CN101622560A - 光子带隙光纤 - Google Patents

Abstract

一种光子带隙光纤。该光子带隙光纤包括：第一纤芯，其折射率小于等于包层的折射率；第二纤芯，其包围该第一纤芯而设置，且折射率小于第一纤芯的折射率；包层，其包围该第二纤芯；以及周期构造部，其设置在该包层的第二纤芯附近，是将折射率比包层的折射率高的高折射率部形成周期构造而构成的；通过所述周期构造部作为波长滤波器发挥功能，能够减少透射波长的传播损失，可增大截止波长的传播损失。

Description

光子带隙光纤

技术领域

本发明涉及光子带隙光纤，特别是涉及具有波长滤波功能的光子带隙光纤。

本申请主张于2007年3月5日在日本提出的专利申请特愿2007-54273号，以及于2007年6月5日在日本提出的专利申请特愿2007-149180号的优先权，并在此援引其内容。

背景技术

近年，使用了添加稀土元素的光纤的高输出光纤激光器崭露头角。高输出光纤激光器构成为一边在光纤中传播激发光和信号光，一边通过激发光放大信号光，具有容易冷却，能够使装置小型化等优点。

在这样的高输出光纤激光器中，为了抑制放大的受激辐射光(ASE)、受激拉曼散射这样的非线性效果，要求使用具有波长滤波效果的光纤。

作为具有波长滤波效果的光纤的现有技术，例如提出了专利文献1所公开的方案。

在该现有技术中公开了以下技术：通过使在折射率大于包层的一般纤芯中传播的模式与在设置于纤芯的周围的、仅对某特定波长同样使折射率提高的部位中传播的模式耦合，而使光纤具有波长滤波功能。

专利文献1：美国专利申请公开第2006/257071号说明书

但是，在上述的现有技术中存在以下问题。

在专利文献1中，由于在纤芯周围传播的模式同样地在光纤中传播，所以再次与在纤芯中传播模式耦合，返回到纤芯中。因此，在专利文献1的方法中，限制了截止波长传播的抑制效果。

发明内容

本发明正是鉴于上述情况而做出的，目的在于提供一种在具有波长滤波效果的光纤中，能够减少透射波长的传播损失、增大截止波长的传播损失的光纤。

为了达到上述目的，本发明提供一种光子带隙光纤，其包括：第一纤芯，其具有小于等于包层的折射率；第二纤芯，其包围该第一纤芯而设置，具有小于第一纤芯的折射率；包层，其包围该第二纤芯；以及周期构造部，其设置在该包层的第二纤芯附近，是将折射率比包层的折射率高的高折射率部形成周期构造而构成的，所述周期构造部作为波长滤波器发挥功能。

而且，还提供一种光子带隙光纤，其包括：第一纤芯，其相对于包层的折射率，具有相对折射率差是0％～0.1％的折射率；第二纤芯，其包围该第一纤芯而设置，具有小于所述第一纤芯的折射率；包层，其包围该第二纤芯；周期构造部，其设置在该包层的第二纤芯附近，是将折射率比包层的折射率高的高折射率部形成周期构造而构成的，所述周期构造部作为波长滤波器发挥功能。

在本发明的光子带隙光纤中，优选所述周期构造部具有两周以下的旋转对称性，作为偏振波保持光纤或单偏振波光纤发挥功能。

在本发明的光子带隙光纤中，优选所述周期构造是将多个所述高折射率部配置成至少包括三角栅格构造、蜂窝栅格构造、正方栅格构造、长方栅格构造中的任一个的周期构造。

在本发明的光子带隙光纤中，优选所述第一纤芯是圆形截面。

在本发明的光子带隙光纤中，优选在所述周期构造的内部、所述第一纤芯以及所述第二纤芯中不存在空孔。

在本发明的光子带隙光纤中，优选所述第一纤芯相对于所述包层的相对折射率差是0.1％～-1.0％的范围，所述第二纤芯相对于所述包层的相对折射率差是-0.01％～-1.5％的范围。

在本发明的光子带隙光纤中，优选所述高折射率部相对于所述包层的最大相对折射率差是0.5％～4.0％的范围。

在本发明的光子带隙光纤中，优选所述包层被小于该包层的折射率的介质包围。

在本发明的光子带隙光纤中，优选所述周期构造被配置成以所述第一纤芯为中心轴的螺旋状。

在本发明的光子带隙光纤中，优选在所述周期构造的至少一部分上形成光纤光栅，并在光纤的长度方向上对折射率进行调整。

发明效果

本发明的光子带隙光纤通过在第一、第二纤芯的周围设置周期构造，而能够作为波长滤波器发挥功能。

而且，本发明的光子带隙光纤由于第一纤芯和第二纤芯的折射率小于等于或小于包层的折射率，所以以光子带隙的传播作为原理，在纤芯中传播模式的电场与在周期构造中传播的模式耦合并传播后，不发生与在纤芯中传播的模式再耦合的现象，能够针对截止波长得到良好的波长滤波效果。

附图说明

图1是表示本发明的光子带隙光纤的一个实施方式的截面图。

图2是根据实施例1制造的光子带隙光纤的波段图。

图3是不具有周期构造的光纤中的模式的分散曲线。

图4是重叠图2和图3的结果的波段图。

图5是表示在实施例1中计算不具有周期构造的光纤的损失的结果的曲线。

图6是表示在实施例1中计算设置了周期构造的光纤的损失的结果的曲线。

图7是表示通过实施例1制造的光子带隙光纤的透射波段的测量结果的曲线。

图8是表示在通过实施例1制造的光子带隙光纤的第一纤芯中传播的模式的图。

图9是表示在通过实施例1制造的光子带隙光纤的第二纤芯和周期构造之间的部位传播的模式的图。

图10是根据实施例2制造的光子带隙光纤的截面图。

图11是表示根据实施例2制造的光子带隙光纤的透射波段的测量结果的曲线。

图12是根据实施例3制造的光子带隙光纤的截面图。

图13是表示根据实施例3制造的光子带隙光纤的透射波段的测量结果的曲线。

图14是根据实施例4制造的光子带隙光纤的截面图。

图15是根据实施例4制造的光子带隙光纤的截面图。

图16是表示根据实施例4制造的光子带隙光纤的透射波段的测量结果的曲线。

图17是根据实施例5制造的光子带隙光纤的立体截面图。

图18A是根据实施例6制造的光子带隙光纤的截面图。

图18B是根据实施例6制造的光子带隙光纤的截面图。

图18C是根据实施例6制造的光子带隙光纤的截面图。

图18D是根据实施例6制造的光子带隙光纤的截面图。

图18E是根据实施例6制造的光子带隙光纤的截面图。

图19A是在根据实施例7制造的光子带隙光纤的长度方向的截面图中，示意地表示传播的激发光的行进的图。

图19B是在根据实施例7制造的光子带隙光纤的长度方向的截面图中，示意地表示传播的激发光的行进的图。

图19C是在根据实施例7制造的光子带隙光纤的长度方向的截面图中，示意地表示传播的激发光的行进的图。

图19D是在根据实施例7制造的光子带隙光纤的长度方向的截面图中，示意地表示传播的激发光的行进的图。

附图符号说明：

10、100、120、140、170、180、190-包层；

11、101、121、141、171、181、191-第一纤芯；

12、102、122、142、172、182-第二纤芯；

13、103、123、143、173、183、193-高折射率部。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示本发明的光子带隙光纤的一个实施方式的图。

本实施方式的光子带隙光纤成包括：折射率为包层10的折射率以下的第一纤芯11；包围该第一纤芯11而设置的、折射率小于第一纤芯11的折射率的第二纤芯12；包围该第二纤芯12的包层10；以及设置在该包层10的第二纤芯12附近，将折射率比包层10的折射率高的多个高折射率部13以岛状周期地配置的三角栅格构造。

在本实施方式的光子带隙光纤中，透射波长中的模式传播常数处于由周期构造确定的光子带隙中，截止波长中的模式传播常数处于光子带隙以外。此时，光子带隙对透射波长中的模式具有增强封闭的作用，另一方面对截止波长中的模式则没有增强封闭的作用。

因此，在没有周期构造的情况下，通过在透射波长和截止波长的传播损失大的基本构造光纤中添加周期构造，能够有选择地以低的传播损失传播透射波长。

而且，本实施方式的光子带隙光纤由于第一纤芯11和第二纤芯12的折射率小于等于包层10的折射率，所以以光子带隙的传播为原理，在纤芯中传播模式的电场与在周期构造中传播模式进行耦合并传播后，在原理上不会发生与在纤芯中传播模式进行再耦合的现象。因此，本实施方式的光子带隙光纤针对模式传播常数处于光子带隙以外的波长的光，能够得到较高的滤光效果。

本实施方式涉及的光子带隙光纤中，第一纤芯11和第二纤芯12的折射率小于等于包层10的折射率，但第一纤芯11的折射率也可比包层10的折射率高0.1％左右。此时，第一纤芯11中具有该第一纤芯11的折射率和包层10的折射率之间的有效折射率，存在在纤芯中传播的纤芯模式。由于该纤芯模式的电场能够与在周期构造部中传播的截止波长的模式的电场相互耦合，所以会发生已经从纤芯模式向在周期构造部中传播模式进行了耦合的电场再耦合到纤芯模式的现象。但是，由于是在周期构造部中传播模式且从纤芯模式耦合得到的模式的封闭弱，所以在使用该光子带隙光纤时即使发生不可避免的由非常大的弯曲直径引起的弯曲损失，也能够解除在周期构造部中传播模式的封闭。由此，已经从纤芯模式向在周期构造部中传播模式进行了耦合的电场，能够抑制再耦合到纤芯模式的现象。因此，即使第一纤芯11的折射率比包层10的折射率高0.1％左右，也可针对模式的传播常数处于光子带隙以外的波长的光取得与第一纤芯11和第二纤芯12的折射率小于等于包层10的折射率的情况相同的高滤光效果。

而且，本实施方式的光子带隙光纤的第一纤芯的截面形状是圆形。因此，光纤的模场形状成为大致的同心圆形状，在对同样的该光纤之间进行连接时，连接损失中不产生角度依赖性，而且，能够以低的连接损失与具有同心圆形状的折射率分布的现有形态的光纤进行连接。

而且，本实施方式的光子带隙光纤成为在上述周期构造内部及纤芯中不存在空孔的实心构造。因此，在相同的该光纤之间或该光纤与别的光纤之间进行熔融连接时，由于不产生如存在空孔的情况那样的由加热导致的空孔收缩，熔融连接部的光纤端面构造不发生变化，所以能够以低损失进行熔融连接。

另外，本实施方式的光子带隙光纤的第一纤芯11、第二纤芯12、高折射率部13以及包层10都由石英玻璃构成。因此，能够实现低损失的光纤，而且能够容易地与现在被广泛使用的石英玻璃制的光纤进行熔融连接。

本实施方式的光子带隙光纤能够使用与众所周知的光子带隙光纤的制造方法相同的方法进行制造。接着，说明其中一例。

在本例中，首先准备以下材料。

(1)在由石英玻璃构成的第一纤芯11的周围，设置了由添加氟的石英玻璃构成的低折射率的第二纤芯12的纤芯用石英玻璃棒。

(2)具有成为高折射率部13的双层石英玻璃棒，该双层石英玻璃棒包括由添加锗而具有比纯石英玻璃高的折射率的石英玻璃构成的中心部、和在其周围由纯石英玻璃构成的外层部。

(3)成为包层10的由纯石英玻璃构成的圆筒。该圆筒的中空截面可以是圆形，但为了最密集填地充截面圆形的石英棒优选是六边形。

接着，在(3)的圆筒内部，将(1)的纤芯用石英棒填充到中心，在其周围多层填充(2)的双层石英玻璃棒。图1是表示将(2)的双层石英玻璃棒配置了5层的例子。

接着，将上述填充体放入真空加热炉内通过加热器等对填充体整体进行加热，或在圆筒的两端安装罩进行密封，一边通过罩对圆筒内进行真空排气，一边通过氢氧火焰对圆筒外部进行加热，使石英玻璃软化并填充圆筒内部的间隙，制造图1所示构造的光纤母材。

接着，将所得到的光纤母材安装到众所周知的光纤纺丝装置(拉丝装置)，与通常的光纤制造情况同样地进行拉丝，从而得到图1的光子带隙光纤。其中，拉丝时，优选在所得到的光纤裸线的外侧涂覆紫外线硬化型树脂液，然后照射紫外线使树脂液硬化，从而设置被覆层。

另外，上述制造方法只不过是一个例子，并不限定于此，可以进行各种变更。例如，代替(2)的双层石英玻璃棒，也可准备由折射率比纯石英玻璃高的石英玻璃构成的高折射率石英玻璃棒以及纯石英玻璃棒，使用在圆筒内交替填充它们的方法。

实施例1

作为本发明涉及的实施例，制造图1所示构造的光子带隙光纤。在由折射率1.45的纯石英玻璃构成的包层10中，具有与包层10的相对折射率差Δ1是0％、直径d1是17.8μm的第一纤芯11，在第一纤芯11的周围存在与包层10的相对折射率差Δ2是-0.36％、直径d2是25μm的第二纤芯12。而且在其周围配置有与包层10的相对折射率差Δh是1.6％、直径dh是5.6μm的高折射率部13并由高折射率部13形成周期14.0μm的三角栅格构造的周期构造。由于配置纤芯，所以从中心开始的两层不存在周期构造，而是五层的周期构造。

在第二纤芯12的周围不存在周期构造部的基本构造中，在纤芯中传播模式的分散曲线如图3所示。接着，图2表示周期构造的波段图。该波段图中没有点的区域是带隙。而且，在纤芯被周期构造部包围的图1那样的构造的光纤中，在纤芯中传播模式的分散曲线是存在于带隙中的波长的情况下，基于光子带隙效果发生对模式的封闭效果。重叠在纤芯中传播模式的分散曲线和周期构造的波段图的两者的情况如图4所示。从这些图中可以明确，在纤芯中传播模式的分散曲线中波长1.0μm～1.1μm处在带隙中，另一方面，在波长1.2μm下纤芯模式的分散曲线没有处在带隙中。因此，在波长1.0μm～1.1μm下在纤芯中传播模式没有被周期构造部封闭。因此，图1的光子带隙光纤能够作为波长滤波器发挥功能。

在第二纤芯12的周围没有周期构造部的基本构造的光纤中，计算在纤芯中传播模式的损失是图5。与波长无关损失都很大。

另一方面，图6是表示计算设置图1所示的周期构造部时的、模式的损失的结果。如图6所示，带隙中的模式的损失非常小而另一方面带隙的端、带隙以外的损失大。

因此，本发明涉及的光纤具有除去不需要的ASE光及受激拉曼散射这样的信号光以外的波长的光的效果。例如，通过波长1.08μm使光纤激光器振荡时，受激拉曼散射出现在波长1.14μm附近，在波长1.14μm下基本模式的损失是30dB/m以上，能够有效地抑制受激拉曼散射。

实际制造图1构造的光子带隙光纤，取出1m光纤，用白色光仅激发纤芯部并测量透射波段的结果如图7所示。使弯曲直径从180mmφ变化到120mmφ。可知弯曲直径从180mmφ变化到160mmφ时，传播波长1.08μm的光，但波长1.14μm的光衰减约30dB。因此，该光纤在以波长1.08μm使高输出光纤激光器振荡时，能够有效地抑制波长1.14μm的受激拉曼散射光的发生。

而且，可知，通过使弯曲直径从180mmφ变化到120mmφ，使1.0μm～1.05μm中的透射特性大幅地变化。这是因为，通过增加弯曲，在第一纤芯中传播的图8那样的模式，与主要在第二纤芯和周期构造之间的部位进行传播的例如图9那样的模式耦合，从第一纤芯泄露的缘故。由于在第二纤芯和周期构造之间的部位传播的模式封闭弱，所以通过弯曲等容易向包层放射光，成为传播损失。因此，通过适当地设定光纤的弯曲直径，能够衰减在波长1.0μm～1.05μm下的ASE及寄生振荡等以及能够衰减在光纤激光器中常常成为问题的不要的光。

实施例2

作为本发明涉及的其他实施例，制造了图10所示构造的光子带隙光纤。在折射率1.45的纯石英玻璃的包层100中，具有与包层的相对折射率差Δ1是0.0％、直径d1是12.0μm的第一纤芯101，在第一纤芯101的周围存在与包层的相对折射率差Δ2是-0.36％、直径d2是22.0μm的第二纤芯102。而且在其周围配置有与包层的相对折射率差Δh是1.6％、直径dh是3.2μm的高折射率部103并形成周期9.0μm的三角栅格构造的周期构造。由于配置纤芯，所以从中心开始的两层不存在周期构造，周期构造是五层的周期构造。

取出2m制造出的光纤，在卷成直径200mmφ的状态下，图11表示用白色光仅激发纤芯部并测量透射波段的结果。如图11所示，在波长1.13μm附近透射光强度急速变低。因此，当射入了波长1.06μm的激光时，虽产生波长1.12μm附近的一次受激拉曼散射，但可抑制波长1.18μm附近的二次以后的受激拉曼散射。因此该光纤能够作为有效地产生一次受激拉曼散射的光纤发挥功能。

而且，在该光纤与具有同心圆形状的折射率分布、具有类似的模场直径的现有形态的光纤进行熔融连接时，能够稳定地得到在波长1.06μm下0.1dB以下的熔融连接损失。这是因为，该光纤的第一纤芯是圆形，由于电场分布主要由第一纤芯的形状确定，所以电场分布是同心圆形状，能够减少由模场形状不同引起的连接损失。这样，本发明的光子带隙光纤能够减少与现有形态的光纤的连接损失。

实施例3

作为本发明涉及的其他实施例，制造了图12所示构造的光子带隙光纤。在折射率1.45的纯石英玻璃的包层120中，具有与包层的相对折射率差Δ1是0.0％、直径d1是29.0μm的第一纤芯121，在第一纤芯121的周围存在与包层的相对折射率差Δ2是-0.36％、直径d2是35.0μm的第二纤芯122。而且在其周围配置有与包层的相对折射率差Δh是1.6％、直径dh是5.8μm的高折射率部123并形成周期14.5μm的三角栅格构造的周期构造。由于配置纤芯，所以从中心开始的两层不存在周期构造，周期构造是五层的周期构造。

取出2m制造出的光纤，在卷成直径280mmφ的状态下，如图13表示用白色光仅激发纤芯部并测量透射波段的结果。如图13所示，在波长1.13μm附近透射光强度急速地变低。因此，当射入了波长1.08μm的激光时，能够抑制波长1.14μm附近的一次受激拉曼散射。

实施例4

作为本发明涉及的另一的实施例，制造了图14所示构造的光子带隙光纤。在折射率1.45的纯石英玻璃的包层140中，具有与包层140的相对折射率差Δ1是0.0％、直径d1是28.6μm的第一纤芯141，在第一纤芯141的周围存在与包层140的相对折射率差Δ2是-0.15％、包围纤芯的包层140的内切圆的直径d2成为34.4μm的第二纤芯142。而且在其周围配置有与包层140的相对折射率差Δh最大是2.8％、具有大体为抛物线形状的折射率分布、半径是5.1μm的高折射率部143，并形成周期8.1μm的三角栅格构造的周期构造。由于配置纤芯，所以从中心开始的三层不存在周期构造部，周期构造部是五层～六层的周期构造。而且，光纤的外径是215μm。

在制造本母材时，在构成包层140的管的内部周期地配置构成周期构造部的周边部件，在其中心配置构成第一纤芯141和第二纤芯142的中心部件。此时，由于中心部件和周边部件的直径不同，所以中心部件与周边部件之间产生间隙。若保留该间隙进行拉丝，则在拉丝工序中进行一体化时会产生不希望的纤芯变形，或周期构造紊乱。

因此，如图15所示，通过在中心部件和周边部件之间的间隙中进一步配置中间部件156，能够防止纤芯变形以及周期构造的紊乱，但若该中间部件156的折射率与第一纤芯141的折射率相同，或大于第一纤芯141的折射率，则产生在纤芯中传播模式与在对应于中间部件156的地方进行传播的模式的模式耦合，在基于光子带隙的效果的透射波段中，有时在光纤模式中产生损失，存在不希望的情况。

在本实施例中，通过使中间部件156的折射率与第二纤芯142的折射率相等，在基于光子带隙的效果的透射波段中，能够防止发生由模式耦合引起的不必要的损失。但是，中间部件156的折射率并不限于本实施例的实施范围，在比第一纤芯141的折射率小的范围中也能够进行适当的变更。

取出2m制造出的光纤，在卷成直径280nmφ的状态下，图16表示仅在基本模式选择地用白色光激发并测量透射波段的结果。如图16所示，在波长1.13μm附近透射光强度急速变低，当射入了波长1.08μm的激光时，能够抑制波长1.14μm附近的一次受激拉曼散射。

接着，取出6m制造出的光纤作为以下用途的导光光纤，将来自中心波长为1.08μm、峰值功率为18kW、平均输出为30W的加工用脉冲光纤激光器的光引导至加工对象物。通过本实施例的光子带隙光纤的波长滤波效果，能够不产生波长1.14μm的受激拉曼散射，可不受由受激拉曼散射引起的波长光谱变化的影响，将从加工用脉冲激光器本体射出的高输出的光稳定地引导至加工对象物。

而且，在高折射率部的相对折射率差Δh是1％左右的光子带隙光纤中，由光纤的弯曲损失引起的透射波段的现象总是成为问题，但本实施例的光子带隙光纤由于高折射率部的相对折射率差Δh最大值是2.8％，所以在将激光引导至加工对象物之前即使施加直径50mm左右的弯曲，也能够充分地减少由弯曲损失引起的透射波段的减少，可稳定地导光至加工对象物。

实施例5

(加入旋转的双包层光纤)

图17是表示本发明涉及的其他的实施例的光纤的构造的图。本实施例的光纤的截面构造与实施例4的光纤相同，但在第一纤芯171中添加镱，在包层170a的周围被覆由折射率1.38的氟系树脂构成的第二包层170b，成为双包层构造的放大用光纤。在此，由于在第一纤芯171中添加镱，所以与纯石英的相对折射率差是0.05％。而且，在光纤拉丝时，在熔融状态下被施加扭转，高折射率部173成为螺旋状，成为实际上在长度方向施加了弯曲的形状。因此，对在高折射率部173中传播的光产生所谓的大弯曲(macro bent)、微弯曲的损失。另一方面，第一纤芯171位于光纤截面的中心，不发生长度方向的弯曲。

本实施例的光纤由于第一纤芯171的折射率与包层170a相比较仅大一点，其相对折射率差仅为0.05％，所以具有与实施例4的光纤大致相同的透射特性、截止特性。因此，本实施例的光纤作为用于放大波长1.08μm的激光的光纤使用时，能够抑制波长1.14μm附近的一次受激拉曼散射。

本实施例的光纤能够适合作为双包层构造的放大器用光纤来使用。在没有施加扭转的情况下，作为双包层构造的放大器用光纤使用时，在包层170a激发的激发光在高折射率部173中传播，发生信号的放大中不能使用的现象，放大器的激发光利用率低。但是，若使用本实施例的光子带隙光纤，在高折射率部173中传播的激发光通过大弯曲、微弯曲等损失从高折射率部173放射，被纤芯吸收并利用于信号光的放大。因此，本实施例的光子带隙光纤在作为双包层构造的放大器用光纤使用时，能够提高放大器的激发光利用效率。

实施例5的光纤中扭转的周期P是1cm，扭转的最大角度A为20π弧度，施加大致正弦波型的扭转。正弦波型的扭转是指在光纤的长度方向的距离Z中光纤的扭转角度Θ(z)作为光纤的周期P和最大扭转角度A的函数表示为下式。

Θ(z)＝A×sin(2π×2/P)

在实施例5中，在0.25cm之间对光纤施加约3周旋转的扭转，这是在光纤固化后很难施加的扭转量。

在用波长915nm的光对实施例5的光纤的包层整体进行激发时，基于添加在纤芯中的镱的吸收量为0.4dB/m。而且，射入到高折射率部173的激发光通过弯曲损失被放射后，被添加在纤芯中的镱吸收，在高折射率部173中观察不到残留的激发光。而且，作为用于放大波长1.08μm激光的光纤使用时，能够抑制波长1.14μm附近的一次受激拉曼散射。

非专利文献(J.D.Love，et al.，’Radiation from single-mode helicalfiber，’Electronics letters，vol.23，No.21，pp.1109-1110，1987)中对纤芯在长度方向成为螺旋状的光纤的损失进行了描述，能够指导在实施例4的光子带隙中，为了使从高折射率部173漏出的光受到损失需要怎样程度的扭转。实际上，由纤芯的形状、模式的次数、螺旋的半径等导致的损失是不同的，但在非专利文献中，公开了为了在用一般的石英系光纤能够实现的折射率分布的范围内得到1dB/m以下的损失，需要按照约5mm进行旋转1周左右的扭转。而且，在非专利文献中是在光纤的一个方向上施加扭转，但即使是正弦波型的扭转、其他的扭转形状，若平均按照约5mm最低施加1周旋转的扭转，则从高折射率部173漏出的光受到损失。而且，扭转量越大可使从高折射率部173漏出的光的损失越大。

实施例6

(偏振波保持光纤)

作为本发明的另一的实施例，制造图18A所示构造的光子带隙光纤。在折射率1.45的纯石英玻璃的包层180中，具有与包层180的相对折射率差Δ1是0.0％、直径d1是28.6μm的纯石英玻璃的第一纤芯181，在第一纤芯181的周围存在与包层180的相对折射率差Δ2是-0.15％、包围纤芯的包层180的内切圆的直径d2是34.4μm的、在纯石英中添加氟的第二纤芯182。而且在其周围按具有两周旋转对称性地配置周期构造，该周期构造包括折射率与第二纤芯182相同的、在纯石英中添加氟的低折射率部位，以及折射率比包层的折射率高的、在纯石英中添加锗的高折射率部183。而且光纤的外径是215μm。

周期构造是将与包层的相对折射率差Δh最大是2.8％的、具有大体为抛物线形状的折射率分布的、半径是5.1μm的高折射率部183配置形成为周期8.1μm的三角栅格构造的周期构造。由于配置纤芯，所以周期构造部从中心开始三层不存在，是五层的周期构造。

高折射率部183由于在纯石英中添加锗所以与由纯石英构成的包层180、和在纯石英中添加氟的低折射率部位的热膨胀系数有很大不同，所以如图18A所示，在截面构造只具有两周以下的旋转对称性时，产生由热应力引起的双折射。因此，可不用另外设置应力赋予部就可作为偏振波保持光纤发挥功能。在测量制造出的光纤的基本模式的双折射时，在波长1.08μm下具有1×10^-4以上的双折射，能够作为偏振波保持光纤发挥功能。而且，还具有由光子带隙的效果带来的波长滤波效果。

另外，本发明的光纤的第一纤芯181是圆形，由于电场分布主要由第一纤芯181的形状确定，因此电场分布是同心圆形状，不产生模式双折射，仅产生由应力引起的双折射。而且，与具有同心圆形状的电场分布的现有形态的光纤连接时，能够减少因模场形状的差异引起的连接损失，可与现有形态的光纤进行低损失的连接。

另外，本发明的光子带隙光纤并不限于本实施例，也可如图18B、图18C、图18D那样，以两周以下的旋转对称性配置通过热应力使纤芯中产生双折射的高折射率部位183。

在石英系光纤中，作为用于形成偏振波保持光纤的应力赋予部件通常采用添加了硼的石英玻璃，也考虑图18E那样的另外设置应力赋予部185的构造，但由于添加了硼的纯石英的折射率比纯石英低，所以应力赋予部185需要在高折射率部183另外设置。因此，为了得到波长滤波器特性的效果需要适当地配置高折射率部183，降低了设计的自由度。而且，在图18E那样的构造中，在为了使高折射率部183的折射率差例如达到1.5％以上而大量添加锗等的情况下，由高折射率部183引起的热应力与由另外设置的应力赋予部185引起的热应力相抵，有时双折射变少，有时不产生双折射。因此，特别是在由高折射率部183引发的热应力大的情况下，优选不另外设置应力赋予部，仅通过由高折射率部183引发的热应力来产生双折射。

实施例7

(写入光纤光栅的光纤)

本实施例的光纤成为截面构造与实施例4的光纤相同，但在第一纤芯中添加镱，在包层的周围覆盖由折射率1.38的氟系树脂构成的第二包层，构成双包层构造的放大用光纤。而且在高折射率部中写入长周期光纤光栅，在通过包层激发导入激发光时，成为在高折射率部传播的一部分激发光从高折射率部放射的构成。

本实施例的光纤能够适合作为双包层构造的放大器用光纤进行使用。在高折射率部中没有写入长周期光纤光栅的情况下，作为双包层构造的放大器用光纤使用时，如图19A所示，通过包层激发的激发光的一部分在高折射率部193中传播，未到达第一纤芯191，发生不能用于信号光的放大的现象。因此，使放大器的激发光利用效率低。但是，若使用本实施例的光子带隙光纤，如图19B所示，通过长周期光纤光栅，使在高折射率部193中传播的激发光从高折射率部193放射，与通过包层190和第二包层194的折射率差传播的其他的传播模式耦合，之后被纤芯吸收并用于信号光的放大。因此，在本实施例的光子带隙光纤作为双包层构造的放大器用光纤使用时，能够提高放大器的激发光利用效率。

对在高折射率部193中传播的激发光进行耦合的传播模式，优选是具有比包层190的折射率小、比第二包层194的折射率大的有效折射率的传播模式。此时，由于有效折射率小于包层190所以未被封闭在高折射率部，并且由于有效折射率大于第二包层194所以能够在第二包层194中传播。因此，能够使激发光高效地到达纤芯。进而优选，如图19C所示，通过与在纤芯中传播的模式耦合，能够使激发光更高效地到达纤芯。

在本实施例中，使用了长周期光纤光栅，但只要能够使在高折射率部193中传播的激发光向高折射率部193之外放射并与别的传播模式进行耦合的光纤光栅即可，例如使用倾斜型光纤光栅，如图19D所示，也能够向与激发光的传播方向相反的方向放射。此时，与在纤芯中反方向传播的模式进行耦合，也可使激发光高效到达纤芯。

而且，在本发明的光子带隙光纤中，由于在通过光纤光栅向包层部放射激发光的地方向包层部导入新的激发光，所以通过对写入光纤光栅的光纤的长度方向的位置进行最优化，能够使在放大用光纤内的激发光的长度方向分布最优化。

使用长周期光纤光栅的情况下，由于从高折射率部放射出的激发光向与在高折射率部中传播的方向相同的方向传播，所以例如优选，在放射后能够确保激发光被纤芯充分吸收的足够长的光纤的位置，写入光纤光栅。

在使用倾斜型光纤光栅的情况下，由于从高折射率部放射出的激发光向与在高折射率部中传播的方向相反的方向传播，所以例如优选，通过在与射入激发光的端面相反侧的端面写入，激发光的一部分被从与激发光入射面端面相反侧的端面导入，使在放大用光纤内的激发光的长度方向分布均匀。

产业上的可利用性

本发明的光子带隙光纤通过在第一、第二纤芯的周围设置周期构造，能够作为波长滤波器发挥功能。由此可减少透射波长的传播损失，增大截止波长的传播损失，能够对截止波长得到良好的波长滤波效果。

Claims (11)

1.一种光子带隙光纤，包括：

第一纤芯，其具有小于等于包层的折射率；

第二纤芯，其包围该第一纤芯而设置，具有小于第一纤芯的折射率；

包层，其包围该第二纤芯；以及

周期构造部，其设置在该包层的第二纤芯附近，是将折射率比包层的折射率高的高折射率部形成周期构造而构成的；

所述周期构造部作为波长滤波器发挥功能。

2.一种光子带隙光纤，包括：

第一纤芯，其相对于包层的折射率，具有相对折射率差是0％～0.1％的折射率；

第二纤芯，其包围该第一纤芯而设置，具有小于所述第一纤芯的折射率；

包层，其包围该第二纤芯；

周期构造部，其设置在该包层的第二纤芯附近，是将折射率比包层的折射率高的高折射率部形成周期构造而构成的；

所述周期构造部作为波长滤波器发挥功能。

3.根据权利要求1或2所述的光子带隙光纤，其特征在于，

所述周期构造部具有两周以下的旋转对称性，作为偏振波保持光纤或单偏振波光纤发挥功能。

4.根据权利要求1或2所述的光子带隙光纤，其特征在于，

所述周期构造是将多个所述高折射率部配置成至少包括三角栅格构造、蜂窝栅格构造、正方栅格构造、长方栅格构造中的任一个的周期构造。

5.根据权利要求1或2所述的光子带隙光纤，其特征在于，

所述第一纤芯是圆形截面。

6.根据权利要求1或2所述的光子带隙光纤，其特征在于，

在所述周期构造的内部、所述第一纤芯以及所述第二纤芯中不存在空孔。

7.根据权利要求1或2所述的光子带隙光纤，其特征在于，

所述第一纤芯相对于所述包层的相对折射率差是0.1％～-1.0％的范围，所述第二纤芯相对于所述包层的相对折射率差是-0.01％～-1.5％的范围。

8.根据权利要求1或2所述的光子带隙光纤，其特征在于，

所述高折射率部相对于所述包层的最大相对折射率差是0.5％～4.0％的范围。

9.根据权利要求1或2所述的光子带隙光纤，其特征在于，

所述包层被小于该包层的折射率的介质包围。

10.根据权利要求1或2所述的光子带隙光纤，其特征在于，

所述周期构造被配置成以所述第一纤芯为中心轴的螺旋状。

11.根据权利要求1或2所述的光子带隙光纤，其特征在于，

在所述周期构造的至少一部分上形成光纤光栅，并在光纤的长度方向上对折射率进行调整。

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