JP2003107266A - 偏波保持光ファイバおよび絶対単一偏波光ファイバ - Google Patents
偏波保持光ファイバおよび絶対単一偏波光ファイバInfo
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Abstract
の伝送が可能な偏波保持光ファイバおよび絶対単一偏波
光ファイバを提供する。 【解決手段】 偏波保持光ファイバは、コア部11、フ
ォトニック結晶構造クラッド12およびジャケット部1
3から構成されている。フォトニック結晶構造クラッド
12は、中心から外周へ向かう破線により分割された4
つの分割部分12a、12b、12cおよび12dに分
割されている。コア部11を挟んで対向する一対の分割
部分12aおよび12cが有する複数の格子孔のうち、
コア部11近傍の格子孔14aおよび14cの径d2
は、対向する他の一対の分割部分12bおよび12dが
有する格子孔の径d1よりも大きく形成されている。更
に、分割部分12aおよび12cが有する格子孔の径d
2は、格子間隔Λよりも大きく形成されている。
Description
バイスに関し、より具体的には、光通信ネットワークお
よび光信号処理に用いられ、偏波状態を保持したまま光
の伝送ならびに合流および分岐を行う偏波保持光ファイ
バおよび絶対単一偏波光ファイバに関する。
ァイバ中の応力分布に異方性を持たせることにより、コ
ア内で直交する2方向に偏波したモードの縮退を解い
て、両モードの伝搬定数に差を持たせるものである。こ
れにより、2つのモードが区別されるため、ある偏波に
一致した光が光ファイバに入射されると、その偏波のみ
が保持されたまま伝搬する。
しては、PANDAファイバが知られている。しかし、PANDA
ファイバは、製造過程で光ファイバの母材(クラッド)
のコア部直近の2箇所に孔をあけ、さらにその孔に応力
付与材を押し込んでファイバを生成するという高度な技
術を必要とする。特に、母材に応力付与材を押し込む過
程が偏波保持光ファイバの生産性を妨げる大きな要因と
なっている。このような理由から、PANDAファイバの価
格は通常の単一モードファイバの100倍以上にもなっ
ている。また、PANDAファイバ構造によって生じる直交
偏波モードの伝搬定数差はそれほど大きくはなく、両モ
ード間のクロストークを−30dB以上とするのは困難
である。
長距離にわたって単一偏波を保持したまま伝送すること
が困難であることから、単一偏波の伝送路としては用い
られていない。このようなPANDAファイバにおける製造
の困難性に鑑み、現在、様々な構造のクラッドを有する
光ファイバの開発が行われている。
の偏波保持光ファイバの構造を示す断面図である。この
偏波保持光ファイバは、コア部41、フォトニック結晶
構造クラッド42およびジャケット部43から構成され
ている。本図において、フォトニック結晶構造クラッド
42は、中心から外周へ向かう破線により4つの分割部
分42a、42b、42cおよび42dに分割されてい
る。
び42dにおいて、図中○印で示す格子孔からなる回折
格子の格子間隔Λは全て同一である。但し、第1の対向
する分割部分42aおよび42cにおける各格子孔の径
d2は、これに隣接する第2の対向する分割部分42b
および42dにおける各格子孔の径d1よりも大きい
(d2>d1)。このような構造とすることで、x方向
とy方向に伝搬定数差を生じさせ、偏波保持機能が実現
できる。
孔の径の比を変えた場合における、モード複屈折率の変
化を計算した図である。なお、この計算の詳細は、「偏
波保持機能を有する空孔光ファイバ」(川西、岡本、2
000年電子情報通信学会通信ソサイティ大会No.B
−10−153)に示されている。
る2つの偏波モード(HE11xモードおよびHE11
yモード)に対応する伝搬定数をβx、βyとしたと
き、 B=(βx−βy)/k (kは波数) で表される。ここで、計算には有限要素法を用いた。
あるモード複屈折率Bの大きさは、(d2/d1)が大
きいほど大きくなることがわかる。また、(d2/d
1)を2以上とすることで、従来のPANDA型偏波保持光
ファイバと同等以上の複屈折性(PANDA型で5×10
−4程度)を実現可能である。なお、(d2/d1)の
値を大きくする方法としては、径d2を大きくする方
法、および径d1を小さくする方法がある。
いては、以下の2文献に試作または計算例が開示されて
いる。 (1)A.Ortigosa-Blanch, J.C.Knight, W.J.Wadswort
h, J.Arriaga, B.J.Mangan, T.A.Birks, P.St.Russell
"Highly birefringent photonic crystal fibers"Opti
cs Letters, Vol.25, pp.1325-1327 (2000) (2)S.B.Libori, J.Broeng, E.Knudsen, A.Bjarklev,
"High-birefringent photonic crystal fiber "OFC 20
01, TuM2, Anaheim (2001) 上記文献に記載された偏波保持光ファイバの断面構造
を、それぞれ図6および7に示す。このうち、図6は実
際に作製されたものの写真を、また図7は計算値に基づ
いて描かれた構造を示す。
含まれる全ての格子孔の径d2が、格子間隔Λよりも小
さい値となっている。また、格子孔の径の大きさは、コ
アを挟んで対向する分割部分の一方の対と他方の対とで
異なっており、これにより偏波保持特性が発現してい
る。
おいて、波長1550nmにおけるモード複屈折率Bの
大きさ(計算値)は、それぞれ2.8×10−3および
1.5×10−3である。
よび図7に示すように径d1が格子間隔より小さい場
合、この分割部分における光の閉じ込めが弱くなり、光
がコア部分から本分割部分にしみ出して、光の強度パタ
ンが変化してしまう。そして、最悪の場合、光強度が主
としてコア以外の部分に分布するようになる恐れがあ
る。結果として、ファイバの曲げ損失が生じやすくな
り、ファイバとして使用に適さない。このため、現実に
は径d1を一定の値以下にすることができない。
孔が周囲の回折格子の配列から外れてコア部分に接近し
た構造となっているが、現実にはこのような偏波保持光
ファイバを作製することは困難である。
は、信号光の偏光状態の保持、長距離での伝送、および
作製の容易性を同時に実現することが困難であるという
問題があった。
する2つの偏波が両方存在することが可能であるが、こ
のファイバ内を光が長距離伝搬すると、偏波保持光ファ
イバに複屈折が設けられていたとしても、わずかながら
直交する偏波にクロストークが生じる。従って、入射時
にファイバの片方の主軸に光が入射しても、出射時には
偏波クロストークによって直交成分が発生してしまうと
いう問題があった。現に、PANDA型ファイバでは、伝搬
距離が20km以上になるとこの偏波クロストークが問
題になり始める。
たものであり、その目的とするところは、信号光の偏光
状態を保持したまま、長距離での伝送が可能な偏波保持
光ファイバおよび絶対単一偏波光ファイバを提供するこ
とにある。
対して、これを吸収する構造を設けることによって、フ
ァイバ内に唯一の偏波を伝搬可能とする絶対単一偏波光
ファイバを提供することにある。
め、請求項1に記載の発明は、コアと、該コアの周囲に
設けられたクラッドであって、光を前記コアに閉じ込め
るように所定の間隔をあけて配列した格子孔を有するク
ラッドとを備えた偏波保持光ファイバであって、前記格
子孔のうちの、前記コアを挟んで対向する前記コア近傍
の一対の格子孔の径は、前記格子孔のうちの他のものの
径よりも大きく、かつ前記所定の格子間隔よりも大きい
ことを特徴とする。
に記載の偏波保持光ファイバにおいて、前記クラッド
は、フォトニック結晶構造クラッドであることを特徴と
する。
または2に記載の偏波保持光ファイバにおいて、前記一
対の格子孔の径と、前記格子孔のうちの他のものの径と
の和は、前記所定の格子間隔の2倍よりも小さいことを
特徴とする。
を大きくすることが可能となる。
該コアの周囲に設けられたクラッドであって、光を前記
コアに閉じ込めるように所定の間隔をあけて配列した格
子孔を有するクラッドとを備えた絶対単一偏波光ファイ
バであって、前記格子孔のうちの、前記コアを挟んで対
向する前記コア近傍の一対の格子孔の径は、前記格子孔
のうちの他のものの径よりも大きく、かつ前記所定の格
子間隔よりも大きく、前記一対の格子孔の一方または両
方の内側に、金属膜層を配していることを特徴とする。
該コアの周囲に設けられたクラッドであって、光を前記
コアに閉じ込めるように所定の間隔をあけて配列した格
子孔を有するクラッドとを備えた絶対単一偏波光ファイ
バであって、前記格子孔のうちの、前記コアを挟んで対
向する前記コア近傍の一対の格子孔の径は、前記格子孔
のうちの他のものの径よりも大きく、かつ前記所定の格
子間隔よりも大きく、前記一対の格子孔の一方または両
方の内側に、屈折率の異なる2種類の媒質が交互に重ね
られた多層膜を配していることを特徴とする。
または5に記載の絶対単一偏波光ファイバにおいて、前
記クラッドは、フォトニック結晶構造クラッドであるこ
とを特徴とする。
〜6のいずれかに記載の絶対単一偏波光ファイバにおい
て、前記一対の格子孔の径と、前記格子孔のうちの他の
ものの径との和は、前記所定の格子間隔の2倍よりも小
さいことを特徴とする。
施の形態について詳細に説明する。
イバの構造を示す断面図である。本発明を適用した偏波
保持光ファイバは、コア部11、フォトニック結晶構造
クラッド12、およびジャケット部13から構成されて
いる。
を前記コアに閉じ込めるように所定の間隔Λをあけて配
列した格子孔を有しており、上述した従来技術と同様
に、中心から外周へ向かう破線により分割された4つの
分割部分12a、12b、12cおよび12dからな
る。ここで、コア部11を挟んで対向する一対の分割部
分12aおよび12cが有する複数の格子孔のうち、コ
ア部11近傍の格子孔14aおよび14cの径d2は、
コア部11を挟んで対向する他の一対の分割部分12b
および12dが有する格子孔の径d1よりも大きく形成
されている。更に、分割部分12aおよび12cが有す
る格子孔の径d2は、格子間隔Λよりも大きく形成され
ている。
cの直径d2が、格子間隔Λよりも大きく形成されてい
ることは、本発明の最大の特徴であり、このような構造
をとることにより、x方向およびy方向に関するモード
複屈折率Bを増加させることが可能となる。
孔14aおよび14cを形成する場合、他の格子孔の直
径との関係を決める必要がある。図1に示す例では、 d1+d2<2Λ の関係が満たされている。この条件を満たすことによ
り、全体として格子間隔Λを維持することが可能とな
り、従って格子の配列(中心位置)を変えることなく、
コア部に直近の2つの格子孔の直径を格子間隔Λよりも
大きくすることができる。
ば"Low-loss, 2-km-long photonic crystal fiber with
zero GVD in the near IR suitable for picosecond p
ulse propagation at the 800 nm band," (H. Kubota,
K. Suzuki, S. Kawanishi, M.Nakazawa, M. Tanaka, an
d M. Fujita, Tech. Digest of Conference on Lasersa
nd Electro-optics (CLEO), CPD3, 2001)に記載されて
いるような、周知のフォトニック結晶構造偏波保持光フ
ァイバの製造方法により製造することができる。
る偏波保持光ファイバに関する、波長に対するモード複
屈折率Bの計算結果を示す図である。本図に示す例で
は、格子間隔Λを4μmとし、分割部分12bおよび1
2d内の格子孔の径d1を1.9μmとした。また、径
d2を3.6μm、4.0μm、4.4μmおよび4.
7μmと変えて計算を行った。この計算結果は、それぞ
れ図中の曲線201、202、203および204に示
されている。分割部分12aおよび12cにおけるコア
近傍の格子孔の径d2が大きくなるほど、モード複屈折
率Bが大きくなることがわかる。
イバの、波長に対するモード複屈折率Bの実測値を示す
グラフである。本図に示す例ではサンプルファイバとし
て、格子間隔Λが4μm、分割部分12bおよび12d
内の格子孔の径d1が1.9μm、分割部分12aおよ
び12cにおけるコア近傍の格子孔の径d2が4.7μ
mの偏波保持光ファイバを用いて測定を行った。
に、実験結果は計算値と良く一致している。また、波長
1550nmにおけるモード複屈折率Bは1.4×10
−3であり、従来技術よりも大きな値が得られているこ
とがわかる。
たが、本発明は上述の実施形態に限定されず、他の種々
の形態でも実施できることはいうまでもない。
aおよび12cにおけるコア11近傍の格子孔14aお
よび14cの一方または両方の内側に、アルミニウムや
金などの金属を配してもよい。格子孔14aおよび14
cに金属を付着することにより、金属面に垂直な電界成
分を持つ偏波が吸収され、金属面に水平な電界成分を持
つ偏波のみが光ファイバを伝搬する。
格子孔14aおよび14cの内側に、屈折率が互いに異
なる2種類の媒質801および802を交互に重ねた多
層膜を付着してもよい。このような構造にすると、多層
膜に入射する光の反射率、透過率が入射光の偏光方向に
よって異なるため、片方の偏波のみの吸収損失を増加さ
せることが可能となる。従って、一方の偏波のみが本発
明にかかる光ファイバを伝搬する。
両方の内側に多層膜を配した例を示しているが、格子孔
14aおよび14cのいずれか一方の内側に多層膜を配
することとしてもよい。
は、1つの偏波のみが伝搬可能な絶対単一偏波ファイバ
となる。
コア近傍のフォトニック結晶構造に極めて大きなモード
複屈折率を与えることとしたので、偏波クロストークの
抑圧などが可能となることから、信号光の安定化が図れ
る。結果として、信号光の偏光状態を保持したまま、従
来の偏波保持光ファイバよりも長距離伝送することが可
能となる。
ニック結晶構造クラッドを採用したので、モード複屈折
率が大きな光ファイバを極めて容易に製造できるという
効果が得られる。
これを吸収する構造を設けることによって、光ファイバ
内に唯一の偏波成分のみを長距離にわたり伝搬させるこ
とが可能となる。
示す断面図である。
おける、波長に対するモード複屈折率Bの計算結果を示
す図である。
作製して、モード複屈折率Bを測定した結果を示す図で
ある。
である。
の比とモード複屈折率Bとの関係を示す図である。
構造を示す断面図である。
構造を示す断面図である。
の一部を示す図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 コアと、該コアの周囲に設けられたクラ
ッドであって、光を前記コアに閉じ込めるように所定の
間隔をあけて配列した格子孔を有するクラッドとを備え
た偏波保持光ファイバであって、 前記格子孔のうちの、前記コアを挟んで対向する前記コ
ア近傍の一対の格子孔の径は、前記格子孔のうちの他の
ものの径よりも大きく、かつ前記所定の格子間隔よりも
大きいことを特徴とする偏波保持光ファイバ。 - 【請求項2】 前記クラッドは、フォトニック結晶構造
クラッドであることを特徴とする請求項1に記載の偏波
保持光ファイバ。 - 【請求項3】 前記一対の格子孔の径と、前記格子孔の
うちの他のものの径との和は、前記所定の格子間隔の2
倍よりも小さいことを特徴とする請求項1または2に記
載の偏波保持光ファイバ。 - 【請求項4】 コアと、該コアの周囲に設けられたクラ
ッドであって、光を前記コアに閉じ込めるように所定の
間隔をあけて配列した格子孔を有するクラッドとを備え
た絶対単一偏波光ファイバであって、 前記格子孔のうちの、前記コアを挟んで対向する前記コ
ア近傍の一対の格子孔の径は、前記格子孔のうちの他の
ものの径よりも大きく、かつ前記所定の格子間隔よりも
大きく、前記一対の格子孔の一方または両方の内側に、
金属膜層を配していることを特徴とする絶対単一偏波光
ファイバ。 - 【請求項5】 コアと、該コアの周囲に設けられたクラ
ッドであって、光を前記コアに閉じ込めるように所定の
間隔をあけて配列した格子孔を有するクラッドとを備え
た絶対単一偏波光ファイバであって、 前記格子孔のうちの、前記コアを挟んで対向する前記コ
ア近傍の一対の格子孔の径は、前記格子孔のうちの他の
ものの径よりも大きく、かつ前記所定の格子間隔よりも
大きく、前記一対の格子孔の一方または両方の内側に、
屈折率の異なる2種類の媒質が交互に重ねられた多層膜
を配していることを特徴とする絶対単一偏波光ファイ
バ。 - 【請求項6】 前記クラッドは、フォトニック結晶構造
クラッドであることを特徴とする請求項4または5に記
載の絶対単一偏波光ファイバ。 - 【請求項7】 前記一対の格子孔の径と、前記格子孔の
うちの他のものの径との和は、前記所定の格子間隔の2
倍よりも小さいことを特徴とする請求項4〜6のいずれ
かに記載の絶対単一偏波光ファイバ。
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