WO2013088795A1 - フォトニックバンドギャップファイバの製造方法 - Google Patents

フォトニックバンドギャップファイバの製造方法 Download PDF

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武笠　和則
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古河電気工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a photonic bandgap fiber.
  • a photonic band gap fiber is an optical fiber in which holes are arranged in a clad portion so as to form a photonic crystal.
  • the photonic bandgap fiber forms a photonic bandgap by two-dimensional Bragg reflection at the wavelength of light to be transmitted by the arrayed holes, and introduces a core portion as a crystal defect therein, thereby Realize transmission.
  • Non-Patent Documents 1 to 3 disclose an Air-core type photonic bandgap fiber having a core hole.
  • the Air-core type photonic bandgap fiber can realize low bending loss by extremely strong optical confinement while expanding Aeff to realize ultra-low nonlinearity. Therefore, the air-core type photonic bandgap fiber has been attracting attention for applications in the fields of communication and non-communication.
  • Non-Patent Document 1 discloses in detail a calculation method for optimizing the design of profile parameters of a photonic bandgap fiber.
  • a circular capillary tube having both a hole shape and an outer shape is prepared, and these are circular tube jackets having both a hole shape and an outer shape are circular.
  • a so-called stack-and-draw method is used in which a base material is formed by inserting into a tube and stacking, and the base material is drawn.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a photonic bandgap fiber that can more reliably manufacture a photonic bandgap fiber having desired optical characteristics.
  • a photonic bandgap fiber manufacturing method includes a core portion and a photo formed on the outer periphery of the core portion, the core portion being a crystal defect.
  • the photonic bandgap fiber manufacturing method according to the present invention is the above invention, wherein, in the base material forming step, a gap adjusting rod is inserted into the gap between the jacket tube and the hexagonal capillary tube. It is characterized by doing.
  • the method for producing a photonic bandgap fiber according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, in the base material forming step, the rod body having an outer shape that is substantially polygonal is used.
  • the photonic bandgap fiber manufacturing method according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the base material forming step uses the jacket tube having a substantially hexagonal hole shape.
  • the photonic band gap fiber manufacturing method according to the present invention is the above invention, wherein, in the base material forming step, a pentagonal capillary tube having a substantially pentagonal hole shape and outer shape is inserted along the inner wall of the jacket tube. It is characterized by doing.
  • the method for producing a photonic bandgap fiber according to the present invention is the above-described method according to the present invention, wherein, in the base material forming step, a pentagonal capillary tube having a substantially pentagonal hole shape and outer shape is formed as a core for forming the core portion. It is inserted so that it may be located in the outer periphery of a formation part.
  • the photonic band gap fiber manufacturing method according to the present invention is the above invention, wherein in the base material forming step, as the pentagonal capillary tube or the hexagonal capillary tube, an inner periphery and an outer periphery of the inner periphery A capillary tube having an outer peripheral portion having a lower viscosity than that of the inner peripheral portion formed on the inner periphery is used.
  • the photonic bandgap fiber manufacturing method according to the present invention is the pentagonal capillary tube according to the above invention, wherein the number of holes surrounding the core portion is five or more in the base material forming step.
  • the hexagonal capillary tube is inserted.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an example of a photonic band gap fiber.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the calculated field distribution of the photonic bandgap fiber.
  • FIG. 3 is a diagram showing the wavelength characteristics of the calculated confinement loss.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a base material used in the manufacturing method according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a base material used in the manufacturing method according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a base material used in the manufacturing method according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a base material used in the manufacturing method according to the fourth embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a base material used in the manufacturing method according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a base material used in the manufacturing method according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic partially enlarged cross-sectional view of a base material used in the manufacturing method according to the fifth embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a base material used in a conventional manufacturing method.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a photonic bandgap fiber manufactured by a conventional manufacturing method.
  • the photonic band gap fiber is referred to as PBGF as appropriate.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an example of PBGF.
  • the PBGF 10 includes a core portion 11 formed of holes and a clad portion 12 formed on the outer periphery of the core portion 11 and having regularly arranged holes 12a.
  • the clad portion 12 is made of, for example, quartz glass, and is preferably made of pure quartz glass that does not contain a dopant for adjusting the refractive index.
  • the PBGF 10 has holes 12a arranged in a triangular lattice shape so as to form a photonic crystal for forming a photonic band gap at a desired wavelength, and one hole in the center of the triangular lattice.
  • the region in which 12a and the surrounding six holes 12a are to be arranged is replaced with holes that become the core portion 11 as crystal defects.
  • the PBGF 10 transmits light by confining light strongly in the core portion 11 by the above structure.
  • Such a structure in which the seven hole regions are replaced with the core portion is sometimes referred to as 7-cell type PBGF.
  • a region having 12 holes around these seven holes that is, a structure in which a total of 19 holes are replaced with a core portion may be called 19-cell type PBGF.
  • a 7-cell type PBGF is preferable because it is a PBGF that can easily operate in a single mode (see Non-Patent Document 2).
  • the number of hexagonal layers formed by the holes 12a surrounding the core portion 11 is five.
  • d is a hole diameter of the hole 12a (hereinafter referred to as a hole diameter) and ⁇ is a distance between centers of adjacent holes 12a (hereinafter referred to as a hole-to-hole distance)
  • d / ⁇ is 0. .9 or more, for example, 0.97.
  • the core diameter is approximately 2 ⁇ , which is approximately twice the distance between holes.
  • 19-cell PBGF the core diameter is approximately 3 ⁇ .
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the calculated PBGF field distribution.
  • FIG. 3 is a diagram showing the wavelength characteristics of the calculated confinement loss of PBGF. 2 and 3, simulation calculation by the finite element method (FEM) is used.
  • the constituent material of PBGF is pure quartz glass. D / ⁇ is 0.97 and ⁇ is 4.05 ⁇ m. The value of 4.05 ⁇ m is a value reported in Non-Patent Document 3 that a photonic band gap can be formed in the 1.5 ⁇ m wavelength band used in optical communication.
  • the holes are shaped as follows. That is, the core portion was an octagon with rounded corners. About the hole of the immediate outer periphery, a total of 12 hexagons and pentagons with rounded corners were alternately arranged. Further, with respect to the outer peripheral holes, hexagonal shapes with rounded corners are arranged, and seven layers of holes are arranged on the outer periphery of the core portion. Then, the diameter of the approximate circle is set as the hole diameter d for each shape of the hole, and the distance from the center of gravity to the center of gravity of the hexagonal or pentagonal shape of the adjacent hole is set as the inter-hole distance ⁇ . . Thus, in the simulations of FIGS. 2 and 3, the holes are pentagonal or hexagonal.
  • the PBGF calculated with the above structure was set on a pentagonal or hexagonal hole shape, so that most of the light field was confined in the central core portion. Further, as shown in FIG. 3, the confinement loss with respect to the wavelength ⁇ is as low as 0.00001 dB / m (0.01 dB / km) in the vicinity of the wavelength of 1.5 ⁇ m, and a photonic band gap is formed. confirmed.
  • a circular capillary tube 1020 having a circular shape and outer shape of the hole 1020a is inserted into the jacket tube 1010 and stacked, and thereafter the core portion
  • the base material 1000 was formed by pulling out the capillary tube 1020 in the region to be, and this base material 1000 was drawn.
  • the base material 1000 is configured using the circular capillary tube 1020 in this way, the ratio of the gap between the capillary tubes occupying the cross-sectional area of the base material 1000 is increased, so that the capillary tube is drawn at the time of drawing. 1020 is easily deformed, and the deformation of the hole structure is increased. Since the optical characteristics of PBGF are greatly affected by the pore structure of the cross section, the optical characteristics of PBGF manufactured by a conventional method may not be the desired optical characteristics.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of PBGF manufactured by a conventional manufacturing method.
  • the manufactured PBGF 1100 has a distorted hole 1102 and a distorted shape of the core part 1101 as compared with an ideal shape in which hexagonal holes are arranged in a lattice pattern.
  • a thin portion and a thick portion were formed, which sometimes became non-uniform. Due to the structural disorder of the cross section, the transmission loss of PBGF may be as large as several tens to several hundreds dB / km.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a method using a capillary tube having an outer diameter of hexagon.
  • a hexagonal capillary tube having an outer diameter is used, a preferable d / ⁇ having a size of 0.9 or more so that the confinement loss is sufficiently reduced even if the deformation of the holes is suppressed. It was difficult to get.
  • a hollow capillary tube having a hole shape and an outer diameter of hexagon is inserted into a hollow jacket tube to form a base material. Since the base material is drawn, the deformation of the holes and the formation of the desired d / ⁇ are realized at the same time. As a result, PBGF having desired optical characteristics can be manufactured more reliably.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a base material used in the manufacturing method according to the first embodiment.
  • the base material 100 is formed using a hexagonal capillary tube 120 whose hole 120a has a hexagonal shape and whose outer shape is a hexagonal shape. That is, the base material 100 is formed by inserting the hexagonal capillary tube 120 into the circular jacket tube 110 and stacking, and then pulling out the hexagonal capillary tube 120 in the region that becomes the core portion to form the core forming portion 140. It is formed by.
  • the gap adjusting rods 131 to 133 are further inserted into the gap between the jacket tube 110 and the hexagonal capillary tube 120.
  • the rods 131 to 133 are circular and have a diameter that matches the size of the gap.
  • the rods 131 to 133 are preferably solid, but may be hollow.
  • the jacket tube 110, the hexagonal capillary tube 120, and the rods 131 to 133 are made of, for example, quartz glass, and are preferably made of pure quartz glass that does not contain a dopant for adjusting the refractive index.
  • the outer shape of the hexagonal capillary tube 120 and the shape of the hole 120a are preferably regular hexagons. However, they may be substantially regular hexagons, and may be, for example, rounded corners.
  • the base material 100 is drawn by a known method. In drawing, the lower end of the base material 100 is melted and collapsed, and the lower end is sealed and placed in a known drawing furnace. Then, a gas pressurizer is connected to the upper end of the base material 100. Next, the lower end of the base material 100 is heated and melted with a heater, and the PBGF 10 is drawn. At the time of drawing, the inside of the hole 120a of the hexagonal capillary tube 120 is pressurized by a gas pressurizing device so that the holes are not crushed.
  • this base material 100 By using this base material 100, deformation of the holes (holes 120a and holes 12a formed from the holes 120a) is suppressed during drawing, and a preferable d / ⁇ having a size of 0.9 or more can be obtained. Easy. Therefore, PBGF 10 having a preferable value for confinement loss and other optical characteristics can be more reliably manufactured.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a base material used in the manufacturing method according to the second embodiment.
  • the base material 200 is formed using a jacket tube 210 whose hole 210 a has a hexagonal shape and a circular outer diameter. That is, in the base material 200, the same hexagonal capillary tube 120 as in FIG. 4 is inserted and stacked in the jacket tube 210, and then the hexagonal capillary tube 120 in the region that becomes the core portion is pulled out, and the core forming portion 240 is removed. It is formed by forming.
  • a gap adjusting rod 230 is further inserted into the gap between the jacket tube 210 and the hexagonal capillary tube 120.
  • the rod body 230 is circular and has a diameter that matches the size of the gap.
  • the rod 230 is preferably solid, but may be hollow.
  • the jacket tube 210 and the rod body 230 are also made of, for example, quartz glass, and those made of pure quartz glass not containing a dopant for adjusting the refractive index are particularly preferable.
  • the gap between the jacket tube 210 and the hexagonal capillary tube 120 becomes narrower.
  • the deformation of the holes is further suppressed.
  • the diameter of the gap adjusting rod 230 can be reduced, the material cost on the rod 230 can be reduced.
  • the rod body 230 may not be used as appropriate.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a base material used in the manufacturing method according to the third embodiment.
  • the base material 300 is stacked by inserting the hexagonal capillary tube 120 into the jacket tube 210 having the hexagonal hole 210a in the same manner as the base material 200 according to the second embodiment. It is formed by forming the core forming part 340.
  • gap adjusting rods 331 and 332 are inserted into the gap between the jacket tube 210 and the hexagonal capillary tube 120.
  • the rod bodies 331 and 332 have a triangular shape, and the effect of filling the gap is higher than that of the rod body 230 in the second embodiment. Therefore, the deformation of the holes at the time of drawing can be further suppressed.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a base material used in the manufacturing method according to the fourth embodiment.
  • the base material 400 is stacked by inserting the hexagonal capillary tube 120 into the jacket tube 210 having the hexagonal hole 210a in the same manner as the base material 200 according to the second embodiment. It is formed by forming the core forming part 440.
  • hollow pentagonal capillary tubes 421 and 422 each having a substantially pentagonal shape in each of the holes 421a and 422a and each having a substantially pentagonal outer shape, are inserted along the inner wall in the jacket tube 210.
  • a pentagonal capillary tube 421 is further inserted so as to be positioned on the outer periphery of the core forming portion 440.
  • the hexagonal capillary tube 120 and the pentagonal capillary tube 421 are arranged alternately on the outer periphery of the core forming portion 440.
  • FIG. 8 is a schematic partially enlarged cross-sectional view of a base material used in the manufacturing method according to the fifth embodiment.
  • the hole 520a has a hexagonal shape, and the inner periphery 520b and the outer periphery formed on the outer periphery of the inner periphery 520b.
  • a hexagonal capillary tube 520 having a portion 520c is used.
  • Reference numeral 540 denotes a core forming part.
  • the outer peripheral portion 520c of the hexagonal capillary tube 520 is made of a material having a lower viscosity than the inner peripheral portion 520b.
  • the inner peripheral portion 520b is made of pure quartz glass
  • the outer peripheral portion 520c is made of quartz glass to which chlorine, fluorine, or germanium is added.
  • each hexagonal capillary tube 520 When the base material 500 is drawn, the outer peripheral portion 520c of each hexagonal capillary tube 520 is first melted by heating during drawing, and becomes integral with the outer peripheral portion 520c of the surrounding hexagonal capillary tube 520. A gap existing in the hexagonal capillary tube 520 is filled. On the other hand, since the inner peripheral portion 520b is less likely to melt than the outer peripheral portion 520c, the effect of maintaining the shape of the hole 520a is high.
  • the present invention is not limited by the above embodiment.
  • the PBGF is a 7-cell type, but it may be a 19-cell type or a PBGF having a core part of another structure.
  • the arrangement of the holes is not limited to the triangular lattice shape, and any arrangement that can form a photonic band gap may be used.
  • the present invention includes a configuration in which the above-described constituent elements are appropriately combined.
  • a pentagonal capillary tube may be arranged around the core forming portion as in the fourth embodiment, or a hexagonal capillary having an inner peripheral portion and an outer peripheral portion as in the fifth embodiment.
  • a tube may be used.
  • a pentagonal capillary tube having an inner peripheral portion and an outer peripheral portion made of a material having a lower viscosity than the inner peripheral portion may be used.
  • the PBGF according to the present invention is suitable for use in the fields of communication and non-communication.

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Abstract

　コア部１１と、前記コア部１１の外周に形成され、前記コア部１１を結晶欠陥とするフォトニック結晶を形成するように配列された空孔１２ａを有するクラッド部１２とを備えるフォトニックバンドギャップファイバの製造方法であって、孔形状および外形が略六角形である六角形キャピラリ管１２０をジャケット管１１０内に挿入して母材１００を形成する母材形成工程と、前記母材１００を線引きする線引き工程と、を含む。これによって、より確実に所望の光学特性を有するフォトニックバンドギャップファイバを製造できる。

Description

フォトニックバンドギャップファイバの製造方法
　本発明は、フォトニックバンドギャップファイバの製造方法に関するものである。
　フォトニックバンドギャップファイバ（Photonic　BandGap　Fiber：ＰＢＧＦ）は、クラッド部に空孔を、フォトニック結晶を形成するように配列した光ファイバである。フォトニックバンドギャップファイバは、配列された空孔により伝送すべき光の波長において２次元のブラッグ反射によるフォトニックバンドギャップを形成して、そこに結晶欠陥としてのコア部を導入して、光の伝送を実現する。
　たとえば、非特許文献１～３には、コア部が空孔であるＡｉｒ－ｃｏｒｅ型のフォトニックバンドギャップファイバが開示されている。Ａｉｒ－ｃｏｒｅ型のフォトニックバンドギャップファイバは、Ａeffを拡大して超低非線形性を実現しつつ、非常に強い光閉じ込めによって低曲げ損失を実現できる。従ってＡｉｒ－ｃｏｒｅ型のフォトニックバンドギャップファイバは、通信や非通信の分野への応用について注目が高まっている。非特許文献１には、フォトニックバンドギャップファイバのプロファイルパラメータの設計を最適化する計算方法が詳細に開示されている。
特開２００２－５５２４２号公報 特開２００２－９７０３４号公報
K.　Saitoh,　et　al.,　OPTICS　EXPRESS,　Vol.11,　No.23,　2003，pp3100-3109 M.N.　Petrovich　et　al.,　ＯＦＣ２００８，　ＯＴｈＲ４ 武笠和則ら　電子情報通信学会２００７　総合大会　Ｃ－３－５２
　フォトニックバンドギャップファイバを製造する場合、一般的には、孔形状および外形状がともに円形である円管状のキャピラリ管を準備し、これらを孔形状および外形状がともに円形である円管状のジャケット管に挿入してスタックして母材を形成し、この母材を線引きするという、いわゆるスタック・アンド・ドロー法を用いる。
　しかしながら、従来の円管状のキャピラリ管と円管状のジャケット管とを用いたスタック・アンド・ドロー法によって、所定の光学特性を実現するために計算により求めたプロファイルパラメータ（設計パラメータ）になるようにフォトニックバンドギャップファイバを製造した場合に、そのフォトニックバンドギャップファイバの光学特性が設計値とは相違する場合があるという問題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より確実に所望の光学特性を有するフォトニックバンドギャップファイバを製造できるフォトニックバンドギャップファイバの製造方法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、本発明に係るフォトニックバンドギャップファイバの製造方法は、コア部と、前記コア部の外周に形成され、前記コア部を結晶欠陥とするフォトニック結晶を形成するように配列された空孔を有するクラッド部とを備えるフォトニックバンドギャップファイバの製造方法であって、孔形状および外形が略六角形である六角形キャピラリ管をジャケット管内に挿入して母材を形成する母材形成工程と、前記母材を線引きする線引き工程と、を含むことを特徴とする。
　また、本発明に係るフォトニックバンドギャップファイバの製造方法は、上記発明において、前記母材形成工程において、前記ジャケット管と前記六角形キャピラリ管との間の隙間に隙間調整用の棒体を挿入することを特徴とする。
　また、本発明に係るフォトニックバンドギャップファイバの製造方法は、上記発明において、前記母材形成工程において、外形が略多角形である前記棒体を用いることを特徴とする。
　また、本発明に係るフォトニックバンドギャップファイバの製造方法は、上記発明において、前記母材形成工程において、孔形状が略六角形である前記ジャケット管を用いることを特徴とする。
　また、本発明に係るフォトニックバンドギャップファイバの製造方法は、上記発明において、前記母材形成工程において、孔形状および外形が略五角形である五角形キャピラリ管を、前記ジャケット管内の内壁に沿って挿入することを特徴とする。
　また、本発明に係るフォトニックバンドギャップファイバの製造方法は、上記発明において、前記母材形成工程において、孔形状および外形が略五角形である五角形キャピラリ管を、前記コア部を形成するためのコア形成部の外周に位置するように挿入することを特徴とする。
　また、本発明に係るフォトニックバンドギャップファイバの製造方法は、上記発明において、前記母材形成工程において、前記五角形キャピラリ管または前記六角形キャピラリ管として、内周部と、前記内周部の外周に形成された前記内周部よりも粘性が低い外周部とを備えるキャピラリ管を用いることを特徴とする。
　また、本発明に係るフォトニックバンドギャップファイバの製造方法は、上記発明において、前記母材形成工程において、前記コア部を囲む空孔の層数が５層以上となるように前記五角形キャピラリ管または前記六角形キャピラリ管を挿入することを特徴とする。
　本発明によれば、より確実に所望の光学特性を有するフォトニックバンドギャップファイバを製造できるという効果を奏する。
図１は、フォトニックバンドギャップファイバの一例の模式的な断面図である。 図２は、計算したフォトニックバンドギャップファイバのフィールド分布の一例を示す図である。 図３は、計算した閉じ込め損失の波長特性を示す図である。 図４は、実施の形態１に係る製造方法において用いる母材の模式的な断面図である。 図５は、実施の形態２に係る製造方法において用いる母材の模式的な断面図である。 図６は、実施の形態３に係る製造方法において用いる母材の模式的な断面図である。 図７は、実施の形態４に係る製造方法において用いる母材の模式的な断面図である。 図８は、実施の形態５に係る製造方法において用いる母材の模式的な一部拡大断面図である。 図９は、従来の製造方法において用いる母材の模式的な断面図である。 図１０は、従来の製造方法によって製造したフォトニックバンドギャップファイバの模式的な断面図である。
　以下に、図面を参照して本発明に係るフォトニックバンドギャップファイバの製造方法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、フォトニックバンドギャップファイバを適宜ＰＢＧＦと記載する。
　図１は、ＰＢＧＦの一例の模式的な断面図である。図１に示すように、このＰＢＧＦ１０は、空孔からなるコア部１１と、コア部１１の外周に形成され、規則的に配列された空孔１２ａを有するクラッド部１２とを備える。クラッド部１２はたとえば石英系のガラスからなるものであり、特に屈折率調整用のドーパントを含まない純石英ガラスからなるものが好ましい。
　このＰＢＧＦ１０は、所望の波長でフォトニックバンドギャップを形成するためのフォトニック結晶を形成するように空孔１２ａを三角格子状に配置し、かつ、その三角格子の中央部の１個の空孔１２ａおよびその周囲の６個の空孔１２ａが配置されるべき領域を、結晶欠陥としてのコア部１１となる空孔に置き換えた構造を有する。このＰＢＧＦ１０は、上記構造によって、コア部１１に光を強く閉じ込めて伝送するものである。なお、このような７個の空孔の領域をコア部に置き換えた構造のものは７－ｃｅｌｌ型ＰＢＧＦと呼ばれることがある。また、さらにこの７つの空孔の周囲の１２個の空孔の領域、すなわち合計１９個の空孔の領域をコア部に置き換えた構造のものは１９－ｃｅｌｌ型ＰＢＧＦと呼ばれることがある。なお、７－ｃｅｌｌ型ＰＢＧＦであれば、よりシングルモード動作し易いＰＢＧＦとなるので好ましい（非特許文献２参照）。
　図１に示すＰＢＧＦ１０は、コア部１１を囲む空孔１２ａが形成する六角形状の層の層数が５である。また、空孔１２ａの空孔の直径（以下、空孔径とする）をｄ、隣接する空孔１２ａの中心間距離（以下、空孔間距離とする）をΛとすると、ｄ／Λが０．９以上のたとえば０．９７に設定されている。なお、非特許文献１に開示されるように、空孔層数を５層以上とし、ｄ／Λを０．９以上とすることによって、閉じ込め損失が低減されるので好ましい。なお、７－ｃｅｌｌ型ＰＢＧＦの場合、コア径は、おおよそ空孔間距離の２倍である２Λとなる。また、１９－ｃｅｌｌ型ＰＢＧＦの場合、コア径はおおよそ３Λとなる。
　図２は、計算したＰＢＧＦのフィールド分布の一例を示す図である。図３は、計算したＰＢＧＦの閉じ込め損失の波長特性を示す図である。なお、図２、３では、有限要素法（ＦＥＭ）によるシミュレーション計算を用いている。また、ＰＢＧＦの構成材料は純石英ガラスとしている。また、ｄ／Λは０．９７、Λは、４．０５μｍとしている。この４．０５μｍという値は、非特許文献３において、光通信で用いられている１．５μｍ波長帯においてフォトニックバンドギャップを形成できると報告されている値である。
　このシミュレーションにおいては、空孔については、以下のような形状とした。すなわち、コア部は各頂点に丸みを加えた八角形とした。その直ぐ外周の空孔については、各頂点に丸みを加えた六角形と五角形とを交互に合計１２個配列させた。また、それよりさらに外周の空孔については、各頂点に丸みを加えた六角形を配列させて、コア部の外周に７層の空孔を配置するようにした。そして、それぞれの形状の空孔に対して近似円の直径を空孔径ｄとして設定し、隣接する空孔の六角形または五角形の形状の重心から重心までの距離を空孔間距離Λに設定した。このように、図２および図３のシミュレーションでは、空孔は五角形または六角形とされている。
　図２に示すように、上記構造に設定して計算したＰＢＧＦは、五角形または六角形状の空孔形上に設定したことで、その中心のコア部に殆どの光のフィールドが閉じ込められていた。また、波長λに対する閉じ込め損失についても、図３に示すように、波長１．５μｍ近傍において０．００００１ｄＢ／ｍ（０．０１ｄＢ／ｋｍ）と低い値となり、フォトニックバンドギャップが形成されることが確認された。
　このようなＰＢＧＦを製造する場合は、従来は、図９に示すように、孔１０２０ａの形状および外形が円形である円管状のキャピラリ管１０２０をジャケット管１０１０に挿入してスタックし、その後コア部となる領域のキャピラリ管１０２０を引き抜いて母材１０００を形成し、この母材１０００を線引きしていた。
　しかしながら、このように円管状のキャピラリ管１０２０を用いて母材１０００を構成した場合は、母材１０００の断面積に占める、キャピラリ管間の隙間の割合が高くなるので、線引きの際にキャピラリ管１０２０が変形し易くなり、孔構造の変形が大きくなる。ＰＢＧＦの光学特性は、断面の孔構造に大きな影響を受けるため、従来の方法で製造したＰＢＧＦの光学特性は、所望の光学特性にならない場合があった。
　たとえば、図１０は、従来の製造方法によって製造したＰＢＧＦの模式的な断面図である。図１０に示すように、製造したＰＢＧＦ１１００は、六角形の空孔が格子状に並んだ理想的な形状と比べ、空孔１１０２がひずんでおり、また、コア部１１０１の形状もひずんでいる。その結果、空孔間のガラスには、厚さの薄いところと厚いところができてしまい、不均一になる場合があった。このような断面の構造的な乱れによって、ＰＢＧＦの伝送損失は数１０～数１００ｄＢ／ｋｍと大きくなる場合があった。
　また、特許文献１、２には、外径が六角形のキャピラリ管を用いる方法が開示されている。しかしながら、外径が六角形のキャピラリ管を用いた場合は、空孔の変形は抑制されたとしても、閉じ込め損失が十分に低減されるような、０．９以上という大きさの好ましいｄ／Λを得ることは困難であった。
　これに対して、以下に説明する本実施の形態１に係る製造方法では、孔形状および外径が六角形である中空のキャピラリ管を中空のジャケット管内に挿入して母材を形成し、この母材を線引きするので、空孔の変形の抑制および所望のｄ／Λの形成が同時に実現される。その結果、より確実に所望の光学特性を有するＰＢＧＦを製造できる。
（実施の形態１）
　図４は、実施の形態１に係る製造方法において用いる母材の模式的な断面図である。図４に示すように、母材１００は、孔１２０ａの形状が六角形であり、かつ外形も六角形である六角形キャピラリ管１２０を用いて形成されている。すなわち、母材１００は、六角形キャピラリ管１２０を円管状のジャケット管１１０に挿入してスタックし、その後コア部となる領域の六角形キャピラリ管１２０を引き抜いて、コア形成部１４０を形成することによって形成したものである。なお、母材１００を形成する際には、さらにジャケット管１１０と六角形キャピラリ管１２０との間の隙間に隙間調整用の棒体１３１～１３３を挿入している。棒体１３１～１３３は円形状であり、隙間の大きさに合わせた直径を有するものである。棒体１３１～１３３は中実のものが好ましいが、中空のものでもよい。
　ジャケット管１１０、六角形キャピラリ管１２０、および棒体１３１～１３３は、たとえば石英系のガラスからなるものであり、特に屈折率調整用のドーパントを含まない純石英ガラスからなるものが好ましい。六角形キャピラリ管１２０の外形および孔１２０ａの形状は、正六角形であることが好ましいが、略正六角形であればよく、たとえば角が丸みを帯びた形状であってもよい。
　つぎに、この母材１００を公知の方法で線引きする。線引きの際には、母材１００の下端を溶融してコラプスし、下端を封鎖したものを、公知の線引き炉に設置する。そして、母材１００の上端にガス加圧装置を接続する。つぎに、母材１００の下端をヒータで加熱溶融し、ＰＢＧＦ１０を線引きする。線引きの際には、ガス加圧装置によって、空孔がつぶれないように六角形キャピラリ管１２０の孔１２０ａ内を加圧する。この母材１００を用いれば、線引き時に空孔（孔１２０ａ、および孔１２０ａから形成された空孔１２ａ）の変形が抑制され、かつ０．９以上という大きさの好ましいｄ／Λを得ることが容易である。そのため閉じ込め損失やその他の光学特性が好ましい値であるＰＢＧＦ１０をより確実に製造することができる。
（実施の形態２）
　図５は、実施の形態２に係る製造方法において用いる母材の模式的な断面図である。図５に示すように、母材２００は、孔２１０ａの形状が六角形であり、外径が円形のジャケット管２１０を用いて形成されている。すなわち、母材２００は、図４と同様の六角形キャピラリ管１２０を、ジャケット管２１０に挿入してスタックし、その後コア部となる領域の六角形キャピラリ管１２０を引き抜いて、コア形成部２４０を形成することによって形成したものである。なお、母材２００を形成する際には、さらにジャケット管２１０と六角形キャピラリ管１２０との間の隙間に隙間調整用の棒体２３０を挿入している。棒体２３０は円形状であり、隙間の大きさに合わせた直径を有するものである。棒体２３０は中実のものが好ましいが、中空のものでもよい。ジャケット管２１０、および棒体２３０も、たとえば石英系のガラスからなるものであり、特に屈折率調整用のドーパントを含まない純石英ガラスからなるものが好ましい。
　つぎに、この母材１００を公知の方法で線引きすることによって、空孔の変形が抑制され、０．９以上という大きさの好ましいｄ／Λを得ることが容易である。これにより閉じ込め損失やその他の光学特性が好ましい値であるＰＢＧＦ１０をより確実に製造することができる。
　特に、本実施の形態２では、孔２１０ａの形状が六角形のジャケット管２１０を用いることによって、ジャケット管２１０と六角形キャピラリ管１２０との間の隙間がより狭くなる。その結果、空孔の変形はより抑制される。また、隙間調整用の棒体２３０の直径を小さくできるので、棒体２３０に掛かる材料コストを削減できる。また、ジャケット管２１０の内径に対して六角形キャピラリ管１２０の内径が比較的小さい場合は、適宜棒体２３０を使用しないようにしてもよい。
（実施の形態３）
　図６は、実施の形態３に係る製造方法において用いる母材の模式的な断面図である。図６に示すように、母材３００は、実施の形態２に係る母材２００と同様に、六角形キャピラリ管１２０を、六角形の孔２１０ａを有するジャケット管２１０に挿入してスタックし、その後コア形成部３４０を形成することによって形成したものである。但し、母材３００では、ジャケット管２１０と六角形キャピラリ管１２０との間の隙間に隙間調整用の棒体３３１、３３２を挿入している。棒体３３１、３３２は三角形状であり、実施の形態２における棒体２３０よりも、隙間を埋める効果が高い。したがって、線引きの際の空孔の変形をより一層抑制することができる。なお、棒体として三角形以外の多角形状のものを用いてもよい。
（実施の形態４）
　図７は、実施の形態４に係る製造方法において用いる母材の模式的な断面図である。図６に示すように、母材４００は、実施の形態２に係る母材２００と同様に、六角形キャピラリ管１２０を、六角形の孔２１０ａを有するジャケット管２１０に挿入してスタックし、その後コア形成部４４０を形成することによって形成したものである。但し、母材４００では、孔４２１ａ、４２２ａの形状がそれぞれ略五角形あり、外形もそれぞれ略五角形である中空の五角形キャピラリ管４２１、４２２を、ジャケット管２１０内の内壁に沿って挿入している。これによって、五角形キャピラリ管４２１、４２２とジャケット管２１０との間の隙間は殆ど無くなるので、線引きの際の空孔の変形をさらに抑制することができる。さらに隙間調整用の棒体を使用しなくてもよくなるので、材料コストを削減できる。
　なお、この母材４００では、さらに五角形キャピラリ管４２１を、コア形成部４４０の外周に位置するように挿入している。これによって、コア形成部４４０の外周では六角形キャピラリ管１２０と五角形キャピラリ管４２１とが交互に並ぶように配置している。これによって、製造するＰＢＧＦ１０のコア部１１の変形がより一層抑制される。
（実施の形態５）
　図８は、実施の形態５に係る製造方法において用いる母材の模式的な一部拡大断面図である。本実施の形態５に係る母材５００では、ジャケット管に挿入する六角形キャピラリ管として、孔５２０ａの形状が六角形であり、内周部５２０ｂと、内周部５２０ｂの外周に形成された外周部５２０ｃとを備えた六角形キャピラリ管５２０を用いている。なお、符号５４０はコア形成部である。
　ここで、六角形キャピラリ管５２０の外周部５２０ｃは、内周部５２０ｂよりも粘性が低い材料からなる。たとえば、内周部５２０ｂは純石英ガラスからなり、外周部５２０ｃは塩素、フッ素またはゲルマニウムを添加した石英ガラスからなる。
　この母材５００を線引きした場合は、線引きの際の加熱によって、各六角形キャピラリ管５２０の外周部５２０ｃがはじめに溶融し、周囲の六角形キャピラリ管５２０の外周部５２０ｃと一体になるため、当初六角形キャピラリ管５２０に存在した隙間が埋まる。一方、内周部５２０ｂは外周部５２０ｃよりも溶融しにくいため、孔５２０ａの形状を維持する効果が高い。
　したがって、この母材５００を用いた場合は、外周部５２０ｃが溶融して隙間を早期に埋める効果と、内周部５２０ｂが空孔の形状を維持する効果とによって、より一層空孔の変形が抑制される。
　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。たとえば、上記実施の形態では、ＰＢＧＦは７－ｃｅｌｌ型のものであるが、１９－ｃｅｌｌ型のものや、他の構造のコア部を有するＰＢＧＦでもよい。また、空孔の配列についても、三角格子状に限らず、フォトニックバンドギャップを形成できる配列であればよい。
　また、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態１において、実施の形態４のようにコア形成部の周囲に五角形キャピラリ管を配置しても良いし、実施の形態５のような内周部と外周部を有する六角形キャピラリ管を用いても良い。また、実施の形態４において、内周部と、内周部よりも粘性が低い材料からなる外周部とを備える五角形キャピラリ管を用いてもよい。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
　以上のように、本発明に係るＰＢＧＦは通信や非通信の分野に利用して好適なものである。
　１０　ＰＢＧＦ
　１１　コア部
　１２　クラッド部
　１２ａ　空孔
　１００、２００、３００、４００、５００　母材
　１１０、２１０　ジャケット管
　１２０、５２０　六角形キャピラリ管
　１２０ａ、２１０ａ、４２１ａ、４２２ａ、５２０ａ　孔
　１３１、１３２、１３３、３３１、３３２　棒体
　１４０、２４０、３４０、４４０、５４０　コア形成部
　４２１、４２２　五角形キャピラリ管
　５２０ｂ　内周部
　５２０ｃ　外周部

Claims (8)

  1. 　コア部と、前記コア部の外周に形成され、前記コア部を結晶欠陥とするフォトニック結晶を形成するように配列された空孔を有するクラッド部とを備えるフォトニックバンドギャップファイバの製造方法であって、
    　孔形状および外形が略六角形である六角形キャピラリ管をジャケット管内に挿入して母材を形成する母材形成工程と、
    　前記母材を線引きする線引き工程と、
    　を含むことを特徴とするフォトニックバンドギャップファイバの製造方法。
  2. 　前記母材形成工程において、前記ジャケット管と前記六角形キャピラリ管との間の隙間に隙間調整用の棒体を挿入することを特徴とする請求項１に記載のフォトニックバンドギャップファイバの製造方法。
  3. 　前記母材形成工程において、外形が略多角形である前記棒体を用いることを特徴とする請求項２に記載のフォトニックバンドギャップファイバの製造方法。
  4. 　前記母材形成工程において、孔形状が略六角形である前記ジャケット管を用い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フォトニックバンドギャップファイバの製造方法。
  5. 　前記母材形成工程において、孔形状および外形が略五角形である五角形キャピラリ管を、前記ジャケット管内の内壁に沿って挿入することを特徴とする請求項４に記載のフォトニックバンドギャップファイバの製造方法。
  6. 　前記母材形成工程において、孔形状および外形が略五角形である五角形キャピラリ管を、前記コア部を形成するためのコア形成部の外周に位置するように挿入することを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載のフォトニックバンドギャップファイバの製造方法。
  7. 　前記母材形成工程において、前記五角形キャピラリ管または前記六角形キャピラリ管として、内周部と、前記内周部の外周に形成された前記内周部よりも粘性が低い外周部とを備えるキャピラリ管を用いることを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載のフォトニックバンドギャップファイバの製造方法。
  8. 　前記母材形成工程において、前記コア部を囲む空孔の層数が５層以上となるように前記五角形キャピラリ管または前記六角形キャピラリ管を挿入す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フォトニックバンドギャップファイバの製造方法。
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