(57)【要約】【課題】    任意形状の構造を有する光ファイバを製造する。【解決手段】  単一の軟化点温度を持つ第１のガラスの外周を、前記第１のガラスよりも軟化点温度が低く且つ単一の軟化点温度を持つ第２のガラスで覆い、これらを加熱溶融し、一体化することによりプリフォームを製造し、これを線引きすることにより、正確な任意形状の構造を有する光ファイバが得られる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の軟化点温度を持つ第１のガラスの外周を、前記第１のガラスよりも軟化点温度が低く且つ単一の軟化点温度を持つ第２のガラスで覆い、これらを加熱溶融し、一体化することを特徴とするプリフォームの製造方法。
【請求項２】
前記第２のガラスを、少なくとも２つ以上の部材を組み合わせて構成することを特徴とする、請求項１に記載のプリフォーム製造方法。
【請求項３】
前記第２のガラスの軟化点温度が、前記第１のガラスの軟化点温度よりも１００℃以上低いことを特徴とする、請求項１に記載のプリフォーム製造方法。
【請求項４】
前記加熱溶融を、前記第２のガラスの軟化点温度よりも５０℃以上高く、且つ、前記第１のガラスの軟化点温度よりも５０℃以上低い温度で行うことを特徴とする、請求項１に記載のプリフォーム製造方法。
【請求項５】
前記第１のガラスは非軸対称構造を有することを特徴とする、請求項１〜４の何れか一に記載のプリフォームの製造方法。
【請求項６】
前記第１のガラスはコア部を構成することを特徴とする、請求項１〜５の何れか一に記載のプリフォームの製造方法。
【請求項７】
単一の軟化点温度を持つ第１のガラスの外周を、前記第１のガラスよりも軟化点温度が低く且つ単一の軟化点温度を持つ第２のガラスで覆い、前記第１のガラスと前記第２のガラスをガラス管の内部に収容し、全体を線引と同時に加熱溶融し、一体化することを特徴とする光ファイバの製造方法。
【請求項８】
前記第１のガラスは非軸対称構造を有することを特徴とする、請求項７に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項９】
前記第１のガラスはコア部を構成することを特徴とする、請求項７又は８に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項１０】
２種類以上の軟化点温度を持つ複数のガラスを結合させて成る光ファイバプリフォームであって、中心部に位置しコア部を構成するガラスが非軸対称構造を有し、前記コア部を構成するガラスが、該コア部の外周を覆うガラスよりも高い軟化点温度を有することを特徴とするプリフォーム。
【請求項１１】
前記コア部を構成するガラスの横断面が多角形状であることを特徴とする、請求項１０に記載のプリフォーム。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載のプリフォームを線引きして得られたことを特徴とする光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ用プリフォーム（線引きする前のガラス母材。以降、プリフォームと称する。）、光ファイバ及び光ファイバの製造方法に関し、更に詳しくは、ＯＨ基に起因する伝送損失の増加をそれほど問題としない比較的短距離で使用する光ファイバ、その光ファイバの製造方法、その製造方法に用いるプリフォームに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＯＨ基の混入した光ファイバは、波長1380nmの近傍で大きな吸収ピークを持つことが知られている。このような吸収ピークの発生を防ぐため、光ファイバ中の光が伝搬する部分を低OHの状態で全合成する技術が採用されている。この全合成法としては、例えば、VAD（Vapour-phase Axial Deposition）法、OVD（Outside Vapour Deposition）法、MCVD（Modified Chemical Vapour Deposition）法などがある。一般的に、光は軸対称に伝搬するため、従来は、光ファイバは軸対称構造であり、コアの真円度に細心の注意が払われてい
た。また、コア以外の部分、たとえば、偏波保持光ファイバの応力付与部などには非軸対称形状も採用されているが、光ファイバの製法上、軸対称構造は最も形成しやすい形状であり、この応力付与部に関しても軸対称形状が最も多く用いられている。
【０００３】
また、プリフォームの製造方法としては、前述した全合成法以外にも複数のガラスを結合してプリフォームを製造するRIT（Rot In Tube）法がある。RIT法は全合成法で製造したコアを含むガラスロッドをクラッドとなるガラス管に挿入し、これらを加熱溶融、一体化してプリフォームを製造する方法である。さらに、これらのガラスロッドとガラス管の加熱溶融、一体化を線引きと同時に行うRIC（Rot In Cylinder）法も知られている。
【０００４】
近年、光ファイバに対する要求特性は複雑化しており、これに対応するためにさまざまな光ファイバが提案されている。
これらの光ファイバの中には、軸対称構造を有しない（つまり、非軸対称構造の）光ファイバや、クラッド部分に空孔を形成した、フォトニッククリスタル光ファイバなどもある。
特許文献１には、フォトニッククリスタル光ファイバ用の母材（プリフォーム）およびその製造方法が記載されている。
上記文献に記載されたプリフォームは、非軸対称構造を持つ複数のガラスを結合して製造されている。
【特許文献１】特開２００３−３４２０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、光回路の配線にも光ファイバが用いられ始めている。これは、光信号の高速性を活用するものである。光回路には、面発光ダイオードなど、従来は長距離通信システムでは使われなかった技術も使われ始めている。ここで、例えば近距離通信で、面発光ダイオードなどの発光体からの光を光ファイバで直接に伝送する場合を考えると、発光体の光強度分布に合わせた形状の、例えば星型や角型のコアを有する光ファイバが存在すれば、効率的な光伝送が可能となる。また、角型のコアを有する光ファイバは、映像や画像を直接的に伝送する用途に使用すると、効率的な伝送が可能になる。
【０００６】
ところで、角型や星型に代表される任意形状のコア部や応力付与部などを有するプリフォームを作る場合には、加熱の際の変形を防止し、その正確な形状の維持を考慮する必要がある。しかしながら前述した全合成法で任意形状を形成するのは困難であり、従来から、所定形状の複数のガラス部材を組み合わせ、これを結合してプリフォームに形成することも行われている。
【０００７】
たとえば、前述した偏波保持ファイバは、ガラス部材を組み合わせて作製する光ファイバとして知られているが、その製造手法は、プリフォームに所定形状の穴を空け、そこにあらかじめ整形したガラス部材または径の細い複数の円柱ガラス部材を挿入するものである。この方法では、任意の形状を高い寸法精度で形成することは困難であり、特に結合の際に変形が発生しやすい非軸対称形状を形成する技術に適用はできなかった。
【０００８】
本発明は、例えば映像や画像の直接伝送等に使用して好適な非軸対称構造のコア部を有する光ファイバを提供すること、及び任意形状の構造を有する光ファイバを寸法精度高く製造する製造方法、及び、その製造方法で用いるプリフォーム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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のプリフォームの製造方法は、単一の軟化点温度を持つ第１のガラスの外周を、前記第１のガラスよりも軟化点温度が低く且つ単一の軟化点温度を持つ第２のガラスで覆い、これらを加熱溶融し、一体化することを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明の光ファイバの製造方法は、単一の軟化点温度を持つ第１のガラスの外周を、前記第１のガラスよりも軟化点温度が低く且つ単一の軟化点温度を持つ第２のガラスで覆い、前記第１のガラスと前記第２のガラスをガラス管の内部に収容し、全体を線引きと同時に加熱溶融し、一体化することを特徴とする。
【００１１】
本発明のプリフォームは、２種類以上の軟化点温度を持つ複数のガラスを結合させて成る光ファイバプリフォームであって、中心部に位置しコア部を構成するガラスが非軸対称構造を有し、前記コア部を構成するガラスが、該コア部の外周を覆うガラスよりも高い軟化点温度を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の光ファイバは、上記本発明のプリフォームを線引きして得られたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光ファイバの製造方法は、単一の軟化点温度を持つ第１のガラスの外周を、前記第１のガラスよりも軟化点温度が低く且つ単一の軟化点温度を持つ第２のガラスで覆う構成により、任意形状の構造が高い寸法精度で製造できる効果がある。
【００１４】
また、本発明のプリフォームによると、２種類以上の軟化点温度を持つ複数のガラスをプリフォームとして組み立て、コア部を構成するガラスが、該コア部の外周を覆うガラスよりも高い軟化点温度を有することにより、非軸対称構造のコア部の寸法精度が高い光ファイバを形成することが出来るプリフォームが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の好ましい態様のプリフォームは、コア部の断面が例えば多角形状であり、従来の軸対称構造を有するコア部とは異なる構造を持つ。このようなプリフォームを線引きして得られる光ファイバは、同様にコア断面が多角形状であり、例えば多角形の画像信号の直接伝送に好適に用いることが出来る。
また、プリフォームの作製に当たって、任意形状部を構成する第１ガラス（たとえば、コア部）の軟化点温度を、その外周を覆う第２のガラス（たとえば、クラッド部）の軟化点温度よりも高くすることにより、このプリフォームからは、任意形状部の寸法精度が高い光ファイバが得られる。
【００１６】
従来、任意形状の構造を有する光ファイバにおいて、任意形状部となるコア部や応力付与部はゲルマニウム、ボロン、フッ素などのドーパントが添加されており、その外周を覆うガラスよりも軟化点温度が低かった。
本発明の光ファイバの製造方法の好ましい態様によると、例えば断面が多角形形状を構成する第１のガラスの外周を、第１のガラスよりも低温で軟化する第２ガラスで覆い、第１のガラスと第２のガラスとを組み合わせてプリフォームを作製し、そのプリフォームを加熱、線引きして、光ファイバを製造する。加熱によって、第２のガラスがまず軟化し、第１のガラスに融着する。このときの温度を、第１のガラスが軟化する温度以下とすることにより、多角形形状が保たれ、寸法精度が高い多角形構造を有するプリフォームが実現できる。つまり、第１のガラスの断面が多角形状を維持した光ファイバが得られる。
【００１７】
また、第２のガラスの外側部材を成すガラス管を使用し、このガラス管の中で、第１のガラスの外周を、第１のガラスよりも低温で軟化する第２ガラスで覆う構成が採用できる。ガラス管の内側に多角形構造が形成されるように第１のガラスおよび第２のガラスを配置し、熱を加えることにより、多角形形状の変形が防止でき、所望のプリフォームを形成できる。なお、このように、ガラス管をクラッドの外側に取り付けると、ガラス管は、光ファイバに形成したときにはクラッドの一部となる。ガラス管を用いることにより、クラッドの形状の維持が特に容易になる。このときガラス管の軟化点温度は第２ガラスよりも高いことが好ましく、第１ガラスと同じであることがさらに好ましい。
【実施例】
【００１８】
実施例１
図１は、本発明の第１実施例に係るプリフォームの断面構造を示す。図１に示す形状の部材１１、１２、１３を削りだし、それを集合させて光ファイバ用プリフォームを作製した。同図のように、部材１１は、正４角柱の構造を有し、一対の部材１３のそれぞれは、横断面が略長方形状の角柱であり、長方形の一短辺に相当する円弧の部分が、クラッドの外周部分を構成する円筒面の一部を形成する。一対の部材１２は、一対の部材１３と組み合わされると円筒形状となるような、略半円筒形状を有する。部材１１を中心にして、部材１３を対向配置し、更に、部材１２の扁平な面を、部材１１及び部材１３の側面と接するように配置することで、円筒形状のプリフォームが形成される。
【００１９】
部材１１は、部材１２、１３よりも軟化点温度が高く、低温で変形しにくい材料とした。具体的には、部材１１には純石英から成るガラス材料を用い、部材１２、１３には、フッ素をドープした石英から成るガラス材料を用いた。一般に、ガラス材料は軟化点温度を超えると変形が可能になる。今回使用した部材１１は軟化点温度が１８００℃であり、部材１２、１３は、２ｗｔ％のフッ素がドープされており、その軟化点温度は１６００℃である。これら部材を、図１のように組み合わせ、電気炉を用いて加熱溶融した。温度１６５０℃程度で溶融したときに、最も変形が少なかった。
【００２０】
本実施例では、電気炉を用いて接続したが、これに限定するものではなく、均一な温度で部材を接続できるのであれば、火炎を使うことも可能である。また、本実施例では、１６５０℃の温度を用いて接続したが、この温度は２種類のガラス材料の軟化点温度の中間の温度であればよい。ただし、あまり温度が低いと両者がなじまず、剥離が発生しやすくなり、逆に、あまり温度が高いと変形量が大きくなる。このため、軟化点温度が低い部材の軟化点温度よりも、５０℃程度高い温度で、これら部材を溶融することが望ましい。
【００２１】
上記母材を、線引炉によって線引きを行った。線引きは、１８２０℃にて行った。その結果、コア部に変形なく線引きすることができた。図１のような断面が正方形のコア、或いは、断面が多角形のコアでは、コア部の変形度は、各コーナー部の角度によって表すことが出来る。本実施例では、各コーナー部の角度はほぼ直角のまま保たれ、線引き後のコア形状には殆ど変形がなかった。つまり、変形度は実用上問題のないレベルであった。線引き後の光ファイバでは、クラッド非円率も１．０％であり、実用上問題のないレベルであった。
【００２２】
比較例１
実施例１と同様の形状をもつ構造で、図１の部材１１にはゲルマニウム（Ｇｅ）をドープした石英を用い、部材１２、１３には純石英を使用した。この構成によると、部材１１の軟化点温度は１６００℃で、部材１２、１３の軟化点温度は１８００℃ある。これら部材を、部材１１が軟化する温度よりも５０℃程度高い温度で接続すると、最も変形が少ないプリフォームが得られた。このプリフォームの線引きは、実施例と比較して８０℃ほど高い１９００℃で行った。
【００２３】
図２は、比較例で得られた光ファイバのコア部の形状を示す。同図に示すように、部材１１から得られた光ファイバのコア１１Ａでは、実施例１とは異なり、コーナー部が図示のように変形して、部材１２、１３から得られたクラッドの隙間に流れ出た形状になった。これは、部材１１が軟化し始めて、部材１２、１３の隙間に流れ出した後に、部材１２、１３が軟化し、そのまま固化したものと考えられる。このような変形が起きると、例えば画像の直接伝送の目的に用いる光ファイバでは、画像のゆがみが発生し、初期の目的を達成することができない。なお、この光ファイバでは、クラッド非円率は０．９％であり、実施例１との差は認められなかった。
【００２４】
実施例２
図３は、実施例２のプリフォームの形状を示す。部材３１〜３３は、実施例１の部材１１〜１３と同様な形状及び材料である。部材３４は、部材１１と同じ材料で作製されたガラス管である。部材３１〜３３を実施例１と同様に組み合わせた後に、部材３４内に挿入した。なお、実際には、本実施例のプリフォームは、線引き後のコアの大きさを実施例１で得られたコアの大きさと揃えるために、図１のプリフォームとは寸法比率が異なり、部材３１の大きさを部材１１の大きさと同じとし、部材３４の外径を図１に示した実施例のプリフォーム全体の外径と同じにした。
【００２５】
図３の状態に組み立てた後に、これを実施例１と同様の温度で線引きした。その結果、コアの変形度は実施例１と同様であったが、クラッド非円率は０．２％となり、実施例１よりも良好な結果が得られた。部材３１〜３３を接続した後にガラス管に挿入した場合と、部材３１〜３３を接続せずにガラス管に挿入した場合とでは、線引き後の光ファイバの形状に違いはなかった。
【００２６】
上記各実施例では、断面が正方形のコアの例のみを示したが、コアの断面が他の多角形でも、或いは、星型のような形状でも、正方形の場合と同様の結果が得られた。
【００２７】
実施例３
図４は、実施例３のプリフォームの形状を示す。本実施例では、部材４２〜４４は、図３に示した実施例２の部材３２〜３４と同様の形状及び材料とした。部材４１ａは、４角柱の部材４１ｂの内部に収容された円柱形状を有し、部材４１ｂの軟化点温度よりも低い軟化点温度を有する。部材４１ｂの軟化点温度は、他の部材の軟化点温度よりも高く設定してある。このようにすることで、部材４１の形状の変形を伴うことなく線引きが可能であった。
【００２８】
なお、部材４１ａと部材４１ｂとの関係は、通常の光ファイバと同様であり、部材４１ａの軟化点温度が部材４１ｂの軟化点温度よりも低い。この場合、部材４１ａは軸対称形状であり、変形は生じにくいため、線引き後の光ファイバにおいて部材４１ａ、４１ｂは、ともに変形が生ずることはなかった。
【００２９】
実施例４
実施例１と同様の形状で部材１２、１３の軟化点温度を１７００℃としたサンプルを用意し、加熱温度１７００℃〜１８００℃にて溶融した。部材１１の軟化点温度は１８００℃である。この結果を表１に示す。
【表１】
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【００３０】
溶着は、部材１２、１３の軟化点温度より５０℃以上高い温度であれば問題なく出来た。しかし、加熱温度が１７６０℃より高くなると、コアの変形が発生してしまった。溶着のためには、コアガラスの粘度もある程度下げることが必要であり、部材１１が変形する直前の、部材１１の軟化点温度よりも５０℃低い温度が、コア変形の観点で最も適しているといえる。
【００３１】
１６００℃から１７２０℃までの軟化点温度をもつガラスの加熱温度によるコア変形を表２に示す。
【表２】
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【００３２】
部材１２、１３のガラス軟化点温度＋５０℃未満で加熱したものは、溶着が不十分であり、プリフォームを構成できなかった。しかし、部材１２、１３の軟化点温度＋５０℃以上の温度であれば、問題なく溶着できている。また、表１の結果を受け、加熱温度はすべて１７５０℃以下としているので、溶着できたすべてにおいて顕著なコア変形は見られなかった。さらに、表には示していないが、溶着が出来れば、加熱温度は低いほどコア変形が少なく、部材１２、１３の軟化点温度より５０℃高い温度が最適であるといえる。ここで作製したどのプリフォームを線引きしても、コアの変形、クラッド非円ともに実施例１と同等のものが得られた。
【００３３】
上記結果から、部材１２、１３の軟化点温度よりも５０℃以上高く、部材１１の軟化点よりも５０℃以上低い温度で溶融接続することが好ましい。したがって、部材１２、１３の軟化点温度は部材１１の軟化点温度よりも１００℃以上低いことが好ましい。
【００３４】
以上、本発明をその好適な実施形態例に基づいて説明したが、本発明の光ファイバ、プリフォーム、及び、光ファイバの製造方法は、上記実施形態例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態例の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施例１で作製したプリフォームの横断面図。
【図２】比較例１のプリフォームの線引き後におけるコア形状を示す横断面図。
【図３】実施例２で作製したプリフォームの横断面図。
【図４】実施例３で作製したプリフォームの横断面図。
【符号の説明】
【００３６】
１１、３１、４１：部材（コア）
１２、３２、４２：部材（クラッド）
１３、３３、４３：部材（クラッド）
１１Ａ：線引き後のコア
３４、４４：ガラス管
４１ａ、４１ｂ：部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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