JP3836730B2 - 偏波保存フォトニッククリスタルファイバ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏波保存フォトニッククリスタルファイバ（以下「偏波保存ＰＦＣ」という）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトニッククリスタルファイバは、ファイバ中心をなす中実のコアと、そのコアを被覆するように設けられファイバ横断面に三角格子を形成してファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を構成するように配設された複数の細孔を有するクラッドとを備えた光ファイバであり、種々の分野での適用が提案されている。
【０００３】
その中の一つとして、図１８（ａ）に示すように、コアを楕円形状とすることにより、その長軸方向と短軸方向とで伝搬定数を異ならしめた偏波保存ＰＣＦがある。
【０００４】
また、Optic letters 2000.9 Vol.25 NO.18には、図１８（ｂ）の示すように、クラッドに三角格子を形成するように複数の細孔が配設されており、コアに隣接した６つの細孔のうちコアを挟んで対向した一対を含む直線上に配設された細孔のみを小孔径のものとすることにより、小孔径の細孔が並ぶ方向とそれに直交する方向とで偏波モードの伝搬定数を異ならしめた偏波保存ＰＣＦが開示されている。このような偏波保存ＰＣＦでは、１０-3オーダーのモード複屈折率を実現することが可能であり、これは偏波保存ファイバの代表であるＰＡＮＤＡファイバと比較して一桁近く大きく、偏波保存性能が極めて優れる。
【０００５】
さらに、OFC2001.TuM2 2001.3には、図１８（ｃ）に示すように、クラッドに三角格子を形成するように複数の細孔が配設されており、コアに隣接した６つの細孔のうちコアを挟んで対向した一対を他の細孔よりも大孔径のものとすることにより両大孔径の細孔を結ぶ方向とそれに直交する方向とで偏波モードの伝搬定数を異ならしめ、また、その大孔径の細孔のみを三角格子を形成する位置よりも細孔ピッチの８割の長さだけファイバ半径方向内向きにずらして配設することにより、モード複屈折率を高めた偏波保存ＰＣＦが開示されている（図中のコアに示されているのは光強度の分布である）。この偏波保存ＰＣＦでは、モード複屈折率が１．５×１０-3と計算されており、大孔径の細孔が対向する方向のモードフィールド径に対するそれに直交する方向のモードフィールド径の比であるアスペクト比が図よりおおよそ２．０以上であると推測できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
今日、ＷＤＭ通信において、偏波保存ファイバは、ＬＤ光源（レーザダイオード光源）とＬＮ変調器（リチウムナイオベイト変調器）とを繋ぐピグテールとして使用されており、また、将来、ＳＣ光源（スーパーコンチニウム光源）とフィルタとを備えたＡＷＧ（アレイ導波路）で分波するような場合、ＳＣ光源とＡＷＧとを繋ぐピグテールとして、さらには、ＡＷＧとＬＮ変調器とを繋ぐピグテールとして使用されると考えられる。
【０００７】
ところで、ＬＮ変調器には、導波路としてアスペクト比が１．５であるＴｉ拡散導波路が用いられており、また、ＡＷＧには、導波路としてアスペクト比が１．０に近い石英ガラス系導波路が用いられている。
【０００８】
従って、上記後者の文献に開示された偏波保存ＰＣＦでは、高いモード複屈折率を有するものの、アスペクト比が高いためにＬＮ変調器のＴｉ拡散導波路やＡＷＧの石英ガラス系導波路とモードマッチしないという問題がある。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＬＮ変調器のＴｉ拡散導波路やＡＷＧの石英ガラス系導波路等とのモードマッチが可能な偏波保存ＰＣＦ及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２つの偏波モードの方向のうち一方のモードフィールド径に対する他方のモードフィールド径の比であるアスペクト比を１．０に近づくように、細孔を三角格子を形成する位置からオフセットして配設したものである。
【００１１】
具体的には、ファイバ中心をなす中実のコアと、該コアを被覆するように設けられファイバ横断面に三角格子を形成してファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を構成するように配設された複数の細孔を有するクラッドと、を備え、該クラッドにおける該コアに隣接した細孔が、該コアを挟んで対をなして配設された大孔径の細孔と、該コアを挟んで対をなして配設された小孔径の細孔と、からなることにより、光伝搬領域であるモードフィールドがファイバ横断面において相互に直交し且つ伝搬定数が異なる２つの偏波モードを有するように構成された偏波保存ＰＣＦを前提とする。そして、上記コアに隣接した大孔径の細孔及び小孔径の細孔のうち少なくともいずれか一方は、上記モードフィールドにおける上記２つの偏波モードの方向のうち一方のモードフィールド径に対する他方のモードフィールド径の比であるアスペクト比が１．０に近づく向きに、上記三角格子を形成する位置からずれて配設されていることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、高いモード複屈折率を得ることができるのに加え、大孔径の細孔及び小孔径の細孔のうち少なくともいずれか一方が三角格子を形成する位置からずれて配設され、アスペクト比が１．０に近づくようにされているので、ＬＮ変調器のＴｉ拡散導波路やＡＷＧの石英ガラス系導波路等のアスペクト比と近いものとなり、それらとのモードマッチが可能となる。
【００１３】
ここで、本出願において、「アスペクト比」とは、２つの偏波モードの方向のうち一方のモードフィールド径と他方のモードフィールド径とが等しい場合を除いて、小さい方を一方のモードフィールド径、大きい方を他方のモードフィールド径とする。従って、アスペクト比は常に１．０以上となる。
【００１４】
細孔のずれの大きさは、通常、格子ピッチをΛとすると０．１Λ〜０．９Λの範囲である。
【００１５】
偏波保存ＰＣＦの場合、通常、１０-3以上のモード複屈折率を得ることができ、また、そのため１００ｍでのクロストークが−３０ｄＢ以下と非常に小さい。
【００１６】
本発明の上記アスペクト比は、一般的に存在する導波路とのモードマッチを考慮すれば、１．０以上で且つ２．０よりも小さいことが好ましく、また、アスペクト比は、アスペクト比が１．５であるＴｉ拡散導波路及びアスペクト比が１に近い石英ガラス系導波路を考慮すれば、１．０以上で且つ１．７以下であることがより好ましい。
【００１７】
本発明は、上記コアに隣接した大孔径の細孔又は小孔径の細孔のみが上記三角格子を形成する位置からずれて配設されている構成であってもよい。かかる構成によれば、クラッドのフォトニッククリスタル構造が大きく崩れることがない。
【００１８】
本発明の具体的な構成としては、上記コアに隣接した大孔径の細孔が上記三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向きにずれて配設されているものや、上記コアに隣接した小孔径の細孔が上記三角格子を形成する位置からファイバ半径方向内向きにずれて配設されているものを挙げることができる。
【００１９】
本発明は、ファイバ横断面に、上記コアを挟んで対向するように配設され上記コアに隣接した大孔径の細孔を含む大孔径の細孔群を有する一対の大孔径細孔領域と、上記コアを挟んで対向するように配設され上記コアに隣接した小孔径の細孔を含む小孔径の細孔群を有する一対の小孔径細孔領域と、の４つの領域が形成されており、上記大孔径細孔領域の各細孔及び小孔径細孔領域の各細孔のうち少なくともいずれか一方が上記三角格子を形成する位置からずれて配設されている構成であってもよい。
【００２０】
その具体的な構成としては、上記大孔径細孔領域の各細孔が上記三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向きにずれて配設されているものや、上記小孔径領域の各細孔が上記三角格子を形成する位置からファイバ半径方向内向きにずれて配設されているものを挙げることができる。
【００２１】
以上のような偏波保存ＰＣＦは、
石英製のロッド材にファイバ横断面の孔パタンに対応するようにロッド軸方向に延びる複数の孔を形成して母材を形成する母材形成工程と、
上記母材を線引き加工により細径化する線引き工程と、
を経て製造することができる。
【００２２】
この製造方法において、上記母材の複数の孔を封止した状態で線引き加工するようにしてもよい。このようにすれば、線引き加工時の線引き張力によって母材の孔を押し潰す方向に作用する力が孔内の圧力と均衡し、孔が押し潰されることなく線引き加工を行うことができる。ここで、封止とは、母材の複数の孔への外気の進入を阻止する手段全てを意味する。
【００２３】
その場合、複数の孔の封止前に、その複数の孔の内壁の不純物を除去する不純物除去処理を施すことが好ましい。このようにすれば、母材の孔内の不純物を除去することができるので、製造される偏波保存ＰＣＦは低損失なものとなる。不純物除去処理としては、フッ化水素酸によるエッチング処理や塩素ガスに晒すことにより水酸基を除去する塩素ガス処理等を挙げることができる。
【００２４】
また、上記偏波保存ＰＣＦであって、クラッドを被覆するように設けられた被覆部を備えたものは、
石英製のロッド材に上記ファイバ横断面の孔パタンに対応するようにロッド軸方向に延びる複数の孔を形成する穿孔工程と、
上記複数の孔を形成したロッド材をロッド軸方向に加熱延伸することにより細径化して母材本体を形成する母材本体形成工程と、
上記母材本体と上記被覆部になる石英製の被覆部形成材とで母材を構成し、該母材を線引き加工により細径化する線引き工程と、
を経て製造することもできる。
【００２５】
この場合、上記母材本体を石英製の筒状の被覆部形成材内に配置してそれらで母材を構成し、該母材を線引き加工により該母材本体と該被覆部形成材とを一体化させつつ細径化するようにしても、上記母材本体の外周に石英系材料を堆積一体化させることにより上記被覆部になる被覆部形成材を形成してそれらで母材を構成し、該母材を線引き加工により細径化するようにしてもよい。
【００２６】
この製造方法において、上記母材本体の複数の孔を封止した状態で線引き加工するようにしてもよい。このようにすれば、線引き加工時の線引き張力によって母材本体の孔を押し潰す方向に作用する力が孔内の圧力と均衡し、孔が押し潰されることなく線引き加工を行うことができる。ここで、封止とは、母材本体の複数の孔への外気の進入を阻止する手段全てを意味する。
【００２７】
その場合、複数の孔の封止前に、その複数の孔の内壁の不純物を除去する不純物除去処理を施すことが好ましい。このようにすれば、母材本体の孔内の不純物を除去することができるので、製造される偏波保存ＰＣＦは低損失なものとなる。不純物除去処理としては、フッ化水素酸によるエッチング処理や塩素ガスに晒すことにより水酸基を除去する塩素ガス処理等を挙げることができる。
【００２８】
また、いずれの製造方法においても、上記石英製のロッド材を水酸基含有量が１ｐｐｍ以下の無水合成ガラスで形成されたものとすることが好ましい。このようにすれば、製造される偏波保存ＰＣＦに含まれる水酸基の数が少なく低損失なものとなる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＬＮ変調器のＴｉ拡散導波路やＡＷＧの石英ガラス系導波路等のアスペクト比と近いものとなり、それらとのモードマッチが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
（実施形態１）
＜偏波保存ＰＣＦの構成＞
図１は、本発明の実施形態１に係る偏波保存ＰＣＦ２０を示す。図２は、その横断面における中心部分を示す。
【００３２】
この偏波保存ＰＣＦ２０は、石英（ＳｉＯ2）で形成されたものであって、ファイバ中心をなす中実のコア２１ａ及びそのコア２１ａを被覆するように設けられたクラッド２１ｂからなるファイバ本体２１と、ファイバ本体２１のクラッド２１ｂをさらに被覆するように設けられた被覆部２２とで構成されている。
【００３３】
クラッド２１ｂには、複数の細孔が配設されており、それらがファイバ横断面において三角格子を形成してファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を構成している。
【００３４】
ファイバ横断面において、コア２１ａに隣接した６つの細孔のうち、コア２１ａを挟んで対向するように配設された一対の細孔２１ｃ’は他の細孔２１ｃよりも大孔径のものである一方、コア２１ａを挟んで対向するように配設された他の二対の細孔２１ｃはコア２１ａに隣接したもの以外の細孔２１ｃと同径の小孔径のものである。これによって、偏波保存ＰＣＦ２０が光伝搬領域であるモードフィールドがファイバ横断面において相互に直交し且つ伝搬定数が異なる２つの偏波モードを有するものとなっている。
【００３５】
そして、大孔径の細孔２１ｃ’は、図２に仮想線で示す三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向き、すなわち、コア２１ａから遠ざかる向きにずれて配設されている。この配設位置のずれの向きは、モードフィールドにおける２つの偏波モードの方向のうち一方のモードフィールド径に対する他方のモードフィールド径の比であるアスペクト比が１．０に近づく向きである。このように、三角格子を形成する位置からずれて配設されているのは大孔径の細孔２１ｃ’のみである。
【００３６】
この偏波保存ＰＣＦ２０は、アスペクト比が１．０以上で且つ２．０より小さい（好ましくは１．０以上で且つ１．７以下）。
【００３７】
以上の構成の偏波保存ＰＣＦ２０によれば、高いモード複屈折率を得ることができるのに加え、大孔径の細孔２１ｃ’が三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向きにずれて配設されているので、それによってアスペクト比が下げられるので、ファイバＬＮ変調器のＴｉ拡散導波路やＡＷＧの石英ガラス系導波路等のアスペクト比と近いものとなり、それらとのモードマッチが可能となる。
【００３８】
また、大孔径の細孔２１ｃ’のみが三角格子を形成する位置からずれて配設されているので、クラッド２１ｂのフォトニッククリスタル構造が大きく崩れることがない。
【００３９】
＜偏波保存ＰＣＦの製造方法＞
次に、本発明の実施形態１に係る偏波保存ＰＣＦ２０の製造方法を工程の順を追って説明する。
【００４０】
−準備工程−
図３に示すように、石英製の円柱のロッド材１を準備する。このロッド材１として、水酸基含有量が１ｐｐｍ以下の無水合成ガラスで形成されたものを用いる。
【００４１】
−穿孔工程−
図３に示すように、準備したロッド材１に対し、中心軸部分をコア形成部１ａとして中実のまま残し、そのコア形成部１ａを囲うようにロッド軸方向に延びる貫通した孔１ｃを複数配設することによりクラッド形成部１ｂを形成する。これらの孔１ｃは、上記偏波保存ＰＣＦ２０のクラッド２１ｂに構成された細孔パターンが形成されるように配設する。孔の形成は、例えば、ドリルによる穿孔加工、棒状の研磨具による粗仕上げ、中仕上げ、最終仕上げ加工及びブラシと酸化セリウム研磨材とによる最終研磨加工により行う。
【００４２】
−母材本体形成工程−
コア形成部１ａ及びクラッド形成部１ｂを形成したロッド材１を電気炉延伸器にセットし、図４に示すように、ロッド材１をロッド延伸用ヒータ２で加熱すると共に延伸して細径化した母材本体３を形成する。このとき、ロッド材１が細径化された母材本体３では、ロッド材１のものより孔径及び孔間隔が縮小された複数の孔３ｃが保持され、これに伴いコア形成部３ａ及びクラッド形成部３ｂがロッド材１のものより縮小されたものとなる。
【００４３】
−不純物除去処理工程−
母材本体３をフッ化水素酸に浸漬して表面をエッチングし、母材本体３表面に付着した金属等の不純物を除去する。
【００４４】
次いで、図５に示すように、母材本体３の両端にそれぞれ補助パイプ４を溶着した後、１０００〜１２００℃の温度雰囲気下で、一方の補助パイプ４に塩素ガスを送り、それを母材本体３の孔３ｃに流通させ、他方の補助パイプ４から排出する塩素ガス処理を行うことにより、孔３ｃの内壁に形成された水酸基を除去する。
【００４５】
−封止工程−
塩素ガス処理を行った後、図６に示すように、直ちに両方の補助パイプ４の端を加熱して閉じ、母材本体３の孔３ｃの両端を封止した状態にする。この際、孔内に塩素ガスが封入されるようにしてもよい。
【００４６】
−線引き工程−
図７に示すように、母材本体３を石英製の筒状の被覆部形成材１２内に配置してそれらで母材１３を構成し、その母材１３を線引き用ヒータ１１で加熱すると共に延伸する線引き加工により母材本体３と被覆部形成材１２とを一体化させつつ細径化して偏波保存ＰＣＦ２０を製造する。この際、母材本体３と被覆部形成材１２との間の空隙内を負圧に減圧する。
【００４７】
母材本体を被覆部形成材と加熱一体化させて母材を構成した後に線引き加工する場合、その加熱一体化の過程で孔の孔径の変動を生じる虞があるが、以上のような偏波保存ＰＣＦ２０の製造方法によれば、母材本体３と被覆部形成材１２とを線引き時に一体化するようにしているので、かかる孔径の変動を防止することができる。
【００４８】
また、線引き加工時に、母材本体３と被覆部形成材１２との間の空隙内を負圧に減圧し、ファイバ本体２１と被覆部２２との間への空気の閉じ込めが防がれるので、製造される偏波保存ＰＣＦ２０の伝送損失がかかる空気の閉じ込めにより高くなることを防止することができる。
【００４９】
以上のような偏波保存ＰＣＦ２０の製造方法によれば、複数の孔１ｃを形成したロッド材１を加熱延伸して母材本体３を形成するので、ロッド材１の段階で有する孔径及び孔間隔の誤差が母材本体３の段階で縮小され、高寸法精度の偏波保存ＰＣＦ２０を製造することができる。
【００５０】
また、母材本体３の複数の孔３ｃを封止した状態で線引き加工するようにしているので、線引き加工時の線引き張力によって母材本体３の孔３ｃを押し潰す方向に作用する力が孔内の圧力と均衡し、孔３ｃが押し潰されることなく線引き加工を行うことができる。
【００５１】
さらに、石英製の円柱のロッド材１として水酸基含有量が１ｐｐｍ以下の無水合成ガラスで形成されたものを用いており、しかも、母材本体３の複数の孔３ｃの封止前に、母材本体３表面の金属等を除去するフッ化水素酸によるエッチング処理及び孔３ｃの内壁の水酸基を除去するための塩素ガス処理を施しているので、低損失の偏波保存ＰＣＦ２０を製造することができる。
【００５２】
＜実験１＞
以下の実施例１及び比較例１の偏波保存ＰＣＦを作製し、それぞれのアスペクト比を求めた。
【００５３】
−実施例１−
ＶＡＤにより作成した直径４５ｍｍの無水合成石英のロッド材に、図８（ａ）に示す孔パターンの孔をあけた後、それを直径６ｍｍとなるまで延伸して母材本体を形成した。このとき、小孔径の細孔２１ｃとなるものの孔径Ｄ1を１．４ｍｍ、大孔径の細孔２１ｃ’となるものの孔径Ｄ2を３．９ｍｍ、小孔径の細孔２１ｃとなるものの孔間のピッチＰ1を３．９ｍｍ、及びロッド中心から大孔径の細孔２１ｃ’となるものまでのピッチＰ2を４．７ｍｍとした。母材本体の孔内部を塩素ガス処理して両端を封止した後、それを外径２５ｍｍで内孔径８ｍｍの石英ガラス管の中心に配置し、これを母材としてファイバ径１２５μｍに線引き加工して作製された偏波保存ＰＣＦ２０を実施例１とした。
【００５４】
作製された実施例１の偏波保存ＰＣＦ２０の構成は、小孔径の細孔２１ｃの孔径ｄ1が１．０μｍ、大孔径の細孔２１ｃ’の孔径ｄ2が２．７μｍ、小孔径の細孔２１ｃ間の孔ピッチΛ1が２．７μｍ及びファイバ中心から大孔径の細孔２１ｃ’までのピッチΛ2が３．２μｍ（すなわち、大孔径の細孔２１ｃ’が三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向きに０．１９Λ1ずらして配設されている。）であった。この偏波保存ＰＣＦ２０について、波長１．５５μｍで光強度分布を測定してシングルモード伝送を確認し、光強度が中心の最大値の１／ｅ2となる径を測定した（光強度分布がガウシアン分布である場合、光強度が中心の最大値の１／ｅ2となる径がモードフィールド径となる）。この結果、長径が４．４μｍ、短径が３．５μｍであり、従って、アスペクト比が１．２６であった。また、モード複屈折率は１．６×１０-3であり、高い偏波保存性を示した。以上の特性を表１に示す。
【００５５】
【表１】
【００５６】
−比較例１−
小孔径の細孔２１０ｃとなるものの孔間のピッチＰ1及びロッド中心から大孔径の細孔２１０ｃ’となるものまでのピッチＰ2のいずれをもを３．９ｍｍとし、実施例１の場合と同様にして作製した偏波保存ＰＣＦ２００を比較例１とした。
【００５７】
作製された比較例１の偏波保存ＰＣＦ２００の構成は、図８（ｂ）に示すように、小孔径２１０ｃの細孔間の孔ピッチΛ1及びファイバ中心から大孔径の細孔２１０ｃ’までのピッチΛ2のいずれもが２．７μｍであることを除いては実施例１と同一であった。波長１．５５μｍで光強度分布を測定し、シングルモード伝送を確認した。この偏波保存ＰＣＦ２００について、波長１．５５μｍで光強度分布を測定してシングルモード伝送を確認し、光強度が中心の最大値の１／ｅ2となる径を測定した。この結果、長径が４．４μｍ、短径が２．９μｍであり、従って、アスペクト比が１．５２であった。また、モード複屈折率は１．７×１０-3であり、実施例１と同等の高い偏波保存性を示した。以上の特性を表２に示す。
【００５８】
【表２】
【００５９】
−実験結果−
上記のように、アスペクト比は、大孔径の細孔２１ｃ’を三角格子を形成する位置からずらして配設した実施例１の方が、大孔径の細孔２１０ｃ’を三角格子を形成する位置に配設した比較例１よりも小さい。
【００６０】
（実施形態２）
＜偏波保存ＰＣＦの構成＞
図９は、本発明の実施形態２に係る偏波保存ＰＣＦ２０を示す。なお、実施形態１と同一部分は同一符号で示す。
【００６１】
この偏波保存ＰＣＦ２０では、ファイバ横断面において、コア２１ａに隣接した６つの細孔のうち、コア２１ａを挟んで対向するように配設された一対の細孔２１ｃ’は他の細孔２１ｃよりも大孔径のものである一方、コア２１ａを挟んで対向するように配設された他の二対の細孔２１ｃはコア２１ａに隣接したもの以外の他の細孔２１ｃと同径の小孔径のものである。これによって、偏波保存ＰＣＦ２０が光伝搬領域であるモードフィールドがファイバ横断面において相互に直交し且つ伝搬定数が異なる２つの偏波モードを有するものとなっている。
【００６２】
そして、コア２１ａに隣接した大孔径の細孔２１ｃ’は、図９に仮想線で示す三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向き、すなわち、コア２１ａから遠ざかる向きにずれて配設されている。この配設位置のずれの向きは、モードフィールドにおける２つの偏波モードの方向のうち一方のモードフィールド径に対する他方のモードフィールド径の比であるアスペクト比が１．０に近づく向きである。また、２つの大孔径の細孔２１ｃ’を結ぶ線上にある、それらのそれぞれの外側の小孔径の細孔２１ｃもまた、図９に仮想線で示す三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向き、すなわち、コア２１ａから遠ざかる向きにずれて配設されている。
【００６３】
以上の構成の偏波保存ＰＣＦ２０では、大孔径の細孔２１ｃ’の孔径が大きい場合等、これを三角格子を形成する位置からずらして配設した際に、大孔径の細孔２１ｃ’がその外側にある小孔径の細孔２１ｃと干渉するのが防がれる。
【００６４】
その他の構成、作用及び効果、並びに製造方法は実施形態１と同一である。
【００６５】
＜実験２＞
以下の実施例２及び比較例２の偏波保存ＰＣＦを作製し、それぞれのアスペクト比を求めた。
【００６６】
−実施例２−
ＶＡＤにより作成した直径４５ｍｍの無水合成石英のロッド材に、図１０（ａ）に示す孔パターンの孔をあけた後、それを直径６ｍｍとなるまで延伸して母材本体を形成した。このとき、小孔径の細孔２１ｃとなるものの孔径Ｄ1を２．７ｍｍ、大孔径の細孔２１ｃ’となるものの孔径Ｄ2を６．７ｍｍ、小孔径の細孔２１ｃとなるものの孔間のピッチＰ1を５．８ｍｍ、及びロッド中心から大孔径の細孔２１ｃ’となるものまでのピッチＰ2を７．０ｍｍとした。母材本体の孔内部を塩素ガス処理して両端を封止した後、それを外径２５ｍｍで内孔径８ｍｍの石英ガラス管の中心に配置し、これを母材としてファイバ径１２５μｍに線引き加工して作製された偏波保存ＰＣＦ２０を実施例２とした。
【００６７】
作製された実施例２の偏波保存ＰＣＦ２０の構成は、小孔径の細孔２１ｃの孔径ｄ1が１．９μｍ、大孔径の細孔２１ｃ’の孔径ｄ2が４．７μｍ、小孔径の細孔２１ｃ間の孔ピッチΛ1が４．０μｍ及びファイバ中心から大孔径の細孔２１ｃ’までのピッチΛ2が４．８μｍ（すなわち、大孔径の細孔２１ｃ’及びその外側の小孔径の細孔２１ｃが、それぞれ三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向きに０．２０Λ1ずらして配設されている。）であった。この偏波保存ＰＣＦ２０について、波長１．５５μｍで光強度分布を測定してシングルモード伝送を確認し、光強度が中心の最大値の１／ｅ2となる径を測定した。この結果、長径が６．１μｍ、短径が４．４μｍであり、従って、アスペクト比が１．３９であった。また、モード複屈折率は１．４×１０-3であり、実施例１と比較すると若干低いが、モードフィールド径が大きいので他の光ファイバとの接続性に優れるといえる。以上の特性を表３に示す。
【００６８】
【表３】
【００６９】
−比較例２−
小孔径の細孔２１０ｃとなるものの孔間のピッチＰ1及びロッド中心から大孔径の細孔２１０ｃ’となるものまでのピッチＰ1のいずれをもを５．８ｍｍとし、実施例１の場合と同様にして作製した偏波保存ＰＣＦ２００を比較例２とした。
【００７０】
作製された比較例２の偏波保存ＰＣＦ２００の構成は、図１０（ｂ）に示すように、小孔径の細孔２１０ｃ間の孔ピッチΛ1及びファイバ中心から大孔径の細孔２１０ｃ’までのピッチΛ2のいずれもが４．０μｍであることを除いては実施例１と同一であった。この偏波保存ＰＣＦ２００について、波長１．５５μｍで光強度分布を測定してシングルモード伝送を確認し、光強度が中心の最大値の１／ｅ2となる径を測定した。この結果、長径が６．１μｍ、短径が３．５μｍであり、従って、アスペクト比が１．７１であった。また、モード複屈折率は１．５×１０-3であり、実施例２と同等の性能を示した。以上の特性を表４に示す。
【００７１】
【表４】
【００７２】
−実験結果−
上記のように、アスペクト比は、大孔径の細孔２１ｃ’及びその外側の小孔径の細孔２１ｃを三角格子を形成する位置からずらして配設した実施例２の方が、大孔径の細孔２１０ｃ’を三角格子を形成する位置に配設した比較例２よりも小さい。
【００７３】
（実施形態３）
＜偏波保存ＰＣＦの構成＞
図１１は、本発明の実施形態３に係る偏波保存ＰＣＦ２０を示す。なお、実施形態１と同一部分は同一符号で示す。
【００７４】
この偏波保存ＰＣＦ２０では、ファイバ横断面において、コア２１ａに隣接した６つの細孔のうち、コア２１ａを挟んで対向するように配設された一対の細孔２１ｃを結ぶ直線上にある細孔は他の細孔よりも小孔径のものである一方、コア２１ａを挟んで対向するように配設された他の二対の細孔２１ｃ’を含むその他の細孔は大孔径のものである。また、ファイバ横断面において、コア２１ａを挟んで対向するように配設されコア２１ａに隣接した大孔径の細孔２１ｃ’を含む大孔径の細孔群を有する一対の領域が大孔径細孔領域３１を構成している一方、コア２１ａを挟んで対向するように配設されコア２１ａに隣接した小孔径の細孔２１ｃを含む小孔径の細孔群を有する一対の領域が小孔径細孔領域３２を構成している。以上の構成によって、偏波保存ＰＣＦ２０が光伝搬領域であるモードフィールドがファイバ横断面において相互に直交し且つ伝搬定数が異なる２つの偏波モードを有するものとなっている。
【００７５】
そして、コア２１ａに隣接した小孔径の細孔２１ｃは、図１１に仮想線で示す三角格子を形成する位置からファイバ半径方向内向き、すなわち、コア２１ａに近づく向きにずれて配設されている。この配設位置のずれの向きは、モードフィールドにおける２つの偏波モードの方向のうち一方のモードフィールド径に対する他方のモードフィールド径の比であるアスペクト比が１．０に近づく向きである。また、コア２１ａに隣接した小孔径の細孔２１ｃを結ぶ線上にある、それらの外側の小孔径の細孔２１ｃもまた、図９に仮想線で示す三角格子を形成する位置からファイバ半径方向内向き、すなわち、コア２１ａに近づく向きにずれて配設されている。つまり、大孔径細孔領域３１の各細孔２１ｃ’が三角格子を形成する位置に配設されている一方、小孔径細孔領域３２の各細孔２１ｃが三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向きにずれて配設されている。
【００７６】
以上の構成の偏波保存ＰＣＦ２０は、クラッド２１ｂに構成されたフォトニッククリスタル構造の孔間隔に対する細孔の孔径の比が全体的に大きいためにゼロ分散波長が短波長側にシフトしたものである。
【００７７】
その他の構成、作用及び効果、並びに製造方法は実施形態１と同一である。
【００７８】
＜実験３＞
以下の実施例３及び比較例３の偏波保存ＰＣＦを作製し、それぞれのアスペクト比を求めた。
【００７９】
−実施例３−
ＶＡＤにより作成した直径４５ｍｍの無水合成石英のロッド材に、図１２（ａ）に示す孔パターンの孔をあけた後、それを直径６ｍｍとなるまで延伸して母材本体を形成した。このとき、小孔径の細孔２１ｃとなるものの孔径Ｄ1を１．０ｍｍ、大孔径の細孔２１ｃ’となるものの孔径Ｄ2を２．３ｍｍ、小孔径の細孔２１ｃとなるものの孔間のピッチＰ1を３．３ｍｍ、及びロッド中心から大孔径の細孔２１ｃ’となるものまでのピッチＰ2を２．８ｍｍとした。母材本体の孔内部を塩素ガス処理して両端を封止した後、それを外径２５ｍｍで内孔径８ｍｍの石英ガラス管の中心に配置し、これを母材としてファイバ径１２５μｍに線引き加工して作製された偏波保存ＰＣＦ２０を実施例３とした。
【００８０】
作製された実施例３の偏波保存ＰＣＦ２０の構成は、小孔径の細孔２１ｃの孔径ｄ1が０．７μｍ、大孔径の細孔２１ｃ’の孔径ｄ2が１．６μｍ、小孔径の細孔２１ｃ間の孔ピッチΛ1が２．３μｍ及びファイバ中心から大孔径の細孔２１ｃ’までのピッチΛ2が２．０μｍ（すなわち、小孔径の細孔２１ｃが三角格子を形成する位置からファイバ半径方向内向きに０．１３Λ1ずれて配設されている。）であった。そして、アスペクト比は１．１０であった。また、モード複屈折率は１．６×１０-3であり、高い偏波保存性を示した。以上の特性を表５に示す。
【００８１】
【表５】
【００８２】
−比較例３−
小孔径の細孔２１０ｃとなるものの孔間のピッチＰ1及びロッド中心から大孔径の細孔２１０ｃ’となるものまでのピッチＰ2のいずれをもを３．３ｍｍとし、実施例１の場合と同様にして作製した偏波保存ＰＣＦ２００を比較例３とした。
【００８３】
作製された比較例３の偏波保存ＰＣＦ２００の構成は、図１２（ｂ）に示すように、小孔径の細孔２１０ｃ間の孔ピッチΛ1及びファイバ中心から大孔径の細孔２１０ｃ’までのピッチΛ2のいずれもが２．３μｍであることを除いては実施例１と同一であった。そして、アスペクト比は１．３０であった。また、モード複屈折率は１．６×１０-3であり、実施例３と同等の性能を示した。以上の特性を表６に示す。
【００８４】
【表６】
【００８５】
−実験結果−
上記のように、アスペクト比は、小孔径の細孔２１ｃを三角格子を形成する位置からずらして配設した実施例３の方が、小孔径の細孔２１０ｃを三角格子を形成する位置に配設した比較例３よりも小さい。
【００８６】
（実施形態４）
＜偏波保存ＰＣＦの構成＞
図１３は、本発明の実施形態４に係る偏波保存ＰＣＦ２０を示す。なお、実施形態１と同一部分は同一符号で示す。
【００８７】
この偏波保存ＰＣＦ２０では、ファイバ横断面において、コア２１ａに隣接した６つの細孔のうち、コア２１ａを挟んで対向するように配設された一対の細孔２１ｃ’を結ぶ直線上にある細孔は他の細孔よりも大孔径のものである一方、コア２１ａを挟んで対向するように配設された他の二対の細孔２１ｃを含むその他の細孔は小孔径のものである。また、ファイバ横断面において、コア２１ａを挟んで対向するように配設されコア２１ａに隣接した大孔径の細孔２１ｃ’を含む大孔径の細孔群を有する一対の領域が大孔径細孔領域３１を構成している一方、コア２１ａを挟んで対向するように配設されコア２１ａに隣接した小孔径の細孔２１ｃを含む小孔径の細孔群を有する一対の領域が小孔径細孔領域３２を構成している。以上の構成によって、偏波保存ＰＣＦ２０が光伝搬領域であるモードフィールドがファイバ横断面において相互に直交し且つ伝搬定数が異なる２つの偏波モードを有するものとなっている。
【００８８】
そして、コア２１ａに隣接した大孔径の細孔２１ｃ’は、図１３に仮想線で示す三角格子を形成する位置からファイバ半径方向内向き、すなわち、コア２１ａから遠ざかる向きにずれて配設されている。この配設位置のずれの向きは、モードフィールドにおける２つの偏波モードの方向のうち一方のモードフィールド径に対する他方のモードフィールド径の比であるアスペクト比が１．０に近づく向きである。また、コア２１ａに隣接した大孔径の細孔２１ｃ’を結ぶ線上にある、それらの外側の大孔径の細孔２１ｃ’もまた、図１３に仮想線で示すように三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向き、すなわち、コア２１ａから遠ざかる向きにずれて配設されている。つまり、小孔径細孔領域３２の各細孔２１ｃが三角格子を形成する位置に配設されている一方、大孔径細孔領域３１の各細孔２１ｃ’が三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向きにずれて配設されている。
【００８９】
実施形態１及び２のものでは、コア２１ａに隣接した大孔径の細孔２１ｃ’の外側に小孔径の細孔２１ｃがあるので、長波長の光がその方向に放射してしまい長波長の伝送が遮断される虞があるが、以上の構成の偏波保存ＰＣＦ２０では、コア２１ａに隣接した大孔径の細孔２１ｃ’の外側にさらに大孔径の細孔２１ｃ’があるので、かかる不都合が解消される。
【００９０】
その他の構成、作用及び効果、並びに製造方法は実施形態１と同一である。
【００９１】
（その他の実施形態）
上記実施形態１〜４では、母材本体３を石英製の筒状の被覆部形成材１２内に配置してそれらで母材１３を構成し、その母材１３を線引き用ヒータ１１で加熱すると共に延伸する線引き加工により母材本体３と被覆部形成材１２とを一体化させつつ細径化して偏波保存ＰＣＦ２０を製造したが、特にこれに限定されるものではなく、図１４に示すように、孔３ｃが封止された母材本体３の外周に、酸水素バーナ５の火炎にＳｉＣｌ4を供給して生成した石英微粒子を堆積一体化させ石英多孔質層６を形成し、次いで、図１５に示すように、石英多孔質層６が外周に一体に堆積した母材本体３をヘリウムと塩素ガスとを流通させた加熱容器７に配置し、外部より焼成用ヒータ８で加熱することにより石英多孔質層６を焼成して透明な被覆部形成材９に変化させて母材１０とした後、その母材１０を線引き装置にセットし、図１６に示すように、線引き用ヒータ１１で線引き加工により細径化するようにしてもよい。
【００９２】
また、石英製のロッド材にファイバ横断面の孔パターンに対応するようにロッド軸方向に延びる複数の孔を形成して母材を形成する母材形成工程と、母材を線引き加工により細径化する線引き工程と、を経て偏波保存ＰＣＦを製造するようにしてもよい。この場合、母材の複数の孔を封止した状態で線引き加工するようにすれば、線引き加工時の線引き張力によって母材の孔を押し潰す方向に作用する力が孔内の圧力と均衡し、孔が押し潰されることなく線引き加工を行うことができる。また、複数の孔の封止前に、その複数の孔の内壁の不純物を除去する不純物除去処理を施すようにすれば、母材の孔内の不純物を除去することができるので、製造される偏波保存ＰＣＦは低損失なものとなる。さらに、石英製のロッド材を水酸基含有量が１ｐｐｍ以下の無水合成ガラスで形成されたものとすれば、製造される偏波保存ＰＣＦに含まれる水酸基の数が少なく低損失なものとなる。
【００９３】
また、実施形態３では、ファイバ横断面に、コア２１ａを挟んだ一対の帯状領域でよる小孔径細孔領域３２を構成する一方、その他の領域で大孔径細孔領域３１を構成し、実施形態４では、ファイバ横断面に、コア２１ａを挟んだ一対の帯状領域でよる大孔径細孔領域３１を構成する一方、その他の領域で小孔径細孔領域３２を構成したが、特にこれに限定されるものではなく、図１７に示すように、コア２１ａを中心とした例えば中心角６０°や１２０°の扇形領域で大孔径細孔領域３１及び小孔径細孔領域３２をそれぞれ構成するようにしてもよい。
【００９４】
また、上記実施形態１〜３では、純粋な石英製の偏波保存ＰＣＦ２０としたが、特にこれに限定されるものではなく、主成分が石英のものであれば、他の元素がドープされたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態１に係る偏波保存ＰＣＦの斜視図である。
【図２】 実施形態１に係る偏波保存ＰＣＦの横断面中心部分の正面図である。
【図３】 実施形態１に係る準備工程及び穿孔工程の説明図である。
【図４】 実施形態１に係る母材本体形成工程の説明図である。
【図５】 実施形態１に係る不純物除去処理工程の塩素ガス処理の説明図である。
【図６】 実施形態１に係る封止工程の説明図である。
【図７】 実施形態１に係る線引き工程の説明図である。
【図８】 実験１の実施例１及び比較例１のそれぞれの偏波保存ＰＣＦの横断面中心部分の正面図である。
【図９】 実施形態２に係る偏波保存ＰＣＦの横断面中心部分の正面図である。
【図１０】 実験２の実施例２及び比較例２のそれぞれの偏波保存ＰＣＦの横断面中心部分の正面図である。
【図１１】 実施形態３に係る偏波保存ＰＣＦの横断面中心部分の正面図である。
【図１２】 実験３の実施例３及び比較例３のそれぞれの偏波保存ＰＣＦの横断面中心部分の正面図である。
【図１３】 実施形態４に係る偏波保存ＰＣＦの横断面中心部分の正面図である。
【図１４】 その他の実施形態の偏波保存ＰＣＦの製造方法に係る被覆部形成材形成工程の石英多孔質層の形成過程を示す説明図である。
【図１５】 その他の実施形態の偏波保存ＰＣＦの製造方法に係る被覆部形成材形成工程の石英多孔質層の焼成による被覆部形成材の形成過程を示す説明図である。
【図１６】 その他の実施形態の偏波保存ＰＣＦの製造方法に係る線引き工程を示す説明図である。
【図１７】 その他の実施形態に係る偏波保存ＰＣＦの横断面中心部分の模式的な正面図である。
【図１８】 従来技術に係る偏波保存ＰＣＦの横断面中心部分の正面図である。
【符号の説明】
１ ロッド材
１ａ，３ａ コア形成部
１ｂ，３ｂ クラッド形成部
１ｃ，３ｃ 孔
２ ロッド延伸用ヒータ
３ 母材本体
４ 補助パイプ
５ 酸水素バーナ
６ 石英多孔質層
７ 加熱容器
８ 焼成用ヒータ
９，１２ 被覆部形成材
１０，１３ 母材
１１ 線引き用ヒータ
２０，２００ 偏波保存ＰＣＦ
２１ ファイバ本体
２１ａ，２１０ａ コア
２１ｂ，２１０ｂ クラッド
２１ｃ，２１０ｃ 小孔径の細孔
２１ｃ’，２１０ｃ’ 大孔径の細孔
２２ 被覆部
３１ 大孔径細孔領域
３２ 小孔径細孔領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏波保存フォトニッククリスタルファイバ（以下「偏波保存ＰＦＣ」という）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトニッククリスタルファイバは、ファイバ中心をなす中実のコアと、そのコアを被覆するように設けられファイバ横断面に三角格子を形成してファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を構成するように配設された複数の細孔を有するクラッドとを備えた光ファイバであり、種々の分野での適用が提案されている。
【０００３】
その中の一つとして、図１８（ａ）に示すように、コアを楕円形状とすることにより、その長軸方向と短軸方向とで伝搬定数を異ならしめた偏波保存ＰＣＦがある。
【０００４】
また、Optic letters 2000.9 Vol.25 NO.18には、図１８（ｂ）の示すように、クラッドに三角格子を形成するように複数の細孔が配設されており、コアに隣接した６つの細孔のうちコアを挟んで対向した一対を含む直線上に配設された細孔のみを小孔径のものとすることにより、小孔径の細孔が並ぶ方向とそれに直交する方向とで偏波モードの伝搬定数を異ならしめた偏波保存ＰＣＦが開示されている。このような偏波保存ＰＣＦでは、１０-3オーダーのモード複屈折率を実現することが可能であり、これは偏波保存ファイバの代表であるＰＡＮＤＡファイバと比較して一桁近く大きく、偏波保存性能が極めて優れる。
【０００５】
さらに、OFC2001.TuM2 2001.3には、図１８（ｃ）に示すように、クラッドに三角格子を形成するように複数の細孔が配設されており、コアに隣接した６つの細孔のうちコアを挟んで対向した一対を他の細孔よりも大孔径のものとすることにより両大孔径の細孔を結ぶ方向とそれに直交する方向とで偏波モードの伝搬定数を異ならしめ、また、その大孔径の細孔のみを三角格子を形成する位置よりも細孔ピッチの８割の長さだけファイバ半径方向内向きにずらして配設することにより、モード複屈折率を高めた偏波保存ＰＣＦが開示されている（図中のコアに示されているのは光強度の分布である）。この偏波保存ＰＣＦでは、モード複屈折率が１．５×１０-3と計算されており、大孔径の細孔が対向する方向のモードフィールド径に対するそれに直交する方向のモードフィールド径の比であるアスペクト比が図よりおおよそ２．０以上であると推測できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
今日、ＷＤＭ通信において、偏波保存ファイバは、ＬＤ光源（レーザダイオード光源）とＬＮ変調器（リチウムナイオベイト変調器）とを繋ぐピグテールとして使用されており、また、将来、ＳＣ光源（スーパーコンチニウム光源）とフィルタとを備えたＡＷＧ（アレイ導波路）で分波するような場合、ＳＣ光源とＡＷＧとを繋ぐピグテールとして、さらには、ＡＷＧとＬＮ変調器とを繋ぐピグテールとして使用されると考えられる。
【０００７】
ところで、ＬＮ変調器には、導波路としてアスペクト比が１．５であるＴｉ拡散導波路が用いられており、また、ＡＷＧには、導波路としてアスペクト比が１．０に近い石英ガラス系導波路が用いられている。
【０００８】
従って、上記後者の文献に開示された偏波保存ＰＣＦでは、高いモード複屈折率を有するものの、アスペクト比が高いためにＬＮ変調器のＴｉ拡散導波路やＡＷＧの石英ガラス系導波路とモードマッチしないという問題がある。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ＬＮ変調器のＴｉ拡散導波路やＡＷＧの石英ガラス系導波路等とのモードマッチが可能な偏波保存ＰＣＦ及びその製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２つの偏波モードの方向のうち一方のモードフィールド径に対する他方のモードフィールド径の比であるアスペクト比を１．０に近づくように、細孔を三角格子を形成する位置からオフセットして配設したものである。
【００１１】
具体的には、ファイバ中心をなす中実のコアと、該コアを被覆するように設けられファイバ横断面に三角格子を形成してファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を構成するように配設された複数の細孔を有するクラッドと、を備え、該クラッドにおける該コアに隣接した細孔が、該コアを挟んで対をなして配設された大孔径の細孔と、該コアを挟んで対をなして配設された小孔径の細孔と、からなることにより、光伝搬領域であるモードフィールドがファイバ横断面において相互に直交し且つ伝搬定数が異なる２つの偏波モードを有するように構成された偏波保存ＰＣＦを前提とする。そして、上記コアに隣接した大孔径の細孔及び小孔径の細孔のうち少なくともいずれか一方は、上記モードフィールドにおける上記２つの偏波モードの方向のうち一方のモードフィールド径に対する他方のモードフィールド径の比であるアスペクト比が１．０に近づく向きに、上記三角格子を形成する位置からずれて配設されていることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、高いモード複屈折率を得ることができるのに加え、大孔径の細孔及び小孔径の細孔のうち少なくともいずれか一方が三角格子を形成する位置からずれて配設され、アスペクト比が１．０に近づくようにされているので、ＬＮ変調器のＴｉ拡散導波路やＡＷＧの石英ガラス系導波路等のアスペクト比と近いものとなり、それらとのモードマッチが可能となる。
【００１３】
ここで、本出願において、「アスペクト比」とは、２つの偏波モードの方向のうち一方のモードフィールド径と他方のモードフィールド径とが等しい場合を除いて、小さい方を一方のモードフィールド径、大きい方を他方のモードフィールド径とする。従って、アスペクト比は常に１．０以上となる。
【００１４】
細孔のずれの大きさは、通常、格子ピッチをΛとすると０．１Λ〜０．９Λの範囲である。
【００１５】
偏波保存ＰＣＦの場合、通常、１０-3以上のモード複屈折率を得ることができ、また、そのため１００ｍでのクロストークが−３０ｄＢ以下と非常に小さい。
【００１６】
本発明の上記アスペクト比は、一般的に存在する導波路とのモードマッチを考慮すれば、１．０以上で且つ２．０よりも小さいことが好ましく、また、アスペクト比は、アスペクト比が１．５であるＴｉ拡散導波路及びアスペクト比が１に近い石英ガラス系導波路を考慮すれば、１．０以上で且つ１．７以下であることがより好ましい。
【００１７】
本発明は、上記コアに隣接した大孔径の細孔又は小孔径の細孔のみが上記三角格子を形成する位置からずれて配設されている構成であってもよい。かかる構成によれば、クラッドのフォトニッククリスタル構造が大きく崩れることがない。
【００１８】
本発明の具体的な構成としては、上記コアに隣接した大孔径の細孔が上記三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向きにずれて配設されているものや、上記コアに隣接した小孔径の細孔が上記三角格子を形成する位置からファイバ半径方向内向きにずれて配設されているものを挙げることができる。
【００１９】
本発明は、ファイバ横断面に、上記コアを挟んで対向するように配設され上記コアに隣接した大孔径の細孔を含む大孔径の細孔群を有する一対の大孔径細孔領域と、上記コアを挟んで対向するように配設され上記コアに隣接した小孔径の細孔を含む小孔径の細孔群を有する一対の小孔径細孔領域と、の４つの領域が形成されており、上記大孔径細孔領域の各細孔及び小孔径細孔領域の各細孔のうち少なくともいずれか一方が上記三角格子を形成する位置からずれて配設されている構成であってもよい。
【００２０】
その具体的な構成としては、上記大孔径細孔領域の各細孔が上記三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向きにずれて配設されているものや、上記小孔径領域の各細孔が上記三角格子を形成する位置からファイバ半径方向内向きにずれて配設されているものを挙げることができる。
【００２１】
以上のような偏波保存ＰＣＦは、
石英製のロッド材にファイバ横断面の孔パタンに対応するようにロッド軸方向に延びる複数の孔を形成して母材を形成する母材形成工程と、
上記母材を線引き加工により細径化する線引き工程と、
を経て製造することができる。
【００２２】
この製造方法において、上記母材の複数の孔を封止した状態で線引き加工するようにしてもよい。このようにすれば、線引き加工時の線引き張力によって母材の孔を押し潰す方向に作用する力が孔内の圧力と均衡し、孔が押し潰されることなく線引き加工を行うことができる。ここで、封止とは、母材の複数の孔への外気の進入を阻止する手段全てを意味する。
【００２３】
その場合、複数の孔の封止前に、その複数の孔の内壁の不純物を除去する不純物除去処理を施すことが好ましい。このようにすれば、母材の孔内の不純物を除去することができるので、製造される偏波保存ＰＣＦは低損失なものとなる。不純物除去処理としては、フッ化水素酸によるエッチング処理や塩素ガスに晒すことにより水酸基を除去する塩素ガス処理等を挙げることができる。
【００２４】
また、上記偏波保存ＰＣＦであって、クラッドを被覆するように設けられた被覆部を備えたものは、
石英製のロッド材に上記ファイバ横断面の孔パタンに対応するようにロッド軸方向に延びる複数の孔を形成する穿孔工程と、
上記複数の孔を形成したロッド材をロッド軸方向に加熱延伸することにより細径化して母材本体を形成する母材本体形成工程と、
上記母材本体と上記被覆部になる石英製の被覆部形成材とで母材を構成し、該母材を線引き加工により細径化する線引き工程と、
を経て製造することもできる。
【００２５】
この場合、上記母材本体を石英製の筒状の被覆部形成材内に配置してそれらで母材を構成し、該母材を線引き加工により該母材本体と該被覆部形成材とを一体化させつつ細径化するようにしても、上記母材本体の外周に石英系材料を堆積一体化させることにより上記被覆部になる被覆部形成材を形成してそれらで母材を構成し、該母材を線引き加工により細径化するようにしてもよい。
【００２６】
この製造方法において、上記母材本体の複数の孔を封止した状態で線引き加工するようにしてもよい。このようにすれば、線引き加工時の線引き張力によって母材本体の孔を押し潰す方向に作用する力が孔内の圧力と均衡し、孔が押し潰されることなく線引き加工を行うことができる。ここで、封止とは、母材本体の複数の孔への外気の進入を阻止する手段全てを意味する。
【００２７】
その場合、複数の孔の封止前に、その複数の孔の内壁の不純物を除去する不純物除去処理を施すことが好ましい。このようにすれば、母材本体の孔内の不純物を除去することができるので、製造される偏波保存ＰＣＦは低損失なものとなる。不純物除去処理としては、フッ化水素酸によるエッチング処理や塩素ガスに晒すことにより水酸基を除去する塩素ガス処理等を挙げることができる。
【００２８】
また、いずれの製造方法においても、上記石英製のロッド材を水酸基含有量が１ｐｐｍ以下の無水合成ガラスで形成されたものとすることが好ましい。このようにすれば、製造される偏波保存ＰＣＦに含まれる水酸基の数が少なく低損失なものとなる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＬＮ変調器のＴｉ拡散導波路やＡＷＧの石英ガラス系導波路等のアスペクト比と近いものとなり、それらとのモードマッチが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
（実施形態１）
＜偏波保存ＰＣＦの構成＞
図１は、本発明の実施形態１に係る偏波保存ＰＣＦ２０を示す。図２は、その横断面における中心部分を示す。
【００３２】
この偏波保存ＰＣＦ２０は、石英（ＳｉＯ2）で形成されたものであって、ファイバ中心をなす中実のコア２１ａ及びそのコア２１ａを被覆するように設けられたクラッド２１ｂからなるファイバ本体２１と、ファイバ本体２１のクラッド２１ｂをさらに被覆するように設けられた被覆部２２とで構成されている。
【００３３】
クラッド２１ｂには、複数の細孔が配設されており、それらがファイバ横断面において三角格子を形成してファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を構成している。
【００３４】
ファイバ横断面において、コア２１ａに隣接した６つの細孔のうち、コア２１ａを挟んで対向するように配設された一対の細孔２１ｃ’は他の細孔２１ｃよりも大孔径のものである一方、コア２１ａを挟んで対向するように配設された他の二対の細孔２１ｃはコア２１ａに隣接したもの以外の細孔２１ｃと同径の小孔径のものである。これによって、偏波保存ＰＣＦ２０が光伝搬領域であるモードフィールドがファイバ横断面において相互に直交し且つ伝搬定数が異なる２つの偏波モードを有するものとなっている。
【００３５】
そして、大孔径の細孔２１ｃ’は、図２に仮想線で示す三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向き、すなわち、コア２１ａから遠ざかる向きにずれて配設されている。この配設位置のずれの向きは、モードフィールドにおける２つの偏波モードの方向のうち一方のモードフィールド径に対する他方のモードフィールド径の比であるアスペクト比が１．０に近づく向きである。このように、三角格子を形成する位置からずれて配設されているのは大孔径の細孔２１ｃ’のみである。
【００３６】
この偏波保存ＰＣＦ２０は、アスペクト比が１．０以上で且つ２．０より小さい（好ましくは１．０以上で且つ１．７以下）。
【００３７】
以上の構成の偏波保存ＰＣＦ２０によれば、高いモード複屈折率を得ることができるのに加え、大孔径の細孔２１ｃ’が三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向きにずれて配設されているので、それによってアスペクト比が下げられるので、ファイバＬＮ変調器のＴｉ拡散導波路やＡＷＧの石英ガラス系導波路等のアスペクト比と近いものとなり、それらとのモードマッチが可能となる。
【００３８】
また、大孔径の細孔２１ｃ’のみが三角格子を形成する位置からずれて配設されているので、クラッド２１ｂのフォトニッククリスタル構造が大きく崩れることがない。
【００３９】
＜偏波保存ＰＣＦの製造方法＞
次に、本発明の実施形態１に係る偏波保存ＰＣＦ２０の製造方法を工程の順を追って説明する。
【００４０】
−準備工程−
図３に示すように、石英製の円柱のロッド材１を準備する。このロッド材１として、水酸基含有量が１ｐｐｍ以下の無水合成ガラスで形成されたものを用いる。
【００４１】
−穿孔工程−
図３に示すように、準備したロッド材１に対し、中心軸部分をコア形成部１ａとして中実のまま残し、そのコア形成部１ａを囲うようにロッド軸方向に延びる貫通した孔１ｃを複数配設することによりクラッド形成部１ｂを形成する。これらの孔１ｃは、上記偏波保存ＰＣＦ２０のクラッド２１ｂに構成された細孔パターンが形成されるように配設する。孔の形成は、例えば、ドリルによる穿孔加工、棒状の研磨具による粗仕上げ、中仕上げ、最終仕上げ加工及びブラシと酸化セリウム研磨材とによる最終研磨加工により行う。
【００４２】
−母材本体形成工程−
コア形成部１ａ及びクラッド形成部１ｂを形成したロッド材１を電気炉延伸器にセットし、図４に示すように、ロッド材１をロッド延伸用ヒータ２で加熱すると共に延伸して細径化した母材本体３を形成する。このとき、ロッド材１が細径化された母材本体３では、ロッド材１のものより孔径及び孔間隔が縮小された複数の孔３ｃが保持され、これに伴いコア形成部３ａ及びクラッド形成部３ｂがロッド材１のものより縮小されたものとなる。
【００４３】
−不純物除去処理工程−
母材本体３をフッ化水素酸に浸漬して表面をエッチングし、母材本体３表面に付着した金属等の不純物を除去する。
【００４４】
次いで、図５に示すように、母材本体３の両端にそれぞれ補助パイプ４を溶着した後、１０００〜１２００℃の温度雰囲気下で、一方の補助パイプ４に塩素ガスを送り、それを母材本体３の孔３ｃに流通させ、他方の補助パイプ４から排出する塩素ガス処理を行うことにより、孔３ｃの内壁に形成された水酸基を除去する。
【００４５】
−封止工程−
塩素ガス処理を行った後、図６に示すように、直ちに両方の補助パイプ４の端を加熱して閉じ、母材本体３の孔３ｃの両端を封止した状態にする。この際、孔内に塩素ガスが封入されるようにしてもよい。
【００４６】
−線引き工程−
図７に示すように、母材本体３を石英製の筒状の被覆部形成材１２内に配置してそれらで母材１３を構成し、その母材１３を線引き用ヒータ１１で加熱すると共に延伸する線引き加工により母材本体３と被覆部形成材１２とを一体化させつつ細径化して偏波保存ＰＣＦ２０を製造する。この際、母材本体３と被覆部形成材１２との間の空隙内を負圧に減圧する。
【００４７】
母材本体を被覆部形成材と加熱一体化させて母材を構成した後に線引き加工する場合、その加熱一体化の過程で孔の孔径の変動を生じる虞があるが、以上のような偏波保存ＰＣＦ２０の製造方法によれば、母材本体３と被覆部形成材１２とを線引き時に一体化するようにしているので、かかる孔径の変動を防止することができる。
【００４８】
また、線引き加工時に、母材本体３と被覆部形成材１２との間の空隙内を負圧に減圧し、ファイバ本体２１と被覆部２２との間への空気の閉じ込めが防がれるので、製造される偏波保存ＰＣＦ２０の伝送損失がかかる空気の閉じ込めにより高くなることを防止することができる。
【００４９】
以上のような偏波保存ＰＣＦ２０の製造方法によれば、複数の孔１ｃを形成したロッド材１を加熱延伸して母材本体３を形成するので、ロッド材１の段階で有する孔径及び孔間隔の誤差が母材本体３の段階で縮小され、高寸法精度の偏波保存ＰＣＦ２０を製造することができる。
【００５０】
また、母材本体３の複数の孔３ｃを封止した状態で線引き加工するようにしているので、線引き加工時の線引き張力によって母材本体３の孔３ｃを押し潰す方向に作用する力が孔内の圧力と均衡し、孔３ｃが押し潰されることなく線引き加工を行うことができる。
【００５１】
さらに、石英製の円柱のロッド材１として水酸基含有量が１ｐｐｍ以下の無水合成ガラスで形成されたものを用いており、しかも、母材本体３の複数の孔３ｃの封止前に、母材本体３表面の金属等を除去するフッ化水素酸によるエッチング処理及び孔３ｃの内壁の水酸基を除去するための塩素ガス処理を施しているので、低損失の偏波保存ＰＣＦ２０を製造することができる。
【００５２】
＜実験１＞
以下の実施例１及び比較例１の偏波保存ＰＣＦを作製し、それぞれのアスペクト比を求めた。
【００５３】
−実施例１−
ＶＡＤにより作成した直径４５ｍｍの無水合成石英のロッド材に、図８（ａ）に示す孔パターンの孔をあけた後、それを直径６ｍｍとなるまで延伸して母材本体を形成した。このとき、小孔径の細孔２１ｃとなるものの孔径Ｄ1を１．４ｍｍ、大孔径の細孔２１ｃ’となるものの孔径Ｄ2を３．９ｍｍ、小孔径の細孔２１ｃとなるものの孔間のピッチＰ1を３．９ｍｍ、及びロッド中心から大孔径の細孔２１ｃ’となるものまでのピッチＰ2を４．７ｍｍとした。母材本体の孔内部を塩素ガス処理して両端を封止した後、それを外径２５ｍｍで内孔径８ｍｍの石英ガラス管の中心に配置し、これを母材としてファイバ径１２５μｍに線引き加工して作製された偏波保存ＰＣＦ２０を実施例１とした。
【００５４】
作製された実施例１の偏波保存ＰＣＦ２０の構成は、小孔径の細孔２１ｃの孔径ｄ1が１．０μｍ、大孔径の細孔２１ｃ’の孔径ｄ2が２．７μｍ、小孔径の細孔２１ｃ間の孔ピッチΛ1が２．７μｍ及びファイバ中心から大孔径の細孔２１ｃ’までのピッチΛ2が３．２μｍ（すなわち、大孔径の細孔２１ｃ’が三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向きに０．１９Λ1ずらして配設されている。）であった。この偏波保存ＰＣＦ２０について、波長１．５５μｍで光強度分布を測定してシングルモード伝送を確認し、光強度が中心の最大値の１／ｅ2となる径を測定した（光強度分布がガウシアン分布である場合、光強度が中心の最大値の１／ｅ2となる径がモードフィールド径となる）。この結果、長径が４．４μｍ、短径が３．５μｍであり、従って、アスペクト比が１．２６であった。また、モード複屈折率は１．６×１０-3であり、高い偏波保存性を示した。以上の特性を表１に示す。
【００５５】
【表１】
−比較例１−
小孔径の細孔２１０ｃとなるものの孔間のピッチＰ1及びロッド中心から大孔径の細孔２１０ｃ’となるものまでのピッチＰ2のいずれをもを３．９ｍｍとし、実施例１の場合と同様にして作製した偏波保存ＰＣＦ２００を比較例１とした。
【００５７】
作製された比較例１の偏波保存ＰＣＦ２００の構成は、図８（ｂ）に示すように、小孔径２１０ｃの細孔間の孔ピッチΛ1及びファイバ中心から大孔径の細孔２１０ｃ’までのピッチΛ2のいずれもが２．７μｍであることを除いては実施例１と同一であった。波長１．５５μｍで光強度分布を測定し、シングルモード伝送を確認した。この偏波保存ＰＣＦ２００について、波長１．５５μｍで光強度分布を測定してシングルモード伝送を確認し、光強度が中心の最大値の１／ｅ2となる径を測定した。この結果、長径が４．４μｍ、短径が２．９μｍであり、従って、アスペクト比が１．５２であった。また、モード複屈折率は１．７×１０-3であり、実施例１と同等の高い偏波保存性を示した。以上の特性を表２に示す。
【００５８】
【表２】
−実験結果−
上記のように、アスペクト比は、大孔径の細孔２１ｃ’を三角格子を形成する位置からずらして配設した実施例１の方が、大孔径の細孔２１０ｃ’を三角格子を形成する位置に配設した比較例１よりも小さい。
【００６０】
（実施形態２）
＜偏波保存ＰＣＦの構成＞
図９は、本発明の実施形態２に係る偏波保存ＰＣＦ２０を示す。なお、実施形態１と同一部分は同一符号で示す。
【００６１】
この偏波保存ＰＣＦ２０では、ファイバ横断面において、コア２１ａに隣接した６つの細孔のうち、コア２１ａを挟んで対向するように配設された一対の細孔２１ｃ’は他の細孔２１ｃよりも大孔径のものである一方、コア２１ａを挟んで対向するように配設された他の二対の細孔２１ｃはコア２１ａに隣接したもの以外の他の細孔２１ｃと同径の小孔径のものである。これによって、偏波保存ＰＣＦ２０が光伝搬領域であるモードフィールドがファイバ横断面において相互に直交し且つ伝搬定数が異なる２つの偏波モードを有するものとなっている。
【００６２】
そして、コア２１ａに隣接した大孔径の細孔２１ｃ’は、図９に仮想線で示す三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向き、すなわち、コア２１ａから遠ざかる向きにずれて配設されている。この配設位置のずれの向きは、モードフィールドにおける２つの偏波モードの方向のうち一方のモードフィールド径に対する他方のモードフィールド径の比であるアスペクト比が１．０に近づく向きである。また、２つの大孔径の細孔２１ｃ’を結ぶ線上にある、それらのそれぞれの外側の小孔径の細孔２１ｃもまた、図９に仮想線で示す三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向き、すなわち、コア２１ａから遠ざかる向きにずれて配設されている。
【００６３】
以上の構成の偏波保存ＰＣＦ２０では、大孔径の細孔２１ｃ’の孔径が大きい場合等、これを三角格子を形成する位置からずらして配設した際に、大孔径の細孔２１ｃ’がその外側にある小孔径の細孔２１ｃと干渉するのが防がれる。
【００６４】
その他の構成、作用及び効果、並びに製造方法は実施形態１と同一である。
【００６５】
＜実験２＞
以下の実施例２及び比較例２の偏波保存ＰＣＦを作製し、それぞれのアスペクト比を求めた。
【００６６】
−実施例２−
ＶＡＤにより作成した直径４５ｍｍの無水合成石英のロッド材に、図１０（ａ）に示す孔パターンの孔をあけた後、それを直径６ｍｍとなるまで延伸して母材本体を形成した。このとき、小孔径の細孔２１ｃとなるものの孔径Ｄ1を２．７ｍｍ、大孔径の細孔２１ｃ’となるものの孔径Ｄ2を６．７ｍｍ、小孔径の細孔２１ｃとなるものの孔間のピッチＰ1を５．８ｍｍ、及びロッド中心から大孔径の細孔２１ｃ’となるものまでのピッチＰ2を７．０ｍｍとした。母材本体の孔内部を塩素ガス処理して両端を封止した後、それを外径２５ｍｍで内孔径８ｍｍの石英ガラス管の中心に配置し、これを母材としてファイバ径１２５μｍに線引き加工して作製された偏波保存ＰＣＦ２０を実施例２とした。
【００６７】
作製された実施例２の偏波保存ＰＣＦ２０の構成は、小孔径の細孔２１ｃの孔径ｄ1が１．９μｍ、大孔径の細孔２１ｃ’の孔径ｄ2が４．７μｍ、小孔径の細孔２１ｃ間の孔ピッチΛ1が４．０μｍ及びファイバ中心から大孔径の細孔２１ｃ’までのピッチΛ2が４．８μｍ（すなわち、大孔径の細孔２１ｃ’及びその外側の小孔径の細孔２１ｃが、それぞれ三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向きに０．２０Λ1ずらして配設されている。）であった。この偏波保存ＰＣＦ２０について、波長１．５５μｍで光強度分布を測定してシングルモード伝送を確認し、光強度が中心の最大値の１／ｅ2となる径を測定した。この結果、長径が６．１μｍ、短径が４．４μｍであり、従って、アスペクト比が１．３９であった。また、モード複屈折率は１．４×１０-3であり、実施例１と比較すると若干低いが、モードフィールド径が大きいので他の光ファイバとの接続性に優れるといえる。以上の特性を表３に示す。
【００６８】
【表３】
−比較例２−
小孔径の細孔２１０ｃとなるものの孔間のピッチＰ1及びロッド中心から大孔径の細孔２１０ｃ’となるものまでのピッチＰ1のいずれをもを５．８ｍｍとし、実施例１の場合と同様にして作製した偏波保存ＰＣＦ２００を比較例２とした。
【００７０】
作製された比較例２の偏波保存ＰＣＦ２００の構成は、図１０（ｂ）に示すように、小孔径の細孔２１０ｃ間の孔ピッチΛ1及びファイバ中心から大孔径の細孔２１０ｃ’までのピッチΛ2のいずれもが４．０μｍであることを除いては実施例１と同一であった。この偏波保存ＰＣＦ２００について、波長１．５５μｍで光強度分布を測定してシングルモード伝送を確認し、光強度が中心の最大値の１／ｅ2となる径を測定した。この結果、長径が６．１μｍ、短径が３．５μｍであり、従って、アスペクト比が１．７１であった。また、モード複屈折率は１．５×１０-3であり、実施例２と同等の性能を示した。以上の特性を表４に示す。
【００７１】
【表４】
−実験結果−
上記のように、アスペクト比は、大孔径の細孔２１ｃ’及びその外側の小孔径の細孔２１ｃを三角格子を形成する位置からずらして配設した実施例２の方が、大孔径の細孔２１０ｃ’を三角格子を形成する位置に配設した比較例２よりも小さい。
【００７３】
（実施形態３）
＜偏波保存ＰＣＦの構成＞
図１１は、本発明の実施形態３に係る偏波保存ＰＣＦ２０を示す。なお、実施形態１と同一部分は同一符号で示す。
【００７４】
この偏波保存ＰＣＦ２０では、ファイバ横断面において、コア２１ａに隣接した６つの細孔のうち、コア２１ａを挟んで対向するように配設された一対の細孔２１ｃを結ぶ直線上にある細孔は他の細孔よりも小孔径のものである一方、コア２１ａを挟んで対向するように配設された他の二対の細孔２１ｃ’を含むその他の細孔は大孔径のものである。また、ファイバ横断面において、コア２１ａを挟んで対向するように配設されコア２１ａに隣接した大孔径の細孔２１ｃ’を含む大孔径の細孔群を有する一対の領域が大孔径細孔領域３１を構成している一方、コア２１ａを挟んで対向するように配設されコア２１ａに隣接した小孔径の細孔２１ｃを含む小孔径の細孔群を有する一対の領域が小孔径細孔領域３２を構成している。以上の構成によって、偏波保存ＰＣＦ２０が光伝搬領域であるモードフィールドがファイバ横断面において相互に直交し且つ伝搬定数が異なる２つの偏波モードを有するものとなっている。
【００７５】
そして、コア２１ａに隣接した小孔径の細孔２１ｃは、図１１に仮想線で示す三角格子を形成する位置からファイバ半径方向内向き、すなわち、コア２１ａに近づく向きにずれて配設されている。この配設位置のずれの向きは、モードフィールドにおける２つの偏波モードの方向のうち一方のモードフィールド径に対する他方のモードフィールド径の比であるアスペクト比が１．０に近づく向きである。また、コア２１ａに隣接した小孔径の細孔２１ｃを結ぶ線上にある、それらの外側の小孔径の細孔２１ｃもまた、図９に仮想線で示す三角格子を形成する位置からファイバ半径方向内向き、すなわち、コア２１ａに近づく向きにずれて配設されている。つまり、大孔径細孔領域３１の各細孔２１ｃ’が三角格子を形成する位置に配設されている一方、小孔径細孔領域３２の各細孔２１ｃが三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向きにずれて配設されている。
【００７６】
以上の構成の偏波保存ＰＣＦ２０は、クラッド２１ｂに構成されたフォトニッククリスタル構造の孔間隔に対する細孔の孔径の比が全体的に大きいためにゼロ分散波長が短波長側にシフトしたものである。
【００７７】
その他の構成、作用及び効果、並びに製造方法は実施形態１と同一である。
【００７８】
＜実験３＞
以下の実施例３及び比較例３の偏波保存ＰＣＦを作製し、それぞれのアスペクト比を求めた。
【００７９】
−実施例３−
ＶＡＤにより作成した直径４５ｍｍの無水合成石英のロッド材に、図１２（ａ）に示す孔パターンの孔をあけた後、それを直径６ｍｍとなるまで延伸して母材本体を形成した。このとき、小孔径の細孔２１ｃとなるものの孔径Ｄ1を１．０ｍｍ、大孔径の細孔２１ｃ’となるものの孔径Ｄ2を２．３ｍｍ、小孔径の細孔２１ｃとなるものの孔間のピッチＰ1を３．３ｍｍ、及びロッド中心から大孔径の細孔２１ｃ’となるものまでのピッチＰ2を２．８ｍｍとした。母材本体の孔内部を塩素ガス処理して両端を封止した後、それを外径２５ｍｍで内孔径８ｍｍの石英ガラス管の中心に配置し、これを母材としてファイバ径１２５μｍに線引き加工して作製された偏波保存ＰＣＦ２０を実施例３とした。
【００８０】
作製された実施例３の偏波保存ＰＣＦ２０の構成は、小孔径の細孔２１ｃの孔径ｄ1が０．７μｍ、大孔径の細孔２１ｃ’の孔径ｄ2が１．６μｍ、小孔径の細孔２１ｃ間の孔ピッチΛ1が２．３μｍ及びファイバ中心から大孔径の細孔２１ｃ’までのピッチΛ2が２．０μｍ（すなわち、小孔径の細孔２１ｃが三角格子を形成する位置からファイバ半径方向内向きに０．１３Λ1ずれて配設されている。）であった。そして、アスペクト比は１．１０であった。また、モード複屈折率は１．６×１０-3であり、高い偏波保存性を示した。以上の特性を表５に示す。
【００８１】
【表５】
−比較例３−
小孔径の細孔２１０ｃとなるものの孔間のピッチＰ1及びロッド中心から大孔径の細孔２１０ｃ’となるものまでのピッチＰ2のいずれをもを３．３ｍｍとし、実施例１の場合と同様にして作製した偏波保存ＰＣＦ２００を比較例３とした。
【００８３】
作製された比較例３の偏波保存ＰＣＦ２００の構成は、図１２（ｂ）に示すように、小孔径の細孔２１０ｃ間の孔ピッチΛ1及びファイバ中心から大孔径の細孔２１０ｃ’までのピッチΛ2のいずれもが２．３μｍであることを除いては実施例１と同一であった。そして、アスペクト比は１．３０であった。また、モード複屈折率は１．６×１０-3であり、実施例３と同等の性能を示した。以上の特性を表６に示す。
【００８４】
【表６】
−実験結果−
上記のように、アスペクト比は、小孔径の細孔２１ｃを三角格子を形成する位置からずらして配設した実施例３の方が、小孔径の細孔２１０ｃを三角格子を形成する位置に配設した比較例３よりも小さい。
【００８６】
（実施形態４）
＜偏波保存ＰＣＦの構成＞
図１３は、本発明の実施形態４に係る偏波保存ＰＣＦ２０を示す。なお、実施形態１と同一部分は同一符号で示す。
【００８７】
この偏波保存ＰＣＦ２０では、ファイバ横断面において、コア２１ａに隣接した６つの細孔のうち、コア２１ａを挟んで対向するように配設された一対の細孔２１ｃ’を結ぶ直線上にある細孔は他の細孔よりも大孔径のものである一方、コア２１ａを挟んで対向するように配設された他の二対の細孔２１ｃを含むその他の細孔は小孔径のものである。また、ファイバ横断面において、コア２１ａを挟んで対向するように配設されコア２１ａに隣接した大孔径の細孔２１ｃ’を含む大孔径の細孔群を有する一対の領域が大孔径細孔領域３１を構成している一方、コア２１ａを挟んで対向するように配設されコア２１ａに隣接した小孔径の細孔２１ｃを含む小孔径の細孔群を有する一対の領域が小孔径細孔領域３２を構成している。以上の構成によって、偏波保存ＰＣＦ２０が光伝搬領域であるモードフィールドがファイバ横断面において相互に直交し且つ伝搬定数が異なる２つの偏波モードを有するものとなっている。
【００８８】
そして、コア２１ａに隣接した大孔径の細孔２１ｃ’は、図１３に仮想線で示す三角格子を形成する位置からファイバ半径方向内向き、すなわち、コア２１ａから遠ざかる向きにずれて配設されている。この配設位置のずれの向きは、モードフィールドにおける２つの偏波モードの方向のうち一方のモードフィールド径に対する他方のモードフィールド径の比であるアスペクト比が１．０に近づく向きである。また、コア２１ａに隣接した大孔径の細孔２１ｃ’を結ぶ線上にある、それらの外側の大孔径の細孔２１ｃ’もまた、図１３に仮想線で示すように三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向き、すなわち、コア２１ａから遠ざかる向きにずれて配設されている。つまり、小孔径細孔領域３２の各細孔２１ｃが三角格子を形成する位置に配設されている一方、大孔径細孔領域３１の各細孔２１ｃ’が三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向きにずれて配設されている。
【００８９】
実施形態１及び２のものでは、コア２１ａに隣接した大孔径の細孔２１ｃ’の外側に小孔径の細孔２１ｃがあるので、長波長の光がその方向に放射してしまい長波長の伝送が遮断される虞があるが、以上の構成の偏波保存ＰＣＦ２０では、コア２１ａに隣接した大孔径の細孔２１ｃ’の外側にさらに大孔径の細孔２１ｃ’があるので、かかる不都合が解消される。
【００９０】
その他の構成、作用及び効果、並びに製造方法は実施形態１と同一である。
【００９１】
（その他の実施形態）
上記実施形態１〜４では、母材本体３を石英製の筒状の被覆部形成材１２内に配置してそれらで母材１３を構成し、その母材１３を線引き用ヒータ１１で加熱すると共に延伸する線引き加工により母材本体３と被覆部形成材１２とを一体化させつつ細径化して偏波保存ＰＣＦ２０を製造したが、特にこれに限定されるものではなく、図１４に示すように、孔３ｃが封止された母材本体３の外周に、酸水素バーナ５の火炎にＳｉＣｌ4を供給して生成した石英微粒子を堆積一体化させ石英多孔質層６を形成し、次いで、図１５に示すように、石英多孔質層６が外周に一体に堆積した母材本体３をヘリウムと塩素ガスとを流通させた加熱容器７に配置し、外部より焼成用ヒータ８で加熱することにより石英多孔質層６を焼成して透明な被覆部形成材９に変化させて母材１０とした後、その母材１０を線引き装置にセットし、図１６に示すように、線引き用ヒータ１１で線引き加工により細径化するようにしてもよい。
【００９２】
また、石英製のロッド材にファイバ横断面の孔パターンに対応するようにロッド軸方向に延びる複数の孔を形成して母材を形成する母材形成工程と、母材を線引き加工により細径化する線引き工程と、を経て偏波保存ＰＣＦを製造するようにしてもよい。この場合、母材の複数の孔を封止した状態で線引き加工するようにすれば、線引き加工時の線引き張力によって母材の孔を押し潰す方向に作用する力が孔内の圧力と均衡し、孔が押し潰されることなく線引き加工を行うことができる。また、複数の孔の封止前に、その複数の孔の内壁の不純物を除去する不純物除去処理を施すようにすれば、母材の孔内の不純物を除去することができるので、製造される偏波保存ＰＣＦは低損失なものとなる。さらに、石英製のロッド材を水酸基含有量が１ｐｐｍ以下の無水合成ガラスで形成されたものとすれば、製造される偏波保存ＰＣＦに含まれる水酸基の数が少なく低損失なものとなる。
【００９３】
また、実施形態３では、ファイバ横断面に、コア２１ａを挟んだ一対の帯状領域でよる小孔径細孔領域３２を構成する一方、その他の領域で大孔径細孔領域３１を構成し、実施形態４では、ファイバ横断面に、コア２１ａを挟んだ一対の帯状領域でよる大孔径細孔領域３１を構成する一方、その他の領域で小孔径細孔領域３２を構成したが、特にこれに限定されるものではなく、図１７に示すように、コア２１ａを中心とした例えば中心角６０°や１２０°の扇形領域で大孔径細孔領域３１及び小孔径細孔領域３２をそれぞれ構成するようにしてもよい。
【００９４】
また、上記実施形態１〜３では、純粋な石英製の偏波保存ＰＣＦ２０としたが、特にこれに限定されるものではなく、主成分が石英のものであれば、他の元素がドープされたものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施形態１に係る偏波保存ＰＣＦの斜視図である。
【図２】 実施形態１に係る偏波保存ＰＣＦの横断面中心部分の正面図である。
【図３】 実施形態１に係る準備工程及び穿孔工程の説明図である。
【図４】 実施形態１に係る母材本体形成工程の説明図である。
【図５】 実施形態１に係る不純物除去処理工程の塩素ガス処理の説明図である。
【図６】 実施形態１に係る封止工程の説明図である。
【図７】 実施形態１に係る線引き工程の説明図である。
【図８】 実験１の実施例１及び比較例１のそれぞれの偏波保存ＰＣＦの横断面中心部分の正面図である。
【図９】 実施形態２に係る偏波保存ＰＣＦの横断面中心部分の正面図である。
【図１０】 実験２の実施例２及び比較例２のそれぞれの偏波保存ＰＣＦの横断面中心部分の正面図である。
【図１１】 実施形態３に係る偏波保存ＰＣＦの横断面中心部分の正面図である。
【図１２】 実験３の実施例３及び比較例３のそれぞれの偏波保存ＰＣＦの横断面中心部分の正面図である。
【図１３】 実施形態４に係る偏波保存ＰＣＦの横断面中心部分の正面図である。
【図１４】 その他の実施形態の偏波保存ＰＣＦの製造方法に係る被覆部形成材形成工程の石英多孔質層の形成過程を示す説明図である。
【図１５】 その他の実施形態の偏波保存ＰＣＦの製造方法に係る被覆部形成材形成工程の石英多孔質層の焼成による被覆部形成材の形成過程を示す説明図である。
【図１６】 その他の実施形態の偏波保存ＰＣＦの製造方法に係る線引き工程を示す説明図である。
【図１７】 その他の実施形態に係る偏波保存ＰＣＦの横断面中心部分の模式的な正面図である。
【図１８】 従来技術に係る偏波保存ＰＣＦの横断面中心部分の正面図である。
【符号の説明】
１ ロッド材
１ａ，３ａ コア形成部
１ｂ，３ｂ クラッド形成部
１ｃ，３ｃ 孔
２ ロッド延伸用ヒータ
３ 母材本体
４ 補助パイプ
５ 酸水素バーナ
６ 石英多孔質層
７ 加熱容器
８ 焼成用ヒータ
９，１２ 被覆部形成材
１０，１３ 母材
１１ 線引き用ヒータ
２０，２００ 偏波保存ＰＣＦ
２１ ファイバ本体
２１ａ，２１０ａ コア
２１ｂ，２１０ｂ クラッド
２１ｃ，２１０ｃ 小孔径の細孔
２１ｃ’，２１０ｃ’ 大孔径の細孔
２２ 被覆部
３１ 大孔径細孔領域
３２ 小孔径細孔領域
Claims (16)
- ファイバ中心をなす中実のコアと、該コアを被覆するように設けられファイバ横断面に三角格子を形成してファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を構成するように配設された複数の細孔を有するクラッドと、を備え、該クラッドにおける該コアに隣接した細孔が、該コアを挟んで対をなして配設された大孔径の細孔と、該コアを挟んで対をなして配設された小孔径の細孔と、からなることにより、光伝搬領域であるモードフィールドがファイバ横断面において相互に直交し且つ伝搬定数が異なる２つの偏波モードを有するように構成された偏波保存フォトニッククリスタルファイバであって、
上記コアに隣接した大孔径の細孔及び小孔径の細孔のうち少なくともいずれか一方は、上記モードフィールドにおける上記２つの偏波モードの方向のうちの一方のモードフィールド径に対する他方のモードフィールド径の比であるアスペクト比が１．０に近づく向きに、上記三角格子を形成する位置からずれて配設されていることを特徴とする偏波保存フォトニッククリスタルファイバ。 - 請求項１に記載された偏波保存フォトニッククリスタルファイバにおいて、
上記アスペクト比が１．０以上で且つ２．０よりも小さいことを特徴とする偏波保存フォトニッククリスタルファイバ。 - 請求項２に記載された偏波保存フォトニッククリスタルファイバにおいて、
上記アスペクト比が１．０以上で且つ１．７以下であることを特徴とする偏波保存フォトニッククリスタルファイバ。 - 請求項１に記載された偏波保存フォトニッククリスタルファイバにおいて、
上記コアに隣接した大孔径の細孔又は小孔径の細孔のみが上記三角格子を形成する位置からずれて配設されていることを特徴とする偏波保存フォトニッククリスタルファイバ。 - 請求項１に記載された偏波保存フォトニッククリスタルファイバにおいて、
上記コアに隣接した大孔径の細孔が上記三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向きにずれて配設されていることを特徴とする偏波保存フォトニッククリスタルファイバ。 - 請求項１に記載された偏波保存フォトニッククリスタルファイバにおいて、
上記コアに隣接した小孔径の細孔が上記三角格子を形成する位置からファイバ半径方向内向きにずれて配設されていることを特徴とする偏波保存フォトニッククリスタルファイバ。 - 請求項１に記載された偏波保存フォトニッククリスタルファイバにおいて、
ファイバ横断面に、上記コアを挟んで対向するように配設され上記コアに隣接した大孔径の細孔を含む大孔径の細孔群を有する一対の大孔径細孔領域と、上記コアを挟んで対向するように配設され上記コアに隣接した小孔径の細孔を含む小孔径の細孔群を有する一対の小孔径細孔領域と、の４つの領域が形成されており、
上記大孔径細孔領域の各細孔及び小孔径細孔領域の各細孔のうち少なくともいずれか一方が上記三角格子を形成する位置からずれて配設されていることを特徴とする偏波保存フォトニッククリスタルファイバ。 - 請求項７に記載された偏波保存フォトニッククリスタルファイバにおいて、
上記大孔径細孔領域の各細孔が上記三角格子を形成する位置からファイバ半径方向外向きにずれて配設されていることを特徴とする偏波保存フォトニッククリスタルファイバ。 - 請求項７に記載された偏波保存フォトニッククリスタルファイバにおいて、
上記小孔径細孔領域の各細孔が上記三角格子を形成する位置からファイバ半径方向内向きにずれて配設されていることを特徴とする偏波保存フォトニッククリスタルファイバ。 - ファイバ中心をなす中実のコアと、該コアを被覆するように設けられファイバ横断面に三角格子を形成してファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を構成するように配設された複数の細孔を有するクラッドと、を備え、該クラッドにおける該コアに隣接した細孔が、該コアを挟んで対をなして配設された大孔径の細孔と、該コアを挟んで対をなして配設された小孔径の細孔と、からなることにより、光伝搬領域であるモードフィールドがファイバ横断面において相互に直交し且つ伝搬定数が異なる２つの偏波モードを有するように構成され、該モードフィールドにおける該２つの偏波モードの方向のうち一方のモードフィールド径に対する他方のモードフィールド径の比であるアスペクト比が１．０に近づく向きに、該コアに隣接した大孔径の細孔及び小孔径の細孔のうち少なくともいずれか一方が該三角格子を形成する位置からずれて配設された偏波保存フォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
石英製のロッド材に上記ファイバ横断面の孔パターンに対応するようにロッド軸方向に延びる複数の孔を形成して母材を形成する母材形成工程と、
上記母材を線引き加工により細径化する線引き工程と、
を備えたことを特徴とする偏波保存フォトニッククリスタルファイバの製造方法。 - 請求項１０に記載された偏波保存フォトニッククリスタルファイバの製造方法において、
上記母材の複数の孔を封止した状態で線引き加工することを特徴とする偏波保存フォトニッククリスタルファイバの製造方法。 - 請求項１１に記載された偏波保存フォトニッククリスタルファイバの製造方法において、
上記複数の孔の封止前に、該複数の孔の内壁の不純物を除去する不純物除去処理を施すことを特徴とする偏波保存フォトニッククリスタルファイバの製造方法。 - ファイバ中心をなす中実のコアと、該コアを被覆するように設けられファイバ横断面に三角格子を形成してファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を構成するように配設された複数の細孔を有するクラッドと、該クラッドをさらに被覆するように設けられた被覆部と、を備え、該クラッドにおける該コアに隣接した細孔が、該コアを挟んで対をなして配設された大孔径の細孔と、該コアを挟んで対をなして配設された小孔径の細孔と、からなることにより、光伝搬領域であるモードフィールドがファイバ横断面において相互に直交し且つ伝搬定数が異なる２つの偏波モードを有するように構成され、該モードフィールドにおける該２つの偏波モードの方向のうち一方のモードフィールド径に対する他方のモードフィールド径の比であるアスペクト比が１．０に近づく向きに、該コアに隣接した大孔径の細孔及び小孔径の細孔のうち少なくともいずれか一方が該三角格子を形成する位置からずれて配設された偏波保存フォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
石英製のロッド材に上記ファイバ横断面の孔パターンに対応するようにロッド軸方向に延びる複数の孔を形成する穿孔工程と、
上記複数の孔を形成したロッド材をロッド軸方向に加熱延伸することにより細径化して母材本体を形成する母材本体形成工程と、
上記母材本体と上記被覆部になる石英製の被覆部形成材とで母材を構成し、該母材を線引き加工により細径化する線引き工程と、
を備えたことを特徴とする偏波保存フォトニッククリスタルファイバの製造方法。 - 請求項１３に記載された偏波保存フォトニッククリスタルファイバの製造方法において、
上記母材本体の複数の孔を封止した状態で線引き加工することを特徴とする偏波保存フォトニッククリスタルファイバの製造方法。 - 請求項１４に記載された偏波保存フォトニッククリスタルファイバの製造方法において、
上記複数の孔の封止前に、該複数の孔の内壁の不純物を除去する不純物除去処理を施すことを特徴とする偏波保存フォトニッククリスタルファイバの製造方法。 - 請求項１０又は１３に記載された偏波保存フォトニッククリスタルファイバの製造方法において、
上記石英製のロッド材を水酸基含有量が１ｐｐｍ以下の無水合成ガラスで形成されたものとすることを特徴とする偏波保存フォトニッククリスタルファイバの製造方法。
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