(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部と、前記コア部の外周に形成され、前記コア部を結晶欠陥とするフォトニック結晶を形成するように配列された空孔を有するクラッド部とを備えるフォトニックバンドギャップファイバの製造方法であって、
長手方向に沿って複数の空孔を有する予備実験母材を線引きして予備実験線条体を製造し、前記予備実験線条体において実現された空孔径ｄ０と空孔間距離Λ０との比ｄ０／Λ０を得る予備実験工程と、
前記得られた予備実験線条体の空孔径ｄ０と空孔間距離Λ０との比ｄ０／Λ０と、所定の波長でフォトニックバンドギャップを形成できる任意の空孔間距離Λと、を設計パラメータとして、波長λを前記任意の空孔間距離Λで除算して規格化した規格化波長λ／Λに対する閉じ込め損失を、前記所定の波長を含む波長λの範囲に対して算出する計算工程と、
前記算出に用いた波長λの範囲において、前記閉じ込め損失が最小値近傍となる前記規格化波長λ／Λの値を用いて、前記製造すべきフォトニックバンドギャップファイバで使用する伝送波長λ１に対する設定空孔間距離Λ１を算出する空孔間距離設定工程と、
前記予備実験母材と同一の部材によってフォトニックバンドギャップファイバ製造用の母材を形成し、空孔間距離を前記算出した設定空孔間距離Λ１に設定して、前記予備実験母材の線引きに用いた線引き温度条件にて線引きする線引き工程と、
を含む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の製造方法。
【請求項２】
前記計算工程において、前記予備実験線条体の空孔の構造的な特徴を前記設計パラメータに含め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の製造方法。
【請求項３】
前記線引き工程において、前記空孔間距離が前記設定空孔間距離Λ１になるように調整して線引きを行う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の製造方法。
【請求項４】
前記線引き工程において、線引きした前記フォトニックバンドギャップファイバにおける空孔間距離の前記設定空孔間距離Λ１からのずれを観測し、前記ずれを修正するように線引きを行う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の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つに記載の製造方法によって製造したフォトニックバンドギャップファイバであって、前記コア部のコア径が前記空孔の空孔間距離の２倍または３倍であり、前記空孔の空孔径と前記空孔間距離との比が０．９以上であり、空孔層数が５以上であ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。
【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の製造方法およびフォトニックバンドギャップファイバに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ホーリーファイバ（Holey  Fiber：ＨＦ）、あるいはフォトニッククリスタルファイバ(Photonic  Crystal  Fiber：ＰＣＦ)は、コア部の周囲のクラッド部に空孔を規則的に配列してクラッド部の平均屈折率を下げ、全反射の原理を用いて光の伝送を実現する新しいタイプの光ファイバである。ＨＦは、そのコア部のコア径を大口径とし、有効コア断面積（Ａeff）を拡大して、光通信用やファイバレーザ用の低光学非線形伝送媒体としての応用も期待されている。特に、従来のソリッド型ファイバでは特性の制御が難しくなる超大Ａeffを実現する場合には、ＨＦの構造によりその特性を制御することが有効である。例えば、非特許文献１では、ＨＦを用いてＡeffを６００μｍ２に拡大する技術が開示されている。
【０００３】
しかしながら、これらのＨＦでは、Ａeffを拡大して低光学非線形性を実現しようとすると、光ファイバの特性の重要ファクターの１つである曲げ損失特性が著しく劣化するという問題がある。例えば、上述した非特許文献１に開示されているＨＦは、曲げ直径８０ｍｍと比較的大きい直径でボビンに巻きつけても、波長１５５０ｎｍでの伝送損失が増大してしまうことが記載されている。さらに、ＨＦの場合、ファイバレーザ用等の利用について注目の高まっている波長１．０μｍ帯、またはより短波長帯域で用いようとすると、より曲げ損失が大きくなるという特性を有している。
【０００４】
一方、フォトニックバンドギャップファイバ（Photonic  BandGap  Fiber：ＰＢＧＦ）は、クラッド部に空孔をフォトニック結晶を形成するように配列し、伝送すべき光の波長において２次元のブラッグ反射によるフォトニックバンドギャップを形成して、そこに結晶欠陥としてのコア部を導入して、光の伝送を実現するというタイプの光ファイバである。たとえば、非特許文献２には、Ａeffを拡大して超低非線形性を実現しつつ、非常に強い光閉じ込めによって低曲げ損失を実現できるＡｉｒ−ｃｏｒｅ型のフォトニックバンドギャップファイバが開示されている。また、非特許文献２には、フォトニックバンドギャップファイバのプロファイルパラメータの設計を最適化する計算方法が詳細に開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】M.D.  Nielsen,  et  al.,  Electron.  Letters,  Vol.39,  No.25,  PP1802-1803,  2003
【非特許文献２】K.  Saitoh,  et  al.,  OPTICS  EXPRESS,  Vol.11,  No.23,  2003，pp3100-3109
【非特許文献３】武笠和則ら  電子情報通信学会２００７  総合大会  Ｃ−３−５２
【非特許文献４】M.N.  Petrovich  et  al.,  ＯＦＣ２００８，  ＯＴｈＲ４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、所定の光学特性を実現するために計算により求めたプロファイルパラメータ（設計パラメータ）になるようにフォトニックバンドギャップファイバを製造した場合に、そのフォトニックバンドギャップファイバの光学特性が設計値とは相違する場合があるという問題がある。また、この相違の程度が、フォトニックバンドギャップファイバを製造するために使用する部材や製造装置に応じても相違するという問題がある。また、設計パラメータの計算は、フォトニックバンドギャップを形成するための計算を含むものであり、きわめて計算時間および計算負荷を要する。したがって、上述した設計値と実際の光学特性との相違を解消するために、製造したフォトニックバンドギャップファイバの光学特性をフィードバックして設計パラメータの設定を行うと、製造効率が低くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より確実かつ効率的に所望の光学特性を有するフォトニックバンドギャップファイバを製造できるフォトニックバンドギャップファイバの製造方法および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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るフォトニックバンドギャップファイバの製造方法は、コア部と、前記コア部の外周に形成され、前記コア部を結晶欠陥とするフォトニック結晶を形成するように配列された空孔を有するクラッド部とを備えるフォトニックバンドギャップファイバの製造方法であって、長手方向に沿って複数の空孔を有する予備実験母材を線引きして予備実験線条体を製造し、前記予備実験線条体において実現された空孔径ｄ０と空孔間距離Λ０とを測定する予備実験工程と、前記測定した予備実験線条体の空孔径ｄ０と空孔間距離Λ０との比ｄ０／Λ０と、任意の空孔間距離Λと、を設計パラメータとして、波長λを前記任意の空孔間距離Λで規格化した規格化波長λ／Λに対する前記閉じ込め損失を算出する計算工程と、前記閉じ込め損失が最小値近傍となる前記規格化波長λ／Λの値を用いて、前記製造すべきフォトニックバンドギャップファイバの所望の伝送波長λ１に対する設定空孔間距離Λ１を算出する空孔間距離設定工程と、前記予備実験母材と同一の部材によってフォトニックバンドギャップファイバ製造用の母材を形成し、空孔間距離を前記算出した設定空孔間距離Λ１に設定して、前記予備実験母材の線引きに用いた線引き温度条件にて線引きする線引き工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るフォトニックバンドギャップファイバの製造方法は、上記の発明において、前記計算工程において、前記予備実験線条体の空孔の構造的な特徴を前記設計パラメータに含めることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るフォトニックバンドギャップファイバの製造方法は、上記の発明において、前記線引き工程において、前記空孔間距離が前記設定空孔間距離Λ１になるように調整して線引きを行うことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係るフォトニックバンドギャップファイバの製造方法は、上記の発明において、前記線引き工程において、線引きした前記フォトニックバンドギャップファイバにおける空孔間距離の前記設定空孔間距離Λ１からのずれを観測し、前記ずれを修正するように線引きを行うことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係るフォトニックバンドギャップファイバは、上記の発明のいずれか一つに記載の製造方法によって製造したフォトニックバンドギャップファイバであって、前記コア部のコア径が前記空孔の空孔間距離の２倍または３倍であり、前記空孔の空孔径と前記空孔間距離との比が０．９以上であり、空孔層数が５以上であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、予備実験によって得られた実用的な設計パラメータを用いてフォトニックバンドギャップファイバの閉じ込め損失の計算を行い、この計算結果にもとづいてフォトニックバンドギャップファイバを製造するので、より確実かつ効率的に所望の光学特性を有するフォトニックバンドギャップファイバを製造できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施の形態１に係る製造方法により製造するフォトニックバンドギャップファイバの一例の模式的な断面図である。
【図２】図２は、図１に示すフォトニックバンドギャップファイバのコア部付近の詳細構造を示す図である。
【図３】図３は、空孔径および空孔間距離について説明する説明図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係るフォトニックバンドギャップファイバの製造方法のフロー図である。
【図５】図５は、予備実験母材の模式的な断面図である。
【図６】図６は、予備実験母材の線引きを行なう方法を説明する説明図である。
【図７】図７は、予備実験線条体の模式的な断面図である。
【図８】図８は、実際に線引きした予備実験線条体の一例の断面一部拡大写真を示す図である。
【図９】図９は、予備実験母材の他の一例の模式的な断面図である。
【図１０】図１０は、予備実験母材のさらに他の一例の模式的な断面図である。
【図１１】図１１は、計算したフォトニックバンドギャップファイバのフィールド分布の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、規格化波長λ／Λに対する閉じ込め損失の特性を示す図である。
【図１３】図１３は、実施例１に係るフォトニックバンドギャップファイバの断面拡大写真を示す図である。
【図１４】図１４は、実施例１に係るフォトニックバンドギャップファイバのフォトニックバンドギャップ特性を示す図である。
【図１５】図１５は、実施例１に係るフォトニックバンドギャップファイバの伝送損失スペクトルを示す図である。
【図１６】図１６は、実施例１に係るフォトニックバンドギャップファイバの曲げ特性を示す図である。
【図１７】図１７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伝送損失スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、図面を参照して本発明に係るフォトニックバンドギャップファイバの製造方法およびフォトニックバンドギャップファイバ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、以下では、フォトニックバンドギャップファイバを適宜ＰＢＧＦと記載する。
【００１６】
（実施の形態１）
はじめに、本発明の実施の形態１に係るフォトニックバンドギャップファイバの製造方法について説明する。以下では、まず本実施の形態１に係る製造方法により製造するフォトニックバンドギャップファイバの構造を説明し、つぎに本実施の形態１に係る製造方法を説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態１に係る製造方法により製造するフォトニックバンドギャップファイバの一例の模式的な断面図である。図１に示すように、このＰＢＧＦ１は、空孔からなるコア部１ａと、コア部１ａの外周に形成され、規則的に配列された空孔１ｃを有するクラッド部１ｂとを備える。クラッド部１ｂはたとえば石英系のガラス、特に屈折率調整用のドーパントを含まない純石英ガラスからなる。
【００１８】
このＰＢＧＦ１は、所望の波長でフォトニックバンドギャップを形成するためのフォトニック結晶を形成するように空孔１ｃを三角格子状に配置し、かつその三角格子の中央部の１個の空孔１ｃおよびその周囲の６個の空孔１ｃが配置されるべき領域を、結晶欠陥としてのコア部１ａとなる空孔に置き換えたものである。このＰＢＧＦ１は、上記構造によって、コア部１ａに光を強く閉じ込めて伝送するものである。なお、このような７個の空孔の領域をコア部に置き換えた構造のものは７−ｃｅｌｌ型ＰＢＧＦと呼ばれることがある。また、さらにこの７つの空孔の周囲の１２個の空孔の領域、すなわち合計１９個の空孔の領域をコア部に置き換えた構造のものは１９−ｃｅｌｌ型ＰＢＧＦと呼ばれることがある。
【００１９】
図１に示すＰＢＧＦ１は、コア部１ａを囲む空孔１ｃが形成する六角形状の層の層数が５である。また、空孔１ｃの空孔の直径（以下、空孔径とする）をｄ、隣接する空孔１ｃの中心間距離（以下、空孔間距離とする）をΛとすると、ｄ／Λが０．９以上のたとえば０．９７に設定されている。なお、非特許文献２に開示されるように、空孔層数を５以上とし、ｄ／Λを０．９以上とすることによって、閉じ込め損失が低減されるので好ましい。なお、７−ｃｅｌｌ型ＰＢＧＦの場合、コア径は、おおよそ空孔間距離の２倍である２Λとなる。また、１９−ｃｅｌｌ型ＰＢＧＦの場合、コア径はおおよそ３Λとなる。
【００２０】
つぎに、コア部１ａ付近の詳細構造について説明する。図２は、図１に示すＰＢＧＦ１のコア部１ａ付近の詳細構造を示す図である。また、図３は、空孔径１ｃａおよび空孔間距離１ｃｂについて説明する説明図である。図２に示すように、このＰＢＧＦ１のようにｄ／Λが０．９以上と大きい場合には、そのコア部１ａおよび空孔１ｃの形状が、図１に示すような理想的な円形状から大きくずれ、実際には六角形に近いような構造になることが知られている。また、特にコア部１ａに最も近い空孔１ｃは、コア部１ａの形状に影響を受けた特徴的な形状となる。具体的には、六角形と五角形とが交互に合計１２個配列した形状となる。
【００２１】
この場合、空孔１ｃの空孔径１ｃａは、空孔１ｃの形状を同一の断面積の円で近似した場合の近似円の直径として定義することができる。また、空孔間距離１ｃｂは、空孔１ｃの六角形の形状の重心から重心までの距離として定義することができる。なお、隣接する空孔１ｃの形状が五角形の場合には、その五角形を、これと同じ辺の長さを有する六角形に置き換え、その六角形の重心を用いることができる。
【００２２】
つぎに、本実施の形態１に係るＰＢＧＦの製造方法について説明する。図４は、本実施の形態１に係るＰＢＧＦの製造方法のフロー図である。図４に示すように、本実施の形態１に係るＰＢＧＦの製造方法は、予備実験工程（ステップＳ１０１）と、計算工程（ステップＳ１０２）と、空孔間距離設定工程（ステップＳ１０３）と、線引き工程（ステップＳ１０４）とを含むものである。
【００２３】
本実施の形態１に係る製造方法は、ステップＳ１０１において予備実験を行い、これによって得られた実用的な設計パラメータを用いて、ステップＳ１０２においてＰＢＧＦの閉じ込め損失の計算を行い、この計算結果にもとづいて、ステップＳ１０３において製造すべきＰＢＧＦの空孔間距離を設定し、ステップＳ１０４において、設定した空孔間距離になるようにＰＢＧＦを線引きするので、より確実かつ効率的に所望の光学特性を有するＰＢＧＦを製造できるものである。
【００２４】
以下、各工程について説明する。
（予備実験工程）
まず、ステップＳ１０１の予備実験工程について説明する。この予備実験工程では、はじめに、スタック＆ドロー法（キャピラリ管と呼ばれる細いガラス管をジャケット管の中に束ねて母材を作製し、これを線引きする手法）を用いて、簡単な構造の予備実験母材を形成する。そして、この予備実験母材を線引きして予備実験線条体を作製することで、実際の製造条件を反映させた条件下で実現可能な、実用的な設計パラメータである空孔径ｄ０と空孔間距離Λ０との比ｄ０／Λ０、および空孔構造の特徴についての情報を得る。
【００２５】
予備実験工程について具体的に説明する。はじめに、予備実験母材１０を作製する。図５は、作製する予備実験母材１０の模式的な断面図である。図５に示すように、中空のガラス管である７本のキャピラリ管１１を、中空のガラス管であるジャケット管１２の中に三角格子状に束ねて配置し、予備実験母材１０を作製する。この予備実験母材１０では、キャピラリ管１１の孔が線引き後の実験線条体の空孔となる。なお、本実施の形態では、キャピラリ管１１は、三角格子状に配列させた場合に、孔の内径と隣接する孔間の距離との比は０．８５となるものであるが、０．６５以上となるように、肉厚が薄いものを使用することが好ましい。当該比が０．６５以上であれば、後の線引き工程において線引きしたＰＢＧＦのｄ／Λを好ましい０．９以上の値にすることが容易である。なお、当該比を０．９５以下とすれば、ＰＢＧＦを線引きする際に、ＰＢＧＦ内のひずみが大きくならないのでさらに好ましい。
【００２６】
つぎに、この予備実験母材１０を線引きする。図６は、この予備実験母材１０の線引きを行なう方法を説明する説明図である。具体的には、予備実験母材１０の下端を溶融してコラプスし、下端を封鎖したものを、図６に示す線引き装置１００の線引き炉１０２に設置する。そして、予備実験母材１０の溶融していない上端にガス加圧装置１０１を接続する。
【００２７】
つぎに、予備実験母材１０の下端をヒータ１０２ａで加熱溶融し、予備実験線条体２を線引きする。線引きの際には、ガス加圧装置１０１によって、空孔を拡大するためにキャピラリ管１１の孔内を加圧する。なお、ＰＢＧＦにおいて、ｄ／Λが大きいほど、フォトニックバンドギャップを形成しやすいので、できるだけ大きな比ｄ０／Λ０を得るために、空孔径をできるだけ拡大するように加圧、線引き速度等の条件を設定するとよい。特に、用いる線引き装置やキャピラリ管の肉厚を同一条件にした場合に、比ｄ０／Λ０を限界まで大きくすることが好ましい。以下、空孔径を限界まで拡大した場合の比を限界比ｄ０／Λ０と呼ぶこととする。
【００２８】
図７は、線引きした予備実験線条体２の模式的な断面図である。図７に示すように、この予備実験線条体２は、ガラスの線条体の内部に、ガラス壁２ｄによって隔てられた空孔２ｃが形成された構造を有する。また、空孔２ｃは、空孔径をできるだけ拡大するようにしたことによって、その形状は六角形に近い形状になる。つぎに、この線引きした予備実験線条体２の断面を測定して、実用的な設計パラメータである空孔径ｄ０と空孔間距離Λ０との比ｄ０／Λ０、特には限界比ｄ０／Λ０を得る。
【００２９】
図８は、図５に示す構造の予備実験母材を用いて実際に線引きした予備実験線条体の一例の断面一部拡大写真を示す図である。図８に示すように、空孔２ｃは、きわめて薄いガラス壁２ｄにより隔てられた形状となっており、図８に示す例では、一番大きいところで、比ｄ０／Λ０を０．９７程度まで拡大できる事が確認された。また、空孔の形状の円形からの歪み具合を精査したところ、空孔の形状は六角形に近い形になるが、角に丸みを帯びた様な形状になることが確認された。
【００３０】
なお、この予備実験工程において使用する予備実験母材については、図５に示すものに限られない。たとえば空孔の形状やｄ／Λの値などの構造的な特徴について、製造すべきＰＢＧＦの構造に近い、より詳細な情報が得たい場合には、さらに多数のキャピラリ管を用いて予備実験母材を作製すればよい。
【００３１】
図９は、予備実験母材の他の一例の模式的な断面図である。図９に示す予備実験母材２０は、１９本のキャピラリ管２１を、ジャケット管２２の中に三角格子状に配置し、予備実験母材２０を作製したものである。このように、多数のキャピラリ管２１を用いて予備実験母材２０を作製すれば、より詳細な構造的特徴の情報を得ることができる。
【００３２】
この場合、実際に測定した多角形状の空孔の空孔径を、上述したように近似円の直径等によって定義し、これをその位置における空孔径ｄ０として採用し、また、隣接する空孔の六角形の形状の重心から重心までの距離を空孔間距離Λ０として採用すれば、空孔の構造的な特徴を設計パラメータに含めることができる。
【００３３】
なお、図５に示す場合の予備実験母材と同一のキャピラリ管を用いて図９の構造の予備実験母材を作製し、図６に示す場合と同一の線引き装置を用いて線引きをしたところ、線引きした予備実験線条体において、やはり比ｄ０／Λ０を、図８の場合と同じ０．９７程度まで拡大できることが確認された。
【００３４】
また、図１０は、予備実験母材のさらに他の一例の模式的な断面図である。図１０に示す予備実験母材３０は、図１のＰＢＧＦ１におけるコア部１ａに対応する隙間が形成されている。この隙間は、ジャケット管３２の中に収容したキャピラリ管３１の三角格子状の配列から、中央部の７本のキャピラリ管３１を引き抜いて形成したものである。このように、コア部に対応するような隙間を形成して予備実験母材３０を作製すれば、コア部の存在を反映した、より詳細な構造的特徴の情報を得ることができる。
【００３５】
なお、さらに多数のキャピラリ管を用いて予備実験母材を作製すれば、より詳細な空孔の構造情報が得られるが、キャピラリの数が多すぎると、実際に製造するＰＢＧＦ用の母材との差がなくなり、簡易な構造の母材で予備実験を行う利便性が失われてしまう。したがって、予備実験母材に使用するキャピラリ管の数は、実際に製造するＰＢＧＦ用の母材で使用される数よりも少ないものとするのが好ましい。また、図９に示すような中央のキャピラリ管の周囲に２層のキャピラリ管が配列された構造を２層構造と規定すると、４層以下の構造の予備実験母材で予備実験を行なうことが好ましい。
【００３６】
（計算工程）
つぎに、ステップＳ１０２の計算工程について説明する。この計算工程では、ステップＳ１０１の予備実験工程において得られた実用的な設計パラメータである比ｄ０／Λ０、特には限界比ｄ０／Λ０と、任意に選択した空孔間距離Λとを用いて、製造すべきＰＢＧＦの構造における、波長λに対する閉じ込め損失を計算する。そして、さらに波長λを任意の空孔間距離Λで除算して規格化し、この規格化波長λ／Λに対する閉じ込め損失を計算する。この計算として、たとえば有限要素法（ＦＥＭ）によるシミュレーション計算などを用いることができる。
【００３７】
以下、この計算工程について具体的に説明する。はじめに、波長λに対する閉じ込め損失を計算する。図１１は、計算したＰＢＧＦのフィールド分布の一例を示す図である。なお、図１１は、ＦＥＭによるシミュレーション計算を行なったものであり、設計パラメータや構造は以下のように設定している。まず、比ｄ０／Λ０は予備実験工程で得られた０．９７としている。また、任意の空孔間距離Λは、４．０５μｍとしている。この４．０５μｍという値は、非特許文献３において、光通信で用いられている波長１．５５μｍにおいてフォトニックバンドギャップを形成できると報告されている値である。また、コア部は、非特許文献４にも報告されているように、よりシングルモード動作が得られやすい７−ｃｅｌｌ型に設定した。さらに、空孔については、予備実験工程で得られた構造的な特徴を設計パラメータに含めた。具体的には、コア部は各頂点に丸みを加えた六角形とした。その直ぐ外周の空孔については、各頂点に丸みを加えた六角形と五角形とを交互に合計１２個配列させた。また、それよりさらに外周の空孔については、各頂点に丸みを加えた六角形を配列させて、コア部の外周に７層の空孔を配置するようにした。そして、それぞれの形状の空孔に対して近似円の直径を空孔径として設定し、隣接する空孔の六角形または五角形の形状の重心から重心までの距離を空孔間距離に設定した。
【００３８】
図１１に示すように、上記構造に設定して計算したＰＢＧＦは、その中心のコア部に殆どの光のフィールドが閉じ込められていた。また、波長λに対する閉じ込め損失についても、波長１．５５μｍにおいて低い値となり、フォトニックバンドギャップが形成されることが確認された。
【００３９】
つぎに、上記計算において得られた、波長λに対する閉じ込め損失において、波長λを任意の空孔間距離Λで除算して規格化し、この規格化波長λ／Λに対する閉じ込め損失を算出する。
【００４０】
図１２は、規格化波長λ／Λに対する閉じ込め損失の特性を示す図である。この図１２においては、規格化波長λ／Λが０．３７近傍で閉じ込め損失が最小になっている。
【００４１】
なお、この０．３７という規格化波長λ／Λの値は、予備実験工程で得られた実用的な設計パラメータである比（特には限界比）ｄ０／Λ０、および空孔の構造的な特徴に依存した値である。
【００４２】
（空孔間距離設定工程）
つぎに、ステップＳ１０３の空孔間距離設定工程について説明する。この空孔間距離設定工程では、ステップＳ１０２の計算工程において得られた、閉じ込め損失が最小値近傍となる規格化波長λ／Λの値から、製造すべきＰＢＧＦによって伝送させたい光の波長である伝送波長λ１に対する、設定空孔間距離Λ１を算出する。たとえば、規格化波長λ／Λの値として上述した０．３７という値を用いる場合は、以下の式（１）を用いる。
【００４３】
Λ１＝λ１／０．３７  ・・・  （１）
【００４４】
すなわち、伝送させたい光の波長、すなわちフォトニックバンドギャップを形成したい伝送波長λ１を設定すれば、式（１）を用いて設定空孔間距離Λ１を算出できる。この伝送波長λ１は任意に設定できるものである。たとえば、現在、イッテルビウム（Ｙｂ）添加光ファイバを用いたＹｂ：ファイバレーザ用等で注目が高まっている１．０μｍ帯（およそ１．０〜１．１μｍ）の波長帯域を伝送に使用すべく、フォトニックバンドギャップの中心波長を１．０５μｍに設定しようとすると、式（１）から、設定空孔間距離Λ１は２．８４μｍとなる。
【００４５】
なお、仮に、使用する伝送波長λ１の設定を変更する度に、ＦＥＭ等を用いて波長λに対する閉じ込め損失を計算すると、変更の度に一から計算プロセスを実施しなければならないため、極めて計算時間や計算負荷が掛かることとなる。これに対して、本実施の形態１では、任意に選択した空孔間距離Λを用いて波長λに対する閉じ込め損失を計算し、さらに規格化波長λ／Λに対する閉じ込め損失を算出し、閉じ込め損失が最小値近傍となる規格化波長λ／Λの値から、伝送波長λ１に対する設定空孔間距離Λ１を算出する。これによって、伝送波長λ１を変更する度に閉じ込め損失の計算をしなくてもよいので、計算時間や計算負荷が極めて短縮される。
【００４６】
（線引き工程）
つぎに、ステップＳ１０４の線引き工程について説明する。この線引き工程では、ステップＳ１０１において用いた予備実験母材と同一の部材によってＰＢＧＦ製造用の製造母材を形成し、この製造母材における空孔間距離を、ステップＳ１０３において算出した設定空孔間距離Λ１に設定して、予備実験母材の線引きに用いた線引き装置によって線引きを行なう。
【００４７】
具体的には、たとえば図５に示すキャピラリ管１１をジャケット管の内部に三角格子状に所定の数だけ配置し、このキャピラリ管１１の三角格子状の配列から中央部の７本のキャピラリ管１１を引き抜いて、製造母材を作製する。つぎに、製造母材の下端を溶融してコラプスして下端を封鎖し、図６に示す線引き装置１００を用いて線引きを行なう。なお、ガス加圧装置１０１による加圧や、線引き速度等の条件は、予備実験工程と同様にすることが好ましい。
【００４８】
なお、線引きを行なう際には、線引きするＰＢＧＦの外径を調整して所望の設定空孔間距離Λ１を実現するようにしてもよいが、空孔間距離が設定空孔間距離Λ１になるように加圧、線引き速度等を調整して線引きを行えば、より精度高く設定空孔間距離Λ１を実現できるので好ましい。空孔間距離を設定空孔間距離Λ１になるように調整するには、たとえば線引きの初期や線引きの途中に、線引きしたＰＢＧＦの断面を顕微鏡等によって観察して、その空孔間距離の設定空孔間距離Λ１からのずれを観測し、このずれを修正するように、ＰＢＧＦの外径や、加圧、線引き速度等を設定または制御して、線引きを行なえばよい。
【００４９】
以上説明したように、本実施の形態１に係るステップＳ１０１〜Ｓ１０４の工程によれば、予備実験工程によって得られた実用的な設計パラメータが反映された、所望の光学特性を有する構造のＰＢＧＦを、より確実かつ効率的に製造することができる。
【００５０】
（実施例１）
本発明の実施例１として、伝送波長λ１を１．０５μｍとすべく、目標のｄ／Λを少なくとも０．９５以上、特に０．９７とし、７−ｃｅｌｌ型であり、コア部を囲む空孔層数が７であるＰＢＧＦを、以下のようにして製造した。
【００５１】
はじめに、予備実験工程として、三角格子状に配列させた場合の孔の内径と隣接する孔間の距離との比が０．８５程度となるような、純石英ガラスからなる７本のキャピラリ管を準備した。そして、これらのキャピラリ管を純石英ガラスからなるスタック管の中に、図５に示すような状態で配置して予備実験母材を作製し、線引き装置にて加圧を行いながら線引きを行って予備実験線条体を作製した。このとき、限界比ｄ０／Λ０を得るべく、空孔が可能な限り大きくなるように加圧条件を制御した。作製した予備実験線条体において限界比ｄ０／Λ０を測定したところ、０．９７であった。
【００５２】
つぎに、計算工程として、この限界比ｄ０／Λ０の値と、任意に選択した空孔間距離Λとを用いて、７−ｃｅｌｌ型、７層構造のＰＢＧＦにおける、波長λに対する閉じ込め損失を計算し、さらに、規格化波長λ／Λに対する閉じ込め損失を算出したところ、規格化波長λ／Λが０．３７近傍で閉じ込め損失が最小になった。そこで、空孔間距離設定工程として、式Λ１＝λ１／０．３７においてλ１を１．０５μｍとして設定空孔間距離Λ１を算出したところ、必要な設定空孔間距離Λ１は２．８４μｍであることがわかった。
【００５３】
つぎに、線引き工程として、予備実験母材と同一のキャピラリ管を用いて、７−ｃｅｌｌ型、７層構造のＰＢＧＦの製造のための製造母材を作製し、予備実験と同一の線引き装置を用いて線引きを行って、ＰＢＧＦを製造した。なお、この線引き時には、随時、顕微鏡を用いて線引きしたＰＢＧＦの断面観測を行なって、空孔間距離が設定空孔間距離Λ１よりも小さければＰＢＧＦの外径を拡大し、設定空孔間距離Λ１よりも大きければ外径を縮小する、と言う手法で、ずれを修正するように空孔間距離を調整した。
【００５４】
つぎに、製造したＰＢＧＦについて説明する。図１３は、実施例１に係るＰＢＧＦの断面拡大写真を示す図である。また、図１４は、実施例１に係るＰＢＧＦのフォトニックバンドギャップ特性を示す図である。図１４において、縦軸は規格化パワーを示しており、規格化パワーが大きい値の波長帯域にはフォトニックバンドギャップが形成されていることを示している。
【００５５】
図１４に示すように、フォトニックバンドギャップは、波長１０５０ｎｍすなわち１．０５μｍ付近を中心とした帯域に形成されていることが確認された。すなわち、本実施例１では、予備実験により得られた実用的な設計パラメータを用いて、閉じ込め損失の計算を１回行っただけで、所望のフォトニックバンドギャック特性を有するＰＢＧＦを製造できた。
【００５６】
また、図１５は、本実施例１に係るＰＢＧＦの伝送損失スペクトルを示す図である。図１５に示すように、本実施例１に係るＰＢＧＦは、波長１０５０ｎｍ付近を中心とした帯域において、約０．１ｄＢ／ｍ程度の問題のない低伝送損失となっていた。
【００５７】
つぎに、曲げ特性について説明する。図１６は、本実施例１に係るＰＢＧＦの曲げ特性を示す図である。なお、図１６において、実線は曲げがないときの規格化パワーを示し、破線は３０Φ、すなわち直径３０ｍｍのボビンに１ターンだけ巻きつけて曲げた場合の規格化パワーを示し、一点差線は２０Φのボビンに１ターンだけ巻きつけて曲げた場合の規格化パワーを示している。
【００５８】
図１６に示すように、本実施例１に係るＰＢＧＦは、３０ｍｍΦや２０ｍｍΦの小さな曲げ径にしても、その規格化パワーレベルは曲げない場合とほとんど変わらなかった。すなわち、本実施例１に係るＰＢＧＦでは、曲げ等の外乱に対して極めて安定であることが確認された。この特性は、ＰＢＧＦの大きなメリットの一つである。
【００５９】
（実施例２）
つづいて、本発明の実施例２として、伝送波長λ１を１．１５μｍとすべく、目標のｄ／Λを０．９７とし、７−ｃｅｌｌ型であり、コア部を囲む空孔層数が７であるＰＢＧＦを製造した。ただし、本実施例２に係るＰＢＧＦを製造する際には、予備実験や閉じ込め損失の計算は改めて行なわずに、実施例１の予備実験において得られたパラメータを用いて求めた式であるΛ１＝λ１／０．３７においてλ１を１．１５μｍとして設定空孔間距離Λ１を算出した。このとき、必要な設定空孔間距離Λ１は３．０３μｍであることがわかった。
【００６０】
つぎに、線引き工程として、実施例１と同一のキャピラリ管を用いて、７−ｃｅｌｌ型、７層構造のＰＢＧＦの製造のための製造母材を作製し、実施例１と同一の線引き装置を用いて線引きを行って、ＰＢＧＦを作製した。なお、この線引き時には、随時、顕微鏡を用いて線引きしたＰＢＧＦの断面観測を行なって、空孔間距離が設定空孔間距離Λ１よりも小さければＰＢＧＦの線引き速度を減速し、設定空孔間距離Λ１よりも大きければ線引き速度を加速する、と言う手法で、ずれを修正するように空孔間距離を調整した。
【００６１】
つぎに、製造したＰＢＧＦについて説明する。図１７は、実施例２に係るＰＢＧＦの伝送損失スペクトルを示す図である。図１７に示すように、本実施例２に係るＰＢＧＦは、波長１１５０ｎｍ付近を中心とした帯域においてフォトニックバンドギャップが形成され、波長１１５０ｎｍ付近の低損失帯では、０．３〜０．６ｄＢ／ｍ程度の良好な伝送損失を有し、その他の波長帯域でも２ｄＢ／ｍ以下の問題ない伝送損失を有することが確認された。
【００６２】
このように、本実施例２では、実施例１の予備実験および計算の結果を用いて、時間を要する予備実験と計算とを再度行なわなくとも、所望のフォトニックバンドギャップ特性を有するＰＢＧＦを製造できた。
【００６３】
なお、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。たとえば、上記実施の形態では、ＰＢＧＦは７−ｃｅｌｌ型のものであるが、１９−ｃｅｌｌ型のものや、他の構造のコア部を有するＰＢＧＦでもよい。また、空孔の配列についても、三角格子状に限らず、フォトニックバンドギャップを形成できる配列であればよい。また、予備実験母材やＰＢＧＦの製造母材については、スタックドロー法に限らず、たとえば穿孔法を用いて空孔を形成した母材を用いてもよい。
【００６４】
また、上記実施の形態では、予備実験工程と線引き工程とで、同一の線引き装置いているが、他の線引き装置を用いてもよい。他の線引き装置を用いる場合には、予備実験工程と線引き工程とで、同一の線引き温度条件にて線引きを行うようにする。この線引き温度条件とは、線引き炉内における母材近傍の温度や、温度分布形状を意味する。
【００６５】
また、本発明に係るＰＢＧＦは、コア部のコア径が空孔の空孔間距離の２倍または３倍であり、空孔の空孔径と空孔間距離との比が０．９以上であり、空孔層数が５以上である場合に、空孔構造が複雑で変形も起こしやすい為、製造が困難であり、かつ設計にも時間がかかる光ファイバである。しかしながら、本発明に係る製造方法によれば、かかる構造的特徴を有するＰＢＧＦを比較的容易に実現できる、という理由で特に効果的である。
【符号の説明】
【００６６】
１  ＰＢＧＦ
１ａ  コア部
１ｂ  クラッド部
１ｃ  空孔
１ｃｂ  空孔間距離
１ｃａ  空孔径
１ｄ  ガラス壁
２  予備実験線条体
２ｃ  空孔
２ｄ  ガラス壁
１０〜３０  予備実験母材
１１〜３１  キャピラリ管
１２〜３２  ジャケット管
１００  線引き装置
１０１  ガス加圧装置
１０２  線引き炉
１０２ａ  ヒータ
Ｓ１０１〜Ｓ１０４  ステップ
【図１】
0005520622.tif 000002
【図２】
0005520622.tif 000003
【図３】
0005520622.tif 000004
【図４】
0005520622.tif 000005
【図５】
0005520622.tif 000006
【図６】
0005520622.tif 000007
【図７】
0005520622.tif 000008
【図９】
0005520622.tif 000009
【図１０】
0005520622.tif 000010
【図１２】
0005520622.tif 000011
【図１４】
0005520622.tif 000012
【図１５】
0005520622.tif 000013
【図１６】
0005520622.tif 000014
【図１７】
0005520622.tif 000015
【図８】
0005520622.tif 000016
【図１１】
0005520622.tif 000017
【図１３】
0005520622.tif 000018