JP2004012761A

JP2004012761A - 光ファイバ

Info

Publication number: JP2004012761A
Application number: JP2002165428A
Authority: JP
Inventors: Shinji Haniyu; 羽生　伸治; Yasushi Kan; 官　寧; Katsuhiro Takenaga; 竹永　勝宏; Shoichiro Matsuo; 松尾　昌一郎; Kuniharu Himeno; 姫野　邦治
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】ガラス母材に穿孔加工を施し、これを溶融紡糸して、コアに複数の長手方向に延びる空孔が形成された光ファイバを製造する際に、穿孔加工時にコアとなるガラス母材にクラックが入ったり、割れたりしないような構造を有する光ファイバを得ることにある。
【解決手段】コア２とクラッド３とを有し、コア２に１以上の長手方向に延びる空孔４、４・・が形成され、コア２が純粋石英などの均質ガラスで構成された光ファイバ１である。コアとなるガラス母材が均質ガラスで構成されるため、これに空孔４となる孔部を穿孔加工するときにも、ガラス母材にクラックや割れが生じない。クラッド３にはフッ素ドープ石英などのガラスを用い、コア２とクラッド３間に適切な屈折率差をつけることが、光の閉じこめ効果が大きくなってこのましい。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、コアに複数の空孔を形成した光ファイバに関し、特に、その製造に際してガラス母材のクラック、割れ等を防止できるような構造の光ファイバを得るようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの長手方向に複数の空孔が形成された光ファイバが知られており、既に特開平１０−９５６２８号公報や特開２０００−３５６７１９号公報などで提案されている。これらの先行発明における光ファイバは、そのクラッドに複数の空孔を形成したものである。
【０００３】
一方、本出願人は、先に特願２００１−３４６６９２号において、コアに複数の空孔を形成した光ファイバを提案している。この先願発明における光ファイバでは、クラッドに複数の空孔を形成した光ファイバに比較して、大きな構造分散を得ることができ、極めて高い波長分散値、例えば波長１５５０ｎｍで＋１５０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ程度を実現できる可能性がある。
【０００４】
また、曲げ損失が通常のシングルモード光ファイバと同程度にでき、さらにモードフィールド径も通常のシングルモード光ファイバと同じにできるため、シングルモード光ファイバとの接続が低損失で行えるなどの利点を有し、例えば分散補償光ファイバなどへの応用が考えられている。
【０００５】
ところで、このような光ファイバの製造は、キャピラリと呼ばれるガラス細管を多数本束ね、これを溶融紡糸する方法や、ガラス母材に機械的に穿孔加工を施して、複数の空孔となる孔部を形成した後、このガラス母材を溶融紡糸する方法などで行われている。
【０００６】
ガラス母材に穿孔加工を施し、これを溶融紡糸して光ファイバを製造する方法を上述のコアに空孔を形成した光ファイバの製造に適用した場合には、コアとなるガラス母材に穿孔加工を施すことになる。
しかしながら、この場合、コアとなるガラス母材にドリルなどにより機械的に穿孔加工を行う際に、ガラス母材にクラックが入ったり、割れたりすることがあり、歩留まりが低下し、生産性が劣る問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
よって、本発明のおける課題は、ガラス母材に穿孔加工を施し、これを溶融紡糸して、コアに複数の長手方向に延びる空孔が形成された光ファイバを製造する際に、穿孔加工時にコアとなるガラス母材にクラックが入ったり、割れたりしないような構造を有する光ファイバを得ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、
請求項１にかかる発明は、コアに、その長手方向に延びる１以上の空孔が形成された光ファイバであって、コアが均質ガラスからなることを特徴とする光ファイバである。
【０００９】
請求項２にかかる発明は、均質ガラスが純粋石英であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバである。
請求項３にかかる発明は、クラッドの屈折率がコアの屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバである。
請求項４にかかる発明は、クラッドがフッ素ドープ石英からなることを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバである。
【００１０】
請求項５にかかる発明は、クラッドに空孔が形成されたことを特徴とする１、２、３または４記載の光ファイバである。
請求項６にかかる発明は、クラッドが２層以上とされ、コアと接しない層が純粋石英からなることを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の光ファイバである。
【００１１】
請求項７にかかる発明は、コアとなる均質ガラスからなる母材に穿孔加工を施してその長手方向に延びる１以上の孔部を形成し、この母材を溶融紡糸することを特徴とする光ファイバの製法である。
請求項８にかかる発明は、均質ガラスが純粋石英であることを特徴とする請求項７記載の光ファイバの製法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて本発明を詳しく説明する。
本発明者は、ガラス母材に対して機械的に穿孔加工を施す際に、このガラス母材にクラックが入ったり、割れたりする原因が、ガラス母材のガラス組織中に存在する不均質にあることを知見した。
【００１３】
この不均質とは、ガラス母材のガラス組織中に微細な不純物が存在する場合、ゲルマニウムなどのドーパントがガラス組織中に完全に均一に分散せず、部分的にドーパントが集中してミクロな濃度差が生じている場合、ガラス中に脈理や歪みなどが生じている場合を言い、ガラスの合成方法とは無関係のものである。
【００１４】
この不均質なガラス母材の典型例は、ゲルマニウムドープ石英からなるガラス母材である。このゲルマニウムドープ石英からなるガラス母材では、いかなるガラス合成法によって製造しても、石英（シリカ）中に酸化ゲルマニウムを完全に均一に分散（結合）することはできず、現実には必ず酸化ゲルマニウムの不均一性が存在する。
このため、ゲルマニウムドープ石英からなるガラス母材は、均質ガラスからなるガラス母材とは言えない。
【００１５】
均質ガラスは、上述の不均質を有しないガラスを言い、その具体例としては、純粋石英が挙げられ、均質ガラスからなる母材としては、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法などで製造されたドーパントを全く含まない純粋石英からなるガラス母材がその好適なものとして例示される。
【００１６】
本発明の光ファイバは、このような均質ガラスからなるコアを有し、このコアに複数の空孔を形成したものである。本発明においては、「コア」とは、「クラッド」よりも必ずしも屈折率が高い領域を指すものではなく、光の大部分が導波される領域を言うものである。
図１は、本発明の光ファイバの一例を示すものである。この例の光ファイバ１は、コア２とクラッド３を有し、コア２にはその長手方向に延びる６個の空孔４、４が形成されており、コア２は均質ガラスとしての純粋石英から、クラッド３はフッ素ドープ石英などの純粋石英よりも低屈折率のガラスからなるもので、このクラッド３をなすガラスは均質ガラスである必要はない。
【００１７】
この光ファイバ１のコア２の径は２０μｍ以下とされ、クラッド３の径は約１２５μｍとされ、空孔４の径は１〜４μｍとされ、空孔４の中心間間隔は１〜５μｍとなっている。また、空孔４の総断面積のコア２の断面積に占める割合は、２０〜４０％となっている。また、コア／クラッド間の比屈折率差は０．１〜０．５％となっている。但し、空孔を除くコア材質の比屈折率差をさす。空孔４の数は、１以上であれば特に限定されず、その位置はコア２の中心軸を対称軸とした１回以上の回転対称を満たす位置とされる。
【００１８】
さらに、クラッド３として、フッ素ドープ石英などを用いて屈折率を下げ、コア２の屈折率を相対的に高めることでコア２内に光を効率的に閉じこめることができ、コア２に空孔４を形成したことに起因する分散増大などの効果をより一層大きいものとすることができる。
【００１９】
図２のグラフは、クラッド３の屈折率をコア２よりも低くした光ファイバ（Ａ）と、クラッド３の屈折率とコア２の屈折率を等しくした光ファイバ（Ｂ）とについての、波長と波長分散値との関係を示したものである。このグラフに示されるように、クラッド３の屈折率をコア２の屈折率よりも低くした光ファイバ（Ａ）では、クラッド３の屈折率をコア２の屈折率と等しくした光ファイバ（Ｂ）に比べて、大きな波長分散値を有していることが明らかになる。
クラッド３の屈折率を実質的に低下させる方法としては、フッ素ドープ石英を用いる以外に、クラッド３に同じような空孔を複数形成する方法もある。
【００２０】
図３は、本発明の光ファイバの他の例を示すものである。この例の光ファイバ１は、クラッド３が内層３ａと外層３ｂとからなり、内層３ａはフッ素ドープ石英などのコア２をなす純粋石英よりも低屈折率のガラスからなり、外層３ｂは純粋石英からなるもので、コア２には先の例と同様に複数の空孔４、４が形成されたものである。
【００２１】
図１に示す構造の光ファイバをファイバ母材から溶融紡糸する場合には、コア２となるガラスとクラッド３となるガラスとのガラス組成が異なるため、溶融張力に差が生じ、冷却時にクラッド３となるガラスの収縮が大きくなって、コア２に応力が加わり、コア２の屈折率が低下し、コア／クラッド間に十分な屈折率差が得られなくなることがある。
【００２２】
コア／クラッド間に十分な屈折率差を確保するためには、この例のように、コア２に直接接しない外層３ｂをコア２と同じ純粋石英で構成することで、コア２に作用する応力を軽減するようにする。
この場合、クラッド３の全厚さに占める外層３ｂの厚さの割合は、２０〜５０％とすることが好ましい。
【００２３】
次に、本発明の光ファイバの製法の例を説明する。
まず、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法などのガラス合成法によりドーパントを含まない純粋石英などの均質ガラスからなり、コアとなる円柱状のガラス母材を作製する。ついで、このガラス母材上にクラッドとなるガラス微粒子を、ＶＡＤ法、外付け法などにより堆積する。
【００２４】
次いで、このガラス微粒子が堆積されたガラス母材をフッ素含有ガス中で加熱し、ガラス微粒子のガラスにフッ素を添加し、さらに加熱してこのガラス微粒子を透明ガラス化して、コア部が純粋石英からなり、クラッド部がフッ素ドープ石英からなるコア／クラッド構造のガラス母材とする。
【００２５】
ついで、このガラス母材に対してドリル加工などの機械的手段によりガラス母材の長手方向に延びる１以上の空孔となる孔部を穿孔する。
この孔部の径、数、位置は光ファイバに要求される特性等によって定められる。ついで、孔部の内面を光学研磨し、光ファイバ用母材とする。
【００２６】
ついで、このファイバ母材を常法により溶融紡糸することで、図１に示すような光ファイバを得ることができる。こののち、紫外線硬化型樹脂などの樹脂被覆を設けることは言うまでもない。
【００２７】
また、図３に示す構造の光ファイバを製造するには、上述の製造工程において、クラッドなる低屈折率のガラスの上に、さらにＶＡＤ法、外付け法などで純粋石英のガラス微粒子を堆積し、これを加熱して透明ガラス化して、ファイバ母材とし、これを溶融紡糸することで行うことができる。
【００２８】
このような光ファイバの製法によれば、空孔となる孔部をコアとなるガラス母材に穿孔する際に、ガラス母材が純粋石英などの均質ガラスであり、そのガラス組織中には不純物、ドーパント、脈理、歪みなどの不均質が存在しないので、穿孔時にこのガラス母材にクラックが入ったり、母材が割れたりすることなくなり、歩留まりが向上し、生産性が高いものとなる。
【００２９】
以下、具体例を示す。
（１）外径４０ｍｍ、長さ２００ｍｍの純粋石英からなるコア用の円柱状のガラス母材を用意した。このガラス母材は、ＶＡＤ法により合成されたものである。ついで、このガラス母材に外付け法により純粋石英のガラス微粒子を堆積し、これをフッ素ガス中で１５００℃で加熱し透明ガラス化してコア／クラッド構造を有し、コア／クラッドの比屈折率差が０．３％のガラス母材を作製した。
【００３０】
つぎに、このガラス母材のコア領域にドリル加工により径２ｍｍの孔部を６個穿孔した。穿孔条件は、超硬質スローアウェーチップを装着したドリルを用い、ドリル回転数５０００ｒｐｍ、ドリル送り速度１０ｍｍ／分、減摩剤使用とした。
この穿孔加工において、クラック、割れは一切発生しなかった。
このガラス母材を溶融紡糸して、図１に示す構造の光ファイバを得た。この光ファイバの波長１５５０ｎｍでの波長分散値は約７０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであった。
【００３１】
（２）外径４０ｍｍ、長さ２００ｍｍのゲルマニウムドープ石英からなるコア用の円柱状のガラス母材を用意した。このガラス母材は、ＶＡＤ法により合成されたもので、ゲルマニウムのドープ量は３ｗｔ％である。ついで、このガラス母材に外付け法により純粋石英のガラス微粒子を堆積し、１５００℃で加熱し、透明ガラス化して、コア／クラッドの比屈折率差が０．３％のガラス母材を作製した。この母材にドリル加工により穿孔しようとした。穿孔条件は、先と同様である。しかし、この穿孔時にガラス母材にクラックが全長に発生し、コア用ガラス母材として使用できなかった。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバにあっては、空孔が形成されるコアを純粋石英などの均質ガラスで構成したものであるので、この光ファイバをコアとなるガラス母材に空孔となる孔部を穿孔加工することにより製造する際、このガラス母材も均質ガラスからなることになるため、穿孔加工時にこのガラス母材にクラックや割れが生じることがなくなり、歩留まりが向上する。
【００３３】
また、クラッドをフッ素ドープ石英から構成したものでは、コア／クラッド間の比屈折率差を十分な大きさにすることができ、コアに伝送光を効率よく閉じ困ることができ、コアに空孔を形成することに起因する分散増大、曲げ損失向上などの効果を大きいものとすることができる。
【００３４】
さらに、クラッドを２層以上とし、コアに直接接触しない層を純粋石英から構成したものでは、溶融紡糸時にクラッドの収縮によるコアへの応力が軽減され、この応力によるコアの屈折率の低下が小さいものとなり、コア／クラッド間の比屈折率差が小さくなる不具合が低減される。
【００３５】
また、本発明の光ファイバの製法によれば、コアとなるガラス母材が均質ガラスからなるため、穿孔加工時にこのガラス母材にクラックや割れが生じることがなくなり、歩留まりが向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の光ファイバの例を示す概略断面図である。
【図２】光ファイバにおける波長と波長分散値との関係を示すグラフである。
【図３】この発明の光ファイバの他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１・・・光ファイバ、２・・・コア、３・・・クラッド、４・・・空孔。

Claims

コアに、その長手方向に延びる１以上の空孔が形成された光ファイバであって、コアが均質ガラスからなることを特徴とする光ファイバ。
均質ガラスが純粋石英であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
クラッドの屈折率がコアの屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバ。
クラッドがフッ素ドープ石英からなることを特徴とする請求項１、２または３記載の光ファイバ。
クラッドに空孔が形成されたことを特徴とする１、２、３または４記載の光ファイバ。
クラッドが２層以上とされ、コアと接しない層が純粋石英からなることを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の光ファイバ。
コアとなる均質ガラスからなる母材に穿孔加工を施してその長手方向に延びる１以上の孔部を形成し、この母材を溶融紡糸することを特徴とする光ファイバの製法。
均質ガラスが純粋石英であることを特徴とする請求項７記載の光ファイバの製法。