JP2004043267A - 光ファイバの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】線引き工程において所定の元素がドープされた部分の断面変形を抑制することができる光ファイバの製造方法を提供する。
【解決手段】光ファイバの製造方法は、所定の物質がドープされたロッド本体部１１ａとロッド本体部１１ａの外周を被覆するように設けられロッド本体部１１ａよりも軟化温度が高い保護部１１ｂとが一体となった石英ロッド１１と、石英ロッド１１を中心軸位置としてその周囲に配設された複数の石英キャピラリ１２と、を束ねたプリフォーム１０を作製するプリフォーム作製工程と、プリフォーム１０を加熱及び延伸することによりファイバー状に線引きする線引き工程と、を備える。
【選択図】図２
【解決手段】光ファイバの製造方法は、所定の物質がドープされたロッド本体部１１ａとロッド本体部１１ａの外周を被覆するように設けられロッド本体部１１ａよりも軟化温度が高い保護部１１ｂとが一体となった石英ロッド１１と、石英ロッド１１を中心軸位置としてその周囲に配設された複数の石英キャピラリ１２と、を束ねたプリフォーム１０を作製するプリフォーム作製工程と、プリフォーム１０を加熱及び延伸することによりファイバー状に線引きする線引き工程と、を備える。
【選択図】図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバ断面に所定の物質がドープされた部分を有する光ファイバの製造方法、及び、ファイバ中心に設けられ所定の物質がドープされた石英で形成されたコアと、そのコアを被覆するように設けられコアに沿って延びる複数の細孔がコアを囲うように形成されたクラッドと、を有し、クラッドの複数の細孔がファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を形成したフォトニッククリスタルファイバ（以下「ＰＣファイバ」と略する）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に光ファイバ増幅器には、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素がドープされたコアと、そのコアを被覆するクラッドと、からなる光ファイバが用いられている。
【０００３】
特開２００２−５５２３９号公報には、クラッドにコアに沿って延びる複数の細孔がコアを囲うように形成されたＰＣファイバであって、コアにエルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素をドープしたものを光ファイバ増幅器に用いることが開示されており、これによって、極めて効率が高く且つ雑音特性に優れた光ファイバ増幅器を得ることができる、との内容が記載されている。
【０００４】
また、同公報には、かかるＰＣファイバの製造方法として、筒状のサポート管に、エルビウムがドープされた石英ロッドと、複数の石英キャピラリと、を石英ロッドが中心軸位置に配置されるように充填してプリフォームを作製するプリフォーム作製工程と、そのプリフォームを加熱及び延伸してファイバ状に線引きする線引き工程、とを備えたものが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、石英は、エルビウムやゲルマニウム等がドープされることによって純粋石英よりも軟化温度が低くなることが知られている。そして、上記のＰＣファイバの製造方法において、純粋石英製の石英キャピラリを用いた場合、以下のような問題が生じる。
【０００６】
線引き工程でプリフォームを加熱した際には、温度上昇に伴って、図１１に示すような石英ロッド１１’及び石英キャピラリ１２’がサポート管１３’に充填されたプリフォーム１０’の状態から、まず、軟化温度の低い石英ロッド１１’のみが軟化した状態となり、次いで、温度が上昇すると、石英キャピラリ１２’もが軟化した状態となり、隣接するもの同士が相互に融着し合い、ＰＣファイバが製造される。図１２に示すように、このとき製造されるＰＣファイバ１００’は、コア１１０’が断面略六角形に形成されたものとなったり、コア１１０’に空洞が形成されたものとなったりすることがある。これは、石英ロッド１１’が軟化した際には純粋石英製の石英キャピラリ１２’がまだ軟化せず、従って、石英ロッド１１’の軟化物が隣接していた石英キャピラリ１２’との間に形成していた空隙に流動するためであると考えられる。そして、このようにコア１１０’が非円形であったり空洞を有するＰＣファイバでは、安定した光の伝搬特性を得ることができない。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、線引き工程において所定の物質がドープされた部分の断面変形を抑制することができる光ファイバの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する第１の解決手段は、ファイバ断面に所定の物質がドープされた部分を有する光ファイバの製造方法であって、
上記所定の物質がドープされたロッド本体部と該ロッド本体部の外周を被覆するように設けられ該ロッド本体部よりも軟化温度が高い保護部とが一体となった石英ロッドと、該石英ロッドの周囲に配設された複数の第２石英ロッド及び／又は複数の石英キャピラリと、を束ねたプリフォームを作製するプリフォーム作製工程と、
上記プリフォームを加熱及び延伸することによりファイバー状に線引きする線引き工程と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記のようにすれば、線引き工程でプリフォームを加熱した際には、温度上昇に伴って、まず、軟化温度の低いロッド本体部のみが軟化した状態となるが、ロッド本体部を被覆する保護部がロッド本体部よりも軟化温度が高いので、ロッド本体部の軟化物の流動が保護部によって規制され、それによって所定の物質がドープされたロッド本体部の断面変形を抑止することができる。
【００１０】
ここで、第１の解決手段によって製造される光ファイバにおけるファイバ断面の所定の物質がドープされた部分とは、光ファイバのコア部分の他、いわゆるＰＡＮＤＡファイバ等の偏波保存ファイバにおけるホウ素（Ｂ）等の石英の熱膨張係数を変化させる物質がドープされた応力付与部分等である。
【００１１】
第２の解決手段は、ファイバ中心に設けられ所定の物質がドープされた石英で形成されたコアと、該コアを被覆するように設けられ該コアに沿って延びる複数の細孔が該コアを囲うように形成されたクラッドと、を有し、該クラッドの複数の細孔がファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を形成した光ファイバの製造方法であって、
上記所定の物質がドープされたロッド本体部と該ロッド本体部の外周を被覆するように設けられ該ロッド本体部よりも軟化温度が高い保護部とが一体となった石英ロッドと、該石英ロッドを中心軸位置としてその周囲に配設された複数の石英キャピラリと、を束ねたプリフォームを作製するプリフォーム作製工程と、
上記プリフォームを加熱及び延伸することによりファイバー状に線引きする線引き工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記のようにすれば、線引き工程でプリフォームを加熱した際には、温度上昇に伴って、まず、軟化温度の低いロッド本体部のみが軟化した状態となるが、ロッド本体部を被覆する保護部がロッド本体部よりも軟化温度が高いので、ロッド本体部の軟化物の流動が保護部によって規制され、それによって所定の物質がドープされたロッド本体部の断面変形を抑止することができる。
【００１３】
ここで、石英の軟化温度は、純粋石英が最も高く、エルビウム（Ｅｒ）やゲルマニウム（Ｇｅ）の物質のドープ量が多くなるに従って低くなる。また、その軟化温度の低下度合いは、ドープされる物質の種類に依存する。そして、かかる物質としては、例えば、リン（Ｐ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、フッ素（Ｆ）、ホウ素（Ｂ）、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）等を挙げることができる。
【００１４】
第１又は第２の解決手段では、上記所定の物質がドープされた細ロッド材を細パイプ材に内嵌めし、該細ロッド材と該細パイプ材との間に気泡が残らないようにそれらを融着させる石英ロッド作製工程により上記石英ロッドを作製するようにしてもよい。
【００１５】
この場合、第１又は第２の解決手段では、上記細ロッド材と上記細パイプ材との融着を、それらの表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気下で行うことが好ましい。
【００１６】
このようにすれば、細ロッド材と細パイプ材との間への水分の侵入が阻止され、それらの表面に水酸基が形成されたり、それらの間に水分が残留するのが防止されるので、製造されるＰＣファイバの水酸基及び水分に起因する伝送損失を抑えることができるからである。ここで、水酸基の形成が不能であるガスとは、例えば、アルゴン（Ａｒ）等の希ガス、塩素ガス（Ｃｌ２）、窒素ガス（Ｎ２）等を挙げることができる。特に、塩素ガス（Ｃｌ２）は、細ロッド材や細パイプ材の表面に形成された水酸基を除去する機能を有するので好適である。
【００１７】
第１又は第２の解決手段では、上記所定の物質がドープされたロッド材をパイプ材に挿入し、該ロッド材と該パイプ材との間に気泡が残らないようにそれらを加熱及び延伸して融着させる石英ロッド作製工程により上記石英ロッドを作製するようにしてもよい。
【００１８】
このようにすれば、ロッド材及びパイプ材は細ロッド材及び細パイプ材よりも取り扱いが容易であるので、簡便に石英ロッドを作製することができる。
【００１９】
この場合、第１又は第２の解決手段では、上記ロッド材と上記パイプ材との加熱及び延伸による融着を、それらの表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気下で行うことが好ましい。
【００２０】
このようにすれば、ロッド材とパイプ材との間への水分の侵入が阻止され、それらの表面に水酸基が形成されたり、それらの間に水分が残留するのが防止されるので、製造されるＰＣファイバの水酸基及び水分に起因する伝送損失を抑えることができるからである。ここで、水酸基の形成が不能であるガスとしては、例えば、アルゴン（Ａｒ）等の希ガス、塩素ガス（Ｃｌ２）、窒素ガス（Ｎ２）等を挙げることができる。特に、塩素ガス（Ｃｌ２）は、ロッド材やパイプ材の表面に形成された水酸基を除去する機能を有するので好適である。
【００２１】
また、第１又は第２の解決手段では、上記ロッド材と上記パイプ材との間を減圧しながらそれらを加熱及び延伸して融着させるようにしてもよい。
【００２２】
このようにすれば、ロッド材とパイプ材との間に存在する水酸基及び水分が減ぜられ、それによって石英ロッドに水酸基及び水分が含まれるのを防止することができ、製造されるＰＣファイバの水酸基及び水分に起因する伝送損失を抑えることができる。
【００２３】
第３の解決手段は、ファイバ断面に所定の物質がドープされた部分を有する光ファイバの製造方法であって、
上記所定の物質がドープされた石英ロッドと、該石英ロッドの周囲に配設され少なくとも該石英ロッドに隣接したものが該石英ロッドよりも軟化温度が低い複数の第２石英ロッド及び／又は複数の石英キャピラリと、を束ねたプリフォームを作製するプリフォーム作製工程と、
上記プリフォームを加熱及び延伸することによりファイバ状に線引きする線引き工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００２４】
上記のようにすれば、線引き工程でプリフォームを加熱した際には、温度上昇に伴って、石英ロッドよりも先にその周囲の第２石英ロッド及び／又は石英キャピラリが軟化した状態となり、第２石英ロッド及び／又は石英キャピラリの軟化物が石英ロッド周囲の空隙に流動するので、石英ロッドが軟化してもその流動が規制され、それによって所定の物質がドープされた石英ロッドの断面変形を抑止することができる。
【００２５】
ここで、第３の解決手段によって製造される光ファイバにおけるファイバ断面の所定の物質がドープされた部分とは、光ファイバのコア部分の他、いわゆるＰＡＮＤＡファイバ等の偏波保存ファイバにおけるホウ素（Ｂ）等の石英の熱膨張係数を変化させる物質がドープされた応力付与部分等である。
【００２６】
第４の解決手段は、ファイバ中心に設けられ所定の物質がドープされた石英で形成されたコアと、該コアを被覆するように設けられ該コアに沿って延びる複数の細孔が該コアを囲うように形成されたクラッドと、を有し、該クラッドの複数の細孔がファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を形成した光ファイバの製造方法であって、
上記所定の物質がドープされた石英ロッドと、該石英ロッドを中心軸位置としてその周囲に配設され少なくとも該石英ロッドに隣接したものが該石英ロッドよりも軟化温度が低い複数の石英キャピラリと、を束ねたプリフォームを作製するプリフォーム作製工程と、
上記プリフォームを加熱及び延伸することによりファイバ状に線引きする線引き工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００２７】
上記のようにすれば、線引き工程でプリフォームを加熱した際には、温度上昇に伴って、石英ロッドよりも先にその周囲の石英キャピラリが軟化した状態となり、石英キャピラリの軟化物が石英ロッド周囲の空隙に流動するので、石英ロッドが軟化してもその流動が規制され、それによって所定の物質がドープされた石英ロッドの断面変形を抑止することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、第１〜４の解決手段によれば、線引き工程でプリフォームを加熱した際には、所定の物質がドープされた部分の断面変形を抑止することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
（実施形態１）
本発明の実施形態１に係るＰＣファイバの製造方法について工程を追って説明する。
【００３１】
＜石英ロッド作製工程＞
まず、図１（ａ）に示すように、塩素ガス等の石英表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気下で、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素やゲルマニウム（Ｇｅ）などがドープされた石英で形成された円柱棒状の細ロッド材２１を純粋石英で形成された円筒状の細パイプ材２２（例えば、外径が５００μｍで内径が４００μｍ）に内嵌めする。細パイプ材２２は、その軟化温度が細ロッド材２１の軟化温度よりも高ければ、他のものであってもよい。
【００３２】
次いで、図１（ｂ）に示すように、細パイプ材２２の長手方向に沿って外側から火炎をあて、細ロッド材２１と細パイプ材２２との間に気泡が残らないようにそれらを融着させることにより石英ロッド１１を作製する。作製された石英ロッド１１は、図１（ｃ）に示すように、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素やゲルマニウム（Ｇｅ）などがドープされたロッド本体部１１ａと、そのロッド本体部１１ａの外周を被覆するように設けられた保護部１１ｂと、が一体となったものとなる。
【００３３】
＜プリフォーム作製準備工程＞
石英ロッド作製工程で作製した石英ロッド１１を１本と、その石英ロッド１１と同一外径の純粋石英で形成された石英キャピラリ１２を１６８本と、円柱体に断面正６角形の孔が中心軸に沿って設けられ純粋石英で形成されたサポート管１３を１つと、を準備する。サポート管１３の断面正六角形の各辺の長さは、石英キャピラリ１２が８本並ぶように寸法設定されている。
【００３４】
＜プリフォーム作製工程＞
サポート管１３の内壁の一つの面を敷きつめるようにして８本の石英キャピラリ１２を並列に並べて第１層を形成し、形成された第１層における一対の石英キャピラリ１２の間に配置されるように石英キャピラリ１２を載せてゆき第２層を形成する（第２層は９本の石英キャピラリ１２で構成される）。このようにして第７層まで石英キャピラリ１２を充填する。そして、第８層も第７層までと同様にして石英キャピラリ１２の充填を行うが、真ん中に配置される第８番目のものだけは石英キャピラリ１２ではなく石英ロッド１１を配置する。続いて、第１５層まで石英キャピラリ１２を充填する。以上のようにしてサポート管１３に石英ロッド１１及び石英キャピラリ１２を最密充填したプリフォーム１０を作製する。作製されたプリフォーム１０は、図２に断面を示すように、サポート管１３内で、石英ロッド１１が中心軸位置に配置され、その石英ロッド１１と１６８本の石英キャピラリ１２とが束ねられたものとなる。
【００３５】
＜線引き工程＞
サポート管１３に石英ロッド１１及び石英キャピラリ１２を充填して作製したプリフォーム１０を加熱及び延伸してファイバ状に線引きする。このとき、プリフォーム１０の温度上昇に伴って、まず、軟化温度の低いロッド本体部１１ａのみが軟化した状態となるが、ロッド本体部１１ａを被覆する保護部１１ｂがロッド本体部１１ａよりも軟化温度が高いので、ロッド本体部１１ａの軟化物の流動が保護部１１ｂによって規制される。そして、全体的に温度がさらに上昇すると、隣接する石英キャピラリ１２同士、石英キャピラリ１２とサポート管１３、石英キャピラリ１２と石英ロッド１１が相互に融着一体化する。そうして、図３に示すように、ファイバ中心に設けられエルビウム（Ｅｒ）等がドープされた石英で形成された断面円形のコア１１０と、そのコア１１０を被覆するように設けられコア１１０に沿って延びる１６８個の細孔１２ａがコア１１０を囲うように形成されたクラッド１２０と、これらを被覆するように設けられた被覆部１３０とを有するＰＣファイバ１００が製造される。このＰＣファイバ１００は、クラッド１２０の１６８個の細孔１２ａが三角格子を構成してファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を形成したものである。なお、線引きは、プリフォーム１０の内部を塩素ガス等のプリフォーム１０表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気として行ってもよい。
【００３６】
このＰＣファイバ１００の製造方法によれば、線引き工程でプリフォーム１０を加熱した際には、温度上昇に伴って、まず、軟化温度の低いロッド本体部１１ａのみが軟化した状態となるが、ロッド本体部１１ａを被覆する保護部１１ｂがロッド本体部１１ａよりも軟化温度が高いので、ロッド本体部１１ａの軟化物の流動が保護部１１ｂによって規制され、それによってエルビウム（Ｅｒ）などの元素がドープされたロッド本体部１１ａの断面変形を抑止することができる。
【００３７】
また、石英ロッド１１の作製の際、細ロッド材２１と細パイプ材２２との融着をそれらの表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気下で行うようにしており、それによって細ロッド材２１と細パイプ材２２との間への水分の侵入が阻止され、それらの表面に水酸基が形成されたり、それらの間に水分が残留するのが防止されるので、製造されるＰＣファイバ１００の水酸基及び水分に起因する伝送損失を抑えることができる。
【００３８】
次に、４種の組み合わせでそれぞれ製造したＰＣファイバについて、その断面のコアの形態を観察した結果を表１に示す。ここで、軟化温度は、純粋石英、純粋石英に対して比屈折率差が０．１％となるようにゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされた石英、純粋石英に対して比屈折率差が１％となるようにゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされた石英の順に低くなる。
【００３９】
【表１】
【００４０】
この結果より明らかなように、ロッド本体部よりも保護部の軟化温度を高くすることにより、線引きの際にロッド本体部の断面形態の変化を抑止することができる。
【００４１】
（実施形態２）
本発明の実施形態２に係るＰＣファイバの製造方法は石英ロッド作製工程のみが実施形態１と異なる。なお、図中、実施形態１のものと同一名称のものは同一符号で示す。
【００４２】
＜石英ロッド作製工程＞
まず、図４（ａ）に示すように、塩素ガス等の石英表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気下で、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素やゲルマニウム（Ｇｅ）などがドープされた石英で形成された円柱棒状のロッド材３１を純粋石英で形成された円筒状のパイプ材３２（例えば、外径が１２ｍｍで内径が１０ｍｍ）に挿入して内嵌めする。パイプ材３２は、ロッド材３１よりも軟化温度が高ければ、他のものであってもよい。
【００４３】
次いで、図４（ｂ）に示すように、塩素ガス等の石英表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気下で、ロッド材３１とパイプ材３２との間に気泡が残らないようにそれらを加熱炉４０で加熱及び延伸（例えば、外径５００μｍ程度まで）して融着させる。作製された石英ロッド１１は、図４（ｃ）に示すように、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素やゲルマニウム（Ｇｅ）などがドープされたロッド本体部１１ａと、そのロッド本体部１１ａの外周を被覆するように設けられた保護部１１ｂと、が一体となったものとなる。
【００４４】
このＰＣファイバの製造方法によれば、ロッド材３１及びパイプ材３２は細ロッド材２１及び細パイプ材２２よりも取り扱いが容易であるので、実施形態１の場合よりも簡便に石英ロッド１１を作製することができる。
【００４５】
また、ロッド材３１とパイプ材３２とをそれらの表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気下で加熱及び延伸して融着させるようにしており、ロッド材３１とパイプ材３２との間への水分の侵入が阻止され、それらの表面に水酸基が形成されたり、それらの間に水分が残留するのが防止されるので、製造されるＰＣファイバの水酸基及び水分に起因する伝送損失を抑えることができる。
【００４６】
（実施形態３）
本発明の実施形態３に係るＰＣファイバの製造方法は石英ロッド作製工程のみが実施形態１と異なる。なお、図中、実施形態１のものと同一名称のものは同一符号で示す。
【００４７】
＜石英ロッド作製工程＞
まず、図５（ａ）に示すように、塩素ガス等の石英表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気下で、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素やゲルマニウム（Ｇｅ）などがドープされた石英で形成された円柱棒状のロッド材３１を純粋石英で形成された円筒状のパイプ材３２（例えば、外径が５００μｍで内径が４００μｍ）に挿入して内嵌めする。パイプ材３２は、軟化温度がロッド材３１よりも高ければ、他のものであってもよい。
【００４８】
次いで、図５（ｂ）に示すように、ロッド材３１とパイプ材３２との間を真空ポンプによって減圧しながら、ロッド材３１とパイプ材３２との間に気泡が残らないようにそれらを加熱炉４０で加熱及び延伸（例えば、外径５００μｍ程度まで）して融着させる。作製された石英ロッド１１は、図５（ｃ）に示すように、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素やゲルマニウム（Ｇｅ）などがドープされたロッド本体部１１ａと、そのロッド本体部１１ａの外周を被覆するように設けられた保護部１１ｂと、が一体となったものとなる。
【００４９】
このＰＣファイバの製造方法によれば、ロッド材３１とパイプ材３２との間を減圧しながらそれらを加熱及び延伸して融着させるようにしており、ロッド材３１とパイプ材３２との間に存在する水酸基及び水分が減ぜられるので、石英ロッド１１に水酸基及び水分が含まれるのを防止することができ、それによって製造されるＰＣファイバの水酸基及び水分に起因する伝送損失を抑えることができる。
【００５０】
（実施形態４）
本発明の実施形態４に係るＰＣファイバの製造方法について工程を追って説明する。なお、図中、実施形態１のものと同一名称のものは同一符号で示す。
【００５１】
＜プリフォーム作製準備工程＞
エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素やゲルマニウム（Ｇｅ）などがドープされた石英で形成された石英ロッド１１を１本と、その石英ロッド１１と同一外径で石英ロッド１１よりも軟化温度が低くなるように所定の元素がドープされた石英で形成された石英キャピラリ１２を１６８本と、円柱体に断面正６角形の孔が中心軸に沿って設けられ石英キャピラリ１２と同一の石英で形成されたサポート管１３を１つと、を準備する。サポート管１３の断面正六角形の各辺の長さは、石英キャピラリ１２が８本並ぶように寸法設定されている。
【００５２】
＜プリフォーム作製工程＞
サポート管１３の内壁の一つの面を敷きつめるようにして８本の石英キャピラリ１２を並列に並べて第１層を形成し、形成された第１層における一対の石英キャピラリ１２の間に配置されるように石英キャピラリ１２を載せてゆき第２層を形成する（第２層は９本の石英キャピラリ１２で構成される）。このようにして第７層まで石英キャピラリ１２を充填する。そして、第８層も第７層までと同様にして石英キャピラリ１２の充填を行うが、真ん中に配置される第８番目のものだけは石英キャピラリ１２ではなく石英ロッド１１を配置する。続いて、第１５層まで石英キャピラリ１２を充填する。以上のようにしてサポート管１３に石英ロッド１１及び石英キャピラリ１２を最密充填したプリフォーム１０を作製する。作製されたプリフォーム１０は、図６に断面を示すように、サポート管１３内で、石英ロッド１１が中心軸位置に配置され、その石英ロッド１１と１６８本の石英キャピラリ１２とが束ねられたものとなる。
【００５３】
＜線引き工程＞
サポート管１３に石英ロッド１１及び石英キャピラリ１２を充填して作製したプリフォーム１０を加熱及び延伸してファイバ状に線引きする。このとき、プリフォーム１０の温度上昇に伴って、石英ロッド１１よりも先にその周囲の石英キャピラリ１２が軟化した状態となり、石英キャピラリ１２の軟化物が石英ロッド１１周囲の空隙に流動するので、石英ロッド１１が軟化してもその流動が規制される。そして、全体的に温度がさらに上昇すると、隣接する石英キャピラリ１２同士、石英キャピラリ１２とサポート管１３、石英キャピラリ１２と石英ロッド１１が相互に融着一体化する。そうして、実施形態１の場合と同一の形態のＰＣファイバが製造される。なお、線引きは、プリフォーム１０内部を塩素ガス等のプリフォーム１０表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気として、又は、予め石英キャピラリ１２の両端を封止した上でプリフォーム１０の内部を減圧しながら行ってもよい。
【００５４】
このＰＣファイバの製造方法によれば、線引き工程でプリフォーム１０を加熱した際には、温度上昇に伴って、石英ロッド１１よりも先にその周囲の石英キャピラリ１２が軟化した状態となり、石英キャピラリ１２の軟化物が石英ロッド１１周囲の空隙に流動するので、石英ロッド１１が軟化してもその流動が規制され、それによって所定の元素がドープされた石英ロッド１１の断面変形を抑止することができる。
【００５５】
（その他の実施形態）
上記実施形態１〜４では、ＰＣファイバを製造するものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ゲルマニウム（Ｇｅ）等がドープされたロッド本体部７１ａとそのロッド本体部７１ａの外周を被覆するように設けられロッド本体部７１ａよりも軟化温度が高い保護部７１ｂとが一体となった石英ロッド７１と、その石英ロッド７１を中心に配置してその周囲に配設された第２石英ロッド７２と、を束ねてサポート管７３に充填したプリフォーム７４を線引きし、ファイバ中心をなすゲルマニウム（Ｇｅ）等がドープされたコア７５とそのコア７５を被覆するように設けられたクラッド７６とからなる光ファイバ７７を製造するものであってもよい。
【００５６】
また、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、ゲルマニウム（Ｇｅ）等がドープされた石英ロッド８１と、その石英ロッド８１の周囲に配設され少なくとも石英ロッド８１に隣接したものが石英ロッド８１よりも軟化温度が低い複数の第２石英ロッド８２と、を束ねてサポート管８３に充填したプリフォーム８４を線引きし、ファイバ中心をなすゲルマニウム（Ｇｅ）等がドープされたコア８５とそのコア８５を被覆するように設けられたクラッド８６とからなる光ファイバ８７を製造するものであってもよい。
【００５７】
また、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、ゲルマニウム（Ｇｅ）等がドープされたロッド本体部９１ａとそのロッド本体部９１ａの外周を被覆するように設けられロッド本体部９１ａよりも軟化温度が高い保護部９１ｂとが一体となった石英ロッド９１と、その石英ロッド９１を中心に配置してその周囲に配設された第２石英ロッド９２と、石英ロッド９１の両側に配置され、ホウ素（Ｂ）等がドープされたロッド本体部９３ａとそのロッド本体部９３ａの外周を被覆するように設けられロッド本体部９３ａよりも軟化温度が高い保護部９３ｂとが一体となった第３石英ロッド９３と、を束ねてサポート管９４に充填したプリフォーム９５を線引きし、ファイバ中心をなすゲルマニウム（Ｇｅ）等がドープされたコア９６とそのコア９６を被覆するように設けられたクラッド９７とコア９６の両側に設けられた応力付与部９８とを有する偏波保存ファイバ９９を製造するものであってもよい。
【００５８】
また、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、ゲルマニウム（Ｇｅ）等がドープされた石英ロッド１０１と、その石英ロッド１０１の両側に配置され、ホウ素（Ｂ）等がドープされた第３石英ロッド１０３と、その石英ロッド１０１及び第３石英ロッド１０３の周囲に配設され少なくとも石英ロッド１０１及び第３石英ロッド１０３に隣接したものがそれらよりも軟化温度が低い複数の第２石英ロッド１０２と、を束ねてサポート管１０４に充填したプリフォーム１０５を線引きし、ファイバ中心をなすゲルマニウム（Ｇｅ）等がドープされたコア１０６とそのコア１０６を被覆するように設けられたクラッド１０７とコア１０６の両側に設けられた応力付与部１０８とを有する偏波保存ファイバ１０９を製造するものであってもよい。
【００５９】
また、上記実施形態１〜４では、石英キャピラリ１２とサポート管１３とを同一の石英で形成したが、特にこれに限定されるものではなく、肉厚のサポート管１３が早期に軟化するように、軟化温度の低い、つまり、何かの元素がドープされた石英で形成されたサポート管を用いるようにしてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態１〜３では、細ロッド材２１及び細パイプ材２２並びにロッド材３１及びパイプ材３２を用いて石英ロッド１１を作製したが、特にこれに限定されるものではなく、ＶＡＤ法（Ｖａｐｏｒ−ｐｈａｓｅ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やＭＣＶＤ法（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等によって作製してもよい。
【００６１】
また、上記実施形態１〜３では、石英ロッド１１をロッド本体部１１ａと保護部１１ｂとの２層構造としたが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、エルビウム（Ｅｒ）がドープされた石英でロッド中心が形成され、ゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされた石英でその外側層が形成され、最外層が純粋石英で形成された３層構造のものであってもよい。かかる石英ロッドの製造方法として、ＶＡＤ法やＭＣＶＤ法の他、ＭＣＶＤ法によってパイプ材内側にゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされた石英を堆積させ、それにエルビウム（Ｅｒ）がドープされた石英のロッド材を挿入し、内部を減圧しながらそれを加熱及び延伸する方法、パイプ材（例えば、外径が５ｍｍで内径が３ｍｍ）にエルビウム（Ｅｒ）がドープされた１本の石英のロッド材（例えば、外径が１ｍｍ）とゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされた複数本の石英のロッド材（例えば、外径が１ｍｍ）とを、前者が中心となって後者がそれを囲うように充填し、内部を減圧しながらそれを加熱及び延伸（例えば、外径が５００μｍ程度まで）する方法等がある。
【００６２】
また、上記実施形態４では、全ての石英キャピラリ１２を石英ロッド１１よりも軟化温度が低いものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、少なくとも石英ロッド１１に隣接した６本の石英キャピラリ１２が石英ロッド１１よりも軟化温度が低ければよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る石英ロッド作製工程の説明図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るプリフォーム作製工程で作製されたプリフォームの断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る製造方法で製造されたＰＣファイバの斜視図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る石英ロッド作製工程の説明図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る石英ロッド作製工程の説明図である。
【図６】本発明の実施形態４に係るプリフォーム作製工程で作製されたプリフォームの断面図である。
【図７】その他の実施形態に係る光ファイバの製造方法におけるプリフォーム作製工程で作製されたプリフォームの断面図及びそれを線引き加工して製造された光ファイバの断面図である。
【図８】その他の実施形態に係る他の光ファイバの製造方法におけるプリフォーム作製工程で作製されたプリフォームの断面図及びそれを線引き加工して製造された光ファイバの断面図である。
【図９】その他の実施形態に係る偏波保存ファイバの製造方法におけるプリフォーム作製工程で作製されたプリフォームの断面図及びそれを線引き加工して製造された偏波保存ファイバの断面図である。
【図１０】その他の実施形態に係る別の偏波保存ファイバの製造方法におけるプリフォーム作製工程で作製されたプリフォームの断面図及びそれを線引き加工して製造された偏波保存ファイバの断面図である。
【図１１】従来の製造方法で作製されたプリフォームの断面図である。
【図１２】従来の製造方法で製造されたＰＣファイバの斜視図である。
【符号の説明】
１０，７４，８４，９５，１０５ プリフォーム
１１，１１’７１，８１，９１，１０１ 石英ロッド
１１ａ，７１ａ，９１ａ，９３ａ ロッド本体部
１１ｂ，７１ｂ，９１ｂ，９３ｂ 保護部
１２，１２’ 石英キャピラリ
１３，１３’，７３，８３，９４，１０４ サポート管
２１ 細ロッド材
２２ 細パイプ材
３１ ロッド材
３２ パイプ材
４０ 加熱炉
７２，８２，９２，１０２ 第２石英ロッド
７５，８５，９６，１０６，１１０，１１０’ コア
７６，８６，９７，１０７，１２０ クラッド
７７，８７ 光ファイバ
９３，１０３ 第３石英ロッド
９８，１０８ 応力付与部
９９，１０９ 偏波保存ファイバ
１００，１００’ ＰＣファイバ
１２０ａ 細孔
１３０ 被覆部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバ断面に所定の物質がドープされた部分を有する光ファイバの製造方法、及び、ファイバ中心に設けられ所定の物質がドープされた石英で形成されたコアと、そのコアを被覆するように設けられコアに沿って延びる複数の細孔がコアを囲うように形成されたクラッドと、を有し、クラッドの複数の細孔がファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を形成したフォトニッククリスタルファイバ（以下「ＰＣファイバ」と略する）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に光ファイバ増幅器には、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素がドープされたコアと、そのコアを被覆するクラッドと、からなる光ファイバが用いられている。
【０００３】
特開２００２−５５２３９号公報には、クラッドにコアに沿って延びる複数の細孔がコアを囲うように形成されたＰＣファイバであって、コアにエルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素をドープしたものを光ファイバ増幅器に用いることが開示されており、これによって、極めて効率が高く且つ雑音特性に優れた光ファイバ増幅器を得ることができる、との内容が記載されている。
【０００４】
また、同公報には、かかるＰＣファイバの製造方法として、筒状のサポート管に、エルビウムがドープされた石英ロッドと、複数の石英キャピラリと、を石英ロッドが中心軸位置に配置されるように充填してプリフォームを作製するプリフォーム作製工程と、そのプリフォームを加熱及び延伸してファイバ状に線引きする線引き工程、とを備えたものが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、石英は、エルビウムやゲルマニウム等がドープされることによって純粋石英よりも軟化温度が低くなることが知られている。そして、上記のＰＣファイバの製造方法において、純粋石英製の石英キャピラリを用いた場合、以下のような問題が生じる。
【０００６】
線引き工程でプリフォームを加熱した際には、温度上昇に伴って、図１１に示すような石英ロッド１１’及び石英キャピラリ１２’がサポート管１３’に充填されたプリフォーム１０’の状態から、まず、軟化温度の低い石英ロッド１１’のみが軟化した状態となり、次いで、温度が上昇すると、石英キャピラリ１２’もが軟化した状態となり、隣接するもの同士が相互に融着し合い、ＰＣファイバが製造される。図１２に示すように、このとき製造されるＰＣファイバ１００’は、コア１１０’が断面略六角形に形成されたものとなったり、コア１１０’に空洞が形成されたものとなったりすることがある。これは、石英ロッド１１’が軟化した際には純粋石英製の石英キャピラリ１２’がまだ軟化せず、従って、石英ロッド１１’の軟化物が隣接していた石英キャピラリ１２’との間に形成していた空隙に流動するためであると考えられる。そして、このようにコア１１０’が非円形であったり空洞を有するＰＣファイバでは、安定した光の伝搬特性を得ることができない。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、線引き工程において所定の物質がドープされた部分の断面変形を抑制することができる光ファイバの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する第１の解決手段は、ファイバ断面に所定の物質がドープされた部分を有する光ファイバの製造方法であって、
上記所定の物質がドープされたロッド本体部と該ロッド本体部の外周を被覆するように設けられ該ロッド本体部よりも軟化温度が高い保護部とが一体となった石英ロッドと、該石英ロッドの周囲に配設された複数の第２石英ロッド及び／又は複数の石英キャピラリと、を束ねたプリフォームを作製するプリフォーム作製工程と、
上記プリフォームを加熱及び延伸することによりファイバー状に線引きする線引き工程と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記のようにすれば、線引き工程でプリフォームを加熱した際には、温度上昇に伴って、まず、軟化温度の低いロッド本体部のみが軟化した状態となるが、ロッド本体部を被覆する保護部がロッド本体部よりも軟化温度が高いので、ロッド本体部の軟化物の流動が保護部によって規制され、それによって所定の物質がドープされたロッド本体部の断面変形を抑止することができる。
【００１０】
ここで、第１の解決手段によって製造される光ファイバにおけるファイバ断面の所定の物質がドープされた部分とは、光ファイバのコア部分の他、いわゆるＰＡＮＤＡファイバ等の偏波保存ファイバにおけるホウ素（Ｂ）等の石英の熱膨張係数を変化させる物質がドープされた応力付与部分等である。
【００１１】
第２の解決手段は、ファイバ中心に設けられ所定の物質がドープされた石英で形成されたコアと、該コアを被覆するように設けられ該コアに沿って延びる複数の細孔が該コアを囲うように形成されたクラッドと、を有し、該クラッドの複数の細孔がファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を形成した光ファイバの製造方法であって、
上記所定の物質がドープされたロッド本体部と該ロッド本体部の外周を被覆するように設けられ該ロッド本体部よりも軟化温度が高い保護部とが一体となった石英ロッドと、該石英ロッドを中心軸位置としてその周囲に配設された複数の石英キャピラリと、を束ねたプリフォームを作製するプリフォーム作製工程と、
上記プリフォームを加熱及び延伸することによりファイバー状に線引きする線引き工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記のようにすれば、線引き工程でプリフォームを加熱した際には、温度上昇に伴って、まず、軟化温度の低いロッド本体部のみが軟化した状態となるが、ロッド本体部を被覆する保護部がロッド本体部よりも軟化温度が高いので、ロッド本体部の軟化物の流動が保護部によって規制され、それによって所定の物質がドープされたロッド本体部の断面変形を抑止することができる。
【００１３】
ここで、石英の軟化温度は、純粋石英が最も高く、エルビウム（Ｅｒ）やゲルマニウム（Ｇｅ）の物質のドープ量が多くなるに従って低くなる。また、その軟化温度の低下度合いは、ドープされる物質の種類に依存する。そして、かかる物質としては、例えば、リン（Ｐ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、フッ素（Ｆ）、ホウ素（Ｂ）、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素、アルミニウム（Ａｌ）、アンチモン（Ｓｂ）等を挙げることができる。
【００１４】
第１又は第２の解決手段では、上記所定の物質がドープされた細ロッド材を細パイプ材に内嵌めし、該細ロッド材と該細パイプ材との間に気泡が残らないようにそれらを融着させる石英ロッド作製工程により上記石英ロッドを作製するようにしてもよい。
【００１５】
この場合、第１又は第２の解決手段では、上記細ロッド材と上記細パイプ材との融着を、それらの表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気下で行うことが好ましい。
【００１６】
このようにすれば、細ロッド材と細パイプ材との間への水分の侵入が阻止され、それらの表面に水酸基が形成されたり、それらの間に水分が残留するのが防止されるので、製造されるＰＣファイバの水酸基及び水分に起因する伝送損失を抑えることができるからである。ここで、水酸基の形成が不能であるガスとは、例えば、アルゴン（Ａｒ）等の希ガス、塩素ガス（Ｃｌ２）、窒素ガス（Ｎ２）等を挙げることができる。特に、塩素ガス（Ｃｌ２）は、細ロッド材や細パイプ材の表面に形成された水酸基を除去する機能を有するので好適である。
【００１７】
第１又は第２の解決手段では、上記所定の物質がドープされたロッド材をパイプ材に挿入し、該ロッド材と該パイプ材との間に気泡が残らないようにそれらを加熱及び延伸して融着させる石英ロッド作製工程により上記石英ロッドを作製するようにしてもよい。
【００１８】
このようにすれば、ロッド材及びパイプ材は細ロッド材及び細パイプ材よりも取り扱いが容易であるので、簡便に石英ロッドを作製することができる。
【００１９】
この場合、第１又は第２の解決手段では、上記ロッド材と上記パイプ材との加熱及び延伸による融着を、それらの表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気下で行うことが好ましい。
【００２０】
このようにすれば、ロッド材とパイプ材との間への水分の侵入が阻止され、それらの表面に水酸基が形成されたり、それらの間に水分が残留するのが防止されるので、製造されるＰＣファイバの水酸基及び水分に起因する伝送損失を抑えることができるからである。ここで、水酸基の形成が不能であるガスとしては、例えば、アルゴン（Ａｒ）等の希ガス、塩素ガス（Ｃｌ２）、窒素ガス（Ｎ２）等を挙げることができる。特に、塩素ガス（Ｃｌ２）は、ロッド材やパイプ材の表面に形成された水酸基を除去する機能を有するので好適である。
【００２１】
また、第１又は第２の解決手段では、上記ロッド材と上記パイプ材との間を減圧しながらそれらを加熱及び延伸して融着させるようにしてもよい。
【００２２】
このようにすれば、ロッド材とパイプ材との間に存在する水酸基及び水分が減ぜられ、それによって石英ロッドに水酸基及び水分が含まれるのを防止することができ、製造されるＰＣファイバの水酸基及び水分に起因する伝送損失を抑えることができる。
【００２３】
第３の解決手段は、ファイバ断面に所定の物質がドープされた部分を有する光ファイバの製造方法であって、
上記所定の物質がドープされた石英ロッドと、該石英ロッドの周囲に配設され少なくとも該石英ロッドに隣接したものが該石英ロッドよりも軟化温度が低い複数の第２石英ロッド及び／又は複数の石英キャピラリと、を束ねたプリフォームを作製するプリフォーム作製工程と、
上記プリフォームを加熱及び延伸することによりファイバ状に線引きする線引き工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００２４】
上記のようにすれば、線引き工程でプリフォームを加熱した際には、温度上昇に伴って、石英ロッドよりも先にその周囲の第２石英ロッド及び／又は石英キャピラリが軟化した状態となり、第２石英ロッド及び／又は石英キャピラリの軟化物が石英ロッド周囲の空隙に流動するので、石英ロッドが軟化してもその流動が規制され、それによって所定の物質がドープされた石英ロッドの断面変形を抑止することができる。
【００２５】
ここで、第３の解決手段によって製造される光ファイバにおけるファイバ断面の所定の物質がドープされた部分とは、光ファイバのコア部分の他、いわゆるＰＡＮＤＡファイバ等の偏波保存ファイバにおけるホウ素（Ｂ）等の石英の熱膨張係数を変化させる物質がドープされた応力付与部分等である。
【００２６】
第４の解決手段は、ファイバ中心に設けられ所定の物質がドープされた石英で形成されたコアと、該コアを被覆するように設けられ該コアに沿って延びる複数の細孔が該コアを囲うように形成されたクラッドと、を有し、該クラッドの複数の細孔がファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を形成した光ファイバの製造方法であって、
上記所定の物質がドープされた石英ロッドと、該石英ロッドを中心軸位置としてその周囲に配設され少なくとも該石英ロッドに隣接したものが該石英ロッドよりも軟化温度が低い複数の石英キャピラリと、を束ねたプリフォームを作製するプリフォーム作製工程と、
上記プリフォームを加熱及び延伸することによりファイバ状に線引きする線引き工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００２７】
上記のようにすれば、線引き工程でプリフォームを加熱した際には、温度上昇に伴って、石英ロッドよりも先にその周囲の石英キャピラリが軟化した状態となり、石英キャピラリの軟化物が石英ロッド周囲の空隙に流動するので、石英ロッドが軟化してもその流動が規制され、それによって所定の物質がドープされた石英ロッドの断面変形を抑止することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、第１〜４の解決手段によれば、線引き工程でプリフォームを加熱した際には、所定の物質がドープされた部分の断面変形を抑止することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
（実施形態１）
本発明の実施形態１に係るＰＣファイバの製造方法について工程を追って説明する。
【００３１】
＜石英ロッド作製工程＞
まず、図１（ａ）に示すように、塩素ガス等の石英表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気下で、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素やゲルマニウム（Ｇｅ）などがドープされた石英で形成された円柱棒状の細ロッド材２１を純粋石英で形成された円筒状の細パイプ材２２（例えば、外径が５００μｍで内径が４００μｍ）に内嵌めする。細パイプ材２２は、その軟化温度が細ロッド材２１の軟化温度よりも高ければ、他のものであってもよい。
【００３２】
次いで、図１（ｂ）に示すように、細パイプ材２２の長手方向に沿って外側から火炎をあて、細ロッド材２１と細パイプ材２２との間に気泡が残らないようにそれらを融着させることにより石英ロッド１１を作製する。作製された石英ロッド１１は、図１（ｃ）に示すように、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素やゲルマニウム（Ｇｅ）などがドープされたロッド本体部１１ａと、そのロッド本体部１１ａの外周を被覆するように設けられた保護部１１ｂと、が一体となったものとなる。
【００３３】
＜プリフォーム作製準備工程＞
石英ロッド作製工程で作製した石英ロッド１１を１本と、その石英ロッド１１と同一外径の純粋石英で形成された石英キャピラリ１２を１６８本と、円柱体に断面正６角形の孔が中心軸に沿って設けられ純粋石英で形成されたサポート管１３を１つと、を準備する。サポート管１３の断面正六角形の各辺の長さは、石英キャピラリ１２が８本並ぶように寸法設定されている。
【００３４】
＜プリフォーム作製工程＞
サポート管１３の内壁の一つの面を敷きつめるようにして８本の石英キャピラリ１２を並列に並べて第１層を形成し、形成された第１層における一対の石英キャピラリ１２の間に配置されるように石英キャピラリ１２を載せてゆき第２層を形成する（第２層は９本の石英キャピラリ１２で構成される）。このようにして第７層まで石英キャピラリ１２を充填する。そして、第８層も第７層までと同様にして石英キャピラリ１２の充填を行うが、真ん中に配置される第８番目のものだけは石英キャピラリ１２ではなく石英ロッド１１を配置する。続いて、第１５層まで石英キャピラリ１２を充填する。以上のようにしてサポート管１３に石英ロッド１１及び石英キャピラリ１２を最密充填したプリフォーム１０を作製する。作製されたプリフォーム１０は、図２に断面を示すように、サポート管１３内で、石英ロッド１１が中心軸位置に配置され、その石英ロッド１１と１６８本の石英キャピラリ１２とが束ねられたものとなる。
【００３５】
＜線引き工程＞
サポート管１３に石英ロッド１１及び石英キャピラリ１２を充填して作製したプリフォーム１０を加熱及び延伸してファイバ状に線引きする。このとき、プリフォーム１０の温度上昇に伴って、まず、軟化温度の低いロッド本体部１１ａのみが軟化した状態となるが、ロッド本体部１１ａを被覆する保護部１１ｂがロッド本体部１１ａよりも軟化温度が高いので、ロッド本体部１１ａの軟化物の流動が保護部１１ｂによって規制される。そして、全体的に温度がさらに上昇すると、隣接する石英キャピラリ１２同士、石英キャピラリ１２とサポート管１３、石英キャピラリ１２と石英ロッド１１が相互に融着一体化する。そうして、図３に示すように、ファイバ中心に設けられエルビウム（Ｅｒ）等がドープされた石英で形成された断面円形のコア１１０と、そのコア１１０を被覆するように設けられコア１１０に沿って延びる１６８個の細孔１２ａがコア１１０を囲うように形成されたクラッド１２０と、これらを被覆するように設けられた被覆部１３０とを有するＰＣファイバ１００が製造される。このＰＣファイバ１００は、クラッド１２０の１６８個の細孔１２ａが三角格子を構成してファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を形成したものである。なお、線引きは、プリフォーム１０の内部を塩素ガス等のプリフォーム１０表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気として行ってもよい。
【００３６】
このＰＣファイバ１００の製造方法によれば、線引き工程でプリフォーム１０を加熱した際には、温度上昇に伴って、まず、軟化温度の低いロッド本体部１１ａのみが軟化した状態となるが、ロッド本体部１１ａを被覆する保護部１１ｂがロッド本体部１１ａよりも軟化温度が高いので、ロッド本体部１１ａの軟化物の流動が保護部１１ｂによって規制され、それによってエルビウム（Ｅｒ）などの元素がドープされたロッド本体部１１ａの断面変形を抑止することができる。
【００３７】
また、石英ロッド１１の作製の際、細ロッド材２１と細パイプ材２２との融着をそれらの表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気下で行うようにしており、それによって細ロッド材２１と細パイプ材２２との間への水分の侵入が阻止され、それらの表面に水酸基が形成されたり、それらの間に水分が残留するのが防止されるので、製造されるＰＣファイバ１００の水酸基及び水分に起因する伝送損失を抑えることができる。
【００３８】
次に、４種の組み合わせでそれぞれ製造したＰＣファイバについて、その断面のコアの形態を観察した結果を表１に示す。ここで、軟化温度は、純粋石英、純粋石英に対して比屈折率差が０．１％となるようにゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされた石英、純粋石英に対して比屈折率差が１％となるようにゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされた石英の順に低くなる。
【００３９】
【表１】
この結果より明らかなように、ロッド本体部よりも保護部の軟化温度を高くすることにより、線引きの際にロッド本体部の断面形態の変化を抑止することができる。
【００４１】
（実施形態２）
本発明の実施形態２に係るＰＣファイバの製造方法は石英ロッド作製工程のみが実施形態１と異なる。なお、図中、実施形態１のものと同一名称のものは同一符号で示す。
【００４２】
＜石英ロッド作製工程＞
まず、図４（ａ）に示すように、塩素ガス等の石英表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気下で、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素やゲルマニウム（Ｇｅ）などがドープされた石英で形成された円柱棒状のロッド材３１を純粋石英で形成された円筒状のパイプ材３２（例えば、外径が１２ｍｍで内径が１０ｍｍ）に挿入して内嵌めする。パイプ材３２は、ロッド材３１よりも軟化温度が高ければ、他のものであってもよい。
【００４３】
次いで、図４（ｂ）に示すように、塩素ガス等の石英表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気下で、ロッド材３１とパイプ材３２との間に気泡が残らないようにそれらを加熱炉４０で加熱及び延伸（例えば、外径５００μｍ程度まで）して融着させる。作製された石英ロッド１１は、図４（ｃ）に示すように、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素やゲルマニウム（Ｇｅ）などがドープされたロッド本体部１１ａと、そのロッド本体部１１ａの外周を被覆するように設けられた保護部１１ｂと、が一体となったものとなる。
【００４４】
このＰＣファイバの製造方法によれば、ロッド材３１及びパイプ材３２は細ロッド材２１及び細パイプ材２２よりも取り扱いが容易であるので、実施形態１の場合よりも簡便に石英ロッド１１を作製することができる。
【００４５】
また、ロッド材３１とパイプ材３２とをそれらの表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気下で加熱及び延伸して融着させるようにしており、ロッド材３１とパイプ材３２との間への水分の侵入が阻止され、それらの表面に水酸基が形成されたり、それらの間に水分が残留するのが防止されるので、製造されるＰＣファイバの水酸基及び水分に起因する伝送損失を抑えることができる。
【００４６】
（実施形態３）
本発明の実施形態３に係るＰＣファイバの製造方法は石英ロッド作製工程のみが実施形態１と異なる。なお、図中、実施形態１のものと同一名称のものは同一符号で示す。
【００４７】
＜石英ロッド作製工程＞
まず、図５（ａ）に示すように、塩素ガス等の石英表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気下で、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素やゲルマニウム（Ｇｅ）などがドープされた石英で形成された円柱棒状のロッド材３１を純粋石英で形成された円筒状のパイプ材３２（例えば、外径が５００μｍで内径が４００μｍ）に挿入して内嵌めする。パイプ材３２は、軟化温度がロッド材３１よりも高ければ、他のものであってもよい。
【００４８】
次いで、図５（ｂ）に示すように、ロッド材３１とパイプ材３２との間を真空ポンプによって減圧しながら、ロッド材３１とパイプ材３２との間に気泡が残らないようにそれらを加熱炉４０で加熱及び延伸（例えば、外径５００μｍ程度まで）して融着させる。作製された石英ロッド１１は、図５（ｃ）に示すように、エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素やゲルマニウム（Ｇｅ）などがドープされたロッド本体部１１ａと、そのロッド本体部１１ａの外周を被覆するように設けられた保護部１１ｂと、が一体となったものとなる。
【００４９】
このＰＣファイバの製造方法によれば、ロッド材３１とパイプ材３２との間を減圧しながらそれらを加熱及び延伸して融着させるようにしており、ロッド材３１とパイプ材３２との間に存在する水酸基及び水分が減ぜられるので、石英ロッド１１に水酸基及び水分が含まれるのを防止することができ、それによって製造されるＰＣファイバの水酸基及び水分に起因する伝送損失を抑えることができる。
【００５０】
（実施形態４）
本発明の実施形態４に係るＰＣファイバの製造方法について工程を追って説明する。なお、図中、実施形態１のものと同一名称のものは同一符号で示す。
【００５１】
＜プリフォーム作製準備工程＞
エルビウム（Ｅｒ）等の希土類元素やゲルマニウム（Ｇｅ）などがドープされた石英で形成された石英ロッド１１を１本と、その石英ロッド１１と同一外径で石英ロッド１１よりも軟化温度が低くなるように所定の元素がドープされた石英で形成された石英キャピラリ１２を１６８本と、円柱体に断面正６角形の孔が中心軸に沿って設けられ石英キャピラリ１２と同一の石英で形成されたサポート管１３を１つと、を準備する。サポート管１３の断面正六角形の各辺の長さは、石英キャピラリ１２が８本並ぶように寸法設定されている。
【００５２】
＜プリフォーム作製工程＞
サポート管１３の内壁の一つの面を敷きつめるようにして８本の石英キャピラリ１２を並列に並べて第１層を形成し、形成された第１層における一対の石英キャピラリ１２の間に配置されるように石英キャピラリ１２を載せてゆき第２層を形成する（第２層は９本の石英キャピラリ１２で構成される）。このようにして第７層まで石英キャピラリ１２を充填する。そして、第８層も第７層までと同様にして石英キャピラリ１２の充填を行うが、真ん中に配置される第８番目のものだけは石英キャピラリ１２ではなく石英ロッド１１を配置する。続いて、第１５層まで石英キャピラリ１２を充填する。以上のようにしてサポート管１３に石英ロッド１１及び石英キャピラリ１２を最密充填したプリフォーム１０を作製する。作製されたプリフォーム１０は、図６に断面を示すように、サポート管１３内で、石英ロッド１１が中心軸位置に配置され、その石英ロッド１１と１６８本の石英キャピラリ１２とが束ねられたものとなる。
【００５３】
＜線引き工程＞
サポート管１３に石英ロッド１１及び石英キャピラリ１２を充填して作製したプリフォーム１０を加熱及び延伸してファイバ状に線引きする。このとき、プリフォーム１０の温度上昇に伴って、石英ロッド１１よりも先にその周囲の石英キャピラリ１２が軟化した状態となり、石英キャピラリ１２の軟化物が石英ロッド１１周囲の空隙に流動するので、石英ロッド１１が軟化してもその流動が規制される。そして、全体的に温度がさらに上昇すると、隣接する石英キャピラリ１２同士、石英キャピラリ１２とサポート管１３、石英キャピラリ１２と石英ロッド１１が相互に融着一体化する。そうして、実施形態１の場合と同一の形態のＰＣファイバが製造される。なお、線引きは、プリフォーム１０内部を塩素ガス等のプリフォーム１０表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気として、又は、予め石英キャピラリ１２の両端を封止した上でプリフォーム１０の内部を減圧しながら行ってもよい。
【００５４】
このＰＣファイバの製造方法によれば、線引き工程でプリフォーム１０を加熱した際には、温度上昇に伴って、石英ロッド１１よりも先にその周囲の石英キャピラリ１２が軟化した状態となり、石英キャピラリ１２の軟化物が石英ロッド１１周囲の空隙に流動するので、石英ロッド１１が軟化してもその流動が規制され、それによって所定の元素がドープされた石英ロッド１１の断面変形を抑止することができる。
【００５５】
（その他の実施形態）
上記実施形態１〜４では、ＰＣファイバを製造するものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、ゲルマニウム（Ｇｅ）等がドープされたロッド本体部７１ａとそのロッド本体部７１ａの外周を被覆するように設けられロッド本体部７１ａよりも軟化温度が高い保護部７１ｂとが一体となった石英ロッド７１と、その石英ロッド７１を中心に配置してその周囲に配設された第２石英ロッド７２と、を束ねてサポート管７３に充填したプリフォーム７４を線引きし、ファイバ中心をなすゲルマニウム（Ｇｅ）等がドープされたコア７５とそのコア７５を被覆するように設けられたクラッド７６とからなる光ファイバ７７を製造するものであってもよい。
【００５６】
また、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、ゲルマニウム（Ｇｅ）等がドープされた石英ロッド８１と、その石英ロッド８１の周囲に配設され少なくとも石英ロッド８１に隣接したものが石英ロッド８１よりも軟化温度が低い複数の第２石英ロッド８２と、を束ねてサポート管８３に充填したプリフォーム８４を線引きし、ファイバ中心をなすゲルマニウム（Ｇｅ）等がドープされたコア８５とそのコア８５を被覆するように設けられたクラッド８６とからなる光ファイバ８７を製造するものであってもよい。
【００５７】
また、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、ゲルマニウム（Ｇｅ）等がドープされたロッド本体部９１ａとそのロッド本体部９１ａの外周を被覆するように設けられロッド本体部９１ａよりも軟化温度が高い保護部９１ｂとが一体となった石英ロッド９１と、その石英ロッド９１を中心に配置してその周囲に配設された第２石英ロッド９２と、石英ロッド９１の両側に配置され、ホウ素（Ｂ）等がドープされたロッド本体部９３ａとそのロッド本体部９３ａの外周を被覆するように設けられロッド本体部９３ａよりも軟化温度が高い保護部９３ｂとが一体となった第３石英ロッド９３と、を束ねてサポート管９４に充填したプリフォーム９５を線引きし、ファイバ中心をなすゲルマニウム（Ｇｅ）等がドープされたコア９６とそのコア９６を被覆するように設けられたクラッド９７とコア９６の両側に設けられた応力付与部９８とを有する偏波保存ファイバ９９を製造するものであってもよい。
【００５８】
また、図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、ゲルマニウム（Ｇｅ）等がドープされた石英ロッド１０１と、その石英ロッド１０１の両側に配置され、ホウ素（Ｂ）等がドープされた第３石英ロッド１０３と、その石英ロッド１０１及び第３石英ロッド１０３の周囲に配設され少なくとも石英ロッド１０１及び第３石英ロッド１０３に隣接したものがそれらよりも軟化温度が低い複数の第２石英ロッド１０２と、を束ねてサポート管１０４に充填したプリフォーム１０５を線引きし、ファイバ中心をなすゲルマニウム（Ｇｅ）等がドープされたコア１０６とそのコア１０６を被覆するように設けられたクラッド１０７とコア１０６の両側に設けられた応力付与部１０８とを有する偏波保存ファイバ１０９を製造するものであってもよい。
【００５９】
また、上記実施形態１〜４では、石英キャピラリ１２とサポート管１３とを同一の石英で形成したが、特にこれに限定されるものではなく、肉厚のサポート管１３が早期に軟化するように、軟化温度の低い、つまり、何かの元素がドープされた石英で形成されたサポート管を用いるようにしてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態１〜３では、細ロッド材２１及び細パイプ材２２並びにロッド材３１及びパイプ材３２を用いて石英ロッド１１を作製したが、特にこれに限定されるものではなく、ＶＡＤ法（Ｖａｐｏｒ−ｐｈａｓｅ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）やＭＣＶＤ法（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等によって作製してもよい。
【００６１】
また、上記実施形態１〜３では、石英ロッド１１をロッド本体部１１ａと保護部１１ｂとの２層構造としたが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、エルビウム（Ｅｒ）がドープされた石英でロッド中心が形成され、ゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされた石英でその外側層が形成され、最外層が純粋石英で形成された３層構造のものであってもよい。かかる石英ロッドの製造方法として、ＶＡＤ法やＭＣＶＤ法の他、ＭＣＶＤ法によってパイプ材内側にゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされた石英を堆積させ、それにエルビウム（Ｅｒ）がドープされた石英のロッド材を挿入し、内部を減圧しながらそれを加熱及び延伸する方法、パイプ材（例えば、外径が５ｍｍで内径が３ｍｍ）にエルビウム（Ｅｒ）がドープされた１本の石英のロッド材（例えば、外径が１ｍｍ）とゲルマニウム（Ｇｅ）がドープされた複数本の石英のロッド材（例えば、外径が１ｍｍ）とを、前者が中心となって後者がそれを囲うように充填し、内部を減圧しながらそれを加熱及び延伸（例えば、外径が５００μｍ程度まで）する方法等がある。
【００６２】
また、上記実施形態４では、全ての石英キャピラリ１２を石英ロッド１１よりも軟化温度が低いものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、少なくとも石英ロッド１１に隣接した６本の石英キャピラリ１２が石英ロッド１１よりも軟化温度が低ければよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係る石英ロッド作製工程の説明図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るプリフォーム作製工程で作製されたプリフォームの断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る製造方法で製造されたＰＣファイバの斜視図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る石英ロッド作製工程の説明図である。
【図５】本発明の実施形態３に係る石英ロッド作製工程の説明図である。
【図６】本発明の実施形態４に係るプリフォーム作製工程で作製されたプリフォームの断面図である。
【図７】その他の実施形態に係る光ファイバの製造方法におけるプリフォーム作製工程で作製されたプリフォームの断面図及びそれを線引き加工して製造された光ファイバの断面図である。
【図８】その他の実施形態に係る他の光ファイバの製造方法におけるプリフォーム作製工程で作製されたプリフォームの断面図及びそれを線引き加工して製造された光ファイバの断面図である。
【図９】その他の実施形態に係る偏波保存ファイバの製造方法におけるプリフォーム作製工程で作製されたプリフォームの断面図及びそれを線引き加工して製造された偏波保存ファイバの断面図である。
【図１０】その他の実施形態に係る別の偏波保存ファイバの製造方法におけるプリフォーム作製工程で作製されたプリフォームの断面図及びそれを線引き加工して製造された偏波保存ファイバの断面図である。
【図１１】従来の製造方法で作製されたプリフォームの断面図である。
【図１２】従来の製造方法で製造されたＰＣファイバの斜視図である。
【符号の説明】
１０，７４，８４，９５，１０５ プリフォーム
１１，１１’７１，８１，９１，１０１ 石英ロッド
１１ａ，７１ａ，９１ａ，９３ａ ロッド本体部
１１ｂ，７１ｂ，９１ｂ，９３ｂ 保護部
１２，１２’ 石英キャピラリ
１３，１３’，７３，８３，９４，１０４ サポート管
２１ 細ロッド材
２２ 細パイプ材
３１ ロッド材
３２ パイプ材
４０ 加熱炉
７２，８２，９２，１０２ 第２石英ロッド
７５，８５，９６，１０６，１１０，１１０’ コア
７６，８６，９７，１０７，１２０ クラッド
７７，８７ 光ファイバ
９３，１０３ 第３石英ロッド
９８，１０８ 応力付与部
９９，１０９ 偏波保存ファイバ
１００，１００’ ＰＣファイバ
１２０ａ 細孔
１３０ 被覆部
Claims (9)
- ファイバ断面に所定の物質がドープされた部分を有する光ファイバの製造方法であって、
上記所定の物質がドープされたロッド本体部と該ロッド本体部の外周を被覆するように設けられ該ロッド本体部よりも軟化温度が高い保護部とが一体となった石英ロッドと、該石英ロッドの周囲に配設された複数の第２石英ロッド及び／又は複数の石英キャピラリと、を束ねたプリフォームを作製するプリフォーム作製工程と、
上記プリフォームを加熱及び延伸することによりファイバー状に線引きする線引き工程と、
を備えたことを特徴とする光ファイバの製造方法。 - ファイバ中心に設けられ所定の物質がドープされた石英で形成されたコアと、該コアを被覆するように設けられ該コアに沿って延びる複数の細孔が該コアを囲うように形成されたクラッドと、を有し、該クラッドの複数の細孔がファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を形成した光ファイバの製造方法であって、
上記所定の物質がドープされたロッド本体部と該ロッド本体部の外周を被覆するように設けられ該ロッド本体部よりも軟化温度が高い保護部とが一体となった石英ロッドと、該石英ロッドを中心軸位置としてその周囲に配設された複数の石英キャピラリと、を束ねたプリフォームを作製するプリフォーム作製工程と、
上記プリフォームを加熱及び延伸することによりファイバー状に線引きする線引き工程と、
を備えたことを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 請求項１又は２に記載された光ファイバの製造方法において、
上記所定の物質がドープされた細ロッド材を細パイプ材に内嵌めし、該細ロッド材と該細パイプ材との間に気泡が残らないようにそれらを融着させることにより上記石英ロッドを作製する石英ロッド作製工程をさらに備えたことを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 請求項３に記載された光ファイバの製造方法において、
上記細ロッド材と上記細パイプ材との融着を、それらの表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気下で行うことを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 請求項１又は２に記載された光ファイバの製造方法において、
上記所定の物質がドープされたロッド材をパイプ材に挿入し、該ロッド材と該パイプ材との間に気泡が残らないようにそれらを加熱及び延伸して融着させることにより上記石英ロッドを作製する石英ロッド作製工程をさらに備えたことを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 請求項５に記載された光ファイバの製造方法において、
上記ロッド材と上記パイプ材との加熱及び延伸による融着を、それらの表面への水酸基の形成が不能であるガス雰囲気下で行うことを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 請求項５に記載された光ファイバの製造方法において、
上記ロッド材と上記パイプ材との間を減圧しながらそれらを加熱及び延伸して融着させることを特徴とする光ファイバの製造方法。 - ファイバ断面に所定の物質がドープされた部分を有する光ファイバの製造方法であって、
上記所定の物質がドープされた石英ロッドと、該石英ロッドの周囲に配設され少なくとも該石英ロッドに隣接したものが該石英ロッドよりも軟化温度が低い複数の第２石英ロッド及び／又は複数の石英キャピラリと、を束ねたプリフォームを作製するプリフォーム作製工程と、
上記プリフォームを加熱及び延伸することによりファイバ状に線引きする線引き工程と、
を備えたことを特徴とする光ファイバの製造方法。 - ファイバ中心に設けられ所定の物質がドープされた石英で形成されたコアと、該コアを被覆するように設けられ該コアに沿って延びる複数の細孔が該コアを囲うように形成されたクラッドと、を有し、該クラッドの複数の細孔がファイバ半径方向にフォトニッククリスタル構造を形成した光ファイバの製造方法であって、
上記所定の物質がドープされた石英ロッドと、該石英ロッドを中心軸位置としてその周囲に配設され少なくとも該石英ロッドに隣接したものが該石英ロッドよりも軟化温度が低い複数の石英キャピラリと、を束ねたプリフォームを作製するプリフォーム作製工程と、
上記プリフォームを加熱及び延伸することによりファイバ状に線引きする線引き工程と、
を備えたことを特徴とする光ファイバの製造方法。
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|---|---|---|---|---|
| JP2006089317A (ja) * | 2004-09-22 | 2006-04-06 | Nippon Electric Glass Co Ltd | ガラスプリフォーム及びその製造方法並びに光導波材料 |
-
2002
- 2002-07-16 JP JP2002206410A patent/JP3950019B2/ja not_active Expired - Lifetime
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