JP3825381B2

JP3825381B2 - Polarization-maintaining photonic crystal fiber

Info

Publication number: JP3825381B2
Application number: JP2002263572A
Authority: JP
Inventors: 正俊田中; 聡人鈴木; 盛行藤田; 悟基川西; 寛和久保田; 和宣鈴木
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2002-09-10
Filing date: 2002-09-10
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2022-09-10
Also published as: JP2004101864A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クラッドに多数の孔を有する偏波保持フォトニッククリスタルファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、コア及びクラッドからなる通常の光ファイバでは得ることのできない大きな波長分散を発現するものとしてフォトニッククリスタルファイバが注目されている。このフォトニッククリスタルファイバは、石英よりなっており、光ファイバ軸方向に延びる多数の細孔が周期的に配列されたクラッド部と、さらにクラッド部をサポートするためにクラッド部の周囲に設けられた中実なオーバークラッド部とを備えていて、通常はクラッド部の孔に囲まれてファイバ中心軸を含む光伝搬領域全体がコア部となっている。
【０００３】
一方、偏光や干渉を利用した光ファイバセンサやコヒーレント光ファイバ通信等には、偏波安定性が高い偏波保持ファイバを使用している。偏波保存ファイバは、複屈折を利用した光ファイバであり、光ファイバに複屈折を生じさせる方法には、光ファイバの軸方向に垂直な断面における縦方向と横方向で材料を変えて屈折率分布を変える方法や、前記断面における縦方向と横方向から異なる応力をコア部に与えることによって等価的に複屈折性を持たせる方法等がある。即ち、光ファイバを中心軸の周りに９０度回転させたときに、ファイバ横断面における屈折率分布（等価的な屈折率分布も含む）が回転前の屈折率分布に重ならないようにすれば光ファイバに複屈折が生じるのである。
【０００４】
上記フォトニッククリスタルファイバも、その波長分散特性を生かして偏波保持フォトニッククリスタルファイバとしての使用が検討されている。フォトニッククリスタルファイバを偏波保持ファイバにするには、例えばコア部を取り囲む細孔配置に工夫を凝らし、細孔に囲まれているコア部の断面形状を楕円形等の扁平な形状にする方法が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００５】
【非特許文献１】
K.Suzuki,et al,ELECTRONICS LETTERS,vol.37(2001) p.1399-1400
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フォトニッククリスタルファイバのコア部の断面形状を扁平な形状にするだけでは、偏波保持特性があまり高くなく、偏波保持ファイバとしては性能が劣ったものとなっていた。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高い偏波保持特性を有する偏波保持フォトニッククリスタルファイバを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、光伝搬領域と高屈折率のコアとをともに扁平にして長軸方向を略一致させた。
【０００９】
具体的には、請求項１に係る発明は、ファイバ中心軸を含んで該ファイバ中心軸方向に延びる光伝搬領域と、上記ファイバ中心軸方向に延び且つファイバ横断面において上記光伝搬領域の周囲に周期的に配置されている多数の孔を有するクラッドと、上記ファイバ中心軸上を延びて周囲よりも屈折率が高く且つ上記光伝搬領域内に存するコアと、を備え、上記光伝搬領域はファイバ横断面において扁平な形状を有し、上記コアはファイバ横断面において扁平な形状を有し、上記光伝搬領域と上記コアとの長軸の方向が略一致していることを特徴とする偏波保持フォトニッククリスタルファイバである。
【００１０】
ここで、扁平な形状とは、円形や正多角形等のように中心から略等距離に外周部が存する形状とは異なって、楕円形、長方形等のように平らな形状であって互いに直交する長軸と短軸を有する形状である。
【００１１】
請求項１の構成であれば、光伝搬領域とコアとが双方とも扁平形状で、かつそれらの長軸の方向が略一致しているので、双方の偏波保持機能に相乗効果が現れて偏波保持特性が向上する。
【００１２】
次に、請求項２の発明は、ファイバ中心軸を含んで該ファイバ中心軸方向に延びる光伝搬領域と、上記ファイバ中心軸方向に延び且つファイバ横断面において上記光伝搬領域の周囲に周期的に配置されている多数の孔を有するクラッドと、上記ファイバ中心軸上を延びて周囲よりも屈折率が高く且つ上記光伝搬領域をはみ出して存するコアと、を備え、上記光伝搬領域はファイバ横断面において扁平な形状を有し、上記コアはファイバ横断面において扁平な形状を有し、上記光伝搬領域と上記コアとの長軸の方向が略一致していることを特徴とする偏波保持フォトニッククリスタルファイバである。
【００１３】
請求項２の構成であれば、コアが光伝搬領域をはみ出して存しているが、請求項１と同様に光伝搬領域とコアとの双方の形状及び長軸の方向の略一致の効果で偏波保持特性が向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るフォトニッククリスタルファイバ１の端面を示す図である。また、図１０は、比較の形態１に係るフォトニッククリスタルファイバ２１の端面を示す図である。いずれも、石英からなっていて、径方向の最外部は中実なオーバークラッド部７であり、その内側はファイバ中心軸方向に延びる多数の小孔５，５，…と二つの大孔６，６とが周期的に配置されているクラッド４である。クラッド４のファイバ径方向の最もファイバ中心軸に近い部分には、ファイバ中心軸を挟んで対向する一対の大孔６，６と四個の小孔５，５，…が配置されて、これらが正六角形を形成している。これらの大孔６，６および小孔５，５，…に囲まれた部分が光伝搬領域３であり、本実施形態のフォトニッククリスタルファイバ１は、この光伝搬領域３内に高屈折率のコア２を有している。ここで、光伝搬領域３というのは、例えばファイバを構成する材質がファイバ中全て同じであるとしたときに、周期的に配置された多数の孔からなるフォトニッククリスタル構造により光が閉じ込められて伝搬し得る領域のことであり、ファイバ材質が全て同じであるときにはこの領域がコア部になる。
【００１６】
上記クラッド４における小孔５，５，…及び大孔６，６の配置は、隣り合う孔間の距離が全て同じであって隣接する三つの孔が正三角形をなす周期的な配置であり、この周期で光伝搬領域３の周囲に配置されている。そして光伝搬領域３は、このような孔の周期的配置の欠陥部分ともいえ、周期的に配置された孔が一つ消失している部分である。上記コア２は、その周囲の部分の材質の石英よりも屈折率が高く、具体的には、Ｇｅを添加している。
【００１７】
本実施形態および比較の形態１のフォトニッククリスタルファイバ１，２１は、いずれも偏波保持機能を有するが、両者の違いは、本実施形態に係るフォトニッククリスタルファイバ１にはファイバ中心軸上を延びる高屈折率のコア２が光伝搬領域３にあるのに対し、比較の形態１では周囲よりも高屈折率であるコア２がないことである。即ち、図３に示すように、比較の形態１のフォトニッククリスタルファイバ２１では、小孔５，５，…及び大孔６，６が取り囲む光伝搬領域３がコアとなって光を伝搬させるが、この光伝搬領域３が扁平な形状である楕円形状であって、この楕円の長軸方向と短軸方向との二つの偏波モードの伝搬定数に差が生じるため偏波保持機能を有する一方、本実施形態のフォトニッククリスタルファイバ１は、図２に示すように、比較の形態１の形状に加えて光伝搬領域３内に周囲よりも高屈折率で横断面が扁平形状である楕円形のコア２を有しており、この形状によっても偏波保持機能を発揮する。しかも光伝搬領域３とコア２との長軸の方向が一致しているので、光伝搬領域３の保持される偏波面とコア２の保持される偏波面とが一致し、従って両者の偏波保持機能が重畳され、いずれか一方のみでは得られない大きな偏波保持特性が得られる。
【００１８】
ここで、光伝搬領域３及びコア２の扁平な形状は直交する長軸と短軸とを備えているものであって、長軸の長さは短軸の長さの１．３〜５．０倍であると偏波保持特性が大きくなるため好ましい。また、この扁平な形状というのは、細長形状ということもできる。
【００１９】
次に、本実施形態に係るフォトニッククリスタルファイバ１の製造方法について説明する。
【００２０】
このフォトニッククリスタルファイバ１の母材は、図８にその中心部分の一部を示すように石英ロッド１３と石英キャピラリ１５，１６とを束ねて作製される。まず、Ｇｅが添加されたコア部１７を中心軸部分に備えた石英ロッド１３と、孔径の大きい二本の第二の石英キャピラリ１６，１６及び孔径の小さい多数の第一のの石英キャピラリ１５，１５，…と、これらのロッド１３及びキャピラリ１５，１６をその孔内に束ねて保持する大径の石英パイプ（図示せず）とを用意する。石英ロッド１３のコア部１７の径は石英ロッド１３外径の約１／２である。なお、これらの石英ロッド１３及び石英キャピラリ１５，１６は全て外径を同じにしている。また、石英パイプはオーバークラッド部となる。石英ロッド１３は、通常の高屈折率コア部を有する伝送ファイバの母材と同じ方法で母材作製後、所望の径にまで加熱延伸して作製する。石英キャピラリ１５，１６は石英棒材にそれぞれ所定の孔を開けた後、所望の径に加熱延伸して作製する。
【００２１】
次に、石英パイプの中心軸部分に石英ロッド１３を挿入し、石英ロッド１３を挟んで対向するように二本の第二の石英キャピラリ１６，１６を置き、石英ロッド１３周囲の残りの部分に四本の第一の石英キャピラリ１５，１５，…を置いて石英ロッド１３の周りを一重に取り囲む（図８）。それから、そのまわりに第一の石英キャピラリ１５，１５，…を石英パイプの内壁まで詰め込む。このように石英ロッド１３及び第一と第二の石英キャピラリ１５，１６を詰め込んだ石英パイプの両端を閉鎖した後に加熱延伸すると、石英ロッド１３、石英キャピラリ１５，１６及び石英パイプの相互の境界が溶融密着されるとともに、第二の石英キャピラリ１６，１６の方が第一の石英キャピラリ１５，１５，…よりも加熱延伸工程の間に石英ロッド１３を圧縮する力が大きいため、コア部１７が二本の第二の石英キャピラリ１６，１６の間で押しつぶされるかたちになり、図２に示す偏波保持フォトニッククリスタルファイバ１が出来上がる。
【００２２】
これまで述べてきたように、本実施形態ではフォトニッククリスタルファイバ１において光伝搬領域３の横断面形状とコア２の横断面形状とが双方ともに扁平で且つ長軸方向が同じなので、いずれか一方だけでは得られない大きな偏波保持特性が得られる。石英ロッド１３と石英キャピラリ１５，１６とを束ねて母材を作製し、それを加熱延伸して製造するので、所望の構造を簡単に形成できて製造も容易であり、製造コストも低くできる。
【００２３】
（実施形態２）
図５は、実施形態２に係るフォトニッククリスタルファイバ４１の端面を示す図である。また、図４は、比較の形態２に係るフォトニッククリスタルファイバ３１の端面を示す図である。実施形態２及び比較の形態２の孔５，５，…は全て同じ孔径であり、孔５，５，…の配置の周期性については実施形態１及び比較の形態１と同じである。また、光伝搬領域３は周期的に配置された孔５，５，…のうちファイバ中心軸のところの隣り合う二つの孔５，５をなくして中実とした領域であり、この部分が実施形態１及び比較の形態１と異なるところではあるが、実施形態２及び比較の形態２の光伝搬領域３はやはり扁平な楕円形状である。それ以外のコア２形状や作用効果は実施形態１と同様である。
【００２４】
本実施形態に係るフォトニッククリスタルファイバ４１の製造法は、母材への孔開け法である。即ち、中心軸部に断面楕円形状のＧｅ添加コア部を有する石英棒材（母材）に、中心軸方向に図５に示す配置で孔を開けて、その後加熱延伸してフォトニッククリスタルファイバ４１が得られるのである。この製造方法は、母材の所望の位置に孔を開けることができるので、所望の構造を簡単に形成できて製造も容易であり、製造コストも低くできる。
【００２５】
（実施形態３）
図６は、実施形態３に係るフォトニッククリスタルファイバ５１の端面を示す図である。本実施形態は、実施形態１とコア１２の断面形状が異なるだけで他のところは同じであるので、コア１２の形状のみを説明する。
【００２６】
本実施形態に係るフォトニッククリスタルファイバ５１のコア１２は光伝搬領域３内部にあって、コア１２の形状は長方形であり、その長軸方向は光伝搬領域３の長軸方向に一致している。従って、大きな偏波保持特性が得られる。また、その製造方法は、実施形態１に示した製造方法において石英ロッド１３の代わりに正方形のＧｅ添加石英角柱を用いるものである。
【００２７】
本実施形態の作用効果は実施形態１と同様である。
【００２８】
（実施形態４）
図７は、実施形態４に係るフォトニッククリスタルファイバ６１の端面を示す図である。本実施形態は、実施形態１とコア２２の断面形状及び存する範囲が異なるだけで他のところは同じであるので、コア２２の形状及び存する範囲のみを説明する。
【００２９】
本実施形態のコア２２は光伝搬領域３よりも断面形状が大きく、光伝搬領域３からはみ出して存している。さらに、コア２２が光伝搬領域３を全て含有しており、孔５，６により一部が削られている形状となっている。
【００３０】
本実施形態のフォトニッククリスタルファイバ６１は、実施形態２と同様にファイバ母材に孔を開けて製造する。また、本実施形態の作用効果は実施形態１と同様である。
【００３１】
（その他の実施形態）
これまで説明した実施形態は例に過ぎず、本発明はこれらの例に限定されない。製造方法はロッドとキャピラリとを束ねる方法でも母材に孔を開ける方法でもその他の方法でも構わない。実施形態１の製造方法において、図９に示すように石英ロッド１３のコア部１７が楕円形状であっても構わない。このときにはコア部１７の長軸方向が二つの第二の石英キャピラリ１６，１６を結んだ線と直交していることが好ましい。コア２，１２，２２にはＧｅ以外のもの、例えば希土類元素等を添加していても構わないし、コア以外の部分にＦ等を添加しても構わない。また、複数種の物質をそれぞれの場所に添加していても構わない。光伝搬領域３の形状も限定されず、菱形などでもよく、ほぼ扁平で長軸と短軸とが直交していればよいし、その外形線が滑らかではなく例えば鋸刃状のジグザグ形状であってもよい。コア２，１２，２２の形状も光伝搬領域３と同様である。孔５，６の形状も円形以外でも構わなく、例えば楕円形や正多角形などでもよい。孔の配置も、例えば、隣接する四つの孔が正方形又は長方形を形成している配置であっても構わないし、他の周期的な配置であってもよい。つまり、孔５，６の配置は、平面状の結晶構造配置であればよい。孔５，６の大きさもそれぞれ複数種類あっても構わないし、光伝搬領域３を取り囲む配置が、例えば、二つの小孔５，５がファイバ中心軸を挟んで対向するように配置され残りの四つが大孔６，６，…であってもよい。光伝搬領域３を取り囲む孔５，６は、少なくとも一重に取り囲んでいればよいが、二重以上に取り囲んでいることが光の閉じ込めの点で好ましく、三重以上であればより光の閉じ込めが効果的であるのでさらに好ましい。また、実施形態４において、コア２２は光伝搬領域３の全境界からはみ出していなくてもよく、一部からはみ出していればよい。
【００３２】
【実施例】
実施例及び比較例として、それぞれ実施形態１及び比較の形態１の形状のフォトニッククリスタルファイバ１，２１をそれぞれ作製した。それぞれのフォトニッククリスタルファイバ１，２１の小孔５の径は４．４μｍ、大孔６の径は８．３３μｍ、任意の隣接する孔５，６間距離は７．０７μｍとした。また、実施例のコア２は、屈折率を周囲よりも２．０％高く、長軸３．５μｍ、短軸１．４μｍとした。
【００３３】
偏波保持特性を表すモード複屈折率の値は、実施例に係るフォトニッククリスタルファイバ１の方が３．１１×１０^-3であり、比較例に係るフォトニッククリスタルファイバ２１の方が２．４５×１０^-3であった。即ち、実施例の方が２７％大きなモード複屈折率の値であり、優れた偏波保持機能を有していた。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に述べる効果を奏する。
【００３５】
孔に囲まれた光伝搬領域と高屈折率のコアとが、双方とも断面扁平形状でありかつ長軸が略一致しているので、大きな偏波保持特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１に係るフォトニッククリスタルファイバの端面の拡大斜視図である。
【図２】実施形態１に係るフォトニッククリスタルファイバの端面の一部拡大図である。
【図３】比較の形態１に係るフォトニッククリスタルファイバの端面の一部拡大図である。
【図４】比較の形態２に係るフォトニッククリスタルファイバの端面の一部拡大図である。
【図５】実施形態２に係るフォトニッククリスタルファイバの端面の一部拡大図である。
【図６】実施形態３に係るフォトニッククリスタルファイバの端面の一部拡大図である。
【図７】実施形態４に係るフォトニッククリスタルファイバの端面の一部拡大図である。
【図８】実施形態１に係るフォトニッククリスタルファイバの母材の一部拡大図である。
【図９】実施形態１に係るフォトニッククリスタルファイバの別の母材の一部拡大図である。
【図１０】比較の形態１に係るフォトニッククリスタルファイバの端面の拡大斜視図である。
【符号の説明】
１フォトニッククリスタルファイバ
２、１２、２２コア
３光伝搬領域
４クラッド
５小孔
６大孔
２１フォトニッククリスタルファイバ
３１フォトニッククリスタルファイバ
４１フォトニッククリスタルファイバ
５１フォトニッククリスタルファイバ
６１フォトニッククリスタルファイバ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarization maintaining photonic crystal fiber having a plurality of holes in a clad.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a photonic crystal fiber has attracted attention as a material that exhibits a large wavelength dispersion that cannot be obtained with a normal optical fiber including a core and a clad. This photonic crystal fiber is made of quartz, and is provided around the clad part to support the clad part in which a large number of pores extending in the axial direction of the optical fiber are periodically arranged. A solid overcladding portion is provided, and the entire light propagation region including the central axis of the fiber is usually the core portion surrounded by the hole of the cladding portion.
[0003]
On the other hand, a polarization maintaining fiber having high polarization stability is used for an optical fiber sensor utilizing polarization or interference, coherent optical fiber communication, or the like. A polarization-maintaining fiber is an optical fiber that uses birefringence, and the method of generating birefringence in an optical fiber is to change the material in the longitudinal and transverse directions in the cross section perpendicular to the axial direction of the optical fiber and change the refractive index There are a method of changing the distribution, a method of giving birefringence equivalently by applying different stresses to the core part from the vertical direction and the horizontal direction in the cross section. In other words, when the optical fiber is rotated 90 degrees around the central axis, the refractive index distribution (including the equivalent refractive index distribution) in the fiber cross section is not overlapped with the refractive index distribution before the rotation. Birefringence occurs in the fiber.
[0004]
The photonic crystal fiber is also being considered for use as a polarization maintaining photonic crystal fiber by taking advantage of its wavelength dispersion characteristics. To make a photonic crystal fiber into a polarization maintaining fiber, for example, devise the arrangement of the pores surrounding the core and make the cross-sectional shape of the core surrounded by the pores flat, such as an ellipse Is known (see, for example, Non-Patent Document 1).
[0005]
[Non-Patent Document 1]
K. Suzuki, et al, ELECTRONICS LETTERS, vol. 37 (2001) p.1399-1400
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, simply by making the cross-sectional shape of the core portion of the photonic crystal fiber flat, the polarization maintaining characteristic is not so high, and the performance as a polarization maintaining fiber is inferior.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a polarization maintaining photonic crystal fiber having high polarization maintaining characteristics.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, both the light propagation region and the high refractive index core are flattened so that the major axis directions are substantially coincident.
[0009]
Specifically, the invention according to claim 1 includes a light propagation region including a fiber center axis and extending in the fiber center axis direction, and extending in the fiber center axis direction and around the light propagation region in a fiber cross section. A clad having a plurality of holes arranged periodically, and a core extending on the fiber central axis and having a higher refractive index than the surroundings and existing in the light propagation region, wherein the light propagation region is a fiber A polarized wave having a flat shape in a cross section, the core having a flat shape in a fiber cross section, and a direction of a major axis of the light propagation region and the core being substantially coincident with each other Holding photonic crystal fiber.
[0010]
Here, the flat shape is a flat shape such as an ellipse or a rectangle that is orthogonal to each other, unlike a shape such as a circle or a regular polygon that has an outer periphery at an approximately equal distance from the center. The shape has a major axis and a minor axis.
[0011]
With the configuration of claim 1, since both the light propagation region and the core are flat and the directions of the major axes thereof are substantially coincident with each other, a synergistic effect appears in both polarization maintaining functions, and the polarization is Wave holding characteristics are improved.
[0012]
Next, the invention of claim 2 includes a light propagation region including a fiber center axis and extending in the fiber center axis direction, and extending periodically in the fiber cross section and around the light propagation region in a fiber cross section. A clad having a large number of holes arranged, and a core extending on the fiber central axis and having a higher refractive index than the surroundings and protruding from the light propagation region, wherein the light propagation region has a fiber cross section. A polarization maintaining photo, wherein the core has a flat shape in a fiber cross-section, and the directions of the major axes of the light propagation region and the core are substantially coincident with each other. Nick crystal fiber.
[0013]
With the configuration of claim 2, the core protrudes from the light propagation region. However, as in claim 1, the shape and major axis direction of both the light propagation region and the core are substantially matched. The polarization maintaining characteristic is improved.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram illustrating an end face of the photonic crystal fiber 1 according to the first embodiment. FIG. 10 is a diagram illustrating an end face of the photonic crystal fiber 21 according to the first comparative example. Both are made of quartz, and the outermost portion in the radial direction is a solid overcladding portion 7, and the inside thereof is a large number of small holes 5, 5... Extending in the fiber central axis direction and two large holes 6. 6 is a clad 4 arranged periodically. A pair of large holes 6, 6 and four small holes 5, 5,... Facing each other across the fiber center axis are arranged in a portion of the clad 4 closest to the fiber center axis in the fiber radial direction. A regular hexagon is formed. A portion surrounded by the large holes 6 and 6 and the small holes 5, 5,... Is a light propagation region 3, and the photonic crystal fiber 1 of the present embodiment has a high refractive index in the light propagation region 3. It has a core 2. Here, the light propagation region 3 means that light is confined by a photonic crystal structure made up of a large number of holes arranged periodically, for example, when the materials constituting the fiber are all the same in the fiber. This is a region that can be propagated, and this region becomes the core when the fiber materials are all the same.
[0016]
The arrangement of the small holes 5, 5,... And the large holes 6, 6 in the cladding 4 is a periodic arrangement in which all the distances between adjacent holes are the same and three adjacent holes form an equilateral triangle. It arrange | positions around the light propagation area | region 3 with this period. The light propagation region 3 is a portion where one periodically arranged hole disappears even though it is a defective portion of such a periodically arranged hole. The core 2 has a refractive index higher than that of quartz of the material around the core 2, and specifically, Ge is added.
[0017]
The photonic crystal fibers 1 and 21 of the present embodiment and the comparative embodiment 1 both have a polarization maintaining function, but the difference between the two is that the photonic crystal fiber 1 according to the present embodiment has a fiber center axis. The extending high-refractive-index core 2 is in the light propagation region 3, whereas the comparative example 1 has no higher-refractive-index core 2 than the surroundings. That is, as shown in FIG. 3, in the photonic crystal fiber 21 of Comparative Example 1, the light propagation region 3 surrounded by the small holes 5, 5,. The light propagation region 3 has an oblong shape that is a flat shape, and has a polarization maintaining function because a difference occurs in the propagation constant of the two polarization modes of the major axis direction and the minor axis direction of the ellipse. As shown in FIG. 2, the photonic crystal fiber 1 of the present embodiment has an elliptical shape having a higher refractive index than the surroundings and a flat cross section in the light propagation region 3 in addition to the shape of the comparative embodiment 1. The core 2 is provided, and this shape also exhibits the polarization maintaining function. In addition, since the major axis directions of the light propagation region 3 and the core 2 coincide with each other, the polarization plane held in the light propagation region 3 and the polarization plane held in the core 2 coincide with each other. The holding function is superimposed, and a large polarization holding characteristic that cannot be obtained by only one of them is obtained.
[0018]
Here, the flat shape of the light propagation region 3 and the core 2 is provided with a major axis and a minor axis that are orthogonal to each other, and the length of the major axis is 1.3-5. A value of 0 is preferable because the polarization maintaining characteristic is increased. In addition, this flat shape can also be referred to as an elongated shape.
[0019]
Next, a method for manufacturing the photonic crystal fiber 1 according to the present embodiment will be described.
[0020]
The base material of the photonic crystal fiber 1 is produced by bundling the quartz rod 13 and the quartz capillaries 15 and 16 as shown in a part of the central portion in FIG. First, a quartz rod 13 provided with a core portion 17 to which Ge is added at the central axis portion, two second quartz capillaries 16 and 16 having a large hole diameter, and a plurality of first quartz capillaries 15 having a small hole diameter, 15, and a large-diameter quartz pipe (not shown) for holding these rods 13 and capillaries 15 and 16 in a bundle. The diameter of the core portion 17 of the quartz rod 13 is about ½ of the outer diameter of the quartz rod 13. The quartz rod 13 and the quartz capillaries 15 and 16 all have the same outer diameter. Moreover, the quartz pipe becomes an over clad portion. The quartz rod 13 is manufactured by heating and stretching to a desired diameter after preparing a base material by the same method as the base material of a transmission fiber having a normal high refractive index core. The quartz capillaries 15 and 16 are produced by making predetermined holes in a quartz rod and then heating and stretching to a desired diameter.
[0021]
Next, the quartz rod 13 is inserted into the central axis portion of the quartz pipe, the two second quartz capillaries 16 and 16 are placed so as to face each other with the quartz rod 13 interposed therebetween, and the remaining portion around the quartz rod 13 is placed. Four first quartz capillaries 15, 15,... Are placed to surround the quartz rod 13 in a single layer (FIG. 8). Then, the first quartz capillaries 15, 15,... Are packed around the inner wall of the quartz pipe. When the quartz rod 13 and the quartz pipes packed with the first and second quartz capillaries 15 and 16 are closed and then heated and stretched, the boundary between the quartz rod 13, the quartz capillaries 15 and 16 and the quartz pipe is changed. Since the second quartz capillaries 16 and 16 have a greater force to compress the quartz rod 13 during the heating and stretching process than the first quartz capillaries 15, 15,. The polarization maintaining photonic crystal fiber 1 shown in FIG. 2 is completed by being crushed between the two second quartz capillaries 16 and 16.
[0022]
As described above, in the present embodiment, in the photonic crystal fiber 1, the cross-sectional shape of the light propagation region 3 and the cross-sectional shape of the core 2 are both flat and have the same major axis direction. A large polarization maintaining characteristic that cannot be obtained only with this method can be obtained. Since the base material is produced by bundling the quartz rod 13 and the quartz capillaries 15 and 16, and is manufactured by heating and stretching, a desired structure can be easily formed, the production is easy, and the production cost can be reduced.
[0023]
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a diagram illustrating an end face of the photonic crystal fiber 41 according to the second embodiment. FIG. 4 is a diagram showing an end face of the photonic crystal fiber 31 according to the second comparative example. The holes 5, 5,... Of the second embodiment and the comparative embodiment 2 all have the same diameter, and the periodicity of the arrangement of the holes 5, 5,... Is the same as that of the first embodiment and the first comparative embodiment. In addition, the light propagation region 3 is a solid region in which the two adjacent holes 5 and 5 at the fiber central axis are removed from the periodically disposed holes 5, 5,... Although different from Embodiment 1 and Comparison Embodiment 1, the light propagation region 3 of Embodiment 2 and Comparison Embodiment 2 is still a flat ellipse. Other core 2 shapes and operational effects are the same as those of the first embodiment.
[0024]
The manufacturing method of the photonic crystal fiber 41 according to the present embodiment is a method of punching a base material. That is, a hole is formed in the quartz rod (base material) having a Ge-added core portion having an elliptical cross section at the central axis in the arrangement shown in FIG. Is obtained. In this manufacturing method, since a hole can be formed at a desired position of the base material, a desired structure can be easily formed, manufacturing is easy, and manufacturing cost can be reduced.
[0025]
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a diagram illustrating an end face of the photonic crystal fiber 51 according to the third embodiment. Since the present embodiment is the same as the first embodiment except that the cross-sectional shape of the core 12 is different from the first embodiment, only the shape of the core 12 will be described.
[0026]
The core 12 of the photonic crystal fiber 51 according to the present embodiment is inside the light propagation region 3, the core 12 has a rectangular shape, and the major axis direction thereof coincides with the major axis direction of the light propagation region 3. . Therefore, a large polarization maintaining characteristic can be obtained. The manufacturing method uses a square Ge-added quartz prism instead of the quartz rod 13 in the manufacturing method shown in the first embodiment.
[0027]
The effect of this embodiment is the same as that of Embodiment 1.
[0028]
(Embodiment 4)
FIG. 7 is a diagram illustrating an end face of the photonic crystal fiber 61 according to the fourth embodiment. The present embodiment is the same as the first embodiment except for the cross-sectional shape and the existing range of the core 22 and the other parts are the same.
[0029]
The core 22 of this embodiment has a larger cross-sectional shape than the light propagation region 3 and protrudes from the light propagation region 3. Further, the core 22 contains the entire light propagation region 3 and has a shape that is partially cut away by the holes 5 and 6.
[0030]
The photonic crystal fiber 61 of this embodiment is manufactured by opening a hole in a fiber preform as in the second embodiment. The operational effects of this embodiment are the same as those of the first embodiment.
[0031]
(Other embodiments)
The embodiments described so far are merely examples, and the present invention is not limited to these examples. The manufacturing method may be a method of bundling rods and capillaries, a method of drilling holes in the base material, or other methods. In the manufacturing method of the first embodiment, the core portion 17 of the quartz rod 13 may be elliptical as shown in FIG. At this time, it is preferable that the major axis direction of the core portion 17 is orthogonal to the line connecting the two second quartz capillaries 16 and 16. A material other than Ge, for example, a rare earth element or the like may be added to the cores 2, 12, and 22, and F or the like may be added to portions other than the core. Moreover, you may add the multiple types of substance to each place. The shape of the light propagation region 3 is not limited, and may be a rhombus or the like, as long as it is almost flat and the major axis and the minor axis are orthogonal to each other, and the outline is not smooth, for example, a saw-tooth zigzag shape. May be. The shapes of the cores 2, 12, and 22 are the same as those of the light propagation region 3. The shape of the holes 5 and 6 may be other than circular, and may be, for example, an ellipse or a regular polygon. The arrangement of the holes may be, for example, an arrangement in which four adjacent holes form a square or a rectangle, or may be another periodic arrangement. That is, the holes 5 and 6 may be arranged in a planar crystal structure. The holes 5 and 6 may have a plurality of sizes, and the arrangement surrounding the light propagation region 3 is, for example, such that the two small holes 5 and 5 face each other across the fiber center axis, and the remaining four The holes may be large holes 6, 6,. The holes 5 and 6 surrounding the light propagation region 3 need only be surrounded at least in a single layer. However, it is preferable that the holes are surrounded more than double in terms of light confinement. If more than triple, the light confinement is more effective. More preferable. In the fourth embodiment, the core 22 does not have to protrude from the entire boundary of the light propagation region 3 and only needs to protrude from a part thereof.
[0032]
【Example】
As examples and comparative examples, photonic crystal fibers 1 and 21 having the shapes of the first embodiment and the first comparative embodiment were produced, respectively. The diameter of the small hole 5 of each photonic crystal fiber 1, 21 was 4.4 μm, the diameter of the large hole 6 was 8.33 μm, and the distance between any adjacent holes 5, 6 was 7.07 μm. Further, the core 2 of the example has a refractive index 2.0% higher than the surroundings, and the major axis is 3.5 μm and the minor axis is 1.4 μm.
[0033]
The value of the mode birefringence representing the polarization maintaining characteristic is 3.11 × 10 ⁻³ for the photonic crystal fiber 1 according to the example, and 2 for the photonic crystal fiber 21 according to the comparative example. It was 45 × 10 ⁻³ . That is, the example had a mode birefringence value 27% larger, and had an excellent polarization maintaining function.
[0034]
【The invention's effect】
The present invention is implemented in the form as described above, and has the following effects.
[0035]
The light propagation region surrounded by the hole and the high refractive index core both have a flat cross-sectional shape and the long axes substantially coincide with each other, and thus have a large polarization maintaining characteristic.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged perspective view of an end face of a photonic crystal fiber according to a first embodiment.
FIG. 2 is a partially enlarged view of an end face of the photonic crystal fiber according to the first embodiment.
FIG. 3 is a partially enlarged view of an end face of a photonic crystal fiber according to Comparative Example 1.
FIG. 4 is a partially enlarged view of an end face of a photonic crystal fiber according to Comparative Example 2.
FIG. 5 is a partially enlarged view of the end face of the photonic crystal fiber according to the second embodiment.
6 is a partially enlarged view of an end face of a photonic crystal fiber according to Embodiment 3. FIG.
FIG. 7 is a partially enlarged view of an end face of a photonic crystal fiber according to a fourth embodiment.
FIG. 8 is a partially enlarged view of the base material of the photonic crystal fiber according to the first embodiment.
FIG. 9 is a partially enlarged view of another base material of the photonic crystal fiber according to the first embodiment.
FIG. 10 is an enlarged perspective view of an end face of a photonic crystal fiber according to a first comparative embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Photonic crystal fiber 2, 12, 22 Core 3 Light propagation area | region 4 Cladding 5 Small hole 6 Large hole 21 Photonic crystal fiber 31 Photonic crystal fiber 41 Photonic crystal fiber 51 Photonic crystal fiber 61 Photonic crystal fiber

Claims

A quartz rod having a high refractive index core in the central axis portion, a plurality of first quartz capillaries, and two second quartz capillaries having a hole diameter larger than that of the first quartz capillary and substantially equal to the outer diameter; Preparing a quartz pipe for bundling the quartz rod and the first and second quartz rods and holding them in the holes;
Inserting a quartz rod into the central axis of the quartz pipe;
Placing the two second quartz capillaries in a quartz pipe so as to face each other across the quartz rod;
Placing the four first quartz capillaries on the remaining portion around the quartz rod;
Packing the first quartz capillary up to the inner wall of the quartz pipe around the first and second quartz capillaries surrounding the quartz rod;
Closing both ends of the quartz pipe;
Step A for heating and stretching the quartz pipe with both ends closed;
Including
In the step A, the high refractive index core portion of the quartz rod is crushed more in the direction sandwiched between the second quartz capillaries than in the direction sandwiched between the first quartz capillaries in the fiber cross section. A method of manufacturing a polarization-maintaining photonic crystal fiber, in which a flat core having a refractive index higher than that of the surrounding is formed.

A quartz rod having a high refractive index core in the central axis portion, a plurality of first quartz capillaries, four second quartz capillaries having a larger hole diameter than the first quartz capillaries and substantially the same outer diameter; Preparing a quartz pipe for bundling the quartz rod and the first and second quartz rods and holding them in the holes;
Inserting a quartz rod into the central axis of the quartz pipe;
Placing the two first quartz capillaries in a quartz pipe so as to face each other across the quartz rod;
Placing the four second quartz capillaries on the remaining portion around the quartz rod;
Packing the first quartz capillary up to the inner wall of the quartz pipe around the first and second quartz capillaries surrounding the quartz rod;
Closing both ends of the quartz pipe;
Step A for heating and stretching the quartz pipe with both ends closed;
Including
In the step A, the high refractive index core portion of the quartz rod is crushed more in the direction sandwiched between the second quartz capillaries than in the direction sandwiched between the first quartz capillaries in the fiber cross section. A method of manufacturing a polarization-maintaining photonic crystal fiber, in which a flat core having a refractive index higher than that of the surrounding is formed.