フォトニック結晶ファイバの高精度分散制御法の開発とその高速光通信システムへの応用

光子晶体光纤高精度色散控制方法开发及其在高速光通信系统中的应用

• 批准号: 15760231
• 负责人: 齊藤 晋聖
• 金额: $ 1.02万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15760231/
• 关键词: フォトニック結晶ファイバ; ホーリーファイバ; フォトニックバンドギャップファイバ; 波長分散制御; 有限要素法

フォトニック結晶ファイバのもつ特異な波長分散特性に着目し,フォトニック結晶ファイバの波長分散特性の高精度な制御技術,および所望の波長分散特性を得るための設計指針を開発することにより,次世代の高速光伝送システムに不可欠な波長分散制御技術を提供することを目的として研究を進め,下記の成果を得た.1.フォトニック結晶ファイバの高精度解析のために,空孔の大きさ,形,配置によらず自在に対応可能なベクトル型の有限要素法を導入し,実効屈折率,波長分散特性,モード複屈折率,モードフィールド径,実効コア断面積などの光学特性を高速,かつ高精度に評価可能な,フォトニック結晶ファイバ解析設計支援環境を構築した.また,この解析設計環境を用い,波長分散特性の系統的な評価を行い,分散制御のための基本となるデータを収集し,データーベース化した.さらに,この基本データを基に,フォトニック結晶ファイバの簡易設計を可能とするための経験的関係式の導出に成功した.2.屈折率導波型のフォトニック結晶ファイバに関しては,分散値だけでなく,分散スロープまでも含めて,広い波長帯域で波長分散特性を高精度に制御するためのフォトニック結晶ファイバ構造の設計指針を確立した.具体的には,通常のフォトニック結晶ファイバは,クラッド領域の空孔直径が全て同じ大きさの空孔によって構成されるため,その等価的な屈折率分布は単純なものとなり,分散特性を広帯域に渡って制御することが難しいことを示すとともに,各空孔リング層の空孔直径を変化させることにより,等価的にさまざまな屈折率分布を実現することができ,分散スロープを含めた広帯域な波長分散制御が可能であることを見出した.また,この設計法を用いて,波長1200nm〜1700nmの範囲で波長分散が零分散付近でフラットとなる超広帯域分散フラットフォトニック結晶ファイバや,従来の分散補償ファイバの分散値よりも数倍大きな負の分散値をもつ,広帯域な分散補償フォトニック結晶ファイバの設計に成功した.3.フォトニックバンドギャップファイバに関しては,空孔の大きさや空孔リングの数と波長分散特性との間の関係を明らかにするとともに,空孔の形状を忠実にモデリングすることが,波長分散特性の実験結果を説明することに不可欠であることを初めて実証し,フォトニックバンドギャップファイバの極限性能を明らかにした.また,伝送帯域内に発生する特異な分散特性の要因が,空気コアを取り囲む最内側のシリカの薄い層に局在する表面波モードと,中空コア内に局在するコアモードとの結合によるものであることを突き止めた.

フ ォ ト ニ ッ ク crystallization フ ァ イ バ の も つ specific な に the mesh し wavelength dispersion properties, フ ォ ト ニ ッ ク crystallization フ ァ イ バ の wavelength dispersion の high precision な suppression technology, お よ び hoped の wavelength dispersion characteristics を must る た め の design pointer を open 発 す る こ と に よ り, next generation の high-speed optical 伝 send シ ス テ ム に not owe な wavelength dispersion を provide suppression technology す る こ と を purpose と し を て research into め, remember の results under を た. 1. フ ォ ト ニ ッ ク crystallization フ ァ イ バ の high-precision analytical の た め に, big empty hole の き さ, shape and configuration に よ ら ず comfortable に 応 seaborne may な ベ ク ト ル type の を import し finite element method, be sharper inflectional rate, wavelength dispersive characteristics, モ ー ド after inflectional rate, モ ー ド フ ィ ー ル ド diameter, Be sharper コ ア area な ど の を high-speed optical properties, か つ high-precision に may review 価 な, フ ォ ト ニ ッ ク crystallization フ ァ イ バ analytic design support environment を construct し た. ま た, こ の analytical design environment を い, wavelength dispersion の system features な review 価 を い, scattered suppression の た め の basic と な る デ ー タ を し 収 set, デ ー タ ー ベ ー ス change し た. さ ら に, こ の basic デ ー タ を に, フ ォ ト ニ ッ ク crystallization フ ァ イ バ の simple design を may と す る た め の 経 験 masato is derived type の に successful し た. 2. Inflectional rate guided wave type の フ ォ ト ニ ッ ク crystallization フ ァ イ バ に masato し て は, decentralized numerical だ け で な く, scattered ス ロ ー プ ま で も containing め て, hiroo い で wavelength dispersion wavelength 帯 domain を high precision に suppression す る た め の フ ォ ト ニ ッ ク crystallization フ ァ イ の バ structure design pointer を establish し た. Specific に は, usually の フ ォ ト ニ ッ ク crystallization フ ァ イ バ は, ク ラ ッ の ド field empty hole diameter が full て with large じ き さ の empty hole に よ っ て constitute さ れ る た め, そ の 価 な such as inflectional rate distribution は 単 pure な も の と な り, dispersion characteristics を hiroo 帯 domain に crossing っ て suppression す る こ と が difficult し い こ と を shown す と と も に, the empty hole リ ン グ layer の empty hole Diameter を variations change さ せ る こ と に よ り, etc 価 に さ ま ざ ま な inflectional rate distribution を be presently す る こ と が で き, scattered ス ロ ー プ を containing め た hiroo 帯 domain な wavelength dispersion suppression が may で あ る こ と を shows し た. ま た, こ の を design method using い て, wavelength of 1200 nm to 1700 nm の van 囲 で wavelength dispersion が pay nearly zero dispersion で フ ラ ッ ト と な る super hiroo 帯 domain scattered フ ラ ッ ト フ ォ ト ニ ッ ク crystallization フ ァ イ バ や, 従 to の dispersion compensation フ ァ イ バ の dispersion numerical よ り も several times as big as き な negative の dispersion numerical を も つ, hiroo 帯 domain な dispersion compensation フ ォ ト ニ ッ ク crystallization フ ァ イ バ の design に successful し た. 3. フ ォ ト ニ ッ ク バ ン ド ギ ャ ッ プ フ ァ イ バ に masato し て は, big empty hole の き さ や Number of empty hole リ ン グ の と wavelength dispersion characteristics と の between の masato を and Ming ら か に す る と と も に, empty hole shape の を loyalty be に モ デ リ ン グ す る こ と が, wavelength dispersion characteristics の be 験 result を す る こ と に not owe で あ る こ と を early め て be し, フ ォ ト ニ ッ ク バ ン ド ギ ャ ッ プ フ ァ イ バ の limit performance を Ming ら か に し た. ま た, Born 伝 send 帯 domain に 発 す る specific な の will rejoice in が dispersion properties, empty 気 コ ア を take り 囲 む's innermost の シ リ カ の thin layer い に bureau in す る surface wave モ ー ド と, hollow コ ア に inside bureau in す る コ ア モ ー ド と の combining に よ る も の で あ る こ と を tu き check め た.

项目成果

Coupling between two collinear air-core Bragg fibers

两根共线空芯布拉格光纤之间的耦合

• 发表时间: 2004
• 期刊: Journal of Optical Society of America B Vol.21
• 作者: M.Skorobogatiy;K.Saitoh;M.Koshiba
• 通讯作者: M.Koshiba

Fundamental characteristics of localized acoustic modes in photonic crystal fibers

光子晶体光纤中局域声模的基本特性

• 发表时间: 2005
• 期刊: IEICE Transaction on Electronics (未定)(採録決定済)
• 作者: I.Enomori;K.Saitoh;M.Koshiba
• 通讯作者: M.Koshiba

Polarization splitter in three-core photonic crystal fibers.

• DOI: 10.1364/opex.12.003940
• 发表时间: 2004-08
• 期刊: Optics express
• 影响因子: 3.8
• 作者: K. Saitoh;Yuichiro Sato;M. Koshiba

M.Koshiba, K.Saitoh: "Structural dependence of effective area and mode field diameter for holey fibers"Optics Express. vol.11, no.15. 1746-1756 (2003)

M.Koshiba、K.Saitoh：“多孔光纤有效面积和模场直径的结构依赖性”Optics Express。

K.Saitoh, M.Koshiba: "Single-polarization single-mode photonic crystal fibers"IEEE Photonics Technology Letters. vol.15, no.10. 1384-1386 (2003)

K.Saitoh、M.Koshiba：“单偏振单模光子晶体光纤”IEEE 光子技术快报。