(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部の周囲に、内径が略同一でファイバの伸長方向に延在する複数の円柱状空孔を周期的に配置したクラッド部を備えるフォトニック結晶構造の光ファイバの作製方法であって、
前記コア部を形成するために前記伸長方向に延在する中空ガラス管を六方細密に配置して所定数束ね、該束ねられた所定数の中空ガラス管の周囲に、前記クラッド部を形成するために前記伸長方向に延在する中空ガラスを複数配置して、前記所定数の中空ガラス管および前記複数の中空ガラスを束ねる工程と、
前記束ねられた、所定数の中空ガラス管および複数の中空ガラスを加熱、延伸する工程とを有し、
前記加熱、延伸により、前記所定数の中空ガラス管は前記コア部となり、かつ前記複数の中空ガラスは前記クラッド部となり、
前記円柱状空孔は、六方最密に配置され相互に略一定間隔（Λ）で離間して配置されており、
前記コア部の幾何学的な径（Ｗ）が、前記円柱状空孔間の平均間隔（Λ）の２倍よりも大きく、
前記所定数は、該所定数の中空ガラス管がコア部になる際に、前記径（Ｗ）が、前記平均間隔（Λ）の２倍よりも大きくなる数であり、
前記中空ガラスの内径は、前記中空ガラス管の内径と異なることを特徴とする光ファイバの作製方法。
【請求項２】
前記中空ガラス管の外径と、前記中空ガラスの外径とは等しいことを特徴とする請求項１記載の光ファイバの作製方法。
【請求項３】
コア部の周囲に、内径が略同一でファイバの伸長方向に延在する複数の円柱状空孔を周期的に配置したクラッド部を備えるフォトニック結晶構造の光ファイバの作製方法であって、
前記コア部を形成するために前記伸長方向に延在する中空ガラス管を六方細密に配置して所定数束ね、該束ねられた所定数の中空ガラス管の周囲に、前記クラッド部を形成するために前記伸長方向に延在する中空ガラスを複数配置して、前記所定数の中空ガラス管および前記複数の中空ガラスを束ねる工程と、
前記束ねられた、所定数の中空ガラス管および複数の中空ガラスを加熱、延伸する工程とを有し、
前記加熱、延伸により、前記所定数の中空ガラス管は前記コア部となり、かつ前記複数の中空ガラスは前記クラッド部となり、
前記円柱状空孔は、六方最密に配置され相互に略一定間隔（Λ）で離間して配置されており、
前記コア部の幾何学的な径（Ｗ）が、前記円柱状空孔間の平均間隔（Λ）の２倍よりも大きく、
前記所定数は、該所定数の中空ガラス管がコア部になる際に、前記径（Ｗ）が、前記平均間隔（Λ）の２倍よりも大きくなる数であり、
前記中空ガラスの外径および内径はそれぞれ、前記中空ガラス管の外径および内径と異なることを特徴とする光ファイバの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバの作製方法に関し、より詳細には、通常の単一光ファイバとの接続損失が少なく、製造が容易で、かつ、分散特性の設計自由度の高い光ファイバの作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトニック結晶構造の光ファイバは、その空孔をどのように配置するかによって特性設計が可能であり、例えば、空孔を六方最密に配置した構造は、最も製造が容易な光ファイバの構造である。すなわち、同一外径の円柱を隙間なく配列させて光ファイバを製造すれば、その光ファイバの横断面は自然に六方細密構造をとることとなる。このような構造の光ファイバは、円柱状のガラス母材の中心に母線方向に所望の径の孔を設けて配列させて作製することで、任意の径の空孔が空間的に分布した構造の光ファイバが得られる。
【０００３】
また、フォトニック結晶構造の光ファイバの特性は、空気とガラスの間の大きな屈折率の差を利用しているため、上述した空孔の配列を変えることで特性の波長依存性を大きく変化させることも可能である。
【０００４】
図１１は、従来のフォトニック結晶構造の光ファイバ中の空孔分布の様子を説明するための断面図で、フォトニック結晶中で光を導波させるコア部の周りの領域であるクラッド部には、直径ｄの空孔が空孔間隔Λで周期的に配置されている。このような従来のフォトニック結晶構造光ファイバは、コア部を、クラッド部を構成するために用いるガラスロッドと同じ外径の単一のガラスロッドで形成しているために、空孔の間隔を変化させるとコア部の大きさも変化してしまう。例えば、図１１に示した光ファイバでは、幾何学的なコア径Ｗは（２Λ−ｄ）で一義的に決定され、２Λよりも大きなコア径とすることはできない。また、一般的に、モードフィールド径（ＭＦＤ）は、幾何学的なコア径よりも小さくなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フォトニック結晶構造を利用して分散を大きく変化させるためには、空孔の間隔を１〜２μｍと狭くする必要があり、図１１に示したような従来のフォトニック結晶構造を利用した分散フラット光ファイバや分散補償光ファイバでは、コア径が数μｍ以下と極めて細くなってしまうという問題があった（例えば、J.C.Knight他、“Anomalous  Dispersion  in  Photonic  Crystal  Fiber”、IEEE  Photonics  Technology  Letters、第１２巻第７号８０７ページ、２０００年）。
【０００６】
また、通常の単一モード光ファイバや光部品との低損失な接続を行なうためには、ＭＦＤの差が小さいことが必要であるが、通常の単一モード光ファイバのＭＦＤが５μｍ以上であるのに対して、低損失の接続を行なうためにフォトニック結晶構造光ファイバのコア径を４μｍ以上（すなわち、空孔間隔Λを２μｍ以上）とした場合にはガラスの材料分散が支配的となり、波長１．３μｍ帯或いは１．５μｍ帯において光ファイバに正常分散特性（負の分散値）をもたせることが困難となり、これらの波長帯で使用可能な分散フラット光ファイバや分散補償光ファイバを作製することができないという問題もあった。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、通常の単一光ファイバとの接続損失が少なく、製造が容易で、かつ、分散特性の設計自由度の高い光ファイバの作製方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、コア部の周囲に、内径が略同一でファイバの伸長方向に延在する複数の円柱状空孔を周期的に配置したクラッド部を備えるフォトニック結晶構造の光ファイバの作製方法であって、前記コア部を形成するために前記伸長方向に延在する中空ガラス管を六方細密に配置して所定数束ね、該束ねられた所定数の中空ガラス管の周囲に、前記クラッド部を形成するために前記伸長方向に延在する中空ガラスを複数配置して、前記所定数の中空ガラス管および前記複数の中空ガラスを束ねる工程と、前記束ねられた、所定数の中空ガラス管および複数の中空ガラスを加熱、延伸する工程とを有し、前記加熱、延伸により、前記所定数の中空ガラス管は前記コア部となり、かつ前記複数の中空ガラスは前記クラッド部となり、前記円柱状空孔は、六方最密に配置され相互に略一定間隔（Λ）で離間して配置されており、前記コア部の幾何学的な径（Ｗ）が、前記円柱状空孔間の平均間隔（Λ）の２倍よりも大きく、前記所定数は、該所定数の中空ガラス管がコア部になる際に、前記径（Ｗ）が、前記平均間隔（Λ）の２倍よりも大きくなる数であり、前記中空ガラスの内径は、前記中空ガラス管の内径と異なることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光ファイバの作製方法において、前記中空ガラス管の外径と、前記中空ガラスの外径とは等しいことを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、コア部の周囲に、内径が略同一でファイバの伸長方向に延在する複数の円柱状空孔を周期的に配置したクラッド部を備えるフォトニック結晶構造の光ファイバの作製方法であって、前記コア部を形成するために前記伸長方向に延在する中空ガラス管を六方細密に配置して所定数束ね、該束ねられた所定数の中空ガラス管の周囲に、前記クラッド部を形成するために前記伸長方向に延在する中空ガラスを複数配置して、前記所定数の中空ガラス管および前記複数の中空ガラスを束ねる工程と、前記束ねられた、所定数の中空ガラス管および複数の中空ガラスを加熱、延伸する工程とを有し、前記加熱、延伸により、前記所定数の中空ガラス管は前記コア部となり、かつ前記複数の中空ガラスは前記クラッド部となり、前記円柱状空孔は、六方最密に配置され相互に略一定間隔（Λ）で離間して配置されており、前記コア部の幾何学的な径（Ｗ）が、前記円柱状空孔間の平均間隔（Λ）の２倍よりも大きく、前記所定数は、該所定数の中空ガラス管がコア部になる際に、前記径（Ｗ）が、前記平均間隔（Λ）の２倍よりも大きくなる数であり、前記中空ガラスの外径および内径はそれぞれ、前記中空ガラス管の外径および内径と異なることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の分散フラット光ファイバ内部の様子を説明するための断面図で、フォトニック結晶中で光を導波させるコア部の周りの領域であるクラッド部には、直径ｄの空孔が空孔間隔Λで周期的に配置され、幾何学的なコア径Ｗが２Λよりも大きなコア部が形成されている。このような構造の分散フラット光ファイバは、外径が等しい円柱ガラス棒と中空ガラス管とを束ねることにより作製することが可能である。
【００１５】
図２は、図１の構成の分散フラット光ファイバを作製するために、外径が等しい円柱ガラス棒と中空ガラス管とを束ねた様子を説明するための図で、コア部を形成するための７本の円柱ガラス棒２１と、クラッド部を形成するための中空ガラス管２２は、共に外径１００μｍ〜１ｍｍ程度の同一の外径を有し、これらの円柱ガラス棒２１と中空ガラス管２２を束ねた状態で加熱・延伸すると、中空ガラス管２２の相互に存在する隙間が延伸過程において消滅し、図１に示した分散フラット光ファイバが得られる。
【００１６】
図３は、このようにして得られた分散フラット光ファイバの、有効屈折率の波長依存性を説明するための図で、横軸は空孔間隔Λを波長λで除した値であり、空孔径ｄと空孔間隔Λの比を０．１、０．３、及び、０．５とした分散フラット光ファイバの各々について有効屈折率をプロットしている。この図から、波長に対する有効屈折率の変化率は、空孔間隔Λの波長λに対する比が０．７から７．０の範囲で大きく、空孔間隔Λをこの範囲に設定することとすれば、分散フラット光ファイバが有効に設計することが可能となることがわかる。特に、空孔径ｄと空孔間隔Λの比が０．１の場合には、空孔間隔Λの波長λに対する比を１．０から７．０の範囲とすることが有効である。
【００１７】
図４は、図１に示した構造をもち、空孔間隔Λが１．５μｍで空孔径ｄと空孔間隔Λの比（ｄ／Λ）が０．３の場合における、分散フラット光ファイバの分散の波長依存性を説明するための図である。なお、この場合の幾何学的コア径は４．７５μｍである。
【００１８】
光通信に使用されるＳバンド〜Ｌバンド（波長λ＝１４６０〜１６２５ｎｍ）における分散値の変動量は、１．８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであり、この変動量から算出される平均分散スロープは０．０１２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２であり、分散フラット光ファイバとして優れた特性が得られる。
【００１９】
（実施例２）
図５は、本発明の分散補償光ファイバ内部の様子を説明するための断面図で、フォトニック結晶中で光を導波させるコア部の周りの領域であるクラッド部には、直径ｄの空孔が空孔間隔Λで周期的に配置され、幾何学的なコア径Ｗが２Λよりも大きなコア部が形成されており、このコア部には、直径δ（＜ｄ）の空孔が配置されている。このような構造の分散平坦化光ファイバは、外径が等しい中空ガラス管を束ねることにより作製することが可能である。
【００２０】
図６は、図５の構成の分散補償光ファイバを作製するために、外径が等しい中空ガラス管を束ねた様子を説明するための図で、コア部を形成するための７本の中空ガラス管６１と、クラッド部を形成するための中空ガラス管６１よりも内径の大きな中空ガラス管６２は、共に外径１００μｍ〜１ｍｍ程度の同一の外径を有し、これらの中空ガラス管６１と中空ガラス管６２を束ねた状態で加熱・延伸すると、中空ガラス管６１、６２の相互に存在する隙間が延伸過程において消滅し、図５に示した分散補償光ファイバが得られる。
【００２１】
図７は、図５に示した構造をもち、ｄ／Λ＝０．４８及びδ／Λ＝０．４２とした場合の分散補償光ファイバの分散の波長依存性を説明するための図で、ここでは、空孔間隔Λが、１．５μｍ、２．０μｍ、２．５μｍの場合について示している。
【００２２】
Λ＝２．０μｍの分散補償光ファイバは、波長λ＝１．５μｍ付近において、−５０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの大きな分散特性を示し、かつ、その傾きが負である。通常の単一モード光ファイバは、１．５μｍの波長帯において約１６ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの分散値をもち、かつ、その傾きは正であることを考慮すると、Λ＝２．０μｍ付近の本発明の分散補償光ファイバは１．５μｍの波長帯の分散補償光ファイバとして有効であることが判る。なお、この分散補償光ファイバの幾何学的なコア径は約６μｍである。
【００２３】
また、Λ＝１．５μｍの分散補償光ファイバは、波長λ＝１．３μｍ付近において、−１３０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの大きな分散特性を示し、かつ、その傾きが負である。この結果は、１．３μｍ帯において１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの分散を示す単一モード光ファイバの分散補償を行なう場合に、その単一モード光ファイバの僅か１３０分の１の長さで補償することが可能であることを意味する。また、分散の傾きが負であるため、分散スロープも僅かに減少させることができる。
【００２４】
このように、Λ＝１．５μｍ付近の本発明の分散補償光ファイバは１．３μｍの波長帯の分散補償光ファイバとして有効であることが判る。更に、従来構造のフォトニック結晶光ファイバや従来構造の偏波保持フォトニック結晶光ファイバを伝送用光ファイバとして使用する場合には、１．３μｍ波長帯において１０〜数１０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの異常分散特性を有するため、その分散補償光ファイバとしても有効である。
【００２５】
更に、Λ＝２．５μｍの分散補償光ファイバは、波長λ＝１．５μｍ付近において、−数ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの分散をもち、かつ、その傾きが−０．０５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２程度である。このような分散特性は、通常の単一モード光ファイバ及び非ゼロ分散シフトファイバとは逆の分散特性であることから、Λ＝２．５μｍ付近の分散補償光ファイバは、１．５μｍ波長帯の逆分散光ファイバ（ある光ファイバとほぼ１対１の長さ比で用いられることで分散と分散スロープを共に補償する分散補償光ファイバ）として有効である。なお、この分散補償光ファイバの幾何学的なコア径は約７．５μｍである。
【００２６】
（実施例３）
図８は、本発明の分散フラット光ファイバ及び分散補償光ファイバの内部の様子を説明するための断面図で、フォトニック結晶中で光を導波させるコア部の周りの領域であるクラッド部には、直径ｄの空孔が空孔間隔Λで周期的に配置され、コア部には、直径δ（＜ｄ）の１４の空孔が配置されて幾何学的なコア径Ｗのコア部が形成されており、これによりコア径の拡大が図られている。このような構造の光ファイバは、コア部とクラッド部に外径及び内径が異なる中空ガラス管を束ねることにより作製することが可能である。
【００２７】
図９は、図８に示した構成の光ファイバを作製するために、上述したような中空ガラス管を束ねた様子を説明するための図で、この図では、コア部を形成するために３１本の中空ガラス管９１と、中空ガラス管９１よりも外径及び内径の大きな、クラッド部を形成するための中空ガラス管９２が束ねられ、この状態で加熱・延伸すると、中空ガラス管９１、９２の相互に存在する隙間が延伸過程において消滅し、コア部に３１の空孔が配置された光ファイバが得られることになる。
【００２８】
図１０は、図８に示した構造をもち、ｄ／Λ＝０．５及びδ／Λ＝０．４とした場合の光ファイバの分散の波長依存性を説明するための図で、ここでは、空孔間隔Λが、１．７５μｍ及び２．５μｍの場合について示している。
【００２９】
Λ＝２．５μｍの光ファイバは、波長λ＝１４６０〜１６２５ｎｍの領域における平均の分散スロープは０．０１９ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ２であり、分散フラット光ファイバとして優れた特性を示す。なお、この光ファイバの幾何学的なコア径は約１１μｍである。
【００３０】
また、Λ＝１．７５μｍの光ファイバは、１．３μｍ波長帯において−６０ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ、１．５μｍ波長帯において−６５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの大きな分散特性を示し、これらの波長帯で用いる分散補償光ファイバとして有効であることが判る。なお、この光ファイバの幾何学的なコア径は約７．５μｍであり、分散補償ファイバとしての使用法は実施例２で説明した使用方法と同じである。
【００３１】
本実施例では、コア部を形成するために７本ではなく１４本の中空ガラス管を用いた例について説明したが、所望するコア径に応じた任意の本数の中空ガラス管でコア部を形成することが可能である。
【００３２】
また、以上実施例１〜３においては、光ファイバを作製する方法の例として中空のガラス管を束ねる方法を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、塊状のガラスに孔を設ける等の他の方法により上記と同様の構造の光ファイバを作製することとしてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、フォトニック結晶構造光ファイバ中の空孔の配置を工夫し、空孔の配置の仕方により光学特性設計が可能であると共にコア径を拡大し得る構成としたので、通常の単一光ファイバとの接続損失が少なく、製造が容易で、かつ、分散特性の設計自由度の高い光ファイバの作製方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分散フラット光ファイバ内部の様子を説明するための断面図である。
【図２】図１に示した構成の分散フラット光ファイバを作製するために、外径が等しい中空管を束ねた様子を説明するための図である。
【図３】本発明の分散フラット光ファイバの、有効屈折率の波長依存性を説明するための図である。
【図４】図１に示した構造をもち、空孔間隔Λが１．５μｍで空孔径ｄと空孔間隔Λの比（ｄ／Λ）が０．３の場合における、分散フラット光ファイバの分散の波長依存性を説明するための図である。
【図５】本発明の分散補償光ファイバ内部の様子を説明するための断面図である。
【図６】図５の構成の分散補償光ファイバを作製するために、外径が等しい中空ガラス管を束ねた様子を説明するための図である。
【図７】図５に示した構造をもち、ｄ／Λ＝０．４８及びδ／Λ＝０．４２とした場合の分散補償光ファイバの分散の波長依存性を説明するための図である。
【図８】本発明の分散フラット光ファイバ及び分散補償光ファイバの内部の様子を説明するための断面図である。
【図９】図８の構成の光ファイバを作製するために、中空ガラス管を束ねた様子を説明するための図である。
【図１０】図８に示した構造をもち、ｄ／Λ＝０．５及びδ／Λ＝０．４とした場合の光ファイバの分散の波長依存性を説明するための図である。
【図１１】従来のフォトニック結晶構造光ファイバ内部の空孔分布の様子を説明するための断面図である。
【符号の説明】
２１  円柱ガラス棒
２２、６１、６２、９１、９２  中空ガラス管
【図１】
0003920667.tif 000002
【図２】
0003920667.tif 000003
【図３】
0003920667.tif 000004
【図４】
0003920667.tif 000005
【図５】
0003920667.tif 000006
【図６】
0003920667.tif 000007
【図７】
0003920667.tif 000008
【図８】
0003920667.tif 000009
【図９】
0003920667.tif 000010
【図１０】
0003920667.tif 000011
【図１１】
0003920667.tif 000012