JP2002517794A - 光バンドギャップファイバ - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
優れた品質を有する光バンドギャップ構造を提供する周期的クラッド構造を有する光ファイバ。この周期的構造は、高屈折率領域が規定され、これらが多数の方法を使用して分離されるものである。一方のこのような方法は付加低屈折率要素の導入であり、他方の方法は円形断面に対して変形された細長の要素を提供する。それに隣接する材料の屈折率よりも高い屈折率を有する材料の細長の要素を含むクラッド構造も記載されている。この付加材料を使用して、従来の構造は非常によい品質を得ることができる。
Description
【0001】 (発明の分野) 本発明は、特に、光ファイバで使用するための新規の一連のクラッド設計に関
し、ファイバの安定性および物理的特性を保持している間、より大きい光バンド
ギャップが提供できる。
し、ファイバの安定性および物理的特性を保持している間、より大きい光バンド
ギャップが提供できる。
【0002】 (発明の背景) 光ファイバおよび集積光導波管は、今日光通信、センサ技術、分光学、および
医療のような分野の広範囲の用途に応用されている。これらの導波管は、通常全
内反射(total internal refrection)として知られている物理的効果によって
電磁界(光あるいは光子)を誘導することによって作動する。この基本的効果を
使用することによって、導波管軸に垂直な方向への光パワーの伝搬(あるいは損
失)が減少される。
医療のような分野の広範囲の用途に応用されている。これらの導波管は、通常全
内反射(total internal refrection)として知られている物理的効果によって
電磁界(光あるいは光子)を誘導することによって作動する。この基本的効果を
使用することによって、導波管軸に垂直な方向への光パワーの伝搬(あるいは損
失)が減少される。
【0003】 しばしば(光ファイバにおける)誘電体材料あるいは(集積光学における)半
導体から製造されるこれらの導波管内の中で全内反射を得るために、周囲のクラ
ッドの屈折率に比べてより高い屈折率のコアを使用する必要がある。 今日、長距離および中間距離にわたって好ましい信号伝送媒体は光ファイバで
あり、したがって、全内反射は、公知であり、数10年間技術開発で使用されて
きた物理特性である。しかしながら、過去10年間、新しい材料の分野での開発
により、全く新しい物理特性、すなわちいわゆる光バンドギャップ(photonic b
and gap;PBG)効果を用いることによって空洞あるいは導波管内での光のロ
ーカリゼイション(localisation)あるいは電磁界の制御の可能性が開発された
。
導体から製造されるこれらの導波管内の中で全内反射を得るために、周囲のクラ
ッドの屈折率に比べてより高い屈折率のコアを使用する必要がある。 今日、長距離および中間距離にわたって好ましい信号伝送媒体は光ファイバで
あり、したがって、全内反射は、公知であり、数10年間技術開発で使用されて
きた物理特性である。しかしながら、過去10年間、新しい材料の分野での開発
により、全く新しい物理特性、すなわちいわゆる光バンドギャップ(photonic b
and gap;PBG)効果を用いることによって空洞あるいは導波管内での光のロ
ーカリゼイション(localisation)あるいは電磁界の制御の可能性が開発された
。
【0004】 PBG効果は、電磁界伝搬が所定の周波数間隔および所定の方向において禁止
されるように格子寸法および適用材料が選択される空間周期格子構造(spatiall
y periodic lattice structure)を提供することによって導入することができる
。これらのPBG材料は、科学文献およびいくつかの特許(例えば、米国特許第
5386215号、米国特許第5335240号、米国特許第5440421号
、米国特許第5600483号、米国特許第5172267号、米国特許第55
59825号を参照)において1次元、2次元、および3次元の事例に記載され
ている。
されるように格子寸法および適用材料が選択される空間周期格子構造(spatiall
y periodic lattice structure)を提供することによって導入することができる
。これらのPBG材料は、科学文献およびいくつかの特許(例えば、米国特許第
5386215号、米国特許第5335240号、米国特許第5440421号
、米国特許第5600483号、米国特許第5172267号、米国特許第55
59825号を参照)において1次元、2次元、および3次元の事例に記載され
ている。
【0005】 このような周期的な誘電体構造を利用する特定の種類の構成要素は、周期的な
変動が導波管軸に垂直な方向で生じる光ファイバ(あるいは導波管)であり、実
はこの構造は導波管軸に沿って不変である。 近年、特に英国のBath大学からの研究者達(例えば、Birks外の「エレクトロ
ニクスレターズ“Electronics Letters”」第31巻(22)、1941ページ
、1995年10月を参照)は、シリカバックグラウンド材料の細い、平行な空
気充填ボイドによって囲まれたシリカコアを有し、ファイバのクラッド領域内の
三角形構造に空気充填ボイドを組織的に構成することによって実現されるこのよ
うなファイバを提示した。これらの光ファイバは、全内反射を利用する標準光フ
ァイバに比べて興味ある伝搬特性を実証した。
変動が導波管軸に垂直な方向で生じる光ファイバ(あるいは導波管)であり、実
はこの構造は導波管軸に沿って不変である。 近年、特に英国のBath大学からの研究者達(例えば、Birks外の「エレクトロ
ニクスレターズ“Electronics Letters”」第31巻(22)、1941ページ
、1995年10月を参照)は、シリカバックグラウンド材料の細い、平行な空
気充填ボイドによって囲まれたシリカコアを有し、ファイバのクラッド領域内の
三角形構造に空気充填ボイドを組織的に構成することによって実現されるこのよ
うなファイバを提示した。これらの光ファイバは、全内反射を利用する標準光フ
ァイバに比べて興味ある伝搬特性を実証した。
【0006】 六角形ガラスチューブ(中心のホールを有する)の注意深い積み重ねあるいは
薄い円形チューブの直接積み重ねのいずれかが必要であることは、周期的な誘電
体クラッド領域を有する光ファイバのこの特定の実現の問題点あるいは不利な点
であり得る。これらのチューブは、プリフォームで三角形構造に配置され、その
プリフォームの後で光ファイバに引き込まれる。国際文献のレポートによればこ
れらのファイバは極めて特殊な新しい光学特性を示すけれども、問題の一つは、
ファイバのコアが中心ホールなしのガラスロッドの導入によってのみ形成するこ
とができることであった。
薄い円形チューブの直接積み重ねのいずれかが必要であることは、周期的な誘電
体クラッド領域を有する光ファイバのこの特定の実現の問題点あるいは不利な点
であり得る。これらのチューブは、プリフォームで三角形構造に配置され、その
プリフォームの後で光ファイバに引き込まれる。国際文献のレポートによればこ
れらのファイバは極めて特殊な新しい光学特性を示すけれども、問題の一つは、
ファイバのコアが中心ホールなしのガラスロッドの導入によってのみ形成するこ
とができることであった。
【0007】 これらの新しいファイバさえが周囲の媒体の平均屈折率よりも高い屈折率を有
するコア領域を有し、それらの導波効果は結局従来の全内反射によっても示され
るものであることがさらなる不利な点である。これは当然、低屈折率を有する領
域内およびその周りに(例えば、空気充填チャネルの周りに)光フィールドを制
限(localise)することができることが特に興味があり得る光センサのような分
野の用途に対しては、現在公知のファイバが直接使用され得ないという結果を有
することになろう。
するコア領域を有し、それらの導波効果は結局従来の全内反射によっても示され
るものであることがさらなる不利な点である。これは当然、低屈折率を有する領
域内およびその周りに(例えば、空気充填チャネルの周りに)光フィールドを制
限(localise)することができることが特に興味があり得る光センサのような分
野の用途に対しては、現在公知のファイバが直接使用され得ないという結果を有
することになろう。
【0008】 Birks外によって示されたこの構造のPBGは、三角形クラッド構造のために
PBG効果を使用して電磁放射を誘導することに対して最適にされないというこ
とがまた更に不利な点である。 米国特許第5,802,236号は、コアおよびクラッド領域を有する微細加
工光ファイバを開示し、これにおいてクラッド領域は、ファイバの方向に細長く
延長された複数の間隔をあけられたクラッド機能を含む。クラッド領域の有効屈
折率はコア領域の有効屈折率よりも小さい。さらに、クラッドの細長構造は非周
期的な構造で配置されている。
PBG効果を使用して電磁放射を誘導することに対して最適にされないというこ
とがまた更に不利な点である。 米国特許第5,802,236号は、コアおよびクラッド領域を有する微細加
工光ファイバを開示し、これにおいてクラッド領域は、ファイバの方向に細長く
延長された複数の間隔をあけられたクラッド機能を含む。クラッド領域の有効屈
折率はコア領域の有効屈折率よりも小さい。さらに、クラッドの細長構造は非周
期的な構造で配置されている。
【0009】 高屈折率コアのために導波特性がコア領域に誘導された電磁放射の従来の全内
反射に基づいていることは、米国特許第5,802,236号に開示された微細
加工光ファイバの欠点である。 WO99/00685号は、三角形の周期的な構造を有するクラッドを含む大
きなコアの光結晶ファイバ(photonic crystal fiber;PCF)を開示している
。コア領域は少なくとも5μmの直径を有する高屈折率か低屈折率のいずれであ
ってもよい。好ましい実施例では、コア領域は、直径が50μmほどの大きさで
あってもよい。このような直径の場合、ファイバは、単一モード動作を維持しな
がら高電力を伝達できる。
反射に基づいていることは、米国特許第5,802,236号に開示された微細
加工光ファイバの欠点である。 WO99/00685号は、三角形の周期的な構造を有するクラッドを含む大
きなコアの光結晶ファイバ(photonic crystal fiber;PCF)を開示している
。コア領域は少なくとも5μmの直径を有する高屈折率か低屈折率のいずれであ
ってもよい。好ましい実施例では、コア領域は、直径が50μmほどの大きさで
あってもよい。このような直径の場合、ファイバは、単一モード動作を維持しな
がら高電力を伝達できる。
【0010】 W099/00685に開示された三角形クラッド構造は、実際的な製造パラ
メータを使用してファイバのコア領域内に可視あるいはNIR電磁放射を有効的
に閉じ込めるような十分なPBGを提供しないであろうことが欠点である。 WO99/00685号に開示された構造は、十分なPBGを得るために三角
形の周期的な構造を形成する構造(feature)の寸法は非常に大きくなければな
らないということが欠点である。このような大きな構造、例えば、空気充填ホー
ルは、製造することが困難であり、実用に対して不便である。
メータを使用してファイバのコア領域内に可視あるいはNIR電磁放射を有効的
に閉じ込めるような十分なPBGを提供しないであろうことが欠点である。 WO99/00685号に開示された構造は、十分なPBGを得るために三角
形の周期的な構造を形成する構造(feature)の寸法は非常に大きくなければな
らないということが欠点である。このような大きな構造、例えば、空気充填ホー
ルは、製造することが困難であり、実用に対して不便である。
【0011】 本発明の目的は、1つあるいはそれ以上のコア領域に導波することがPBG効
果の適用によって得られる新しい種類の光導波管を提供することにある。 本発明の他の目的は、実際的な製造パラメータに対して完全なPBGを提供で
きる2次元格子構造を提供することにある。 本発明のもう一つの目的は、低屈折率コアPBG導波構造を提供することにあ
る。
果の適用によって得られる新しい種類の光導波管を提供することにある。 本発明の他の目的は、実際的な製造パラメータに対して完全なPBGを提供で
きる2次元格子構造を提供することにある。 本発明のもう一つの目的は、低屈折率コアPBG導波構造を提供することにあ
る。
【0012】 本発明のもう一つの目的は、製造が容易なPBG構造を提供することにある。 (発明の概要) 本発明者達は、典型的にはクラッド構造が与えられた材料内の2次元の周期的
な低屈折率領域として形成される光ファイバの光バンドギャップが、その周期的
な構造を形成する低屈折率領域によって分離される多数の高屈折率領域として規
定できることを実現した。これらの高屈折率領域が互いから“分離されている“
場合は、光バンドギャップの性能を増大させることができる。これらの領域は低
屈折率領域間の領域(“ブリッジ”)を介して結合し、この“分離”が多数の領
域において得ることができる。
な低屈折率領域として形成される光ファイバの光バンドギャップが、その周期的
な構造を形成する低屈折率領域によって分離される多数の高屈折率領域として規
定できることを実現した。これらの高屈折率領域が互いから“分離されている“
場合は、光バンドギャップの性能を増大させることができる。これらの領域は低
屈折率領域間の領域(“ブリッジ”)を介して結合し、この“分離”が多数の領
域において得ることができる。
【0013】 以下において、当然、周期的な構造は、このような構造の解析を簡単化する最
も広く用いられた方法である基本的な単位セル(primitive unit cell)によっ
て規定されるであろう。しかしながら、このセルの実際の形状および中身は、高
屈折率領域を解析する際により直観的に適当な構造に関して変えてもよい。そう
いう趣旨で、低屈折率領域によって規定される多角形を使用するが通常はこれは
高屈折率領域の位置を規定するものである。
も広く用いられた方法である基本的な単位セル(primitive unit cell)によっ
て規定されるであろう。しかしながら、このセルの実際の形状および中身は、高
屈折率領域を解析する際により直観的に適当な構造に関して変えてもよい。そう
いう趣旨で、低屈折率領域によって規定される多角形を使用するが通常はこれは
高屈折率領域の位置を規定するものである。
【0014】 単位セルのサイズは多数あるであろうが、可能な最小面積を有し、平行移動(
translation)によってのみこの構造を生成できる単位セルとして規定される基
本的な単位セルは唯一つのみ存在することに注目すべきである。当然、与えられ
た周期的な構造は複数の基本的な単位セルを有する。 以下において、この構造は、基本的な単位セルと同一である単位セルとして規
定される。
translation)によってのみこの構造を生成できる単位セルとして規定される基
本的な単位セルは唯一つのみ存在することに注目すべきである。当然、与えられ
た周期的な構造は複数の基本的な単位セルを有する。 以下において、この構造は、基本的な単位セルと同一である単位セルとして規
定される。
【0015】 第1の態様では、本発明は、付加的低屈折率領域が通常周期的な構造を規定す
るこれらの要素に加えて備えられる分離(separation)に関するものである。 したがって、この第1の態様において、本発明は、縦方向を有する導波管構造
を持つ光ファイバに関するものであり、この光ファイバは、 縦方向に沿って延びるコア領域と、 縦方向に沿って延びるクラッド領域とを有し、このクラッド領域は、各々が導
波管の縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含む少なくとも実質的に
2次元の周期的な構造を含み、その一次要素はその一次要素に隣接する任意の材
料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 周期的な構造が、縦方向に垂直な断面において、少なくとも単位セルによって
規定され、各単位セルに対して、 第1の円は、単位セルの外部に置かれていない中心を有し、任意の一次要素の
どの部分も囲まない可能な最大円領域として規定され、かつ1つあるいはそれ以
上の他の細長要素であって、その各々が、 単位セル内にその中心を有し、かつ最大面積を有する上記の一次要素の面積の
1/6を超えない面積を有し、 それに隣接する任意の材料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 前記の単位セルの外部に置かれていない中心を有し、かつ 前記の第1の円の中心をカバーしない、1つあるいはそれ以上の他の細長要素
が備えられる。
るこれらの要素に加えて備えられる分離(separation)に関するものである。 したがって、この第1の態様において、本発明は、縦方向を有する導波管構造
を持つ光ファイバに関するものであり、この光ファイバは、 縦方向に沿って延びるコア領域と、 縦方向に沿って延びるクラッド領域とを有し、このクラッド領域は、各々が導
波管の縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含む少なくとも実質的に
2次元の周期的な構造を含み、その一次要素はその一次要素に隣接する任意の材
料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 周期的な構造が、縦方向に垂直な断面において、少なくとも単位セルによって
規定され、各単位セルに対して、 第1の円は、単位セルの外部に置かれていない中心を有し、任意の一次要素の
どの部分も囲まない可能な最大円領域として規定され、かつ1つあるいはそれ以
上の他の細長要素であって、その各々が、 単位セル内にその中心を有し、かつ最大面積を有する上記の一次要素の面積の
1/6を超えない面積を有し、 それに隣接する任意の材料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 前記の単位セルの外部に置かれていない中心を有し、かつ 前記の第1の円の中心をカバーしない、1つあるいはそれ以上の他の細長要素
が備えられる。
【0016】 ここで、“実質的に2次元の周期的な”は、最適な周期性を有することが望ま
しいが、製造の方法によってそれがしばしば変わるであろうということを意味す
る。従来技術では、円形エアーホール(低屈折率領域)がガラスのプリフォーム
に導入され、その後引き出されたとき、ホールはこの実質的な周期性の兆候であ
る非円形形状を得ることが見られる。
しいが、製造の方法によってそれがしばしば変わるであろうということを意味す
る。従来技術では、円形エアーホール(低屈折率領域)がガラスのプリフォーム
に導入され、その後引き出されたとき、ホールはこの実質的な周期性の兆候であ
る非円形形状を得ることが見られる。
【0017】 さらに、ここで、一次要素の屈折率は、それに隣接する任意の材料の屈折率よ
りも低くあるべきであり、これは屈折率の実際の変化が周期的な構造を提供する
ものであることを意味する。このステップは、一次要素の円周の周りの隣接領域
の外側の屈折率の変化に左右されない。当然、このステップは、全ての一次要素
に対して異なってもよいが、通常は、一次要素に隣接する材料は、構造の全体に
わたって同じであり、従って、一次要素の材料であり、それによってこのステッ
プは一次要素の周りの全ての周辺で同じであろう。
りも低くあるべきであり、これは屈折率の実際の変化が周期的な構造を提供する
ものであることを意味する。このステップは、一次要素の円周の周りの隣接領域
の外側の屈折率の変化に左右されない。当然、このステップは、全ての一次要素
に対して異なってもよいが、通常は、一次要素に隣接する材料は、構造の全体に
わたって同じであり、従って、一次要素の材料であり、それによってこのステッ
プは一次要素の周りの全ての周辺で同じであろう。
【0018】 この場合、実際の屈折率がファイバ(一次要素は除く)の全ての屈折率である
場合さえ、第1の円はいわゆる高屈折率領域を規定するであろう。 この場合、他の低屈折率領域が備えられてもよい。正確に配置されている場合
、これにより、数が増加する場合さえブリッジ(bridge)の有効な面積あるいは
幅が狭められるためにブリッジを介する結合が減少することで高屈折率領域が分
離される。
場合さえ、第1の円はいわゆる高屈折率領域を規定するであろう。 この場合、他の低屈折率領域が備えられてもよい。正確に配置されている場合
、これにより、数が増加する場合さえブリッジ(bridge)の有効な面積あるいは
幅が狭められるためにブリッジを介する結合が減少することで高屈折率領域が分
離される。
【0019】 他の要素の影響は当然そのサイズに依存する。そのサイズが一次要素のサイズ
の1/6を超えて増加する場合、これらは全構造の周期性およびセル形状を実際
に変える効果を有するであろう。 しかしながら、1つあるいはそれより多い他の要素の各々は、その中心がその
単位セルの外に置かれていなくかつ最大面積を有するこの一次要素の面積の1/
8を超えない面積、例えば1/10を超えない面積、例えば1/12を超えない
面積、例えば1/15を超えない面積、例えば1/30を超えない面積を有する
ことは好ましいことが有り得る。
の1/6を超えて増加する場合、これらは全構造の周期性およびセル形状を実際
に変える効果を有するであろう。 しかしながら、1つあるいはそれより多い他の要素の各々は、その中心がその
単位セルの外に置かれていなくかつ最大面積を有するこの一次要素の面積の1/
8を超えない面積、例えば1/10を超えない面積、例えば1/12を超えない
面積、例えば1/15を超えない面積、例えば1/30を超えない面積を有する
ことは好ましいことが有り得る。
【0020】 その構造において“ブリッジ”を狭くする代わりにあるいはこの狭くすること
に加えて、2つの高屈折率領域はそのサイズを減らすことによって分離されても
よい。上記の他の要素は、次のような特殊な方法でそれの位置決めをすることに
よって上記の分離をするために用いられる。即ち、この単位セルに対して、第2
の円は、単位セルの外部に置かれていないその中心を有する可能な最大円である
と規定され、その第2の円は一次要素あるいは他の細長要素のどの部分も含まず
、第2の円の面積は、第1の円の面積よりも小さい。このように、この他の要素
は高屈折率領域のサイズを減らすように作用し、それによって2つの隣接する高
屈折率領域を分離する。
に加えて、2つの高屈折率領域はそのサイズを減らすことによって分離されても
よい。上記の他の要素は、次のような特殊な方法でそれの位置決めをすることに
よって上記の分離をするために用いられる。即ち、この単位セルに対して、第2
の円は、単位セルの外部に置かれていないその中心を有する可能な最大円である
と規定され、その第2の円は一次要素あるいは他の細長要素のどの部分も含まず
、第2の円の面積は、第1の円の面積よりも小さい。このように、この他の要素
は高屈折率領域のサイズを減らすように作用し、それによって2つの隣接する高
屈折率領域を分離する。
【0021】 好ましくは、第2の円の面積は、第1の円の面積の90%あるいはそれよりも
小さく、例えば80%あるいはそれよりも小さい、例えば70%あるいはそれよ
りも小さい、例えば60%あるいはそれよりも小さい、例えば50%あるいはそ
れよりも小さい、例えば40%あるいはそれよりも小さい、例えば30%あるい
はそれよりも小さい。
小さく、例えば80%あるいはそれよりも小さい、例えば70%あるいはそれよ
りも小さい、例えば60%あるいはそれよりも小さい、例えば50%あるいはそ
れよりも小さい、例えば40%あるいはそれよりも小さい、例えば30%あるい
はそれよりも小さい。
【0022】 たとえ上記の他の要素の位置決めが、容易には第1と第2の円の中心が一致し
ないようなものであるとしても、これは通常構造の対称を変えるので、望ましく
ない。したがって、第1の円の中心は、少なくとも実質的に第2の円の中心と一
致するのが好ましい。 3つあるいはそれ以上の辺を有する前述の多角形は、その一部が上記の第1の
円の中心から第1の円の半径の1.5倍あるいはそれよりも小さい、例えば1.
2倍あるいはそれよりも小さい、例えば1.1倍あるいはそれよりも小さい距離
の範囲内にあるこれらの一次要素の中心にその頂点を有するものと規定される。
ないようなものであるとしても、これは通常構造の対称を変えるので、望ましく
ない。したがって、第1の円の中心は、少なくとも実質的に第2の円の中心と一
致するのが好ましい。 3つあるいはそれ以上の辺を有する前述の多角形は、その一部が上記の第1の
円の中心から第1の円の半径の1.5倍あるいはそれよりも小さい、例えば1.
2倍あるいはそれよりも小さい、例えば1.1倍あるいはそれよりも小さい距離
の範囲内にあるこれらの一次要素の中心にその頂点を有するものと規定される。
【0023】 好ましくは、構造の周期性により、多角形は正多角形である。この多角形は三
角形、矩形、正方形、あるいは六角形であってもよい。 高屈折率領域の分離を果す他の方法は、従来技術で使用される屈折率領域より
も低い屈折率領域を提供することである。 したがって、第2の態様では、本発明は、縦方向を有する導波管構造を持つ光
ファイバに関するものであり、この光ファイバは、 上記の縦方向に沿って延びるコア領域と、 上記の縦方向に沿って延びるクラッド領域とを有し、このクラッド領域は、各
々が導波管の縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含む少なくとも実
質的に2次元の周期的な構造を含み、その一次要素が上記の細長要素に隣接する
任意の材料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 この周期的な構造が縦方向に垂直な断面において単位セルによって規定され、
その領域が単位セル内に含まれる細長要素の全ての面積の和が、その単位セルの
外部に置かれないその中心軸を有し、かつ最大面積を有するこの一次要素の面積
の1.2倍よりも大きい。
角形、矩形、正方形、あるいは六角形であってもよい。 高屈折率領域の分離を果す他の方法は、従来技術で使用される屈折率領域より
も低い屈折率領域を提供することである。 したがって、第2の態様では、本発明は、縦方向を有する導波管構造を持つ光
ファイバに関するものであり、この光ファイバは、 上記の縦方向に沿って延びるコア領域と、 上記の縦方向に沿って延びるクラッド領域とを有し、このクラッド領域は、各
々が導波管の縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含む少なくとも実
質的に2次元の周期的な構造を含み、その一次要素が上記の細長要素に隣接する
任意の材料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 この周期的な構造が縦方向に垂直な断面において単位セルによって規定され、
その領域が単位セル内に含まれる細長要素の全ての面積の和が、その単位セルの
外部に置かれないその中心軸を有し、かつ最大面積を有するこの一次要素の面積
の1.2倍よりも大きい。
【0024】 前述のように、これらの領域は、高屈折率領域のサイズを減少させるかあるい
は周期的な構造の一次要素間のブリッジを介したそこの間の結合を減少させるか
のいずれかのために使用されてもよい。好ましくは、高屈折率領域のサイズはで
きるだけ大きく、従って、最も好ましい方法は、2つの高屈折率領域間に付加的
な低屈折率領域を導入することによってブリッジを狭くすることである。
は周期的な構造の一次要素間のブリッジを介したそこの間の結合を減少させるか
のいずれかのために使用されてもよい。好ましくは、高屈折率領域のサイズはで
きるだけ大きく、従って、最も好ましい方法は、2つの高屈折率領域間に付加的
な低屈折率領域を導入することによってブリッジを狭くすることである。
【0025】 好ましくは、単位セル内に含まれる細長要素の全ての面積の和が、単位セルの
外部に置かれないその中心軸を有し、かつ最大面積を有するこの一次要素の面積
の1.3倍よりも大きい、例えば1.4倍よりも大きい、例えば1.5倍よりも
大きい、例えば1.75倍よりも大きい、例えば2倍よりも大きい、例えば2.
5倍よりも大きい。
外部に置かれないその中心軸を有し、かつ最大面積を有するこの一次要素の面積
の1.3倍よりも大きい、例えば1.4倍よりも大きい、例えば1.5倍よりも
大きい、例えば1.75倍よりも大きい、例えば2倍よりも大きい、例えば2.
5倍よりも大きい。
【0026】 高屈折率領域を分離する付加的方法はその屈折率を増大させることである。し
たがって、好ましくは、周期的な構造は、それに隣接し、かつ一次要素に隣接す
る任意の材料の屈折率よりも大きい屈折率を有する細長の二次要素を含む。 この方法では、単位セルに対して、単位セル内の二次要素の全ての面積の和は
、好ましくは単位セルの外部に置かれないその中心軸を有し、かつ最大面積を有
する二次要素の面積の1倍よりも大きい、例えば1.1倍よりも大きい、例えば
1.2倍よりも大きい、例えば1.3倍よりも大きい、例えば1.4倍よりも大
きい、例えば1.5倍よりも大きい、例えば1.75倍よりも大きい、例えば2
倍よりも大きい、例えば2.5倍よりも大きい。
たがって、好ましくは、周期的な構造は、それに隣接し、かつ一次要素に隣接す
る任意の材料の屈折率よりも大きい屈折率を有する細長の二次要素を含む。 この方法では、単位セルに対して、単位セル内の二次要素の全ての面積の和は
、好ましくは単位セルの外部に置かれないその中心軸を有し、かつ最大面積を有
する二次要素の面積の1倍よりも大きい、例えば1.1倍よりも大きい、例えば
1.2倍よりも大きい、例えば1.3倍よりも大きい、例えば1.4倍よりも大
きい、例えば1.5倍よりも大きい、例えば1.75倍よりも大きい、例えば2
倍よりも大きい、例えば2.5倍よりも大きい。
【0027】 さらに、単位セルに対して、単位セル内の二次要素の全ての面積の和は、好ま
しくは単位セルの外に置かれないその中心軸を有し、かつ最大面積を有する一次
要素の面積の0.05倍よりも大きい、例えば0.1倍よりも大きい、例えば0
.5倍よりも大きい、例えば1倍よりも大きい、例えば2倍よりも大きい、例え
ば5倍よりも大きい、例えば8倍よりも大きい、例えば10倍よりも大きい、例
えば15倍よりも大きい、例えば20倍よりも大きい、例えば25倍よりも大き
い。
しくは単位セルの外に置かれないその中心軸を有し、かつ最大面積を有する一次
要素の面積の0.05倍よりも大きい、例えば0.1倍よりも大きい、例えば0
.5倍よりも大きい、例えば1倍よりも大きい、例えば2倍よりも大きい、例え
ば5倍よりも大きい、例えば8倍よりも大きい、例えば10倍よりも大きい、例
えば15倍よりも大きい、例えば20倍よりも大きい、例えば25倍よりも大き
い。
【0028】 高屈折率領域の分離に加えて、バンドギャップ構造の性能を増加させる他の方
法は、より多くの円形セルあるいは多角形を提供することである。本発明者は、
最適構造が、ファイバの縦軸に垂直な断面平面で“全ての角度からくる光に対し
て同じに見える”構造であることを知った。 したがって、第3の態様では、本発明は、縦方向を有する導波管構造を持つ光
ファイバに関するものであり、この光ファイバは、 縦方向に沿って延びるコア領域と、 縦方向に沿って延びるクラッド領域とを有し、前記クラッド領域は、各々が導
波管の縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含む少なくとも実質的に
2次元の周期的な構造を含み、この一次要素がこの一次要素に隣接する任意の材
料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 周期的な構造は、縦方向に垂直な断面において単位セルによって規定され、多
角形は、 その頂点に一次要素の中心を有することと、 多角形の頂点にその中心を有する一次要素以外の一次要素のどの中心も囲まな
いことと、 単位セルの面積よりも小さいかあるいは単位セルの面積に等しい面積を有する
こととで規定され、 第1の円は、上記多角形内に置かれたその中心を有し、その多角形の頂点を含
む可能な最小円として規定され、多角形の面積によって割られた円の面積は、2
.4よりも小さい、例えば1.5よりも小さい、例えば1.2よりも小さい。
法は、より多くの円形セルあるいは多角形を提供することである。本発明者は、
最適構造が、ファイバの縦軸に垂直な断面平面で“全ての角度からくる光に対し
て同じに見える”構造であることを知った。 したがって、第3の態様では、本発明は、縦方向を有する導波管構造を持つ光
ファイバに関するものであり、この光ファイバは、 縦方向に沿って延びるコア領域と、 縦方向に沿って延びるクラッド領域とを有し、前記クラッド領域は、各々が導
波管の縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含む少なくとも実質的に
2次元の周期的な構造を含み、この一次要素がこの一次要素に隣接する任意の材
料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 周期的な構造は、縦方向に垂直な断面において単位セルによって規定され、多
角形は、 その頂点に一次要素の中心を有することと、 多角形の頂点にその中心を有する一次要素以外の一次要素のどの中心も囲まな
いことと、 単位セルの面積よりも小さいかあるいは単位セルの面積に等しい面積を有する
こととで規定され、 第1の円は、上記多角形内に置かれたその中心を有し、その多角形の頂点を含
む可能な最小円として規定され、多角形の面積によって割られた円の面積は、2
.4よりも小さい、例えば1.5よりも小さい、例えば1.2よりも小さい。
【0029】 知られた三角形構造の場合、領域間の関係は2.42であり、好ましい六角形
の場合、この関係は1.21である。 ここで、多角形の頂点を含むこの円は、これらの頂点が円内あるいはその円周
上にあることを意味するであろう。多角形が正多角形である場合、第1の円は多
角形に外接する円である。
の場合、この関係は1.21である。 ここで、多角形の頂点を含むこの円は、これらの頂点が円内あるいはその円周
上にあることを意味するであろう。多角形が正多角形である場合、第1の円は多
角形に外接する円である。
【0030】 典型的には、多角形は4つあるいはそれ以上の面を有し、この多角形は四辺形
(quadratic)あるいは六角形であってもよい。 高屈折率領域の分離を定量化するさらにもう一つの方法は、屈折率と、高屈折
率領域間の距離、及び“ブリッジのサイズ”との相互作用に関するものである。 したがって、第4の態様では、本発明は、縦方向を有する導波管構造を持つ光
ファイバに関するものであり、この光ファイバは、 縦方向に沿って延びるコア領域と、 縦方向に沿って延びるクラッド領域とを有し、前記クラッド領域は、各々が導
波管の縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含む少なくとも実質的に
2次元の周期的な構造を含み、この一次要素がこの一次要素に隣接する任意の材
料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 周期的な構造は、縦方向に垂直な断面において、単位セルによって規定され、
各単位セルに対して、 ndΛ2>nudΛ1(√3) であり、ここで、 ndは、単位セルの外部に置かれない中心を有し、任意の一次要素のどの部
分も囲まない可能な最大円として規定される第1の円内の最大屈折率であり、 nudは、単位セルの外部に置かれないが任意のこの単位セルの第1の円の外
部に置かれている最大屈折率であり、 Λ1は、周期的な構造内の2つの一次要素の中心軸間の最小距離であり、 Λ2は、2つの隣接する第1の円の中心間の最小距離である。
(quadratic)あるいは六角形であってもよい。 高屈折率領域の分離を定量化するさらにもう一つの方法は、屈折率と、高屈折
率領域間の距離、及び“ブリッジのサイズ”との相互作用に関するものである。 したがって、第4の態様では、本発明は、縦方向を有する導波管構造を持つ光
ファイバに関するものであり、この光ファイバは、 縦方向に沿って延びるコア領域と、 縦方向に沿って延びるクラッド領域とを有し、前記クラッド領域は、各々が導
波管の縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含む少なくとも実質的に
2次元の周期的な構造を含み、この一次要素がこの一次要素に隣接する任意の材
料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 周期的な構造は、縦方向に垂直な断面において、単位セルによって規定され、
各単位セルに対して、 ndΛ2>nudΛ1(√3) であり、ここで、 ndは、単位セルの外部に置かれない中心を有し、任意の一次要素のどの部
分も囲まない可能な最大円として規定される第1の円内の最大屈折率であり、 nudは、単位セルの外部に置かれないが任意のこの単位セルの第1の円の外
部に置かれている最大屈折率であり、 Λ1は、周期的な構造内の2つの一次要素の中心軸間の最小距離であり、 Λ2は、2つの隣接する第1の円の中心間の最小距離である。
【0031】 この式では、高屈折率領域の分離は、より低い屈折率領域を備えるかあるいは
本来のより小さい距離を有する新規の構造を備えることによって得ることができ
るブリッジを狭めることによって行われてもよいことが分かる。それとは別にあ
るいはそれに加えて、その分離は、従来の三角形構造から蜂の巣構造に行く場合
に見られるような、高屈折率領域を物理的に分離することによって行われてもよ
い。さらに、有効な“分離”は、高屈折率領域が実際に、その周囲の屈折率より
も高い屈折率を備える場合にも見られる。
本来のより小さい距離を有する新規の構造を備えることによって得ることができ
るブリッジを狭めることによって行われてもよいことが分かる。それとは別にあ
るいはそれに加えて、その分離は、従来の三角形構造から蜂の巣構造に行く場合
に見られるような、高屈折率領域を物理的に分離することによって行われてもよ
い。さらに、有効な“分離”は、高屈折率領域が実際に、その周囲の屈折率より
も高い屈折率を備える場合にも見られる。
【0032】 当然、周期的な構造は、PBG効果によって光を閉じ込めるのに十分なこの構
造であることを必要とするだけであることを理解すべきである。その距離は、そ
の実際の構造によって決まる周期的な構造の2〜20の周期であってもよい。フ
ァイバのこの部分の外側には、任意の構造あるいは材料が備えられてもよい。 さらに良い性能を得るために、各単位セルに対して、ndΛ2>2nudΛ1、例
えばndΛ2>3nudΛ1、例えばndΛ2>4nudΛ1、例えばndΛ2>6nudΛ1
、例えばndΛ2>10nudΛ1であることが好ましい。
造であることを必要とするだけであることを理解すべきである。その距離は、そ
の実際の構造によって決まる周期的な構造の2〜20の周期であってもよい。フ
ァイバのこの部分の外側には、任意の構造あるいは材料が備えられてもよい。 さらに良い性能を得るために、各単位セルに対して、ndΛ2>2nudΛ1、例
えばndΛ2>3nudΛ1、例えばndΛ2>4nudΛ1、例えばndΛ2>6nudΛ1
、例えばndΛ2>10nudΛ1であることが好ましい。
【0033】 当然、ファイバの異なる材料が多くなるほど、益々その複雑性が大きくなる。
したがって、各単位セルにおいて、ndはnudに少なくとも実質的に等しいこと
が望まれてもよい。しかしながら、ファイバ製造の材料の標準(standard)を使
用して得ることができる最大屈折率差は十分ではないかも知れない。この場合は
、各単位セルにおいて、nd>nudであることが望まれてもよい。
したがって、各単位セルにおいて、ndはnudに少なくとも実質的に等しいこと
が望まれてもよい。しかしながら、ファイバ製造の材料の標準(standard)を使
用して得ることができる最大屈折率差は十分ではないかも知れない。この場合は
、各単位セルにおいて、nd>nudであることが望まれてもよい。
【0034】 本ファイバは、任意の適当な材料で作られてもよく、したがって、ndおよび
nudは、ポリマーより上のシリカから半導体までの間の屈折率、すなわち1〜1
0の間の屈折率を有する材料として選択されてもよい。ファイバ製造の材料の標
準はシリカであり、それによってndおよびnudは、当然ndとnudとの関係を考
慮して1.40〜1.60の間に通常選択される。
nudは、ポリマーより上のシリカから半導体までの間の屈折率、すなわち1〜1
0の間の屈折率を有する材料として選択されてもよい。ファイバ製造の材料の標
準はシリカであり、それによってndおよびnudは、当然ndとnudとの関係を考
慮して1.40〜1.60の間に通常選択される。
【0035】 前述のように、付加的な低屈折率領域の導入は、高屈折率領域をさらに分離し
、ファイバに改善された性能を提供する。したがって、好ましくは、単位セルは
、各々が導波管の縦方向に延びる中心軸を有する他の細長要素を更に含み、この
他の要素の各々の断面積がこの一次要素の断面積の1/6よりも小さく、単位セ
ル内にその中心を有し、最大断面積を有する。
、ファイバに改善された性能を提供する。したがって、好ましくは、単位セルは
、各々が導波管の縦方向に延びる中心軸を有する他の細長要素を更に含み、この
他の要素の各々の断面積がこの一次要素の断面積の1/6よりも小さく、単位セ
ル内にその中心を有し、最大断面積を有する。
【0036】 この場合、 ndΛ2>(√3)nudΛ3 であることが有利であり、ここで、 ndは、単位セルの外部に置かれない中心を有し、任意の一次要素のどの部
分も囲まない可能な最大円として規定される第1の円内の最大屈折率であり、 nudは、単位セルの外部に置かれないが任意のこの単位セルの第1の円の外
部に置かれている最大屈折率であり、 Λ3は、周期的な構造内の2つの一次要素あるいは他の要素の中心軸間の最
小距離であり、 Λ2は、2つの隣接の第1の円の中心間の最小距離である。
分も囲まない可能な最大円として規定される第1の円内の最大屈折率であり、 nudは、単位セルの外部に置かれないが任意のこの単位セルの第1の円の外
部に置かれている最大屈折率であり、 Λ3は、周期的な構造内の2つの一次要素あるいは他の要素の中心軸間の最
小距離であり、 Λ2は、2つの隣接の第1の円の中心間の最小距離である。
【0037】 さらに、分離が良ければ良いほど性能は益々良くなり、これは各単位セルに対
して、ndΛ2>2nudΛ3、例えばndΛ2>3nudΛ3、例えばndΛ2>4nudΛ 3 、例えばndΛ2>6nudΛ3、例えばndΛ2>10nudΛ3であることが好まし
いことを意味する。 本発明を特徴づけるさらにもう一つの方法は、構造における最大面積多角形の
頂点あるいは辺の数に関することである。好ましいファイバでは、これらの多角
形は正多角形であり、それによってこの頂点あるいは辺の数はその面積に関係し
、典型的には、高屈折率領域の面積あるいはその間隔に関係するであろう。
して、ndΛ2>2nudΛ3、例えばndΛ2>3nudΛ3、例えばndΛ2>4nudΛ 3 、例えばndΛ2>6nudΛ3、例えばndΛ2>10nudΛ3であることが好まし
いことを意味する。 本発明を特徴づけるさらにもう一つの方法は、構造における最大面積多角形の
頂点あるいは辺の数に関することである。好ましいファイバでは、これらの多角
形は正多角形であり、それによってこの頂点あるいは辺の数はその面積に関係し
、典型的には、高屈折率領域の面積あるいはその間隔に関係するであろう。
【0038】 したがって、第5の態様では、本発明は、縦方向を有する導波管構造を持つ光
ファイバに関するものであり、この光ファイバは、 縦方向に沿って延びるコア領域と、 縦方向に沿って延びるクラッド領域とを有し、前記クラッド領域は、各々が導
波管の縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含む少なくとも実質的に
2次元の周期的な構造を含み、この一次要素がこの一次要素に隣接する任意の材
料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 上記の周期的な構造は、縦方向に垂直な断面において、少なくとも1つの単位
セルによって規定され、各単位セルに対して、第1の円は、単位セルの外部に置
かれない中心を有し、任意の一次要素のどの部分も囲まない可能な最大円領域と
して規定され、 その一部が第1の円の中心から第1の円の半径の1.2倍あるいはそれよりも
小さい距離の範囲内に存在する3つより多い第1の一次要素が存在する。
ファイバに関するものであり、この光ファイバは、 縦方向に沿って延びるコア領域と、 縦方向に沿って延びるクラッド領域とを有し、前記クラッド領域は、各々が導
波管の縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含む少なくとも実質的に
2次元の周期的な構造を含み、この一次要素がこの一次要素に隣接する任意の材
料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 上記の周期的な構造は、縦方向に垂直な断面において、少なくとも1つの単位
セルによって規定され、各単位セルに対して、第1の円は、単位セルの外部に置
かれない中心を有し、任意の一次要素のどの部分も囲まない可能な最大円領域と
して規定され、 その一部が第1の円の中心から第1の円の半径の1.2倍あるいはそれよりも
小さい距離の範囲内に存在する3つより多い第1の一次要素が存在する。
【0039】 多角形が正多角形である場合、この多角形を規定する上記の一次要素はその円
の周辺のすぐ外部に置かれるであろう。しかしながら、製造方法は、不確実性お
よび変位を持ち込み、それによって円と要素との間の距離はより大きくなったり
あるいはより小さくなったりする。 前述したように、多角形が3よりも多い頂点を備えている場合、円形性(circ
ularity)および分離の両方が増加され得る。したがって、好ましくは、第1の
円の中心から第1の円の半径の1.2倍あるいはそれよりも小さい距離の範囲内
に存在する4より多く、例えば5より多い、例えば6より多い、例えば8より多
い、例えば10より多いの第1の一次要素が存在する。
の周辺のすぐ外部に置かれるであろう。しかしながら、製造方法は、不確実性お
よび変位を持ち込み、それによって円と要素との間の距離はより大きくなったり
あるいはより小さくなったりする。 前述したように、多角形が3よりも多い頂点を備えている場合、円形性(circ
ularity)および分離の両方が増加され得る。したがって、好ましくは、第1の
円の中心から第1の円の半径の1.2倍あるいはそれよりも小さい距離の範囲内
に存在する4より多く、例えば5より多い、例えば6より多い、例えば8より多
い、例えば10より多いの第1の一次要素が存在する。
【0040】 さらに、製造方法が製造工程中の変位等に対して妥当な制御を行う場合、好ま
しくは、第1の一次要素の一部は、第1の円の中心から第1の円の半径の1.1
倍あるいはそれよりも小さい距離の範囲内に存在する。 さらに、構造および製造方法に応じて、一次要素の中心は上記の半径の1.2
倍あるいはそれよりも小さいあるいは1.1倍あるいはそれよりも小さい距離の
範囲内に存在する。
しくは、第1の一次要素の一部は、第1の円の中心から第1の円の半径の1.1
倍あるいはそれよりも小さい距離の範囲内に存在する。 さらに、構造および製造方法に応じて、一次要素の中心は上記の半径の1.2
倍あるいはそれよりも小さいあるいは1.1倍あるいはそれよりも小さい距離の
範囲内に存在する。
【0041】 高屈折率領域の周りに一定の数の第1の一次要素を備える1つの方法は、同じ
数の頂点を有する多角形を備えることである。 もう1つの方法は、ある第1の一次要素が頂点を規定し、その他の一次要素が
その辺に沿って置かれる方法である。この場合、第1の一次要素は、典型的には
、3〜6つの辺を有し、その頂点に第1の一次要素の中心を有する多角形を規定
する。頂点に中心を有しない第1の一次要素の各々は、この辺の長さの1/5よ
りも、例えば1/10よりも、例えば1/15よりも多角形の辺から離れていな
いその中心軸を有する位置に置かれる。
数の頂点を有する多角形を備えることである。 もう1つの方法は、ある第1の一次要素が頂点を規定し、その他の一次要素が
その辺に沿って置かれる方法である。この場合、第1の一次要素は、典型的には
、3〜6つの辺を有し、その頂点に第1の一次要素の中心を有する多角形を規定
する。頂点に中心を有しない第1の一次要素の各々は、この辺の長さの1/5よ
りも、例えば1/10よりも、例えば1/15よりも多角形の辺から離れていな
いその中心軸を有する位置に置かれる。
【0042】 2つの高屈折率領域を分離する他の方法は、基本的な周期的な構造を規定する
領域に加えて低屈折率領域を備えることの代わりにあるいはそのことに加えて、
高屈折率領域間の分離を増大させる断面形状を有する基本的な周期的な構造を規
定する一次要素を備えることである。 したがって、第6の態様では、本発明は、縦方向を有する導波管構造を持つ光
ファイバに関し、この光ファイバは、 縦方向に沿って延びるコア領域と、 縦方向に沿って延びるクラッド領域とを有し、前記クラッド領域が、各々が前
記導波管の縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含む少なくとも実質
的に2次元の周期的な構造を含み、この一次要素の各々がこの一次要素に隣接す
るいかなる材料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 上記の周期的な構造が、上記の縦方向に垂直な断面において単位セルによって
規定され、ここで、各単位セルに対して、 第1の円を、単位セルの外部に置かれていない中心を有し、かつ任意の一次要
素のどの部分も囲まない可能な最大円領域として規定することと、 第1の一次要素を、上記の第1の円の中心からその第1の円の半径の1.2倍
よりも遠くに離れては配置されていない部分を有するものとして選択することと
によって選択された上記の第1の一次要素の中心にその頂点を有するものとして
第1の多角形が規定され、 もしあれば、その領域が上記の第1の多角形内に含まれない上記の単位セルの
各領域に対して、付加多角形が、 付加円を、その領域の外部に置かれていない中心を有し、かつ任意の一次要素
のどの部分も囲まない可能な最大円領域として規定することと、 付加一次要素を、上記の付加円の中心からその付加円の半径の1.2倍よりも
遠くに離れては配置されていないその中心を有するものとして選択することとに
よって選択された上記の付加一次要素の中心にその頂点を有するものとして規定
され、上記の第1の多角形及び付加多角形が各々上記のように規定されるとして
1つあるいはそれより多い多角形が規定され、 周期的な構造が、円形々状から逸脱した形状を有し、かつ延長部分を有する逸
脱した一次要素を含み、その逸脱した一次要素の面積と同じ面積を有し、かつそ
の逸脱した一次要素の中心にその中心を有する円の外に延びるその逸脱した一次
要素の形状のこれら部分として上記の延長部分が規定され、その各延長部分が、
上記の逸脱した一次要素とともに周期的な構造における多角形の辺を規定するこ
れらの一次要素の1つの方へ延び、 上記の各延長部分が、一次要素の方へ延び、かつ前記の円の面積の3%より大
きく、例えば5%より大きい、例えば10%より大きい、例えば15%より大き
い、例えば20%より大きい、例えば25%より大きい面積を有する。
領域に加えて低屈折率領域を備えることの代わりにあるいはそのことに加えて、
高屈折率領域間の分離を増大させる断面形状を有する基本的な周期的な構造を規
定する一次要素を備えることである。 したがって、第6の態様では、本発明は、縦方向を有する導波管構造を持つ光
ファイバに関し、この光ファイバは、 縦方向に沿って延びるコア領域と、 縦方向に沿って延びるクラッド領域とを有し、前記クラッド領域が、各々が前
記導波管の縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含む少なくとも実質
的に2次元の周期的な構造を含み、この一次要素の各々がこの一次要素に隣接す
るいかなる材料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 上記の周期的な構造が、上記の縦方向に垂直な断面において単位セルによって
規定され、ここで、各単位セルに対して、 第1の円を、単位セルの外部に置かれていない中心を有し、かつ任意の一次要
素のどの部分も囲まない可能な最大円領域として規定することと、 第1の一次要素を、上記の第1の円の中心からその第1の円の半径の1.2倍
よりも遠くに離れては配置されていない部分を有するものとして選択することと
によって選択された上記の第1の一次要素の中心にその頂点を有するものとして
第1の多角形が規定され、 もしあれば、その領域が上記の第1の多角形内に含まれない上記の単位セルの
各領域に対して、付加多角形が、 付加円を、その領域の外部に置かれていない中心を有し、かつ任意の一次要素
のどの部分も囲まない可能な最大円領域として規定することと、 付加一次要素を、上記の付加円の中心からその付加円の半径の1.2倍よりも
遠くに離れては配置されていないその中心を有するものとして選択することとに
よって選択された上記の付加一次要素の中心にその頂点を有するものとして規定
され、上記の第1の多角形及び付加多角形が各々上記のように規定されるとして
1つあるいはそれより多い多角形が規定され、 周期的な構造が、円形々状から逸脱した形状を有し、かつ延長部分を有する逸
脱した一次要素を含み、その逸脱した一次要素の面積と同じ面積を有し、かつそ
の逸脱した一次要素の中心にその中心を有する円の外に延びるその逸脱した一次
要素の形状のこれら部分として上記の延長部分が規定され、その各延長部分が、
上記の逸脱した一次要素とともに周期的な構造における多角形の辺を規定するこ
れらの一次要素の1つの方へ延び、 上記の各延長部分が、一次要素の方へ延び、かつ前記の円の面積の3%より大
きく、例えば5%より大きい、例えば10%より大きい、例えば15%より大き
い、例えば20%より大きい、例えば25%より大きい面積を有する。
【0043】 ここで、上記の逸脱した一次要素の中心はその断面の重さ(weight)の中心の
対称的中心(symmetrical center)である。 従来技術では、円の断面形状から逸脱した断面形状を有する一次要素は公知で
ある。しかしながら、それらの形状は、製造方法による偶然のもので、構造の周
期性およびバンドギャップのサイズにとって不利益な形状および方向をしばしば
有する。発明者達は、このような形状を正しい方法で提供することによって、多
角形の周辺に沿って付加的な低屈折率領域を提供する場合とほとんど同じように
構造の周期性を保持すると同時に高屈折率領域の分離を増大させることができる
ことを見い出した。
対称的中心(symmetrical center)である。 従来技術では、円の断面形状から逸脱した断面形状を有する一次要素は公知で
ある。しかしながら、それらの形状は、製造方法による偶然のもので、構造の周
期性およびバンドギャップのサイズにとって不利益な形状および方向をしばしば
有する。発明者達は、このような形状を正しい方法で提供することによって、多
角形の周辺に沿って付加的な低屈折率領域を提供する場合とほとんど同じように
構造の周期性を保持すると同時に高屈折率領域の分離を増大させることができる
ことを見い出した。
【0044】 好ましくは、少なくとも1つの延長部は、円の中心と、逸脱した一次要素が辺
を規定する一次要素の中心とを交差する直線と少なくとも実質的に一致する対称
軸を有する。この方法で、その延長部分は多角形の辺の方向に沿った方向に向く
であろう。全延長部がこのような方向に向く場合、周期的な構造の対称性は特に
保持される。
を規定する一次要素の中心とを交差する直線と少なくとも実質的に一致する対称
軸を有する。この方法で、その延長部分は多角形の辺の方向に沿った方向に向く
であろう。全延長部がこのような方向に向く場合、周期的な構造の対称性は特に
保持される。
【0045】 通常、このような欠如は、構造の対称が減らされたことを意味するので、この
ような対称軸は望ましいであろう。しかしながら、製造方法により、最初の所望
の形状からの延長部の変形のためにこの軸を見つけるのが若干困難になるかも知
れない。 直観的に、低屈折率領域によってカバーされない高屈折率領域を囲む多角形の
部分が大きくなるほど、益々高屈折率領域の分離が良くなることが理解される。
したがって、少なくとも1つの延長部は、円の半径の少なくとも5%の距離、例
えば少なくとも10%、例えば少なくとも15%、例えば少なくとも20%、例
えば少なくとも30%、例えば少なくとも50%、例えば少なくとも75%、例
えば少なくとも100%の距離、および円の中心から離れた方向に延びることが
好ましい。
ような対称軸は望ましいであろう。しかしながら、製造方法により、最初の所望
の形状からの延長部の変形のためにこの軸を見つけるのが若干困難になるかも知
れない。 直観的に、低屈折率領域によってカバーされない高屈折率領域を囲む多角形の
部分が大きくなるほど、益々高屈折率領域の分離が良くなることが理解される。
したがって、少なくとも1つの延長部は、円の半径の少なくとも5%の距離、例
えば少なくとも10%、例えば少なくとも15%、例えば少なくとも20%、例
えば少なくとも30%、例えば少なくとも50%、例えば少なくとも75%、例
えば少なくとも100%の距離、および円の中心から離れた方向に延びることが
好ましい。
【0046】 さらに、第1の円は、第1の多角形内に置かれたその中心を有し、第1の多角
形の頂点を含む最小の可能な円として規定されてもよい、すなわち、その頂点は
第1の円の境界内あるいはこの境界上に置かれる。 好ましくは、第1の多角形は4つあるいはそれ以上の辺を有し、最も好ましく
は、第1の多角形は六角形の正多角形である。
形の頂点を含む最小の可能な円として規定されてもよい、すなわち、その頂点は
第1の円の境界内あるいはこの境界上に置かれる。 好ましくは、第1の多角形は4つあるいはそれ以上の辺を有し、最も好ましく
は、第1の多角形は六角形の正多角形である。
【0047】 本発明によれば、特に好ましい構造は、高屈折率領域間で良好な分離を行い、
比較的円形である構造であるべきである。1つのこのような形状は、それ自体周
期的な構造を完全に規定することができあるいはその役割をすることもできる利
点も有する矩形々状である。 したがって、第7の態様では、本発明は、縦方向を有する導波管構造を持つ光
ファイバに関し、この光ファイバは、 縦方向に沿って延びるコア領域と、 縦方向に沿って延びるクラッド領域とを有し、前記クラッド領域が、各々が前
記の導波管の縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含む少なくとも実
質的に2次元の周期的な構造を含み、この一次要素がこの一次要素に隣接するい
かなる材料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 上記の周期的な構造が、縦方向に垂直な断面において単位セルによって規定さ
れ、かつ多角形が、 その頂点において一次要素の中心を有することと、 多角形の頂点にその中心を有する一次要素以外の一次要素のどの中心も囲まな
いこと、および 単位セルの面積よりも小さいかあるいはこの面積に等しい面積を有することと
で規定され、 上記の多角形が正六角形である。
比較的円形である構造であるべきである。1つのこのような形状は、それ自体周
期的な構造を完全に規定することができあるいはその役割をすることもできる利
点も有する矩形々状である。 したがって、第7の態様では、本発明は、縦方向を有する導波管構造を持つ光
ファイバに関し、この光ファイバは、 縦方向に沿って延びるコア領域と、 縦方向に沿って延びるクラッド領域とを有し、前記クラッド領域が、各々が前
記の導波管の縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含む少なくとも実
質的に2次元の周期的な構造を含み、この一次要素がこの一次要素に隣接するい
かなる材料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 上記の周期的な構造が、縦方向に垂直な断面において単位セルによって規定さ
れ、かつ多角形が、 その頂点において一次要素の中心を有することと、 多角形の頂点にその中心を有する一次要素以外の一次要素のどの中心も囲まな
いこと、および 単位セルの面積よりも小さいかあるいはこの面積に等しい面積を有することと
で規定され、 上記の多角形が正六角形である。
【0048】 高屈折率領域をさらに良く分離するために、 その各々が、単位セル内にその中心を有し、最大面積を有するこの一次要素の
面積の1/6を超えない面積を有し、 それに隣接する任意の材料の屈折率よりも低い屈折率を有する1つあるいはそ
れより多い他の細長要素が好ましくは備えられ、ここで、 共通辺を共有する2つの多角形の他の要素はその共通辺の中心の周りに対称的
に置かれ、かつ 単一の一次要素を共有する2つの多角形の他の要素はその単一の一次要素の中
心の周りに対称的に置かれた場合、対称性を保持できる。
面積の1/6を超えない面積を有し、 それに隣接する任意の材料の屈折率よりも低い屈折率を有する1つあるいはそ
れより多い他の細長要素が好ましくは備えられ、ここで、 共通辺を共有する2つの多角形の他の要素はその共通辺の中心の周りに対称的
に置かれ、かつ 単一の一次要素を共有する2つの多角形の他の要素はその単一の一次要素の中
心の周りに対称的に置かれた場合、対称性を保持できる。
【0049】 前述のように、上記の他の要素が、単位セル内(あるいは少なくとも外部では
ない)にその中心を有し、かつ最大面積を有するこの一次要素の面積の1/6よ
りも大きい面積を備えている場合、これらの他の要素は、周期的な構造の構造を
規定する全部に関与するサイズに達し、従って、これは一次要素であろう。 好ましくは、1つあるいはそれ以上の他の細長要素の各々は、単位セルの外部
に置かれないその中心を有し、最大面積を有するこの一次要素の面積の1/8を
超えない面積、例えば1/10を超えない面積、例えば1/12を超えない面積
、例えば1/15を超えない面積を有する。
ない)にその中心を有し、かつ最大面積を有するこの一次要素の面積の1/6よ
りも大きい面積を備えている場合、これらの他の要素は、周期的な構造の構造を
規定する全部に関与するサイズに達し、従って、これは一次要素であろう。 好ましくは、1つあるいはそれ以上の他の細長要素の各々は、単位セルの外部
に置かれないその中心を有し、最大面積を有するこの一次要素の面積の1/8を
超えない面積、例えば1/10を超えない面積、例えば1/12を超えない面積
、例えば1/15を超えない面積を有する。
【0050】 1つの特別に好ましい実施例は、その全ての辺が他の正六角形と共有される正
六角形が周期的な構造に存在する実施例である。 他の好ましい実施例は、その構造が正六角形および正六角形の辺の長さに対応
する辺の長さを有する正三角形によって規定され、その各辺が三角形と共有され
る六角形が存在する実施例である。これはいわゆるカゴメ構造である。
六角形が周期的な構造に存在する実施例である。 他の好ましい実施例は、その構造が正六角形および正六角形の辺の長さに対応
する辺の長さを有する正三角形によって規定され、その各辺が三角形と共有され
る六角形が存在する実施例である。これはいわゆるカゴメ構造である。
【0051】 この第2の実施例では、六角形構造の長所は保持され、六角形で規定される高
屈折率領域の更なる間隔を取ることは三角形を介して提供される。 前述のように、高屈折率領域の有効な分離を得る他の方法はこのような領域の
屈折率を増加させることであろう。したがって、多数の上記の態様において、周
期的な構造はさらにそれに隣接するかあるいは任意の一次要素に隣接する任意の
材料の屈折率よりも高い屈折率を有する1つあるいはそれより多い細長二次要素
を含み、この二次要素の各々はファイバの縦方向に延びる中心軸を有するのが好
ましい。
屈折率領域の更なる間隔を取ることは三角形を介して提供される。 前述のように、高屈折率領域の有効な分離を得る他の方法はこのような領域の
屈折率を増加させることであろう。したがって、多数の上記の態様において、周
期的な構造はさらにそれに隣接するかあるいは任意の一次要素に隣接する任意の
材料の屈折率よりも高い屈折率を有する1つあるいはそれより多い細長二次要素
を含み、この二次要素の各々はファイバの縦方向に延びる中心軸を有するのが好
ましい。
【0052】 さらに、通常、この二次要素に隣接する材料は、一次要素に隣接するものと同
じであろう。 周期性を保持するために、各単位セルに対して、二次要素が第1の円内にその
中心軸を有して備えられ、より好ましくは、その二次要素が第1の円の中心をカ
バーするように置かれていることが望まれる。最も好ましくは、この二次要素は
、第1の円の中心と少なくとも実質的に一致するその中心軸を有するように置か
れている。
じであろう。 周期性を保持するために、各単位セルに対して、二次要素が第1の円内にその
中心軸を有して備えられ、より好ましくは、その二次要素が第1の円の中心をカ
バーするように置かれていることが望まれる。最も好ましくは、この二次要素は
、第1の円の中心と少なくとも実質的に一致するその中心軸を有するように置か
れている。
【0053】 第8の態様では、本発明は、縦方向を有する導波管構造を持つ光ファイバに関
し、この光ファイバは、 縦方向に沿って延びるコア領域と、 縦方向に沿って延びるクラッド領域とを有し、このクラッド領域が、各々が前
記の導波管の縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含む少なくとも実
質的に2次元の周期的な構造を含み、この一次要素がこの一次要素に隣接するい
かなる材料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 上記の周期的な構造がさらに、各々がそれに隣接する任意の材料及び一次要素
に隣接する任意の材料の屈折率よりも大きい屈折率を有する細長の二次要素を含
み、各二次要素が前記のファイバの縦方向で延びる中心軸を有する。
し、この光ファイバは、 縦方向に沿って延びるコア領域と、 縦方向に沿って延びるクラッド領域とを有し、このクラッド領域が、各々が前
記の導波管の縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含む少なくとも実
質的に2次元の周期的な構造を含み、この一次要素がこの一次要素に隣接するい
かなる材料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 上記の周期的な構造がさらに、各々がそれに隣接する任意の材料及び一次要素
に隣接する任意の材料の屈折率よりも大きい屈折率を有する細長の二次要素を含
み、各二次要素が前記のファイバの縦方向で延びる中心軸を有する。
【0054】 通常、この周期的な構造は、縦方向に垂直な断面において、少なくとも1つの
単位セルによって規定され、ここで、各単位セルに対して、第1の円は、単位セ
ルの外部に置かれていない中心を有し、任意の一次要素のどの部分も囲まない可
能な最大円面積として規定され、二次要素は好ましくは第1の円内にその中心軸
を有して備えられる。
単位セルによって規定され、ここで、各単位セルに対して、第1の円は、単位セ
ルの外部に置かれていない中心を有し、任意の一次要素のどの部分も囲まない可
能な最大円面積として規定され、二次要素は好ましくは第1の円内にその中心軸
を有して備えられる。
【0055】 前述したように、望ましくは、この二次要素は、第1の円の中心をカバーする
ように備えられ、好ましくは、この二次要素は、第1の円の中心と少なくとも実
質的に一致するその中心軸を有するように備えられる。 さらに、多角形は下記のように規定されてもよい。すなわち、その一部が第1
の円の中心から第1の円の半径の1.2倍あるいはそれよりも小さい距離内に存
在する複数の第1の一次要素が存在し、多角形はその複数の第1の一次要素の中
心にその頂点を有するものとして規定される。好ましくは、この多角形は正六角
形である。
ように備えられ、好ましくは、この二次要素は、第1の円の中心と少なくとも実
質的に一致するその中心軸を有するように備えられる。 さらに、多角形は下記のように規定されてもよい。すなわち、その一部が第1
の円の中心から第1の円の半径の1.2倍あるいはそれよりも小さい距離内に存
在する複数の第1の一次要素が存在し、多角形はその複数の第1の一次要素の中
心にその頂点を有するものとして規定される。好ましくは、この多角形は正六角
形である。
【0056】 この六角形は、蜂の巣構造あるいはカゴメ構造のいずれかで使用されてもよい
。 本発明の上記の全ての態様は、特定のクラッド構造に関し、コア領域に関して
は何であれ制約を含まない。 実際、本発明は、任意の種類の1つあるいはそれより多いコアもしくはコア領
域と組み合わした任意の種類の光ファイバで使用するためのこれらの特定のクラ
ッド領域に関連するものととられるべきである。
。 本発明の上記の全ての態様は、特定のクラッド構造に関し、コア領域に関して
は何であれ制約を含まない。 実際、本発明は、任意の種類の1つあるいはそれより多いコアもしくはコア領
域と組み合わした任意の種類の光ファイバで使用するためのこれらの特定のクラ
ッド領域に関連するものととられるべきである。
【0057】 通常、バンドギャップ構造に関しては、このコアは、バンドギャップ構造の周
期性が破られる構造の領域として利用される。そのバンドギャップ構造は、光伝
送を不可能にするように設計され、したがって、周期性を変更することは結果的
にコア領域においてだけであるが光伝送を可能にする。 多数の異なる方法がコアを規定するために存在する。1つの方法は、周期的な
構造の1つあるいはそれより多い要素を異なる屈折率、断面積あるいは形状を有
する他の要素と置き換えることである。他方の方法は、コアもまた、1つあるい
はそれより多い要素のみが存在しない周期的な構造を有するコアを持つことにあ
る。
期性が破られる構造の領域として利用される。そのバンドギャップ構造は、光伝
送を不可能にするように設計され、したがって、周期性を変更することは結果的
にコア領域においてだけであるが光伝送を可能にする。 多数の異なる方法がコアを規定するために存在する。1つの方法は、周期的な
構造の1つあるいはそれより多い要素を異なる屈折率、断面積あるいは形状を有
する他の要素と置き換えることである。他方の方法は、コアもまた、1つあるい
はそれより多い要素のみが存在しない周期的な構造を有するコアを持つことにあ
る。
【0058】 好ましくは、このコア領域は、ファイバの縦方向に延びる第1の付加的な細長
要素を含む。 特別に好ましい第1の付加的要素は、空気あるいは気体によって構成され、そ
の断面において、単位セルの断面積の少なくとも1倍、例えば少なくとも2倍、
例えば少なくとも3倍、例えば少なくとも4倍、例えば少なくとも5倍、例えば
少なくとも6倍、例えば少なくとも7倍、例えば少なくとも8倍、例えば少なく
とも9倍、例えば少なくとも10倍である断面積を有するボイドのような、ファ
イバの材料内のボイドとして規定される。
要素を含む。 特別に好ましい第1の付加的要素は、空気あるいは気体によって構成され、そ
の断面において、単位セルの断面積の少なくとも1倍、例えば少なくとも2倍、
例えば少なくとも3倍、例えば少なくとも4倍、例えば少なくとも5倍、例えば
少なくとも6倍、例えば少なくとも7倍、例えば少なくとも8倍、例えば少なく
とも9倍、例えば少なくとも10倍である断面積を有するボイドのような、ファ
イバの材料内のボイドとして規定される。
【0059】 この場合、光は空気中および/またはこの空気の周りに伝搬することができ、
このことは、伝送損失、分散(dispersion)に関して、および、気体あるいは液
体を光と気体あるいは液体との間の最適なオーバーラップを得るためにボイド内
に供給できる、例えばセンサとして使用される場合の両方に多数の長所を与える
。
このことは、伝送損失、分散(dispersion)に関して、および、気体あるいは液
体を光と気体あるいは液体との間の最適なオーバーラップを得るためにボイド内
に供給できる、例えばセンサとして使用される場合の両方に多数の長所を与える
。
【0060】 多数の異なる用途では、付加的要素あるいはそれに隣接する任意の材料は、望
ましくは、より高い次数の光効果(higher order optical effects)を示すドー
プ剤あるいは材料を含む。 通信目的のために、より高い次数の効果は、例えばソリトン通信(soliton co
mmunication)のために使用されてもよい。
ましくは、より高い次数の光効果(higher order optical effects)を示すドー
プ剤あるいは材料を含む。 通信目的のために、より高い次数の効果は、例えばソリトン通信(soliton co
mmunication)のために使用されてもよい。
【0061】 ファイバレーザあるいはファイバ増幅器に対する応用関しては、ドープ剤は、
ポンプ放射線(pump radiation)を受信し、コア領域内を進行する放射線を増幅
するように適合された、例えば希土類ドープ剤であってもよい。 それとは別に、ドープ剤はゲルマニウムあるいは重水素(Deuterium)のよう
な感光ドープ剤であってもよい。この場合、ドープ剤は、例えば、ファイバある
いはコア領域に格子を光学的に書き込むために使用されてもよい。
ポンプ放射線(pump radiation)を受信し、コア領域内を進行する放射線を増幅
するように適合された、例えば希土類ドープ剤であってもよい。 それとは別に、ドープ剤はゲルマニウムあるいは重水素(Deuterium)のよう
な感光ドープ剤であってもよい。この場合、ドープ剤は、例えば、ファイバある
いはコア領域に格子を光学的に書き込むために使用されてもよい。
【0062】 センサ用途に関しては、ドープ剤は、その反応がコア領域に進行する光によっ
て光学的に検出され得る気体あるいは液体の特性に反応する材料であってもよい
。 多数の用途では、コア領域が第2の付加的な細長要素を含み、第1および第2
の付加的要素は、一方の付加的要素に進行する光が他方の付加的要素に結合でき
る距離に置かれていることが好ましい。
て光学的に検出され得る気体あるいは液体の特性に反応する材料であってもよい
。 多数の用途では、コア領域が第2の付加的な細長要素を含み、第1および第2
の付加的要素は、一方の付加的要素に進行する光が他方の付加的要素に結合でき
る距離に置かれていることが好ましい。
【0063】 ある用途では、1つの細長要素が、光がそれを通って進むにはあまりにも濁っ
た液体や気体を保持するボイドであってもよい。この場合、光はその他の要素内
を進行すると同時にその要素間の距離のために液体あるいはガスとも結合する。 この場合、1つの付加的要素あるいは両方の付加的要素の中にだけあるいはク
ラッド構造のボイドのような全ての細長のボイドの中さえ液体あるいは気体を進
行させるように選択してもよい。
た液体や気体を保持するボイドであってもよい。この場合、光はその他の要素内
を進行すると同時にその要素間の距離のために液体あるいはガスとも結合する。 この場合、1つの付加的要素あるいは両方の付加的要素の中にだけあるいはク
ラッド構造のボイドのような全ての細長のボイドの中さえ液体あるいは気体を進
行させるように選択してもよい。
【0064】 さらに、その間に光が結合してもよい2つの要素を備えることによって、光フ
ァイバカプラのような多くの光学装置を提供することができる。コア要素あるい
はコア領域間の光結合は、1つあるいはそれより多い規定された波長での所定の
結合を有するように設計されてもよく、これはさらに多くの光学要素を可能にす
る。
ァイバカプラのような多くの光学装置を提供することができる。コア要素あるい
はコア領域間の光結合は、1つあるいはそれより多い規定された波長での所定の
結合を有するように設計されてもよく、これはさらに多くの光学要素を可能にす
る。
【0065】 上記に示されるように、第2の付加的要素がボイドである場合も特定な利点が
得られるであろう。 実際、本ファイバの周期的な構造のために、ファイバは複数のコア領域を含む
ように容易に製造することができる。 これらのコア領域は、1つあるいはそれより多いコア領域に結合できる1つの
コア領域内に進行する光のために十分接近して備えられてもよい。
得られるであろう。 実際、本ファイバの周期的な構造のために、ファイバは複数のコア領域を含む
ように容易に製造することができる。 これらのコア領域は、1つあるいはそれより多いコア領域に結合できる1つの
コア領域内に進行する光のために十分接近して備えられてもよい。
【0066】 また、コア領域は、単一ファイバに多数の別個の導波管を備えるために間隔を
おいて離して置かれてもよい。実際、導波管は、その各々が異なっていて、かつ
例えば異なる波長あるいは波長持続期間(wavelength regimes)に対して最適さ
れるべきその各々を囲むバンドギャップ構造に対して十分間隔をおいて離されて
もよい。
おいて離して置かれてもよい。実際、導波管は、その各々が異なっていて、かつ
例えば異なる波長あるいは波長持続期間(wavelength regimes)に対して最適さ
れるべきその各々を囲むバンドギャップ構造に対して十分間隔をおいて離されて
もよい。
【0067】 好ましくは、コア領域は周期的構造内に対称的に置かれ、コア領域の周期は周
期的構造の周期よりも大きい。 当然、本タイプのファイバは、ファイバが既に今日使用されている多くの用途
に対して使用されてもよい。 したがって、第9の態様では、本発明は、液体あるいは気体の少なくとも1つ
の特性を検知あるいは検出するためのセンサに関し、このセンサは、 前記のコア領域が少なくとも第1の付加的要素を含み、この第1の要素がファ
イバの縦軸方向に延びるボイドである本発明によるある長さの光ファイバと、 液体あるいは気体をコア領域のボイドの中に供給する手段と、 光をコア領域に導入する手段であって、その光が、液体あるいは気体の特性が
決定され得るようにその気体あるいは液体と相互作用するように適合される手段
と、 ファイバから放射する光を検出し、かつ液体あるいは気体の特性を決定するた
めの手段とを備えている。
期的構造の周期よりも大きい。 当然、本タイプのファイバは、ファイバが既に今日使用されている多くの用途
に対して使用されてもよい。 したがって、第9の態様では、本発明は、液体あるいは気体の少なくとも1つ
の特性を検知あるいは検出するためのセンサに関し、このセンサは、 前記のコア領域が少なくとも第1の付加的要素を含み、この第1の要素がファ
イバの縦軸方向に延びるボイドである本発明によるある長さの光ファイバと、 液体あるいは気体をコア領域のボイドの中に供給する手段と、 光をコア領域に導入する手段であって、その光が、液体あるいは気体の特性が
決定され得るようにその気体あるいは液体と相互作用するように適合される手段
と、 ファイバから放射する光を検出し、かつ液体あるいは気体の特性を決定するた
めの手段とを備えている。
【0068】 現在、この特性は、煙検出器として使用するためのような、吸収、吸光度(ab
sorbance)、気体あるいは液体中の特殊剤あるいは材料の存在、あるいは光検知
方法によって検知された他の任意の特性であってもよい。 気体あるいは液体が光の波長で十分低い吸収を有する場合、上記の導入手段は
、光を第1の付加的要素に導入するように適合されてもよい。この場合、最適の
オーバーラップは、光と液体あるいは気体との間に存在する。
sorbance)、気体あるいは液体中の特殊剤あるいは材料の存在、あるいは光検知
方法によって検知された他の任意の特性であってもよい。 気体あるいは液体が光の波長で十分低い吸収を有する場合、上記の導入手段は
、光を第1の付加的要素に導入するように適合されてもよい。この場合、最適の
オーバーラップは、光と液体あるいは気体との間に存在する。
【0069】 また、コア領域は、第1および第2の付加要素が一方の付加要素に進行する光
が他方の付加要素に結合できる距離に置かれたファイバの縦方向に延びる第2の
細長要素を含んでもよく、それにおいて、上記の導入手段は、光を第2の付加要
素に導入するように適合される。この場合、検知は、第2の要素から第1の要素
に延びる光を介して行われる。
が他方の付加要素に結合できる距離に置かれたファイバの縦方向に延びる第2の
細長要素を含んでもよく、それにおいて、上記の導入手段は、光を第2の付加要
素に導入するように適合される。この場合、検知は、第2の要素から第1の要素
に延びる光を介して行われる。
【0070】 他のタイプのセンサでは、この特性は光によって直接に検知されなくてもよい
。この場合、適当な材料を、この材料の反応が光学的に検知され得る特性にさら
す(expose)ことが望まれるかも知れない。したがって、この場合、第1の付加
要素の内部面の少なくとも一部は、気体あるいは液体の特性に反応して変わるよ
うに適合された材料の層を含んでもよく、それにおいて、導入手段は、材料の変
更に反応する波長の光を導入するように適合される。
。この場合、適当な材料を、この材料の反応が光学的に検知され得る特性にさら
す(expose)ことが望まれるかも知れない。したがって、この場合、第1の付加
要素の内部面の少なくとも一部は、気体あるいは液体の特性に反応して変わるよ
うに適合された材料の層を含んでもよく、それにおいて、導入手段は、材料の変
更に反応する波長の光を導入するように適合される。
【0071】 当然、センサが煙検出器として使用される場合は、センサは、ファイバに気体
あるいは液体を供給する手段、例えば、その中に気体あるいは液体を繰り返して
供給する手段、例えばガスポンプ(gas pump)を含んでもよい。 第10の態様では、本発明は、光信号を増幅するためのファイバ増幅器に関し
、このファイバ増幅器は、 本発明によるある長さの光ファイバであって、そのコア領域は、その長さの少
なくとも一部に沿ってドープ剤材料を含む光ファイバと、 ドープ剤材料にポンプ放射線(pump radiation)を供給し、光信号を増幅する
ようにドープ剤材料をポンピング(pumping)する手段とを備えている。
あるいは液体を供給する手段、例えば、その中に気体あるいは液体を繰り返して
供給する手段、例えばガスポンプ(gas pump)を含んでもよい。 第10の態様では、本発明は、光信号を増幅するためのファイバ増幅器に関し
、このファイバ増幅器は、 本発明によるある長さの光ファイバであって、そのコア領域は、その長さの少
なくとも一部に沿ってドープ剤材料を含む光ファイバと、 ドープ剤材料にポンプ放射線(pump radiation)を供給し、光信号を増幅する
ようにドープ剤材料をポンピング(pumping)する手段とを備えている。
【0072】 通常、ファイバ増幅器は、増幅領域外でファイバに進行するポンプ放射線を有
しないように増幅された光信号をポンプ信号からスペクトル分離する手段をさら
に含む。 特に通信目的のために、ドープ剤は、エルビウム(erbium)のような希土類イ
オンを含む。他の目的のために、例えば、ファイバあるいはコア領域に格子ある
いは他の構造を光学的に書き込むことが望まれる場合、あるいは単にコア領域の
屈折率を増大させるために、ドープ剤は、ゲルマニウムおよび/または重水素の
ような写真感光材料を含んでもよい。
しないように増幅された光信号をポンプ信号からスペクトル分離する手段をさら
に含む。 特に通信目的のために、ドープ剤は、エルビウム(erbium)のような希土類イ
オンを含む。他の目的のために、例えば、ファイバあるいはコア領域に格子ある
いは他の構造を光学的に書き込むことが望まれる場合、あるいは単にコア領域の
屈折率を増大させるために、ドープ剤は、ゲルマニウムおよび/または重水素の
ような写真感光材料を含んでもよい。
【0073】 第11の態様では、本発明は、レーザ放射線を出力するファイバレーザに関し
、このファイバレーザは、 前述の特許請求の範囲の何れかの請求項によるある長さの光ファイバであって
、そのコア領域は、その長さの少なくとも一部に沿ってドープ剤材料を含む光フ
ァイバと、 ドープ剤材料にポンプ放射線を供給し、光信号を増幅するようにこのドープ剤
材料をポンピングする手段と、 光信号をさらに増幅するように上記の長さの光ファイバを通して増幅された光
信号を繰り返して通過させるようにその増幅された光信号の少なくとも一部を選
択的にフィードバックするためのフィードバック手段とを備えている。
、このファイバレーザは、 前述の特許請求の範囲の何れかの請求項によるある長さの光ファイバであって
、そのコア領域は、その長さの少なくとも一部に沿ってドープ剤材料を含む光フ
ァイバと、 ドープ剤材料にポンプ放射線を供給し、光信号を増幅するようにこのドープ剤
材料をポンピングする手段と、 光信号をさらに増幅するように上記の長さの光ファイバを通して増幅された光
信号を繰り返して通過させるようにその増幅された光信号の少なくとも一部を選
択的にフィードバックするためのフィードバック手段とを備えている。
【0074】 特に通信目的のために、ドープ剤はエルビウムのような希土類イオンを含む。 さらに、ドープ剤は、例えばファイバあるいはコア領域での格子の書き込みを
容易にするために、すなわちコア領域の屈折率を増幅させるために写真感光材料
、例えばゲルマニウムあるいは重水素を含んでもよい。 (理論) 以下の文章中でベクトルを表わす記号は次式で置きかえて示す。
容易にするために、すなわちコア領域の屈折率を増幅させるために写真感光材料
、例えばゲルマニウムあるいは重水素を含んでもよい。 (理論) 以下の文章中でベクトルを表わす記号は次式で置きかえて示す。
【0075】
【数1】
【0076】 1990年に、光結晶のPBGを計算する最初の有効な方法が示された。この
方法は、空間に無制限(indefinitely)に広がる結晶を基本的に仮定する。その
とき、いかなる解法も結晶の周期性により拡張され、平面波(plane wave)の和
として示すことができる。 二次元の光結晶は、二次元で周期的であり、三次元で不変である誘電体構造で
ある。
方法は、空間に無制限(indefinitely)に広がる結晶を基本的に仮定する。その
とき、いかなる解法も結晶の周期性により拡張され、平面波(plane wave)の和
として示すことができる。 二次元の光結晶は、二次元で周期的であり、三次元で不変である誘電体構造で
ある。
【0077】 構造の周期性を規定する格子はその格子ベクトル<R>=n1<R1>+n2<R2>に
よって規定される。ここで、n1およびn2は整数である。このとき結晶内での拡
張電界解(extended field solution)は、格子構造と同じ別個の並進対称性(t
ranslational symmetry)を有するブロッホ関数(Bloch function)と乗算され
た平面波として示すことができる。したがって、任意の拡張電界解(磁界によっ
て例証された)は次式(1)の無限和として記述できる。
よって規定される。ここで、n1およびn2は整数である。このとき結晶内での拡
張電界解(extended field solution)は、格子構造と同じ別個の並進対称性(t
ranslational symmetry)を有するブロッホ関数(Bloch function)と乗算され
た平面波として示すことができる。したがって、任意の拡張電界解(磁界によっ
て例証された)は次式(1)の無限和として記述できる。
【0078】
【数2】
【0079】 ここで、<G>は逆格子(reciprocal lattice)を規定し、<G>・<R>=2πN
、ここで、Nは整数である。ベクトル(<k>+<G>)および単位ベクトル<e1>
(<k>+<G>)および<e2>(<k>+<G>)はトライアド(triad)を規定する。
<k>は平面波の波数ベクトル(wave vector)である。 実際の電界(および固有振動数)は、エルミート演算子式(Hermitian operat
or egnation)の形にマクスウェルの式を表すことによって次式(2)のように
求められる。
、ここで、Nは整数である。ベクトル(<k>+<G>)および単位ベクトル<e1>
(<k>+<G>)および<e2>(<k>+<G>)はトライアド(triad)を規定する。
<k>は平面波の波数ベクトル(wave vector)である。 実際の電界(および固有振動数)は、エルミート演算子式(Hermitian operat
or egnation)の形にマクスウェルの式を表すことによって次式(2)のように
求められる。
【0080】
【数3】
【0081】 この式を解くために、誘電率逆関数(inverse dielectric function)1/ε(<
r>)もまたフーリエ変換することが必要である。
r>)もまたフーリエ変換することが必要である。
【0082】
【数4】
【0083】 ここで、積分は面積acを有する基本的な単位セルに対してとられ、和は、原
則として、全ての可能な<G>ベクトルに対してである。FFTを使用するかある
いはフーリエ係数に対する解析式を求めるかのいずれかによって誘電率(dielec
tric constant)を求める。ここでは後者の方法を使用した。 逆格子ベクトル<G>の与えられた選択に対して、式(1)および(2)から下
記の従属性(dependency)が求められる。
則として、全ての可能な<G>ベクトルに対してである。FFTを使用するかある
いはフーリエ係数に対する解析式を求めるかのいずれかによって誘電率(dielec
tric constant)を求める。ここでは後者の方法を使用した。 逆格子ベクトル<G>の与えられた選択に対して、式(1)および(2)から下
記の従属性(dependency)が求められる。
【0084】
【数5】
【0085】 ここで、L=|<k>+<G>||<k>+<G′>|。マトリックス内部で、演算数
(operand)は、プライム符号′が示される場合はベクトル(<k>+<G′>)で
あり、プライム符号が示されない場合はベクトル(<k>+<G>)である。N個の
このような式は、再記述され(N個の最短<G>ベクトルの各々に対するもの)、
和を切り捨て、N個の平面波の基部(basis)を使用する簡単なエルミート固有
値マトリックス式に対して同じN個のベクトル<G′>、<Gi>=<Gi′>になる。
(operand)は、プライム符号′が示される場合はベクトル(<k>+<G′>)で
あり、プライム符号が示されない場合はベクトル(<k>+<G>)である。N個の
このような式は、再記述され(N個の最短<G>ベクトルの各々に対するもの)、
和を切り捨て、N個の平面波の基部(basis)を使用する簡単なエルミート固有
値マトリックス式に対して同じN個のベクトル<G′>、<Gi>=<Gi′>になる。
【0086】 第1のブリュアンゾーン(Brillouin zone)は、任意の他の逆格子グリッド点
に対するよりも格子グリッド点<G>=<0>により接近している逆格子面内の点の
セットである。第1のブリュアンゾーンは鏡面対称性(mirroring symmetry)お
よび回転対称性の使用によって帰し得ない(irreducible)ブリュアンゾーンか
ら構成できる。光結晶の可能なPBGを得るために、帰し得ないブリュアンゾー
ンの境界に沿って全ての異なる値<kπ>(<kπ>は逆格子ベクトルによって規定
された平面に投影された<k>である)に対する固有値問題を解く。解が全然求め
られない任意の振動数間隔は光結晶のPBGを規定する。
に対するよりも格子グリッド点<G>=<0>により接近している逆格子面内の点の
セットである。第1のブリュアンゾーンは鏡面対称性(mirroring symmetry)お
よび回転対称性の使用によって帰し得ない(irreducible)ブリュアンゾーンか
ら構成できる。光結晶の可能なPBGを得るために、帰し得ないブリュアンゾー
ンの境界に沿って全ての異なる値<kπ>(<kπ>は逆格子ベクトルによって規定
された平面に投影された<k>である)に対する固有値問題を解く。解が全然求め
られない任意の振動数間隔は光結晶のPBGを規定する。
【0087】 格子ベクトル<R>(すなわち<k>=<kπ>)によって規定された平面に制限さ
れた伝搬に関しては、(4)式の2つの異なる平面波方向は、TM解(<e2>・<
e2′>に対応するj=1)およびTE解(項(term)<e1>・<e1′>に対応する
j=2)に切り離す(de-couple)。TM解は不変方向に沿って電界を有する解
として規定されるのに対して、TE解は格子ベクトルによって規定された平面内
に電界を有する。<k>≠<kπ>の場合、式はもはや分離しなくて、(4)の式の
全セットを解かなければならない。
れた伝搬に関しては、(4)式の2つの異なる平面波方向は、TM解(<e2>・<
e2′>に対応するj=1)およびTE解(項(term)<e1>・<e1′>に対応する
j=2)に切り離す(de-couple)。TM解は不変方向に沿って電界を有する解
として規定されるのに対して、TE解は格子ベクトルによって規定された平面内
に電界を有する。<k>≠<kπ>の場合、式はもはや分離しなくて、(4)の式の
全セットを解かなければならない。
【0088】 別の周期的な構造内の空間欠陥の電磁特性、例えばPCFのコア領域の特性、
を計算するために、周期的な構造を示す最小領域が欠陥を含むように拡大された
場合、上に概略した平面波方法(plane wave method)がやはり適用され得る(
いわゆる超セル近似(super-cell approximation))。このように、欠陥も周期
的に繰り返される場合、超周期性(super-periodicity)が導入される。超セル
近似を使用すると、超セルのサイズが隣接欠陥が結合されないことを確実にする
のに十分大きい場合、欠陥領域の特性を正確に決定できる。この特許に示した数
値はこの節で概説した原理を使用して計算されたものである。
を計算するために、周期的な構造を示す最小領域が欠陥を含むように拡大された
場合、上に概略した平面波方法(plane wave method)がやはり適用され得る(
いわゆる超セル近似(super-cell approximation))。このように、欠陥も周期
的に繰り返される場合、超周期性(super-periodicity)が導入される。超セル
近似を使用すると、超セルのサイズが隣接欠陥が結合されないことを確実にする
のに十分大きい場合、欠陥領域の特性を正確に決定できる。この特許に示した数
値はこの節で概説した原理を使用して計算されたものである。
【0089】 PBG効果によって作動する導波管に対する最も基本的な要求は、周期的なク
ラッド構造が存在することと、このクラッド構造がPBG効果を示すことができ
ることである。本発明の範囲内に含まれるのは、二次元周期性を有するクラッド
構造、すなわち図1に示した蜂の巣構造の例である。 まず第一にクラッド構造だけに的を絞ると、図2は、伝搬定数β(ホール(ho
le)の中心軸に平行である波数ベクトルのこの成分として規定される)が6/Λ
(ここでΛはホール間の中心距離である)に固定されている場合の、30%の空
気充填率(air filling fraction)を有する基本的な蜂の巣構造に対して示され
た全平面外部(complete, out-of-plane)の二次元のPBGを示している。バッ
クグラウンド材料の屈折率は1.45に等しいように設定される。図1から2つ
のPBGが現われていることが分かる。すなわち、 a)バンド2と3との間の一次ギャップ、および b)バンド6および7との間の二次ギャップ。
ラッド構造が存在することと、このクラッド構造がPBG効果を示すことができ
ることである。本発明の範囲内に含まれるのは、二次元周期性を有するクラッド
構造、すなわち図1に示した蜂の巣構造の例である。 まず第一にクラッド構造だけに的を絞ると、図2は、伝搬定数β(ホール(ho
le)の中心軸に平行である波数ベクトルのこの成分として規定される)が6/Λ
(ここでΛはホール間の中心距離である)に固定されている場合の、30%の空
気充填率(air filling fraction)を有する基本的な蜂の巣構造に対して示され
た全平面外部(complete, out-of-plane)の二次元のPBGを示している。バッ
クグラウンド材料の屈折率は1.45に等しいように設定される。図1から2つ
のPBGが現われていることが分かる。すなわち、 a)バンド2と3との間の一次ギャップ、および b)バンド6および7との間の二次ギャップ。
【0090】 これらのPBGの形成はPBGベースの部品(component)に対する最も基本
的な要求である。2つのバンドギャップを増加させるために、蜂の巣ベースの構
造に対して示唆された修正からのバンドギャップのサイズに及ぼす影響が示され
ている。この構造に幾つかの異なる不純物添加の石英ガラスを取り入れる重要な
事例が研究されている。石英ガラスの場合、今日のドーピング技術で得ることが
できる代表的な屈折率範囲は、1.55μmで約1.45であるシリカの公称の
不純物が添加されていない値(nominal undoped value)の3%までの増大から
1%までの減少の範囲になる。修正構造の概略は、菱形に似た(rhomboidal)実
線が単位セル(単位セルは、並進によってのみ周期的な構造を完全に示すために
使用され得る最小可能な領域として規定される)の1つの選択を示す図3に示さ
れている。この構造は、実験的に実現された三角形光結晶クラッド構造において
、シリカの3つの異なるドープ剤レベルまで観察されたこれらの格子間ホールに
関する、さらなる小さいホール要素を含むバックグラウンド材料を有する。その
格子間ホールは、現在PCFのために使用される積み重ね及び引き上げ製造技術
によって実現された光結晶に容易に導入される。
的な要求である。2つのバンドギャップを増加させるために、蜂の巣ベースの構
造に対して示唆された修正からのバンドギャップのサイズに及ぼす影響が示され
ている。この構造に幾つかの異なる不純物添加の石英ガラスを取り入れる重要な
事例が研究されている。石英ガラスの場合、今日のドーピング技術で得ることが
できる代表的な屈折率範囲は、1.55μmで約1.45であるシリカの公称の
不純物が添加されていない値(nominal undoped value)の3%までの増大から
1%までの減少の範囲になる。修正構造の概略は、菱形に似た(rhomboidal)実
線が単位セル(単位セルは、並進によってのみ周期的な構造を完全に示すために
使用され得る最小可能な領域として規定される)の1つの選択を示す図3に示さ
れている。この構造は、実験的に実現された三角形光結晶クラッド構造において
、シリカの3つの異なるドープ剤レベルまで観察されたこれらの格子間ホールに
関する、さらなる小さいホール要素を含むバックグラウンド材料を有する。その
格子間ホールは、現在PCFのために使用される積み重ね及び引き上げ製造技術
によって実現された光結晶に容易に導入される。
【0091】 図4では、一次ギャップの相対サイズが、30%の空気充填率を有する基本蜂
の巣構造に対して図解されている。相対バンドギャップサイズは、その中心振動
数で割られたバンドギャップの上限振動数と下限振動数との差として規定される
。PBGはシリカ空気構造(β=0)の平面内の場合(in-plane case)に対し
て存在しないけれど、平面から外へ移動する場合は、完全なPBGがあらわれる
(open up)ことが分かる。図には、3つの修正された蜂の巣構造の場合も含ま
れる。すなわち、 a)導入された格子間ホール(fint=8%) b)格子間ホールおよび3つの異なる不純物添加の石英ガラス(n1=1.44
、n2=1.45、n3=1.47) c)3つの異なる不純物添加の石英ガラス(n1=1.47、n2=1.45、n 3 =1.44)。
の巣構造に対して図解されている。相対バンドギャップサイズは、その中心振動
数で割られたバンドギャップの上限振動数と下限振動数との差として規定される
。PBGはシリカ空気構造(β=0)の平面内の場合(in-plane case)に対し
て存在しないけれど、平面から外へ移動する場合は、完全なPBGがあらわれる
(open up)ことが分かる。図には、3つの修正された蜂の巣構造の場合も含ま
れる。すなわち、 a)導入された格子間ホール(fint=8%) b)格子間ホールおよび3つの異なる不純物添加の石英ガラス(n1=1.44
、n2=1.45、n3=1.47) c)3つの異なる不純物添加の石英ガラス(n1=1.47、n2=1.45、n 3 =1.44)。
【0092】 屈折率は、図3に示された3つのシリカの種類に対するもので、3つのシリカ
ドープ剤を含む構造に対して、管(tube)および棒(cane)(それぞれシリカタ
イプ1および3)の外径はΛに等しく設定された。基本構造(不純物が添加され
ないシリカおよび空気)の場合、β=6.5/Λで5.3%の最大PBGのサイ
ズが観測される。このサイズは、格子間ホールを構造に加えることによって6.
4%に増加され、さらにエアーホールを囲むシリカ(シリカタイプ1)の屈折率
を低下させることによって7.1%に増加できると同時に棒を形成するシリカ(
シリカタイプ3)の屈折率を増加させる。
ドープ剤を含む構造に対して、管(tube)および棒(cane)(それぞれシリカタ
イプ1および3)の外径はΛに等しく設定された。基本構造(不純物が添加され
ないシリカおよび空気)の場合、β=6.5/Λで5.3%の最大PBGのサイ
ズが観測される。このサイズは、格子間ホールを構造に加えることによって6.
4%に増加され、さらにエアーホールを囲むシリカ(シリカタイプ1)の屈折率
を低下させることによって7.1%に増加できると同時に棒を形成するシリカ(
シリカタイプ3)の屈折率を増加させる。
【0093】 蜂の巣の光結晶は、ボイド/ホールによって分離されるノード(すなわち、図
3のシリカタイプ3を有する領域)で示された高屈折率領域を有する構造である
。2つのノードを橋絡する領域は図5においてベインで示される。 最大バンドギャップは、最も分離されたノード(高屈折率領域)を有し、最高
可能屈折率を有するノードを有する構造に対して得られることが分かった。ベイ
ン(ブリッジ)は格子間ホールによってさらに蜂の巣ベース構造内で狭められて
もよく、一方、格子間ホールは三角形構造においてはノードの丁度中心にある。
したがって、格子間ホールは、その位置に依存して有利にも不利にもなり得るこ
とは明らかである。
3のシリカタイプ3を有する領域)で示された高屈折率領域を有する構造である
。2つのノードを橋絡する領域は図5においてベインで示される。 最大バンドギャップは、最も分離されたノード(高屈折率領域)を有し、最高
可能屈折率を有するノードを有する構造に対して得られることが分かった。ベイ
ン(ブリッジ)は格子間ホールによってさらに蜂の巣ベース構造内で狭められて
もよく、一方、格子間ホールは三角形構造においてはノードの丁度中心にある。
したがって、格子間ホールは、その位置に依存して有利にも不利にもなり得るこ
とは明らかである。
【0094】 ノードが最高可能屈折率を有するべきであることをさらにサポートするために
、いかに一次バンドギャップのサイズがノードの屈折率を低下させ、同時にエア
ーホールを囲むシリカの屈折率を増加させることによって修正された構造(c)
に対して確かに減少するか、が観察される。 ここには示されていないが、同じ結論は二次バンドギャップのサイズに対して
有効であると分かる。この結果は、蜂の巣ベースの光結晶に異なる不純物添加の
石英ガラスを導入し、より低い屈折率を有する材料で高屈折率領域を囲むことに
よって高屈折率領域を分離することの長所を示している。本発明による、いわゆ
るカゴメ構造に配置されたホール/ロッドを有するクラッド構造も有利である。
カゴメ構造および蜂の巣構造の両方とも、本質的に三角形構造よりも大きいノー
ドおよび比較的狭いベインを有する。さらに、三角形構造の場合、クラッド中に
三角形ホール配置を有する光結晶ファイバで観察された格子間ホールがいかに丁
度ノードの中心にあるか(それによって、高屈折率中心の役を果たすそれらの能
力を強く傷つけ、そしてクラッド構造がPBG効果を示す)に注目すべきである
。したがって、格子間ホールがノードを妨害されないままにし、同時にベインさ
えもさらに狭めることがカゴメおよび蜂の巣構造の長所である。
、いかに一次バンドギャップのサイズがノードの屈折率を低下させ、同時にエア
ーホールを囲むシリカの屈折率を増加させることによって修正された構造(c)
に対して確かに減少するか、が観察される。 ここには示されていないが、同じ結論は二次バンドギャップのサイズに対して
有効であると分かる。この結果は、蜂の巣ベースの光結晶に異なる不純物添加の
石英ガラスを導入し、より低い屈折率を有する材料で高屈折率領域を囲むことに
よって高屈折率領域を分離することの長所を示している。本発明による、いわゆ
るカゴメ構造に配置されたホール/ロッドを有するクラッド構造も有利である。
カゴメ構造および蜂の巣構造の両方とも、本質的に三角形構造よりも大きいノー
ドおよび比較的狭いベインを有する。さらに、三角形構造の場合、クラッド中に
三角形ホール配置を有する光結晶ファイバで観察された格子間ホールがいかに丁
度ノードの中心にあるか(それによって、高屈折率中心の役を果たすそれらの能
力を強く傷つけ、そしてクラッド構造がPBG効果を示す)に注目すべきである
。したがって、格子間ホールがノードを妨害されないままにし、同時にベインさ
えもさらに狭めることがカゴメおよび蜂の巣構造の長所である。
【0095】 光結晶の周期性を局部的に破ることによって、周辺バルク光結晶とは異なる光
学特性を有する空間領域を形成できる。このような欠陥領域が周囲の完全周期性
結晶の禁止ギャップ(forbidden gap)内にある振動数を有するモードを維持す
る場合、これらのモードはその欠陥に強く閉じ込められるであろう。このことは
、PBG誘導ファイバの動作が当てにする原理であり、すなわち光結晶クラッド
によって示された完全な平面外の2Dバンドギャップ、および正確に設計された
欠陥が非常に強い横方向の閉じ込めを得ることができる空間領域を形成する。周
囲の周期的な構造とは異なる光学特性を示す(すなわち、制限モード(localise
d mode)を維持できる)この欠陥領域に関して、欠陥領域がその周囲よりも高屈
折率を有することが要件でないことに注目することは重要である。
学特性を有する空間領域を形成できる。このような欠陥領域が周囲の完全周期性
結晶の禁止ギャップ(forbidden gap)内にある振動数を有するモードを維持す
る場合、これらのモードはその欠陥に強く閉じ込められるであろう。このことは
、PBG誘導ファイバの動作が当てにする原理であり、すなわち光結晶クラッド
によって示された完全な平面外の2Dバンドギャップ、および正確に設計された
欠陥が非常に強い横方向の閉じ込めを得ることができる空間領域を形成する。周
囲の周期的な構造とは異なる光学特性を示す(すなわち、制限モード(localise
d mode)を維持できる)この欠陥領域に関して、欠陥領域がその周囲よりも高屈
折率を有することが要件でないことに注目することは重要である。
【0096】 非周期的な誘電体周囲媒体に関しては、これは、集中が生じ得る唯一の場合(
もちろん全ての従来の光導波管で使用される全内反射の場合はこの場合である)
であろう。したがって、その周辺よりも低い屈折率を有する領域に閉じ込められ
た光の漏れなし誘導は屈折率誘導導波管理論(index guidance waveguide theor
y)から可能であると予想されるのではなく、周辺材料がPBG効果を示す場合
は、低屈折率欠陥領域さえも光を集中でき、それによって(新しい)非常に独特
な導波管の役を果たす。
もちろん全ての従来の光導波管で使用される全内反射の場合はこの場合である)
であろう。したがって、その周辺よりも低い屈折率を有する領域に閉じ込められ
た光の漏れなし誘導は屈折率誘導導波管理論(index guidance waveguide theor
y)から可能であると予想されるのではなく、周辺材料がPBG効果を示す場合
は、低屈折率欠陥領域さえも光を集中でき、それによって(新しい)非常に独特
な導波管の役を果たす。
【0097】 蜂の巣構造および周期性おける欠陥を形成する単一ホール(それによってファ
イバのコア領域を形成する)に基づいたファイバ設計(図6参照)に関して、ク
ラッドの一次バンドギャップおよび二次バンドギャップが図7に示されている。
このファイバは、10%のクラッド空気充填率を有し、欠陥‘コア’ホールはク
ラッドホールと同じサイズを有する。一次ギャップ内部で、およそβ/Λ=5〜
17のギャップを横切る(traversing)単一欠陥モードが観察される。このモー
ドは、蜂の巣構造の欠陥エアーホールの導入によってのみ引き起こされる。
イバのコア領域を形成する)に基づいたファイバ設計(図6参照)に関して、ク
ラッドの一次バンドギャップおよび二次バンドギャップが図7に示されている。
このファイバは、10%のクラッド空気充填率を有し、欠陥‘コア’ホールはク
ラッドホールと同じサイズを有する。一次ギャップ内部で、およそβ/Λ=5〜
17のギャップを横切る(traversing)単一欠陥モードが観察される。このモー
ドは、蜂の巣構造の欠陥エアーホールの導入によってのみ引き起こされる。
【0098】 全周期的な構造に関して、欠陥を含む結晶のそれらと同じ境界を有する全く同
じPBG(内部には全然モードを有しない)が見られる。この欠陥モードは、余
分のエアーホールを含む領域(これが低屈折率領域であろうとも)に強く制限さ
れる。図8は、計算され、平方された電界(E−field)の振幅を示している。
このモードは、8.0のβ/Λ値のために計算された。この値に対しては、欠陥
モードはほぼバンドギャップの中間にあり、このモードの予想された強い局所化
は明白である。(このモードは光結晶クラッドのバンドギャップ内にあるので)
このモードはPCFのクラッドモードに結合しなく、したがって、無損失誘導を
、原則として長い距離にわたって達成することができる。
じPBG(内部には全然モードを有しない)が見られる。この欠陥モードは、余
分のエアーホールを含む領域(これが低屈折率領域であろうとも)に強く制限さ
れる。図8は、計算され、平方された電界(E−field)の振幅を示している。
このモードは、8.0のβ/Λ値のために計算された。この値に対しては、欠陥
モードはほぼバンドギャップの中間にあり、このモードの予想された強い局所化
は明白である。(このモードは光結晶クラッドのバンドギャップ内にあるので)
このモードはPCFのクラッドモードに結合しなく、したがって、無損失誘導を
、原則として長い距離にわたって達成することができる。
【0099】 この特定のPCFに対する欠陥モードの殆ど全ての電界(field)がシリカに
分布されるけれども、空気中に光を完全に閉じ込めることは、原則としてPBG
誘導ファイバに対して可能である。このようなファイバは、当然、電気通信およ
びセンサの分野の両方ですばらしい可能性を有するであろう。さらに、図7には
、全周期的な構造内の最低振動数許可モード(the lowest-frequency allowed m
ode)として規定された放射線ライン(radiation line)(点線)が含まれ、こ
れは1/nc-effとしてのクラッド構造の有効屈折率nc-effに関するものである
。このラインの下はモードが全然存在しない半無限‘バンドギャップ’である。
高屈折率欠陥によって少なくとも1つのモードはこのラインの下に生じるので、
これは、全てのTIRベースのファイバ(三角形高屈折率コアPCFを含む)が
作動する領域である。このような屈折率誘導モード(index-guided mode)は、
低屈折率コアの蜂の巣ベースPCFの特徴ではないことが分かる。
分布されるけれども、空気中に光を完全に閉じ込めることは、原則としてPBG
誘導ファイバに対して可能である。このようなファイバは、当然、電気通信およ
びセンサの分野の両方ですばらしい可能性を有するであろう。さらに、図7には
、全周期的な構造内の最低振動数許可モード(the lowest-frequency allowed m
ode)として規定された放射線ライン(radiation line)(点線)が含まれ、こ
れは1/nc-effとしてのクラッド構造の有効屈折率nc-effに関するものである
。このラインの下はモードが全然存在しない半無限‘バンドギャップ’である。
高屈折率欠陥によって少なくとも1つのモードはこのラインの下に生じるので、
これは、全てのTIRベースのファイバ(三角形高屈折率コアPCFを含む)が
作動する領域である。このような屈折率誘導モード(index-guided mode)は、
低屈折率コアの蜂の巣ベースPCFの特徴ではないことが分かる。
【0100】 例えば、修正された蜂の巣あるいはカゴメ構造のような改良されたクラッド構
造は、より大きなバンドギャップを得ることができることを意味する。より大き
なバンドギャップは、欠陥モードのより強い閉じ込めを生じ、したがって、ファ
イバのより広い‘調整(tuning)’範囲に対してばかりでなく、低伝搬損失およ
び曲げ損失に関してのファイバの非常に頑健な作用に対しても重要である。
造は、より大きなバンドギャップを得ることができることを意味する。より大き
なバンドギャップは、欠陥モードのより強い閉じ込めを生じ、したがって、ファ
イバのより広い‘調整(tuning)’範囲に対してばかりでなく、低伝搬損失およ
び曲げ損失に関してのファイバの非常に頑健な作用に対しても重要である。
【0101】 他の長所はPBG誘導ファイバの高い可撓性である。PBG効果によって、示
唆されるように、マイクロ構造のクラッドを正確に設計し、欠陥位置(1つある
いはそれ以上のホール/ロッドを有する)を導入して、光をこの領域内に制限す
ることによって禁止振動数領域(forbidden frequencies regions)を広げるこ
とができる。クラッドおよび欠陥構造を別々に最適にすることによって、このよ
うにファイバの特性を調整(tailor)できる。
唆されるように、マイクロ構造のクラッドを正確に設計し、欠陥位置(1つある
いはそれ以上のホール/ロッドを有する)を導入して、光をこの領域内に制限す
ることによって禁止振動数領域(forbidden frequencies regions)を広げるこ
とができる。クラッドおよび欠陥構造を別々に最適にすることによって、このよ
うにファイバの特性を調整(tailor)できる。
【0102】 図9において、中心欠陥ホールのサイズを変えるが、しかしクラッド構造を保
持することによって、クラッドのPBG領域内の欠陥モードの振動数を正確に調
整することは図6のような設計を有するファイバに対していかに可能であるかが
示されている。これは単一の付加ホールによって導入される1つの欠陥位置に対
して図解しただけであるけれども、このような欠陥を形成する他の多数の方法が
考え出せる。例えば、偏光管理目的(polarisation managing purpose)のため
の非対称欠陥の導入(非常に大きな欠陥領域の場合)は正しい設計ルートのよう
に思える。
持することによって、クラッドのPBG領域内の欠陥モードの振動数を正確に調
整することは図6のような設計を有するファイバに対していかに可能であるかが
示されている。これは単一の付加ホールによって導入される1つの欠陥位置に対
して図解しただけであるけれども、このような欠陥を形成する他の多数の方法が
考え出せる。例えば、偏光管理目的(polarisation managing purpose)のため
の非対称欠陥の導入(非常に大きな欠陥領域の場合)は正しい設計ルートのよう
に思える。
【0103】 (発明の詳細な説明) 周期的なクラッド構造は、ボイド、ホール、あるいは(第1の材料)マトリッ
クス内に周期的に配置された任意の適当な(付加的あるいは欠けている(missin
g))材料からなり得るために、周期的なクラッド構造の多数の異なる実現方法
が低屈折率コアPBG導波管に対して存在する。光ファイバ、光ファイバ増幅器
、ファイバレーザおよび光ファイバ方式センサのような本発明による電磁界を誘
導できるいかなる構造も、低屈折率コアPBG導波管といえる。他のPBG導波
管グループには、センサ、スプリッタ(splitter)、カプラ、マルチプレクサ、
増幅器およびレーザのような平面導波管構造(planar waveguide structure)が
含まれる。
クス内に周期的に配置された任意の適当な(付加的あるいは欠けている(missin
g))材料からなり得るために、周期的なクラッド構造の多数の異なる実現方法
が低屈折率コアPBG導波管に対して存在する。光ファイバ、光ファイバ増幅器
、ファイバレーザおよび光ファイバ方式センサのような本発明による電磁界を誘
導できるいかなる構造も、低屈折率コアPBG導波管といえる。他のPBG導波
管グループには、センサ、スプリッタ(splitter)、カプラ、マルチプレクサ、
増幅器およびレーザのような平面導波管構造(planar waveguide structure)が
含まれる。
【0104】 このような周期的なマイクロ構造クラッドの例が、付加ボイド(20)の中心
が2次元の六角形(蜂の巣)構造を形成する本来のボイド(21)間の直線上に
ある図16に示されている。付加ボイドの機能は、異なる単位セル間に電磁界が
侵入することを修正し(低屈折率クラッド領域はクラッド電界強度を局部的に制
限できる)、それによってファイバ/導波管の導波特性を調整する付加手段を加
えることにある。図16に示された構造は、(ボイド(21)によって形成され
た)蜂の巣構造および(ボイド(20)によって形成された)カゴメ構造の重ね
合わせとして見ることができることにも注目すべきである。
が2次元の六角形(蜂の巣)構造を形成する本来のボイド(21)間の直線上に
ある図16に示されている。付加ボイドの機能は、異なる単位セル間に電磁界が
侵入することを修正し(低屈折率クラッド領域はクラッド電界強度を局部的に制
限できる)、それによってファイバ/導波管の導波特性を調整する付加手段を加
えることにある。図16に示された構造は、(ボイド(21)によって形成され
た)蜂の巣構造および(ボイド(20)によって形成された)カゴメ構造の重ね
合わせとして見ることができることにも注目すべきである。
【0105】 周期的な六角形クラッド構造の光バンドギャップ形成特性を調整する他の可能
性は、クラッド形成ボイド(cladding forming void)の相互の断面積が変更さ
れている図17および図18の図示によって例証される。図17の例では、付加
的ホール/ボイド(22)は、隣接ボイド間の直線上に置かれていないものより
も小さい断面積(21)によって形成される。
性は、クラッド形成ボイド(cladding forming void)の相互の断面積が変更さ
れている図17および図18の図示によって例証される。図17の例では、付加
的ホール/ボイド(22)は、隣接ボイド間の直線上に置かれていないものより
も小さい断面積(21)によって形成される。
【0106】 図18においてはこれに反して、付加ホール(23)はより大きい断面積を有
し、それによって単位セル間の電界侵入特性は新しい方法で制御される。ここに
示した六角形クラッド構造の例は必ずしも円形ボイドによって形成される必要が
なく、任意の周期的に繰り返される断面形状(例えば、三角形、正方形、楕円あ
るいは任意の他の形状のホール/ボイドが用いられてもよい)は、クラッドのP
BGのために使用されてもよい。
し、それによって単位セル間の電界侵入特性は新しい方法で制御される。ここに
示した六角形クラッド構造の例は必ずしも円形ボイドによって形成される必要が
なく、任意の周期的に繰り返される断面形状(例えば、三角形、正方形、楕円あ
るいは任意の他の形状のホール/ボイドが用いられてもよい)は、クラッドのP
BGのために使用されてもよい。
【0107】 さらに、ここに述べた理想的な構造からの小さい変更は製造中も生じ得るが、
ファイバの基本的な物理的制限が保持される限り、この構造は本発明によって保
護されることを指摘すべきである。 クラッド構造のPBG特性を巧みに処理し、それによって光導波管/光ファイ
バの新しい導波特性を作り出す他の可能性は単一ボイドをボイド群と取り換える
ことである。このような設計の例は、2つの隣接するホール間の直線上に置かれ
た付加ホール/ボイド(20)がより小さい断面積を有する2つのボイド群(2
4)と置き換えられた、図16の構造を更に発展させたものとして見ることがで
きる図19に示される。
ファイバの基本的な物理的制限が保持される限り、この構造は本発明によって保
護されることを指摘すべきである。 クラッド構造のPBG特性を巧みに処理し、それによって光導波管/光ファイ
バの新しい導波特性を作り出す他の可能性は単一ボイドをボイド群と取り換える
ことである。このような設計の例は、2つの隣接するホール間の直線上に置かれ
た付加ホール/ボイド(20)がより小さい断面積を有する2つのボイド群(2
4)と置き換えられた、図16の構造を更に発展させたものとして見ることがで
きる図19に示される。
【0108】 付加ボイド群(25)の異なる配置方法(orientation)は、4つのボイドが
一直線上に置かれた構成を生じる図20の例に示されている。当然、より複雑な
ボイド群を全体構造内に置くことができ、また、上に概略された方法の直接的な
拡張は、2つより多い付加的ボイドを有する群の使用と、円形断面と異なる断面
を有するこれらのボイドを形成することである。
一直線上に置かれた構成を生じる図20の例に示されている。当然、より複雑な
ボイド群を全体構造内に置くことができ、また、上に概略された方法の直接的な
拡張は、2つより多い付加的ボイドを有する群の使用と、円形断面と異なる断面
を有するこれらのボイドを形成することである。
【0109】 結合されたカゴメ構造と蜂の巣構造の異なる例は、カゴメ構造に置かれたボイ
ド(20)が保持された図21に図16と比べて示され、それにおいて重ね合わ
された蜂の巣構造のボイドの各々は、等しい辺を持つ三角形状の図を形成する3
つのより小さいボイド群(26)と置き換えられる。図21に示された3要素群
(three-element group)の特定の配置が唯一の可能性ではなく、多数の他の配
置方法や、ボイド/ロッドの断面積の相対的な大きさおよび各サブグループの要
素数も本発明によって保護される。
ド(20)が保持された図21に図16と比べて示され、それにおいて重ね合わ
された蜂の巣構造のボイドの各々は、等しい辺を持つ三角形状の図を形成する3
つのより小さいボイド群(26)と置き換えられる。図21に示された3要素群
(three-element group)の特定の配置が唯一の可能性ではなく、多数の他の配
置方法や、ボイド/ロッドの断面積の相対的な大きさおよび各サブグループの要
素数も本発明によって保護される。
【0110】 これまでのパラグラフで注目したクラッド構造は、全て基本的な六角形形状に
基づいていた。しかしながら、周期的なクラッド構造の低屈折率コアファイバを
形成するための他の可能性も存在し、1つのこのような例は、図22に示される
ように正方形構造である。この実現では、ボイド/ロッド(27)は正方形格子
構造のコーナーに中心がある。
基づいていた。しかしながら、周期的なクラッド構造の低屈折率コアファイバを
形成するための他の可能性も存在し、1つのこのような例は、図22に示される
ように正方形構造である。この実現では、ボイド/ロッド(27)は正方形格子
構造のコーナーに中心がある。
【0111】 図23では、この正方形構造は、正方形コーナー点間の直線上に中心がある付
加ボイド/ロッド(28)を付加することによって拡張されている。この構造は
また、互いに対して45°の角度を付けられた2つの正方形格子構造の重ね合わ
せと見ることができることも注目される。 さらにもう一つのクラッド構造は、(例えば、偏光制御部品のための)2つの
主な主軸が必要である用途に対して適用されてもよい、図24に示された矩形格
子で実現される。ボイド/ロッドのサブグループの異なる組み合わせによって格
子構造の最初の要素が置き換えられている六角形構造に関する前述の考察に従っ
て、新しい、改善された構造がこの技術によって得られよう。
加ボイド/ロッド(28)を付加することによって拡張されている。この構造は
また、互いに対して45°の角度を付けられた2つの正方形格子構造の重ね合わ
せと見ることができることも注目される。 さらにもう一つのクラッド構造は、(例えば、偏光制御部品のための)2つの
主な主軸が必要である用途に対して適用されてもよい、図24に示された矩形格
子で実現される。ボイド/ロッドのサブグループの異なる組み合わせによって格
子構造の最初の要素が置き換えられている六角形構造に関する前述の考察に従っ
て、新しい、改善された構造がこの技術によって得られよう。
【0112】 八角形構造が示されている興味ある例が図25に示されている。この構造はま
た、サブグループに対して45°だけの角度が付けられた全体的に正方形の構造
に配置された正方形構造の4つの等しい大きさのボイド/ロッドのサブグループ
とみなすこともできる。前述したように、このサブグループの配置方法は無限の
数の組合せで変えることができ、多くの新しい用途用に変形できるユニークな電
磁/光学特性を有する新しい導波構造の設計の基礎を形成する。
た、サブグループに対して45°だけの角度が付けられた全体的に正方形の構造
に配置された正方形構造の4つの等しい大きさのボイド/ロッドのサブグループ
とみなすこともできる。前述したように、このサブグループの配置方法は無限の
数の組合せで変えることができ、多くの新しい用途用に変形できるユニークな電
磁/光学特性を有する新しい導波構造の設計の基礎を形成する。
【0113】 六角形状および三角形状の格子構造を結合する周期的なクラッド構造の例は、
図26に示され、図27では正方形および六角形のサブグループの組合せが示さ
れている。クラッド構造に異なる平行四辺形を用いる他の可能性はまた光学モー
ド形成(shaping)に対しても実際的である。 上記に開示された全てのクラッド構造は、コア領域のいろいろの実現と組合さ
れてもよい。このコアは、クラッドの対称を故意に壊し、光がPBG効果によっ
てコアに沿って誘導されることを可能にする低屈折率領域によって形成されても
よい。したがって、導波効果は従来の高屈折率導波とは基本的に異なる。
図26に示され、図27では正方形および六角形のサブグループの組合せが示さ
れている。クラッド構造に異なる平行四辺形を用いる他の可能性はまた光学モー
ド形成(shaping)に対しても実際的である。 上記に開示された全てのクラッド構造は、コア領域のいろいろの実現と組合さ
れてもよい。このコアは、クラッドの対称を故意に壊し、光がPBG効果によっ
てコアに沿って誘導されることを可能にする低屈折率領域によって形成されても
よい。したがって、導波効果は従来の高屈折率導波とは基本的に異なる。
【0114】 蜂の巣構造セルの1つの中の中心に置かれた付加ボイド/ホールとして低屈折
率の欠陥が導入された、本発明によって保護される低屈折率コア領域を有するP
CFの1つの例は図6に示されている。 低屈折率コア領域の役をすることができる欠陥(すなわちコア)領域の他の例
は、図28に示されている。この構造では、コア領域(31)を形成するボイド
のより大きな直径によって、光モードフィールド(optical mode field)はコア
の周りに閉じ込められ、限られた程度までだけクラッドセル(cladding cell)
(32)に侵透することが確実にされる。コア領域のこの実現の長所は、この場
合のモードフィールドがコア欠陥領域の中心に集中されるということであり、こ
こで、ガラスあるいは高非線形係数を有する材料でも強い非線形性が適する用途
のために置くことができる。
率の欠陥が導入された、本発明によって保護される低屈折率コア領域を有するP
CFの1つの例は図6に示されている。 低屈折率コア領域の役をすることができる欠陥(すなわちコア)領域の他の例
は、図28に示されている。この構造では、コア領域(31)を形成するボイド
のより大きな直径によって、光モードフィールド(optical mode field)はコア
の周りに閉じ込められ、限られた程度までだけクラッドセル(cladding cell)
(32)に侵透することが確実にされる。コア領域のこの実現の長所は、この場
合のモードフィールドがコア欠陥領域の中心に集中されるということであり、こ
こで、ガラスあるいは高非線形係数を有する材料でも強い非線形性が適する用途
のために置くことができる。
【0115】 コア形成ボイド(core forming void)(33)がクラッドセルボイド(32
)よりも小さい直径のものである、蜂の巣セルの1つの中に中心ボイド(centra
l void)を付加しないでコア欠陥の形成を実現するもう1つの方法が図29に示
されている。他の欠陥(すなわちコア領域)が、コアセルが異なる直径のボイド
によって形成されるようにコア領域のボイドを他の寸法のボイドと交換すること
によって形成できることにも注目すべきである。
)よりも小さい直径のものである、蜂の巣セルの1つの中に中心ボイド(centra
l void)を付加しないでコア欠陥の形成を実現するもう1つの方法が図29に示
されている。他の欠陥(すなわちコア領域)が、コアセルが異なる直径のボイド
によって形成されるようにコア領域のボイドを他の寸法のボイドと交換すること
によって形成できることにも注目すべきである。
【0116】 非対称コアセル(34)が示されるこのような実現は図30に例示される。こ
のような方法は、特に偏光保持ファイバ(polarisation maintaining fiber)の
実装に関して興味ある特性を示すことができる。図30の場合は、このコアは、
他の周期的な蜂の巣構造により大きな断面積を有する1つのボイドを入れること
によって形成される。
のような方法は、特に偏光保持ファイバ(polarisation maintaining fiber)の
実装に関して興味ある特性を示すことができる。図30の場合は、このコアは、
他の周期的な蜂の巣構造により大きな断面積を有する1つのボイドを入れること
によって形成される。
【0117】 更なるステップは、欠陥(すなわちコア)領域になるであろう異なる寸法の2
つ以上のボイドを付加することにあり、2つのより大きなホールが蜂の巣セル(
35)の対向するコーナーに配置されているこのような例が図31に示されてい
る。 クラッド形成ボイドとは異なる(ここでより大きな)断面積(36)によって
形成される欠陥の他の例は図32に示されており、ここでは、単一の低屈折率ボ
イドがカゴメクラッド構造に導入されている。
つ以上のボイドを付加することにあり、2つのより大きなホールが蜂の巣セル(
35)の対向するコーナーに配置されているこのような例が図31に示されてい
る。 クラッド形成ボイドとは異なる(ここでより大きな)断面積(36)によって
形成される欠陥の他の例は図32に示されており、ここでは、単一の低屈折率ボ
イドがカゴメクラッド構造に導入されている。
【0118】 蜂の巣格子構造と同様に、より大きな断面積を有する1つあるいはそれより多
いボイドはカゴメ構造に導入されてもよい。2つの拡大ボイド(37)を使用す
るこのような例は図33に示されている。 カゴメクラッド構造は、当然六角形コアセルのボイド群を置き換えることによ
って欠陥を形成する可能性も開く。図34ではコアセルを形成する6つのボイド
(38)の全が拡大されたのに対して、同じ6つのボイド(39)は図35に例
示されるようなサイズに低減された。
いボイドはカゴメ構造に導入されてもよい。2つの拡大ボイド(37)を使用す
るこのような例は図33に示されている。 カゴメクラッド構造は、当然六角形コアセルのボイド群を置き換えることによ
って欠陥を形成する可能性も開く。図34ではコアセルを形成する6つのボイド
(38)の全が拡大されたのに対して、同じ6つのボイド(39)は図35に例
示されるようなサイズに低減された。
【0119】 当然、所望の性能に応じて、クラッド構造形成ボイドよりも大きい寸法を有す
るボイドの数をさらに増加させることができる。基本的には、コア欠陥領域は、
配置されたコア(すなわち欠陥)モードがコアセルの周りに置かれ得ることを保
証さえすれば可変のサイズのホールによって構成されてもよい。クラッド構造を
形成する他のボイドから著しく離れた断面を有する単一の(あるいは少数の)ボ
イドを導入することによって、たとえその異なるボイドが同じ断面積を有すると
しても、欠陥を形成することもできる。格子形成ボイドを局部的に修正すること
によって欠陥を形成するこの方法は全ての異なる記述されたクラッド構造に対し
て適用できることにも注目すべきである。これまでに示した例は円形断面を有す
るボイド/ロッドに対してなされたものであったが、本発明はこれらに限定され
ないことにも注目すべきである。三角形、正方形、およびより高次の多角形ある
いは歪んだ多角形も、楕円および非対称多角形のような他の形状も同様に含まれ
る。
るボイドの数をさらに増加させることができる。基本的には、コア欠陥領域は、
配置されたコア(すなわち欠陥)モードがコアセルの周りに置かれ得ることを保
証さえすれば可変のサイズのホールによって構成されてもよい。クラッド構造を
形成する他のボイドから著しく離れた断面を有する単一の(あるいは少数の)ボ
イドを導入することによって、たとえその異なるボイドが同じ断面積を有すると
しても、欠陥を形成することもできる。格子形成ボイドを局部的に修正すること
によって欠陥を形成するこの方法は全ての異なる記述されたクラッド構造に対し
て適用できることにも注目すべきである。これまでに示した例は円形断面を有す
るボイド/ロッドに対してなされたものであったが、本発明はこれらに限定され
ないことにも注目すべきである。三角形、正方形、およびより高次の多角形ある
いは歪んだ多角形も、楕円および非対称多角形のような他の形状も同様に含まれ
る。
【0120】 前述したように、コア領域は、クラッドのセルの1つの中に置かれた低屈折率
ボイドの導入によって形成されてもよく、それによってこの特定の欠陥セルは周
期的なクラッドのその周期性によって禁止された光を誘導できるようになる。 しかしながら、この付加ボイドは、必ずしもコアセルの中心に配置される必要
がなく、図36に示されるような非対称位置にも配置されてもよく、この例では
周期的な蜂の巣セル(42)によって囲まれる欠陥ボイド(41)がコアセルの
中心から離れて置かれている。
ボイドの導入によって形成されてもよく、それによってこの特定の欠陥セルは周
期的なクラッドのその周期性によって禁止された光を誘導できるようになる。 しかしながら、この付加ボイドは、必ずしもコアセルの中心に配置される必要
がなく、図36に示されるような非対称位置にも配置されてもよく、この例では
周期的な蜂の巣セル(42)によって囲まれる欠陥ボイド(41)がコアセルの
中心から離れて置かれている。
【0121】 図37では、非対称に配置された付加ホール(43)を使用する同様な例が、
カゴメクラッドセル構造(44)に対して示されている。コアセルのボイドのこ
のような配置は、特定の内外結合特性(in-and out-coupling property)が満た
されねばならない場合の例に対して特別のモードフィールド形成のために使用さ
れてもよい。
カゴメクラッドセル構造(44)に対して示されている。コアセルのボイドのこ
のような配置は、特定の内外結合特性(in-and out-coupling property)が満た
されねばならない場合の例に対して特別のモードフィールド形成のために使用さ
れてもよい。
【0122】 欠陥が蜂の巣クラッドセル(42)を形成するボイドよりも小さい直径を有す
る2つのボイド(45)によって形成される、コア領域のより複雑な設計の他の
例が図38に示される。 ファイバのコア領域(46)のボイドも、図39に示されるように、クラッド
セル形成ボイドと同じ寸法のものであってもよいし、このボイドは図40に示さ
れるようにボイド(47)のようなより大きな寸法であってもよい。さらに、コ
ア領域の欠陥形成ボイドは等しいサイズのものである必要がなく、コアセルに2
つのボイドを持つ例では、一方のボイド(48)はクラッドセル(42)を形成
するボイドのような寸法のものであってもよいし、他方のボイド(49)は図4
1に示されたようなより大きな寸法のものであってもよいことに注目しなければ
ならない。
る2つのボイド(45)によって形成される、コア領域のより複雑な設計の他の
例が図38に示される。 ファイバのコア領域(46)のボイドも、図39に示されるように、クラッド
セル形成ボイドと同じ寸法のものであってもよいし、このボイドは図40に示さ
れるようにボイド(47)のようなより大きな寸法であってもよい。さらに、コ
ア領域の欠陥形成ボイドは等しいサイズのものである必要がなく、コアセルに2
つのボイドを持つ例では、一方のボイド(48)はクラッドセル(42)を形成
するボイドのような寸法のものであってもよいし、他方のボイド(49)は図4
1に示されたようなより大きな寸法のものであってもよいことに注目しなければ
ならない。
【0123】 図42に示されるようなさらにもう一つの例は、クラッドセル(42)を形成
するボイドよりも小さい寸法の一方のボイド(50)を使用してもよいし、他方
のボイド(49)はより大きな寸法のものであってもよい。また、図43に示さ
れたような状態で、一方のボイド(50)がクラッドセル(42)を形成するボ
イドのようなより小さい寸法のものであってもよいし、他方のもの(50)は等
しい寸法のものであってもよい。図38〜図43に示された例は全て、コアセル
内の2つのボイドを接続する同じ向きの線を有するが、これはコアセルにボイド
を入れる可能性の選択として決して見るべきでないことに注目すべきである。確
かに2つ(あるいはそれより多い)のボイドはいろいろのサイズを有するばかり
でなく、このボイドは特定の用途に応じて与えられたモードフィールド形状要件
に応じてコアセル内に多くの異なる方法で入れられてもよい。さらに、2つより
もさらに多いボイドがコアセルに入れられてもよく、3つ、4つあるいはそれよ
り多いボイドは、特定の用途に対するファイバの製造に関与してもよい。示され
た例のボイドの円形状断面が他の形状を含むように拡張されてもよいことにも注
目すべきである。他の可能性は、蜂の巣クラッド構造とは異なるクラッド構造へ
の他のボイド群の導入を含む。
するボイドよりも小さい寸法の一方のボイド(50)を使用してもよいし、他方
のボイド(49)はより大きな寸法のものであってもよい。また、図43に示さ
れたような状態で、一方のボイド(50)がクラッドセル(42)を形成するボ
イドのようなより小さい寸法のものであってもよいし、他方のもの(50)は等
しい寸法のものであってもよい。図38〜図43に示された例は全て、コアセル
内の2つのボイドを接続する同じ向きの線を有するが、これはコアセルにボイド
を入れる可能性の選択として決して見るべきでないことに注目すべきである。確
かに2つ(あるいはそれより多い)のボイドはいろいろのサイズを有するばかり
でなく、このボイドは特定の用途に応じて与えられたモードフィールド形状要件
に応じてコアセル内に多くの異なる方法で入れられてもよい。さらに、2つより
もさらに多いボイドがコアセルに入れられてもよく、3つ、4つあるいはそれよ
り多いボイドは、特定の用途に対するファイバの製造に関与してもよい。示され
た例のボイドの円形状断面が他の形状を含むように拡張されてもよいことにも注
目すべきである。他の可能性は、蜂の巣クラッド構造とは異なるクラッド構造へ
の他のボイド群の導入を含む。
【0124】 異なる欠陥形成ボイド断面積が用いられるカゴメクラッド構造の2つのボイド
欠陥の例は、図44〜図49に示される。欠陥形成する2つのボイド構造の選択
された配置方法は唯一の可能性ではなく、無限の数の他の位置(コアセル内のラ
ンダムな位置を含む)が使用されてもよい。他の重要な点は、コアを形成する低
屈折率空間領域が単一欠陥ボイド/ロッドよりももっと遠くに延びてもよいとい
うことである。さらに単一非対称スーパーボイド(super-void)を形成する接続
されたボイド/ホールも本発明によって保護される。
欠陥の例は、図44〜図49に示される。欠陥形成する2つのボイド構造の選択
された配置方法は唯一の可能性ではなく、無限の数の他の位置(コアセル内のラ
ンダムな位置を含む)が使用されてもよい。他の重要な点は、コアを形成する低
屈折率空間領域が単一欠陥ボイド/ロッドよりももっと遠くに延びてもよいとい
うことである。さらに単一非対称スーパーボイド(super-void)を形成する接続
されたボイド/ホールも本発明によって保護される。
【0125】 マルチコア構造(multi-core structure)を製造する可能性は、例えば空間信
号処理に関してのあるいは複合カプラー(complex coupler)構成の要素として
の光ファイバ/導波管の多くの将来の用途にとって興味ある選択である。このよ
うな着想は通常の屈折率誘導導波管で提案されてきたが、マルチコア領域の実現
は、技術的には標準ファイバ/導波管に対しては非常に困難である。したがって
、その製造(例えば、チューブおよびロッドを一緒に積み重ねることによって行
なう)がマルチコア導波管の比較的簡単な実現を可能にし得るということがPC
Fの非常に魅力的な特性である。
号処理に関してのあるいは複合カプラー(complex coupler)構成の要素として
の光ファイバ/導波管の多くの将来の用途にとって興味ある選択である。このよ
うな着想は通常の屈折率誘導導波管で提案されてきたが、マルチコア領域の実現
は、技術的には標準ファイバ/導波管に対しては非常に困難である。したがって
、その製造(例えば、チューブおよびロッドを一緒に積み重ねることによって行
なう)がマルチコア導波管の比較的簡単な実現を可能にし得るということがPC
Fの非常に魅力的な特性である。
【0126】 本発明はまた、低屈折率コア領域あるいは低屈折率領域と高屈折率領域とを結
合するこのような導波管も含み、実際的な実施例の中には図50に示されたよう
な構造がある。本例では、基本蜂の巣セル構造(60)は光結晶クラッドを形成
するために使用され、2つの低屈折率欠陥(61)は、誘導モード(guided mod
e)が伝搬し得る領域を形成するために隣接セルに導入された。図50では、欠
陥ボイドは、クラッド構造を形成するために使用されたボイドと同じ寸法を有す
る。
合するこのような導波管も含み、実際的な実施例の中には図50に示されたよう
な構造がある。本例では、基本蜂の巣セル構造(60)は光結晶クラッドを形成
するために使用され、2つの低屈折率欠陥(61)は、誘導モード(guided mod
e)が伝搬し得る領域を形成するために隣接セルに導入された。図50では、欠
陥ボイドは、クラッド構造を形成するために使用されたボイドと同じ寸法を有す
る。
【0127】 別の例が図51に示されており、欠陥ボイド/ホール(62)がクラッド構造
を形成するボイドよりも小さい断面積を有する。クラッド構造のコアボイドに比
べてコア(欠陥)ボイドの相対サイズを調整することによって、モード形成(お
よびそれによる導波管特性処理)の手段が得られる。 図52は、欠陥ボイド(63)が蜂の巣クラッド構造を形成するボイドよりも
大きな寸法を有する例を示している。欠陥ボイド/ホールの断面が円形断面以外
の任意の形状のものであり得ること、及び、これに関連して検討されるような2
つのコア構造において、2つの欠陥のどちらも等しい断面積を有すべきでないこ
とに注意すべきである。2つの欠陥ボイド(64)および(65)が異なる断面
積を有するこのような構造の他の例は、図53に示されている。このボイド(6
4)は、この場合、クラッド構造を形成するボイドと同じ断面積を有するボイド
(65)よりも大きい断面積を有する。
を形成するボイドよりも小さい断面積を有する。クラッド構造のコアボイドに比
べてコア(欠陥)ボイドの相対サイズを調整することによって、モード形成(お
よびそれによる導波管特性処理)の手段が得られる。 図52は、欠陥ボイド(63)が蜂の巣クラッド構造を形成するボイドよりも
大きな寸法を有する例を示している。欠陥ボイド/ホールの断面が円形断面以外
の任意の形状のものであり得ること、及び、これに関連して検討されるような2
つのコア構造において、2つの欠陥のどちらも等しい断面積を有すべきでないこ
とに注意すべきである。2つの欠陥ボイド(64)および(65)が異なる断面
積を有するこのような構造の他の例は、図53に示されている。このボイド(6
4)は、この場合、クラッド構造を形成するボイドと同じ断面積を有するボイド
(65)よりも大きい断面積を有する。
【0128】 クラッド形成空隙よりもより大きい断面積の1つのボイド(64)およびより
小さい断面積の1つの空隙(66)を有する実施例が示されている他の可能性が
図54に示されている。ここでも、円形のボイド/ホールを有する簡単な蜂の巣
構造がその例として示されている。 図55では、より小さい断面積の1つのボイド(66)およびクラッド形成ボ
イドと等しい断面積の1つのボイド(65)が示されている他の例が示されてい
る。図50〜図55に示された特定の例では、欠陥ボイドは蜂の巣セルの中心に
置かれているが、単位セル内の欠陥ボイド/ホールの任意の位置は特定の導波特
性を処理する目的で用いられてもよいので、これは決して本発明内の要件でない
。周期的なクラッドセル構造内に複数の欠陥を利用する着想は簡単な蜂の巣単位
セルに限定されるものではなく、他のクラッド構造に対して利用されてもよい。
小さい断面積の1つの空隙(66)を有する実施例が示されている他の可能性が
図54に示されている。ここでも、円形のボイド/ホールを有する簡単な蜂の巣
構造がその例として示されている。 図55では、より小さい断面積の1つのボイド(66)およびクラッド形成ボ
イドと等しい断面積の1つのボイド(65)が示されている他の例が示されてい
る。図50〜図55に示された特定の例では、欠陥ボイドは蜂の巣セルの中心に
置かれているが、単位セル内の欠陥ボイド/ホールの任意の位置は特定の導波特
性を処理する目的で用いられてもよいので、これは決して本発明内の要件でない
。周期的なクラッドセル構造内に複数の欠陥を利用する着想は簡単な蜂の巣単位
セルに限定されるものではなく、他のクラッド構造に対して利用されてもよい。
【0129】 クラッド構造を形成するために使用されるボイドに等しい寸法の2つの欠陥ボ
イド(67)を有するカゴメクラッド構造(68)の1つの例が図56に示され
ている。 図57には、他の実施例として、クラッド構造を形成するボイドよりも小さい
断面積の2つの欠陥ボイド/ホール(69)によって修正されたカゴメクラッド
構造が示されている。前述された簡単な蜂の巣クラッド例と同様に、欠陥もまた
、図58に示されたようなクラッド構造形成ボイドよりも大きい断面積のもので
あってもよく、カゴメクラッド構造のための断面積の2つの欠陥ホールの異なる
例が図59〜図61に示されている。
イド(67)を有するカゴメクラッド構造(68)の1つの例が図56に示され
ている。 図57には、他の実施例として、クラッド構造を形成するボイドよりも小さい
断面積の2つの欠陥ボイド/ホール(69)によって修正されたカゴメクラッド
構造が示されている。前述された簡単な蜂の巣クラッド例と同様に、欠陥もまた
、図58に示されたようなクラッド構造形成ボイドよりも大きい断面積のもので
あってもよく、カゴメクラッド構造のための断面積の2つの欠陥ホールの異なる
例が図59〜図61に示されている。
【0130】 図50〜図61に示された全ての例では、2つの欠陥ボイド/ホールは隣接セ
ルに置かれているが、これは必らずしも常に好ましいとは限らない。例えば、よ
り弱い結合あるいはパワー無し結合(no power coupling)さえ必要である場合
は、複数の欠陥(すなわちコア)間のより大きな間隔を用いることは好都合であ
り得る。
ルに置かれているが、これは必らずしも常に好ましいとは限らない。例えば、よ
り弱い結合あるいはパワー無し結合(no power coupling)さえ必要である場合
は、複数の欠陥(すなわちコア)間のより大きな間隔を用いることは好都合であ
り得る。
【0131】 これを例示するために、図62に、欠陥なしの1つのセル(70)が欠陥ボイ
ドを含む2つのセル(71)間に配置されるように置かれた簡単な蜂の巣クラッ
ド構造が2つの欠陥とともに示されている。図62の実施例では、欠陥形成ボイ
ドは、簡単な蜂の巣クラッド構造を形成するボイドよりも小さい断面積を有する
。
ドを含む2つのセル(71)間に配置されるように置かれた簡単な蜂の巣クラッ
ド構造が2つの欠陥とともに示されている。図62の実施例では、欠陥形成ボイ
ドは、簡単な蜂の巣クラッド構造を形成するボイドよりも小さい断面積を有する
。
【0132】 クラッド形成ボイドと等しい断面積の欠陥形成ボイドを有するセル(72)が
示されている他の例は図63に示されている。さらに、異なる断面積のボイド/
ホールによって形成された欠陥セルが使用されてもよい。 図64では、欠陥なしの1つのセル(70)が、より小さい欠陥ボイドを含む
一方のセル(71)とクラッド構造を形成するこれらのボイドと等しいサイズの
欠陥ボイドを含むもう1つのセル(72)との間に配置されるように2つの欠陥
が置かれた例が示されている。
示されている他の例は図63に示されている。さらに、異なる断面積のボイド/
ホールによって形成された欠陥セルが使用されてもよい。 図64では、欠陥なしの1つのセル(70)が、より小さい欠陥ボイドを含む
一方のセル(71)とクラッド構造を形成するこれらのボイドと等しいサイズの
欠陥ボイドを含むもう1つのセル(72)との間に配置されるように2つの欠陥
が置かれた例が示されている。
【0133】 図65は、より大きな断面積の欠陥ボイドを有するセル(73)が、より小さ
い欠陥ボイドを有するもう1つのセル(71)から1つのセルで分離されて配置
される例を示している。簡単な蜂の巣クラッド構造内で異なる(separated)コ
ア領域を有する2つの異なる組み合せ例が図66〜図67に示されている。2つ
以上のクラッドセルが欠陥を含むセル(defect containing cell)を分離するた
めに使用でき、さらに2つより多い欠陥が単一のファイバに含まれてもよいこと
も強調すべきである。
い欠陥ボイドを有するもう1つのセル(71)から1つのセルで分離されて配置
される例を示している。簡単な蜂の巣クラッド構造内で異なる(separated)コ
ア領域を有する2つの異なる組み合せ例が図66〜図67に示されている。2つ
以上のクラッドセルが欠陥を含むセル(defect containing cell)を分離するた
めに使用でき、さらに2つより多い欠陥が単一のファイバに含まれてもよいこと
も強調すべきである。
【0134】 周期的なクラッドセル構造における多数欠陥(multiple defects)は他のクラ
ッド構造に対しても当てはめられてもよい。欠陥セル間の1つのセル(74)で
分離されて入れられた、クラッド構造を形成するために使用されるボイドよりも
小さい寸法の2つの欠陥ボイド(75)を有するカゴメクラッド構造(74)の
1つの例は図68に示されている。
ッド構造に対しても当てはめられてもよい。欠陥セル間の1つのセル(74)で
分離されて入れられた、クラッド構造を形成するために使用されるボイドよりも
小さい寸法の2つの欠陥ボイド(75)を有するカゴメクラッド構造(74)の
1つの例は図68に示されている。
【0135】 図69には、他の実施例として、クラッド構造を形成するボイドと等しい断面
積の2つの欠陥ボイド/ホール(76)によって修正されたカゴメクラッド構造
が示されている。さらに、ここでは1つのクラッドセルが2つの欠陥セルを分離
するために使用された。 前述の簡単な蜂の巣クラッドの例と同様に、この欠陥も、カゴメクラッド構造
に対して、図70〜図73の異なる例に示されたような、クラッド構造形成ボイ
ドよりも大きい断面積の、あるいは等しくないサイズのものであってもよい。前
述したように、この欠陥はいくつかのボイド/ホールの組合せで形成されてもよ
く、この方法はまたここで検討された複数コア方法と結合されてもよい。これは
、ある1つの欠陥がある1つの方法で(例えば、単一のボイドによって)作られ
て別の欠陥は別の異なった方法で作られてよいという広範囲の設計の可能性をも
たらす。これは断面に対してばかりではなく、欠陥の形成に使用されるべきであ
るサブ構造の数に対しても行われてよい(例えば、他の欠陥は3つの接近して間
隔をあけられた三角形状のボイド/ホールによって形成されてもよい)。
積の2つの欠陥ボイド/ホール(76)によって修正されたカゴメクラッド構造
が示されている。さらに、ここでは1つのクラッドセルが2つの欠陥セルを分離
するために使用された。 前述の簡単な蜂の巣クラッドの例と同様に、この欠陥も、カゴメクラッド構造
に対して、図70〜図73の異なる例に示されたような、クラッド構造形成ボイ
ドよりも大きい断面積の、あるいは等しくないサイズのものであってもよい。前
述したように、この欠陥はいくつかのボイド/ホールの組合せで形成されてもよ
く、この方法はまたここで検討された複数コア方法と結合されてもよい。これは
、ある1つの欠陥がある1つの方法で(例えば、単一のボイドによって)作られ
て別の欠陥は別の異なった方法で作られてよいという広範囲の設計の可能性をも
たらす。これは断面に対してばかりではなく、欠陥の形成に使用されるべきであ
るサブ構造の数に対しても行われてよい(例えば、他の欠陥は3つの接近して間
隔をあけられた三角形状のボイド/ホールによって形成されてもよい)。
【0136】 製造工程によって与えられた物理的特性により個々のボイドが特定の断面に形
成されるため、非円形断面を有するボイドの使用がモード形成の目的のために適
用されてもよいことは前述された。全てのこれらの可能性は、前述した、異なる
クラッド構造、多要素ボイド(multi-element void)、単一あるいは複数欠陥等
の全ての組み合わせと結合されてもよい。円形断面とは異なる断面を有するボイ
ドの若干の例は図74〜図81に示される。
成されるため、非円形断面を有するボイドの使用がモード形成の目的のために適
用されてもよいことは前述された。全てのこれらの可能性は、前述した、異なる
クラッド構造、多要素ボイド(multi-element void)、単一あるいは複数欠陥等
の全ての組み合わせと結合されてもよい。円形断面とは異なる断面を有するボイ
ドの若干の例は図74〜図81に示される。
【0137】 図74では、クラッドセルにおける円形ボイド(80)を有する簡単な蜂の巣
クラッド構造が、コア(欠陥)サイト(site)が楕円断面を有するボイド(81
)によって形成される場合に対して示される。このような設計はより著しい複屈
折(birefringence)を提供することができる。図74では、欠陥ボイド(81
)の断面積は、クラッド形成ボイド(80)の断面積よりも大きい。楕円断面を
有するより小さいボイド/ホール(82)が簡単な蜂の巣クラッド構造に配置さ
れている他の例は図75に示されている。この楕円ボイドは蜂の巣セルの中心に
配置されているが、楕円形主軸の他の配置や向きも行われてもよいことに注目す
べきである。
クラッド構造が、コア(欠陥)サイト(site)が楕円断面を有するボイド(81
)によって形成される場合に対して示される。このような設計はより著しい複屈
折(birefringence)を提供することができる。図74では、欠陥ボイド(81
)の断面積は、クラッド形成ボイド(80)の断面積よりも大きい。楕円断面を
有するより小さいボイド/ホール(82)が簡単な蜂の巣クラッド構造に配置さ
れている他の例は図75に示されている。この楕円ボイドは蜂の巣セルの中心に
配置されているが、楕円形主軸の他の配置や向きも行われてもよいことに注目す
べきである。
【0138】 図76は、楕円形コアボイド(84)が、円形ボイド(83)によって形成さ
れるカゴメクラッドボイド構造の中心に置かれている例を示している。この特定
の実施例では、欠陥形成ボイドの断面積はクラッドのボイドよりも小さい。 他の実現は図77に示され、この場合だけ、楕円欠陥の主軸の向きは図76に
比べて30°傾斜され、図77の例の場合、断面積はクラッド形成ボイドの断面
積よりも大きい。
れるカゴメクラッドボイド構造の中心に置かれている例を示している。この特定
の実施例では、欠陥形成ボイドの断面積はクラッドのボイドよりも小さい。 他の実現は図77に示され、この場合だけ、楕円欠陥の主軸の向きは図76に
比べて30°傾斜され、図77の例の場合、断面積はクラッド形成ボイドの断面
積よりも大きい。
【0139】 図78では、任意の断面(85)のコア欠陥が簡単な蜂の巣クラッド構造内に
示され、図79では、任意の断面のコア欠陥(86)がカゴメクラッド構造に対
して示される。 クラッド構造を形成するボイド/ホールが大部分の例で用いられた円形形状と
は異なる断面を有する他の組み合わせも考えることができる。円形コア形成欠陥
ボイド(87)が、近三角形状ボイド(88)によって実現される簡単な蜂の巣
クラッド構造の中心に置かれたこのような例が図80に示されている。クラッド
形成の近三角形ボイド(あるいは任意の異なる断面形状を有するボイド)の配置
方向(orientation)は、クラッドの所望のPBG効果が実現される限り、回転
によって個別に調整されてもよい。図示された配置方向は最適化された配置であ
る。
示され、図79では、任意の断面のコア欠陥(86)がカゴメクラッド構造に対
して示される。 クラッド構造を形成するボイド/ホールが大部分の例で用いられた円形形状と
は異なる断面を有する他の組み合わせも考えることができる。円形コア形成欠陥
ボイド(87)が、近三角形状ボイド(88)によって実現される簡単な蜂の巣
クラッド構造の中心に置かれたこのような例が図80に示されている。クラッド
形成の近三角形ボイド(あるいは任意の異なる断面形状を有するボイド)の配置
方向(orientation)は、クラッドの所望のPBG効果が実現される限り、回転
によって個別に調整されてもよい。図示された配置方向は最適化された配置であ
る。
【0140】 図81は、蜂の巣構造のクラッドを形成する風車状ボイド/ホールを示してい
る。図80におけるように、クラッドの所望のPBG効果が実現される限り、ク
ラッド形成ボイド/ホールの配置方向が回転によって個別に調整されてもよいこ
とに注目すべきである。図示された配置方向は最適化された配置である。 図80および図81の非円形ボイド/ホールは基本的蜂の巣構造に対して示さ
れたものであるけれども、非円形ボイド/ホールは、PBGを調整するためにカ
ゴメ構造に対しても同様に用いられてもよい。
る。図80におけるように、クラッドの所望のPBG効果が実現される限り、ク
ラッド形成ボイド/ホールの配置方向が回転によって個別に調整されてもよいこ
とに注目すべきである。図示された配置方向は最適化された配置である。 図80および図81の非円形ボイド/ホールは基本的蜂の巣構造に対して示さ
れたものであるけれども、非円形ボイド/ホールは、PBGを調整するためにカ
ゴメ構造に対しても同様に用いられてもよい。
【0141】 図74〜図81に示されたような異なる断面形状のボイドの組合せが図62〜
図73に示されるようなマルチコア配置に適合されてもよいことに注目すべきで
ある。 本発明によるある長さのファイバ(87)と、増幅されるべきである入力信号
(88)と、増幅された出力信号(89)、及びポンプ信号(pump signal)(
91)を供給する放射源(source of radiation)(90)とを備えるファイバ
増幅器の例は、図82に示されている。ポンプ信号は、一般的にはその長さのフ
ァイバに導入されたドープ剤をポンピングする。
図73に示されるようなマルチコア配置に適合されてもよいことに注目すべきで
ある。 本発明によるある長さのファイバ(87)と、増幅されるべきである入力信号
(88)と、増幅された出力信号(89)、及びポンプ信号(pump signal)(
91)を供給する放射源(source of radiation)(90)とを備えるファイバ
増幅器の例は、図82に示されている。ポンプ信号は、一般的にはその長さのフ
ァイバに導入されたドープ剤をポンピングする。
【0142】 本発明によるある長さのファイバ(92)と、出力信号(93)、及びポンプ
信号(95)を供給する放射源(94)とを備えるレーザ放射線を供給するファ
イバレーザの例は、図83に示されている。このファイバレーザは、レーザ空洞
(laser cavity)内を進行する信号を反射する手段(96)をさらに備えている
。
信号(95)を供給する放射源(94)とを備えるレーザ放射線を供給するファ
イバレーザの例は、図83に示されている。このファイバレーザは、レーザ空洞
(laser cavity)内を進行する信号を反射する手段(96)をさらに備えている
。
【0143】 低屈折率誘導特性の基本要素であるPBG効果はクラッド構造の周期性によっ
て得られる。しかしながら、非常に限られた周期数だけが電磁界を閉じ込めるた
めに必要であり、結果的に周期性を含む従来のプリフォーム(priform)の一部
のオーバクラッド(over cladding)を使用できる。 この光ファイバの場合、このオーバクラッドは、接合(splice)および付着(
cleave)することがより容易であるファイバを提供するようにファイバの強度を
さらに多く改善できた。オーバクラッドファイバ(overcladed fiber)の第1の
態様では、例えば円形の外部ファイバ断面を想定できるので、標準ファイバ固定
具が使用され得る。しかしながら、さらに、例えば、ファイバの外部形状がファ
イバ主軸等のローカリゼイション(localisation)を容易にすることができる高
偏光保持ファイバ(highly polarisation fiber)の場合に好ましいかもしれな
い正方形あるいは六角形状の外部ファイバ断面の他のオーバクラッドチューブも
、想定され得る。
て得られる。しかしながら、非常に限られた周期数だけが電磁界を閉じ込めるた
めに必要であり、結果的に周期性を含む従来のプリフォーム(priform)の一部
のオーバクラッド(over cladding)を使用できる。 この光ファイバの場合、このオーバクラッドは、接合(splice)および付着(
cleave)することがより容易であるファイバを提供するようにファイバの強度を
さらに多く改善できた。オーバクラッドファイバ(overcladed fiber)の第1の
態様では、例えば円形の外部ファイバ断面を想定できるので、標準ファイバ固定
具が使用され得る。しかしながら、さらに、例えば、ファイバの外部形状がファ
イバ主軸等のローカリゼイション(localisation)を容易にすることができる高
偏光保持ファイバ(highly polarisation fiber)の場合に好ましいかもしれな
い正方形あるいは六角形状の外部ファイバ断面の他のオーバクラッドチューブも
、想定され得る。
【0144】 従来のオーバクラッド方法の代替例として、PBGファイバの強いモード閉じ
込めは、コア領域を囲むファイバが、周期的なクラッド領域の好ましい設計によ
って毛細管を包んで密にパックされた配置にすることによって構成される他の方
式を提案できる。所定の位置に固定されねばならないこの周期的な領域の外側で
は、ここでの主題が周期的な構造を形成することにあるのではないために、外部
ファイバ構造(外部クラッド領域に対応する)は、機械的に所定の場所に振り動
かせる、より細いガラスロッドのパッキングによって形成できる。それから後で
プリフォームがファイバに引き入れられるとき、外部クラッド構造は(近)固体
外部クラッドを形成するように一緒に溶融される。細いガラスロッドの外部配置
(outside placement)に対する唯一の要求は、ファイバの周期的な部分の外側
の不均一分布による表面張力が周期性の著しい歪みを生じさせる結果にならない
ことである。
込めは、コア領域を囲むファイバが、周期的なクラッド領域の好ましい設計によ
って毛細管を包んで密にパックされた配置にすることによって構成される他の方
式を提案できる。所定の位置に固定されねばならないこの周期的な領域の外側で
は、ここでの主題が周期的な構造を形成することにあるのではないために、外部
ファイバ構造(外部クラッド領域に対応する)は、機械的に所定の場所に振り動
かせる、より細いガラスロッドのパッキングによって形成できる。それから後で
プリフォームがファイバに引き入れられるとき、外部クラッド構造は(近)固体
外部クラッドを形成するように一緒に溶融される。細いガラスロッドの外部配置
(outside placement)に対する唯一の要求は、ファイバの周期的な部分の外側
の不均一分布による表面張力が周期性の著しい歪みを生じさせる結果にならない
ことである。
【0145】 新しい機能性を有するPCFは、特別のドープ剤材料、あるいはファイバ基盤
材料(fiber basis material)(例えば、ガラス、あるいはポリマー)から著し
く逸脱する材料さえも有するファイバ内の領域を導入することによって製造され
てもよい。これらの付加材料は、例えば、希土類ドープ剤、特に高感度な紫外線
(UV)写真感光材料、あるいは半導体あるいは金属でさえであってもよい。
材料(fiber basis material)(例えば、ガラス、あるいはポリマー)から著し
く逸脱する材料さえも有するファイバ内の領域を導入することによって製造され
てもよい。これらの付加材料は、例えば、希土類ドープ剤、特に高感度な紫外線
(UV)写真感光材料、あるいは半導体あるいは金属でさえであってもよい。
【0146】 製造工程は、密にパッケージされた周期的な基盤材料構造内の明確に規定され
た位置で不純物を添加された(あるいは異なる)材料の細いロッドの導入を含ん
でもよい。その代りに、毛細管のいくつかは不純物を添加された材料から作るこ
とができ、あるいはプリフォーム(あるいはそれの一部)は、基盤材料ロッドお
よびチューブに拡散あるいは結合できる材料の溶液(solution)に入れられるこ
とさえできる。プリフォームの特定の部分は他の積み重ねあるいは他の処理が継
続する前に個別に処理できるので、この方法は非常に高い柔軟度を許容にする。
た位置で不純物を添加された(あるいは異なる)材料の細いロッドの導入を含ん
でもよい。その代りに、毛細管のいくつかは不純物を添加された材料から作るこ
とができ、あるいはプリフォーム(あるいはそれの一部)は、基盤材料ロッドお
よびチューブに拡散あるいは結合できる材料の溶液(solution)に入れられるこ
とさえできる。プリフォームの特定の部分は他の積み重ねあるいは他の処理が継
続する前に個別に処理できるので、この方法は非常に高い柔軟度を許容にする。
【図1】 二次元周期性を有する蜂の巣クラッド構造を示す図である。
【図2】 30%のホール充填率を有する基本的な蜂の巣の光結晶のためのバンド図(ba
nd diagram)を示す図である。kΛは正規化振動数であり、ここでkは自由空間
波数(=2π/λ)である。Λは、2つの隣接する一次要素間の距離である。蜂
の巣結晶の3つの高対称点(high symmetry points)は、O,M,およびXによ
って示される。
nd diagram)を示す図である。kΛは正規化振動数であり、ここでkは自由空間
波数(=2π/λ)である。Λは、2つの隣接する一次要素間の距離である。蜂
の巣結晶の3つの高対称点(high symmetry points)は、O,M,およびXによ
って示される。
【図3】 二次元の修正された蜂の巣ベースの光結晶を示す図である。2つの異なって不
純物添加された石英ガラスは不純物添加されない溶融シリカ(fused silica)と
同時に使用される。シリカタイプ1は、毛細管を示し、シリカタイプ2は、蜂の
巣のシリカ‐空気結晶が部分的に製造されてもよい固体の棒を示している。この
構造の単位セルは実線のひし形によって示されている。
純物添加された石英ガラスは不純物添加されない溶融シリカ(fused silica)と
同時に使用される。シリカタイプ1は、毛細管を示し、シリカタイプ2は、蜂の
巣のシリカ‐空気結晶が部分的に製造されてもよい固体の棒を示している。この
構造の単位セルは実線のひし形によって示されている。
【図4】 基本的な蜂の巣の格子(ホール充填率=30%)および3つの修正されたバー
ジョンの蜂の巣の格子に対する正規化波定数の関数として相対バンドギャップサ
イズを示す図である。
ジョンの蜂の巣の格子に対する正規化波定数の関数として相対バンドギャップサ
イズを示す図である。
【図5】 ノード(高屈折率領域)およびベイン(ホール/ボイド)の概念の概念図およ
び三角形構造よりも優れた蜂の巣構造の特性ならびに三角形構造a)および蜂の
巣構造b)に及ぼす格子間ホールの影響を示す図である。
び三角形構造よりも優れた蜂の巣構造の特性ならびに三角形構造a)および蜂の
巣構造b)に及ぼす格子間ホールの影響を示す図である。
【図6】 蜂の巣構造に基づいたファイバ設計を示す図である。単一ホールは周期性の欠
陥(それによってファイバのコア領域を形成する)を形成する。
陥(それによってファイバのコア領域を形成する)を形成する。
【図7】 10%のクラッドホール充填率を有し、クラッドホールと同じサイズを持つ欠
陥ホールを有する蜂の巣PCFの2つの第1のバンドギャップ(一次ギャップお
よび二次ギャップ)を示す図である。一次バンドギャップ内では、ファイバのコ
アの余分のエアホールによって、単一縮退モードが生じると思われる。この‘欠
陥’モードは、ファイバのコアの周りに集中され(ここではこの欠陥モードはP
BG効果のために禁止されているので)、クラッド構造に結合しない。 さらに、本図はコアモードの電界分布も示している。Λ=2.0μmを有する
ファイバに対しては、コアモードは、およそ1.0〜3.0μmに対応する波長
範囲の一次バンドギャップの範囲内にある。漏れなしの単一モード波誘導はこの
波長範囲にわたってこのように得られる。点線はクラッド構造の有効屈折率に関
している。
陥ホールを有する蜂の巣PCFの2つの第1のバンドギャップ(一次ギャップお
よび二次ギャップ)を示す図である。一次バンドギャップ内では、ファイバのコ
アの余分のエアホールによって、単一縮退モードが生じると思われる。この‘欠
陥’モードは、ファイバのコアの周りに集中され(ここではこの欠陥モードはP
BG効果のために禁止されているので)、クラッド構造に結合しない。 さらに、本図はコアモードの電界分布も示している。Λ=2.0μmを有する
ファイバに対しては、コアモードは、およそ1.0〜3.0μmに対応する波長
範囲の一次バンドギャップの範囲内にある。漏れなしの単一モード波誘導はこの
波長範囲にわたってこのように得られる。点線はクラッド構造の有効屈折率に関
している。
【図8】 10%のホール充填率を有する蜂の巣PCFのためのPBG誘導モードを示す
図である。この図は、図7に示された‘欠陥’モードに対する直角な電界を示し
ている。光領域は高い電界強度を示している。実空間構造が、ファイバのコアの
余分のエアホールに対する‘欠陥’モードの集中化を示すために重ね合わされた
。
図である。この図は、図7に示された‘欠陥’モードに対する直角な電界を示し
ている。光領域は高い電界強度を示している。実空間構造が、ファイバのコアの
余分のエアホールに対する‘欠陥’モードの集中化を示すために重ね合わされた
。
【図9】 中心ホールのサイズを変えることによってPBG内の正確なコアモードの周波
数の調整効果を示す図である。プロットはβΛ=5の固定値に対するものである
。クラッドのホール充填率は18%である単一中心欠陥ホールのサイズが変えら
れる。
数の調整効果を示す図である。プロットはβΛ=5の固定値に対するものである
。クラッドのホール充填率は18%である単一中心欠陥ホールのサイズが変えら
れる。
【図10】 一次要素によって形成された基本三角形格子を示す図である。三角形格子の単
位セルも示されている。
位セルも示されている。
【図11】 基本三角形格子および対応する単位セルを示す図である。三角形構造は一次要
素によって規定される。さらに、他の細長の要素および二次要素が示されている
。第1の円は、単位セルの外部に置かれていない中心を有し、任意の一次要素の
どの部分も含まない最大可能な円として規定される。第2の円は、単位セルの外
部に置かれていない中心を有し、任意の一次要素のどの部分および任意の他の細
長の要素のどの部分も含まない最大可能な円として規定される。
素によって規定される。さらに、他の細長の要素および二次要素が示されている
。第1の円は、単位セルの外部に置かれていない中心を有し、任意の一次要素の
どの部分も含まない最大可能な円として規定される。第2の円は、単位セルの外
部に置かれていない中心を有し、任意の一次要素のどの部分および任意の他の細
長の要素のどの部分も含まない最大可能な円として規定される。
【図12】 一次要素によって形成された蜂の巣格子を示す図である。蜂の巣格子の単位セ
ルも示されている。
ルも示されている。
【図13】 基本蜂の巣格子および対応する単位セルを示す図である。蜂の巣構造は一次要
素によって規定される。さらに、他の細長の要素および二次要素が示されている
。第1の円は、単位セルの外部に置かれていない中心を有し、任意の一次要素の
どの部分も含まない最大可能な円として規定される。第2の円は、単位セルの外
部に置かれていない中心を有し、任意の一次要素のどの部分もおよび任意の他の
細長の要素のどの部分も含まない最大可能な円として規定される。2つの隣接す
る一次要素間の距離はΛ1と示される。2つの第1の円の中心間の距離はΛ2と示
される。
素によって規定される。さらに、他の細長の要素および二次要素が示されている
。第1の円は、単位セルの外部に置かれていない中心を有し、任意の一次要素の
どの部分も含まない最大可能な円として規定される。第2の円は、単位セルの外
部に置かれていない中心を有し、任意の一次要素のどの部分もおよび任意の他の
細長の要素のどの部分も含まない最大可能な円として規定される。2つの隣接す
る一次要素間の距離はΛ1と示される。2つの第1の円の中心間の距離はΛ2と示
される。
【図14】 一次要素によって形成されたカゴメ格子を示す図である。カゴメ格子の単位セ
ルも示されている。
ルも示されている。
【図15】 基本カゴメ格子および対応する単位セルを示す図である。カゴメ構造は一次要
素によって規定される。さらに、他の細長の要素および二次要素が示されている
。第1の円は、単位セルの外部に置かれていない中心を有し、任意の一次要素の
どの部分も含まない最大可能な円として規定される。第2の円は、単位セルの外
部に置かれていない中心を有し、任意の一次要素のどの部分もおよび任意の他の
細長の要素のどの部分も含まない最大可能な円として規定される。2つの隣接す
る一次要素間の距離はΛ1と示される。2つの第1の円の中心間の距離はΛ2と示
される。
素によって規定される。さらに、他の細長の要素および二次要素が示されている
。第1の円は、単位セルの外部に置かれていない中心を有し、任意の一次要素の
どの部分も含まない最大可能な円として規定される。第2の円は、単位セルの外
部に置かれていない中心を有し、任意の一次要素のどの部分もおよび任意の他の
細長の要素のどの部分も含まない最大可能な円として規定される。2つの隣接す
る一次要素間の距離はΛ1と示される。2つの第1の円の中心間の距離はΛ2と示
される。
【図16】 蜂の巣構造が、基本的な六角形構造の頂点を規定する最初のホール間に付加的
な(等しいサイズの)ホールを追加することによって形成されたクラッド断面の
他の実施例の概略を示す図である。
な(等しいサイズの)ホールを追加することによって形成されたクラッド断面の
他の実施例の概略を示す図である。
【図17】 蜂の巣構造が、基本的な六角形構造の頂点を規定する最初のホール間に付加的
な(より小さいサイズの)ホールを追加することによって形成されたクラッド断
面の他の実施例を示す図である。
な(より小さいサイズの)ホールを追加することによって形成されたクラッド断
面の他の実施例を示す図である。
【図18】 カゴメ構造が、基本的な六角形構造の頂点を規定する最初のホール間に付加的
な(より大きいサイズの)ホールを追加することによって蜂の巣構造から形成さ
れたクラッド断面の他の実施例を示す図である。
な(より大きいサイズの)ホールを追加することによって蜂の巣構造から形成さ
れたクラッド断面の他の実施例を示す図である。
【図19】 蜂の巣構造が、基本的な六角形構造の頂点を規定する最初のホール間に2つの
付加的な(より小さい)ホール群を追加することによって形成されたクラッド断
面の他の実施例の概略を示す図である。
付加的な(より小さい)ホール群を追加することによって形成されたクラッド断
面の他の実施例の概略を示す図である。
【図20】 蜂の巣構造が、基本的な六角形構造の頂点を規定する最初のホール間に2つの
付加的な(より小さい)ホール群を追加することによって形成されるが、図19
とは対照的に2つのより小さいボイド群は90°回転されたクラッド断面の他の
実施例の概略を示す図である。
付加的な(より小さい)ホール群を追加することによって形成されるが、図19
とは対照的に2つのより小さいボイド群は90°回転されたクラッド断面の他の
実施例の概略を示す図である。
【図21】 蜂の巣規定要素が等しい辺を持つ三角形構造の3つの要素群と置き換えられた
蜂の巣およびカゴメ構造の結合を示す図である。
蜂の巣およびカゴメ構造の結合を示す図である。
【図22】 ボイド/ロッドが正方形格子構造に配置されている周期的なクラッドの実施例
を示す図である。
を示す図である。
【図23】 正方形コーナー点間の直線上に中心が置かれた付加的ボイド/ロッドを追加す
ることによって拡張された正方形格子クラッド構造を示す図である。
ることによって拡張された正方形格子クラッド構造を示す図である。
【図24】 ボイド/ロッドが2つの単位セルを有する矩形構造に配置されている周期的な
クラッドの実施例を示す図である。
クラッドの実施例を示す図である。
【図25】 ボイド/ロッドが八角形構造に配置されている周期的なクラッドの実施例を示
す図である。単位セルも示す図である。
す図である。単位セルも示す図である。
【図26】 三角形格子構造および六角形要素(サブグループ)が結合されている周期的な
クラッドの実施例を示す図である。
クラッドの実施例を示す図である。
【図27】 正方形格子構造および六角形要素(サブグループ)が結合されている周期的な
クラッドの実施例を示す図である。
クラッドの実施例を示す図である。
【図28】 ファイバ/導波管コア領域および最も近接した蜂の巣クラッド周囲の概略を示
す図である。コア領域は、より大きいホールサイズを有する単一蜂の巣セルによ
って形成される。
す図である。コア領域は、より大きいホールサイズを有する単一蜂の巣セルによ
って形成される。
【図29】 ファイバ/導波管コア領域および最も近接した蜂の巣クラッド周囲の概略を示
す図である。コア領域は、より小さいホールサイズを有する単一蜂の巣セルによ
って形成される。
す図である。コア領域は、より小さいホールサイズを有する単一蜂の巣セルによ
って形成される。
【図30】 ファイバ/導波管コア領域および最も近接した蜂の巣クラッド周囲の概略を示
す図である。コア領域は、より大きいホールサイズを有する単一ボイドによって
形成される。
す図である。コア領域は、より大きいホールサイズを有する単一ボイドによって
形成される。
【図31】 ファイバ/導波管コア領域および最も近接した蜂の巣クラッド周囲の概略を示
す図である。コア領域は、より大きいホールサイズを有する2つのボイドによっ
て形成される。
す図である。コア領域は、より大きいホールサイズを有する2つのボイドによっ
て形成される。
【図32】 ファイバ/導波管コア領域および最も近接したカゴメクラッド周囲の概略を示
す図である。コア領域は、より大きいホールサイズを有する単一ボイドによって
形成される。
す図である。コア領域は、より大きいホールサイズを有する単一ボイドによって
形成される。
【図33】 ファイバ/導波管コア領域および最も近接したカゴメクラッド周囲の概略を示
す図である。コア領域は、より大きいホールサイズを有する2つのボイドによっ
て形成される。
す図である。コア領域は、より大きいホールサイズを有する2つのボイドによっ
て形成される。
【図34】 ファイバ/導波管コア領域および最も近接したカゴメクラッド周囲の概略を示
す図である。コア領域は、より大きいホールサイズを有する単一六角形セルによ
って形成される。
す図である。コア領域は、より大きいホールサイズを有する単一六角形セルによ
って形成される。
【図35】 ファイバ/導波管コア領域および最も近接したカゴメクラッド周囲の概略を示
す図である。コア領域は、より小さいホールサイズを有する単一六角形セルによ
って形成される。
す図である。コア領域は、より小さいホールサイズを有する単一六角形セルによ
って形成される。
【図36】 周期的蜂の巣セルによって囲まれた欠陥ボイドの非対称位置を示す図である。
【図37】 周期的カゴメセルによって囲まれた欠陥ボイドの非対称位置を示す図である。
【図38】 欠陥が、蜂の巣クラッドセルの頂点を規定するボイドよりも小さい直径を有す
る2つのボイドによって形成される例を示す図である。
る2つのボイドによって形成される例を示す図である。
【図39】 欠陥が、蜂の巣クラッドセルの頂点を規定するボイドと同じ直径を有する2つ
のボイドによって形成される例を示す図である。
のボイドによって形成される例を示す図である。
【図40】 欠陥が、蜂の巣クラッドセルの頂点を規定するボイドよりも大きい直径を有す
る2つのボイドによって形成される例を示す図である。
る2つのボイドによって形成される例を示す図である。
【図41】 コアセルの2つのボイドを示す図であり、一方のボイドが蜂の巣クラッドセル
の頂点を規定するボイドとしての寸法を有し、かつ他方のボイドがより大きい寸
法を有する。
の頂点を規定するボイドとしての寸法を有し、かつ他方のボイドがより大きい寸
法を有する。
【図42】 コアセルの2つのボイドを示す図であり、一方のボイドが蜂の巣クラッドセル
の頂点を規定するボイドよりも小さい寸法を有し、かつ他方のボイドはより大き
い寸法を有する。
の頂点を規定するボイドよりも小さい寸法を有し、かつ他方のボイドはより大き
い寸法を有する。
【図43】 コアセルの2つのボイドを示す図であり、一方のボイドが蜂の巣クラッドセル
の頂点を規定するボイドとしての寸法を有し、かつ他方のボイドはより小さい寸
法を有する。
の頂点を規定するボイドとしての寸法を有し、かつ他方のボイドはより小さい寸
法を有する。
【図44】 コアセルの2つのボイドを示す図であり、両方のボイドがカゴメクラッドセル
の頂点を規定するボイドとしての寸法を有する。
の頂点を規定するボイドとしての寸法を有する。
【図45】 コアセルの2つのボイドを示す図であり、一方のボイドがカゴメクラッドセル
の頂点を規定するボイドとしての寸法を有し、かつ他方のボイドはより小さい寸
法を有する。
の頂点を規定するボイドとしての寸法を有し、かつ他方のボイドはより小さい寸
法を有する。
【図46】 コアセルの2つのボイドを示す図であり、一方のボイドがカゴメクラッドセル
の頂点を規定するボイドよりも小さい寸法を有し、かつ他方のボイドはより大き
い寸法を有する。
の頂点を規定するボイドよりも小さい寸法を有し、かつ他方のボイドはより大き
い寸法を有する。
【図47】 コアセルの2つのボイドを示す図であり、一方のボイドがカゴメクラッドセル
の頂点を規定するボイドとしての寸法を有し、かつ他方のボイドはより大きい寸
法を有する。
の頂点を規定するボイドとしての寸法を有し、かつ他方のボイドはより大きい寸
法を有する。
【図48】 コアセルの2つのボイドを示す図であり、両方のボイドがカゴメクラッドセル
の頂点を規定するボイドよりも大きい寸法を有する。
の頂点を規定するボイドよりも大きい寸法を有する。
【図49】 コアセルの2つのボイドを示す図であり、両方のボイドがカゴメクラッドセル
の頂点を規定するボイドよりも小さい寸法を有する。
の頂点を規定するボイドよりも小さい寸法を有する。
【図50】 誘導モードが伝搬し得る領域を形成するために隣接セルに導入された2つの低
屈折率欠陥を示す図である。図50において、欠陥ボイドは、蜂の巣クラッド構
造を形成するために使用されるボイドと同じ寸法を有する。
屈折率欠陥を示す図である。図50において、欠陥ボイドは、蜂の巣クラッド構
造を形成するために使用されるボイドと同じ寸法を有する。
【図51】 蜂の巣クラッド構造を規定するボイドよりも小さい断面積を有する欠陥ボイド
/ホールを示す図である。
/ホールを示す図である。
【図52】 蜂の巣クラッド構造を規定するボイドよりも大きい断面積を有する欠陥ボイド
/ホールを示す図である。
/ホールを示す図である。
【図53】 2つの欠陥ボイド/ホールを示す図であり、一方のボイドは蜂の巣クラッド構
造の頂点を規定するボイドよりも大きい断面積を有し、他方のボイドがクラッド
構造の頂点を規定するボイドとしての断面積を有する。
造の頂点を規定するボイドよりも大きい断面積を有し、他方のボイドがクラッド
構造の頂点を規定するボイドとしての断面積を有する。
【図54】 2つの欠陥ボイド/ホールを示す図であり、一方のボイドは蜂の巣クラッド構
造の頂点を規定するボイドよりも大きい断面積を有し、他方のボイドがクラッド
構造の頂点を規定するボイドよりも小さい断面積を有する。
造の頂点を規定するボイドよりも大きい断面積を有し、他方のボイドがクラッド
構造の頂点を規定するボイドよりも小さい断面積を有する。
【図55】 2つの欠陥ボイド/ホールを示す図であり、一方のボイドは蜂の巣クラッド構
造の頂点を規定するボイドよりも小さい断面積を有し、他方のボイドがクラッド
構造の頂点を規定するボイドとしての断面積を有する。
造の頂点を規定するボイドよりも小さい断面積を有し、他方のボイドがクラッド
構造の頂点を規定するボイドとしての断面積を有する。
【図56】 誘導モードが伝搬し得る領域を形成するために隣接セルに導入された2つの低
屈折率欠陥を示す図である。欠陥ボイドは、カゴメクラッド構造を形成するため
に使用されるボイドと同じ寸法を有する。
屈折率欠陥を示す図である。欠陥ボイドは、カゴメクラッド構造を形成するため
に使用されるボイドと同じ寸法を有する。
【図57】 カゴメクラッド構造を規定するボイドよりも小さい断面積を有する欠陥ボイド
/ホールを示す図である。
/ホールを示す図である。
【図58】 カゴメクラッド構造を規定するボイドよりも大きい断面積を有する欠陥ボイド
/ホールを示す図である。
/ホールを示す図である。
【図59】 2つの欠陥ボイド/ホールを示す図であり、一方のボイドはカゴメクラッド構
造の頂点を規定するボイドよりも大きい断面積を有し、他方のボイドがクラッド
構造の頂点を規定するボイドとしての断面積を有する。
造の頂点を規定するボイドよりも大きい断面積を有し、他方のボイドがクラッド
構造の頂点を規定するボイドとしての断面積を有する。
【図60】 2つの欠陥ボイド/ホールを示す図であり、一方のボイドはカゴメクラッド構
造の頂点を規定するボイドよりも大きい断面積を有し、他方のボイドがクラッド
構造の頂点を規定するボイドよりも小さい断面積を有する。
造の頂点を規定するボイドよりも大きい断面積を有し、他方のボイドがクラッド
構造の頂点を規定するボイドよりも小さい断面積を有する。
【図61】 2つの欠陥ボイド/ホールを示す図であり、一方のボイドはカゴメクラッド構
造の頂点を規定するボイドよりも小さい断面積を有し、他方のボイドがクラッド
構造の頂点を規定するボイドとしての断面積を有する。
造の頂点を規定するボイドよりも小さい断面積を有し、他方のボイドがクラッド
構造の頂点を規定するボイドとしての断面積を有する。
【図62】 欠陥ボイドを含む2つのセル間に配置された欠陥なしのセルを示す図である。
ボイドの頂点を規定する欠陥は簡単な蜂の巣クラッド構造の頂点を規定するボイ
ドよりも小さい断面積を有する。
ボイドの頂点を規定する欠陥は簡単な蜂の巣クラッド構造の頂点を規定するボイ
ドよりも小さい断面積を有する。
【図63】 欠陥ボイドを含む2つのセル間に配置された欠陥なしのセルを示す図である。
欠陥形成ボイドは簡単な蜂の巣クラッド構造の頂点を規定するボイドとしての断
面積を有する。
欠陥形成ボイドは簡単な蜂の巣クラッド構造の頂点を規定するボイドとしての断
面積を有する。
【図64】 欠陥ボイドを含む2つのセル間に配置された欠陥なしのセルを示す図である。
欠陥形成ボイドの一方は簡単な蜂の巣クラッド構造の頂点を規定するボイドとし
ての断面積を有し、他方の欠陥形成ボイドはクラッド構造よりも小さい断面積を
有する。
欠陥形成ボイドの一方は簡単な蜂の巣クラッド構造の頂点を規定するボイドとし
ての断面積を有し、他方の欠陥形成ボイドはクラッド構造よりも小さい断面積を
有する。
【図65】 欠陥ボイドを含む2つのセル間に配置された欠陥なしのセルを示す図である。
欠陥形成ボイドの一方は簡単な蜂の巣クラッド構造の頂点を規定するボイドより
も小さい断面積を有し、他方の欠陥形成ボイドはクラッド構造よりも大きい断面
積を有する。
欠陥形成ボイドの一方は簡単な蜂の巣クラッド構造の頂点を規定するボイドより
も小さい断面積を有し、他方の欠陥形成ボイドはクラッド構造よりも大きい断面
積を有する。
【図66】 欠陥ボイドを含む2つのセル間に配置された欠陥なしのセルを示す図である。
欠陥形成ボイドの一方は簡単な蜂の巣クラッド構造の頂点を規定するボイドとし
ての断面積を有し、他方の欠陥形成ボイドはクラッド構造よりも大きい断面積を
有する。
欠陥形成ボイドの一方は簡単な蜂の巣クラッド構造の頂点を規定するボイドとし
ての断面積を有し、他方の欠陥形成ボイドはクラッド構造よりも大きい断面積を
有する。
【図67】 欠陥ボイドを含む2つのセル間に配置された欠陥なしのセルを示す図である。
欠陥形成ボイドは簡単な蜂の巣クラッド構造の頂点を規定するボイドよりも大き
い断面積を有する。
欠陥形成ボイドは簡単な蜂の巣クラッド構造の頂点を規定するボイドよりも大き
い断面積を有する。
【図68】 欠陥ボイドを含む2つのセル間に配置された欠陥なしのセルを示す図である。
欠陥形成ボイドは簡単なカゴメクラッド構造の頂点を規定するボイドよりも小さ
い断面積を有する。
欠陥形成ボイドは簡単なカゴメクラッド構造の頂点を規定するボイドよりも小さ
い断面積を有する。
【図69】 欠陥ボイドを含む2つのセル間に配置された欠陥なしのセルを示す図である。
欠陥形成ボイドは簡単なカゴメクラッド構造の頂点を規定するボイドとしての断
面積を有する。
欠陥形成ボイドは簡単なカゴメクラッド構造の頂点を規定するボイドとしての断
面積を有する。
【図70】 欠陥ボイドを含む2つのセル間に配置された欠陥なしのセルを示す図である。
欠陥形成ボイドの一方は簡単なカゴメクラッド構造の頂点を規定するボイドとし
ての断面積を有し、他方の欠陥形成ボイドはクラッド構造よりも小さい断面積を
有する。
欠陥形成ボイドの一方は簡単なカゴメクラッド構造の頂点を規定するボイドとし
ての断面積を有し、他方の欠陥形成ボイドはクラッド構造よりも小さい断面積を
有する。
【図71】 欠陥ボイドを含む2つのセル間に配置された欠陥なしのセルを示す図である。
欠陥形成ボイドの一方は簡単なカゴメクラッド構造の頂点を規定するボイドより
も小さい断面積を有し、他方の欠陥形成ボイドはクラッド構造よりも大きい断面
積を有する。
欠陥形成ボイドの一方は簡単なカゴメクラッド構造の頂点を規定するボイドより
も小さい断面積を有し、他方の欠陥形成ボイドはクラッド構造よりも大きい断面
積を有する。
【図72】 欠陥ボイドを含む2つのセル間に配置された欠陥なしのセルを示す図である。
欠陥形成ボイドの一方は簡単なカゴメクラッド構造の頂点を規定するボイドとし
ての断面積を有し、他方の欠陥形成ボイドはクラッド構造よりも大きい断面積を
有する。
欠陥形成ボイドの一方は簡単なカゴメクラッド構造の頂点を規定するボイドとし
ての断面積を有し、他方の欠陥形成ボイドはクラッド構造よりも大きい断面積を
有する。
【図73】 欠陥ボイドを含む2つのセル間に配置された欠陥なしのセルを示す図である。
欠陥形成ボイドは簡単なカゴメクラッド構造の頂点を規定するボイドよりも大き
い断面積を有する。
欠陥形成ボイドは簡単なカゴメクラッド構造の頂点を規定するボイドよりも大き
い断面積を有する。
【図74】 コア(欠陥)位置が楕円断面を有するボイドによって形成される場合のクラッ
ドセルの円形ボイドを有する簡単な蜂の巣クラッド構造を示す図である。楕円コ
アの断面積は、クラッド構造の頂点を規定するボイドの断面積よりも大きい。
ドセルの円形ボイドを有する簡単な蜂の巣クラッド構造を示す図である。楕円コ
アの断面積は、クラッド構造の頂点を規定するボイドの断面積よりも大きい。
【図75】 簡単なボイドクラッド構造に配置された楕円断面積を有するボイド/ホールを
示す図である。楕円コアの断面積はクラッド構造の頂点を規定するボイドの断面
積よりも小さい。
示す図である。楕円コアの断面積はクラッド構造の頂点を規定するボイドの断面
積よりも小さい。
【図76】 楕円コアボイドが円形ボイドによって形成されたカゴメクラッド構造に中央に
配置された例を示す図である。楕円コアの断面積はクラッド構造の頂点を規定す
るボイドの断面積よりも小さい。
配置された例を示す図である。楕円コアの断面積はクラッド構造の頂点を規定す
るボイドの断面積よりも小さい。
【図77】 カゴメクラッド形成ボイドの断面積よりも大きい楕円断面積を有するコア領域
を示す図である。
を示す図である。
【図78】 蜂の巣クラッド構造の任意の断面のコア欠陥を示す図である。
【図79】 カゴメクラッド構造の任意の断面のコア欠陥を示す図である。
【図80】 近三角形状ボイドによって実現された簡単な蜂の巣クラッド構造に中央に配置
された円形コア形成欠陥を示す図である。
された円形コア形成欠陥を示す図である。
【図81】 “風車”状ボイドによって実現された簡単な蜂の巣クラッド構造に中央に配置
された円形コア形成欠陥を示す図である。
された円形コア形成欠陥を示す図である。
【図82】 本発明によるある長さの光ファイバを使用して光信号を増幅するファイバ増幅
器を示す図である。
器を示す図である。
【図83】 本発明によるある長さの光ファイバを使用して光信号を出力するファイバレー
ザを示す図である。
ザを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,UG,ZW),E A(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ,BA ,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CU, CZ,DE,DK,EE,ES,FI,GB,GD,G E,GH,GM,HR,HU,ID,IL,IN,IS ,JP,KE,KG,KP,KR,KZ,LC,LK, LR,LS,LT,LU,LV,MD,MG,MK,M N,MW,MX,NO,NZ,PL,PT,RO,RU ,SD,SE,SG,SI,SK,SL,TJ,TM, TR,TT,UA,UG,US,UZ,VN,YU,Z A,ZW (72)発明者 ビャルクレウ,アンデルス オバルガート デンマーク国,デーコー−4000 ロスキル デ,グンデセマレ,エレビェルウバイ 5 Fターム(参考) 2H050 AB05X AB18X AC62 AC71 AD00 AD06 AD18 5F072 AB20 AK06 YY17
Claims (75)
- 【請求項1】 縦方向を有する導波管の構造を持つ光ファイバであって、 前記縦方向に沿って延びるコア領域と、 前記縦方向に沿って延びるクラッド領域とを備え、該クラッド領域が
、各々が前記導波管の前記縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含む
少なくとも実質的に2次元の周期的な構造を含み、前記一次要素が該一次要素に
隣接するいかなる材料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 前記周期的な構造が、前記縦方向に垂直な断面において、少なくとも
1つの単位セルによって規定され、各該単位セルに対して、 第1の円が、前記単位セルの外部に置かれていない中心を有し、かつ
任意の前記一次要素のどの部分も囲まない可能な最大円領域として規定され、か
つ 1つあるいはそれより多い他の細長要素であって、該他の細長要素の
各々が、 前記単位セル内に中心を有する前記一次要素であって、かつ最大面積
を有する該一次要素の面積の1/6を超えない面積を有し、 隣接する任意の材料のそれより低い屈折率を有し、 前記単位セルの外部に置かれていない中心を有し、かつ 前記第1の円の中心をカバーしない、1つあるいはそれより多い他の
細長要素が備えられることを特徴とする光ファイバ。 - 【請求項2】 前記1つあるいはそれより多い他の細長要素の各々が、前記
単位セルの外部に置かれていない中心を有し、かつ最大面積を有する前記一次要
素の面積の1/8を超えない面積、例えば1/10を超えない面積、例えば1/
12を超えない面積、例えば1/15を超えない面積、例えば1/30を超えな
い面積を有することを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ。 - 【請求項3】 前記単位セルに対して、前記単位セルの外部に置かれていな
い中心を有する最大可能な円である第2の円が規定され、かつ前記第2の円が前
記一次要素あるいは前記他の細長要素のどの部分も含まなくて、かつ前記第2の
円の面積が前記第1の円の面積よりも小さいことを特徴とする請求項1又は2に
記載の光ファイバ。 - 【請求項4】 前記第2の円の面積が、前記第1の円の面積の90%あるい
はそれよりも小さく、例えば80%あるいはそれよりも小さい、例えば70%あ
るいはそれよりも小さい、例えば60%あるいはそれよりも小さい、例えば50
%あるいはそれよりも小さい、例えば40%あるいはそれよりも小さい、例えば
30%あるいはそれよりも小さいことを特徴とする請求項3に記載の光ファイバ
。 - 【請求項5】 前記第1の円の中心が、少なくとも前記第2の円の中心と実
質的に一致することを特徴とする請求項3又は4に記載の光ファイバ。 - 【請求項6】 前記第1の円の中心から前記第1の円の半径の1.5倍ある
いはそれよりも小さい距離、例えば1.2倍あるいはそれよりも小さい距離、例
えば1.1倍あるいはそれよりも小さい距離の範囲内にある前記一次要素の中心
が3つあるいはそれより多い辺を有する多角形の頂点を規定することを特徴する
請求項1から5までのいずれか1項に記載の光ファイバ。 - 【請求項7】 前記多角形が正多角形であることを特徴する請求項6に記載
の光ファイバ。 - 【請求項8】 前記多角形が三角形、矩形、正方形、あるいは六角形である
ことを特徴する請求項6又は7に記載の光ファイバ。 - 【請求項9】 縦方向を有する導波管の構造を有する光ファイバであって、 前記縦方向に沿って延びるコア領域と、 前記縦方向に沿って延びるクラッド領域とを備え、前記クラッド領域
が、各々が前記導波管の前記縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含
む少なくとも実質的に2次元の周期的な構造を含み、前記一次要素が該一次要素
に隣接するいかなる材料の屈折率よりも低い屈折率を有し、前記周期的な構造が
、前記縦方向に垂直な断面において、単位セルによって規定され、前記単位セル
内に含まれる前記の細長の要素の全面積の和が、前記単位セルの外部に置かれて
いないその中心軸を有し、かつ最大面積を有する前記一次要素の面積の1.2倍
より大きいことを特徴する光ファイバ。 - 【請求項10】 前記単位セル内に含まれる前記細長の要素の全面積の和が
、前記単位セルの外部に置かれていない中心軸を有し、かつ最大面積を有する前
記一次要素の面積の1.3倍より大きく、例えば1.4倍より大きい、例えば1
.5倍より大きい、例えば1.75倍より大きい、例えば2倍より大きい、例え
ば2.5倍より大きいことを特徴する請求項9に記載の光ファイバ。 - 【請求項11】 前記周期的な構造が細長の二次要素を含み、該細長の二次
要素が隣接する任意の材料および前記一次要素に隣接する任意の材料の屈折率よ
りも高い屈折率を有することを特徴する請求項9又は10のいずれかに記載の光
ファイバ。 - 【請求項12】 前記単位セルに対して、該単位セル内の前記二次要素の全
面積の和が、前記単位セルの外部に置かれていない中心軸を有し、かつ最大面積
を有する前記二次要素の面積の1倍より大きく、例えば1.1倍より大きい、例
えば1.2倍より大きい、例えば1.3倍より大きい、例えば1.5倍より大き
い、例えば1.75倍より大きい、例えば2倍より大きい、例えば2.5倍より
大きいことを特徴する請求項11に記載の光ファイバ。 - 【請求項13】 前記単位セルに対して、該単位セル内の前記二次要素の全
面積の和が、前記単位セルの外部に置かれていない中心軸を有し、かつ最大面積
を有する前記一次要素の面積の0.05倍より大きく、例えば0.1倍より大き
い、例えば0.5倍より大きい、例えば1倍より大きい、例えば2倍より大きい
、例えば5倍より大きい、例えば8倍より大きい、例えば10倍より大きい、例
えば15倍より大きい、例えば20倍より大きい、例えば25倍より大きいこと
を特徴する請求項11に記載の光ファイバ。 - 【請求項14】 縦方向を有する導波管の構造を持つ光ファイバであって、 前記縦方向に沿って延びるコア領域と、 前記縦方向に沿って延びるクラッド領域とを備え、前記クラッド領域
が、各々が前記導波管の前記縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含
む少なくとも実質的に2次元の周期的な構造を含み、前記一次要素が該一次要素
に隣接するいかなる材料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 前記周期的な構造が、前記縦方向に垂直な断面において単位セルによって規定
され、かつ多角形が、 その頂点に前記一次要素の中心を有することと、 前記多角形の頂点に中心を有する前記一次要素以外の一次要素のどの
中心も囲まないことと、 前記単位セルの面積よりも小さいかあるいはそれに等しい面積を有す
ることとで規定され、 第1の円が、前記多角形内に置かれたその中心を有し、かつ前記多角形の頂点
を含む可能な最小円として規定され、かつ 前記多角形の面積によって割られた前記円の面積が2.4未満、例えば1.5
未満、例えば1.2未満であることを特徴する光ファイバ。 - 【請求項15】 前記多角形が正多角形であり、かつ前記第1の円が前記多
角形に外接する円であることを特徴する請求項14に記載の光ファイバ。 - 【請求項16】 前記多角形が4つあるいはそれ以上の辺を有することを特
徴する請求項14又は15のいずれかに記載の光ファイバ。 - 【請求項17】 前記多角形が四辺形あるいは六角形であることを特徴する
請求項16に記載の光ファイバ。 - 【請求項18】 縦方向を有する導波管の構造を持つ光ファイバであって、 前記縦方向に沿って延びるコア領域と、 前記縦方向に沿って延びるクラッド領域とを備え、前記クラッド領域
が、各々が前記導波管の前記縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含
む少なくとも実質的に2次元の周期的な構造を含み、前記一次要素が該一次要素
に隣接するいかなる材料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 前記周期的な構造が、前記縦方向に垂直な断面において単位セルによって規定
され、各該単位セルにおいて、 ndΛ2>nudΛ1(√3) であり、ここで、 ndは、前記単位セルの外部に置かれない中心を有し、任意の前記一次要素
のどの部分も囲まない可能な最大円として規定される第1の円内の最大屈折率で
あり、 nudは、前記単位セルの外部に置かれないが、任意の前記単位セルの前記第
1の円の外部に置かれている最大屈折率であり、 Λ1は、前記周期的な構造内の2つの前記一次要素の中心軸間の最小距離で
あり、 Λ2は、前記単位セルの前記第1の円の中心と隣接単位セルの前記第1の円
の中心間の距離であることを特徴する光ファイバ。 - 【請求項19】 各前記単一セルに対して、ndΛ2>2nudΛ1であり、例
えばndΛ2>3nudΛ1、例えばndΛ2>4nudΛ1、例えばndΛ2>6nudΛ1
、例えばndΛ2>10nudΛ1であることを特徴する請求項18に記載の光ファ
イバ。 - 【請求項20】 各前記単位セルに対して、ndが少なくとも実質的にnud
に等しいことを特徴する請求項18又は19に記載の光ファイバ。 - 【請求項21】 各前記単位セルに対して、nd>nudであることを特徴す
る請求項18又は19に記載の光ファイバ。 - 【請求項22】 ndおよびnudが1〜10の間、例えば1.40〜1.6
0の間内で選択されることを特徴する請求項18から21までのいずれか1項に
記載の光ファイバ。 - 【請求項23】 前記単位セルが、各々が前記導波管の前記縦方向に延びる
中心軸を有する他の細長の要素を含み、該他の要素の各々の断面積が前記一次要
素の断面積の1/6よりも小さく、前記単位セル内に中心を有し、最大断面積を
有することを特徴する請求項18から22までのいずれか1項に記載の光ファイ
バ。 - 【請求項24】 ndΛ2>(√3)nudΛ3 であり、ここで、 ndは、前記単位セルの外部に置かれない中心を有し、任意の前記一次要素
のどの部分も囲まない可能な最大円として規定される第1の円内の最大屈折率で
あり、 nudは、前記単位セルの外部に置かれないが、任意の前記単位セルの前記第
1の円の外部に置かれている最大屈折率であり、 Λ3は、前記周期的な構造内の2つの前記一次要素あるいは前記他の要素の
中心軸間の最小距離であり、 Λ2は、2つの隣接する前記第1の円の中心間の最小距離であることを特徴
する請求項23に記載の光ファイバ。 - 【請求項25】 各前記単一セルに対して、ndΛ2>2nudΛ3であり、例
えばndΛ2>3nudΛ3、例えばndΛ2>4nudΛ3、例えばndΛ2>6nudΛ3
、例えばndΛ2>10nudΛ3であることを特徴する請求項24に記載の光ファ
イバ。 - 【請求項26】 縦方向を有する導波管の構造を持つ光ファイバであって、 前記縦方向に沿って延びるコア領域と、 前記縦方向に沿って延びるクラッド領域とを備え、前記クラッド領域
が、各々が前記導波管の前記縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含
む少なくとも実質的に2次元の周期的な構造を含み、前記一次要素が該一次要素
に隣接するいかなる材料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 前記周期的な構造が、前記縦方向に垂直な断面において少なくとも1つの単位
セルによって規定され、各前記単位セルに対して、第1の円が、前記単位セルの
外部に置かれていない中心を有し、かつ任意の前記一次要素のどの部分も囲まな
い可能な最大円領域として規定され、 前記第1の円の中心から前記第1の円の半径の1.2倍あるいはそれ
よりも小さい距離内に存在する3個より多い第1の一次要素が存在することを特
徴する光ファイバ。 - 【請求項27】 前記第1の円の中心から前記第1の円の半径の1.2倍あ
るいはそれよりも小さい距離内に存在する4個より多く、例えば5個より多い、
例えば6個より多い、例えば8個より多い、例えば10個より多い前記第1の一
次要素が存在することを特徴する請求項26に記載の光ファイバ。 - 【請求項28】 前記第1の一次要素の一部が、前記第1の円の中心から前
記第1の円の半径の1.1倍あるいはそれよりも小さい距離内に存在することを
特徴する請求項26又は27に記載の光ファイバ。 - 【請求項29】 前記第1の一次要素が多角形を規定し、該多角形が、3〜
6つの辺を有し、かつその頂点において前記第1の一次要素の中心を有し、その
頂点に中心を有しない前記第1の一次要素の各々は、前記辺の長さの1/5より
も、例えば1/10よりも、例えば1/15よりも前記多角形の辺から離れてい
ないその中心軸に置かれることを特徴する請求項26〜28のいずれかに記載の
光ファイバ。 - 【請求項30】 縦方向を有する導波管の構造を持つ光ファイバであって、 前記縦方向に沿って延びるコア領域と、 前記縦方向に沿って延びるクラッド領域とを備え、前記クラッド領域
が、各々が前記導波管の前記縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含
む少なくとも実質的に2次元の周期的な構造を含み、各前記一次要素が該一次要
素に隣接するいかなる材料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 前記周期的な構造が、前記縦方向に垂直な断面において単位セルによって規定
され、ここで、各前記単位セルに対して、第1の多角形が第1の一次要素の中心
にその頂点を有するものとして規定され、付加多角形が、もしあれば、前記第1
の多角形内に含まれない前記単位セルの各領域に対して、付加一次要素の中心に
その頂点を有するものとして規定されるとして、1つあるいはそれより多い多角
形が規定され、 第1の円を、前記単位セルの外部に置かれていない中心を有し、かつ
任意の前記一次要素のどの部分も囲まない可能な最大円領域として規定すること
と、 前記第1の一次要素を、前記第1の円の中心から前記第1の円の半径
の1.2倍よりも遠くには離れて配置されていない部分を有する要素として選択
することとによって前記第1の一次要素が選択され、 付加円を、前記領域の外部に置かれていない中心を有し、かつ任意の
前記一次要素のどの部分も囲まない可能な最大円領域として規定することと、 前記付加一次要素を、前記付加円の中心から前記付加円の半径の1.
2倍よりも遠くには離れて配置されていないその中心を有する要素として選択す
ることとによって前記付加一次要素が選択され、 前記周期的な構造が、円形々状から逸脱した形状を有し、かつ延長部分を有す
る逸脱した一次要素を含み、該逸脱した一次要素の面積と同じ面積を有し、かつ
前記逸脱した一次要素の中心にその中心を有する円の外に延びる該逸脱した一次
要素の形状のこれら部分として前記延長部分が規定され、各前記延長部分が、前
記逸脱した一次要素とともに前記周期的な構造における多角形の辺を規定するこ
れらの前記一次要素の1つの方へ延び、 各前記延長部分が、前記一次要素の方へ延び、かつ前記円の面積の3%より大
きく、例えば5%より大きい、例えば10%より大きい、例えば15%より大き
い、例えば20%より大きい、例えば25%より大きい面積を有することを特徴
する光ファイバ。 - 【請求項31】 少なくとも1つの前記延長部分は、前記円の中心と前記逸
脱した一次要素が辺を規定する前記一次要素の中心とを交差する直線と少なくと
も実質的に一致する対称軸を有することを特徴する請求項30に記載の光ファイ
バ。 - 【請求項32】 少なくとも1つの前記延長部分が、前記円の半径の少なく
とも5%、例えば少なくとも10%、例えば少なくとも15%、例えば少なくと
も20%、例えば少なくとも30%、例えば少なくとも50%、例えば少なくと
も75%、例えば少なくとも100%の距離、および前記円の中心から離れた方
向に延びることを特徴する請求項30又は31に記載の光ファイバ。 - 【請求項33】 前記第1の円が、前記第1の多角形内に置かれたその中心
を有し、かつ前記第1の多角形の頂点を含む(これはその境界内あるいは境界上
にあることを意味する)最小可能な円として規定されることを特徴する請求項3
0から32までのいずれか1項に記載の光ファイバ。 - 【請求項34】 前記第1の多角形が4つあるいはそれ以上の辺を有するこ
とを特徴する請求項30から33までのいずれか1項に記載の光ファイバ。 - 【請求項35】 前記第1の多角形が六角形であることを特徴する請求項3
4に記載の光ファイバ。 - 【請求項36】 前記第1の多角形が正多角形であることを特徴する請求項
30から35までのいずれか1項に記載の光ファイバ。 - 【請求項37】 縦方向を有する導波管の構造を持つ光ファイバであって、 前記縦方向に沿って延びるコア領域と、 前記縦方向に沿って延びるクラッド領域とを備え、前記クラッド領域
が、各々が前記導波管の前記縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含
む少なくとも実質的に2次元の周期的な構造を含み、前記一次要素が該一次要素
に隣接するいかなる材料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 前記周期的な構造が、前記縦方向に垂直な断面において単位セルによって規定
され、かつ多角形が、 その頂点において前記一次要素の中心を有することと、 前記多角形の前記頂点にその中心を有する前記一次要素以外の一次要
素のどの部分も囲まないことと、 前記単位セルの面積よりも小さいかあるいはその面積に等しい面積を
有することとで規定され、 前記多角形が正六角形であることを特徴する光ファイバ。 - 【請求項38】 各々が、前記単位セル内にその中心を有し、かつ最大面積
を有する前記一次要素の面積の1/6を超えない面積を有し、 隣接する任意の材料の屈折率よりも低い屈折率を有する1つあるいは
それより多い他の細長の要素が備えられ、ここで、 共通辺を共有する2つの多角形の他の要素が前記共有辺の中心の周り
に対称的に配置され、 単一の前記一次要素を共有する2つの多角形の他の要素が前記単一の
一次要素の中心の周りに対称的に配置されていることを特徴する請求項37に記
載の光ファイバ。 - 【請求項39】 前記1つあるいはそれ以上の他の細長の要素の各々が、前
記単位セル内にその中心を有し、かつ最大面積を有する前記一次要素の面積の1
/8を超えない面積、例えば1/10を超えない面積、例えば1/12を超えな
い面積、例えば1/15を超えない面積を有することを特徴する請求項38に記
載の光ファイバ。 - 【請求項40】 前記周期的な構造に、その全ての辺が他の正六角形と共有
される正六角形が存在することを特徴する請求項37から39までのいずれか1
項に記載の光ファイバ。 - 【請求項41】 前記構造が、前記正六角形および該正六角形の辺の長さに
相当する辺の長さを有する正三角形によって規定され、その各辺が三角形と共有
される六角形が存在することを特徴する請求項37から39までのいずれか1項
に記載の光ファイバ。 - 【請求項42】 前記周期的な構造が、細長の二次要素であって、それに隣
接するかあるいは任意の前記一次要素に隣接する任意の材料の屈折率よりも高い
屈折率を有する1つあるいはそれより多い細長の二次要素を更に含み、該二次要
素の各々が前記ファイバの前記縦方向に延びる中心軸を有することを特徴する請
求項1、14、18、26、33、37のいずれか1項に記載の光ファイバ。 - 【請求項43】 前記第1の円内にその中心軸を有する前記二次要素が各前
記単位セルに備えられていることを特徴する請求項42に記載の光ファイバ。 - 【請求項44】 各前記単位セルにおいて、前記二次要素が前記第1の円の
中心をカバーするように配置されていることを特徴する請求項43に記載の光フ
ァイバ。 - 【請求項45】 各前記単位セルにおいて、前記二次要素が前記第1の円の
中心と少なくとも実質的に一致する中心軸を有するように配置されていることを
特徴する請求項44に記載の光ファイバ。 - 【請求項46】 縦方向を有する導波管の構造を持つ光ファイバであって、 前記縦方向に沿って延びるコア領域と、 前記縦方向に沿って延びるクラッド領域とを備え、前記クラッド領域
が、各々が前記導波管の縦方向に延びる中心軸を有する細長の一次要素を含む少
なくとも実質的に2次元の周期的な構造を含み、前記一次要素が該一次要素に隣
接するいかなる材料の屈折率よりも低い屈折率を有し、 前記周期的な構造がさらに、細長の二次要素であって、各々がそれに隣接する
任意の材料及び前記一次要素に隣接する任意の材料の屈折率よりも大きい屈折率
を有する細長の二次要素を含み、各前記二次要素が前記ファイバの前記縦方向に
延びる中心軸を有することを特徴する光ファイバ。 - 【請求項47】 前記周期的な構造が、前記縦方向に垂直な断面において、
少なくとも1つの前記単位セルによって規定され、ここで、各前記単位セルに対
して、第1の円が、前記単位セルの外部に置かれていない中心を有し、かつ任意
の前記一次要素のどの部分も囲まない最大円面積として規定され、ここで、前記
第1の円内に中心軸を有する前記二次要素が備えられていることを特徴する請求
項46に記載の光ファイバ。 - 【請求項48】 前記二次要素が前記第1の円の中心をカバーするように備
えられていることを特徴する請求項47に記載の光ファイバ。 - 【請求項49】 前記二次要素が、少なくとも前記第1の円の中心と実質的
に一致するその中心を有するように備えられていることを特徴する請求項48に
記載の光ファイバ。 - 【請求項50】 前記第1の円の中心から該第1の円の半径の1.2倍ある
いはそれよりも小さい距離内にある複数の第1の前記一次要素が存在し、多角形
が前記複数の第1の一次要素の中心にその頂点を有するものとして規定され、該
多角形が正六角形であることを特徴する請求項47から49までのいずれか1項
に記載の光ファイバ。 - 【請求項51】 前記周期的な構造に、その全ての辺が他の六角形に共通で
ある六角形が存在することを特徴する請求項50に記載の光ファイバ。 - 【請求項52】 前記構造が、前記六角形および前記正六角形の辺の長さに
相当する辺の長さを有する正三角形によって規定され、その各辺が三角形に共通
である六角形が存在することを特徴する請求項50に記載の光ファイバ。 - 【請求項53】 前記コア領域が、前記ファイバの前記縦方向に延びる第1
の細長の付加要素を含むことを特徴する請求項1から52までのいずれか1項に
記載の光ファイバ。 - 【請求項54】 前記第1の付加要素がボイドであって、前記単位セルの断
面積の少なくとも1倍、例えば少なくとも2倍、例えば少なくとも3倍、例えば
少なくとも4倍、例えば少なくとも5倍、例えば少なくとも6倍、例えば少なく
とも7倍、例えば少なくとも8倍、例えば少なくとも9倍、例えば少なくとも1
0倍である、前記断面における断面積を有するようなボイドであることを特徴す
る請求項53に記載の光ファイバ。 - 【請求項55】 前記付加要素あるいはそれに隣接する任意の材料がより高
次の光効果を示すドープ剤あるいは材料を含むことを特徴する請求項53又は5
4に記載の光ファイバ。 - 【請求項56】 前記コア領域が第2の細長の付加要素を含み、前記第1お
よび第2の付加要素が、一方の該付加要素におよび/または一方の該付加要素の
周りに進行する光が他方の前記付加要素に結合できる距離に置かれていることを
特徴する請求項53から55までのいずれか1項に記載の光ファイバ。 - 【請求項57】 前記第2の付加要素がボイドであることを特徴する請求項
56に記載の光ファイバ。 - 【請求項58】 前記第2の付加要素が液体あるいは気体を保持するように
適合されていることを特徴する請求項57に記載の光ファイバ。 - 【請求項59】 前記ファイバが複数のコア領域を含むことを特徴する請求
項1から58までのいずれか1項に記載の光ファイバ。 - 【請求項60】 前記コア領域が前記周期的な構造内で対称的に置かれ、該
コア領域の周期が前記周期的な構造の周期よりも大きいことを特徴する請求項5
9に記載の光ファイバ。 - 【請求項61】 液体あるいは気体の少なくとも1つの特性を検知あるいは
検出するセンサであって、 請求項1から60までのいずれか1項に記載のある長さの光ファイバ
であって、ここで、前記コア領域が少なくとも第1の付加要素を含み、該第1の
付加要素が前記ファイバの縦方向に沿って延びるボイドである光ファイバと、 前記液体あるいは気体を前記コア領域の前記ボイドに供給する手段と
、 光を前記コア領域に導入する手段であって、前記光が、前記液体ある
いは気体の特性が決定され得るように前記気体あるいは液体と相互作用するよう
に適合される手段と、 前記ファイバから放射される光を検出し、かつ前記液体あるいは気体
の特性を決定する手段とを備えることを特徴するセンサ。 - 【請求項62】 前記導入手段が前記光を前記第1の付加要素に導入するよ
うに適合されていることを特徴する請求項61に記載のセンサ。 - 【請求項63】 前記コア領域が、前記ファイバの前記縦方向に延びる第2
の細長の要素を含み、前記第1および第2の付加要素が、一方の該付加要素に進
行する光が他方の該付加要素に結合できる距離に置かれ、かつ前記導入手段が前
記光を前記第2の付加的要素に導入するように適合されることを特徴する請求項
61に記載のセンサ。 - 【請求項64】 前記第1の付加要素の内部表面の少なくとも一部が、前記
気体あるいは液体の特性に反応して変るように適合される材料の層を含み、かつ
前記導入手段が前記材料の変化に反応するある波長の光を導入するように適合さ
れることを特徴する請求項61から63までのいずれか1項に記載のセンサ。 - 【請求項65】 光信号を増幅するためのファイバ増幅器であって、 請求項1から60までのいずれか1項に記載のある長さの光ファイバ
であって、前記コア領域が前記長さの少なくとも一部に沿ってドープ剤を含む光
ファイバと、 ポンプ放射線を前記ドープ剤材料に供給し、前記光信号を増幅するよ
うに前記ドープ剤材料をポンピングする手段とを備えていることを特徴するファ
イバ増幅器。 - 【請求項66】 増幅された前記光信号を前記ポンプ信号からスペクトル分
離する手段をさらに含むことを特徴する請求項65に記載のファイバ増幅器。 - 【請求項67】 前記ドープ剤が希土類イオンを含むことを特徴する請求項
65又は66に記載のファイバ増幅器。 - 【請求項68】 前記希土類イオンがエルビウムであることを特徴する請求
項67に記載のファイバ増幅器。 - 【請求項69】 前記ドープ剤が写真感光材料を含むことを特徴する請求項
65から68までのいずれか1項に記載のファイバ増幅器。 - 【請求項70】 前記写真感光材料がゲルマニウムおよび/または重水素を
含むことを特徴する請求項69に記載のファイバ増幅器。 - 【請求項71】 レーザ放射線を出力するファイバレーザであって、 請求項1から70までのいずれか1項に記載のある長さの光ファイバ
であって、前記コア領域が前記長さの少なくとも一部に沿ってドープ剤材料を含
む光ファイバと、 ポンプ放射線を前記ドープ剤材料に供給し、前記光信号を増幅するよ
うに前記ドープ剤材料をポンピングする手段と、 前記光信号をさらに増幅するように前記ある長さの光ファイバを通し
て増幅された前記光信号を繰り返して通過させるように前記増幅された光信号の
少なくとも一部を選択的にフィードバックするフィードバック手段とを備えてい
ることを特徴するファイバレーザ。 - 【請求項72】 前記ドープ剤が希土類イオンを含むことを特徴する請求項
71に記載のファイバレーザ。 - 【請求項73】 前記希土類イオンがエルビウムであることを特徴する請求
項72に記載のファイバレーザ。 - 【請求項74】 前記ドープ剤が写真感光材料を含むことを特徴する請求項
71から73までのいずれか1項に記載のファイバレーザ。 - 【請求項75】 前記写真感光材料がゲルマニウムおよび/または重水素を
含むことを特徴する請求項74に記載のファイバレーザ。
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