(57)【要約】【課題】  光機能性を有する光ファイバの製造方法として、各種の方法が提案されているが、いずれも問題点を有している。本発明は、広い範囲のコア／クラッド材料の組合せにおいても、コアとクラッドの界面に欠陥が生じる可能性が小さい光ファイバ用母材を提供する。【解決手段】  本発明の光ファイバ用母材ガラスは、光ファイバのコアとなるコア部とクラッドとなるクラッド部の界面を光ファイバの光軸となる方向に平行な３以上の平面から構成する。コア部とクラッド部との界面の断面形状は四角形または六角形などの多角形であることが好ましい。一方、クラッド部の外周の断面形状は円形、または四角形または六角形などの多角形が望ましい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアと、その外周を取り囲むように密着し該コアより屈折率が小さいクラッドとを有し、少なくともコア内を光が伝搬する光学素子を製造するための光学素子用母材であって、柱状構造を有するコア部を挿入し得る中空柱状構造を有するクラッド部の前記コア部外面に相対する内面が、前記中空柱状構造の軸方向に平行な３以上の平面から構成されていることを特徴とする光学素子用母材。
【請求項２】
前記コア部とクラッド部が接合されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子用母材。
【請求項３】
前記コア部は、前記柱状構造の軸方向に垂直な断面の形状が略円形であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子用母材。
【請求項４】
前記コア部は、前記柱状構造の軸方向に垂直な断面の形状が多角形であることを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子用母材。
【請求項５】
前記多角形が四角形であることを特徴とする請求項４に記載の光学素子用母材。
【請求項６】
前記多角形が六角形であることを特徴とする請求項５に記載の光学素子用母材
【請求項７】
前記クラッド部は、前記中空柱状構造の軸方向に垂直な断面の外周形状が略円形であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学素子用母材。
【請求項８】
前記クラッド部は、前記中空柱状構造の軸方向に垂直な断面の外周形状が多角形であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光学素子用母材。
【請求項９】
前記多角形が四角形であることを特徴とする請求項８に記載の光学素子用母材
【請求項１０】
前記多角形が六角形であることを特徴とする請求項８に記載の光学素子用母材
【請求項１１】
前記コア部およびクラッド部の少なくとも一方が無機ガラス材料からなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光学素子用母材
【請求項１２】
請求項１１に記載の光学素子用母材をその軸方向に沿って延伸して形成することを特徴とする光学素子。
【請求項１３】
前記コアが光増幅性を有することを特徴とする請求項１２に記載の光学素子。
【請求項１４】
コアと、その外周を取り囲むように密着し該コアより屈折率が小さいクラッドとを有し、少なくともコア内を光が伝搬する光学素子を製造するために使用する、前記光学素子のコアとなるコア部と、前記クラッドとなるクラッド部とを有する光学素子用母材の製造方法であって、前記コア部となる柱状構造を有するコア用母材と前記コア用母材より小さい屈折率を有する柱状構造を有するクラッド用母材とをそれぞれ加工整形する工程と、前記クラッド用母材を複数組み合わせて中空柱状構造のクラッド部を組み立てる工程と、前記コア用母材からなるコア部を前記クラッド部の中空部に挿入する工程と、を備えることを特徴とする光学素子用母材の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の工程に加えて、前記クラッド部とそれに挿入した前記コア部とを接合する工程を実施することを特徴とする光学素子用母材の製造方法。
【請求項１６】
前記クラッド部は複数の平板状クラッド用母材からなることを特徴とする請求項１４に記載の光学素子用母材の製造方法。
【請求項１７】
複数の平板状クラッド用母材をあらかじめ互いに接合させて前記中空柱状構造を有するクラッド部を形成することを特徴とする請求項１４に記載の光学素子用母材の製造方法。
【請求項１８】
複数の柱状コア用母材をあらかじめ互いに接合させて前記柱状構造を有するコア部を形成することを特徴とする請求項１４に記載の光学素子用母材の製造方法。
【請求項１９】
前記クラッド用母材またはコア用母材を、それが自重で変形する温度以上に加熱した状態で融着接合することを特徴とする請求項１７または１８に記載の光学素子用母材の製造方法。
【請求項２０】
前記コア用母材およびクラッド用母材を、その少なくとも一方が自重で変形する温度以上に加熱した状態で融着接合することを特徴とする請求項１５に記載の光学素子用母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光通信分野などで利用される光学素子に関し、とくに光ファイバ型機能素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信のうち光ファイバを用いた光通信方式の占める割合は大きい。一般の情報伝送用には、シリカガラスファイバが通常使用されるが、それ以外の各種の光学的機能が光ファイバの形態で提供されるようになっている。光ファイバ増幅器や光ファイバ回折格子などがその例である。そのため、シリカガラス以外の各種成分を含有するガラスからなる光ファイバまたはそのプリフォーム（光学素子用ガラス母材）の製造方法として、各種の方法が考案されている。
【０００３】
このうち、屈折率が段階的に変化する構造（いわゆるステップインデックス型）のプリフォームを得る方法の代表的なものとしては、ＶＡＤ法などの気相合成法やビルトインキャスティング法、ロッドインチューブ法などが知られ。実際に使用されている。
【０００４】
気相合成法は、シリカガラスファイバの製造に広く用いられている。この場合は、四塩化ケイ素を燃焼している酸素水素バーナ炎に混入して二酸化ケイ素に変化させ、その二酸化ケイ素微粒子を堆積させて母材を作成する方法がとられる。
【０００５】
ビルドインキャスティング法は、クラッドを構成すべき融液を筒状の鋳型に鋳込んだ後、中心部分の融液が固まる前にこの中心部分の融液を流し出し、その空洞部にコアを構成すべき融液を鋳込む方法である（非特許文献１参照）。
【０００６】
ロッドインチューブ法は、クラッド用ガラス塊に穴加工を施してパイプ（チューブ）を作成し、その穴に合う寸法に加工したコアガラス棒（ロッド）を挿入する方法である。
【非特許文献１】Ｔ．ミヤシタ（T. Miyashita）、外１名、ＩＥＥＥ・ジャーナル・オブ・カンタム・エレクトロニクス（IEEE Journal of Quantum Electronics）、（米国）、ＩＥＥＥ、１９８２年、第ＱＥ１８巻、第１０号、ｐ．１４３２−１４５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、気相合成法では、プリフォームを構成する成分の原料が、気体あるいは容易に気化させることのできる液体であることが必要であり、その結果プリフォームの化学的組成が非常に狭い範囲に限られる。また、製造装置が非常に大掛かりで小回りが効かず、多品種少量生産には向かない。したがってシリカガラスファイバ以外の光機能性を有する光ファイバの生産には必ずしも適していない。
【０００８】
ビルトインキャスティング法は、クラッドを構成すべき融液を筒状の鋳型に鋳込むと、その融液は鋳型に接している部分から固化していく。つまり、中心部分の融液が固まる前にこの中心部分の融液を流し出してできる空洞は、鋳型の底部に向かって狭くなる形状をしている。したがって、その空洞部にコアを構成すべき融液を鋳込んでできるプリフォームは、コアの寸法が鋳型の底部方向に向かって小さくなるものしか得られず、コア寸法の均一性に欠けるという問題点がある。
【０００９】
さらに、ロッドインチューブ法は、クラッド用ガラス塊からパイプを製造するのであるが、パイプの内面を滑らかかつ清浄な表面に仕上げることが困難であり、コアとクラッドの界面に傷や異物、泡など欠陥を生じやすいという短所がある。
【００１０】
本発明は、このような従来技術における問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、広い範囲のコア／クラッド材料の組合せにおいても、コアとクラッドの界面に欠陥が生じる可能性が小さい光学素子用母材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光学素子用母材は、コアと、その外周を取り囲むように密着しこのコアより屈折率が小さいクラッドとを有し、柱状構造を有するコア部を挿入し得る中空柱状構造を有するクラッド部のコア部外面に相対する内面をこの中空柱状構造の軸方向に平行な３以上の平面から構成する。
【００１２】
ここで光学素子用母材の「コア部」とは、光学素子を作製した場合、最終的にその光学素子のコアの部分になる光学素子用母材の一部分のことを言う。「クラッド部」についても同様である。
【００１３】
上記の光学素子用母材の構造は、言い換えれば、柱状のクラッド部に断面が多角形の貫通する中空部があり、この中空部に異なる材料のコア部が挿入されている構造である。このような構造の場合、コア部とクラッド部の材料は独立に選ぶことができ、断面形状の自由度が高く、材料選択に自由度がある。このため、コア／クラッド間の屈折率差を容易に設定できるだけでなく、コアおよびクラッドのそれぞれに優先的に要求される特性をもつ材料を用いることができる。このため例えば、コアには光機能性に優れた材料を、またクラッドには耐候性や耐薬品性、耐失透性に優れた材料をそれぞれ選定して用いることができる、などの利点がある。
【００１４】
コア部とクラッド部は接合されていることが望ましいが、光学素子を形成する段階で接合してもよく、光学素子用母材の段階ではコア部をクラッド部に挿入しただけでもよい。
【００１５】
上記のコア部は柱状とし、その軸方向に垂直な断面の形状を略円形または多角形とするのが好ましい。多角形の場合は四角形または六角形が望ましい。
円形である場合は、この母材から製造される光学素子が、外形が円形の他の光学素子、例えばレンズや光ファイバなどと組み合わせる際に都合がよい。またとくに多角形である場合は、クラッド部の内面の断面形状をそれと同じにしておくことが好ましい。
【００１６】
これによってクラッド用母材がコア用母材と隣接する表面の平滑性や清浄度を容易により高くすることができる。このことは、この母材から製造される光学素子において、コアとクラッドの界面の異物などの欠点を低減させることができ、その光学素子が光ファイバである場合、光ファイバの中を伝搬する光の透過損失をより容易に低減できることを意味する。
【００１７】
クラッド部は少なくともコア部が位置する中心部分を中空とする中空柱状構造とし、その軸方向に垂直な断面の外周形状が略円形または多角形であることが好ましい。多角形の場合は四角形または六角形が望ましい。
【００１８】
クラッド部の外周形状が略円形である場合は、他の光ファイバ等との接続を容易にできる。また、クラッド部の外周形状が四角形や六角形である場合には、光学素子を配置する際に光軸方向の回転の自由度を制限できる。さらに、配列に際して、光学素子間を隙間なく配列させることができる。
【００１９】
本発明の光学素子用母材のコア部およびクラッド部の少なくとも一方が無機ガラス材料からなり、本発明の光学素子はこの光学素子用母材を軸方向に沿って延伸して形成することが望ましい。
【００２０】
光学素子用母材を無機ガラス材料で構成することにより、延伸技術を適用することができ、ファイバ状の長尺な形状を活かした光学素子を形成することができる。延伸工程における光学素子用母材から光学素子への寸法変化は正確に制御できるので、延伸技術はファイバ型光学素子を量産するのに適している。
【００２１】
例えば光増幅性を有したガラス材料をコアに採用することにより、光増幅素子が実現できる。光増幅性に限らず機能性を有するガラスをコアとし、これに対してクラッドとなる材料を独立に選ぶことができるので、本発明はこのような機能性を有する光導波路型、または光ファイバ型の光学素子を作製するのにとくに適している。
【００２２】
本発明の光学素子用母材の製造方法はつぎの工程による。
（１）コア部となる柱状構造を有するコア用母材とコア用母材より小さい屈折率を有する柱状構造のクラッド用母材とをそれぞれ加工整形する工程、
（２）クラッド用母材を複数組み合わせて中空柱状構造のクラッド部を組み立てる工程、
（３）コア用母材からなるコア部をクラッド部の中空部に挿入する工程、
である。さらに、
（４）クラッド部とそれに挿入したコア部とを接合する工程を加えることもできる。
【００２３】
本発明では、コアとクラッドの組合せを自由に選べるようにするため、光学素子用母材を作製する際、コア部となる部材とクラッド部となる部材は別々な部材とする。そこでコア部となる部材とクラッド部となる部材をそれぞれコア用母材、クラッド用母材と呼ぶこととした。以下同様である。
【００２４】
クラッド用母材は、複数の平板状部材からなることが望ましい。平板状部材は製作が容易であり、複数組み合わせてコア用母材を取り囲むのも容易である。さらにクラッド用母材を、コア用母材が、その柱状構造の軸方向に沿って挿入できるように平板状部材をあらかじめ互いに接合させた管状部材とすることが望ましい。
【００２５】
この場合、クラッド用母材の内周形状を所望の形状となるように加工しておき、これにコア用母材を複数に分けて挿入する方法をとることもできる。
またコア用母材は複数の部材をあらかじめ接合させて柱状部材としてもよい。
【００２６】
コア用母材同士、クラッド用母材同士またはコア用母材とクラッド用母材の接合は、少なくとも一方の母材が自重で変形する温度以上に加熱した状態で融着することが望ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の光学素子用母材は、欠陥や汚染の少ないコア／クラッド界面を持つので、優れた特性を有する光学素子を作製できる。またコア用母材とクラッド用母材に組成の大きく異なる材料を組み合わせることができるため、新しい機能を備えた光学素子が実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１（ａ）〜（ｇ）は本発明の光学素子用母材の典型的な形状を模式的に示している。いずれも中心のコア部１０ａ〜１０ｇの周囲をクラッド部１２ａ〜１２ｇが囲う柱状の部材である。
【００２９】
本発明の光学素子用母材として使用できる材料の典型例はガラスである。ガラスを母材とする場合は、コア用母材（以下、コア用母材ガラスという）とクラッド用母材（以下、クラッド用母材ガラスという）とを何らかの手段で接合させて光学素子用母材（以下、光学素子用母材ガラスという）を製造することができる。この光学素子用母材ガラスの製造工程の概略を図２に示す。
【００３０】
本発明の光学素子用母材においては、図１に示すようにクラッド部１２ａ〜１２ｇのコア部１０ａ〜１０ｇの外周面に相対する内表面がいずれも平面であることを特徴とする。しかしコア用母材ガラスの外周面は必ずしも平面である必要はなく、図１（ｇ）に示すように軸方向に垂直な断面がほぼ円形であってもよい。しかしできればその双方の面が平面あるいは略平面であることが望ましい。この界面を形成する面が略平面であれば、整形、研磨、洗浄も容易であり、欠陥や汚染が少なく寸法精度の高い面を容易に得ることができる。
【００３１】
このようなコア用母材ガラスとクラッド用母材ガラスを使用すれば、欠陥や汚染の少ないコア／クラッド界面を容易に得ることができ、高性能な光学素子を製造するのに適した光学素子用母材ガラスを容易に得ることができる。特に光学素子が光ファイバである場合に、加熱延伸による光ファイバ紡糸時の断線の防止、紡糸された光ファイバの外径の安定性の向上、また光ファイバの光機能特性の向上に大きな効果がある。
【００３２】
また、この母材は個別に製造したコア用母材ガラスとクラッド用母材ガラスからなるため、物理的、化学的な性質の大きく異なるガラスをコア部とクラッド部とする母材を得ることができる。この特徴は、コアおよびクラッド各々に対する要求特性を、より適した特性のガラスを組み合わせることによって同時に満足させることを可能にし、光学素子の光機能特性の向上に大きく寄与することができる。
【００３３】
本発明の光学素子用母材のクラッド部内面の断面形状は、閉じた形状であればとくに限定されない。しかし実際には図１に示すように３本以上の直線のみからなる多角形とみなせる形状であることが好ましい。とくに図１（ａ）〜（ｄ）のように四角形あるいは六角形が望ましいが、四角形の場合は長方形、ひし形、正方形、六角形の場合は正六角形が好ましい。
【００３４】
その理由は、コア用母材ガラスやクラッド用母材ガラスの寸法精度をより高くすることを容易にし、したがって製造される母材のコア形状をより正確にすることができるためであり、また光学素子が光ファイバである場合、光ファイバ中を伝搬する光のモードをより制御しやすくするためである。
【００３５】
辺の数が４を越える場合には、例えば図１（ｅ）または（ｆ）に示すように隣接する２辺の内角が１８０・を越える場合も考えられる。このような場合、コア用母材は複数の部材に分割して準備してもよい。
【００３６】
コア部の断面形状は、クラッド部の内面に相似である必要は必ずしもなく、光学素子用母材のコア部とクラッド部の間に空隙があってもよい。したがってコア部の断面形状は円形などクラッド部内面の断面形状と異なる形状であってもよい。しかしながらコア部外周とクラッド部内面の断面形状はコア部側が僅かに小さい相似形である方が好ましい。
【００３７】
また、本発明の光学素子用母材のクラッド部外周の断面形状は、任意の形状でよいが、実際的には略円形、四角形、六角形のいずれかであることが好ましい。その理由は、光学素子が光学部品あるいは光学装置として組み立てられるときに組み合わされる他の光学素子、例えばレンズや光ファイバ、平面光導波路などとの組み立てに都合がよいからである。 特に光学素子が光ファイバである場合、このようなクラッド外周形状の特徴は重要である。
【００３８】
クラッド部の外周形状が略円形である場合は、他の光ファイバとの組み合わせが非常に容易である。また既に豊富な種類が存在する光ファイバ用部品をそのまま用いることができるので、光ファイバの取り扱いが容易であるとともに光ファイバを用いた装置の製造原価を低減できる。
【００３９】
また、クラッド外周形状が四角形や六角形である場合には、光ファイバを配置する際に光ファイバの軸方向の回転の自由度が制限される。この特徴は、例えば光ファイバを用いた装置中で光ファイバにねじり応力が不用意に加えられることを防ぐために役立つ。逆に、光ファイバにねじり応力を加えることが必要な場合には、容易に一定のねじりを加え、また保持することができる。
【００４０】
さらに、クラッド外周の断面形状が四角形や六角形である光ファイバは、配列する際、光ファイバ間を隙間なく配列させることができる。この特徴は光ファイバを複数本配列した光ファイバアレイを製作する際、配列精度を向上させるために好都合である。またこの特徴によれば、２本の光ファイバのコア間隔を正確に規定できるので、光ファイバに発光（とくにレーザ発振）や光増幅の機能を付与する際、隙間なく配列させた光ファイバの一方のコアからクラッドを通して他方のコアに励起光を注入することが容易になる。
【００４１】
上記のような、本発明の光学素子用母材のクラッド外周の断面形状は、コア用母材ガラスとクラッド用母材ガラスを組み合わせたときに所定の外周形状を実現できるように、両母材ガラスを整形しておいてもよいが、上述の融着工程を経た後で外周が所定の形状になるように加工することが好ましい。その加工は研削または研磨によって行うことができる。
【００４２】
なお、上述した平面、直線、円形、多角形、四角形、六角形、長方形、ひし形、正方形、正六角形などの表記は、数学的に厳密なものを意味するわけではなく、一般的なガラス材料の加工精度の範囲、および製作される光学素子の特性に深刻な悪影響を及ぼさない範囲において、数学的に厳密な形状に対して偏差、誤差を含むものと解釈する。
【００４３】
次に、光ファイバの実施例を挙げて本発明の光学素子、その母材およびその製造方法を説明する。
【００４４】
［実施例１］
（光ファイバ用母材の製造）
コア用母材ガラス組成物は通常の溶融法によって製造した。すなわち、必要な成分を混合したガラス原料を溶融し、ガラス組成物（ガラス塊）を作製する（図２（ａ）の「溶融」工程）。そのガラス組成および代表的な物性を表１に示す。コア用、クラッド用とも主成分はＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｌｉ2Ｏであり、コア用母材ガラスのみにＢｉ2Ｏ3を１モル％添加してある。
【００４５】
発明者らの研究によると、Ｂｉ2Ｏ3を少量添加したこのガラス組成物は赤色発光を呈し、赤外域で光増幅性を有することが明らかになっている。すなわち、本実施例はこのＢｉ2Ｏ3含有ガラスを利用した光ファイバ増幅器の作製を目的とする。コアへ光を閉じ込めるため、コア用母材ガラスの屈折率（１．５２４）はクラッド用母材ガラスの屈折率（１．５１２）より大きくなるように調整する。
【００４６】
このガラス組成物を通常のガラスに対する機械的な加工法を適用して切断、研削し、２ｍｍ角×１５０ｍｍの正四角柱を得、さらにその四角柱の４つの側面に光学研磨を行って（図２（ａ）における「形状加工」の工程を経て）平滑かつ清浄な表面をもつコア用母材ガラスを得た。この四角柱の中心軸の方向が作製する光ファイバの光軸の方向に一致する。
【００４７】
クラッド用母材ガラス組成物もまた同様に通常の溶融法によって製造した。そのガラス組成および代表的な物性もまた表１に示す。そのガラスにコア用母材ガラスと同様の加工を施し、１６ｍｍ×１４ｍｍ×１５０ｍｍの四角柱を４本作製し、さらにこの四角柱の隣り合う２つの側面に光学研磨を行って平滑かつ清浄な表面をもつクラッド用母材ガラスを得た。
なお、上記の加工において、長手方向以外の寸法精度は誤差１０μｍ以下になるように加工を施した。
【００４８】
上記コア用母材ガラスの正四角柱の側面に沿ってこれを囲むように、４本のクラッド用母材ガラスを組み立てる。組み立てた角柱の断面は図３（ａ）に模式的に示すように、コア用母材ガラス１１ａの正四角柱の側面に４本のクラッド用母材ガラス１３ａが中心に対して対称となるように配置されている。この場合、光学研磨を施した面同士が接するようになる。
【００４９】
つぎに、クラッド用母材ガラスの合わせ目の端面に、ごく微量の接着剤を塗布し、ガラスを仮止め固定した。この固定の目的は後段の工程が終わるまでの間に、組み立てが崩れないことを主な目的としている。したがって、ガラスの合わせ目に多量の接着剤が染み込むことは好ましくなく、接着剤の塗布量は、ガラスの合わせ目に接着剤の染み込んでいる領域が端面から数ｍｍ以内であることが好ましい。
【００５０】
さらに、コア用母材ガラスとクラッド用母材ガラスの間には、接着剤が染み込まないことが好ましい。また、接着剤層の厚さは薄い方が好ましく、後段の加熱工程で蒸発または分解気化してしまうことが好ましいため、接着剤は粘性の低い有機接着剤が好ましく、ここでは瞬間接着剤として市販されているシアノアクリレート系の接着剤を使用した。以上が図２（ａ）における「組立」工程である。
【００５１】
なお、例えば保持治具などを用いた接着剤を用いないで仮止め法を用いることもできるが、この場合は後段の工程には加熱工程が含まれているため、保持治具などと母材ガラスの熱膨張率の差により加熱工程で仮止めが緩んだり、母材に不必要な応力を加えてしまわないことなどに充分注意する必要がある。
【００５２】
次に、仮止めしたガラスを接合するため、加熱融着用治具にセットした。この治具は、仮止めしたガラスを角柱の軸方向には水平に、断面方向には傾けて保持できる構造になっている。また治具は、全体が耐火物製であり、ガラスが触れる面は９５％白金−５％金合金箔で覆った。
【００５３】
ここで用いた治具は、
・断面方向に傾いていることで、ガラス同士が接しているすべての面に、ガラスの自重による圧力がかかり、ガラス同士の接触が保持できる、
・耐火物製であるため、加熱融着工程の温度では材質、寸法ともに変化を生じない、
・白金−金合金はガラスの濡れが悪く、容易に取り外せる、
という特長があり、本発明の製造法に適している。
なお、治具を金属や炭素材料など他の材料で製作しても差し支えないが、上記の治具に対する要求を充分に満たしていることに留意する必要がある。
【００５４】
治具にセットされた仮止めされたガラスは次に加熱融着を行なった（図２（ｂ）の「加熱融着」工程）。このガラスは、室温の電気炉に挿入し、室温から５℃／分の昇温速度で、降伏点を８０℃越える温度まで昇温した。その温度を２時間保持した後、電気炉の電源を切り、室温まで放冷し徐冷した。この徐冷時の冷却速度は約２℃／分程度である。
【００５５】
加熱融着工程は、通常の大気雰囲気で実施したが、真空雰囲気で行なうことがより好ましい。また、保持温度は降伏点より４０〜１２０℃高い温度で行なうことが好ましいが、温度が高いほどより容易に融着する一方、変形も大きくなるため、保持時間と合わせた適切な範囲が存在する。なお、昇温速度および徐冷速度は熱衝撃を与えたり、でき上がったガラス母材に熱応力を残さないような速度で行なうことが重要である。
【００５６】
このようにして製造された光ファイバ（光学素子）用母材は、コア部とクラッド部の間に異物や気泡などが含まれず完全に融着しており、クラッド用母材ガラス間の界面は完全に消失し、その痕跡を確認することができなかった。この光ファイバ用母材は、外周を直径２５ｍｍの円筒形状になるように研削加工し、その表面を光沢研磨した（図２（ａ）の「外形加工」工程）ものを最終形態とした。
【００５７】
（光ファイバの製造）
上記工程で製造した光ファイバ用母材を通常の抵抗加熱型の電気炉を備えた光ファイバ紡糸装置内に固定し、クラッド外径が１２５μｍになるように加熱延伸して紡糸し、光ファイバを製造した。
【００５８】
この光ファイバには通常の紫外線硬化樹脂によるコーティングを施し、ガラスファイバ表面が接触することによる傷つきを防止し、光ファイバが折損しないように保護した。この光ファイバは、その断面は図３（ｂ）に模式的に示すように、１辺が１０μｍの正方形のコア１６ａが直径１２５μｍの円形クラッド１８ａに囲まれた構造を有している。
【００５９】
（光ファイバの光増幅特性）
光増幅特性の測定装置の模式図を図４に示す。基本的な構成は、いわゆる逆方向励起の光ファイバアンプであって、増幅すべき信号光を光ファイバに入射し、一方、光増幅のエネルギー源となる励起光は光ファイバの反対端、すなわち信号光の出射端から入射させ、ファイバ内で光増幅を起こさせるものである。
【００６０】
本発明では、信号光３０には波長１０６４ｎｍおよび１３１４ｎｍの２種類の半導体レーザからなる信号光源３６から得られるレーザ光を用い、また励起光２０には半導体レーザ（ＬＤ）励起Ｎｄ−ＹＡＧ緑色レーザからなる励起光源２６が発する波長５３２ｎｍの連続光を用いた。 また、信号光と励起光の合波および分波には、波長選択性反射鏡７４、７２を用いた。
【００６１】
光増幅の測定は以下のようにして行った。上述の光ファイバを長さ１ｍに切断し、試験用光ファイバ１００として測定装置の所定位置に設置した。光学系の調整を行い、信号光３０および励起光２０をそれぞれレンズ５４、５２により集光し、光ファイバ１００のコアによく入射するように調芯を行なった。
【００６２】
まず、波長１３１４ｎｍ信号光だけを光ファイバ１００に入射させ、光ファイバを透過してきた信号光３２の強度を光検出系８０により電気信号に変換し、オシロスコープ９０で測定した。次に、その状態のまま、励起光２０を同時に光ファイバ１００に入射させ、光ファイバ１００を透過してきた信号光３２の強度を測定したところ、その信号光の強度は信号光だけの時と比較して約２倍に増加しており、光増幅の効果を確認することができた。
【００６３】
信号光の波長を１０６４ｎｍに変更して同様の実験を行ったところ、励起光を同時に光ファイバに入射させることによって、信号光の強度は信号光だけの時と比較して約２倍に強度が増加しており、光増幅の効果を確認することができた。
【００６４】
また、この光ファイバのコアガラスの発光が最大になる発光波長は約１１４０ｎｍであり、増幅利得が確認された１０６４ｎｍと１３１４ｎｍの間であるため、少なくとも波長１０６４ｎｍ〜１３１４ｎｍの波長範囲では光増幅を行なうことが可能である。
【００６５】
［実施例２］
（光ファイバ用母材の製造）
コア用およびクラッド用母材ガラス組成物の製造は実施例１と同様に溶融法によって行った。そのガラス組成および代表的な物性を表１に挙げる。コア用、クラッド用とも主成分はＰ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯであり、コア用母材ガラスのみにＢｉ2Ｏ3を０．３モル％添加してある。
【００６６】
発明者らの研究によると、Ｂｉ2Ｏ3を少量添加したこのガラス組成物は実施例１のガラス組成物同様に赤色発光を呈し、赤外域で光増幅性を有することが明らかになっている。本実施例もこのＢｉ2Ｏ3含有ガラスを利用した光ファイバ増幅器の作製を目的とする。コアへ光を閉じ込めるため、コア用母材ガラスの屈折率（１．５０４）はクラッド用母材ガラスの屈折率（１．４９０）より大きくなるように調整する。
【００６７】
コア用母材ガラスは実施例１と同様に切断、研削し、２．４ｍｍ角×１５０ｍｍの正四角柱を得、さらにこの四角柱の４つの側面に光学研磨を行なって平滑かつ清浄な表面をもつコア用母材ガラスを得た。この四角柱の中心軸の方向が作製する光ファイバの光軸の方向に一致する。
【００６８】
クラッド用母材ガラスとしては、３０ｍｍ×１３．８ｍｍ×１５０ｍｍおよび２．４ｍｍ×１３．８ｍｍ×１５０ｍｍの四角柱を各２本作製した。前者の四角柱の面積の大きい方の側面の１方、および後者の四角柱の側面のうち、３面（裏表および１つの側面）を光学研磨し、平滑かつ清浄な表面をもつクラッド用母材ガラスを作製した。
なお、上記の加工において、コア用母材ガラスの厚みと後者のクラッド用母材ガラスの厚みの寸法誤差が誤差１０μｍ以下になるようにした。
【００６９】
上記コア用母材ガラス１１ｂと２種類のクラッド用母材ガラス１３ｂ、１３ｃ各２本を、光学研磨を施した面同士が接するように組み立てた。 その断面は図５（ａ）に模式的に示すが、この方法は高い寸法精度が要求される部分が少なく、結果的に高い寸法精度のコアを有する光ファイバ用母材を得ることができるという特徴がある。
【００７０】
つぎに、クラッド用母材ガラスの合わせ目の端面に、ごく微量の接着剤を塗布し、実施例１と同様の手順でガラスを仮止め固定した。その後、コア用母材ガラスを抜き取り、クラッド用母材ガラスのみとした。以上が図２（ｂ）におけるクラッド用母材ガラスの「組立」工程である。
【００７１】
次に、仮止めしたクラッド用母材ガラスを接合するため、実施例１と同様に加熱融着用治具にセットし、加熱融着を行なった（図２（ｂ）におけるクラッド用母材ガラスの「加熱融着」工程）。
この母材は、クラッド用母材ガラス間の界面は完全に消失し、その痕跡を確認することはできなかった。
【００７２】
その後、加熱融着工程により作成されたパイプ状のクラッド用母材ガラスに、コア用母材ガラスを挿入し、光ファイバ（光学素子）用母材の最終形態とした（図２（ｂ）の「挿入」工程）。
【００７３】
なお、図２（ｂ）においてカッコで示した工程は本実施例では実施していないが、必要に応じて挿入してもよい。クラッド用母材ガラスは加熱融着してパイプ状にした後、外形を加工整形してもよい（図２（ｂ）におけるクラッド用母材ガラスの「外形加工」工程）。
【００７４】
またコア用母材ガラスも必要な場合には複数の部材を組み立て、加熱融着して一体化してもよい（図２（ｂ）におけるコア用母材ガラスの「組立」、「加熱融着」工程）。さらに上記の工程では、パイプ状のクラッド用母材ガラスにコア用母材ガラスを挿入したものを最終形態としたが、挿入後、紡糸前に加熱溶融して光ファイバ用母材を一体化してもよい（図２（ｂ）の最後の「加熱融着」工程）。
【００７５】
（光ファイバの製造）
上記のように製造した光ファイバ用母材を通常の抵抗加熱型の電気炉を備えた光ファイバ紡糸装置内に固定し、クラッドの一辺が１２５μｍになるように加熱延伸して紡糸し、光ファイバを製造した。この光ファイバの断面は図５（ｂ）に模式的に示すように、１辺が１０μｍの正方形のコア１６ｂが一辺１２５μｍの正方形クラッド１８ｂに囲まれている。
【００７６】
（光ファイバの光増幅特性）
光増幅特性の測定は実施例１と同様に行なった。ただし、本実施例では、光ファイバを直径１００ｍｍの円形に巻き取り、それに樹脂コーティングを行った。この光ファイバはねじれが生じたりすることなく、容易に整列させて巻き取ることができた。
【００７７】
本実施例の光ファイバにおいても、波長１３１４ｎｍおよび１０６４ｎｍの双方で光増幅の効果を確認することができ、少なくとも波長１０６４ｎｍ〜１３１４ｎｍの波長範囲では光増幅を行なうことが可能である。
【００７８】
【表１】
2005289766.tif 000003
【００７９】
以上より、本発明の光ファイバ用母材は、欠陥や汚染の少ないコア／クラッド界面を持ち、作製される光ファイバの特性が改善される。またその母材の製造方法は、簡便でまた特性の異なるコアガラスとクラッドガラスを組み合わせることもできるという特徴をもつ。
【００８０】
上記の実施例では光学素子として光増幅性を有する光ファイバを例として説明したが、本発明はこの他、例えば非線形光学特性を有する材料をコアとするなど、種々の光機能性を付与した光ファイバに対しても適用できる。
【００８１】
また、光ファイバに限らず、平板光導波路、各種導光体などの光学素子にも適用できる。この場合、紡糸工程は必ずしも必要でなく、光学素子用母材の外形加工後、所定の長さに切断し、端面を研磨するなどの工程で、所望の光学素子が作製できる場合もある。
【００８２】
また、上記の実施例ではコア用母材とクラッド用母材をともにガラスとし、別々に整形加工した後、加熱融着して光ファイバ用母材とした。しかし本発明はガラス材料に限られず、樹脂、その他の誘電体材料等、およびそれらの組合せに対しても適用でき、またコア用母材とクラッド用母材の一体化も加熱融着による方法には限られない。
【００８３】
例えば、ガラス製のコア用母材周囲にゾル状有機ケイ酸化合物をクラッド用母材として塗布し、これを焼成して光学素子用母材とすることができる。あるいは流動性もった樹脂をクラッド用母材として塗布し、加熱あるいは紫外光等の光照射によってこれを硬化させる方法も可能である。コア用母材に樹脂や無機誘電体を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の光学素子用母材の形状を示す模式図である。
【図２】本発明の光学素子用母材の製造工程の一例を示す流れ図である。
【図３】実施例１の（ａ）光ファイバ用母材ガラス及び（ｂ）光ファイバの断面図である。
【図４】光増幅特性の測定装置を示す図である。
【図５】実施例２の（ａ）光ファイバ用母材ガラス及び（ｂ）光ファイバの断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ、１０ｇ  コア部
１１ａ、１１ｂ  コア用母材ガラス
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ  クラッド部
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ  クラッド用母材ガラス
１６ａ、１６ｂ  コア
１８ａ、１８ｂ  クラッド
２６  励起光源
３６  信号光源
５２、５４  レンズ
７２、７４  波長選択性反射鏡
８０  光検出系
９０  オシロスコープ
１００  光ファイバ
【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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