(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の屈折率を有する主媒質と、前記主媒質と異なる屈折率を有する副媒質とを有し、前記主媒質からなる主媒質領域中に前記副媒質からなる複数の副媒質領域が配置されている光ファイバであって、
ファイバ軸方向の少なくとも一部の区間において、
前記ファイバ軸方向に延びる軸中心を含む領域であって、領域中の六方格子である並進対称格子の各格子点を中心とし、隣接する各格子点との垂直２等分線を境界とする最大の多角形を範囲とする格子セル内にそれぞれ１つの当該格子点に対応する前記副媒質領域の中心が配置されており、少なくとも一部の副媒質領域の中心が当該格子点から所定値以上の距離をおいた位置に配置され、光を局在させてファイバ軸に沿って導波させるコア領域を形成している内側領域であって、一辺が一格子間隔の正三角形の頂点をなす３つの内側格子点を含み、前記３つの内側格子点の各々に対応する前記副媒質領域の中心は、前記正三角形の外接円より外側に位置している内側領域と、
前記内側領域を包囲する領域であって、前記並進対称格子の各格子点と実質的に一致する位置に、それぞれ１つの当該格子点に対応する前記副媒質領域の中心が配置されている外側領域とを備え、
前記副媒質領域のそれぞれの断面積は、前記光ファイバの横断面内で実質的に一様である光ファイバ。
【請求項２】
所定の屈折率を有する主媒質と、前記主媒質と異なる屈折率を有する副媒質とを有し、前記主媒質からなる主媒質領域中に前記副媒質からなる複数の副媒質領域が配置されている光ファイバであって、
ファイバ軸方向の少なくとも一部の区間において、
前記ファイバ軸方向に延びる軸中心を含む領域であって、領域中の正方格子である並進対称格子の各格子点を中心とし、隣接する各格子点との垂直２等分線を境界とする最大の多角形を範囲とする格子セル内にそれぞれ１つの当該格子点に対応する前記副媒質領域の中心が配置されており、少なくとも一部の副媒質領域の中心が当該格子点から所定値以上の距離をおいた位置に配置され、光を局在させてファイバ軸に沿って導波させるコア領域を形成している内側領域であって、一辺が一格子間隔の正方形の頂点をなす４つの内側格子点を含み、前記４つの内側格子点の各々に対応する前記副媒質領域の中心は、前記正方形の外接円より外側に位置している内側領域と、
前記内側領域を包囲する領域であって、前記並進対称格子の各格子点と実質的に一致する位置に、それぞれ１つの当該格子点に対応する前記副媒質領域の中心が配置されている外側領域とを備え、
前記副媒質領域のそれぞれの断面積は、前記光ファイバの横断面内で実質的に一様である光ファイバ。
【請求項３】
前記外側領域における屈折率の断面内分布が実質的に２次元の並進対称性を有している請求項１または２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記主媒質は純粋または添加物を含むシリカガラスであって、前記副媒質は加圧、常圧もしくは減圧状態の気体である請求項３記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記主媒質の少なくとも一部に１ｍｏｌ％以上のＧｅＯ２が添加されている請求項４記載の光ファイバ。
【請求項６】
所定の屈折率を有する主媒質と、前記主媒質と異なる屈折率を有する副媒質を有するプリフォームであって、前記主媒質からなる主媒質領域中に前記副媒質からなる複数の副媒質領域が配置されているプリフォームを線引きして光ファイバを製造する工程を含む光ファイバ製造方法であって、
前記プリフォーム軸方向の少なくとも一部の区間において、前記プリフォーム軸方向に延びるとともに、六方格子である並進対称格子の各格子点を中心とし、隣接する各格子点との垂直２等分線を結ぶ多角形を範囲とする格子セル内にそれぞれ１つの当該格子点に対応する前記副媒質領域の中心が配置されており、少なくとも一部の副媒質領域の中心が当該格子点から所定値以上の距離をおいた位置に配置され、光を局在させてファイバ軸に沿って導波させるコア領域を形成している内側領域であって、一辺が一格子間隔の正三角形の頂点をなす３つの内側格子点を含み、前記３つの内側格子点の各々に対応する前記副媒質領域の中心は、前記正三角形の外接円より外側に位置している内側領域と、前記内側領域を包囲するとともに、前記並進対称格子の各格子点と実質的に一致する位置に、それぞれ１つの当該格子点に対応する前記副媒質領域の中心が配置されている外側領域とを備え、前記副媒質領域の断面積が前記プリフォームの横断面内で実質的に一様であるプリフォームを形成する工程をさらに備えている光ファイバの製造方法。
【請求項７】
所定の屈折率を有する主媒質と、前記主媒質と異なる屈折率を有する副媒質を有するプリフォームであって、前記主媒質からなる主媒質領域中に前記副媒質からなる複数の副媒質領域が配置されているプリフォームを線引きして光ファイバを製造する工程を含む光ファイバ製造方法であって、
前記プリフォーム軸方向の少なくとも一部の区間において、前記プリフォーム軸方向に延びるとともに、正方格子である並進対称格子の各格子点を中心とし、隣接する各格子点との垂直２等分線を結ぶ多角形を範囲とする格子セル内にそれぞれ１つの当該格子点に対応する前記副媒質領域の中心が配置されており、少なくとも一部の副媒質領域の中心が当該格子点から所定値以上の距離をおいた位置に配置され、光を局在させてファイバ軸に沿って導波させるコア領域を形成している内側領域であって、一辺が一格子間隔の正方形の頂点をなす４つの内側格子点を含み、前記４つの内側格子点の各々に対応する前記副媒質領域の中心は、前記正方形の外接円より外側に位置している内側領域と、前記内側領域を包囲するとともに、前記並進対称格子の各格子点と実質的に一致する位置に、それぞれ１つの当該格子点に対応する前記副媒質領域の中心が配置されている外側領域とを備え、前記副媒質領域の断面積が前記プリフォームの横断面内で実質的に一様であるプリフォームを形成する工程をさらに備えている光ファイバの製造方法。
【請求項８】
シリカガラスを主媒質とするプリフォームの所定の位置に空孔を形成してプリフォームを製造することで、前記副媒質領域を形成する工程をさらに備えている請求項６または７に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項９】
前記プリフォームの前記内側領域の少なくとも一部に１ｍｏｌ％以上のＧｅＯ２が添加されている請求項８記載の光ファイバの製造方法。
【請求項１０】
前記プリフォーム形成工程は、シリカガラスからなり、所定の内径、外径を有する所定の本数のパイプと、シリカガラスからなり、前記第１のパイプと少なくとも外径の異なる少なくとも１本のロッドとを束ねてプリフォームを形成する請求項６または７に記載の光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主媒質中に複数の副媒質領域を配置した光ファイバおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリカガラス等の主媒質からなる領域に、空気等の副媒質からなる領域を複数配置した光ファイバは、微細構造光ファイバ（microstructured fiber）、ホーリーファイバ（holey fiber）、フォトニック結晶ファイバ（photonic crystal fiber）等と呼ばれ、副媒質の導入によって特異な光学特性を実現できることが知られている。例えば、米国特許5,802,236号公報に開示されている微細構造光ファイバは、コア領域を取り囲むクラッド領域中に、ファイバ軸に沿って延びる複数の微細な特徴構造（例えば空孔等）が間隔をおいて配置された光ファイバである。このような微細構造光ファイバでは、空孔等を導入することによって高い実効屈折率差を得ることができる。したがって、このような微細構造光ファイバは、絶対値の大きな波長分散が得られるため、分散補償に適するとともに、小さなモードフィールド径を実現できるため非線形光学効果の利用に適するといった特徴を有する。
【０００３】
同文献には、この種の微細構造光ファイバの製造方法として、多数のパイプをシリカロッドの回りに束ねて溶融させることで、多数の空孔を有するプリフォームを作成し、ここからファイバを線引するパイプバンドル法が開示されている。
【０００４】
また、ＷＯ００／１６１４１号国際公開公報には、所定の形状を有するロッドを組み合わせることによって、軸方向に沿った空孔を有するプリフォームを作成する方法が開示されている。この方法では、ロッド同士の間隙が空孔となるようにロッドの形状が選択される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
こうした微細構造の光ファイバにおいては、ファイバ断面における空孔の大きさ、配置によって波長分散やモードフィールド径に関する特性が決定される。そして、零または負の波長分散、零または負の波長分散スロープ、小さな実効コア断面積を実現するためには、空孔径を小さくする必要があった。しかし、空孔径が小さいと、線引き時の表面張力が大きくなり、線引き時に空孔が収縮してしまい、所望の径の空孔を有する光ファイバを作成することが困難となり、歩留りが低下する。こうした空孔の収縮を抑制するため、線引温度を下げると、線引張力が増大し、これにより伝送損失が増大しやすくなるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、零または負の波長分散、零または負の波長分散スロープ、小さな実効コア断面積といった特性を実現することが容易な構造の光ファイバおよびその製造方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る光ファイバは、所定の屈折率を有する主媒質と、主媒質と異なる屈折率を有する副媒質とを有し、主媒質からなる主媒質領域中に副媒質からなる複数の副媒質領域が配置されている光ファイバであって、ファイバ軸方向の少なくとも一部の区間において、ファイバ軸方向に延びるとともに、六方格子または正方格子である並進対称格子の各格子点を中心とし、隣接する各格子点との垂直２等分線を結ぶ多角形を範囲とする格子セル内にそれぞれ１つの当該格子点に対応する副媒質領域の中心が配置されており、少なくとも一部の副媒質領域の中心が当該格子点から所定値以上の距離をおいた位置に配置され、光を局在させてファイバ軸に沿って導波させるコア領域を形成している内側領域と、内側領域を包囲するとともに、並進対称格子の各格子点と実質的に一致する位置に、それぞれ１つの当該格子点に対応する副媒質領域の中心が配置されている外側領域とを備え、副媒質領域の断面積は、光ファイバの横断面内で実質的に一様であるものである。
この所定の並進対称格子は六方格子であって、内側領域は、一辺が一格子間隔の正三角形の頂点をなす３つの内側格子点を含み、３つの内側格子点の各々に対応する副媒質領域の中心は、正三角形の外接円より外側に位置している。あるいは、所定の並進対称格子は正方格子であって、内側領域は、一辺が一格子間隔の正方形の頂点をなす４つの内側格子点を含み、４つの内側格子点の各々に対応する副媒質領域の中心は、正方形の外接円より外側に位置するものである。これらにより、内側領域において空孔の占める面積比率を小さくすることができるので、零や負の波長分散、波長分散スロープや小さな実効コア断面積の実現に好適である。
【０００８】
ここで、ある格子点の格子セルは、その格子点を内部に含み、その格子点と他の全ての格子点との間で引いた垂直二等分線を内部に含まない最大の多角形として定義される。
【０００９】
主媒質とは、単独で光ファイバを構成可能な物質であり、本発明に係る光ファイバにおいては、互いに連結されていない（完全に分離された）複数の主媒質領域が存在することはない。この主媒質としては、純粋あるいは添加物を含むシリカガラス、多成分ガラス、ポリマー等が使用できる。
【００１０】
副媒質とは、主媒質とは異なり、単独で光ファイバを構成可能な物質のほか、気体、液体のように単独では光ファイバを構成することのできない物質であってもよい。副媒質領域は、１つの光ファイバ中で複数に分割されていてもよい。
【００１１】
本発明に係る光ファイバは、内側領域における副媒質領域の配置を外側領域におけるそれと異ならせることによって、内側領域内の領域であるコアに光を局在させてファイバ軸に沿って導波させる。光がコアに局在する機構としては、全反射またはブラッグ反射が可能である。全反射を用いた場合は、コアの大きさを格子周期に比べて小さくすることができるので、副媒質領域の曲率半径が大きな構造でも、零や負の波長分散、零や負の波長分散スロープ、小さな実効コア断面積といった特性を実現できる。副媒質領域の曲率半径を大きくすることにより、線引き時における副媒質領域の表面張力が低減され、副媒質領域の収縮が抑制される。その結果、製造歩留りが向上するとともに、高い線引温度での線引きが可能となり、線引張力を低下させて線引張力に起因する伝送損失を低減できる。また、光をコアに局在させるブラッグ反射を用いる場合にも、負の波長分散を有する正の波長分散が得られ、分散補償に好適である。
【００１２】
内側領域における平均屈折率は、外側領域における平均屈折率より高く設定されていることが好ましい。この場合、内側領域のコア内に全反射によって光を局在させて導波させることが可能となる。
【００１３】
屈折率の異なる複数の媒質からなる領域の平均屈折率ｎavgは、以下の式により定義される。
【００１４】
【数１】
0004158391.tif 000002
ここで、媒質ｉの屈折率をｎi、その体積比率をｆiで表す。
【００１５】
外側領域における屈折率の断面内分布は、実質的に２次元の並進対称性を有していてもよい。この場合には、ブラッグ反射によって光を導波できる。
【００１６】
主媒質は純粋または添加物を含むシリカガラスであって、副媒質は加圧、常圧もしくは減圧状態の気体であることが好ましい。ここで、減圧状態とはいわゆる真空状態を含む。このようにすると、材料に起因する伝送損失を低減することができる。主媒質の少なくとも一部に１ｍｏｌ％以上のＧｅＯ2が添加されていてもよい。これにより、紫外線照射によって主媒質の屈折率をファイバ軸に沿って変化させてグレーティングを形成し、波長選択性を持つフィルタや方向性結合器を作成することが可能となる。また、添加された領域に加わる線引張力を低減することができるので、線引張力に起因する伝送損失をさらに低減することができる。
【００１７】
副媒質領域の断面積は、光ファイバの横断面内で実質的に一様であることが好ましい。それにより、副媒質領域となる空孔の径が実質的に一様なプリフォームから作成できるので、線引き時の表面張力が横断面内で実質的に一様となり、製造時の歩留りが向上する。また、表面張力が大きい場合でも、各々の空孔内の圧力を一様に高めることによって表面張力を相殺できるので、空孔収縮の抑制が容易である。その結果、高い線引温度で線引きすることができ、表面張力に起因する伝送損失を低減できる。
【００２０】
本発明に係る光ファイバの製造方法は、所定の屈折率を有する主媒質と、主媒質と異なる屈折率を有する副媒質とを有するプリフォームであって、主媒質からなる主媒質領域中に副媒質からなる複数の副媒質領域が配置されているプリフォームを線引きして光ファイバを製造する工程を含む光ファイバ製造方法であって、プリフォーム軸方向の少なくとも一部の区間において、プリフォーム軸方向に延びるとともに、六方格子または正方格子である並進対称格子の各格子点を中心とし、隣接する各格子点との垂直２等分線を結ぶ多角形を範囲とする格子セル内にそれぞれ１つの当該格子点に対応する副媒質領域の中心が配置されており、少なくとも一部の副媒質領域の中心が当該格子点から所定値以上の距離をおいた位置に配置され、光を局在させてファイバ軸に沿って導波させるコア領域を形成している内側領域と、この内側領域を包囲するとともに、並進対称格子の各格子点と実質的に一致する位置に、それぞれ１つの当該格子点に対応する副媒質領域の中心が配置されている外側領域とを備え、副媒質領域の断面積がプリフォームの横断面内で実質的に一様であるプリフォームを形成する工程をさらに備えているものである。この場合も、並進対称格子は、前段落に記載の条件を満たすものとして形成される。
【００２１】
プリフォームにおける副媒質領域の曲率半径を大きくすることで、線引きにおける副媒質領域の収縮を抑制し、製造時の歩留りを向上させるとともに、線引温度を高く維持できるので、線引張力を低下させて、線引張力に起因する伝送損失を低減できる。これにより、上述した本発明に係る光ファイバを好適に製造することができる。
【００２２】
シリカガラスを主媒質とするプリフォームの所定の位置に空孔を形成してプリフォームを製造する工程をさらに備えていることが好ましい。プリフォームに後から空孔を穿つことにより空孔の位置について自由度と高い再現性が得られるので、本発明に係る光ファイバにおいて所望の特性を高い歩留りで実現できる。
【００２３】
このプリフォームは、内側領域の少なくとも一部に１ｍｏｌ％以上のＧｅＯ2が添加されているとよい。添加された領域に加わる線引張力を低減することができるので、線引張力に起因する伝送損失をさらに低減することができる。また、線引き後の光ファイバに紫外線を照射してファイバグレーティングを形成し、波長フィルタ等を実現できる。
【００２４】
シリカガラスからなり、所定の内径、外径を有する所定の本数のパイプと、シリカガラスからなり、この第１のパイプと少なくとも外径の異なる少なくとも１本のロッドとを束ねてプリフォームを形成してもよい。このようにすると、多数の空孔を有する光ファイバを好適に製造できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００２６】
図１は、本発明に係る光ファイバの第１の実施形態を示す横断面図である。光ファイバ１は、シリカガラスからなる主媒質２中に複数の空孔（副媒質領域）３が配置されて構成される。横断面内は、ファイバ軸中心側に位置し、外周５を有する内側領域１１と、これを包囲し、外周６を有する外側領域１２とに区分することができる。ここで、外側領域１２における空孔３２は、その中心が所定の六方格子の格子点４のうち外側領域に含まれる外側格子点４２に実質的に一致するよう配置されている。一方、内側領域１１における空孔３１は、その中心が、上述した六方格子の格子点４のうち内側領域１１に含まれる内側格子点４１から約０．１格子周期だけ外側に離れた位置に配置されている。これらの空孔３１、３２の径は横断面内で実質的に一様である。そして、各格子点位置４１および４２の格子セル内に必ず１つの空孔３１または３２の中心が存在している。この格子点の格子セル内に存在する空孔のことを、以下、格子点に対応する空孔と称する。
【００２７】
外側領域１２は、さらにシリカガラスのみからなるジャケット領域１３によって包囲されている。このジャケット領域１３は、光を導波させるためには必要ではないが、光ファイバ１の機械的強度を向上させ、伝送損失の一因であるマイクロベンドを低減させる機能を有する。
【００２８】
このように空孔３１、３２を配置することにより、内側領域１１における空孔３１間の主媒質領域２１の面積は、その周囲の外側領域１２における空孔３２間の主媒質領域２２の面積よりも大きくなり、内側領域１１は外側領域１２よりも高い平均屈折率を有することになる。そのため、内側領域１１の主媒質領域２１内に全反射によって光を局在させてファイバ軸方向に伝搬させることが可能となる。
【００２９】
図１に示される光ファイバ１において孔径を変化させた場合の光学的特性の変化を従来の光ファイバの場合と比較して検討したので、以下、その結果について報告する。ここでは、図１に示される光ファイバ１として、相対孔径（孔径／格子周期）を異ならせた３種類の光ファイバ（実施例１〜３）を用意し、同様の相対孔径を有する比較例１〜３の光ファイバとで比較を行った。比較例１〜３の光ファイバ１ｂの横断面内における構造は、図２に示されるように、シリカガラスからなる主媒質２ｂ中に断面積が実質的に一様な空孔３ｂが複数個配置されたものであり、その中心は、六方格子の格子点位置４ｂに実質的に一致するよう配置されている。そして、ファイバ中心位置の格子点位置４１ｂには対応する空孔を配置しないことで、中心部分の平均屈折率を周囲の平均屈折率より高く設定している。なお、実施例１と比較例１では、相対孔径を０．８に、実施例２と比較例２では、相対孔径を０．７に、実施例３と比較例３では、相対孔径を０．６に設定した。
【００３０】
図３、図４、図５は、それぞれ孔径を変化させたときの実施例１〜３、比較例１〜３の波長１５５０ｎｍにおける波長分散、波長分散スロープ、実効コア断面積の変化を示している。
【００３１】
図３〜図５から明らかなように、本発明に係る光ファイバ（実施例１〜３）は、従来の光ファイバ（比較例１〜３）に比べて大きな空孔径で、零または負の波長分散、零または負の波長分散スロープ、５μｍ2以下の小さな実効コア断面積を実現できることが確認された。
【００３２】
空孔径を大きくすることは、空孔の曲率半径を大きくすることであり、このように空孔の曲率半径が大きいことは、製造歩留りの向上と伝送損失の軽減のうえで特に有利である。製造歩留りは、線引き時に表面張力によって空孔が収縮して、設計された空孔径からずれることによって低下するが、空孔の曲率半径が大きいと、表面張力が小さくなるため、空孔の収縮、つまり設計された空孔径からのずれが発生しにくくなる。この結果、製造歩留りを向上させることが可能となる。一方、伝送損失が増大する要因として高い線引張力に起因する伝送損失がある。これを低減するためには、線引張力を下げることが有効である。そして、生産効率への影響が大きい線引き速度は維持しつつ、線引張力を下げるためには線引温度を上げる必要があるが、線引温度を上げると表面張力が大きくなり、空孔の収縮が発生しやすくなる。本発明に係る光ファイバ１では、空孔の曲率半径を大きくすることにより、線引き時の表面張力を低下させているので、線引温度を上げることが可能であり、線引張力を低下させてこれに起因する伝送損失の発生を抑制できる。さらに、内側領域の主媒質の少なくとも一部としてＧｅＯ2を添加したシリカガラスを用いることで、その粘度を外側領域よりも低下させることで、導波される光が局在する内側領域に加わる線引張力を低減してさらに伝送損失を下げることが好ましい。
【００３３】
上述した光ファイバ１は、ジャケット領域１３を有する構造としたが、このジャケット領域１３は必須の構成ではない。また、内側領域１１の主媒質領域２１の少なくとも一部に１ｍｏｌ％〜３５ｍｏｌ％のＧｅＯ2を添加してもよい。そして、紫外線照射によって光ファイバ１の長手方向に沿って屈折率を変化させてグレーティングを形成することで、波長選択的な透過特性や波長選択的な方向性結合器を実現することができる。
【００３４】
また、図１に示される横断面の構造は、光ファイバ１の一定の長手方向にわたって存在するが、長手方向で断面構造を変化させてもよい。また、横断面内に空孔を有しない区間を設けてもよい。長手方向で波長分散特性を異ならせることにより、分散マネジメントが実現できる。また、ファイバの端に空孔を有しない区間を設けて空孔を封止し、空孔内への異物侵入を防止することが好ましい。
【００３５】
主媒質としては、上述したシリカガラスのほかに、多成分ガラスやポリマーを用いることが可能であり、空孔３内に光増幅特性を有する気体や、金属を充填してもよい。これにより、非線形光学特性の発生効率を高めたり、光増幅器機能を持たせることができる。
【００３６】
図６は、本発明に係る光ファイバの第２の実施形態を示す図である。基本構造は第１の実施形態のそれと一致している。この構造は、空孔３ａが２次元の並進対称性を有するようにシリカガラス中に配列されているので、ブラッグ反射による光導波が可能となる。すなわち、外側領域１２ａでは、空孔配置が周期的であるため、周波数と軸方向の伝搬定数が所定の範囲に属する光は、外側領域１２ａによってブラッグ反射される。内側領域１１ａにおいては周期性が乱されているため、内側領域１１ａに光を局在させて光ファイバ１の長手方向に沿って光を伝搬させることが可能となる。
【００３７】
このような導波原理は、ブラッグ反射またはフォトニックバンドギャップとして知られ、例えば、Stig E. Barkou et al., OFC '99 FG5やJ. A. West et al.,ECOC '01 Th.A, 2, 2 に開示されている。しかし、これらの文献では、空孔を格子点からずらすことによって周期性を破り、光が導波される領域を形成することは見出されておらず、その結果、正の波長分散スロープを持つ波長分散特性しか知られていなかった。一方、本発明のように、空孔を格子点からずらして、周期性を破り、光が導波される領域を形成することによって、負の波長分散スロープを有する波長分散特性を得ることができる。
【００３８】
図７は、図６に示される構造の波長分散特性を示すものである。ここで、空孔配列の格子周期は１．６８μｍ、空孔径は０．８４μｍであり、内側領域１１ａにおける空孔３５ａは、内側格子点４１ａから外側へ０．１５周期ずれた位置に配置されている。なお、内側領域１１の中心に位置する空孔３１ａは、内側格子点４１上に配置されている。このように、内側領域１１ａにおける空孔３１ａ、３５ａには、内側格子点４１ａからずらして配置するものと、ずらさずに配置するものとが混在していてもよい。
【００３９】
図７に示されるように、図６に示される構造によれば、波長１５４０ｎｍから１５７０ｎｍの帯域で光が内側領域に局在して、モードフィールド径（ＭＦＤ）が小さくなり、この範囲で波長分散は負のスロープを有している。負のスロープを有する波長分散は、正のスロープを有する波長分散の分散補償に好適である。ブラッグ反射が発現する周波数帯域は有限であるため、ブラッグ反射を用いて光導波を行うことで、波長依存性のある光透過特性を実現し、フィルタとして用いることができる。
【００４０】
図８は、本発明に係る光ファイバの第３の実施形態を示す横断面図である。この光ファイバ１ｃは、図１に示される光ファイバ１と同様に、シリカガラスからなる主媒質２ｃ中に複数の空孔（副媒質領域）３ｃが配置されて構成され、横断面内は、ファイバ軸中心側に位置する内側領域１１ｃと、これを包囲する外側領域１２ｃとに区分することができる。ただし、図１に示される光ファイバ１とは、空孔３ｃの配置について異なる。具体的には、外側領域１２ｃでは、空孔３２ｃは、所定の正方格子の格子点４ｃのうち、外側領域１２ｃにある外側格子点４２ｃの上に空孔３２ｃが配置されている。一方、内側領域１１ｃでは、上述した正方格子の格子点４ｃのうち、内側領域１１ｃにある内側格子点４１ｃから約０．１格子周期だけ外側に離れた位置に空孔３１ｃが配置されている。これらの空孔３１ｃ、３２ｃの径は横断面内で実質的に一様である。そして、各格子点位置４１ｃおよび４２ｃの格子セル内に必ず１つの空孔３１ｃまたは３２ｃの中心が存在している点は図１に示される光ファイバ１と共通する。
【００４１】
外側領域１２ｃは、さらにシリカガラスのみからなるジャケット領域１３ｃによって包囲されている。このジャケット領域１３ｃは、光を導波させるためには必要ではないが、光ファイバ１ｃの機械的強度を向上させ、伝送損失の一因となるマイクロベンドを低減させる機能を有する。
【００４２】
このように空孔３１ｃ、３２ｃを配置することにより、第１の実施形態と同様に、内側領域１１ｃにおける空孔３１ｃ間の主媒質領域２１ｃの面積は、その周囲の外側領域１２ｃにおける空孔３２ｃ間の主媒質領域２２ｃの面積よりも大きくなり、内側領域１１ｃは外側領域１２ｃよりも高い平均屈折率を有することになる。そのため、内側領域１１ｃの主媒質領域２１ｃ内に光を局在させてファイバ軸方向に伝搬させることが可能となる。
【００４３】
図８に示される光ファイバ１において孔径を変化させた場合の光学的特性の変化を従来の光ファイバの場合と比較して検討したので、以下、その結果について報告する。ここでは、図８に示される光ファイバ１ｃとして、相対孔径（孔径／格子周期）を異ならせた３種類の光ファイバ（実施例４〜６）を用意し、同様の相対孔径を有する比較例４〜６の光ファイバとで比較を行った。比較例４〜６の光ファイバ１ｄの横断面内における構造は、図９に示されるように、シリカガラスからなる主媒質２ｄ中に断面積が実質的に一様な空孔３ｄが複数個配置されたものであり、その中心は、正方格子の格子点位置４１ｄに実質的に一致するよう配置されている。そして、ファイバ中心位置の格子点位置には対応する空孔を配置しないことで、中心部分の平均屈折率を周囲の平均屈折率より高く設定している。なお、実施例４と比較例４では、相対孔径を０．８に、実施例５と比較例５では、相対孔径を０．７に、実施例６と比較例６では、相対孔径を０．６に設定した。
【００４４】
図１０、図１１、図１２は、それぞれ孔径を変化させたときの実施例４〜６、比較例４〜６の波長１５５０ｎｍにおける波長分散、波長分散スロープ、実効コア断面積の変化を示している。
【００４５】
図１０〜図１２から明らかなように、本発明に係る光ファイバ（実施例４〜６）は、従来の光ファイバ（比較例４〜６）に比べて大きな空孔径で、零または負の波長分散、零または負の波長分散スロープ、５μｍ2以下の小さな実効コア断面積を実現できることが確認された。
【００４６】
このように空孔径を大きくすることができるため、第１の実施形態と同様に、製造歩留りの向上と伝送損失の軽減を実現することができる。さらに、内側領域の主媒質の少なくとも一部としてＧｅＯ2を添加したシリカガラスを用いることで、その粘度を外側領域よりも低下させ、導波される光が局在する内側領域に加わる線引張力を低減してさらに伝送損失を下げることが好ましい。
【００４７】
第１の実施形態の場合と同様に、ジャケット領域１３ｃは必須の構成ではない。また、内側領域１１ｃの主媒質領域２１ｃの少なくとも一部に１ｍｏｌ％〜３５ｍｏｌ％のＧｅＯ2を添加してもよい。これにより、グレーティングを形成して波長選択的な透過特性や波長選択的な方向性結合器を実現することができる。
【００４８】
また、長手方向で断面構造を変化させ、その波長分散特性を異ならせることにより、分散マネジメントが実現できる点も第１の実施形態と同様である。ファイバ端部に、空孔を有しない区間を設け、空孔を封止し、空孔内への異物侵入を防止することも好ましい。
【００４９】
主媒質としては、上述したシリカガラスのほかに、多成分ガラスやポリマーを用いることが可能であり、空孔３内に光増幅特性を有する気体や、金属を充填してもよい。これにより、非線形光学特性の発生効率を高めたり、光増幅器機能を持たせることができる。
【００５０】
第１〜第３の実施形態の光ファイバ１、１ａ、１ｃは以下の方法によって製造することができる。
【００５１】
まず、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、ＯＶＤ法等の方法によりシリカガラスからなる略円柱状のプリフォームを作成する。このシリカガラスは、純粋であってもよく、また、Ｇｅ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂ、Ａｌ、Ｐや希土類元素、遷移金属等を添加してもよい。添加物およびその濃度を適切に選択することで、非線形性の増強や所望の光増幅特性を実現することが可能である。
【００５２】
次に、図１３に示されるように、プリフォーム６１を把持手段６２によって把持した状態で、穿孔具６３を用いて軸方向に沿って伸びる空孔６４複数個を所定の配置で形成する。この穿孔具６３の先端６５は、ダイヤモンド粒を含む合金やダイヤモンド粒を塗布した金属が好ましい。さらに、穿孔具６３に超音波を照射することによって切削効率を向上させることも可能である。空孔６４は、プリフォーム６１を貫通してもよいが、貫通させない構成を採ることにより以後の工程での取り扱いに必要なプリフォーム長を保ちつつ、作業時間を短縮させることも可能である。空孔６４の形成に際しては、プリフォーム６１を固定して、穿孔具６３を形成される空孔６４の中心を軸として回転させても、穿孔具６３を固定して、プリフォーム６１側を形成される空孔６４の中心を軸として回転させても、両者を形成される空孔６４の中心を軸として逆方向に回転させてもよい。
【００５３】
この後、空孔６４を形成した後のプリフォーム６１を延伸し、延伸後のプリフォーム６１の外径よりも僅かに大きな内径を有するガラスパイプの中に挿入して加熱することで、両者を一体化させる工程や、空孔６４を形成した後のプリフォーム６１の外側にシリカガラスの煤を気相合成法で堆積させた後に加熱して煤を焼結させる工程を行ってもよい。このような工程を経ることで、プリフォーム径に対する空孔径の比を縮小することができ、穿孔具では形成が困難な小径の空孔を等価的に形成することができる。
【００５４】
また、空孔６４を形成した後、その空孔６４の内壁表面をＨＦ水溶液やＳＦ6ガスによってエッチングする工程を行ってもよい。これにより、空孔６４の内壁表面および表面近傍のガラス中に存在するＯＨ基や遷移金属などの不純物を除去し、伝送損失の低い光ファイバを製造することができる。
【００５５】
続いて、プリフォーム６１の線引きを行う。図１４はこの線引きプロセスを説明する図である。空孔６４を有するプリフォーム６１の一端は、結合手段７１を介して圧力調整手段７２に接続され、これにより、空孔６４内の圧力が調整される。プリフォーム６１は図示していない把持手段によって把持されており、加熱手段７３内に他端から所定の速度で導入されることで、他端部分から加熱溶融されて光ファイバ１が線引きされる。光ファイバ１は図示していないファイバ把持手段によって引き出されている。圧力調整手段７２により付与される圧力を調整することで光ファイバ１における空孔径が調整される。
【００５６】
また、図１５に示されるように、プリフォーム６１の空孔６４を密封して線引きを行ってもよい。このようにすると、不純物の空孔６４内への侵入を防止するのが容易である。
【００５７】
プリフォーム６１への空孔６４の形成は、穿孔具によらない方法も可能である。図１６に示されるように、シリカロッド６６の周囲に、シリカロッド６６よりも大きな径を有する同一構成のシリカガラスパイプ６７を所定の本数束ね、これをシリカガラス製のジャケット管６８内に挿入することで、プリフォーム６１ａが形成される。
【００５８】
このプリフォーム６１ａを図１４または図１５に示される手法で線引きする。この際に、シリカガラスパイプ６７間の隙間が表面張力によって収縮あるいは潰れるように線引温度を選択すると、シリカロッド６６が存在する部分では、隙間の収縮に伴う溶融ガラスの移動が少ないため、形成される空孔同士の間隔が他の部分に比べて広くなり、第１の実施形態の光ファイバ１に近い横断面を有する光ファイバが得られる。
【００５９】
この構成は、異なる材料を組み合わせて光ファイバを作るのに適しており、例えば、シリカロッド６６として１０ｍｏｌ％以上の高い濃度のＧｅが含まれたシリカガラスを用いることで、非線形光学効果の発生効率を高めたり、希土類元素が添加されたシリカロッド６６を用いることで、光増幅特性を有する光ファイバを製造することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、内側領域の一部の空孔の配置を外側領域における空孔配置の格子点からずらすことで、内側領域の平均屈折率を外側領域の平均屈折率より高くしてその平均屈折率差により、あるいは、ブラッグ反射により内側領域へ光を閉じ込めて導波させることができる。このとき、従来より大きな空孔径で、零または負の波長分散、波長分散スロープや小さい実効コア断面積を実現することができる。このため、製造が容易で、歩留りが向上し、線引張力に起因する伝送損失も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバの第１の実施形態を示す横断面図である。
【図２】図１の光ファイバに対応する従来の光ファイバの横断面図である。
【図３】図１、図２の光ファイバにおいて空孔径を変化させた場合の波長分散の変化を比較して示すグラフである。
【図４】図１、図２の光ファイバにおいて空孔径を変化させた場合の波長分散スロープの変化を比較して示すグラフである。
【図５】図１、図２の光ファイバにおいて空孔径を変化させた場合の実効コア断面積の変化を比較して示すグラフである。
【図６】本発明に係る光ファイバの第２の実施形態を示す横断面図である。
【図７】図６の光ファイバにおけるモードフィールド径と波長分散の波長に対する変化を示すグラフである。
【図８】本発明に係る光ファイバの第３の実施形態を示す横断面図である。
【図９】図８の光ファイバに対応する従来の光ファイバの横断面図である。
【図１０】図８、図９の光ファイバにおいて空孔径を変化させた場合の波長分散の変化を比較して示すグラフである。
【図１１】図８、図９の光ファイバにおいて空孔径を変化させた場合の波長分散スロープの変化を比較して示すグラフである。
【図１２】図８、図９の光ファイバにおいて空孔径を変化させた場合の実効コア断面積の変化を比較して示すグラフである。
【図１３】本発明に係る光ファイバ製造方法のうち、プリフォームの製造工程を説明する図である。
【図１４】本発明に係る光ファイバ製造方法のうち、光ファイバの線引き工程を説明する図である。
【図１５】本発明に係る光ファイバ製造方法のうち、光ファイバの線引き工程の別の工程を説明する図である。
【図１６】本発明に係る光ファイバ製造方法のうち、プリフォームの製造工程の別の工程を説明する図である。
【符号の説明】
１…光ファイバ、２、２１、２２…主媒質領域、３、３１、３２…空孔（副媒質領域）、４…格子点、５…内側領域の外周、６…外側領域の外周、１１…内側領域、１２…外側領域、１３…ジャケット領域、４１…内側格子点、４２…外側格子点、６１…プリフォーム、６２…把持手段、６３…穿孔具、６４…空孔、６５…穿孔具の先端、６６…シリカロッド、６７…シリカガラスパイプ、６８…ジャケット管。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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