WO2011115146A1 - ホーリーファイバ - Google Patents

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WO2011115146A1
WO2011115146A1 PCT/JP2011/056150 JP2011056150W WO2011115146A1 WO 2011115146 A1 WO2011115146 A1 WO 2011115146A1 JP 2011056150 W JP2011056150 W JP 2011056150W WO 2011115146 A1 WO2011115146 A1 WO 2011115146A1
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loss
wavelength
less
holey fiber
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English (en)
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Inventor
幸寛 土田
和則 武笠
Original Assignee
古河電気工業株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02295—Microstructured optical fibre
    • G02B6/02314—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes
    • G02B6/02342—Plurality of longitudinal structures extending along optical fibre axis, e.g. holes characterised by cladding features, i.e. light confining region
    • G02B6/02347—Longitudinal structures arranged to form a regular periodic lattice, e.g. triangular, square, honeycomb unit cell repeated throughout cladding
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02214—Optical fibres with cladding with or without a coating tailored to obtain the desired dispersion, e.g. dispersion shifted, dispersion flattened
    • G02B6/02219—Characterised by the wavelength dispersion properties in the silica low loss window around 1550 nm, i.e. S, C, L and U bands from 1460-1675 nm
    • G02B6/02228—Dispersion flattened fibres, i.e. having a low dispersion variation over an extended wavelength range

Definitions

  • the present invention relates to a holey fiber.
  • Holey fiber or photonic crystal fiber, regularly arranges holes in the cladding to lower the average refractive index of the cladding and realize light transmission using the principle of total reflection.
  • This is a new type of optical fiber.
  • Holey fibers have unique characteristics such as Endlessly Single Mode (ESM) characteristics that cannot be achieved with conventional optical fibers and zero-dispersion wavelength shifted to the very short wavelength side by using holes to control the refractive index of optical fibers. Characteristics can be realized.
  • ESM Endlessly Single Mode
  • Characteristics can be realized.
  • ESM means that there is no cutoff wavelength, and is a characteristic that enables optical transmission at a high transmission rate over a wide band (Non-Patent Document 1).
  • Holey fibers are also expected to be used as low-optical nonlinear transmission media for optical communications and fiber lasers.
  • Non-Patent Document 2 and 5 in the conventional solid-type optical fiber that does not pores formed within the optical fiber, the optical fiber obtained by enlarging the Aeff and 118 .mu.m 2 or 160 .mu.m 2 is disclosed.
  • the solid type optical fiber has a problem that macrobend loss (bending loss) increases with increasing Aeff.
  • the bending loss is defined as the amount of increase in the transmission loss of the fundamental propagation mode of light, that is, the LP01 mode, when the optical fiber is bent with a predetermined bending diameter.
  • This increase in bending loss can be suppressed, for example, by increasing the cutoff wavelength of the optical fiber.
  • the cutoff wavelength of the optical fiber in order to operate an optical fiber so that light is transmitted in a single mode, there is a restriction that the cutoff wavelength of the optical fiber must be shorter than the wavelength of light to be transmitted. Therefore, in the conventional solid type optical fiber, there is a trade-off relationship between low optical nonlinearity (large Aeff), realization of single mode operation, and suppression of bending loss.
  • holey fibers can realize ESM characteristics, so the above trade-off relationship is relaxed, and low optical nonlinearity and suppression of bending loss are realized while realizing single mode operation. It is expected to be possible.
  • Non-Patent Documents 3 and 4 disclose microbend loss characteristics between a holey fiber and a normal solid optical fiber. Non-Patent Documents 3 and 4 relate to the theoretical evaluation of characteristics of holey fibers and their high power delivery applications.
  • Non-Patent Document 3 describes high power delivery in the visible light region and does not consider transmission applications.
  • Non-Patent Document 4 only one type of sectional structure of the holey fiber is mentioned, and the sectional structure that can sufficiently reduce the microbend loss is not specified.
  • K. Saitoh, Y. Tsuchida, M. Koshiba, and N.A. Mortensen “Endlessly single-mode holey fiber: the influence of core design,” Optics Express, vol. 13, pp. 10833-10839 (2005).
  • K. Nagayama, M. Kakui, M. Matsui, T. Saitoh, and Y. Chigusa “Ultra-low-loss (0.1484 dB / km) pure silica core fibre and extension of transmission distance,” Electronics Letters, vol. 38 , Pp. 1168-1169 (2002) M.D. Nielsen, N.A. Mortensen, and J.R.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a holey fiber suitable for use in optical communication by realizing low optical nonlinearity and suppressing bending loss while realizing single mode operation.
  • the holey fiber according to the present invention is formed in a layered manner around the core portion, the core portion located in the center, and the outer periphery of the core portion.
  • a clad portion having holes, and the holes are arranged to form a triangular lattice, and the hole diameter of the holes is d [ ⁇ m], and the lattice constant of the triangular lattice is ⁇ [ ⁇ m].
  • D / ⁇ is within the range of 0.43 ⁇ 0.10
  • ⁇ is 10.5 ⁇ m to 15 ⁇ m
  • the effective core area is 130 ⁇ m 2 or more at a wavelength of 1550 nm, and bent at a diameter of 20 mm.
  • the bending loss is 200 dB / m or less, and single mode operation is performed.
  • the holey fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, an effective core area at a wavelength of 1550 nm is 250 ⁇ m 2 or less.
  • the holey fiber according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the d / ⁇ is within a range of 0.43 ⁇ 0.08.
  • the holey fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the confinement loss of the LP01 mode at a wavelength of 1550 nm is 0.02 dB / km or less.
  • the holey fiber according to the present invention is the transmission loss when the holey fiber is wound around the bobbin on which the sandpaper is wound on the surface, and the holey fiber is not wound on the bobbin where the sandpaper is not wound.
  • the microbend loss defined by the difference from the transmission loss when wound is 1.5 dB / km or less at a wavelength of 1550 nm.
  • the holey fiber according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the microbend loss is 0.3 dB / km or less.
  • the holey fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the outer diameter is larger than 130 ⁇ m.
  • the absolute value of the chromatic dispersion value is 30 ps / nm / km or less at a wavelength of 1550 nm
  • the dispersion slope value is 0.06 ⁇ 0.02 ps / nm 2 /
  • the DPS value which is a value obtained by dividing the chromatic dispersion value at a wavelength of 1550 nm by the dispersion slope value, is 360 nm or more.
  • the holey fiber according to the present invention achieves an effect of being suitable for use in optical communication by realizing low optical nonlinearity and suppressing bending loss while realizing single mode operation.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an HF according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the effective core area Aeff and the bending loss at a wavelength of 1550 nm for HF having the same cross-sectional structure as the HF shown in FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the effective core area Aeff and the bending loss at a wavelength of 1550 nm for the HF having d / ⁇ of 0.43 shown in FIG. 2 and the SIF to be compared.
  • FIG. 4 shows, as calculation examples 1 to 10, a cross-sectional structure similar to that of the HF shown in FIG.
  • FIG. 5 shows, as calculation examples 11 to 17, design parameters when d / ⁇ is set to 0.51 for an HF having the same cross-sectional structure as the HF shown in FIG. It is a figure which shows the relationship with each optical characteristic in wavelength 1550nm.
  • FIG. 6 is a diagram showing a relationship between design parameters for HF in which the number of hole layers is reduced to 3 with respect to HF shown in FIG. 5 and respective optical characteristics at a wavelength of 1550 nm as calculation examples 18 to 24. .
  • FIG. 5 shows, as calculation examples 11 to 17, design parameters when d / ⁇ is set to 0.51 for an HF having the same cross-sectional structure as the HF shown in FIG. It is a figure which shows the relationship with each optical characteristic in wavelength 1550nm.
  • FIG. 6 is a diagram showing a relationship between design parameters for HF in which the number of hole layers is reduced to 3 with respect to HF shown in FIG. 5 and respective optical characteristics at a wavelength of 1550 nm as calculation examples 18 to
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the number of hole layers and the confinement loss of the LP01 mode at a wavelength of 1550 nm in HF having the same cross-sectional structure as HF shown in FIG.
  • FIG. 8 is a view showing an enlarged photograph of a cross section of the manufactured HF according to Example 1.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a transmission loss spectrum of the HF according to the first to third embodiments and the SIF according to the reference example.
  • FIG. 10 is a diagram showing a microbend loss spectrum of HF according to Examples 1 to 3 and SIF according to Reference Example 1.
  • FIG. 11 is a diagram showing a microbend loss spectrum of the SIF according to Reference Examples 2 and 3.
  • FIG. 12 is a diagram showing a microbend loss spectrum of HF according to Examples 4-7.
  • FIG. 13 is a diagram showing design parameters and measured optical characteristics of the HF according to Examples 1 to 7 and the SIF according to Reference Examples 1 and 2.
  • the cutoff wavelength ( ⁇ c) is ITU-T (International Telecommunication Union) This refers to the fiber cutoff wavelength defined in 650.1.
  • ITU-T G International Telecommunication Union
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an HF according to an embodiment of the present invention.
  • the HF 10 includes a core part 11 located at the center and a clad part 12 located on the outer periphery of the core part 11.
  • the core part 11 and the clad part 12 are both made of pure silica glass to which no dopant for adjusting the refractive index is added.
  • the clad part 12 has holes 13 formed in a layer around the core part 11.
  • the number of the holes 13 in the HF 10 is five.
  • the holes 13 are formed in a layered manner and are arranged so as to form a triangular lattice L.
  • the diameters of the holes 13 are all d, and the lattice constant of the triangular lattice L, that is, the distance between the centers of the holes 13 is ⁇ .
  • d / ⁇ which is the ratio of d and ⁇
  • ⁇ is set within a range of 0.43 ⁇ 0.10, preferably 0.43 ⁇ 0.08, and ⁇ is set to 10.5 ⁇ m to 15 ⁇ m.
  • the effective core area is 130 ⁇ m 2 or more
  • the bending loss when bent at a diameter of 20 mm is 200 dB / m or less
  • the effective core area is preferably 250 ⁇ m 2 or less.
  • this HF10 has a low optical nonlinearity due to a large Aeff, has a practical bending loss characteristic capable of transmitting light even when wound around a diameter of 20 mm assumed for cable formation, and It has single-mode operating characteristics and is suitable for use in optical communications.
  • the confinement loss in the first higher-order propagation mode of light that is, the LP11 mode is 0.2 dB / m or more
  • the confinement loss in the base propagation mode that is, the LP01 mode is 0.02 dB / km.
  • the HF is defined as operating in a single mode.
  • the confinement loss is a loss generated when a part of light propagating through the core portion of the HF leaks from the core portion through a gap between the holes.
  • This value of 0.2 dB / m means that a loss of 20 dB occurs only when the LP11 mode of light propagates through HF for 100 m. Therefore, when performing optical transmission of at least several km or more using this HF as an optical transmission line, the LP11 mode is sufficiently attenuated and only the LP01 mode propagates substantially.
  • the confinement loss of the LP01 mode of light is 0.02 dB / km or less at a wavelength of 1550 nm, and the HF 10 is sufficiently small to have almost no influence on the transmission loss.
  • This HF10 can reduce the microbend loss at a wavelength of 1550 nm to 0.3 dB / km or less, for example, if the outer diameter (cladding diameter) is larger than 130 ⁇ m.
  • Non-Patent Document 5 when Aeff is increased with respect to a single step solid index SIF (Step Index Fiber) having a normal step index type refractive index profile, the microbend is increased by increasing the cladding diameter. It is known that loss can be suppressed. Therefore, since it is considered that the microbend loss can be further suppressed by increasing the outer diameter with respect to the HF having holes in the cladding region as in the first embodiment, it is more desirable to use the HF. Bend characteristics are obtained.
  • SIF Step Index Fiber
  • the number of pore layers is five.
  • the number of pore layers may be appropriately increased or decreased as long as each of the above-described effective core cross-sectional area, bending loss, and single mode operation characteristics is achieved.
  • the bending loss means a bending loss at a diameter of 20 mm.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the effective core area Aeff and the bending loss at a wavelength of 1550 nm for an HF having the same cross-sectional structure as the HF 10 shown in FIG.
  • d / ⁇ is set to 0.35 to 0.53.
  • ⁇ is set such that Aeff is a value shown on the horizontal axis for each set d / ⁇ .
  • a line L1 indicates a position where the bending loss is 200 dB / m. As shown in FIG. 2, in HF, the bending loss increases as Aeff increases.
  • the combination of lambda and Aeff is the case d / lambda is 0.35 is the (9 ⁇ m, 126.1 ⁇ m 2), ( 10 ⁇ m, 153.8 ⁇ m 2) .
  • d / ⁇ is 0.38
  • they are (10 ⁇ m, 143 ⁇ m 2 ), (11 ⁇ m, 172 ⁇ m 2 ), (11.2 ⁇ m, 178.4 ⁇ m 2 ).
  • d / ⁇ is 0.43
  • d / ⁇ when d / ⁇ is 0.48, they are (11 ⁇ m, 141 ⁇ m 2 ) and (12 ⁇ m, 167 ⁇ m 2 ). Further, when d / ⁇ is 0.53, they are (11.4 ⁇ m, 139 ⁇ m 2 ), (12.5 ⁇ m, 166 ⁇ m 2 ), (13 ⁇ m, 179 ⁇ m 2 ).
  • the HF for the long-distance optical transmission line it is preferable to suppress the optical nonlinearity as compared with the conventional optical fiber, so that Aeff is preferably set to 130 ⁇ m 2 or more.
  • the bending loss is preferably 200 dB / m or less. As shown in FIG. 2, when d / ⁇ is 0.33 or more, preferably 0.35 or more, ⁇ is appropriately selected in the range of 10.5 ⁇ m to 15 ⁇ m, and bending is performed while Aeff is 130 ⁇ m 2 or more. The loss can be 200 dB / m or less.
  • Non-Patent Document 1 when d / ⁇ is made larger than 0.43, the ESM characteristics are impaired and the confinement loss of the LP11 mode is lowered. Therefore, the value of d / ⁇ is 0.53 or less, preferably 0.51 or less, so that the confinement loss in the LP11 mode is 0.2 dB / km (0.0002 dB / m) or more.
  • d / ⁇ is 0.43 ⁇ 0.1, preferably 0.43 ⁇ 0.08.
  • Aeff is 250 ⁇ m 2 or less.
  • the SIF used for comparison has a cutoff wavelength set to 1.53 ⁇ m, which is the short wavelength end of a wavelength band called a C band (1.53 ⁇ m to 1.56 ⁇ m). It describes.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the effective core area Aeff and the bending loss at the wavelength of 1550 nm for the HF having d / ⁇ of 0.43 shown in FIG. 2 and the SIF to be compared.
  • the core diameter of the SIF and the relative refractive index difference ⁇ between the core and the clad are changed so that the cutoff wavelength is maintained at 1.53 ⁇ m.
  • Aeff and bending loss are calculated using the changed core diameter and relative refractive index difference ⁇ .
  • the Aeff-bending loss characteristics are substantially the same between HF and SIF with d / ⁇ of 0.43. That is, in the present embodiment, HF with d / ⁇ of 0.43 can realize the Aeff-bending loss characteristic similar to the conventional SIF. Since HF with d / ⁇ of 0.43 has ESM characteristics as described above, there is no restriction that the cutoff wavelength is 1.53 ⁇ m as in the conventional SIF. Therefore, this HF operates in a single mode even at a wavelength of 1.53 ⁇ m or less, and is more suitable for optical transmission in a wide band.
  • the chromatic dispersion characteristic of the HF according to the present embodiment is largely governed by the material dispersion characteristic of the glass material.
  • the absolute value of the chromatic dispersion value is 30 ps / nm / km or less, and the dispersion slope value Is in the range of 0.06 ⁇ 0.02 ps / nm 2 / km.
  • These chromatic dispersion value and dispersion slope value are obtained from ITU-T G.
  • the characteristics are relatively close to those of the single mode optical fiber (SMF) defined in 652.
  • a DPS (Dispertion Per Slope) value which is a value obtained by dividing the chromatic dispersion value of HF according to the present embodiment by the dispersion slope value, is 360 nm or more at a wavelength of 1550 nm, and is a standard DPS value of SMF. Greater than 300 nm. Therefore, the HF according to the present embodiment can be easily compensated for dispersion using an SMF dispersion compensating optical fiber when used as an optical transmission line.
  • FIG. 4 shows, as calculation examples 1 to 10, a cross-sectional structure similar to that of the HF 10 shown in FIG. FIG.
  • design parameters structural parameters
  • d / ⁇ is set to 0.43
  • ⁇ is set to 8 ⁇ m to 17 ⁇ m.
  • LP01 indicates the confinement loss in the LP01 mode
  • LP11 indicates the confinement loss in the LP11 mode.
  • d / ⁇ in FIG. 4 is 0.43
  • the bending loss value tends to increase as ⁇ increases, so in FIG. It approximates and shows the value in the approximate curve.
  • the effective core area Aeff is 130 ⁇ m 2 or more and the bending loss of the LP01 mode Becomes 200 dB / m or less.
  • the confinement loss of the LP01 mode is 4.94 ⁇ 10 ⁇ 3 dB / km or less, which is sufficiently small so as to hardly affect the transmission loss.
  • the confinement loss in the LP11 mode is 67.1 dB / m or more, which is sufficiently larger than 0.2 dB / m, and a sufficient single mode operation is realized.
  • the absolute value of the chromatic dispersion value is 30 ps / nm / km or less, the dispersion slope value is within the range of 0.06 ⁇ 0.02 ps / nm 2 / km, and the DPS value Is 360 nm or more, which is a preferable value.
  • FIG. 5 shows calculation examples 11 to 17 where d / ⁇ is set to 0.51 for HF having the same cross-sectional structure as HF 10 as in FIG. 4 but having four hole layers. It is a figure which shows the relationship between the design parameter in the case of having performed, and each optical characteristic in wavelength 1550nm.
  • ⁇ is set to 10 ⁇ m to 16 ⁇ m.
  • the confinement loss in the LP11 mode is 1.86 ⁇ 10 ⁇ 2 dB / Since it is as small as m or less, sufficient single mode operation is not guaranteed.
  • FIG. 6 shows, as calculation examples 18 to 24, the relationship between the design parameters for HF in which the number of hole layers is reduced to 3 with respect to the HF shown in FIG. FIG.
  • the absolute value of the chromatic dispersion value is 30 ps / nm / km or less
  • the dispersion slope value is within the range of 0.06 ⁇ 0.02 ps / nm 2 / km
  • the DPS value Is 360 nm or more, which is a preferable value.
  • the number of hole layers may be set so that the confinement loss in the LP11 mode and the LP01 mode becomes a preferable value with respect to the setting of d / ⁇ and ⁇ .
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the number of pore layers and the confinement loss of the LP01 mode at a wavelength of 1550 nm in HF having the same cross-sectional structure as HF 10 shown in FIG.
  • d / ⁇ is set to 0.43 or 0.51
  • ⁇ is set to 12 ⁇ m.
  • a line L2 indicates a position where the confinement loss is 0.02 dB / km.
  • the transmission loss is at least about 0.2 dB / km. Therefore, if the confinement loss in the LP01 mode is 0.02 dB / km or less, the transmission loss is sufficiently small that the transmission loss is hardly affected. It is considered to be a small value.
  • the confinement loss of the LP01 mode is 0.012 dB / km, which is 0.02 dB / km or less. The value is small enough that it hardly affects the loss.
  • d / ⁇ is 0.43, a confinement loss of 0.02 dB / km or less can be realized if the number of hole layers is 4 or more.
  • ⁇ is set to 12 ⁇ m. However, even if ⁇ is set to 11 ⁇ m to 15 ⁇ m, the confinement loss value in each mode is almost the same as when ⁇ is 12 ⁇ m.
  • HF was produced by using a known stack and draw method using a solid glass rod made of pure silica glass and a hollow glass capillary tube.
  • the design parameters for HF according to Examples 1 to 7 were as follows. That is, in Example 1, d / ⁇ was 0.43, ⁇ was 10.5 ⁇ m, and the outer diameter (cladding diameter) was 186 ⁇ m. In Example 2, d / ⁇ was 0.34, ⁇ was 10.2 ⁇ m, and the outer diameter was 186 ⁇ m. For Example 3, d / ⁇ was 0.43, ⁇ was 10.6 ⁇ m, and the outer diameter was 215 ⁇ m.
  • Example 4 For Example 4, d / ⁇ was 0.43, ⁇ was 10.9 ⁇ m, and the outer diameter was 186 ⁇ m. In Example 5, d / ⁇ was 0.43, ⁇ was 10.9 ⁇ m, and the outer diameter was 186 ⁇ m. In Example 6, d / ⁇ was 0.43, ⁇ was 10.9 ⁇ m, and the outer diameter was 161 ⁇ m. In Example 7, d / ⁇ was 0.45, ⁇ was 11.4 ⁇ m, and the outer diameter was 186 ⁇ m. The number of pore layers was 5 in each of Examples 1 to 4, and 4 in Examples 5 to 7.
  • FIG. 8 is a view showing an enlarged photograph of a cross section of the manufactured HF of Example 1.
  • FIG. 8 it was confirmed that the produced HF did not collapse all the pore structures and the pore diameter was substantially uniform.
  • FIG. 9 is a diagram showing transmission loss spectra of the HF according to Examples 1 to 3 and the SIF according to Reference Example 1.
  • the peak of transmission loss near the wavelength of 1400 nm is due to absorption by OH groups in the optical fiber.
  • both the HF according to Examples 1 to 3 and the SIF according to Reference Example 1 have a transmission loss characteristic without any problem.
  • the transmission loss of the HF according to Example 1 at a wavelength of 1550 nm was 5.02 dB / km.
  • FIG. 10 is a diagram showing a microbend loss spectrum of HF according to Examples 1 to 3 and SIF according to Reference Example 1.
  • the microbend loss includes transmission loss when each optical fiber is wound around a bobbin around which sandpaper of # 1000 is wound, and each optical fiber wound around the bobbin where no sandpaper is wound.
  • the transmission loss was measured, it was defined as the difference between these transmission losses.
  • the bobbin diameter is 160 mm.
  • the microbend loss defined by this measurement method will be referred to as the microbend loss by the second measurement method.
  • the microbend loss by the second measurement method is preferable because the influence of the bending loss is smaller.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a microbend loss spectrum of the SIF according to Reference Examples 2 and 3.
  • FIG. 12 is a diagram showing a microbend loss spectrum of HF according to Examples 4-7.
  • the microbend loss is the transmission loss when each optical fiber is wound around a bobbin wound with # 1000 sandpaper on the surface, and when each optical fiber is unwound from the bobbin to be in a bundled state. The transmission loss was measured and defined as the difference between these transmission losses.
  • the bobbin diameter is 160 mm.
  • the microbend loss defined by this measurement method is referred to as the microbend loss by the first measurement method.
  • the diameter of the bobbin to be used is not particularly limited, but is preferably 80 mm or more and 200 mm or less with a small bending loss.
  • microbend loss of the HFs according to Examples 4 to 7 is larger than the microbend loss of the SIFs according to Reference Examples 2 and 3, both are values that have no practical problem. It was.
  • FIG. 13 is a diagram showing design parameters and measured optical characteristics of HF according to Examples 1 to 7, SIF according to Reference Examples 1 and 2.
  • ⁇ c means a cutoff wavelength
  • ESM means that an ESM characteristic is realized.
  • PMD means Polarization Mode Dispersion.
  • values at a wavelength of 1550 nm are shown except for the cutoff wavelength ⁇ c.
  • FIG. 13 about the microbend loss, both the microbend loss by the 1st measuring method and the 2nd measuring method is shown.
  • the HFs according to Examples 1 to 7 have ESM characteristics at a wavelength of 1550 nm, Aeff is 130 ⁇ m 2 or more, and bending loss is 200 dB / m or less. The characteristics are almost as designed.
  • the HF according to Examples 1 to 7 has a wavelength dispersion value of 30 ps / nm / km or less and a dispersion slope value of 0.06 ⁇ 0.02 ps / nm 2 / km at a wavelength of 1550 nm. A preferred value of being within was obtained.
  • HF according to Examples 1 to 7 was a preferable value with a DPS value of 360 nm or more.
  • the HF values according to Examples 1 to 7 were values of about 2 ps / rkm or less with respect to PMD.
  • the HF according to Examples 1 to 7 had a microbend loss of 2.0 dB / km or less, or more preferably 1.0 dB / km or less, which is preferable according to the first measurement method.
  • HF according to Examples 1 to 7 had a microbend loss by the second measurement method of preferably 1.5 dB / km or less, or more preferably 0.3 dB / km or less. Note that HF having a microbend loss of 1.5 dB / km or less according to the second measurement method is preferred because it is a value that can be used practically without problems.
  • the transmission loss is approximately the same as the general transmission loss level of optical fiber, which is about 0.2 dB / km. It is more preferable because it is a level with little influence on
  • the outer diameter is equal and Aeff is sufficiently larger in HF, but the increase in microbend loss is suppressed.
  • the microbend loss due to the method was a value with no problem of 0.3 dB / km or less.
  • the outer diameter of the HF according to Example 3 is larger than that of the HF according to Example 1.
  • Example 4 when comparing the HF according to Example 4 and Example 5, the microbend loss is smaller in Example 4 in both the first measurement method and the second measurement method.
  • Example 4 and Example 5 the values of d / ⁇ , ⁇ , and outer diameter are the same, but Example 4 has a larger number of pore layers.
  • the pore layer plays a role of a cushion that alleviates the degree of external stress reaching the core portion.
  • the function of the cushion is larger because there are many pore layers. Therefore, it is considered that the microbend loss is smaller than that of the HF according to the fifth embodiment.
  • Example 7 when HF according to Example 5 and Example 7 is compared, the microbend loss is smaller in Example 7 in both the first measurement method and the second measurement method.
  • Example 5 and Example 7 the value of the outer diameter and the number of pore layers are the same, but Example 7 is larger in d / ⁇ .
  • d / ⁇ since d / ⁇ is large, the cross-sectional area of the holes in the cross section of the cladding portion is large. Therefore, it is considered that the function of the air hole cushion becomes larger and the microbend loss is smaller than that of the HF according to the fifth embodiment.
  • d / ⁇ is preferably set to such a magnitude that the HF does not transmit light of a desired wavelength in multimode.
  • the holey fiber according to the present invention is suitable for use in the field of optical communication, for example.

Abstract

　中心に位置するコア部と、前記コア部の外周に位置し、前記コア部の周囲に層状に形成された空孔を有するクラッド部と、を備え、前記空孔は、三角格子を形成するように配置され、該空孔の孔径をｄ［μｍ］、該三角格子の格子定数をΛ［μｍ］とすると、ｄ／Λは０．４３±０．１０の範囲内であり、Λは１０．５μｍ～１５μｍであり、波長１５５０ｎｍにおいて、実効コア断面積が１３０μｍ２以上であり、直径２０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が２００ｄＢ／ｍ以下であり、かつシングルモード動作するホーリーファイバ。

Description

ホーリーファイバ
　本発明は、ホーリーファイバに関するものである。
　ホーリーファイバ（Holey　Fiber：ＨＦ）、あるいはフォトニッククリスタルファイバは、クラッドに空孔を規則的に配列することにより、クラッドの平均屈折率を下げ、全反射の原理を用いて、光の伝送を実現する新しいタイプの光ファイバである。ホーリーファイバは、光ファイバの屈折率制御に空孔を用いることにより、従来の光ファイバでは実現不可能なEndlessly　Single　Mode（ＥＳＭ）特性や、きわめて短波長側にシフトした零分散波長等の特異な特性を実現可能である。なお、ＥＳＭとは、カットオフ波長が存在しないことを意味し、広帯域にわたって高伝送速度の光伝送を可能にする特性である（非特許文献１）。
　また、ホーリーファイバは、光通信用やファイバレーザ用の低光学非線形の伝送媒体としての応用も期待されている。
　すなわち、たとえば光通信において、特に陸上の長距離伝送や海底伝送を実施する場合、伝送媒体である光ファイバの非線形光学現象が、長距離高速伝送を実現する上で大きな障害になるという問題がある。そこで、この問題を解決する方法として、光ファイバのコア径を通常よりも拡大してその実効コア断面積（Ａeff）を拡大し、光学非線形性を低減した大Ａeff型の光ファイバを伝送媒体として使用することが提案されている。たとえば、非特許文献２、５では、光ファイバ内に空孔が形成されていない通常のソリッド型光ファイバにおいて、Ａeffを１１８μｍ２または１６０μｍ２と拡大した光ファイバが開示されている。
　しかしながら、ソリッド型光ファイバは、Ａeffを拡大しようとすると、それに伴ってマクロベンド損失（曲げ損失）が増大するという問題がある。なお、曲げ損失とは、光ファイバを直線状にした状態から所定の曲げ直径で曲げた場合の、光の基底伝搬モード、すなわちＬＰ０１モードの伝送損失の増加量として定義される。
　この曲げ損失の増大は、たとえば光ファイバのカットオフ波長を長くすれば、抑制できる。しかしながら、光がシングルモードで伝送するように光ファイバを動作させるには、その光ファイバのカットオフ波長を、伝送させる光の波長よりも短くしなければならないという制約がある。したがって、従来のソリッド型光ファイバにおいては、低光学非線形化（大Ａeff化）、シングルモード動作の実現、および曲げ損失の抑制の間にはトレードオフの関係があった。
　これに対して、ホーリーファイバは、ＥＳＭ特性を実現することが可能であるため、上述したトレードオフの関係が緩和され、シングルモード動作を実現しながら、低光学非線形化および曲げ損失の抑制を実現できるものと期待されている。
　なお、ソリッド型光ファイバにおいては、大Ａeff化、シングルモード動作の実現、およびマイクロベンド損失の抑制の間にもトレードオフの関係がある。ここで、マイクロベンド損失とは、光ファイバをたとえばボビンに巻きつけた場合に、ボビンの表面の微少な凹凸等によって光ファイバに微小な曲げが加えられることによる、ＬＰ０１モードの伝送損失の増加量として定義される。非特許文献３、４には、ホーリーファイバと通常のソリッド型光ファイバとのマイクロベンド損失特性について開示されている。非特許文献３、４は、ホーリーファイバの特性の理論的な評価や、その高パワーデリバリ応用に関するものである。
　非特許文献３においては、可視光領域の高パワーデリバリについて述べられており伝送応用については考えられていない。また非特許文献４においては、ホーリーファイバの断面構造が一種類についてのみ言及されており、マイクロベンド損失を十分に低減可能な断面構造については特定されていない。
K.　Saitoh,　Y.　Tsuchida,　M.　Koshiba,　and　N.A.　Mortensen,　"Endlessly　single-mode　holey　fiber:　the　influence　of　core　design,"　Optics　Express,　vol.　13,　pp.　10833-10839　(2005). K.　Nagayama,　M.　Kakui,　M.　Matsui,　T.　Saitoh,　and　Y.　Chigusa,　"Ultra-low-loss　(0.1484　dB/km)　pure　silica　core　fibre　and　extension　of　transmission　distance,"　Electronics　Letters,　vol.　38,　pp.　1168-1169　(2002) M.D.　Nielsen,　N.A.　Mortensen,　and　J.R.　Folkenberg,　"Reduced　microdeformation　attenuation　in　larage-moode-area　photonic　crystal　fibers　for　visible　applications,"　Optics　Letters,　vol.　28,　pp.　1645-1647　(2003) A.　Bjarklev,　T.P.　Hansen,　K.　Hougaard,　S.B.　Libori,　E.　Knudsen,　and　J.　Broeng,　"Microbending　in　photonic　crystal　fibres　-　an　ultimate　loss　limit?,"　Proceeding　of　ECOC　2001,　We.　L.　2.　4. K.　Mukasa,　K.　Imamura,　R.　Sugizaki,　and　T.　Yagi,　"Comparisons　of　merits　on　wide-band　transmission　systems　between　Using　extremely　improved　solid　SMFs　with　Aeff　of　160mm2　and　loss　of　0.175dB/km　and　Using　large-Aeff　holey　fibers　enabling　transmission　over　600nm　bandwidth,"　Proceeding　of　OFC　2008,　OThR1.
　ところで、光通信への適用のために、シングルモード動作を実現しながら、従来よりもさらに低光学非線形化および曲げ損失の抑制を実現したホーリーファイバが強く要求されている。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、シングルモード動作を実現しながら、低光学非線形化および曲げ損失の抑制を実現し、光通信における使用に適するホーリーファイバを提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るホーリーファイバは、中心に位置するコア部と、前記コア部の外周に位置し、前記コア部の周囲に層状に形成された空孔を有するクラッド部と、を備え、前記空孔は、三角格子を形成するように配置され、該空孔の孔径をｄ［μｍ］、該三角格子の格子定数をΛ［μｍ］とすると、ｄ／Λは０．４３±０．１０の範囲内であり、Λは１０．５μｍ～１５μｍであり、波長１５５０ｎｍにおいて、実効コア断面積が１３０μｍ２以上であり、直径２０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が２００ｄＢ／ｍ以下であり、かつシングルモード動作することを特徴とする。
　また、本発明に係るホーリーファイバは、上記の発明において、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積が２５０μｍ２以下であることを特徴とする。
　また、本発明に係るホーリーファイバは、上記の発明において、前記ｄ／Λが０．４３±０．０８の範囲内であることを特徴とする。
　また、本発明に係るホーリーファイバは、上記の発明において、波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードの閉じ込め損失が０．０２ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。
　また、本発明に係るホーリーファイバは、上記の発明において、サンドペーパが表面に巻かれたボビンに当該ホーリーファイバを巻きつけたときの伝送損失と、サンドペーパが巻かれていない前記ボビンに当該ホーリーファイバを巻きつけたときの伝送損失との差で定義されるマイクロベンド損失が、波長１５５０ｎｍにおいて１．５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。
　また、本発明に係るホーリーファイバは、上記の発明において、前記マイクロベンド損失が０．３ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。
　また、本発明に係るホーリーファイバは、上記の発明において、外径が１３０μｍより大きいことを特徴とする。
　また、本発明に係るホーリーファイバは、上記の発明において、波長１５５０ｎｍにおいて、波長分散値の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、分散スロープ値が０．０６±０．０２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの範囲内にあり、波長１５５０ｎｍにおける波長分散値を分散スロープ値で除算した値であるＤＰＳ値が３６０ｎｍ以上であることを特徴とする。
　本発明に係るホーリーファイバは、シングルモード動作を実現しながら、低光学非線形化および曲げ損失の抑制を実現し、光通信における使用に適するという効果を奏する。
図１は、実施の形態に係るＨＦの模式的な断面図である。 図２は、図１に示すＨＦと同様の断面構造を有するＨＦについての、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａeffと曲げ損失との関係を示す図である。 図３は、図２に示すｄ／Λが０．４３のＨＦと比較対象のＳＩＦとについての、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａeffと曲げ損失との関係を示す図である。 図４は、計算例１～１０として、図１に示すＨＦと同様の断面構造を有するが、空孔層数が４であるＨＦについての、設計パラメータと、波長１５５０ｎｍにおける各光学特性との関係を示す図である。 図５は、計算例１１～１７として、図１に示すＨＦと同様の断面構造を有するが空孔層数が４であるＨＦについて、ｄ／Λを０．５１に設定した場合の、設計パラメータと、波長１５５０ｎｍにおける各光学特性との関係を示す図である。 図６は、計算例１８～２４として、図５に示すＨＦに対して空孔層数を３に減少させたＨＦについての設計パラメータと、波長１５５０ｎｍにおける各光学特性との関係を示す図である。 図７は、図１に示すＨＦと同様の断面構造を有するＨＦにおいて、空孔層数と波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードの閉じ込め損失との関係を示す図である。 図８は、製造した実施例１に係るＨＦの断面の拡大写真を示す図である。 図９は、実施例１～３に係るＨＦ、参考例に係るＳＩＦの伝送損失スペクトルを示す図である。 図１０は、実施例１～３に係るＨＦ、参考例１に係るＳＩＦのマイクロベンド損失スペクトルを示す図である。 図１１は、参考例２、３に係るＳＩＦのマイクロベンド損失スペクトルを示す図である。 図１２は、実施例４～７に係るＨＦのマイクロベンド損失スペクトルを示す図である。 図１３は、実施例１～７に係るＨＦ、参考例１、２に係るＳＩＦの設計パラメータと測定した各光学特性とを示す図である。
　以下に、図面を参照して本発明に係るホーリーファイバの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下ではホーリーファイバを適宜ＨＦと記載する。また、本明細書においては、カットオフ波長（λｃ）とは、ＩＴＵ－Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１で定義するファイバカットオフ波長をいう。また、本明細書において特に定義しない用語については、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５０．１における定義、測定方法に従うものとする。
（実施の形態）
　図１は、本発明の実施の形態に係るＨＦの模式的な断面図である。図１に示すように、このＨＦ１０は、中心に位置するコア部１１と、コア部１１の外周に位置するクラッド部１２とを備える。なお、コア部１１とクラッド部１２とは、いずれも屈折率調整用のドーパントが添加されていない純シリカガラスからなる。
　クラッド部１２は、コア部１１の周囲に層状に形成された空孔１３を有する。なお、コア部１１を中心とする正六角形の各頂点および各辺上に配置した空孔１３の組み合わせを１層とすると、このＨＦ１０においては、空孔１３の層数は５である。また、この空孔１３は、層状に形成されるとともに、三角格子Ｌを形成するように配置されている。空孔１３の直径はいずれもｄであり、三角格子Ｌの格子定数、すなわち空孔１３の中心間距離はΛである。
　このＨＦ１０は、ｄとΛとの比であるｄ／Λを０．４３±０．１０、好ましくは０．４３±０．０８の範囲内とし、Λを１０．５μｍ～１５μｍに設定している。その結果、波長１５５０ｎｍにおいて、実効コア断面積が１３０μｍ２以上であり、直径２０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が２００ｄＢ／ｍ以下であり、かつシングルモード動作するという特性を実現している。ただし、より良い曲げ特性やシングルモード動作を確保するためには、実効コア断面積が２５０μｍ２以下が好ましい。すなわち、このＨＦ１０は、大Ａeff化による低光学非線形性を有し、ケーブル化で想定される直径２０ｍｍに巻き付けた場合にも、光を伝送できる程度の実用的な曲げ損失特性を有し、かつシングルモード動作特性を有し、光通信における使用に適するものである。
　なお、本明細書では、光の第一高次伝搬モード、すなわちＬＰ１１モードの閉じ込め損失が０．２ｄＢ／ｍ以上であって、かつ基底伝搬モード、すなわちＬＰ０１モードの閉じ込め損失が０．０２ｄＢ／ｋｍ以下の場合に、そのＨＦはシングルモード動作する、と定義する。閉じ込め損失とは、ＨＦのコア部を伝搬する光の一部が、コア部から空孔間の隙間を介して漏洩することによって発生する損失である。この０．２ｄＢ／ｍという値は、ＨＦ中を光のＬＰ１１モードが１００ｍ伝搬するだけで２０ｄＢもの損失が生じることを意味している。そのため、このＨＦを光伝送路として少なくとも数ｋｍ程度以上の光伝送を行う場合、ＬＰ１１モードは十分に減衰し、実質的にＬＰ０１モードだけが伝搬することになる。
　また、このＨＦ１０は、光のＬＰ０１モードの閉じ込め損失が、波長１５５０ｎｍにおいて０．０２ｄＢ／ｋｍ以下であり、伝送損失に対してほとんど影響がない程度に十分に小さくなっている。
　なお、このＨＦ１０は、外径（クラッド径）を１３０μｍより大きくすれば、波長１５５０ｎｍにおけるマイクロベンド損失をたとえば０．３ｄＢ／ｋｍ以下にできる。
　すなわち、非特許文献５において、通常のステップインデックス型の屈折率プロファイルを有しかつ単峰ソリッド型のＳＩＦ（Step　Index　Fiber）に対してＡeffを拡大した場合、クラッド径を拡大することでマイクロベンド損失を抑制できることが知られている。したがって、本実施の形態１のような、クラッド領域に空孔を持つＨＦに対して外径を大きくすることで、さらにマイクロベンド損失を抑制できると考えられるため、ＨＦを用いることでより望ましいマイクロベンド特性が得られる。
　なお、このＨＦ１０では、空孔層数を５としているが、上述した実効コア断面積、曲げ損失、およびシングルモード動作特性の各特性を実現する範囲であれば、適宜増減させてもよい。
　以下、ベクトル有限要素法によるシミュレーションを用いた計算結果を参照して、本発明についてより具体的に説明する。なお、以下では、曲げ損失とは、直径２０ｍｍにおける曲げ損失を意味するものとする。
　はじめに、実効コア断面積Ａeffと曲げ損失との関係について説明する。図２は、図１に示すＨＦ１０と同様の断面構造を有するＨＦについての、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａeffと曲げ損失との関係を示す図である。なお、ｄ／Λは０．３５～０．５３に設定している。また、Λについては、各設定したｄ／Λに対して、Ａeffが横軸に示した値となるように設定している。また、図２において、線Ｌ１は曲げ損失が２００ｄＢ／ｍの位置を示している。図２に示すように、ＨＦにおいては、Ａeffが大きくなるにしたがって曲げ損失も大きくなる。
　なお、図２に示す各データ点において、ΛとＡeffとの組み合わせは、ｄ／Λが０．３５の場合については、（９μｍ、１２６．１μｍ２）、（１０μｍ、１５３．８μｍ２）である。また、ｄ／Λが０．３８の場合については、（１０μｍ、１４３μｍ２）、（１１μｍ、１７２μｍ２）、（１１．２μｍ、１７８．４μｍ２）である。また、ｄ／Λが０．４３の場合については、（１０μｍ、１２６μｍ２）、（１１μｍ、１４９μｍ２）、（１２μｍ、１７８μｍ２）である。また、ｄ／Λが０．４８の場合については、（１１μｍ、１４１μｍ２）、（１２μｍ、１６７μｍ２）である。また、ｄ／Λが０．５３の場合については、（１１．４μｍ、１３９μｍ２）、（１２．５μｍ、１６６μｍ２）、（１３μｍ、１７９μｍ２）である。
　また、ｄ／Λを０．３３に設定した場合は、Λを９μｍとすると、Ａeffが１３２．６１μｍ２となり、曲げ損失が１５３．６８ｄＢ／ｍとなる。
　ここで、長距離光伝送路のためのＨＦとしては、従来の光ファイバよりも光学非線形性を抑制したものが好ましいため、Ａeffを１３０μｍ２以上とすることが好ましい。また、光伝送路として敷設することを考慮すると、曲げ損失が２００ｄＢ／ｍ以下であることが好ましい。図２に示すように、ｄ／Λが０．３３以上、好ましくは０．３５以上であれば、Λを１０．５μｍ～１５μｍの範囲で適宜選択して、Ａeffを１３０μｍ２以上にしつつ、曲げ損失を２００ｄＢ／ｍ以下とすることができる。
　なお、非特許文献１にも開示されるように、ｄ／Λを０．４３より大きくしていくと、ＥＳＭ特性が損なわれていき、ＬＰ１１モードの閉じ込め損失が低下してくる。そこで、ＬＰ１１モードの閉じ込め損失が０．２ｄＢ／ｋｍ（０．０００２ｄＢ／ｍ）以上となるように、ｄ／Λの値は０．５３以下、好ましくは０．５１以下とする。
　したがって、ｄ／Λとしては、０．４３±０．１、好ましくは０．４３±０．０８とする。また、このｄ／Λの範囲において、曲げ損失を２００ｄＢ／ｍ以下とするためには、Ａeffを２５０μｍ２以下とすることがより好ましい。
　つぎに、図２に示すｄ／Λが０．４３のＨＦと、通常の光ファイバ（ＳＩＦ）とについて、実効コア断面積Ａeffと曲げ損失との関係を比較する。なお、比較対象としたＳＩＦは、カットオフ波長を、Ｃバンド（１．５３μｍ～１．５６μｍ）と呼ばれる波長帯の短波長端である１．５３μｍに設定したものであり、以下では、単にＳＩＦと記載する。
　図３は、図２に示すｄ／Λが０．４３のＨＦと比較対象のＳＩＦとについての、波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積Ａeffと曲げ損失との関係を示す図である。なお、図３において、ＳＩＦのコア径と、コアとクラッドとの比屈折率差Δとは、カットオフ波長が１．５３μｍに維持されるように変化させている。そして、この変化させたコア径と比屈折率差Δとを用いて、Ａeffと曲げ損失とを計算している。
　図３に示すように、Ａeff－曲げ損失特性は、ｄ／Λが０．４３のＨＦとＳＩＦとで略一致している。すなわち、本実施の形態において、ｄ／Λを０．４３としたＨＦは、従来のＳＩＦと同様のＡeff－曲げ損失特性を実現できる。なお、ｄ／Λを０．４３としたＨＦは、上述したようにＥＳＭ特性を有するものとなるので、従来のＳＩＦのようなカットオフ波長が１．５３μｍであるという制限がない。そのため、このＨＦは、１．５３μｍ以下の波長においてもシングルモード動作するものとなり、広帯域での光伝送により一層適するものとなる。
　つぎに、本実施の形態に係るＨＦの波長分散特性について説明する。本実施の形態に係るＨＦの波長分散特性は、そのガラス材料の材料分散特性に大きく支配されており、波長１５５０ｎｍにおいて、波長分散値の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、分散スロープ値が０．０６±０．０２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの範囲内となる。これらの波長分散値、分散スロープ値は、ＩＴＵ－Ｔ　Ｇ．６５２に規定のシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）に比較的近い特性である。また、本実施の形態に係るＨＦの波長分散値を分散スロープ値で除算した値であるＤＰＳ（Dispertion　Per　Slope）値については、波長１５５０ｎｍにおいて３６０ｎｍ以上であり、ＳＭＦの標準的なＤＰＳ値である３００ｎｍよりも大きい。したがって、本実施の形態に係るＨＦは、光伝送路として用いた場合に、ＳＭＦ用の分散補償光ファイバを用いて容易に分散補償できるものである。
　つぎに、より具体的な計算例を参照して、本発明についてさらに説明する。図４は、計算例１～１０として、図１に示すＨＦ１０と同様の断面構造を有するが、空孔層数が４であるＨＦについての、設計パラメータと、波長１５５０ｎｍにおける各光学特性との関係を示す図である。なお、図４において、設計パラメータ（構造パラメータ）については、ｄ／Λは０．４３に設定し、Λは８μｍ～１７μｍに設定している。なお、閉じ込め損失については、「ＬＰ０１」はＬＰ０１モードの閉じ込め損失を示し、「ＬＰ１１」はＬＰ１１モードの閉じ込め損失を示している。また、図４のｄ／Λが０．４３の場合は、Λの増加に応じて曲げ損失の値が振動するように増加する傾向にあったので、図４ではその振動する値を近似曲線で近似し、その近似曲線における値を示している。
　図４の計算例４、５に示すように、ｄ／Λが０．４３であり、Λが１１、１２μｍであれば、実効コア断面積Ａeffが１３０μｍ２以上になるとともに、ＬＰ０１モードの曲げ損失が２００ｄＢ／ｍ以下となる。さらに、ＬＰ０１モードの閉じ込め損失が４．９４×１０－３ｄＢ／ｋｍ以下と、伝送損失にほとんど影響を与えない程度に十分に小さくなる。また、ＬＰ１１モードの閉じ込め損失も６７．１ｄＢ／ｍ以上と、０．２ｄＢ／ｍよりも十分に大きくなり、十分なシングルモード動作が実現される。
　また、計算例４、５のいずれも、波長分散値の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、分散スロープ値が０．０６±０．０２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの範囲内となり、ＤＰＳ値が３６０ｎｍ以上であり、好ましい値となっている。
　つぎに、図５は、計算例１１～１７として、図４の場合と同様にＨＦ１０と同様の断面構造を有するが空孔層数が４であるＨＦについて、ｄ／Λを０．５１に設定した場合の、設計パラメータと、波長１５５０ｎｍにおける各光学特性との関係を示す図である。なお、図５において、Λは１０μｍ～１６μｍに設定している。
　図５に示すように、ｄ／Λを０．５１とした場合、空孔層数が４であると、Λを１１μｍ～１５μｍとするとＬＰ１１モードの閉じ込め損失が１．８６×１０－２ｄＢ／ｍ以下と小さいため、十分なシングルモード動作が保証されない。
　これに対して、図６は、計算例１８～２４として、図５に示すＨＦに対して空孔層数を３に減少させたＨＦについての設計パラメータと、波長１５５０ｎｍにおける各光学特性との関係を示す図である。
　図６に示すように、ｄ／Λが０．５１である場合、空孔層数を３とすると、計算例１９～２３に示すようにΛを１１μｍ～１５μｍに設定した場合において、実効コア断面積Ａeffが１３０μｍ２以上に大きくなるとともに、ＬＰ０１モードの曲げ損失が２００ｄＢ／ｍ以下となる。さらに、ＬＰ０１モードの閉じ込め損失が１．６９×１０－２ｄＢ／ｋｍ以下と、伝送損失にほとんど影響を与えない程度に十分に小さくなる。また、ＬＰ１１モードの閉じ込め損失も、０．２３ｄＢ／ｍ以上となり、十分なシングルモード動作が実現される。
　また、計算例１９～２３のいずれも、波長分散値の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、分散スロープ値が０．０６±０．０２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの範囲内となり、ＤＰＳ値が３６０ｎｍ以上であり、好ましい値となっている。
　上述したように、ｄ／Λの値を一定にしたまま、空孔層数を減少させると、ＬＰ１１モードの閉じ込め損失を増加させることができるが、これに伴ってＬＰ０１モードの閉じ込め損失も増加する。したがって、空孔層数については、ｄ／ΛとΛとの設定に対して、ＬＰ１１モードおよびＬＰ０１モードの閉じ込め損失が好ましい値となるように、設定すればよい。
　図７は、図１に示すＨＦ１０と同様の断面構造を有するＨＦにおいて、空孔層数と波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードの閉じ込め損失との関係を示す図である。図７においては、ｄ／Λは０．４３または０．５１に設定し、Λは１２μｍに設定している。また、線Ｌ２は閉じ込め損失が０．０２ｄＢ／ｋｍの位置を示している。なお、公知のＨＦでは、伝送損失は小さくとも０．２ｄＢ／ｋｍ程度であるから、ＬＰ０１モードの閉じ込め損失が０．０２ｄＢ／ｋｍ以下であれば、伝送損失にほとんど影響を与えない程度に十分に小さい値であると考えられる。
　図７に示すＨＦでは、ｄ／Λを０．５１とした場合に、空孔層数を３としても、ＬＰ０１モードの閉じ込め損失は０．０２ｄＢ／ｋｍ以下の０．０１２ｄＢ／ｋｍであり、伝送損失にほとんど影響を与えない程度に十分に小さい値となっている。また、ｄ／Λを０．４３とした場合には、空孔層数を４以上とすれば、０．０２ｄＢ／ｋｍ以下の閉じ込め損失を実現できる。
　なお、図７ではΛを１２μｍに設定しているが、Λを１１μｍ～１５μｍとしても、各モードの閉じ込め損失の値は、Λが１２μｍの場合とほとんど同じ値となる。
　つぎに、実施例を参照して本発明についてさらに説明する。本発明の実施例１～７として、純シリカガラスからなる中実のガラスロッドおよび中空のガラスキャピラリ管を用いて、公知のスタック＆ドロー法を用いてＨＦを製造した。なお、実施例１～７に係るＨＦの設計パラメータとしては、以下のようにした。すなわち、実施例１については、ｄ／Λを０．４３、Λを１０．５μｍ、外径（クラッド径）を１８６μｍとした。また、実施例２については、ｄ／Λを０．３４、Λを１０．２μｍ、外径を１８６μｍとした。実施例３については、ｄ／Λを０．４３、Λを１０．６μｍ、外径を２１５μｍとした。実施例４については、ｄ／Λを０．４３、Λを１０．９μｍ、外径を１８６μｍとした。実施例５については、ｄ／Λを０．４３、Λを１０．９μｍ、外径を１８６μｍとした。実施例６については、ｄ／Λを０．４３、Λを１０．９μｍ、外径を１６１μｍとした。実施例７については、ｄ／Λを０．４５、Λを１１．４μｍ、外径を１８６μｍとした。また、空孔層数は、実施例１～４はいずれも５層とし、実施例５～７は４層とした。
　また、本実施例１～７の特にマイクロベンド損失特性に関する比較のために、公知のＶＡＤ法によって通常のソリッド型のＳＩＦを製造した（参考例１～３）。この参考例に係るＳＩＦについては、カットオフ波長が１．５３μｍ、実効コア断面積Ａeffが１１４．２μｍ２（参考例１）、１３０μｍ２（参考例２）、または１１５μｍ２（参考例３）になるように、コア径および比屈折率差Δを設定し、かつ外径を１８６μｍとした。また、このＳＩＦのコア部の材質を実施例１～７のＨＦのコア部と同じにするため、コア部を純シリカで形成し、クラッド部をフッ素添加のシリカで形成した。
　図８は、製造した実施例１のＨＦの断面の拡大写真を示す図である。図８に示すように、製造したＨＦは、すべての空孔構造が崩れておらず、空孔径が略均一であることが確認された。
　図９は、実施例１～３に係るＨＦ、参考例１に係るＳＩＦの伝送損失スペクトルを示す図である。なお、図９において、波長１４００ｎｍ近傍における伝送損失のピークは光ファイバ中のＯＨ基による吸収によるものである。図９に示すように、実施例１～３に係るＨＦ、参考例１に係るＳＩＦのいずれも、問題のない伝送損失特性を有することが確認された。なお、たとえば実施例１に係るＨＦの波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は５．０２ｄＢ／ｋｍであった。
　つぎに、図１０は、実施例１～３に係るＨＦ、参考例１に係るＳＩＦのマイクロベンド損失スペクトルを示す図である。なお、マイクロベンド損失は、番手が♯１０００のサンドペーパが表面に巻かれたボビンに各光ファイバを巻きつけたときの伝送損失と、サンドペーパが巻かれていない前記ボビンに各光ファイバを巻きつけたときの伝送損失とを測定し、これらの伝送損失の差として定義した。ただし、ボビンの直径は１６０ｍｍとする。なお、この測定方法によって定義されるマイクロベンド損失を第２測定法によるマイクロベンド損失と呼ぶことにする。第２測定法によるマイクロベンド損失は、曲げ損失の影響がより少ない値となるので好ましい。
　図１０に示すように、実施例１～３に係るＨＦ、参考例に係るＳＩＦのいずれも、問題のないマイクロベンド損失特性を有することが確認された。
　つぎに、図１１は、参考例２、３に係るＳＩＦのマイクロベンド損失スペクトルを示す図である。図１２は、実施例４～７に係るＨＦのマイクロベンド損失スペクトルを示す図である。なお、マイクロベンド損失は、番手が♯１０００のサンドペーパが表面に巻かれたボビンに各光ファイバを巻きつけたときの伝送損失と、各光ファイバをボビンから解いて巻き束の状態としたときの伝送損失とを測定し、これらの伝送損失の差として定義した。ただし、ボビンの直径は１６０ｍｍとする。なお、この測定方法によって定義されるマイクロベンド損失を第１測定法によるマイクロベンド損失と呼ぶことにする。なお、第１および第２の測定法において、使用するボビンの直径は特に限定されないが、曲げ損失が小さいたとえば８０ｍｍ以上、２００ｍｍ以下が好ましい。
　図１１、１２に示すように、実施例４～７に係るＨＦのマイクロベンド損失は、参考例２、３に係るＳＩＦのマイクロベンド損失よりも大きいものの、いずれも実用上問題のない値であった。
　さらに、図１３は、実施例１～７に係るＨＦ、参考例１、２に係るＳＩＦの設計パラメータと測定した各光学特性とを示す図である。なお、図１３において、「λｃ」はカットオフ波長を意味しており、「ＥＳＭ」はＥＳＭ特性が実現されていることを意味する。また、「ＰＭＤ」とは偏波モード分散（Polarization　Mode　Dispersion）を意味する。また、各光学特性については、カットオフ波長λｃ以外は、波長１５５０ｎｍにおける値を示している。また、図１３では、マイクロベンド損失については、第１測定法および第２測定法によるマイクロベンド損失の両方を示している。
　図１３に示すように、実施例１～７に係るＨＦは、いずれも、波長１５５０ｎｍにおいて、ＥＳＭ特性を有しつつ、Ａeffが１３０μｍ２以上であり、かつ曲げ損失が２００ｄＢ／ｍ以下であるという、略設計どおりの特性が実現されている。また、実施例１～７に係るＨＦは、波長１５５０ｎｍにおいて、波長分散値の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、分散スロープ値が０．０６±０．０２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの範囲内にあるという好ましい値が得られた。また、実施例１～７に係るＨＦは、ＤＰＳ値についても３６０ｎｍ以上であり、好ましい値であった。さらには、実施例１～７に係るＨＦは、ＰＭＤについても、２ｐｓ／ｒｋｍ程度以下と問題のない値であった。
　また、実施例１～７に係るＨＦは、第１測定法によるマイクロベンド損失が好ましい２．０ｄＢ／ｋｍ以下、またはさらに好ましい１．０ｄＢ／ｋｍ以下であった。また、実施例１～７に係るＨＦは、第２測定法によるマイクロベンド損失が好ましい１．５ｄＢ／ｋｍ以下、またはさらに好ましい０．３ｄＢ／ｋｍ以下であった。なお、第２測定法によるマイクロベンド損失が１．５ｄＢ／ｋｍ以下のＨＦであれば、実用上問題なく使用できるレベルの値であり好ましい。また、第２測定法によるマイクロベンド損失が０．３ｄＢ／ｋｍ以下であれば、光ファイバの一般的な伝送損失のレベルである約０．２ｄＢ／ｋｍと同程度の値であるため、伝送損失に対する影響が少ないレベルであるためさらに好ましい。
　また、実施例１に係るＨＦを、参考例１に係るＳＩＦと比較すると、外径は等しく、ＡeffはＨＦの方が大きいが、ほぼ同程度の第２測定法によるマイクロベンド損失が実現されていた。
　また、実施例２に係るＨＦを参考例１に係るＳＩＦと比較すると、外径は等しく、ＡeffはＨＦの方が十分に大きいが、マイクロベンド損失の増大は抑制されており、たとえば第２測定法によるマイクロベンド損失に関して０．３ｄＢ／ｋｍ以下の問題のない値となっていた。
　さらに、実施例３に係るＨＦについては、実施例１に係るＨＦよりも外径を大きくしている。これによって、第２測定法によるマイクロベンド損失が０．０２ｄＢ／ｋｍときわめて低くなっており、実用上、マイクロベンドによる損失が発生していないといえる程度まで低減されていることが確認された。
　さらに、実施例４と実施例５とに係るＨＦを比較すると、第１測定法および第２測定法のいずれにおいても実施例４の方が、マイクロベンド損失が小さい。実施例４と実施例５とでは、ｄ／Λ、Λ、および外径の値は同じであるが、空孔層数については実施例４の方が大きい。ここで、空孔層は外部からの応力がコア部に及ぶ程度を緩和するクッションの役割を果たしていると考えられる。実施例４に係るＨＦでは、空孔層が多いためクッションの機能がより大きく、そのために実施例５に係るＨＦよりもマイクロベンド損失が小さいと考えられる。
　さらに、実施例５と実施例７とに係るＨＦを比較すると、第１測定法および第２測定法のいずれにおいても実施例７の方が、マイクロベンド損失が小さい。実施例５と実施例７とでは、外径の値および空孔層数は同じであるが、ｄ／Λについては実施例７の方が大きい。実施例７に係るＨＦでは、ｄ／Λが大きいのでクラッド部の断面に占める空孔の断面積が大きい。そのため、空孔のクッションの機能がより大きくなり、実施例５に係るＨＦよりもマイクロベンド損失が小さいと考えられる。なお、ｄ／Λは、ＨＦが所望の波長の光をマルチモード伝送しない程度の大きさにすることが好ましい。
　なお、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。
　以上のように、本発明に係るホーリーファイバは、たとえば光通信の分野に利用して好適なものである。
　１０　ＨＦ
　１１　コア部
　１２　クラッド部
　１３　空孔
　Ｌ　三角格子
　Ｌ１、Ｌ２　線

Claims (8)

  1. 　中心に位置するコア部と、
    　前記コア部の外周に位置し、前記コア部の周囲に層状に形成された空孔を有するクラッド部と、
    　を備え、前記空孔は、三角格子を形成するように配置され、該空孔の孔径をｄ［μｍ］、該三角格子の格子定数をΛ［μｍ］とすると、ｄ／Λは０．４３±０．１０の範囲内であり、Λは１０．５μｍ～１５μｍであり、波長１５５０ｎｍにおいて、実効コア断面積が１３０μｍ２以上であり、直径２０ｍｍで曲げた場合の曲げ損失が２００ｄＢ／ｍ以下であり、かつシングルモード動作することを特徴とするホーリーファイバ。
  2. 　波長１５５０ｎｍにおける実効コア断面積が２５０μｍ２以下であることを特徴とする請求項１に記載のホーリーファイバ。
  3. 　前記ｄ／Λが０．４３±０．０８の範囲内であることを特徴とする請求項１または２に記載のホーリーファイバ。
  4. 　波長１５５０ｎｍにおけるＬＰ０１モードの閉じ込め損失が０．０２ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１～３のいずれか一つに記載のホーリーファイバ。
  5. 　サンドペーパが表面に巻かれたボビンに当該ホーリーファイバを巻きつけたときの伝送損失と、サンドペーパが巻かれていない前記ボビンに当該ホーリーファイバを巻きつけたときの伝送損失との差で定義されるマイクロベンド損失が、波長１５５０ｎｍにおいて１．５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載のホーリーファイバ。
  6. 　前記マイクロベンド損失が０．３ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載のホーリーファイバ。
  7. 　外径が１３０μｍより大きいことを特徴とする請求項５または６に記載のホーリーファイバ。
  8. 　波長１５５０ｎｍにおいて、波長分散値の絶対値が３０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であり、分散スロープ値が０．０６±０．０２ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍの範囲内にあり、波長１５５０ｎｍにおける波長分散値を分散スロープ値で除算した値であるＤＰＳ値が３６０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１～７のいずれか一つに記載のホーリーファイバ。
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