(57)【要約】【課題】製造が容易で偏波保持特性に優れ、導波帯域幅が広く、伝送損失が低いフォトニックバンドギャップファイバ（ＰＢＧＦ）の提供。【解決手段】ファイバ横断面において第１のピッチΛで多数の円形の空孔が一列に並べられた第１の空孔列と、第１のピッチの２倍である第２のピッチΓで多数の円形の空孔が石英部分を介して並べられ、該空孔と第１の空孔列の空孔とが三角格子を形成するように配置された第２の空孔列とが交互に多数重ねられた長方形超格子状の空孔周期構造（但し、該格子の周期性を表す基本ベクトルａ１，ａ２はそれぞれｘ軸とｙ軸方向に向き、それぞれの長さは２Λ、√３Λである。）をクラッドに有し、且つファイバ中心部に多数の空孔が三角格子状に並べられたコアを有してなり、該コアのｘ軸方向長さとｙ軸方向長さとが異なっていることを特徴とするＰＢＧＦ。【選択図】図４
2007127931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英部分に多数の空孔がファイバ長手方向に沿って設けられたフォトニックバンドギャップファイバであって、
ファイバ横断面において第１のピッチΛで多数の円形の空孔が一列に並べられた第１の空孔列と、前記第１のピッチの２倍である第２のピッチΓで多数の円形の空孔が石英部分を介して並べられ、該空孔と前記第１の空孔列の空孔とが三角格子を形成するように配置された第２の空孔列とが交互に多数重ねられた長方形超格子状の空孔周期構造（但し、該格子の周期性を表す基本ベクトルａ１，ａ２はそれぞれｘ軸とｙ軸方向に向き、それぞれの長さは２Λ、√３Λである。）をクラッドに有し、且つファイバ中心部に多数の空孔が三角格子状に並べられたコアを有してなり、該コアのｘ軸方向長さとｙ軸方向長さとが異なっていることを特徴とするフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項２】
コアのｙ軸方向長さがｘ軸方向長さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項３】
コアのｘ軸方向長さがｙ軸方向長さよりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項４】
特定の波長領域で５×１０−４を超える複屈折を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項５】
特定の波長領域で単一偏波のみが伝搬可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項６】
クラッド及びコアに設けられた空孔の直径ｄが０．８５Λ≦ｄ≦Λの範囲内であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項７】
クラッドの空孔と石英部分とからなる周期構造がコアの外側に３層以上設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項８】
波長λが０．７≦Γ／λ≦１．２を満たす範囲内で偏波が保存される光学特性を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項９】
波長λが１．４≦Γ／λ≦２．０を満たす範囲内で偏波が保存される光学特性を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項１０】
石英部分が、純粋石英又はリン、フッ素、ゲルマニウムからなる群から選択される１種又は２種以上のドーパントが添加された石英で構成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項１１】
空孔内に、石英よりも誘電率の低い材料が充填されたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のフォトニックバンドギャップファイバ。
【請求項１２】
石英製のキャピラリと石英ロッドとを、多数のキャピラリが一列に並べられた第１の空孔列と、前記キャピラリと石英ロッドとを交互に並べた第２の空孔列とが交互に重なって横断面のキャピラリ配置が長方形超格子状の空孔周期構造（但し、該格子の周期性を表す基本ベクトルａ１，ａ２はそれぞれｘ軸とｙ軸方向に向き、それぞれの長さは２Λ、√３Λである。）となるように組み合わせ、且つ中央部のｙ軸方向に並ぶ２つ以上又はｘ軸方向に並ぶ２本以上の石英ロッドをキャピラリに置換してキャピラリコア領域とした石英ロッド入りキャピラリ束を作製し、次いで、該石英ロッド入りキャピラリ束を加熱一体化してファイバ紡糸用母材を作製し、次いで該ファイバ紡糸用母材を紡糸して請求項１〜１０のいずれかに記載のフォトニックバンドギャップファイバを得ることを特徴とするフォトニックバンドギャップファイバの製造方法。
【請求項１３】
前記キャピラリが断面円環状であり、前記石英ロッドが、キャピラリと外径の等しい断面円形状であることを特徴とする請求項１２に記載のフォトニックバンドギャップファイバの製造方法。
【請求項１４】
前記石英ロッド入りキャピラリ束を石英管の孔内に挿入した状態で一体化してファイバ紡糸用母材を作製することを特徴とする請求項１２又は１３に記載のフォトニックバンドギャップファイバの製造方法。
【請求項１５】
前記石英管の孔内に挿入したキャピラリ束のうち、キャピラリ内部空間のみを大気圧又はそれ以上の圧力に保持し、キャピラリ内部空間以外の空間部分を減圧状態として前記一体化を行うことを特徴とする請求項１４に記載のフォトニックバンドギャップファイバの製造方法。
【請求項１６】
前記石英ロッド入りキャピラリ束の横断面の中心部にある石英ロッドのうちｙ軸方向に並ぶ２つの石英ロッドをキャピラリに置換してキャピラリコア領域を形成することを特徴とする請求項１２〜１５のいずれかに記載のフォトニックバンドギャップファイバの製造方法。
【請求項１７】
前記石英ロッド入りキャピラリ束の横断面の中心部にある石英ロッドのうちｙ軸方向に並ぶ２つの石英ロッドをキャピラリに置換してキャピラリコア領域を形成することを特徴とする請求項１２〜１６のいずれかに記載のフォトニックバンドギャップ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、石英部分に多数の空孔がファイバ長手方向に沿って設けられたフォトニックバンドギャップファイバに関する。本発明のフォトニックバンドギャップファイバは、絶対単一偏波を示し、あるいは偏波を保持する偏波保持型フォトニックバンドギャップファイバとなる。このファイバは、低非線形性を示し、偏光子、偏波分離素子、カプラー、フィルター、偏波コントローラ等の光学機器や光学部品等に広く使用される。単一偏波ファイバとは単一偏波のみが伝搬可能なファイバであり、偏波モードの結合、偏波モード分散を排除することができるので、偏波保持ファイバの理想形である。
【背景技術】
【０００２】
フォトニックバンドギャップファイバ（photonic bandgap fiber：以下、ＰＢＧＦと記す。）は、空孔の周期構造をクラッドに用いることにより、そのフォトニックバンドギャップを利用して光をコアに閉じ込める。そのため、コアは空気であっても導波が可能である（非特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、クラッドに設けた空孔の周期構造がバンドギャップを形成しても、光がコア中心に集中するコアモードは、光がコアエッジ近傍の石英に集中する表面モードに結合し、大きな伝送損失をもたらすので、バンドギャップの波長帯域全域における光導波が得られない問題がある（非特許文献２参照。）。
【０００４】
表面モードの存在は、コア径の大小に依存する。図１は、その依存性を示す図である。図１に示す従来のＰＢＧＦは、ファイバ横断面において石英部分１０に多数の円形の空孔１１が三角格子状に設けられ、中心の空孔が空孔コア１２になっている。以下、このようにファイバ横断面において多数の円形の空孔１０が一定のピッチで三角格子の周期構造を形成している空孔構造を「通常の三角格子の周期構造」と記す。
【０００５】
図１中の「バルクモード」とは、空孔の周期構造がバンドギャップを構成しているときに、そのバンドギャップの下部通過帯域（バンド）内最高周波数を有するΓ点（波長ベクトルが伝搬方向成分のみを有する点）のモードを指す。
図１に示すような構造のＰＢＧＦにおいて、コア１２のエッジがバルクモードを横切る場合に表面モードが存在し、横切らない場合には表面モードが存在しないことが知られている（非特許文献３参照。）。
【０００６】
図２及び図３は、通常の三角格子の周期構造を有する従来のＰＢＧＦにおける空孔コア１２とバルクモードとの位置関係を例示する図である。図２に示す従来のＰＢＧＦは、ファイバ横断面においてクラッドとなる石英部分１０に多数の円形の空孔１１が三角格子状に設けられ、中心の１つの空孔とそれを囲む６つの空孔を含む領域を空孔とすることによって形成された空孔コア１２を備えている。また、図３に示す従来のＰＢＧＦは、ファイバ横断面において石英部分１０に多数の円形の空孔１１が三角格子状に設けられ、中心の１つの空孔とそれを囲む２層１８個の空孔を含む領域を空孔とすることによって形成された空孔コア１２を備えている。
【０００７】
さらに、空孔コア（エアコア）を有するフォトニックバンドギャップファイバであって、偏波保持機能を持ったファイバも提案されている（例えば、非特許文献４参照。）。
この偏波保持型のフォトニックバンドギャップファイバは、一般的に、コア形状を非対称にすることにより、偏波保持特性を実現している。
【非特許文献１】R. F. Cregan, B. J. Mangan, J. C. Knight, T. A. Birks, P. St. J. Russell, P. J. Roberts, and D. C. Allan, “Single-mode photonic band gap guidance of light in air,” Science, vol. 285, no. 3, pp. 1537-1539, 1999.
【非特許文献２】J. A. West, C. M. Smith, N. F. Borrelli, D. C. Allan, and K. W. Koch, “Surface modes in air-core photonic band-gap fibers,” Opt. Express, vol. 12, no. 8, pp. 1485-1496, 2004.
【非特許文献３】H. K. Kim, J. Shin, S. Fan, M. J. F. Digonnet, and G. S. Kino, “Designing air-core photonic-bandgap fibers free of  surface modes,” IEEE J. Quant. Electron., vol. 40, no. 5, pp. 551-556, 2004.
【非特許文献４】X. Chen, M. -J. Li, N. Venkataraman, M. T. Gallagher, W. A. Wood, A. M. Crowley, J. P. Carberry, L. A. Zenteno, and K. W. Koch,“Highly birefringent hollow-core photonic gandgap fiber,” OFC2005, OTuI1, 2005
【非特許文献５】S. G. Johnson and J. D. Joannopoulos, “Block-iterative frequency-domain methods for Maxwell's equations in planewave basis,” Opt. Express, vol. 8, no. 3, pp. 173-190, 2001.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、図２及び図３に示すような通常の三角格子の周期構造をクラッドに用いる場合、空孔コア１２のエッジが、バルクモード１３の存在する領域を横切ってしまうため、表面モードを避けることが困難である。その結果、コアモードの光が表面モードに結合し、大きな伝送損失をもたらし、バンドギャップの波長帯域全域における光導波が得られず、導波帯域幅が狭くなり、また伝送損失が増加してしまう問題がある。
【０００９】
また、非特許文献４に開示された従来の偏波保持型のＰＢＧＦは、コア断面形状が変形しているため、実用上使用し難い問題がある。
【００１０】
本発明は前記事情に鑑みてなされ、製造が容易で偏波保持特性に優れたＰＢＧＦの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、本発明は、石英部分に多数の空孔がファイバ長手方向に沿って設けられたＰＢＧＦであって、ファイバ横断面において第１のピッチΛで多数の円形の空孔が一列に並べられた第１の空孔列と、前記第１のピッチの２倍である第２のピッチΓで多数の円形の空孔が石英部分を介して並べられ、該空孔と前記第１の空孔列の空孔とが三角格子を形成するように配置された第２の空孔列とが交互に多数重ねられた長方形超格子状の空孔周期構造（但し、該格子の周期性を表す基本ベクトルａ１，ａ２はそれぞれｘ軸とｙ軸方向に向き、それぞれの長さは２Λ、√３Λである。）をクラッドに有し、且つファイバ中心部に多数の空孔が三角格子状に並べられたコアを有してなり、該コアのｘ軸方向長さとｙ軸方向長さとが異なっていることを特徴とするＰＢＧＦを提供する。
【００１２】
本発明のＰＢＧＦにおいて、コアのｙ軸方向長さがｘ軸方向長さよりも大きいことが好ましい。
【００１３】
また本発明のＰＢＧＦにおいて、コアのｘ軸方向長さがｙ軸方向長さよりも大きいことが好ましい。
【００１４】
本発明のＰＢＧＦにおいて、特定の波長領域で５×１０−４を超える複屈折を有することが好ましい。
【００１５】
本発明のＰＢＧＦにおいて、特定の波長領域で単一偏波のみが伝搬可能であることが好ましい。
【００１６】
本発明のＰＢＧＦにおいて、クラッド及びコアに設けられた空孔の直径ｄが０．８５Λ≦ｄ≦Λの範囲内であることが好ましい。
【００１７】
本発明のＰＢＧＦにおいて、クラッドの空孔と石英部分とからなる周期構造がコアの外側に３層以上設けられていることが好ましい。
【００１８】
本発明のＰＢＧＦにおいて、波長λが０．７≦Γ／λ≦１．２を満たす範囲内で偏波が保存される光学特性を有することが好ましい。
【００１９】
本発明のＰＢＧＦにおいて、波長λが１．４≦Γ／λ≦２．０を満たす範囲内で偏波が保存される光学特性を有していてもよい。
【００２０】
本発明のＰＢＧＦにおいて、石英部分が、純粋石英又はリン、フッ素、ゲルマニウムからなる群から選択される１種又は２種以上のドーパントが添加された石英で構成されていることが好ましい。
【００２１】
本発明のＰＢＧＦにおいて、空孔内に、石英よりも誘電率の低い材料が充填された構成としてもよい。
【００２２】
また本発明は、石英製のキャピラリと石英ロッドとを、多数のキャピラリが一列に並べられた第１の空孔列と、前記キャピラリと石英ロッドとを交互に並べた第２の空孔列とが交互に重なって横断面のキャピラリ配置が長方形超格子状の空孔周期構造（但し、該格子の周期性を表す基本ベクトルａ１，ａ２はそれぞれｘ軸とｙ軸方向に向き、それぞれの長さは２Λ、√３Λである。）となるように組み合わせ、且つ中央部のｙ軸方向に並ぶ２つ以上又はｘ軸方向に並ぶ２本以上の石英ロッドをキャピラリに置換してキャピラリコア領域とした石英ロッド入りキャピラリ束を作製し、次いで、該石英ロッド入りキャピラリ束を加熱一体化してファイバ紡糸用母材を作製し、次いで該ファイバ紡糸用母材を紡糸して前記本発明に係るＰＢＧＦを得ることを特徴とするＰＢＧＦの製造方法を提供する。
【００２３】
本発明のＰＢＧＦの製造方法において、前記キャピラリが断面円環状であり、前記石英ロッドが、キャピラリと外径の等しい断面円形状であることが好ましい。
【００２４】
本発明のＰＢＧＦの製造方法において、前記石英ロッド入りキャピラリ束を石英管の孔内に挿入した状態で一体化してファイバ紡糸用母材を作製することが好ましい。
【００２５】
また前記ＰＢＧＦの製造方法において、前記石英管の孔内に挿入したキャピラリ束のうち、キャピラリ内部空間のみを大気圧又はそれ以上の圧力に保持し、キャピラリ内部空間以外の空間部分を減圧状態として前記一体化を行うことが好ましい。
【００２６】
本発明のＰＢＧＦの製造方法において、前記石英ロッド入りキャピラリ束の横断面の中心部にある石英ロッドのうちｙ軸方向に並ぶ２つの石英ロッドをキャピラリに置換してキャピラリコア領域を形成することが好ましい。
【００２７】
本発明のＰＢＧＦの製造方法において、前記石英ロッド入りキャピラリ束の横断面の中心部にある石英ロッドのうちｙ軸方向に並ぶ２つの石英ロッドをキャピラリに置換してキャピラリコア領域を形成してもよい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のＰＢＧＦは、長方形超格子状の空孔周期構造をクラッドに有し、且つファイバ中心部に多数の空孔が三角格子状に並べられたコアを有し、該コアのｘ軸方向長さとｙ軸方向長さとが異なっている構成なので、コア形状が非対称であることと、クラッドの異方性とが相俟って優れた偏波保持性能が得られる。
また、コア領域は中心石英ロッド１個のみをキャピラリに置き換えたファイバと比べ、コア領域が大きくなり、伝搬モードをほとんど空気となる領域に閉じ込めることが可能となる。このように構成されたファイバは、加工後にファイバ全体の空孔が同一の形状となり、クラッドの周期性が保持しやすく、コアも変形し難いので、低損失ファイバが実現できる。
また、本発明のＰＢＧＦは、表面モードが発生せずにコアモードのみが存在する光学特性が得られ、導波帯域幅を広くすることができ、伝送損失を下げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図４は、本発明のＰＢＧＦの第１実施形態を示す図である。図４中、符号２０ＡはＰＢＧＦ、２１は空孔、２２は石英部分、２３Ａはコア、２４はクラッド、２５は第１の空孔列、２６は第２の空孔列である。
【００３０】
本実施形態のＰＢＧＦ２０Ａは、石英部分２２に多数の空孔２１がファイバ長手方向に沿って設けられ、ファイバ横断面において第１のピッチΛで多数の円形の空孔２１が一列に並べられた第１の空孔列２５と、前記第１のピッチの２倍である第２のピッチΓで多数の円形の空孔２１が石英部分２２を介して並べられ、該空孔２１と前記第１の空孔列２５の空孔２１とが三角格子を形成するように配置された第２の空孔列２６とが交互に多数重ねられた長方形超格子状の空孔周期構造をクラッド２４に有し、且つファイバ中心部に多数の空孔２１が三角格子状に並べられたコア２３Ａを有してなり、該コア２３Ａは、ｙ軸方向（以下、長軸方向と記す。）長さがｘ軸方向（以下、短軸方向と記す。）長さよりも長くなっている。
【００３１】
図５は、クラッド２４に設けられた長方形超格子状の空孔周期構造のユニットセルを示す図である。本発明で用いるこの長方形超格子状の空孔周期構造は、格子の周期性を表す基本ベクトルａ１，ａ２がそれぞれ短軸方向と長軸方向に向き、それぞれの長さは２Λ、√３Λ（＝３１／２・Λ）になっている。
【００３２】
この長方形超格子状の空孔周期構造をクラッド２４に用いることで、表面モードを避けることができ、広い伝送帯域が実現できる。
さらに、図示のように、この超格子は、ｘとｙ方向に異なる構造をしており、それぞれの方向の偏波に対して異なるバンドギャップを有する。従って、この長方形超格子状の空孔周期構造をクラッド２４に用いると、通常の空孔コア（エアコア）であっても、ｘとｙ方向の偏波は異なるバンドギャップを感じるため、偏波を保持する能力（偏波保持特性）、あるいは単一偏波特性を示すようになる。
【００３３】
本実施形態のＰＢＧＦ２０Ａのコア２３Ａ（キャピラリコア）は、ファイバ中心部において第２の空孔列２６に沿って５個の空孔２１が第１のピッチΛで並び、その両側にある第１の空孔列２５のそれぞれ４個の空孔２１との合計１３個の空孔からなっている。このコア２３Ａは、石英ロッドとキャピラリを組み合わせて長方形超格子状の空孔周期構造を持った石英ロッド入りキャピラリ束を形成し、その中央部において長軸方向に並んだ２個の石英ロッドをキャピラリに置換することにより形成することができる。
【００３４】
本実施形態のＰＢＧＦ２０Ａにおいて、特定の波長領域（使用波長領域）で５×１０−４を超える複屈折Ｂを有することが好ましい。５×１０−４を超える複屈折を有することで、このＰＢＧＦを偏波保持ファイバとして用いることができ、このＰＢＧＦを用いて、例えば、ファイバ偏光子、偏波分離素子、カプラー、フィルター、偏波コントローラ等の各種の光学部品を製造することができる。
【００３５】
また、本実施形態のＰＢＧＦ２０Ａにおいて、特定の波長領域で単一偏波のみが伝搬可能である単一偏波ファイバを構成することができる。単一偏波ファイバとは単一偏波のみが伝搬可能なファイバであり、偏波モードの結合、偏波モード分散を排除することができるので、偏波保持ファイバの理想形である。
【００３６】
本実施形態のＰＢＧＦ２０Ａにおいて、クラッド２４及びコア２３Ａに設けられた空孔２１の直径ｄは、０．８５Λ≦ｄ≦Λの範囲内であることが好ましい。空孔直径ｄが前記範囲であれば、ファイバ全体にわたりほぼ均一な空孔２１を有する長方形超格子状の空孔周期構造を構築でき、良好な光学特性を得ることができる。
【００３７】
また、本実施形態のＰＢＧＦ２０Ａにおいて、クラッド２４の空孔２１と石英部分２２とからなる周期構造がコア２３Ａの外側に３層以上設けられていることが好ましい。この層数が２層以下であると、光の閉じ込みが不十分になり、損失が大きくなる可能性があるとともに、十分な偏波保持特性が得られなくなる可能性がある。
【００３８】
本実施形態のＰＢＧＦ２０Ａにおいて、波長λが０．７≦Γ／λ≦１．２を満たす範囲内で偏波が保存される光学特性を有することが好ましい。前記Γ／λが０．７未満であるとバンドギャップが存在しなくなり、光が伝わらなくなり、またΓ／λが１．２を超えると同様にバンドギャップが存在せず光が伝わらなくなってしまう。
【００３９】
また、ＰＢＧＦ２０Ａが高次バンドギャップで動作する場合、波長λが１．４≦Γ／λ≦２．０を満たす範囲内で偏波が保存される光学特性を有していてもよい。前記Γ／λが１．４未満であると高次バンドギャップ外にあり、動作しなくなり、またΓ／λが２．０を超えると高次バンドギャップの外にあり、動作しなくなってしまう。
【００４０】
本実施形態のＰＢＧＦ２０Ａにおいて、石英部分２２は、純粋石英（ＳｉＯ２）又はリン（Ｐ）、フッ素（Ｆ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）からなる群から選択される１種又は２種以上のドーパントが添加された石英で構成されていることが好ましい。
【００４１】
本実施形態のＰＢＧＦ２０Ａにおいて、空孔２１内に、石英（ＳｉＯ２）よりも誘電率の低い材料が充填された構成とすることもできる。石英（ＳｉＯ２）よりも誘電率の低い材料としては、透明プラスチックやオイルなどが挙げられる。
【００４２】
本実施形態のＰＢＧＦ２０Ａは、長方形超格子状の空孔周期構造をクラッド２４に有し、且つファイバ中心部に多数の空孔２１が三角格子状に並べられたコア２３Ａを有し、該コアの長軸方向長さを短軸方向長さよりも長くした構成なので、コア２３Ａが非対称であることと、クラッド２４の異方性とが相俟って優れた偏波保持性能が得られる。
また、コア領域は中心石英ロッド１個のみをキャピラリに置き換えたファイバと比べ、コア領域が大きくなり、伝搬モードをほとんど空気となる領域に閉じ込めることが可能となる。このように構成されたファイバは、加工後にファイバ全体の空孔が同一の形状となり、クラッドの周期性が保持しやすく、コアも変形し難いので、低損失ファイバが実現できる。
また、このＰＢＧＦ２０Ａは、表面モードが発生せずにコアモードのみが存在する光学特性が得られ、導波帯域幅を広くすることができ、伝送損失を下げることができる。
【００４３】
図６は、本発明のＰＢＧＦの第２実施形態を示す図である。本実施形態のＰＢＧＦ２０Ｂは、前述した第１実施形態のＰＢＧＦ２０Ａとほぼ同様の構成要素を備えて構成され、ファイバ中心部のコア２３Ｂは、その短軸方向長さが長軸方向長さよりも長くなっていることを特徴としている。
本実施形態のＰＢＧＦ２０Ｂは、前述した第１実施形態のＰＢＧＦ２０Ａと同様に、特定の波長領域（使用波長領域）で５×１０−４を超える複屈折Ｂを有するように構成でき、さらに特定の波長領域で単一偏波のみが伝搬可能である単一偏波ファイバを構成することができる。
【００４４】
本実施形態のＰＢＧＦ２０Ｂのコア２３Ｂ（キャピラリコア）は、ファイバ中心部において第１の空孔列２５の両側にある第２の空孔列２６の対向するそれぞれ１個、合計２個の石英部分２２を空孔２１に置換した構造になっている。このコア２３Ｂは、石英ロッドとキャピラリを組み合わせて長方形超格子状の空孔周期構造を持った石英ロッド入りキャピラリ束を形成し、その中央部において短軸方向に並んだ２個の石英ロッドをキャピラリに置換することにより形成することができる。
【００４５】
本実施形態のＰＢＧＦ２０Ｂは、第１実施形態のＰＢＧＦ２０Ａと同じく、長方形超格子状の空孔周期構造をクラッド２４に有し、且つファイバ中心部に多数の空孔２１が三角格子状に並べられたコア２３Ｂを有し、コア２３Ｂが非対称であることと、クラッド２４の異方性とが相俟って優れた偏波保持性能が得られる。
また、コア領域は中心石英ロッド１個のみをキャピラリに置き換えたファイバと比べ、コア領域が大きくなり、伝搬モードをほとんど空気となる領域に閉じ込めることが可能となり、加工後にファイバ全体の空孔が同一の形状となり、クラッドの周期性が保持しやすく、コアも変形し難いので、低損失ファイバが実現できる。
また、このＰＢＧＦ２０Ｂは、表面モードが発生せずにコアモードのみが存在する光学特性が得られ、導波帯域幅を広くすることができ、伝送損失を下げることができる。
【００４６】
次に、本発明のＰＢＧＦの製造方法の一例を説明する。本例では、図４に示すように、長方形超格子状の空孔周期構造をクラッド２４に有し、且つファイバ中心部において第２の空孔列２６に沿って５個の空孔２１が第１のピッチΛで並び、その両側にある第１の空孔列２５のそれぞれ４個の空孔２１との合計１３個の空孔からなっているコア２３Ａ（キャピラリコア）を備えたＰＢＧＦ２０Ａを製造する場合を説明する。
【００４７】
本製造方法では、まず、石英製のキャピラリと石英ロッドとを、多数のキャピラリが一列に並べられた第１の空孔列と、前記キャピラリと石英ロッドとを交互に並べた第２の空孔列とが交互に重なって横断面のキャピラリ配置が長方形超格子状の空孔周期構造（但し、該格子の周期性を表す基本ベクトルａ１，ａ２はそれぞれ短軸方向（ｘ軸方向）と長軸方向（ｙ軸方向）に向き、それぞれの長さは２Λ、√３Λである。）となるように組み合わせ、且つ中央部の長軸方向に並ぶ２個の石英ロッドをキャピラリに置換してキャピラリコア領域とした石英ロッド入りキャピラリ束を作製する。本製造方法で用いるキャピラリは、断面円環状であり、また石英ロッドは、キャピラリと外径の等しい断面円形状であることが好ましい。
【００４８】
なお、本発明のＰＢＧＦの製造方法において、前記コア領域の形成方法は前記の例にのみ限定されず、製造するＰＢＧＦのコア構造に応じて適宜変更可能である。例えば、図６に示すＰＢＧＦ２０Ｂを製造する場合には、ファイバ中心部において短軸方向に並んだ２個の石英ロッドをキャピラリに置換することによりキャピラリコア領域を形成する。
【００４９】
次に、前記石英ロッド入りキャピラリ束を加熱一体化してファイバ紡糸用母材を作製する。この加熱一体化工程は、従来のキャピラリ束を用いるＰＢＧＦの製造方法における加熱一体化と同様の装置及び方法を用いて実施することができる。
【００５０】
また、前記石英ロッド入りキャピラリ束は、石英管の孔内に挿入した状態で一体化してファイバ紡糸用母材とすることが望ましい。このように石英ロッド入りキャピラリ束を石英管の孔内に挿入した状態で一体化する場合には、キャピラリ周囲の空間内とキャピラリ内部空間との圧力やガス組成を個別に調整することが可能となり、キャピラリ内部空間の圧力を適当に調整しながら、キャピラリ同士間又はキャピラリと石英ロッド間の隙間を埋めることができる。この一体化の際にキャピラリ内部空間の圧力を適宜調整することで、キャピラリの空孔の断面形状をほぼ円形状に維持することができる。
【００５１】
石英管の孔内に石英ロッド入りキャピラリ束を挿入して一体化を行う場合、挿入した石英ロッド入りキャピラリ束のうち、キャピラリ内部空間のみを大気圧又はそれ以上の圧力に保持し、キャピラリ内部空間以外の空間部分を減圧状態として前記一体化を行うことが好ましい。
【００５２】
次に、前記のように作製したファイバ紡糸用母材を紡糸することによって、図４に示すＰＢＧＦを得る。
本製造方法では、ファイバ中心部に位置する２個の石英ロッドをキャピラリで置き換えることによってコアを構成することができるので、従来のエアコアファイバのように一つの大きな空孔でエアコアを形成しているファイバに比べると、ファイバ全体の空孔が同一の形状となるので、格段に製造しやすくなる。
【実施例】
【００５３】
［実施例１］
図７に示す長方形超格子のバンド構造を図８に示す。ただし、周期構造は、空孔直径ｄが空孔のピッチΛと等しく、石英の屈折率ｎ＝１．４５とした。図７において黒色部分が石英部分２２、白色部分が空孔２１を表す。また、バンド構造は、平面波展開法（非特許文献５参照）を用いて計算した。図８において、βは伝搬方向（周期構造と垂直な方向）の波数、Γ＝２Λ、ωは角周波数、ｃは光速を表す。また、ライトラインは光が真空媒質中で伝搬するときの分散曲線を表し、バンドで囲まれる領域は、周期構造断面内にどの方向にも光が伝搬できない領域、すなわちバンドギャップを表す。ファイバのクラッドにこの周期構造を用い、コアに空孔を用いた場合、ファイバのコアに光が導波可能になる帯域はライトラインに隣接し、その上部に存在するバンドギャップとなる。この場合、Γ／λ（＝ωΓ／２πｃ）が０．８３〜１．１０の範囲で第１導波領域、１．６３〜１．７８で第２導波領域が存在する。ここでλは波長を表す。
【００５４】
図９に示すような、ｄ／Λ＝１の長方形超格子構造のクラッド２４と、その中心部の長軸方向に並んだ２個の石英ロッドをキャピラリに置き換えたコア２３Ａ（キャピラリコア）とからなるＰＢＧＦ２０Ａについて、伝搬モードの分散を計算した。図１０は第１バンドギャップ内の分散を示す。図示のように、Γ／λ＝０．８８〜１．０８のバンドギャップ内でモード１、Γ／λ＝０．８６〜１．１２のバンドギャップ内でモード２が存在する。ただし、各モードは単一偏波であり、縮退モードを含んでいない。また、この場合の複屈折Ｂ＝｜β１−β２｜／β０は、１．９×１０−３〜５．６×１０−３となっている。ここで、β１、β２は、それぞれモード１，モード２の伝搬定数を表し、β０＝ω／ｃ（ωは角周波数、ｃは高速をそれぞれ表す）である。また、その他のモードは存在しない。
【００５５】
図１１は、そのときのモード１の典型的なパワー分布を示す図であり、図１２は、そのときのモード２の典型的なパワー分布を示す図である。また、図１３はファイバの誘電率分布を同スケールで示す図である。
【００５６】
図１４は、本実施例のＰＢＧＦ２０Ａにおける第２バンドギャップ内の分散を示す図である。図示のように、Γ／λ＝１．６５〜１．６９のバンドギャップ内でモード１、Γ／λ＝１．６３〜１．７２のバンドギャップ内でモード２、Γ／λ＝１．６２〜１．７７のバンドギャップ内でモード３、Γ／λ＝１．６１〜１．７９のバンドギャップ内でモード４が存在する。ただし、この場合も各モードは単一偏波であり、縮退モードを含んでいない。また、この場合のモード１とモード２の間の複屈折は５．５×１０−３〜６．３×１０−３であり、モード３とモード４の間の複屈折は３．６×１０−３〜５．７×１０−３となっている。また、その他のモードは存在しない。
【００５７】
図１５は、本実施例のＰＢＧＦ２０Ａにおける第２バンドギャップ内のモード１のパワー分布を示す図である。また図１６は、第２バンドギャップ内のモード２のパワー分布を示す図である。また図１７は、第２バンドギャップ内のモード３のパワー分布を示す図である。また図１８は、第２バンドギャップ内のモード４のパワー分布を示す図である。
【００５８】
［実施例２］
図１９に示すような、ｄ／Λ＝１の長方形超格子構造のクラッド２４と、その中心部の短軸方向に並んだ２個の石英ロッドをキャピラリに置き換えたコア２３Ｂ（キャピラリコア）とからなるＰＢＧＦ２０Ｂについて、コアモードの分散を計算した。図２０は第１バンドギャップ内の分散を示す。図示のように、Γ／λ＝０．８８〜１．０７のバンドギャップ内でモード１、Γ／λ＝０．８８〜１．１２のバンドギャップ内でモード２が存在する。ただし、各モードは単一偏波であり、縮退モードを含んでいない。また、この場合の複屈折Ｂ＝｜β１−β２｜／β０は、６．８×１０−３〜７．７×１０−３となっている。ここで、β１、β２は、それぞれモード１，モード２の伝搬定数を表し、β０＝ω／ｃ（ωは角周波数、ｃは高速をそれぞれ表す）である。また、その他のモードは存在しない。
【００５９】
図２１は、そのときのモード１の典型的なパワー分布を示す図であり、図２２は、そのときのモード２の典型的なパワー分布を示す図である。また、図２３はファイバの誘電率分布を同スケールで示す図である。
【００６０】
図２４は、本実施例のＰＢＧＦ２０Ｂにおける第２バンドギャップ内の分散を示す図である。図示のように、Γ／λ＝１．６４〜１．７０のバンドギャップ内でモード１、Γ／λ＝１．６２〜１．７８のバンドギャップ内でモード２、Γ／λ＝１．６７〜１．８０のバンドギャップ内でモード３が存在する。ただし、この場合も各モードは単一偏波であり、縮退モードを含んでいない。また、この場合のモード２とモード３の間の複屈折は３．９×１０−３〜４．６×１０−３となっている。また、その他のモードは存在しない。
【００６１】
図２５は、本実施例のＰＢＧＦ２０Ｂにおける第２バンドギャップ内のモード１のパワー分布を示す図である。また図２６は、第２バンドギャップ内のモード２のパワー分布を示す図である。また図２７は、第２バンドギャップ内のモード３のパワー分布を示す図である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】通常の三角格子の周期構造をもつＰＢＧＦにおけるコア径と表面モードの関係を示す断面図である。
【図２】通常の三角格子の周期構造と空孔コアをもつＰＢＧＦにおける空孔コアとバルクモードの関係を示す断面図である。
【図３】通常の三角格子の周期構造と空孔コアをもつ別なＰＢＧＦにおける空孔コアとバルクモードの関係を示す断面図である。
【図４】本発明のＰＢＧＦの第１実施形態を示す断面図である。
【図５】本発明のＰＢＧＦに用いるクラッドの長方形超格子のユニットセルを示す断面図である。
【図６】本発明のＰＢＧＦの第２実施形態を示す断面図である。
【図７】実施例１で製造したｄ／Λ＝１の長方形超格子の断面図である。
【図８】実施例１のｄ／Λ＝１の長方形超格子のバンド構造を示す図である。
【図９】実施例１で作製したｄ／Λ＝１の長方形超格子と、中心部の長軸方向に並ぶ２個の石英ロッドのみをキャピラリに置き換えたキャピラリコアとを有するＰＢＧＦの断面図である。
【図１０】実施例１のＰＢＧＦの第１バンドギャップ内の分散を示す図である。
【図１１】実施例１のＰＢＧＦにおける第１バンドギャップ内のモード１のパワー分布を示す図である。
【図１２】実施例１のＰＢＧＦにおける第１バンドギャップ内のモード２のパワー分布を示す図である。
【図１３】実施例１のＰＢＧＦの誘電率分布を示す図である。
【図１４】実施例１のＰＢＧＦの第２バンドギャップ内の分散を示す図である。
【図１５】実施例１のＰＢＧＦにおける第２バンドギャップ内のモード１のパワー分布を示す図である。
【図１６】実施例１のＰＢＧＦにおける第２バンドギャップ内のモード２のパワー分布を示す図である。
【図１７】実施例１のＰＢＧＦにおける第２バンドギャップ内のモード３のパワー分布を示す図である。
【図１８】実施例１のＰＢＧＦにおける第２バンドギャップ内のモード４のパワー分布を示す図である。
【図１９】実施例２で製造したｄ／Λ＝１の長方形超格子と、中心部の短軸方向に並ぶ２個の石英ロッドのみをキャピラリに置き換えたキャピラリコアとを有するＰＢＧＦの断面図である。
【図２０】実施例２のＰＢＧＦの第１バンドギャップ内の分散を示す図である。
【図２１】実施例２のＰＢＧＦにおける第１バンドギャップ内のモード１のパワー分布を示す図である。
【図２２】実施例２のＰＢＧＦにおける第１バンドギャップ内のモード２のパワー分布を示す図である。
【図２３】実施例２のＰＢＧＦの誘電率分布を示す図である。
【図２４】実施例２のＰＢＧＦの第２バンドギャップ内の分散を示す図である。
【図２５】実施例２のＰＢＧＦの第２バンドギャップ内のモード１のパワー分布を示す図である。
【図２６】実施例２のＰＢＧＦの第２バンドギャップ内のモード２のパワー分布を示す図である。
【図２７】実施例２のＰＢＧＦの第２バンドギャップ内のモード３のパワー分布を示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
２０Ａ，２０Ｂ…ＰＢＧＦ、２１…空孔、２２…石英部分、２３Ａ，２３Ｂ…コア、２４…クラッド、２５…第１の空孔列、２６…第２の空孔列。
【図１】
2007127931.tif 000003
【図２】
2007127931.tif 000004
【図３】
2007127931.tif 000005
【図４】
2007127931.tif 000006
【図５】
2007127931.tif 000007
【図６】
2007127931.tif 000008
【図７】
2007127931.tif 000009
【図８】
2007127931.tif 000010
【図９】
2007127931.tif 000011
【図１０】
2007127931.tif 000012
【図１１】
2007127931.tif 000013
【図１２】
2007127931.tif 000014
【図１３】
2007127931.tif 000015
【図１４】
2007127931.tif 000016
【図１５】
2007127931.tif 000017
【図１６】
2007127931.tif 000018
【図１７】
2007127931.tif 000019
【図１８】
2007127931.tif 000020
【図１９】
2007127931.tif 000021
【図２０】
2007127931.tif 000022
【図２１】
2007127931.tif 000023
【図２２】
2007127931.tif 000024
【図２３】
2007127931.tif 000025
【図２４】
2007127931.tif 000026
【図２５】
2007127931.tif 000027
【図２６】
2007127931.tif 000028
【図２７】
2007127931.tif 000029