JP2005025018A

JP2005025018A - Photonic crystal fiber

Info

Publication number: JP2005025018A
Application number: JP2003191801A
Authority: JP
Inventors: Masashi Nakao; 正史中尾
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2003-07-04
Filing date: 2003-07-04
Publication date: 2005-01-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make obtainable a plurality of light beams having a specific wavelength band and dispersion characteristic with a single photonic crystal fiber. <P>SOLUTION: The photonic crystal fiber 9 is provided, in a clad part 2 in which many circular openings 1 are arranged in a grid-form, a first core part 3, a second core part 4, a third core part 5, a fourth core part 6 and a fifth core part 7 enclosed by the circular openings 1 in the manner that the shape of the core parts are different from one another. Monochromatic light pulses inputted to the respective core parts 3, 4, 5, 6 and 7 are converted into continuous wavelength light pulses different from one another according to the shape of respective core parts 3, 4, 5, 6 and 7, and outputted. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトニック結晶ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
中央部に直径数ミクロンのコア部を持ち、その周りを囲んで直径数十ミクロンの中空ファイバ束のクラッド部からなるフォトニック結晶ファイバはイギリスのパス大学で初めて作られた（非特許文献１を参照）。その後の研究により、このフォトニック結晶ファイバは、非常に広帯域に単一モード伝送波長領域をもつこと、空孔（格子孔）の大きさ及び配置によって零分散波長や非線形係数を設定できることなど、従来の光ファイバにはない特徴を有していることが分かってきた。
【０００３】
特に、零分散波長を任意の波長で設計できることにより、この波長域での多重化を利用した光伝送システムへの応用が期待されている。具体的には、近距離の光伝送（ＬＡＮ）において、従来の光ファイバでは分散が大きいため、波長多重通信システムの構築が困難であったが、フォトニック結晶ファイバでは零分散波長を任意の波長で設計できるため、このようなシステムの構築が期待されている。
【０００４】
一方、フォトニック結晶ファイバにフェムト秒（１０００兆分の１秒）の単色パルス光を導波させることにより、出力光のスペクトルが大幅に広がった連続波長パルス光、いわゆるスーパーコンティニューム光が観測される。特に、零分散領域に近い波長で励起したとき、非常に広い波長域にスペクトルが観測される。このようなことから、多波長光源への応用、広帯域光源としての分光測定などへの応用がすすめられつつある。このフォトニック結晶ファイバは、光を導波するコア部を一つしか有しておらず、不特定の波長域や分散特性を有する光を一度に複数得ることができない。そのため、各特性を有するフォトニック結晶ファイバをそれぞれ作製していた。
また、フォトニック結晶ファイバの作製工程は未だ確立されておらず、いわゆる歩留まりも悪いため製造コストが高く、フォトニック結晶ファイバ自体は非常に高価である。
したがって、特定の波長域や分散特性の光を得るには、フォトニック結晶ファイバをそれぞれ用意する必要があり、その費用は非常に高額となってしまう。
【０００５】
【非特許文献１】
中沢正隆、久保田寛和、藤田盛行著、「フォトニック結晶技術とその応用」、シーエムシー出版株式会社、２００２年３月、ｐ．９１〜１２０
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、フォトニック結晶ファイバの特性は非常に未知の可能性を持っているが、フォトニック結晶ファイバ自体が高価であるため、限られた機関でしか使用されていない。
【０００７】
このようなことから、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、一つのフォトニック結晶ファイバで特定の波長域や分散特性を有する光を複数得ることができるフォトニック結晶ファイバを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決する第１の発明に係るフォトニック結晶ファイバによれば、多数の空孔を格子状に設けてなるクラッド部に、前記空孔により囲まれてなるコア部を複数形成し、該コア部に入力した単色パルス光が連続波長パルス光に変換されて出力するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
前述した課題を解決する第２の発明に係るフォトニック結晶ファイバによれば、第１の発明において、前記コア部の形状がそれぞれ異なり、前記コア部に入力した単色パルス光が前記コア部の形状に応じて、それぞれ異なる連続波長パルス光に変換されて出力するようにしたことを特徴とする。
前記コア部の形状がそれぞれ異なるとは、形そのものが異なることや大きさが異なることや形そのもの及び大きさが異なることなどが挙げられる。つまり、形そのものが異なるとは、円形や楕円形や三角形や四角形など、それぞれの形状が異なることをいう。また、大きさが異なるとは、それぞれの形状が相似形の関係にあることをいう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係る光ファイバの実施の形態を、実施例により具体的に以下に説明する。
【００１１】
＜実施例＞
図１は、本発明の一実施形態に係るフォトニック結晶ファイバの断面図である。図２は、本発明の一実施形態に係るフォトニック結晶ファイバの各コアにおける波長分散特性を示したグラフである。ここで、第１コア部３、第２コア部４、第３コア部５、第４コア部６、第５コア部７に対して測定した結果をそれぞれ実線３ａ、実線４ａ、実線５ａ、実線６ａ、実線７ａで示す。図３は、本発明の一実施形態に係るフォトニック結晶ファイバを用いて、スーパーコンティニューム光を発生させたときのスペクトル特性を示すグラフである。ここで、第１コア部３、第２コア部４、第３コア部５、第４コア部６、第５コア部７に対して測定した結果をそれぞれ実線３ｂ、実線４ｂ、実線５ｂ、実線６ｂ、実線７ｂで示す。
【００１２】
図１に示すように、フォトニック結晶ファイバ９は、光を導波するコア部を５つ有するクラッド部２と、クラッド部２の外周を被覆するジャケット部８とからなる。クラッド部２には、格子状に（周期的に）、つまり規則的に空孔１が配列される。ただし、空孔１が格子状に配列されていない領域、つまり不規則的に配列された空孔１に囲まれる領域が５つあり、それぞれが第１コア部３、第２コア部４、第３コア部５、第４コア部６、第５コア部７に相当する。フォトニック結晶ファイバ９の長手方向に垂直な断面において、各コア部３、４、５、６、７の形状はそれぞれ異なる。
【００１３】
フォトニック結晶ファイバ９の中心には、空孔１が格子状に配列されない、円形状の領域からなる第１コア部３が設けられる。また、第１コア部３とジャケット部８との間に空孔１が格子状に配列されない、円形状の領域からなる第２コア部４が設けられる。ただし、第２コア部４の直径は、第１コア部３のそれより小さい。また、第１コア部３とジャケット部８との間に空孔１が格子状に配列されない、楕円形状の領域からなる第３コア部５、第４コア部６、第５コア部７とが設けられる。ただし、第３コア部５の短径、及び第４コア部６の短径、並びに第５コア部７の長径のそれぞれの延長がフォトニック結晶ファイバ９の中心に交わる位置に設けられる。
【００１４】
第２コア部４と第４コア部６とは、第１コア部３を中心にして、対向する位置に設けられる。また、第３コア部５と第５コア部７とは、第１コア部３を中心にして、対向する位置に設けられる。
第１コア部３、第２コア部４、第３コア部５、第４コア部６、第５コア部７の形状は、それぞれ１ミクロンから５ミクロンである。各コア部３、４、５、６、７同士の間隔は、５ミクロン以上離れている。そのため、各コア部３、４、５、６、７は、空孔１により完全に分離されており、導波光のクロストークは６０ｄＢ以上に保たれている。例えば、第１コア部３を導波している光が第２コア部４に入ることがない。
【００１５】
なお、コア部の長手方向の垂直断面における該コア部の形状は、上記実施例に限られるものではなく、三角形や四角形など、光を導波することができる形状を有していれば良い。
【００１６】
図２に示すように、第１コア部３は波長１５５０ｎｍ、第２コア部４は波長１２６０ｎｍ、第３コア部５は波長１０００ｎｍ、第４コア部６は波長１０００ｎｍ、第５コア部７は波長８００ｎｍでそれぞれ零分散となる。よって、各コア部３、４、５、６、７の形状により零波長分散領域が１５５０ｎｍから７５０ｎｍまで変化する。
また、第３コア部５、第４コア部６、第５コア部７の形そのものや、大きさを変えることにより、長波長側でも零分散特性を持たせることができる。
したがって、一本のフォトニック結晶ファイバがこのように広範囲な零分散特性を有するため、長波長用から短波長用まで適用範囲が広がる。
【００１７】
第１コア部３、第２コア部４、第３コア部５、第４コア部６、第５コア部７に対して、励起用光源として、短波長側ではチタンサファイアレーザを用い、長波長側ではチタンサファイアレーザで励起したオプチカルパラメトリック発振を利用したパルスレーザを用い、零分散付近の波長で励起させて、スーパーコンティニューム光を発生させたときのスペクトル特性を図３に示した。このとき用いたフェムト秒（１０００兆分の１秒）の単色パルス光は、パルス幅が約１４０ｐｓ、先頭出力が１００ｋＷ、繰り返し周波数が８０ＭＨｚである。
【００１８】
それぞれの第１コア部３、第２コア部４、第３コア部５、第４コア部６、第５コア部７において、波長域により出力変動が見られる。第３コア部５、第４コア部６、第５コア部７では４００ｎｍ〜１７００ｎｍで発光するパルス光源を作り出せることが分かる。この波長領域は石英ファイバを用いた分光測定系において使用される波長域であり、いわゆる白色パルス光源として、その応用の可能性は非常に高いものと考えられる。
【００１９】
なお、上記実施の形態では、コア部に入力された単色パルス光を連続波長パルス光に変換して出力するコア部を５つ有するフォトニック結晶ファイバ９を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、１つのコア部を導波する光が他のコア部に入り込む、クロストークが起こらないようにそれぞれのコア部が設けられていれば良く、例えばコア部を７つ有するフォトニック結晶ファイバでも上記実施の形態と同様の作用効果を奏するものである。
【００２０】
なお、上記実施の形態で説明したフォトニック結晶ファイバ９は、多数の中空パイプを所定の位置に配置し積み重ねてプリフォームとし、これを高温にて柔らかくし、外径を一定に制御しつつ引き延ばす、いわゆる線引き法にて製造される。プリフォーム作成法には、他にもいくつかの方法がある。石英の円柱に軸方向にドリルで孔をあけて任意の断面形状を作成する方法もあり、よく用いられている。
【００２１】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態と共に具体的に説明したように、本発明に係るフォトニック結晶ファイバによれば、多数の空孔を格子状に設けてなるクラッド部に、前記空孔により囲まれてなるコア部をそれぞれの形状が異なるように複数形成し、該コア部に入力した単色パルス光が、前記コア部の形状に応じて、それぞれ異なる連続波長パルス光に変換されて出力するようにしたことにより、一本のフォトニック結晶ファイバの中に任意の零分散特性を有するコア部を複数設計することができ、製造コストが削減される。
【００２２】
さらに、本発明に係るフォトニック結晶ファイバによれば、１つのフォトニック結晶ファイバが有する複数のコア部を、任意のパルス光源を作り出せるように設計することができるので、測定などのとき他フォトニック結晶ファイバと取り替えたり、他フォトニック結晶ファイバのスペースを確保したりする必要が無く、測定がしやすくなるので、測定効率が向上する。
【００２３】
そのうえ、本発明に係るフォトニック結晶ファイバによれば、フォトニック結晶ファイバを作製するときに、該フォトニック結晶ファイバの中心にコア部を形成しなくても、入力した単色パルス光を連続波長パルス光に変換して出力するコア部をクラッド部内に設けることができるので、フォトニック結晶ファイバの製造コストが削減される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るフォトニック結晶ファイバの端面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るフォトニック結晶ファイバの各コアの波長分散特性を示すグラフである。
【図３】本発明の一実施形態に係るフォトニック結晶ファイバの各コアからの出力したスーパーコンティニューム光の波長強度特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１空孔
２クラッド部
３第１コア部
４第２コア部
５第３コア部
６第４コア部
７第５コア部
８ジャケット部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photonic crystal fiber.
[0002]
[Prior art]
A photonic crystal fiber having a core part having a diameter of several microns in the center and surrounding the periphery of a hollow fiber bundle clad part of several tens of microns in diameter was first made at Path University in the UK (Non-Patent Document 1) reference). Subsequent research shows that this photonic crystal fiber has a single-mode transmission wavelength region in a very wide band, and that the zero-dispersion wavelength and nonlinear coefficient can be set by the size and arrangement of the holes (lattice holes). It has been found that the optical fiber has characteristics not found in the optical fiber.
[0003]
In particular, since the zero-dispersion wavelength can be designed with an arbitrary wavelength, application to an optical transmission system using multiplexing in this wavelength region is expected. Specifically, in short-distance optical transmission (LAN), the conventional optical fiber has a large dispersion, so it is difficult to construct a wavelength division multiplexing communication system. Therefore, the construction of such a system is expected.
[0004]
On the other hand, by guiding monochromatic pulsed light of femtoseconds (one thousandths of a second) through a photonic crystal fiber, continuous wavelength pulsed light, so-called supercontinuum light, in which the spectrum of the output light is broadened, is observed. The In particular, when excited at a wavelength close to the zero dispersion region, a spectrum is observed in a very wide wavelength region. For this reason, application to a multi-wavelength light source and spectroscopic measurement as a broadband light source are being promoted. This photonic crystal fiber has only one core part for guiding light, and cannot obtain a plurality of lights having unspecified wavelength ranges and dispersion characteristics at a time. Therefore, photonic crystal fibers having various characteristics have been produced.
In addition, the manufacturing process of the photonic crystal fiber has not been established yet, and so-called yield is poor, so that the manufacturing cost is high, and the photonic crystal fiber itself is very expensive.
Therefore, in order to obtain light having a specific wavelength range or dispersion characteristic, it is necessary to prepare each of the photonic crystal fibers, and the cost is very high.
[0005]
[Non-Patent Document 1]
Masataka Nakazawa, Hirokazu Kubota, Moriyuki Fujita, “Photonic Crystal Technology and its Applications”, CM Publishing Co., Ltd., March 2002, p. 91-120
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the characteristics of the photonic crystal fiber have a very unknown possibility. However, since the photonic crystal fiber itself is expensive, it is used only in a limited organization.
[0007]
In view of the above, the present invention has been made to solve the above-described problems, and a photonic crystal capable of obtaining a plurality of lights having a specific wavelength region and dispersion characteristics with a single photonic crystal fiber. The object is to provide a fiber.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the photonic crystal fiber according to the first invention that solves the above-described problem, a plurality of core portions surrounded by the holes are formed in a clad portion in which a large number of holes are provided in a lattice shape, The monochromatic pulsed light input to the core is converted into continuous wavelength pulsed light and output.
[0009]
According to the photonic crystal fiber according to the second invention for solving the above-described problem, in the first invention, the shape of the core portion is different, and the monochromatic pulsed light input to the core portion is the shape of the core portion. According to the above, it is characterized in that it is converted into different continuous wavelength pulsed light and outputted.
Examples of the different shapes of the core parts include that the shape itself is different, the size is different, the shape itself and the size are different, and the like. In other words, different shapes mean that the shapes are different, such as a circle, an ellipse, a triangle, and a rectangle. Moreover, that size differs means that each shape has a similar relationship.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the optical fiber according to the present invention will be specifically described below with reference to examples.
[0011]
<Example>
FIG. 1 is a cross-sectional view of a photonic crystal fiber according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a graph showing chromatic dispersion characteristics in each core of the photonic crystal fiber according to one embodiment of the present invention. Here, the results measured for the first core unit 3, the second core unit 4, the third core unit 5, the fourth core unit 6, and the fifth core unit 7 are a solid line 3a, a solid line 4a, a solid line 5a, and a solid line, respectively. 6a and solid line 7a. FIG. 3 is a graph showing spectral characteristics when supercontinuum light is generated using a photonic crystal fiber according to an embodiment of the present invention. Here, the results measured for the first core unit 3, the second core unit 4, the third core unit 5, the fourth core unit 6, and the fifth core unit 7 are a solid line 3b, a solid line 4b, a solid line 5b, and a solid line, respectively. 6b, indicated by a solid line 7b.
[0012]
As shown in FIG. 1, the photonic crystal fiber 9 includes a clad part 2 having five core parts for guiding light, and a jacket part 8 covering the outer periphery of the clad part 2. In the cladding portion 2, the holes 1 are arranged in a lattice pattern (periodically), that is, regularly. However, there are five areas in which the holes 1 are not arranged in a lattice pattern, that is, five areas surrounded by the irregularly arranged holes 1, each of which includes the first core part 3, the second core part 4, It corresponds to the 3 core part 5, the 4th core part 6, and the 5th core part 7. In the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the photonic crystal fiber 9, the shapes of the core portions 3, 4, 5, 6, and 7 are different.
[0013]
In the center of the photonic crystal fiber 9, there is provided a first core portion 3 made of a circular region in which the holes 1 are not arranged in a lattice pattern. In addition, a second core portion 4 is provided between the first core portion 3 and the jacket portion 8. The second core portion 4 is a circular region in which the holes 1 are not arranged in a lattice pattern. However, the diameter of the second core portion 4 is smaller than that of the first core portion 3. In addition, the third core part 5, the fourth core part 6, and the fifth core part 7, which are elliptical areas in which the holes 1 are not arranged in a lattice shape between the first core part 3 and the jacket part 8, are provided. Provided. However, the respective extensions of the minor axis of the third core part 5, the minor axis of the fourth core part 6, and the major axis of the fifth core part 7 are provided at positions intersecting the center of the photonic crystal fiber 9.
[0014]
The second core portion 4 and the fourth core portion 6 are provided at opposing positions with the first core portion 3 as the center. The third core portion 5 and the fifth core portion 7 are provided at positions facing each other with the first core portion 3 as the center.
The shapes of the first core portion 3, the second core portion 4, the third core portion 5, the fourth core portion 6, and the fifth core portion 7 are 1 to 5 microns, respectively. The intervals between the core portions 3, 4, 5, 6, 7 are 5 microns or more apart. For this reason, the core portions 3, 4, 5, 6, and 7 are completely separated by the air holes 1, and the crosstalk of the guided light is kept at 60 dB or more. For example, light guided through the first core unit 3 does not enter the second core unit 4.
[0015]
In addition, the shape of the core part in the vertical cross section in the longitudinal direction of the core part is not limited to the above-described embodiment, and may be any shape that can guide light, such as a triangle or a quadrangle.
[0016]
As shown in FIG. 2, the first core unit 3 has a wavelength of 1550 nm, the second core unit 4 has a wavelength of 1260 nm, the third core unit 5 has a wavelength of 1000 nm, the fourth core unit 6 has a wavelength of 1000 nm, and the fifth core unit 7 has a wavelength. Zero dispersion is obtained at 800 nm. Therefore, the zero wavelength dispersion region varies from 1550 nm to 750 nm depending on the shapes of the core portions 3, 4, 5, 6, and 7.
Also, by changing the shape and size of the third core portion 5, the fourth core portion 6, and the fifth core portion 7, it is possible to provide zero dispersion characteristics even on the long wavelength side.
Therefore, since one photonic crystal fiber has such a wide range of zero dispersion characteristics, the application range is extended from a long wavelength to a short wavelength.
[0017]
For the first core part 3, the second core part 4, the third core part 5, the fourth core part 6, and the fifth core part 7, a titanium sapphire laser is used as the excitation light source on the short wavelength side, and the long wavelength Fig. 3 shows the spectral characteristics when supercontinuum light is generated on the side using a pulsed laser utilizing optical parametric oscillation excited by a titanium sapphire laser and excited at a wavelength near zero dispersion. The femtosecond (one thousandth of a second) monochromatic pulse light used at this time has a pulse width of about 140 ps, a head output of 100 kW, and a repetition frequency of 80 MHz.
[0018]
In each of the first core unit 3, the second core unit 4, the third core unit 5, the fourth core unit 6, and the fifth core unit 7, output fluctuation is observed depending on the wavelength region. It can be seen that the third core part 5, the fourth core part 6, and the fifth core part 7 can create a pulsed light source that emits light at 400 nm to 1700 nm. This wavelength region is a wavelength region used in a spectroscopic measurement system using a quartz fiber, and it is considered that the possibility of application as a so-called white pulse light source is very high.
[0019]
In the above embodiment, the description has been given using the photonic crystal fiber 9 having five core parts that convert the monochromatic pulsed light input to the core part into continuous wavelength pulsed light and output it. However, the present invention is not limited to this. Instead, it is only necessary that each core part is provided so that light guided through one core part enters the other core part and crosstalk does not occur. For example, a photonic having seven core parts The crystal fiber also has the same effect as the above embodiment.
[0020]
In the photonic crystal fiber 9 described in the above embodiment, a large number of hollow pipes are arranged at predetermined positions and stacked to form a preform, which is softened at a high temperature and stretched while controlling the outer diameter to be constant. It is manufactured by a so-called drawing method. There are several other methods for creating a preform. There is also a method of creating an arbitrary cross-sectional shape by drilling a hole in a quartz cylinder with a drill in the axial direction, which is often used.
[0021]
【The invention's effect】
As described above in detail with the embodiment of the present invention, according to the photonic crystal fiber according to the present invention, the clad portion in which a large number of holes are provided in a lattice shape is surrounded by the holes. A plurality of core parts having different shapes are formed, and monochromatic pulsed light input to the core part is converted into different continuous wavelength pulsed light according to the shape of the core part and output. Thus, a plurality of core portions having arbitrary zero dispersion characteristics can be designed in one photonic crystal fiber, and the manufacturing cost is reduced.
[0022]
Furthermore, according to the photonic crystal fiber according to the present invention, a plurality of core portions of one photonic crystal fiber can be designed so that an arbitrary pulse light source can be created. Since it is not necessary to replace the crystal fiber or to secure a space for another photonic crystal fiber, the measurement can be easily performed, so that the measurement efficiency is improved.
[0023]
Moreover, according to the photonic crystal fiber according to the present invention, when the photonic crystal fiber is manufactured, the input monochromatic pulsed light is continuously pulsed without forming a core portion at the center of the photonic crystal fiber. Since the core part which converts into light and outputs it can be provided in a clad part, the manufacturing cost of a photonic crystal fiber is reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an end view of a photonic crystal fiber according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing chromatic dispersion characteristics of each core of a photonic crystal fiber according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing wavelength intensity characteristics of supercontinuum light output from each core of a photonic crystal fiber according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hole 2 Cladding part 3 1st core part 4 2nd core part 5 3rd core part 6 4th core part 7 5th core part 8 Jacket part

Claims

多数の空孔を格子状に設けてなるクラッド部に、前記空孔により囲まれてなるコア部を複数形成し、該コア部に入力した単色パルス光が連続波長パルス光に変換されて出力するようにしたことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。A plurality of core parts surrounded by the holes are formed in a clad part in which a large number of holes are provided in a lattice shape, and monochromatic pulsed light input to the core part is converted into continuous-wavelength pulsed light and output. A photonic crystal fiber characterized by the above.

請求項１において、前記コア部の形状がそれぞれ異なり、前記コア部に入力した単色パルス光が前記コア部の形状に応じて、それぞれ異なる連続波長パルス光に変換されて出力するようにしたことを特徴とするフォトニック結晶ファイバ。The shape of the core part is different from each other in claim 1, and the monochromatic pulsed light input to the core part is converted into different continuous wavelength pulsed light according to the shape of the core part, and output. Characteristic photonic crystal fiber.