(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ用プリフォームを製造するための鋳型であって、プリフォーム形成のための円ではない断面形状を有する中空部と、該中空部の下部において該中空部と連結する中空底部とを有し、前記中空底部の断面形状が前記中空部の断面形状より大きいことを特徴とする偏波保持型光ファイバ用プリフォームの製造用鋳型。
【請求項２】
前記中空部が上部から下部に向かって大きくなっていることを特徴とする請求項１記載の偏波保持型光ファイバ用プリフォームの製造用鋳型。
【請求項３】
前記中空底部が切頭円錐体形状であることを特徴とする請求項１に記載の偏波保持型光ファイバ用プリフォームの製造用鋳型。
【請求項４】
前記中空底部の断面形状が円以外の形状を有することを特徴とする請求項１記載の偏波保持型光ファイバ用プリフォームの製造用鋳型。
【請求項５】
円ではない断面形状を有するプリフォームを形成するための中空部と、
前記中空部の下部において該中空部と連結する中空底部とを有し、
前記中空底部の直径または断面形状が前記の中空部の下端部の直径または断面形状より大きい偏波保持型光ファイバ用プリフォームの製造用鋳型を用いた光ファイバ用プリフォームの製造方法であって、
前記鋳型の中空部にクラッドガラス融液をキャスティングする工程と、
引続き、前記クラッドガラス融液上にコアガラスをキャスティングする工程とを備えたことを特徴とする偏波保持型光ファイバ用プリフォームの製造方法。
【請求項６】
前記中空部が上部から下部に向かって大きくなっていることを特徴とする請求項５記載の偏波保持型光ファイバ用プリフォームの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏波保持型光ファイバ用のプリフォームの製造用鋳型およびこの鋳型を用いた偏波保持型光ファイバ用プリフォームの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバのコアにＥｒ（エルビウム）やＰｒ（プラセオジム）を添加した光ファイバを増幅媒体とした光ファイバ増幅器や光ファイバレーザの研究が行われ、それらは光通信システムや光計測技術に応用されている。
【０００３】
これまで、増幅媒体として用いられてきた光ファイバは、コアが真円の形状をしたものであり、その結果、増幅特性に偏波依存性がなく、光通信システムの中での中継増幅などには適した特性となっている。
【０００４】
しかし一方、光計測や光制御技術の分野では、光の偏波面を制御した光増幅技術が必要になっている。実際、石英ファイバをホストにしたＥｒ添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）では、Ｅｒ添加ＰＡＮＤＡファイバ    を増幅媒体とした偏波面保持型のＥＤＦＡが開発されている（参考文献：岡本勝就著“光導波路の基礎”コロナ社第３章）。
【０００５】
ところで、フッ化物ファイバやテルライトファイバをＥｒのホストとして用いると、石英ファイバをホストとして用いた場合よりも増幅波長帯域が広がる。このことから、Ｅｒ添加フッ化物ファイバやテルライトファイバが、広帯域なＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）  伝送用の光ファイバ増幅器や広帯域なファイバレーザの増幅媒体として注目されている。このような特徴を持つファイバホストを用いて偏波保持型ファイバが作製できれば、このコアに希土類元素を添加して偏波保持型の増幅用ファイバを実現することができ、光通信のみならず光計測や光制御の技術分野に幅広く応用することが可能となる。しかし、これらファイバの作製には石英系ファイバで標準となりつつあるＶＡＤ法やＭＣＶＤ法などの作製手法が用いられず、それら作製手法を基本とした技術による偏波保持型ファイバの実現は困難である。
【０００６】
フッ化物ガラスやテルライトガラスは溶融法により合成されており、ファイバ用のプリフォームは、ガラス融液を急冷して作製するサクションキャスティング法（参照：特開昭６３−１１５３５号公報）や、ローテショナルキャスティング法が使われている。しかし、これらの手法によりプリフォームを作製した場合、コア形状は真円となり、コアの周辺に応力付与部を設けて応力誘起複屈折率を生じさせなければ、偏波保持型光ファイバとはならない。ところが、上記ガラス系においては、同一のガラス系を用いて応力誘起複屈折率が生じるほど大きな熱膨張係数の違いを発現させることは実質的には不可能であり、従って応力付与部を持つ構造の偏波保持型光ファイバを作製することは困難であった。
【０００７】
偏波保持型構造を得るもうひとつの方法は、コアの断面形状を楕円にするものである。コアを楕円形状にすることによって導波構造性複屈折率を生じさせ、それにより、ＨＥ１ｘモードとＨＥ１１ｙ  モードの伝搬定数差を大きくして両モード間のモード結合を生じにくくし、偏波面を保持するものである。しかし、これまでのサクションキャスティング法やローテショナルキャスティング法では、コアは円形となるため、偏波保持型構造にすることは困難であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、溶融法によって偏波保持型光ファイバ用の円形でないコア、つまりたとえば楕円コアを持つプリフォームを作製することのできる鋳型および製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の請求項１の偏波保持型光ファイバ用プリフォームを製造するための鋳型は、プリフォーム形成のための円ではない断面形状を有する中空部と、該中空部の下部において該中空部と連結する中空底部とを有し、前記中空底部の断面形状が前記中空部の断面形状より大きいことを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項２の偏波保持型光ファイバ用プリフォームの製造用鋳型は、前記請求項１の鋳型において、前記中空部が上部から下部に向かって大きくなっていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項３の偏波保持型光ファイバ用プリフォームの製造用鋳型は、前記請求項１の鋳型において、前記中空底部が切頭円錐体形状であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項４の偏波保持型光ファイバ用プリフォームの製造用鋳型は、前記請求項１の鋳型において、前記中空底部の断面形状が円以外の形状を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項５の偏波保持型光ファイバ用プリフォームの製造方法は、円ではない断面形状を有するプリフォームを形成するための中空部と、前記中空部の下部において該中空部と連結する中空底部とを有し、前記中空底部の直径または断面形状が前記の中空部の下端部の直径または断面形状より大きい偏波保持型光ファイバ用プリフォームの製造用鋳型を用いた光ファイバ用プリフォームの製造方法であって、前記鋳型の中空部にクラッドガラス融液をキャスティングする工程と、引続き、前記クラッドガラス融液上にコアガラスをキャスティングする工程とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項６の偏波保持型光ファイバ用プリフォームの製造方法は、前記請求項５の製造方法において、前記中空部が上部から下部に向かって大きくなっていることを特徴とする。
【００１５】
本発明では、鋳型のプリフォームを形成するための中空部の断面形状を円ではない形状とすることにより、クラッドガラス融液およびコアガラス融液をキャスティングして形成されるコア部の断面形状を円形とは異なった形状にすることができる。このことが従来法とは異なる。また、中空部の断面形状は必ずしも左右（または上下）対称でなくてもよい。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を説明するが、本発明は、以下の実施の形態になんら限定されるものではない。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。
【００１８】
（実施形態例１）
図１は、本発明の第１の実施形態例の工程を説明する図である。図中、１は断面形状が楕円の中空部１Ａを有した金製の鋳型、２はクラッドガラス融液、３は金るつぼ、４はコアガラス融液である。鋳型１には、中空部１Ａの底部付近の内径を中空部１Ａの中央部分の内径に比べて大きくしたクラッドガラス融液溜め（中空底部）５を設けた。
【００１９】
ＺｒＦ４  −ＢａＦ２  −ＬａＦ３  −ＹＦ３  −ＡｌＦ３  −ＰｂＦ２  −ＮａＦ−ＬｉＦ系フッ化物ガラスを、コアガラスおよびクラッドガラスとして、それぞれの融液をクラッドガラス融液２、コラガラス融液４の順に、図１に示すように、あらかじめ予加熱した鋳型にキャスティングした。その結果、コアガラス融液４はクラッドガラス４の中心部に流れ込み、さらに鋳型１の中空底部５に向かって流れ込んだ。本実施形態例では、鋳型１の中空部１Ａの断面形状を、図２（ａ）に示すように、楕円とした。図１（ａ）に示すように、クラッドガラス融液２を鋳型１にキャスティングし、続いて、図１（ｂ）に示すように、コアガラス融液４を鋳型１に流し込むと、まず、クラッドガラス融液２は、鋳型１との接触面から中心部に向けて冷却固化し、図１（ｃ）に示すように、体積収縮が起こる。これによって中心部には鋳型空洞部とほぼ相似な断面形状の空洞が生じる。すると、クラッドガラス上部にあるコアガラス融液４は、クラッドガラス中心部にできた空洞部に流れ込む。また、鋳型の中空部の底部では、溶液溜め（中空底部）５によって中空部の径が大きくなっている分、クラッドガラスの体積収縮も大きくなり、これにより固化時のクラッドガラスの空洞形成を助長する。以上の結果、図１（ｄ）に示すように、鋳型１中空部１Ａの断面形状（図２（ａ））とほぼ相似な断面形状のコアを有するプリフォーム１０が形成される。
【００２０】
このプリフォーム１０のコアの楕円率は０．８であり、コア・クラッド間の被屈折率差は１．５％であった。このプリフォーム１０を外周研磨したのち、フッ化物ガラスジャケット管に挿入してファイバ線引きした。その結果、１．５μｍの波長で消光比が２０ｄＢ以上の偏波保持特性を確認することができた。
【００２１】
また、中空部１Ａの断面形状として、矩形（図２（ｂ））、菱形（図２（ｃ））、長丸形（図２（ｄ））および両端を三角にした長方形（図２（ｅ））の各形状をそれぞれに持つ鋳型を用いて、プリフォームを作製した後、ファイバ化した。その結果、１．５μｍで消光比２０ｄＢ以上の偏波保持特性を有する光ファイバを得ることができた。
【００２２】
（実施形態例２）
実施形態例１で用いたコアガラスの中にＥｒを１０００ｐｐｍ添加して実施形態例１で示した手法でプリフォームを作製し、ファイバを得た。このファイバを７ｍ用い、１４８０ｎｍの波長の光で励起して１．５５μｍ帯の光を増幅した。その結果、３０ｄＢ以上の信号利得、消光比２０ｄＢ以上の直線偏波状態で増幅することができた。
【００２３】
実施形態例１および実施形態例２で用いた鋳型のクラッドガラス融液溜め（中空底部）５の断面形状は切頭錐体形状をしており、切頭の角錐でも円錐形状でも良く、また、断面形状が図２に示した断面形状と相似形でもよい。また、本発明による鋳型を用いて得られるプリフォームのコアの楕円率は、図２で示した断面形状の横寸法ａと、縦寸法ｂとを変えることにより制御できる。
【００２４】
（実施形態例３）
本実施形態例では、鋳型１の中空底部であるクラッドガラス溜め５′の形状としては、図１に示した台形状のものではなく、図３（ａ）または（ｂ）に示した形状のものを使用した。
【００２５】
図３（ａ）に示す鋳型１においては、クラッドガラス融液溜め（中空底部）５′の形状を円柱状とした。
【００２６】
図３（ｂ）の例では、やはりクラッドガラス融液溜め（中空底部）５′の形状を同柱状とし、その上部の中空部１Ａ′が、鋳型の中空底部近くになるに従って、その断面形状をテーパ状に徐々に大きくなっている。このような形状にすることにより、得られたプリフォームの外径にはテーパーがつくが、キャスティングされたコア融液は、クラッドガラス融液溜め５′の上部の中空部１Ａ′が、均一な断面形状を有している場合よりも、鋳型底部に向かい浸入しやすくなり、したがって、プリフォーム長を長くすることができる。なお、この場合、プリフォーム外径状を長手方向にわたり一定にするためには、得られたテーパーつきプリフォームの外周を研磨すればよい。
【００２７】
本実施例ではクラッドガラス融液溜め（中空底部）５′の形状を円柱状としたが、この溜め５′はクラッドガラスの体積収縮を大きくし、コアガラス融液が流れ込みやすくして、プリフォームの長さを長くするために設けたものであり、その効果は形状にはよらず体積に依存する。従って、その形状は円柱形である必要はなく他の形状でもよい。
【００２８】
（実施形態例４）
本実施形態例では、ＩｎＦ３  −ＧａＦ３  −ＺｎＦ２  −ＢａＦ２  −ＳｒＦ２  −ＰｂＦ２  −ＣｄＦ２  −ＭｇＦ２  −ＡｌＦ３  −ＬａＦ３  −ＹＦ３  −ＬｉＦ−ＮａＦ系ガラスを用いて、コアガラス融液およびクラッドガラス融液を合成し、コアガラス融液にＰｒまたはＴｍを添加し、図１に示した工程にしたがって、プリフォームを合成した。Ｐｒ，Ｔｍの濃度はそれぞれ１０００ｐｐｍであった。
【００２９】
その結果、コア・クラッド間の比屈折率差が１％以上、楕円率が０．５以上のコアをもつ光増幅用光ファイバを得ることができた。Ｐｒを添加した光ファイバでは１．３μｍ帯の光を３０ｄＢ以上の消光比を持って定偏波状態で増幅でき、Ｔｍを添加した光ファイバで１．４８μｍ帯、１．６５μｍの光をやはり３０ｄＢ以上の消光比を持って定偏波状態で増幅することができた。
【００３０】
（実施形態例５）
本実施形態例ではＴｅＯ２  −Ｂｉ２  Ｏ３  −ＺｎＯ−Ｎａ２  Ｏ系ガラスを用いて、コアガラス融液およびクラッドガラス融液を合成し、コアガラス融液にはＥｒを１０００ｐｐｍ添加して、前記と同様にして、プリフォームを形成した。
【００３１】
その結果、コア・クラッド間の比屈折率差が１％以上、楕円率が０．５以上のコアをもつ光増幅用光ファイバを得ることができ、１．５μｍ帯の光を３０ｄＢ以上の消光比を持って定偏波状態で増幅できた。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、石英系光ファイバ以外でも偏波保持型光ファイバを作製することができる。従って、そのファイバ素材の特徴を活かしたセンシング応用や、コアに希土類イオンを添加して、偏波保持型の光増幅用ファイバとして光増幅、レーザ光源、スーパールミネッセンス光源等に応用できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ用プリフォームの製造方法を示す工程図であり、（ａ）はクラッドガラス融液を流し込んだ時の断面図であり、（ｂ）は続いてコアガラス融液を流し込んだ時の断面図であり、（ｃ）は先に流し込んだクラッドガラスが鋳型により冷却されて固化し、中心部分に空洞部が形成された状態の断面図であり、（ｄ）は本発明の鋳型により形成されたプリフォームの断面図である。
【図２】鋳型中空部の断面形状の具体例を示す説明図で、（ａ）は楕円形、（ｂ）は矩形、（ｃ）は菱形、（ｄ）は長丸形、（ｅ）は両端を三角にした長方形を示す。
【図３】本発明による鋳型の他の実施形態例を示す断面図であり、（ａ）は中空底部が円柱状としたものであり、（ｂ）はさらに中空部を下方に向かってテーパ状に拡径したものである。
【符号の説明】
１  鋳型
１Ａ，１Ａ′  中空部
２  クラッドガラス融液
３  金るつぼ
４  コアガラス融液
５，５′  クラッドガラス融液溜め（中空底部）
１０  プリフォーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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