(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア領域と、該コア領域を取り囲む第１のクラッド領域と、該第１のクラッド領域を取り囲む第２のクラッド領域とを含む断面構造を有する光ファイバであって、
上記第１のクラッド領域の実効屈折率及び上記第２のクラッド領域の実効屈折率が上記コア領域の屈折率よりも低くなるように、上記第１のクラッド領域及び上記第２のクラッド領域に直径が同一の複数の空孔が周期的に配設されており、
上記複数の空孔は、上記第１のクラッド領域における１層の空孔群及び上記第２のクラッド領域におけるＮ層の空孔群（Ｎは任意の自然数）を構成し、
上記１＋Ｎ層の空孔群のうち内周側から数えて１層目の空孔群は、中心と頂点との距離がΛとなる正８角形上に配置された８個の空孔からなり、
上記１＋Ｎ層の空孔群のうち内周側から数えてｊ層目の空孔群は、中心と頂点との距離がΛ×ｊとなる正６角形上に配置された６×ｊ個の空孔からなり（ｊは２以上１＋Ｎ以下の自然数）、
上記第２のクラッド領域において互いに隣接する２つの空孔の中心間距離Λと上記空孔の直径ｄとの比ｄ／Λが０．５２１以下であり、
上記第２のクラッド領域において互いに隣接する２つの空孔の中心間距離Λが１２．６μｍ以上１５．６μｍ以下であり、
波長１５５０ｎｍにおいて実効断面積が１６０μｍ２以上であり、
１４６０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下の波長帯において単一モード伝送が可能であり、かつ、基本モードに対する曲げ半径３０ｍｍでの曲げ損失が１００巻きあたり０．５ｄＢ以下である、
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
上記第１のクラッド領域には、屈折率を下げるためのドーパントが添加されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ、特に、フォトニック結晶ファイバに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムにおいて伝送容量の大容量化及び伝送距離の長距離化を図るためには、伝送媒体である光ファイバの実効断面積を大きくすることが重要である。光ファイバの実効断面積が大きくなれば、非線形効果による伝送品質の劣化を生じさせることなく、伝送する光信号のパワーを大きくすることが可能になるためである。【０００３】
実効断面積が拡大された光ファイバとして、例えば、非特許文献１に記載の単一モードファイバが知られている。非特許文献１に記載の単一モードファイバは、Ｗ型の屈折率分布（クラッド領域の内周側の屈折率がクラッド領域の外周側の屈折率よりも低くなる屈折率分布）を採用することによって、実効断面積の拡大が図られた単一モードファイバである。同文献には、Ｗ型の屈折率分布を採用することによって、実効断面積を１５０μｍ２まで拡大し得ることが示されている。コアネットワークや海底システムなどの長距離伝送システムで使用されている光ファイバは、主に、このようにして実効断面積が拡大された単一モードファイバである。【０００４】
しかしながら、非特許文献１に記載の単一モードファイバのように、クラッド領域にドーパントを添加することによって、クラッド領域の内周側とクラッド領域の外周側との間に屈折率に差を付けた光ファイバでは、実効断面積の拡大に限界がある。このため、より大きな実効断面積を有する光ファイバとして、フォトニック結晶ファイバを利用することが検討されている。ここで、フォトニック結晶ファイバとは、クラッド領域に空孔を設けることによって、コアとクラッドとの間に屈折率に差を付けた光ファイバのことを指す。【０００５】
図１１に、従来のフォトニック結晶ファイバ２０の構成（非特許文献４参照）を示す。図１１（ａ）は、フォトニック結晶ファイバ２０の断面構造を示す断面図であり、図１１（ｂ）は、フォトニック結晶ファイバ２０の実効屈折率分布を示すグラフである。【０００６】
フォトニック結晶ファイバ２０は、図１１（ａ）に示すようにクラッド領域２２に空孔２２ａを周期的に配置することによって、図１１（ｂ）に示すようにクラッド領域２２の実効屈折率をコア領域２１の屈折率よりも低くした光ファイバである。コア領域２１及びクラッド領域２２は、同一の材料（例えば純石英）により構成されており、コア領域２１とクラッド領域２２との間の屈折率差は、空孔の有無に由来する。なお、本明細書においては、コア領域２１の屈折率とクラッド領域２２の実効屈折率との差のことを、「コア領域２１とクラッド領域２２との間の屈折率差」と記載する。【０００７】
このようなフォトニック結晶ファイバ２０における光の閉じ込めは、コア領域２１とクラッド領域２２との間の屈折率差に起因する全反射によって実現される。このため、このようなフォトニック結晶ファイバ２０を「屈折率導波型のフォトニック結晶ファイバ」と呼んで、フォトニックバンドギャップにより光を閉じ込める「フォトニックバンドギャップ型のフォトニック結晶ファイバ」と区別することもある。【０００８】
非特許文献２には、単一モードファイバと同様に単一モード伝送が可能であり、かつ、単一モードファイバと同等の曲げ損失特性をもつフォトニック結晶ファイバにおいて、実効断面積を１５７μｍ２まで拡大し得ることが示されている。また、非特許文献３には、単一モードファイバであっても、光学特性を最適化することによって実効断面積を１６０μｍ２まで拡大し得ることが報告されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】T. Kato et al, “Ultra-low nonlinearity low-loss pure silica core fiberfor long-haul WDM transmission”, Electronic Letters,vol.35,no.19,pp.1615-1617,Sep.1999.
【非特許文献２】松井ら，“フォトニック液晶ファイバの実効断面積拡大に関する検討，”２００８年電子情報通信学会ソサイエティ大会，pp.275，Sep.2008．
【非特許文献３】K. Mukasa et al, “Comparisons of merits on wide-band transmission systems between using extremely improved solid SMFs with Aeff of μm2and loss of 0.175dB/km and using large-Aeff holey fibers enabling transmission over 600nm bandwidth”, Proceedings of OFC2008, OthR1, Feb.2008.
【非特許文献４】T. Sorensen et al, “Macro-bending loss properties of photonic crystal fiber”, Electronic Letters, vol.37, no.5, pp.387-289, Mar.2001.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来の単一モードファイバ及び従来のフォトニック結晶ファイバにおいては、実効断面積の上限が１６０μｍ２であり、これが伝送容量の更なる大容量化及び伝送距離の更なる長距離化の妨げになるという問題があった。【００１１】
単一モードファイバにおいては、クラッド領域にドーパントを添加することによって、クラッド領域の内周側とクラッド領域の外周側との間に屈折率に差を付ける構成を採用しているため、上述したように実効断面積のこれ以上の拡大は困難である。【００１２】
また、フォトニック結晶ファイバにおいては、例えば、クラッド領域の内周側に配設する空孔の直径をクラッド領域の外周側に配設する空孔の直径よりも大きくすることによって実効断面積を拡大し得る可能性があるものの、その製造は極めて困難である。実効断面積が拡大されたフォトニック結晶ファイバを得るためにはクラッド領域の内外に配設する空孔の直径の比を最適化する必要があるが、この比が所定の値になるようにフォトニック結晶ファイバを母材から線引きすることが極めて困難なためである。【００１３】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来のフォトニック結晶ファイバと同様、単一モード伝送が可能であり、かつ、曲げ損失が小さい光ファイバでありながら、従来のフォトニック結晶ファイバよりも実効断面積が大きく、かつ、製造が容易な光ファイバを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明に係る光ファイバは、コア領域と、該コア領域を取り囲む第１のクラッド領域と、該第１のクラッド領域を取り囲む第２のクラッド領域とを含む断面構造を有する光ファイバであって、上記第１のクラッド領域及び上記第２のクラッド領域には、上記第１のクラッド領域の実効屈折率及び上記第２のクラッド領域の実効屈折率が上記コア領域の屈折率よりも低くなるように、直径が同一の空孔が周期的に形成されており、上記第１のクラッド領域の実効屈折率が上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低いことを特徴としている。【００１５】
上記の構成によれば、周期的に空孔が配設されたクラッド領域（第１のクラッド領域及び第２のクラッド領域）にコア領域が取り囲まれているので、従来のフォトニック結晶ファイバと同様、全反射を原理とする光の閉じ込めが実現される。このため、従来のフォトニック結晶ファイバと同様、広い波長域で単一モード伝送が可能であり、かつ、曲げ損失が小さい光ファイバを実現することができる。しかも、上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くしているので、ステップ型の実効屈折率分布（図１１（ｂ）参照）をもつ従来のフォトニック結晶ファイバよりも大きい実効断面積を有する光ファイバを実現することができる。【００１６】
更に、上記の構成によれば、上記第１のクラッド領域及び上記第２のクラッド領域に配設する空孔の直径が同一であるため、上記第１のクラッド領域及び上記第２のクラッド領域に配設する空孔の直径を異ならせることによって実効断面積の拡大を図る場合のように、その製造が困難になることはない。【００１７】
したがって、上記の構成によれば、従来のフォトニック結晶ファイバと同様、単一モード伝送が可能であり、かつ、曲げ損失が小さい光ファイバでありながら、従来のフォトニック結晶ファイバよりも実効断面積が大きく、かつ、製造が容易な光ファイバを実現することができるという効果を奏する。【００１８】
なお、「空孔が周期的に形成されている」とは、空孔が形成された光ファイバがフォトニック結晶ファイバとして機能する程度に空孔の配置が周期的であることを意味する。また、２つの空孔の直径が「同一」であるとは、これら２つの空孔の直径の差が製造誤差よりも小さいことを意味する。【００１９】
なお、本発明に係る光ファイバにおいては、例えば、（１）上記第１のクラッド領域における空孔の数密度を上記第２のクラッド領域における空孔の数密度よりも高くすることによって、上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くしてもよいし、（２）上記第１のクラッド領域に屈折率を下げるためのドーパントを添加することによって、上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くしてもよいし、（３）これらの組み合わせによって、上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くしてもよい。なお、上記第１のクラッド領域における空孔の数密度を上記第２のクラッド領域における空孔の数密度よりも高くする構成を採用する場合、より低損失な光ファイバを実現することができる。何故なら、第１のクラッド領域と第２のクラッド領域との間に屈折率差を付けるためにドーパントを添加する必要がないので、ドーパントによる散乱に起因する損失が生じないためである。【００２０】
上記課題を解決するために、本発明に係る光ファイバは、コア領域と、該コア領域を取り囲む第１のクラッド領域と、該第１のクラッド領域を取り囲む第２のクラッド領域とを含む断面構造を有する光ファイバであって、上記第１のクラッド領域及び上記第２のクラッド領域に空孔を周期的に配設することによって、上記第１のクラッド領域及び上記第２のクラッド領域の実効屈折率を上記コア領域の屈折率よりも低くし、かつ、上記第１のクラッド領域と上記第２のクラッド領域とにおける空孔の断面積占有率を異ならせることによって、上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くした、ことを特徴としている。【００２１】
上記の構成によれば、周期的に空孔が配設されたクラッド領域（第１のクラッド領域及び第２のクラッド領域）にコア領域が取り囲まれているので、従来のフォトニック結晶ファイバと同様、全反射を原理とする光の閉じ込めが実現される。このため、従来のフォトニック結晶ファイバと同様、広い波長域で単一モード伝送が可能であり、かつ、曲げ損失が小さい光ファイバを実現することができる。しかも、上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くしているので、ステップ型の実効屈折率分布をもつ従来のフォトニック結晶ファイバよりも大きい実効断面積を有する光ファイバを実現することができる。【００２２】
更に、上記の構成によれば、上記第１のクラッド領域と上記第２のクラッド領域とにおける空孔の断面積占有率を異ならせることによって上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くしているので、上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くするために上記第１のクラッド領域と上記第２のクラッド領域とにおける空孔の直径を異ならせる必要がない。したがって、上記第１のクラッド領域と上記第２のクラッド領域とにおける空孔の直径を異ならせることによって上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くした光ファイバよりも製造が容易である。【００２３】
したがって、上記の構成によれば、従来のフォトニック結晶ファイバと同様、単一モード伝送が可能であり、かつ、曲げ損失が小さい光ファイバでありながら、従来のフォトニック結晶ファイバよりも実効断面積が大きく、かつ、製造が容易な光ファイバを実現することができるという効果を奏する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、従来のフォトニック結晶ファイバと同様、単一モード伝送が可能であり、かつ、曲げ損失が小さい光ファイバでありながら、従来のフォトニック結晶ファイバよりも実効断面積が大きく、かつ、製造が容易な光ファイバを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光ファイバの構成を示す断面図であり、（ｂ）は、その光ファイバの実効屈折率分布を示すグラフである。
【図２】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光ファイバにおける曲げ損失特性（実線）と、従来のフォトニック結晶ファイバにおける曲げ損失特性（破線）とを示したグラフであり、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る光ファイバにおける高次モードの閉じ込め損失特性（実線）と、従来のフォトニック結晶ファイバにおける高次モードの閉じ込め損失特性（破線）とを示したグラフである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバにおける基本モードに対する曲げ損失特性を示すグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバにおける高次モードに対する曲げ損失特性を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバにおいて、曲げ損失条件を充足する空孔径ｄ及び空孔間隔Λの範囲と、単一モード条件を充足する空孔径ｄ及び空孔間隔Λの範囲とを示す特性図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバにおける実効断面積の空孔間隔依存性を示すグラフである。
【図７】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光ファイバにおける基本モードに対する実効断面積（実線）及び曲げ損失（破線）の波長依存性を示すグラフであり、（ｂ）は、図１に示した光ファイバにおける高次モードに対する閉じ込め損失（実線）及び曲げ損失（破線）の波長依存性を示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る光ファイバの構成を示す断面図である。
【図９】（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る光ファイバにおける曲げ損失特性（破線）と、従来のフォトニック結晶ファイバにおける曲げ損失特性（実線）とを示したグラフであり、（ｂ）は、図７に示した光ファイバにおける高次モードの閉じ込め損失特性（破線）と、従来のフォトニック結晶ファイバにおける高次モードの閉じ込め損失特性（実線）とを示したグラフである。
【図１０】（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る光ファイバにおける基本モードに対する実効断面積（実線）及び曲げ損失（破線）の波長依存性を示すグラフであり、（ｂ）は、図７に示した光ファイバにおける高次モードに対する閉じ込め損失（実線）及び曲げ損失（破線）の波長依存性を示すグラフである。
【図１１】（ａ）は、従来のフォトニック結晶ファイバの構成を示す断面図であり、（ｂ）は、そのフォトニック結晶ファイバの実効屈折率分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
〔実施形態１〕
本発明の第１の実施形態について、図１〜図７に基づいて説明する。
【００２７】
（光ファイバの構造）
第１の実施形態に係る光ファイバ１０の構成について、図１を参照して説明する。図１（ａ）は、第１の実施形態に係る光ファイバ１０の構成を示す断面図であり、図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る光ファイバ１０の実効屈折率分布を示すグラフである。
【００２８】
光ファイバ１０は、図１（ａ）に示すように、円板状のコア領域１１と、コア領域１１を取り囲む円環状の第１のクラッド領域１２と、第１のクラッド領域１２を取り囲む円環状の第２のクラッド領域１３とを含む断面構造を有している。光ファイバ１０を構成する各領域は、同一の材料（例えば、純石英）により構成されている。
【００２９】
第１のクラッド領域１２及び第２のクラッド領域１３には、それぞれ、同一の直径を有する空孔１２ａ及び空孔１３ａが周期的に配設されている。したがって、図１（ｂ）に示すように、第１のクラッド領域１２の実効屈折率及び第２のクラッド領域１３の実効屈折率は、それぞれ、空孔が配設されていないコア領域１１の屈折率よりも低くなっている。これにより、光ファイバ１０は、図１１に示した従来のフォトニック結晶ファイバ２０と同様、屈折率導波型のフォトニック結晶ファイバとして機能する。
【００３０】
しかも、図１（ａ）に示すように、第１のクラッド領域における空孔１２ａの数密度（単位断面積あたりの空孔数）は、第２のクラッド領域１３における空孔１３ａの数密度よりも高い。したがって、図１（ｂ）に示すように、第１のクラッド領域１２の実効屈折率は、第２のクラッド領域１３の実効屈折率よりも低くなる。これにより、コア領域１１の屈折率と第１のクラッド領域１２の実効屈折率との差を、図１１に示した従来のフォトニック結晶ファイバ２０よりも大きくすることができる。したがって、コア領域１１の断面積を広げて（直径を大きくして）光ファイバ１０の実効断面積を図１１に示した従来のフォトニック結晶ファイバ２０よりも大きくしても、単一モード伝送が可能であり、かつ、曲げ損失が小さいというフォトニック結晶ファイバの性質が損なわれることはない。
【００３１】
なお、第１のクラッド領域１２と第２のクラッド領域１３とは、その実効屈折率の違いによって互いに区別されるべきものである。第１の実施形態においては、第１のクラッド領域１２と第２のクラッド領域１３とを構成する材料を同一にしたうえで、空孔の数密度を異ならせることよって屈折率差を付けている。したがって、第１のクラッド領域１２と第２のクラッド領域１３とは、空孔の数密度の違いによって互いに区別されることになる。
【００３２】
光ファイバ１０における空孔配置について、図１（ａ）を参照してもう少し詳しく説明すれば以下のとおりである。
【００３３】
すなわち、第１のクラッド領域１２には、中心−頂点間距離がΛ×ｉの正８角形上に配置された８×ｉ個の空孔１２ａからなる空孔群がＭ層設けられている（ｉは１以上Ｍ以下の自然数）。なお、図１（ａ）においては、Ｍ＝１の場合、すなわち、中心−頂点間距離がΛの正８角形の各頂点上に配置された計８個の空孔１２ａからなる１層目の空孔群のみを設ける構成を例示しているが、Ｍ≧２であってもよい。一般に、第１のクラッド領域１２を構成するｉ層目（ｉ≧２）の空孔群は、中心−頂点間距離がΛ×ｉの正８角形の各頂点上、及び、同正８角形の各辺のｉ等分点上に配置された計８×ｉ個の空孔１２ａにより構成することができる。
【００３４】
一方、第２のクラッド領域１３には、中心−頂点間距離がΛ×ｊの正６角形上に配置された６×ｊ個の空孔１３ａからなる空孔群がＮ層設けられている（ｊはＭ＋１以上Ｍ＋Ｎ以下の自然数）。図１（ａ）においては、Ｎ＝２の場合、すなわち、中心−頂点間距離が２×Λの正６角形の各頂点、及び、同正６角形の各辺の中点（２等分点）上に配置された計１２個の空孔１３ａからなる２層目の空孔群を設け、更に、中心−頂点間距離が３×Λの正６角形の各頂点、及び、同正６角形の各辺の３等分点上に配置された計１８個の空孔１３ａからなる３層目の空孔群を設ける構成を例示しているが、Ｎ＝１であってもＮ≧３であってもよい。一般に、第２のクラッド領域１３を構成するｊ層目（ｊ≧２）の空孔群は、中心−頂点間距離がΛ×ｊの正６角形の各頂点上、及び、同正６角形の各辺のｊ等分点上に配置された計６×ｊ個の空孔１３ａにより構成することができる。第２のクラッド領域１３において空孔１３ａをこのように配置した場合、上述したΛは、第２のクラッド領域１３における空孔間隔、すなわち、互いに隣接する２つの空孔１３ａの中心間距離に一致する。
【００３５】
なお、第１のクラッド領域１２及び第２のクラッド領域１３における空孔配置は、第１のクラッド領域１２における空孔１２ａの数密度が第２のクラッド領域１３における空孔１３ａの数密度よりも高くなる空孔配置であればよく、ここで説明した具体例に限定されるものではない。例えば、第２のクラッド領域１３において、中心−頂点間距離がΛ×ｊの正６角形上に配置された６×ｊ個の空孔１３ａからなる空孔群をＮ層設ける構成を採用する場合、第１のクラッド領域１２においては、中心−頂点間距離がΛ×ｉの正Ｌ角形上に配置されたＬ×ｉ個の空孔１２ａからなる空孔群をＭ層設ける構成を採用することができる（Ｌは７以上の自然数）。この場合、第１のクラッド領域１２及び第２のクラッド領域１３において、空孔１２ａ及び空孔１３ａが等方的に配置されることになる。また、第２のクラッドにおいて、空孔１３ａが最密に配置されることになる。このため、これらの空孔を安定的に形成することができる。
【００３６】
更に、第１のクラッド領域１２における空孔１２ａの数密度が第２のクラッド領域１３における空孔１３ａの数密度よりも高くなる空孔配置であれば、第１のクラッド領域１２において、各層を構成する空孔群を正８角形上に配置する代わりに、正９角形上に配置したり、正１０角形上に配置したり、円周上に配置したりしてもよい。また、第２のクラッド領域１３において、各層を構成する空孔群を正６角形上に配置する代わりに、正５角形上に配置したり、正４角形（正方形）上に配置したり、円周上に配置したりしてもよい。第１のクラッド領域１２における空孔１２ａの数密度が第２のクラッド領域１３における空孔１３ａの数密度よりも高くなる空孔配置であれば、星型配置や籠目型配置を採用してもよい。
【００３７】
このように、第１のクラッド領域１２における空孔１２ａの数密度が第２のクラッド領域１３における空孔１３ａの数密度よりも高くなる空孔配置を採用することによって、第１のクラッド領域１２における空孔１２ａの断面積占有率を第２のクラッド領域１３における空孔１３ａの断面積占有率よりも高くし、もって、第１のクラッド領域１２の実効屈折率を第２のクラッド領域１３の実効屈折率よりも低くすることができる。換言すれば、図１（ｂ）に示した実効屈折率分布、すなわち、第１のクラッド領域１２の実効屈折率、及び、第２のクラッド領域１３の実効屈折率が、それぞれ、コア領域１１の屈折率よりも低くなり、かつ、第１のクラッド領域１２の実効屈折率が、第２のクラッド領域１３の実効屈折率よりも低くなるＷ型の実効屈折率分布を実現することができる。
【００３８】
ドーパントを添加することによって屈折率差を付けた光ファイバにおいて、Ｗ型の屈折率分布を有する光ファイバ（例えば、非特許文献１に記載の単一モードファイバ）とステップ型の屈折率分布を有する光ファイバとを比較すると、次のことが言える。すなわち、Ｗ型の屈折率分布を有する光ファイバにおいては、コア領域の断面積を広げて（直径を大きくして）実効断面積を大きくしても、遮断波長、及び、曲げ損失を、ステップ型の屈折率分布を有する光ファイバと同等にすることができる。また、ステップ型の屈折率分布を有する光ファイバにおいて、空孔を形成することによって屈折率差を付けた光ファイバ（例えば、非特許文献２に記載のフォトニック結晶ファイバ）とフッ素を添加することによってファイバ内に屈折率差をつけた光ファイバとを比較すると、次のことが言える。すなわち、空孔を形成することによって屈折率差を付けた光ファイバにおいては、コア領域の断面積を広げて（直径を大きくして）実効断面積を大きくしても、遮断波長、及び、曲げ損失を、フッ素を添加することによって屈折率差を付けた光ファイバと同等とすることができる。したがって、Ｗ型の屈折率を有する光ファイバであって、かつ、空孔を形成することによって屈折率差を付けた光ファイバである第１の実施形態に係る光ファイバ１０においては、遮断波長、及び、曲げ損失を、非特許文献１に記載の単一モードファイバや非特許文献２に記載のフォトニック結晶ファイバと同等に保ちつつ、実効断面積を、非特許文献１に記載の単一モードファイバや非特許文献２に記載のフォトニック結晶ファイバよりも大きくすることができる。
【００３９】
しかも、第１の実施形態に係る光ファイバ１０は、第１のクラッド領域１２と第２のクラッド領域１３とにおける空孔の数密度を異ならせることによってＷ型の屈折率分布を実現しているので、（１）実効断面積の拡大を図るために第１のクラッド領域１２と第２のクラッド領域１３とにおける空孔径（空孔の直径）を異ならせたり、（２）第１のクラッド領域に屈折率を下げるためのドーパントを添加したりする必要がない。このため、（１）製造が容易であり、かつ、（２）ドーパントによる散乱に起因する損失のない低損失な光ファイバを実現することができる。
【００４０】
（光ファイバの特性）
次に、第１の実施形態に係る光ファイバ１０（図１参照）の特性について、図２〜図７を参照して説明する。
【００４１】
図２（ａ）は、第１の実施形態に係る光ファイバ１０における曲げ損失特性（実線）と、従来のフォトニック結晶ファイバにおける曲げ損失特性（破線）とを示したグラフである。ここでは、波長λを１５５０ｎｍとし、空孔径ｄと空孔間隔Λとの比ｄ／Λを０．５とした場合の、曲げ半径３０ｍｍに対する計算結果を示している。なお、比較に用いた従来のフォトニック結晶ファイバは、第１のクラッド領域１２の空孔数を６個にした点、すなわち、第１のクラッド領域１２における空孔の数密度を第２のクラッド領域１３における空孔の数密度と同じにした点を除き、第１の実施形態に係る光ファイバ１０と同様に構成されたものである。
【００４２】
図２（ａ）から、第１の実施形態に係る光ファイバ１０の空孔配置、すなわち、第１のクラッド領域１２における空孔の数密度を第２のクラッド領域１３における空孔の数密度よりも高くする空孔配置を採用することによって、従来のフォトニック結晶ファイバよりも曲げ損失が小さくなることが確かめられる。
【００４３】
図２（ｂ）は、第１の実施形態に係る光ファイバ１０における高次モード（第１高次モードあるいはＬＰ１１モード）の閉じ込め損失特性（実線）と、従来のフォトニック結晶ファイバにおける高次モード（第１高次モードあるいはＬＰ１１モード）の閉じ込め損失特性（破線）とを示したグラフである。ここでは、波長λを１４５０ｎｍとし、空孔径ｄの空孔間隔Λに対する比ｄ／Λを０．５とした場合の計算結果を示す。なお、比較に用いた従来のフォトニック結晶ファイバは、第１のクラッド領域１２の空孔数を６個にした点を除き、第１の実施形態に係る光ファイバ１０と同様に構成されたものである。
【００４４】
図２（ｂ）から、第１の実施形態に係る光ファイバ１０の空孔配置、すなわち、第１のクラッド領域１２における空孔の数密度を第２のクラッド領域１３における空孔の数密度よりも高くする空孔配置を採用することによって、従来のフォトニック結晶ファイバよりも高次モードの閉じ込め損失が大きくなることが確かめられる。一般に、高次モードの閉じ込め損失が大きくなるほど、高次モードが光ファイバ外に漏れ易くなって単一モード伝送が実現され易くなる。従って、第１の実施形態に係る光ファイバ１０の空孔配置を採用することによって、従来のフォトニック結晶ファイバよりも単一モード伝送が実現され易い光ファイバを実現することができる。
【００４５】
ここで、第１のクラッド領域１２における空孔の数密度を高くしても、実効的に第１のクラッド領域１２の屈折率を低下させることができるので、従来のフォトニック結晶ファイバと比較して、コア領域１１の断面積（直径）の減少、すなわち、実効断面積の減少は僅かである点に留意されたい。したがって、図２に示した計算結果は、第１のクラッド領域１２における空孔の数密度を高くすることによって、実効断面積を小さくすることなく、曲げ損失を小さくし、かつ、高次モードの閉じ込め損失を大きくし得ることを意味している。逆に言えば、第１のクラッド領域１２における空孔の数密度を高くすることによって、曲げ損失を大きくしたり、高次モードの閉じ込め損失を小さくしたりすることなく、実効断面積を大きくし得ることを意味している。
【００４６】
図３は、第１の実施形態に係る光ファイバ１０における基本モードに対する曲げ損失特性を示すグラフである。実線、破線、及び点線は、それぞれ、空孔間隔Λが１４μｍ、１６μｍ、及び１８μｍの場合を示す。何れも、波長λを１４５０ｎｍとした場合の曲げ半径３０ｍｍに対する計算結果である。
【００４７】
なお、伝送する光の波長λを１４５０ｎｍとしたときの計算結果を示しているのは、長距離光伝送において広く用いられている波長帯であるＳ〜Ｌバンド（１４６０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下）における利用を想定してのことである。非特許文献４にも示されているように、フォトニック結晶ファイバにおいては、短波長側ほど曲げ損失が大きくなる。したがって、波長λを１４５０ｎｍとしたときの曲げ損失の値が分かれば、Ｓ〜Ｌバンドにおける曲げ損失がその値以下になることが分かる。
【００４８】
図３から、空孔間隔Λが一定であれば、空孔径ｄと空孔間隔Λとの比ｄ／Λを大きくするほど（すなわち、空孔径ｄを大きくするほど）、基本モードに対する閉じ込め効果が強くなり、曲げ損失が小さくなることが確かめられる。例えば、空孔間隔Λが１４μｍ以下であれば、空孔径ｄと空孔間隔Λとの比ｄ／Λを０．５０５以上とすることによって、１４５０ｎｍ以上の波長においてＩＴＵ−Ｔ６５６において推奨された曲げ損失条件（曲げ半径３０ｍｍに対する曲げ損失が１００巻きあたり０．５ｄＢ以下）を充足することが分かる。また、空孔間隔Λが１６μｍ以下であれば、空孔径ｄと空孔間隔Λとの比ｄ／Λを０．５２５以上とすることによって、１４５０ｎｍ以上の波長においてＩＴＵ−Ｔ６５６において推奨された上記の曲げ損失条件を充足することが分かる。
【００４９】
図４は、第１の実施形態に係る光ファイバ１０における高次モード（第１高次モードあるいはＬＰ１１モード）に対する曲げ損失特性を示すグラフである。実線、破線、及び点線は、それぞれ、空孔間隔Λが１４μｍ、１６μｍ、及び１８μｍの場合を示す。何れも、波長λを１６２５ｎｍとした場合の曲げ半径１４０ｍｍに対する計算結果である。
【００５０】
図４から、空孔間隔Λが一定であれば、空孔径ｄと空孔間隔Λとの比ｄ／Λを小さくするほど（すなわち、空孔径ｄを小さくするほど）、高次モードに対する閉じ込め効果が弱くなり、単一モード伝送が実現され易くなることが分かる。例えば、空孔間隔Λが１４μｍであれば、空孔径ｄと空孔間隔Λとの比ｄ／Λを０．５１５以下とすることによって、１６２５ｎｍ以下の波長において非特許文献２に記載の単一モード条件（曲げ半径１４０ｍｍに対する曲げ損失が１ｄＢ／ｍ＝１０３ｄＢ／ｋｍ以上）を充足することが分かる。また、空孔間隔が１６μｍであれば、空孔径ｄと空孔間隔Λとの比ｄ／Λを０．５２以下とすることによって、１６２５ｎｍ以下の波長において非特許文献２に記載の上記の単一モード条件を充足することが分かる。
【００５１】
図５は、第１の実施形態に係る光ファイバ１０において、ＩＴＵ−Ｔ６５６において推奨された曲げ損失条件を充足する空孔径ｄ及び空孔間隔Λの範囲と、非特許文献２に記載の単一モード条件を充足する空孔径ｄ及び空孔間隔Λの範囲とを示す特性図である。
【００５２】
図５において、実線よりも上の領域が、基本モードに対する曲げ損失がＩＴＵ−Ｔ６５６において推奨された曲げ損失条件（曲げ半径３０ｍｍに対する曲げ損失が１００巻きあたり０．５ｄＢ以下）を充足する領域であり、破線よりも下の領域が高次モードに対する曲げ損失が非特許文献２に記載の単一モード条件（曲げ半径１４０ｍｍに対する曲げ損失が１ｄＢ／ｍ＝１０３ｄＢ／ｋｍ以上）を充足する領域である。また、斜線を付した領域が曲げ損失条件と単一モード条件とを同時に充足する領域である。実線と破線との交点における空孔間隔Λは１５．６μｍであり、実線と破線との交点における空孔径ｄと空孔間隔Λとの比は０．５２１である。
【００５３】
図５から、（１）空孔間隔Λが１５．６μｍ以下であれば、空孔径ｄを適宜設定することによって、曲げ損失条件と単一モード条件とを同時に充足する光ファイバを実現し得ること、及び、（２）空孔径ｄと空孔間隔Λとの比ｄ／Λが０．５２１以下であれば、空孔間隔Λを適宜設定することによって、曲げ損失条件と単一モード条件とを同時に充足する光ファイバを実現し得ることが分かる。更に、空孔間隔Λを大きくするほどコア領域１１の断面積が大きくなることを考慮すれば、（３）空孔間隔Λが１５．６μｍであり、かつ、空孔径ｄと空孔間隔Λとの比ｄ／Λが０．５２１である場合に、曲げ損失条件と単一モード条件とを同時に充足する、最も実効断面積が大きい光ファイバが実現されることが分かる。
【００５４】
図６は、第１の実施形態に係る光ファイバ１０における実効断面積の空孔間隔依存性を示すグラフである。ここでｄ／Λは０．５とし、波長は１５５０ｎｍとした。光ファイバ１０において、コア断面積は空孔間隔Λの増加に伴って増加するため、より大きな空孔間隔Λをとるほどより大きな実効断面積を得られる。図６から、空孔間隔Λが１２．６μｍ以上であれば、従来の光ファイバの限界であった１６０μｍ２以上の実効断面積が実現されることが分かる。したがって、図５及び図６から、空孔間隔Λが１２．６μｍ以上１５．６μｍ以下の範囲において、曲げ損失条件と単一モード条件とを同時に充足しながら、従来の光ファイバよりも大きな実効断面積を実現できることが分かる。
【００５５】
図７（ａ）は、第１の実施形態に係る光ファイバ１０における基本モードに対する実効断面積（実線）及び曲げ損失（破線）の波長依存性を示すグラフである。ここでは、曲げ損失条件と単一モード条件とを同時に充足する、最も実効断面積が大きい光ファイバ１０、すなわち、空孔間隔Λを１５．６μｍとし、空孔径ｄと空孔間隔Λとの比ｄ／Λを０．５２１とした光ファイバ１０に対する計算結果を示す。
【００５６】
図７（ａ）から、１２５０ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下の波長帯において、実効断面積が２３５μｍ２程度となることが確かめられる。すなわち、第１の実施形態に係る光ファイバ１０の空孔配置を採用することによって、１２５０ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下の波長帯において、従来の単一モードファイバが有する実効断面積（約８０μｍ２）の約３倍、従来のフォトニック結晶ファイバが有する実効断面積（約１５７μｍ２）の１．５倍に相当する、格段に大きな実効断面積を有する光ファイバを実現し得ることが分かる。また、図７（ａ）から、Ｓ〜Ｌバンド（１４６０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下の波長帯）において、ＩＴＵ−Ｔ６５６において推奨された曲げ損失条件（曲げ半径３０ｍｍに対する曲げ損失が１００巻きあたり０．５ｄＢ以下）を充足していることが確かめられる。
【００５７】
図７（ｂ）は、第１の実施形態に係る光ファイバ１０における高次モード（第１高次モードあるいはＬＰ１１モード）に対する閉じ込め損失（実線）及び曲げ損失（破線）の波長依存性を示すグラフである。ここでも、曲げ損失条件と単一モード条件とを同時に充足する、最も実効断面積が大きい光ファイバ１０、すなわち、空孔間隔Λを１５．６μｍとし、空孔径ｄと空孔間隔Λとの比ｄ／Λを０．５２１とした光ファイバ１０に対する計算結果を示す。
【００５８】
図７（ｂ）から、１２５０ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下の波長帯において、高次モードに対する曲げ損失（曲げ半径１４０ｍｍ）が１０ｄＢ／ｍ＝１０３ｄＢ／ｋｍ程度となることが確かめられる。すなわち、第１の実施形態に係る光ファイバ１０の空孔配置を採用することによって、１２５０ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下の波長帯において、非特許文献２に記載の単一モード条件（曲げ半径１４０ｍｍに対する曲げ損失が１ｄＢ／ｍ＝１０３ｄＢ／ｋｍ以上）を充足する光ファイバを実現し得ることが分かる。なお、高次モードに対する閉じ込め損失は０．０１ｄＢ／ｍ＝１０ｄＢ／ｋｍ程度の小さな値となるが、高次モードに対する曲げ損失（曲げ半径１４０ｍｍ）が上述したように十分に大きな値となるので、これにより単一モード伝送が実効的に阻害されることはない。
【００５９】
なお、以上の説明においてはＳ〜Ｌバンドにおける使用を想定して光ファイバ１０の特性を示したが、光ファイバ１０の使用可能範囲はＳ〜Ｌバンド内に限定されるものではない。すなわち、光ファイバ１０は、１．０μｍ以上１．７μｍ以下の波長帯、あるいは、それよりも広い波長帯において使用可能（曲げ損失条件を満たしつつ単一モード動作可能）である。
【００６０】
〔実施形態２〕
本発明の第２の実施形態について、図８〜図１０に基づいて説明する。
【００６１】
（光ファイバの構成）
第２の実施形態に係る光ファイバ１０’の構成について、図８を参照して説明する。図８は、第２の実施形態に係る光ファイバ１０’の構成を示す断面図である。
【００６２】
光ファイバ１０’は、図８に示すように、円板状のコア領域１１’と、コア領域１１’を取り囲む円環状の第１のクラッド領域１２’と、第１のクラッド領域１２’を取り囲む円環状の第２のクラッド領域１３’とを含む断面構造を有している。光ファイバ１０’を構成する各領域は、第１のクラッド領域１２’を除き、同一の材料（例えば、純石英）により構成されている。
【００６３】
第１のクラッド領域１２’及び第２のクラッド領域１３’には、それぞれ、同一の直径を有する空孔１２’ａ及び空孔１３’ａが周期的に配設されており、第１のクラッド領域１２’の実効屈折率及び第２のクラッド領域１３’の実効屈折率は、それぞれ、空孔が配設されていないコア領域１１’の屈折率よりも低くなっている。これにより、光ファイバ１０’は、図１１に示した従来のフォトニック結晶ファイバ２０と同様、屈折率導波型のフォトニック結晶ファイバとして機能する。
【００６４】
しかも、第１のクラッド領域１２’には、ドーパント（添加物）が添加されている。このため、第１のクラッド領域１２’を構成する構成材料の屈折率（空孔１２’ａを考慮に入れない屈折率）は、第２のクラッド領域１３’を構成する構成材料の屈折率（空孔１３’ａを考慮に入れない屈折率）よりも低くなる。その結果、第１のクラッド領域１２’の実効屈折率（空孔１２’ａを考慮に入れた屈折率）は、第２のクラッド領域１３’の実効屈折率（空孔１３’ａを考慮に入れた屈折率）よりも低くなる。これにより、光ファイバ１０’の実効断面積が、図１１に示した従来のフォトニック結晶ファイバ２０の実効断面積よりも大きくなる。なお、第１のクラッド領域１２’を構成する構成材料の屈折率を低下させるためのドーパントとしては、例えば、フッ素やホウ素などを挙げることができる。
【００６５】
なお、第１のクラッド領域１２’と第２のクラッド領域１３’とは、実効屈折率の違いによって互いに区別されるべきものである。第２の実施形態においては、第１のクラッド領域１２’と第２のクラッド領域１３’とにおける空孔の数密度を同一にしたうえで、第１のクラッド領域１２’にドーパントを添加することによって屈折率差を付けている。したがって、第１のクラッド領域１２’と第２のクラッド領域１３’とは、このドーパントの有無によって互いに区別される。
【００６６】
光ファイバ１０’の空孔配置は、従来のフォトニック結晶ファイバ２０（図１１参照）と同様の空孔配置、すなわち、中心−頂点間距離がΛ×ｉの正６角形上に配置された６×ｉ個の空孔１２’ａ・１３’ａからなる空孔群をＮ層設ける空孔配置である（ｉは１以上Ｎ以下の自然数）。図８においては、Ｎ＝３の場合、すなわち、中心−頂点間距離がΛの正６角形の各頂点上に配置された計６個の空孔１２’ａからなる１層目の空孔群と、中心−頂点間距離が２×Λの正６角形の各頂点、及び、同正６角形の各辺の中点（２等分点）上に配置された計１２個の空孔１３’ａからなる２層目の空孔群と、中心−頂点間距離が３×Λの正６角形の各頂点、及び、同正６角形の各辺の３等分点上に配置された計１８個の空孔１３’ａからなる３層目の空孔群とを設ける構成を例示しているが、Ｎ＝２であってもＮ≧４であってもよい。一般に、ｉ層目（ｉ≧２）の空孔群は、中心−頂点間距離がΛ×ｉの正６角形の各頂点上、及び、同正６角形の各辺のｉ等分点上に配置された計６×ｉ個の空孔１２’ａ・１３’ａにより構成することができる。
【００６７】
なお、図８においては、内周側から数えて１層目の空孔群のみを包含するようにドーパントを添加する領域を設ける構成を例示しているが、これに限定されるものではない。すなわち、内周側から数えてＭ層目（Ｎ−１≧Ｍ≧１）まで空孔群を包含するようにドーパントを添加する領域を設けてもよい。また、図８においては、第１のクラッド領域１２’を構成する各空孔１２’ａを真に包含するようにドーパントを添加する領域を設けているが、これに限定されるものではない。すなわち、第１のクラッド領域１２’を構成する空孔１２’ａのうち最内周又は最外周に配置されたものがドーパントの添加された領域とドーパントの添加されていない領域との境界を跨いでいてもよい。
【００６８】
このように、第１のクラッド領域１２’にフッ素やホウ素などのドーパントを添加する構成を採用することによって、第１のクラッド領域１２’と第２のクラッド領域１３’とにおける空孔の数密度が同一であっても、第１のクラッド領域１２’の実効屈折率を、第２のクラッド領域１３’の実効屈折率よりも低くすることができる。換言すれば、第１の実施形態に係る光ファイバ１０と同様の実効屈折率分布、すなわち、第１のクラッド領域１２’の実効屈折率、及び、第２のクラッド領域１３’の実効屈折率が、それぞれ、コア領域１１’の屈折率よりも低くなり、かつ、第１のクラッド領域１２’の実効屈折率が、第２のクラッド領域１３’の実効屈折率よりも低くなるＷ型の実効屈折率分布を実現することができる。
【００６９】
なお、第２の実施形態においては、第１のクラッド領域１２’にのみフッ素やホウ素などのドーパントを添加することによって、第１のクラッド領域１２’の実効屈折率を第２のクラッド領域１３’の実効屈折率よりも低くする構成について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、第１のクラッド領域１２’と第２のクラッド領域１３’とに添加するドーパントの濃度を異ならせることによって、あるいは、第１のクラッド領域１２’と第２のクラッド領域１３’とに添加するドーパントの種類を異ならせることによって、第１のクラッド領域１２’の実効屈折率を第２のクラッド領域１３’の実効屈折率よりも低くする構成を採用してもよい。
【００７０】
（光ファイバの特性）
次に、第２の実施形態に係る光ファイバ１０’（図８参照）の特性について、図９〜図１０を参照して説明する。
【００７１】
図９（ａ）は、比屈折率差Δが−０．２％となるように第１のクラッド領域１２’にフッ素を添加した光ファイバ１０’における曲げ損失特性（破線）と、従来のフォトニック結晶ファイバにおける曲げ損失特性（実線）とを示したグラフである。ここでは、波長λを１４５０ｎｍとし、空孔径ｄと空孔間隔Λとの比ｄ／Λを０．５とした場合の曲げ半径３０ｍｍに対する計算結果を示している。なお、比較に用いた従来のフォトニック結晶ファイバは、第１のクラッド領域１２’にドーパントが添加されていない（比屈折率差Δが０％である）点を除き、第２の実施形態に係る光ファイバ１０’と同様に構成されたものである。
【００７２】
なお、比屈折率差Δは、純石英（コア領域１１’の構成材料）の屈折率をｎ１、フッ素が添加された石英（第１のクラッド領域１２’の構成材料）の屈折率をｎ２としたときに、（ｎ２−ｎ１）／ｎ１を百分率で表したものである。
【００７３】
図９（ａ）から、第１のクラッド領域１２’にフッ素を添加する構成を採用することによって、従来のフォトニック結晶ファイバよりも曲げ損失が小さくなることが確かめられる。
【００７４】
図９（ｂ）は、比屈折率差Δが−０．２％となるように第１のクラッド領域１２’にフッ素を添加した光ファイバ１０’における高次モード（第１高次モードあるいはＬＰ１１モード）の閉じ込め損失特性（破線）と、従来のフォトニック結晶ファイバにおける高次モード（第１高次モードあるいはＬＰ１１モード）の閉じ込め損失特性（実線）とを示したグラフである。ここでは、波長λを１４５０ｎｍとし、空孔直径ｄの空孔間隔Λに対する比ｄ／Λを０．５とした場合の計算結果を示す。なお、比較に用いた従来のフォトニック結晶ファイバも、第１のクラッド領域１２’にドーパントが添加されていない点を除き、第２の実施形態に係る光ファイバ１０’と同様に構成されたものである。
【００７５】
図９（ｂ）から、第１のクラッド領域１２’にフッ素を添加する構成を採用することによって、従来のフォトニック結晶ファイバよりも高次モードの閉じ込め損失が大きくなること、すなわち、単一モード伝送が実現され易くなることが確かめられる。
【００７６】
図１０（ａ）は、比屈折率差Δが−０．２％となるように第１のクラッド領域１２’にフッ素を添加した光ファイバ１０’における基本モードに対する実効断面積（実線）及び曲げ損失（破線）の波長依存性を示すグラフである。ここでは、空孔間隔Λを１５．０μｍとし、空孔径ｄと空孔間隔Λとの比ｄ／Λを０．５とした光ファイバ１０’に対する計算結果を示す。
【００７７】
図１０（ａ）から、例えば、波長１５５０ｎｍにおいて、実効断面積が２２０μｍ２程度となることが確かめられる。すなわち、比屈折率差Δが−０．２％となるように第１のクラッド領域１２’にフッ素を添加することによって、例えば、波長１５５０ｎｍにおいて、従来のＳＭＦが有する実効断面積（約８０μｍ２）の約２．７倍、従来のフォトニック結晶ファイバが有する実効断面積（約１５７μｍ２）の１．４倍に相当する、大きな実効断面積を有する光ファイバを実現し得ることが分かる。また、図１０（ａ）から、例えば、波長１５５０ｎｍにおいて、基本モードに対する曲げ損失（曲げ半径３０ｍｍ）を１００巻きあたり０．３ｄＢ以下に抑えられること、すなわち、ＩＴＵ−Ｔ６５６において推奨された曲げ損失条件（曲げ半径３０ｍｍに対する曲げ損失が１００巻きあたり０．５ｄＢ以下）を充足する光ファイバを実現し得ることが確かめられる。
【００７８】
図１０（ｂ）は、比屈折率差Δが−０．２％となるように第１のクラッド領域１２’にフッ素を添加した光ファイバ１０’における高次モード（第１高次モードあるいはＬＰ１１モード）に対する閉じ込め損失（実線）及び曲げ損失（破線）の波長依存性を示すグラフである。ここでも、空孔間隔Λを１５．０μｍとし、空孔径ｄと空孔間隔Λとの比ｄ／Λを０．５とした光ファイバ１０’に対する計算結果を示す。
【００７９】
図１０（ｂ）から、Ｓ〜Ｌバンド（１４６０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下の波長帯）において、高次モードに対する閉じ込め損失及び曲げ損失が１ｄＢ／ｍ程度となることが確かめられる。すなわち、比屈折率差Δが−０．２％となるように第１のクラッド領域１２’にフッ素を添加する構成を採用することによって、Ｓ〜Ｌバンドにおいて、非特許文献２に記載の単一モード条件（曲げ半径１４０ｍｍに対する曲げ損失が１ｄＢ／ｍ＝１０３ｄＢ／ｋｍ以上）を概ね充足する、単一モード伝送可能な光ファイバを実現し得ることが確かめられる。
【００８０】
〔まとめ〕
以上のように、本発明に係る光ファイバは、コア領域と、該コア領域を取り囲む第１のクラッド領域と、該第１のクラッド領域を取り囲む第２のクラッド領域とを含む断面構造を有する光ファイバであって、上記第１のクラッド領域及び上記第２のクラッド領域には、上記第１のクラッド領域の実効屈折率及び上記第２のクラッド領域の実効屈折率が上記コア領域の屈折率よりも低くなるように、直径が同一の空孔が周期的に形成されており、上記第１のクラッド領域の実効屈折率が上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低いことを特徴としている。
【００８１】
上記の構成によれば、周期的に空孔が配設されたクラッド領域（第１のクラッド領域及び第２のクラッド領域）にコア領域が取り囲まれているので、従来のフォトニック結晶ファイバと同様、全反射を原理とする光の閉じ込めが実現される。このため、従来のフォトニック結晶ファイバと同様、広い波長域で単一モード伝送が可能であり、かつ、曲げ損失が小さい光ファイバを実現することができる。しかも、上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くしているので、ステップ型の実効屈折率分布（図１１（ｂ）参照）をもつ従来のフォトニック結晶ファイバよりも大きい実効断面積を有する光ファイバを実現することができる。
【００８２】
更に、上記の構成によれば、上記第１のクラッド領域及び上記第２のクラッド領域に配設する空孔の直径が同一であるため、上記第１のクラッド領域及び上記第２のクラッド領域に配設する空孔の直径を異ならせることによって実効断面積の拡大を図る場合のように、その製造が困難になることはない。
【００８３】
したがって、上記の構成によれば、従来のフォトニック結晶ファイバと同様、単一モード伝送が可能であり、かつ、曲げ損失が小さい光ファイバでありながら、従来のフォトニック結晶ファイバよりも実効断面積が大きく、かつ、製造が容易な光ファイバを実現することができるという効果を奏する。
【００８４】
なお、「空孔が周期的に形成されている」とは、空孔が形成された光ファイバがフォトニック結晶ファイバとして機能する程度に空孔の配置が周期的であることを意味する。また、２つの空孔の直径が「同一」であるとは、これら２つの空孔の直径の差が製造誤差よりも小さいことを意味する。
【００８５】
なお、本発明に係る光ファイバにおいては、上記第１のクラッド領域における空孔の数密度を上記第２のクラッド領域における空孔の数密度よりも高くすることによって、上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くしてもよいし、上記第１のクラッド領域に屈折率を下げるためのドーパントを添加することによって、上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くしてもよいし、あるいは、これらの組み合わせによって、上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くしてもよい。上記第１のクラッド領域における空孔の数密度を上記第２のクラッド領域における空孔の数密度よりも高くする構成を採用する場合には、ドーパントを添加する必要がないため、ドーパントによる散乱に起因する損失のない、より低損失な光ファイバを実現することができる。
【００８６】
本発明に係る光ファイバにおいては、上記第１のクラッド領域にはＭ層の空孔群が形成されており（Ｍは任意の自然数）、上記第２のクラッド領域にはＮ層の空孔群が形成されており（Ｎは任意の自然数）、上記Ｍ＋Ｎ層の空孔群のうち内周側から数えてｉ層目の空孔群は、中心と頂点との距離がΛ×ｉとなる正Ｌ角形上に配置されたＬ×ｉ個の空孔からなり（Ｌは７以上の自然数、ｉは１以上Ｍ以下の自然数）、上記Ｍ＋Ｎ層の空孔群のうち内周側から数えてｊ層目の空孔群は、中心と頂点との距離がΛ×ｊとなる正６角形上に配置された６×ｊ個の空孔からなる（ｊはＭ＋１以上Ｍ＋Ｎ以下の自然数）、ことが好ましい。
【００８７】
上記の構成によれば、上記第１のクラッド領域、及び、上記第２のクラッド領域において、空孔を等方的に配置することができる。しかも、上記第２のクラッド領域において、空孔を最密に配置しつつ、上記第１のクラッド領域における空孔の数密度を上記第２のクラッド領域における空孔の数密度よりも高くすることができる。
【００８８】
本発明に係る光ファイバにおいては、上記Ｍ＋Ｎ層の空孔群のうち内周側から数えてｉ層目の空孔群は、中心と頂点との距離がΛ×ｉとなる正８角形上に配置された８×ｉ個の空孔からなることが好ましい。
【００８９】
上記の構成によれば、上記空孔の直径と、上記第２のクラッド領域において互いに隣接する２つの空孔の中心間距離Λとを適宜調整することによって、基本モードに対する曲げ損失がＩＴＵ−Ｔ６５６において推奨された曲げ損失条件（曲げ半径３０ｍｍに対する曲げ損失が１００巻きあたり０．５ｄＢ以下）と、非特許文献２に記載の単一モード条件（曲げ半径１４０ｍｍに対する高次モードの曲げ損失が１ｄＢ／ｍ＝１０３ｄＢ／ｋｍ以上）とを同時に充足する光ファイバを実現することができるという更なる効果を奏する。
【００９０】
本発明に係る光ファイバにおいては、上記第２のクラッド領域において互いに隣接する２つの空孔の中心間距離Λが１５．６μｍ以下であることが好ましい。
【００９１】
上記の構成によれば、上記空孔の直径を適宜設定することによって、非特許文献２に記載の単一モード条件（曲げ半径１４０ｍｍに対する高次モードの曲げ損失が１ｄＢ／ｍ＝１０３ｄＢ／ｋｍ以上）を充足しつつ、基本モードに対する曲げ損失がＩＴＵ−Ｔ６５６において推奨された曲げ損失条件（曲げ半径３０ｍｍに対する曲げ損失が１００巻きあたり０．５ｄＢ以下）を達成することができるという更なる効果を奏する。
【００９２】
本発明に係る光ファイバにおいては、上記第２のクラッド領域において互いに隣接する２つの空孔の中心間距離Λが１２．６μｍ以上であることが好ましい。
【００９３】
上記の構成によれば、従来の光ファイバの限界であった１６０μｍ２以上の実効断面積を実現することができる。
【００９４】
本発明に係る光ファイバにおいては、上記第２のクラッド領域において互いに隣接する２つの空孔の中心間距離Λと上記空孔の直径ｄとの比ｄ／Λが０．５２１以下であることが好ましい。
【００９５】
上記の構成によれば、上記第２のクラッド領域において互いに隣接する２つの空孔の中心間距離Λを適宜設定することによって、基本モードに対する曲げ損失がＩＴＵ−Ｔ６５６において推奨された曲げ損失条件（曲げ半径３０ｍｍに対する曲げ損失が１００巻きあたり０．５ｄＢ以下）を充足しつつ、非特許文献２に記載の単一モード条件（曲げ半径１４０ｍｍに対する高次モードの曲げ損失が１ｄＢ／ｍ＝１０３ｄＢ／ｋｍ以上）を達成することができるという更なる効果を奏する。
【００９６】
また、本発明に係る光ファイバは、コア領域と、該コア領域を取り囲む第１のクラッド領域と、該第１のクラッド領域を取り囲む第２のクラッド領域とを含む断面構造を有する光ファイバであって、上記第１のクラッド領域及び上記第２のクラッド領域に空孔を周期的に配設することによって、上記第１のクラッド領域及び上記第２のクラッド領域の実効屈折率を上記コア領域の屈折率よりも低くし、かつ、上記第１のクラッド領域と上記第２のクラッド領域とにおける空孔の断面積占有率を異ならせることによって、上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くした、ことを特徴とする光ファイバであると表現することもできる。
【００９７】
上記の構成によれば、周期的に空孔が配設されたクラッド領域（第１のクラッド領域及び第２のクラッド領域）にコア領域が取り囲まれているので、従来のフォトニック結晶ファイバと同様、全反射を原理とする光の閉じ込めが実現される。このため、従来のフォトニック結晶ファイバと同様、広い波長域で単一モード伝送が可能であり、かつ、曲げ損失が小さい光ファイバを実現することができる。しかも、上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くしているので、ステップ型の実効屈折率分布をもつ従来のフォトニック結晶ファイバよりも大きい実効断面積を有する光ファイバを実現することができる。
【００９８】
更に、上記の構成によれば、上記第１のクラッド領域と上記第２のクラッド領域とにおける空孔の断面積占有率を異ならせることによって上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くしているので、上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くするために上記第１のクラッド領域と上記第２のクラッド領域とにおける空孔の直径を異ならせる必要がない。したがって、上記第１のクラッド領域と上記第２のクラッド領域とにおける空孔の直径を異ならせることによって上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くした光ファイバよりも製造が容易である。
【００９９】
したがって、上記の構成によれば、従来のフォトニック結晶ファイバと同様、単一モード伝送が可能であり、かつ、曲げ損失が小さい光ファイバでありながら、従来のフォトニック結晶ファイバよりも実効断面積が大きく、かつ、製造が容易な光ファイバを実現することができるという効果を奏する。
【０１００】
また、本発明に係る光ファイバは、コア領域と、該コア領域を取り囲む第１のクラッド領域と、該第１のクラッド領域を取り囲む第２のクラッド領域とを含む断面構造を有する光ファイバであって、上記第１のクラッド領域及び上記第２のクラッド領域に空孔を周期的に配設することによって、上記第１のクラッド領域及び上記第２のクラッド領域の実効屈折率を上記コア領域の屈折率よりも低くし、かつ、上記第１のクラッド領域と上記第２のクラッド領域とにおける空孔の数密度を異ならせることによって、上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くした、ことを特徴とする光ファイバであると表現することもできる。
【０１０１】
上記の構成によれば、周期的に空孔が配設されたクラッド領域（第１のクラッド領域及び第２のクラッド領域）にコア領域が取り囲まれているので、従来のフォトニック結晶ファイバと同様、全反射を原理とする光の閉じ込めが実現される。このため、従来のフォトニック結晶ファイバと同様、広い波長域で単一モード伝送が可能であり、かつ、曲げ損失が小さい光ファイバを実現することができる。しかも、上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くしているので、ステップ型の実効屈折率分布をもつ従来のフォトニック結晶ファイバよりも大きい実効断面積を有する光ファイバを実現することができる。
【０１０２】
更に、上記の構成によれば、上記第１のクラッド領域と上記第２のクラッド領域とにおける空孔の数密度を異ならせることによって上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くしているので、上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くするために上記第１のクラッド領域と上記第２のクラッド領域とにおける空孔の直径を異ならせる必要がない。したがって、上記第１のクラッド領域と上記第２のクラッド領域とにおける空孔の直径を異ならせることによって上記第１のクラッド領域の実効屈折率を上記第２のクラッド領域の実効屈折率よりも低くした光ファイバよりも製造が容易である。
【０１０３】
したがって、上記の構成によれば、従来のフォトニック結晶ファイバと同様、単一モード伝送が可能であり、かつ、曲げ損失が小さい光ファイバでありながら、従来のフォトニック結晶ファイバよりも実効断面積が大きく、かつ、製造が容易な光ファイバを実現することができるという効果を奏する。
【０１０４】
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明は、光信号を伝送する伝送媒体として用いられる光ファイバに利用することができる。特に、長距離伝送用の光ファイバに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１０，１０’      光ファイバ
１１，１１’      コア領域
１２，１２’      第１のクラッド領域
１２ａ，１２’ａ  空孔
１３，１３’      第２のクラッド領域
１３ａ，１３’ａ  空孔
【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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