(57)【要約】      （修正有）【課題】２本のフォトニック結晶ファイバを用いた方向性結合器であって、従来の融着、延伸技術を用いない製造方法により、フォトニック結晶の空孔が加熱によって消滅されていない方向性結合器。【解決手段】中空のコア周囲を空孔で囲んだ構造を有し、偏波保持ファイバ構造をも有する２本のフォトニック結晶ファイバ１１の各々の側面の一部を除去して除去面を設け、当該除去面同士を接着剤で接合することにより方向性結合器を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本のフォトニック結晶ファイバから構成された方向性結合器であって、
前記２本のフォトニック結晶ファイバの各々は、その側面の一部が除去されてできた除去面を有し、
前記２本のフォトニック結晶ファイバの除去面同士が接合された構造を有することを特徴とする方向性結合器。
【請求項２】
前記２本のフォトニック結晶ファイバのうちの少なくとも１つのフォトニック結晶ファイバは、
中空コア部と、フォトニックバンドギャップ構造の回折格子を備えたクラッド部とを有し、前記回折格子はブラッグ回折格子を形成するために規則的に配置された複数の格子部からなり、各格子部は、前記ファイバの長手方向に伸びる空孔により構成されるフォトニックバンドギャップファイバであることを特徴とする請求項１に記載の方向性結合器。
【請求項３】
前記フォトニックバンドギャップファイバは、偏波保持フォトニックバンドギャップファイバであることを特徴とする請求項２に記載の方向性結合器。
【請求項４】
前記２本のフォトニック結晶ファイバは、互いにその材質又は構造が異なることを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載の方向性結合器。
【請求項５】
前記除去面同士が接合された部分の周囲を接着剤で固定したことを特徴とする請求項１ないし４のうちいずれか１項に記載の方向性結合器。
【請求項６】
２本のフォトニック結晶ファイバから構成される方向性結合器の製造方法であって、
２本のフォトニック結晶ファイバの各々の側面の一部を除去する工程と、
前記側面の一部が除去されてできた前記２本のフォトニック結晶ファイバの除去面同士を接合する工程と
を有することを特徴とする方向性結合器の製造方法。
【請求項７】
前記２本のフォトニック結晶ファイバのうちの少なくとも１つのフォトニック結晶ファイバは、
中空コア部と、フォトニックバンドギャップ構造の回折格子を備えたクラッド部とを有し、前記回折格子はブラッグ回折格子を形成するために規則的に配置された複数の格子部からなり、各格子部は、前記ファイバの長手方向に伸びる空孔により構成されるフォトニックバンドギャップファイバであることを特徴とする請求項６に記載の方向性結合器の製造方法。
【請求項８】
前記フォトニックバンドギャップファイバは、偏波保持フォトニックバンドギャップファイバであることを特徴とする請求項７に記載の方向性結合器の製造方法。
【請求項９】
前記２本のフォトニック結晶ファイバは、互いにその材質又は構造が異なることを特徴とする請求項６ないし８のうちいずれか１項に記載の方向性結合器の製造方法。
【請求項１０】
前記除去面同士が接合された部分の周囲を接着剤で固定する工程を更に有することを特徴とする請求項６ないし９のうちいずれか１項に記載の方向性結合器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ機能素子（デバイス）に関するものであり、特に、光ファイバを用いた方向性結合器とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図８に、従来の光ファイバを用いた方向性結合器（以下、これを"光カップラ"と記述する）の構成例を示す。図８において、８１は光ファイバを示し、８２は接合部を示す。図８に示すように、この光カップラは２本の光ファイバ８１が接合部８２で接合された構成を有する。  
従来の光カップラは、光ファイバを２本接着した後に加熱して融着し、延伸することによって製造される（非特許文献１参照）。この製造方法により、光ファイバのコアがお互いに接近して一方の光ファイバを伝搬する光が他の光ファイバに移行する光カップラを構成することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】[平成２１年６月１８日検索]、インターネット＜URL: http ://www.optigate.jp/products/passive/coupler.html＞
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−７５６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年、コアの周囲を格子状に配列した空孔が囲む構造を有するフォトニック結晶ファイバが利用され始めている。
【０００６】
しかしながら、従来の融着延伸技術を用いて、フォトニック結晶ファイバからなる光カップラを製造しようとすると、融着時にフォトニック結晶ファイバの空孔がつぶれてしまい、所期の性能を有する光カップラを製造できないという問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、コア周囲を空孔で囲んだ構造を有するフォトニック結晶ファイバを用いた光カップラを製造するにあたり、その空孔を加熱によって消滅させることのない製造方法、及び、空孔が加熱によって消滅させられずに空孔構造を維持したフォトニック結晶ファイバを用いた光カップラ（方向性結合器）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】
上記の課題を解決するために、本発明は、２本のフォトニック結晶ファイバから構成された方向性結合器であって、前記２本のフォトニック結晶ファイバの各々は、その側面の一部が除去されてできた除去面を有し、前記２本のフォトニック結晶ファイバの除去面同士が接合された構造を有することを特徴とする方向性結合器として構成される。
【０００９】
また、本発明は、２本のフォトニック結晶ファイバから構成される方向性結合器の製造方法であって、２本のフォトニック結晶ファイバの各々の側面の一部を除去する工程と、前記側面の一部が除去されてできた前記２本のフォトニック結晶ファイバの除去面同士を接合する工程とを有することを特徴とする方向性結合器の製造方法として構成することもできる。
【００１０】
前記２本のフォトニック結晶ファイバのうちの少なくとも１つのフォトニック結晶ファイバとして、中空コア部と、フォトニックバンドギャップ構造の回折格子を備えたクラッド部とを有し、前記回折格子はブラッグ回折格子を形成するために規則的に配置された複数の格子部からなり、各格子部は、前記ファイバの長手方向に伸びる空孔により構成されるフォトニックバンドギャップファイバを用いることができる。また、当該フォトニックバンドギャップファイバとして、偏波保持フォトニックバンドギャップファイバを用いてもよい。
【００１１】
また、前記２本のフォトニック結晶ファイバとして、互いにその材質又は構造が異なるファイバを用いてもよい。また、前記除去面同士が接合された部分の周囲を接着剤で固定してもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コア周囲を空孔で囲んだ構造を有するフォトニック結晶ファイバを用いた光カップラを製造するにあたり、その空孔を加熱によって消滅させることのない製造方法を実現できる。また、空孔が加熱によって消滅させられずに空孔構造を維持したフォトニック結晶ファイバからなる光カップラを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る光カップラの構成図である。
【図２】フォトニックバンドギャップファイバの断面図である。
【図３】フォトニックバンドギャップファイバを用いた偏波保持ファイバの断面構造の一例を示す図である。
【図４】フォトニックバンドギャップファイバの断面の顕微鏡写真である。
【図５】本実施の形態に係る第１の例の光カップラの接合部分を示す断面図である。
【図６】本実施の形態に係る第２の例の光カップラの接合部分を示す断面図である。
【図７】本実施の形態に係る第３の例の光カップラの接合部分を示す断面図である。
【図８】光ファイバを用いた光カップラの従来の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下の実施の形態では、光カップラを構成するフォトニック結晶ファイバとして中空コアを有するフォトニックバンドギャップファイバを用いているが、本発明に係る方向性結合器（光カップラ）を構成するフォトニック結晶ファイバは中空コアを有するフォトニックバンドギャップファイバに限定されるわけではない。
【００１５】
（実施の形態に係る光カップラの構造について）
図１は本発明の実施の形態に係る光カップラの構成図である。図１において、１１はフォトニックバンドギャップファイバ（PBF：Photonic Bandgap Fiber）を示し、１２は接合部を示し、１３は接着剤を示す。
【００１６】
図１に示すように、本実施の形態に係る光カップラは、２本のフォトニックバンドギャップファイバ１１が接合部１２で接合され、接合部１２の周囲を接着剤１３で固定した構造を有する。次に、本実施の形態の光カップラに用いられるフォトニックバンドギャップファイバ１１について説明する。
【００１７】
図２はフォトニックバンドギャップファイバ１１の断面を示す図である。図２において、２１はフォトニックバンドギャップファイバのクラッド部を示し、２２はフォトニックバンドギャップファイバ１１の空気コア部を示す。図２に示すとおり、フォトニックバンドギャップファイバ１１は、中空コアである空気コア部２２の周囲をブラッグ回折格子で囲んだ構造を有している。
【００１８】
フォトニックバンドギャップファイバ１１において、空気コア部２２の屈折率はその周囲部分の等価屈折率よりも低く、屈折率差による光の閉じ込め機構は存在しない。フォトニックバンドギャップファイバ１１において光の閉じ込めを実現するのは、空気コア部２２の周囲部分に配置されたブラッグ回折格子によって形成されるフォトニックバンドギャップと呼ばれる現象である。
【００１９】
この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は、空気コア部２２の周囲に周期的に配置された空孔によって形成される。この空孔はフォトニックバンドギャップファイバ１１の長手方向に対しては一定の形状を保持している。
【００２０】
また、空孔の格子配置や空孔間の間隔を適切に選ぶことにより、フォトニックバンドギャップファイバ１１は任意の波長を中心波長とし、ある程度の帯域を有するフォトニックバンドギャップを生成する構成とすることができる。このときコア部分を伝播する光はフォトニックバンドギャップの効果でコア部分に閉じ込められ、フォトニックバンドギャップファイバ１１内を光を閉じ込めて伝播させることが可能となる。
また、フォトニックバンドギャップファイバ１１は、コア直近の形状を上下方向と左右方向で変えることによって容易に複屈折を生じ、偏波保持ファイバとすることができる。図３に、フォトニックバンドギャップファイバを用いた偏波保持ファイバの断面構造の一例を示す。
【００２１】
図３に示す例では、コア直近の左右方向の空孔径を３１のようにその他の空孔３２の空孔径と異ならせることによって上下方向と左右方向の光の偏波に対する屈折率が異なって複屈折性を生じさせることができる。
なお、フォトニックバンドギャップファイバ１１自体は従来技術であり、例えば特許文献１に記載がある。また、図４に、実際のフォトニックバンドギャップファイバの顕微鏡写真を示す。図４（ａ）は、図４（ｂ）を拡大したものである。
【００２２】
本実施の形態では、上述したようなフォトニックバンドギャップファイバ１１を２本用い、それらの中空コアをお互いに接近させた構造としている。この構造により、２本のファイバを伝搬する光が結合して一方のフォトニックバンドギャップファイバ１１を伝搬する光が他のフォトニックバンドギャップファイバ１１に移行する光カップラを構成することができる。
【００２３】
（構造の詳細、光カップラの製造方法について）
さて、「背景技術」で説明したように、現在実用化されている光ファイバを用いた光カップラは、２本の光ファイバを接近させて加熱して延伸させることで光ファイバのコアを接近させて製造される。
【００２４】
ここで、フォトニックバンドギャップファイバ１１の場合、コアの周囲が空孔で囲まれているため、加熱延伸を必要とする従来の光カップラ製造方法をフォトニックバンドギャップファイバ１１に適用すると空孔がつぶれてしまい、光カップラを構成することができない。また、２本のフォトニックバンドギャップファイバ１１をそのまま接近させてもコア周囲の空孔がコアからの光の滲みだしを強く制限していることから有効な光の結合ができない。
【００２５】
そこで、本実施の形態に係る光カップラは、加熱延伸を行わず、２本のフォトニックバンドギャップファイバ１１のそれぞれの側面を一部取り除き、側面を一部取り除いた２本のフォトニックバンドギャップファイバ１１を、取り除いた部分が対向するように接合し、周囲を接着剤１３で固定することにより製造する。すなわち、本実施の形態に係る光カップラの製造方法は、２本のフォトニックバンドギャップファイバ１１の各々の側面の一部を除去する工程と、前記側面の一部が除去されてできた前記２本のフォトニックバンドギャップファイバ１１の除去面同士を接合する工程とを有する。
【００２６】
このような製造方法により、図１に示す本実施の形態に係る光カップラが製造される。上記の製造方法において、フォトニックバンドギャップファイバ１１の一部を取り除き、除去面を生成する方法としては、例えば、光ファイバの研磨剤を用いて側面を研磨することにより取り除く方法を用いることができる。また、接合部分の周囲を接着剤１３で固定する工程を更に追加することによって、機械的に安定した光カップラを提供できる。
【００２７】
図５に、上記のようにして製造した本実施の形態に係る光カップラの接合部分の断面図を示す。図５に示すように、接合する２本のフォトニックバンドギャップファイバ１１の側面の一部分が取り除かれ、除去面同士を接合することにより、コア同士が直接接近する構造になっている。これにより、２本のフォトニックバンドギャップファイバ１１を有効に結合させて光カップラを実現している。なお、図５ではコア同士が直接接しているが、多少離れていてもコア間のエネルギーの結合が失われなければ、光カップラを実現できる。図６、図７の場合も同様である。ただし、コア同士が離れた場合、光カップラの寸法が長くなる。
【００２８】
図６に、偏波保持フォトニックバンドギャップファイバを用いて光カップラを構成する場合における接合部分の断面図を示す。この場合も、図５に示した構造と同様に、接合する２本の偏波保持フォトニックバンドギャップファイバ１１の側面の一部分が取り除かれ、コア同士が直接接近する構造とすることによって２本の偏波保持フォトニックバンドギャップファイバ１１を有効に結合させて、偏波を保持しながら光カップラを実現している。
【００２９】
図５、図６に示すように、接合部分において、フォトニックバンドギャップファイバ１１の側面は、中空コア２２がちょうど外部に接する程度まで取り除かれ、側面の一部が取り除かれた２本のフォトニックバンドギャップファイバ１１を接合したときに、中空コア２２が互いに近接するように構成されている。
【００３０】
上記のように、本実施の形態で説明した光カップラの製造方法では、加熱延伸作業が不要であるため、光カップラに用いる２本の光ファイバの種類や材質が異なっていてもよい。例えば、図５、図６に示すように、同じ種類のフォトニックバンドギャップファイバ同士を接合させることの他、図７に示すように、通常のフォトニックバンドギャップファイバ１１と偏波保持フォトニックバンドギャップファイバ１１とを近接させることにより光カップラを構成することもできる。
【００３１】
更に、例えば、石英をコアに持つ光ファイバと、本実施の形態のフォトニックバンドギャップファイバ１１とを接合して光カップラを構成したり、材質が石英である光ファイバと他の材質の光ファイバとを用いて光カップラを構成することもできる。
【００３２】
（実施の形態の効果）
本実施の形態の光カップラでは、空気コアを有するフォトニックバンドギャップファイバを２本用い、それらのコアを近接させる構造としたことにより、現実的な寸法の光カップラを構成できるため、この光カップラを用いて、フォトニックバンドギャップファイバのみによる光ファイバジャイロなどの光ファイバセンサを構成することができる。本実施の形態の光カップラを用いた光ファイバジャイロの構造によれば、従来の空間系カップリング手法で得られた構造に比べると、安定性が向上するとともに、空気コアと空間系ガラス表面における光の反射をなくす効果が得られ、光ファイバジャイロの高性能化を実現できる。
【００３３】
また、従来の光カップラに用いられる光ファイバでは、屈折率差を利用して光を閉じ込めているため、コアからの光のしみ出しが当該コアから等方的であり、モードフィールドの広がりとしてのみ存在するが、本実施の形態で用いられるフォトニックバンドギャップファイバはバンドギャップを利用して光を閉じ込めているため、クラッドの一部分を取り除くことで、その方向の閉じ込めを選択的に弱くすることができる。従って、本実施の形態における技術を採用することにより、結合長の短い、効率の良い光カップラを作成することが可能となる。
【００３４】
本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１１  フォトニックバンドギャップファイバ
１２  接合部
１３  接着剤
２２  空気コア部
２１  クラッド部
３１、３２  空孔  
８１  光ファイバ
８２  接合部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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４】
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