CN101210977B - 光子带隙光纤及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光子带隙光纤，在石英部分沿光纤长度方向设有多个空孔，在光纤横截面上，在包层中具有第一空孔列和第二空孔列交替地重叠了多个的扩展三角栅格状的空孔周期构造，其中，所述第一空孔列是多个空孔以第一节距排列成一列的空孔列，所述第二空孔列是多个空孔以为所述第一节距的2倍的第二节距排列的空孔列，且配置成该空孔与所述第一空孔列的空孔形成三角栅格；并且具有空孔纤芯。

Description

光子带隙光纤及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种在石英部分沿着光纤长度方向设置了多个空孔的光子带隙光纤。由于本发明的光子带隙光纤可以抑制通常的光子带隙光纤所特有的表面模式，可以拓宽光纤的传送频带，因此可以用于极低损耗光传送、从UV区域到可见光区域及远红外区域的光传送、光纤激光传送等。 

背景技术

光子带隙光纤(photonic bandgap fiber：以下记作PBGF。)通过在包层中使用空孔的周期构造，利用其光子带隙将光封闭于纤芯中。由此，即使纤芯为空气，也可以实现导波(参照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)。 

但是，即使设于包层中的空孔的周期构造形成带隙，由于光集中于纤芯中心的纤芯模式与光集中于纤芯边缘附近的石英的表面模式耦合，会带来很大的传送损耗，因此有无法获得带隙的整个波长频带中的导光的问题(参照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.。)。 

表面模式的存在依赖于纤芯直径的大小。图1是表示该依赖性的图。 

图1所示的以往的PBGF1，在光纤横截面中，在石英部分10，多个圆形的空孔11设置成三角栅格状，中心的空孔成为空孔纤芯12。以下，将在光纤横截面中多个圆形的空孔10像这样以一定的节距形成三角栅格的周期构造的空孔构造称为“通常的三角栅格的周期构造”。

图1中的所谓“体模式(bulk mode)”是指，在空孔的周期构造构成带隙时，具有该带隙的下部通带(band)内最高频率的Γ点(波长向量仅具有传播方向成分的点)的模式。 

已知在图1所示的构造的PBGF中，在纤芯12的边缘横穿体模式的情况下存在表面模式，在不横穿的情况下不存在表面模式(参照H.K.Kim，J.Shin，S.Fan，M.J.F.Digonnet，and G.S.Kino，“Designing air-corephotonic-bandgap fibers free of surface modes，”IEEE J.Quant.Electron.，vol.40，no.5，pp.551-556，2004.) 

图2及图3是例示了具有通常的三角栅格的周期构造的以往的PBGF1中的空孔纤芯12和体模式的位置关系的图。图2所示的以往的PBGF1在光纤横截面中，在成为包层的石英部分10，多个圆形的空孔11设置成三角栅格状，具备通过将包括中心的1个空孔和包围它的6个空孔的区域作为空孔而形成的空孔纤芯12。另外，图3所示的以往的PBGF1在光纤横截面中，在石英部分10中多个圆形的空孔11设置成三角栅格状，具备通过将包括中心的1个空孔和包围它的2层18个空孔的区域作为空孔而形成的空孔纤芯12。 

但是，当将如图2及图3所示的通常的三角栅格的周期构造用于包层时，由于空孔纤芯12的边缘会横穿体模式13所存在的区域，因此很难避免表面模式。其结果是，纤芯模式的光与表面模式耦合，带来很大的传送损耗，无法获得带隙的整个波长频带中的导光，波导频带宽度变窄，另外还有传送损耗增加的问题。 

发明内容

本发明就是鉴于所述情况而完成的，其目的在于，提供波导频带宽、传送损耗低的PBGF。 

为了达成所述目的，本发明的第一方式提供一种PBGF，在光纤横截面上，在包层中具有第一空孔列和第二空孔列交替地重叠了多个的扩展三角栅格状的空孔周期构造，其中，所述第一空孔列是多个空孔以第一节距排列成一列的空孔列，所述第二空孔列是多个空孔以为所述第一 节距的2倍的第二节距排列的空孔列，且配置成该空孔与所述第一空孔列的空孔形成三角栅格；并且具有空孔纤芯，所述空孔纤芯在所述光纤横截面上呈大致圆形，所述空孔纤芯的直径D与所述第一节距Λ为0.7Λ≤D≤3.3Λ的关系，或者为4.7Λ≤D≤7.3Λ的关系，或者为8.7Λ≤D≤11.3Λ的关系。 

在本发明的第一方式的PBGF中，也可以是所述空孔纤芯在光纤横截面上呈大致圆形，该空孔纤芯的直径D与第一节距Λ为0.7Λ≤D≤3.3Λ的关系。 

在本发明的第一方式的PBGF中，也可以是所述空孔纤芯在光纤横截面上呈大致圆形，该空孔纤芯的直径D与第一节距Λ为4.7Λ≤D≤7.3Λ的关系。 

在本发明的第一方式的PBGF中，也可以是所述空孔纤芯在光纤横截面上呈大致圆形，该空孔纤芯的直径D与第一节距Λ为8.7Λ≤D≤11.3Λ的关系。 

在本发明的第一方式的PBGF中，也可以是空孔直径d与所述第一节距Λ满足0.85Λ≤d≤Λ的关系的圆形的孔。 

在本发明的第一方式的PBGF中，最好是设于所述包层中的扩展三角栅格状的空孔周期构造在空孔纤芯的外侧设置3层以上。 

在本发明的第一方式的PBGF中，也可以是传播功率的60％以上集中于空孔纤芯的区域的纤芯模式，并且具有实质上不存在表面模式的光学特性。 

在本发明的PBGF中，也可以具有仅存在单一的纤芯模式的光学特性，其中，退化的所有模式的模式数为1。 

在本发明的第一方式的PBGF中，也可以具有在波长λ满足0.7≤Γ/λ≤1.2的关系的范围内存在纤芯模式的光学特性，其中，Γ＝2Λ，Λ为第一节距。 

在本发明的第一方式的PBGF中，也可以具有在波长λ满足1.4≤Γ/λ≤1.8的关系的范围内存在纤芯模式的光学特性，其中，Γ＝2Λ，Λ为第一节距。 

另外，本发明的第二方式提供一种获得本发明的所述PBGF的PBGF的制造方法，先制作加入石英棒的毛细管束：对石英制的毛细管和石英棒进行组合，使得多个毛细管以第一节距排列成一列的第一空孔列、和交替地排列了所述毛细管和石英棒的第二空孔列交替地重叠，且使得横截面的毛细管配置成为扩展三角栅格状，并且去掉中央的石英棒或中央的石英棒和其周围的毛细管及石英棒而形成空孔纤芯区域；然后，对该加入石英棒的毛细管束进行加热一体化而制作光纤拉丝用母材；然后，对该光纤拉丝用母材进行拉丝。 

在本发明的第二方式的PBGF的制造方法中，也可以是所述毛细管的截面为圆环状，所述石英棒的截面为外径与毛细管相等的圆形。 

在本发明的第二方式的PBGF的制造方法中，也可以是在将所述加入石英棒的毛细管束插入石英管的孔内的状态下进行一体化而制作光纤拉丝用母材。 

在本发明的第二方式的PBGF的制造方法中，也可以是仅将位于所述加入石英棒的毛细管束的横截面中心的1个石英棒去掉而形成空孔纤芯区域。 

在本发明的第二方式的PBGF的制造方法中，也可以将位于所述加入石英棒的毛细管束的横截面中心的1个石英棒和包围它的1层以上5层以下的毛细管及石英棒去掉而形成空孔纤芯区域。 

在本发明的第二方式的PBGF的制造方法中，也可以是将所述加入石英棒的毛细管束设置成：包围空孔纤芯区域的扩展三角栅格状的空孔周期构造向径向外侧具有3层以上的石英棒。 

为了达成所述目的，本发明的第三方式提供一种PBGF，其是在石英部分沿光纤长度方向设置了多个空孔的PBGF，在光纤横截面上，在包层中具有第一空孔列和第二空孔列交替地重叠了多个的扩展三角栅格状的空孔周期构造，其中，所述第一空孔列是多个空孔以第一节距排列成一列的空孔列，所述第二空孔列是多个空孔以为所述第一节距的2倍的第二节距排列的空孔列，且配置成该空孔与所述第一空孔列的空孔 形成三角栅格；并且具有多个空孔以一定的间距排列成三角栅格状而构成的纤芯。 

在本发明的第三方式的PBGF中，所述纤芯最好由位于光纤横截面中心的空孔和包围它的第一层空孔构成。 

在本发明的PBGF中，所述纤芯也可以由位于光纤横截面中心的空孔和包围它的2层以上的空孔构成。 

在本发明的第三方式的PBGF中，所述空孔的横截面可以是其直径d与所述第一节距Λ满足0.85Λ≤d≤Λ的关系的圆形。 

在本发明的第三方式的PBGF中，最好是设于所述包层中的扩展三角栅格状的空孔周期构造在纤芯的外侧设置3层以上。 

本发明的PBGF，也可以是传播功率的60％以上集中于纤芯区域的纤芯模式，并且具有实质上不存在表面模式的光学特性。 

在本发明的第三方式的PBGF中，也可以具有仅存在单一的纤芯模式的光学特性，其中，退化的所有模式的模式数为1。 

在本发明的第三方式的PBGF中，也可以具有在波长λ满足0.7≤Г/λ≤1.2的关系的范围内存在纤芯模式的光学特性，其中，Г＝2Λ，Λ为第一节距。 

在本发明的第三方式的PBGF中，也可以具有在波长λ满足1.4≤Г/λ≤1.8的关系的范围内存在纤芯模式的光学特性，其中，r＝2Λ，Λ为第一节距。 

本发明的第四方式提供一种获得本发明的所述PBGF的PBGF的制造方法，先制作加入石英棒的毛细管束：对石英制的毛细管和石英棒进行组合，使得多个毛细管以第一节距排列成一列的第一空孔列、和交替地排列了所述毛细管和石英棒的第二空孔列交替地重叠，且使得横截面的毛细管配置成为扩展三角栅格状，并且将中心的石英棒或中心的石英棒和其外周的1层以上的石英棒置换为毛细管而形成纤芯区域；然后，对该加入石英棒的毛细管束进行加热一体化而制作光纤拉丝用母材；然后，对该光纤拉丝用母材进行拉丝。

在本发明的第四方式的PBGF的制造方法中，也可以是所述毛细管的截面为圆环状，所述石英棒的截面为外径与毛细管相等的圆形。 

在本发明的第四方式的PBGF的制造方法中，也可以是在将所述加入石英棒的毛细管束插入石英管的孔内的状态下进行一体化而制作光纤拉丝用母材。 

在本发明的第四方式的PBGF的制造方法中，也可以是仅将位于所述加入石英棒的毛细管束的中心的1个石英棒用毛细管置换而形成纤芯区域。 

在本发明的第四方式的PBGF的制造方法中，也可以是仅将位于所述加入石英棒的毛细管束的中心的1个石英棒和其外侧1层的石英棒用毛细管置换而形成纤芯区域。 

在本发明的第四方式的PBGF的制造方法中，也可以是仅将位于所述加入石英棒的毛细管束的中心的1个石英棒和其外侧2层的石英棒用毛细管置换而形成纤芯区域。 

在本发明的第四方式的PBGF的制造方法中，也可以是所述加入石英棒的毛细管束设置成包围纤芯区域的扩展三角栅格状的空孔周期构造向径向外侧具有3层以上的石英棒。 

为了达成所述目的，本发明的第五方式提供一种PBGF，其是在石英部分沿光纤长度方向设置了多个空孔的PBGF，在光纤横截面上，在包层中具有如下的周期构造：六边形的多个石英部分以一定的节距Г排列成三角栅格状，该石英部分之间为空孔，所述石英部分的相对的2边间的长度ω_r与所述节距Г的一半的长度Λ相等；并且具有空孔纤芯或多个六边形的空孔排列成三角栅格状的纤芯。 

另外，本发明的第六方式提供一种PBGF，其是在石英部分沿光纤长度方向设置了多个空孔的PBGF，在光纤横截面上，在包层中具有如下的扩展三角栅格状的空孔周期构造：第一空孔列和第二空孔列交替地重叠多个，其中，所述第一空孔列是多个六边形的空孔隔着隔壁以第一节距Λ排成一列的空孔列，所述第二空孔列是多个六边形的空孔隔着六 边形的石英部分以为所述第一节距的2倍的第二节距Г排列的空孔列、且配置成该空孔与所述第一空孔列的空孔形成三角栅格，所述石英部分的相对的2边间的长度ω_r与所述第一节距Λ实质上相等；并且具有空孔纤芯或多个六边形的空孔排列成三角栅格状的纤芯。 

在本发明的第六方式的PBGF中，包围所述空孔的石英隔壁的厚度ω_b可以为0.005Λ≤ω_b≤0.2Λ的范围。 

在本发明的第五及第六方式的PBGF中，所述纤芯的直径D与节距Λ可以为0.7Λ≤D≤3.3Λ的关系。 

在本发明的第五及第六方式的PBGF中，所述纤芯的直径D与节距Λ也可以为4.7Λ≤D≤7.3Λ的关系。 

在本发明的第五及第六方式的PBGF中，所述纤芯的直径D与节距Λ也可以为8.7Λ≤D≤11.3Λ的关系。 

在本发明的第五及第六方式的PBGF中，最好是设于所述包层中的扩展三角栅格状的空孔周期构造在纤芯的外侧设置3层以上。 

本发明的第五及第六方式的PBGF，也可以是传播功率的60％以上集中于空孔纤芯区域的纤芯模式，并且具有实质上不存在表面模式的光学特性。 

在本发明的第五及第六方式的PBGF中，也可以具有仅存在单一的纤芯模式的光学特性，其中，退化的所有模式的模式数为1。 

在本发明的第五及第六方式的PBGF中，也可以具有在波长λ满足0.6≤Г/λ≤1.5的范围内存在纤芯模式的光学特性。 

在本发明的第五及第六方式的PBGF中，也可以具有在波长λ满足1.4≤Г/λ≤2.3的范围内存在纤芯模式的光学特性。 

在本发明的第五及第六方式的PBGF中，也可以具有在波长λ满足2.2≤Г/λ≤3.2的范围内存在纤芯模式的光学特性。 

本发明的第七方式提供一种获得本发明的第五及第六方式的PBGF的PBGF的制造方法，先制作加入石英棒的毛细管束：对石英制的毛细管和石英棒进行组合，使得多个毛细管排列成一列的第一空孔列、和交 替地排列了所述毛细管和石英棒的第二空孔列交替地重叠，且使得横截面的毛细管配置成为扩展三角栅格状，并且去掉中央的石英棒或中央的石英棒和其周围的毛细管及石英棒而形成空孔纤芯区域，或者将石英棒置换为毛细管而形成毛细管纤芯区域；然后，在保持毛细管内部空间的压力高于毛细管周围的空间的压力的状态下，对该加入石英棒的毛细管束进行加热一体化来制作光纤拉丝用母材；然后，对该光纤拉丝用母材进行拉丝。 

在本发明的第七方式的PBGF的制造方法中，也可以是所述毛细管的截面为圆环状，所述石英棒的截面为外径与毛细管相等的圆形。 

在本发明的第七方式的PBGF的制造方法中，也可以是在将所述加入石英棒的毛细管束插入石英管的孔内的状态下进行一体化来制作光纤拉丝用母材。 

在本发明的第七方式的PBGF的制造方法中，最好是仅使插入石英管的孔内的毛细管束中的毛细管内部空间保持为大气压或其以上的压力，并使毛细管内部空间以外的空间部分为减压状态，由此来进行所述一体化。 

在本发明的第七方式的PBGF的制造方法中，也可以是将位于所述加入石英棒的毛细管束的横截面中心的1个石英棒去掉而形成空孔纤芯区域。 

在本发明的第七方式的PBGF的制造方法中，也可以是将位于所述加入石英棒的毛细管束的横截面中心的1个石英棒和包围它的1层以上5层以下的毛细管及石英棒去掉而形成空孔纤芯区域。 

在本发明的第七方式的PBGF的制造方法中，也可以是将位于所述加入石英棒的毛细管束的横截面中心的1个石英棒置换为毛细管而形成毛细管纤芯区域。 

在本发明的第七方式的PBGF的制造方法中，也可以是将位于所述加入石英棒的毛细管束的横截面中心的1个石英棒和包围它的石英棒置换为毛细管而形成毛细管纤芯区域。

在本发明的第七方式的PBGF的制造方法中，也可以是所述加入石英棒的毛细管束设置成包围纤芯区域的扩展三角栅格状的空孔周期构造向径向外侧具有3层以上的石英棒。 

为了达成所述目的，本发明的第八方式提供一种PBGF，其是在石英部分沿光纤长度方向设置了多个空孔的PBGF，在光纤横截面上，在包层中具有如下的周期构造：六边形的多个石英部分以一定的节距Г排列成三角栅格状，该石英部分之间为空孔，所述石英部分的相对的2边间的长度ω_r小于所述节距Г的一半的长度Λ；并且具有空孔纤芯或多个六边形的空孔排列成三角栅格状的纤芯。 

另外，本发明的第九方式提供一种PBGF，其是在石英部分沿光纤长度方向设置了多个空孔的PBGF，在光纤横截面上，在包层中具有如下的扩展三角栅格状的空孔周期构造：第一空孔列和第二空孔列交替地重叠多个，其中，所述第一空孔列是多个六边形的空孔隔着隔壁以第一节距Λ排成一列的空孔列，所述第二空孔列是多个六边形的空孔隔着六边形的石英部分以为所述第一节距的2倍的第二节距Г排列的空孔列，所述石英部分的相对的2边间的长度ω_r小于所述第一节距Λ；并且具有空孔纤芯或多个六边形的空孔排列成三角栅格状的纤芯。 

在本发明的第九方式的PBGF中，包围所述空孔的石英隔壁的厚度ω_b可以为0.005Λ≤ω_b≤0.2Λ的范围。 

在本发明的第九方式的PBGF中，包围所述空孔的石英隔壁的厚度ω_b也可以为0.05Λ≤ω_b≤0.5Λ的范围。 

在本发明的PBGF中，所述石英部分的相对的2边间的长度ω_r可以为0.4Λ≤ω_r<Λ的范围。 

在本发明的第九方式的PBGF中，所述纤芯的直径D与节距Λ可以为0.7Λ≤D≤3.3Λ的关系。 

在本发明的第八或第九方式的PBGF中，所述纤芯的直径D与节距Λ可以为4.7Λ≤D≤7.3Λ的关系。 

在本发明的第八或第九方式的PBGF中，所述纤芯的直径D与节距 Λ也可以为8.7Λ≤D≤11.3Λ的关系。 

在本发明的第八或第九方式的PBGF中，最好设于所述包层中的扩展三角栅格状的空孔周期构造在纤芯的外侧设置3层以上。 

本发明的第八或第九方式的PBGF，也可以是传播功率的60％以上集中于空孔纤芯区域的纤芯模式，并且具有实质上不存在表面模式的光学特性。 

在本发明的PBGF中，也可以具有仅存在单一的纤芯模式的光学特性，其中，退化的所有模式的模式数为1。 

在本发明的第八或第九方式的PBGF中，也可以具有在波长λ满足0.6≤Г/λ≤1.7的范围内存在纤芯模式的光学特性。 

在本发明的第八或第九方式的PBGF中，也可以具有在波长λ满足1.5≤Г/λ≤2.4的范围内存在纤芯模式的光学特性。 

在本发明的第八或第九方式的PBGF中，也可以具有在波长λ满足2.1≤Г/λ≤3.5的范围内存在纤芯模式的光学特性。 

在本发明的第八或第九方式的PBGF中，也可以具有在波长λ满足0.7≤Г/λ≤2.4的范围内存在纤芯模式的光学特性。 

本发明的第十方式提供一种获得本发明的第八或第九方式的PBGF的PBGF的制造方法，先制作毛细管束：使石英制的多个毛细管排列成一列的第一空孔列、和交替地排列了所述毛细管与壁厚比它更厚的中空石英管的第二空孔列交替地重叠，组合成横截面的毛细管配置成为扩展三角栅格状，并且将中央的中空石英管或中央的中空石英管和其周围的毛细管及中空石英管去掉而形成空孔纤芯区域，或者将中空石英管置换为毛细管而形成毛细管纤芯区域；然后，在将毛细管内部空间的压力保持得较高、将中空石英管内部空间的压力保持得较低的状态下，对该毛细管束进行加热一体化，制作中空石英管的内部空间塌陷、并且毛细管的空孔维持为六边形的光纤拉丝用母材；然后，对该光纤拉丝用母材进行拉丝。 

在本发明的第十方式的PBGF的制造方法中，也可以是所述毛细管 的截面为圆环状，所述中空石英管的截面为外径与毛细管相等的厚壁的圆环状。 

在本发明的第十方式的PBGF的制造方法中，也可以是在将所述毛细管束插入石英管的孔内的状态下进行一体化而制作光纤拉丝用母材。 

在本发明的第十方式的PBGF的制造方法中，也可以是仅使插入所述石英管的孔内的毛细管束中的毛细管内部空间保持为大气压或其以上的压力，并使包括中空石英管的内部空间的毛细管内部空间以外的空间部分为减压状态，由此来进行所述一体化。 

在本发明的第十方式的PBGF的制造方法中，也可以是将位于所述毛细管束的横截面中心的1个中空石英管去掉而形成空孔纤芯区域。 

在本发明的第十方式的PBGF的制造方法中，也可以是将位于所述毛细管束的横截面中心的1个中空石英管和包围它的1层以上5层以下的毛细管及中空石英管去掉而形成空孔纤芯区域。 

在本发明的第十方式的PBGF的制造方法中，也可以是将位于所述毛细管束的横截面中心的1个中空石英管置换为毛细管而形成毛细管纤芯区域。 

在本发明的第十方式的PBGF的制造方法中，也可以是将位于所述毛细管束的横截面中心的1个中空石英管和包围它的中空石英管置换为毛细管而形成毛细管纤芯区域。 

在本发明的第十方式的PBGF的制造方法中，也可以是所述毛细管束设置成包围纤芯区域的扩展三角栅格状的空孔周期构造向径向外侧具有3层以上的中空石英管。 

本发明的第一方式的PBGF由于在包层中具有扩展三角栅格状的空孔周期构造，因此在形成由三角栅格状的空孔构成的纤芯的情况下，可以构成为纤芯边缘不横穿体模式，能够获得不产生表面模式而仅存在纤芯模式的光学特性，可以拓宽波导频带宽度，可以降低传送损耗。 

本发明的第二方式的PBGF的制造方法，由于除了将毛细管的一部分置换为石英棒而进行组合以外，与以往的使用了毛细管的方法相同， 可以简单地制造具有扩展三角栅格状的空孔周期构造的PBGF，因此可以利用与以往的PBGF相同的方法简单并且廉价地制造具有比以往的PBGF更为优良的光学特性的PBGF。 

本发明的第三方式的PBGF由于在包层中具有扩展三角栅格状的空孔周期构造，因此在形成由三角栅格状的空孔构成的纤芯的情况下，可以构成为纤芯边缘不横穿体模式，能够获得不产生表面模式而仅存在纤芯模式的光学特性，可以拓宽波导频带宽度，可以降低传送损耗。 

另外，由于在石英部分具有将多个空孔配置成三角栅格状而形成的纤芯，因此纤芯的空孔间的石英部分起到加强材料的作用，与具有以往的空孔纤芯的PBGF相比，可以提高光纤的机械强度。 

本发明的第四方式的PBGF的制造方法，由于除了将毛细管的一部分置换为石英棒而进行组合以外，与以往的使用了毛细管的方法相同，可以简单地制造具有扩展三角栅格状的空孔周期构造的PBGF，因此可以利用与以往的PBGF相同的方法简单并且廉价地制造具有比以往的PBGF更为优良的光学特性的PBGF。 

本发明的第五及第六方式的PBGF由于在包层中具有扩展三角栅格状的空孔周期构造，因此可以使纤芯边缘不横穿体模式地构成空孔纤芯或毛细管纤芯，能够获得不产生表面模式而仅存在纤芯模式的光学特性，可以拓宽波导频带宽度，可以降低传送损耗。 

本发明的第七方式的PBGF的制造方法，由于除了将毛细管的一部分置换为石英棒而进行组合以外，与以往的使用了毛细管的方法相同，可以简单地制造具有扩展三角栅格状的空孔周期构造的PBGF，因此可以利用与以往的PBGF相同的方法简单并且廉价地制造具有比以往的PBGF更为优良的光学特性的PBGF。 

本发明的第八及第九方式的PBGF由于在包层中具有扩展三角栅格状的空孔周期构造，因此在中心形成纤芯的情况下，可以构成为纤芯边缘不横穿体模式，能够获得不产生表面模式而仅存在纤芯模式的光学特性，可以拓宽波导频带宽度，可以降低传送损耗。

另外，由于在所述周期构造中使六边形的石英部分小于六边形的空孔的节距Λ，由此与石英部分和空孔的节距Λ相等的周期构造相比，带隙变宽，带隙的位置上升，因此实现相同的波长通带所需的光纤的尺寸变大，制造更为容易。 

本发明的第十方式的PBGF的制造方法，由于除了将毛细管的一部分置换为壁厚比它更厚的中空石英管而进行组合以外，与以往的使用了毛细管的方法相同，可以简单地制造具有扩展三角栅格状的空孔周期构造的PBGF，因此可以利用与以往的PBGF相同的方法简单并且廉价地制造具有比以往的PBGF更为优良的光学特性的PBGF。 

附图说明

图1是表示具有通常的三角栅格的周期构造的PBGF的纤芯直径与表面模式的关系的截面图。 

图2是表示具有通常的三角栅格的周期构造和空孔纤芯的PBGF的空孔纤芯与体模式的关系的截面图。 

图3是表示具有通常的三角栅格的周期构造和空孔纤芯的其它的PBGF的空孔纤芯与体模式的关系的截面图。 

图4是表示本发明的实施方式1的PBGF所用的扩展三角栅格的空孔周期构造的截面图。 

图5是表示图4的扩展三角栅格的单位栅格的放大截面图。 

图6是表示本发明的PBGF的纤芯直径与表面模式的关系的截面图。 

图7是表示本发明的实施方式1的PBGF的第一例的截面图。 

图8是表示本发明的实施方式1的PBGF的第二例的截面图。 

图9是表示实施例1—1的d/Λ＝1的扩展三角栅格构造的截面图。 

图10是表示实施例1—1的d/Λ＝1的扩展三角栅格的能带构造的曲线图。 

图11是使用实施例1—1的d/Λ＝1的扩展三角栅格构造的PBGF 的截而图。 

图12是表示图11所示的PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。 

图13是表示图11所示的PBGF的第二带隙内的分散的曲线图。 

图14是使用实施例1—2的d/Λ＝1的扩展三角栅格构造的PBGF的截面图。 

图15是表示图14所示的PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。 

图16是表示图14所示的PBGF的第二带隙内的分散的曲线图。 

图17是表示实施例1—3的d/Λ＝0.94的扩展三角栅格构造的截面图。 

图18是表示实施例1—3的d/Λ＝0.94的扩展三角栅格的能带构造的曲线图。 

图19是例示本发明的实施方式2的PBGF所用的扩展三角栅格的空孔周期构造的截面图。 

图20是表示图19的扩展三角栅格的单位栅格的放大截面图。 

图21是表示本发明的实施方式2的PBGF的纤芯直径与表面模式的关系的截面图。 

图22是表示本发明的实施方式2的PBGF的第一例的截面图。 

图23是表示本发明的实施方式2的PBGF的第二例的截面图。 

图24是表示实施例2—1的d/Λ＝1的扩展三角栅格构造的截面图。 

图25是表示实施例2—1的d/Λ＝1的扩展三角栅格的能带构造的曲线图。 

图26是使用实施例2—1的d/Λ＝1的扩展三角栅格构造的PBGF的截面图。 

图27是表示图26所示的PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。 

图28是表示图26所示的PBGF的第一带隙内的纤芯模式的功率分布的图。 

图29是表示图26所示的PBGF的介电常数分布的图。 

图30是表示图26所示的PBGF的第二带隙内的分散的曲线图。

图31是表示图26所示的PBGF的第二带隙内的纤芯模式1的功率分布的图。 

图32是使用实施例2—2的d/Λ＝1的扩展三角栅格构造的PBGF的截面图。 

图33是表示图32所示的PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。 

图34是表示图32所示的PBGF的第一带隙内的纤芯模式1的功率分布的图。 

图35是表示图32所示的PBGF的介电常数分布的图。 

图36是表示图32所示的PBGF的第一带隙内的纤芯模式2的功率分布的图。 

图37是表示图32所示的PBGF的第二带隙内的分散的曲线图。 

图38是表示图32所示的PBGF的第二带隙内的纤芯模式1的功率分布的图。 

图39是表示图32所示的PBGF的第二带隙内的纤芯模式2的功率分布的图。 

图40是表示实施例2—3的d/Λ＝0.94的扩展三角栅格构造的截面图。 

图41是表示实施例2—3的d/Λ＝0.94的扩展三角栅格的能带构造的曲线图。 

图42是例示本发明的实施方式3的PBGF所用的扩展三角栅格的空孔周期构造的截面图。 

图43是表示图42的扩展三角栅格的单位栅格的放大截面图。 

图44是表示作为参考例列举出的圆形空孔扩展三角栅格构造的截面图。 

图45是表示图44的圆形空孔扩展三角栅格构造的能带构造的曲线图。 

图46是作为本发明的实施方式3的PBGF所用的六边形空孔扩展三角栅格构造的第一例表示ω_b＝0的六边形空孔扩展三角栅格构造的截 面图。 

图47是表示图46的六边形空孔扩展三角栅格的能带构造的曲线图。 

图48是作为本发明的实施方式3的PBGF所用的六边形空孔扩展三角栅格构造的第二例表示ω_b/Λ＝0.06的六边形空孔扩展三角栅格构造的截面图。 

图49是表示图48的实施方式3的六边形空孔扩展三角栅格的能带构造的曲线图。 

图50是使用实施例3—1中制造的ω_b/Λ＝0.06的六边形空孔扩展三角栅格构造的PBGF的截面图。 

图51是表示实施例3—1的PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。 

图52是表示实施例3—1的PBGF的第一带隙内的纤芯模式的功率分布的图。 

图53是表示实施例3—1的PBGF的介电常数分布的图。 

图54是表示实施例3—1的PBGF的第二带隙内的分散的曲线图。 

图55是表示实施例3—1的PBGF的第二带隙内的纤芯模式的功率分布的图。 

图56是使用实施例3—2中制造的ω_b/Λ＝0.06的六边形空孔扩展三角栅格构造的PBGF的截面图。 

图57是表示实施例3—2的PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。 

图58是表示实施例3—2的PBGF的第一带隙内的纤芯模式1的功率分布的图。 

图59是表示实施例3—2的PBGF的介电常数分布的图。 

图60是表示实施例3—2的PBGF的第一带隙内的纤芯模式2的功率分布的图。 

图61是表示实施例3—2的PBGF的第二带隙内的分散的曲线图。 

图62是表示实施例的PBGF的第二带隙内的纤芯模式1的功率分布的图。

图63是表示实施例的PBGF的第二带隙内的纤芯模式2的功率分布的图。 

图64是表示实施例3—3中制造的ω_b/Λ＝0.12的六边形空孔扩展三角栅格构造的截面图。 

图65是表示实施例3—3的六边形空孔扩展三角栅格构造的能带构造的曲线图。 

图66A、图66B是例示本发明的实施方式4的PBGF所用的六边形空孔扩展三角栅格构造的截面图。 

图67是例示作为参考例列举出的ω_r/Λ＝1、ω_b/Λ＝0的六边形空孔扩展三角栅格构造的截面图。 

图68是表示图67的六边形空孔扩展三角栅格构造的能带构造的曲线图。 

图69是表示本发明的实施方式4的PBGF所用的ω_r/Λ＝0.9、ω_b/Λ＝0的六边形空孔扩展三角栅格构造的截面图。 

图70是表示图69的六边形空孔扩展三角栅格的能带构造的曲线图。 

图71是表示本发明的实施方式4的PBGF所用的ω_r/Λ＝0.8、ω_b/Λ＝0的六边形空孔扩展三角栅格构造的截面图。 

图72是表示图71的六边形空孔扩展三角栅格的能带构造的曲线图。 

图73是例示作为参考例列举出的ω_r/Λ＝1、ω_b/Λ＝0.06的六边形空孔扩展三角栅格构造的截面图。 

图74是表示图73的六边形空孔扩展三角栅格构造中的能带构造的曲线图。 

图75是表示本发明的实施方式4的PBGF所用的ω_r/Λ＝0.9、ω_b/Λ＝0.06的六边形空孔扩展三角栅格构造的截面图。 

图76是表示图75的六边形空孔扩展三角栅格的能带构造的曲线图。

图77是表示本发明的实施方式4的PBGF所用的ω_r/Λ＝0.8、ω_b/Λ＝0.06的六边形空孔扩展三角栅格构造的截面图。 

图78是表示图77的实施方式4的六边形空孔扩展三角栅格的能带构造的曲线图。 

图79是表示本发明的实施方式4的PBGF所用的ω_r/Λ＝0.7、ω_b/Λ＝0.06的六边形空孔扩展三角栅格构造的截面图。 

图80是表示图79的六边形空孔扩展三角栅格的能带构造的曲线图。 

图81是使用实施例4—1中制造的ω_r/Λ＝0.9、ω_b/Λ＝0.06的六边形空孔扩展三角栅格构造的PBGF的截面图。 

图82是表示实施例4—1的PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。 

图83是表示实施例4—1的PBGF的第一带隙内的纤芯模式的功率分布的图。 

图84是表示实施例4—1的PBGF的介电常数分布的图。 

图85是表示实施例4—1的PBGF的第二带隙内的分散的曲线图。 

图86是表示实施例4—1的PBGF的第二带隙内的纤芯模式的功率分布的图。 

图87是使用实施例4—2中制造的ω_r/Λ＝0.8、ω_b/Λ＝0.06的六边形空孔扩展三角栅格构造的PBGF的截面图。 

图88是表示实施例4—2的PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。 

图89是表示实施例4—2的PBGF的第一带隙内的纤芯模式的功率分布的图。 

图90是表示实施例4—2的PBGF的介电常数分布的图。 

图91是使用实施例4—3中制造的ω_r/Λ＝0.7、ω_b/Λ＝0.06的六边形空孔扩展三角栅格构造的PBGF的截面图。 

图92是表示实施例4—3的PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。 

图93是表示实施例4—3的PBGF的第一带隙内的纤芯模式的功率分布的图。

图94是表示实施例4—3的PBGF的介电常数分布的图。 

图95是使用实施例4—4中制造的ω_r/Λ＝0.9、ω_b/Λ＝0.06的六边形空孔扩展三角栅格构造的PBGF的截面图。 

图96是表示实施例4—4的PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。 

图97是表示实施例4—4的PBGF的第一带隙内的纤芯模式1的功率分布的图。 

图98是表示实施例4—4的PBGF的介电常数分布的图。 

图99是表示实施例4—4的PBGF的第一带隙内的纤芯模式2的功率分布的图。 

图100是表示实施例4—4的PBGF的第二带隙内的分散的曲线图。 

图101是表示实施例4—4的PBGF的第二带隙内的纤芯模式1的功率分布的图。 

图102是表示实施例4—4的PBGF的第二带隙内的纤芯模式2的功率分布的图。 

图103是实施例4—5中制造的ω_r/Λ＝0.7、ω_b/Λ＝0.1的六边形空孔扩展三角栅格构造的截面图。 

图104是表示实施例4—5的PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。 

图105是表示实施例4—5的PBGF的毛细管纤芯构造的截面图。 

图106是使用实施例4—5中制造的ω_r/Λ＝0.7、ω_b/Λ＝0.1的六边形空孔扩展三角栅格构造的PBGF的截面图。 

图107是图106的要部放大图。 

图108是表示实施例4—5的PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。 

图109是表示实施例4—5的PBGF的透射特性的曲线图。 

图110是表示实施例4—5的PBGF的模式1的功率分布的图。 

图111是表示实施例4—5的PBGF的模式2的功率分布的图。 

图112是表示实施例4—5的PBGF的介电常数分布的图。 

图113是使用实施例4—6中制造的ω_r/Λ＝0.8、ω_b/Λ＝0.1的六边形空孔扩展三角栅格构造的PBGF的截面图。

图114是表示实施例4—6的PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。 

图115是表示实施例4—6的PBGF的模式1的功率分布的图。 

图116是表示实施例4—6的PBGF的模式2的功率分布的图。 

图117是表示实施例4—6的PBGF的介电常数分布的图。 

图118是使用实施例4—7中制造的ω_r/Λ＝0.7、ω_b/Λ＝0.1的六边形空孔扩展三角栅格构造的PBGF的截面图。 

图119是表示实施例4—7的PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。 

图120是表示实施例4—7的PBGF的模式的功率分布的图。 

图121是表示实施例4—7的PBGF的介电常数分布的图。 

图122是使用实施例4—8中制造的ω_r/Λ＝0.8、ω_b/Λ＝0.1的六边形空孔扩展三角栅格构造的PBGF的截面图。 

图123是表示实施例4—8的PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。 

图124是表示实施例4—8的PBGF的模式的功率分布的图。 

图125是表示实施例4—8的PBGF的介电常数分布的图。 

具体实施方式

(实施方式1) 

下面，参照附图对本发明的实施方式1进行说明。 

图4是表示本发明的PBGF100的包层部分所用的扩展三角栅格(ETL：extended triangular lattice)状的空孔周期构造的一个例子的图，该图中，符号110为石英部分，111为空孔，114为第一空孔列，115为第二空孔列。 

该扩展三角栅格状的空孔周期构造是在光纤横截面上第一空孔列114和第二空孔列115交替地重叠了多个的周期构造，其中，第一空孔列114是多个空孔111以第一节距Λ排列成一列的空孔列，第二空孔列115是多个空孔111以为所述第一节距Λ的2倍的第二节距r(r＝2Λ)排列的空孔列，且配置成该空孔111与所述第一空孔列114的空孔111形成三角栅格。

图5是表示该扩展三角栅格的单位栅格构造的图。在该单位栅格中，将相邻的空孔111的中心间的距离(第一节距)设为Λ，将空孔111的直径设为d。另外，作为表示栅格的周期性的基本向量的a₁、a₂分别相对于x轴倾斜30度和-30度，第二节距Г为2Λ。 

当将该扩展三角栅格状的空孔周期构造用于PBGF100的包层时，如果恰当地设计纤芯区域，则可以在纤芯和包层间设置空孔层。其结果是，可以避免表面模式，从而可以实现很宽的传送频带。另外，当制作该扩展三角栅格状的空孔周期构造时，由于是将毛细管和石英棒进行组合来制作，因此与仅组合毛细管来制作通常的三角栅格的周期构造的情况相比，由于毛细管壁不会变得极薄，可以将空孔的形状保持为圆形，因此可以避免由空孔的变形造成的带隙的缩小。 

图6是表示本发明的PBGF100的纤芯径与表面模式的关系的截面图。在本发明的PBGF100所用的扩展三角栅格状的空孔周期构造的情况下，体模式局部地存在于配置了石英棒的石英部分110中。这样，当在该扩展三角栅格的中心形成空孔纤芯112时，由于可以形成得纤芯边缘不横穿体模式，因此可以避免表面模式。 

本发明的PBGF100在包层中具有所述的扩展三角栅格状的空孔周期构造，并且在中心具有空孔纤芯112。而且，在本发明的PBGF100中，可以使空孔以外的石英部分110的材质在整个光纤中都相同，例如优选使用纯石英(SiO₂)等，然而也可以使用添加了氟或氧化锗等折射率调整用掺杂剂的石英玻璃等。 

所述空孔纤芯112在光纤横截面上呈大致圆形。可以使该空孔纤芯112的直径D与第一节距Λ为0.7Λ≤D≤3.3Λ的关系。通过将空孔纤芯112的直径D设定在所述范围内，可以提供不具有表面模式的PBGF。 

也可以使空孔纤芯112的直径D与第一节距Λ为4.7Λ≤D≤7.3Λ的关系。通过将空孔纤芯112的直径D设定在所述范围内，可以提供不具有表面模式的PBGF。 

也可以使空孔纤芯的直径D与第一节距Λ为8.7Λ≤D≤11.3Λ的关 系。通过将空孔纤芯112的直径D设定在所述范围内，可以提供不具有表面模式的PBGF。 

图7是表示本发明的PBGF100的第一例的截面图。本例的PBGF在包层中具有所述的扩展三角栅格状的空孔周期构造，并且具备通过将包括光纤横截面中心的1个空孔和包围它的1层6个空孔的区域作为空孔而形成的空孔纤芯112。 

图8是表示本发明的PBGF100的第二例的截面图。本例的PBGF在包层中具有所述的扩展三角栅格状的空孔周期构造，并且具备通过将包括光纤横截面中心的1个空孔和包围它的3层36个空孔的区域作为一个空孔而形成的空孔纤芯112。 

在这些例子中，虽然使形成于PBGF100中的空孔111为相同的孔径，然而并不仅限于本例示，也可以采用部分不同的孔径。空孔的直径可以通过设定PBGF的制造所使用的毛细管的壁厚等来调整。 

在本发明的优选实施方式中，PBGF100的空孔111的横截面最好为直径d与所述第一节距Λ满足0.85Λ≤d≤Λ的关系的圆形。当直径d小于所述范围时，则带隙变得过窄，另一方面，当超过所述范围时，则难以保持栅格构造。另外，空孔111的横截面形状并不限于圆形，也可以是接近六边形的圆形等进行了若干变形的圆形。 

另外，设于包层中的扩展三角栅格状的空孔周期构造最好在纤芯12的外侧设置3层以上。当设于包层中的扩展三角栅格的层数在2层以下时，则光的封闭不充分，有可能使损耗变大。 

本发明的PBGF100最好是传播功率的60％以上、优选70％以上、进一步优选80％以上集中于空孔纤芯112的区域的纤芯模式，并且具有实质上不存在表面模式的光学特性。当所述纤芯模式的比例小于60％时，则由于光会向石英中传播，因此不够理想。 

如图7所示，可以使空孔纤芯直径比较小的PBGF为仅存在单一的纤芯模式(其中，退化的所有模式的模式数为1)的光学特性。该PBGF可以作为单模光纤使用。

另一方面，如图8所示，可以使空孔纤芯直径大的PBGF为传送多个模式的多模光纤。 

在本发明的PBGF中，最好具有在波长λ满足0.7≤Г/λ≤1.2(其中，Г＝2Λ，Λ为第一节距)的范围内存在纤芯模式的光学特性。当所述r/λ小于0.7时，则不会存在带隙，无法传播光，另外，当r/λ超过1.2时，则不会存在带隙，无法传播光。 

另外，当PBGF在高次带隙内动作时，所述Г/λ优选在1.4≤Г/λ≤1.8的范围内。当所述Г/λ小于1.4时，则不会存在带隙，无法传播光，另外，当Г/λ超过1.8时，则不会存在带隙，无法传播光。 

下面，作为本发明的PBGF的制造方法的一个例子，以制造图7或图8所示的本发明的PBGF100的情况为例进行说明。 

在本制造方法中，首先，如下这样制造加入石英棒的毛细管束：对石英制的毛细管和石英棒进行组合，使得多个毛细管以第一节距排列成一列的第一空孔列、和交替地排列了所述毛细管和石英棒的第二空孔列交替地重叠，且使得横截面的毛细管配置成为扩展三角栅格状，并且去掉中央的石英棒或中央的石英棒和其周围的毛细管及石英棒而形成空孔纤芯区域。本制造方法所用的毛细管的截面优选圆环状，另外，石英棒的截面优选外径与毛细管相等的圆形。 

在制造图7所示的PBGF的情况下，通过将多个毛细管和石英棒组合成扩展三角栅格状，并去掉中心的1个石英棒和包围它的1层6个毛细管，形成空孔纤芯区域。 

在制造图8所示的PBGF的情况下，通过将多个毛细管和石英棒组合成扩展三角栅格状，并去掉中心的1个石英棒和包围它的3层36个毛细管(毛细管30个及石英棒6个)而形成空孔纤芯区域。 

接着，对所述加入石英棒的毛细管束进行加热一体化来制作光纤拉丝用母材。该加热一体化工序可以使用与以往的使用毛细管束的PBGF的制造方法中的加热一体化同样的装置及方法来实施。另外，所述加入石英棒的毛细管束最好在插入石英管的孔内的状态下进行一体化而形 成光纤拉丝用母材。当像这样在将加入石英棒的毛细管束插入石英管的孔内的状态下进行一体化时，通过适当地调整石英管内的压力或气体组成，可以在尽可能不使空孔变形地保持圆形的状态下进行一体化，因此是理想的。 

然后，通过对如前所述地制作的光纤拉丝用母材进行拉丝，可得到图7所示的PBGF或图8所示的PBGF。该拉丝工序可以使用与以往的PBGF或除它以外的各种石英玻璃类光纤的制造中的拉丝工序相同的装置及方法来实施。 

本例的PBGF由于在包层中具有扩展三角栅格状的空孔周期构造，因此在形成由三角栅格状的空孔构成的纤芯的情况下，可以构成为纤芯边缘不横穿体模式，能够获得不产生表面模式而仅存在纤芯模式的光学特性，可以拓宽波导频带宽度，可以降低传送损耗。 

另外，本例的PBGF的制造方法，由于除了将毛细管的一部分置换为石英棒而进行组合以外，与以往的使用了毛细管的方法相同，可以简单地制造具有扩展三角栅格状的空孔周期构造的PBGF，因此可以利用与以往的PBGF相同的方法简单并且廉价地制造具有比以往的PBGF更为优良的光学特性的PBGF。 

[实施例1—1] 

图10表示图9所示的扩展三角栅格的能带构造。其中，本实施例的周期构造的空孔直径d与空孔的节距Λ相等，石英的折射率设为n＝1.45。图9中，黑色部分表示石英，白色部分表示空孔。另外，能带构造是使用平面波展开法计算的(参照S.G.Johnson and J.D.Joannopoulos，“Block-iterative frequency-domain methods for Maxwell’sequations in planewave basis，”Opt.Express，vol.8，no.3，pp.173-190，2001.)。 

图10中，β表示传播方向(与周期构造垂直的方向)的波数，r＝2Λ表示扩展三角栅格的栅格常数，ω表示角频率，c表示光速。另外，光线(light line)表示光在真空介质中传播时的分散曲线，由能带包围 的区域表示在周期构造截面内的哪个方向上光都无法传播的区域，即带隙。当在光纤的包层中使用该周期构造，在纤芯中使用空孔时，在光纤的纤芯中能够实现导光的区域与光线相邻，成为存在于其上部的带隙。该情况下，在Γ/λ(＝ωΓ/2πc)为0.77～1.10的范围内存在第一波导区域，在1.54～1.80内存在第二波导区域。这里，λ表示波长。 

如图11所示，针对使用d/Λ＝1的扩展三角栅格构造，将扩展三角栅格中心的石英棒和包围它的1层6个毛细管去掉而制造出的PBGF，计算了纤芯模式的分散。本实施例的PBGF在扩展三角栅格中心，具有通过将1个石英棒和包围它的1层6个毛细管去掉而形成的空孔纤芯112。 

图12表示第一带隙内的分散。如图所示，在Γ/λ＝0.81～1.12的带隙内，仅存在纤芯模式，不存在表面模式。另外，该情况下的纤芯模式为单一模式(包括退化模式)。 

图13表示第二带隙内的分散。如图所示，当Γ/λ＝1.57～1.73时，存在纤芯模式1，当Γ/λ＝1.54～1.66时，存在纤芯模式2，而不存在表面模式。其中，各纤芯模式包括退化模式。 

[实施例1—2] 

针对图14所示的使用d/Λ＝1的扩展三角栅格构造，将扩展三角栅格中心的石英棒和包围它的3层36个毛细管和棒(毛细管30个及石英棒6个)去掉而制造出的PBGF，计算了纤芯模式的分散。图15表示第一带隙内的分散。如图所示，当Γ/λ＝0.83～1.12时，存在第一纤芯模式，当Γ/λ＝0.79～1.00时，存在第二纤芯模式，不存在表面模式。其中，纤芯模式包括退化模式。 

图16表示第二带隙内的分散。如图所示，当Γ/λ＝1.57～1.73时，存在纤芯模式1，当Γ/λ＝1.53～1.78时，存在纤芯模式2，当Γ/λ＝1.55～1.74时，存在纤芯模式3，而不存在表面模式。其中，纤芯模式包括退化模式。 

[实施例1—3]

图18表示图17所示的扩展三角栅格的能带构造。其中，使周期构造的空孔直径d＝0.94Λ，该情况下，在Γ/λ为0.76～0.98的范围内存在第一波导区域，在1.49～1.57内存在第二波导区域。 

这样，当空孔直径变小时，可以看出虽然带隙变窄，但是仍存在。另外，在通过与实施例1、2同样地将扩展三角栅格中心的石英棒和包围它的1层6个毛细管去掉，或将中心的1个石英棒和包围它的3层36个毛细管及棒(毛细管30个及石英棒6个)去掉，来形成空孔纤芯而制作出PBGF时，可以确认，与实施例1—1、1—2一样，不会产生表面模式，而仅存在纤芯模式。 

(实施方式2) 

以下参照附图对本发明的实施方式2进行说明。 

图19是表示本发明的PBGF200的包层部分所用的扩展三角栅格(ETL：extended triangular lattice)状的空孔周期构造的一个例子的图，该图中，符号210为石英部分，211为空孔，214为第一空孔列，215为第二空孔列。 

该扩展三角栅格状的空孔周期构造在光纤横截面上形成第一空孔列214和第二空孔列215交替地重叠了多个的周期构造，其中，所述第一空孔列214是多个空孔211以第一节距Λ排列成一列的空孔列，所述第二空孔列215是多个空孔211以为所述第一节距Λ的2倍的第二节距Г(Г＝2Λ)排列的空孔列，且配置成该空孔211与所述第一空孔列214的空孔211形成三角栅格。 

图20是表示该扩展三角栅格的单位栅格构造的图。在该单位栅格中，将相邻的空孔211的中心间的距离(第一节距)设为Λ，将空孔211的直径设为d。另外，作为表示栅格的周期性的基本向量的a₁、a₂分别相对于x轴倾斜30度和-30度，第二节距Г为2Λ。 

当将该扩展三角栅格状的空孔周期构造用于PBGF200的包层时，如果恰当地设计纤芯区域，则可以在纤芯和包层间设置空孔层。其结果是，可以避免表面模式，从而可以实现很宽的传送频带。另外，当制作 该扩展三角栅格状的空孔周期构造时，由于是对毛细管和石英棒进行组合来制作，因此与仅组合毛细管来制作通常的三角栅格的周期构造的情况相比，由于毛细管壁不会变得极薄，可以将空孔的形状保持为圆形，因此可以避免由空孔的变形造成的带隙的缩小。 

图21是表示本发明的PBGF200的纤芯直径与表面模式的关系的截面图。在本发明的PBGF200所用的扩展三角栅格状的空孔周期构造的情况下，体模式局部地存在于配置了石英棒的石英部分210中。这样，当在位于该扩展三角栅格的中心的石英部分以一定节距将空孔设置成三角栅格状而形成了纤芯时，由于可以形成为纤芯边缘不横穿体模式，因此可以避免表面模式。 

本发明的PBGF200在包层中具有所述的扩展三角栅格状的空孔周期构造，并且具有多个空孔211以一定的节距排列成三角栅格状而构成的纤芯216。而且，在本发明的PBGF中，可以使空孔211以外的石英部分210的材质在整个光纤中都相同，例如优选使用纯石英(SiO₂)等，然而也可以使用添加了氟或氧化锗等折射率调整用掺杂剂的石英玻璃等。 

图22是表示本发明的PBGF200的第一例的截面图。本例的PBGF在包层中具有所述的扩展三角栅格状的空孔周期构造，并且具有包括位于光纤横截面中心的空孔211和包围它的第一层(6个)的空孔211共计7个空孔211的纤芯216。 

图23是表示本发明的PBGF200的第二例的截面图。本例的PBGF在包层中具有所述的扩展三角栅格状的空孔周期构造，并且具有包括位于光纤横截面中心的空孔211、包围它的第一层(6个)的空孔211、第二层(12个)的空孔211及第三层(18个)的空孔211共计37个空孔211的纤芯216。 

虽然在这些例子中，形成于PBGF中的空孔111在包层部分和纤芯部分都为相同的孔径，然而并不仅限于本例示，也可以使包层部分和纤芯部分为不同的孔径。空孔的直径可以通过设定PBGF的制造中所使用 的毛细管的壁厚等来调整。 

在本发明的优选实施方式中，PBGF200的空孔211的横截面最好为直径d与所述第一节距Λ满足0.85Λ≤d≤Λ的关系的圆形。当直径d小于所述范围时，则带隙变得过窄，另一方面，当超过所述范围时，则难以保持栅格构造。另外，空孔211的横截面形状并不限于圆形，也可以是接近六边形的圆形等进行了若干变形的圆形。 

另外，设于包层中的扩展三角栅格状的空孔周期构造最好在纤芯216的外侧设置3层以上。当设于包层中的扩展三角栅格的层数在2层以下时，则光的封闭不充分，有可能使损耗变大。 

本发明的PBGF200最好是传播功率的60％以上、优选70％以上、进一步优选80％以上集中于纤芯区域的纤芯模式，并且具有实质上不存在表面模式的光学特性。当所述纤芯模式的比例小于60％时，则由于光会向石英中传播，因此不够理想。 

如图22所示，可以使纤芯直径比较小的PBGF具有仅存在单一的纤芯模式(其中，退化的所有模式的模式数为1)的光学特性。该PBGF可以作为单模光纤使用。 

另一方面，如图23所示，可以使纤芯直径大的PBGF为传送多个模式的多模光纤。 

在本发明的方式2的PBGF中，最好具有在波长λ满足0.7≤Г/λ≤1.2(其中，Г＝2Λ，Λ为第一节距)的范围内存在纤芯模式的光学特性。当所述Г/λ小于0.7时，则不会存在带隙，无法传播光，另外，当Г/λ超过1.2时，则同样不会存在带隙，无法传播光。 

另外，当PBGF在高次带隙中动作时，所述Γ/λ优选在1.4≤Г/λ≤1.8的范围内。当所述Г/λ小于1.4时，则处于高次带隙外，不会进行动作，另外，当Г/λ超过1.8时，则处于高次带隙之外，不会进行动作。 

下面，作为本发明的方式2的PBGF的制造方法的一个例子，以制造图22或图23所示的本发明的方式2的PBGF的情况为例进行说明。

在本制造方法中，首先，如下这样制造加入石英棒的毛细管束：对石英制的毛细管和石英棒进行组合，使得多个毛细管以第一节距排列成一列的第一空孔列、和交替地排列了所述毛细管和石英棒的第二空孔列交互地重叠，且使得横截面的毛细管配置成为扩展三角栅格状，并且将中心的石英棒或中心的石英棒和其外周的1层以上的石英棒置换为毛细管而形成纤芯区域。本制造方法所用的石英制的毛细管的截面优选圆环状，另外，石英棒的截面优选外径与毛细管相等的圆形。 

在如图22所示那样，制造具有位于光纤横截面中心的空孔和包围它的1层6个空孔共计7个空孔排列成三角栅格状的纤芯216的PBGF的情况下，仅将位于加入石英棒的毛细管束的中心的1个石英棒用毛细管置换而形成纤芯区域。 

另外，在如图23所示那样，制造具有位于光纤横截面的中心的空孔、包围它的第一层(6个)的空孔、第二层(12个)的空孔及第三层(18个)的空孔共计37个空孔排列成三角栅格状的纤芯的PBGF的情况下，仅将位于加入石英棒的毛细管束的中心的1个石英棒和其外侧1层的石英棒用毛细管置换而形成纤芯区域。 

然后，对所述加入石英棒的毛细管束进行加热一体化来制作光纤拉丝用母材。该加热一体化工序可以使用与以往的使用毛细管束的PBGF的制造方法中的加热一体化相同的装置及方法来实施。另外，所述加入石英棒的毛细管束最好在插入石英管的孔内的状态下进行一体化而形成光纤拉丝用母材。当像这样在将加入石英棒的毛细管束插入石英管的孔内的状态下进行一体化时，通过适当地调整石英管内的压力或气体组成，可以在尽可能不使空孔变形地保持圆形的状态下进行一体化，因此是理想的。 

然后，通过对如前所述地制作出的光纤拉丝用母材进行拉丝，得到图22所示的PBGF或图23所示的PBGF。该拉丝工序可以使用与以往的PBGF或除它以外的各种石英玻璃类光纤的制造中的拉丝工序相同的装置及方法来实施。

本例的PBGF由于在包层中具有扩展三角栅格状的空孔周期构造，因此在形成由三角栅格状的空孔构成的纤芯的情况下，可以构成为纤芯边缘不横穿体模式，能够获得不产生表面模式而仅存在纤芯模式的光学特性，可以拓宽波导频带宽度，可以降低传送损耗。 

另外，由于在石英部分具有将多个空孔配置成三角栅格状的纤芯，因此纤芯的空孔间的石英部分起到加强材料的作用，与具有以往的空孔纤芯的PBGF相比，可以提高光纤的机械强度。 

另外，本例的PBGF的制造方法，由于除了将毛细管的一部分置换为石英棒而进行组合以外，与以往的使用了毛细管的方法相同，可以简单地制造具有扩展三角栅格状的空孔周期构造的PBGF，因此，可以利用与以往的PBGF相同的方法简单并且廉价地制造具有比以往的PBGF更为优良的光学特性的PBGF。 

[实施例2—1] 

图25表示图24所示的扩展三角栅格的能带构造。其中，本实施例的周期构造的空孔直径d与空孔的节距Λ相等，石英的折射率设为n＝1.45。图24中，黑色部分表示石英，白色部分表示空孔。另外，能带构造是使用平面波展开法计算的(参照S.G.Johnson and J.D.Joannopoulos，“Block-iterative frequency-domain methods for Maxwell’sequations in planewave basis，”Opt.Express，vol.8，no.3，pp.173-190，2001.)。 

图25中，β表示传播方向(与周期构造垂直的方向)的波数，Г＝2Λ表示扩展三角栅格的栅格常数，ω表示角频率，c表示光速。另外，光线表示光在真空介质中传播时的分散曲线，由能带包围的区域表示在周期构造截面内的哪个方向上光都无法传播的区域，即带隙。当在光纤的包层中使用该周期构造、在纤芯中使用空孔时，在光纤的纤芯中能够实现导光的区域与光线相邻，成为存在于其上部的带隙。该情况下，在Γ/λ(＝ωΓ/2πc)为0.77～1.10的范围内存在第一波导区域，在1.54～1.80中存在第二波导区域。这里，λ表示波长。

如图26所示，针对使用d/Λ＝1的扩展三角栅格构造，仅将扩展三角栅格中心的石英棒置换为毛细管而制造的PBGF，计算了纤芯模式的分散。本实施例的PBGF具有位于扩展三角栅格中心的空孔和包围它的第一层(6个)的空孔共计7个空孔形成了通常的三角栅格的周期构造的纤芯(毛细管纤芯)。 

图27表示第一带隙内的分散。如图所示，在Γ/λ＝0.81～1.12的带隙内，仅存在纤芯模式，不存在表面模式。另外，该情况下的纤芯模式为单一模式(包括退化模式)。 

图28表示此时的典型的功率分布。另外，图29是将光纤的介电常数用相同比例尺描绘的图。如图所示，本实施例的PBGF的纤芯模式的功率在纤芯附近的石英棒上仅极少量地分布，而大部分分布于纤芯内。 

图30表示本实施例的PBGF的第二带隙内的分散。如图所示，当Γ/λ＝1.59～1.83时，存在纤芯模式，而不存在表面模式。该情况下，纤芯模式为单一模式(包括退化模式)。另外，纤芯模式的分散与光线交叉，这是由于在纤芯内极少量地残留了石英的缘故。 

图31表示此时的纤芯模式的典型的功率分布。如图所示，纤芯模式的功率在纤芯附近的石英棒上仅极少量地分布，而大部分分布于纤芯内。 

[实施例2—2] 

针对如图32所示那样，使用d/Λ＝1的扩展三角栅格构造，将扩展三角栅格中心的石英棒和其外层的石英棒置换为毛细管而制造的PBGF，计算了纤芯模式的分散。本实施例的PBGF具有位于扩展三角栅格中心的空孔、包围它的第一层(6个)的空孔、第二层(12个)的空孔及第三层(18个)的空孔共计37个空孔形成了通常的三角栅格的周期构造的纤芯(毛细管纤芯)。 

图33表示第一带隙内的分散。如图所示，当Γ/λ＝0.86～1.12时，存在纤芯模式1，当Γ/λ＝0.82～1.11时，存在纤芯模式2，不存在表面模式。其中，各纤芯模式包括退化模式。

图34表示此时的纤芯模式1的典型的功率分布。另外，图35是将光纤的介电常数用相同比例尺描绘的图。如图所示，纤芯模式1的功率在纤芯附近的石英棒上仅极少量地分布，而大部分分布于纤芯内。 

另外，图36表示此时的纤芯模式2的典型的功率分布。 

图37表示第二带隙内的分散。如图所示，当r/λ＝1.60～1.79时，存在纤芯模式1，当Г/λ＝1.58～1.82时，存在纤芯模式2，而不存在表面模式。其中，各纤芯模式包括退化模式。 

图38和图39分别表示此时的纤芯模式1和纤芯模式2的典型的功率分布。 

[实施例2—3] 

图41表示图40所示的扩展三角栅格的能带构造。其中，使本实施例的周期构造的空孔直径d＝0.94Λ。该情况下，在Γ/λ为0.76～0.98的范围内存在第一波导区域，在1.49～1.57内存在第二波导区域。 

这样，当空孔径变小时，可以看出虽然带隙变窄，但是仍存在。另外可以确认，与实施例2—1、2—2一样，不产生表面模式，仅存在纤芯模式。 

(实施方式3) 

以下参照附图对本发明的实施方式3进行说明。 

图42是表示本发明的实施方式3的PBGF300的包层部分所用的扩展三角栅格(ETL：extended triangular lattice)状的空孔周期构造的一个例子的图，该图中，符号320为石英部分，321为六边形的空孔，322为第一空孔列，323为第二空孔列。 

该扩展三角栅格状的空孔周期构造是在光纤横截面上第一空孔列322和第二空孔列323交替地重叠了多个的周期构造，其中，所述第一空孔列322是多个六边形的空孔321隔着隔壁325以第一节距Λ排列成一列的空孔列，所述第二空孔列323是多个六边形的空孔321隔着六边形的石英部分320以为所述第一节距Λ的2倍的第二节距Γ(Г＝2Λ)排列的空孔列，且配置成该空孔321与所述第一空孔列322的空孔321 形成三角栅格，以下将该周期构造记作六边形空孔扩展三角栅格或六边形空孔扩展三角栅格构造。 

图43是表示该六边形空孔扩展三角栅格的单位栅格构造的图。在该单位栅格中，将相邻的空孔321的中心间的距离(第一节距)设为Λ，石英部分320的相对的2边间的长度ω_r与所述第一节距Λ相等(ω_r＝Λ)。另外，作为表示栅格的周期性的基本向量的a₁、a₂分别相对于x轴倾斜30度和-30度，第二节距Г为2Λ。 

当将该六边形空孔扩展三角栅格构造用于PBGF300的包层时，如果恰当地设计纤芯区域，则可以在纤芯和包层间设置空孔层。其结果是，可以避免表面模式，从而可以实现很宽的传送频带(参照H.K.Kim，J.Shin，S.Fan，M.J.F.Digonnet，and G.S.Kino，“Designing air-corephotonic-bandgap fibers free of surface modes，”IEEE J.Quant.Electron.，vol.40，no.5，pp.551-556，2004.)。 

另外，本发明中，通过采用组合了六边形的空孔321和六边形的石英部分320的六边形空孔扩展三角栅格构造，可以获得与如图44所示的使用了圆形的空孔310的扩展三角栅格状的空孔周期构造(以下记作圆形空孔扩展三角栅格构造。)不同的光学特性。 

图44是例示圆形空孔扩展三角栅格构造的图，另外，图45是表示该圆形空孔扩展三角栅格的能带构造的曲线图。图44所示的周期构造为如下的构造，即，空孔直径d与第一节距Λ相等，在圆形空孔扩展三角栅格构造之中石英部分310最少。图44中，黑色部分为石英部分310，白圈为空孔311。另外，图45的能带构造是使用S.G.Johnson and J.D.Joannopoulos，“Block-interactive frequency-domain methods for Maxwell’sequations in planewave basis，”Opt.Express，vol.8，no.3，pp.173-190，2001.中所记载的平面波展开法计算的。 

图45中，β表示传播方向(与周期构造垂直的方向)的波数，Г＝2Λ表示扩展三角栅格的栅格常数，ω表示角频率，c表示光速。另外，光线表示光在真空介质中传播时的分散曲线，由能带包围的区域表示在 周期构造截面内的哪个方向上光都无法传播的区域，即带隙。当在光纤的包层中使用该周期构造、在纤芯中使用空孔时，在光纤的纤芯中能够实现导光的区域与光线相邻，成为存在于其上部的带隙。该情况下，在Γ/λ(＝ωΓ/2πc)为0.77～1.10的范围内存在第一波导区域，在1.54～1.80内存在第二波导区域。这里，λ表示波长。 

另一方面，图47表示图46所示的本发明的实施方式3的六边形空孔扩展三角栅格构造的能带构造。图46所示的六边形空孔扩展三角栅格构造为如下的周期构造，即，在光纤横截面上六边形的多个石英部分320以一定的节距Г排列成三角栅格状，该石英部分320的间隔为空孔321，所述石英部分的相对的2边间的长度ω_r与所述节距Г的一半的长度Λ相等。换言之，图46所示的六边形空孔扩展三角栅格构造例示了在图4及图43所示的六边形空孔扩展三角栅格构造中使隔壁325的厚度为ω_b＝0时的六边形空孔扩展三角栅格构造。但是，实际上为了保持石英部分320，可以有未图示的断续的隔壁或结合部等。 

在该情况下，如图47所示，在Γ/λ为0.82～1.30的范围内存在第一波导区域，在1.58～2.13内存在第二波导区域，另外，在2.38～3.00中存在第三波导区域，与图44所示的圆形空孔扩展三角栅格构造相比，存在更宽的带隙。 

另外，图48是例示隔壁325的厚度ω_b与第一节距Λ的比例为0.06(ω_b/Λ＝0.06)的六边形空孔扩展三角栅格构造的图，图49是表示其能带构造的曲线图。在该情况下，在Г/λ为0.79～1.13的范围内存在第一波导区域，在1.60～1.83内存在第二波导区域，存在与使d/Λ＝1的图44所示的圆形空孔扩展三角栅格构造同等的带隙。 

本发明的实施方式3的PBGF在包层中具有所述的六边形空孔扩展三角栅格构造，并且在中心具有空孔纤芯，或多个六边形的空孔排列成三角栅格状的纤芯324。而且，在本发明的PBGF中，可以使空孔以外的石英部分320的材质在整个光纤中都相同，例如优选使用纯石英(SiO₂)等，然而也可以使用添加了氟或氧化锗等折射率调整用掺杂剂 的石英玻璃等。 

在本发明的优选的实施方式中，最好使所述纤芯324的直径D与节距Λ为0.7Λ≤D≤3.3Λ的关系、4.7Λ≤D≤7.3Λ的关系或8.7Λ≤D≤11.3Λ的关系。通过将纤芯324的直径D设定在所述范围内，可以提供不具有表面模式的PBGF。 

另外，当如图48所示，存在包围空孔的石英隔壁325时，最好使隔壁325的厚度ω_b相对于第一节距Λ，处于0.005Λ≤ω_b≤0.2Λ的范围。当隔壁325的厚度小于所述范围时，则难以维持空孔构造。 

另外，当隔壁325的厚度超过所述范围时，则带隙变窄。 

另外，设于包层中的六边形空孔扩展三角栅格构造最好在纤芯324的外侧设置3层以上。当设于包层中的六边形空孔扩展三角栅格的层数在2层以下时，则光的封闭不充分，有可能使损耗变大。 

本发明的PBGF最好是传播功率的60％以上、优选70％以上、进一步优选80％以上集中于纤芯区域的纤芯模式，并且具有实质上不存在表面模式的光学特性。当所述纤芯模式的比例小于60％时，则由于光会向石英中传播，因此不够理想。 

在本发明的实施方式3的PBGF中，最好具有在波长λ满足0.6≤r/λ≤1.5的范围内存在纤芯模式的光学特性。当所述Г/λ小于0.6时，则不会存在带隙，无法传播光，另外，当r/λ超过1.5时，则同样地不会存在带隙，无法传播光。 

另外，当PBGF在高次带隙中动作时，所述r/λ优选在1.4≤r/λ≤2.3的范围内。当所述Г/λ小于1.4时，则处于高次带隙外，不会进行动作，另外，当Г/λ超过2.3时，则处于高次带隙之外，不会进行动作。 

另外，也可以具有在波长λ满足2.2≤Г/λ≤3.2的范围内存在纤芯模式的光学特性。 

下面，对本发明的实施方式3的PBGF的制造方法的一个例子进行说明。本例中，对制造图50所示的PBGF的情况进行说明，该PBGF 在包层中具有图48所示的六边形空孔扩展三角栅格构造，并且具备将中心的石英部分320置换为空孔321的纤芯324(毛细管纤芯)。 

在本制造方法中，首先，如下这样制造加入石英棒的毛细管束：对石英制的毛细管和石英棒进行组合，使得多个毛细管排列成一列的第一空孔列、和交替地排列了所述毛细管和石英棒的第二空孔列交替地重叠，且使得横截面的毛细管配置成为扩展三角栅格状，并且将中央的石英棒置换为毛细管而形成毛细管纤芯区域。本制造方法所用的毛细管的截面优选圆环状，另外，石英棒的截面优选外径与毛细管相等的圆形。 

而且，在本发明的实施方式3的PBGF的制造方法中，所述纤芯区域的形成方法并不限于所述的例子，可以根据要制造的PBGF的纤芯构造适当地变更。例如，在制造图56所示的PBGF的情况下，将六边形空孔扩展三角栅格构造中心的石英棒和包围它的6个石英棒置换为毛细管而形成直径D很大的毛细管纤芯区域。另外，在形成空孔纤芯的情况下，将六边形空孔扩展三角栅格构造中心的石英棒去掉，或将中心的石英棒和包围它的1层以上5层以下的毛细管及石英棒去掉而形成空孔纤芯区域。 

然后，对所述加入石英棒的毛细管束进行加热一体化来制作光纤拉丝用母材。该加热一体化工序可以使用与以往的使用毛细管束的PBGF的制造方法中的加热一体化相同的装置及方法来实施。 

另外，所述加入石英棒的毛细管束最好在插入石英管的孔内的状态下进行一体化而形成光纤拉丝用母材。当像这样在将加入石英棒的毛细管束插入石英管的孔内的状态下进行一体化时，可以单独地调整毛细管周围的空间内和毛细管内部空间的压力或气体组成，因此可以将毛细管内部空间的压力保持为高于毛细管周围的空间的压力，可以填充毛细管之间或毛细管与石英棒间的间隙。通过在该一体化之时提高毛细管内部空间的压力，可以使毛细管的空孔的截面形状接近六边形。 

在将加入石英棒的毛细管束插入石英管的孔内来进行一体化时，最好仅将所插入的加入石英棒的毛细管束中的毛细管内部空间保持为大 气压或其以上的压力，并使毛细管内部空间以外的空间部分为减压状态，由此来进行所述一体化。 

然后，通过对如前所述地制作出的光纤拉丝用母材进行拉丝，得到图50所示的PBGF。该拉丝工序最好在如下状态下进行，即，将毛细管内部空间的压力保持为高于毛细管周围的空间的压力，毛细管空孔之间的压力取得了平衡。利用该压力调整，毛细管的空孔变为六边形截面，并且石英棒的截面也变为六边形。 

本例的PBGF由于在包层中具有所述的六边形空孔扩展三角栅格构造，因此当在其中心形成纤芯时，可以使纤芯边缘不横穿体模式地构成空孔纤芯或毛细管纤芯，能够获得不产生表面模式而仅存在纤芯模式的光学特性，可以拓宽波导频带宽度，可以降低传送损耗。 

另外，本例的PBGF的制造方法，由于除了将毛细管的一部分置换为石英棒而进行组合以外，与以往的使用了毛细管的方法相同，可以简单地制造具有扩展三角栅格状的空孔周期构造的PBGF，因此可以利用与以往的PBGF相同的方法简单并且廉价地制造具有比以往的PBGF更为优良的光学特性的PBGF。 

[实施例3-1] 

制造图50所示的PBGF，研究纤芯模式的分散，该PBGF在包层中具有隔壁325的厚度ω_b与第一节距Λ的比例为0.06(ω_b/Λ＝0.06)的六边形空孔扩展三角栅格构造，并具有将中心的石英部分320置换为空孔321的纤芯324(毛细管纤芯)。图51是表示该PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。图51中，β表示传播方向(与周期构造垂直的方向)的波数，Γ＝2Λ表示扩展三角栅格的栅格常数，ω表示角频率，c表示光速。另外，光线表示光在真空介质中传播时的分散曲线，由能带包围的区域表示在周期构造截面内的哪个方向上光都无法传播的区域，即带隙。如图51所示，在Γ/λ(＝ωΓ/2πc)＝0.82～1.16的带隙内，仅存在纤芯模式，不存在表面模式。 

图52是表示此时的纤芯模式的典型的功率分布的图。另外，图53 是将光纤的介电常数用与图50相同的比例尺描绘的图。如图所示，本实施例的纤芯模式的功率在纤芯附近的石英部分320中仅极少量地分布，而几乎全部分布于纤芯324内。 

图54是表示本实施例的PBGF的第二带隙内的分散的曲线图。如图所示，当Γ/λ＝1.64～1.85时，存在纤芯模式，而不存在表面模式。该情况下，纤芯模式也为单一模式(包括退化模式)。 

图55表示此时的纤芯模式的典型的功率分布。如图所示，纤芯模式的功率几乎全部分布于纤芯324内。 

[实施例3-2] 

制造图56所示的PBGF，研究纤芯模式的分散，该PBGF在包层中具有隔壁325的厚度ω_b与第一节距Λ的比例为0.06(ω_b/Λ＝0.06)的六边形空孔扩展三角栅格构造，并具有将中心的石英棒和其外侧的1层6个石英部分320置换为空孔321的纤芯324(毛细管纤芯)。图57是表示该PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。如图所示，在r/λ＝0.84～1.11时，存在纤芯模式1，Γ/λ＝0.89～1.16时，存在纤芯模式2，不存在表面模式。其中，各纤芯模式包括退化模式。 

图58是表示此时的纤芯模式的典型的功率分布的图。另外，图59是将光纤的介电常数用与图56相同的比例尺描绘的图。如图所示，纤芯模式的功率几乎全部分布于纤芯324内。 

另外，图60是表示相同的光纤的纤芯模式2的功率分布的图。 

图61是表示本实施例的PBGF的第二带隙内的分散的曲线图。如图所示，当r/λ＝1.66～1.82时，存在纤芯模式1，当Γ/λ＝1.65～1.87时，存在纤芯模式2，而不存在表面模式。其中，在各纤芯模式中包括退化模式。另外，在光线以下的区域也存在纤芯模式的分散是因为在纤芯324内作为隔壁残存有极少量的石英的缘故。 

图62是表示此时的纤芯模式1的典型的功率分布的图。另外，图63是表示此时的纤芯模式2的典型的功率分布的图。 

[实施例3-3]

图65表示图64所示的隔壁325的厚度ω_b与第一节距Λ的比例为0.12(ω_b/Λ＝0.12)的六边形空孔扩展三角栅格构造的能带构造。 

在该情况下，在r/λ＝0.81～1.00的范围内存在波导区域。 

这样，当隔壁325变厚时，带隙虽然变窄，但是仍然存在。另外，当与实施例1、2同样地形成毛细管纤芯而制作出PBGF时，与实施例1、2相同，可以确认不产生表面模式，仅存在纤芯模式。 

(实施方式4) 

以下参照附图对本发明的实施方式4进行说明。 

图66A、图66B是表示本发明的实施方式4的PBGF的包层部分所用的扩展三角栅格(ETL：extended triangular lattice)状的空孔周期构造的一个例子的图，该图中，符号420为石英部分，421为六边形的空孔，422为第一空孔列，423为第二空孔列，425为隔壁。 

该扩展三角栅格状的空孔周期构造如图66A所示，是在光纤横截面上第一空孔列422和第二空孔列423交替地重叠了多个的周期构造，其中，所述第一空孔列422是多个六边形的空孔421隔着隔壁425以第一节距Λ排列成一列的空孔列，所述第二空孔列423是多个六边形的空孔421隔着六边形的石英部分420以为所述第一节距Λ的2倍的第二节距Г(r＝2Λ)排列的空孔列。在本例示中，六边形的空孔421并非正六边形，而是如下的六边形，即，与石英部分420相接的2边短于其它的2边，并且与石英部分420相接的2边间的长度长于其它的两边间的长度(Λ)，以下将该周期构造记作六边形空孔扩展三角栅格或六边形空孔扩展三角栅格构造。 

图66B是表示该六边形空孔扩展三角栅格的单位栅格构造的图。在该单位栅格中，石英部分420的相对的2边间的长度ω_r小于所述第一节距Λ(ω_r<Λ)。另外，作为表示栅格的周期性的基本向量的a₁、a₂分别相对于x轴倾斜30度和-30度，第二节距Г为2Λ。 

在本发明的实施方式4中，石英部分420最好小于包括隔壁425的空孔421。石英部分420的相对的2边间的长度ω_r与所述第一节距Λ 最好为0.4Λ≤ω_r<Λ的关系，优选0.5Λ≤ω_r<Λ的关系。 

当将该扩展三角栅格状的空孔周期构造用于PBGF的包层时，如果恰当地设计纤芯区域，则可以在纤芯和包层间设置空孔层。其结果是，可以避免表面模式，从而可以实现很宽的传送频带(参照H.K.Kim，J.Shin，S.Fan，M.J.F.Digonnet，and G.S.Kino，“Designing air-corephotonic-bandgap fibers free of surface modes，”IEEE J.Quant.Electron.，vol.40，no.5，pp.551-556，2004.)。 

另外，本例示的六边形空孔扩展三角栅格通过使石英部分420小于空孔421，即通过形成ω_r<Λ的关系，可以获得与ω_r＝Λ的六边形空孔扩展三角栅格不同的光学特性。 

图67是作为参考例例示ω_r＝Λ的六边形空孔扩展三角栅格构造的图，另外，图68是表示其能带构造的曲线图。其中，图67是使ω_r＝Λ并且隔壁厚度ω_b＝0的六边形空孔扩展三角栅格构造。图67中，六边形的黑色部分为石英部分420，白色部分为空孔421。另外，图68的能带构造是使用S.G.Johnson and J.D.Joannopoulos，“Block-iterativefrequency-domain methods for Maxwell’s equations in planewave basis，”Opt.Express，vol.8，no.3，pp.173-190，2001.中所记载的平面波展开法计算的。图68中，β表示传播方向(与周期构造垂直的方向)的波数，Г＝2Λ表示扩展三角栅格的栅格常数，ω表示角频率，c表示光速。另外，光线表示光在真空介质中传播时的分散曲线，由能带包围的区域表示在周期构造截面内的哪个方向上光都无法传播的区域，即带隙。当在光纤的包层中使用该周期构造、在纤芯中使用空孔时，在光纤的纤芯中能够实现导光的区域与光线相邻，成为存在于其上部的带隙。该情况下，在Γ/λ(＝ωΓ/2πc)为0.82～1.30的范围内存在第一波导区域，在1.58～2.13中存在第二波导区域。 

这里，λ表示波长。 

另一方面，图70表示图69所示的本发明的实施方式4的六边形空孔扩展三角栅格构造的能带构造。图69是表示如下的六边形空孔扩展 三角栅格构造的图，即，在光纤横截面上六边形的多个石英部分420以一定的节距Г排列成三角栅格状，该石英部分420的间隔为空孔421，使石英部分420的相对的2边间的长度ω_r小于所述节距Г的一半的长度Λ(ω_r/Λ＝0.9)，隔壁厚度ω_b＝0。但是，实际上为了保持石英部分420，虽然未图示，然而可以有断续的隔壁等。 

在该情况下，如图70所示，在r/λ为0.82～1.45的范围内存在第一波导区域，在1.82～2.38的范围内存在第二波导区域。与ω_r＝Λ(ω_r/Λ＝1)的六边形空孔扩展三角栅格构造的能带构造相比，本例示的六边形空孔扩展三角栅格构造的带隙变宽，另外，带隙的位置上升。由于这意味着实现相同的波长通带所需的光纤的尺寸很大，因此在制造方面也是有利的。 

另外，图72表示图71所示的本发明的实施方式4的六边形空孔扩展三角栅格构造的能带构造。本例示是表示使ω_r/Λ＝0.8、ω_b＝0的六边形空孔扩展三角栅格构造的例子。在该情况下，如图72所示，在r/λ为0.90～1.65的范围内存在第一波导区域，在2.02～2.62的范围内存在第二波导区域。与ω_r/Λ＝1的六边形空孔扩展三角栅格构造的能带构造相比，本例示的光纤的带隙变宽，另外，带隙的位置上升。 

在存在包围空孔421的隔壁425的实际的光纤中也有相同的倾向。 

图73是作为参考例表示使ω_r/Λ＝1、ω_b/Λ＝0.06的六边形空孔扩展三角栅格构造的图，另外，图74是表示其能带构造的曲线图。在该情况下，在r/λ为0.79～1.13的范围内存在第一波导区域，在1.60～1.83中存在第二波导区域。 

另一方面，图76表示图75所示的本发明的实施方式4的六边形空孔扩展三角栅格构造的能带构造。图75所示的六边形空孔扩展三角栅格与图66A、图66B相同，在光纤横截面上多个第一空孔列422和第二空孔列423交替地重叠多个，其中，所述第一空孔列422是多个六边形的空孔421隔着隔壁以第一节距Λ排列成一列的空孔列，所述第二空孔列423是多个六边形的空孔隔着六边形的石英部分420以为第一节距的 2倍的第二节距Г排列的空孔列，所述石英部分420的相对的2边间的长度ω_r小于所述第一节距Λ，在本例示中，ω_r/Λ＝0.9，ω_b/Λ＝0.06。 

在该情况下，在Γ/λ为0.86～1.25的范围内存在第一波导区域，在1.82～1.94中存在第二波导区域。与图7所示的ω_b＝0的理想的光纤相同，该光纤与ω_r/Λ＝1的图73的光纤相比，带隙变宽，带隙的位置上升。 

另外，图78表示使石英部分420更小的图77所示的本发明的六边形空孔扩展三角栅格构造的能带构造。本例示是表示使ω_r/Λ＝0.8、ω_b＝0.06的六边形空孔扩展三角栅格构造的例子。在该情况下，在Γ/λ为0.89～1.33的范围内存在第一波导区域。与ω_r/Λ＝1的六边形空孔扩展三角栅格构造的能带构造相比，本例示的光纤的带隙进一步变宽，另外，带隙的位置进一步上升。 

另外，图80表示使石英部分420更小的图79所示的本发明的六边形空孔扩展三角栅格构造的能带构造。本例示是表示使ω_r/Λ＝0.7、ω_b＝0.06的六边形空孔扩展三角栅格构造的例子。在该情况下，在Γ/λ为0.97～1.46的范围内存在第一波导区域，在1.93～2.18的范围内存在第二波导区域。与ω_r/Λ＝1的六边形空孔扩展三角栅格构造的能带构造相比，本例示的光纤的带隙进一步变宽，另外，带隙的位置进一步上升。 

本发明的实施方式4的PBGF在包层中具有所述的扩展三角栅格状的空孔周期构造，并且在中心具有空孔纤芯，或多个六边形的空孔排列成三角栅格状的纤芯424。而且，在本发明的PBGF中，可以使石英部分420的材质在整个光纤中都相同，例如优选使用纯石英(SiO₂)等，然而，也可以使用添加了氟或氧化锗等折射率调整用掺杂剂的石英玻璃等。 

在本发明的优选实施方式中，对于采用设置隔壁425的结构的情况而言，该隔壁的厚度ω_b为0.005Λ≤ω_b≤0.2Λ的范围，另外，ω_b优选为0.05Λ≤ω_b≤0.5Λ的范围。 

在较薄地形成隔壁425的情况下，能够获得与图69及图71所示的 没有隔壁的PBGF相同的光学特性，带隙变宽，可以确保很宽的传送频带。 

另一方面，在比较厚地形成隔壁425的情况下，可以确保非常宽的传送频带，另外，可以使传送频带向短波长侧移动。另外，在比较厚地形成隔壁425的情况下，可以获得PBGF的制造更为容易的优点。 

在本发明的优选的实施方式中，石英部分420的相对的2边间的长度ω_r优选为0.4Λ≤ω_r<Λ的范围。当长度ω_r小于所述范围时，则由于带隙变窄，光纤的动作范围变窄，因此不够理想。 

在本发明的优选的实施方式中，纤芯424的直径D优选设定为以下的(A)～(C)的范围。 

(A)0.7Λ≤D≤3.3Λ的范围 

(B)4.7Λ≤D≤7.3Λ的范围 

(C)8.7Λ≤D≤11.3Λ的范围 

通过将纤芯424的直径D设定在所述范围内，可以提供不具有表面模式的PBGF。通过减小纤芯424的直径D，可以使纤芯模式为单模，另一方面，通过增大纤芯424的直径D，可以使纤芯模式为多模。 

另外，设于包层中的扩展三角栅格状的空孔周期构造最好在纤芯424的外侧设置3层以上。当设于包层中的扩展三角栅格的层数在2层以下时，则光的封闭不充分，有可能使损耗变大。 

本发明的实施方式4的PBGF最好是传播功率的60％以上、优选70％以上、进一步优选80％以上集中于纤芯区域的纤芯模式，并且具有实质上不存在表面模式的光学特性。当所述纤芯模式的比例小于60％时，则由于光会向石英中传播，因此不够理想。 

在本发明的实施方式4的PBGF中，最好具有在波长λ满足0.6≤r/λ≤1.7的范围内存在纤芯模式的光学特性。当所述Г/λ小于0.6时，则不会存在带隙，无法传播光，另外，当r/λ超过1.7时，则同样地不会存在带隙，无法传播光。 

另外，当PBGF在高次带隙中动作时，所述Г/λ优选在1.5≤r/λ ≤2.4的范围内。当所述r/λ小于1.5时，则处于高次带隙外，不会进行动作，另外，当Г/λ超过2.4时，则处于高次带隙之外，不会进行动作。 

另外，也可以具有在波长λ满足2.1≤Г/λ≤3.5的范围内存在纤芯模式的光学特性。 

另外，也可以具有在波长λ满足0.7≤Г/λ≤2.4的范围内存在纤芯模式的光学特性。 

下面，对本发明的实施方式4的PBGF的制造方法的一个例子进行说明。在本例中，对制造图81所示的PBGF的情况进行说明，该PBGF在包层中具有图66A所示的六边形空孔扩展三角栅格构造，并且具备仅将中心的石英部分420置换为空孔421的纤芯424(毛细管纤芯)。 

在本制造方法中，首先，如下这样制造毛细管束，即，准备石英制的毛细管、壁厚比它更厚的中空石英管，并进行组合，使得多个毛细管排列成一列的第一空孔列、和交替地排列了毛细管和中空石英管的第二空孔列交替地重叠，且使得横截面的毛细管配置成为扩展三角栅格状，并且将中央的中空石英管置换为毛细管而形成毛细管纤芯区域。本制造方法所用的毛细管的截面优选为圆环状，另外，中空石英管的截面优选外径与毛细管相等的厚壁的圆环状。由于该中空石英管使中空部分塌陷而形成石英部分，因此其壁厚可以根据要制造的PBGF的ω_r/Λ的值适当地选择。 

而且，在本发明的实施方式4的PBGF的制造方法中，所述纤芯区域的形成方法并不仅限于所述的例子，可以根据要制造的PBGF的纤芯构造适当地变更。例如，在制造图95所示的PBGF的情况下，将六边形空孔扩展三角栅格构造中心的中空石英管和包围它的6个中空石英管置换为毛细管而形成毛细管纤芯区域。另外，在形成空孔纤芯的情况下，最好将六边形空孔扩展三角栅格构造中心的中空石英管去掉，或将中心的中空石英管和包围它的1层以上5层以下的毛细管及中空石英管去掉而形成空孔纤芯区域。

然后，对所述毛细管束进行加热一体化而制作光纤拉丝用母材。在该加热一体化工序中，最好在将所述毛细管束插入石英管的孔内的状态进行下一体化而形成光纤拉丝用母材。当像这样在将毛细管束插入石英管的孔内的状态下一体化时，可以单独地调整包括中空石英管内部的毛细管周围的空间内和毛细管内部空间的压力或气体组成。 

在将所述毛细管束插入石英管的孔内来进行一体化时，最好在仅将所插入的毛细管束中的毛细管内部空间保持为大气压或其以上的压力，而将中空石英管的中空部分和毛细管之间的间隙保持为减压状态的同时进行加热，在使中空石英管的中空部分塌陷的同时，去掉毛细管之间的间隙，来实现一体化。 

然后，通过对如前所述地制作的光纤拉丝用母材进行拉丝，得到图81所示的PBGF。该拉丝工序最好在如下的状态下进行，即，将毛细管内部空间的压力保持得高于毛细管周围的空间的压力，毛细管空孔之间的压力取得了平衡。通过该压力调整，毛细管的空孔的截面变为六边形，并且石英部分的截面也变为六边形。 

本例的PBGF由于在包层中具有所述的六边形空孔扩展三角栅格构造，因此在中央形成空孔纤芯或毛细管纤芯的情况下，可以构成为纤芯边缘不横穿体模式，能够获得不产生表面模式而仅存在纤芯模式的光学特性，可以拓宽波导频带宽度，可以降低传送损耗。 

另外，通过在所述构造中使六边形的石英部分小于六边形的空孔的节距Λ，与石英部分和空孔的节距Λ相等的周期构造相比，带隙变宽，带隙的位置上升，因此实现相同的波长通带所需的光纤的尺寸变大，制造更为容易。 

本例的PBGF的制造方法由于除了将毛细管的一部分置换为壁厚比它更厚的中空石英管而进行组合以外，与以往的使用了毛细管的方法相同，可以简单地制造具有扩展三角栅格状的空孔周期构造的PBGF，因此可以利用与以往的PBGF相同的方法简单并且廉价地制造具有比以往的PBGF更为优良的光学特性的PBGF。

[实施例4—1] 

制造图81所示的PBGF，研究纤芯模式的分散，该PBGF在包层中具有石英部分420的2边间的长度ω_r与节距Λ的比例为0.9(ω_r/Λ＝0.9)、隔壁425的厚度ω_b与节距Λ的比例为0.06(ω_b/Λ＝0.06)的六边形空孔扩展三角栅格构造，并具有将中心的石英部分420置换为空孔421的纤芯424(毛细管纤芯)。图82是表示该PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。图82中，β表示传播方向(与周期构造垂直的方向)的波数，Г＝2Λ表示扩展三角栅格的栅格常数，ω表示角频率，c表示光速。另外，光线表示光在真空介质中传播时的分散曲线，由能带包围的区域表示在周期构造截面内的哪个方向上光都无法传播的区域，即带隙。如图82所示，在Γ/λ(＝ωΓ/2πc)＝0.89～1.30的带隙内，仅存在纤芯模式，不存在表面模式。另外，该情况下的纤芯模式为单一模式(包括退化模式)。 

图83是表示此时的纤芯模式的典型的功率分布的图。另外，图84是将光纤的介电常数用与图81相同的比例尺表示的图。如图所示，纤芯模式的功率在纤芯附近的石英部分420中仅极少量地分布，而几乎全部分布于纤芯424内。 

图85是表示本实施例的PBGF的第二带隙内的分散的曲线图。如图所示，当Г/λ＝1.83～1.96时，存在纤芯模式，而不存在表面模式。该情况下，纤芯模式也为单一模式(包括退化模式)。 

图86表示此时的纤芯模式的典型的功率分布。如图所示，纤芯模式的功率几乎全部分布于纤芯424内。 

[实施例4—2] 

制造图87所示的PBGF，研究纤芯模式的分散，该PBGF在包层中具有ω_r/Λ＝0.8、ω_b/Λ＝0.06的六边形空孔扩展三角栅格构造，并具有将中心的石英部分420置换为空孔421的纤芯424(毛细管纤芯)。图88是表示该PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。如图所示，在Г/λ＝0.96～1.40的带隙内，仅存在纤芯模式，不存在表面模式。另外，该情 况下的纤芯模式为单一模式(包括退化模式)。 

图89是表示此时的纤芯模式的典型的功率分布的图。另外，图90是将光纤的介电常数用与图87相同的比例尺表示的图。如图所示，纤芯模式的功率几乎全部分布于纤芯424内。 

[实施例4—3] 

制造图91所示的PBGF，研究纤芯模式的分散，该PBGF在包层中具有ω_r/Λ＝0.7、ω_b/Λ＝0.06的六边形空孔扩展三角栅格构造，并具有将中心的石英部分420置换为空孔421的纤芯424(毛细管纤芯)。图92是表示该PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。如图所示，在Γ/λ＝1.05～1.57的带隙内，仅存在纤芯模式，不存在表面模式。另外，该情况下的纤芯模式为单一模式(包括退化模式)。 

图93是表示此时的纤芯模式的典型的功率分布的图。另外，图94是将光纤的介电常数用与图91相同的比例尺表示的图。如图所示，纤芯模式的功率几乎全部分布于纤芯424内。 

[实施例4—4] 

制造图95所示的PBGF，研究纤芯模式的分散，该PBGF在包层中具有ω_r/Λ＝0.9、ω_b/Λ＝0.06的六边形空孔扩展三角栅格构造，并具有将中心的石英部分420和其外侧的1层6个石英部分420置换为空孔421的纤芯424(毛细管纤芯)。图96是表示该PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。如图所示，当Γ/λ＝0.96～1.26时，存在纤芯模式1，当Г/λ＝0.92～1.27时，存在纤芯模式2，不存在表面模式。其中，各纤芯模式包括退化模式。 

图97是表示此时的纤芯模式1的典型的功率分布的图。另外，图98是将光纤的介电常数用与图95相同的比例尺表示的图。如图所示，纤芯模式的功率几乎全部分布于纤芯424内。 

另外，图99是表示本实施例的PBGF的第一带隙内的纤芯模式2的典型的功率分布的图。 

图100是表示本实施例的PBGF的第二带隙内的分散的曲线图。如 图所示，当r/λ＝1.85～2.00时，存在纤芯模式1，当Γ/λ＝1.83～1.97时，存在纤芯模式2，不存在表面模式。其中，各纤芯模式包括退化模式。另外，在光线以下的区域中也存在纤芯模式的分散是因为在纤芯424内作为隔壁极少量地存在有石英的缘故。 

图101是表示此时的纤芯模式1的典型的功率分布的图。另外，图102是表示此时的纤芯模式2的典型的功率分布的图。 

[实施例4—5] 

图104表示图103所示的ω_r/Λ＝0.7、ω_b/Λ＝0.1的六边形空孔扩展三角栅格的能带构造。其中，石英的折射率n＝1.45。图103中，黑色的六边形部分为石英部分420，白色的六边形部分为空孔421，划分空孔421的实线为隔壁425。另外，能带构造是使用平面波展开法(参照S.G.Johnson and J.D.Joannopoulos，“Block-iterative frequency-domainmethods for Maxwell’s equations in planewave basis，”Opt.Express，vol.8，no.3，pp.173-190，2001.)计算的。图104中，β表示传播方向(与周期构造垂直的方向)的波数，Г＝2Λ表示扩展三角栅格的栅格常数，ω表示角频率，c表示光速。另外，光线(n＝1)表示光在真空介质中传播时的分散曲线，由能带包围的区域表示在周期构造截面内的哪个方向上光都无法传播的区域，即带隙。 

当在光纤的包层中使用该周期构造、在纤芯中使用空孔时，在光纤的纤芯中能够实现导光的区域与n＝1的光线相邻，成为存在于其上部的带隙。该情况下，在Γ/λ(＝ωΓ/2πc)为0.93～1.16的范围内存在波导区域。这里，λ表示波长。但是，当使用毛细管纤芯时，由于纤芯的透射折射率上升，因此应用在电介质中传播的光线来取代在所述真空介质中传播的光线。该情况下，纤芯的平均折射率可以用式(1)来近似。 

$n_{\mathrm{eff}}=\frac{n_{\mathrm{air}}+S_{\mathrm{air}}+n_{\mathrm{silica}}{S}_{\mathrm{silica}}}{S_{\mathrm{air}}+S_{\mathrm{silica}}}---\left(1\right)$

其中，n_eff、n_air、n_silica分别表示纤芯的平均折射率、空气的折射率、石 英的折射率，S_air、S_silica分别表示空气在纤芯中所占的面积、石英在纤芯中所占的面积。毛细管纤芯由于如图105所示，是将多个大致正六边形的空孔421隔着隔壁425配置成三角栅格状的构造，因此各面积可以由式(2)及式(3)给出。 

$S_{\mathrm{air}}=\frac{3}{4}{(\mathrm{\&Lambda;}-{\mathrm{\&omega;}}_b)}^2---\left(2\right)$

$S_{\mathrm{silica}}=\frac{3}{4}[{\mathrm{\&Lambda;}}^2-{(\mathrm{\&Lambda;}-{\mathrm{\&omega;}}_b)}^2]---\left(3\right)$

该例子中，n_eff＝1.09。图104中，如光线(n＝1.09)所示，具有毛细管纤芯的光纤在Γ/λ为1.12～2.02的范围内存在波导区域，与空孔纤芯(空气纤芯)的情况相比，具有相当宽的波导频带，并且波长频带向短波长侧移动。这样不仅可以实现宽频带化，而且也会在光纤的制造中减弱对微细构造的尺寸的限制，即，可以使光纤容易制造。 

本发明人等制造了端面如图106及图107所示的具有毛细管纤芯的六边形空孔扩展三角栅格型PBGF。图107中，黑色部分为空孔，白色部分为石英部分。该PBGF的Λ＝0.75μm，ω_r/Λ＝0.7，ω_b/Λ＝0.1。图108表示该PBGF的第一带隙内的分散。如图108所示，在该PBGF的第一带隙内，在Γ/λ＝1.15～1.91的范围内存在模式1，在r/λ＝1.06～1.74的范围内存在模式2。该情况下的模式包括退化模式，模式1发生2次退化，模式2发生4次退化。 

图109是表示测定了如前所述地制造的PBGF(长度1m)的透射特性的结果的曲线图。图109中实线为测定值，斜线区域表示利用计算算出的频带。短波长侧的两个传送频带与高次带隙对应。波长1550nm以上的传送频带与第一带隙对应。测定值只到达大约2150nm是由测定机器的界限造成的。另外，在测定值的波长1900nm附近所看到的凹下是由光纤中的残存OH基的损耗造成的(P.Kaiser，A.R.Tynes，H.W.Astle，A.D.Pearson，W.G.French，R.E.Jaeger，and A.H.Cherinet，“Spectrallosses of unclad vitreous silica and soda-lime-silicate fibers”，J.Opt.Soc. Amer.，vol.63，pp.1141-1148，Sept.1973)。 

图110和图111分别是表示所述PBGF的模式1和模式2的典型的功率分布的图。 

另外，图112是表示所述PBGF的介电常数分布的图。 

[实施例4—6] 

制造图113所示的PBGF，计算传播模式的分散，该PBGF在包层中具有ω_r/Λ＝0.8、ω_b/Λ＝0.1的六边形空孔扩展三角栅格构造，并具有将中心的石英部分420和其外侧的1层6个石英部分420置换为空孔421的纤芯424(毛细管纤芯)。图114是表示该PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。 

如图114所示，在纤芯424为完全的空孔纤芯(空气纤芯)的情况下，由于在空气中传播的光线(n＝1)之上的带隙内可存在传播模式，因此在Г/λ＝0.90～1.12的范围内存在传播模式，而在毛细管纤芯的情况下，由于在电介质中的光线(n＝1.09)之上的带隙内可存在传播模式，因此在Γ/λ＝1.00～1.79的范围内存在传播模式，传送频带大幅度地变宽，并且向短波长侧移动。实际上，在Г/λ＝1.05～1.75的范围内存在模式1，在Г/λ＝1.00～1.58的范围内存在传播模式2。其中，在各模式中包括退化模式。 

图115是表示此时的模式1的典型的功率分布的图。图116是表示此时的模式2的典型的功率分布的图。 

另外，图117是将光纤的介电常数分布用与图113相同的比例尺表示的图。 

[实施例4—7] 

制造图118所示的PBGF，计算传播模式的分散，该PBGF在包层中具有ω_r/Λ＝0.7、ω_b/Λ＝0.1的六边形空孔扩展三角栅格构造，并具有将中心的石英部分420置换为空孔421的纤芯424(毛细管纤芯)。图119是表示该PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。 

如图119所示，在纤芯424为完全的空孔纤芯(空气纤芯)的情况 下，由于在空气中传播的光线(n＝1)之上的带隙内可存在传播模式，因此在Γ/λ＝0.93～1.16的范围内存在传播模式，而在毛细管纤芯的情况下，由于在电介质中的光线(n＝1.09)之上的带隙内可存在传播模式，因此在r/λ＝1.01～1.73的范围内存在传播模式。在该情况下，由于纤芯直径D小，因此为单一模式。但是，该模式发生2次退化。这样，与空孔纤芯光纤相比，毛细管纤芯光纤的传送频带大幅度地变宽，并且向短波长侧移动。 

图120是表示此时的模式的典型的功率分布的图。 

另外，图121是将光纤的介电常数分布用与图118相同的比例尺表示的图。 

[实施例4—8] 

制造图122所示的PBGF，计算传播模式的分散，该PBGF在包层中具有ω_r/Λ＝0.8、ω_b/Λ＝0.1的六边形空孔扩展三角栅格构造，并具有将中心的石英部分420置换为空孔421的纤芯424(毛细管纤芯)。图123是表示该PBGF的第一带隙内的分散的曲线图。 

如图123所示，在纤芯424为完全的空孔纤芯(空气纤芯)的情况下，由于在空气中传播的光线(n＝1)之上的带隙内可存在传播模式，因此在Γ/λ＝0.90～1.12的范围内存在传播模式，而在毛细管纤芯的情况下，由于在电介质中的光线(n＝1.09)之上的带隙内可存在传播模式，因此在Γ/λ＝0.97～1.56的范围内存在传播模式。在该情况下，由于纤芯直径D小，因此为单一模式。但是，该模式发生2次退化。这样，与空孔纤芯光纤相比，毛细管纤芯光纤的传送频带大幅度地变宽，并且向短波长侧移动。 

图124是表示此时的模式的典型的功率分布的图。 

另外，图125是将光纤的介电常数分布用与图122相同的比例尺表示的图。 

以上，虽然对本发明的优选实施方式进行了说明，然而本发明并不限于这些实施例。在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行结构的添 加、省略、置换及其它的变更。本发明并不由所述的说明限定，而仅由附加的技术方案的范围限定。

Claims (55)

1.一种光子带隙光纤，在石英部分沿光纤长度方向设有多个空孔，其特征在于，

在光纤横截面上，在包层中具有第一空孔列和第二空孔列交替地重叠了多个的扩展三角栅格状的空孔周期构造，其中，所述第一空孔列是多个空孔以第一节距排列成一列的空孔列，所述第二空孔列是多个空孔以为所述第一节距的2倍的第二节距排列的空孔列，且配置成该空孔与所述第一空孔列的空孔形成三角栅格；

并且具有空孔纤芯，

所述空孔纤芯在所述光纤横截面上呈大致圆形，所述空孔纤芯的直径D与所述第一节距Λ为0.7Λ≤D≤3.3Λ的关系，或者为4.7Λ≤D≤7.3Λ的关系，或者为8.7Λ≤D≤11.3Λ的关系。

2.根据权利要求1所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述空孔纤芯是多个空孔以一定的节距排列成三角栅格状而构成的纤芯。

3.根据权利要求1所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述第一空孔列和第二空孔列中的空孔是六边形的空孔，

在所述第一空孔列中，多个所述六边形的空孔隔着隔壁以所述第一节距Λ排成一列，

在所述第二空孔列中，多个所述六边形的空孔隔着六边形的石英部分以为所述第一节距的2倍的第二节距Γ排列，所述石英部分的相对的2边间的长度ω_r与所述第一节距Λ相等，或者比所述第一节距Λ小。

4.根据权利要求3所述的光子带隙光纤，其特征在于，具有多个所述六边形的空孔排列成三角栅格状的纤芯。

5.根据权利要求1或者2所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述空孔是空孔直径d与所述第一节距Λ满足0.85Λ≤d≤Λ的关系的圆形空孔。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的光子带隙光纤，其特征在于，设于所述包层中的扩展三角栅格状的空孔周期构造在空孔纤芯的外侧分别设置3层以上第一空孔列和第二空孔列。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述光子带隙光纤是传播功率的60％以上集中于空孔纤芯区域的多模光纤。

8.根据权利要求1～4中任一项所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述光子带隙光纤是具有单一的纤芯模式的单模光纤。

9.根据权利要求1或2所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述第二节距Γ与波长λ满足0.7≤Γ/λ≤1.2的关系，其中，Γ＝2Λ。

10.根据权利要求1或2所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述第二节距Γ与波长λ满足1.4≤Γ/λ≤1.8的关系，其中，Γ＝2Λ。

11.根据权利要求2所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述纤芯由位于光纤横截面的中心的空孔和包围该空孔的第一层空孔构成。

12.根据权利要求2所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述纤芯由位于光纤横截面的中心的空孔和包围该空孔的两层以上的空孔构成。

13.根据权利要求3或4所述的光子带隙光纤，其特征在于，包围所述空孔的石英隔壁的厚度ω_b为0.005Λ≤ω_b≤0.2Λ的范围。

14.根据权利要求3或4所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述第二节距Γ与波长λ满足0.6≤Γ/λ≤1.5的关系。

15.根据权利要求3或4所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述第二节距Γ与波长λ满足1.4≤Γ/λ≤2.3的关系。

16.根据权利要求3或4所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述第二节距Γ与波长λ满足2.2≤Γ/λ≤3.2的关系。

17.根据权利要求3或4所述的光子带隙光纤，其特征在于，包围所述空孔的石英隔壁的厚度ω_b为0.05Λ≤ω_b≤0.5Λ的范围。

18.根据权利要求3或4所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述石英部分的相对的2边间的长度ω_r为0.4Λ≤ω_r＜Λ的范围。

19.根据权利要求3或4所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述第二节距Γ与波长λ满足0.6≤Γ/λ≤1.7的关系。

20.根据权利要求3或4所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述第二节距Γ与波长λ满足1.5≤Γ/λ≤2.4的关系。

21.根据权利要求3或4所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述第二节距Γ与波长λ满足2.1≤Γ/λ≤3.5的关系。

22.根据权利要求3或4所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述第二节距Γ与波长λ满足0.7≤Γ/λ≤2.4的关系。

23.一种光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，

制作加入石英棒的毛细管束：对石英制的毛细管和石英棒进行组合，使得多个毛细管以第一节距排列成一列的第一空孔列、和交替地排列了所述毛细管和石英棒的第二空孔列交替地重叠，且使得横截面的毛细管配置成为扩展三角栅格状，并且去掉中央的石英棒或中央的石英棒和其周围的毛细管及石英棒而形成空孔纤芯区域，或者将中心的石英棒或中心的石英棒和其外周的1层以上的石英棒置换为毛细管而形成纤芯区域，该空孔纤芯的直径D与第一节距Λ为0.7Λ≤D≤3.3Λ的关系，或者为4.7Λ≤D≤7.3Λ的关系，或者为8.7Λ≤D≤11.3Λ的关系；

然后，对该加入石英棒的毛细管束进行加热一体化而制作光纤拉丝用母材；

然后，对该光纤拉丝用母材进行拉丝，

由此获得权利要求1所述的光子带隙光纤。

24.根据权利要求23所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，在保持毛细管内部空间的压力高于毛细管周围的空间的压力的状态下，对该加入石英棒的毛细管束进行加热一体化而制作光纤拉丝用母材。

25.根据权利要求23所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，

所述石英棒，是壁厚比所述毛细管的壁厚厚的中空石英管，

将中央的中空石英管或中央的中空石英管和其周围的毛细管及中空石英管去掉而形成空孔纤芯区域，或者将中空石英管置换为毛细管而形成毛细管纤芯区域，来制作毛细管束；

然后，在将毛细管内部空间的压力保持得较高、将中空石英管内部空间的压力保持得较低的状态下，对所述毛细管束进行加热一体化，制作中空石英管的内部空间塌陷、并且毛细管的空孔维持为六边形的光纤拉丝用母材。

26.根据权利要求23或24所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，所述毛细管的截面为圆环状，所述石英棒的截面为外径与毛细管相等的圆形。

27.根据权利要求23或24所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，在将所述加入石英棒的毛细管束插入石英管的孔内的状态下进行一体化而制作光纤拉丝用母材。

28.根据权利要求23或24所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，仅将位于所述加入石英棒的毛细管束的横截面中心的1个石英棒去掉而形成空孔纤芯区域。

29.根据权利要求23或24所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，将位于所述加入石英棒的毛细管束的横截面中心的1个石英棒和包围在它的周围的1层以上5层以下的毛细管及石英棒去掉而形成空孔纤芯区域。

30.根据权利要求23或24所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，所述加入石英棒的毛细管束设置成包围空孔纤芯区域的扩展三角栅格状的空孔周期构造向径向外侧具有3层以上的石英棒。

31.根据权利要求23或24所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，仅将位于所述加入石英棒的毛细管束的中心的1个石英棒用毛细管置换而形成纤芯区域。

32.根据权利要求23或34所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，仅将位于所述加入石英棒的毛细管束的中心的1个石英棒和其外侧1层的石英棒用毛细管置换而形成纤芯区域。

33.根据权利要求23或24所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，仅将位于所述加入石英棒的毛细管束的中心的1个石英棒和其外侧2层的石英棒用毛细管置换而形成纤芯区域。

34.根据权利要求23或24所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，仅使插入所述石英管的孔内的毛细管束中的毛细管内部空间保持为大气压或其以上的压力，并使毛细管内部空间以外的空间部分为减压状态，由此来进行所述一体化。

35.根据权利要求24所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，将位于所述加入石英棒的毛细管束的横截面中心的1个石英棒和包围它的周围石英棒置换为毛细管而形成毛细管纤芯区域。

36.根据权利要求25所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，所述毛细管的截面为圆环状，所述中空石英管的截面为外径与毛细管相等的厚壁的圆环状。

37.根据权利要求25所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，在将所述毛细管束插入石英管的孔内的状态下进行一体化而制作光纤拉丝用母材。

38.根据权利要求25所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，仅使插入所述石英管的孔内的毛细管束中的毛细管内部空间保持为大气压或其以上的压力，并使包括中空石英管的内部空间的毛细管内部空间以外的空间部分为减压状态，由此来进行所述一体化。

39.根据权利要求25所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，将位于所述毛细管束的横截面中心的1个中空石英管去掉而形成空孔纤芯区域。

40.根据权利要求25所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，将位于所述毛细管束的横截面中心的1个中空石英管和包围它的周围的1层以上5层以下的毛细管及中空石英管去掉而形成空孔纤芯区域。

41.根据权利要求25所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，将位于所述毛细管束的横截面中心的1个中空石英管置换为毛细管而形成毛细管纤芯区域。

42.根据权利要求25所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，将位于所述毛细管束的横截面中心的1个中空石英管和包围在它周围的中空石英管置换为毛细管而形成毛细管纤芯区域。

43.根据权利要求25所述的光子带隙光纤的制造方法，其特征在于，所述毛细管束设置为包围纤芯区域的扩展三角栅格状的空孔周期构造向径向外侧具有3层以上的中空石英管。

44.一种光子带隙光纤，在石英部分沿光纤长度方向设有多个空孔，其特征在于，

在光纤横截面上，在包层中具有如下的周期构造：六边形的多个石英部分以一定的节距Γ排列成三角栅格状，该石英部分之间为空孔，所述石英部分的相对的2边间的长度ω_r等于所述节距Γ的一半的长度Λ或小于所述长度Λ；

并且具有空孔纤芯，

该空孔纤芯的直径D与第一节距Λ为0.7Λ≤D≤3.3Λ的关系，或者为4.7Λ≤D≤7.3Λ的关系，或者为8.7Λ≤D≤11.3Λ的关系。

45.根据权利要求44所述的光子带隙光纤，其特征在于，

所述空孔纤芯是多个六边形的空孔排列成三角栅格状的空孔纤芯。

46.根据权利要求44或者45所述的光子带隙光纤，其特征在于，排列成所述三角栅格状的石英部分，在空孔光纤的外侧，设置3层以上。

47.根据权利要求44或者45所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述光子带隙光纤是传播功率的60％以上集中于空孔纤芯区域的多模光纤。

48.根据权利要求44或者45所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述光子带隙光纤是具有单一的纤芯模式的单模光纤。

49.根据权利要求44或者45所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述节距Γ与波长λ满足0.6≤Γ/λ≤1.5的关系。

50.根据权利要求44或者45所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述节距Γ与波长λ满足1.4≤Γ/λ≤2.3的关系。

51.根据权利要求44或者45所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述节距Γ与波长λ满足2.2≤F/λ≤3.2的关系。

52.根据权利要求44或者45所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述节距Γ与波长λ满足0.6≤Γ/λ≤1.7的关系。

53.根据权利要求44或者45所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述节距Γ与波长λ满足1.5≤Γ/λ≤2.4的关系。

54.根据权利要求44或者45所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述节距Γ与波长λ满足2.1≤Γ/λ≤3.5的关系。

55.根据权利要求44或者45所述的光子带隙光纤，其特征在于，所述节距Γ与波长λ满足0.7≤Γ/λ≤2.4的关系。

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