(57)【要約】【課題】  近赤外領域の広い波長範囲で零分散に近い分散特性を実現可能で、かつ、非線形性が大きい光ファイバを提供する。【解決手段】  光ファイバ２０は、コア領域２１とクラッド領域２２とを有し、クラッド領域２２内に長手方向に延びる複数の空孔２３が設けられている。第１層（最内層）の３個の空孔２３は、正六角形の６個の頂点のうち１つおきの３点に、すなわち、３回の回転対称性を有する位置に設けられている。第２層〜第４層では、各空孔２３は、正六角形の６個の頂点および各辺の等分位置に、すなわち、６回の回転対称性を有する位置に設けられている。９００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長範囲内において波長分散は−２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に延びる中実のコア領域と、このコア領域の周りに複数層に配列され長手方向に延びる複数の空孔を有するクラッド領域とを備え、
９００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長範囲内において波長分散が−２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である、
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記波長範囲内において波長分散が−１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上＋１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項３】
長手方向に直交する断面において、前記クラッド領域内の前記複数の空孔のうち、少なくとも最内層の空孔が前記コア領域の周りにＮ回（Ｎは３以上の整数）の回転対称性を有する位置に設けられ、他の何れかの層の空孔が前記コア領域の周りに２Ｎ回の回転対称性を有する位置に設けられていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記空孔の配置のピッチＬと前記空孔の直径ｄとの比（ｄ／Ｌ）が０.４５以上０.６０以下であることを特徴とする請求項３記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記ピッチＬが０.９μｍ以上１.３μｍ以下であることを特徴とする請求項３記載の光ファイバ。
【請求項６】
捻れが付与されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項７】
長手方向において前記捻れの向きが少なくとも１回反転していることを特徴とする請求項６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、中実のコア領域の周りに長手方向に延びる複数の空孔を有する光ファイバに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるホーリーファイバは、長手方向に延びる中実のコア領域と、このコア領域の周りに長手方向に延びる複数の空孔を有するクラッド領域と、を備えている。図１は、従来のホーリーファイバ１０の一部断面図である。この図は、ホーリーファイバ１０の長手方向に直交する断面における複数の空孔１３の配置を示している。図中において、クラッド領域１２内の実線の円は、空孔１３を示している。一方、点線の円は、空孔を示すものではなく、領域または位置を示しているにすぎない（後に説明する図２および図３でも同様）。
【０００３】
この図に示されるように、ホーリーファイバ１０は、中央部に長手方向（紙面に垂直な方向）に延びる中実のコア領域１１を有し、また、このコア領域１１を取り囲むクラッド領域１２を有していて、このクラッド領域１２内に長手方向に延びる断面が円形の複数の空孔１３が設けられている。空孔１３以外のクラッド領域１２の部分およびコア領域１１は、石英ガラスからなり、また、副構成物またはドーパントが添加される場合もある。長手方向に直交する断面において、クラッド領域１２内の複数の空孔１３は、コア領域１１の周りに複数層（この図では４層）に配列され、コア領域１１の周りに６回の回転対称性を有する位置に設けられている。
【０００４】
第１層（最内層）にある６個の空孔１３は、正六角形の６個の頂点に配置されている。第２層（内側から数えて２層目）にある１２個の空孔１３は、正六角形の６個の頂点および各辺の中央位置に配置されている。第３層（内側から数えて３層目）にある１８個の空孔１３は、正六角形の６個の頂点および各辺の３等分位置に配置されている。第４層（内側から数えて４層目）にある２４個の空孔１３は、正六角形の６個の頂点および各辺の４等分位置に配置されている。各層の正六角形は、中心位置が同一であり、方位も同一である。合計６０個の空孔１３のうち隣り合う任意の２つの空孔の中心位置間の距離（ピッチ）Ｌは一定である。また、６０個の空孔１３それぞれの直径ｄも一般には一定である。
【０００５】
このような構成のホーリーファイバ１０は、空孔１３の配置のピッチＬおよび直径ｄ等を適宜に設計することで、全体が中実である通常の光ファイバと比較して、波長分散の絶対値を大きくすることができ、従来の高非線形性ファイバに比べ非線形性を大きくすることができ、また、曲げ損失を小さくすることができる、等の優れた特徴を有することができる。そこで、このような特徴を活かしたホーリーファイバの研究・開発が行われている。
【０００６】
例えば、非特許文献１に記載されたホーリーファイバは、ホーリーファイバ１９において第１層の空孔を間引いたものであり、一般に光通信において信号光波長帯域として用いられる波長１.５５μｍ付近において、波長分散が略０であって、分散スロープの絶対値が小さく、非線形性が大きい。この文献に記載されたホーリーファイバを用いることで、波長１.５５μｍ付近において非線形光学現象を高効率に発現させることができ、種々のアプリケーションの実現が期待され得る。
【非特許文献１】K. P. Hansen, et al., "Fully Dispersion Controlled Triangular-Core Nonlinear Photonic Crystal Fiber", OFC2003, PD2
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、波長１.５５μｍ付近において、全体が中実である通常の光ファイバと比較すると、一般にホーリーファイバの伝送損失は非常に大きい。上記文献に記載されたホーリーファイバでも、非線形性（非線形定数）は１２／Ｗ／ｋｍ程度と中実の高非線形光ファイバと同じ又はやや劣るレベルであるにも拘らず、伝送損失は１０ｄＢ／ｋｍ程度と中実の高非線形光ファイバに対して１桁近く高い値となっている。したがって、非線形現象を発現させる効率である非線形定数の伝送損失との比（非線形定数／伝送損失）は、中実の光ファイバと比べて１桁小さい。また、波長分散の絶対値と伝送損失との比（波長分散絶対値／伝送損失）も、一般に光通信において用いられる信号光波長帯域において、通常の光ファイバよりホーリーファイバの方が小さい。さらに、ホーリーファイバの製造コストは高い。このようなことから、一般に光通信において用いられる信号光波長帯域におけるホーリーファイバの実用化は困難な状況にある。
【０００８】
一方、波長１.３μｍより短波長側の近赤外領域においては、全体が中実である通常の光ファイバの波長分散は常に負（正常分散）となる。一般に、非線形現象を発現させるには、零分散に近い波長分散が好ましく、使用する光の波長で零分散になるようにファイバ特性を調整する必要があるが、中実の光ファイバでは波長１.３μｍより短波長側において、このような特性を実現することは不可能である。ホーリーファイバでは波長０.６μｍ〜１.３μｍに零分散をシフトさせることが可能であり、このような波長領域ではホーリーファイバが通常の光ファイバに対して優位に立ち得る可能性がある。
【０００９】
しかしながら、図１に示されるような従来のホーリーファイバでは、波長１.３μｍより短波長側の近赤外域において零分散を実現することはできても、零分散付近での分散スロープが大きくなるという問題があった。ＳＣ光発生などの非線形現象を積極的に利用する場合、広い波長範囲で零分散に近い値を維持する分散特性が好ましいが、従来型のホーリーファイバでは分散スロープが大きいため、狭い波長範囲でしか零分散に近い分散特性を得ることができなかった。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、近赤外領域（特に波長１μｍ付近）の広い波長範囲で零分散に近い分散特性を実現する非線形用ホーリー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】
【００１１】
本発明に係る光ファイバは、長手方向に延びる中実のコア領域と、このコア領域の周りに複数層に配列され長手方向に延びる複数の空孔を有するクラッド領域とを備え、９００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長範囲内において波長分散が−２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることを特徴とする。より好適には、上記波長範囲内において波長分散が−１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上＋１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である。
【００１２】
また、長手方向に直交する断面において、クラッド領域内の複数の空孔のうち、少なくとも最内層の空孔がコア領域の周りにＮ回（Ｎは３以上の整数）の回転対称性を有する位置に設けられ、他の何れかの層の空孔がコア領域の周りに２Ｎ回の回転対称性を有する位置に設けられているのが好適である。
【００１３】
また、空孔の配置のピッチＬと空孔の直径ｄとの比（ｄ／Ｌ）が０.４５以上０.６０以下であるのが好適であり、また、ピッチＬが０.９μｍ以上１.３μｍ以下であるのが好適である。
【００１４】
さらに、本発明に係る光ファイバは、捻れが付与されているのが好適であり、また、長手方向において捻れの向きが少なくとも１回反転しているのも好適である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、近赤外領域（特に波長１μｍ付近）の広い波長範囲で零分散に近い分散特性を実現する非線形用ホーリーファイバを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１７】
（第１実施形態）
先ず、本発明に係る光ファイバの第１実施形態について説明する。図２は、第１実施形態に係る光ファイバ２０の一部断面図である。この図は、光ファイバ２０の長手方向に直交する断面における複数の空孔２３の配置を示している。
【００１８】
この図に示される光ファイバ２０は、中央部に長手方向（紙面に垂直な方向）に延びる中実のコア領域２１を有し、また、このコア領域２１を取り囲むクラッド領域２２を有していて、このクラッド領域２２内に長手方向に延びる断面が円形の複数の空孔２３が設けられている。空孔２３以外のクラッド領域２２の部分およびコア領域２１は、石英ガラスからなり、また、副構成物またはドーパントが添加される場合もある。長手方向に直交する断面において、クラッド領域２２内の複数の空孔２３は、コア領域２１の周りに複数層（この図では４層）に配列されている。
【００１９】
第１層（最内層）にある３個の空孔２３は、正六角形の６個の頂点のうち１つおきの３点に設けられている。第２層（内側から数えて２層目）にある１２個の空孔２３は、正六角形の６個の頂点および各辺の中央位置に配置されている。第３層（内側から数えて３層目）にある１８個の空孔２３は、正六角形の６個の頂点および各辺の３等分位置に配置されている。第４層（内側から数えて４層目）にある２４個の空孔２３は、正六角形の６個の頂点および各辺の４等分位置に配置されている。すなわち、第１層では、３つの空孔２３は、コア領域２１の周りに３回の回転対称性を有する位置に設けられている。第２層，第３層および第４層それぞれでは、各空孔２３は、コア領域２１の周りに６回の回転対称性を有する位置に設けられている。
【００２０】
図１に示した従来例の光ファイバ１０の断面における空孔１３の配置と比較すると、この図２に示した第１実施形態に係る光ファイバ２０の断面における空孔２３の配置では、第１層の正六角形の６個の頂点のうち、１つおきの３点に空孔２３１〜２３３が設けられていて、その他の３点の領域２４１〜２４３には空孔が設けられていない点で相違する。領域２４１〜２４３は、空孔２３以外のクラッド領域２２の部分と同じ材料からなるのが好適であり、また、当該材料に副構成物またはドーパント（例えば、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｆ、Ｂ、希土類元素、等）が添加されていてもよい。
【００２１】
また、この光ファイバ２０は、９００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長範囲内における波長分散が、−２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、より好適には、−１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上＋１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である。また、空孔２３の配置のピッチＬと空孔２３の直径ｄとの比（ｄ／Ｌ）が０.４５以上０.６０以下であるのが好ましく、また、ピッチＬが０.９μｍ以上１.３μｍ以下であるのも好ましい。
【００２２】
このように構成される光ファイバ２０は、近赤外領域（特に波長１μｍ付近）の広い波長範囲で零分散に近い分散特性を実現可能で、非線形性も大きくできる。例えばＹｂレーザー光源から出力される波長１０６０ｎｍのレーザー光を光ファイバ２０に入射させると、この光ファイバ２０から波長１μｍ帯の広帯域のＳＣ（Super Continuum）光が高効率に出力され得る。
【００２３】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る光ファイバの第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態に係る光ファイバ３０の一部断面図である。この図は、光ファイバ３０の長手方向に直交する断面における複数の空孔３３の配置を示している。
【００２４】
この図に示される光ファイバ３０は、中央部に長手方向（紙面に垂直な方向）に延びる中実のコア領域３１を有し、また、このコア領域３１を取り囲むクラッド領域３２を有していて、このクラッド領域３２内に長手方向に延びる断面が円形の複数の空孔３３が設けられている。空孔３３以外のクラッド領域３２の部分およびコア領域３１は、石英ガラスからなり、また、副構成物またはドーパントが添加される場合もある。長手方向に直交する断面において、クラッド領域３２内の複数の空孔３３は、コア領域３１の周りに複数層（この図では４層）に配列されている。
【００２５】
第１層（最内層）にある３個の空孔３３は、正六角形の６個の頂点のうち１つおきの３点に設けられている。第２層（内側から数えて２層目）にある９個の空孔３３は、正六角形の６個の頂点のうち１つおきの３点および各辺の中央位置に配置されている。第３層（内側から数えて３層目）にある１８個の空孔３３は、正六角形の６個の頂点および各辺の３等分位置に配置されている。第４層（内側から数えて４層目）にある２４個の空孔３３は、正六角形の６個の頂点および各辺の４等分位置に配置されている。すなわち、第１層および第２層それぞれでは、各空孔３３は、コア領域３１の周りに３回の回転対称性を有する位置に設けられている。第３層および第４層それぞれでは、各空孔３３は、コア領域３１の周りに６回の回転対称性を有する位置に設けられている。
【００２６】
図２に示した第１実施形態に係る光ファイバ２０の断面における空孔２３の配置と比較すると、この図３に示した第３実施形態に係る光ファイバ３０の断面における空孔３３の配置では、第２層の正六角形の６個の頂点のうち、１つおきの３点に空孔３３１〜３３３が設けられていて、その他の３点の領域３４１〜３４３には空孔が設けられていない点で相違する。領域３４１〜３４３は、空孔３３以外のクラッド領域３２の部分と同じ材料からなるのが好適であり、また、当該材料に副構成物またはドーパント（例えば、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｆ、Ｂ、希土類元素、等）が添加されていてもよい。
【００２７】
また、この光ファイバ３０は、９００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長範囲内における波長分散が、−２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、より好適には、−１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上＋１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である。また、空孔３３の配置のピッチＬと空孔３３の直径ｄとの比（ｄ／Ｌ）が０.４５以上０.６０以下であるのが好ましく、また、ピッチＬが０.９μｍ以上１.３μｍ以下であるのも好ましい。
【００２８】
このように構成される光ファイバ３０は、近赤外領域（特に波長１μｍ付近）の広い波長範囲で零分散に近い分散特性を実現可能で、非線形性も大きくできる。例えばＹｂレーザー光源から出力される波長１０６０ｎｍのレーザー光を光ファイバ３０に入射させると、この光ファイバ３０から波長１μｍ帯の広帯域のＳＣ（Super Continuum）光が高効率に出力され得る。
【００２９】
（変形例）
上記の第１実施形態に係る光ファイバ２０（図２）は、第１層において各空孔２３がコア領域２１の周りに３回の回転対称性を有する位置に設けられており、他の層において各空孔２３がコア領域３１の周りに６回の回転対称性を有する位置に設けられている。また、第２実施形態に係る光ファイバ３０（図３）は、第１層および第２層において各空孔３３がコア領域３１の周りに３回の回転対称性を有する位置に設けられていて、第３層および第４層において各空孔３３がコア領域３１の周りに６回の回転対称性を有する位置に設けられている。
【００３０】
したがって、光ファイバ２０，３０は、長手方向（Ｚ軸方向）に垂直な２方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向）の偏波モードが縮退している。それ故、理論上では、光ファイバ２０，３０の偏波モード分散は、通常の光ファイバと同程度に小さいことが期待される。しかし、光ファイバ２０，３０は、Ｚ軸の周りの回転対称性が低いことから、僅かな対称性の崩れが偏波モード分散に大きく影響する。このことから、実際に製造された光ファイバ２０，３０の偏波モード分散は、通常のファイバより大きくなる傾向がある。
【００３１】
そこで、光ファイバ２０、３０に対して捻れを付与しておくのが好ましい。また、長手方向において捻れの向きが少なくとも１回反転しているのも好ましい。このように捻れを付与された光ファイバ２０，３０は、偏波モード分散の累積が抑制され得る。このような捻れを有する光ファイバ２０，３０は、光ファイバ母材を線引する際に揺動線引することで実現可能である。揺動線引によりファイバ２０，３０の長手方向に空孔が螺旋を描くように捻れるため、コアの対称性が崩れることに起因する偏波モード分散が長手方向で相殺されるためである。
【００３２】
図４は、光ファイバ２０における捻れ付与の説明図である。図４（ａ）は、光ファイバ２０の一部の斜視図である。なお、光ファイバ２０の捻れを示すために１つの空孔２３のみを破線で示している。また、光ファイバ２０の中心軸線Ｌの方向をＺ軸とし、Ｚ軸に直交する断面において、互いに直交する方向をそれぞれＸ軸及びＹ軸としている。図４（ｂ）は、光ファイバ２０をＹ軸方向（矢印Ａ方向）に見た場合の空孔２３のＸ軸方向の位置を示す図である。図４（ｂ）において、横軸はＺ軸方向の距離を示し、縦軸は空孔２３のＸ軸方向の位置を示している。そして、縦軸において位置０（μｍ）が中心軸線Ｌの位置に相当する。図４（ａ），（ｂ）に示した空孔２３のＺ軸に対する位置の変化から分かるように、捻れは、矢印Ｂで指し示す位置近傍でその捻れの向きが反転するように付与されている。また、図４（ｂ）に示すように、捻れは、１ｍあたりで、空孔２３がＺ軸回りに少なくとも１回転するように付与されている。
【００３３】
第２層および更に外側の層（外層）に関しても、空孔をガラスで埋める場合には、偏波依存性が現れないように、３回以上の回転対称性を持つように設計することが望ましい。外層の空孔は第１層の孔に比べて光学特性に与える影響が小さいが、対称性の崩れた配置にすると偏波モード分散を悪化させる原因となる。
【００３４】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、コア領域の周りのクラッド領域において、空孔は４層に設けられていなくてもよく、３層または５層以上であってもよい。また、第３層以降においても各空孔は３回の回転対称性を有する位置に設けられていればよい。また、第２実施形態において、第１層および第２層それぞれの空孔の配置関係は、上記の説明のものに限定されない。
【００３５】
ただし、前述のように外層の孔を多少ガラスで埋めたとしても、波長分散などの光学特性に与える影響は小さいが、多数の空孔をガラスで埋めた場合には、クラッド領域の平均的な屈折率が上昇し、光をコア領域に閉じ込める効果が小さくなる。そのため、あまりに多くの空孔をガラスで埋めた構造にすると、曲げ損失が大きくなる問題や、光が導波できないなどの問題が発生する可能性があるので、好ましくない。
【実施例】
【００３６】
上記の第１実施形態に係る光ファイバ２０（図２）について計算例を示す。図５は、図２に示した第１実施形態に係る光ファイバ２０の波長分散と波長との関係を示すグラフである。この図には、４つのケースＡ〜Ｄについて波長分散と波長との関係が示されている。ケースＡでは、比（ｄ／Ｌ）が０.４５であって、ピッチＬが１.２３μｍである。ケースＢでは、比（ｄ／Ｌ）が０.５０であって、ピッチＬが１.１３μｍである。ケースＣでは、比（ｄ／Ｌ）が０.５５であって、ピッチＬが１.０３μｍである。また、ケースＤでは、比（ｄ／Ｌ）が０.６０であって、ピッチＬが０.９３μｍである。
【００３７】
この図から判るように、全てのケースＡ〜Ｄにおいて、９００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長範囲で波長分散が−２０〜＋２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲に入っている。また、特にケースＢ，Ｃでは、９００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長範囲で波長分散が−１０〜＋１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの範囲に入っている。
【００３８】
以上のように、本実施形態に係る光ファイバ２０，３０は、近赤外領域（特に波長１μｍ付近）において波長分散の絶対値が小さく非線形性が大きいので、例えば波長１μｍ帯のＳＣ光を発生する媒体として好適に用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】従来のホーリーファイバ１０の一部断面図である。
【図２】第１実施形態に係る光ファイバ２０の一部断面図である。
【図３】第２実施形態に係る光ファイバ３０の一部断面図である。
【図４】光ファイバ２０における捻れ付与の説明図である。
【図５】図２に示した第１実施形態に係る光ファイバ２０の波長分散と波長との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１０…光ファイバ、１１…コア領域、１２…クラッド領域、１３…空孔、２０…光ファイバ、２１…コア領域、２２…クラッド領域、２３…空孔、３０…光ファイバ、３１…コア領域、３２…クラッド領域、３３…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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