CN103153889A - 预成形体的制作方法、光纤的制造方法及光纤 - Google Patents

Abstract

在制造具有剖面为方形的纤芯部的光纤的情况下，首先，准备剖面为方形的纤芯材料（1）、多根剖面为圆形的棒状包层材料（2）、及套管（3）。接下来，在将纤芯材料1插入并收容至套管3内的状态下，在套管（3）与纤芯材料（1）之间填充多根棒状包层材料（2），形成集成体（4）。然后，在以低于纤芯材料（1）的软化点且高于棒状包层材料（2）及套管（3）的软化点的温度将集成体（4）加热规定时间后，使套管（3）及棒状包层材料（2）熔缩，形成预成形体（5）。其后，对预成形体（5）进行拉丝而形成光纤。

Description

预成形体的制作方法、光纤的制造方法及光纤

技术领域

本发明涉及一种具有剖面为方形的纤芯部的预成形体的制作方法、光纤的制造方法及光纤。

背景技术

作为光纤的制造方法，已知例如专利文献1中记载的方法。在专利文献1中记载的光纤的制造方法中，首先，形成大致四棱柱状的纤芯棒，将大致四棱柱状的纤芯棒插入至成为包层部的玻璃管中，并从周围加热使其熔化，从而使玻璃管收缩而形成纤芯棒与玻璃管一体化的光纤母材。其后，对该光纤母材进行拉丝而获得光纤。

专利文献1：国际公开第03/075058号说明书

发明内容

然而，在专利文献1中记载的制造方法中，在通过对玻璃管进行加热使其熔化而使纤芯棒与玻璃管一体化时，大致四棱柱状的纤芯棒的角部容易变形。具体而言，在玻璃管加热时，有时热量会集中在大致四棱柱状的纤芯棒的缘部。因此，在纤芯棒熔融时，由于表面张力而容易使纤芯棒的角部变圆。

由此，如果大致四棱柱状的纤芯棒的角部变形，则在使激光束入射到所制造的光纤时，从光纤的纤芯部端部射出的光束强度有时会低于从纤芯部的其它部分射出的光束强度。因此，在使用具有这种大致四棱柱状的纤芯部的光纤进行激光加工的情况下，有时会很难均匀地加工工件，从而降低加工精度。

本发明的目的在于提供一种能够抑制剖面为方形的纤芯材料的角部变形的预成形体制作方法、光纤的制造方法及光纤。

本发明的预成形体的制作方法包含下述步骤：准备剖面为方形的纤芯材料、折射率比纤芯材料低的多根包层材料、及折射率与包层材料相等的套管；将纤芯材料收容在套管内，并且在纤芯材料与套管之间填充多根包层材料，从而形成集成体；以及使套管及包层材料熔缩（collapse）形成预成形体。

由此，在本发明的预成形体的制造方法中，通过在剖面为方形的纤芯材料与套管之间填充多根包层材料，从而在后续对集成体进行加热而使套管及包层材料熔缩时，热量扩散至各包层材料中，因而能够抑制热量向纤芯材料的角部集中。因此，由于能够抑制纤芯材料角部的熔融，因而能够防止因表面张力导致纤芯材料的角部变形。

在上述制作方法中，优选纤芯材料的软化点高于套管及包层材料的软化点，在形成预成形体的步骤中，以低于纤芯材料的软化点且高于套管及包层材料的软化点的温度对集成体进行加热，使套管及包层材料熔缩。在这种情况下，由于能够防止纤芯材料软化，因此能够可靠地防止因表面张力导致的纤芯材料的角部变形。

在上述制作方法中，优选多根包层材料中的一部分包层材料具有平坦部，在形成集成体的步骤中，按照包层材料的平坦部与纤芯材料面接触的方式，在纤芯材料与套管之间填充多根包层材料。由此，通过使包层材料的平坦部与纤芯材料面接触，从而在使套管及包层材料熔缩时，热量均匀地从包层材料传递至纤芯材料，因此不易使纤芯材料软化。另外，不易将套管及包层材料收缩时的压力施加给纤芯材料。从而能够进一步防止纤芯材料角部的变形。

在上述制作方法中，优选在形成集成体的步骤中，进一步在纤芯材料的侧方配置调芯用波导材料。在这种情况下，通过对预成形体进行拉丝，从而能够获得在剖面为方形的纤芯部侧方形成有调芯用波导的光纤。因此，在将这种光纤与光纤阵列连接的情况下，能够通过利用调芯用波导对两者进行调芯，从而确保所期望的调芯精度。

这时，优选调芯用波导材料的厚度与纤芯材料的厚度相等。在这种情况下，可使在纤芯材料侧方配置调芯用波导材料的工序简单化。

本发明的光纤的制造方法为，在实施上述预成形体的制作方法之后，对预成形体进行拉丝，形成具有剖面为方形的纤芯部的光纤。

由此，在本发明的光纤的制造方法中，通过实施上述预成形体的制作方法，如上所述，能够防止剖面为方形的纤芯材料的角部变形。

本发明的光纤包含：剖面为方形的纤芯部、配置在纤芯部侧方的调芯用波导、以及对纤芯部及调芯用波导进行包覆的包层部。

通过使用上述预成形体的制作方法制造本发明的这种光纤，如上所述，能够防止剖面为方形的纤芯材料的角部变形。另外，由于在纤芯部的侧方配置有调芯用波导，因此在将光纤与光纤阵列连接的情况下，能够通过利用调芯用波导对两者进行调芯，从而确保所期望的调芯精度。

发明的效果

根据本发明，在预成形体制作时，能够抑制剖面为方形的纤芯材料的角部变形。从而，例如在使用由本预成形体制造的光纤进行激光加工的情况下，能够使从光纤照射的光束的强度保持恒定，因此能够均匀地加工工件。

附图说明

图1是表示光纤制造方法的一个实施方式的一部分即预成形体制作工序的剖视图。

图2是表示包含图1所示的预成形体制作工序在内的光纤制造工序的步骤的流程图。

图3是表示光纤制造方法的其他实施方式的一部分即预成形体制作工序的剖视图。

图4是表示包含图3所示的预成形体制作工序在内的光纤制造工序的步骤的流程图。

图5是表示光纤制造方法的其他实施方式的一部分即预成形体制作工序的剖视图。

图6是表示包含图5所示的预成形体制作工序在内的光纤制造工序的步骤的流程图。

图7是表示图5所示的预成形体制作工序的变形例的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明所涉及的预成形体的制作方法、光纤的制造方法及光纤的优选实施方式详细地进行说明。

图1是表示光纤制造方法的一个实施方式的一部分即预成形体制作工序的剖视图。本实施方式的光纤的制造方法是制造具有剖面为方形的纤芯部的光纤（以下称为“方形纤芯光纤”）的方法。方形纤芯光纤是例如应用于激光加工用途等的光纤。

图2是表示包含图1所示的预成形体制作工序在内的方形纤芯光纤制造工序的步骤的流程图。在这里，制造具有剖面为正方形（纵横尺寸比为1:1）的纤芯部的方形纤芯光纤。也能够制造具有纵横尺寸比相对较小的剖面为矩形的纤芯部的方形纤芯光纤。

在图2中，首先，如图1（a）所示，准备剖面为正方形的纤芯材料1、多根剖面为圆形（圆柱状）的棒状包层材料2、及可收容纤芯材料1的套管3（步骤S101）。作为棒状包层材料2，可使用各种直径。

棒状包层材料2及套管3在本实施方式中由相同材料形成，但只要具有相等的折射率即可，并不限定于相同材料。纤芯材料1的折射率高于棒状包层材料2及套管3的折射率。换言之，棒状包层材料2及套管3的折射率低于纤芯材料1的折射率。另外，纤芯材料1的软化点高于棒状包层材料2及套管3的软化点。例如，纤芯材料1由纯二氧化硅形成，棒状包层材料2及套管3由添加有氟的二氧化硅形成。

这时，在进行机械加工以使纤芯材料1剖面成为正方形之后，使用氢氟酸对纤芯材料1进行清洗，去除纤芯材料1表面上存在的微粒堆积物。另外，在利用热源使棒状包层材料2延展之后，将棒状包层材料2切断为与纤芯材料1相同的长度，其后，使用氢氟酸对棒状包层材料2进行清洗，去除棒状包层材料2表面上存在的微粒堆积物。另外，通过使用含有SF₆及Cl₂的混合气体对套管3内侧的表面进行气相蚀刻，从而从套管3内侧的表面去除杂质或水分。

接下来，如图1（a）所示，将纤芯材料1插入并收容至套管3内（步骤S102）。而且，在套管3与纤芯材料1之间的空间中填充多根棒状包层材料2，形成集成体4（步骤S103）。

接下来，以低于纤芯材料1的软化点且高于棒状包层材料2及套管3的软化点的温度（例如大于或等于1000℃的温度），将集成体4加热60分钟（步骤S104）。在一个例子中，将粘度η达到107.5（即logη=7.5）的温度定义为软化点，在纤芯材料1为纯二氧化硅的情况下，纤芯材料1的软化点为1700℃，在棒状包层材料2及套管3为添加有氟的二氧化硅的情况下，棒状包层材料2及套管3的软化点为1400℃左右。即，这种情况下的集成体4的加热温度优选为1400℃～1700℃。

接下来，在使套管3内的压力降低至例如低于1kPa的状态下，使套管3及棒状包层材料2熔缩（步骤S105）。由此，套管3及棒状包层材料2熔融而成为一体，形成如图1（b）所示的预成形体5。预成形体5由剖面为正方形的纤芯部6、及对该纤芯部6周围进行包覆的剖面为圆形的包层部7构成。这时，优选以纤芯部6的粘度高于套管3及棒状包层材料2的粘度的方式设定加热温度。

接下来，对这种预成形体5进行拉丝而形成方形纤芯光纤（步骤S106）。

如上所述，在本实施方式中，在将剖面为正方形的纤芯材料1插入至套管3内之后，在套管3与纤芯材料1之间的空间中填充有热容量比空气小的多根棒状包层材料2。因此，在其后对集成体4进行加热时，热量扩散至棒状包层材料2中，可抑制热量向纤芯材料1的角部集中。由此，通过抑制热量集中，从而可抑制纤芯材料1角部的熔融，可防止因表面张力导致的纤芯材料1角部的变形。

因此，在使用以所述方式制造的方形纤芯光纤对工件进行激光加工的情况下，由于从方形纤芯光纤的纤芯部照射的光束的强度变得均匀，因此可提高工件的加工精度。

图3是表示光纤制造方法的其它实施方式的一部分即预成形体制作工序的剖视图。图中，对与上述实施方式相同的要素标记相同的标号，并省略其说明。

图4是表示包含图3所示的预成形体制作工序在内的方形纤芯光纤制造工序的步骤的流程图。在这里，制造具有纵横尺寸比相对较大（例如1:50）的剖面为矩形的纤芯部的方形纤芯光纤。

在图4中，首先，如图3（a）所示，准备剖面为矩形的纤芯材料11、多根剖面为圆形的棒状包层材料2、剖面为矩形的纤芯加强用包层材料12A、12B、及可收容纤芯材料11的套管3（步骤S111）。纤芯加强用包层材料12A、12B各使用2根。纤芯加强用包层材料12A、12B由例如与棒状包层材料2相同的材料形成。棒状包层材料2、套管3及纤芯加强用包层材料12A、12B的折射率低于纤芯材料11的折射率。另外，纤芯材料11的软化点高于棒状包层材料2、套管3及纤芯加强用包层材料12A、12B的软化点。例如，纤芯材料11由纯二氧化硅形成。

接下来，如图3（a）所示，将纤芯材料11及纤芯加强用包层材料12A、12B插入并收容至套管3内（步骤S112）。这时，以由2根纤芯加强用包层材料12A在上下方向夹持纤芯材料11并且由2根纤芯加强用包层材料12B在左右方向夹持纤芯材料11的方式，相对于纤芯材料11配置各纤芯加强用包层材料12A、12B。从而，纤芯材料11的整个侧面与各纤芯加强用包层材料12A、12B面接触。

具体而言，在将一方的纤芯加强用包层材料12A、12B插入至套管3内且配置在规定位置之后，旋转套管3而使该纤芯加强用包层材料12A、12B倾斜。在这种状态下，将纤芯材料11插入至套管3内且配置在规定位置，其后，将另一方的纤芯加强用包层材料12A、12B插入至套管3内且配置在规定位置。通过使纤芯加强用包层材料12A、12B倾斜，从而能够稳定性良好地对纤芯材料11进行定位。

接下来，如图3（a）所示，在套管3与各纤芯加强用包层材料12A、12B之间的空间中填充多根棒状包层材料2，形成集成体13（步骤S113）。

接下来，与图1所示的步骤S104同样地，对集成体13加热规定时间（步骤S114）。

然后与图1所示的步骤S105同样地，使套管3、棒状包层材料2、及纤芯加强用包层材料12A、12B熔缩（步骤S115）。由此形成图3（b）所示的预成形体14。预成形体14由剖面为矩形的纤芯部15、及对该纤芯部15的周围进行包覆的剖面为圆形的包层部16构成。

接下来，对这种预成形体14进行拉丝而形成方形纤芯光纤（步骤S116）。

如上所述，在本实施方式中，由于在纤芯材料11周围以与纤芯材料11面接触的方式配置有纤芯加强用包层材料12A、12B，因此在其后对集成体13进行加热时，热量均匀地从纤芯加强用包层材料12A、12B传递至纤芯材料11，因此，纤芯材料11不易软化。从而，与在套管3和各纤芯加强用包层材料12A、12B之间填充有多根棒状包层材料2相结合，可进一步防止因表面张力导致的纤芯材料11的角部变形。

另外，由于纤芯材料11与纤芯加强用包层材料12A、12B面接触，因此在上述熔缩时，套管3、棒状包层材料2及纤芯加强用包层材料12A、12B收缩时的压力不易施加给纤芯材料11。因此，即使纤芯材料11足够薄，也能够防止纤芯材料11的变形。

此外，由各纤芯加强用包层材料12A、12B夹持纤芯材料11，因此能够提高所制造的方形纤芯光纤的纤芯部的同心度、即光纤的中心与纤芯部中心的一致度。

图5是表示光纤制造方法的其他实施方式的一部分即预成形体制作工序的剖视图。图中，对与上述实施方式相同的要素标记相同的标号，并省略其说明。

图6是表示包含图5所示的预成形体制作工序在内的方形纤芯光纤制造工序的步骤的流程图。在这里，制造在剖面为矩形的纤芯部的左右两侧配置有调芯用波导的方形纤芯光纤。

在图6中，首先，如图5（a）所示，准备剖面为矩形的纤芯材料11、2根剖面为正方形的调芯用波导材料20、多根剖面为圆形的棒状包层材料2、2根剖面为矩形的纤芯加强用包层材料12A、2根剖面为矩形的纤芯加强用包层材料12B、2根剖面为圆形的间隔用包层材料21、及套管3（步骤S121）。调芯用波导材料20由例如与纤芯材料11相同的材料形成，且具有与纤芯材料11相等的折射率及软化点。另外，调芯用波导材料20的剖面尺寸（各边的长度）与纤芯材料11的厚度（高度）相等。作为间隔用包层材料21，剖面也可以是正方形。

接下来，将纤芯材料11、调芯用波导材料20、纤芯加强用包层材料12A、12B及间隔用包层材料21插入并收容至套管3内（步骤S122）。这时，在纤芯材料11的左右两侧隔着间隔用包层材料21配置调芯用波导材料20，在这种状态下，以由2根纤芯加强用包层材料12A在上下方向夹持纤芯材料11及各调芯用波导材料20、并且由2根纤芯加强用包层材料12B在左右方向夹持纤芯材料11及各调芯用波导材料20的方式，配置各纤芯加强用包层材料12A、12B。

具体而言，在将一方的纤芯加强用包层材料12A、12B插入至套管3内且配置在规定位置之后，旋转套管3而使该纤芯加强用包层材料12A、12B倾斜。在这种状态下，将一方的调芯用波导材料20、一方的间隔用包层材料21、纤芯材料11、另一方的间隔用包层材料21、及另一方的调芯用波导材料20依次插入至套管3内，并配置在规定位置，再将另一方的纤芯加强用包层材料12A、12B插入至套管3内，并配置在规定位置。

接下来，如图5（a）所示，在套管3与各纤芯加强用包层材料12A、12B之间的空间中填充多根棒状包层材料2，形成集成体22（步骤S123）。

接下来，与图1所示的步骤S104同样地，在将该集成体22加热规定时间（步骤S124）之后，使套管3、棒状包层材料2、及纤芯加强用包层材料12A、12B熔缩（步骤S125）。从而，形成如图5（b）所示的预成形体23。预成形体23由剖面为矩形的纤芯部15、配置在该纤芯部15的左右两侧的1对调芯用波导24、以及覆盖纤芯部15及各调芯用波导24周围的剖面为圆形的包层部25构成。

接下来，对这种预成形体23进行拉丝而形成方形纤芯光纤（步骤S126）。

其中，在方形纤芯光纤的纤芯部的厚度（高度）足够小的情况下，有时在向方形纤芯光纤导入光时使用光纤阵列。在这种情况下，由于方形纤芯光纤的纤芯部的宽度尺寸较大，因此在对光纤阵列与方形纤芯光纤进行调芯时，有时无法获得所期望的调芯精度。

在本实施方式中，由于将调芯用波导配置在方形纤芯光纤的纤芯部的左右两侧，因此可利用上述调芯用波导对光纤阵列与方形纤芯光纤进行调芯。具体而言，向用于调芯的各波导入射光，这时利用功率计测量从用于调芯的各波导射出的光强度。从而可确保光纤阵列与方形纤芯光纤的所期望的调芯精度。

此外，作为调芯用波导的尺寸，优选与所连接的光纤阵列的光纤纤芯直径相同。

图7是表示图5所示的预成形体制作工序的变形例的剖视图。在图7中，纤芯材料11的厚度大于调芯用波导材料20的剖面尺寸（各边的长度）。在这种情况下，另外准备例如4根剖面为矩形的间隔用包层材料30，且将上述间隔用包层材料30配置在各调芯用波导材料20的下侧及上侧即可。

本发明并不限定于上述实施方式。例如，在图3、图5及图7所示的实施方式中，在形成集成体时，使剖面为矩形的纤芯加强用包层材料12A、12B与剖面为矩形的纤芯材料11面接触，但作为纤芯加强用包层材料，并不特别限定于剖面为矩形的材料，也可使用具有平坦部的纤芯加强用包层材料，且使该纤芯加强用包层材料的平坦部与剖面为矩形的纤芯材料11面接触。

标号说明

1纤芯材料

2棒状包层材料

3套管

4集成体

5预成形体

11纤芯材料

12A、12B纤芯加强用包层材料

13集成体

14预成形体

15纤芯部

20调芯用波导材料

22集成体

23预成形体

24调芯用波导

25包层部

Claims (8)

1.一种预成形体的制作方法，其包含下述步骤：

准备剖面为方形的纤芯材料、折射率比所述纤芯材料低的多根包层材料、及折射率与所述包层材料相等的套管；

将所述纤芯材料收容在所述套管内，并且在所述纤芯材料与所述套管之间填充所述多根包层材料，从而形成集成体；以及

使所述套管及所述包层材料熔缩而形成预成形体。

2.根据权利要求1所述的预成形体的制作方法，其中，

形成所述预成形体的步骤是在所述纤芯材料的粘度变得高于所述包层材料的粘度的温度下实施的。

3.根据权利要求1或2所述的预成形体的制作方法，其中，

所述纤芯材料的软化点高于所述套管及所述包层材料的软化点，

在形成所述预成形体的步骤中，以低于所述纤芯材料的软化点且高于所述套管及所述包层材料的软化点的温度对所述集成体进行加热，使所述套管及所述包层材料熔缩。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的预成形体的制作方法，其中，

所述多根包层材料中的一部分包层材料具有平坦部，

在形成所述集成体的步骤中，按照所述包层材料的所述平坦部与所述纤芯材料面接触的方式，在所述纤芯材料与所述套管之间填充所述多根包层材料。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的预成形体的制作方法，其中，

在形成所述集成体的步骤中，进一步在所述纤芯材料的侧方配置调芯用波导材料。

6.根据权利要求5所述的预成形体的制作方法，其中，

所述调芯用波导材料的厚度与所述纤芯材料的厚度相等。

7.一种光纤的制造方法，

其在实施权利要求1至6中任一项所述的预成形体的制作方法之后，对所述预成形体进行拉丝，形成具有剖面为方形的纤芯部的光纤。

8.一种光纤，其包含：

剖面为方形的纤芯部；

调芯用波导，其配置在所述纤芯部侧方；以及

包层部，其对所述纤芯部及所述调芯用波导进行包覆。

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