(57)【要約】【課題】  波長１３１０ｎｍよりも長波長側に零分散波長を有している光ファイバであっても、波長分散補償できるフォトニック結晶ファイバ及びこれを利用する光伝送システムを提供する。【解決手段】  波長１３１０ｎｍ帯で負の波長分散を有する光伝送路の前段及び後段の少なくとも一方に配設されて、波長１３１０ｎｍ帯での分散補償を行うフォトニック結晶ファイバ１０であって、コア部１１と、コア部１１を包囲するクラッド部１２とを有し、コア部１１及びクラッド部１２が均一な光屈折率を有する媒質からなると共に、クラッド部１２に長手方向に沿って均一な空孔１２ａが複数形成され、前記波長帯で３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上の波長分散を有して、前記波長帯で波長分散の傾きが負である。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長１３１０ｎｍ帯で負の波長分散を有する光伝送路の前段及び後段の少なくとも一方に配設されて、波長１３１０ｎｍ帯での分散補償を行うフォトニック結晶ファイバであって、
コア部と、
前記コア部を包囲するクラッド部と
を有し、
前記コア部及び前記クラッド部が均一な光屈折率を有する媒質からなると共に、
前記クラッド部に長手方向に沿って均一な空孔が複数形成され、
前記波長帯で３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上の波長分散を有して、前記波長帯で波長分散の傾きが負である
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項２】
請求項１において、
前記クラッド部の隣り合う前記空孔の中心間間隔が１．２〜２．０５μｍであり、
前記クラッド部の隣り合う前記空孔の中心間間隔に対する当該空孔の直径の割合が０．３７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】
波長１３１０ｎｍ帯で負の波長分散を有する光伝送路の前段及び後段の少なくとも一方に配設されて、波長１３１０ｎｍ帯での分散補償を行うフォトニック結晶ファイバであって、
第一のコア部と、
前記第一のコア部を包囲する第一のクラッド部と、
前記第一のクラッド部を包囲する第二のコア部と、
前記第二のコア部を包囲する第二のクラッド部と
を有し、
前記第一，二のコア部及び前記第一，二のクラッド部が均一な光屈折率を有する媒質からなると共に、
前記第一，二のクラッド部に長手方向に沿って均一な空孔がそれぞれ複数形成され、
前記波長帯で３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上の波長分散を有して、前記波長帯で波長分散の傾きが負である
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３において、
前記第一のクラッド部の隣り合う前記空孔の中心間間隔が１．２〜２．０５μｍであり、
前記第一のクラッド部の隣り合う前記空孔の中心間間隔に対する当該空孔の直径の割合が０．３７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５】
請求項３又は請求項４において、
前記第二のコア部の幅の大きさが、前記第一のクラッド部の隣り合う前記空孔の間の距離よりも大きく、
前記第二のクラッド部の前記空孔の直径が、前記第一のクラッド部の前記空孔の直径よりも大きい
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかにおいて、
前記空孔が、円環状又は多角形状に配列されている
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかにおいて、
前記コア部及び前記クラッド部を構成する前記媒質の光屈折率よりも低い光屈折率の媒質が前記空孔の内部に充填されている
ことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
【請求項８】
波長１３１０ｎｍ帯で負の波長分散を有する光伝送路の前段及び後段の少なくとも一方に請求項１から請求項７のいずれかのフォトニクス結晶ファイバを分散補償ファイバとして用いている
ことを特徴とする光伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトニック結晶ファイバ及びこれを利用する光伝送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高速度の光伝送システムでは、波長分散の累積による波形の歪が問題となるため、波長分散の補償を目的とした分散補償ファイバがこれまでに種々提案されている。例えば、下記の特許文献１では、波長１．５μｍ帯で零分散波長を有する分散シフトファイバで波長１５００ｎｍ又は１６００ｎｍにおける伝送特性を向上させるための分散補償ファイバ及びそれを用いた光伝送路の構成を提案している。
【０００３】
また、非零分散シフトファイバで波長１５５０ｎｍ帯における伝送特性を向上させるために、当該波長帯で−４０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以下の波長分散と負の分散の傾き（分散スロープ）を実現できる分散補償ファイバも提案されている。
【０００４】
【特許文献１】国際公開第００／０１７６８５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、波長１３１０ｎｍよりも長波長側に零分散波長を有している光ファイバは、一般的に、波長１３１０ｎｍにおける波長分散が負であり、分散スロープが正である。このため、波長１３１０ｎｍよりも長波長側に零分散波長を有している光ファイバの波長分散を補償するには、波長１３１０ｎｍ帯における波長分散が正であると共に分散スロープが負である特性を有する分散補償ファイバが必要である。
【０００６】
しかしながら、波長１３１０ｎｍ付近では、一般的に材料分散の影響が大きく、正の大きな波長分散や負の分散スロープを得ることが困難となっている。このため、前述したような特許文献１等で提案されている従来の分散補償ファイバでは、波長１４６０〜１６２５ｎｍにおける波長分散補償を行うことしかできなかった。
【０００７】
このようなことから、本発明は、波長１３１０ｎｍよりも長波長側に零分散波長を有している光ファイバであっても、波長分散を補償することができるフォトニック結晶ファイバ及びこれを利用する光伝送システム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】
【０００８】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバは、波長１３１０ｎｍ帯で負の波長分散を有する光伝送路の前段及び後段の少なくとも一方に配設されて、波長１３１０ｎｍ帯での分散補償を行うフォトニック結晶ファイバであって、コア部と、前記コア部を包囲するクラッド部とを有し、前記コア部及び前記クラッド部が均一な光屈折率を有する媒質からなると共に、前記クラッド部に長手方向に沿って均一な空孔が複数形成され、前記波長帯で３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上の波長分散を有して、前記波長帯で波長分散の傾きが負であることを特徴とする。
【０００９】
第二番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバは、第一番目の発明において、前記クラッド部の隣り合う前記空孔の中心間間隔が１．２〜２．０５μｍであり、前記クラッド部の隣り合う前記空孔の中心間間隔に対する当該空孔の直径の割合が０．３７以上であることを特徴とする。
【００１０】
第三番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバは、波長１３１０ｎｍ帯で負の波長分散を有する光伝送路の前段及び後段の少なくとも一方に配設されて、波長１３１０ｎｍ帯での分散補償を行うフォトニック結晶ファイバであって、第一のコア部と、前記第一のコア部を包囲する第一のクラッド部と、前記第一のクラッド部を包囲する第二のコア部と、前記第二のコア部を包囲する第二のクラッド部とを有し、前記第一，二のコア部及び前記第一，二のクラッド部が均一な光屈折率を有する媒質からなると共に、前記第一，二のクラッド部に長手方向に沿って均一な空孔がそれぞれ複数形成され、前記波長帯で３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上の波長分散を有して、前記波長帯で波長分散の傾きが負であることを特徴とする。
【００１１】
第四番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバは、第三番目の発明において、前記第一のクラッド部の隣り合う前記空孔の中心間間隔が１．２〜２．０５μｍであり、前記第一のクラッド部の隣り合う前記空孔の中心間間隔に対する当該空孔の直径の割合が０．３７以上であることを特徴とする。
【００１２】
第五番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバは、第三番目又は第四番目の発明において、前記第二のコア部の幅の大きさが、前記第一のクラッド部の隣り合う前記空孔の間の距離よりも大きく、前記第二のクラッド部の前記空孔の直径が、前記第一のクラッド部の前記空孔の直径よりも大きいことを特徴とする。
【００１３】
第六番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバは、第一番目から第五番目の発明のいずれかにおいて、前記空孔が、円環状又は多角形状に配列されていることを特徴とする。
【００１４】
第七番目の発明に係るフォトニック結晶ファイバは、第一番目から第六番目の発明のいずれかにおいて、前記コア部及び前記クラッド部を構成する前記媒質の光屈折率よりも低い光屈折率の媒質が前記空孔の内部に充填されていることを特徴とする。
【００１５】
また、前述した課題を解決するための、第八番目の発明に係る光伝送システムは、波長１３１０ｎｍ帯で負の波長分散を有する光伝送路の前段及び後段の少なくとも一方に第一番目から第七番目の発明のいずれかに係るフォトニクス結晶ファイバを分散補償ファイバとして用いていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るフォトニック結晶ファイバ及びこれを利用する光伝送システムによれば、波長１３１０ｎｍよりも長波長側に零分散波長を有している光ファイバであっても、波長分散を補償することができ、当該波長帯での高速伝送が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係るフォトニック結晶ファイバ及びこれを利用する光伝送システムの実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１８】
［フォトニック結晶ファイバ］
〈第一番目の実施形態〉
本発明に係るフォトニック結晶ファイバの第一番目の実施形態を図１〜３に基づいて説明する。図１は、フォトニック結晶ファイバの概略構成図、図２は、図１のフォトニック結晶ファイバの特性を表わすグラフ、図３は、図１のフォトニック結晶ファイバの波長と波長分散との関係を表わすグラフである。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０は、均一な光屈折率を有する媒質中にコア部１１とクラッド部１２とを有し、クラッド部１２に直径ｄの空孔１２ａが中心間間隔Λで配列するように長手方向に沿って均一に複数形成されている。このようなフォトニック結晶ファイバ１０においては、クラッド部１２に複数の空孔１２ａが存在することにより、コア部１１よりも屈折率が実効的に低くなるので、コア部１１とクラッド部１２との間に導波構造が形成される。
【００２０】
このような本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０においては、図２に示すように、隣り合う前記空孔１２ａの中心間間隔Λが１．２〜２．０５μｍであると共に、前記空孔１２ａの中心間間隔Λに対する直径ｄの割合（ｄ／Λ）が０．３７以上であると、波長１３１０ｎｍで３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上の波長分散と負の分散スロープとを同時に実現することができる。
【００２１】
具体的には、例えば、前記Λを１．５μｍとし、前記ｄ／Λを０．６とすると、図３に示すように、波長１３１０ｎｍにおいて、３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上の波長分散を有すると同時に負の分散スロープが実現できる。
【００２２】
したがって、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０によれば、波長１３１０ｎｍよりも長波長側に零分散波長を有している光ファイバであっても、波長分散を補償することができる。
【００２３】
〈第二番目の実施形態〉
本発明に係るフォトニック結晶ファイバの第二番目の実施形態を図４〜６に基づいて説明する。図４は、フォトニック結晶ファイバの概略構成図、図５は、図４のフォトニック結晶ファイバの特性を表わすグラフ、図６は、図４のフォトニック結晶ファイバの波長と波長分散との関係を表わすグラフである。なお、前述した第一番目の実施形態と同様な部分については、前述した第一番目の実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した第一番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００２４】
図４に示すように、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ２０は、均一な光屈折率を有する媒質中に、第一のコア部２１Ａと、第一のコア部２１Ａを包囲する第一のクラッド部２２Ａと、第一のクラッド部２２Ａを包囲する第二のコア部２１Ｂと、第二のコア部２１Ｂを包囲する第二のクラッド部２２Ｂとを有し、第一のクラッド部２２Ａに直径ｄ１の空孔２２ａが中心間間隔Λ１で配列するように長手方向に沿って均一に複数形成され、第二のクラッド部２２Ｂに直径ｄ２の空孔２２ｂが中心間間隔Λ２で配列するように長手方向に沿って均一に複数形成されている。
【００２５】
このような本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ２０においては、波長分散特性が、第一のクラッド部２２Ａの空孔２２ａの直径ｄ１や中心間間隔Λ１に大きく支配されることから、図５に示すように、前記空孔２２ａの中心間間隔Λ１が１．２〜２．０５μｍであると共に、前記空孔２２ａの中心間間隔Λ１に対する直径ｄ１の割合（ｄ１／Λ１）が０．３７以上であると、波長１３１０ｎｍで３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上の波長分散と負の分散スロープとを同時に実現することができる。
【００２６】
また、第二のコア部２１Ｂを有することにより、光を伝搬する領域を拡大することができ、実効断面積を拡大することができる。ここで、第二のコア部２１Ｂの幅の大きさは、第一のコア部２１Ａの中心と第一のクラッド部２２Ａの空孔２２ａの層の外周との間の距離ａ１と、第一のコア部２１Ａの中心と第二のクラッド部２２Ｂの空孔２２ｂの層の内周との間の距離ａ２との差（ａ２−ａ１）の大きさであって、第一のクラッド部２２Ａの隣り合う空孔２２ａの間の距離（Λ１−ｄ１）よりも大きい必要がある。
【００２７】
さらに、第二のクラッド部２２Ｂを有することにより、前述した第一番目の実施形態（図１）の場合よりも、大きな閉じ込め効果を得ることができ、漏洩損失を低減することができる。ここで、第二のクラッド部２２Ｂの空孔２２ｂの直径ｄ２が第一のクラッド部２２Ａの空孔２２ａの直径ｄ１よりも大きいと（ｄ２＞ｄ１）、閉じ込め効果をより高めることができるので好ましい。
【００２８】
このような本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ２０においては、例えば、前記Λ１を１．４２μｍとし、前記ｄ１／Λ１を０．６６とし、前記Λ２を２．８９μｍとし、前記ｄ２／Λ２＝０．８５とすると、図６に示すように、波長１３１０ｎｍにおいて、３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上の波長分散を有すると同時に負の分散スロープが実現できる。
【００２９】
したがって、本実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ２０によれば、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、波長１３１０ｎｍよりも長波長側に零分散波長を有している光ファイバであっても、波長分散を補償することができるのはもちろんのこと、前述した第一番目の実施形態の場合よりも、大きな閉じ込め効果を得ることができるので、漏洩損失を低減することができる。
【００３０】
〈他の実施形態〉
なお、前述した第一番目の実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０においては、図１に示したように、クラッド部１２の空孔１２ａの層の数を６つとしたが、他の実施形態として、例えば、１つとすることや、２〜５つ又は７つ以上とすることも可能である。
【００３１】
また、前述した第二番目の実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ２０においては、図４に示したように、第一のクラッド部２２Ａの空孔２２ａの層の数を２つとしたが、他の実施形態として、例えば、１つとすることや、３つ以上とすることも可能である。さらに、第二のクラッド部２２Ｂの空孔２２ｂの層の数を５つとしたが、他の実施形態として、１つとすることや、２〜４つ又は６つ以上とすることも可能である。
【００３２】
また、前述した第一，二番目の実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０，２０においては、図１，４に示したように、前記クラッド部１２，２２Ａ，２２Ｂの前記空孔１２ａ，２２１ａ，２２ｂを正六角形状に配列するようにしたが、他の実施形態として、例えば、円環状や他の正多角形状や正形でない多角形状に配列することも可能である。
【００３３】
また、前述した第一，二番目の実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０，２０においては、前記クラッド部１２，２２Ａ，２２Ｂの前記空孔１２ａ，２２１ａ，２２ｂの内部を中空とすることにより、前記クラッド部１２，２２Ａ，２２Ｂの実効的な光屈折率を前記コア部１１，２１Ａ，２１Ｂの光屈折率よりも低くするようにしたが、他の実施形態として、例えば、前記コア部及び前記クラッド部を構成する材料の光屈折率よりも低い光屈折率を有する媒質を前記空孔の内部に充填することにより、前記クラッド部の実効的な光屈折率を前記コア部の光屈折率よりも低くすることも可能である。
【００３４】
［光伝送システム］
本発明に係るフォトニック結晶ファイバを利用する光伝送システムの実施形態を図７に基づいて説明する。図７は、光伝送システムの概略構成図である。なお、前述したフォトニック結晶ファイバの実施形態と同様な部分については、前述したフォトニック結晶ファイバの実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述したフォトニック結晶ファイバの実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００３５】
本実施形態に係る光伝送システムは、図７に示すように、波長１３１０ｎｍで負の分散を有する光伝送路１１１に対して、前述した実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０，２０を１３１０ｎｍ帯用の分散補償ファイバ１１２として、後段のみ（図７（ａ）参照）、前段のみ（図７（ｂ）参照）、前段及び後段の両方（図７（ｃ）参照）に配設するものである。なお、図７中、１１３は送信機、１１４は受信機である。
【００３６】
このような光伝送システム１１０においては、分散補償ファイバ１１２が波長１３１０ｎｍで３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上の波長分散を有するので、当該分散補償ファイバ１１２の長さを適切に設定することにより、当該波長帯での光伝送路１１１中の負の累積分散を相殺することができると共に、波長１３１０ｎｍで光伝送路１１１の分散スロープと逆になる負の分散スロープを有するので、補償帯域を拡大することができる。
【００３７】
なお、前述した実施形態に係るフォトニック結晶ファイバ１０，２０を１３１０ｎｍ帯用の分散補償ファイバとして、送信器１１３や受信機１１４の構成部材に適用することや、中継器等の構成部材に適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係るフォトニック結晶ファイバ及びこれを利用する光伝送システムは、波長１３１０ｎｍよりも長波長側に零分散波長を有している光ファイバであっても、波長分散を補償することができ、当該波長帯での高速伝送が可能となるため、通信産業上、極めて有益に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係るフォトニック結晶ファイバの第一番目の実施形態の概略構成図である。
【図２】図１のフォトニック結晶ファイバの特性を表わすグラフである。
【図３】図１のフォトニック結晶ファイバの波長と波長分散との関係を表わすグラフである。
【図４】本発明に係るフォトニック結晶ファイバの第二番目の実施形態の概略構成図である。
【図５】図４のフォトニック結晶ファイバの特性を表わすグラフである。
【図６】図４のフォトニック結晶ファイバの波長と波長分散との関係を表わすグラフである。
【図７】本発明に係るフォトニック結晶ファイバを利用する光伝送システムの実施形態の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  フォトニック結晶ファイバ
１１  コア部
１２  クラッド部
１２ａ  空孔
２０  フォトニック結晶ファイバ
２１Ａ  第一のコア部
２１Ｂ  第二のコア部
２２Ａ  第一のクラッド部
２２ａ  空孔
２２Ｂ  第二のクラッド部
２２ｂ  空孔
１１０  光伝送システム
１１１  光伝送路
１１２  分散補償ファイバ
１１３  送信機
１１４  受信機
ａ１  第一のコア部の中心と第一のクラッド部の空孔の層の外周との間の距離
ａ２  第一のコア部の中心と第二のクラッド部の空孔の層の内周との間の距離
ｄ，ｄ１，ｄ２  空孔直径
Λ，Λ１，Λ２  空孔中心間間隔
【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】
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【図７】
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