(57)【要約】  本発明は、フォトニック結晶ファイバともう一方の光ファイバとの光接続を、フォトニック結晶ファイバ自体を加工することなく、また精密な調整が不要で簡便に行う方法を提供する。また本発明は、フォトニック結晶ファイバの内部構造にかかわらず適用可能であって、汎用性の高い接続方法を提供する。具体的に本発明は、フォトリフラクティブ結晶の異なる端面それぞれに、フォトニック結晶ファイバからの信号光またはポンプ光、およびもう一方の光ファイバからのポンプ光または信号光をそれぞれ入射させ、回折格子を生じさせて二重位相共役鏡を形成するステップを含む、フォトニック結晶ファイバともう一方の光ファイバとを光接続する方法である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトニック結晶ファイバともう一方の光ファイバとを互いに光接続する方法であって、
前記フォトニック結晶ファイバからの信号光をフォトリフラクティブ結晶の端面に入射させ、かつ前記もう一方の光ファイバからのポンプ光を前記フォトリフラクティブ結晶の別の端面に入射させるか、または
前記フォトニック結晶ファイバからのポンプ光をフォトリフラクティブ結晶の端面に入射させ、かつ前記もう一方の光ファイバからの信号光を前記フォトリフラクティブ結晶の別の端面に入射させ、
前記フォトリフラクティブ結晶に回折格子を生じさせて、二重位相共役鏡を形成するステップを含む方法。
【請求項２】
前記信号光と前記ポンプ光は互いにインコヒーレントである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記信号光と前記ポンプ光の偏光状態は一致している、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記信号光の強度に対する、前記ポンプ光の強度は６０％〜１５０％である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記フォトリフラクティブ結晶はチタン酸バリウム結晶である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記回折格子を固定化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
二重位相共役鏡、ならびに前記二重位相共役鏡をコネクターとして互いに光接続されたフォトニック結晶ファイバおよびもう一方の光ファイバを含む、光システム。
【請求項８】
フォトリフラクティブ結晶、前記フォトリフラクティブ結晶に信号光を入射する信号光入射光学系、および前記フォトリフラクティブ結晶にポンプ光を入射するポンプ光入射光学系を含み、
前記信号光入射光学系およびポンプ光入射光学系はいずれも光ファイバを有し、前記光ファイバのいずれか一方はフォトニック結晶ファイバである、光接続装置。
【請求項９】
前記信号光入射光学系およびポンプ光入射光学系は、半波長板または偏光ビームスプリッターをさらに有する、請求項８に記載の光接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバを光接続する方法、特にフォトニック結晶ファイバを光接続する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）は光ファイバの一種であるが、長軸方向に多数の微細空孔が設けられており、この断面構造を適宜調整することによって、種々の特性の光ファイバに設計される。フォトニック結晶ファイバは、従来の光ファイバにはない特徴を有していることから、近年注目を集めている。具体的には、設計・製造のトレランスが大きく、広帯域単一モード伝送が可能であり、大きな実行コア断面積を有することができ、高非線形性を有し、屈曲にも強いので、種々の新しい特性が実現される。最近では、伝送損失が高いという点も改善され、ＦＴＴＨにおける宅内配線用光ファイバなどへの実用化が期待されている。一方、従来の光ファイバは屈曲に対して弱いので、その適用範囲は主に幹線系であった。【０００３】
光ファイバを互いに接続させる一般的手段として、融着接続法やメカニカルスプライス法が確立されている。しかしながらこれらの方法を、フォトニック結晶ファイバに適用しようとすると、空孔の構造が融着の際に崩れやすく、また複数の空孔全てを合わせるための調心や角度合わせが困難であるため、適切でない。【０００４】
また前述の通り、フォトニック結晶ファイバは、その断面構造を調整することにより種々の特性が付与されるが、その調整によってファイバ断面における電界分布は、従来の（フォトニック結晶ファイバ以外の）光ファイバとはもちろん、異なる構造を有するフォトニック結晶ファイバの断面における電界分布とも大きく異なる。そのため、フォトニック結晶ファイバをもう一方の光ファイバと接続しようとすると、接続点におけるモードの不一致や実効屈折率の大きな変化によって、接続損失が増大するという問題があった。【０００５】
したがってフォトニック結晶ファイバをもう一方の光ファイバと接続するには、フォトニック結晶ファイバの断面構造と、もう一方のファイバとの断面構造との違いによる伝搬光のモードの不一致を補正することが求められる。その補正の手段のため、フォトニック結晶ファイバの端面をテーパー状に加工するなどの手法が提案されている（特許文献１〜２、非特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−２７９７４５号公報
【特許文献２】特開２００４−１７７９０３号公報
【非特許文献１】G. E. Town and J. T. Lizier''Tapered holey fibers for spot-size and numerical-aperture conversion'', Opt. Lett., Vol.26, No.14, pp.1042-44, 2001.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、フォトニック結晶ファイバ自体の加工は、高精度の調整を必要とし、また種類の異なるファイバに対して汎用性の高い手段とはなりにくい。本発明の課題は、フォトニック結晶ファイバともう一方の光ファイバとの光接続を、フォトニック結晶ファイバ自体を加工することなく、また精密な調整が不要で簡便に行う方法を提供することである。また、フォトニック結晶ファイバの内部構造にかかわらず適用でき、汎用性の高い接続方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、フォトニック結晶ファイバともう一方の光ファイバとの接続を、二重位相共役鏡をコネクターとして用いることにより簡便に実現でき、それが汎用的に用いられる手段であることを見出した。すなわち、本発明の第一は以下の通りである。
［１］  フォトニック結晶ファイバともう一方の光ファイバとを互いに光接続する方法であって、１）前記フォトニック結晶ファイバからの信号光をフォトリフラクティブ結晶の端面に入射させ、かつ前記もう一方の光ファイバからのポンプ光を前記フォトリフラクティブ結晶の別の端面に入射させるか、または２）前記フォトニック結晶ファイバからのポンプ光をフォトリフラクティブ結晶の端面に入射させ、かつ前記もう一方の光ファイバからの信号光を前記フォトリフラクティブ結晶の別の端面に入射させて、前記フォトリフラクティブ結晶に回折格子を生じさせて、二重位相共役鏡を形成するステップを含む方法。
［２］前記信号光と前記ポンプ光は互いにインコヒーレントである、［１］に記載の方法。
［３］前記信号光と前記ポンプ光の偏光状態は一致している、［１］または［２］に記載の方法。
［４］前記信号光の強度に対する、前記ポンプ光の強度は６０％〜１５０％である、［１］〜［３］のいずれかに記載の方法。
［５］前記フォトリフラクティブ結晶はチタン酸バリウム結晶である、［１］〜［４］のいずれかに記載の方法。
［６］前記回折格子を固定化するステップをさらに含む、［１］〜［５］のいずれかに記載の方法。
［７］二重位相共役鏡、ならびに前記二重位相共役鏡をコネクターとして互いに光接続されたフォトニック結晶ファイバおよびもう一方の光ファイバを含む、光システム。【０００８】
本発明の第２は、以下に示す光接続装置に関する。
［８］フォトリフラクティブ結晶、前記フォトリフラクティブ結晶に信号光を入射する信号光入射光学系、および前記フォトリフラクティブ結晶にポンプ光を入射するポンプ光入射光学系を含み、前記信号光入射光学系およびポンプ光入射光学系はいずれも光ファイバを有し、前記光ファイバのいずれか一方はフォトニック結晶ファイバである、光接続装置。
［９］前記信号光入射光学系およびポンプ光入射光学系は、半波長板または偏光ビームスプリッターをさらに有する、［８］に記載の光接続装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、フォトニック結晶ファイバともう一方のファイバとが簡便に接続されるとともに、フォトニック結晶ファイバの断面構造によらない汎用性の高い光接続方法が提供される。したがって、フォトニック結晶ファイバの更なる実用化が期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】２つの光波をフォトリフラクティブ結晶に入射して、二重位相共役鏡を形成するメカニズムを説明する図である。
【図２】光ファイバからの伝搬光をフォトリフラクティブ結晶に入射するモデルである。
【図３】実施例における入射光の入射条件を検討するためのグラフである。ｒ＝３０mmにおける、条件式（１）の入射角θ依存性を示す。
【図４】光接続方法を実施するための装置の例を示す図である。
【図５】実施例で作製した光接続装置を示す図である。
【図６】図５に示された装置の光検出器を、ＣＣＤに置換した装置を示す図である。
【図７】図６に示された装置のＣＣＤで撮影した波面の画像である。図７Ａは図６におけるＣＣＤ（ａ）で撮影した画像、図７Ｂは図６におけるＣＣＤ（ｂ）で撮影した画像である。
【図８】実施例２で作製した光接続装置を示す図である。
【図９】図８に示された装置の、接続の位置ずれ（水平横軸ずれ）と、結合損失との関係を示すグラフである。
【図１０】ファイバの単純突合わせ接続による結合損失と、接続の位置ずれ（断面方向ずれ）との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
１．本発明の光接続方法
本発明の光接続方法は、フォトニック結晶ファイバともう一方の光ファイバとを互いに光接続する方法である。フォトニック結晶ファイバとは、中心部の「コア」の周辺の「クラッド」に多数の空孔を設けて屈折率を低下させた光ファイバである。接続されるフォトニック結晶ファイバの特性および構造は特に制限されず、例えばシングルモードであってもマルチモードであってもよい。【００１２】
一方、フォトニック結晶ファイバと接続されるもう一方の光ファイバは特に限定されず、従来型のシングル／マルチモード光ファイバであってもよく、フォトニック結晶ファイバであっても構わない。【００１３】
本発明の光接続方法は、フォトリフラクティブ結晶に、フォトニック結晶ファイバからの信号光（またはポンプ光）、およびもう一方の光ファイバからのポンプ光（または信号光）を入射させることを特徴とする。各ファイバからの信号光およびポンプ光はそれぞれ、フォトリフラクティブ結晶の異なる結晶端面に入射されることが好ましく、より好ましくは反対面（相対する面）に入射される。信号光またはポンプ光の種類は特に制限されず、波長なども任意に設定される。【００１４】
フォトリフラクティブ結晶１の異なる端面から２つの光波が入射されると（入射光αおよび入射光βとする）、結晶端面の粗さや結晶の欠陥により生じた散乱光を種として、フォトリフラクティブ二波混合によって、入射光が結晶軸方向に広がる現象（ビームファニング現象）が生じる（図１Ａを参照）。図１においてフォトリフラクティブ結晶１内の矢印は、結晶の光学軸を示す。【００１５】
結晶中では入射光とそれ自身の無数の散乱光が干渉する結果、様々な波数ベクトルの方向をもつ回折格子が生成する。生成した回折格子は、通常は次々と書き換えられて安定することはないが、入射光と散乱光の位相が整合する場合には、入射光αとその散乱光の一部α’が干渉して生ずる回折格子と、入射光βとその散乱光の一部β’が干渉して生ずる回折格子が同一となって共有される（図１Ｂを参照）。
このとき、入射光αと散乱光β’、および入射光βと散乱光α’はそれぞれ対向伝搬となるので、散乱光α’および散乱光β’は、それぞれ入射光αおよび入射光βの位相共役光として回折される（図１Ｃを参照）。【００１６】
前述の共有された回折格子は、入射光と回折光による再書き込み効果を受けて増幅され、一方、それ以外の回折格子は消滅する。「再書き込み効果」とは、入射光が回折格子によって回折されて生ずる光（回折光）と、元の入射光とによって、同じ回折格子が再び書き込まれる効果をいう。一定の時間入射光αおよび入射光βの照射を続けると、互いの位相共役光を効率よく発生させる回折格子のみが結晶中に存在するようになる。このように、位相共役光を効率よく発生させる回折格子のみが結晶中に存在するフォトリフラクティブ結晶を「二重位相共役鏡」という。【００１７】
したがって、本発明の光接続方法においても、信号光とポンプ光を、一定時間フォトリフラクティブ結晶に入射させて、結晶中に位相共役光を発生させる回折格子を形成させ、さらにそれ以外の回折格子を消滅させることが好ましい。【００１８】
フォトリフラクティブ結晶の例には、チタン酸バリウム結晶、コバルト酸化物結晶、ニオブ酸リチウム結晶、ビスマス酸化シリコン結晶などが含まれる。入射される信号光やポンプ光の波長を含む波長帯域に感度を有する材質を選択する。【００１９】
本発明の光接続方法において、フォトリフラクティブ結晶に入射される信号光とポンプ光は、互いにインコヒーレントである。信号光とポンプ光との間の干渉を抑制して、フォトリフラクティブ効果を生じさせるためである。【００２０】
信号光とポンプ光の偏光状態は一致していることが好ましい。つまり、信号光およびポンプ光の偏光成分がいずれもｐ偏光成分からなるか、またはいずれもｓ偏光成分からなることが好ましい。ｓ偏光成分またはｐ偏光成分は、半波長板を用いて優先的に取り出すことができる。さらに、偏光ビームスプリッターはｓ偏光成分またはｐ偏光成分だけを通すので、選択的にｓ偏光成分またはｐ偏光成分だけのビームを得ることができる。また、偏波保持型のファイバからもｓ偏光成分またはｐ偏光成分だけのビームを得ることができる。【００２１】
フォトリフラクティブ結晶に入射される信号光とポンプ光は、その強度が一致していることが好ましい。例えば、信号光の強度に対するポンプ光の強度が、６０〜１５０％程度であればよい。【００２２】
信号光やポンプ光は、前述の通り、位相共役光を効率よく発生させる回折格子のみをフォトリフラクティブ結晶中に残して二重位相共役鏡を形成するように、その入射条件を設定されればよい。入射条件とは、フォトリフラクティブ結晶に対する入射角度や、光ファイバの端面のフォトリフラクティブ結晶に対する相対的位置（距離など）などである。入射条件は、例えば以下の記載を参考に設定される。【００２３】
図２は、光ファイバ２からの伝搬光をフォトリフラクティブ結晶１に入射するモデルである。ａは結晶１の直径；ｒは結晶１と光ファイバ２との間の距離；θはビームの入射角；θ’はビームの屈折角；sin ψは光ファイバ２の開口数（ＮＡ）を示す。光ファイバ２の端面は原点０に配置され、光ファイバ２から出射された伝搬光は光ファイバのＮＡ＝sin ψにしたがって広がる。ビームとフォトリフラクティブ結晶１との交点Ａ，Ａ＋，Ａ−を仮定する。交点Ａは光ファイバ２に平行なビーム成分とフォトリフラクティブ結晶１との交点を示し、交点Ａ＋およびＡ−は、最も外側を通るビーム成分それぞれとフォトリフラクティブ結晶１との交点を示す。さらに、フォトリフラクティブ結晶１を透過するビーム成分とフォトリフラクティブ結晶１との交点Ｂ，Ｂ＋，Ｂ−を仮定する。図２における矢印はフォトリフラクティブ結晶１の光学軸（ｃ軸）を示す。【００２４】
交点Ａ，Ａ＋，Ａ−、および交点Ｂ，Ｂ＋，Ｂ−の座標は以下で示される。ｎはフォトリフラクティブ結晶１の屈折率を示し、大気の屈折率を１とした。また、実際上、光ファイバ２のコア径はフォトリフラクティブ結晶１の大きさと比較して十分に小さいため、光ファイバ２から出射された時点でのビーム径の影響は無視できる。【００２５】
【数１】
2008053714.tif 000003
【００２６】
図２に示されるモデルから、二重位相共役鏡を形成するための二つの条件が導き出される。【００２７】
条件１：図２においてＡ，Ａ＋，Ａ−のｘ座標はｘ０、Ｂ，Ｂ＋，Ｂ−のｘ座標はｘ０＋ａであり、それらのｙ座標がｙ０≦ｙ≦ｙ０＋ａの範囲内に収まっている場合にのみ二重位相共役鏡を形成できる。条件１からはＢ+−Ａ−≦ａが成立する範囲において、二重位相共役鏡が形成可能であるといえる。この不等式は各点の座標を用いて以下のように表される。【００２８】
【数２】
2008053714.tif 000004
【００２９】
条件２：ただし、フォトリフラクティブ結晶のｃ軸（光学軸）の向きに対して、伝搬光の成分のうち傾きが負になる成分が、フォトリフラクティブ結晶内に存在する場合には、二重位相共役鏡は形成されない。条件２から、直線Ａ−Ｂ−の傾きを０以上とする必要がある。つまり、Ａ−のｙ座標がＢ−のｙ座標以下であればよいので、以下の不等式を満たす必要がある。ここでθは９０°未満であるとした。【００３０】
【数３】
2008053714.tif 000005
【００３１】
式（１）および（２）から、フォトリフラクティブ結晶１の直径ａおよび光ファイバ２のＮＡを定めれば、式（１）は結晶−ファイバ間の距離ｒとビーム入射角θのみの関数となる。よって、ｒとθのどちらかを固定すればもう一方の条件の範囲を一意的に決定することができる。【００３２】
後述の実施例においては、ａ＝５mm、ＮＡ＝０．０４(ψ＝２．２９)、ｎ＝２．３６５とした。ｒ＝３０mmとした場合、式（１）の左辺の値を縦軸として図３のようなグラフが得られる。Ｙ軸に平行な点線はθ＝ψ＝２．２９を示しており、Ｘ軸に平行な点線は式（１）の左辺の値の閾値（５ｍｍ）を示している。【００３３】
図３に示されたグラフに、条件１（式（１））および条件２（式（２））を適用することで、二重位相共役鏡が形成できる入射角θの範囲は、ｒ＝３０mmの場合に２．２９°≦θ≦３５．７５°であることがわかる。
また、ｒの値を大きくしていくと、徐々に入射角θの範囲は狭まっていく（上限が下がる）。二重位相共役鏡が形成できるｒの最大値は、式（１）において左辺＝右辺、かつ、式（２）においてθ＝ψ＝２．２９°のときであり、その値はｒ＝６２．４mmである。
したがって、後述の実施例において二重位相共役鏡を形成するには、フォトリフラクティブ結晶と光ファイバとの距離の上限は６２．４mmであり、一方、光ファイバとフォトリフラクティブ結晶との入射角θの範囲は２．２９°≦θ≦３５．７５°である。【００３４】
形成された二重位相共役鏡の回折格子は、入射される信号光やポンプ光の光路や強度の微妙な変化に応じて自動的に書き換えられるため、入射光に変化が生じても結合が維持されうる。【００３５】
さらに本発明の光接続方法は、フォトリフラクティブ結晶から形成された二重位相共役鏡に熱を加えるか、電界を印可することによって、結晶内の回折格子を固定化するステップを含みうる。回折格子を固定化すれば、入射光である信号光およびポンプ光のいずれか一方を遮断しても、光接続を維持することができる。【００３６】
２．本発明の光接続装置
本発明の光接続方法は、フォトリフラクティブ結晶、前記フォトリフラクティブ結晶に信号光を入射する信号光入射光学系、および前記フォトリフラクティブ結晶にポンプ光を入射するポンプ光入射光学系を含む装置によって実施されうる。ここで、前記信号光入射光学系およびポンプ光入射光学系はいずれも光ファイバを有し、前記光ファイバのいずれか一方はフォトニック結晶ファイバであることが好ましい。【００３７】
図４Ａ〜Ｃには、本発明の光接続方法を実施する装置の例が示される。図４Ａ〜Ｃに示される装置はいずれも、フォトリフラクティブ結晶１１；信号光入射光学系１２；ポンプ光入射光学系１３を含む。【００３８】
図４Ａに示される装置において、信号光入射光学系１２およびポンプ光入射光学系１３にはそれぞれ、フォトニック結晶ファイバ１２−１および１３−１；集光レンズ１２−２および１３−２；半波長板１２−３および１３−３；偏光ビームスプリッター１２−４および１３−４；集光レンズ１２−５および１３−５が含まれる。【００３９】
ファイバ１２−１および１３−１からの伝搬光はそれぞれ、集光レンズ１２−２および１３−２によって平行光とされる。平行光は、半波長板１２−３および１３−３を通過すると、ｐ偏光成分またはｓ偏光成分が最大となるように調整される。半波長板１２−３および１３−３を通過した伝搬光のうち、ｐ偏光成分またはｓ偏光成分だけが偏光ビームスプリッター１２−４および１３−４を透過して、もう一方の偏光成分は透過せずに除去される。ｐ偏光成分またはｓ偏光成分のみのビームが、フォトリフラクティブ結晶１１に入射する。【００４０】
フォトリフラクティブ結晶１１と、レンズ１２−５または１３−５との距離を調整することによって、入射光の結晶１１内部でのビーム径を適度に制御することができる。【００４１】
図４Ｂに示される装置において、信号光入射光学系１２およびポンプ光入射光学系１３にはそれぞれ、偏波保持型のフォトニック結晶ファイバ１２−６および１３−６が含まれる。図４Ｂに示される装置では、図４Ａに示される装置と比較して、半波長板などの光学部材が省略されうる。【００４２】
図４Ｃに示される装置において、フォトリフラクティブ結晶１１には一または二以上のフォトリフラクティブ結晶が含まれる。信号光入射光学系１２およびポンプ光入射光学系１３にはそれぞれ、図４Ａに示される装置と同様に、フォトニック結晶ファイバ１２−１および１３−１；集光レンズ１２−２および１３−２；半波長板１２−３および１３−３；偏光ビームスプリッター１２−４および１３−４；集光レンズ１２−５および１３−５が含まれるが、さらに偏光ビームスプリッターで除去された偏光成分からなるビームを、フォトリフラクティブ結晶に入射させるためのミラー１２−７および１３−７；半波長板１２−８および１３−８；集光レンズ１２−９および１３−９を含む。図４Ｃに示される装置によれば、光ファイバからの光を高効率に使用することができる。【００４３】
本発明の光接続方法は、二重位相共役鏡の波面補正作用を用いているため、光ファイバの態様によらずに、構造の違いがあっても、その接続に適用することができる。波面補正作用とは、光の波面（位相分布）を制御する作用を意味し、例えば、発散する光を収束する光に変換したり、または複雑な波面を有する光を単純な平面波に変換したりする作用をいう。二重位相共役鏡は波面補正作用を有しており、ファイバから出射した光の位相分布や広がりにかかわらず、接続先のファイバに結合されるような光に変換することができる。波面補正作用は、外部からの電子的な制御を必要とせず、入射する光によって自動的に必要な作用を生じさせる。【００４４】
また二重位相共役鏡の形成は、フォトリフラクティブ結晶に対する入射光の位置のｍｍオーダのずれを許容する。つまり、本来の入射位置から１ｍｍ程度ずれた位置から、入射光が結晶へ入射しても、二重位相共役鏡が形成して接続が達成されうる。よって、コアの直径程度またはμｍオーダの高精度の調整を必要とする多くの光ファイバ接続法と比較して、簡便な方法である。
【実施例】
【００４５】
［実施例１］
図５に示される光接続装置を作製した。
光源２１はＡｒ＋レーザ（５１４ｎｍ）とし、フォトリフラクティブ結晶２２は５１４ｎｍの波長帯に感度を有するチタン酸バリウム結晶とした。光ファイバＰＣＦ１は、モードフィールド径１４μmのフォトニック結晶ファイバとした。光ファイバＰＣＦ２は、モードフィールド径１７μmのフォトニック結晶ファイバとした。光ファイバＰＣＦ１およびＰＣＦ２の長さはいずれも７０ｃｍである。
Ｍ１〜５はミラー；Ｌ１〜６はレンズ；ＰＢＳ１〜３は偏光ビームスプリッター；ＢＳ１〜３はビームスプリッター；ＨＷＰ１〜３は半波長板；ＰＤ（ａ）〜（ｃ）は光検出器である。光源２１の付近には、アイソレータ２３を設置して、フォトニック結晶ファイバＰＣＦ１またはＰＣＦ２の端面からの反射による光源２１への戻り光の影響を抑制した。【００４６】
光源２１からのビームを、偏光ビームスプリッターＰＢＳ１により分岐して、レンズＬ１およびＬ２（レンズ径：Ｒ＝３０mm，焦点距離：ｆ＝５０mm）を用いて、それぞれ別のフォトニック結晶ファイバＰＣＦ１およびＰＣＦ２に集光する。ファイバを出た光はそれぞれ、レンズＬ３およびＬ４（Ｒ＝３０mm，ｆ＝１００mm）により平行光となる。平行光はそれぞれ、半波長板ＨＷＰ２およびＨＷＰ３、ならびに偏光ビームスプリッターＰＢＳ２およびＰＢＳ３によりs偏光成分を取り除かれた後、レンズＬ５およびＬ６（Ｒ＝５０mm，ｆ＝２００mm）によりフォトリフラクティブ結晶（チタン酸バリウム結晶）２２に入射された。光ファイバＰＣＦ１に入る光の強度は１６．１mWであり、ＰＣＦ１通過後の光強度ＩAは４５０μWであった。【００４７】
フォトリフラクティブ結晶２２に入射する２本のビームの光強度は一致していることが望ましい。本実施例において、入射するポンプ光（ＰＣＦ２からの光）の光強度比を、入射する信号光（ＰＣＦ１からの光）に対して６０〜１５０％の範囲内とした。それにより、位相共役光の強度を、入射する２本のビームの光強度を完全に一致させた場合の位相共役光の強度に対して、８０％以上にすることができた。【００４８】
さらに入射角度や、光ファイバＰＣＦ１およびＰＣＦ２と、フォトリフラクティブ結晶２２との距離を、適切に調整した。これらの調整は、前述のモデル（図２を参照）における「条件１」および「条件２」に基づいて行った。具体的には、フォトリフラクティブ結晶２２に対する信号光の入射角を１０°として、ポンプ光の入射角を１０°〜４０°の範囲とした。
以上の条件にしたがって、一定の時間光を入射させたところ、フォトリフラクティブ結晶２２内部に屈折率格子が誘起され二重位相共役鏡が形成された。【００４９】
発生した位相共役光が光ファイバＰＣＦ２に入射する直前の光強度ＩBは５０μWであった。また、ＰＣＦ２を透過した後の位相共役光の強度ＩＣは５．６μWであった。二重位相共役鏡の効率ＩＢ／ＩＡは、１１．１％であった。また、発生した位相共役光の光ファイバＰＣＦ２に対する透過効率ＩＣ／ＩＢは、１１．２％であった。【００５０】
次に、図５に示される装置の光検出器ＰＤ（ａ）およびＰＤ（ｃ）をそれぞれ、ＣＣＤ（ａ）およびＣＣＤ（ｂ）に置き換えた（図６参照）。ＣＣＤ（ａ）およびＣＣＤ（ｂ）で波面の画像を撮影した。図７Ａは、ＣＣＤ（ａ）で撮影した、光ファイバＰＣＦ１を透過後の波面の画像であり；図７Ｂは、ＣＣＤ（ｂ）で撮影した、光ファイバＰＣＦ２を透過後の位相共役光の波面の画像である。
図７Ａの画像の波面は光ファイバＰＣＦ１の断面構造に応じた形状となっているのに対し、図７Ｂの画像の波面はガウシアンビーム（レーザ発振器から放射されるビーム）の形状となっている。よって、波面形状が補正されていることが確認された。【００５１】
［実施例２］
図８に示される光接続装置を作製した。図８に示される装置において、光源３１（アルゴンレーザー、５１４ｎｍ）からのビームは、アイソレータ３３および半波長板ＨＷＰ４を通過し、さらに偏光ビームスプリッターＰＢＳ４で分岐される。分岐された光はそれぞれ、集光レンズＬ７またはＬ８で集光されて、フォトニック結晶ファイバＰＣＦ３（送信側）、またはフォトニック結晶ファイバＰＣＦ４（受信側）に入射する。フォトニック結晶ファイバＰＣＦ３のコア径は１４μｍであり、フォトニック結晶ファイバＰＣＦ４のコア径は１７μｍである。Ｍ６〜Ｍ７はミラーである。【００５２】
フォトニック結晶ファイバＰＣＦ３およびＰＣＦ４を透過した光はそれぞれ、偏光フィルムＰＦ１およびＰＦ２を通過して、信号光および誘導光としてフォトリフラクティブ結晶３２（ＰＲＣ：ＢａＴｉＯ３結晶、４５°ｃｕｔ）に入射する。フォトリフラクティブ結晶３２中に、二重位相共役鏡（ＤＰＣＭ）を誘起することで、ＰＣＦ３とＰＣＦ４とを接続する。【００５３】
このとき、ＰＣＦ３からの信号光の、ＰＣＦ３を透過した直後（フォトリフラクティブ結晶３２に入射する前）の光強度Ｉ０、およびフォトリフラクティブ結晶３２から出射して、さらにＰＣＦ４を透過した直後の光強度ＩＴを光検出器ＰＤで測定した（ＢＳ４はビームスプリッターである）。ここで、フォトリフラクティブ結晶３２が載置されたステージを調整して、受信側のＰＣＦ４に対する水平横軸ずれ（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  Ｏｆｆｓｅｔ）を与え、何点かの水平横軸ずれ量に対する光強度Ｉ０および光強度ＩＴを測定した。
測定された光強度Ｉ０および光強度ＩＴを、以下の式（３）にあてはめて、光接続装置の結合損失を求めた。【００５４】
【数４】
2008053714.tif 000006
【００５５】
式（３）のプロットを、図９のグラフに示した。図９に示されるグラフの横軸は接続の位置ずれ（水平横軸ずれ量、μｍ）を示し、縦軸は式（３）で求められた結合損失を示す。図９に示される実線は、結合損失の最小値を通る２次曲線でフィッティングした曲線である。結合損失の最小値は８．７ｄＢであった。【００５６】
位置ずれ許容範囲を、接続の位置ずれに対する耐性を評価する指標とした。位置ずれ許容範囲を、結合損失が「結合損失の最小値から、結合損失の最小値＋１ｄＢまでの範囲」となる位置ずれ量と定義した。ＤＰＣＭ接続器による位置ずれ許容範囲は、±４４．７μｍとなった。【００５７】
一方、二重位相共役鏡を用いたフォトニック結晶ファイバの接続による結合損失の程度を評価するため、単純突合わせ接続（ファイバ同士を隙間なく密着させて接続させる）による結合損失（スプライス損失）と比較することを検討した。【００５８】
フォトニック結晶ファイバの単純突合せ接続による結合損失特性を評価するため、フォトニック結晶ファイバの等価屈折率モデルを用いて、フォトニック結晶ファイバを等価なステップインデックス型ファイバ（ＳＩＦ）に置き換えた。フォトニック結晶ファイバの等価屈折率モデルについては、以下の文献を参照されたい。
J. C. Knight, T. A. Birks, P. St. J. Russell, and J. P. de Sandro, “Properties of photonic crystal fiber and the effective index model”, J. Opt. Soc. Am. A., vol. 15, no. 3, pp. 748-752, 1998.【００５９】
そして、置き換えられたステップインデックス型ファイバに基づいて、断面方向ずれに対する損失特性であるスプライス損失を、以下の式（４）により算出した。式（４）について、以下の文献を参照されたい。
D. Marcuse, "Loss Analysis of Single-Mode Fiber Splices", /The Bell System Technical Journal, /Vol. 56, No. 5, pp. 703-718, 1977.【００６０】
【数５】
2008053714.tif 000007
【００６１】
図１０のグラフには、式（４）のプロットが示される。図１０に示されるように、単純突合せ接続の解析によれば、スプライス損失の最小値は０．０６ｄＢである。そして、位置ずれ許容範囲（スプライス損失が、損失の最小値〜損失の最小値＋１ｄＢまでの範囲となる位置ずれ量）は、±２．１μｍであることがわかる。【００６２】
以上の結果から、二重位相共役鏡（ＤＰＣＭ）を用いた接続器を用いてフォトニック結晶ファイバを接続すれば、接続の位置ずれの許容範囲が大きいことがわかる。つまり、上記の評価系によれば、二重位相共役鏡を用いる接続の位置ずれ許容範囲は、単純突合わせ接続の位置ずれ許容範囲よりも、少なくとも約２０倍であることが証明された。このように、二重位相共役鏡（ＤＰＣＭ）は、ファイバ結合素子として、ファイバ接続の位置ずれに対する耐性が極めて高い、と結論付けられる。【００６３】
本出願は、２００６年１０月２７日出願の出願番号ＪＰ２００６−２９３３２８（特願２００６−２９３３２８）に基づく優先権を主張する。当該出願明細書および図面に記載された内容は、すべて本願明細書に援用される。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の光接続方法は、二重位相共役鏡により波面が補正されるため、光ファイバの断面構造に関わらない、汎用性の高い光ファイバ接続方法となる。フォトニック結晶ファイバの接続はもちろん、任意の光ファイバ（例えばシングルモードファイバ、偏波保持型ファイバなどを含む）の接続にも適用される。さらに、従来の光ファイバ接続技術と比較して、許容度が大幅に高い（１０００倍程度）ので、装置のコストの低減も可能である。コネクターとなる二重位相共役鏡は、入射される光のモードの変化などに応じて、屈折率格子を書き換えることができるので、接続後の入射光のずれにも対応して接続を維持することができる。これらの点から本発明は、あらゆる光ファイバ接続方法に有利に適用されうる。
【符号の説明】
【００６５】
α  入射光
α’  入射光Ａの位相共役光
β  入射光
β’  入射光Ｂの位相共役光
１  フォトリフラクティブ結晶
２  光ファイバ
１１  フォトリフラクティブ結晶
１２  信号光入射光学系
１３  ポンプ光入射光学系
１２−１，１３−１  フォトニック結晶ファイバ
１２−２，１３−２  集光レンズ
１２−３，１３−３  半波長板
１２−４，１３−４  偏向ビームスプリッター
１２−５，１３−５  集光レンズ
１２−６，１３−６  偏波保持型フォトニック結晶ファイバ
１２−７，１３−７  ミラー
１２−８，１３−８  半波長板
１２−９，１３−９  集光レンズ
２１，３１  光源
２２，３２  フォトリフラクティブ結晶
２３，３３  アイソレータ
ＰＣＦ１〜４  光ファイバ
Ｍ１〜７  ミラー
Ｌ１〜８  集光レンズ
ＰＢＳ１〜４  偏向ビームスプリッター
ＢＳ１〜４  ビームスプリッター
ＨＷＰ１〜４  半波長板
ＰＤ，ＰＤ（ａ）〜（ｃ）  光検出器
ＣＣＤ（ａ）〜（ｂ）  ＣＣＤ
ＰＦ１〜２  偏光フィルム
【図１】
2008053714.tif 000008
【図２】
2008053714.tif 000009
【図３】
2008053714.tif 000010
【図４】
2008053714.tif 000011
【図５】
2008053714.tif 000012
【図６】
2008053714.tif 000013
【図８】
2008053714.tif 000014
【図９】
2008053714.tif 000015
【図１０】
2008053714.tif 000016
【図７】
2008053714.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月21日(2008.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトニック結晶ファイバともう一方の光ファイバとを互いに光接続する方法であって、
前記フォトニック結晶ファイバからの信号光をフォトリフラクティブ結晶の端面に入射させ、かつ前記もう一方の光ファイバからのポンプ光を前記フォトリフラクティブ結晶の別の端面に入射させるか、または
前記フォトニック結晶ファイバからのポンプ光をフォトリフラクティブ結晶の端面に入射させ、かつ前記もう一方の光ファイバからの信号光を前記フォトリフラクティブ結晶の別の端面に入射させ、
前記フォトリフラクティブ結晶に回折格子を生じさせて、二重位相共役鏡を形成するステップであって、前記フォトニック結晶ファイバから出射した光を、形成された二重位相共役鏡の波面補正作用により前記もう一方の光ファイバに結合される光に変換して、接続点におけるモードの不一致を補正するステップを含む方法。
【請求項２】
前記信号光と前記ポンプ光は互いにインコヒーレントである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記信号光と前記ポンプ光の偏光状態は一致している、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記信号光の強度に対する、前記ポンプ光の強度は６０％〜１５０％である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記フォトリフラクティブ結晶はチタン酸バリウム結晶である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記回折格子を固定化するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
二重位相共役鏡、ならびに前記二重位相共役鏡をコネクターとして互いに光接続されたフォトニック結晶ファイバおよびもう一方の光ファイバを含み、
前記二重位相共役鏡は、前記フォトニック結晶ファイバから出射した光を波面補正作用により前記もう一方の光ファイバに結合される光に変換して、接続点におけるモードの不一致を補正する、光システム。
【請求項８】
フォトリフラクティブ結晶、前記フォトリフラクティブ結晶に信号光を入射する信号光入射光学系、および前記フォトリフラクティブ結晶にポンプ光を入射するポンプ光入射光学系を含み、
前記信号光入射光学系およびポンプ光入射光学系はいずれも光ファイバを有し、前記光ファイバのいずれか一方はフォトニック結晶ファイバであり、
前記フォトリフラクティブ結晶は、前記フォトニック結晶ファイバと前記もう一方の光ファイバとを互いに光接続するように、前記フォトニック結晶ファイバから出射した光を波面補正作用により前記もう一方の光ファイバに結合される光に変換して、接続点におけるモードの不一致を補正する、光接続装置。
【請求項９】
前記信号光入射光学系およびポンプ光入射光学系は、半波長板または偏光ビームスプリッターをさらに有する、請求項８に記載の光接続装置。
【国際調査報告】
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