(57)【要約】【課題】  希土類元素を含むコアを伝搬する光の損失を抑制し得る光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置を提供することを目的とする。【解決手段】  希土類元素を含むシリカガラスから成るコア１０と、コア１０の外周面を囲いコア１０よりも屈折率の低いクラッド１１とを有する光ファイバ１となる光ファイバ用母材１Ｐを、加熱炉２０において加熱して、コア１０とクラッド１１とを有する光ファイバ裸線１Ｅを形成する線引工程Ｐ２と、加熱炉２０外において光ファイバ裸線１Ｅの一部に光を照射して、光ファイバ裸線１Ｅの上記一部においてコア１０を単相の液相とする光照射工程Ｐ３と、を備え、上記光は、クラッド１１よりもコア１０に多く吸収される波長を有する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素を含むシリカガラスから成るコアと、当該コアの外周面を囲い前記コアよりも屈折率の低いクラッドとを有する光ファイバとなる光ファイバ用母材を、加熱炉において加熱して、前記コアと前記クラッドとを有する光ファイバ裸線を形成する線引工程と、
前記加熱炉外において前記光ファイバ裸線の一部に光を照射して、前記光ファイバ裸線の前記一部において前記コアを単相の液相とする光照射工程と、
を備え、
前記光は、前記クラッドよりも前記コアに多く吸収される波長を有する
ことを特徴とする光ファイバの製造方法。
【請求項２】
前記光照射工程において、前記希土類元素を励起する励起光を照射する
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項３】
前記励起光は、前記希土類元素に最も吸収される最大吸収波長帯域の次に前記希土類元素に吸収される第２吸収波長帯域の光とされる
ことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項４】
前記光照射工程において、前記希土類元素に誘導放出を起こさせる波長帯域の光をさらに照射する
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項５】
前記誘導放出を起こさせる波長帯域の光は、吸収断面積の値が誘導放出断面積の値の７０％以下である波長帯域の光とされる
ことを特徴とする請求項４に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項６】
前記希土類元素はイッテルビウム（Ｙｂ）とされる
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の製造方法。
【請求項７】
前記光照射工程において、３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長帯域の光を照射する
ことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項８】
希土類元素を含むシリカガラスから成るコアと、当該コアの外周面を囲い前記コアよりも屈折率の低いクラッドとを有する光ファイバとなる光ファイバ用母材に対する加熱によって、前記コアと前記クラッドとを有する光ファイバ裸線を形成可能な加熱炉と、
前記加熱炉外において前記光ファイバ裸線の一部に照射可能な光であって、前記光ファイバ裸線の前記一部において前記コアを単相の液相にし得る光を照射可能な光照射部と、
を備え、
前記光は、前記クラッドよりも前記コアに多く吸収される波長を有する
ことを特徴とする光ファイバの製造装置。
【請求項９】
前記光照射部は、前記希土類元素を励起する励起光を照射可能である
ことを特徴とする請求項８に記載の光ファイバの製造装置。
【請求項１０】
前記励起光は、前記希土類元素に最も吸収される最大吸収波長帯域の次に前記希土類元素に吸収される第２吸収波長帯域の光とされる
ことを特徴とする請求項９に記載の光ファイバの製造装置。
【請求項１１】
前記光照射部は、前記希土類元素に誘導放出を起こさせる波長帯域の光をさらに照射可能である
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の光ファイバの製造装置。
【請求項１２】
前記光照射部は、前記光ファイバ裸線の前記一部に対して光を連続的に照射可能である
ことを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の光ファイバの製造装置。
【請求項１３】
前記光照射部は、前記光ファイバ裸線の前記一部に対して光を多方向から照射可能である
ことを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項に記載の光ファイバの製造装置。
【請求項１４】
前記光照射部は、前記光ファイバ裸線の１か所に対して光を照射可能である
ことを特徴とする請求項１３に記載の光ファイバの製造装置。
【請求項１５】
前記光照射部から出射される光のパワー及び波長の少なくとも１つを変更可能な制御部をさらに備える
ことを特徴とする請求項８から１４のいずれか１項に記載の光ファイバの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバレーザ装置は、集光性に優れ、パワー密度が高く、小さなビームスポットとなる光が得られることから、レーザ加工分野、医療分野等の様々な分野において用いられている。このようなファイバレーザ装置では、希土類元素が添加されたコアを有する希土類添加光ファイバが用いられる。
【０００３】
光ファイバは、光ファイバ用母材を加熱炉において加熱して線引きすることによって製造される。このようにして光ファイバを製造する方法が下記特許文献１に記載されている。下記特許文献１の光ファイバの製造方法では、線引きされた光ファイバの表面に傷が付くことを抑制するために、線引きされた光ファイバの側面に垂直にガスを吹き付けることで光ファイバを急冷し、光ファイバの表面に圧縮応力を付与して光ファイバを強化している。
【０００４】
光通信に用いられる光ファイバのように長距離に渡って光の伝送損失を低減することが求められる場合には、線引きされた光ファイバを徐冷することによってレイリー散乱係数を小さくし、光の伝送損失を小さくすることが好ましい。例えば下記特許文献２には、光ファイバの表面のみを急激に冷却し、光ファイバの内部を徐冷することができる光ファイバの製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５３−１２５８５７号公報
【特許文献２】特開２０１７−３６１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１及び特許文献２に記載されている光ファイバのコアは希土類元素を含んでいない。希土類元素を含まないシリカガラスからなるコアは、光ファイバの製造過程において結晶化が生じ難い。一方、希土類添加光ファイバの場合、製造過程において希土類元素が添加されたシリカガラスから成るコアが結晶化し易い。希土類添加光ファイバのコアでこのような結晶化が起こると、コアを伝搬する光の損失が増大することが懸念される。また、希土類元素が添加されたシリカガラスは、所定の温度において、組成比がそれぞれ異なる複数の液相に分離する相分離を起こすことがある。このような相分離が起こることによっても、コアを伝搬する光の損失が増大することが懸念される。
【０００７】
上記特許文献１及び特許文献２の光ファイバの製造方法は、コアに希土類元素を含まない光ファイバの製造を前提としているため、上記のようなコアにおける結晶化や相分離についての検討がなされていない。したがって、上記特許文献１及び特許文献２に記載の光ファイバの製造方法によって希土類元素を含むコアを有する光ファイバを製造する場合、コアを伝搬する光の損失を十分に抑制し得ない懸念がある。
【０００８】
そこで、本発明は、希土類元素を含むシリカガラスから成るコアを伝搬する光の損失を抑制し得る光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の光ファイバの製造方法は、希土類元素を含むシリカガラスから成るコアと、当該コアの外周面を囲い前記コアよりも屈折率の低いクラッドとを有する光ファイバとなる光ファイバ用母材を、加熱炉において加熱して、前記コアと前記クラッドとを有する光ファイバ裸線を形成する線引工程と、前記加熱炉外において前記光ファイバ裸線の一部に光を照射して、前記光ファイバ裸線の前記一部において前記コアを単相の液相とする光照射工程と、を備え、前記光は、前記クラッドよりも前記コアに多く吸収される波長を有することを特徴とする。
【００１０】
また、上記課題を解決するため、本発明の光ファイバの製造装置は、希土類元素を含むシリカガラスから成るコアと、当該コアの外周面を囲い前記コアよりも屈折率の低いクラッドとを有する光ファイバとなる光ファイバ用母材に対する加熱によって、前記コアと前記クラッドとを有する光ファイバ裸線を形成可能な加熱炉と、前記加熱炉外において前記光ファイバ裸線の一部に照射可能な光であって、前記光ファイバ裸線の前記一部において前記コアを単相の液相にし得る光を照射可能な光照射部と、を備え、前記光は、前記クラッドよりも前記コアに多く吸収される波長を有することを特徴とする。
【００１１】
希土類元素を含むシリカガラスの結晶化や相分離は、当該シリカガラスのガラス転移点以上において、単相で存在できる温度よりも低い温度でおこる。以下、本明細書において、希土類元素を含むシリカガラスを希土類添加シリカガラスと記載し、希土類元素を含まないシリカガラスを希土類非添加シリカガラスと記載する場合がある。
【００１２】
ところで、線引工程で使用される上記加熱炉では、当該加熱炉内の温度変化を急峻にすることが難しい傾向にある。よって、加熱炉内で加熱されて単相の液相とされた希土類添加シリカガラスは、加熱炉内において徐々に冷却され、この徐冷の過程で結晶化や相分離が生じ得る。
【００１３】
しかし、本発明の光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置によれば、加熱炉内を出た光ファイバ裸線に対して、クラッドよりもコアに多く吸収される波長を有する光が、上記加熱炉の外部で照射され、上記光がコアに優先的に吸収されて、加熱炉の外部においてコアが再溶融する。このため、本発明によれば、仮に加熱炉内における徐冷によってコアに結晶化や相分離が生じていた場合でも、コアが再溶融して再び単相の液相とされる。また、上記のように、この光の照射は加熱炉の外部で行われるため、光ファイバ裸線のうち光に照射された部分は、当該光が照射される領域を通過すると、即座に冷却される。このため、光の照射によって単相化された希土類添加シリカガラスに結晶化や相分離が生じることが抑制され得る。
【００１４】
したがって、本発明の光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置によれば、希土類添加シリカガラスから成るコアを伝搬する光の損失を抑制し得る光ファイバを製造し得る。
【００１５】
また、前記光照射工程において、前記希土類元素を励起する励起光を照射することが好ましい。
【００１６】
また、前記光照射部は、前記希土類元素を励起する励起光を照射可能であることが好ましい。
【００１７】
本明細書において、励起光とは、コアに添加されている希土類元素に最も吸収される最大吸収波長帯域の光が当該希土類元素に吸収される量を基準として、２．７％以上の量の光が前記希土類元素に吸収される波長帯域の光をいう。
【００１８】
この場合、励起された希土類元素が基底状態に戻ることによって、希土類元素が自然放出を起こし、この自然放出の際に生じる熱によってコアを効果的に加熱し得る。
【００１９】
また、この場合、前記励起光は、前記希土類元素に最も吸収される最大吸収波長帯域の次に前記希土類元素に吸収される第２吸収波長帯域の光とされることが好ましい。
【００２０】
このような第２吸収波長帯域の幅は、最大吸収波長帯域の幅に比べて広い傾向にある。このため、第２吸収波長帯域の光を照射する場合、希土類元素を効果的に励起させることができるとともに、照射される光の波長が本来照射されるべき波長からずれる場合でも、最大吸収波長帯域の光を照射する場合に比べて、希土類元素に吸収される光の量の変化が抑制され、増幅効率の安定性を高め得る。
【００２１】
また、光照射工程において上記励起光を照射する場合、前記希土類元素に誘導放出を起こさせる波長帯域の光をさらに照射することが好ましい。
【００２２】
また、光照射部が上記励起光を照射する場合、前記光照射部は、前記希土類元素に誘導放出を起こさせる波長帯域の光をさらに照射可能であることが好ましい。
【００２３】
誘導放出が起こるか否かは、所定の波長帯域の光の誘導放出断面積が当該光の吸収断面積よりも大きいか否かで判断することができる。誘導放出断面積とは、誘導放出を引き起こす強さを表すパラメータであり、［ｃｍ２］の単位で表される。この値が大きい波長帯域の光ほど粒子に誘導放出を起こさせ易い。一方、吸収断面積とは、所定の波長帯域の光が粒子にどの程度吸収されるかを表すパラメータであり、誘導放出断面積と同様に、［ｃｍ２］の単位で表される。この値が大きい波長帯域の光ほど粒子に吸収され易い。誘導放出は、吸収断面積の値よりも誘導放出断面積の値が大きい波長帯域の光が粒子に照射された場合に起こり易い。すなわち、上述の「誘導放出を起こさせる波長帯域」とは、誘導放出断面積の値が吸収断面積の値より大きい波長帯域をいう。
【００２４】
上記励起光とともに、誘導放出を起こさせる波長帯域の光が希土類元素に照射されることによって、希土類元素が誘導放出を引き起こし、この誘導放出に伴って熱が生じる。希土類元素が誘導放出の際に発する熱は、希土類元素が自然放出する際に発する熱に比べて大きい傾向にある。したがって、上記のように誘導放出が起こることによって、自然放出のみによって熱を生じさせる場合に比べて、より大きな熱を生じさせ得、より効果的にコアを加熱することができる。
【００２５】
また、この場合、前記誘導放出を起こさせる波長帯域の光は、吸収断面積の値が誘導放出断面積の値の７０％以下である波長帯域の光とされることが好ましい。
【００２６】
このような波長帯域の光は、より希土類元素に誘導放出を引き起こさせる。したがって、誘導放出による発熱をより大きくすることができる。
【００２７】
また、前記希土類元素はイッテルビウム（Ｙｂ）とされてもよい。
【００２８】
また、希土類元素がイッテルビウムとされる場合、前記光照射工程において、３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長帯域の光を照射してもよい。
【００２９】
希土類元素としてイッテルビウムが添加された希土類添加シリカガラスにおける光の損失（ｄＢ／ｋｍ）は、概ね３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長帯域において、希土類非添加シリカガラスにおける光の損失（ｄＢ／ｋｍ）よりも大きい。したがって、３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長帯域の光を上記光ファイバ裸線に照射した場合、当該光は、希土類非添加シリカガラスからなるクラッドに比べて、希土類添加シリカガラスからなるコアにより多く吸収される。このため、コアを効果的に加熱することができる。
【００３０】
また、前記光照射部は、前記光ファイバ裸線の前記一部に対して光を連続的に照射可能であることが好ましい。
【００３１】
この場合、光を断続的に照射する場合に比べて、上記光ファイバ裸線に照射される単位時間当たりの光の量を多くすることができる。したがって、より効果的にコアを加熱することができる。
【００３２】
また、前記光照射部は、前記光ファイバ裸線の前記一部に対して光を多方向から照射可能であることが好ましい。
【００３３】
この場合、光を一方向から照射する場合に比べて、上記光ファイバ裸線の上記一部に対する光の照射量を多くすることができる。したがって、より効果的にコアを加熱することができる。
【００３４】
また、この場合、前記光照射部は、前記光ファイバ裸線の１か所に対して光を照射可能であることがより好ましい。
【００３５】
この場合、多方向から光ファイバ裸線の１か所に対して集中的に光が照射される。したがって、より効果的にコアを加熱することができる。
【００３６】
また、上記光ファイバの製造装置は、前記光照射部から出射される光のパワー及び波長の少なくとも１つを変更可能な制御部をさらに備えてもよい。
【００３７】
この場合、光照射部から出射される光のパワーをより一定に保ち得、また、光照射部から出射される光の波長を適宜変更し得る。
【発明の効果】
【００３８】
以上のように、本発明によれば、希土類元素を含むシリカガラスから成るコアを伝搬する光の損失を抑制し得る光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面を概略的に示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光ファイバの製造装置を概略的に示す図である。
【図３】本発明の光ファイバの製造装置の光照射部を光ファイバ裸線の断面に垂直な方向から見た図である。
【図４】本発明の実施形態に係る光ファイバの製造方法を示すフローチャートである。
【図５】準備工程で準備される光ファイバ用母材の長手方向に垂直な断面を示す図である。
【図６】加熱炉内の温度分布を示すグラフである。
【図７】イッテルビウムの誘導放出断面積と吸収断面積とを示すグラフである。
【図８】エルビウムの誘導放出断面積と吸収断面積とを示すグラフである。
【図９】希土類元素としてイッテルビウムが添加されたコアにおける光の損失と、希土類元素が添加されていないコアにおける光の損失との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の光ファイバの製造装置の光照射部の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明に係る光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置の好適な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。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、変更、改良することができる。
【００４１】
図１は、本発明の実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面を示す図である。本実施形態の光ファイバ１は、増幅用光ファイバとされる。図１に示すように、本実施形態の光ファイバ１は、コア１０と、コア１０の外周面を隙間なく囲むクラッドである内側クラッド１１と、内側クラッド１１の外周面を被覆する外側クラッド１２と、外側クラッド１２の外周面を被覆する保護層１３と、を主な構成として備える。このように光ファイバ１は、いわゆるダブルクラッド構造とされている。内側クラッド１１の屈折率はコア１０の屈折率よりも低く、外側クラッド１２の屈折率は内側クラッド１１の屈折率よりも低くされている。また、コア１０は、内側クラッド１１の中心に配置されている。
【００４２】
コア１０を構成する材料は、イッテルビウム（Ｙｂ）、ツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素が添加された希土類添加シリカガラスが挙げられ、本実施形態では、希土類元素としてイッテルビウムが使用される。また、コア１０を構成する材料には、屈折率を上昇させるゲルマニウム（Ｇｅ）等の元素や、結晶化やフォトダークニングを抑制し得るアルミニウム（Ａｌ）やリン（Ｐ）等の元素が更に添加されてもよい。さらに、コア１０を構成する材料には、屈折率を調節するために、フッ素（Ｆ）やホウ素（Ｂ）等の屈折率を下げる元素が添加されてもよい。
【００４３】
内側クラッド１１を構成する材料としては、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋な希土類非添加シリカガラスを挙げることができる。なお、内側クラッド１１を構成する材料には、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等の元素が添加されてもよい。本実施形態において、内側クラッド１１は非円形の断面形状とされ、具体的には、例えば、多角形、楕円、星形、あるいは円の一部が直線状に形成された断面形状とされる。図１では、内側クラッド１１の断面形状が七角形の例が示されている。
【００４４】
外側クラッド１２は、例えば樹脂から成り、当該樹脂としては例えば紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂が挙げられる。
【００４５】
保護層１３を構成する材料としては、例えば、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂が挙げられる。外側クラッド１２が樹脂から成る場合、保護層１３を構成する材料は外側クラッド１２を構成する樹脂とは異なる樹脂とされる。
【００４６】
このような光ファイバ１によれば、内側クラッド１１が、内側クラッド１１より屈折率の高いコア１０と、内側クラッド１１より屈折率の低い外側クラッド１２との間に配置されているため、内側クラッド１１に入射する励起光をコア１０に入射させることができる。また、内側クラッド１１の長手方向に垂直な断面形状が多角形であるため、内側クラッド１１に入射する励起光は、内側クラッド１１と外側クラッド１２との界面において反射角を変えながら反射を繰り返し易くなる。このため、スキュー光の発生が抑制され、励起光がコア１０に入射し易くなる。したがって、光ファイバ１によれば、コア１０に添加された希土類元素を励起させ易く、コア１０を伝搬する光を増幅させ易い。
【００４７】
次に、本発明の実施形態に係る光ファイバの製造装置について説明する。
【００４８】
図２は、本実施形態に係る光ファイバの製造装置を概略的に示す図である。図２に示す光ファイバ１の製造装置１００は、母材送り出し装置２１、加熱炉２０、光照射部４０、被覆装置５０、ターンプーリー６０、引取装置６１、巻取装置６２を主な構成として備える。光ファイバの製造装置１００によって、上記光ファイバ１が製造される。
【００４９】
本実施形態の母材送り出し装置２１は、光ファイバ１となる光ファイバ用母材１Ｐの上端部に取り付けられ、光ファイバ用母材１Ｐを下端側から加熱炉２０内に所定の速度で送り込むモータを有する装置である。
【００５０】
本実施形態の加熱炉２０は、筐体２３、炉心管２２、発熱体３０、及び断熱材２５を主な構成として備える。
【００５１】
筐体２３の外壁内には冷媒が流通する冷媒流路２４が形成されている。冷媒流路２４に冷媒が流通することによって筐体２３が冷却され、熱による筐体２３の損傷が抑制される。また、筐体２３は中心部に上下方向に貫通した貫通孔を有しており、当該貫通孔に炉心管２２が挿入される。本実施形態では、炉心管２２は、筐体２３の上端及び下端のそれぞれから突出している。ただし、炉心管２２は、筐体２３の上端及び下端の少なくとも一方から突出しなくても良い。さらに、筐体２３には当該貫通孔に連通する中空部２０Ｈが形成され、中空部２０Ｈにおいて、炉心管２２の外周面側から炉心管２２を加熱できるように発熱体３０が設けられる。
【００５２】
本実施形態の発熱体３０は、電気が流されるときに電気抵抗によって発熱する。なお、発熱体３０は炉心管２２の一部とされてもよい。この発熱体３０が発する熱を有効に利用するため、中空部２０Ｈにおいて、発熱体３０及び炉心管２２は断熱材２５によって囲われる。断熱材２５の数は特に限定されず、断熱材２５は複数に分割されていてもよい。
【００５３】
加熱炉２０内の最高温度は、光ファイバ用母材１Ｐの大きさや光ファイバ用母材１Ｐから線引きされる光ファイバ裸線１Ｅの目標とする外径や光ファイバ裸線１Ｅに加えられる張力等によるが、２０００℃程度とされる場合がある。そのため、炉心管２２、発熱体３０及び断熱材２５を構成する材料は、例えばカーボンであることが好ましい。炉心管２２、発熱体３０及び断熱材２５にカーボンを用いる場合、加熱炉２０内部は不活性雰囲気とされることが好ましい。よって、炉心管２２の内周面側及び筐体２３の中空部２０Ｈは、例えば、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスで満たされることが好ましい。
【００５４】
図３は、光照射部４０を光ファイバ裸線１Ｅの断面に垂直な方向から見た図である。図３に示すように、本実施形態の光照射部４０は、１対の半導体レーザ４１Ｅ、４１Ｓを含んでいる。半導体レーザ４１Ｅ，４１Ｓは、光ファイバ裸線１Ｅの周方向に沿って配置され、光ファイバ裸線１Ｅの１か所に光を照射する。半導体レーザ４１Ｅは、励起光ＬＥを出射する半導体レーザである。本実施形態において、コア１０に添加される希土類元素がイッテルビウムである場合、励起光ＬＥは、８５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の波長帯域の光とされ、９００ｎｍ以上９３０ｎｍ以下の波長帯域の光とされることが好ましい。なお、９００ｎｍ以上９３０ｎｍ以下の波長帯域は、波長９１５ｎｍ帯と呼ばれることがある。また、本実施形態において、コア１０に添加される希土類元素がエルビウムである場合、励起光ＬＥは、９６５ｎｍ以上９９５ｎｍ以下の波長帯域の光、あるいは１４５０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下の波長帯域の光とされる。これら波長帯域の光の中でも、励起光ＬＥは、９６５ｎｍ以上９９５ｎｍ以下の波長帯域の光、あるいは１４６５ｎｍ以上１４９５ｎｍ以下の波長帯域の光とされることが好ましい。なお、９６５ｎｍ以上９９５ｎｍ以下の波長帯域は波長９８０ｎｍ帯と、１４６５ｎｍ以上１４９５ｎｍ以下の波長帯域は波長１４８０ｎｍ帯と、それぞれ呼ばれることがある。
【００５５】
また、半導体レーザ４１Ｓは、コア１０に添加される希土類元素に誘導放出を起こさせる波長帯域の光ＬＳを出射する半導体レーザである。本実施形態において、この光ＬＳは、上記希土類元素が例えばイッテルビウムである場合、９７５ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域の光とされ、１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域の光とされることが好ましい。また、光ＬＳは、上記希土類元素が例えばエルビウムである場合、１５３０ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下の波長帯域の光とされ、１５５０ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下がより好ましく、１６００ｎｍ以上１６３５ｎｍ以下がさらに好ましい。
【００５６】
後述するが、希土類元素がイッテルビウムである場合において、上記１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域の光は、吸収断面積の値が誘導放出断面積の値の概ね７０％以下である波長帯域の光であり、より具体的には、吸収断面積の値が誘導放出断面積の値の概ね３０％以下である波長帯域の光である。また、後述するが、希土類元素がエルビウムの場合において、上記１５５０ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下の波長帯域の光は、吸収断面積の値が誘導放出断面積の値の概ね７０％以下である波長帯域の光であり、上記１６００ｎｍ以上１６３５ｎｍ以下の波長帯域の光は、吸収断面積の値が誘導放出断面積の値の概ね３０％以下である波長帯域の光である。
【００５７】
光照射部４０は、上記励起光ＬＥ及び上記光ＬＳを、加熱炉２０において線引きされた光ファイバ裸線１Ｅの長手方向に垂直な方向に向かって、所定の時間の間途切れることなく連続的に出射する。
【００５８】
本実施形態の被覆装置５０は、第１被覆装置５１及び第２被覆装置５２を備える。第１被覆装置５１は、第２被覆装置５２よりも加熱炉２０側に配置されており、上記光ファイバ裸線１Ｅを通すことができるように構成されている。この第１被覆装置５１には、例えば、紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂からなる第１樹脂が収容されている。この第１樹脂によって、上記外側クラッド１２が形成される。第２被覆装置５２は、第１被覆装置５１よりもターンプーリー６０側に配置されており、上記光ファイバ裸線１Ｅを通すことができるように構成されている。この第２被覆装置５２には、例えば、第１樹脂とは異なる紫外線硬化樹脂又は熱硬化樹脂からなる第２樹脂が収容されている。この第２樹脂によって、上記保護層１３が形成される。
【００５９】
引取装置６１は、ターンプーリー６０によって向きが変えられた光ファイバ１を所定の引き取り速度で引き取る装置であり、巻取装置６２は光ファイバ１を所定の巻き取り速度でボビンに巻き取る装置である。
【００６０】
また、本実施形態の光ファイバ１の製造装置１００は、外径測定部７０をさらに備えている。この外径測定部７０は、光照射部４０と被覆装置５０との間に設けられ、光ファイバ裸線１Ｅの外径を測定する不図示の測定器を含んでいる。光ファイバ１の製造装置１００は、この測定器で測定された光ファイバ裸線１Ｅの外径データに基づいて、母材送り出し装置２１の送り出し速度と、引取装置６１の引き取り速度との少なくとも一方を調節する。なお、製造装置１００が外径測定部を備えることは必須ではない。
【００６１】
次に、本発明の実施形態に係る光ファイバの製造方法について説明する。
【００６２】
図４は、本発明の実施形態に係る光ファイバの製造方法を示すフローチャートである。本実施形態の光ファイバの製造方法では、上述の光ファイバの製造装置１００を用いて上記光ファイバ１が製造される。図４に示すように、本実施形態の光ファイバ１の製造方法は、準備工程Ｐ１と、線引工程Ｐ２と、光照射工程Ｐ３と、外径測定工程Ｐ４と、被覆工程Ｐ５と、巻取工程Ｐ６とを主な工程として備える。
【００６３】
＜準備工程Ｐ１＞
本工程では、まず光ファイバ１のコア１０となるコアガラス体と、内側クラッド１１となるクラッドガラス体とを有する光ファイバ用母材１Ｐを準備する。図５は、本工程で準備される光ファイバ用母材１Ｐの長手方向に垂直な断面を示す図である。図５に示すように、光ファイバ用母材１Ｐは、光ファイバ１のコア１０となるコアガラス体１０Ｐと、内側クラッド１１となるクラッドガラス体１１Ｐと、を有する。コアガラス体１０Ｐは、上述のようにコア１０となるため、コア１０と同じ材料で形成される。すなわち、本実施形態のコアガラス体１０Ｐは、希土類元素としてイッテルビウムが添加された希土類添加シリカガラスからなる。また、クラッドガラス体１１Ｐは、七角形の断面形状を有しており、コアガラス体１０Ｐの外周面を囲んでいる。クラッドガラス体１１Ｐは、上述のように内側クラッド１１となるため、内側クラッド１１と同じ材料で形成される。すなわち、本実施形態のクラッドガラス体１１Ｐは、何らドーパントが添加されていない希土類非添加シリカガラスからなる。このような光ファイバ用母材１Ｐの作製方法は特に限定されず、既知の方法によって光ファイバ用母材１Ｐを作製することができる。
【００６４】
＜線引工程Ｐ２＞
次に、本工程を行う。本工程は、上記光ファイバ用母材１Ｐを加熱炉２０において加熱して、コア１０とクラッドである内側クラッド１１とを有する光ファイバ裸線１Ｅを形成する工程である。
【００６５】
本工程では、まず、光ファイバ用母材１Ｐを加熱炉２０内に設置する。図２に示すように、光ファイバ用母材１Ｐの上端部は母材送り出し装置２１に固定され、光ファイバ用母材１Ｐは下端部から加熱炉２０の炉心管２２に挿入される。
【００６６】
上記のように本工程において光ファイバ用母材１Ｐを加熱炉２０に設置した後、加熱炉２０の発熱体３０を発熱させて、光ファイバ用母材１Ｐの下端部を加熱する。その結果、光ファイバ用母材１Ｐの下端部は溶融状態になり、粘性が下がって下方に行くほど径が先細りになる。こうして、光ファイバ用母材１Ｐの下端部が縮径し、コアガラス体１０Ｐがコア１０となると共にクラッドガラス体１１Ｐが内側クラッド１１となり、コア１０及び内側クラッド１１からなる光ファイバ裸線１Ｅが得られる。
【００６７】
以下、本工程についてより詳細に説明する。
【００６８】
光ファイバ裸線１Ｅの外径、すなわち内側クラッド１１の外径は、母材送り出し装置２１によって光ファイバ用母材１Ｐを加熱炉２０の下流側に送り込む送り出し速度と、引取装置６１によって光ファイバ１を引き取る引き取り速度と、加熱炉２０内の温度を適宜変更することによって調節される。
【００６９】
図６は、加熱炉２０内の温度分布を示す図である。加熱炉２０内の温度分布は、図６に示すように、加熱炉２０の上流側から下流側に向かって最高温度Ｔｍａｘになるまで昇温された後に降温される。こうして、加熱炉２０内の温度分布は概ね正規分布となる。すなわち、加熱炉２０内の温度分布は最高温度Ｔｍａｘとなる基準点（Ｏ）の上流側と下流側とで概ね対称となる。
【００７０】
加熱炉２０内の最高温度Ｔｍａｘは、コア１０を構成する希土類添加シリカガラスがガラス転移点以上となると共に当該希土類添加シリカガラスが単相の液相となるである温度であり、このような温度は、例えば２２００℃以上とされる。したがって、光ファイバ用母材１Ｐの下端が加熱炉２０内の基準点（Ｏ）に達すると、この基準点（Ｏ）において、コア１０を構成する希土類添加シリカガラスがガラス転移点以上になると共に当該希土類添加シリカガラスが単相の液相となる。
【００７１】
その後、光ファイバ用母材１Ｐの下端が基準点（Ｏ）を通過すると、上述のように、加熱炉内２０内の温度分布は正規分布になっているため、下流に向かうに従って徐々に冷却される。この徐冷の過程で、単相の液相とされたコア１０を構成する希土類添加シリカガラスに結晶化や相分離が生じ得る。
【００７２】
こうして、光ファイバ用母材１Ｐからガラス線が溶融して線引きされる。線引きされた溶融状態のガラス線は、加熱炉２０から出ると、すぐに固化して、コアガラス体１０Ｐがコア１０となり、クラッドガラス体１１Ｐは、断面形状が七角形である内側クラッド１１となる。すなわち、光ファイバ用母材１Ｐが、コア１０と内側クラッド１１とから構成される光ファイバ裸線１Ｅとなる。
【００７３】
＜光照射工程Ｐ３＞
次に、本工程が行われる。本工程は、加熱炉２０外において光ファイバ裸線１Ｅの一部に光を照射して、光ファイバ裸線１Ｅの当該一部におけるコア１０を単相の液相とする工程である。
【００７４】
図２に示すように、製造装置１００において、加熱炉２０の下流側には光照射部４０が配置されている。この光照射部４０は、加熱炉２０の外部に設けられており、上述のように、コア１０に添加される希土類元素が例えばイッテルビウムである場合、波長９１５ｎｍ帯の励起光ＬＥと、１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域の光ＬＳとが光ファイバ裸線１Ｅの１か所を照射するように、励起光ＬＥ及び光ＬＳを長手方向に垂直な方向に向かって出射する。また、コア１０に添加される希土類元素が例えばエルビウムである場合、波長９８０ｎｍ帯の励起光ＬＥあるいは波長１４８０ｎｍ帯の励起光ＬＥと、１６００ｎｍ以上１６３５ｎｍ以下の波長帯域の光ＬＳとが光ファイバ裸線１Ｅの１か所を照射するように、励起光ＬＥ及び光ＬＳを長手方向に垂直な方向に向かって出射する。
【００７５】
この光照射部４０は、制御部９０に電気的に接続されている。制御部９０は、例えば、マイクロコントローラ、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large-scale Integrated Circuit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの集積回路やＮＣ（Numerical Control）装置を用いることができる。また、制御部９０は、ＮＣ装置を用いた場合、機械学習器を用いたものであってもよく、機械学習器を用いないものであってもよい。具体的には、制御部９０は、光照射部４０の上記半導体レーザ４１Ｅ，４１Ｓに電気的に接続されており、半導体レーザ４１Ｅからの励起光ＬＥの出射と、半導体レーザ４１Ｓからの光ＬＳの出射とを制御する。
【００７６】
制御部９０は、光照射部４０から出射される光のパワー及び波長の少なくとも１つを変更可能に構成されてよい。例えば、制御部９０は、励起光ＬＥ及び光ＬＳの少なくとも１つのパワーを変更可能に構成されてもよい。これにより、励起光ＬＥ及び光ＬＳの少なくとも１つのパワーをより一定に保ち得る。
【００７７】
また、光照射部４０は、不図示の波長変換素子を少なくとも１つ含んでもよい。これにより、半導体レーザ４１Ｅ，４１Ｓの少なくとも１つから出射される光の波長を適宜変更し得る。この場合、制御部９０は、半導体レーザ４１Ｅ，４１Ｓの少なくとも１つの向きを変更可能に構成されてもよい。このように制御部９０が半導体レーザ４１Ｅ，４１Ｓの少なくとも１つの向きを変えることで、半導体レーザ４１Ｅ，４１Ｓの少なくとも１つから出射する光を上記波長変換素子に入射させ得る。こうして、波長が変更された励起光ＬＥあるいは光ＬＳを光ファイバ裸線１Ｅに照射させ得る。
【００７８】
なお、制御部９０は、上述した母材送り出し装置２１、引取装置６１、加熱炉２０などに電気的に接続されてもよい。こうすることで、母材送り出し速度や引き取り速度、あるいは加熱炉２０内の温度などを制御部９０を介して調整し得る。
【００７９】
以下、コア１０に添加される希土類元素がイッテルビウムである場合において本工程で照射される光について説明する。
【００８０】
まず、上述の波長９１５ｎｍ帯の光について詳細に説明する。
【００８１】
希土類元素であるイッテルビウムの上記吸収波長帯域は、８５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の帯域とされる。イッテルビウムに吸収波長帯域の光が照射されることで、当該光がイッテルビウムに吸収されて、イッテルビウムが励起する。すなわち、８５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の帯域の光は、イッテルビウムの励起光とされる。
【００８２】
図７は、イッテルビウムの誘導放出断面積と吸収断面積とを示すグラフである。図７において、破線で示すグラフは、波長［ｎｍ］と吸収断面積［ｃｍ２］との関係を示している。吸収断面積は、所定の波長帯域の光が粒子にどの程度吸収されるかを表すパラメータであり、吸収断面積の値が大きい波長帯域の光ほどイッテルビウムに吸収され易いことを示している。図７において破線で示すように、イッテルビウムは、９００ｎｍ以上９３０ｎｍ以下の波長帯域と、９７５ｎｍの波長帯域とにおいて、吸収断面積のピークを有する。この２つのピークのうち９７５ｎｍの波長帯域は最も吸収率の高い最大吸収波長帯域である。なお、最大吸収波長帯域である９７５ｎｍの波長帯域は、９６０ｎｍ以上９９０ｎｍ以下の波長帯域とされる。また、９００ｎｍ以上９３０ｎｍ以下の波長帯域、すなわち、波長９１５ｎｍ帯は、上記最大吸収波長帯域の次に吸収率の高い帯域を示す第２吸収波長帯域である。したがって、最大吸収波長帯域の光あるいは波長９１５ｎｍ帯の光が光ファイバ裸線１Ｅに照射された場合、当該光がコア１０のイッテルビウムに効果的に吸収されて、イッテルビウムが効果的に励起する。本工程では、コア１０に添加される希土類元素がイッテルビウムである場合、このような波長９１５ｎｍ帯の励起光ＬＥが、光ファイバ裸線１Ｅの一部に照射される。
【００８３】
次に、上述の１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域のレーザ光について詳細に説明する。
【００８４】
図７において、実線で示すグラフは、波長［ｎｍ］と誘導放出断面積［ｃｍ２］との関係を示している。誘導放出断面積は、誘導放出を引き起こす強さを表すパラメータであり、この値が大きい波長帯域の光ほど粒子に誘導放出を起こさせ易い。また、誘導放出が起こるか否かは、照射される波長帯域の光の誘導放出断面積の値が当該光の吸収断面積の値よりも大きいか否かで判断することができ、誘導放出断面積の値が吸収断面積の値よりも大きい波長帯域において誘導放出が起こり易い。このため、誘導放出断面積の値が吸収断面積の値よりも大きい波長帯域が、誘導放出を起こさせる波長帯域とされる。図７に示すように、イッテルビウムの誘導放出断面積の値は、概ね９７５ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域において吸収断面積の値よりも大きい。すなわち、コアに添加される希土類元素がイッテルビウムである本実施形態において、９７５ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域が誘導放出を起こさせる波長帯域とされる。したがって、９７５ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域の光が光ファイバ裸線１Ｅに照射された場合、当該光によって、コア１０のイッテルビウムが誘導放出を引き起こし易い。
【００８５】
また、誘導放出を起こさせる波長帯域のうち、吸収断面積の値が誘導放出断面積の値の７０％以下である波長帯域は、より希土類元素に誘導放出を引き起こさせ、また、誘導放出を起こさせる波長帯域のうち、吸収断面積の値が誘導放出断面積の値の３０％以下である波長帯域は、さらに希土類元素に誘導放出を引き起こさせる。図７に示すように、希土類元素がイッテルビウムである場合、吸収断面積の値が誘導放出断面積の値の３０％以下である波長帯域は、概ね１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域とされる。本工程では、コア１０に添加される希土類元素がイッテルビウムである場合、このような１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域の光ＬＳが、光ファイバ裸線１Ｅの一部に照射される。
【００８６】
また、希土類元素がイッテルビウムである場合において、本実施形態では、波長９１５ｎｍ帯の励起光ＬＥと１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域の光ＬＳとが、上述のように、光ファイバ裸線１Ｅの長手方向に垂直な方向に連続的に照射される。こうして、本実施形態では、励起光Ｌと光ＬＳとが、光ファイバ裸線１Ｅの１か所に集中して照射される。
【００８７】
次に、コア１０に添加される希土類元素がエルビウムである場合において本工程で照射される光について説明する。
【００８８】
まず、上述の波長９８０ｎｍ帯及び波長１４８０ｎｍ帯の光について詳細に説明する。
【００８９】
希土類元素であるエルビウムの上記吸収波長帯域は、１４５０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下の帯域とされる。エルビウムに吸収波長帯域の光が照射されることで、当該光がエルビウムに吸収されて、エルビウムが励起する。すなわち、１４５０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下の帯域の光は、エルビウムの励起光とされる。
【００９０】
図８は、エルビウムの誘導放出断面積と吸収断面積とを示すグラフである。図８において、破線で示すグラフは、波長［ｎｍ］と吸収断面積［ｃｍ２］との関係を示している。図８において破線で示すように、エルビウムは、１４６５ｎｍ以上１４９５ｎｍ以下の波長帯域と、１５３０ｎｍの波長帯域とにおいて、吸収断面積のピークを有する。また、図示を省略するが、エルビウムは、９６５ｎｍ以上９９５ｎｍ以下の波長帯域においても、吸収断面積のピークを有する。これら３つのピークのうち１５３０ｎｍの波長帯域は最も吸収率の高い最大吸収波長帯域である。なお、最大吸収波長帯域である１５３０ｎｍの波長帯域は、１５１５ｎｍ以上１５４５ｎｍ以下の波長帯域とされる。また、９６５ｎｍ以上９９５ｎｍ以下の波長帯域、すなわち、波長９８０ｎｍ帯と、１４６５ｎｍ以上１４９５ｎｍ以下の波長帯域、すなわち、波長１４８０ｎｍ帯とは、上記最大吸収波長帯域の次に吸収率の高い帯域を示す第２吸収波長帯域である。したがって、最大吸収波長帯域の光、波長９８０ｎｍ帯の光、あるいは波長１４８０ｎｍ帯の光が光ファイバ裸線１Ｅに照射された場合、当該光がコア１０のエルビウムに効果的に吸収されて、エルビウムが効果的に励起する。本工程では、コア１０に添加される希土類元素がエルビウムである場合、このような波長９８０ｎｍ帯又は波長１４８０ｎｍ帯の励起光ＬＥが、光ファイバ裸線１Ｅの一部に照射される。
【００９１】
次に、上述の１６００ｎｍ以上１６３５ｎｍ以下の波長帯域のレーザ光について詳細に説明する。
【００９２】
図８において、実線で示すグラフは、波長［ｎｍ］と誘導放出断面積［ｃｍ２］との関係を示している。図８に示すように、エルビウムの誘導放出断面積の値は、概ね１５３０ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下の波長帯域において吸収断面積の値よりも大きい。すなわち、コアに添加される希土類元素がエルビウムである本実施形態において、１５３０ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下の波長帯域が誘導放出を起こさせる波長帯域とされる。したがって、１５３０ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下の波長帯域の光が光ファイバ裸線１Ｅに照射された場合、当該光によって、コア１０のエルビウムが誘導放出を引き起こし易い。
【００９３】
また、図８に示すように、希土類元素がエルビウムである場合、吸収断面積の値が誘導放出断面積の値の７０％以下である波長帯域は、概ね１５５０ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下の波長帯域とされる。吸収断面積の値が誘導放出断面積の値の３０％以下である波長帯域は、概ね１６００ｎｍ以上１６３５ｎｍ以下の波長帯域とされる。本工程では、コア１０に添加される希土類元素がエルビウムである場合、このような１６００ｎｍ以上１６３５ｎｍ以下の波長帯域の光ＬＳが、光ファイバ裸線１Ｅの一部に照射される。
【００９４】
また、希土類元素がエルビウムである場合において、本実施形態では、波長９８０ｎｍ帯の励起光ＬＥあるいは波長１４８０ｎｍ帯の励起光ＬＥと、１６００ｎｍ以上１６３５ｎｍ以下の波長帯域の光ＬＳとが、上述のように、光ファイバ裸線１Ｅの長手方向に垂直な方向に連続的に照射される。こうして、本実施形態では、励起光Ｌと光ＬＳとが、光ファイバ裸線１Ｅの１か所に集中して照射される。
【００９５】
このように、光ファイバ裸線１Ｅの１か所に励起光ＬＥ及び光ＬＳが集中して照射されることで、コア１０の希土類元素が励起光ＬＥを吸収して励起する。また、励起した希土類元素が光ＬＳによって誘導放出を引き起こす。この誘導放出に起因して希土類元素が発する熱によって、コア１０のうち励起光ＬＥ及び光ＬＳに照射された部分が加熱される。一方、光ファイバ裸線１Ｅの内側クラッド１１には希土類元素が添加されていないため、希土類元素による誘導放出は起こらず、コア１０のようには加熱されない。こうして、本工程では、光照射部４０から出射された光が内側クラッド１１よりもコア１０に多く吸収されて、コア１０が優先的に加熱される。
【００９６】
上述のように、線引工程Ｐ２における加熱炉２０内の徐冷によって、加熱炉２０を出た光ファイバ裸線１Ｅのコア１０には、希土類添加シリカガラスの結晶化や相分離が生じている場合がある。しかし、本工程において、光ファイバ裸線１Ｅのコア１０が優先的に加熱される結果、光ファイバ裸線１Ｅのうち光照射部４０から出射した光に照射された部分のコア１０が、再び溶融して単相の液相となる。このような光の照射は、上述のように加熱炉２０の外部で行われるため、光ファイバ裸線１Ｅのうち光に照射された部分は、当該光が照射される領域を通過すると、外部雰囲気によって即座に冷却される。このため、本工程では、溶融して単相となった希土類添加シリカガラスに結晶化や相分離が生じることが抑制され得る。
【００９７】
なお、光照射部４０の下流側に冷却装置を設けてもよい。この冷却装置を配置することで、光ファイバ裸線１Ｅのうち光に照射された部分を外部雰囲気によって冷却する場合に比べて、光ファイバ裸線１Ｅの当該部分をさらに即座に冷却することができる。
【００９８】
＜外径測定工程Ｐ４＞
次に、本工程を行う。上述のように、光照射部４０と被覆装置５０との間には、光ファイバ裸線１Ｅが通される外径測定部７０が配置されている。したがって、光ファイバ裸線１Ｅのうち光照射部４０から出射された光に照射された部分が外径測定部７０を通過すると、当該部分の外径が測定器によって測定され、この外径のデータが、母材送り出し装置２１、引取装置６１、及び加熱炉２０にフィードバックされる。その結果、光ファイバ裸線１Ｅの外径が所望の外径ではない場合、光ファイバ裸線１Ｅの外径が所望の外径となるように、母材送り出し装置２１の送り込み速度、引取装置６１の引き取り速度、及び加熱炉２０内の温度の少なくとも１つが調節される。なお、本工程は必須の工程ではない。
【００９９】
＜被覆工程Ｐ５＞
次に、本工程を行う。本工程は、光ファイバ裸線１Ｅを外側クラッド１２及び保護層１３で被覆する工程である。
【０１００】
外径測定部７０を通過した光ファイバ裸線１Ｅは、被覆装置５０の第１被覆装置５１において、外側クラッド１２となる第１樹脂が入った第１被覆装置５１を通過する。この際、内側クラッド１１が第１樹脂で被覆され、内側クラッド１１の外周面に第１樹脂からなる外側クラッド１２が形成される。
【０１０１】
その後、外側クラッド１２で覆われた光ファイバ裸線１Ｅは、第１樹脂とは異なる材料からなる第２樹脂が入った第２被覆装置５２を通過する。この際、外側クラッド１２が第２樹脂で被覆され、外側クラッド１２の外周面に第２樹脂からなる保護層１３が形成される。
【０１０２】
なお、第１樹脂が紫外線硬化樹脂である場合、第２樹脂を第１樹脂と異なる紫外線硬化樹脂とし、第１樹脂が熱硬化樹脂である場合、第２樹脂を第１樹脂と異なる熱硬化樹脂としてもよい。また、第１樹脂及び第２樹脂の一方を紫外線硬化樹脂とし、他方を熱硬化樹脂としてもよい。
【０１０３】
こうして、本工程によって、コア１０と内側クラッド１１とを含む光ファイバ裸線１Ｅが、コア１０と内側クラッド１１と外側クラッド１２と保護層１３とを含む図１に示す光ファイバ１となる。
【０１０４】
＜巻取工程Ｐ６＞
次に、本工程を行う。本工程は、光ファイバ１を巻き取る工程である。光ファイバ１は、ターンプーリー６０により方向が変換され、その後、引取装置６１により所定の引き取り速度で引き取られ、巻取装置６２によりボビンに巻き取られる。この光ファイバ１は上記光照射工程Ｐ３を経た後にボビンに巻き取られる。したがって、当該ボビンに巻き取られた光ファイバ１の概ね全長の区間に対して、光照射部４０から光が照射されている。したがって、ボビンに巻き取られた光ファイバ１の概ね全長の区間において、コア１０の結晶化や相分離が抑制されている。
【０１０５】
このように、準備工程Ｐ１、線引工程Ｐ２、光照射工程Ｐ３、外径測定工程Ｐ４、被覆工程Ｐ５、及び巻取工程Ｐ６を経て、コア１０の結晶化や相分離が抑制された光ファイバ１が製造される。
【０１０６】
以上説明したように、本実施形態の光ファイバ１の製造方法は、イッテルビウムを含む希土類添加シリカガラスから成るコア１０と、コア１０の外周面を囲いコア１０よりも屈折率の低い内側クラッド１１とを有する光ファイバ１となる光ファイバ用母材１Ｐを、加熱炉２０において加熱して、コア１０と内側クラッド１１とを有する光ファイバ裸線１Ｅを形成する線引工程Ｐ２と、加熱炉２０外において光ファイバ裸線１Ｅの一部に光を照射して、光ファイバ裸線１Ｅの当該一部においてコア１０を単相の液相とする光照射工程Ｐ３と、を備え、上記光は、内側クラッド１１よりもコア１０に多く吸収される波長を有する。
【０１０７】
また、本実施形態の光ファイバ１の製造装置１００は、イッテルビウムを含む希土類添加シリカガラスから成るコア１０と、コア１０の外周面を囲いコア１０よりも屈折率の低い内側クラッド１１とを有する光ファイバ１となる光ファイバ用母材１Ｐに対する加熱によって、コア１０と内側クラッド１１とを有する光ファイバ裸線１Ｅを形成可能な加熱炉２０と、加熱炉２０外において光ファイバ裸線１Ｅの一部に照射可能な光であって、光ファイバ裸線１Ｅの上記一部においてコア１０を単相の液相にし得る光を照射可能な光照射部４０と、を備え、上記光は、内側クラッド１１よりもコア１０に多く吸収される波長を有する。
【０１０８】
希土類添加シリカガラスの結晶化や相分離は、当該ガラスのガラス転移点以上において、単相の液相で存在できる温度よりも低い温度でおこる。線引工程Ｐ２で使用される加熱炉２０では、加熱炉２０内の温度変化を急峻にすることが難しい傾向にある。よって、加熱炉２０内で加熱されて単相の液相とされた希土類添加シリカガラスは、加熱炉２０内において徐々に冷却され、この徐冷の過程で結晶化や相分離が生じ得る。
【０１０９】
しかし、本発明の光ファイバ１の製造方法及び光ファイバ１の製造装置１００によれば、加熱炉２０内を出た光ファイバ裸線１Ｅに対して、内側クラッド１１よりもコア１０に多く吸収される波長を有する光が、加熱炉２０の外部で照射されるため、上記光がコア１０に優先的に吸収されて、加熱炉２０の外部においてコア１０が再溶融する。こうして、本発明によれば、仮に加熱炉２０内における徐冷によってコア１０に結晶化や相分離が生じていた場合でも、コア１０が再溶融して再び単相の液相とされる。また、上記のように、この光の照射は加熱炉２０の外部で行われるため、光ファイバ裸線１Ｅのうち光に照射された部分は、当該光が照射される領域を通過すると、即座に冷却される。このため、光の照射によって単相化された希土類添加シリカガラスに結晶化や相分離が生じることが抑制され得る。すなわち、光照射部４０から出射された光が照射される領域を通過した光ファイバ裸線１Ｅのコア１０では、結晶化や相分離の発生が抑制されており、このような結晶化や相分離が抑制されたコア１０を有する光ファイバ裸線１Ｅに対して、被覆工程Ｐ５及び巻取工程Ｐ６が行われる。
【０１１０】
したがって、本発明の光ファイバ１の製造方法及び光ファイバ１の製造装置１００によれば、希土類添加シリカガラスから成るコア１０を伝搬する光の損失を抑制し得る光ファイバを製造し得る。
【０１１１】
また、本実施形態の光ファイバ１の製造方法では、光照射工程Ｐ３において、希土類元素を励起する励起光ＬＥが照射される。また、本実施形態の光ファイバ１の製造装置１００は、上記励起光ＬＥを照射する光照射部４０を備えている。本実施形態において光ファイバ裸線１Ｅのコア１０に例えば希土類元素としてイッテルビウムが添加される場合、この光ファイバ裸線１Ｅの一部に、イッテルビウムの吸収波長帯域の光である８５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の波長帯域の光が励起光ＬＥとして照射される。また、本実施形態において光ファイバ裸線１Ｅのコア１０に例えば希土類元素としてエルビウムが添加される場合、この光ファイバ裸線１Ｅの一部に、エルビウムの吸収波長帯域の光である９６５ｎｍ以上９９５ｎｍ以下の波長帯域の光、あるいは、エルビウムの吸収波長帯域の光である１４５０ｎｍ以上１６２５ｎｍ以下の波長帯域の光が、励起光ＬＥとして照射される。具体的には、本実施形態の光ファイバ１の製造方法では、上記吸収波長帯域のうち最大吸収波長帯域の次に吸収率の高い第２吸収波長帯域の光が励起光ＬＥとして希土類元素に照射される。したがって、励起光ＬＥが希土類元素に効果的に吸収されて、希土類元素が効果的に励起される。
【０１１２】
また、本実施形態の光ファイバ１の製造方法及び光ファイバ１の製造装置１００では、上記励起光ＬＥとともに、希土類元素に誘導放出を起こさせる波長帯域の光ＬＳが照射される。本実施形態において光ファイバ裸線１Ｅのコア１０に例えば希土類元素としてイッテルビウムが添加される場合、光照射部４０は、上記光ＬＳとして９７５ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域の光を照射する。より具体的には、光照射部４０は、１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域の光を光ＬＳとして照射する。上述のように、１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域は、吸収断面積の値が誘導放出断面積の値の３０％以下である波長帯域とされ、このような波長帯域は、イッテルビウムに誘導放出を引き起こさせる傾向が強い。したがって、このような光ＬＳが励起光ＬＥとともにイッテルビウムに照射されることで、励起光ＬＥにより励起されたイッテルビウムが、光ＬＳによって効果的に誘導放出を引き起こし、この誘導放出に起因して熱が生じる。また、本実施形態において光ファイバ裸線１Ｅのコア１０に例えば希土類元素としてエルビウムが添加される場合、光照射部４０は、上記光ＬＳとして１５３０ｎｍ以上１６５０ｎｍ以下の波長帯域の光を照射する。より具体的には、光照射部４０は、１６００ｎｍ以上１６３５ｎｍ以下の波長帯域の光を光ＬＳとして照射する。上述のように、１６００ｎｍ以上１６３５ｎｍ以下の波長帯域は、吸収断面積の値が誘導放出断面積の値の３０％以下である波長帯域とされ、このような波長帯域は、エルビウムに誘導放出を引き起こさせる傾向が強い。したがって、このような光ＬＳが励起光ＬＥとともにエルビウムに照射されることで、励起光ＬＥにより励起されたエルビウムが、光ＬＳによって効果的に誘導放出を引き起こし、この誘導放出に起因して熱が生じる。希土類元素が誘導放出の際に発する熱は、希土類元素が自然放出する際に発する熱に比べて大きい傾向にある。したがって、上記のように誘導放出が効果的に起こることによって、自然放出のみによって熱を生じさせる場合に比べて、より大きな熱が生じ得、より効果的にコア１０を加熱することができる。
【０１１３】
また、上述のように、本実施形態の光ファイバ１の製造方法及び製造装置１００では、第２吸収波長帯域の光が励起光ＬＥとして照射される。第２吸収波長帯域の幅は、最大吸収波長帯域の幅に比べて広い傾向にある。このため、第２吸収波長帯域の光を照射することによって、照射される光の波長が本来の照射されるべき波長からずれる場合でも、希土類元素の最大吸収波長帯域の光を照射する場合に比べて、希土類元素に吸収される光の量の変化が抑制され得る。したがって、最大吸収波長帯域の光を照射する場合に比べて、増幅効率の安定性を高め得る。
【０１１４】
また、本実施形態の光ファイバ１の製造方法では、光ファイバ裸線の長手方向に垂直な断面形状が非円形とされる。断面形状が非円形の光ファイバ裸線１Ｅの内側クラッド１１が過剰加熱されると、表面張力によって断面形状が円形に近づく傾向にある。しかし、本実施形態の光ファイバの製造方法では、光ファイバ裸線１Ｅのコア１０が優先的に加熱されるため、光ファイバ裸線１Ｅの内側クラッド１１が過剰加熱されることが抑制される。したがって、本発明の光ファイバの製造方法によれば、光ファイバ裸線１Ｅの断面形状が非円形である場合において、当該断面形状が円形に近づくことを抑制しつつ、コア１０を効果的に加熱することができる。
【０１１５】
また、本実施形態の光ファイバ１の製造装置１００では、光照射部４０が光を連続的に照射する。したがって、光を断続的に照射する場合に比べて、光ファイバ裸線１Ｅに照射される単位時間当たりの光の量を多くすることができ、より効果的にコアを加熱することができる。
【０１１６】
以上、本発明について、上記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。
【０１１７】
例えば、上記実施形態では、希土類元素がイッテルビウム又はエルビウムである希土類添加シリカガラスからなるコアを有する光ファイバを製造する例を説明したが、希土類元素はツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジウム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、等、イッテルビウム及びエルビウム以外の希土類元素であってもよい。この場合でも、光照射工程Ｐ３において、希土類元素を励起する励起光ＬＥを照射することが好ましい。また、励起光ＬＥとして第２吸収波長帯域の光を照射することが好ましい。また、光照射工程Ｐ３において、希土類元素に誘導放出を起こさせる波長帯域の光ＬＳをさらに照射することがより好ましい。また、光ＬＳとして、吸収断面積の値が誘導放出断面積の値の７０％以下である波長帯域の光を照射することがより好ましい。
【０１１８】
また、上記実施形態では、励起光ＬＥとして、第２吸収波長帯域の光を照射する例を説明したが、吸収波長帯域の光であればその他の波長帯域の光であってもよい。例えば、励起光ＬＥが最大吸収波長帯域の光であってもよい。励起光ＬＥが最大吸収波長帯域の光である場合、励起光ＬＥが、コア１０に添加された希土類元素によって効果的に吸収され得、コア１０を効果的に加熱し得る。
【０１１９】
また、上記実施形態では、誘導放出を起こさせる波長帯域の光ＬＳとして、吸収断面積の値が誘導放出断面積の値の７０％以下である波長帯域の光を照射する例を説明したが、誘導放出断面積の値が吸収断面積の値よりも大きいのであれば、希土類元素に誘導放出を起こさせ得る。例えば、希土類元素がイッテルビウムの場合、誘導放出断面積の値が吸収断面積の値よりも大きいのであれば、１０００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長帯域以外の光であっても、イッテルビウムに誘導放出を起こさせ得る。また、希土類元素がエルビウムである場合、１６００ｎｍ以上１６３５ｎｍ以下の波長帯域以外の光であっても、エルビウムに誘導放出を起こさせ得る。
【０１２０】
また、上記実施形態では、励起光ＬＥに加えて、希土類元素に誘導放出を起こさせる波長帯域の光ＬＳをさらに照射する例を説明したが、光ＬＳをさらに照射することは必須ではない。この場合、光照射部４０から励起光ＬＥのみを照射してもよい。この場合でも、希土類元素が自然放出する際に発する熱によって、コア１０を優先的に加熱することができる。また、励起光ＬＥのみを照射する場合、光ＬＳを照射する半導体レーザ４１Ｓが不要となり、部品点数を削減し得る。なお、希土類元素がイッテルビウムである場合において、励起光ＬＥのみでコア１０を加熱する場合、励起光ＬＥとして、例えば、上記最大吸収波長帯域の波長９７５ｎｍ帯の光、或いは、上記第２吸収波長帯域の波長９１５ｎｍ帯の光を照射してもよい。また、希土類元素がエルビウムである場合において、励起光ＬＥのみでコア１０を加熱する場合、励起光ＬＥとして、例えば、上記最大吸収波長帯域の波長１５３０ｎｍ帯の光、或いは、上記第２吸収波長帯域の波長９８０ｎｍ帯の光、或いは、１４８０ｎｍ帯の光を照射してもよい。ここで、図７及び図８に示すように、希土類元素の第２吸収波長帯域の幅は、最大吸収波長帯域の幅に比べて広い傾向にある。このため、希土類元素の第２吸収波長帯域の光を照射することによって、照射される光の波長が本来の照射されるべき波長からずれる場合でも、希土類元素の最大吸収波長帯域の光を照射する場合に比べて、希土類元素に吸収される光の量の変化が抑制され得る。したがって、最大吸収波長帯域の光を照射する場合に比べて、増幅効率の安定性を高め得る。
【０１２１】
また、上記実施形態では、コア１０を優先的に加熱するために少なくとも励起光ＬＥを照射する例を説明したが、コア１０を優先的に加熱するために光照射部４０から照射される光は、励起光ＬＥである必要はない。すなわち、光ファイバ裸線１Ｅのクラッド１１よりもコア１０に多く吸収される波長の光であればよい。この点についてより詳細に説明する。図９は、希土類元素としてイッテルビウムが添加されたコアにおける光の損失（ｄＢ／ｋｍ）と、希土類元素が添加されていないコアにおける光の損失（ｄＢ／ｋｍ）との関係を示すグラフである。図９において、実線で示されるグラフは、イッテルビウムが添加されたコアを伝搬する光の損失を示している。一方、破線で示されるグラフは、希土類元素が添加されていないコアを伝搬する光を示している。図９において、光の損失の値が大きい波長帯域の光ほどコアに吸収され易いことを意味する。なお、８５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の波長帯域は上述のイッテルビウムの吸収波長帯域である。図９から、８５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の吸収波長帯域を除いて、概ね３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長帯域の光が、希土類元素が添加されていないコアに比べて、イッテルビウムが添加されたコアに多く吸収されることがわかる。したがって、コアに添加される希土類元素がイッテルビウムである場合、光照射工程Ｐ３において、クラッド１１よりもコア１０に多く吸収される波長の光として、３００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長帯域の光を照射してもよい。
【０１２２】
また、上記実施形態では、光照射部４０の複数の半導体レーザ４１Ｅ，４１Ｓが光ファイバ裸線１Ｅの周方向に沿って配置される例を説明した。しかし、例えば、図１０に示すように、複数の半導体レーザ４１を、光ファイバ裸線１Ｅの長手方向に沿って配置して光照射部４０を構成してもよい。このように、光ファイバ裸線１Ｅの周方向に沿って、或いは、光ファイバ裸線の長手方向に沿って複数の半導体レーザを配置して、光を多方向から光ファイバ裸線１Ｅの１か所に照射することによって、１つの半導体レーザから光を一方向に照射する場合に比べて、光ファイバ裸線１Ｅの１か所に照射される光の量を多くすることができ、より効果的にコア１０を加熱することができる。例えば、励起光ＬＥのみを照射する場合でも、このように半導体レーザを複数設けて、励起光ＬＥを多方向から１か所に照射することによって、より効果的にコア１０を加熱することができる。なお、複数の半導体レーザを光照射部４０に設ける場合、１対の半導体レーザの光出射部同士が対向しないように配置してもよい。この場合、一方の半導体レーザから出射する光が他方の半導体レーザに当たることを抑制することができる。
【０１２３】
また、上記実施形態では、光照射部４０が光を連続的に照射する例を説明したが、光照射部４０が光を断続的に照射してもよい。ただし、上述のように、光照射部４０が光を連続的に照射する場合、光ファイバ裸線１Ｅに照射される単位時間当たりの光の量を多くすることができ、より効果的にコアを加熱することができる。
【０１２４】
また、光照射部４０を複数の半導体レーザから構成する場合、複数の半導体レーザから出射する光が光ファイバ裸線１Ｅの１か所に照射される必要はない。すなわち、これらの光が、光ファイバ裸線１Ｅの複数の箇所に照射されてもよい。ただし、上述のように、光照射部４０が光ファイバ裸線１Ｅの１か所に対して光を照射することで、１か所に光を集中させることができ、より効果的にコアを加熱することができる。
【０１２５】
また、上記実施形態では、光ファイバ裸線１Ｅの断面形状が非円形である例を説明したが、光ファイバ裸線１Ｅの内側クラッド１１の断面形状が円形であってもよい。
【０１２６】
また、上記実施形態では、光ファイバ１がダブルクラッド構造である例を説明したが、これに限られない。例えば、光ファイバ１がシングルクラッド構造であってもよい。
【０１２７】
また、上記実施形態では、光ファイバ１の内側クラッド１１に希土類元素が添加されていない例を説明した。しかし、光照射工程Ｐ３における光の照射によってコア１０を単相の液相とすることができるのであれば、クラッドに例えばイッテルビウムやエルビウムなどの希土類元素や他の不純物材料等が入っていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
以上説明したように、本発明によれば、希土類元素を含むコアを伝搬する光の損失を抑制し得る光ファイバの製造方法及び光ファイバの製造装置が提供され、加工機や医療用レーザ装置等の分野で利用することが期待される。
【符号の説明】
【０１２９】
１・・・光ファイバ
１Ｐ・・・光ファイバ用母材
１Ｅ・・・光ファイバ裸線
１０・・・コア
１０Ｐ・・・コアガラス体
１１・・・内側クラッド
１１Ｐ・・・クラッドガラス体
１２・・・外側クラッド
１３・・・保護層
２０・・・加熱炉
２１・・・母材送り出し装置
４０・・・光照射部
４１・・・半導体レーザ
１００・・・光ファイバの製造装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020152581.tif 000008
【図７】
2020152581.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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