝搬損失の差が１ｄＢを越えるため、このとき波長１１５０ｎｍにおける伝搬損失は３ｄＢ／ｋｍ以下とする。【００４０】
前述したように、光の閉じ込め損失は、波長依存性が大きく、波長が長くなるに従い大きくなるので、光の閉じ込め損失が大きい場合は、波長１１００ｎｍと１１５０ｎｍとの伝搬損失の差は、単位をｄＢ／ｋｍとして１桁〜２桁以上の数値となる。一方、光の閉じ込め損失およびＯＨ基による損失がそれほど大きくない場合には、波長１１００ｎｍと１１５０ｎｍにおける伝搬損失の差は、それほど大きくなく、１ｄＢ／ｋｍ以下である。よって、波長１１５０ｎｍにおける伝搬損失は３ｄＢ／ｋｍ以下の場合の、波長１１００ｎｍと１１５０ｎｍにおける伝搬損失の差により、１１５０ｎｍにおける光の閉じ込め損失を表すことが出来る。すなわち、波長１１００ｎｍと１１５０ｎｍとの伝搬損失の差が１ｄＢ／ｋｍ以下であれば、波長１１５０ｎｍにおける光の閉じ込め損失が０．１ｄＢ／ｋｍ以下であるといえる。【００４１】
本実施の形態１に係る光ファイバ１０は、波長１１００ｎｍと１１５０ｎｍとの伝搬損失の差が1ｄＢ／ｋｍ以下、すなわち波長１１５０ｎｍにおける光の閉じ込め損失が０．１ｄＢ／ｋｍ以下であるので、閉じ込め損失が極めて小さくなるので、光のパワーが経時変化せずに安定する。また、光ファイバ１０は、波長９００〜１１５０ｎｍにおける伝搬損失が１０ｄＢ／ｋｍ以下、好ましくは３ｄＢ／ｋｍであるので、ファイバ長が数十ｍから数百ｍでの使用範囲において、伝搬する光の損失を抑えかつ光ファイバから出射される光のパワーのばらつきも小さく抑えることが出来る。【００４２】
また、光ファイバ１０において、コア部１１はゲルマニウムまたはリンを添加した石英系ガラスであるので、コア部１１を伝搬する光の伝搬損失を抑制しつつコア部１１の屈折率を高めることができる。また、クラッド部１３はフッ素を添加して屈折率を低くした石英ガラスもしくは屈折率調整用ドーパントを含まない純粋な石英ガラスであり、コア部１１より屈折率が低くなっている。コア部にゲルマニウムやリンを添加する方法として、たとえばＶＡＤ（Ｖａｐｏｒ−ｐｈａｓｅ  Ａｘｉａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＭＣＶＤ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いることができる。ＶＡＤ法やＭＣＶＤ法を用いれば、ゲルマニウムやリンの添加量を微調整することができ、その結果コア部１１のクラッド部１３に対する比屈折率差Δ１を０．０１％刻みで調整することができる。【００４３】
また、コア部１１のクラッド部１３に対する比屈折率差Δ１は０．３％以上であるので、コア部１１の近傍に空孔を形成したことによって生じる光の閉じ込め損失を０．１ｄＢ／ｋｍ以下に抑えることができる。また、比屈折率差Δ１は１．５%以下、好ましくは１．０％以下であるので、光ファイバ中における非線形光学効果の発生が抑制されると共に、カットオフ波長を容易に９５０ｎｍ以下とすることができる。さらに、比屈折率差Δ１は１．５%以下であるのでコア部におけるゲルマニウムやリンの添加濃度がそれほど高くないため、たとえば機械式ドリルを用いて光ファイバ母材に対して空孔を形成する場合にも、コア部自体が割れにくくなる。【００４４】
なお、上記の比屈折率差Δ１は、ｎcore、ｎcladをそれぞれコア部の最大屈折率、及びクラッド部の屈折率とすると、式（２）で定義される。
Δ１＝｛（ｎcore−ｎclad）／ｎcore｝×１００  [％]        （２）【００４５】
つぎに、本実施の形態１に係る光ファイバ１０のコア部および空孔についてシミュレーションによる計算結果を用いてさらに具体的に説明する。なお、以下の説明では、図２に示すように、コア部１１のコア径１４をＡμｍ、空孔１２の空孔径１５をＢμｍ、コア部１１と空孔１２との中心間の距離１６をＬとした場合に式（１）
Ｄ＝｛Ｌ−（Ａ＋Ｂ）｝／２    （１）
によって定義されるコア部１１と空孔１２との最短の距離１７である距離Ｄを用いて説明する。なお、距離Ｄの単位はμｍである。また、コア部１１のコア径とは、コア部１１とクラッド部１３との境界領域でΔ１の１／２の比屈折率差を有する位置における径である。【００４６】
まず、コア部１１のコア径について説明する。まず、コア径は７μｍ以下であるので、Δ１を０．３％以上としたままで容易にゼロ分散波長を１１５０ｎｍ以下にすることができるとともに、カットオフ波長を容易に９５０ｎｍ以下にできる。【００４７】
さらにコア径が６μｍより小さければ、ゼロ分散波長を１１００ｎｍ以下にできるので好ましい。これについて以下説明する。図３は、本実施の形態１に係る光ファイバ１０においてコア径を６μｍに固定して比屈折率差Δ１と距離Ｄとを適宜変更したサンプル１〜３の諸特性を示す図であり、図４はカットオフ波長を９５０ｎｍとした場合のサンプル１〜３における空孔径と最短となるゼロ分散波長との関係を示す図である。なお、図４においてプロットのない範囲は、カットオフ波長が９５０ｎｍ以下とならない、若しくは波長１１５０ｎｍでの閉じ込め損失が０．１ｄＢ／ｋｍ以上となってしまうことを意味する。図４に示すように、サンプル１〜３はいずれも空孔径が７μｍ以下であれば、ゼロ分散波長１１５０ｎｍ以下とカットオフ波長９５０ｎｍ以下の両立が出来る。【００４８】
一方、図５は、本実施の形態１に係る光ファイバ１０において距離Ｄを０μｍ、すなわちコア部１１と各空孔１２が接する条件に固定してコア径と比屈折率差Δ１とを適宜変更したサンプル４〜７の諸特性を示す図であり、図６はカットオフ波長を９５０ｎｍとした場合のサンプル４〜７における空孔径と最短となるゼロ分散波長との関係を示す図である。なお、図６においてプロットのない範囲について、図４と同様に、カットオフ波長が９５０ｎｍ以下とならない、若しくは波長１１５０ｎｍでの閉じ込め損失が０．１ｄＢ／ｋｍ以上となってしまうことを意味する。図６に示すように、空孔径が６μｍ以上の範囲においてはカットオフ波長が９５０ｎｍ以下とならない、また、空孔径が２μｍよりも小さい範囲においてはファイバ構造上の閉じ込め損失が増大してしまい、波長１１５０ｎｍでの閉じ込め損失が０．１ｄＢ／ｋｍ以上となってしまう。サンプル４〜７はいずれもコア径が６μｍよりも小さいが、図６に示すように空孔径を適宜設定することによって容易にカットオフ波長を９５０ｎｍ以下とできる。すなわち、本実施の形態１に係る光ファイバ１０においてコア径は６μｍより小さいことが好ましい。【００４９】
また、コア部１１のコア径は３μｍ以上が好ましい。すなわち、コア径が３μｍ以上であれば、コア部内の光の強度密度も過度に大きくならず、比屈折率差Δ１を０．９％より小さい値としつつ光の閉じ込め損失を０．１ｄＢ／ｋｍ以下とでき、さらに光ファイバ１０に他の光ファイバを接続する際にもコア径が整合しやすく、接続損失を抑制できる。【００５０】
一方、コア径が７μｍよりも大きいと、空孔を設けた構造においてもゼロ分散波長を波長１１５０ｎｍよりも短波長にシフトさせるためには、クラッドに対する比屈折率差を０．３％以下に設定する必要があり、前述したように光の閉じ込め損失の観点から好ましくない。またコア径が大きくなるとカットオフ波長が長波長にシフトするため、この点においてもコア径は７μｍ以下であることが好ましい。さらにコア径は６μｍより小さいことが好ましい。コア径が６μｍ以上の条件下では、カットオフ波長を９５０ｎｍ以下にしようとした場合、空孔とコア部との間隔、および空孔径の大きさを調整してもゼロ分散波長は１１００〜１１５０ｎｍの範囲内であり、１１００ｎｍよりも短波長にすることが出来ない。これについて以下に具体的に説明する。【００５１】
図７は、カットオフ波長を９５０ｎｍ以下とした場合の、各空孔径の条件下での、コア径と最短となるゼロ分散波長との関係を示す。図７に示すように、コア径が６μｍにおいて何れの空孔径においてもゼロ分散波長は１１００〜１１５０ｎｍの範囲内である。したがって、コア径は６μｍ以下であることが好ましい。また、コア径が小さくなるに従い、若しくは空孔径が大きくなるに従い、大きな構造分散が得られるため、ゼロ分散波長は短波長側にシフトする。しかしながらカットオフ波長が長波長側にシフトするため、空孔径が５μｍ及び６μｍの条件下でカットオフ波長を９５０ｎｍ以下に設定した場合、コア径を小さくしても、ゼロ分散波長は短波長とはならない。【００５２】
また、図８は、各コア径において、ゼロ分散波長が１１５０ｎｍ以下であり、波長１１５０ｎｍにおける光の閉じ込め損失が０．１ｄＢ／ｋｍ以下であるときのコア部のクラッド部に対する最小比屈折率差Δ１を示す。図８に示すように、コア径３μｍの場合、比屈折率差Δ１を０．８％以上とする必要がある。【００５３】
図７が示すように、コア径が３μｍの場合、ゼロ分散波長を１１００ｎｍ以下にするためには、空孔径が５μｍ以下の場合はコア部の比屈折率差Δ１を０．９％以上にする必要がある。一方、図７が示すように、コア径が３μｍかつ空孔径が６μｍ以上の場合はゼロ分散波長を１１００ｎｍ以下に出来ない。さらにコア径を小さくする場合、光の閉じ込め損失を抑えるためにはコア部の比屈折率差をさらに大きく１．０％以上にする必要があり、好ましくない。【００５４】
さらに、コア径を３μｍよりも小さくすると、モードフィールド径も非常に小さくなり、非線形光学効果の影響が大きくなり、光ファイバへの光の挿入時に光の結合が大きく劣化する。また、他の光ファイバとの接続損失も大きくなる。このためコア径は３μｍ以上であることが好ましい。【００５５】
つぎに、空孔１２の大きさについて説明する。空孔１２の空孔径は１．５μｍより大きく、好ましくは２μｍ以上なので、構造分散が異常分散側に十分にシフトさせて所望のゼロ分散波長を得ることができる。以下、前述の図５および６を用いて説明する。図６に示すように、空孔径が１μｍより大きい１．５μｍであればサンプル４、５においてゼロ分散波長が１１５０ｎｍ以下となり好ましく、空孔径が２μｍ以上であればサンプル４〜７のいずれもゼロ分散波長が１１５０ｎｍ以下となり、コア径や比屈折率差Δ１等の他のパラメータの設計の自由度が高くなるのでより好ましい。なお、サンプル６、７においては、空孔径が１．５μｍ以下の条件では光の閉じ込め損失が極めて大きくなり好ましくない。【００５６】
また、空孔径が１μｍ以下の条件下でも、例えばコア部の領域に空孔を食い込ませる構造とすれば、構造分散を異常分散側へ十分にシフトされることができるが、上記したように、空孔を形成したことによる構造損失や、ファイバ作製時にＯＨ基がコア部に形成されることによって発生する伝搬損失による悪影響が大きくなるため好ましくない。さらに本実施の形態のように空孔数が少ない構造においては、空孔を形成するには前述のように機械式ドリルを用いて光ファイバ母材に対し穿孔加工を行う手段が有効であるが、この場合、光ファイバの状態で空孔径を１μｍ以下とするためには光ファイバ母材に対して１ｍｍ以下の径を穿孔加工しなければならないため、製造上非常に困難であり、この点からも好ましくない。【００５７】
また、空孔１２の空孔径は８μｍ以下である。以下ではコア部１１と空孔１２との最短の距離Ｄと関連させて説明する。空孔径が大きくなるとコア部１１への光の閉じ込めも強くなる。すなわち光ファイバの高次伝搬モードのコア部への光の閉じ込めもまた強くなるため、カットオフ波長は長くなる。一方、空孔径を大きくしても距離Ｄを大きくするか、若しくはコア部の実効屈折率を小さくすることによってカットオフ波長を短くすることは可能である。しかしながら、距離Ｄを大きくすると空孔１２を形成したことによって得られる構造分散のシフト量が小さくなるため、ゼロ分散波長を１１５０ｎｍ以下にすることは困難となる。そのため、距離Ｄは０μｍ以上１．２μｍ以下とするのが好ましい。さらに、距離Ｄが０μｍ以上１．２μｍ以下である場合にカットオフ波長を９５０ｎｍ以下にする場合、空孔１２の空孔径はコア部１１のコア径の２倍以下であることが必要である。また、コア部の実効屈折率を小さくするとコア部への光の閉じ込めが小さくなるため、光の閉じ込め損失が大きくなるので好ましくない。【００５８】
図９は、本実施の形態１に係る光ファイバ１０においてカットオフ波長が９５０ｎｍ以下、波長１１５０ｎｍにおける光の閉じ込め損失が０．１ｄＢ／ｋｍ以下である条件（以下条件１と呼ぶ）における距離Ｄと空孔径との関係を示す図である。なお、コア部１１のクラッド部１３に対する比屈折率差を０．３〜１．５％とし、コア径は３〜６μｍとした。図９の横軸は距離Ｄを示し、縦軸は各距離Ｄにおいて上記のカットオフ波長および閉じ込め損失の条件を満たす空孔径の最大値を示す。つまりそれぞれのコア径において、空孔径は図９に示される値以下とする必要があり、コア径が３．０μｍの場合、空孔径は６．０μｍ以下にし、コア径が６μｍの場合、空孔径は８．０μｍ以下にする必要がある。なお、コア径が７．０μｍの場合は、上記の条件１を満たす空孔径の最大値は７．０μｍである。本実施の形態１に係る光ファイバ１０においては、空孔１２の空孔径は８．０μｍ以下であるので、コア径を３〜６μｍとしても上記の条件１を満たすことができる。【００５９】
また、前述のようにコア部１１と空孔１２との最短の距離Ｄは０μｍ以上１２μｍ以下であり、特に０．６μｍ以下であることが好ましい。これについて以下により具体的に説明する。【００６０】
図１０は、本実施の形態１に係る光ファイバ１０のコア部１１のコア径が５μｍの場合において、カットオフ波長が９５０ｎｍより短く、波長１１５０ｎｍにおける光の閉じ込め損失が０．１ｄＢ／ｋｍ以下であり、ゼロ分散波長が１１５０ｎｍより短いという条件（以下条件２と呼ぶ）を満たす空孔１２の空孔径と距離Ｄとコア部１１の比屈折率差Δ１との関係について示す図である。すなわち図１０は、縦方向に示した空孔径と、横方向に示した距離Ｄとの組み合わせにおいて、上記の条件２を満たすようなコア部１１の比屈折率差Δ１の範囲を示したものである。なお、条件２を満たす比屈折率差Δ１が無い場合はハイフンを表示した。【００６１】
図１０に示すように、コア径が５μｍの場合は、上記の条件２を満たすためには、距離Ｄを１．０μｍよりも小さくすることが必要である。さらに、図１１は図１０において条件２にさらにゼロ分散波長を１１００ｎｍ以下とする条件（以下条件３と呼ぶ）を付加した場合の空孔１２の空孔径と距離Ｄとコア部１１の比屈折率差Δ１との関係について示す図である。条件３を満足するためには、より大きな構造分散が必要であるため、距離Ｄを０．４μｍよりも小さくする必要がある。このように、光ファイバ１０は、コア部１１と空孔１２との最短の距離Ｄおよび空孔径、比屈折率差Δ１を適宜選択することで、条件２および３を満足する光ファイバとなる。【００６２】
図１２は、本実施の形態１に係る光ファイバ１０のコア部１１のコア径が４μｍの場合において、図１０と同様に、上記の条件２を満たす空孔１２の空孔径と距離Ｄとコア部１１の比屈折率差Δ１との関係について示す図である。図１２に示すように、コア径が４μｍの場合は、上記の条件２を満たすためには、距離Ｄを１．２μｍよりも小さくすることが必要である。【００６３】
さらに、図１３は図１２において条件２にさらに条件３を付加した場合の空孔１２の空孔径と距離Ｄとコア部１１の比屈折率差Δ１との関係について示す図である。条件３を満足するためには、距離Ｄを０．８μｍよりも小さくする必要がある。このように、光ファイバ１０は、コア部１１と空孔１２との最短の距離Ｄおよび空孔径、比屈折率差Δ１を適宜選択することで、条件２および３を満足する光ファイバとなる。【００６４】
図１４は、本実施の形態１に係る光ファイバ１０のコア部１１のコア径が３μｍの場合において、図１０と同様に、上記の条件２を満たす空孔１２の空孔径と距離Ｄとコア部１１の比屈折率差Δ１との関係について示す図である。図１４に示すように、コア径が３μｍの場合は、上記の条件２を満たすためには、距離Ｄを１．４μｍよりも小さくすることが必要である。【００６５】
さらに、図１５は図１４において条件２にさらに条件３を付加した場合の空孔１２の空孔径と距離Ｄとコア部１１の比屈折率差Δ１との関係について示す図である。条件３を満足するためには、距離Ｄを０．８μｍよりも小さくする必要がある。このように、光ファイバ１０は、コア部１１と空孔１２との最短の距離Ｄおよび空孔径、比屈折率差Δ１を適宜選択することで、条件２および３を満足する光ファイバとなる。【００６６】
図１６は、本実施の形態１に係る光ファイバ１０のコア部１１のコア径が６μｍの場合において、図１０と同様に、上記の条件２を満たす空孔１２の空孔径と距離Ｄとコア部１１の比屈折率差Δ１との関係について示す図である。図１６に示すように、コア径が６μｍの場合は、上記の条件２を満たすためには、距離Ｄを０．８μｍよりも小さくすることが必要である。このように、光ファイバ１０は、コア部１１と空孔１２との最短の距離Ｄおよび空孔径、比屈折率差Δ１を適宜選択することで、条件２を満足する光ファイバとなる。【００６７】
同様に、本実施の形態１に係る光ファイバ１０は、コア部１１と空孔１２との最短の距離Ｄおよび空孔径、比屈折率差Δ１を適宜選択することで、コア部１１のコア径が６μｍの場合にも、上記の条件３を満足する光ファイバとなる。【００６８】
つぎに、本実施の形態１に係る光ファイバ１０において距離Ｄを０μｍとした場合の光学特性の計算結果について説明する。図１７は、光ファイバ１０において距離Ｄを０μｍとしたサンプル１０〜１８の諸特性を示す図である。なお、図１７においてλ0とはゼロ分散波長を示し、ＬＰ01の閉じ込め損失とは基底伝搬モードの光の閉じ込め損失を示す。【００６９】
図１７に示すサンプル１０〜１８は、いずれも波長９００〜１１５０ｎｍにおいてゼロ分散波長を有し、特にサンプル１０〜１５は波長９００〜１１００ｎｍにおいてゼロ分散波長を有した。また、サンプル１０〜１８はいずれもカットオフ波長が９５０ｎｍ以下であり、９５０ｎｍより長い波長領域においてシングルモードで動作する光ファイバである。また波長１１５０ｎｍにおける光の閉じ込め損失は０．１ｄＢ／ｋｍ以下である。【００７０】
なお、サンプル１０および１１は同一のコア径であるが、サンプル１１の方が形成した空孔１２の空孔径が大きく、コア部１１の屈折率が若干小さいため、サンプル１０より大きな構造分散が得られ、ゼロ分散波長を１０５０ｎｍより短波長にシフトできている。また、サンプル１２と１３を比較すると空孔径が大きいサンプル１２の方がサンプル１３よりもゼロ分散波長が短いが、これは空孔部１２による構造分散の影響が大きいためである。また、サンプル１３の構造はサンプル１２の構造に比べて空孔１２による光の閉じ込めが小さく、またコア部の実効屈折率が小さい分、光の閉じ込め損失が生じ、閉じ込め損失の値は０．０７ｄＢ／ｋｍと比較的大きい。【００７１】
サンプル１４と１５との関係、およびサンプル１６と１７との関係も、上記と同様に空孔１２の空孔径の大きさが違うので、得られる構造分散に大きな差があり、空孔径が大きいサンプルの方がより短波長側でゼロ分散波長が得られている。また、大きな構造分散を得るためにはコア部の大きさが重要であり、図１７に示すようにコア径が小さくなるにつれて、短波長側にゼロ分散波長をシフトさせ易く、逆にコア径が大きくなると、例えばサンプル１８に示すように空孔径を大きくし、かつコア部１１の屈折率を下げて実効屈折率を小さくすることで、波長１１５０ｎｍより短波長側にゼロ分散波長をシフトしている。【００７２】
（実施例１）
つぎに、本実施の形態１に従って作製した実施例１に係る光ファイバの特性について説明する。実施例１に係る光ファイバにおいて、コア部はゲルマニウムがドープされた石英系ガラスであり、０．７２％の比屈折率差Δ１を有し、コア径は４．３μｍである。また空孔はコア部の中心から等距離に配置され、各空孔の中心とコア部の中心との距離をＬ１とするとＬ１＝５μｍであり、それぞれの空孔はコア部の中心に対し、４回回転対称の位置関係にある。また、空孔はファイバ断面においてそれぞれほぼ円形で、４つの空孔の断面積は同じであり、各々の空孔の空孔径は５．２μｍであった。また距離Ｄは０．２５μｍであった。【００７３】
なお、実施例１に係る光ファイバの作製方法は以下のとおりである。まず、ＶＡＤ法によりゲルマニウムが添加された多孔質ファイバ母材を作製し、これをガラス化してシリカガラスを作製する。このガラスの純シリカに対する比屈折率差は０．７２％で、その屈折率分布形状はステップインデックス形状であり、これをコア部とした。次にこのコア部の外側に純シリカ層をＪＶＤ法により外付けし、外径４６．１５ｍｍ、コア部の直径が２．４８ｍｍである母材を作製した。この母材に対し機械式ドリルにより、仕上がり直径が３ｍｍに形成されるよう穿孔及び空孔内面の研磨を行った。そしてこの母材をファイバクラッド外径が８０μｍとなるよう線引きした。【００７４】
上記の方法で作製した実施例１に係る光ファイバの特性を説明する。まず、分散特性については、図１８に示すように、ゼロ分散波長は１０６５ｎｍであり、波長１１１０ｎｍより短波長のゼロ分散波長を達成している。また、カットオフ波長は８８０ｎｍであり、近赤外領域である波長９３０ｎｍ〜１１５０ｎｍにおいてシングルモードで動作する。また、波長１１５０ｎｍにおける伝送損失は１．２ｄＢ／ｋｍであり、また波長１１００ｎｍと波長１１５０ｎｍとの伝搬損失の差は０．２ｄＢ／ｋｍと小さいことから、閉じ込め損失はほぼゼロであるといえる。【００７５】
なお、実施例１では、クラッド外径は８０μｍとしたが、使用用途により外径を変えて、５０〜１５０μｍの径としても構わない。例えば１２５μｍの外径で同じ特性を有するファイバを作製することを考える場合、外径が約４８．１ｍｍ、コア径が１．６５ｍｍの母材を作製し、上記と同様に直径２ｍｍの空孔を設け、これを外径１２５μｍになるよう線引きすることで実施例１に係る光ファイバと同等の特性を有する光ファイバが得られる。【００７６】
（実施例２）
つぎに、本実施の形態１に従って作製した実施例２に係る光ファイバの特性について説明する。実施例２に係る光ファイバにおいて、コア部はゲルマニウムがドープされた石英系ガラスであり、０．５８％の比屈折率差Δ１を有し、コア径は４．５μｍであった。また空孔はコア部の中心から等距離に配置され、各空孔の中心とコア部の中心との距離をＬ１とするとＬ１＝５．３μｍであり、それぞれの空孔はコア部の中心に対し、４回回転対称の位置関係にある。また、空孔はファイバ断面においてそれぞれほぼ円形で、４つの空孔の断面積は同じであり、各々の空孔の空孔径は５．５μｍであった。また距離Ｄは０．３μｍであった。【００７７】
なお、実施例２に係る光ファイバの作製方法は以下のとおりである。まず、ＶＡＤ法によりゲルマニウムが添加された多孔質ファイバ母材を作製し、これをガラス化してシリカガラスを作製する。このガラスの純シリカに対する比屈折率差は０．５８％で、その屈折率分布形状はステップインデックス形状であり、これをコア部とした。次にこのコア部の外側に純シリカ層をＪＶＤ法により外付けし、外径４４ｍｍ、コア部の直径が２．４７５ｍｍである母材を作製した。この母材に対し機械式ドリルにより、仕上がり直径が３ｍｍに形成されるよう穿孔及び空孔内面の研磨を行った。そしてこの母材をファイバクラッド外径が８０μｍとなるよう線引きした。【００７８】
上記の方法で作製した実施例２に係る光ファイバの特性を説明する。まず、分散特性については、図１９に示すように、ゼロ分散波長は１０４９ｎｍであり、波長１０５０ｎｍより短波長のゼロ分散波長を達成している。また、カットオフ波長は９３０ｎｍであり、近赤外領域である波長９３０ｎｍ〜１１５０ｎｍにおいてシングルモードで動作する。また、波長１１５０ｎｍにおける伝送損失は１．０ｄＢ／ｋｍであり、また波長９７０〜１１５０ｎｍにおける伝送損失は１．０ｄＢ／ｋｍ以下であるが、波長９５０ｎｍにおいてはＯＨ基による損失の影響で５ｄＢ／ｋｍであった。また、波長１１００ｎｍと波長１１５０ｎｍとの伝搬損失の差は０．４ｄＢ／ｋｍであったが、上記のようにＯＨ基による損失の影響が大きいことから、閉じ込め損失は小さく、ほぼゼロであるといえる。【００７９】
（実施例３、４）
つぎに、本実施の形態１に従って作製した実施例３、４に係る光ファイバの特性について説明する。実施例３に係る光ファイバとして、実施例２と同様の構造を有し、コア径が４．５μｍ、空孔径が５．５μｍ、距離Ｄが０．３μｍであるが、比屈折率差Δ１を０．６％、０．８％、１．０％、１．１％とした４種類のものを作製した。一方、実施例４に係る光ファイバとして、コア径を４μｍ、空孔径を４μｍ、距離Ｄを０．３μｍとし、比屈折率差Δ１を０．６％〜１．３％まで０．１％ずつ異なる８種類のものを作製した。作製した実施例３、４に係る光ファイバのゼロ分散波長を測定したところ、いずれも１０６０〜１０７０ｎｍの範囲内であった。【００８０】
ここで、本発明に係る光ファイバの傾向として、上記したようにコア部の屈折率を大きくすると、閉じ込め損失が抑制される波長範囲を長波側にシフトすることが可能となるが、同時にカットオフ波長も長波化する。以下、実施例３、４に係る光ファイバの特性を用いて、比屈折率差Δ１と、閉じ込め損失が抑制される波長およびカットオフ波長との関係について説明する。【００８１】
図２０は、実施例３、４に係る光ファイバにおける、比屈折率差Δ１と閉じ込め損失が抑制される長波長側の限界波長との関係を示す図である。すなわち、図２０に示す値よりも長波長の領域においては閉じ込め損失が急激に増加するため、長距離での光伝搬が困難となる。図２０に示すように、比屈折率差Δ１を高くすることによって、閉じ込め損失が低損失での光伝搬が可能な波長範囲が長波長側に拡大する。【００８２】
一方、図２１は、実施例３、４に係る光ファイバにおける、比屈折率差Δ１とカットオフ波長との関係を示す図である。図２０に示すように、比屈折率差Δ１を高くすることによって、カットオフ波長は長波長となる。【００８３】
したがって、図２０および２１から、実施の形態３、４に係る光ファイバにおいて、所定の比屈折率差Δ１の場合に、シングルモード動作し、かつ低損失での光伝搬可能な波長範囲が分かる。たとえば、実施例３に係る光ファイバで比屈折率差Δ１を０．６％としたものの場合、９００〜１１９０ｎｍの波長範囲において、シングルモード動作し、かつ低損失での光伝搬が可能になる。また、比屈折率差Δ１を０．８％にすれば、１０００〜１４００ｎｍの波長範囲、すなわち、１．０〜１．３１μｍ帯域を含む波長範囲において、シングルモード動作し、かつ低損失での光伝搬が可能になる。【００８４】
一方、実施例４に係る光ファイバの場合、図２０および２１が示すように、比屈折率差Δ１を１．３％まで増大した場合、１０００〜１６００ｎｍ程度の波長範囲において、シングルモード動作し、かつ低損失での光伝搬が可能になる。すなわち、ゼロ分散波長を１０６０〜１０７０ｎｍの範囲としつつ、１０００〜１６００ｎｍ程度の波長範囲において、シングルモード動作し、かつ低損失での光伝搬が可能な光ファイバを実現することができる。【００８５】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２に係る光ファイバについて説明する。本実施の形態２に係る光ファイバは、実施の形態１に係る光ファイバのクラッド部内の空孔よりもコア部から離れた位置に該コア部を中心とした４回回転対称性を有するように４つの副空孔を形成したことを特徴とする。【００８６】
図２２は、本実施の形態２に係る光ファイバ２０を模式的に表した断面図である。この光ファイバ２０は、実施の形態１に係る光ファイバ１０と同様に、コア部２１の外周にコア部２１より屈折率が低いクラッド部２３を有し、クラッド部２３内のコア部２１の近傍にコア部２１を中心とした４回回転対称性を有するように４つの空孔２２を形成して、ゼロ分散波長を９００〜１１５０ｎｍとするとともにカットオフ波長を９５０ｎｍ以下としたものであるが、さらに、空孔２２よりもコア部２１から離れた位置にコア部２１を中心とした４回回転対称性を有するように４つの副空孔２４を形成している。４つの副空孔２４は、隣り合う内側の空孔２２を結ぶ線と直角に交わりコア部２１の中心を通る直線上に配置されている。【００８７】
この光ファイバ２０は、上記の構成を備えることによって、光ファイバ１０と同様に低コストで容易に作製でき、波長９００ｎｍ〜１１５０ｎｍの光の伝送に適するシングルモードの光ファイバとなる。さらに、４つの副空孔２４によって、コア部２１からクラッド部２３への光の閉じ込め損失を一層低減出来るといった効果を奏する。【００８８】
なお、光ファイバ２０のコア部２１および空孔２２の特性および最短の距離については、光ファイバ１０と同様である。また、光ファイバ２０の構造分散については、空孔２２の影響が支配的である。また副空孔２４の空孔径は空孔２２の空孔径と同径が好ましい。さらに、コア部２１と副空孔２４との最短の距離Ｄについては、４つの空孔２２とコア部２１との距離、および空孔径ならびにコア径に大きく依存するが、少なくとも以下の式（３）に定義されるＤ２μｍよりも大きいことが好ましい。
Ｄ２＝｛（Ａ１＋Ｂ１）／２＋Ｌ２｝×√２−（Ａ１＋Ｂ１）／２  （３）
なお、式（３）において、Ａ１はコア部２１のコア径であり、Ｂ１は空孔２２の空孔径であり、Ｌ２はコア部２１と空孔２２との中心間の距離であり、Ａ１、Ｂ１、Ｌ２の単位はいずれもμｍである。【００８９】
（実施の形態３）
つぎに、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３に係る光ファイバは実施の形態１に係る光ファイバと同様の構成を有するが、長手方向の端部に空孔を潰して形成した空孔閉塞部を有し、空孔閉塞部は波長９５０ｎｍの光をシングルモードで伝搬することを特徴とする。【００９０】
図２３は、本実施の形態３に係る光ファイバと、これに接続するシングルモード光ファイバを模式的に表した長手方向の断面図である。このシングルモード光ファイバ５０は、コア部５１とクラッド部５２とを有し、カットオフ波長は８５０ｎｍであり、また伝送損失は波長９００〜１１５０ｎｍの範囲において１．５ｄＢ／ｋｍ以下である。また、光ファイバ３０は、実施の形態１に係る光ファイバ１０と同様の構成を有するが、長手方向の端部に空孔３２を潰して形成した空孔閉塞部３０ａを有する。なお、符号３１、３３、３２ａはそれぞれコア部、クラッド部、潰れた空孔を示す。また、光ファイバ３０は光ファイバ１０の端部を加熱して空孔閉塞部３０ａを形成することによって作製できる。また、シングルモード光ファイバ５０と光ファイバ３０とのコア径およびコア部の屈折率は同等である。【００９１】
この光ファイバ３０は、空孔閉塞部３０ａが９５０ｎｍ以上の波長の光に対してシングルモードで動作するので、コア部５１とクラッド部５２とを有する通常の構造のシングルモード光ファイバ５０と接続しても、空孔閉塞部３０ａを含む光ファイバ３０とシングルモード光ファイバ５０との全体にわたってシングルモード動作するものとできる。【００９２】
なお、前述の実施例１および２に係る光ファイバの端部を加熱して空孔を潰して空孔閉塞部を形成し、空孔閉塞部を形成した光ファイバを他のシングルモード光ファイバに接続したところ、接続した光ファイバの全体にわたって波長９００ｎｍの光をシングルモード動作するものとなった。すなわち、いずれの光ファイバにおいても、空孔閉塞部におけるカットオフ波長は９００ｎｍ以下であると推定される。【００９３】
（実施の形態４）
つぎに、本発明の実施の形態４について説明する。本実施の形態４に係る光ファイバは実施の形態１に係る光ファイバと同様の構成を有するが、長手方向の端部に空孔内へクラッド部と同等以下の屈折率を有する媒質を充填して形成した空孔充填部を有し、空孔充填部は波長９５０ｎｍの光をシングルモードで伝搬することを特徴とする。【００９４】
図２４は、本実施の形態４に係る光ファイバと、これに接続するシングルモード光ファイバを模式的に表した長手方向の断面図である。シングルモード光ファイバ５０は、上述したものであり、光ファイバ４０は、実施の形態１に係る光ファイバ１０と同様の構成を有するが、長手方向の端部に空孔４２内へクラッド部４３と同等以下の屈折率を有する屈折率整合剤４５を充填して形成した空孔充填部４０ａを有するものである。なお、符号４１はコア部を示す。【００９５】
この光ファイバ４０は、空孔充填部４０ａが９５０ｎｍ以上の波長の光に対してシングルモードで動作するので、コア部５１とクラッド部５２とを有する通常の構造のシングルモード光ファイバ５０と接続しても、空孔充填部４０ａを含む光ファイバ４０とシングルモード光ファイバ５０との全体にわたってシングルモード動作するものとできる。【００９６】
（実施の形態５）
つぎに、本発明の実施の形態５について説明する。本実施の形態５に係る光導波路は、実施の形態１に係る光ファイバと同様の構成を有する光ファイバを備え、波長が９００〜１１５０ｎｍの光を導波することを特徴とする。【００９７】
図２５は、本実施の形態５に係る光導波路を備えた光伝送システム１００のブロック図である。この光伝送システム１００は、光送信器７０と、光受信器８０と、光送信器７０と光受信器８０とを接続する光導波路である光ファイバ６０を備える。光ファイバ６０は実施の形態１に係る光ファイバと同様の特性を有する。また、光送信器７０と光受信器８０とは、波長９００〜１１５０ｎｍの信号光を送受信するものである。この光伝送システム１００は、本実施の形態５に係る光ファイバ６０を光導波路として用いることで、波長９００〜１１５０ｎｍの信号光を良好な伝送特性で伝送するものとなる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、たとえば波長９００〜１１５０ｎｍの信号光を用いた光伝送システムにおいて好適に利用できる。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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