(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外形断面が円形状で中空断面形状が矩形又は三角形の長尺のＳｉＯ２ガラスファイバの該中空断面に、Ｆを添加したＳｉＯ２ガラス製の外形断面が円形状の低屈折率ガラス層と、その中心部に設けられた、屈折率を高めるための添加物が添加されたＳｉＯ２ガラス製の外形断面円形状のコア層とを有し、該低屈折率ガラス層の外周部が少なくとも３箇所で該中空断面内表面に接し、他の部分が空隙で覆われた構造からなり、該低屈折率ガラス層が、該コア層外周を取り囲む少なくとも６個の空孔を有していることを特徴とするファイバ。
【請求項２】
請求項１に記載のファイバにおいて、前記ＳｉＯ２ガラスファイバの前記中空断面内に、少なくとも２個の前記低屈折率ガラス層が該中空断面内表面に接するように配置され、各低屈折率ガラス層の中心部に前記コア層と、該コア層の外周を取り囲む少なくとも６個の空孔を有していることを特徴とするファイバ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のファイバにおいて、前記低屈折率ガラス層が、少なくとも２個の前記コア層と、該それぞれのコア層の外周を取り囲む少なくとも６個ずつの空孔を有していることを特徴とするファイバ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のファイバにおいて、前記コア層には、希土類元素が添加されていることを特徴とするファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２ｍｍ以下の曲率半径で曲げたり、結んだりして配線が容易に出来る、いわゆる小さな曲げに対して機械的強度に優れ、かつ光学的特性も良好なファイバ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバ通信の発展、普及に伴い、ファイバには電線と同様に小さな曲げ半径で曲げたり、結んだりすることが出来る性能が要求されるようになってきた。このような要求に対して、少しずつ新しい構造のファイバが出現して来るようになってきた。その一つとして、図１８に示すようなファイバが提案され、製品化されている。これは、ファイバの中心の高屈折率コア層を覆っている低屈折率のクラッド層内に、該コア層の外周を取り囲むように複数の空孔を設けた構造である。
【０００３】
またその改良品として、図１９に示すようなファイバも開発されている。これも上記と同様にコア層の外周を取り囲むようにクラッド層に複数の空孔を設け、その空孔のサイズと配置を工夫した構造である。
【０００４】
更にその応用のファイバとして図２０に示すようなファイバも提案されている。これは高屈折率コア層をクラッド層内に複数個設け、上記各コア層の外周を取り囲むように複数の空孔を設けたマルチコアファイバ構造である。そしてこれらに関する特許出願として13件（WO2006/006604、特開2004-117498号公報、特開2004-226539号公報、特開2005-003821号公報、特開2005-024851号公報、特開2005-337845号公報、特開2005-345805号公報、特開2006-069871号公報、特開2006-083037号公報、特開2008-015338号公報、特開2008-129335号公報、特開2010-014893号公報、特開2010-055028号公報（特許文献１〜１３））がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開WO2006/006604
【特許文献２】特開2004-117498号公報
【特許文献３】特開2004-226539号公報
【特許文献４】特開2005-003821号公報
【特許文献５】特開2005-024851号公報
【特許文献６】特開2005-337845号公報
【特許文献７】特開2005-345805号公報
【特許文献８】特開2006-069871号公報
【特許文献９】特開2006-083037号公報
【特許文献１０】特開2008-015338号公報
【特許文献１１】特開2008-129335号公報
【特許文献１２】特開2010-014893号公報
【特許文献１３】特開2010-055028号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述したように、従来のファイバはかなり小さな曲げ半径で曲げたり、結んだりすることが出来る性能を実現することができるようになってきた。しかし電線のように自在に扱えるようにするには更に特性を改善する必要があった。すなわち、２ｍｍ前後の小さな曲率半径でファイバを曲げたり、結んだり、捻ったりすると、ファイバはいずれもガラス材料で構成されているので、ファイバが折れたり、損失が増大したり、損失が変動したり、ファイバ内を伝送する光伝送波形が乱れたりするという課題があった。
本発明が解決しようとする課題は、小さな曲率半径で曲げても折れたり、損失が増大したり、損失が変動したり、光伝送波形が乱れたりすることがないファイバ及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
まず第１の発明は、外形断面円形状で中空断面形状が矩形又は三角形の長尺のＳｉＯ２ガラスファイバの該中空断面内に、Ｆを添加したＳｉＯ２ガラス製の外形断面が円形状の低屈折率ガラス層と、その中心部に設けられた、屈折率を高めるための添加物が添加されたＳｉＯ２ガラス製の外形断面円形状のコア層とを有し、該低屈折率ガラス層の外周部が少なくとも３箇所で該中空断面内表面に接し、他の部分が空隙で覆われた構造からなり、該低屈折率ガラス層が、該コア層外周を取り囲む少なくとも６個の空孔を有していることを特徴とするファイバである。
【００１１】
また本発明のファイバは、前記ＳｉＯ２ガラスファイバの前記中空断面内に、少なくとも２個の前記低屈折率ガラス層が該中空断面内表面に接するように配置され、各低屈折率ガラス層の中心部に前記コア層と、コア層の外周を取り囲む少なくとも６個の空孔を有していることを特徴とするファイバである。
【００１２】
さらに本発明のファイバは、前記低屈折率ガラス層が、少なくとも２個の前記コア層と、該それぞれのコア層の外周を取り囲む少なくとも６個ずつの空孔を有していることを特徴とするファイバである。
【００１３】
上述の本発明のファイバにおいては、前記屈折率を高めるための添加物を、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｎのうちの少なくとも１種にするとよい。
【００１４】
また、本発明のファイバ製造方法は、断面が矩形状又は三角形状の中空部を有する、外形断面円形状のＳｉＯ２ガラス管を製造する第１の工程、
中心孔とその外周に空孔を設けた低屈折率層用のＳｉＯ２ガラス母材を製造する第２の工程、
上記ＳｉＯ２ガラス母材の中心孔に、コア用ＳｉＯ２-ＧｅＯ２ガラスロッドを挿入して内部用プリフォームを製造する第３の工程、
上記第１の工程で得たＳｉＯ２ガラス管の中空部に上記第３の工程で得た内部用プリフォームを挿入してファイバプリフォームを製造する第４の工程、
上記ファイバプリフォームを線引きしてファイバを製造する第５の工程からなることを特徴とするファイバの製造方法である。
【００１５】
上記ファイバの製造方法において、前記第１の工程で得たＳｉＯ２ガラス管の中空部の断面が三角形状であるときは、
前記第４の工程において、前記ＳｉＯ２ガラス管の断面三角形の中空部に第３の工程で得た内部用プリフォームを少なくとも３箇所で該中空部の内表面に接するように挿入してファイバプリフォームを製造することが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明のファイバの製造方法は、前記第３工程で前記ＳｉＯ２ガラス母材の中心孔に挿入する前記コア用ＳｉＯ２−ＧｅＯ２ガラスロッドが、その外周に、Ｆを添加したＳｉＯ2ガラス製の薄層を有することを特徴とする。
【００１８】
さらにまた、本発明のファイバの製造方法は、前記第２の工程で得た前記ＳｉＯ２ガラス母材の外周に、Ｆを添加したＳｉＯ２ガラスの薄層を形成する工程を有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明のファイバの製造方法は、前記第５の工程において、前記ファイバプリフォーム内の空隙内の圧力を制御してプリフォームを延伸してファイバを線引きすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は下記に示すような効果を有している。
【００２１】
本発明のファイバは、外形断面円形状で長尺のファイバからなるＳｉＯ２ガラス（これを第３クラッド層という。）の中空断面内にＦを添加した又は添加しないＳｉＯ２ガラス製の断面が円形状あるいは矩形状の低屈折率ガラス層（これを第１クラッド層という。）を有し、該低屈折率ガラス層の外周の少なくとも３箇所が該中空断面の内表面に接し、該低屈折率ガラス層の外周の大部分が空隙（これを第２クラッド層という。）で覆われた構造からなり、該低屈折率ガラス層の中心部に屈折率を高めるための添加物を添加したＳｉＯ２ガラス製の断面円形状のコア層を有し、該コア層外周を取り囲むように空孔を少なくとも６個有していることを特徴とするファイバである。従来のクラッド層は大きな断面積を有するＳｉＯ２ガラス層で構成されているが、本発明のクラッド層は断面積の小さな外形断面円形状あるいは矩形状の第１クラッド層と大きな断面積の空隙（第２クラッド層）とＳｉＯ２ガラスファイバ（第３のクラッド層）で構成されている。
【００２２】
すなわち、本発明のクラッド層は、その断面の中に従来のファイバには無い、広い面積を有する空隙を持った構造である。そして本発明の第１クラッド層の面積は従来のファイバのクラッド層の面積に比して小さいことと、クラッド層全体のガラス層の面積が小さいことを特徴とする。そのために本発明のファイバは小さな曲げ半径で曲げることができるとともに曲げに柔軟な構造であり、結果的に従来のファイバに比して機械的な曲げ強度に強く、より小さな曲率半径で曲げることが出来る。また小さな曲率半径で曲げた際のコア層からクラッド層に漏れる光信号が従来のファイバではクラッド層全体に漏れてファイバの損失増加と損失変動を生じさせるが、本発明のファイバでは大きな面積の空隙があることと３つのクラッド層から構成される等価的なクラッド層の屈折率が従来のクラッド層が一層の場合に比して大幅に低くなるので、コア層内への光信号の閉じ込めが強まり、光信号の第１クラッド層への漏れを大幅に抑える事が出来、かつ損失増加とその損失変動も小さく抑えることができる。
【００２３】
また本発明のファイバの比屈折率差を従来のファイバの比屈折率差と同じにすれば、コア層への屈折率を高める添加物の量を減らすことが出来るので、それによるコア層の軟化温度を第１クラッド層の軟化温度に近づけることが出来、ファイバの製造が容易になると共に、ファイバの構造（特に空孔や空隙の形状、サイズ）をより均一に製造することが出来る。またファイバの構造不整による損失も低減することが出来る。なお本発明において、屈折率を高める添加物を添加したＳｉＯ２ガラスとして、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＢａＯ、Ｂ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｎなどを少なくとも１種添加したＳｉＯ２ガラスを用いることができる。また上記ガラスに希土類元素（例えば、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｎｄ、Ｌａ、Ｈｏ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｔｍ、Ｅｕなど）を少なくとも１種添加したものを用いることにより、光増幅器やレーザーをより小さな面積にて実装して小型に作ることができる。
【００２４】
次に第２の発明は、ＳｉＯ２ガラスファイバの中空断面が矩形か円形、あるいは三角形からなることを特徴とするファイバである。このような構造にしておくと、まずＳｉＯ２ガラスファイバの中空断面が矩形の場合には、断面円形構造の第１クラッド層を第３クラッド層（ＳｉＯ２ガラスファイバ）の内面に４箇所で接するように構成することにより、第１クラッド層と第３クラッド層との間の大部分は空隙となり、第１クラッド層は対称的に安定に保持されるので、ファイバの曲げ方向に関係なく良好な機械的強度と光学的特性を得ることが出来る。
次にファイバの中空断面が三角形の場合には、断面円形構造の第１クラッド層と第３クラッド層との間の空隙をより広く取ることが出来、より安定した良好な機械的強度と光学的特性を得ることが出来る。そしてＳｉＯ２ガラスファイバの中空断面が円形の場合にも、第１クラッド層の外形断面が矩形状構造のものを第３クラッド層の内面に４箇所で接するように構成することにより、第１クラッド層と第３クラッド層との間の大部分は空隙となり、第１クラッド層を対称的に安定に保持することが出来る。
【００２５】
第３の発明は、低屈折率ガラス層にＳｉＯ２ガラス層を用いた場合にはコア層を覆うようにＦを添加したＳｉＯ２ガラスの中間層を設けたことを特徴とするファイバであるが、これは低損失ファイバを実現する上で極めて重要な構造である。すなわち、後述するように、本発明のファイバを製造するとき、中心孔とその外周に空孔を設けた第１クラッド用ＳｉＯ２ガラス母材を製造する工程の後に上記母材中心孔にコア用ガラスロッドを挿入して内部用プリフォームを製造するので、その際にVAD（Vapor phase Axial Deposition）法、あるいはMCVD（Modified Chemical Vapor phase Deposition）法でコア層を作成した直後に連続的にその外周にＦを添加したＳｉＯ２ガラスの薄層を成膜しておけば、コア層とＦを添加したＳｉＯ２ガラスの薄層との界面の構造不整による損失増加を大幅に抑えたコア用ガラスロッドを得る事が出来、上記母材中心孔にコア用ガラスロッドを挿入して内部用プリフォームを製造する工程での損失増加を抑えることが出来る。
【００２６】
また低屈折率ガラス層（第１クラッド層）の外周にＦを添加したＳｉＯ２ガラスの薄層を有し、該薄層の外周の少なくとも３箇所が該中空断面内表面に接し、該低屈折率ガラス層の外周の大部分が空隙で覆われたファイバ構造とすることにより、第１クラッド層の外周にＦを添加したＳｉＯ２ガラスの薄層があることによって小さな曲率半径でファイバを曲げた場合の第１クラッド層に漏れた光信号によって第１クラッド層外周表面の不均一な表面状態がある場合に生ずる損失が変動するのを抑えることができる。
【００２７】
また本発明のファイバは、長尺のＳｉＯ２ガラスファイバの中空断面内にＦを添加した又は添加しないＳｉＯ２ガラス製の外形断面円形状あるいは矩形状の低屈折率ガラス層が少なくとも２個、該中空断面内表面に接し、該低屈折率ガラス層の外周の大部分が空隙で覆われ、該それぞれの低屈折率ガラス層の中心部に屈折率を高めるための添加物を添加したＳｉＯ２ガラス製の断面円形のコア層を有し、該それぞれのコア層の外周を取り囲むように空孔を少なくとも６個有していることを特徴とする。このようにすることによって長尺のファイバ内に複数個の信号伝送用ファイバが内蔵された構造を実現することができるので、一度に多くの情報量を並列に伝送することが出来る。これにより大幅な経済効果を期待することができる。また個別のファイバを複数本並べて用いる場合に比してもファイバの集合費用、敷設費用などの点でも経済的に有利である。
【００２８】
また長尺のＳｉＯ２ガラスファイバの中空断面内にＦを添加した又は添加しないＳｉＯ２ガラス製の断面円形状あるいは矩形状の低屈折率ガラス層を有し、該低屈折率ガラス層が該中空断面内表面に接して該低屈折率ガラス層の外周の大部分が空隙で覆われ、該低屈折率ガラス層内に少なくとも２個のコア層を有し、該それぞれのコア層の外周を取り囲むように空孔を少なくとも６個有していることを特徴とするファイバとすることにより、小さいファイバ断面内に一度に少なくとも２つの情報を伝送することが出来る。また広い面積の空隙の存在により、機械的にも光学的にも曲げに強いマルチコアファイバを実現することができる。
【００２９】
本発明の第１のファイバ製造方法は、断面矩形状の中空部を有し、外形断面が円形のＳｉＯ２ガラス管を製造する第１の工程、中心孔とその外周に空孔を設けたクラッド用ＳｉＯ２ガラス母材を製造する第２の工程、上記母材の中心孔にコア用ＳｉＯ２‐ＧｅＯ２ガラスロッドの挿入による内部用プリフォームを製造する第３の工程、上記第１の工程で得たＳｉＯ２ガラス管の断面矩形状の中空部に第３の工程で得た内部用プリフォームを少なくとも３箇所が上記中空部の内面に接するように挿入してファイバプリフォームを製造する第４の工程、上記ファイバプリフォームを線引きしてファイバを製造する第５の工程からなるファイバの製造方法である。
まず断面矩形状の中空部を有し、外形断面が円形のＳｉＯ２ガラス管を製造する第１の工程はゾルゲル法、あるいはスラリーキャスト法を用いて製造する。ゾルゲル法、あるいはスラリーキャスト法を用いれば断面矩形状の中空部を有し、外形断面が円形のＳｉＯ２ガラス管を高寸法精度で製造することが出来る。
また中心孔とその外周に空孔を設けたクラッド用ＳｉＯ２ガラス母材を製造する第２の工程もゾルゲル法、あるいはスラリーキャスト法を用いて製造する。またコア用ＳｉＯ２‐ＧｅＯ２ガラスロッドはVAD法を用いて高透明度ガラスロッドを製造することが出来る。そして上記母材中心孔に上記コア用ＳｉＯ２‐ＧｅＯ２ガラスロッドを挿入して内部用プリフォームを製造する第３の工程も実施することが出来る。そして上記第１の工程で得たＳｉＯ２ガラス管の断面矩形状の中空部に第３の工程で得た内部用プリフォームを少なくとも３箇所が上記中空部の内面に接するように挿入すればファイバプリフォームを製造することが出来る。上記ファイバプリフォームを線引きしてファイバを製造することが出来る。この製造方法の特徴は、ゾルゲル法、あるいはスラリーキャスト法を用いることによって断面矩形状の中空部を有し、外形断面が円形のＳｉＯ２ガラス管を容易に製造することが出来、また中心孔とその外周に空孔を設けたクラッド用ＳｉＯ２ガラス母材も製造することが出来る点である。
【００３０】
本発明の第２のファイバ製造方法は、第１の工程において断面矩形ではなくて三角形の中空部に変えたことと、第４の工程において上記第１の工程で得たＳｉＯ２ガラス管の断面三角形の中空部に第３の工程で得た内部用プリフォームを少なくとも３箇所が上記中空部の内面に接するように挿入してファイバプリフォームを製造する第４の工程としたことを特徴とするファイバの製造方法である。上記断面三角形の中空部を有するＳｉＯ２ガラス管もゾルゲル法、あるいはスラリーキャスト法で高寸法精度に製造することが出来るので、この三角形の中空部内に内部用プリフォームを少なくとも３箇所が上記中空部の内面に接するように挿入させることが出来る。
【００３１】
本発明の第３のファイバ製造方法は、第１の工程において断面矩形ではなくて円形の中空部に変えたことと、第２の工程において中心孔とその外周に空孔を設けたクラッド用ＳｉＯ２ガラス母材の断面の外形を矩形に変えたことと、第４の工程において上記第１の工程で得たＳｉＯ２ガラス管の断面円形の中空部に第３の工程で得た断面の外形が矩形の内部用プリフォームを少なくとも３箇所が上記中空部の内面に接するように挿入してファイバプリフォームを製造する第４の工程としたことを特徴とするファイバの製造方法である。上記中心孔とその外周に空孔を設けたクラッド用ＳｉＯ２ガラス母材の断面の外形が矩形構造のものはゾルゲル法で高寸法精度に製造することが出来る。また断面円形のＳｉＯ２ガラス管はゾルゲル法でも製造することが出来るが、市販のＳｉＯ２ガラス管を用いてもよい。
【００３２】
本発明の第４のファイバ製造方法は、第３工程の母材中心孔に挿入するコア用ＳｉＯ２‐ＧｅＯ２ガラスロッドの外周にＦを添加したＳｉＯ２ガラスの薄層を形成したものを挿入することを特徴とするファイバの製造方法である。上記母材中心孔に挿入するコア用ＳｉＯ２‐ＧｅＯ２ガラスロッドの外周にＦを添加したＳｉＯ２ガラスの薄層を形成したものはVAD法、あるいはMCVD法で製造することが出来る。
【００３３】
本発明の第５のファイバ製造方法は、第２の工程におけるクラッド用ＳｉＯ２ガラス母材の外周にＦを添加したＳｉＯ２ガラスの薄層を形成した母材を製造することを特徴とするファイバの製造方法である。上記クラッド用ＳｉＯ２ガラス母材の外周にＦを添加したＳｉＯ２ガラスの薄層を形成した母材もVAD法、あるいはMCVD法で製造することが出来る。
【００３４】
本発明の第６のファイバ製造方法は、第５の工程において、プリフォーム内の空隙内の圧力を制御してファイバを線引きして製造する方法である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施例に係るファイバの正面断面図（ａ）、側面図（ｂ）、（ａ）のＡ−Ａ断面内屈折率分布（ｃ）。
【図２】本発明の第２実施例に係るファイバの正面断面図（ａ）、側面図（ｂ）。
【図３】本発明の第３実施例に係るファイバの正面断面図（ａ）、側面図（ｂ）。
【図４】本発明の第４実施例に係るファイバの正面断面図（ａ）、側面図（ｂ）。
【図５】本発明の第５実施例に係るファイバの正面断面図（ａ）、側面図（ｂ）。
【図６】本発明の第６実施例に係るファイバの正面断面図（ａ）、側面図（ｂ）。
【図７】本発明の第７実施例に係るファイバの正面断面図（ａ）、側面図（ｂ）。
【図８】本発明の第８実施例に係るファイバの正面断面図（ａ）、側面図（ｂ）。
【図９】本発明の第９実施例に係るファイバの正面断面図。
【図１０】本発明の第１０実施例に係るファイバの正面断面図。
【図１１】本発明の第１１実施例に係るファイバの正面断面図。
【図１２】本発明の第１２実施例に係るファイバの正面断面図。
【図１３】本発明の第１３実施例に係るファイバの正面断面図。
【図１４】本発明の第１４実施例に係る第１のファイバ製造方法のフローチャート。
【図１５】本発明の第１５実施例に係る第２のファイバ製造方法のフローチャート。
【図１６】本発明の第１６実施例に係る第３のファイバ製造方法のフローチャート。
【図１７】本発明の第１７実施例に係る第４のファイバ製造方法のフローチャート。
【図１８】従来のファイバの例。
【図１９】従来のファイバの例。
【図２０】従来のファイバの例。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明のいくつかの実施例について図面を参照しながら説明する。  
【実施例１】
【００３７】
図１に本発明のファイバに関する第１の実施例を示す。この図はファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面内屈折率分布である。このファイバ１は、中空断面を有し、該断面の外形が略円形状で長尺のＳｉＯ２ガラスファイバ２（以下、これを第３クラッド層２とする。）の矩形状中空断面内に、中心部がＧｅＯ２を添加したＳｉＯ２ガラス製の外形断面円形状のコア層３からなり、該コア層３の外周が、外形断面が円形状のＳｉＯ２ガラス層４（これを第１クラッド層とする。）で覆われ、該第１クラッド層４内に該コア層３の外周を取り囲むように空孔５を８個有し、該第１クラッド層４の外周の４箇所の接触部６１〜６４で前記矩形状の中空断面の内表面に接し、前記第１クラッド層４の外周の大部分が空隙７（これを第２クラッド層７とする。）で覆われた構造である。
【００３８】
本実施例に係るファイバ１の最大の特徴は、ＳｉＯ２ガラス製の第１クラッド層４の外周の大部分を空隙７（第２クラッド層）で覆い、その空隙７の外周をＳｉＯ２ガラスからなる中空断面の第３クラッド層２で構成したことにある。つまり、本実施例のファイバ１のクラッド層は、第１クラッド層４、第２クラッド層７（空隙）、第３クラッド層２の３つの層から成る。これにより、まず第１クラッド層４を従来のファイバよりも小さな断面積で構成できるため、ファイバ１をより小さな曲げ半径で曲げることが出来、その機械的曲げ強度が強くなる。また第１クラッド層４の外径を小さくすることによってファイバの引張り強度も強くなる。
【００３９】
次に本実施例に係るファイバ１は、クラッド層の断面のかなりの面積を第２クラッド層である空隙７が占める構造であるので、さらに機械的な曲げ強度に強く、より小さな曲率半径で曲げることが出来る。また曲率半径が小さくなればなるほど曲げたときにコア層からクラッド層に漏れる光信号が多くなるため、従来のファイバではクラッド層全体に光信号が漏れてファイバの損失増加と損失変動を生じさせるが、本実施例のファイバ１では大きな面積の空隙があるためにファイバの等価的な比屈折率差が大きくなり、これによりコア層３への光信号の閉じ込めが強くなって光信号の漏れが抑えられる。なお、コア層からわずかに漏れた光信号は第１クラッド層で抑える事が出来、いわゆる損失増加を抑え、損失変動も小さく抑え、光学的にも曲げに対して安定である。
【００４０】
また同図（ｃ）のファイバの屈折率分布で示すように、３つのクラッド層から構成されるクラッド層全体の等価的な屈折率は、空隙の存在により、クラッド層が一層の従来のファイバに比して更に低くなるので、コア層への光の閉じ込め効果もよくなり、ファイバの曲げによる損失増加を抑えることができる。第３クラッド層は第２クラッド層である空隙を形成するために設けた構成である。
【００４１】
本実施例の具体的な例として、シングルモードファイバを試作した。試作例は、ファイバ１の外径を１２５μｍに選び、ファイバのコア層３の直径を１０μｍ、空孔５の直径を７μｍ、コア層３と空孔５との間隔を５μｍ、第１クラッド層４の直径を５５μｍとして、コア層３にＧｅＯ２を添加したＳｉＯ２ガラスを用いることにより、コア層３とＳｉＯ２ガラスとの比屈折率差が１％となるようにコア層３のＧｅＯ２の添加量を制御して作製した。この試作例は後述する作製方法で作製した。
【００４２】
試作例のファイバの損失を評価した結果、波長１．５５μｍにおいて０．２７dB/km、波長１．３μｍで０．４９dB/kmであった。そして、ファイバの曲げ損失増加量を波長１．５５μｍで測定した結果、曲げ直径５ｍｍで０．０５dB/１ターン、曲げ直径１０ｍｍで０．００３dB/１ターンであり、従来のファイバよりも半分程度に低減させることが出来た。また曲げ半径を２ｍｍにしても破断することは無かった。これは第１クラッド層の直径を小さくすることができたことと、第１クラッド層と第３クラッド層との間に広い面積の空隙の第２クラッド層を設けたことが効果的に寄与しているためだと思われる。
【００４３】
次の試作例として、ファイバ１の外径を１００μｍに選び、ファイバのコア層３の直径を１０μｍ、空孔径を６μｍ、コア層３と空孔との間隔を３μｍ、第１クラッド層４の直径を４０μｍ、コア層３とＳｉＯ２ガラスとの比屈折率差を１％として作成した。その結果、ファイバの曲げ損失増加量を波長１．５５μｍで測定した結果、曲げ直径５ｍｍで０．０４dB/１ターン、曲げ直径１０ｍｍで０．００２dB/１ターンであった。この結果も第１クラッド層４の直径を小さくしたことと、第２クラッド層７である空隙の存在が効果を発揮しているためだと思われる。
【００４４】
なお本実施例のファイバ１の比屈折率差は０．２％程度から３．５％程度までが好ましい範囲である。コア層３の直径は２μｍから２０μｍの範囲が好ましい。空孔５の直径は大きい方が好ましいが、その数量に依存しており、空孔５の数量が多い場合には空孔５は小さく、数量が少ない場合には大きくするのが好ましく、３μｍから１０μｍの範囲から選ぶのがよい。またファイバ１内の空孔５の直径は必ずしも同じである必要は無く、それぞれ異なっていてもよい。第１クラッド層４の直径は内部にコア層３と空孔５を形成するだけの面積を有していればよく、４０μｍから６０μｍ程度であればよい。第１クラッド層４はＦを添加したＳｉＯ２ガラスを用いてもよい。
【実施例２】
【００４５】
図２に本発明のファイバに関する第２の実施例を示す。この図もファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図である。このファイバ８は、図１のファイバ１のコア層３を囲むように、Ｆを添加したＳｉＯ２ガラス層９を設けた構造である。このコア層３を囲むようにＦを添加したＳｉＯ２ガラス層９という中間層を設けることは、低損失ファイバを実現する上で極めて重要である。
【００４６】
すなわち、ファイバ８を製造するとき、中心孔とその外周に設けた空孔を有する第１クラッド用ＳｉＯ２ガラス母材を製造する工程の後に、上記母材の中心孔にコア用ガラスロッドを挿入して内部用プリフォームを製造するので、その際にコア層の外周にＦを添加したＳｉＯ２ガラスの薄層（この薄層の屈折率は、Ｆの添加量により、ＳｉＯ２ガラスの屈折率よりも０．０５％から１．５％程度低くすることが出来る。）を形成したコア用ガラスロッドをVAD（Vapor phase Axial Deposition）法、あるいはMCVD（Modified Chemical Vapor phase Deposition）法により閉じた反応系により連続的に製造しておけば、コア層とＦを添加したＳｉＯ２ガラスから成る中間層との界面の構造不整による損失増加を大幅に抑える事が出来る。
【００４７】
具体的な試作結果を示す。ファイバ８のコア層３の直径を１０μｍ、Ｆを添加したＳｉＯ２ガラス層９の厚みを２μｍ、Ｆを添加したＳｉＯ２ガラス層９の屈折率を１．４５２（波長０．６３３μｍにおける値）、空孔５の直径を７μｍ、コア層３と空孔５との間隔を４μｍ、第１クラッド層４の直径を５５μｍ、コア層３とＳｉＯ２ガラスとの比屈折率差を１％として作成した。ファイバ８の損失を評価した結果、波長１．５５μｍにおいて０．２２dB/km、波長１．３μｍで０．４６dB/kmであり、実施例１の結果より低損失化を実現することができた。
【実施例３】
【００４８】
図３に本発明のファイバに関する第３の実施例を示す。この図もファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図である。このファイバ１０は、図１のファイバにおいて、第１クラッド層４の外周にＦを添加したＳｉＯ２ガラス薄層１１を設けた構造のファイバである。第１クラッド層４の外周にＦを添加したＳｉＯ２ガラスの薄層１１が形成されていない場合には、第１クラッド層４に漏れた光信号が第１クラッド層の外周表面の不均一な表面状態よって変動し易くなり、損失変動を生じ易くなるが、第１クラッド層４の外周にＦを添加したＳｉＯ２ガラスの薄層１１を、気相化学反応を利用して形成しておくと上記損失の変動を抑えることができる。
【００４９】
具体的な試作結果を示す。ファイバ１０のコア層３の直径を１０μｍ、Ｆを添加したＳｉＯ２ガラス薄層１１の厚みを２μｍ、その薄層１１の屈折率を１．４５２（波長０．６３３μｍにおける値）、空孔５の直径を７μｍ、コア層３と空孔５との間隔を４μｍ、第１クラッド層４の直径を５５μｍ、コア層３とＳｉＯ２ガラスとの比屈折率差を１％として作成した。ファイバ１０の損失を評価した結果、波長１．５５μｍにおいて０．２４dB/km、波長１．３μｍで０．４８dB/kmであった。なお上記損失値よりも更に損失を低減するには、図２に示したように、コア層３の外周にもＦを添加したＳｉＯ２ガラス層９を設ければよい。そうすることにより、図２示でしたファイバ８の損失よりも低くすることが出来る。
【実施例４】
【００５０】
図４に本発明のファイバに関する第４の実施例を示す。この図もファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図である。このファイバ１２は第３クラッド層１３として、中空断面形状が三角形をしたＳｉＯ２ガラスファイバを用いた構造である。このように第３クラッド層１３の中空断面形状を三角形にすることにより、円形構造の第１クラッド層４と第３クラッド層１３との間の空隙１４をより広く取ることが出来、そして第１クラッド層４の外周面が第３クラッド層１３の内面に３箇所で接するように構成することが出来るので、第１クラッド層４と第３クラッド層１３との間の大部分を広い空隙１４で対称的に安定に保持することが出来る。これにより良好な機械的強度と光学的特性を得ることが出来る。
【実施例５】
【００５１】
図５に本発明のファイバに関する第５の実施例を示す。この図もファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図である。このファイバ１５は図４のファイバにおいて、第１クラッド層４の外周にＦを添加したＳｉＯ２ガラス薄層１１を設けた構造のファイバである。これは実施例３と同様に、第１クラッド層４に漏れた光信号が、第１クラッド層４の外周表面の表面不均一状態によって変動して損失変動を生じさせるのをより強く抑えさせる効果がある。
【実施例６】
【００５２】
図６に本発明のファイバに関する第６の実施例を示す。この図もファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図である。このファイバ１６は中空断面形状が円形のＳｉＯ２ガラスファイバ１７を用いた構造である。そして第１クラッド層１９として外形断面が矩形状の構造のものを用い、該第１クラッド層１９の外周が第３クラッド層１７の内面に４箇所で接するように構成し、第１クラッド層１９と第３クラッド層１７との間の大部分が空隙１８で対称的に安定に保持するように構成した構造である。断面の外形が矩形状の上記第１クラッド層１９のサイズは３０μｍ角から８０μｍ角程度が好ましい。また、第１クラッド層１９の断面の外形状は正方形以外の長方形でもよい。
【実施例７】
【００５３】
図７に本発明のファイバに関する第７の実施例を示す。この図もファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図である。このファイバ２０は、円形状で長尺のＳｉＯ２ガラスファイバ２１の中空断面形状を矩形状に形成し、その矩形状の中空断面内表面に４箇所の接触部２６１〜２６４で接するようにＳｉＯ２ガラス製の断面矩形状のクラッド層２３を設け、そのクラッド層２３の中心部にＧｅＯ２を添加したＳｉＯ２ガラス製の円形のコア層２２を設け、そのコア層２２の外周を取り囲むように空孔２４を６個設けた構造である。そして該クラッド層２３の外周の大部分が空隙２５で覆われた構造である。このファイバ２０も第１クラッド層２３と第３クラッド層２１の間に広い面積の空隙２５を取れる構造である。またファイバ２０の断面構造も対称構造であるので、該ファイバ２０を任意の方向に曲げても機械的な曲げ強度、曲げ損失の変動が少ない。
【実施例８】
【００５４】
図８に本発明に関するファイバの第８の実施例を示す。この図もファイバの概略図を示したものである。同図（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図である。このファイバ２７は図７のファイバのコア層２２の外周にＦを添加したＳｉＯ２ガラスの中間層２８を設けた構造である。
【実施例９】
【００５５】
図９に本発明に関するファイバの第９の実施例を示す。この図はファイバの正面断面図を示したものである。このファイバ２９は、長尺のＳｉＯ２ガラスファイバ３０の中空断面内に２つの外形断面円形状のＳｉＯ２ガラスからなる第１クラッド層４Ａと４Ｂを有し、該第１クラッド層内それぞれの中心にＧｅＯ２を添加したＳｉＯ２ガラスの断面円形状のコア層３Ａ、３Ｂを有し、該それぞれのコア層の外周を取り囲むように空孔５を６個ずつ有した構造からなり、該第１クラッド層それぞれが該ＳｉＯ２ガラスファイバ３０の中空断面内表面に接し、該第１クラッド層それぞれの外周の大部分が空隙３１（第２クラッド層）で覆われた構造のファイバである。このように一つのファイバ内に複数個の信号伝送用ファイバを内蔵した構造により、一度に多くの情報量を並列に伝送することが出来る。これにより大幅な経済効果を期待することができる。
【実施例１０】
【００５６】
図１０に本発明に関するファイバの第１０の実施例を示す。この図はファイバの正面断面図を示したものである。このファイバ３２は、長尺のガラスファイバからなる第３クラッド１３内の三角形の中空断面内に外形断面円形状の第１クラッド層４Ａ、４Ｂ、４Ｃを有し、該第１クラッド層内それぞれの中心に、ＧｅＯ２を添加したＳｉＯ２ガラスから成る断面円形状のコア層３Ａ、３Ｂ、３Ｃを有し、該コア層それぞれの外周を取り囲むように空孔５が８個ずつ設けられ、該第１クラッド層はそれぞれ該三角形状の中空断面の内表面に接するように配置された構造のファイバである。そして該第１クラッド層それぞれの外周面の大部分が空隙１４（第２クラッド層）で覆われた構造である。このファイバ３２は、その小さい断面内に３個のコア層を有し、各コア層内に情報を伝送することが出来るので、一度に大容量の情報を光伝送することが出来る。
【実施例１１】
【００５７】
図１１に本発明に関するファイバの第１１の実施例を示す。この図はファイバの正面断面図を示したものである。このファイバ３３は長尺のＳｉＯ２ガラスファイバからなる第３クラッド層１３内の三角形状の中空断面内に、ＳｉＯ２ガラスから成る外形断面円形状の第１クラッド層３４を該中空断面の内表面に３箇所で接するように配置させ、該第１クラッド層３４内にＧｅＯ２を添加したＳｉＯ２ガラス製の断面円形状の３個のコア層３Ａ、３Ｂ、３Ｃを有し、該コア層それぞれの外周を取り囲むように空孔５を６個ずつ設けた構造である。該第１クラッド層３１の外周の大部分が空隙１４で覆われた構造である。本実施例では、ファイバ３０の小さい断面内に一度に３種類の情報を伝送することが出来るので、これも一度に大容量伝送を行なうことが出来る。第１クラッド層３１内に更に多くのコア層を設けてもよい。
【実施例１２】
【００５８】
図１２に本発明に関するファイバの第１２の実施例を示す。この図はファイバの正面断面図を示したものである。このファイバ３５は長尺のＳｉＯ２ガラスファイバからなる第３クラッド層３６内の矩形状の中空断面内に、外形断面円形状のＳｉＯ２ガラス製の第１クラッド層３７を、該中空断面の内表面に４箇所で接するように配置させ、該第１クラッド層３７内にＧｅＯ２を添加したＳｉＯ２ガラス製の断面円形状の５個のコア層３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅを有し、該それぞれのコア層の外周を取り囲むように空孔５を８個ずつ設けた構造である。該第１クラッド層３７の外周の大部分は空隙３８で覆われている。本実施例では、ファイバ内に一度に５種類の情報を伝送することが出来るので、これも一度に大容量伝送を行なうことが出来る。第１クラッド層３７内のコア層の数はさらに多くてもよい。
【実施例１３】
【００５９】
図１３に本発明に関するファイバの第１３の実施例を示す。この図はファイバの正面断面図を示したものである。このファイバ３９は、長尺のＳｉＯ２ガラスファイバからなる第３クラッド層４０の円形状の中空断面内に、外形断面矩形状のＳｉＯ２ガラス製の第１クラッド層４１を該中空断面の内表面に４箇所で接するように配置させ、該第１クラッド層４１内にＧｅＯ２を添加したＳｉＯ２ガラス製の断面円形状のコア層３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、３Ｅを５個有し、該コア層それぞれの外周を取り囲むように空孔５を８個ずつ設けた構造である。該第１クラッド層４１の外周の大部分が空隙４２で覆われている。本実施例でも、小さいファイバ断面内に一度に５種類の情報を伝送することが出来るので、これも一度に大容量伝送を行なうことが出来る。
【実施例１４】
【００６０】
図１４に本発明の第１のファイバ製造方法を示す。この製造方法は、断面が矩形状の中空部を有し、断面の外形が円形のＳｉＯ２ガラス管を製造する第１の工程、中心孔とその外周に設けた空孔を有するクラッド用ＳｉＯ２ガラス母材を製造する第２の工程、上記クラッド用ＳｉＯ２ガラス母材の中心孔にコア用ＳｉＯ２-ＧｅＯ２ガラスロッドを挿入して内部用プリフォームを製造する第３の工程、上記第１の工程で得たＳｉＯ２ガラス管の断面矩形の中空部内に第３の工程で得た内部用プリフォームを少なくとも３箇所で該中空部の内面に接するように挿入してファイバプリフォームを製造する第４の工程、上記ファイバプリフォームを線引きしてファイバを製造する第５の工程からなる。この製造方法では、第２の工程において、断面の外形状が矩形、三角形或いは円形のクラッド用ＳｉＯ２ガラス母材を製造する。
【００６１】
ＳｉＯ２ガラス管を製造する第１の工程ではゾルゲル法を用いた。これは、断面の外形が円形の金属管内の中心に断面矩形状の金属体を保持した容器の型を作成し、その容器の金属管内の前記金属体の外周にテトラエトキシシラン、バインダー、純水を含む溶液を流し込み、乾燥、硬化させた後に前記金属体及び前記金属管を脱着してＳｉＯ２ガラス多孔質管を形成し、その後、ＳｉＯ２ガラス多孔質管を高温加熱し、高温での塩素処理の工程を経て断面の外形状が円形の透明なＳｉＯ２ガラス管を製造する方法である。
【００６２】
この方法を用いると、任意の形状のＳｉＯ２ガラス管を正確な寸法で製造することが出来る。特に、内部に断面矩形状の中空部を有し、断面の外形が円形のＳｉＯ２ガラス管を製造するのに好適な製造方法である。同様に、中心孔とその外周の空孔を有するクラッド用ＳｉＯ２ガラス母材を製造する第２の工程でも、上記ゾルゲル法により容易に該母材を製造することが出来た。またコア用ＳｉＯ２-ＧｅＯ２ガラスロッドはVAD法で製造した。そして上記母材の中心孔にコア用ＳｉＯ２-ＧｅＯ２ガラスロッドを挿入して内部用プリフォームを製造する第３の工程はロッドインチューブ法で実施した。最後に上記プリフォームをファイバ線引き装置により線引きしてファイバを製造した。
【実施例１５】
【００６３】
図１５に本発明の第２のファイバ製造方法を示す。本発明の第２のファイバ製造方法は、第１の工程において、ＳｉＯ２ガラス管の中空部の断面形状を矩形状ではなくて三角形状に変えたことと、第２の工程において、クラッド用ＳｉＯ２ガラス母材の断面の外形状を円形にしたこと、第４の工程において上記第１の工程で得たＳｉＯ２ガラス管の三角形の中空部に第３の工程で得た内部用プリフォームを少なくとも３箇所で上記中空部の内表面に接するように挿入してファイバプリフォームを製造する第４の工程としたことを特徴とするファイバの製造方法である。
【実施例１６】
【００６４】
図１６に本発明の第３のファイバ製造方法を示す。本発明の第３のファイバ製造方法は、第１の工程においてＳｉＯ２ガラス管の中空部の断面形状を矩形状ではなくて円形状に変えたことと、第２の工程において、中心孔とその外周に空孔を設けたクラッド用ＳｉＯ２ガラス母材の断面の外形を矩形又は三角形にしたことと、第４の工程において上記第１の工程で得たＳｉＯ２ガラス管の円形の中空部に第３の工程で得た外形が矩形の内部用プリフォームを少なくとも３箇所で上記中空部の内面に接するように挿入してファイバプリフォームを製造したことを特徴とするファイバの製造方法である。
【実施例１７】
【００６５】
図１７に本発明の第４のファイバ製造方法を示す。この製造方法は、第５の工程において、プリフォーム内の空隙内の圧力を制御してファイバを線引きする方法である。すなわち、プリフォーム内には空隙や空孔が多く設けられているので、プリフォームを２０００℃以上の高温電気炉内に所望速度で送り込みながら加熱して溶融したプリフォームの一方の下端を所望速度で引き伸ばしながら線引きしてファイバ化する際に、上記空隙及び空孔内の圧力が変化することにより、上記空隙及び空孔の形状が変化する。そこで上記線引き工程（第５工程）において、プリフォームの空隙内及び空孔内の圧力を一定に保てるようにプリフォームの反対端面側からプリフォーム内に圧力をかけて線引きする方法を用いた。
【００６６】
本発明は上記実施例に限定されない。例えば、図１から図１３のファイバの外周は、一層あるいは複数層のプラスチック樹脂（たとえば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂など）で覆われていてもよい。これらのプラスチック樹脂の層はファイバの線引き時、あるいはファイバのケーブル化時に形成することができる。ファイバの外周はプラスチック樹脂層と金属層の両方で覆われていてもよい。また、本発明のファイバは複数本束ねて使用してもよい。さらに、プラスチック材で被覆したファイバを変形自在な金属管（ジャバラ管）内に入れてもよい。
【００６７】
円形状で長尺のＳｉＯ２ガラスファイバからなる第３クラッド層の中空断面形状が矩形状か三角形状である場合に、矩形や三角形の角の部分はわずかに丸まっていてもよい。また、中空断面形状が円形の場合は真円でなくてもよく、略円形であればよい。
空孔の断面形状も略円形か楕円、略矩形に近い形状でもよい。
【００６８】
第１クラッド層が第３クラッド層の内面に点接触するように局部的に突型形状あるいはふくらみを持たせた構造に加工されていてもよい。
コア層に、ＧｅＯ２以外のＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、Ｎなどを添加して該コア層の屈折率を制御してもよい。
【００６９】
また、本発明の製造方法を用いれば、テトラエトキシシラン、バインダー、純水を含む溶液に希土類元素の溶液を含ませてガラスを製造し、この希土類元素添加ガラスをコア用ロッドとすることにより、コア層に希土類元素を添加した能動的ファイバ（増幅機能や発振機能を有するファイバ）を実現することも容易である。このようなファイバも本発明に含まれる。
【００７０】
ファイバ内の空隙内には気体（Ｎ、Ａｒ、Ｈｅなど）を封入して密封しておいてもよく、液体（たとえばフッ素系のオイル）を封入して密封しておいてもよい。
本発明のファイバはシングルモードファイバ以外のマルチモードファイバにも適用することが出来る。この場合には、コア層の直径は２５μｍから１００μｍの範囲が好ましい。そして第１クラッド層は、断面円形状の場合には直径は６０μｍから１５０μｍ、断面矩形状の場合には６０μｍ角から１５０μｍ角が好ましい値である。
【符号の説明】
【００７１】
１、８、１０、１２、１５、１６、２０、２７、２９、３２、３３、３５、３９…ファイバ
２…第３クラッド層
３…コア層
４…第１クラッド層
５…空孔
６１、６２、６３、６４…接触部
７…空隙（第２クラッド層）
９…中間層（Ｆを添加したＳｉＯ２ガラス層）
１１…薄層
１３…第３クラッド層
１４…空隙（第２クラッド層）
１７…第３クラッド層
１８…空隙（第２クラッド層）
１９…第１クラッド層
２１…第３クラッド層
２２…コア層
２３…第１クラッド層
２４…空孔
２５…空孔
２６１、２６２、２６３、２６４…接触部
２８…中間層
３０…第３クラッド層
３１…空隙
３４…第１クラッド層
３６…第３クラッド層
３７…第１クラッド層
３８…空隙
４０…第３クラッド層
４１…第１クラッド層
４２…空隙
【図１】
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【図２】
0005603286.tif 000003
【図３】
0005603286.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005603286.tif 000006
【図６】
0005603286.tif 000007
【図７】
0005603286.tif 000008
【図８】
0005603286.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0005603286.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0005603286.tif 000015
【図１５】
0005603286.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２０】
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【図１９】
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