特許 7133328 偏波保持ファイバ、光デバイス、偏波保持ファイバの母材、及び製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-31

(45)【発行日】2022-09-08

(54)【発明の名称】偏波保持ファイバ、光デバイス、偏波保持ファイバの母材、及び製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/024 20060101AFI20220901BHJP

   C03B 37/027 20060101ALI20220901BHJP

   G02B 6/036 20060101ALI20220901BHJP

【ＦＩ】

G02B6/024 301

C03B37/027 Z

G02B6/036

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2018055353

(22)【出願日】2018-03-22

(65)【公開番号】P2018159926

(43)【公開日】2018-10-11

【審査請求日】2020-12-16

(31)【優先権主張番号】P 2017056175

(32)【優先日】2017-03-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】110000338

【氏名又は名称】特許業務法人ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ

(72)【発明者】

【氏名】市井 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】平川 圭祐

(72)【発明者】

【氏名】林 和幸

【審査官】野口 晃一

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００４／００５９８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】実開昭６０－０２８７０３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００９－１４５４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０１７７８４６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第０５３０９５４０（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２００８－０７８６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００２－５３３７４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ ６／０２－６／１０

６／２６－６／２７

６／３０－６／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コアと、
上記コアを内包する内側クラッドと、
上記内側クラッドを両側から挟み込む２つの応力付与部と、
上記内側クラッド及び上記２つの応力付与部を内包する外側クラッドと、を備え、
上記内側クラッドは、上記２つの応力付与部の各々に陥入しており、上記コアの断面は、上記２つの応力付与部の並び方向を長手方向とするように扁平し、
上記コアは、ゲルマニウムが添加された石英ガラスにより構成されており、
上記内側クラッドは、フッ素と、フッ素の屈折率低下作用を相殺するアップドーパントとが添加された石英ガラスにより構成されている、
ことを特徴とする偏波保持ファイバ。

【請求項2】

上記コアは、ゲルマニウムが添加され、かつ、フッ素が添加されない石英ガラスにより構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の偏波保持ファイバ。

【請求項3】

上記応力付与部は、ホウ素が添加された石英ガラスにより構成されている、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の偏波保持ファイバ。

【請求項4】

各断面における上記コアの溶融時粘度η１（ｚ）、上記内側クラッドの溶融時粘度η２（ｚ）、上記応力付与部の溶融時粘度η３（ｚ）、及び外側クラッドの溶融時粘度η４（ｚ）の間に、η３（ｚ）＜η２（ｚ）＜η４（ｚ）、かつ、η３（ｚ）＜η１（ｚ）＜η４（ｚ）という大小関係が成り立つ、
ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の偏波保持ファイバ。

【請求項5】

上記アップドーパントは、リン及びゲルマニウムの一方又は両方を含んでいる、
ことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の偏波保持ファイバ。

【請求項6】

請求項１～５の何れか１項に記載の偏波保持ファイバと、
端面が上記偏波保持ファイバの端面と対向する光導波路であって、モードフィールドパターンが楕円形の光導波路と、を備えている、
ことを特徴とする光デバイス。

【請求項7】

請求項１～５の何れか１項に記載の偏波保持ファイバと、
端面が上記偏波保持ファイバの端面に融着された光ファイバであって、モードフィールド径が上記偏波保持ファイバのモードフィールド径よりも大きい光ファイバと、を備えている、
ことを特徴とする光デバイス。

【請求項8】

請求項１～５の何れか１項に記載の偏波保持ファイバと、
端面が上記偏波保持ファイバの一方の端面と対向する光導波路であって、モードフィールドパターンが楕円形の光導波路と、
端面が上記偏波保持ファイバの他方の端面に融着された光ファイバであって、モードフィールド径が上記偏波保持ファイバのモードフィールド径よりも大きい光ファイバと、を備えている、
ことを特徴とする光デバイス。

【請求項9】

コアと、
上記コアを内包する内側クラッドと、
上記内側クラッドを両側から挟み込む２つの応力付与部と、
上記内側クラッド及び上記２つの応力付与部を内包する外側クラッドと、を備え、
上記２つの応力付与部の各々は、上記内側クラッドに陥入し、
上記コアは、ゲルマニウムが添加された石英ガラスにより構成されており、
上記内側クラッドは、フッ素と、フッ素の屈折率低下作用を相殺するアップドーパントとが添加された石英ガラスにより構成され、
コアの断面が、２つの応力付与部の並び方向を長手方向とするように扁平する偏波保持ファイバを作成するための、母材である、
ことを特徴とする、
偏波保持ファイバの母材。

【請求項10】

上記母材のコアは、ゲルマニウムが添加され、かつ、フッ素が添加されない石英ガラスにより構成されている、
ことを特徴とする請求項９に記載の偏波保持ファイバの母材。

【請求項11】

各断面における上記コアの溶融時粘度η１（ｚ）、上記内側クラッドの溶融時粘度η２（ｚ）、上記応力付与部の溶融時粘度η３（ｚ）、及び外側クラッドの溶融時粘度η４（ｚ）の間に、η３（ｚ）＜η２（ｚ）＜η４（ｚ）、かつ、η３（ｚ）＜η１（ｚ）＜η４（ｚ）という大小関係が成り立つ、
ことを特徴とする請求項９または１０に記載の偏波保持ファイバの母材。

【請求項12】

コアと、上記コアを内包する内側クラッドと、上記内側クラッドを両側から挟み込む２つの応力付与部と、上記内側クラッド及び上記２つの応力付与部を内包する外側クラッドと、を備えた母材を線引きする工程を含む偏波保持ファイバの製造方法であって、
上記母材において、上記２つの応力付与部の各々が上記内側クラッドに陥入しており、
上記偏波保持ファイバにおいて、上記内側クラッドが上記２つの応力付与部の各々に陥入しており、上記コアの断面が上記２つの応力付与部の並び方向を長手方向とするように扁平し、
上記コアは、ゲルマニウムが添加された石英ガラスにより構成されており、
上記内側クラッドは、フッ素と、フッ素の屈折率低下作用を相殺するアップドーパントとが添加された石英ガラスにより構成され、
前記母材から製造される前記偏波保持ファイバは、コアの断面が、２つの応力付与部の並び方向を長手方向とするように扁平する、
ことを特徴とする、偏波保持ファイバの製造方法。

【請求項13】

上記母材のコアは、ゲルマニウムが添加され、かつ、フッ素が添加されない石英ガラスにより構成されている、
ことを特徴とする請求項１２に記載の偏波保持ファイバの製造方法。

【請求項14】

線引き中の上記母材において、温度が最も高くなる断面と細径化が終わる断面との間の断面における上記コアの溶融時粘度η１（ｚ）、上記内側クラッドの溶融時粘度η２（ｚ）、上記応力付与部の溶融時粘度η３（ｚ）、及び外側クラッドの溶融時粘度η４（ｚ）の間に、η３（ｚ）＜η２（ｚ）＜η４（ｚ）、かつ、η３（ｚ）＜η１（ｚ）＜η４（ｚ）という大小関係が成り立つ、
ことを特徴とする請求項１２または１３に記載の偏波保持ファイバの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、扁平したコアを有する偏波保持ファイバに関する。また、そのような偏波保持を備えた光デバイス、そのような偏波保持ファイバの母材、及び、そのような偏波保持ファイバの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

シリコンフォトニクスの分野では、シリコン導波路に入力する光、又は、シリコン導波路から出力される光を伝送する伝送媒体として、偏波保持ファイバが広く用いられている。偏波保持ファイバとは、偏波モード間の結合を抑制することによって、偏波保持性能を高めた光ファイバのことを指す。例えば、コアに応力を与えるための応力付与部がクラッド内に設けられたＰＡＮＤＡ（Polarization-maintaining AND Absorption-reducing）ファイバは、偏波保持ファイバの代表例である。

【0003】

２つの応力付与部を有する偏波保持ファイバでは、用途によっては、コアの断面が扁平している（真円形や正方形でなく、楕円形や長方形である）ことが好ましい。その理由は、第一に、コアの断面が扁平していることで、偏波保持性能を高めることができるからである。第二に、コアの断面が扁平していることで、偏波保持ファイバのモードフィールドを楕円形にすることができるからである。シリコン導波路のモードフィールは、通常、楕円形である。したがって、モードフィールドが楕円形である偏波保持ファイバの方が、モードフィールドが真円形である偏波保持ファイバよりも、シリコン導波路との接続損失を小さく抑えることができる。

【0004】

なお、コアの断面を扁平化することによって偏波保持性能を高めることができるのは、コアの断面の長手方向と２つの応力付与部の並び方向とが平行になり、応力付与部による複屈折とコアの扁平化による複屈折とが互いに強め合う場合である。コアの断面の長手方向と２つの応力付与部の並び方向とが垂直になる場合には、応力付与部による複屈折とコアの扁平化による複屈折とが互いに弱め合うため、偏波保持性能を高める効果は得られない。

【0005】

コアの断面が扁平した光ファイバを製造する方法としては、例えば、特許文献１に記載の製造方法が知られている。特許文献１によれば、以下の工程を実施することにより、コアの断面形状が楕円形の光ファイバを製造することができる。工程１：断面形状が真円形のコア部の全外周に第１次クラッド部を形成することによって、第１プリフォームを作成する。工程２：第１プリフォームの１次クラッド部の側部側の一部を第１プリフォームの長手方向に沿って外削することによって、第２プリフォームを作成する。工程３：第２プリフォームの１次クラッド部の全外周に２次クラッド部のスートを形成することによって、第３プリフォームを作成する。工程４：第３プリフォーム（スートロッド）を脱水雰囲気中で焼結により加熱し、第４プリフォームを形成する。この際、空孔部の消滅に伴う体積収縮が起こり、コア部の断面形状が真円形から楕円形に変化する。工程５：断面形状が真円形になるように第４プリフォームを外削することによって、第５プリフォームを作成する。工程６：第５プリフォームを線引きすることによって、断面形状が楕円形のコアを有する光ファイバを得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００２－３６５４６３号（２００２年１２月１８日公開）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献１に記載の製造方法には、以下の問題があった。

【0008】

すなわち、特許文献１に記載の製造方法においては、プリフォームが完成するまでに２回の外削加工を必要とする。特に、コアの断面形状を十分な非円率を有する楕円形とするためには、第１プリフォームに対する外削を、外削された部分の半径が外削されていない部分の半径の１／２程度になるまで行う必要がある（特許文献１の図２及び段落００２４参照）。このため、外削に要する時間が長く、簡単に製造することができないという問題があった。

【0009】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、２つの応力付与部を有し、コアの断面が扁平した偏波保持ファイバであって、簡単に製造することができる偏波保持ファイバを実現することにある。また、そのような偏波保持ファイバを備えた光デバイス、そのような偏波保持ファイバの母材、又は、そのような偏波保持ファイバの製造方法を実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の目的を達成するために、本発明の一態様に係る偏波保持ファイバは、コアと、上記コアを内包する内側クラッドと、上記内側クラッドを両側から挟み込む２つの応力付与部と、上記内側クラッド及び上記２つの応力付与部を内包する外側クラッドと、を備え、上記内側クラッドは、上記２つの応力付与部の各々に陥入しており、上記コアの断面は、上記２つの応力付与部の並び方向を長手方向とするように扁平している、ことを特徴とする。

【0011】

上記のように構成された偏波保持ファイバは、コアと、上記コアを内包する内側クラッドと、上記内側クラッドを両側から挟み込む２つの応力付与部と、上記内側クラッド及び上記２つの応力付与部を内包する外側クラッドと、を備え、上記２つの応力付与部の各々が上記内側クラッドに陥入している母材を線引きすることによって、簡単に製造することができる。したがって、上記の構成によれば、コアの断面が扁平した偏波保持ファイバであって、簡単に製造することができる偏波保持ファイバを実現することができる。なお、このような母材は、例えば、上記内側クラッドに陥入するようにドリルツール等を用いて形成された孔に、上記応力付与部の母材となるロッドを挿入することによって実現することができる。

【0012】

本発明の一態様に係る偏波保持ファイバにおいて、上記応力付与部は、ホウ素が添加された石英ガラスにより構成されている、ことが好ましい。

【0013】

上記の構成によれば、上記応力付与部の溶融時粘度を純粋石英ガラスの溶融時粘度よりも大幅に小さくすることができる。これにより、線引き後、上記応力付与部が硬化する時点を上記コア及び上記内側クラッドが硬化する時点よりも後にすることができる。このため、上記応力付与部に陥入するように上記内側クラッドを変形させると共に、断面が扁平になるように上記コアを変形させることができる。

【0014】

本発明の一態様に係る偏波保持ファイバにおいて、上記コアは、ゲルマニウムが添加された石英ガラスにより構成されており、上記内側クラッドは、フッ素と、フッ素の屈折率低下作用を相殺するアップドーパントとが添加された石英ガラスにより構成されている、ことが好ましい。

【0015】

上記の構成によれば、上記内側クラッドにフッ素が添加されているため、加熱により上記コアに添加されたゲルマニウムを上記内側クラッドに拡散させることができる。すなわち、上記の構成によれば、加熱によりコアが拡大するという性質を有する偏波保持ファイバを実現することができる。なお、上記内側クラッドには、フッ素の屈折率低下作用を相殺するアップドーパントが添加されているため、コアと内側クラッドとの屈折率差が失われる虞はない。したがって、光閉じ込め機能を損なうことなく、加熱によりコアが拡大するという性質を有する偏波保持ファイバを実現することができる。

【0016】

本発明の一態様に係る偏波保持ファイバにおいて、上記アップドーパントは、リン及びゲルマニウムの一方又は両方を含む、ことが好ましい。

【0017】

上記の構成によれば、リン及びゲルマニウムの一方又は両方の屈折率上昇作用によりフッ素の屈折率低下作用を相殺することができる。

【0018】

本発明の一態様に係る偏波保持ファイバにおいて、各断面における上記コアの溶融時粘度η１（ｚ）、上記内側クラッドの溶融時粘度η２（ｚ）、上記応力付与部の溶融時粘度η３（ｚ）、及び外側クラッドの溶融時粘度η４（ｚ）の間に、η３（ｚ）＜η２（ｚ）＜η４（ｚ）、かつ、η３（ｚ）＜η１（ｚ）＜η４（ｚ）という大小関係が成り立つ、ことが好ましい。

【0019】

上記の構成によれば、コアの断面が扁平した偏波保持ファイバであって、より一層簡単に製造することができる偏波保持ファイバを実現することができる。

【0020】

本発明の一態様に係る光デバイスは、本発明の一態様に係る偏波保持ファイバと、端面が上記偏波保持ファイバの端面と対向する光導波路であって、モードフィールドパターンが楕円形の光導波路とを備えている、ことが好ましい。

【0021】

上記の構成によれば、上記偏波保持ファイバのモードフィールドパターンを、上記光導波路のモードフィールドパターンと同様、楕円形にすることができる。したがって、接続損失の小さい光デバイスを実現することができる。

【0022】

本発明の一態様に係る光デバイスは、本発明の一態様に係る偏波保持ファイバと、端面が上記偏波保持ファイバの端面に融着された光ファイバであって、モードフィールド径が上記偏波保持ファイバのモードフィールド径よりも大きい光ファイバとを備えている、ことが好ましい。

【0023】

上記の構成によれば、上記偏波保持ファイバのコアが、ゲルマニウムが添加された石英ガラスにより構成されており、上記偏波保持ファイバの内側クラッドが、フッ素と、フッ素の屈折率低下作用を相殺するアップドーパントとが添加された石英ガラスにより構成されている場合、上記偏波保持ファイバのモードフィールド径を上記光ファイバのモードフィールド径に整合させるモードフィールド変換部を、上記偏波保持ファイバを上記光ファイバに融着する際に簡単に形成することができる。

【0024】

本発明の一態様に係る光デバイスは、本発明の一態様に係る偏波保持ファイバと、端面が上記偏波保持ファイバの一方の端面と対向する光導波路であって、モードフィールドパターンが楕円形の光導波路と、端面が上記偏波保持ファイバの他方の端面に融着された光ファイバであって、モードフィールド径が上記偏波保持ファイバのモードフィールド径よりも大きい光ファイバと、を備えている、ことが好ましい。

【0025】

上記の構成によれば、上記偏波保持ファイバのモードフィールドパターンを、上記光導波路のモードフィールドパターンと同様、楕円形にすることができる。したがって、上記偏波保持ファイバと上記光導波路との接続損失を小さく抑えることができる。また、上記の構成によれば、上記偏波保持ファイバのコアが、ゲルマニウムが添加された石英ガラスにより構成されており、上記偏波保持ファイバの内側クラッドが、フッ素と、フッ素の屈折率低下作用を相殺するアップドーパントとが添加された石英ガラスにより構成されている場合、上記偏波保持ファイバのモードフィールド径を上記光ファイバのモードフィールド径に整合させるモードフィールド変換部を、上記偏波保持ファイバを上記光ファイバに融着する際に簡単に形成することができる。したがって、上記偏波保持ファイバと上記光ファイバとの接続損失を小さく抑えることができる。

【0026】

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る偏波保持ファイバの母材は、コアと、上記コアを内包する内側クラッドと、上記内側クラッドを両側から挟み込む２つの応力付与部と、上記内側クラッド及び上記２つの応力付与部を内包する外側クラッドと、を備え、上記２つの応力付与部の各々は、上記内側クラッドに陥入している、ことを特徴とする。

【0027】

上記の構成によれば、上記母材を線引きすることによって、断面が扁平な偏波保持ファイバを容易に得ることが可能な偏波保持ファイバの母材を実現できる。

【0028】

本発明の一態様に係る偏波保持ファイバの母材において、各断面における上記コアの溶融時粘度η１（ｚ）、上記内側クラッドの溶融時粘度η２（ｚ）、上記応力付与部の溶融時粘度η３（ｚ）、及び外側クラッドの溶融時粘度η４（ｚ）の間に、η３（ｚ）＜η２（ｚ）＜η４（ｚ）、かつ、η３（ｚ）＜η１（ｚ）＜η４（ｚ）という大小関係が成り立つ、ことが好ましい。

【0029】

上記の構成によれば、上記母材を線引きすることによって、断面が扁平な偏波保持ファイバをより一層容易に得ることが可能な偏波保持ファイバの母材を実現できる。

【0030】

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る偏波保持ファイバの製造方法は、コアと、上記コアを内包する内側クラッドと、上記内側クラッドを両側から挟み込む２つの応力付与部と、上記内側クラッド及び上記２つの応力付与部を内包する外側クラッドと、を備えた母材を線引きする工程を含む偏波保持ファイバの製造方法であって、上記母材において、上記２つの応力付与部の各々が上記内側クラッドに陥入しており、上記偏波保持ファイバにおいて、上記内側クラッドが上記２つの応力付与部の各々に陥入しており、上記コアの断面が上記２つの応力付与部の並び方向を長手方向とするように扁平している、ことを特徴とする。

【0031】

上記の構成によれば、断面が扁平な偏波保持ファイバを簡単に製造することができる。

【0032】

本発明の一態様に係る偏波保持ファイバの製造方法において、線引き中の上記偏波保持ファイバで温度が最も高くなる断面と細径化が終わる断面との間の断面における上記コアの溶融時粘度η１（ｚ）、上記内側クラッドの溶融時粘度η２（ｚ）、上記応力付与部の溶融時粘度η３（ｚ）、及び外側クラッドの溶融時粘度η４（ｚ）の間に、η３（ｚ）＜η２（ｚ）＜η４（ｚ）、かつ、η３（ｚ）＜η１（ｚ）＜η４（ｚ）という大小関係が成り立つ、ことが好ましい。

【0033】

上記の構成によれば、断面が扁平な偏波保持ファイバをより一層簡単に製造することができる。

【発明の効果】

【0034】

本発明の一態様によれば、コアの断面が扁平した偏波保持ファイバであって、簡単に製造することができる偏波保持ファイバを実現することができる。また、本発明の一態様によれば、そのような偏波保持ファイバを備えた光デバイス、そのような偏波保持ファイバの母材、又は、そのような偏波保持ファイバの製造方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】本発明の一実施形態に係る偏波保持ファイバの構造を示す図である。（ａ）は、その偏波保持ファイバの横断面を示す断面図ある。（ｂ）は、（ａ）に示す断面のＡＡ’直線における屈折率分布を示すグラフである。（ｃ）は、（ａ）に示す断面のＢＢ’直線における屈折率分布を示すグラフである。

【図2】図１に示す偏波保持ファイバの製造方法を示す図である。

【図3】図２に示す製造方法により製造された偏波保持ファイバの断面写真である。

【図4】（ａ）は、比較例に係る母材における緒元の定義を示す図である。（ｂ）は、比較例に係る偏波保持ファイバにおける緒元の定義を示す図である。

【図5】（ａ）は、実施例に係る母材における緒元の定義を示す図である。（ｂ）は、実施例に係る偏波保持ファイバにおける緒元の定義を示す図である。

【図6】図１に示す偏波保持ファイバを適用可能な光デバイスの側面図である。

【図7】（ａ）は、図６に示す光デバイスが備える基板型光導波路の正面図である。（ｂ）は、図５に示す光デバイスが備える第１光ファイバの正面図である。

【図8】（ａ）は、図６に示す光デバイスが備える基板型光導波路のモードフィールドパターンを示すグラフである。（ｂ）は、図６に示す光デバイスが備える第１光ファイバのモードフィールドパターンを示すグラフである。

【図9】線引き時の偏波保持ファイバの側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

（偏波保持ファイバの構造）
本発明の一実施形態に係る偏波保持ファイバ１の構造について、図１を参照して説明する。図１の（ａ）は、偏波保持ファイバ１の横断面を示す断面図である。図１の（ｂ）は、図１の（ａ）に示す断面のＡＡ’直線における偏波保持ファイバ１の屈折率分布を示すグラフである。図１の（ｃ）は、図１の（ａ）に示す断面のＢＢ’直線における偏波保持ファイバ１の屈折率分布を示すグラフである。

【0037】

偏波保持ファイバ１は、図１の（ａ）に示すように、コア１１と、コア１１を内包する内側クラッド１２と、内側クラッド１２を両側から挟み込む２つの応力付与部１３ａ～１３ｂと、内側クラッド１２及び２つの応力付与部１３ａ～１３ｂを内包する外側クラッド１４と、を備えている。

【0038】

内側クラッド１２は、２つの応力付与部１３ａ～１３ｂの各々に陥入している。このため、内側クラッド１２の断面形状は、円形状になるのに対して、内側クラッド１２の左側に位置する応力付与部１３ａの断面形状は、右側に欠けのある円形状になり、内側クラッド１２の右側に位置する応力付与部１３ｂの断面形状は、左側に欠けのある円形状になる。また、コア１１の断面形状は、２つの応力付与部１３ａ～１３ｂの並び方向が長軸方向となるように扁平した形状（本実施形態においては、扁平した円形状、すなわち、楕円形状）になる。ここで、２つの応力付与部１３ａ～１３ｂの並び方向とは、第１の応力付与部１３ａの中心と第２の応力付与部１３ｂの中心とを通る直線と平行な方向のことを指す。

【0039】

コア１１は、ゲルマニウム（Ｇｅ）が添加された石英ガラスにより構成されている。コア１１に添加されるゲルマニウムは、石英ガラスの屈折率を上昇させる作用を有する。このため、コア１１の屈折率ｎ１は、純粋石英ガラスの屈折率ｎ０（約１．４６）よりも高くなる。また、コア１１の溶融時粘度η１は、純粋石英ガラスの溶融時粘度η０と実質的に同一、又は、純粋石英ガラスの溶融時粘度η０よりも僅かに小さい値となる。

【0040】

なお、本実施形態においては、ゲルマニウムをアップドーパントとしてコア１１に添加する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、ゲルマニウムに加えてリン及びアルミニウムの一方又は両方をアップドーパントとしてコア１１に添加する構成を採用してもよい。或いは、酸化ゲルマニウムや塩素等をアップドーパントとしてコア１１に添加する構成を採用してもよい。何れのアップドーパントを用いる場合であっても、その濃度を適宜調整することにより、後述する外側クラッド１４の屈折率ｎ４（純粋石英ガラスの屈折率と実質的に同一）に対するコア１１の屈折率ｎ１の比屈折率差を１．０％以上にすることができる。なお、コア１１にゲルマニウムを添加する構成を採用する場合、コア１１おけるゲルマニウムの濃度は、例えば、１０～３０ｗｔ％とすることができる。

【0041】

内側クラッド１２は、リン（Ｐ）及びフッ素（Ｆ）が共添加された石英ガラスにより構成されている。内側クラッド１２に添加されるリンは、石英ガラスの屈折率を上昇させる作用と、石英ガラスの溶融時粘度を低下させる作用と、を有する。一方、内側クラッド１２に添加されるフッ素は、融着のための加熱に際してコア１１に添加されたゲルマニウムが内側クラッド１２へと拡散することを促進する作用と、石英ガラスの屈折率を低下させる作用とを有する。内側クラッド１２に添加されるリン及びフッ素の濃度は、リンの有する屈折率上昇作用とフッ素の有する屈折率低下作用とが互いに相殺するように調整されている。このため、内側クラッド１２の屈折率ｎ２は、純粋石英ガラスの屈折率と実質的に同一になる。また、内側クラッド１２の溶融時粘度η２は、純粋石英ガラスの溶融時粘度η０よりも低くなる。

【0042】

なお、本実施形態においては、リンをアップドーパントとして内側クラッド１２に添加する構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、リンの代わりにゲルマニウム（Ｇｅ）をアップドーパントして内側クラッド１２に添加する構成を採用してもよいし、リンに加えてゲルマニウムをアップドーパントとして内側クラッド１２に添加してもよい。内側クラッド１２におけるフッ素の濃度が高い場合であっても、リン及びゲルマニウムの両方を内側クラッド１２に添加することにより、後述する外側クラッド１４の屈折率ｎ４（純粋石英ガラスの屈折率と実質的に同一）に対する内側クラッド１２の屈折率ｎ２の比屈折率差を０．１％以下にすることができる。なお、内側クラッド１２にリン、ゲルマニウム、及びフッ素を添加する構成を採用する場合、内側クラッド１２におけるリン及びゲルマニウムの濃度は、それぞれ、例えば、０．５～２．０ｗｔ％及び１．５～５．０ｗｔ％とすることができる。内側クラッド１２におけるフッ素の濃度は、外側クラッド１４の屈折率ｎ４に対する内側クラッド１２の屈折率ｎ２の比屈折率差が０．１％以下になるように設定すればよい。

【0043】

２つの応力付与部１３ａ～１３ｂは、それぞれ、ホウ素（Ｂ）が添加された石英ガラスにより構成されている。これら応力付与部１３ａ～１３ｂに添加されるホウ素は、石英ガラスの屈折率を低下させる作用と、石英ガラスの溶融時粘度を低下させる作用とを有する。このため、これら応力付与部１３ａ～１３ｂの屈折率ｎ３は、純粋石英ガラスの屈折率ｎ０よりも低くなる。また、これら応力付与部１３ａ～１３ｂの溶融時粘度η３は、純粋石英ガラスの溶融時粘度η０よりも低くなる。なお、２つの応力付与部１３ａ～１３ｂにホウ素（Ｂ）を添加する構成に代えて、２つの応力付与部１３ａ～１３ｂに酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）を添加する構成を採用してもよい。この場合、２つの応力付与部１３ａ～１３ｂにおける酸化ホウ素の濃度は、例えば、１５～２５ｍｏｌ％に設定すればよい。

【0044】

外側クラッド１４は、塩素（Ｃｌ）以外のドーパントが意図的に添加されていない石英ガラスにより構成されている。すなわち、外側クラッド１４を構成する石英ガラスには、屈折率上昇作用を有する塩素以外のアップドーパントも屈折率低下作用を有するダウンドーパントも添加されていない。ここで、外側クラッド１４における塩素の濃度は、外側クラッド１４の屈折率ｎ４に対する内側クラッド１２の屈折率ｎ２の比屈折率差が０．１％以下になるように設定すればよい。このため、外側クラッド１４の屈折率ｎ４は、純粋石英ガラスの屈折率ｎ０と実質的に同一になる。また、外側クラッド１４の溶融時粘度η４は、純粋石英ガラスの溶融時粘度η０と実質的に同一である。

【0045】

以上のように、コア１１、内側クラッド１２、応力付与部１３ａ～１３ｂ、及び外側クラッド１４の屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３、及びｎ４の間には、ｎ３＜ｎ２≒ｎ４＜ｎ１という関係が成り立つ。偏波保持ファイバ１が光閉じ込め機能を有するのは、この関係（特にｎ２＜ｎ１）による。

【0046】

また、コア１１、内側クラッド１２、応力付与部１３ａ～１３ｂ、及び外側クラッド１４の溶融時粘度η１、η２、η３、及びη４の間には、η３≪η２≪η１＜η４という関係が成り立つ。ここで、η３≪η２という関係が成り立つのは、応力付与部１３ａ～１３ｂに添加されるホウ素の方が、内側クラッド１２に添加されるリンよりも粘度低下作用が強いからである。偏波保持ファイバ１が偏波保持能力を有するのは、この関係（特にη３≪η２≪η１）による（理由については、「偏波保持ファイバの製造方法」を参照のこと）。ここで、コア１１、内側クラッド１２、応力付与部１３ａ～１３ｂ、及び外側クラッド１４の各部におけるそれぞれのドーパント濃度は、η３≪η２≪η１＜η４を満たす様に、設定されていればよい。例えば、コア１１にゲルマニウムを添加する構成を採用し、内側クラッド１２にリン、ゲルマニウム、及びフッ素を添加する構成を採用し、２つの応力付与部１３ａ～１３ｂに酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）を添加する構成を採用し、外側クラッド１４に塩素（Ｃｌ）以外のドーパントが意図的に添加されていない石英ガラスを採用する場合は、それぞれ以下のドーパント濃度が、η３≪η２≪η１＜η４を満たす様に設定されていればよい。すなわち、コア１１おけるゲルマニウムの濃度を、例えば、１０～３０ｗｔ％と設定し、内側クラッド１２におけるリン及びゲルマニウムの濃度を、それぞれ、例えば、０．５～２．０ｗｔ％及び１．５～５．０ｗｔ％と設定し、内側クラッド１２における酸化ホウ素の濃度を、外側クラッド１４の屈折率ｎ４に対する内側クラッド１２の屈折率ｎ２の比屈折率差が０．１％以下になるように設定し、２つの応力付与部１３ａ～１３ｂにおける酸化ホウ素の濃度を、例えば、１５～２５ｍｏｌ％と設定し、外側クラッド１４における塩素の濃度を、外側クラッド１４の屈折率ｎ４に対する内側クラッド１２の屈折率ｎ２の比屈折率差が０．１％以下になるように設定し、さらに、η３≪η２≪η１＜η４を満たす様に設定されていればよい。

【0047】

（偏波保持ファイバの製造方法）
次に、図１に示す偏波保持ファイバ１の製造方法について、図２を参照して説明する。図２は、偏波保持ファイバ１の製造方法を示す図である。

【0048】

まず、母材１Ａを用意する。母材１Ａは、例えば、コア１１、内側クラッド１２、及び外側クラッド１４を含む母材に、ドリルツール等を用いて２つの孔を形成し、この孔に各応力付与部１３ａ～１３ｂの母材となるロッドを挿入することよって製造することができる。母材１Ａも偏波保持ファイバ１と同様の断面構造を有している。ただし、偏波保持ファイバ１においては、内側クラッド１２が各応力付与部１３ａ～１３ｂに陥入している（内側クラッド１２が凸、応力付与部１３ａ～１３ｂが凹）のに対して、母材１Ａにおいては、各応力付与部１３ａ～１３ｂ（或いは、各応力付与部１３ａ～１３ｂが挿入される孔）が内側クラッド１２に陥入している（内側クラッド１２が凹、応力付与部１３ａ～１３ｂが凸）。また、偏波保持ファイバ１においては、コア１１の断面形状が楕円形状（扁平した円形状）であるのに対して、母材１Ａにおいては、コア１１の断面形状が円形状である。

【0049】

次に、母材１Ａを溶融延伸することにより、偏波保持ファイバ１Ｂを得る。偏波保持ファイバ１Ｂにおいては、コア１１、内側クラッド１２、応力付与部１３ａ～１３ｂ、及び外側クラッド１４が何れも溶融した状態にある。

【0050】

次に、偏波保持ファイバ１Ｂを冷却することにより、偏波保持ファイバ１Ｃを得る。偏波保持ファイバ１Ｃにおいては、外側クラッド１４が凝固した状態にあり、コア１１、内側クラッド１２、及び応力付与部１３ａ～１３ｂが溶融した状態にある。このように、外側クラッド１４が、コア１１、内側クラッド１２、及び応力付与部１３ａ～１３ｂよりも先に凝固するのは、外側クラッド１４の粘度η４が、コア１１、内側クラッド１２、及び応力付与部１３ａ～１３ｂの粘度η１、η２、及びη３よりも高いことによる。

【0051】

次に、偏波保持ファイバ１Ｃを冷却することにより、偏波保持ファイバ１Ｄを得る。偏波保持ファイバ１Ｄにおいては、コア１１、内側クラッド１２、及び、外側クラッド１４が凝固した状態にあり、応力付与部１３ａ～１３ｂが溶融した状態にある。このように、コア１１、内側クラッド１２、及び外側クラッド１４が、応力付与部１３ａ～１３ｂよりも先に凝固する主たる理由は、コア１１、内側クラッド１２、及び外側クラッド１４の粘度η１、η２、及びη４が、応力付与部１３ａ～１３ｂの粘度η３よりも高いことによる。

【0052】

コア１１及び内側クラッド１２が凝固する際、応力付与部１３ａ～１３ｂが溶融状態にある。このため、内側クラッド１２は、表面張力によって断面形状が円形になるように変形する。この際、コア１１は、内側クラッド１２から受ける応力によって断面形状が楕円形になるように変形する。

【0053】

最後に、偏波保持ファイバ１Ｄを冷却することにより、偏波保持ファイバ１を得る。偏波保持ファイバ１においては、コア１１、内側クラッド１２、応力付与部１３ａ～１３ｂ、及び、外側クラッド１４が何れも凝固した状態にある。偏波保持ファイバ１においては、後に凝固した応力付与部１３ａ～１３ｂから先に凝固した内側クラッド１２及びコア１１に対して応力が作用する。この応力により、偏波保持ファイバ１は、偏波保持機能を発現する。ここで、上述した偏波保持ファイバ１Ｂは溶融した母材１Ａと言い換えることができ、上述した偏波保持ファイバ１Ｃ、１Ｄは溶融後に冷却された母材１Ａと言い換えることができる。

【0054】

上記の製造方法に従って製造された偏波保持ファイバ１の断面写真を図３に示す。この断面写真によれば、コア１１の断面形状が楕円形であることが確かめられる。

【0055】

なお、ここでは、母材１Ａにおけるコア１１の断面形状を円形状とすることによって、偏波保持ファイバ１におけるコア１１の断面形状は楕円形状（扁平した円形状）とする製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、母材１Ａにおけるコア１１の断面形状を正方形状とすることによって、偏波保持ファイバ１におけるコア１１の断面形状を長方形状（扁平した正方形状）とすることができる。より一般的に言うと、上記の製造方法に従って製造した偏波保持ファイバ１におけるコア１１の断面形状は、母材１Ａにおけるコア１１の断面形状を扁平化した形状になる。

【0056】

（実施例及び比較例）
コア直径、内側クラッド直径、外側クラッド直径、応力付与部間隔、バリア厚み、孔直径、応力付与部直径、及び外周厚みを下記の表１のように設定した母材を用意した。負のバリア厚みを持つ母材は、各応力付与部が内側クラッドに陥入している母材であり、実施例である。正のバリア厚みを持つ母材は、各応力付与部が内側クラッドから離間している母材であり、比較例である。なお、比較例１～３に係る母材における緒元の定義については、図４の（ａ）を参照されたい。また、実施例１～３に係る母材における緒元の定義については、図５の（ａ）を参照されたい。なお、比較例１～３に係る母材においては、図４の（ａ）に示すように、母材の中心から応力付与部の並び方向と平行に伸びる半直線をＬとして、内側クラッドの外縁を構成する円と半直線Ｌとの交点Ｐから、応力付与部の母材となるロッドが挿入される孔の外縁を構成する円と半直線Ｌとの交点Ｑまでの距離がバリア厚みの絶対値となる。一方、実施例１～３に係る母材においては、図５の（ａ）に示すように、母材の中心から応力付与部の並び方向と平行に伸びる半直線をＬとして、内側クラッドの外縁と重なる円と半直線Ｌとの交点Ｐから、応力付与部の母材となるロッドが挿入される孔の外縁を構成する円と半直線Ｌとの交点Ｑまでの距離がバリア厚みの絶対値となる。

【0057】

上述した製造方法に従って各母材から偏波保持ファイバを製造した。できあがった各偏波保持ファイバのコア直径（コア長軸径とコア短軸径との平均値）、内側クラッド直径、外側クラッド直径、応力付与部間隔、応力付与部直径、及びバリア厚みを測定し、下記の表１に示す測定結果を得た。なお、実施例１～３に係る偏波保持ファイバのバリア厚みについては、母材のバリア厚みから推定される推定値を下記の表１に記載した。また、コア非円率は、コア長軸径及びコア短軸径を測定し、コア非円率＝｛（コア長軸径－コア短軸径）／（コア長軸径とコア短軸径との平均値）｝×１００に従って算出した値を下記の表１に記載した。なお、比較例１～３に係る偏波保持ファイバにおける緒元の定義については、図４の（ｂ）を参照されたい。また、実施例１～３に係る偏波保持ファイバにおける緒元の定義については、図５の（ｂ）を参照されたい。なお、比較例１～３に係る偏波保持ファイバにおいては、図４の（ｂ）に示すように、偏波保持ファイバの中心から応力付与部の並び方向と平行に伸びる半直線をＬ’として、内側クラッドの外縁を構成する円と半直線Ｌ’との交点Ｐ’から、応力付与部の外縁を構成する円と半直線Ｌ’との交点Ｑ’までの距離がバリア厚みの絶対値となる。一方、実施例１～３に係る偏波保持ファイバにおいては、図５の（ｂ）に示すように、偏波保持ファイバの中心から応力付与部の並び方向と平行に伸びる半直線をＬ’として、内側クラッドの外縁を構成する円と半直線Ｌ’との交点Ｐ’から、応力付与部の外縁と重なる円と半直線Ｌ’との交点Ｑ’までの距離がバリア厚みの絶対値となる。

【表1】

【0058】

実施例１～３では、コアの非円率を２０％以上とすることができた。また、実施例１～２では、コアの非円率を５０％以上とすることができた。また、実施例２では、コアの非円率を８０％以上とすることができた。すなわち、母材におけるバリア厚みの絶対値を大きくするほど、すなわち、各応力付与部を内側クラッドに深く陥入させるほど、コアの非円率が大きくなることが確かめられた。

【0059】

更に、実施例１～３及び比較例１～３に対して、モードフィールドパターンを測定した。具体的には、１次元ファーフィールドパターン法によるモードフィールド径測定を、偏波保持ファイバを３０°ずつ回転させながら繰り返すことによって、モードフィールド径の回転方向依存性を求めた。その結果、実施例１では、４．０±０．９μｍ、実施例２では、４．０±１．３μｍ、実施例３では、４．０±０．４μｍという測定結果が得られた。これらの結果は、実施例１～３において楕円形状の電界分布が形成されていることを示す。一方、比較例１～３では、モードフィールド径の変動（４．０±αμｍのα）が０．３μｍ以下となった。これらの結果は、比較例１～３において略円形状の電界分布が形成されていることを示す。

【0060】

なお、実施例１～３及び比較例１～３の母材において、コアに添加したドーパントは、ゲルマニウムのみであった。また、コアにおけるゲルマニウムの濃度は、２２ｗｔ％であった。また、これらの母材において、内側クラッドに添加したドーパントは、リン、ゲルマニウム、フッ素であった。内側クラッドにおけるリンの濃度は、０．８ｗｔ％であり、内側クラッドにおけるゲルマニウムの濃度は、２．９ｗｔ％であった。内側クラッドにおけるフッ素の濃度は、内側クラッドと外側クラッドとの比屈折率差が０．０％となるように調整した。また、これらの母材において、応力付与部に添加したドーパントは、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）であった。応力付与部における酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）の濃度は、約２０ｍｏｌ％であった。図３に示した偏波保持ファイバ１は、このようなドーパントが添加された実施例１の母材を線引きすることによって得られたものである。

【0061】

なお、図４の（ａ）及び図５の（ａ）に示すように、偏波保持ファイバの母材においては、応力付与部の母材となるロッドの側面と該ロッドが挿入される孔の内壁との間に隙間がある。この隙間は、線引きの際に、ロッドが溶融して低粘度のガラスとなり、この低粘度のガラスが孔を満たすように広がることで解消される。このため、できあがった偏波保持ファイバの断面における応力付与部の位置及びサイズは、母材の断面における孔の位置及びサイズから推定することができる。

【0062】

（適用例）
偏波保持ファイバ１は、基板型光導波路と光ファイバとを備えた光デバイスに好適に利用することができる。このような光デバイス２について、図６～図８を参照して説明する。

【0063】

図６は、光デバイス２の側面図である。光デバイス２は、図６に示すように、基板型光導波路２１と、第１光ファイバ２２と、第２光ファイバ２３とを備えている。基板型光導波路２１は、その端面を第１光ファイバ２２の一方の端面と対向させることによって、第１光ファイバ２２と光学的に接続されている。第２光ファイバ２３は、その端面を第１光ファイバ２２の他方の端面に融着することによって、第１光ファイバ２２と物理的かつ光学的に接続されている。なお、互いに対向する基板型光導波路２１の端面と偏波保持ファイバ１の端面との間には、空間光学系が設けられていてもよい。

【0064】

基板型光導波路２１は、例えば、シリコン製のコア２１１を有するシリコン導波路である。基板型光導波路２１のコア径は、後述する第１光ファイバ２２のコア径よりも小さい。このため、基板型光導波路２１のコア２１１の端面のうち、第１光ファイバ２２のコア２２１に対向する端面の近傍には、基板型光導波路２１のモードフィールド径を第１光ファイバ２２のモードフィールド径に整合させるためのモードフィールド径変換部２１２が設けられている。

【0065】

図７の（ａ）は、基板型光導波路２１の端面のうち、第１光ファイバ２２に対向する端面２１ａを示す正面図である。基板型光導波路２１のコア２１１の断面（端面）形状は、図７の（ａ）に示すように、ｘ軸方向を長手方向とする長方形である。このため、基板型光導波路２１のモードフィールドパターンは、ｘ軸方向を長手方向とする楕円になる。

【0066】

第１光ファイバ２２は、例えば、ガラス製のコア２２１を有するガラスファイバであり、図示しない応力付与部により偏波保持機能を有している。第１光ファイバ２２のコア径は、後述する第２光ファイバ２３のコア径よりも小さい。このため、第１光ファイバ２２のコア２２１の端面のうち、第２光ファイバ２３のコア２３１に対向する端面の近傍には、第１光ファイバ２２のモードフィールド径を第２光ファイバ２３のモードフィールド径と整合させるためのモードフィールド径変換部２２２が設けられている。

【0067】

図７の（ｂ）は、第１光ファイバ２２の端面のうち、基板型光導波路２１に対向する端面２２ａを示す正面図である。第１光ファイバ２２のコア２２１の断面（端面）形状は、図７の（ｂ）に示すように、ｘ軸方向を長手方向とする楕円形である。このため、第１光ファイバ２２のモードフィールドパターンは、基板型光導波路２１のモードフィールドパターンと同様、ｘ軸を長手方向とする楕円形になる。このため、基板型光導波路２１と第１光ファイバ２２との接続損失を小さく抑えることができる。

【0068】

第２光ファイバ２３は、例えば、ガラス製のコア２３１を有するガラスファイバであり、図示しない応力付与部により偏波保持機能を有している。第２光ファイバ２３のコア２３１の断面（端面）形状は円形である。

【0069】

上述した偏波保持ファイバ１は、この光デバイス２における第１光ファイバ２２として好適に利用することができる。

【0070】

なお、偏波保持ファイバ１の内側クラッド１２には、上述したように、フッ素が添加されている。このフッ素は、加熱によりコア１１に添加されたゲルマニウムの拡散を促進する作用を有する。このため、第１光ファイバ２２として偏波保持ファイバ１を用いた場合、第１光ファイバ２２を第２光ファイバ２３に融着する際の熱で第１光ファイバ２２のコア径を融着点近傍において拡大することができる。このため、第１光ファイバ２２として偏波保持ファイバ１を用いた場合、第１光ファイバ２２を第２光ファイバ２３に融着するだけで、モードフィールド径変換部２２２を容易に実現することができる。

【0071】

図８の（ａ）は、基板型光導波路２１のモードフィールドパターンを示すグラフである。図８の（ａ）において、鎖線は、コア２１１の中心軸を通りｘ軸に平行な直線上での電界分布を表し、点線は、コア２１１の中心軸を通りｙ軸に平行な直線上での電界分布を表す。図８の（ｂ）は、第１光ファイバ２２（偏波保持ファイバ１）のモードフィールドパターンを示すグラフである。図８の（ｂ）において、鎖線は、コア２２１の中心軸を通りｘ軸に平行な直線上での電界分布を表し、点線は、コア２２１の中心軸を通りｙ軸に平行な直線上での電界分布を表す。これらのグラフを比較すると、基板型光導波路２１のモードフィールドパターンと第１光ファイバ２２のモードフィールドパターンとが良く一致していることが見て取れる。

【0072】

なお、ここでは、基板型光導波路２１と、第１光ファイバ２２と、第２光ファイバ２３とを備えた光デバイス２において、偏波保持ファイバ１を第１光ファイバ２２として用いる適用例について説明したが、これに限定されない。例えば、基板型光導波路２１を省略した光デバイス２、すなわち、第１光ファイバ２２と第２光ファイバ２３とを備えた光デバイス２において、偏波保持ファイバ１を第１光ファイバ２２として用いてもよい。或いは、第２光ファイバ２３を省略した光デバイス２、すなわち、基板型光導波路２１と第１光ファイバ２２とを備えた光デバイス２において、偏波保持ファイバ１を第１光ファイバ２２として用いてもよい。

【0073】

（溶融時粘度に関する補足）
上述したように、コア１１、内側クラッド１２、応力付与部１３ａ～１３ｂ、外側クラッド１４の溶融時粘度η１、η２、η３、η４の間には、η３≪η２≪η１＜η４という関係が成り立つ。なお、η３とη２との間の不等号「≪」は、η３とη２との差がη１とη４との差よりも大きいことを意味し、η３とη２との差が特定の値よりも大きいことを意味しない。同様に、η２とη１との間の不等号「≪」は、η２とη１との差がη１とη４との差よりも大きいことを意味し、η２とη１との差が特定の値よりも大きいことを意味しない。以下、コア１１、内側クラッド１２、応力付与部１３ａ～１３ｂ、外側クラッド１４の溶融時粘度η１、η２、η３、η４に関して、図９を参照して補足する。

【0074】

図９は、偏波保持ファイバ１の線引き中の母材１Ａを表す側面図、ＸＹ平面となるＡ－Ａ’線における断面（以下、Ａ－Ａ’断面と称する）の断面図、Ｂ－Ｂ’線、及びＸＹ平面となるＣ－Ｃ’線における断面（以下、Ｃ－Ｃ’断面と称する）の断面図である。ここで、図９によるとＡ－Ａ’断面の断面図とＣ－Ｃ’断面の断面図とは、図面の理解促進のため同一のサイズで描かれているが、実際のサイズは互いに異なる。母材１Ａは、図９に示すように、線引き炉内で細径化される。図９に示すＡ－Ａ’断面は、細径化が始まる断面、つまり、溶融が始まる断面である。したがって、Ａ－Ａ’断面より上方では、母材１Ａの直径が線引き前の母材１Ａの直径に一致し、Ａ－Ａ’断面より下方では、母材１Ａの直径が線引き前の母材１Ａの直径よりも小さくなる。また、図９に示すＣ－Ｃ’断面は、細径化が終わる断面、つまり、溶融が終わる断面であり、もしくは、凝固が終わって偏波保持ファイバ１が完成する際の断面である。したがって、Ｃ－Ｃ’断面より上方では、母材１Ａの直径が線引き後の母材１Ａの直径よりも大きくなり、Ｃ－Ｃ’断面より下方では、母材１Ａの直径が線引き後の母材１Ａの直径に一致する。また、図９に示すＢ－Ｂ’線は、母材１Ａの温度が最も高くなる領域を図９のＸ軸方向に延在する線状に示した仮想線であり、Ａ－Ａ’断面とＣ－Ｃ’断面との間に位置する。なお、母材１ＡのＡ－Ａ’断面からＣ－Ｃ’断面までの区間は、「ネックダウン」と呼ばれることもある。Ａ－Ａ’断面は、ネックダウンの始まる断面と言い換えることができる。また、Ｃ－Ｃ’断面は、ネックダウンの終わる断面と言い換えることができる。また、線引き後の母材１Ａは、偏波保持ファイバ１と言い換えることができる。

【0075】

ところで、溶融が始まってから溶融が終わるまでの母材１Ａにおいて、すなわち、Ａ－Ａ’断面からＣ－Ｃ’断面までの母材１Ａにおいて、溶融時粘度η１、η２、η３、η４のそれぞれの値は、Ｚ軸方向の位置毎およびＸＹ平面となる断面毎に異なり得る。なぜなら、溶融時粘度η１、η２、η３、η４は、それぞれ、母材１Ａの温度に依存し、母材１Ａの温度は、位置毎に異なり得るからである。そこで、位置（ｘ、ｙ、ｚ）における溶融時粘度η１、η２、η３、η４を、それぞれ、η１（ｘ、ｙ、ｚ）、η２（ｘ、ｙ、ｚ）、η３（ｘ、ｙ、ｚ）、η４（ｘ、ｙ、ｚ）と表す。ここで、ｚ軸は、母材１Ａの長手方向に平行な座標軸であり、ｘ軸及びｙ軸は、母材１Ａの長手方向に直交する座標軸である。

【0076】

Ａ－Ａ’断面からＣ－Ｃ’断面までの各断面におけるη１（ｚ）、η２（ｚ）、η３（ｚ）、η４（ｚ）は、それぞれ、その断面における溶融時粘度η１（ｘ、ｙ、ｚ）、η２（ｘ、ｙ、ｚ）、η３（ｘ、ｙ、ｚ）、η４（ｘ、ｙ、ｚ）の空間平均として定義される。例えば、Ａ－Ａ’断面における溶融時粘度η１（ｚ_Ａ）、η２（ｚ_Ａ）、η３（ｚ_Ａ）、η４（ｚ_Ａ）は、それぞれ、Ａ－Ａ’断面における溶融時粘度η１（ｘ、ｙ、ｚ_Ａ）、η２（ｘ、ｙ、ｚ_Ａ）、η３（ｘ、ｙ、ｚ_Ａ）、η４（ｘ、ｙ、ｚ_Ａ）の空間平均として定義される。また、Ｂ－Ｂ’線における断面（以下、Ｂ－Ｂ’断面と称する）の溶融時粘度η１（ｚ_Ｂ）、η２（ｚ_Ｂ）、η３（ｚ_Ｂ）、η４（ｚ_Ｂ）は、それぞれ、Ｂ－Ｂ’断面における溶融時粘度η１（ｘ、ｙ、ｚ_Ｂ）、η２（ｘ、ｙ、ｚ_Ｂ）、η３（ｘ、ｙ、ｚ_Ｂ）、η４（ｘ、ｙ、ｚ_Ｂ）の空間平均として定義される。また、Ｃ－Ｃ’断面における溶融時粘度η１（ｚ_Ｃ）、η２（ｚ_Ｃ）、η３（ｚ_Ｃ）、η４（ｚ_Ｃ）は、それぞれ、Ｃ－Ｃ’断面における溶融時粘度η１（ｘ、ｙ、ｚ_Ｃ）、η２（ｘ、ｙ、ｚ_Ｃ）、η３（ｘ、ｙ、ｚ_Ｃ）、η４（ｘ、ｙ、ｚ_Ｃ）の空間平均として定義される。

【0077】

Ａ－Ａ’断面からＣ－Ｃ’断面までの各断面における溶融時粘度η１（ｚ）、η２（ｚ）、η３（ｚ）、η４（ｚ）のそれぞれの値は、ＸＹ平面となる断面毎に異なり得る。しかしながら、コア１１の扁平化を実現するうえで本質的な点は、Ａ－Ａ’断面からＣ－Ｃ’断面までの各断面における溶融時粘度η１（ｚ）、η２（ｚ）、η３（ｚ）、η４（ｚ）の値ではなく、Ａ－Ａ’断面からＣ－Ｃ’断面までの各断面における溶融時粘度η１（ｚ）、η２（ｚ）、η３（ｚ）、η４（ｚ）の大小関係である。

【0078】

なお、本実施形態においては、下記の条件１を満たす母材１Ａについて説明したが、これに限定されない。すなわち、下記の条件２または条件３を満たす母材１Ａであっても、下記の条件１を満たす母材１Ａと同様、コア１１の扁平化を実現することができる。

【0079】

条件１：Ａ－Ａ’断面からＣ－Ｃ’断面までの任意の断面における溶融時粘度η１（ｚ）、η２（ｚ）、η３（ｚ）、η４（ｚ）の間に、η３（ｚ）≪η２（ｚ）≪η１（ｚ）＜η４（ｚ）という大小関係が成り立つ。また、この大小関係は、少なくとも冷却過程における溶融時粘度のη３（ｚ）≪η２（ｚ）≪η１（ｚ）＜η４（ｚ）という大小関係でも成り立つ。また、この大小関係は、少なくとも冷却過程における溶融時粘度のη３（ｚ）＜η２（ｚ）＜η１（ｚ）＜η４（ｚ）という大小関係でも成り立つ。

【0080】

条件２：少なくとも冷却過程における溶融時粘度η１（ｚ）、η２（ｚ）、η３（ｚ）、η４（ｚ）の間に、η３（ｚ）＜η１（ｚ）＜η２（ｚ）＜η４（ｚ）という大小関係が成り立つ。

【0081】

条件３：少なくとも冷却過程における溶融時粘度η１（ｚ）、η２（ｚ）、η３（ｚ）、η４（ｚ）の間に、η３（ｚ）＜η２（ｚ）＝η１（ｚ）＜η４（ｚ）という大小関係が成り立つ。

【0082】

ここで、上述した条件１～３は、以下の通り纏めることができる。すなわち、少なくとも冷却過程における溶融時粘度η１（ｚ）、η２（ｚ）、η３（ｚ）、η４（ｚ）の間に、η３（ｚ）＜η２（ｚ）＜η４（ｚ）、かつ、η３（ｚ）＜η１（ｚ）＜η４（ｚ）という大小関係が成り立つ。ここで、冷却過程前後においては、溶融時粘度η１（ｚ）、η２（ｚ）、η３（ｚ）、η４（ｚ）の間に、η３（ｚ）＜η２（ｚ）＜η４（ｚ）、かつ、η３（ｚ）＜η１（ｚ）＜η４（ｚ）という大小関係は必ずしも成立している必要はないが、この大小関係は成立していてもよい。

【0083】

ここで、上述した条件１～３の各条件において、コア１１、内側クラッド１２、応力付与部１３ａ～１３ｂ、及び外側クラッド１４の各部におけるそれぞれのドーパント濃度は、η３（ｚ）＜η２（ｚ）＜η４（ｚ）、かつ、η３（ｚ）＜η１（ｚ）＜η４（ｚ）を満たす様に、設定されていればよい。例えば、コア１１にゲルマニウムを添加する構成を採用し、内側クラッド１２にリン、ゲルマニウム、及びフッ素を添加する構成を採用し、２つの応力付与部１３ａ～１３ｂに酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）を添加する構成を採用し、外側クラッド１４に塩素（Ｃｌ）以外のドーパントが意図的に添加されていない石英ガラスを採用する場合は、それぞれ以下のドーパント濃度が、η３（ｚ）＜η２（ｚ）＜η４（ｚ）、かつ、η３（ｚ）＜η１（ｚ）＜η４（ｚ）を満たす様に設定されていればよい。すなわち、コア１１おけるゲルマニウムの濃度を、例えば、１０～３０ｗｔ％と設定し、内側クラッド１２におけるリン及びゲルマニウムの濃度を、それぞれ、例えば、０．５～２．０ｗｔ％及び１．５～５．０ｗｔ％と設定し、内側クラッド１２における酸化ホウ素の濃度を、外側クラッド１４の屈折率ｎ４に対する内側クラッド１２の屈折率ｎ２の比屈折率差が０．１％以下になるように設定し、２つの応力付与部１３ａ～１３ｂにおける酸化ホウ素の濃度を、例えば、１５～２５ｍｏｌ％と設定し、外側クラッド１４における塩素の濃度を、外側クラッド１４の屈折率ｎ４に対する内側クラッド１２の屈折率ｎ２の比屈折率差が０．１％以下になるように設定し、さらに、η３（ｚ）＜η２（ｚ）＜η４（ｚ）、かつ、η３（ｚ）＜η１（ｚ）＜η４（ｚ）を満たす様に設定されていればよい。

【0084】

また、上述した条件１～３の各条件において、母材１Ａの温度は、以下の（条件１）および（条件２）を満たす様に設定されていればよい。

【0085】

（条件１）少なくとも冷却過程直前におけるコア１１、内側クラッド１２、応力付与部１３ａ～１３ｂ、及び外側クラッド１４の各部のぞれぞれの温度が溶融温度以上を満たす。（条件２）少なくとも冷却過程における溶融時粘度η１（ｚ）、η２（ｚ）、η３（ｚ）、η４（ｚ）の間に、η３（ｚ）＜η２（ｚ）＜η４（ｚ）、かつ、η３（ｚ）＜η１（ｚ）＜η４（ｚ）という大小関係が成り立つ。

【0086】

ここで、「冷却過程における溶融時粘度η１（ｚ）、η２（ｚ）、η３（ｚ）、η４（ｚ）」とは、温度が最も高くなるＢ－Ｂ’断面と細径化が終わるＣ－Ｃ’断面との間に挟まれた任意の断面における溶融時粘度η１（ｚ）、η２（ｚ）、η３（ｚ）、η４（ｚ）のことを意味する。このため、溶融された母材１Ａの冷却は、主としてＢ－Ｂ’断面とＣ－Ｃ’断面との間で行われ得る。

【0087】

また、ここでは、Ａ－Ａ’断面からＣ－Ｃ’断面までの各断面におけるη１（ｚ）、η２（ｚ）、η３（ｚ）、η４（ｚ）の定義として、その断面における溶融時粘度η１（ｘ、ｙ、ｚ）、η２（ｘ、ｙ、ｚ）、η３（ｘ、ｙ、ｚ）、η４（ｘ、ｙ、ｚ）の空間平均を採用したが、これに限定されない。すなわち、Ａ－Ａ’断面からＣ－Ｃ’断面までの各断面におけるη１（ｚ）、η２（ｚ）、η３（ｚ）、η４（ｚ）の定義として、（ａ）その断面における溶融時粘度η１（ｘ、ｙ、ｚ）、η２（ｘ、ｙ、ｚ）、η３（ｘ、ｙ、ｚ）、η４（ｘ、ｙ、ｚ）の最小値を採用することもできるし、（ｂ）その断面における溶融時粘度η１（ｘ、ｙ、ｚ）、η２（ｘ、ｙ、ｚ）、η３（ｘ、ｙ、ｚ）、η４（ｘ、ｙ、ｚ）の最大値を採用することもできるし、（ｃ）その断面における溶融時粘度η１（ｘ、ｙ、ｚ）、η２（ｘ、ｙ、ｚ）、η３（ｘ、ｙ、ｚ）、η４（ｘ、ｙ、ｚ）の中央値を採用することもできる。これらの定義を採用した場合であっても、上記の条件１を満たす母材１Ａであれば、コア１１の扁平化を実現することができる。また、上記の条件２を満たす母材１Ａであれば、コア１１の扁平化を実現することができる。

【0088】

なお、上記の条件２を満たす母材１Ａにおいては、当該母材１Ａを溶融した際、任意の断面においてη３（ｚ）＜η２（ｚ）＜η４（ｚ）、かつ、η３（ｚ）＜η１（ｚ）＜η４（ｚ）という大小関係が成り立つ。また、上記の条件２を満たす母材１Ａから製造された偏波保持ファイバ１は、当該偏波保持ファイバ１を溶融した際、任意の断面においてη３（ｚ）＜η２（ｚ）＜η４（ｚ）、かつ、η３（ｚ）＜η１（ｚ）＜η４（ｚ）という大小関係が成り立つ。すなわち、上記の製造方法に用いられる母材１Ａは、溶融した際に任意の断面においてη３（ｚ）＜η２（ｚ）＜η４（ｚ）、かつ、η３（ｚ）＜η１（ｚ）＜η４（ｚ）という大小関係が成り立つことによって特徴付けることができる。同様に、上記の製造方法により製造された偏波保持ファイバ１は、溶融した際に任意の断面においてη３（ｚ）＜η２（ｚ）＜η４（ｚ）、かつ、η３（ｚ）＜η１（ｚ）＜η４（ｚ）という大小関係が成り立つことによって特徴付けることができる。

【0089】

（効果に関する補足）
コア１１にゲルマニウムが添加されると共に内側クラッド１２にフッ素やリンなどのドーパントが共添加された偏波保持ファイバ１は、モードフィールド径が偏波保持ファイバ１よりも大きい、断面が円形のコアを有する他の光ファイバと融着接続する場合に、接続損失を小さく抑えることができるという効果を奏する。このような効果を奏する理由は、少なくとも２つある。

【0090】

第１の理由は、ＴＥＣ（Thermally Diffused Expanded Core）技術として広く知られているように、融着接続時の加熱によってコア１１に添加されたゲルマニウムが内側クラッド１２に拡散し、その結果、偏波保持ファイバ１のモードフィールド径が拡大することである。第２の理由は、下記参考文献に示されているように、融着接続時の加熱によってコア１１に添加されたゲルマニウムが内側クラッド１２に拡散する際に、偏波保持ファイバ１のコアの断面の扁平度が低下する（例えば、楕円であったコアの断面が真円に近づく）ことである。

【0091】

参考文献：H. YOKOTA, et al., “Design of Polarization-Maintaning Optical Fiber Suitable for Thermally-Diffused Expanded Core Techniques,” IEICE TRANS. COMMUN., VOL. E80-B, NO. 4, pp516-521, APRIL 1997.

【0092】

なお、コア１１にゲルマニウムが添加されると共に内側クラッド１２にドーパントが共添加された偏波保持ファイバ１は、モードフィールドパターンが楕円形の基板型光導波路と接続する場合に、接続損失を小さく抑えることができるという効果を奏する。偏波保持ファイバ１と基板型光導波路との接続は、偏波保持ファイバ１を加熱することなく、コアの断面を扁平化した状態に保ったまま実現することができるからである。したがって、コア１１にゲルマニウムが添加されると共に内側クラッド１２にドーパントが共添加された偏波保持ファイバ１は、（ａ）モードフィールド径が偏波保持ファイバ１よりも大きい、断面が円形のコアを有する他の光ファイバと融着接続する場合に、偏波保持ファイバ１のモードフィールド径が他の光ファイバのモードフィールド径に近づきやすくなるため、接続損失を小さく抑えることができるという利点と、（ｂ）モードフィールドパターンが楕円形の基板型光導波路と接続する場合に、接続損失を小さく抑えることができるという利点を兼ね備えた、優れた偏波保持ファイバであると言える。また、偏波保持ファイバ１を備えた光デバイス２（図６～８参照）も、同様の利点を兼ね備えた、優れた光デバイスであると言える。

【0093】

〔付記事項〕
本発明は、上述した各実施形態に限定されるものでなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0094】

１ 偏波保持ファイバ
１１ コア
１２ 内側クラッド
１３ａ～１３ｂ 応力付与部
１４ 外側クラッド
１Ａ 偏波保持ファイバの母材
２ 光デバイス
２１ 基板型光導波路（光導波路）
２２ 第１光ファイバ（偏波保持ファイバ）
２３ 第２光ファイバ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】