JP2004233686A

JP2004233686A - 光の伝送方法

Info

Publication number: JP2004233686A
Application number: JP2003022565A
Authority: JP
Inventors: Akihito Suzuki; 聡人鈴木; Moriyuki Fujita; 盛行藤田; Masatoshi Tanaka; 正俊田中; Hirokazu Kubota; 寛和久保田; Kazunobu Suzuki; 和宣鈴木; Satoki Kawanishi; 悟基川西
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd; NTT Inc
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】フォトニッククリスタルファイバに光をシングルモードで伝送させる。
【解決手段】長手方向に延びる中実のコア１１と、コア１１を覆うように設けられコア１１に沿って延びる複数の細孔１２ａによりファイバ横断面において所定格子パターンが形成されてファイバ半径方向にフォトニック結晶構造が構成されたクラッド１２と、を備えたフォトニッククリスタルファイバ１０の細孔１２ａの孔ピッチをΛ及び孔径をｄ、並びに、コア１１に伝送させる光の波長をλとして下記関係式で定義される規格化周波数Ｖｅｆｆが４．１〜１２．０となるようにコア１１に光を伝送させる。
【数Ａ】

【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトニッククリスタルファイバ（以下「ＰＣＦ」という）を用いた光の伝送方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＣＦとして、長手方向に延びる中実のコアと、そのコアを覆うように設けられコアに沿って延びる複数の細孔によりファイバ横断面において所定格子パターンが形成されてファイバ半径方向にフォトニック結晶構造が構成されたクラッドと、を備えたものがある。かかるＰＣＦをシングルモード動作させるためには、規格化周波数Ｖｅｆｆが２．４０５よりも小さくなければならず、細孔の孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）が０．４５よりも大きいものの場合、細孔の孔ピッチ（Λ）を伝送光の波長（λ）よりも十分小さくする必要があることを示唆する報告がなされている（非特許文献１参照）。
【０００３】
一方、ＰＣＦを一般の光ファイバに接続することを考慮すれば、ＰＣＦのコア径は大きいことが好ましい。細孔の孔ピッチ（Λ）とコア径とが略等しいＰＣＦでは、コア径を大きくするとそれに伴って細孔の孔ピッチ（Λ）も必然的に大きくなる。従って、従来からの知見によれば、細孔の孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）が０．４５よりも大きいＰＣＦに、細孔の孔ピッチ（Λ）よりも小さい波長（λ）の光をシングルモードで伝送させることは不可能であると考えられていた。
【０００４】
また、下記非特許文献２には、規格化周波数Ｖｅｆｆが４．１より小さければ、光をシングルモードで伝送させることができるということが開示されている。
【０００５】
【非特許文献１】
バークスら（Ｔ．Ｂｉｒｋｓｅｔａｌ．），オプティカルレター（Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．），第２２巻（ｖｏｌ．２２），ｐ．９６１，１９９７年
【非特許文献２】
バークスら（Ｔ．Ｂｉｒｋｓｅｔａｌ．），ＯＦＣ１９９９，ｐｐ．１１４−１１６
”Ｔｈｅａｎａｌｏｇｙｂｅｔｗｅｅｎｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｆｉｂｅｒｓａｎｄｓｔｅｐｉｎｄｅｘｆｉｂｅｒｓ”
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本出願は、ＰＣＦに光をシングルモードで伝送させることを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、規格化周波数Ｖｅｆｆが４．１〜１２．０の範囲においてもＰＣＦがシングルモード動作することを見出して本発明に想到したものである。
【０００８】
本発明は、長手方向に延びる中実のコアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿って延びる複数の細孔によりファイバ横断面において所定格子パターンが形成されてファイバ半径方向にフォトニック結晶構造が構成されたクラッドと、を備えたフォトニッククリスタルファイバの該細孔の孔ピッチをΛ及び孔径をｄ、並びに、該コアに伝送させる光の波長をλとして下記関係式で定義される規格化周波数Ｖｅｆｆが４．１〜１２．０となるように該コアに光を伝送させることを特徴とする光の伝送方法である。
【０００９】
【数２】

【００１０】
規格化周波数Ｖｅｆｆが４．１〜１２．０のように大きいと、光の閉じ込め作用が強いので、光の損失を極めて少なくすることができる。
【００１１】
ここで、実効クラッド屈折率とは、クラッドの格子空孔配列が無限に広がった空間に存在する基本モードＦＳＭ（ＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌＳｐａｃｅ−ｆｉｌｌｉｎｇＭｏｄｅ）の実効屈折率である。
【００１２】
本発明の光の伝送方法は、上記ＰＣＦが、細孔の孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）が０．４５よりも大きいものであってもよい。
【００１３】
細孔の孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）が０．４５よりも大きいほどにコア−クラッド間の屈折率差が大きいと、ファイバの曲げによる損失を少なくすることができると共に、開口数（ＮＡ）が大きいことから、光の入射角に対する許容範囲を広くとることができる。
【００１４】
本発明の光の伝送方法は、上記ＰＣＦの細孔の孔ピッチ（Λ）が光の波長（λ）よりも大きいものであってもよい。
【００１５】
細孔の孔ピッチ（Λ）が光の波長（λ）よりも大きく、コア径が通常の光ファイバのもの程度まで大きければ、通常の光ファイバと接続したときの接続損失を小さくすることができることに加え、光入射位置とＰＣＦ受光位置とのずれに対する許容範囲を広くとることができる。
【００１６】
本発明の光の伝送方法は、上記ＰＣＦに偏波保持手段が構成されている場合に特に有用である。
【００１７】
つまり、上記の構成によれば、計測器・センサ用途や光伝送路用途として光信号を安定して伝送することができ、また、光軸を合わせることによってレーザ光源からのレーザ光を適正に伝送することができる。
【００１８】
ここで、偏波保持手段としては、コアの断面形状を楕円とすることやコアに隣接した細孔のうちの一部の孔径を大きくすること等が挙げられる。
【００１９】
【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。
【００２０】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１で用いるＰＣＦ１０を示す。
【００２１】
このＰＣＦ１０は、全体が純石英製のものであり、ファイバ中心をなすコア１１と、コア１１を被覆するように設けられたクラッド１２と、クラッド１２を被覆するように設けられた被覆部１３と、を備えている。
【００２２】
コア１１は、光の伝送路としての機能を果たす。
【００２３】
クラッド１２は、コア１１に沿って延びる複数の細孔１２ａによりファイバ横断面において三角格子パターンが形成されてファイバ半径方向にフォトニック結晶構造が構成されて実効クラッド屈折率が純石英よりも低いものとなっており、これによってクラッド１２で囲われたコア１１に光を閉じ込める機能を果たす。クラッド１２の三角格子パターンは、細孔１２ａの孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）が０．４５よりも大きくなるように孔径（ｄ）及び孔ピッチ（Λ）が設定されている。
【００２４】
被覆部１３は、コア１１及びクラッド１２を被覆保護する機能を果たす。
【００２５】
そして、以上のＰＣＦ１０に下記関係式で定義される規格化周波数Ｖｅｆｆが４．１〜１２．０となるようにコア１１に光を伝送させると、その光の伝送がシングルモード動作で行われる。なお、このとき、伝送される光の波長（λ）は、ＰＣＦ１０の細孔１２ａの孔ピッチ（Λ）よりも短い。
【００２６】
【数３】

【００２７】
以上のようなＰＣＦ１０に波長（λ）の光を伝送させれば、規格化周波数Ｖｅｆｆが４．１〜１２．０のように大きいことから光の閉じ込め作用が強いので、光の損失を極めて少なくすることができる。
【００２８】
また、細孔１２ａの孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）が０．４５よりも大きいほどにコア１１−クラッド１２間の屈折率差が大きいので、ファイバの曲げによる損失を少なくすることができると共に、開口数（ＮＡ）が大きいことから、光の入射角に対する許容範囲を広くとることができる。
【００２９】
さらに、細孔１２ａの孔ピッチ（Λ）を光の波長（λ）よりも大きく、コア径が通常の光ファイバのもの程度まで大きければ、通常の光ファイバと接続したときの接続損失を小さくすることができることに加え、光入射位置とＰＣＦ受光位置とのずれに対する許容範囲を広くとることができる。
【００３０】
次に具体的に行った実験について説明する。
【００３１】
＜実験１＞
実験１に用いたＰＣＦは、本実施形態１のものと同様の構成で、細孔の孔径（ｄ）が２．６μｍ及び孔ピッチ（Λ）が２．８μｍで、孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）が０．９のものであった。このＰＣＦ３ｍに波長（λ）０．８５μｍの光、すなわち、細孔の孔ピッチ（Λ）よりも小さい波長（λ）の光を伝送させた。規格化周波数（Ｖｅｆｆ）は１１．９である。
【００３２】
このとき、出射端面において図２に示すようなニアフィールドパターンが観測された。図２に示すニアフィールドパターンは基本モードのものであり、すなわち、それはシングルモード動作していることを意味するものである。従って、規格化周波数（Ｖｅｆｆ）が１１．９という条件においてシングルモード動作するということが確認された。
【００３３】
なお、このＰＣＦを曲率半径５ｍｍに曲げても伝送損失の増加は確認されなかった。
【００３４】
＜実験２＞
実験１で用いたＰＣＦと、細孔の孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）を変量した複数種のＰＣＦについて、それぞれにある波長（λ）の光を伝送させ、実験１と同様に出射端面のニアフィールドパターンの観測を行った。
【００３５】
このとき、全ての場合で出射端面においてシングルモード動作を示すニアフィールドパターンが観測された。
【００３６】
図３は、伝送光の波長に対する細孔の孔ピッチの比（Λ／λ）と規格化周波数（Ｖｅｆｆ）との関係を示したものであるが、全ての場合で規格化周波数（Ｖｅｆｆ）が４．１〜１２．０であることが分かる。
【００３７】
（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２で用いるＰＣＦ１０を示す。なお実施形態１と同一部分は同一符号で示す。
【００３８】
このＰＣＦ１０は、コア１１に隣接した６つの細孔１２ａのうち一対の対向した細孔１２ａの孔径が他のものよりも大きく形成されており、これによって偏波保持機能を有するようにされている。その他の構成は実施形態１と同一である。なお、このＰＣＦ１０の細孔の孔径（ｄ）は、その一対の細孔を除いた細孔の孔径で規定される。
【００３９】
そして、以上のＰＣＦ１０に下記関係式で定義される規格化周波数Ｖｅｆｆが４．１〜１２．０となるようにコア１１に光を伝送させると、図５に出射端面のニアフィールドパターンを示すように、その光の伝送がシングルモード動作で行われる。なお、このとき、伝送される光の波長は、ＰＣＦ１０の細孔１２ａの孔ピッチ（Λ）よりも短い。
【００４０】
【数４】

【００４１】
この光の伝送方法を計測器・センサ用途や光伝送路用途として用いれば、光信号を安定して伝送することができ、また、光軸を合わせてレーザ光源からのレーザ光の伝送用途に用いれば、レーザ光を適正に伝送することができる。
【００４２】
（その他の実施形態）
上記実施形態２では、コア１１に隣接した細孔１２ａのうち一対の細孔１２ａの孔径を大きくすることによりＰＣＦ１０に偏波保持機能を持たせたが、特にこれに限定されるものではなく、コアの断面形状を楕円に形成する等としてもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、規格化周波数Ｖｅｆｆが４．１〜１２．０となるようにＰＣＦに光を伝送させているので、その光をシングルモードで伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１で用いるＰＣＦの斜視図である。
【図２】実験１の光の伝送におけるＰＣＦの出射端面のニアフィールドパターンを示す図である。
【図３】伝送光の波長に対する細孔の孔ピッチの比（Λ／λ）と細孔の孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）との関係における実験２の結果を示す図である。
【図４】本発明の実施形態２で用いるＰＣＦの斜視図である。
【図５】実施形態２の光の伝送におけるＰＣＦの出射端面のニアフィールドパターンを示す図である。
【符号の説明】
１０ＰＣＦ
１１コア
１２クラッド
１２ａ細孔
１３被覆部

Claims

長手方向に延びる中実のコアと、該コアを覆うように設けられ該コアに沿って延びる複数の細孔によりファイバ横断面において所定格子パターンが形成されてファイバ半径方向にフォトニック結晶構造が構成されたクラッドと、を備えたフォトニッククリスタルファイバの該細孔の孔ピッチをΛ及び孔径をｄ、並びに、該コアに伝送させる光の波長をλとして下記関係式で定義される規格化周波数Ｖｅｆｆが４．１〜１２．０となるように該コアに光を伝送させることを特徴とする光の伝送方法。
請求項１に記載された光の伝送方法において、
上記フォトニッククリスタルファイバは、細孔の孔ピッチに対する孔径の比（ｄ／Λ）が０．４５よりも大きいことを特徴とする光の伝送方法。
請求項１に記載された光の伝送方法において、
上記フォトニッククリスタルファイバの細孔の孔ピッチ（Λ）が光の波長（λ）よりも大きいことを特徴とする光の伝送方法。
請求項１に記載された光の伝送方法において、
上記フォトニッククリスタルファイバは、偏波保持手段が構成されていることを特徴とする光の伝送方法。