(57)【要約】【課題】伝送損失の小さい微細構造光ファイバを得ることを目的とする。【解決手段】石英材質でなる円筒状の基材２に対して、基材の内側および外側の少なくともいずれか一方に基材２より純度の高い石英材料１を堆積させて、円筒中間材４を作製する堆積工程と、円筒中間材４の基材部分の少なくとも一部を除去して高純度石英管７を作製する除去工程と、中心軸位置に配置されたコアロッド４の外周に高純度石英管７を複数本束ねることにより形成された束を、線引きして微細構造光ファイバを得る線引工程とを有している。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英材質でなる円筒状の基材に対して、前記基材の内側および外側の少なくともいずれか一方に前記基材より純度の高い石英材料を堆積させて、円筒中間材を作製する堆積工程と、
前記円筒中間材の少なくとも前記基材部分を含む一部を除去して前記基材より純度の高い高純度石英管を作製する除去工程と、
前記高純度石英管を複数本束ねて、中心軸位置にコアロッドを配置して、形成された束を線引きして微細構造光ファイバを得る線引工程と、を含むことを特徴とする微細構造光ファイバの作製方法。
【請求項２】
前記除去工程は、前記基材部分の少なくとも一部を、機械加工により除去し、前記基材を、断面方向において隙間無く束ねられるような横断面多角形状に削ることにより前記高純度石英管を作製して、
前記線引工程は、前記高純度石英管を隙間のないように束ねて、これを線引きする
ことを特徴とする請求項１に記載の微細構造光ファイバの作製方法。
【請求項３】
前記除去工程は、前記基材部分の少なくとも一部を、エッチングにより除去することを特徴とする請求項１に記載の微細構造光ファイバの作製方法。
【請求項４】
前記基材に、フッ素およびリンの少なくともいずれか一方の添加剤が添加されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の微細構造光ファイバの作製方法。
【請求項５】
前記基材より純度の高い石英材料に、フッ素およびゲルマニウムの少なくともいずれか一方の添加剤が添加されている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の微細構造光ファイバの作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横断面においてクラッド層に微細構造が形成されている微細構造光ファイバに関するものであり、特に微細構造光ファイバの作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
同軸の層状を成す光ファイバ構造の中に、屈折率がシリカガラスと比べて極めて小さい空気等の気体、若しくは屈折率の小さい液体、固体を挿入することで、従来のファイバで得られなかった特性を得ることが可能である。このような微細構造光ファイバが、現在、注目されており、盛んに開発されている。
【０００３】
光ファイバ内に微細構造を形成することで、例えば、クラッド層の周期構造を調整してカットオフ波長を短波側にシフトさせて、可視光、紫外光領域を含む全ての波長帯でのシングルモード動作を可能にした光ファイバ、石英系材料から成るクラッドと空隙コアから構成されることでレーリー散乱を極限まで抑えた光ファイバ、コア面積を極限まで小さくして超高非線形の特性とした光ファイバなどを得ることができる。
【０００４】
また、横断面上の微細構造の配置を調節して軸に直交する方向に構造異方性を持たせたり、コアそのものを非円にしたりすることによって大きな偏波保持特性が得られる。その他にも微細構造を周期的に配列することで２次元ブラッグ反射構造を構成することができ、これにより光をコアに閉じ込めて光を導波する所謂フォトニックバンドギャップ伝送などの特性も得られることが報告されている。
【０００５】
このような微細構造光ファイバの母材の作製方法としては、一般的なものとして、基材である合成石英パイプを束ねて所望の導波路構造を形成するスタック＆ドロー法や、またＯＶＤ法やＭＣＶＤ法で作製した中間部材に対してドリル等の穿孔刃具により貫通穴を開けて母材とする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特許第３５５６９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、穿孔冶具を用いる方法は、微細構造の数が非常に多い場合、作製するための労力が大きく、また大きさや形成できる構造に限界があることから、幅広い設計を阻害する要因となる。
【０００８】
また、スタック＆ドロー法は、多数または小径の微細構造を含む光ファイバの製造に有効であるが、この製法に用いられる一般的な合成石英パイプは、ＭＣＶＤ法やＯＶＤ法、ＶＡＤ法などで形成された石英ガラスに比べて純度が低く、損失の原因となる不純物を多く有する。たとえば、光ファイバの損失増加の主要因であるＯＨ基の含有量は、一般的な合成石英パイプでは１００ｐｐｂ〜１０００ｐｐｂであるのに対し、ＭＣＶＤ法やＯＶＤ法、ＶＡＤ法などで形成された石英ガラスでは１ｐｐｂ〜１０ｐｐｂである。その為、合成石英パイプを用いた場合は、得られる光ファイバの伝送損失も高い値となってしまうという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、伝送損失の小さい微細構造光ファイバを作製することができる微細構造光ファイバの作製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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の第１の発明の微細構造光ファイバの作製方法は、石英材質でなる円筒状の基材に対して、前記基材の内側および外側の少なくともいずれか一方に前記基材より純度の高い石英材料を堆積させて、円筒中間材を作製する堆積工程と、前記円筒中間材の少なくとも前記基材部分を含む一部を除去して前記基材より純度の高い高純度石英管を作製する除去工程と、前記高純度石英管を複数本束ねて、中心軸位置にコアロッドを配置して、形成された束を線引きして微細構造光ファイバを得る線引工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
この発明の第２の発明の微細構造光ファイバの作製方法は、第１の発明の微細構造光ファイバの作製方法において、前記除去工程は、前記基材部分の少なくとも一部を、機械加工により除去し、前記基材部分を、断面方向において隙間無く束ねられるような横断面多角形状に削ることにより前記高純度石英管を作製して、前記線引工程は、前記高純度石英管を隙間のないように束ねて、これを線引きすることを特徴とする。
【００１２】
この発明の第３の発明の微細構造光ファイバの作製方法は、第１の発明の微細構造光ファイバの作製方法において、前記除去工程は、前記基材部分の少なくとも一部を、エッチングにより除去することを特徴とする。
【００１３】
この発明の第４の発明の微細構造光ファイバの作製方法は、第１から３のいずれか１つの発明の微細構造光ファイバの作製方法において、前記基材に、フッ素およびリンの少なくともいずれか一方の添加剤が添加されていることを特徴とする。
【００１４】
この発明の第５の発明の微細構造光ファイバの作製方法は、第１から４のいずれか１つの発明の微細構造光ファイバの作製方法において、前記基材より純度の高い石英材料に、フッ素およびゲルマニウムの少なくともいずれか一方の添加剤が添加されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、微細構造部分の石英の純度を高めることができ、これにより、伝送損失の小さい微細構造光ファイバを作製することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明にかかる微細構造光ファイバの作製方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１７】
（実施の形態）
本実施の形態では、基材である合成石英パイプに対してＭＣＶＤ法により、内周面に基材より純度の高い石英を堆積させて円筒中間材を作製し、その後、この円筒中間部材のうち先の合成石英パイプの一部分若しくは全てを、フッ化水素等の化学薬品によるエッチングや、機械加工により除去する。これにより、純度の高い高純度石英管を得ることができる。そして、この母材を用いて低損失な微細構造光ファイバを作製する。
【００１８】
また、基材である合成石英パイプに対して外付けＯＶＤ法で外周面に純度の高い石英を堆積させて円筒中間材を作製し、その後、上記と同様に合成石英パイプを除去する方法を用いて、純度の高い高純度石英管を得てもよい。
【００１９】
また、基材である合成石英パイプに対して外付けＯＶＤ法により、外周面に基材より純度の高い石英を堆積させて円筒中間材を作製し、その後、この円筒中間部材の外観の断面形状を多角形になるよう機械加工し、これらを密に束ねて線引きする。
【００２０】
基材である合成石英パイプは、フッ素やリン等の添加剤を含んでもよく、堆積させる石英層もまたフッ素やゲルマニウム等の添加剤を含んでもよい。
また、石英系材料から成るクラッドと空隙コアから構成される光ファイバのコアロッドを作製する場合は、上記と同様な方法で円筒中間部材を作製して、円筒中間部材の合成石英パイプ部分の全てを除去してコアロッド母材とする。
【００２１】
本実施の形態の微細構造光ファイバは、コアは純粋なシリカガラスまたは横断面中心部にゲルマニウムがドープされたガラスから成り、横断面においてクラッド層に非常に微細な細穴群でなる微細構造を有している。このような構造の微細構造光ファイバは、穴径（ｄ）と穴間距離（Λ）の比（ｄ／Λ）を変化させることで、従来のシリカ系ファイバでは得ることが困難だった特殊なカットオフ特性や分散特性、非線形特性を得ることが可能である。例えば、ｄ／Λを０．３〜０．５程度に設定することで、カットオフ波長を短波長にシフトさせることができ、かつ広帯域でフラットな分散を得ることができるので、広帯域伝送路に適した光ファイバを得ることが可能である。また、ｄ／Λを０．８〜０．９程度に設定することで、小さな有効コア断面積や大きな正常分散を得ることができ、高非線形ファイバや分散補償ファイバに適した特性を得ることができる。
【００２２】
しかし、このような微細構造光ファイバは、穴径が使用波長オーダー（０．５〜２．００．５−２．０μｍ程度）と小さく、また伝送損失を小さくする為に多くの空孔のリング層（パイプ）を用いる為、合成石英パイプを用いる従来の方法では、一般的に伝送損失が高い。
【００２３】
そこで、本実施の形態においては、以下のような方法により、微細構造光ファイバを作製する。すなわち、図１に示すように基材である合成石英パイプ２の内側にＭＣＶＤ法によって、純度の高い石英ガラス層１を形成して円筒中間部材４を作製する（堆積工程）。若しくは、図２に示すように基材である合成石英パイプ２の外側に外付けＯＶＤ法によって純度の高い石英ガラス層１を形成して円筒中間部材４を作製する（堆積工程）。
【００２４】
石英ガラス層１を堆積させる前の合成石英パイプ２の部分を残した状態で用いても、パイプの内側または外側に純度の高い層が形成されることで、平均の伝送損失は低くなるが、さらに望ましくは、フッ化水素によるエッチングや機械加工により、合成石英パイプ２の部分を取り除いてしまうほうがよい。そのため、図１および図２に示すように、合成石英パイプ２の部分を除去して、純度の高い石英ガラス層１のみを残して、円筒状の円筒中間部材７を得る（除去工程）。この様な手法を用いて高純度石英管７を作製することで、母材７の石英純度を高めることができる。
【００２５】
そして、このようにして作製した複数の高純度石英管７を、図３に示すように、中心軸上に配置されたコアロッド５を囲むように配置して束ね、これを合成石英パイプ６に挿入したものを線引炉１０により線引きする（線引工程）ことによって、より低損失な特性を有する微細構造光ファイバの作製が可能となる。なお、ここで、コアロッド５は、ＶＡＤ法により作製した純粋なシリカガラスからなるガラスロッドを延伸したものを用いている。しかしながら、とくにこれに限定されるものではなく、横断面中心部にゲルマニウムがドープされたガラスロッドを用いてもよい。
【００２６】
なお、エッチングにより、合成石英パイプ２の部分を化学的に除去する場合には、円筒中間部材４の内側と外側の両方が除去されてしまうため、外付けＯＶＤ法、またはＭＣＶＤ法で堆積させた層もほぼ同じ厚さで除去されてしまう。したがって、それを考慮して除去される分を余分に堆積させておくことが必要である。
【００２７】
また、石英パイプを束ねて線引きするスタック＆ドロー法の問題点として、円筒パイプ母材を束ねる場合、母材と母材の間に空隙が生じてしまうため、この部位を埋める工夫が必要であるという課題があり、その解消方法の一つとしてパイプ外面の断面形状が六角形又は四角形のような多角形の高純度石英管とすることが有効である。
【００２８】
このような多角形高純度石英管の作製方法として、基材である合成石英パイプ２に対しＭＣＶＤ法で石英パイプ２内部に純度の高い石英層１を堆積させた後、合成石英パイプ２の一部分若しくは全てを含む外側を機械加工により研削して、図４や図５に示すように、石英パイプの断面形状を四角形にした高純度石英管８や、六角形にした高純度石英管９を作製することが可能である。このとき、基材である合成石英パイプ２を除去するために途中の段階までフッ化水素等の化学薬品によるエッチングを用いても構わない。また、ＯＶＤ法で外側に純度の高い石英を堆積させた後、フッ化水素等の化学薬品によるエッチングにより合成石英パイプを除去し、その後、得られた高純度石英管の外側を機械加工により多角形に形作ることもまた可能である。このように研削時に断面多角形にすることにより、より容易に微細構造光ファイバを得ることができる。そして、この時、研磨した際の算術表面粗さＲａが０．１μｍ以下であることが望ましい。Ｒａ０．１μｍ以下まで研磨することで、得られる微細構造光ファイバの伝送損失の増加を抑える事ができる。
【００２９】
さらに、基材である合成石英パイプ２をフッ素やリン等を添加した石英にて作製しておくことにより、例えば、化学的にエッチングする場合の削り速度を調整することができる。また、ＯＶＤ、ＭＣＶＤ堆積層にフッ素やゲルマニウム等を添加することも有効である。フッ素やゲルマニウム等を用いることによって純粋なシリカガラスに対して所定の屈折率差が設けられ、さらに自由度が高い屈折率プロファイルを有する微細構造光ファイバの作製が可能となる。
【００３０】
また、上記と同じ作製手法を用いることによって低損失な空洞コアロッドもまた作製可能である。
【実施例】
【００３１】
以下、実施例に基づいて本作製方法の有効性を確認する。この実施例では、カットオフ波長を短波長側にシフトさせるために、コアを囲むクラッド層に微細構造として同一径の空孔を設け、これらの空孔が六方細密構造になるように配置し、これら空孔の中心間距離Λを４．０μｍ、空孔の直径ｄを１．８μｍ、これらの比ｄ／Λを０．４５、に設定して試作を行った。これら空孔の形成する層は、閉じ込め損失の影響をなくす為に、１０層構造とした。最初に、比較例として、外径０．５ｍｍの合成石英パイプ基材をそのまま用いて、最終的にファイバ径１２５μｍに線引きした結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１において伝送損失（ｌｏｓｓ）、分散、分散スロープ（ｓｌｏｐ）、実効コア断面積（Ａｅｆｆ）、マイクロベンドロス、偏波モード分散（ＰＭＤ）は波長１５５０ｎｍにおける値である。また、カットオフ波長はＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１で定義するファイバカットオフ波長λcをいう。その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−Ｔ  Ｇ．６５０．１における定義、測定方法に従うものとする。
表１に示す様に微細構造を設けることで、実効コア断面積Ａｅｆｆが４９μｍ2と大きく、しかも、カットオフ波長が短波長側にシフトしている光ファイバの作製に成功した。例えば、この光ファイバを用いることで、超広帯域の伝送をすることが可能である。また、波長１５５０ｎｍでの分散が大きく、かつマクロベンドロスも小さいので、負分散伝送路に対する分散補償ファイバとして用いることも可能である。しかしながら、伝送損失が４．３ｄＢ／ｋｍ程度と大きくなってしまっていた。次に、実施の形態で説明した作製方法を用いて試作を行った。ファイバ構造は比較例と同じ空孔径、空孔間隔及び空孔の同心円構造とした。
【００３４】
その作製方法のひとつとして、外径２４ｍｍ、内径２０ｍｍの合成石英パイプに対してＭＣＶＤ法によって、パイプ内周面に石英層を堆積する。そして、外径２４ｍｍ、内径が５ｍｍの円筒中間部材を作製した。そして、この円筒中間部材に対し、フッ化水素によって内周面および外周面を削り、外径２０ｍｍ、内径９ｍｍの高純度石英管を得た。
【００３５】
また、作製方法のもうひとつとして、外径８ｍｍ、内径５ｍｍの合成石英パイプ基材に対してＯＶＤ法により、外周面に石英層を堆積させる。そして、外径が２４ｍｍの円筒中間部材を作製した。またこれに対し、上記と同様にフッ化水素によって削り、外径２０ｍｍ、内径９ｍｍの高純度石英管を得た。
【００３６】
これらの方法で得られた高純度石英管を、外径０．５ｍｍに延伸し、上記と同様に束ねてファイバ径１２５μｍに線引きした。尚、ここでは高純度石英管を一旦延伸してから束ねて線引きしたが、延伸工程を省いて、そのまま束ねて線引きしてもよい。得られた光ファイバの特性を以下の表２に示す。尚、実施例１は石英堆積法としてＭＣＶＤ法を用いたものであり、実施例２は外付けＯＶＤ法を用いたものである。
【００３７】
【表２】
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【００３８】
表２の実施例１及び２に示すように、比較例の合成石英パイプ基材をそのまま用いたものと概略同特性を維持しながら、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失を１．０ｄＢ／ｋｍ以下に抑制することに成功した。損失は、製造プロセスの最適化で、更なる低減が可能と考えられる。本実施例にて採用した構造はあくまで一例であり、同様の手法を用いて低損失効果が得られれば、他の構造でもよい。また、本実施例では、フッ化水素を用いているが、他の薬剤や機械加工を用いてもよい。あるいは除去箇所が一部分であっても、平均のガラスの品質が上がるため、所定の低損失効果は得られる。
【００３９】
また、その他の作製例として、空孔間隔が上記実施例と同比になるように、基材である合成石英パイプに対してＭＣＶＤ法によりパイプ内部に石英層を堆積させ、断面形状が正六角形になるように機械加工した。この作製の様子を図６に示す。基材である合成石英パイプ２にＭＣＶＤ法によって石英層１を堆積して得られた外径１５ｍｍ、内径４．５ｍｍの円筒中間部材４に対して、図６に示すように外周面を機械加工により研削して、断面形状が正六角形の高純度石英管９を作製した。これを密に束ねて線引き延伸して微細構造光ファイバを得た。得られた光ファイバの特性は上記ファイバとほぼ同等であり、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失も０．７１ｄＢ／ｋｍと上記方法よりもさらに低損失効果が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ＭＣＶＤ法によって純度の高い石英ガラス層を形成した後、合成石英パイプの部分を取り除く方法を示す模式図である。
【図２】外付けＯＶＤ法によって純度の高い石英ガラス層を形成した後、合成石英パイプの部分を取り除く方法を示す模式図である。
【図３】高純度石英管をコアロッドとともに束ねて線引きする様子を示す模式図である。
【図４】円筒中間部材の外周面を機械加工（研削）して断面四角形状とする様子を示す模式図である。
【図５】円筒中間部材の外周面を機械加工（研削）して断面六角形状とする様子を示す模式図である。
【図６】実施例にて、実際に円筒中間部材の外周面を機械加工して断面六角形状とした様子を寸法を挿入して示す模式図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  純度の高い石英ガラス層（ＭＣＶＤ法により堆積）
２  合成石英パイプ（基材）
３  純度の高い石英ガラス層（ＯＶＤ法により堆積）
４  円筒中間部材
５  コアロッド
６  合成石英パイプ
７，８，９  高純度石英管
【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】
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