(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周円筒部と、該外周円筒部の中心軸に沿って同軸状に配置された中心軸部と、該外周円筒部と中心軸部とを保持し外周円筒部の片方の端面を封止する封止端面板とからなる同軸部材における前記外周円筒部と前記中心軸部との間に形成された片方の端が閉じ他方の端が開口された空洞部に、複数のガラスパイプを前記中心軸部を中心にして層状に配列するように挿入し、その後前記空洞部の開口端を圧力調整用開口部付き又は圧力調整用開口部無しの封止蓋にて封止することを特徴とする微細構造光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項２】
前記同軸部材、前記ガラスパイプ及び前記封止蓋は、シリカガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の微細構造光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項３】
前記空洞部の長手方向の深さは外周円筒部側から中心軸部側に向かって順次深くなるようになっており、該空洞部内に中心軸部側から外周円筒部側に向かって前記ガラスパイプを各層毎に順に配列するように挿入することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の微細構造光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項４】
前記同軸部材の少なくとも外周円筒部の内壁面及び中心軸部の表面、並びに前記複数のガラスパイプの少なくとも外表面を、ガラスパイプを空洞部へ挿入する前あるいは挿入した後に、エッチング処理して付着した不純物を除去することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の微細構造光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項５】
請求項１に基づいて製造した微細構造光ファイバ用母材の圧力調整用開口部の無い側の一端を加熱溶融して線引きすることによって光ファイバのガラス中に複数の長手方向に延びる中空部が中心のコア領域の周囲の円周上に間隔をおいてかつ層状に配列された微細構造光ファイバを得ることを特徴とする微細構造光ファイバの製造方法。
【請求項６】
圧力調整用開口部から前記微細構造光ファイバ用母材の空洞部の内部圧力を調整しながら、前記光ファイバを線引きすることを特徴とする請求項５に記載の微細構造光ファイバの製造方法。
【請求項７】
前記微細構造光ファイバ用母材の線引きを行なう前に微細構造光ファイバ用母材の空洞部及びガラスパイプの孔の空気をハロゲン系ガスで置換し、該ハロゲン系ガスの内部圧力を調整しながら線引きを行なうことを特徴とする請求項５に記載の微細構造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、複数の長手方向に延びる中空部を有する微細構造光ファイバの製造方法及びそれに用いる微細構造光ファイバ用母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、光ファイバのガラス中に長手方向に平行して延びる多数の微細な中空部を有する光ファイバが、通常の充実したガラス構造の光ファイバよりもコア領域とクラッド領域との比屈折率差を大きくし得る光ファイバとして注目されている。ＳＣＩＥＮＣＥ  ＶＯＬ２８５  ３  ＳＥＰＴＥＭＢＥＲ  １９９９  １５３７頁〜１５３９頁「Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ  Ｐｈｏｔｏｎｉｃ  Ｂａｎｄ  Ｇａｐ  Ｇｕｉｄａｎｃｅ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ  ｉｎ  Ａｉｒ」、あるいは特開平１０−９５６２８号公報に記載された微細構造の光ファイバはそれらの一例である。
【０００３】
図５は、特開平１０−９５６２８号公報に記載された微細構造光ファイバの一例を示す光ファイバ内部の横断面図である。図５において同心線で描かれた破線は、コア領域、内部クラッド領域、外部クラッド領域を区別するための境界線を示す。図５において、１１はコア領域、１２は内部クラッド領域、１３は外部クラッド領域、１４は内部クラッドボイド、１５は外部クラッドボイドである。
【０００４】
この光ファイバは次のようにして製造される。外径０．７１８ｍｍのシリカロッドの周囲に、外径０．７１８ｍｍ、内径０．６１５ｍｍのシリカ管を６本並べて、更にその周囲を外径０．７１８ｍｍ、内径０．５０８ｍｍのシリカ管で少なくとも４層に囲んで、それらシリカロッドとシリカ管からなる束を作り、その束をオーバクラッド管で覆って、両端を閉じてプリフォームとする。そのプリフォームを線引き機にかけて、その片方の端部を加熱溶融して線引きすることによって、コア領域１１の外径が１．０１７μｍ、内部クラッドボイド１４の内径が０．８３３μｍ、外部クラッドボイド１５の内径が０．６８８μｍである外径１２５μｍの光ファイバを得ることが出来る。
【０００５】
なお、線引きの作業中、各シリカ管の両端を封止してシリカ管の孔内の空気を閉じ込め、プリフォームのオーバクラッド管内部の空気を外に排出する。それによって、内径の大きい方のシリカ管の孔が比較的大きい内径の内部クラッドボイド１４に、内径の小さい方のシリカ管の孔が比較的小さい内径の外部クラッドボイド１５になる。また、隣接するシリカ管同士の隙間はそこにあった空気が排出されて、シリカ管等が溶融したガラスでもってその隙間が満たされる。また、図５では、内部クラッドボイド１４の内径と外部クラッドボイド１５の内径が異なる例を示したが、内部クラッド領域１２と外部クラッド領域１３との区別をつけず、両者の中空部の内径を同じにすることもある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した光ファイバの製造方法では、外径０．７１８ｍｍのシリカロッドの周囲に外径０．７１７ｍｍのシリカ管を５層以上にわたって少なくとも計９４本のシリカ管を平行に配列してシリカロッドとシリカ管からなる束を構成することになる。同じ外径のシリカロッド及びシリカ管を密接して配列する場合、幾何学的には各シリカ管の中心が正三角形の頂点に位置するようにハニカム状に精密に配列させることが可能であるが、実際にシリカロッドとシリカ管からなる束を幾何学的に精密に中心対称となるように層状に配置するのは難しい。
【０００７】
特開平１０−９５６２８号公報に示された製法では、まず内径の小さい方のシリカ管だけの束を作って、中心部のシリカ管７本をシリカロッドと内径の大きい方のシリカ管６本に置き換えるといった方法でシリカロッドと２種類のシリカ管からなる束を作る。しかし、この方法では、シリカロッド及びシリカ管には長手方向及びシリカ管毎の外径変動等があるため、各層のシリカ管の配列が幾何学的に中心周りの同心円の円周上に等間隔で精密に配列されるとは限らない。各層の位置も精密に同心円の円周上に位置するとは限らない。また、中心であるはずのシリカロッドの中心が外周を覆うオーバクラッド管の幾何学的な中心からずれることもある。
【０００８】
そして、このようなシリカロッド及びシリカ管の配置のずれは、シリカ管の集合体の長手方向にもばらつくことがある。そして、シリカロッドの中心からのずれおよびその周りのシリカ管の配列のずれは、光ファイバとなった時のコア領域の大きさ及び位置のずれ、及びその周囲の内部クラッドボイドの位置及び相互間隔のずれ、となって現れる。
【０００９】
このようなコア領域及び内部クラッドボイド等の中空部の位置のずれは、光ファイバの伝送特性の設計値からのずれとなって偏波依存性等の特性に影響をもたらす。特に、コア領域及びそれに近いところは外部クラッド領域よりも光のエネルギーが集中する部分であるため、そこでの位置のずれによる伝送特性への影響は大きい。
【００１０】
また、シリカロッドとシリカ管を配列させて束を作る作業は手作業で行われるが、シリカロッドとシリカ管の見分けが困難であること、また束を構成するに当たっての中心の見間違い等によって、シリカロッドが中心以外の箇所に間違って配列されることもある。
【００１１】
本発明は、コア領域及びそれに近い部分での中空部位置のずれを小さくし、かつ中心となるガラス部材の位置を正確に配置することが出来る微細構造光ファイバ用母材の製造方法及びそれを用いた微細構造光ファイバの製造方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の微細構造光ファイバ用母材の製造方法は、外周円筒部と、該外周円筒部の中心軸に沿って同軸状に配置された中心軸部と、該外周円筒部と中心軸部とを保持し外周円筒部の片方の端面を封止する封止端面板とからなる同軸部材における前記外周円筒部と前記中心軸部との間に形成された片方の端が閉じ他方の端が開口された空洞部に、複数のガラスパイプを前記中心軸部を中心にして層状に配列して挿入し、その後前記空洞部の開口端を圧力調整用開口部付き又は圧力調整用開口部無しの封止蓋にて封止するものである。
【００１３】
また、本発明の微細構造光ファイバの製造方法は、上記微細構造光ファイバ用母材の製造方法にて製造した微細構造光ファイバ用母材を使って、その一端を加熱溶融して線引きすることによって、光ファイバのガラス中に複数の長手方向に延びる中空部が中心のコア領域の周囲の円周上に間隔をもってかつ多層に配列された微細構造を有する光ファイバを得るものである。
【００１４】
以上の微細構造光ファイバ用母材の製造方法及び微細構造光ファイバの製造方法によれば、予め外周円筒部と同軸状をなす中心軸部を有する同軸部材を作るので、この中心軸部の位置は外周円筒部の中心に精密に一致させることが可能であり、また、その周囲に配列されるガラスパイプの位置も固定した中心軸部に接して配列されるため、精密な位置合わせが可能である。従って、微細構造光ファイバとなった時のコア領域及びコア領域に近い中空部の位置の配置精度を高めることが出来る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明にかかる微細構造光ファイバ用母材の製造方法及びそれから得られた微細構造光ファイバを説明する図であって、図１（Ａ）（Ｂ）は微細構造光ファイバ用母材の製造に使用する同軸部材の正面図と縦断面図、図１（Ｃ）は同軸部材にガラスパイプを挿入した状態を示す拡大正面図、図１（Ｄ）は微細構造光ファイバ用母材の縦断面図、図１（Ｅ）は微細構造光ファイバの拡大横断面図である。図１において、１は同軸部材、１ａは中心軸部、１ｂは外周円筒部、１ｃは封止端面板、１ｄは空洞部、２はガラスパイプ、２ａは孔、３は封止蓋、３ａは圧力調整用開口部、４は微細構造光ファイバ用母材、５は微細構造光ファイバ、５ａはコア領域、５ｂは中空部、５ｃはクラッド領域、５ｄは外周部である。
【００１６】
同軸部材１は、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように外周円筒部１ｂと中心軸部１ａと封止端面板１ｃとで構成する。また、それらの材料は純粋なシリカガラス等のガラス材料とする。なお、中心軸部１ａと外周円筒部１ｂとは同軸状となるように、中心軸部１ａの中心軸が外周円筒部１ｂの中心軸と精密に一致するように配置する。また、封止端面板１ｃは中心軸部１ａを外周円筒部の中心軸に精密に合わせて保持すると共に、外周円筒部１ｂの片方の端面を封止する。これによって、外周円筒部１ｂと中心軸部１ａとの間に、片方の端が閉じ他方の端が開口された円筒状の空洞部１ｄが形成される。
【００１７】
この同軸部材１は、予め精密加工した外周円筒部１ｂと中心軸部１ａを使って、それらの相対位置を精密に同軸状に合わせて、封止端面板１ｃを溶接にてそれらに固定する方法で作ることが出来る。また、同軸部材１は、外周円筒部１ｂと同じ外径のガラスロッドを準備して、そのガラスロッドの片方の端面側から研削穿孔工具でもって円筒状の空洞部１ｄとなる部分を刳り抜き、中心軸部１ａとなる部分と外周円筒部１ｂとなる部分を残すという方法でも製造することが出来る。なお、ガラスロッドの全長よりも研削刳り抜き長を短くすることによって、封止端面板１ｃとなる部分を残す。また、研削穿孔工具を使って研削刳り抜きで製造する方法の方が、外周円筒部と中心軸部とを封止端面板を使って溶接で固定する方法よりも、熱歪みによる変形の発生は少ないという利点をもっている。
【００１８】
また、同軸部材１の寸法の一例は次の通りである。外周円筒部１ｂの外径、内径、長さは、それぞれ２５．４ｍｍ、１２．４ｍｍ、約３００ｍｍ、中心軸部１ａの外径は１．２ｍｍ、封止端面板１ｃの厚さは１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。
【００１９】
次いで図１（Ｃ）に示すように、上記によって作られた同軸部材１の空洞部１ｄに、例えば外径０．８０ｍｍ、内径０．３２ｍｍのシリカガラス等からなるガラスパイプ２を挿入して、中心軸部１ａを取り囲むように層状に配置する。例えば、中心軸部１ａを取り囲むように、１層に７本、２層に１３本、３層に１９本、４層に２５本、５層に３１本、６層に３７本、７層の４３本、全部で１７５本のガラスパイプを挿入して７層のガラスパイプ２の層を構成する。また、図１（Ｃ）の場合は、全層のガラスパイプの外径、内径を同じものとしているが、層によってガラスパイプのサイズを変えて、層によってガラスパイプの外径及び／又は内径の異なるものを配置することもあるし、又同層中でもガラスパイプの内径を変えることもある。なお、ガラスパイプ２の長さは、その全長が空洞部１ｄの中に収まる程度の長さとする。
【００２０】
また、空洞部１ｄにガラスパイプ２を挿入する前又は後で、少なくとも同軸部材１の空洞部１ｄの壁面及びガラスパイプ２の外表面をふっ酸等によってエッチング処理し、壁面等に付着した不純物を除去することが望ましい。エッチング処理によって、微細構造光ファイバのガラス中に閉じ込められる不純物を少なくすることが出来るので、製造される微細構造光ファイバの伝送損失の低損失化を図ることが出来る。
【００２１】
また後述する理由で、図３に示すように空洞部１ｄに挿入する各ガラスパイプ２の少なくとも片方の端部２ｄの孔を予め封止し他方の端部２ｃの孔は開放したままとする場合と、図示しないが各ガラスパイプ２の孔の両端を開放させたままとしておく場合がある。また、ガラスパイプ２の端部２ｄの封止はパイプの一部を潰して溶融させるだけで簡単に行なうことが出来る。
【００２２】
空洞部１ｄへのガラスパイプ２の挿入配置が終われば、図１（Ｄ）に示すように、同軸部材１の開放端をシリカガラス等からなる封止蓋３にて封止して、微細構造光ファイバ用母材４とする。その時、必要に応じて圧力調整ポンプを連結するための圧力調整用開口部３ａを封止蓋３に設ける。圧力調整用開口部３ａは封止蓋３に設ける代わりに、封止端面板１ｃ側に設けることも可能である。
【００２３】
以上によって製造された微細構造光ファイバ用母材４から図１（Ｅ）に示す微細構造光ファイバ５を得るには次のようにする。図２は、その線引き工程を説明する図であって、図１と同じ符号は同じものを示す。また、図２において、６はヒータである。微細構造光ファイバ用母材４を線引き機にかけて、その圧力調整用開口部３ａのない側の微細構造光ファイバ用母材４の端部をヒータ６で加熱して溶融させ、そこから例えば外径１２５μｍの微細構造光ファイバ５を線引きする。線引き機は、通常シングルモード光ファイバ等の製造に用いられているものを用いることが出来る。この線引き時の加熱溶融によって、外周円筒部、中心軸部、ガラスパイプの各ガラス体は、溶融されて一体化し、横断面の形状が長手方向に一定した微細構造光ファイバが引出される。
【００２４】
また、線引き中、圧力調整用開口部から内部の圧力を調整して、外周円筒部中のガラスパイプの内外の圧力を一定に保てば、ガラスパイプの孔の内部と、隣接する配列されたガラスパイプの外表面で出来る略三角形の空隙部に、空気が閉じ込められた状態で線引きされるので、光ファイバのガラス中にそれらの部分が長手方向に延びる中空部となって残った状態で線引きされる。また、それらの中空部の内径は、閉じ込められた空気の圧力と溶融ガラスの表面張力との関係で決まるので、所望の内径の中空部が得られるように内部圧力を調整する。
【００２５】
また、図３に示すように微細構造光ファイバ用母材４の圧力調整用開口部３ａのある方の端部側において各細径用ガラスパイプ２の孔２ａの端部２ｄを封止しておいて、外周円筒部１ｂ内の圧力を調整した後、その微細構造光ファイバ用母材４の反対側の端部側を加熱溶融して線引きを開始し、その後圧力調整用開口部３ａから外周円筒部の空洞部１ｄが真空に近くなるように減圧する。そうすると、加熱端側のガラスパイプ２の孔２ａの端部２ｃは線引き開始直後溶融によって塞がれるので、ガラスパイプ２の孔２ａには空気が閉じ込められた状態のままで線引きされる。そして、その孔の部分は光ファイバのガラス中に長手方向に延びる中空部となって残る。また、配列されたガラスパイプ２の外表面で出来る略三角形の空隙部にあった空気は、真空引きによって圧力調整用開口部から排出されるので、その空隙部はガラスが充填され、中空部は残らない。
【００２６】
これによって線引きして得られた微細構造光ファイバ５は、図１（Ｅ）に示す横断面を有するもので、中心にコア領域５ａを有し、それを取り囲むように７層にそれぞれ長手方向に延びる断面円形の孔からなる中空部５ｂが横断面円周上に配列されてクラッド領域５ｃが形成されており、それらの外側を外周部５ｄが取り囲んでいる。
【００２７】
また線引きの前に、空洞部内及びガラスパイプの孔内の空気を塩素ガス等のハロゲン系ガスで置換して、水分や不純物をハロゲン系ガスと反応させて外部に排出させた後、ハロゲン系ガスの圧力調整を行いながら線引きすることにすれば、水分や不純物がガラス中に残留しないで排出されるので、更に微細構造光ファイバの伝送損失の低減化を図ることが出来る。
【００２８】
以上述べた本発明の微細構造光ファイバ用母材の製造方法によれば、予め準備した同軸部材を用いることによって、同軸部材の中心軸部と外周円筒部とを精密な同軸状の配置にすることが出来るので、中心軸部付近のガラスパイプの配列精度を向上させることが出来る。またこの微細構造光ファイバ用母材から線引きされた微細構造光ファイバのコア領域及びその周辺部の中空部の配列精度を向上させ、製造ばらつきの少ない設計通りの光ファイバを得ることが出来る。
【００２９】
また、図４（Ａ）（Ｂ）はそれぞれ、空洞部の長手方向の深さを外周円筒部側から中心軸部側に向かって順次深くした例を示す部分拡大縦断面図であって、図１と同じ符号は同じものを示す。図４において、１ｅはテーパ面、１ｆは段付き面である。図４（Ａ）の例は、封止端面板１ｃの空洞部１ｄ側の面を同軸部材１の横断面半径方向にテーパを付けたテーパ面１ｅとし、空洞部１ｄの長手方向の深さを空洞部１ｄの外周円筒部１ｂ側から中心軸１ａ部側に向かって順次深くなるようにしたものである。これによって、空洞部１ｄの中心軸１ａ側から外周円筒部１ｂ側に向かって順次ガラスパイプを層状に配列させることが容易になる。
【００３０】
また、図４（Ｂ）の例は、封止端面板１ｃの空洞部１ｄ側の面を同軸部材１の横断面半径方向にガラスパイプの外径と等しい幅の段を付けた段付き面１ｆとし、空洞部１ｄの長手方向の深さを空洞部１ｄの外周円筒部１ｂ側から中心軸１ａ部側に向かって順次深くなるようにしたものである。これによって、空洞部１ｄの中心軸１ａ側から外周円筒部１ｂ側に向かって段付き面１ｆの段毎に順次ガラスパイプを層状に挿入し配列させることが容易になる。
【００３１】
図６、図７、図８はそれぞれ、同軸部材、ガラスパイプ及び封止蓋の材料にシリカガラスを使用して図１（Ｄ）に示す微細構造光ファイバ用母材を形成し、それを線引きして図１（Ｅ）に示す横断面を有する微細構造光ファイバを得た場合の、微細構造光ファイバの実効断面積と波長分散の値を計算で求めた結果を示すグラフである。また、図５は微細構造光ファイバの外径が１２５μｍの場合を、図６は微細構造光ファイバの外径が１００μｍの場合を、図７は微細構造光ファイバの外径が８０μｍの場合を示す。また、Ｌはそれぞれの場合の中空部の中心間の距離を、ｄはそれぞれの場合の中空部の内径を示す。また、図６には、一般に波長１３００ｎｍ帯で使用されているシングルモード光ファイバの波長分散の値の例も同時に図示した。これらのグラフによれば、微細構造光ファイバでは通常のシングルモード光ファイバに比べて大きな波長分散値が得られるので、分散補償ファイバ等の用途に適している。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の微細構造光ファイバ用母材の製造方法は、外周円筒部と、その中心軸に沿って同軸状に配置された中心軸部とを有し、外周円筒部と中心軸部との間に円筒状の空洞部を有する同軸部材を使って、その空洞部に複数のガラスパイプを前記中心軸部を中心にして層状に配列させて挿入し、その外周円筒部の開口端を封止して微細構造光ファイバ用母材とするものであるので、単にガラスパイプ及び細径ガラスロッドを束ねるものに比較して、中心軸部及びその周囲のガラスパイプの配列精度を向上させることが可能である。従って、その微細構造光ファイバ用母材から線引きして得られる微細構造光ファイバのコア領域及び中空部の配列精度を高め、設計通りの光ファイバを得ることが出来る。
【００３３】
また、封止端面板として空洞部側の面をテーパ面又は段付き面とすることによって、空洞部へのガラスパイプの挿入配列作業を中心に近い層から順次行なうことが可能になるので、ガラスパイプの挿入配列作業が容易になり、配列精度を高めることが出来る。また、同軸部材、ガラスパイプ及び封止蓋の材質をシリカガラスとしたものは、線引きその他の加工が容易であり、製造された微細構造光ファイバも低損失で、かつ接続性にも優れている。
【００３４】
また、外周円筒部の内壁面、中心軸部の外表面及びガラスパイプの外表面をエッチング処理して付着した塵埃を除去すれば、製造される微細構造光ファイバの伝送損失をより小さくすることが出来る。また、微細構造光ファイバ用母材の線引きにおいて内部圧力を制御するに当たって、内部を空気をハロゲン系ガスで置換して線引きすることにすれば、ハロゲン系ガスによって水分、不純物等を反応させて反応ガスとして除去することが出来るので、より伝送損失の小さい微細構造光ファイバを得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる微細構造光ファイバ用母材の製造方法及びそれから得られた微細構造光ファイバを説明する図であって、（Ａ）（Ｂ）は微細構造光ファイバ用母材の製造に使用する同軸部材の正面図と縦断面図、（Ｃ）は同軸部材にガラスパイプを挿入した状態を示す拡大正面図、（Ｄ）は微細構造光ファイバ用母材の縦断面図、（Ｅ）は微細構造光ファイバの拡大横断面図である。
【図２】微細構造光ファイバ用母材の線引き工程を説明する図である。
【図３】微細構造光ファイバ用母材において、ガラスパイプの端を封止する例を説明する部分縦断面図である。
【図４】（Ａ）（Ｂ）はそれぞれ、空洞部の長手方向の深さを外周円筒部側から中心軸部側に向かって順次深くした例を示す部分拡大縦断面図である。
【図５】従来技術による微細構造光ファイバの一例を示す光ファイバ内部の横断面図である。
【図６】外径１２５μｍの微細構造光ファイバの一例の実効断面積と波長分散の値を示すグラフである。
【図７】外径１００μｍの微細構造光ファイバの一例の実効断面積と波長分散の値を示すグラフである。
【図８】外径８０μｍの微細構造光ファイバの一例の実効断面積と波長分散の値を示すグラフである。
【符号の説明】
１：同軸部材
１ａ：中心軸部
１ｂ：外周円筒部
１ｃ：封止端面板
１ｄ：空洞部
１ｅ：テーパ面
１ｆ：段付き面
２：ガラスパイプ
２ａ：孔
２ｃ：封止しない端部
２ｄ：封止した端部
３：封止蓋
３ａ：圧力調整用開口部
４：微細構造光ファイバ用母材
５：微細構造光ファイバ
５ａ：コア領域
５ｂ：中空部
５ｃ：クラッド領域
５ｄ：外周部
６：ヒータ
【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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