JP5317473B2 - コア・リングを有するフォトニック−バンドギャップ・ファイバ - Google Patents
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Description
本出願は、2004年9月10日付の米国特許出願第10/938,755号の部分継続出願であり、この出願は、その全体がここでの言及によって本明細書に組み込まれたものとする。さらに、本出願は、2004年5月8日付の米国特許仮出願第60/569,271号の米国特許法セクション119(e)に規定の優先権の利益を主張する。この出願も、その全体がここでの言及によって本明細書に組み込まれたものとする。
発明の分野
本出願は、光を伝搬するための光ファイバの分野にあり、さらに詳しくは、中空のコアまたはクラッド材料よりも屈折率が低いコアを有するフォトニック−バンドギャップ・ファイバの分野にある。
近年において、フォトニック−バンドギャップ・ファイバ(PBF)が、その従来からのファイバに対する独特の利点ゆえに、大きな興味を集めてきている。とくに、空気コアのPBFにおいては、伝搬損失がコア材料によって制約されず、伝搬損失をきわめて低くできるものと期待される。空気コアのPBFにおいては、非線形効果がきわめて小さく、或る特定のPBFにおいては、所望の光物質の相互作用を生じるべく、コアを液体または気体で満たすことが可能である。近年において、これらの利点によって可能になる多数の新規な用途が、実証されてきている。そのような用途は、例えば、Burak Temelkuranらの「Wavelength−scalable hollow optical fibres with large photonic bandgaps for CO2 laser transmission」、Nature、Vol.420、2002年12月12日、650−653頁;Dimitri G.Ouzounovらの「Dispersion and nonlinear propagation in air−core photonic band−gap fibers」、Proceedings of Conference on Laser and Electro−Optics(CLEO)2003、Baltimore、USA、2003年6月1〜6日、論文CThV5、2頁;M.J.Rennらの「Laser−Guided Atoms in Hollow−Core Optical Fibers」、Physical Review Letters、Vol.75、No.18、1995年10月30日、3253−3256頁;F.Benabidらの「Particle levitation and guidance in hollow−core photonic crystal fiber」、Optics Express、Vol.10、No.21、2002年10月21日、1195−1203頁;およびKazunori Suzukiらの「Ultrabroad band white light generation from a multimode photonic bandgap fiber with an air core」、Proceedings of Conference on Laser and Electro−Optics(CLEO)2001、論文WIPD1−11、24−25頁に記載されている。これらは、ここでの言及によって本明細書に取り入れられたものとする。
ce of Light in Air」、Science、Vol.285、1999年9月3日、1537−1539頁;Jes Broengらの「Analysis of air guiding photonic bandgap fibers」、Optics Letters、Vol.25、No.2、2000年1月15日、96−98頁;およびJes Broengらの「Photonic Crystal Fibers:A New Class of Optical Waveguides」、Optical Fiber Technology、Vol.5、1999年、305−330頁に報告されている。これらは、ここでの言及によって本明細書に取り入れられたものとする。
Sons、New York、1984年、209−214頁、とくには210頁;およびJ.D.Joannopoulosらの「Photonic Crystals:Molding the flow of light」、Princeton University Press、Princeton、New Jersey、1995年、54−77頁、とくには73頁を参照されたい。さらには、上述したF.Ramos−Mendietaらの「Surface electromagnetic waves in two−dimensional photonic ciystals:effect of the position of the surface plane」を参照されたい。例えば、空気中の誘電ロッドで作られたフォトニック結晶においては、終端がロッドを切断する場合にのみ、表面モードが引き起こされる。空気のみを切断する終端は、表面モードを引き起こすためには弱すぎる。例えば、上述のJ.D.Joannopoulosらの「Photonic Crystals:Molding the
flow of light」を参照されたい。
evices、A.Adibiら(eds.)、Proceedings of SPIE、Vol.5000、2003年、161−174頁;Wah Tung Lauらの「Creating large bandwidth line defects by embedding dielectric waveguides into photonic crystal slabs」、Applied Physics Letters、Vol.81、No.21、2002年11月18日、3915−3917頁;Dirk Mullerらの「Measurement of Photonic
Band−gap Fiber Transmission from 1.0 to
3.0 μm and Impact of Surface Mode Coupling」、Proceedings of Conference on Laser and Electro−Optics(CLEO)2003、Baltimore、USA、2003年6月1〜6日、論文QTuL2、2頁;Hyang Kyun Kimらの「Designing air−core photonic−bandgap fibers free of surface modes」、IEEE Journal of Quantum Electronics、Vol.40、No.5、2004年5月、551−556頁;およびMichel J.F.Digonnetらの「Simple geometric criterion to predict the
existence of surface modes in air−core photonic−bandgap fibers」、Optics Express、Vol.12、No.9、2004年5月、1864−1872頁を参照されたい。これらは、ここでの言及によって本明細書に取り入れられたものとする。さらには、上述のJ.D.Joannopoulosらの「Photonic Crystals:Molding the flow of light」;A.Yarivらの「Optical
Waves in Crystals:Propagation and Control of Laser Radiation」;およびF.Ramos−Mendietaらの「Surface electromagnetic waves in two−dimensional photonic crystals:effect of the position of the surface plane」を参照されたい。
うる。表面モードが、それらのエネルギー密度がファイバの誘電体において高いがゆえに本質的に損失が多いため、このような結合は、伝搬損失の原因である。さらに、表面モードが、全バンドギャップにわたって生じるため、利用できるスペクトルのいかなる部分も、この損失の機構から免れられない。最近の研究結果において、表面モードがCorning社製の13−dB/kmの空気コアPBFにおいて伝送帯域幅の減少の原因であることが、実証されている。例えば、N.Venkataramanらの「Low loss(13 dB/km)air core photonic band− gap fibre」、Proceedings of European Conference on Optical Communication、ECOC 2002、Copenhagen、Denmark、PostDeadline Session 1、PostDeadline Paper PD1.1、2002年9月12日;およびC.M.Smithらの「Low−loss hollow−core silica/air photonic bandgap fibre」、Nature、Vol.424、No.6949、2003年8月7日、657−659頁を参照されたい。これらは、ここでの言及によって本明細書に取り入れられたものとする。この作用が、この空気コア・フォトニック−バンドギャップ・ファイバにおいて残る損失(約13dB/km)の原因であると考えられる。例えば、上述のDouglas C.Allanらの「Photonic Crystals Materials and Devices」を参照されたい。したがって、表面モードの物理的起源を理解し、そのようなモードが全バンドギャップにわたって存在しないファイバ構成を特定することが、今も続けられている低損失のPBFの追及において重要である。
或るいくつかの実施形態においては、フォトニック−バンドギャップ・ファイバが、第1の屈折率を有する第1の材料であって、第2の材料のパターンを自身に形成して有している第1の材料からなるフォトニック結晶格子を有している。第2の材料は、第1の屈折率よりも小さい第2の屈折率を有している。このフォトニック結晶格子は、最高周波数のバルク・モードの強度ローブを支持する複数の第1の領域と、最高周波数のバルク・モードの強度ローブを支持しない複数の第2の領域とを有している。このフォトニック−バンドギャップ・ファイバは、フォトニック結晶格子に形成された中央のコアをさらに有している。このフォトニック−バンドギャップ・ファイバは、外周を有するコア・リングをさらに有している。コア・リングが中央のコアを囲み、コア・リングの外周が、フォトニック結晶格子の前記第2の領域のみを通過している。
ギャップ・ファイバが、さらに中央のコアを、フォトニック結晶格子に形成して有している。このフォトニック−バンドギャップ・ファイバは、さらに、おおむね円形の断面および外周を有するコア・リングを有している。コア・リングが中央のコアを囲んでおり、コア・リングが、当該ファイバの基本モード分散曲線から実質的に切り離された分散曲線を有するリング表面モードを誘起する。
本明細書に開示されるいくつかの実施形態は、数値シミュレーションを使用したPBFのコア・モードおよび表面モードの特性についての調査において得られた情報にもとづいている。調査においては、最も一般的なPBFジオメトリ、すなわちクラッドに円柱形の空気穴からなる周期的な三角形パターンを有し、空気欠陥を導入することによって得た円形のコアを有しているファイバに、焦点をあてた。そのようなファイバは、例えば、すでに述べたR.F.Creganらの「Single−Mode Photonic Band Gap Guidance of Light in Air」;Jes Broengらの「Analysis of air−guiding photonic bandgap fibers」;およびJes Broengらの「Photonic Crystal Fibers:A new class of optical waveguides, Optical Fiber Technology」に記載されている。結果は、広い範囲の空気穴パターン(例えば、六角形パターン、正方形パターン
、など)、穴形状、コア形状、およびコア・リング形状にも当てはまる。結果は、他のフォトニック−バンドギャップ・ファイバ、すなわち同じフォトニック−バンドギャップの原理にもとづいて動作する類似のジオメトリを有するが、コアが必ずしも空気で満たされておらず(例えば、コアが他の気体、真空、液体、または固体で満たされている)、クラッドの穴が必ずしも空気で満たされておらず(例えば、クラッドの穴が他の気体、真空、液体、または固体で満たされている)、クラッドの中実部分またはコアが必ずしもシリカで作られていない(例えば、他の固体または複数の固体で作られている)ファイバにも、当てはまる。本明細書において使用されるとき、固体または液体で満たされていない穴またはコアは、本明細書において、中空であると称される。ここで、コア、クラッド穴、およびクラッドの中実部分を構成する材料のそれぞれの屈折率が、或るいくつかの実施形態においては、当該ファイバ構造がフォトニック−バンドギャップ効果によって導波モードを支持するように選択される。これは、コアの屈折率および穴の屈折率が、クラッドの中実部分の屈折率よりも低いこと、およびそれらの屈折率の間の差が、導波モードを支持するために充分に大きいことを意味している。
或る特定の実施形態においては、本明細書に開示される方法を、特定のファイバ・ジオメトリが表面モードを支持するか否かを予測するために使用することができ、表面モードを支持せず、あるいは表面モードの数が削減されてなるファイバを、設計および製造することができる。とくに、特定の実施形態においては、コアの縁がPBF格子のベイン(vein)(例えば、固体交差領域)に内接する円を切断することがないようにコア半径または他の特徴寸法を選択することによって、表面モードの存在を回避または低減することができる。この技法は、幅広い範囲のジオメトリおよび穴サイズについて上手く機能する。
ht in Air」;Jes Broengらの「Analysis of air−guiding photonic bandgap fibers」;およびJes Broengらの「Photonic Crystal Fibers:A New Class of Optical Waveguides」を参照されたい。簡潔さのため、そのようなファイバを、本明細書においては空気穴ファイバと称するが、すでに説明したように、以下の検討および結果は、コアならびに/あるいはクラッド穴のすべてまたは一部が空気以外の材料(例えば、他の気体、真空、液体、または固体)で満たされており、クラッドの中実部分がシリカ以外の材料(例えば、別の固体または複数の固体)で作られているフォトニック−バンドギャップ・ファイバにも当てはまる。さらには、この結果は、他の穴パターン(例えば、6角形パターン、正方形パターン、など)にも当てはまる。
径Rの他の値(例えば、約0.7Λと約1.2Λの間)および半径ρの他の値(例えば、約0.49Λと約0.5Λの間)も、本明細書に記載する実施形態に適合する。
・ラインを横切らない。
・約0.7Λ〜約1.1Λまでの範囲1、
・約1.3Λ〜約1.4Λまでの範囲2、および
・約1.7Λ〜約2.0Λまでの範囲3、
である。
条件が調査され、本明細書に記載の特定の実施形態は、表面モードを有さない。この基本的条件は、コア106の表面がフォトニック結晶格子102の誘電体の角110のうちの1つ以上に交差するときに、表面モードが生じるという知見をもたらしている。この知見から、特定のファイバ構成が表面モードを支持するか否かという評価のために、迅速かつ簡単な幾何学的基準が得られる。後述のように、この幾何学的基準が円形の空気コア106を有する三角形パターンのPBF100に適用されるとき、近似の幾何学形状モデルが、上述のコンピュータ・シミュレーションの結果に容認できる一致を示す定量的な予測をもたらす。
flow of light」に記載されているような)の場合とちょうど同じように、コア表面のこれらの部位は、有意な乱れを引き起こさない。コア表面のうちで図1のフォトニック結晶格子102の誘電体の角110または誘電体の膜部112を切断する部位のみが、誘電体を空気で置き換えており、したがって図5のバルク・モードを乱す。この乱れが、図3に示した表面モードなどの表面モードを潜在的に引き起こすために充分であるか否かを、以下で検討する。
ードが、このバルク・モードの乱れによって引き起こされるため、表面モードのローブもやはり、例えば図3に示されているとおり角部110に中心を置く。第2に、乱れによって表面モードを生じるHFBMにおいて、乱れは、例えばフォトニック結晶102の角部110の領域であるが、相当な大きさのHFBM強度を有しているフォトニック結晶格子102の誘電体領域において生じなければならない。これらの知見は、表面モードが、空気コア106によってHFBMに導入される乱れの大きさに強く相関することを示している。コア106の表面が(例えば、図12に半径R1のコアによって示されているように)誘電体格子102の角部110においてHFBMのローブと交差する場合、乱れが大であって、表面モードが誘起される。次いで、表面モードの数が、誘電体102においてコア106によって交差された最大の強度のように大きくなる。対照的に、コア106の表面が、(例えば、図13に半径R2のコアによって示されているように)このバルク・モードのローブのいずれとも交差しない場合、表面モードは発生しない。
径Rのコアの縁が、バルク・モードの高強度のローブと交差する場合、その半径のコアを有するファイバは、表面モードを支持すると考えられる。これまで述べたように、この方法は、表面モードがいくつ支持されるかについては保証しない。さらに、この方法は、表面モードが現れる(すなわち、支持される)前に、コアの縁が交差しなければならない強度の強さ、あるいはコアの縁が交差しなければならない高強度のローブの数を、特定していない。
つ以上のロッド(例えば、図16の円114)に交差するようにRが選択されたときに、表面モードが存在し、表面モードの数が交差を受けたロッドの数に比例すると考えられることを前提としている。このスケーリング法則は、交差を受けるロッドの数が増すにつれて、乱れの大きさが増し、表面モードの数も増加するために、予想されている。対照的に、コア106の表面がロッドと交差しない場合、表面モードは生じない。図6に示した図のようなファイバ断面の簡単な図が、この基準を任意のファイバ・ジオメトリにきわめて容易に適用できるようにしている。
ρの種々の値について境界の半径の計算を繰り返すことで、上述の幾何学的基準によって迅速に評価可能である。計算の結果が、横軸に正規化した穴半径ρ/Λをρ/Λ=0.43〜ρ/Λ=0.50までプロットし、これに対して、縦軸に正規化した境界コア半径R/ΛをR/Λ=0.6〜R/Λ=2.0までプロットした図18に示されている。ρについて可能な値は、それを下回るとフォトニック結晶がバンドギャップを持たなくなってしまう約0.43Λと、膜部112の厚さがゼロになってしまう約0.50Λとの間に制約される。表面モードを支持する穴半径対コア半径の範囲が、影付け(クロス・ハッチ)されており、表面モードを支持しないコア半径の範囲は、影付けされていない。図18は、より大きな空気充填比を有するより大きな穴104が、より幅の広い表面モードなしのバンドをもたらすことを示している。なぜならば、空気穴110の半径ρが大きくなると、ロッド(内接円114によって表される)の半径aが小さくなるからである。ロッドのサイズが小さくなると、ロッドと交差するコアの半径Rの範囲も狭くなり、表面モードなしの半径のバンドが幅広くなる。
示されるとおり、表面モードが存在しない最後の4つのバンドは、これら4つのバンドをおそらくは大部分の実用において使用できないほどに狭い(例えば、Λの数パーセントのΔR)。この観察からの推論によれば、本明細書に示した特定のジオメトリおよび5.4Λを超えるコア半径Rを備える多モードPBFが、表面モードに悩まされる傾向にあると考えられる。
上述の検討は、特定の種類のPBF100における表面モードの存在の詳細な調査を説明している。表面モードを支持しないPBFの一例が、図21Aに示されている。ファイバのクラッドが、実質的に円形の断面を有する穴104(例えば、空気で満たされた穴)をシリカ中に三角形のパターンで配置して備えているフォトニック結晶格子102を有している。穴104は、周期Λを有しており、各穴104が、穴半径ρを有している。
者において、おおむね一定の厚さを有している。或るいくつかの実施形態においては、コア・リング220が、PBF100の全長において、PBF100の軸の周囲の方位角方向において、あるいはその両者において変化する厚さを有している。
Broengらの「Analysis of air guiding photonic bandgap fibers」、Optics Letters、Vol.25、No.2、2000年1月15日、96−98頁;およびJes Broengらの「Photonic Crystal Fibers:A New Class of Optical Waveguides」、Optical Fiber Technology、Vol.5、1999年、305−330頁に記載されており、これらはここでの言及によって本明細書に取り入れられたものとする。
ission from 1.0 to 3.0 μm and Impact of Surface Mode Coupling」、Proceedings of Conference on Laser and Electro−Optics(CLEO)2003、Baltimore、USA、2003年6月1〜6日、論文QTuL2、2頁;B.J.Manganらの「Low loss(1.7 dB/km)hollow core photonic bandgap fiber」、Conference on Optical Fiber Communications、OFC 2004、Los Angeles、California、2004年2月22〜27日、Postdeadline Paper PDP24、3頁;およびTheis P.Hansenらの「Air−Guiding Photonic Bandgap Fibers:Spectral Properties, Macrobending Loss, and Practical Handling」、IEEE Journal of Lightwave Technology、Vol.22、No.1、2004年1月、11−15頁に例えば記載されているように、現在市販されている空気コアPBFの標準的特徴である。
、表面モードを支持しない。図21Bのリング220は、内側半径R1=0.9Λを有し、0.03Λという小さな厚さを有している。したがって、図21Bによって示されているリング220は、外側半径R2=0.93Λを有している。
ク・モードの乱れから引き起こされるものではない。むしろ、これらのモードは、導波路として機能する高屈折材料の薄いリングを空気中へと導入することによってもたらされている。これらのモードが、真に空気のみによって両側を囲まれているリングのモードであるならば、それらは光よりも遅いと考えられるが、図23Bは、これらのすべてのモードの分散曲線がライト・ラインの上方にあり、それが当てはまらないことを示している。リングの外側のフォトニック結晶が、コア・モードの位相速度が光の速度よりも大きくなるのと同じ物理的理由で、これらのモードの速度を光の速度を上回るまで高めている。さらに、薄いリングによって導入されたこれらの表面モードが、それらがバンドギャップ内においてライト・ラインに交差することがないという意味で、空気コアのみによって導入された表面モードと相違することにも、注意すべきである。
の実施形態に適合する多モード・ファイバのコア・リングの外側半径の典型的な範囲または値としては、これらに限られるわけではないが、約1.25Λ〜約1.4Λの間、約1.6Λ〜約2.0Λの間、約2.1Λ〜約2.2Λの間、約2.6Λ〜約2.8Λの間、および約3.3Λ〜約3.4Λの間が挙げられる。
第2組のシミュレーションが、すでに表面モードを支持している空気コア・ファイバへの薄いリングの追加の影響をモデル化する。そのようにするため、シミュレーションにおいては、コア半径がR1=1.13Λへと増やされている点を除いて、先のものと同じファイバを使用する。この変更済みファイバの断面形状が、図26Aに示されている。ファイバのコアが、今や誘電体格子の角を切断している。結果として、上述のとおり、今やリングが存在しなくても表面モードが存在している。
し、あるいは同等に、バルク・モードがすべて周波数において上方に移動している。シリカ/空気のPBFについては、屈折率の相違が充分に小さく、この移動が小さい。したがって、乱されたバルク・モードのほとんどすべてが、依然としてバルク・モード・バンドに残り、表面モードを誘起しない。例外は、下方のバンドの最高周波数バルク・モード・バンド内のモードである。そのようなモードは、ω−k線図においてバンドギャップの直ぐ下方に位置しているため、乱れがそのようなモードを、表面モードとしてバンドギャップへと移動させる。例えば、上述のF.Ramos−Mendietaらの「Surface electromagnetic waves in two−dimensional photonic crystals:effect of the position of the surface plane」を参照されたい。これらの表面モードは、それらの起源であるバルク・モードと同じ対称性を有すると予想され、例えば表面モードがすべて、格子の誘電体の角に中心をおく狭いローブを呈すると予想される。例えば、上述のMichel J.F.Digonnetらの「Simple geometric criterion to predict the existence
of surface modes in air−core photonic−bandgap fibers」を参照されたい。これは、図27Aの表面モードのすべてについて真である。補足をすると、表面モードの分散曲線がすべて、バンドギャップ内でライト・ラインと交差する。
27Bの表面モードのいずれも、予想される対称性を呈していないため、そのような特定の実施形態においては、リングが充分に薄く、リングが格子に導入する乱れが上方のバンドから表面モードを生成するためには弱すぎる。
core photonicbandgap fiber」に記載されているように、偽のバンド中央減衰ピークを呈する。他の実験的な空気コアPBFは、このピークを呈さない。例えば、上述のTheis P.Hansenらの「Air−Guiding Photonic Bandgap Fibers:Spectral Properties, Macrobending Loss, and Practical Handling」、およびここでの言及によって本明細書に取り入れられたものとする「HC−1550−02 Hollow Core Photonic Bandgap Fiber」、blazephotonics.com、1−4頁を参照されたい。これらの相違は、リングおよび結晶のジオメトリの特定の組み合わせが、表面モードをバンドの中央へと移動させる一方で、他の組み合わせではそのようなことがないことを知らせている。したがって、特定の実施形態においては、リングおよび結晶のジオメトリが、バンド内の表面モードを削減または回避するように好都合に設計される。
い。したがって、特定の実施形態においては、コア・モードからこれらの表面モードへの結合が、リングなしのファイバよりも大きくなると予測され、これは、これらの表面モードが大きな損失を導入しがちであって望ましくないことを意味している。この見方は、上述のCorningのファイバに関するシミュレーションおよび実験的観察によって、完全に裏付けられている。
個のモードまで、リングの厚さが増すとともに増加する。特定の実施形態においては、コア・リングが、最大でもリングによって誘起される表面モードを1つしか支持しないよう充分に小さくあるように選択された厚さを有している。したがって、特定の実施形態においてより薄いリングを使用することは、表面モードの数を好都合に少なくし、ファイバの損失を少なくする。0.03Λよりも大幅に薄いリングを有するPBFの正確なモデル化は、典型的には、本明細書において説明したシミュレーションにおいて使用したグリッド分解能よりもはるかに小さいグリッド分解能(例えば、<Λ/16)を使用すると考えられ、相応して計算時間および必要なメモリが増加する。
Claims (31)
- 第1の屈折率とそこに形成される領域の繰り返しパターンとを有する材料からなるフォトニック結晶格子を含み、前記領域は前記第1の屈折率よりも小さい第2の屈折率を有し、前記領域の繰り返しパターンが複数の幾何学的領域からなり、各々の幾何学的領域がそれぞれ中心を有する断面を有するとともに、隣り合う幾何学的領域が中心間距離Λによって離間しており、
前記フォトニック結晶格子によって囲まれたコアと、
内周、外周、および前記内周と前記外周との間の厚さを有するコア・リングとを含み、前記コア・リングは前記コアを囲み、前記コア・リングが、0.03Λ未満の厚さを有している、光ファイバ。 - 前記コア・リングは、前記第1の屈折率を有する材料のみからなる、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記内周は前記外周におおむね平行である、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記内周は前記外周に対して平行ではない、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記コア・リングが、0.02Λ未満の厚さを有している、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記コア・リングが、0.01Λ未満の厚さを有している、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記コア・リングが、1.2Λ未満の外側半径を有する実質的に円形の断面を有している、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記コア・リングが、0.9Λ〜1.13Λの間の外側半径を有している、請求項7に記載の光ファイバ。
- 前記コア・リングが、0.7Λ〜1.05Λの間の外側半径を有している、請求項7に記載の光ファイバ。
- 前記コア・リングが、0.8Λの外側半径を有している、請求項7に記載の光ファイバ。
- 前記コア・リングが、1.25Λ〜1.4Λの間の外側半径を有する実質的に円形の断面を有している、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記コア・リングが、1.6Λ〜2.0Λの間の外側半径を有する実質的に円形の断面を有している、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記コア・リングが、2.1Λ〜2.2Λの間の外側半径を有する実質的に円形の断面を有している、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記コア・リングが、2.6Λ〜2.8Λの間の外側半径を有する実質的に円形の断面を有している、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記コア・リングが、3.3Λ〜3.4Λの間の外側半径を有する実質的に円形の断面を有している、請求項1に記載の光ファイバ。
- 幾何学的領域の各々が、0.5Λよりも小さい半径ρを有する実質的に円形の断面を有している、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記材料は誘電体材料であり、前記複数の幾何学的領域は第2の材料を含み、幾何学的領域の各々が実質的に円形の断面を有しかつ隣接する幾何学的領域から離間していて、互いに隣接する3つの幾何学的領域からなるグループの各々が、前記3つの幾何学的隣接領域に正接する外周を有する内接円を囲むように寸法付けられた断面を有する前記誘電体材料の一部位を規定し、前記コア・リングの外周が前記内接円のいずれをも通過しない、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記材料がシリカを含む、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記幾何学的領域が空気を含んでいる、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記繰り返しパターンが三角形である、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記コア・リングは光ファイバの基本モード分散曲線から実質的に切り離された分散曲線を有するリング表面モードを誘起する、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記コア・リングの厚さが、リングによって誘起される表面モードを最大でも1つしか支持しないように充分に小さい、請求項1に記載の光ファイバ。
- 前記フォトニック結晶格子の第1の部分は最高周波数のバルク・モードの強度ローブを支持し、前記フォトニック結晶格子の第2の部分は最高周波数のバルク・モードの強度ローブを支持せず、前記コア・リングの外側の縁は前記フォトニック結晶格子の第2の部分を通過し、前記フォトニック結晶格子の第1の部分を通過しない、請求項1に記載の光ファイバ。
- 第1の屈折率を有する誘電体の材料からなり、該材料が、各々が実質的に円形の断面を有しかつ前記第1の屈折率よりも低い第2の屈折率を有している領域の繰り返しパターンを、自身に形成して有しているフォトニック結晶格子と、
前記フォトニック結晶格子によって囲まれたコアと、
おおむね円形の断面および外側半径を有するコア・リングとを含み、前記コア・リングは前記コアを囲み、前記コア・リングは前記光ファイバの基本モード分散曲線から実質的に切り離された分散曲線を有するリング表面モードを誘起する、光ファイバ。 - 前記コア・リングは、前記第1の屈折率を有する材料のみからなる、請求項24に記載の光ファイバ。
- コアと前記コアを囲むフォトニック結晶格子とを含む光ファイバを設計する方法であって、前記フォトニック結晶格子は、第1の屈折率とそこに形成される領域の繰り返しパターンとを有する材料からなり、前記領域は前記第1の屈折率より低い第2の屈折率を有し、前記領域の繰り返しパターンが複数の幾何学的領域からなり、各幾何学的領域は、それぞれ中心を有する断面を有するとともに、隣り合う幾何学的領域が中心間距離Λによって離間しており、
前記コアを囲むとともに、外側半径、内側半径、および外側半径と内側半径との間の厚さを有している、実質的に円形のコア・リングを設計するステップを含んでおり、前記コア・リングが、0.03Λ未満の厚さを有している、方法。 - 前記コア・リングは、前記第1の屈折率を有する材料のみからなる、請求項26に記載の方法。
- 光信号を伝搬する方法であって、
コアを囲むフォトニック結晶格子を形成するために領域の繰り返しパターンがそこに形成された材料を含む光ファイバを与えるステップを含み、前記材料は第1の屈折率を有して前記領域の繰り返しパターンは前記第1の屈折率よりも低い第2の屈折率を有しており、前記領域の繰り返しパターンが複数の幾何学的領域からなり、各幾何学的領域は、それぞれ中心を有する断面を有するとともに、隣り合う幾何学的領域が中心間距離Λによって離間しており、
光ファイバはさらに、前記コアを囲むとともに外側半径、内側半径、および外側半径と内側半径との間の厚さを有しているコア・リングを含み、前記コア・リングが、0.03Λ未満の厚さを有しており、さらに
前記光ファイバを通して光を伝搬するステップを含んでいる、方法。 - 前記コア・リングは、前記第1の屈折率を有する材料のみからなる、請求項28に記載の方法。
- 前記コアが中空である、請求項1または24に記載の光ファイバ。
- 前記コアが中空である、請求項26または28に記載の方法。
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