(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア部とクラッド部とを有し、且つ、光ファイバの長手方向に連続した３個以上の空孔が、前記コア部の周囲を取り囲むように前記クラッド部に設けられている光ファイバであって、前記長手方向に不連続な複数の空泡を含む空泡域を、前記空孔内の全体、若しくは、前記空孔内の一部であって且つ前記コア部側となる前記空孔内の内側のみに有している光ファイバの製造方法であって、
コア部とクラッド部を有する光ファイバ母材に対し、当該光ファイバ母材の長手方向に連続した３個以上の空孔を、前記コア部の周囲を取り囲むように前記クラッド部に設け、
当該空孔内の全体、若しくは、前記空孔内の一部であって且つ前記コア部側となる前記空孔内の内側のみに発泡性ガラス材、若しくは多孔質ガラスを充填した後に、当該光ファイバ母材を線引きすることを特徴とする光ファイバ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバ製造方法に関し、光通信分野、特にアクセス系の光ケーブルや光コード区間など光ケーブルや光コードのコンパクトな収容が求められる場合や、光ファイバ接続区間など信号伝送中の光ファイバに作業者が触れることの多い区間などに使用する光ファイバの製造方法に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを曲げると、コア部を伝搬する信号光の一部が漏れて損失となる。この損失は曲げ損失と呼ばれる。一般家庭内に光ファイバを布設する場合、壁や机の角などでの急な光ファイバの曲がりにより、曲げ損失が発生する。また、光ケーブル接続点など多数の光ファイバが集約されている場所では、作業者が光ファイバに引っ掛かることなどにより誤って急に光ファイバを曲げることがあり、曲げ損失を急増させる。何れの場合も信号光が減衰して、良好な通信を行うことが出来ない。
【０００３】
この課題を解決する手段として、クラッド部への信号光の広がりを抑制する空孔付きの光ファイバ構造が用いられている。この構造の代表的な例を図８に示す（特許文献１）。図８において、１１はコア部、１２はコア部１１の周囲を取り囲むクラッド部、１３はクラッド部１２に設けられた空孔であり、本図では空孔１３の数が６個の場合を示している。空孔１３の数は３個以上あればよく、また空孔１３の断面形状は図示例のような円形に限らず任意である。クラッド部１２に設けた空孔１３の屈折率は１であり、コア部１１やクラッド部１２の屈折率に比べ数１０％以上小さい。
【０００４】
単一モード光ファイバの中で通信光は屈折率が均一のクラッド部に相当量広がり、当該通信光の広がりが曲げ損失の主な要因となる。しかし、図８の単一モード光ファイバ１０の構造では屈折率１の空孔１３により通信光が閉じ込められ、空孔（１３）の内接円Ａ（図８中に破線で示す仮想的な円）より外部への通信光の広がりが著しく抑制される。この結果、空孔１３を具備する光ファイバ１０は、曲げ損失を最も低減できる光ファイバ構造として知られている。
【０００５】
なお、上記のような空孔付きの光ファイバ構造が記載されている先行技術文献としては、例えば下記の特許文献１，２がある。また、後述する本発明の光ファイバ製造方法の実施形態で使用する発泡性水ガラスや多孔質ガラスは従来から知られており、これらが記載されている先行技術文献としては、例えば下記の非特許文献１，２がある。
【特許文献１】再公表特許Ｗ０２００４／０９２７９３号公報
【特許文献２】特開平２００２−９７０３４号公報
【非特許文献１】奥村  暢良、他４名、“発泡性水ガラスを利用した研削砥石の開発”、２００４年度精密工学会春季大会学術講演会公演論文集、［２００７年７月３０日検索］、インターネット＜URL：http://mbfc.iis.u-tokyo.ac.jp/B50.pdf＞
【非特許文献２】“多孔質ガラス”、［２００７年７月３０日検索］、＜URL：http://m-uo.com/research/porous.hyml＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の光ファイバ１０の構造では空孔１３に起因する課題がある。その一つが空孔１３への液体の進入である。
【０００７】
光ファイバ１０の一端が液体に接する場合、毛細管現象により液体が空孔１３内に進入する。特に光ファイバ１０の他端が開放状態である場合や、周囲の温度変化により空孔（１３）内の圧力が変化する場合などには、光ファイバ１０の一端から進入した液体は空孔１３に沿って光ファイバ１０の長手方向に連続的・断続的に進入する。実際に直径１０μｍの空孔１３を６個設けた２０ｍ長の光ファイバ１０を用意し、当該光ファイバ１０の一端を水に漬けたところ、数日後に光ファイバ１０の他端にまで水が到達した。このように空孔１３が光ファイバ１０の長手方向に連続していると、液体は当該空孔１３に沿って伝わる。
【０００８】
当該液体の屈折率がクラッド部１２の屈折率より高い場合、空孔１３内に進入した液体がコアの様に作用するため、当該進入部で透過光がコア部１１から液体の入った空孔１３に移るなどして減少し、大きな透過損失となる。一方、液体の屈折率がクラッド部１２の屈折率と同等か小さい場合でも、前述した通信光の広がりを抑制する効果が減少するため、曲げ損失の抑制効果も減り、曲げ損失が増加する。
【０００９】
以上述べた様に、光ファイバの長手方向に連続した空孔１３を有する光ファイバ１０は、当該空孔１３内に液体が進入することから、光ファイバ端で空孔を封止して液体が進入しないよう加工することが一般的であった。しかし、この封止には精密な加工が必要であり、屋外や一般住宅では実施困難であることから、従来の空孔付き光ファイバ１０は曲げ損失が小さいにも関わらず適用範囲が限られている。
【００１０】
従って、本発明は上記の事情に鑑み、空孔による曲げ損失の抑制と、空孔への液体の進入防止とを同時に実現できて、適用範囲の広い光ファイバの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決する本発明の光ファイバ製造方法は、コア部とクラッド部とを有し、且つ、光ファイバの長手方向に連続した３個以上の空孔が、前記コア部の周囲を取り囲むように前記クラッド部に設けられている光ファイバであって、前記長手方向に不連続な複数の空泡を含む空泡域を、前記空孔内の全体、若しくは、前記空孔内の一部であって且つ前記コア部側となる前記空孔内の内側のみに有している光ファイバの製造方法であって、
コア部とクラッド部を有する光ファイバ母材に対し、当該光ファイバ母材の長手方向に連続した３個以上の空孔を、前記コア部の周囲を取り囲むように前記クラッド部に設け、
当該空孔内の全体、若しくは、前記空孔内の一部であって且つ前記コア部側となる前記空孔内の内側のみに発泡性ガラス材、若しくは多孔質ガラスを充填した後に、当該光ファイバ母材を線引きすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光ファイバ製造方法によれば、コア部とクラッド部とを有し、且つ、光ファイバの長手方向に連続した３個以上の空孔が、前記コア部の周囲を取り囲むように前記クラッド部に設けられている光ファイバであって、前記長手方向に不連続な複数の空泡を含む空泡域を、前記空孔内の全体、若しくは、前記空孔内の一部であって且つ前記コア部側となる前記空孔内の内側のみに有している光ファイバの製造方法であって、
コア部とクラッド部を有する光ファイバ母材に対し、当該光ファイバ母材の長手方向に連続した３個以上の空孔を、前記コア部の周囲を取り囲むように前記クラッド部に設け、
当該空孔内の全体、若しくは、前記空孔内の一部であって且つ前記コア部側となる前記空孔内の内側のみに発泡性ガラス材、若しくは多孔質ガラスを充填した後に、当該光ファイバ母材を線引きすることを特徴としており、光ファイバ母材の空孔内に発泡性ガラス材を挿入する方法と多孔質ガラスを充填する方法の両方法とも、空孔内に発泡性ガラス材又は多孔質ガラスを充填後の光ファイバ母材を線引きすることで、光ファイバの長手方向に不連続な複数の空泡を含む空泡域を、前記空孔内の全体、若しくは、前記空孔内の一部であって且つ前記コア部側となる前記空孔内の内側のみに容易に設けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態例に係る光ファイバの断面構造（空孔内の全体に空泡域を有する構造）の一例を示す概念図である。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態例の光ファイバ２０は、コア部２１と、コア部２１よりも小さい均一な屈折率を有するクラッド部２２と、クラッド部２２に設けられた空孔２４と、これらの空孔２４内に設けられた空泡域２３とを有しており、前記コア部２１及びクラッド部２２により主たる光の導波構造が形成されている。
【００１８】
クラッド部２２はコア部２１の周囲を取り囲んでいる。空孔２４は光ファイバ２０の長手方向（図１の紙面と直交する方向）に連続しており、コア部２１の周囲を取り囲むようにしてクラッド部２２に６個（３個以上であればよい）設けられている。そして、空泡域２３は光ファイバ２０の長手方向に不連続な複数の空泡２５を有している。空孔２４内の全体に設けられている。即ち、光ファイバ２０の径方向において、空孔２４内の全体に空泡域２３が充填されている。光ファイバ２０の長手方向においては空孔２４内に空泡域２３が、連続的に設けられていてもよく、断続的に設けられていてもよい。
【００１９】
本実施の形態例の光ファイバ２０によれば、光ファイバ２０の長手方向に不連続な複数の空泡２５を含む空泡域２３を、空孔２４内の全体に有していることを特徴としているため、光ファイバ２０の端に液体が接した場合でも、当該液体は空泡２５に浸透するが、空泡２５が前記長手方向に不連続であることから、当該液体が伝わる長さは限定される。更に、空泡２５が小さい場合には、液体の浸透は殆ど発生しない。従って、本第１の実施形態により、空孔２４（空泡域２３）による曲げ損失の抑制と、液体の空孔２４への進入防止とを同時に実現できることから、空孔２４の封止に係る加工が不要となり、屋外や一般住宅での利用が容易になる。また、メカニカルスプライスなど液体状、或いはゲル状の物質を含む接続技術も、空孔２４を封止すること無く利用できる効果を有する。
【００２０】
なお、空泡域２３は空孔２４内の一部に設けられていればよく、空孔２４内の全体に設けられている必要は無い。但し、この場合、空泡域２３は図１に示す空孔２４の内接円Ｂ（図１中に破線で示す仮想的な円）の近傍（空孔２４内の内側）に設けられていることが望ましい。
【００２１】
図２は、本発明の他の実施の形態例に係る光ファイバの断面構造（空孔内の一部に空泡域を有する構造）の一例を示す概念図である。
【００２２】
図２に示すように、本実施の形態例の光ファイバ３０は、コア部３１と、コア部３１よりも小さい均一な屈折率を有するクラッド部３２と、クラッド部３２に設けられた空孔３６と、これらの空孔３６内に設けられた空泡域３３とを有しており、前記コア部３１及びクラッド部３２により主たる光の導波構造が形成されている。
【００２３】
クラッド部３２はコア部３１の周囲を取り囲んでいる。空孔３６は光ファイバ３０の長手方向（図２の紙面と直交する方向）に連続しており、コア部３１の周囲を取り囲むようにしてクラッド部３２に６個（３個以上であればよい）設けられている。そして、空泡域３３は光ファイバ３０の長手方向に不連続な複数の空泡３５を有しており、空孔３６内の一部であって且つコア部３１側である空孔３６内の内側のみに設けられている。即ち、光ファイバ３０の径方向において、空孔３６内の一部であって且つコア部３１側である空孔３６内の内側のみに空泡域３３が充填されている。また、空泡域３３は図２に示す空孔３６の内接円Ｃ（図２中に破線で示す仮想的な円）の近傍（空孔３６内の内側）に設けられており、空孔３６内の外側には空泡域３３が未充填の領域（未充填域）３４が存在している。なお、光ファイバ２０の長手方向においては空孔３６内に空泡域３３が、連続的に設けられていてもよく、断続的に設けられていてもよい。
【００２４】
本実施の形態例の光ファイバ３０の様に、空孔３６の内側（内接円Ｃの近傍）に空泡域３３がある場合には、空孔３６内の外側や中央部に未充填域３４があって、この未充填域３４の内部に液体が侵入しても、その屈折率が通信光の広がりに影響することは殆ど無く、透過損失／曲げ損失の変化は無い。
【００２５】
そして、本実施の形態例の光ファイバ３０によれば、光ファイバ３０の長手方向に不連続な複数の空泡３５を含む空泡域３３を、空孔３６内の一部であって且つコア部３１側である空孔３６内の内側のみに有していることを特徴としているため、光ファイバ３０の端に液体が接した場合でも、当該液体は空泡３５に浸透するが、空泡３５が前記長手方向に不連続であることから、当該液体が伝わる長さは限定される。更に、空泡３５が小さい場合には、液体の浸透は殆ど発生しない。従って、本第２の実施形態により、空孔３６（空泡域３３）による曲げ損失の抑制と、液体の空孔３６への進入防止とを同時に実現できることから、空孔３６の封止に係る加工が不要となり、屋外や一般住宅での利用が容易になる。また、メカニカルスプライスなど液体状、或いはゲル状の物質を含む接続技術も、空孔３６を封止すること無く利用できる効果を有する。
【００２７】
次に、本発明の実施の形態例に係る空孔内の一部であって且つコア部側である空孔内の内側のみ、若しくは空孔内の全体に空泡域を設ける二つの光ファイバ製造方法を説明する。
【００２８】
第１の光ファイバ製造方法及び第２の光ファイバ製造方法の何れも、まず、光ファイバを線引きする前の母材（光ファイバ母材）を準備し、この光ファイバ母材に対し、コア部を取り囲むクラッド部にドリルなどの機械加工などにより空孔を設ける。
【００２９】
そして、第１の光ファイバ製造方法は、当該光ファイバ母材の空孔内に発泡性ガラス材を充填するものである。発泡性ガラス材としては、発泡性水ガラス（非特許文献１）や、石灰とガラス粉末を混ぜたものなどを用いる。更には、発泡性ガラス材として、疎水性セラミクスや疎油性セラミクスなどの疎水性の物質や疎油性の物質を用いてもよい。疎水性や疎油性の物質を空孔内に充填した場合には、水走り（水の進入）やオイル走り（オイルの進入）をよりよく防止することができる。
【００３０】
発泡性ガラス材は加熱などによって発泡するものでも、はじめから発泡しているものでもよい。また、発泡性ガラス材は、粉状のもの、粒状のもの、粉状又は粒状の材料を圧縮などで固めた固体状のもの、粉状又は粒状の材料を溶媒に混ぜたジェル状のものなど、空孔に充填できる適宜の状態のものを用いることができる。また発泡性ガラス材の別の例として、ＶＡＤ法で製造されるスート（多孔質母材）も用いることができる。
【００３１】
発泡性ガラス材を前記光ファイバ母材の空孔に充填した後に、当該光ファイバ母材を線引き（溶融延伸）するにより、光ファイバの長手方向に長円の空泡が形成される。
【００３２】
第２の光ファイバ製造方法は、前記光ファイバ母材の空孔に多孔質ガラス（非特許文献２)を充填するものであり、例えば直径１μｍ以下の孔（空泡）を複数内部に含む多孔質ガラスを前記光ファイバ母材の空孔に充填する。
【００３３】
多孔質ガラスを前記光ファイバ母材の空孔に充填した後に、当該光ファイバ母材を線引き（溶融延伸）することにより、光ファイバの長手方向に長円の空泡が形成される。
【００３４】
これらの第１及び第２の光ファイバ製造方法によれば、光ファイバ母材に、当該光ファイバ母材の長手方向に連続した３個以上の空孔を設け、当該空孔内の全体、若しくは前記空孔内の一部であって且つコア側である前記空孔内の内側のみに発泡性ガラス材、若しくは多孔質ガラスを充填した後に、当該光ファイバ母材を線引きすることを特徴としており、光ファイバ母材の空孔内に発泡性ガラス材を挿入する方法と多孔質ガラスを挿入する方法の両方法とも、空孔内に発泡性ガラス材又は多孔質ガラスを充填後の光ファイバ母材を線引きすることで、光ファイバの長手方向に不連続な複数の空泡を含む空泡域を、前記空孔内の全体、若しくは前記空孔内の一部であって且つコア側である前記空孔内の内側のみに容易に設けることができる。
【００３５】
（実施例）
次に本発明の実施例について説明する。本実施例では、図３〜図７に基づき、図１に示す光ファイバと同様の断面構造を有する光ファイバについて説明する。図３において、図１と同様の部分には同一の符号を付している。
【００３６】
図３は、本発明の実施例で用いる光ファイバの構造パラメータを示す図面である。図３において、２１及び２３は、それぞれコア部及び空泡域を表す。以下の実施例では、コア部２１の直径、コア部２１の中心から空泡域２３までの距離、並びに空泡域２３の直径を、それぞれ２ａ1、ａ2、並びに２ａ3として定義する。また、以下の実施例では、コア部２１がクラッド部２２に対し０．３５％の比屈折率差を有するステップ型の屈折率分布を有するものとし、クラッド部２２、及び空泡域２３のガラス材の屈折率は純石英ガラスの屈折率とした。また、コア部２１の直径２ａ1は９μｍとした。
【００３７】
図４は、従来の材料添加に基づくコア部及びクラッド部のみを有する光ファイバ、即ち本発明の空泡域の空泡が存在しない光ファイバにおける規格化電界強度とコア部の半径により規格化した規格化半径の関係を示す図である。図４の特性は波長１５５０ｎｍにおける電界分布を示す。図４より、例えば、規格化半径が１．５の地点では、規格化電界強度は２０％以下に減衰することがわかる。即ち、コア部２１の中心から空泡域２３までの距離ａ2をコア部２１の半径ａ1の１．５倍とした場合、コア部２１の中心から空泡域２３までの距離ａ2、即ち、空泡域２３の内接円Ｂの円周上では約２０％の規格化電界強度が存在することとなる。
【００３８】
図５は、コア部２１の半径に対するコア部２１の中心から空泡域２３までの距離の比ａ2／ａ1に対する波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド直径の関係を示す図である。図５より、コア部２１の半径に対するコア部２１の中心から空泡域２３までの距離の比ａ2／ａ1が２以下の領域では、モードフィールド直径が急激に減少することがわかる。これは、空泡域２３により電界分布のコア部の中心から空泡域２３までのクラッド部２２への閉じ込めが向上されることによるものである。また、図４より規格化半径が２の領域における従来の光ファイバにおける規格化電界強度は約８％となる。従って、本発明の光ファイバにおいて、コア部２１の中心から空泡域２３までの距離ａ2を、コア部２１の中心から空泡域２３までの領域で形成される電界分布の強度が８％以下となる領域に設定することにより、従来の光ファイバと同等のモードフィールド直径特性を保持することが可能となる。また逆にコア部２１の中心から空泡域２３までの距離ａ2を、コア部２１の中心から空泡域２３までの領域で形成される電界分布の強度が８％以上となる領域に設定することにより、電界分布のコア部２１近傍への閉じ込めを向上することも可能となる。
【００３９】
図６は、コア部２１の半径に対するコア部２１の中心から空泡域２３までの距離の比ａ2／ａ1に対する波長１５５０ｎｍにおける波長分散の関係を示す図である。図６より、コア部２１の半径に対するコア部２１の中心から空泡域２３までの距離の比ａ2／ａ1が２．５以下の領域では波長分散が急激に増加することが分かる。これは、空泡域２３による電界分布のコア部２１の中心から空泡域２３までのクラッド部２２への閉じ込めが発生し、導波路分散特性が影響を受けることによるものである。また、図４より規格化半径が２．５の領域における従来の光ファイバにおける規格化電界強度は約３％となる。従って、本発明の光ファイバにおいて、コア部２１の中心から空泡域２３までの距離ａ2を、コア部２１の中心から空泡域２３までの領域で形成される電界分布の強度が３％以下となる領域に設定することにより、従来の光ファイバと同等の波長分散特性を保持することが可能となる。また逆に、コア部２１の中心から空泡域２３までの距離ａ2を、コア部２１の中心から空泡域２３までの領域で形成される電界分布の強度が３％以上となる領域に設定することにより、波長分散特性を可変することも可能となる。特に、波長１５５０ｎｍにおける３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上の波長分散特性は、従来の光ファイバでは屈折率変化の可変量に対する制約により実現不可能な特性であり、本発明の光ファイバにおける作用効果の一つとして考えられる。
【００４０】
図７は、コア部２１の半径に対する空泡域２３の半径の比ａ3／ａ1に対する波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失の関係を示す図である。図７において、縦軸は半径５ｍｍの曲げを１０ターン加えた場合の損失増加量を示す。図７中の実線は、空泡域２３における空泡２５の割合Ｐがそれぞれ２０％、４０％、６０％における曲げ損失特性を表す。ここで、空泡２５の直径は、空泡域２３の直径に対して非常に小さく、且つ空泡域２３にランダムに配置されるものと仮定した。図７において、いずれの空泡域２３における空泡２５の割合Ｐにおいても、曲げ損失はコア部２１の半径に対する空泡域２３の半径の比ａ3／ａ1、即ち、空泡域２３の半径の増加に伴い低減されることがわかる。また、空泡域２３における空泡２５の割合Ｐが増大するほど、良好な曲げ損失特性を得られることがわかる。これは、本発明の光ファイバにおいて、空泡域２３が拡大、及び空泡量が増加することにより、クラッド部２２の実効的な屈折率が低減し、電界分布のコア部２１の中心から空泡域２３までのクラッド部２２への閉じ込めが向上されることによるもので、その作用効果は空泡２５及び空泡域２３の形状や個数に依存しない。また、当該作用効果は光ファイバ長手方向、若しくは断面内における局所的な空泡２５、及び空泡域２３の不均一性にも依存しない。図７より、空泡域２３の空泡２５の割合Ｐが４０％の場合、コア部２１の半径に対する空泡域２３の半径の比ａ3／ａ1を１．５以上とすることにより、従来の光ファイバに比べて曲げ損失を１０分の１に改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態例に係る光ファイバの断面構造（空孔内の全体に空泡域を有する構造）の一例を示す概念図である。
【図２】本発明の他の実施の形態例に係る光ファイバの断面構造（空孔内の一部に空泡域を有する構造）の一例を示す概念図である。
【図３】本発明の実施例で用いる光ファイバの構造パラメータを示す図面である。
【図４】規格化電界強度とコア部の半径に対する規格化半径の関係を示す図である。
【図５】コア部の半径に対するコア部の中心から空泡域までの距離の比ａ2／ａ1に対する波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド直径の関係を示す図である。
【図６】コア部の半径に対するコア部の中心から空泡域までの距離の比ａ2／ａ1に対する波長１５５０ｎｍにおける波長分散の関係を示す図である。
【図７】コア部の半径に対する空泡域の半径の比ａ3／ａ1に対する波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失の関係を示す図である。
【図８】従来技術に係る空孔を有する光ファイバの断面構造を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  光ファイバ
１１  コア部
１２  クラッド部
１３  空孔
２０  光ファイバ
２１  コア部
２２  クラッド部
２３  空泡域
２４  空孔
２５  空泡
３０  光ファイバ
３１  コア部
３２  クラッド部
３３  空泡域
３４  未充填域
３５  空泡
３６  空孔
【図１】
0004567716.tif 000002
【図２】
0004567716.tif 000003
【図３】
0004567716.tif 000004
【図４】
0004567716.tif 000005
【図５】
0004567716.tif 000006
【図６】
0004567716.tif 000007
【図７】
0004567716.tif 000008
【図８】
0004567716.tif 000009