(57)【要約】所定波長の光信号の伝播を支持する微小構造光導波路（１０、１００、２００）が開示される。光導波路（１０、１００、２００）は、１２６０ｎｍで少なくとも約２．５×１０-19ｍ2／Ｗのγを有する光学非線形材料から形成されるコア領域（２０）を含む。更に、光導波路（１０、１００、２００）はコア領域（２０）を包囲するクラッド領域（２４）を含み、クラッド領域（２４）はバルク材料（１４）及びバルク材料（３２）内に位置するカラム（１２）の格子（３０）を含む。カラム（１２）の格子（３０）はピッチを有し、各カラムは断面積を有する。所定波長での光信号の分散が約−７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから約７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまでの範囲内となるように格子（３０）のピッチ及びカラム（１２）の面積が選択される。
2005525602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長の光信号の伝播を支持する微小構造光導波路であって、
前記光導波路は、少なくとも１２６０ｎｍで約２．５×１０-19ｍ2／Ｗのγを有する光学非線形材料から形成されるコア領域と、コア領域を包囲するクラッド領域と、を含み、前記クラッド領域はバルク材料及び前記バルク材料内に配列された複数のカラムを含み、前記カラムの各々は断面積及び屈折率を有し、前記カラムの数、配置、屈折率及び面積は所定波長での光信号の分散が約−７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから約７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまでの範囲内にあるように選択されていることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記所定波長での前記光信号の前記分散が約−３５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから約３５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまでの範囲内であることを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項３】
前記所定波長での前記光信号の前記分散が約−１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから約１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまでの範囲内であることを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項４】
前記光学非線形材料は１２６０ｎｍで少なくとも約１．０×１０-18ｍ2／Ｗのγを有することを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項５】
前記光学非線形材料は１２６０ｎｍで少なくとも約２．０×１０-18ｍ2／Ｗのγを有することを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項６】
前記光学非線形材料は、硫化物ガラス、ゲルマニウム・ヒ化・硫化ガラス、ゲルマニウム・ヒ化・硫化・セレン化ガラス、ゲルマニウム・ヒ化・セレン化ガラス、重金属酸化物ガラス及び亜テルル酸塩ガラスからなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項７】
前記カラムは前記クラッド領域の前記バルク材料内の穴として形成されていることを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項８】
前記コアの前記非線形光学材料は、約５００ｄＢ／ｋｍ未満の線吸収係数を有することを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項９】
前記コアの前記非線形光学材料は線吸収係数を有し、前記線吸収係数に対するそれらの比が５．０×１０-21ｍ2−ｋｍ／Ｗ−ｄＢよりも大であることを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項１０】
前記線吸収係数に対する前記線吸収係数の比は、５．０×１０-19ｍ2−ｋｍ／Ｗ−ｄＢよりも大であることを特徴とする請求項９記載の光導波路。
【請求項１１】
前記線吸収係数に対する前記線吸収係数の比は、２．０×１０-18ｍ2−ｋｍ／Ｗ−ｄＢよりも大であることを特徴とする請求項９記載の光導波路。
【請求項１２】
前記線吸収係数に対する所定波長での分散の比は、４．０×１０19ｐｓ−Ｗ／ｎｍ−ｋｍ−ｍ2未満であることを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項１３】
前記光導波路は、約１００ｍの長さに亘って、約１５００ｎｍの中心波長、約１０ｐｓの幅及び約１ｍＷ未満のパワーを有するソリトンの伝播を支持することを特徴とする請求項９記載の光導波路。
【請求項１４】
前記所定波長で放射線を反射する前記光導波路の前記第１の端部から第１の距離に位置する反射領域を更に含み、前記信号が前記第１の端部で所望のパワーを有するとき、前記信号が反射領域によって反射されないように前記信号が光学非線形材料におり波長シフトされるのに充分な前記第１の距離であることを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項１５】
前記光導波路は光ファイバであって、前記反射領域はファイバ・ブラッググレーティングからことを特徴とする請求項１４記載の光導波路。
【請求項１６】
所定波長の光信号の伝播を支持する微小構造光ファイバであって、前記光ファイバは、１２６０ｎｍで少なくとも約２．５×１０-19ｍ2／Ｗのγを有する光学非線形材料から形成されるコア領域と、前記コア領域を包囲するクラッド領域と、を含み、前記クラッド材料はバルク材料を含み、複数のカラムはバルク材料内に配置され、各カラムは断面領域及び屈折率を有し、前記カラムの数、配列、屈折率及び断面積は、前記所定波長での光信号の前記分散が約−７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから約７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまでの範囲内となるように選択されていることを特徴とする微小構造光ファイバ。
【請求項１７】
前記所定波長での光信号の前記分散は、約−１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから約１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまでの範囲内にあるように選択されていることを特徴とする請求項１６記載の光ファイバ。
【請求項１８】
前記光学非線形材料は１２６０ｎｍで少なくとも約２．０×１０-18ｍ2／Ｗのγを有することを特徴とする請求項１６記載の光ファイバ。
【請求項１９】
前記所定波長は約１２００ｎｍから１７００ｎｍの間であることを特徴とする請求項１６記載の光ファイバ。
【請求項２０】
前記光学非線形材料は、硫化物、ゲルマニウム・ヒ化・硫化物、ゲルマニウム・ヒ化・硫化・セレン化物、ゲルマニウム・ヒ化セレン化物、重金属酸化物及び亜テルル酸塩ガラスからなる群から選択されることを特徴とする請求項１６記載の光ファイバ。
【請求項２１】
前記カラムの配列は、正方形、三角形及び六角形からなる群から選択される幾何学的形状を有することを特徴とする請求項１６記載の光ファイバ。
【請求項２２】
前記コアの材料は線吸収係数を有し、前記線吸収係数に対する前記分散の比が約５．０×１０-21ｍ2−ｋｍ／Ｗ−ｄＢよりも大であることを特徴とする請求項１６記載の光ファイバ。
【請求項２３】
前記光ファイバは、約１００ｍの長さに亘って、約１５００ｎｍの中心波長、約１０ｐｓの幅及び約１ｍＷ未満のパワーを有するソリトンの伝播を支持することを特徴とする請求項２２記載の光ファイバ。
【請求項２４】
前記所定波長で放射線を反射する前記光ファイバの第１端部から第１の距離に位置するファイバ・ブラッググレーティングを更に含み、前記信号が前記第１端部で所定のパワーを有するとき、前記第１の距離は、前記信号が前記ファイバ・ブラッググレーティングによって反射されないように前記信号が光学非線形材料により波長シフトされるのに充分な距離であることを特徴とする請求項１６記載の光ファイバ。
【請求項２５】
所定波長の光信号の伝播を支持する微小構造光導波路と、所定波長で信号を出力するための信号放射線源と、前記微小構造光導波路に信号を供給するための信号カプラとを含む光信号を伝播する光通信システムであって、前記光導波路は、１２６０ｎｍで少なくとも約２．５×１０-l9ｍ2／Ｗのγを有する光学非線形材料から形成されたコア領域と、前記コア領域を包囲するクラッド領域とを含み、前記クラッド領域は、バルク材料及び前記バルク材料内に配列された複数のカラムを含み、前記カラムの各々は断面積及び屈折率を有し、前記カラムの数、配列、屈折率及び面積は、前記所定波長で光信号の分散が約−７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから約７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまでの範囲内にあるように選択されていることを特徴とする光通信システム。
【請求項２６】
前記信号放射線源はレーザー放射線源であって、前記光導波路は前記所定波長で放射線を反射する光導波路の第１の端部から、第１の距離に位置する反射領域を更に含み、前記信号が前記第１端部で所望のパワーを有する時、前記信号が前記反射領域によって反射されないように前記信号が光学非線形材料により波長シフトされるように充分な前記第１の距離を有することを特徴とする請求項２５記載の光通信システム。
【請求項２７】
前記信号放射線源は、レーザー放射線源を含むことを特徴とする請求項２５記載の光通信システム。
【請求項２８】
前記光導波路は、約１００ｍの長さに亘って、約１５００ｎｍの中心波長、約１０ｐｓの幅及び約１ｍＷ未満のパワーを有するソリトンの伝播を支持し、前記レーザー放射線源はパルスとして前記所定波長で前記信号を出力し、前記パルスはソリトンとして前記光導波路を伝搬することを特徴とする請求項２７記載の光通信システム。
【請求項２９】
前記信号カプラは前記導波路の前記第１の端部で前記導波路に前記信号を供給し、前記光通信システムは更に、ポンプ放射線源と、ポンプ放射線カプラとを含み、前記ポンプ放射線源は第１のレーザー放射線源及び第２のレーザー放射線源を含み、前記ポンプ放射線カプラは第１のカプラ及び第２のカプラを含み、前記第１のカプラは、前記導波路の前記第１の端部に、前記第１のレーザー放射線源から第１のポンプ放射線を供給し、前記第２のカプラは、前記導波路の前記第１の端部の反対側の前記導波路の第２の端部に前記第２のレーザー放射線源から第２のポンプ放射線を供給し、共役波放射線が誘起されて、前記信号放射線が伝播する方向と反対方向に伝搬することを特徴とする請求項２５記載の光通信システム。
【請求項３０】
前記信号カプラは、前記導波路の第１の端部で導波路に信号を供給し、前記光通信システムは、更に、ポンプ放射源と、前記信号が増幅される導波路に前記ポンプ放射源からのポンプ放射線を供給するポンプ放射線カプラとを含むことを特徴とする請求項２５記載の光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路に関し、より詳細には大なる光学非線形性を有する微小構造光導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光導波路は、導波路の光学非線形性が所望の効果を与えるような光学アプリケーションにおいて使用される。例えば、シリカベース光導波路ファイバは、自己位相変調光学非線形効果によって、ソリトンパルスを伝達するために使用される。他の実施例として、シリカベースファイバは、例えば、パラメトリック増幅器の如く、信号増幅若しくは信号変更アプリケーションとして使用される。ここで増幅はファイバ材料の光学非線形性に依存している。
【０００３】
一般に、光電界に対する材料の分極レスポンスは線形及び非線形の両方の成分を有する。分極レスポンスの線形成分は光電界とともに線形的に増加する。非線形成分はより高次の電界項、すなわち、電界の第１のパワーよりも大なる項とともに増加する。
【０００４】
多くのアプリケーションでは、３次成分はファイバの非線形性への最も重要な寄与を与え、非線形性は３次成分項単独でほぼ表現され得る。なお、このようなケースでは、非線形分極ＰＮＬが、ＰNL  ＝χ(3)×（３次電場項）で表される。ここで、χ(3)は材料の光学非線形性の計測値として、しばしば使用される。
【０００５】
一方、光学非線形性は、光強度（これは、電界の二乗に比例する）による屈折率の変化の項で表され得る。屈折率は、ｎ＝ｎ0＋Δｎの如く表され得る。ここで、ｎ0は光の周波数だけに依存する屈折率の定数部分であって、Δｎは周波数及び強度の双方に依存する屈折率変化である。所定波長で、屈折率変化Δｎは、Δｎ＝γＩの如く表され得る。ここで、Ｉは光の強度である。すなわち、γは材料の非線形性についての他の表現形態といえる。多くの材料では、χ(3)及びγは、以下の式によって関連づけられる：
【０００６】
【数１】
2005525602.tif 000003
【０００７】
ここで、χ(3)及びγはｅｓｕ単位での測定値である。
【０００８】
ファイバ材料の光学非線形性に依存する光学アプリケーションでは、シリカベース光導波路ファイバがしばしば使われる。しかしながら、シリカは強い（高い）非線形材料ではない。故に、所定の非線形効果を達成するためには、例えばより高い強度の光を使用したり、若しくは、より長いファイバを使用しなければならず、望ましくない補償技術の実施を必要としてしまうのである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの特徴は微小構造光導波路に関する。光導波路は所定波長の光信号の伝播を支持する。光導波路は、コア領域及びクラッド領域を含む。コア領域は、１２６０ｎｍで少なくとも約２．５×１０-l9ｍ2／Ｗのγを有する光学非線形材料から形成される。クラッド領域はコア領域を包囲するとともにバルク材料を含み、複数のカラムがバルク材料内に配置される。各カラムは断面積を有する。所定波長での光信号の分散が約−７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから約７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまでの範囲内となるように、カラムの数、配置及び面積が選択される。
【００１０】
本発明の他の特徴は微小光ファイバに関する。この光ファイバは所定波長の光信号の伝播を支持する。この光ファイバは、コア領域及びクラッド領域を含む。コア領域は、１２６０ｎｍで少なくとも約２．５×１０-l9ｍ2／Ｗのγを有する光学非線形材料から形成される。クラッド領域はコア領域を包囲するとともにバルク材料を含む。複数のカラムがバルク材料内に配置され、各カラムは断面積を有する。所定波長での光信号の分散が約−７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから約７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまでの範囲内となるように、カラムの数、配置及び断面積が選択される。
【００１１】
本発明の他の特徴は、光信号の伝播のための光通信システムに関する。この光通信システムは、所定波長の光信号の伝播を支持する微小構造光導波路と、所定波長で信号を出力するための信号放射源と、光導波路に信号を供給するための信号カプラとからなる。この光導波路は、コア領域及びクラッド領域を含む。コア領域は、１２６０ｎｍで少なくとも約２．５×１０-l9ｍ2／Ｗのγを有する光学非線形材料から形成される。クラッド領域はコア領域を包囲するとともにバルク材料を含む。複数のカラムがバルク材料内に配置され、各カラムは断面積を有する。所定波長での光信号の分散が約−７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから約７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまでの範囲内となるように、カラムの数、配置及び面積が選択される。
【００１２】
本発明の導波路及び通信システムは、従来技術による導波路及び通信システムに勝る多くの利点を結果として与える。例えば、通信波長での非線形現象は、本発明の導波路においては従来の導波路よりも非常に低いパワーで利用され得る。本発明の追加の特徴及び効果は後述する発明の詳細な説明において記載されている。一部は当該説明から当業者であれば直ちに明らかになるであろうが、添付の図面とともに明細書及び特許請求の範囲に記載された本発明を実践することによって明らかになるであろう。
【００１３】
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、単に本発明の典型例にすぎず、クレームされた本発明の性質及び特徴を理解するための概要若しくはフレームワークを提供することを目的としていると理解されたい。
【００１４】
添付の図面は、本発明の更なる理解を与えるために含まれており、ここに取り入れられて本明細書の一部を構成する。図面は、本発明の１以上の実施例を例示して、発明の詳細な説明と共に本発明の原理及び動作の説明を与える。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
現在の本発明の好適な実施例を詳細に説明する。この実施例は添付の図面において示される。同一又は同様の部材については図面全体に亘って同じ参照番号を使用するように心がけた。
【００１６】
本発明は高い光学非線形性を有する微小構造光導波路に関する。この光導波路は、例えばソリトン・パルス伝播やパラメトリック増幅の如き、導波路の光学非線形性に依存する光学アプリケーションで使用され得る。非常に高い非線形性を有する光学材料の使用によって、所望の非線形効果を生ずる光導波路の光パワー若しくは強度、及び／又は導波路の長さを減ずることが出来る。
【００１７】
場合によっては、適切な非線形光学材料は、硫化物ガラス（ｓｕｌｆｉｄｅ  ｇｌａｓｓｅｓ）、ゲルマニウム・ヒ化・硫化ガラス（ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  ａｒｓｅｎｏｓｕｌｆｉｄｅ  ｇｌａｓｓｅｓ）、ゲルマニウム・ヒ化・セレン化ガラス（ｇｅｒｍａｎｉｕｍ  ａｒｓｅｎｏｓｅｌｅｎｉｄｅ  ｇｌａｓｓｅｓ）、重金属酸化物ガラス及び亜テルル酸塩ガラス（ｔｅｌｌｕｒｉｔｅ  ｇｌａｓｓｅｓ）を含む。当業者は、所望の物理的及び光学的特徴や使用される製造技術に基づいて非線形光学材料を選択し得る。
【００１８】
本発明は、高非線形材料からなる光導波路を提供するとともに、典型的なテレコミュニケーション波長で使用されるのに適した分散特性を有する。分散は、異なる光学波長を含んで伝搬している光パルスの拡幅を生じさせる。拡幅は、異なる波長での光伝送速度差により生じる。高い分散は単位波長あたりの伝送速度差が大であって、すなわちパルス拡幅が大きくなる傾向にあることを意味する。分散の単位は、一般的にｐｓ／ｋｍ−ｎｍで与えられる。ここで、ｐｓ／ｋｍ−ｎｍは、ナノメータ（ｎｍ）で計測された波長の単位差におけるキロメータ（ｋｍ）のファイバあたりのピコ秒での光伝送時間差として参照される。
【００１９】
以下で議論される特定の実施例であるいくつかのアプリケーションでは、所望の非線形効果は、ファイバの分散がゼロ又はその近傍となる波長で、または、ソリトンの場合にあっては、分散が非常に僅かに正の異常分散範囲において、動作させることで強化される。それは、２０００ｎｍ未満の典型的テレコミュニケーション波長で動作することが可能な光学的アプリケーションの多くにおいても望ましいのである。
【００２０】
しかしながら、大部分の高非線形材料は２０００ｎｍよりも短い波長で高い材料分散を有する。すなわち、これらの材料からなる従来の導波路は、２０００ｎｍ以上の波長井戸で、ゼロ分散位置を有するのである。ゼロに近い分散を有し且つ典型的な高非線形材料からなる光導波路を典型的テレコミュニケーション波長で動作させるためには、導波路は、非線形材料の高い材料分散を補償するように形成されなければならない。
【００２１】
微小構造光導波路として導波路を形成することによって、典型的テレコミュニケーション波長でセットされたゼロ点分散を有する高非線形材料の光導波路を提供することが可能である。微小構造光導波路は、導波路のバルク内に微小構造を含む。微小構造は、包囲バルク材料の組成及び／又は屈折率を変化させている。微小構造は、導波路のクラッドのカラムとして形成されることができる。
【００２２】
微小構造光導波路において、導波路のゼロ点分散は、微小構造を適切に配置することによって広範囲に亘る波長にセットされ得る。例えば、カラム微小構造の周期的な格子に対する適当なピッチ及びカラム直径の選択によって導波路の分散を減少させ得る。
【００２３】
例えば、本発明の微小構造光導波路は、微小構造光ファイバでありえる。もちろん、本発明は光ファイバに限定されない。微小構造光ファイバは、ファイバの軸に垂直な平面で屈折率パターンを形成する微小構造を有する。例えば、屈折率パターンは、他の屈折率を有するマトリックス内に埋め込まれたファイバの長軸と平行に伸張する特定の屈折率を有するカラムの配列によって形成され得る。カラムは、ボイドまたはバルク材料の穴として典型的には形成される。カラムは、周期的な格子に形成されるか、又は、実質的に非周期的傾向に配置され得る。
【００２４】
コア領域２０を有する微小構造光ファイバ１０の実施例が図１の断面図において示される。図１において、コア領域２０のおおよその範囲が点線によって囲まれている。コア領域２０は、良好な非線形の光学特性を有する材料から形成される。微小構造光ファイバを伝搬する光は、実質的にコア領域２０に閉じこめられて、故にコア２０の高非線形材料の効果を与えられるのである。
【００２５】
微小構造光ファイバ１０は、良好な非線形の光学特性を有し得るバルク・クラッド材料１４をも有する。円柱状の穴１２は、バルク包囲材料１４を通って延在して、微小構造を構成する。この例では、穴１２はコアを包囲して周期的な六角形のリングに配置されている。図１は、６つの穴１２を有する１つのリングで微小構造を示している。あるいは、本発明の微小構造光ファイバは、６つの穴１２よりも多くの穴を含むことができる。例えば、コア領域２０を包囲する穴のリングは２つ若しくは３つ以上のリングであってもよい。この実施例では、穴１２は直径ｄ及びピッチΛ（穴と穴との中心間の距離）を有する。コア領域２０は、リング構造の中心位置に示されており、高非線形材料から形成される。円柱状の穴によって形成される六角形の格子の欠陥を構成するように、中心を充填された穴が考慮され得る。
【００２６】
微小構造光ファイバ１０は、コア領域２０を包囲するクラッド領域２４をも含む。クラッド領域２４のバルク材料１４は、コア領域２０の材料と同じであってもよい。しかしながら、これらの材料が同じであることは必要条件ではない。例えば、クラッド領域２４は、低い非線形性を有する材料からなることができる。導波路を主に伝播する波長の光が実質的にコア領域２０に閉じこめられているので、導波路は光に更に非線形効果を提供する。クラッド領域は、内側クラッド領域３０及び外側クラッド領域３２を含むことができる。コア領域２０により近い内側クラッド領域３０は穴１２を含む。一方で、外側クラッド領域３２には実質的に穴がない。ファイバを伝搬する光は、実質的にコア領域２０に閉じこめられる。この閉じこめは、穴１２による内側クラッド領域３０の低い実効屈折率による。
【００２７】
穴１２は、クラッド領域２４のバルク材料１４に形成される。穴１２はガス又は他の材料（例えば、固体）で充填されることができる。また、それらの中を真空とすることができる。好ましくは、穴１２の屈折率は、バルク材料１４の屈折率未満である。各穴１２は、断面積Ａ及び直径ｄを有する。本実施例では、穴１２の配列はまた特定のピッチΛを有する。導波路が中央軸を有する場合、穴１２はこの軸と実質的に平行に形成され得る。穴１２は円形断面を有することができるが、他の形状、例えば卵形、矩形などであってもよい。穴１２は、また、若干の変形を許容され、例えば、涙型や他の形状を有し得る。
【００２８】
全体の分散が所定波長で低くなるように、穴の数、配置及び面積が選択される。多くのアプリケーションにおける所定波長は、２０００ｎｍ未満、すなわち典型的なデータ通信波長である。故に、好ましくは、全体の分散は、約２０００ｎｍ未満の波長で所望されるゼロ近傍の値を有していなければならない。より好ましくは、全体の分散Ｄは、１２００ｎｍと１７００ｎｍとの間の波長範囲で所望のゼロに近い値を有する。
【００２９】
以下に議論されるように、導波路は低い分散から利益を得るアプリケーションで使用されるとすれば、好ましくは、所望の波長での全体の分散Ｄは、約−７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから約７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまでの範囲内にある。より好ましくは、所望の波長での全体の分散は、約−３５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから約３５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまでの範囲内にあり、好ましくは約−１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから約１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまでの範囲内にある。ソリトン伝播のための好ましい分散は、ゼロではなく、僅かに正である。ソリトン伝播アプリケーションでは、所望の波長での全体の分散Ｄは、約７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍ未満である。
【００３０】
ゼロ点分散上での微小構造化光ファイバの構造パラメータの効果は、微小構造化光ファイバの分散を算出することによって図示される。微小構造光ファイバの群速度分散若しくは単に分散Ｄは、以下の如き材料分散及び導波路寄与の合計として近似的に記載される：
Ｄ＝−（λ／ｃ）（ｄ2（ｎm＋ｎeff）／ｄλ2）        （式１）
ここで第１項の「−（λ／ｃ）（ｄ2ｎm／ｄλ2）」は材料分散寄与を表し、第２項の「−（λ／ｃ）（ｄ2ｎeff／ｄλ2）」は導波路分散寄与を表す。ｎmはバルク材料の屈折率であり、λは光の波長であり、ｃは光の速度である。ｎeffは実効屈折率であって、ｎeff＝β／（ω／ｃ0）で定義される。βは微小構造光ファイバにおける周波数ωを有するモードの軸伝搬定数であり、ｃ0は真空中での光の速度である。換言すれば、モードの電界Ｅは、Ｅ＝（定数）×ｅｘｐ（ｉβｚ）として変化するのである。ここで、Ｚはファイバに沿った軸方向距離である。
【００３１】
微小構造光ファイバの分散Ｄは、導波路分散寄与を制御することによって制御され得る。材料分散寄与は、与えられた材料ごとに一定であるが、分散Ｄへの導波路寄与は、微小構造光ファイバの構造上のパラメータの適当な採択によって、広範囲に変化し得る。特に、これらのパラメータは、実効屈折率ｎeffに影響を及ぼし、故に導波路分散寄与に影響を及ぼす。
【００３２】
図１の微小構造光ファイバ１０において、バルク包囲材料１４と同様にコア２０は、高い非線形のガラスであり、例えば以下の表１のガラス＃２０の好適な非線形特性を有するゲルマニウム・ヒ化・硫化ガラスである。ガラス試料＃１についてのミクロン（μｍ）単位の波長λの関数としての材料屈折率及び材料分散をそれぞれ図２及び図３に示す。図３から分かるように、材料分散ゼロ点（分散がゼロとなる波長）は、２５００ｎｍを超える波長でのみ達成される。
【００３３】
式１から明らかなように、微小構造光ファイバの全分散Ｄは屈折率、ｎm及びｎeffに依存し、これらは順に軸伝搬定数β及び光モード周波数ωとの関係に依存する。ここで、ｃは真空中での光速、ｋは光波長である。したがって、これがωの関数として決定することができる場合に分散Ｄが算出され得る。
【００３４】
例えば、βとωとの関係は、以下の方法で決定され得る。βは、一連の周波数ωについて決定される。材料分散は、予め定められたセルメイヤ（Ｓｅｌｌｍｅｉｒ）則（すなわちバルク材料屈折率についての周波数依存性により屈折率を変化させることによって説明される。セルメイヤ則は、異なる光学材料を表すために可調定数を使用して波長との関係を有する屈折率の変化を与えている半経験的な式である。この表現は以下の如きである：
ｎ2−１＝Ａ1λ2／（λ2−λI2）＋Ａ2λ2／（λ2−λ22）＋Ａ3λ2／（λ2−λ32）
（式２）
ここで、ｎはバルク材料の屈折率、λは波長、及び、ＡI、λI、Ａ2、λ2、Ａ3、λ3は、波長範囲に亘るバルク材料の屈折率の実験的に測定された値に適合させた可調パラメータである。
【００３５】
光モードの伝播定数は、周期境界条件を与えたマクスウェルの式及び平面波におけるブロック・レイリー指数のあらかじめ調整された共役−勾配最小化を使用して計算される。計算は、マサチューセッツ工科大学から自由に入手可能なソフトウェア・パッケージを使用して実行されることができる。（ＭＩＴフォトニック・バンドパッケージ、ｈｔｔｐ：／／ａｂ−ｉｎｉｔｉｏ．ｍｉｔ．ｅｄｕ／ｍｐｂ／）。与えられた周波数での伝播定数は、反復的な工程を使用して決定される。この計算技術は、更に詳細にオプティック・エクスプレス（Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ）誌、２００１年第８号第３巻第１７３頁から第１９０頁のジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ，  Ｓ．  Ｊ．）氏及びヨアンノポウロス（Ｊｏａｎｎｏｐｏｕｌｏｓ，  Ｊ．  Ｄ．）氏らによる「平面波基礎のマクスウェル方程式のためのブロック繰返周波数−領域法（Ｂｌｏｃｋ−Ｉｔｅｒａｔｉｖｅ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ−ｄｏｍａｉｎ  ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｍａｘｗｅｌｌ’ｓ  ｅｑｕａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ａ  ｐｌａｎｅｗａｖｅ  ｂａｓｉｓ）」に記載されている。βとωとの関係を決定する方法は、上記開示に限られない。βとωとの関係を与えるプログラム又はソフトウェアパッケージが使用され得る。例えば、Ｒソフトコーポレーション（ＲＳｏｆｔ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）社から入手可能なプログラム、例えば登録商標ＢｅａｍＰＲＯＰ又はＦｕｌｌＷＡＶＥを使用することが出来る。
【００３６】
一旦β及びωとの関係が決定されると、分散Ｄはβ及びωの項で表される屈折率とともに上記した式  １として微分することで算出され得る。
【００３７】
図４において、（材料及び導波路寄与を含む）算出された分散Ｄは、図１のＰＣＦの２００から１８００ｎｍ間で変化する穴直径ｄに対して、２０００ｎｍピッチΛについての波長λの関数として示される。理解されるように、ＰＣＦ設定（特定の例の穴直径）は、分散Ｄを制御するために制御され得る。ゼロ点分散Ｄは、ほぼ１２００ｎｍの波長で達成される。図４が特定の高非線形材料試料＃１から形成されるＰＣＦ１０についての算出される分散を示すと共に、もちろんこの方法は他の高非線形材料についても一般的である。
【００３８】
好ましくは、コア領域２０の材料は１２６０ｎｍの波長で少なくとも約２．５×１０-19ｍ2／Ｗのγを有する。より好ましくは、コアの材料は１２６０ｎｍ波長で少なくとも約１．０×１０-18ｍ2／Ｗのγを有し、最も好ましくは、少なくとも１２６０ｎｍの波長で約２．０×１０-18ｍ2／Ｗである。比較すると、シリカのγは２．５×１０-20ｍ2／Ｗである。
コア領域２０に可能な非線形材料は、硫化物ガラス、ゲルマニウム・ヒ化・硫化ガラス、ゲルマニウム・ヒ化・硫化・セレン化ガラス、ゲルマニウム・ヒ化セレン化ガラス、重金属酸化物ガラス及び亜テルル酸塩ガラスを含む。表１、２、３、４、５及び６は、コアやそれらの成分の原子モルパーセントについて、いくつかの適当な非線形材料（Ｇｌａｓｓ  ＃として表記される）をリストしている。また、各非線形材料について吸収端波長λ0及びγがリストされている。屈折率ｎ0の強度独立成分は、いくつかの材料についてリストした。それらの測定波長もまた表にリストされる。
【００３９】
【表１】
2005525602.tif 000004
【００４０】
【表２】
2005525602.tif 000005
【００４１】
【表３】
2005525602.tif 000006
【００４２】
【表４】
2005525602.tif 000007
【００４３】
【表５】
2005525602.tif 000008
【００４４】
表５において、ＲＯXは実質的にγの上昇に寄与し得ないと考えられる酸化物成分に関連する。３９及び４０ではＲＯXはＧａ2Ｏ3、４１ではＲＯXはＳｉＯ2、４２ではＲＯxはＢ2Ｏ3とＳｉＯ2である。
【００４５】
【表６】
2005525602.tif 000009
【００４６】
比較すると、溶融シリカのγは２．５×１０-20ｍ2／Ｗである。
【００４７】
図５は他の本発明の好適な実施例を示する。それは多くの点で図１の実施例と同様である。同様の構成要素は同じ参照番号で示されており、構成要素の完全な説明は冗長性を減じるために省略した。格子が正方形であるという点で、図５の導波路１００は図１の実施例と異なる。図５において、２段のカラムが図示されている。当業者であれば、より多くのカラムが使用され得ることを認識するだろう。
【００４８】
線形吸収損失αは、多くのアプリケーションで導波路の重要なパラメータである。例えば、上記したパラメトリック増幅及び光学位相共役アプリケーションでは、相互作用の効率は、非線形性の自乗γ2と比例しており、導波路の光強度に反比例する。光強度は、光によるファイバ内の伝搬長さとアルファとの積の関数として指数的に減少する。故に、本発明の導波路での近似的な良度指数は、線形吸収損失αに対する非線形性γの比γ／αである。
【００４９】
本発明の微小構造光導波路は、シリカＰＣＦと比べて、改良されたγ／αを有するように作ることが出来る。シリカでは、γは２．５×１０-20ｍ2／Ｗ、αは１５５０ｎｍで０．２ｄＢであって、故にγ／αは約１．２×１０-19ｍ2／Ｗである。対照的に、本発明の導波路は、非常に良いγ／αを有する材料を使用する。比γ／αは、好ましくは５．０×１０-21ｋｍ−ｍ2／ｄＢ−Ｗよりも大であって、より好ましくは５．０×１０-19ｋｍ−ｍ2／ｄＢ−Ｗよりも大であって、最も好ましくは２．０×１０-18ｋｍ−ｍ2／ｄＢ−Ｗである。好ましくはγに対する分散の比は４．０×１０19ｐｓ−Ｗ／ｎｍ−ｋｍ−ｍ2未満である。
【００５０】
本発明による導波路は、例えば、積層・線引き法を用いた微小構造光ファイバの形で作られる。微小構造光ファイバを形成する積層・線引き法は、シリカベース微小構造光ファイバを作る方法として公知である。積層・線引き法は、高非線形材料を主成分とした微小構造光ファイバを作るためにここで適用される。
【００５１】
積層・線引き法において、所望の非線形材料のチューブは、所望の内外直径に成形される。その後、チューブの外表面は所望の形状の研磨される。例えば、微小構造光ファイバにおいて最終的に形成されるカラムは六角形パターンを有する場合、チューブは六角形となるように研磨され得る。また、パターンが正方形である場合、この形状は正方形であってもよい。
【００５２】
研磨チューブは外側形状を維持されたままキャピラリチューブに線引きされて直径を減じられる。例えば六角形若しくは正方形のパターンを有する所定のパターンにキャピラリは積み重ねられる。積層配列の中央において、中実チューブがキャピラリと置換される。中実チューブは、最終的に微小構造光ファイバのコア領域を形成する。積層配列は、中実チューブとスリーブでつながれ得る。積層配列及び中実チューブは、それから微小構造光ファイバを形成するために再び引かれる。線引き温度は線引きされる材料によって異なるが、一般的には材料の粘性が約１０5から１０6ポイズとなるような温度である。表１にリストされた試料＃２０ガラスでは、線引き温度は、約４７５℃である。
【００５３】
チューブは、溶融した液体をキャストするスピンキャスト法で形成することができて、溶融液体はより大なるコンテナ内で回転させられてチューブを形成して冷却される。例えば、カルコゲニド・ガラスから作られるチューブは、このような方法で形成されることができる。例えば、チューブは２つの装置工程において形成されることができる。バッチ材料は溶解アンプルに装填されて溶解され、冷却されて固体の円筒ロッドを形成する。ガラスロッドは、成形アンプルに装填されて溶解され、旋盤で回転鋳込み（スピンキャスト）されて、冷却されてガラス管となる。あるいは、チューブは１つの装置工程において形成されることができる。バッチ材料が全てのアンプルに装填され加熱され、加熱アンプルが旋盤で回転される。
【００５４】
あるいは、チューブは押出成形工程を経て成形される。例えば、チューブ材料の円筒ディスクは、材料の軟化温度、すなわち粘性が約１０7.6ポイズとなる温度付近の粘性でチューブに押出し成形される。
【００５５】
成形チューブは、チューブを研磨する以外の方法で形成され得る。例えば、成形チューブは例えば六角形若しくは正方形の成形ダイスを使用して、押出成形によって形成され得る。押出成形によって成形チューブを形成するについては、研磨ステップの必要性を除去できるといった長所がある。
【００５６】
チューブは、チューブの外側に平坦な表層を提供することなく積み重なることができる。すなわちチューブ外面は環状に残され得る。環状の外側断面のチューブが積層ではより困難であるとき、積層環状チューブから線引きされたファイバは、クラッド領域内により多くの穴（チューブとのすきまによる）を有する。クラッド領域内により多くの穴を有するためにファイバの分散がより大きく減少せしめられることを考慮され得る。
【００５７】
本発明の他の特徴において、上記ファイバを使用したデバイスが提供される。高い非線形性及び低い分散が非線形効果を与えるものとして当業者によって利用され得る。以下の実施例は図１及び５の導波路に関して記載されると共に、当業者であれば、他のミクロ構造配列が本発明の特徴において使用され得ることができると認識されるであろう。図６は、強度依存フィルタとして作用して、低い光学パワーで所定波長で導波路２００に入力する光を反射するが、高い光学パワーで入力する光を透過する本発明の実施例を示す。図６の導波路２００は、図１及び図５の実施例と類似である。しかしながら、図５の導波路２００において導波路２００内に反射領域２３０を含むという点で、図６の実施例は図１及び５の実施例とは異なる。
【００５８】
図６は、導波路２００の長軸に平行な光導波路２００の断面図である。長軸に対して垂直な光導波路２００の断面は図１若しくは図５の断面と同様に見えるだろう。反射領域２３０は、特定波長の狭い範囲内で導波路２００を伝搬する光を反射するように働く。反射された波長の範囲は、反射波長λTの中心におかれる。反射波長λTは、所定波長であるように選択される。
【００５９】
例えば、周知技術であるように、反射領域２３０はファイバ・ブラッグ・グレーティングを含み得る。反射波長の中心にある波長のバンド内の波長の光がファイバ・ブラッグ・グレーティングによって反射されるような距離にグレーティング間隔がセットされる。ファイバ・ブラッググレーティングは、適当な励起波長を提供するレーザー光源を使用してグレーティングを描画することで形成され得る。例えば、グレーティングが硫化物ガラス材料に描画される場合、レーザー光源は約７６０及び８５０ｎｍの間の範囲の励起波長を与えるパルス化レーザー光源であればよい。レーザーは、例えば、Ｔｉ−サファイヤ・レーザーであってもよい。  レーザーパルスが導波路上へ順次導かれて、順にグレーティングを与えるとき、導波路がその軸方向に沿って変形され得る。あるいは、グレーティングは、位相マスクなどの他の技術を使用することによって形成され得る。
【００６０】
導波路２００は、ハイパワー光を透過するが、低パワー光を反射する強度依存フィルタとして作用する。導波路内での光伝搬は、材料の非線形性のために波長をシフトするのである。反射波長λTで導波路に入射したハイパワー光は、反射領域２３０によって反射される波長バンドではもはやなくなるような波長に十分にシフトすることができる。この場合、光は反射領域２３０を通過する。
【００６１】
光波長のシフトは、光パワー、光が反射領域に到達するまでの導波路の長さλT及び導波路コア材料の非線形性（及び以下で論じる、導波路の光損失）に依存する。シフトは、より高い光パワー、より長いλT及びより高い非線形性γでより大きい。非線形性による波長のシフトは、クロス位相変調と呼ばれる非線形性現象による。しかしながら、分散は光パルスを拡幅する傾向にあり、分散は非線形性の効果に反対に作用し、パルスのパワー密度が減少する。故に、低分散で、非常に高い非線形を有するコア材料からなる導波路２００は、光強度依存するフィルタとして良好に働くのである。
【００６２】
目標の光パワーで光が反射されないように、反射領域からファイバに光が入射する位置までの距離ＬTは充分大でなければならない。
【００６３】
図７は、図１若しくは図５の実施例にて説明した如き導波路３０５を含む光通信システム３００を示す本発明の他の好適な実施例を示す。光通信システム３００は、所定波長、例えば２０００ｎｍ未満の波長で信号を出力する信号放射線源３１０を付加的に含む。システム３００も、周知の如く、光導波路３０５に信号を供給する信号カプラ３２０を含む。放射線源３１０は、例えば半導体レーザ若しくは発光ダイオードの如きレーザーからなる。放射線源３１０は、単にテレコミュニケーション・ファイバから成ることもできる。
【００６４】
システム３００は、パルス信号がソリトンパルスとして導波路３０５内を伝播するパルス信号を与えるシステムであってもよい。ソリトンパルス現象は、パルスが伝搬する導波路光ファイバの光学非線形性に依存する。ソリトン・パルスの幅は、ファイバ内でそのまま伝搬する、すなわち、パルスが拡幅せずに同じに維持されるのである。ソリトン・パルス現象は、自己位相変調の非線形効果によって生じるパルスの狭幅化と、分散によるパルスの拡幅化の平衡から生じる。ソリトン伝播では、導波路３０５が、例えば、約１００ｍの導波路３０５の距離に亘って、約１５００ｎｍの中心波長、約１０ＰＳの幅及び約１ｍＷ未満のパワーを有するソリトンを支持するように構成される。
【００６５】
基本ソリトンを支持するために必要なピークパワーは以下の式によって与えられる：
Ｐ（Ｗａｔｔｓ）＝０．４９５λ2｜Ｄ｜／（ｃγＴ2FWHM）
ここで、｜Ｄ｜は導波路３０５の分散Ｄの絶対値、λはソリトン・パルスの中心波長、ｃは光の速度、γは上で議論された非線形性パラメータ、ＴFWHMは全幅半値最大パルス幅である。ソリトンを支持するために必要なパワーはγに反比例的に変化するので、導波路３０５の改良された非線形性によって、ソリトン・パルスを支持するために必要なパワーがシリカベース導波路を伝搬するソリトン・パルスと比べて、実質的に減じることができる。
【００６６】
ソリトン伝播アプリケーションでは、パルス形状は自己位相変調の非線形効果による狭幅化と分散による拡幅化とのバランスによって維持される点に留意する必要がある。したがって、ソリトン・アプリケーションでは、導波路３０５の分散Ｄが僅かに正でなければならず、且つ、非線形自己位相変調をバランスさせるために充分に大でなければならない。
【００６７】
図８は、図７の光通信システム４００の信号のパラメトリック増幅を与えるシステムの更に詳細を示す。図８のパラメトリック増幅システムは、図７に示した導波路３０５、信号放射線源３１０及び信号カプラ３２０に加えて、ポンプ放射線源３３０及びポンプ放射線カプラ３４０を含む。信号放射線源３１０からの信号が導波路３０５で増幅されるように、ポンプ放射線カプラ３４０は導波路３０５にポンプ放射線源３３０からのポンプ放射線を結合する。ポンプ放射線源３３０は、例えば半導体レーザの如きレーザーである。
【００６８】
パラメトリック増幅では、ポンプ放射線は、パワーを信号へ移すために使用される。全ての偏光が図示のために平行であると仮定すると、誘起された偏光ＰＳの非線形部分が以下の如く与えられる：
Ｐs＝χ1111（ωs＝２ωp−ωi）ＥpＥpＥi
ここで、添え字ｓ、ｐ及びｉは増幅信号、ポンプ及び入射信号を示す。ωs＝２ωp−ωiはエネルギー保存必要条件、Ｅは電界、χ1111はχ(3)の＜１１１１＞のテンソル成分である。
【００６９】
一般に、増幅工程の効率は、ポンプ光線、入射信号及び増幅信号の間の軸伝搬定数（導波路の軸に沿った方向への伝播の伝播定数）のずれに依存する。ポンプ光線及び信号の相対位相がゆっくり変化する場合、効率が最も大であり、故により小なるΔβに対してより大きくなる。伝搬定数ミスマッチは以下で与えられる：
Δβ＝２βp−βk−βs
ここで、βp、βI及びβsは、それぞれポンプ、入射信号及び増幅信号の伝播定数である。全体の工程効率は、以下の式に従う位相ミスマッチによって減じられる：
ｓｉｎ2（ΔβＬ）Δβ2
ここで、Ｌは導波路に沿った光の光路長である。
【００７０】
位相ミスマッチは分散の増加と共に増加し、故に、伝播ずれΔβ及び増幅工程効率は分散Ｄを減少させることによって大とすることが出来る。上記した如く、光導波路３０５は、コア材料の高い非線形性により低い分散Ｄ及び良好な増幅特性の双方を提供することができる。故に、図８のパラメトリック増幅システムにおいて優れるのである。
【００７１】
図９は、図８と同様の光通信システム５００を示すが、光学の位相共役のための２つのポンプ放射線源及び２つのポンプ放射線カプラを使用している。図９の光学位相共役システムは、図８のシステムと同様にポンプ放射線源３３０、ポンプ放射線カプラ３４０、導波路２００、信号放射線源３１０及び信号カプラ３２０を含む。しかしながら、ポンプ放射線源３３０は、第１のレーザー放射線源３３０Ａ及び第２のレーザー放射線源３３０Ｂを含む。
【００７２】
同様に、ポンプ放射線カプラ３４０は、第１のカプラ３４０Ａ及び第２のカプラ３４０Ｂを含む。第１のカプラ３４０Ａは、導波路３０５の第１の端部に第１のレーザー放射線源３３０Ａからの第１のポンプ放射線を供給（連結）する。第２のカプラ３４０Ｂは、導波路３０５の第１の端部と反対側の導波路２００の第２の端部に第２のレーザー放射線源３３０Ｂからの第２のポンプ放射線を供給する。信号カプラ３２０は、導波路３０５の一端部で導波路３０５に信号を供給する。このような方法で、共役波放射線（ｃｏｎｊｕｇａｔｅ  ｗａｖｅ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）が誘起されて、信号放射線が伝播する方向と反対側に伝搬する。
【００７３】
図９の光学位相共役システムにおいて、位相ミスマッチは、図８のパラメトリック増幅システムでのミスマッチに、類似した方法で生じる。図９の光学位相共役システムでの伝播ミスマッチは、Δβ＝βs−βcによって与えられる。ここで、βs及びβcはそれぞれ信号及び共役信号の伝播定数である。再び、伝播ミスマッチΔβ及び増幅工程効率は、分散Ｄを減少させることによって増加させることができる。上記した如き光導波路３０５は、高い非線形性により低分散Ｄ及び良好な増幅特性の双方を提供し。故に、図９の光学位相共役システムにおいて優れるのである。
【００７４】
図１０は、導波路２００が光学的パワーフィルタとして作用するシステムでの図７の光通信システム６００を更に詳細に示す。図１０の光通信システム６００は、図７のシステムについて記載されている同様の方法に、導波路２００に加えて、信号放射線源３１０及び信号カプラ３２０を含む。図１０の実施例の光通信システム６００において、導波路２００は低光学パワーで所定波長の光を反射し、高パワーで入力した光を透過する反射領域２３０を含む。すなわち、図１０の導波路２００は、図６の実施例の導波路２００と同じものである。
【００７５】
信号放射線源３１０は、例えば、半導体レーザであってもよい。あるいは信号放射線源は、単にテレコミュニケーション・ファイバからなることができる。反射領域２３０の反射波長と同じ波長で、信号放射線源３１０は信号を出力する。導波路２００に入力する信号は、導波路２００の非線形性のために波長をシフトさせるだろう。信号パワーが充分な場合、反射領域が信号を反射せずに、それを透過するようにシフトが十分に大である。
【００７６】
線形吸収損失αは、多くのアプリケーションで導波路の重要なパラメータである。例えば、上記したパラメトリック増幅及び光学位相共役アプリケーションでは、相互作用の効率は、非線形性の自乗γ2に比例し、導波路２００の光強度に反比例する。光強度は、光によってファイバ内を進行した距離とαとの積の関数として指数的に減少する。すなわち、導波路２００の近似された良度指数は、より高いγ／αを有する線形吸収損失αに対する非線形性γの比率である。
【００７７】
本発明の微小構造光ファイバは、従来の光ファイバのそれと比べて、改良されたγ／αを有する。シリカでは、γは２．５×１０-20ｍ2／Ｗ、αは約１５５０ｎｍで０．２ｄＢ／ｋｍであり、故に、γ／αは１．２×１０-19ｋｍ−ｍ2／ｄＢ−Ｗである。対照的に、本発明の導波路は、非常に良好なγ／αを有する材料を使用する。比γ／αは、好ましくは約５．０×１０-21ｍ2／ｄＢ−Ｗよりも大であって、より好ましくは約５．０×１０-19ｋｍ−ｍ2／ｄＢ−Ｗよりも大であって、最も好ましくは２．０×１０-18ｋｍ−ｍ2／ｄＢ−Ｗよりも大である。好ましくは、それらに対する分散の比は、約４．０×１０19ｐｓ−Ｗ／ｎｍ−ｋｍ−ｍ2である
本発明の導波路は、例えば、「積層・線引き」法を使用した微小構造光ファイバの形で形成される。微小構造光ファイバを形成する積層・線引き法は、シリカベース微小構造光ファイバを形成する方法として一般的に公知である。積層・線引き法は、高非線形材料をベースとした微小構造光ファイバを形成するためにここで適用される。
【００７８】
積層・線引き法で、所望の非線形材料のチューブが所望の内径及び外形を有するように形成される。その後、チューブの外表面は、所定形状に研磨される。例えば、微小構造光ファイバに最終的に形成されるカラムが六角形のパターンを有する場合、チューブは六角形となるように研磨され得る。また、パターンが正方形の場合、形状は正方形となるだろう。
【００７９】
研磨されたチューブはその外形を維持したままキャピラリチューブ内で線引きされてそれらの直径を減じられる。キャピラリチューブは所望のパターンに積層され、例えば六角形若しくは正方形のパターンを有する。積層配列の中央で、固体チューブはキャピラリと置換される。固体チューブは、最終的に微小構造光ファイバのコア領域を形成する。積層配列は、固体チューブとスリーブによって連結され得る。積層配列及び固体チューブは、再び線引きされて、微小構造光ファイバを形成する。材料の粘性が約１０5から１０6ポアズとなるようにするためには、線引き温度は線引きされる材料により異なるだろう。例えば、表１に列記された試料＃２０ガラスでは、線引き温度は約４７５℃である。
【００８０】
チューブは溶融した液体をスピンキャストすることで形成できる。ここで、溶融した液体はより大きなコンテナ内でスピンされて冷却されてチューブを形成する。例えば、カルコゲニド・ガラスから形成されるチューブは、このような方法で形成され得る。例えば、チューブは２回の装置行程を経て形成され得る。つまりバッチ材料が溶解アンプルに装填されて、溶解され、急冷されて固体の円筒ロッドを形成するのである。ガラスロッドは、成形アンプルに装填されて溶解され、旋盤上でスピンキャストされ、ガラスチューブに鋳込まれる。あるいは、チューブは１回の装置行程で形成し得る。つまり、バッチ材料がアンプルに装填され加熱されて、加熱アンプルが旋盤上で回転される。
【００８１】
あるいは、チューブは押出成形工程を経て形成されることができる。例えば、チューブ材料の円筒ディスクが材料の軟化点近傍（すなわち粘性が約１０7.6ポアズとなる温度）の粘性でチューブに押し出されることができる。
【００８２】
成形チューブは、チューブを研磨する以外の方法によっても形成され得る。例えば、成形チューブは成形ダイス、例えば六角形や正方形の成形ダイスを使用して、押出成形によって形成され得る。押出成形によって形づくられたチューブを形成することは、研磨ステップの必要を除去できるという長所がある。
【００８３】
チューブは、その外表面を平らな面とすることなしに積層することが出来る。すなわち、チューブの外表面を環状となるように残すのである。環状に外側の断面チューブを積層することが困難なとき、積層環状チューブから線引きされたファイバはクラッド領域により多くの穴（チューブ間のすきまによる）を有する。より多数のクラッド領域の穴は、ファイバの分散のより大きい減少を考慮して許容され得る。
【００８４】
好適な実施例が図示を行う目的で本願明細書において記載された。しかしながら、この説明は、本発明の範囲を制限するものとみなすべきではない。さまざまな変更及びバリエーションが本発明の範囲から逸脱することなくなされ得ることを当業者であれば明らかであろう。このように、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内で与えられる本発明の変更及びバリエーションを本発明はカバーすることを意図される。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の１つの実施例による微小構造光ファイバの断面図である。
【図２】表１の＃２０ガラスでの波長の関数としての材料屈折率を示すグラフである。
【図３】図２の非線形ガラスでの波長の関数としての材料分散を示すグラフである。
【図４】非線形ガラスからなる微小構造光ファイバのさまざま直径の穴での波長の関数として算出される全分散Ｄを示すグラフである。
【図５】本発明の他の実施例による微小構造光ファイバの断面図である。ここで、カラムは正方形の格子位置に配置されている。
【図６】本発明の他の実施例による微小構造光導波路の断面図である。この断面図は導波路の長軸に対して垂直であって、導波路は反射領域を含む。
【図７】本発明による導波路を含む光学システムの実施例の図である。
【図８】本発明によるパラメトリック増幅器についての光学システムの実施例の図である。
【図９】本発明による光学位相共役を利用した光学システムの実施例の図である。
【図１０】本発明による光スイッチとして作用する光学システムの実施例の図である。
【符号の説明】
【００８６】
１０    微小構造光ファイバ
１２    穴
１４    バルク・クラッド材料
２０    コア領域
２４    クラッド領域
３０    内側クラッド領域
３２    外側クラッド領域
１００、２００、３０５    導波路
２３０  反射領域
３００、４００、５００、６００  光通信システム
３１０  信号放射線源
３２０  信号カプラ
３３０  ポンプ放射線源
３３０Ａ  第１のレーザー放射線源
３３０Ｂ  第２のレーザー放射線源
３４０  ポンプ放射線カプラ
３４０Ｂ  第２のカプラ 
【図１】
2005525602.tif 000010
【図２】
2005525602.tif 000011
【図３】
2005525602.tif 000012
【図４】
2005525602.tif 000013
【図５】
2005525602.tif 000014
【図６】
2005525602.tif 000015
【図７】
2005525602.tif 000016
【図８】
2005525602.tif 000017
【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年1月13日(2005.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長の光信号の伝播を支持する微小構造光導波路であって、
前記光導波路は、少なくとも１２６０ｎｍで約２．５×１０-19ｍ2／Ｗのγを有する光学非線形材料から形成されるコア領域と、前記コア領域を包囲するクラッド領域と、を含み、
前記クラッド領域はバルク材料及び前記バルク材料内に配列された複数のカラムを含み、前記カラムの各々は断面積及び屈折率を有し、前記カラムの数、配置、屈折率及び面積が前記所定波長の光信号において約−７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから約７０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまでの範囲内の分散を有するように選択されていることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
前記所定波長での前記光信号の前記分散が約−３５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから約３５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまでの範囲内にあることを特徴とする請求項１記載の光導波路。
【請求項３】
前記所定波長での前記光信号の前記分散が約−１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍから約１０ｐｓ／ｎｍ−ｋｍまでの範囲内にあることを特徴とする請求項１又は２記載の光導波路。
【請求項４】
前記光学非線形材料は１２６０ｎｍで少なくとも約１．０×１０-18ｍ2／Ｗのγを有することを特徴とする請求項１乃至３のうちの１に記載の光導波路。
【請求項５】
前記コアの前記光学非線形材料は約５００ｄＢ／ｋｍ未満の線吸収係数を有することを特徴とする請求項１乃至４のうちの１に記載の光導波路。
【請求項６】
前記コアの前記非線形光学材料は線吸収係数を有し、前記線吸収係数に対する前記γの比が５．０×１０-21ｍ2−ｋｍ／Ｗ−ｄＢよりも大であることを特徴とする請求項１乃至５のうちの１に記載の光導波路。
【請求項７】
前記γに対する前記所定波長での前記分散の比は、４．０×１０19ｐｓ−Ｗ／ｎｍ−ｋｍ−ｍ2未満であることを特徴とする請求項１乃至６のうちの１に記載の光導波路。
【請求項８】
前記光導波路は、約１００ｍの長さに亘って、約１５００ｎｍの中心波長、約１０ｐｓの幅及び約１ｍＷ未満のパワーを有するソリトンの伝播を支持することを特徴とする請求項６記載の光導波路。
【請求項９】
前記導波路は光ファイバであって、前記所定波長は約１２００ｎｍから１７００ｎｍの間であることを特徴とする請求項１乃至８のうちの１に記載の微細構造光導波路。
【請求項１０】
前記光ファイバの第１端部から第１距離だけ離れた位置に、前記所定波長で放射を反射するファイバ・ブラッググレーティングを含み、前記第１距離は、前記信号が前記第１端部で所定パワーを有するときに前記信号が前記ファイバ・ブラッググレーティングによって反射されないように前記光学非線形材料により波長をシフトされるのに十分な距離であることを特徴とする請求項９記載の導波路。
【請求項１１】
光信号を伝搬するための光通信システムであって、
前記光通信システムは、
(i)  前記請求項６記載の微細構造光導波路と、
(ii) 所定波長の前記光信号を与える信号放射源と、及び、
(iii)前記微細構造光導波路に前記信号を供給する信号カプラと、を含むことを特徴とする光通信システム。
【国際調査報告】
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