WO2013031484A1 - ファイバ - Google Patents

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WO2013031484A1
WO2013031484A1 PCT/JP2012/069939 JP2012069939W WO2013031484A1 WO 2013031484 A1 WO2013031484 A1 WO 2013031484A1 JP 2012069939 W JP2012069939 W JP 2012069939W WO 2013031484 A1 WO2013031484 A1 WO 2013031484A1
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WO
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fiber
section
quartz glass
cross
photonic crystal
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/069939
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English (en)
French (fr)
Inventor
井本　克之
石井　太
Original Assignee
湖北工業株式会社
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Publication date
Application filed by 湖北工業株式会社 filed Critical 湖北工業株式会社
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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

Definitions

  • the present invention relates to a fiber of new structure capable of realizing a large numerical aperture, and more particularly to a fiber using a photonic crystal fiber.
  • the photonic crystal fiber is roughly divided into two types from the difference in the principle of confining light.
  • the holes 42 are periodically arranged in a triangular (or honeycomb) lattice shape around the central portion of the clad 41 made of quartz glass to have an equivalent refractive index.
  • the second fiber 44 is a cladding made of quartz glass as shown in FIG. 20, which is a total reflection type fiber that confines light in a void-free silica glass core 43 and transmits the light by lowering the pressure.
  • a photonic band gap is generated by forming a Bragg diffraction grating by periodically forming holes 47 in a lattice shape around a hollow core 46 provided at the center of 45, and light is confined by Bragg reflection to form a hollow core. It is called a photonic band gap type that transmits in the inside of 46 (see Non-Patent Document 1). Patents related to the above-mentioned fibers have also been filed (see Patent Document 1).
  • the total reflection type fiber 40 of FIG. 19 reduces the diameter d of the holes 42 when the hole spacing ⁇ is about the same as the wavelength of light by the combination of the diameter d of the holes 42 and the hole spacing ⁇ . It is characterized by single mode operation at an arbitrary wavelength such as (d / ⁇ ⁇ 0.4), and in particular, a single with a large mode field diameter (6 ⁇ m to 15 ⁇ m) in a short wavelength band (ultraviolet to visible region) It functions as a mode fiber.
  • the numerical aperture of the fiber which performs the single mode operation is 0.1 or less, and there is a problem that coupling with a light source, an optical waveguide, or the like is difficult.
  • the hollow fiber preform has a honeycomb structure, which is difficult to manufacture precisely and reproducibly, and to manufacture the preform at a low cost and in a long size. There is a problem that it is difficult. Also, it can not function as a single mode fiber.
  • the photonic band gap type fiber 44 of FIG. 20 is expected as a transmission medium capable of realizing the ultimate low loss property by making the hollow core 46 a hole structure, and this is also a fiber with a large core diameter Is realized, but the numerical aperture is about 0.2.
  • the numerical aperture is about 0.2.
  • FIG. 21 As an example of production that challenged this, a fiber (cross-sectional photograph) shown in FIG. 21 has been reported from the University of Bath, UK. This fiber is manufactured by laminating hundreds of capillaries made of quartz glass, attaching the laminated structure to a fiber drawing apparatus, and drawing (see Non-Patent Document 2). As a result, an optical coupling efficiency of 60% or more of the light source to the fiber is realized. However, it has many problems such as large transmission loss ( ⁇ 1 dB / m), difficulty in manufacturing long fibers, difficulty in manufacturing uniform structure, and difficulty in cost reduction.
  • large transmission loss ⁇ 1 dB / m
  • the first invention has a structure in which the outer periphery of a photonic crystal fiber having an arrayed structure of holes in a silica glass fiber is covered with a quartz glass tube having a circular outer cross section via an air gap;
  • the fiber is characterized in that the outer periphery of the crystal fiber is in contact with the quartz glass tube at at least three places.
  • a second invention is a fiber characterized in that the outer cross section of the photonic crystal fiber is circular, and the inner cross section of the quartz glass tube is square or triangle.
  • a third invention is a fiber characterized in that an outer cross section of the photonic crystal fiber is a square, and an inner cross section of the quartz glass tube is a circle or a square.
  • a fourth invention is a fiber characterized in that an SiO 2 glass film doped with F is formed on the outer periphery of the above-mentioned photonic crystal fiber.
  • a fifth invention is a fiber characterized in that a SiO 2 glass film to which F is added is formed on the inner surface of a quartz glass tube having a circular outer shape.
  • the cross-sectional area of the photonic crystal fiber is compared to that before the removal of the quartz glass portion by removing the silica glass portion of the photonic crystal fiber where the air holes are not formed.
  • the fiber is characterized by being reduced to a range of% to 72%.
  • a seventh invention is a fiber characterized in that the photonic crystal fiber is either a total reflection type or a photonic band gap type.
  • the ratio of the area occupied by the air gap provided in the fiber cross section in the fiber cross section is in the range of 10% to 54%. It is a fiber.
  • the inner shape cross section of the quartz glass tube is a quadrangle or a triangle
  • the inner shape cross section is deformed into a polygon. It is a fiber to be
  • a tenth invention is a fiber according to any one of the first to ninth inventions, wherein a single mode fiber or a multimode fiber is fusion spliced to both ends of the fiber.
  • the present invention has the following effects.
  • the present invention has a structure in which the outer periphery of a photonic crystal fiber having an arrayed structure of holes in silica glass is covered with a quartz glass tube having a circular external cross section via an air gap, and the outer periphery of the photonic crystal fiber Is a fiber that is in contact with the quartz glass tube at at least three locations.
  • An example of the configuration and features of the present invention will be described with reference to FIG. That is, in the fiber of the present invention, the outer periphery of the photonic crystal fiber 1 having the structure in which the holes 4 are periodically arranged in the form of a triangular lattice in the silica glass fiber 3 of FIG.
  • the fiber 6 of the new structure is covered with a quartz glass tube 8 having a circular outer cross section via the air gap 7, and at least three contact portions in the quartz glass tube 8 (FIG. 1 (b)) It is characterized in that it contacts at four contact parts 91, 92, 93, 94).
  • the fiber 6 is a total reflection type fiber that confines and transmits light in the central portion 2 where the air holes 4 do not exist.
  • a part of the silica glass fiber 3 in the outer peripheral portion where the air holes 4 of the photonic crystal fiber 1 are not formed is removed.
  • the outer periphery of the fiber 5 is covered with a quartz glass tube 8 having a circular outer cross section via the air gap 7 as shown in FIG.
  • a fiber 10 of a new structure is covered with a quartz glass tube 8 having a circular outer cross section via the air gap 7 as shown in FIG. A fiber 10 of a new structure.
  • the new fiber (6, 10) has a structure in which the ratio of the area occupied by the air gap 7 provided in the cross section (void ratio) is in the range of 10% to 54%.
  • the cladding of the new fiber (6, 10) is composed of the silica glass fiber 3 having the air holes 4, the air gap 7, and the silica glass tube 8, and the new fiber (6 , 10) can be lowered significantly the equivalent refractive index n 2 of the cladding, the numerical aperture NA of the new fiber (6, 10) can be increased from four times 9 times more.
  • the light from the light source (semiconductor laser, light emitting diode, lamp light source, etc.) to this new fiber can be made to enter the central portion 2 with high efficiency and be transmitted, and emitted from the central portion 2 Light can be emitted at a wide angle.
  • the holes 14 are formed in a lattice shape around the hollow core 12 in the silica glass fiber 13 as shown in FIG.
  • the outer periphery of the photonic band gap type photonic crystal fiber 11 is shown by using the photonic band gap type photonic crystal fiber 11 arranged in a static manner to form a Bragg diffraction grating.
  • the fiber 16 may have a new structure in which a quartz glass tube 8 having a circular outer cross section is covered via the air gap 7.
  • the photonic band gap type photonic crystal fiber 11 is in contact with the quartz glass tube 8 at at least three contact parts (four contact parts 91, 92, 93, 94 in FIG. 2B). It is characterized by Further, as shown in (c) of the figure, by removing a part of the silica glass fiber 13 in the outer peripheral portion where the air holes 4 of the photonic band gap type photonic crystal fiber 11 of (a) are not formed.
  • the photonic band gap type photonic crystal fiber 15 is a photonic band gap type photonic crystal fiber 15 in which the cross-sectional area of the photonic band gap type photonic crystal fiber 11 is reduced to a range of 64% to 72%, as shown in FIG.
  • the outer periphery of the nick band gap type photonic crystal fiber 15 may be covered with a quartz glass tube 8 having a circular outer cross section with the air gap 7 interposed therebetween to form a fiber 17 of a new structure.
  • the photonic band gap type photonic crystal fiber 15 is in contact with the quartz glass tube 8 at at least three contact parts (four contact parts 91, 92, 93, 94 in FIG. 2D). It is characterized by The same performance as described above can also be realized with this fiber 17.
  • the photonic crystal fiber of either the total reflection type or the photonic band gap type used in the present invention has the outer cross section of the photonic crystal fiber shown in FIG. 3 (a) shown in FIG. 3 (b) or FIG. 3 (c).
  • the cross-sectional area can be reduced to a range of 64% to 72% by removing a part of the quartz glass which has been machined into a circular shape or a quadrangular shape or an outer peripheral portion in which a void is not formed, and the external shape is circular.
  • the quartz glass tube which takes in the photonic crystal fiber has a circular outer cross-section and a rectangular cross-section as shown in the same figure (a) and the same figure (d).
  • a circular shape as shown in b) or a triangular shape as shown in the same figure (c) can be used.
  • the porosity can be increased from 10% up to 54% at the maximum, whereby the numerical aperture NA can be from about 0.4 to a value close to 0.8 It can be enlarged.
  • the radius (outer diameter) of the circular section (outer diameter) which is the external cross section of the quartz glass tube constituting the fiber shown in FIG.
  • the void ratio (%) is expressed by the following equation.
  • Porosity (%) [ ⁇ (2r) 2- ( ⁇ 2r) 2 ⁇ / ⁇ R 2 ] ⁇ 100)
  • R and r described above are not determined so that the porosity is 10% to 54%.
  • the outer diameter R of the quartz glass tube and the shape (cross-sectional area) of the photonic crystal fiber are important, so in the present invention, these are first determined, and then the photonics inside the quartz glass tube are The shape of the inner cross-section of the quartz glass tube is determined such that the crystal fiber contacts at at least three contact points. Then, the porosity when the photonic crystal fiber is present in the quartz glass tube is determined.
  • the diameter of the photonic crystal fiber 5 may be set to a value smaller than 80 ⁇ m (for example, 70 ⁇ m). Also, the diameter of the new fiber 10 may be made larger than 125 ⁇ m (in the range of 126 ⁇ m to 250 ⁇ m).
  • the photonic band gap type photonic crystal fiber shown in FIG. 2 is used instead of the total reflection type photonic crystal fiber shown in FIG. 1A, the same result as described above can be obtained.
  • the fiber of the present invention when the inner cross section of the quartz glass tube having a circular outer cross section is a square or a triangle, if the inner cross section is deformed into a polygon, the fiber preform is drawn to form a fiber. It is possible to allow the possibility of the shape of the square or triangular inner cross section of the quartz glass tube to be deformed into a polygon due to the thermal influence during manufacturing, thereby significantly improving the production yield of the fiber Can. The thermal deformation can also relieve the stress in the fiber cross section, leading to an increase in the mechanical strength of the fiber against bending.
  • impurities water, transition metal, organic matter, dust, etc.
  • fusion bonding single mode fiber or multimode fiber at both ends of the fiber It is possible to suppress the deterioration of the characteristics due to mixing and maintain the stable characteristics in the long run.
  • Basic configuration example 1 of the fiber of the present invention Basic configuration example 2 of the fiber of the present invention.
  • Basic configuration example 3 of the fiber of the present invention Basic configuration example 4 of the fiber of the present invention.
  • Calculation results of the characteristics of the fiber of the present invention It is the schematic which shows 1st Example of the fiber of this invention, (a) is front sectional drawing, (b) is a side view. It is the schematic which shows 2nd Example of the fiber of this invention, (a) is front sectional drawing, (b) is a side view. It is the schematic which shows 3rd Example of the fiber of this invention, (a) is front sectional drawing, (b) is a side view.
  • FIG. 18 is a schematic view showing an eleventh embodiment of the fiber of the present invention. It is the schematic which shows 12th Example of the fiber of this invention, (a) is front sectional drawing, (b) is a side view. It is the schematic which shows 13th Example of the fiber of this invention, (a) is front sectional drawing, (b) is a side view. Conventional fiber example. Conventional fiber example. Conventional fiber example. Conventional fiber example.
  • FIG. 6 shows a first embodiment of the fiber of the present invention.
  • This figure shows a schematic view of the fiber according to the present embodiment.
  • the figure (a) is front sectional drawing, (b) is a side view.
  • This fiber 18 has a structure in which the outer periphery of a photonic crystal fiber 1 having a triangular lattice array structure of holes 4 in a silica glass fiber 3 is covered with a quartz glass tube 8 having a circular outer cross section via an air gap 7
  • the photonic crystal fiber 1 is in contact with the rectangular inner cross section 19 of the quartz glass tube 8 at four contact portions 91, 92, 93, 94.
  • it is a total reflection type fiber which confines light in the central portion 2 where the air holes 4 do not exist and transmits the light.
  • the trial production results of this fiber 18 will be described.
  • a mold holding a metal body having a rectangular cross section is formed at the center of a metal pipe having a circular cross section, and a solution containing tetraethoxysilane, a binder, and pure water is poured on the outer periphery of the metal body in the mold. Dried and cured. Thereafter, through the steps of forming the quartz glass porous tube by removing the metal body and the metal tube, the high temperature heat treatment step of the quartz glass porous tube, and the chlorination step at high temperature, the external cross section is circular. A transparent quartz glass tube having a square internal cross section was produced. Next, a preform for a photonic crystal fiber to be inserted into the quartz glass tube was manufactured by the following method.
  • a metal tube container having a circular cross section was prepared, and metal wires of diameter D were placed in the container with a spacing V to form an array structure.
  • a solution containing tetraethoxysilane, a binder and pure water is poured into the above container, dried and cured, and then the process of forming the porous quartz glass tube by removing the metal wire and the metallic tube, the high temperature of the porous quartz glass tube Through a heat treatment process and a chlorination process at a high temperature, a preform for a photonic crystal fiber having an array structure of holes in a quartz glass rod having a circular outer cross section was manufactured.
  • the preform was inserted into a transparent quartz glass tube whose outer cross section is a circle and whose inner cross section is a quadrangle, to produce a fiber preform. Then, while inserting the above fiber preform into the high temperature electric furnace at a constant speed, the tip of the fiber preform melted in the high temperature electric furnace was drawn at a constant speed to manufacture the fiber of this example.
  • the diameter of the fiber 18 of this example was 125 ⁇ m
  • the diameter of the photonic crystal fiber 1 was 80 ⁇ m
  • the diameter of the core 2 at the center was 3 ⁇ m
  • the diameter d of the holes 4 was 1 ⁇ m
  • the hole spacing ⁇ was 2 ⁇ m.
  • the numerical aperture of this fiber 18 was 0.4 at a wavelength of 780 nm.
  • the diameter of the holes 4 of the photonic crystal fiber 1 may be in the range of 0.5 ⁇ m to 3 ⁇ m.
  • the hole spacing ⁇ may be selected from the range of 0.5 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • FIG. 7 shows a second embodiment of the fiber of the present invention.
  • This figure also shows a schematic view of the fiber.
  • the figure (a) is front sectional drawing, (b) is a side view.
  • This fiber 20 has a structure in which the outer periphery of the photonic crystal fiber 1 having a triangular lattice array structure of the holes 4 in the silica glass fiber 3 is covered with a quartz glass tube 8 having a circular outer cross section via the air gap 7.
  • the photonic crystal fiber 1 is in contact with the triangular inner cross section 21 of the quartz glass tube 8 at three contact portions 91, 92, 93.
  • a quartz glass tube 8 having a triangular inner cross section 21 was manufactured in the same manner as in Example 1. That is, a mold holding a metal body having a triangular cross section is formed at the center of a metal pipe having a circular cross section, and a solution containing tetraethoxysilane, a binder and pure water is poured on the outer periphery of the metal body in the mold and dried. , Allowed to cure.
  • FIG. 8 shows a third embodiment of the fiber of the present invention.
  • This figure also shows a schematic view of the fiber.
  • the figure (a) is front sectional drawing, the figure (b) is a side view.
  • the photonic crystal fiber 23 used for the fiber 22 is the one whose outer cross-section is processed into a quadrangle as shown in FIG. 3 (c).
  • the fiber 22 has a structure in which the outer periphery of the photonic crystal fiber 23 is covered by a quartz glass tube 8 having a circular outer cross section with an air gap 7 therebetween, and the photonic crystal fiber 23 is in the square of the quartz glass tube 8.
  • the shape cross section 23 is characterized by being in contact with four contact portions 91, 92, 93, 94.
  • the porosity is high, and the thickness of the quartz glass tube 8 having a rectangular inner shape cross section 23 and a circular outer cross section becomes thin, so the diameter of the quartz glass tube 8 is larger than 125 ⁇ m.
  • the diameter of the quartz glass tube 8 is increased as described above, the porosity is slightly reduced, but a fiber with more stable mechanical strength can be realized.
  • FIG. 9 shows a fourth embodiment of the fiber of the present invention.
  • This figure also shows a schematic view of the fiber.
  • the figure (a) is front sectional drawing, the figure (b) is a side view.
  • This fiber 25 uses the photonic crystal fiber 23 whose outer cross section is processed into a quadrangle as shown in FIG. 3C, and the outer periphery of the photonic crystal fiber 23 is an air gap 7 with the quartz glass tube 8 having a circular outer cross section.
  • the photonic crystal fiber 23 is in contact with the quartz glass tube 8 at four contact portions 91, 92, 93, 94.
  • the ratio of the area occupied by the air gap 7 provided in the cross section of the fiber 25 in the fiber cross section, that is, the void ratio is about 31%, and the numerical aperture can be increased to about 0.6.
  • FIG. 10 shows a fifth embodiment of the fiber of the present invention.
  • This figure also shows a schematic view of the fiber.
  • the figure (a) is front sectional drawing, the figure (b) is a side view.
  • This fiber 27 has a fiber structure devised to improve the scattering loss and absorption loss in the fiber 18 of FIG. That is, it is a fiber characterized in that an SiO 2 glass film 28 to which F is added is formed on the inner surface of a quartz glass tube 8 whose outer cross section is circular.
  • MCVD Modified Chemical Vapor phase Deposition
  • the outer periphery of the quartz glass tube 8 is heated by the oxyhydrogen burner, and the high temperature hydrolysis reaction is performed in the quartz glass tube 8 while moving the oxyhydrogen burner.
  • the film thickness of the SiO 2 glass film 28 to which F is added may be in the range of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m in order to realize reduction in scattering and absorption. It may be thicker than this. For example, in the case where the outer diameter of the fiber 27 is larger than 150 ⁇ m, the thicker one is preferable.
  • the corners of the rectangular inner cross section of the quartz glass tube 8 are rounded at a right angle rather than at right angles due to the swelling of the SiO 2 glass film 28 to which F is added. , Does not matter.
  • FIG. 11 shows a sixth embodiment of the fiber of the present invention.
  • This figure also shows a schematic view of the fiber.
  • the figure (a) is front sectional drawing, the figure (b) is a side view. Similar to the fiber 27 of FIG. 10, this fiber 29 is characterized in that an SiO 2 glass film 28 to which F is added is formed on the inner surface of a quartz glass tube 8 having a circular external cross section.
  • FIG. 12 shows a seventh embodiment of the fiber of the present invention.
  • This figure also shows a schematic view of the fiber.
  • the figure (a) is front sectional drawing
  • the figure (b) is a side view.
  • the SiO 2 glass film 28 to which this F is added is a flame at the stage of the preform of the photonic crystal fiber 1 by feeding SiF 4 and O 2 gas to the oxyhydrogen burner using the vapor phase axial deposition (VAD) method. It was formed by causing a flame hydrolysis reaction in it.
  • VAD vapor phase axial deposition
  • the SiO 2 glass film 28 to which this F is added is for reducing unnecessary scattering loss and absorption loss on the outer peripheral surface of the photonic crystal fiber 1, its film thickness may be in the range of 1 ⁇ m to 10 ⁇ m. , It may be thicker than this as mentioned above.
  • FIG. 13 and 2 show an eighth embodiment of the fiber of the present invention.
  • This figure also shows a schematic view of the fiber.
  • the figure (a) is front sectional drawing, (b) is a side view.
  • This fiber 17 has a cross-sectional area from 64% to 72% of that of the quartz glass fiber 13 by removing the outer peripheral part of the quartz glass fiber 13 where the air holes 4 are not formed, as shown in FIG. It is formed by using the smaller photonic band gap type photonic crystal fiber 15.
  • FIG. 14 shows a ninth embodiment of the fiber of the present invention.
  • This figure also shows a schematic view of the fiber.
  • the figure (a) is front sectional drawing, the figure (b) is a side view.
  • This fiber 31 also has a structure in which the outer periphery of the photonic band gap type photonic crystal fiber 15 is covered with a quartz glass tube 8 having a circular outer cross section with a space 7 interposed therebetween, and the photonic crystal fiber 15 is a quartz glass tube 8. It is characterized in that it is in contact with the triangular inner cross section 21 at three contact parts 91, 92, 93.
  • FIG. 15 shows a tenth embodiment of the fiber of the present invention.
  • This figure also shows a schematic view of the fiber.
  • the figure (a) is front sectional drawing, the figure (b) is a side view.
  • This fiber 32 uses a photonic band gap type photonic crystal fiber 33 obtained by processing the quartz glass fiber 13 shown in FIG. 2 (a) into a square as shown in FIG. 3 (c).
  • the fiber 32 has a structure in which the outer periphery of the photonic band gap type photonic crystal fiber 33 is covered with a quartz glass tube 8 having a circular outer shape via the air gap 7, and the photonic band gap type photonic crystal fiber 33 is It is characterized in that the rectangular inner-shaped cross section 23 of the quartz glass tube 8 is in contact with four contact portions 91, 92, 93, 94.
  • the ratio of the area occupied by the air gap 7 provided in the cross section of the fiber 32 in the fiber cross section, that is, the void ratio is about 54%, and the numerical aperture can be increased to at least 0.76.
  • this fiber 32 is also very convenient for ultra-high speed optical pulse transmission using visible light through the inside of the hollow core 12, high power soliton transmission, and transmission of ultraviolet light and infrared light.
  • ultraviolet light can be efficiently coupled into the fiber and transmitted.
  • the porosity decreases, but it is preferable to increase the outer diameter of the fiber to about 150 ⁇ m.
  • FIG. 16 shows an eleventh embodiment of the fiber of the present invention.
  • This figure shows a front sectional view of the fiber.
  • This fiber 34 has a structure devised to improve the scattering loss and the absorption loss, as in FIG. That is, the present invention is characterized in that an SiO 2 glass film 28 to which F is added is formed on the inner surface of a quartz glass tube 8 whose outer cross section is circular.
  • FIG. 17 shows a twelfth embodiment of the fiber of the present invention.
  • This figure also shows a schematic view of the fiber.
  • the figure (a) is front sectional drawing, the figure (b) is a side view.
  • This fiber 35 is characterized in that, in the case where the inner cross section of the quartz glass tube having a circular outer cross section is a quadrangle, the inner cross section is made polygonal by deforming the corners of the quadrangle as shown by the reference numeral 36. .
  • the inner cross section of the quartz glass tube having a circular outer cross section is a square, if the inner cross section is deformed into a polygon, it is possible to draw the fiber preform to produce a fiber.
  • the influence can allow the possibility of the internal cross-section of the quartz glass tube to be deformed into a polygon, which can greatly improve the production yield of the fiber 35. Also, this thermal deformation can relieve the stress in the fiber cross section, leading to an improvement in the mechanical strength of the fiber 35 against bending.
  • FIG. 18 shows a thirteenth embodiment of the fiber of the present invention. This figure also shows a schematic view of the fiber.
  • the figure (a) is front sectional drawing, the figure (b) is a side view.
  • the inner cross section of the quartz glass tube having a circular outer cross section is a square as in the case of FIG. Is a polygon.
  • the outer periphery of the fiber of the present invention may be covered with one or more layers of plastic resin (for example, silicone resin, epoxy resin, etc.). These plastic resins can be formed during fiber drawing or fiber cabling. Also, a metal layer may be used in combination. Further, a plurality of the fibers of the present invention may be bundled and used. Alternatively, the plastic-coated fiber may be placed in a deformable metal pipe (bellows pipe) and covered.
  • the inner cross section of the quartz glass tube having a circular outer cross section is a square or a triangle, the corners of the square or the triangle may not be acute angles, and may be slightly rounded. In the case of a circular shape, it may be a substantially circular shape.
  • the shape of the holes may be substantially circular, elliptical, or nearly rectangular.
  • the fiber of the present invention has a structure in which the outer periphery of a photonic crystal fiber having an arrayed structure of holes in silica glass is covered with a quartz glass tube having a circular outer cross section via an air gap, and the photonic crystal fiber is The quartz glass tube is characterized in that at least three points are in contact with each other, but the internal shape cross section of the quartz glass is locally provided with a projecting shape or a bulge so that the point in contact with the quartz glass tube is a point contact. It may be processed into a shape as follows. A gas (NAr, He, etc.) may be enclosed and sealed in the air gap in the fiber of the present invention.
  • a gas NAr, He, etc.
  • the fiber of the present invention When the fiber of the present invention is used, a conventional single mode fiber or multimode fiber is fusion-spliced by arc discharge, laser heating or the like at both ends, and impurities in voids or holes in the fiber are obtained. Avoid degradation of characteristics due to the mixture of water (transition metals, organic substances, dust, etc.).
  • the fiber of the present invention can also be used in a transmission system using a normal single mode fiber or a multi mode fiber, and the fiber of the present invention and a normal optical device or component (optical spectrum analyzer , Optical components such as an optical power meter, a laser light source, an optical multiplexer / demultiplexer, an optical directional coupler, an optical switch, etc.).

Abstract

　本発明は、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である。前記フォトニック結晶ファイバの外形断面は円形であるとともに前記石英ガラス管の内形断面は四角形か三角形であることが好ましい。或いは、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ってもよい。

Description

ファイバ
　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ＳｉＯ２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ＳｉＯ２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、フォトニック結晶ファイバの空孔の形成されていない外周部の石英ガラス部分を除去することにより、該フォトニック結晶ファイバの断面積を前記石英ガラス部分の除去前に比べて６４％から７２％の範囲に小さくしたことを特徴とするファイバである。
　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n２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｝／πＲ２]×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ｎ２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ＳｉＯ２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ＳｉＯ２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ＳｉＯ２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ＳｉＯ２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ＳｉＦ４、Ｏ２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ＳｉＯ２ガラス膜２８を形成した。このＦを添加したＳｉＯ２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ＳｉＯ２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ＳｉＯ２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ＳｉＯ２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ＳｉＯ２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ＳｉＦ４とＯ２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ＳｉＯ２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ＳｉＯ２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ＳｉＯ２ガラス膜
３６…四角形の角の変形部

Claims (10)

  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。
  3. 　請求項１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。
  4. 　請求項１から３のいずれかにおいて、前記フォトニック結晶ファイバの外周に、Ｆを添加したＳｉＯ２ガラス膜が形成されてい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、前記石英ガラス管の内面にＦを添加したＳｉＯ２ガラス膜が形成されてい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、前記フォトニック結晶ファイバの空孔の形成されていない外周部の石英ガラス部分を除去することにより、該フォトニック結晶ファイバの断面積を前記石英ガラス部分の除去前に比べて６４％から７２％の範囲に小さくした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。
  8. 　請求項１から７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。
  9. 　請求項１から８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。
  10. 　請求項１から９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。
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