JP2009230080A - フォトニック結晶ファイバ - Google Patents

Abstract

【課題】低い曲げ損失と、モード状態の安定性を保ちつつ、これに接続される単一モード光ファイバのモードフィールド径を従来不可能であった２倍以上の範囲で大幅に拡大または縮小することを可能とするフォトニック結晶ファイバを提供する。
【解決手段】周期的な空孔構造を有するクラッド部と、空孔構造によって囲まれる第１のコアガラス領域と、第１のコアガラス領域内にドーパントによって生じる屈折率差を用いて形成される第２のコアガラス領域と、第１のコアガラス領域または第２のコアガラス領域の全体または一部に形成された長周期の光ファイバグレーテイングとを有し、使用波長において、第２のコアガラス領域を用いた単一モード伝送が可能である。光ファイバグレーテイングの周期が、使用波長において、第１のコアガラス領域を伝搬する最低次モードと第２のコアガラス領域を伝搬する最低次のモードとの間の位相整合条件を満たす。
【選択図】 図７

Description

本発明は、フォトニック結晶ファイバ、およびその光ファイバを用いたモードフィールド径（ＭＦＤ）の変換または拡大の方法に関する。

現在、光ファイバは通信用の低損失な伝送媒体として広く使用されている。特に１．３ミクロン帯ゼロ分散光ファイバのようなＳＭＦ（シングルモード光ファイバ）やＤＳＦ（分散シフト光ファイバ）などの単一モード光ファイバは、その広帯域性を生かした高速な長距離信号伝送を実現している。

しかし、そのモードフィールド径（ＭＦＤ）は、通常１０μｍ程度と小さいため、ＭＦＤを変換・拡大するための技術として、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すような、通常の単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）をテーパ状に引き延ばす方法、あるいは図１（Ｃ）に示すような、ＳＭＦのコア部分を加熱してドーパントの分布を拡散させることでＭＤＦを局所的に拡大する方法が知られている。これらの方法については、例えば、非特許文献１に詳しく説明されている。

このようなＭＦＤの拡大技術は、光デバイスを光ファイバに結合する際のコリメータなどに使われており、このＭＦＤの変換・拡大性能が高いほど、光デバイス結合時の光軸調整などを簡略化することが可能になる。

川上彰二郎他共著「光ファイバとファイバ型デバイス」、培風館、ＰＰ．２０１−２２６，１９９６ 藤田仁他、「フォトニック結晶ファイバコリメータ」、信学技報，ＰＮ２００３−８１，ｐｐ．１３−１７，２００３ 藤田盛行他、「フォトニック結晶ファイバ（１）-光学特性−」、三菱電線工業時報No.９９，ｐｐ．１−９ 川上彰二郎他共著「光ファイバとファイバ型デバイス」、培風館、ＰＰ．４１−４２，１９９６ 奥出聡他、「ファイバグレーティング技術とその動向」、電子情報通信学会論文誌Ｃ、Vol.Ｊ８３−Ｃ、No.１２、ＰＰ．１０６０−１０６８，２０００ 森下克己他、「純粋石英フォトニクス結晶ファイバにおける長周期グレーティングのガラス構造変化による製作」、信学技報，ＯＣＳ２００３−３８，ｐｐ．７−１２，２００３

しかしながら、上記のような従来のＭＦＤの変換・拡大技術については、非特許文献１でも述べられているように、図１（Ａ）の加熱延伸によるｄｏｗｎテーパでは、コアとクラッドの比屈折率差Δが一定のままコア径が小さくなるため、導波作用が小さくなり、そのためわずかな曲げで損失が発生しやすいという課題がある。

一方、図１（Ｂ）のの加熱延伸によるｕｐテーパでは、コアとクラッドの比屈折率差Δが一定のままコア径が大きくなるため、伝搬モード以外の高次モードが発生し易くなり、そのため安定な特性を得ることが難しいという課題がある。

また、図１（Ｃ）の分布加熱によるＴＥＣ（Thermally-diffused Expanded Core）ファイバでは高次モードの発生を防ぎつつ、曲げ損失を比較的小さく保つことが可能である。しかし、非特許文献２にも記述があるように、ＴＥＣファイバでのＭＦＤの大きさは２０μｍ程度、つまりＭＦＤの拡大比率（ファイバ両端のＭＦＤの比）は２倍程度が限度で、それ以上の拡大比率を実現することは難しい。

以上のように、従来のＭＦＤの拡大方法では、ＭＦＤの拡大を実現するにあたっては、曲げ損失の増大、高次モードの発生という課題があった。そして、そもそも、拡大比率が２倍程度に限定されてしまうという解決すべき大きな課題があった。

本発明は、上述したような従来技術の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、低い曲げ損失と、モード状態の安定性を保ちつつ、これに接続される単一モード光ファイバのモードフィールド径を従来不可能であった２倍以上の範囲で大幅に拡大または縮小することを可能とするフォトニック結晶ファイバを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載のフォトニック結晶ファイバは、周期的な空孔構造を有するクラッド部と、前記空孔構造によって囲まれる第１のコアガラス領域と、前記第１のコアガラス領域内にドーパントによって生じる屈折率差を用いて形成される第２のコアガラス領域と、前記第１のコアガラス領域または前記第２のコアガラス領域の全体または一部に形成された長周期の光ファイバグレーテイングとを有し、使用波長において、前記第２のコアガラス領域を用いた単一モード伝送が可能であることを特徴とする。

ここで、前記光ファイバグレーテイングの周期が、使用波長において、前記第１のコアガラス領域を伝搬する最低次モードと前記第２のコアガラス領域を伝搬する最低次のモードとの間の位相整合条件を満たすことを特徴とすることができる。

また、前記光ファイバグレーテイングの周期が、前記第１のコアガラス領域を伝搬する最低次のモードと、前記第１のコアガラス領域に対する高次モードであって中心対称な光強度を有するモードとの間の位相整合条件を満たすことを特徴とすることができる。

上記目的を達成するため、請求項４に記載のフォトニック結晶ファイバは、周期的な空孔構造を有するクラッド部と、該空孔構造によって囲まれるコアガラス領域とを有するフォトニック結晶ファイバであって、前記フォトニック結晶ファイバの断面内の構造が長手方向に対して相似形で、前記空孔構造の空孔の直径ｄと該空孔間の間隔Λの比ｄ／Λが一定に保たれており、該フォトニック結晶ファイバの両端でのガラス部分の断面の相似比が２以上であることを特徴とする。

ここで、前記空孔構造の空孔の直径ｄと空孔の間隔Λの比ｄ／Λが０．４以下であることを特徴とすることができる。

上記目的を達成するため、請求項６に記載のモードフィールド径変換方法は、特定の波長領域において単一モードで動作をする光ファイバに、請求項１乃至５のいずれかに記載のフォトニック結晶ファイバを接続することによって、モードフィールド径の大きさを変換することを特徴とする。

上記構成により、本発明のフォトニック結晶ファイバでは、コア径を拡大しても、単一モード状態を保つことが容易で、曲げ損失を抑制することが可能であり、５０μｍ程度のモードフィールド径が実現できる。

このため、本発明によれば、低い曲げ損失とモードの安定性を保ちつつ、従来では不可能であった２倍以上の範囲でのモードフィールド径増大を行うことができ、また曲げ損失の低減、モード状態の安定という効果を奏することができる。

以下に、本発明の好適な実施形態に係るフォトニック結晶ファイバの構造と、さらには、これを用いたモードフィールド径（ＭＦＤ）の大きさの変換方法について、図面を参照して具体的に詳述する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態として、そのファイバ外径がテーパ状に変化しつつ、その断面内の構造が長手方向に相似形で、空孔の直径ｄと空孔の間隔Λの比ｄ／Λが一定に保たれているフォトニック結晶ファイバの構造とそのファイバの作製方法について説明する。

フォトニック結晶ファイバの断面例としては、図２に示すように、均一なガラスに周期的に円柱状の空孔を配列した構造を有するものが一般的である。この基本構造を有するフォトニック結晶ファイバでは、例えば非特許文献３で述べられているように、空孔の直径ｄと隣接する空孔中心の間隔Λの比ｄ／Λが約０．４よりも小さくなると、伝送波長がどんなに短くなってもＬＰ₀₁モード（最低次モード）のみを伝搬し、完全な単一モードで動作することが、理論的に示されている。実験的にも、前述の非特許文献２では、ｄ／Λ＝０．１４，Λ＝２１μｍという構造で、伝搬モードのＭＦＤとして約５０μｍ（波長１．５５μｍ）の値を実現している。

従って、適切な一定のｄ／Λの値を有し、その断面内の構造が長手方向に相似形に保ちつつ、ファイバ外径Ｄが長手方向に変化していくフォトニック結晶ファイバは、ＭＦＤを変換・拡大するための光部品として使用することができる。

図３には、本発明のフォトニック結晶ファイバの構造の概略図を示す。一般に、光ファイバの線引き時には、断面内の構造は相似に保たれる。従って、このようなフォトニック結晶ファイバは、（１）まず母材から外径Ｄ１のファイバを線引きし、（２）さらに、所望の外径Ｄ２（ただし、Ｄ１＞Ｄ２）になるように、線引き温度や張力を調整することで、得ることができる。

使用波長が、汎用の単一モード光ファイバの通信波長域である場合、例えば、波長１．５５μｍなどを用いる場合は、ｄ／Λの条件はさらに緩和される。例えば、ｄ／Λ＝０．５の条件であっても、波長１．５５μｍであれば、幅広いコア径の領域で単一モード状態を保つことが可能である。

図４は、一例としてｄ／Λ＝０．５の時の５層構造のフォトニック結晶ファイバに関して、コア径（横軸）とコア領域に閉じこめられる光パワーの割合（縦軸）の関係を示す計算結果をプロットしたものである。なお、ここで、コア領域は直径（２Λ−ｄ）の円と仮定している。図４から分かるように、ファイバ断面のサイズ、およびコア径は５倍程度変化しても、コア領域に含まれる光パワーの割合は９５％から９８％程度とほとんど一定である。この結果から、本発明のようなフォトニック結晶ファイバでは、ｄやΛの値の選択の幅は広く、これらに関して適切な値を選定すれば、たとえテーパ状に外径およびコア径を拡大しても、単一モード状態を保ち、曲げ損失を抑制することが可能なことが分かる。

なお、以上の議論は石英ガラスを材料に用いることを前提としているが、加工容易性の観点からは、低融点の多成分ガラスやプラスチック高分子を、本発明のフォトニック結晶ファイバの材料として用いることもできる。その際は使用材料の屈折率に応じてｄ／Λの値を適切に調整し、単一モード状態を保ってやれば良い。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態として、ファイバ外径がテーパ状に変化しつつ、そのファイバの断面内の構造が長手方向に相似形で、空孔の直径ｄと空孔の間隔Λの比ｄ／Λが一定に保たれているフォトニック結晶ファイバによるＭＦＤ変換の適用例について説明する。

図５は、ＳＭＦと光デバイス（光波長フィルタや光源など）の間に本発明のフォトニック結晶ファイバを挿入して、ＭＦＤの大きさを変換した一例を示す。図５において、５１はＳＭＦ（シングルモード光ファイバ）、５２は本発明に係るフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）、５３は光デバイスである。ＳＭＦ５１との接続側では、接続損失を低減するために、フォトニック結晶ファイバ５２のＭＦＤとＳＭＦ５１のＭＦＤはほぼ一致していることが好ましい。両者５１と５２の接続は、各種の光コネクタを用いても良いし、融着接続を用いても良い。

図５に示す構成のように、例えば、光デバイス５３が光波長フィルタとすると、その光波長フィルタ５３の前で、フォトニック結晶ファイバ５２により、ＭＦＤを拡大することで、フィルタ５３の波長選択性を向上することが可能になる。

また、光スポットサイズの大きな光源（図示しない）をＳＭＦ５１に結合する際には、その光源を光デバイス５３の位置に配置して、フォトニック結晶ファイバ５２により光源のスポットサイズからＳＭＦ５１のＭＦＤのサイズまで変換してやることで、高い効率の光入力が可能になる。

図６は、シングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）とマルチモード光ファイバ（ＭＭＦ）の間に本発明に係るフォトニック結晶ファイバを挿入して、ＭＦＤの大きさを変換した一例を示す。図６において、６１はＳＭＦ、６２はフォトニック結晶ファイバ（ＰＣＦ）、６３はＭＭＦである。フォトニック結晶ファイバ６２により、ＭＭＦ６３のＭＦＤサイズからＳＭＦ６１のＭＦＤサイズまで、ＭＦＤのサイズを変換することで、ＳＭＦ６１への高い効率の光入力が可能になる。

近年の光ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）技術の進展により、イーサネット(登録商標)などの光配線にＭＭＦが使用される場合がある。ＭＭＦも伝送距離が短い場合は低次のモードが主なモード成分を占めるが、ＭＭＦのコア径は５０μｍ程度であり、ＳＭＦのコア径の５倍程度大きい、従って、低次モード成分が支配的な条件下であっても、ＭＭＦ６３からＳＭＦ６１へそのまま光信号を入力すると、１５ｄＢ程度もしくはそれ以上の接続損失が発生する。

しかし、図６の構成図のように、ＭＭＦ６３とＳＭＦ６１の間に、フォトニック結晶ファイバ６２を挿入し、ＳＭＦ６１との接続側では、フォトニック結晶ファイバ６２のＭＦＤとＳＭＦ６１のＭＦＤとをほぼ一致させ、またＭＭＦ６３との接続側では、フォトニック結晶ファイバのＭＦＤをＭＭＦ６３のＭＦＤとほぼ同じである５０μｍ程度とすることで、比較的低い接続損失でＭＭＦ６３からＳＭＦ６１への光信号入力を実現できる。ここで、各光ファイバ間の接続は、各種の光コネクタを用いても良いし、融着接続を用いても良い。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態として、長周期の光ファイバグレーテイングを付与してＭＦＤの変換を実現するフォトニック結晶ファイバの基本構造について説明する。

本発明の第１実施形態で既に述べたように、通常のフォトニック結晶ファイバは、図２に示すように、均一なガラス材料に周期的に円柱状の空孔を配列した構造を有する。

一方、本発明のフォトニック結晶ファイバは、図７の断面図に示すように、空孔とガラスから構成されるクラッド部分７１に囲まれる第１のコアガラス領域７２に加えて、この第１のコアガラス領域７２の内側にドーパントによって生じる屈折率差を用いて形成される第２のコアガラス領域７３を持つ。第１のコア領域７２は第２のコアガラス領域７３に対してはクラッドとして作用する。

ここで、空孔の直径をｄ、隣接する空孔中心の間隔をΛとすると、第１のコアガラス領域７２は、最も内側に配置された複数の空孔に近接するコア径２Λ−ｄの円形領域であり、第２のコアガラス領域７３は第１のコアガラス領域７２と同心円のコア径２aの円形領域である。

また、図７の屈折率分布の模式図に示したように、第１のコア径Ｃ_１＝２Λ−ｄと第２のコア径Ｃ_２＝２ａとの比Ｃ_２／Ｃ_１が十分に小さければ、第１のコア領域７２と第２のコア領域７３が互いに及ぼす影響は無視できるほど小さくなる。つまり、この時、第１のコア領域７２をコア部分として伝搬するモード７４と、第２のコア領域７３をコア部分として伝搬するモード７５とが独立に存在し得ることになる。

ある波長λに対して、第１のコア領域７２が単一モードコアとして作用するには、本発明の第１の実施形態で既に述べたように、ｄ／Λが小さいこと（典型的には０．４以下）が好ましい。一方、第２のコア領域７３が単一モードコアとして作用するには、以下の（１）式の使用波長λにおける正規化周波数ν（λ）が２．４以下であることが目安となる。ここでｎ_2cは第２コア領域７３の屈折率、ｎ_1cは第１コア領域７２の屈折率、ａは第２コア領域７３のコア半径である。Ｗ_２(λ)は第２コア領域７３のＭＤＦの１／２である。

ν(λ)＝πａ(ｎ_2c(λ)²−ｎ_1c(λ)²)^0.5／λ・・・（１）
Ｗ_２(λ)＝ａ(0.65＋1.619・ν(λ)^-1.5＋2.879・ν(λ)^-6）・・・（２）

上記の条件を満たすように、ｄ，Λ，ａの値を設定すれば、第１のコア領域７２に固有な最低次の伝搬モードＬＰ₀₁（第１コア）、第２のコア領域７３に固有な最低次の伝搬モードＬＰ₀₁（第２コア）の２つの伝搬モードが存在し得る。このようなフォトニック結晶ファイバに、光源（図示しない）から入射する光のＭＦＤを、ＬＰ₀₁（第１コア）のＭＦＤ＝２Ｗ_１に整合すれば、伝搬モードＬＰ₀₁（第１コア）を選択的に励振することができる。一方、そのフォトニック結晶ファイバに、光源から入射される光のＭＦＤをＬＰ₀₁（第２コア）のＭＦＤ＝２Ｗ_２に整合させれば、ＬＰ₀₁（第２コア）を選択的に励振することができる。

なお、例えば、非特許文献４に記述されているように、Ｗ_２の値は、図７に示すようなステップ型のコアを持つファイバでは（２）式で良く与えられることが知られている。従って、（１）（２）式の構造パラメーターが既知であれば、Ｗ_２の値を推定することができ、ＬＰ₀₁（第２コア）を選択的に励振することが、より容易になる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態として、第３実施形態で基本構造を述べた図７のフォトニック結晶ファイバへの長周期の光ファイバグレーテイングを付与する方法と、そのＭＦＤ変換動作について説明する。

下記の表１に、本発明のフォトニック結晶ファイバの材料構成の例を示す。図７に示したクラッド部分７１、第１のコアガラス領域７２、第２のコアガラス領域７３に対して、例えば、表中の（ｉ）（ii）（iii）のような組み合わせのガラス材料を用いることができる。ここで、ＧｅＯ_２（酸化ゲルマニウム）とＦ（フッ素）は石英系光ファイバに用いられる最も代表なドーパントである。ただし、（iii）では、第２のコアガラス領域７３のＧｅＯ_２ドープ量を一番多くする必要がある。

表１のような材料構成のうち、ＧｅＯ_２ドープ石英ガラス部分には、紫外線を照射してその照射部分の屈折率を変化させることで、図８あるいは図９に示すような、長周期の光ファイバグレーテイングを付与することが可能である。ＧｅＯ_２ドープ石英ガラス部分に適用できる方法の例としては、ステップ露光法があるが、この方法については、例えば、非特許文献５で説明されている。ＧｅＯ_２ドープ石英だけでなく、Ｆドープ石英や純石英ガラス部分にも適用可能な方法として、フェムト秒レーザ照射を行う方法、周期的な応力を付与する方法、加熱と急冷によって周期的な屈折率変動を与える方法がある。特に、加熱と急冷による方法については、例えば非特許文献６のように、純石英製のフォトニック結晶ファイバについて適用したという報告例がある。

従って、本発明のフォトニック結晶ファイバに対しても、これらの方法の中などから、ファイバの材料構成に応じて、適切な方法を用いることで、第１のコアガラス領域または第２のコアガラス領域の全体または一部に長周期の光ファイバグレーテイングを形成することができる。

次に、以下では、本発明の第３実施形態で述べたように、図７の第１のコア領域７２に固有な最低次の伝搬モードＬＰ₀₁（第１コア）、第２のコア領域７３に固有な最低次の伝搬モードＬＰ₀₁（第２コア）の２つの伝搬モードが存在し得る構造のフォトニック結晶ファイバに対して、図８に示すように、周期Ｑ_１の長周期の光ファイバグレーテイングを形成した際の動作例について述べる。

長周期の光ファイバグレーテイングでは、位相整合条件が満たされる時、２つのモード間で、モード間の結合が生じる。つまりモード間の伝搬定数差Δβが、以下の（３）式で表される時に結合が生じ、モードの変換が起こる。Ｑは光ファイバグレーテイングの周期である。

Δβ＝２π／Ｑ・・・（３）

従って、波長λ_１において、第２のコア領域７３に固有な伝搬モードＬＰ₀₁（第２コア）（７５）の伝搬定数をβ_Ａ、第１のコア領域７２に固有な伝搬モードＬＰ₀₁（第１コア）（７４）の伝搬定数をβ_ＢとするとΔβ＝β_Ａ−β_Ｂとなるように、（３）式の周期Ｑ＝Ｑ_１を選ぶことで、図８に示すように、両者のモードを変換し、第２コアに対応するＭＦＤ＝２Ｗ_２を第１コアに対応するＭＦＤ＝２Ｗ_１（Ｗ_２＜Ｗ_１）へと変換することが可能となる。

なお、一般的に伝搬定数は波長依存性を持つので、波長λ_１とは異なる波長λ_２で同様な動作を行うには、波長λ_２でΔβ＝β_Ａ−β_Ｂとなるように、（３）式の周期Ｑ＝Ｑ_２を選べば良い。

次に、以下では、図９に示すように、第１のコア領域７２に固有な伝搬モードＬＰ₀₁（第１コア）（７４）を、高次モードＬＰ_0n（７６）（ｎは２以上の整数）を経由して、第２のコア領域７３に固有な伝搬モードＬＰ₀₁（第２コア）（７５）に変換する場合の動作について述べる。なお、高次モードＬＰ_0n（７６）は、第１のコアガラス領域７１に対する高次モードであって、中心対称な光強度を有するモードである。

この場合、第１のコア領域７２に固有な伝搬モードＬＰ₀₁（第１コア）の伝搬定数をβ_Ｂ、高次モードＬＰ_0nの伝搬定数をβ_ｎとするとΔβ＝β_Ｂ−β_ｎとなるように、（３）式の周期Ｑ＝Ｑ_３を選ぶことで、両者のモードを変換する。ここで、第２のコア領域７３のコア径ａを適切に設定することで、図９に示すように、ＬＰ_0n（モード形状はリング状）の中心付近の光パワーの高い部分を第２のコア領域７３に結合させて、第１のコア領域７２に対応するＭＦＤ＝２Ｗ_１を第２コアに対応するＭＦＤ＝２Ｗ_２（Ｗ_２＜Ｗ_１）へと変換することが可能となる。

なお、一般的に伝搬定数は波長依存性を持つので、波長λ_１とは異なる波長λ_２で同様な動作を行うには、λ_２でΔβ＝β_Ｂ−β_ｎとなるように、（３）式の周期Ｑ＝Ｑ_４を選べば良い。

（他の実施の形態）
上記では、本発明の好適な実施形態を例示して説明したが、本発明の実施形態は上記例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用しても良いし、１つの機器からなる装置に適用してもよい。

本発明は、光ファイバと光デバイス、および光ファイバ同士を接続する際にモードフィールド径を変換または拡大する方法として利用可能である。

単一モード光ファイバのモードフィールド径（ＭＦＤ）を変換・拡大するための従来技術を示し、（Ａ）は加熱延伸処理によるＤＯＷＮテーパを示し、（Ｂ）は加熱延伸処理によるＵＰテーパを示し、（Ｃ）は分布加熱処理によるＴＦＣ（Thermally-diffused Expanded Core）ファイバを示す概念図である。 本発明のフォトニック結晶ファイバの断面の一例を示す断面図である。 本発明のフォトニック結晶ファイバの構造の一例を示す模式図である。 本発明のフォトニック結晶ファイバのコア径とコア領域に閉じこめられる光パワーの割合（閉じ込め係数）との関係の一例を示す特性図である。 本発明のフォトニック結晶ファイバによるＭＦＤ変換の適用の一例を示す模式図である。 本発明のフォトニック結晶ファイバによるＭＦＤ変換の適用の他の一例を示す模式図である。 本発明のフォトニック結晶ファイバの構造と屈折率分布の関係の一例を示す説明図である。 本発明のフォトニック結晶ファイバのＭＦＤ変換動作の一例を示す概念図である。 本発明のフォトニック結晶ファイバのＭＦＤ変換動作の他の一例を示す概念図である。

符号の説明

５１ ＳＭＦ（シングルモード光ファイバ）
５２ ＰＣＦ（フォトニック結晶ファイバ）
５３ 光デバイス
６１ ＳＭＦ
６２ ＰＣＦ
６３ ＭＭＦ（マルチモード光ファイバ）
７１ 空孔とガラスから構成されるクラッド部分
７２ 第１のコア領域
７３ 第２のコア領域
７４ 第１のコア領域に固有な伝搬モード（最低次のモード）ＬＰ_０１
７５ 第２のコア領域に固有な伝搬モード（最低次のモード）ＬＰ_０１
７６ 第１のコアガラス領域に対する高次モードＬＰ_０ｎ

Claims (6)

1. 周期的な空孔構造を有するクラッド部と、
   前記空孔構造によって囲まれる第１のコアガラス領域と、
   前記第１のコアガラス領域内にドーパントによって生じる屈折率差を用いて形成される第２のコアガラス領域と、
   前記第１のコアガラス領域または前記第２のコアガラス領域の全体または一部に形成された長周期の光ファイバグレーテイングと
   を有し、使用波長において、前記第２のコアガラス領域を用いた単一モード伝送が可能であることを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
2. 前記光ファイバグレーテイングの周期が、使用波長において、前記第１のコアガラス領域を伝搬する最低次モードと前記第２のコアガラス領域を伝搬する最低次のモードとの間の位相整合条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶ファイバ。
3. 前記光ファイバグレーテイングの周期が、前記第１のコアガラス領域を伝搬する最低次のモードと、前記第１のコアガラス領域に対する高次モードであって中心対称な光強度を有するモードとの間の位相整合条件を満たすことを特徴とする請求項１に記載のフォトニック結晶ファイバ。
4. 周期的な空孔構造を有するクラッド部と、該空孔構造によって囲まれるコアガラス領域とを有するフォトニック結晶ファイバであって、
   前記フォトニック結晶ファイバの断面内の構造が長手方向に対して相似形で、前記空孔構造の空孔の直径ｄと該空孔間の間隔Λの比ｄ／Λが一定に保たれており、該フォトニック結晶ファイバの両端でのガラス部分の断面の相似比が２以上であることを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。
5. 前記空孔構造の空孔の直径ｄと空孔の間隔Λの比ｄ／Λが０．４以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のフォトニック結晶ファイバ。
6. 特定の波長領域において単一モードで動作をする光ファイバに、請求項１乃至５のいずれかに記載のフォトニック結晶ファイバを接続することによって、モードフィールド径の大きさを変換することを特徴とするモードフィールド径変換方法。

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