JP2004077891A

JP2004077891A - フォトニッククリスタルファイバ及びその設計方法

Info

Publication number: JP2004077891A
Application number: JP2002239310A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Yamamoto; 山本　哲也; Shinya Yamatori; 山取　真也; Moriyuki Fujita; 藤田　盛行; Kazunobu Suzuki; 鈴木　和宣; Hirokazu Kubota; 久保田　寛和; Satoki Kawanishi; 川西　悟基
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-08-20
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-20
Also published as: JP3640943B2

Abstract

【課題】大きな開口数（ＮＡ）を有するフォトニッククリスタルファイバを提供する。
【解決手段】フォトニッククリスタルファイバ１０は、長手方向に延びるコア１１と、コア１１を覆うように設けられコア１１に沿って延びる複数の細孔１３ａによりファイバ横断面において所定格子パターンが形成されてファイバ半径方向にフォトニック結晶構造が構成されたクラッド１３と、を備える。クラッド１３の細孔１３ａは、クラッド１３で囲まれた部分の波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）が０．２以上となるようにファイバ横断面における孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）がそれぞれ設定されている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長手方向に延びるコアと、そのコアを覆うように設けられコアに沿って延びる複数の細孔によりファイバ横断面において所定格子パターンが形成されてファイバ半径方向にフォトニック結晶構造が構成されたクラッドと、を備えたフォトニッククリスタルファイバ（以下「ＰＣファイバ」という）及びその設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダブルクラッドファイバは、希土類元素がドープされた光導波路をなすコアと、そのコアを被覆するように設けられた第１クラッドと、その第１クラッドを被覆するように設けられた第２クラッドとを備え、第１クラッドに入射された励起光が第１クラッドと第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら第２クラッドで囲まれた領域内を伝播し、励起光がコアを通過する際にコアの希土類元素を活性化させ、その活性化された希土類元素がコアを導波する光を増幅するように構成されたものであり、高出力化が可能であるという観点から近年よく使われている。
【０００３】
ダブルクラッドファイバの場合、コアと第１クラッドとの励起光のカップリングが重要であるが、第１クラッドの外径が大きいほどコアとのカップリングが悪くなる。そのため、第１クラッドの外径は小さいことが好ましいが、そうすると励起光入射が効率よく行えないという問題が生じる。但し、開口数（ＮＡ）が大きければ、その問題は解決されることとなる。従って、一般に、０．３５程度といった大きな開口数（ＮＡ）を得るべく、第２クラッドとして石英よりも低い屈折率を有する樹脂が用いられている。しかしながら、樹脂製の第２クラッドは、耐久性が劣り、また、高い伝送損失を生じるという欠点がある。
【０００４】
また、石英に屈折率を低めるフッ素（Ｆ）やボロン（Ｂ）をドープしたもので第２クラッドを形成することも可能であるが、それでは０．２以上の開口数（ＮＡ）を得ることが困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開平１１−１４２６７２号公報には、図８に示すように、希土類元素がドープされた光導波路をなすコア１１’と、そのコア１１’を被覆するように設けられた第１クラッド１２’と、その第１クラッド１２’を被覆するように設けられた第２クラッド１３’と、を備えたダブルクラッドファイバ１０’であって、第２クラッド１３’を、コア１１’に沿って延びる複数の孔１３ａ’が第１クラッド１２’を囲うように形成された石英で構成したものが開示されている。
【０００６】
上記のような構造であれば、第２クラッド１３’の大半が低屈折率である空気で占められるため、第２クラッド１３’で囲まれた部分で大きな開口数（ＮＡ）を得ることができることが期待された。しかしながら、本発明者らの追試によれば、かかる構造のダブルクラッドファイバでは、波長６３０ｎｍの光に対するその開口数（ＮＡ）が０．１４であった。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、大きな開口数（ＮＡ）を有するＰＣファイバ及びその設計方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、第２クラッドに孔が形成されたダブルクラッドファイバにおいて、大きな開口数（ＮＡ）を得るためには、孔径を大きくして第２クラッドで空間が占める割合を大きくするということだけでは不十分であり、孔ピッチを小さくすることも必要であることを見出して本発明に想到した。
【０００９】
具体的には、本発明のＰＣファイバは、長手方向に延びるコアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿って延びる複数の細孔によりファイバ横断面において所定格子パターンが形成されてファイバ半径方向にフォトニック結晶構造が構成されたクラッドと、を備えたものであって、
上記クラッドの細孔は、該クラッドで囲まれた部分の波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）が０．２以上となるようにファイバ横断面における孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）がそれぞれ設定されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のＰＣファイバは、光増幅成分がドープされた光導波路をなすコアと、該コアを被覆するように設けられた第１クラッドと、該第１クラッドを被覆するように設けられ該コアに沿って延びる複数の細孔によりファイバ横断面において所定格子パターンが形成されてファイバ半径方向にフォトニック結晶構造が構成された第２クラッドとを備え、該第１クラッドに入射された励起光が該第１クラッドと該第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら該第２クラッドで囲まれた領域内を伝播し、励起光が該コアを通過する際に該コアの光増幅成分を活性化させ、該活性化された光増幅成分が該コアを導波する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバ型のものであって、
上記第２クラッドの細孔は、該第２クラッドで囲まれた部分の波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）が０．２以上となるようにファイバ横断面における孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）がそれぞれ設定されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明のＰＣファイバは、孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）の設定如何によって従来では得ることができなかった大きな開口数（ＮＡ）を得ることができることから、上記クラッドの細孔が、該クラッドで囲まれた部分の波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）が０．３以上、０．４以上、０．５以上、０．６以上、又は、０．７以上となるようにファイバ横断面における孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）がそれぞれ設定されているものであってもよい。
【００１２】
本発明のＰＣファイバは、孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）のそれぞれの設定によっては、ファイバ長が５ｍ以上であっても上記のような大きな開口数（ＮＡ）を得ることができる。
【００１３】
ＰＣファイバの細孔を有するクラッドの実効屈折率は、伝送させる光の波長に対する孔ピッチの比（Λ／λ）と孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）との関数であることが知られている。従って、クラッドで囲まれた部分の伝送させる光の波長（λ）に対する開口数（ＮＡ）もまた、それらの２つの比の関数となる。そこで、所定波長に対する開口数（ＮＡ）がある一定値（下限値）以上のものを得ようとする場合、その所定波長に対する孔ピッチの比（Λ／λ）及び孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）の組み合わせと開口数（ＮＡ）との関係マップにおいて、その下限値以上の開口数（ＮＡ）が得られる領域を求め、その領域内の１つの所定波長に対する孔ピッチの比（Λ／λ）と孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）との組み合わせに基づいて孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）をそれぞれ決定するようにすればよい。
【００１４】
従って、本発明のＰＣファイバの設計方法は、
設計対象のＰＣファイバの上記クラッドで囲まれた部分の所定波長（λ）に対する開口数（ＮＡ）の下限値（ＮＡ_ｍｉｎ）を設定するステップと、
上記所定波長に対する孔ピッチの比（Λ／λ）及び孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）の組み合わせと開口数（ＮＡ）との関係マップにおいて開口数（ＮＡ）が上記下限値（ＮＡ_ｍｉｎ）以上となる領域を求めるステップと、
上記領域内における１つの上記所定波長に対する孔ピッチの比（Λ／λ）と孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）との組み合わせに基づいて孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）をそれぞれ決定するステップと、
を備えたことを特徴とする。
【００１５】
ＰＣファイバの製造に際しては、孔ピッチ（Λ）から孔径（ｄ）を減じた細孔間の壁厚が薄くなるほど加工性が劣ることとなる。そのため、かかる製造上の観点からは、孔ピッチ（Λ）から孔径（ｄ）を減じた細孔間の壁厚の最小値（Ｔ_ｍｉｎ）を設定し、壁厚がその最小値（Ｔ_ｍｉｎ）以上となるように孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）をそれぞれ決定することが望ましい。
【００１６】
本発明のＰＣファイバの設計方法は、
上記孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）を決定するステップの前に、孔ピッチ（Λ）から孔径（ｄ）を減じた細孔間の壁厚の最小値（Ｔ_ｍｉｎ）を設定するステップをさらに備え、
下記関係式が満たされるように孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）をそれぞれ決定するようにしてもよい。
【００１７】
【数２】

【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、クラッドの細孔の孔径及び孔ピッチがそれぞれ適正に設定されることによって従来では得られなかった大きな開口数（ＮＡ）を有するＰＣファイバを得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るＰＣファイバ１０を示す。このＰＣファイバ１０は、光を増幅させるために用いられるダブルクラッドファイバ型のものである。
【００２１】
このＰＣファイバ１０は、石英製のものであり、ファイバ中心をなすコア１１と、コア１１を被覆するように設けられた第１クラッド１２と、第１クラッド１２を被覆するように設けられた第２クラッド１３と、第２クラッド１３を被覆するように設けられた被覆部１４と、を備えている。
【００２２】
コア１１は、エルビウム（Ｅｒ）等の光増幅成分がドープされた石英で形成されており、増幅対象の光が伝播する光導波路をなす。
【００２３】
第１クラッド１２は、純石英で中実に形成されており、光増幅用の励起光が入射されて伝播する光導波領域をなす。
【００２４】
第２クラッド１３は、コア１１に沿って延びる複数の細孔１３ａによりファイバ横断面において三角格子パターンが形成されてファイバ半径方向にフォトニック結晶構造が構成された純石英で形成されており、実効屈折率が純石英よりも低いものとなって励起光をその内部に閉じ込める。第２クラッド１３の三角格子パターンは、第２クラッド１３で囲まれた部分の開口数（ＮＡ）がファイバ長５ｍ以上において０．２以上となるように、細孔１３ａの孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）が設定されている。かかる開口数（ＮＡ）は、従来、石英のみで形成されたダブルクラッドファイバ型のＰＣファイバでは得られなかったものである。
【００２５】
被覆部１４は、純石英で中実に形成されており、コア１１、第１及び第２クラッド１３を保護する。
【００２６】
このＰＣファイバ１０は、第１クラッド１２に入射された励起光が第１クラッド１２と第２クラッド１３との界面で反射を繰り返しながら第２クラッド１３で囲まれた領域内を伝播し、励起光がコア１１を通過する際にコア１１の光増幅成分を活性化させ、活性化された光増幅成分がコア１１を伝播する光を増幅する。
【００２７】
次に、本発明の実施形態に係るＰＣファイバ１０の設計方法について説明する。
【００２８】
まず、ＰＣファイバ１０の第２クラッド１３で囲まれた部分の所定波長（λ）、例えばＨｅ−Ｎｅレーザ光の波長である６３０ｎｍに対する所定ファイバ長（例えば、ファイバ長が５ｍ）での開口数（ＮＡ）の下限値（ＮＡ_ｍｉｎ）を例えば０．２と設定する。
【００２９】
次いで、所定波長に対する孔ピッチの比（Λ／λ）及び孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）の組み合わせと開口数（ＮＡ）との関係マップにおいて開口数（ＮＡ）が下限値（ＮＡ_ｍｉｎ）以上となる領域を求める。具体的には、例えば図３に示すように、孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）を０．１、０．２、０．３・・・０．９としたときのそれぞれについて、所定波長に対する孔ピッチの比（Λ／λ）と所定波長に対する開口数（ＮＡ）との関係を求める。このとき、開口数（ＮＡ）は、ビーム伝搬法等に基づいた計算により下記式より算出する。なお、ｎ_１は第１クラッド１２の屈折率であり、、ｎ_２（λ）は第２クラッド１３の実効屈折率である。
【００３０】
【数３】

【００３１】
次に、図３より同一開口数（ＮＡ）が得られるときの所定波長に対する孔ピッチの比（Λ／λ）及び孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）の組み合わせを読み取る。次に、例えば図４に示すように、横軸を所定波長に対する孔ピッチの比（Λ／λ）及び縦軸を孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）とした関係マップ上にそれらの組み合わせをプロットし、開口数（ＮＡ）が同一である組み合わせについてそれらを結ぶラインを設ける。図４に示す例では、簡便のために、開口数（ＮＡ）が同一である組み合わせについて下記に示すそれぞれの補間曲線の式を導出し、その補間曲線を描いている。
【００３２】
開口数（ＮＡ）＝０．７のとき、
【００３３】
【数４】

【００３４】
開口数（ＮＡ）＝０．６のとき、
【００３５】
【数５】

【００３６】
開口数（ＮＡ）＝０．５のとき、
【００３７】
【数６】

【００３８】
開口数（ＮＡ）＝０．４のとき、
【００３９】
【数７】

【００４０】
開口数（ＮＡ）＝０．３のとき、
【００４１】
【数８】

【００４２】
開口数（ＮＡ）＝０．２のとき、
【００４３】
【数９】

【００４４】
図４の横軸に沿って見てみると、所定波長に対する孔ピッチの比（Λ／λ）が小さいほど開口数（ＮＡ）が大きくなっている。つまり、これは、孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）が同一である場合には、所定波長に対する孔ピッチの比（Λ／λ）が小さいほど開口数（ＮＡ）が大きいことを意味する。また、図４の縦軸に沿って見てみると、孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）が大きいほど開口数（ＮＡ）が大きくなっている。つまり、これは、所定波長に対する孔ピッチの比（Λ／λ）が同一である場合には、孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）が大きいほど開口数（ＮＡ）が大きいことを意味する。従って、所定波長（λ）に対する開口数（ＮＡ）の下限値（ＮＡ_ｍｉｎ）が得られるラインを含んでそれよりも上側の領域Ａにおける組み合わせによれば、所定波長（λ）に対する開口数（ＮＡ）が下限値（ＮＡ_ｍｉｎ）以上のものを得ることができる。
【００４５】
次いで、孔ピッチ（Λ）から孔径（ｄ）を減じた細孔１３ａ間の壁厚の最小値（Ｔ_ｍｉｎ）を設定する。これによって下記関係式が成立する。
【００４６】
【数１０】

【００４７】
このＰＣファイバ１０は、後述するように、サポート管１１４にコアロッド１１１、石英ロッド１１２及び石英キャピラリ１１３を充填してプリフォーム１００を作製し、そのプリフォーム１００を線引き加工して製造されるものである。ここで、例えば、細孔１３ａ間の壁厚の最小値（Ｔ_ｍｉｎ）を０．２μｍと設定すれば、線引き加工時に石英キャピラリ１１３の管壁の破裂して孔が潰れるのを抑止することができ、安定したＰＣファイバ１０の製造が可能となり、また、細孔１３ａ間の壁厚の最小値（Ｔ_ｍｉｎ）を０．５μｍと設定すれば、線引き加工時に石英キャピラリ１１３の孔がガラスの表面張力により潰れるのを抑止することができ、より安定したＰＣファイバ１０の製造が可能となる。
【００４８】
図４は、所定波長の長さ如何によらず同一の関係マップとなるように一般化したものであることから、λ＝１（μｍ）としたときにも同一の関係マップが成立する。そこで、例えば図５に示すように、λ＝１（μｍ）とした関係マップに上記関係式を描き入れると（図５ではＴ_ｍｉｎ＝０．２（μｍ）及び０．５（μｍ）について図示している。）、細孔１３ａ間の壁厚が最小値（Ｔ_ｍｉｎ）以上となる領域が区画される。従って、上記関係式の領域Ｂにおける組み合わせによれば、細孔１３ａ間の壁厚が最小値（Ｔ_ｍｉｎ）以上であるものを得ることができる。
【００４９】
そして、上記の領域Ａと領域Ｂとが重なる領域内における１つの所定波長に対する孔ピッチの比（Λ／λ）及び孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）の組み合わせを選定し、それに基づいて孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）をそれぞれ決定する。
【００５０】
以上のような設計方法によって、開口数（ＮＡ）の大きいものから小さいものまで任意の開口数（ＮＡ）のＰＣファイバ１０を設計することができる。
【００５１】
次に、本発明の実施形態に係るＰＣファイバ１０の製造方法について説明する。
【００５２】
まず、エルビウム（Ｅｒ）等の光増幅成分がドープされた石英製のコアロッド１１１を１本と、それと外径である純石英製の石英ロッド１１２及び石英キャピラリ１１３を多数本ずつと、純石英製の円筒状のサポート管１１４を１本と、を準備する。このとき、石英キャピラリ１１３については、上記のＰＣファイバ１０の設計で決定した孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）に対応したものを準備する。
【００５３】
次いで、コアロッド１１１、石英ロッド１１２及び石英キャピラリ１１３をサポート管１１４内に充填する。このとき、横断面において、コアロッド１１１を中心としてその周りに石英ロッド１１２を最密状に配設し、さらにその周りに石英キャピラリ１１３を最密状に配設する。以上のようにして、図６に示すように、コアロッド１１１、石英ロッド１１２及び石英キャピラリ１１３の束がサポート管１１４で保持されたプリフォーム１００が構成される。なお、サポート管１１４への石英キャピラリ１１３の充填時における変形や破損を回避するためには、外径が１５０μｍ以上の石英キャピラリ１１３を用いることが好ましい。
【００５４】
そして、プリフォーム１００を線引き加工機にセットし、プリフォーム１００に線引き炉で加熱延伸する線引き加工を施すことにより細径化（ファイバー化）する。このとき、コアロッド１１１、石英ロッド１１２、石英キャピラリ１１３及びサポート管１１４が軟化し、相互に融着すると共に縮径され、コアロッド１１１がコア１１に、石英ロッド１１２が第１クラッド１２に、石英キャピラリ１１３が第２クラッド１３に、そして、サポート管１１４が被覆部１４にそれぞれ形成される。また、プリフォーム１００は所定の縮径比で縮径されることとなるが、石英キャピラリ１１３もまたほぼ同一の縮径比（通常、プリフォーム１００の縮径比の１．０〜１．５倍の縮径比）で縮径されるので、石英キャピラリ１１３の肉厚の２倍に縮径比を乗じたものが第２クラッド１３の細孔１３ａ間の壁厚となる。従って、石英キャピラリ１１３としては、肉厚の２倍に縮径比を乗じたものが細孔１３ａ間の壁厚となるものが用いられる。
【００５５】
（実施形態２）
図７は、本発明の実施形態２に係るＰＣファイバ２０を示す。
【００５６】
このＰＣファイバ２０は、全体が純石英製のものであり、ファイバ中心をなすコア２１と、コア２１を被覆するように設けられたクラッド２３と、クラッド２３を被覆するように設けられた被覆部２４と、を備えている。
【００５７】
クラッドは、コア２１に沿って延びる複数の細孔２３ａによりファイバ横断面において三角格子パターンが形成されてファイバ半径方向にフォトニック結晶構造が構成されており、実効屈折率が純石英よりも低いものとなっている。クラッド２３の三角格子パターンは、クラッド２３で囲まれた部分の開口数（ＮＡ）が０．２以上となるように、細孔２３ａの孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）が設定されている。かかる開口数（ＮＡ）は、従来のＰＣファイバでは得られなかったものである。
【００５８】
このＰＣファイバの設計及び製造は実施形態１と同一である。
【００５９】
【実施例】
（例１）
上記実施形態１と同様の製造方法により、コアロッド、石英ロッド、外径が２５０μｍで且つ肉厚が６０μｍである石英キャピラリ、及び、外径が２４．０ｍｍであるサポート管を用い、縮径比１／１００としてファイバ径２４０μｍのＰＣファイバを作製した。
【００６０】
製造されたＰＣファイバは、コア径が１００μｍ、第２クラッドの細孔の孔径（ｄ）が２．０μｍ及び孔ピッチ（Λ）が２．５μｍのものであった。
【００６１】
所定波長（λ）が６３０ｎｍであるとすると、波長６３０ｎｍに対する孔ピッチの比（Λ／λ）が２．５／０．６３≒４．０であり、また、孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）が２．０／２．５＝０．８であることから、図４より、波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）が０．３８であることを推定した。
【００６２】
このＰＣファイバの第２クラッドで囲まれた部分の波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）をファイバ長１０ｍでファーフィールドパターンパワー分布の５％となる径より算出したところ、開口数（ＮＡ）が０．４４であり、推定値に近いものであった。
【００６３】
（例２）
上記実施形態１と同様の製造方法により、コアロッド、石英ロッド、外径が２５０μｍで且つ肉厚が８０μｍである石英キャピラリ、及び、外径が２５．０ｍｍであるサポート管を用い、縮径比１／１００としてファイバ径２５０μｍのＰＣファイバを作製した。
【００６４】
製造されたＰＣファイバは、コア径が１００μｍ、第２クラッドの細孔の孔径（ｄ）が１．０μｍ及び孔ピッチ（Λ）が２．４μｍのものであった。
【００６５】
所定波長（λ）が６３０ｎｍであるとすると、波長６３０ｎｍに対する孔ピッチの比（Λ／λ）が２．４／０．６３≒３．８であり、また、孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）が１．０／２．４＝０．４２であることから、図４より、波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）が０．１５であることを推定した。
【００６６】
このＰＣファイバの第２クラッドで囲まれた部分の波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）をファイバ長１０ｍでファーフィールドパターンパワー分布の５％となる径より算出したところ、開口数（ＮＡ）が０．１５であり、推定値に一致した。
【００６７】
（例３）
上記実施形態１と同様の製造方法により、コアロッド、石英ロッド、外径が３０００μｍで且つ肉厚が２００μｍである石英キャピラリ、及び、外径が２５．０ｍｍであるサポート管を用い、縮径比１／１００としてファイバ径２５０μｍのＰＣファイバを作製した。
【００６８】
製造されたＰＣファイバは、コア径が１００μｍ、第２クラッドの細孔の孔径（ｄ）が２６μｍ及び孔ピッチ（Λ）が３１μｍのものであった。
【００６９】
所定波長（λ）が６３０ｎｍであるとすると、波長６３０ｎｍに対する孔ピッチの比（Λ／λ）が３１／０．６３≒４９．２であり、また、孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）が２６／３１＝０．８４であることから、波長６３０ｎｍに対する孔ピッチの比（Λ／λ）が大きいために波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）が０．２以下であることを推定した（図４からは読み取れず）。
【００７０】
このＰＣファイバの第２クラッドで囲まれた部分の波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）をファイバ長１０ｍでファーフィールドパターンパワー分布の５％となる径より算出したところ、開口数（ＮＡ）が０．１５であり、推定したとおりであった。
【００７１】
（例４）
上記実施形態１と同様の製造方法により、コアロッド、石英ロッド、外径が２００μｍで且つ肉厚が５０μｍである石英キャピラリ、及び、外径が５０．０ｍｍであるサポート管を用い、縮径比１／２００としてファイバ径２５０μｍのＰＣファイバを作製した。
【００７２】
製造されたＰＣファイバは、コア径が１００μｍ、第２クラッドの細孔の孔径（ｄ）が０．７μｍ及び孔ピッチ（Λ）が１．０μｍのものであった。
【００７３】
所定波長（λ）が６３０ｎｍであるとすると、波長６３０ｎｍに対する孔ピッチの比（Λ／λ）が１．０／０．６３≒１．６であり、また、孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）が０．７／１．０＝０．７であることから、図４より、波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）が０．５２であることを推定した。
【００７４】
このＰＣファイバの第２クラッドで囲まれた部分の波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）をファイバ長１０ｍでファーフィールドパターンパワー分布の５％となる径より算出したところ、開口数（ＮＡ）が０．５０であり、推定値に近いものであった。
【００７５】
（例５〜７）
上記実施形態１と同様の製造方法により、コアロッド、石英ロッド、外径が２５０μｍで且つ肉厚が１５μｍである石英キャピラリ、及び、外径が２４．０ｍｍであるサポート管を用い、縮径比１／１００としてファイバ径２４０μｍのＰＣファイバを作製した（例５）。
【００７６】
上記実施形態１と同様の製造方法により、コアロッド、石英ロッド、外径が２５０μｍで且つ肉厚が６０μｍである石英キャピラリ、及び、外径が２４．０ｍｍであるサポート管を用い、縮径比１／５００としてファイバ径４８μｍのＰＣファイバを作製した（例６）。
【００７７】
上記実施形態１と同様の製造方法により、コアロッド、石英ロッド、外径が５００μｍで且つ肉厚が１５μｍである石英キャピラリ、及び、外径が２４．０ｍｍであるサポート管を用い、縮径比１／１００としてファイバ径２４０μｍのＰＣファイバを作製した（例７）。
【００７８】
これらのいずれの場合も、線引き加工の際にキャピラリ孔が潰れて第２クラッドに細孔が形成されなかった。これは、石英キャピラリの肉厚の２倍に縮径比を乗じて求められる細孔間の壁厚が非常に薄くなるためであると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るＰＣファイバの斜視図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るＰＣファイバの第２クラッド部分の拡大断面図である。
【図３】所定波長に対する孔ピッチの比（Λ／λ）と開口数（ＮＡ）との関係を示すグラフである。
【図４】所定波長に対する孔ピッチの比（Λ／λ）及び孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）の組み合わせと開口数（ＮＡ）との関係マップを示すグラフである。
【図５】孔ピッチ（Λ）及び孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）の組み合わせと開口数（ＮＡ）との関係マップを示すグラフである。
【図６】プリフォームの断面図である。
【図７】本発明の実施形態１に係るＰＣファイバの斜視図である。
【図８】従来技術のダブルクラッドファイバの断面図である。
【符号の説明】
１０，２０　ＰＣファイバ
１０’　ダブルクラッドファイバ
１１，１１’，２１　コア
１２，１２’　第１クラッド
１３，１３’　第２クラッド
１３ａ，２３ａ　細孔
１３ａ’　孔
１４，２４　被覆部
２３　クラッド
１１０　プリフォーム
１１１　コアロッド
１１２　石英ロッド
１１３　石英キャピラリ
１１４　サポート管

Claims

長手方向に延びるコアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿って延びる複数の細孔によりファイバ横断面において所定格子パターンが形成されてファイバ半径方向にフォトニック結晶構造が構成されたクラッドと、を備えたフォトニッククリスタルファイバであって、
上記クラッドの細孔は、該クラッドで囲まれた部分の波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）が０．２以上となるようにファイバ横断面における孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）がそれぞれ設定されていることを特徴とするフォトニッククリスタルファイバ。
光増幅成分がドープされた光導波路をなすコアと、該コアを被覆するように設けられた第１クラッドと、該第１クラッドを被覆するように設けられ該コアに沿って延びる複数の細孔によりファイバ横断面において所定格子パターンが形成されてファイバ半径方向にフォトニック結晶構造が構成された第２クラッドとを備え、該第１クラッドに入射された励起光が該第１クラッドと該第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら該第２クラッドで囲まれた領域内を伝播し、励起光が該コアを通過する際に該コアの光増幅成分を活性化させ、該活性化された光増幅成分が該コアを導波する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバ型のフォトニッククリスタルファイバであって、　上記第２クラッドの細孔は、該第２クラッドで囲まれた部分の波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）が０．２以上となるようにファイバ横断面における孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）がそれぞれ設定されていることを特徴とするフォトニッククリスタルファイバ。
請求項１又は２に記載されたフォトニッククリスタルファイバにおいて、
上記クラッドの細孔は、該クラッドで囲まれた部分の波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）が０．３以上となるようにファイバ横断面における孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）がそれぞれ設定されていることを特徴とするフォトニッククリスタルファイバ。
請求項３に記載されたフォトニッククリスタルファイバにおいて、
上記クラッドの細孔は、該クラッドで囲まれた部分の波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）が０．４以上となるようにファイバ横断面における孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）がそれぞれ設定されていることを特徴とするフォトニッククリスタルファイバ。
請求項４に記載されたフォトニッククリスタルファイバにおいて、
上記クラッドの細孔は、該クラッドで囲まれた部分の波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）が０．５以上となるようにファイバ横断面における孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）がそれぞれ設定されていることを特徴とするフォトニッククリスタルファイバ。
請求項５に記載されたフォトニッククリスタルファイバにおいて、
上記クラッドの細孔は、該クラッドで囲まれた部分の波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）が０．６以上となるようにファイバ横断面における孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）がそれぞれ設定されていることを特徴とするフォトニッククリスタルファイバ。
請求項６に記載されたフォトニッククリスタルファイバにおいて、
上記クラッドの細孔は、該クラッドで囲まれた部分の波長６３０ｎｍの光に対する開口数（ＮＡ）が０．７以上となるようにファイバ横断面における孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）がそれぞれ設定されていることを特徴とするフォトニッククリスタルファイバ。
請求項１乃至７のいずれかに記載されたフォトニッククリスタルファイバにおいて、
上記開口数（ＮＡ）が５ｍ以上のファイバ長で得られることを特徴とするフォトニッククリスタルファイバ。
長手方向に延びるコアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿って延びる複数の細孔によりファイバ横断面において所定格子パターンが形成されてファイバ半径方向にフォトニック結晶構造が構成されたクラッドと、を備えたフォトニッククリスタルファイバの設計方法であって、
設計対象のフォトニッククリスタルファイバの上記クラッドで囲まれた部分の所定波長（λ）に対する開口数（ＮＡ）の下限値（ＮＡ_ｍｉｎ）を設定するステップと、
上記所定波長に対する孔ピッチの比（Λ／λ）及び孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）の組み合わせと開口数（ＮＡ）との関係マップにおいて開口数（ＮＡ）が上記下限値（ＮＡ_ｍｉｎ）以上となる領域を求めるステップと、
上記領域内における１つの上記所定波長に対する孔ピッチの比（Λ／λ）と孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）との組み合わせに基づいて孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）をそれぞれ決定するステップと、
を備えたことを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの設計方法。
請求項９に記載されたフォトニッククリスタルファイバの設計方法において、
上記孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）を決定するステップの前に、孔ピッチ（Λ）から孔径（ｄ）を減じた細孔間の壁厚の最小値（Ｔ_ｍｉｎ）を設定するステップをさらに備え、
下記関係式が満たされるように孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）をそれぞれ決定することを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの設計方法。