JP2004347817A

JP2004347817A - Dispersed flat fiber

Info

Publication number: JP2004347817A
Application number: JP2003144111A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Kubota; 寛和久保田; Satoki Kawanishi; 悟基川西; Masatoshi Tanaka; 正俊田中; Shinya Yamatori; 真也山取
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-05-21
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2023-05-21
Also published as: JP3871053B2; WO2004104659A1

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dispersed flat fiber having a polarization keeping property, and a low wavelength dependent property in at least one polarization mode group velocity dispersion. <P>SOLUTION: The dispersed flat fiber (10) has a core part consisting of a central high refraction index part (11) and its peripheral low refraction index part (12), and a clad part with many holes (13, 14) formed dispersively and almost uniformly at about regular intervals in the cross section of the optical fiber, and a photonic crystal structure which dispels degradation in the polarization mode by making the hole positions rotationally symmetric about the center of the core part as the symmetry axis with two or less rotations in the cross section of the optical fiber, and has also a structure in which the wavelength dependency of the group velocity dispersion in the operation wavelength is smaller than that of a single mode optical fiber but the group velocity dispersion is a normal dispersion only in the core part. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信・光信号処理等に用いられる光ファイバに関し、特にクラッド部にフォトニック結晶構造を持ち、群速度分散の波長依存性が少ない分散フラットファイバの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、分散フラットファイバを作製するためにはコアを中心としてファイバの径方向に屈折率差の異なる多層構造としたものが作製されている（非特許文献１，非特許文献２を参照）。
【０００３】
また、フォトニック結晶構造を用いて分散フラットファイバを作製する方法も開発されている。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｙ．ＬＩＵ他、”Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎｏｆｌｏｃａｌｌｙｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｆｌａｔｔｅｎｅｄｌａｒｇｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅａｒｅａｆｉｂｅｒｓ” ＥＣＯＣ’ ９８ｐｐ．３７−３８（Ｍａｄｒｉｄ，Ｓｐａｉｎ），１９９８年９月
【０００５】
【非特許文献２】
Ｐ．Ｂａｃｈｍａｎｎ他、”Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ−ｆｌａｔｔｅｎｅｄｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅｆｉｂｅｒｓｐｒｅｐａｒｅｄｗｉｔｈＰＣＶＤ：Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎｓ，ｄｅｓｉｇｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ” ＩＥＥＥＪ．ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏ１．Ｖｏｌ．４，Ｎｏ．７，ｐｐ．８５８−８６３（１９８６年）
【０００６】
【非特許文献３】
ＷｉｌｌｉａｍＨ．Ｒｅｅｖｅｓ他、”Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｕｌｔｒａ−ｆｌａｔｔｅｎｅｄｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｉｎｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｆｉｂｅｒｓ” ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓＶｏ１．１０，Ｎｏ．１４ｐｐ．６０９−６１３（２００２年）
（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｏｐｔｉｃｓｅｘｐｒｅｓｓ．ｏｒｇ／ａｂｓｔｒａｃｔ．ｃｆｍ？ＵＲｌ＝ＯＰＥＸ−１０−１４−６０９）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来の多層構造のファイバにおいては、その屈折率差と各層の厚みを厳密に制御しなくてはならなかった。その設計例を非特許文献１から引用して図８に示す。同図において、Δは上記屈折率差、Ｒはファイバの中心からの距離を表わす。その設計値からのずれが特性に及ぼす悪影響は、たとえば非特許文献２に述べられている。しかし、多層構造のファイバの屈折率差と各層の厚みを厳密に制御することは実際上容易でない。
【０００８】
他方、非特許文献３から引用した図９に示すような従来のフォトニック結晶構造を利用した分散フラットファイバでは、光ファイバの損失が大きいという難点があった。引用文献３では、フォトニック結晶構造を利用した分散フラットファイバにおいて、０．５８ｄＢ／ｍというきわめて大きな損失が報告されている。また、フォトニック結晶構造を利用した分散フラットファイバは、零分散で、かつ分散フラットな特性を実現できる構造の許容範囲はきわめて狭いという別の難点もあった。たとえば、フォトニック結晶構造を構成する各空孔の直径がわずか２％変化しただけで、その分散スロープが０．０２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２程度まで変化し、分散フラットファイバとしての特性を示さなくなる。
【０００９】
本発明は、従来技術における上述のような課題に鑑みてなされたもので、その目的は、偏波保持特性をもち、かつ少なくとも一つの偏波モードの群速度分散の波長依存性が小さい特性を有する分散フラットファイバを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の分散フラットファイバは、ガラスもしくはプラスチック、その他使用する波長において透明な媒質のいずれかを材料として形成されている光ファイバであって、上記光ファイバの断面の中心付近において光を導波するコア部と、上記光ファイバの長手方向に沿って形成されかつ該光ファイバの断面において概略一定間隔をおいて概略一様に分散配置された複数の空孔を有し、該複数の空孔はそれぞれ上記光ファイバの長手方向に沿ってその平均的な直径が概略一定値である概略円形、概略楕円形もしくは概略多角形の形状を有し、かつ該空孔の中は真空、もしくは使用する波長において透明かつ上記媒質よりも屈折率の低い気体、液体ないし固体で満たされているクラッド部とを有し、上記光ファイバはその断面において上記空孔の配置を上記コア部の中心を対称軸とする２回以下の回転対称としたフォトニック結晶構造を有し、かつ動作波長における群速度分散の波長依存性が通常の単一モードファイバよりも小さい低分散スロープ性を有し、上記コア部はその中心にその周辺部よりも屈折率の高い高屈折率領域を有し、該コア部のみ群速度分散が正常分散であることを特徴とする。
【００１１】
従来、分散フラットを実現するには複雑な多層構造の屈折率分布コアを必要としたが、本発明では群速度分散の波長依存性が大きい単純なステップインデックス構造であっても、クラッドに空孔を付加すると分散フラットが実現できる。また、モードフィールド径を小さくでき、高非線形性が得られる。
【００１２】
ここで、好ましくは、上記コア部の屈折率分布が、ステップインデックス型、グレーデッド型、マッチドクラッド型、もしくはＷ型、三重クラッド型、四重クラッド型等の多層型であるとすることができる。
【００１３】
また、好ましくは、少なくともいずれか一つの偏波モードでの上記動作波長における群速度分散の波長依存性が±０．０３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２以下であるとすることができる。
【００１４】
また、好ましくは、少なくともいずれか一つの偏波モードでの上記動作波長における群速度分散の波長依存性が±０．０１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２以下であるとすることができる。
【００１５】
また、好ましくは、少なくともいずれか一つの偏波モードの上記動作波長における群速度分散の値の差の絶対値が０．４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以下であるとすることができる。
【００１６】
また、好ましくは、上記光ファイバのモードフィールド径が３μｍ以下であるとすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する．
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における光ファイバの横断面の中心付近を拡大して示す。後述のように分散フラットファイバとして機能するこの光ファイバ１０は、例えば、石英ガラスでできているが、石英ガラスの代わりに、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）等のプラスチック、もしくは使用する波長において透明な媒質であればそれ以外の材質であってもかまわない。
【００１８】
光ファイバ１０の光を導く部分であるコア部は、本構造例では、中心の高屈折率部１１とその周囲の低屈折率部１２からなる。高屈折率部１１は光ファイバ１０の材質が例えば石英ガラスの場合は、そのガラスにゲルマニウム、リン等の添加物を加えることで実現できる。低屈折率部１２は高屈折率部１０よりも屈折率が低い部分であり、上記添加物の量を高屈折率部に比較して少なく、あるいは添加しないこと、もしくはフッ素などを添加することで実現できる。
【００１９】
コア部の低屈折率部１２の周囲の部分はクラッド部であり、クラッド部には第１の空孔１３および、これとは内径の異なる第２の空孔１４が、概略正三角形を形成するように配列されている。第１の空孔１３および第２の空孔１４の配列は六方最密構造であるが、配列はこれにかぎらず、概略一様に分布していればよい。本構造例では、第２の空孔１４はコアの高屈折率部１２を挟んで対向する一組の空孔である。
【００２０】
本実施形態の分散フラットファイバは、ＶＡＤ法（ｖａｐｏｒ−ｐｈａｓｅａｘｉａｌｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ：気相軸付け法）等で作製したガラスファイバ母材に、ドリルなどで穴をあけたのち、溶融延伸する方法、あるいは石英ガラスの棒および石英ガラスの細管を束ねて母材とし、それを溶融延伸する方法などで作製できる。これらの方法により大気中で作製した場合には、空孔の中は空気で満たされる。
【００２１】
以下に、図１の構造の本発明の第１の実施形態の分散フラットファイバにおける実際の実施例とその特性を説明する。
［第１の実施例］
第１の実施例では、各空孔１３、１４の隣接する空孔の中心間の距離Λを４．１μｍ、第１の空孔１３の直径ｄ１と上記距離Λとの比を０．３５、高屈折率部１１の直径ｄａと上記距離Λとの比を０．７、第２の空孔１４の直径ｄ２と上記距離Λとの比を０．９、石英ガラスに対する比屈折率差Δを高屈折率部１１を＋１．５％、低屈折率部１２を−０．３％とした。本実施例においてコア部１１、１２のみの群速度分散は、波長１８００ｎｍ以下において正常分散であり、群速度分散の波長依存性は波長１４２５ｎｍ〜１７７５ｎｍの範囲において０．０３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２を超えるが、上記記載のクラッドの空孔の特性により群速度分散の波長依存性を低減することができる。また、コア部の中心を対称軸とする２回以下の回転対称としているので偏波保持特性が得られる。本実施例においてコア部１１、１２の屈折率分布は、中心から半径方向に向かって、高屈折率部１１→石英ガラスよりも低い屈折率の低屈折率部１２→クラッド部を形成する無添加の石英ガラスと変化しており、中心部に高屈折率部１１を持つ、いわゆるＷ型の屈折率分布となる。
【００２２】
図２に、本実施例の分散フラットファイバの群速度分散の波長依存性を示す。同図の実線の曲線および破線の曲線は、本実施例における直交するそれぞれの偏波モードに対する分散特性を示す。実線の偏波モードの群速度分散の波長依存性が±０．０３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２以内となる波長域は、波長１４２５ｎｍから１７７５ｎｍの範囲である。破線の偏波モードの群速度分散の波長依存性が±０．０３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２以内となる波長域は、波長１３７５ｎｍから１８６０ｎｍの範囲である。
【００２３】
より好ましくは、群速度分散の波長依存性が±０．０１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２以内であり、これは破線のモードにおいて波長１４８０ｎｍから１７７０の範囲で実現されている。さらに破線のモードにおいて、波長１５５０ｎｍから１７２０ｎｍの範囲では、群速度分散の波長依存性は±０．００３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２以内と、さらに平坦な特性が実現されている。
【００２４】
ちなみに、通常の単一モードファイバの群速度分散の波長依存性は波長１５５０ｎｍにおいて、およそ０．０７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２である。また、破線のモードにおいて、波長１５５０ｎｍから１７２０ｎｍの範囲で群速度分散の値は±０．０５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以内であり、波長１５３０ｎｍから１７３０ｎｍの範囲における群速度分散の値は±０．２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以内であり、それらの差の絶対値は０．４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以内である。
【００２５】
図３は本実施例の分散フラットファイバのモードの分布を示す。モードフィールド径（縦×横）は２．８１μｍ×２．９７μｍである。
【００２６】
また、本実施例の偏波保持性能の強さを示す目安として、波長１．５５μｍにおけるモード複屈折の値を求めると、３．０×１０^−４となる。この値は、市販されているＰＡＮＤＡ型石英系偏波面保存ファイバでのモード複屈折の値と同等である。
【００２７】
［第２の実施例］
第２の実施例では、各空孔１３、１４の隣接する空孔の中心間の距離Λを３．４μｍ、第１の空孔１３の直径ｄ１と上記距離Λとの比を０．３５、高屈折率部１１の直径ｄ２と上記距離Λとの比を０．８、第２の空孔１４の直径ｄ２と上記距離Λとの比を１、石英ガラスに対する比屈折率差Δを高屈折率部１１を２％、低屈折率部１２を０％とした。本実施例は、上述の第１の実施例の構造パラメータを変えた例である。
【００２８】
本実施例において、コア部１１、１２のみの群速度分散は、波長２３９０ｎｍ以下において正常分散である。また、本実施例において、コア部１１、１２の屈折率分布は、その中心から半径方向に向かって、高屈折率部１１→無添加の石英ガラスと変化しており、いわゆるステップインデックス型の屈折率分布である。
【００２９】
図４の（Ａ）は本実施例の分散フラットファイバの群速度分散の波長依存性を示す。図４の（Ａ）に示す実線の曲線および破線の曲線は、本実施例の直交するそれぞれの偏波モードに対する分散特性を示している。
【００３０】
本実施例においては、実線の方の偏波モードの群速度分散の波長依存性が±０．０３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２以内となる波長域は、波長１２７５ｎｍから１８００ｎｍの範囲である。より好ましくは、群速度分散の波長依存性が±０．０１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２以内であり、これは波長１３５０ｎｍから１７００ｎｍの範囲で実現されている。
【００３１】
さらに、波長１４２５ｎｍから１６５０ｎｍの範囲では、群速度分散の波長依存性は±０．００３５ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２以内と、さらに平坦な特性が実現されている。波長１３６５ｎｍから１６９５ｎｍの範囲で群速度分散の差の絶対値は０．４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以内である。
【００３２】
また、図４の（Ｂ）は、各空孔の隣接する空孔の中心間の距離Λを３．５μｍとしたが、他のパラメータは図４の（Ａ）と同じとしたファイバの群速度分散の波長依存性を示す。図４の（Ｂ）に示す実線曲線の方の偏波モードの波長依存性が±０．０３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２以内となる波長域は、波長１２９５ｎｍから１８２０ｎｍの範囲である。波長１４００ｎｍから１７５０ｎｍの範囲で群速度分散の波長依存性は、最大０．０１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２である。さらに、波長１４５０ｎｍから１６７０ｎｍの範囲で群速度分散の波長依存性は、最大±０．００３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２以内である。波長１４１０ｎｍから１７２０ｎｍの範囲で群速度分散の差の絶対値は、０．４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以内である。
【００３３】
さらに、各空孔の隣接する空孔の中心間の距離Λを３．４６μｍとすると、波長１４００ｎｍから１７１０ｎｍの範囲で、群速度分散の値は±０．２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以内であり、その差の絶対値は０．４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以内である。そして、モードフィールド径は２．８×２．４μｍである。
【００３４】
また、本実施例のファイバの偏波保持性能の強さを示す目安として波長１．５５μｍにおけるモード複屈折の値を求めると、８．５×１０^−４となる。この値は、市販されているＰＡＮＤＡ型石英系偏波面保存ファイバのモード複屈折の値よりも大きい。
【００３５】
なお、上述した構造パラメータｄａ、ｄ１、ｄ２、Λ、Δの組み合わせは、第１の実施例，第２の実施例で述べた値に限られないのは勿論である。
【００３６】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態における光ファイバ（分散フラットファイバ）の横断面の中心付近を拡大して示す。本実施形態は、前述の第１の実施形態とは空孔の配置を変えたものである。図５に示す構成要素５０〜５４は図１の構成要素１０〜１４と同じである。すなわち、５０は光ファイバ（分散フラットファイバ）、５１はコア部の高屈折率部、５２はコア部の低屈折率部、５３はクラッド部に形成した第１の空孔、５４はクラッド部に形成した第２の空孔である。また、本実施形態の作製方法も第１の実施形態と同様である。すなわち、コア部の中心に高屈折率部５１を有している。
【００３７】
以下に、図５の構造の本発明の第２の実施形態の分散フラットファイバにおける実際の実施例とその特性を説明する。
【００３８】
［第３の実施例］
第３の実施例は図５の構造において、各空孔５３、５４の隣接する空孔の中心間の距離Λを２．４３μｍ、第１の空孔５３の直径ｄ１と上記距離Λとの比を０．３５、高屈折率部５１の直径ｄ２と上記距離Λとの比を０．８、第２の空孔５４の直径ｄ２と上記距離Λとの比を０．８、石英ガラスに対する比屈折率差Δを高屈折率部５１を１．５％、低屈折率部５２を−０．３％とした本実施例において、コア部５１、５２のみの群速度分散は、１５９０ｎｍ以下において正常分散である。また、本実施例において、コア部５１、５２の屈折率分布は、中心から半径方向に向かって高屈折率部５１→石英ガラスよりも低い低屈折率部５２→無添加の石英ガラスと変化しており、中心部に高屈折率部５１を持つ、いわゆるＷ型の屈折率分布である。
【００３９】
図６は本実施例の分散フラットファイバの群速度分散の波長依存性を示す。図６に示す実線の曲線および破線の曲線は、本実施例の直交するそれぞれの偏波モードに対する分散特性を示している。群速度分散の波長依存性は±０．０３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２以下が波長１２２５ｎｍから１６７５ｎｍの範囲で実現されている。ここで、好適な波長範囲は、波長１２２５ｎｍから１５９０ｎｍの範囲である。
【００４０】
より好ましくは、群速度分散の波長依存性は±０．０１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２以下であり、これは実線の方の偏波モードの波長１３００ｎｍから１６００ｎｍの範囲実現されている。ここで、好適な波長範囲は、波長１３００ｎｍから１５９０ｎｍの範囲である。
【００４１】
また、波長１４７０ｎｍから１５９０ｎｍの範囲で群速度分散の値は±０．２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以内であり、その差の絶対値は０．４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以内である。モードフィールド径は２×２．３μｍである。
【００４２】
［第４の実施例］
第４の実施例では、図５の構造において、各空孔５３、５４の隣接する空孔の中心間の距離Λを２．３μｍ、第１の空孔５３の直径ｄ１と上記距離Λとの比を０．３５、高屈折率部５１の直径ｄａと上記距離Λとの比を０．８、第２の空孔５４の直径ｄ２と上記距離Λとの比を０．８、石英ガラスに対する比屈折率差Δを高屈折率部を２％、低屈折率部を０％とした。
【００４３】
本実施例において、コア部５１、５２のみの群速度分散は、波長１８６０ｎｍ以下において正常分散である。本実施例において、コア部５１、５２の屈折率分布は中心から半径方向に向かって、高屈折率部５１→無添加の石英ガラスと変化しており、いわゆるステップインデックス型の屈折率分布である。
【００４４】
図７は本実施例の分散フラットファイバの群速度分散の波長依存性を示す。図７に示す実線の曲線および破線の曲線は、本実施例の直交するそれぞれの偏波モードに対する分散特性を示している。実線の方の偏波モードでは、波長１２１０ｎｍから１７２５ｎｍの範囲において群速度分散の波長依存性は±０．０３ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２以内である。また、波長１３００ｎｍから１６００ｎｍの範囲で群速度分散の波長依存性は±０．０１ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２以内である。また、波長１４７０ｎｍから１５９０ｎｍの範囲で群速度分散の値は±０．２ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ^２内であり、その差の絶対値は０．４ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ以内である。モードフィールド径は２×２．３μｍである。
【００４５】
なお、構造パラメータｄａ、ｄ１、ｄ２、Δの組み合わせは、第３の実施例，第４の実施例４で述べた値に限られないのは勿論である。
【００４６】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態とその実施例を説明したが、本発明に係わる空孔の配置、屈折率分布等は上述した実施形態に限らない。特許請求の範囲の記載の範囲内であれば、その変更、修正、置換等は本発明の実施形態に含まれる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高屈折率部と低屈折率部からなるコア部と、光ファイバの断面において概略一定間隔をおいて概略一様に分散配置された複数の空孔が形成されたクラッド部とを有し、その空孔の配置を光ファイバの断面においてコアの中心を対称軸とする２回以下の回転対称としたので、偏波保持特性をもち、その少なくとも一つの偏波モードの群速度分散の波長依存性が小さい分散フラットファイバが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における分散フラットファイバの中心付近の構造を拡大して示す断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の構造での第１の実施例の分散フラットファイバの群速度分散の分散特性を示すグラフである。
【図３】上記第１の実施例の分散フラットファイバのモード分布を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態の構造での第２の実施例の分散フラットファイバの群速度分散の分散特性を示すグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態における分散フラットファイバの中心付近の構造を拡大して示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態の構造での第３の実施例の分散フラットファイバの群速度分散の分散特性を示すグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態の構造での第４の実施例の分散フラットファイバの群速度分散の分散特性を示すグラフである。
【図８】従来の分散フラットファイバの設計例を示し、縦軸は比屈折率差（％）、横軸は半径方向の距離（μｍ）を表わすグラフである。
【図９】従来の分散フラットファイバの構造例を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１０、５０光ファイバ（分散フラットファイバ）
１１、５１コア部の高屈折率部
１２、５２コア部の低屈折率部
１３、５３クラッド部に形成された第１の空孔
１４、５４クラッド部に形成された径の異なる第２の空孔[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber used for optical communication, optical signal processing, and the like, and particularly to a structure of a dispersion flat fiber having a photonic crystal structure in a cladding part and having a small wavelength dependence of group velocity dispersion.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in order to fabricate a dispersion flat fiber, a multilayer structure having a refractive index difference in the radial direction of the fiber centering on a core has been fabricated (see Non-Patent Documents 1 and 2).
[0003]
Further, a method of manufacturing a dispersion flat fiber using a photonic crystal structure has been developed.
[0004]
[Non-patent document 1]
Y. LIU et al., "Design and Fabrication of Locally Dispersion-Flattened Large Effect Effective Areas," ECOC '98 pp. 37-38 (Madrid, Spain), September 1998.
[Non-patent document 2]
P. Bachmann et al., "Dispersion-flattened single-fiber fibers prepared with PCVD: Performance, limitations, design optimization," IEEE J.C. Lightwave Techno1. Vol. 4, No. 7, pp. 858-863 (1986)
[0006]
[Non-Patent Document 3]
William H. Reeves et al., "Demonstration of ultra-flattened dispersion in photonic crystal fibers", Optics Express Vol 1.10, No. 5, pp. 1-64. 14 pp. 609-613 (2002)
(Http://www.opticspress.org/abstract.cfm?URl=OPEX-10-14-609)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-mentioned conventional fiber having a multilayer structure, the difference in the refractive index and the thickness of each layer must be strictly controlled. FIG. 8 shows an example of the design from Non-Patent Document 1. In the figure, Δ represents the difference in refractive index, and R represents the distance from the center of the fiber. The adverse effect of the deviation from the design value on the characteristics is described in Non-Patent Document 2, for example. However, it is practically not easy to strictly control the refractive index difference and the thickness of each layer of the multi-layered fiber.
[0008]
On the other hand, the conventional dispersion flat fiber using the photonic crystal structure as shown in FIG. 9 quoted from Non-Patent Document 3 has a disadvantage that the loss of the optical fiber is large. Reference 3 reports a very large loss of 0.58 dB / m in a dispersion flat fiber using a photonic crystal structure. Further, the dispersion flat fiber using the photonic crystal structure has another disadvantage that an allowable range of a structure capable of realizing zero dispersion and dispersion flat characteristics is extremely narrow. For example, if the diameter of each hole constituting the photonic crystal structure changes by only 2%, the dispersion slope changes to about 0.02 ps / km / nm ² , and the characteristic as a dispersion flat fiber is not exhibited.
[0009]
The present invention has been made in view of the above-described problems in the related art, and an object of the present invention is to provide a polarization maintaining characteristic and a characteristic that the wavelength dependence of group velocity dispersion of at least one polarization mode is small. To provide a dispersion flat fiber having the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the dispersion flat fiber of the present invention is an optical fiber formed of glass or plastic, or any other medium transparent at the wavelength to be used, and the center of the cross section of the optical fiber. A core portion that guides light in the vicinity, and a plurality of holes that are formed along the longitudinal direction of the optical fiber and are substantially uniformly dispersed and arranged at substantially constant intervals in a cross section of the optical fiber. Each of the plurality of holes has a substantially circular, substantially elliptical or substantially polygonal shape having an average diameter of a substantially constant value along the longitudinal direction of the optical fiber, and The optical fiber has a cladding portion filled with a gas, a liquid or a solid, which is transparent at a wavelength to be used and has a lower refractive index than the medium. The cross-section has a photonic crystal structure in which the arrangement of the holes is not more than twice rotationally symmetric about the center of the core portion as the axis of symmetry, and the wavelength dependence of the group velocity dispersion at the operating wavelength is generally a single value. It has a low dispersion slope smaller than that of the mode fiber, and the core has a high refractive index region having a higher refractive index at the center than its peripheral portion, and only the core has normal dispersion in group velocity dispersion. It is characterized by.
[0011]
Conventionally, a refractive index distribution core having a complicated multilayer structure was required to realize dispersion flat.However, in the present invention, even if a simple step index structure in which the wavelength dependence of group velocity dispersion is large, holes are formed in the cladding. , A dispersion flat can be realized. Further, the mode field diameter can be reduced, and high nonlinearity can be obtained.
[0012]
Here, preferably, the refractive index distribution of the core portion may be a step index type, a graded type, a matched clad type, or a multilayer type such as a W type, a triple clad type, and a quadruple clad type. .
[0013]
Preferably, the wavelength dependence of the group velocity dispersion at the operating wavelength in at least one of the polarization modes is ± 0.03 ps / km / nm ² or less.
[0014]
Preferably, the wavelength dependence of the group velocity dispersion at the operating wavelength in at least one of the polarization modes is ± 0.01 ps / km / nm ² or less.
[0015]
Preferably, the absolute value of the difference between the group velocity dispersion values at the operating wavelength of at least one of the polarization modes is 0.4 ps / km / nm or less.
[0016]
Preferably, the mode field diameter of the optical fiber is 3 μm or less.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(1st Embodiment)
FIG. 1 is an enlarged view of the vicinity of the center of the cross section of the optical fiber according to the first embodiment of the present invention. The optical fiber 10, which functions as a dispersion flat fiber as described later, is made of, for example, quartz glass. Instead of quartz glass, a plastic such as PMMA (polymethyl methacrylate) or a transparent material at the wavelength to be used is used. Any other material may be used as long as it is a medium.
[0018]
In the present structural example, the core portion that guides light of the optical fiber 10 includes a high refractive index portion 11 at the center and a low refractive index portion 12 around the central portion. When the material of the optical fiber 10 is, for example, quartz glass, the high refractive index portion 11 can be realized by adding an additive such as germanium or phosphorus to the glass. The low-refractive-index portion 12 is a portion having a lower refractive index than the high-refractive-index portion 10. The amount of the additive is smaller than that of the high-refractive-index portion, or is not added, or by adding fluorine or the like. realizable.
[0019]
A portion around the low refractive index portion 12 of the core portion is a clad portion, in which a first hole 13 and a second hole 14 having an inner diameter different from the first hole 13 form a substantially equilateral triangle. It is arranged as follows. The arrangement of the first holes 13 and the second holes 14 is a hexagonal close-packed structure. However, the arrangement is not limited to this, and it is sufficient that the arrangement is substantially uniform. In the present structural example, the second holes 14 are a pair of holes facing each other across the high refractive index portion 12 of the core.
[0020]
The dispersion flat fiber of the present embodiment is formed by drilling holes in a glass fiber preform prepared by a VAD method (vapor-phase axial deposition process) or the like, and then performing melt drawing. It can be manufactured by a method of bundling a quartz glass rod and a thin tube of quartz glass as a base material, and melt-drawing the base material. When produced in the atmosphere by these methods, the pores are filled with air.
[0021]
Hereinafter, an actual example of the dispersion flat fiber of the first embodiment of the present invention having the structure shown in FIG. 1 and its characteristics will be described.
[First Embodiment]
In the first embodiment, the distance 中心 between the centers of the adjacent holes of the holes 13 and 14 is 4.1 μm, the ratio between the diameter d1 of the first hole 13 and the distance ０．３ is 0.35, The ratio of the diameter da of the high refractive index portion 11 to the distance Λ is 0.7, the ratio of the diameter d2 of the second hole 14 to the distance Λ is 0.9, and the relative refractive index difference Δ with respect to quartz glass is The high refractive index portion 11 was + 1.5%, and the low refractive index portion 12 was -0.3%. In this embodiment, the group velocity dispersion of only the core portions 11 and 12 is a normal dispersion at a wavelength of 1800 nm or less, and the wavelength dependence of the group velocity dispersion exceeds 0.03 ps / km / nm ² in a wavelength range of 1425 nm to 1775 nm. However, the wavelength dependence of group velocity dispersion can be reduced by the above-described characteristics of the holes of the cladding. In addition, since the center of the core portion has a rotational symmetry of not more than twice with respect to the axis of symmetry, a polarization maintaining characteristic can be obtained. In this embodiment, the refractive index distribution of the core portions 11 and 12 is such that, from the center in the radial direction, the high refractive index portion 11 → the low refractive index portion 12 having a refractive index lower than that of the quartz glass → the additive-free formation of the cladding portion. And a so-called W-shaped refractive index distribution having a high refractive index portion 11 at the center.
[0022]
FIG. 2 shows the wavelength dependence of the group velocity dispersion of the dispersion flat fiber of the present embodiment. The solid line curve and the broken line curve in the same figure show the dispersion characteristics for each orthogonal polarization mode in this embodiment. The wavelength range in which the wavelength dependence of the group velocity dispersion of the polarization mode of the solid line is within ± 0.03 ps / km / nm ² is a wavelength range of 1425 nm to 1775 nm. The wavelength range where the wavelength dependence of the group velocity dispersion of the polarization mode indicated by the broken line is within ± 0.03 ps / km / nm ² is a wavelength range of 1375 nm to 1860 nm.
[0023]
More preferably, the wavelength dependence of the group velocity dispersion is within ± 0.01 ps / km / nm ² , which is realized in the mode indicated by the broken line in the wavelength range of 1480 nm to 1770. Further, in the mode indicated by the dashed line, in the wavelength range of 1550 nm to 1720 nm, the wavelength dependence of the group velocity dispersion is within ± 0.003 ps / km / nm ² , and further flat characteristics are realized.
[0024]
Incidentally, the wavelength dependence of the group velocity dispersion of a normal single-mode fiber is about 0.2 at a wavelength of 1550 nm. 07 ps / km / nm ² . In the mode indicated by the broken line, the value of the group velocity dispersion is within ± 0.05 ps / km / nm in the wavelength range of 1550 nm to 1720 nm, and the value of the group velocity dispersion in the wavelength range of 1530 nm to 1730 nm is ± 0.2 ps / km. km / nm, and the absolute value of the difference is within 0.4 ps / km / nm.
[0025]
FIG. 3 shows a mode distribution of the dispersion flat fiber of the present embodiment. The mode field diameter (length × width) is 2.81 μm × 2.97 μm.
[0026]
When the value of the mode birefringence at a wavelength of 1.55 μm is determined as a measure of the strength of the polarization maintaining performance of the present embodiment, the value is 3.0 × 10 ⁻⁴ . This value is equivalent to the value of the mode birefringence of a commercially available PANDA-type quartz polarization maintaining fiber.
[0027]
[Second embodiment]
In the second embodiment, the distance 中心 between the centers of the adjacent holes of the holes 13 and 14 is 3.4 μm, the ratio between the diameter d1 of the first hole 13 and the distance ０．３ is 0.35, The ratio between the diameter d2 of the high refractive index portion 11 and the distance Λ is 0.8, the ratio between the diameter d2 of the second hole 14 and the distance Λ is 1, and the relative refractive index difference Δ with respect to quartz glass is high. The index portion 11 was 2%, and the low refractive index portion 12 was 0%. This embodiment is an example in which the structural parameters of the first embodiment are changed.
[0028]
In this embodiment, the group velocity dispersion of only the core portions 11 and 12 is normal dispersion at a wavelength of 2390 nm or less. Further, in the present embodiment, the refractive index distribution of the core portions 11 and 12 changes from the center to the high refractive index portion 11 → non-added quartz glass in the radial direction from the center thereof. It is a rate distribution.
[0029]
FIG. 4A shows the wavelength dependence of the group velocity dispersion of the dispersion flat fiber of this embodiment. A solid curve and a broken curve shown in FIG. 4A show dispersion characteristics of the present embodiment with respect to each orthogonal polarization mode.
[0030]
In the present embodiment, the wavelength range where the wavelength dependence of the group velocity dispersion of the polarization mode of the solid line is within ± 0.03 ps / km / nm ² is in the range of wavelengths from 1275 nm to 1800 nm. More preferably, the wavelength dependence of group velocity dispersion is within ± 0.01 ps / km / nm ² , which is realized in the wavelength range of 1350 nm to 1700 nm.
[0031]
Further, in the wavelength range from 1425 nm to 1650 nm, the wavelength dependence of the group velocity dispersion is within ± 0.0035 ps / km / nm ² , which realizes a flatter characteristic. The absolute value of the difference in group velocity dispersion in the wavelength range of 1365 nm to 1695 nm is within 0.4 ps / km / nm.
[0032]
In FIG. 4B, the distance 間の between the centers of adjacent holes is 3.5 μm, but the other parameters are the same as those in FIG. 4A. 4 shows the wavelength dependence of dispersion. The wavelength range where the wavelength dependence of the polarization mode of the solid curve shown in FIG. 4B is within ± 0.03 ps / km / nm ² is in the range of wavelengths from 1295 nm to 1820 nm. The wavelength dependence of group velocity dispersion in the wavelength range of 1400 nm to 1750 nm is 0.01 ps / km / nm ² at the maximum. Further, the wavelength dependence of the group velocity dispersion in a wavelength range of 1450 nm to 1670 nm is within ± 0.003 ps / km / nm ² at the maximum. The absolute value of the difference in group velocity dispersion in the wavelength range from 1410 nm to 1720 nm is within 0.4 ps / km / nm.
[0033]
Further, assuming that the distance Λ between the centers of adjacent holes of each hole is 3.46 μm, the value of group velocity dispersion is within ± 0.2 ps / km / nm in a wavelength range of 1400 nm to 1710 nm. The absolute value of the difference is within 0.4 ps / km / nm. The mode field diameter is 2.8 × 2.4 μm.
[0034]
When the value of the mode birefringence at a wavelength of 1.55 μm is determined as a measure of the strength of the polarization maintaining performance of the fiber of the present embodiment, it is 8.5 × 10 ⁻⁴ . This value is larger than the mode birefringence value of a commercially available PANDA-type silica polarization-maintaining fiber.
[0035]
It should be noted that the combination of the above-described structural parameters da, d1, d2, Λ, and Δ is not limited to the values described in the first and second embodiments.
[0036]
(Second embodiment)
FIG. 5 is an enlarged view of the vicinity of the center of the cross section of the optical fiber (dispersion flat fiber) according to the second embodiment of the present invention. This embodiment differs from the first embodiment in the arrangement of the holes. Components 50 to 54 shown in FIG. 5 are the same as components 10 to 14 in FIG. That is, 50 is an optical fiber (dispersion flat fiber), 51 is a high refractive index portion of a core portion, 52 is a low refractive index portion of a core portion, 53 is a first hole formed in a cladding portion, and 54 is a cladding portion. This is the second hole formed. Further, the manufacturing method of this embodiment is the same as that of the first embodiment. That is, the high refractive index portion 51 is provided at the center of the core portion.
[0037]
Hereinafter, an actual example of the dispersion flat fiber according to the second embodiment of the present invention having the structure of FIG. 5 and its characteristics will be described.
[0038]
[Third embodiment]
In the third embodiment, in the structure of FIG. 5, the distance Λ between the centers of the adjacent holes 53 and 54 is 2.43 μm, and the ratio of the diameter d1 of the first hole 53 to the distance Λ. 0.35, the ratio of the diameter d2 of the high refractive index portion 51 to the distance Λ is 0.8, the ratio of the diameter d2 of the second hole 54 to the distance Λ is 0.8, and the ratio to the quartz glass. In this embodiment in which the refractive index difference Δ is 1.5% for the high refractive index portion 51 and −0.3% for the low refractive index portion 52, the group velocity dispersion of only the core portions 51 and 52 is normal at 1590 nm or less. It is dispersion. Further, in the present embodiment, the refractive index distribution of the core portions 51 and 52 changes from the center in the radial direction from the high refractive index portion 51 → the low refractive index portion 52 lower than the quartz glass → the non-added quartz glass. This is a so-called W-type refractive index distribution having a high refractive index portion 51 at the center.
[0039]
FIG. 6 shows the wavelength dependence of the group velocity dispersion of the dispersion flat fiber of this embodiment. The solid curve and the broken curve shown in FIG. 6 show the dispersion characteristics of the present embodiment for each orthogonal polarization mode. The wavelength dependence of the group velocity dispersion is ± 0.03 ps / km / nm ² or less in the wavelength range of 1225 nm to 1675 nm. Here, a suitable wavelength range is a wavelength range of 1225 nm to 1590 nm.
[0040]
More preferably, the wavelength dependence of the group velocity dispersion is ± 0.01 ps / km / nm ² or less, which is realized in the polarization mode of the solid line in the wavelength range of 1300 nm to 1600 nm. Here, a suitable wavelength range is a wavelength range of 1300 nm to 1590 nm.
[0041]
Further, the value of the group velocity dispersion is within ± 0.2 ps / km / nm in the wavelength range of 1470 nm to 1590 nm, and the absolute value of the difference is within 0.4 ps / km / nm. The mode field diameter is 2 × 2.3 μm.
[0042]
[Fourth embodiment]
In the fourth embodiment, in the structure shown in FIG. 5, the distance 中心 between the centers of the adjacent holes of the holes 53 and 54 is 2.3 μm, and the diameter d1 of the first hole 53 and the distance Λ The ratio is 0.35, the ratio between the diameter da of the high refractive index portion 51 and the distance Λ is 0.8, the ratio between the diameter d2 of the second hole 54 and the distance Λ is 0.8, The relative refractive index difference Δ was set to 2% for the high refractive index portion and 0% for the low refractive index portion.
[0043]
In this embodiment, the group velocity dispersion of only the core portions 51 and 52 is normal dispersion at a wavelength of 1860 nm or less. In the present embodiment, the refractive index distribution of the core portions 51 and 52 changes from the center toward the radial direction from the high refractive index portion 51 to the quartz glass without addition, which is a so-called step index type refractive index distribution. .
[0044]
FIG. 7 shows the wavelength dependence of the group velocity dispersion of the dispersion flat fiber of this embodiment. The solid curve and the broken curve shown in FIG. 7 show the dispersion characteristics of the present embodiment for each orthogonal polarization mode. In the polarization mode indicated by the solid line, the wavelength dependence of group velocity dispersion is within ± 0.03 ps / km / nm ^{2 in} the wavelength range of 1210 nm to 1725 nm. In addition, the wavelength dependence of group velocity dispersion is within ± 0.01 ps / km / nm ^{2 in} the wavelength range of 1300 nm to 1600 nm. Further, the value of group velocity dispersion is within ± 0.2 ps / km / nm ² in the wavelength range of 1470 nm to 1590 nm, and the absolute value of the difference is within 0.4 ps / km / nm. The mode field diameter is 2 × 2.3 μm.
[0045]
The combination of the structural parameters da, d1, d2, and Δ is not limited to the values described in the third and fourth embodiments.
[0046]
(Other embodiments)
Although the embodiments and examples of the present invention have been described, the arrangement of the holes, the refractive index distribution, and the like according to the present invention are not limited to the above-described embodiments. Changes, modifications, replacements, and the like within the scope of the claims are included in the embodiments of the present invention.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a core portion including a high refractive index portion and a low refractive index portion, and a plurality of holes distributed approximately uniformly at substantially constant intervals in the cross section of the optical fiber. Is formed, and the holes are arranged in two or less rotational symmetry with the center of the core as the axis of symmetry in the cross section of the optical fiber, so that the polarization maintaining property is at least one. A dispersion flat fiber having a small wavelength dependence of the group velocity dispersion of the two polarization modes is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged sectional view showing a structure near the center of a dispersion flat fiber according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing dispersion characteristics of group velocity dispersion of the dispersion flat fiber of the first example in the structure of the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a mode distribution of the dispersion flat fiber of the first embodiment.
FIG. 4 is a graph showing dispersion characteristics of group velocity dispersion of the dispersion flat fiber of the second example with the structure of the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a structure near the center of a dispersion flat fiber according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing dispersion characteristics of group velocity dispersion of the dispersion flat fiber of the third example with the structure of the second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a dispersion characteristic of group velocity dispersion of the dispersion flat fiber of the fourth example in the structure of the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing a design example of a conventional dispersion flat fiber, in which the vertical axis represents relative refractive index difference (%), and the horizontal axis represents radial distance (μm).
FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view showing a structural example of a conventional dispersion flat fiber.
[Explanation of symbols]
10, 50 Optical fiber (dispersion flat fiber)
11, 51 High refractive index portion 12 of the core portion, 52 Low refractive index portion 13 of the core portion, 53 First holes 14 formed in the cladding portion, 54 Second cavities formed in the cladding portion having different diameters. Hole

Claims

An optical fiber formed of glass or plastic, or any other material that is transparent at the wavelength used,
A core portion for guiding light near the center of the cross section of the optical fiber,
A plurality of holes formed along the longitudinal direction of the optical fiber and substantially uniformly dispersed and arranged at substantially constant intervals in a cross section of the optical fiber, wherein each of the plurality of holes is the optical fiber. Has a substantially circular, roughly elliptical or roughly polygonal shape whose average diameter along the longitudinal direction is a substantially constant value, and the pores are transparent under vacuum or at the wavelength used, and Gas having a lower refractive index than the medium, having a clad portion filled with a liquid or solid,
The optical fiber has a photonic crystal structure in which the arrangement of the holes in the cross section is not more than twice rotationally symmetric about the center of the core portion as the axis of symmetry, and the wavelength dependence of the group velocity dispersion at the operating wavelength. Has a lower dispersion slope than a normal single mode fiber,
The dispersion flat fiber, wherein the core has a high refractive index region at the center thereof having a higher refractive index than the periphery thereof, and only the core has normal group velocity dispersion.

2. The refractive index distribution of the core portion is a step index type, a graded type, a matched clad type, or a multilayer type such as a W type, a triple clad type, a quadruple clad type, or the like. Dispersion flat fiber.

3. The dispersion flat fiber according to claim 1, wherein the wavelength dependence of the group velocity dispersion at the operating wavelength in at least one polarization mode is ± 0.03 ps / km / nm ² or less. .

The dispersion flat fiber according to claim 1, wherein the wavelength dependence of group velocity dispersion at the operating wavelength in at least one polarization mode is ± 0.01 ps / km / nm ² or less. .

5. The dispersion flat fiber according to claim 3, wherein an absolute value of a difference between values of group velocity dispersion at the operation wavelength of at least one polarization mode is 0.4 ps / km / nm or less. .

The dispersion flat fiber according to claim 3, wherein a mode field diameter of the optical fiber is 3 μm or less.