(57)【要約】【課題】  モードフィールド径が単一モード光ファイバと同等でありながら、曲げによる光の漏れを抑えるとともに、環境変化の影響を受けない構造とする。【解決手段】  クラッド部は、コア部３１に隣接する領域に、フォトニックバンドギャップを形成するブラッグ回折格子を有し、ブラッグ回折格子は、光ファイバの長手方向に互いに屈折率の異なる複数のガラス材料（高屈折率ガラス棒３２、ガラス棒３３）を、格子状に規則的に配置した構成である。ブラッグ回折格子は、光ファイバ断面において正六角形を基本格子とするハニカム形状であることが好ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を伝搬するコア部と、該コア部の周囲に設けたクラッド部とを有するフォトニック結晶光ファイバであって、
前記クラッド部は、前記コア部に隣接する領域に、フォトニックバンドギャップを形成するブラッグ回折格子を有し、
該ブラッグ回折格子は、光ファイバの長手方向に互いに屈折率の異なる複数のガラス材料を、格子状に規則的に配置した構成であることを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項２】
光を伝搬するコア部と、該コア部の周囲に設けたクラッド部とを有するフォトニック結晶光ファイバであって、
前記クラッド部は、前記コア部に隣接する領域に、フォトニックバンドギャップを形成するブラッグ回折格子を有し、
該ブラッグ回折格子は、光ファイバの長手方向に複数のガラス材料および空孔を、格子状に規則的に配置した構成であることを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項３】
前記コア部は、光ファイバの長手方向に複数のガラス材料を、格子状に規則的に配置した構成である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結晶ファイバ。
【請求項４】
前記コア部の複数のガラス材料の少なくとも１つは、屈折率を上昇させる物質がドープされていることを特徴とする請求項３に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項５】
前記ブラッグ回折格子は、光ファイバ断面において正六角形を基本格子とするハニカム形状である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結晶ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶ファイバに関し、より詳細には、クラッド部にフォトニック結晶構造を有するフォトニック結晶ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファィバネットワークを構築する上で、収容局における光ファイバの配線、加入者宅における光ファイバの取り扱いを考慮すると、曲げ直径が小さく、損失が少なく、長期信頼性の高い光ファィバが求められている。また、光機能部品が集積された光デバイスの小型化を実現するためにも、組み込まれる光ファイバの曲げ直径は小さい方が望ましい。
【０００３】
通常の単一モード光ファイバに波長１３００ｎｍの光を透過させ、光ファイバを直径２ｃｍ程度に曲げると、透過光は、光ファイバから漏れ始める。光ファイバを直径１ｃｍ程度に曲げると、ほとんどすべての透過光が漏れ出してしまうという欠点があった。
【０００４】
【非特許文献１】田中他、「フォトニック結晶ファイバの伝送損失温度特性」、２００２年電子情報通信学会、エレクトロニクスソサィエティ大会、Ｃ−３−４７、Ｐ．１４７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、フォトニック結晶構造を有する光ファイバにおいては、光ファイバを直径３ｍｍ以下に曲げても、光が漏れ出さない構造が知られている。しかしながら、フォトニック結晶ファイバのモードフィールド径は、幾何学的なコア径の７割程度であるため、幾何学的なコア径が８μｍ程度のフォトニック結晶ファイバは、モードフィールド径が８μｍないし１０μｍである単一モード光ファイバとの互換性が低いという問題があった。
【０００６】
また、コアの周囲に４ないし６個の空孔を設けて、平均屈折率を低下させて光の閉じこめを強化したフォトニック結晶ファイバも作製されている。このようフォトニック結晶ファイバは、光ファイバ敷設時の接続工事において、空孔内に空気中の水分が侵入する。空気中の水分が空孔内に侵入して凍結した場合、空孔内の屈折率分布が変化して、光の閉じこめが弱くなり伝送損失が増加するという問題もあった（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、モードフィールド径が単一モード光ファイバと同等でありながら、曲げによる光の漏れを抑えるとともに、環境変化の影響を受けない構造のフォトニック結晶ファイバを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光を伝搬するコア部と、該コア部の周囲に設けたクラッド部とを有するフォトニック結晶光ファイバであって、前記クラッド部は、前記コア部に隣接する領域に、フォトニックバンドギャップを形成するブラッグ回折格子を有し、該ブラッグ回折格子は、光ファイバの長手方向に互いに屈折率の異なる複数のガラス材料を、格子状に規則的に配置した構成であることを特徴とする。
【０００９】
このような構成により、透過光は、ブラッグ回折格子によりコア部に強く閉じ込められ、光ファイバを曲げても安定して光の閉じこめることができる。また、コア部を適切に設計することにより、単一モードファイバのモードフィールド径に等しくすることができる。さらに、空孔が存在しないので、環境変化によって伝送損失特性が影響を受けることはない。
【００１０】
なお、ガラス材料は、石英ガラス、カルコゲナイドガラス、フッ化物ガラス、フリントガラスなどである。異なるガラス材料を組み合わせることにより、屈折率差を大きくすることができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、光を伝搬するコア部と、該コア部の周囲に設けたクラッド部とを有するフォトニック結晶光ファイバであって、前記クラッド部は、前記コア部に隣接する領域に、フォトニックバンドギャップを形成するブラッグ回折格子を有し、該ブラッグ回折格子は、光ファイバの長手方向に複数のガラス材料および空孔を、格子状に規則的に配置した構成であることを特徴とする。
【００１２】
上述したように、ガラス材料は、石英ガラス、カルコゲナイドガラス、フッ化物ガラス、フリントガラスなどを用いることができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の前記コア部は、光ファイバの長手方向に複数のガラス材料を、格子状に規則的に配置した構成であることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の前記コア部の複数のガラス材料の少なくとも１つは、屈折率を上昇させる物質がドープされていることを特徴とする。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載の前記ブラッグ回折格子は、光ファイバ断面において正六角形を基本格子とするハニカム形状であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によれば、クラッド部が、格子状に配置されたフォトニックバンドギャップを形成するブラッグ回折格子によって構成されているので、モードフィールド径が単一モード光ファイバと同等でありながら、曲げによる光の漏れを抑えるとともに、環境変化の影響を受けない構造とすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明の実施形態にかかる光ファイバは、石英コア部を有し、クラッド部が、格子状に配置されたフォトニックバンドギャップを形成するブラッグ回折格子によって構成されていることを特徴とする。
【００１８】
図１に、本発明の第１の実施形態にかかるフォトニック結晶ファイバを示す。光ファイバを線引きする前のプリフォームの構成を示している。フォトニック結晶ファイバは、石英コア部１１と、石英コア部１１の周囲に高屈折率ガラス棒１２および通常のガラス（石英）棒１３からなるブラッグ回折格子と、ブラッグ回折格子を内挿する石英ジャケット管１４とから構成されている。このプリフォームを加熱し、線引きすることにより、各部分が溶融し結合してフォトニック結晶ファイバとなる。このような構成により、透過光は、ブラッグ回折格子により石英コア部１１に強く閉じ込められ、光ファイバを曲げても安定した光の閉じこめを実現することができる。
【００１９】
石英コア部１１は、中央に１本（第１層）とさらにその周囲に６本（第２層）の合計７本の石英棒で構成され、図１において白い円で囲まれた部分である。石英コア部１１は、７本の石英棒で構成する以外にも、第３層として周囲を１９本の石英棒で構成したり、さらには任意のｎ層（ｎは自然数）の構成としてもよい。図１に示したように、ブラッグ回折格子は、光ファイバ断面において正六角形を基本格子とするハニカム形状であることが望ましい。
【００２０】
高屈折率ガラス棒１２は、フォトニックバンドギャップを形成するブラッグ回折格子において、空孔を形成することに相当する。高屈折率ガラス棒１２の材料としては、屈折率２．２のフリンドガラスなどを用いることができる。ブラッグ回折格子は、高屈折率ガラス棒１２およびガラス棒１３を、格子上に規則的に配置する。図１では、１本の高屈折率ガラス棒１２を６本のガラス棒１３で囲むように配置している。フォトニックバンドギャップが有効に作用するためには、石英コア部１１の周囲に、少なくとも複数層の高屈折率ガラス棒１２および通常ガラス棒１３を配置する必要がある。
【００２１】
石英ジャケット管１４の内壁の形状は、石英コア部１１が正確に中心にくるように、六角形または円形が望ましい。石英ジャケット管１４の内壁の一辺に接する高屈折率ガラス棒１２および通常ガラス棒１３は、図１においては８本であるが、これに限定されず、これと異なる本数でもよい。
【００２２】
ここで、石英コア部１１の石英棒の本数を調節することにより、線引きされたフォトニック結晶ファイバにおいて、波長１．２μｍから１．６μｍの信号光が伝搬するモードフィールド径を、単一モードファイバ（ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．６５２規格）を伝搬する同じ波長の信号光のモードフィールド径にほぼ等しくすることができる。また、本実施形態においては、光ファイバの内部に空孔が存在しないので、環境変化によって伝送損失特性が影響を受けることはない。
【００２３】
図２に、本発明の第２の実施形態にかかるフォトニック結晶ファイバを示す。光ファイバを線引きする前のプリフォームの構成を示している。フォトニック結晶ファイバは、石英コア部２１の構成を除いて、図１示した第１の実施形態と同じ構成である。石英コア部２１の中央の１本（第１層）の石英棒には、屈折率を上昇させる物質（ゲルマニウム、リンなど）がドープされている。
【００２４】
石英コア部２１の中心部に屈折率が高い領域が存在し、屈折率による光の閉じ込め機構が存在するため、単一モードファイバと同様のモードフィールド径と波長依存性とを実現することができる。これに加えて、フォトニックバンドギャップによる強い光の閉じ込め効果によって、小さな曲げ半径でも損失の増加を防ぐことができる。また、本実施形態においても、光ファイバの内部に空孔が存在しないので、環境変化によって伝送損失特性が影響を受けることはない。
【００２５】
図３に、本発明の第３の実施形態にかかるフォトニック結晶ファイバを示す。光ファイバを線引きする前のプリフォームの構成を示している。フォトニック結晶ファイバは、石英コア部３１と、石英コア部３１の周囲に空孔３２およびガラス棒３３からなるブラッグ回折格子と、ブラッグ回折格子を内挿する石英ジャケット管３４とから構成されている。このような構成により、透過光は、ブラッグ回折格子により石英コア部３１に強く閉じ込められ、光ファイバを曲げても安定した光の閉じこめを実現することができる。
【００２６】
石英コア部３１は、第１の実施形態と同様に、ｎ層の構成としてもよい。また、第２の実施形態と同様に、中央の１本（第１層）の石英棒に、屈折率を上昇させる物質をドープしてもよい。さらに、石英コア部３１を構成する石英棒のうち何本かに屈折率を上昇させる物質をドープしてもよいし、全ての石英棒に屈折率を上昇させる物質をドープしてもよい。図３に示したように、ブラッグ回折格子は、光ファイバ断面において正六角形を基本格子とするハニカム形状であることが望ましい。
【００２７】
空孔３２は、フォトニックバンドギャップを形成するブラッグ回折格子を構成するために用いられ、従来のフォトニック結晶ファイバように平均屈折率を下げる目的で用いられてはいない。従って、空孔３２に水分が侵入して凍結した場合でも、凍結した部分の屈折率（約１．３）と周囲の石英部分の屈折率（約１．４５）との間には、フォトニックバンドギャップを形成することが可能な屈折率差を維持することができる。空孔に水分が侵入した場合であっても、伝送損失特性が影響を受けることはない。
【００２８】
ブラッグ回折格子は、空孔３２およびガラス棒３３を、格子上に規則的に配置する。図３では、１本のガラス棒３３を６個の空孔３２で囲むように配置している。フォトニックバンドギャップが有効に作用するためには、石英コア部３１の周囲に、少なくとも複数層の空孔３２およびガラス棒３３を配置する必要がある。
【００２９】
石英ジャケット管３４の内壁の形状は、石英コア部３１が正確に中心にくるように、六角形または円形が望ましい。石英ジャケット管３４の内壁の一辺に接する空孔３２およびガラス棒３３は、図３においては８本であるが、これに限定されず、これと異なる本数でもよい。
【００３０】
ここで、石英コア部３１の石英棒の本数を調節することにより、線引きされたフォトニック結晶ファイバにおいて、波長１．２μｍから１．６μｍの信号光が伝搬するモードフィールド径を、単一モードファイバ（ＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．６５２規格）を伝搬する同じ波長の信号光のモードフィールド径にほぼ等しくすることができる。
【００３１】
図３の石英コア部３１は、中央に１本（第１層）とさらにその周囲に６本（第２層）の合計７本の石英棒で構成されている。以下に、第３の実施形態を応用した構成について述べる。
【００３２】
図４は、図３に示した構成に対して、フォトニックバンドギャップを構成するブラッグ回折格子のうち、石英コア部３１に隣接する部分を全て空孔３２とした構成である。図５は、図３に示した構成に対して、ブラッグ回折格子のうち、石英コア部３１に隣接する部分を、１２本のガラス棒３３とした構成である。図６は、ブラッグ回折格子のうち、石英コア部３１に隣接する部分を、１２本のガラス棒３３とした構成である。さらに、これに隣接する部分を全て空孔３２とした構成である。
【００３３】
図７は、フォトニックバンドギャップを構成するブラッグ回折格子のうち、石英コア部３１に隣接する部分を、１２本のガラス棒３３とした構成である。さらに、これに隣接する部分を、１８本のガラス棒３３とした構成である。図８は、ブラッグ回折格子のうち、石英コア部３１に隣接する部分を、１２本のガラス棒３３とした構成である。これに隣接する部分を、１８本のガラス棒３３とした構成である。さらに、これに隣接する部分を全て空孔３２とした構成である。
【００３４】
図９は、石英コア部３１は、７本の石英棒で構成され、その周囲のフォトニックバンドギャップを構成するブラッグ回折格子の空孔３２とガラス棒３３の配置を入れ替えた構成である。図１０は、図９に示した構成に対して、フォトニックバンドギャップを構成するブラッグ回折格子のうち、石英コア部３１に隣接する部分を全て空孔３２とした構成である。
【００３５】
図１１は、図９に示した構成に対して、フォトニックバンドギャップを構成するブラッグ回折格子のうち、石英コア部３１に隣接する部分を、１２本のガラス棒３３とした構成である。図１２は、ブラッグ回折格子のうち、石英コア部３１に隣接する部分を、１２本のガラス棒３３とした構成である。さらに、これに隣接する部分を全て空孔３２とした構成である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかるフォトニック結晶ファイバを示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態にかかるフォトニック結晶ファイバを示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態にかかるフォトニック結晶ファイバを示す断面図である。
【図４】第３の実施形態を応用した構成の第１例を示す断面図である。
【図５】第３の実施形態を応用した構成の第２例を示す断面図である。
【図６】第３の実施形態を応用した構成の第３例を示す断面図である。
【図７】第３の実施形態を応用した構成の第４例を示す断面図である。
【図８】第３の実施形態を応用した構成の第５例を示す断面図である。
【図９】第３の実施形態を応用した構成の第６例を示す断面図である。
【図１０】第３の実施形態を応用した構成の第７例を示す断面図である。
【図１１】第３の実施形態を応用した構成の第８例を示す断面図である。
【図１２】第３の実施形態を応用した構成の第９例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１，２１，３１  石英コア部
１２  高屈折率ガラス棒
１３，３３  ガラス棒
１４，３４  石英ジャケット管
３２  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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【図１２】
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