(57)【要約】  コア領域とクラッド領域とを備えるオールソリッドフォトニックバンドギャップ光ファイバを開示する。コア領域を囲むクラッド領域は、第１屈折率を有する背景光学材料と、２次元の周期的な構造に配列された複数の要素とを含む。一つの実施形態において、複数の要素のそれぞれは、中央部と、中央部より高屈折率を有する周辺部とを備える。別の実施形態において、複数の要素はそれぞれ、第１屈折率より大きな屈折率を有する複数のロッドを備えており、複数の要素のそれぞれの複数のロッドは、円形又は多角形に配列されている。その光ファイバを用いた光伝送装置及び光伝送方法も開示する。
2011513768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア領域と、
第１屈折率ｎを有する背景光学材料と二次元の周期的な構造に配列された複数の要素とを含むと共に前記コア領域を囲むクラッド領域と、
を備えるフォトニックバンドギャップ光ファイバであって、
前記複数の要素のそれぞれが、中央部と、前記中央部より大きな屈折率を有する周辺部とを有し、
βが波数ベクトルの縦方向成分であり、ｋが自由空間の波数であり、Λが前記クラッド領域中の前記複数の要素の周期である場合に、前記フォトニックバンドギャップ光ファイバが該フォトニックバンドギャップ光ファイバの規格化されたモードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２内にバンドギャップを有し、且つ前記バンドギャップの下端が規格化された周波数ｋΛの所定の範囲にわたって実質的に一定となるように前記複数の要素が配列されている、フォトニックバンドギャップ光ファイバ。
【請求項２】
前記規格化されたモードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２が、少なくとも２０の前記規格化された周波数ｋΛの所定の範囲にわたって０．４より大きく変動しない、請求項１に記載のフォトニックバンドギャップ光ファイバ。
【請求項３】
前記規格化された周波数ｋΛの前記所定の範囲がｋΛが１００である点を含む、請求項１又は２に記載のフォトニックバンドギャップ光ファイバ。
【請求項４】
前記中央部の断面形状が円形ディスクであり、前記周辺部の断面形状がリングである、請求項１〜３の何れか一項に記載のフォトニックバンドギャップ光ファイバ。
【請求項５】
前記周辺部の外径に対する前記中央部の直径の比が０．８０以上である、請求項４に記載のフォトニックバンドギャップ光ファイバ。
【請求項６】
前記中央部の断面形状が多角形であり、前記周辺部の断面形状が中空多角形である、請求項１に記載のフォトニックバンドギャップ光ファイバ。
【請求項７】
前記周辺部を取り囲む円の直径に対する前記中央部を取り囲む円の直径の比が０．８０以上である、請求項６に記載のフォトニックバンドギャップ光ファイバ。
【請求項８】
前記第１屈折率が前記中央部の屈折率と実質的に同等である、請求項１〜７の何れか一項に記載のフォトニックバンドギャップ光ファイバ。
【請求項９】
前記周辺部と前記中央部との間の屈折率差が１％より大きい、請求項１〜８の何れか一項に記載のフォトニックバンドギャップ光ファイバ。
【請求項１０】
ｄが前記複数の要素のそれぞれの外径であり、Λが前記複数の要素間の間隔である場合、比ｄ／Λが０．６より小さい、請求項１〜９の何れか一項に記載のフォトニックバンドギャップ光ファイバ。
【請求項１１】
コア領域と、
第１屈折率を有する背景光学材料と二次元の周期的な構造に配列された複数の要素とを含むと共に前記コア領域を囲むクラッド領域と、
を備え、
前記複数の要素のそれぞれが、前記第１屈折率より高い第２屈折率を有する複数のロッドを有し、
前記複数の要素のそれぞれの前記複数のロッドが、円形又は多角形に配列されている、フォトニックバンドギャップ光ファイバ。
【請求項１２】
前記多角形が三角形又は六角形である、請求項１１に記載のフォトニックバンドギャップ光ファイバ。
【請求項１３】
前記複数の要素のそれぞれにおける前記複数のロッドの数が、３、６又は１２である、請求項１１又は請求項１２に記載のフォトニックバンドギャップ光ファイバ。
【請求項１４】
周波数の連続する所定の範囲にわたってサポートされているコア導波光学モードを有する前記フォトニックバンドギャップ光ファイバが提供されるように、前記複数の要素のそれぞれの前記複数のロッドが配列されており、前記所定の範囲において、前記フォトニックバンドギャップ光ファイバが実質的に単一モードとして光を伝送する、請求項１１〜１３の何れか一項に記載のフォトニックバンドギャップ光ファイバ。
【請求項１５】
ｋが前記波数であり、Λが隣接する前記複数の要素間の距離である場合において、９０より大きい規格化された周波数ｋΛの連続する所定の範囲にわたってサポートされているコア導波光学モードを有する前記フォトニックバンドギャップ光ファイバが提供されるように、前記複数の要素のそれぞれの前記複数の要素が配列されている、請求項１４に記載のフォトニックバンドギャップ光ファイバ。
【請求項１６】
前記複数のロッドの直径に対する前記複数のロッドを取り囲む円の直径の比が０．８以上である、請求項１１〜１５の何れか一項に記載のフォトニックバンドギャップ光ファイバ。
【請求項１７】
前記複数のロッドと前記背景光学材料との間の屈折率差が１．５％より大きい、請求項１１〜１６の何れか一項に記載のフォトニックバンドギャップ光ファイバ。
【請求項１８】
請求項１〜１７の何れかに記載のフォトニックバンドギャップ光ファイバと、
波数ｋｐ１を有する第１入射光を出力するように配置された第１光源と、
を備え、
前記フォトニックバンドギャップ光ファイバが、前記第１入射光をコア導波モードとして伝送するのに適合されており、１次のストークス光をクラッドモードに結合させて該フォトニックバンドギャップ光ファイバ中で減衰させることで、波数ｋｓ１を有し且つ前記フォトニックバンドギャップ光ファイバ中において前記第１入射光によって誘導される前記１次のストークス光を伝送しない、光伝送装置。
【請求項１９】
波数ｋｐ１を含むバンドギャップにおける低い周波数側の該バンドギャップの端の波数ｋｅがｋｐ１＞ｋｅ＞ｋｓ１の関係を有し、前記第１入射光と前記第１のストークス光との間の透過率の差が１５ｄＢ以上である、請求項１８に記載の光伝送装置。
【請求項２０】
波数ｋｐ２を有する第２入射光を出力するように配置された第２光源を更に備え、
前記フォトニックバンドギャップ光ファイバが前記第２入射光をコア導波モードとして伝送するのに適合されており、２次のストークス光をクラッドモードに結合させて該フォトニックバンドギャップ光ファイバ中で減衰させることで、波数ｋｓ２を有し且つ前記フォトニックバンドギャップ光ファイバ中において前記第２入射光によって誘導される前記２次のストークス光を伝送しない、請求項１９に記載の光伝送装置。
【請求項２１】
光源から光を供給するステップと、
前記光をフォトニックバンドギャップ光ファイバ内に結合させるステップと、
を備え、
前記フォトニックバンドギャップ光ファイバが、
コア領域と、
第１屈折率ｎを有する背景光学材料と二次元の周期的な構造に配列された複数の要素とを含むと共に前記コア領域を囲むクラッド領域と、
を備え、
前記複数の要素のそれぞれが、中央部と、前記中央部より大きな屈折率を有する周辺部とを有し、
βが波数ベクトルの縦方向成分であり、ｋが自由空間の波数であり、Λが前記クラッド領域中の前記複数の要素の周期である場合に、前記フォトニックバンドギャップ光ファイバが該フォトニックバンドギャップ光ファイバの規格化されたモードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２内にバンドギャップを有し、且つ前記バンドギャップの下端が規格化された周波数ｋΛの所定の範囲にわたって実質的に一定となるように、前記複数の要素が配列されており、
誘導ラマン散乱光が、前記フォトニックバンドギャップ光ファイバの前記クラッド領域によって減衰される、光伝送システムにおける誘導ラマン散乱光の抑制方法。
【請求項２２】
光源から光を供給するステップと、
前記光をフォトニックバンドギャップ光ファイバ内に結合させるステップと、
を備え、
前記フォトニックバンドギャップ光ファイバが、
コア領域と、
第１屈折率を有する背景光学材料と二次元の周期的な構造に配列された複数の要素とを含むと共に前記コア領域を囲むクラッド領域と、
を備え、
前記複数の要素のそれぞれは、前記第１屈折率より高い第２屈折率を有する複数のロッドを有し、
前記複数の要素のそれぞれの前記複数のロッドは、円又は多角形に配列されており、  
誘導ラマン散乱光が、前記フォトニックバンドギャップ光ファイバの前記クラッド領域によって減衰される、光伝送システムにおける誘導ラマン散乱光の抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、光ファイバに関し、特にオールソリッドフォトニックバンドギャップファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]光ファイバは、光の伝送（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）によって情報及びエネルギーを運ぶことに用いられる。しかし、高いパワーが従来の光ファイバによって導波されるときは、光ファイバ中においてラマン散乱及びブリルアン散乱のような非線形効果が発生する。これらの非線形効果は、伝送されるパワーの低減を引き起こし、又は光ファイバ中に情報を伝達するために用いられる信号の質を低減させる。パワーを扱う（ｈａｎｄｌｉｎｇ）能力（ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）を高めるために、導波領域の断面積が増加された光ファイバが開発されてきた。この光ファイバは、光ファイバ中の光パワー密度を低減させ、非線形効果を低減させる。断面積が増加された光ファイバの例はラージモードエリアファイバ（ｌａｒｇｅ  ｍｏｄｅ  ａｒｅａ  ｆｉｂｅｒ：ＬＭＡＦ）がある。
【０００３】
[0003]高パワーのレーザーは、材料処理の分野において用いられる。この用途のために十分な高品質の出力ビームを得るために、ビーム伝送に用いられる光ファイバは単一モードであることが好適である。単一モードで動作するＬＭＡＦは、従来の屈折率ファイバの導波設計技術を用いて達成することが困難である。これは、大きなコア面積が得られるようにコアの直径を増加させるにつれ、コアとクラッドとの間の屈折率の差を低減しなければならないからである。例えば、３５μｍのコア直径、及び１．３μｍのカットオフ波長を有するファイバが単一モードで動作するためには、屈折率差が０．０２％でなければならない。しかし、屈折率を増加させるためにコアに物質を追加し、又は屈折率を低下させるためにクラッドに物質を追加するような既存のドーピング技術では、シリカベースのガラスにおいてそのような小さな屈折率の差を得ることが困難である。
【０００４】
[0004]ファイバが真に単一モードになるように設計することができなくても、クラッドモードをある程度はサポートするものの単一モードで動作するファイバを設計することはできる。そのようなファイバは、コアモードからクラッドモードへのカップリング量、及びクラッドモードの損失の程度を考慮し、作ることができる。カップリング量が少なく且つ損失の程度が高いと、ファイバが単一モードファイバとして効率よく動くこともある。これは、光強度のうちクラッドモードへ移転したものが急激に弱まり、出力ビームの劣化が防止されるからである。
【０００５】
[0005]ファイバ中のパワー密度及び非線形効果を低減するように大きなコアを有するファイバとしては、ラージモードエリアフォトニッククリスタルファイバ（ｌａｒｇｅ  ｍｏｄｅ  ａｒｅａ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌ  ｆｉｂｅｒ：ＬＭＡＰＣＦ）が提案されてきた。ＬＭＡＰＣＦは、単一タイプのガラス物質で作られており、ドーピングが不要である。コアとクラッドとの間に要求される屈折率の差は、クラッド中に形成された空孔（ａｉｒ  ｈｏｌｅ）のサイズによって決定される。実用的なＬＭＡＰＣＦは、１．５５μｍ、１．０６μｍ及び０．８μｍの波長での使用にそれぞれ３５μｍ、２５μｍ、及び２０μｍのコア直径を有するように開発されてきた。コア直径がこれらの値より大きいと、ことによるとクラッドにおける空孔の直径が減少することにより空孔タイプのＬＭＡＰＣＦの曲げ損失が大きくなるので好ましくない。ＬＭＡＰＣＦが有する問題は、製造が困難であることである。例えば、ファイバを線引きするので、空孔のサイズを正確に制御することが困難である。更に、ＬＭＡＰＣＦは、空孔を有しない光ファイバと比較して高い伝送損失を有する。
【０００６】
[0006]代替的に、ラージモードエリアファイバは、オールソリッドフォトニックバンドギャップファイバ（ａｌｌ−ｓｏｌｉｄ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｂａｎｄｇａｐ  ｆｉｂｅｒ：オールソリッドＰＢＧＦ）の設計を用いて実現され得る。オールソリッドＰＢＧＦは空孔を有していないので、伝送損失が低い。更に、オールソリッドＰＢＧＦは、従来のファイバ製造方法及び製造装置を用いて製造することができる。
【０００７】
[0007]例えば、ステップ型の屈折率を有するロッドのアレイからなる周期的な構造を有する従来のオールソリッドＰＢＧＦが、図２（ａ）及び図２（ｂ）において示されている。図２（ａ）は高屈折率ロッドの屈折率プロファイルを示す。高屈折率ロッドの直径はｄである。図２（ｂ）は、オールソリッドＰＢＧＦのクラッド中における高屈折率ロッドの周期的な配列を示す。図２（ｂ）において、平行四辺形（点線で示されている）は、二次元的な周期構造のユニットセルを示す。一つの高屈折率ロッドの中央から隣接の高屈折率ロッドの中央までの距離は、Λである。そのコアの直径は、２Λ−ｄと考えることができる。ここで、コアは、周期的な構造から一つの高屈折率ロッドを除去することで作ることができる。
【０００８】
[0008]図１は、オールソリッドＰＢＧＦのコアの直径と動作の規格化周波数（ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ  ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）ｋΛとの間の関係を示す。コアの直径または比ｄ／Λが大きくなるにつれ、規格化周波数ｋΛが大きくなる（ここで、ｋは自由空間の波数、すなわち、２π／波長）。
【０００９】
[0009]従来のそのようにして得られるＰＢＧＦにおける課題は、伝送スペクトルが不連続で動作の実質的な波長範囲を制限していることである。更に、伝送帯域（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｂａｎｄ）のエッジの付近では、閉じ込め損失（ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  ｌｏｓｓ）及び曲げ損失(ｂｅｎｄ  ｌｏｓｓ)が大きく、それらが利用できる波長範囲を更に減少させている。加えて、パラメータｄ／Λが約０．４（上述のように、ｄがクラッド中の周期的な構造の高屈折率領域の直径を表し、Λはクラッドの周期的な構造のピッチを表す）であるときに、偶数次の伝送帯域において曲げ損失が大きい。しかし、高屈折率の周期構造がロッドのアレイである従来のオールソリッドＰＢＧＦでは、単一モード動作のためにパラメータｄ／Λが小さくなければならず、それによって従来のオールソリッドＰＢＧＦラージモードエリアファイバの動作波長範囲が狭くなる。
【００１０】
[0010]図３（ａ）〜図３（ｄ）は、クラッドの周期的な構造によって生み出されたフォトニック状態密度を示す。状態密度は、Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｂ７１，  １９５１０８（２００５）の“Ａｄａｐｔｉｖｅ  ｃｕｒｖｉｌｉｎｅａｒ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ  ｉｎ  ａ  ｐｌａｎｅ−ｗａｖｅ  ｓｏｌｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍａｘｗｅｌｌ’ｓ  ｅｑｕａｔｉｏｎｓ  ｉｎ  ｐｈｏｔｏｎｉｃ  ｃｒｙｓｔａｌｓ”に記載された方法を用いて計算された。図面において、横座標は規格化周波数ｋΛを表し、縦座標は実効屈折率、ｎｅｆｆを表す。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、パラメータｄ／Λの値がそれぞれ０．２、０．４，０．６及び０．７の場合における状態密度を示す。この計算において、背景の屈折率が１．４５であり、且つ高屈折率ロッドの屈折率が１．４８であり、それにより屈折率差が約２％となっている。
【００１１】
[0011]図４（ａ）〜図４（ｄ）は、ｄ／Λが図３（ａ）〜図３（ｄ）の場合と同じ値である場合における計算された状態密度（ＤＯＳ）を示す。これらの図においでも、横座標は規格化周波数ｋΛを表すが、縦座標は電磁場のモードパラメータであるパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２を表す。特に、（β２-ｎ２ｋ２）Λ２は、フォトニック結晶微細構造のためのスカラー波動方程式の固有値（ｅｉｇｅｎｖａｌｕｅ）である。このモードパラメータは、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ｖｏｌ．１２，  ６９−７２（２００４）の“Ｓｃａｌｉｎｇ  ｌａｗｓ  ａｎｄ  ｖｅｃｔｏｒ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｉｎ  ｂａｎｄｇａｐ−ｇｕｉｄｉｎｇ  ｆｉｂｅｒｓ”において詳細に記載にされている。パラメータｎ及びβはそれぞれ、クラッドの背景（背景光学材料）の屈折率及び波数ベクトルの縦方向成分（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を表す。
【００１２】
[0012]図４（ａ）〜図４（ｄ）のグラフにおいて、模様のない色の濃い領域は、状態密度が零であるバンドギャップを示す。灰色スケールは、クラッドモード、すなわち、クラッド中に単独又は部分的に存在するモードの存在を表す。灰色スケールが濃い色から薄い色に変わるにつれてクラッドモードの数は増加する。
【００１３】
[0013]図３（ａ）〜図３（ｄ）は、規格化周波数ｋΛの低い値において、バンドギャップが、（縦座標に沿って）より深くなり、且つ（横座標に沿って）狭くなることを示している。定量的には、（縦座標に沿った）バンドギャップの深さは、ファイバの曲げ損失に対応する。深さが浅く（すなわち、許容されたモード間の屈折率の差が小さく）なると、曲げ損失が増加する。
【００１４】
[0014]図３（ａ）〜図３（ｄ）に示されているように、パラメータｄ／Λが大きくなるにつれ、クラッドモード間のバンドギャップも、深くなると共に狭くなる。
【００１５】
[0015]図３（ｂ）において、コア導波モード（ｃｏｒｅ  ｇｕｉｄｅｄ  ｍｏｄｅ）は、クラッドモード上に重複されており、細い白い線で示されている。このコア導波モードは、周期的な構造から一つの高屈折率ロッドが除外された場合に対して計算される。コア導波モードは、規格化周波数が２３〜６０の範囲で示されており、規格化周波数３７、４０及び６０のところがバンドギャップのエッジになっている。
【００１６】
[0016]上述したように、図４（ａ）〜図４（ｄ）は、規格化周波数ｋΛに対するクラッドモードのモードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２を示している。バンドギャップが深くなるにつれ、コア導波モードとバンドギャップの底を成すクラッドモードとの間のモードパラメータにおける差が増加し、ファイバのコア領域中によく閉じ込められた電磁場を有するコア導波モードをもたらす。また、これは、コア導波モードの数の増加をもたらす。コア導波モードがｋΛ＝１００に対して計算され、図４（ａ）〜図４（ｄ）においてデータ点で示されている。図４（ａ）及び図４（ｂ）では、一つのコアモードだけがバンドキャップに位置しているので、光ファイバは単一モードで動作する。図４（ｃ）及び図４（ｄ）では、１以上のコアモードが示されている。これらの場合において、最大のモードパラメータにおけるデータ点、すなわちゼロに一番近いデータ点、は基本コア導波モードを表し、次に大きなモードパラメータでのデータ点は第１の高次モードを表す。図から分かるように、パラメータｋΛが０．４以下であるときは（図４（ａ）及び図４（ｂ））、光ファイバは、単一モードで動作する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
[0017]図３（ａ）〜図３（ｄ）及び図４（ａ）〜図４（ｄ）から、曲げ損失と単一モード動作を可能とする最大コア直径（又は最小波長）との間にはトレードオフの関係があることが明らかである。これは通常の屈折率導波型光ファイバ（ｉｎｄｅｘ  ｇｕｉｄｉｎｇ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｆｉｂｅｒ）と類似しているが、ＰＢＧＦにおいてトレードオフはより狭い設計許容誤差を要求するので状況はより悪い。単一モード動作を提供するためにｄ／Λが約０．４に設定されたＰＢＧＦにおいて、伝送帯域は曲げ損失により大きく制限されており、その曲げ損失は偶数次のバンドキャップ（ｅｖｅｎ  ｏｒｄｅｒ  ｂａｎｄｇａｐ）と各バンドギャップにおけるエッジの周辺とにおいて大きくなる。これは、従来のＰＢＧＦでは回避できないバンドギャップの深さの波長依存性によってもたらされる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
[0018]本発明は、コア領域と、第１屈折率ｎを有する背景光学材料と二次元の周期的な構造に配列された複数の要素とを含むと共にコア領域を囲むクラッド領域と、を備えるフォトニックバンドギャップ光ファイバであって、複数の要素のそれぞれが、中央部と、中央部より大きな屈折率を有する周辺部とを有し、βが波数ベクトルの縦方向成分であり、ｎがクラッドの背景屈折率であり、ｋが自由空間の波数、すなわち２π／波長であり、Λがクラッド領域中の複数の要素の中心間の距離である場合に、バンドギャップの下端での規格化されたモードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２が規格化周波数ｋΛの所定の範囲にわたってほぼ一定となるように、複数の要素が配列されているフォトニックバンドギャップ光ファイバを提供する。このファイバは、コア導波モードの実質的に安定的な数をサポートするという利点を提供する。更に、コア導波モード中のそのバンドギャップのバンド幅が従来のＰＢＧＦより広い。
【００１９】
[0019]実質的に一定の底のハンドギャップエッジ、又は低い側のバンドエッジは、バンドギャップの低い側のエネルギーエッジを意味する。これは、少なくとも２０及び好ましくは３０の規格化周波数ｋΛの所定の範囲にわたって０．４より大きく変動しないモードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２を有するとすることができる。規格化された周波数ｋΛの所定の範囲が１００を含むことが好適である。バンドギャップは、（β２-ｎ２ｋ２）Λ２＝０の値の周囲のように如何なるモードもサポートされていないところで生じ、バンドギャップのエッジは、これより小さい規格化されたモードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２にあるので、バンドギャップエッジは、規格化周波数ｋΛに対する規格化されたモードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２のプロットを参照して考慮され得る。
【００２０】
[0020]中央部の断面形状が円形であり、周辺部の断面形状がリング状又は環形であるものとすることができる。周辺部の外径に対する中央部の直径の比が０．８０以上であるものとすることができる。
【００２１】
[0021]代替的に、中央部の断面形状が多角形であり、周辺部の断面形状が中空多角形であるとすることができる。周辺部を取り囲む円の直径に対する中央部を取り囲む円の直径の比が０．８０以上であるとすることができる。
【００２２】
[0022]第１屈折率が中央部の屈折率と実質的に同等であるとすることができる。周辺部と中央部との間の屈折率差が１％より大きいとすることができる。
【００２３】
[0023]別の実施形態において、コア領域と、第１屈折率を有する背景光学材料と二次元の周期的な構造に配列された複数の要素とを含むと共にコア領域を囲むクラッド領域と、を備え、複数の要素のそれぞれが、第１屈折率より高い第２屈折率を有する複数のロッドを有し、複数の要素のそれぞれの複数のロッドが、円形又は多角形に配列されているフォトニックバンドギャップ光ファイバを提供する。この実施形態は、上記の実施形態よりより優れた製造性という利点を提供する。
【００２４】
[0024]多角形は三角形又は六角形であるとすることができる。複数の要素のそれぞれにおける複数のロッドの数が、３、６又は１２であるとすることができる。
【００２５】
[0025]周波数の連続する所定の範囲にわたってサポートされているコア導波モードを有する光ファイバが提供されるように、複数の要素のそれぞれの複数のロッドが配列されており、その所定の範囲において、光ファイバが実質的に単一モードとして光を伝送するとすることができる。
【００２６】
[0026]複数のロッドの直径に対する複数のロッドを取り囲む円の直径の比が０．８以上であるとすることができる。複数のロッドと背景光学材料との間の屈折率差が１．５％より大きいとすることができる。これらの数値は、大きなバンドギャップ及び高損失のクラッドモードを有する光ファイバを提供する。
【００２７】
[0027]また、フォトニックバンドギャップ光ファイバと、波数ｋｐ１を有する第１入射光を出力するように配置された第１光源と、を備え、フォトニックバンドギャップ光ファイバが、第１入射光をコア導波モードとして伝送するのに適合されており、１次のストークス光をクラッドモードに結合させて該フォトニックバンドギャップ光ファイバ中で減衰させることで、波数ｋｓ１を有し且つフォトニックバンドギャップ光ファイバ中において第１入射光によって誘導される１次のストークス光を伝送しない、光伝送装置が提供される。
【００２８】
[0028]波数ｋｐ１を含むバンドギャップにおける低い周波数側の該バンドギャップの端の波数ｋｅがｋｐ１＞ｋｅ＞ｋｓ１の関係を有し、第１入射光と第１のストークス光との間の透過率（ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）の差が１５ｄＢ以上であるとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】パラメータｄ／Λ及び波長を用いてオールソリッドＰＢＧＦのコア直径と規格化周波数ｋΛとの間の関係を示すグラフである。
【図２】（ａ）は高屈折率領域の屈折率プロファイルを示す概念図であり、（ｂ）はオールソリッドＰＢＧＦのクラッド中の周期的な構造を示す概念図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、図２（ａ）及び図２（ｂ）のオールソリッドＰＢＧＦの計算されたＤＯＳを示すグラフであり、横座標は規格化周波数ｋΛを表し、縦座標は実効屈折率、ｎｅｆｆを表す。（ａ）〜（ｄ）においてパラメータｄ／Λの値は、それぞれ０．２、０．４，０．６及び０．７である。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、図２（ａ）及び図２（ｂ）のオールソリッドＰＢＧＦの計算されたＤＯＳを示すグラフであり、横座標は規格化周波数ｋΛを表し、縦座標はモードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２を表す。
【図５】（ａ）は、第１実施形態のオールソリッドＰＢＧＦにおける高屈折率領域の屈折率プロファイルを示す概念図であり、（ｂ）は、第１実施形態のオールソリッドＰＢＧＦ中の周期的な構造を示す概念図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、第１実施形態のオールソリッドＰＢＧＦの算出されたＤＯＳを示すグラフであり、横座標は規格化周波数ｋΛを表し、縦座標は実効屈折率、ｎｅｆｆを表す。（ａ）〜（ｅ）において外径に対する内径の比Ｄ／ｄの値はそれぞれ０．７、０．７５、０．８、０．９及び０．９５である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、第１実施形態のオールソリッドＰＢＧＦの算出されたＤＯＳを示すグラフであり、横座標は規格化周波数ｋΛを表し、縦座標はモードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２を表す。
【図８】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、第１実施形態のオールソリッドＰＢＧＦの算出されたＤＯＳを示すグラフであり、横座標は規格化周波数ｋΛを表し、縦座標はモードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２を表す。（ａ）〜（ｄ）においてパラメータｄ／Λの値はそれぞれ０．４、０．５、０．６及び０．７である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、第１実施形態のオールソリッドＰＢＧＦの算出されたＤＯＳを示すグラフであり、横座標は規格化周波数ｋΛを表し、縦座標はモードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２を表す。（ａ）〜（ｄ）において屈折率差Δｎはそれぞれ１％、１．５％、２％及び３％である。
【図１０】（ａ）は、中空の六角形の高屈折率領域を有する周期的な構造を示す概念図であり、（ｂ）は、（ａ）に係るオールソリッドＰＢＧＦの計算されたＤＯＳを示すグラフである。
【図１１】（ａ）は、正三角形の頂点上に配列されていると共に円形の断面を有する３つのロッドからなる高屈折率領域を有する周期的な構造を示す概念図であり、（ｂ）は、（ａ）に係るオールソリッドＰＢＧＦの算出されたＤＯＳを示すグラフである。
【図１２】（ａ）は、六角形の頂点上に配列されていると共に円形の断面を有する６つのロッドからなる高屈折率領域を有する周期的な構造を示す概念図であり、（ｂ）は、（ａ）に係るオールソリッドＰＢＧＦの算出されたＤＯＳを示すグラフである。
【図１３】（ａ）は、六角形の頂点及び辺上に配列されていると共に円形の断面を有する１２つのロッドからなる高屈折率領域を有する周期的な構造を示す概念図を示し、（ｂ）は、（ａ）に係るオールソリッドＰＢＧＦの算出されたＤＯＳを示すグラフである。
【図１４】（ａ）は、円上に配列されていると共に円形の断面を有する１２つのロッドからなる高屈折率領域を有する周期的な構造を示す概念図を示し、（ｂ）は（ａ）に係るオールソリッドＰＢＧＦの算出されたＤＯＳを示すグラフである。  [0043]図１０（ｂ）、図１１(Ｂ)、図１２(ｂ)、図１３(ｂ)、および図１４（ｂ）において、横座標は規格化周波数ｋΛを表し、縦座標はモードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２を表す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
[0044]図５（ａ）及び図５（ｂ）は、ＰＢＧＦの改善された構造を示す。周期的な構造は、ロッドタイプの高屈折率領域に替えてリングタイプの高屈折率領域から構成されている。このリングタイプの構造は、リングの内径を特定する追加の構造的なパラメータＤで説明される。代替的に、リングのタイプの構造は、外径に対する内径比、Ｄ／ｄで具体化されるものとすることができる。本例において、背景の屈折率は１．４５であり、高屈折率領域の屈折率は１．４８であるので、先行技術と関連して説明したロッドで構成されたＰＢＧＦと同様に屈折率差が約２％となる。リングの外径ｄは、０．７０Λである。
【００３１】
[0045]発明者は、上記のパラメータを慎重に調節することでＰＢＧＦの伝送特性を最適化することができることを現実化した。特に、所定の範囲にわたってモードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２が実質的に一定である光ファイバを提供できるようにパラメータが調節されると、低損失、大面積、及び単一モードの光ファイバが実現され得る。
【００３２】
[0046]図６（ａ）〜図６（ｅ）は、バンドキャップ構造とリングの厚さとの間の関係を示す。特に、これらの図は、（横座標上に表されているように）規格化周波数ｋΛと（縦座標上に表されているように）実効屈折率ｎｅｆｆとに関するクラッド中の状態密度を示す。図６（ａ）〜図６（ｅ）は、リングの外径に対するリングの内径の比（Ｄ／ｄ）が０．７，０．７５，０．８，０．９及び０．９５の場合におけるＤＯＳを示す。図６（ｄ）及び図６（ｅ）において、横座標上に示されている最大値は、図６（ａ）〜図６（ｃ）に用いられたｋΛ＝１５０からｋΛ＝１９０に増加させてある。パラメータＤ／ｄが増加すると、各クラッドモードはより高い規格化周波数にシフトする。ＬＰｌｌモード（ｌ＝０，１，２，３等）は、ｍ≠１の場合における他のＬＰｌｍモードのいずれよりもシフト量が少ない。図において示唆されているように、ＬＰ０２モードは約１００のｋΛでグラフの下部に位置する。
【００３３】
[0047]図７（ａ）〜図７（ｅ）は、図６（ａ）〜図６（ｅ）の算出された状態密度を示すグラフであるが、縦座標が、モードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２で示されている。バンドギャップの底を形成するＬＰ０２モードが、図７（ｄ）及び図７（ｅ）（それぞれＤ／ｄ＝０．９０及び０．９５）において横座標にほぼ平行であることは重要である。図７（ｃ）（Ｄ／ｄ＝０．８０）において、クラッドモードＬＰ０２は、約６０〜１００の規格化周波数の範囲において横座標に平行である。更に、これらの領域では、規格化周波数が大きくなるにつれ、ＬＰｌ1モード（ｌ＝２，３…）が狭くなると共に横座標に対して垂直に近づく。従って、ＬＰ０２モードのトップに対する深さ（すなわち、縦座標におけるバンドギャップの幅）は、コア導波モードの数の決定において、重要なファクターとなる。従って、ＬＰ０２モードは横座標に略平行であるので、バンドギャップの深さは規格化周波数に依存しない。これは、コア導波モードの数が、規格化周波数にほぼ依存しないことを意味する。
【００３４】
[0048]従来のオールソリッドＰＢＧＦにおいて、そのようなバンドギャップの形状を実現することは難しい。例えば、図４に示されているように、規格化周波数ｋΛ＝１００の付近で、各バンドギャップの底の形状は、勾配を有する。例えば、図４（ｂ）（ｄ／Λ＝０．４）の場合において、勾配（単位ｋΛ当りモードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２における変化率）は約０．４である。リングタイプのＰＢＧＦに対する同等なグラフが図８（ａ）において示されている。図８（ａ）では、ｄ／Λ＝０．４に対して、勾配が約０．１の値であることが示されている。高パワーのレーザー送達（ｄｅｌｉｖｅｒｙ）のためのＰＢＧＦの実用的な使用を考慮すると、チタンサファイアレーザーのような波長可変レーザー光源の波長範囲にわたって単一モードが実現されると有効である。更に、１．０６μｍ及び１．５５μｍ、又は０．８０μｍ及び１．０６μｍのように２つ以上の主なレーザーの周波数がカバーできると更に有効である。そのような場合、ｋΛ＝１００の点を含む、２０の規格化周波数（ｋΛ）の範囲、より好ましくは３０の規格化周波数（ｋΛ）の範囲にわたって、勾配が小さく（すなわち、０．４未満）維持されることが好適である。
【００３５】
[0049]図８（ａ）〜図８（ｄ）に戻り、より詳細に説明すると、これらの図は、バンドギャップがパラメータｄ／Λ（図７に示されたＤ／ｄの代わりに）によってどのように変わるかを示し、また上述した図５（ａ）及び図５（ｂ）の構造に対して算出された状態密度（ＤＯＳ）を示す。図８（ａ）〜図８（ｄ）はそれぞれ、ｄ／Λが０．４，０．５，０．６及び０．７の場合において、ＤＯＳが（縦座標上の）モードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２及び（横座標上の）規格化周波数ｋΛに関連して変化することを示す。これらの図において、Ｄ／ｄが０．８に固定されている。図８（ａ）〜図８（ｄ）は、パラメータｄ／Λが増加するにつれ（すなわち、高屈折率のリングがファイバのコアにより近づくようにファイバの構造が変化される）、バンドギャップの深さが深くなることを示す。ｋΛ＝１００でのデータ点は、コア導波モードを表す。これらは、単一のモード動作とマルチ動作との間の境界が０．４と０．５との間のｄ／Λに位置することを示す。
【００３６】
[0050]図９（ａ）〜図９（ｄ）は、上記の例に対し、状態密度と屈折率との間の関係を示す。また、横座標は規格化周波数ｋΛ、を示し、縦座標はモードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２を示す。図９（ａ）〜図９（ｄ）は、屈折率差Δｎの異なる値、すなわち、１％、１．５％、２％及び３％を示す。これらの図において、比Ｄ／ｄ及び比ｄ／Λがそれぞれ０．９及び０．７に固定されている。屈折率差が大きくなるにつれ、ＬＰｌｌモードはバンド幅が狭くなると共に縦座標に平行に近づき始める。従って、屈折率差を変えることで、バンドギャップが存在する領域を、規格化周波数の広い範囲にわたって制御することができる。
【００３７】
[0051]上記の説明、図６（ａ）〜図６（ｅ）、図７（ａ）〜図７（ｅ）、図８（ａ）〜図８（ｄ）、及び図９（ａ）〜図９（ｄ）は、リングタイプのオールソリッドＰＢＧＦにおいて比Ｄ／ｄ及びｄ／Λを慎重に選択することで、実用的なＬＭＡＦが生産できるように、バンドギャップの深さの波長依存性及び規格化周波数の使用可能な範囲を最適化することができることを示す。更に、クラッドモードのバンド幅は狭く、且つ広い波長範囲にわたってモードパラメータがほぼ一定であるので、多数のコア導波モードが広い波長帯にわたって維持され得る。バンドギャップ深さが独立的に制御可能であるので、この設計で広い波長範囲における単一モード動作を設計することが容易である。
【００３８】
[0052]単一モード動作が、計算上０．４以下のｄ／Λでのみ可能であると上述したが、実際には実効的単一モードはｄ／Λが０．４より僅かに大きい値において発生する。これは、曲げ損失又は閉じ込め損失における差によって、高次モードが基本モードより大きな損失を有するからである。計算上で高次モードが存在しても、高次モードは基本モードより損失されやすいので、単一モードだけで有効に動作するとみなすことができる。例えば、幾つかの空孔タイプＰＣＦは、０．５０のｄ／Λで単一モード動作を示す。従って、単一モード動作が達成できるｄ／Λの範囲を考慮する際に、実際の使用中に実際に得られる高次モードの曲げ損失が考慮されるべきである。オールソリッドＰＢＧＦでは、空孔タイプＰＣＦより閉じ込め損失が大きく、また空孔タイプＰＣＦより高次モードがより減衰されやすい。従って、オールソリッドＰＢＧＦに関しては、実効単一モードの動作はｄ／Λが０．５０に至っても可能である。更に、高い閉じ込め損失によって、単一モード動作は０．５より大きな、例えば０．６０のｄ／Λでも期待され得る。
【００３９】
[0053]更に、本発明に係る光ファイバにおいて、バンドギャップエッジでのクラッドモードは、高屈折率ロッドに強く閉じ込められるＬＰｌ1モードが支配的である。従って、ロッドタイプのオールソリッドＰＢＧＦに比較して、クラッドモードのバンド幅は狭く、バンドのエッジ付近でのバンドギャップの深さはより深い。従って、リングタイプＰＢＧＦは、ロッドタイプＰＢＧＦに比較して、損失帯域の幅が狭く、またバンドギャップのエッジ付近での曲げ損失がより小さい。
【００４０】
[0054]図９（ａ）〜図９（ｄ）において示されているように、屈折率の制御によってバンドギャップの深さを維持しながら、ＬＰｌ1クラッドモードの波長を制御することができる。屈折率の差が増加すると、ＬＰｌ1クラッドモードの規格化周波数が小さくなる。更に、屈折率の差が大きいと、ＬＰｌ1クラッドモードの幅が極端に狭くなり、バンドギャップエッジにより惹起された損失が更に低減される。
【００４１】
[0055]他の実施形態において、高屈折率の領域は、円形リングに限定されない。例えば、高屈折率の領域によって、モードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２に対するバンドギャップの深さが周波数の広い範囲にわたって規格化周波数に殆ど依存しないバンドギャップ領域が実現されると、単一モードのラージモードエリアファイバが実現され得る。特に、高屈折率領域の周辺部より小さな屈折率を有する中央部を少なくとも含む高屈折率領域により達成されることができることが分かった。
【００４２】
[0056]一実施形態において、高屈折率領域は、周辺部として中空の多角形を有する。図１０（ａ）は、高屈折率領域として中空の六角形を有する周期的な構造を示す。図１０（ｂ）は、計算された状態密度を示し、横座標が規格化周波数ｋΛを表し、縦座標がモードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２を表す。中空の多角形タイプの光ファイバのバンドギャップ構造は、図９において示されたリングタイプのオールソリッドＰＢＧＦファイバに類似する。リングタイプのファイバの場合、高屈折率領域は、製造中に積み重ねられたロッド間の空隙を埋めるガラスの流動により頂点が丸みを帯びたものではあるが中空多角形タイプファイバの高屈折率領域に近づく。そのような場合でも、光ファイバのバンドギャップ構造は、リングタイプの光ファイバに類似し、中空多角形のサイズ及び厚さでバンドギャップの深さ及び勾配が制御され得る。
【００４３】
[0057]図１１（ａ）、図１２（ａ）、図１３（ａ）及び図１４（ａ）において示されているように、別の実施形態においては、円形の断面積を有するロッドが、円形又は規則的な多角形の状態に配列され、高屈折率領域の周辺部を形成する。図１１（ａ）は、正三角形の頂点上に配列された３つのそのようなロッドを示す。図１２（ａ）は、六角形の頂点上に配列された６つのそのようなロッドを示す。図１３（ａ）は、六角形の頂点及び辺上に配列された１２つのそのようなロッドを示す。図１４（ａ）は、円状に配列された１２つのそのようなロッドを示す。図１１（ｂ）、図１２（ｂ）、図１３（ｂ）及び図１４（ｂ）は、それぞれ図１１（ａ）、図１２（ａ）、図１３（ａ）及び図１４（ａ）に係るオールソリッドＰＢＧＦのＤＯＳを示すグラフである。前の図の幾つかにおいて、横座標は規格化周波数ｋΛを表し、縦座標はモードパラメータ（β２-ｎ２ｋ２）Λ２を表す。これらの場合のそれぞれにおいて、円形ロッドの外径又はロッドが沿って配列された円又は規則的な多角形のサイズを変えることで、バンドギャップの深さ及び勾配を制御することができる。特に、図１１（ｂ）及び図１２（ｂ）において示されている構造では、バンドギャップのエッジが高周波数領域の伝送帯域に位置しないので、リングタイプＰＢＧＦに比べて改善された性能を提供する。従って、これらの構造は広く且つ連続的な伝送帯域を提供するという利点を有する。
【００４４】
[0058]図１０（ａ）〜図１４（ａ）において、高屈折率領域を形成する円形ロッドは、すべて同じ方向に向けられている。例えば、図１１（ａ）において、ロッドは正三角形の頂点上に配置されている。また、各三角形において、一つの頂点が右側に位置しており、他の２つの頂点が図において一方が他方の上にあるように配置されている。この方向は、各三角形に対して同じである。しかし、各多角形におけるロッドの数が６つ以上である実施形態では、各多角形間において方向が異なるとしても、これによる状態密度の変化はほんの僅かである。従って、製造の際の多角形の方向における僅かな変化は、結果として得られるＰＢＧＦの状態密度に対して、影響を与えないか、あったとしてもほんの僅かな影響のみを与える。
【００４５】
[0059]円又は多角形の周囲に配列されていると共に円形の断面を有するロッドのアレイを備える実施形態において、リングタイプ構造に対して決定された構造パラメータの幾つかはここでまた使用され得る。例えば、比Ｄ／ｄ（ロッドの直径に対する円又は多角形の直径の比）は０．８より大きいことが好適であり、またロッドと背景材料との間の屈折率差は少なくとも１．５％であることが好適である。
【００４６】
(製造方法)
[0060]リングタイプＰＢＧＦは、スタックアンドドロー（ｓｔａｃｋ  ａｎｄ  ｄｒａｗ）法又は切削加工方法（ｄｒｉｌｌｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ）により作ることができる。
【００４７】
[0061]スタックアンドドロー法において、例えば高屈折率の外側領域を有するロッド提供するために、個々の高屈折率領域となるロッドは、多重のスタッキングプロセス（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｓｔａｃｋｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ）、ＭＣＶＤ(ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＭＣＶＤ)法又は外付け(ｏｕｔｓｉｄｅ  ｖａｐｏｒ−ｐｈａｓｅ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＯＶＤ)法により作ることができる。（周期的なクラッド領域のための）ロッドは延伸されて複数のより細いロッド（ｃａｎｅ）に分割される。これらの複数の細いロッドは、低屈折率であり且つコアとなる一つの細いロッドの周囲に積み重ねられる。次に、これらの積み重ねられた細いロッドをジャケット管に挿入し、中央のコアと周期的な構造を有するクラッドとを備える光ファイバプリフォームを製造する。プリフォームをコラプスしてそのファイバを線引きすることによって、又は線引き炉の中でコラプスすると同時に直接的に線引きすることによって、光ファイバのプリフォームから光ファイバを作ることができる。
【００４８】
[0062]切削加工方法において、ロッドはスタックアンドドロー法と同様の方法、すなわち多重のスタッキングプロセス、ＭＣＶＤ法又はＯＶＤ法で作られる。プリフォームを形成するために、ロッドは延伸されて分割され、背景材料を形成するガラス本体中の切削加工孔に挿入される。ロッドの外面領域(ｏｕｔｅｒ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｒｅｇｉｏｎ)は、背景材料より高い屈折率を有するように、ＧｅＯ２を含むシリカガラスから作られたものとすることができる。代替的に、ロッドの外面領域は、背景材料のガラスを含むものとすることができる。前者のタイプのロッドは、ＯＶＤ法で作られることが好適である。一方、後者のタイプのロッドは、複数のスタッキングプロセス又はＭＣＶＤプロセスで作られることが好適である。
【００４９】
[0063]高屈折率領域の周辺部の形状がリング以外の別の形状である場合における実施形態においても、高屈折率領域は同じ方法で作ることができる。
【００５０】
[0064]図１１（ａ）及び図１２（ａ）において示されている実施形態において、円形のロッドを形成する高屈折率ロッドを、背景材料を形成するガラス本体中の切削加工孔に直接的に挿入することができる。高屈折率ロッドの数が小さい場合、多角形の方向は容易に達成され得る。（図１３（ａ）及び図１４（ａ）において示されているように）多角形を形成するロッドの数が６つ以上である場合には、製造の観点から切削加工孔に個々のロッドを挿入しないことが好適である。このような場合には、多角形の正確な方向がバンドギャップ構造に影響を与えないので、高屈折率領域はスタックアンドドロー法で作ることが可能であるからである。
【００５１】
[0065]本発明に係る光ファイバのための材料は、純シリカガラス、または、ゲルマニウム、リン、又はアルミニウムがドープされたシリカガラスであるとすることができる。これらの３つのドーパントは、シリカの屈折率を増加させる機能をし、高屈折率領域中にドーパントとして用いられるものとすることができる。代替的に、シリカの屈折率を低下させる機能をするフッ素又はホウ素がドープされたシリカが用いられるとすることができる。これらのドーパントはコア及び背景材料中に用いられるものことができる。また、上述の元素の共添加（ｃｏ−ｄｏｐｉｎｇ）が用いられるとすることができる。シリカガラスを用いると、高い信頼性を有し且つ低い伝送損失のファイバが製造されると共に、従来の光ファイバの製造方法及び製造装置が用いられ得る。
【００５２】
[0066]本発明に係る光ファイバは、従来の技術を用いて製造されるものとすることができ、低価格で高品質の製品を提供することができる。更に、その光ファイバは空孔を含まないので、製造の際に、光ファイバの構造をより容易に制御することができる。
【００５３】
（本発明に係るＰＢＧＦの用途）
[0067]本発明に係るＰＢＧＦの一つの用途は、逆に高パワー送信に影響を与え得る誘導ラマン散乱（Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ  Ｒａｍａｎ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ：ＳＲＳ）を防止することである。ＳＲＳは、光ファイバ中に高パワー光が存在するときに発生する非線形光学効果である。ＳＲＳは、光パワーの一部を異なる波長にシフトさせる。波長が変更された光は、ストークス光と称される。場合によっては、光ファイバに入力された光の大部分がストークス光に変動される。光パワーの一部のストークス波長への変更は、所望な波長で伝送されるパワーを低減させ、パワー伝送に望ましくない。しかし、ストークス光が発生する波長で高損失を有するようにファイバが作られた場合には、ＳＲＳ効果が抑えられる。オールソリッドＰＢＧＦの伝送帯域は空孔タイプＬＭＡＰＣＦ等のように連続的ではなく、またクラッドモードによって妨げられる。伝送帯域が妨げられた波長では、コア導波モードが存在せず、中心のコア周囲の光はクラッドモードと結合されて急激に減衰する。ストークス光でコア導波モードが存在しないと、損失がラマン利得を上回る。その結果、ストークス光への変更は低減され得る。例えば、シリカガラスにおいて、１次のストークス光は、伝送周波数より約１３．２ＴＨｚ低い周波数で発生する。１．５５μｍの波長において、ストークス光は１．５５μｍより約０．１μｍ長い。従って、光ファイバが１．６６μｍで大きな損失を有する場合には、高パワーの１．５５μｎの光が光ファイバに入力されるときにＳＲＳが抑制され得る。
【００５４】
[0068]以上のように、クラッドモードは通常、高い損失を有し、クラッドモードに結合された光は急激に減衰する。しかし、低い閉じ込め損失及び低い材料損失を有する高屈折率ロッドにクラッドモードがよく閉じ込められた場合には、コアにおいてＳＲＳによってクラッドモードに結合する光が急激に減衰しない場合もあり得る。そのような場合においても、損失が大きな材料で高屈折率ロッドを作ることによって、ＳＲＳの抑圧が実現され得る。従って、本発明の別の実施形態において、高屈折率ロッドの材料損失は、クラッドモードにおけるストークス光がラマン効果によって増幅される（ｇａｉｎｅｄ）ことを防止する程度に十分に高いことが好適である。そのような光ファイバは、高損失材料を高屈折率ロッドへ同時ドーピングすることで製作することができる。高損失の材料は、例えば、遷移金属又は希土類金属である。高損失材料は、上述した例に制限されず、本実施形態の目的のために、クラッドモードを弱める何れかの材料を用いることができる。
【００５５】
[0069]本発明に係るＰＢＧＦは、複数の波長でＳＲＳを抑制するように設計され得る。例えば、シリカベースの光ファイバにおいて、１．０６μｍ及び１．５５μｍの伝送波長でＳＲＳによって誘導された１次のストークス光は、それぞれ１．１１μｍ及び１．６６μｍである（すなわち、各伝送波長より約０．０５μｍ及び０．１１μｍ長い）。従って、両方の伝送波長が伝送帯域内にあり、且つストークス波長が高損失帯域内である場合には、１次ストークス波長へシフトされた光パワーは抑えられ得る。所望の波長（例えば、１．５５μｍ、１．０６μｍ、又は０．８０μｍ）での光伝送と１次のストークス光の波長での光伝送との差が１５ｄＢ以上であると、ＳＲＳの優れた抑制が実現され得る。
【００５６】
[0070]従来のロッドタイプオールソリッドＰＢＧＦに対して、ここで記載したリングタイプのＰＢＧＦ及び別の実施形態（非円形リング及び多角形の高屈折率領域のＰＢＧＦ）の更なる利点は、リングタイプのファイバにおいて、クラッドモードがＬＰｌｌモードからなる点である。状態密度グラフから分かるようにバンドエッジでのクラッドモードがそのようなモードで構成された場合には伝送帯域及び高損失帯域との間の分離（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）が大きい。これは、ストークス周波数で、光が急にフィルタされ得ることを意味する。高損失帯域の波長変化は、光ファイバが曲がっているとき起きることがある。しかし、高損失帯域の変動は、従来のロッドタイプオールソリッドＰＢＧＦより本発明に係るＰＢＧＦがより小さい。従って、本発明に係るＰＢＧＦ、例えばリングタイプの光ファイバは、曲がりの影響が少なく、光パワー伝達用途（ｄｅｌｉｖｅｒｙ  ｕｓｅ）に有利である。
【００５７】
[0071]更に、本発明の光ファイバは、オールソリッドであり空孔を含まないので、ファイバ端面の管理面において優れている。光ファイバが空孔を有すると、空孔内にごみが入ることがあり、また高パワーの光が入射されると、表面の端面が傷づき、又は過剰損失を誘発することもある。
【００５８】
[0072]本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、高屈折率領域が異なる辺の数を有する多角形上に配列されているとすることができ、用いられるガラス又はドープ材料は変更され得る。
【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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【国際調査報告】
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