CN103597385A - 细径化光纤、其制造方法及其制造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种外径精度高、再现性高的细径化光纤、其制造方法以及其制造装置。本发明的细径化光纤的制造装置（1）具备：移动装置（11、12），其使以规定间隔安装的光纤（10）沿该光纤（10）的长度方向（X）往复移动；加热装置（13），其在固定位置（O）对往复移动的光纤（10）进行加热，移动装置（13）具备能够一边使光纤往复移动一边扩大光纤（10）的安装间隔（L1+L2）的扩距装置。此时，移动装置（11、12）具备固定光纤（10）的至少两个安装装置，扩距装置以能够独立或联动地控制至少两个安装装置的方式构成。控制能够改变选自固定于安装装置的光纤（10）的往复移动幅度、往复移动速度及扩展幅度中的一个或两个以上。

Description

细径化光纤、其制造方法及其制造装置

技术领域

本发明涉及具有高透光率的细径化光纤、其制造方法及其制造装置。

背景技术

随着通信数据量的增大化和高速化的发展，高度信息安全技术的研究开发正在积极展开。作为信息安全技术，传递激光中的光子单体的量子通信受到关注。量子通信是一种使用对通常的通信用光纤局部进行细径化的光纤（也称为“细径化光纤”），在该细径化光纤上配置单一的原子及量子点，对其进行激光激励，将产生的光子导入光纤传输模式的通信方法。

作为对光纤进行细径化的技术，提出有涉及使多条光纤拉伸熔接的光纤耦合器的下述专利文献1～4。例如，在专利文献1提出有涉及光纤耦合器的制造方法的技术，其特征在于，具有如下工序：将除去被覆后的至少三根以上的光纤从微型加热器的开口部插入加热器内，在与其开口部方向正交或大致正交的方向并列配置的光纤设定工序；在该光纤设定工序之后，使上述的微型加热器在至少三根以上的光纤的轴心方向以规定的宽度尺寸往复移动并进行加热熔接，同时将光纤在其沿轴心方向上拉伸的光纤加热熔接工序。根据该技术，通过对至少三根以上以并列状态邻近的光纤用微型加热器均匀地加热并进行熔接处理，能够使其处于均一的拉伸状态，能够得到高精度的光纤耦合器。

另外，专利文献2提出有涉及光纤耦合器的制造装置的技术，将能够使除去被覆后的两根光纤的芯部接近并对其邻近部以规定的宽度尺寸进行加热熔接的微型加热器安装于加热器支座，其特征在于，将上述微型加热器以能够任意调节加热熔接部的长度的方式安装于加热器支座，且以能够沿两根光纤的轴心方向往复移动的方式夹装有往复移动装置。根据该技术，能够较大地设定用微型加热器进行加热熔接的光纤耦合器的加热熔接部的宽度尺寸，并且能够设定成任意的宽度尺寸，故而能够任意地设定足够的强度和光的分支状态。

另外，专利文献3提出有涉及宽带域光纤耦合器的制造方法的技术，该宽带域光纤耦合器通过对一根光纤进行加热、预拉伸加工，将该光纤与未加工的光纤加热、熔接拉伸而构成，其特征在于，在预拉伸加工时，沿光纤移动加热器具对光纤进行加热，在该加热器具到达光纤的加热范围的端部时，开始进行光纤的拉伸，预拉伸成规定长度。根据该技术，能够无空隙地以100%的熔接率使多根光纤熔接，并且能够以高成品率高效地制造光纤耦合器。

另外，专利文献4提出有涉及光纤耦合器的制造方法的技术，将多根光纤的局部加热熔接、拉伸而形成熔接拉伸部，在该熔接拉伸部使光分支、汇合，其特征在于，在对多根光纤进行熔接拉伸时，测量对该光纤施加的拉力，同时，一边以使该拉力接近零的方式控制光纤的拉伸速度或拉伸速度和加热条件，一边进行拉伸。根据该技术，能够防止由于拉力的产生而导致光纤耦合器的光学特性（特别是偏振光依赖性）恶化，能够制造高特性的光纤耦合器。

专利文献1：日本特开2005－43767号公报

专利文献2：日本特开2003－329875号公报

专利文献3：日本特开平9－5564号公报

专利文献4：日本特开平5－196834号公报

上述专利文献1～4的技术涉及对多根光纤进行拉伸熔接的光纤耦合器，难以制作像量子通信用细径化光纤那样地将光纤的局部细径化到规定尺寸而成的细径化光纤。

例如，在专利文献1～3的技术中，使火焰往复移动而对光纤进行加热。但是，存在如下问题，这样的火焰会发生摇晃，故而火焰加热的部分的温度不恒定，不能精度良好且再现性良好地制造外径一致的细径化光纤。另外，在专利文献4的技术中，由于光纤和加热装置均不移动，故而只是对光纤的局部进行局部加热、拉伸。因此，存在如下问题：不能控制光纤变细的形状，与上述同样地不能精度良好且再现性良好地制造外径一致的细径化光纤，同时不能降低光的透射损失。

发明内容

本发明是为了解决上述课题而设立的，其目的在于提供一种外径精度高，再现性高的细径化光纤、其制造方法及其制造装置。

（1）用于解决上述课题的本发明的细径化光纤的制造装置具备：移动装置，其使以规定间隔安装的光纤沿该光纤的长度方向往复移动；加热装置，其在固定位置对所述往复移动的光纤进行加热，所述移动装置具备能够一边使光纤进行所述往复移动一边扩大所述光纤的安装间隔的扩距装置。

根据本方面，使以规定间隔安装的光纤沿长度方向往复移动的移动装置具备能够扩大光纤的安装间隔的扩距装置，因此，能够在一边对光纤进行加热一边使其往复移动的途中，扩大光纤的安装间隔并进行拉伸。另外，在固定位置对往复移动的光纤进行加热，因此，不存在例如火焰摇晃等引起的温度的不稳定因素，能够以恒定温度对光纤进行加热。其结果是，能够在精确地进行温度控制的条件下对光纤进行拉伸，因此，能够制造外径精度高、再现性高的细径化光纤。这样制造的细径化光纤能够降低光的透射损失，提高透光率。

在本发明的细径化光纤的制造装置中，所述移动装置具备固定所述光纤的至少两个安装装置，所述扩距装置以能够独立或联动控制所述至少两个安装装置的方式构成。

根据本方面，光纤的两侧被移动装置所具备的至少两个安装装置固定，扩距装置能够独立或联动控制安装装置（扩展控制），因此，通过该控制能够自由地进行光纤的拉伸，能够制造外径精度高、再现性高的细径化光纤。

在本发明的细径化光纤的制造装置中，所述控制能够改变选自固定于所述安装装置的光纤的往复移动幅度、往复移动速度及扩展幅度中的一个或两个以上。

根据本方面，由于控制能够改变选自固定于安装装置的光纤的往复移动幅度、往复移动速度及扩展幅度中的一个或两个以上，故而通过该控制能够任意地进行光纤的拉伸控制，能够制造外径精度高、再现性高的细径化光纤。

（2）用于解决上述课题的本发明的细径化光纤的制造方法具备：往复移动工序，使以规定间隔安装的光纤沿该光纤的长度方向往复移动；加热工序，在固定位置对所述往复移动的光纤进行加热，在一边使所述光纤往复移动一边进行的加热中途，扩大所述光纤的安装间隔而将该光纤拉伸。

根据本方面，一边使光纤往复移动一边在固定位置加热该光纤，因此，不存在例如火焰摇晃等引起的温度的不稳定因素，能够以恒定温度对光纤进行加热。另外，在该加热中途扩大光纤的安装间隔而对光纤进行拉伸，因此，能够制造外径精度高、再现性高的细径化光纤。这样制造的细径化光纤能够降低光的透射损失，提高透光率。

在本发明的细径化光纤的制造方法中，所述光纤的拉伸通过独立或联动控制固定所述光纤的至少两个安装装置来进行。

在本发明的细径化光纤的制造方法中，所述控制能够改变选自固定于所述安装装置的光纤的往复移动幅度、往复移动速度及扩展幅度中的一个或两个以上。

（3）用于解决上述课题的本发明的细径化光纤是通过上述本发明的细径化光纤的制造装置或制造方法制造的无接缝光纤，其中，沿长度方向具有最小外径为200nm以上且800nm以下的细径化区域，该细径化区域的外径轮廓在长度方向上对称或不对称。

根据本方面，由于是沿长度方向具有最小外径为200nm以上且800nm以下的细径化区域，该细径化区域的外径轮廓在长度方向上被控制的对称或不对称的无接缝细径化光纤，故而这样的细径化光纤的外径精度高、再现性高。其结果是，能够降低光的透射损失，提高透光率。

在本发明的细径化光纤中，所述细径化区域的外径轮廓具有一个或两个以上的长度方向的外径变化率变小的拐点区域。此时，优选该拐点区域在20μm以上且30μm以下的范围内。

根据本方面，细径化区域的外径轮廓具有一个或两个以上的长度方向的外径变化率变小的拐点区域，特别是，该拐点区域在20μm以上且30μm以下的范围内。其结果是，特别优选适用于例如通信波长为800nm～1600nm左右的光纤。

（4）用于解决上述课题的本发明的细径化光纤模块至少具备上述本发明的细径化光纤、将该细径化光纤收纳于内部的框体。

根据该发明，能够作为量子通信等的光纤模块使用。

根据本发明的细径化光纤的制造装置，能够在一边对光纤进行加热一边使光纤往复移动的中途，扩大光纤的安装间隔并进行拉伸，另外，不存在例如火焰摇晃等引起的温度的不稳定因素，能够以恒定温度对光纤进行加热。其结果是，能够在高精度地进行温度控制的条件下对光纤进行拉伸，因此，能够制造外径精度高、再现性高的细径化光纤。这样制造的细径化光纤能够降低光的透射损失，提高透光率。

根据本发明的细径化光纤的制造方法，不存在例如火焰摇晃等引起的温度的不稳定因素，能够以恒定温度对光纤进行加热，另外，能够制造外径精度高、再现性高的细径化光纤，因此，这样制造的细径化光纤能够降低光的透射损失，提高透光率。

根据本发明的细径化光纤及细径化光纤模块，由于是沿长度方向具有最小外径为200nm以上且800nm以下的细径化区域，该细径化区域的外径轮廓在长度方向上可控制地对称或不对称的无接缝细径化光纤，这样的细径化光纤的外径精度高、再现性高。其结果是，能够降低光的透射损失，提高透光率。

附图说明

图1是本发明的细径化光纤的制造原理的说明图；

图2是表示本发明的细径化光纤的制造装置的一例的示意性平面图；

图3是图2所示的细径化光纤的制造装置的示意性侧视图；

图4（A）是细径化前的光纤的示意图，（B）是细径化后的细径化光纤的示意图；

图5是表示得到的多根细径化光纤的最小外径分布的图表；

图6是表示本发明的细径化光纤的外形轮廓的一例的图表；

图7是表示本发明的细径化光纤的外形轮廓的另一例的图表；

图8（A）是表示本发明的光纤模块的一例的示意性平面图，（B）是表示本发明的光纤模块的一例的主视图；

图9是表示本发明的光纤模块的另一例的示意性立体图；

图10是本发明的细径化光纤的透射损失的测定系统。

标记说明

1：细径化光纤的制造装置

10：光纤

10’：细径化光纤

11：第一移动装置

12：第二移动装置

13：加热装置

13a：前端喷嘴

13b：火焰（焰炬）

13c：气体导入部

14：加热装置的移动载物台

14a：上下驱动装置

14b：前后驱动装置

15：第一驱动电动机

16：第二驱动电动机

17：安装装置（第一夹持件）

18：安装装置（第二夹持件）

19、20：线性导向件

21、22：固定夹具（磁体）

23：第一载物台

24：第二载物台

25a、25b：V型槽

51：光纤模块

52、53：光纤连接器

54：框体（箱形框体）

55、56：连接端子盒

57：光纤固定板

58：光纤固定板的中间挖空部

61：光纤模块

62：半个石英部件

63：框体（管形框体）

64、65：粘接剂

71：单模光纤

72、73：光连接器

74：光源

75：光功率计

A：左移动

B：右移动

L1：从基准点到第一夹持件的距离

L2：从基准点到第二夹持件的距离

O：基准点（中心点）

P：第一夹持位置

Q：第二夹持位置

S：细径化区域

T：拐点区域

W：往复移动幅度

W1：A方向的移动幅度

W2：B方向的移动幅度

ΔW：扩距幅度（扩大的宽幅）

X：光纤的长度方向

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的细径化光纤、其制造方法及其制造装置。本发明不限于以下实施方式，能够在其宗旨的范围内进行各种变形并实施。

［细径化光纤的制造装置及制造方法］

如图1～图3所示，本发明的细径化光纤10’的制造装置1具备：移动装置11、12，其使以规定间隔（L1+L2）安装的光纤10沿该光纤10的长度方向X往复移动（A方向、B方向）；加热装置13，其在固定位置O对往复移动的光纤10进行加热。而且，其特征在于，移动装置11、12具备扩距装置，其能够一边使光纤往复移动一边扩大光纤10的安装间隔（L1+L2）。

在这样的制造装置1中，使安装的光纤10沿长度方向X往复移动的移动装置11、12具备能够扩大光纤10的安装间隔（L1+L2）的扩距装置，因此，能够在一边对光纤10进行加热一边使光纤往复移动的中途，扩大光纤10的安装间隔（L1+L2）并进行拉伸。另外，由于在固定位置O对往复移动的光纤10进行加热，故而不存在例如火焰13b摇晃等引起的温度的不稳定因素，能够以恒定温度对光纤10进行加热。其结果，能够在精确地进行温度控制的条件下对光纤10进行拉伸，因此，能够制造外径精度高且再现性高的细径化光纤10’。这样制造的细径化光纤10’能够降低光的透射损失，提高透光率。

以下，详细说明各构成。

＜光纤＞

作为通过该制造装置1进行拉伸而加工成细径化光纤10’的原材料，准备光纤10。准备的光纤10采用用玻璃被覆传输光的芯线而成的玻璃光纤。其中，优选采用用石英覆盖的石英光纤。除石英光纤以外的玻璃光纤所使用的玻璃为多组分，而石英光纤使用超高纯度的石英玻璃，与玻璃光纤相比，透光性好，能够长距离准确地传送光信息。

光纤10可以是单模光纤，也可以是多模光纤。另外，光纤10还可以是聚合物覆盖的光纤。作为覆盖光纤10的聚合物，可以举出：氟树脂、硅酮树脂、聚酰亚胺树脂等各种树脂。光纤10的外径没有特别限定，但是，例如，用于量子通信等的情况下，优选在200nm以上且800nm以下的范围内。另外，采用聚合物覆盖的光纤10的情况下，将用于进行拉伸的加热部分的聚合物去除而进行适用。

准备的光纤10安装于移动装置11、12。而且，通过本发明的制造装置1及制造方法，拉伸加工成具有最小外径在例如200nm以上且800nm以下的范围内的细小区域的细径化光纤10’。

＜移动装置＞

如图1及图2所示，移动装置11、12是用于使以规定间隔（L1+L2）安装的光纤10沿该光纤10的长度方向X往复移动（A方向、B方向）的装置。该移动装置11、12具备固定光纤10的至少两个安装装置17、18，还具备用于使该安装装置17、18沿长度方向X呈直线状往复移动的线性导向件19、20。

（安装装置）

安装装置17、18是固定光纤10的固定装置。图1及图2所示的两个安装装置17、18也分别称为“第一夹持件17”、“第二夹持件18”。另外，“至少两个安装装置17、18”是指只要在光纤10的长度方向X的一侧（第一移动装置11侧）和另一侧（第二移动装置12侧）分别各设有一个安装装置17、18即可，可以如图2所示，在每一侧设有两个以上安装装置（17、17、18、18）。具体而言，在图2的例子中，在通过第一移动装置11往复移动的第一载物台23的表面和通过第二移动装置12往复移动的第二载物台24的表面分别设有用于安装光纤10的V型槽25a（参照图3），光纤10被设置于各载物台23、24的V型槽25a、25a引导，通过从上方夹入的固定夹具21、22固定于载物台23、24。

在图2的例子中，安装装置17、18由具有磁性的铁系载物台23、24、及对该载物台23、24进行磁化的固定夹具21、22构成。载物台23、24优选对磁体进行磁化的铁等强磁性材料，固定夹具21、22优选为磁体。磁体没有特别限定，但是选择适合固定光纤10的磁体，例如，能够从铁素体磁体等通用磁体或钐钴磁体或钕磁体等稀土类磁体等中选择。优选该固定夹具21、22也设有与载物台23、24上设置的V型槽25a、25a对应的V型槽25b、25b。

（线性导向件）

线性导向件19、20是用于沿光纤10的长度方向X使安装装置17、18往复移动的导向件，是用于使该安装装置17、18实现直线往复移动的装置。该线性导向件没有特别限定，可以任意使用轨道式直线运动导向件、滚珠丝杠等。

（往复移动）

如图1及图2所示，A方向和B方向的往复移动通过能够分别独立控制的第一移动装置11和第二移动装置12进行。第一移动装置11具备第一驱动电动机15、安装装置17及线性导向件19，第二移动装置12具备第二驱动电动机16、安装装置18及线性导向件20。第一驱动电动机15和第二驱动电动机16可以如图1所示地配置在同一虚拟轴上，也可以如图2所示地配置在不同的虚拟轴（两轴）上。第一驱动电动机15和第二驱动电动机16使用能够独立进行程序控制的电动机，例如，优选使用步进电动机等。

第一移动装置11进行的光纤10的A方向和B方向的往复移动与第二移动装置12进行的光纤10的A方向和B方向的往复移动同步。即，光纤10朝A方向的移动由第一移动装置11和第二移动装置12同时进行，光纤10朝B方向的移动也由第一移动装置11和第二移动装置12同时进行。

朝A方向的移动速度和朝B方向的移动速度可以为相同速度，也可以为不同速度。相同速度的情况和不同速度的情况均通过第一移动装置11和第二移动装置12分别变得相同。通常，设定为“相同速度”。使朝A方向的移动和朝B方向的移动相同的情况下，最终拉伸得到的细径化光纤10’左右对称。另一方面，使朝A方向的移动和朝B方向的移动不同的情况是以只使用细径化部的单侧为目的的情况，最终拉伸得到的细径化光纤10’显示出左右不对称的特征形状。移动速度通常在1mm/秒以上且30mm/秒以下的范围内任意设定。通过将移动速度设为该范围内，从而能够更容易地制造最小外径的偏差小且再现性高的细径化光纤10’。

在以上述范围内的移动速度中较慢的速度（例如1mm/秒以上且10mm/秒以下）移动的情况下，具有如下特征：能够减小热源，具体而言微型焰炬（火焰13b）的大小，容易任意得到外径轮廓的形状。另一方面，在以较快的速度（例如超过10mm/秒且30mm/以下）移动的情况下，具有如下特征：能够提高下述的扩距速度，但是从增大热量的必要性来看需要增大微型焰炬（火焰13b），得到的外径轮廓的形状受到制约。通常，通过使其以较慢的速度移动，从而进一步减小最小外径的偏差，进一步提高再现性。

移动速度只要在上述范围内，则可以在工作中保持恒定速度，也可以在工作中任意地变化。在工作中变化的情况下，例如，可以在初始阶段以较慢的速度移动，从某一时刻以较快的速度移动，也可以在初始阶段以较快的速度移动，从某一时刻以较慢的速度移动。这样的移动速度在工作中的变化有时在使一个来回的时间恒定的情况下进行。特别是，通过最初慢速，在增大往复移动幅度的时刻加速，从而改变细径化光纤10’的外径轮廓，从而能够提高细径化光纤10’的透光率。

（扩距装置）

移动装置11、12具备扩距装置。扩距装置以能够独立或联动控制至少两个安装装置17、18，扩大安装间隔（L1+L2），对光纤10进行拉伸的方式构成。具体而言，通过对第一驱动电动机15和第二驱动电动机16进行程序控制来进行。在本发明的装置1中，光纤10的长度方向X的两侧通过移动装置11、12所具备的至少两个安装装置17、18固定有光纤10，扩距装置独立或联动控制该安装装置17、18。

该控制以能够改变选自固定于安装装置17、18的光纤10的往复移动幅度、往复移动速度及扩展幅度中的一个或两个以上的方式构成。另外，也可以以在扩展速度的基础上，能够改变选自光纤10的往复移动幅度、往复移动速度、扩展幅度及扩展速度中的一个或两个以上的方式构成。通过这样的控制，能够自由地进行光纤10的拉伸。

如图1所示，光纤10的拉伸如下进行：一边使光纤10以一定的往复移动幅度W往复移动，一边在不移动的固定的位置（称为“固定位置O”，在本申请中，以该固定位置为中心向A方向和B方向移动，因此，有时也称为“基准点O”）将焰炬13b照向光纤10进行加热，一边在该固定位置O进行加热，一边扩大（W+ΔW）往复移动幅度W。该往复移动幅度W的扩大（W+ΔW）是进行光纤10的拉伸所必须的工序，在对光纤10进行加热使其软化到能够拉伸的程度的时刻进行。

往复移动幅度（W）是使光纤10往复移动的幅度，用从往复移动的基准点O向A方向移动的距离W1和向B方向移动的距离W2之和W（W1+W2）表示。往复移动幅度W规定焰炬13b加热光纤10的长度，影响细径化的细径化区域S的长度。往复移动幅度W长的情况下，由焰炬13b加热的光纤10的区域变长，通过控制扩距条件（扩距幅度、扩距速度），能够得到细径化区域S长的细径化光纤10’。另一方面，往复移动幅度W短的情况下，由焰炬13b加热的光纤10的区域变短，通过控制扩距条件（扩距幅度、扩距速度），能够得到细径化区域S短的细径化光纤10’。

由于最终得到的细径化光纤10’的用途不同，往复移动幅度W也不同，例如，在用于下述量子通信等的例子中，优选5mm以上且20mm以下程度，在该范围内能够对光纤10进行细径化。

另外，若使往复移动幅度W经时变化，则能够任意设计细径化区域S的外径轮廓。例如，如下述实验例所示，通过在各步骤中改变往复移动幅度W，能够改变焰炬13b加热的细径化区域S，其结果是，能够任意制作使细径化区域S的外径平缓变化的部分及较剧烈变化的部分等。特别是，如下述第二实验例所示，在细径化区域S的外径轮廓具有长度方向X的外径变化率变小的拐点区域T（参照图7）的情况下，能够通过在该拐点区域T的前后改变往复移动幅度W和扩展幅度来实现。另外，往复移动速度如上述移动速度栏所说明，用单位时间的往复移动幅度W表示。

在本发明中，在任意时刻扩展（扩大）往复移动幅度W，进行光纤10的细径化。进行细径化的细径化区域S是使光纤10往复移动用焰炬13b加热的部分。焰炬13b加热的部分软化，在该阶段扩展往复移动幅度W，从而进行细径化。例如，如下述实验例所示，也可以进行步骤1～4及步骤1～5所示的逐步扩展。逐步扩展能够任意地设计细径化区域S的外径轮廓。

扩展幅度（ΔW）的范围根据想要得到的细径化区域S的外径轮廓任意设计。例如，可以一边最初以较短的往复移动幅度W往复移动，一边用焰炬13b加热使光纤10软化，在发生软化的时刻扩大往复移动幅度W，由此增大细径化区域S。然后，通过根据想要得到的外径轮廓，在例如再次减小焰炬13b加热的往复移动幅度W后扩大，也能够只对细径化区域S中央的局部进行进一步的细径化。这样，通过任意改变往复移动幅度W、往复移动速度、扩展幅度、扩展速度等，能够制造具有想要得到的径轮廓的细径化光纤10’。

扩展幅度ΔW是向A方向扩展的幅度（ΔW1）与向B方向扩展的幅度（ΔW2）之和。ΔW1与ΔW2可以相等，也可以不相等，还可以只扩展其中的一方，不扩展另一方。若使ΔW1与ΔW2相等，则能够左右对称，若使其不相等，则能够左右不对称。这样的扩展幅度ΔW、各方向的扩展幅度（ΔW1和ΔW2）可以根据想要得到的细径化区域S的外径轮廓任意地设定。

往复移动幅度W的扩展时刻优选在焰炬13b加热的光纤10发生软化时进行。光纤10的种类、直径、往复移动幅度、往复移动速度等及焰炬13b的大小、强度、加热位置、加热量、加热时间等不同，该时刻也不同，因此，不能一概而言，但是能够根据事先的条件设定进行判断。

加热在固定位置O进行。作为这样的加热装置13，例如可使用具备导入氢气和氧气的混合气体的气体导入部13c、及用于点燃从该气体导入部13c导入的气体而生成焰炬13b的前端喷嘴13a的装置。该加热装置13可以使用点燃从喷嘴13a的前端喷出的混合气体而生成焰炬（火焰）13b的装置。该焰炬13b的加热如上述所述地受光纤10的种类、直径、往复移动幅度、往复移动速度等控制。具体而言，控制焰炬13b的大小、强度、加热位置、加热量、加热时间等进行加热。通过一边在固定位置O进行这样的加热，一边使光纤10以该固定位置O为中心向A方向和B方向往复移动，能够制造在细径化区域S具有任意的外径轮廓的细径化光纤10’。

如上所述，在本发明的制造装置1中，使以规定间隔（L1+L2）安装的光纤10沿长度方向X（A方向和B方向）往复移动的移动装置11、12具备能够扩大光纤10的安装间隔（L1+L2）的扩距装置，因此，能够在一边对光纤10进行加热一边使光纤10往复移动的途中，扩大光纤10的安装间隔（L1+L2）并进行拉伸。另外，在固定位置O对往复移动的光纤10进行加热，因此，不存在例如火焰13b摇晃等引起的温度的不稳定因素，能够以恒定温度对光纤10进行加热。其结果是，能够在精确地进行温度控制的条件下对光纤10进行拉伸，因此，能够制造外径精度高、再现性高的细径化光纤10’。这样制造的细径化光纤10’能够降低光的透射损失，提高透光率。

特别是在现有光耦合器的制造例中，在对光纤10进行加热、熔化、拉伸的情况下，使加热源沿光纤的长度方向往复移动。加热源的往复移动导致火焰摇晃，不能使加热部分的温度保持恒定，拉伸得到的光纤的外径的再现性差。但是，在本发明中，不会发生火焰13b摇晃，因此，能够消除这样的外径的再现性降低的问题。在本发明中，利用不发生摇晃的固定火焰，进而如上所述地控制光纤10的往复移动，因此，不会发生局部变细的情况，还能够控制温度分布，因此，能够制造期望的外径轮廓的细径化光纤10’。

＜制造例＞

以下，说明使用本发明的细径化光纤的制造装置制造细径化光纤的例子。

细径化光纤10’具备：往复移动工序，使以规定间隔（L1+L2）安装的光纤10沿该光纤10的长度方向X（A方向和B方向）往复移动；加热工序，在固定位置O对往复移动的光纤10进行加热。而且，在一边使光纤10往复移动一边进行的加热途中，扩大光纤10的安装间隔（L1+L2），对光纤10进行拉伸。经过这样的工序，一边使光纤10往复移动，一边在固定位置O对该光纤10进行加热，因此，不存在例如火焰13b摇晃等引起的温度的不稳定因素，能够以恒定温度对光纤10进行加热。另外，在该加热途中，扩大光纤10的安装间隔（L1+L2），对光纤10进行拉伸，因此，能够制造外径精度高且再现性高的细径化光纤。这样制造的细径化光纤10’能够降低光的透射损失，提高透光率。

（第一实验例）

参照图1～图3说明第一实验例。（1）首先，将光纤10通过安装装置17、18固定于第一载物台23和第二载物台24。（2）将作为加热装置的焰炬13b靠近使光纤10往复移动的基准点（中心点）O，对光纤10进行加热。此时，焰炬13b在前端具备外径为0.8mm的喷嘴13a，在该喷嘴13a产生使从气体导入部13c导入的氢气和氧气的混合气体燃烧的火焰13b。

（3）光纤10的往复移动轮廓如表1所示。（i）在步骤1中，在将往复移动幅度W（W1、W2）设为4mm（W1：A方向上为4mm，W2：B方向上为4mm），将往复移动速度设为3mm/秒的条件下使光纤10以基准点O为中心沿光纤10的长度方向X的A方向和B方向往复移动。此时的往复移动通过控制第一驱动电动机15和第二驱动电动机16来进行。（ii）在步骤2中，光纤10的加热部分软化时，保持上述的往复移动幅度W和往复移动速度不变，以1mm/秒的速度扩大第一载物台23和第二载物台24距离基准点O的距离L1、L2。该扩展进行到距离为L1+2mm和L2+2mm，即作为扩距幅度ΔW，共扩大4mm（ΔW=ΔW1+ΔW2）。即，A方向和B方向的扩展幅度ΔW1、ΔW2分别为2mm。此时的扩展也通过控制第一驱动电动机15和第二驱动电动机16来进行。（iii）在步骤3中，在将往复移动幅度W扩大到12mm（W1：A方向上为12mm，W2：B方向上为12mm），往复移动速度也提高到5mm/秒，再以1mm/秒的扩距速度扩大到扩距幅度ΔW为24mm（L1+12mm和L2+12mm，ΔW1=ΔW2=12mm）的条件下，使光纤10以基准点O为中心沿光纤10的长度方向X往复移动。（iv）在步骤4中，在将往复移动幅度W缩小到2mm（W1：A方向上为2mm，W2：B方向上为2mm），往复移动速度也下降到3mm/秒，再以1mm/秒的扩距速度扩大到扩距幅度ΔW为46mm（L1+23mm和L2+23mm，ΔW1=ΔW2=23mm）的条件下，使光纤10以基准点O为中心沿光纤10的长度方向X往复移动。（v）在步骤5中，在将往复移动幅度W扩大到4mm（W1：A方向上为4mm，W2：B方向上为4mm），往复移动速度也提高到4mm/秒，再以1mm/秒的扩距速度扩大到扩距幅度ΔW为60mm（L1+30mm和L2+30mm，ΔW1=ΔW2=30mm）的条件下，使光纤10以基准点O为中心沿光纤10的长度方向X往复移动。另外，在该实验例中，按照步骤1～4依次进行，另外，将L1和L2设为20mm。

【表1】

（4）最后，将图4（B）所示的示意形态的细径化光纤10’从第一载物台23和第二载物台24去除。

图5是重复这样的实验而得到共100个细径化光纤10’后，表示该得到的100个细径化光纤10’的最小外径分布的图表。本发明得到的细径化光纤10’的最小外径的标准偏差为14.5nm，与例如使焰炬往复运动而得到的现有细径化光纤的29.1nm相比，标准偏差极小。

图6是表示得到的细径化光纤10’的外形轮廓的一例的图表。曲线a是通过该第一实验例得到的细径化光纤10’的外径轮廓。中心的0相当于上述基准点O的位置。曲线b是在上述第一实验例中不仅往复移动，而是只采用扩展条件而得到的细径化光纤10’的外径轮廓。如图6所示，在规定条件下往复移动而得到的本发明的细径化光纤10’能够显示出平缓的外径轮廓。另一方面，不往复移动的细径化光纤10’显示出了陡峭的外径轮廓。两外径轮廓的不同影响透过细径化光纤10’中的透光率的结果，外径轮廓平缓的曲线a的细径化光纤10’的透光率为95%左右，而外径轮廓陡峭的曲线b的细径化光纤10’的透光率为60%左右。

（第二实验例）

参照图1～图3，与上述第一实验例同样地说明第二实验例。（1）首先，将光纤10通过安装装置17、18固定于第一载物台23和第二载物台24。（2）将作为加热装置的焰炬13b靠近使光纤10往复移动的基准点（中心点）O，对光纤10进行加热。此时，焰炬13b在前端具备外径为0.8mm的喷嘴13a，在该喷嘴13a产生使从气体导入部13c导入的氢气和氧气的混合气体燃烧的火焰13b。

（3）光纤10的往复移动轮廓如表2所示。（i）在步骤1中，在将往复移动幅度W（W1、W2）设为10mm（W1：A方向上为10mm，W2：B方向上为10mm），将往复移动速度设为6mm/秒的条件下使光纤10以基准点O为中心沿光纤10的长度方向X的A方向和B方向往复移动。此时的往复移动通过控制第一驱动电动机15和第二驱动电动机16来进行。（ii）在步骤2中，光纤10的加热部分软化时，保持上述的往复移动幅度W和往复移动速度不变，以0.4mm/秒的速度扩大第一载物台23和第二载物台24距离基准点O的距离L1、L2。该扩展进行到距离为L1+8mm和L2+8mm、即作为扩距幅度ΔW共扩大16mm（ΔW=ΔW1+ΔW2）。此时的扩展也通过控制第一驱动电动机15和第二驱动电动机16来进行。（iii）在步骤3中，在将往复移动幅度W扩大到14mm（W1：A方向上为14mm，W2：B方向上为14mm），将往复移动速度保持在6mm/秒，再以0.1mm/秒的扩距速度扩大到扩距幅度ΔW为32mm（L1+16mm和L2+16mm，ΔW1=ΔW2=16mm）的条件下，使光纤10以基准点O为中心沿光纤10的长度方向X往复移动。（iv）在步骤4中，在将往复移动幅度W保持在14mm（W1：A方向上为14mm，W2：B方向上为14mm），也将往复移动速度保持在6mm/秒，再以0.4mm/秒的扩距速度扩大到扩距幅度ΔW为42mm（L1+21mm和L2+21mm，ΔW1=ΔW2=21mm）的条件下，使光纤10以基准点O为中心沿光纤10的长度方向X往复移动。（v）在步骤5中，在将往复移动幅度W缩小到6mm（W1：A方向上为6mm，W2：B方向上为6mm），将往复移动速度保持在6mm/秒，再以0.6mm/秒的扩距速度扩大到扩距幅度ΔW为46mm（L1+23m和L2+23mm，ΔW1=ΔW2=23mm）的条件下，使光纤10以基准点O为中心沿光纤10的长度方向X往复移动。（vi）在步骤6中，将往复移动幅度W缩小到3mm（W1：A方向上为3mm，W2：B方向上为3mm），将往复移动速度保持在6mm/秒，再以1.2mm/秒的扩距速度扩大到扩距幅度ΔW为56mm（L1+28m和L2+28mm，ΔW1=ΔW2=28mm）的条件下，使光纤10以基准点O为中心沿光纤10的长度方向X往复移动。另外，在该实验例中，按照步骤1～6依次进行，另外，将L1和L2设为15mm。

【表2】

（4）最后，将图4（B）所示的示意形态的细径化光纤10’从第一载物台23和第二载物台24拆除。

图7是表示得到的细径化光纤10’的外形轮廓的一例的图表。曲线a是由第一实验例得到的细径化光纤10’的外径轮廓，曲线d是由该第二实验例得到的细径化光纤10’的外径轮廓。中心的0相当于上述基准点O的位置。曲线d的细径化光纤10’的外径轮廓与曲线a的细径化光纤10’的外径轮廓不同，在曲线d的中途具有倾斜度变小的拐点区域T、T。该拐点区域T、T在图7的例子中处于外径为20μm以上且30μm以下的范围内。

这样的拐点区域T、T能够得到如下的有效特性，即，能够减小从光被包层约束在芯部的状态变成通过空气或真空而约束在包层中的状态的转换损失（模式转换损失）。特别是，该拐点区域在20μm以上且30μm以下的范围内的情况下，具有能够减小例如通信波长为800nm～1600nm左右的光纤的模式转换损失的特性，从而能够增大透射率这一独特优点。

上述实验例中的透光率的测定通过图10所示的透射损失测定进行。图10中，标记S表示细径化光纤10’的细径化区域，标记61表示单模光纤，标记62、63表示光连接器，标记64表示光源，标记65表示光功率计。作为光源，使用振荡波长为850nm的激光，作为光功率计，使用光万用表及传感器单元〔横河电动机株式会社（旧安藤电气）制造，型号：AQ2140及AQ2735〕。细径化损失通过dB=－10log（P1/P0）进行评价。另外，外径轮廓通过用电子显微镜（株式会社キーエンス制造，型号：VE－8800）测定细径化光纤10’的各部外径的结果进行评价。

另外，上述实验例为示例，本发明的细径化光纤的制造装置及制造方法是通过设定其所具有的构成要素及控制条件能够得到具有图6及图7所示的外径轮廓的细径化光纤10’，并且能够自由地设计具有其它外径轮廓的细径化光纤10’的极有效的装置及方法。

［细径化光纤及光纤模块］

＜细径化光纤＞

本发明的细径化光纤10’是通过上述本发明的细径化光纤的制造装置（例如，参照图1～图3）或制造方法进行细径化而成的无接缝光纤，如图4（B）所示，具有如下特征：沿长度方向X具有最小外径为200nm以上且800nm以下的细径化区域S，该细径化区域S的外径轮廓是在长度方向上被控制的对称形或不对称形。这样的细径化光纤10’的外径精度高、再现性高。其结果，能够降低光的透射损失，提高透光率。

得到的细径化光纤10’的例子用上述第一实验例（图6的标记a所示的外径轮廓）和第二实验例（图7的标记d所示的外径轮廓）得到的细径化光纤10’代表，具有其它外径轮廓的细径化光纤10’也包含在本发明的细径化光纤10’。

例如，图6的标记a的曲线是对外径约为125μm的光纤10进行细径化而使其具有长度为60mm的细径化区域S的细径化光纤10’的外径轮廓。该细径化光纤10’是以最小外径约为400nm的方式进行细径化而成的，是将表示最小外径的点作为基准点O（参照图1）表示的图表。图6的横轴的“长度0”的点与基准点O相对应，该细径化光纤10’中，在基准点O表示最小外径约为400nm，在距离基准点O±10mm的地方表示外径约为3.5μm，在距离基准点O±20mm的地方表示外径约为20μm，在距离基准点O±30mm的地方表示原外径、即约为125μm。

例如，图6的标记c的曲线是对外径约为125μm的光纤10进行细径化而使其具有长度约为125mm（未图示）的细径化区域S的细径化光纤10’的外径轮廓的一部分。该细径化光纤10’是以最小外径约为400nm的方式进行细径化而成的，在基准点O表示最小外径约为400nm，在距离基准点O±10mm的地方表示外径约为2μm，在距离基准点O±20mm的地方表示外径约为10μm，在距离基准点O±30mm的地方表示外径约为50μ，在距离基准点±60mm的地方表示原外径、即约为125μm。

另外，图7的标记d的曲线是对外径约为125μm的光纤10进行细径化而使其具有长度约为60mm的细径化区域S的细径化光纤10’的外径轮廓。该细径化光纤10’是以最小外径为400nm的方式进行细径化而成的，是将表示最小外径的点作为基准点O（参照图1）表示的图表。图7的横轴的“长度0”的点与基准点O相对应，该细径化光纤10’中，在基准点O表示最小外径为400nm，在距离基准点O±10mm的地方表示外径约为10μm，在距离基准点O±12mm～±18mm的范围内表示轮廓的倾斜度变小，外径变化率小的外径为约20μm以上且约30μm以下的范围内的拐点区域T，在距离基准点O±20mm的地方表示外径约为40μm，在距离基准点O±25mm的地方表示原外径、即约为125μm。

如图7的标记d的外径轮廓所示，本发明的细径化光纤10’还具有如下特征：细径化区域S的外径轮廓具有长度方向X的外径变化率变小的拐点区域T。这样的拐点区域T能够得到如下的有效特性，即，能够减小从光被包层约束在芯部中的状态变成被空气或真空约束在包层中的状态的转换损失（模式转换损失）。

通常，芯部和包层的边界面与光的前进方向所成的角度发生变化的原因之一在于：在光纤的芯部内行进的光发生了模式转换。形成于细径化光纤10’的锥形部是芯部和包层的边界面与光的行进方向所成的角度发生变化的区域。因此，在锥形部发生模式转换。这样的模式转换的发生导致转换损失。减小锥形部的锥形角度有助于减小转换损失。但是，在锥形部的锥形角度减小的情况下，锥形部变长，故而细径化光纤10’开始变细的部分和细径化区域S之间的距离变长。

另一方面，细径化光纤10’的锥形部的长度被限制在对应于细径化光纤10’适用的产品的长度。将锥形部的长度形成为对应于适用的产品的长度的情况下，锥形部的锥形角度变大。

拐点区域T是用于实现减小这样的转换损失以及将锥形部的长度形成为对应于适用的产品的长度的双重目的的构成。如上所述，转换损失在芯部和包层的边界面与光的行进方向所成的角度发生变化的位置产生。但是，在细径化光纤10’开始变细的位置和从该位置到细径化区域S侧的数μm的范围内的区域中，即使在较大地形成锥形角度的情况下，转换损失也几乎不会发生。因此，在只距离细径化光纤10’开始变细的位置数μm的细径化区域S侧的部分设置锥形角度变小的区域是有效地抑制转换损失产生的构成。细径化光纤10’的拐点区域T设置于模式转换引起的转换损失产生的区域。

这样的拐点区域T的外径能够任意调节。在图7的例子中，将该拐点区域T设置在外径约为20μm～30μm的范围内。通过在该范围设置拐点区域T，与没有拐点区域T的细径化光纤10’相比，具有能够减小例如通信波长为800nm～1600nm左右的光纤的模式转换损失的特性，从而能够增大透射率这一独特优点。具有这样的拐点区域T的细径化光纤10’能够实现800nm～1600nm。

另外，本发明的细径化光纤10’不限于具有上述图6的标记a的外径轮廓的细径化光纤10’及具有图7的标记d的外径轮廓的细径化光纤10’这两种形态，还包括具有最小外径在200nm以上且800nm以下的范围内的各种外径轮廓的细径化光纤。特别是优选具有200nm以上且500nm以下的范围内的极细最小外径的细径化光纤10’。具有这样的外径范围的细径化区域S的细径化光纤10’具有特别适合作为量子通信用光纤，同时，具有外径从表示该最小外径的点（基准点O）渐渐增加的外径轮廓，从而能够增大透光率的优点。作为外径渐渐增加的外径轮廓，可以举出：从基准点O到±10mm的外径为1μm以上且10μm以下，优选1μm以上且5μm以下。

拐点区域T是细径化光纤10’的长度方向X的外径变化率小的区域。换言之，是指变细方式的程度在长度方向X上小，也可以表示为“变细方式的倾斜度”。例如，可以举出：从最小外径到外径约为20μm的范围内，变细方式的倾斜度为10mrad以下，优选6mrad以下，从外径为20μm到30μm的范围内，变细方式的倾斜度为1mrad以下，优选0.5mrad以下，从外径为30μm到125μm的范围内，变细方式的倾斜度为10mrad以下，优选6mrad以下。具有通过变细方式的倾斜度在该范围内，具有能够降低透射损失，提高透光率的优点。另外，若超过该范围，则存在透射损失变大，透光率变小的难点。

如以上说明地，本发明的细径化光纤10’沿长度方向X具有最小外径为200nm以上且800nm以下的细径化区域S，该细径化区域S的外径轮廓是在长度方向X上被控制的无接缝对称形或不对称形，因此，这样的细径化光纤10’的外径精度高、再现性高。其结果是，能够降低光的透射损失，能够提高透光率。另外，本发明的细径化光纤10’还具有没有接缝这一特征，与现有光纤耦合器这样的具有接缝或接缝痕迹的产品相比，构造上的不同显著。

＜光纤模块＞

本发明的光纤模块51、61如图8及图9中例示的两个实施方式所示，至少具备本发明的细径化光纤10’、将细径化光纤10’收纳于内部的框体54、63。这样的光纤模块51、61能够作为量子通信等的光纤模块使用。

（第一实施方式）

图8（A）是沿图8（B）的A－A切割时的剖面图，图8（B）是沿图8（A）的B－B切割时的剖面图。该光纤模块51具备：规定长度的细径化光纤10’、与细径化光纤10’的两端连接的光纤连接器52、53、收纳细径化光纤10’并且经由光纤连接器52、53固定细径化光纤10’的框体54。在该光纤模块51中，在框体54的长度方向的两端设有将光纤连接器52、53与外部端子连接的连接端子盒55、56。该连接端子盒55、56能够任意设置。另外，标记57为光纤固定板，标记58为光纤固定板57的中间挖空部。细径化光纤10’优选通过粘接剂等固定于光纤固定板57。

在该光纤模块51中，细径化光纤10’的细径化区域S配置在光纤固定板57的中间挖空部58的上方。光纤连接器52、53只要是通常的光纤连接器即可，没有特别限定，例如，插入由氧化锆等构成的套圈中而构成。框体54在图8的例子中示例了箱形框体，但并不一定是箱形，也可以是管形或其它形状。连接端子盒55、56是用于连接从外部将光信号输入输出的外部端子的端子盒，也没有特别限定，作为光纤连接器的连接端子，可以使用普遍使用的连接端子。

这样的光纤模块51固定于框体54且被密封，因此，不易受气流、粉尘、温度变化等来自外部的干扰因素的影响。而且，光纤模块51安装有具备200nm以上且800nm以下的极细最小外径的细径化光纤10’，因此，能够实现稳定的量子通信等通信，故而是有利的。

（第二实施方式）

图9是具备细径化光纤10’的光纤模块61的局部剖切立体图。该光纤模块61具备：细径化光纤10’、将细径化光纤10’收纳于内部，同时，经由设置于细径化光纤10’两侧的粘接剂64、65固定细径化光纤10’的框体63。

在该光纤模块61中，将细径化光纤10’的细径化区域S载置于载置部件62上。通过将细径化区域S载置于载置部件62上，能够防止细径化区域S由于振动等干扰因素而发生断线等。该载置部件62以将圆筒形部件对开而成的形状构成，因此，能够以稳定的形态载置于将细径化区域S对开而成的平面部。在该对开状的载置部件62的两端部，通过粘接剂（未图示）粘接、固定有细径化光纤10’。另外，对开状的载置部件62通过粘接剂（未图示）固定于管形框体63的内面。另外，载置部件62优选玻璃或石英。特别是由石英构成的载置部件62的线膨胀系数与使用石英光纤的细径化光纤10’相同，因此，在能够降低温度变化引起的断线率等方面有效。

这样的光纤模块61在图9的例子中，固定于管形框体63内，且在管形框体63的两端部被粘接剂64、65密封，因此，不易受气流、粉尘、温度变化等来自外部的干扰因素的影响。而且，光纤模块61安装有具备200nm以上且800nm以下的极细最小外径的细径化光纤10’，因此，能够实现稳定的量子通信等通信，故而是有利的。

另外，可以在光纤模块61两侧的粘接剂64、65的更前方（延长线上）设有与图8所示的光纤连接器52、53相同的光纤连接器。这样的光纤连接器与图8的说明段落中说明的内容相同，只要是普通的光纤连接器即可，没有特别限定。另外，框体63优选示例了管形，但并不一定是管形，也可以是箱形或其它形状。

Claims (9)

1.一种细径化光纤的制造装置，其特征在于，具备：

移动装置，其使以规定间隔安装的光纤沿该光纤的长度方向往复移动；

加热装置，其在固定位置对所述往复移动的光纤进行加热，

所述移动装置具备能够一边使光纤进行所述往复移动一边扩大所述光纤的安装间隔的扩距装置。

2.如权利要求1所述的细径化光纤的制造装置，其中，所述移动装置具备固定所述光纤的至少两个安装装置，所述扩距装置以能够独立或联动控制所述至少两个安装装置的方式构成。

3.如权利要求2所述的细径化光纤的制造装置，其中，所述控制能够改变选自固定于所述安装装置的光纤的往复移动幅度、往复移动速度及扩展幅度中的一个或两个以上。

4.一种细径化光纤的制造方法，其特征在于，具备：

往复移动工序，使以规定间隔安装的光纤沿该光纤的长度方向往复移动；

加热工序，在固定位置对所述往复移动的光纤进行加热，

在一边使所述光纤往复移动一边进行的加热中途，扩大所述光纤的安装间隔而将该光纤拉伸。

5.如权利要求4所述的细径化光纤的制造方法，其中，所述光纤的拉伸通过独立或联动控制固定所述光纤的至少两个安装装置来进行。

6.如权利要求5所述的细径化光纤的制造方法，其中，所述控制能够改变选自固定于所述安装装置的光纤的往复移动幅度、往复移动速度及扩展幅度中的一个或两个以上。

7.一种细径化光纤，是通过权利要求1～3中任一项所述的细径化光纤的制造装置或权利要求4～6中任一项所述的细径化光纤的制造方法制造的无接缝光纤，其特征在于，沿长度方向具有最小外径为200nm以上且800nm以下的细径化区域，该细径化区域的外径轮廓在长度方向上对称或不对称。

8.如权利要求7所述的细径化光纤，其中，所述细径化区域的外径轮廓具有一个或两个以上的长度方向的外径变化率变小的拐点区域。

9.一种细径化光纤模块，其特征在于，至少具备权利要求7或8所述的细径化光纤、将该细径化光纤收纳于内部的框体。

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