(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面が非円形のコアと、当該コアの外周部に形成され、当該コアより屈折率が低いクラッドとを有し、モードフィールドのアスペクト比の変換に使用される光ファイバの製造方法であって、
コアと第１クラッドからなるガラスの母材を断面が同心円状となるように形成する工程と、
前記第１クラッドの断面の外周の形状が、第１の方向の長さａと、前記第１の方向と直交する第２の方向の長さｂについて、１．２＜ｂ／ａ＜２０となるように、前記第１クラッドを加工する工程と、
前記第１クラッドの外周部に嵩密度０．３ｇ／ｃｍ3 以下の前記第１クラッドと同じ成分のガラス微粒子を堆積させる工程と、
焼結により、前記ガラス微粒子の層を第２クラッドとして、コア、第１クラッドおよび第２クラッドからなるプリフォームを形成する工程と、
前記プリフォームから線引きにより光ファイバを形成する工程と
を有するモードフィールド変換用光ファイバの製造方法。
【請求項２】
前記第１クラッドを加工する工程において、前記第１クラッドの断面の外周が略矩形となるように、前記第１クラッドを加工する
請求項１に記載のモードフィールド変換用光ファイバの製造方法。
【請求項３】
前記第１クラッドを加工する工程において、前記第１クラッドの断面の外周が曲線を含む略矩形となるように、前記第１クラッドを加工する
請求項１に記載のモードフィールド変換用光ファイバの製造方法。
【請求項４】
前記第１クラッドを加工する工程において、前記第１クラッドの断面の外周が楕円形となるように、前記第１クラッドを加工する
請求項１に記載のモードフィールド変換用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、大きなコア径を持つ非円したコアを持つ主にモードフィールドのアスペクト比の変換に使用される光ファイバの製造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
データ通信の大容量化が進められている中で、光ファイバを用いた光通信技術は益々脚光を浴びてきている。
光ファイバは通常、コアの外周部に、コアより屈折率が低いクラッドが形成されている構成である。
【０００３】
光ファイバの製造方法としては、例えば、ＶＡＤ（vapour-phase axial deposition ）法やＯＶＤ（outside vapour deposition ）法で合成した光ファイバ用スート母材を、ガラス化炉で脱水および焼結して透明な中間母材とし、その母材を燃焼火炎やプラズマ火炎でもしくは電気炉で延伸し、コアとなるガラスロッドとする。
得られたガラスロッドに、さらにＯＶＤ法などによりクラッドとなるスートを堆積させ、ガラス化炉で脱水および焼結を行い、プリフォームとする。
得られたプリフォームを線引き用加熱炉で加熱溶融してプリフォームの先端から線引きする線引き工程により、光ファイバとする。
【０００４】
また、ＭＣＶＤ（modified chemical vapor deposition）法やプラズマ法では、直接ロッドを形成することができ、この場合にはガラス化炉による熱処理を行わずに、燃焼火炎などにより延伸し、コアとなるガラスロッドとする。さらに、上述のようにＯＶＤ法によりクラッドとなるスートを堆積させ、ガラス化してプリフォームとし、線引き加工して光ファイバとする。
【０００５】
上記の光ファイバにおいては、通常コアの断面は円形となっているが、楕円などの非円形となっている光ファイバが開発されている。
例えば、データ大容量化と遠距離通信に対応可能なコヒーレント光通信技術において使用され、光ファイバから放射された光の偏波状態を安定に保つことが可能な偏波保持ファイバ、あるいは、モードフィールドのアスペクト比の変換に使用される光ファイバである。
【０００６】
偏波保持ファイバは、１０μｍ程度の径のコアが楕円などの非対称性を持たせた形状となっており、これにより複屈折性を増大させた構成である。
例えば、上記の構造の偏波面保持ファイバの製造方法として、特開昭６３−３１０７４０号公報には、コア近傍のクラッドを長方形や楕円などに研削し、それにガラス微粒子を堆積させ、ガラス化させることによりコアを変形させる方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、モードフィールドのアスペクト比の変換に使用される光ファイバにおいては、例えばコアの形状が楕円形であるとすると、その長径は大きいもので５０μｍ以上あり、コアが偏波面保持ファイバに比べて非常に大きい構成となっていることから、後述のように、上記の偏波面保持ファイバのと同じように製造することが困難となっている。
【０００８】
上記の構成であることは、言い換えると、モードフィールドのアスペクト比の変換に使用される光ファイバは、偏波面保持ファイバに比べてクラッドの厚さが薄いことを示している。
このため、偏波保持ファイバの製造方法をそのまま適用する場合、クラッドの厚さに合わせてガラス微粒子の堆積量を少なくすると、コアの変形量が少なくなって、モードフィールドのアスペクト比を変換する所定の特性が得られなくなってしまう。
逆に、コアの変形量に合わせてガラス微粒子の付着量を調整すると、クラッドの厚さが厚くなってしまうので、ガラス化後に所望のコア径になるようにクラッドを外周表面から大量に研削する必要があった。
【０００９】
本発明は上記の状況に鑑みてなされたものであり、従って本発明の目的は、コア径が大きいモードフィールドのアスペクト比の変換に使用される光ファイバにおいても、コアを軸方向に均一に変形させ、変形量を確保して容易に製造することができる、モードフィールドのアスペクト比の変換に使用される光ファイバの製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明のモードフィールド変換用光ファイバの製造方法は、断面が非円形のコアと、当該コアの外周部に形成され、当該コアより屈折率が低いクラッドとを有し、モードフィールドのアスペクト比の変換に使用される光ファイバの製造方法であって、コアと第１クラッドからなるガラスの母材を断面が同心円状となるように形成する工程と、前記第１クラッドの断面の外周の形状が、第１の方向の長さａと、前記第１の方向と直交する第２の方向の長さｂについて、１．２＜ｂ／ａ＜２０となるように、前記第１クラッドを加工する工程と、前記第１クラッドの外周部に嵩密度０．３ｇ／ｃｍ3 以下の前記第１クラッドと同じ成分のガラス微粒子を堆積させる工程と、焼結により、前記ガラス微粒子の層を第２クラッドとして、コア、第１クラッドおよび第２クラッドからなるプリフォームを形成する工程と、前記プリフォームから線引きにより光ファイバを形成する工程とを有する。
【００１３】
上記の本発明のモードフィールド変換用光ファイバの製造方法は、好適には、前記第１クラッドを加工する工程において、前記第１クラッドの断面の外周が略矩形となるように、前記第１クラッドを加工する。
あるいは好適には、前記第１クラッドを加工する工程において、前記第１クラッドの断面の外周が曲線を含む略矩形となるように、前記第１クラッドを加工する。
あるいは好適には、前記第１クラッドを加工する工程において、前記第１クラッドの断面の外周が楕円形となるように、前記第１クラッドを加工する。
【００１７】
上記の本発明のモードフィールド変換用光ファイバの製造方法は、コアと第１クラッドからなるガラスの母材を断面が同心円状となるように形成し、次に、第１クラッドの断面の外周の形状が、第１の方向の長さａと、前記第１の方向と直交する第２の方向の長さｂについて、１．２＜ｂ／ａ＜２０となるように、第１クラッドを加工する。
次に、第１クラッドの外周部に嵩密度０．３ｇ／ｃｍ3 以下の前記第１クラッドと同じ成分のガラス微粒子を堆積させ、焼結により、ガラス微粒子の層を第２クラッドとして、コア、第１クラッドおよび第２クラッドからなるプリフォームを形成する。
次に、プリフォームから線引きにより光ファイバを形成する。
【００１８】
上記の本発明のモードフィールド変換用光ファイバの製造方法によれば、コアと第１クラッドからなるガラスの母材を断面が同心円状となるように形成し、第１クラッドの断面の外周の形状が、第１の方向の長さａと、前記第１の方向と直交する第２の方向の長さｂについて、１．２＜ｂ／ａ＜２０となるように第１クラッドを加工し、第２クラッドとなる第１クラッドと同じ成分のガラス微粒子の嵩密度を０．３ｇ／ｃｍ3 以下とすることにより、焼結時のコアと第１クラッドが受ける圧縮力が高いので、コア径が大きい、即ち、第２クラッドが薄い構成であっても、コアを軸方向に均一に変形させ、変形量を確保して容易に製造することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。
【００２０】
図１は、本実施形態に係る光ファイバを形成するためのプリフォームの断面図である。
断面が略矩形形状の第１クラッド１の内部に、断面が楕円形で、第１クラッドよりも屈折率の高いコア２が形成されている。さらに、第１クラッドの外周部に、第１クラッドと同一成分から構成される第２クラッド４が形成されている。
上記のプリフォームから、線引きすることで、本実施形態に係るモードフィールド変換用光ファイバを製造することができる。
線引きで得られる光ファイバの断面では、上記のプリフォームと同様にコアの断面が楕円形などの非円形に変形されており、コアの長径は大きいもので５０μｍ以上となっている。このような構成の光ファイバは、モードフィールドのアスペクト比を変換するための光ファイバとして用いることができる。
【００２１】
本実施形態は光ファイバの製造方法に係り、以下に示す工程により行う。
まず、例えばＶＡＤ（vapour-phase axial deposition ）法やＯＶＤ（outside vapour deposition ）法で合成した光ファイバ用スート母材を、ガラス化炉で脱水および焼結して透明な中間母材とし、その母材を燃焼火炎などにより延伸し、コアとなるガラスロッドとする。
得られたガラスロッドに、さらにＯＶＤ法などにより第１クラッドとなるスートを堆積させ、ガラス化炉で脱水および焼結を行う。
以上で、図２（Ａ）に示すような、コア２の外周に第１クラッド１が形成された母材を形成することができる。
【００２２】
次に、図２（Ｂ）に示すように、コア２の外周に第１クラッド１が形成された母材について、第１クラッド１の断面の外周形状が長方形あるいは楕円などの縦と横の比の異なる形となるように加工する。
ここで、第１クラッド１の断面の外周の第１の方向の長さａと、第１の方向と直交する第２の方向の長さｂについてａとｂが異なる値を取り、１．２＜ｂ／ａ＜２０、さらには、２＜ｂ／ａ＜１０の範囲とすることが好ましい。
図２（Ｂ）では、第１クラッド１の断面の外周形状が長方形であり、ａが短辺、ｂが長辺となっている。
加工方法は、フッ酸などを使用する化学的方法、研磨剤を使用する物理的な方法、レーザ加工、ウォータージェット方式などを用いることができる。
これらの加工の後、第１クラッド１の表面をフッ酸あるいはフッ酸と硝酸でエッチングしてもよい。
【００２３】
次に、図３（Ａ）に示すように、形状を加工した第１クラッド１の外周表面に、ガラス微粒子３を堆積させる。ガラス微粒子３の層は、ガラス化処理で第２クラッドとなる層であり、第２クラッドに必要な特性を有する材料および堆積厚が選択され、純粋石英や石英にゲルマニウムやフッ素をドープしたものや多成分のものでもよいが、通常は第１クラッド１と同一の材料が選択される。
ここで、ガラス微粒子の嵩密度は０．５ｇ／ｃｍ3 以下、望ましくは０．３ｇ／ｃｍ3 以下である必要がある。嵩密度は、堆積させる方法により制御可能であり、軸方向の嵩密度が均一になり、しかも変形させるコアおよび第１クラッドの母材の軸とそれに堆積させたガラス微粒子の集合体の軸が一致していればどのような方法でもよい。
【００２４】
次に、図３（Ｂ）に示すように、ガラス微粒子３を堆積させた母材を加熱炉に投入する。この熱処理で、ガラス微粒子３の層はバルクガラスの第２クラッド４となる。
ガラス微粒子３の層がバルクガラスとなるときに生じる圧縮力を利用して、コア２および第１クラッド１を、上記の第２の方向（長辺である長さｂの方向）に圧縮させ、図３（Ｂ）に示す変形させる。
加熱炉および加熱条件はガラス微粒子がバルクガラスに均一に変化し透明になればどのような方法でも構わない。ただし、ガラス微粒子３の部分が第１クラッド１の表面を上滑りしたような形でバルクガラスになる場合は、コア２および第１クラッド１に十分な圧縮力がかからない場合があり、好ましくない。
【００２５】
ガラス微粒子の集合体を加熱炉内でバルクガラスにするときには、体積が約１／４〜１／１０に減少する。本発明はこの性質を利用している。
変形させたい加工された母材にガラス微粒子を堆積させ、加熱炉に投入し、ガラス微粒子をバルクガラスに変化させるとき、温度が高くなっているために対象となる母材も軟化する。この状態でガラス微粒子集合体がバルクガラスになるとすると、その体積が減少するために径方向および軸方向に収縮が起きる。このうち径方向に収縮する力は、光ファイバ母材の断面が円であれば均一にかかるが、本実施形態では、長方形あるいは楕円などの縦と横の比の異なる形の断面といているので、表面張力で丸くなろうとする力もかかり、長い側により大きな圧縮力が発生し、断面が変形する。
一方、ガラス微粒子３は母材の軸方向には均一に堆積されるので、軸方向に均一に変形させることができる。
【００２６】
ここで、本実施形態に係るコアの長径が大きいもので５０μｍ以上であるモードフィールドのアスペクト比を変換するための光ファイバの場合、第２クラッドとなるガラス微粒子の堆積厚を過度に厚くすることができないため、効果的に母材を変形させるためには、ガラス微粒子の嵩密度が０．５ｇ／ｃｍ3 以下とする必要がある。これにより焼結時のコアと第１クラッドが受ける圧縮力が高くなって、効果的に変形させることができる。さらに好ましくは、ガラス微粒子の嵩密度０．３ｇ／ｃｍ3 以下である。
【００２７】
また、変形の対象となる母材（コアおよび第１クラッド）の形状としては、第１クラッド１の断面の外周の第１の方向の長さａと、第１の方向と直交する第２の方向の長さｂについて、１．２＜ｂ／ａ＜２０、さらには、２＜ｂ／ａ＜１０の範囲とすることが好ましい。１．２より小さいと変形量が乏しくて実質的に変形せず、２０を越えると変形が安定せず再現性が取れない。
【００２８】
上記のようにして得られたコア２、第１クラッド１および第２クラッド４からなるプリフォームは、第２クラッド４の外周を削りだし、断面を円形にして、図１に示すプリフォームとすることができる。また、ガラス微粒子の層３を第２クラッドにガラス化する熱処理の前に、予めガラス微粒子の層３の外周を削りだして厚さを調整してもよい。
得られたプリフォームを線引き用加熱炉で加熱溶融し、プリフォームの先端から線引きする線引き工程により、光ファイバとすることができる。
コア２、第１クラッド１および第２クラッド４からなるプリフォームは、外径の縦と横の比が大きく違わない場合、第２クラッド４の外周を削りだし、断面を円形にすることなく、そのまま線引をして表面張力で断面を丸くすることができる。
【００２９】
本実施形態のモードフィールド変換用光ファイバの製造方法によれば、第２クラッドとなるガラス微粒子をの嵩密度を０．５ｇ／ｃｍ3 以下とすることにより、焼結時のコアと第１クラッドが受ける圧縮力が高いので、コア径が大きい、即ち、第２クラッドが薄い構成であっても、コアを軸方向に均一に変形させ、変形量を確保して容易に製造することができる。
【００３０】
上記の変形の対象となる母材（コアおよび第１クラッド）の形状としては、長方形以外の形状とすることも可能であり、例えば図４（Ａ）に示す長方形の角部が曲線形状ｒとなっている形状、図４（Ｂ）に示す長方形の一辺が外方に凸に出ている曲線になっている形状、図５（Ａ）に示す長方形の一辺が内方に凹んでいる曲線になっている形状、図５（Ｂ）に示す楕円形状など、変形させる形により選択することが可能である。
【００３１】
（実施例１）
直径１０ｍｍのコアの外周部に直径４５ｍｍの第１クラッドが形成されている光ファイバ母材を以下のようにして変形させた。
この光ファイバ母材を断面が１２ｍｍ×３０ｍｍの長方形となるように研削し、この第１クラッドの表面に、嵩密度０．２ｇ／ｃｍ3 のガラス微粒子を堆積させ、断面の大きさを５０ｍｍ×６８ｍｍとした。
上記のようにガラス微粒子を堆積させた光ファイバ母材を、１４００度に加熱してガラス微粒子を焼結させた。このときに母材に圧縮力がかかり、コアは長径１２ｍｍ×短径９ｍｍの楕円に近い形に変形した。また、第２クラッド外周における径は、コアの長径方向で２２ｍｍ、短径方向で３０ｍｍとなった。
次に、これからコアの中心とクラッドの中心が一致するようにクラッドを直径２２ｍｍの円に研削し、外径を１２５μｍになるように線引した。このときの長径は６８μｍ、短径は５０μｍとなった。
【００３２】
（実施例２）
上記の実施例１の母材について、母材（コアと第１クラッド）を研削する形の長辺を３０ｍｍに固定し、短辺の値を変化させ、実施例１と同様にして変形させた光ファイバ母材のコアの長径と短径の比を調べた。
結果を図６に示す。図６から、母材（コアと第１クラッド）の短辺の値と長辺の３０ｍｍとの差を大きくするにつれて、得られるコアの長径と短径の比が大きくなることがわかった。
【００３３】
（実施例３）
上記の実施例１の母材について、１２ｍｍ×３０ｍｍの長方形に研削した母材（コアと第１クラッド）に２０ｍｍの厚さで堆積させるガラス微粒子の嵩密度の値を変化させ、実施例１と同様にして変形させた光ファイバ母材のコアの長径と短径の比を調べた。
結果を図７に示す。図７から、ガラス微粒子の嵩密度が０．５ｇ／ｃｍ3 でコアの変形が起き始め、０．３ｇ／ｃｍ3 以下でコアの長径／短径比が１．１以上に変形することがわかった。
【００３４】
（実施例４）
上記の実施例１の母材について、１２ｍｍ×３０ｍｍの長方形に研削した母材（コアと第１クラッド）に嵩密度０．２ｇ／ｃｍ3 のガラス微粒子の堆積厚さの値を変化させ、実施例１と同様にして変形させた光ファイバ母材のコアの長径と短径の比を調べた。
結果を図８に示す。図８から、堆積厚さを厚くするほど変形が大きくなることがわかった。
ガラス微粒子は、クラッドの一部である第２クラッドとなるため、クラッドとコアの比に関する制約を受け、あまり厚くすることはできない。
【００３５】
これらの、実施例から、コアの長径／短径を１．１以上に変形するには、第２クラッドとなるガラス微粒子の嵩密度を０．３ｇ／ｃｍ3 以下、堆積厚さを５ｍｍ以上、研削した母材（コアと第１クラッド）の断面の長径／短径を１．２５以上にすることが望ましい。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、第２クラッドとなるガラス微粒子をの嵩密度を０．５ｇ／ｃｍ3 以下とすることにより、焼結時のコアと第１クラッドが受ける圧縮力が高いので、コア径が大きい、即ち、第２クラッドが薄い構成であっても、コアを軸方向に均一に変形させ、変形量を確保して容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る光ファイバを製造するための光ファイバプリフォームの断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係るモードフィールド変換用光ファイバの製造方法の製造工程を示す断面図であり、（Ａ）はコアと第１クラッドを形成する工程まで、（Ｂ）は第１クラッドの外周を研削する工程までを示す。
【図３】図３は図２の続きの工程を示し、（Ａ）は第１クラッドの外周部に第２クラッドとなるガラス微粒子を堆積させる工程まで、（Ｂ）は焼結工程までを示す。
【図４】図４（Ａ）および（Ｂ）は、第１クラッドの外周を研削するときの形状の例を示す断面図である。
【図５】図５（Ａ）および（Ｂ）は、第１クラッドの外周を研削するときの形状の例を示す断面図である。
【図６】図６は、第１クラッドの外周部の研削時の短辺の長さと変形後のコアの長径／短径比の値の関係を示すグラフである。
【図７】図７は、第２クラッドとなるガラス微粒子の嵩密度と変形後のコアの長径／短径比の値の関係を示すグラフである。
【図８】図８は、第２クラッドとなる嵩密度０．２ｇ／ｃｍ3 のガラス微粒子の厚さを変えて堆積させたときの変形後のコアの長径／短径比の値の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１…第１クラッド
２…コア
３…ガラス微粒子
４…第２クラッド
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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