JP5539594B2 - ファイバ及びファイバの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、大きな開口数を実現することができる新しい構造のファイバに関し、特にフォトニック結晶ファイバを用いたファイバに関する。

近年の光ファイバ通信技術の飛躍的な発展に伴い、従来の光ファイバでは実現できない特性を持つ新しい光ファイバ、すなわち、フォトニック結晶ファイバが出現して来た。このフォトニック結晶ファイバは、光を閉じ込める原理の違いから二種類に大別される。第一のファイバ４０は、図１９に示すように、石英ガラスからなるクラッド４１の中心部周辺に空孔４２を三角（あるいは蜂巣）の格子状に周期的に配置して等価的に屈折率を下げることにより、全反射により光を空孔の存在しない石英ガラスコア４３に閉じ込めて伝送する全反射型のファイバであり、第二のファイバ４４は、図２０に示すように、石英ガラスからなるクラッド４５の中心に設けた中空コア４６の周囲を格子状に周期的に配置された空孔４７がブラッグ回折格子を形成することによりフォトニックバンドギャップが発生し、ブラッグ反射によって光を閉じ込めて中空コア４６内を伝送するフォトニックバンドギャップ型と呼ばれるものである（非特許文献１参照）。上記ファイバに関連した特許も出願されている（特許文献１参照）。

特開2004-077891号公報

倉嶋：次世代光ファイバ技術―空孔構造型光ファイバを用いた伝送技術の動向―OPTRONICS, 2008年１月、pp.173-178 ピーター・モーズリー：超高速可視パルスを伝送する中空コアファイバ、Laser Focus World, 2011.7, pp.22-24

前記図１９の全反射型のファイバ４０は、空孔４２の直径dと空孔間隔Λの組み合わせにより、空孔間隔Λが光の波長と同程度のとき、空孔４２の直径dを小さくする（d/Λ≦0.4）と任意の波長で単一モード動作をするという特徴を持っており、特に短波長帯（紫外域から可視域）において大きなモードフィールド径（６μｍから１５μｍ）を持つ単一モードファイバとして機能する。しかしながら上記単一モード動作をするファイバの開口数は０．１以下であり、光源や光導波路などとの結合が難しいという課題があった。これを解決するためには空孔４２の直径dを大きくしてクラッド部分の全面にわたって多くの空孔を設けてクラッド部分の平均屈折率を低下させればよいが、クラッド部分の全面にわたって多くの空孔を設けたファイバのプリフォームの構造は蜂の巣状構造となり、これを精密に、かつ再現性良く製造することが難しいことと、そのプリフォームを低コストで、かつ長尺に製造することが難しいという課題がある。また単一モードファイバとして機能することができなくなる。

次に図２０のフォトニックバンドギャップ型のファイバ４４は中空コア４６を空孔構造とすることにより、極限の低損失性を実現可能な伝送媒体として期待されており、これも大きなコア径のファイバが実現されているが、開口数は０．２程度である。開口数を大きくするためには空孔４７の数を大幅に増加させるか、空孔間隔Λを狭くして格子部分に占める空気の割合を極端に上げて蜂の巣状構造にしなければならない。

これに挑戦した製造例として、図２１に示すファイバ（断面写真）が英国バース大学から報告されている。このファイバは石英ガラス製の数百本の毛細管を積層し、その積層した構造をファイバ線引き装置に取り付けて線引きして製造したものである（非特許文献２参照）。その結果、ファイバへの光源の光結合効率６０％以上が実現されている。しかし伝送損失が大きい（＜1dB/m）、長尺のファイバを製造するのが難しい、均一な構造を製造するのが難しい、低コスト化が難しい、といった多くの課題を有している。

そこで、本発明の目的は前記した従来の課題を解決することができるファイバを提供することにある。すなわち、
まず第１の発明は、石英ガラスファイバ中に空孔の配列構造を持つフォトニック結晶ファイバの外周が、外形断面が円形の石英ガラス管で空隙を介して覆われた構造からなり、該フォトニック結晶ファイバの前記外周が該石英ガラス管に少なくとも３箇所で接していることを特徴とするファイバである。

第２の発明は、上記フォトニック結晶ファイバの外形断面が円形であり、前記石英ガラス管の内形断面が四角形か三角形であることを特徴とするファイバである。

第３の発明は、上記フォトニック結晶ファイバの外形断面が四角形であり、前記石英ガラス管の内形断面が円形か四角形であることを特徴とするファイバである。

第４の発明は、上記フォトニック結晶ファイバの外周にＦを添加したＳｉＯ_２ガラス膜が形成されていることを特徴とするファイバである。

第５の発明は、外形が円形の石英ガラス管の内面にＦを添加したＳｉＯ_２ガラス膜が形成されていることを特徴とするファイバである。

第６の発明は、石英ガラスファイバ中に空孔の配列構造を有する、除去前フォトニック結晶ファイバを形成し、
前記除去前フォトニック結晶ファイバのうち前記空孔が形成されていない外周部を除去することにより前記フォトニック結晶ファイバを形成することを特徴とするファイバの製造方法である。

第７の発明は、フォトニック結晶ファイバは全反射型かフォトニックバンドギャップ型のいずれかであることを特徴とするファイバである。

第８の発明は、上記第１から第７のいずれかの発明において、ファイバ断面中に設けた空隙のファイバ断面内に占める面積の割合が１０％から５４％の範囲にあることを特徴とするファイバである。

第９の発明は、上記第１から第８のいずれかの発明において、前記石英ガラス管の内形断面が四角形か三角形の場合には該内形断面を変形して多角形にしたことを特徴とするファイバである。

第１０の発明は、上記第１から第９のいずれかの発明において、前記ファイバの両端にシングルモードファイバ、あるいはマルチモードファイバを融着接続したことを特徴とするファイバである。

本発明は下記に示すような効果を有している。
まず本発明は、石英ガラス中に空孔の配列構造を持つフォトニック結晶ファイバの外周が空隙を介して外形断面が円形の石英ガラス管で覆われた構造からなり、該フォトニック結晶ファイバの外周が該石英ガラス管に少なくとも３箇所で接していることを特徴とするファイバである。本発明の構成と特徴の一例を図１を用いて説明する。すなわち、本発明のファイバは、同図（ａ）の石英ガラスファイバ３中に空孔４を三角の格子状に周期的に配列した構造を持つフォトニック結晶ファイバ１の外周を、同図（ｂ）に示すように、外形断面が円形の石英ガラス管８で空隙７を介して覆った新しい構造のファイバ６であり、該石英ガラス管８内に少なくとも３箇所の接触部（図１（ｂ）では４箇所の接触部９１、９２、９３、９４）で接していることを特徴とする。そしてファイバ６は、空孔４の存在しない中心部２に光を閉じ込めて伝送する全反射型のファイバである。また、本発明のファイバは、同図（ｃ）に示すように、フォトニック結晶ファイバ１の空孔４の形成されていない外周部の石英ガラスファイバ３の一部分を除去し、その断面積を６４％から７２％の範囲に小さくした該フォトニック結晶ファイバ５を用い、同図（ｄ）に示すように、そのファイバ５の外周を外形断面が円形の石英ガラス管８で空隙７を介して覆った新しい構造のファイバ１０である。

上記新しいファイバ（６、１０）は、その断面中に設けた空隙７のファイバ断面内に占める面積の割合（空隙率）を１０％から５４％の範囲にした構造を有するものである。これにより上記新しいファイバ（６、１０）のクラッドは空孔４を有する石英ガラスファイバ３、空隙７、石英ガラス管８から構成されることになり、前記空隙率を高くすることによって新しいファイバ（６、１０）のクラッドの等価屈折率n_２を大きく下げることができ、この新しいファイバ（６、１０）の開口数ＮＡを従来の４倍から９倍近く大きくすることができる。その結果、この新しいファイバへの光源（半導体レーザ、発光ダイオード、ランプ光源など）の光を高効率で中心部２に入射させて伝送させることができるようになると共に、前記中心部２から出射した光を広角度に照射させることができる。

なお図１の（ａ）の全反射型フォトニック結晶ファイバの代わりに、図２（ａ）に示すような、石英ガラスファイバ１３中の中空コア１２の周囲に、空孔１４を格子状に周期的に配置してブラッグ回折格子を形成するようにしたフォトニックバンドギャップ型フォトニック結晶ファイバ１１を用い、該フォトニックバンドギャップ型フォトニック結晶ファイバ１１の外周を、同図（ｂ）に示すように、外形断面が円形の石英ガラス管８で空隙７を介して覆った新しい構造のファイバ１６としても良い。該ファイバ１６は、フォトニックバンドギャップ型フォトニック結晶ファイバ１１が石英ガラス管８に少なくとも３箇所の接触部（図２（ｂ）では４箇所の接触部９１、９２、９３、９４）で接していることを特徴とする。また同図（ｃ）に示すように、同図（ａ）のフォトニックバンドギャップ型フォトニック結晶ファイバ１１の空孔４の形成されていない外周部の石英ガラスファイバ１３の一部分を除去することにより、該フォトニックバンドギャップ型フォトニック結晶ファイバ１１の断面積を６４％から７２％の範囲に小さくしたフォトニックバンドギャップ型フォトニック結晶ファイバ１５とし、同図（ｄ）に示すように、そのフォトニックバンドギャップ型フォトニック結晶ファイバ１５の外周を外形断面が円形の石英ガラス管８で空隙７を介して覆った新しい構造のファイバ１７としても良い。該ファイバ１７は、フォトニックバンドギャップ型フォトニック結晶ファイバ１５が該石英ガラス管８に少なくとも３箇所の接触部（図２（ｄ）では４箇所の接触部９１、９２、９３、９４）で接していることを特徴とする。このファイバ１７でも前述したような同様の性能を実現することができる。

本発明に用いる全反射型かフォトニックバンドギャップ型のいずれかのフォトニック結晶ファイバは、図３（ａ）のフォトニック結晶ファイバの外形断面を同図（ｂ）あるいは同図（ｃ）に示すように、円形、あるいは四角形に加工したもの、あるいは空孔の形成されていない外周部の石英ガラスの一部分を除去することにより断面積を６４％から７２％の範囲に小さくし、外形断面を円形、あるいは四角形に加工したフォトニック結晶ファイバを用いる。そしてそのフォトニック結晶ファイバを取り込む石英ガラス管は、図４に示すように、外形断面が円形でその内形断面が同図（ａ）および同図（ｄ）に示すような四角形、同図（ｂ）に示すような円形、同図（ｃ）に示すような三角形のいずれかの形状のものを用いることができる。そして上記内形断面の形状により、空隙率を１０％から最大で５４％の範囲にまで大きくすることができ、それによって開口数ＮＡを０．４程度の値から０．８に近い値にまで大きくすることができる。
なお、例えば図４（ａ）に示すファイバを構成する石英ガラス管の外形断面である円形の半径（外径）をＲ、石英ガラス管の内形断面である四角形の一辺の長さを２ｒ、石英ガラス管内に配置されているフォトニック結晶ファイバの外形断面である四角形の一辺の長さを√２ｒとすると、空隙率（％）は、下記の式で表される。
空隙率（％）＝[｛（２ｒ）^２−（√２ｒ）^２｝／πＲ^２]×１００）
ただし、本実施例では、空隙率が１０％〜５４％になるように上記したＲやｒを決定しているわけではない。ファイバを設計する上では、石英ガラス管の外径Ｒとフォトニック結晶ファイバの形状（断面積）が重要であることから、本発明では、これらを先に決め、それから、石英ガラス管内にフォトニック結晶ファイバが少なくとも３箇所の接触部で接するように該石英ガラス管の内形断面の形状を決める。そして、石英ガラス管内にフォトニック結晶ファイバを存在させたときの空隙率を求めている。

この具体的なファイバ中の空隙の割合に対するファイバのクラッドの等価屈折率ｎ_２と開口数ＮＡとの関係を計算によって求めた結果を図５に示す。これは、図１に示すフォトニック結晶ファイバ１の空孔４の形成されていない外周部の石英ガラスファイバ３の一部分を除去して直径８０μｍのフォトニック結晶ファイバ５とし、同図（ｄ）の新しいファイバ１０の直径を１２５μｍとして計算した結果である。この結果から新しいファイバ１０の開口数は０．４から０．８に近い値にまで大きくすることができることが分かる。さらに大きな開口数を実現するためにはフォトニック結晶ファイバ５の直径を８０μｍよりも小さい値（例えば７０μｍ）にすればよい。また新しいファイバ１０の直径を１２５μｍよりも大きく（１２６μｍから２５０μｍの範囲）すれば良い。なお図１の（ａ）の全反射型フォトニック結晶ファイバの代わりに、図２に示したフォトニックバンドギャップ型フォトニック結晶ファイバを用いた場合にも上記結果と同様の結果が得られる。

次に上記フォトニック結晶ファイバの外周にＦを添加したＳｉＯ_２ガラス膜を形成しておくことにより、このフォトニック結晶ファイバ外周表面での不要な散乱損失や吸収損失を低減することができる。同様に外形断面が円形の石英ガラス管の内面にＦを添加したＳｉＯ_２ガラス膜を形成しておくことにより、この管内面での不要な散乱損失や吸収損失を低減することができる。

また本発明のファイバは、外形断面が円形の石英ガラス管の内形断面が四角形か三角形の場合には前記内形断面を変形して多角形にすれば、ファイバプリフォームを線引きしてファイバを製造する際の熱的影響によって石英ガラス管の四角形か三角形の内形断面の形状が変形して多角形になる可能性を許容することが出来、これによりファイバの製造歩留まりを大幅に向上させることができる。またこの熱的な変形により、ファイバ断面内の応力を緩和させることができ、曲げに対するファイバの機械的強度を向上させることにもつながる。
また本発明のファイバは、ファイバの両端にシングルモードファイバ、あるいはマルチモードファイバを融着接続することによって、ファイバ内の空隙や空孔内に不純物（水、遷移金属、有機物、塵など）が混入することによる特性の劣化を抑えることができ、長期的に安定した特性を維持することができる。

本発明のファイバの基本的な構成例その１。 本発明のファイバの基本的な構成例その２。 本発明のファイバの基本的な構成例その３。 本発明のファイバの基本的な構成例その４。 本発明のファイバの特性の計算結果。 本発明のファイバの第１実施例を示す概略図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図。 本発明のファイバの第２実施例を示す概略図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図。 本発明のファイバの第３実施例を示す概略図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図。 本発明のファイバの第４実施例を示す概略図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図。 本発明のファイバの第５実施例を示す概略図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図。 本発明のファイバの第６実施例を示す概略図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図。 本発明のファイバの第７実施例を示す概略図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図。 本発明のファイバの第８実施例を示す概略図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図。 本発明のファイバの第９実施例を示す概略図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図。 本発明のファイバの第１０実施例を示す概略図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図。 本発明のファイバの第１１実施例を示す概略図。 本発明のファイバの第１２実施例を示す概略図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図。 本発明のファイバの第１３実施例を示す概略図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図。 従来のファイバの実施例。 従来のファイバの実施例。 従来のファイバの実施例。

以下、本発明の具体的な実施例について図面を用いて説明する。

図６に本発明のファイバに関する第１の実施例を示す。この図は本実施例に係るファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図である。このファイバ１８は石英ガラスファイバ３中に空孔４の三角格子状の配列構造を持つフォトニック結晶ファイバ１の外周を、外形断面が円形の石英ガラス管８で空隙７を介して覆った構造からなり、該フォトニック結晶ファイバ１が該石英ガラス管８の四角形の内形断面１９に４箇所の接触部９１，９２，９３，９４で接していることを特徴とするファイバである。そして光を空孔４の存在しない中心部２に閉じ込めて伝送する全反射型のファイバである。このファイバ１８の試作結果について述べる。

まず初めに、断面が円形の金属管内の中心に断面が矩形の金属体を保持した型を作成し、その型内の金属体の外周にテトラエトキシシラン、バインダー、純水を含む溶液を流し込み、乾燥、硬化させた。その後に、前記金属体及び前記金属管を取り外すことによる石英ガラス多孔質管の形成工程、その石英ガラス多孔質管の高温加熱処理工程、及び高温での塩素処理の工程を経て、外形断面が円形で内形断面が四角形である透明な石英ガラス管を製造した。次に、上記石英ガラス管内に挿入するフォトニック結晶ファイバ用のプリフォームを以下の方法で製造した。断面が円形の金属管容器を準備し、その該容器内に直径Ｄの金属ワイヤを間隔Ｖを持たせて配列構造を形成するように張り巡らせた。上記容器内にテトラエトキシシラン、バインダー、純水を含む溶液を流し込み、乾燥、硬化させた後に金属ワイヤ及び金属管を取り外すことによる石英ガラス多孔質管の形成工程、その石英ガラス多孔質管の高温加熱処理工程、及び高温での塩素処理の工程を経て、外形断面が円形の石英ガラスロッド内に空孔の配列構造を持つフォトニック結晶ファイバ用のプリフォームを製造した。その後に、上記プリフォームを外形断面が円形で内形断面が四角形からなる透明な石英ガラス管内に挿入してファイバプリフォームを製造した。そして上記ファイバプリフォームを高温電気炉内に一定速度で挿入しながら、高温電気炉内で溶融したファイバプリフォームの先端部を一定速度で延伸して本実施例のファイバを製造した。本実施例のファイバ１８の直径は１２５μｍ、フォトニック結晶ファイバ１の直径は８０μｍ、中心部のコア２の直径は３μｍ、空孔４の直径ｄは１μｍ、空孔間隔Λは２μｍであった。このファイバ１８の開口数を波長７８０ｎｍで測定した結果、０．４であった。本発明は本実施例に限定されない。例えば、フォトニック結晶ファイバ１の空孔４の直径は０．５μｍから３μｍの範囲でもよい。また空孔間隔Λは０．５μｍから５μｍの範囲から選んでも良い。

図７に本発明のファイバに関する第２の実施例を示す。この図もファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図である。このファイバ２０は、石英ガラスファイバ３中に空孔４の三角格子状の配列構造を持つフォトニック結晶ファイバ１の外周を外形断面が円形の石英ガラス管８で空隙７を介して覆った構造からなり、該フォトニック結晶ファイバ１が該石英ガラス管８の三角形の内形断面２１に３箇所の接触部９１，９２，９３で接していることを特徴とする。このファイバ２０の断面内に設けた空隙７のファイバ断面内に占める面積の割合、すなわち空隙率は約２７％になり、開口数は０．５６にまで大きくすることが出来る。三角形の内形断面２１を有する石英ガラス管８は、実施例１と同様の方法で製造した。すなわち、断面が円形の金属管内の中心に断面が三角形の金属体を保持した型を作成し、その型内の前記金属体の外周にテトラエトキシシラン、バインダー、純水を含む溶液を流し込み、乾燥、硬化させた。その後に前記金属体及び前記金属管を取り外すことによる石英ガラス多孔質管の形成工程、その石英ガラス多孔質管の高温加熱工程、及び高温での塩素処理の工程を経て、外形断面が円形で内形断面が三角形からなる透明な石英ガラス管８を製造した。

図８に本発明のファイバに関する第３の実施例を示す。この図もファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、同図（ｂ）は側面図である。このファイバ２２に用いるフォトニック結晶ファイバ２３は、図３（ｃ）に示した、外形断面を四角形に加工したものを用いる。ファイバ２２は、このフォトニック結晶ファイバ２３の外周を空隙７を介して外形断面が円形の石英ガラス管８で覆った構造からなり、該フォトニック結晶ファイバ２３が該石英ガラス管８の四角形の内形断面２３に４箇所の接触部９１、９２、９３、９４で接していることを特徴とする。このファイバ２２の外形断面内に設けた空隙７のファイバ断面内に占める面積の割合、すなわち空隙率は約５４％になり、開口数は０．７６にまで大きくすることが出来る。ただし、この構造では空隙率が高くなって、四角形の内形断面２３を有し外形断面が円形の石英ガラス管８の肉厚が薄くなるので、該石英ガラス管８の直径を１２５μｍよりも大きく、例えば１３０μｍから１５０μｍの範囲にしておくのが好ましい。このように石英ガラス管８の直径を大きくすると、空隙率は少し下がるが、より機械的強度の安定したファイバを実現することができる。

図９に本発明のファイバに関する第４の実施例を示す。この図もファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、同図（ｂ）は側面図である。このファイバ２５は、図３（ｃ）に示した、外形断面を四角形に加工したフォトニック結晶ファイバ２３を用い、このフォトニック結晶ファイバ２３の外周を外形断面が円形の石英ガラス管８で空隙７を介して覆った構造からなり、該フォトニック結晶ファイバ２３が該石英ガラス管８に４箇所の接触部９１、９２、９３、９４で接していることを特徴とする。このファイバ２５の断面内に設けた空隙７のファイバ断面内に占める面積の割合、すなわち空隙率は約３１％になり、開口数は約０．６にまで大きくすることが出来る。

図１０に本発明のファイバに関する第５の実施例を示す。この図もファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、同図（ｂ）は側面図である。このファイバ２７は、図６のファイバ１８における散乱損失や吸収損失を向上させるために工夫したファイバ構造を有する。すなわち、外形断面が円形の石英ガラス管８の内面にＦを添加したＳｉＯ_２ガラス膜２８を形成したことを特徴とするファイバである。この石英ガラス管８の内面にＦを添加したＳｉＯ_２ガラス膜２８を形成する方法として、MCVD（Modified Chemical Vapor phase Deposition）法を用いた。すなわち、石英ガラス管８内にＳｉＦ_４、Ｏ_２ガスを導入しながら石英ガラス管８の外周を酸水素バーナで加熱し、前記酸水素バーナを移動させながら石英ガラス管８内で高温加水分解反応を起こさせて石英ガラス管８の内面にＦを添加したＳｉＯ_２ガラス膜２８を形成した。このＦを添加したＳｉＯ_２ガラス膜２８の膜厚は、散乱や吸収の低損失化を実現する上では１μｍから１０μｍの範囲でよい。これよりも厚くても良い。例えば、ファイバ２７の外径が１５０μｍよりも大きくなる場合には厚いほうが好ましい。なお製造方法上、この石英ガラス管８の四角形の内形断面の角部が、Ｆを添加したＳｉＯ_２ガラス膜２８のふくらみにより直角ではなく丸みをおびるが、これは光学的に影響が少ないので、問題にならない。

図１１に本発明のファイバに関する第６の実施例を示す。この図もファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、同図（ｂ）は側面図である。このファイバ２９も図１０のファイバ２７と同様に外形断面が円形の石英ガラス管８の内面にＦを添加したＳｉＯ_２ガラス膜２８を形成したことを特徴とする。

図１２に本発明のファイバに関する第７の実施例を示す。この図もファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、同図（ｂ）は側面図である。このファイバ３０はフォトニック結晶ファイバ１の外周にＦを添加したＳｉＯ_２ガラス膜２８を形成しておくことにより、このフォトニック結晶ファイバ１の外周表面での不要な散乱損失や吸収損失を低減するようにしたものである。このＦを添加したＳｉＯ_２ガラス膜２８はフォトニック結晶ファイバ１のプリフォームの段階でその外周にVAD（Vapor phase Axial Deposition）法を用いて酸水素バーナにＳｉＦ_４とＯ_２ガスを送り込んで火炎中で火炎加水分解反応を起こさせて形成した。このＦを添加したＳｉＯ_２ガラス膜２８はフォトニック結晶ファイバ１の外周表面での不要な散乱損失や吸収損失を低減するためのものであるので、その膜厚は１μｍから１０μｍの範囲でよいが、前述と同様にこれよりも厚くても良い。

図１３及び図２（ｄ）に本発明のファイバに関する第８の実施例を示す。この図もファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図である。このファイバ１７は、図２（ｃ）に示した、石英ガラスファイバ１３の空孔４が形成されていない外周部を除去して前記石英ガラスファイバ１３よりも断面積を６４％から７２％にまで小さくしたフォトニックバンドギャップ型フォトニック結晶ファイバ１５を用いて形成したものである。

図１４に本発明のファイバに関する第９の実施例を示す。この図もファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、同図（ｂ）は側面図である。このファイバ３１もフォトニックバンドギャップ型フォトニック結晶ファイバ１５の外周を外形断面が円形の石英ガラス管８で空隙７を介して覆った構造からなり、該フォトニック結晶ファイバ１５が該石英ガラス管８の三角形の内形断面２１に３箇所の接触部９１、９２、９３で接していることを特徴とする。このファイバ３１の断面内に設けた空隙７のファイバ断面内に占める面積の割合、すなわち空隙率は約２７％になり、開口数は０．５６にまで大きくすることが出来る。中空コア１２内を通じた可視光を用いた超高速光パルス伝送、高パワーソリトン伝送、紫外線光や赤外線光の伝送に好都合なファイバを得ることが出来る。

図１５に本発明のファイバに関する第１０の実施例を示す。この図もファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、同図（ｂ）は側面図である。このファイバ３２は図２（ａ）に示した石英ガラスファイバ１３を、図３（ｃ）に示すように四角形に加工したフォトニックバンドギャップ型フォトニック結晶ファイバ３３を用いる。ファイバ３２は、このフォトニックバンドギャップ型フォトニック結晶ファイバ３３の外周を外形が円形の石英ガラス管８で空隙７を介して覆った構造からなり、該フォトニックバンドギャップ型フォトニック結晶ファイバ３３が該石英ガラス管８の四角形の内形断面２３に４箇所の接触部９１、９２、９３、９４で接していることを特徴とする。このファイバ３２の断面内に設けた空隙７のファイバ断面内に占める面積の割合、すなわち空隙率は約５４％になり、開口数は少なくとも０．７６にまで大きくすることが出来る。このファイバ３２も前記したように、中空コア１２内を通じた可視光を用いた超高速光パルス伝送、高パワーソリトン伝送、紫外線光や赤外線光の伝送に極めて好都合なファイバである。特に紫外線光を高効率でファイバ内に結合させて伝送させることが出来るので、非常に有利である。なお、実施例３と同様に、より機械的強度の安定したファイバを実現させるためには、空隙率は下がるが、このファイバの外径も１５０μｍ程度に大きくした方が好ましい。

図１６に本発明のファイバに関する第１１の実施例を示す。この図はファイバの正面断面図を示したものである。このファイバ３４は、図１０と同様に、散乱損失や吸収損失を向上させるために工夫した構造を有する。すなわち、外形断面が円形の石英ガラス管８の内面にＦを添加したＳｉＯ_２ガラス膜２８を形成したことを特徴とする。

図１７に本発明のファイバに関する第１２の実施例を示す。この図もファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、同図（ｂ）は側面図である。このファイバ３５は、外形断面が円形の石英ガラス管の内形断面が四角形の場合において、この四角形の角を符合３６のように変形することにより前記内形断面を多角形にしことを特徴とする。このように外形断面が円形の石英ガラス管の内形断面が四角形の場合に、前記内形断面を変形して多角形にすれば、ファイバプリフォームを線引きしてファイバを製造する際の熱的影響によって石英ガラス管の内形断面が変形して多角形になる可能性を許容することが出来、これによりファイバ３５の製造歩留まりを大幅に向上させることができる。またこの熱的な変形により、ファイバ断面内の応力を緩和させることができ、曲げに対するファイバ３５の機械的強度を向上させることにもつながる。

図１８に本発明のファイバに関する第１３の実施例を示す。この図もファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、同図（ｂ）は側面図である。この実施例のファイバ３７も図１７の場合と同様に外形断面が円形の石英ガラス管の内形断面が四角形の場合において、この四角形の角を符合３６のように変形することにより前記内形断面を多角形にしたことを特徴とする。

本発明は上記実施例に限定されない。例えば、本発明のファイバの外周は、一つ或いは複数層のプラスチック樹脂（たとえば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂など）により覆われていても良い。これらのプラスチック樹脂はファイバの線引き時、あるいはファイバのケーブル化時に形成することができる。また、金属層を併用しても良い。また本発明のファイバを複数本束ねて使用しても良い。またプラスチック材で被覆したファイバを変形自在な金属管（ジャバラ管）内に入れて覆ってもよい。
外形断面が円形の石英ガラス管の内形断面が四角形か三角形である場合に、四角形、三角形の角の部分は鋭角でなくてもよく、わずかに丸まっていても良い。また円形の場合も略円形でも良い。

空孔の形状も略円形か楕円、略矩形に近い形状でも良い。
本発明のファイバは、石英ガラス中に空孔の配列構造を持つフォトニック結晶ファイバの外周を外形断面が円形の石英ガラス管で空隙を介して覆った構造からなり、該フォトニック結晶ファイバは該石英ガラス管内に少なくとも３箇所で接していることを特徴とするが、上記石英ガラス管内に接する箇所が点接触となるように石英ガラスの内形断面を局部的に突型形状あるいはふくらみを持たせた形状に加工してもよい。
本発明のファイバ内の空隙内には気体（ＮＡｒ、Ｈｅなど）を封入して密封しておいてもよい。
なお、本発明のファイバを使用する場合には、その両端に通常のシングルモードファイバ、あるいはマルチモードファイバをアーク放電、レーザ加熱などで融着接続して、ファイバ内の空隙や空孔内に不純物（水、遷移金属、有機物、塵など）が混入することによる特性の劣化が無いようにする。このようにすると、本発明のファイバを通常のシングルモードファイバ、あるいはマルチモードファイバを用いた伝送システムにも用いることもできるし、また本発明のファイバと通常の光機器や光部品（光スペクトラムアナライザ、光パワメータ、レーザ光源、光合分波器や光方向性結合器や光スイッチなどの光部品など）との接続が容易になる。

１、５、２３…フォトニック結晶ファイバ
２…コア
３、１３…石英ガラスファイバ
４、１４…空孔
６、１０、１６、１７、１８、２０、２２、２５、２７、２９、３０、３１、３２、３４、３５、３７…ファイバ
７…空隙
８…石英ガラス管
１１、１５、３３…フォトニックバンドギャップ型フォトニック結晶ファイバ
９１、９２、９３、９４…接触部
１２…中空コア
１９、２４…石英ガラス管の内形断面の四角形状
２１…石英ガラス管の内形断面の三角形状
２６…石英ガラス管の内形断面の円形形状
２８…Ｆを添加したＳｉＯ_２ガラス膜
３６…四角形の角の変形部

Claims (9)

1. 石英ガラスファイバ中に空孔の配列構造を持つフォトニック結晶ファイバの外周に、Ｆを添加したＳｉＯ_２ガラスが形成され、該フォトニック結晶ファイバの外周が、外形断面が円形の石英ガラス管で空隙を介して覆われた構造からなり、該フォトニック結晶ファイバの前記外周が該石英ガラス管内に少なくとも３箇所で接していることを特徴とするファイバ。
2. 請求項１において、前記石英ガラス管の内面にＦを添加したＳｉＯ_２ガラス膜が形成されていることを特徴とするファイバ。
3. 請求項１または２において、前記フォトニック結晶ファイバの外形断面が円形であり、前記石英ガラス管の内形断面が四角形か三角形であることを特徴とするファイバ。
4. 請求項１または２において、前記フォトニック結晶ファイバの外形断面が四角形であり、前記石英ガラス管の内形断面が円形か四角形であることを特徴とするファイバ。
5. 請求項１から４のいずれかにおいて、前記フォトニック結晶ファイバは全反射型かフォトニックバンドギャップ型のいずれかであることを特徴とするファイバ。
6. 請求項１から５のいずれかにおいて、ファイバ断面中に設けた空隙のファイバ断面内に占める面積の割合は１０％から５４％の範囲にあることを特徴とするファイバ。
7. 請求項１から６のいずれかにおいて、前記外形断面が円形の石英ガラス管の前記内形断面が四角形か三角形の場合には、該内形断面を変形して多角形にしたことを特徴とするファイバ。
8. 請求項１から７のいずれかにおいて、前記ファイバの両端にシングルモードファイバ、あるいはマルチモードファイバを融着接続したことを特徴とするファイバ。
9. 請求項１から８のいずれかに記載のファイバを製造する方法であって、
   石英ガラスファイバ中に空孔の配列構造を有する、除去前フォトニック結晶ファイバを形成し、
   前記除去前フォトニック結晶ファイバのうち前記空孔が形成されていない外周部を除去することにより前記フォトニック結晶ファイバを形成することを特徴とするファイバの製造方法。