JP5191982B2 - Optical fiber - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバに関するものである。 The present invention relates to an optical fiber.
フォトニックバンドギャップファイバ(photonic bandgap fiber、以下「PBGF」という場合がある。)は、コア領域と、このコア領域を取り囲むクラッド領域と、このクラッド領域を取り囲むジャケット領域とを有し、クラッド領域は、ファイバ軸に垂直な断面において低屈折率背景領域に高屈折率領域が三角格子状に配列された二次元周期構造を有し、コア領域は、断面の中央部における二次元周期構造の欠陥によって形成されている光ファイバである。なお、屈折率分布はファイバ軸に沿って一様である。 A photonic bandgap fiber (hereinafter sometimes referred to as “PBGF”) has a core region, a cladding region surrounding the core region, and a jacket region surrounding the cladding region. In the cross section perpendicular to the fiber axis, the low refractive index background area has a two-dimensional periodic structure in which high refractive index areas are arranged in a triangular lattice pattern. It is an optical fiber formed. The refractive index distribution is uniform along the fiber axis.
PBGFのコア領域は、断面における二次元周期構造のうちの或る1つの格子点において高屈折率領域が取り除かれることで形成される場合(以下「1セルコア型」という。)の他、二次元周期構造の周期構造のうちの或る1つの格子点と、この格子点の周囲にある直近の6つの格子点とにおいて、高屈折率領域が取り除かれることで形成される場合(以下「7セルコア型」という。)がある。また、PBGFのコア領域は、これら7つの格子点の周囲にある直近の12個の格子点においても高屈折率領域が取り除かれることで形成される場合(以下「19セルコア型」という。)がある。 The core region of the PBGF is formed by removing a high refractive index region at a certain lattice point in the two-dimensional periodic structure in the cross section (hereinafter referred to as “one-cell core type”) and two-dimensional. When a high refractive index region is removed from one lattice point of the periodic structure of the periodic structure and the six nearest lattice points around the lattice point (hereinafter referred to as “7 cell core”). Called "type"). In addition, the core region of PBGF may be formed by removing the high refractive index region at the 12 nearest lattice points around these seven lattice points (hereinafter referred to as “19-cell core type”). is there.
このようなPBGFは、クラッド領域における二次元周期構造に由来する透過帯域および遮断帯域を有している。PBFGにおいて最も長波長側にある透過帯域である第1フォトニックバンドギャップ(PBG)は、高次のPBGと比較して、帯域幅が広く、バンドエッジの底が深い。したがって、高次のPBGに含まれる波長の光を伝搬させる場合と比較して、第1PBGに含まれる波長の光を伝搬させる場合には、曲げ損失を低減することができるとともに、製造誤差による特性劣化を抑制することができることが予想される。 Such PBGF has a transmission band and a stop band derived from the two-dimensional periodic structure in the cladding region. The first photonic band gap (PBG), which is the transmission band on the longest wavelength side in the PBFG, has a wider bandwidth and a deeper band edge than the higher-order PBG. Therefore, compared with the case where light having a wavelength included in a higher-order PBG is propagated, bending light can be reduced and characteristics due to manufacturing errors can be reduced when light having a wavelength included in the first PBG is propagated. It is expected that deterioration can be suppressed.
1セルコア型のものと比較して、7セルコア型のPBGFは、クラッド領域における二次元周期構造における高屈折率領域の配置の周期(ピッチ)Λを小さくすることができる。クラッド領域における二次元周期構造によるフォトニックバンドダイアグラムを考慮すると、一般に、周期構造のピッチΛを小さくするほど、バンドギャップを深くすることができ、曲げ損失を小さくする設計が可能である。さらに、第1PBGによる光伝搬を行う場合、1セルコア型のPBGFでは閉じ込め損失が大きい問題があるが、7セルコア型のPBGFは第1PBGであっても閉じ込め損失を低減させることが可能である。 Compared with the one-cell core type, the seven-cell core type PBGF can reduce the period (pitch) Λ of the arrangement of the high refractive index regions in the two-dimensional periodic structure in the cladding region. Considering a photonic band diagram having a two-dimensional periodic structure in the cladding region, generally, the smaller the pitch Λ of the periodic structure, the deeper the band gap and the smaller the bending loss. Further, when light propagation is performed by the first PBG, there is a problem that the confinement loss is large in the 1-cell core type PBGF, but the confinement loss can be reduced even in the case of the 7-cell core type PBGF.
しかし、1セルコア型のものと比較して、7セルコア型のPBGFは、高次モードが出現し易く、シングルモード動作を維持するのは困難である。7セルコア型のPBGFでシングルモード性を維持するには、d/Λパラメータを1セル型より小さく調整すれば良いが、これはバンドギャップを浅くすることになり、曲げ損低減の効果がなくなる。つまり、7セルコア型でバンドギャップを深く維持したまま、シングルモード性を維持することは困難であり、結局、1セルコア型に対する優位性は実現され難かった。 However, in comparison with the 1-cell core type, the 7-cell core type PBGF is likely to exhibit a higher-order mode, and it is difficult to maintain the single-mode operation. In order to maintain the single mode property in the 7-cell core type PBGF, the d / Λ parameter may be adjusted to be smaller than that in the 1-cell type. However, this results in a shallow band gap, and the effect of reducing the bending loss is lost. That is, it is difficult to maintain the single mode while maintaining the band gap deeply in the 7-cell core type, and it is difficult to realize the superiority over the 1-cell core type.
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、曲げ損失を低く抑えながら、シングルモード動作と大きな実効断面積とを両立させることが容易な光ファイバを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical fiber that can easily achieve both a single mode operation and a large effective area while suppressing bending loss. To do.
本発明に係る光ファイバは、コア領域と、このコア領域を取り囲む第1クラッド領域と、この第1クラッド領域を取り囲む第2クラッド領域と、この第2クラッド領域を取り囲むジャケット領域とを備え、ファイバ軸に沿って一様な屈折率分布を有し、第1クラッド領域および第2クラッド領域は、ファイバ軸に垂直な断面において低屈折率背景領域に複数の高屈折率領域が設けられており、第1クラッド領域は、断面において三角格子状の二次元周期構造の各格子点に高屈折率領域が設けられ、第2クラッド領域は、断面において二次元周期構造のうちの特定の格子点を除いたハニカム状周期構造の各格子点に高屈折率領域が設けられ、コア領域は、断面の中央部における二次元周期構造のうちの1つの格子点と、この格子点の周囲にある直近の6つの格子点とにおいて、高屈折率領域が取り除かれた周期構造欠陥によって形成されている、ことを特徴とする。本発明に係る光ファイバは、コア領域の周囲に上記のような第1クラッド領域および第2クラッド領域を有することにより、容易にシングルモード動作と大きな実効断面積とを両立させることができる。 An optical fiber according to the present invention includes a core region, a first cladding region surrounding the core region, a second cladding region surrounding the first cladding region, and a jacket region surrounding the second cladding region. The first cladding region and the second cladding region have a plurality of high refractive index regions in a low refractive index background region in a cross section perpendicular to the fiber axis. The first cladding region is provided with a high refractive index region at each lattice point of the triangular lattice-shaped two-dimensional periodic structure in the cross section, and the second cladding region excludes specific lattice points in the two-dimensional periodic structure in the cross section. A high refractive index region is provided at each lattice point of the honeycomb-shaped periodic structure, and the core region is located around one lattice point of the two-dimensional periodic structure in the center of the cross section and around this lattice point. In six grid points near the high refractive index region is formed by a periodic structure defects removed, characterized in that. Since the optical fiber according to the present invention has the first cladding region and the second cladding region as described above around the core region, it is possible to easily achieve both a single mode operation and a large effective area.
本発明に係る光ファイバでは、第2クラッド領域は、断面において特定の格子点に高屈折率領域より低い屈折率を有する領域が設けられているのも好適である。この場合には、高次モード抑圧機能を高めることができ、或いは、基底モードの閉じ込め損失を低減することができる。 In the optical fiber according to the present invention, it is also preferable that the second cladding region is provided with a region having a refractive index lower than that of the high refractive index region at a specific lattice point in the cross section. In this case, the higher-order mode suppression function can be enhanced, or the confinement loss in the base mode can be reduced.
本発明に係る光ファイバは、容易にシングルモード動作と大きな実効断面積とを両立させることができる。 The optical fiber according to the present invention can easily achieve both a single mode operation and a large effective area.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、比較例の光ファイバと対比しつつ、本実施形態の光ファイバについて説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. Further, the optical fiber of the present embodiment will be described in comparison with the optical fiber of the comparative example.
図1は、比較例の光ファイバ(PBGF)1の断面図である。図2は、本実施形態の光ファイバ(PBGF)2の断面図である。これらの図は、PBGF1,2それぞれのファイバ軸に垂直な断面を示している。PBGF1,2それぞれは、オールソリッドのものであって、空孔を有しない。また、PBGF1,2それぞれは7セルコア型のものである。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical fiber (PBGF) 1 of a comparative example. FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical fiber (PBGF) 2 of the present embodiment. These drawings show cross sections perpendicular to the fiber axes of the
図1に示される比較例のPBGF1は、コア領域10と、このコア領域10を取り囲むクラッド領域20Aと、このクラッド領域20Aを取り囲むジャケット領域30とを有し、ファイバ軸に沿って一様である屈折率分布を有する光ファイバである。
The
PBGF1のクラッド領域20Aは、ファイバ軸に垂直な断面において、低屈折率背景領域22に高屈折率領域21が三角格子状に配列された二次元周期構造を有する。コア領域10は、断面の中央部における二次元周期構造の7つの格子点の欠陥によって形成されている。また、PBGF1は、クラッド領域20Aの断面における屈折率分布の二次元周期構造に由来する透過帯域および遮断帯域を有する。
The
具体的には、PBGF1のクラッド領域20Aの断面における屈折率分布の二次元周期構造は、二次元三角格子の各格子点上に配置された高屈折率領域21と、略均一の屈折率を有する低屈折率背景領域22とからなる。断面の中央部において高屈折率領域21が欠けている領域がコア領域10となる。
Specifically, the two-dimensional periodic structure of the refractive index distribution in the cross section of the
PBGF1のクラッド領域20Aの高屈折率領域21の屈折率は、低屈折率背景領域22の屈折率と比べて高い。例えば、高屈折率領域21は、Ge,Cl,Ti,Alのうち少なくとも1種の元素が添加されたシリカガラスからなる。また、低屈折率背景領域22は、純シリカガラスまたはF,B,Clのうち少なくとも1種の元素が添加されたシリカガラスからなる。あるいは、高屈折率領域と低屈折率領域の両方に共通の元素を添加して各領域での添加量を調整することで、所望の屈折率を得ることも可能である。さらに一方または両方の領域に複数の元素を共添加して所望の屈折率を得ることも可能である。
The refractive index of the high
図2に示される実施形態のPBGF2は、コア領域10と、このコア領域10を取り囲む第1クラッド領域20Aと、この第1クラッド領域20Aを取り囲む第2クラッド領域20Bと、この第2クラッド領域20Bを取り囲むジャケット領域30とを有し、ファイバ軸に沿って一様である屈折率分布を有する光ファイバである。
The PBGF2 of the embodiment shown in FIG. 2 includes a
PBGF2の第1クラッド領域20Aおよび第2クラッド領域20Bは、ファイバ軸に垂直な断面において低屈折率背景領域22に複数の高屈折率領域21が設けられている。第1クラッド領域20Aは、断面において三角格子状の二次元周期構造の各格子点に高屈折率領域21が設けられている。第2クラッド領域20Bは、断面において三角格子状の二次元周期構造のうちの特定の格子点を除いたハニカム状周期構造の各格子点に高屈折率領域21が設けられている。コア領域10は、断面の中央部における二次元周期構造のうちの1つの格子点と、この格子点の周囲にある直近の6つの格子点とにおいて、高屈折率領域が取り除かれた周期構造欠陥によって形成されている。
In the
図1に示された比較例のPBGF1と比較すると、図2に示される本実施形態のPBGF2は、第1クラッド領域20Aの外側に第2クラッド領域20Bが設けられていて、この第2クラッド領域20Bの断面においてハニカム状周期構造の各格子点に高屈折率領域21が設けられている点で相違する(図3(b))。なお、図2に示される本実施形態のPBGF2の第1クラッド領域20Aは、図1に示された比較例のPBGF1のクラッド領域20Aと同じく、断面において三角格子状の二次元周期構造の各格子点に高屈折率領域21が設けられている(図3(a))。
Compared with the PBGF1 of the comparative example shown in FIG. 1, the PBGF2 of this embodiment shown in FIG. 2 is provided with a
図4は、比較例の光ファイバ(PBGF)1の閉じ込め損失の波長依存性を示す図である。図5は、本実施形態の光ファイバ(PBGF)2の閉じ込め損失の波長依存性を示す図である。図6は、比較例の光ファイバ(PBGF)1のフォトニックバンド図である。また、図7は、本実施形態の光ファイバ(PBGF)2のフォトニックバンド図である。図6および図7それぞれにおいて、横軸は規格化周波数Vであり、ハッチ領域は光が存在できない遮断帯域である。 FIG. 4 is a diagram showing the wavelength dependence of the confinement loss of the optical fiber (PBGF) 1 of the comparative example. FIG. 5 is a diagram showing the wavelength dependence of the confinement loss of the optical fiber (PBGF) 2 of the present embodiment. FIG. 6 is a photonic band diagram of an optical fiber (PBGF) 1 of a comparative example. FIG. 7 is a photonic band diagram of the optical fiber (PBGF) 2 of the present embodiment. In each of FIGS. 6 and 7, the horizontal axis is the normalized frequency V, and the hatched area is a cutoff band where no light can exist.
何れの場合においても、クラッド領域20Aの断面における高屈折率領域21の配置周期Λを7.0μmとし、高屈折率領域21の直径dと高屈折率領域21の配置周期Λとの比(d/Λ)の値を0.4とした。また、高屈折率領域21をステップインデックス型とし、低屈折率背景領域22の屈折率nlowを1.45とし、高屈折率領域21の屈折率nhighを1.48とし、径方向の高屈折率領域21の層数を6とした。
In any case, the arrangement period Λ of the high
図4に示されるように、比較例のPBGF1では、基底モードと高次モードとの閉じ込め損失の差は最大でも2桁程度である。これに対して、図5に示されるように、本実施形態のPBGF2では、基底モードと高次モードとの閉じ込め損失の差は5桁以上が可能である。すなわち、比較例のPBGF1と比較して、本実施形態のPBGF2は、より実効的なシングルモード動作が可能である。また、本実施形態のPBGF2は、7セルコア型であるので、大きな実効断面積を有することが可能である。 As shown in FIG. 4, in PBGF1 of the comparative example, the difference in confinement loss between the fundamental mode and the higher order mode is about two digits at the maximum. On the other hand, as shown in FIG. 5, in the PBGF2 of the present embodiment, the difference in confinement loss between the fundamental mode and the higher-order mode can be 5 digits or more. That is, compared with PBGF1 of the comparative example, the PBGF2 of the present embodiment can perform a more effective single mode operation. In addition, since the PBGF2 of this embodiment is a 7-cell core type, it can have a large effective area.
図6と図7とを対比して判るように、比較例のPBGF1と比較すると、本実施形態のPBGF2は、第1クラッド領域20Aの外側に第2クラッド領域20Bが設けられていて、この第2クラッド領域20Bの断面においてハニカム状周期構造の各格子点に高屈折率領域21が設けられていることにより、ハニカム状周期構造の格子点に囲まれた領域に光が局在できるようになる。この光が局在できる領域に高次モードを結合させることで、高次モードを効果的に漏洩させることができる。
As can be seen by comparing FIG. 6 and FIG. 7, when compared with the PBGF1 of the comparative example, the PBGF2 of the present embodiment is provided with the
このことから、本実施形態のPBGF2は、基底モードの閉じ込め損失が小さい一方で、高次モードの閉じ込め損失を大きくすることができるので、より実効的なシングルモード動作が可能となる。これに対して、比較例のPBFG1は、高次モードの閉じ込め損失も小さいので、実効的なシングルモード動作が困難である。 From this, the PBGF2 of the present embodiment has a small fundamental mode confinement loss, but can increase the confinement loss of the higher-order mode, so that a more effective single mode operation is possible. On the other hand, the PBFG1 of the comparative example has a small high-order mode confinement loss, so that it is difficult to perform an effective single mode operation.
図8は、変形例の光ファイバ(PBGF)3の断面図である。この図に示されるPBGF3は、コア領域10と、このコア領域10を取り囲む第1クラッド領域20Aと、この第1クラッド領域20Aを取り囲む第2クラッド領域20Cと、この第2クラッド領域20Cを取り囲むジャケット領域30とを備え、ファイバ軸に沿って一様な屈折率分布を有する。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a modified optical fiber (PBGF) 3. The
PBGF3の第2クラッド領域20Cは、断面において三角格子状の二次元周期構造のうちの特定の格子点を除いたハニカム状周期構造の各格子点に高屈折率領域21が設けられ、加えて、上記特定の格子点に高屈折率領域21より低い屈折率を有する第3屈折率領域23が設けられている。このような構成のPBGF3は、基底モードの閉じ込め損失の増加と引き換えに高次モード抑圧機能を高めることができ、或いは、高次モード抑圧機能の低下と引き換えに基底モードの閉じ込め損失を低減することができる。
The
1〜3…光ファイバ(PBGF)、10…コア領域、20A…第1クラッド領域、20B,20C…第2クラッド領域、21…高屈折率領域、22…低屈折率背景領域、23…第3屈折率領域、30…ジャケット領域。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-3 ... Optical fiber (PBGF), 10 ... Core area | region, 20A ... 1st clad area | region, 20B, 20C ... 2nd clad area | region, 21 ... High refractive index area | region, 22 ... Low refractive index background area | region, 23 ... 3rd Refractive index region, 30 ... jacket region.
Claims (2)
ファイバ軸に沿って一様な屈折率分布を有し、
前記第1クラッド領域および前記第2クラッド領域は、ファイバ軸に垂直な断面において低屈折率背景領域に複数の高屈折率領域が設けられており、
前記第1クラッド領域は、前記断面において三角格子状の二次元周期構造の各格子点に高屈折率領域が設けられ、
前記第2クラッド領域は、前記断面において前記二次元周期構造のうちの特定の格子点を除いたハニカム状周期構造の各格子点に高屈折率領域が設けられ、
前記コア領域は、前記断面の中央部における前記二次元周期構造のうちの1つの格子点と、この格子点の周囲にある直近の6つの格子点とにおいて、高屈折率領域が取り除かれた周期構造欠陥によって形成されている、
ことを特徴とする光ファイバ。 A core region, a first cladding region surrounding the core region, a second cladding region surrounding the first cladding region, and a jacket region surrounding the second cladding region,
Having a uniform refractive index profile along the fiber axis;
The first cladding region and the second cladding region are provided with a plurality of high refractive index regions in a low refractive index background region in a cross section perpendicular to the fiber axis,
The first cladding region is provided with a high refractive index region at each lattice point of the triangular lattice-shaped two-dimensional periodic structure in the cross section,
The second cladding region is provided with a high refractive index region at each lattice point of the honeycomb-like periodic structure excluding specific lattice points of the two-dimensional periodic structure in the cross section,
The core region is a period in which a high refractive index region is removed from one lattice point of the two-dimensional periodic structure in the center of the cross section and the six nearest lattice points around the lattice point. Formed by structural defects,
An optical fiber characterized by that.
2. The light according to claim 1, wherein the second cladding region is provided with a third refractive index region having a lower refractive index than the high refractive index region at the specific lattice point in the cross section. fiber.
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