(57)【要約】【課題】良好な光ファイバ母材が製造され易い光ファイバ母材の製造方法、及び良好な光ファイバが製造され易い光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】光ファイバ母材１０Ｐの製造方法は、希土類元素が添加されたシリカ粒子ＳＰを石英管１１０の内部空間１１１に充填する充填工程Ｐ２と、希土類元素を励起する励起光ＥＬを内部空間１１１に充填されたシリカ粒子ＳＰに照射して、励起光ＥＬにより励起された希土類元素から生じる熱によってシリカ粒子ＳＰを溶融させる溶融工程Ｐ３と、を備えることを特徴とする。また、光ファイバ１０の製造方法は、充填工程Ｐ２と溶融工程Ｐ３とにより製造された光ファイバ母材１０Ｐを線引きする線引工程Ｐ４を備える。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素が添加されたシリカ粒子を石英管の内部空間に充填する充填工程と、
前記希土類元素を励起する励起光を前記内部空間に充填された前記シリカ粒子に照射して、当該励起光により励起された前記希土類元素から生じる熱によって前記シリカ粒子を溶融させる溶融工程と、
を備えることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
【請求項２】
前記溶融工程において、前記励起光を前記石英管の側面側から照射する
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項３】
前記溶融工程において、前記石英管の前記内部空間の長手方向が鉛直方向に沿って延在するように前記石英管を設置し、前記励起光の前記石英管における照射位置を鉛直方向下側から鉛直方向上側に向かって移動させる
ことを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項４】
前記溶融工程において、前記励起光の前記石英管における照射位置を当該石英管の周方向に沿って前記石英管に対して相対的に移動させる
ことを特徴とする請求項２または３に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項５】
前記溶融工程において、前記励起光を前記石英管の周方向の複数の箇所から照射する
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項６】
前記シリカ粒子が充填された前記内部空間を減圧した後に、前記励起光を前記石英管に照射する
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母材の製造方法。
【請求項７】
前記シリカ粒子が充填された前記内部空間の減圧処理をしながら前記励起光を前記石英管に照射する
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母材の製造方法。
【請求項８】
前記シリカ粒子の平均粒子径が１００μｍ以上５００μｍ以下とされる
ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項９】
前記希土類元素にはイッテルビウム（Ｙｂ）が含まれる
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の光ファイバ母材の製造方法により製造された光ファイバ母材を線引きする線引工程を備える
ことを特徴とする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、光ファイバ母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバは、当該光ファイバのコア及びクラッドと同じ材料からなる光ファイバ母材を線引きすることにより製造される。この光ファイバ母材を製造する方法として、例えば、下記特許文献１に記載された方法が知られている。
【０００３】
この特許文献１に記載された方法では、ドーパントが添加されたシリカ粒子を基板上に順次供給しながら当該シリカ粒子にＣＯ2レーザを照射して、シリカ粒子をガラスロッド化する。このガラスロッドが、光ファイバ母材のうち光ファイバのコアとなるコアガラス体とされる。そして、光ファイバ母材のうち光ファイバのクラッドとなるクラッドガラス体とされる石英管の貫通孔内に上記ガラスロッドを挿入し、光ファイバ母材が製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−２２１３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１に開示された方法では、シリカ粒子が基板上に露出された状態で当該シリカ粒子を堆積させるため、コアガラス体となるシリカ粒子に不純物が混入し易い。また、シリカ粒子が堆積していく際にシリカ粒子が型崩れして、コアガラス体の形状変化が大きくなるおそれがある。このように、この方法では、コアガラス体に不純物が混入し得、また、コアガラス体の形状が不良になり得る等の理由があるため、良好な光ファイバ母材が製造され難くなり得る。また、このような光ファイバ母材を使用した場合には良好な光ファイバが製造され難くなり得る。
【０００６】
そこで、本発明は、良好な光ファイバ母材が製造され易い光ファイバ母材の製造方法、及び良好な光ファイバが製造され易い光ファイバの製造方法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】
【０００７】
上記目的の達成のため、本発明の光ファイバ母材の製造方法は、希土類元素が添加されたシリカ粒子を石英管の内部空間に充填する充填工程と、前記希土類元素を励起する励起光を前記内部空間に充填された前記シリカ粒子に照射して、当該励起光により励起された前記希土類元素から生じる熱によって前記シリカ粒子を溶融させる溶融工程と、を備えることを特徴とするものである。
【０００８】
この光ファイバ母材の製造方法によれば、シリカ粒子が石英管内に収容されるため、シリカ粒子に不純物が混入することを抑制し得る。
【０００９】
ところで、希土類元素を励起する波長帯域の励起光は、一般的に石英に吸収されにくい傾向にある。この製造方法では、励起光が使用されるため、当該励起光が石英管に吸収されることが抑制されるとともに、内部空間に充填されたシリカ粒子中の希土類元素に当該励起光が吸収される。このため、励起光を吸収して励起された希土類元素が基底状態に戻る際に発する熱によってシリカ粒子が溶融され得、上記コアガラス体が形成され得る。また、上述のように励起光が石英管に吸収されることが抑制されるため、石英管の発熱が抑えられて石英管の変形が抑制され、外形変形の少ないコアクラッド体が形成され得る。従って、製造された光ファイバ母材の外形が不良になることを抑制し得る。
【００１０】
よって、本発明の光ファイバ母材の製造方法によれば、不純物の混入や光ファイバ母材の形状変化が抑制され得、良好な光ファイバ母材が製造され易い。
【００１１】
なお、前記溶融工程において、前記励起光を前記石英管の側面側から照射することが好ましい。
【００１２】
一般的に、光ファイバ母材のコアガラス体は、径方向の大きさよりも長手方向の大きさが大きい。したがって、上記のように励起光を照射することで、非溶融のシリカ粒子を少なくし得る。
【００１３】
上記励起光を上記石英管の側面側から照射する場合、前記溶融工程において、前記石英管の前記内部空間の長手方向が鉛直方向に沿って延在するように前記石英管を設置し、前記励起光の前記石英管における照射位置を鉛直方向下側から鉛直方向上側に向かって移動させてもよい。
【００１４】
このように内部空間の長手方向を鉛直方向に沿って延在させた上で、励起光の照射位置を鉛直方向下側から鉛直方向上側に向かって移動させることで、内部空間の下側に位置するシリカ粒子が先に溶融してガラス化し得る。この場合、シリカ粒子がガラス化する際に、シリカ粒子間の空隙を下方側から順に潰し得る。このため、コアガラス体中に気泡が生じることが効果的に抑制され得る。
【００１５】
上記励起光を上記側面側から照射する場合、前記溶融工程において、前記励起光の前記石英管における照射位置を当該石英管の周方向に沿って前記石英管に対して相対的に移動させてもよい。
【００１６】
この場合、上記照射位置が石英管の周方向に沿って移動することで、シリカ粒子を当該周方向に沿って均一に溶融させ得る。なお、上記照射位置を石英管の周方向に沿って移動させるために、石英管を固定して励起光の照射位置を石英管の周方向に沿って移動させてもよいし、励起光の照射位置を固定して石英管を当該石英管の中心軸周りに回転させてもよい。後者のように石英管を回転させる場合であって、上述のように励起光の石英管における照射位置を鉛直方向下側から鉛直方向上側に向かって移動させる場合には、石英管の回転に伴う振動によって、非溶融のシリカ粒子がより落下し易くなり得、上記空隙がより塞がれ易くなり得る。
【００１７】
また、上記励起光を上記側面側から照射する場合、前記励起光を前記石英管の周方向の複数の箇所から照射してもよい。
【００１８】
この場合、シリカ粒子がより均一に溶融し易くなり得る。
【００１９】
また、前記シリカ粒子が充填された前記内部空間を減圧した後に前記励起光を前記石英管に照射してもよい。
【００２０】
この場合、内部空間が減圧されることで、上記内部空間の気体量が減少して上記気泡の発生がより効果的に抑制され得る。
【００２１】
また、前記シリカ粒子が充填された前記内部空間の減圧処理をしながら前記励起光を前記石英管に照射してもよい。
【００２２】
この場合、内部空間が減圧されながら溶融工程が行われる。このため、上記内部空間の気体量が減少して上記気泡の発生がより効果的に抑制され得る。また、シリカ粒子の溶融によって気体が発生する場合でも、この気体を内部空間から排気し得、上記気泡の発生がより効果的に抑制され得る。
【００２３】
また、前記シリカ粒子の平均粒子径が１００μｍ以上５００μｍ以下とされてもよい。
【００２４】
シリカ粒子の平均粒子径が５００μｍ以下であれば、シリカ粒子間に形成される空隙が小さくなり得る。また、シリカ粒子の平均粒子径が１００μｍ以上であれば、内部空間１１１内におけるシリカ粒子の流動性が良くなり、上記空隙に不溶融のシリカ粒子が入り込み易くなり得る。したがって、シリカ粒子の平均粒子径が１００μｍ以上５００μｍ以下であれば、シリカ粒子の内部空間における充填性がより高まり得る。また、各シリカ粒子がこのような大きさであれば、各シリカ粒子の溶け方が概ね均一になり得る。
【００２５】
また、前記希土類元素にはイッテルビウム（Ｙｂ）が含まれてもよい。
【００２６】
また、本発明の光ファイバの製造方法は、上記いずれかの光ファイバ母材の製造方法により製造された光ファイバ部材を線引きする線引工程を備えることを特徴とするものである。
【００２７】
上述のように、本発明の光ファイバ母材の製造方法によれば、良好な光ファイバ母材が製造され易い。したがって、このような製造方法により製造された光ファイバ母材を線引する本発明に係る光ファイバの製造方法によれば、良好な光ファイバが製造され易い。
【発明の効果】
【００２８】
以上のように、本発明によれば、良好な光ファイバ母材が製造され易い光ファイバ母材の製造方法、及び良好な光ファイバが製造され易い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】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。
【図２】図１に示す光ファイバの製造に用いる光ファイバ母材を示す図である。
【図３】光ファイバ母材を製造する工程及び光ファイバを製造する工程を示すフローチャートである。
【図４】充填工程の様子を概略的に説明する図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る溶融工程の様子を概略的に説明する図である。
【図６】線引工程の様子を概略的に説明する図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る溶融工程の様子を概略的に説明する図である。
【図８】光源が石英管の周方向に複数設けられた例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法、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。また、本明細書では、理解を容易にするために、各部材の寸法が誇張して示されている場合がある。
【００３１】
（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の長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。本実施形態における光ファイバ１０は、コアに希土類元素が添加されているダブルクラッドファイバとされ、増幅用光ファイバとされる。図１に示すように、この光ファイバ１０は、コア１１と、コア１１を隙間なく囲む内側クラッド１２と、内側クラッド１２の外周面を隙間なく囲む外側クラッド１３と、外側クラッド１３を被覆する被覆層１４と、を主な構成として備える。内側クラッド１２の屈折率はコア１１の屈折率よりも低くなっており、外側クラッド１３の屈折率は内側クラッド１２の屈折率よりも低くなっている。
【００３２】
コア１１は、所定の励起光により励起されるイッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類元素が添加された石英から形成されている。上記希土類元素としては、上記Ｙｂの他にツリウム（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）等が挙げられる。なお、イッテルビウムの結晶化を抑制するために、コア１１にアルミニウム（Ａｌ）を共添加してもよい。また、リン（Ｐ）をアルミニウムと共添加して、アルミニウムによってコア１１の屈折率が上昇することを抑制してもよい。また、このコア１１には、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の元素が添加されてもよい。
【００３３】
内側クラッド１２は、例えば、何らドーパントが添加されていない純粋石英、あるいは、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等の元素が添加された石英等から形成される。なお、この内側クラッド１２には希土類元素が添加されていない。
【００３４】
外側クラッド１３は、樹脂または石英から成り、樹脂としては例えば熱硬化樹脂や紫外線硬化樹脂等が挙げられ、石英としては例えば内側クラッド１２よりもさらに屈折率が低くなるように屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）等のドーパントが添加された石英が挙げられる。本実施形態の外側クラッド１３は樹脂から形成され、具体的には、耐熱性等の観点から、熱硬化樹脂から形成される。
【００３５】
被覆層１４は、例えば、熱硬化樹脂や紫外線硬化樹脂から形成される。本実施形態の被覆層１４は、耐熱性等の観点から、外側クラッド１３とは異なる種類の熱硬化樹脂から形成される。
【００３６】
このような光ファイバ１０は、後述の様に光ファイバ母材を線引きすることにより製造される。図２は、図１に示す光ファイバ１０の製造に用いる光ファイバ母材を示す図である。図２に示すように、光ファイバ母材１０Ｐは、円柱状の形状をしており、光ファイバ１０のコア１１となるコアガラス体１１Ｐと、コアガラス体１１Ｐの外周面を囲み、光ファイバ１０の内側クラッド１２となるクラッドガラス体１２Ｐとから構成される。
【００３７】
コアガラス体１１Ｐは、光ファイバ１０のコア１１と同じ材料から成り、クラッドガラス体１２Ｐは、内側クラッド１２と同じ材料から成る。したがって、コアガラス体１１Ｐには希土類元素が添加されており、クラッドガラス体１２Ｐには希土類元素が添加されていない。コアガラス体１１Ｐの直径とクラッドガラス体の外径との比は、光ファイバ１０のコア１１の直径と内側クラッド１２の外径との比と略同一とされる。また、コアガラス体１１Ｐの長手方向の大きさは、コアガラス体１１Ｐの径方向の大きさよりも大きくされ、クラッドガラス体１２Ｐの長手方向の大きさは、クラッドガラス体１２Ｐの外径の径方向の大きさよりも大きくされる。
【００３８】
次に、このような光ファイバ母材１０Ｐを製造し、製造した光ファイバ母材１０Ｐを用いて光ファイバ１０を製造する方法について説明する。
【００３９】
図３は、光ファイバ母材１０Ｐを製造する工程、及び、光ファイバ１０を製造する工程を示すフローチャートである。図３に示すように、光ファイバ母材１０Ｐの製造方法は、準備工程Ｐ１と、充填工程Ｐ２と、溶融工程Ｐ３と、を主な構成として備える。また、光ファイバ１０の製造方法は、上記の各工程Ｐ１〜Ｐ３と、光ファイバ母材１０Ｐを線引きする線引工程Ｐ４と、を主な構成として備える。
【００４０】
＜準備工程Ｐ１＞
本工程は、上記コアガラス体１１Ｐとなるシリカ粒子と、上記クラッドガラス体１２Ｐとなる石英管とを準備する工程である。本実施形態において、シリカ粒子は希土類元素としてイッテルビウムが添加されたシリカ粒子とされる。石英管は、クラッドガラス体１２Ｐの一部となる部材である。したがって、この石英管は、製造される光ファイバ１０の内側クラッド１２と同様の材料から形成され、希土類元素が非添加の材料から形成される。
【００４１】
図４は、この準備工程Ｐ１及び充填工程Ｐ２の様子を概略的に示す図である。図４に示すように、石英管１１０は、長手方向の一方側の端面１１２Ａと、他方側の端面１１２Ｂと、側面１１２Ｃとを有する。端面１１２Ａの中央部は開口しており、石英管１１０には、この開口から端面１１２Ｂの近傍まで上記長手方向に延在する内部空間１１１が形成されている。この内部空間１１１は、端面１１２Ｂ側において閉塞されている。本明細書において閉塞とは、後述するシリカ粒子が内部空間１１１から石英管１１０の外部に漏れ出さない程度に閉じられているという意味であり、内部空間１１１の端面１１２Ｂ側が完全に閉じられている必要はない。石英管１１０の長手方向の大きさ及び外径の大きさはクラッドガラス体１２Ｐの長手方向の大きさ及び外径の大きさと略同じとされ、内部空間１１１の長手方向の大きさ及び直径の大きさはコアガラス体１１Ｐの長手方向の大きさ及び直径の大きさと略同じとされる。従って、側面１１２Ｃの直径と内部空間１１１の直径との比は、上述したクラッドガラス体１２Ｐの外径とコアガラス体１１Ｐの直径との比と略同一とされる。なお、図４では、理解を容易にするために、内部空間１１１の直径が図２に示すコアガラス体１１Ｐの直径に対して誇張されて示されている。また、図４では、理解を容易にするために、シリカ粒子ＳＰ等の内部空間１１１内に充填された部材が実線で示されている。
【００４２】
＜充填工程Ｐ２＞
準備工程Ｐ１の後、本工程Ｐ２を行う。本工程Ｐ２は、イッテルビウムが添加された上記シリカ粒子を石英管の内部空間に充填する工程である。上述のように、このシリカ粒子ＳＰは、光ファイバ母材１０Ｐのコアガラス体１１Ｐとなる。具体的に、本工程Ｐ２では、図４に示すように、石英管１１０の端面１１２Ａの開口からシリカ粒子ＳＰを内部空間１１１に充填していき、内部空間１１１に充填されたシリカ粒子ＳＰのかさ密度を例えば１．２ｇ／ｃｍ3とする。なお、本工程Ｐ２において、石英管１１０を振動させながらシリカ粒子ＳＰを充填してもよい。石英管１１０を振動させることで、シリカ粒子ＳＰ間の空隙に他のシリカ粒子ＳＰが入り込み得、かさ密度が高まり得る。
【００４３】
本工程Ｐ２では、０．１μｍ以上１０００μｍ以下の粒径に分級されたシリカ粒子ＳＰを使用することが好ましい。このような粒径のシリカ粒子ＳＰを使用することで、１．２ｇ／ｃｍ3程度にまでシリカ粒子ＳＰのかさ密度を高め得る。本実施形態では、シリカ粒子ＳＰの平均粒子径は１００μｍ以上５００μｍ以下とされる。シリカ粒子ＳＰの平均粒子径が５００μｍ以下であれば、シリカ粒子ＳＰ間に形成される空隙が小さくなり得る。ところで、シリカ粒子ＳＰの平均粒子径が１００μｍよりも小さい場合、シリカ粒子ＳＰが内部空間１１１内で舞ってしまったり、静電気の影響を受けやすくなり、内部空間１１１内におけるシリカ粒子ＳＰの流動性が低下して、上記空隙にシリカ粒子ＳＰが入り込みにくくなり得る。このため、シリカ粒子ＳＰの平均粒子径を１００μｍ以上とすることで、シリカ粒子ＳＰの流動性が良好になり、上記のような小さな空隙であっても、シリカ粒子ＳＰが入り込み易くなり得る。したがって、シリカ粒子ＳＰの平均粒子径が１００μｍ以上５００μｍ以下であれば、内部空間１１１におけるシリカ粒子ＳＰの充填性がより高まり、より効果的にかさ密度を高め得る。また、平均粒子径が１００μｍ以上５００μｍ以下の場合、後述する溶融工程Ｐ３において、各シリカ粒子ＳＰの溶け方が概ね均一になり得る。なお、本実施形態では、シリカ粒子ＳＰの粒径は、例えば、レーザ回折法によって測定される。
【００４４】
＜溶融工程Ｐ３＞
上記充填工程Ｐ２の後、本工程Ｐ３を行う。本工程Ｐ３は、希土類元素を励起する励起光をシリカ粒子に照射して、当該励起光により励起された希土類元素から生じる熱によってシリカ粒子を溶融させる工程である。図５は、本実施形態における本工程Ｐ３の様子を示す図である。なお、図５では、図４と同様に、内部空間１１１の直径が図２に示すコアガラス体１１Ｐの直径に対して誇張されて示されている。また、図５では、図４と同様に、シリカ粒子ＳＰ等の内部空間１１１内に充填された部材が実線で示されている。
【００４５】
図５に示すように、本実施形態では、まず、石英管１１０の端面１１２Ａに蓋部材２０４を被せて開口を塞ぎ、シリカ粒子ＳＰが充填された内部空間１１１を減圧する。その後、この石英管１１０をステージ２０１に載置する。具体的には、上記端面１１２Ｂを鉛直方向下側にして、石英管１１０の内部空間１１１の長手方向が鉛直方向に沿って延在するように、石英管１１０をステージ２０１に載置する。このステージ２０１には不図示の保持部が設けられており、この保持部により、石英管１１０がステージ２０１に保持される。本実施形態のステージ２０１は、回転シャフト２０２に固定されており、回転シャフト２０２は、駆動部２０３の駆動によって回転する。このため、回転シャフト２０２とともにステージ２０１が回転し、ステージ２０１に固定された石英管１１０が当該石英管１１０の中心軸周りに回転する。なお、上記保持部は石英管１１０を２か所以上で保持することが好ましい。これにより、石英管１１０が回転した際に石英管１１０が所望の位置からずれてしまうことを抑制し得る。
【００４６】
石英管１１０の径方向の外側には、半導体レーザを含む光源２０が配置されている。この光源２０は、石英管１１０がステージ２０１に配置された直後の初期状態において、石英管１１０の端面１１２Ｂと略同一の鉛直方向の位置に配置されている。また、光源２０は、励起光ＥＬを水平方向に向かって出射し、鉛直方向に移動できるように構成されている。光源２０から水平方向に向かって出射された励起光ＥＬは、石英管１１０の側面１１２Ｃ側から石英管１１０に照射され、石英管１１０内を径方向に沿って伝搬する。上述のように、石英管１１０は石英管１１０の中心軸周りに回転するため、励起光ＥＬの石英管１１０における照射位置は、石英管１１０の周方向に沿って石英管１１０に対して相対的に移動する。なお、本実施形態では、励起光ＥＬのビーム径は、内部空間１１１の直径よりも小さな径とされる。ただし、上記ビーム径は内部空間１１１の直径以上であってもよい。
【００４７】
励起光ＥＬは、希土類元素を励起する波長の光とされる。このような励起光ＥＬの波長は、シリカ粒子ＳＰに添加される希土類元素のモル濃度、シリカ粒子ＳＰの光の吸収率、シリカ粒子ＳＰに吸収された励起光ＥＬのエネルギーに対する発熱効率などの要素に基づいて定められてもよい。本実施形態において、上記励起光ＥＬは、例えば０．５μｍ以上１．５μｍ以下の波長を有するレーザ光とされる。０．５μｍ以上１．５μｍ以下の波長の光は、石英に吸収されにくい性質を有する。したがって、このような励起光ＥＬが石英管１１０に入射すると、励起光ＥＬは、石英管１１０の石英に殆ど吸収されることなく石英管１１０内を径方向に伝搬し、内部空間１１１に充填されたシリカ粒子ＳＰに照射される。上述のように、シリカ粒子ＳＰには、イッテルビウム（Ｙｂ）などの希土類元素が添加されているため、励起光ＥＬがシリカ粒子ＳＰに照射されると、当該励起光ＥＬが希土類元素に吸収されて希土類元素が励起され、励起された希土類元素が基底状態に戻る際に発する熱によってシリカ粒子が溶融してガラス化し得る。
【００４８】
上述のように、光源２０は鉛直方向に沿って移動可能に構成されている。そこで、本実施形態では、この光源２０から励起光ＥＬを照射させながら、当該光源２０を端面１１２Ｂの位置から端面１１２Ａに向かって鉛直方向上方に移動させる。これにより、内部空間１１１に充填されたシリカ粒子ＳＰは、下方の端面１１２Ｂから上方の端面１１２Ａに向かって段階的にガラス化し得る。最終的に、光源２０が端面１１２Ａの近傍に達することで、内部空間１１１に充填されたシリカ粒子ＳＰが上記長手方向に沿ってガラス化し、ガラスロッドとなる。こうして、図２に示すように、このガラスロッドがコアガラス体１１Ｐとされ、石英管１１０がクラッドガラス体１２Ｐとされる光ファイバ母材１０Ｐが製造される。
【００４９】
ここで、上記光ファイバ母材の製造方法の効果を検証するために、発明者らは当該製造方法を以下のように実施した。
【００５０】
まず、側面１１２Ｃの直径が２０ｍｍであり、内部空間１１１の直径が１８ｍｍである石英管１１０を準備した。また、２ｗｔ％のイッテルビウム（Ｙｂ）が添加された平均粒子径２００μｍのシリカ粒子ＳＰを準備した。このシリカ粒子ＳＰを内部空間１１１に充填した後、端面１１２Ｂを鉛直方向下方にして、石英管１１０の内部空間１１１の長手方向が鉛直方向に延在するように石英管１１０をステージ２０１に配置し、９７８ｎｍの波長の励起光ＥＬを５ｋＷ／ｃｍ3のパワー密度で石英管１１０に照射した。この励起光ＥＬを出射する光源２０は半導体レーザとされ、励起光ＥＬのビーム径は５ｍｍ以下とされた。こうして、ビーム径（５ｍｍ）が内部空間１１１の直径（１８ｍｍ）の１／３よりも小さな励起光ＥＬを石英管１１０に照射した。この半導体レーザの出力は、励起光ＥＬに照射された石英管１１０の部分の表面温度が１６００℃以上になるように調整された。上述のように石英管１１０を回転させながら光源２０を下方から上方に移動させつつ、上記励起光ＥＬを石英管１１０に照射したところ、シリカ粒子ＳＰがガラスロッド化することが確認された。
【００５１】
＜線引工程Ｐ４＞
準備工程Ｐ１〜溶融工程Ｐ３により光ファイバ母材１０Ｐを製造した後、本工程Ｐ４を行う。本工程Ｐ４は、光ファイバ母材を線引きする工程である。図６は、本工程Ｐ４の様子を概略的に示す図である。図６に示すように、まず、線引工程Ｐ４を行う準備段階として、準備工程Ｐ１〜溶融工程Ｐ３により製造された光ファイバ母材１０Ｐを紡糸炉３１０に設置する。そして、紡糸炉３１０の加熱部３１１を発熱させて、光ファイバ母材１０Ｐを端面１１２Ｂ側から加熱部３１１に挿入して、光ファイバ母材１０Ｐを加熱する。このとき、光ファイバ母材１０Ｐの下端は、例えば２０００℃に加熱され溶融状態となる。そして、光ファイバ母材１０Ｐからガラスが溶融して、ガラスが線引きされる。線引きされた溶融状態のガラスは、紡糸炉３１０から出ると、すぐに固化して、コアガラス体１１Ｐがコア１１となり、クラッドガラス体１２Ｐが内側クラッド１２となる。これにより、コア１１と内側クラッド１２とから構成される光ファイバ裸線１０Ｎが形成される。その後、この光ファイバ裸線１０Ｎは、冷却装置３２０を通過して、適切な温度まで冷却される。冷却装置３２０に入る際、光ファイバ裸線１０Ｎの温度は、例えば１８００℃程度であるが、冷却装置３２０を出る際には、光ファイバ裸線１０Ｎの温度は、例えば４０℃〜５０℃となる。
【００５２】
次に、光ファイバ裸線１０Ｎは、外側クラッド１３となる第１熱硬化樹脂が入った第１コーティング装置３３１を通過し、内側クラッド１２がこの第１熱硬化樹脂で被覆される。本実施形態の例では、この第１熱硬化樹脂は、所定条件下の加熱により架橋する材料から形成される。第１熱硬化樹脂で被覆された光ファイバ裸線１０Ｎは、第１加熱炉３３２を通過し、この加熱炉３３２内で加熱される。この加熱により、第１熱硬化樹脂を形成する材料が架橋して第１熱硬化樹脂が硬化する。その結果、内側クラッド１２の外周面に、第１熱硬化樹脂からなる外側クラッド１３が形成される。
【００５３】
なお、外側クラッド１３を紫外線硬化樹脂から形成する場合、以下のようにして外側クラッド１３が形成される。光ファイバ裸線１０Ｎは、外側クラッド１３となる第１紫外線硬化樹脂が入った第１コーティング装置を通過し、内側クラッド１２がこの第１紫外線硬化樹脂で被覆される。第１紫外線硬化樹脂で被覆された光ファイバ裸線１０Ｎは、第１紫外線照射装置を通過し、紫外線が照射されることで、第１紫外線硬化樹脂が硬化する。その結果、内側クラッド１２の外周面に、第１紫外線硬化樹脂からなる外側クラッド１３が形成される。
【００５４】
外側クラッド１３で覆われた光ファイバ裸線１０Ｎは、第１熱硬化樹脂とは異なる材料からなる第２熱硬化樹脂が入った第２コーティング装置３３３を通過し、この第２熱硬化樹脂で被覆される。本実施形態の例では、この第２熱硬化樹脂は、所定条件下の加熱により架橋する材料から形成される。第２熱硬化樹脂で被覆された光ファイバ裸線１０Ｎは、第２加熱炉３３４を通過し、この第２加熱炉３３４内で加熱される。この加熱により、第２熱硬化樹脂を形成する材料が架橋して第２熱硬化樹脂が硬化する。その結果、外側クラッド１３の外周面に、第２熱硬化樹脂からなる被覆層１４が形成される。
【００５５】
なお、被覆層１４を紫外線硬化樹脂から形成する場合、以下のようにして被覆層１４が形成される。外側クラッド１３で覆われた光ファイバ裸線１０Ｎは、第１紫外線硬化樹脂とは異なる材料からなる第２紫外線硬化樹脂が入った第２コーティング装置を通過し、この第２紫外線硬化樹脂で被覆される。第２紫外線硬化樹脂で被覆された光ファイバ裸線１０Ｎは、第２紫外線照射装置を通過し、紫外線が照射されることで、第２紫外線硬化樹脂が硬化する。その結果、外側クラッド１３の外周面に、第２紫外線硬化樹脂からなる被覆層１４が形成される。
【００５６】
以上の工程を経て、図１に示す光ファイバ１０が形成される。
【００５７】
そして、光ファイバ１０は、ターンプーリー３４１により方向が変換され、リール３４２により巻取られる。
【００５８】
以上のような第１実施形態における光ファイバ母材の製造方法及び光ファイバの製造方法によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態における光ファイバ母材の製造方法では、シリカ粒子ＳＰを石英管１１０の内部空間１１１に充填する充填工程Ｐ２が行われる。つまり、シリカ粒子ＳＰを石英管１１０内に収容した上で、光ファイバ母材１０Ｐが製造されるため、工程中に不純物がシリカ粒子ＳＰに混入することを抑制し得る。また、本実施形態では、石英管１１０の上記開口が蓋部材２０４で塞がれるため、不純物の混入をより効果的に抑制し得る。このように、本製造方法によれば、光ファイバ母材１０Ｐのコアガラス体１１Ｐとなるシリカ粒子ＳＰに不純物が混入することが効果的に抑制され得る。
【００６０】
また、上述のように、本実施形態における光ファイバ母材の製造方法では、シリカ粒子ＳＰに希土類元素が含まれている。また、本製造方法の溶融工程Ｐ３では、当該希土類元素を励起する励起光ＥＬが石英管１１０に照射される。上述のように、希土類元素を励起する波長帯域の励起光は、一般的に石英に吸収されにくい傾向がある。本製造方法では、このような励起光ＥＬが使用されるため、当該励起光ＥＬが石英管１１０に吸収されることが抑制されて、シリカ粒子ＳＰ中の希土類元素に当該励起光ＥＬが吸収される。このため、励起光ＥＬを吸収して励起された希土類元素が基底状態に戻る際に発する熱によってシリカ粒子ＳＰが溶融され得、上記コアガラス体１１Ｐが形成され得る。また、上述のように、励起光ＥＬが石英管１１０に吸収されることが抑制されるため、石英管１１０の発熱が抑えられて石英管１１０の変形が抑制され得る。このように、本製造方法によれば、クラッドガラス体１２Ｐの外形変形を抑制しつつコアガラス体１１Ｐを形成し得る。
【００６１】
したがって、本実施形態における光ファイバ母材の製造方法によれば、シリカ粒子に不純物が混入することが抑制されるとともに、光ファイバ母材の変形が抑制されるため、良好な光ファイバ母材が製造され易い。
【００６２】
また、本実施形態における光ファイバ母材の製造方法では、上述のように、溶融工程Ｐ３において、励起光ＥＬが石英管１１０の側面１１２Ｃ側からシリカ粒子ＳＰに照射される。こうすることで、図５に示すように、励起光ＥＬを概ね内部空間１１１の径方向に沿って伝搬させ得る。なお、本実施形態と異なるが励起光ＥＬを端面１１２Ａ側又は端面１１２Ｂ側からシリカ粒子ＳＰに照射してもよい。この場合、励起光ＥＬを概ね内部空間１１１の長手方向に沿って伝搬させ得る。ただし、励起光ＥＬが長手方向に沿って伝搬する場合、励起光ＥＬの入射位置の近傍のシリカ粒子ＳＰによって励起光ＥＬの多くが吸収され得、長手方向における入射位置とは反対側の位置に到達する励起光ＥＬの光量が上記入射位置に比べて少なくなり得る。一方、図２に示すように、内部空間１１１の直径は、内部空間１１１の長手方向の全長に比べて極めて小さい傾向にある。このため、本実施形態のように励起光ＥＬを側面１１２Ｃ側から照射して径方向に沿って伝搬させる場合、励起光ＥＬの入射位置と、径方向において上記入射位置の反対側に位置する部分との双方において励起光ＥＬの光量が均一に近くなり得、シリカ粒子ＳＰを径方向に沿って概ね均一に溶融させ得る。
【００６３】
また、本実施形態における光ファイバ母材の製造方法では、上述のように、溶融工程Ｐ３において、石英管１１０の内部空間１１１の長手方向が鉛直方向に沿って延在するように石英管１１０を設置し、励起光ＥＬの石英管１１０における照射位置を鉛直方向下側から鉛直方向上側に向かって移動させる。こうすることで、内部空間１１１の下側に位置するシリカ粒子ＳＰを先に溶融させ得るため、シリカ粒子ＳＰ間の空隙を下方側から順に潰し得る。したがって、コアガラス体１１Ｐ中に気泡が生じることが効果的に抑制され得る。
【００６４】
また、本実施形態における光ファイバ母材の製造方法では、上述のように、励起光ＥＬの石英管１１０における照射位置が石英管１１０に対して石英管１１０の周方向に相対的に移動する。このため、図５に示すように、シリカ粒子ＳＰを当該周方向に沿って均一に溶融させ得る。なお、励起光ＥＬを石英管１１０の周方向に沿って照射するために、石英管１１０を固定し、この石英管１１０の周方向に沿って励起光ＥＬを移動させてもよい。
【００６５】
また、本実施形態における光ファイバ母材の製造方法では、上述のように、励起光ＥＬのビーム径は内部空間１１１の直径よりも小さくされる。上述のように、内部空間１１１の直径は内部空間１１１の長手方向の全長に比べて極めて小さい傾向にある。このため、励起光ＥＬのビーム径を内部空間１１１の直径よりも小さくすることで、励起光ＥＬに照射される内部空間１１１の照射領域の厚みを内部空間１１１の直径よりも薄くすることができる。このように上記照射領域が薄い場合、照射領域が厚い場合に比べて、照射領域中の気体が照射領域の外部に逃げやすくなり得、上記気泡の発生が効果的に抑制され得る。
【００６６】
また、本実施形態における光ファイバ母材の製造方法では、上述のように、シリカ粒子ＳＰが充填された内部空間１１１を減圧した後に、励起光ＥＬが石英管１１０に照射される。こうして、内部空間１１１中の気体が減少した状態でシリカ粒子ＳＰが溶融されるため、上記気泡の発生がより効果的に抑制され得る。
【００６７】
また、本実施形態における光ファイバ母材の製造方法では、上述のように、石英管１１０が回転するため、この回転により生じる振動によって、上方の非溶融のシリカ粒子ＳＰが上記空隙に落下し易くなり得る。したがって、上記空隙がより塞がれ易くなり得る。
【００６８】
また、本実施形態における光ファイバ母材の製造方法では、上述のように、シリカ粒子の平均粒子径が、１００μｍ以上５００μｍ以下とされる。シリカ粒子ＳＰの平均粒子径が５００μｍ以下であれば、シリカ粒子ＳＰ間に形成される空隙が小さくなり得、シリカ粒子ＳＰの平均粒子径を１００μｍ以上であることで、このような空隙にもシリカ粒子ＳＰが入り込み易くなり得る。このため、内部空間１１１内におけるシリカ粒子ＳＰの充填性が高まり、シリカ粒子ＳＰのかさ密度をより効果的に高め得る。また、このような粒子径であれば、シリカ粒子ＳＰの溶け方が概ね均一になり得る。
【００６９】
さらに、本実施形態における光ファイバの製造方法は、上記準備工程Ｐ１〜溶融工程Ｐ３によって製造された光ファイバ母材１０Ｐを線引きするものである。したがって、良好な光ファイバ母材を線引きし得、良好な光ファイバが製造され易い。
【００７０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。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は省略する。
【００７１】
本実施形態における光ファイバ母材の製造方法によれば、上記第１実施形態と同じ光ファイバ母材１０Ｐが製造され、上記第１実施形態と同じ光ファイバ１０が製造される。ただし、本実施形態における光ファイバ母材の製造方法は、シリカ粒子が充填された石英管の内部空間を減圧しながら励起光を照射する点において、シリカ粒子が充填された内部空間を減圧した後に励起光を照射する第１実施形態における光ファイバ母材の製造方法と異なる。
【００７２】
図７は、本実施形態に係る溶融工程の様子を概略的に説明する図である。なお、図７では、図４と同様に、理解を容易にするために内部空間１１１の直径が図２に示すコアガラス体１１Ｐの直径に対して誇張されて示されている。また、図７では、図４と同様に、シリカ粒子ＳＰ等の内部空間１１１内に充填された部材が実線で示されている。
【００７３】
図７に示すように、本実施形態における溶融工程Ｐ３では、真空ポンプ２２０を装着した蓋部材２０４によって石英管１１０の端面１１２Ａの開口が塞がれる。本実施形態では、真空ポンプ２２０を作動させて、内部空間１１１の減圧処理をしながら溶融工程Ｐ３を行う。従って、内部空間１１１の減圧処理をしながら励起光ＥＬをシリカ粒子ＳＰに照射する。
【００７４】
このように内部空間１１１の減圧処理をしながら溶融工程Ｐ３を行うことで、第１実施形態と同様に、内部空間１１１の気体量が減少するため、上記気泡の発生をより効果的に抑制し得る。また、本実施形態では、内部空間１１１内の気体を真空ポンプ２２０で排気しながら励起光ＥＬを照射するため、溶融工程Ｐ３の際にシリカ粒子ＳＰなどから気体が発生する場合でも、この発生する気体が真空ポンプ２２０によって内部空間１１１の外部に効果的に排出され得る。
【００７５】
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。
【００７６】
例えば、上述の第１及び第２実施形態では、１つの光源２０から励起光ＥＬを石英管１１０に照射した例を説明したが、光源２０を石英管１１０の周方向に複数設けて、当該周方向の複数の箇所から石英管に励起光を照射してもよい。図８は、光源２０が石英管１１０の周方向に複数設けられた例を示す図である。このように光源２０を複数設けて、励起光ＥＬを石英管１１０の周方向の複数の箇所から照射する。あるいは、図８と異なり、１つの光源から出射する励起光を分岐させて、当該周方向の複数の箇所から励起光を石英管に照射してもよい。このように励起光を石英管の周方向の複数の箇所から照射することで、石英管の周方向に沿ってシリカ粒子が均一に溶融され得る。
【００７７】
また、上述の第１及び第２実施形態では、励起光ＥＬを石英管１１０の側面１１２Ｃ側から照射した例を説明したが、内部空間１１１に充填されたシリカ粒子ＳＰを溶融させ得るのであれば、励起光を照射する方向は特に限定されない。ただし、上述のように、石英管１１０の側面１１２Ｃ側から励起光ＥＬを照射することで、シリカ粒子ＳＰをより効果的に溶融させ得る。
【００７８】
また、上述の第１及び第２実施形態では、石英管１１０の内部空間１１１の長手方向が鉛直方向に沿って延在するように石英管１１０を配置する例を説明したが、必ずしもこのように石英管を配置する必要はない。例えば、石英管１１０の内部空間１１１の長手方向が鉛直方向に対して傾斜して延在するように石英管１１０を配置してもよいし、内部空間１１１の長手方向が水平方向に延在するように石英管１１０を配置してもよい。このように内部空間１１１を傾斜させるか、あるいは水平方向にする場合、シリカ粒子が非溶融の領域が生じることを抑制するために、励起光ＥＬの照射位置を内部空間１１１の長手方向に沿って移動させることが好ましい。こうすることで、シリカ粒子ＳＰを効果的に溶融させ得る。
【００７９】
また、上述の第１及び第２実施形態では、溶融工程Ｐ３において、励起光ＥＬの石英管１１０における照射位置を当該石英管１１０の周方向に沿って石英管１１０に対して相対的に移動させる例を説明したが、励起光ＥＬの照射位置を石英管１１０に対して相対的に移動させることは必須ではない。ただし、上述のように、励起光ＥＬの照射位置を石英管１１０に対して周方向に沿って相対的に移動させることで、シリカ粒子を効果的に溶融させ得る。
【００８０】
また、上述の第１及び第２実施形態では、シリカ粒子ＳＰが充填された内部空間１１１を減圧した例を説明したが、必ずしもこの内部空間１１１を減圧する必要はない。内部空間１１１を減圧しない場合、上記端面１１２Ａに蓋部材２０４を被せて上記開口を塞ぐことを省略し得る。ただし、内部空間１１１を減圧しない場合でも、蓋部材２０４を被せてもよい。これにより、内部空間１１１に不純物が混入することを効果的に抑制し得る。
【００８１】
また、上述の第１及び第２実施形態では、外側クラッド１３が樹脂から形成される光ファイバの製造方法を説明したが、外側クラッド１３が石英から形成されてもよい。このような光ファイバを製造する場合、例えば、内側クラッド１２となる石英と外側クラッド１３となる石英とが径方向に沿って積層された石英管を準備し、当該石英管の上記内部空間１１１にシリカ粒子ＳＰを充填した上で、上記溶融工程Ｐ３を行うことで光ファイバ母材を製造して、当該光ファイバ母材を線引きすることで、外側クラッド１３が石英から形成される光ファイバを製造し得る。
【００８２】
また、上述の第１及び第２実施形態のように溶融工程Ｐ３を行った後、線引工程Ｐ４の前に、内部空間１１１にシリカ粒子ＳＰを再充填する再充填工程を行い、再充填されたシリカ粒子ＳＰを溶融させる第２溶融工程を行ってもよい。こうすることで、本発明の光ファイバ母材の製造方法により形成されるコアガラス体１１Ｐをより長くし得る。
【００８３】
また、上述の第１及び第２実施形態では、光ファイバ１０が、外側クラッド１３の屈折率が内側クラッド１２の屈折率よりも小さいダブルクラッドファイバとされる例を説明したが、これに限定されない。例えば、外側クラッドの屈折率が内側クラッドの屈折率よりも小さくなくてもよい。あるいは、ダブルクラッドファイバとして光ファイバを形成する必要もなく、シングルクラッドファイバや３層以上のクラッドを有する光ファイバとされてもよい。
【００８４】
また、上述の第１及び第２実施形態では、光ファイバ１０が増幅用光ファイバである例を説明したが、コアに希土類元素が添加される光ファイバであれば、増幅用光ファイバに限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明によれば、良好な光ファイバ母材が製造され易い光ファイバ母材の製造方法及び良好な光ファイバが製造され易い光ファイバの製造方法が提供され、例えば増幅用光ファイバなどの分野において利用可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１０・・・光ファイバ
１０Ｎ・・・光ファイバ裸線
１０Ｐ・・・光ファイバ母材
１１・・・コア
１１Ｐ・・・コアガラス体
１２・・・内側クラッド
１２Ｐ・・・クラッドガラス体
１３・・・外側クラッド
１４・・・被覆層
１１０・・・石英管
１１１・・・内部空間
１１２Ａ，１１２Ｂ・・・端面
１１２Ｃ・・・側面
ＳＰ・・・シリカ粒子
ＥＬ・・・励起光
Ｐ２・・・充填工程
Ｐ３・・・溶融工程
Ｐ４・・・線引工程
【図１】
2020083673.tif 000003
【図２】
2020083673.tif 000004
【図３】
2020083673.tif 000005
【図４】
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【図５】
2020083673.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020083673.tif 000009
【図８】
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