JP2010169965A - Photonic crystal fiber and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フォトニッククリスタルファイバおよびその製造方法に係り、特に、光通信、光情報処理の分野に用いられる高光非線形デバイスに関するものである。 The present invention relates to a photonic crystal fiber and a manufacturing method thereof, and more particularly to a high optical nonlinear device used in the fields of optical communication and optical information processing.
光通信において、伝送されてきた光信号は一旦電気信号に変換され、電気的に信号処理を行った後、再び光信号として伝送路に送り出される。しかしながら、光通信の伝送容量は年々増加しており、従来方式である電気による信号処理は、電子デバイスの動作速度の本質的な上限により、いずれ限界に到達することが予想されている。 In optical communication, a transmitted optical signal is once converted into an electrical signal, subjected to electrical signal processing, and then sent out again to the transmission line as an optical signal. However, the transmission capacity of optical communication is increasing year by year, and it is expected that the signal processing by electricity, which is a conventional method, will eventually reach the limit due to the essential upper limit of the operation speed of the electronic device.
電気信号処理よりもさらに高速な信号処理が可能なデバイスとして、非線形光ファイバが知られている。 A nonlinear optical fiber is known as a device that can perform signal processing even faster than electrical signal processing.
これら非線形光ファイバの中で、フォトニッククリスタルファイバ(PCF:Photonic Crystal Fiber)が注目されている。フォトニッククリスタルファイバとは、光ファイバの長手方向に一様な2次元周期構造をもつフォトニック結晶がクラッドに設けられる光ファイバである。そして、PCF内の空孔のデザインにより、超広帯域単一モード伝送、大きな実効コア断面積、高い比屈折率差、及び大きな構造分散を得ることができる等通常の光ファイバでは実現できない特性を備えている。
本発明におけるPCFは、従来の光ファイバと同様に、コアとクラッドの屈折率差を利用し、全反射によって光波をコア内に閉じ込める構造をしている。従来の光ファイバがコアに添加物をドープするなどの方法により、クラッドと屈折率差をつけているのに対し、本発明におけるPCFはクラッド部空孔を利用して実効屈折率を下げる方法で光閉じ込めを実現している。
Among these nonlinear optical fibers, a photonic crystal fiber (PCF) is drawing attention. A photonic crystal fiber is an optical fiber in which a photonic crystal having a uniform two-dimensional periodic structure in the longitudinal direction of an optical fiber is provided in a clad. In addition, the design of the holes in the PCF has characteristics that cannot be realized with ordinary optical fibers, such as ultra-wideband single mode transmission, large effective core area, high relative refractive index difference, and large structural dispersion. ing.
The PCF in the present invention has a structure in which a light wave is confined in the core by total reflection using the difference in refractive index between the core and the clad, as in the conventional optical fiber. While the conventional optical fiber has a refractive index difference from the cladding by a method such as doping the core with an additive, the PCF in the present invention is a method that lowers the effective refractive index using the holes in the cladding. Realizes optical confinement.
ところでPCF用プリフォームの作製方法は、研削法と、細径石英管配列法とに大別される。
これらのうち、研削法を用いたPCFの製造は、以下のようにして行なわれる。すなわち、VAD(Vapor-phase Axial Deposition)法やMCVD(Modified Chemical Vapour Deposition)法などの公知の方法で通常のプリフォームを作製し、そのプリフォームをドリル等で穿孔した後、空孔内を洗浄し、通常の光ファイバと同様な線引き加工をすることでPCFが得られる。
By the way, a method for producing a PCF preform is roughly classified into a grinding method and a small-diameter quartz tube array method.
Among these, the manufacture of PCF using a grinding method is performed as follows. That is, an ordinary preform is prepared by a known method such as a VAD (Vapor-phase Axial Deposition) method or an MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) method, and the preform is perforated with a drill or the like, and then the inside of the pores is washed. And PCF is obtained by performing the drawing process similar to a normal optical fiber.
一方、細径石英管配列法は、以下のようにして行なわれる。まず細径石英管の一端を封止し、細径石英棒を中心とし、その周囲に細径石英管を高密充填配置に束ねて石英ジャケット管に挿入する。次に、通常の光ファイバ線引き工程により細径石英管の一端を非封止端から加熱して石英ジャケット管内の細径石英管を融着一体化させながら線引きしてフォトニッククリスタルファイバを得る。 On the other hand, the small-diameter quartz tube array method is performed as follows. First, one end of the small-diameter quartz tube is sealed, and the small-diameter quartz tube is bundled in a densely packed arrangement around the small-diameter quartz rod and inserted into the quartz jacket tube. Next, one end of the thin quartz tube is heated from the non-sealed end by a normal optical fiber drawing process, and the fine quartz tube in the quartz jacket tube is fused and integrated to obtain a photonic crystal fiber.
ところで、酸化ビスマス系ガラスからなるステップインデックス型ファイバの非線形定数はγ=−1100km−1W−1であって、広く用いられている石英系非線形ファイバのγ=−10km−1W−1に比べ、およそ110倍であり、すなわち、この酸化ビスマス系ガラスで形成したガラス高非線形光ファイバは従来の石英系非線形ファイバの110分の1という短さで同等の非線形性を示すことができる。 Meanwhile, the nonlinear constant of the step-index fiber consisting of bismuth oxide-based glass is a γ = -1100km -1 W -1, compared with γ = -10km -1 W -1 of the silica-based nonlinear fiber widely used In other words, the glass highly nonlinear optical fiber formed of this bismuth oxide glass can exhibit the same nonlinearity as short as 1/110 of the conventional silica nonlinear fiber.
しかしながら、酸化ビスマス系ガラスのような高光非線形ガラスは、屈折率が高いことに起因するガラスとしての高光非線形性を利用しているがゆえに、屈折率の波長依存性に起因するところの、群速度分散(Group Velocity Dispersion、以下GVD)の絶対値が大きくなってしまう傾向がある。 However, high optical nonlinear glass such as bismuth oxide-based glass uses the high optical nonlinearity as a glass due to its high refractive index, and hence the group velocity due to the wavelength dependence of the refractive index. There is a tendency that the absolute value of dispersion (Group Velocity Dispersion, hereinafter referred to as GVD) becomes large.
たとえば、通常のステップインデックス型構造である酸化ビスマス系ガラスファイバでは、材料に起因する材料分散がおよそ−210ps/nm/kmであり、構造に起因する導波路分散−90ps/nm/kmとあわせて、およそ−300ps/nm/kmのGVDを示すことが知られている。 For example, in a bismuth oxide glass fiber having a normal step index type structure, the material dispersion caused by the material is about −210 ps / nm / km, and the waveguide dispersion caused by the structure is −90 ps / nm / km. It is known to exhibit a GVD of approximately -300 ps / nm / km.
一方、分散シフト型石英系高非線形光ファイバのGVDは、典型的にGVD<|1|ps/nm/kmである。 On the other hand, the GVD of the dispersion-shifted silica-based highly nonlinear optical fiber is typically GVD <| 1 | ps / nm / km.
そのため、たとえ、ステップインデックス型の酸化ビスマス系ガラスファイバが短尺で非線形デバイスとして動作し得たとしても、群遅延に相当する全分散値(GVD×長さ)の絶対値は分散シフト型石英系高非線形光ファイバより大きくなってしまう。 Therefore, even if the step index type bismuth oxide glass fiber can operate as a nonlinear device with a short length, the absolute value of the total dispersion value (GVD × length) corresponding to the group delay is high in the dispersion-shifted quartz type It becomes larger than the nonlinear optical fiber.
GVDや群遅延は、超高速光通信に用いられる、典型的には10ps以下のパルス幅を有する短パルス光を変形させてしまうため、GVDの大きなステップインデックス型のビスマス系高非線形光ファイバは、超高速光信号処理には不向きである。 GVD and group delay typically deform short pulse light having a pulse width of 10 ps or less, which is used for ultra-high-speed optical communication. Therefore, a step index type bismuth highly nonlinear optical fiber having a large GVD is It is not suitable for ultra-high speed optical signal processing.
そこで、超高速光信号処理に用いるために、すでに、酸化ビスマス系ガラスファイバにおいて、クラッド部に大きな空孔部分を設け、GVDの低減を測ったフォトニッククリスタルファイバが作製されている(特許文献1)。 Therefore, a photonic crystal fiber in which a large hole portion is provided in a cladding portion and a reduction in GVD is measured in a bismuth oxide glass fiber has already been manufactured for use in ultrahigh-speed optical signal processing (Patent Document 1). ).
ところで、石英系フォトニッククリスタルファイバの作製においては、多数のガラスチューブを機械的成型によって用意し、それらの外周を研削研磨によって加工し、しかるのちにそれらを束ね、加熱延伸することによって、フォトニッククリスタルファイバを得ている。
しかしながら、前述したように酸化ビスマス系ガラスが石英に比べ、強度が弱いため、酸化ビスマス系ガラスを用いて、多数のガラスチューブを機械加工によって用意することは、困難を伴う。また、VAD法で安価大量に生産される石英とは異なり、従来的な溶解方法でのみガラス母材が作られるため、このようなチューブ作製方法は高コストである。
By the way, in the production of quartz-based photonic crystal fibers, a large number of glass tubes are prepared by mechanical molding, the outer periphery thereof is processed by grinding and polishing, and then they are bundled and heated and stretched. Obtaining crystal fiber.
However, as described above, since bismuth oxide glass is weaker than quartz, it is difficult to prepare many glass tubes by machining using bismuth oxide glass. In addition, unlike quartz that is produced at low cost and in large quantities by the VAD method, a glass base material is made only by a conventional melting method, and thus such a tube manufacturing method is expensive.
以上のように、特許文献1のガラスファイバの製造方法で得られたガラスファイバは、有効ではあるが、加工性においては、十分ではなく、またさらなるGVDの制御性の向上が求められている。 As described above, the glass fiber obtained by the glass fiber manufacturing method of Patent Document 1 is effective, but is not sufficient in workability, and further improvement in controllability of GVD is required.
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、GVDの制御性の高いフォトニッククリスタルファイバを提供することを目的とする。
また本発明は、加工性が良好なフォトニッククリスタルファイバの製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a photonic crystal fiber having high controllability of GVD.
Another object of the present invention is to provide a method for producing a photonic crystal fiber having good processability.
本発明は、酸化ビスマス系ガラスで構成されたコアと、
前記コアの周りを覆い、nを3以上の整数として同心円状に空孔をn層有する空孔形成クラッドとを具備したフォトニッククリスタルファイバであって、
前記空孔形成クラッドのn層の空孔は、各層間が等間隔であり、最も内側の層を1番目の層としてm番目の層は6m本の空孔からなることを特徴とする。
この構成によれば、酸化ビスマス系ガラスで構成されたコアを用い、そのコアの周りに、各層間が等間隔となるように同心円状に各層6m本、n層と、微細な空孔が3層以上設けられた空孔形成クラッド(以下、第1クラッドという。)を具備しているため、空孔による分散制御効果を得ることが出来る。
また、空孔は以下に述べる本発明の作製工程により、その径を精密に制御できるため、高精度のGVDを得ることができる。すなわち、最近接空孔間隔Δに対する空孔径dの比d/Δをある特定の値とすることにより所望のGVDが得られる。本発明者がビーム伝搬法により得られた実効屈折率の波長依存性から算出するシミュレーション計算を行ったところ、d/Δが0.5であればGVDは−62ps/nm/km、d/Δが0.56であればGVDは−55ps/nm/km、d/Δが0.63であればGVDは−45ps/nm/kmであった。
また、このようなフォトニッククリスタルファイバと、石英系光ファイバなどの光伝送部とを融着接続する際、空孔が小さいため、接続対象となる領域が空孔のまわりに分散することになる。このため、融着時における接続強度が増大し、信頼性の高い融着部を得ることが可能となる。
The present invention comprises a core composed of bismuth oxide glass,
A photonic crystal fiber having a hole-forming clad covering the core and having n as a concentric circle with n being an integer of 3 or more,
The n-layer holes of the hole-forming clad are equidistant from each other, and the m-th layer is composed of 6m holes with the innermost layer as the first layer.
According to this configuration, a core made of bismuth oxide glass is used, and 6 m of each layer, n layers, and 3 fine pores are concentrically arranged around the core so that the respective layers are equally spaced. Since a vacancy-forming clad (hereinafter referred to as a first clad) provided with more than one layer is provided, a dispersion control effect by the vacancies can be obtained.
Further, since the diameter of the holes can be precisely controlled by the manufacturing process of the present invention described below, a highly accurate GVD can be obtained. That is, a desired GVD can be obtained by setting the ratio d / Δ of the hole diameter d to the closest hole interval Δ to a specific value. When the present inventor performed a simulation calculation calculated from the wavelength dependence of the effective refractive index obtained by the beam propagation method, if d / Δ is 0.5, GVD is −62 ps / nm / km, d / Δ. Was 0.56, the GVD was -55 ps / nm / km, and the dV was 0.63, the GVD was -45 ps / nm / km.
Further, when such a photonic crystal fiber and a light transmission unit such as a silica-based optical fiber are fusion-connected, since the holes are small, the region to be connected is dispersed around the holes. . For this reason, the connection strength at the time of fusion | melting increases, and it becomes possible to obtain a reliable fusion part.
また、本発明は、上記フォトニッククリスタルファイバにおいて、さらに前記第1クラッドの外側に、前記第1クラッドを囲むように第2クラッドを具備し、最近接空孔間隔(以下、単に空孔間隔ということがある。)に対する前記空孔径の比が0.2以上であるものを含む。
この構成によれば、十分に大きなエアクラッドとしての特性を得ることができ、伝送特性の良好なフォトニッククリスタルファイバを得ることができるという効果を奏功する。なお第1クラッドおよび第2クラッドとしては、熱膨張係数がほぼ等しくかつガラス転移点Tgがほぼ等しいことが望ましい。
In the photonic crystal fiber according to the present invention, a second cladding is provided outside the first cladding so as to surround the first cladding, and the nearest void interval (hereinafter simply referred to as a void interval). In other words, the ratio of the hole diameter to 0.2) or more is included.
According to this configuration, a sufficiently large air clad characteristic can be obtained, and an effect that a photonic crystal fiber having excellent transmission characteristics can be obtained can be achieved. The first clad and the second clad desirably have substantially the same thermal expansion coefficient and substantially the same glass transition point Tg.
また、本発明は、上記フォトニッククリスタルファイバにおいて、前記酸化ビスマス系ガラスは、典型的には酸化ビスマスを20から80モル%含有する。
この構成によれば、ガラスの高非線形性を利用できるという効果を奏功する。
In the photonic crystal fiber according to the present invention, the bismuth oxide glass typically contains 20 to 80 mol% of bismuth oxide.
According to this structure, the effect that the high nonlinearity of glass can be utilized succeeds.
また、本発明は、上記フォトニッククリスタルファイバにおいて、前記空孔の中心のうち最も近接する3個の中心を結ぶ線分は正三角形を構成するものを含む。
この構成によれば、六方最密構造を有し、変形の少ない構造を得ることができる。
また、このように対称性よく並んでいることにより偏波依存性を減少させるまたはなくすことが可能になる。
In the photonic crystal fiber according to the present invention, the line segment connecting the three closest centers among the centers of the holes includes an equilateral triangle.
According to this configuration, a structure having a hexagonal close-packed structure and less deformation can be obtained.
In addition, such a line-up with good symmetry makes it possible to reduce or eliminate polarization dependence.
また、本発明は、上記フォトニッククリスタルファイバにおいて、前記コアを構成する酸化ビスマス系ガラスの屈折率は、前記第1クラッドを構成するガラスの屈折率よりも高いものを含む。
この構成によれば、コアは第1クラッドを構成するガラスの屈折率よりも高いため、融着接続に際し、空孔が消失しても、光の閉じ込め効果を発揮し得る。
In the photonic crystal fiber according to the present invention, the refractive index of the bismuth oxide glass constituting the core is higher than the refractive index of the glass constituting the first cladding.
According to this configuration, since the core has a higher refractive index than that of the glass constituting the first clad, even if the voids disappear during fusion splicing, the light confinement effect can be exhibited.
また、本発明は、上記フォトニッククリスタルファイバにおいて、前記コアを構成する酸化ビスマス系ガラスと、前記第1クラッドを構成するガラスは異なるものを含む。
この構成によれば、所望の伝送特性を得るための材料の選択自由度が高くなり、設計自由度が増大する。ここでコアを構成する酸化ビスマス系ガラスと、第1クラッドを構成するガラスは組成が異なる場合も、ガラス化状態が異なる場合をも含むものとする。
In the photonic crystal fiber according to the present invention, the bismuth oxide glass constituting the core and the glass constituting the first clad are different.
According to this configuration, the degree of freedom in selecting a material for obtaining desired transmission characteristics increases, and the degree of freedom in design increases. Here, the bismuth oxide-based glass constituting the core and the glass constituting the first clad include cases where the compositions are different and cases where the vitrification state is different.
また、本発明は、上記フォトニッククリスタルファイバにおいて、前記コアを構成する酸化ビスマス系ガラスと、前記第1クラッドを構成するガラスは同一であるものを含む。
この構成によれば、コアと第1クラッドとの接合性が高く、かつ温度変化に際してもクラックの発生などもなく、信頼性の高いものとなる。
In the photonic crystal fiber according to the present invention, the bismuth oxide glass constituting the core and the glass constituting the first cladding are the same.
According to this configuration, the bondability between the core and the first cladding is high, and there is no occurrence of cracks even when the temperature changes, and the reliability is high.
また、本発明は、酸化ビスマス系ガラスで構成されたコアと、前記コアの周りを覆い、nを3以上の整数として同心円状に空孔をn層有する第1クラッドと、前記第1クラッドを囲む第2クラッドを具備したフォトニッククリスタルファイバであって、前記第1クラッドのn層の空孔は、各層間が等間隔であり、最も内側の層を1番目の層としてm番目の層は6m本の空孔からなフォトニッククリスタルファイバを製造する方法であって、溶融ガラスを用いてキャピラリを形成する工程すなわちガラスを溶融してキャピラリを形成する工程と、コアを構成する酸化ビスマス系ガラスを延伸線引きしてガラスロッドを用意し、前記ガラスロッドの周りに、同心円状に各層間の間隔が等間隔で各層6m本、n層の前記キャピラリを複数束ねて、第2クラッドを構成する外管内に、挿入し、加熱延伸することにより、複数の空孔を有するファイバプリフォームを得る工程と、前記ファイバプリフォームから、フォトニッククリスタルファイバを得る線引き工程とを含むものを含む。
この構成によれば、切削法を用いることなくフォトニッククリスタルファイバを形成することができるため、製造が容易で、またGVDの制御が極めて高精度に実現可能である。
The present invention also includes a core made of bismuth oxide glass, a first clad covering the periphery of the core and having n layers of concentric holes with n being an integer of 3 or more, and the first clad. A photonic crystal fiber having a surrounding second cladding, wherein the n-layer vacancies of the first cladding are equidistant from each other, and the m-th layer is the innermost layer as the first layer. A method of manufacturing a photonic crystal fiber having 6 m holes, a step of forming a capillary using molten glass, that is, a step of melting a glass to form a capillary, and a bismuth oxide glass constituting a core A glass rod is prepared by drawing a wire, and a plurality of capillaries each having 6 m layers and n layers are concentrically arranged around the glass rod at equal intervals between the layers. A method including a step of obtaining a fiber preform having a plurality of holes by inserting and heating and drawing into an outer tube constituting a cladding, and a drawing step of obtaining a photonic crystal fiber from the fiber preform. Including.
According to this configuration, since the photonic crystal fiber can be formed without using a cutting method, manufacturing is easy and control of GVD can be realized with extremely high accuracy.
また、本発明は、上記フォトニッククリスタルファイバにおいて、前記キャピラリを形成する工程は、500μm径以下のキャピラリを、10cm以上形成する工程であるものを含む。
この構成によれば、同心円状にn層のキャピラリを配列することができ、また、この配列状態がそのまま維持されるように延伸されるため、従来得られなかった高精度のGVD制御が可能となる。
In the photonic crystal fiber according to the present invention, the step of forming the capillary includes a step of forming a capillary having a diameter of 500 μm or less by 10 cm or more.
According to this configuration, n layers of capillaries can be arranged concentrically, and since the arrangement state is maintained as it is, high-precision GVD control that has not been obtained conventionally is possible. Become.
また、本発明は、上記フォトニッククリスタルファイバにおいて、前記キャピラリを形成する工程は、酸化ビスマス系ガラスからなる溶融ガラスを成型し、ガラスチューブ母材を形成する工程と、前記ガラスチューブ母材を延伸し、ガラスチューブを形成する延伸工程と、ガラスチューブを線引きしキャピラリを得る線引き工程とを含む。
この構成によれば、酸化ビスマス系ガラスからなる溶融ガラスを成型して、ガラスチューブ母材を形成し、このガラスチューブ母材を延伸し、ガラスチューブを形成し、更にこれを線引きしてキャピラリを形成しているため、製造が容易でかつ高い寸法精度のガラスチューブを提供することが可能となる。
Further, in the photonic crystal fiber according to the present invention, in the step of forming the capillary, the step of forming molten glass made of bismuth oxide glass to form a glass tube base material, and the stretching of the glass tube base material And a drawing step of forming a glass tube and a drawing step of drawing the glass tube to obtain a capillary.
According to this configuration, a molten glass made of bismuth oxide glass is molded to form a glass tube base material, the glass tube base material is stretched to form a glass tube, and this is further drawn to draw a capillary. Since it forms, it becomes possible to provide a glass tube which is easy to manufacture and has high dimensional accuracy.
また、本発明は、上記フォトニッククリスタルファイバにおいて、前記延伸工程は、前記ガラスチューブ母材を延伸し、外径が1mm未満、空孔径が100μm以上、連続する長さ1m以上であるガラスチューブを形成する方法であるものを含む。
この構成によれば、所望のガラスチューブを得ることが出来る。
In the photonic crystal fiber according to the present invention, in the photonic crystal fiber, in the stretching step, the glass tube base material is stretched, and an outer diameter is less than 1 mm, a pore diameter is 100 μm or more, and a continuous length is 1 m or more. Including what is the method of forming.
According to this configuration, a desired glass tube can be obtained.
また、本発明は、上記フォトニッククリスタルファイバの製造方法において、前記ファイバプリフォームを得る工程は、前記ガラスチューブを複数結束し、ガラス結束体を形成する工程と、前記ガラス結束体を第2クラッドを構成する外管内にロッドインチューブ法で加熱延伸し、ファイバプリフォームを形成する工程とを含む。
この構成によれば、製造が容易でかつ高精度のGVD制御が可能となる。
According to the present invention, in the photonic crystal fiber manufacturing method, the step of obtaining the fiber preform includes a step of binding a plurality of the glass tubes to form a glass bundle, and the glass bundle is second clad. And a step of forming a fiber preform by heating and drawing in the outer tube constituting the tube by a rod-in-tube method.
According to this configuration, GVD control that is easy to manufacture and highly accurate is possible.
本発明により、規則的な周期構造を持ったフォトニッククリスタルファイバを、高非線形ガラスである酸化ビスマス系ガラスを用いて、安定的に容易に製造することができる。 According to the present invention, a photonic crystal fiber having a regular periodic structure can be stably and easily manufactured using bismuth oxide glass, which is a highly nonlinear glass.
ステップインデックス型ビスマスガラスファイバでは得ることのできなかったGVDの絶対値を制御性良く低下させることができる。これにより、超高速光非線形信号処理への適用が可能となる。 The absolute value of GVD, which could not be obtained with the step index type bismuth glass fiber, can be reduced with good controllability. Thereby, application to ultrafast optical nonlinear signal processing becomes possible.
また、融着接合に際し、信頼性が高く高歩留まりの接合が可能となる。 In addition, in the fusion bonding, it is possible to perform bonding with high reliability and high yield.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ、詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明では、酸化ビスマス系ガラスを用いて、周期構造をもった空孔を多数形成し、GVDの制御容易かつ作製容易なフォトニッククリスタルファイバの作製方法を提供する。
製造に際しては、はじめに適当な内径外径比の細いガラスチューブを、たとえばリドロー成型法により、その形状が安定したまま数mの長さで供給し、そのガラスチューブから、適当な長さに切断した短いガラスチューブ(以下キャピラリ)を作製する。キャピラリを複数本束ね結束し、しかるのち、ロッドインチューブ法などの方法を用いて加熱延伸し、ファイバプリフォームを作製する。結束されたキャピラリの中心は空孔の無いガラス棒が挿入され、コアの役割を果たす。得られたファイバプリフォームを加熱、線引きし、適切な間隔、空孔径を持った空孔が周期配列しているフォトニッククリスタルファイバを得る。空孔配列を形成するキャピラリの本数が、mNを正の整数として、6×mN本である場合に、nN層の周期構造を持った6回対称の周期構造が得られる。ここでコアはキャピラリと共に結束してもよいしキャピラリを結束した後中心に挿入してもよい。
The present invention provides a method for producing a photonic crystal fiber in which a large number of holes having a periodic structure are formed using a bismuth oxide glass and the GVD can be easily controlled and produced.
In production, first, a glass tube with a suitable inner diameter / outer diameter ratio is supplied in a length of several meters with a stable shape by, for example, a redraw molding method, and the glass tube is cut into an appropriate length. A short glass tube (capillary) is prepared. A plurality of capillaries are bundled and bound, and then heated and stretched using a method such as a rod-in-tube method to produce a fiber preform. A glass rod without holes is inserted in the center of the bundled capillaries and plays the role of a core. The obtained fiber preform is heated and drawn to obtain a photonic crystal fiber in which holes having appropriate intervals and hole diameters are periodically arranged. When the number of capillaries forming the hole array is 6 × mN where mN is a positive integer, a 6-fold symmetric periodic structure having an nN layer periodic structure is obtained. Here, the core may be bound together with the capillary, or may be inserted into the center after binding the capillary.
すなわち、本発明の実施の形態のフォトニッククリスタルファイバは、図1(a)および(b)に拡大写真を示すように、酸化ビスマス系ガラスで構成されたコア1と、前記コア1の周りに、nを3以上の整数として同心円状に空孔が並んだ層をn層有し、各層間が等間隔であり、最も内側の層を1番目の層としてm番目の層は6m本の空孔2を具備してなる第1クラッド3と、この第1クラッド3を囲むジャケットチューブとしての第2クラッド4とを有し、最近接の空孔2の中心を結ぶ線分が正三角形をなすことを特徴とする。すなわち、1層目には6個、2層目には12個、3層目には18個の空孔が規則的に配列されている。ここで、最近接の空孔2とは図5に示すように、一つの空孔に対してもっとも距離の近い2つの空孔をいい、これらを結ぶと正三角形をなす。
なお、最近接の空孔2の中心を結ぶ線分が正三角形をなし各層間が等間隔となるようにmが内側から外側に向かって順次1,2,3というように増加する、各層6m本、n層(n=3)の空孔2を具備してなるとしたが、必ずしもこのとおりでなくてもよく、基本構成が図1の構造であればよく、わずかな誤差や変形のあるものも有効である。
ここでコアの直径Rは5.4μm、空孔間の間隔Δは4.0μm、空孔の直径dは2.5μmであった。
That is, the photonic crystal fiber according to the embodiment of the present invention includes a core 1 made of bismuth oxide-based glass and a periphery of the core 1 as shown in enlarged photographs in FIGS. , N is an integer of 3 or more, n layers having concentric holes arranged in a concentric manner, each layer is equally spaced, the innermost layer is the first layer, and the m-th layer is 6 m voids The first clad 3 having the
It is to be noted that each layer 6m increases sequentially from the inside toward the outside so that the line segment connecting the centers of the
Here, the diameter R of the core was 5.4 μm, the interval Δ between the holes was 4.0 μm, and the diameter d of the holes was 2.5 μm.
また、本発明で用いられる酸化ビスマス系ガラスは典型的には、モル%表示で、Bi2O3を10〜45%、B2O3+SiO2を12〜70%、Al2O3+Ga2O3を7〜25%、CeO2を0〜3%含有するガラスであり、屈折率が1.9<n<2.1の範囲のガラスである。なお、たとえば「B2O3+SiO2を12〜70%含有する」とはB2O3およびSiO2の少なくともいずれか一方を合計で12〜70%含有する、の意であり、「CeO2を0〜3%含有する」とはCeO2は必須ではないが3%まで含有してもよい、の意である。 Moreover, the bismuth oxide glass used in the present invention is typically expressed in mol%, Bi 2 O 3 is 10 to 45%, B 2 O 3 + SiO 2 is 12 to 70%, Al 2 O 3 + Ga 2. A glass containing 7 to 25% of O 3 and 0 to 3% of CeO 2 and having a refractive index in the range of 1.9 <n <2.1. For example, “containing 12 to 70% of B 2 O 3 + SiO 2 ” means containing at least one of B 2 O 3 and SiO 2 in a total of 12 to 70%, and “CeO 2 the may contain up to but 3% CeO 2 is not essential to the "contains 0-3%, a meaning of.
この組成の範囲を外れる場合には、光非線形性が低くなるか、もしくはガラスの安定形成能が不足し、ガラスチューブのプリフォーム作製に困難を来たすおそれがある。 When the composition is out of the range, the optical nonlinearity is lowered, or the ability to stably form the glass is insufficient, which may make it difficult to produce a glass tube preform.
さらに高光非線形性を望む場合には、モル%表示で、Bi2O3を45〜70%、B2O3を12〜30%、Ga2O3を7〜20%、In2O3を2〜15%、ZnOを0〜15%、CeO2を0〜3%含有するガラスで、屈折率Nが2.1以上2.3未満の範囲のガラスを用いることができる。
この範囲を外れる組成では、前述と同じく、光非線形性が低くなるか、もしくはプリフォーム作製に困難を来たすおそれがある。
Further, when high optical nonlinearity is desired, Bi 2 O 3 is 45 to 70%, B 2 O 3 is 12 to 30%, Ga 2 O 3 is 7 to 20%, and In 2 O 3 is expressed in mol%. A glass containing 2 to 15%,
When the composition is out of this range, the optical nonlinearity may be lowered or the preparation of the preform may be difficult as described above.
次に、このフォトニッククリスタルファイバの製造方法について説明する。
この方法では、図2乃至図4に示すように、酸化ビスマス系ガラスからなる溶融ガラスを用いてガラスチューブ母材100、ガラスチューブ101を経てキャピラリ102(図2(c))を形成するとともに、酸化ビスマス系ガラスからなるコアを構成するコアロッド202を用意し(図3(c))、コアロッド202の周りに、同心円状に各層間の間隔が等間隔で6m本(m=1,・・・,n)、n層(n≧3)の前記キャピラリ102を複数束ねて、第2クラッドを構成する外管としてのジャケットチューブ300内に、挿入し(図4(a))、加熱延伸することにより、複数の空孔を有するファイバプリフォーム41を得る工程(図4(b))と、前記ファイバプリフォームから、フォトニッククリスタルファイバ42を得る線引き工程(図4(c))とを含む。
Next, a method for manufacturing this photonic crystal fiber will be described.
In this method, as shown in FIGS. 2 to 4, a capillary 102 (FIG. 2C) is formed through a glass
すなわち、まず図2(a)に示すように、酸化ビスマス系ガラスからなる筒状のガラスチューブ母材100を用意する。ガラスチューブ母材100の大きさは、典型的に長さ150mm、直径15mmであって、内径は2mm〜10mmである。この筒状のガラスチューブ母材は、モールド成型したガラスに機械加工することにより得ることができる。または、筒状モールドにおいて、ローテイショナル法と呼ばれる方法を用い、主軸に回転を加えることにより遠心力を利用して作製することができる。このとき、直径、内径の比率は、最終的に得ようとするフォトニッククリスタルファイバの形状に対応して決定される。
That is, first, as shown in FIG. 2A, a cylindrical glass
このガラスチューブ母材100を、図2(b)に示すように、その粘性が104.5〜109.5ポアズになる温度まで加熱し、機械的引張りによって延伸を行う。これを典型的には1回、もしくは複数回繰り返すことにより、外径5mm以下のガラスチューブ101を得る。ガラスチューブ101の長さは典型的には5〜15mmである。
As shown in FIG. 2B, the glass
続いて、ガラスチューブ101を、リドロー成型により、直径500μm以下の細いガラスチューブすなわちキャピラリ102に引き伸ばす(線引き工程:図2(c))。このとき得られるキャピラリ102の長さは、リドロー成型前のガラスチューブ101の長さに依存し、典型的に1m以上である。リドロー成型により、長手方向に直径、内径ともに安定した細いキャピラリ102を、きわめて短時間に得ることができる。
Subsequently, the
そして、キャピラリ102を、適切な長さに切断し、所望の本数の短いガラスチューブ(キャピラリ102)を得る。キャピラリの長さは、後述のロッドインチューブ用ガラスチューブの長さに依存し、典型的には5〜15mmである。 Then, the capillary 102 is cut into an appropriate length to obtain a desired number of short glass tubes (capillaries 102). The length of the capillary depends on the length of a glass tube for a rod-in tube described later, and is typically 5 to 15 mm.
そして、フォトニッククリスタルファイバのコアに相当するコアロッド202を、キャピラリ102と同じ直径となるように用意する。作業上の容易のため、長さはキャピラリ102と同じかそれ以上が好ましい。コアロッド202の成分はキャピラリ102と同じか、または比屈折率差が上限を4%として、屈折率がキャピラリ102より高いビスマスガラスを用いるのが好ましい。それ以外の屈折率差で形成した場合、コアが光を導波しないか、もしくはマルチモード伝播になるおそれがある。すなわち図3(a)に示すように、前記キャピラリ102を構成するガラスと同じガラスを用いて、コア母材200を形成し、図3(b)に示すように、これを延伸してガラスロッド201を形成し、更に線引きして図3(c)に示すように、コアロッド202を形成する。
Then, a
次いで、図4(a)に示すように、コアロッド202を中心に据え、周囲をキャピラリ102で囲み、最密充填になるようにそれらを結束しガラス結束体40を得る。このガラス結束体40の断面図を図6に示す。キャピラリ102の直径安定性により、キャピラリ102の周期配列は六方最密充填構造をとる。キャピラリ102の直径安定性が悪い場合、周期構造をとることができない。
Next, as shown in FIG. 4A, the
そして図4(b)に示すように、これらガラス結束体40をジャケットチューブ300に挿入し、しかる後加熱により、図5(a)に示すように、これらを融着し一体となったファイバプリフォーム41を得る。ファイバプリフォーム41は典型的には直径3〜15mmである。ロッドインチューブ工程では、キャピラリ102とジャケットチューブ300の間の空隙を確実に埋め融着させるために、隙間部分に減圧をすることが好ましい。この場合、キャピラリ102内の空気を封止するためにキャピラリ102の端部は封じられていることが好ましい。このようにして図5(b)に示すように、更に加熱延伸しファイバプリフォーム41を得たのち、線引き工程を経て図5(c)に示すように最終径のフォトニッククリスタルファイバを得ることができる。図7はこのフォトニッククリスタルファイバの断面を示す模式図である。
Then, as shown in FIG. 4 (b), these glass bundles 40 are inserted into the
そして、最終的なフォトニッククリスタルファイバのコア径、空孔径、空孔間隔は前項加熱延伸時の結束されたキャピラリ102の外周径、および、ジャケットチューブ300の外径、内径に依存して決定される。1回のロッドインチューブ工程で所望の構造を得ることができない場合は、複数回のロッドインチューブ工程を経るものとする。
The core diameter, hole diameter, and hole interval of the final photonic crystal fiber are determined depending on the outer diameter of the capillary 102 bound at the time of heating and stretching, and the outer diameter and inner diameter of the
ファイバプリフォーム41を、延伸した後リドロー成型可能な温度まで加熱し、フォトニッククリスタルファイバ42の形状に線引きを行う。このとき、空孔は典型的には10μm以下の小径になるため、空孔の消失を防ぐために、ファイバプリフォーム41上端より加圧を行う。このときの加圧圧力は、ガラスの粘性、線引き速度、空孔径によって決定され、1〜100kPaである。このようにして図1に示したフォトニッククリスタルファイバが形成される。
なお、前記実施の形態では3層構造の空孔を有するフォトニッククリスタルファイバについて説明したが、必ずしも3層でなくてもよく、更なる多層とすることも可能である。
The
In the above embodiment, the photonic crystal fiber having holes having a three-layer structure has been described. However, the photonic crystal fiber does not necessarily have to be three layers, and may be a multilayer.
なおこのようにして形成されたフォトニックスクリスタルファイバのGVDを測定した結果を図8に示す。図中Sは計算値、aはこのフォトニッククリスタルファイバのGVDの測定結果を示す。ここでrは比較例として従来のステップインデックス型ファイバのGVDを測定した結果を示す。この図からわかるように、フォトニックスクリスタルファイバのGVDは−45ps/nm/km程度であった。この値は同じ酸化ビスマス系ガラスで形成したステップインデックス型ファイバの−300ps/nm/kmに比べて大幅に向上していることがわかる。
なおここでは、測定器の測定誤差が±10ps/nm/kmで、その範囲内には収まっている。
このように、本発明の実施の形態1のフォトニッククリスタルファイバによれば、わずかな寸法ばらつきが生じても1つ1つの空孔が小さいため、特性変化を抑制することができ、高精度のGVDを得ることができるものと考えられる。
In addition, the result of having measured GVD of the photonics crystal fiber formed in this way is shown in FIG. In the figure, S represents the calculated value, and a represents the GVD measurement result of this photonic crystal fiber. Here, r represents the result of measuring the GVD of a conventional step index type fiber as a comparative example. As can be seen from this figure, the GVD of the photonics crystal fiber was about -45 ps / nm / km. It can be seen that this value is significantly improved as compared to −300 ps / nm / km of the step index type fiber formed of the same bismuth oxide glass.
Here, the measurement error of the measuring instrument is ± 10 ps / nm / km, which is within the range.
As described above, according to the photonic crystal fiber of the first embodiment of the present invention, even if slight dimensional variation occurs, each of the holes is small, so that a change in characteristics can be suppressed, and high accuracy can be achieved. It is thought that GVD can be obtained.
さらにまた、このようなフォトニッククリスタルファイバと、石英系光ファイバなどの光伝送部とを融着接続する際、空孔が小さいため、接続対象となる領域が空孔のまわりに分散することになる。従って、融着時における接続強度が増大し、信頼性の高い融着構造を得ることが可能となる。 Furthermore, when fusion-connecting such a photonic crystal fiber and an optical transmission part such as a silica-based optical fiber, since the holes are small, the region to be connected is dispersed around the holes. Become. Accordingly, the connection strength at the time of fusion is increased, and a highly reliable fusion structure can be obtained.
次に、上記フォトニッククリスタルファイバにおいて、前記空孔間隔に対する前記空孔径の比を変化させて、光閉じ込めについて考察した。ここで空孔径d、空孔間隔Δが適正であるかどうかの判断は、基本モードが発散せずファイバコアに閉じ込められて伝搬するかどうかで判断した。基本モードとは、一般的な光通信で用いられる光強度分布を有する光で、基本モードのみが伝搬できるファイバを「シングルモードファイバ」と呼ぶ。d/Δを変化させた場合の、基本モード閉じ込めの可否について計算した結果を、閉じ込め不可能を「0」、閉じ込め可能を「1」として第1表に示す。おおよそ、Δ(間隔)が小さい場合は閉じ込めが弱く、空孔径を大きくする(より稠密な構造)にしなければならない。ここではΔ=4μmであるファイバを作成した。d/Δ>0.2であれば閉じ込めOKであることがわかる。また、Δ>5μmの場合はd/Δ>0.1でも計算上は閉じ込め可能(おそらく閾値はd/Δ>0.05となるが、非線形性、GVD制御性が悪くなる場合がある。 Next, in the photonic crystal fiber, the optical confinement was considered by changing the ratio of the hole diameter to the hole interval. Here, whether or not the hole diameter d and the hole interval Δ are appropriate is determined based on whether or not the fundamental mode does not diverge and propagates while confined in the fiber core. The basic mode is light having a light intensity distribution used in general optical communication, and a fiber that can propagate only the basic mode is referred to as a “single mode fiber”. Table 1 shows the calculation results of whether or not fundamental mode confinement is possible when d / Δ is changed, with “0” indicating that confinement is not possible and “1” indicating that confinement is possible. In general, when Δ (interval) is small, confinement is weak and the hole diameter must be increased (more dense structure). Here, a fiber with Δ = 4 μm was prepared. If d / Δ> 0.2, it is understood that confinement is OK. In addition, when Δ> 5 μm, the calculation can be confined even when d / Δ> 0.1 (perhaps the threshold value is d / Δ> 0.05, but the nonlinearity and GVD controllability may be deteriorated.
ここで、上記フォトニッククリスタルファイバにおいて、前記空孔間隔に対する前記空孔径の比が0.2以上であるのが望ましい。0.2に満たないとエアクラッドとしての作用を奏功し得ず光閉じ込めが弱まり、所望のGVDを得ることができないが、0.2以上であると、十分に大きなエアクラッドとしての特性を得ることができ、伝送特性の良好なフォトニッククリスタルファイバを得ることができるという効果を奏功する。 Here, in the photonic crystal fiber, it is preferable that a ratio of the hole diameter to the hole interval is 0.2 or more. If it is less than 0.2, the effect as an air cladding cannot be achieved and light confinement is weakened, and a desired GVD cannot be obtained. However, if it is 0.2 or more, a sufficiently large air cladding characteristic is obtained. Therefore, it is possible to obtain a photonic crystal fiber having good transmission characteristics.
また、フォトニッククリスタルファイバにおいて、前記ガラスは、酸化ビスマスを20から80モル%の範囲であったが、20モル%に満たないと非線形性が不足し、80モル%を越えると安定したガラスを得にくくなる。 Further, in the photonic crystal fiber, the glass had a bismuth oxide content in the range of 20 to 80 mol%. However, when the glass content was less than 20 mol%, the nonlinearity was insufficient. It becomes difficult to obtain.
また、空孔の中心のうち最も近接する3個の中心を結ぶ線分が正三角形を構成することで、六方最密構造を有し、変形の少ない構造を得ることができる。 Further, a line segment connecting the three closest centers among the centers of the holes forms an equilateral triangle, so that a structure having a hexagonal close-packed structure and less deformation can be obtained.
また、フォトニッククリスタルファイバにおいて、コアを構成するガラスと第1クラッドを構成するガラスは同一であってもよい。
同一のガラスで構成することで、コアと第1クラッドとの接合性が高く、かつ温度変化に際してもクラックが生じたりすることはない。ここではガラスの組成も物理的状態も同じであることをいう。
さらにまた、本発明は、上記フォトニッククリスタルファイバにおいて、前記コアを構成するガラスの屈折率を、前記第1クラッドを構成するガラスの屈折率よりも高いものとすれば、コアは第1クラッドを構成するガラスの屈折率よりも高いため、融着接続に際し、空孔が消失しても、光の閉じ込め効果を発揮しうる。
In the photonic crystal fiber, the glass constituting the core and the glass constituting the first cladding may be the same.
By using the same glass, the bondability between the core and the first cladding is high, and cracks do not occur even when the temperature changes. Here, the glass composition and physical state are the same.
Furthermore, in the photonic crystal fiber according to the present invention, if the refractive index of the glass constituting the core is higher than the refractive index of the glass constituting the first cladding, the core has the first cladding. Since it is higher than the refractive index of the glass which comprises, even if a void | hole lose | disappears in the case of fusion splicing, the light confinement effect can be exhibited.
なお、コアを構成するガラスと、第1クラッドを構成するガラスは必ずしも同一でなくてもよい。この構成によれば、所望の伝送特性を得るためのガラスの選択自由度が高くなり、設計自由度が増大する。なおコア、第1クラッド、第2クラッドはほぼ同一の熱膨張率で、ほぼ同一の軟化点をもつガラスであればよいがより望ましくは、コアの部分で屈折率がより大きいものが望ましい。 Note that the glass constituting the core and the glass constituting the first cladding are not necessarily the same. According to this structure, the freedom degree of selection of the glass for obtaining a desired transmission characteristic becomes high, and a design freedom degree increases. The core, the first clad, and the second clad may be made of glass having substantially the same thermal expansion coefficient and substantially the same softening point, but more desirably, the core portion has a higher refractive index.
また、本発明のフォトニッククリスタルファイバの製造方法によれば、切削法を用いることなくフォトニッククリスタルファイバを形成することができるため、信頼性が高く、またGVDの制御が極めて高精度に実現可能である。 Also, according to the photonic crystal fiber manufacturing method of the present invention, a photonic crystal fiber can be formed without using a cutting method, so that the reliability is high and GVD control can be realized with extremely high accuracy. It is.
なお、前記実施の形態において、ガラスチューブを形成する工程は、500μm径以下のガラスチューブを、10cm以上形成するようにするのが望ましい。この構成により、規則的な同心円状にn層のガラスチューブを精度よく配列することができ、この配列状態がそのまま維持されるように延伸されるため、従来得られなかった高精度のGVD制御が可能となる。 In the above embodiment, the step of forming the glass tube desirably forms a glass tube having a diameter of 500 μm or less by 10 cm or more. With this configuration, the n-layer glass tubes can be arranged in a regular and concentric manner with high accuracy, and the glass tube is stretched so that this arrangement state is maintained as it is. It becomes possible.
また、ガラスチューブを形成するに際し、ガラスチューブ母材を、外径が1mm未満、空孔径が100μm以上、連続する長さ1m以上となるように延伸するのが望ましい。連続する長さがこれより短い場合、所望の結束体を得るために必要なキャピラリを、多数回にわたり作製する必要があり、その場合、外径を安定して揃えることが困難になるおそれがある。 Further, when forming the glass tube, it is desirable to stretch the glass tube base material so that the outer diameter is less than 1 mm, the pore diameter is 100 μm or more, and the continuous length is 1 m or more. When the continuous length is shorter than this, it is necessary to produce a capillary necessary for obtaining a desired bundle many times, and in that case, it may be difficult to stably align the outer diameter. .
(実施の形態2)
次に本発明の実施の形態2について説明する。
前記実施の形態1では、すべての空孔の大きさを同じとなるように形成したが、本実施の形態としては、図9に模式的断面図を示すように空孔2のうち、対角線上で相対向する空孔2Lの大きさが異なるように構成してもよい。
このように相対する2個の空孔径を他の孔と変えることで、偏波保持性を得ることができる。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
In the first embodiment, all the holes are formed so as to have the same size. However, in the present embodiment, as shown in a schematic cross-sectional view in FIG. The
In this way, polarization maintaining property can be obtained by changing the diameters of two opposed holes to other holes.
また、前記実施の形態では酸化ビスマス系ガラスについて説明したが、テルライトガラス、カルコゲンガラスなどにも適用可能である。 Moreover, although the bismuth oxide glass has been described in the above embodiment, it can be applied to tellurite glass, chalcogen glass, and the like.
以下に本発明の実施例について説明する。 Examples of the present invention will be described below.
モル表示でBi2O3 42.8%、SiO2 34.2%、Ga2O3 14.3%、Al2O3 7.1%、La2O3 1.4%、CeO2 0.2%となるように原料を調合、溶解しビスマスガラスを得た。このガラスは波長1.55μmでの屈折率Nが1.98であった。
Bi 2 O 3 42.8%, SiO 2 34.2%, Ga 2 O 3 14.3%, Al 2 O 3 7.1%, La 2 O 3 1.4%,
溶解した酸化ビスマス系ガラスをSUS製円筒モールドにて成型し、長さ150mm、直径15mmのコア母材200を得た。コア母材200を569℃にて加熱延伸し(延伸されたガラスロッド201)、直径500μmのコアロッド202を得た。
The melted bismuth oxide glass was molded with a SUS cylindrical mold to obtain a
一方溶解した酸化ビスマス系ガラスを、ローテイショナル法にて成型し、長さ150mm、直径15mm、内径6mmのガラスチューブ母材100を得た。
On the other hand, the melted bismuth oxide glass was molded by a rotational method to obtain a glass
ガラスチューブ母材100を569℃にて加熱延伸し、直径5mmのガラスチューブ101を得た。
The glass
ガラスチューブ101を585℃にて加熱リドローして線引きし、長さ10mの細いガラスチューブとしてキャピラリ102を得た。細いキャピラリ102の直径は平均で500μm、最大径は504μm、最小径は493μであった。図10に得られたキャピラリ102の直径の場所依存性を示す。横軸はガラス長(m)、縦軸は線形(mm)を示す。この図からわかるように、場所依存性はなく均一であった。同様の方法により、長さ10mの細いキャピラり102をさらに2本作製した。
The
細いキャピラリ102から100mmの長さで36本のキャピラリ102を切り出した。また、コアロッド202から長さ11mmの部分を切り出した。それらを結束し、長さ11mmのコアロッドを中心とし、キャピラリ102が周囲で最密構造をとるようにガラス結束体40を作製した(図4(a))。
36
ガラス結束体40の端部をマイクロバーナーにより封止した。これにより、ロッドインチューブ工程において、キャピラリ内の空孔は形状を保つことが可能であった。
The edge part of the
図5(a)に示すように、
ガラス結束体40をジャケットチューブ300に挿入し、569℃においてロッドインチューブ法で加熱延伸し、直径5mmのファイバプリフォーム41を得た(図5(b))。このとき、ガラス結束体14とジャケットチューブ300の間の空隙は0.5気圧の減圧であった。これにより空隙無く両者を融着することができた。
As shown in FIG.
The
ファイバプリフォーム41を562℃にてリドロー成型することにより直径3mmに延伸したのち、線引きを行いフォトニッククリスタルファイバ42を形成した(図5(c))。この線引時、ファイバプリフォームの上側よりポンプ圧力により空孔内を加圧した。この加圧時の圧力を10kPa、20kPa、30kPa、40kPa、50kPa、60kPa、70kPaとした。このとき30kPaの加圧で、空孔はキャピラリの外径内径比を変化させること無く線引きが可能であった。それ以下の加圧(10kPa、20kPa9では空孔が変形し小さくなった。それ以上の加圧(40kPa、50kPa、60kPa、70kPa)では空孔径が大きくなった。
The
線引き速度は、フォトニッククリスタルファイバの外径を125μmにするよう調整された。線引き後の巻き取り装置のローラーの回転数によりこれは実現された。図8に、得られたフォトニッククリスタルファイバの直径の長さ依存性を示す。横軸はファイバ長(m)、縦軸は線形(mm)を示す。この図からわかるように、直径のファイバ長依存性はなく均一であった。図11によれば直径の平均値は125μm、最大値は126μm、最小値は124μmであった。このときファイバ長は30mであった。 The drawing speed was adjusted so that the outer diameter of the photonic crystal fiber was 125 μm. This was realized by the number of rotations of the roller of the winding device after drawing. FIG. 8 shows the length dependency of the diameter of the obtained photonic crystal fiber. The horizontal axis indicates the fiber length (m), and the vertical axis indicates the linearity (mm). As can be seen from the figure, the diameter was not dependent on the fiber length and was uniform. According to FIG. 11, the average value of the diameter was 125 μm, the maximum value was 126 μm, and the minimum value was 124 μm. At this time, the fiber length was 30 m.
得られたフォトニッククリスタルファイバ42は、空孔径2.5μm、空孔間隔4μm、コア径5.4μm、周期配列した空孔の数36個の断面構造を有していた。図1および2にフォトニッククリスタルファイバ42の断面写真を示す。図7は要部拡大断面図である。
The obtained
フォトニッククリスタルファイバ18のGVDを、Agilent81910A測定器により測定したところ、D=−50ps/nm/kmであった。本発明で用いられている酸化ビスマス系ガラス8の材料由来のGVDはD=−133ps/nm/kmである。したがって、フォトニッククリスタル構造の導入により、GVDを+83ps/nm/kmシフトさせることが可能となった。 The GVD of the photonic crystal fiber 18 was measured by an Agilent 81910A measuring instrument, and D = −50 ps / nm / km. The GVD derived from the material of the bismuth oxide glass 8 used in the present invention is D = −133 ps / nm / km. Therefore, by introducing the photonic crystal structure, GVD can be shifted by +83 ps / nm / km.
本発明のフォトニッククリスタルファイバによれば、超高速非線形光信号処理系のうち、短尺、コンパクトであることが必要とされるデバイスへの適用が可能である。 The photonic crystal fiber of the present invention can be applied to a device that is required to be short and compact in an ultrahigh-speed nonlinear optical signal processing system.
100 ガラスチューブ用プリフォーム(ガラスチューブ母材)
101 ガラスチューブ
102 キャピラリ
200 コアロッド用プリフォーム(コア母材)
201 ガラスロッド
202 コアロッド
300 ジャケットチューブ
40 結束体
41 ファイバプリフォーム
42 フォトニッククリスタルファイバ
100 Preform for glass tube (Glass tube base material)
101
201
Claims (12)
前記コアの周りを覆い、nを3以上の整数として同心円状に空孔をn層有する空孔形成クラッドを具備したフォトニッククリスタルファイバであって、
前記空孔形成クラッドのn層の空孔は、各層間が等間隔であり、最も内側の層を1番目の層としてm番目の層は6m本の空孔からなるフォトニッククリスタルファイバ。 A core made of bismuth oxide glass;
A photonic crystal fiber comprising a hole-forming clad covering the core and having n layers of concentric circles with n being an integer of 3 or more,
The n-layer holes of the hole-forming clad are equal intervals between layers, and the photonic crystal fiber is composed of 6m holes, with the m-th layer being the innermost layer as the first layer.
さらに前記空孔形成クラッドの外側に、前記空孔形成クラッドを囲むように形成された第2クラッドを具備し、
最近接空孔間隔Δに対する前記空孔径dの比(d/Δ)が0.2以上であるフォトニッククリスタルファイバ。 The photonic crystal fiber according to claim 1,
Furthermore, it comprises a second clad formed outside the hole-forming clad so as to surround the hole-forming clad,
A photonic crystal fiber in which a ratio (d / Δ) of the hole diameter d to the closest hole interval Δ is 0.2 or more.
前記酸化ビスマス系ガラスは、酸化ビスマスを20から80モル%含有するフォトニッククリスタルファイバ。 The photonic crystal fiber according to claim 1 or 2,
The bismuth oxide-based glass is a photonic crystal fiber containing 20 to 80 mol% of bismuth oxide.
前記空孔の中心のうち最も近接する3個の中心を結ぶ線分は正三角形を構成するフォトニッククリスタルファイバ。 The photonic crystal fiber according to claim 1,
A line segment connecting the three closest centers among the centers of the holes is a photonic crystal fiber constituting an equilateral triangle.
前記コアを構成する酸化ビスマス系ガラスの屈折率は、前記空孔形成クラッドを構成する酸化ビスマス系ガラスの屈折率よりも高いフォトニッククリスタルファイバ。 The photonic crystal fiber according to any one of claims 1 to 4,
A photonic crystal fiber in which the bismuth oxide glass constituting the core has a refractive index higher than that of the bismuth oxide glass constituting the hole-forming clad.
前記コアを構成する酸化ビスマス系ガラスと、前記空孔形成クラッドを構成する酸化ビスマス系ガラスは異なるフォトニッククリスタルファイバ。 The photonic crystal fiber according to any one of claims 1 to 5,
The bismuth oxide glass constituting the core and the bismuth oxide glass constituting the hole forming clad are different photonic crystal fibers.
前記コアを構成する酸化ビスマス系ガラスと、前記空孔形成クラッドを構成する酸化ビスマス系ガラスは同一であるフォトニッククリスタルファイバ。 The photonic crystal fiber according to any one of claims 1 to 5,
A photonic crystal fiber in which the bismuth oxide glass constituting the core and the bismuth oxide glass constituting the hole forming clad are the same.
前記コアの周りを覆い、nを3以上の整数として同心円状に空孔をn層有する空孔形成クラッドと、
前記空孔形成クラッドを囲むように形成された第2クラッドとを具備し、
前記空孔形成クラッドのn層の空孔は、各層間が等間隔であり、最も内側の層を1番目の層としてm番目の層は6m本の空孔からなるフォトニッククリスタルファイバを製造する方法であって、
溶融ガラスを用いてキャピラリを形成する工程と、
コアを構成する酸化ビスマス系ガラスを延伸線引きしてガラスロッドを用意し、前記ガラスロッドの周りに、同心円状に各層間の間隔が等間隔で各層6m本、n層の前記キャピラリを複数束ねて、第2クラッドを構成する外管内に、挿入し、加熱延伸することにより、
複数の空孔を有するファイバプリフォームを得る工程と、
前記ファイバプリフォームから、フォトニッククリスタルファイバを得る線引き工程とを含むフォトニッククリスタルファイバの製造方法。 A core made of bismuth oxide glass;
A hole-forming clad covering the periphery of the core and having n layers of concentric holes with n being an integer of 3 or more;
A second clad formed so as to surround the hole forming clad,
The n-layer holes of the hole-forming clad are equally spaced from each other, and a photonic crystal fiber is manufactured in which the innermost layer is the first layer and the m-th layer is 6 m holes. A method,
Forming a capillary using molten glass;
A glass rod is prepared by drawing a bismuth oxide glass constituting the core, and a plurality of capillaries each having 6 m layers and n layers are concentrically arranged around the glass rod at equal intervals. , By inserting into the outer tube constituting the second clad and heating and stretching,
Obtaining a fiber preform having a plurality of pores;
A drawing method for obtaining a photonic crystal fiber from the fiber preform.
前記キャピラリを形成する工程は、500μm径以下のキャピラリを、10cm以上形成する工程であるフォトニッククリスタルファイバの製造方法。 A method for producing a photonic crystal fiber according to claim 8,
The step of forming the capillary is a method of manufacturing a photonic crystal fiber, which is a step of forming a capillary having a diameter of 500 μm or less by 10 cm or more.
前記キャピラリを形成する工程は、
酸化ビスマス系ガラスを溶融して形成した溶融ガラスを成型し、ガラスチューブ母材を形成する工程と、
前記ガラスチューブ母材を延伸し、ガラスチューブを形成する延伸工程と、
前記ガラスチューブを線引きしキャピラリを形成する線引き工程と
を含むフォトニッククリスタルファイバの製造方法。 A method for producing a photonic crystal fiber according to claim 8 or 9,
The step of forming the capillary comprises:
Forming a glass tube base material by molding molten glass formed by melting bismuth oxide-based glass;
Stretching the glass tube base material to form a glass tube; and
And a drawing step of drawing the glass tube to form a capillary.
前記延伸工程は、前記ガラスチューブ母材を延伸し、外径が1mm未満、空孔径が100μm以上、連続する長さ1m以上であるガラスチューブを形成する方法であるフォトニッククリスタルファイバの製造方法。 It is a manufacturing method of the photonic crystal fiber according to claim 10,
The stretching step is a method for producing a photonic crystal fiber, which is a method of stretching the glass tube base material to form a glass tube having an outer diameter of less than 1 mm, a pore diameter of 100 μm or more, and a continuous length of 1 m or more.
前記ファイバプリフォームを得る工程は、
前記キャピラリを複数結束し、ガラス結束体を形成する工程と、
前記ガラス結束体を、第2クラッドを構成する外管内に挿入してロッドインチューブ法で加熱延伸し、ファイバプリフォームを形成する工程とを含むフォトニッククリスタルファイバの製造方法。 A method for producing a photonic crystal fiber according to any one of claims 8 to 11,
The step of obtaining the fiber preform comprises:
Bundling a plurality of the capillaries to form a glass bundle;
A method of manufacturing a photonic crystal fiber, comprising: inserting the glass bundle into an outer tube constituting a second clad and heating and stretching the rod by a rod-in-tube method to form a fiber preform.
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