光纤及其制造方法转让专利
申请号 : CN200480001625.4
文献号 : CN1761894B
文献日 : 2010-05-05
发明人 : 森淳 , 加藤正夫 , 圆佛晃次 , 青笹真一 , 及川喜良 , 栗原隆 , 藤浦和夫 , 清水诚 , 鹿野弘二
申请人 : 日本电信电话株式会社
摘要 :
在使用零材料分散波长为2微米以上、非线性灵敏度x3高到1×10-12esu以上、具有可加工为低损耗的光纤的充分的热稳定性的碲化物玻璃的光纤中，采用了向纤芯区域的封入强的PCF构造或HF构造。由此，低损耗地导波光。利用在纤芯区域设置的气孔的大小和形状以及相邻的气孔彼此的间隔，将零分散波长控制在通信波带(1.2～1.7微米内)，同时具有非线性常数γ为500W-1km-1以上的大的非线性。
权利要求 :
1.一种光纤的制造方法，其特征在于，包括：
至少将具有2微米以上的零材料分散波长的、具有由TeO2、Bi2O3、LO、M2O、N2O3和Q2O5构成的组成、其中L是Zn、Ba、Mg中的至少一种以上、M是Li、Na、K、Rb、Cs中的至少一种以上的碱元素、N是B、La、Ga、Al、Y中的至少一种以上、Q是P、Nb中的至少一种以上、其成份为
50＜TeO2＜90摩尔％
1＜Bi2O3＜30摩尔％
1＜LO+M2O+N2O3+Q2O5＜50摩尔％
的碲化物玻璃作为纤芯材料，所述光纤的制造方法包括：
第一工序，通过向在内壁的内侧形成有沿着长边方向的轴平行地连续的多个凸部分的模具注入成型所述碲化物玻璃熔液，分开所述模具而将注入成型的玻璃材料取出，从而制作在侧面形成多个与长边方向的轴平行的凹部、截面形状为在外周具有多个凹部的十字形的玻璃母材；和第二工序，将由第一工序制作的所述玻璃母材插入由碲化物玻璃构成的圆筒状的套管中，进行加压拔丝，使得维持或放大所述玻璃母材和所述套管的间隙的气孔。
2.一种光纤的制造方法，其特征在于，包括：
至少将具有2微米以上的零材料分散波长的、具有由TeO2、Bi2O3、LO、M2O、N2O3和Q2O5构成的组成、其中L是Zn、Ba、Mg中的至少一种以上、M是Li、Na、K、Rb、Cs中的至少一种以上的碱元素、N是B、La、Ga、Al、Y中的至少一种以上、Q是P、Nb中的至少一种以上、其成份为
50＜TeO2＜90摩尔％
1＜Bi2O3＜30摩尔％
1＜LO+M2O+N2O3+Q2O5＜50摩尔％
的碲化物玻璃作为纤芯材料，所述光纤的制造方法包括：
第一工序，在通过向在内壁的内侧形成有沿着长边方向的轴平行地连续的多个凸部分、且所述内壁从长边方向的中途向底部放大加工为圆锥状的模具注入成型所述碲化物玻璃熔液，并进一步注入由碲化物玻璃构成的纤芯玻璃的玻璃熔液，利用包层玻璃的体积收缩而制作出将纤芯玻璃吸入成型为圆锥状的玻璃母材后，通过分开所述模具而将注入成型的所述玻璃母材取出，从而制作到长边方向的中途而在侧面形成多个与长边方向的轴平行的凹部、截面形状为在外周具有多个凹部的十字形的、从长边方向的中途到底部为圆锥状的玻璃母材；和第二工序，将由所述第一工序制作的所述玻璃母材插入由碲化物玻璃构成的圆筒状的套管，进行加压拔丝，使得维持或放大所述玻璃母材和所述套管的间隙的气孔。
3.一种光纤的制造方法，其特征在于，包括：
至少将具有2微米以上的零材料分散波长的、具有由TeO2、Bi2O3、LO、M2O、N2O3和Q2O5构成的组成、其中L是Zn、Ba、Mg中的至少一种以上、M是Li、Na、K、Rb、Cs中的至少一种以上的碱元素、N是B、La、Ga、Al、Y中的至少一种以上、Q是P、Nb中的至少一种以上、其成份为
50＜TeO2＜90摩尔％
1＜Bi2O3＜30摩尔％
1＜LO+M2O+N2O3+Q2O5＜50摩尔％
的碲化物玻璃作为纤芯材料，所述光纤的制造方法包括：
第一工序，向在内壁的内侧形成了沿着长边方向的轴平行地连续的多个凸部分、且所述内壁从长边方向的中途向底部放大加工为圆锥状、所述底部具有孔的模具注入成型所述碲化物玻璃熔液，进一步注入由碲化物玻璃构成的纤芯玻璃的玻璃熔液，通过包层玻璃的体积收缩和从所述孔流出所述包层玻璃来制作将纤芯玻璃吸入成型为圆锥状的玻璃母材后，通过分开所述模具而将注入成型的玻璃材料取出，从而制作到长边方向的中途而在侧面形成多个与长边方向的轴平行的凹部、截面形状为在外周具有多个凹部的十字形的、从长边方向的中途到底部为圆锥状的玻璃母材；和第二工序，将由所述第一工序制作的所述玻璃母材插入由碲化物玻璃构成的圆筒状的套管，进行加压拔丝，使得维持或放大所述玻璃母材和所述套管的间隙的气孔。
4.根据权利要求1-3的其中之一所述的光纤的制造方法，其特征在于：所述模具在内壁的内侧形成4个沿着长边方向的轴平行地连续的凸的部分，所述光纤的包层有4个气孔。
5.根据权利要求3所述的光纤的制造方法，其特征在于：所述第一工序从所述孔进行真空抽气，而流出所述包层玻璃。
说明书 :
技术领域
本发明涉及在通信波段上控制零分散波长的具有高非线性特性的碲化物玻璃(tellurite glass)制的光纤及其制造方法。更详细的，本发明涉及通过设计碲化物玻璃光纤的折射率、构造、材料，而具有作为光通信波段的1.2～1.7微米μm频带的零分散波长的光纤及其制造方法。
背景技术
近年来，因互联网的快速普及引起的爆炸性通信需要的增加和光通信系统的低成本化的要求，研究了光通信系统的大容量化。现有技术中，除了作为大容量化手段研究的时分多路复用传送方式之外，还开发了在一条光纤上多路复用多个不同波长的信号光来传送的波分多路复用(WDM：Wavelength Division Multiplexing)传送方式，正加速度地普及。WDM传送方式由于可以混合调制方式不同的信号，还可以使用新的波长进行系统的增设，故可以构筑更灵活的光通信系统。
为了更灵活地扩充·高功能化WDM传送方式的网络，波长转换元件、高速光开关、超连续光源等的功能性光纤是必不可少的。在这些功能性光纤的开发中，正在积极进行利用了光纤中的非线性光学效应的非线性光纤的研究。
光纤中的非线性光学效应的产生量与非线性光学常数γ成正比。非线性光学常数γ在有效纤芯截面积Aeff和非线性折射率n2之间，有γ∝n2/Aeff的关系。因此，为了得到大的非线性，需要使用具有大的非线性折射率n2的光学材料、且要减小Aeff。这里，由下式提供有效纤芯截面积Aeff(例如，参照非专利文献1)。
[式1]
现在所报道的使用了石英玻璃的非线性光纤多数为了提高非线性，通过向纤芯添加锗等而提高石英玻璃本身的非线性折射率、或向包层添加氟元素而提高相对折射率差(relative refractive-index difference)而实现了有效纤芯截面积的窄面积化。进一步，在光通信波段中，为了使非线性效应高效发生，必须使光纤的零分散波长为1.2微米～1.7微米，而使其满足相位匹配条件。
但是，在石英光纤的情况下，零材料分散波长大致为1.2微米，通过添加物来大大移动其零材料分散波长很困难。因此，提出了通过最佳化光纤的构造参数，使1.55微米频带下的波长分散值接近于零的方法(例如，参照非专利文献2)。
另一方面，报道了现在称为光子晶体光纤(photonic crystal fiber)(下面，简称为PCF)或中空光纤(holey fiber)(下面，简称为HF)的，主要使用石英玻璃，在石英玻璃内部的长边方向上特意形成多个气孔(air hole)的光纤(例如，参照非专利文献3)。
通过使用形成了上述这种气孔的光纤构造，可以提供在具有现有的纤芯·包层构造光纤中不能实现的各种特性，期待向非线性特性高的光纤的应用.
但是，还不能实现零分散波长为1.2微米～1.7微米，且具有高非线性特性的石英系PCF或HF。另外，由于石英玻璃透明性好，但非线性特性并不那么大，所以为了确保非线性光学效应所需的相互作用长度，要加长相互作用长度。例如，是使用了光纤长度达到几百米长条状光纤的情况。因此，期待着通过使用具有更高非线性特性的光学材料，实现更高效且更小型的非线性光设备。
另一方面，近年来，将碲化物EDFA(Erbium-Doped FiberAmplifier、铒添加光纤放大器)应用于光通信领域的技术开发正在发展。所谓碲化物是以TeO2为主要成份的碲化物系玻璃。碲化物EDFA由在碲化物系玻璃中添加了铒的碲化物制成的铒添加光纤构成，是通过在该光纤内导波几十m而放大光的放大器。若使用该碲化物EDFA，则可以统一放大比可由现有的石英系EDFA和氟化物EDFA放大的1.53微米到1.56微米的波带宽两倍以上的1.53微米到1.61微米的波带(参照非专利文献1)。进一步，通过使用该碲化物EDFA，可以制造1.6微米频带波长下的放大器(参照非专利文献4)。因此，碲化物EDFA作为将来的超大容量WDM系统用EDFA而引人注目。
如图1所示，现有的由碲化物玻璃构成的光放大器用的光纤4的截面由中心为圆状的纤芯1、按同心圆状覆盖其周围的包层2与进一步按同心圆状覆盖其周围的套管(jacket包壳)3构成。图2表示该光纤4的折射率分布。这里，若设纤芯1的折射率与包层2的折射率的差为Δ1、纤芯1的折射率和套管3的折射率的差为Δ3、包层2的折射率和套管3的折射率的差为Δ2，则由于Δ1比Δ2稍大，所以将光很强地封入纤芯1中。
在这种光纤4中，通过向纤芯1施加添加物等，使纤芯1的折射率比包层2的折射率充分大。因此，在纤芯1和包层2的界面上光全反射，光在纤芯1中传送。另外，通过使纤芯1的折射率和纤芯1的直径变化，可以控制某种程度的分散。但是，若增大纤芯1的直径，则不满足单模条件，成为了多种模式存在的多模光纤，传送特性劣化了。相反，若减小纤芯1的直径，不能得到与其他设备的连接匹配。从如上的原因来看，在现有的由碲化物玻璃构成的光纤中，不能很宽地取分散的控制范围。
但是，由于碲化物玻璃的三次非线性大(参照非专利文献5)，可以期待在脉冲压缩、光参数放大(OPA：Optical ParametricAmplification)、第三谐波生成(THG：Third Harmonic Generation)等中应用碲化物玻璃。另外，碲化物玻璃的材料分散值为零的波长位于比2微米长的波段中。
这里，用于光放大器用的高NA(Numerical Aperture：开口数(数值孔径))光纤的1.55微米频带的波长分散值通常是-100ps/km/nm左右的值。因此，在10m左右的短条下使用光纤时，波长分散值为-1ps/nm左右的大的值。
另外，为了长距离使用光纤，或在高速波长多路复用传送下使用，需要该光纤的波长分散值尽可能接近于零。但是，如上所述，由碲化物玻璃构成的光纤的零分散的波长是2微米以上的波段，因此，即使使用在石英光纤中所用的公知的由结构分散形成的最佳化方法，在由碲化物玻璃构成的光纤中，1.55微米频带下波长分散值也不为0。
因此，利用碲化物玻璃具有的高非线性特性，在当前的光纤通信波段中实现上述应用是困难的。
前述的PCF(或HF)根据导波原理分为两类。其中一种是通过光子带隙(photonic band gap)封入光的光子带隙型PCF。该PCF为具有周期性的气孔配置和均匀的气孔大小的结构。另一种是通过从具有气孔的媒质的实际折射率得到的全反射来封入光的折射率导波型PCF。该折射率导波型PCF为不必须具有周期性的气孔配置和均匀的气孔大小的构造。
在这种PCF或HF中，与现有的光纤相比，折射率差可以增大一个数量级以上，可以得到大的结构分散。通过该结构分散，在由石英构成的PCF或HF中，零分散波长向短波长侧移动。M.J.Gander他们在非专利文献6中，通过试验测量具有没设置气孔的纤芯部分和按六边形排列气孔的包层部分的由石英玻璃构成的光纤的分散特性，公开了其结果。根据该文献，813nm频带的分散值约为-77ps/km/nm。Birks他们在非专利文献7中，公开了在由单一材料构成的光纤中，算出PCF的分散，而倡导PCF的分散补偿的效果。这样，PCF构造或HF构成作为使用了碲化物玻璃的光纤的分散补偿方法之一而令人期待。
N.G.R.Broderick他们在专利文献1中，公开了使用多成份玻璃，来形成PCF构造或HF构造的光纤。根据该文献，作为多成份玻璃的例子，有碲化物玻璃的描述，作为其成份，表示了从Na2O、Li2O、Al2O3、CaO、Ga2O3、GeO2、As2O3、SrO2、Y2O3、Sb2O5、In2O3、ZnO、BaO、La2O3、TeO2、TiO2中选出的组成。但是，专利文献1中，没有发现对于这些玻璃的热稳定性、非线性特性和碲化物光纤的分散有关的描述。
E.S.Hu他们在非专利文献8中，公开了使用碲化物玻璃，设计PCF构造或HF构造，而使零分散波长移到1.55微米的光纤。根据该文献，表示了可以使用零材料分散波长为1.7微米的碲化物玻璃来形成三个不同的PCF构造或HF构造，在这些构造中可以将零分散波长移到1.55微米。但是，在非专利文献8中所公开的光纤中，由于所使用的碲化物玻璃的非线性灵敏度低、且零材料分散波长为1.7微米，所以向纤芯区域的光封入不充分，因此，不能得到充分大的非线性特性(所报道的非线性常数γ最大为260W-1km-1)。
由于碲化物玻璃具有大的三次非线性特性，所以研究了利用由具有该高非线性特性的碲化物玻璃构成的光纤的系统。例如，提出了如图3所示，通过由碲化物玻璃构成的纤芯5和包层6构成光纤8，而用于拉曼放大器等的光放大用(例如，参照非专利文献9)。
另外，碲化物EDFA的长波长侧的增益所得的界限与石英系EDFA和氟化物EDFA相比，宽7～9nm。因此，可以实现现有中不能使用的1.6微米波带的波长的放大器(例如，参照非专利文献4)。因此，碲化物EDFA作为将来的超大容量WDM传送系统的EDFA引人注目。
使用了碲化物玻璃的光纤迄今为止用于Er3+添加光纤放大器和拉曼放大器，实现了宽带放大(参照非专利文献1、非专利文献8)。碲化物玻璃与石英玻璃相比，具有10倍以上的大非线性光学效应，同时，在向拉曼放大器应用时，实现了损耗为20dB/km的低损耗光纤。这样，碲化物玻璃具有宽带光放大特性和高透明性。除此之外，具有大的光非线性灵敏度x3(例如，参照非专利文献5)。因此，可以期待之前没有的小型高效的非线性设备。
但是，碲化物玻璃制的光纤由于材料分散为零的波长位于比2微米长的波段，所以满足作为通信波段的1.55微米频带信号光和泵光的相位匹配条件困难，更积极地利用非线性特性变得困难。例如，用于光放大器用的碲化物玻璃制的光纤在波长1.55微米中，波长分散值为-100ps/km/nm左右。
另外，如分散偏移光纤和分散补偿光纤那样，通过适用现有的光纤结构，即使提高纤芯和包层的相对折射率差来控制分散，在碲化物玻璃制的光纤中，零分散波长进一步向长波长侧偏移.因此，碲化物玻璃制的光纤中，实现作为通信波长带的1.55微米频带的零分散极其困难，不能实现利用了由具有高非线性特性的碲化物玻璃构成的光纤的通信系统.
对于制作方法，作为由石英系玻璃之外的氧化物玻璃构成的光子晶体光纤或中空光纤的制作方法，报道了挤出法(参照非专利文献10、非专利文献11)。在该挤出法中，将所制造的块玻璃(bulk glass)高温加热到可变形的粘度，通过塞到模具中而挤出，来制作具有气孔的母材。挤出法由于长时间高温保持玻璃，并进一步变形，所以玻璃中很容易生长结晶核，但制作低损耗的光纤很难。因此，非专利文献10、非专利文献11所记载的光纤的损耗值都超过了1000dB/km，不能得到具有可作为实用设备使用的损耗的设备。
专利文献1：EP1313676、US2003/0161599“Holy optical fiber ofnon-silica based glass”Southampton University
专利文献2：特开2003-149464号公报
专利文献3：特开2000-356719号公报
非专利文献1：A.Mori，Y.Ohishi，M.Yamada，H.Ono，Y.Nishida，K.Oikawa，and S.Sudo，“1.5μm broadband amplification by tellurite-basedDFAs，”in OFC’97，1997，Paper PD1.
非专利文献2：川上彰二郎、白石和男、大桥正治著、“光纤和纤型设备”、培风馆、p97
非专利文献3：A.Bjaklev，et al.，“Photo Crystal Fibers The State ofThe Art”，Holy fibers Symposium vol.1.1，ECOC2002
非专利文献4：A.Mori，Y.Ohishi，M.Yamada，H.Ono and S.Sudo，“Broadband amplification characteristics of tellurite-based EDFAs，”inECOC’97，vol.3，1997，Paper We2C.4，pp.135-138
非专利文献5：S.Kim T.Yoko and S Sakka，“Linear and NonlinearOptical Properties of TeO2Glass”，J.AM.Ceram.Soc.，Vol.76，No.10，pp.2486-2490，1993
非专利文献6：M.J.Gander，R.McBride，J.D.C.Jones，D.Mogilevtsev，T.A.Birks，J.C.Knigth，and P.St.J.Russell，“Experimantal measurement ofgroup velocity dispersion in photonic crystal fibre，”Electron.Lett.，Jan.1999，vol.35，no.l，pp.63-64
非专利文献7：T.A.Briks，D.Mogilevtsev，J.C.Knighh，P.St.J.Russell，“Endlessly single-mode photonic crystal fier”Opt.Lett.22，1997，pp.961-963
非专利文献8：ECOC2002 Nonlinerity-Parametric Amplifiers 3.2.3Design of Highly-Nonlinear tellurite fibers with Zero Dispersion Near 1550nm，Stanford University
非专利文献9：“Journal of Lightwave Technology”，2003，Vol.21，No.5，p.1300-1306
非专利文献10：P.Petropoulos，et al.，“Soliton-self-frequency-shifteffects and pulse compression in an anomalously dispersive highnonlinearity lead silicate holy fiber”，PD3-1，OFC2003
非专利文献11：V.V.Ravi Kanth Kunth，et al.“Tellurite glass photoniccrystal fiber”PD3，ECOC2003
非专利文献12：Gorachand Ghosh，“Sellmeier Coefficients andChromatic Dispersions for Some Tellurite Glasses”，J.Am.Soc.，78(10)2828-2830，1995
非专利文献13：“Photonics Technology Letters”，1999，Vol.11，No.6，p.674-676
非专利文献14：A.Mori，et al.，“Ultra-wideband tellurite-Based Ramanfibre amplifier”，Electronics Letter vol.37，No.24，pp.1442-1443，2001
非专利文献15：Govind P.Agrawal，“Nolinear Fiber Optics”，2ndedition，Academic Press，pp.42-43
为了更灵活地扩充·高功能化WDM传送方式的网络，波长转换元件、高速光开关、超连续光源等的功能性光纤是必不可少的。在这些功能性光纤的开发中，正在积极进行利用了光纤中的非线性光学效应的非线性光纤的研究。
光纤中的非线性光学效应的产生量与非线性光学常数γ成正比。非线性光学常数γ在有效纤芯截面积Aeff和非线性折射率n2之间，有γ∝n2/Aeff的关系。因此，为了得到大的非线性，需要使用具有大的非线性折射率n2的光学材料、且要减小Aeff。这里，由下式提供有效纤芯截面积Aeff(例如，参照非专利文献1)。
[式1]
现在所报道的使用了石英玻璃的非线性光纤多数为了提高非线性，通过向纤芯添加锗等而提高石英玻璃本身的非线性折射率、或向包层添加氟元素而提高相对折射率差(relative refractive-index difference)而实现了有效纤芯截面积的窄面积化。进一步，在光通信波段中，为了使非线性效应高效发生，必须使光纤的零分散波长为1.2微米～1.7微米，而使其满足相位匹配条件。
但是，在石英光纤的情况下，零材料分散波长大致为1.2微米，通过添加物来大大移动其零材料分散波长很困难。因此，提出了通过最佳化光纤的构造参数，使1.55微米频带下的波长分散值接近于零的方法(例如，参照非专利文献2)。
另一方面，报道了现在称为光子晶体光纤(photonic crystal fiber)(下面，简称为PCF)或中空光纤(holey fiber)(下面，简称为HF)的，主要使用石英玻璃，在石英玻璃内部的长边方向上特意形成多个气孔(air hole)的光纤(例如，参照非专利文献3)。
通过使用形成了上述这种气孔的光纤构造，可以提供在具有现有的纤芯·包层构造光纤中不能实现的各种特性，期待向非线性特性高的光纤的应用.
但是，还不能实现零分散波长为1.2微米～1.7微米，且具有高非线性特性的石英系PCF或HF。另外，由于石英玻璃透明性好，但非线性特性并不那么大，所以为了确保非线性光学效应所需的相互作用长度，要加长相互作用长度。例如，是使用了光纤长度达到几百米长条状光纤的情况。因此，期待着通过使用具有更高非线性特性的光学材料，实现更高效且更小型的非线性光设备。
另一方面，近年来，将碲化物EDFA(Erbium-Doped FiberAmplifier、铒添加光纤放大器)应用于光通信领域的技术开发正在发展。所谓碲化物是以TeO2为主要成份的碲化物系玻璃。碲化物EDFA由在碲化物系玻璃中添加了铒的碲化物制成的铒添加光纤构成，是通过在该光纤内导波几十m而放大光的放大器。若使用该碲化物EDFA，则可以统一放大比可由现有的石英系EDFA和氟化物EDFA放大的1.53微米到1.56微米的波带宽两倍以上的1.53微米到1.61微米的波带(参照非专利文献1)。进一步，通过使用该碲化物EDFA，可以制造1.6微米频带波长下的放大器(参照非专利文献4)。因此，碲化物EDFA作为将来的超大容量WDM系统用EDFA而引人注目。
如图1所示，现有的由碲化物玻璃构成的光放大器用的光纤4的截面由中心为圆状的纤芯1、按同心圆状覆盖其周围的包层2与进一步按同心圆状覆盖其周围的套管(jacket包壳)3构成。图2表示该光纤4的折射率分布。这里，若设纤芯1的折射率与包层2的折射率的差为Δ1、纤芯1的折射率和套管3的折射率的差为Δ3、包层2的折射率和套管3的折射率的差为Δ2，则由于Δ1比Δ2稍大，所以将光很强地封入纤芯1中。
在这种光纤4中，通过向纤芯1施加添加物等，使纤芯1的折射率比包层2的折射率充分大。因此，在纤芯1和包层2的界面上光全反射，光在纤芯1中传送。另外，通过使纤芯1的折射率和纤芯1的直径变化，可以控制某种程度的分散。但是，若增大纤芯1的直径，则不满足单模条件，成为了多种模式存在的多模光纤，传送特性劣化了。相反，若减小纤芯1的直径，不能得到与其他设备的连接匹配。从如上的原因来看，在现有的由碲化物玻璃构成的光纤中，不能很宽地取分散的控制范围。
但是，由于碲化物玻璃的三次非线性大(参照非专利文献5)，可以期待在脉冲压缩、光参数放大(OPA：Optical ParametricAmplification)、第三谐波生成(THG：Third Harmonic Generation)等中应用碲化物玻璃。另外，碲化物玻璃的材料分散值为零的波长位于比2微米长的波段中。
这里，用于光放大器用的高NA(Numerical Aperture：开口数(数值孔径))光纤的1.55微米频带的波长分散值通常是-100ps/km/nm左右的值。因此，在10m左右的短条下使用光纤时，波长分散值为-1ps/nm左右的大的值。
另外，为了长距离使用光纤，或在高速波长多路复用传送下使用，需要该光纤的波长分散值尽可能接近于零。但是，如上所述，由碲化物玻璃构成的光纤的零分散的波长是2微米以上的波段，因此，即使使用在石英光纤中所用的公知的由结构分散形成的最佳化方法，在由碲化物玻璃构成的光纤中，1.55微米频带下波长分散值也不为0。
因此，利用碲化物玻璃具有的高非线性特性，在当前的光纤通信波段中实现上述应用是困难的。
前述的PCF(或HF)根据导波原理分为两类。其中一种是通过光子带隙(photonic band gap)封入光的光子带隙型PCF。该PCF为具有周期性的气孔配置和均匀的气孔大小的结构。另一种是通过从具有气孔的媒质的实际折射率得到的全反射来封入光的折射率导波型PCF。该折射率导波型PCF为不必须具有周期性的气孔配置和均匀的气孔大小的构造。
在这种PCF或HF中，与现有的光纤相比，折射率差可以增大一个数量级以上，可以得到大的结构分散。通过该结构分散，在由石英构成的PCF或HF中，零分散波长向短波长侧移动。M.J.Gander他们在非专利文献6中，通过试验测量具有没设置气孔的纤芯部分和按六边形排列气孔的包层部分的由石英玻璃构成的光纤的分散特性，公开了其结果。根据该文献，813nm频带的分散值约为-77ps/km/nm。Birks他们在非专利文献7中，公开了在由单一材料构成的光纤中，算出PCF的分散，而倡导PCF的分散补偿的效果。这样，PCF构造或HF构成作为使用了碲化物玻璃的光纤的分散补偿方法之一而令人期待。
N.G.R.Broderick他们在专利文献1中，公开了使用多成份玻璃，来形成PCF构造或HF构造的光纤。根据该文献，作为多成份玻璃的例子，有碲化物玻璃的描述，作为其成份，表示了从Na2O、Li2O、Al2O3、CaO、Ga2O3、GeO2、As2O3、SrO2、Y2O3、Sb2O5、In2O3、ZnO、BaO、La2O3、TeO2、TiO2中选出的组成。但是，专利文献1中，没有发现对于这些玻璃的热稳定性、非线性特性和碲化物光纤的分散有关的描述。
E.S.Hu他们在非专利文献8中，公开了使用碲化物玻璃，设计PCF构造或HF构造，而使零分散波长移到1.55微米的光纤。根据该文献，表示了可以使用零材料分散波长为1.7微米的碲化物玻璃来形成三个不同的PCF构造或HF构造，在这些构造中可以将零分散波长移到1.55微米。但是，在非专利文献8中所公开的光纤中，由于所使用的碲化物玻璃的非线性灵敏度低、且零材料分散波长为1.7微米，所以向纤芯区域的光封入不充分，因此，不能得到充分大的非线性特性(所报道的非线性常数γ最大为260W-1km-1)。
由于碲化物玻璃具有大的三次非线性特性，所以研究了利用由具有该高非线性特性的碲化物玻璃构成的光纤的系统。例如，提出了如图3所示，通过由碲化物玻璃构成的纤芯5和包层6构成光纤8，而用于拉曼放大器等的光放大用(例如，参照非专利文献9)。
另外，碲化物EDFA的长波长侧的增益所得的界限与石英系EDFA和氟化物EDFA相比，宽7～9nm。因此，可以实现现有中不能使用的1.6微米波带的波长的放大器(例如，参照非专利文献4)。因此，碲化物EDFA作为将来的超大容量WDM传送系统的EDFA引人注目。
使用了碲化物玻璃的光纤迄今为止用于Er3+添加光纤放大器和拉曼放大器，实现了宽带放大(参照非专利文献1、非专利文献8)。碲化物玻璃与石英玻璃相比，具有10倍以上的大非线性光学效应，同时，在向拉曼放大器应用时，实现了损耗为20dB/km的低损耗光纤。这样，碲化物玻璃具有宽带光放大特性和高透明性。除此之外，具有大的光非线性灵敏度x3(例如，参照非专利文献5)。因此，可以期待之前没有的小型高效的非线性设备。
但是，碲化物玻璃制的光纤由于材料分散为零的波长位于比2微米长的波段，所以满足作为通信波段的1.55微米频带信号光和泵光的相位匹配条件困难，更积极地利用非线性特性变得困难。例如，用于光放大器用的碲化物玻璃制的光纤在波长1.55微米中，波长分散值为-100ps/km/nm左右。
另外，如分散偏移光纤和分散补偿光纤那样，通过适用现有的光纤结构，即使提高纤芯和包层的相对折射率差来控制分散，在碲化物玻璃制的光纤中，零分散波长进一步向长波长侧偏移.因此，碲化物玻璃制的光纤中，实现作为通信波长带的1.55微米频带的零分散极其困难，不能实现利用了由具有高非线性特性的碲化物玻璃构成的光纤的通信系统.
对于制作方法，作为由石英系玻璃之外的氧化物玻璃构成的光子晶体光纤或中空光纤的制作方法，报道了挤出法(参照非专利文献10、非专利文献11)。在该挤出法中，将所制造的块玻璃(bulk glass)高温加热到可变形的粘度，通过塞到模具中而挤出，来制作具有气孔的母材。挤出法由于长时间高温保持玻璃，并进一步变形，所以玻璃中很容易生长结晶核，但制作低损耗的光纤很难。因此，非专利文献10、非专利文献11所记载的光纤的损耗值都超过了1000dB/km，不能得到具有可作为实用设备使用的损耗的设备。
专利文献1：EP1313676、US2003/0161599“Holy optical fiber ofnon-silica based glass”Southampton University
专利文献2：特开2003-149464号公报
专利文献3：特开2000-356719号公报
非专利文献1：A.Mori，Y.Ohishi，M.Yamada，H.Ono，Y.Nishida，K.Oikawa，and S.Sudo，“1.5μm broadband amplification by tellurite-basedDFAs，”in OFC’97，1997，Paper PD1.
非专利文献2：川上彰二郎、白石和男、大桥正治著、“光纤和纤型设备”、培风馆、p97
非专利文献3：A.Bjaklev，et al.，“Photo Crystal Fibers The State ofThe Art”，Holy fibers Symposium vol.1.1，ECOC2002
非专利文献4：A.Mori，Y.Ohishi，M.Yamada，H.Ono and S.Sudo，“Broadband amplification characteristics of tellurite-based EDFAs，”inECOC’97，vol.3，1997，Paper We2C.4，pp.135-138
非专利文献5：S.Kim T.Yoko and S Sakka，“Linear and NonlinearOptical Properties of TeO2Glass”，J.AM.Ceram.Soc.，Vol.76，No.10，pp.2486-2490，1993
非专利文献6：M.J.Gander，R.McBride，J.D.C.Jones，D.Mogilevtsev，T.A.Birks，J.C.Knigth，and P.St.J.Russell，“Experimantal measurement ofgroup velocity dispersion in photonic crystal fibre，”Electron.Lett.，Jan.1999，vol.35，no.l，pp.63-64
非专利文献7：T.A.Briks，D.Mogilevtsev，J.C.Knighh，P.St.J.Russell，“Endlessly single-mode photonic crystal fier”Opt.Lett.22，1997，pp.961-963
非专利文献8：ECOC2002 Nonlinerity-Parametric Amplifiers 3.2.3Design of Highly-Nonlinear tellurite fibers with Zero Dispersion Near 1550nm，Stanford University
非专利文献9：“Journal of Lightwave Technology”，2003，Vol.21，No.5，p.1300-1306
非专利文献10：P.Petropoulos，et al.，“Soliton-self-frequency-shifteffects and pulse compression in an anomalously dispersive highnonlinearity lead silicate holy fiber”，PD3-1，OFC2003
非专利文献11：V.V.Ravi Kanth Kunth，et al.“Tellurite glass photoniccrystal fiber”PD3，ECOC2003
非专利文献12：Gorachand Ghosh，“Sellmeier Coefficients andChromatic Dispersions for Some Tellurite Glasses”，J.Am.Soc.，78(10)2828-2830，1995
非专利文献13：“Photonics Technology Letters”，1999，Vol.11，No.6，p.674-676
非专利文献14：A.Mori，et al.，“Ultra-wideband tellurite-Based Ramanfibre amplifier”，Electronics Letter vol.37，No.24，pp.1442-1443，2001
非专利文献15：Govind P.Agrawal，“Nolinear Fiber Optics”，2ndedition，Academic Press，pp.42-43
发明内容
本发明鉴于现有技术的上述这种问题而作出，其第一目的是提供一种可以避免材料分散的影响，且对利用了非线性特性的光信号处理等带来大的效果，可以实现通信波段上的宽带的零分散的具有高非线性的碲化物玻璃构成的光纤。
本发明的第二目的是提供一种在作为通信波段的1.2～1.7微米频带上控制零分散波长、使用了碲化物玻璃的低损耗且高效率的光纤的制造方法。
一般，玻璃的非线性灵敏度其值越高，零材料分散波长向长波长侧偏移。通过PCF构造或HF构造的强封入，使其零分散波长向通信波段偏移的方法作为非线性光纤应用是有效的。
本发明人公开了在零材料分散波长为2微米以上、非线性灵敏度x3高到1×10-12esu以上、在低损耗纤维中使用了加工时具有充分热稳定性的碲化物玻璃的光纤中，通过采用向纤芯区域封入的强的PCF构造或HF构造，可解决现有技术的上述问题。即，发现要光以低损耗来导波，通过气孔的大小和形状及相邻的气孔彼此的间隔向通信波段(1.2～1.7微米)内控制零分散波长，同时发现了具有非线性常数γ为500W-1km-1以上的大的非线性特性。
为了达到上述第一目的，本发明的第一形态的光纤，传送在光纤通信或光设备中所用的光，光纤的至少纤芯区域由具有2微米以上的零材料分散波长的碲化物玻璃构成，通过在该光纤内配置气孔，使得将光封入该光纤的中心，从而将零分散波长控制为1.2～1.7微米频带。
这里，优选在光的波长为λ、圆周率为π时，在光纤的中心设置具有πλ2的0.1倍到5倍的面积的区域，通过在除去该区域的该光纤的截面的整个区域上或包围该区域的位置上配置气孔，该区域成为封入光的纤芯。
另外，优选是具有2微米以上的零材料分散波长的的碲化物玻璃，具有由TeO2-Bi2O3-LO-M2O-N2O3-Q2O5构成的组成(L是Zn、Ba、Mg中的至少一种以上，M是Li、Na、K、Rb、Cs中的至少一种以上的碱元素、N是B、La、Ga、Al、Y中的至少一种以上，Q是P、Nb中的至少一种以上)，其成份为
50＜TeO2＜90(摩尔％)
1＜Bi2O3＜30(摩尔％)
1＜LO+M2O+N2O3+Q2O5＜50(摩尔％)。
另外，优选向碲化物材料玻璃添加Ce3+、Pr3+、Nd3+、Pm3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+内选择的至少一种作为稀土类离子。
为了实现上述第一目的，本发明的第二形态的光纤是由碲化物玻璃构成的光纤，包括：纤芯区域；第一包层部，配置为包围纤芯区域，在该纤芯区域的周围方向具有多个沿该纤芯区域的轴方向的气孔；第二包层部，配置为包围第一包层部，具有与该第一包层部的等效折射率大致相等的折射率。
优选第一包层部的气孔沿纤芯区域的周围方向以一定间隔形成多个。另外，优选第一包层部的气孔在该第一包层部的半径方向上形成多个。另外，优选第一包层部的气孔内部由具有比第二包层部的折射率低的折射率的材料来填充。另外，优选纤芯区域的折射率比第一包层部的材料的折射率高。另外，优选，将具有与碲化物玻璃的折射率不同折射率的碲化物玻璃嵌入到作为纤芯的中心部中。
优选，纤芯区域和第一包层部的相对折射率差为2％以上。
优选，在为纤芯区域的中心部设置气孔。
优选，将在纤芯区域之外形成的气孔配置为三角晶格状、四边晶格状或蜂窝形状的任一个形状。优选，该气孔由圆柱、椭圆柱或多角柱的其中一个形状构成。
优选，在纤芯区域之外形成的气孔数是3个，作为纤芯区域的直径为0.6～6.5微米。优选，气孔数是4个，作为纤芯的区域的直径是0.6～5微米。
为了实现上述第二目的，本发明的第三形态的光纤的制造方法，包括：第一工序，光纤为具有2微米以上的零材料分散波长的碲化物玻璃、至少将具有由TeO2-Bi2O3-LO-M2O-N2O3-Q2O5构成的组成(L是Zn、Ba、Mg中的至少一种以上，M是Li、Na、K、Rb、Cs中的至少一种以上的碱元素、N是B、La、Ga、Al、Y中的至少一种以上，Q是P、Nb中的至少一种以上)，其成份为
50＜TeO2＜90(摩尔％)
1＜Bi2O3＜30(摩尔％)
1＜LO+M2O+N2O3+Q2O5＜50(摩尔％)
的碲化物玻璃(下面，称作本发明中特定的碲化物玻璃)作为纤芯材料，向内壁形成了多个凸部分的模具注入成型碲化物玻璃熔液来制作母材；第二工序，将由第一工序制作的玻璃母材插入由碲化物玻璃构成的圆筒状的套管中，进行加压拔丝，使得维持或放大玻璃母材和套管的间隙的气孔。
为了实现上述第二目的，本发明的第四形态的光纤的制造方法，包括：第一工序，光纤至少将本发明中特定的上述碲化物玻璃作为纤芯材料，向内壁形成了多个凸部分、内壁向底部放大加工为圆锥状的模具注入成型碲化物玻璃熔液来制作母材；第二工序，进一步注入由碲化物玻璃构成的纤芯玻璃的玻璃熔液，通过包层玻璃的体积收缩来制作将芯部玻璃吸入成型为圆锥状的玻璃母材；第三工序，将由第二工序制作的玻璃母材插入由碲化物玻璃构成的圆筒状的套管，进行加压拔丝，使得维持或放大玻璃母材和套管的间隙的气孔。
为了实现上述第二目的，本发明的第五形态的光纤的制造方法，包括：第一工序，光纤至少将本发明中特定的上述碲化物玻璃作为纤芯材料，向内壁形成了多个凸部分、内壁向底部放大加工为圆锥状、底部具有孔的模具注入成型碲化物玻璃熔液来制作母材；第二工序，进一步注入由碲化物玻璃构成的纤芯玻璃的玻璃熔液，通过包层玻璃的体积收缩和从孔流出包层玻璃来制作纤芯玻璃吸入成型为圆锥状的玻璃母材；第三工序，将由第二工序制作的玻璃母材插入由碲化物玻璃构成的圆筒状的套管，进行加压拔丝，使得维持或放大玻璃母材和套管的间隙的气孔.这里，优选该第二工序从孔进行真空抽气，而流出包层玻璃.
为了实现上述第二目的，本发明的第六形态的光纤的制造方法，包括：第一工序，光纤至少将本发明中特定的上述碲化物玻璃作为纤芯材料，向模具注入成型由碲化物玻璃构成的玻璃熔液来制作圆柱状的玻璃块体；第二工序，在由该第一工序制作的玻璃块体的长边方向加工开孔，来制作形成了气孔的玻璃母材；第三工序，将由第二工序制作的玻璃母材插入由碲化物玻璃构成的圆筒状的套管，进行加压拔丝，使得维持或放大气孔。
为了实现上述第二目的，本发明的第七形态的光纤的制造方法，包括：第一工序，光纤至少将本发明中特定的上述碲化物玻璃作为纤芯材料，将由碲化物玻璃构成的玻璃熔液注入到底面具有从基台在内侧排列了多个圆柱棒状的销体的钻模(jig)的模具中，通过拔出钻模来制作形成了气孔的母材；第二工序，将由第一工序制作的玻璃母材插入由碲化物玻璃构成的圆筒状的套管，进行加压拔丝，使得维持或放大所述气孔。
发明的效果
根据本发明的第一形态的光纤，传送在光纤通信或光设备中所用的光，光纤的至少纤芯区域由具有2微米以上的零材料分散波长的高非线性碲化物玻璃构成，通过在该光纤内配置气孔，使得将光封入该光纤的中心，而可以在纤芯区域上传送光，通过构造分散可以将零分散波长控制为1.2～1.7微米频带，同时，可以得到高的非线性常数。因此，可以提供小型且高效的作为非线性设备的光纤。
这里，在光的波长为λ、圆周率为π时，在上述光纤的中心设置具有πλ2的0.1倍到5倍的面积的区域，通过在除去区域的光纤的截面的整个区域上或包围区域的位置上配置上述气孔，光封入到由该区域构成的纤芯中，在光纤的纤芯内传送光。因此，可以高效抑制高次模式。
另外，通过适当选择碲化物玻璃的组成，可以制作对纤化加工有充分的热稳定，非线性常数高、低损耗的光纤。其中虽然TeO2和Bi2O3是提供高非线性特性用的必须成份，但是若脱离
50＜TeO2＜90(摩尔％)
1＜Bi2O3＜30(摩尔％)
的范围则不能得到热稳定且透过特性好的玻璃。其他成份是为了使玻璃热稳定，降低粘度而容易加工来进行添加。
另外，通过向碲化物玻璃材料添加Ce3+、Pr3+、Nd3+、Pm3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+内的至少一种作为稀土类离子，可以在提供非线性的同时，提供由光放大、吸收形成的滤波效果等的特性。
上述光纤是由碲化物玻璃构成的光纤，包括：纤芯区域；第一包层部，配置为包围纤芯区域，在该纤芯区域的周围方向具有多个沿该纤芯区域的轴方向的气孔；第二包层部，配置为包围第一包层部，具有与该第一包层部的等效折射率大致相等的折射率，所以为可实现通信波段中的宽频带零分散的高非线性碲化物光纤.另外，由于可减小气孔的数目，所以可以容易地制造低成本、高精度的光纤.
另外，通过向上述纤芯区域嵌入折射率比包层部的碲化物玻璃高的组成的碲化物玻璃，在由嵌入的折射率高的碲化物玻璃和其周围的碲化物玻璃形成的界面上在纤芯区域传送的光全反射，在光纤的纤芯内传送光，所以减小了光的传送损耗。
另外，通过向上述气孔嵌入折射率比碲化物玻璃具有的折射率低的材料，光纤整体的机械强度提高。进一步，在从作为光纤的母材的预制坯来拔丝光纤的工序中，比向气孔中填充空气，气孔的形状容易保持一定，制造品质提高了。另外，与向气孔中填充空气时相比，可以减少光的散射损耗。
通过将上述气孔配置为三角晶格状、四边晶格状或蜂窝形状的其中一个形状，在由气孔包围的纤芯中集中光，在纤芯内传送光。因此，没有必要高精度制造光纤，所以可以抑制制造成本。
通过上述气孔由圆柱、椭圆柱或多角柱的其中一个形状构成，在纤芯中集中光，在纤芯内传送光。因此，没有必要高精度制造光纤，所以可以抑制制造成本。
根据本发明的第三～第七形态的光纤的制造方法，与石英玻璃相比，使用具有30倍以上的非线性灵敏度(x3)的热稳定性好的碲化物玻璃组成，通过注入成型来制作玻璃母材，从而与现有的挤出法相比，由于对玻璃母材的加热工序的时间短，所以可大量制作低损耗的碲化物光纤，同时，可以将零分散偏移到作为光通信波段的1.2～1.7微米频带，所以可以提供小型的作为高效的非线性设备的光纤。
本发明的第二目的是提供一种在作为通信波段的1.2～1.7微米频带上控制零分散波长、使用了碲化物玻璃的低损耗且高效率的光纤的制造方法。
一般，玻璃的非线性灵敏度其值越高，零材料分散波长向长波长侧偏移。通过PCF构造或HF构造的强封入，使其零分散波长向通信波段偏移的方法作为非线性光纤应用是有效的。
本发明人公开了在零材料分散波长为2微米以上、非线性灵敏度x3高到1×10-12esu以上、在低损耗纤维中使用了加工时具有充分热稳定性的碲化物玻璃的光纤中，通过采用向纤芯区域封入的强的PCF构造或HF构造，可解决现有技术的上述问题。即，发现要光以低损耗来导波，通过气孔的大小和形状及相邻的气孔彼此的间隔向通信波段(1.2～1.7微米)内控制零分散波长，同时发现了具有非线性常数γ为500W-1km-1以上的大的非线性特性。
为了达到上述第一目的，本发明的第一形态的光纤，传送在光纤通信或光设备中所用的光，光纤的至少纤芯区域由具有2微米以上的零材料分散波长的碲化物玻璃构成，通过在该光纤内配置气孔，使得将光封入该光纤的中心，从而将零分散波长控制为1.2～1.7微米频带。
这里，优选在光的波长为λ、圆周率为π时，在光纤的中心设置具有πλ2的0.1倍到5倍的面积的区域，通过在除去该区域的该光纤的截面的整个区域上或包围该区域的位置上配置气孔，该区域成为封入光的纤芯。
另外，优选是具有2微米以上的零材料分散波长的的碲化物玻璃，具有由TeO2-Bi2O3-LO-M2O-N2O3-Q2O5构成的组成(L是Zn、Ba、Mg中的至少一种以上，M是Li、Na、K、Rb、Cs中的至少一种以上的碱元素、N是B、La、Ga、Al、Y中的至少一种以上，Q是P、Nb中的至少一种以上)，其成份为
50＜TeO2＜90(摩尔％)
1＜Bi2O3＜30(摩尔％)
1＜LO+M2O+N2O3+Q2O5＜50(摩尔％)。
另外，优选向碲化物材料玻璃添加Ce3+、Pr3+、Nd3+、Pm3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+内选择的至少一种作为稀土类离子。
为了实现上述第一目的，本发明的第二形态的光纤是由碲化物玻璃构成的光纤，包括：纤芯区域；第一包层部，配置为包围纤芯区域，在该纤芯区域的周围方向具有多个沿该纤芯区域的轴方向的气孔；第二包层部，配置为包围第一包层部，具有与该第一包层部的等效折射率大致相等的折射率。
优选第一包层部的气孔沿纤芯区域的周围方向以一定间隔形成多个。另外，优选第一包层部的气孔在该第一包层部的半径方向上形成多个。另外，优选第一包层部的气孔内部由具有比第二包层部的折射率低的折射率的材料来填充。另外，优选纤芯区域的折射率比第一包层部的材料的折射率高。另外，优选，将具有与碲化物玻璃的折射率不同折射率的碲化物玻璃嵌入到作为纤芯的中心部中。
优选，纤芯区域和第一包层部的相对折射率差为2％以上。
优选，在为纤芯区域的中心部设置气孔。
优选，将在纤芯区域之外形成的气孔配置为三角晶格状、四边晶格状或蜂窝形状的任一个形状。优选，该气孔由圆柱、椭圆柱或多角柱的其中一个形状构成。
优选，在纤芯区域之外形成的气孔数是3个，作为纤芯区域的直径为0.6～6.5微米。优选，气孔数是4个，作为纤芯的区域的直径是0.6～5微米。
为了实现上述第二目的，本发明的第三形态的光纤的制造方法，包括：第一工序，光纤为具有2微米以上的零材料分散波长的碲化物玻璃、至少将具有由TeO2-Bi2O3-LO-M2O-N2O3-Q2O5构成的组成(L是Zn、Ba、Mg中的至少一种以上，M是Li、Na、K、Rb、Cs中的至少一种以上的碱元素、N是B、La、Ga、Al、Y中的至少一种以上，Q是P、Nb中的至少一种以上)，其成份为
50＜TeO2＜90(摩尔％)
1＜Bi2O3＜30(摩尔％)
1＜LO+M2O+N2O3+Q2O5＜50(摩尔％)
的碲化物玻璃(下面，称作本发明中特定的碲化物玻璃)作为纤芯材料，向内壁形成了多个凸部分的模具注入成型碲化物玻璃熔液来制作母材；第二工序，将由第一工序制作的玻璃母材插入由碲化物玻璃构成的圆筒状的套管中，进行加压拔丝，使得维持或放大玻璃母材和套管的间隙的气孔。
为了实现上述第二目的，本发明的第四形态的光纤的制造方法，包括：第一工序，光纤至少将本发明中特定的上述碲化物玻璃作为纤芯材料，向内壁形成了多个凸部分、内壁向底部放大加工为圆锥状的模具注入成型碲化物玻璃熔液来制作母材；第二工序，进一步注入由碲化物玻璃构成的纤芯玻璃的玻璃熔液，通过包层玻璃的体积收缩来制作将芯部玻璃吸入成型为圆锥状的玻璃母材；第三工序，将由第二工序制作的玻璃母材插入由碲化物玻璃构成的圆筒状的套管，进行加压拔丝，使得维持或放大玻璃母材和套管的间隙的气孔。
为了实现上述第二目的，本发明的第五形态的光纤的制造方法，包括：第一工序，光纤至少将本发明中特定的上述碲化物玻璃作为纤芯材料，向内壁形成了多个凸部分、内壁向底部放大加工为圆锥状、底部具有孔的模具注入成型碲化物玻璃熔液来制作母材；第二工序，进一步注入由碲化物玻璃构成的纤芯玻璃的玻璃熔液，通过包层玻璃的体积收缩和从孔流出包层玻璃来制作纤芯玻璃吸入成型为圆锥状的玻璃母材；第三工序，将由第二工序制作的玻璃母材插入由碲化物玻璃构成的圆筒状的套管，进行加压拔丝，使得维持或放大玻璃母材和套管的间隙的气孔.这里，优选该第二工序从孔进行真空抽气，而流出包层玻璃.
为了实现上述第二目的，本发明的第六形态的光纤的制造方法，包括：第一工序，光纤至少将本发明中特定的上述碲化物玻璃作为纤芯材料，向模具注入成型由碲化物玻璃构成的玻璃熔液来制作圆柱状的玻璃块体；第二工序，在由该第一工序制作的玻璃块体的长边方向加工开孔，来制作形成了气孔的玻璃母材；第三工序，将由第二工序制作的玻璃母材插入由碲化物玻璃构成的圆筒状的套管，进行加压拔丝，使得维持或放大气孔。
为了实现上述第二目的，本发明的第七形态的光纤的制造方法，包括：第一工序，光纤至少将本发明中特定的上述碲化物玻璃作为纤芯材料，将由碲化物玻璃构成的玻璃熔液注入到底面具有从基台在内侧排列了多个圆柱棒状的销体的钻模(jig)的模具中，通过拔出钻模来制作形成了气孔的母材；第二工序，将由第一工序制作的玻璃母材插入由碲化物玻璃构成的圆筒状的套管，进行加压拔丝，使得维持或放大所述气孔。
发明的效果
根据本发明的第一形态的光纤，传送在光纤通信或光设备中所用的光，光纤的至少纤芯区域由具有2微米以上的零材料分散波长的高非线性碲化物玻璃构成，通过在该光纤内配置气孔，使得将光封入该光纤的中心，而可以在纤芯区域上传送光，通过构造分散可以将零分散波长控制为1.2～1.7微米频带，同时，可以得到高的非线性常数。因此，可以提供小型且高效的作为非线性设备的光纤。
这里，在光的波长为λ、圆周率为π时，在上述光纤的中心设置具有πλ2的0.1倍到5倍的面积的区域，通过在除去区域的光纤的截面的整个区域上或包围区域的位置上配置上述气孔，光封入到由该区域构成的纤芯中，在光纤的纤芯内传送光。因此，可以高效抑制高次模式。
另外，通过适当选择碲化物玻璃的组成，可以制作对纤化加工有充分的热稳定，非线性常数高、低损耗的光纤。其中虽然TeO2和Bi2O3是提供高非线性特性用的必须成份，但是若脱离
50＜TeO2＜90(摩尔％)
1＜Bi2O3＜30(摩尔％)
的范围则不能得到热稳定且透过特性好的玻璃。其他成份是为了使玻璃热稳定，降低粘度而容易加工来进行添加。
另外，通过向碲化物玻璃材料添加Ce3+、Pr3+、Nd3+、Pm3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+内的至少一种作为稀土类离子，可以在提供非线性的同时，提供由光放大、吸收形成的滤波效果等的特性。
上述光纤是由碲化物玻璃构成的光纤，包括：纤芯区域；第一包层部，配置为包围纤芯区域，在该纤芯区域的周围方向具有多个沿该纤芯区域的轴方向的气孔；第二包层部，配置为包围第一包层部，具有与该第一包层部的等效折射率大致相等的折射率，所以为可实现通信波段中的宽频带零分散的高非线性碲化物光纤.另外，由于可减小气孔的数目，所以可以容易地制造低成本、高精度的光纤.
另外，通过向上述纤芯区域嵌入折射率比包层部的碲化物玻璃高的组成的碲化物玻璃，在由嵌入的折射率高的碲化物玻璃和其周围的碲化物玻璃形成的界面上在纤芯区域传送的光全反射，在光纤的纤芯内传送光，所以减小了光的传送损耗。
另外，通过向上述气孔嵌入折射率比碲化物玻璃具有的折射率低的材料，光纤整体的机械强度提高。进一步，在从作为光纤的母材的预制坯来拔丝光纤的工序中，比向气孔中填充空气，气孔的形状容易保持一定，制造品质提高了。另外，与向气孔中填充空气时相比，可以减少光的散射损耗。
通过将上述气孔配置为三角晶格状、四边晶格状或蜂窝形状的其中一个形状，在由气孔包围的纤芯中集中光，在纤芯内传送光。因此，没有必要高精度制造光纤，所以可以抑制制造成本。
通过上述气孔由圆柱、椭圆柱或多角柱的其中一个形状构成，在纤芯中集中光，在纤芯内传送光。因此，没有必要高精度制造光纤，所以可以抑制制造成本。
根据本发明的第三～第七形态的光纤的制造方法，与石英玻璃相比，使用具有30倍以上的非线性灵敏度(x3)的热稳定性好的碲化物玻璃组成，通过注入成型来制作玻璃母材，从而与现有的挤出法相比，由于对玻璃母材的加热工序的时间短，所以可大量制作低损耗的碲化物光纤，同时，可以将零分散偏移到作为光通信波段的1.2～1.7微米频带，所以可以提供小型的作为高效的非线性设备的光纤。
附图说明
图1是表示现有的碲化物玻璃光纤的截面图；
图2是图1所示的光纤的折射分布图；
图3是表示现有的光纤的一例的示意构造的直径方向的截面图；
图4是本发明的实施例1的光纤的截面图；
图5是在本发明的实施例1的光纤中，表示零分散区域的曲线；
图6是表示由本发明的实施例1的光纤形成的波长分散特性的曲线；
图7是表示本发明的实施例1的光纤的纤芯周围的电场状态的电解分布图；
图8A是本发明的实施例2的光纤的截面图；
图8B是图8A的主要部分的放大图；
图9是表示由本发明的实施例2的光纤形成的波长分散特性的曲线；
图10A是本发明的实施例3的光纤的截面图；
图10B是图10A的主要部分的放大图；
图11A是本发明的实施例4的光纤截面图；
图11B是图11A的主要部分的放大图；
图12是本发明的实施例5的光纤的截面图；
图13是本发明的实施例6的光纤的纤芯周围的截面图；
图14是本发明的实施例7的光纤的纤芯周围的截面图；
图15是本发明的实施例8的光纤的纤芯周围的截面图；
图16是表示本发明的实施例9的光纤的示意构造的直径方向的截面图；
图17是表示图16的光纤的等效折射率分布的曲线；
图18是表示图16的光纤的分散特性的曲线；
图19是表示图16的光纤的折射率分布的曲线；
图20是表示现有的光纤的另一例的折射率分布的曲线；
图21是表示现有的光纤的另一例的折射率分布的曲线；
图22是表示本发明的实施例10的光纤的示意构造的直径方向的截面图；
图23是表示本发明的实施例10的光纤的另一示意构造的直径方向的截面图；
图24是表示本发明的实施例11的光纤的等效折射率分布和折射率分布的曲线；
图25是表示本发明的实施例12的光纤的示意构造的直径方向的截面图；
图26A是表示本发明的实施例13和实施例20的光子晶体光纤的制作方法的第一工序的工序图；
图26B是表示本发明的实施例13和实施例20的光子晶体光纤的制作方法的第二工序的工序图；
图26C是表示本发明的实施例13和实施例20的光子晶体光纤的制作方法的第三工序的工序图；
图26D是表示本发明的实施例13和实施例20的光子晶体光纤的制作方法的第四工序的工序图；
图26E是表示本发明的实施例13和实施例20的光子晶体光纤的制作方法的第五工序的工序图；
图27A是表示本发明的实施例13的光子晶体光纤的截面图；
图27B是表示图27A的主要部分的放大图；
图28是表示本发明的实施例13的光子晶体光纤的分散的曲线；
图29是表示本发明的实施例13的光子晶体光纤的纤芯直径和零分散波长的关系的曲线；
图30是表示本发明的实施例13的波长转换装置的结构图；
图31是表示图30的波长转换装置的输出光谱的特性图；
图32A是本发明的实施例15的光子晶体光纤的制作方法的第一工序的工序图；
图32B是本发明的实施例15的光子晶体光纤的制作方法的第二工序的工序图；
图32C是本发明的实施例15的光子晶体光纤的制作方法的第三工序的工序图；
图33是表示本发明的实施例15的光子晶体光纤的截面图；
图34是表示由本发明的实施例15的光子晶体光纤产生的超连续光的光谱的图；
图35A是表示本发明的实施例16的光子晶体光纤的制造方法的工序图；
图35B是表示由图35A的工序得到的光子晶体光纤的图；
图36是表示本发明的实施例16的波长可变脉冲光源的结构图；
图37是表示本发明的实施例16的参数光放大器的结构图；
图38是表示图37的参数光放大器的输出光谱的曲线；
图39A是表示本发明的实施例17的光子晶体光纤的制作方法的第一工序的工序图；
图39B是表示本发明的实施例17的光子晶体光纤的制作方法的第二工序的工序图；
图40A是本发明的实施例17的光子晶体光纤的截面的截面图；
图40B是图40A的主要部分的放大图；
图41A是表示本发明的实施例18的光子晶体光纤的制作方法的工序图；
图41B是表示图41A的制作装置的主要部分的构造的图；
图41C是表示由图41A的工序得到的光子晶体光纤的图；
图42是表示本发明的实施例18的光克尔快门(kerr shutter)实验系统的构造图；
图43A是本发明的实施例19的光子晶体光纤的制作方法的工序图；
图43B是图43A的制作装置的主要部分的结构的图；
图43C是表示由图43A的工序得到的光子晶体光纤的图；
图44是表示本发明的实施例19的非线性光纤环型反射镜的构造图；
图45是表示本发明的实施例19的时钟再现装置的构造图；
图46是表示本发明的实施例20的光纤的截面图；
图47是表示本发明的实施例20的光纤的光电场分布的图；
图48是表示本发明的实施例20的光纤的波长分散的曲线；
图49是表示本发明的实施例21的光纤的截面图；
图50是表示本发明的实施例21的光纤的光电场分布的图；
图51是表示本发明的实施例21的光纤的波长分散的曲线；
图52是表示本发明的实施例22的光纤的截面图；
图53是表示本发明的实施例22的光纤的光电场分布的图；
图54是表示本发明的实施例22的光纤的波长分散的曲线；
图55是表示本发明的实施例23的光纤的截面图；
图56是表示本发明的实施例23的光纤的光电场分布的图；
图57是表示本发明的实施例23的光纤的波长分散的曲线；
图58是表示本发明的实施例24的光纤的截面图；
图59是表示本发明的实施例24的光纤的波长分散的曲线；
图60是表示本发明的实施例25的光纤的截面图；
图61是表示本发明的实施例25的光纤的波长分散的曲线；
图62是表示本发明的实施例26的光纤的截面图；
图63是表示本发明的实施例26的光纤的波长分散的曲线；
图64是表示本发明的实施例27的光纤的截面图；
图65是表示本发明的实施例27的光纤的波长分散的曲线；
图66是表示本发明的实施例28的光纤的截面图；
图67是表示为图66的光纤的纤芯的区域的放大图；
图68是表示本发明的实施例28的光纤的零分散波长和纤芯大小的关系曲线；
图69是表示本发明的实施例29的光纤的截面图；
图70是表示为图69的光纤的纤芯的区域的放大图；
图71是表示本发明的实施例29的光纤的零分散波长和纤芯大小的关系的曲线；
图72是表示本发明的实施例30的光纤的截面图；
图73是表示为图72的光纤的纤芯的区域的放大图；
图74是表示本发明的实施例30的光纤的零分散波长和纤芯大小的关系的曲线；
图75是表示本发明的实施例31的光纤的截面图；
图76是表示为图75的光纤的纤芯的区域的放大图；
图77是表示本发明的实施例31的光纤的零分散波长和纤芯大小的关系曲线。
符号说明：10光纤；11气孔；12纤芯；13包层；100、120、130、140、150、160、170光纤；101、111纤芯部；102第一包层部；102a气孔；103第二包层部；201金属模具；202玻璃熔液；203玻璃母材；204套管；205延伸后的母材；206线材直径的固定部分；207光子晶体光纤；208孔的形成部分；2101、2301、2305、2401、2405、2501、2601、2701、2801、2805、2901、2905、3001、3101、3201、3205、3301、3305碲化物玻璃；2102、2302、2402、2502、2602、2702、2802、2902、3002、3102、3202、3302成为纤芯的区域；2103、2303、2403、2503、2505、2603、2703、2803、2903、3003、3103、3203、3303气孔；2104、2304、2404、2504、2604、2704、2804、2904、3004、3104、3204、3304套管。
图2是图1所示的光纤的折射分布图；
图3是表示现有的光纤的一例的示意构造的直径方向的截面图；
图4是本发明的实施例1的光纤的截面图；
图5是在本发明的实施例1的光纤中，表示零分散区域的曲线；
图6是表示由本发明的实施例1的光纤形成的波长分散特性的曲线；
图7是表示本发明的实施例1的光纤的纤芯周围的电场状态的电解分布图；
图8A是本发明的实施例2的光纤的截面图；
图8B是图8A的主要部分的放大图；
图9是表示由本发明的实施例2的光纤形成的波长分散特性的曲线；
图10A是本发明的实施例3的光纤的截面图；
图10B是图10A的主要部分的放大图；
图11A是本发明的实施例4的光纤截面图；
图11B是图11A的主要部分的放大图；
图12是本发明的实施例5的光纤的截面图；
图13是本发明的实施例6的光纤的纤芯周围的截面图；
图14是本发明的实施例7的光纤的纤芯周围的截面图；
图15是本发明的实施例8的光纤的纤芯周围的截面图；
图16是表示本发明的实施例9的光纤的示意构造的直径方向的截面图；
图17是表示图16的光纤的等效折射率分布的曲线；
图18是表示图16的光纤的分散特性的曲线；
图19是表示图16的光纤的折射率分布的曲线；
图20是表示现有的光纤的另一例的折射率分布的曲线；
图21是表示现有的光纤的另一例的折射率分布的曲线；
图22是表示本发明的实施例10的光纤的示意构造的直径方向的截面图；
图23是表示本发明的实施例10的光纤的另一示意构造的直径方向的截面图；
图24是表示本发明的实施例11的光纤的等效折射率分布和折射率分布的曲线；
图25是表示本发明的实施例12的光纤的示意构造的直径方向的截面图；
图26A是表示本发明的实施例13和实施例20的光子晶体光纤的制作方法的第一工序的工序图；
图26B是表示本发明的实施例13和实施例20的光子晶体光纤的制作方法的第二工序的工序图；
图26C是表示本发明的实施例13和实施例20的光子晶体光纤的制作方法的第三工序的工序图；
图26D是表示本发明的实施例13和实施例20的光子晶体光纤的制作方法的第四工序的工序图；
图26E是表示本发明的实施例13和实施例20的光子晶体光纤的制作方法的第五工序的工序图；
图27A是表示本发明的实施例13的光子晶体光纤的截面图；
图27B是表示图27A的主要部分的放大图；
图28是表示本发明的实施例13的光子晶体光纤的分散的曲线；
图29是表示本发明的实施例13的光子晶体光纤的纤芯直径和零分散波长的关系的曲线；
图30是表示本发明的实施例13的波长转换装置的结构图；
图31是表示图30的波长转换装置的输出光谱的特性图；
图32A是本发明的实施例15的光子晶体光纤的制作方法的第一工序的工序图；
图32B是本发明的实施例15的光子晶体光纤的制作方法的第二工序的工序图；
图32C是本发明的实施例15的光子晶体光纤的制作方法的第三工序的工序图；
图33是表示本发明的实施例15的光子晶体光纤的截面图；
图34是表示由本发明的实施例15的光子晶体光纤产生的超连续光的光谱的图；
图35A是表示本发明的实施例16的光子晶体光纤的制造方法的工序图；
图35B是表示由图35A的工序得到的光子晶体光纤的图；
图36是表示本发明的实施例16的波长可变脉冲光源的结构图；
图37是表示本发明的实施例16的参数光放大器的结构图；
图38是表示图37的参数光放大器的输出光谱的曲线；
图39A是表示本发明的实施例17的光子晶体光纤的制作方法的第一工序的工序图；
图39B是表示本发明的实施例17的光子晶体光纤的制作方法的第二工序的工序图；
图40A是本发明的实施例17的光子晶体光纤的截面的截面图；
图40B是图40A的主要部分的放大图；
图41A是表示本发明的实施例18的光子晶体光纤的制作方法的工序图；
图41B是表示图41A的制作装置的主要部分的构造的图；
图41C是表示由图41A的工序得到的光子晶体光纤的图；
图42是表示本发明的实施例18的光克尔快门(kerr shutter)实验系统的构造图；
图43A是本发明的实施例19的光子晶体光纤的制作方法的工序图；
图43B是图43A的制作装置的主要部分的结构的图；
图43C是表示由图43A的工序得到的光子晶体光纤的图；
图44是表示本发明的实施例19的非线性光纤环型反射镜的构造图；
图45是表示本发明的实施例19的时钟再现装置的构造图；
图46是表示本发明的实施例20的光纤的截面图；
图47是表示本发明的实施例20的光纤的光电场分布的图；
图48是表示本发明的实施例20的光纤的波长分散的曲线；
图49是表示本发明的实施例21的光纤的截面图；
图50是表示本发明的实施例21的光纤的光电场分布的图；
图51是表示本发明的实施例21的光纤的波长分散的曲线；
图52是表示本发明的实施例22的光纤的截面图；
图53是表示本发明的实施例22的光纤的光电场分布的图；
图54是表示本发明的实施例22的光纤的波长分散的曲线；
图55是表示本发明的实施例23的光纤的截面图；
图56是表示本发明的实施例23的光纤的光电场分布的图；
图57是表示本发明的实施例23的光纤的波长分散的曲线；
图58是表示本发明的实施例24的光纤的截面图；
图59是表示本发明的实施例24的光纤的波长分散的曲线；
图60是表示本发明的实施例25的光纤的截面图；
图61是表示本发明的实施例25的光纤的波长分散的曲线；
图62是表示本发明的实施例26的光纤的截面图；
图63是表示本发明的实施例26的光纤的波长分散的曲线；
图64是表示本发明的实施例27的光纤的截面图；
图65是表示本发明的实施例27的光纤的波长分散的曲线；
图66是表示本发明的实施例28的光纤的截面图；
图67是表示为图66的光纤的纤芯的区域的放大图；
图68是表示本发明的实施例28的光纤的零分散波长和纤芯大小的关系曲线；
图69是表示本发明的实施例29的光纤的截面图；
图70是表示为图69的光纤的纤芯的区域的放大图；
图71是表示本发明的实施例29的光纤的零分散波长和纤芯大小的关系的曲线；
图72是表示本发明的实施例30的光纤的截面图；
图73是表示为图72的光纤的纤芯的区域的放大图；
图74是表示本发明的实施例30的光纤的零分散波长和纤芯大小的关系的曲线；
图75是表示本发明的实施例31的光纤的截面图；
图76是表示为图75的光纤的纤芯的区域的放大图；
图77是表示本发明的实施例31的光纤的零分散波长和纤芯大小的关系曲线。
符号说明：10光纤；11气孔；12纤芯；13包层；100、120、130、140、150、160、170光纤；101、111纤芯部；102第一包层部；102a气孔；103第二包层部；201金属模具；202玻璃熔液；203玻璃母材；204套管；205延伸后的母材；206线材直径的固定部分；207光子晶体光纤；208孔的形成部分；2101、2301、2305、2401、2405、2501、2601、2701、2801、2805、2901、2905、3001、3101、3201、3205、3301、3305碲化物玻璃；2102、2302、2402、2502、2602、2702、2802、2902、3002、3102、3202、3302成为纤芯的区域；2103、2303、2403、2503、2505、2603、2703、2803、2903、3003、3103、3203、3303气孔；2104、2304、2404、2504、2604、2704、2804、2904、3004、3104、3204、3304套管。
具体实施方式
本发明的一实施方式中，在使用了碲化物玻璃的光子晶体光纤中，在相当于纤芯部分的周围为设置了多个折射率为1的气孔的构造，而将零分散波长控制为作为光通信频带的1.2～1.7微米频带。尤其，优选气孔为4个，由十字型的包层玻璃支撑相当于纤芯的部分的构造。通过使气孔为偶数来保持结构的对称性，可以减轻偏波依赖性。另外，作为4个的简单结构，可以使延伸工序的控制变得容易，同时，通过4分割制作母材的模具，可以容易取出玻璃母材。
本发明的一实施方式中，通过适当选择碲化物玻璃的组成，可以制作对纤化加工充分热稳定、非线性常数高、且低损耗的光纤。其中，虽然TeO2和Bi2O3是提供高非线性特性用的必须成份，但是若脱离了
50＜TeO2＜90(摩尔％)
1＜Bi2O3＜30(摩尔％)
的范围，则不能得到热稳定且透过特性好的玻璃。除此之外的成份是为了使玻璃热稳定，降低粘度而容易加工，来进行添加的。
本发明的一实施方式中，通过在碲化物玻璃材料中添加Ce3+、pr3+、Nd3+、pm3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+中的至少一个作为稀土类离子，而可以与提供非线性特性的同时，提供由光放大、吸收进行的滤光效果等的特性。
说明本发明的一实施方式的碲化物光纤。以TeO2为主要成份的玻璃折射率nD为2左右，同时，材料波长分散在1.2～1.7微米频带中具有大的负分散，零分散波长位于超过了2微米的长波长侧(例如，参照非专利文献12)。因此，即使使用碲化物玻璃来制作具有步长指数(step index)型的纤芯/包层折射率分布(profile)的光纤，其光纤的波长分散特性不会从材料波长分散的特性大大变化。
表1表示了对本发明的一实施方式的用于碲化物光子晶体光纤的玻璃组成(mol％表示)的一例、各个玻璃组成的热稳定性(Tx-Tg：℃)、折射率nD、非线性灵敏度x3(esu)、紫外吸收端UV(nm)、零材料分散波长(微米)所测量的实验结果。
[表1]
玻璃试样以下面的顺序来制作.在填充有氮气的球体盒(globebox)内混合原料后，使用金或白金坩锅，在氧气环境气下，在800～1100℃下熔融，之后，向预加热到300～400℃的模型中流入熔液.由于加工为光纤，需要玻璃母材的延伸·拔丝等的重新加热，所以为了实现损耗低、强度强的光纤，热稳定性是重要的因素.由于碲化物玻璃一般在比玻璃转变温度(glass transition temperature)Tg高30～80℃的温度下进行延伸·拔丝加工，所以优选作为热稳定性指标的Tx(结晶化温度)-Tg(玻璃转变温度)在100℃以上。
表1的玻璃组成中，虽然No.1～5是Bi2O3的添加量变化为0～30mol％，但是可以看出No.1的0mol％和No.5的30mol％中，作为热稳定性指标的Tx-Tg为100℃以下，热稳定性不充分。另外，No.6TeO2为50mol％以下，No.24TeO2为90mol％以上，该情况下Tx-Tg也分别在100℃以下，可以看出热稳定性不充分。TeO2和Bi2O3在本实施方式中是带来高非线性特性的必要成份，从以上方面来看，为
50＜TeO2＜90(摩尔％)
1＜Bi2O3＜30(摩尔％)
1＜LO+M2O+Q2O3+R2O5＜50(摩尔％)
的范围是必要的。可以看出在表现为上述之外的组成例中，加工为光纤不具有充分的热稳定性。
若整理表1的组成，则碲化物玻璃具有由TeO2-Bi2O3-LO-M2O-Q2O3-R2O5构成的组成，这里，L是Zn、Ba、Mg中的至少一种以上，M是Li、Na、K、Rb、Cs中的至少一种以上，Q是B、La、Ga、Al、Y中的至少一种以上，R是P、Nb中的至少一种以上。同时具有这种高非线性特性和热稳定性的碲化物玻璃是，材料分散为零的波长为2微米以上，按照控制光纤的零分散波长进行构造设计时，为重要的物理参数。
下面，参照附图，详细描述本发明的实施例。作为本发明的光纤的实施方式，虽然使用实施例进行了说明，但是本发明并不限于下述实施例。进一步，下述实施例虽然是以光子带隙构造为导波原理的基础的光纤，但是还同时具备由纤芯·包层的有效折射率差而引起的全反射构造。因此，光纤中，光子带隙条件和周期性·均匀性并不必然严格需要。
实施例1
图4表示本发明的实施例1的光纤的截面。如图4所示，由零材料分散波长为2.08微米的碲化物玻璃构成的光纤10具有多个圆形的气孔11。在这些气孔11中充满了空气。这些气孔11的光折射率大致等于真空中的光的折射率1。
气孔11的排列是在该光纤10的直径方向的截面中，由配置为有规则地(周期性)相邻的多个三角形的各顶点构成的三角晶格状的排列。这些气孔11在光纤10的长边方向上具有相同结构。即，气孔11不是三维排列的光子带隙，而是在长边方向上均匀排列。因此，若忽略光纤10的生成工序带来的形状摆动(失真)，该光纤的截面在光纤10的长边方向上为同一构造，不存按照与光纤10的长边方向垂直或斜交而配置气孔的构造。即，在光纤10上配置的气孔11在该光纤10的长边方向上连续延伸，即使在长边方向的任何位置上截断，也为同一截断面。
但是，光纤10的中心中，气孔11的排列缺少周期性。由缺少周期性排列的气孔11所包围的区域在光的波长为λ、圆周率为π时，为πλ2的0.1到5倍的大小.该区域为光集中的纤芯12，从该区域开始在该光纤10的半径方向上不传送光.即，光纤10是周期性配置气孔11的具有衍射光栅的光子带隙构造.即，光纤10在光纤10的中心具有纤芯12和由在纤芯12的周围周期性配置的气孔11构成的包层13.另外，通过改变相邻气孔彼此的间隔，可以改变由缺少周期性配置的气孔11包围的区域、即纤芯12的直径.
设相邻气孔彼此的间隔为Δ、气孔的直径为d。光纤10中，为零分散的区域，如图5所示，为由连接(Δ、d)为(0、0)与(5、5)的直线和连接(Δ、d)为(2、0)与(5、4)的直线所包围的区域B。点A是(Δ、d)为(2.3、2.0)，位于为零分散区域的区域B内。
另外，若改变碲化物玻璃的材料的组成，则分散为零的波长在1.3微米到1.6微米的范围内变化。这时，虽然相邻的气孔彼此的间隔Δ和气孔的直径d的范围也变化，但是大致位于图5所示的区域B内。
图6表示图5的点A，即相邻气孔的间隔Δ为2.3微米，气孔的直径d为2.0微米的光纤10产生的波长分散特性。如图6所示，在这种光纤10中，波长1.56微米为零分散。另外，图7表示该光纤10中，使用作为数值计算法之一的差分法求出的光纤10的纤芯周围的光电场分布。另外，图7中的实线是电场变化为每10％的等高线。如图7所示，与通常的光纤相同，该光纤10的纤芯12为封入光的构造。
因此，根据这种光纤10，光通过光子带隙或全反射作用封入到纤芯12中，可以高效地抑制高次模式，即使放大纤芯12的直径也可以维持单模条件。
实施例2
图8A-图8B表示本发明的实施例2的光纤截面。图8A-图8B中，21是气孔，其中充满了空气，折射率大致等于1。22是表1的No.18的组成的碲化物玻璃。本实施例的光纤20中，在除去中心的截面整体上按三角晶格状配置了多个气孔21。进一步，通过将零材料分散波长为2.1微米，具有相对碲化物玻璃22作为相对折射率差高1.1％的折射率的碲化物玻璃嵌入到光纤中心部23的位置的光纤和具有相对碲化物玻璃22作为相对折射率差低0.5％的折射率的碲化物玻璃嵌入到光纤中心部23的位置上，来制作设置了作为传送光的纤芯区域的两种光纤。各个光纤外径为105微米，气孔直径d为1.6微米，气孔间隔∧为2.2微米，嵌入的中心部23的碲化物玻璃直径b为1.5微米，传送光的纤芯直径a为2.8微米。
在截断、研磨由挤出法制作的上述两种光纤后，观察近视野像(NFP)、远视野像(FFP)，可以确认在光纤中心部23中封入了光，分别达到了单模化。图9表示本光纤的波长分散的两次结果。如图9所示，本实施例的零分散波长λ0在嵌入了高1.1％的折射率的碲化物的光纤和嵌入了低0.5％的折射率的碲化物的光纤中，波长分别为1.63微米和1.58微米。另外，有效纤芯截面积Aeff分别为3.7μm2、3.9μm2，非线性系数γ分别为650W-1km-1、610W-1km-1。
实施例3
图10A表示本发明的实施例3的光纤截面。图10A中，21是气孔，其中充满了空气，折射率大致等于1。22是表1的No.15的组成的碲化物玻璃。本实施例的光纤中，在除去中心的截面整体上按三角晶格状配置了多个气孔21，设置作为传送光的纤芯区域24。光纤外径D为105微米。另外，如图10B所示，气孔直径d为1.2微米，气孔间隔∧为1.5微米，传送光的纤芯直径a为1.8微米。
在截断、研磨所制作的光纤后，观察近视野像(NFP)、远视野像(FFP)，可确认在光纤中心部中封入了光，达到了单模化。本实施例的零分散波长λ0为波长1.3微米。若设纤芯直径为a、圆周率为π，则纤芯区域24大致由π(a/2)2表示，若波长为λ，则该区域需要是πλ2的0.1～5倍。在0.1倍以下时，在模式不成立的同时，与石英光纤的连接变得困难，在5倍以上时，在零分散为1.7微米以上的同时，变成多模传送。
实施例4
图11A表示本发明的实施例4的光纤截面。图11A中，44是包壳(套管)。41是气孔，中间充满了空气，折射率大致等于1。45是零材料分散波长为2.18微米的碲化物玻璃。本实施例的光纤中，内部配置了4个孔41，设置了作为传送光的纤芯区域46。光纤外径D为120微米，气孔的内径为40微米。另外，作为纤芯区域的大小，内接于图11B所示的纤芯区域的正四边形的一边a为2.0微米。
在截断、研磨所制作的光纤后，观察近视野像(NFP)、远视野像(FFP)，可确认在光纤中心部中封入了光，达到了单模化。本实施例的零分散波长λ0为波长1.46微米。若设纤芯直径为a、圆周率为π，则纤芯区域24大致由π(a/2)2表示，若波长为λ，该区域需要是πλ2的0.1～5倍。在0.1倍以下时，在模式不成立的同时，与石英光纤的连接变得困难，在5倍以上时，在零分散为1.7微米以上的同时，变成多模传送。
实施例5
图12表示本发明的实施例5的光纤截面。如图12所示，由零材料分散波长为2.1微米的碲化物玻璃构成的光纤30与上述实施例1相同，具有三角晶格状配置，即周期性配置的多个圆状气孔31。但是，光纤30的中心中，气孔31的排列缺少周期性。另外，在气孔31中嵌入了折射率比碲化物玻璃33低Δn的玻璃材料。由于与光纤30的中心部分离的气孔31按周期状排列，所以为全反射光的包层33，在光纤30的中心部中由缺少周期性排列的气孔31包围的区域为导波光的纤芯32。该区域在光的波长为λ、圆周率为π时，为πλ2的0.1到5倍的大小。
因此，根据该光纤30，由于在构成光子隙的气孔31中填充了折射率比碲化物玻璃33低的材料，所以光纤整体的机械强度变大。进一步，该材料填充的结果使得在从作为光纤30的母材的预制坯拉拔光纤30的工序中，与在气孔31中填充了空气相比还容易将气孔31的形状保持为一定，提高了制造质量。另外，与在气孔31中填充了空气的光纤相比，可以减少光的散射损耗。
实施例6
图13表示本发明的实施例6的光纤。如图13所示，由碲化物玻璃构成的光纤40改变了上述实施例5说明的光纤30具有的气孔31的排列状态。光纤40的气孔41的排列是在光纤40的直径方向的截面中，由有规则地(周期性地)相邻配置的多个四边形的顶点构成的四角晶格状的排列。但是，光纤40的中心中，气孔41的排列缺少周期性。由于周期性排列离开光纤40的中心部40的气孔41，所以为全反射光的包层43，在光纤40的中心部中由缺少周期性配置的气孔41所包围的区域为导波光的纤芯42。该区域在光的波长为λ、圆周率为π时，为πλ2的0.1到5倍的大小。另外，在气孔41中填充了比碲化物玻璃折射率低的材料。
因此，根据该光纤40，实现了与上述实施例5所说明的光纤30相同的作用效果。
另外，可以是在气孔41中填充了空气的所有气孔，即使包含该情况，也可以在纤芯42中封入光，高效抑制高次模式，即使扩大纤芯42的直径也可以维持单模条件。
实施例7
图14表示本发明的实施例7的光纤。如图14所示，由碲化物玻璃构成的光纤50改变了上述实施例6所说明的光纤40具有的气孔41的排列状态。光纤50的气孔51在光纤50的直径方向的截面中，排列在有规则地(周期性地)相邻配置的六边形(蜂窝式)的各个顶点。但是，光纤50的中心中，气孔51的排列缺少周期性。由于周期性排列离开光纤50的中心的气孔51，所以为全反射光的包层53，在光纤50的中心中由缺少周期性配置的气孔51所包围的区域为导波光的纤芯52。该区域在光的波长为λ、圆周率为π时，为πλ2的0.1到5倍的大小。另外，在气孔51中填充了比碲化物玻璃折射率低的材料。
因此，根据该光纤50，实现了与上述实施例6所说明的光纤40相同的作用效果。
另外，可以是在气孔51中填充了空气的所有气孔，即使包括该情况，也可以在纤芯52中封入光，高效抑制高次模式，即使扩大纤芯52的直径也可以维持单模条件。
实施例8
图15表示本发明的实施例8的光纤。如图15所示，由碲化物玻璃构成的光纤60改变了在上述实施例5中所说明的光纤30中排列的气孔31的形状。光纤60中，在与该光纤60的长边方向垂直的截面中，气孔61的形状为六边形。光纤60中，按三角晶格状排列、即周期性排列多个气孔61。但是，光纤60的中心中，气孔61的排列缺少周期性。由于周期性排列离开光纤60的中心的气孔61，所以为全反射光的包层63，在光纤60的中心中由缺少周期性配置的气孔61所包围的区域为导波光的纤芯62。该区域在光的波长为λ、圆周率为π时，为πλ2的0.1到5倍的大小。另外，在气孔61中填充了比碲化物玻璃折射率低的材料。
因此，根据该光纤60，实现了与上述实施例5所说明的光纤30相同的作用效果。
另外，可以是在气孔61中填充了空气的所有气孔，即使包括该情况，也可以在纤芯62中封入了光，高效抑制高次模式，即使扩大纤芯62的直径也可以维持单模条件。
另外，形成构成光子带隙的光子结晶的衍射晶格的气孔的排列可以将光封入到纤芯内，而使得从光纤的纤芯中心开始在半径方向上不传送光，若为周期性配置、即有规则的晶格状配置，则并不特别限定。
另外，气孔的形状并不限于圆柱(圆状的气孔)，也可以为三棱柱(三角形的气孔)、四棱柱(四边形状的气孔)、六棱柱(六边形状的气孔)等的形状，任何一个形状都可以实现基于光子带隙的导波构造。
实施例9
根据图16到图19说明本发明的实施例9的光纤。另外，这时碲化物玻璃使用具有2μm以上的零分散波长的权利要求1所述的玻璃。这里，使用上述表1所述的玻璃组成比中No.1和No.6之外的组成比尤其有效，进一步，如权利要求3所述的玻璃材料那样添加了稀土类的材料也有效。图16是表示了光纤的示意构造的直径方向的截面图，图17是表示图16的光纤的等效折射率分布的曲线，图18是表示图16的光纤的分散特性的曲线，图19是表示图16的光纤的折射率分布的曲线。另外，本发明中，所谓等效折射率是指光实质上作用的折射率。
如图16所示，本发明的实施例9的光纤是由碲化物玻璃构成的光纤100，包括纤芯部101、配置为包围纤芯部101、在纤芯部101的周围方向上具有多个沿纤芯部101的轴方向的圆形气孔102a的第一包层部102、配置为包围第一包层部102、具有与第一包层部102的等效折射率大致相等的折射率的第二包层部103.
第一包层部102的气孔102a沿纤芯部101的周向以一定的间隔形成多个(本实施例中为6个)。第一包层部102的气孔102a在内部充满空气，折射率为大致等于真空的折射率1的大小。纤芯部101的折射率和第一包层部102的等效折射率是相对折射率差(Δ)为2％以上。第二包层部103使用与纤芯部101的碲化物玻璃组成不同的碲化物玻璃，为比纤芯部101的折射率低的折射率，同时，为与第一包层部102的等效折射率大致相等的折射率。
本发明的实施例9的光纤100中，设计为气孔102a的半径r为0.5～1.0微米，气孔102a间的间距γ为1.0～2.0微米，第一包层部102的半径rr为3微米以下。
另外，由于光纤100在轴方向上维持同一构造，所以若忽略由制作工序造成的形状波动，直径方向的截面构造在轴方向全长上相同，不存在与轴方向垂直或斜交的构造。
在这种本发明的实施例9的光纤100中，通过将气孔102a一重地配置在正六边形的顶点位置上，而形成第一包层部102，由于在中心部的纤芯部101上不形成气孔102a，所以该纤芯部101折射率最高，如图17所示，在纤芯部101上集中了光。
本发明的实施例9的光纤100中，如图18所示，可以看出在零分散波长中极性相反，在特定的波长区域中分散平坦。因此，根据本发明的实施例9的光纤100，可以实现宽带的零分散波长区域。
如现有技术栏里已经描述的，近年来，开发了主要使用石英玻璃特意形成有气孔的光子晶体光纤(PCF)或中空光纤(HF)的光纤。该PCF和HF从导波原理来看分为两种。一种是通过光子带隙封入光的光子带隙型。其构造中，要求严格的周期性和气孔大小的均匀性。另一种是通过从具有气孔的媒质的实际折射率差得到的全反射封入光的折射率导波型，在其构造中，不必要要求严格的周期性和气孔大小的均匀性。
例如，在上述的非专利文献6中，报道了实验上测量了由没有设置气孔的纤芯部和按六边形排列气孔的包层部的石英玻璃构成的光纤的分散特性的结果。由该非专利文献6所报道的光纤是813nm的波长的分散值约为-77ps/km/nm。例如，在非专利文献13中，算出由单一材料构成的光纤(PCF)的分散，报道了PCF的分散补偿效果。
因此，本发明人锐意研究的结果，发现通过使使用了碲化物玻璃的光纤为PCF和HF构造，可以解决上述问题。即，如前所述，本发明人确认了通过使在没有气孔102a的纤芯部101部分的折射率和第一包层部102的等效折射率的相对折射率差(Δ)为2％以上，同时，使第一包层部102的等效折射率和第二包层部103的折射率为同一程度，可以实现作为通信波段的1.55微米频带的宽带的零分散波长，且可以实现光的封入效果高的高非线性的光纤100。另外，本发明人发现通过气孔102a的大小和间隔等，可以将零分散波长和光的封入效果控制为宽范围。进一步，本发明人通过将与用于纤芯部101的碲化物玻璃的组成不同的组成的碲化物玻璃用于第二包层部103，可以实现低折射率。除此之外，本发明人通过在第二包层部103不形成气孔，可以低成本地进行容易地制造。
另外，专利文献2中，如图20所示，提出了通过在具有纤芯部121和包层部122的石英玻璃构成的光纤120上形成气孔122a，而在波长1400～1800nm中，具有+80ps/nm/km以上的波长分散的分散补偿型的光纤，该光纤120是为了减小光非线性特性，将纤芯121的直径扩大为20μm左右，同时，纤芯121和包层122的相对折射率差(Δ)为1％以下的低Δ构造.
与此相对，本发明的实施例9的光纤100如前面所说明的，目的是实现高非线性特性，如图19所示，通过将相对折射率差Δ提高到2～4％左右，从纤芯101的直径具有小到1～2微米左右的构造来看，构造，目的与上述现有例的光纤120大大不同。
另外，专利文献3中，如图21所示，提出了形成了三个或六个气孔132a的光纤，使得纤芯部131和包层部132间的有效折射率差比5％大。该光纤130由于由同一玻璃材料(单一玻璃)形成了纤芯部131和包层部132两者，所以中心部的纤芯部131和气孔132a的外侧的包层部132的折射率相等，一般具有称为W型的构造。但是，本发明的实施例9的光纤100与先前所说明的相同，构造与现有例的光纤130不同。
实施例10
作为本发明的实施例10，例如，如图22、图23所示，可以成为第一包层部102的气孔102a在第一包层部102的半径方向上形成多个(双重形成)的光纤140、150。
另外，作为本发明的实施例10的变形，例如，第一包层部102的气孔102a的直径方向的截面形状也可以为椭圆形和多边形。
实施例11
作为本发明的实施例11，如图24所示，例如，通过在第一包层部102的气孔102a的内部嵌入具有比构成第二包层部103的碲化物玻璃的折射率低Δn的折射率的玻璃材料来进行填充，还可以使第一包层部102的等效折射率和第二包层部103的折射率为同一程度。另外，这时，碲化物玻璃使用2μm以上具有零分散波长的权利要求1所述的玻璃。另外，上述表1所述的玻璃组成比中使用No.1和No.6之外的组成比尤其有效，进一步，如权利要求3所述的玻璃材料那样，添加了稀土类的材料也有效。
在这样构成的光纤160中，由于在气孔102a内不是空气，而填充了玻璃材料，所以与填充了空气的情况相比，可以使整体的机械强度提高，同时，在从预制坯来拔丝制造时，不仅可以容易地将气孔102a保持为一定形状，还可以减小散射损耗。
实施例12
作为本发明的实施例12，例如，如图25所示，为纤芯部111的折射率比第一包层部102的材料的折射率高的光纤170，即，将没有形成气孔102a的轴中心部分作为折射率高了Δn的纤芯部(中心纤芯)111，还可以实施更强的光封入效果。另外，这时，碲化物玻璃使用具有2微米以上的零分散波长的权利要求1所述的玻璃。另外，表1所述的玻璃组成比中使用No.1和No.6以外的组成比尤其有效，进一步，如权利要求3所述的玻璃材料那样，添加了稀土类的材料也很有效。
另外，适当选择气孔102a的数目和形状等，使得第一包层部102的等效折射率与第二包层部103的折射率大致相等。
另外，本发明的光纤中，若具有由上述纤芯部和上述包层部的实际折射率差带来的全反射构造，则不需要必须满足严格的光子带隙条件和周期性和均匀性等的条件。
实施例13
在下面的本发明的实施例13～19中，说明使用碲化物玻璃，来制作具有气孔(air hole)的光纤构造时的玻璃母材的制作方法。
本发明的实施例13，作为在注入成型玻璃熔液时所使用的模具，使用在内壁形成了多个凸的部分的模具.通过将使用该模具成形的玻璃母材插入到由圆筒状的碲化物玻璃构成的套管中，而在玻璃母材和套管的间隙中形成气孔部.
图26A-图26E表示本发明的实施例13的光子晶体光纤的制作方法。将热稳定性的指标Tx-Tg为300℃以上的，熔融了表1所述的玻璃组成比中No.19的组成的玻璃原料的玻璃熔液202注入到预加热到300～400℃的模具201内(图26A)。模具201形成为在内壁形成4个凸的部分，所注入的玻璃母材截面为十字型。在玻璃熔液注入后，在300℃附近的温度下退火10小时以上，来制作玻璃母材203(图26B)。这时，由于4分割模具201，容易取出玻璃母材203，所以可以防止玻璃母材203的缺口、裂缝。与上述同样，在熔融玻璃原料，而将其流入到预加热到300～400℃的圆筒状的模具(图中未示)后，通过将该模具原样保持为水平的高速旋转的离心浇铸(rotational casting)，来制作圆筒状的套管204(图26C)。
在套管204内插入玻璃母材203后延伸(图26D)。所延伸的母材205的截面准确对称。切出所延伸的母材205的线材直径一定的部分206，并重新插入到其他套管(图中未示)后延伸。在玻璃母材203和套管的间隙中形成气孔(air hole)后，在延伸·拔丝时，加压孔形成的部分208，而加压拔丝，使得维持或放大气孔。边调整拔丝张力，使得通过树脂覆盖的拉伸模(dice)前的值为50g以上，边拔丝加工为外径为110微米(图26E)，来制作光子晶体光纤207。
本实施例的延伸工序中，在延伸加力为200g左右，进行加热，使得10～20mmΦ的母材为可延伸到3～6mmΦ的粘度的109～1010P(泊(单位))。另一方面，为了通过现有的挤出法，从块玻璃加工为具有孔构造的母材，作为粘度，需要将块玻璃软化为106p(泊(单位))左右。因此，根据本实施例的方法，由于与挤出法比较，所加热的温度低，所以可以抑制结晶核的生长，适合于制作低损耗的光纤。
图27A表示所制作的光子晶体光纤的截面图。光子晶体光纤207的外径为110微米，气孔的内径为26微米。图27B是相当于传送光的纤芯部分的放大图，纤芯直径为2.6微米。光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为3.54μm2，其γ值(表示非线性：2πn2/λAeff)为675W-1km-1。
为了控制纤芯直径和气孔内径，可以通过变化套管204的壁厚，或增加延伸次数来进行。本实施例的光子晶体光纤的损耗在1.55微米下为60dB/km，零分散波长从材料分散下的值2.29μm移到1.57μm(参照图28)。由于对称制作气孔的形状，所以不发生偏波依赖性。
图29表示本实施例13的光子晶体光纤的纤芯直径和零分散波长的关系。若参照图29，为了将零分散波长控制为1.2～1.7微米，需要将纤芯直径控制为0.8～3.4微米。另外，为了使零分散波长为1.55微米，需要纤芯直径为2.45微米。
图30表示使用了本实施例13的光子晶体光纤的波长转换装置的构成例。该波长转换装置具有在1530～1560nm的波段中以100GHz为间隔输出32个波的WDM信号的光源301～332和输出1565nm的激励光的光源333。进一步，具有合成光源301～332的输出的AWG(ArrayedWaveguide Grating：阵列波导光栅)341和合成所合成的WDM信号光Es和激励光Ep的光耦合器342和长度为50m的本实施例13的光子晶体光纤343。通过这种构成，波长转换装置统一转换32个波的WDM信号的波长，而输出转换光Ec。
图31表示上述波长转换装置的输出光谱。对于激励光Ep的功率40mW，可以进行转换效率为-15dB，带宽70nm的波长统一转换。
实施例14
本发明的实施例14中，除了作为玻璃组成，使用No.14，添加了5000ppm Er之外，作成与实施例13相同的光纤。
使用该光子晶体光纤，来制作与图30相同结构的波长转换装置。作为光源，使用在1530～1560nm的波段中在100GHz间隔输出32个波的WDM信号的光源301～332和输出1480nm的激励光和1565nm的激励光的光源333。使用长度为15m的实施例14的光子晶体光纤343，与信号放大同时进行波长统一转换。对1480nm的激励光的能量-50mW、1565nm的激励光的能量50mW，可以进行转换效率为5dB，带宽70nm的波长统一转换。
另外，若将长度15m的本实施例14的光子晶体光纤适用于参照图44后述的非线性光纤环型反射镜(loop mirror)，通过门光(gate light)的功率10mW，可以重复对频率80GHz、脉冲宽度8ps的高速调制后的信号光，进行信号光的开关。
图37表示使用了本实施例14的光子晶体光纤的参数光放大器。该参数光放大器将隔离器1302、长度为150m的本实施例14的光子晶体光纤1303和光耦合器1304纵向连接到波长可变光源1301上。光耦合器1304中，经EDFA放大器1306从后方入射波长1560nm、激励光能量1.5W的光源1305的输出。
图38表示上述参数光放大器的输出光谱。该输出光谱表示使用-30dBm的信号光进行波长扫描测量的结果，在经过1500～1620nm的120nm的波段中得到了20dB以上的增益。
实施例15
本发明的实施例15的方法制作由碲化物玻璃构成的圆柱状的玻璃块体，在玻璃块体的长边方向上由钻孔器开孔，来制作具有气孔部的玻璃母材。是将该玻璃母材插入到由圆筒状的碲化物玻璃构成的套管后拔丝的方法。
图32A-图32C表示本发明的实施例15的光子晶体光纤的制作方法。前述的表1中，将熔融了热稳定性的指标Tx-Tg为300℃以上的No.15的组成的玻璃原料的玻璃熔液注入到预先加热为300～400℃的模具内。注入后，在300℃附近的温度下退火10小时以上，来制作圆柱状的玻璃块体601(图32A)。在玻璃块体601的长边方向上用3mmΦ的钻孔器602开多个孔后，来制作玻璃母材603(图32B)。将玻璃母材603延伸加工到3mmΦ，切出所延伸的母材的线材直径一定的部分604，来制作光子晶体光纤(图32C)。
图33表示所制作的该光子晶体光纤的截面图。光子晶体光纤的外径为110微米，气孔直径d为1.6微米，气孔间距Δ为2.3微米，d/Δ＝0.7。MFD(Mode Field Diameter：模式区域直径)为3微米，光纤的损耗在1.55微米下为40dB/km，零分散波长为1.55微米。
将波长1.55微米、脉冲宽度0.5ps、峰值功率30W的脉冲激励光入射到长度150m的该光子晶体光纤中。如图34所示，光子晶体光纤输出了经过了1.7微米频带(0.7～2.4微米)的超连续光。
实施例16
本发明的实施例16中，在注入成型玻璃熔液时所使用的模具中，从底面在内侧排列多个圆柱棒状的销体。注入成型后，通过迅速拔出预先加热的销体，而形成气孔部。
图35A-图35B表示本发明的实施例16的光子晶体光纤的制作方法。将所述的表1中，熔融了热稳定性的指标Tx-Tg为180℃的No.9的组成的玻璃原料的玻璃熔液802注入到预先加热为300～400℃的模具801a、801b(下面，统一标记表示为801)(图35A)。在模具801的底面设置从基台804在内侧排列了多个圆柱棒状的销体805的钻模(ji)。在将玻璃熔液802注入成型到模具801上后，通过快速拔出销体805，来制作形成了气孔的玻璃母材803(图35B)。
通过使用玻璃母材803，与上述的实施例15相同，进行延伸·拔丝，来制作光子晶体光纤。所制作的光子晶体光纤的截面与图33相同，外径为120微米，气孔直径d为1.5微米，气孔间距Δ为2.3微米，d/Δ＝0.65。MFD是2.5微米，光纤的损耗在1.55微米下为65dB/km，零分散波长为1.55微米。
将波长1.55微米、脉冲宽度0.5ps、峰值功率为30W的脉冲激励光入射到长度为50m的该光子晶体光纤中。在脉冲受到孤子效应(soliton effect)的同时，观测到随着在光纤内传送，脉冲光谱向长波长侧偏移(孤子自相位移位)。
图36表示使用了本实施例16的光子晶体光纤的波长可变脉冲光源。该光源是通过使入射脉冲的峰值功率变化，利用了光谱位移量变化效果的波长可变脉冲光源。波长可变脉冲光源将光放大器902、长度50m的本实施例16的光子晶体光纤903和可编程PLC(planer lightwavecircuit：平面光路)合频分频器904纵向连接到以10GHz调制的脉冲光源901上。
进一步，将光放大器905和长度50m的本实施例16的光子晶体光纤906纵向连接到可编程PLC合频分频器(multi-demultiplexer：复用解复用器)904的输出上。通过这种结构，波长可变脉冲光源以10～100Gbit/s的信道发送速率，以波长可变范围为150nm(1550～1700nm)，输出光脉冲。
使用该光子晶体光纤，而制作与图30相同结构的波长转换装置。作为光源，使用在1530～1560nm的波段中在100GHz间隔输出32个波的WDM信号的光源301～332和输出1480nm的激励光和1565nm的激励光的光源333。使用长度15m的实施例16的光子晶体光纤343，在信号放大的同时，进行波长统一转换。对1480nm的激励光的功率50mW、1565nm的激励光的功率50mW，可以进行转换效率为5dB，带宽70nm的波长统一转换。
另外，若将长度15m的本实施例16的光子晶体光纤适用于参照图44的后述非线性光纤环型反射镜中，通过门光的功率10mW，可以对频率80GHz、脉冲宽度8ps的高速调制后的信号光重复进行信号光的开关切换。
图37表示使用了本实施例16的光子晶体光纤的参数光放大器。该参数光放大器将隔离器1302、长度为150m的本实施例16的光子晶体光纤1303和光耦合器1304纵向连接到波长可变光源1301上。光耦合器1304中，经EDFA放大器1306从后方入射波长1560nm、激励光功率1.5W的光源1305的输出。
图38表示上述参数光放大器的输出光谱。该输出光谱表示使用-30dBm的信号光进行波长扫描测量的结果，在跨越1500～1620nm的120nm的波段中得到了20dB以上的增益。
实施例17
本发明的实施例17中，不由单一组成的碲化物玻璃构成光子晶体光纤，进一步由折射率不同的组成形成纤芯/包层构造.
进一步，本发明的实施例17中，在注入成型玻璃熔液时所使用的模具的下部放大加工为圆锥状。使用该模具以包层和纤芯的顺序注入，通过包层玻璃的体积收缩来制作将纤芯玻璃吸入成型为圆锥状的母材。这时，模具上部由于其内壁向内侧为凸，吸入纤芯玻璃的区域小，所以为了高效吸入纤芯，需要注入温度等的最佳化。
图39A-图39B和图40A-图40B表示本发明的实施例17的光子晶体光纤的制作方法。纤芯玻璃使用上述的表1的No.18的组成，添加4000ppm的Tm。包层玻璃使用上述的表1的No.17的组成。模具1501与上述的图26A所示的模具相同，在内壁形成多个凸的部分，向其底部放大加工为圆锥状(图39A)。将模具1501预加热到300～400℃，以包层的玻璃熔液1502、纤芯的玻璃熔液1503的顺序注入，通过包层玻璃的体积收缩来制作将纤芯玻璃吸入成型为圆锥状的玻璃母材1504(图39B)。纤芯玻璃的吸入长度为15mm。
使用玻璃母材1504，进行与前述的实施例13相同的延伸·拔丝加工，来制作光子晶体光纤1505。图40A表示该光子晶体光纤1505的截面图。光子晶体光纤1505的外径为110微米、气孔内径为35微米、十字的中心部分为2.4微米、添加了Tm的纤芯直径为1.5微米。MFD为2.9微米、光纤的损耗在1.55微米下为30dB/km，作为纤芯通过导入与包层不同的玻璃成份，与没有纤芯/包层构造的情况相比，可低损耗。零分散波长为1.52微米。
若使用市售的熔融连接器将本实施例17的光子晶体光纤与石英光纤(相对折射率差4％、MFD3微米)连接，则可以在0.2dB的损耗和-50dB以下的反射衰减量下进行连接。为了进行比较，若将所述的实施例13的单一组成的光子晶体光纤与上述石英光纤连接，则由于纤芯形状变为不完整，所以为2dB的损耗、-19dB的反射衰减量。
使用20m本实施例17的光子晶体光纤，适用于所述的图30所示的波长转换装置。波长转换装置的用AWG341合成的WDM信号光Es是在1480～1510nm的波段上以100GHz的间隔多路复用了32个波的WDM信号的信号。激励光Ep是用于Tm的激励的1410nm的激励光和用于波长转换和Tm的激励两者的1520nm的激励光。波长转换装置在进行信号放大同时，统一转换32个波的WDM信号的波长，而输出转换光Ec。并且，波长转换装置可以对1420nm的激励光的能量50mW、波长转换的激励光的能量50mW，进行转换效率5dB、带宽70nm的波长统一转换。
实施例18
本发明的实施例18中，与上述的实施例17相比较，为了使纤芯的吸入变得容易，而设置在模具下部的圆锥状部分的底注入玻璃后开孔的机构。通过向该孔漏出玻璃，起到与玻璃的收缩的配合效果。通过抽成真空，使得向该孔漏出玻璃，而起到与玻璃的收缩的配合效果。
图41A-图41C表示本发明的实施例18的光子晶体光纤的制作方法。纤芯玻璃使用前述的表1的No.20的组成，包层玻璃使用前述的表1的No.21的组成。模具1601与前述的图39A所示的模具相同，在内壁形成多个凸的部分，并向底部扩大加工为圆锥状(图41A)。进一步，在模具1601的底部分设置基台1602，通过使基台1602的中央的可动部件1603滑动，而在模具1601的底的部分上具有可为贯通的孔的形状(图41B)。
将模具1601预加热到300～400℃，将基台1602另外预加热到350～450℃，而以包层的玻璃熔液1604、纤芯的玻璃熔液1605的顺序注入(图41A).通过包层玻璃的体积收缩和在底面开孔(图41B)，包层玻璃的中心部流出，而可以得到通过吸入包层玻璃成型的玻璃母材1606(图41C).纤芯的吸入长度为25mm.
使用这样成型的玻璃母材1606，进行与上述的实施例13相同的延伸·拔丝加工，来制作光子晶体光纤。该光子晶体光纤的构造与前述的图40A相同，光纤的外径为115微米、气孔内径为20微米，十字的中心部分为2.8微米，纤芯直径为1.2微米。MDF为2.5微米，光纤的损耗在1.55微米下为25dB/km，零分散波长为1.55微米。
图42表示使用了本实施例18的光子晶体光纤的光克尔快门实验系统。光克尔快门实验系统包括输出波长1552nm的控制光的DFB-LD(distributed feedback laser diode：分配式反馈激光二极管)1701、输出波长1535nm的信号光的DFB-LD1702、放大控制光的Er掺杂光纤放大器1703，将这些控制光和信号光输入到长度为10m的本实施例18的光子晶体光纤1704中，使得偏波方向彼此成45度的角度。从光子晶体光纤1704的输出分路信号光，而经偏振器(polarizer)1705输入到超高速扫描摄像机(streak camera)1706中。
通过这种结构，在没有入射控制光的情况下，在信号光的偏波为某一定方向下在光子晶体光纤1704中传送，而由偏振器1705截断。另一方面，在入射了控制光的情况下，通过光子晶体光纤1704的非线性折射率效果，信号光的偏波成份变化，透过偏振器1705。这样，可以切换宽度8ps的信号光脉冲。
实施例19
本发明的实施例19中，为了使纤芯的吸入变得容易，设置在向模具下部的圆锥状部分的底注入了玻璃后开孔的结构，通过抽成真空，而使玻璃向该孔漏出，而起到与玻璃的收缩的配合效果。
另外，本发明的实施例19在加压拔丝，使得保持或放大在母材上形成的气孔时，通过使拔丝的张力为50g以上，而可以使孔的形成和孔径的控制变得容易。
图43A-图43C表示本发明的实施例19的光子晶体光纤的制作方法。纤芯玻璃使用前述的表1的No.13的组成，包层玻璃使用前述的表1的No.16的组成。模具1801与图39A所示的模具相同，在内壁形成多个凸的部分，而将下部扩大加工为圆锥状(图43A)。进一步，在模具1801的底的部分设置基台1802，通过使基台1802中央的可动部件1803滑动，而可在模具1801的底的部分形成孔(图43B)。使用该孔，而从模具1801下进行真空抽气。
将模具1801预加热为300～400℃，将基台1802另外预加热为350～450℃，而以包层的玻璃熔液1804、纤芯的玻璃熔液1805的顺序注入(图43A)。通过包层玻璃的体积收缩和从底面的孔中进行抽真空(图43B)，包层玻璃的中心部流出，吸入纤芯玻璃，而可得到成型后的玻璃母材1806(图43C)。纤芯的吸入长度为50mm。
使用玻璃母材1806，进行与前述的实施例13相同的延伸·拔丝加工，来制作光子晶体光纤。该光子晶体光纤的结构与图40A、图40B相同，光纤的外径为120微米、气孔内径为28微米、十字的中心部分为2.6微米、纤芯直径为1.3微米。MFD为2.3微米、光纤的损耗在1.55微米下为28dB/km，零分散波长为1.56微米。
图44表示使用了本实施例19的光子晶体光纤的非线性光纤环型反射镜。非线性光纤环型反射镜纵向连接输入门光的光耦合器1901、长度为15m的本实施例19的光子晶体光纤1902、输出门光的光耦合器1903和输入输出信号光的光耦合器1904而构成环。
信号光由光耦合器1904进行二分路，并在光子晶体光纤1902上沿顺方向和反方向传送。信号光再次输入到光耦合器1904中，彼此干扰后输出。这时，通过从光耦合器1901输入的门光，控制光子晶体光纤1902的信号光的相位变化来进行开关转换。通过门光的功率200mW，可以重复进行频率80GHz、脉冲宽度8ps的高速调制后的信号光的切换。
使用与前述的图26A-图26E所示的实施例13相同的制作方法，在将前述的表1的No.11的组成插入套管后，进行到延伸工序。本实施例19中，使对气孔的加压为一定，并调整拔丝张力，使得通过覆盖树脂的拉伸模之前的值为50g以上。如图27A-图27B所示那样，光子晶体光纤的外径为110微米。对用该方法所制作的光纤#1(1000m)和在拔丝张力为30g下所加工的光纤#2(1000m)，比较气孔内径的长边方向的稳定性。
光纤#1对于气孔内径的设计值26微米，误差为±5微米。实际可使用的26微米±1微米以内的部位是整体的70％，短的部分也可采用50m以上。另一方面。光纤#2气孔内径对于设计值的26微米误差有±20微米。实际可使用的26微米±1微米以内的部位是整体的20％，可采用50m以上的部分达到了几个。
从以上的比较可以看出，在可使气孔的大小与设计值匹配、而保持一定的拔丝工序中，通过将拔丝张力设定为树脂覆盖的拉伸模前的值50g以上是重要的。另外，在其他光子晶体光纤的拔丝工序中，该设定也是重要的。光纤#1的十字中心部分为2.6微米。MFD为2.4微米，光纤的损耗在1.55um下为24dB/km，零分散波长为1.56微米。
图45表示使用了本发明的实施例19的光子晶体光纤的时钟再现装置。WDM传送系统的时钟再现装置2003由时钟再现部2201接收从输入发送机2001发送的WDM信号的波长选择滤波器2002所选的一个波长信号，而抽出RF时钟。将所抽出的时钟用时钟再现部2201内的模式锁定光纤激光器再现为光脉冲后，用EDFA2204放大该光脉冲后，入射到长度为30m的本实施例19的光子晶体光纤2203中。将由光子晶体光纤2203产生的跨越1.5～1.6微米的100nm带宽的超连续光输入到AWG2204中，通过由AWG2204进行滤波，而可再现由单信道的时钟再现波长多路复用后的信道部分的时钟脉冲。
将任意一个信道的时钟脉冲入射到使用了长度为50m的本实施例19的的光子晶体光纤的非线性环型反射镜2004中。将从发射机2001发送的WDM信号对应的信道作为门光，入射到非线性环型反射镜2004中，而可以实现恢复劣化后的信号质量的光3R再现。
在上面的实施例13～19中，虽然在模具内壁形成多个凸的部分，并制作了4个气孔(air hole)，但是该气孔的个数并不限于此。另外，使用了本光纤的光设备是将本光纤作为高非线性光纤使用的光设备，并不限于上述实施例13～19。
如上面所说明的，在本发明的实施例13～19的光纤的制造方法中，通过注入成型或压缩成型来制作玻璃母材。因此，任何一个成型方法与现有的挤出法比较，都缩短了对玻璃母材的加热工序的时间，所以可以抑制玻璃中的结晶化，可以制作低损耗的光纤。
实施例20
在下面说明的本发明的实施例20～31中，公开了在碲化物玻璃制的光纤的中心附近配置多个气孔，通过由气孔所包围的区域的大小，来控制光纤的分散特性的方法。
图46表示本发明的实施例20的光纤的截面结构.在插入到套管2104的零材料分散波长为2.08微米的碲化物玻璃2101上形成4个气孔2103a～2103d(下面，统一标记表示为2103)，在各个气孔2103中充满空气，其折射率大致等于1.由这4个气孔2103所围的部分是传送光的纤芯的区域2102.碲化物玻璃2101的外径是100微米、气孔2103的内径是40微米，纤芯直径为4.5微米.光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff是4.1μm2，其γ值是590W-1km-1。
本实施例20的光子晶体光纤的制作工序与前述的图26A-24E所示的制作工序相同。虽然为重复说明，但是为了注意，参照图26A-图24E，说明本实施例20的光子晶体光纤的制作方法。将熔融了碲化物玻璃原料的玻璃熔液202注入到预加热到300～400℃的模具201内(图26A)。模具201在内壁形成4个凸的部分，形成为所注入的玻璃母材截面为十字型。在玻璃熔液注入后，在300℃附近的温度下退火10小时以上，来制作玻璃母材203(图26B)。这时，由于4分割上述模具201，容易取出玻璃母材203，所以可以防止玻璃母材203的缺口、裂缝。与上述同样，在熔融玻璃原料，而将其流入到预先加热到300～400℃的圆筒状的模具(图中未示)后，通过将该模具保持为水平不动的高速旋转的离心浇铸法，来制作圆筒状的套管204(图26C)。
在套管204内插入玻璃母材203后延伸(图26D)。所延伸的母材205的截面准确对称。切出所延伸的母材205的线材直径的一定的部分206，并重新插入到其他套管(图中未示)后延伸。在玻璃母材203和套管的间隙中形成气孔(air hole)后，在延伸·拔丝时，加压形成孔的部分208，而加压拔丝，使得维持或放大气孔。边调整拔丝张力，使得通过树脂覆盖的拉伸模前的值为50g以上，边拔丝加工为外径为105微米(图26E)，边制作光子晶体光纤207。
本实施例20的延伸工序中，在延伸加力为200g左右中，进行加热，使得10～20mmΦ的母材为可延伸到3～6mmΦ的粘度的109～1010P(泊(单位))。另一方面，为了通过现有的挤出法，从块玻璃加工为具有孔构造的母材，作为粘度，需要将块玻璃软化为106P(泊(单位))左右。因此，根据本实施例的方法，由于与现有的挤出法比较，所加热的温度低，所以可以抑制结晶核的生长，适合于制作低损耗的光纤。
图47表示本实施例20的光纤的光电场分布。该光电场分布是使用了作为数值计算法之一的差分法求出的光电场分布。电场每变化10％，引一条等高线来表示。实施例20的光纤从计算结果可以看出，将光封入到中央的纤芯区域2102，光沿着纤芯传送。若在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入了光纤中心部，为单模化。
图48表示本实施例20的光纤的波长分散。实施例20的光纤的零分散波长λ0波长为1.56微米。
实施例21
图49表示本发明的实施例21的光纤。在插入到套管2304的前述表1的No.15的组成的碲化物玻璃2301上形成4个气孔2303a～2303d(统一标记表示为2303)，这些气孔2303充满空气，其折射率大致等于1。由4个气孔2303包围的部分是传送光的纤芯区域2302。在区域2302的内部，嵌入使碲化物玻璃的组成变化、零材料分散波长为2.1微米、相对碲化物玻璃2301相对折射率差高1.1％的折射率的碲化物玻璃2305。本实施例21中，通过毛细管法(capillary method毛细管法)来制作光纤。碲化物玻璃2301的外径是110微米，气孔2303的内径是35微米，纤芯直径为3.0微米。光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为2.6μm2，其γ值是940W-1km-1。
图50表示本实施例21的光纤的光电场分布。该光电场分布是使用了作为数值计算法之一的差分法求出的光电场分布。电场每变化10％，引一条等高线来表示。实施例21的光纤从计算结果可以看出，将光封入到中央的纤芯区域2302，光沿着纤芯传送。若在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图51表示本实施例21的光纤的波长分散。实施例21的光纤的零分散波长λ0波长为1.30微米。
实施例22
图52表示本发明的实施例22的光纤。在插入到套管2404中的前述表1的No.18的组成的碲化物玻璃2401中形成4个气孔2403a～2403d(统一标记为2403)，在这些气孔2403中充满空气，其折射率大致等于1。由这4个气孔2403所包围的部分是传送光的为纤芯的区域2402。在区域2402的内部嵌入碲化物玻璃的组成变化、零材料分散波长在2.05微米相对碲化物玻璃2401相对折射率差低2.2％的折射率的碲化物玻璃2405。本实施例22中，通过毛细管法来制作光纤。碲化物玻璃2401的外径是90微米、气孔2403的内径是45微米，纤芯直径为2.7微米。光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为2.5μm2，其γ值是930W-1km-1。
图53表示本实施例22的光纤的光电场分布。该光电场分布是使用了作为数值计算法之一的差分法求出的光电场分布。电场每变化10％，引一条等高线来表示。实施例22的光纤从计算结果可以看出，将光封入到中央的纤芯区域2402，光沿着纤芯传送。若在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图54表示本实施例22的光纤的波长分散。实施例22的光纤的零分散波长λ0波长为1.52微米。
实施例23
图55表示本发明的实施例23的光纤。在插入到套管2504中的前述的表1的No.17的组成的碲化物玻璃2501中形成4个气孔2503a～2503d(统一标记为2503)，在这些气孔2503中充满空气，其折射率大致等于1。由这4个气孔2503所包围的部分是传送光的为纤芯的区域2502。在区域2502的内部设置中心气孔2505。本实施例23中，通过毛细管法来制作光纤。碲化物玻璃2501的外径是105微米、气孔2503的内径是40微米，纤芯直径为3.1微米。光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为2.8μm2，其γ值是810W-1km-1。
图56表示本实施例23的光纤的光电场分布。该光电场分布是使用了作为数值计算法之一的差分法求出的光电场分布。电场每变化10％，引一条等高线来表示。实施例23的光纤从计算结果可以看出，将光封入到中央的纤芯区域2502，光沿着纤芯传送。若在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图57表示本实施例23的光纤的波长分散。实施例23的光纤的零分散波长λ0波长为1.41微米。
实施例24
图58表示本发明的实施例24的光纤.在插入到套管2604中的前述的表1的No.14的组成的碲化物玻璃2601中形成3个气孔2603a～2603c(统一标记为2603)，在这些气孔2603中充满空气，其折射率大致等于1.由3个气孔2603所包围的部分是传送光的为纤芯的区域2602.本实施例24中，通过挤出法来制作光纤.碲化物玻璃2601的外径是110微米、气孔2603的内径是40微米，纤芯直径为5.5微米.光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为4.5μm2，其γ值是520W-1km-1。
在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图59表示本实施例24的光纤的波长分散。实施例24的光纤的零分散波长λ0波长为1.65微米。
实施例25
图60表示本发明的实施例25的光纤。在插入到套管2704中的前述的表1的No.16的组成的碲化物玻璃2701中形成4个气孔2703a～2703d(统一标记为2703)，在这些气孔2703中充满空气，其折射率大致等于1。由4个气孔2703所包围的部分是传送光的为纤芯的区域2702。本实施例25中，通过挤出法来制作光纤。碲化物玻璃2701的外径是110微米、气孔2703的内径是40微米，纤芯直径为2.2微米。光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为2.0μm2，其γ值是1200W-1km-1。
在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图61表示本实施例25的光纤的波长分散。实施例25的光纤的零分散波长λ0波长为1.22微米。
实施例26
图62表示本发明的实施例26的光纤。在插入到套管2804中的前述的表1的No.18的组成的碲化物玻璃2801中形成5个气孔2803a～2803e(统一标记为2803)，在这些气孔2803中充满空气，其折射率大致等于1。由5个气孔2803所包围的部分是传送光的为纤芯的区域2802。在区域2802的内部嵌入使碲化物玻璃的组成变化、零材料分散波长在2.1微米相对碲化物玻璃2801相对折射率差高1.1％的折射率的碲化物玻璃2805。本实施例26中，通过挤出法来制作光纤。碲化物玻璃2801的外径是110微米、气孔2803的内径是40微米，纤芯直径为4.1微米。碲化物玻璃2805的直径是1.0微米。光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为3.5μm2，其γ值是680W-1km-1。
在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图63表示本实施例26的光纤的波长分散。实施例26的光纤的零分散波长λ0波长为1.61微米。
实施例27
图64表示本发明的实施例27的光纤.在插入到套管2904中的前述的表1的No.12的组成的碲化物玻璃2901中形成6个气孔2903a～2903f(统一标记为2903)，在这些气孔2903中充满空气，其折射率大致等于1.由6个气孔2903所包围的部分是传送光的为纤芯的区域2902.在区域2902的内部嵌入使碲化物玻璃的组成变化、零材料分散波长在2.15微米相对碲化物玻璃2901相对折射率差低1.5％的折射率的碲化物玻璃2905.本实施例27中，通过挤出法来制作光纤.碲化物玻璃2901的外径是110微米、气孔2903的内径是40微米，纤芯直径为3.5微米.碲化物玻璃2905的直径是1.5微米.光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为3.4μm2，其γ值是670W-1km-1。
在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图65表示本实施例27的光纤的波长分散。实施例27的光纤的零分散波长λ0波长为1.70微米。
实施例28
图66表示本发明的实施例28的光纤。在插入到套管3004中的前述的表1的No.10的组成的碲化物玻璃3001中形成3个气孔3003a～3003c(统一标记为3003)，在这些气孔3003中充满空气，其折射率大致等于1。由3个气孔3003所包围的部分是传送光的为纤芯的区域3002。
图67表示为图66的光纤的纤芯区域的放大图。本实施例28中，通过超声波钻孔法(ultrasonic drilling)来制作光纤。碲化物玻璃3001的外径是100微米、气孔3003的内径是35微米，纤芯直径为5.5微米。光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为3.0μm2，其γ值是780W-1km-1。
在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图68表示由本实施例28得到的光纤的零分散波长和纤芯大小的关系。可以看出为了使零分散波长收敛于1.2微米～1.7微米频带内，也可以将由气孔包围、封入光的纤芯区域的大小、即，纤芯直径a控制为0.6微米～6.5微米的范围。
实施例29
图69表示本发明的实施例29的光纤。在插入到套管3104中的前述的表1的No.11的组成的碲化物玻璃3101中形成4个气孔3103a～3103d，在这些气孔3103中充满空气，其折射率大致等于1。由4个气孔3103所包围的部分是传送光的为纤芯的区域3102。
图70表示为图69的光纤的纤芯区域的放大图。本实施例29中，通过超声波钻孔法来制作光纤。碲化物玻璃3101的外径是125微米、气孔3103的内径是50微米，纤芯直径为3.5微米。光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为3.2μm2，其γ值是770W-1km-1。
在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图71表示由本实施例29得到的光纤的零分散波长和纤芯大小的关系。可以看出为了使零分散波长收敛于1.2微米～1.7微米频带内，也可以将由气孔包围、封入光的纤芯区域的大小、即，纤芯直径a控制为0.6微米～5.0微米的范围。
实施例30
图72表示本发明的实施例30的光纤。在插入到套管3204中的前述的表1的No.17的组成的碲化物玻璃3201中形成5个气孔3203a～3203e(统一标记为3203)，在这些气孔3203中充满空气，其折射率大致等于1。由5个气孔3203所包围的部分是传送光的为纤芯的区域3202。
图73表示为图72的光纤的纤芯区域的放大图.在区域3202的内部嵌入使碲化物玻璃的组成变化、零材料分散波长在2.2微米下相对碲化物玻璃3201相对折射率差高1.1％的折射率的碲化物玻璃3205.本实施例30中，通过挤出法来制作光纤.碲化物玻璃3201的外径是80微米、气孔3203的内径是35微米，纤芯直径为3.9微米.碲化物玻璃3205的直径是1.0微米.光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为3.4μm2，其γ值是690W-1km-1
在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图74表示由本实施例30得到的光纤的零分散波长和纤芯大小的关系。可以看出为了使零分散波长收敛于1.2微米～1.7微米频带内，也可以将由气孔包围、封入光的纤芯区域的大小、即，纤芯直径a控制为0.4微米～5.0微米的范围。
实施例31
图75表示本发明的实施例31的光纤。在插入到套管3304中的前述的表1的No.17的组成的碲化物玻璃3301中形成6个气孔3303a～3303f(统一标记为3303)，在这些气孔3303中充满空气，其折射率大致等于1。由这6个气孔3303所包围的部分是传送光的为纤芯的区域3302。
图76表示为图75的光纤的纤芯区域的放大图。在区域3302的内部嵌入使碲化物玻璃的组成变化、零材料分散波长在2.3微米下相对碲化物玻璃3301相对折射率差低1.5％的折射率的碲化物玻璃3305。本实施例31中，通过挤出法来制作光纤。碲化物玻璃3301的外径是95微米、气孔3303的内径是50微米，纤芯直径为3.0微米。碲化物玻璃3305的直径是1.5微米。光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为3.5μm2，其γ值是680W-1km-1。
在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图77表示由本实施例31得到的光纤的零分散波长和纤芯大小的关系。可以看出为了使零分散波长收敛于1.2微米～1.7微米频带内，也可以将由气孔包围、封入光的纤芯区域的大小、即，纤芯直径a控制为0.3微米～4.0微米的范围。
产业上的可用性
本发明的光纤和根据其制造方法所制作的非线性光纤在光通信系统中对高性能化、大容量化、低价格化的发展很有效，结果，可以大大有助于使用了这些系统的服务的高度化、经济化，可以极其有益地用于光通信产业中。
本发明的一实施方式中，通过适当选择碲化物玻璃的组成，可以制作对纤化加工充分热稳定、非线性常数高、且低损耗的光纤。其中，虽然TeO2和Bi2O3是提供高非线性特性用的必须成份，但是若脱离了
50＜TeO2＜90(摩尔％)
1＜Bi2O3＜30(摩尔％)
的范围，则不能得到热稳定且透过特性好的玻璃。除此之外的成份是为了使玻璃热稳定，降低粘度而容易加工，来进行添加的。
本发明的一实施方式中，通过在碲化物玻璃材料中添加Ce3+、pr3+、Nd3+、pm3+、Sm3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+中的至少一个作为稀土类离子，而可以与提供非线性特性的同时，提供由光放大、吸收进行的滤光效果等的特性。
说明本发明的一实施方式的碲化物光纤。以TeO2为主要成份的玻璃折射率nD为2左右，同时，材料波长分散在1.2～1.7微米频带中具有大的负分散，零分散波长位于超过了2微米的长波长侧(例如，参照非专利文献12)。因此，即使使用碲化物玻璃来制作具有步长指数(step index)型的纤芯/包层折射率分布(profile)的光纤，其光纤的波长分散特性不会从材料波长分散的特性大大变化。
表1表示了对本发明的一实施方式的用于碲化物光子晶体光纤的玻璃组成(mol％表示)的一例、各个玻璃组成的热稳定性(Tx-Tg：℃)、折射率nD、非线性灵敏度x3(esu)、紫外吸收端UV(nm)、零材料分散波长(微米)所测量的实验结果。
[表1]
玻璃试样以下面的顺序来制作.在填充有氮气的球体盒(globebox)内混合原料后，使用金或白金坩锅，在氧气环境气下，在800～1100℃下熔融，之后，向预加热到300～400℃的模型中流入熔液.由于加工为光纤，需要玻璃母材的延伸·拔丝等的重新加热，所以为了实现损耗低、强度强的光纤，热稳定性是重要的因素.由于碲化物玻璃一般在比玻璃转变温度(glass transition temperature)Tg高30～80℃的温度下进行延伸·拔丝加工，所以优选作为热稳定性指标的Tx(结晶化温度)-Tg(玻璃转变温度)在100℃以上。
表1的玻璃组成中，虽然No.1～5是Bi2O3的添加量变化为0～30mol％，但是可以看出No.1的0mol％和No.5的30mol％中，作为热稳定性指标的Tx-Tg为100℃以下，热稳定性不充分。另外，No.6TeO2为50mol％以下，No.24TeO2为90mol％以上，该情况下Tx-Tg也分别在100℃以下，可以看出热稳定性不充分。TeO2和Bi2O3在本实施方式中是带来高非线性特性的必要成份，从以上方面来看，为
50＜TeO2＜90(摩尔％)
1＜Bi2O3＜30(摩尔％)
1＜LO+M2O+Q2O3+R2O5＜50(摩尔％)
的范围是必要的。可以看出在表现为上述之外的组成例中，加工为光纤不具有充分的热稳定性。
若整理表1的组成，则碲化物玻璃具有由TeO2-Bi2O3-LO-M2O-Q2O3-R2O5构成的组成，这里，L是Zn、Ba、Mg中的至少一种以上，M是Li、Na、K、Rb、Cs中的至少一种以上，Q是B、La、Ga、Al、Y中的至少一种以上，R是P、Nb中的至少一种以上。同时具有这种高非线性特性和热稳定性的碲化物玻璃是，材料分散为零的波长为2微米以上，按照控制光纤的零分散波长进行构造设计时，为重要的物理参数。
下面，参照附图，详细描述本发明的实施例。作为本发明的光纤的实施方式，虽然使用实施例进行了说明，但是本发明并不限于下述实施例。进一步，下述实施例虽然是以光子带隙构造为导波原理的基础的光纤，但是还同时具备由纤芯·包层的有效折射率差而引起的全反射构造。因此，光纤中，光子带隙条件和周期性·均匀性并不必然严格需要。
实施例1
图4表示本发明的实施例1的光纤的截面。如图4所示，由零材料分散波长为2.08微米的碲化物玻璃构成的光纤10具有多个圆形的气孔11。在这些气孔11中充满了空气。这些气孔11的光折射率大致等于真空中的光的折射率1。
气孔11的排列是在该光纤10的直径方向的截面中，由配置为有规则地(周期性)相邻的多个三角形的各顶点构成的三角晶格状的排列。这些气孔11在光纤10的长边方向上具有相同结构。即，气孔11不是三维排列的光子带隙，而是在长边方向上均匀排列。因此，若忽略光纤10的生成工序带来的形状摆动(失真)，该光纤的截面在光纤10的长边方向上为同一构造，不存按照与光纤10的长边方向垂直或斜交而配置气孔的构造。即，在光纤10上配置的气孔11在该光纤10的长边方向上连续延伸，即使在长边方向的任何位置上截断，也为同一截断面。
但是，光纤10的中心中，气孔11的排列缺少周期性。由缺少周期性排列的气孔11所包围的区域在光的波长为λ、圆周率为π时，为πλ2的0.1到5倍的大小.该区域为光集中的纤芯12，从该区域开始在该光纤10的半径方向上不传送光.即，光纤10是周期性配置气孔11的具有衍射光栅的光子带隙构造.即，光纤10在光纤10的中心具有纤芯12和由在纤芯12的周围周期性配置的气孔11构成的包层13.另外，通过改变相邻气孔彼此的间隔，可以改变由缺少周期性配置的气孔11包围的区域、即纤芯12的直径.
设相邻气孔彼此的间隔为Δ、气孔的直径为d。光纤10中，为零分散的区域，如图5所示，为由连接(Δ、d)为(0、0)与(5、5)的直线和连接(Δ、d)为(2、0)与(5、4)的直线所包围的区域B。点A是(Δ、d)为(2.3、2.0)，位于为零分散区域的区域B内。
另外，若改变碲化物玻璃的材料的组成，则分散为零的波长在1.3微米到1.6微米的范围内变化。这时，虽然相邻的气孔彼此的间隔Δ和气孔的直径d的范围也变化，但是大致位于图5所示的区域B内。
图6表示图5的点A，即相邻气孔的间隔Δ为2.3微米，气孔的直径d为2.0微米的光纤10产生的波长分散特性。如图6所示，在这种光纤10中，波长1.56微米为零分散。另外，图7表示该光纤10中，使用作为数值计算法之一的差分法求出的光纤10的纤芯周围的光电场分布。另外，图7中的实线是电场变化为每10％的等高线。如图7所示，与通常的光纤相同，该光纤10的纤芯12为封入光的构造。
因此，根据这种光纤10，光通过光子带隙或全反射作用封入到纤芯12中，可以高效地抑制高次模式，即使放大纤芯12的直径也可以维持单模条件。
实施例2
图8A-图8B表示本发明的实施例2的光纤截面。图8A-图8B中，21是气孔，其中充满了空气，折射率大致等于1。22是表1的No.18的组成的碲化物玻璃。本实施例的光纤20中，在除去中心的截面整体上按三角晶格状配置了多个气孔21。进一步，通过将零材料分散波长为2.1微米，具有相对碲化物玻璃22作为相对折射率差高1.1％的折射率的碲化物玻璃嵌入到光纤中心部23的位置的光纤和具有相对碲化物玻璃22作为相对折射率差低0.5％的折射率的碲化物玻璃嵌入到光纤中心部23的位置上，来制作设置了作为传送光的纤芯区域的两种光纤。各个光纤外径为105微米，气孔直径d为1.6微米，气孔间隔∧为2.2微米，嵌入的中心部23的碲化物玻璃直径b为1.5微米，传送光的纤芯直径a为2.8微米。
在截断、研磨由挤出法制作的上述两种光纤后，观察近视野像(NFP)、远视野像(FFP)，可以确认在光纤中心部23中封入了光，分别达到了单模化。图9表示本光纤的波长分散的两次结果。如图9所示，本实施例的零分散波长λ0在嵌入了高1.1％的折射率的碲化物的光纤和嵌入了低0.5％的折射率的碲化物的光纤中，波长分别为1.63微米和1.58微米。另外，有效纤芯截面积Aeff分别为3.7μm2、3.9μm2，非线性系数γ分别为650W-1km-1、610W-1km-1。
实施例3
图10A表示本发明的实施例3的光纤截面。图10A中，21是气孔，其中充满了空气，折射率大致等于1。22是表1的No.15的组成的碲化物玻璃。本实施例的光纤中，在除去中心的截面整体上按三角晶格状配置了多个气孔21，设置作为传送光的纤芯区域24。光纤外径D为105微米。另外，如图10B所示，气孔直径d为1.2微米，气孔间隔∧为1.5微米，传送光的纤芯直径a为1.8微米。
在截断、研磨所制作的光纤后，观察近视野像(NFP)、远视野像(FFP)，可确认在光纤中心部中封入了光，达到了单模化。本实施例的零分散波长λ0为波长1.3微米。若设纤芯直径为a、圆周率为π，则纤芯区域24大致由π(a/2)2表示，若波长为λ，则该区域需要是πλ2的0.1～5倍。在0.1倍以下时，在模式不成立的同时，与石英光纤的连接变得困难，在5倍以上时，在零分散为1.7微米以上的同时，变成多模传送。
实施例4
图11A表示本发明的实施例4的光纤截面。图11A中，44是包壳(套管)。41是气孔，中间充满了空气，折射率大致等于1。45是零材料分散波长为2.18微米的碲化物玻璃。本实施例的光纤中，内部配置了4个孔41，设置了作为传送光的纤芯区域46。光纤外径D为120微米，气孔的内径为40微米。另外，作为纤芯区域的大小，内接于图11B所示的纤芯区域的正四边形的一边a为2.0微米。
在截断、研磨所制作的光纤后，观察近视野像(NFP)、远视野像(FFP)，可确认在光纤中心部中封入了光，达到了单模化。本实施例的零分散波长λ0为波长1.46微米。若设纤芯直径为a、圆周率为π，则纤芯区域24大致由π(a/2)2表示，若波长为λ，该区域需要是πλ2的0.1～5倍。在0.1倍以下时，在模式不成立的同时，与石英光纤的连接变得困难，在5倍以上时，在零分散为1.7微米以上的同时，变成多模传送。
实施例5
图12表示本发明的实施例5的光纤截面。如图12所示，由零材料分散波长为2.1微米的碲化物玻璃构成的光纤30与上述实施例1相同，具有三角晶格状配置，即周期性配置的多个圆状气孔31。但是，光纤30的中心中，气孔31的排列缺少周期性。另外，在气孔31中嵌入了折射率比碲化物玻璃33低Δn的玻璃材料。由于与光纤30的中心部分离的气孔31按周期状排列，所以为全反射光的包层33，在光纤30的中心部中由缺少周期性排列的气孔31包围的区域为导波光的纤芯32。该区域在光的波长为λ、圆周率为π时，为πλ2的0.1到5倍的大小。
因此，根据该光纤30，由于在构成光子隙的气孔31中填充了折射率比碲化物玻璃33低的材料，所以光纤整体的机械强度变大。进一步，该材料填充的结果使得在从作为光纤30的母材的预制坯拉拔光纤30的工序中，与在气孔31中填充了空气相比还容易将气孔31的形状保持为一定，提高了制造质量。另外，与在气孔31中填充了空气的光纤相比，可以减少光的散射损耗。
实施例6
图13表示本发明的实施例6的光纤。如图13所示，由碲化物玻璃构成的光纤40改变了上述实施例5说明的光纤30具有的气孔31的排列状态。光纤40的气孔41的排列是在光纤40的直径方向的截面中，由有规则地(周期性地)相邻配置的多个四边形的顶点构成的四角晶格状的排列。但是，光纤40的中心中，气孔41的排列缺少周期性。由于周期性排列离开光纤40的中心部40的气孔41，所以为全反射光的包层43，在光纤40的中心部中由缺少周期性配置的气孔41所包围的区域为导波光的纤芯42。该区域在光的波长为λ、圆周率为π时，为πλ2的0.1到5倍的大小。另外，在气孔41中填充了比碲化物玻璃折射率低的材料。
因此，根据该光纤40，实现了与上述实施例5所说明的光纤30相同的作用效果。
另外，可以是在气孔41中填充了空气的所有气孔，即使包含该情况，也可以在纤芯42中封入光，高效抑制高次模式，即使扩大纤芯42的直径也可以维持单模条件。
实施例7
图14表示本发明的实施例7的光纤。如图14所示，由碲化物玻璃构成的光纤50改变了上述实施例6所说明的光纤40具有的气孔41的排列状态。光纤50的气孔51在光纤50的直径方向的截面中，排列在有规则地(周期性地)相邻配置的六边形(蜂窝式)的各个顶点。但是，光纤50的中心中，气孔51的排列缺少周期性。由于周期性排列离开光纤50的中心的气孔51，所以为全反射光的包层53，在光纤50的中心中由缺少周期性配置的气孔51所包围的区域为导波光的纤芯52。该区域在光的波长为λ、圆周率为π时，为πλ2的0.1到5倍的大小。另外，在气孔51中填充了比碲化物玻璃折射率低的材料。
因此，根据该光纤50，实现了与上述实施例6所说明的光纤40相同的作用效果。
另外，可以是在气孔51中填充了空气的所有气孔，即使包括该情况，也可以在纤芯52中封入光，高效抑制高次模式，即使扩大纤芯52的直径也可以维持单模条件。
实施例8
图15表示本发明的实施例8的光纤。如图15所示，由碲化物玻璃构成的光纤60改变了在上述实施例5中所说明的光纤30中排列的气孔31的形状。光纤60中，在与该光纤60的长边方向垂直的截面中，气孔61的形状为六边形。光纤60中，按三角晶格状排列、即周期性排列多个气孔61。但是，光纤60的中心中，气孔61的排列缺少周期性。由于周期性排列离开光纤60的中心的气孔61，所以为全反射光的包层63，在光纤60的中心中由缺少周期性配置的气孔61所包围的区域为导波光的纤芯62。该区域在光的波长为λ、圆周率为π时，为πλ2的0.1到5倍的大小。另外，在气孔61中填充了比碲化物玻璃折射率低的材料。
因此，根据该光纤60，实现了与上述实施例5所说明的光纤30相同的作用效果。
另外，可以是在气孔61中填充了空气的所有气孔，即使包括该情况，也可以在纤芯62中封入了光，高效抑制高次模式，即使扩大纤芯62的直径也可以维持单模条件。
另外，形成构成光子带隙的光子结晶的衍射晶格的气孔的排列可以将光封入到纤芯内，而使得从光纤的纤芯中心开始在半径方向上不传送光，若为周期性配置、即有规则的晶格状配置，则并不特别限定。
另外，气孔的形状并不限于圆柱(圆状的气孔)，也可以为三棱柱(三角形的气孔)、四棱柱(四边形状的气孔)、六棱柱(六边形状的气孔)等的形状，任何一个形状都可以实现基于光子带隙的导波构造。
实施例9
根据图16到图19说明本发明的实施例9的光纤。另外，这时碲化物玻璃使用具有2μm以上的零分散波长的权利要求1所述的玻璃。这里，使用上述表1所述的玻璃组成比中No.1和No.6之外的组成比尤其有效，进一步，如权利要求3所述的玻璃材料那样添加了稀土类的材料也有效。图16是表示了光纤的示意构造的直径方向的截面图，图17是表示图16的光纤的等效折射率分布的曲线，图18是表示图16的光纤的分散特性的曲线，图19是表示图16的光纤的折射率分布的曲线。另外，本发明中，所谓等效折射率是指光实质上作用的折射率。
如图16所示，本发明的实施例9的光纤是由碲化物玻璃构成的光纤100，包括纤芯部101、配置为包围纤芯部101、在纤芯部101的周围方向上具有多个沿纤芯部101的轴方向的圆形气孔102a的第一包层部102、配置为包围第一包层部102、具有与第一包层部102的等效折射率大致相等的折射率的第二包层部103.
第一包层部102的气孔102a沿纤芯部101的周向以一定的间隔形成多个(本实施例中为6个)。第一包层部102的气孔102a在内部充满空气，折射率为大致等于真空的折射率1的大小。纤芯部101的折射率和第一包层部102的等效折射率是相对折射率差(Δ)为2％以上。第二包层部103使用与纤芯部101的碲化物玻璃组成不同的碲化物玻璃，为比纤芯部101的折射率低的折射率，同时，为与第一包层部102的等效折射率大致相等的折射率。
本发明的实施例9的光纤100中，设计为气孔102a的半径r为0.5～1.0微米，气孔102a间的间距γ为1.0～2.0微米，第一包层部102的半径rr为3微米以下。
另外，由于光纤100在轴方向上维持同一构造，所以若忽略由制作工序造成的形状波动，直径方向的截面构造在轴方向全长上相同，不存在与轴方向垂直或斜交的构造。
在这种本发明的实施例9的光纤100中，通过将气孔102a一重地配置在正六边形的顶点位置上，而形成第一包层部102，由于在中心部的纤芯部101上不形成气孔102a，所以该纤芯部101折射率最高，如图17所示，在纤芯部101上集中了光。
本发明的实施例9的光纤100中，如图18所示，可以看出在零分散波长中极性相反，在特定的波长区域中分散平坦。因此，根据本发明的实施例9的光纤100，可以实现宽带的零分散波长区域。
如现有技术栏里已经描述的，近年来，开发了主要使用石英玻璃特意形成有气孔的光子晶体光纤(PCF)或中空光纤(HF)的光纤。该PCF和HF从导波原理来看分为两种。一种是通过光子带隙封入光的光子带隙型。其构造中，要求严格的周期性和气孔大小的均匀性。另一种是通过从具有气孔的媒质的实际折射率差得到的全反射封入光的折射率导波型，在其构造中，不必要要求严格的周期性和气孔大小的均匀性。
例如，在上述的非专利文献6中，报道了实验上测量了由没有设置气孔的纤芯部和按六边形排列气孔的包层部的石英玻璃构成的光纤的分散特性的结果。由该非专利文献6所报道的光纤是813nm的波长的分散值约为-77ps/km/nm。例如，在非专利文献13中，算出由单一材料构成的光纤(PCF)的分散，报道了PCF的分散补偿效果。
因此，本发明人锐意研究的结果，发现通过使使用了碲化物玻璃的光纤为PCF和HF构造，可以解决上述问题。即，如前所述，本发明人确认了通过使在没有气孔102a的纤芯部101部分的折射率和第一包层部102的等效折射率的相对折射率差(Δ)为2％以上，同时，使第一包层部102的等效折射率和第二包层部103的折射率为同一程度，可以实现作为通信波段的1.55微米频带的宽带的零分散波长，且可以实现光的封入效果高的高非线性的光纤100。另外，本发明人发现通过气孔102a的大小和间隔等，可以将零分散波长和光的封入效果控制为宽范围。进一步，本发明人通过将与用于纤芯部101的碲化物玻璃的组成不同的组成的碲化物玻璃用于第二包层部103，可以实现低折射率。除此之外，本发明人通过在第二包层部103不形成气孔，可以低成本地进行容易地制造。
另外，专利文献2中，如图20所示，提出了通过在具有纤芯部121和包层部122的石英玻璃构成的光纤120上形成气孔122a，而在波长1400～1800nm中，具有+80ps/nm/km以上的波长分散的分散补偿型的光纤，该光纤120是为了减小光非线性特性，将纤芯121的直径扩大为20μm左右，同时，纤芯121和包层122的相对折射率差(Δ)为1％以下的低Δ构造.
与此相对，本发明的实施例9的光纤100如前面所说明的，目的是实现高非线性特性，如图19所示，通过将相对折射率差Δ提高到2～4％左右，从纤芯101的直径具有小到1～2微米左右的构造来看，构造，目的与上述现有例的光纤120大大不同。
另外，专利文献3中，如图21所示，提出了形成了三个或六个气孔132a的光纤，使得纤芯部131和包层部132间的有效折射率差比5％大。该光纤130由于由同一玻璃材料(单一玻璃)形成了纤芯部131和包层部132两者，所以中心部的纤芯部131和气孔132a的外侧的包层部132的折射率相等，一般具有称为W型的构造。但是，本发明的实施例9的光纤100与先前所说明的相同，构造与现有例的光纤130不同。
实施例10
作为本发明的实施例10，例如，如图22、图23所示，可以成为第一包层部102的气孔102a在第一包层部102的半径方向上形成多个(双重形成)的光纤140、150。
另外，作为本发明的实施例10的变形，例如，第一包层部102的气孔102a的直径方向的截面形状也可以为椭圆形和多边形。
实施例11
作为本发明的实施例11，如图24所示，例如，通过在第一包层部102的气孔102a的内部嵌入具有比构成第二包层部103的碲化物玻璃的折射率低Δn的折射率的玻璃材料来进行填充，还可以使第一包层部102的等效折射率和第二包层部103的折射率为同一程度。另外，这时，碲化物玻璃使用2μm以上具有零分散波长的权利要求1所述的玻璃。另外，上述表1所述的玻璃组成比中使用No.1和No.6之外的组成比尤其有效，进一步，如权利要求3所述的玻璃材料那样，添加了稀土类的材料也有效。
在这样构成的光纤160中，由于在气孔102a内不是空气，而填充了玻璃材料，所以与填充了空气的情况相比，可以使整体的机械强度提高，同时，在从预制坯来拔丝制造时，不仅可以容易地将气孔102a保持为一定形状，还可以减小散射损耗。
实施例12
作为本发明的实施例12，例如，如图25所示，为纤芯部111的折射率比第一包层部102的材料的折射率高的光纤170，即，将没有形成气孔102a的轴中心部分作为折射率高了Δn的纤芯部(中心纤芯)111，还可以实施更强的光封入效果。另外，这时，碲化物玻璃使用具有2微米以上的零分散波长的权利要求1所述的玻璃。另外，表1所述的玻璃组成比中使用No.1和No.6以外的组成比尤其有效，进一步，如权利要求3所述的玻璃材料那样，添加了稀土类的材料也很有效。
另外，适当选择气孔102a的数目和形状等，使得第一包层部102的等效折射率与第二包层部103的折射率大致相等。
另外，本发明的光纤中，若具有由上述纤芯部和上述包层部的实际折射率差带来的全反射构造，则不需要必须满足严格的光子带隙条件和周期性和均匀性等的条件。
实施例13
在下面的本发明的实施例13～19中，说明使用碲化物玻璃，来制作具有气孔(air hole)的光纤构造时的玻璃母材的制作方法。
本发明的实施例13，作为在注入成型玻璃熔液时所使用的模具，使用在内壁形成了多个凸的部分的模具.通过将使用该模具成形的玻璃母材插入到由圆筒状的碲化物玻璃构成的套管中，而在玻璃母材和套管的间隙中形成气孔部.
图26A-图26E表示本发明的实施例13的光子晶体光纤的制作方法。将热稳定性的指标Tx-Tg为300℃以上的，熔融了表1所述的玻璃组成比中No.19的组成的玻璃原料的玻璃熔液202注入到预加热到300～400℃的模具201内(图26A)。模具201形成为在内壁形成4个凸的部分，所注入的玻璃母材截面为十字型。在玻璃熔液注入后，在300℃附近的温度下退火10小时以上，来制作玻璃母材203(图26B)。这时，由于4分割模具201，容易取出玻璃母材203，所以可以防止玻璃母材203的缺口、裂缝。与上述同样，在熔融玻璃原料，而将其流入到预加热到300～400℃的圆筒状的模具(图中未示)后，通过将该模具原样保持为水平的高速旋转的离心浇铸(rotational casting)，来制作圆筒状的套管204(图26C)。
在套管204内插入玻璃母材203后延伸(图26D)。所延伸的母材205的截面准确对称。切出所延伸的母材205的线材直径一定的部分206，并重新插入到其他套管(图中未示)后延伸。在玻璃母材203和套管的间隙中形成气孔(air hole)后，在延伸·拔丝时，加压孔形成的部分208，而加压拔丝，使得维持或放大气孔。边调整拔丝张力，使得通过树脂覆盖的拉伸模(dice)前的值为50g以上，边拔丝加工为外径为110微米(图26E)，来制作光子晶体光纤207。
本实施例的延伸工序中，在延伸加力为200g左右，进行加热，使得10～20mmΦ的母材为可延伸到3～6mmΦ的粘度的109～1010P(泊(单位))。另一方面，为了通过现有的挤出法，从块玻璃加工为具有孔构造的母材，作为粘度，需要将块玻璃软化为106p(泊(单位))左右。因此，根据本实施例的方法，由于与挤出法比较，所加热的温度低，所以可以抑制结晶核的生长，适合于制作低损耗的光纤。
图27A表示所制作的光子晶体光纤的截面图。光子晶体光纤207的外径为110微米，气孔的内径为26微米。图27B是相当于传送光的纤芯部分的放大图，纤芯直径为2.6微米。光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为3.54μm2，其γ值(表示非线性：2πn2/λAeff)为675W-1km-1。
为了控制纤芯直径和气孔内径，可以通过变化套管204的壁厚，或增加延伸次数来进行。本实施例的光子晶体光纤的损耗在1.55微米下为60dB/km，零分散波长从材料分散下的值2.29μm移到1.57μm(参照图28)。由于对称制作气孔的形状，所以不发生偏波依赖性。
图29表示本实施例13的光子晶体光纤的纤芯直径和零分散波长的关系。若参照图29，为了将零分散波长控制为1.2～1.7微米，需要将纤芯直径控制为0.8～3.4微米。另外，为了使零分散波长为1.55微米，需要纤芯直径为2.45微米。
图30表示使用了本实施例13的光子晶体光纤的波长转换装置的构成例。该波长转换装置具有在1530～1560nm的波段中以100GHz为间隔输出32个波的WDM信号的光源301～332和输出1565nm的激励光的光源333。进一步，具有合成光源301～332的输出的AWG(ArrayedWaveguide Grating：阵列波导光栅)341和合成所合成的WDM信号光Es和激励光Ep的光耦合器342和长度为50m的本实施例13的光子晶体光纤343。通过这种构成，波长转换装置统一转换32个波的WDM信号的波长，而输出转换光Ec。
图31表示上述波长转换装置的输出光谱。对于激励光Ep的功率40mW，可以进行转换效率为-15dB，带宽70nm的波长统一转换。
实施例14
本发明的实施例14中，除了作为玻璃组成，使用No.14，添加了5000ppm Er之外，作成与实施例13相同的光纤。
使用该光子晶体光纤，来制作与图30相同结构的波长转换装置。作为光源，使用在1530～1560nm的波段中在100GHz间隔输出32个波的WDM信号的光源301～332和输出1480nm的激励光和1565nm的激励光的光源333。使用长度为15m的实施例14的光子晶体光纤343，与信号放大同时进行波长统一转换。对1480nm的激励光的能量-50mW、1565nm的激励光的能量50mW，可以进行转换效率为5dB，带宽70nm的波长统一转换。
另外，若将长度15m的本实施例14的光子晶体光纤适用于参照图44后述的非线性光纤环型反射镜(loop mirror)，通过门光(gate light)的功率10mW，可以重复对频率80GHz、脉冲宽度8ps的高速调制后的信号光，进行信号光的开关。
图37表示使用了本实施例14的光子晶体光纤的参数光放大器。该参数光放大器将隔离器1302、长度为150m的本实施例14的光子晶体光纤1303和光耦合器1304纵向连接到波长可变光源1301上。光耦合器1304中，经EDFA放大器1306从后方入射波长1560nm、激励光能量1.5W的光源1305的输出。
图38表示上述参数光放大器的输出光谱。该输出光谱表示使用-30dBm的信号光进行波长扫描测量的结果，在经过1500～1620nm的120nm的波段中得到了20dB以上的增益。
实施例15
本发明的实施例15的方法制作由碲化物玻璃构成的圆柱状的玻璃块体，在玻璃块体的长边方向上由钻孔器开孔，来制作具有气孔部的玻璃母材。是将该玻璃母材插入到由圆筒状的碲化物玻璃构成的套管后拔丝的方法。
图32A-图32C表示本发明的实施例15的光子晶体光纤的制作方法。前述的表1中，将熔融了热稳定性的指标Tx-Tg为300℃以上的No.15的组成的玻璃原料的玻璃熔液注入到预先加热为300～400℃的模具内。注入后，在300℃附近的温度下退火10小时以上，来制作圆柱状的玻璃块体601(图32A)。在玻璃块体601的长边方向上用3mmΦ的钻孔器602开多个孔后，来制作玻璃母材603(图32B)。将玻璃母材603延伸加工到3mmΦ，切出所延伸的母材的线材直径一定的部分604，来制作光子晶体光纤(图32C)。
图33表示所制作的该光子晶体光纤的截面图。光子晶体光纤的外径为110微米，气孔直径d为1.6微米，气孔间距Δ为2.3微米，d/Δ＝0.7。MFD(Mode Field Diameter：模式区域直径)为3微米，光纤的损耗在1.55微米下为40dB/km，零分散波长为1.55微米。
将波长1.55微米、脉冲宽度0.5ps、峰值功率30W的脉冲激励光入射到长度150m的该光子晶体光纤中。如图34所示，光子晶体光纤输出了经过了1.7微米频带(0.7～2.4微米)的超连续光。
实施例16
本发明的实施例16中，在注入成型玻璃熔液时所使用的模具中，从底面在内侧排列多个圆柱棒状的销体。注入成型后，通过迅速拔出预先加热的销体，而形成气孔部。
图35A-图35B表示本发明的实施例16的光子晶体光纤的制作方法。将所述的表1中，熔融了热稳定性的指标Tx-Tg为180℃的No.9的组成的玻璃原料的玻璃熔液802注入到预先加热为300～400℃的模具801a、801b(下面，统一标记表示为801)(图35A)。在模具801的底面设置从基台804在内侧排列了多个圆柱棒状的销体805的钻模(ji)。在将玻璃熔液802注入成型到模具801上后，通过快速拔出销体805，来制作形成了气孔的玻璃母材803(图35B)。
通过使用玻璃母材803，与上述的实施例15相同，进行延伸·拔丝，来制作光子晶体光纤。所制作的光子晶体光纤的截面与图33相同，外径为120微米，气孔直径d为1.5微米，气孔间距Δ为2.3微米，d/Δ＝0.65。MFD是2.5微米，光纤的损耗在1.55微米下为65dB/km，零分散波长为1.55微米。
将波长1.55微米、脉冲宽度0.5ps、峰值功率为30W的脉冲激励光入射到长度为50m的该光子晶体光纤中。在脉冲受到孤子效应(soliton effect)的同时，观测到随着在光纤内传送，脉冲光谱向长波长侧偏移(孤子自相位移位)。
图36表示使用了本实施例16的光子晶体光纤的波长可变脉冲光源。该光源是通过使入射脉冲的峰值功率变化，利用了光谱位移量变化效果的波长可变脉冲光源。波长可变脉冲光源将光放大器902、长度50m的本实施例16的光子晶体光纤903和可编程PLC(planer lightwavecircuit：平面光路)合频分频器904纵向连接到以10GHz调制的脉冲光源901上。
进一步，将光放大器905和长度50m的本实施例16的光子晶体光纤906纵向连接到可编程PLC合频分频器(multi-demultiplexer：复用解复用器)904的输出上。通过这种结构，波长可变脉冲光源以10～100Gbit/s的信道发送速率，以波长可变范围为150nm(1550～1700nm)，输出光脉冲。
使用该光子晶体光纤，而制作与图30相同结构的波长转换装置。作为光源，使用在1530～1560nm的波段中在100GHz间隔输出32个波的WDM信号的光源301～332和输出1480nm的激励光和1565nm的激励光的光源333。使用长度15m的实施例16的光子晶体光纤343，在信号放大的同时，进行波长统一转换。对1480nm的激励光的功率50mW、1565nm的激励光的功率50mW，可以进行转换效率为5dB，带宽70nm的波长统一转换。
另外，若将长度15m的本实施例16的光子晶体光纤适用于参照图44的后述非线性光纤环型反射镜中，通过门光的功率10mW，可以对频率80GHz、脉冲宽度8ps的高速调制后的信号光重复进行信号光的开关切换。
图37表示使用了本实施例16的光子晶体光纤的参数光放大器。该参数光放大器将隔离器1302、长度为150m的本实施例16的光子晶体光纤1303和光耦合器1304纵向连接到波长可变光源1301上。光耦合器1304中，经EDFA放大器1306从后方入射波长1560nm、激励光功率1.5W的光源1305的输出。
图38表示上述参数光放大器的输出光谱。该输出光谱表示使用-30dBm的信号光进行波长扫描测量的结果，在跨越1500～1620nm的120nm的波段中得到了20dB以上的增益。
实施例17
本发明的实施例17中，不由单一组成的碲化物玻璃构成光子晶体光纤，进一步由折射率不同的组成形成纤芯/包层构造.
进一步，本发明的实施例17中，在注入成型玻璃熔液时所使用的模具的下部放大加工为圆锥状。使用该模具以包层和纤芯的顺序注入，通过包层玻璃的体积收缩来制作将纤芯玻璃吸入成型为圆锥状的母材。这时，模具上部由于其内壁向内侧为凸，吸入纤芯玻璃的区域小，所以为了高效吸入纤芯，需要注入温度等的最佳化。
图39A-图39B和图40A-图40B表示本发明的实施例17的光子晶体光纤的制作方法。纤芯玻璃使用上述的表1的No.18的组成，添加4000ppm的Tm。包层玻璃使用上述的表1的No.17的组成。模具1501与上述的图26A所示的模具相同，在内壁形成多个凸的部分，向其底部放大加工为圆锥状(图39A)。将模具1501预加热到300～400℃，以包层的玻璃熔液1502、纤芯的玻璃熔液1503的顺序注入，通过包层玻璃的体积收缩来制作将纤芯玻璃吸入成型为圆锥状的玻璃母材1504(图39B)。纤芯玻璃的吸入长度为15mm。
使用玻璃母材1504，进行与前述的实施例13相同的延伸·拔丝加工，来制作光子晶体光纤1505。图40A表示该光子晶体光纤1505的截面图。光子晶体光纤1505的外径为110微米、气孔内径为35微米、十字的中心部分为2.4微米、添加了Tm的纤芯直径为1.5微米。MFD为2.9微米、光纤的损耗在1.55微米下为30dB/km，作为纤芯通过导入与包层不同的玻璃成份，与没有纤芯/包层构造的情况相比，可低损耗。零分散波长为1.52微米。
若使用市售的熔融连接器将本实施例17的光子晶体光纤与石英光纤(相对折射率差4％、MFD3微米)连接，则可以在0.2dB的损耗和-50dB以下的反射衰减量下进行连接。为了进行比较，若将所述的实施例13的单一组成的光子晶体光纤与上述石英光纤连接，则由于纤芯形状变为不完整，所以为2dB的损耗、-19dB的反射衰减量。
使用20m本实施例17的光子晶体光纤，适用于所述的图30所示的波长转换装置。波长转换装置的用AWG341合成的WDM信号光Es是在1480～1510nm的波段上以100GHz的间隔多路复用了32个波的WDM信号的信号。激励光Ep是用于Tm的激励的1410nm的激励光和用于波长转换和Tm的激励两者的1520nm的激励光。波长转换装置在进行信号放大同时，统一转换32个波的WDM信号的波长，而输出转换光Ec。并且，波长转换装置可以对1420nm的激励光的能量50mW、波长转换的激励光的能量50mW，进行转换效率5dB、带宽70nm的波长统一转换。
实施例18
本发明的实施例18中，与上述的实施例17相比较，为了使纤芯的吸入变得容易，而设置在模具下部的圆锥状部分的底注入玻璃后开孔的机构。通过向该孔漏出玻璃，起到与玻璃的收缩的配合效果。通过抽成真空，使得向该孔漏出玻璃，而起到与玻璃的收缩的配合效果。
图41A-图41C表示本发明的实施例18的光子晶体光纤的制作方法。纤芯玻璃使用前述的表1的No.20的组成，包层玻璃使用前述的表1的No.21的组成。模具1601与前述的图39A所示的模具相同，在内壁形成多个凸的部分，并向底部扩大加工为圆锥状(图41A)。进一步，在模具1601的底部分设置基台1602，通过使基台1602的中央的可动部件1603滑动，而在模具1601的底的部分上具有可为贯通的孔的形状(图41B)。
将模具1601预加热到300～400℃，将基台1602另外预加热到350～450℃，而以包层的玻璃熔液1604、纤芯的玻璃熔液1605的顺序注入(图41A).通过包层玻璃的体积收缩和在底面开孔(图41B)，包层玻璃的中心部流出，而可以得到通过吸入包层玻璃成型的玻璃母材1606(图41C).纤芯的吸入长度为25mm.
使用这样成型的玻璃母材1606，进行与上述的实施例13相同的延伸·拔丝加工，来制作光子晶体光纤。该光子晶体光纤的构造与前述的图40A相同，光纤的外径为115微米、气孔内径为20微米，十字的中心部分为2.8微米，纤芯直径为1.2微米。MDF为2.5微米，光纤的损耗在1.55微米下为25dB/km，零分散波长为1.55微米。
图42表示使用了本实施例18的光子晶体光纤的光克尔快门实验系统。光克尔快门实验系统包括输出波长1552nm的控制光的DFB-LD(distributed feedback laser diode：分配式反馈激光二极管)1701、输出波长1535nm的信号光的DFB-LD1702、放大控制光的Er掺杂光纤放大器1703，将这些控制光和信号光输入到长度为10m的本实施例18的光子晶体光纤1704中，使得偏波方向彼此成45度的角度。从光子晶体光纤1704的输出分路信号光，而经偏振器(polarizer)1705输入到超高速扫描摄像机(streak camera)1706中。
通过这种结构，在没有入射控制光的情况下，在信号光的偏波为某一定方向下在光子晶体光纤1704中传送，而由偏振器1705截断。另一方面，在入射了控制光的情况下，通过光子晶体光纤1704的非线性折射率效果，信号光的偏波成份变化，透过偏振器1705。这样，可以切换宽度8ps的信号光脉冲。
实施例19
本发明的实施例19中，为了使纤芯的吸入变得容易，设置在向模具下部的圆锥状部分的底注入了玻璃后开孔的结构，通过抽成真空，而使玻璃向该孔漏出，而起到与玻璃的收缩的配合效果。
另外，本发明的实施例19在加压拔丝，使得保持或放大在母材上形成的气孔时，通过使拔丝的张力为50g以上，而可以使孔的形成和孔径的控制变得容易。
图43A-图43C表示本发明的实施例19的光子晶体光纤的制作方法。纤芯玻璃使用前述的表1的No.13的组成，包层玻璃使用前述的表1的No.16的组成。模具1801与图39A所示的模具相同，在内壁形成多个凸的部分，而将下部扩大加工为圆锥状(图43A)。进一步，在模具1801的底的部分设置基台1802，通过使基台1802中央的可动部件1803滑动，而可在模具1801的底的部分形成孔(图43B)。使用该孔，而从模具1801下进行真空抽气。
将模具1801预加热为300～400℃，将基台1802另外预加热为350～450℃，而以包层的玻璃熔液1804、纤芯的玻璃熔液1805的顺序注入(图43A)。通过包层玻璃的体积收缩和从底面的孔中进行抽真空(图43B)，包层玻璃的中心部流出，吸入纤芯玻璃，而可得到成型后的玻璃母材1806(图43C)。纤芯的吸入长度为50mm。
使用玻璃母材1806，进行与前述的实施例13相同的延伸·拔丝加工，来制作光子晶体光纤。该光子晶体光纤的结构与图40A、图40B相同，光纤的外径为120微米、气孔内径为28微米、十字的中心部分为2.6微米、纤芯直径为1.3微米。MFD为2.3微米、光纤的损耗在1.55微米下为28dB/km，零分散波长为1.56微米。
图44表示使用了本实施例19的光子晶体光纤的非线性光纤环型反射镜。非线性光纤环型反射镜纵向连接输入门光的光耦合器1901、长度为15m的本实施例19的光子晶体光纤1902、输出门光的光耦合器1903和输入输出信号光的光耦合器1904而构成环。
信号光由光耦合器1904进行二分路，并在光子晶体光纤1902上沿顺方向和反方向传送。信号光再次输入到光耦合器1904中，彼此干扰后输出。这时，通过从光耦合器1901输入的门光，控制光子晶体光纤1902的信号光的相位变化来进行开关转换。通过门光的功率200mW，可以重复进行频率80GHz、脉冲宽度8ps的高速调制后的信号光的切换。
使用与前述的图26A-图26E所示的实施例13相同的制作方法，在将前述的表1的No.11的组成插入套管后，进行到延伸工序。本实施例19中，使对气孔的加压为一定，并调整拔丝张力，使得通过覆盖树脂的拉伸模之前的值为50g以上。如图27A-图27B所示那样，光子晶体光纤的外径为110微米。对用该方法所制作的光纤#1(1000m)和在拔丝张力为30g下所加工的光纤#2(1000m)，比较气孔内径的长边方向的稳定性。
光纤#1对于气孔内径的设计值26微米，误差为±5微米。实际可使用的26微米±1微米以内的部位是整体的70％，短的部分也可采用50m以上。另一方面。光纤#2气孔内径对于设计值的26微米误差有±20微米。实际可使用的26微米±1微米以内的部位是整体的20％，可采用50m以上的部分达到了几个。
从以上的比较可以看出，在可使气孔的大小与设计值匹配、而保持一定的拔丝工序中，通过将拔丝张力设定为树脂覆盖的拉伸模前的值50g以上是重要的。另外，在其他光子晶体光纤的拔丝工序中，该设定也是重要的。光纤#1的十字中心部分为2.6微米。MFD为2.4微米，光纤的损耗在1.55um下为24dB/km，零分散波长为1.56微米。
图45表示使用了本发明的实施例19的光子晶体光纤的时钟再现装置。WDM传送系统的时钟再现装置2003由时钟再现部2201接收从输入发送机2001发送的WDM信号的波长选择滤波器2002所选的一个波长信号，而抽出RF时钟。将所抽出的时钟用时钟再现部2201内的模式锁定光纤激光器再现为光脉冲后，用EDFA2204放大该光脉冲后，入射到长度为30m的本实施例19的光子晶体光纤2203中。将由光子晶体光纤2203产生的跨越1.5～1.6微米的100nm带宽的超连续光输入到AWG2204中，通过由AWG2204进行滤波，而可再现由单信道的时钟再现波长多路复用后的信道部分的时钟脉冲。
将任意一个信道的时钟脉冲入射到使用了长度为50m的本实施例19的的光子晶体光纤的非线性环型反射镜2004中。将从发射机2001发送的WDM信号对应的信道作为门光，入射到非线性环型反射镜2004中，而可以实现恢复劣化后的信号质量的光3R再现。
在上面的实施例13～19中，虽然在模具内壁形成多个凸的部分，并制作了4个气孔(air hole)，但是该气孔的个数并不限于此。另外，使用了本光纤的光设备是将本光纤作为高非线性光纤使用的光设备，并不限于上述实施例13～19。
如上面所说明的，在本发明的实施例13～19的光纤的制造方法中，通过注入成型或压缩成型来制作玻璃母材。因此，任何一个成型方法与现有的挤出法比较，都缩短了对玻璃母材的加热工序的时间，所以可以抑制玻璃中的结晶化，可以制作低损耗的光纤。
实施例20
在下面说明的本发明的实施例20～31中，公开了在碲化物玻璃制的光纤的中心附近配置多个气孔，通过由气孔所包围的区域的大小，来控制光纤的分散特性的方法。
图46表示本发明的实施例20的光纤的截面结构.在插入到套管2104的零材料分散波长为2.08微米的碲化物玻璃2101上形成4个气孔2103a～2103d(下面，统一标记表示为2103)，在各个气孔2103中充满空气，其折射率大致等于1.由这4个气孔2103所围的部分是传送光的纤芯的区域2102.碲化物玻璃2101的外径是100微米、气孔2103的内径是40微米，纤芯直径为4.5微米.光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff是4.1μm2，其γ值是590W-1km-1。
本实施例20的光子晶体光纤的制作工序与前述的图26A-24E所示的制作工序相同。虽然为重复说明，但是为了注意，参照图26A-图24E，说明本实施例20的光子晶体光纤的制作方法。将熔融了碲化物玻璃原料的玻璃熔液202注入到预加热到300～400℃的模具201内(图26A)。模具201在内壁形成4个凸的部分，形成为所注入的玻璃母材截面为十字型。在玻璃熔液注入后，在300℃附近的温度下退火10小时以上，来制作玻璃母材203(图26B)。这时，由于4分割上述模具201，容易取出玻璃母材203，所以可以防止玻璃母材203的缺口、裂缝。与上述同样，在熔融玻璃原料，而将其流入到预先加热到300～400℃的圆筒状的模具(图中未示)后，通过将该模具保持为水平不动的高速旋转的离心浇铸法，来制作圆筒状的套管204(图26C)。
在套管204内插入玻璃母材203后延伸(图26D)。所延伸的母材205的截面准确对称。切出所延伸的母材205的线材直径的一定的部分206，并重新插入到其他套管(图中未示)后延伸。在玻璃母材203和套管的间隙中形成气孔(air hole)后，在延伸·拔丝时，加压形成孔的部分208，而加压拔丝，使得维持或放大气孔。边调整拔丝张力，使得通过树脂覆盖的拉伸模前的值为50g以上，边拔丝加工为外径为105微米(图26E)，边制作光子晶体光纤207。
本实施例20的延伸工序中，在延伸加力为200g左右中，进行加热，使得10～20mmΦ的母材为可延伸到3～6mmΦ的粘度的109～1010P(泊(单位))。另一方面，为了通过现有的挤出法，从块玻璃加工为具有孔构造的母材，作为粘度，需要将块玻璃软化为106P(泊(单位))左右。因此，根据本实施例的方法，由于与现有的挤出法比较，所加热的温度低，所以可以抑制结晶核的生长，适合于制作低损耗的光纤。
图47表示本实施例20的光纤的光电场分布。该光电场分布是使用了作为数值计算法之一的差分法求出的光电场分布。电场每变化10％，引一条等高线来表示。实施例20的光纤从计算结果可以看出，将光封入到中央的纤芯区域2102，光沿着纤芯传送。若在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入了光纤中心部，为单模化。
图48表示本实施例20的光纤的波长分散。实施例20的光纤的零分散波长λ0波长为1.56微米。
实施例21
图49表示本发明的实施例21的光纤。在插入到套管2304的前述表1的No.15的组成的碲化物玻璃2301上形成4个气孔2303a～2303d(统一标记表示为2303)，这些气孔2303充满空气，其折射率大致等于1。由4个气孔2303包围的部分是传送光的纤芯区域2302。在区域2302的内部，嵌入使碲化物玻璃的组成变化、零材料分散波长为2.1微米、相对碲化物玻璃2301相对折射率差高1.1％的折射率的碲化物玻璃2305。本实施例21中，通过毛细管法(capillary method毛细管法)来制作光纤。碲化物玻璃2301的外径是110微米，气孔2303的内径是35微米，纤芯直径为3.0微米。光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为2.6μm2，其γ值是940W-1km-1。
图50表示本实施例21的光纤的光电场分布。该光电场分布是使用了作为数值计算法之一的差分法求出的光电场分布。电场每变化10％，引一条等高线来表示。实施例21的光纤从计算结果可以看出，将光封入到中央的纤芯区域2302，光沿着纤芯传送。若在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图51表示本实施例21的光纤的波长分散。实施例21的光纤的零分散波长λ0波长为1.30微米。
实施例22
图52表示本发明的实施例22的光纤。在插入到套管2404中的前述表1的No.18的组成的碲化物玻璃2401中形成4个气孔2403a～2403d(统一标记为2403)，在这些气孔2403中充满空气，其折射率大致等于1。由这4个气孔2403所包围的部分是传送光的为纤芯的区域2402。在区域2402的内部嵌入碲化物玻璃的组成变化、零材料分散波长在2.05微米相对碲化物玻璃2401相对折射率差低2.2％的折射率的碲化物玻璃2405。本实施例22中，通过毛细管法来制作光纤。碲化物玻璃2401的外径是90微米、气孔2403的内径是45微米，纤芯直径为2.7微米。光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为2.5μm2，其γ值是930W-1km-1。
图53表示本实施例22的光纤的光电场分布。该光电场分布是使用了作为数值计算法之一的差分法求出的光电场分布。电场每变化10％，引一条等高线来表示。实施例22的光纤从计算结果可以看出，将光封入到中央的纤芯区域2402，光沿着纤芯传送。若在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图54表示本实施例22的光纤的波长分散。实施例22的光纤的零分散波长λ0波长为1.52微米。
实施例23
图55表示本发明的实施例23的光纤。在插入到套管2504中的前述的表1的No.17的组成的碲化物玻璃2501中形成4个气孔2503a～2503d(统一标记为2503)，在这些气孔2503中充满空气，其折射率大致等于1。由这4个气孔2503所包围的部分是传送光的为纤芯的区域2502。在区域2502的内部设置中心气孔2505。本实施例23中，通过毛细管法来制作光纤。碲化物玻璃2501的外径是105微米、气孔2503的内径是40微米，纤芯直径为3.1微米。光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为2.8μm2，其γ值是810W-1km-1。
图56表示本实施例23的光纤的光电场分布。该光电场分布是使用了作为数值计算法之一的差分法求出的光电场分布。电场每变化10％，引一条等高线来表示。实施例23的光纤从计算结果可以看出，将光封入到中央的纤芯区域2502，光沿着纤芯传送。若在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图57表示本实施例23的光纤的波长分散。实施例23的光纤的零分散波长λ0波长为1.41微米。
实施例24
图58表示本发明的实施例24的光纤.在插入到套管2604中的前述的表1的No.14的组成的碲化物玻璃2601中形成3个气孔2603a～2603c(统一标记为2603)，在这些气孔2603中充满空气，其折射率大致等于1.由3个气孔2603所包围的部分是传送光的为纤芯的区域2602.本实施例24中，通过挤出法来制作光纤.碲化物玻璃2601的外径是110微米、气孔2603的内径是40微米，纤芯直径为5.5微米.光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为4.5μm2，其γ值是520W-1km-1。
在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图59表示本实施例24的光纤的波长分散。实施例24的光纤的零分散波长λ0波长为1.65微米。
实施例25
图60表示本发明的实施例25的光纤。在插入到套管2704中的前述的表1的No.16的组成的碲化物玻璃2701中形成4个气孔2703a～2703d(统一标记为2703)，在这些气孔2703中充满空气，其折射率大致等于1。由4个气孔2703所包围的部分是传送光的为纤芯的区域2702。本实施例25中，通过挤出法来制作光纤。碲化物玻璃2701的外径是110微米、气孔2703的内径是40微米，纤芯直径为2.2微米。光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为2.0μm2，其γ值是1200W-1km-1。
在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图61表示本实施例25的光纤的波长分散。实施例25的光纤的零分散波长λ0波长为1.22微米。
实施例26
图62表示本发明的实施例26的光纤。在插入到套管2804中的前述的表1的No.18的组成的碲化物玻璃2801中形成5个气孔2803a～2803e(统一标记为2803)，在这些气孔2803中充满空气，其折射率大致等于1。由5个气孔2803所包围的部分是传送光的为纤芯的区域2802。在区域2802的内部嵌入使碲化物玻璃的组成变化、零材料分散波长在2.1微米相对碲化物玻璃2801相对折射率差高1.1％的折射率的碲化物玻璃2805。本实施例26中，通过挤出法来制作光纤。碲化物玻璃2801的外径是110微米、气孔2803的内径是40微米，纤芯直径为4.1微米。碲化物玻璃2805的直径是1.0微米。光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为3.5μm2，其γ值是680W-1km-1。
在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图63表示本实施例26的光纤的波长分散。实施例26的光纤的零分散波长λ0波长为1.61微米。
实施例27
图64表示本发明的实施例27的光纤.在插入到套管2904中的前述的表1的No.12的组成的碲化物玻璃2901中形成6个气孔2903a～2903f(统一标记为2903)，在这些气孔2903中充满空气，其折射率大致等于1.由6个气孔2903所包围的部分是传送光的为纤芯的区域2902.在区域2902的内部嵌入使碲化物玻璃的组成变化、零材料分散波长在2.15微米相对碲化物玻璃2901相对折射率差低1.5％的折射率的碲化物玻璃2905.本实施例27中，通过挤出法来制作光纤.碲化物玻璃2901的外径是110微米、气孔2903的内径是40微米，纤芯直径为3.5微米.碲化物玻璃2905的直径是1.5微米.光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为3.4μm2，其γ值是670W-1km-1。
在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图65表示本实施例27的光纤的波长分散。实施例27的光纤的零分散波长λ0波长为1.70微米。
实施例28
图66表示本发明的实施例28的光纤。在插入到套管3004中的前述的表1的No.10的组成的碲化物玻璃3001中形成3个气孔3003a～3003c(统一标记为3003)，在这些气孔3003中充满空气，其折射率大致等于1。由3个气孔3003所包围的部分是传送光的为纤芯的区域3002。
图67表示为图66的光纤的纤芯区域的放大图。本实施例28中，通过超声波钻孔法(ultrasonic drilling)来制作光纤。碲化物玻璃3001的外径是100微米、气孔3003的内径是35微米，纤芯直径为5.5微米。光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为3.0μm2，其γ值是780W-1km-1。
在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图68表示由本实施例28得到的光纤的零分散波长和纤芯大小的关系。可以看出为了使零分散波长收敛于1.2微米～1.7微米频带内，也可以将由气孔包围、封入光的纤芯区域的大小、即，纤芯直径a控制为0.6微米～6.5微米的范围。
实施例29
图69表示本发明的实施例29的光纤。在插入到套管3104中的前述的表1的No.11的组成的碲化物玻璃3101中形成4个气孔3103a～3103d，在这些气孔3103中充满空气，其折射率大致等于1。由4个气孔3103所包围的部分是传送光的为纤芯的区域3102。
图70表示为图69的光纤的纤芯区域的放大图。本实施例29中，通过超声波钻孔法来制作光纤。碲化物玻璃3101的外径是125微米、气孔3103的内径是50微米，纤芯直径为3.5微米。光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为3.2μm2，其γ值是770W-1km-1。
在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图71表示由本实施例29得到的光纤的零分散波长和纤芯大小的关系。可以看出为了使零分散波长收敛于1.2微米～1.7微米频带内，也可以将由气孔包围、封入光的纤芯区域的大小、即，纤芯直径a控制为0.6微米～5.0微米的范围。
实施例30
图72表示本发明的实施例30的光纤。在插入到套管3204中的前述的表1的No.17的组成的碲化物玻璃3201中形成5个气孔3203a～3203e(统一标记为3203)，在这些气孔3203中充满空气，其折射率大致等于1。由5个气孔3203所包围的部分是传送光的为纤芯的区域3202。
图73表示为图72的光纤的纤芯区域的放大图.在区域3202的内部嵌入使碲化物玻璃的组成变化、零材料分散波长在2.2微米下相对碲化物玻璃3201相对折射率差高1.1％的折射率的碲化物玻璃3205.本实施例30中，通过挤出法来制作光纤.碲化物玻璃3201的外径是80微米、气孔3203的内径是35微米，纤芯直径为3.9微米.碲化物玻璃3205的直径是1.0微米.光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为3.4μm2，其γ值是690W-1km-1
在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图74表示由本实施例30得到的光纤的零分散波长和纤芯大小的关系。可以看出为了使零分散波长收敛于1.2微米～1.7微米频带内，也可以将由气孔包围、封入光的纤芯区域的大小、即，纤芯直径a控制为0.4微米～5.0微米的范围。
实施例31
图75表示本发明的实施例31的光纤。在插入到套管3304中的前述的表1的No.17的组成的碲化物玻璃3301中形成6个气孔3303a～3303f(统一标记为3303)，在这些气孔3303中充满空气，其折射率大致等于1。由这6个气孔3303所包围的部分是传送光的为纤芯的区域3302。
图76表示为图75的光纤的纤芯区域的放大图。在区域3302的内部嵌入使碲化物玻璃的组成变化、零材料分散波长在2.3微米下相对碲化物玻璃3301相对折射率差低1.5％的折射率的碲化物玻璃3305。本实施例31中，通过挤出法来制作光纤。碲化物玻璃3301的外径是95微米、气孔3303的内径是50微米，纤芯直径为3.0微米。碲化物玻璃3305的直径是1.5微米。光输出为峰值的1/e2的截面积Aeff为3.5μm2，其γ值是680W-1km-1。
在截断·研磨光纤后，观察近视野像(NFP)和远视野像(FFP)，则可以确认光封入光纤中心部，为单模化。
图77表示由本实施例31得到的光纤的零分散波长和纤芯大小的关系。可以看出为了使零分散波长收敛于1.2微米～1.7微米频带内，也可以将由气孔包围、封入光的纤芯区域的大小、即，纤芯直径a控制为0.3微米～4.0微米的范围。
产业上的可用性
本发明的光纤和根据其制造方法所制作的非线性光纤在光通信系统中对高性能化、大容量化、低价格化的发展很有效，结果，可以大大有助于使用了这些系统的服务的高度化、经济化，可以极其有益地用于光通信产业中。