JP2006343769A - 光ファイバ - Google Patents

Abstract

【課題】材料分散の影響を避けることができ、且つ非線形性を利用した光信号処理などに大きな効果をもたらし、通信波長帯での広帯域な零分散を実現できる、高非線形を有するテルライトガラスからなる光ファイバを提供する。
【解決手段】２μｍ以上の零材料分散波長を持つテルライトガラスからなる光ファイバ１００であって、コア領域１０１と、コア領域１０１を包囲するように配設されて当該コア領域１０１の軸方向に沿った空孔１０２ａを当該コア領域１０１の周方向にわたって複数有する第１のクラッド部１０２と、第１のクラッド部１０２を包囲するように配設されて当該第１のクラッド部１０２の等価屈折率と等しい屈折率を有する第２のクラッド部１０３とを備える。コア領域１０１と前記第１のクラッド部１０２との比屈折率差を2％以上とすることで、零分散波長を通信波長帯である１．５５μｍ帯に制御する。
【選択図】図１７

Description

本発明は、通信波長帯に零分散波長が制御された高非線形性を有するテルライトガラス製の光ファイバに関する。さらに詳しくは、本発明は、テルライトガラスファイバの屈折率、構造、材料を設計することにより、光通信波長帯である１．２〜１．７μｍ帯の零分散波長を有する光ファイバに関する。

近年、インターネットの急速な普及に起因する爆発的な通信需要の増加と、光通信システムの低コスト化の要求により、光通信システムの大容量化の検討がなされている。従来、大容量化の手段として検討されてきた時分割多重伝送方式に加えて、１本の光ファイバに複数の異なる波長の信号光を多重して伝送する波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送方式が開発され、加速度的に普及している。ＷＤＭ伝送方式は、変調方式の異なる信号を合波することも、また新たな波長を用いてシステムの増設を行なうこともできるので、より柔軟な光通信システムを構築することができる。

ＷＤＭ伝送方式のネットワークを、さらに柔軟に拡張・高機能化するためには、波長変換素子、高速光スイッチ、スーパーコンティニューム光源等の機能性光デバイスが、必要不可欠となる。これらの機能性光デバイスの開発において、光ファイバ中の非線形光学効果を利用した非線形光デバイスの検討が積極的に行なわれている。

光ファイバ中の非線形光学効果の発生量は、非線形光学定数γに比例する。非線形光学定数γは、有効コア断面積Ａ_ｅｆｆおよび非線形屈折率ｎ_２との間に、
γ∝ｎ_２／Ａ_ｅｆｆ
の関係がある。従って、大きな非線形性を得るためには、大きい非線形屈折率ｎ_２を有した光学材料を用い、かつＡ_ｅｆｆを小さくすることが必要となる。ここで、有効コア断面積Ａ_ｅｆｆは、下式で与えられる（例えば、非特許文献１を参照）。

現在報告されている石英ガラスを用いた非線形光ファイバの多くは、非線形性を高めるため、コアにゲルマニウム等を添加して石英ガラス自体の非線形屈折率を高めること、また、クラッドにフッ素を添加し、比屈折率差を高めることにより有効コア断面積の狭面積化を図ること、を行なっている。さらに、光通信の波長帯域において、非線形効果を高効率に発生させるためには、位相整合条件を満足するように、光ファイバの零分散波長を１．２μｍ〜１．７μｍにしなければならない。

しかしながら、石英ファイバの場合、零材料分散波長はおよそ１．２μｍであり、添加物によってこの零材料分散波長を大きくシフトさせることは難しい。そこで、光ファイバの構造パラメータを最適化することにより、１．５５μｍ帯での波長分散値を零に近づけるという手法がとられている（例えば、非特許文献２を参照）。

一方、現在フォトニッククリスタルファイバ（photonic crystal fiber）（以下、ＰＣＦと略す）、或いはホーリーファイバ（holey fiber）（以下、ＨＦと略す）と呼ばれる、主として石英ガラスを用い、石英ファイバ内部の長手方向に意図的に空孔（air hole）を多数形成した光ファイバが報告されている（例えば、非特許文献３を参照）。

上記のような空孔を形成したファイバ構造を用いることにより、従来のコア・クラッド構造を有する光ファイバでは実現できない様々な特性を付与することができ、非線形性の高い光ファイバへの応用が期待されている。

しかし、零分散波長が１．２μｍ〜１．７μｍであり、かつ高い非線形性を有する石英系ＰＣＦ、あるいはＨＦはいまだに実現されていない。また、石英ガラスは透明性に優れるものの、非線形性はさほど大きくないので、非線形光学効果に必要な相互作用長を確保するため、相互作用長を長くとることが行われている。例えば、ファイバ長が数１００ｍに及ぶ長尺の光ファイバを用いる場合である。そこで、より高い非線形性を有する光学材料を用いて、より高効率かつよりコンパクトな非線形光デバイスの実現が待望されてきた。

一方、近年、テルライトＥＤＦＡ（Erbium-Doped Fiber Amplifier、エルビウム添加光ファイバ増幅器）を光通信分野に応用するための技術開発が進められている。テルライトとは、ＴｅＯ₂を主成分とするテルライト系ガラスである。テルライトＥＤＦＡは、テルライト系ガラスにエルビウムを添加してなるテルライト製エルビウム添加光ファイバからなり、この光ファイバ内を数十ｍ導波させることにより光を増幅させる増幅器である。このテルライトＥＤＦＡを用いると、従来の石英系ＥＤＦＡやフッ化物ＥＤＦＡにより増幅することができる１．５３μｍから１．５６μｍまでの波長帯域よりも２倍以上広い１．５３μｍから１．６１μｍまでの波長帯域を一括で増幅することができるようになる（非特許文献１を参照）。さらに、このテルライトＥＤＦＡを用いることにより、１．６μｍ帯の波長での増幅器を製造することができるようになる（非特許文献４を参照）。従って、テルライトＥＤＦＡは、将来の超大容量ＷＤＭシステム用ＥＤＦＡとして注目されている。

図１に示すように、従来のテルライトガラスからなる光増幅器用の光ファイバ４の断面は、中心に円形状のコア１と、その周りを同心円状に覆うクラッド２と、さらにその周りを同心円状に覆うジャケット３とからなる。図２には、この光ファイバ４の屈折率分布を示す。ここで、コア１の屈折率とクラッド２の屈折率との差をΔ１とし、コア１の屈折率とジャケット３の屈折率との差をΔ３とし、クラッド２の屈折率とジャケット３の屈折率の差をΔ２とすると、Δ１はΔ２よりもはるかに大きいので、コア１に光が強く閉じ込められる。

このような光ファイバ４では、コア１に添加物などを加えて、コア１の屈折率がクラッド２の屈折率よりも十分に大きくなっている。そのため、コア１とクラッド２との界面で光が全反射して、コア１の中を光が伝搬する。また、コア１の屈折率およびコア１の直径を変化させることにより、ある程度分散を制御することができる。しかし、コア１の直径を大きくすると、単一モード条件が満たされなくなり、複数のモードが存在する多モード光ファイバとなって、伝送特性が劣化してしまう。逆に、コア１の直径を小さくすると他のデバイスとの接続の整合が取れなくなってしまう。以上のような理由から、従来のテルライトガラスからなる光ファイバでは、分散の制御範囲を広く取ることができない。

ところで、テルライトガラスの３次非線形性が大きいため（非特許文献５を参照）、パルス圧縮、光パラメトリック増幅（ＯＰＡ：Optical Parametric Amplification）、第３高調波発生（ＴＨＧ：Third Harmonic Generation）などにテルライトガラスを応用することが期待されている。なお、テルライトガラスの材料分散値が零となる波長は２μｍよりも長波長帯に位置する。

ここで、光増幅器用に使用する高ＮＡ（Numerical Aperture：開口数）ファイバの１．５５μｍ帯における波長分散値は、通常、−１００ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ程度の値である。そのため、光ファイバを１０ｍ程度の短尺で用いたときでも、波長分散値は−１ｐｓ／ｎｍ程度の大きな値となってしまう。

また、光ファイバを長距離で使用したり、高速波長多重伝送で使用したりするためには、この光ファイバの波長分散値をできるだけ零に近づける必要がある。ところが、テルライトガラスからなる光ファイバの零分散の波長は、上記のように、２μｍ以上の波長帯であり、そのため石英ファイバで用いられる周知の構造分散による最適化の手法を用いても、テルライトガラスからなる光ファイバでは、１．５５μｍ帯で波長分散値が零にならない。

このため、テルライトガラスが有する高い非線形性を利用して、現在の光ファイバ通信波長帯で上述した応用を実現することは困難であった。

前述のＰＣＦ（或いはＨＦ）は、導波原理により２つに分類される。その一つはフォトニックバンドギャップにより光が閉じ込められるフォトニックバンドギャップ型ＰＣＦである。このＰＣＦは、周期的な空孔配置と均一な空孔サイズとを有する構造を有する。もう一つは空孔を有した媒質の実効的な屈折率から得られる全反射により光を閉じ込める屈折率導波型ＰＣＦである。この屈折率導波型ＰＣＦは、周期的な空孔配置と均一な空孔サイズとを必ずしも有しない構造のものである。

このようなＰＣＦあるいはＨＦでは、従来の光ファイバに比べて一桁以上、屈折率差を大きくでき、大きな構造分散を得ることができる。この構造分散により、石英からなるＰＣＦあるいはＨＦでは、零分散波長が短波長側にシフトする。M.J.Ganderらは非特許文献６において、空孔を設けないコア部分と、空孔を六角形に配列したクラッド部分とを具えた石英ガラスから成る光ファイバの分散特性を実験により測定し、その結果を開示した。この文献によれば、８１３ｎｍ帯における分散値は約−７７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍであった。また、Birksらは非特許文献７において、単一材料からなる光ファイバである、ＰＣＦの分散を算出して、ＰＣＦの分散補償の効果を唱えている。このように、ＰＣＦ構造あるはいＨＦ構造は、テルライトガラスを用いた光ファイバの分散補償方法の一つとして期待されている。

N.G.R. Broderickらは、特許文献１において、多成分ガラスを用いて、ＰＣＦ構造あるいはＨＦ構造を形成したファイバについて開示した。この文献によれば多成分ガラスの例としてテルライトガラスの記述があり、その成分としてＮａ_２Ｏ、Ｌｉ_２Ｏ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、ＧｅＯ_２、Ａｓ_２Ｏ_３、ＳｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_５、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＢａＯ、Ｌａ_２Ｏ_３、ＴｅＯ_２、ＴｉＯ_２から選んだ組成であることが示されている。しかしながら、特許文献１には、これらのガラスに対する熱安定性、非線形特性やテルライトファイバの分散に関する記述は見られない。

E.S.Huらは、非特許文献８において、テルライトガラスを用いて、ＰＣＦ構造あるいはＨＦ構造を設計し、零分散波長を１．５５μｍにシフトさせたファイバについて開示した。この文献によれば、零材料分散波長が１．７μｍであるテルライトガラスを用いて３つの異なるＰＣＦ構造あるいはＨＦ構造を形成し、それぞれの構造において零分散波長を１．５５μｍにシフト可能なことが示されている。しかしながら、非特許文献８に開示されているファイバでは、用いているテルライトガラスの非線形感受率が低く、しかも零材料分散波長が１．７μｍであるため、コア領域への光閉じ込めが不十分であり、そのため十分大きな非線形性を得ることができない（報告された非線形定数γは最大で２６０Ｗ^−１ｋｍ^−１であった）。

テルライトガラスは大きい３次の非線形性を有しているため、この高非線形性を有するテルライトガラスからなる光ファイバを利用したシステムが検討されている。例えば、図３に示すように、テルライトガラスからなるコア５及びクラッド６で光ファイバ８を構成することにより、ラマン増幅器などのような光増幅用に利用することが提案されている（例えば、非特許文献９を参照）。

また、テルライトＥＤＦＡにおける長波長側の利得の得られる限界は、石英系ＥＤＦＡやフッ化物ＥＤＦＡに比べて、７〜９ｎｍ広がっている。このため、従来利用できなかった１．６μｍ帯の波長における増幅器を実現することができる（例えば、非特許文献４を参照）。従って、テルライトＥＤＦＡは、将来の超大容量ＷＤＭ伝送システムにおけるＥＤＦＡとして注目されている。

テルライトガラスを用いたファイバは、これまでＥｒ^３＋添加ファイバ増幅器やラマン増幅器に応用され、広帯域増幅を実現している（非特許文献１、非特許文献８を参照）。テルライトガラスは、石英ガラスと比べて１０倍以上の大きな非線形光学効果を有すると同時に、ラマン増幅器への応用の際には、損失が２０ｄＢ／ｋｍの低損失ファイバを実現している。このようにテルライトガラスは、広帯域光増幅特性および高い透明性を有している。加えて、大きい光非線形感受率χ^３を有している（例えば、非特許文献５を参照）。従って、これまでにないコンパクトで高効率な非線形デバイスが期待できる。

しかしながら、テルライトガラス製の光ファイバは、材料分散が零となる波長が２μｍよりも長波長帯に位置するため、通信波長帯である１．５５μｍ帯信号光とポンプ光との位相整合条件を満足させることが難しく、より積極的に非線形性を利用することが困難となっている。例えば、光増幅器用に使用するテルライトガラス製の光ファイバは、波長１.５５μｍにおいて、波長分散値は−１００ｐｓ／ｋｍ／ｎｍ程度である。

また、分散シフト光ファイバや分散補償光ファイバのように、従来の光ファイバの構造を適用することにより、コアとクラッドとの比屈折率差を高くして分散を制御しようとしても、テルライトガラス製の光ファイバでは、零分散波長がさらに長波長側にシフトしてしまう。このため、テルライトガラス製の光ファイバは、通信波長帯である１．５５μｍ帯での零分散を実現することが極めて困難であり、高い非線形性を有するテルライトガラスからなる光ファイバを利用した通信システムを実現することができなかった。

作製方法に関しては、石英系ガラス以外の酸化物ガラスからなるフォトニッククリスタルファイバまたはホーリーファイバの作製方法として、押し出し法が報告されている（非特許文献１０、非特許文献１１を参照）。この押し出し法では、作製したバルクガラス（bulk glass）を、変形可能な粘度になるまで高温に加熱し、型に押し込んで押し出すことにより、空孔を有する母材を作製する。押し出し法は、ガラスが長い時間高温に保持され、さらに変形されるため、ガラス中に結晶核が成長しやすく、低損失なファイバを作製することが難しい。そのため、非特許文献１０、非特許文献１１に記載されたファイバの損失値は、いずれも１０００ｄＢ／ｋｍを超え、実用的なデバイスとして使用できる損失を有するファイバは得られていない。

EP1313676, US 2003/0161599 “Holy optical fiber of non-silica based glass” Southampton University 特開２００３−１４９４６４号公報 特開２０００−３５６７１９号公報 A.Mori, Y.Ohishi, M.Yamada, H.Ono, Y.Nishida, K.Oikawa, and S.Sudo, "1.5μm broadband amplification by tellurite-based DFAs,"in OFC’97, 1997, Paper PD1. 川上彰二郎、白石和男、大橋正治著、「光ファイバとファイバ型デバイス」、培風館、ｐ９７ A.Bjarklev, et al., "Photo Crystal Fibers The State of The Art", Holy fibers Symposium vol.1.1, ECOC2002 A.Mori, Y.Ohishi, M.Yamada, H.Ono and S.Sudo,"Broadband amplification characteristics of tellurite-based EDFAs," inECOC’97， vol.3, 1997, Paper We2C.4， pp.135-138 S.Kim T.Yoko and S Sakka, "Linear and Nonlinear Optical Properties of TeO２Glass", J. Am. Ceram. Soc., Vol.76, No.10, pp.2486-2490, 1993 M.J.Gander, R.McBride, J.D.C.Jones, D.Mogilevtsev,T.A.Birks, J.C.Knigth, and P.St.J.Russell,"Experimantal measurement of group velocity dispersion in photonic crystal fibre,"Electron.Lett.,Jan.1999, vol.35, no.1, pp.63-64 T.A.Birks, D.Mogilevtsev, J.C.Knight, P.St.J.Russell,"Dispersion compensation using single-material fibers"Opt.Lett.22,1997,pp.961-963 ECOC2002 Nonlinerity-Parametric Amplifiers 3.2.3 "Design of Highly-Nonlinear tellurite fibers with Zero Dispersion Near 1550 nm" Stanford University "Journal of Lightwave Technology",2003,Vol.21,No.5,p.1300-1306 P.Petropoulos, et al., "Soliton-self-frequency-shift effects and pulse compression in an anomalously dispersive high nonlinearity lead silicate holy fiber", PD3-1, OFC2003 V.V.Ravi Kanth Kunth, et al., "Tellurite glass photonic crystal fiber" PD3 ECOC2003 Gorachand Ghosh, "Sellmeier Coefficients and Chromatic Dispersiond for Some Tellurite Glasses", J. Am. Soc., 78(10) 2828-2830, 1995 "Photonics Technology Letters",1999,Vol.11,No.6,p.674-676 A.Mori, et al., "Ultra-wideband tellurite-Based Raman fibre amplifier", Electronics Letter vol.37, No.24, pp.1442-1443, 2001 Govind P.Agrawal, "Nolinear Fiber Optics", 2nd edition, Academic Press, pp.42-43

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、材料分散の影響を避けることができ、且つ非線形性を利用した光信号処理などに大きな効果をもたらし、通信波長帯での広帯域な零分散を実現できる、高非線形を有するテルライトガラスからなる光ファイバを提供することにある。

一般にガラスの非線形感受率は、その値が高くなるほど零材料分散波長が長波長へシフトする。その零分散波長をＰＣＦ構造あるいはＨＦ構造の強い閉じ込めにより、通信波長帯へシフトさせる手法は、非線形ファイバ応用として効果的である。

本発明者らは、零材料分散波長が２μｍ以上であり、非線形感受率χ^３が１ｘ１０^−１２ｅｓｕ以上と高く、低損失ファイバに加工するのに十分な熱安定性を有するテルライトガラスを用いた光ファイバにおいて、コア領域への閉じ込めの強いＰＣＦ構造またはＨＦ構造を採用することにより、従来技術による上述した課題を解決できることを示した。すなわち、光が低損失で導波しうることを見出し、空孔の大きさおよび形状、ならびに隣接した空孔同士の間隔により零分散波長を通信波長帯（１．２〜１．７μｍ）内へ制御すると共に、非線形定数γが５００Ｗ^−１ｋｍ^−１以上の大きな非線形性を持つことができることを見出した。

上記目的を達成するため、本発明の第１態様に係る光ファイバは、２μｍ以上の零材料分散波長を持つテルライトガラスからなる光ファイバであって、コア領域と、前記コア領域を包囲するように配設されて、当該コア領域の軸方向に沿った空孔を当該コア領域の周方向にわたって複数有する第１のクラッド部と、前記第１のクラッド部を包囲するように配設されて、当該第１のクラッド部の等価屈折率と等しい屈折率を有する第２のクラッド部とを備え、前記コア領域と前記第１のクラッド部との比屈折率差を2％以上とすることで、零分散波長を通信波長帯である１．５５μｍ帯に制御したことを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明の第２態様に係る光ファイバは、２μｍ以上の零材料分散波長を持つテルライトガラスであり、ＴｅＯ_２−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＬＯ−Ｍ_２Ｏ−Ｎ_２Ｏ_３−Ｑ_２Ｏ_５からなる組成（ＬはＺｎ、Ｂａ、Ｍｇのうち少なくとも１種類以上、ＭはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓのうち少なくとも一種類以上のアルカリ元素、ＮはＢ、Ｌａ、Ｇａ、Ａｌ、Ｙのうち少なくとも一種類以上、ＱはＰ、Ｎｂのうち少なくとも一種類以上）を持ち、その成分が５０＜ＴｅＯ_２＜９０ （モル％）１＜Ｂｉ_２Ｏ_３＜３０ （モル％）１＜ＬＯ＋Ｍ_２Ｏ＋Ｎ_２Ｏ_３＋Ｑ_２Ｏ_５＜５０ （モル％）であるテルライトガラスからなる光ファイバであって、コア領域と、前記コア領域を包囲するように配設されて、当該コア領域の軸方向に沿った空孔を当該コア領域の周方向にわたって複数有する第１のクラッド部と、前記第１のクラッド部を包囲するように配設されて、当該第１のクラッド部の等価屈折率と等しい屈折率を有する第２のクラッド部とを備え、前記コア領域と前記第１のクラッド部との比屈折率差を2％以上とすることで、零分散波長を通信波長帯である１．５５μｍ帯に制御したことを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明の第３態様に係る光ファイバは、２μｍ以上の零材料分散波長を持つテルライトガラスであり、ＴｅＯ_２−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＬＯ−Ｍ_２Ｏ−Ｎ_２Ｏ_３−Ｑ_２Ｏ_５からなる組成（ＬはＺｎ、Ｂａ、Ｍｇのうち少なくとも１種類以上、ＭはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓのうち少なくとも一種類以上のアルカリ元素、ＮはＢ、Ｌａ、Ｇａ、Ａｌ、Ｙのうち少なくとも一種類以上、ＱはＰ、Ｎｂのうち少なくとも一種類以上）を持ち、その成分が５０＜ＴｅＯ_２＜９０ （モル％）１＜Ｂｉ_２Ｏ_３＜３０ （モル％）１＜ＬＯ＋Ｍ_２Ｏ＋Ｎ_２Ｏ_３＋Ｑ_２Ｏ_５＜５０ （モル％）であり、希土類イオンとしてＣｅ^３＋、Ｐｒ^３＋、Ｎｄ^３＋、Ｐｍ^３＋、Ｓｍ^３＋、Ｅｕ^３＋、Ｔｂ^３＋、Ｄｙ^３＋、Ｈｏ^３＋、Ｅｒ^３＋、Ｔｍ^３＋、Ｙｂ^３＋の内から選ばれた少なくとも一種を添加したライトガラスからなる光ファイバであって、コア領域と、前記コア領域を包囲するように配設されて、当該コア領域の軸方向に沿った空孔を当該コア領域の周方向にわたって複数有する第１のクラッド部と、前記第１のクラッド部を包囲するように配設されて、当該第１のクラッド部の等価屈折率と等しい屈折率を有する第２のクラッド部とを備え、前記コア領域と前記第１のクラッド部との比屈折率差を2％以上とすることで、零分散波長を通信波長帯である１．５５μｍ帯に制御したことを特徴とする。

ここで、好ましくは、前記第１のクラッド部の前記空孔が、前記コア領域の周方向に沿って一定の間隔で複数形成されている。

また、好ましくは、前記第１のクラッド部の前記空孔が、当該第１クラッド部の半径方向にわたって複数形成されている。

また、好ましくは、前記第１のクラッド部の前記空孔内部が、前記第２クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する材料で充填されている。

また、好ましくは、前記コア領域の屈折率が、前記第１クラッド部の材料の屈折率よりも高い。

また、好ましくは、前記コアとなる中心部に、前記テルライトガラスの屈折率と異なる屈折率を有するテルライトガラスが埋め込まれている。

本発明の光ファイバによれば、光ファイバ通信または光デバイスで用いる光を伝搬する光ファイバであって、この光ファイバの少なくともコア領域が２μｍ以上の零材料分散波長を持つ高非線形性テルライトガラスからなり、光ファイバの中心に光を閉じ込めるように光ファイバ内に空孔を配列することにより、コア領域に光が伝搬し、構造分散により零材料分散波長を１．５５μｍ帯に制御することができると共に、高い非線形定数を得ることができる。従って、コンパクトで高効率な非線形デバイスである光ファイバを提供することが可能となる。

また、テルライトガラスの組成を適切に選択することにより、ファイバ化加工に対して十分熱的に安定であり、非線形定数が高く、低損失なファイバを作製することができる。このうちＴｅＯ_２とＢｉ_２Ｏ_３は、高非線形性を付与するための必須成分であるが、
５０＜ＴｅＯ_２＜９０（モル％）
１＜Ｂｉ_２Ｏ_３＜３０（モル％）
の範囲を逸脱すると熱的に安定で透過特性の良いガラスを得ることができない。その他の成分はガラスを熱的に安定にし、粘性を下げて加工しやすくするために添加する。

また、テルライトガラス材料に希土類イオンとしてＣｅ^３＋、Ｐｒ^３＋、Ｎｄ^３＋、Ｐｍ^３＋、Ｓｍ^３＋、Ｅｕ^３＋、Ｔｂ^３＋、Ｄｙ^３＋、Ｈｏ^３＋、Ｅｒ^３＋、Ｔｍ^３＋、Ｙｂ^３＋のうち少なくとも１つを添加させることにより、非線形性と同時に光増幅、吸収によるフィルタリング効果などの特性を付与することができる。

上記光ファイバは、テルライトガラスからなる光ファイバであって、コア領域と、当該コア領域を包囲するように配設されて当該コア領域の軸方向に沿った空孔を当該領域の周方向にわたって複数有する第１クラッド部と、第１クラッド部を包囲するように配設されて、当該第１クラッド部の等価屈折率と略等しい屈折率を有する第２クラッド部を備えているため、通信波長帯での広帯域な零分散を実現できる高非線形なテルライトファイバとなる。また、空孔の数を減らすことができるので、低コストで、高精度な光ファイバが容易に製造することができる。

また、上記コア領域にテルライトガラスよりも屈折率の高い組成のテルライトガラスを埋め込むことにより、埋め込まれた屈折率の高いルライトガラスとその周囲のテルライトガラスとで形成される界面でコア領域を伝搬する光が全反射し、光ファイバのコア内を光が伝搬するので、光の伝送損失が低減される。

また、上記空孔にテルライトガラスの有する屈折率より低い屈折率の材料を埋め込むことにより、光ファイバ全体の機械的強度が向上する。さらに、光ファイバの母材であるプリフォームから光ファイバを線引きする工程において、空孔に空気を充填したときより、空孔の形状を一定に保ち易くなり、製造品質が向上する。また、空孔に空気を充填するときに比べて、光の散乱損失を低減することができる。

本発明の一実施形態では、テルライトガラスを用いたフォトニッククリスタルファイバにおいて、コアに相当する部分の周囲に、屈折率１の空孔を複数個設ける構造とし、零分散波長を光通信帯である１．２〜１．７μｍ帯に制御する。特に、空孔を４つとし、コアに相当する部分を十字型のクラッドガラスで支える構造が好ましい。空孔を偶数として構造の対称性を保つことにより、偏波依存性を軽減することができる。また、４つという簡易な構造とし、延伸工程の制御を容易にするとともに、母材を作製するモールドを４分割することにより、ガラス母材を取り出しやすくすることができる。

本発明の一実施形態において、テルライトガラスの組成を適切に選択することにより、ファイバ化加工に対して十分熱的に安定であり、非線形定数が高く、低損失なファイバを作製することができる。このうちＴｅＯ_２とＢｉ_２Ｏ_３は、高非線形性を付与するための必須成分であるが、
５０＜ＴｅＯ_２＜９０（モル％）
１＜Ｂｉ_２Ｏ_３＜３０（モル％）
の範囲を逸脱すると熱的に安定で透過特性の良いガラスを得ることができない。これ以外の成分はガラスを熱的に安定にし、粘性を下げて加工しやすくするために添加する。

本発明の一実施形態において、テルライトガラス材料に希土類イオンとしてＣｅ^３＋、Ｐｒ^３＋、Ｎｄ^３＋、Ｐｍ^３＋、Ｓｍ^３＋、Ｅｕ^３＋、Ｔｂ^３＋、Ｄｙ^３＋、Ｈｏ^３＋、Ｅｒ^３＋、Ｔｍ^３＋、Ｙｂ^３＋のうち少なくとも１つを添加させることにより、非線形性と同時に光増幅、吸収によるフィルタリング効果などの特性を付与することができる。

本発明の一実施形態にかかるテルライトファイバについて説明する。ＴｅＯ_２を主成分とするガラスは、屈折率ｎ_Ｄが２程度を有するのと同時に、材料波長分散は１．２〜１．７μｍ帯で大きく負分散を有し、零分散波長は２μｍを超えた長波長側に位置する（例えば、非特許文献１２参照）。従って、テルライトガラスを用いてステップインデックス型のコア／クラッド屈折率プロファイルを有するファイバを作製しても、そのファイバの波長分散特性を材料波長分散の特性から大きく変化させることはできない。

本発明の一実施形態にかかるテルライトフォトニッククルスタルファイバに使用されるガラス組成（ｍｏｌ％表示）の一例と、各々のガラス組成の熱安定性（Ｔｘ−Ｔｇ：℃）、屈折率ｎ_Ｄ、非線形感受率χ^３（ｅｓｕ）、紫外吸収端ＵＶ（ｎｍ）、零材料分散波長（μｍ）について、測定した試験結果を表１に記す。

ガラス試料は、次の手順で作製した。窒素ガスを充填したグローブボックス内で原料を混合し、金又は白金坩堝を用いて酸素雰囲気のもとに８００〜１１００℃で溶融し、その後、３００〜４００℃に予加熱した鋳型中に融液を流し込んだ。ファイバへの加工には、ガラス母材の延伸・線引きなどの再加熱が必要となるため、損失が低く、強度の強いファイバを実現するには、熱安定性が重要なファクタとなる。テルライトガラスは、一般的に、ガラス転移温度Ｔｇから３０〜８０℃高い温度で延伸・線引き加工されるため、熱安定性の指標であるＴｘ（結晶化温度）−Ｔｇ（ガラス転移温度）が１００℃以上であることが望ましい。

表１のガラス組成のうち、Ｎｏ．１〜５は、Ｂｉ_２Ｏ_３の添加量が０〜３０ｍｏｌ％まで変化しているが、Ｎｏ．１の０ｍｏｌ％とＮｏ．５の３０ｍｏｌ％とでは、熱安定性の指標であるＴｘ−Ｔｇが１００℃以下であり、熱安定性が不十分であることが分かる。また、Ｎｏ．６はＴｅＯ_２が５０ｍｏｌ％以下であり、Ｎｏ．２４はＴｅＯ_２が９０ｍｏｌ％以上となっており、この場合にもそれぞれＴｘ−Ｔｇが１００℃以下であり、熱安定性が不十分であることがわかる。ＴｅＯ_２とＢｉ_２Ｏ_３は、本実施形態において高非線形性をもたらす必須成分であり、以上の点から、
５０＜ＴｅＯ_２＜９０（モル％）
１＜Ｂｉ_２Ｏ_３＜３０（モル％）
１＜ＬＯ＋Ｍ_２Ｏ＋Ｑ_２Ｏ_３＋Ｒ_２Ｏ_５＜５０（モル％）
の範囲にあることが必要となる。上記にあげた以外の組成例では、ファイバに加工するのに十分な熱安定性を有していないことが分かる。

表１の組成をまとめると、テルライトガラスは、ＴｅＯ_２−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＬＯ−Ｍ_２Ｏ−Ｑ_２Ｏ_３−Ｒ_２Ｏ_５からなる組成を有し、ここで、ＬはＺｎ、Ｂａ、Ｍｇのうち少なくとも１種類以上であり、ＭはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓのうち少なくとも１種類以上であり、ＱはＢ、Ｌａ、Ｇａ、Ａｌ、Ｙのうち少なくとも１種類以上であり，ＲはＰ、Ｎｂのうち少なくとも１種類以上である。これらの高非線形性と熱安定性を同時に有するテルライトガラスは、材料分散が零となる波長が２μｍ以上となっており、ファイバの零分散波長を制御するように構造設計する際に、重要な物性値となる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳述する。本発明に係る光ファイバの実施形態として、実施例を用いて説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。さらに、下記実施例はフォトニックバンドギャップ構造を導波原理の基本とした光ファイバであるが、コア・クラッドの実行屈折率差による全反射構造も同時に具備されている。そのため、光ファイバにはフォトニックバンドギャップ条件や周期性・均一性を必ずしも厳密に必要としない。

（参考例１）
本発明の参考例１に係る光ファイバの断面を図４に示す。図４に示すように、零材料分散波長が２．０８μｍのテルライトガラスからなる光ファイバ１０は、多数の円形状の空孔１１を有する。これらの空孔１１の中は、空気で満たされている。これらの空孔１１における光の屈折率は、真空における光の屈折率である１にほぼ等しい。

空孔１１の配列は、その光ファイバ１０の直径方向の断面において、規則的（周期的）に隣接するように配置される多数の三角形の各頂点からなる三角格子状の配列である。これらの空孔１１は、光ファイバ１０の長手方向に同一構造を有する。つまり、空孔１１は三次元的に配列されるフォトニックバンドギャップではなく、長手方向に均一に配置される。したがって、この光ファイバの断面は、光ファイバ１０の作成プロセスによる形状の揺らぎ（歪み）を無視すれば、光ファイバ１０の長手方向に亘って同じ構造であり、光ファイバ１０の長手方向に直交するまたは斜交するように空孔が配置される構造は存在しない。つまり、光ファイバ１０に配置される空孔１１はその光ファイバ１０の長手方向に連続して延在し、長手方向の何れの箇所で切断しても同一の切断面となる。

ただし、光ファイバ１０の中心において、空孔１１の配列は周期性を欠いている。周期性を欠いて配列される空孔１１で囲まれる領域は、光の波長をλ、円周率をπとしたときにコア領域をπλ^２の０．１から５倍の大きさである。この領域は光が集中するコア１２となり、その領域からその光ファイバ１０の半径方向には光が伝搬しない。即ち、光ファイバ１０は、空孔１１が周期的に配列されてなる回折格子を有するフォトニックバンドギャップ構造である。つまり、光ファイバ１０は、光ファイバ１０の中心にコア１２と、コア１２の周りに周期的に配列される空孔１１からなるクラッド１３とを有する。なお、隣接する空孔同士の間隔を変えることにより、周期性を欠いて配列される空孔１１で囲まれる領域、即ちコア１２の直径を変えることができる。

隣接する空孔同士の間隔をΔ、空孔の直径をｄとする。光ファイバ１０において、零分散となる領域は、図５に示すように、（Δ、ｄ）が（０、０）と（５、５）とを結んでなる直線と、（Δ、ｄ）が（２、０）と（５、４）とを結んでなる直線とで囲まれる領域Ｂとなる。点Ａは、（Δ、ｄ）が（２．３、２．０）であり、零分散となる領域である領域Ｂ内にある。

なお、テルライトガラスの材料の組成が変わると、分散が零となる波長が１．３μｍから１．６μｍの範囲内で変化する。このとき、隣接する空孔同士の間隔Δ及び空孔の直径ｄの範囲も変化するが、概ね図５に示した領域Ｂ内になる。

図６には、図５における点Ａ、即ち隣接する空孔の間隔Δが２．３μｍであり、空孔の直径ｄが２．０μｍである光ファイバ１０による波長分散特性が示される。図６に示すように、このような光ファイバ１０では、波長１．５６μｍで零分散となる。また、この光ファイバ１０を数値計算法の一つである差分法を用いて求めた光ファイバ１０のコア周辺における光電界分布を図７に示す。なお、図７中の実線は、電界変化が１０％毎の等高線である。図７に示すように、通常の光ファイバと同様に、この光ファイバ１０のコア１２に光が閉じ込められる構造となっている。

よって、このような光ファイバ１０によれば、光はフォトニックバンドギャップあるいは全反射作用によりコア１２に閉じ込められ、効果的に高次モードを抑制することができ、コア１２の直径を拡大しても単一モード条件を維持することができるようになる。

（参考例２）
本発明の参考例２による光ファイバ断面を図８Ａ−図８Ｂに示す。図８Ａ−図８Ｂにおいて、２１は空孔であり、中は空気で満たされており屈折率は１にほぼ等しい。２２は表１におけるＮｏ．１８の組成のテルライトガラスである。本参考例のファイバ２０では中心を除く断面全域に多数の空孔２１を三角格子状に配置した。さらに、零材料分散波長が２．１μｍでテルライトガラス２２に対して比屈折率差として１．１％高い屈折率を有するテルライトガラスをファイバ中心部２３の位置に埋め込んだファイバ、およびテルライトガラス２２に対して比屈折率差として０．５％低い屈折率を有するテルライトガラスをファイバ中心部２３の位置に埋め込むことで、光が伝搬するコアとなる領域を設けたファイバの２種類を作製した。それぞれのファイバ外径は１０５μｍ、空孔径ｄは１．６μｍ、空孔間隔Λは２．２μｍ、埋め込んだ中心部２３のテルライトガラス径ｂは１．５μｍ、光が伝搬するコア径ａは２．８μｍである。

押し出し法で作製した上記２種類のファイバを切断・研磨後、近視野像（ＮＦＰ）、遠視野像（ＦＦＰ）を観察して、ファイバ中心部２３に光が閉じ込められ、それぞれ単一モード化が達成できていることが確認できた。図９に本光ファイバの波長分散の測定結果を示す。本参考例の零分散波長λ_０は、１．１％高い屈折率のテルライトを埋め込んだファイバ、０．５％低い屈折率のテルライトを埋め込んだファイバのそれぞれで、図９に示すように波長１．６３μｍ、および１．５８μｍであった。また、有効コア断面積Ａ_ｅｆｆはそれぞれ３．７μｍ^２、３．９μｍ^２であり，非線形係数γ値はそれぞれ６５０Ｗ^−１ｋｍ^−１、６１０Ｗ^−１ｋｍ^−１であった。

（参考例３）
本発明の参考例３による光ファイバ断面を図１０Ａに示す。図１０Ａにおいて、２１は空孔であり、中は空気で満たされており屈折率は１にほぼ等しい。２２は表１におけるＮｏ．１５の組成のテルライトガラスである。本参考例のファイバでは中心を除く断面全域に多数の空孔２１を三角格子状に配置し、光が伝搬するコアとなる領域２４を設けた。ファイバ外径Ｄは１０５μｍである。また、図１０Ｂに示すように、空孔径ｄは１．２μｍ、空孔間隔Λは１．５μｍとし、光が伝搬するコア径ａは１．８μｍである。

作製したファイバを切断・研磨後、近視野像（ＮＦＰ）、遠視野像（ＦＦＰ）を観察し、ファイバ中心部に光が閉じ込められ、単一モード化が確認できた。本参考例の零分散波長λ_０は、波長１．３μｍであった。コア径ａ、円周率をπとすると、コア領域２４はおよそπ（ａ／２）^２で表わされ、この領域は波長をλとすると、πλ^２の０．１〜５倍の面積であることが必要とされる。０．１倍以下では、モードが立つことができないと同時に石英ファイバとの接続が困難になり、また５倍以上では零分散が１．７μｍ以上となると共に多モード伝搬となる。

（参考例４）
本発明の参考例４による光ファイバ断面を図１１Ａに示す。図１１Ａにおいて、４４はジャケットである。４１は空孔であり、中は空気で満たされており屈折率は１にほぼ等しい。４５は零材料分散波長が２．１８μｍのテルライトガラスである。本参考例のファイバでは内部に孔４１を４個配置し、光が伝搬するコアとなる領域４６を設けた。ファイバ外径Ｄは１２０μｍであり、空孔の内径は、４０μｍである。また、コア領域の大きさとして、図１１Ｂに示すコア領域に内接する正四角形の一辺ａを２．０μｍとした。

作製したファイバを切断・研磨後、近視野像（ＮＦＰ）、遠視野像（ＦＦＰ）を観察し、ファイバ中心部に光が閉じ込められ、単一モード化が確認できた。本参考例の零分散波長λ_０は、波長１．４６μｍであった。コア径ａ、円周率をπとすると、コア領域２４はおよそπ（ａ／２）^２で表わされ、この領域は波長をλとすると、πλ^２の０．１〜５倍の面積であることが必要とされる。０．１倍以下では、モードが立つことができないと同時に石英ファイバとの接続が困難になり、また５倍以上では零分散が１．７μｍ以上となると共に多モード伝搬となる。

（参考例５）
本発明の参考例５に係る光ファイバ断面を図１２に示す。図１２に示すように、零材料分散波長が２．１μｍのテルライトガラスからなる光ファイバ３０は、上記参考例１と同様に、三角格子状配列、即ち周期的に配列される多数の円形状の空孔３１を有する。ただし、光ファイバ３０の中心において、空孔３１の配列は周期性を欠いている。また、空孔３１にはテルライトガラス３３よりも屈折率がΔｎだけ低いガラス材料が埋め込まれる。光ファイバ３０の中心部から離れた空孔３１は周期的に配列されるので、光を全反射するクラッド３３となり、光ファイバ３０の中心部で周期性を欠いて配列される空孔３１で囲まれる領域は、光が導波するコア３２となる。この領域は、光の波長をλ、円周率をπとしたときにコア領域をπλ^２の０．１から５倍の大きさである。

したがって、この光ファイバ３０によれば、フォトニックギャップを構成する空孔３１にテルライトガラス３３よりも低い屈折率の材料が充填されているため、光ファイバ全体の機械的強度が大きくなる。さらに、その材料充填の結果、光ファイバ３０の母材であるプリフォームから光ファイバ３０を線引きする工程において、空孔３１に空気を充填したときよりも、空孔３１の形状を一定に保ちやすく、製造品質が向上する。また、空孔３１に空気を充填してなる光ファイバに比べて、光の散乱損失を低減することができる。

（参考例６）
本発明の参考例６に係る光ファイバを図１３に示す。図１３に示すように、テルライトガラスからなる光ファイバ４０は、上記参考例５に説明した光ファイバ３０の有する空孔３１の配列状態を変形したものである。光ファイバ４０における空孔４１の配列は、光ファイバ４０の直径方向の断面において、規則的（周期的）に隣接するように配置される多数の四角形の頂点からなる四角格子状の配列である。ただし、光ファイバ４０の中心において、空孔４１の配列は周期性を欠いている。光ファイバ４０の中心部から離れた空孔４１は周期的に配列されるので、光を全反射するクラッド４３となり、光ファイバ４０の中心部で周期性を欠いて配列される空孔４１で囲まれる領域は、光が導波するコア４２となる。この領域は光の波長をλ、円周率をπとしたときにコア領域をπλ^２の０．１から５倍の大きさである。なお、空孔４１には、テルライトガラスよりも屈折率の低い材料が充填されている。

したがって、この光ファイバ４０によれば、上記参考例５で説明した光ファイバ３０と同様の作用効果を奏する。

なお、空孔４１に空気を充填した全くの空孔としても良く、その場合も含めてコア４２に光が閉じ込められ、効果的に高次モードを抑制することができ、コア４２の直径を拡大しても単一モード条件を維持することができるようになる。

（参考例７）
本発明の参考例７に係る光ファイバを図１４に示す。図１４に示すように、テルライトガラスからなる光ファイバ５０は、上記参考例６に説明した光ファイバ４０の有する空孔４１の配列状態を変形したものである。光ファイバ５０における空孔５１は、光ファイバ５０の直径方向の断面において、規則的（周期的）に隣接するように配置される六角形（ハニカム）の各頂点に配列される。ただし、光ファイバ５０の中心において、空孔５１の配列は周期性を欠いている。光ファイバ５０の中心から離れた空孔５１は周期的に配列されるので、光を全反射するクラッド５３となり、光ファイバ５０の中心で周期性を欠いて配列される空孔５１で囲まれる領域は、光が導波するコア５２となる。この領域は光の波長をλ、円周率をπとしたときにコア領域をπλ^２の０．１から５倍の大きさである。なお、空孔５１には、テルライトガラスよりも屈折率の低い材料が充填されている。

したがって、この光ファイバ５０によれば、上記参考例６で説明した光ファイバ４０と同様の作用効果を奏する。

なお、空孔５１に空気を充填した全くの空孔としても良く、この場合も含めてコア５２に光が閉じ込められ、効果的に高次モードを抑制することができ、コア５２の直径を拡大しても単一モード条件を維持することができるようになる。

（参考例８）
本発明の参考例８に係る光ファイバを図１５に示す。図１５に示すように、テルライトガラスからなる光ファイバ６０は、上記参考例５に説明した光ファイバ３０に配列される空孔３１の形状を変形したものである。光ファイバ６０では、その光ファイバ６０の長手方向に直交する断面において、空孔６１の形状が六角形である。光ファイバ６０では、多数の空孔６１が三角格子状配列、即ち周期的に配列される。ただし、光ファイバ６０の中心において、空孔７１の配列が周期性を欠いている。光ファイバ６０の中心から離れた空孔６１は周期的に配列されるので、光を全反射するクラッド６３となり、光ファイバ６０の中心で周期性を欠いて配列される空孔６１で囲まれる領域は、光が導波するコア６２となる。この領域は光の波長をλ、円周率をπとしたときにコア領域をπλ^２の０．１から５倍の大きさである。なお、空孔６１には、テルライトガラスよりも屈折率の低い材料が充填されている。

したがって、この光ファイバ６０によれば、上記参考例５で説明した光ファイバ３０と同様の作用効果を奏する。

なお、空孔６１に空気を充填した全くの空孔としても良く、その場合も含めてコア６２に光が閉じ込められ、効果的に高次モードを抑制することができ、コア６２の直径を拡大しても単一モード条件を維持することができるようになる。

なお、フォトニックバンドギャップを構成するフォトニック結晶の回折格子をなす空孔の配列は、光ファイバのコアの中心から半径方向に光が伝搬しないようにコア内に閉じ込めることができ、周期的配置、即ち規則的な格子状の配置であれば、特に限定されない。

また、空孔の形状は、円柱（円形状の空孔）に限定されることはなく、三角柱（三角形状の空孔）、四角柱（四角形状の空孔）、六角柱（六角形状の空孔）などの形状としても良く、いずれの形状でもフォトニックバンドギャップによる導波構造を実現することができる。

次に、本発明の実施例１に係る光ファイバを図１６から図１９に基づいて説明する。なお、このときテルライトガラスは２μｍ以上に零分散波長を有する請求項１に記載のガラスを用いる。また、特に上記の表1に記載のガラス組成比のうちＮｏ．１とＮｏ．６以外の組成比を用いることが効果的であり、さらに請求項３に記載のガラス材料のように希土類を添加したものにも有効である。図１６は、光ファイバの概略構造を表わす径方向の断面図、図１７は、図１６の光ファイバの等価屈折率分布を示すグラフ、図１８は、図１６の光ファイバの分散特性を表わすグラフ、図１９は、図１６の光ファイバの屈折率分布を表わすグラフである。なお、本発明において、等価屈折率とは、光に実質的に作用する屈折率のことである。

本発明の実施例１に係る光ファイバは、図１６に示すように、テルライトガラスからなる光ファイバ１００であって、コア部１０１と、コア部１０１を包囲するように配設されて、コア部１０１の軸方向に沿った円形の空孔１０２ａをコア部１０１の周方向にわたって複数有する第１のクラッド部１０２と、第１のクラッド部１０２を包囲するように配設されて、第１のクラッド部１０２の等価屈折率と略等しい屈折率を有する第２のクラッド部１０３とを備えている。

第１のクラッド部１０２の空孔１０２ａは、コア部１０１の周方向に沿って一定の間隔で複数（本実施例では６つ）形成されている。第１のクラッド部１０２の空孔１０２aは、内部が空気で満たされており、屈折率が真空の屈折率である１と略等しい大きさとなっている。コア部１０１の屈折率と第１のクラッド部１０２の等価屈折率とは、比屈折率差（Δ）が２％以上となっている。第２のクラッド部１０３は、コア部１０１のテルライトガラスと異なる組成のテルライトガラスを用いて、コア部１０１の屈折率よりも低い屈折率とすると共に、第１のクラッド部１０２の等価屈折率と略等しい屈折率としている。

本発明の実施例１に係る光ファイバ１００においては、空孔１０２ａの半径ｒを０．５〜１．０μｍとし、空孔１０２ａの間のピッチγを１．０〜２．０μｍとし、第１のクラッド部１０２の半径ｒｒを３μｍ以下とするように設計している。

なお、光ファイバ１００は、軸方向に同一の構造を維持しているので、作製プロセスによる形状のゆらぎを無視すれば、径方向の断面構造が軸方向全長にわたって同一であり、軸方向に直交又は斜交するような構造が存在しないものである。

このような本発明の実施例１に係る光ファイバ１００においては、空孔１０２ａを一重に正六角形の頂点位置に配置することによって第１のクラッド部１０２を形成し、中心部のコア部１０１に空孔１０２ａを形成していないため、当該コア部１０１が最も高い屈折率となり、図１７に示すように、コア部１０１に光が集中するようになる。

本発明の実施例１に係る光ファイバ１００においては、図１８に示すように、零分散波長において極性が反転し、特定の波長域において分散が平坦となることが明らかとなった。よって、本発明の実施例１に係る光ファイバ１００によれば、広帯域な零分散波長域を実現することができる。

従来技術の欄で既述したように、近年、主に石英ガラスを用いて意図的に空孔を形成したフォトニッククリスタルファイバ（ＰＣＦ）或いはホーリーファイバ（ＨＦ）とよばれる光ファイバが開発されている。このＰＣＦやＨＦは、導波原理から二種類に分類されている。一つは、フォトニックバンドギャップによって光を閉じ込めるフォトニックバンドギャップ型であり、その構造において、厳格な周期性や空孔サイズの均一性が要求されるものである。もう一つは、空孔を有した媒質の実効的な屈折率差から得られる全反射によって光を閉じ込める屈折率導波型であり、その構造において、厳格な周期性や空孔サイズの均一性が必ずしも要求されるものではない。

例えば、前述の非特許文献６においては、空孔を設けないコア部と、空孔を六角形に配列したクラッド部とを備えた石英ガラスからなる光ファイバの分散特性を実験的に測定した結果を報告している。この非特許文献６で報告されている光ファイバは、８１３ｎｍの波長における分散値が約−７７ｐｓ／ｋｍ／ｎｍとなっている。また、例えば、非特許文献１３においては、単一材料からなる光ファイバ（ＰＣＦ）の分散を算出して、ＰＣＦの分散補償効果を報告している。

そこで、本発明者らは、鋭意研究した結果、テルライトガラスを用いた光ファイバをＰＣＦやＨＦ構造とすることにより、上述の課題を解決できることを見出した。すなわち、本発明者らは、前述したように、空孔１０２ａのないコア部１０１部分の屈折率と第１のクラッド部１０２の等価屈折率との比屈折率差（Δ）を２％以上とすると共に、第１のクラッド部１０２の等価屈折率と第２のクラッド部１０３の屈折率とを同程度とすることにより、通信波長帯である１．５５μｍ帯における広帯域な零分散波長を実現でき、かつ光の閉じ込め効果の高い高非線形の光ファイバ１００を実現できることを確認した。また、本発明者らは、空孔１０２ａの大きさや間隔等によって零分散波長や光の閉じ込め効果が広範囲に制御可能であることを見出した。さらに、本発明者らは、コア部１０１に用いたテルライトガラスの組成と異なる組成のテルライトガラスを第２のクラッド部１０３に用いることにより、低屈折率を実現できるようにした。加えて、本発明者らは、第２のクラッド部１０３に空孔を形成しないことにより、低コストで容易に製造できるようにした。

なお、特許文献２では、図２０に示すように、コア部１２１及びクラッド部１２２を有する石英ガラスからなる光ファイバ１２０に空孔１２２ａを形成することにより、波長１４００〜１８００ｎｍにおいて、＋８０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上の波長分散を有する分散補償型のものを提案しており、当該光ファイバ１２０は、光非線形特性を低減するためにコア１２１の直径が２０μｍ程度にまで広げられると共に、コア１２１とクラッド１２２との比屈折率差（Δ）が１％以下の低Δ構造となっている。

これに対し、本発明の実施例１に係る光ファイバ１００は、先に説明したように、高非線形性の実現を目的としたものであり、図１９に示すように、比屈折率差Δを２〜４％程度まで高くすることで、コア部１０１の直径を１〜２μｍ程度まで小さい構造を有することから、上記の従来例の光ファイバ１２０と構造も目的も大きく異なるものである。

また、特許文献３では、図２１に示すように、コア部１３１とクラッド部１３２との間の有効屈折率差を５％よりも大きくするように、三つ若しくは六つの空孔１３２ａを形成した光ファイバ１３０を提案している。この光ファイバ１３０は、同一のガラス材料（単一のガラス）からコア部１３１及びクラッド部１３２の両方が形成されていることから、中心部のコア部１３１と空孔１３２ａの外側のクラッド部１３２との屈折率が等しい、一般にＷ型とよばれる構造を有するものである。しかしながら、本発明の実施例１に係る光ファイバ１００は、先に説明したと同様に、従来例の光ファイバ１３０と構造が異なるものである。

本発明の実施例２として、例えば、図２２、図２３に示すように、第１のクラッド部１０２の空孔１０２ａが、第１のクラッド部１０２の半径方向にわたって複数形成されている（二重に形成されている）光ファイバ１４０、１５０とすることも可能である。

また、本発明の実施例２の変形として、例えば、第１のクラッド部１０２の空孔１０２ａの径方向の断面形状を楕円形や多角形とすることも可能である。

本発明の実施例３として、図２４に示すように、例えば、第１のクラッド部１０２の空孔１０２ａの内部に、第２のクラッド部１０３を構成するテルライトガラスの屈折率よりもΔｎだけ低い屈折率を有するガラス材料を埋め込んで充填することにより、第１のクラッド部１０２の等価屈折率と第２のクラッド部１０３の屈折率とを同程度にすることも可能である。なお、このときテルライトガラスは２μｍ以上に零分散波長を有する請求項１に記載のガラスを用いる。また、特に上記の表1に記載のガラス組成比のうちＮｏ．１とＮｏ．６以外の組成比を用いることが効果的であり、さらに請求項３に記載のガラス材料のように希土類を添加したものにも有効である。

このように構成した光ファイバ１６０においては、空孔１０２ａ内に空気ではなくガラス材料を充填していることから、空気を充填している場合よりも、全体的な機械的強度を向上させることができると共に、プリフォームから線引きして製造する際に、空孔１０２ａを一定形状に保持することが容易にできるだけでなく、散乱損失を低減することも可能となる。

本発明の実施例４として、例えば、図２５に示すように、コア部１１１の屈折率が、第１のクラッド部１０２の材料の屈折率よりも高い光ファイバ１７０とする、すなわち、空孔１０２ａを形成されていない軸中心部分を、Δｎだけ屈折率の高いコア部（センタコア）１１１として、より強い光の閉じ込め効果を実施できるようにすることも可能である。なお、このときテルライトガラスは２μｍ以上の零分散波長を有する請求項１に記載のガラスを用いる。また、特に表1に記載のガラス組成比のうちＮｏ．１とＮｏ．６以外の組成比を用いることが効果的であり、さらに請求項３に記載のガラス材料のように希土類を添加したものにも有効である。

なお、空孔１０２ａの数や形状等は、第１のクラッド部１０２の等価屈折率が第２のクラッド部１０３の屈折率と略等しくなるように適宜選定されるものである。

また、本発明に係る光ファイバにおいては、上記コア部や上記クラッド部の実効的な屈折率差による全反射構造が具備されていれば、厳密なフォトニックバンドギャップ条件や周期性や均一性等の条件を必ずしも満たす必要はない。

（参考例９）
以下の本発明の参考例９〜１５では、テルライトガラスを用いて、空孔(エアホール）を有するファイバ構造を作製する際のガラス母材の作製方法を説明する。

本発明の参考例９は、ガラス融液を注入成型する際に使用するモールドとして、内壁の内側に凸となる部分が複数形成されたモールドを用いる。このモールドを用いて成型したガラス母材を、円筒状のテルライトガラスからなるジャケット管に挿入することにより、ガラス母材とジャケット管との隙間に空孔部を形成する。

図２６Ａ−図２６Ｅに、本発明の参考例９にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法を示す。熱安定性の指標Ｔｘ−Ｔｇが３００℃以上である、表1に記載のガラス組成比のうちＮｏ．１９の組成のガラス原料を溶融したガラス融液２０２を、３００〜４００℃に予加熱したモールド２０１内に注入する（図２６Ａ）。モールド２０１は、内壁の内側に凸となる部分が４つ形成され、注入されたガラス母材が断面十字型となるように形成されている。ガラス融液の注入後３００℃付近の温度で１０時間以上アニールし、ガラス母材２０３を作製する（図２６Ｂ）。その際、モールド２０１を４分割して、ガラス母材２０３を取り出しやすくしているので、ガラス母材２０３の欠け、クラックを防ぐことができる。上記と同様にガラス原料を溶融し、それを３００〜４００℃に予加熱した円筒状のモールド（図示しない）に流し込んだ後、このモールドを水平に保持したまま高速回転させるローテーショナルキャスティング（rotational casting）法により、円筒状のジャケット管２０４を作製する（図２６Ｃ）。

ジャケット管２０４内にガラス母材２０３を挿入して延伸する（図２６Ｄ）。延伸した母材２０５の断面は、正確に対称となる。延伸した母材２０５の線径の一定した部分２０６を切り出し、再び別のジャケット管（図示しない）に挿入して延伸する。ガラス母材２０３とジャケット管との隙間に空孔(エアホール）が形成され、延伸・線引きを行う際に、ホールの形成された部分２０８を加圧して、空孔を維持又は拡大するように加圧線引きする。線引き張力を樹脂被服するダイスを通す前の値で５０ｇ以上になるように調整しながら、外径１１０μｍに線引き加工して（図２６Ｅ）、フォトニッククリスタルファイバ２０７を作製する。

本参考例の延伸工程では、延伸加重が２００ｇ程度において、１０〜２０ｍｍφの母材を３〜６ｍｍφへ延伸できる粘度である１０^９〜１０^１０Ｐ（ポアズ）となるように加熱する。一方、従来の押し出し法により、バルクガラスからホール構造を持つ母材へと加工するためには、バルクガラスを粘度として１０^６Ｐ（ポアズ）程度に軟らかくする必要がある。従って、本参考例の方法によれば、押し出し法と比較して、加熱する温度が低いので、結晶核の成長を抑えることができ、低損失のファイバを作製するのに適している。

図２７Ａに、作製したフォトニッククリスタルファイバの断面図を示す。フォトニッククリスタルファイバ２０７の外径は１１０μｍ、空孔の内径が２６μｍである。図２７Ｂは、光の伝播するコアに相当する部分の拡大図であり、コア径は２．６μｍである。光出力がピークの１／ｅ^２となる断面積Ａ_ｅｆｆは３．５４μｍ^２であり、そのγ値（非線形を表す：２πｎ^２／λＡ_ｅｆｆ）は６７５Ｗ^−１ｋｍ^−１である。

コア径や空孔内径を制御するためには、ジャケット管２０４の肉厚を変化させたり、延伸回数を増やしたりすることにより可能である。本参考例にかかるフォトニッククリスタルファイバの損失は、１．５５μｍで６０ｄＢ／ｋｍであり、零分散波長は、材料分散での値２．２９μｍから１．５７μｍにシフトする（図２８を参照）。空孔の形状は、対称に作製されているため、偏波依存性は発生しない。

図２９に、本参考例９にかかるフォトニッククリスタルファイバのコア径と零分散波長の関係を示す。図２９を参照すると、零分散波長を１．２〜１．７μｍに制御するためには、コア径を０．８〜３．４μｍに制御する必要がある。また、零分散波長を１．５５μｍとするためには、コア径を２．４５μｍとする必要がある。

図３０に、本参考例９にかかるフォトニッククリスタルファイバを用いた波長変換装置の構成例を示す。この波長変換装置は、１５３０〜１５６０ｎｍの波長帯に１００ＧＨｚ間隔に３２波のＷＤＭ信号を出力する光源３０１〜３３２と、１５６５ｎｍの励起光を出力する光源３３３とを有する。さらに、光源３０１〜３３２の出力を合波するＡＷＧ（Arrayed Waveguide Grating）３４１と、合波されたＷＤＭ信号光Ｅｓと励起光Ｅｐとを合波する光カプラ３４２と、長さ５０ｍの本参考例９にかかるフォトニッククリスタルファイバ３４３とを備えている。このような構成により、波長変換装置は、３２波のＷＤＭ信号の波長を一括変換して、変換光Ｅｃを出力する。

図３１に、上記の波長変換装置の出力スペクトルを示す。励起光Ｅｐのパワー４０ｍＷに対して、変換効率−１５ｄＢであり、帯域幅７０ｎｍの波長一括変換を行うことができる。

（参考例１０）
本発明の参考例１０では、ガラス組成としてＮＯ．１４を用い、Ｅｒを５０００ｐｐｍ添加すること以外は、参考例９と同様なファイバを作成した。

このフォトニッククリスタルファイバを用いて、図３０と同じ構成の波長変換装置を作製する。光源として、１５３０〜１５６０ｎｍの波長帯に１００ＧＨｚ間隔に３２波のＷＤＭ信号を出力する光源３０１〜３３２と、１４８０ｎｍの励起光と１５６５ｎｍの励起光とを出力する光源３３３とを用いる。長さ１５ｍの参考例１０にかかるフォトニッククリスタルファイバ３４３を用いて、信号増幅すると同時に波長一括変換を行う。１４８０ｎｍの励起光のパワー５０ｍＷ、１５６５ｎｍの励起光のパワー５０ｍＷに対して、変換効率５ｄＢであり、帯域幅７０ｎｍの波長一括変換を行うことができる。

なお、図４４を参照して後述する非線形ファイバーループミラーに、長さ１５ｍの本参考例１０のフォトニッククリスタルファイバを適用すると、繰り返し周波数８０ＧＨｚ、パルス幅８ｐｓの高速変調した信号光に対して、ゲート光のパワー１０ｍＷにより、信号光のスイッチングを行うことができる。

図３７に、本参考例１０にかかるフォトニッククリスタルファイバを用いたパラメトリック光増幅器を示す。このパラメトリック光増幅器は、波長可変光源１３０１に、アイソレータ１３０２と、長さ１５０ｍの本参考例１０にかかるフォトニッククリスタルファイバ１３０３と、光カプラ１３０４とを縦続接続する。光カプラ１３０４には、波長１５６０ｎｍ、励起光パワー１．５Ｗの光源１３０５の出力を、ＥＤＦＡ増幅器１３０６を介して後方から入射する。

図３８に、上記パラメトリック光増幅器の出力スペクトルを示す。この出力スペクトルは、−３０ｄＢｍの信号光を用いて波長スキャン測定を行った結果を示ものであり、１５００〜１６２０ｎｍにわたる１２０ｎｍの波長帯において２０ｄＢ以上の利得を得た。

（参考例１１）
本発明の参考例１１の方法は、テルライトガラスからなる円柱状のガラスブロックを作製し、ガラスブロックの長手方向にドリルで穴を開けて、空孔部を有するガラス母材を作製する。このガラス母材を、円筒状のテルライトガラスからなるジャケット管に挿入して線引きする方法である。

図３２Ａ−図３２Ｃに、本発明の参考例１１にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法を示す。前述の表１において、熱安定性の指標Ｔｘ−Ｔｇが３００℃以上であるＮｏ．１５の組成のガラス原料を溶融したガラス融液を、３００〜４００℃に予加熱したモールド内に注入する。注入後、３００℃付近の温度で１０時間以上アニールし、円柱状のガラスブロック６０１を作製する（図３２Ａ）。ガラスブロック６０１の長手方向に、３ｍｍφのドリル６０２で複数の穴を開け、ガラス母材６０３を作製する（図３２Ｂ）。ガラス母材６０３を、３ｍｍφまで延伸加工し、延伸した母材の線径の一定した部分６０４を切り出して、フォトニッククリスタルファイバを作製する（図３２Ｃ）。

図３３に、作製した当該フォトニッククリスタルファイバの断面図を示す。フォトニッククリスタルファイバの外径は１１０μｍ、空孔直径ｄは１．６μｍ、空孔間ピッチΔは２．３μｍであり、ｄ／Δ＝０．７となる。ＭＦＤ（Mode Field Diameter：モードフィールド径）は３μｍであり、ファイバの損失は１．５５μｍで４０ｄＢ／ｋｍであり、零分散波長は、１．５５μｍである。

長さ１５０ｍの当該フォトニッククリスタルファイバに、波長１．５５μｍ、パルス幅０．５ｐｓ、ピークパワー３０Ｗのパルス励起光を入射する。フォトニッククリスタルファイバは、図３４に示すように、１．７μｍ帯域（０．７〜２．４μｍ）にわたるスーパーコンティニューム光を出力した。

（参考例１２）
本発明の参考例１２では、ガラス融液を注入成型する際に使用するモールドにおいて、底面から円柱棒状のピンを複数内側に整列させる。注入成型した後、すばやく予加熱しておいたピンを引き抜くことにより、空孔部を形成する。

図３５Ａ−図３５Ｂに、本発明の参考例１２にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法を示す。前述の表１において、熱安定性の指標Ｔｘ−Ｔｇが１８０℃であるＮｏ．９の組成のガラス原料を溶融したガラス融液８０２を、３００〜４００℃に予加熱したモールド８０１ａ、８０１ｂ（以下、総括番号を８０１と表わす）内に注入する（図３５Ａ）。モールド８０１の底面には、基台８０４から円柱棒状のピン８０５を複数内側に整列させた治具（jig）が設置されている。モールド８０１にガラス融液８０２を注入成型した後、すばやくピン８０５を引き抜くことにより、空孔を形成したガラス母材８０３を作製する（図３５Ｂ）。

ガラス母材８０３を用いて、前述の参考例１１と同様に延伸・線引きすることにより、フォトニッククリスタルファイバを作製する。作製されたフォトニッククリスタルファイバの断面は、図３３と同様であり、外径は１２０μｍ、空孔直径ｄは１．５μｍ、空孔間ピッチΔは２．３μｍであり、ｄ／Δ＝０．６５となる。ＭＦＤは２．５μｍであり、ファイバの損失は１．５５μｍで６５ｄＢ／ｋｍであり、零分散波長は、１．５５μｍである。

長さ５０ｍの当該フォトニッククリスタルファイバに、波長１．５５μｍ、パルス幅０．５ｐｓ、ピークパワー３０Ｗのパルス励起光を入射する。パルスがソリトン効果を受けると共に、ファイバ内を伝搬するにつれパルススペクトルが長波長側にシフトする「ソリトン自己位相シフト」が観測される。

図３６に、本参考例１２にかかるフォトニッククリスタルファイバを用いた波長可変パルス光源を示す。この光源は、入射パルスのピークパワーを変化させることにより、スペクトルシフト量が変化する効果を利用した波長可変パルス光源である。波長可変パルス光源は、１０ＧＨｚで変調されたパルス光源９０１に、光増幅器９０２と、長さ５０ｍの本参考例１２にかかるフォトニッククリスタルファイバ９０３と、プログラマブルＰＬＣ（planer lightwave circuit）合分波器９０４とを縦続接続する。

さらに、プログラマブルＰＬＣ合分波器９０４の出力に、光増幅器９０５と、長さ５０ｍの本参考例１２に係るフォトニッククリスタルファイバ９０６とを縦続接続する。このような構成により、波長可変パルス光源は、１０〜１００Ｇｂｉｔ／ｓのチャンネルレートで、波長可変範囲が１５０ｎｍ（１５５０〜１７００ｎｍ）で、光パルスを出力する。

このフォトニッククリスタルファイバを用いて、図３０と同じ構成の波長変換装置を作製する。光源として、１５３０〜１５６０ｎｍの波長帯に１００ＧＨｚ間隔に３２波のＷＤＭ信号を出力する光源３０１〜３３２と、１４８０ｎｍの励起光と１５６５ｎｍの励起光とを出力する光源３３３とを用いる。長さ１５ｍの参考例１２にかかるフォトニッククリスタルファイバ３４３を用いて、信号増幅すると同時に波長一括変換を行う。１４８０ｎｍの励起光のパワー５０ｍＷ、１５６５ｎｍの励起光のパワー５０ｍＷに対して、変換効率５ｄＢであり、帯域幅７０ｎｍの波長一括変換を行うことができる。

なお、図４４を参照して後述する非線形ファイバーループミラーに、長さ１５ｍの本参考例１２のフォトニッククリスタルファイバを適用すると、繰り返し周波数８０ＧＨｚ、パルス幅８ｐｓの高速変調した信号光に対して、ゲート光のパワー１０ｍＷにより、信号光のスイッチングを行うことができる。

図３７に、本参考例１２にかかるフォトニッククリスタルファイバを用いたパラメトリック光増幅器を示す。このパラメトリック光増幅器は、波長可変光源１３０１に、アイソレータ１３０２と、長さ１５０ｍの本参考例１２にかかるフォトニッククリスタルファイバ１３０３と、光カプラ１３０４とを縦続接続する。光カプラ１３０４には、波長１５６０ｎｍ、励起光パワー１．５Ｗの光源１３０５の出力を、ＥＤＦＡ増幅器１３０６を介して後方から入射する。

図３８に、上記パラメトリック光増幅器の出力スペクトルを示す。この出力スペクトルは、−３０ｄＢｍの信号光を用いて波長スキャン測定を行った結果を示ものであり、１５００〜１６２０ｎｍにわたる１２０ｎｍの波長帯において２０ｄＢ以上の利得を得た。

（参考例１３）
本発明の参考例１３では、単一組成のテルライトガラスでフォトニッククリスタルファイバを構成するのではなく、さらに屈折率の違う組成でコア／クラッド構造を形成する。

さらに、本発明の参考例１３では、ガラス融液を注入成型する際に使用するモールドの下部を円錐状に拡大加工する。このモールドを用いてクラッド及びコアの順に注入し、クラッドガラスの体積収縮によりコアガラスを円錐状に吸い込み成型した母材を用いる。このとき、モールド上部は、内壁が内側に凸となっており、コアガラスが吸い込まれるエリアが小さいため、効果的にコアを吸い込ませるには、注入温度等の最適化が必要になる。

図３９Ａ−図３９Ｂ、および図４０Ａ−図４０Ｂに、本発明の参考例１３にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法を示す。コアガラスは、前述の表１のＮｏ．１８の組成を用い、Ｔｍを４０００ｐｐｍ添加する。クラッドガラスは、前述の表１のＮｏ．１７の組成を用いる。モールド１５０１は、上述の図２６Ａに示したモールドと同様に、内壁の内側に凸となる部分が複数形成され、その底部に向かって円錐状に拡大加工してある（図３９Ａ）。モールド１５０１を３００〜４００℃に予加熱し、クラッドのガラス融液１５０２、コアのガラス融液１５０３の順に注入し、クラッドガラスの体積収縮によりコアガラスを円錐状に吸い込み成型したガラス母材１５０４を作製する（図３９Ｂ）。コアガラスの吸い込み長さは、１５ｍｍである。

ガラス母材１５０４を用いて、前述の参考例９と同様な延伸・線引き加工を行い、フォトニッククリスタルファイバ１５０５を作製する。図４０Ａにそのフォトニッククリスタルファイバ１５０５の断面図を示す。フォトニッククリスタルファイバ１５０５の外径は１１０μｍ、空孔内径は３５μｍ、十字の中心部分は２．４μｍ、Ｔｍの添加されたコア径は１．５μｍである。ＭＦＤは２．９μｍであり、ファイバの損失は１．５５μｍで３０ｄＢ／ｋｍであり、コアとしてクラッドと異なるガラス成分を導入したことにより、コア／クラッド構造を有しない場合と比べて低損失化が可能である。零分散波長は、１．５２μｍである。

本参考例１３にかかるフォトニッククリスタルファイバを、市販の融着接続機を用いて、石英ファイバ（比屈折率４％、ＭＦＤ３μｍ）と接続を行うと、０．２ｄＢの損失および−５０ｄＢ以下の反射減衰量で接続することができる。比較のために、前述の参考例９にかかる単一組成のフォトニッククリスタルファイバと上記石英ファイバとを接続すると、コア形状が崩れるため、２ｄＢの損失、−１９ｄＢの反射減衰量となる。

本参考例１３にかかるフォトニッククリスタルファイバを２０ｍ用いて、前述の図３０に示した波長変換装置に適用する。波長変換装置のＡＷＧ３４１で合波されたＷＤＭ信号光Ｅｓは、１４８０〜１５１０ｎｍの波長帯に１００ＧＨｚ間隔に３２波のＷＤＭ信号を多重した信号である。励起光Ｅｐは、Ｔｍの励起に用いる１４１０ｎｍの励起光と、波長変換およびＴｍの励起の両方に用いる１５２０ｎｍの励起光である。波長変換装置は、信号増幅すると同時に３２波のＷＤＭ信号の波長を一括変換して、変換光Ｅｃを出力する。そして波長変換装置は、１４２０ｎｍの励起光のパワー５０ｍＷ、波長変換の励起光のパワー５０ｍＷに対して、変換効率５ｄＢ、帯域幅７０ｎｍの波長一括変換を行うことができる。

（参考例１４）
本発明の参考例１４では、上記の参考例１３と比較して、コアの吸い込みを容易にするために、モールド下部の円錐状部分の底にガラスを注入した後に、穴が開く構造を設けている。この穴にガラスが漏れ出すことにより、ガラスの収縮との相乗効果を起こす。この穴にガラスが漏れ出すように真空に引くことにより、ガラスの収縮との相乗効果を起こす。

図４１Ａ−図４１Ｃに、本発明の参考例１４にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法を示す。コアガラスは、前述の表１のＮｏ．２０の組成を用い、クラッドガラスは、前述の表１のＮｏ．２１の組成を用いる。モールド１６０１は、前述の図３９Ａに示したモールドと同様に、内壁の内側に凸となる部分が複数形成され、底部に向かって円錐状に拡大加工してある（図４１Ａ）。さらに、モールド１６０１の底の部分には、基台１６０２が設置され、基台１６０２の中央の可動部材１６０３をスライドさせることにより、モールド１６０１の底の部分に貫通穴ができる形状を有している（図４１Ｂ）。

モールド１６０１を３００〜４００℃に予加熱し、基台１６０２を別に３５０〜４５０℃に予加熱し、クラッドのガラス融液１６０４、コアのガラス融液１６０５の順に注入する（図４１Ａ）。クラッドガラスの体積収縮と底面に穴があくことにより（図４１Ｂ）、クラッドガラスの中心部が流れ出し、コアガラスを吸い込い込んで成型したガラス母材１６０６を得ることができる（図４１Ｃ）。コアの吸い込み長さは２５ｍｍである。

このように成型したガラス母材１６０６を用いて、前述の参考例９と同様な延伸・線引き加工を行い、フォトニッククリスタルファイバを作製した。このフォトニッククリスタルファイバの構造は、前述の図４０Ａと同じであり、ファイバの外径は１１５μｍ、空孔内径は２０μｍ、十字の中心部分は２．８μｍ、コア径は１．２μｍである。ＭＦＤは２．５μｍであり、ファイバの損失は１．５５μｍで２５ｄＢ／ｋｍであり、零分散波長は、１．５５μｍである。

図４２に、本参考例１４にかかるフォトニッククリスタルファイバを用いた光カーシャッタ実験系を示す。光カーシャッタ実験系は、波長１５５２ｎｍの制御光を出力するＤＦＢ−ＬＤ（distributed feedback laser diode）１７０１と、波長１５３５ｎｍの信号光を出力するＤＦＢ−ＬＤ１７０２と、制御光を増幅するＥｒドープファイバアンプ１７０３とを備え、それら制御光と信号光とが、互いに偏波方向が４５度の角度をなすように、長さ１０ｍの本参考例１４にかかるフォトニッククリスタルファイバ１７０４に入力される。フォトニッククリスタルファイバ１７０４の出力から、信号光を分岐して、偏光子１７０５を介してストリークカメラ１７０６に入力する。

このような構成により、制御光を入射しない場合には、信号光の偏波はある一定の方向でフォトニッククリスタルファイバ１７０４中を伝播し、偏光子１７０５で遮断される。一方、制御光を入射した場合には、フォトニッククリスタルファイバ１７０４の非線形屈折率効果により、信号光の偏波成分が変化して、偏光子１７０５を透過する。このようにして、幅８ｐｓの信号光パルスをスイッチングすることができる。

（参考例１５）
本発明の参考例１５では、コアの吸い込みを容易にするために、モールド下部の円錐状部分の底にガラスを注入した後に、穴が開く構造を設け、この穴にガラスが漏れ出すように真空に引くことにより、ガラスの収縮との相乗効果を起こす。

また、本発明の参考例１５は、母材に形成された空孔を保持または拡大するように加圧線引きする際、線引きの張力を５０ｇ以上とすることによりホールの形成及びホール径の制御を容易にする。

図４３Ａ−図４３Ｃに、本発明の参考例１５にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法を示す。コアガラスは、前述の表１のＮｏ．１３の組成を用い、クラッドガラスは、前述の表１のＮｏ．１６の組成を用いる。モールド１８０１は、図３９Ａに示したモールドと同様に、内壁の内側に凸となる部分が複数形成され、下部を円錐状に拡大加工してある（図４３Ａ）。さらに、モールド１８０１の底の部分には、基台１８０２が設置され、基台１８０２中央の可動部材１８０３をスライドさせることにより、モールド１８０１の底の部分に穴ができる（図４３Ｂ）。この穴を用いて、モールド１８０１の下から真空脱気を行う。

モールド１８０１を３００〜４００℃予加熱し、基台１８０２を別に３５０〜４５０℃に予加熱し、クラッドのガラス融液１８０４、コアのガラス融液１８０５の順に注入する（図４３Ａ）。クラッドガラスの体積収縮と底面の穴から真空脱気することにより（図４３Ｂ）、クラッドガラスの中心部が流れ出し、コアガラスを吸い込いこみ、成型したガラス母材１８０６を得ることができる（図４３Ｃ）。コアの吸い込み長さは、５０ｍｍである。

ガラス母材１８０６を用いて、前述の参考例９と同様な延伸・線引き加工を行い、フォトニッククリスタルファイバを作製した。このフォトニッククリスタルファイバの構造は、図４０Ａ、図４０Ｂと同じであり、ファイバの外径は１２０μｍ、空孔内径は２８μｍ、十字の中心部分は２．６μｍ、コア径は１．３μｍである。ＭＦＤは２．３μｍであり、ファイバの損失は１．５５μｍで２８ｄＢ／ｋｍであり、零分散波長は、１．５６μｍである。

図４４に、本参考例１５にかかるフォトニッククリスタルファイバを用いた非線形ファイバーループミラーを示す。非線形ファイバーループミラーは、ゲート光を入力する光カプラ１９０１と、長さ１５ｍの本参考例１５にかかるフォトニッククリスタルファイバ１９０２と、ゲート光を出力する光カプラ１９０３と、信号光を入出力する光カプラ１９０４とが縦続接続されてループを構成している。

信号光は、光カプラ１９０４で２分岐されて、フォトニッククリスタルファイバ１９０２を順方向と逆方向に伝播する。信号光は、再び、光カプラ１９０４に入力されて、互いに干渉し、出力される。このとき、光カプラ１９０１から入力するゲート光により、フォトニッククリスタルファイバ１９０２における信号光の位相変化を制御してスイッチングを行う。ゲート光のパワー２００ｍＷにより、繰り返し周波数８０ＧＨｚ、パルス幅８ｐｓの高速変調された信号光のスイッチングを行うことができる。

前述の図２６Ａ−図２６Ｅに示した参考例９と同じ作製方法を用いて、前述の表１のＮｏ．１１の組成のジャケット管に挿入した後に延伸工程までを行った。本参考例１５では空孔に対する加圧を一定にし、線引き張力を樹脂被服するダイスを通す前の値で５０ｇ以上になるように調整した。図２７Ａ−図２７Ｂに示したように、フォトニッククリスタルファイバの外径は、１１０μｍである。この方法で作製したファイバ＃１（１０００ｍ）と、線引き張力を３０ｇで加工したファイバ＃２（１０００ｍ）とについて、空孔内径の長手方向の安定性について比較した。

ファイバ＃１は、空孔内径の設計値が２６μｍに対して誤差が±５μｍある。実際に使うことのできる２６μｍ±１μｍ以内の箇所は、全体の７０％であり、短いものでも５０ｍ以上採ることができる。一方、ファイバ＃２は、空孔内径は設計値の２６μｍに対して誤差が±２０μｍある。実際に使うことのできる２６μｍ±１μｍ以内の箇所は、全体の２０％であり、５０ｍ以上採ることができる部分は数箇所にとどまった。

以上の比較から、空孔のサイズを設計値と合せ、一定保持できるように線引きする工程において、線引き張力を樹脂被服するダイスを通す前の値で５０ｇ以上に設定することが重要である。また、他のフォトニックスリスタルファイバの線引き工程においてもこの設定が重要である。ファイバ＃１の十字の中心部分は２．６μｍであった。ＭＦＤは２．４μｍであり、ファイバの損失は１．５５μｍで２４ｄＢ／ｋｍであり、零分散波長は、１．５６μｍである。

図４５に、本発明の参考例１５にかかるフォトニックスリスタルファイバを用いたクロック再生装置を示す。ＷＤＭ伝送システムのクロック再生装置２００３は、トランスミッタ２００１から送信されたＷＤＭ信号を入力する波長選択フィルタ２００２から選択された１波長信号を、クロック再生部２２０１で受信し、ＲＦクロックを抽出する。抽出したクロックをクロック再生部２２０１内のモードロックファイバレーザにて光パルスに再生し、この光パルスをＥＤＦＡ２２０４にて増幅して、長さ３０ｍの本参考例１５にかかるフォトニックスリスタルファイバ２２０３に入射する。フォトニックスリスタルファイバ２２０３にて発生する１．５〜１．６μｍの１００ｎｍ帯域にわたるスーパーコンティニューム光を、ＡＷＧ２２０４に入力する。ＡＷＧ２２０４によってフィルタリングされることにより、単一チャンネルのクロック再生により波長多重されたチャンネル分のクロックパルスを再生することができる。

任意の１チャンネルのクロックパルスを、長さ５０ｍの本参考例１５にかかるフォトニックスリスタルファイバを用いた非線形ループミラー２００４に入射する。トランスミッタ２００１から送信されたＷＤＭ信号の対応するチャンネルをゲート光として、非線形ループミラー２００４に入力することで、劣化した信号品質を復元する、光３Ｒ再生を実現することができる。

以上の参考例９〜１５において、モールドの内壁の内側に凸となる部分が複数形成され、４つの空孔(エアホール）が作製されたが、その空孔の個数についてはこれに限定されるものではない。また、本ファイバを用いた光デバイスは、本ファイバを高非線形ファイバとして利用する光デバイスであって、上述した参考例９〜１５に限定されるものではない。

以上説明したように、本発明の参考例９〜１５にかかる光ファイバの製造方法においては、ガラス母材を注入成型または圧縮成型により作製する。従って、いずれの成型方法においても、従来の押し出し法と比較して、ガラス母材に対する加熱工程の時間が短いために、ガラス中の結晶化を抑えることができ、低損失の光ファイバを作製することができる。

（参考例１６）
以下に説明する本発明の参考例１６〜２７においては、テルライトガラス製光ファイバの中心近傍に複数の空孔を配置して、空孔に囲まれた領域の大きさにより、ファイバの分散特性を制御する方法を開示する。

図４６に、本発明の参考例１６にかかる光ファイバの断面構造を示す。ジャケット管２１０４に挿入された零材料分散波長が２．０８μｍのテルライトガラス２１０１には、４つの空孔２１０３ａ〜２１０３ｄ（以下、総括番号を２１０３と表わす）が形成されており、それぞれの空孔２１０３は空気で満たされておりその屈折率は１にほぼ等しい。これら４つの空孔２１０３に囲まれた部分は、光が伝搬するコアとなる領域２１０２である。テルライトガラス２１０１の外径は２１００μｍ、空孔２１０３の内径が４０μｍであり、コア径は４．５μｍである。光出力がピークの１／ｅ２となる断面積Ａ_ｅｆｆは４．１μｍ^２であり、そのγ値は５９０Ｗ^−１ｋｍ^−１である。

本参考例１６にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製工程は、前述の図２６Ａ−２４Ｅに示す作製工程と同様のものである。重複説明となるが、念のため、図２６Ａ−２４Ｅを参照して、本参考例１６にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法を説明する。テルライトガラス原料を溶融したガラス融液２０２を、３００〜４００℃に予加熱したモールド２０１内に注入する（図２６Ａ）。モールド２０１は、内壁の内側に凸となる部分が４つ形成され、注入されたガラス母材が断面十字型となるように形成されている。ガラス融液の注入後、３００℃付近の温度で１０時間以上アニールし、ガラス母材２０３を作製する（図２６Ｂ）。その際、上記モールド２０１を４分割して、ガラス母材２０３を取り出しやすくしているので、ガラス母材２０３の欠け、クラックを防ぐことができる。上記と同様にガラス原料を溶融し、３００〜４００℃に予加熱した円筒状のモールド（図示しない）に流し込んだ後、このモールドを水平に保持したまま高速回転させるローテーショナルキャスティング法により、円筒状のジャケット管２０４を作製する（図２６Ｃ）。

ジャケット管２０４にガラス母材２０３を挿入して延伸する（図２６Ｄ）。延伸した母材２０５の断面は、正確に対称となる。延伸した母材２０５の線径の一定した部分２０６を切り出し、再び別のジャケット管（図示しない）に挿入して延伸する。ガラス母材２０３とジャケット管との隙間に空孔が形成され、延伸・線引きを行う際に、空孔の形成された部分２０８を加圧して、空孔を維持又は拡大するように加圧線引きして、空孔を形成する。線引き張力を樹脂被服するダイスを通す前の値で５０ｇ以上になるように調整しながら、外径１０５μｍに線引き加工して（図２６Ｅ）、光ファイバ２０７を作製する。

本参考例１６の延伸工程では、延伸加重が２００ｇ程度において、１０〜２０ｍｍφの母材を３〜６ｍｍφへ延伸できる粘度である１０^９〜１０^１０Ｐ（ポアズ）となるように加熱する。一方、従来の押し出し法により、バルクがラスからホール構造を持つ母材へと加工するためには、粘度として１０^６Ｐ（ポアズ）程度に軟らかくする必要がある。従って、本参考例によれば、従来の押し出し法と比較して、加熱する温度が低いので、結晶核の成長を抑えることができ、低損失のファイバを作製するのに適している。

図４７に、本参考例１６にかかる光ファイバの光電界分布を示す。この光電界分布は、数値計算法の一つである差分法を用いて求めた光電界分布である。電界が１０パーセント変化するごとに、等高線を一本引いて表している。参考例１６にかかる光ファイバは、計算結果から、中央のコアの領域２１０２に光が閉じ込められ、光がコアに沿って伝搬しうることが分かる。光ファイバを切断・研磨した後、近視野像（ＮＦＰ）と遠視野像（ＦＦＰ）とを観察すれば、光ファイバ中心部に光が閉じ込められ、単一モード化されていることが確認できる。

図４８に、本参考例１６にかかる光ファイバの波長分散を示す。参考例１６にかかる光ファイバの零分散波長λ_０は、波長１．５６μｍである。

（参考例１７）
図４９に、本発明の参考例１７にかかる光ファイバを示す。ジャケット管２３０４に挿入された前述の表１におけるＮｏ．１５の組成のテルライトガラス２３０１には、４つの空孔２３０３ａ〜２３０３ｄ（総括番号を２３０３と表わす）が形成され、それら空孔２３０３は空気で満たされており、その屈折率は１にほぼ等しい。４つの空孔２３０３に囲まれた部分は、光が伝搬するコアとなる領域２３０２である。領域２３０２の内部には、テルライトガラスの組成を変化させて、零材料分散波長が２．１μｍでテルライトガラス２３０１に対して比屈折率差が１．１％高い屈折率のテルライトガラス２３０５を埋め込んでいる。本参考例１７では、キャピラリー法（capillary method：毛管法）により光ファイバを作製した。テルライトガラス２３０１の外径は１１０μｍ、空孔２３０３の内径が３５μｍであり、コア径は３．０μｍである。光出力がピークの１／ｅ２となる断面積Ａ_ｅｆｆは２．６μｍ^２であり、そのγ値は９４０Ｗ^−１ｋｍ^−１である。

図５０に、本参考例１７にかかる光ファイバの光電界分布を示す。この光電界分布は、数値計算法の一つである差分法を用いて求めた光電界分布である。電界が１０パーセント変化するごとに、等高線を一本引いて表している。参考例１７にかかる光ファイバは、計算結果から、中央のコアの領域２３０２に光が閉じ込められ、光がコアに沿って伝搬しうることが分かる。光ファイバを切断・研磨した後、近視野像（ＮＦＰ）と遠視野像（ＦＦＰ）とを観察すれば、光ファイバ中心部に光が閉じ込められ、単一モード化されていることが確認できる。

図５１に、本参考例１７にかかる光ファイバの波長分散を示す。参考例１７にかかる光ファイバの零分散波長λ_０は、波長１．３０μｍである。

（参考例１８）
図５２に、本発明の参考例１８にかかる光ファイバを示す。ジャケット管２４０４に挿入された前述の表１におけるＮｏ．１８の組成のテルライトガラス２４０１には、４つの空孔２４０３ａ〜２４０３ｄ（総括番号を２４０３と表わす）が形成され、それら空孔２４０３は空気で満たされており、その屈折率は１にほぼ等しい。４つの空孔２４０３に囲まれた部分は、光が伝搬するコアとなる領域２４０２である。領域２４０２の内部には、テルライトガラスの組成を変化させて、零材料分散波長が２．０５μｍでテルライトガラス２４０１に対して比屈折率差が２．２％低い屈折率のテルライトガラス２４０５を埋め込んでいる。本参考例１８では、キャピラリー法により光ファイバを作製した。テルライトガラス２４０１の外径は９０μｍ、空孔２４０３の内径が４５μｍであり、コア径は２．７μｍである。光出力がピークの１／ｅ２となる断面積Ａ_ｅｆｆは２．５μｍ^２であり、そのγ値は９３０Ｗ^−１ｋｍ^−１である。

図５３に、本参考例１８にかかる光ファイバの光電界分布を示す。この光電解分布は、数値計算法の一つである差分法を用いて求めた光電界分布である。電界が１０パーセント変化するごとに、等高線を一本引いて表している。参考例１８にかかる光ファイバは、計算結果から、中央のコアの領域２４０２に光が閉じ込められ、光がコアに沿って伝搬しうることが分かる。光ファイバを切断・研磨した後、近視野像（ＮＦＰ）と遠視野像（ＦＦＰ）とを観察すれば、光ファイバ中心部に光が閉じ込められ、単一モード化されていることが確認できる。

図５４に、本参考例１８にかかる光ファイバの波長分散を示す。参考例１８にかかる光ファイバの零分散波長λ_０は、波長１．５２μｍである。

（参考例１９）
図５５に、本発明の参考例１９にかかる光ファイバを示す。ジャケット管２５０４に挿入された前述の表１におけるＮｏ．１７の組成のテルライトガラス２５０１には、４つの空孔２５０３ａ〜２５０３ｄ（総括番号を２５０３と表わす）が形成され、それら空孔２５０３は空気で満たされており、その屈折率は１にほぼ等しい。４つの空孔２５０３に囲まれた部分は、光が伝搬するコアとなる領域２５０２である。この領域２５０２の内部には、中心空孔２５０５が設けられている。本参考例１９では、キャピラリー法により光ファイバを作製した。テルライトガラス２５０１の外径は１０５μｍ、空孔２５０３の内径が４０μｍであり、コア径は３．１μｍである。光出力がピークの１／ｅ２となる断面積Ａ_ｅｆｆは２．８μｍ^２であり、そのγ値は８１０Ｗ^−１ｋｍ^−１である。

図５６に、本参考例１９にかかる光ファイバの光電界分布を示す。この光電界分布は、数値計算法の一つである差分法を用いて求めた光電界分布である。電界が１０パーセント変化するごとに、等高線を一本引いて表している。参考例１９にかかる光ファイバは、計算結果から、中央のコアの領域２５０２に光が閉じ込められ、光がコアに沿って伝搬しうることが分かる。光ファイバを切断・研磨した後、近視野像（ＮＦＰ）と遠視野像（ＦＦＰ）とを観察すれば、光ファイバ中心部に光が閉じ込められ、単一モード化されていることが確認できる。

図５７に、本参考例１９にかかる光ファイバの波長分散を示す。参考例１９にかかる光ファイバの零分散波長λ_０は、波長１．４１μｍである。

（参考例２０）
図５８に、本発明の参考例２０にかかる光ファイバを示す。ジャケット管２６０４に挿入された前述の表１におけるＮｏ．１４の組成のテルライトガラス２６０１には、３つの空孔２６０３ａ〜２６０３ｃ（総括番号を２６０３と表わす）が形成され、それら空孔２６０３は空気で満たされており、その屈折率は１にほぼ等しい。３つの空孔２６０３に囲まれた部分は、光が伝搬するコアとなる領域２６０２である。本参考例２０では、押し出し法により光ファイバを作製した。テルライトガラス２６０１の外径は１１０μｍ、空孔２６０３の内径が４０μｍであり、コア径は５．５μｍである。光出力がピークの１／ｅ２となる断面積Ａ_ｅｆｆは４．５μｍ^２であり、そのγ値は５２０Ｗ^−１ｋｍ^−１である。

光ファイバを切断・研磨した後、近視野像（ＮＦＰ）と遠視野像（ＦＦＰ）とを観察すれば、光ファイバ中心部に光が閉じ込められ、単一モード化されていることが確認できる。

図５９に、本参考例２０にかかる光ファイバの波長分散を示す。参考例２０にかかる光ファイバの零分散波長λ_０は、波長１．６５μｍである。

（参考例２１）
図６０に、本発明の参考例２１にかかる光ファイバを示す。ジャケット管２７０４に挿入された前述の表１におけるＮｏ．１６の組成のテルライトガラス２７０１には、４つの空孔２７０３ａ〜２７０３ｄ（総括番号を２７０３と表わす）が形成され、それら空孔２７０３は空気で満たされており、その屈折率は１にほぼ等しい。４つの空孔２７０３に囲まれた部分は、光が伝搬するコアとなる領域２７０２である。本参考例２１では、押し出し法により光ファイバを作製した。テルライトガラス２７０１の外径は１１０μｍ、空孔２７０３の内径が４０μｍであり、コア径は２．２μｍである。光出力がピークの１／ｅ２となる断面積Ａ_ｅｆｆは２．０μｍ^２であり、そのγ値は１２００Ｗ^−１ｋｍ^−１である。

光ファイバを切断・研磨した後、近視野像（ＮＦＰ）と遠視野像（ＦＦＰ）とを観察すれば、光ファイバ中心部に光が閉じ込められ、単一モード化されていることが確認できる。

図６１に、本参考例２１にかかる光ファイバの波長分散を示す。参考例２１にかかる光ファイバの零分散波長λ_０は、波長１．２２μｍである。

（参考例２２）
図６２に、本発明の参考例２２にかかる光ファイバを示す。ジャケット管２８０４に挿入された前述の表１におけるＮｏ．１８の組成のテルライトガラス２８０１には、５つの空孔２８０３ａ〜２８０３ｅ（総括番号を２８０３と表わす）が形成され、それら空孔２８０３は空気で満たされており、その屈折率は１にほぼ等しい。５つの空孔２８０３に囲まれた部分は、光が伝搬するコアとなる領域２８０２である。領域２８０２の内部には、テルライトガラスの組成を変化させて、零材料分散波長が２．１μｍでテルライトガラス２８０１に対して比屈折率差が１．１％高い屈折率のテルライトガラス２８０５を埋め込んでいる。本参考例２２では、押し出し法により光ファイバを作製した。テルライトガラス２８０１の外径は１１０μｍ、空孔２８０３の内径が４０μｍであり、コア径は４．１μｍである。テルライトガラス２８０５の直径は１．０μｍである。光出力がピークの１／ｅ２となる断面積Ａ_ｅｆｆは３．５μｍ^２であり、そのγ値は６８０Ｗ^−１ｋｍ^−１である。

光ファイバを切断・研磨した後、近視野像（ＮＦＰ）と遠視野像（ＦＦＰ）とを観察すれば、光ファイバ中心部に光が閉じ込められ、単一モード化されていることが確認できる。

図６３に、本参考例２２にかかる光ファイバの波長分散を示す。参考例２２にかかる光ファイバの零分散波長λ_０は、波長１．６１μｍである。

（参考例２３）
図６４に、本発明の参考例２３にかかる光ファイバを示す。ジャケット管２９０４に挿入された前述の表１におけるＮｏ．１２の組成のテルライトガラス２９０１には、６つの空孔２９０３ａ〜２９０３ｆ（総括番号を２９０３と表わす）が形成され、それら空孔２９０３は空気で満たされており、その屈折率は１にほぼ等しい。６つの空孔２９０３に囲まれた部分は、光が伝搬するコアとなる領域２９０２である。領域２９０２の内部には、テルライトガラスの組成を変化させて、零材料分散波長が２．１５μｍでテルライトガラス２９０１に対して比屈折率差が１．５％低い屈折率のテルライトガラス２９０５を埋め込んでいる。本参考例２３では、押し出し法により光ファイバを作製した。テルライトガラス２９０１の外径は１１０μｍ、空孔２９０３の内径が４０μｍであり、コア径は３．５μｍである。テルライトガラス２９０５の直径は１．５μｍである。光出力がピークの１／ｅ２となる断面積Ａ_ｅｆｆは３．４μｍ^２であり、そのγ値は６７０Ｗ^−１ｋｍ^−１である。

光ファイバを切断・研磨した後、近視野像（ＮＦＰ）と遠視野像（ＦＦＰ）とを観察すれば、光ファイバ中心部に光が閉じ込められ、単一モード化されていることが確認できる。

図６５に、本参考例２３にかかる光ファイバの波長分散を示す。参考例２３にかかる光ファイバの零分散波長λ_０は、波長１．７０μｍである。

（参考例２４）
図６６に、本発明の参考例２４にかかる光ファイバを示す。ジャケット管３００４に挿入された前述の表１におけるＮｏ．１０の組成のテルライトガラス３００１には、３つの空孔３００３ａ〜３００３ｃ（総括番号を３００３と表わす）が形成され、それら空孔３００３は空気で満たされており、その屈折率は１にほぼ等しい。３つの空孔３００３に囲まれた部分は、光が伝搬するコアとなる領域３００２である。

図６７に、図６６の光ファイバのコアとなる領域の拡大図を示す。本参考例２４では、超音波ドリル法（ultrasonic drilling）により光ファイバを作製した。テルライトガラス３００１の外径は１００μｍ、空孔３００３の内径が３５μｍであり、コア径ａは５．５μｍである。空孔３００５の直径ｄは０．５μｍである。光出力がピークの１／ｅ２となる断面積Ａ_ｅｆｆは３．０μｍ^２であり、そのγ値は７８０Ｗ^−１ｋｍ^−１である。

光ファイバを切断・研磨した後、近視野像（ＮＦＰ）と遠視野像（ＦＦＰ）とを観察すれば、光ファイバ中心部に光が閉じ込められ、単一モード化されていることが確認できる。

図６８に、本参考例２４で得られた光ファイバの零分散波長とコアサイズとの関係を示す。零分散波長を１．２μｍ〜１．７μｍ帯内に収めるためには、空孔に囲まれて光を閉じ込めるコアとなる領域の大きさ、すなわちコア径ａを０．６μｍ〜６．５μｍの範囲に制御すればよいことが分かる。

（参考例２５）
図６９に、本発明の参考例２５にかかる光ファイバを示す。ジャケット管３１０４に挿入された前述の表１におけるＮｏ．１１の組成のテルライトガラス３１０１には、４つの空孔３１０３ａ〜３１０３ｄが形成され、それら空孔３１０３は空気で満たされており、その屈折率は１にほぼ等しい。４つの空孔３１０３に囲まれた部分は、光が伝搬するコアとなる領域３１０２である。

図７０に、図６９の光ファイバのコアとなる領域の拡大図を示す。本参考例２５では、超音波ドリル法により光ファイバを作製した。テルライトガラス３１０１の外径は１２５μｍ、空孔３１０３の内径が５０μｍであり、コア径は３．５μｍである。光出力がピークの１／ｅ２となる断面積Ａ_ｅｆｆは３．２μｍ^２であり、そのγ値は７７０Ｗ^−１ｋｍ^−１である。

光ファイバを切断・研磨した後、近視野像（ＮＦＰ）と遠視野像（ＦＦＰ）とを観察すれば、光ファイバ中心部に光が閉じ込められ、単一モード化されていることが確認できる。

図７１に、本参考例２５で得られた零分散波長とコアサイズとの関係を示す。零分散波長を１．２μｍ〜１．７μｍ帯内に収めるためには、空孔に囲まれて光を閉じ込めるコアとなる領域の大きさ、すなわちコア径ａを０．６μｍ〜５．０μｍの範囲に制御すればよいことが分かる。

（参考例２６）
図７２に、本発明の参考例２６にかかる光ファイバを示す。ジャケット管３２０４に挿入された前述の表１におけるＮｏ．１７の組成のテルライトガラス３２０１には、５つの空孔３２０３ａ〜３３０３ｄ（総括番号を３２０３と表わす）が形成され、それら空孔３２０３は空気で満たされており、その屈折率は１にほぼ等しい。５つの空孔３２０３に囲まれた部分は、光が伝搬するコアとなる領域３２０２である。

図７３に、図７２の光ファイバのコアとなる領域の拡大図を示す。領域３２０２の内部には、テルライトガラスの組成を変化させ、零材料分散波長が２．２μｍでテルライトガラス３２０１に対して比屈折率差が１．１％高い屈折率のテルライトガラス３２０５を埋め込んでいる。本参考例２６では、押し出し法により光ファイバを作製した。テルライトガラス３２０１の外径は８０μｍ、空孔３２０３の内径が３５μｍであり、コア径は３．９μｍである。テルライトガラス３２０５の直径は１．０μｍである。光出力がピークの１／ｅ２となる断面積Ａ_ｅｆｆは３．４μｍ^２であり、そのγ値は６９０Ｗ^−１ｋｍ^−１である。

光ファイバを切断・研磨した後、近視野像（ＮＦＰ）と遠視野像（ＦＦＰ）とを観察すれば、光ファイバ中心部に光が閉じ込められ、単一モード化されていることが確認できる。

図７４に、本参考例２６で得られた零分散波長とコアサイズとの関係を示す。零分散波長を１．２μｍ〜１．７μｍ帯内に収めるためには、空孔に囲まれて光を閉じ込めるコアとなる領域の大きさ、すなわちコア径ａを０．４μｍ〜５．０μｍの範囲に制御すればよいことが分かる。

（参考例２７）
図７５に、本発明の参考例２７にかかる光ファイバを示す。ジャケット管３３０４に挿入された前述の表１におけるＮｏ．１７の組成のテルライトガラス３３０１には、６つの空孔３３０３ａ〜３３０３ｆ（総括番号を３３０３と表わす）が形成され、それら空孔３３０３は空気で満たされており、その屈折率は１にほぼ等しい。これら６つの空孔３３０３に囲まれた部分は、光が伝搬するコアとなる領域３３０２である。

図７６に、図７５の光ファイバのコアとなる領域の拡大図を示す。領域３３０２の内部には、テルライトガラスの組成を変化させ、零材料分散波長が２．３μｍでテルライトガラス３３０１に対して比屈折率差が１．５％低い屈折率のテルライトガラス３３０５を埋め込んでいる。本参考例２７では、押し出し法により光ファイバを作製した。テルライトガラス３３０１の外径は９５μｍ、空孔３３０３の内径が５０μｍであり、コア径は３．０μｍである。テルライトガラス３３０５の直径は１．５μｍである。光出力がピークの１／ｅ２となる断面積Ａ_ｅｆｆは３．５μｍ^２であり、そのγ値は６８０Ｗ^−１ｋｍ^−１である。

光ファイバを切断・研磨した後、近視野像（ＮＦＰ）と遠視野像（ＦＦＰ）とを観察すれば、光ファイバ中心部に光が閉じ込められ、単一モード化されていることが確認できる。

図７７に、本参考例２７で得られた零分散波長とコアサイズとの関係を示す。零分散波長を１．２μｍ〜１．７μｍ帯内に収めるためには、空孔に囲まれて光を閉じ込めるコアとなる領域の大きさ、すなわちコア径ａを０．３μｍ〜４．０μｍの範囲に制御すればよいことが分かる。

本発明の光ファイバに基づいて作製された非線形デバイスは、光通信システムにおいて高性能化、大容量化、低価格化を進めることに有効であり、その結果、それらのシステムを用いたサービスの高度化、経済化に大きく寄与でき、光通信産業に極めて有益に利用することができる。

従来のテルライトガラス光ファイバを示す断面図である。 図１に示した光ファイバの屈折分布図である。 従来の光ファイバの一例の概略構造を表わす径方向の断面図である。 本発明の参考例１に係る光ファイバの断面図である。 本発明の参考例１に係る光ファイバにおいて、零分散領域を示すグラフである。 本発明の参考例１に係る光ファイバによる波長分散特性を示すグラフである。 本発明の参考例１に係る光ファイバにおけるコア周辺の電界状態を示す電解分布図である。 本発明の参考例２に係る光ファイバの断面図である。 図８Ａの主要部の拡大図である。 本発明の参考例２に係る光ファイバによる波長分散特性を示すグラフである。 本発明の参考例３に係る光ファイバの断面図である。 図１０Ａの主要部の拡大図である。 本発明の参考例４に係る光ファイバの断面図である。 図１１Ａの主要部の拡大図である。 本発明の参考例５に係る光ファイバの断面図である。 本発明の参考例６に係る光ファイバのコア周辺の断面図である。 本発明の参考例７に係る光ファイバのコア周辺の断面図である。 本発明の参考例８に係る光ファイバのコア周辺の断面図である。 本発明の実施例１に係る光ファイバの概略構造を表わす径方向の断面図である。 図１６の光ファイバの等価屈折率分布を示すグラフである。 図１６の光ファイバの分散特性を表わすグラフである。 図１６の光ファイバの屈折率分布を表わすグラフである。 従来の光ファイバの他の例の屈折率分布を表わすグラフである。 従来の光ファイバの他の例の屈折率分布を表わすグラフである。 本発明の実施例２に係る光ファイバの概略構造を表わす径方向の断面図である。 本発明の実施例２に係る光ファイバの他の概略構造を表わす径方向の断面図である。 本発明の実施例３に係る光ファイバの等価屈折率分布および屈折率分布を表わすグラフである。 本発明の実施例４に係る光ファイバの概略構造を表わす径方向の断面図である。 本発明の参考例９、並びに参考例１６にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法の第１の工程を示す工程図である。 本発明の参考例９、並びに参考例１６にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法の第２の工程を示す工程図である。 本発明の参考例９、並びに参考例１６にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法の第３の工程を示す工程図である。 本発明の参考例９、並びに参考例１６にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法の第４の工程を示す工程図である。 本発明の参考例９、並びに参考例１６にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法の第５の工程を示す工程図である。 本発明の参考例９にかかるフォトニッククリスタルファイバを示す断面図である。 図２７Ａの主要部を示す拡大図である。 本発明の参考例９にかかるフォトニッククリスタルファイバの分散を示すグラフである。 本発明の参考例９にかかるフォトニッククリスタルファイバのコア径と零分散波長の関係を示すグラフである。 本発明の参考例９にかかる波長変換装置を示す構成図である。 図３０の波長変換装置の出力スペクトルを示す特性図である。 本発明の参考例１１にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法の第１の工程を示す工程図である。 本発明の参考例１１にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法の第２の工程を示す工程図である。 本発明の参考例１１にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法の第３の工程を示す工程図である。 本発明の参考例１１にかかるフォトニッククリスタルファイバを示す断面図である。 発明の参考例１１にかかるフォトニッククリスタルファイバで発生したスーパーコンティニューム光のスペクトルを示す図である。 本発明の参考例１２にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法を示す工程図である。 図３５Ａの工程で得られるフォトニッククリスタルファイバを示す図である。 本発明の参考例１２にかかる波長可変パルス光源を示す構成図である。 本発明の参考例１２にかかるパラメトリック光増幅器を示す構成図である。 図３７のパラメトリック光増幅器の出力スペクトルを示すグラフである。 本発明の参考例１３にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法の第１の工程を示す工程図である。 本発明の参考例１３にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法の第２の工程を示す工程図である。 本発明の参考例１３にかかるフォトニッククリスタルファイバの断面を示す断面図である。 図４０Ａの主要部の拡大図である。 本発明の参考例１４にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法を示す工程図である。 図４１Ａの作製装置の主要部の構造を示す図である。 図４１Ａの工程で得られるフォトニッククリスタルファイバを示す図である。 本発明の参考例１４にかかる光カーシャッタ実験系を示す構成図である。 本発明の参考例１５にかかるフォトニッククリスタルファイバの作製方法を示す工程図である。 図４３Ａの作製装置の主要部の構造を示す図である。 図４３Ａの工程で得られるフォトニッククリスタルファイバを示す図である。 本発明の参考例１５にかかる非線形ファイバーループミラーを示す構成図である。 本発明の参考例１５にかかるクロック再生装置を示す構成図である。 本発明の参考例１６にかかる光ファイバを示す断面図である。 本発明の参考例１６にかかる光ファイバの光電界分布を示す図である。 本発明の参考例１６にかかる光ファイバの波長分散を示すグラフである。 本発明の参考例１７にかかる光ファイバを示す断面図である。 本発明の参考例１７にかかる光ファイバの光電界分布を示す図である。 本発明の参考例１７にかかる光ファイバの波長分散を示すグラフである。 本発明の参考例１８にかかる光ファイバを示す断面図である。 本発明の参考例１８にかかる光ファイバの光電界分布を示す図である。 本発明の参考例１８にかかる光ファイバの波長分散を示すグラフである。 本発明の参考例１９にかかる光ファイバを示す断面図である。 本発明の参考例１９にかかる光ファイバの光電界分布を示す図である。 本発明の参考例１９にかかる光ファイバの波長分散を示すグラフである。 本発明の参考例２０にかかる光ファイバを示す断面図である。 本発明の参考例２０にかかる光ファイバの波長分散を示すグラフである。 本発明の参考例２１にかかる光ファイバを示す断面図である。 本発明の参考例２１にかかる光ファイバの波長分散を示すグラフである。 本発明の参考例２２にかかる光ファイバを示す断面図である。 本発明の参考例２２にかかる光ファイバの波長分散を示すグラフである。 本発明の参考例２３にかかる光ファイバを示す断面図である。 本発明の参考例２３にかかる光ファイバの波長分散を示すグラフである。 本発明の参考例２４にかかる光ファイバを示す断面図である。 図６６の光ファイバのコアとなる領域を示す拡大図である。 本発明の参考例２４にかかる光ファイバの零分散波長とコアサイズとの関係を示すグラフである。 本発明の参考例２５にかかる光ファイバを示す断面図である。 図６９の光ファイバのコアとなる領域を示す拡大図である。 本発明の参考例２５にかかる光ファイバの零分散波長とコアサイズとの関係を示すグラフである。 本発明の参考例２６にかかる光ファイバを示す断面図である。 図７２の光ファイバのコアとなる領域を示す拡大図である。 本発明の参考例２６にかかる光ファイバの零分散波長とコアサイズとの関係を示すグラフである。 本発明の参考例２７にかかる光ファイバを示す断面図である。 図７５の光ファイバのコアとなる領域を示す拡大図である。 本発明の参考例２７にかかる光ファイバの零分散波長とコアサイズとの関係を示すグラフである。

符号の説明

１０ 光ファイバ
１１ 空孔
１２ コア
１３ クラッド
１００，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０ 光ファイバ
１０１，１１１ コア部
１０２ 第１のクラッド部
１０２ａ 空孔
１０３ 第２のクラッド部
２０１ 金属モールド
２０２ ガラス融液
２０３ ガラス母材
２０４ ジャケット管
２０５ 延伸した母材
２０６ 線径の一定した部分
２０７ フォトニッククリスタルファイバ
２０８ ホールの形成された部分
２１０１，２３０１，２３０５，２４０１，２４０５，２５０１，２６０１，２７０１，２８０１，２８０５，２９０１，２９０５，３００１，３１０１，３２０１，３２０５，３３０１，３３０５ テルライトガラス
２１０２，２３０２，２４０２，２５０２，２６０２，２７０２，２８０２，２９０２，３００２，３１０２，３２０２，３３０２ コアとなる領域
２１０３，２３０３，２４０３，２５０３，２５０５，２６０３，２７０３，２８０３，２９０３，３００３，３００５，３１０３，３２０３，３３０３ 空孔
２１０４，２３０４，２４０４，２５０４，２６０４，２７０４，２８０４，２９０４，３００４，３１０４，３２０４，３３０４ ジャケット管

Claims (8)

1. ２μｍ以上の零材料分散波長を持つテルライトガラスからなる光ファイバであって、
   コア領域と、前記コア領域を包囲するように配設されて、当該コア領域の軸方向に沿った空孔を当該コア領域の周方向にわたって複数有する第１のクラッド部と、前記第１のクラッド部を包囲するように配設されて、当該第１のクラッド部の等価屈折率と等しい屈折率を有する第２のクラッド部とを備え、
   前記コア領域と前記第１のクラッド部との比屈折率差を2％以上とすることで、零分散波長を通信波長帯である１．５５μｍ帯に制御したことを特徴とする光ファイバ。
2. ２μｍ以上の零材料分散波長を持つテルライトガラスであり、ＴｅＯ_２−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＬＯ−Ｍ_２Ｏ−Ｎ_２Ｏ_３−Ｑ_２Ｏ_５からなる組成（ＬはＺｎ、Ｂａ、Ｍｇのうち少なくとも１種類以上、ＭはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓのうち少なくとも一種類以上のアルカリ元素、ＮはＢ、Ｌａ、Ｇａ、Ａｌ、Ｙのうち少なくとも一種類以上、ＱはＰ、Ｎｂのうち少なくとも一種類以上）を持ち、その成分が
   ５０＜ＴｅＯ_２＜９０ （モル％）
   １＜Ｂｉ_２Ｏ_３＜３０ （モル％）
   １＜ＬＯ＋Ｍ_２Ｏ＋Ｎ_２Ｏ_３＋Ｑ_２Ｏ_５＜５０ （モル％）
   であるテルライトガラスからなる光ファイバであって、
   コア領域と、前記コア領域を包囲するように配設されて、当該コア領域の軸方向に沿った空孔を当該コア領域の周方向にわたって複数有する第１のクラッド部と、前記第１のクラッド部を包囲するように配設されて、当該第１のクラッド部の等価屈折率と等しい屈折率を有する第２のクラッド部とを備え、
   前記コア領域と前記第１のクラッド部との比屈折率差を2％以上とすることで、零分散波長を通信波長帯である１．５５μｍ帯に制御したことを特徴とする光ファイバ。
3. ２μｍ以上の零材料分散波長を持つテルライトガラスであり、ＴｅＯ_２−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＬＯ−Ｍ_２Ｏ−Ｎ_２Ｏ_３−Ｑ_２Ｏ_５からなる組成（ＬはＺｎ、Ｂａ、Ｍｇのうち少なくとも１種類以上、ＭはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓのうち少なくとも一種類以上のアルカリ元素、ＮはＢ、Ｌａ、Ｇａ、Ａｌ、Ｙのうち少なくとも一種類以上、ＱはＰ、Ｎｂのうち少なくとも一種類以上）を持ち、その成分が
   ５０＜ＴｅＯ_２＜９０ （モル％）
   １＜Ｂｉ_２Ｏ_３＜３０ （モル％）
   １＜ＬＯ＋Ｍ_２Ｏ＋Ｎ_２Ｏ_３＋Ｑ_２Ｏ_５＜５０ （モル％）
   であり、希土類イオンとしてＣｅ^３＋、Ｐｒ^３＋、Ｎｄ^３＋、Ｐｍ^３＋、Ｓｍ^３＋、Ｅｕ^３＋、Ｔｂ^３＋、Ｄｙ^３＋、Ｈｏ^３＋、Ｅｒ^３＋、Ｔｍ^３＋、Ｙｂ^３＋の内から選ばれた少なくとも一種を添加したライトガラスからなる光ファイバであって、
   コア領域と、前記コア領域を包囲するように配設されて、当該コア領域の軸方向に沿った空孔を当該コア領域の周方向にわたって複数有する第１のクラッド部と、前記第１のクラッド部を包囲するように配設されて、当該第１のクラッド部の等価屈折率と等しい屈折率を有する第２のクラッド部とを備え、
   前記コア領域と前記第１のクラッド部との比屈折率差を2％以上とすることで、零分散波長を通信波長帯である１．５５μｍ帯に制御したことを特徴とする光ファイバ。
4. 前記第１のクラッド部の前記空孔が、前記コア領域の周方向に沿って一定の間隔で複数形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバ。
5. 前記第１のクラッド部の前記空孔が、当該第１クラッド部の半径方向にわたって複数形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバ。
6. 前記第１のクラッド部の前記空孔内部が、前記第２クラッド部の屈折率よりも低い屈折率を有する材料で充填されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバ。
7. 前記コア領域の屈折率が、前記第１クラッド部の材料の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバ。
8. 前記コアとなる中心部に、前記テルライトガラスの屈折率と異なる屈折率を有するテルライトガラスが埋め込まれていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光ファイバ。
   

Images