(57)【要約】 【課題】  様々な光ファイバの使用状態に対応できるプラスチックホーリーファイバとその製造方法を提供する。【解決手段】  コア１１近傍のクラッド１２にファイバ長手方向に延びる空孔１３を有するプラスチックホーリーファイバ１０において、径の異なる複数の空孔１３を形成したものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア近傍のクラッドにファイバ長手方向に延びる空孔を有するプラスチックホーリーファイバにおいて、径の異なる複数の空孔を形成したことを特徴とするプラスチックホーリーファイバ。
【請求項２】
コア近傍のクラッドにファイバ長手方向に延びる複数の空孔を有するプラスチックホーリーファイバにおいて、ファイバ長手方向で径が異なる空孔を形成したことを特徴とするプラスチックホーリーファイバ。
【請求項３】
上記空孔は、ファイバ長手方向で径の異なる請求項１記載のプラスチックホーリーファイバ。
【請求項４】
コアをポリメチルメタクリレートで形成する共に、クラッドをフッ素系樹脂で形成する請求項１〜３いずれかに記載のプラスチックホーリーファイバ。
【請求項５】
コア材押出ノズルの下方にコア材押出ノズルから押し出されたコアを包囲するようクラッド材が注入されるクラッド材押出ノズルを設け、そのコア材押出ノズルからコア材を供給すると共に、クラッド材押出ノズルからクラッド材を供給し、かつ、コアの近傍のクラッドにファイバ長手方向に延びる複数の空孔を形成するプラスチックホーリーファイバの製造方法において、上記コア材押出ノズルの下部にクラッド材押出ノズル内のクラッドノズル孔に延びる空孔形成用ピンパイプを複数本、コアノズル孔の出口部を包囲するように配置すると共に、コア材押出ノズルに上記ピンパイプに気体を供給する気体送風孔を形成し、上記コア押出ノズルからクラッドノズル孔内に押し出されたコアに、コアの周囲にピンパイプで空孔を形成しつつ、クラッド材を包囲させて押し出してプラスチックホーリーファイバを製造し、かつ、形成する空孔の径に合わせて、上記気体送風孔に供給する気体の圧力を調節することを特徴とするプラスチックホーリー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、コア近傍のクラッドに多数の空孔を備えたプラスチックホーリーファイバ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大容量、高速な通信を可能とする光ファイバは光通信ネットワークを構築する上で欠くことのできないものであるが、将来の光通信ネットワークにおける光信号の高速化、大容量化された光ファイバが要求されており、現在、この要求を満たす新たな光ファイバとしてフォトニッククリスタル光ファイバ（PCF:Photonic Crystal Fiber）が注目されている。
【０００３】
ＰＣＦは、コアを覆うクラッド内に屈折率の周期構造であるフォトニック結晶構造を備えたものであり、具体的には、蜂の巣のようなハニカム構造の空間をクラッドに設けることで、光の禁制帯であるフォトニックバンドギャップ（PBG:Photonic Band Gap ）を発生させたものである。例えば、非特許文献１では、ＰＢＧ構造を導波原理とするＰＣＦについて示されている。また、非特許文献２では、ＰＢＧ構造を導波原理とする中空コアのＰＣＦについて示されており、この中空コアのＰＣＦは、光が伝搬するコアに石英媒質がないため損失の主要因となるレーリー散乱が非常に小さくなる超低損失ファイバの可能性を有するものである。また、特許文献１に示されるように、中空コアのＰＣＦは、０．０１ｄＢ／ｋｍ程度の低損失化が期待できる。
【０００４】
一方、最近では、ＰＣＦのような完全なＰＢＧ構造を有するものではないが、従来のガラス組成の違いにより比屈折率差を持たせた光ファイバのコア近傍クラッドに空孔を形成し、クラッドの実効的な屈折率を下げて、コアとクラッド間の比屈折率差を拡大することで、従来得られなかった特性を有するホーリーファイバが提案されている。例えば、非特許文献３に示すように、通常のシングルモードファイバの構造を有するファイバのコア近傍クラッド内に４つの空孔を設け、コアとクラッド間の実効的な比屈折率差を拡大することで、０．８μｍ帯に零分散とシングルモード動作があるホーリーファイバが報告されている。
【０００５】
これまでのホーリーファイバは、石英ガラスを材質としており、石英ガラスロッドに機械的な穴あけ加工を施し、それを所定のファイバ径に線引する製造方法であった。これに対し、製造コストの低減や可撓性の向上を目的として、プラスチックホーリーファイバが提案されている。プラスチックホーリーファイバの製造方法の一例として、コアとクラッドの複合押出形成を一貫して行い、クラッドを形成する押出ノズル内に穴形成用のピンが配置されている装置を用いて製造する方法がある。
【０００６】
【特許文献１】特許３０７２８４２号公報
【非特許文献１】ナイト（J.C.Knight）等，「フォトニック  バンド  ギャップ  ガイダンス  イン  オプティカル  ファイバ（Photonic Band Gap Guidance in Optical Fibers）」，サイエンス（Science），（米国），１９９８年１１月２０日，第２８２号，ｐ．１４７６−１４７８
【非特許文献２】クレガン（R.F.Cregan）等，「シングルモード  フォトニック  バンド  ギャップ  ガイダンス  オブ  ライト  イン  エア（Single-Mode Photonic Band Gap Guidance of Light in Air）」，サイエンス（Science），（米国），１９９９年９月３日，第２８５号，ｐ．１５３７−１５３９
【非特許文献３】長谷川等，「ノベル  ホールアシステド  ライトガイド  ファイバ  イグジビティング  ラージ  アノマラス  ディスパージョン  アンド  ロス  ビロウ  １ｄＢ／ｋｍ（Novel hole-assisted lightguide fiber exhibiting large anomalous dispersion and loss below 1 dB/km）」，オーエフシー  ポストデッドライン  ペーパー（OFC Postdeadline Papers），（米国），２００１年３月２２日，p.PD5-1-PD5-3
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
様々なファイバ特性のニーズに応えるためには、空孔の位置や大きさの異なるプラスチックホーリーファイバが必要となる。つまり、零分散や偏波面保持、曲げ損失の低減化等の多様な特性が要求される。
【０００８】
しかしながら、従来の製造方法では、異なる空孔を有するホーリーファイバを製造するには、空孔の大きさを決定するピンを取り換える作業が必要となり、その度に洗浄や段取り時間が多くかかり、作業性が悪くコストアップにつながるという問題点がある。
【０００９】
また、従来のプラスチックからなるホーリーファイバの空孔は、ファイバ長手方向で全て同じ大きさで形成されており、そのようなプラスチックホーリーファイバは、多様な使用状態に対応できていない。
【００１０】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、様々な光ファイバの使用状態に対応できるプラスチックホーリーファイバとその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、コア近傍のクラッドにファイバ長手方向に延びる空孔を有するプラスチックホーリーファイバにおいて、径の異なる複数の空孔を形成したプラスチックホーリーファイバである。
【００１２】
請求項２の発明は、コア近傍のクラッドにファイバ長手方向に延びる複数の空孔を有するプラスチックホーリーファイバにおいて、ファイバ長手方向で径が異なる空孔を形成したプラスチックホーリーファイバである。
【００１３】
請求項３の発明は、上記空孔は、ファイバ長手方向で径の異なる請求項１記載のプラスチックホーリーファイバである。
【００１４】
請求項４の発明は、コアをポリメチルメタクリレートで形成する共に、クラッドをフッ素系樹脂で形成する請求項１〜３いずれかに記載のプラスチックホーリーファイバである。
【００１５】
請求項５の発明は、コア材押出ノズルの下方にコア材押出ノズルから押し出されたコアを包囲するようクラッド材が注入されるクラッド材押出ノズルを設け、そのコア材押出ノズルからコア材を供給すると共に、クラッド材押出ノズルからクラッド材を供給し、かつ、コアの近傍のクラッドにファイバ長手方向に延びる複数の空孔を形成するプラスチックホーリーファイバの製造方法において、上記コア材押出ノズルの下部にクラッド材押出ノズル内のクラッドノズル孔に延びる空孔形成用ピンパイプを複数本、コアノズル孔の出口部を包囲するように配置すると共に、コア材押出ノズルに上記ピンパイプに気体を供給する送風孔を形成し、上記コア押出ノズルからクラッドノズル孔内に押し出されたコアに、コアの周囲にピンパイプで空孔を形成しつつ、クラッド材を包囲させて押し出してプラスチックホーリーファイバを製造し、かつ、形成する空孔の径に合わせて、上記送風孔に供給する気体の圧力を調節するプラスチックホーリーファイバの製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、空孔の径や大きさを簡便かつ自在に形成し、様々な特性をもつプラスチックホーリーファイバを製造できるといった優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１に本実施の形態のプラスチックホーリーファイバ１０の断面図を示す。
【００１９】
プラスチックホーリーファイバ１０は、透明性に優れたポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）からなるコア１１と、そのコア１１の周囲に屈折率がコア１１よりも僅かに小さいフッ素系樹脂からなるクラッド１２とで構成され、コア１１近傍のクラッド１２には、コア１１を中心とした円周上に等間隔に円形の空孔１３が８個形成されている。空孔１３はファイバ軸方向に沿って同じ断面を有しており、コア１１に対して向かい合った２個の空孔１３ａが他の６個の空孔１３ｂよりその直径が大きく形成されている。
【００２０】
コア１１の直径は０．２ｍｍ、クラッド１２の外径は１ｍｍ、クラッド１２を覆うジャケット１４の外径は２ｍｍ、空孔１３ａの直径は８０μｍ、空孔１３ｂの直径は３０μｍである。
【００２１】
本実施の形態に係るプラスチックホーリーファイバ１０は、コアにポリメチルメタクリレート、クラッドにフッ素系樹脂を用いたが、これに限らず、コアまたはクラッドには他の有機系材料を用いてもよい。また、空孔１３の配列位置、数量及び空孔径はこれに限定されるものではない。また、大きい径の空孔または小さい径の空孔の数は限定されず、径の大きさの種類も２種類に限定されるものではない。
【００２２】
次に、本実施の形態のプラスチックホーリーファイバ１０の製造方法について説明する。
【００２３】
図３は、プラスチックホーリーファイバ１０の製造工程を示す断面図である。
【００２４】
プラスチックホーリーファイバ製造装置３０は、主に、コア材移送部３１とクラッド材移送部３２とファイバ形成部３３とから構成される。コア材移送部３１は、ファイバ形成部３３を構成するコア材押出ノズル３５に結合し、コア用材料を送り流すスクリュー３６と、そのスクリュー３６の駆動装置であるモータ３７とを有し、コア材移送部３１の上流部には、コア用樹脂タンク３８が連結されている。同様に、クラッド材移送部３２は、ファイバ形成部３３を構成するクラッド材押出ノズル３９に結合し、コア用材料を送り流すスクリュー４０と、そのスクリュー４０の駆動装置であるモータ４１とを有し、クラッド材移送部３２の上流部には、クラッド用樹脂タンク４２が連結されている。コア用樹脂タンク３８には、コア用材料であるＰＭＭＡが溜められ、クラッド用樹脂タンク４２にはクラッド用材料であるフッ素系樹脂が溜められている。ファイバ形成部３３の下方には、ファイバ形成部３３で形成されたプラスチックホーリーファイバ１０を巻き取る巻取器３４が配置されている。
【００２５】
ここで、図４にファイバ形成部３３の拡大断面図を示す。
【００２６】
ファイバ形成部３３は、コア材押出ノズル３５とクラッド材押出ノズル３９からなり、コア材押出ノズル３５とクラッド材押出ノズル３９とは、ノズルホルダ４３で接合されている。
【００２７】
コア材押出ノズル３５には、コア材移送部３１から流入されたコア材を押し出すコアノズル孔４４が形成されている。コアノズル孔４４は、コア材移送部３１の下端に結合する押出室４５と、押出室４５の下端に結合し、押出室４５より径の小さい中間部４６と、中間部４６の下端に結合し、中間部４６の径より小さく、形成するファイバのコア径と同じ大きさの出口部４７とからなる。
【００２８】
クラッド材押出ノズル３９には、クラッド材移送部３２から流入されたクラッド材を押し出すクラッドノズル孔４８が形成されている。クラッドノズル孔４８は、コアノズル孔４４の出口部４７を包囲するように形成され、クラッド材移送部３２にクラッド材流路４９を介して結合する流入室５０と、流入室５０の下方に結合した縮径部５１と、縮径部５１の下端に結合し、縮径部５１の径より小さく、形成するファイバの外径と同じ大きさの出口部５２とからなる。
【００２９】
さらに、クラッドノズル孔４８には、ファイバに空孔を形成するための複数のピンパイプ５３が設けられている。ピンパイプ５３は、クラッドノズル孔４８にコアノズル孔４４の出口部４７を包囲するよう同心円状に等間隔に配置されており、全てのピンパイプ５３の径は同じ大きさである。コア材押出ノズル３５には、ピンパイプ５３に気体を供給するための気体送風孔５４が各ピン毎に連結されている。
【００３０】
本実施の形態では、プラスチックホーリーファイバ１０に形成する空孔の数が８個であるため、ピンパイプ５３の数を８本設けるが、これに限らず、ピンパイプ５３の数は所望の空孔数と同じ数だけ配置すればよい。また、図には示していないが、各気体送風孔５４には、ガスを流入させ、気体送風孔５４内の圧力を調整できる装置がそれぞれ接続されている。
【００３１】
コア用樹脂タンク３８にあるコア用材料であるＰＭＭＡは、コア材移送部３１のスクリュー３６でコアノズル孔４４に送り出される。ＰＭＭＡはコアノズル孔４４内で、押出室４５、中間部４６、出口部４７に押し出され、コア１１が形成される。このとき、コアノズル孔４４の出口部４７の径がコア１１の径となる。
【００３２】
また、クラッド用樹脂タンク４２にあるクラッド材料であるフッ素系樹脂は、クラッド材移送部３２のスクリューでクラッド材流路４９を通り、クラッドノズル孔４８の流入室５０に送り出される。クラッドノズル孔４８はコアノズル孔４４の出口部４７を包囲しており、流入室５０に溜められたフッ素系樹脂が縮径部５１を経て出口部５２より押出され、ファイバ形状に形成される。形成されるファイバの外径が出口部５２の径となり、コア１１の周囲にクラッド１２が形成され、プラスチックファイバが形成される。
【００３３】
プラスチックファイバの押出形成中に、ファイバ形成部３３において、気体送風孔５４から空気を送り、ピンパイプ５３内の圧力を高くすることでファイバ１０のクラッド１２に空孔１３を形成する。このとき、径の大きさはピンパイプ５３内の圧力に依存しており、形成する空孔１３の径に合わせて、気体送風孔５４に供給する気体の圧力を調節する。流入させる空気の圧力を調整することで空孔１３の径を変えることができる。つまり、ピンパイプ５３内の圧力を高くすれば、径の大きい空孔を形成することができ、逆に、ピンパイプ５３内の圧力を低くすれば、小さい径の空孔を形成できる。
【００３４】
図１に示すようなホーリーファイバ１０のように、２個の空孔だけ径を変える場合は、コアノズル孔４４の出口部４７を挟んで対向する２本のピンパイプ５３への気体圧力を他の６本のピンパイプ５３の気体圧力よりも高く調整することで作製することができる。
【００３５】
ただし、気体送風孔５４に流入させる気体は空気に限らず、Ｈｅ，Ａｒ，Ｎ2 等の不活性ガスを用いてもよい。
【００３６】
その後クラッド周囲をジャケット１４で覆い、プラスチックホーリーファイバ１０が得られ、巻取り器３４にて巻き取られる。ジャケット１４はどのような屈折率を有しても良く、ジャケット１４に対する慣用の材料から構成できる。
【００３７】
このように、ホーリーファイバ１０は、ファイバ形成部３３にてコア１１とクラッド１２の複合押出成形を一貫して行い、クラッドノズル孔４８内に設けた空孔形成用のピンパイプ５３に気体を供給することでクラッド１２に空孔１３を形成することができ、さらに、個々にピンパイプ５３に供給する気体の圧力を調節することで所望の大きさの空孔を簡便かつ自在に形成することができる。
【００３８】
上記の方法により製造されたプラスチックホーリーファイバ１０は、図１に示すように、２つの空孔１３ａが空孔１３ｂより大きく形成されている。
【００３９】
プラスチックホーリーファイバ１０は、コア１１近傍のクラッド１２に空孔１３を有することで、曲げ特性の向上が見込まれるが、さらに、本実施の形態で製造するプラスチックホーリーファイバ１０では、コア中心を通る軸上に配置された２つの空孔１３ａの径が他の空孔１３ｂと比べて大きいので、ファイバ断面の屈折率分布は異方性を有し、その固有偏光軸の複屈折が曲げや外力等のファイバ外部からの影響より大きくなるため、ホーリーファイバ１０への入射直線偏光を保持する偏波面保持ファイバとして利用できる。
【００４０】
他の実施の形態について説明する。
【００４１】
この形態のプラスチックホーリーファイバ２０は、図２（ａ）に示すように、ファイバ長手方向において空孔２３の径が異なるものである。
【００４２】
ホーリーファイバ２０は、コア２１近傍のクラッド２２に、コア２１を中心とした円周上に等間隔に、空孔２３が形成されており、ファイバ断面においては全ての空孔２３の径は等しく、ファイバ長手方向で径が異なる。すなわち、ファイバ端部から所定長までは、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面である図２（ｂ）に示すように、比較的小径の空孔２３ａが形成され、空孔２１ａの端部に連続して、Ｂ−Ｂ線断面である図２（ｃ）に示すように、空孔２１ａよりも大径の空孔２１ｂが形成される。ここで、空孔２１ａの径は３０μｍ、空孔２３ｂの径は８０μｍである。また、空孔２３ａ，２３ｂの連通部分２３ｃは、その空孔径が徐々に変化するテーパー形状をしている。
【００４３】
ただし、空孔２３は径の異なる２種類の空孔２３ａ，２３ｂで構成されているが、空孔の数、配列位置、径及び各空孔長は、これに限定されるものではない。
【００４４】
その製造方法は、本実施の形態のホーリーファイバ１０の製造方法において、各ピンパイプ５３内の圧力を各ピン毎に変化させるのではなく、ファイバ製造途中で、全てのピンパイプ５３の圧力を変化させる。
【００４５】
図２に示すホーリーファイバ２０は、ファイバ形成中に、最初、ピンパイプ５３の内圧を一定にして空孔２３ａを形成し、途中でピンパイプ５３内の圧力を徐々に高くすることにより、テーパー状の空孔２３ｃを形成し、高い圧力を一定にすることで径の大きい空孔２３ｂを形成することで得られる。
【００４６】
このように、任意の時間で気体送風孔５４を介してピンパイプ５３に供給する気体の圧力を変化させることで、ファイバ長手方向に径の異なる空孔２３を連続して形成できる。
【００４７】
このプラスチックホーリーファイバ２０は、ファイバの敷設や加工をする際に、曲げ径に応じてファイバ断面における屈折率分布を変えるように径を変化させて空孔を形成することができる。例えば、曲率半径の小さい箇所では、空孔径の大きなファイバを用いることで、クラッドの平均屈折率を小さくし、コアとクラッドの比屈折率差を大きくできるので、曲率半径を小さくファイバを曲げても曲げによる放射損失の増加を抑えられる。逆に、曲率半径が大きく、曲げ損失があまり大きくならないような箇所では、空孔径を小さくしてファイバ強度を高めるといったことができる。
【００４８】
これにより径の異なる複数の空孔、あるいは、ファイバ長手方向で径の異なる空孔を有するプラスチックホーリーファイバを簡便に作製することができ、プラスチックファイバの用途に合わせた特性をもたせることができる。
【００４９】
また、多種類のプラスチックホーリーファイバを製造する際に、ピンパイプ５３の数や大きさを変えなくとも、様々な種類のプラスチックホーリーファイバを製造することができ、作業の時間短縮が図ることができる。
【００５０】
最後に、直径の異なる複数の空孔を備え、さらに、ファイバ長手方向において直径が変化した空孔を有するプラスチックホーリーファイバも本発明に係ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る好適な一実施形態であるプラスチックホーリーファイバの断面図である。
【図２】（ａ）は、他の実施形態であるプラスチックホーリーファイバの構造図であり、（ｂ）は、Ａ−Ａ線に沿った断面図であり、（ｃ）は、Ｂ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図３】図１または２に示すプラスチックホーリーファイバの製造方法を説明する図である。
【図４】図３に示すファイバ形成部の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  プラスチックホーリーファイバ
１１  コア
１２  クラッド
１３  空孔
３３  ファイバ形成部
３５  コア材押出ノズル
３９  クラッド材押出ノズル
４４  コアノズル孔
４７  出口部
４８  クラッドノズル孔
５３  ピンパイプ
５４  気体送風孔
【図１】
2005084202.tif 000003
【図２】
2005084202.tif 000004
【図３】
2005084202.tif 000005
【図４】
2005084202.tif 000006