(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ裸線の周上に、プライマリ被覆層、セカンダリ被覆層を順次設けてなる光ファイバであって、
前記プライマリ被覆層が、紫外線透過性熱硬化型のシリコーン樹脂からなり、その厚さが１〜１０μｍであり、
前記セカンダリ被覆層が、引張強度が３０ＭＰａ以上、ヤング率が１００〜８００ＭＰａである紫外線吸収性の紫外線硬化型樹脂からなり、その厚さが５１．５〜６１．５μｍであることを特徴とする光ファイバグレーティング用光ファイバ。
【請求項２】
光ファイバ裸線の周上に、紫外線透過性熱硬化型のシリコーン樹脂からなるプライマリ被覆層と、引張強度が３０ＭＰａ以上、ヤング率が１００〜８００ＭＰａである紫外線吸収性の紫外線硬化型樹脂からなるセカンダリ被覆層を有する光ファイバにグレーティングを形成する光ファイバグレーティングの製造方法であって、この光ファイバのグレーティング形成部分に紫外線を照射してセカンダリ被覆層を除去する工程と、このセカンダリ被覆層が除去された部分の光ファイバに、紫外線を照射してグレーティングを形成する工程とを有することを特徴とする光ファイバグレーティングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバグレーティングに用いられる光ファイバの被覆構造、および光ファイバグレーティングの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバグレーティングとは、光ファイバの長さ方向に周期的な摂動が形成されてなる光ファイバ型デバイスであって、特定モード間の結合を発生させることにより、波長フィルターとして作用するものである。
【０００３】
このような光ファイバグレーティングの製造方法としては、例えばコアの屈折率を周期的に変化させたり、コア径を変化させて導波構造を変化させたりして、光ファイバに周期的な摂動を形成する方法などが挙げられる。
最も、一般的な光ファイバグレーティングの製造方法は、光ファイバに紫外線を照射して、フォトリフラクティブ効果（フォトセンシティブ効果という場合もある）により、コアの屈折率を変化させる方法である。
フォトリフラクティブ効果とは、例えば、ドーパントとしてゲルマニウムが添加された石英ガラスに、波長２４０ｎｍ付近の紫外線を照射すると、前記石英ガラスの屈折率の上昇が観測される現象のことである。
【０００４】
このような光ファイバに紫外線を照射する光ファイバグレーティングの製造方法に用いられる光ファイバは、石英ガラスにゲルマニウムがドープされたコアと、石英ガラスのクラッドからなるシングルモード系の光ファイバ裸線上に、紫外線硬化型樹脂などからなる被覆層が設けられてなるものである。
【０００５】
そして、このような光ファイバグレーティングの製造方法においては、まず、光ファイバの紫外線感受性を高めて光ファイバにおけるフォトリフラクティブ効果を向上させるために、水素添加処理が施される。水素添加処理とは、一般に、高圧の水素容器中で光ファイバを数日間放置し、光ファイバ中の水素濃度を高めるものである。（以下、水素添加処理工程とする。）
【０００６】
次に、光ファイバのグレーティングを形成する部分において、光ファイバ裸線上に形成された被覆層を除去する。（以下、被覆層除去工程とする。）
次に、被覆層が除去された光ファイバ裸線表面を洗浄し、表面に残った被覆層の樹脂を完全に取り除く。（以下、洗浄工程とする。）
次に、光ファイバに紫外線を照射してグレーティングを形成する。（以下、紫外線照射工程とする。）
次に、光ファイバ中の水素を除去する。（水素除去工程）
次に、光ファイバにおける被覆層除去部分に、樹脂を被覆して、この部分を補強する。
このようにして、光ファイバグレーティングが製造される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような製造方法においては、光ファイバにおける強度がグレーティングの製造後に劣化してしまうという問題があった。
例えば、通常の紫外線硬化型樹脂による被覆層が設けられた光ファイバにおける平均破断強度が５ｋｇｆ／ｍｍ2 程度であるのに対し、上記方法においてこの光ファイバにグレーティングを形成した後の光ファイバの平均破断強度は、２．５ｋｇｆ／ｍｍ2 程度に低下してしまう。
これは、上記光ファイバグレーティングの製造方法における被覆層除去工程、洗浄工程および紫外線照射工程において、光ファイバ裸線上にマイクロクラックが生じるためであると考えられる。
【０００８】
光ファイバの被覆層を機械的に除去しようとする場合、被覆層の除去には、ナイフのような鋭利な金属からなる刃ものなどの工具が用いられるが、光ファイバグレーティングの製造に用いられる光ファイバにおいては、光ファイバ裸線の外周表面と、被覆層とは密着しているために、前記工具と光ファイバ裸線との接触はさけられず、この接触により光ファイバ裸線表面にマイクロクラックが生じてしまい、その強度が著しく劣化してしまう。
【０００９】
このため、通常は光ファイバの被覆層を除去するために、有機溶剤を用いて被覆層を形成する樹脂を膨潤させ、光ファイバ裸線から被覆層を剥離させて、樹脂を取り除くことが行われる。（上記被覆層除去工程）
しかしながら、これだけでは被覆層の除去は不十分で、光ファイバ裸線表面に被覆層を形成する樹脂が小さい島状に残ってしまうため、さらに、有機溶剤による超音波洗浄を行うか、無塵ペーパーでふき取る必要がある。（上記洗浄工程）しかし、いずれの洗浄方法においても、光ファイバ裸線表面のマイククラックの発生はさけられず、その結果光ファイバの強度が劣化してしまう。
かといって、これらの洗浄工程を省くと、光ファイバ裸線上に除去しきれなかった樹脂が残ることとなる。このように、光ファイバ裸線上に樹脂が残ると、次の紫外線照射工程において、この樹脂が紫外線を吸収し一瞬で溶解もしくは燃焼してしまうために、光ファイバ裸線表面のいたるところで局所的に高温部分が生じ熱ひずみが発生する。このような熱ひずみにより、光ファイバ裸線表面においてはマイクロクラックが生じ、また、できたマイクロクラックが成長して大きくなってしまう。そして、このようなマイクロクラックにより光ファイバの強度が劣化してしまう。
光ファイバグレーティングには、製品として一定以上の引張り強さが要求されるため、上記強度が劣化した光ファイバグレーティングは製品とはならない。よって、このような強度に劣る光ファイバグレーティンは、上記製造方法における製品の歩留まりを低下させる要因ともなっていた。
【００１０】
このような光ファイバグレーティングにおける強度劣化の問題を解決するために、光ファイバグレーティングの製造工程においては、被覆層の除去することなしに光ファイバにグレーティングを形成する方法がいくつか提案されている。
例えば、特開平１０−８２９１９号公報においては、光ファイバグレーティングの製造に用いる光ファイバとして、コア、クラッドからなる光ファイバ（裸線）の外周に、紫外線を透過する被覆層を形成し、この被覆層の紫外線の透過率を最大９０％程度とすることによって、被覆層を除去することがなく光ファイバにグレーティングを形成する方法が示されている。
しかしながら、このような方法においては、光ファイバ裸線上に形成される被覆層は、紫外線硬化樹脂、シリコーン樹脂、カーボンのいずれかからなる、厚さが５〜１０μｍの薄膜であり、光ファイバに要求される強度としては不十分であると考えられる。
【００１１】
また、米国特許５，７７３，４８６号には、紫外線硬化型樹脂に光伝導体
（photoinitiator）を添加して、紫外線硬化型樹脂の紫外線透過率を向上させ、これを光ファイバの被覆層に用いることによって、被覆層を除去せずに、光ファイバグレーティングを製造する方法が示されている。
【００１２】
しかしながら、このような紫外線硬化型樹脂を被覆層に用いた光ファイバグレーティングの製造方法においては、紫外線硬化型樹脂の紫外線吸収による発熱の問題、および光ファイバの製造効率の低下などの問題があった。
【００１３】
上記紫外線硬化型樹脂からなる被覆層の紫外線透過率は、１００％とはならず、透過されない残りの紫外線は、被覆層の紫外線硬化型樹脂に吸収されて、紫外線硬化型樹脂中で熱エネルギーに変換される。このため、紫外線が照射された光ファイバにおいては、グレーティングが形成されるより先に被覆層が発熱することになる。
一般に知られているように、樹脂そのものは熱に弱く、発熱によって酸化、溶融、蒸発などの変性を起こす。
よって、上記光ファイバグレーティングの製造方法においては、被覆層の樹脂が発熱により変性しないように、紫外線の照射エネルギーを下げる必要がある。しかし、仮に紫外線の照射エネルギーを下げて樹脂の変性を抑制したとしても、樹脂の熱膨張は抑えられず、この熱膨張のためにグレーティング形成中に光ファイバが移動してしまい、グレーティングが作製できないという問題が発生してしまう。
【００１４】
上記光ファイバグレーティングの製造方法において、これら樹脂の変性、熱膨張等の問題を解決するためには、照射する紫外線のエネルギー密度を０．３ｍＪ／ｍｍ2 以下にする必要があった。一般的に光ファイバグレーティングは、エネルギー密度が１〜４ｍＪ／ｍｍ2 の紫外線を照射して作製されており、上記０．３ｍＪ／ｍｍ2 以下の紫外線のエネルギー密度では、光ファイバグレーティングの製造速度が、通常の１／５０以下となってしまい、その生産効率が著しく低下することになってしまう。
【００１５】
また、紫外線硬化型樹脂において、紫外線の透過率を高めるということは、紫外線硬化型樹脂そのものの硬化時間を長くすることになる。よって、紫外線の透過率の高い紫外線硬化型樹脂を被覆層に用いた光ファイバにおいては、その製造において、被覆層の形成工程に時間がかかることになる。この結果、光ファイバのスループットが半分以下になり、光ファイバそのものの製造コストが高くなる問題がある。また、光ファイバの製造時間を通常のものと変わらないものとするには、紫外線硬化型樹脂における紫外線硬化型樹脂の透過率を５０％程度としなければならず、この場合は、紫外線の吸収率がたかまることになり、上述の問題が引き起こされることとなる。
【００１６】
このように、光ファイバの被覆層を除去しないで、光ファイバにグレーティングを形成する方法としては、実用に見合う適切なものが未だ開発されていない。本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、光ファイバグレーティングを製造する際に、その強度を劣化させずに、良好な光ファイバグレーティングを得ることを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光ファイバ裸線の最外周部を露出することなく、光ファイバにグレーティングを形成して、十分な強度を有する光ファイバグレーティングを得るものであり、そのために有用な光ファイバ、および光ファイバグレーティングの製造方法を提供するものである。
すなわち本発明の光ファイバは、光ファイバ裸線の周上に、プライマリ被覆層、セカンダリ被覆層を順次設けてなる光ファイバであって、前記プライマリ被覆層が、紫外線透過性の熱硬化型のシリコーン樹脂からなり、その厚さが１〜１０μｍであり、前記セカンダリ被覆層が引張強度が３０ＭＰａ以上、ヤング率が１００〜８００ＭＰａである紫外線吸収性の紫外線硬化型樹脂からなり、その厚さが５１．５〜６１．５μｍであることを特徴とする。
このような光ファイバであれば、十分な強度を有するとともに、光ファイバ裸線を外部に露出することなく、光ファイバにグレーティングを形成することができる。
【００１８】
また、本発明の光ファイバグレーティングの製造方法は、上記光ファイバを用い、この光ファイバに紫外線を照射してセカンダリ被覆層を除去する工程と、プライマリ被覆層に被覆された光ファイバに紫外線を照射して、光ファイバにグレーティングを形成する工程とを有するものである。
このような光ファイバグレーティングの製造方法によれば、光ファイバ裸線を傷つけることなくグレーティングを形成することができるので、光ファイバグレーティングに十分な強度を与えることができる。
【００１９】
さらに、本発明の光ファイバグレーティングの製造方法により得られた光ファイバグレーティングであれば、製品として十分な強度を有することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の光ファイバグレーティング製造用光ファイバの一例を示すもので、図中符号１は、光ファイバ裸線であり、この光ファイバ裸線１の外周上には、プライマリ被覆層２、セカンダリ被覆層３が設けてられて光ファイバ４とされている。
この光ファイバ裸線１は、通常光ファイバに用いられるもので、コアとクラッドからなり、コアが酸化ゲルマニウムがドープされた石英ガラスからなり、クラッドが石英ガラスからなるシングルモード系の光ファイバである。
【００２１】
上記プライマリ被覆層２は、紫外線の透過率の高い熱硬化型のシリコーン樹脂からなるものである。具体的には、ジメチルシリコーン樹脂等が挙げられる。
熱硬化型のシリコーン樹脂は、２４８ｎｍの紫外線光に対して、９０％程度の透過率を有する。よって、このシリコーン樹脂からなるプライマリ被覆層２上から紫外線を照射しても、紫外線は光ファイバに達する。よって、この光ファイバにおいて光ファイバにグレーティングを施す際に、プライマリ被覆層２を除去する必要がない。
【００２２】
このプライマリ被覆層の厚さとしては、１〜１０μｍであることが好ましい。１μｍ未満であると光ファイバ裸線の保護機能が得られず、１０μｍを超えるとグレーティング形成時の紫外線の吸収が大きくなる。
【００２３】
上記セカンダリ被覆層３は、通常、光ファイバの被覆に用いられる紫外線吸収性で、波長２４８ｎｍの紫外線吸収率が１０％以下の紫外線硬化型樹脂を用いることができ、好ましくはエポキシ系あるいはウレタンアクリレート系の紫外線硬化型樹脂を用いることができる。
また、上記紫外線硬化型樹脂の引張り強さは、３０ＭＰａ以上であることが望ましい。３０ＭＰａ未満であると、光ファイバに十分な強度を与えることができない。
また、そのヤング率が１００〜８００ＭＰａであることが望ましい。１００ＭＰａ未満であると、光ファイバの曲げ剛性の低下、耐外傷性の低下が起こり、８００ＭＰａを超えると屈曲性が低下し、１５００ＭＰａ以上で実用的な樹脂は存在しない。
【００２４】
このセカンダリ被覆層３の厚さとしては、５１．５〜６１．５μｍであることが好ましい。５１．５μｍ未満であると、光ファイバ４に十分な強度を与えることができず、６１．５μｍを超えると、光ファイバ４にグレーティングを形成する際のセカンダリ被覆層３の除去が困難となり、また、光ファイバの取り扱い性が悪化する。
【００２５】
このセカンダリ被覆層３の紫外線硬化型樹脂の紫外線透過率は、２４８ｎｍの紫外線において１０％以下であるので、上述の紫外線透過率の高い紫外線硬化型樹脂のみ被覆層に用いた光ファイバの製造方法のように製造速度を低下する必要がなく、通常の製造速度により光ファイバ４を製造することができる。
セカンダリ被覆層３は、上記のように紫外線透過率が低いものであるので、光ファイバグレーティングの製造時には除去する必要があるが、このセカンダリ被覆層３は容易に除去することができる。
例えば、セカンダリ被覆層３に紫外線ビームをパルス状に照射することによって、紫外線硬化型樹脂が紫外線を吸収して加熱され、この熱で燃焼し、簡単にアブレーションを起こすため、これを容易に取り除くことができる。この紫外線の照射は、例えばエキシマレーザ等を紫外線ビームをパルス状にセカンダリ被覆層に照射することにより可能である。
このように、紫外線を照射することにより、セカンダリ被覆層３を除去することができるので、光ファイバ裸線に傷をつけることがない。またセカンダリ被覆層３の除去は、紫外線照射装置を用いて容易に行うことができるものであるので、光ファイバグレーティングの製造工程において、特別な装置を用意する必要なく実施することができる。
【００２６】
このような光ファイバ裸線１上に、上記プライマリ被覆層２、セカンダリ被覆層３が形成された、２層被覆構造の光ファイバであれば、通常の光ファイバに要求される強度を有することができる。
また、セカンダリ被覆層３は紫外線硬化型樹脂からなるので、光ファイバ裸線１に傷を与えることなく、容易に除去することができる。
そして、セカンダリ被覆層３の除去された光ファイバは、その表面を紫外線透過率の高いプライマリ被覆層２に被われているので、この上から、紫外線を照射してグレーティングを形成することが可能である。よって、このような光ファイバ４においては、グレーティング形成中に、光ファイバ裸線にマイクロクラックが生じることがないので、グレーティング形成後に光ファイバ４の強度が劣化することがない。
【００２７】
次に、このような光ファイバ４を用いた光ファイバグレーティングの製造方法について説明する。
図２〜図４は、本発明の光ファイバグレーティングの製造方法の一例を説明するための概略構成図ものである。
まず、好ましくは、光ファイバ４にグレーティングを形成する前に、水素処理工程により、光ファイバ４に水素を添加し、光ファイバ４の紫外線感受性を高める。
【００２８】
ついで、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、光ファイバ４の途中のグレーティングを形成する部分に、紫外線レーザをパルス状に照射してセカンダリ被覆層３を除去する。
このときの紫外線照射装置装置としては、グレーティングに用いるものと同様のものを用いることができ、エキシマレーザ、ＱスイッチＹＡＧレーザの３次高周波等を用いることができる。
また、紫外線の波長としては１９０〜４００ｎｍ、エネルギー密度としては０．５〜１０．０ｍＪ／ｍｍ2、パルス数としては１０〜２００Ｈｚ／１０〜１０００ｓｅｃとするのが望ましい。
【００２９】
ついで、図２（ｃ）に示すように、セカンダリ被覆層３が除去された光ファイバ４に、プライマリ被覆層２上から、紫外線を照射して、光ファイバ４にグレーティングを形成する。
図３は、このときのグレーティングを形成方法を説明するための概略構成図である。図３に示す光ファイバは、図２に示す光ファイバ４におけるグレーティング形成部を含むセカンダリ被覆層２除去部分を示している。また、符号１ａは、光ファイバ裸線１におけるコアであり、符号１ｂはクラッドである。さらに符号６は位相マスクであり、この位相マスク６の片面には、所定の周期で複数の格子７が形成されている。
【００３０】
グレーティング部５を形成するには、光ファイバ４の側面から位相マスク６を介して、紫外線照射装置（図示せず）から、波長２４０ｎｍの紫外線を照射する。
このときの紫外線照射装置としては、Ｆ2、ＡｒＦ、ＸｅＦ、ＫｒＦなどのエキシマレーザ、ＱスイッチＹＡＧレーザの３次高周波等が挙げられる。
このようにすると、位相マスク６の格子７によって紫外線が回析し、＋１次回析光と、−１次回析光とが干渉して干渉縞を生じ、この干渉縞を生じた部分の光ファイバ４のコア１ａの屈折率がフォトリフラクティブ効果によって変化し、コ１ａとクラッド１ｂとの間の比屈折率差が変化する。
この結果、光ファイバ４の長さ方向に沿って、コア１ａの屈折率の周期的な変化（比屈折率差の周期的な変化）が形成された光ファイバグレーティングを製造することができる。
このときの周期が短周期の場合は反射型、長周期の場合は放射型の光ファイバグレーティングとなる。
【００３１】
ついで、このようにしてグレーティング部が形成された光ファイバ４は、水素が添加されていたものであれば、水素除去処理が施されたのちに、セカンダリ被覆層３除去部分を、紫外線硬化型樹脂により被覆して補強することによって光ファイバグレーティングを得ることができる。
【００３２】
このような光ファイバグレーティングの製造方法によれば、本発明の特殊な被覆構造を有する光ファイバを用いているので、光ファイバ裸線１を露出させることなく、光ファイバにグレーティングを形成することができる。
よって、グレーティングの製造工程においては、光ファイバ裸線１が傷つくことがないため、製造後に光ファイバ４の強度が低下することがなく、十分な強度を有する光ファイバグレーティングを得ることができる。
【００３３】
【実施例】
以下、本発明を実施例を示して詳しく説明する。
（実施例１）
石英系シングルモードの光ファイバ裸線１上に、ジメチルシリコーン樹脂を塗布硬化させてプライマリ被覆層２を形成し、次いで、このプライマリ被覆層２上に、エポキシ系紫外線硬化型樹脂を塗布、硬化させてセカンダリ被覆層３を形成して光ファイバ４を製造した。このときプライマリ被覆層２の厚さを１０μｍ、セカンダリ被覆層３の厚さを５２．５μｍとした。
【００３４】
この光ファイバ４に、グレーティングを形成して光ファイバグレーティングを製造した。
まず、上記光ファイバ４を、水素濃度９９．９％、１００気圧とした水素容器中に、上記光ファイバ４を５日間放置し光ファイバ４に水素添加処理を施した。ついで、この光ファイバ４の途中３ｃｍにわたり、エキシマレーザにより波長２４８ｎｍ、パルス数６０００pulses、エネルギー密度２．０ｍＪ／ｍｍ2 の紫外線を照射してセカンダリ被覆層３を除去した。
ついで、このセカンダリ被覆層３が除去された部分に、波長２４８ｎｍ、エネルギー密度２．０ｍＪ／ｍｍ2の紫外線を、位相マスクを介して照射し、グレーティングを形成した。
ついで、この光ファイバグレーティング中の水素を、１００℃の容器（大気）に２０ｈｒ放置することにより除去し、セカンダリ被覆層３除去部分を紫外線硬化型樹脂により被覆して補強し、光ファイバグレーティングを得た。
【００３５】
この光ファイバグレーティングと、上記光ファイバ４の平均破断強度を測定した。光ファイバグレーティングは５ｋｇｆ／ｍｍ2 、光ファイバ４は、５ｋｇｆ／ｍｍ2 であった。よって、グレーティング形成前後で光ファイバ４に強度の劣化がないことがわかった。
また、光ファイバグレーティングにおいて、製品として必要とされる破断強度２ｋｇｆ／ｍｍ2 程度であり、上記光ファイバグレーティングにおける破断強度は、これを満たしていることがわかった。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバグレーティング用光ファイバによれば、十分な強度を有すると共に、グレーティング形成後においても、その強度の劣化が少ないものである。
また、この光ファイバを用いた本発明の光ファイバグレーティングの製造方法によれば、光ファイバ裸線を露出することなく、光ファイバにグレーティングを形成することができるものであるので、十分な強度を有する光ファイバグレーティングを製造することができる。また、製品の歩留まりがよい。
このような製造方法により得られた光ファイバグレーティングは、製品として十分な強度を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の光ファイバの一例を示した断面斜視図である。
【図２】（ａ）（ｂ）本発明の光ファイバグレーティングの製造方法の一例を説明するための工程図である。
【図３】  本発明の光ファイバグレーティングの製造方法の一例を説明するための工程図である
【図４】  本発明の光ファイバグレーティングの製造方法の一例におけるグレーティングの形成方法を説明するための概略構成図である。
【符号の説明】
１  光ファイバ裸線
２  プライマリ被覆層
３  セカンダリ被覆層
４  光ファイバ
５  グレーティング部
６  位相マスク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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