(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア領域と、前記コア領域を覆うクラッド領域と、を有する光ファイバであって、
前記クラッド領域には複数の空孔が、多角形をなし光ファイバの径方向に並ぶように層状に形成され、
前記複数の空孔のうち中心から少なくとも２層の直径は、前記層における前記多角形の頂点から中心までの距離の２乗に比例し、前記コア領域に近接した前記複数の空孔の直径が最小であって、前記コア領域から光ファイバの径方向に沿って順次拡径することにより前記クラッド領域の周縁に位置する前記複数の空孔の直径が最大となるように構成され、
最近接する前記複数の空孔の中心間距離は一定であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記空孔は複数の層で構成され、前記複数の層のうち、前記径方向外側の少なくとも２層の前記空孔の直径は互いに同一であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光ファイバが端部に接続されていることを特徴とする光ファイバケーブル。
【請求項４】
第１光ファイバと第２光ファイバとを接続する光ファイバ接続方法であって、
前記第１光ファイバの一端と第２光ファイバの一端とを対向させるステップと、
前記第１光ファイバの一端に、
コア領域と、前記コア領域を覆うクラッド領域と、を有する第３光ファイバであって、
前記クラッド領域には複数の空孔が、多角形をなし光ファイバの径方向に並ぶように層状に形成され、
前記複数の空孔のうち中心から少なくとも２層の直径は、前記層における前記多角形の頂点から中心までの距離の２乗に比例し、前記コア領域に近接した前記複数の空孔の直径が最小であって、前記コア領域から前記第３光ファイバの径方向に沿って順次拡径することにより前記クラッド領域の周縁に位置する前記複数の空孔の直径が最大となるように構成され、
最近接する前記複数の空孔の互いの中心間距離は一定である前記第３光ファイバの一端を接続するステップと、
前記第３光ファイバの他端と前記第２光ファイバの一端とを接続するステップと、
からなることを特徴とする光ファイバ接続方法。
【請求項５】
前記空孔は複数の層で構成され、前記複数の層のうち、前記径方向外側の少なくとも２層の前記空孔の直径は互いに同一であることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ接続方法。
【請求項６】
前記第３光ファイバの他端と前記第２光ファイバの一端との間には所定物質が介在していることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバ、光ファイバケーブル、及び光ファイバ接続方法に関し、特にフォトニック結晶ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光ファイバの断面に軸方向に延びる空孔を形成した構造を持つフォトニック結晶ファイバ（ＰＦＣ）が知られている（例えば、特許文献１）。フォトニック結晶ファイバは、屈折率約１．４５の石英ガラスの周囲に屈折率約１の空気を含む空孔が周期的に形成されている。フォトニック結晶ファイバでは、空気と石英ガラスとの屈折率の差が大きいため、コア領域への光の閉じ込め効果が増大し、非線形効果を効果的に得ることができる。
【０００３】
図１０に従来のフォトニック結晶ファイバ１０１を示す。フォトニック結晶ファイバ１０１は、コア領域１０２とクラッド領域１０３とを有しており、クラッド領域１０３には複数の空孔１０４が形成されている。空孔１０４は、フォトニック結晶ファイバ１０１の中心Ｃを中心とする正六角形をなすように周期的に配置されている。複数の空孔１０４の直径はすべて同一であって、各空孔１０４の中心間距離も同一である。コア領域１０２における実効的な屈折率はクラッド領域１０３における屈折率よりも高いため、コア領域１０２に入射した光は全反射によりフォトニック結晶ファイバ１０１内を伝搬する。
【０００４】
フォトニック結晶ファイバでは、コアへの光の閉じ込め効果が大きいため、曲げ損失が通常の光ファイバに比べて小さく、屋内のケーブル敷設作業を効率的に行うことができる。また、従来から、光ファイバの屈折率分布が中心からの距離の２乗に比例するいわゆる２乗分布による光ファイバを用いたコリメータが知られている（例えば、特許文献２）。このような屈折率分布とすることにより、クラッド領域からの反射によるモードの影響を受けにくくなり損失を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２７７０９０号公報
【特許文献２】特開２００６−１１３４８８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】藤田盛行、他５名、「フォトニック結晶ファイバ（１）−光学特性―」２００２年７月三菱電線工業時報、第９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のフォトニック結晶ファイバでは、一つの導波モードしか伝搬可能ではなかった。このようなシングルモード光ファイバでは、コア径が小さいため、光ファイバ同士を接続するときの不整合による接続損失が大きく取扱が難しかった。また、レーザ光源からフォトニック結晶ファイバの端面に光を直接入射する際には、モードフィールド径不整合による結合損失が生じていた。
【０００８】
そこで、本発明はマルチモードを伝搬可能であって接続損失及び結合損失を低減した光ファイバ、光ファイバケーブル、及び光ファイバ接続方法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】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、コア領域と、前記コア領域を覆うクラッド領域と、を有する光ファイバであって、前記クラッド領域には複数の空孔が、多角形をなし光ファイバの径方向に並ぶように層状に形成され、前記複数の空孔のうち中心から少なくとも２層の直径は、前記層における前記多角形の頂点から中心までの距離の２乗に比例し、前記コア領域に近接した前記複数の空孔の直径が最小であって、前記コア領域から光ファイバの径方向に沿って順次拡径することにより前記クラッド領域の周縁に位置する前記複数の空孔の直径が最大となるように構成され、最近接する前記複数の空孔の互いの中心間距離は一定であることを特徴とする光ファイバを提供する。
【００１０】
このような構成によると、複数の空孔の直径が光ファイバの径方向外方に向かうにつれて拡径しているため、クラッド領域の一部が見かけ上のコア領域となり、コア領域が実質的に広がる。これにより、モードフィールド径が拡大し、マルチモードが伝搬可能となる。さらに、複数の空孔が形成されていることにより、曲げ損失が低減され、光ファイバの曲げの曲率半径を小さくすることができ、局所配線の容易化やコネクタ等の部品の小型化を行うことができる。空孔が形成されていない通常の光ファイバにおいては、二酸化ゲルマニウム等のドーパントを添加することにより屈折率を制御しているが、この場合には光の波長が変化するとビーム径も変化するためビーム径の安定した出力を得ることが難しく、他の光ファイバとの接続時に接続損失が発生していた。しかし、本発明の光ファイバによると、光の波長が変化してもビーム径は略一定であるため、他の光ファイバとの接続時に接続損失の低減を図ることができる。
【００１２】
このような構成によると、複数の空孔の直径が光ファイバの中心からの距離の２乗に比例しているため、実効的な屈折率分布が２乗分布に近くなる。これにより、クラッド領域からの反射によるモードの影響を受けにくくなり損失を低減することができる。さらに、複数の空孔が形成されていることにより、曲げ損失が低減され、光ファイバの曲げの曲率半径を小さくすることができ、局所配線の容易化やコネクタ等の部品の小型化を行うことができる。
【００１４】
このような構成によると、中心側の少なくとも３層の空孔の直径は中心からの距離の２乗に比例しているため、クラッド領域の一部が見かけ上のコア領域となり、中心側の少なくとも３層に対応する部分にまでコア領域が広がる。これにより、モードフィールド径が拡大し、マルチモードが伝搬可能となる。さらに、複数の空孔が形成されていることにより、曲げ損失が低減され、光ファイバの曲げの曲率半径を小さくすることができ、局所配線の容易化やコネクタ等の部品の小型化を行うことができる。
【００１５】
また、前記空孔は複数の層で構成され、前記複数の層のうち、前記径方向外側の少なくとも２層の前記空孔の直径は互いに同一であってもよい。
【００１６】
このような構成によると、前記複数の層のうち、径方向外側の少なくとも２層の空孔の直径は互いに同一であるため、径方向外側の２層で光が外部に漏れることを低減できる。これにより、光ファイバの閉じ込め損失の抑制を図ることができる。
【００１７】
本発明の別の観点によると、上述の光ファイバが端部に接続されていることを特徴とする光ファイバケーブルを提供する。
【００１８】
このような構成によると、光ファイバケーブルには上述の光ファイバが接続されているため、モードフィールド径不整合による損失を抑制し、光ファイバ端部から入射する光を高効率で取り込むことができる。光ファイバケーブルを、例えばファイバコリメータに用いることにより、広いビーム径の光を高効率で取り込むことができるため、レンズと光ファイバケーブルとの位置合わせが容易になる。
【００１９】
本発明の別の観点によると、第１光ファイバと第２光ファイバとを接続する光ファイバ接続方法であって、前記第１光ファイバの一端と第２光ファイバの一端とを対向させるステップと、前記第１光ファイバの一端に、コア領域と、前記コア領域を覆うクラッド領域と、を有する第３光ファイバであって、前記クラッド領域には複数の空孔が、多角形をなし光ファイバの径方向に並ぶように層状に形成され、前記複数の空孔のうち中心から少なくとも２層の直径は、前記層における前記多角形の頂点から中心までの距離の２乗に比例し、前記コア領域に近接した前記複数の空孔の直径が最小であって、前記コア領域から前記第３光ファイバの径方向に沿って順次拡径することにより前記クラッド領域の周縁に位置する前記複数の空孔の直径が最大となるように構成され、最近接する前記複数の空孔の互いの中心間距離は一定である前記第３光ファイバの一端を接続するステップと、前記第３光ファイバの他端と前記第２光ファイバの一端とを接続するステップと、からなることを特徴とする光ファイバ接続方法を提供する。
【００２０】
このような構成によると、第１光ファイバと第２光ファイバとの間に光ファイバの径方向外方に向かうにつれて拡径する空孔が形成された第３光ファイバが挿入されているため、第３光ファイバによって第３光ファイバに入射した光のビーム径が変化する。これにより、第３光ファイバから出射した光を第２光ファイバの導波モードに近い状態で第２光ファイバに入射させることができるため、第１光ファイバと第２光ファイバとのモードフィールド径不整合を抑制し、接続損失を低減することができる。
【００２２】
このような構成によると、複数の空孔の直径が光ファイバの中心からの距離の２乗に比例しているため、実効的な屈折率分布が２乗分布に近くなる。これにより、クラッド領域からの反射によるモードの影響を受けにくくなり、損失を低減することができる。さらに、複数の空孔が形成されていることにより、曲げ損失が低減され、光ファイバの曲げの曲率半径を小さくすることができ、局所配線の容易化やコネクタ等の部品の小型化を行うことができる。
【００２４】
このような構成によると、中心側の少なくとも３層の空孔の直径が光ファイバの中心からの距離の２乗に比例しているため、クラッド領域の一部が見かけ上のコア領域となり、中心側の少なくとも３層に対応する部分にまでコア領域が広がる。これにより、モードフィールド径が拡大し、マルチモードが伝搬可能となる。さらに、複数の空孔が形成されていることにより、曲げ損失が低減され、光ファイバの曲げの曲率半径を小さくすることができ、局所配線の容易化やコネクタ等の部品の小型化を行うことができる。
【００２５】
また、前記空孔は複数の層で構成され、前記複数の層のうち、前記径方向外側の少なくとも２層の前記空孔の直径は互いに同一であってもよい。
【００２６】
このような構成によると、前記複数の層のうち、径方向外側の少なくとも２層の空孔の直径は互いに同一であるため、径方向外側の２層で光が外部に漏れることを低減できる。これにより、光ファイバの閉じ込め損失の抑制を図ることができる。
【００２７】
また、前記第３光ファイバの他端と前記第２光ファイバの一端との間には所定物質が介在していてもよい。
【００２８】
このような構成によると、所定物質である空気やフィルタ、各種光学素子が第３光ファイバの他端と第２光ファイバの一端との間に介在していても、第３光ファイバによって第３光ファイバに入射した光のビーム径が変化する。これにより、第３光ファイバから出射した光を第２光ファイバの導波モードに近い状態で第２光ファイバに入射させることができるため、第１光ファイバと第２光ファイバとのモードフィールド径不整合を抑制し、第１光ファイバと第２光ファイバとの接続損失を低減することができる。特に第１光ファイバと第２光ファイバとをコネクタ接続する場合には、意図せずにその間に間隙ができてしまうことがあるが、第３光ファイバによって間隙により生じる接続損失が低減される。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、マルチモードを伝搬可能であって接続損失及び結合損失を低減した光ファイバ、光ファイバケーブル、及び光ファイバ接続方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態による光ファイバの断面図。
【図２】光ファイバの屈折率分布を示し、（ａ）従来の光ファイバの屈折率分布を示す図、（ｂ）本発明の実施の形態の光ファイバの屈折率分布を示す図。
【図３】光ファイバのビーム径を示し、（ａ）従来の光ファイバのビーム径を示す図、（ｂ）本発明の実施の形態の光ファイバのビーム径を示す図。
【図４】光ファイバの光パワーを示し、（ａ）従来の光ファイバの光パワーを示す図、（ｂ）本発明の実施の形態の光ファイバの光パワーを示す図。
【図５】本発明の実施の形態による光ファイバケーブルを示す図。
【図６】図５の状態における光ファイバの（ａ）光パワーを示す図、（ｂ）ビーム径を示す図。
【図７】光ファイバの接続方法であって、（ａ）従来の光ファイバの接続方法を示す図、（ｂ）本実施の形態の光ファイバの接続方法を示す図。
【図８】光ファイバのビーム径を示し、（ａ）図７（ａ）におけるビーム径を示す図、（ｂ）図７（ｂ）におけるビーム径を示す図。
【図９】光ファイバのパワーを示し、（ａ）図７（ａ）における光パワーを示す図、（ｂ）図７（ｂ）における光パワーを示す図。
【図１０】従来の光ファイバの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の実施の形態による光ファイバを図１乃至図９に基づき説明する。
【００３２】
図１に示すように、光ファイバの一例であるフォトニック結晶ファイバ１は純粋石英からなり、コア領域２と、クラッド領域３と、を有する。クラッド領域３には、フォトニック結晶ファイバ１の中心Ｃを中心とする六角形を成すように複数の空孔４が形成されている。図示していないが、フォトニック結晶ファイバ１の外周にファイバ保護のためのジャケット領域を設けてもよい。
【００３３】
本実施の形態では、フォトニック結晶ファイバ１の径方向に６層の空孔４が形成され、径方向外方に向かうにつれて空孔４の直径が拡大している。第１層から第４層までの空孔４の直径ｄは、中心Ｃから空孔４までの距離ｒとの関係において、以下ように決定される。
（数１）
ｄｎ＝ｋｒｎ２    （ｋは定数）
つまり、第ｎ層の直径ｄｎは、空孔４から中心Ｃまでの距離ｒｎの２乗に比例する（以下、２乗分布という）。第５層及び第６層の空孔４は、第４層の空孔４と同一の直径を有する。本実施の形態では、第１層を０．１６９μｍ、第２層を０．６７８μｍ、第３層を１．５２μｍ、第４層から第６層までを２．７１μｍとした。つまり、本実施の形態では、中心Ｃ側の４層（第１層、第２層、第３層、及び第４層）の空孔４の直径を２乗分布とし、径方向外側の３層（第４層、第５層、及び第６層）の空孔４の直径を互いに同一とした。第４層以降の空孔４の直径を一定にすることにより、閉じ込め損失の抑制を図っている。フォトニック結晶ファイバ１では、各空孔４の中心間距離Ａが一定となっている。図１０に示す従来例では、空孔１０４の直径をすべて２．７１μｍとしている。図１における空孔４が形成されている位置と図１０における空孔１０４が形成されている位置とは、略同一である。
【００３４】
図２乃至図６は、従来のフォトニック結晶ファイバ１０１及び本実施の形態のフォトニック結晶ファイバ１の端面に、波長１．５５μｍ、光強度がピークの１／ｅ２となるビーム直径３０μｍのガウスビームを入射した場合の挙動を示す模式的なグラフである。
【００３５】
図２に、縦軸に屈折率、横軸に位置を表すグラフであって、従来のフォトニック結晶ファイバ１０１を図２（ａ）に、本実施の形態のフォトニック結晶ファイバ１を図２（ｂ）に示す。図２は、中心を通る線上における等価的な屈折率分布を表している。図２（ａ）に示すフォトニック結晶ファイバ１０１では、すべての空孔１０４の直径が同一であることから、空孔１０４が形成されている箇所は屈折率が低くなっている。具体的には、中心から直径約７．２μｍの部分が屈折率の高いコア領域１０２となり、クラッド領域１０３に入ると空孔１０４内の空気の作用によって屈折率が急激に低下する。フォトニック結晶ファイバ１０１周縁になると、空孔１０４が無くなることにより再び屈折率がコア領域１０２と略同一となる。コア領域１０２に入射した光は領域内で全反射を繰り返すことにより、フォトニック結晶ファイバ１０１の内部を伝搬する。
【００３６】
図２（ｂ）に示すフォトニック結晶ファイバ１では、同様に中心部分のコア領域２における屈折率が最も高くなっている。クラッド領域３における空孔４の第１層から第３層目に相当する部分では空孔４の断面積が段階的に大きくなっているため、屈折率が段階的に低下している。これにより、第１層から第３層までの空孔４の部分も見かけ上のコア領域となり、従来のフォトニック結晶ファイバ１０１と比べてモードフィールド径が大きくなる。従って、フォトニック結晶ファイバ１０１では１つの導波モードのみ伝搬可能であったが、本実施の形態のフォトニック結晶ファイバ１では複数の導波モードを伝搬することができる。
【００３７】
図３に、縦軸にビーム径、横軸に伝搬距離を表すグラフであって、従来のフォトニック結晶ファイバ１０１を図３（ａ）に、本実施の形態のフォトニック結晶ファイバ１を図３（ｂ）に示す。図３（ａ）に示すフォトニック結晶ファイバ１０１では、単一の導波モードのみ伝搬するため、光が伝搬するに従って急速に一定のビーム径（約８．５μｍ）に収束する。図３（ｂ）に示すフォトニック結晶ファイバ１では、複数の導波モードを伝搬可能であるため、モード間干渉によってビーム径が周期的に変化する。
【００３８】
図４に、縦軸に光パワー、横軸に伝搬距離を表すグラフであって、従来のフォトニック結晶ファイバ１０１を図４（ａ）に、本実施の形態のフォトニック結晶ファイバ１を図４（ｂ）に示す。光パワーでは、ファイバ入射時のパワーを１とする。図４（ａ）に示すフォトニック結晶ファイバ１０１では、導波モードと合致しない成分については放射損失として外部に漏れ出してしまうため、伝搬距離が進むにつれて光パワーが大きく減衰する。図４（ｂ）に示すフォトニック結晶ファイバ１では、複数の導波モードを伝搬することができるため放射損失が抑制されて伝搬する光パワーの減衰が低減される。
【００３９】
図５は、フォトニック結晶ファイバ１０１の端部に長さ１．１４ｍｍのフォトニック結晶ファイバ１の一端を接続して光ファイバケーブル１０とし、フォトニック結晶ファイバ１の他端からビームＬを入射したことを表している。フォトニック結晶ファイバ１の長さは、フォトニック結晶ファイバ１０１に入射する光のビーム径が図３（ａ）に示すフォトニック結晶ファイバ１０１の導波モードのビーム径（本実施の形態では８．５μｍ）に最も近くなる長さになるように定められる。このときのフォトニック結晶ファイバ１の一端（ｚ＝０）からの伝搬距離ｚと光パワー及びビーム径との関係を図６に示す。フォトニック結晶ファイバ１０１の端部にフォトニック結晶ファイバ１を接続することにより、ガウスビームを入射した際にフォトニック結晶ファイバ１内に複数の導波モードが励起され、伝搬する光パワーの減衰が低減されるとともに、フォトニック結晶ファイバ１内でビームＬのビーム径が周期的に変化する。フォトニック結晶ファイバ１の長さは、フォトニック結晶ファイバ１０１に入射する光のビーム径が図３(ａ)に示すフォトニック結晶ファイバ１０１の導波モードのビーム径に最も近くなるように定められているため、モードフィールド径不整合による損失を低減でき、効率よくフォトニック結晶ファイバ１０１に光を入射できる。これにより、一定のビーム径で９０％以上の効率でフォトニック結晶ファイバ１０１に光を入射させることができる。
【００４０】
次に、図７乃至図９に基づいて、フォトニック結晶ファイバ１を用いることによるフォトニック結晶ファイバ同士の接続について説明する。
【００４１】
フォトニック結晶ファイバ同士を接続する際に、一のフォトニック結晶ファイバ端面と他のフォトニック結晶ファイバ端面との間に間隙がある場合又はフィルタ等が挿入されている場合は、端面から出射された光のビーム径が回析によって広がる。これにより、一のフォトニック結晶ファイバと他のフォトニック結晶ファイバとの間でモードフィールド径不整合となり、接続損失が増大する。本実施の形態では、フォトニック結晶ファイバ同士の接続の際に、両者の間にフォトニック結晶ファイバ１を挿入することで、接続損失を大幅に低減することができる。
【００４２】
図７（ａ）に一のフォトニック結晶ファイバ１０１と他のフォトニック結晶ファイバ１０１とを間隙Ｇ１をあけて接続する状態を示し、図７（ｂ）に一のフォトニック結晶ファイバ１０１とフォトニック結晶ファイバ１とを接続し、間隙Ｇ２をあけて他のフォトニック結晶ファイバ１０１を接続する状態を示す。間隙Ｇ１、Ｇ２には空気が満たされているが、当該箇所にフィルタや光学素子等が存在してもよい。各ファイバの接続は、光コネクタを用いてもよく、メカニカル接続やアーク放電等による融着接続であってもよい。各ファイバ間では、接続損失低減のためにそれぞれのフォトニック結晶ファイバの光軸が互いに一致するように接続される。
【００４３】
本実施の形態においてフォトニック結晶ファイバ１０１を互いに接続する際は、各フォトニック結晶ファイバ１０１を互いの光軸が一致するように対向させ、フォトニック結晶ファイバ１の一端と一のフォトニック結晶ファイバ１０１の一端とを接続し、フォトニック結晶ファイバ１の他端と他のフォトニック結晶ファイバ１０１とを間隙Ｇ２をあけて接続する。図７（ａ）及び図７（ｂ）の矢印で示すように、この状態で一のフォトニック結晶ファイバ１０１の端面からビームを入射する。本実施の形態では、間隙Ｇ１、Ｇ２を０．３ｍｍとしフォトニック結晶ファイバ１の長さを１．４ｍｍとする。フォトニック結晶ファイバ１の長さは、間隙Ｇ２の距離に応じて適切な値を選択する。具体的には、フォトニック結晶ファイバ１の長さは、他のフォトニック結晶ファイバ１０１に入射する光のビーム径が他のフォトニック結晶ファイバ１０１のモードフィールド径に近くなるように設定される。図７（ｂ）においてビームが入射される一のフォトニック結晶ファイバ１０１は第１光ファイバの一例であり、フォトニック結晶ファイバ１は第３光ファイバの一例であり、フォトニック結晶ファイバ１と間隙Ｇ２をあけて接続される他のフォトニック結晶ファイバ１０１は第２光ファイバの一例である。間隙Ｇ２にある空気は、所定物質の一例である。
【００４４】
図８（ａ）に図７（ａ）におけるビーム径とフォトニック結晶ファイバ１０１の端部（ｚ＝０）からの伝搬距離ｚとの関係を表すグラフを示し、図８（ｂ）に図７（ｂ）におけるビーム径とフォトニック結晶ファイバ１０１の端部（ｚ＝０）からの伝搬距離ｚとの関係を表すグラフを示す。フォトニック結晶ファイバ１を挿入していない図８（ａ）では、間隙Ｇ２があることにより回析が発生してビーム径が広がっている。そのため、間隙Ｇ１が大きくなるにつれてモードフィールド径不整合による接続損失が増大する。具体的には、間隙Ｇ１が０．３ｍｍであることから、図８（ａ）により伝搬距離ｚが０．３のときビーム径は約３０μｍとなる。フォトニック結晶ファイバ１０１に入射するビーム径は３０μｍとなり、図３（ａ）のビーム径８．５μｍと大きくかけ離れるため、モードフィールド径不整合による接続損失が増大する。
【００４５】
フォトニック結晶ファイバ１を挿入した図８（ｂ）では、フォトニック結晶ファイバ１内をビームが伝搬している間はビーム径が周期的に変化し、間隙Ｇ２の部分（図８（ｂ）におけるグレー部分）に至っても同様にビーム径が変化している。フォトニック結晶ファイバ１の長さを最適化することにより、フォトニック結晶ファイバ１０１に入射するビーム径を所望のビーム径８．５μｍに近づけることができる。これにより、モードフィールド径不整合による接続損失を低減できる。
【００４６】
図９（ａ）に図７（ａ）における光パワーと伝搬距離との関係を表すグラフを示し、図９（ｂ）に図７（ｂ）における光パワーと伝搬距離との関係を表すグラフを示す。図９における伝搬距離は、図７（ａ）及び（ｂ）における他のフォトニック結晶ファイバ１０１の端面からの距離を示す。図９（ａ）では、間隙Ｇ１による接続損失で光パワーが急激に低下しているが、フォトニック結晶ファイバ１を挿入することにより、間隙Ｇ２により発生する光パワーの低減を抑制することができる。
【００４７】
このような構成によると、複数の空孔４の直径がフォトニック結晶ファイバ１の径方向外方に向かうにつれて拡径しているため、クラッド領域３における空孔４の第１層から第３層までの領域が見かけ上のコア領域２となり、第１層から第３層に対応する部分にまでコア領域２が実質的に広がる。これにより、モードフィールド径が拡大し、マルチモードが伝搬可能となる。さらに、複数の空孔４が形成されていることにより、曲げ損失が低減され、フォトニック結晶ファイバ１の曲げの曲率を小さくすることができ、局所配線の容易化やコネクタ等の部品の小型化を行うことができる。
【００４８】
このような構成によると、複数の空孔４の直径が光ファイバの中心からの距離の２乗に比例しているため、フォトニック結晶ファイバ１における実効的な屈折率分布が２乗分布に近くなる。これにより、クラッド領域３からの反射によるモードの影響を受けにくくなり、損失を低減することができる。
【００４９】
このような構成によると、第４層から第６層の空孔４の直径は互いに同一であるため、第５層以降の層で光が外部に漏れることを低減できる。これにより、フォトニック結晶ファイバ１の閉じ込め損失の抑制を図ることができる。
【００５０】
このような構成によると、光ファイバケーブル１０には上述のフォトニック結晶ファイバ１が接続されているため、モードフィールド径不整合による損失を抑制し、光源等から発せられフォトニック結晶ファイバ１端部から入射する光を高効率で取り込むことができる。光ファイバケーブル１０を、例えばファイバコリメータに用いることにより、広いビーム径の光を高効率で取り込むことができるため、レンズと光ファイバケーブル１０との位置合わせが容易になる。
【００５１】
このような構成によると、フォトニック結晶ファイバ１０１の間に、径方向外方に向かうにつれて拡径する空孔４が形成されたフォトニック結晶ファイバ１が挿入されているため、フォトニック結晶ファイバ１によってフォトニック結晶ファイバ１に入射した光のビーム径が変化する。これにより、フォトニック結晶ファイバ１から出射した光をフォトニック結晶ファイバ１０１の導波モードに近い状態でフォトニック結晶ファイバ１０１に入射させることができるため、モードフィールド径不整合を抑制し、接続損失を低減することができる。
【００５２】
このような構成によると、間隙Ｇ２がフォトニック結晶ファイバ１の他端とフォトニック結晶ファイバ１０１の一端との間に介在していても、フォトニック結晶ファイバ１によってフォトニック結晶ファイバ１に入射した光のビーム径が変化する。これにより、フォトニック結晶ファイバ１から出射した光をフォトニック結晶ファイバ１０１の導波モードに近い状態でフォトニック結晶ファイバ１０１に入射させることができるため、モードフィールド径不整合を抑制しファイバ間の接続損失を低減することができる。
【００５３】
本発明による光ファイバ、光ファイバケーブル、及び光ファイバ接続方法は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。
【００５４】
上述の実施の形態では、フォトニック結晶ファイバ１の材料としてドーパントが添加されていない純粋石英を用いていたが、これに限定されない。例えば、加工性の良い低融点の多成分ガラスやプラスチック高分子を用いてもよい。
【００５５】
上述の実施の形態では、フォトニック結晶ファイバ１の空孔４が径方向外方に向かうにつれて中心Ｃからの距離の２乗に比例するように定められたが、これに限定されず、クラッド領域３の少なくとも一部を見かけ上のコア領域となるように径方向外方に向けて空孔が拡径するように定められればよい。
【００５６】
上述の実施の形態では、第１層から第４層までの空孔４を２乗分布としたが、例えば、中心Ｃ側の少なくとも３層の空孔を２乗分布としてもよい。また、フォトニック結晶ファイバ１の第４層から第６層の空孔４の直径が同一だったが、例えば、径方向外側の少なくとも２層の直径が互いに同一であっても閉じ込め損失の抑制を図ることができる。
【００５７】
上述の実施の形態では、フォトニック結晶ファイバ１の空孔４は正六角形をなすように配置されていたが、これに限定されず、中心Ｃを中心とする多角形であってもよく、中心Ｃを中心とする円をなすように配置されていてもよい。また、空孔４の層数も６層に限定されない。
【００５８】
上述の実施の形態では、光ファイバ接続方法としてフォトニック結晶ファイバ１とフォトニック結晶ファイバ１０１とを接続したが、これに限定されない。フォトニック結晶ファイバ１と空孔が形成されていない通常の光ファイバとを接続してもよい。同様に、光ファイバケーブル１０においても、フォトニック結晶ファイバ１と空孔が形成されていない通常の光ファイバとを接続してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１，１０１    フォトニック結晶ファイバ
２，１０２    コア領域
３，１０３    クラッド領域
４，１０４    空孔
１０    光ファイバケーブル
Ａ    間隔
Ｃ    中心
ｄ    直径
Ｇ１，Ｇ２    間隙
Ｌ    ビーム
ｒ    距離
【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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