(57)【要約】 【課題】  外径の変動がなく、かつ長手方向に波長分散特性が変化するフォトニッククリスタルファイバ及びその製造方法を提供する【解決手段】  コア１２と、コア１２を中心とする円周上に等間隔に、長手方向に延びる複数の空孔１４を設けたフォトニッククリスタルファイバ３０において、ファイバ断面上におけるファイバ中心からの空孔１４の位置を長手方向に沿って変化させたものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、コアを中心とする円周上に等間隔に、長手方向に延びる複数の空孔を設けたフォトニッククリスタルファイバにおいて、ファイバ断面上におけるファイバ中心からの空孔の位置を長手方向に沿って変化させたことを特徴とするフォトニッククリスタルファイバ。
【請求項２】
前記空孔の中心軸はフォトニッククリスタルファイバの中心軸と所定の角度で傾斜して形成する請求項１記載のフォトニッククリスタルファイバ。
【請求項３】
フォトニッククリスタルファイバ用プリフォームの中心軸に対して空孔の中心軸が所定の角度をもつようにクラッド部に孔開け加工を行い、そのフォトニッククリスタルファイバ用プリフォームの線引きを行うことを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空孔を有するフォトニッククリスタルファイバとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトニッククリスタルファイバ（ＰＣＦ：Photonic Crystal Fiber）とは、光ファイバの長手方向に一様な２次元周期構造をもつフォトニック結晶がクラッドに設けられる光ファイバである。ＰＣＦはその導波原理の違いから２種類に大別される。一方は、クラッドに相当する領域にフォトニックバンドギャップを形成し、ブラック反射によって光波をコア内に閉じ込める構造をしており、もう一方は、従来の光ファイバと同様に、コアとクラッドの屈折率差を利用し、全反射によって光波をコア内に閉じ込める構造をしている。このＰＣＦは、従来の光ファイバがコアに添加物をドープすることにより、クラッドと屈折率差をつけているのに対し、クラッド部空孔を利用して実効屈折率を下げる方法で光閉じ込めを実現している。
【０００３】
ＰＣＦは、ＰＣＦ内の空孔のデザインにより、超広帯域単一モード伝送領域、大きな実効コア断面積、高い比屈折率差、大きな構造分散など、通常の光ファイバでは実現できない特性を備えている。
【０００４】
空孔が形成されたＰＣＦ用プリフォームの製造方法は、特許文献１に示すような研削法と、特許文献２に示すような細径石英管配列法とが主な製造方法である。
【０００５】
研削法は、ＶＡＤ法やＭＣＶＤ法といった公知の方法で通常のプリフォームを作製し、そのプリフォームをドリル等で穿孔した後、通常の光ファイバと同様な線引加工をすることでＰＣＦを得る方法である。
【０００６】
細径石英管配列法は、複数の細径石英管の一端をそれぞれ封止し、これらを高密装填配置に束ね、中心の細径石英管を細石英棒に置換してから、石英ジャケット管に挿入し、通常の光ファイバと同様な線引工程により細径石英管の一端を非封止端から加熱して石英ジャケット管と石英ジャケット管内の石英管を融着一体化させながら線引してＰＣＦを得る方法である。
【０００７】
光波長分割多重伝送において、零分散近傍における２つ以上の異なる波長の光の混合によって、新たな別の波長の光が発生する四光波混合（ＦＷＭ：Four-Wave Mixing）が起きる。ＦＷＭは、信号光間の非線形相互作用で新たな干渉光が発生する現象で、信号光へのクロストークとなり伝送特性を劣化させる。よって、四光波混合による伝送品質劣化を抑制するために、局所的な波長分散の絶対値を所定の値より大きくし、残留分散による伝送品質劣化を抑制するために、伝送路全体での波長分散の絶対値を小さくした伝送路が用いられるが、このような伝送路を構成するには波長分散を長手方向に変化させる必要がある。そこで、特許文献１に示された線引工程では、プリフォーム内の空孔の圧力調整により、孔径が長手方向に変化した光ファイバを製造できる。ＰＣＦの波長分散などの特性は、空孔のサイズや位置により決定され、孔径を長手方向に変化させると、波長分散等の光学特性を長手方向に変化させることができ、多重化された信号光の位相を同調させることなく、そのパルスの波長分散を抑制することができる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１４５６３４号公報
【特許文献２】米国特許第５８０２２３６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、孔径が長手方向に変化するＰＣＦの製造には、ＰＣＦ用プリフォームを線引する際、プリフォーム内の空孔の径を内圧制御によって長手方向を変化させると同時に、光ファイバの外径も変化させてしまうという問題点がある。
【００１０】
さらに、ファイバの外径制御を行うと、線引張力と線引速度等の線引条件が変化するので、空孔の径や位置が所望のＰＣＦを製造することが困難である。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、外径の変動がなく、かつ長手方向に波長分散特性が変化するＰＣＦとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、コアと、コアを中心とする円周上に等間隔に、長手方向に延びる複数の空孔を設けたフォトニッククリスタルファイバにおいて、ファイバ断面上におけるファイバ中心からの空孔の位置を長手方向に沿って変化させたものである。
【００１３】
請求項２の発明は、前記空孔の中心軸はフォトニッククリスタルファイバの中心軸と所定の角度で傾斜してもよい。
【００１４】
請求項３の発明は、フォトニッククリスタルファイバ用プリフォームの中心軸に対して空孔の中心軸が所定の角度をもつようにクラッド部に孔開け加工を行い、そのフォトニッククリスタルファイバ用プリフォームの線引きを行う方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によるフォトニッククリスタルファイバは、ファイバ外径の変化を防ぐと共に、長手方向に波長分散変化をもつといった優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１に本実施の形態のフォトニッククリスタルファイバを作製するためのＰＣＦ用プリフォーム本体１１の断面図を示す。
【００１８】
ＰＣＦ用プリフォーム本体１１はＶＡＤ法により円柱状に形成されており、ゲルマニウム（Ｇｅ）が添加された石英からなるコア１２と、純石英からなりコア１２よりわずかに屈折率の低いクラッド１３とを有する。コア１２の周囲にはコア１２中心を中心軸１５として円周方向に等間隔に空孔１４が形成されている。この空孔１４に沿って長手方向に延びる空孔１４の中心軸（空孔軸）１６の角度が中心軸１５に対して０．３度傾斜している。ＰＣＦ用プリフォーム本体１１の長さは２００ｍｍで、外径は５０ｍｍである。ＰＣＦ用プリフォーム本体１１のコア１２の径は３．０ｍｍ、比屈折率差Δは０．３７５％である。
【００１９】
図２（ａ）に、プリフォーム本体１１の２ａ−２ａ線断面図を示すように、空孔１４の断面は円形をしており、その径は２ｍｍである。ＰＣＦ用プリフォーム１１の一方の端面ではコア１２を中心として外径４ｍｍの正六角形の頂点に空孔１４の中心が位置している。図２（ｂ）に、プリフォーム本体１１の２ｂ−２ｂ線断面図を示すように、他方の端面ではコア１２を中心として外径６ｍｍの正六角形の頂点に空孔１４の中心が位置している。
【００２０】
次に、ＰＣＦ用プリフォーム本体１１の製造工程について説明する。
【００２１】
孔開け装置（図示せず）の中心軸とプリフォーム本体１１の中心軸１５との角度を０．３°に設定し、穴開け加工する。本実施の形態ではＰＣＦ中心軸１５と空孔の空孔軸１６との角度を０．３°に設定し、孔開け加工により、プリフォーム本体１１内に空孔１４を形成した。
【００２２】
また、本実施の形態において形成した空孔１４の数は６個であるが、それに限らず、空孔１４の数は３つ以上であればいずれの数でもよく、好ましくは４つ以上の偶数個が望ましい。空孔１４はファイバ断面で見たとき、コア１２を中心とし、そのコア１２を中心とする同心円状に、そして円周方向に等間隔に配置されるよう形成される。
【００２３】
孔開け加工後、表面に付着している汚れやゴミを除去するために、流水でファイバ破片等の大きいゴミを洗い流した後、エチルアルコールとトリクロロエチレン等の有機溶媒で超音波洗浄し、次に、濃度５％の薄いフッ酸を用いて洗浄する。洗浄したＰＣＦ用プリフォーム本体１１を乾燥用の容器に入れ蒸発乾燥する。上記洗浄工程に用いる溶液はそれらに限らず、他の溶液を用いても良く、また洗浄方法も超音波洗浄に限らず、他の方法で洗浄してもよい。
【００２４】
乾燥後、図３に示すように、ＰＣＦ用プリフォーム本体１１の一端に枝石英管１７を取り付け、これをＰＣＦ用プリフォーム１０とする。この取り付けの際、酸水素バーナ１８によってＰＣＦ用プリフォーム１０内にゴミや水分が混入しないように、枝石英管１７を取り付ける端とは反対側の端のプリフォーム本体１１にフィルタ１９を設け、そのフィルタ１９を通した窒素ガスを空孔１４に流して行った。ＰＣＦ用プリフォーム内１０に流入させるガスはＮ2に限らず、Ａｒ，Ｃｌ2，Ｈｅ等のいずれでもよい。
【００２５】
図４に、上述の製造方法により得られたプリフォーム１０を線引きする工程を説明する概略図を示す。
【００２６】
ＰＣＦ用プリフォーム１０は、線引炉２５内に固定され、その線引炉２５は炉内圧を制御でき、加熱装置２６によりプリフォーム１０を加熱溶融する。プリフォーム１０の枝石英管１７側（図では上端側）は、プリフォーム１０内を外気と遮断するためのキャップ２１が設けられ、そのキャップ２１には圧力装置２０がガスライン２２を介して接続されている。圧力装置２０は、線引炉内圧とプリフォーム内圧との関係に、空孔の径が依存するので、その圧力差を制御するためにある。
【００２７】
線引炉に固定されたプリフォーム１０を圧力調整しながら加熱溶融し、キャプスタン等でプリフォーム１０を長手方向（図４では下方向）に引っ張って線引を行い、ＰＣＦ３０が得られる。
【００２８】
ＰＣＦ用プリフォーム１０を線引工程により外径１２５μｍに線引したＰＣＦ３０を１０ｋｍ製作し、そのＰＣＦ３０を２ｋｍ毎に５つに分け、各々のＰＣＦの伝送損失と分散特性を調べた。その結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
2005084201.tif 000003
【００３０】
表１に示すように、波長１．５５μｍにおける伝送損失はどの区間でも１．６ｄＢ／ｋｍ以下であり非常に低損失である。
【００３１】
波長分散は、その絶対値が長手方向に単調増加または単調減少している。
【００３２】
長手方向に変化する波長分散は、伝送特性を劣化させる四光波混合を抑制し、かつ、長手方向に残る分散の累積値を打ち消すことができる。よって、ＰＣＦ全体の波長分散の絶対値が小さくなる。
【００３３】
本実施形態のＰＣＦ３０は、プリフォームを作製するに際して、プリフォーム１０内の空孔１４をコア中心軸１５と所定の角度をもつように形成した。それで線引するだけで、空孔の中心軸がファイバ中心軸に対して長手方向に変化させたＰＣＦ３０が得られる。その結果、ＰＣＦ外径の変動がなく、かつ、ＰＣＦ３０の長手方向に波長分散が変化するＰＣＦ３０が得られた。
【００３４】
ここで、前述した特許文献１記載のＰＣＦを本実施の形態のＰＣＦ３０の比較例として作製した。このＰＣＦの製造方法は上述した本実施の形態と同様であるが、プリフォーム内の空孔に沿って延びる軸の角度が、ファイバ中心軸に対して０度であり、空孔の径を長手方向に変化させた点が異なる。
【００３５】
作製したプリフォームは、外径が１２５μｍとなるよう線引を行った。プリフォーム内の空孔の内圧制御により、空孔の径をＰＣＦ長手方向に変化させると、ＰＣＦの外径も変動してしまう。このＰＣＦの外径の変動を抑制するために、ファイバ外径の制御を行うと、線引張力と線引速度等の線引条件が変化してしまい、所望のＰＣＦを得ることが困難であった。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係るフォトニッククリスタルファイバを作製するためのプリフォーム本体を示す断面図である。
【図２】フォトニッククリスタルファイバプリフォーム本体の断面図であり、（ａ）は２ａ−２ａ線に沿った断面図を示し、（ｂ）は、２ｂ−２ｂ線に沿った断面図を示す。
【図３】図１のフォトニッククリスタルファイバ用プリフォームと枝石英管の融着接続を説明する概略図である。
【図４】図１のフォトニッククリスタルファイバの線引工程を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  フォトニッククリスタルファイバ用プリフォーム
１２  コア
１４  空孔
１５  ファイバ中心軸
１６  空孔の中心軸
３０  フォトニッククリスタルファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2005084201.tif 000006
【図４】
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