JP2002145634A - 光ファイバの製造方法、及び、光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空孔内の圧力を効果的に制御することが可能
な光ファイバの製造方法を提供する。 【解決手段】 穿孔工程では、固定手段５０によって固
定されたプリフォーム１の端面に先端部４２を接触させ
た後、軸方向と平行回転軸について先端部４２を回転さ
せる。そして、所定の速度で先端部４２をプリフォーム
１の内部に侵入させていくことにより、軸方向に沿って
伸びる空孔３０が形成される。線引工程では、加熱手段
６２によって加熱処理を行いながら、プリフォーム１の
端部３を牽引手段６１によって牽引することにより、光
ファイバ２に線引きされる。このとき、圧力調整手段６
５により、圧力伝達手段６４及び結合手段６３を介して
プリフォーム１の空孔３０内の圧力が調整される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ及びそ
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＵＳＰ ５，８０２，２３６には、次の
ような微細構造光ファイバが開示されている。すなわ
ち、クラッド領域に包囲されたコア領域を有し、コア領
域の実効屈折率がクラッド領域の実効屈折率より高く、
ファイバ軸に沿って伸びる複数のクラッド特徴構造（例
えば空孔等）がクラッド領域中に間隔をおいて配置され
た微細構造光ファイバである。このような微細構造光フ
ァイバでは、空孔等の微細構造を導入することによって
高い実効屈折率差を得ることができる。よって、このよ
うな微細構造光ファイバは、絶対値の大きな波長分散が
得られるため分散補償に適すると共に、小さなモードフ
ィールド径を実現できるため非線形光学効果の利用に適
するといった特徴を有する。

【０００３】また、このＵＳＰ ５，８０２，２３６で
は、微細構造光ファイバの製造方法として、次のような
パイプバンドル法が開示されている。すなわち、シリカ
毛管の一端を封止し、これを高密充填配置に束ねて管束
バンドルとする。このとき、中心の毛管をシリカロッド
で置換する。次に、シリカのオーバークラッド管を管束
バンドル上に置き、これを管束バンドルへコラプスす
る。こうして得られたプリフォームを通常の線引炉の高
温領域に入れて、毛管の非封止端を加熱してファイバに
線引する。

【０００４】さらに、ＷＯ００／１６１４１では、所定
の形状を有するロッドを組み合わせることによって、軸
方向に沿った空孔を有するプリフォームを作製する方法
が開示されている。この方法では、ロッド同士の間隙が
空孔となるようにロッドの形状が選択される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ファイバ断面のある領
域において領域面積に対する空孔面積の比率を空孔占有
率と定義すると、上記のような微細構造光ファイバで
は、波長分散やモードフィールド径に関して所望の特性
を得るために、ファイバ断面における空孔占有率の分布
を正確に制御することが重要である。より詳しくは、プ
リフォームからファイバへ線引する際に空孔占有率が変
化しやすく、特に線引時における空孔内圧力に対して敏
感であるため、ファイバ断面における空孔占有率を制御
するには線引時における空孔内圧力を制御することが必
要になる。

【０００６】また、クラッド領域に空孔を導入し、半径
方向の平均屈折率分布がひだ状となるようにすることに
より、ブラッグ反射によってコアに光を閉じ込めること
ができる。この場合、空孔占有率の分布が乱れると閉じ
込めが弱くなり、漏れによる伝送損失が生じるため、空
孔占有率の制御が重要である。

【０００７】しかしながら、従来のパイプバンドル法で
は、線引時の空孔内圧力を有効に制御することが困難で
あった。これは、パイプ自体が有する空孔のほかにパイ
プ同士の間隙による空孔が存在するためである。ここ
で、パイプ同士の間隙が残らないようにするには、パイ
プ自体が有する空孔のみに選択的に高い圧力をかける必
要があり、上記のＵＳＰ ５，８０２，２３６では、パ
イプ自体が有する空孔を封止して線引する方法が採られ
たが、この方法では、パイプ自体が有する空孔内の圧力
を制御することができなかった。

【０００８】一方、パイプ同士の間隙を空孔として残す
ようにする場合には、パイプ自体が有する空孔とパイプ
同士の間隙との両方に圧力を与えてもよいことになる。
しかしながら、この場合には、パイプ同士の密着性の保
持が困難であるのに加え、密着性が保たれないと、線引
時に間隙の形状が変化し、場合によっては隣り合う間隙
同士が結合してしまうこともあった。そのため、この場
合でも、所望の径を有する空孔を形成することは困難で
あった。

【０００９】また、上記のＷＯ００／１６１４１による
方法でも、複数のロッドを組み合わせるためロッド同士
の密着性の保持が困難であり、特に間隙に加わる圧力や
線引温度が高い場合には、密着性の保持はいっそう困難
になっていた。従って、この方法においても、空孔内の
圧力を制御することができなかった。

【００１０】さらに、空孔を有する光ファイバの製造方
法においては、上記のような空孔内圧力のほか、線引時
のプリフォームの粘度及び表面張力、線引張力並びに線
引速度等の要因によって空孔の大きさが変化するため、
従来技術には以下のような問題点もあった。すなわち、
線引後の光ファイバの強度の向上や線引中のファイバ断
線の防止には、線引温度を高くすることが望ましいが、
温度を上げると線引時のプリフォームの粘度が下がり空
孔がつぶれやすくなってしまう。そのため、線引温度を
高くする場合には空孔内圧力を上昇させる必要がある
が、上記のようにパイプやロッドを組み合わせてプリフ
ォームを形成する従来技術では、そのパイプやロッド同
士の間に間隙が生じ、上昇させた圧力がこれらの間隙に
も加わり、パイプやロッドの配置を乱れさせる原因にな
っていた。

【００１１】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、空孔内の圧力を効果的に制御することが可能な
光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る光ファイ
バの製造方法は、ファイバ軸と、このファイバ軸を囲む
環状領域とを有し、この環状領域がファイバ軸方向に沿
って伸びる３以上の空孔を有する光ファイバを製造する
方法であって、一体構造のプリフォームを作製する作製
工程と、プリフォームの所定の軸に沿って伸びる３以上
の空孔を、穿孔手段を用いて形成する穿孔工程と、プリ
フォームの空孔の表面を清浄化する清浄化工程と、プリ
フォームの空孔内に汚染物質が侵入することを防ぐ手段
を備えた線引手段を用いてプリフォームを線引きする線
引工程とを備えることを特徴とする。

【００１３】この発明によれば、まず、作製工程におい
て、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法又はＯＶＤ法等の公知の方法
を用いてプリフォームを作製する。次いで、穿孔工程に
おいて、軸方向に沿って伸びる空孔をプリフォームに形
成する。この穿孔手段としては、例えばダイヤモンドの
刃先を有するドリル等が用いられ、プリフォームの所定
の軸を囲む環状領域内に３個以上の空孔が形成される。
通常、空孔表面には伝送損失を発生させる汚染物質が付
着するため、清浄化工程においてこれら汚染物質を除去
する。この清浄化の具体的手段としては、例えばフッ酸
によるエッチング等が用いられる。そして、線引工程に
おいて、空孔が形成されたプリフォームの一端を加熱
し、加熱された端部から線引きすることにより、軸方向
に沿って伸びる空孔を有する光ファイバを製造する。こ
の線引工程において用いられる線引手段には汚染物質の
侵入を防ぐ手段が備えられている。こうして得られた光
ファイバでは、３個以上の空孔によって囲まれた領域に
おいて、光を全反射又はブラッグ反射させて伝搬させる
ことができる。

【００１４】また、上記のように一体構造のプリフォー
ムを作製すれば、従来技術において発生したパイプやロ
ッドの間の間隙は発生せず、空孔内の圧力を効果的に制
御することができ、所望の空孔占有率を有する光ファイ
バを容易に形成することができる。その結果、従来の微
細構造光ファイバの製造方法に比べて、所望の光学特性
を有する光ファイバを高い歩留まりで製造できる。従っ
て、本発明によれば、高精度の屈折率分布が要求される
ブラッグ反射導波型の光ファイバも好適に製造できる。

【００１５】また、パイプやロッドの間の狭い間隙が発
生しないため、清浄化工程において汚染物質を効果的に
空孔内から除去することができ、その結果、伝送損失が
低い光ファイバを製造することができる。

【００１６】さらに、従来技術のように多数のパイプや
ロッドを所定の配置で組み合わせるのは作業の手間が大
きく、再現性が悪いのに対し、本発明では、組み合わせ
る作業を含まないため、作業の手間が省けると共に再現
性をよくすることができる。

【００１７】請求項２に係る光ファイバの製造方法は、
請求項１に係る発明において、プリフォームの空孔の表
面を平滑化する表面平滑化工程をさらに備えることを特
徴とする。

【００１８】この発明によれば、光ファイバの空孔表面
の凹凸が発生することを防止できるため、散乱による伝
送損失を低減できる。また、空孔内の凹凸が除去されて
表面積が減少する結果、空孔表面に付着する汚染物質が
減少し、汚染物質に起因する伝送損失も低減できる。さ
らに、従来技術におけるパイプやロッドの狭い間隙の表
面の平滑化は困難であったのに対し、穿孔手段を用いる
本発明ではこうした間隙が存在しないため、表面の平滑
化を効果的に行なうことができる。なお、表面平滑化工
程の具体例としては、例えば、ＳＦ₆ガスによるエッチ
ングやヤスリ状器具を用いた表面摩擦等によって空孔内
の凹凸が除去される。

【００１９】請求項３に係る光ファイバの製造方法は、
請求項１に係る発明において、プリフォームの空孔内か
ら汚染物質を除去する汚染物質除去工程をさらに備える
ことを特徴とする。

【００２０】この発明によれば、汚染物質に起因する光
ファイバの伝送損失を低減できる。また、従来技術にお
けるパイプやロッドの狭い間隙内の汚染物質の除去は困
難であったのに対し、穿孔手段を用いる本発明ではこう
した間隙が存在しないため、汚染物質の除去を効果的に
行なうことができる。なお、汚染物質除去工程の具体例
としては、例えば、真空ポンプ等の吸引手段を用いて空
孔内の密度を減少させる工程と、空孔内にＮ₂等の清浄
な不活性気体を充填する工程とを交互に繰り返すことに
よって、空孔内に存在する水蒸気等の汚染物質が除去さ
れる。

【００２１】請求項４に係る光ファイバの製造方法は、
請求項２に係る発明の表面平滑化工程の後に、プリフォ
ームの空孔内から汚染物質を除去する汚染物質除去工程
を備えることを特徴とする。

【００２２】プリフォームの空孔内の空間に存在する汚
染物質の除去効率は、汚染物質が空孔表面に付着するこ
とにより低下してしまう。そのため、この発明のよう
に、表面平滑化工程により表面を平滑化して表面積を減
少させた後に汚染物質除去工程を行なえば、汚染物質の
除去を効果的に行なうことができる。

【００２３】請求項５に係る光ファイバの製造方法は、
請求項１に係る発明の作製工程において作製されるプリ
フォームが実質的にシリカガラスから形成され、その組
成が当該プリフォーム内において実質的に一様であるこ
とを特徴とする。

【００２４】通常、シリカガラスの熱膨張率は不純物の
添加等によって変化するため、不純物が添加された領域
では応力が残存する。そのため、穿孔工程や切断等の加
工工程において加わる機械的外力によってプリフォーム
が割れることがしばしば生じ、歩留まりの低下の原因と
なる。この発明のように、実質的に一様な組成でプリフ
ォームを作製すれば、プリフォームが割れる等のおそれ
がなく、歩留まりを向上できる。

【００２５】請求項６に係る光ファイバの製造方法は、
請求項１に係る発明の作製工程において作製されるプリ
フォームが、軸方向に沿って伸びる第１の領域と、軸方
向に垂直な任意の断面において第１の領域を包囲し、第
１の領域よりも低い屈折率を有する第２の領域とを含む
ことを特徴とする。

【００２６】このようにプリフォームを作製すれば、線
引後の光ファイバは、空孔の有無によらず、高屈折率の
コア領域とそのコア領域を囲む低屈折率のクラッド領域
とを有することになる。その結果、融着接続等の際にフ
ァイバが融解されて空孔がつぶれた場合にも、ファイバ
が光導波特性を保持することになり、低損失の融着接続
を行うことができる。

【００２７】また、この構成において、第１の領域は、
軸方向に垂直な任意の断面において、マッチドクラッ
ド、ディプレストクラッド、リングコア、セグメントコ
ア及びリング付きディプレストクラッドのいずれかの屈
折率プロファイルを有することができ、孔の有無によら
ず光導波を実現させることができる。このように、屈折
率プロファイルによって光導波性能の一部を担わせる結
果、空孔形状及び空孔位置に関する要求精度が軽減され
る。

【００２８】請求項７に係る光ファイバの製造方法は、
請求項１に係る発明のプリフォームの周囲にガラスを付
加してプリフォーム径を増加させる増径工程をさらに備
えることを特徴とする。

【００２９】光ファイバに形成する空孔径を小さくする
ことによって、外部から空孔内への汚染物質の侵入や空
孔内での汚染物質の拡散を抑制し、かつ、より短い波長
帯で光ファイバを動作させることができるが、穿孔手段
によってプリフォームに形成できる空孔の大きさには技
術上の制約による下限が存在する。この発明のように、
プリフォームの周囲にガラスを付加してプリフォーム径
を増加させれば、空孔径に比してプリフォーム径を大き
くすることができるため、ファイバ径が一定となるよう
に線引きすれば、径がより小さな空孔を有する光ファイ
バを形成することができる。なお、増径工程の具体例と
しては、プリフォームにジャケット管をコラプスする手
法や、プリフォームの外周に堆積させたガラス粒子を焼
結する手法により、プリフォーム径が増加される。

【００３０】請求項８に係る光ファイバの製造方法は、
請求項１に係る発明の線引工程において、圧力調整手段
を用いて空孔内を大気圧より高い所定の圧力に設定した
状態で、プリフォームを線引きすることを特徴とする。

【００３１】通常の線引工程では、プリフォームは大気
圧下に置かれるが、このように空孔内の圧力を大気圧よ
りも高くすれば、線引時に空孔がつぶれることを防止で
きる。また、本請求項に係る発明では、穿孔手段を用い
て形成された以外の空孔や間隙は存在しないため、圧力
調整による空孔径の調整を効果的に行なうことができ
る。

【００３２】また、圧力調整により空孔径を制御するこ
とで、波長分散等の光学特性を制御することができる。
そのため、同一のプリフォームから特性の異なる複数の
光ファイバを製造できるようになる。

【００３３】請求項９に係る光ファイバの製造方法は、
請求項８に係る発明の線引工程において、空孔の断面積
を変化させながらプリフォームを線引きすることを特徴
とする。

【００３４】このようにすれば、空孔の径が長手方向に
変化した光ファイバを製造することができる。空孔の径
を長手方向に変化させると、以下のような利点が生じ
る。第１の利点は、波長分散を長手方向に変化させるこ
とが可能な点である。光伝送路の一形態として、四光波
混合による伝送品質劣化を抑制するために局所的な波長
分散の絶対値を所定の値より大きくし、残留分散による
伝送品質劣化を抑制するために伝送路全体での正味の波
長分散の絶対値を小さくした伝送路が用いられるが、こ
のような伝送路を構成するには波長分散を長手方向に変
化させる必要がある。従って、本請求項に係る発明は、
このような伝送路の製造に好適である。

【００３５】第２の利点は、空孔を外気から隔離するこ
とが可能な点である。空孔の径がゼロとなるファイバ区
間を設けることにより、外気に対して閉じている空孔を
ファイバ内に形成することができ、外気からの汚染物質
侵入による損失の発生を防止できる。また、伝送路構成
部品等との接続の際にも、空孔径がゼロの区間を端面付
近に形成することにより、接続作業時に空孔内に汚染物
質が侵入することを防止できる。

【００３６】請求項１０に係る光ファイバの製造方法
は、上記穿孔手段が、棒状の突起部を有し、請求項１に
係る発明の穿孔工程に、プリフォームの環境温度を、プ
リフォームの空孔が形成される領域を構成する材料の軟
化点より高く、突起部の融点より低い第１の温度に設定
する工程と、第１の温度において突起部をプリフォーム
に挿入する工程と、プリフォームの環境温度を、第１の
温度より低い第２の温度に変更する工程と、第２の温度
に変更した後、又は、第２の温度に変更する直前に、突
起部をプリフォームから引き抜く工程とを含むことを特
徴とする。

【００３７】このようにすれば、空孔形成時のプリフォ
ーム粘度が低いので、棒状の突起部を回転等させること
なくプリフォームに挿入するだけで空孔を形成でき、加
工に要する機械的エネルギーが少なく済む。そのため、
細く深い空孔を形成する際にも、穿孔手段に加わる負荷
が少なく穿孔手段が破損するおそれが低いので、こうし
た細く深い空孔も容易に形成することができる。また、
加工時の粘度が低いため、空孔内面に凹凸が生じにく
く、その結果、空孔径の軸方向についての不均一性が少
ない光ファイバを製造できる。

【００３８】請求項１１に係る光ファイバの製造方法
は、請求項１０に係る発明の穿孔手段の突起部が、実質
的にカーボンから構成されることを特徴とする。

【００３９】このように、突起部の構成材料を、シリカ
ガラスの粘度が低くなる１５００℃〜２０００℃程度の
温度において安定な強度を有するカーボンとすれば、空
孔の形成を安定的に行うことができる。

【００４０】請求項１２に係る光ファイバの製造方法
は、請求項１０に係る発明の穿孔手段が、突起部を３以
上有することを特徴とする。

【００４１】このように、３以上の突起部を有する穿孔
手段を用いれば、３個以上の空孔を一度に形成できるた
め、穿孔時間を短くし、製造コストを低減することがで
きる。また、穿孔手段を移動させながら空孔を１つずつ
形成する場合と比較して、空孔の位置精度を高くするこ
とができる。

【００４２】請求項１３に係る光ファイバの製造方法
は、請求項１に係る発明の線引工程において、プリフォ
ームの空孔内にＣｌ₂ 、Ｆ₂ 、ＨＦ、ＣＯのうち少な
くとも一つのガスを充填してプリフォームを線引きする
ことを特徴とする。

【００４３】このように空孔内にＣｌ₂ 、Ｆ₂ 、Ｈ
Ｆ、ＣＯのうち少なくとも一つのガスを充填してプリフ
ォームを線引きすることにより、空孔表面に付着したＯ
Ｈ基及び空孔内部に存在する水を除去することができ、
低い伝送損失の光ファイバを製造できる。又、プリフォ
ームの空孔内から汚染物質を除去する汚染物質除去工程
との組み合わせにより、従来技術と異なりパイプやロッ
ドの狭い隙間が存在せず、汚染物質の除去をより効果的
に行うことができる。

【００４４】請求項１４に係る光ファイバは、請求項１
に記載の方法によって製造されたことを特徴とする。

【００４５】これらの方法によって製造された光ファイ
バは、軸方向に沿う空孔が形成されたことによって、絶
対値の大きな波長分散や、大きい又は小さいモード径等
の有利な特性を実現できる。

【００４６】また、従来技術に比べて空孔表面や空孔内
の空間から汚染物質を効果的に除去することができるた
め、低い伝送損失を実現できる。さらに、圧力制御によ
る空孔径の制御を効果的に行なえるため、プリフォーム
粘度を下げた状態でも空孔をつぶすことなく線引きで
き、線引温度を高めることによってファイバ強度を向上
させることもできる。

【００４７】請求項１５に係る光ファイバの製造方法
は、線引工程において、プリフォームの空孔はプリフォ
ーム内で封止されていることを特徴とする。

【００４８】こうすることで、外部から空孔内への汚染
物質の侵入を阻止することができ、伝送損失の低い光フ
ァイバの実現が可能となる。更に、従来のような個々の
パイプの空孔を封止する方法とは異なり、プリフォーム
が有する複数の空孔を一度に閉じることができるため、
従来技術と比して製造が容易になる。

【００４９】請求項１６に係る光ファイバの製造方法
は、穿孔手段は、穿孔器具と、穿孔器具とプリフォーム
との少なくとも一つを運動させる運動手段と、プリフォ
ームに形成される空孔の位置の情報と穿孔器具及びプリ
フォームの運動の情報とを蓄積する蓄積手段とを有し、
穿孔工程において、蓄積手段に蓄積された各情報に基づ
いて運動手段を用いて空孔が形成されることを特徴とす
る。

【００５０】本発明の製造方法によれば、パイプやロッ
ドを配列してプリフォームを形成する従来技術と比して
製造を自動化することが容易であり、製造の自動化によ
って製造コストの著しい低減を図ることができる。ま
た、製造を自動化することにより、従来技術と比べて空
孔の位置や寸法に関する再現性が高いため、光ファイバ
の特性を高い確度で実現することが可能となり、歩留ま
りを著しく向上させることができる。

【００５１】請求項１７に係る光ファイバの製造方法
は、穿孔器具は中空部を有し、穿孔手段は中空部におけ
る切削屑の詰まりを検出する検出手段を備えていること
を特徴とする。

【００５２】このように穿孔手段に検出手段を備えるこ
とにより、穿孔器具における切削屑の詰まりを容易に認
識させ、製造不良の発生やそれによる機械の停止、およ
び穿孔手段やプリフォームや機械等の破損等の低減を図
ることができる。

【００５３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明に係る光ファイバの製造方法の実施の形態につい
て詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又
は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略
する。

【００５４】（第１の実施の形態）図１は、第１の実施
の形態におけるプリフォーム１の断面図である。このプ
リフォーム１は、円柱状に作製されており、高屈折率の
コア１０と低屈折率のクラッド２０とを有する。コア１
０はＧｅが添加されたシリカガラス、クラッド２０は純
粋なシリカガラスによってそれぞれ形成されている。ま
た、このプリフォーム１は、軸方向に一様な構造であ
り、軸方向に沿って伸びる３個以上（図１においては４
個）の空孔３０を有する。なお、コア１０は、ステップ
型のマッチクラッドの屈折率プロファイルを有してい
る。

【００５５】このプリフォーム１の構造パラメータは以
下の通りである。すなわち、プリフォーム１の外径は３
６ｍｍ、コア１０の径は２．２ｍｍ、コア１０の比屈折
率差は０．３２３％である。また、空孔３０は円形で、
その径は３．０ｍｍであり、４個の空孔３０は、コア１
０を中心とした半径３．１ｍｍの円周上に実質的に等間
隔で配置されている。

【００５６】また、７２ｍｍの外径と、４．４ｍｍのコ
ア径と、０．３２３％の比屈折率差とを有するプリフォ
ームを作成し、このプリフォームに６．０ｍｍの径を有
する空孔を、コア１０を中心とする半径６．２ｍｍの円
周上に実質的に等間隔で形成したのち、このプリフォー
ムを３６ｍｍの外径に延伸して形成するとより好まし
い。このようにして形成することで、延伸時の表面張力
により空孔の表面が平滑化され、ＳＦ₆ガスでのエッチ
ングによる表面平滑化に必要なエッチング量が低減され
る。その結果、エッチング量のばらつきに起因するファ
イバ構造のばらつきが低減され、製造歩留まりを向上で
きると同時に、エッチングに要する時間を短縮して製造
コストを低減できる。

【００５７】本実施の形態では、作製工程においてＶＡ
Ｄ法、ＭＣＶＤ法又はＯＶＤ法等を用いてプリフォーム
１が作製された後、図２に示す穿孔工程において空孔３
０が形成される。

【００５８】穿孔工程では、図３に示すような穿孔器具
４０が用いられる。この穿孔器具４０は、棒状の突起部
４１を有し、突起部４１の先端にはダイヤモンドや超硬
合金等からなる先端部４２が設けられており、突起部４
１及び先端部４２は軸に沿って伸び、穿孔器具４０を貫
通する中空部４３を有する。空孔３０を形成する際に
は、固定手段５０によって固定されたプリフォーム１の
端面に先端部４２を接触させた後、電源等（図示せず）
からの電力供給により、プリフォーム１の軸方向と平行
な回転軸について先端部４２を回転させる。そして、所
定の速度で先端部４２をプリフォーム１の内部に侵入さ
せていくことにより、軸方向に沿って伸びる空孔３０が
形成される。また、超音波発生手段（図示せず）によっ
て発生させた超音波を穿孔器具４０に伝搬させることに
より、空孔の形成を促進することができる。更に、突起
部４１及び先端部４２の中空部４３に水等の液体を流す
ことで切削屑の排出が促進され、プリフォーム１と穿孔
器具４０の間に存在する切削屑による穿孔器具の滑りを
低減させることができるため、切削速度の向上を図るこ
とができる。また、後の清浄化工程や平滑化工程を行う
ために空孔３０がプリフォーム１を貫通していることが
有効であるが、空孔３０がプリフォーム１を貫通してい
ない場合においても、空孔３０の形成後にプリフォーム
１を切断することで、空孔３０によって貫通されたプリ
フォーム１を形成することができる。

【００５９】また、穿孔工程では自動機械を用いること
がより好ましい。このような自動機械は、穿孔器具４０
とプリフォーム１との少なくとも一つを運動させる運動
手段、及びプリフォーム１に形成される空孔３０の位置
の情報と穿孔器具及びプリフォーム１の運動の情報とを
蓄積する蓄積手段とを有する。自動機械はこれらの情報
に基づいて空孔３０を形成する。これにより、光ファイ
バの構造と特性を高い再現性で実現することが可能とな
る。自動機械によって空孔３０の形成を行う場合、製造
コストを削減するには、不良の発生やそれによる機械の
停止及び穿孔器具や機械の破損の可能性を低減すること
が必要である。不良が発生する主要な原因の一つとし
て、穿孔器具４０の中空部４３に切削屑が詰まり、中空
部４３における液体の流れを妨げ、切削屑の排出を阻害
することがある。これを防止するために、穿孔器具４０
における詰まりを検出する手段が備えられていることが
好ましい。詰まりの検出は、例えば、中空部４３に流す
液体の流量と液体供給側での液体の圧力を測定すると、
詰まりが発生した場合に圧力と流量の比が所定値を越え
ることを利用して行うことができる。詰まりが検出され
た場合は、自動機械を停止して穿孔器具４０を交換する
か、針状の詰まり除去手段を用いて詰まりを除去するな
どの措置をとることにより、不良を発生させることなく
空孔の形成を行うことができる。

【００６０】また、穿孔工程では、先端部４２とプリフ
ォーム１の両者を互いに平行な軸の周りに回転させるこ
とが好ましい。それによって、プリフォーム１の軸に対
する空孔３０の曲がりを抑制することができる。空孔３
０の曲がりは、光ファイバ断面図において空孔位置の設
計からのズレを生じさせるため、波長分散や複屈折等の
光学特性の設計からのズレを生じさせる。穿孔工程にお
ける空孔３０の曲がりを抑制することにより、光ファイ
バの光学特性を高い再現性で実現することができる。

【００６１】更に、穿孔工程では、図４に示すように、
プリフォーム１の軸方向の長さの半分の長さを有する空
孔３０を、プリフォーム１の両端から形成することが好
ましい。一般に、穿孔器具４０の長さと径の比が大きく
なるのに伴って、穿孔器具４０の製造が困難になる、穿
孔器具４０における切削屑の詰まりが発生しやすくな
る、空孔の曲がりが発生しやすくなる等の問題が生じや
すくなる。プリフォーム１の両端から空孔３０を形成す
ることにより、必要な穿孔器具４０の長さを半分に抑え
ることができるため、上に言及したような問題が生じ難
くなり、製造が容易となる。

【００６２】また、穿孔工程の後にプリフォーム１の延
伸やＳＦ₆ガスによる空孔表面のエッチングを行う場
合、プリフォーム１にガラス管などを接続する必要がし
ばしば生じる。このとき、ガラス管及びプリフォーム１
の端部を加熱して融解させる必要があるが、融解に伴っ
てプリフォーム構造が失われて光ファイバとして使用で
きなくなる部分が生じたり、空孔が塞がってＳＦ₆ガス
によるエッチングが行えなくなるなどの問題が生じる。
これを避けるために、図４に示すように、プリフォーム
１の端部から所定の長さにわたって中空部３１を設け、
この中空部３１に穿孔器具４０の少なくとも一部を収容
しながらプリフォーム1に空孔３０を形成することが好
ましい。

【００６３】空孔３０が形成されたプリフォーム１は、
バブリングされた１０％のフッ酸中に２時間浸される。
この清浄化工程の後、ＳＦ₆ガスを用いたエッチングに
よって空孔３０内面の凹凸が除去される。また、この表
面平滑化工程の後、空孔３０の一方の端部が封止され、
真空ポンプを用いて空孔３０内の気体を吸引する工程
と、空孔３０内にＮ₂ガスを充填する工程とを交互に繰
り返すことによって、空孔３０内の汚染物質が除去され
る。次いで、図５に示す線引工程においてプリフォーム
１が線引きされる。

【００６４】線引工程では、プリフォーム１の一端を結
合手段６３によって保持すると共に、加熱手段６２によ
って加熱処理を行いながら、空孔３０が封止されたプリ
フォーム１の端部３を牽引手段６１によって牽引するこ
とにより、外径１２５μｍの光ファイバ２に線引きされ
る。このとき、圧力調整手段６５により、圧力伝達手段
６４及び結合手段６３を介してプリフォーム１の空孔３
０内の圧力が調整される（本実施の形態では、空孔３０
内の大気圧に対する圧力差が０．４ｋＰａに保たれ
る）。こうして、外径１０μｍ程度の空孔を有する光フ
ァイバ２を製造することができる。なお、空孔３０内の
圧力を大気圧として線引きを行った比較例では、光ファ
イバ２内の空孔３０はつぶれてなくなってしまった。

【００６５】また、図６に示すように、線引工程ではプ
リフォーム８１に含まれる空孔８０を両端において封止
しても良い。この場合、加熱手段８２の寸法と加熱温度
とを、プリフォーム８１の寸法及び材料と空孔８０の寸
法とに応じた所定の値に設定することにより、光ファイ
バ８４の内部に空孔８０が含まれた状態で線引を行うこ
とができる。更に、加熱手段８２の加熱温度と牽引手段
８３の線引速度とによって、光ファイバ８４の内部に含
まれる空孔８０の寸法を調整することが可能である。

【００６６】以上説明のように、本実施の形態に係る光
ファイバの製造方法によれば、空孔内の圧力を効果的に
制御することができ、所望の空孔占有率を有する光ファ
イバを容易に形成することができる。また、従来技術の
ように多数のパイプやロッドを所定の配置で組み合わせ
る作業を含まないため、作業の手間が省けると共に再現
性をよくすることができる。さらに、パイプやロッドを
組み合わせる従来技術において生じるパイプやロッドの
間の間隙がないため、汚染物質の除去や線引時の圧力制
御を効果的に行なうことができる。

【００６７】なお、第１の実施の形態では、コア１０は
シリカガラスにＧｅが添加されたものであるが、コア１
０をクラッド２０と同じく純粋なシリカガラスから構成
してもよい。このようにすれば、熱膨張率の整合性とい
う利点がある。すなわち、ファイバ媒質の熱膨張率は不
純物の添加等によって変化するため、不純物が添加され
た領域では応力が残存する。そのため、穿孔工程や切断
等の加工工程において加わる機械的外力によってプリフ
ォームが割れることがしばしば生じ、歩留まりの低下の
原因となるが、コア１０とクラッド２０とを一様な組成
とすれば、プリフォームが割れる等のおそれがなく、歩
留まりを向上できる。

【００６８】また、線引工程の際に、圧力調整手段６５
により、空孔３０内の圧力を変化させることによって、
長手方向に空孔の径が変化した光ファイバを製造するこ
ともできる。これにより、長手方向に波長分散が変化す
る構造や、外気から隔離された空孔を有する構造の光フ
ァイバを実現できる。前者の構造は、伝送損失劣化の要
因である累積分散や四光波混合を抑制するのに効果的で
あり、後者の構造は、ファイバ接続作業時の空孔内汚染
による伝送損失増大の防止に効果的である。

【００６９】また、線引工程の際に、空孔３０内にＣｌ
₂ガス、Ｆ₂ガス、ＨＦガス、ＣＯガスのうち少なくとも
一つを充填して線引きすることも好適である。これによ
り、空孔３０表面に付着したＯＨ基及び空孔３０内部に
存在する水を除去することができ、低い伝送損失の光フ
ァイバを製造できる。

【００７０】（第２の実施の形態）図７は、第２の実施
の形態における光ファイバ２ｂの断面図であり、この光
ファイバ２ｂは、第１の実施の形態と同様の方法を用い
てプリフォームから製造されたものである。この光ファ
イバ２ｂは、高屈折率のコア１０ｂと低屈折率のクラッ
ド２０ｂとを有し、コア１０ｂはＧｅが添加されたシリ
カガラス、クラッド２０ｂは純粋なシリカガラスによっ
てそれぞれ形成されている。また、この光ファイバ２ｂ
は、軸方向に一様な構造であり、軸方向に沿って伸びる
３個以上（図７においては８個）の空孔３０ｂをコア１
０ｂ内に有する。なお、コア１０ｂは、ステップ型のマ
ッチクラッドの屈折率プロファイルを有している。

【００７１】この光ファイバ２ｂの構造パラメータは以
下の通りである。すなわち、光ファイバ２ｂの外径は１
２５μｍ、コア１０ｂの径は５．８４μｍ、コア１０ｂ
の比屈折率差は１．４７％である。また、空孔３０ｂは
円形で、その径は０．４３μｍであり、８個の空孔３０
ｂは、半径１．９７μｍの円周上に等間隔で配置されて
いる。

【００７２】図８は、このような構造として得られた光
ファイバ２ｂの特性を示すグラフである。同図に示すよ
うに、波長１５５０ｎｍにおいて、実効コア断面積３０
μｍ ²であり、−１６４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍと絶対値の大
きな波長分散が実現できる。

【００７３】（第３の実施の形態）本実施の形態でも、
作製工程において、第１の実施の形態と同様にプリフォ
ーム１ｃが作製された後、穿孔工程において空孔３０ｃ
が形成される。本実施の形態における穿孔工程では、図
９に示すような穿孔器具４０ｃが用いられる。この穿孔
器具４０ｃは、プリフォームを構成するシリカガラスの
軟化点より融点が高いカーボンからなる棒状の突起部４
１ｃを３本以上（本実施の形態では６本）有している。

【００７４】穿孔工程では、図１０に示すように、ま
ず、固定手段５０ｃによってプリフォーム１ｃを固定
し、加熱手段６２ｃによってプリフォーム１ｃをその軟
化点より高くカーボンの融点より低い温度に加熱する。
プリフォーム１ｃの粘度が低下した後、突起部４１ｃの
先端をプリフォーム１ｃの端面に接触させ、所定の速度
でプリフォーム１ｃの内部に侵入させる。そして、侵入
させた突起部４１ｃを引き抜くことによって軸方向に沿
って伸びる空孔３０ｃが形成される。プリフォーム１ｃ
の粘度が低いため、このままでは空孔３０ｃが変形しや
すくなってしまうが、突起部４１ｃを引き抜く前、又
は、引き抜いた直後に、加熱手段６２ｃによる加熱温度
をプリフォーム１ｃの軟化点より低い温度に変更するこ
とにより、空孔３０ｃをプリフォーム１ｃ内に定着させ
ることができる。

【００７５】こうして空孔３０ｃが形成されたプリフォ
ーム１ｃは、第１の実施の形態と同様の線引工程におい
てプリフォーム１の線引処理が行われ、空孔を有する光
ファイバが得られる。以上説明のように、本実施の形態
に係る光ファイバの製造方法によっても、軸方向に沿っ
た空孔を有する光ファイバを容易に形成することができ
る。

【００７６】なお、穿孔器具４０ｃにおける突起部４１
ｃの配置や形状を適切に設計することにより、所望の分
布や形状を有する空孔をプリフォームに形成できるた
め、例えば図１１及び図１２に示すような空孔をプリフ
ォームに形成することも可能になる。図１１及び図１２
に示すプリフォーム１ｄ及び１ｅでは、径方向の平均屈
折率が円柱波を反射するように空孔３０ｄ及び３０ｅが
分布しているため、これらを線引きした光ファイバで
は、ブラッグ反射によって光をコア１０ｄ及び１０ｅに
閉じ込めて伝搬させることができる。ブラッグ反射によ
る閉じ込めは、全反射による閉じ込めの場合と異なり、
コアの屈折率に制約を受けないため、コアを空洞として
設計することもできる。コアを空洞とした光ファイバ
は、非線型光学効果が生じないため、大きなパワーの光
を伝達することが可能である。

【００７７】また、線引工程の前に、プリフォーム径を
増大させる処理を行い、この処理の前後にプリフォーム
を延伸することによって、空孔径がより小さなファイバ
を製造することができる。すなわち、プリフォーム径を
増大させればプリフォーム径に対する空孔径の比が小さ
くなるため、線引処理後のファイバ径に対する空孔径の
比も小さくすることができる。プリフォーム径を増大さ
せる処理の具体例としては、プリフォームをジャケット
管に入れてそのジャケット管をプリフォームにコラプス
する方法や、プリフォームの外周にガラス粒子を堆積し
てそのガラス粒子を焼結する方法が用いられる。このよ
うに空孔径を小さくすることにより、光ファイバを短波
長領域で動作させることができると共に、空孔内に汚染
物質が侵入する確率を下げることができる等の利点があ
る。

【００７８】なお、本発明に係る光ファイバの製造方法
は、上記実施の形態に記載の態様に限定されるものでは
なく、他の条件等に応じて種々の変形態様を採ることが
可能である。例えば、上記第１の実施の形態では、穿孔
器具の先端部を固定されたプリフォーム上で回転させる
ことによって空孔を形成したが、逆に、先端部を固定し
てプリフォームを回転させる構成を採ることもできる。

【００７９】

【発明の効果】本発明に係る光ファイバの製造方法によ
れば、従来技術において発生したパイプやロッドの間の
間隙は発生せず、空孔内の圧力を効果的に制御すること
ができ、所望の空孔占有率を有する光ファイバを容易に
形成することができる。その結果、所望の光学特性を有
する光ファイバを高い歩留まりで製造することができ、
高精度の屈折率分布が要求されるブラッグ反射導波型の
光ファイバも好適に製造できる。

【００８０】また、パイプやロッドを組み合わせる作業
を含まないため、作業の手間が省けると共に再現性をよ
くすることができる。

【００８１】また、パイプやロッドの間の狭い間隙が存
在しないため、プリフォームからの汚染物質の除去を効
果的に行なうことができ、その結果、従来技術に比べて
伝送損失の低い光ファイバを製造できる。

【００８２】また、実質的に一様な組成でプリフォーム
を作製することによって、プリフォームが割れる等のお
それがなく、歩留まりを向上できる。

【００８３】また、高屈折率の第１の領域とその第１の
領域を囲む低屈折率の第２の領域とを有するプリフォー
ムを作製することによって、融着接続等の際にファイバ
が融解されて空孔がつぶれた場合にもファイバが光導波
特性を保持することになり、低損失の融着接続を行うこ
とができる。

【００８４】また、既存の実績ある光ファイバ製造方法
との整合性がよいため、第１の領域が屈折率プロファイ
ルを有するようにプリフォームを作製することもでき
る。屈折率プロファイルによって光導波性能の一部を担
わせる結果、空孔形状及び空孔位置に関する要求精度を
軽減することができる。

【００８５】また、穿孔工程における温度制御を行なう
ことによって、空孔の形成を容易に行なうことができ、
加工に要する機械的エネルギーが少なく済む。そのた
め、細く深い空孔を形成する際にも、穿孔器具に加わる
負荷が少なく穿孔器具が破損するおそれが低いので、こ
うした細く深い空孔も容易に形成することができる。さ
らに、空孔内面に凹凸が生じにくく、空孔径の軸方向に
ついての不均一性が少ない光ファイバを製造できる。

【００８６】また、穿孔器具の突起部の構成材料を、シ
リカガラスの粘度が低くなる１５００℃〜２０００℃程
度の温度において安定な強度を有するカーボンとすれ
ば、空孔の形成を安定的に行うことができる。

【００８７】また、３以上の突起部を有する穿孔器具を
用いることによって、３個以上の空孔を一度に形成でき
るため、穿孔時間を短くし、製造コストを低減すること
ができる。また、穿孔器具を移動させながら空孔を１つ
ずつ形成する場合と比較して、空孔の位置精度を高くす
ることができる。

【００８８】また、線引工程の前に、プリフォーム径を
増大させる処理を行なうことによって、ファイバ径に比
べて径の小さい空孔を容易に形成できる。その結果、外
部から空孔内への汚染物質の浸入や空孔内での汚染物質
の拡散を抑制すると共に、より短い波長帯で動作する光
ファイバを製造することができる。

【００８９】また、空孔内の圧力を大気圧よりも高くす
ることによって、線引時に空孔がつぶれることを防止で
きる。また、穿孔器具を用いて形成された以外の空孔や
間隙は存在しないため、圧力調整による空孔径の調整を
効果的に行なうことができる。さらに、圧力調整により
空孔径を制御することで、波長分散等の光学特性を制御
することができるため、同一のプリフォームから特性の
異なる複数の光ファイバを製造できる。

【００９０】また、空孔の径が長手方向に変化した光フ
ァイバを製造することによって、波長分散を長手方向に
変化させることができると共に、空孔を外気から隔離す
ることができる。

【００９１】また、上記のようにして製造された光ファ
イバは、軸方向に沿う空孔が形成されたことによって、
絶対値の大きな波長分散や、大きい又は小さいモード径
等の有利な特性を実現できる。また、従来技術に比べて
空孔表面や空孔内の空間から汚染物質を効果的に除去す
ることができるため、低い伝送損失を実現できる。さら
に、圧力制御による空孔径の制御を効果的に行なえるた
め、プリフォーム粘度を下げた状態でも空孔をつぶすこ
となく線引きでき、線引温度を高めることによってファ
イバ強度を向上させることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態におけるプリフォームの断面
図である。

【図２】第１の実施の形態における穿孔工程を説明する
図である。

【図３】第１の実施の形態における穿孔器具の斜視図で
ある。

【図４】第１の実施の形態における他の穿孔工程を示す
断面図である。

【図５】第１の実施の形態における線引工程を説明する
図である。

【図６】第１の実施の形態における他の線引工程を説明
する図である。

【図７】第２の実施の形態における光ファイバの断面図
である。

【図８】第２の実施の形態における光ファイバの特性を
示すグラフである。

【図９】第３の実施の形態における穿孔器具の斜視図で
ある。

【図１０】第３の実施の形態における穿孔工程を説明す
る図である。

【図１１】ブラッグ反射閉じ込めを実現できるように空
孔が配置されたプリフォームの断面図である。

【図１２】ブラッグ反射閉じ込めを実現できるように空
孔が配置されたプリフォームの断面図である。

【符号の説明】

１…プリフォーム、２…光ファイバ、３…封止端、１０
…コア、２０…クラッド、３０…空孔、３１…中空部、
４０…穿孔器具、４１…突起部、４３…中空部、４２…
先端部、５０…固定手段、６１…牽引手段、６２…加熱
手段、６３…結合手段、６４…圧力伝達手段、６５…圧
力調整手段、８０…空孔、８１…プリフォーム、８２…
加熱手段、８３…牽引手段、８４…光ファイバ、８５…
封止端。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹岡 英資 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者 西村 正幸 神奈川県横浜市栄区田谷町１番地 住友電 気工業株式会社横浜製作所内 Ｆターム(参考） 2H050 AA03 AA04 AB02Z AB18Y AC34 AC62 4G021 BA00 CA16 HA05

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ファイバ軸と、このファイバ軸を囲む環
   状領域とを有し、この環状領域が前記ファイバ軸方向に
   沿って伸びる３以上の空孔を有する光ファイバを製造す
   る方法であって、 一体構造のプリフォームを作製する作製工程と、 前記プリフォームの所定の軸に沿って伸びる３以上の空
   孔を、穿孔手段を用いて形成する穿孔工程と、 前記プリフォームの空孔の表面を清浄化する清浄化工程
   と、 前記プリフォームの空孔内に汚染物質が侵入することを
   防ぐ手段を備えた線引手段を用いて前記プリフォームを
   線引きする線引工程とを備えることを特徴とする光ファ
   イバの製造方法。
2. 【請求項２】 前記プリフォームの空孔の表面を平滑化
   する表面平滑化工程をさらに備えることを特徴とする請
   求項１に記載の光ファイバの製造方法。
3. 【請求項３】 前記プリフォームの空孔内から汚染物質
   を除去する汚染物質除去工程をさらに備えることを特徴
   とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
4. 【請求項４】 前記表面平滑化工程の後に、前記プリフ
   ォームの空孔内から汚染物質を除去する汚染物質除去工
   程を備えることを特徴とする請求項２に記載の光ファイ
   バの製造方法。
5. 【請求項５】 前記作製工程において作製されるプリフ
   ォームは実質的にシリカガラスから形成され、その組成
   が当該プリフォーム内において実質的に一様であること
   を特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
6. 【請求項６】 前記作製工程において作製されるプリフ
   ォームは、 前記軸方向に沿って伸びる第１の領域と、 前記軸方向に垂直な任意の断面において前記第１の領域
   を包囲し、前記第１の領域よりも低い屈折率を有する第
   ２の領域とを含むことを特徴とする請求項１に記載の光
   ファイバの製造方法。
7. 【請求項７】 前記プリフォームの周囲にガラスを付加
   してプリフォーム径を増加させる増径工程をさらに備え
   ることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造
   方法。
8. 【請求項８】 前記線引工程では、圧力調整手段を用い
   て前記空孔内を大気圧より高い所定の圧力に設定した状
   態で、前記プリフォームを線引きすることを特徴とする
   請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
9. 【請求項９】 前記線引工程では、前記空孔の断面積を
   変化させながら前記プリフォームを線引きすることを特
   徴とする請求項８に記載の光ファイバの製造方法。
10. 【請求項１０】 前記穿孔手段は、棒状の突起部を有
    し、 前記穿孔工程には、 前記プリフォームの環境温度を、前記プリフォームの空
    孔が形成される領域を構成する材料の軟化点より高く、
    前記突起部の融点より低い第１の温度に設定する工程
    と、 前記第１の温度において前記突起部を前記プリフォーム
    に挿入する工程と、 前記プリフォームの環境温度を、前記第１の温度より低
    い第２の温度に変更する工程と、 前記第２の温度に変更した後、又は、前記第２の温度に
    変更する直前に、前記突起部を前記プリフォームから引
    き抜く工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の
    光ファイバの製造方法。
11. 【請求項１１】 前記突起部は、実質的にカーボンから
    構成されることを特徴とする請求項１０に記載の光ファ
    イバの製造方法。
12. 【請求項１２】 前記穿孔手段は、前記突起部を３以上
    有することを特徴とする請求項１０に記載の光ファイバ
    の製造方法。
13. 【請求項１３】 前記線引工程では、前記プリフォーム
    の空孔内にＣｌ₂、Ｆ₂ 、ＨＦ、ＣＯのうち少なくとも
    一つのガスを充填して前記プリフォームを線引きするこ
    とを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方
    法。
14. 【請求項１４】 請求項１に記載の方法によって製造さ
    れたことを特徴とする光ファイバ。
15. 【請求項１５】 前記線引工程において、前記プリフォ
    ームの空孔は前記プリフォーム内で封止されていること
    を特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
16. 【請求項１６】 前記穿孔手段は、穿孔器具と、前記穿
    孔器具とプリフォームとの少なくとも一つを運動させる
    運動手段と、前記プリフォームに形成される前記空孔の
    位置の情報と前記穿孔器具及び前記プリフォームの運動
    の情報とを蓄積する蓄積手段とを有し、前記穿孔工程に
    おいて、前記蓄積手段に蓄積された各情報に基づいて前
    記運動手段を用いて前記空孔が形成されることを特徴と
    する請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
17. 【請求項１７】 前記穿孔器具は中空部を有し、前記穿
    孔手段は前記中空部における切削屑の詰まりを検出する
    検出手段を備えていることを特徴とする請求項１６に記
    載の光ファイバの製造方法。