(57)【要約】【課題】水酸基の混入による伝送損失の増大を効果的に抑制することができる新規なフォトニック結晶ファイバの提供。【解決手段】ガラスファイバ２の略軸心部に信号光を伝播すべくコア部３を有すると共に、そのコア部３周囲にその長手方向に延びる空孔４を複数備え、かつそれら各空孔４の内面にフッ素を添加した空孔膜５を備える。これによって、ファイバ２内への水酸基の拡散・侵入を確実に阻止できるため、ファイバ２内は勿論、空孔４内に漏れて伝播する光信号のＯＨイオンによる吸収損失を大幅に低減することが可能となる。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスファイバの略軸心部に信号光を伝播すべくコア部を有すると共に、そのコア部周囲にその長手方向に延びる空孔を複数備え、かつそれら各空孔の内面にフッ素を添加した空孔膜を備えたことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項２】
上記コア部周囲にフッ素を添加したコア膜を備えたことを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項３】
上記空孔膜中のフッ素添加量が１モル％以上４モル％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のフォトニック結晶ファイバ。
【請求項４】
上記ガラスファイバの外周部がこれより高融点のＳｉＯ２ガラス層で覆われていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフォトニック結晶ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報通信分野において次世代の光ファイバとして注目されているフォトニック結晶ファイバに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大量の情報を伝送可能な光ファイバは、情報通信分野のインフラを整備する上で欠くことのできないものであるが、将来の情報量の飛躍的な増大に対して従来の光ファイバでは対応が難しくなってきている。
【０００３】
このため、最近では従来の光ファイバの限界を打破する可能性を持った新たな光ファイバとして、いわゆるフォトニック結晶ファイバ又はホーリーファイバと称される光ファイバが注目されている。
【０００４】
この新たな光ファイバは、図８に示すように、ＳｉＯ２ガラスからなるガラスファイバａの内部にその長手方向に沿って延びる空孔ｂを多数備えたものであり、その断面構造は空孔ｂ内の空気とクラッド層ｃからなる光波長オーダの微細構造となっている。そして、その微細構造が同図（Ａ）に示すように周期的である場合は、屈折率の周期構造であるフォトニック結晶の一形態であり、フォトニック結晶ファイバと呼ばれている。また、同図（Ｂ）に示すように、ファイバの中心に高屈折率のコア層ｄを有し、その周りに周期性の有無にかかわらず、複数の空孔ｂを備えたものがホーリーファイバと呼ばれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、これら従来のフォトニック結晶ファイバ及びホーリーファイバには以下に示すような課題が存在しており、未だ実用化には至っていないのが現状である。
【０００６】
（１）通常の光ファイバの損失（約０．２ｄＢ／ｋｍ）に比べて損失がまだ大きすぎる（トップデータ：約０．６ｄＢ／ｋｍ）。この損失の最大要因の一つとして、波長１．３９μｍにおける水酸基（ＯＨイオン）による吸収損失がある。
【０００７】
（２）特に上記ＯＨイオンによる吸収損失は空孔ｂの大きさを大きくしていくほど増大する傾向にある。すなわち、上記空孔ｂを構成する方法としては石英ガラス管内にそれよりも小さい石英管ガラスを多数本挿入してプリフォームを形成し、このプリフォームを高温加熱しながら線引きするようにしているが、この製造時に空孔ｂ内からガラスファイバａ内にＯＨイオンが入りやすく、また侵入したＯＨイオンがそのままファイバａ内に残留し易いためである。
【０００８】
（３）また、製造時に上記ＯＨイオンの侵入を抑制しても、長期的な使用によってその空孔ｂ内面からＯＨイオンが拡散・侵入して蓄積するおそれがあり、信頼性の面で問題がある。
【０００９】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、水酸基の混入による伝送損失の増大を効果的に抑制することができる新規なフォトニック結晶ファイバを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、請求項１に示すように、ガラスファイバの略軸心部に信号光を伝播すべくコア部を有すると共に、そのコア部周囲にその長手方向に延びる空孔を複数備え、かつそれら各空孔の内面にフッ素を添加した空孔膜を備えたものである。
【００１１】
これによって、製造時あるいは使用時にその空孔内に水酸基が入り込んだ場合でもその内面に形成されたフッ素を添加した空孔膜によってファイバ内への水酸基の拡散侵入を確実に阻止することができる。この結果、ファイバ内は勿論、空孔内に漏れて伝播する光信号のＯＨイオンによる吸収損失を大幅に低減することができる。
【００１２】
また、請求項２に示すように、上記コア部周囲にフッ素を添加したコア膜を備えることにより、高屈折率のコア部へのＯＨイオンの侵入を抑圧し、より低損失なファイバを実現することができる。
【００１３】
そして、請求項３に示すように、上記空孔膜中のフッ素添加量を１モル％以上４モル％以下とすることにより、上記の効果を顕著に発揮することができる。
【００１４】
また、請求項４に示すように、上記ガラスファイバの外周部をさらにこれよりも高融点のＳｉＯ２ガラス層で覆えば、後述するようにファイバの作成が容易となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明に係るフォトニック結晶ファイバ１の斜視図、図２はその拡大断面図である。
【００１７】
図示するように、このフォトニック結晶ファイバ１は、ＳｉＯ２ガラスからなるガラスファイバ２の軸心部に高屈折率のコア部３、すなわちＧｅ，Ｐ，Ａｌ，Ｔｉ等の屈折率を高めるドーパントを少なくとも１種添加したＳｉＯ２からなるコア部３が設けられていると共に、そのコア部３周囲に、その長手方向に延びる空孔４が六角格子状に同ピッチ間隔で複数形成されている。
【００１８】
また、これら各空孔４の内面には、フッ素を添加したＳｉＯ２からなる空孔膜５が設けられており、その内面が外気と直接接触されないようになっている。
【００１９】
そして、このような構造をした本発明のフォトニック結晶ファイバ１にあっては、これら各空孔４の内面が空孔膜５で覆われているため、使用時において仮に空気と共に空孔４内にＯＨイオンが流入してきてもこれが空孔膜５で遮られてファイバ内に拡散・侵入することがなくなる。また、本発明ファイバ１を高温プロセスで作製する際には、ガラス材料中に含まれていたＯＨイオンがこの空孔膜５中のフッ素と反応し、フッ化水素（ＨＦ）として外部に放出されるようになるため、ガラス材料中に元々含まれている水酸基自体の含有量を減らすことも可能となる。この結果、ファイバ内を通過する光信号の水酸基による吸収損失を抑制できることは勿論、空孔４内に漏れて伝播する光信号のＯＨイオンによる吸収損失も効果的に抑制することができ、優れた伝送効率を発揮することができる。また、同時にこの空孔膜５の存在により空孔４内面径を均一にすることも可能となるため、光学的散乱を引き起こす構造不均一性を低減する効果も期待できる。
【００２０】
ここで、空孔膜５中のフッ素の添加量は１モル％〜４モル％の範囲でＳｉＯ２の屈折率に比して−０．５％から−１．４％程度低くなるように添加することが好ましい。すなわち、その添加量が１モル％を下回ると、ガラス材料中に含まれているＯＨイオンをファイバ作製中に除去することが難しくなるという不都合が生じ、反対に４モル％を上回ると、空孔４の形状をファイバ線引き時に制御しにくくなるという不都合が生ずるからである。
【００２１】
尚、このファイバ内に光導波させる波長は、空孔４の直径ｄｃ，空孔４の間隔ｓｃ，コア層３の直径ｄｗによって決めることができる。また、この空孔４の数は本実施の形態では６０個であるが、その数は適宜増減可能であり、また、その配列は各空孔４が等間隔に位置すれば六角格子状の他に八角格子状にしてもよい。
【００２２】
次に、図３〜図７は本発明に係るフォトニック結晶ファイバ１の他の実施の形態を示したものである。
【００２３】
先ず、図３及び図４に示すフォトニック結晶ファイバ１は、上記実施の形態の構成に加え、さらにコア部３の周囲に、フッ素を添加したＳｉＯ２からなる、断面多角形状あるいは円形状のコア膜６を備えたものである。これにより高屈折率のコア部３内への光パワーの閉じ込めを強くすることが可能となり、より低散乱損失、ＯＨイオンによる吸収損失の低いファイバを実現することができる。尚、このコア膜６中のフッ素の添加量は上記空孔膜５のフッ素添加量よりも多くすることが望ましい。その理由は、コア部３内に含有されているＯＨイオンをファイバ作製中にできる限り除去して低ＯＨイオンのコア部を形成することにより、波長１．３μｍ帯及び１．５５μｍ帯における低損失化を図るためである。
【００２４】
次に、図５は本発明に係るフォトニック結晶ファイバ１の１種であるホーリーファイバの実施の一形態を示したものであり、軸心のコア部３の周囲に６個の空孔４を配列し、それら各空孔４内面にそれぞれ上述したようにフッ素を添加したＳｉＯ２からなる空孔膜５を備えたものである。そして、この場合も上記実施の形態と同様にＯＨイオンのファイバ内への拡散・侵入を効果的に抑制することができ、吸収損失の少ないホーリーファイバを実現することができる。尚、このような構成においても上記実施の形態と同様にそのコア部３の周囲をさらにフッ素を添加したＳｉＯ２からなるコア膜６で覆うようにすれば、より効果的であり、またコア部３周囲の空孔４の数は適宜増減しても良い。
【００２５】
次に、図６はガラスファイバ２の外周にＳｉＯ２からなるガラス層７をさらに備えたものであり、このような構成とすることによりファイバを容易に作成することが可能となる。すなわち、上述したような構成の本発明のフォトニック結晶ファイバ１（図１参照）を作製するには、コア部３を構成する高屈折率のガラスロッドの周囲に、上記各空孔４に相当する、内面にフッ素膜が形成された細径ガラス管を多数本束ねて断面真円形のプリフォームとし、これを高温電気炉で溶融・一体化させながら所定の径まで線引きすることによって得られることになるが、この細径ガラス管を真円状に束ねるのは容易ではなく簡単にばらけたり・ずれたりするといった不都合がある。そのため、予めプリフォームの外径と略等しい内径を有する高融点のガラス管を用い、その軸心部にガラスロッドを挿入すると共に、その周囲を埋めるように細径ガラス管を挿入するだけで容易に断面真円形のプリフォームを得ることが可能となり、これを高融点のガラス管と共に線引きすることで容易にファイバを作製することができる。尚、このガラス層７を構成するガラス管を高融点のもの、すなわちその軟化温度がガラスロッドや細径ガラス管のそれよりも高いものを用いることで線引き時などのファイバの形状変動を抑制することができる。
【００２６】
また、上述した各実施の形態の構成に加え、さらに図７に示すようにそのファイバの外周にこれを保護すべく、ポリマ材料，カーボン材料，金属材料等からなる被覆材８を被覆しても良く、また、上記実施の形態のファイバを複数本束ねて構成すれば伝送損失が極めて少ない高品質のバンドルファイバを提供することが可能となる。また、このファイバの断面形状は真円形に限らず、楕円形や多角形であっても良い。さらにこのガラスファイバ内にも適量のフッ素を添加しても良い。
【００２７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、以下に示すような優れた効果を発揮する。
【００２８】
▲１▼空孔の内面をフッ素添加膜で覆ったため、高温プロセス時等においてＯＨイオンが空孔内からファイバ内へ拡散・侵入するのを阻止できると共に、ファイバ内のＯＨイオンをＨＦとしてファイバ外へ拡散放出することができる。この結果、伝送損失の増大を招くＯＨイオンの含有量が大幅に低減され、優れた伝送効率を発揮することができる。
【００２９】
▲２▼また、空孔の内面に膜を形成することにより、それぞれの空孔内面を均一に、また内径も一様に保つことが可能となり、光学特性（広帯域特性，大きな構造分散特性等）をより向上させることが可能となる。
【００３０】
▲３▼コア部をＧｅ，Ｐ，Ａｌ等のドーパンドを少なくとも一種添加したＳｉＯ２で構成することにより、コア部内に光信号を効率的に閉じ込めて伝播させることが可能となり、伝送効率をより向上させることができる。
【００３１】
▲４▼コア部の周囲をフッ素を添加した膜で覆うことにより、コア部内へのＯＨイオンの侵入を阻止できるため、コア部内の伝送損失の増大を効果的に防止することができる。
【００３２】
▲５▼ガラスファイバの周囲に高融点のガラス層を設けることにより容易にファイバを製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るフォトニック結晶ファイバの実施の一形態を示す斜視図である。
【図２】図１のフォトニック結晶ファイバの拡大断面図である。
【図３】コア部周囲に断面多角形のコア膜を備えた一形態を示す拡大断面図である。
【図４】コア部周囲に断面円形のコア膜を備えた一形態を示す拡大断面図である。
【図５】ホーリーファイバの実施の一形態を示す拡大断面図である。
【図６】ガラスファイバの周囲に高融点のガラス層を備えた一形態を示す拡大断面図である。
【図７】ガラスファイバの最外面に被覆材を備えた一形態を示す拡大断面図である。
【図８】（Ａ）は従来のフォトニック結晶ファイバの実施の一形態を示す拡大断面図である。
（Ｂ）は従来のホーリーファイバの実施の一形態を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１　フォトニック結晶ファイバ
２　ガラスファイバ
３　コア部
４　空孔
５　空孔膜
６　コア膜
７　高融点ガラス層
８　被覆材
【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】
2004020841.tif 000008
【図７】
2004020841.tif 000009
【図８】
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