(57)【要約】      （修正有）【課題】装置を小型化し得る螺旋状の光ファイバ及び当該光ファイバの製造方法を提供しようとすることを目的とする。【解決手段】光ファイバは、外力が付与されない状態で螺旋状である螺旋部を有する。この光ファイバの製造方法は、光ファイバ母材１Ｐを線引炉１１０の加熱部１１１で加熱して線引きする線引工程を備え、線引工程において、光ファイバ母材１Ｐのネックダウン部Ｎｄの外周面の第１領域Ｎｄ１から加熱部１１１までの最短距離が、第１領域Ｎｄ１の反対側に位置する外周面の第２領域Ｎｄ２から加熱部１１１までの最短距離よりも小さくなるように、ネックダウン部Ｎｄを線引炉１１０の中心軸Ｆａ周りに回転させる。【選択図】図１３
2020024306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力が付与されない状態で螺旋状である螺旋部を有する
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記光ファイバはマルチモード光ファイバである
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記螺旋部の螺旋中心線から前記光ファイバの中心軸までの距離が１μｍ以上かつ１０００μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記螺旋部の螺旋中心線から前記光ファイバの中心軸までの距離が前記光ファイバのコアの半径以下である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記螺旋部の螺旋回数が１０回／ｍ以上かつ１２５回／ｍ以下である
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記螺旋部の螺旋中心線から前記光ファイバの中心軸までの距離が５００〜１０００μｍであり、前記螺旋回数が８０〜１２５回／ｍである
ことを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記螺旋部は、巻き方向が互いに反対である第１螺旋部と第２螺旋部とを少なくとも１つずつ含む
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項８】
光ファイバ母材を線引炉の加熱部で加熱して線引きする線引工程を備え、
当該線引工程において、前記光ファイバ母材のネックダウン部の外周面の第１領域から前記加熱部までの最短距離が、前記第１領域の反対側に位置する前記外周面の第２領域から前記加熱部までの最短距離よりも小さくなるように、前記ネックダウン部を前記線引炉の中心軸周りに回転させる
ことを特徴とする光ファイバの製造方法。
【請求項９】
前記線引工程には、
前記ネックダウン部を前記線引炉の中心軸に対して時計回りに回転させる第１工程と、
前記ネックダウン部を前記線引炉の中心軸に対して反時計回りに回転させる第２工程と、
が含まれる
ことを特徴とする請求項８に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項１０】
前記光ファイバ母材の中心軸が前記線引炉の中心軸と平行な状態で線引きする
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項１１】
前記光ファイバ母材の中心軸が前記線引炉の中心軸に対して傾いた状態で線引きする
ことを特徴とする請求項８又は９に記載の光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、光ファイバ及び光ファイバの製造方法に関し、具体的には、螺旋状の光ファイバ及び当該光ファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マルチモード光ファイバを伝搬する各モードの光の強度分布を短い距離で一定にする装置としてモードスクランブラが知られている。下記特許文献１から３には、このようなモードスクランブラが開示されている。特許文献１には、複数のピンが一方向に配列された部材を用意し、この部材の複数のピンに順次光ファイバを引っ掛けていくことで光ファイバを曲げてモードスクランブラとされる技術が開示されている。また、特許文献２，３には、円柱部を有する部材を用意し、この部材の円柱部に光ファイバを巻回することで光ファイバを曲げてモードスクランブラとされる技術が開示されている。つまり、特許文献１から３には、光ファイバを曲げることでモードスクランブラとされる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−１７８４０９号公報
【特許文献２】特開平２−１６３７０７号公報
【特許文献３】特開平２−０４２４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１から３に開示されている技術では、光ファイバを曲げるための上記ピンなどの部材を別途設ける必要がある。このため、これら特許文献に開示された技術を用いてモードスクランブラなどの装置を構成する場合、上記部材を設けるため装置の大型化を招く懸念がある。
【０００５】
そこで、本発明は、装置を小型化し得る螺旋状の光ファイバ及び当該光ファイバの製造方法を提供しようとすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的の達成のため、本発明の光ファイバは、外力が付与されない状態で螺旋状である螺旋部を有することを特徴とする。
【０００７】
従来の技術では、上述のように、上記ピンなどの部材を介して光ファイバが曲げられることで、この曲げに反発する反発力が光ファイバに付与され、光ファイバが螺旋状とされる。なお、本明細書において「外力」とは、光ファイバを曲げるために光ファイバに対して付与される力をいう。本発明の光ファイバは、外力が付与さない状態で螺旋状である螺旋部を有するため、光ファイバを曲げるための別部材が不要となる。すなわち、本発明の光ファイバを用いてモードスクランブラなどの装置を構成する場合に、このような別部材を設ける必要がないため、装置の小型化が実現され得る。
【０００８】
また、前記光ファイバはマルチモード光ファイバであってもよい。
【０００９】
これにより、本発明の光ファイバがモードスクランブラとして機能し得る。
【００１０】
また、前記螺旋部の螺旋中心線から前記光ファイバの中心軸までの距離が、１μｍ以上かつ１０００μｍ以下であってもよい。具体的には、前記距離が５０μｍ以下であってもよい。なお、螺旋中心線とは、螺旋を形成する光ファイバの中心軸の各点からの距離が等しい線であり、直線であっても曲線であってもよい。
【００１１】
上記距離が１μｍ以上あれば、モード変換が起こり易くなり得る程度の曲率を有する螺旋が光ファイバに形成され得、この光ファイバを例えばモードスクランブラとして使用する場合に、当該光ファイバがモードスクランブラとして機能しやすくなり得る。また、例えばこの光ファイバをモードスクランブラとして使用する場合、上記距離が１０００μｍ以下であると、装置が小型化されて装置の取り扱いが容易になり得る。すなわち、上記距離を１μｍ以上かつ１０００μｍ以下とすることで、モードスクランブラとして機能しやすく、かつ取り扱いが容易なモードスクランブラが提供され得る。
【００１２】
また、前記螺旋部の螺旋中心線から前記光ファイバの中心軸までの距離が前記光ファイバのコアの半径以下であってもよい。
【００１３】
このような構成により、上記距離が光ファイバの半径よりも大きい場合に比べて、上記螺旋部を全体として概ね直線状に視認し得、光ファイバの取り扱いがより容易になり得る。このため、例えばマルチモード光ファイバにおけるモードスクランブラなどにこの光ファイバを適用した場合、取り扱いが容易な装置が実現され得る。また、光ファイバを製造するための線引炉を小型化しなければならない等の事情があっても、上記螺旋部を有する光ファイバを製造し得る。
【００１４】
また、前記螺旋部の螺旋回数は１０回／ｍ以上かつ１２５回／ｍ以下であってもよく、例えば、５０回／ｍ以上かつ１２５回／ｍ以下であってもよい。
【００１５】
螺旋回数が１０回／ｍ以上であれば、モード間結合が起こり易くなる傾向がある。このため、モード間結合を起こさせるための光ファイバの長尺化を抑制し得る。また、螺旋回数が１２５回／ｍ以下であれば、本発明の光ファイバ製造することが容易になり得る。すなわち、螺旋回数を１０回／ｍ以上かつ１２５回／ｍ以下とすることで、モード間結合が起こり易くかつ製造が容易な光ファイバを実現し得る。
【００１６】
また、前記螺旋部の螺旋中心線から前記光ファイバの中心軸までの距離が５００〜１０００μｍであり、前記螺旋部の螺旋回数が８０〜１２５回／ｍであってもよい。
【００１７】
上述のように、従来の光ファイバでは、別部材を介して光ファイバが曲げられる。このように光ファイバが曲げられると当該光ファイバに外力が作用し、この外力が所定の大きさになると光ファイバの破断確率が上昇し得る。このような破断確率の上昇は、例えば上記螺旋部の螺旋中心線から光ファイバの中心軸までの距離が５００〜１０００μｍで、上記螺旋部の螺旋回数が８０〜１２５回／ｍになるように光ファイバを旋回させる場合に顕著になり得る。しかしながら、本発明は、外力を付与して螺旋部を形成するものでなく、後述するように製造の際に螺旋部を形成するものである。したがって、製造工程を調整することで、上記螺旋部の螺旋中心線から光ファイバの中心軸までの距離が５００〜１０００μｍで、上記螺旋部の螺旋回数が８０〜１２５回／ｍである螺旋部を光ファイバの破断を抑制しつつ形成し得る。
【００１８】
また、前記螺旋部は、巻き方向が互いに反対である第１螺旋部と第２螺旋部とを少なくとも１つずつ含んでもよい。
【００１９】
このような構成によれば、巻き方向が２方向であるため、巻き方向が１方向である場合に比べて、光ファイバに外乱が加わり易くなり、不規則な変化が光に与えられる傾向が強くなり得る。このため、高次モードと放射モードとにおいてモード間結合が起こり易くなり得る。したがって、本発明の光ファイバを、例えばモードスクランブラとして使用する場合に、当該光ファイバがモードスクランブラとしてより機能しやすくなり得る。
【００２０】
また、本発明の光ファイバの製造方法は、光ファイバ母材を線引炉の加熱部で加熱して線引きする線引工程を備え、当該線引工程において、前記光ファイバ母材のネックダウン部の外周面の第１領域から前記加熱部までの最短距離が、前記第１領域の反対側に位置する前記外周面の第２領域から前記加熱部までの最短距離よりも小さくなるように、前記ネックダウン部を前記線引炉の中心軸周りに回転させることを特徴とする。
【００２１】
上記光ファイバの製造方法では、線引工程において、ネックダウン部の外周面の第１領域が第２領域に比べて加熱部の近くに存在するため、第１領域が第２領域に比べて高温となる径方向の温度勾配がネックダウン部に形成される。そして、このような径方向の温度勾配が形成された状態でネックダウン部が線引炉の中心軸に対して回転されるため、光ファイバ母材が螺旋形状に形成されつつ線引きされる。その結果、螺旋部を有する光ファイバが形成される。
【００２２】
なお、上記線引工程では、光ファイバ母材が溶融して縮径し、この縮径部の外形に変曲点が生じる。本明細書において「ネックダウン部」とは、上記縮径部の中心軸に沿った断面において、当該断面の外形の変曲点から、光ファイバ母材の幅が最小になる部分までの領域、すなわち、上記変曲点から縮径部の下端部まで領域を意味する。
【００２３】
また、前記線引工程には、前記ネックダウン部を前記線引炉の中心軸に対して時計回りに回転させる第１工程と、前記ネックダウン部を前記線引炉の中心軸に対して反時計回りに回転させる第２工程とが含まれてもよい。
【００２４】
これにより、上記第１螺旋部と上記第２螺旋部とを含む光ファイバを製造することができる。
【００２５】
また、前記光ファイバ母材の中心軸が前記線引炉の中心軸と平行な状態で線引きしてもよい。
【００２６】
これにより、線引工程において、ネックダウン部の中心軸が前記線引炉の中心軸からずれ得る。
【００２７】
また、前記光ファイバ母材の中心軸が前記線引炉の中心軸に対して傾いた状態で線引きしてもよい。
【００２８】
この場合、光ファイバ母材の取り付け位置を線引炉の中心軸に対して平行にずらす必要がなく、光ファイバ母材を傾けることで上記螺旋部を有する光ファイバを製造し得る。すなわち、光ファイバ母材を上記中心軸に対して平行にずらす場合に比べて、上記光ファイバの製造が容易になり得る。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本発明によれば、装置を小型化し得る螺旋状の光ファイバ及び当該光ファイバの製造方法が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光ファイバの中心軸に垂直な断面図である。
【図２】図１に示される光ファイバの一部を概略的に示す図である。
【図３】螺旋回数及び螺旋半径をそれぞれ所定の値にした場合における破断確率を示す表である。
【図４】螺旋半径を所定の値にした場合における螺旋回数と破断確率との関係を示すグラフである。
【図５】螺旋回数を所定の値にした場合における螺旋半径と破断確率との関係を示すグラフである。
【図６】図２に示される光ファイバの製造方法の工程を示すフローチャートである。
【図７】線引工程を概略的に示す図である。
【図８】図７に示される線引炉内の様子を概略的に示す図である。
【図９】図７に示される線引炉内の様子を図８とは別の視点で示す概略図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る光ファイバの一部を概略的に示す図である。
【図１１】図１０に示される光ファイバの製造方法の工程を示すフローチャートである。
【図１２】図９に示される製造方法の変形例を示す概略図である。
【図１３】図６及び図１１に示される製造方法の変形例を示す概略図である。
【図１４】図７に示される線引工程において光ファイバ母材の中心軸が線引炉の中心軸からずれている長さと、この線引工程により形成される螺旋部の螺旋中心線から光ファイバの中心軸までの長さとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明に係る光ファイバ及び光ファイバの製造方法を実施するための形態が添付図面とともに例示される。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、以下の実施形態から変更、改良することができる。なお、以下に参照する図面では、理解を容易にするために、各部材の寸法を変えて示す場合がある。
【００３２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る光ファイバ１の中心軸に垂直な断面図である。図１に示すように、光ファイバ１は、コア１１及びコア１１の外周面を隙間なく囲むクラッド１２からなる光ファイバ裸線１Ｎと、光ファイバ裸線１Ｎのクラッド１２の外周面を被覆する内側保護層１３と、内側保護層１３の外周面を被覆する外側保護層１４と、を備える。
【００３３】
本実施形態の例では、コア１１及びクラッド１２は、それぞれシリカガラスからなり、コア１１の屈折率はクラッド１２の屈折率よりも高くされる。例えば、コア１１が屈折率を高くするゲルマニウム等のドーパントが添加されたシリカガラスからなる場合、クラッド１２は純粋なシリカガラスで構成される。また、例えば、コア１１が純粋なシリカガラスからなる場合、クラッド１２は屈折率を低くするフッ素等のドーパントが添加されたシリカガラスで構成される。また、本実施形態の例では、内側保護層１３は所定の紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂から構成され、外側保護層１４は内側保護層１３とは異なる紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂から構成される。
【００３４】
コア１１の直径は、例えば、４μｍ以上１００μｍ以下とされ、クラッド１２の外径は、例えば、５０μｍ以上５００μｍ以下とされる。
【００３５】
図２は、上記断面構造を有する光ファイバ１の全長の一部を概略的に示す図である。なお、図２では、理解を容易にするために、螺旋部２０の寸法が誇張して示されている。
【００３６】
図２に示すように、この光ファイバ１は、螺旋中心線Ｓａを中心軸として螺旋状に巻回する螺旋部２０を有している。この螺旋部２０は、外力が付与されない状態で螺旋状とされる。本明細書において、螺旋中心線とは、螺旋を形成する光ファイバの中心軸の各点からの距離が等しい線であり、直線であっても曲線であってもよい。本実施形態において、螺旋中心線Ｓａは直線とされる。
【００３７】
光ファイバ１は、螺旋中心線Ｓａ上の各点から光ファイバ１の中心軸Ｃａまでの距離Ｘが略等しくなる３次元構造を有している。なお、光ファイバ１の中心軸Ｃａは、コア１１の中心を光ファイバ１の延在方向に沿って通る軸とされる。螺旋中心線Ｓａに沿って螺旋部２０を見る場合、当該螺旋部２０において、光ファイバ１の中心軸Ｃａがなす外形は、螺旋中心線Ｓａを中心とし、螺旋中心線Ｓａから中心軸Ｃａまでの距離Ｘを半径とする略円形とされる。この距離Ｘは螺旋半径Ｘと呼ばれる場合がある。本実施形態における螺旋半径Ｘは、例えば、１μｍ以上かつ１０００μｍ以下とされる。なお、この螺旋半径Ｘは、１μｍ以上５０μｍ以下であってもよい。また、螺旋半径Ｘはコア１１の半径ｒｃо以下とされてもよい。この場合、螺旋半径Ｘがコア１１の半径ｒｃоよりも大きい場合に比べて、螺旋部２０が全体としてより直線状に視認され得、光ファイバの取り扱いがより容易になり得る。このため、例えばマルチモード光ファイバにおけるモードスクランブラなどに、このような構成の光ファイバ１を適用することで、取り扱いが容易な装置が実現され得る。また、光ファイバを製造する線引炉を小型化しなければならない等の事情があっても、螺旋部２０を有する光ファイバ１を製造し得る。
【００３８】
また、螺旋中心線Ｓａの単位長さ当たりに光ファイバが旋回する回数は螺旋回数と呼ばれる場合がある。本実施形態において、螺旋部２０の螺旋回数は、例えば、１０回／ｍ以上かつ１２５回／ｍ以下とされる。螺旋回数が多い程、螺旋部２０においてモード間結合が起こり易くなり得る。具体的には、螺旋回数が１０回／ｍ以上であれば、モード間結合が起こり易くなり得る。そのため、モード間結合を起こさせるための光ファイバの長尺化を抑制し得る。つまり、例えば光ファイバ１をモードスクランブラとして使用した場合に、モードスクランブラとしての機能が発揮され易くなり得る。また、螺旋回数が１２５回／ｍ以下であれば、螺旋部を有する光ファイバ１が製造され易くなり得る。したがって、螺旋回数を１０回／ｍ以上かつ１２５回／ｍ以下とすることで、モード間結合が起こり易くかつ製造が容易な光ファイバが実現され得る。
【００３９】
また、例えば、光ファイバ１の螺旋半径Ｘが１０００μｍ以下の場合において、上記螺旋回数は５０回／ｍ以上であってもよい。
【００４０】
螺旋部を有さない光ファイバを別部材により外力を加えて螺旋状にする場合、印加される当該外力によって破断確率が大きくなり、破断確率が例えば３００００時間後に１０−6以上になると、当該光ファイバの機械的信頼性に問題が生じる傾向がある。そこで、ＩＥＣ／ＴＲ６２０４８に基づいて、光ファイバの破断確率が大きくなる螺旋半径及び螺旋回数、具体的には、光ファイバの破断確率が３００００時間後に１０−6以上となる螺旋半径及び螺旋回数について検証した。
【００４１】
上記検証の結果を図３、図４、及び図５に示す。図３は螺旋回数及び螺旋半径Ｘをそれぞれ所定の値にした場合における破断確率を示す表であり、図４は螺旋半径Ｘを所定の値にした場合における螺旋回数と破断確率との関係を示すグラフであり、図５は螺旋回数を所定の値にした場合における螺旋半径Ｘと破断確率との関係を示すグラフである。図３から図５に示すように、例えば、螺旋半径Ｘが５００〜１０００μｍで、螺旋回数が８０〜１２５回／ｍの場合、破断確率が３００００時間後に１０−6以上になることがわかった。すなわち、螺旋部を有さない光ファイバを巻回する場合において、螺旋半径Ｘが５００〜１０００μｍで、螺旋回数が８０〜１２５回／ｍになるように光ファイバを旋回させると、当該光ファイバの機械的信頼性に問題が生じ得る程度に光ファイバの破断確率が大きくなることがわかった。
【００４２】
以上のように、外力を付与して光ファイバを螺旋状にする場合において、５００〜１０００μｍの螺旋半径Ｘ及び８０〜１２５回／ｍの螺旋回数で光ファイバを旋回させると、光ファイバの破断確率が大きくなる傾向がある。しかし、本発明の光ファイバ１の螺旋部２０は、後述するように線引きに伴って形成されるものであり、外力が付与されて形成されるものではない。そのため、螺旋半径Ｘが５００〜１０００μｍで、螺旋回数が８０〜１２５回／ｍである螺旋部２０を形成する場合であっても、破断の抑制された螺旋部２０が提供され得る。
【００４３】
なお、上記螺旋回数は１回／ｍであってもよく、０回／ｍよりも大きければ、必ずしも自然数の回数である必要もない。例えば、０．８回／ｍであってもよい。
【００４４】
以上のように、本実施形態の光ファイバ１は、上述のような螺旋半径Ｘ及び螺旋回数で螺旋状に曲がる螺旋部２０を有する。このような螺旋部２０には、光ファイバが直線状である場合に比べて外乱が加わりやすくなり得るため、各モードの光が螺旋部２０を通過することで、高次モードと放射モードとにおいてモード間結合が起こり易くなり得る。したがって、この光ファイバ１をマルチモード光ファイバとして使用することでモードスクランブラが構成され得る。
【００４５】
また、この光ファイバ１の螺旋部２０は、上記のように、外力が付与されない状態で螺旋状であるため、光ファイバ１を用いてモードスクランブラが構成される場合、光ファイバを曲げるための別部材を別途設ける必要がない。このように、光ファイバ１によれば、別部材を設ける必要がない分、モードスクランブラなどの装置の小型化が実現され得る。
【００４６】
また、この光ファイバ１の螺旋部２０は、外力が付与されない状態で螺旋状であるため、光ファイバ１を螺旋状にするために外力を付与する必要がない。そのため、この光ファイバ１を用いてモードスクランブラなどの装置を構成する場合でも、光ファイバ１の破断等が抑制され得る。
【００４７】
次に、このような光ファイバ１の製造方法について説明する。
【００４８】
図６は、上記製造方法の工程を示すフローチャートである。図６に示すように、この製造方法は、配置工程Ｐ１と、線引工程Ｐ２と、冷却工程Ｐ３と、被覆工程Ｐ４と、巻取工程Ｐ５と、を備える。以下、これらの各工程について説明する。
【００４９】
まず、本製造方法を実施する準備段階として、光ファイバ母材１Ｐを用意する。この光ファイバ母材１Ｐは、上述した光ファイバ１のコア１１及びクラッド１２と概ね同じ屈折率分布を持つシリカガラスから形成される。
【００５０】
＜配置工程Ｐ１＞
本工程は、線引炉１１０の加熱部１１１に囲まれた加熱空間Ｓｈに光ファイバ母材１Ｐの一部を配置する工程である。図７は、線引工程の様子を概略的に示す図である。図７に示すように、本工程では、線引炉１１０の上方に位置する母材保持部１４０に光ファイバ母材１Ｐが保持されることにより、線引炉１１０の加熱部１１１内に形成された加熱空間Ｓｈに、光ファイバ母材１Ｐの少なくとも一部が配置される。この母材保持部１４０は、線引炉１１０と共通の中心軸Ｆａを有しており、光ファイバ母材１Ｐが配置される母材配置部１４１を備えている。本実施形態では母材配置部１４１は、光ファイバ母材１Ｐが上記中心軸Ｆａと平行に配置されるように構成されており、中心軸Ｆａからずれ量Ｄの分だけ若干ずれた位置に設けられている。このような母材保持部１４０に光ファイバ母材１Ｐが保持されることで、加熱空間Ｓｈにおいて、光ファイバ母材１Ｐの中心軸Ｐａが線引炉１１０の中心軸Ｆａからずれ、かつ、中心軸Ｆａと平行になる。本工程において、光ファイバ母材１Ｐの中心軸Ｐａが線引炉１１０の中心軸Ｆａからずれているずれ量Ｄは、例えば、約０．２ｍｍ〜約０．４ｍｍとされる。
【００５１】
本実施形態において、母材保持部１４０は、線引炉１１０の中心軸Ｆａを中心として回転できる構成とされる。また、母材保持部１４０の母材配置部１４１は、光ファイバ母材１Ｐが母材保持部１４０に対して相対回転しないように光ファイバ母材１Ｐを保持する構成とされる。
【００５２】
＜線引工程Ｐ２＞
本工程は、線引炉１１０において光ファイバ母材１Ｐを線引きする工程である。図８は、線引工程Ｐ２における線引炉１１０内の様子を拡大して示す概略図である。図８に示すように、この線引工程Ｐ２では、母材保持部１４０を回転させるとともに、線引炉１１０の加熱部１１１を発熱させて光ファイバ母材１Ｐの下端部を加熱する。これにより、光ファイバ母材１Ｐの下端部は、例えば、約２０００℃に加熱されて溶融状態になる。その結果、光ファイバ母材１Ｐの下端部の粘性が下がり、下方に行くほど径が先細りになる縮径部１Ｐｓが光ファイバ母材１Ｐの下端部に形成される。本明細書では、上記縮径部１Ｐｓの断面形状における外形の変曲点ｆから、縮径部１Ｐｓのうち径が最も小さくなる部分、すなわち縮径部１Ｐｓの下端部Ｂｄまでの領域を「ネックダウン部Ｎｄ」とする。
【００５３】
上述のように、母材保持部１４０は、中心軸Ｆａを軸として回転するものであり、光ファイバ母材１Ｐはこの中心軸Ｆａからずれた位置に保持されている。したがって、光ファイバ母材１Ｐは、線引工程Ｐ２において、母材保持部１４０の回転に伴って中心軸Ｆａ周りに回転する。また、上述のように、光ファイバ母材１Ｐは、母材保持部１４０の母材配置部１４１によって光ファイバ母材１Ｐに対して相対回転しないように保持されている。
【００５４】
図９は、ネックダウン部Ｎｄの加熱空間Ｓｈ内の動きを中心軸Ｆａが延在する方向から見る概略図である。図９に示すように、上述のように母材保持部１４０が回転することにより光ファイバ母材１Ｐが中心軸Ｆａ周りに回転すると、ネックダウン部Ｎｄは、当該ネックダウン部Ｎｄの外周面の第１領域Ｎｄ１が加熱部１１１側を向くように、かつ、第１領域Ｎｄ１の反対側に位置する第２領域Ｎｄ２が中心軸Ｆａ側を向くように、加熱空間Ｓｈ内を中心軸Ｆａ周りに回転される。すなわち、線引工程Ｐ２において、ネックダウン部Ｎｄは、第１領域Ｎｄ１から加熱部１１１までの最短距離が第２領域Ｎｄ２から加熱部１１１までの最短距離よりも小さくなるように、中心軸Ｆａ周りに回転される。そのため、光ファイバ母材１Ｐが線引炉１１０の中心軸Ｆａ周りに回転されて線引きされる間、第１領域Ｎｄ１が第２領域Ｎｄ２よりも加熱部１１１に近くなる。その結果、この線引工程Ｐ２により、ネックダウン部Ｎｄの径方向において、第１領域Ｎｄ１が第２領域Ｎｄ２よりも高温である温度勾配が当該ネックダウン部Ｎｄに形成される。この温度勾配が形成された状態で、光ファイバ母材１Ｐの下端部が線引きされ、所定の線引速度で線引炉１１０から引き出される。
【００５５】
このように、本工程Ｐ２では、第１領域Ｎｄ１が第２領域Ｎｄ２よりも高温となる径方向の温度勾配がネックダウン部Ｎｄに形成されるとともに、このような径方向の温度勾配が形成された状態で、ネックダウン部Ｎｄが線引炉１１０の中心軸Ｆａ周りに回転しながら線引炉１１０から引き出されていくことにより、光ファイバ母材１Ｐが螺旋形状に塑性変形しつつ線引きされる。そして、光ファイバ母材１Ｐの線引きされた部分が線引炉１１０から出ると、すぐに固化し、コア１１とクラッド１２とから構成される光ファイバ裸線１Ｎとなる。
【００５６】
＜冷却工程Ｐ３＞
その後、この光ファイバ裸線１Ｎは、冷却装置１２０を通過して、適切な温度まで冷却される。冷却装置１２０に入る際、光ファイバ裸線１Ｎの温度は、例えば１８００℃程度であるが、冷却装置１２０を出る際には、光ファイバ裸線１Ｎの温度は、例えば４０℃〜５０℃となる。なお、本工程において、冷却装置１２０の代わりに徐冷炉を使用してもよい。
【００５７】
＜被覆工程Ｐ４＞
冷却装置１２０から出た光ファイバ裸線１Ｎは、内側保護層１３となる紫外線硬化性樹脂が入ったコーティング装置１３１を通過し、この紫外線硬化性樹脂で被覆される。更に紫外線照射装置１３２を通過し、紫外線が照射されることで、紫外線硬化性樹脂が硬化して内側保護層１３が形成される。次に内側保護層１３で被覆された光ファイバは、外側保護層１４となる紫外線硬化性樹脂が入ったコーティング装置１３３を通過し、この紫外線硬化性樹脂で被覆される。更に紫外線照射装置１３４を通過し、紫外線が照射されることで、紫外線硬化性樹脂が硬化して外側保護層１４が形成される。その結果、図１に示す断面構造を有し、かつ図２に示す螺旋部２０を有する光ファイバ１となる。
【００５８】
なお、内側保護層１３となる紫外線硬化性樹脂をコーティングしたのち引き続き外側保護層１４となる紫外線硬化性樹脂をコーティングし、これら２つの紫外線硬化性樹脂がコーティングされた光ファイバ裸線１Ｎを紫外線照射装置に通して紫外線が照射されることで、２つの紫外線硬化性樹脂を一度に硬化させてもよい。
【００５９】
また、本工程において、紫外線硬化性樹脂の代わりに熱硬化性樹脂を用いて光ファイバ裸線１Ｎを被覆してもよい。このように熱硬化性樹脂を用いる場合、紫外線照射装置の代わりに加熱装置を用いて熱硬化性樹脂を硬化させてもよい。
【００６０】
＜巻取工程Ｐ５＞
上記被覆工程Ｐ４を経たのち、光ファイバ１は、ターンプーリー１５１により方向転換され、リール１５２により巻取られる。
【００６１】
以上のように本実施形態の光ファイバの製造方法では、配置工程Ｐ１、線引工程Ｐ２、冷却工程Ｐ３、被覆工程Ｐ４、及び巻取工程Ｐ５を経て、図１及び図２に示す光ファイバ１が製造される。
【００６２】
この線引工程Ｐ２において、ネックダウン部Ｎｄの第１領域Ｎｄ１から加熱部１１１までの最短距離が第２領域Ｎｄ２から加熱部１１１までの最短距離よりも小さくされることにより、第１領域Ｎｄ１が第２領域Ｎｄ２よりも高温である径方向の温度勾配がネックダウン部Ｎｄに形成される。そして、このような温度勾配がネックダウン部Ｎｄに形成された状態で、ネックダウン部Ｎｄが線引炉１１０の中心軸Ｆａ周りに回転しながら線引炉１１０から引き出されることにより、光ファイバ母材１Ｐが螺旋状に塑性変形しながら線引きされる。その結果、外力が付与されない状態で螺旋状である螺旋部２０を有する光ファイバ１が製造され得る。
【００６３】
また、本発明によれば、上述の母材保持部１４０の回転速度、光ファイバ母材１Ｐの上記ずれ量Ｄ、あるいは線引速度などの線引工程Ｐ２の条件を調整することで、螺旋回数が多く、かつ、螺旋半径Ｘが小さい螺旋部２０を形成することができる。例えば、螺旋回数が１０回／ｍ以上かつ１２５回／ｍ以下、あるいは、５０回／ｍ以上かつ１２５回／ｍ以下とされる螺旋回数の多い螺旋部２０であっても、形成することができる。また、螺旋半径Ｘが１μｍ以上かつ１０００μｍ以下とされる螺旋半径Ｘの小さな螺旋部２０であっても、形成することができる。また、螺旋半径Ｘがコア１１の半径ｒｃо以下となるように螺旋部２０を形成することができる。
【００６４】
また、上述のように、螺旋半径Ｘが５００〜１０００μｍで、螺旋回数が８０〜１２５回／ｍになるように光ファイバを旋回させる場合、光ファイバの破断確率が上昇する傾向がある。しかし、本発明によれば、上記線引工程Ｐ２の条件を調整することで、螺旋半径Ｘが５００〜１０００μｍで、螺旋回数が８０〜１２５回／ｍとされる螺旋部２０を破断確率の上昇を抑制しつつ形成することができる。
【００６５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１０及び図１１を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等の構成要素については、特に説明する場合を除き、同一の参照符号を付して重複する説明を省略することがある。
【００６６】
図１０は、本発明の第２実施形態に係る光ファイバ１の一部を図２と同様に概略的に示す図である。
【００６７】
図１０に示すように、本実施形態に係る光ファイバ１は、螺旋部２０が巻き方向が互いに反対である第１螺旋部２０Ａと第２螺旋部２０Ｂとを少なくとも１つずつ含む点において、第１実施形態に係る光ファイバ１と異なる。
【００６８】
このような第２実施形態に係る光ファイバ１によれば、螺旋部２０が巻き方向が互いに反対である第１螺旋部２０Ａと第２螺旋部２０Ｂとを有する。このため、巻き方向が２方向となっている構造に起因して、巻き方向が１方向のみである第１実施形態の螺旋部２０に比べて、光ファイバ１に対して外乱が加わり易くなり、不規則な変化が光に与えられる傾向が強くなり得る。したがって、高次モードと放射モードとにおいてモード間結合が起こり易くなり、比較的長距離にわたって光ファイバ内の光パワーを各導波モード間に安定して光を分布させ得る。よって、より効果に優れたモードスクランブラが構成され得る。
【００６９】
次に、このような螺旋部２０を有する光ファイバ１の製造方法について説明する。図１１に示すように、第２実施形態における製造方法は、線引工程Ｐ２が第１工程Ｐ２Ａと第２工程Ｐ２Ｂとを有している点において、第１実施形態における製造方法と異なる。すなわち、線引工程Ｐ２の第１工程Ｐ２Ａでは、例えば、母材保持部１４０が反時計回りに回転し、これにより、光ファイバ母材１Ｐが、線引炉１１０の中心軸Ｆａ周りに反時計回りに回転される。その後、第２工程Ｐ２Ｂにおいて、母材保持部１４０が逆方向に回転する。上記のように、第１工程Ｐ２Ａにおいて母材保持部１４０が反時計回りに回転する場合、第２工程Ｐ２Ｂにおいて母材保持部１４０が時計回りに回転する。この場合、第２工程Ｐ２Ｂにおいて、光ファイバ母材１Ｐが時計回りに回転される。このように、光ファイバ母材１Ｐが、線引工程Ｐ２のある時期において反時計回りに回転されながら線引きされ、線引工程Ｐ２の別の時期において時計回りに回転されながら線引される結果、図１０に示す光ファイバ１が製造される。
【００７０】
以上、本発明について、第１及び第２実施形態を例に説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７１】
例えば、上述の第１及び第２実施形態では、単一のクラッド１２を有する光ファイバの例を説明したが、本発明はダブルクラッド光ファイバにも適用できるものである。
【００７２】
また、上述の第１及び第２実施形態では、光ファイバ１がマルチモード光ファイバとされる例を説明したが、光ファイバ１がシングルモード光ファイバとされてもよい。
【００７３】
また、上述の第１及び第２実施形態では、図９に示すように、加熱空間Ｓｈが加熱部１１１に囲まれ、当該加熱部１１１の内周面側に位置する第１領域Ｎｄ１が線引炉１１０の中心軸Ｆａ側に位置する第２領域Ｎｄ２よりも高温である温度勾配が形成される例を説明した。しかし、例えば、図１２に示すように、線引炉１１０の加熱部１１１が中心軸Ｆａ上に位置しても良い。この場合、第１領域Ｎｄ１が加熱部１１１側を向くように、かつ、第２領域Ｎｄ２が線引炉１１０の内周面１１０Ａ側を向くようにネックダウン部Ｎｄが中心軸Ｆａ周りに回転されることで、第１領域Ｎｄ１から加熱部１１１までの最短距離が第２領域Ｎｄ２から加熱部１１１までの最短距離よりも近くなる。この場合、第１領域Ｎｄ１が第２領域Ｎｄ２よりも高温となる径方向の温度勾配がネックダウン部Ｎｄに形成され、螺旋部２０を有する光ファイバ１が製造され得る。
【００７４】
また、上述の第１及び第２実施形態では、図８に示すように、光ファイバ母材１Ｐの中心軸が線引炉１１０の中心軸Ｆａと平行な状態で線引きされる例を説明した。しかし、例えば、図１３に示すように、光ファイバ母材１Ｐの中心軸Ｃａが線引炉１１０の中心軸Ｆａに対して傾いた状態で線引きしてもよい。すなわち、この図１３の例では、光ファイバ母材１Ｐの中心軸Ｐａが線引炉１１０の中心軸Ｆａに対して傾いた状態になる。このため、母材保持部１４０を中心軸Ｆａ周りに回転させると、ネックダウン部Ｎｄの第１領域Ｎｄ１が線引炉１１０の加熱部１１１側を向くように、かつ、第２領域Ｎｄ２が中心軸Ｆａ側を向くように、ネックダウン部Ｎｄが中心軸Ｆａ周りに回転する。すなわち、第１領域Ｎｄ１から加熱部１１１までの最短距離が第２領域Ｎｄ２から加熱部１１１までの最短距離よりも小さくなるようにネックダウン部Ｎｄが中心軸Ｆａ周りに回転する。その結果、第１領域Ｎｄ１が第２領域Ｎｄ２よりも高温である径方向の温度勾配がネックダウン部Ｎｄに形成され、螺旋部を有する光ファイバが製造され得る。
【００７５】
この光ファイバ１の製造方法によれば、光ファイバ母材１Ｐの取り付け位置を線引炉１１０の中心軸Ｆａに対して平行にずらす必要がなく、光ファイバ母材１Ｐを中心軸Ｆａに対して傾けることで螺旋部２０を有する光ファイバ１を製造し得る。すなわち、第１実施形態や第２実施形態における光ファイバ１の製造方法に比べて、光ファイバ１の製造が容易になり得る。
【実施例】
【００７６】
以下、実施例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７７】
（実施例１）
図７に示される製造装置と同様の製造装置を用いて光ファイバを製造した。具体的には、外径が１６ｍｍである光ファイバ母材と、炉心管の内径が４６ｍｍ、発熱体の内径が６２ｍｍである加熱部を有する線引炉とを用意した。なお、本実施例において、炉心管の内径が上記加熱部１１１の内径に相当する。その後、光ファイバ母材を線引炉の中心軸から上記ずれ量Ｄだけずらして線引炉内に配置した。そして、線引炉に配置された光ファイバ母材を、線引炉の中心軸の周りに２２５ｒｐｍで回転させるとともに４．５ｍ／分の線引速度で線引きした。これにより、上記螺旋回数が５０回／ｍである螺旋部を有する光ファイバが製造された。
【００７８】
図１４は、光ファイバ母材の上記ずれ量Ｄ（ｍｍ）と、当該実施例により製造された光ファイバの螺旋半径Ｘ（μｍ）との関係を示している。図１４中、プロットＡ、プロットＢ、プロットＣ、プロットＤにおけるコア１１の半径ｒｃоは、全て、３μｍであった。図１４に示すように、光ファイバ母材のずれ量Ｄを小さくする程、螺旋半径Ｘの小さな光ファイバを製造することができた。
【００７９】
このように、本発明における製造方法によれば、光ファイバ母材のずれ量Ｄを調整することで、所望の螺旋半径を有する螺旋部を製造し得ることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明によれば、装置を小型化し得る光ファイバ及び当該光ファイバの製造方法が提供され、光ファイバ通信の分野などにおいて利用可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１・・・光ファイバ
１Ｐ・・・光ファイバ母材
１Ｐｓ・・・縮径部
１１・・・コア
１２・・・クラッド
２０・・・螺旋部
２０Ａ・・・第１螺旋部
２０Ｂ・・・第２螺旋部
１１０・・・線引炉
１１１・・・加熱部
１４０・・・母材保持部
Ｘ・・・螺旋半径
Ｓａ・・・螺旋中心線
Ｎｄ・・・ネックダウン部
Ｎｄ１・・・第１領域
Ｎｄ２・・・第２領域
【図１】
2020024306.tif 000003
【図２】
2020024306.tif 000004
【図３】
2020024306.tif 000005
【図４】
2020024306.tif 000006
【図５】
2020024306.tif 000007
【図６】
2020024306.tif 000008
【図７】
2020024306.tif 000009
【図８】
2020024306.tif 000010
【図９】
2020024306.tif 000011
【図１０】
2020024306.tif 000012
【図１１】
2020024306.tif 000013
【図１２】
2020024306.tif 000014
【図１３】
2020024306.tif 000015
【図１４】
2020024306.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月4日(2019.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア及びクラッドを有する光ファイバであって、
外力が付与されない状態で前記コア及び前記クラッドが螺旋状である螺旋部を有し、
前記螺旋部の螺旋中心線から前記光ファイバの中心軸までの距離が前記光ファイバの前記コアの半径以下である
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記光ファイバはマルチモード光ファイバである
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記螺旋部の螺旋中心線から前記光ファイバの中心軸までの距離が１μｍ以上かつ１０００μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記螺旋部の螺旋回数が１０回／ｍ以上かつ１２５回／ｍ以下である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記螺旋部の螺旋中心線から前記光ファイバの中心軸までの距離が５００〜１０００μｍであり、前記螺旋回数が８０〜１２５回／ｍである
ことを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記螺旋部は、巻き方向が互いに反対である第１螺旋部と第２螺旋部とを少なくとも１つずつ含む
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【手続補正書】
【提出日】令和1年12月18日(2019.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスから成るコア及びガラスから成るクラッドを有する光ファイバであって、
外力が付与されない状態で前記コア及び前記クラッドが螺旋状である螺旋部を有し、
前記螺旋部の螺旋中心線から前記光ファイバの中心軸までの距離が前記光ファイバの前記コアの半径以下であり、
前記コアの直径が４μｍ以上１００μｍ以下である
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記光ファイバはマルチモード光ファイバである
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記螺旋部の螺旋中心線から前記光ファイバの中心軸までの距離が１μｍ以上かつ１０００μｍ以下である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記螺旋部の螺旋回数が１０回／ｍ以上かつ１２５回／ｍ以下である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記螺旋部の螺旋中心線から前記光ファイバの中心軸までの距離が５００〜１０００μｍであり、前記螺旋回数が８０〜１２５回／ｍである
ことを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記螺旋部は、巻き方向が互いに反対である第１螺旋部と第２螺旋部とを少なくとも１つずつ含む
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光ファイバ。