(57)【要約】【課題】モードフィールド径及び１３００ｎｍ帯における分散値が通常の単一モード光ファイバと同等でありながら、曲げによる光の漏れ出しを抑えたフォトニック結晶ファイバを実現すること。【解決手段】コア部１０を中心に配置した高屈折率部１１と高屈折率部１１より屈折率が低い低屈折率部１２とで構成し、クラッド部２０の空孔２１をコア部１０を３重に取り巻くように配置することにより、長波長側での損失増加を抑え、曲げによる光の漏れ出しを抑える。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスまたはプラスチックもしくはそれ以外の使用波長において透明な媒質を材料とし、光を導波するコア部と、該コア部の周囲に配置されるクラッド部とを備えた光ファイバであって、クラッド部は、長手方向に沿って設けられた概略円形または概略楕円形もしくは概略多角形の多数の空孔を有し、該空孔の中は真空または使用波長において透明で且つ上記媒質より屈折率の低い気体もしくは液体あるいは固体で満たされてなるフォトニック結晶光ファイバにおいて、
コア部はその中心に周囲より屈折率の高い領域を有し、
クラッド部の空孔はコア部を２重以上、好ましくは３重以上に取り巻くように配置されている
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項２】
請求項１記載のフォトニック結晶ファイバにおいて、
空孔の平均的な直径がｄであり、隣接する空孔同士の平均的な中心間隔がΛであるとした時、（２Λ−ｄ）で定義される幾何学的なコアの直径が１２μｍ以上であることを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項３】
請求項２記載のフォトニック結晶ファイバにおいて、
ｄ／Λが０．４以上であることを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項４】
請求項２記載のフォトニック結晶ファイバにおいて、
波長１３００ｎｍ帯における分散値の絶対値が５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下であることを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項５】
請求項４記載のフォトニック結晶ファイバにおいて、
波長１３００ｎｍ帯における分散値の絶対値が１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下であることを特徴とする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、光ファイバ、特にクラッド部にフォトニック結晶構造を有す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】
通常の単一モード光ファイバにおいては、波長１３００ｎｍ帯の光はファイバを直径２ｃｍ程度に曲げると光ファイバから漏れ始め、直径１ｃｍではほとんど全ての光が漏れてしまうという欠点があった。
【０００３】
一方、フォトニック結晶ファイバにおいては、ファイバを直径３ｍｍ以下に曲げても波長１３００ｎｍ帯の光が漏れ出さない構造のものが作製されているが、その幾何学的なコア径は８μｍ程度以下であり、フォトニック結晶ファイバではモードフィールド径が幾何学的なコア径の７割程度であるため、モードフィールド径が８μｍ乃至１０μｍである単一モード光ファイバとの互換性が低いという問題があった。
【０００４】
また、コアの周囲に４個乃至６個の空孔を１重に設けて光の閉じ込めを強化したフォトニック結晶ファイバも作製されているが、光の閉じ込めを強くすると１３００ｎｍ帯における分散値が大きくなり、分散の影響で光パルスが広がるため、伝送速度を上げる障害になるという問題があった。
【０００５】
【非特許文献１】
長谷川健美、Ｏ  ｐｌｕｓ  Ｅ、２３巻、９号、２００１年、ｐｐ．１０６７−１０７１
【非特許文献２】
Ｔ．Ｈａｓｅｇａｗａ  他、ＯＦＣ２００１、ＰＤ５、２００１
【非特許文献３】
Ｊ．Ｃ．Ｋｎｉｇｈｔ、ＣＬＥＯ２００１、ＴｕｔｏｒｉａｌＢｏｏｋ、ＱＭＨ．
【非特許文献４】
Ｔ．Ａ．Ｂｒｉｃｋｓ  他、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．３１、Ｎｏ．２２、１９９５、ｐｐ．１９４１−１９４３
【非特許文献５】
Ｊ．Ｃ．Ｋｎｉｇｈｔ  他、Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．、Ｖｏｌ．２１、Ｎｏ．１９、１９９６、ｐｐ．１５４７−１５４９
【非特許文献６】
Ｈ．Ｋｕｂｏｔａ  他、ＣＬＥＯ２００１、ＣＰＤ３、２００１
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、幾何学的なコア径の結果として得られるモードフィールド径及び１３００ｎｍ帯における分散値が通常の単一モード光ファイバと同等でありながら、曲げによる光の漏れ出しを抑えたフォトニック結晶ファイバを実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、ガラスまたはプラスチックもしくはそれ以外の使用波長において透明な媒質を材料とし、光を導波するコア部と、該コア部の周囲に配置されるクラッド部とを備えた光ファイバであって、クラッド部は、長手方向に沿って設けられた概略円形または概略楕円形もしくは概略多角形の多数の空孔を有し、該空孔の中は真空または使用波長において透明で且つ上記媒質より屈折率の低い気体もしくは液体あるいは固体で満たされてなるフォトニック結晶光ファイバにおいて、コア部はその中心に周囲より屈折率の高い領域を有し、クラッド部の空孔はコア部を２重以上、好ましくは３重以上に取り巻くように配置されていることを特徴とする。
【０００８】
クラッド部の空孔が１重の場合、光が空孔と空孔との隙間から漏れ、特に長波長側で損失が急激に増加する現象があるが、前記構成によれば、クラッド部の空孔を２重以上、好ましくは３重以上としたことにより、空孔と空孔との隙間からの光の漏れを防ぎ、これによって長波長側での損失増加を抑えることができ、１３００ｎｍ帯における分散値を大きくすることなく、曲げによる光の漏れ出しを抑えることができる。
【０００９】
この際、空孔の平均的な直径をｄ、隣接する空孔同士の平均的な中心間隔をΛとした時、（２Λ−ｄ）で定義される幾何学的なコアの直径を１２μｍ以上とすることにより、モードフィールド径を概略８μｍ以上とすることができ、これによって通常の単一モードファイバとの互換性・接続性を向上させることができる。
【００１０】
また、ｄ／Λを０．４以上とすることにより、曲げ直径１０ｍｍで５回以上巻いた時の損失を３ｄＢ以下に抑えることができる。
【００１１】
また、波長１３００ｎｍ帯における分散値の絶対値を５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下、あるいは１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下とすれば、光パルスが広がるのを抑え、伝送速度を上げることが可能となる。
【００１２】
【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。
【００１３】
図１は本発明のフォトニック結晶ファイバの実施の形態の一例を示す中心付近の拡大横断面図である。
【００１４】
本発明のフォトニック結晶ファイバは、石英ガラスを材料とし、光を導波するコア部１０と、該コア部１０の周囲に配置されるクラッド部２０とを備えている。なお、図１中の破線はコア部１０の概略の範囲を示すものである。また、材料としては、ＰＭＭＡ等のプラスチック等、使用波長において透明な任意の媒質を使用することが出来る。
【００１５】
コア部１０は、高屈折率部１１と低屈折率部１２とからなり、高屈折率部１１は中心に配置され、低屈折率部１２は高屈折率部１１の周囲に配置される。高屈折率部１１は石英ガラスの場合はガラスにゲルマニウム、リン等の添加物を加えることで実現できる。低屈折率部１２は高屈折率部１１より屈折率が低い部分であり、上記添加物の量を高屈折率部１１に比較して少なくする、あるいは添加しない、もしくはフッ素などを添加すること、もしくは高屈折率部１１に添加物を加えず、低屈折率部１２フッ素などを添加するなどにより実現できる。
【００１６】
クラッド部２０は、ファイバの長手方向に沿って設けられた概略円形の多数の空孔２１を有し、該空孔２１はコア部１０を３重に取り巻くように配置されている。本例において、空孔２１の配列は六方最密構造を形成するものとなっているが、これに限らず、概略一様に分布していれば良い。なお、本図は光ファイバの中心付近の拡大図であり、実際には空孔の開いていない部分がこの周囲に広がっている。
【００１７】
本実施の形態のフォトニック結晶ファイバは、ＶＡＤ法等で作製したガラスファイバ母材にドリルなどで穴をあけた後、溶融延伸する方法、石英ガラスの棒及び石英ガラスの細管を束ねて母材とし、それを溶融延伸する方法などで作製できる。
【００１８】
これらの方法により大気中で作製した場合、空孔２１の中は空気で満たされるが、空孔２１の中は真空または使用波長において透明で且つ上記媒質より屈折率の低い気体もしくは液体あるいは固体で満たされていれば良い。
【００１９】
また、前記空孔２１の断面形状は、概略楕円形もしくは概略多角形であっても良く、さらにまた、本例では空孔２１はコア部１０を３重に取り巻いているが、２重以上であれば良い。なお、空孔２１の配列が概略一様な分布の場合、平均的な空孔２１の配列が２重以上となれば良い。
【００２０】
以下、本実施の形態において、具体的な数値による構造パラメータを与えた実施例についてその特性とともに説明する。
【００２１】
【実施例１】
第１の実施例は、隣接する空孔同士の平均的な中心間隔Λを１０．９μｍ、空孔の平均的な直径ｄを３．３μｍ（即ち、ｄ／Λ≒０．３）、高屈折率部の直径ｄａを３．３μｍ、高屈折率部の石英ガラスに対する比屈折率差Δを＋０．３％としたものである。
【００２２】
幾何学的な断面積２Λ−ｄは１８．５μｍとなる。また、波長１３００ｎｍ帯における分散値の絶対値は０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満となる。
【００２３】
図２は本発明のフォトニック結晶ファイバの波長１３００ｎｍにおける曲げ直径（但し、巻き回数は１）と透過率との関係のシミュレーション結果（計算値）を実施例毎に示したものである。
【００２４】
図２より、本実施例１のファイバを曲げ直径１０ｍｍで１回巻いた時の透過率は８４％以上（損失は１ｄＢ以下）であり、通常の光ファイバに比べて小さな曲げに対応することが出来ることが分かる。但し、損失を３ｄＢ以下に抑えるためには、曲げ直径１０ｍｍでは４回巻き未満である必要がある。
【００２５】
【実施例２】
第２の実施例は、隣接する空孔同士の平均的な中心間隔Λを１１．８μｍ、空孔の平均的な直径ｄを５．９μｍ（即ち、ｄ／Λ＝０．５）、高屈折率部の直径ｄａを３．５μｍ、高屈折率部の石英ガラスに対する比屈折率差Δを＋０．３％としたものである。
【００２６】
幾何学的な断面積２Λ−ｄは１７．７μｍとなる。また、波長１３００ｎｍ帯における分散値の絶対値は０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満となる。
【００２７】
また、本実施例において、Λを１０μｍ、ｄを５μｍとすると分散値の絶対値は４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、また、Λを１４μｍ、ｄを７μｍとすると分散値の絶対値は−４．６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍとなる。
【００２８】
図２より、本実施例２のファイバを曲げ直径１０ｍｍで１回巻いた時の透過率は９２％以上（損失は０．４ｄＢ以下）であり、５回巻き以上（８回まで）であっても損失を３ｄＢ以下に抑えることが可能であることが分かる。さらに、本実施例２では、曲げ直径３ｍｍで１回巻いた場合に６８％以上の透過率を有することが分かる。
【００２９】
【実施例３】
第３の実施例は、隣接する空孔同士の平均的な中心間隔Λを１２．９μｍ、空孔の平均的な直径ｄを９μｍ（即ち、ｄ／Λ≒０．７）、高屈折率部の直径ｄａを３．９μｍ、高屈折率部の石英ガラスに対する比屈折率差Δを＋０．３％としたものである。
【００３０】
幾何学的な断面積２Λ−ｄは１６．８μｍとなる。また、波長１３００ｎｍ帯における分散値の絶対値は０．１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ未満となる。
【００３１】
図２より、本実施例３のファイバを曲げ直径１０ｍｍで１回巻いた時の透過率は９５％以上（損失０．２ｄＢ以下）であり、５回巻き以上（１３回まで）であっても損失を３ｄＢ以下に抑えることが可能であることが分かる。さらに本実施例３では、曲げ直径３ｍｍで１回巻いた場合に７６％以上の透過率を有することが分かる。
【００３２】
【その他の実施例】
構造パラメータΛ、ｄ、ｄａ、Δの値や組み合わせは、上述した実施例で述べたものに限られない。
【００３３】
【その他の実施の形態】
空孔の配置、屈折率分布等は、前述した実施の形態で述べたものに限られない。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、モードフィールド径及び１３００ｎｍ帯における分散値が通常の単一モード光ファイバと同等でありながら、曲げによる光の漏れ出しを抑えた光ファイバを実現できる。
【００３５】
図３はフォトニック結晶ファイバにおいて波長（但し、Λで規格化している。）を変化させた時の損失の測定結果を示すもので、同図（ａ）はクラッド部の空孔を１重とした場合、同図（ｂ）はクラッド部の空孔を２重とした場合をそれぞれ示す（但し、ｄ／Λ＝０．８の場合の例）。本図より、クラッド部の空孔が１重の場合に比べて２重の場合（本発明の場合）の方が長波長側の損失が明らかに少ないことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフォトニック結晶ファイバの実施の形態の一例を示す中心付近の拡大横断面図
【図２】本発明のフォトニック結晶ファイバの波長１３００ｎｍにおける曲げ直径と透過率との関係のシミュレーション結果を示すグラフ
【図３】フォトニック結晶ファイバにおいて波長を変化させた時の損失の測定結果を示すグラフ
【符号の説明】
１０：コア部、１１：高屈折率部、１２：低屈折率部、２０：クラッド部、２１：空孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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