JP2003255153A - Single-mode optical fiber - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、単一モード光ファ
イバに関し、より詳細には、製造が容易で、分散特性の
設計自由度が高く、コア径の大きなフォトニック結晶構
造の単一モード光ファイバに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single-mode optical fiber, and more particularly to a single-mode optical fiber having a photonic crystal structure which is easy to manufacture, has a high degree of freedom in designing dispersion characteristics, and has a large core diameter. Regarding fiber.
【0002】[0002]
【従来の技術】フォトニック結晶構造の光ファイバは、
そのクラッド部に設けられた空孔をどのように配置する
かによって特性設計が可能であり、例えば、空孔を六方
最密に配置した構造は、最も製造が容易な光ファイバの
構造である。すなわち、同一外径の円柱を隙間なく配列
させると、その断面は自然に六方細密構造をとることと
なるが、このような状態で、光ファイバのクラッド部に
相当する円柱状のガラス母材の中心に母線方向に所望の
径の孔を設けて配列させると、任意の径の空孔がクラッ
ド部に空間的に分布した構造の光ファイバが得られる。
また、一部の空孔の径を、他の空孔の径と異なるものと
することで、光ファイバの局所的な有効屈折率を変化さ
せることも可能となる。2. Description of the Related Art Optical fibers having a photonic crystal structure are
Characteristic design is possible depending on how the holes provided in the clad are arranged. For example, a structure in which the holes are hexagonally close-packed is the structure of an optical fiber that is the easiest to manufacture. That is, when the cylinders having the same outer diameter are arranged without a gap, the cross section naturally takes a hexagonal close-packed structure. By arranging holes having a desired diameter in the center in the generatrix direction and arranging them, an optical fiber having a structure in which holes having an arbitrary diameter are spatially distributed in the clad portion can be obtained.
Further, by making the diameters of some of the holes different from the diameters of the other holes, it becomes possible to change the local effective refractive index of the optical fiber.
【0003】更に、フォトニック結晶構造の光ファイバ
は、その特性が、空気とガラスの間の大きな屈折率の差
に依存するため、上述した空孔の配列を変えることで特
性の波長依存性を大きく変化させることも可能である。Further, since the characteristics of the optical fiber having the photonic crystal structure depend on the large difference in refractive index between air and glass, the wavelength dependence of the characteristics can be changed by changing the arrangement of the above-mentioned holes. It is also possible to make great changes.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常の
フォトニック結晶構造の光ファイバは、光を導波するコ
ア部を、その周辺部であるクラッド部を形成するために
用いるガラスロッドと同じ外径の単一のガラスロッドで
形成しているために、コア部を拡大しようとするとクラ
ッド部に設けられる空孔の間隔を大きくする必要が生
じ、これにより、使用されるガラスロッドの分散特性が
支配的となり、空孔の配置の仕方によって特性の設計が
可能となるというフォトニック結晶構造の特徴を充分に
生かすことが困難であるという問題があった。However, an optical fiber having a normal photonic crystal structure has an outer diameter equal to that of a glass rod used for forming a core portion for guiding light and a cladding portion as a peripheral portion thereof. Since it is made of a single glass rod, it is necessary to increase the spacing of the holes provided in the cladding when trying to enlarge the core part, which controls the dispersion characteristics of the glass rod used. However, there is a problem that it is difficult to fully utilize the characteristic of the photonic crystal structure that the characteristics can be designed depending on the arrangement of the holes.
【0005】また、このように空孔の間隔を広げた場合
には、光ファイバ内での光閉じ込め効果が低下し、ファ
イバを湾曲させた状態でファイバ内を導光させると光が
漏れ出し易くなるという問題もあった(例えば、T.A.Br
iks他、“Endlessly single-mode photonic crystal
fiber”、Optics Letter、第22巻、第13号、9
61−963ページ(1997):以下「文献1」とい
う)。Further, when the distance between the holes is widened in this way, the light confining effect in the optical fiber is lowered, and when the fiber is guided in the curved state, the light easily leaks. There was also a problem that (for example, TABr
iks et al., “Endlessly single-mode photonic crystal
fiber ”, Optics Letter, Volume 22, Issue 13, 9
61-963 (1997): hereinafter referred to as "Reference 1."
【0006】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、製造が容易
で、分散特性の設計自由度が高く、かつ、コア径の大き
な、単一モード条件と曲げ特性の両立が可能なフォトニ
ック結晶構造の単一モード光ファイバを提供することに
ある。The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to facilitate manufacturing, to provide a high degree of freedom in designing dispersion characteristics, and to have a large core diameter. An object of the present invention is to provide a single-mode optical fiber having a photonic crystal structure capable of satisfying both one-mode conditions and bending characteristics.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、このような目
的を達成するために、請求項1に記載の発明は、コア部
の周囲に、ファイバの伸長方向に延在する複数の円柱状
空孔を周期的に配置したクラッド部を備えるフォトニッ
ク結晶構造の単一モード光ファイバであって、前記複数
の円柱状空孔は、内径の異なる少なくとも2種類の円柱
状空孔を相互に略一定間隔で離間して配置されており、
前記コア部の幾何学的な径が、前記円柱状空孔間の平均
間隔の2倍よりも大きいことを特徴とする。In order to achieve such an object, the present invention according to claim 1 is directed to a plurality of cylindrical columns extending in the fiber extending direction around a core portion. A single-mode optical fiber having a photonic crystal structure including a clad portion in which holes are periodically arranged, wherein the plurality of columnar holes are at least two types of columnar holes having different inner diameters. They are arranged at regular intervals.
The geometric diameter of the core portion is larger than twice the average distance between the cylindrical holes.
【0008】また、請求項2に記載の発明は、請求項1
に記載の単一モード光ファイバにおいて、前記コア部の
幾何学的な中心から等しい距離に配置される円柱状空孔
の径が等しいことを特徴とする。The invention described in claim 2 is the same as claim 1.
In the single-mode optical fiber described in the item (1), the diameters of the cylindrical holes arranged at the same distance from the geometric center of the core portion are equal.
【0009】また、請求項3に記載の発明は、請求項2
に記載の単一モード光ファイバにおいて、前記コア部の
幾何学的な中心から等しい距離に配置される円柱状空孔
のうち、前記コア部に隣接する円柱状空孔の径が、他の
円柱状空孔の径よりも大きいことを特徴とする。The invention described in claim 3 is the same as that of claim 2
In the single-mode optical fiber according to, in the cylindrical holes arranged at equal distances from the geometric center of the core part, the diameter of the cylindrical hole adjacent to the core part is another circle. It is characterized in that it is larger than the diameter of the columnar holes.
【0010】また、請求項4に記載の発明は、請求項1
に記載の単一モード光ファイバにおいて、前記円柱状空
孔のうち、前記コア部の幾何学的な中心に対して互いに
対向する少なくとも1組の円柱状空孔の径が等しいこと
を特徴とする。The invention according to claim 4 is the same as claim 1
In the single-mode optical fiber described in the paragraph 1, among the cylindrical holes, at least one set of cylindrical holes facing each other with respect to the geometric center of the core portion has the same diameter. .
【0011】また、請求項5に記載の発明は、請求項1
乃至4のいずれかに記載の単一モード光ファイバにおい
て、前記クラッド部に配置される円柱状空孔の内部が、
真空であるか、又は、ファイバ中を導波する波長の光に
対する屈折率がファイバを構成する物質よりも低い媒質
で充填されていることを特徴とする。The invention described in claim 5 is the same as claim 1.
In the single mode optical fiber according to any one of 4 to 4, the inside of the cylindrical hole arranged in the clad is
It is characterized by being filled with a medium which is in a vacuum or has a refractive index lower than that of a substance constituting the fiber for light having a wavelength guided in the fiber.
【0012】更に、請求項6に記載の発明は、請求項1
乃至5のいずれかに記載の単一モード光ファイバにおい
て、前記コア部が、ファイバの伸長方向に延在する複数
の円柱状空孔を備えることを特徴とする。Further, the invention according to claim 6 is the same as claim 1.
The single-mode optical fiber according to any one of items 1 to 5, wherein the core portion has a plurality of cylindrical holes extending in the extension direction of the fiber.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
実施の形態について説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0014】図1〜6は、本発明の単一モード光ファイ
バの構造例を説明するためのファイバの断面図で、図1
〜3は、クラッド部に空孔を配置させた構造のファイバ
の断面図であり、図4〜6は、クラッド部に空孔を配置
させるとともに、コア部にも空孔を配置させた構造のフ
ァイバの断面図である。1 to 6 are cross-sectional views of a fiber for explaining an example of the structure of a single mode optical fiber of the present invention.
3 to 3 are cross-sectional views of a fiber having a structure in which holes are arranged in the clad portion, and FIGS. 4 to 6 show structures in which holes are arranged in the clad portion and holes are also arranged in the core part. It is sectional drawing of a fiber.
【0015】図1〜6に示した構造のファイバのクラッ
ド部に配置された空孔は、相互に距離Λ(Λ1〜6)だ
け離隔されて周期的に配置されており、これらの図中に
斜線で示したコア部は、空孔が配置されていないコア領
域を意味している。なお、これらの図に示したコア部は
概ね6角形の形状を有するが、これらは例示に過ぎず他
の形状であってもよい。The holes arranged in the clad portion of the fiber having the structure shown in FIGS. 1 to 6 are periodically arranged with a distance of Λ (Λ 1 to 6 ) between them. The shaded core portion in the figure means a core region in which no holes are arranged. The cores shown in these figures have a generally hexagonal shape, but these are merely examples and may have other shapes.
【0016】図1〜3に示した構造のファイバのクラッ
ド部には、異なる径を有する2種類の空孔が設けられて
おり、図1では空孔径d1及び径d1´(d1>d
1´)、図2では空孔径d2及び径d2´(d2<d2
´)、図3では空孔径d3及び径d3´(d3<d
3´)の空孔が周期的に配置されている。[0016] The cladding of the fiber of the structure shown in FIGS. 1-3, is provided with two types of holes having different diameters, in FIG. 1 hole diameter d 1 and the diameter d 1 '(d 1> d
1 '), in FIG. 2 pore diameter d 2 and the diameter d 2' (d 2 <d 2
'), Hole diameter d 3 and the diameter d 3 in FIG. 3' (d 3 <d
3 ') holes are periodically arranged.
【0017】また、図4〜5に示した構造のファイバの
クラッド部には、空孔径d4(図4)、d5(図5)の
空孔が周期的に配置され、コア部には、これらのクラッ
ド部に設けられた空孔とは異なる径(δ4(図4)、δ
5(図5))を有する空孔が設けられている。更に、図
6に示した構造の光ファイバは、図4に示した構造とほ
ぼ同じ構造を有するが、図4に示す構造が、コア部の幾
何学的中心に対して互いに対向する3組の空孔の径が等
しい構造を有するのに対して、このうち1組の空孔径が
他の2組の空孔径と異なる構造を有する。Further, holes having hole diameters d 4 (FIG. 4) and d 5 (FIG. 5) are periodically arranged in the cladding portion of the fiber having the structure shown in FIGS. , Different diameters (δ 4 (FIG. 4), δ
5 (FIG. 5)) are provided. Further, the optical fiber having the structure shown in FIG. 6 has substantially the same structure as the structure shown in FIG. 4, but the structure shown in FIG. 4 has three sets facing each other with respect to the geometric center of the core portion. While the holes have the same diameter, the hole diameter of one set is different from the diameters of the other two holes.
【0018】なお、径の異なる空孔相互の空間的配置関
係に直目すると、図1に示した構造では、ランダムであ
り、図2〜5に示した構造では、d2´、d3´、
δ4、及びδ5の径の空孔が、コア部の中心を基準とし
て同心円状(すなわちコア部中心から等距離)に配列さ
れている。It should be noted that, directly focusing on the spatial arrangement relationship between holes having different diameters, the structure shown in FIG. 1 is random, and the structures shown in FIGS. 2 to 5 are d 2 ′ and d 3 ′. ,
Voids having a diameter of δ 4 and δ 5 are arranged concentrically (that is, equidistant from the center of the core) with the center of the core as a reference.
【0019】空孔間隔Λと空孔径dの比(d/Λ)をγ
と定義し、コア部の面積をクラッド部に配置された空孔
の内のコア部に最も近接する空孔に内接する凸多角形の
面積(S)として定義すると、この面積は、単位面積
(S0:コア部に隣接する空孔の中心を結んで得られる
平行四辺形の面積)に対してそれぞれ、約4(√3−
γ)2倍(図1)、約〔1+3√3(3−γ)(2−
γ)〕/2倍(図2)、約〔2+√3(10−3γ)
(2−γ)〕/2倍(図3)の面積比r(S/S0)と
なる。The ratio (d / Λ) of the hole spacing Λ and the hole diameter d is γ
And the area of the core part is defined as the area (S) of the convex polygon inscribed in the hole closest to the core part of the holes arranged in the cladding part, this area is S 0 : Approximately 4 (√3−) with respect to the area of the parallelogram obtained by connecting the centers of the holes adjacent to the core part)
γ) 2 times (FIG. 1), about [1 + 3√3 (3-γ) (2-
γ)] / 2 times (Fig. 2), about [2 + √3 (10-3γ)
The area ratio r (S / S 0 ) is (2-γ)] / 2 times (FIG. 3).
【0020】これに対し、前出の文献1に示された従来
の構造の面積比rは(2−γ)2倍であり、γ=0.3
の場合には、図1〜3に示した構造とすることで、面積
比rを、各々、2.8倍、4.3倍、5.0倍とするこ
とができ、コア面積を大きくすること(すなわちコア径
の拡大)が可能となる。On the other hand, the area ratio r of the conventional structure shown in the above-mentioned Document 1 is (2-γ) 2 times, and γ = 0.3.
In this case, by adopting the structure shown in FIGS. 1 to 3, the area ratio r can be increased to 2.8 times, 4.3 times, and 5.0 times, respectively, thereby increasing the core area. That is, the core diameter can be increased.
【0021】なお、図1〜6には、コア部近傍のみのク
ラッド部の空孔が図示されいるにすぎず、ここに示され
た配置関係でクラッド部全体に渡って周期的に空孔が配
置されている。It should be noted that FIGS. 1 to 6 only show holes in the clad portion only in the vicinity of the core portion, and the holes are periodically formed over the entire clad portion in the arrangement relationship shown here. It is arranged.
【0022】また、コア部の空孔の配置や数はこれらの
図に示したものに限定される必要はなく、クラッド部に
配置される径を異にする空孔の配置もこれらの図に示し
た配置に限定されるものではない。The arrangement and number of holes in the core portion are not limited to those shown in these figures, and the arrangement of holes having different diameters in the clad portion is also shown in these figures. It is not limited to the arrangement shown.
【0023】このような構造の単一モード光ファイバ
は、コア部を形成するための円柱状ガラス棒(所望によ
り円筒状ガラス管)とクラッド部を形成するための円筒
状ガラス管の外径を等しくし、これらを束ねることによ
り作製可能である。In the single mode optical fiber having such a structure, the outer diameters of the cylindrical glass rod (the cylindrical glass tube if desired) for forming the core portion and the cylindrical glass tube for forming the cladding portion are It can be produced by making them equal and bundling them.
【0024】図7は、図4に示した構造の単一モード光
ファイバを作製するために上述の円筒状ガラス管及び円
柱状ガラス棒を束ねた様子を説明するための図である。
これらの円柱状ガラス棒72と円筒状ガラス管71、7
3は、100μm乃至1mm程度の等しい外径を有する
一方、円筒状ガラス管71、73は内径を異にし、クラ
ッド部を形成するための円筒状ガラス管71の内径はd
4であるのに対して、コア部の空孔を形成するための円
筒状ガラス管73の内径はδ4である。なお、この図に
示した例では、d4<δ4となっている。FIG. 7 is a view for explaining a state in which the above-mentioned cylindrical glass tubes and cylindrical glass rods are bundled in order to manufacture the single mode optical fiber having the structure shown in FIG.
These cylindrical glass rods 72 and cylindrical glass tubes 71, 7
3 has the same outer diameter of about 100 μm to 1 mm, while the cylindrical glass tubes 71 and 73 have different inner diameters, and the inner diameter of the cylindrical glass tube 71 for forming the clad portion is d.
4 , the inner diameter of the cylindrical glass tube 73 for forming the holes in the core portion is δ 4 . In the example shown in this figure, d 4 <δ 4 .
【0025】これらの円柱状ガラス棒72と円筒状ガラ
ス管71、73を図7に示すように束ねて母材とし、こ
れを加熱・延伸すると、円柱状ガラス棒72と円筒状ガ
ラス管71及び円筒状ガラス管73相互の隙間が延伸過
程で消失し、その結果、図4で示した断面構造を有する
単一モード光ファイバが得られることとなる。The cylindrical glass rod 72 and the cylindrical glass tubes 71 and 73 are bundled as shown in FIG. 7 to form a base material, which is heated and stretched, whereby the cylindrical glass rod 72 and the cylindrical glass tube 71 The gap between the cylindrical glass tubes 73 disappears during the drawing process, and as a result, a single mode optical fiber having the cross-sectional structure shown in FIG. 4 is obtained.
【0026】なお、図1〜6で示す断面構造を有する単
一モード光ファイバも、コア部の幾何学的な径とクラッ
ド部(所望によりコア部)の空孔配列に応じて、円柱状
ガラス棒と円筒状ガラス管の本数及び外内径を適当に選
択することにより、上述したのと同様の方法で作製可能
である。The single mode optical fiber having the cross-sectional structure shown in FIGS. 1 to 6 is also a cylindrical glass depending on the geometrical diameter of the core portion and the hole arrangement of the cladding portion (core portion if desired). By appropriately selecting the number of rods and cylindrical glass tubes and the outer and inner diameters, it is possible to manufacture them by the same method as described above.
【0027】例えば、図1〜4に示す構造の単一モード
光ファイバを作製するに際しては、クラッド部の空孔配
置に応じた円筒状ガラス管を選択すると共に、コア部の
形成のために、各々、7本(図1)、12本(図2)、
14本(図3)、及び、13本(図4)の円柱状ガラス
棒を用いるといった具合であるが、勿論、他の本数であ
ってもよい。更に、これらの図で示したコア部を形成す
るに際して、円柱状ガラス棒の一部を円筒状ガラス管に
置き換えて空孔をコア部にも配置させた単一モード光フ
ァイバを作製することとしてもよい。For example, when manufacturing a single mode optical fiber having the structure shown in FIGS. 1 to 4, a cylindrical glass tube is selected according to the arrangement of holes in the cladding portion, and at the same time, for forming the core portion, 7 (Fig. 1), 12 (Fig. 2),
For example, 14 (FIG. 3) and 13 (FIG. 4) cylindrical glass rods are used, but of course, other numbers may be used. Furthermore, when forming the core part shown in these figures, a part of the cylindrical glass rod was replaced with a cylindrical glass tube to prepare a single mode optical fiber in which holes were also arranged in the core part. Good.
【0028】(実施例1)図8(a)及び(b)は、図
4に示した構造の単一モード光ファイバ中を光が導波す
る場合の電界分布を、FDTD法により求めた結果を説
明するための図であり、図8(a)は基本モードの電界
分布、図8(b)は2次モードの電界分布を示してい
る。なお、この光ファイバは、クラッド部の空孔間隔Λ
が3μm、空孔径dが0.6μm、コア部の空孔径δが
2.4μmであるとし(d/Λ=0.2、δ/Λ=0.
8)、コア部の幾何学的な径は約15μmであり、この
光ファイバ中を、波長λ=850nmの光を導光させる
ものとして計算している。(Example 1) FIGS. 8A and 8B show the electric field distribution obtained by the FDTD method when light is guided in the single mode optical fiber having the structure shown in FIG. FIG. 8A shows the electric field distribution of the fundamental mode, and FIG. 8B shows the electric field distribution of the secondary mode. Note that this optical fiber has
Is 3 μm, the hole diameter d is 0.6 μm, and the hole diameter δ of the core part is 2.4 μm (d / Λ = 0.2, δ / Λ = 0.
8), the geometric diameter of the core portion is about 15 μm, and calculation is performed assuming that light with a wavelength λ = 850 nm is guided through this optical fiber.
【0029】これらの図から、基本モードの電界分布よ
り求めたモードフィールド径(MFD)は約9μmであ
り、図8(b)に示す2次モードは漏れモードであるこ
とから、単一モード光ファイバとなっていることが理解
できる。また、基本モードと2次モードの有効屈折率
は、各々、1.4480及び1.4452であり、比屈
折率差は約0.2%である。なお、この条件では、δ/
Λは0.7以上であればよく、1以上であってもよい。From these figures, the mode field diameter (MFD) obtained from the electric field distribution of the fundamental mode is about 9 μm, and the secondary mode shown in FIG. It can be understood that it is a fiber. The effective refractive indexes of the fundamental mode and the secondary mode are 1.4480 and 1.4452, respectively, and the relative refractive index difference is about 0.2%. Under this condition, δ /
Λ may be 0.7 or more, and may be 1 or more.
【0030】なお、Λ=4μm、d=0.8μm、δ=
3.2μm(d/Λ=0.2、δ/Λ=0.8)とした
場合には、基本モードの電界分布から求めたMFDは約
12μmであり、比屈折率差は約0.13%である。Λ = 4 μm, d = 0.8 μm, δ =
When 3.2 μm (d / Λ = 0.2, δ / Λ = 0.8), the MFD obtained from the electric field distribution of the fundamental mode is about 12 μm, and the relative refractive index difference is about 0.13. %.
【0031】(実施例2)図9(a)及び(b)は、図
5に示した構造の単一モード光ファイバ中を光が導波す
る場合の電界分布を、FDTD法により求めた結果を説
明するための図であり、図9(a)は基本モードの電界
分布、図9(b)は2次モードの電界分布を示してい
る。なお、この光ファイバは、クラッド部の空孔間隔Λ
が10μm、空孔径dが2μm、コア部の空孔径δが4
μmであるとし(d/Λ=0.2、δ/Λ=0.4)、
コア部の幾何学的な径は約32μmであり、この光ファ
イバ中を、波長λ=1500nmの光を導光させるもの
として計算している。(Embodiment 2) FIGS. 9A and 9B show the electric field distribution obtained by the FDTD method when light is guided in the single mode optical fiber having the structure shown in FIG. 9A is a diagram for explaining the electric field distribution, FIG. 9A shows an electric field distribution of a fundamental mode, and FIG. 9B shows an electric field distribution of a secondary mode. Note that this optical fiber has
Is 10 μm, the hole diameter d is 2 μm, and the core hole diameter δ is 4
μm (d / Λ = 0.2, δ / Λ = 0.4),
The geometric diameter of the core part is about 32 μm, and calculation is performed assuming that light with a wavelength λ = 1500 nm is guided through this optical fiber.
【0032】これらの図から、基本モードの電界分布よ
り求めたモードフィールド径(MFD)は約25μmで
あり、基本モードと2次モードの比屈折率差は、約0.
1%である。なお、この条件では、δ/Λは0.3以上
であればよく、1以上であってもよい。From these figures, the mode field diameter (MFD) obtained from the electric field distribution of the fundamental mode is about 25 μm, and the relative refractive index difference between the fundamental mode and the secondary mode is about 0.
1%. Under this condition, δ / Λ may be 0.3 or more, and may be 1 or more.
【0033】(実施例3)図5に示した構造の光ファイ
バにおいて、クラッド部の空孔間隔Λが5μm、クラッ
ド部の空孔径dが1.25μm、コア部の空孔径δが
1.25μmであるとし、クラッド部とコア部の空孔径
を同一とした場合(d/Λ=0.25、δ/Λ=0.2
5)に、この光ファイバ中を波長λ=1500nmの光
を導光させるものとしてFDTD法によるシミュレーシ
ョンを行なうと、この波長の光に対してマルチモード光
ファイバとして作用することが分った。(Embodiment 3) In the optical fiber having the structure shown in FIG. 5, the void interval Λ in the cladding portion is 5 μm, the void diameter d in the cladding portion is 1.25 μm, and the void diameter δ in the core portion is 1.25 μm. If the pore diameters of the clad portion and the core portion are the same (d / Λ = 0.25, δ / Λ = 0.2)
In 5), when a simulation by the FDTD method was performed with light of wavelength λ = 1500 nm being guided through this optical fiber, it was found that light of this wavelength acts as a multimode optical fiber.
【0034】ここで、δ/Λを0.3にするようにコア
部の空孔径を拡大すると単一モード光ファイバとして作
用するようになる。なお、この構造の光ファイバを単一
モード光ファイバとして作用させるには、δ/Λは0.
3以上であればよく、1以上であってもかまわない。Here, if the hole diameter of the core portion is enlarged so that δ / Λ is 0.3, it will act as a single mode optical fiber. In order to make the optical fiber of this structure act as a single mode optical fiber, δ / Λ is 0.
It may be 3 or more and may be 1 or more.
【0035】(実施例4)図6に示した構造の光ファイ
バは、コア部の幾何学的中心に対して互いに対向する3
組の空孔の径が等しい構造を有するが、このうち1組の
空孔径が他の2組の空孔径と異なる。このような構造で
は、3回以上の高い回転対称性をもたせなくすることが
可能となり、偏波依存性をもたせることが可能となる。(Embodiment 4) The optical fiber having the structure shown in FIG. 6 is opposed to each other with respect to the geometric center of the core portion.
There is a structure in which the diameters of the groups of holes are equal, but the diameter of one group of holes is different from the diameters of the other two groups of holes. With such a structure, it is possible to eliminate the need for high rotational symmetry of three times or more, and to provide polarization dependency.
【0036】なお、図1〜6に示した構造の光ファイバ
において、Λ、d、δ、及び、コア部とクラッド部の空
孔の配置を種々変更することとすれば、様々なコア径と
MFDをもつ光ファイバを作製することが可能となる。In the optical fibers having the structures shown in FIGS. 1 to 6, if the arrangement of Λ, d, δ and the holes in the core and the clad is variously changed, various core diameters are obtained. It becomes possible to manufacture an optical fiber having an MFD.
【0037】また、コア部の内部にも空孔を配置させる
こととすれば、コア部の有効屈折率を自由に変えること
が可能となり、設計の自由度を向上させることができ
る。Also, by arranging the holes inside the core portion, the effective refractive index of the core portion can be freely changed, and the degree of freedom in design can be improved.
【0038】更に、図8及び図9に示したように、これ
らの構造の単一モード光ファイバ中の電界分布を求める
と、電界は僅かにではあるが空孔内にしみ出しているこ
とが分る。この空孔内への「電界のしみだし」のため、
光ファイバ内での光の吸収を小さく押さえるためには、
空孔内は、真空、乃至、導波させる波長の光に対して透
明な物質で充填されていることが重要である。具体的に
は、例えば、波長1.5μmの光に対しては、空孔内
が、乾燥窒素や乾燥空気等の気体で充填されていること
が必要である。また、その屈折率は、光ファイバの材質
がもつ屈折率に比較して低いことも重要である。Further, as shown in FIGS. 8 and 9, when the electric field distribution in the single mode optical fiber having these structures is obtained, it is found that the electric field slightly exudes in the holes. I understand. Because of the "exudation of the electric field" into this hole,
In order to reduce the absorption of light in the optical fiber,
It is important that the holes are filled with a material that is transparent to vacuum or light having a wavelength to be guided. Specifically, for example, for light having a wavelength of 1.5 μm, it is necessary that the inside of the holes be filled with a gas such as dry nitrogen or dry air. It is also important that its refractive index is lower than that of the material of the optical fiber.
【0039】[0039]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コア部を、複数本のガラスロッドを用いて形成すること
としたので、コア径の拡大が可能となり、更に、コア部
の形成に使用するガラスロッドとクラッド部の形成に使
用するガラス管の外形を等しくすることにより、配列の
乱れが少なく、均一な特性を有する光ファイバを得るこ
とが可能となる。As described above, according to the present invention,
Since the core part is formed by using multiple glass rods, it is possible to increase the core diameter, and further, the outer shape of the glass rod used for forming the core part and the glass part used for forming the clad part. By making the values equal to each other, it is possible to obtain an optical fiber with less disorder of arrangement and uniform characteristics.
【0040】また、クラッド部に備えられる空孔の一部
を、他の空孔の径と異なる径とすることにより、大きな
MFDを保ちつつ特性を向上させることが可能となる。Further, by making a part of the holes provided in the clad portion have a diameter different from the diameters of the other holes, it becomes possible to improve the characteristics while maintaining a large MFD.
【0041】更に、互いに対向する1組又は複数組の空
孔の径を拡大又は縮小することにより、良好な偏波保存
特性を有する単一モード光ファイバを提供することが可
能となる。Furthermore, by enlarging or reducing the diameter of one or more sets of holes facing each other, it becomes possible to provide a single-mode optical fiber having good polarization-maintaining characteristics.
【図1】本発明の単一モード光ファイバの第1の構造例
を説明するためのファイバの断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a fiber for explaining a first structural example of a single mode optical fiber of the present invention.
【図2】本発明の単一モード光ファイバの第2の構造例
を説明するためのファイバの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of a fiber for explaining a second structural example of the single mode optical fiber of the present invention.
【図3】本発明の単一モード光ファイバの第3の構造例
を説明するためのファイバの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a fiber for explaining a third structural example of the single mode optical fiber of the present invention.
【図4】本発明の単一モード光ファイバの第4の構造例
を説明するためのファイバの断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a fiber for explaining a fourth structural example of the single mode optical fiber of the present invention.
【図5】本発明の単一モード光ファイバの第5の構造例
を説明するためのファイバの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a fiber for explaining a fifth structural example of the single mode optical fiber of the present invention.
【図6】本発明の単一モード光ファイバの第6の構造例
を説明するためのファイバの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a fiber for explaining a sixth structural example of the single mode optical fiber of the present invention.
【図7】図4に示した構造の単一モード光ファイバを作
製するために円筒状ガラス管及び円柱状ガラス棒を束ね
た様子を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining how a cylindrical glass tube and a cylindrical glass rod are bundled in order to manufacture the single mode optical fiber having the structure shown in FIG.
【図8】図4に示した構造の単一モード光ファイバ中を
光が導波する場合の電界分布を、FDTD法により求め
た結果を説明するための図であり、(a)は基本モード
の電界分布、(b)は2次モードの電界分布を示す図で
ある。FIG. 8 is a diagram for explaining a result obtained by an FDTD method of an electric field distribution when light is guided in a single mode optical fiber having the structure shown in FIG. 4, and FIG. 2B is a diagram showing the electric field distribution of FIG.
【図9】図5に示した構造の単一モード光ファイバ中を
光が導波する場合の電界分布を、FDTD法により求め
た結果を説明するための図であり、(a)は基本モード
の電界分布、(b)は2次モードの電界分布を示す図で
ある。9A and 9B are views for explaining a result obtained by an FDTD method of an electric field distribution when light is guided in a single mode optical fiber having the structure shown in FIG. 5, and FIG. 2B is a diagram showing the electric field distribution of FIG.
71、73 円筒状ガラス管 72 円柱状ガラス棒 71, 73 Cylindrical glass tube 72 cylindrical glass rod
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川西 悟基 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 鈴木 和宣 東京都千代田区大手町二丁目3番1号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 小柳 繁樹 兵庫県伊丹市池尻4丁目3番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 田中 正俊 兵庫県伊丹市池尻4丁目3番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 藤田 盛行 兵庫県伊丹市池尻4丁目3番地 三菱電線 工業株式会社伊丹製作所内 Fターム(参考) 2H050 AC09 AC62 AC71 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Satoru Kawanishi 2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Kazunori Suzuki 2-3-1, Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Telegraph and Telephone Corporation (72) Inventor Shigeki Koyanagi 4-3 Ikejiri, Itami City, Hyogo Prefecture Mitsubishi Electric Cable Industrial Co., Ltd. Itami Works (72) Inventor Masatoshi Tanaka 4-3 Ikejiri, Itami City, Hyogo Prefecture Mitsubishi Electric Cable Industrial Co., Ltd. Itami Works (72) Inventor Moriyuki Fujita 4-3 Ikejiri, Itami City, Hyogo Prefecture Mitsubishi Electric Cable Industrial Co., Ltd. Itami Works F-term (reference) 2H050 AC09 AC62 AC71
Claims (6)
延在する複数の円柱状空孔を周期的に配置したクラッド
部を備えるフォトニック結晶構造の単一モード光ファイ
バであって、 前記複数の円柱状空孔は、内径の異なる少なくとも2種
類の円柱状空孔を相互に略一定間隔で離間して配置され
ており、 前記コア部の幾何学的な径が、前記円柱状空孔間の平均
間隔の2倍よりも大きいことを特徴とする単一モード光
ファイバ。1. A single-mode optical fiber having a photonic crystal structure, comprising a clad part around a core part, wherein a plurality of cylindrical holes extending in the fiber extension direction are periodically arranged, The plurality of cylindrical holes are arranged such that at least two types of cylindrical holes having different inner diameters are spaced from each other at a substantially constant interval, and the geometric diameter of the core portion is the cylindrical holes. A single-mode optical fiber characterized by being greater than twice the average spacing between.
距離に配置される円柱状空孔の径が等しいことを特徴と
する請求項1に記載の単一モード光ファイバ。2. The single mode optical fiber according to claim 1, wherein the cylindrical holes arranged at equal distances from the geometric center of the core portion have the same diameter.
距離に配置される円柱状空孔のうち、前記コア部に隣接
する円柱状空孔の径が、他の円柱状空孔の径よりも大き
いことを特徴とする請求項2に記載の単一モード光ファ
イバ。3. Among the cylindrical holes arranged at equal distances from the geometric center of the core part, the diameter of the cylindrical hole adjacent to the core part is the same as the diameter of other cylindrical holes. The single-mode optical fiber according to claim 2, wherein the single-mode optical fiber is larger than.
何学的な中心に対して互いに対向する少なくとも1組の
円柱状空孔の径が等しいことを特徴とする請求項1に記
載の単一モード光ファイバ。4. The diameter of at least one set of cylindrical holes facing each other with respect to the geometric center of the core portion among the cylindrical holes has the same diameter. Single-mode optical fiber.
の内部が、真空であるか、又は、ファイバ中を導波する
波長の光に対する屈折率がファイバを構成する物質より
も低い媒質で充填されていることを特徴とする請求項1
乃至4のいずれかに記載の単一モード光ファイバ。5. The inside of the cylindrical hole arranged in the clad portion is a vacuum, or a medium having a refractive index lower than that of the substance forming the fiber for light of a wavelength guided in the fiber. It is filled, It is characterized by the above-mentioned.
5. The single mode optical fiber according to any one of 1 to 4.
在する複数の円柱状空孔を備えることを特徴とする請求
項1乃至5のいずれかに記載の単一モード光ファイバ。6. The single mode optical fiber according to claim 1, wherein the core portion has a plurality of cylindrical holes extending in a fiber extending direction.
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