(57)【要約】【課題】  曲げ損失特性が1dB/m以下、カットオフ波長が1260nm以下又は1530nm以下であり、1310nm帯又は1550nm帯において単一モード動作が可能な空孔アシスト光ファイバを提供する。【解決手段】  コア部１１とクラッド部１２と空孔部１３とを有し、コア部１１の屈折率をクラッド部１２の屈折率よりも高くし、空孔部１３を６個以上の空孔１４を配置して形成した空孔アシスト光ファイバ１０において、空孔部１３における空孔１４の位置、および大きさを最適化して、ＬＰ０２モードのカットオフ波長を１２６０ｎｍ以下または１５３０ｎｍ以下とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部と、前記コア部を包囲するクラッド部と、前記クラッド部を包囲する空孔部とを有し、前記コア部の屈折率は前記クラッド部の屈折率よりも高く、前記空孔部は６個以上の空孔が配置されてなり、
波長１３１０ｎｍにおけるＬＰ０１モードのモードフィールド径が７．９μｍから１０．２μｍである空孔アシスト光ファイバにおいて、
前記空孔の直径ｄを隣接する空孔間の距離Λで規格化した規格化空孔直径ｄ／Λは下記式（１）を満たし、前記コア部の中心から前記空孔部までの距離ｃをコア部の半径ａで規格化した規格化空孔位置ｃ／ａは下記式（２）を満たすことを特徴とする空孔アシスト光ファイバ。
【数１】
2005338436.tif 000013
【数２】
2005338436.tif 000014
【請求項２】
コア部と、前記コア部を包囲するクラッド部と、前記クラッド部を包囲する空孔部とを有し、前記コア部の屈折率は前記クラッド部の屈折率よりも高く、前記空孔部は６個以上の空孔が配置されてなり、
波長１３１０ｎｍにおけるＬＰ０１モードのモードフィールド径が７．９μｍから１０．２μｍである空孔アシスト光ファイバにおいて、
前記空孔の直径ｄを隣接する空孔間の距離Λで規格化した規格化空孔直径ｄ／Λは下記式（３）を満たし、前記コア部の中心から前記空孔部までの距離ｃをコア部の半径ａで規格化した規格化空孔位置ｃ／ａは下記式（４）を満たすことを特徴とする空孔アシスト光ファイバ。
【数３】
2005338436.tif 000015
【数４】
2005338436.tif 000016
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空孔アシスト光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の光通信サービスの需要の増加に伴い、加入者系や屋内配線のような短距離区間においても、単一モード光ファイバを利用した大容量通信に関心が集まっている。
【０００３】
従来、短距離光通信では、接続が容易で、取り扱いがしやすいマルチモード光ファイバが用いられている。しかし、マルチモード光ファイバではモード分散により伝送容量が制限され、伝送容量を大きくするためには、屈折率分布の最適化と精密な作製が必要となる。
【０００４】
単一モード光ファイバは、モード分散がないため、マルチモード光ファイバに比べて非常に大きな伝送容量を有する。しかしながら、単一モード光ファイバには、許容曲げ半径が３０ｍｍ以上という制限があり、特に屋内のような曲がりの多いところでは大きなスペースを必要とする。また、屈折率分布を工夫して許容曲げ半径を小さくすることも可能だが、モードフィールド径が小さくなったり、マルチモード化しやすくなったりするという問題がある。
【０００５】
これに対して、空孔アシスト光ファイバは、従来の単一モード光ファイバに空孔を設けた構造であり、空孔部によって光の閉込め効果を増強し、曲げ損失を小さくすることができる（下記、非特許文献１を参照。）。特に、その空孔の位置、大きさを最適化することによって許容曲げ半径を従来の３分の１とし、かつモードフィールド径を従来の単一モード光ファイバ並みの大きさに保った空孔アシスト光ファイバも報告されている（下記、非特許文献２を参照。）。
【０００６】
【非特許文献１】T.Hasegawa et al.，“Hole-assisted lightguide fiber for large anomalous dispersion and low optical loss”，Optics Express，2001年12月発行，vol.9，No.13，p.681-686
【非特許文献２】K.Nakajima et al.，“Hole-assisted fiber design for small bending and splice losses”，IEEE Photonics Technology Letters，2003年12月発行，vol.15，No.12，p.1737-1739
【非特許文献３】T.Hasegawa et al.，“Bend-insensitive single-mode holey fibre with SMF-compatibility for optical wiring applications”，ECOC 2003 Proceedings，2003年9月発行
【非特許文献４】ITU-T，勧告G.652（2003年3月改訂版）（Table 1/G.652,p.12）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、空孔アシスト光ファイバには、空孔部による実効的な屈折率差が大きいためマルチモード伝搬しやすい、といった問題がある。空孔アシスト光ファイバは、従来の単一モード光ファイバと同様に、高屈折率コアとホストとの屈折率差による導波構造によって光の伝搬を行うが、ホストと空孔部との屈折率差による導波構造が形成されているために、高次モードがコアとホストによる導波構造で伝搬不可能であっても、ホストと空孔部による導波構造によって伝搬可能となってしまう。そのため、高次モードが励振されると、主伝搬モードとの間にモード分散を生じ、伝送特性を大きく劣化させるという課題があった。
【０００８】
特に、ＬＰ０２モードは、ＬＰ０１モードと近いフィールド分布を有するため、接続状態によって高次モードが励振されやすくなったり、ＬＰ０１モードとのモード結合係数が他の高次モードに比べ大きかったり、といった課題があった。
【０００９】
一方、主伝搬モード以外のモードの曲げ損失を大きくし、空孔アシスト光ファイバを曲げて用いることによって実効的な単一モード動作を達成した報告もある（上記、非特許文献３を参照。）。しかしこの方法では、主伝搬モード以外のモードの曲げ損失を大きくするために、２層目の空孔部を配置し、１層目と２層目の位置関係、大きさを最適化する必要があり、また、実質的にはマルチモードであるという問題があった。
【００１０】
本発明は上記状況に鑑みてなされたものであり、曲げ半径１０ｍｍにおける曲げ損失特性が１ｄＢ／ｍ以下であり、かつ波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が従来のＳＭＦと同等の７．９μｍから１０．２μｍであり、かつＬＰ０２モードのカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下または１５３０ｎｍ以下であり、波長１３１０ｎｍ帯または波長１５５０ｎｍ帯において実効的に単一モード動作が可能な空孔アシスト光ファイバを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決する本発明に係る空孔アシスト光ファイバは、
コア部と、前記コア部を包囲するクラッド部と、前記クラッド部を包囲する空孔部とを有し、前記コア部の屈折率は前記クラッド部の屈折率よりも高く、前記空孔部は６個以上の空孔が配置されてなり、
波長１３１０ｎｍにおけるＬＰ０１モードのモードフィールド径が７．９μｍから１０．２μｍである空孔アシスト光ファイバにおいて、
前記空孔の直径ｄを隣接する空孔間の距離Λで規格化した規格化空孔直径ｄ／Λは下記式（１）を満たし、前記コア部の中心から前記空孔部までの距離ｃをコア部の半径ａで規格化した規格化空孔位置ｃ／ａは下記式（２）を満たすことを特徴とする空孔アシスト光ファイバである。
【００１２】
【数１】
2005338436.tif 000003
【数２】
2005338436.tif 000004
【００１３】
空孔部における空孔の位置、および大きさを最適化して、上記式（１），（２）を満たすようにすることにより、ＬＰ０２モードのカットオフ波長を１２６０ｎｍ以下とする。
【００１４】
また、上記課題を解決する本発明に係る空孔アシスト光ファイバは、
コア部と、前記コア部を包囲するクラッド部と、前記クラッド部を包囲する空孔部とを有し、前記コア部の屈折率は前記クラッド部の屈折率よりも高く、前記空孔部は６個以上の空孔が配置されてなり、
波長１３１０ｎｍにおけるＬＰ０１モードのモードフィールド径が７．９μｍから１０．２μｍである空孔アシスト光ファイバにおいて、
前記空孔の直径ｄを隣接する空孔間の距離Λで規格化した規格化空孔直径ｄ／Λは下記式（３）を満たし、前記コア部の中心から前記空孔部までの距離ｃをコア部の半径ａで規格化した規格化空孔位置ｃ／ａは下記式（４）を満たすことを特徴とする空孔アシスト光ファイバである。
【００１５】
【数３】
2005338436.tif 000005
【数４】
2005338436.tif 000006
【００１６】
空孔部における空孔の位置、および大きさを最適化して、上記式（３），（４）を満たすようにすることにより、ＬＰ０２モードのカットオフ波長を１５３０ｎｍ以下とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、空孔アシスト光ファイバの空孔位置および大きさを最適化することにより、１０ｍｍの曲げ半径で１２６０ｎｍから１６５０ｎｍの範囲内における曲げ損失を１ｄＢ／ｍ以下に維持しながら、かつ完全に単一モード動作が可能な設計をしたので、モードフィールド径の大きな光ファイバ・光源などとの接続時や、外乱によるモード結合によってマルチモード伝搬が発生することのない、実効的に単一モードな空孔アシスト光ファイバを提供することができる。
【００１８】
また、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が従来のＳＭＦと同等の７．９μｍから１０．２μｍであり、かつＬＰ０２モードのカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下または１５３０ｎｍ以下であり、波長１３１０ｎｍ帯または波長１５５０ｎｍ帯において実効的に単一モード動作が可能な空孔アシスト光ファイバを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る空孔アシスト光ファイバの概略断面図、図１（ｂ）は、当該空孔アシスト光ファイバの屈折率分布を示す図である。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、実施形態に係る空孔アシスト光ファイバ１０は、コア部１１と、コア部１１を包囲するクラッド部１２と、クラッド部１２を包囲する空孔部１３とによって構成される。
【００２１】
コア部１１は半径ａの断面円形であり、クラッド部１２は断面環状であり、空孔部１３は内周半径ｃの断面環状である。また、クラッド部１２及び空孔部１３の中心軸は、コア部１１の中心軸と同一（各構造が同軸に形成されている）である。
【００２２】
コア部１１の屈折率はｎ1、クラッド部１２の屈折率はｎ2である。空孔部１３は、直径ｄの空孔１４が複数個（図中は６個）、円周に沿って間隔Λで形成されてなり、ホスト部分（空孔部１３における空孔１４以外の部分）の屈折率と複数の空孔１４の屈折率とにより調整されて、実効的な屈折率がｎ3となっている。
【００２３】
図１（ｂ）に示すように、コア部１１の屈折率ｎ1は、従来の単一モード光ファイバと同様に、クラッド部１２の屈折率ｎ2よりも高くなるように、添加剤の種類とその添加量により調整されており、コア部１１とクラッド部１２により主たる光の導波構造が形成されている。なお、コア部１１の屈折率分布は、従来の単一モード光ファイバと同様に、任意の形状の屈折率分布を用いることが可能である。
【００２４】
本実施形態では、ホストを純石英（屈折率：約１．４５）として、ホストにゲルマニウムを添加することによりコア部１１を形成し、ホストをそのまま利用してクラッド部１２（屈折率ｎ2：約１．４５）とし、空孔１４（空気）の屈折率を１．０とした場合の、空孔アシスト光ファイバの特性について説明する。
【００２５】
なお、クラッド部１２の屈折率ｎ2をフッ素などの添加剤により、純石英の屈折率よりも低くし、コア部１１の屈折率ｎ1を純石英と同等、もしくはそれ以下の屈折率として設計することも可能である。
【００２６】
以下、上記非特許文献１および非特許文献２における要求条件を満たした空孔アシスト光ファイバについて述べる。
【００２７】
上記非特許文献１によれば、高屈折率コア部とホストとの屈折率差によって形成される導波構造が従来の単一モード光ファイバの要求条件を満たすためには、波長１３１０ｎｍ帯におけるＬＰ０１モードのモードフィールド径が７．９μｍから１０．２μｍの範囲内である必要がある。
【００２８】
また、非特許文献２によれば、従来の単一モード光ファイバと良好な接続を維持すると共に、波長１２６０ｎｍから１６５０ｎｍの動作波長帯において曲げ半径１０ｍｍにおける曲げ損失特性を１．０ｄＢ／ｍ以下とするためには、コア部１１の中心から空孔部１３の内周までの距離ｃをコア部１１の半径ａで規格化した規格化空孔位置ｃ／ａを２．０から４．５（すなわち、距離ｃがコア部半径ａの２．０倍から４．５倍）、かつ空孔１４の直径ｄを隣接する空孔間の距離Λで規格化した規格化空孔直径ｄ／Λを０．１以上とする必要がある。
【００２９】
図２は、本発明の実施形態に係る空孔アシスト光ファイバに存在しうる、全てのモードの分散関係を示す特性図である。同図には、コア部１１の半径ａを４μｍ、規格化空孔位置ｃ／ａを２．９、空孔１４の直径ｄを９μｍ、隣接する空孔間の距離Λを１６μｍ（規格化空孔直径ｄ／Λ＝０．５６）、コア部１１のクラッド部１２に対する比屈折率差Δを０．３％、として計算した結果を示してある。
【００３０】
図２から分かるように、本実施形態に係る空孔アシスト光ファイバの構造では、波長１４００ｎｍ以下でＬＰ０２モードがカットオフとなる。したがって、この構造では、１５５０ｎｍ帯においてＬＰ０１モード及びＬＰ１１モードが存在するが、ＬＰ０１モードとＬＰ１１モードとのモード結合係数は非常に小さいため、実効的にＬＰ０１モードのみの単一モード動作が得られる。
【００３１】
上述したＬＰ０２モードのように、その実効屈折率がホストの屈折率以下となるモード（図２を参照。）は、ホストと空孔部１３との屈折率差によって形成される導波構造によって伝搬可能となるモードであり、そのエネルギーの多くはホスト領域（クラッド部１２）を伝搬する。このモード（ＨＧモード）の特性は空孔１４の位置、大きさによって制御可能であり、カットオフ波長も空孔１４の位置・大きさによって制御することができる。
【００３２】
図３は、本発明の実施形態に係る空孔アシスト光ファイバのＬＰ０２モードのカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下または１５３０ｎｍ以下となる設計領域を、規格化空孔位置ｃ／ａおよび規格化空孔直径ｄ／Λをパラメータとして、示した特性図である。同図において、２つの実線はそれぞれ、ＬＰ０２モードのカットオフ波長が１２６０ｎｍとなるとき（波長１３１０ｎｍ帯で利用する場合）と、１５３０ｎｍとなるとき（１５５０ｎｍ帯で利用する場合）を示している。
【００３３】
ここで、カットオフ波長が１２６０ｎｍとなる実線は、下記式（５）で近似して表すことができる。
【数５】
2005338436.tif 000007
【００３４】
また、カットオフ波長が１５３０ｎｍとなる実線は、下記式（６）で近似して表すことができる。
【数６】
2005338436.tif 000008
【００３５】
なお、上述する曲げ特性による条件から、規格化空孔位置ｃ／ａを２．０から４．５とし、規格化空孔直径ｄ／Λを０．１以上とする必要がある。
【００３６】
以上より、１２６０ｎｍ以下で単一モード動作を得るためには、下記式（７），（８）を満たす必要がある。
【数７】
2005338436.tif 000009
【数８】
2005338436.tif 000010
【００３７】
また、１５３０ｎｍ以下で単一モード動作を得るためには、下記式（９），（１０）を満たす必要がある。
【数９】
2005338436.tif 000011
【数１０】
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【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係る空孔アシスト光ファイバの概略断面図（ａ）、当該空孔アシスト光ファイバの屈折率分布を示す図（ｂ）である。
【図２】本発明の実施形態に係る空孔アシスト光ファイバに存在しうる、全てのモードの分散関係を示す特性図である。
【図３】本発明の実施形態に係る空孔アシスト光ファイバのＬＰ０２モードのカットオフ波長が１２６０ｎｍ以下または１５３０ｎｍ以下となる設計領域を、規格化空孔位置ｃ／ａおよび規格化空孔直径ｄ／Λをパラメータとして、示した特性図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０  空孔アシスト光ファイバ
１１  コア部
１２  クラッド部
１３  空孔部
１４  空孔
ａ  コア部の半径
ｃ  コア部の中心から空孔部の内周までの距離
Λ  隣接する空孔間の距離
ｄ  空孔の直径
ｎ1  コア部の屈折率
ｎ2  クラッド部の屈折率
ｎ3  空孔部の屈折率
【図１】
2005338436.tif 000017
【図２】
2005338436.tif 000018
【図３】
2005338436.tif 000019