固态光子带隙光纤、使用了固态光子带隙光纤的光纤模块、光纤放大器以及光纤激光器

技术领域

本发明涉及为了传输高功率光等目的而实现了将有效纤芯截面积 扩大的光纤，尤其涉及在包围纤芯区域的包层区域中分散地配置了微细 的高折射率散射体的具有全固体构造的微细构造光纤（固态光子带隙光 纤）、以及具有该光纤的光纤模块。并且，本发明涉及实现使前述光纤 的光的传输维持单模传输、且将光纤的有效纤芯截面积扩大的技术。另 外，本发明涉及在光放大、光振荡技术的领域中，向光纤中导入激励光， 利用该激励光所引起的受激辐射来放大信号光，或者对信号光进行激光 振荡而输出的光纤放大器或光纤激光器、以及适用于该光纤放大器或光 纤激光器的光纤以及光纤模块。

本申请基于2010年9月28日向日本国提出的特愿2010－217798 号主张优先权，并在此援引其内容。

背景技术

当根据传输模式对光纤进行分类时，其被分类为多模光纤和单模光 纤（单一模式光纤）。在传输特性方面，具有传输损耗小等特征的单模 光纤具备压倒式优势，尤其作为在光纤放大器或光纤激光器中使用的光 纤，通过使用基于阻止高次模传输来实际上实现单模传输的单模光纤， 能够得到使输出光束的光束品质提高的效果。

另一方面，近些年使光纤放大器或者光纤激光器高输出化的技术取 得了显著的进展。伴随这些高输出化技术的发展，产生了以光纤放大器 以及光纤激光器中使用的稀土类添加光纤为代表的光纤型部件要具有 对高功率光的耐性的需要。作为应该留意的与光功率相关的光纤的特 性，通常公知有光损耗和非线性光学效应。光损耗和非线性光学效应都 是在光的功率密度（单位导光截面积的光功率）高的情况下产生的现象。 因此，为了避免这些不希望的现象的显现、且得到高输出光，只要降低 光的功率密度即可。另外，为了不降低输出功率地降低功率密度，只要 增大光通过的截面积即可。这里，通常作为光的导光截面积的指标而使 用了有效纤芯截面积这一定义。该有效纤芯截面积A_eff由下面的（1） 式来定义。

[数1]

$A_{\mathrm{eff}}=\frac{2\pi {\left[f_0^{\infty }{\left|E\left(r\right)\right|}^2\mathrm{rdr}\right]}^2}{f_0^{\infty }{\left|E\left(r\right)\right|}^4\mathrm{rdr}}···\left(1\right)$

其中，在（1）式中，E（r）表示光纤的内部的光的电场分布，r表 示光纤的半径方向的距离。

鉴于此，例如下述的非专利文献1～11所示那样，用于使有效纤芯 截面积扩大的各种尝试近些年相当盛行。

非专利文献1中公开了一种通过改变光纤的纤芯的折射率分布的形 状来扩大有效纤芯截面积的方法。但是，在本方法中，由于随着有效纤 芯截面积扩大，截止波长变长，所以存在需要在为了维持光束品质所需 的单模传输、与有效纤芯截面积的扩大之间进行权衡这一问题。另外， 对于非专利文献1所公开的折射率分布而言，存在下述问题：在将光纤 弯曲来使用的情况下，有效纤芯截面积会大幅变小（关于弯曲了光纤时 的有效纤芯截面积的举动，非专利文献2中表示了详细的研究结果）。

另外，非专利文献3中公开了一种下述方法：在存在高次模的光纤 中，通过使光纤弯曲来使用，能够使高次模发生弯曲损耗，在具有大的 有效纤芯截面积的多个模式光纤中能够实际上实现单模传输的方法。虽 然本方法被广泛使用，但该方法也如非专利文献4所述那样，受到弯曲 时的有效纤芯截面积缩小的影响，有效纤芯截面积的扩大存在一定的限 制。因此，存在无法充分地扩大有效纤芯截面积这一问题。

非专利文献5、非专利文献6中分别公开了使用光子晶体光纤来扩 大有效纤芯截面积的方法、以及通过减小相对折射率差来扩大有效纤芯 截面积的方法。虽然这些方法能够实现以往没有的大的有效纤芯截面 积，但每种方法都在弯曲方面较弱，因此，无法弯曲使用。

因此，无法实现小型的光纤放大器或光纤激光器。

此外，非专利文献7中公开了一种使用耗散光纤（leakage fiber） 来扩大有效纤芯截面积的方法，但与非专利文献5、非专利文献6的方 法同样，耗散光纤在弯曲方面较弱，而且，在原理上传输损耗大，因此 也存在难以提高激光器的振荡效率或放大器的放大效率这一问题点。

非专利文献8、非专利文献9中公开了通过在光纤的纤芯的周围仅 使高次模耦合来除去高次模，实际上实现单模传输的方法。这些方法能 够有效地除去高次模，另一方面，其折射率分布以及构造非常复杂，并 且被要求非常高的控制。因此，存在难以制造、成本高或成品率低等问 题点。

最近，作为适于高输出的光纤激光器或光纤放大器的光纤，将与以 往的光纤不同的以光传输机制作为基础的光子带隙光纤受到注目。该光 子带隙光纤基本上利用了光的布拉格反射，具有微细的多个高折射率散 射体在由低折射率的材料形成的纤芯区域的周围的包层区域被配置成 具有周期构造的结构。而且，通过具有该结构，能够利用由包层区域内 的高折射率部的周期构造形成的相对面外传输光的光子带隙（PBG）， 可将光波封闭于作为相对于周期构造的缺陷部的纤芯区域（低折射率 部），向光纤的长度方向传输光。

并且，开发出实现了以固体（固态）构造制作该光子带隙光纤的固 态光子带隙光纤（例如参照专利文献1）。该固态光子带隙光纤具有下述 构造：在与其长度方向正交的截面，基本上纤芯区域被配置于中心部分， 包层区域被配置成包围前述纤芯区域，高折射部被配置成在包层区域中 包围纤芯区域，并且以层状具有周期构造。另外，在前述固态光子带隙 光纤中，前述纤芯区域由折射率相对低的固体物质（通常使用石英玻璃） 形成，前述包层区域的基体部由与纤芯区域同样的折射率相对低的固体 物质（通常使用石英玻璃）形成，前述高折射部由多个微细的高折射率 散射体（通常使用对石英玻璃掺杂了折射率提高物质的材料）形成。

在这样的固态光子带隙光纤中，例如非专利文献10等也对有效纤 芯截面积进行了研究。非专利文献10中报告了下述结果：在固态光子 带隙光纤中，当与有效纤芯截面积同样的作为指标的MFD（模场直径） 为19～20μm时，能够实现单模传输。但是，还报告了在想要制作MFD 为19～20μm以上的有效纤芯截面积时，由于高次模的传输，难以实现 单模传输（参照非专利文献11）。并且报告了在非专利文献11所公开的 光子带隙光纤的构造中，基模的弯曲损耗大，难以弯曲成小型的尺寸来 使用。

其中，前述的非专利文献1～9都未公开光子带隙光纤，尤其对本 发明中作为对象的固态光子带隙光纤没有公开，而公开了传输方式不同 的光纤。如上述那样，基本上若光的传输方式不同，则即使在非专利文 献1～9所公开的方法对某个光纤有效时，也不一定能说在将其用于光 子带隙光纤、尤其用于本发明中作为对象的固态光子带隙光纤时也是有 效的。

如以上那样，在现有技术中，扩大有效纤芯截面积、与除去高次模 来实现单模传输是相反的课题，即是具有权衡关系的课题，特别在固态 光子带隙光纤中，该课题也未被解决。

专利文献1：日本特开2009－211066号公报

非专利文献1：Proc.of SPIE vol.5335,p.132-139(2004)

非专利文献2：Opt.Express,14,p.69-81(2006)

非专利文献3：Opt.Lett.,vol.25,p.442-444(2000)

非专利文献4：Proc.of OFC/NFOEC2008,OTuJ2(2008)

非专利文献5：Opt.Express,14,p.2715-2720(2006)

非专利文献6：Proc.of ECOC2008,Th.3.C.1(2008)

非专利文献7：Proc.of CLEO/QELS2008,CPDB6(2008)

非专利文献8：Proc.of OFC/NFOEC2008,OWU2(2008)

非专利文献9：Opt.Express,13,p.3477-3490(2005)

非专利文献10：Opt.Express,16,p.11735-11740(2008)

非专利文献11：電気情報通信学会通信ソサイエテイ大会通信講 演論文集，BS-7-8(2009)

发明内容

本发明鉴于以上那样的情况而提出，其目的在于，提供一种固态光 子带隙光纤，即在微细的高折射率散射体分散地配置于包层部、利用光 子带隙来进行光传输的微细构造光纤中，实现有效地阻止高次模的传 输，实际上维持单模传输、且将有效纤芯截面积扩大的光纤，以及使用 了该光纤的光纤模块、光纤放大器和光纤激光器。

本发明人等着眼于在固态光子带隙光纤中，高次模与基模的弯曲损 耗之差大。而且，本发明人等发现：当积极地利用它们的弯曲损耗之差 时，通过将前述固态光子带隙光纤保持为适当的弯曲直径，能够通过弯 曲损耗除去高次模，实际上仅基模在纤芯内传输；以及该情况下能够扩 大有效纤芯截面积，从而得到了本发明。

本发明的第1方式涉及的固态光子带隙光纤具有：纤芯区域，其位 于光纤的针对长度方向的截面的中心部分，由低折射率的固体物质形 成；包层区域，其具有由低折射率的固体物质形成的基体部，并包围所 述纤芯区域；以及多个微细的高折射率散射体，其设于所述包层区域中， 按照包围所述纤芯区域的方式分散配置，并由高折射率的固体物质形 成。并且，通过在保持为规定的弯曲半径的状态下，利用因弯曲而产生 的基模与高次模的弯曲损耗之差，来抑制高次模下的传输，实际上仅传 输基模。

本发明的第2方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第1方式的固 态光子带隙光纤的基础上提出的，所述高折射率散射体被配置成具有包 围所述纤芯区域的层状的所述周期构造。

本发明的第3方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第2方式的固 态光子带隙光纤的基础上提出的，所述高折射率散射体在包围所述纤芯 区域的所述包层区域中被周期性配置成三角栅格状，并且，所述高折射 率散射体的周期构造在光纤的半径方向至少设有4层以上。而且，在假 定为从光纤的横截面的中心位置向半径方向外侧将所述高折射率散射 体周期性配置为三角栅格状的情况下，所述纤芯区域具有与从所述光纤 的横截面的中心位置除去了2层以上所述高折射率散射体的区域相当的 区域。

本发明的第4方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第1第3方 式中任意1个方式的固态光子带隙光纤的基础上提出的，所述纤芯区域 和所述包层区域的基体部由以石英玻璃为主成分的物质构成，所述高折 射率散射体由添加了锗的石英玻璃构成。

本发明的第5方式的固态光子带隙光纤是在所述第1第4方式中 任意1个方式的固态光子带隙光纤的基础上提出的，被保持为所述规定 的弯曲半径时的基模的弯曲损耗为0.1dB/m以下，并且，高次模的弯曲 损耗为3dB/m以上。

本发明的第6方式涉及的固态光子带隙光纤时在所述第1第5方 式中任意1个方式的固态光子带隙光纤的基础上提出的，所述规定的弯 曲半径下的有效纤芯截面积为200μm²以上。

本发明的第7方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第1～第6方 式中任意1个方式的固态光子带隙光纤的基础上提出的，将使用波段设 在固态光子带隙光纤的第一透射频带内。

本发明的第8方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第3方式的固 态光子带隙光纤的基础上提出的，所述规定的弯曲半径被保持在40～ 200mm的范围内。

本发明的第9方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第3方式的固 态光子带隙光纤的基础上提出的，所述高折射率散射体的三角栅格状的 周期间隔在8～16μm的范围内，并且，高折射率散射体与包层区域的 基体部的相对折射率差在1.0～3.0％的范围内。

本发明的第10方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第9方式的 固态光子带隙光纤的基础上提出的，规定的弯曲半径下的有效纤芯截面 积为300μm²以上。

本发明的第11方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第3方式的固 态光子带隙光纤的基础上提出的，所述高折射率散射体的三角栅格状的 周期间隔在10～16μm的范围内，高折射率散射体与包层区域母材的相 对折射率差在1.3～3.0％的范围内。

本发明的第12方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第11方式的 固态光子带隙光纤的基础上提出的，所述规定的弯曲半径在90～200mm 的范围内，所述规定的弯曲半径下的有效纤芯截面积为450μm²以上。

本发明的第13方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第3方式的 固态光子带隙光纤的基础上提出的，所述高折射率散射体的三角栅格状 的周期间隔在8～11μm的范围内，高折射率散射体与包层区域的基体 部的相对折射率差在1.5～3.0％的范围内。

本发明的第14方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第13方式的 固态光子带隙光纤的基础上提出的，所述规定的弯曲半径在40～90mm 的范围内，该规定的弯曲半径下的有效纤芯截面积为350μm²以上。

本发明的第15方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第6～第14 方式中任意1个方式的固态光子带隙光纤的基础上提出的，通过保持为 40～200mm的范围内的弯曲半径，使得基模的弯曲损耗为0.1dB/m以 下，并且，高次模的弯曲损耗为10dB/m以上。

本发明的第16方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第7～第14 方式中任意1个方式的固态光子带隙光纤的基础上提出的，以标准化频 率V为1.2～2.0的范围的波长被使用。

本发明的第17方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第1～第16 方式中任意1个方式的固态光子带隙光纤的基础上提出的，具有设于所 述包层区域的外侧的低折射率的外侧包覆层。

本发明的第18方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第17方式的 固态光子带隙光纤的基础上提出的，所述外侧包覆层由聚合物包层形 成。

本发明的第19方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第17方式的 固态光子带隙光纤的基础上提出的，所述外侧包覆层由空气包层或多孔 包层形成。

本发明的第20方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第1～第19 方式中任意1个方式的固态光子带隙光纤的基础上提出的，所述纤芯区 域包含荧光元素。

本发明的第21方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第20方式的 固态光子带隙光纤的基础上提出的，所述荧光元素是稀土类元素。

本发明的第22方式涉及的固态光子带隙光纤是在所述第21方式的 固态光子带隙光纤的基础上提出的，所述稀土类荧光元素是镱。

在本发明的第23方式涉及的光纤模块中，所述第1～第22方式中 任意1个方式的固态光子带隙光纤的至少一部被保持为规定的弯曲半 径。

在本发明的第24方式涉及的光纤模块中，所述第1～第22方式中 任意1个方式的固态光子带隙光纤被以规定的直径卷绕而成为螺旋状。

本发明的第25方式涉及的光纤激光器或光纤放大器包含所述第1～ 第22方式中任意1个方式的固态光子带隙光纤或光纤模块作为构成要 素。

根据本发明，作为固态光子带隙光纤，能够实现将有效纤芯截面积 扩大，并且虽然具有那样的扩大后的有效纤芯截面积，但能够有效地阻 止高次模的传输，实际上维持单模传输。因此，实际上能够实现高光束 品质且高输出的光纤激光器、光纤放大器。进而，本发明的固态光子带 隙光纤通过在弯曲的状态下被使用，能够如前述那样以大的有效纤芯截 面积实际上维持单模传输，因此，例如能够作为弯曲成螺旋状的小型光 纤模块而使用，可实现小型且高光束品质、高输出的光纤激光器和光纤 放大器。

附图说明

图1是本发明的固态光子带隙光纤的与长度方向正交的横截面的示 意图，表示本发明的固态光子带隙光纤的基本构造。

图2表示作为本发明的固态光子带隙光纤的第1例的1个单元构造 （1层纤芯构造）的固态光子带隙光纤的示意截面图。

图3是例示图1所示的固态光子带隙光纤中的高折射率体间隔Λ为 12.0μm时通过计算求出的基模的封闭损耗与标准化频率V的关系的线 图。

图4是表示图1所示的固态光子带隙光纤的第一带隙中的、弯曲半 径为75mm时基模的弯曲损耗相对于高折射率体间隔Λ的依赖性的线 图。

图5是表示作为本发明的固态光子带隙光纤的第2例的7个单元构 造（2层纤芯构造）的固态光子带隙光纤的示意截面图。

图6是例示图5所示的固态光子带隙光纤中的、高折射率体间隔Λ 为12.0μm时通过计算求出的基模的封闭损耗与标准化频率V的关系的 线图。

图7是表示图5所示的固态光子带隙光纤的第一带隙中的、弯曲半 径为75mm时基模的弯曲损耗相对于高折射率体间隔Λ的依赖性的线 图。

图8是表示图5所示的固态光子带隙光纤的第一带隙中的、相对折 射率差Δ为2.0％时基模以及高次模的弯曲损耗相对于弯曲半径R的依 赖性的线图。

图9表示本发明的固态光子带隙光纤的第3例的示意截面图。

图10表示本发明的固态光子带隙光纤的第4例的示意截面图。

图11是在固态光子带隙光纤中将高折射率散射体周期性地配置成 三角栅格状时，使用弯曲半径R与弯曲损耗的关系来表示高折射率散射 体相对于层数的依赖性的线图。

图12是表示固态光子带隙光纤中的第三带隙下的基模以及高次模 的弯曲损耗相对于弯曲半径R的径依赖性的线图。

图13是表示在将高折射率散射体周期性地配置成三角栅格状的固 态光子带隙光纤中，当弯曲半径为150mm时，实现了任意的基模的弯 曲损耗、高次模的弯曲损耗以及有效纤芯截面积时通过计算求出的高折 射率散射体间隔Λ与相对折射率比Δ的关系的线图。

图14是表示在同样地将高折射率散射体周期性地配置成三角栅格 状的固态光子带隙光纤中，当弯曲半径为100mm时，实现了任意的基 模的弯曲损耗、高次模的弯曲损耗以及有效纤芯截面积时通过计算求出 的高折射率散射体间隔Λ与相对折射率比Δ的关系的线图。

图15是表示在同样地将高折射率散射体周期性地配置成三角栅格 状的固态光子带隙光纤中，当弯曲半径为75mm时，实现了任意的基模 的弯曲损耗、高次模的弯曲损耗以及有效纤芯截面积时通过计算求出的 高折射率散射体间隔Λ与相对折射率比Δ的关系的线图。

图16是表示在同样地将高折射率散射体周期性地配置成三角栅格 状的固态光子带隙光纤中，当弯曲半径为50mm时，实现了任意的基模 的弯曲损耗、高次模的弯曲损耗以及有效纤芯截面积时通过计算求出的 高折射率散射体间隔Λ与相对折射率比Δ的关系的线图。

图17是表示固态光子带隙光纤中的实际的高折射率散射体的相对 折射率差分布的一例的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的基本特征以及本发明的实施方式详细 地进行说明。

首先，对本发明的基本技术特征进行说明。

固态光子带隙光纤具有通过利用反共振反射，将某个波长频段内的 光向纤芯区域之外的泄漏切断，来将光封闭在纤芯区域内的导波构造 （被称为箭（ARROW）型波导）。在该箭型波导中，能够实现低折射 率的纤芯，并且能够实现一般的折射率导波型的光纤中不能实现的光学 特性。

而且，在本发明中，利用固态光子带隙光纤中的高次模与基模的弯 曲损耗之差大，通过将前述固态光子带隙光纤形成为适当的弯曲直径， 来基于弯曲损耗除去高次模，实现实际上仅基模在纤芯内传输。

这里，对有效纤芯截面积被扩大、且实际上可实现单模动作那样的 光纤被要求的特性进行论述。

在光纤中，除了有效纤芯截面积的扩大和是单模动作之外，还要求 降低传输光的损耗。这里的损耗包含材料损耗、封闭损耗、弯曲损耗。 在本发明中，被要求降低损耗的模式是想要传输的模式、即仅是基模。 另一方面，对高次模而言，相反地被要求增大损耗。另外，作为应用本 光纤的对象，有希望的是光纤激光器以及光纤放大器，在设想它们被使 用的情形的情况下，优选通过将光纤线圈化，来形成为能够紧凑收纳的 模块。对于上述的要求条件，存在各种权衡。

为了在固态光子带隙光纤中降低封闭损耗，有效的做法是增大使用 波长中的基模的有效折射率（传输常数）与前述使用波长中的面内方向 传输禁止频带（带隙频带）的有效折射率的下限（能够维持面内方向的 传输禁止的有效折射率（传输常数）的下限）之差。但是，由于通过增 大该差，使得高次模的传输被容许，所以对于在维持单模传输的同时扩 大有效纤芯截面积而言，存在设计上的限制。

鉴于此，在本发明中，提供了基模的有效折射率与面内方向的传输 禁止频带的有效折射率下限之差大，即使在存在高次模的条件下，通过 利用高次模的弯曲损耗，也能够使高次模积极地泄漏，结果能够实际上 实现单模传输的光纤。

这里，参照图1，对本发明的固态光子带隙光纤的基本构造进行说 明，并且对纤芯区域以及高折射率散射体的层数表示进行解说。

图1表示本发明的固态光子带隙光纤10的基本构造例。图1表示 光纤的与长度方向正交的截面，前述固态光子带隙光纤10具有下述构 造：纤芯区域12被配置于中心部分，包层区域14配置成包围该纤芯区 域12，多个微细的高折射率散射体18在包层区域14中按照包围纤芯区 域12的方式分散配置（在图1的例子中，高折射率散射体18被以三角 栅格状的最密状态的周期构造配置成层状）。另外，在前述固态光子带 隙光纤10中，纤芯区域12由低折射率的固体物质（以下将该折射率记 为n_low）形成，前述包层区域14的基体部16由低折射率的固体物质（该 折射率通常与纤芯区域12的折射率n_low相同）形成，多个微细的高折 射率散射体18在前述包层区域14中由高折射率的固体物质（以下将该 折射率记为n_high）形成。这里，对于纤芯区域12的大小（光纤横截面 中的面积）而言，假定为从光纤10的中心位置朝向光纤半径方向的外 方以三角栅格状的最密状态的周期构造配置了高折射率散射体18，该情 况下视为从中心去掉n层、m根（m个单元）高折射率散射体18′来形 成了纤芯区域12，使用该去掉的层数n或者单元数m，来表示纤芯区 域12的大小。因此，在图1的例子中，去掉了用虚拟线表示的中心部 的2层、7个单元的高折射率散射体18′的区域被视为纤芯区域12，纤 芯区域12的大小能够表示为相当2层的量，或者相当7个单元的量。 另一方面，对于包层区域14的高折射率散射体18的层数而言，使用前 述同样地以三角栅格状的最密状态的周期构造配置的情况下的、从光纤 横截面的中心沿半径方向RD周期性排列的高折射率散射体18的数量， 来表示层数。因此，在图1的例子中，包层区域14的高折射率散射体 18相当于5层。

此外，对于上述那样纤芯区域12的大小而言，不是绝对的尺寸， 而假定为以三角栅格状的最密状态的周期构造配置了高折射率散射体 18，用从中心位置去除的高折射率散射体的层数、或者单元数来表示。 其理由是由于在本发明中作为前提的固态光子带隙光纤中，利用了光子 带隙，所以纤芯区域相对于高折射率散射体的配置状况的相对大小会对 特性产生影响，而纤芯区域的绝对尺寸不会对特性产生影响。其中，通 常纤芯区域的大小以光纤截面中的直径计为10～50μm左右，例如由于 周期间隔为12μm，相当2层的纤芯区域相当于3个单元的直径，所以 直径为36μm左右。

另外，例如图1所示那样，针对包层区域14的高折射率散射体18 而言，将最接近地相邻的两个高折射率散射体的中心间间隔称为高折射 率散射体间隔。另外，尤其将以三角栅格状的最密状态的周期构造配置 了高折射率散射体18时的相邻的高折射率散射体的中心间间隔称为（三 角栅格的）周期间隔，并用Λ（兰姆达）表示该周期间隔。并且，用d 表示光纤横截面中的高折射率散射体18的直径。

将以上作为前提，进一步对本发明进行具体的说明。

在本发明中，导入了用标准化频率V（与折射率波导中使用的标准 化频率不同）表示的概念，对于该标准化频率V，参照图2所示的本发 明的固态光子带隙光纤的第1例来进行说明。

对图2中用横截面表示的固态光子带隙光纤10的第1例而言，纤 芯区域12为1层（1个单元），包层区域14的高折射率散射体18以6 层被周期性配置成三角栅格状。迄今为止，通常在光子带隙光纤中大多 将d/A固定，并使波长变化来对带隙构造或封闭损耗进行讨论，但这样 难以统一且公平地评价各种参数。鉴于此，本发明人们导入了用下面的 式（2）所示的标准化频率V表示的概念。

[数2]

$V=\frac{\pi }{\lambda }\sqrt[d]{{n_{\mathrm{high}}}^2-{n_{\mathrm{low}}}^2}···\left(2\right)$

使用该式，在将使用波长λ固定的基础上使d、n_high和Λ变化，在 图2所示的固态光子带隙光纤10的第1例中，研究了这些条件处于怎 样的关系时的构造是能够实现本发明的基本目的（维持低损耗且实现单 模传输与有效纤芯截面积的扩大的兼顾）的构造。接下来，参照图3、 图4来说明其结果。

图3中表示了通过计算而求取的基模的封闭损耗与标准化频率V的 关系。这里，表示了固态光子带隙光纤10具有1个单元纤芯构造，Λ 以12.0μm固定，使用了几个相对折射率差（Δ）的条件时的计算结果。 这里，相对折射率差用下面的式（3）来规定。其中，在式（3）中，n_high如前述那样表示高折射率散射体的折射率，n_low表示包层部的基体部（在 本计算中，对纤芯部以及包层部的基体部的折射率相等的情况进行计 算）的折射率，另外，式（3）的右侧的近似式在n_high与n_low之差小时 成立。其中，计算波长λ为1064nm。

[数3]

$\Delta =\frac{{n_{\mathrm{high}}}^2-{n_{\mathrm{low}}}^2}{{{2n}_{\mathrm{high}}}^2}\cong \frac{n_{\mathrm{high}}-n_{\mathrm{low}}}{n_{\mathrm{high}}}\cong \frac{n_{\mathrm{high}}-n_{\mathrm{low}}}{n_{\mathrm{low}}}...\left(3\right)$

在图3中，显示为1st的区域表示光子带隙构造中的第一带隙（第 一透射频带），显示为2nd的区域表示光子带隙构造中的第二带隙（第 二透射频带），显示为3rd的区域表示光子带隙构造中的第三带隙（第 三透射频带）。根据图3能够理解，通过导入V值，作为各带隙中的损 耗的评价，在第一带隙（1st）中，只要利用作为带隙的中心波长的V ＝1.6评价即可，在第三带隙（3rd）中，与第一带隙的情况同样，只要 利用作为带隙的中心波长的V＝4.65评价即可。对于图3的例子而言， 可知在第一带隙（V＝1.6）中Δ越低，在第三带隙（V＝4.65）中Δ越 高，则封闭损耗越小。另外，还可知在第二带隙中无论哪个构造的封闭 损耗都大，不适于实用。

接着，考虑弯曲损耗。图4表示了具有图2所示的1个单元纤芯构 造的光子带隙光纤的第一带隙中的、弯曲半径R为75mm时的基模的 弯曲损耗相对于Λ的依赖性。其中，计算波长λ为1064nm，表示了使 用几个相对折射率差（Δ）的条件时的计算结果。根据图4可知，在想 要将基模的弯曲损耗抑制在0.1dB/m以下时，无论使用怎样的Δ，Λ的 上限都被限定为9～9.5μm左右。此时的有效纤芯截面积为200μm²以 下，启示了在1个单元纤芯构造的光子带隙光纤中，在扩大有效纤芯截 面积的点上，难以得到超过其他方法（例如折射率导波型的光纤：参照 非专利文献4等）的特性。

图5以横截面表示了固态光子带隙光纤10的第2例。该第2例的 固态光子带隙光纤10具有纤芯区域12为2层（7个单元）的构造，即 具有中心的2层高折射率散射体被去除了的纤芯构造、以及包层区域14 的高折射率散射体18以三角栅格状被周期性配置了5层的构造。

对于该图5所示那样的7个单元（2层）纤芯构造的光子带隙光纤 而言，在图6、图7中表示了与前述同样地计算的结果。

图6表示通过计算求取的当Λ＝12μm时的基模的封闭损耗（泄漏 损耗）与标准化频率V的关系（计算波长λ为1064nm）。另外，图7 表示第一带隙（1st、V＝1.6）中的弯曲半径为75mm时基模的弯曲损 耗相对于Λ的依赖性（波长1064nm）。根据图7可知，在想要将基模 的弯曲损耗抑制在0.1dB/m以下时，无论使用怎样的Δ，Λ都能够确保 在9μm以上，并且当Δ低时，能够进一步增大Λ。这里，与1个单元 纤芯构造的情况（图2～图4）不同，当是7个单元纤芯构造时，由于 纤芯直径能够确保在3Λ以上，所以可知在该情况下能够确保有效纤芯 截面积为300μm²，可实现充分扩大了有效纤芯截面积的光纤。这里， 本发明中作为对象的光纤是将基模的有效折射率与面内方向的传输禁 止频带的有效折射率下限之差增大了的光纤。因此，为了实际上实现单 模传输，上述光纤构造中的高次模的弯曲损耗需要足够大。

图8表示了针对使用了几种Λ的条件的情况，计算出Δ为2.0％时 的基模以及高次模的弯曲损耗相对于弯曲半径的依赖性的结果（计算波 长λ为1064nm）。其中，在图8中，FM表示基模的弯曲损耗，HOM 表示高次模的弯曲损耗。从图8可以明确，例如当弯曲半径为100mm 时，在Λ大至11μm的情况下，也能够在基模（FM）中确保弯曲损耗 为0.1dB/m以下（10^-4dB/m程度），并且，在高次模（HOM）中确保 弯曲损耗为3dB/m以上（10dB/m左右）。在这样的条件下，实际上能 够实现单模传输。综上所述，通过适当的设计，能够实现以往的光纤构 造以及设计不能实现的将光纤紧凑地弯曲来进行收纳，并且，能够制作 具有大的有效纤芯截面积、实际上可单模传输的光纤。

接着，对本发明的光子带隙光纤所使用的材料进行论述。基本上， 作为构成低折射率部（纤芯区域以及包层区域的母材部分）的材料，只 要是能够适当地确保构成前述低折射率部的材料与构成高折射率散射 体的材料的相对折射率差，并且使用波长下的因材料引起的光的损耗小 的材料即可，没有特别限定。例如，可以使用PMMA等塑料、含氟玻 璃、硫属玻璃、多成分系玻璃或者铋玻璃等。尤其是从材料损耗、折射 率的控制性等观点来看，作为构成低折射率部的材料，石英玻璃（silica  glass）最佳。另外，以光的放大为目的，也能够形成对石英玻璃微量（通 常按氧化物换算的合计量为5摩尔％以下）添加了荧光元素（通过对石 英玻璃添加而发出荧光的元素），例如稀土类元素、铋、钴，镍或铬等 的纤芯区域，而且，该情况下，上述元素中的稀土类元素、尤其是作为 稀土类元素之一的镱最佳。

另外，包层区域的低折射率部分（基体部）以及纤芯区域不一定需 要是相同的材质以及添加物浓度。可以仅对纤芯区域掺杂荧光元素，纤 芯区域与包层区域的基体部的折射率可以多少有些不同。另外，也可以 使纤芯区域具有折射率分布，但高折射率散射体的折射率与这些包层区 域的低折射率部分（基体部）以及纤芯区域的折射率之差被要求充分大 于纤芯区域与包层区域的基体部的折射率之差。通常，当纤芯区域的折 射率与包层区域的基体部的折射率之差为高折射率散射体的折射率与 前述纤芯区域的折射率以及前述包层区域的低折射率部分（基体部）的 折射率之差的20％以下时，视为满足该条件。

另一方面，对于高折射率散射体而言，基本上只要是折射率高于包 层区域的低折射率部分（基体部）以及纤芯区域、能够实现所希望的相 对折射率差的材料即可，能够使用添加了磷、钛或铝等的石英玻璃等任 意的材料。尤其从损耗、折射率的控制性的观点来看，作为构成高折射 率散射体的材料，添加了锗的石英玻璃最佳。另外，前述固态光子带隙 光纤可以根据需要在外侧（包层区域的外侧）涂覆例如由聚氨酯丙烯酸 酯系的UV树脂等形成的保护被覆，也可以在包层区域中的配置了高折 射率散射体的部分的外侧，配置比包层区域的低折射率部分（基体部） 折射率更低的外侧包层。前述外侧包层在包层泵浦等的方案（scheme） 中使用，作为前述外侧包层的材料，能够使用聚合物包层、空气包层或 多孔包层等。上述3种外侧包层从制造性等观点来看较适合，尤其聚合 物包层最合适。

然后，对高折射率散射体的配置进行论述。固态光子带隙光纤与中 空纤芯的光子带隙光纤不同，高折射率散射体不需要一定是周期性的。 例如，即便使用图9以及图10所示那样的构造，若恰当设计，则也能 够起到本发明的效果。但是，从制造的容易性的观点来看，优选周期性 配置。通常，固态光子带隙光纤大多使用堆积拉制法来制作，当考虑堆 积拉制法时，尤其将高折射率散射体周期性配置成三角栅格状是最佳 的。图11表示同样地将高折射率散射体以三角栅格状周期性配置为多 层的状态下的弯曲损耗相对于高折射率散射体的层数的依赖性。基模 （FM）的弯曲损耗几乎不依赖于层数。另一方面，当高折射率散射体 的层数为3层时，高次模（HOM）的弯曲损耗与基模（FM）的弯曲损 耗之差会变小。因此，当将高折射率散射体周期性配置成三角栅格状时， 优选高折射率散射体的层数为4层以上。其中，如上述的式（2）所示 那样，高折射率散射体的直径d与n_high、n_low以及使用波长λ同样，是 对标准化频率V造成影响的因素。因此，只要根据它们的值，决定成得 到所希望的标准化频率V即可，其直径d的具体尺寸未特别限定，通常 为0.3～7μm左右。

关于纤芯区域的构造，如前述那样，当是1个单元纤芯构造时，难 以扩大有效纤芯截面积，使用本发明的构造的优点少。另一方面，具有 中心的2层高折射率散射体被除去了的7个单元（2层）纤芯构造的光 子带隙光纤能够将光纤弯曲来进行收纳，并且具有大的有效纤芯截面 积，是实现实际上能够进行单模传输的光纤的优选构成。当然，在中心 的3层以上高折射率散射体被除去了的3层以上纤芯构造的情况下，若 适当地设计，则也可以用于实用。

通常，固态光子带隙光纤具有多个带隙（透射频带），使用这些带 隙中的哪个带隙来实现本发明中作为目的的功能需要掌握各个带隙的 特性而慎重地选择。如上述那样，由于第二带隙的封闭损耗大，所以不 实用。另一方面，在第四带隙以上，需要使Λ非常小，除了难以制造之 外，还具有能够使用的波段窄的缺点。考虑以上的情况，能够实用的带 隙是第一带隙或第三带隙。

如图6～图8、图11所示，由于第一带隙（1st）具有封闭损耗低的 特性、以及基模的弯曲损耗低且高次模的弯曲损耗高的特性，所以是最 佳的带隙。因此，最优选使用该第一带隙。另一方面，图12表示第三 带隙（3rd）中的基模（FM）的弯曲损耗与高次模（HOM）的弯曲损 耗相对于弯曲直径的依赖性。若将该图12与使用了第一带隙（1st）时 的计算结果（图8）比较，则在任意的弯曲半径R下，基模（FM）的 弯曲损耗与高次模（HOM）的弯曲损耗之差都小。因此可知，不是不 能用于实用的程度，但与该第三带隙（3rd）相比，上述的第一带隙（1st） 更合适。

用于实现单模传输的光纤的弯曲半径的设定，换言之，用于增大高 次模的弯曲损耗与基模的弯曲损耗之差的光纤的弯曲半径的设定在考 虑光纤模块等的实用上的装置方面也很重要。作为将本发明的光纤卷绕 成螺旋状而构成的光纤模块、或者以卷绕了本发明的光纤的状态使用的 装置，若考虑设置面积等，则优选尽量小型化。因此，希望光纤的弯曲 半径也尽量小。而且，若考虑在机壳尺寸（rack size）中收纳，则优选 弯曲半径为200mm以下。

另一方面，若卷绕得过小，则有可能产生因机械性破裂而引起的断 线。因此，从长期的可靠性观点来看，优选弯曲半径为40mm以上。

进而，参照图13至图16，对将高折射率散射体周期性配置成三角 栅格状时的、对基模保持低损耗且实际上能够实现单模传输的构造条件 进行论述。

图13至图16是分别表示弯曲半径为150mm、100mm、75mm、50mm 时的实现了任意的基模的弯曲损耗、高次模的弯曲损耗以及有效纤芯截 面积的情况下的Λ与Δ的关系的图表（计算波长λ为1064nm）。图中 粗实线表示高次模的弯曲损耗为3dB/m的设计参数（BL_HOM），在各个 图中，越朝向右上，高次模的弯曲损耗越大。另外，图中粗点划线表示 基模的弯曲损耗为0.1dB/m的设计参数（BL_FM），在各个图中，越朝向 左下，基模的弯曲损耗越小。

这里，基模的弯曲损耗为0.1dB/m以下、且高次模的弯曲损耗为 3dB/m以上是用于实际上确保单模传输的关于弯曲损耗的优选条件。因 此，在图13～图16的各图中，被粗实线（BL_HOM）和粗点划线（BL_FM） 包围的区域是可得到所希望的弯曲损耗的区域（基模的弯曲损耗为 0.1dB/m以下、且高次模的弯曲损耗为3dB/m以上的区域）。其中，在 图13～图16中，还用细虚线表示了有效纤芯截面积A_eff的等值线。

根据这些图13～16能够理解，若光纤被以同一弯曲半径保持，则 当Δ高时，能够在Λ小的区域中得到所希望的弯曲损耗，有效纤芯截 面积A_eff也能够确保300μm²以上。另一方面，当Δ低时，能够在Λ大 的区域得到所希望的弯曲损耗，有效纤芯截面积A_eff能够更大。另外， 若比较图13至图16，则可知随着弯曲半径变小，被粗实线（BL_HOM） 与粗虚线（BL_FM）包围的区域、即可得到所希望的弯曲损耗的区域向Λ 小的区域移动，与此相伴，能够实现的有效纤芯截面积A_eff变小。

根据上述的结果，用于得到所希望的特性的条件如下所述。

即，首先基本上如第10方式（对应于权利要求10）所记载那样， 为了将有效纤芯截面积确保为300μm²以上、且能够利用基模与高次模 的弯曲损耗之差实际上实现单模传输，只要如第9方式（对应于权利要 求9）所记载那样，使Λ在8～16μm的范围内、且Δ在1.0～3.0％的范 围内即可。

并且，特别重视有效纤芯截面积的扩大，为了如第12方式（对应 于权利要求12）所记载那样，将有效纤芯截面积确保为450μm²以上、 且能够利用基模与高次模的弯曲损耗之差来实际上实现单模传输，只要 如第11方式（对应权利要求11）所记载那样，使Λ在10～16μm的范 围内、且Δ在1.3～3.0％的范围内即可。该情况下，弯曲半径R为90～ 200mm的范围，实际上可实现单模传输。

相反，为了适于省空间的收纳而重视弯曲半径，如第14方式（对 应于权利要求14）所记载那样，为了在小的弯曲半径、例如40～90mm 的范围内实际上实现单模传输，只要如第13方式（对应于权利要求13） 所记载那样，使Λ在8～11μm的范围内、且Δ在1.5～3.0％的范围内 即可。该情况下，能够实现有效纤芯截面积为350μm²以上。

另外，对于基模以及高次模的弯曲损耗，叙述了优选基模的弯曲损 耗为0.1dB/m以下，并且，高次模的弯曲损耗为3dB/m以上，但更优 选基模与高次模的弯曲损耗之差尽量大。为此，例如更优选将高次模的 弯曲损耗设定为10dB/m以上。此时的Λ与Δ的设计范围需要进行适当 调整，但大概成为与高次模的弯曲损耗为3dB/m以上的情况相同的设 计范围。

此外，以上的各计算是假设为Δ具有阶梯形的折射率分布而进行的。 但是，在实际制作高折射率部时，例如图17那样，有时折射率分布产 生松垂，或者产生被称为角形或倾斜的非矩形形状的折射率分布。另外， 还存在因制造上的事情而有意地设置非阶梯形状的折射率分布的情况。 在这样的情况下，只要通过阶梯形状换算有效地使纤芯区域的折射率进 入到上述Δ的范围即可，不论高折射率部的折射率分布的形状如何。其 中，例如在图17的情况下，峰值折射率约为2.7％，但若进行阶梯形状 换算，则Δ约为2.0％。

最后，对实际上是单模传输的意思进行说明。以上，作为实际上是 单模传输的指标，使用基模的损耗以及高次模的损耗进行了讨论。但是， 在实际制造出的光纤中，难以进行它们的测量。在实用上，实质的单模 传输是指当向前述光纤入射了某些信号光（当是放大光纤时，也可以是 在孔穴中产生的振荡光）时，前述光纤输出中的光束品质（M²：M平 方值）为1.2以下。其中，该M²值在理想的单模传输中为1。而且，通 过使用本发明的固态光子带隙光纤，可容易地实现使M²值为1.2以下。

此外，以上作为例示，对使标准化频率V为1.6的情况进行了说明， 但在实用中，当V为若干不同的波长使用时，上述效果也几乎不变。例 如，当使用波段在固态光子带隙光纤的第一透射频带内时，若以标准化 频率V为1.2～2.0的范围的波长使用，则实际上能够与V为1.6同样。

此外，本发明的固态光子带隙光纤通过作为以上述优选的弯曲半径 弯曲了至少其长度方向的一部分而成的光纤模块，或者以上述优选的弯 曲半径将其卷绕成1圈或2圈以上的螺旋状的光纤模块来使用，能够发 挥其效果。另外，本发明的固态光子带隙光纤在作为光纤放大器、或者 光纤激光器使用的情况下，当作为以上述优选的弯曲半径使该光纤的至 少一部分弯曲，或者将其卷绕成螺旋状的光纤而使用时，是有效的。另 外，本发明的固态光子带隙光纤也可以具有能够将其一部分始终保持为 规定的弯曲半径的弯曲半径保持部。该情况下，在将固态光子带隙光纤 作为光纤模块、光纤放大器或者光纤激光器使用时，本发明的光纤由于 具有弯曲半径保持部，所以能够更可靠地仅实现单模的传输。其中，在 用于光纤放大器或者光纤激光器的情况下，对于光纤以外的部分的构 成，基本上只要与公知的光纤放大器或光纤激光器同样即可。

以下，展示利用上述的方法来实际制作固态光子带隙光纤的实施 例。其中，以下所示的实施例只是说明实际应用了本发明的例子中的具 体效果，并不通过这些实施例的记载来限定本发明的技术范围。

［实施例1］

在实施例1中，基本上纤芯区域的大小相当2层（7个单元纤芯构 造），使用了第一带隙作为透射频带。具体而言，如图5所示，是相当2 层的纤芯型，并具有周期性排列成三角栅格状的高折射率散射体的构 造。

在光纤的制作中，目标是Λ为11μm，Δ为2.0％。另外，按照V 大概为1.6的方式，调整了d（约1.8μm）。因此，在以波长1064nm使 用的情况下，透射频带使用第一带隙。光纤的预制棒的材料以石英玻璃 为主成分，高折射率散射体的材料使用添加了锗的石英玻璃，利用堆积 拉制法制作了层叠构造体的预制棒。而且，按照Λ为11μm的方式控制 光纤外径，并且将前述层叠构造体的预制棒拉丝，利用由聚氨酯丙烯酸 酯系的UV树脂构成的材料进行保护被覆，从而得到了光纤。所得到的 光纤的外径约为210μm。

在测量了前述光纤的特性时，传输损耗在波长1064nm处为 0.03dB/m。另外，利用M²测量器，一边改变弯曲半径一边测量试制光 纤的输出光束品质，当弯曲半径在约120mm以下时，M²为1.2以下。 并且，在弯曲半径变小的条件下使弯曲条件变化，测量了输出光功率， 结果，到弯曲半径为70mm左右为止，未发现输出光功率相对于弯曲半 径的依赖性，从70mm开始输出光功率逐渐减小。这意味着在弯曲半径 为70mm左右以上的情况下，基模的弯曲损耗未被观测到。即，是低损 耗的光纤。进而，以各弯曲半径测量了有效纤芯截面积，结果，测量出 的有效纤芯截面积在弯曲半径为120mm时约为520μm²，在弯曲半径为 100mm时约为470μm²，在弯曲半径为70mm时约为440μm²。

［实施例2］

实施例2基本上与实施例1同样，纤芯区域的大小相当2层（7个 单元纤芯构造）。使用了第三带隙作为透射频带。具体而言，如图5所 示，是相当2层的纤芯，并具有周期性排列成三角栅格状的高折射率散 射体的构造。

在光纤的制作中，目标是Λ为13μm，Δ为2.5％。另外，按照V 大概为4.65的方式，调整了d（约4.8μm）。因此，在以波长1064nm使 用的情况下，透射频带使用第三带隙。光纤的预制棒的材料以石英玻璃 为主成分，高折射率散射体的材料使用添加了锗的石英玻璃，利用堆积 拉制法制作了层叠构造体的预制棒。按照Λ为13μm的方式控制光纤外 径，并且将前述层叠构造体的预制棒拉丝，利用由聚氨酯丙烯酸酯系的 UV树脂构成的材料进行保护被覆，从而得到了光纤。所得到的光纤外 径约为250μm。

在测量了前述光纤的特性时，传输损耗在波长1064nm处为 0.07dB/m。另外，当利用M²测量器，一边改变弯曲半径，一边测量试 制光纤的输出光束品质时，弯曲半径约为100mm以下，M²为1.2以下。 进而，在弯曲半径变小的条件下使弯曲条件变化，测量了输出光功率， 结果，到弯曲半径为60mm左右为止，未发现输出光功率相对于弯曲半 径的依赖性，从60mm开始功率逐渐减小。这意味着在弯曲半径为60mm 左右以上的情况下，基模的弯曲损耗未被观测到。即，是低损耗的光纤。 进而，以各弯曲半径测量了有效纤芯截面积，结果，当弯曲半径为100mm 时有效纤芯截面积约为430μm²，当弯曲半径为60mm时有效纤芯截面 积约为380μm²。

［实施例3］

实施例3基本上与实施例1同样，是纤芯区域的大小相当2层（7 个单元纤芯构造），使用第一带隙作为透射频带，高折射率散射体的折 射率分布不是矩形的例子。具体而言，如图5所示，是相当2层的纤芯， 并具有周期性排列成三角栅格状的高折射率散射体的构造。

制作了Λ为11μm、且通过阶梯形换算Δ为2.0％那样的具有保持非 阶梯形的折射率分布（参照图17）的高折射率散射体的光纤。另外，按 照V大概为1.6的方式调整了d（约1.8μm）。因此，当以波长1064nm 使用时，透射频带使用第一带隙。光纤的预制棒的材料以石英玻璃为主 成分，高折射率散射体的材料使用添加了锗的石英玻璃，利用堆积拉制 法制作了层叠构造体的预制棒。按照Λ为11μm的方式控制光纤外径， 并且将前述层叠构造体的预制棒拉丝，利用由聚氨酯丙烯酸酯系的UV 树脂构成的材料进行保护被覆，从而得到了光纤。所得到的光纤的外径 约为240μm。

在测量了前述光纤的特性时，传输损耗在波长1064nm处为 0.01dB/m。另外，当利用M²测量器，一边改变弯曲半径，一边测量试 制光纤的输出光束品质时，弯曲半径约在130mm以下，M²为1.2以下。 进而，在弯曲半径变小的方向条件下使弯曲条件变化，测量了输出光功 率，结果，到弯曲半径为60mm左右为止，未发现输出光功率相对于弯 曲半径的依赖性，从60mm开始输出光功率逐渐减小。这意味着在弯曲 半径为60mm左右以上的情况下，基模的弯曲损耗未被观测到。即，是 低损耗的光纤。进而，以各弯曲半径测量了有效纤芯截面积，结果，当 弯曲半径为130mm时，测量出的有效纤芯截面积约为530μm²，当弯曲 半径为100mm时，约为510μm²，当弯曲半径为60mm时约为420μm²。

［实施例4］

实施例4基本上与实施例1同样，是纤芯区域的大小相当2层（7 个单元纤芯构造），使用第一带隙作为透射频带，扩大了有效纤芯截面 积A_eff的例子。具体而言，如图5所示，是相当2层的纤芯，并具有周 期性排列成三角栅格状的高折射率散射体的构造。

制作了Λ为12.5μm、且按阶梯形换算Δ为1.5％那样的具有保持图 17所示的折射率分布的高折射率散射体的光纤。另外，按照V大概为 1.6的方式调整了d（约2.1μm）。因此，当以波长1064nm使用时，使 用的带隙是第一带隙。光纤的预制棒的材料以石英玻璃为主成分，高折 射率散射体的材料使用添加了锗的石英玻璃，利用堆积拉制法制作了层 叠构造体的预制棒。按照Λ为12.5μm的方式控制光纤外径，并且将前 述层叠构造体的预制棒拉丝，得到了利用由聚酰亚胺构成的材料进行保 护被覆的光纤。光纤的外径约为280μm。

在测量了前述光纤的特性时，传输损耗在波长1064nm处为 0.09dB/m。另外，当使用M²测量器，一边改变弯曲半径，一边测量试 制光纤的输出光束品质时，弯曲半径约在130mm以下，M²为1.2以下。 进而，在弯曲半径变小的条件下使弯曲条件变化，测量了输出光功率， 结果，到弯曲半径为80mm左右为止，未发现输出光功率相对于弯曲半 径的依赖性，从80mm开始输出光功率逐渐减小。这意味着在弯曲半径 为80mm左右以上的情况下，基模的弯曲损耗未被观测到。即，是低损 耗的光纤。进而，以各弯曲半径测量了有效纤芯截面积，结果，当弯曲 半径为100mm时，测量到的有效纤芯截面积约为590μm²，当弯曲半径 为80mm时约为480μm²。

［实施例5］

实施例5基本上与实施例1同样，是纤芯区域的大小相当2层（7 个单元纤芯构造），使用第一带隙作为透射频带，减小了弯曲半径，以 便能够减小卷绕直径来作为光纤模块等的例子。具体而言，如图5所示， 是相当2层的纤芯，并且具有周期性排列成三角栅格状的高折射率散射 体的构造。

制作了Λ为9μm、且按阶梯形换算Δ为2.5％那样的具有保持图17 所示的折射率分布的高折射率散射体的光纤。另外，按照V大概为1.6 的方式调整了d（约1.6μm）。因此，当以波长1064nm使用时，带隙使 用第一带隙。光纤的预制棒的材料以石英玻璃为主成分，高折射率散射 体的材料使用添加了锗的石英玻璃，利用堆积拉制法制作了层叠构造体 的预制棒。按照Λ为9μm的方式控制光纤外径，并且将前述层叠构造 体的预制棒拉丝，得到了利用由聚氨酯丙烯酸酯系的UV树脂构成的材 料进行了保护被覆的光纤。所得到的光纤的外径约为160μm。

在测量了前述光纤的特性时，传输损耗在波长1064nm处为 0.01dB/m。另外，在使用M²测量器，一边改变弯曲半径，一边测量试 制光纤的输出光束品质时，弯曲半径约在70mm以下，M²为1.2以下。 在弯曲半径变小的条件下使弯曲条件变化，测量了输出光功率，结果， 到弯曲半径为40mm左右为止，未发现输出光功率相对于弯曲半径的依 赖性，从40mm开始输出光功率逐渐减小。这意味着在弯曲半径为40mm 左右以上的情况下，基模的弯曲损耗未被观测到。即，是低损耗的光纤。 进而，以各弯曲半径测量了有效纤芯截面积，结果，当弯曲半径为70mm 时，测量到的有效纤芯截面积约为370μm²，当弯曲半径为40mm时， 约为330μm²。

［实施例6］

实施例6基本上与实施例1同样，使用了纤芯区域的大小相当2层 （7个单元纤芯构造），使用第一带隙作为透射频带，并且，对纤芯区域 的石英玻璃添加了镱（Yb）的光纤。另外，设置前述外侧包层，形成为 双包层构造。具体而言，双包层构造是对图5所示的相当2层纤芯，并 具有周期性排列成三角栅格状的高折射率散射体的构造的光纤进而设 置了外侧包层的构造。

制作了Λ为11μm、且按阶梯形换算Δ为2.0％那样的具有保持图 17所示的折射率分布的高折射率散射体的光纤。按照V大概为1.6的方 式调整了d（约1.8μm）。因此，当以波长1064nm使用时，所使用的带 隙是第一带隙。光纤的预制棒的材料以石英玻璃为主成分，位于纤芯区 域的相当中心2层部分的材料使用了以氧化镱（Yb₂O₃）换算添加了约 1mol％镱的石英玻璃。高折射率散射体的材料使用添加了锗的石英玻 璃，利用堆积拉制法制作了层叠构造体的预制棒。按照Λ为11μm的方 式控制光纤外径，并且将前述层叠构造体的预制棒拉丝，对拉丝形成的 光纤的外侧赋予聚合物包层，作为前述外侧包层，进而，得到了其外侧 被由聚氨酯丙烯酸酯系的UV树脂构成的材料保护被覆的光纤。所得到 的光纤的外径约为180μm，外侧包层的外径为240μm。

在测量了前述光纤的特性时，传输损耗在波长1200nm处为 0.1dB/m。需要说明的是，由于在作为使用波长的1064nm处，镱吸收 使用波长的光，所以无法进行传输损耗的测量。另一方面，波长976nm 处的纤芯的吸收量约为1100dB/m。另外，当使用M²测量器，一边改变 弯曲半径，一边测量试制光纤的输出光束品质时，弯曲半径约在180mm 以下，M²为1.2以下。进而，在弯曲半径变小的条件下使弯曲条件变化， 测量了输出光功率，结果，到弯曲半径为70mm左右为止，未发现输出 光功率相对于弯曲直径的依赖性，从70mm开始输出光功率逐渐减小。 这意味着当弯曲半径为70mm左右以上时，基模的弯曲损耗未被观测 到，可知是低损耗的光纤。以各弯曲半径测量了有效纤芯截面积，结果， 当弯曲半径为180mm时，测量出的有效纤芯截面积约为590μm²，当弯 曲半径为120mm时，约为520μm²，当弯曲半径为70mm时，约为 440μm²。另外，通过在本实施例所使用的光纤的两端连接光纤光栅，构 成共振器，从而制作了光纤激光器。当使用包层泵浦方式使前述光纤激 光器进行激光振荡时，M²为1.0。

［实施例7］

实施例7基本上与实施例1同样，是纤芯区域的大小相当2层（7 个单元纤芯构造），使用第一带隙作为透射频带，扩大了有效纤芯截面 积A_eff的例子。具体而言，如图5所示，是相当2层的纤芯，并具有周 期性排列成三角栅格状的高折射率散射体的构造。

制作了Λ为15μm、且按阶梯形状换算Δ为1.0％那样的具有保持 图17所示的折射率分布的高折射率散射体的光纤。另外，按照V大概 为1.6的方式，将d调整为约2.6μm。因此，当以波长1064nm使用时， 带隙使用第一带隙。光纤的预制棒的材料以石英玻璃为主成分，高折射 率散射体的材料使用添加了锗的石英玻璃，利用堆积拉制法制作了层叠 构造体的预制棒。按照Λ为15μm的方式控制光纤外径，并且将前述层 叠构造体的预制棒拉丝，从而得到了被由聚氨酯丙烯酸酯系的UV树脂 构成的材料保护被覆的光纤。所得到的光纤的外径约为250μm。

在测量了前述光纤的特性时，传输损耗在波长1064nm处为 0.07dB/m。另外，当使用M²测量器，一边改变弯曲半径，一边测量试 制光纤的输出光束品质时，弯曲半径约在200mm以下，M²为1.2以下。 进而，在弯曲半径变小的条件下使弯曲条件变化，测量了输出光功率， 结果，到弯曲半径为120mm左右为止，未发现输出光功率相对于弯曲 半径的依赖性，从120mm开始输出光功率逐渐减小。这意味着当弯曲 半径为120mm左右以上时，基模的弯曲损耗未被观察到。即，是低损 耗的光纤。以各弯曲半径测量了有效纤芯截面积，结果，当弯曲半径为 200mm时，测量出的有效纤芯截面积约为760μm²，当弯曲半径为 120mm时，约为670μm²。

［实施例8］

实施例8基本上与实施例1同样，是纤芯区域的大小相当2层（7 个单元纤芯构造），使用第一带隙作为透射频带，有效纤芯截面积A_eff变大的例子。具体而言，如图5所示，是相当2层的纤芯，具有周期性 排列成三角栅格状的高折射率散射体的构造。

制作了Λ为12.5μm、且按阶梯形状换算Δ为1.4％那样的具有保持 图17所示的折射率分布的高折射率散射体的光纤。另外，按照V大概 为1.6的方式将d调整为约2.2μm。因此，当以波长1064nm使用时，

带隙使用第一带隙。光纤的预制棒的材料以石英玻璃为主成分，高折射 率散射体的材料使用添加了锗的石英玻璃，利用堆积拉制法制作了层叠 构造体的预制棒。按照Λ为12.5μm的方式控制光纤外径，并且将前述 层叠构造体的预制棒拉丝，得到了被由聚氨酯丙烯酸酯系的UV树脂构 成的材料保护被覆的光纤。所得到的光纤的外径约为210μm。

在测量了前述光纤的特性时，传输损耗在波长1064nm处为 0.04dB/m。另外，当使用M²测量器，一边改变弯曲半径，一边测量试 制光纤的输出光束品质时，弯曲半径约在150mm以下，M²为1.2以下。 进而，在弯曲半径变小的条件下使弯曲条件变化，测量了输出光功率， 结果，到弯曲半径为90mm左右为止，未发现输出光功率相对于弯曲半 径的依赖性，从90mm开始输出光功率逐渐减小。这意味着当弯曲半径 为90mm左右以上时，基模的弯曲损耗未被观测到。即，是低损耗的光 纤。进而，以各弯曲半径测量了有效纤芯截面积，结果，当弯曲半径为 150mm时，测量出的有效纤芯截面积约为640μm²，当弯曲半径为90mm 时，约为580μm²。

产业上的可利用性

本发明的固态光子带隙光纤、使用了固态光子带隙光纤的光纤模 块、光纤放大器以及光纤激光器能够广泛作为高输出的光纤激光器或光 纤放大器等而被利用。

附图标记说明：10－固态光子带隙光纤；12－纤芯区域；14－包层 区域；16－包层区域的基体部；18－高折射率散射体。