(57)【要約】本発明は、ホーリー光ファイバ用プリフォーム（１）の生産方法を提供する。本方法は、光学的に適した材料（２０）から、エア・ホールのような１つ以上の個別光学素子（３０）が内部に形成されるように、熱力学的にプリフォームを形成するステップを含む。各素子（３０）の屈折率は、光学的に適した材料（２０）の屈折率とは異なる。熱力学的形成は、押出又は射出成形によって行うことが好ましい。好適な実施形態では、一元体は流動性である。本方法は、ポリマー・ホーリー光ファイバ又は無機ガラス・ホーリー光ファイバ用プリフォームの生産に適している。
2004527007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホーリー光ファイバ用プリフォームの生産方法であって、前記ファイバが１つ以上の光透過性領域を有し、前記方法は、
１つ以上の個別光学素子が内部に形成されるように、光学的に適した材料の一元体から前記プリフォームを熱力学的に形成し、各素子の屈折率が、前記光学的に適した材料の屈折率と異なることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記方法は、ポリマー・ホーリー光ファイバ用プリフォームを生産する方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法において、前記方法は、無機ガラス・ホーリー光ファイバ用プリフォームを生産する方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の方法において、前記一元体が流動性である方法。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法において、前記方法は、更に、前記材料を加熱して、前記流動性一元体を得るステップを含む方法。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項記載の方法において、前記光学的に適した材料の一元体を得るには、粒子形状の前記材料を用意し、該材料を溶融させて前記流動性一元体を得る方法。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項記載の方法において、前記プリフォームを押出によって形成する方法。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか１項記載の方法において、前記プリフォームを射出成形によって形成する方法。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項記載の方法において、前記光学的に適した材料は、ポリマー材を含む方法。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか１項記載の方法において、前記光学的に適した材料は、ポリマー及びモノマー材を互いに混合した混合物であり、前記プリフォームの形成中、熱力学的にこれらが単一の材料として作用する方法。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法において、前記光学的に適した材料は、モノマー材を含み、前記方法は、更に、前記材料を重合するステップを含む方法。
【請求項１２】
請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法において、個別光学素子の規則的な格子を有する前記プリフォームを生産する方法。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の少なくとも一部はエア・ホールである方法。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の少なくとも一部を減圧し、流体又はその他の光学的材料で充填する方法。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の少なくとも一部は半導体材料を含む方法。
【請求項１６】
請求項１から１５までのいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の少なくとも一部は伝導性材料を含む方法。
【請求項１７】
ポリマー・ホーリー光ファイバの生産方法であって、請求項１から１６までのいずれか１項にしたがってプリフォームを生産し、該プリフォームを線引きしてファイバを形成するステップから成る方法。
【請求項１８】
請求項１から１７までのいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の相対的断面位置は、前記プリフォーム又はファイバの長さに沿って、一定である方法。
【請求項１９】
請求項１から１７のいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の相対的断面位置は、前記プリフォーム又はファイバの長さに沿って変化する方法。
【請求項２０】
請求項１から１９までのいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の少なくとも一部は、互いに離間したアレイ状で、前記プリフォーム又はファイバの軸に対して平行に延びる方法。
【請求項２１】
請求項１から２０までのいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の少なくとも一部は、前記プリフォーム又はファイバの長さに沿って螺旋状に延びる方法。
【請求項２２】
請求項１から２１までのいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の少なくとも一部は、前記プリフォーム又はファイバの長さに沿って、種々の地点において交差する方法。
【請求項２３】
請求項１から２２までのいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の少なくとも一部の断面サイズ及び形状は、前記プリフォーム又はファイバの長さに沿って一定である方法。
【請求項２４】
請求項１から２３までのいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の少なくとも一部の断面サイズ及び形状は、前記プリフォーム又はファイバの長さに沿って変化する方法。
【請求項２５】
請求項１７から２４のいずれか１項記載の方法において、線引きの間、前記ファイバを前記プリフォームに対して回転させる方法。
【請求項２６】
請求項１７記載の方法において、前記プリフォームの生産及び該プリフォームの線引きによるファイバの形成を連続的に行う方法。
【請求項２７】
ホーリー光ファイバの生産方法であって、光学的に適した材料の一元体を熱力学的に変成させ、１つ以上の個別光学素子を内部に含む１つ以上の光透過性領域を有する光ファイバを形成するステップから成り、各光学素子の屈折率が、前記光学的に適した材料の屈折率とは異なる方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の方法において、前記方法はポリマー・ホーリー光ファイバを生産する方法。
【請求項２９】
請求項２７記載の方法において、前記方法は無機ガラス・ホーリー光ファイバを生産する方法。
【請求項３０】
請求項２７から２９のいずれか１項記載の方法において、前記一元体が流動性である方法。
【請求項３１】
請求項２７から３０のいずれか１項記載の方法において、前記方法は、更に、前記材料を加熱して前記流動性一元体を得るステップを含む方法。
【請求項３２】
請求項２７から３１のいずれか１項記載の方法において、前記光学的に適した一元体を得るには、粒子形状の前記材料を用意し、該材料を溶融させて前記流動性一元体を得る方法。
【請求項３３】
請求項２７から３２のいずれか１項記載の方法において、前記プリフォームを押出によって形成する方法。
【請求項３４】
請求項２７から３３のいずれか１項記載の方法において、前記光学的に適した材料は、ポリマー材を含む方法。
【請求項３５】
請求項２７から３３のいずれか１項記載の方法において、前記光学的に適した材料は、ポリマー及びモノマー材を互いに混合した混合物であり、前記プリフォームの形成中、熱力学的にこれらが単一の材料として作用する方法。
【請求項３６】
請求項２７から３５のいずれか１項記載の方法において、前記光学的に適した材料は、モノマー材を含み、前記方法は、更に、前記材料を重合するステップを含む方法。
【請求項３７】
請求項２７から３６のいずれか１項記載の方法において、個別光学素子の規則的な格子を有する前記プリフォームを生産する方法。
【請求項３８】
請求項２７から３７のいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の少なくとも一部はエア・ホールである方法。
【請求項３９】
請求項２７から３８のいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の少なくとも一部を減圧し、流体又はその他の光学的材料で充填する方法。
【請求項４０】
請求項２７から３９のいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の少なくとも一部は半導体材料又はその他の伝導性材料を含む方法。
【請求項４１】
請求項２７から４０のいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の少なくとも一部は伝導性材料を含む方法。
【請求項４２】
請求項２７から４１のいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の相対的断面位置は、前記プリフォーム又はファイバの長さに沿って、一定である方法。
【請求項４３】
請求項２７から４１のいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の相対的断面位置は、前記プリフォーム又はファイバの長さに沿って変化する方法。
【請求項４４】
請求項２７から４３のいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の少なくとも一部は、互いに離間したアレイ状で、前記プリフォーム又はファイバの軸に対して平行に延びる方法。
【請求項４５】
請求項２７から４４のいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の少なくとも一部は、前記プリフォーム又はファイバの長さに沿って螺旋状に延びる方法。
【請求項４６】
請求項２７から４５のいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の少なくとも一部は、前記プリフォーム又はファイバの長さに沿って、種々の地点において交差する方法。
【請求項４７】
請求項２７から４６のいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の少なくとも一部の断面サイズ及び形状は、前記プリフォーム又はファイバの長さに沿って一定である方法。
【請求項４８】
請求項２７から４７のいずれか１項記載の方法において、前記個別光学素子の少なくとも一部の断面サイズ及び形状は、前記プリフォーム又はファイバの長さに沿って変化する方法。
【請求項４９】
請求項１から１６又は１８から２４のいずれか１項にしたがって生産したプリフォーム。
【請求項５０】
請求項１７から４８のいずれか１項にしたがって生産したホーリー光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの生産に関するが、特に、クリスタル光ファイバにのみ関する訳ではない。
【背景技術】
【０００２】
本明細書全体における従来技術の記載は、かかる従来技術が当技術分野において広く知られているか、又は共通の一般知識の一部をなすということを認めるものではない。
１９９０年後期に、英国バス大学のフィリップ・ラッセル（Ｐｈｉｌｉｐ  Ｒｕｓｓｅｌｌ）及び彼の協同研究者が、微小構造化シリカと、その長さに沿って延びる一連の数百ものエア・ホールとから成る光ファイバを開発した。
【０００３】
これらのファイバは、ホーリー・ファイバ（ｈｏｌｅｙ  ｆｉｂｅｒ）と呼ばれたこともあり、更に後になって、エア・ホールの複雑な格子微小構造のために、クリスタル・ファイバと呼ばれた。「コア」や「クラッディング」は、従来の徐々に変化する屈折率の光ファイバに言及するときに用いられるが、技術的に、かかるホーリー・ファイバ、即ち、クリスタル・ファイバは、これらの用語を含んでいない。しかしながら、当技術分野では、「クラッディング」という用語は、エア・ホールの微小構造、即ち、格子を意味するために用いられることもあり、「コア」はこの微小格子における欠陥又は不規則性のことを言い、即ち、ファイバが光を透過させるエア・ホールがないことを意味する。第１世代のファイバは、連続する単純なエア・ホールの三角配置を用い、１つのエア・ホールの欠落が欠陥を形成し、これを通って光が透過する。今日では更に複雑な構造が開発されている。
【０００４】
元来、ラッセル及び彼のチームは、光子バンド・ギャップ効果を利用するためにファイバを開発した。しかしながら、コア領域又は欠陥の屈折率が、周囲のエア・ホール又はクラッディング微小構造の有効屈折率に比較して高いために、単純な屈折率誘導によって、ファイバも動作することがすぐにわかった。
【０００５】
屈折率誘導によるクリスタル・ファイバの挙動は周知であるが、光子バンド・ギャップ効果によるその伝送のための使用はさほど知られていない。特に、エア・ホールのサイズ、形状及び配置を厳格に制御して、何よりも光子バンド・ギャップによる伝送の実現及び改善を図らなければならない。
【０００６】
従来のクリスタル・ファイバを製造するには、一般に、シリカ（ガラス）ロッド及びチューブのアレイを束ね、プリフォーム（ｐｒｅｆｏｒｍ）を形成する。次いで、従来の塔機構を用いて、このプリフォームを線引きしてファイバとする。積み重ね及び線引き過程では、規則的なエア・ホール配列を有するクリスタル・ファイバは得られない。これらは、大きく変化する可能性があり、三角形又は六角形配列、ハニカム型配列等を含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、これらのクリスタル・ファイバの許容範囲は非常に狭い。多くの場合、最も近い２つのエア・ホール間の中心間の間隔は、数ミクロン未満である。したがって、製品の均質性を高めつつ、ファイバ配列が一層大きく変化しても、これにも対応するように生産方法の改良ができれば有用であろう。
【０００８】
本発明の目的は、従来技術の欠点のうち少なくとも１つを克服又は改善し、有用な代替品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の態様では、本発明は、ホーリー光ファイバ用プリフォームの生産方法を提供する。前記ファイバは、１つ以上の光透過性領域を有し、前記方法は、１つ以上の個別光学素子が内部に形成されるように、光学的に適した材料の一元体から前記プリフォームを熱力学的に形成し、各素子の屈折率が、光学的に適した材料の屈折率とは異なるステップから成る。
【００１０】
第２の態様では、ホーリー光ファイバの生産方法を提供し、光学的に適した材料の一元体を熱力学的に変成させ、１つ以上の個別光学素子を内部に含む１つ以上の光透過性領域を有する光ファイバを形成するステップから成る。各光学素子の屈折率は、光学的に適した材料の屈折率と異なる。
【００１１】
本発明は、特にポリマー・ホーリー・ファイバの生産に適しているが、無機ガラス・ファイバのようなその他の材料でも、この技法を用いることによって構成することができる。一元体は、種々の材料、例えば、いわゆる「ソフト・ガラス」のような無機ガラスやモノ／ポリ／オリゴマー材料から形成することができる。
【００１２】
特に必要であることが文脈において明白でない限り、説明及び特許請求の範囲において、「備える」、「備えている」等の用語は、排他的又は網羅的な意味ではなく、包括的な意味で、即ち、「含むが限定されない」という意味で解釈すべきである。
【００１３】
先に論じたように、クリスタル又はホーリー・ファイバでは、クラッディング領域が、個別光学素子、例えば、エア・ホールの規則的格子又は微小構造によって形成される。コア領域は、通常かかる微小構造によって包囲されている。コアのことを、微小構造において光が通過できる欠陥又は不規則性、即ち、エア・ホールの欠落と呼ぶこともある。
【００１４】
好適な実施形態では、一元体は液体である。例えば、殆どのモノ／ポリ／オリゴマー材料及び無機ガラスは、粒子形状で提供される。したがって、光学的に適した材料の一元体は、粒子形状の前記材料を用意し、この材料を溶融して流動性一元体を得ることによって、得ることができる。熱力学的形成は、押出又は射出成形によって行うことが好ましい。提案する方法は、プリフォーム及びこれらのプリフォームから線引きされる結果得られる光ファイバ双方の構成に高い柔軟性を与える。
【００１５】
一実施形態では、個別素子の屈折率は、周囲のプリフォーム又はファイバ材料の屈折率よりも小さい。
前述の技法及びその好適な実施形態では、従来技術に対して、多数の重要な利点が得られる。これらは、従来の技法、例えば、多数のコア構造を用いて生産するには現在では困難又は高価となる、種々の形状及びサイズの個別素子、例えば、エア・ホールを有するホーリー・ファイバ・プリフォーム、及び複雑な形状のファイバを生産できること、現在用いられているものよりも広範囲の光学的に適した材料からホーリー・ファイバの生産を可能にしたこと、ホーリー光ファイバ及びプリフォームを生産する機構の効率を向上させたこと、ならびにかかる生産物を連続的に生産できることを含む。
【００１６】
屈折率が徐々に変化するファイバ、即ち、実際には段階的屈折率光ファイバを生産する押出型システムは以前から提案されている。しかしながら、徐々に変化する屈折率のファイバは、生産が難しい。殆どの場合、非常に複雑な同時押出技法が必要となり、これによって、各々が異なる屈折率を有する多数の層を生産物全体に形成する。
【００１７】
プロセスによっては、更に一層複雑な生産技法を用いる場合もあり、押出ダイの前又は後にある種の材料の追加又は除去によって屈折率を変化させたり、ファイバを処理しなければならない。ポリマー・ファイバの技法では、ポリマー／モノマー材料の物理的な移動又は回転によって、選択的に混合し、得られた混合物をファイバ内の正しい位置に堆積しなければならない。
【００１８】
殆どの場合共通しているのは、特に、押出又は射出成形プロセスの間に材料の拡散の虞れがあるため、これらの技法は構成及び制御が過度に複雑であることである。
シリカ又はガラス系ホーリー・ファイバのプリフォームを生産するための押出技法が提案されている。しかしながら、当業者には明らかなように、ホーリー・ファイバに通常用いられるガラスの融点は、５００℃を遥かに超える。このため、多大な追加コスト、及び押出を行おうとする際の取り扱いの問題が生ずる。この問題に取り組むために、軟性の高いガラス又はポリマー材料を用いることが可能である。
【００１９】
典型的なガラス系ファイバは、押出の後焼結工程が必要であり、このため一層複雑になる。
典型的なファイバ・ガラスの押出では、ガラスの屈折率及び熱力学的特性は、押出プロセスの間中不変であるか、又は少なくとも均一であることが不可欠である。一方、本発明では、必ずしもそういう訳ではない。実際、本発明の柔軟性によって、操作者は、熱力学的形成、例えば、押出又は射出成形に適した材料を選択することができ、必要であれば、更に別の処理を適用して、光透過性の観点から最も相応しい材料に到達することができる。例えば、操作者は、モノマー材料を押し出し、適切な技法、例えば、光硬化によって材料を硬化させ、オプションとして、得られた硬化材をアニールし、これを線引きしてファイバにすることが最も適していると判断する場合もある。
【００２０】
プリフォーム又はファイバ内に含まれる個別素子は、必要に応じて、どのようなサイズ、形状、又は方位でも可能である。従来のホーリー光ファイバと同様に、個別素子を設けるには、ファイバの長さに沿って延びるエア・ホールを形成することもできる。あるいは、個別素子を減圧し、気体又は液体を充填することができ、場合によっては、半導体材料又は伝導性材料で構成することもできる。更に別の実施形態では、個別素子は、モノマー、ポリマー、又は周囲の材料の屈折率とは異なる屈折率を有するその他の光学的材料、例えば、ガラス又はシリカ含有材料によって構成することもできる。
【００２１】
前述の方法は、屈折率誘導又は光子バンド・ギャップ効果によって光／データを伝送するのに適したホーリー光ファイバを生産するのに適している。
別の態様では、本発明は、前述のようなプリフォームを生産し、このプリフォームを線引きしてファイバを形成する、光ファイバの生産方法を提供する。
【００２２】
更に別の態様では、本発明は、前述の１つ以上の方法によって生産したプリフォーム又はホーリー・ファイバ又は導波路を提供する。
加えて、本発明の方法は、プリフォームやファイバを形成するだけでなく、光ファイバ・コアの外面上に保護材料を形成することによって、完全なホーリー・ファイバ又は導波路を形成するためにも用いることができる。プリフォームを押し出すには、ファイバの保護コーティングとして作用する、外部ポリマー・コーティングを用いることができる。大抵の場合、保護コーティングは、ファイバをプリフォームから線引きしている間に、コーティングを構成する材料を収容する漕に、線引きするファイバを浸漬するプロセスによって、被覆し、続いてこれらの分子のＵＶ硬化又は熱硬化（重合）によって保護ポリマーを形成する。保護ポリマーをプリフォームに追加することによって、この余分なプロセス工程を不要とし、ファイバ製造プロセスにおける制約要因も取り除きつつ、生産プロセスを簡略化する。
【００２３】
一元体の熱力学的変化によるかかるホーリー・ファイバ又はクリスタル・ファイバの生産が可能なのは、単一の高分子相を用いて、例えば、ポリマー光ファイバを生産するプロセスが開発されたからである。しかしながら、本発明の技法では、屈折率を変化させるのに、ドーパントや複雑な多重ポリマー同時押出技法によらず、個別光学素子、例えば、エア・ホールの使用によって行っており、したがって、ポリマー、ソフト・ガラス等のような単一相光学材料を用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明を一層明確に理解できるようにするために、これより以下の実施形態及び図面を参照しながら、本発明について説明するが、これは一例に過ぎない。
押出成形、射出成形又は同様の熱力学技法によって、無限数のコア領域及びクラッディング領域の配列を、プリフォーム内に、そして結果的にホーリー・ファイバ内に生成することができる。例えば、個別の素子がエア・ホールである場合、これらは、単なる光ファイバ材料の欠如によって設けることができ、あるいはブランク（ｂｌａｎｋ）を用いることによって設けることができる。ブランクは、後に得られたクリスタル・ファイバから除去することができる。
【００２５】
モノマー又はポリマー・フォームにおけるプラスチックの熱力学的形成は、成熟した技術であり、押出ダイや射出成形装置のように、多種多様の技法及び装置があり、当業者であれば、これらを用いて前述のプリフォームやファイバを用意することができる。これらの技術は、ソフト・ガラスにも適用することもできる。
【００２６】
例えば、押出成形では、光学的に適した材料のプリフォームに、これを貫通する一連のエア・ホールを設けるようにダイを構成することができる。ダイ内部に、剛性又は流動性いずれかの内腔を配置すると、前述のエア・ホールを製作することができる。特に好適な実施形態では、かかる内腔は可変として、エア・ホールの位置を変更することによって、得られるファイバの特性を変化させる。
【００２７】
加えて、従来技術とは異なり、個別素子、例えば、エア・ホールのサイズ、形状及び方位も変化させることができる。従来の技法では、エア・ホールは通常円形でなければならなかった。本発明の技法では、あらゆる形状のエア・ホールが可能であり、更にコア又はクラッディング構造内のどこにでもエア・ホールを配置することができる。
【００２８】
勿論、ファイバ内部の個別光学素子がエア・ホールでなく、例えば、別の光学的に適した材料で充填されている場合、押出ダイは、かかる素子のためにいくつかの射出点を有するように構成することもできる。
【００２９】
更にまた、本発明の技法では、個別素子の断面形状及びサイズを一定に維持したり、あるいは光ファイバの長さに沿って変化させることも可能である。従来技術では、エア・ホールの断面は一定である。これにはいくつかの利点もあるが、クリスタル・ファイバの長さに沿ってエア・ホールの断面を変化させることには理由があると考えられる。例えば、エア・ホールは、その長さに沿って１回又は数回漸減又は漸拡するとよい場合がある。
【００３０】
同様に、個別光学素子の相対的断面位置も、一定に維持するか、あるいはファイバの長さに沿って変化させることができる。従来のホーリー・ファイバでは、エア・ホールは、ファイバの軸に対して実質的に平行に延びている。本発明の技法では、かかる制約は存在しない。例えば、光ファイバの軸に対して平行でないエア・ホールを有するホーリー・ファイバ又はプリフォームを押し出すことも、本発明方法の範囲に該当する。エア・ホール同士が交差したり、軸周囲に螺旋状になる用途も考えられる。即ち、光ファイバが屈曲すると、エア・ホールの一方側が圧縮され、一方側が伸張するので、光ファイバ軸の長さに沿って延びるエア・ホールを有する従来のホーリー・ファイバには、困難が伴う可能性がある。個別光学素子のサイズ及び形状は、応力によって屈折率に誘発する変化に対抗するように構成することができる。エア・ホールのサイズ及び数を変化させることによって、又はファイバの長さに沿って螺旋状即ち弦巻状のエア・ホールを形成することによって、応力分布を低減することができる。
【００３１】
尚、個別光学素子がファイバの長さ全域に及ぶ必要はないことも認められてしかるべきである。個別素子が、コア又はクラッディング領域内に埋め込まれたポケット又は有限長素子として設けられる用途も考えられる。
【００３２】
殆どの場合、押出又は成形プリフォームの形態は、ダイ又は鋳型から取り出された後でも維持される。しかしながら、場合によっては、材料をダイ又は鋳型から取り出した後に、公知の意図した方法で形状を変えることが望ましい場合もあり得る。例えば、溶剤除去による縮小、膨張による大型化等である。
【００３３】
このプロセスは、ポリマーのホーリー光ファイバを生産する際に用いる場合、選択硬化技法と共に用いることもできる。硬化は、一括重合のような従来の方法、又は選択的光硬化、加熱、加圧等のような新たな技術によって行うことができる。
【００３４】
同時押出又は射出成形によって、均質のホーリー・ファイバ群又はプリフォーム群を生産することができる。即ち、異なる光学材料の層又はエリアを生産することができる。例えば、単一のモノマーの押出に続いて、一定のエリアの選択重合を行うことによって、屈折率を変化させることができる。あるいは、異なる屈折率を有する種々のモノマー／ポリマー／オリゴマーの混合を、直接押出ダイ又は鋳型に供給することもできる。ダイに供給するモノマー／ポリマーにおけるドーパントを変えることによって、異なる屈折率を得ることができる。また、このプロセスを用いれば、非常に複雑なファイバも製造することができ、ファイバ又はプリフォームの長さに沿って異質性を備えることでさえ可能である。個別素子は、ファイバ内部に、ボイドを放置することによって、又は、関連する位置にダミー物質を押し出し／成形し、押出／成形後に、例えば、「ワックス法」を用いて、形成したワックス素子又は他の物質をプリフォームから除去し、所望のエア・ホールを残すことによって作成することができる。
【００３５】
また、モノマー／ポリマー／オリゴマー又はソフト・ガラス以外の材料も、プリフォームを生産するために用いられる光学的に適した材料に混和することも考えられる。例えば、半導体材料のような別の材料の粒子を混和することもできるが、光学的に適した材料の熱力学的特性を実質的に変化させないことが条件となる。
【００３６】
また、この構成技法は、ファイバの形状も制御することができる。現時点では、複雑なファイバ形状には、特殊な製造技法が必要である。ダイ押出成形又は射出成形を用いることによって、プリフォーム又は光ファイバをあらゆる所望の形状に製造することが可能である。加えて、単一のファイバ内に多数のコアを生産することもできる。この技法によって、屈折率、形状、サイズ又はコア、クラッディング及び個別素子を変化させることができる範囲は、殆ど無限となる。
【００３７】
この点について、この新たな技術の主要な効果は、光部品に特化したホーリー光ファイバを製作できることである。ホーリー・ファイバの使用が、特に、ローカル・エリア・ネットワークにおいて広がるに連れて、シリカ系光ファイバ・ネットワークに用いられている部品に類似した部品の需要が増大する。これらは、サーキュレータ、カプラ、変調器、格子、増幅器等を含む。あらゆる屈折率特性のあらゆる材料でもホーリー・ファイバを生産することができるので、これらのホーリー・ファイバ部品の作成を可能にするだけでなく、シリカ系光ファイバを作るために用いる技法を含む、ホーリー・ファイバ構成技術の限界のために現行では存在しない光学部品の構成も可能となる。
【００３８】
また、本発明のプロセスによって、現行の技術で可能なよりもかなり大きいプリフォームを生産する可能性も与えられる。現行のプリフォームよりも数桁広くしかも長いプリフォームでも、本発明の技法によって容易に生産することができ、できあがったファイバ又は導波路における品質の低下は見られない。これら「極上の」プリフォームは、ファイバを生産するには、数回の線引きを必要とする場合がある。
【００３９】
本発明の別の利点は、クリスタル・ファイバの連続生産の可能性に道を開いたことである。押出によって、クリスタル・ファイバ自体又はプリフォームを連続的に生産することができる。このプロセスは、プリフォームの押出を必要とし、オプションとしてプリフォームをアニールすることもでき、次いで線引きし、オプションとして光ファイバのコーティングを行うことができる。
【００４０】
かかる線引きを行うには、従来の技術を用いてもよく、あるいは本発明の方法によって特化して生産されたプリフォームを用いてもよい。例えば、場合によっては、ファイバの線引き中にエア・ホールが圧壊するのを防止するために、クリスタル・ファイバ・プリフォーム内部に加圧気体又は液体が必要となる場合がある。前述の押出技法を用いると、かかる加圧気体又は液体は既にプリフォーム内部に供給されているので、ファイバ線引きプロセスに継ぎ目なく引き継ぐことができる。
【００４１】
加えて、いずれの段階においても、異なるホーリー光ファイバが必要な場合、例えば、エア・ホールの配置が異なるものが必要な場合、押出用ダイを改造することができる。これは、光子バンド・ギャップ効果を用いるホーリー・ファイバにとっては、特に重要である。当業者には認められようが、個別素子、例えば、エア・ホールの位置付け及び形状は、かかる格子バンド・ギャップ・ホーリー・ファイバには重大である。先に論じた連続生産技法を用いれば、種々のエア・ホール配置が容易に得られ、種々のホーリー・ファイバ構造を容易にしかも迅速に検査することが可能となる。
【００４２】
ホーリー・ファイバを作るためのこの手法の別の利点は、現在ホーリー・ファイバを作るために用いることができない材料の使用を可能にすることである。先に論じたように、現在、ホーリー・ファイバはシリカ・ガラスで作られている。この新たな技法では、一括重合あるいは光（例えば、ＵＶレーザ）又はその他のソースの使用によって重合したポリマーの使用が可能となる。また、本発明は、遊離基を用いない重合、例えば、縮合重合によって作られるポリマーの使用も可能とする。
【００４３】
ホーリー・ファイバ又はプリフォームを作るには、ある範囲のポリマーを使用することができる。これらは、一般に、遊離基重合に適したものである。具体的には、アモルファスＴｅｆｌｏｎ（登録商標）（デュポン社）及びＣＹＴＯＰ（登録商標）（旭硝子社）を用いたところ、ある程度の成功を収めている。前述のポリマー系の全てが、この文書に記載する新たな技法に適している。この新たな技法は、モノマー、オリゴマー又はポリマー、あるいはそのあらゆる組み合わせを用いることができる。必要であれば、重合は、化学的手段、光増強手段、又はその他の手段で行うことができる。感光重合補助剤の使用により、急速重合を行うことができる。加えて、連鎖移動剤、及び橋架剤のような、分子量を制御する重合補助剤を用いることができる。これらには、溶液及びポリマー粘度を制御するという効果があり、これは押出過程、及びプリフォームからのファイバの線引きには重要な場合もある。
【００４４】
モノマー／ポリマー／オリゴマー材の熱力学的形成は周知であるが、所望の結果を得るためには、なおも行わなければならない経験的分析の要素がある。実際、以下に論ずるように、プラスチック材料の押出成形及び射出成形には、多種多様のパラメータがある。
【００４５】
ＰＭＭＡ−押出
アトフィナ・ケミカルス社（ＡＴＯＦＩＮＡ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ  Ｉｎｃ）は、Ａｔｏｇｌａｓ及びＰｌｅｘｉｇｌａｓｓ（登録商標）という商品名で、押出に適した種々のＰＭＭＡ樹脂を有する。Ｐｌｅｘｉｇｌａｓｓアクリル樹脂の押出では、バレル及びダイの温度は、約１７５℃から２５０℃の範囲とすることを推奨する。勿論、当業者には明らかであろうが、これらの数字は、押し出す材料、ダイの形式及び形状、ならびにスループットによって変動する。
【００４６】
ＰＭＭＡ−射出成形
ＰＭＭＡの射出成形では、鋳型の温度は、鋳型の形式応じて、約４０から８０℃にすることが提案されており、材料温度は約２００から２５０℃とするとよい。温度が上昇するに連れて、分子方位及び内部応力が減少するが、ひけ点（ｓｉｎｋ  ｓｐｏｔ）の危険性が増大する。一般に、ＰＭＭＡの流動性が乏しいために、高い射出圧力が要求され、正しい流動を維持するには、材料をゆっくりと射出しなければならない場合もある。
【００４７】
ＴＥＦＬＯＮ−射出成形及び押出
しかしながら、この場合もまた、ＰＭＭＡ以外の材料を用いる場合、異なるパラメータが必要となることがある。例えば、イー．アイ．デュポン  デ  ヌムール  アンド  カンパニ社（Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ）が供給するテフロン（Ｔｅｆｌｏｎ）（登録商標）ＡＦアモルファス・フルオロポリマー樹脂の使用は、押出及び射出成形双方に適している。
【００４８】
Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦは、典型的なフロオロ・ポリマー成形機器において、押出成形又は射出成形によって、比較的低温で形成することができる。例えば、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）ＡＦ１６００の典型的な押出／成形温度は、約３４０℃から３６０℃であり、３６０℃より高い温度の処理は、ポリマーがこのレベルでは分解し始めるので、回避しなければならない。
【００４９】
ＰＭＭＡの場合と同様、ダイ及び共に用いる機器には、耐腐食仕上げをすることが非常に望ましい。Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）１６００及び２４００は、双方共、光ファイバに適していることが示されている。
【００５０】
無機材料
ショット社（Ｓｃｈｏｔｔ）が所有権を有するガラスを含む、種々のガラスが利用可能である。当技術分野では、標準的なケイ酸ガラスでは得ることができない、魅力的な光学特性を有する無機化合物の組み合わせで作られた特殊ガラスがあることが知られている。ここに開示する発明は、これら特殊ガラスを用いてプリフォーム及びファイバを作るのに適した方法を提供する。かかるガラスの例は、カルコゲニド、重金属の酸化物、ゲルマニウム及びガリウムの硫化物、酸硫化物、ハロゲン化物、ならびにカルコハロゲン化物である。
【００５１】
本発明によって生産した典型的なプリフォームを図１に示す。プリフォーム１０は、光学的に適した材料の本体２０を備え、その中には一連の個別光学素子３０が形成されている。この場合、個別素子は、円形エア・ホールであり、互いに離間したアレイ状で、プリフォームの軸に対して平行に延び、その長さ全域にわたって断面積が一定である。
【００５２】
しかしながら、先に論じたように、個別光学素子３０の数、配置、サイズ、及び形状は、方法及びファイバの所望の最終使用に応じて変更することができる。
例えば、図２に示す顕微鏡写真は、ホーリー・ポリマー・ファイバを示し、同様の構成のエア・ホールがこれを貫通している。欠陥、即ち、光透過性コア４０が、ファイバの中央に見られる。
【００５３】
図３は、種々の異なるサイズのエア・ホールが貫通している、ホーリー・ファイバの顕微鏡写真を示す。このファイバは、屈折率が徐々に変化するファイバと同様に作用する。何故なら、ファイバを貫通するエア・ホールのサイズが異なるので、異なる有効屈折率を与えるからである。
【００５４】
前述の技法は、従来の射出成形又は押出装置、又は微小押出、反応性射出成形のような先端技術を用いても適用可能であることは考えられる。
本発明は、従来技術に対して、重要な工業的進歩をもたらすことは、当業者には認められよう。本発明の思想の主旨及び範囲から逸脱することなく、本発明のプロセス及びその結果得られる製品には、種々の実施形態そして別の実施形態も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施形態にしたがって生産したプリフォームの概略図。
【図２】本発明の別の実施形態にしたがって生産したファイバの顕微鏡写真。
【図３】本発明の別の実施形態にしたがって生産した更に別のファイバの顕微鏡写真。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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