(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバの内部に軸心に沿って管状の空孔が複数形成されると共に当該空孔の内部に当該空孔を軸方向に所定の間隔で仕切る壁が設けられたフォトニッククリスタル光ファイバの製造方法であって、
前記ファイバのプリフォームを線引する際に当該プリフォームを周方向に間欠的に回転させて捩じることにより前記空孔に前記壁を形成する
ことを特徴とするフォトニッククリスタル光ファイバの製造方法。
【請求項２】
前記プリフォームの前記空孔内を吸引しながら当該プリフォームを周方向に間欠的に回転させて捩じることにより、当該空孔内を真空としながら当該空孔に前記壁を形成する
ことを特徴とする請求項１記載のフォトニッククリスタル光ファイバの製造方法。
【請求項３】
前記プリフォームの前記空孔内を吸引した後に当該空孔内に乾燥ガスを送給しながら当該プリフォームを周方向に間欠的に回転させて捩じることにより、当該空孔内を乾燥ガス雰囲気としながら当該空孔に前記壁を形成する
ことを特徴とする請求項１記載のフォトニッククリスタル光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海底や浸水マンホール等のような水中に敷設される光通信線路や分散補償デバイス等に利用されるフォトニッククリスタル光ファイバの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光ファイバよりも高帯域な光伝送が可能な媒体として、フォトニッククリスタル光ファイバ（ＰＣＦ（別名：空孔ファイバ））が現在検討されている。このＰＣＦの一例の概略構成を図７に示す。
【０００３】
図７に示すように、石英等からなる円柱状のファイバ２１１の内部には、当該ファイバ２１１の軸心に沿って管状の空孔２１２が当該ファイバ２１１の軸心部分を包囲するようにして複数形成されており、当該空孔２１２は、その直径が波長オーダであると共に、隣接する間隔が均等となっている。このようなＰＣＦ２１０においては、上記ファイバ２１１の軸心部分に光を閉じ込めるようになっており、ファイバ２１１の外径や、空孔２１２の直径や配列分布や本数等により、カットオフ波長や分散特性や光損失等の各種物性を設定することができる。
【０００４】
また、ＰＣＦの他の例の概略構成を表す図８に示すように、本例のＰＣＦ２２０は、ファイバ２１１の軸心部分に、当該ファイバ２１１よりも高い屈折率を有するコア２２３が形成されている。ファイバ２１１の内部には、空孔２１２が上記コア２２３を包囲するようにして複数形成されている。つまり、本例のＰＣＦ２２０は、上記例のＰＣＦ２１０にコア２２３を設けた構造となっており、上記コア２２３内に光を閉じ込めるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような従来のＰＣＦ２１０，２２０においては、海底等のような水中に敷設した際に、事故や障害等で亀裂を生じると、高圧水が亀劣部分から前記空孔２１２内に浸入してしまい、強度が劣化してしまう虞があるだけでなく、浸入した上記海水が構成部材の金属材料と局部電池を形成して電気分解されて水素ガスを発生してしまい、上記空孔２１２内に浸入した水素ガスの吸収に起因する光損失が増加してしまう虞があった。このため、海底はもちろんのこと、浸水マンホール等のような水中に従来のＰＣＦ２１０，２２０を敷設した場合には、長期信頼性に欠ける部分があった。
【０００６】
このようなことから、本発明は、水中に敷設した場合であっても、信頼性を長期にわたって維持することができるＰＣＦの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明によるフォトニッククリスタル光ファイバの製造方法は、ファイバの内部に軸心に沿って管状の空孔が複数形成されると共に当該空孔の内部に当該空孔を軸方向に所定の間隔で仕切る壁が設けられたフォトニッククリスタル光ファイバの製造方法であって、前記ファイバのプリフォームを線引する際に当該プリフォームを周方向に間欠的に回転させて捩じることにより前記空孔に前記壁を形成することを特徴とする。
【００１５】
第二番目の発明によるフォトニッククリスタル光ファイバの製造方法は、第一番目の発明のフォトニッククリスタル光ファイバの製造方法において、前記プリフォームの前記空孔内を吸引しながら当該プリフォームを周方向に間欠的に回転させて捩じることにより、当該空孔内を真空としながら当該空孔に前記壁を形成することを特徴とする。
【００１６】
第三番目の発明によるフォトニッククリスタル光ファイバの製造方法は、第一番目の発明のフォトニッククリスタル光ファイバの製造方法において、前記プリフォームの前記空孔内を吸引した後に当該空孔内に乾燥ガスを送給しながら当該プリフォームを周方向に間欠的に回転させて捩じることにより、当該空孔内を乾燥ガス雰囲気としながら当該空孔に前記壁を形成することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明によるフォトニッククリスタル光ファイバの製造方法の実施の形態を図面を用いて以下に説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１８】
［参考例］
本発明によるフォトニッククリスタル光ファイバ（ＰＣＦ）の製造方法の理解を容易にするための参考例を図１，２を用いて以下に説明する。図１は、ＰＣＦの概略構造図、図２は、ＰＣＦの製造装置の概略構成図である。
【００１９】
図１に示すように、石英等からなる円柱状のファイバ１１（外径：約１００〜１５０μｍ程度）の内部には、当該ファイバ１１の軸心に沿って管状の空孔１２が当該ファイバ１１の軸心部分を包囲するようにして複数形成されており、当該空孔１２は、その直径が波長オーダ（約１〜２μｍ程度）であると共に、隣接する間隔が均等となっている。これら空孔１２の両端側には、閉塞壁１４（厚さ：約１００〜１５０μｍ程度）がそれぞれ設けられており、当該空孔１２の内部と外部との間を遮蔽するようになっている。これら空孔１２の内部は、真空または乾燥空気や乾燥窒素等の乾燥ガス雰囲気となっている。
【００２０】
このようなＰＣＦ１０においては、上記ファイバ１１の軸心部分に光を閉じ込めるようになっており、ファイバ１１の外径や、空孔１２の直径や配列分布や本数等により、カットオフ波長や分散特性や光損失等の各種物性を設定することができる。
【００２１】
つまり、上記ＰＣＦ１０は、先に説明した従来のＰＣＦの空孔の両端に上記閉塞壁１４を設けた構造となっているのである。
【００２２】
このような構造をなす上記ＰＣＦ１０においては、図２に示すように、ボビン１１１に巻かれた従来と同様な構造をなすＰＣＦのファイバ１１の一方の端部を加熱器１１２（例えば市販の光ファイバ用融着接続機等）で局所的に加熱溶融して当該端部に前記閉塞壁１４を形成した後、ファイバ１１の他方の端部から空孔１２内を真空ポンプ１１３で吸引しながら、当該端部の近傍を前記加熱器１１２で局所的に加熱溶融して前記閉塞壁１４を形成することにより、空孔１２内を真空としたものを製造することができる。
【００２３】
なお、上記閉塞壁１４の厚さは、加熱装置１１２の加熱溶融条件等（例えば市販の光ファイバ用融着接続機の場合には放電条件等）を適宜選択することにより容易に調整することができる。
【００２４】
また、前記空孔１２内を乾燥空気や乾燥窒素等の乾燥ガス雰囲気としたＰＣＦ１０を製造する場合には、乾燥ガス送給器と真空ポンプ１１３とを切替バルブ等を介してファイバ１１の他方の端部に接続し、空孔１２内を真空ポンプ１１３で吸引した後に切替バルブにより乾燥ガス送給器に切り替えて当該空孔１２内に乾燥ガスを送給しながらファイバ１１の他方の端部の近傍を前記加熱器１１２で局所的に加熱溶融することにより、容易に得ることができる。
【００２５】
また、前記空孔１２内を真空ポンプ１１３で吸引せずに当該空孔１２内に乾燥ガスを送給して、当該空孔１２内を乾燥ガスに置換しながらファイバ１１の両方の端部を前記加熱器１１２で局所的に加熱溶融することによっても、前記空孔１２内を乾燥ガス雰囲気としたＰＣＦ１０を容易に製造することができる。
【００２６】
このようにして製造されたＰＣＦ１０においては、空孔１２の両端に閉塞壁１４が設けられているため、海底等のような水中に敷設した際に、事故や障害等で亀裂を生じたとしても、当該空孔１２の長手方向に沿って伝播する水分の動きが制約され、水分が局部的にしか伝播しなくなるので、強度劣化を大幅に抑制することができる。
【００２７】
また、浸入した上記海水が構成部材の金属材料と局部電池を形成して電気分解されて水素ガスを発生し、上記空孔１２内に水素ガスが浸入したとしても、水分の場合と同様に、当該空孔１２の長手方向に沿って伝播する水素ガスの動きが制約され、水素ガスが局部的にしか伝播しなくなるので、水素ガスの吸収に起因する光損失の増加を大幅に抑制することができる。
【００２８】
したがって、上記ＰＣＦ１０によれば、海底はもちろんのこと、浸水マンホール等のような水中に敷設する場合であっても、信頼性を長期にわたって維持することができる。
【００２９】
［実施の形態］
本発明によるＰＣＦの製造方法の実施の形態を図３，４を用いて以下に説明する。図３は、ＰＣＦの概略構造図、図４は、ＰＣＦの製造装置の概略構成図である。ただし、前述した参考例と同様な部分については、前述した参考例の説明で用いた符号と同一の符号を使用することにより、前述した参考例の説明と重複する説明を省略する。
【００３０】
図３に示すように、ファイバ１１の内部には、空孔１２が形成されている。ファイバ１１の空孔１２の両端には、閉塞壁１４がそれぞれ設けられている。ファイバ１１の空孔１２の内部には、当該空孔１２の長手方向にわたって所定の間隔で仕切壁２５が形成されており、当該空孔１２は、当該仕切壁２５により所定の間隔で仕切られている。
【００３１】
つまり、上記ＰＣＦ２０は、先に説明したＰＣＦ１０の空孔１２の内部に仕切壁２５を設けた構造となっているのである。
【００３２】
このような構造をなす本実施の形態のＰＣＦ２０を製造する製造装置（線引装置）１２０は、図４に示すように、導波構造を有する石英ガラスロッドからなる円柱状のプリフォーム２０ａを間欠的に所定角度回転させるように当該プリフォーム２０ａの基端側を支持する回転支持器１２１と、プリフォーム２０ａの先端側を加熱する加熱炉１２２と、加熱されたプリフォーム２０ａの先端側を線引しながら巻き取るボビン１２３とを備えている。なお、図４中、１２４は線引張力を調整するピンチロール、１２５は樹脂製の被膜を被覆する被覆装置、１２６は上記被膜を硬化させる硬化装置である。
【００３３】
このような製造装置１２０を使用して上記ＰＣＦ２０を製造するには、プリフォーム２０ａを加熱炉１２２で加熱溶融してピンチロール１２４を介してボビン１２３で巻き取りながら線引する際に、回転支持器１２１を作動させると、プリフォーム２０ａが周方向に間欠的に所定角度回転し、線引されているファイバ１１が捩じれるため、ファイバ１１内の前記空孔１２の当該捩じれ部分に前記仕切壁２５が形成される。
【００３４】
ここで、プリフォーム２０ａの線引速度に対応してプリフォーム２０ａの回転の間欠間隔を調整することにより、ファイバ１１の軸方向に所定の間隔で仕切壁２５を形成することができる。また、前記空孔１２は、捩じれによって周方向にずれるが、前記仕切壁２５を介して一直線上に位置する必要は特になく、前記仕切壁２５を介して他の空孔１２と一直線上に位置したり、前記仕切壁２５を介してファイバ１１の中実部分と連絡するようになっていてもよい。
【００３５】
このようにして空孔１２内に仕切壁２５を所定の間隔で形成したら、前述した参考例の場合と同様にして、ファイバ１１の空孔１２の両端に閉塞壁１４を形成する。これにより上記ＰＣＦ２０を容易に製造することができる。
【００３６】
このようにして製造されたＰＣＦ２０においては、空孔１２の両端に閉塞壁１４が設けられていると共に、空孔１２の長手方向にわたって所定の間隔で仕切壁２５が形成されて、空孔１２が所定の間隔で仕切られているため、海底等のような水中に敷設した際に、事故や障害等で亀裂を生じ、高圧水が亀劣部分から前記空孔１２内に浸入してしまったとしても、先に説明した前記ＰＣＦ１０よりも空孔１２の長手方向に沿って伝播する水分の動きを制約することができ、先に説明した前記ＰＣＦ１０よりも水分がさらに局部的にしか伝播しなくなるので、先に説明した前記ＰＣＦ１０よりも強度劣化をさらに抑制することができる。
【００３７】
また、浸入した上記海水が構成部材の金属材料と局部電池を形成して電気分解されて水素ガスを発生し、上記空孔１２内に水素ガスが浸入したとしても、水分の場合と同様に、先に説明した前記ＰＣＦ１０よりも空孔１２の長手方向にわたって伝播する水素ガスの動きを制約することができ、先に説明した前記ＰＣＦ１０よりも水素ガスが局部的にしか伝播しなくなるので、先に説明した前記ＰＣＦ１０よりも水素ガスの吸収に起因する光損失の増加をさらに抑制することができる。
【００３８】
したがって、上記ＰＣＦ２０によれば、先に説明した前記ＰＣＦ１０よりも信頼性をさらに長期にわたって維持することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態において、例えば、プリフォーム２０ａの空孔１２内を吸引しながら当該プリフォーム２０ａを周方向に間欠的に回転させて捩じるようにすれば、空孔１２内を真空としながら空孔１２に仕切壁２５を形成することが容易にでき、空孔１２の内部が真空のＰＣＦ２０を容易に製造することができる。
【００４０】
また、さらに、プリフォーム２０ａの空孔１２内を吸引した後に空孔１２内に乾燥ガスを送給しながらプリフォーム２０ａを周方向に間欠的に回転させて捩じるようにすれば、空孔１２内を乾燥ガス雰囲気としながら空孔１２に仕切壁２５を形成することが容易にでき、空孔１２の内部が乾燥ガス雰囲気のＰＣＦ２０を容易に製造することができる。
【００４１】
［他の実施の形態］
なお、他の実施の形態として、ファイバ１１の軸心部分に、当該ファイバ１１よりも高い屈折率を有するコアを形成し、当該コアを包囲するようにして空孔１２を複数形成したＰＣＦの場合も挙げることができ、このような実施の形態の場合においても、前述した実施の形態の場合と同様にして本発明を適用することができる。
【００４２】
本発明の効果を確認するため、以下のような評価試験を行った。
【００４３】
＜サンプル＞
前述した参考例に基づいて製造したＰＣＦ１０（１ｋｍ）をコイル状に束ねたものをサンプルとした。
【００４４】
＜評価試験方法＞
図５に示すように、前記ＰＣＦ１０を処理容器１３１の内部に入れ、水素タンク１３２から供給弁１３３を介して当該処理容器１３１内に水素ガス１３２ａを供給し（水素分圧：４気圧）、室温下（約２５℃）、２４時間放置した後、排気弁１３４を開放し、処理容器１３１内から前記ＰＣＦ１０を取り出して損失特性（波長：１．２４μｍ）を測定する。以下、これを繰り返すことにより、当該ＰＣＦ１０の損失特性の経時変化を求めた。なお、比較のため、従来のＰＣＦおよびゲルマニウムをドープした一般的なシングルモードファイバ（ＳＭＦ）についても同様にして評価試験を行った。
【００４５】
＜評価試験結果＞
評価試験結果を図６に示す。図６からわかるように、一般的なＳＭＦは、約１７０時間で２０ｄＢ／ｋｍの飽和損失に達する。一方、従来のＰＣＦは、２４時間で飽和損失に達してしまう。これは、空孔１１２内を水素ガス１３２ａが流通し、水素分子がファイバ１１１の軸心部分やコア１２３部分に全体にわたって浸透しやすくなるためと推察される。
【００４６】
これに対し、前記ＰＣＦ１０は、一般的なＳＭＦと同等の飽和損失特性を示した。これは、前記閉塞板１４により空孔１２内への水素ガス１３２ａの直接的な侵入が抑制されたことから、水素ガス１３２ａのファイバ１１の軸心部分への浸透がファイバ１１の中実部分を必ず介さなければ到達できなくなり、一般的なＳＭＦと同等の作用を生じるようになったためと推察される。
【００４７】
この結果から、閉塞壁や仕切壁を少なくとも１ｋｍごとに設けたＰＣＦであれば、一般的なＳＭＦと同等の耐水素透過性能を有することができるといえる。
【００４８】
また、水蒸気等の水分は、ファイバの中実部分の透過速度が水素ガス１３２ａよりも十倍以上遅い。よって、海底等のような水中にＰＣＦを敷設して、事故や障害等でＰＣＦに亀裂を生じたとしても、修復にかかる時間（約１ヵ月：７２０時間）内で、ファイバの中実部分への水分の浸透に伴う光損失が問題となることはほとんどないので、本発明によるＰＣＦは、高信頼性を有するといえる。
【００４９】
また、従来のＰＣＦ２１０は、空孔２１２内に水が浸入すると、静疲労劣化係数（ｎ値）が２０以上（製造時）から１８程度にまで低下して、強度が劣化してしまうものの、本発明のＰＣＦは、前記閉塞壁や仕切壁により、空孔内の水分の動き（水走り）が制約されるので、強度劣化を大幅に抑制することができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明のフォトニッククリスタル光ファイバの製造方法によれば、水分や水素ガス等のような劣化環境においても、一般的なシングルモード光ファイバと同等の光損失特性および機械的強度を得られるフォトニッククリスタル光ファイバを容易に製造することができるので、長期にわたって信頼性を維持できるフォトニッククリスタル光ファイバを容易に得ることができる。その結果、海底ケーブルや浸水マンホール内に設置する光ケーブル等のような長期信頼性を要求される通信媒体にフォトニッククリスタル光ファイバを使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるフォトニッククリスタル光ファイバの製造方法の理解を容易にするための参考例のフォトニッククリスタル光ファイバの概略構造図である。
【図２】図１のフォトニッククリスタル光ファイバの製造装置の概略構成図である。
【図３】  本発明によるフォトニッククリスタル光ファイバの製造方法の実施の形態のフォトニッククリスタル光ファイバの概略構造図である。
【図４】図３のフォトニッククリスタル光ファイバの製造装置の概略構成図である。
【図５】評価試験装置の概略構成図である。
【図６】評価試験結果を表すグラフである。
【図７】従来のフォトニッククリスタル光ファイバの一例の概略構成図である。
【図８】従来のフォトニッククリスタル光ファイバの他の例の概略構成図である。
【符号の説明】
１０，２０  フォトニッククリスタル光ファイバ（ＰＣＦ）
１１  ファイバ
１２  空孔
１４  閉塞壁
２０ａ  プリフォーム
２５  仕切壁
１１１  ボビン
１１２  加熱器
１１３  真空ポンプ
１２０  製造装置（線引装置）
１２１  回転支持器
１２２  加熱炉
１２３  ボビン
１２４  ピンチロール
１２５  被覆装置
１２６  硬化装置
１３１  処理容器
１３２  水素タンク
１３２ａ  水素ガス
１３３  供給弁
１３４  排気弁
【図１】
0003912659.tif 000002
【図２】
0003912659.tif 000003
【図３】
0003912659.tif 000004
【図４】
0003912659.tif 000005
【図５】
0003912659.tif 000006
【図６】
0003912659.tif 000007
【図７】
0003912659.tif 000008
【図８】
0003912659.tif 000009