(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバ中心をなす中実又は中空のコアと、該コアを被覆するように設けられファイバ横断面に所定格子を形成してファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を構成するように配設された複数の細孔を有するクラッドと、を備え、ファイバ横断面において、該細孔の外郭形状が楕円に形成され且つ該楕円の細孔の長軸が一方向に配向していることにより、光伝搬領域であるモードフィールドが相互に直交し且つ伝搬定数が異なる２つの偏波モードを有するように構成された偏波保存フォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
上記ファイバ横断面の孔パターンに対応して設けられ、各々、両端が封止された複数の円形孔と、横断面において該複数の円形孔を挟むように設けられた少なくとも一対の未封止孔とを有するプリフォームを準備するプリフォーム準備工程と、
上記プリフォームを線引き加工により細径化する線引き工程と、
を備えたことを特徴とする偏波保存フォトニッククリスタル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、偏波保存フォトニッククリスタルファイバ（以下「偏波保存ＰＣＦ」という）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトニッククリスタルファイバは、ファイバ中心をなす中実又は中空ののコアと、そのコアを被覆するように設けられファイバ横断面に所定格子を形成してファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を構成するように配設された複数の細孔を有するクラッドとを備えた光ファイバであり、種々の分野での適用が提案されている。
【０００３】
その中の一つとして、フォトニッククリスタルファイバを偏波保存ファイバとすることが考えられる。
【０００４】
J.Lightwave Technol.,Vol.19,No.4,pp495-503,Apr,2001には、細孔のファイバ横断面外郭形状を楕円とした偏波保存ＰＣＦが開示されており、かかる構成の偏波保存ＰＣＦは、形状寸法を適切に設定すれば計算上１０-2程度の大きなモード複屈折率を示すとの内容が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本出願の課題は、ファイバ横断面外郭形状が楕円である細孔を有する偏波保存ＰＣＦを容易に製造することができる方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、プリフォームに円形孔を設け、線引き工程時にプリフォーム横断面内に作用する向心力が異方性を有するようにしたものである。
【０００７】
具体的には、本発明は、ファイバ中心をなす中実又は中空のコアと、該コアを被覆するように設けられファイバ横断面に所定格子を形成してファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を構成するように配設された複数の細孔を有するクラッドと、を備え、ファイバ横断面において、該細孔の外郭形状が楕円に形成され且つ該楕円の細孔の長軸が一方向に配向していることにより、光伝搬領域であるモードフィールドが相互に直交し且つ伝搬定数が異なる２つの偏波モードを有するように構成された偏波保存フォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
上記ファイバ横断面の孔パターンに対応して設けられ、各々、両端が封止された複数の円形孔と、横断面において該複数の円形孔を挟むように設けられた少なくとも一対の未封止孔とを有するプリフォームを準備するプリフォーム準備工程と、
上記プリフォームを線引き加工により細径化する線引き工程と、
を備えたことを特徴とする。
【０００８】
上記の方法によれば、プリフォームは、線引き工程時に、未封止孔の方が封止孔よりも大きく縮小し、中心から未封止孔側に向かって引張り力が作用しつつファイバー化される。そのとき、プリフォーム横断面内に作用する向心力は、上記引張り力が向心力に抵抗するため一対の未封止孔を結ぶ方向よりもそれに直交する方向の方が大きい、すなわち、異方性を有することとなる。その結果、線引き工程時に異方性を有する向心力がプリフォーム横断面内に作用し、プリフォームに設けられた円形孔が等方的に縮小せずに楕円形状の細孔に形成されてファイバー化され、しかも、楕円形状の細孔の長軸が一方向に配向することとなる。従って、プリフォームに楕円孔を設けるといった複雑な加工が不要であり、ファイバ横断面外郭形状が楕円である細孔を有する偏波保存ＰＣＦを容易に製造することができる。
【０００９】
【発明の効果】
上記の方法によれば、プリフォームに楕円孔を設けるといった複雑な加工が不要であり、ファイバ横断面外郭形状が楕円である細孔を有する偏波保存ＰＣＦを容易に製造することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下に実施形態１に係る偏波保存ＰＣＦの製造方法について工程を追って説明する。
【００１１】
＜キャピラリ作製工程＞
図１に示すように、円筒状の石英（ＳｉＯ2）管９を電気炉１０で加熱延伸することにより長尺のキャピラリ１を作製する。このとき、石英管９内及びキャピラリ１内に塩素ガスを流通させる。これによって、キャピラリ１内面の水酸基及び水分が塩素ガスによって除去されると共に空気が排除されて水分のキャピラリ１内面への付着が防止され、水酸基の吸収による伝送ロスが低減されることとなる。次に、得られた長尺のキャピラリ１の両端を封止してキャピラリ１内に塩素ガスを充填した状態とする。そして、この長尺のキャピラリ１をマイクロバーナー等を用いて所定長さに切り分けることにより、両端にキャピラリ封止部１ａ，１ａが形成され塩素ガスが充填されたキャピラリ１，１，…を作製する。このキャピラリ１内に塩素ガスが充填されていることによって、キャピラリ１内面への水分の接触がなくなり、これによっても水酸基の吸収による伝送ロスの低減が図られることとなる。
【００１２】
＜部材準備工程＞
キャピラリ作製工程で作製したキャピラリ１，１，…を多数本と、キャピラリ１の同外径で同長さの石英製のコアロッド２を１本と、キャピラリ１及びコアロッド２より短尺の石英円筒管を１本と、を準備する。
【００１３】
＜プリフォーム準備工程＞
−サポート管形成−
石英円筒管の外周面を研磨し、図２に示すように、横断面外郭形状を扁平に形成したサポート管３を作製する。
【００１４】
−キャピラリ及びコアロッド充填−
キャピラリ１，１，…及びコアロッド２をサポート管３内に貫通状態に充填する。このとき、図３に示すように、横断面においてキャピラリ孔が三角格子を形成するようにキャピラリ１，１，…を最密状に充填すると共に、中心軸位置にコアロッド２を配置する。これにより、各キャピラリ１及びコアロッド２の移動がサポート管３により規制される。また、キャピラリ１，１，…及びコアロッド２は断面円形であるため、サポート管３内にはキャピラリ１相互間等に断面略三角形状の空隙１１，１１，…が形成される。
【００１５】
次に、キャピラリ束の最外層とサポート管３の内壁との間に生じる間隙には石英粉等の充填材を充填し、各キャピラリ１の位置ずれが生じないようにする。
【００１６】
以上のようにして、キャピラリ束を形成する最密状に配設された多数のキャピラリ１，１，…と、その中心軸位置に配置されたコアロッド２と、それらを保持するサポート管３とからなるプリフォーム４を作製する。
【００１７】
＜塩素ガスによる脱水処理工程＞
図４に示すように、プリフォーム４両端にサポート管３とほぼ同外径である石英製の補助パイプ１２，１２をそれぞれ溶接する。そして、一方の補助パイプ１２の開口部から塩素ガスを流し込み、その塩素ガスをサポート管３内に形成された空隙１１，１１，…に流通させ、最終的に他方の補助パイプ１２の開口部から排出するようにすると共に、火炎１３をプリフォーム４の長手方向に往復移動させるようにしてその外側を加熱する。これによって、キャピラリ１，１，…外面及びコアロッド２外面の水酸基及び水分が塩素ガスによって予め除去され、水酸基の吸収による伝送ロスの低減が図られることとなる。そして、キャピラリ１相互間の空隙１１，１１，…が減圧された状態となるようにサポート管３内を真空ポンプで減圧しながらその両端を加熱してサポート管封止部３ａ，３ａを形成する。このとき、その空隙１１，１１，…に空気が侵入しないようにし、空隙１１，１１，…に塩素ガスが充填された状態となるようにする。
【００１８】
＜線引き工程＞
プリフォーム４から一方の補助パイプ１２を取り外し、図５に示すように、残った他方の補助パイプ１２が上側になるようにしてプリフォーム４を線引き加工機にセットする。そして、プリフォーム４に線引き炉１４で加熱延伸する線引き加工（例えば、線引き炉温度２２５０℃、線引速度２０ｍ／ｍｉｎ）を施すことにより細径化（ファイバー化）する。このとき、非円形の扁平形状であるプリフォーム４横断面外郭形状が表面張力の作用により円形化しつつプリフォーム４が細径化（ファイバー化）される。また、プリフォーム４横断面内に作用する向心力は扁平の短径方向よりも長径方向の方が大きくなる、すなわち、異方性を有することとなる。そのため、プリフォーム４に設けられた円形孔は長軸が一方向に配向した横断面楕円形に形成される。さらに、サポート管３内に形成された空隙１１，１１，…が減圧された状態で封止され、しかも塩素ガスが充填されていることによって、キャピラリ１外面及びコアロッド２外面への水分の接触が防止されると共に、減圧されたそれらの空隙１１，１１，…が加熱によって内部圧力の高まったキャピラリ１，１，…によってスムーズに押し潰されることとなる。そして、隣接するキャピラリ１同士、キャピラリ１とコアロッド２、及びキャピラリ１とサポート管３は相互に融着一体化することとなる。
【００１９】
そうして、図６に示すように、ファイバ中心をなす中実のコア５と、コア５を被覆するように設けられファイバ横断面に所定格子を形成してファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を構成するように配設された複数の細孔６ａ，６ａ，…を有するクラッド６と、クラッド６をさらに被覆するように設けられた被覆部７とを備え、ファイバ横断面において、細孔６ａ，６ａ，…の外郭形状が楕円に形成され且つ楕円の細孔６ａ，６ａ，…の長軸が一方向に配向した横断面円形の偏波保存ＰＣＦ８が製造される。かかる偏波保存ＰＣＦ８は、光伝搬領域であるモードフィールドがファイバ横断面において相互に直交し且つ伝搬定数が異なる２つの偏波モードを有するように構成されたものとなる。
【００２０】
以上のような偏波保存ＰＣＦ８の製造方法によれば、プリフォーム４は、線引き工程時に、扁平である横断面外郭形状が表面張力の作用により円形化しつつファイバー化される。そのとき、プリフォーム４横断面内に作用する向心力は、扁平の短径方向よりも長径方向の方が大きい、すなわち、異方性を有することとなる。そのため、プリフォーム４の横断面円形のキャピラリ孔が等方的に縮小せずに楕円形状の細孔に形成されてファイバー化され、しかも、楕円形状の細孔６ａ，６ａ，…の長軸が一方向に配向することとなる。従って、プリフォームに楕円孔を設けるといった複雑な加工が不要であり、ファイバ横断面外郭形状が楕円である細孔６ａ，６ａ，…を有する偏波保存ＰＣＦ８を容易に製造することができる。
【００２１】
（実施形態２）
以下に実施形態２に係る偏波保存ＰＣＦの製造方法について工程を追って説明する。なお、実施形態１と同一部位及び同一部材は同一符号で示す。
【００２２】
＜キャピラリ作製工程＞
実施形態１と同様の方法でキャピラリ１を作製する。このとき、両端が封止されていない未封止キャピラリ２１も同様に作製する。
【００２３】
＜部材準備工程＞
キャピラリ作製工程で作製した封止したキャピラリ１，１，…を多数本と、キャピラリ１の同外径で同長さの石英製の未封止キャピラリ２１，２１，…を所定本と、キャピラリ１の同外径で同長さの石英製のコアロッド２を１本と、キャピラリ１，未封止キャピラリ２１及びコアロッド２よりも短尺で石英製の円筒状のサポート管３を１本と、を準備する。
【００２４】
＜プリフォーム準備工程＞
キャピラリ１，１，…、未封止キャピラリ２１，２１，…及びコアロッド２を貫通状態にサポート管３内に充填する。このとき、図７に示すように、横断面においてキャピラリ孔が三角格子を形成するようにキャピラリ１，１，…及び未封止キャピラリ２１，２１…を最密状に充填すると共に、中心軸位置にコアロッド２が配置し、また、横断面において、キャピラリ１，１，…の束を一対の未封止キャピラリ２１，２１，…の束で挟むように、キャピラリ１，１，…及び未封止キャピラリ２１，２１…を配設する。これにより、各キャピラリ１、各未封止キャピラリ２１及びコアロッド２の移動がサポート管３により規制される。また、キャピラリ１，１，…、未封止キャピラリ２１及びコアロッド２は断面円形であるため、サポート管３内にはキャピラリ１及び未封止キャピラリ２１相互間等に断面略三角形状の空隙１１，１１，…が形成される。
【００２５】
次に、キャピラリ束の最外層とサポート管３の内壁との間に生じる間隙に石英粉等の充填材を充填し、各キャピラリ１の位置ずれが生じないようにする。
【００２６】
以上のようにして、最密状に配設された多数のキャピラリ１，１，…の束と、その束を挟むように設けられた未封止キャピラリ２１の束と、それらの中心軸位置に配置されたコアロッド２と、それらを保持するサポート管３とからなるプリフォーム４を作製する。
【００２７】
＜塩素ガスによる脱水処理工程＞
実施形態１と同様にして塩素ガスによるプリフォーム４の脱水処理を行う。
【００２８】
＜線引き工程＞
実施形態１と同様に、プリフォーム４を線引き加工機にセットする。そして、プリフォーム４に線引き炉で加熱延伸すると共に未封止キャピラリ２１内を減圧しつつ線引き加工を施すことにより細径化（ファイバー化）する。このとき、プリフォーム４が細径化する際に、未封止キャピラリ２１の方が両端封止したキャピラリ１よりもキャピラリ孔の縮小が速い。そのため、未封止キャピラリ２１のキャピラリ孔を埋め合わせるべくプリフォーム４横断面内に中心から未封止キャピラリ２１の束側に向かって引張り力が作用する。その引張り力は、線引き加工時のプリフォーム４横断面内に作用する向心力に抗するので、その向心力は、未封止キャピラリ２１の孔により構成された一対の未封止孔群を結ぶ方向よりもそれに直交する方向の方が大きい、すなわち、異方性を有することとなる。それによって、プリフォーム４に設けられた円形孔は長軸が一方向に配向した横断面楕円形となる。また、サポート管３内に形成された空隙１１，１１，…が減圧された状態で封止され、しかも塩素ガスが充填されていることによって、キャピラリ１外面及びコアロッド２外面への水分の接触が防止されると共に、減圧されたそれらの空隙１１，１１，…が加熱によって内部圧力の高まったキャピラリ１，１，…によってスムーズに押し潰されることとなる。そして、隣接するキャピラリ１同士、キャピラリ１とコアロッド２、及びキャピラリ１とサポート管３は相互に融着一体化すると共に未封止キャピラリ２１のキャピラリ孔が消滅することとなる。
【００２９】
そうして、図８に示すように、ファイバ中心をなす中実のコア５と、コア５を被覆するように設けられファイバ横断面に三角格子を形成してファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を構成するように配設された複数の細孔６ａ，６ａ，…を有するクラッド６と、クラッド６をさらに被覆するように設けられた被覆部７とを備え、ファイバ横断面において、細孔６ａ，６ａ，…の外郭形状が楕円に形成され且つ楕円の細孔６ａ，６ａ，…の長軸が一方向に配向した横断面円形の偏波保存ＰＣＦ８が製造される。かかる偏波保存ＰＣＦ８は、光伝搬領域であるモードフィールドがファイバ横断面において相互に直交し且つ伝搬定数が異なる２つの偏波モードを有するように構成されたものとなる。
【００３０】
以上のような偏波保存ＰＣＦ８の製造方法によれば、プリフォーム４は、線引き工程時に、未封止キャピラリ２１の方が両端封止したキャピラリ１よりもキャピラリ孔が大きく縮小し、横断面において中心から未封止キャピラリ２１の束側に向かって引張り力が作用しつつファイバー化される。そのとき、プリフォーム４横断面内に作用する向心力は、上記引張り力が向心力に抗して作用するため一対の未封止キャピラリ２１の束を結ぶ方向よりもそれに直交する方向の方が大きい、すなわち、異方性を有することとなる。そのため、プリフォーム４の横断面円形のキャピラリ孔が等方的に縮小せずに楕円形状の細孔に形成されてファイバー化され、しかも、楕円形状の細孔６ａ，６ａ，…の長軸が一方向に配向することとなる。従って、プリフォームに楕円孔を設けるといった複雑な加工が不要であり、ファイバ横断面外郭形状が楕円である細孔を有する偏波保存ＰＣＦ８を容易に製造することができる。
【００３１】
（その他の実施形態）
なお、上記実施形態１及び２では、サポート管３にキャピラリを充填する偏波保存ＰＣＦ８の製造方法としたが、特にこれに限定されるものではなく、石英のロッド材に孔を穿孔したプリフォーム４を作製し、それを線引き加工するようにしてもよい。その場合、例えば、実施形態１に対応するものとしては、図９に示すように、扁平断面のロッド材に所定孔パターンで孔２２，２２，…を形成したプリフォーム４を準備すればよい。また、実施形態２に対応するものとしては、横断面円形のロッド材に所定パターンの封止孔２３，２３，…を形成すると共に、その封止孔群を挟むように未封止孔２４，２４，…を形成したプリフォーム４を準備すればよい。
【００３２】
また、上記実施形態１では、石英パイプの側面を研磨することにより扁平横断面のサポート管３を形成したが、特にこれに限定されるものではなく、図１１（ａ）に示すように、横断面外郭が楕円で且つ横断面孔形状が円形に形成されたサポート管３であってもよく、また、図１１（ｂ）に示すように、石英円筒管を側方に圧縮して横断面外郭及び横断面孔形状が楕円に形成されたサポート管３であってもよい。
【００３３】
また、上記実施形態２では、サポート管３に両端を封止したキャピラリ１，１，…と未封止キャピラリ２１，２１，…とを充填し、それによって線引き加工時にプリフォーム４横断面内に作用する向心力が異方性を発現するようにしたが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、サポート管に未封止キャピラリを充填し、キャピラリ内を加圧する領域と、それを挟むキャピラリ内を加圧する領域とを設けることによって線引き加工時にプリフォーム横断面内に作用する向心力が異方性を有するようにしてもよい。
【００３４】
また、上記実施形態１及び２では、中実のコア５を有する偏波保存ＰＣＦ８を製造するものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、中空のコアを有する偏波保存ＰＣＦを製造するものであってもいよい。その場合、プリフォームの中心軸位置にコアロッド２を配置する代わりに、その中心軸位置にコア空間を形成するようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施形態１に係るキャピラリ作製工程を示す説明図である。
【図２】  実施形態１に係るサポート管の横断面図である。
【図３】  実施形態１に係るプリフォームの横断面図である。
【図４】  実施形態１に係る塩素ガスによる脱水処理工程を示す説明図である。
【図５】  実施形態１に係る線引き工程の説明図である。
【図６】  実施形態１に係る偏波保存ＰＣＦの斜視図である。
【図７】  実施形態２に係るプリフォームの横断面図である。
【図８】  実施形態２に係る偏波保存ＰＣＦの斜視図である。
【図９】  その他の実施形態に係るプリフォームの横断面図である。
【図１０】  その他の別の実施形態に係るプリフォームの横断面図である。
【図１１】  その他の実施形態に係るサポート管の横断面図である。
【符号の説明】
１  キャピラリ
１ａ  キャピラリ封止部
２  コアロッド
３  サポート管
３ａ  サポート管封止部
４  プリフォーム
５  コア
６  クラッド
６ａ  細孔
７  被覆部
８  偏波保存ＰＣＦ
９  石英管
１０  電気炉
１１  空隙
１２  補助パイプ
１３  火炎
１４  線引き炉
２１  未封止キャピラリ
２２  孔
２３  封止孔
２４  未封止孔
【図１】
0003836731.tif 000002
【図２】
0003836731.tif 000003
【図３】
0003836731.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003836731.tif 000008
【図８】
0003836731.tif 000009
【図９】
0003836731.tif 000010
【図１０】
0003836731.tif 000011
【図１１】
0003836731.tif 000012