JP2002537574A - フォトニック結晶ファイバ及びこれに係る改良 - Google Patents

フォトニック結晶ファイバ及びこれに係る改良

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Abstract

(57)【要約】 複数の長手方向孔（２２０）を含むフォトニック結晶ファイバであり、このフォトニック結晶ファイバにおいて、ファイバの製造後に熱処理が施されるファイバの第１領域（２００）では、長手方向孔の少なくとも幾つかが、ファイバの第２領域（１９０）での断面積とは異なる断面積を有し、熱処理済み領域（２００）におけるファイバの光学的性質は、当該熱処理済み領域（２００）での長手方向孔（２３０）の断面積の変化により変わる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトニック結晶ファイバの分野に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
フォトニック結晶ファイバは光ファイバの特殊形態である。単一モードの光フ
ァイバは、通信やセンシングなどの応用分野で広く用いられている。その様なフ
ァイバは、典型的にはガラスなどの透明な固体材料から作られ、各ファイバは典
型的には長さ方向に同一の断面構造を有している。透明材料は、断面の一部分（
通常は中間）での屈折率が残部での屈折率よりも大きく、全反射により光をガイ
ドする光学的コアを形成している。本願明細書では、その様なファイバを標準フ
ァイバと称する。
【０００３】 標準ファイバの取扱・処理の技法や機械は多数確立されており、例えば、クリ
ーバは硬質のナイフ縁でファイバを破断してクリーンな端面を与えるものとなっ
ており、溶融スプライサは、高温電気アークを用いて２本のファイバを端面で接
合するようになっている。また、ファイバに沿って通過する光に対して何らかの
機能を奏する種々のファイバ装置を作るために、一つのプロセスすなわち溶融テ
ーパリングが用いられる。このプロセスでは、ファイバが軟化するまで局所加熱
され、次に、加熱領域で局所的に細くなるようにファイバが引っ張られる。ファ
イバに沿って通過する光は、熱処理済み領域の細さにより影響を受ける。典型的
なテーパ付きの単一モードファイバでは、光はコアから広がり出て周囲のクラッ
ドの多くを占めるに至る。ファイバが十分に細い場合、光は、コアから完全に広
がり出て、全ファイバの外側境界によりガイドされることになる。ファイバは、
典型的にはガス炎中や電気ヒータの近くにおかれて加熱され、または強力なレー
ザビームに晒されて加熱される。
【０００４】 テーパの最も細いところで切断されたテーパ付きのファイバはビームエクスパ
ンダとして作用する。切断箇所での光波断面積が非熱処理済みのファイバ中での
光波断面積よりも大きいからである。その様なビームエクスパンダにより、ファ
イバへの光の放射やファイバからの光の取り出しを支援することができる。 外側境界で光が局所的にガイドされるようにテーパを付けたファイバは、局所
的な光センサとして作用可能である。テーパ領域において、光は、ファイバを包
囲する媒体に対して感応性を有する一方、その他のところでは中央コア内に埋め
られるので感応性を有しない。
【０００５】 平行に接触して配された２本以上のテーパ付きファイバは、ファイバビームス
プリッタ（すなわち方向性結合器）として作用可能であり、同スプリッタでは、
細い領域において、一本のファイバ内の光の少なくとも幾らかが別のファイバへ
移送される。 最近の数年間、非標準的なタイプの光ファイバが実施されており、フォトニッ
ク結晶ファイバ（ＰＣＦ）と称されている。典型的には、フォトニック結晶ファ
イバは単一の実質的に透明な固体材料、例えば溶融シリカガラスから製造され、
同材料内には、ファイバ軸と平行にファイバ全長にわたって延びる空気孔の周期
的配列が埋め込まれる。定常配列における単一の空気孔欠落形式の欠陥により、
屈折率増大領域が形成され、この領域は、標準ファイバでの全反射ガイドと類似
の方法で光をガイドする導波ファイバコアとして作用する。別の光ガイド機構は
、全反射というよりもフォトニックバンドギャップ効果に基づくものである。フ
ォトニックバンドギャップガイドは、空気孔の配列を好適に設計することにより
得ることができる。伝搬定数を有する光は、コア内に限定可能であり、コア内を
伝搬することになる。
【０００６】 フォトニック結晶ファイバは、ガラスキャピラリとケーンとを巨視的スケール
で所望形状にスタックし、次に、両者を適所に保持しつつ、両者を溶融させてフ
ァイバに線引きする。 ＰＣＦは、数多くの重要な技術的性質を具備している。例えば、ＰＣＦは、非
常に広い波長領域にわたって単一モードをサポートし、また、広いモード領域を
有して高い光出力を伝送し、更には１．５５ミクロンの通信波長での正常分散が
大きい。ＰＣＴの製造にスタック・線引き法を用いることから、ＰＣＦは典型的
には円形対称ではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
標準ファイバ用の上記技法と同様の取扱・処理技法により、ＰＣＦの技術的応
用が促進される。残念なことに幾つかの技法はＰＣＦには好適しない。例えば、
２本のＰＣＦを溶融接合しようとすると、ＰＣＦ内の空気が爆発的に膨張して、
接合されるファイバ端が破損する。
【０００８】 本発明の目的は、標準ファイバデバイスに類似のＰＣＦ光デバイスを提供する
ことにある。本発明の別の目的は、その様な光デバイスの製造プロセスを提供す
ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数の長手方向孔を含むフォトニック結晶ファイバが提供さ
れ、このフォトニック結晶ファイバでは、ファイバの製造後に熱処理が施される
ファイバの第１領域において、長手方向孔の少なくとも幾つかが、ファイバの第
２領域での断面積とは異なる断面積を有し、そして、熱処理済み領域におけるフ
ァイバの光学的性質は、当該熱処理済み領域での長手方向孔の断面積の変化によ
り変わる。
【００１０】 用語「製造後」は、ファイバの線引き後の如何なる時点をも指すものとする。 使用可能な熱処理プロセスは、典型的には、標準ファイバの溶融テーパリング
に用いられる上述のプロセスと同一である。標準ファイバの場合と同様、熱処理
に続いて、ファイバを細く絞るために引き延ばしを行うことができる。しかしな
がら、標準ファイバとは反対に、ファイバを全く引き延ばさなくとも光学的性質
が変化することがある。すなわち、ファイバ中の孔の幾つかまたは全てが、熱処
理により、表面張力の影響下で部分的または完全に潰れることがある。同時引き
延ばしを行っても行わなくとも孔は潰れる。更に、孔の幾つかが押圧されると、
潰れる代わりに膨張することがある。そして、原理的には、孔を差別的に加圧し
て、孔の潰れ及び膨張のパターンを生じさせることができる。標準ファイバのテ
ーパリングの場合と同様、多くの応用分野において、熱処理を施さないファイバ
と熱処理済み領域の中間とにおける移行は十分に段階的なものにすべきであり、
移行部における光の損失が許容可能な小さいものになるようにする。すなわち、
いわゆる断熱の規準。
【００１１】 少なくとも幾つかの孔が熱処理済み領域で膨張している場合もある。 少なくとも幾つかの孔あるいは全ての孔が少なくとも部分的にあるいは完全に
熱処理済み領域で潰れている場合もある。 孔の潰れおよびまたは膨張のパターンは円形対称でなくても良い。ファイバの
複屈折は、円形対称の欠如により変わることがある。
【００１２】 ファイバを熱処理済み領域で細くしたものでも良い。 フォトニック結晶ファイバを光デバイスに含めることができる。 フォトニック結晶ファイバは、モード電磁界変換器に含めることができる。モ
ード電磁界変換器は、フォトニック結晶ファイバの熱処理済み領域中の伝搬によ
り、モード電磁界変換器中を伝搬する導波モードの電磁界分布が変化するように
構成される。ＰＣＦにおける導波モードの電磁界分布の形状および寸法は、空気
孔の相対的寸法や空気孔同士の離隔距離に依存する。従って、空気孔の寸法を変
化させるべく（あるいは全ファイバを細く絞るために）熱処理されたＰＣＦは、
モード電磁界変換器として作用可能である。
【００１３】 フォトニック結晶ファイバは、マルチモード−単一モード変換器またはモード
フィルタに含めることができ、ここで、ファイバの非熱処理済み領域はマルチモ
ードであり、また、熱処理済み領域は少なくとも一つの光波長について単一モー
ドである。熱処理済み領域を通って伝搬する光は強制的に単一モードにされ、非
熱処理済み領域を通るときに実質的に単一モードに留まる。非熱処理済み領域は
その他のモードをサポートすることができる。理想的なファイバでは、その他の
モードは非励起状態に留まる。
【００１４】 フォトニック結晶ファイバは、ファイバ入力結合器またはファイバ出力結合器
に含めることができ、ここでは、フォトニック結晶ファイバは熱処理済み領域で
切断される。その様なデバイスは、ファイバが熱処理領域で切断されるものであ
れば、ファイバ端に出入りする光の結合を促進するために使用することができる
。
【００１５】 ファイバ入力結合器またはファイバ出力結合器は、この結合器を通ってモード
が伝搬する場合に、切断面でのモードパターンが外部光学素子のモード形状に実
質的に整合するように構成可能である。外部光学素子はダイオードレーザで良い
。このモードを楕円また矩形にすることにより、ダイオードレーザ源からファイ
バへの光の放射がより効率的になる。実際、単にモードサイズを増大させること
によりその他のソースからファイバへの光の放射が容易になる。
【００１６】 このファイバ結合器はファイバ接合に含めることができ、ファイバ結合器は一
つ以上のその他のファイバに接合される。この接合は、例えば、溶融や接着また
は当接により行われる。 ファイバ接合に含められる一本以上のその他のファイバの少なくとも一つは、
切断されたフォトニック結晶ファイバ、上述のようなファイバ結合器、標準ファ
イバ、または熱処理中の引き延ばしによりテーパをつけられた後で切断された標
準ファイバから選択することができる。孔の潰れの制御により、ＰＣＦペアを互
いに溶融接合する方法が提供される。先ず、各ファイバの一部分において問題の
ある空気孔を上記のように完全に潰して除去する。ファイバを引き延ばす必要は
ない。そして、孔を潰した部分でこれらのファイバを切断する。ファイバには膨
張する孔がなく、またモード電磁界が整合するので、次にファイバ同士を溶融接
合可能である。（ファイバが理想的でなければ、ファイバの外径がマッチするよ
うにファイバの一方または双方を引き延ばすことができ、これでファイバのモー
ド電磁界が同一になる）。溶融接合の代わりに、モード電磁界が整合した２つの
ＰＣＦを、接着剤を用いた従来法により機械的に接合可能である。
【００１７】 ファイバの外側境界により光がガイドされるポイントに向けてテーパを付けた
標準ファイバは、孔が完全に潰され且つ同一の最終直径にまで引き延ばされたＰ
ＣＦのものに類似のモード電磁界を有する。この接合は低損失である。 本発明によるフォトニック結晶ファイバは、フォトニック結晶ファイバ内を伝
搬する光と外部環境との相互作用が熱処理済み領域で促進または抑制されるよう
に構成可能である。その様なフォトニック結晶ファイバは、例えばモード電磁界
変換器のような光デバイスに含めることができる。相互作用は、ファイバの外部
環境の測定量の測定を便宜なものにすることがある。例えば、外部光学素子と相
互作用させることがある。外部光学素子は、１本以上のその他の光ファイバを備
えても良い。１本以上のその他の光ファイバの少なくとも１つは、本発明による
フォトニック結晶ファイバあるいは標準ファイバで良い。空気孔の潰れによって
モード電磁界が広がり出ることにより、ファイバの外側境界での電磁界強度が増
大する。境界における光は、ファイバ回りの環境と自由に相互作用する。従って
、外部環境との相互作用は、孔の潰れ（または膨張）により促進（または抑制）
可能になる。環境中の特定の性質（例えば外部屈折率）と光が相互作用可能であ
れば、熱処理済みのファイバは環境センサとして作用する。また、好適な光学素
子がファイバに隣接して配置される場合、光デバイスを、光学素子との相互作用
に基づいて構築可能である。特に、光学素子は少なくとも１本のその他のファイ
バであっても良い。このファイバはＰＣＦ或いは標準ファイバで良く、また、標
準ファイバでの溶融式方向性結合器の製造プロセスと類似の製造プロセスでの熱
処理中に第１のファイバに融合されたものでも良い。
【００１８】 光デバイスでの少なくとも２本のファイバは、熱処理により互いに少なくとも
部分的に融合されたものでも良い。 同様に、コア中の光とファイバの残部に導入されたその他の構造との相互作用
を制御するためにモード電磁界を変化させることができる。その様な構造の例と
して、回折格子、ドープ領域（ゲインを得るために光学的に励起可能）や追加の
導波コアがある。その様な相互作用に基づくことができるデバイスは、方向性結
合器、スペクトルフィルタ、センサ、レーザまたは光増幅器を含む。本発明によ
るフォトニック結晶ファイバは、フォトニック結晶ファイバを伝播する光とファ
イバのどこかに（故意に）導入された構造との相互作用が熱処理済み領域で促進
または抑制されるように構成可能である。その様なフォトニック結晶ファイバは
光デバイスに含めることができる。導入される構造は、フォトニック結晶ファイ
バにおける少なくとも一つのその他のコア領域、格子、またはドープ材料領域の
いずれかで良い。
【００１９】 光デバイスは、方向性結合器、スペクトルフィルタ、光学センサ、レーザまた
は光増幅器（これらは方向性結合器を含むことができる）などのその他の光デバ
イスに含めることができる。 本発明によれば、フォトニック結晶ファイバの製造方法が提供される。この製
造方法は、複数の長手方向孔を有するフォトニック結晶ファイバを製造する工程
と、ファイバの一領域を、同領域内の長手方向孔の少なくとも幾つかが、熱処理
を施さないファイバ領域での断面積と異なる断面積を有するように熱処理する工
程とを備え、熱処理済み領域でのファイバの光学的性質は、その領域における長
手方向孔の断面積を変化させることにより変わる。
【００２０】 長手方向孔の少なくとも幾つかは熱処理中に加圧可能である。長手方向孔の全
てを熱処理中に加圧することができる。 この熱処理は、ファイバ中の空気孔の少なくとも幾つかまたは全部を熱処理済
み領域で完全に潰すことができる。 円形対称でない、孔の潰れ及びまたは膨張のパターンが生じるように、熱処理
が円形対称に加えられない場合がある。これにより、ファイバの複屈折が熱処理
済み領域で変わることがある。ＰＣＦの偏光性能は、コア近傍の構造に依存する
。ファイバの複屈折率を変更するために、空気孔サイズおよび全体のファイバ径
の変化を制御することができる。
【００２１】 ファイバを熱処理中に引き延ばすことにより局所的に細くしても良い。 熱処理により、ファイバ中の材料の少なくとも幾らかの物理的およびまたは化
学的状態を変化させても良い。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態を単に例示的に説明する。 図１に例示するように、標準ファイバは、最も簡単な形式では、主として円筒
状コア１０と同心の円筒状クラッド２０とを備える。典型的には、コアおよびク
ラッドの双方は、同一の材料、通常はシリカにより構成されるが、コア１０の屈
折率を増大させると共にクラッド２０の屈折率を減少させるためにその他の材料
をドープすることがある。好適な波長の光はコア１０内に限定され、コア・クラ
ッド境界１５における全反射によりコア内でガイドされる。
【００２３】 ファイバの残部と光学的性質を異にする細く引き延ばされた領域を生じさせる
ために、標準ファイバを熱処理して引き延ばすことが知られている（図２（ａ）
及び図２（ｂ））。図２（ａ）において、図示のファイバは、クランプ３０で保
持されてその長手方向４０に平行な方向に引っ張られる。ファイバに熱５０が加
えられる。その処理の結果を図２（ｂ）に示す。くびれた部分６０がファイバに
形成される。コア１０の断面積は大きく減少し、クラッド２０も相当に細くなる
。くびれた部分６０とファイバ８０の残部との間は移行領域７０になっている。
【００２４】 図３に示す典型的なフォトニック結晶ファイバは、透明なバルク材料９０（例
えばシリカ）のストランドを備え、該ストランドは孔１００の格子を有しており
、この格子はストランドの長さ方向に延びている。これらの孔は、格子状の正六
角形の頂点および中心に配置されている。これらの孔は一定の周期を有し、この
周期は、ファイバの中心近くの一つの孔を除去することにより壊されている。除
去した孔の場所を包囲するファイバ領域１１０は、バルク材料９０の屈折率を有
している。ファイバの残部の屈折率は、バルク材料９０の屈折率と孔１００内の
空気の屈折率の双方によるものになる。空気の屈折率は、例えばシリカの屈折率
よりも小さく、結局、孔を備えた材料の「有効屈折率」は、除去した孔を包囲す
る領域１１０の屈折率よりも小さい。従って、ファイバは、標準ファイバにおけ
る全反射による導波と同様に、光を領域１１０内にほぼ閉じ込めることができる
。従って、領域１１０をフォトニック結晶ファイバの「コア」と称する。
【００２５】 フォトニック結晶ファイバの別の形式では、フォトニックバンドギャップガイ
ドが、光をファイバ「コア」に閉じ込めるように作用する。図４に示したその様
なファイバの別の例において、バルク材料９０内には孔１２０のマトリックスが
ある。これらの孔は、正六角形の頂点（中心ではない。図３と比較のこと）に配
置されている。マトリックスの規則性はここでも欠陥により破られている。但し
、図示例では、この欠陥は、格子六角形の一つの中心にある追加の孔１３０であ
る。この六角形はファイバの中心近くにある。追加の孔１３０を包囲する領域を
ファイバのコアと称することができる。（しばらく）孔１３０を無視すると、フ
ァイバの孔の周期性により、ファイバ内を伝搬可能な光の伝播定数にバンドギャ
ップが生じる。孔１３０を追加することにより、ファイバの残部でサポートされ
る伝搬定数と異なる伝搬定数をサポート可能な領域が有効に形成される。孔１３
０の領域内でサポートされる伝搬定数の幾つかが、ファイバの残部で禁止されて
いる伝搬定数のバンドギャップ内に入るものであれば、その様な伝搬定数を有し
た光は、コア内に閉じ込められてコア内を伝搬することになる。孔１３０が低屈
折率欠陥（欠陥がなければバルク材料が占める場所に欠陥があると空気が存する
ことになる）であるので、全反射効果による導波が行われないことに留意のこと
。
【００２６】 フォトニック結晶ファイバの熱処理に用いるのに好適な機構を図５に図示する
。ファイバ１４０はステージ１５０にクランプされ、これらのステージは固定位
置にある。ファイバ１４０を引き延ばす意図はない。バーナアーム１７０を有す
るバーナステージ１６０は、ステージ１５０間のファイバ１４０の一部を炎１８
０で加熱するように配されている。本発明を実施するのに好適なその他多数の加
熱機構があることに留意すべきである。例えば、電気ヒータや炭酸ガスレーザの
ビームがある。
【００２７】 フォトニック結晶ファイバの熱処理の効果の例を図６に示す。熱処理済み領域
２００、非熱処理済み領域１９０及び移行領域２１０がある。図示の例では、非
熱処理済み領域１９０の部分２２０と比べ、熱処理済み領域２００の孔の部分２
３０が部分的に潰れているのが分かる。従って、孔の少なくとも幾つかの各々の
断面積は、その孔の長さに沿って変化する。非処理済み領域１９０でのガラス２
４０の断面積は、熱処理済み領域２００でのガラス２５０の断面積と略同一であ
るが、ファイバの全体的な直径も僅かに減少することになる。
【００２８】 図７は、本発明のフォトニック結晶ファイバを用いて製造可能な光デバイスす
なわち方向性結合器またはビームスプリッタの構造を示す。２つのフォトニック
結晶ファイバ２６０、２７０の各々における領域２８０、２９０は、例えば、同
時に熱処理を行ったり更なる熱処理を行うことにより、互いに融合している。孔
の潰れによりクラッドとコア間の屈折率差が小さくされ或いは屈折率差がなくな
るので、熱処理済み領域２８０、２９０の光はファイバのクラッド領域内へ入る
。例えば、ファイバ２６０内を伝搬する光は、ファイバ２７０に結合されること
になる。ファイバ２７０では、ファイバ同士が領域２８０、２９０で互いに融合
している。
【００２９】 標準ファイバ４２０へのフォトニック結晶ファイバ３３０の接合を図８に示す
。各ファイバは熱処理され、引き延ばされ、さらには切断されて、テーパをつけ
た領域３４０、３８０を生じる。フォトニック結晶３３０のテーパを付けた領域
３４０において、孔３００は実質的に除去されている。標準ファイバ４２０のテ
ーパを付けた領域３８０では、コア４１０及びクラッド４００の双方が、それぞ
れの独立性を保持しつつテーパが付いたものになっている。この２つのファイバ
は、溶融接合３６０により接合される。
【００３０】 欠陥のあるコア領域３１０を伝搬する光モード３２０は広がり出て、テーパ付
きの領域３４０の全幅を充たす。その領域でのモード３５０は、標準ファイバ４
２０９のテーパ付き領域３８０でのモード３７０に整合する。テーパ付き領域３
８０から離れると、光は標準ファイバ４２０の通常モード３９０になる。 図９は、マルチコア式のフォトニック結晶ファイバ４４０を示す。（図６、図
８及び図１０と同様）この図は、少数の孔のみを示す。勿論、実際のファイバに
は多数の孔がある。孔４３０は、２つのコア４８０、４９０を包囲している。こ
れらのコアは、ファイバの非熱処理済み領域では光学的に相互作用しない。熱処
理済みの領域４５０では、孔４３０は部分的に潰れている。その領域では、いず
れかのコア４８０、４９０を伝搬する光は、その他のコア内を伝搬する光と相互
作用可能である。熱処理済み領域４５０は、局所的な方向性結合器として作用可
能である。
【００３１】 図１０（ａ）のファイバのコア５１０に関する孔５００の六角対称は、熱処理
により孔５２０を選択的に潰すことにより壊すことができ、図１０（ｂ）の二重
回転対称を生じる。一般に、その様な対称を有するファイバには複屈折性がある
ので、ファイバの複屈折率が熱処理済み領域で変わることがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 標準ファイバの概略断面図である。
【図２】 概略図であり、（ａ）、（ｂ）は標準ファイバの熱処理を示す。
【図３】 先行技術のフォトニック結晶ファイバの概略断面図である。
【図４】 先行技術の別のフォトニック結晶ファイバの概略断面図である。
【図５】 ファイバの熱処理を実施するための構成の概略図である。
【図６】 フォトニック結晶ファイバの熱処理の効果を示す概略図である。
【図７】 方向性結合器またはビームスプリッタの概略図である。
【図８】 ファイバ接合の概略長手方向断面である。
【図９】 マルチコアファイバの概略長手方向断面である。
【図１０】 概略図であり、（ａ）は熱処理を施さないフォトニック結晶ファイバを示し、
（ｂ）は複屈折を生じさせるために熱処理を施したフォトニック結晶ファイバを
示す。
【符号の説明】
１０、４１０、４８０、４９０、５１０ コア １５ コア・クラッド境界 ２０、４００ クラッド ３０ クランプ ５０ 熱 ６０ くびれた部分 ７０、２１０ 移行領域 ８０ ファイバ残部 ９０ バルク材料 １００、１２０、４３０、５００ 孔 １１０ ファイバ領域 １３０ 追加の孔 １４０ ファイバ １８０ 炎 １９０ 非熱処理済み領域 ２００、２８０、２９０、４５０ 熱処理済み領域 ２２０ 非熱処理済み領域部分 ２３０ 熱処理済み領域の孔部分 ２４０、２５０ ガラス ２６０、２７０、３３０、４４０ フォトニック結晶ファイバ ３１０ コア領域 ３２０ 光モード ３４０、３８０ テーパ付き領域 ３５０、３７０ テーパ付き領域でのモード ３９０ 通常モード ４２０ 標準ファイバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０２Ｂ 6/20 Ｇ０２Ｂ 6/20 Ｚ 6/287 6/42 6/42 6/28 Ａ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (71)出願人 Ｆｉｎａｎｃｅ Ｏｆｆｉｃｅ， Ｕｎｉ ｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｂａｔｈ， Ｔｈ ｅ Ａｖｅｎｕｅ Ｃｌａｖｅｒｔｏｎ Ｄｏｗｎ， Ｂａｔｈ ＢＡ２ ７ＡＹ Ｕｎｉｔｅｄ Ｋｉｎｇｄｏｍ (72)発明者 ラッセル，フィリップ セイント ジョン イギリス国 バス ＢＡ２ ７ＥＢ，サウ スストーク，シェプァーズ ミード （番 地なし) (72)発明者 バークス，ティモシー アダム イギリス国 バス ＢＡ２ ５ＱＹ，クー ム ダウン，ホースクーム ブロウ 14 (72)発明者 ナイト，ジョナサン ケイヴ イギリス国 バス ＢＡ２ ８ＰＹ，ウェ ロー，キャンティーン レーン，キャンテ ィーン コテージ （番地なし) Ｆターム(参考） 2H037 BA02 BA11 CA02 2H050 AB03Z AC01 AC09 AC81 AC87 AD00

Claims (52)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の長手方向孔を含むフォトニック結晶ファイバであって、前
    記ファイバの製造後に熱処理が施される前記ファイバの第１領域において、前記
    長手方向孔の少なくとも幾つかが、前記ファイバの第２領域での断面積とは異な
    る断面積を有し、前記熱処理済み領域における前記ファイバの光学的性質は、当
    該熱処理済み領域での長手方向孔の断面積の変化により変わることを特徴とする
    フォトニック結晶ファイバ。
  2. 【請求項２】 前記少なくとも幾つかの孔が前記熱処理済み領域で膨張している
    ことを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶ファイバ。
  3. 【請求項３】 前記孔のすべてが前記熱処理済み領域で膨張していることを特徴
    とする請求項１または２に記載のフォトニック結晶ファイバ。
  4. 【請求項４】 前記少なくとも幾つかの孔が前記熱処理済み領域で少なくとも部
    分的に潰れていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のフォト
    ニック結晶ファイバ。
  5. 【請求項５】 前記少なくとも幾つかの孔が熱処理済み領域で完全に潰れている
    ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のフォトニック結晶ファイ
    バ。
  6. 【請求項６】 前記孔の全てが前記熱処理済み領域で完全に潰れていることを特
    徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のフォトニック結晶ファイバ。
  7. 【請求項７】 前記孔の潰れおよびまたは膨張のパターンが円形対称でないこと
    を特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のフォトニック結晶ファイバ。
  8. 【請求項８】 前記ファイバの複屈折が、円形対称の欠如により変えられている
    ことを特徴とする請求項７に記載のフォトニック結晶ファイバ。
  9. 【請求項９】 前記ファイバが前記熱処理済み領域で細くされていることを特徴
    とする請求項１ないし８のいずれかに記載のフォトニック結晶ファイバ。
  10. 【請求項１０】 請求項１ないし９のいずれかに記載のフォトニック結晶ファイ
    バを含むことを特徴とする光デバイス。
  11. 【請求項１１】 請求項１ないし９のいずれかに記載のフォトニック結晶ファイ
    バを含み、前記フォトニック結晶ファイバの前記熱処理済み領域内での伝搬によ
    り、モード電磁界変換器内を伝搬する導波モードの電磁界分布が変化するように
    構成されることを特徴とするモード電磁界変換器。
  12. 【請求項１２】 請求項１ないし９のいずれかに記載のフォトニック結晶ファイ
    バを含み、前記ファイバの非熱処理済み領域はマルチモードであり、また、前記
    熱処理済み領域は少なくとも一つの光波長について単一モードであることを特徴
    とするマルチモード−単一モード変換器またはモードフィルタ。
  13. 【請求項１３】 請求項１ないし９のいずれかに記載のフォトニック結晶ファイ
    バを含み、前記フォトニック結晶ファイバが前記熱処理済み領域で切断されるこ
    とを特徴とするファイバ入力結合器またはファイバ出力結合器。
  14. 【請求項１４】 前記ファイバ入力結合器またはファイバ出力結合器を通ってモ
    ードが伝搬する場合に、切断面でのモードパターンが外部光学素子のモード形状
    に実質的に整合するように構成したことを特徴とする請求項１３に記載のファイ
    バ入力結合器またはファイバ出力結合器。
  15. 【請求項１５】 前記外部光学素子がダイオードレーザであることを特徴とする
    請求項１４に記載のファイバ入力結合器またはファイバ出力結合器。
  16. 【請求項１６】 請求項１３に記載のファイバ入力結合器またはファイバ出力結
    合器を含み、また、前記ファイバ入力結合器またはファイバ出力結合器が一つ以
    上のその他のファイバに接合されることを特徴とするファイバ接合。
  17. 【請求項１７】 前記ファイバ入力結合器またはファイバ出力結合器が溶融によ
    り前記一つ以上のその他のファイバに接合されることを特徴とする請求項１６に
    記載のファイバ接合。
  18. 【請求項１８】 前記ファイバ入力結合器またはファイバ出力結合器が接着剤に
    より前記一つ以上のその他のファイバに接合されることを特徴とする請求項１６
    に記載のファイバ接合。
  19. 【請求項１９】 前記ファイバ入力結合器またはファイバ出力結合器が当接によ
    り前記一つ以上のその他のファイバに接合されることを特徴とする請求項１６に
    記載のファイバ接合。
  20. 【請求項２０】 前記一つ以上のその他のファイバの少なくとも一つが、切断さ
    れたフォトニック結晶ファイバであることを特徴とする請求項１６ないし１９の
    いずれかに記載のファイバ接合。
  21. 【請求項２１】 前記一つ以上のその他のファイバの少なくとも一つが、請求項
    １３に記載のファイバ入力結合器またはファイバ出力結合器であることを特徴と
    する請求項２０に記載のファイバ接合。
  22. 【請求項２２】 前記一つ以上のその他のファイバの少なくとも一つが、標準フ
    ァイバであることを特徴とする請求項１６ないし２１のいずれかに記載のファイ
    バ接合。
  23. 【請求項２３】 前記一つ以上のその他のファイバの少なくとも一つが、熱処理
    中の引き延ばしによりテーパをつけられた後で切断された標準ファイバであるこ
    とを特徴とする請求項２２に記載のファイバ接合。
  24. 【請求項２４】 前記フォトニック結晶ファイバ内を伝搬する光と外部環境との
    相互作用が前記熱処理済み領域で促進または抑制されるように構成されることを
    特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のフォトニック結晶ファイバ。
  25. 【請求項２５】 請求項２４に記載のフォトニック結晶ファイバを含むことを特
    徴とする光デバイス。
  26. 【請求項２６】 前記光デバイスがモード電磁界変換器であることを特徴とする
    請求項２５に記載の光デバイス。
  27. 【請求項２７】 前記相互作用が、前記ファイバの前記外部環境の測定量の測定
    を便宜なものにすることを特徴とする請求項２５または２６に記載の光デバイス
    。
  28. 【請求項２８】 前記相互作用が外部光学素子との間で行われることを特徴とす
    る請求項２５または２６に記載の光デバイス。
  29. 【請求項２９】 前記外部光学素子が、１本以上のその他の光ファイバを備える
    ことを特徴とする請求項２８に記載の光デバイス。
  30. 【請求項３０】 前記１本以上のその他の光ファイバの少なくとも１つが、請求
    項２４に記載のフォトニック結晶ファイバであることを特徴とする請求項２９に
    記載の光デバイス。
  31. 【請求項３１】 前記１本以上のその他の光ファイバの少なくとも１つが、標準
    ファイバであることを特徴とする請求項２８または２９に記載の光デバイス。
  32. 【請求項３２】 少なくとも２本のファイバが、熱処理により互いに少なくとも
    部分的に融合されたものであることを特徴とする請求項２９ないし３１のいずれ
    かに記載の光デバイス。
  33. 【請求項３３】 前記フォトニック結晶ファイバを伝播する光と前記ファイバの
    どこかに導入された構造との相互作用が前記熱処理済み領域で促進または抑制さ
    れるように構成されることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のフ
    ォトニック結晶ファイバ。
  34. 【請求項３４】 請求項３３に記載のフォトニック結晶ファイバを含むことを特
    徴とする光デバイス。
  35. 【請求項３５】 前記導入された構造が、前記フォトニック結晶ファイバ内の少
    なくとも一つのその他のコア領域であることを特徴とする請求項３４に記載の光
    デバイス。
  36. 【請求項３６】 前記導入された構造が回折格子であることを特徴とする請求項
    ３４に記載の光デバイス。
  37. 【請求項３７】 前記導入された構造がドープ材料領域であることを特徴とする
    請求項３４に記載の光デバイス。
  38. 【請求項３８】 請求項３３ないし３７のいずれかに記載の光デバイスを含むこ
    とを特徴とする光結合器。
  39. 【請求項３９】 請求項３３ないし３７のいずれかに記載の光デバイスを含むこ
    とを特徴とするスペクトルフィルタ。
  40. 【請求項４０】 請求項３３ないし３７のいずれかに記載の光デバイスを含むこ
    とを特徴とする光センサ。
  41. 【請求項４１】 請求項３３ないし３７のいずれかに記載の光デバイスを含むこ
    とを特徴とするレーザまたは光増幅器。
  42. 【請求項４２】 請求項３８に記載の方向性結合器を含むことを特徴とするレー
    ザまたは光増幅器。
  43. 【請求項４３】 （ａ）複数の長手方向孔を有するフォトニック結晶ファイバを
    製造する工程と、（ｂ）前記ファイバの一領域を、同領域内の長手方向孔の少な
    くとも幾つかが、熱処理を施さないファイバ領域での断面積と異なる断面積を有
    するように熱処理する工程とを備え、熱処理済み領域での前記ファイバの光学的
    性質は、その領域における長手方向孔の断面積を変化させることにより変わるこ
    とを特徴とするフォトニック結晶ファイバ製造方法。
  44. 【請求項４４】 前記長手方向孔の少なくとも幾つかを前記熱処理中に加圧する
    ことを特徴とする請求項４３に記載のフォトニック結晶ファイバ製造方法。
  45. 【請求項４５】 前記長手方向孔の全てを前記熱処理中に加圧することを特徴と
    する請求項４３に記載のフォトニック結晶ファイバ製造方法。
  46. 【請求項４６】 前記熱処理により、前記ファイバ中の空気孔の少なくとも幾つ
    かを前記熱処理済み領域で少なくとも部分的に潰すことを特徴とする請求項４３
    または４４に記載のフォトニック結晶ファイバ製造方法。
  47. 【請求項４７】 前記熱処理により、前記ファイバ中の空気孔の少なくとも幾つ
    かを前記熱処理済み領域で完全に潰すことを特徴とする請求項４３または４４に
    記載のフォトニック結晶ファイバ製造方法。
  48. 【請求項４８】 前記熱処理により、前記ファイバ中の空気孔の全てを前記熱処
    理済み領域で完全に潰すことを特徴とする請求項４７に記載のフォトニック結晶
    ファイバ製造方法。
  49. 【請求項４９】 円形対称でない、孔の潰れ及びまたは膨張のパターンが生じる
    ように、前記熱処理を非円形対称に加えることを特徴とする請求項４３ないし４
    ８のいずれかに記載のフォトニック結晶ファイバ製造方法。
  50. 【請求項５０】 前記ファイバの複屈折を前記熱処理済み領域で変えることを特
    徴とする請求項４９に記載のフォトニック結晶ファイバ製造方法。
  51. 【請求項５１】 前記ファイバを前記熱処理中に引き延ばすことにより局所的に
    細くすることを特徴とする請求項４３ないし５０のいずれかに記載のフォトニッ
    ク結晶ファイバ製造方法。
  52. 【請求項５２】 前記熱処理により、前記ファイバ中の材料の少なくとも幾らか
    の物理的およびまたは化学的状態を変化させることを特徴とする請求項４３ない
    し５１のいずれかに記載のフォトニック結晶ファイバ製造方法。
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