(57)【要約】【課題】  ゾル-ゲルの成形法によりホーリー光ファイバ用母材を製造する際に、乾燥ゲルに衝撃を与えずにエアホール形成用物質を除去することを可能とするホーリー光ファイバ用母材の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明は、金型を使用してホーリー光ファイバ用母材を製造する方法であって、(a)チューブ内部の圧力調節によって膨脹/収縮する複数の細長いチューブを、予め定められた配列で前記金型内に配置及び膨脹させる過程と、(b)ゾルを前記金型に注入してゲル化する過程と、(c)前記ゲルを前記金型から取り出し、前記チューブを収縮させて前記ゲル内に細長いエアホールを形成する過程と、(d)前記チューブを除去する過程と、を含むことを特徴とする。【選択図】  図２
2005225754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型を使用してホーリー光ファイバ用母材を製造する方法であって、
(a)チューブ内部の圧力調節によって膨脹/収縮する複数の細長いチューブを、予め定められた配列で前記金型内に配置及び膨脹させる過程と、
(b)ゾルを前記金型に注入してゲル化する過程と、
(c)前記ゲルを前記金型から取り出し、前記チューブを収縮させて前記ゲル内に細長いエアホールを形成する過程と、
(d)前記チューブを除去する過程と、
を含むことを特徴とするホーリー光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項２】
前記金型は円筒状であること
を特徴とする請求項１記載のホーリー光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項３】
前記複数の細長いチューブは、棒状のチューブであること
を特徴とする請求項１記載のホーリー光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項４】
前記(b)過程は、
シリカ含有ゾルを前記金型に注入してゲル化する過程を含むこと
を特徴とする請求項１記載のホーリー光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項５】
前記(c)過程は、
前記ゲル内に長さ方向に伸張したエアホールを形成する過程を含むこと
を特徴とする請求項１記載のホーリー光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項６】
前記(d)過程は、
前記エアホールの形成されたゲルを乾燥させた後に前記チューブを除去し、前記乾燥ゲルを焼結する過程を含むこと
を特徴とする請求項１記載のホーリー光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項７】
前記ホーリー光ファイバ用母材から製造されるホーリー光ファイバの光伝送特性は、前記エアホール形成用チューブの配列又は前記エアホール間の間隔によって調節されること
を特徴する請求項１記載のホーリー光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項８】
前記細長いチューブは、弾性を有し、その内部圧力が増加するに従って膨脹し、前記内部圧力が減少するに従って収縮すること
を特徴とする請求項１記載のホーリー光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項９】
前記細長いチューブは、ポリマー材質のチューブであること
を特徴とする請求項１記載のホーリー光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１０】
前記細長いチューブの内部圧力は、流動性物質の注入量によって調節されること
を特徴とする請求項１記載のホーリー光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１１】
前記流動性物質は、空気或いは液状物質を含むこと
を特徴とする請求項１０記載のホーリー光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１２】
前記細長いチューブは、前記ゲルが接着されないように、前記チューブの外部表面に撥水剤及び離型剤がコーティングされること
を特徴とする請求項１記載のホーリー光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１３】
前記(a)過程で、前記細長いチューブは、フォトニック格子構造で配置されること
を特徴とする請求項１記載のホーリー光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１４】
前記(a)過程で、前記細長いチューブは、不規則に配置されること
を特徴とする請求項１記載のホーリー光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１５】
前記(b)過程は、出発物質としてケイ素アルコキシドを用いた加水分解過程を含むこと
特徴とする請求項１記載のホーリー光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１６】
前記(b)過程は、出発物質としてヒュームドシリカを用いた分散及び熟成過程を含むこと
を特徴とする請求項１記載のホーリー光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１７】
前記(c)過程は、
前記金型から取り出した成形ゲルを乾燥させ、該乾燥ゲルを形成するゲル乾燥過程と、
前記チューブを除去する過程と、
前記乾燥ゲルに含有された水分及び不純物を除去するための熱処理過程と、
前記乾燥ゲルを焼結させてガラス化する焼結過程と、
を含むこと
を特徴とする請求項１記載のホーリー光ファイバ用母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアホール(air hole)を有するホーリー光ファイバ(holey fiber)用母材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、シングルモード光ファイバは、光の反射を用いてデータを伝送するものであり、この光の反射は、コアとクラッドとの屈折率の差によって引き起こされる。ここで、コアは、ゲルマニウム(Germanium)又はリン(Phosphorus)を添加したガラスで構成される。一方、ホーリー光ファイバは、図１に示すように、石英ガラス１のような単一固体相(solid phase)の実質的に透明な素材から作られる。このホーリー光ファイバの内部には、光ファイバの全体長さに沿ってその軸に並行に伸張され、規則的な配列とされたエアホール２が形成されている。
【０００３】
このホーリー光ファイバは、規則的な配列形態の空気層と石英ガラス層との誘電率(dielectric constant)の差を用いることで、フォトニックバンドギャップ(photonic band-gap)を生じさせる。このようなフォトニックバンドギャップは、半導体における電子バンドギャップ(electronic band-gap)のように、特定の波長や光波伝搬(propagation)方向に、光阻止帯域(Photonic stop band)を供給する。すなわち、フォトニックバンドギャップの条件を満たす光だけがフォトニックバンドギャップを通過することができる。
【０００４】
ホーリー光ファイバ内の光の伝搬は、フォトニックバンドギャップ効果(Photonic Band-gap Effect)と有効屈折率効果(Effective Index Effect)によって遂行されるものであり、これに関しては、下記の非特許文献１及び非特許文献２等の論文に詳細に開示されている。
【０００５】
上記のようなホーリー光ファイバは、技術的に多くの重要な特性を有している。例えば、ホーリー光ファイバは、広い波長範囲に亘ってシングルモードを支援することが出来、広いモード領域を有することができる。したがって、このホーリー光ファイバは、高い光パワー(Optical Power)を伝送し、１.５５μmの遠隔通信波長で大きな相分散を示すことができる。また、ホーリー光ファイバは、非線形性の増加/減少及び偏光調節のための素子として重要になって来ている。したがって、多機能を有するフォトニック結晶光ファイバに関する特性が継続的に報告されているように、近い将来に、ホーリー光ファイバが光通信及び光産業に幅広く適用されることが期待されている。
【０００６】
ホーリー光ファイバを製造するための、従来のホーリー光ファイバ用母材の製造方法としては、ガラススタッキング(glass stacking)法、ガラス穿孔(glass drilling)法、ゾル-ゲル(sol-gel)の成形(molding)法などが代表的な方法である。
【０００７】
ガラススタッキング法は、ガラスチューブを所望の形状にスタッキングして伸張(elongation)する工程を繰り返して遂行することにより、母材を製造する方法である。しかしながら、ガラススタッキング法は、作業者の手作業によって組み立てられる方法であるため、組立て工程で汚染などが発生し易く、汚染部分の洗浄のような作業を繰り返し行う必要がある。したがって、ガラススタッキング法は、製造コストが高く、工程時間が長くなるという短所があった。
【０００８】
ガラス穿孔法は、ガラスに穿孔(drilling)することでエアホールを形成する製造方法である。しかしながら、この方法は、エアホールの内面をきれいに処理することが困難であり、また、硬質ガラスを加工することによる加工コストが高いという短所があった。
【０００９】
ゾル-ゲルの成形法は、長尺の円筒状金型の中に多数のエアホール形成用バーを配置し、次に液体の原料物質を金型に注入してゲル状態にした後に、エアホール形成用バーを除去して焼結させることによって、ホーリー光ファイバ用母材を製造する方法である。このゾル-ゲルの成形法は、製造工程が簡素で、かつ生産コストが格段に低いという利点を有している。しかしながら、従来のゾル-ゲルの成形法では、エアホールの形成のために、固体(solid)の物質で作られた棒（バー）がエアホール形成用バーとして用いられる。そのため、この方法は、ゲルを形成した後に、このゲルに衝撃を与えずにエアホール形成用バーを除去するのが困難であった。例えば、ゲル内の一つのエアホールに加えられた衝撃は、以後の乾燥及び熱処理工程で亀裂(crack)を生じさせ、それによって、母材全体に悪影響を及ぼすようになる。
【非特許文献１】T.A.Birks et al., Electronic Letters, Vol.31(22) p.1941(October 1995)
【非特許文献２】J.C.Knight et al., Proceeding of OFC, PD 3-1(February, 1996)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のような従来の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、ゾル-ゲルの成形法によりホーリー光ファイバ用母材を製造する際に、乾燥ゲルに衝撃を与えずにエアホール形成用物質を除去することを可能とするホーリー光ファイバ用母材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】
上記の目的を達成した本発明は、金型を使用してホーリー光ファイバ用母材を製造する方法であって、(a)チューブ内部の圧力調節によって膨脹/収縮する複数の細長いチューブを、予め定められた配列で前記金型内に配置及び膨脹させる過程と、(b)ゾルを前記金型に注入してゲル化する過程と、(c)前記ゲルを前記金型から取り出し、前記チューブを収縮させて前記ゲル内に細長いエアホールを形成する過程と、(d)前記チューブを除去する過程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
好ましくは、ホーリー光ファイバ用母材から製造されるホーリー光ファイバの光伝送特性を調節するために、上記エアホール形成用チューブの配列又はこれらエアホール間の間隔が調節される。
【００１３】
より好ましくは、上記棒状のチューブは、弾性を有し、その内部圧力が増加するに従って膨脹し、前記内部圧力が減少するに従って収縮する構成とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ゾル-ゲルの成形法によりホーリー光ファイバ用母材を製造する際に、圧力調節によって膨脹/収縮する複数の細長いチューブを、予め定められた配列で金型内に配置して使用することにより、ゲルの乾燥及び従来のエアホール形成用バーの除去時に発生していた衝撃によるゲルの亀裂を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の望ましい実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
なお、以下の説明において、関連した公知の機能や構成に関する具体的な説明が、本発明の要旨を不明にすると判断された場合には、その詳細な説明を省略する。
【００１７】
図２は、本発明の一実施形態によるホーリー光ファイバ用母材の製造過程を示すフローチャートである。図２に示すように、本発明によるホーリー光ファイバ用母材の製造方法は、金型準備(mold-providing)過程１００、ゾル形成(sol-forming)過程２００、ゲル化過程３００、離型(demolding)過程４００、ゲル乾燥(gel-drying)過程５００、熱処理過程６００、及び焼結(sintering)過程７００の手順を含む。
【００１８】
金型準備過程１００では、ホーリー光ファイバ用母材形成用の金型が準備され、この金型内には、エアホール形成用のチューブが、予め定められた配列で配置される。本実施形態では、エアホール形成用のチューブの配列（数や位置等）を調節することによって、エアホールの数や間隔等が決定され、これによって、製造されるホーリー光ファイバの光伝送特性が調節されることになる。
【００１９】
図３は、本実施形態で使用される金型の構成例を示すものである。図３に示すように、金型３０は、円筒状の容器３１と、エアホールを形成するための複数の細長い棒状のチューブ（以下、「棒状チューブ」と呼ぶ）３２と、エアホールの配列を決めるための上部及び下部ピンホルダー３３，３４と、上部ピンホルダー３３を容器３１に固定させるための固定ボルト３５と、下部キャップ３６と、ゾル注入口３７と、を含んで構成される。棒状チューブ３２は、弾性を有する物質、例えばポリマー(polymer)材質で形成されたチューブであって、流動性物質を注入するための注入口３８が設けられている。そして、棒状チューブ３２は、この注入口３８を通じて流入される流動性物質によって調節される内部圧力に応じて、膨脹或いは収縮する特性を有する。棒状チューブ３２の配置としては、製造されるホーリー光ファイバの光伝送特性の要求に応じて、例えばフォトニック格子構造による配置、或いは、不規則な配置とすること、等、種々の形態が考えられる。この棒状チューブ３２は、後述するゲル化過程３００でエアホールを形成するために、流動体を入れて膨張させて用いられるが、膨張させる時期についてはゲル化過程３００の前であっても良く、例えば予め膨張させておいてから金型３０内に配置することとしても良い。
【００２０】
ゾルの形成過程２００は、石英ガラス製造用の出発物質として使用されるケイ素アルコキシド(Silicon Alkoxide)又はヒュームドシリカ(Fumed Silica)を、ゾル状態にする工程である。このゾルを形成する工程で、ケイ素アルコキシドを出発物質として使用する場合には、ケイ素アルコキシドにアルコール(alcohol)や水などの溶媒を添加して、ケイ素アルコキシドを加水分解することで実施される。一方、ヒュームドシリカを出発物質として使用する場合には、ゾル形成工程は、ヒュームドシリカに分散剤、可塑剤(plasticizer)などを添加し、さらに、脱イオン水(deionized water)に分散してゾルを形成した後に、所定時間で熟成させることによって、ゾルが形成される。
【００２１】
続くゲル化過程３００で、上記のゾルは、一定形態を有する金型、例えば、図３に示すような金型３０に注入される。その後、このゾルは、重合開始剤(polymerization initiator)３０１、触媒３０２などを添加することによりゲル化される。このとき、エアホール形成のために、複数の棒状チューブ３２は、流動性物質の注入口３８を通じてチューブ内部に流動性物質、例えば、空気或いは液状物質が流入されることにより、該チューブの内部圧力が増加して、膨脹状態が維持される。
【００２２】
離型過程４００では、ゲル化過程３００の完了の後に得られたゲルが、金型３０から取り出される。このとき、エアホール形成用の棒状チューブ３２は、ゲル内に残される。 
【００２３】
次のゲル乾燥過程５００では、金型３０から取り出したゲルを乾燥させて乾燥ゲルを形成する工程が遂行される。この乾燥ゲルは、例えば、恒温恒湿装置内で、温度２０〜５０℃、湿度ＲＨ(Relative Humidity)７０〜９５％の範囲で１週間乾燥させることによって形成される。ここで、棒状チューブ３２は、その内部の圧力が調節されることにより、乾燥工程の間にゲルが収縮される場合にも、ゲルに損傷を与えること無くゲル内に維持することが可能となる。エアホール形成用の棒状チューブ３２は、ゲルの乾燥が完了した時点で除去され、或いは次の熱処理過程中に除去されることができる。棒状チューブ３２は、流動性物質の注入口３８を通じて該チューブの外部に流動性物質を排出させ、それにより棒状チューブ３２の内部圧力を減少させてチューブを収縮させた後に除去される。このように乾燥が完了すると、ゲルがある程度の強度を有するため、ゲルに衝撃を与えることなくチューブ３２を除去することが可能になる。また、棒状チューブ３２の外側表面には予め撥水剤や離型剤などをコーティングしておいても良く、これにより、チューブとゲルとの接着を防止することができる。
【００２４】
熱処理過程６００は、上記の乾燥ゲルを熱処理して、ゲル内に残っている水分や不純物を除去する工程である。この熱処理過程６００では、乾燥ゲルは、３００〜７００℃の範囲で熱処理されることによって、ゲル内に残っている水分と添加有機物が除去される。その後、乾燥ゲルは、３００〜１２００℃の範囲で再び熱処理されることにより、ゲル内に残留するＯＨグループが除去される。
【００２５】
最後の焼結過程７００は、上記熱処理後のゲルを焼結させてガラス化する工程である。この過程７００で、ゲルは、ヘリウムガス(helium gas)の供給下で、あるいは真空雰囲気下で１１００〜１６００℃の範囲で熱処理される。これによって、ホーリー光ファイバ用母材としての高純度のシリカガラスが供給される。
【００２６】
上述したように、本発明の詳細な説明では具体的な実施形態について説明したが、特許請求の範囲に記載されるような本発明の精神及び範囲を外れることなく、形式や細部等についての種々の変形が可能であることは勿論である。したがって、本発明の範囲は、上述した実施形態に限定されるべきではなく、特許請求の範囲の範囲及び該記載と均等なものによって定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】一般的なホーリー光ファイバ用母材の構造を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態によるホーリー光ファイバ用母材の製造過程を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態で使用される金型の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
３０  金型
３１  容器
３２  棒状チューブ
３３  上部ピンホルダー
３４  下部ピンホルダー
３５  固定ボルト
３６  下部キャップ
３７  ゾル注入口
３８  注入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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