(57)【要約】  コア部と、前記コア部の外周に形成され、該コア部の周囲に配置した４〜８個の空孔を有し、該コア部より屈折率が低いクラッド部と、を備え、零分散波長が１１５０ｎｍより短く、１０００ｎｍよりも長い波長の光を基底モードであるＬＰ０１モードのみで伝播させ、波長１０６４ｎｍにおける実効コア断面積が１２μｍ２以下である。これによって、低コストで容易に作製でき、１０００ｎｍ近傍の波長帯において用いる非線形光学デバイスに適したシングルモードの光ファイバおよびこれを用いた光学デバイスを提供する。
2009133634.tif 000002
【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、該コア部の周囲に配置した４〜８個の空孔を有し、該コア部より屈折率が低いクラッド部と、
を備え、零分散波長が１１５０ｎｍより短く、１０００ｎｍよりも長い波長の光を基底モードであるＬＰ０１モードのみで伝播させ、波長１０６４ｎｍにおける実効コア断面積が１２μｍ２以下であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記零分散波長と一致する波長の光をＬＰ０１モードのみで伝播させる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】
前記零分散波長を中心波長とした２００ｎｍの波長範囲における伝播損失の最大値と最小値との差が２０ｄＢ／ｋｍ以下である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】
前記実効コア断面積が１０μｍ２以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記実効コア断面積が８．０μｍ２以下であることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記零分散波長が１１００ｎｍより短いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記零分散波長が１０５０ｎｍより短い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】
波長１０００〜１１５０ｎｍにおける伝播損失が２０ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項９】
波長１５００〜１６２５ｎｍにおける伝播損失が２０ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記コア部はゲルマニウムまたはリンを添加したシリカガラスであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項１１】
前記コア部の前記クラッド部に対する比屈折率差は１．０〜３．０％であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項１２】
前記コア部の直径は５μｍより小さいことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項１３】
前記直径は４．５μｍより小さいことを特徴とする請求項１２に記載の光ファイバ。
【請求項１４】
前記クラッド部は６個の空孔を有し、該空孔は前記コア部を中心として６回回転対称性を有するように配置していることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項１５】
前記空孔の直径は１．０μｍ以上であり３．０μｍより小さいことを特徴とする請求項１４のいずれか一つに記載の光ファイバ。
【請求項１６】
前記コア部と前記各空孔との間隔は０．１〜１．１μｍであることを特徴とする請求項１４または１５に記載の光ファイバ。
【請求項１７】
前記間隔は０．９μｍ以下であることを特徴とする請求項１６に記載の光ファイバ。
【請求項１８】
前記間隔は０．６μｍ以下であることを特徴とする請求項１７に記載の光ファイバ。
【請求項１９】
光源と、
前記光源からの光を受け付ける光入力部と、
前記光入力部から入力した光によって非線形光学現象を生じさせる請求項１〜１８のいずれか一つに記載の光ファイバと、
前記非線形光学現象によって発生した光を出力する光出力部と、
を備えることを特徴とする光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバおよびこれを用いた光学デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、たとえば発振波長が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザや、発振波長が約１１００ｎｍであるイットリビウム添加光ファイバ（ｙｔｔｅｒｂｉｕｍ  ｄｏｐｅｄ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ、ＹＤＦ）を用いた光ファイバレーザなどの、１０００ｎｍ近傍の波長を有する光強度の高いレーザ光を出力するレーザ光源が成熟してきている。これに伴い、これらの光源を励起光源として用いたＳＣ（ｓｕｐｅｒｃｏｎｔｉｎｕｕｍ）光発生技術をはじめとする非線形光学デバイスが注目されている。このような非線形光学デバイスに用いる光ファイバには、励起光の波長近傍に零分散波長を有し、かつ光学非線形性が高いことが要求される。【０００３】
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零となる零分散波長を所望の波長に設定することが出来る。【０００４】
しかしながら、構造分散の調整によって零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よりも短い波長に零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よりも短い波長に零分散波長を設定することは困難である。【０００５】
これに対し、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零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の足し合わせることによって、波長分散値を零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、コア部の実効屈折率が低い。その結果、光の漏れ損失が大きくなりやすい。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。【０００６】
一方、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、ホールアシストファイバは、上記のフォトニッククリスタルファイバとは異なり、クラッド部よりも屈折率の高いコア部を有するため、コア部の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漏れ損失を抑制することが容易である。【０００７】
【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】
【０００８】
ところで、１０００ｎｍ近傍の波長に零分散波長を有し、この波長帯域において特に非線形光学デバイス用として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の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。また、ホールアシストファイバの場合は、構造分散を調整して零分散波長を１０００ｎｍ近傍に移動させようとすると、光の閉じ込めが強くなり、光が高次モードで伝播しやすくなるため、零分散波長でのシングルモードでの動作が困難になるという問題があった。【０００９】
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、１０００ｎｍ近傍の波長帯において用いる非線形光学デバイスに適したシングルモードの光ファイバおよびこれを用いた光学デバイス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、コア部と、前記コア部の外周に形成され、該コア部の周囲に配置した４〜８個の空孔を有し、該コア部より屈折率が低いクラッド部と、を備え、零分散波長が１１５０ｎｍより短く、１０００ｎｍよりも長い波長の光を基底モードであるＬＰ０１モードのみで伝播させ、波長１０６４ｎｍにおける実効コア断面積が１２μｍ２以下であることを特徴とする。【００１１】
また、本発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記零分散波長と一致する波長の光をＬＰ０１モードのみで伝播させることを特徴とする。【００１２】
また、本発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記零分散波長を中心波長とした２００ｎｍの波長範囲における伝播損失の最大値と最小値との差が２０ｄＢ／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、上記発明において、前記実効コア断面積が１０μｍ２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、上記発明において、前記実効コア断面積が８．０μｍ２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、上記発明において、前記零分散波長が１１００ｎｍより短いことを特徴とする。【００１６】
また、本発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記零分散波長が１０５０ｎｍより短いことを特徴とする。【００１７】
また、本発明に係る光ファイバは、上記発明において、波長１０００〜１１５０ｎｍにおける伝播損失が２０ｄＢ／ｋｍ以下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、上記発明において、波長１５００〜１６２５ｎｍにおける伝播損失が２０ｄＢ／ｋｍ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シリカガラスであることを特徴とする。【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１．０〜３．０％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、上記発明において、前記コア部の直径は５μｍより小さいことを特徴とする。【００２２】
また、本発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記直径は４．５μｍより小さいことを特徴とする。【００２３】
また、本発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記クラッド部は６個の空孔を有し、該空孔は前記コア部を中心として６回回転対称性を有するように配置していることを特徴とする。【００２４】
また、本発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記空孔の直径は１．０μｍ以上であり３．０μｍより小さいことを特徴とする。【００２５】
また、本発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記コア部と前記各空孔との間隔は０．１〜１．１μｍであることを特徴とする。【００２６】
また、本発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記間隔は０．９μｍ以下であることを特徴とする。【００２７】
また、本発明に係る光ファイバは、上記発明において、前記間隔は０．６μｍ以下であることを特徴とする。【００２８】
また、本発明に係る光学デバイスは、光源と、前記光源からの光を受け付ける光入力部と、前記光入力部から入力した光によって非線形光学現象を生じさせる上記発明のいずれか一つに係る光ファイバと、前記非線形光学現象によって発生した光を出力する光出力部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、低コストで容易に作製でき、１０００ｎｍ近傍の波長帯において用いる非線形光学デバイスに適したシングルモードの光ファイバおよびこれを用いた光学デバイスを実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバの模式的な断面図である。
【図２】図２は、計算例１〜６における光ファイバの比屈折率差Δ１と空孔径との設定値を示す図である。
【図３】図３は、計算例１〜６について、コア径と波長１０６４ｎｍにおける実効コア断面積との関係を示す図である。
【図４】図４は、計算例７〜１２における空孔径と間隔Ｌの設定値を示す図である。
【図５】図５は、計算例７〜１２について、コア径と、カットオフ波長が１０００ｎｍ以下となる比屈折率差Δ１の上限値との関係を示す図である。
【図６】図６は、計算例１３〜１６における光ファイバのコア径と空孔径との設定値を示す図である。
【図７】図７は、計算例１３〜１６について、間隔Ｌとカットオフ波長が１０００ｎｍ以下となる比屈折率差Δ１の上限値との関係を示す図である。
【図８】図８は、計算例１７〜２５における光ファイバのコア径、空孔径、および間隔Ｌとの設定値と、カットオフ波長が１０００ｎｍ以下となる比屈折率差Δ１の上限値とを示す図である。
【図９】図９は、計算例２６〜３０における光ファイバのコア径、空孔径、および比屈折率差Δ１の設定値を示す図である。
【図１０】図１０は、計算例２６〜３０について、間隔Ｌと零分散波長との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、計算例３１〜５０における光ファイバのコア径、空孔径、および比屈折率差Δ１の設定値を示す図である。
【図１２】図１２は、計算例３１〜３５について、間隔Ｌと零分散波長との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、計算例３６〜４０について、間隔Ｌと零分散波長との関係を示す図である。
【図１４】図１４は、計算例４１〜４５について、間隔Ｌと零分散波長との関係を示す図である。
【図１５】図１５は、計算例４６〜５０について、間隔Ｌと零分散波長との関係を示す図である。
【図１６】図１６は、計算例５１〜５５における光ファイバのコア径、空孔径、間隔Ｌ、および比屈折率差Δ１の設定値と、実効コア断面積と零分散波長との計算値とを示す図である。
【図１７】図１７は、計算例５１〜５５について、比屈折率差Δ１と漏れ損失限界波長との関係を示す図である。
【図１８】図１８は、計算例５６〜５９における光ファイバのコア径、空孔径、間隔Ｌ、および比屈折率差Δ１の設定値と、実効コア断面積と零分散波長との計算値とを示す図である。
【図１９】図１９は、計算例５６〜５９について、比屈折率差Δ１と漏れ損失限界波長との関係を示す図である。
【図２０】図２０は、計算例６０〜６３における光ファイバのコア径、空孔径、間隔Ｌ、および比屈折率差Δ１の設定値と、実効コア断面積と零分散波長との計算値とを示す図である。
【図２１】図２１は、計算例６０〜６３について、比屈折率差Δ１と漏れ損失限界波長との関係を示す図である。
【図２２】図２２は、実施例１の光ファイバの波長分散特性を示す図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態２に係る光ファイバの模式的な断面図である。
【図２４】図２４は、本発明の実施の形態３に係る光ファイバの模式的な断面図である。
【図２５】図２５は、本発明の実施の形態４に係る光ファイバの模式的な断面および対応する屈折率分布形状を示す図である。
【図２６】図２６は、計算例６４〜７５における光ファイバのコア径、空孔径、間隔Ｌの設定値と、カットオフ波長、実効コア断面積、零分散波長の計算値とを示す図である。
【図２７】図２７は、本発明の実施の形態５に係る光ファイバの模式的な断面および対応する屈折率分布形状を示す図である。
【図２８】図２８は、計算例７６〜７８における光ファイバのコア径、空孔径、間隔Ｌの設定値と、カットオフ波長、実効コア断面積、零分散波長の計算値とを示す図である。
【図２９】図２９は、本発明の実施の形態６に係る光学デバイスの模式的なブロック図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０〜５０、６０ａ  光ファイバ
１１〜５１  コア部
１２〜５２  クラッド部
１３〜５３  空孔
４２ａ、５２ａ  低屈折率層
６０  光源
７０  光入力部
８０  光出力部
１００  光学デバイス
Ｌ１  パルスレーザ光
Ｌ２  ＳＣ光
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ２１  屈折率分布形状
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバおよび光学デバイス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。すなわち、ある光ファイバのカットオフ波長よりも長い波長を有する光であれば、その光ファイバ中を基底モードであるＬＰ０１モードのみで伝播する。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。【００３３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る光ファイバの模式的な断面図である。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と、コア部１１の外周に形成されたクラッド部１２とを備えている。【００３４】
コア部１１は、ゲルマニウムを添加したシリカガラスである。クラッド部１２は、屈折率調整用の添加物を実質的に含まない純シリカガラスであり、コア部１１より屈折率が低い。コア部１１のクラッド部１２に対する比屈折率差Δ１はたとえば２．１％である。なお、比屈折率差Δ１は、コア部１１の最大屈折率をｎcore、クラッド部１２の屈折率をｎcladとすると、下記式（１）で定義される。
△１＝｛（ｎcore−ｎclad）／ｎcore｝×１００  （％）        （１）【００３５】
また、コア部１１の直径（コア径）はたとえば３．２７μｍであり、クラッド部１２の直径（クラッド径）は８０μｍである。なお、コア部１１のコア径とは、コア部１１とクラッド部１２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として定義される。【００３６】
クラッド部１２は、コア部１１の周囲に配置した６個の空孔１３を有している。これらの空孔１３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６０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、これらの空孔１３は、コア部１１を中心として６回回転対称性を有するように配置している。各空孔１３の直径（空孔径）はたとえば１．８μｍであり、コア部１１と各空孔１３との間隔Ｌはたとえば０．２６５μｍである。なお、コア部１１と各空孔１３との間隔Ｌは、コア径により規定されるコア部１１の外縁と空孔１３の内縁とを結ぶ最短距離として定義される。【００３７】
このように空孔１３の数を６個にすることによって、コア部１１と空孔１３との間隔Ｌを十分に保ったまま、構造分散の変位量を十分とすることができるとともに、実効コア断面積を十分に小さくすることができる。【００３８】
この光ファイバ１０は、上記構造を有することによって、零分散波長が約１０４０ｎｍとなり、カットオフ波長が９９０ｎｍとなり、波長１０６４ｎｍにおける実効コア断面積が６．４μｍ２となる。すなわち、この光ファイバ１０は、零分散波長が１１５０ｎｍより短く、上記零分散波長を含む１０００ｎｍよりも長い波長の光を基底モードであるＬＰ０１モードのみで伝播し、波長１０６４ｎｍにおける実効コア断面積が１２μｍ２以下という特性を実現し、１０００ｎｍ近傍の波長帯において用いる非線形光学デバイスに適したシングルモードの光ファイバとなる。
たとえば、零分散波長が１１５０ｎｍよりも小さいことで、１０００ｎｍ近傍の波長帯域における波長分散の絶対値を小さくすることができ、１０６４ｎｍでの波長分散の絶対値を２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下にすることが可能となる。また、波長１０６４ｎｍにおける実効コア断面積を１２μｍ２以下とすることで、波長１０６４ｎｍにおいて非線形定数１３／Ｗ／ｋｍ以上の大きな非線形効果が期待できる。【００３９】
さらに、この光ファイバ１０は、零分散波長を中心波長とした９４０〜１１５０ｎｍにわたる幅２００ｎｍ以上の波長範囲における伝播損失の最大値と最小値との差が２０ｄＢ／ｋｍ以下となっており、この波長範囲において漏れ損失がほとんどないものとなっている。【００４０】
以下、具体的に説明する。前述のように、石英系ガラスからなる光ファイバの場合、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１０００ｎｍの近傍において構造分散の変位量は小さい。したがって、波長１０００ｎｍの近傍においては、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、零とはならない。【００４１】
一方、本実施の形態１に係る光ファイバ１０は、クラッド部１２内に空孔１３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、零分散波長を１１５０ｎｍより短くなるようにしている。【００４２】
さらに、この光ファイバ１０においては、コア部１１および空孔１３の特性を適宜に設定することによって、零分散波長が１１５０ｎｍより短く、１０００ｎｍよりも長い波長の光を基底モードであるＬＰ０１モードのみで伝播し、波長１０６４ｎｍにおける実効コア断面積が１２μｍ２以下という特性を実現している。【００４３】
以下、光ファイバ１０のコア部１１および空孔１３の好ましい特性についてさらに具体的に説明する。【００４４】
はじめに、コア部１１について説明する。コア部１１は、ゲルマニウムを添加したシリカガラスであるので、コア部１１を伝播する光の伝播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。なお、コア部１１には、ゲルマニウムに換えて、またはゲルマニウムとともにリンを添加してもよい。また、クラッド部１２は、純シリカガラスに換えてフッ素を添加して屈折率を低くしたシリカガラスとしてもよい。なお、コア部１１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１２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。【００４５】
また、コア部１１の比屈折率差Δ１については、１．０％以上であれば、コア部１１に含まれるゲルマニウムやリンなどのドーパントの量が多くなるためコア部１１の非線形屈折率が高くなり、高い光学非線形性を実現できるので好ましい。また、３．０％以下であれば、コア部１１に含まれるドーパントの量が、コア部１１の機械的強度の低下が防止される程度に抑制される。その結果、コア部１１の近傍に空孔１３を形成する場合にコア部１１が割れるおそれがなくなるため、製造性が高くなり好ましい。【００４６】
また、この光ファイバ１０は、コア部１１の比屈折率差Δ１が０％より高いので、通常のフォトニッククリスタルファイバよりも融着接続性が優れている。すなわち、通常のフォトニッククリスタルファイバは、コア部とクラッド部との屈折率が同一であり、空孔のみによってコア部に光を閉じ込めているため、融着接続の際に接続部において空孔が潰れたり変形したりすると、光の閉じ込めが弱くなってしまい、光が漏洩して接続損失が増大する。一方、この光ファイバ１０は、融着接続の際に空孔が潰れたり変形したりしても、コア部１１とクラッド部１２との屈折率差によって光が閉じ込められるため、接続損失はきわめて低くなる。【００４７】
つぎに、空孔１３について説明する。はじめに、空孔１３の空孔径については、空孔１３の形成による構造分散の変位量を十分とするためには１．０μｍ以上が好ましい。空孔径が１．０μｍより小さい場合、構造分散の変位量を十分に大きくするためには、例えばコア部１１に空孔１３を食い込ませる構造としなければならない。しかし、この構造を採用した場合、空孔１３による構造的な伝播損失の増加や、製造時に空孔１３の内表面にＯＨ基が生成し、このＯＨ基に起因する吸収損失が大きくなるため好ましくない。また、空孔１３を形成する方法として、光ファイバ母材に対して機械式ドリルを用いて穿孔加工を行う方法を採用する場合、空孔径を１．０μｍより小さくするためには、穿孔加工によって光ファイバ母材に１ｍｍ程度より小さい空孔を形成しなければならないので、製造上非常に困難である。また、穿孔する空孔径が１ｍｍより小さくなると、空孔同士の空孔径のバランスの変化や空孔の変形による光学特性への影響が大きくなるため好ましくない。また、空孔１３の空孔径は３．０μｍより小さくする必要があるが、その理由については後述する。【００４８】
以下、コア部１１と空孔１３との特性について、シミュレーションにより計算した光ファイバ１０の光学特性と関連させてさらに具体的に説明する。【００４９】
はじめに、光ファイバ１０のコア部１１のコア径と実効コア断面積との関係について、計算例１〜６を用いて説明する。なお、計算例１〜６では、光ファイバ１０において、間隔Ｌを０．１μｍに固定し、比屈折率差Δ１と空孔径とを変えて、コア径と波長１０６４ｎｍにおける実効コア断面積との関係を計算している。図２は、計算例１〜６における光ファイバの比屈折率差Δ１と空孔径との設定値を示す図である。【００５０】
図３は、計算例１〜６について、コア径と波長１０６４ｎｍにおける実効コア断面積との関係を示す図である。図３に示すように、実効コア断面積はコア径に大きく依存する。そして、コア径が５．０μｍより小さければ、実効コア断面積を１２μｍ２以下とすることができ、高い光学非線形性を実現することができる。さらに、コア径が４．５μｍより小さければ、実効コア断面積を１０μｍ２以下とすることができ、コア径が４．０μｍより小さければ、実効コア断面積を８μｍ２以下とすることができ、さらに高い光学非線形性を実現することができる。【００５１】
したがって、コア部１１のコア径については、５．０μｍより小さいことが好ましく、４．５μｍより小さいことがさらに好ましい。さらに後述するようにコア径が小さくなるに従い、長波長領域において光が漏れやすくなるため、コア径は、２．０μｍ以上が好ましい。【００５２】
つぎに、光ファイバ１０のカットオフ波長について、計算例７〜１２を用いて説明する。なお、計算例７〜１２では、光ファイバ１０において、空孔径を、本実施の形態１において好ましい値の下限値である１．０μｍに固定し、間隔Ｌを変えて、コア径と、カットオフ波長が１０００ｎｍとなる比屈折率差Δ１の値との関係を計算している。なお、ここで計算した比屈折率差Δ１の値は、カットオフ波長が１０００ｎｍ以下となる比屈折率差Δ１の上限値を示すものである。図４は、計算例７〜１２における空孔径と間隔Ｌの設定値を示す図である。なお、計算例７〜１２においては、零分散波長と実効コア断面積とが変化するので、図４には計算例７〜１２における零分散波長と実効コア断面積との取りうる範囲も示している。図４に示すように、間隔Ｌが１．２μｍの場合は零分散波長が１１５０ｎｍより短くならない。また、間隔Ｌが０．９μｍ以下の場合は零分散波長を１１５０ｎｍ以下とでき、０．７μｍ以下の場合は１１００ｎｍ以下とでき、０．５μｍ以下の場合は１０５０ｎｍ以下とできる。また、計算例７〜１１の場合は、カットオフ波長が１０００ｎｍ以下であり、零分散波長よりも短波とすることができるので、零分散波長と一致する波長の光を基底モードであるＬＰ０１モードのみで伝播させることができる。【００５３】
したがって、コア部１１と空孔１３との間隔Ｌは、１．１μｍ以下、さらには０．９μｍ以下、さらには０．６μｍ以下が好ましい。また、コア部１１の近傍に空孔１３を形成する際のコア部１１の割れと、空孔１３の内表面に生成するＯＨ基に起因する吸収損失の増大とを防止するために、コア部１１と空孔１３との間隔Ｌは、０．１μｍ以上であることが好ましい。【００５４】
一方、図５は、計算例７〜１２について、コア径と、カットオフ波長が１０００ｎｍ以下となる比屈折率差Δ１の上限値との関係を示す図である。光ファイバ１０において、空孔径が１．０μｍの場合は、比屈折率差Δ１を、図５に示す上限値以下の値とすれば、カットオフ波長を１０００ｎｍ以下とでき、１０００ｎｍよりも長い波長の光を基底モードであるＬＰ０１モードのみで伝播させることができる。【００５５】
なお、空孔径がさらに大きい場合は、計算例７〜１２の場合よりも、空孔１３による閉じ込め効果がより大きくなり、光がより高次モードで伝播しやすくなる。したがって、１０００ｎｍよりも長い波長の光をＬＰ０１モードのみで伝播させるためには、比屈折率差Δ１の上限値を、図５に示す上限値よりも低くする必要がある。【００５６】
つぎに、光ファイバ１０の空孔１３の空孔径の範囲について、計算例１３〜１６および計算例１７〜２５を用いて説明する。計算例１３〜１６では、光ファイバ１０において、コア径を３．０μｍに固定し、空孔径を変えて、間隔Ｌと、カットオフ波長が１０００ｎｍ以下となる比屈折率差Δ１の上限値との関係を計算している。図６は、計算例１３〜１６における光ファイバのコア径と空孔径との設定値を示す図である。【００５７】
図７は、計算例１３〜１６について、間隔Ｌとカットオフ波長が１０００ｎｍ以下となる比屈折率差Δ１の上限値との関係を示す図である。図７に示すように、空孔径が１．０〜２．５μｍである計算例１３〜１５については、比屈折率差Δ１が１．０〜３．０％の条件においてカットオフ波長が１０００ｎｍまたはそれ以下になる条件が存在する。しかしながら、空孔径が３．０μｍである計算例１６については、比屈折率差Δ１が１．０〜３．０％の条件においてカットオフ波長を１０００ｎｍ以下にするには、間隔Ｌを１．２μｍまで大きくする必要がある。しかしながら、間隔Ｌを１．２μｍまで大きくすると、図４の計算例１２に示すように、零分散波長が１１５０ｎｍより短くならない。したがって、比屈折率差Δ１が１．０〜３．０％の条件においてカットオフ波長を１０００ｎｍ以下にしつつ零分散波長を１１５０ｎｍよりも短くするには、空孔径を３．０μｍよりも小さくする必要がある。【００５８】
また、図８は、計算例１７〜２５における光ファイバのコア径、空孔径、および間隔Ｌとの設定値と、カットオフ波長が１０００ｎｍ以下となる比屈折率差Δ１の上限値を示す図である。この計算例１７〜２５においては、コア径を４．０μｍまたは４．５μｍに固定して計算を行なっている。図８に示すように、計算例１７〜２５の条件においても、空孔径が３．０μｍでは、比屈折率差Δ１が１．０〜３．０％の条件においてカットオフ波長を１０００ｎｍ以下にすることができない。【００５９】
つぎに、光ファイバ１０の零分散波長について、計算例２６〜５０を用いて説明する。計算例２６〜３０では、光ファイバ１０において、コア径を２．０μｍ、空孔径を１．３μｍに固定し、比屈折率差Δ１を１．０〜３．０％の範囲で変えて、間隔Ｌと零分散波長との関係を計算している。図９は、計算例２６〜３０における光ファイバのコア径、空孔径、および比屈折率差Δ１の設定値を示す図である。【００６０】
図１０は、計算例２６〜３０について、間隔Ｌと零分散波長との関係を示す図である。なお、図１０においては、零分散波長においてＬＰ０１モードの光が伝播する場合のみを示している。図１０に示すように、間隔Ｌの増大に応じて零分散波長は増大している。【００６１】
また、図１１は、計算例３１〜５０における光ファイバのコア径、空孔径、および比屈折率差Δ１の設定値を示す図である。なお、この計算例３１〜５０においては、コア径を２．５〜４．０μｍの所定値に固定し、これに対して空孔径を１．５〜２．５μｍの所定値に固定して計算を行なっている。図１２〜１５は、それぞれ計算例３１〜３５、計算例３６〜４０、計算例４１〜４５、計算例４６〜５０について、間隔Ｌと零分散波長との関係を示す図である。図１２〜１５に示すように、計算例３１〜５０の条件においても、間隔Ｌの増大に応じて零分散波長は増大しているが、コア径が大きくなるに従ってその変化量は小さくなっている。以上図９〜１５に示すように、間隔Ｌが１．１μｍ以下であれば、零分散波長を１１５０ｎｍより短くすることができる。さらに、間隔Ｌが０．９μｍ以下であれば、零分散波長を１１００ｎｍ以下とすることができる。さらに、間隔Ｌが０．６μｍ以下であれば、零分散波長を１０５０ｎｍ以下とすることができる。【００６２】
つぎに、光ファイバ１０の伝播損失について説明する。この光ファイバ１０のように、コア部１１の周囲に空孔１３部を配置する場合、空孔１３の影響によりコア部１１の実効屈折率がクラッド部１２の屈折率よりも小さくなると、コア部１１からクラッド部１２への光が漏洩し、漏れ損失が生じやすくなる。また、コア部１１のコア径が小さくなるに従い、長波長領域における光が漏れやすくなる。以下では、計算例５１〜６３を用いて、この光ファイバ１０は漏れ損失が十分に小さく、漏れ損失を含めた伝播損失も十分に小さいことを説明する。【００６３】
はじめに、計算例５１〜５５では、光ファイバ１０において、コア径を２．５μｍ、空孔径を１．５μｍに固定し、間隔Ｌを０．１〜０．９μｍの範囲で変えるとともに、比屈折率差Δ１を１．０〜３．０％の範囲内で適宜変えた場合の、実効コア断面積、零分散波長、および漏れ損失を計算している。図１６は、計算例５１〜５５における光ファイバのコア径、空孔径、間隔Ｌ、および比屈折率差Δ１の設定値と、実効コア断面積と零分散波長との計算値を示す図である。なお、計算例５１〜５５に係る光ファイバは、カットオフ波長が１０００ｎｍ以下、零分散波長が１１５０ｎｍより短い、および実効コア断面積が１２μｍ２以下という条件を満たすものである。【００６４】
つぎに、図１７は、計算例５１〜５５について、比屈折率差Δ１と漏れ損失が１ｄＢ／ｋｍとなる波長（以下、漏れ損失限界波長とする）との関係を示す図である。なお、漏れ損失は、漏れ損失限界波長よりも長波長の領域においてたとえば１０,０００ｄＢ／ｋｍ以上にまで急激に増大する。図１７に示すように、漏れ損失限界波長は、Δ１を高くしたり、間隔Ｌを大きくするに従い、より長波長となる。【００６５】
また、計算例５６〜５９では、光ファイバ１０において、コア径を３．０μｍ、空孔径を１．０μｍに固定し、間隔Ｌを０．１〜０．７μｍの範囲で変えるとともに、比屈折率差Δ１を１．０〜３．０％の範囲内で適宜変えた場合の、実効コア断面積、零分散波長、および漏れ損失を計算している。図１８は、計算例５６〜５９における光ファイバのコア径、空孔径、間隔Ｌ、および比屈折率差Δ１の設定値と、実効コア断面積と零分散波長との計算値を示す図である。なお、計算例５６〜５９に係る光ファイバは、カットオフ波長が１０００ｎｍ以下、零分散波長が１１５０ｎｍより短い、および実効コア断面積が１２μｍ２以下という条件を満たすものである。つぎに、図１９は、計算例５６〜５９について、比屈折率差Δ１と漏れ損失限界波長との関係を示す図である。図１９においても、図１７と同様に、漏れ損失限界波長は、Δ１を高くしたり、間隔Ｌを大きくするに従い、より長波長となる。【００６６】
また、計算例６０〜６３では、光ファイバ１０において、コア径を３．５μｍ、空孔径を１．０μｍに固定し、間隔Ｌを０．１〜０．７μｍの範囲で変えるとともに、比屈折率差Δ１を１．０〜３．０％の範囲内で適宜変えた場合の、実効コア断面積、零分散波長、および漏れ損失を計算している。図２０は、計算例６０〜６３における光ファイバのコア径、空孔径、間隔Ｌ、および比屈折率差Δ１の設定値と、実効コア断面積と零分散波長との計算値を示す図である。なお、計算例６０〜６３に係る光ファイバは、カットオフ波長が１０００ｎｍ以下、零分散波長が１１５０ｎｍより短い、および実効コア断面積が１２μｍ２以下という条件を満たすものである。つぎに、図２１は、計算例６０〜６３について、比屈折率差Δ１と漏れ損失限界波長との関係を示す図である。図２１においても、図１７、１９と同様に、漏れ損失限界波長は、Δ１を高くしたり、間隔Ｌを大きくするに従い、より長波長となる。【００６７】
ここで、光ファイバ１０の伝播損失のうち、レイリー散乱等の、漏れ損失以外の原因による損失は０．５ｄＢ／ｋｍ以下程度である。したがって、光ファイバ１０において、漏れ損失限界波長が所望の波長帯よりも長波長になるようにすれば、その波長帯において、伝播損失が２０ｄＢ／ｋｍ以下となり、数十ｍ〜数ｋｍの長さにわたって光を低損失で伝播できる。【００６８】
なお、光ファイバ１０において、波長１０００〜１１５０ｎｍにおける伝播損失が２０ｄＢ／ｋｍ以下になるようにすれば、１０００ｎｍ近傍の波長帯において好適に用いことができるので好ましい。また、零分散波長を中心波長とした２００ｎｍの波長範囲において、伝播損失の最大値と最小値との差が２０ｄＢ／ｋｍ以下になるように、光ファイバ１０の漏れ損失限界波長を設定すれば、たとえば零分散波長近傍でＳＣ光を発生させた場合に、約２００ｎｍの帯域にわたってＳＣ光を低損失で出力することができるので好ましい。【００６９】
また、光ファイバ１０において、波長１５００〜１６２５ｎｍにおける伝播損失が２０ｄＢ／ｋｍ以下になるようにすれば、光ファイバ通信で用いられるＣバンド（約１５３０〜１５６５ｎｍ）とＬバンド（約１５６５〜１６２５ｎｍ）とにおいて光を低損失で伝播できる。したがって、この光ファイバ１０を用いて、たとえば１０００ｎｍ近傍の波長帯の光を励起光として用いて、ＣバンドとＬバンドとにわたってスペクトルが広がるＳＣ光を発生させた場合に、ＣバンドまたはＬバンドの光を低損失で出力して用いることができる。たとえば図１６、１７の計算例５２においては比屈折率差Δ１を３．０％、計算例５４においては比屈折率差Δ１を２．３％以上にすることによって、波長１５００〜１６２５ｎｍにおける伝播損失が２０ｄＢ／ｋｍ以下になるようにすることができる。【００７０】
（実施例１）
本発明の実施例１として、実施の形態１に従う光ファイバを以下の方法で製造した。まず、ＶＡＤ法により、ゲルマニウムがドープされたシリカからなる多孔質母材を作製し、これをガラス化して、コア部を形成するためのシリカガラスからなるコア母材を作製した。このコア母材は、直径が６．５４ｍｍであり、純シリカガラスに対する比屈折率差は２．１％であり、その屈折率分布形状はステップインデックス形状であった。つぎに、このコア母材の外周に純シリカガラス層をＯＶＤ（Ｏｕｔｓｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により形成し、外径４０ｍｍの光ファイバ母材を作製した。つぎに、この光ファイバ母材の端面に機械式ドリルにより穿孔加工を行って、コア母材を中心として６回回転対称性を有するように６つの空孔を形成し、空孔の内面を研磨して空孔径を３．６ｍｍとした。また、母材の中心と空孔部の中心間距離は５．６ｍｍとした。つぎに、空孔を形成した光ファイバ母材を外径１０ｍｍになるように延伸処理し、延伸した光ファイバ母材を外径４０ｍｍ、内径１０ｍｍの純シリカガラスからなるジャケット管に挿入して一体化し、これをクラッド径が８０μｍとなるよう線引きし、実施例１の光ファイバを製造した。【００７１】
製造した実施例１の光ファイバは、コア径が３．２７μｍであり、コア部の比屈折率差Δ１が２．１％であり、クラッド径が８０μｍであり、空孔径はいずれも１．８μｍであり、コア部と空孔との間隔Ｌは０．２６５μｍであった。【００７２】
つぎに、製造した実施例１の光ファイバの光学特性を測定した。図２２は、実施例１の光ファイバの波長分散特性を示す図である。図２２に示すように、実施例１の光ファイバの零分散波長は、約１０４０ｎｍであり、１０５０ｎｍよりも短かった。また、実施例１の光ファイバのカットオフ波長は９９０ｎｍであり、１０００ｎｍよりも長い波長の光をＬＰ０１モードのみで伝播できるものであった。さらに、実施例１の光ファイバは、波長１０００〜１２００ｎｍにおける伝播損失は２．０ｄＢ／ｋｍ以下と十分に低く、また波長９００から１２５０ｎｍにおける伝播損失は１０ｄＢ／ｋｍ以下であり、また波長１５００〜１６２５ｎｍにおける伝播損失は３．０ｄＢ／ｋｍ以下と十分に低かった。また、標準のシングルモード光ファイバと融着接続した際の接続損失は約０．３ｄＢと十分に低かった。【００７３】
（実施例２）
本発明の実施例２として光ファイバを製造した。なお、この実施例２の光ファイバについては、コア母材の直径を４．１８５ｍｍとした点と、空孔径を２．３０４ｍｍとした点、母材中心と空孔部との中心間距離は３．５８３ｍｍとした点、クラッド径が１２５μｍになるように線引きした点以外は、実施例１と同様の方法を用いて製造した。製造した実施例２の光ファイバは、クラッド径が１２５μｍであるが、その他のコア径や空孔径、間隔Ｌ等については実施例１の光ファイバとほぼ同一であり、零分散波長等の光学特性についても実施例１の光ファイバとほぼ同一であった。なお、このようにコア母材の直径等を適宜調整することによって、クラッド径が７０〜１５０μｍとしながら、光学特性が同一である光ファイバを適宜製造できる。【００７４】
（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２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に係る光ファイバとは異なり、クラッド部の空孔が８個である。図２３は、本実施の形態２に係る光ファイバの模式的な断面図である。図２３に示すように、本実施の形態２に係る光ファイバ２０は、コア部２１と、コア部２１の外周に形成されたクラッド部２２とを備えている。【００７５】
クラッド部２２は、コア部２１の周囲に配置した８個の空孔２３を有している。これらの空孔２３は、断面が円状であり、隣接する空孔同士はコア部２１の中心に対して４５度の角度をなすとともに、各空孔がコア部２１の中心から等距離に配置されており、その結果、これらの空孔２３は、コア部２１を中心として８回回転対称性を有するように配置している。【００７６】
この光ファイバ２０においては、コア部２１のコア径が３．０μｍであり、比屈折率差Δ１が２．０％であり、各空孔２３の空孔径が１．０μｍであり、コア部２１と各空孔２３との間隔Ｌが０．５μｍに設定されている。その結果、この光ファイバ２０は、零分散波長が１０６５ｎｍであり、カットオフ波長が９６０ｎｍであり、実効コア断面積が６．４４μｍ２であるという特性を実現している。【００７７】
なお、光ファイバ２０のコア部２１および空孔２３の好ましい特性については、実施の形態１の場合と同様の検討によって適宜決定することができる。【００７８】
（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、２に係る光ファイバとは異なり、クラッド部の空孔が４個である。図２４は、本実施の形態３に係る光ファイバの模式的な断面図である。図２４に示すように、本実施の形態３に係る光ファイバ３０は、コア部３１と、コア部３１の外周に形成されたクラッド部３２とを備えている。【００７９】
クラッド部３２は、コア部３１の周囲に配置した４個の空孔３３を有している。これらの空孔３３は、断面が円状であり、隣接する空孔同士はコア部３１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３１の中心から等距離に配置されており、その結果、これらの空孔３３は、コア部３１を中心として４回回転対称性を有するように配置している。【００８０】
この光ファイバ３０においては、コア部３１のコア径が２．５μｍであり、比屈折率差Δ１が２．５％であり、各空孔３３の空孔径が２．０μｍであり、コア部３１と各空孔３３との間隔Ｌが０．２５μｍに設定されている。その結果、この光ファイバ３０は、零分散波長が１０２５ｎｍであり、カットオフ波長が９００ｎｍであり、実効コア断面積が４．５６μｍ２であるという特性を実現している。【００８１】
なお、光ファイバ３０のコア部３１および空孔３３の好ましい特性については、実施の形態１の場合と同様の検討によって適宜決定することができる。【００８２】
（変形例）
実施の形態３の変形例として、光ファイバ３０において、コア部３１のコア径を３．８μｍ、比屈折率差Δ１を１．３％、各空孔３３の空孔径を４．０μｍ、コア部３１と各空孔３３との間隔Ｌを０．６５μmに設定することができる。この変形例に係る光ファイバの光学特性をシミュレーションにより計算すると、零分散波長が１１３５ｎｍであり、カットオフ波長が１０００ｎｍであり、実効コア断面積は波長１０６４ｎｍにおいて１０．６μｍ２、波長１５５０ｎｍにおいて１２．９μｍ２であり、好ましい特性が実現されている。【００８３】
（実施例３）
本発明の実施例３として、上記変形例に従う光ファイバを製造した。なお、製造方法については実施例１、２と同様である。製造した実施例３の光ファイバの光学特性は、零分散波長が１１３７ｎｍであり、カットオフ波長が９８４ｎｍであり、実効コア断面積は波長１０６４ｎｍにおいて１０．５μｍ２、波長１５５０ｎｍにおいて１２．２μｍ２であり、上記計算結果とほぼ一致した好ましい特性が得られた。また、実施例３の光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける伝播損失が３．１５ｄＢ／ｋｍであり、波長１５００〜１６２５ｎｍにおける伝播損失が５ｄＢ／ｋｍ以下であり、漏れ損失の増大が抑制されていた。【００８４】
（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は、空孔が６個である点では同じであるが、さらにクラッド部が、コア部を囲むように形成された低屈折率層を有する点で異なる。【００８５】
図２５は、本実施の形態４に係る光ファイバの模式的な断面および対応する屈折率分布を示す図である。図２５に示すように、本実施の形態４に係る光ファイバ４０は、コア部４１と、コア部４１の外周に形成されたクラッド部４２とを備え、クラッド部４２は、コア部４１の周囲に配置した６個の空孔４３を有している。これらの空孔４３は、コア部４１を中心として６回回転対称性を有するように配置している。さらに、この光ファイバ４０においては、クラッド部４２がコア部４１を囲むように形成された低屈折率層４２ａを有する。【００８６】
一方、図２５において、屈折率分布形状Ｐ１は、コア部４１の中心軸を通るとともに空孔４３を含まない断面における屈折率分布形状を示している。また、Δ１１はコア部４１の比屈折率差を示し、Δ２１は、低屈折率層４２ａの、低屈折率層４２ａ以外の部分のクラッド部４２に対する比屈折率差を示す。この屈折率分布形状Ｐ１が示すように、この低屈折率層４２ａの屈折率は、クラッド部４２の屈折率よりも低くなっている。このように、低屈折率層４２ａがコア部４１を囲むように形成されていることによって、コア部４１への光の閉じ込めがさらに強くなり、実効コア断面積が減少するので、光ファイバ４０の光学非線形性が一層高くなる。【００８７】
なお、比屈折率差Δ１１はたとえば２．０２％であり、比屈折率差Δ２１はたとえば−０．２％である。また、光ファイバ４０のコア部４１のコア径ａ１はたとえば３．０〜３．３μｍであり、低屈折率層４２ａの外径ｂ１はたとえば３．６μｍである。なお、低屈折率層４２ａの外径ｂ１とは、低屈折率層４２ａの外周境界領域でΔ２１の１／２の比屈折率差を有する位置における径として定義される。また、各空孔４３の空孔径はたとえば１．０〜１．２５μｍであり、コア部４１と各空孔４３との間隔Ｌはたとえば０．２〜０．４３μｍである。【００８８】
つぎに、この光ファイバ４０の光学特性をシミュレーションにより計算した結果について説明する。図２６は、計算例６４〜７５における光ファイバのコア径、空孔径、間隔Ｌの設定値と、カットオフ波長、実効コア断面積、零分散波長の計算値とを示す図である。なお、計算例６４〜７５では、光ファイバ４０において、比屈折率差Δ１１を２．０２％、比屈折率差Δ２１を−０．２％、外径ｂ１を３．６μｍに固定している。また、実効コア断面積は波長１０６４ｎｍにおける値を示している。【００８９】
図２６に示すように、この光ファイバ４０は、１０００ｎｍ以下のカットオフ波長と、１１００ｎｍより短い零分散波長とを有するとともに、波長１０６４ｎｍにおける実効コア断面積が７．０μｍ２以下と小さくなっている。また、計算例６４〜７５においては、波長１６２５ｎｍよりも短い波長における光ファイバ４０の漏れ損失がいずれも０．０１ｄＢ／ｋｍ以下であった。したがって、レイリー散乱等の漏れ損失以外の原因による損失を含めた伝播損失は２０ｄＢ／ｋｍ以下になることが期待される。【００９０】
（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に係る光ファイバは、実施の形態４に係る光ファイバとは、クラッド部が低屈折率層を有する点では同じであるが、コア部の屈折率分布形状がα乗形状を含む点で異なる。【００９１】
図２７は、本実施の形態５に係る光ファイバの模式的な断面および対応する屈折率分布を示す図である。図２７に示すように、本実施の形態５に係る光ファイバ５０は、コア部５１と、コア部５１の外周に形成されたクラッド部５２とを備え、クラッド部５２は、コア部５１の周囲に配置した６個の空孔５３を有している。これらの空孔５３は、コア部５１を中心として６回回転対称性を有するように配置している。また、この光ファイバ５０においては、クラッド部５２がコア部５１を囲むように形成された低屈折率層５２ａを有する。【００９２】
また、屈折率分布形状Ｐ２は、コア部５１の中心軸を通るとともに空孔５３を含まない断面における屈折率分布形状を示している。また、Δ１２はコア部５１の比屈折率差を示し、Δ２２は、低屈折率層５２ａの、低屈折率層５２ａ以外の部分のクラッド部５２に対する比屈折率差を示す。この屈折率分布形状Ｐ２が示すように、この低屈折率層５２ａの屈折率は、クラッド部５２の屈折率よりも低くなっている。その結果、光ファイバ４０の場合と同様に、実効コア断面積が減少するので、光ファイバ５０の光学非線形性が一層高くなる。【００９３】
さらに、屈折率分布形状Ｐ２において、コア部５１の屈折率分布形状Ｐ２１がα＝２のα乗形状を含んでいる。すなわち、中心から外周方向への距離ｒの位置におけるコア部５１の比屈折率差をΔ（ｒ）、コア部５１のコア径をａ２とすると、屈折率分布形状Ｐ２１は、下記式（２）で示されるような形状を有している。
Δ（ｒ）＝１．０２×｛１−（２ｒ／ａ２）＾α｝＋１  （％）        （２）
なお、式（２）において、記号「＾」はべき乗を表す記号である。【００９４】
すなわち、式（２）に示すように、コア部５１の屈折率分布形状Ｐ２１は、中心（ｒ＝０）からΔ（ｒ）が１％となる距離（ｒ＝ａ２）まではα乗形状を有し、ｒがａ２より大きくなると、比屈折率差が急激に０％にまで減少しており、ステップインデックス形状とほぼ同様の形状を有している。Δ３は比屈折率差が１％となる高さを示している。なお、上記実施の形態１〜４に係る光ファイバ１０〜４０の場合とは異なり、この光ファイバ５０の場合は、コア部５１のコア径は、Δ（ｒ）が１％となる位置における径として定義される。【００９５】
なお、比屈折率差Δ１２はたとえば２．０２％であり、比屈折率差Δ２２はたとえば−０．２％である。また、たとえば、光ファイバ５０の低屈折率層５２ａの外径ｂ２は、コア部５１のコア径ａ２の２．２７倍である。【００９６】
つぎに、この光ファイバ５０の光学特性をシミュレーションにより計算した結果について説明する。図２８は、計算例７６〜７８における光ファイバのコア径、空孔径、間隔Ｌの設定値と、カットオフ波長、実効コア断面積、零分散波長の計算値とを示す図である。なお、計算例７６〜７８では、光ファイバ５０において、比屈折率差Δ１２を２．０２％、比屈折率差Δ２２を−０．２％に固定し、外径ｂ２をコア径ａ２の２．２７倍になるように変化させている。また、実効コア断面積は波長１０６４ｎｍにおける値を示している。【００９７】
図２８に示すように、この光ファイバ５０は、１０００ｎｍ以下のカットオフ波長と、１１００ｎｍより短い零分散波長とを有するとともに、波長１０６４ｎｍにおける実効コア断面積が６．０μｍ２以下と小さくなっている。また、計算例７６〜７８においても、波長１６２５ｎｍよりも短い波長における光ファイバ５０の漏れ損失がいずれも０．０１ｄＢ／ｋｍ以下となっており、伝播損失が２０ｄＢ／ｋｍ以下になることが期待される。【００９８】
（実施の形態６）
つぎに、本発明の実施の形態６について説明する。本実施の形態６に係る光学デバイスは、実施の形態１に係る光ファイバを備え、ＳＣ光を発生するものである。【００９９】
図２９は、本実施の形態６に係る光学デバイスの模式的なブロック図である。図２９に示すように、この光学デバイス１００は、光源６０と、光入力部７０と、実施の形態１に係る光ファイバ１０と、光出力部８０とを備えている。【０１００】
光源６０は、たとえばＹＡＧレーザであり、光ファイバ６０ａを介して、波長１０６４ｎｍ、パルス幅１００ｐｓ以下、平均光強度１Ｗ以上のパルスレーザ光Ｌ１を出力する。光入力部７０は、たとえば光学系や光コネクタであり、光源６０からのパルスレーザ光Ｌ１を受け付けて光ファイバ１０に入力させる。【０１０１】
光ファイバ１０は、コア径が３．０μｍであり、比屈折率差Δ１が１．９％であり、空孔径が２．０μｍであり、間隔Ｌが０．５μｍである。これによって、カットオフ波長が９９０ｎｍとなり、波長１０６４ｎｍのパルスレーザ光Ｌ１をＬＰ０１モードのみで伝播させる。また、零分散波長はパルスレーザ光Ｌ１の波長の近傍である１０５７ｎｍであり、波長１０６４ｎｍでの実効コア断面積は６．５μｍ２ときわめて小さいので、この光ファイバ１０は光学非線形性が高くなっている。その結果、光ファイバ１０は、光入力部７０から入力したパルスレーザ光Ｌ１によって、効率よく自己位相変調等の非線形光学現象を生じさせ、これによって広帯域のＳＣ光Ｌ２を発生する。発生したＳＣ光Ｌ２は、たとえば光学系や光コネクタからなる光出力部８０から出力する。【０１０２】
なお、実施の形態６において、光源６０としては、ＹＤＦを用いた光ファイバレーザ等の波長１１００ｎｍ近傍の発振波長を有する他の光源を用いることができる。なお、光ファイバ１０のコア径や空孔径等については、用いる光源の波長に応じて適宜変更し、ＳＣ光が広帯域になるようにすることができる。また、光ファイバ１０に換えて、実施の形態２〜５に係る光ファイバ２０〜５０を用いることができる。【０１０３】
また、実施の形態６に係る光学デバイスは、ＳＣ光を発生するものであるが、本発明に係る光学デバイスはこれに限らず、非線形光学現象として４光波混合現象を用いた波長変換光学デバイスとすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明は、１０００ｎｍ近傍の波長帯において用いる非線形光学デバイスに好適に利用できる。
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【国際調査報告】
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