(57)【要約】【課題】専用の製造ラインを必要とすることなく、容易に製造することができる偏波保持光ファイバを提供する。【解決手段】中心部のコア１１と、その周りのクラッド１２とからなり、コア１１がクラッド１２の屈折率より相対的に大きい特性を有する偏波保持光ファイバ１０であって、このコア１１に設けた空孔１３が長方形になるようにしたものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、当該コアの周りのクラッドとからなり、前記コアの屈折率が前記クラッドの屈折率より相対的に大きい特性を有する光ファイバにおいて、前記コアに非回転対称形状の空孔を設けたことを特徴とする偏波保持光ファイバ。
【請求項２】
前記空孔の形状が長方形であることを特徴とする請求項１に記載の偏波保持光ファイバ。
【請求項３】
前記空孔の形状が楕円形であることを特徴とする請求項１に記載の偏波保持光ファイバ。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の偏波保持光ファイバの製造方法であって、円柱形状のコアと、当該コアの周りのクラッドとからなる前記偏波保持光ファイバの母材を用い、前記母材の前記コアに非回転対称形状又は長方形又は楕円形の空孔を形成し、前記母材を線引きすることを特徴とする偏波保持光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信や装置内配線用の偏波保持光ファイバ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
偏波保持光ファイバは、伝搬光の強弱だけでなく位相、偏光情報をも積極的に利用する高精度光計測やコヒーレント光通信伝送路用に考案された単一モード光ファイバである。
ここで、単一モード光ファイバでは、直角座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のもとで電界がＸ軸方向にだけ振動するモードからなるＸ偏波と電界がＹ軸方向にだけ振動するモードからなるＹ偏波とがあり、互いに直交して伝搬する。もし光ファイバが軸対象でかつまっすぐであればＸ偏波とＹ偏波とは相互に結合しない。しかし、実際には製造上ある程度避けられない不均一性があるため、曲げや振動等の外乱が加わると、通常の単一モード光ファイバでは、Ｘ偏波とＹ偏波とが互いに結合してしまう。よって、光ファイバの入射端にＸ偏波からなる光を入射しても、出射端ではＹ偏波の成分も現れ出射光の偏波特性が変動してしまう。このため、偏波状態に敏感な受光器を用いるコヒーレント光通信や光計測システムでは、受光レベルの変動が生じシステムの性能や信頼性が低下する。
【０００３】
よって、光ファイバの入射端での偏波状態を出射端まで保持するため、Ｘ偏波とＹ偏波との結合を抑える必要があり、従来は、コアに加わる応力に異方性を持たせることで応力複屈折を大きくする方法と、コアの断面形状に異方性を持たせることで構造複屈折を大きくする方法とが使われていた（例えば非特許文献１を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３６５４６３号公報  （第４段第３１行−第４５行、図１）
【特許文献２】
特開２００１−３１８２６０号公報  （第８段第１４行−第３２行、図１）
【特許文献３】
特開平８−２１９９８３号公報    （第６段第８行−第４４行、図１）
【非特許文献１】
三木哲也、須藤昭一編、「偏波保持光ファイバ」、光通信技術ハンドブック、オプトニクス社、平成１４年１月３０日、ｐ．２２０−２２２
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
応力複屈折を大きくする方法では、通常の光ファイバ母材の製造工程に、コアの近傍に２箇所空孔を形成する工程と、この空孔に周囲のコアやクラッドよりも熱膨張率が大きい材料（以下、応力付与材と称す）を充填する工程とを設ける必要があると共に、コアと空孔とを高い精度で配置する必要がある。更に、孔と応力付与材との間に空隙が無い様に両者を高精度に加工する必要があるので、コストが高くなるという問題があった（例えば非特許文献１を参照）。
【０００６】
一方、構造複屈折を大きくする方法では、コアの断面形状を楕円形や長方形に加工する必要がある。通常の光ファイバ母材の製造方法であるＭＣＶＤ法やＶＡＤ法では、このようなコアの断面形状を形成できないので、専用の製造工程を設ける必要があった（例えば特許文献１、及び非特許文献１を参照）。
【０００７】
また、偏波保持光ファイバとして、断面が非回転対称となる形状の空孔からなるコアと格子状に多数の空孔を有するクラッドとからなるフォトニッククリスタルファイバがある。このフォトニッククリスタルファイバの製造には、クラッドに形成される空孔の位置や大きさに高い加工精度が必要であり、現時点で実用的なものは製造されていない（例えば特許文献２を参照）。
【０００８】
さらに、特許文献３には、断面形状が回転対称の空孔をコアに設けた光ファイバ及び光ファイバセンサーに関する技術が記載されている。しかし、この文献には断面形状が非回転対称の空孔の記述がなく、またその技術分野はエバネッセント光を利用する光ファイバセンサーなので、本発明の光通信や装置内配線用の偏波保持光ファイバに関する技術分野とは異なる技術である。
【０００９】
以上のように、従来の偏波保持光ファイバの製造には、生産コストが高く、量産化に限界があるという問題があった。本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、専用の製造工程を設ける必要がなく、且つ簡便な加工を行なった偏波保持光ファイバの母材を用いることにより得られる偏波保持光ファイバとその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する第１の発明に係る偏波保持光ファイバは、コアと、当該コアの周りのクラッドとからなり、前記コアの屈折率が前記クラッドの屈折率より相対的に大きい特性を有する光ファイバにおいて、前記コアに非回転対称形状の空孔を形成したことを特徴とする。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明に係る偏波保持光ファイバにおいて、前記空孔の形状が長方形であることを特徴とする。
【００１２】
第３の発明は、第１の発明に係る偏波保持光ファイバにおいて、前記空孔の形状が楕円形であることを特徴とする。
【００１３】
第４の発明は、第１乃至第３の発明のいずれかに係る偏波保持光ファイバの製造方法であって、円柱形状のコアと、当該コアの周りのクラッドとからなる前記偏波保持光ファイバの母材を用い、前記コアに非回転対称形状又は長方形又は楕円形の空孔を形成し、前記母材を線引きすることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る偏波保持光ファイバの実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態を示す偏波保持光ファイバの断面図である。
図１に示すように、偏波保持光ファイバ１０は、中心部のコア１１と、このコア１１の周りのクラッド１２とからなり、偏波保持光ファイバ１０のコア１１の軸方向に垂直な平面で切断したときに、コア１１の形状は円形であり、クラッド１２の形状はコア１１の同心円形である。さらに、コア１１の内部には、コア１１の軸方向に垂直な断面で長方形をなす空孔１３が設けられる。なお、コア１１が有する屈折率は、クラッド１２が有する屈折率よりも相対的に大きい。
【００１６】
この偏波保持光ファイバ１０では、従来技術と同様に基本的な光の閉じ込め効果が得られる。さらに、空孔１３の断面形状が長方形であるため、コア１１における光の電界には、Ｘ軸方向のモードとＹ軸方向のモードが発生する。ここで、コア１１を伝搬する光は、コア１１のＸ軸又はＹ軸と平行な偏波方向を維持するため、偏波保持光ファイバ１０の入射端での光の偏波状態を出射端まで保持する。
ここでは、空孔１３の断面形状である長方形の対角線が交差する中心とコア１１の中心とが一致する偏波保持光ファイバ１０を用いて説明したが、空孔１３がコア１１の内部にあれば良い。
【００１７】
図２は、本発明の他の実施の形態を示す偏波保持光ファイバの断面図である。
図２に示すように、偏波保持光ファイバ２０は、中心部のコア２１と、このコア２１の周りのクラッド２２とからなり、偏波保持光ファイバ２０のコア２１の軸方向に垂直な平面で切断したときに、コア２１の形状は円形であり、クラッド２２の形状はコア２１の同心円形である。さらに、コア２１の内部には、コア２１の軸方向に垂直な断面で楕円形をなす空孔２３が設けられる。なお、コア２１が有する屈折率は、クラッド２２が有する屈折率よりも相対的に大きい。
【００１８】
この偏波保持光ファイバ２０では、従来技術と同様に基本的な光の閉じ込め効果が得られる。さらに、空孔２３の断面形状が楕円形であり、Ｘ軸方向（長軸）の径とＹ軸方向（短軸）の径とが異なるため、コア２１における光の電界には、Ｘ軸若しくはＹ軸に沿った一方向の偏波だけの状態があり、単一偏波状態を一定に保つことができる。
ここでは、空孔２３の楕円形の長軸と短軸とが交差する中心とコア２１の中心とが一致する偏波保持光ファイバ２０を用いて説明したが、空孔２３がコア２１の内部にあれば良い。
また、上記実施の形態では、長方形又は楕円形をなす空孔が設けられた例であるが、他の形態、例えばひょうたん型など、非回転対称形状をなす空孔が設けられた偏波保持光ファイバであれば良い。
【００１９】
次に、図１または図２に示すように、空孔１３、２３の断面形状が長方形又は楕円形であるとき、つまり、Ｘ軸方向の径とＹ軸方向の径（長軸と短軸）とが異なるとき、光の偏波状態を入射端から出射端まで保持できる原理を以下に詳述する。
【００２０】
Ｘ軸方向またはＹ軸方向に平行な偏波を有するモードでは伝搬定数（すなわちファイバを伝搬する光の速度）が異なるため、光ファイバ内でＸ軸方向に平行な偏波とＹ軸に平行な偏波との間でエネルギーの変換（モード結合）が起こりにくくなる。
【００２１】
ここで、直交する２つのモード（ＨＥ１１ｘモードとＨＥ１１ｙモード）の伝搬定数差をΔβ（＝βＸ−βＹ）とする。このとき、光ファイバが単一偏波を保持できないのは、光ファイバの長さ方向のゆらぎ（構造や外乱など）のなかにΔβに近いまたは等しい空間周波数成分があり、両モード間にモード結合が生じる。よって、入射したとき単一偏波であっても、ファイバ中のモード結合により他の偏波が発生するため、単一偏波を保持できない。
【００２２】
この光ファイバの長さ方向のゆらぎに対応する空間周波数成分は、通常、低周波であり、Δβが約０．０１ｃｍ−１を超えると急激に減少する。本実施の形態では、意図的にΔβを大きくしてこのモード結合を抑えているため、Ｘ軸若しくはＹ軸に沿った一方向に入射した偏波は、もう一方の軸に平行な成分に変換されることなく、単一偏波状態を保つことができる。
【００２３】
以下に、偏波保持光ファイバ１０、２０の製造方法について説明する。
図３は、本発明の実施の形態に係る偏波保持光ファイバ母材の加工状態を示す斜視図である。
最初に、従来の単一モード光ファイバの製造方法と同様に、円柱形状のコア３１と、このコア３１の周りのクラッド３２とからなるプリフォーム（母材）３０を用意する。
続いて、この母材３０のコア３２を加工装置、例えば超音波ドリル３４などで加工する。このとき、図３に示すように、超音波ドリル３４をＡ方向に回転しながら、ｔで示す範囲内を動かすことにより、断面で長方形をなす空孔３３が形成される。なお、ｔで示す範囲は、長方形の長径又は短径に相当する。ただし、この空孔３３は、コア３１の内部にあるように形成される。一方、断面で楕円形をなす空孔３３の場合も、断面で長方形をなす空孔３３の場合と同様に形成され、ｔで示す範囲は楕円形の長軸又は短軸に相当する。
さらに、この母材３０を加熱して柔らかくし、外径を一定に制御しつつ、細く長く引き伸ばすことにより、偏波保持光ファイバが完成する。
【００２４】
よって、本発明に係る偏波保持光ファイバの製造方法は、母材を加工する作業以外については、従来の単一モード光ファイバの製造方法と同じである。つまり、従来の単一モード光ファイバの製造装置をそのまま使用できるため、従来の偏波保持光ファイバの製造方法に比べて、製造コストの低減を図ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態と共に具体的に説明したように、本発明の偏波保持光ファイバの構造は、従来の単一モード光ファイバと同様にコアに光を閉じ込めるものであり、更にコア内に断面形状が非回転対称の空孔を設けたものである。よって、複屈折率が大きくなるので、偏波モード間のパワー結合を抑制し、光ファイバ内において光信号の偏波状態を維持したまま、高速、高パワーで光信号を伝送させることができる。さらに、光ファイバ母材に空孔を形成した後、従来の光ファイバの製造工程にて、このような構造を有する偏波保持光ファイバを製造できるので、製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す偏波保持光ファイバの断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態を示す偏波保持光ファイバの断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る偏波保持光ファイバ母材の加工状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０    偏波保持光ファイバ
１１    コア
１２    クラッド
１３    空孔
２０    偏波保持光ファイバ
２１    コア
２２    クラッド
２３    空孔
３０    プリフォーム（母材）
３１    コア
３２    クラッド
３３    空孔
３４    超音波ドリル
【図１】
2004246091.tif 000003
【図２】
2004246091.tif 000004
【図３】
2004246091.tif 000005