JP2000505038A - 分散減少および分散操作光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、軸方向に変動する光学的特性を有する光ファイバまたはガラス棒(600)を製造する方法である。コアガラス(100)およびクラッドガラス(200)が炉内に供給されて、ガラス棒またはファイバを形成する。単位時間当たりの全結合質量が一定となるように、クラッドおよびコアの供給速度が制御される。コア(604)の直径は、速度の制御にしたがって、ファイバまたはガラス棒の長手方向に変動する。コアの直径が変動することにより、ファイバまたはガラス棒の軸方向の光学的特性が変動する。

Description

【発明の詳細な説明】 分散減少および分散操作光ファイバの製造方法 発明の背景 本発明は、光学的特性が縦方向に変化している光ファイバを製造する方法に関 するものである。本発明により製造された光ファイバは、分散減少および分散操 作ファイバを含む。このようなファイバを、光ソリトンパルスが、光ファイバに 沿って進行するときにその元の形状を維持する、ソリトンパルス伝搬に用いても よい。しかしながら、本発明はこの用途に限定されるものではない。 分散は、光パルスが光ファイバ中を進行するときのそれらの広がりを意味する 。ソリトンパルスのそのような広がりによって、このパルスがファイバに沿って 進行するときに減衰損失が生じる。分散は、全分散を減少させるようにファイバ の光学的特性を変更することにより補われるかもしれない。分散を補う二種類の ファイバは、分散減少ファイバおよび分散操作ファイバである。 分散減少ファイバでは、ファイバの長手方向に分散がゆっくりと変化している 。このことによって、ファイバ内の分散が徐々に減少し、したがって、ファイバ に沿って進行するソリトンパルス伝搬への減衰損失の影響が減少する。 分散操作ファイバは、正および負の分散部分により特徴付けられ、各々の部分 の間の移行が比較的急激である。分散操作ファイバは、ファイバの全体的な分散 がゼロであるが、いずれかのある点での分散がわずかに正または負のいずれかで あるファイバを形成することを目標としている。このような計画により、ファイ リンクの長手方向に生じる色分散効果をまだ効果的に補いながら、ゼロ分散点で データパルスを伝搬することにより生じる四波混合効果（four-wave mixing）、 自己位相変調効果および他の非線形光学効果が最小になる。 本発明は、ファイバの光学的特性を軸方向に変更することにより分散減少ファ イバおよび分散操作ファイバを製造する方法に関するものである。 軸方向に変化する光学的特性を有するファイバを製造する従来技術の方法の各 々には、関連する欠点がある。例えば、固結プレフォームまたはコアガラス棒を 機械加工するかまたは化学的にエッチングすることにより、コアとクラッドの比 率を変更すると、ファイバの光学的特性が変わってしまう。残念なことに、この 方法により、追加の加工工程およびこれらの工程に関連する追加の選択損失が加 わってしまう。延伸張力を変えることによっても、ファイバの光学的特性が軸方 向に変わるが、この方法では、特定の張力様式でファイバを延伸する利点が維持 できない。一定ではない外径を有するファイバを延伸することによりファイバの 光学的特性を変更する別の代替案により、望ましくない接続および添え継ぎの問 題が生じてしまう。理論的には、ファイバの光学的特性は、ファイバ上に多数の オーバークラッド組成物を配置して、延伸されたファイバ内に応力効果を得るこ とにより変更することができる。しかしながら、この方法では、実行可能な製造 工程を提供できそうにない程度まで、現存する堆積および固結の工程が変わって しまう。 したがって、これら従来技術の方法に関連する欠点を有さない、ファイバの光 学的特性を変更する方法が必要とされている。発明の概要 本発明の目的は、追加の製造工程またはこのような追加の工程に関連する選択 損失のない、分散減少および分散操作ファイバを製造する方法を提供することに ある。 本発明のさらなる目的は、延伸工程中に特定の張力様式を維持する、分散減少 および分散操作ファイバを製造する方法を提供することにある。 本発明の目的は、一定の外径を有する分散減少および分散操作ファイバを製造 する方法を提供することにある。 本発明のさらなる目的は、現存する堆積および固結工程を変更しない、分散減 少および分散操作ファイバを製造する方法を提供することにある。 本発明の目的は、ファイバ内の分散における変化の軸方向の位置を決定できる 、分散減少および分散操作ファイバを製造する方法を提供することにある。 ファイバの光学的特性を変更する他の方法の欠点および制限は、コアおよびク ラッド材料の炉内への入力を別々に制御して変更し、それによって、例えば、別 々の下向供給装置を用いてロッドおよび管を同時に延伸することにより、炉から 排出される製品のコアの直径、すなわち、コアまたはファイバを制御する方法を 提供する本発明により克服される。図面の簡単な説明 本発明の上述のおよび他の目的並びに利点は、添付の図面とともに、以下の詳 細な記載を考慮する際に明白となる。この図面において、全体に亘って同じ参照 番号が同じ部材を示している。 図１は、本発明による分散減少および分散操作ファイバを製造する方法の実施 の形態を示す概略図である。 図２は、本発明の制御装置のブロック図である。発明の詳細な説明 本発明の方法は、ロッドが管内にあるように延伸炉中に入り込む別々の下向供 給装置に、(1)コアガラスおよびことによると不可欠な量のクラッドガラスを含 有するロッド、並びに(2)クラッドガラスの管を取り付ける工程を含んでいる。 （当業者に認識されているように、「コア」ガラスは、「クラッド」ガラスより も大きい屈折率を有している。）ロッドおよび管を炉に通して下降させて結合さ せ、炉から延伸されるファイバを形成する。各々の下向供給装置の速度は、炉を 通過するロッドおよび管の材料の量を変えながら、炉を通過するガラスの単位時 間当たりの質量が一定のままであるように別々に制御され、調和させられる。 炉から延伸されて得られたファイバ（またはガラス棒）は一定の外径を有して いる。しかしながら、ファイバのコアの直径は、炉を通過する管またはロッド材 料の量の変動にしたがってファイバの長手方向に変動する。ファイバの光学的特 性の軸方向の変動を提供するのは、ファイバのコア直径において生じた変動であ る。 分散減少ファイバを製造する上で、コアの直径における変動は非常にゆるやか であり、ファイバの長さに沿って分散がゆっくりと変化することができる。分散 操作ファイバの製造には、ファイバのコアの直径がより急激に変化して、正と負 の分散ファイバの部分を形成し、各々の部分の間の移行が比較的急激である必要 がある。本発明の方法により、ファイバのコアの直径におけるゆるやかな変化お よび急激な変化の両方が得られる。 図１は、本発明のファイバ延伸方法の概略図である。全てのコア材料およびこ とによると不可欠な量のクラッドからなるロッド100が下向供給装置202に取り付 けられている。完全にクラッドガラスからなる管200が別の下向供給装置202に取 り付けられている。管200のクラッドガラスは、純粋なシリカであってもよい。 制御装置204を手動でまたは自動的に操作して、下向供給装置102および202の速 度を制御してもよい。制御装置204は、二つのモータ（図示せず）を有するプロ グラマブルコントローラを備えている。ここで、第一のモータは下向供給装置10 2に接続され、第二のモータは下向供給装置202に接続されている。制御装置204 は、モータを使用することにより、下向供給装置102および202の速度を制御して いる。下向供給装置102および202の速度を制御する上で、制御装置204は、炉を 通過するガラスの単位時間当たりの質量が、炉300を通過するロッド100および管 200の量を変化させながら一定のままであることを確実にする。プログラマブル コンピユータが、ファイバの長さの関数として、コアの直径の所望の変動に関し てプログラムされ、延伸速度を示すファイバ延伸装置からのフィードバック信号 を受信する。 ロッド100および管200が炉300内で結合して、ファイバまたはガラス棒600を形 成する。ガラス棒は、ファイバよりも厚くて頑丈で、内側コア領域および周囲ク ラッドを備えており、後にオーバークラッドが形成され、ファイバに延伸されて もよい。本発明は、ファイバまたはガラス棒の製造の両方に適用できる。しかし ながら、ここでは、説明のために、本発明を主にファイバの製造に関して記載す る。ファイバまたはガラス棒600は、一連のトラクタ500により炉から延伸される 。 本発明の作動原理は以下のとおりである。ロッド100および管200として延伸炉 中に進入するガラスの合計量は、定常状態で、ファイバ600として排出されるガ ラスの量と等しい。これは、以下の方程式： Ａ_ロット゛Ｖ_ロット゛＋Ａ_管Ｖ_管＝Ａ_{ファイハ゛}Ｖ_{ファイハ゛} ここで、Ｖ_x＝構成部材ｘの速度；および Ａ_x＝構成部材ｘの断面積、 により表される。 ファイバのコアの直径であるＤ_コアは、以下の方程式： Ｄ_コア＝Ｄ_{ファイハ゛}＊ＫｆＡ_ロット゛Ｖ_ロット゛／（Ａ_ロット゛Ｖ_ロット゛＋Ａ_管Ｖ_管） ここで、Ｄ_{ファイハ゛}=フアイバの直径； Ｋ＝ロッドおよび管の面積の合計に対するファイバの面積の比率；および ｆ＝ファイバの外径に対するコアの直径の面積の比率、 により記載してもよい。 ファイバの外径であるＤ_{ファイハ゛}は、以下の方程式： により記載してもよい。 Ｄ_コアおよびＤ_{ファィハ゛}に関する方程式を組み合わせることにより、Ｄ_コアに関する 以下の方程式： が得られる。この方程式の項の各々を、時間に関して変動させても差し支えない 。望ましくは、ロッドおよび管の寸法は、それらが炉中に供給されるときに、一 定のままである。炉から延伸されるファイバが一定の外径を有することもまた望 ましい。したがって、これらの因子が一定である場合には、Ｋおよびｆは定数で ある。Ｄ_{ファイハ゛}に関する方程式を調べてみると、Ｄ_コアが変動しながらＤ_{ファイハ゛}を一 定のままにするために、少なくとも二つの項を変更しなければならないことが分 かる。（光学的特性に関しては、外径が一定である必要がないけれども、これは 、ケーブル、接続および添え継ぎにとって望ましいことである。） 時間の関数としてのＤ_コアに関する方程式を調べるてみると、Ｄ_コアを様々な様式 で変更して、一定の外径を有するファイバが得られることが分かる。理論的には 、Ａ_ロット゛、Ａ_管、Ｖ_ロット゛、Ｖ_管またはＶ_{ファイハ゛}のどの二つの変数を、一定の外径 を有するファイバを製造するような様式で変調させても差し支えない。本発明は 、Ａ_ロット゛またはＡ_管を変更する必要のない、変数の組合せに関するものである。 延伸速度または下向供給速度のみを変更する手法を用いることにより、延伸また は下向供給速 度の変更によりファイバ内の変化を補正することができる。この変更は、Ａ_ロット゛ またはＡ_管の変更に関するほど容易には行われない。 速度の三つの可能な組合せ：Ｖ_{ファイハ゛}Ｖ_ロット゛；Ｖ_管Ｖ_ロット゛、およびＶ_{ファイハ゛}Ｖ_管 を時間に関して変更することができる。Ｖ_{ファイハ゛}を一定に維持しながらＶ_ロット゛Ｖ_管 を変更するには、炉を通過するガラスの単位時間当たりの質量が一定であり、 そのために、通常はファイバの延伸速度の変化に関連する根元400の形状が、ほ とんどまたは全く変化していないことが必要である。このことによって、非定常 挙動が最小となり、工程を制御することが容易になる。この手法によって、下向 供給速度の変化を、延伸されるファイバの長さに関係付けることにより、コアの 直径の変化がファイバ内に生じる場所を決定することも容易になる。下向供給の 変化が生じたときと、延伸されたファイバが実際に変化し始めるときとの間には 、時間差があるが、Ｖ_{ファイハ゛}を一定に維持することにより提供される比較的安定 な条件下では、この時間差は、そこそこ一定である。このことによって、廃物も また削減され、分散減少および分散操作ファイバの製造がいっそう容易に、対費 用効果的になる。 本発明に使用できる制御装置のブロック図が図２に示されている。この制御装 置は、指定された計算機能を果たす従来の構成部材、例えば、コンピュータを用 いて実施してもよい。この制御装置において、ロッドおよび管の化学的および物 理的組成物並びにそれらの断面積がそれらの長さに沿って実質的に変動しないの で、Ａ_ロット゛、Ａ_管、Ｋおよびｆは定数である。ファイバの直径Ｄ_{ファイハ゛}は、ファ イバの仕様に基づいて設定される。通信ファイバにおいて典型的な値は、125μ ｍである。Ｖ_{ファイハ゛}は、延伸物の容量、およびファイバの場合のコーティングの 適用のような二次的工程を適切に制御する能力に基づいて、設定または制御され る。一般的に、Ｖ_{ファイハ゛}を、工程の制御を維持して延伸容量を最大にしながら、 できるだけ高く設定する。Ｄ_コアの値は、製造される特定のファイバに関する分散 目標に基づいて決定され、プログラマブルなコンピュータから制御装置に供給さ れる。例えば、分散減少ファイバを製造するために、Ｄ_コアは、数十キロメートル のファイバ長さに亘りゆっくりと減少する。分散操作ファイバを製造するために は、コア部分602および604により図１に示したように、コアの直径は増大し、次 いで減少する。導波路分散を決定する計算は、実際に制御工程とは別々に行って も、または Ｄ_コアの決定により制御ループ内で間接的に行ってもよい。この計算は、導波路分 散が独立変数であり、Ｄ_コアが導波路分散に依存している場合の制御様式に組み込 んでもよい。本発明により、長さの関数として線形にまたは非線形に変動するコ アの直径を有するファイバまたはガラス棒を製造することができる。 一度Ｄ_{ファイハ゛}、Ｖ_{ファイハ゛}およびＤ_コアを設定したら、以前に示したＤ_コアに関する方 程式および定常状態の質量バランスから導くことのできる、以下の方程式： Ｖ_ロット゛＝πＤ_{ファイハ゛}Ｖ_{ファイハ゛}Ｄ_コア／Ｋｆ²Ａ_ロット゛ からＶ_ロット゛を計算する。 一度Ｄ_ロット゛が決定されたら、炉を通過する全体的な質量バランス： Ｖ_管＝（Ｖ_{ファイハ゛}Ｄ² _{ファイハ゛}π−Ａ_ロット゛Ｖ_ロット゛）／Ａ_管 からＶ管を計算する。 分散減少ファイバを製造するために、ロッドおよび管をファイバ中に延伸しな がら、Ｄ_コアをゆっくりと減少させる。Ｄ_コアが減少するにつれて、 πＤ_{ファイハ゛}Ｖ_{ファイハ゛}／Ｋｆ²Ａ_ロット゛ の因子だけＶ_ロット゛が減少する。 これと同時に、Ｖ_管が因子Ａ_ロット゛／Ａ_管だけ増大し、それによって、炉内の質 量バランスが一定に維持される。 Ｖ_管が一定に保持され、Ｖ_{ファイハ゛}およびＶ_{ファイハ゛}が変更される場合、またはＶ_{ロッ ト゛} が一定に保持され、Ｖ_{ファイハ゛}およびＶ_管が変更される場合、同様の制御様式を 用いてもよい。上述したような場合、Ｖ_管がＤ_コアの関数であり、Ｖ_ロット゛が質量バ ランスから計算されるように、Ｖ_管およびＶ_ロット゛の計算を反対にすることもでき る。 このように、分散減少および分散操作ファイバを製造する方法が提供される。 特定の説明のための実施の形態を記載してきたが、当業者には、本発明は、制限 ではなく、説明を目的として示した開示した実施の形態以外により実施すること ができ、本発明は以下の請求の範囲のみによって限定されることが理解されよう 。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．コアおよび周囲のクラッドを有する光ファイバまたはガラス棒を製造する方 法であって、 コアガラス材料およびクラッドガラス材料を炉に供給して、該コアガラス材 料対該クラッドガラス材料の容積比を提供し、 該炉に供給された該コアガラス材料対該クラッドガラス材料の容積比を変更 して、光ファイバまたはガラス棒の単位長さ当たりのコアガラス材料対クラッド ガラス材料の予め選択された比率を規定し、 該コアガラス材料および該クラッドガラス材料を前記炉内で結合させて、 該炉から直径および長さを有する光ファイバまたはガラス棒を延伸する各工 程からなることを特徴とする方法。 ２．前記光ファイバまたはガラス棒を延伸する工程が、一定の速度で行われるこ とを特徴とする請求の範囲第１項記載の方法。 ３．前記光ファイバまたはガラス棒のコアの直径が一定であることを特徴とする 請求の範囲第２項記載の方法。 ４．前記光ファイバまたはガラス棒のコアが連続的に増大することを特徴とする 請求の範囲第３項記載の方法。 ５．前記光ファイバまたはガラス棒のコアが、延伸されたファイバまたはガラス 棒の長手方向に、減少する直径と増大する直径との間で交互になっていることを 特徴とする請求の範囲第３項記載の方法。 ６．コアおよび周囲のクラッドを有する光ファイバまたはガラス棒を製造する方 法であって、 コアガラスおよびクラッドガラスを炉に供給して、コアガラス対クラッドガ ラスの容積比を提供し、 該コアガラス材料および該クラッドガラス材料を該炉内で結合させ、 該炉の終わりまでコアガラスおよびクラッドガラスの容積流量を一定に維持 し、 該炉から長さおよび一定の直径を有する光ファイバまたはガラス棒を延伸し 、 該ファイバまたはガラス棒のコアの直径における所望の変動を示す第一の信 号を提供し、 該第一の信号に応答して、前記炉に供給される前記コアガラス材料対前記ク ラッドガラス材料の容積比を変更して、光ファイバまたはガラス棒の単位長さ当 たりのコアガラス材料対クラッドガラス材料の予め選択された比率を規定する各 工程からなることを特徴とする方法。 ７．前記変更工程が、 前記第一の信号に応答して、前記コアガラスが前記炉内に供給される速度を 変更し、 該コアガラスが該炉内に供給される速度を示す第二の信号を発信し、 該第二の信号に応答して、前記クラッドガラスが前記炉内に供給される速度 を変更する各工程からなることを特徴とする請求の範囲第６項記載の方法。 ８．前記変更工程が、 前記第一の信号に応答して、前記クラッドガラスが全炉に供給される速度を 変更し、 該クラッドガラスが該炉内に供給される速度を示す第二の信号を発信し、 該第二の信号に応答して、前記コアガラスが前記炉内に供給される速度を変 更する各工程からなることを特徴とする請求の範囲第６項記載の方法。 ９．コアおよび周囲のクラッドを有するある長さの光ファイバまたはガラス棒を 製造する方法であって、 クラッドガラスからなるガラス管を提供し、 コアガラスからなるガラスロッドを提供し、 該ロッドを該管内に配置し、 該ロッドの一方の端部を第一の駆動手段に取り付け、 前記管の一方の端部を第二の駆動手段に取り付け、 前記ロッドの他方の端部を第一の速度で炉内に、前記管を第二の速度で炉内 に低下させて、ロッド材料対管材料の比率を提供し、 前記炉内に供給されるロッド材料対管材料の該比率が変動して、光ファイバ またはガラス棒の単位長さ当たりのコアガラス材料対クラッドガラス材料の予 め選択された比率を規定するように、前記ロッドおよび前記管を低下させる前記 第一の速度および第二の速度を独立して変更し、 前記炉から一定の外径および変動するコアの直径を有する光ファイバまたはガ ラス棒を延伸する各工程からなることを特徴とする方法。