(57)【要約】【課題】高い偏波保持特性を有する偏波保持フォトニッククリスタルファイバを提供する。【解決手段】周期的に配置された多数の孔５，６に囲まれた光伝搬領域３内には、断面楕円形で周囲よりも高屈折率のコア２が配置されている。光伝搬領域３は上下の二つの大孔６，６と左右両側の四つの小孔５，５，…とにより、コア２と長軸方向が一致した楕円形状となっていて、両方の偏波保持機能が重畳されてこのフォトニッククリスタルファイバ１は高い偏波保持特性を有する。【選択図】　図１
2004101864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバ中心軸を含んで該ファイバ中心軸方向に延びる光伝搬領域と、
上記ファイバ中心軸方向に延び且つファイバ横断面において上記光伝搬領域の周囲に周期的に配置されている多数の孔を有するクラッドと、
上記ファイバ中心軸上を延びて周囲よりも屈折率が高く且つ上記光伝搬領域内に存するコアと、を備え、
上記光伝搬領域はファイバ横断面において扁平な形状を有し、
上記コアはファイバ横断面において扁平な形状を有し、
上記光伝搬領域と上記コアとの長軸の方向が略一致していることを特徴とする偏波保持フォトニッククリスタルファイバ。
【請求項２】
ファイバ中心軸を含んで該ファイバ中心軸方向に延びる光伝搬領域と、
上記ファイバ中心軸方向に延び且つファイバ横断面において上記光伝搬領域の周囲に周期的に配置されている多数の孔を有するクラッドと、
上記ファイバ中心軸上を延びて周囲よりも屈折率が高く且つ上記光伝搬領域をはみ出して存するコアと、を備え、
上記光伝搬領域はファイバ横断面において扁平な形状を有し、
上記コアはファイバ横断面において扁平な形状を有し、
上記光伝搬領域と上記コアとの長軸の方向が略一致していることを特徴とする偏波保持フォトニッククリスタルファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クラッドに多数の孔を有する偏波保持フォトニッククリスタルファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コア及びクラッドからなる通常の光ファイバでは得ることのできない大きな波長分散を発現するものとしてフォトニッククリスタルファイバが注目されている。このフォトニッククリスタルファイバは、石英よりなっており、光ファイバ軸方向に延びる多数の細孔が周期的に配列されたクラッド部と、さらにクラッド部をサポートするためにクラッド部の周囲に設けられた中実なオーバークラッド部とを備えていて、通常はクラッド部の孔に囲まれてファイバ中心軸を含む光伝搬領域全体がコア部となっている。
【０００３】
一方、偏光や干渉を利用した光ファイバセンサやコヒーレント光ファイバ通信等には、偏波安定性が高い偏波保持ファイバを使用している。偏波保存ファイバは、複屈折を利用した光ファイバであり、光ファイバに複屈折を生じさせる方法には、光ファイバの軸方向に垂直な断面における縦方向と横方向で材料を変えて屈折率分布を変える方法や、前記断面における縦方向と横方向から異なる応力をコア部に与えることによって等価的に複屈折性を持たせる方法等がある。即ち、光ファイバを中心軸の周りに９０度回転させたときに、ファイバ横断面における屈折率分布（等価的な屈折率分布も含む）が回転前の屈折率分布に重ならないようにすれば光ファイバに複屈折が生じるのである。
【０００４】
上記フォトニッククリスタルファイバも、その波長分散特性を生かして偏波保持フォトニッククリスタルファイバとしての使用が検討されている。フォトニッククリスタルファイバを偏波保持ファイバにするには、例えばコア部を取り囲む細孔配置に工夫を凝らし、細孔に囲まれているコア部の断面形状を楕円形等の扁平な形状にする方法が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
【非特許文献１】
Ｋ．Ｓｕｚｕｋｉ，ｅｔ　ａｌ，ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ　ＬＥＴＴＥＲＳ，ｖｏｌ．３７（２００１）　ｐ．１３９９−１４００
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フォトニッククリスタルファイバのコア部の断面形状を扁平な形状にするだけでは、偏波保持特性があまり高くなく、偏波保持ファイバとしては性能が劣ったものとなっていた。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高い偏波保持特性を有する偏波保持フォトニッククリスタルファイバを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、光伝搬領域と高屈折率のコアとをともに扁平にして長軸方向を略一致させた。
【０００９】
具体的には、請求項１に係る発明は、ファイバ中心軸を含んで該ファイバ中心軸方向に延びる光伝搬領域と、上記ファイバ中心軸方向に延び且つファイバ横断面において上記光伝搬領域の周囲に周期的に配置されている多数の孔を有するクラッドと、上記ファイバ中心軸上を延びて周囲よりも屈折率が高く且つ上記光伝搬領域内に存するコアと、を備え、上記光伝搬領域はファイバ横断面において扁平な形状を有し、上記コアはファイバ横断面において扁平な形状を有し、上記光伝搬領域と上記コアとの長軸の方向が略一致していることを特徴とする偏波保持フォトニッククリスタルファイバである。
【００１０】
ここで、扁平な形状とは、円形や正多角形等のように中心から略等距離に外周部が存する形状とは異なって、楕円形、長方形等のように平らな形状であって互いに直交する長軸と短軸を有する形状である。
【００１１】
請求項１の構成であれば、光伝搬領域とコアとが双方とも扁平形状で、かつそれらの長軸の方向が略一致しているので、双方の偏波保持機能に相乗効果が現れて偏波保持特性が向上する。
【００１２】
次に、請求項２の発明は、ファイバ中心軸を含んで該ファイバ中心軸方向に延びる光伝搬領域と、上記ファイバ中心軸方向に延び且つファイバ横断面において上記光伝搬領域の周囲に周期的に配置されている多数の孔を有するクラッドと、上記ファイバ中心軸上を延びて周囲よりも屈折率が高く且つ上記光伝搬領域をはみ出して存するコアと、を備え、上記光伝搬領域はファイバ横断面において扁平な形状を有し、上記コアはファイバ横断面において扁平な形状を有し、上記光伝搬領域と上記コアとの長軸の方向が略一致していることを特徴とする偏波保持フォトニッククリスタルファイバである。
【００１３】
請求項２の構成であれば、コアが光伝搬領域をはみ出して存しているが、請求項１と同様に光伝搬領域とコアとの双方の形状及び長軸の方向の略一致の効果で偏波保持特性が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るフォトニッククリスタルファイバ１の端面を示す図である。また、図１０は、比較の形態１に係るフォトニッククリスタルファイバ２１の端面を示す図である。いずれも、石英からなっていて、径方向の最外部は中実なオーバークラッド部７であり、その内側はファイバ中心軸方向に延びる多数の小孔５，５，…と二つの大孔６，６とが周期的に配置されているクラッド４である。クラッド４のファイバ径方向の最もファイバ中心軸に近い部分には、ファイバ中心軸を挟んで対向する一対の大孔６，６と四個の小孔５，５，…が配置されて、これらが正六角形を形成している。これらの大孔６，６および小孔５，５，…に囲まれた部分が光伝搬領域３であり、本実施形態のフォトニッククリスタルファイバ１は、この光伝搬領域３内に高屈折率のコア２を有している。ここで、光伝搬領域３というのは、例えばファイバを構成する材質がファイバ中全て同じであるとしたときに、周期的に配置された多数の孔からなるフォトニッククリスタル構造により光が閉じ込められて伝搬し得る領域のことであり、ファイバ材質が全て同じであるときにはこの領域がコア部になる。
【００１６】
上記クラッド４における小孔５，５，…及び大孔６，６の配置は、隣り合う孔間の距離が全て同じであって隣接する三つの孔が正三角形をなす周期的な配置であり、この周期で光伝搬領域３の周囲に配置されている。そして光伝搬領域３は、このような孔の周期的配置の欠陥部分ともいえ、周期的に配置された孔が一つ消失している部分である。上記コア２は、その周囲の部分の材質の石英よりも屈折率が高く、具体的には、Ｇｅを添加している。
【００１７】
本実施形態および比較の形態１のフォトニッククリスタルファイバ１，２１は、いずれも偏波保持機能を有するが、両者の違いは、本実施形態に係るフォトニッククリスタルファイバ１にはファイバ中心軸上を延びる高屈折率のコア２が光伝搬領域３にあるのに対し、比較の形態１では周囲よりも高屈折率であるコア２がないことである。即ち、図３に示すように、比較の形態１のフォトニッククリスタルファイバ２１では、小孔５，５，…及び大孔６，６が取り囲む光伝搬領域３がコアとなって光を伝搬させるが、この光伝搬領域３が扁平な形状である楕円形状であって、この楕円の長軸方向と短軸方向との二つの偏波モードの伝搬定数に差が生じるため偏波保持機能を有する一方、本実施形態のフォトニッククリスタルファイバ１は、図２に示すように、比較の形態１の形状に加えて光伝搬領域３内に周囲よりも高屈折率で横断面が扁平形状である楕円形のコア２を有しており、この形状によっても偏波保持機能を発揮する。しかも光伝搬領域３とコア２との長軸の方向が一致しているので、光伝搬領域３の保持される偏波面とコア２の保持される偏波面とが一致し、従って両者の偏波保持機能が重畳され、いずれか一方のみでは得られない大きな偏波保持特性が得られる。
【００１８】
ここで、光伝搬領域３及びコア２の扁平な形状は直交する長軸と短軸とを備えているものであって、長軸の長さは短軸の長さの１．３〜５．０倍であると偏波保持特性が大きくなるため好ましい。また、この扁平な形状というのは、細長形状ということもできる。
【００１９】
次に、本実施形態に係るフォトニッククリスタルファイバ１の製造方法について説明する。
【００２０】
このフォトニッククリスタルファイバ１の母材は、図８にその中心部分の一部を示すように石英ロッド１３と石英キャピラリ１５，１６とを束ねて作製される。まず、Ｇｅが添加されたコア部１７を中心軸部分に備えた石英ロッド１３と、孔径の大きい二本の第二の石英キャピラリ１６，１６及び孔径の小さい多数の第一のの石英キャピラリ１５，１５，…と、これらのロッド１３及びキャピラリ１５，１６をその孔内に束ねて保持する大径の石英パイプ（図示せず）とを用意する。石英ロッド１３のコア部１７の径は石英ロッド１３外径の約１／２である。
なお、これらの石英ロッド１３及び石英キャピラリ１５，１６は全て外径を同じにしている。また、石英パイプはオーバークラッド部となる。石英ロッド１３は、通常の高屈折率コア部を有する伝送ファイバの母材と同じ方法で母材作製後、所望の径にまで加熱延伸して作製する。石英キャピラリ１５，１６は石英棒材にそれぞれ所定の孔を開けた後、所望の径に加熱延伸して作製する。
【００２１】
次に、石英パイプの中心軸部分に石英ロッド１３を挿入し、石英ロッド１３を挟んで対向するように二本の第二の石英キャピラリ１６，１６を置き、石英ロッド１３周囲の残りの部分に四本の第一の石英キャピラリ１５，１５，…を置いて石英ロッド１３の周りを一重に取り囲む（図８）。それから、そのまわりに第一の石英キャピラリ１５，１５，…を石英パイプの内壁まで詰め込む。このように石英ロッド１３及び第一と第二の石英キャピラリ１５，１６を詰め込んだ石英パイプの両端を閉鎖した後に加熱延伸すると、石英ロッド１３、石英キャピラリ１５，１６及び石英パイプの相互の境界が溶融密着されるとともに、第二の石英キャピラリ１６，１６の方が第一の石英キャピラリ１５，１５，…よりも加熱延伸工程の間に石英ロッド１３を圧縮する力が大きいため、コア部１７が二本の第二の石英キャピラリ１６，１６の間で押しつぶされるかたちになり、図２に示す偏波保持フォトニッククリスタルファイバ１が出来上がる。
【００２２】
これまで述べてきたように、本実施形態ではフォトニッククリスタルファイバ１において光伝搬領域３の横断面形状とコア２の横断面形状とが双方ともに扁平で且つ長軸方向が同じなので、いずれか一方だけでは得られない大きな偏波保持特性が得られる。石英ロッド１３と石英キャピラリ１５，１６とを束ねて母材を作製し、それを加熱延伸して製造するので、所望の構造を簡単に形成できて製造も容易であり、製造コストも低くできる。
【００２３】
（実施形態２）
図５は、実施形態２に係るフォトニッククリスタルファイバ４１の端面を示す図である。また、図４は、比較の形態２に係るフォトニッククリスタルファイバ３１の端面を示す図である。実施形態２及び比較の形態２の孔５，５，…は全て同じ孔径であり、孔５，５，…の配置の周期性については実施形態１及び比較の形態１と同じである。また、光伝搬領域３は周期的に配置された孔５，５，…のうちファイバ中心軸のところの隣り合う二つの孔５，５をなくして中実とした領域であり、この部分が実施形態１及び比較の形態１と異なるところではあるが、実施形態２及び比較の形態２の光伝搬領域３はやはり扁平な楕円形状である。それ以外のコア２形状や作用効果は実施形態１と同様である。
【００２４】
本実施形態に係るフォトニッククリスタルファイバ４１の製造法は、母材への孔開け法である。即ち、中心軸部に断面楕円形状のＧｅ添加コア部を有する石英棒材（母材）に、中心軸方向に図５に示す配置で孔を開けて、その後加熱延伸してフォトニッククリスタルファイバ４１が得られるのである。この製造方法は、母材の所望の位置に孔を開けることができるので、所望の構造を簡単に形成できて製造も容易であり、製造コストも低くできる。
【００２５】
（実施形態３）
図６は、実施形態３に係るフォトニッククリスタルファイバ５１の端面を示す図である。本実施形態は、実施形態１とコア１２の断面形状が異なるだけで他のところは同じであるので、コア１２の形状のみを説明する。
【００２６】
本実施形態に係るフォトニッククリスタルファイバ５１のコア１２は光伝搬領域３内部にあって、コア１２の形状は長方形であり、その長軸方向は光伝搬領域３の長軸方向に一致している。従って、大きな偏波保持特性が得られる。また、その製造方法は、実施形態１に示した製造方法において石英ロッド１３の代わりに正方形のＧｅ添加石英角柱を用いるものである。
【００２７】
本実施形態の作用効果は実施形態１と同様である。
【００２８】
（実施形態４）
図７は、実施形態４に係るフォトニッククリスタルファイバ６１の端面を示す図である。本実施形態は、実施形態１とコア２２の断面形状及び存する範囲が異なるだけで他のところは同じであるので、コア２２の形状及び存する範囲のみを説明する。
【００２９】
本実施形態のコア２２は光伝搬領域３よりも断面形状が大きく、光伝搬領域３からはみ出して存している。さらに、コア２２が光伝搬領域３を全て含有しており、孔５，６により一部が削られている形状となっている。
【００３０】
本実施形態のフォトニッククリスタルファイバ６１は、実施形態２と同様にファイバ母材に孔を開けて製造する。また、本実施形態の作用効果は実施形態１と同様である。
【００３１】
（その他の実施形態）
これまで説明した実施形態は例に過ぎず、本発明はこれらの例に限定されない。製造方法はロッドとキャピラリとを束ねる方法でも母材に孔を開ける方法でもその他の方法でも構わない。実施形態１の製造方法において、図９に示すように石英ロッド１３のコア部１７が楕円形状であっても構わない。このときにはコア部１７の長軸方向が二つの第二の石英キャピラリ１６，１６を結んだ線と直交していることが好ましい。コア２，１２，２２にはＧｅ以外のもの、例えば希土類元素等を添加していても構わないし、コア以外の部分にＦ等を添加しても構わない。また、複数種の物質をそれぞれの場所に添加していても構わない。光伝搬領域３の形状も限定されず、菱形などでもよく、ほぼ扁平で長軸と短軸とが直交していればよいし、その外形線が滑らかではなく例えば鋸刃状のジグザグ形状であってもよい。コア２，１２，２２の形状も光伝搬領域３と同様である。孔５，６の形状も円形以外でも構わなく、例えば楕円形や正多角形などでもよい。孔の配置も、例えば、隣接する四つの孔が正方形又は長方形を形成している配置であっても構わないし、他の周期的な配置であってもよい。つまり、孔５，６の配置は、平面状の結晶構造配置であればよい。孔５，６の大きさもそれぞれ複数種類あっても構わないし、光伝搬領域３を取り囲む配置が、例えば、二つの小孔５，５がファイバ中心軸を挟んで対向するように配置され残りの四つが大孔６，６，…であってもよい。光伝搬領域３を取り囲む孔５，６は、少なくとも一重に取り囲んでいればよいが、二重以上に取り囲んでいることが光の閉じ込めの点で好ましく、三重以上であればより光の閉じ込めが効果的であるのでさらに好ましい。また、実施形態４において、コア２２は光伝搬領域３の全境界からはみ出していなくてもよく、一部からはみ出していればよい。
【００３２】
【実施例】
実施例及び比較例として、それぞれ実施形態１及び比較の形態１の形状のフォトニッククリスタルファイバ１，２１をそれぞれ作製した。それぞれのフォトニッククリスタルファイバ１，２１の小孔５の径は４．４μｍ、大孔６の径は８．３３μｍ、任意の隣接する孔５，６間距離は７．０７μｍとした。また、実施例のコア２は、屈折率を周囲よりも２．０％高く、長軸３．５μｍ、短軸１．４μｍとした。
【００３３】
偏波保持特性を表すモード複屈折率の値は、実施例に係るフォトニッククリスタルファイバ１の方が３．１１×１０−３であり、比較例に係るフォトニッククリスタルファイバ２１の方が２．４５×１０−３であった。即ち、実施例の方が２７％大きなモード複屈折率の値であり、優れた偏波保持機能を有していた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に述べる効果を奏する。
【００３５】
孔に囲まれた光伝搬領域と高屈折率のコアとが、双方とも断面扁平形状でありかつ長軸が略一致しているので、大きな偏波保持特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係るフォトニッククリスタルファイバの端面の拡大斜視図である。
【図２】実施形態１に係るフォトニッククリスタルファイバの端面の一部拡大図である。
【図３】比較の形態１に係るフォトニッククリスタルファイバの端面の一部拡大図である。
【図４】比較の形態２に係るフォトニッククリスタルファイバの端面の一部拡大図である。
【図５】実施形態２に係るフォトニッククリスタルファイバの端面の一部拡大図である。
【図６】実施形態３に係るフォトニッククリスタルファイバの端面の一部拡大図である。
【図７】実施形態４に係るフォトニッククリスタルファイバの端面の一部拡大図である。
【図８】実施形態１に係るフォトニッククリスタルファイバの母材の一部拡大図である。
【図９】実施形態１に係るフォトニッククリスタルファイバの別の母材の一部拡大図である。
【図１０】比較の形態１に係るフォトニッククリスタルファイバの端面の拡大斜視図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　フォトニッククリスタルファイバ
２、１２、２２　　コア
３　　　　　　　　光伝搬領域
４　　　　　　　　クラッド
５　　　　　　　　小孔
６　　　　　　　　大孔
２１　　　　　　　フォトニッククリスタルファイバ
３１　　　　　　　フォトニッククリスタルファイバ
４１　　　　　　　フォトニッククリスタルファイバ
５１　　　　　　　フォトニッククリスタルファイバ
６１　　　　　　　フォトニッククリスタルファイバ
【図１】
2004101864.tif 000003
【図２】
2004101864.tif 000004
【図３】
2004101864.tif 000005
【図４】
2004101864.tif 000006
【図５】
2004101864.tif 000007
【図６】
2004101864.tif 000008
【図７】
2004101864.tif 000009
【図８】
2004101864.tif 000010
【図９】
2004101864.tif 000011
【図１０】
2004101864.tif 000012