(57)【要約】【課題】良品の製造歩留りが優れた光ファイバの製造方法を提供する。【解決手段】ファイバ母材孔２２を加圧しながら線引炉３３で光ファイバ母材２０を線引きして、所望の大きさのファイバ孔１２を有する光ファイバ１０を製造する際、光ファイバのファイバ外径をＤｆ、母材の外径をＤｂ、母材の長手方向に直交する断面でファイバ母材孔以外の領域が占める割合をＲＡ、光ファイバの光軸方向に直交する断面でファイバ孔以外の領域が占める割合をＲＢ、母材の送り速度をＵで表したとき、線引時の光ファイバの線速Ｚが目標線速Ｗ：「Ｗ＝（ＲＡ／ＲＢ）×（Ｄｂ／Ｄｆ）２×Ｕ」より速い場合はファイバ母材孔に加える圧力を下げ、線速Ｚが目標線速Ｗより遅い場合はファイバ母材孔に加える圧力を上げながら、線速Ｚが目標線速Ｗに一致するように母材を線引きする。この場合、オンラインでファイバ孔の大きさが調整されるので、良品の製造歩留まりが向上する。【選択図】図３
2006027981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に延びる少なくとも１つのファイバ母材孔を有する光ファイバ母材の前記ファイバ母材孔を加圧しながら、線引炉において前記光ファイバ母材を加熱・軟化し線引きして、光軸方向に延び所望の大きさの、前記ファイバ母材孔に対応するファイバ孔を有する光ファイバを製造する方法であって、
前記光ファイバ母材の外径をＤｂ、
前記光ファイバの外径をＤｆ、
前記光ファイバ母材の前記長手方向に直交する断面で前記ファイバ母材孔以外の領域が占める割合をＲＡ、
前記光ファイバの前記光軸方向に直交する断面で前記ファイバ孔以外の領域が占める割合をＲＢ、
前記光ファイバ母材の前記線引炉への送り速度をＵ、
で表したとき、
線引時の光ファイバの線速Ｚが、前記所望の大きさのファイバ孔を有する光ファイバを得るための目標線速Ｗ：
【数１】
2006027981.tif 000007
より速い場合は前記ファイバ母材孔に加える圧力を下げ、
前記線速Ｚが前記目標線速Ｗより遅い場合は前記ファイバ母材孔に加える圧力を上げながら、
前記線速Ｚが前記目標線速Ｗに一致するように前記光ファイバ母材を線引きす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、光軸方向に延びる少なくとも１つのファイバ孔を有する光ファイバの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、光軸方向に沿って複数の空孔（ファイバ孔）が設けられた光ファイバ（ホーリーファイバ）が開発されつつある。このホーリーファイバでは、複数のファイバ孔による、コア領域とクラッド領域との間の実効的な屈折率差を利用して光をコア領域内で伝搬させたり、或いは、フォトニック結晶構造によるフォトニックバンドギャップを利用して光を伝搬させている（非特許文献１及び非特許文献２参照）。そのため、ホーリーファイバは、光軸に直交するファイバ断面でのファイバ孔の配列や大きさを調整することによって、ファイバ孔を有しない光ファイバと比較して曲げ損失の低減が可能になったり、或いは、様々な分散特性が得られるなどの特徴を有している。
【０００３】
上述したようなホーリーファイバは、従来、ファイバ孔となるべきファイバ母材孔を有する光ファイバ母材を線引きして製造されているが、線引きする際、非特許文献１に記載されているように、ファイバ母材孔を加圧しながら光ファイバ母材を線引きしてファイバ孔を潰さないようにしている。
【非特許文献１】Jonathan C. Knight, “Photonic crystal fibres.”, NATURE, AUGUST 14 2003, VOL 424, pp847-851.
【非特許文献２】C.Simonneau, et al., “High-power air-clad photonic crystal fiber cladding-pumped EDFA for WDM application in the C-band.”, ECOC-IOOC 2003  Proceedings VOLUME 6 - Post-Deadline Papers, September 21-25, 2003, pp34-35.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ホーリーファイバで実現されるファイバ特性は、ファイバ断面でのファイバ孔の大きさにも依存しているので、線引時には、ファイバ孔の大きさが所望の大きさになるように、ファイバ母材孔に加圧すべき圧力を調整する必要がある。しかしながら、従来では、線引き中にオンラインでファイバ孔の大きさを調べることができないため、良品を歩留まりよく製造することが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、良品の製造歩留りが優れた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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る光ファイバの製造方法は、長手方向に延びる少なくとも１つのファイバ母材孔を有する光ファイバ母材のファイバ母材孔を加圧しながら、線引炉において光ファイバ母材を加熱・軟化し線引きして、光軸方向に延び所望の大きさの、ファイバ母材孔に対応するファイバ孔を有する光ファイバを製造する方法であって、光ファイバ母材の外径をＤｂ、光ファイバの外径をＤｆ、光ファイバ母材の長手方向に直交する断面でファイバ母材孔以外の領域が占める割合をＲＡ、光ファイバの光軸方向に直交する断面でファイバ孔以外の領域が占める割合をＲＢ、光ファイバ母材の線引炉への送り速度をＵ、で表したとき、線引時の光ファイバの線速Ｚが、所望の大きさのファイバ孔を有する光ファイバを得るための目標線速Ｗ：
【数１】
2006027981.tif 000003
より速い場合はファイバ母材孔に加える圧力を下げ、線速Ｚが目標線速Ｗより遅い場合はファイバ母材孔に加える圧力を上げながら、線速Ｚが目標線速Ｗに一致するように光ファイバ母材を線引きすることを特徴とする。
【０００７】
光ファイバ母材を線引きするとき、単位時間あたりに線引炉に送られた光ファイバ母材の体積（ファイバ母材孔以外の領域の体積）と、単位時間あたりに製造される光ファイバの体積（ファイバ孔以外の領域の体積）とは同じであるので、光ファイバの外径が一定ならば、光ファイバのファイバ孔径の大きさに応じて線速Ｚが変化する。そして、このファイバ孔径が所望のファイバ孔径より小さいと、線速Ｚは式（１）で表される目標線速Ｗよりも遅くなり、ファイバ孔径が所望のファイバ孔径より大きいと、線速Ｚは目標線速Ｗよりも速くなる。
【０００８】
そして、上記製造方法では、線速Ｚが目標線速Ｗより速い場合は、線速Ｚが目標線速Ｗに一致するようにファイバ母材孔に加える圧力を下げ、線速Ｚが目標線速Ｗより遅い場合は、線速Ｚが目標線速Ｗに一致するようにファイバ母材孔に加える圧力を上げながら光ファイバ母材を線引きする。その結果、オンラインでファイバ孔径を調整しながら光ファイバを製造できるので、良品の製造歩留まりが向上する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光ファイバの製造方法によれば、良品を歩留まり良く製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明による光ファイバの製造方法の実施形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る光ファイバの製造方法で製造された光ファイバのファイバ断面の模式図である。光ファイバ１０は、石英ガラスを主成分とした光軸Ｌの方向に延びた線状体であり、光軸Ｌに直交する断面であるファイバ断面１１の形状は略円形（外径Ｄｆ）である。この光ファイバ１０には、ファイバ断面１１において環状に配置されると共に光軸Ｌの方向に延びる複数のファイバ孔１２が形成されており、光ファイバ１０は、ファイバ孔１２で囲まれた中実領域１３と中実領域１３の周囲に設けられファイバ孔１２が形成されているクラッド領域１４との屈折率差を利用して、中実領域１３内で光を伝搬させる。
【００１２】
なお、この中実領域１３を、Ｅｒ３＋やＹｂ３＋等の光増幅剤が添加されたコア領域と、そのコア領域の周囲に設けられてコア領域より屈折率の低いクラッド領域と、から構成すれば、いわゆるダブルクラッドファイバとなる。このダブルクラッドファイバでは、光増幅剤の吸収帯に相当する波長の励起光を中実領域に伝搬させると、その励起光によってコア領域の光増幅剤が励起され誘導放出によってレーザ光が出力される。そして、その出力されたレーザ光がコア領域内を伝搬して光ファイバの端面から出力されるので、ダブルクラッドファイバは光ファイバレーザ光源に利用することができる。
【００１３】
上述したような光ファイバ１０は、図２に示す石英ガラスを主成分とする光ファイバ母材２０を線引きして製造される。光ファイバ母材２０は、長手方向に直交する断面である母材断面２１の形状が略円形（外径Ｄｂ）である円柱体であり、ファイバ孔１２に対応する空孔であって長手方向に延びた略円形のファイバ母材孔２２が形成されている。
【００１４】
この光ファイバ母材２０を線引きして光ファイバ１０を製造する場合には、線引きの際に、ファイバ孔１２が潰れず且つ所望の大きさになるようにファイバ母材孔２２を加圧しながら線引きをする。
【００１５】
ここで、図３に示す光ファイバ製造装置３０を利用して光ファイバ母材２０から光ファイバ１０を製造する方法について説明する。
【００１６】
光ファイバ１０の製造において、光ファイバ母材２０は、母材昇降装置３１に取り付けられて、ファイバ母材孔２２を加圧するための加圧装置３２に接続される。なお、光ファイバ母材２０は、加圧装置３２からのガス（例えば、窒素などの不活性ガス）をファイバ母材孔２２内に導入するためのガス導入路を有するキャップＣを介して接続されている。上記加圧装置３２に接続された光ファイバ母材２０は、母材昇降装置３１によって線引炉３３の内部に挿入され、送り速度Ｕで下方に送られる。この光ファイバ母材２０は、加圧装置３２によりファイバ母材孔２２内にガス（例えば、窒素などの不活性ガス）を導入して加圧しながら線引炉３３により加熱・溶融される。そして、その加熱・溶融された光ファイバ母材２０の下端から次第に線引きされて光ファイバ１０が得られる。
【００１７】
この光ファイバ１０は、線引炉３３の下流に設けられた外径測定器３４及び張力測定器３５を通過し、外径測定器３４及び張力測定器３５によって、ファイバ外径Ｄｆ及び線引張力がそれぞれ測定される。この線引張力が測定された光ファイバ１０は、第１被覆塗布装置３６Ａ及び第２被覆塗布装置３６Ｂを順に通過することで、その外周に樹脂が被覆される。このようにして樹脂で被覆された光ファイバ１０は、ターンプーリ３７及びキャプスタン３８を経て巻き取り装置３９により巻き取られる。
【００１８】
この光ファイバ１０の製造において、外径測定器３４、張力測定器３５によって測定された結果は、それらと電気的に接続された制御部４０に通知される。この光ファイバ製造装置３０が有する制御部４０は、母材昇降装置３１、加圧装置３２、線引炉３３及びキャプスタン３８などにも電気的に接続されており、制御部４０によって、線引きのための各種条件、例えば、送り速度Ｕ、ファイバ母材孔２２への加圧圧力、線引速度（線速）Ｚ、線引炉３３の炉温及び線引張力が制御される。なお、線速Ｚはキャプスタン３８の回転を制御して調整される。
【００１９】
本実施形態に係る光ファイバの製造方法では、光ファイバ母材２０の送り速度Ｕ及びファイバ外径Ｄｆが一定という条件の下で光ファイバ母材２０を線引する。このとき、外径測定器３４の測定結果を図１に示した光ファイバ１０のファイバ外径Ｄｆに一致させるために、制御部４０は外径測定器３４の測定結果に応じて線速Ｚを調整するが、この製造方法では、その線速Ｚに基づいてファイバ母材孔２２に加える圧力を調整することによって、ファイバ孔１２の大きさを調整する。
【００２０】
上述した製造方法をより具体的に説明する前に、先ず、光ファイバの線速とファイバ孔の大きさとの関係について述べる。
【００２１】
図４に示すように、ファイバ断面の断面形状が、光ファイバ母材２０の長手方向に直交する母材断面２１の断面形状と相似な光ファイバを第１目標光ファイバ１０Ａとする。ここで、断面形状が相似とは、例えば、第１目標光ファイバ１０Ａのファイバ断面１１Ａにおいて、ファイバ孔１２Ａで囲まれる中実領域１３Ａの直径、ファイバ孔１２Ａのファイバ孔径及びファイバ孔１２Ａの外側の領域の厚さの比が、光ファイバ母材２０での対応する比とほぼ一致することである。そして、この第１目標光ファイバ１０Ａを光ファイバ母材２０から製造するための第１目標線速をＶとする。
【００２２】
この場合、母材昇降装置３１によって単位時間に送られる光ファイバ母材２０のガラス部分の体積と、第１目標線速Ｖで線引きされて単位時間に形成される光ファイバのガラス部分の体積とは一致しなければならないので、第１目標線速Ｖは、
【数２】
2006027981.tif 000004
となる。
【００２３】
ここで、ファイバ断面１１Ａでのファイバ孔１２Ａ以外の領域（図４の斜線部分、すなわちガラス部分）の面積をＡとし、図１に示した光ファイバ１０、すなわち、所望のファイバ孔径ｄ（図１参照）を有する第２目標光ファイバ１０Ｂのファイバ断面１１でのファイバ孔１２以外の領域（図１の斜線部分、すなわちガラス部分）の面積をＢとする。この場合、線引方向での特定の位置を単位時間に通過するガラスの体積は一定であることから、第２目標光ファイバ１０Ｂ（図１に示した光ファイバ１０）とするための第２目標線速Wは、
【数３】
2006027981.tif 000005
となる。なお、ファイバ孔が光ファイバ母材孔の形状（すなわち、円形）から変形している場合には、ファイバ孔径は、ファイバ断面におけるファイバ孔の半径方向の長さとする。
【００２４】
また、光ファイバ母材２０の母材断面２１でファイバ母材孔２２以外の領域が占める割合をＲＡ（＝４×Ａ／（πＤｆ）２）とし、第２目標光ファイバ１０Ｂのファイバ断面１１Ａでファイバ孔１２以外の領域が占める割合をＲＢ（＝４×Ｂ／（πＤｆ）２）とすると、式（２）及び式（３）より第２目標線速Ｗは、
【数４】
2006027981.tif 000006
とも表される。
【００２５】
送り速度Ｕ及びファイバ外径Ｄｆが一定の条件の下で光ファイバを線引きした時、式（２）で表される第１目標線速Ｖは定数になり、面積Ｂは設計値として一定であることから、第２目標線速Ｗも定数となる。
【００２６】
上述したように、線引方向での特定の位置（例えば外径測定器３４の位置）を単位時間に通過するガラスの体積は一定であるので、線引されて得られた光ファイバのファイバ孔径が第２目標光ファイバ１０Ｂのファイバ孔径ｄより小さい場合、線引時の光ファイバの線速Ｚは第２目標線速Ｗよりも遅くなる。逆に、線引されて得られた光ファイバのファイバ孔径が第２目標光ファイバ１０Ｂのファイバ孔径ｄより大きい場合、線引時の線速Ｚは第２目標線速Ｗよりも速くなる。すなわち、光ファイバ母材２０が線引きされて得られる光ファイバのファイバ孔径の変化は、線引時の線速Ｚに反映される。
【００２７】
そこで、本実施形態に係る光ファイバの製造方法では、線引時の光ファイバの線速Ｚを測定し、制御部４０は、線速Ｚが第２目標線速Ｗより速い場合は、線速Ｚが第２目標線速Ｗに一致するように、加圧装置３２を制御してファイバ母材孔２２に加える圧力を下げる。また、制御部４０は、線速Ｚが第２目標線速Ｗより遅い場合は、線速Ｚが第２目標線速Ｗに一致するように、加圧装置３２を制御してファイバ母材孔２２に加える圧力を上げる。このようにファイバ母材孔２２に加える圧力を制御することによって一定の第２目標線速Ｗで線引きする結果、所望のファイバ孔径ｄを有する第２目標光ファイバ１０Ｂとしての光ファイバ１０が製造される。
【００２８】
なお、外径測定器３４での測定結果を目標とするファイバ外径Ｄｆに一致させるように制御部４０がキャプスタン３８に指令する線速を線速Ｚとして利用してもよい。また、線速Ｚに応じて加圧装置３２によってファイバ母材孔２２に加える圧力を調整する場合、その調整幅は、ファイバ孔１２が大きくなりすぎて光ファイバ１０が破断しないように、±０．２ｋＰａが好適である。
【００２９】
この方法では、線速Ｚに応じてファイバ母材孔２２に加える圧力を調整し、線速Ｚを第２目標線速Ｗに一致させながら光ファイバ１０を製造しているので、オンラインでファイバ孔１２の大きさを所望の大きさに調整できている。図１に示したような光軸Ｌの方向に延びるファイバ孔１２を有する光ファイバ１０は、ホーリーファイバと呼ばれ、そのファイバ特性は、ファイバ断面１１でのファイバ孔１２の大きさにも依存している。
【００３０】
そのため、ファイバ孔１２の大きさを所望の大きさに調整することが重要であるが、本実施形態に係る光ファイバの製造方法では、上述したようにオンラインでファイバ孔１２の大きさを調整できるので、製造した光ファイバから良品取りした場合、良品としての光ファイバ１０の取得率が向上し、良品の製造歩留まりが改善される。また、このようにオンラインで調整しているので、定常状態で線引きしている際に、線引状態の僅かな変動に伴うファイバ孔径の変化に対しても対応できる結果、外乱の影響の低減が図られている。
【００３１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、本実施形態で説明した製造方法は、光軸方向に延びるファイバ孔を少なくとも１つ有するいわゆるホーリーファイバに対して有効であり、フォトニックバンドギャップファイバやフォトニック結晶型ファイバなどの製造にも効果的である。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例を挙げて本発明の光ファイバの製造方法の内容をさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。
【００３３】
第１目標光ファイバ１０Ａのファイバ外径が２５０μｍ、中実領域１３Ａの直径が１７４μｍ、ファイバ孔１２Ａの直径（ファイバ孔径）が１３μｍ、ファイバ孔の外側の領域の厚さが２５μｍとなるファイバ母材を用いて光ファイバを製造した。そして、まず、この第１目標光ファイバ１０Ａを得るための線速Ｚが線速Ｖ（６５ｍ／分）となるように送り速度Ｕを調節して、第１目標光ファイバ１０Ａを製造した。
【００３４】
図５は、この状態で線速が６５ｍ／分になるように圧力を調整しながら線引きして得られた光ファイバのファイバ断面の電子顕微鏡写真図である。この場合には、確かに、ファイバ孔は変形せずに、ファイバ母材の母材断面の形状とほぼ相似な断面形状の光ファイバが製造できた。
【００３５】
次に、同じ光ファイバ母材を利用しファイバ外径を２５０μｍとするように制御しながら、所望のファイバ孔径ｄを有する第２目標光ファイバ１０Ｂ（光ファイバ１０）を製造した。この場合、所望のファイバ孔径ｄは、ファイバ孔１２Ａより大きく設定して３０μｍとした。なお、このファイバ孔径は、ファイバ孔が円から変形している場合には、ファイバ孔における半径方向の長さとした。
【００３６】
この場合、計算上は、中実領域１３の直径は１５２．６μｍ、ファイバ孔１２の外側の領域（クラッド領域１４の周囲の領域）のガラス層の厚みは１８．７μｍとなる。その結果、ファイバ断面１１におけるファイバ孔１２以外の領域の面積（すなわち、ガラス部分の断面積）は、第１目標光ファイバ１０Ａのファイバ断面１１Ａにおけるガラス部分の断面積の０．７６９倍となる。
【００３７】
そのため、式（３）より、所望のファイバ孔径ｄ（すなわち、３０μｍ）を有する第２目標光ファイバ１０Ｂを製造する線速（第２目標線速）Ｗは、８４．５m／分となる。そこで、線速Ｚが線速Ｗ（８４．５ｍ／分）となるように、ファイバ母材孔２２に加える圧力を制御しつつ線引きした。
【００３８】
図６は、この線引きにより得られた光ファイバのファイバ断面の電子顕微鏡写真図である。図６より、中実領域１３の直径は１５１μｍであり、ほぼ設計通りになっていた。また、ファイバ孔１２は図５に示したファイバ孔から変形して、ファイバ断面の径方向に延びた長円形状になっていることがわかる。この場合、上述したようにファイバ孔径を半径方向の長さとすると、ファイバ孔径は平均約３０μｍであって、設計値である所望のファイバ孔径にほぼ一致していた。すなわち、第２目標光ファイバ１０Ｂとしての光ファイバ１０を、製造中にファイバ孔の大きさを測定することなく製造することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る光ファイバの製造方法で製造された光ファイバのファイバ断面の構成を示す模式図である。
【図２】図１に示した光ファイバを製造するための光ファイバ母材の一部切り欠き斜視図である。
【図３】図１に示した光ファイバを製造する光ファイバ製造装置の概略構成図である。
【図４】第１目標光ファイバのファイバ断面の構成を示す模式図である。
【図５】光ファイバ母材の母材断面の断面形状と相似な断面形状を有する光ファイバのファイバ断面の電子顕微鏡写真図である。
【図６】所望のファイバ孔径を有する光ファイバ（第２目標光ファイバ）のファイバ断面の電子顕微鏡写真図である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…光ファイバ、１１…ファイバ断面、１２…ファイバ孔、１０Ａ…第１目標光ファイバ、１１Ａ…ファイバ断面、１０Ｂ…第２目標光ファイバ、２０…光ファイバ母材、２１…母材断面、２２…ファイバ母材孔、３３…線引炉、Ｌ…光軸、Ｄｂ…光ファイバ母材の外径、Ｄｆ…光ファイバの外径。
【図１】
2006027981.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006027981.tif 000012
【図６】
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