WO2006003889A1

WO2006003889A1 - フォトニッククリスタルファイバ

Info

Publication number: WO2006003889A1
Application number: PCT/JP2005/011837
Authority: WO
Inventors: Takaharu Kinoshita; Masatoshi Tanaka
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries, Ltd.
Priority date: 2004-06-30
Filing date: 2005-06-28
Publication date: 2006-01-12
Also published as: JP2006017775A; US20080050077A1

Abstract

　フォトニッククリスタルファイバ１０のクラッド１２に、コア１１を中心としてファイバ径方向に第１～第４空孔層１５～１８を形成する。このとき、第１空孔層１５をなす空孔１２ａの直径をｄ1とした場合、第２～第４空孔層１６～１８をなす空孔１２ａのうち少なくとも１つを直径ｄ1よりも小さな直径ｄ2で形成する。

Description

明細書

フォトニッククリスタルファイバ技術分野

[0001] 本発明は、フォトニッククリスタルファイバに関し、特にファイバの性能向上を図るための技術に関するものである。

背景技術

[0002] フォトニッククリスタルファイバとは、光ファイバの中心軸周辺に多数の空孔を規則的に配置することにより、空孔が配置された領域の内部に、入射光を伝搬する領域（コア）を形成したものである（例えば、特許文献 1参照)。

[0003] このフォトニッククリスタルファイバによれば、クラッドに配置された空孔の径とその間隔とを適当に設定することにより、入射光の零分散波長を長波長側、又は短波長側に容易にシフトさせることができる。

特許文献 1：特開 2002— 243972号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] このようなフォトニッククリスタルファイバに求められる特性の 1つとして、広範囲な波長におけるシングルモード動作が挙げられる力この特性を得る条件として、空孔の直径を d、互いに隣接する空孔の中心間の距離 (ピッチ)を Λとした場合、 d/ A < 0 . 45を満たす必要がある。

[0005] 例えば、図 9は、上記条件を満たすように作製したフォトニッククリスタルファイバであり、 dZ A =0. 38となるように設定されている。この場合、短波長 405nmでシングルモード動作を実現することができるが、 d Λの値が小さ、ため曲げ損失が大きくなるという問題が発生する。

[0006] これに対し、図 10は、曲げ損失が出ないように作成したフォトニッククリスタルファィバであり、 d/ A =0. 63となるように設定されている。この場合、曲げ損失はほとんどな！、が、短波長 405nmでシングルモード動作できなくなると!、う問題が発生する。

[0007] 本発明は、力かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、短波長でシングルモード動作可能であり且つ曲げ損失の少な、フォトニッククリスタルファィバを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0008] 上記の目的を達成するために、本発明では、クラッドに配置される空孔の直径を不均一にするようにした。

[0009] すなわち、本発明は、ファイバ中心軸方向に延びるコアと、該コアの周囲に配置され該コアに沿って延びる複数の空孔を有するクラッドとを備えたフォトニッククリスタルファイバであって、

上記複数の空孔は、上記コアを中心としてファイバ半径方向に少なくとも 2層以上の空孔層を形成するように規則的に配置されており、

上記コアに隣接する空孔層が互いに同じ直径 dの空孔により形成され、他の空孔

1

層をなす複数の空孔のうち少なくとも 1つが、 d 1 >d 2を満たす直径 d 2の空孔カもなることを特徴とする。

[0010] 従って、本発明では、コアに隣接する空孔層をなす空孔の直径 dよりも小さな直径

1

dの空孔が他の空孔層に形成されているため、空孔の直径を均一にしてクラッドに配

2

置した場合に比べて様々な特性を持ったファイバを自由に構成することができる。

[0011] また、本発明は、互いに隣接する上記空孔の中心間の距離 Λに対し、 d /ά <0.

2 1

8且つ d ΖΛ〉0· 45であることを特徴とするものであってもよい。

1

[0012] すなわち、上記 d ΖΛはクラッドの空隙率であって、この値が大きいほどクラッドに

1

占める空孔の割合が大きいことを示しており、 d /Λ >0. 45であればクラッドの伝搬

1

光をコアへ閉じ込める効果が強くなる。その結果、クラッドの曲げ損失が小さくなる。さらに、 d /d <0. 8であれば、短波長の入射光をシングルモード伝搬させることがで

2 1

きる。

発明の効果

[0013] 以上説明したように、本発明によれば、ファイバのコアに隣接し大径の空孔カもなる空孔層により曲げ損失を低減させるとともに、この空孔層をなす空孔の直径 dよりも

1 小さな直径 dの空孔が含まれるように他の空孔層を形成したので、短波長でのシング

2

ルモード動作を実現することができる。 [0014] また、本発明によれば、ファイバのコアに隣接する空孔層をなす空孔の直径 dと隣

1 接孔の中心間の距離 Λとに基づくクラッドの空隙率 d ΖΛ力曲げ損失を出さないた

1

めの条件である 0. 45よりも大きな値に設定されるから、曲げ損失を低減する上で有利となる。また、周りの空孔層をなす空孔の一部を、 d /d < 0. 8となる直径 dの空

2 1 2 孔で形成することで、短波長でのシングルモード動作を容易に実現することができる図面の簡単な説明

[0015] [図 1]図 1は、本発明の実施形態 1に係るフォトニッククリスタルファイバの概略構成図である。

[図 2]図 2は、本実施形態 1に係るフォトニックファイバにおけるクラッドの空孔の配置を拡大して示す図である。

[図 3]図 3は、本実施形態 2に係るフォトニックファイバにおけるクラッドの空孔の配置を拡大して示す図である。

[図 4]図 4は、本実施形態 3に係るフォトニックファイバにおけるクラッドの空孔の配置を拡大して示す図である。

[図 5]図 5は、本実施形態 4に係るフォトニックファイバにおけるクラッドの空孔の配置を拡大して示す図である。

[図 6]図 6は、本実施例に係る入射光の波長と曲げ損失との関係を示す図である。

[図 7]図 7 (a)は、比較例 2におけるカウント値とモードフィールド径との関係を示す平面図であり、図 7 (b)は、 X— X断面矢視図であり、図 7 (c)は、 Y— Y断面矢視図である。

[図 8]図 8 (a)は、本実施例におけるカウント値とモードフィールド径との関係を示す平面図であり、図 8 (b)は、 X— X断面矢視図であり、図 8 (c)は、 Y— Y断面矢視図である。

[図 9]図 9は、比較例 1に係るフォトニックファイバにおけるクラッドの空孔の配置を示す図である。

[図 10]図 10は、比較例 2に係るフォトニックファイバにおけるクラッドの空孔の配置を示す図である。符号の説明

[0016] 10 フォトニッククリスタルファイバ

11 コア

12 クラッド、

12a 空孔

15 第 1空孔層

16 第 2空孔層

発明を実施するための最良の形態

[0017] 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くな、。

[0018] <実施形態 1 >

図 1は、本発明の実施形態 1に係るフォトニッククリスタルファイバ 10 (以下、 PCファィバという）の概略構成図である。この PCファイバ 10は、ファイバ中心をその軸方向に延びる中実のコア 11と、該ファイバ中心軸 P方向に延び該コァ 11の周囲に規則的に配置された多数の空孔 12aを有するクラッド 12と、該クラッド 12を覆うように設けられたオーバークラッド部 12bとを備えて、る。

[0019] そして、上記クラッド 12が、二次元的に屈折率が周期的に変動したフォトニックタリスタル構造を構成し、入射光は、そのフォトニッククリスタル構造で囲われたコア 11に閉じ込められて伝搬されることとなる。

[0020] 図 2は、本実施形態 1に係る PCファイバ 10におけるクラッド 12の空孔 12aの配置を拡大して示す図である。具体的に、上記クラッド 12のファイバ径方向の最もファイバ中心軸 Pに近い部分には、ファイバ中心軸 Pを挟んで対向する 6つの空孔 12a, 12a ,…が正六角形状をなすように配置されている。これら 6つの空孔 12a, 12a,…は略環状の第 1空孔層 15を形成しており、この第 1空孔層 15に囲まれた内部の領域がコァ 11となる。

[0021] 上記クラッド 12における空孔 12a, 12a,…の配置は、隣り合う空孔 12a, 12aの中心間が全て同じ距離 Λ (ピッチ)であって、隣接する 3つの空孔 12aが正三角形をなす周期的な配置であり、この周期でコア 11の周囲に配置されている。このような配置により、本実施形態 1では、コア 11を中心にファイバ半径方向に向力う第 1〜第 4空孔層 15〜18という 4つの層が形成されている。

[0022] ここで、第 1空孔層 15は全て直径 dの空孔 12aで形成されている。次に、第 2空孔

1

層 16は、直径 dの空孔 12aと、この直径 dよりも小さな直径 dの空孔 12cとが交互に

1 1 2 並ぶように配置されることで形成されて!ヽる。

[0023] そして、第 3空孔層 17は、全て直径 dの空孔 12cで形成されており、第 4空孔層 18

2

は、第 2空孔層 16の場合と同様に、直径 dの空孔 12aと直径 dの空孔 12cとが交互

1 2

に並ぶように配置されることで形成されて、る。

[0024] 以上により、本発明の実施形態 1に係るフォトニッククリスタルファイバによれば、クラッド 12の第 1空孔層 15をなす空孔 12aの直径 dよりも小さな直径 dの空孔 12cを第 2

1 2

空孔層 16以降の層に形成することで、曲げ損失を低減させるとともに、入射光が短波長であってもシングルモード動作させることができる。

[0025] また、 PCファイバ 10の製造方法として、キヤビラリを多数積み重ねて線引きするキャビラリ法が一般的である力本発明の実施形態 1に係る PCファイバ 10においては、隣り合う空孔 12a, 12aの中心間が一定の距離 Λとなるように設定しているので、外径が同じで内径のみ異なるキヤビラリを並べてキヤビラリ法により作製することで、非常に正確で規則的な空孔の配置を実現した PCファイバ 10を得ることができる。

[0026] <実施形態 2 >

図 3は、本発明の実施形態 2に係るフォトニッククリスタルファイバ 10である。上記実施形態 1との違いは、直径の異なる空孔の配置のみであるため、以下、実施形態 1と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する（実施形態 3, 4 も同様とする)。

[0027] まず、第 1、第 2及び第 4空孔層 15, 16, 18の空孔の直径やその配置は、上記実施形態 1と同様であるためその説明を省略する。

[0028] そして、第 3空孔層 17は、第 2空孔層 16の場合と同様に、直径 dの空孔 12aと直径

1

dの空孔 12cとが略交互に並ぶように配置されることで形成されて、る。

2

[0029] 従って、この実施形態 2でも、上記実施形態 1と同様の作用効果が得られる。 [0030] <実施形態 3 >

図 4は、本発明の実施形態 3に係るフォトニッククリスタルファイバ 10である。上記実施形態 1又は 2との違いは、直径の異なる空孔の配置のみである。

[0031] まず、第 1、第 2及び第 4空孔層 15, 16, 18の空孔の直径やその配置は、上記実施形態 1又は 2と同様であるため、その説明を省略する。

[0032] ここで、第 1空孔層 15の空孔 12aの直径 dよりも小さく且つ直径 dの空孔 12cよりも

1 2

大きな空孔 12dの直径を dとすると、第 3空孔層 17は、直径 dの空孔 12dが複数連

3 3

続してグループをなし、そのグループの間に直径 dの空孔 12cが 1つ配置されること

2

で形成されている。

[0033] 従って、この実施形態 3でも、上記実施形態 1と同様の作用効果が得られる。

[0034] <実施形態 4 >

図 5は、本発明の実施形態 4に係るフォトニッククリスタルファイバ 10である。上記実施形態 1〜 3との違ヽは、直径の異なる空孔の配置のみである。

[0035] ここで、第 1空孔層 15及び第 2空孔層 16は、全て直径 dの空孔 12aで形成されて

1

いる。

[0036] そして、第 3空孔層 17は、直径 dの空孔 12dが複数連続してグループをなし、その

3

グループの間に直径直径 dの空孔 12cが 2つ配置されることで形成されている。

2

[0037] さらに、第 4空孔層 18は、直径 dの空孔 12cと直径 dの空孔 12dとが交互に並ぶよ

2 3

うに配置されることで形成されて、る。

[0038] 従って、この実施形態 4でも、上記実施形態 1と同様の作用効果が得られる。

[0039] なお、本実施形態 1〜4で示した直径の異なる空孔の配置はあくまでも一例であり、その他にも様々な配置が考えられる。

[0040] <実施例 >

次に、具体的に行った実施例について説明する。本実施例に用いたフォトニッククリスタルファイバは、上記実施形態 1のものと同様の構成であり、そのファイバ径が 12

5 m、コア径が 9 μ mであって、空孔の直径 d =4. 2 [ /z m]、直径 dよりも小さな空

1 1

孔の直径 d = 2. 0 [ /ζ πι]、隣接する空孔の中心間の距離 Λ = 6. 5 [ m]であった

2

。すなわち、 d Zd =0. 48、 d Z A =0. 65, d / A =0. 31となる。 [0041] また、本実施例における PCファイバの性能を確認するための比較例 1として、図 9 に示すような dZA =0. 38となる PCファイバを用い、比較例 2として、図 10に示すような dZA =0. 63となる PCファイバを用いて同じく実験を行った。

[0042] まず、入射光の波長と曲げ損失との関係を調べるために、 PCファイバ 10を曲げ直径 60mmで 10回巻き、そのときのパワー変動について測定した。この結果を図 6に示す。

[0043] 図 6より、比較例 2及び本実施例では曲げ損失が少なぐ比較例 1では曲げ損失が大きくなつて、ることが確認できた。

[0044] 次に、曲げ損失の少な力つた比較例 2及び本実施例で用いた PCファイバについてシングルモード動作の確認を行った。その結果を図 7及び図 8に示す。

[0045] 図 7 (a)は、比較例 2におけるカウント値とモードフィールド径との関係をシミュレーシヨンにより解析して描画した平面図である。図 7 (b)は X—X断面矢視図であり、図 7 (c

)は Y— Y断面矢視図である。

[0046] この結果から、比較例 2では、セカンドモードが混在したためにピークが 2箇所存在しており、シングルモードで動作させることができな！/、ことが確認できた。

[0047] 図 8 (a)は、本実施例におけるカウント値とモードフィールド径との関係をシミュレ一シヨンにより解析して描画した平面図である。図 8 (b)は X—X断面矢視図であり、図 8

(c)は Y— Y断面矢視図である。

[0048] この結果から、本実施例では、ピークが 1箇所のみであり、シングルモードで動作可能であることが確認できた。

産業上の利用可能性

[0049] 以上説明したように、本発明は、フォトニッククリスタルファイバに対し、曲げ損失を低減しつつ短波長においてもシングルモード動作をさせることができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

Claims

請求の範囲

[1] ファイバ中心軸方向に延びるコアと、該コアの周囲に配置され該コアに沿って延びる複数の空孔を有するクラッドとを備えたフォトニッククリスタルファイバであって、上記複数の空孔は、上記コアを中心としてファイバ半径方向に少なくとも 2層以上の空孔層を形成するように規則的に配置されており、

1

層をなす複数の空孔のうち少なくとも 1つが、 d 1 >d 2を満たす直径 d 2の空孔カもなることを特徴とするフォトニッククリスタルファイバ。

[2] 請求項 1に記載されたフォトニッククリスタルファイバにおいて、

互いに隣接する上記空孔の中心間の距離 Λに対し、 d 2Zd 1 <0. 8且つ d 1ZA >0

. 45であることを特徴とするフォトニッククリスタルファイバ。