JP2004307250A - 光ファイバ及び光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ファイバ軸方向に延びる空孔を有し設計値により近い光伝送特性を得ることができる光ファイバ及び光ファイバを製造する方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る光ファイバの製造方法は、ファイバ軸方向に延びる空孔１３_１〜１３_４を有する光ファイバ１０を製造する方法であって、空孔となるべき孔２３_１〜２３_４を有する光ファイバ母材２０を用意する工程と、光ファイバ母材の孔内を加圧しながら、０．７８［Ｎ］以上の線引張力で光ファイバ母材を線引きする工程とを備えることを特徴とする。これにより、空孔１３_１〜１３_４の変形を抑制することができるので、設計値により近い光伝送特性を得ることが可能である。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバ軸方向に延びる空孔を有する光ファイバ及び光ファイバを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ファイバ軸方向に延びる空孔を有する光ファイバには、ホーリーファイバやフォトニック結晶ファイバと呼ばれるものがある。以下、このようなファイバ軸方向に延びる空孔を有する光ファイバを微細構造光ファイバと称す。
【０００３】
このような微細構造光ファイバは、ファイバ軸に直交する断面における空孔の大きさや空孔の分布を調整することでコア領域とクラッド領域との平均屈折率差を調整することができる。そのため、空孔を有さない光ファイバよりも優れた特性を得ることが可能である。例えば、波長１．５５［μｍ］で大きな負分散を得ると共に実効コア断面積を大きくすることができる微細構造光ファイバが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この提案されている微細構造光ファイバは、コア領域を順次包囲する３層のクラッド領域を有し、各クラッド領域夫々に複数の空孔が配置されている。そして、ファイバ軸に直交する断面における空孔の径の大きさを３層のクラッド領域のうち外側にいくにつれて大きくすることで上記光伝送特性が得られている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３１７３７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、微細構造光ファイバは、空孔となるべき孔を有する光ファイバ母材を線引きして製造される。孔を有する光ファイバ母材を線引きのために加熱して溶融すると、孔の界面にはその接線方向に表面張力が働く。このように孔の界面に表面張力が働いた場合、表面張力における孔の径方向への成分は孔の曲率に比例して大きくなり、孔を潰すように作用する。その結果、小さな径の孔ほど表面張力の影響で潰れやすく、その効果により線引時に孔の潰れや変形が生じていた。その結果、線引き後の光ファイバに設計通りの空孔が形成されていなかったり、空孔の形状が変形したりする場合があった。
【０００６】
上述したように、微細構造光ファイバの光伝送特性は、ファイバ軸に直交する断面における空孔の大きさや空孔の分布を調整することで得られている。したがって、微細構造光ファイバに所望の空孔が形成されていない場合や空孔が変形している場合には、光伝送特性が設計値から大きく外れる場合があった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、ファイバ軸方向に延びる空孔を有し設計値により近い光伝送特性を得ることができる光ファイバ及び光ファイバを製造する方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、微細構造光ファイバとなるべき孔を有する光ファイバ母材を線引きする際に、どのように孔の変形が生じるかに関して研究を重ねた。そして、孔内を加圧しないと光ファイバ母材の孔潰れは、光ファイバ母材を線引きしていく過程において、光ファイバ母材の直径が５［ｍｍ］程度になるまでの領域で、その８０［％］程度が生じていることを見出した。
【０００９】
即ち、線引炉のヒータ内部の領域では光ファイバ母材温度は十分に高く、粘性の観点から考えると孔は潰れやすい。しかし、孔の径は大きいので表面張力により孔が潰れる効果は小さい。これに対して、ヒータ下端より下の領域では光ファイバ母材温度が低く粘性が高いため、粘性の観点から考えると孔は潰れにくい。しかし、この領域では孔の径が非常に小さく、孔を潰すように作用する表面張力の効果は大きい。調査の結果、粘性の効果と表面張力の効果とでは、粘性の効果の方が孔潰れに対してより支配的に作用することが判明した。これが光ファイバ母材の直径が５［ｍｍ］程度までの領域で孔潰れの８０［％］程度が発生する理由である。そして、更に鋭意研究を重ねて本発明に至った。
【００１０】
すなわち、本発明に係る光ファイバの製造方法は、ファイバ軸方向に延びる空孔を有する光ファイバを製造する方法であって、空孔となるべき孔を有する光ファイバ母材を用意する工程と、光ファイバ母材の孔内を加圧しながら、０．７８［Ｎ］以上の線引張力で光ファイバ母材を線引きする工程とを備えることを特徴とする。この方法によれば、光ファイバ母材に形成されている孔を加圧しながら線引するので、孔が潰れることが抑制される。また、０．７８［Ｎ］（８０［ｇｆ］）以上の高い線引張力、つまり低い温度で線引きするのでガラス粘性が高く孔の変形も抑制することができる。
【００１１】
また、本発明に係る光ファイバにおいては、線引張力が１．１８［Ｎ］以上であることが好適である。線引張力が１．１８［Ｎ］（１２０［ｇｆ］）以上の場合、より低温で線引きすることができるので、孔の変形を更に抑制することが可能である。
【００１２】
更に、本発明に係る光ファイバにおいては、空孔の直径が２［μｍ］以下の場合、直径をｄ［μｍ］とし、孔内に加える圧力をＰ［ｋＰａ］としたときに、圧力Ｐが
【数１３】

で表される関係を満たすことが望ましい。
【００１３】
光ファイバ母材が線引炉で加熱され始めたときは、光ファイバ母材が加熱・溶融されて孔の周りの粘性は低くなるが、孔の径が大きいので表面張力の影響は小さい。そのため、孔を加圧していると、孔内に加えられた圧力の影響で孔は膨張する。一方、光ファイバ母材が線引きされて径が小さくなると、孔が小さくなることから表面張力の影響が大きくなり孔は収縮する。光ファイバの空孔の直径が２［μｍ］以下の場合、式（１３）の関係を満たすように孔に圧力を加えることで、孔の膨張と収縮とをバランスさせることができる。
【００１４】
また、空孔の直径が２［μｍ］以上４［μｍ］以下の場合、直径をｄ［μｍ］とし、孔内に加える圧力をＰ［ｋＰａ］としたときに、圧力Ｐが
【数１４】

で表される関係を満たすことが望ましい。
【００１５】
この場合、式（１４）の関係を満たすように孔に圧力を加えることで、孔の膨張と収縮とをバランスさせることができる。
【００１６】
更にまた、空孔の直径が４［μｍ］以上６［μｍ］以下の場合、直径をｄ［μｍ］とし、孔内に加える圧力をＰ［ｋＰａ］としたときに、圧力Ｐが
【数１５】

で表される関係を満たすことが好ましい。
【００１７】
この場合、式（１５）の関係を満たすように孔に圧力を加えることで、孔の膨張と収縮とをバランスさせることができる。
【００１８】
また、空孔の直径が６［μｍ］以上の場合、直径をｄ［μｍ］とし、孔内に加える圧力をＰ［ｋＰａ］としたときに、圧力Ｐが
【数１６】

で表される関係を満たすことが好ましい。
【００１９】
この場合、式（１６）の関係を満たすように孔に圧力を加えることで、孔の膨張と収縮とをバランスさせることができる。
【００２０】
更にまた、光ファイバ母材の線引き後の直径が１００［μｍ］以下となるような場合、線引張力が１．７６［Ｎ］以下となる条件で光ファイバ母材を線引きすることが好適である。線引張力が１．７６［Ｎ］（１８０［ｇｆ］）以下であれば、光ファイバ母材の線引き後の直径が１００［μｍ］の光ファイバを製造する場合でも、光ファイバが断線することを抑制できる。
【００２１】
上述した線引き後の直径を１００［μｍ］以下とする本発明に係る光ファイバの製造方法において、空孔の直径が２［μｍ］以下の場合、直径をｄ［μｍ］とし、孔内に加える圧力をＰ［ｋＰａ］としたときに、圧力Ｐが
【数１７】

で表される関係を満たすことが好適である。
【００２２】
この場合、式（１７）の関係を満たすように孔に圧力を加えることで、光ファイバの断線を抑制しつつ、孔の膨張と収縮とをバランスさせることができる。
【００２３】
更に、上述した線引き後の直径を１００［μｍ］以下とする本発明に係る光ファイバの製造方法において、空孔の直径が２［μｍ］以上４［μｍ］以下の場合、直径をｄ［μｍ］とし、孔内に加える圧力をＰ［ｋＰａ］としたときに、圧力Ｐが
【数１８】

で表される関係を満たすことが好適である。
【００２４】
この場合、式（１８）の関係を満たすように孔に圧力を加えることで、光ファイバの断線を抑制しつつ、孔の膨張と収縮とをバランスさせることができる。
【００２５】
更にまた、上述した線引き後の直径を１００［μｍ］以下とする本発明に係る光ファイバの製造方法において、空孔の直径が４［μｍ］以上６［μｍ］以下の場合、直径をｄ［μｍ］とし、孔内に加える圧力をＰ［ｋＰａ］としたときに、圧力Ｐが
【数１９】

で表される関係を満たすことが望ましい。
【００２６】
この場合、式（１９）の関係を満たすように孔に圧力を加えることで、光ファイバの断線を抑制しつつ、孔の膨張と収縮とをバランスさせることができる。
【００２７】
また、上述した線引き後の直径を１００［μｍ］以下とする本発明に係る光ファイバの製造方法において、空孔の直径が６［μｍ］以上の場合、直径をｄ［μｍ］とし、孔内に加える圧力をＰ［ｋＰａ］としたときに、圧力Ｐが
【数２０】

で表される関係を満たすことが好適である。
【００２８】
この場合、式（２０）の関係を満たすように孔に圧力を加えることで、光ファイバの断線を抑制しつつ、孔の膨張と収縮とをバランスさせることができる。
【００２９】
また、本発明に係る光ファイバは、ファイバ軸方向に延びるコア領域と、コア領域を取り囲むように設けられたクラッド領域と、コア領域及びクラッド領域のうち少なくとも一方に形成され、ファイバ軸方向に延びており、ファイバ軸に直交する断面において３層以上の層構造を形成している複数の空孔とを備え、複数の空孔のうち最外層以外の層である内層の複数の空孔夫々の最大孔径をｄ_ＭＡＸ、最小孔径をｄ_ＭＩＮとし、最大孔径ｄ_ＭＡＸ及び最小孔径ｄ_ＭＩＮを、内層の複数の空孔において平均した値をｄ_Ａとし、内層の複数の空孔夫々の第１偏差Ｄ_１［％］を
【数２１】

内層の複数の空孔夫々の第２偏差Ｄ_２［％］を
【数２２】

としたとき、内層の複数の空孔夫々の第１偏差Ｄ_１及び第２偏差Ｄ_２が何れも１０［％］以下であることを特徴とする。
【００３０】
空孔が層構造を形成している場合、最外層以外の層を構成している空孔の幾何学的形状が最外層を構成している空孔の幾何学的形状よりも光ファイバの光伝送特性に影響を与える。したがって、内層を構成している複数の空孔夫々の第１偏差Ｄ_１及び第２偏差Ｄ_２が何れも１０［％］以内になっていることで、光伝送特性を設計値により近いものとすることが可能である。
【００３１】
また、本発明に係る光ファイバは、ファイバ軸方向に延びるコア領域と、コア領域を取り囲むように設けられたクラッド領域と、コア領域及びクラッド領域のうち少なくとも一方に形成され、ファイバ軸方向に延びており、ファイバ軸に直交する断面において３層以上の層構造を形成している複数の空孔とを備え、複数の空孔夫々の最大孔径をｄ_ＭＡＸ、最小孔径をｄ_ＭＩＮとし、最大孔径ｄ_ＭＡＸ及び最小孔径ｄ_ＭＩＮを複数の空孔において平均した値をｄ_Ａとし、複数の空孔夫々の第１偏差Ｄ_１［％］を
【数２３】

複数の空孔夫々の第２偏差Ｄ_２［％］を
【数２４】

としたとき、複数の空孔夫々の第１偏差Ｄ_１及び第２偏差Ｄ_２が何れも１０［％］以下であることを特徴とする。この場合、最外層を構成している空孔まで含めて、夫々の空孔の第１偏差Ｄ_１及び第２偏差Ｄ_２が１０［％］以下となっている。そのため、光ファイバの光伝送特性を設計値により近くすることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、図面と共に本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、図中の寸法比率は、説明のものとは必ずしも一致していない。
【００３３】
図１は、本実施形態におけるファイバ軸方向に延びる空孔を有した光ファイバである微細構造光ファイバ１０の説明図である。図１（ａ）は、微細構造光ファイバ１０をファイバ軸に垂直な面で切断した時の断面を示している。微細構造光ファイバ１０は、そのファイバ軸に沿って延びるコア領域１１と、そのコア領域１１の外周を取り囲むクラッド領域１２とを備える。
【００３４】
クラッド領域１２には、コア領域１１の周囲にファイバ軸方向に延びる複数の空孔１３_１，１３_２，１３_３，１３_４が形成されている。図１に示すように、空孔１３_１〜１３_４は、コア領域１１の周りに六方格子状に配置され、４層構造を形成している。図中の点線は、空孔１３_１〜１３_４が層構造であることを示すために記載しているものであり、実際に形成されているものではない。なお、内側の層から順に第１層〜第４層とした際に、夫々の層を構成している空孔を空孔１３_１〜１３_４としている。空孔１３_１〜１３_４は、その直径をｄ［μｍ］、隣り合う空孔との中心間の距離をΛ［μｍ］としたとき、ｄ／Λが０．５以上となるように配置されている。なお、図１（ｂ）に示すように、空孔（例えば、空孔１３_４）が真円から変形している場合には、直径ｄは、空孔の最大孔径（例えば、長径）をｄ_ＭＡＸ［μｍ］及び最小孔径（例えば、短径）をｄ_ＭＩＮ［μｍ］としたときの平均値とすれば良い。
【００３５】
また、空孔１３_１〜１３_４夫々の第１偏差Ｄ_１［％］を
【数２５】

とし、第２偏差Ｄ_２［％］を
【数２６】

としたときに、空孔１３_１〜１３_４の最大孔径偏差Ｄ［％］を第１偏差Ｄ_１及び第２偏差Ｄ_２のうちより大きい方とした場合、最外層以外の層（内層）を構成している空孔１３_１〜１３_３夫々の最大孔径偏差Ｄが１０［％］以下となっている。言い換えれば、第１偏差Ｄ_１及び第２偏差Ｄ_２の何れもが１０［％］以下となっている。
【００３６】
なお、式（２５）、式（２６）において、ｄ_Ａ［μｍ］は内層を構成している空孔１３_１，１３_２，１３_３夫々の最大孔径ｄ_ＭＡＸ及び最小孔径ｄ_ＭＩＮをそれらの空孔１３_１〜１３_３において平均した場合の値である。
【００３７】
このように空孔１３_１〜１３_３の最大孔径偏差Ｄが１０［％］以下である（即ち、空孔１３_１〜１３_３の変形が小さい）ので、微細構造光ファイバ１０の波長分散特性などの光伝送特性が設計値により近いものとなっている。これは、微細構造光ファイバ１０では、内層を構成している空孔１３_１〜１３_３の幾何学的形状の方が、最外層の空孔１３_４の幾何学的形状よりも微細構造光ファイバ１０の光伝送特性に影響を与えるからである。
【００３８】
また、上記構成の微細構造光ファイバ１０では、クラッド領域１２が空孔１３_１〜１３_４を有しているので、クラッド領域１２の平均屈折率は、空孔１３_１〜１３_４を有さない場合よりも小さくなっている。そのため、コア領域１１とクラッド領域１２との屈折率差は、クラッド領域１２に空孔が形成されていない場合に比べて大きくなっている。
【００３９】
次に、上記微細構造光ファイバ１０を製造する方法について説明する。まず、微細構造光ファイバ１０となるべき光ファイバ母材２０を用意する。図２は、光ファイバ母材２０を、その長手方向に直交する平面で切断した断面図である。光ファイバ母材２０は、図２に示すように、コア領域１１となるべき第１領域２１、及び、クラッド領域１２となるべき第２領域２２を備えている。第１領域２１と第２領域２２とは同一の組成とする。また、第２領域２２には空孔１３_１，１３_２，１３_３，１３_４となるべき貫通孔２３_１，２３_２，２３_３，２３_４が形成されている。貫通孔２３_１〜２３_４は、図２に示すように長手方向に直交する断面において第１領域２１の周囲に六方格子状に、４層構造で配置されている。図２中の点線は、図１（ａ）の点線と同様に、貫通孔２３_１〜２３_４が層構造となっていることを示すために描いたものである。
【００４０】
この光ファイバ母材２０は、まず、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法又はＯＶＤ法などを用いて、第１領域２１及び第２領域２２を形成し、脱水焼結されて透明なガラス母材となり、次に第２領域２２に貫通孔２３_１〜２３_４を形成することで作製される。貫通孔２３_１〜２３_４は例えば穿孔器具を用いて形成すれば良い。光ファイバ母材２０の直径は特に限定されないが、例えば、約４０〜７０［ｍｍ］である。この光ファイバ母材２０を延伸機により延伸し、例えば、直径２５［ｍｍ］にした後に線引工程へ移される。
【００４１】
次に、上記光ファイバ母材２０の貫通孔２３_１〜２３_４を加圧しながら光ファイバ２０を線引きする。図３は、線引装置３０の概略構成図である。なお、図３は、光ファイバ母材２０が線引装置３０で線引きされている過程を示している。
【００４２】
光ファイバ母材２０は、その一端部に中空円筒型のダミーパイプ４０が接続されている。光ファイバ母材２０は、一端部に接続されているダミーパイプ４０をチャック５０で把持して線引炉６０に維持される。
【００４３】
ダミーパイプ４０の直径（外径）は光ファイバ母材２０の直径とほぼ同一である。また、ダミーパイプ４０の内径は、光ファイバ母材２０における最外層を構成している貫通孔２３_４を取り囲む円の径とほぼ同じか少し大きくなっている。ダミーパイプ４０の内部空間４１は、光ファイバ母材２０側と反対側の端部に取り付けられている加圧用継手７０を介して、圧力調整手段８０と繋がっている。圧力調整手段８０は、ダミーパイプ４０の内部空間４１を通して光ファイバ母材２０の貫通孔２３_１〜２３_４に圧力を加えて、貫通孔２３_１〜２３_４内を大気圧よりも高い状態にする。
【００４４】
圧力調整手段８０は、バッファタンク８１、差圧計８２、バキューム・ジェネレータ（Ｖａｃｕｕｍ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ： ＶＧ）８３、マスフローコントローラ（Ｍａｓｓ Ｆｌｏｗ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ： ＭＦＣ）８４，８５及びコントローラ８６を備えている。コントローラ８６は、ＭＦＣ８４，８５を制御する。
【００４５】
バッファタンク８１内には、窒素ガス及び酸素ガスの混合ガスが充填されている。バッファタンク８１は、パイプ８７ａにより加圧用継手７０に接続されている。そして、バッファタンク８１内の混合ガスの圧力を調整することでダミーパイプ４０の内部空間４１を介して光ファイバ母材２０の貫通孔２３_１〜２３_４に圧力が加えられるようになっている。
【００４６】
バッファタンク８１内の圧力は差圧計８２で測定され、その測定値に基づいてバッファタンク８１内の圧力が調整される。バッファタンク８１の圧力の調整方法についてより詳細に説明する。
【００４７】
差圧計８２はコントローラ８６と電気的に接続されており、差圧計８２の測定値はコントローラ８６に入力される。コントローラ８６は差圧計８２の測定値に基づいて、ＭＦＣ８４，８５を制御して、バッファタンク８１内の圧力を変える。
【００４８】
ＭＦＣ８４，８５には夫々図中左側からパイプ８７ｂを通して窒素ガス及び酸素ガスの混合ガスが流入される。ＭＦＣ８４を通過した混合ガスはパイプ８７ｃを通ってＶＧ８３に流入する。ＶＧ８３はバッファタンク８１とパイプ８７ｄで接続されている。また、ＭＦＣ８５を通過した混合ガスは、パイプ８７ｅを通ってバッファタンク８１に流入する。このＭＦＣ８５を通過した混合ガスによりバッファタンク８１内の初期ガス圧を決定しておく。ここで、コントローラ８６がＭＦＣ８５の流量を一定に保ちつつＭＦＣ８４の流量を増やすと、ＶＧ８３の図中右側のパイプ８７ｆへの混合ガスの流量が増える。この場合、ＶＧ８３とバッファタンク８１とはパイプ８７ｄで接続されていることから、バッファタンク８１内が減圧される。また、バッファタンク８１内を加圧する場合には、ＭＦＣ８５からバッファタンク８１への混合ガスの流量を増やす、またはＭＦＣ８４の流量を減らせばよい。以上述べたように、ＭＦＣ８４，８５の流量を変えることで、バッファタンク８１内の圧力を調整することができる。そして、バッファタンク８１内の圧力を調整することで、光ファイバ母材２０の貫通孔２３_１〜２３_４内に所望の圧力を加える。
【００４９】
上記のようにして貫通孔２３_１〜２３_４内に圧力の加えられた光ファイバ母材２０において、ダミーパイプ４０が取り付けられている端部側と反対側の端部は線引炉６０のヒータ６１により加熱されて線引きされる。
【００５０】
線引きされた光ファイバ母材２０である微細構造光ファイバ１０は、線引炉６０の下流側（線引き方向側）で外径測定器９０ａにより外径が測定される。なお、微細構造光ファイバ１０の直径は、特に断らない限りは、約１２５［μｍ］とする。次に樹脂コーティング部１００により樹脂がコーティングされる。樹脂コーティング部１００は、まず、プライマリコーティングダイスにより紫外線硬化樹脂を塗布し、この紫外線硬化樹脂を紫外光照射により硬化させる。続いて、セカンダリコーティングダイスにより紫外線硬化樹脂を塗布して、この紫外線硬化樹脂を紫外光照射により硬化させて、微細構造光ファイバ１０を二重に被覆する。樹脂コーティング部１００で被覆された微細構造光ファイバ１０は、更に、外径測定器９０ｂにより、外径が測定される。続いて、キャプスタン１１０、ローラ１２０ａ、ダンサローラ１２０ｂ及びローラ１２０ｃを順に経てボビン１３０に巻き取られる。
【００５１】
線引時の線引張力及び線速は、キャプスタン１１０の回転速度、ダンサローラ１２１の荷重、及び、線引炉６０のヒータ６１による加熱温度により決定する。
【００５２】
同じ径の微細構造光ファイバ１０を得る場合、線速を変えずに線引張力を上げるには線引炉６０のヒータ６１による光ファイバ母材２０の加熱温度を下げる。加熱温度が低い場合には、光ファイバ母材２０の粘性が高いので、より大きな力で線引きする必要があるからである。逆に、線速を変えずに線引張力を下げるには、光ファイバ母材２０の加熱温度を上げる。加熱温度が高い場合には、光ファイバ母材２０の粘性が低下し、小さな力でも線引きすることができるからである。
【００５３】
また、本実施形態では線速を３０〜１００［ｍ／ｍｉｎ］としたが、４００［ｍ／ｍｉｎ］程度までなら本実施形態における微細構造光ファイバ１０を製造する方法の効果は全く変わらない。線引炉６０の加熱温度を変えずに線速を上げると、線引張力はほぼ線速に比例して上昇する。従って、線引張力を一定に保った条件で線速を上げるには、線引炉６０の加熱温度を上げる必要がある。この場合、ガラスの粘性が下がって貫通孔２３_１〜２３_４は変形しやすくなるが、線速が上昇した分だけ高温に保たれる時間は短くなる。粘性が下がり変形しやすくなる効果と、高温に保持される時間が短くなり変形し難くなる効果が相殺するので、張力一定の条件では線速に依らず、貫通孔２３_１〜２３_４の変形しやすさは一定となる。このような理由により線速４００［ｍ／ｍｉｎ］程度までなら、本実施形態における微細構造光ファイバ１０を製造する方法の効果は全く変わらない。また、線速４００［ｍ／ｍｉｎ］以上の場合には、線速と線引張力との比例関係が多少崩れるため、高温保持時間と粘性の効果が完全には相殺しなくなるが、本実施形態における微細構造光ファイバ１０を製造する方法は十分適用可能である。
【００５４】
上記線引装置３０において、圧力調整手段８０で光ファイバ母材２０の貫通孔２３_１〜２３_４を加圧して貫通孔２３_１〜２３_４内を大気圧よりも高い状態に維持しつつ、０．７８［Ｎ］以上、好ましくは１．１８［Ｎ］以上、更に好ましくは１．４７［Ｎ］以上の線引張力で光ファイバ母材２０を線引きする。このように、より大きな線引張力で線引きする（即ち、より低温で線引きする）ことは、光ファイバ母材２０の粘性が高い状態で線引きすることに相当するので、貫通孔２３_１〜２３_４の変形を抑制することができる。なお、直径１２５［μｍ］の微細構造光ファイバ１０を製造する場合には、線引張力は２．９４［Ｎ］（３００［ｇｆ］）以下が好適である。微細構造光ファイバ１０が断線することを抑制することができるからである。
【００５５】
また、上記の線引張力の条件の下で、圧力調整手段８０により貫通孔２３_１〜２３_４を加圧する場合には、光ファイバ母材２０の貫通孔２３_１〜２３_４に加える圧力をＰ［ｋＰａ］としたとき、空孔１３_１〜１３_４の所望の直径ｄ［μｍ］に応じて、圧力Ｐは以下のような条件を満たすことが好適である。
【００５６】
ｄ≦２の場合、
【数２７】

２≦ｄ≦４の場合、
【数２８】

４≦ｄ≦６の場合、
【数２９】

６≦ｄの場合、
【数３０】

なお、微細構造光ファイバ１０の直径が１００［μｍ］以下の場合、以下の条件であることが好ましい。
【００５７】
ｄ≦２の場合、
【数３１】

２≦ｄ≦４の場合、
【数３２】

４≦ｄ≦６の場合、
【数３３】

６≦ｄの場合、
【数３４】

図４は、上記の圧力条件をグラフに示したものである。図中の実線Ｉ及び実線ＩＩの間が直径１２５［μｍ］の微細構造光ファイバ１０を製造する場合に対する最適加圧範囲である。また、図中の実線Ｉ及び実線ＩＩＩの間が直径１００［μｍ］以下の微細構造光ファイバ１０を製造する場合に対する最適加圧範囲である。
【００５８】
ここで、上記圧力条件について説明する。光ファイバ母材２０がヒータ６１により加熱されはじめた領域（ヒートゾーンの上部）では光ファイバ母材２０の粘性が小さいが、貫通孔２３_１〜２３_４の直径が大きいので表面張力の影響が小さい。そのため、貫通孔２３_１〜２３_４に圧力を加えると貫通孔２３_１〜２３_４は膨張する。そして、光ファイバ母材２０が線引きされて貫通孔２３_１〜２３_４の直径が小さくなると、表面張力の影響が大きくなり、貫通孔２３_１〜２３_４は収縮する。また、貫通孔２３_１〜２３_４は線引きされて空孔１３_１〜１３_４となるので、収縮する場合の表面張力の影響の大きさは空孔１３_１〜１３_４の直径ｄに依存する。そして、空孔１３_１〜１３_４の直径ｄに応じて貫通孔２３_１〜２３_４に加えるべき圧力Ｐを上述した条件を満たす圧力、即ち、図４に示す実線Ｉと実線ＩＩとの間（又は実線Ｉと実線ＩＩＩとの間）の圧力とすることにより貫通孔２３_１〜２３_４の膨張と収縮とのバランスを取ることができる。
【００５９】
線引張力が高い条件では、光ファイバ母材２０の温度が低く、ガラス粘性が高いため、貫通孔２３_１〜２３_４が変形し難くなる。線引前半の貫通孔２３_１〜２３_４が大きい領域での孔の膨張と、線引後半の貫通孔２３_１〜２３_４が小さい領域での孔の収縮を相殺させて孔形状を維持するのであるが、ガラス粘性の影響は線引前半により大きく現われる。従って、線引張力が高い条件では、線引前半で貫通孔２３_１〜２３_４を必要量だけ膨張させるために、より大きな加圧が必要となる。このような理由により、線引張力が高い場合の最適圧力は高くなる。逆に、線引張力が低い場合には、孔形状を維持するための最適圧力は低くなる。
【００６０】
そのため、圧力Ｐの範囲の上限値及び下限値は、夫々線引張力に依存している。図４の実線ＩＩは、２．９４［Ｎ］の線引張力で線引きする場合の圧力Ｐに相当する。実線Ｉは、０．７８［Ｎ］の線引張力で線引きする場合の圧力Ｐに相当する。
【００６１】
また、微細構造光ファイバ１０の直径が小さくなれば、単位面積あたりの線引張力が大きくなる。そのため、微細構造光ファイバ１０の断線を抑制する観点から、直径１００［μｍ］の微細構造光ファイバ１０を製造する場合には、線引張力を１．７６［Ｎ］（１８０［ｇｆ］）以下とすることが好ましい。このように線引張力の最大値がより小さくなる（即ち、より高温で加熱する）ので、直径１００［μｍ］の微細構造光ファイバ１０を製造する場合、最適加圧範囲の上限値は、図４に示すように直径１２５［μｍ］の場合よりも小さくなっている。
【００６２】
更に、線引張力が小さい場合には、線引き開始時の貫通孔２３_１〜２３_４の直径が大きい領域での光ファイバ母材２０の粘性が低いため、わずかな力で貫通孔２３_１〜２３_４が変形しやすい。そのため、圧力Ｐを精度良く調整する必要がある。一方、線引張力が大きい場合には、光ファイバ母材２０を加熱する温度がより低くなるので、光ファイバ母材２０の粘性が高い。したがって、多少の圧力変化があっても貫通孔２３_１〜２３_４が変形しにくい。そのため、圧力Ｐの許容範囲を広げることが可能である。
【００６３】
図５〜図８は、図４に示す実線Ｉ及び実線ＩＩの間の加圧条件において、夫々０．５９［Ｎ］（６０［ｇｆ］）、１．０８［Ｎ］（１１０［ｇｆ］）、１．３２［Ｎ］（１３５［ｇｆ］）、１．４７［Ｎ］（１５０［ｇｆ］）の線引張力で線引きして得られた微細構造光ファイバ１０のファイバ軸に垂直な断面の電子顕微鏡写真を示す図である。
【００６４】
図５を見れば分かるように、空孔が変形する条件では外側の空孔ほど潰れやすい傾向があり、また、図５〜図８を比較すれば分かるように、線引張力が高くなるほど空孔の幾何学的形状は揃っている。これは以下の理由による。線引炉６０内部で光ファイバ母材２０が加熱される際、熱は光ファイバ母材２０の表面から内部に伝わる。このとき、最外層の貫通孔２３_４が断熱層として作用するため、貫通孔２３_４のすぐ外側のガラス温度は、内部の貫通孔２３_１〜２３_３の周囲のガラス温度より僅かに高温となる。そのため粘性が低下し、貫通孔２３_４の外側から変形しやすくなるのである。最外層の貫通孔２３_４がある程度潰れて断熱層としての機能が失われると、外側から２層目の貫通孔２３_３が断熱層として働くようになり、外側の貫通孔から順次潰れるのである。
【００６５】
また、高張力の条件では、光ファイバ母材２０の温度が低くガラス粘性が高いため、線引前半の貫通孔２３_１〜２３_４の膨張量と、線引後半での貫通孔２３_１〜２３_４の収縮量とがともに小さい。そのため、前述した最外層の貫通孔２３_４と内部の貫通孔２３_１〜２３_３の変形量の差が小さくなる。図８に示すように張力１．４７［Ｎ］で線引すれば最外層を含めて全ての空孔が殆ど変形しない。線引張力を低くすると、線引前半の貫通孔２３_１〜２３_４の膨張量と、線引後半での貫通孔２３_１〜２３_４の収縮量とがともに大きくなるため、最外層の貫通孔２３_４と内部の貫通孔２３_１〜２３_３の変形量の差が大きくなる。そのため、図６，７に示すように最外層の空孔が潰れて変形する。尚、線引張力１．０８［Ｎ］の図６の方が、線引張力１．３２［Ｎ］の図７より最外層の変形が僅かに大きいことが見て取れる。
更に線引張力を低くすると、最外層の貫通孔２３_４が潰れて断熱層としての機能が失われるため、外側から２層目の貫通孔２３_３にも変形が現われる。図５は線引張力０．５９［Ｎ］で線引した場合であるが、外側から２層目の空孔も潰れ始めている。
【００６６】
図９は、図５〜図８に示す微細構造光ファイバ１０において空孔の最大孔径偏差Ｄと線引張力との関係を示すグラフである。縦軸は、最大孔径偏差Ｄ［％］を示し、横軸は、線引張力を示している。図９には、最外層から２層目を構成している空孔夫々の最大孔径偏差Ｄのうち一番大きい値、及び、最外層を構成している空孔夫々の最大孔径偏差Ｄのうち一番大きい値をプロットしている。図９より、線引張力が０．７８［Ｎ］以上で、最外層から２層目の空孔の最大孔径偏差Ｄが１０［％］以下となっていることがわかる。また、線引張力が１．１８［Ｎ］以上となると、最外層から２層目の空孔の最大孔径偏差Ｄは５［％］以下となっている。微細構造光ファイバ１０において、内層を構成している空孔の幾何学的形状が光伝送特性に影響し易い。したがって、内層の空孔の最大孔径偏差Ｄが小さい（即ち、変形が小さい）ほど光伝送特性が設計値により近くなる。そのため、線引張力は、０．７８［Ｎ］以上である必要があり、更に、１．１８［Ｎ］であることが好適である。更に、線引張力が１．４７［Ｎ］以上となると、最外層の空孔の最大孔径偏差Ｄも１０［％］以下となっている。したがって、線引張力が、１．４７［Ｎ］であることが更に好ましいことがわかる。
【００６７】
図１０は、最適加圧範囲と最大孔径偏差Ｄ［％］との関係を示すグラフである。縦軸は、貫通孔２３_１〜２３_４に加えるべき圧力Ｐ［ｋＰａ］を示し、横軸は、製造すべき微細構造光ファイバ１０の空孔１３_１〜１３_４の直径ｄ［μｍ］を示している。図１０から理解されるように、上述した圧力条件（即ち、実線Ｉと実線ＩＩとの間）を満たしている圧力Ｐを加えられて線引きされた場合では、空孔１３_３の最大孔径偏差Ｄが１０［％］以下となっていることがわかる。一方、上記最適加圧範囲外の圧力Ｐが加えられて製造された微細構造光ファイバ１０の空孔１３_３の最大孔径偏差Ｄは１０［％］を越えている。言い換えれば、空孔１３_３の変形が大きくなっていることがわかる。以上より、上記最適加圧範囲の圧力Ｐを貫通孔２３_１〜２３_４に加えて線引きすることにより、空孔１３_３の変形を抑制することができることが理解できる。
【００６８】
上記微細構造光ファイバ１０を製造する方法が奏する作用・効果について説明する。
【００６９】
従来、微細構造光ファイバを製造する場合、光ファイバ母材２０を０．４９〜０．７４［Ｎ］で線引きするのに対して、本実施形態では、０．７８［Ｎ］以上、好ましくは、１．１８［Ｎ］以上の線引張力で線引きしている。言い換えれば、本実施形態では、光ファイバ母材２０を加熱する温度をより低温にして高張力で線引きしている。そのため、光ファイバ母材２０が線引きされる過程において、貫通孔２３_１〜２３_４の変形を抑制することができる。その結果、図６、図７及び図８に示すように微細構造光ファイバ１０において、最外層以外の層を構成している空孔の変形が抑制される。したがって、光伝送特性をより設計値に近いものとすることができる。なお、図８に示すように、１．４７［Ｎ］（１５０［ｇｆ］）以上の線引張力で線引きした場合には、最外層を構成している空孔の変形も抑制される。したがって、１．４７［Ｎ］以上の線引張力で線引きすることが、更に好適である。
【００７０】
また、線引時には、貫通孔２３_１〜２３_４内に図４に示す実線Ｉと実線ＩＩとの間（又は、実線Ｉと実線ＩＩＩとの間）の圧力Ｐを加えている。これにより、貫通孔２３_１〜２３_４の膨張と収縮とのバランスを取ることができるので、空孔１３_１〜１３_４の変形が更に抑制されている。
【００７１】
ところで、図５に示すような線引張力を下げた条件では、外側から２層目の空孔直径を保とうとして大きい圧力を加えると、内層の空孔が膨張し過ぎる。このような張力の低い条件では、圧力をどのように変えても内層の空孔を全て揃えることはできない。従って、線引張力を０．７８［Ｎ］以上にした状態で、所望の空孔直径ｄに合わせた最適加圧条件を選ぶことが重要である。
【００７２】
本実施形態では、微細構造光ファイバ１０の空孔１３_１〜１３_４の直径ｄに応じて貫通孔２３_１〜２３_４に加える圧力Ｐを最適化している。これにより、層構造の貫通孔２３_１〜２３_４においても、貫通孔２３_１〜２３_４の膨張と収縮とのバランスが取れているので、図６及び図７に示すように外側から２層目の空孔における最大孔径偏差Ｄを小さくすることができると共に、図８に示すように、最外層を構成している空孔の変形も少なくすることができている。
【００７３】
なお、図１に示すｄ／Λが０．５以上である空孔の分布を有する微細構造光ファイバ１０を製造する場合、即ち、隣り合う空孔間が狭い微細構造光ファイバ１０を製造する場合には、線引前半で貫通孔２３_１〜２３_４が膨張したときに、隣り合う貫通孔同士が互いに押し合って空孔が変形しやすくなる。上記製造方法のように、線引張力を０．７８［Ｎ］以上に保ちつつ圧力Ｐを最適化することで、ｄ／Λが０．５以上の貫通孔が変形しやすい構造の場合でも空孔１３_１〜１３_４の変形が抑制された微細構造光ファイバ１０を製造することができる。本実施形態における微細構造光ファイバ１０の製造方法では、ｄ／Λが更に大きな構造であっても、線引張力の大きな条件（図４の実線ＩＩや実線ＩＩＩに近い条件）で製造することで良好な微細構造光ファイバ１０を得ることが可能である。
【００７４】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、上記実施形態では、ファイバ軸に直交する断面において空孔１３_１〜１３_４を六方格子状であって、４層構造に配置しているが、特にこのような配置関係に限定する必要はない。例えば、空孔は、３層以上の層構造をしていればよい。また、ファイバ軸に直交する断面での空孔１３_１〜１３_４の配置は、微細構造光ファイバで実現すべき特性、例えば絶対値の大きな波長分散や、空孔を有さない光ファイバよりも大きい又は小さい実効コア断面積を実現するために必要な配置とすれば良い。
【００７５】
また、コア領域１１に屈折率を上昇させる添加材（例えば、Ｇｅ）を添加しても良く、屈折率を下げる添加材を添加しても良い。更に、添加材を添加しなくても良い。また、コア領域１１は中空でもかまわない。
【００７６】
更に、上記実施形態では、製造すべき微細構造光ファイバ１０の直径を１２５［μｍ］としているが、特に１２５［μｍ］に限定する必要はない。更にまた、光ファイバ母材２０の直径を２５［ｍｍ］としているが、必ずしも２５［ｍｍ］にする必要はない。例えば、３６［ｍｍ］あるいは７０［ｍｍ］などとしても良い。但し、光ファイバ母材の直径が大きい場合、直径が２５［ｍｍ］である場合に比べて、３６［ｍｍ］あるいは７０［ｍｍ］などから２５［ｍｍ］になるまでにも貫通孔が表面張力により潰れる効果の影響を受ける。これを相殺するように加圧条件を適性化するのであるが、前述のように貫通孔の変形量が大きいと隣り合う貫通孔同士が押し合い、変形の原因となる。そのため、貫通孔の変形量がより小さくなる高張力で線引することが好ましい。逆に、母材直径を１５［ｍｍ］と小さくした場合、表面張力により貫通孔が潰れる効果は小さくなるので製造は易しくなる。
【００７７】
更にまた、上記実施形態において、式（２５）及び式（２６）において、ｄ_Ａを、空孔１３_１〜１３_４夫々の最大孔径ｄ_ＭＡＸ及び最小孔径ｄ_ＭＩＮをそれらの空孔１３_１〜１３_４において平均した値とした場合に、空孔１３_１〜１３_４夫々の第１偏差Ｄ_１及び第２偏差Ｄ_２が１０［％］以下としても良い。この場合には、更に光伝送特性を設計値に近いものとすることができる。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、光ファイバはファイバ軸方向に延びる空孔を有し、その光伝送特性を設計値により近いものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る微細構造光ファイバの一実施形態において、ファイバ軸に垂直な面で微細構造光ファイバを切断した場合の断面図である。
【図２】図１の微細構造光ファイバとなるべき光ファイバ母材を長手方向に垂直な面で切断した場合の断面図である。
【図３】光ファイバ母材を線引きするための線引装置の構成を示す模式図である。
【図４】光ファイバ母材の貫通孔への最適加圧範囲を示すグラフである。
【図５】０．５９［Ｎ］の線引張力で光ファイバ母材を線引きした場合の微細構造光ファイバの電子顕微鏡写真を示す図である。
【図６】１．０８［Ｎ］の線引張力で光ファイバ母材を線引きした場合の微細構造光ファイバの電子顕微鏡写真を示す図である。
【図７】１．３２［Ｎ］の線引張力で光ファイバ母材を線引きした場合の微細構造光ファイバの電子顕微鏡写真を示す図である。
【図８】１．４７［Ｎ］の線引張力で光ファイバ母材を線引きした場合の微細構造光ファイバの電子顕微鏡写真を示す図である。
【図９】線引張力と最大孔径偏差との関係を示す図である。
【図１０】最適加圧範囲と最大孔径偏差との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０…微細構造光ファイバ、１１…コア領域、１２…クラッド領域、１３_１〜１３_４…空孔、２０…光ファイバ母材、２１…第１領域、２２…第２領域、２３_１〜２３_４…貫通孔、３０…線引装置、４０…ダミーパイプ、４１…内部空間、５０…チャック、６０…線引炉、６１…ヒータ、８０…圧力調整手段、８１…バッファタンク、８２…差圧計、８３…バキューム・ジェネレータ（ＶＧ）、８４，８５…マスフローコントローラ（ＭＦＣ）、８６…コントローラ、９０ａ，９０ｂ…外径測定器、１００…樹脂コーティング部、１１０…キャプスタン、１２０ａ…ローラ、１２０ｂ…ダンサローラ、１２０ｃ…ローラ、１３０…ボビン

Claims (13)

1. ファイバ軸方向に延びる空孔を有する光ファイバを製造する方法であって、
   前記空孔となるべき孔を有する光ファイバ母材を用意する工程と、
   前記光ファイバ母材の前記孔内を加圧しながら、０．７８［Ｎ］以上の線引張力で前記光ファイバ母材を線引きする工程と
   を備えることを特徴とする光ファイバの製造方法。
2. 前記線引張力が１．１８［Ｎ］以上であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの製造方法。
3. 前記空孔の直径が２［μｍ］以下の場合、前記直径をｄ［μｍ］とし、前記孔内に加える圧力をＰ［ｋＰａ］としたときに、前記圧力Ｐが
   

   

   で表される関係を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバの製造方法。
4. 前記空孔の直径が２［μｍ］以上４［μｍ］以下の場合、前記直径をｄ［μｍ］とし、前記孔内に加える圧力をＰ［ｋＰａ］としたときに、前記圧力Ｐが
   

   

   で表される関係を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバの製造方法。
5. 前記空孔の直径が４［μｍ］以上６［μｍ］以下の場合、前記直径をｄ［μｍ］とし、前記孔内に加える圧力をＰ［ｋＰａ］としたときに、前記圧力Ｐが
   

   

   で表される関係を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバの製造方法。
6. 前記空孔の直径が６［μｍ］以上の場合、前記直径をｄ［μｍ］とし、前記孔内に加える圧力をＰ［ｋＰａ］としたときに、前記圧力Ｐが
   

   

   で表される関係を満たすことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバの製造方法。
7. 前記線引張力が１．７６［Ｎ］以下で、前記光ファイバ母材の線引き後の直径が１００［μｍ］以下となるように前記光ファイバ母材を線引きすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバの製造方法。
8. 前記空孔の直径が２［μｍ］以下の場合、前記直径をｄ［μｍ］とし、前記孔内に加える圧力をＰ［ｋＰａ］としたときに、前記圧力Ｐが
   

   

   で表される関係を満たすことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバの製造方法。
9. 前記空孔の直径が２［μｍ］以上４［μｍ］以下の場合、前記直径をｄ［μｍ］とし、前記孔内に加える圧力をＰ［ｋＰａ］としたときに、前記圧力Ｐが
   

   

   で表される関係を満たすことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバの製造方法。
10. 前記空孔の直径が４［μｍ］以上６［μｍ］以下の場合、前記直径をｄ［μｍ］とし、前記孔内に加える圧力をＰ［ｋＰａ］としたときに、前記圧力Ｐが
    

    

    で表される関係を満たすことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバの製造方法。
11. 前記空孔の直径が６［μｍ］以上の場合、前記直径をｄ［μｍ］とし、前記孔内に加える圧力をＰ［ｋＰａ］としたときに、前記圧力Ｐが
    

    

    で表される関係を満たすことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバの製造方法。
12. ファイバ軸方向に延びるコア領域と、
    前記コア領域を取り囲むように設けられたクラッド領域と、
    前記コア領域及び前記クラッド領域のうち少なくとも一方に形成され、前記ファイバ軸方向に延びており、前記ファイバ軸に直交する断面において３層以上の層構造を形成している複数の空孔と
    を備え、
    前記複数の空孔のうち最外層以外の層である内層の複数の空孔夫々の最大孔径をｄ_ＭＡＸ、最小孔径をｄ_ＭＩＮとし、
    前記最大孔径ｄ_ＭＡＸ及び前記最小孔径ｄ_ＭＩＮを、前記内層の複数の空孔において平均した値をｄ_Ａとし、
    前記内層の複数の空孔夫々の第１偏差Ｄ_１［％］を
    

    

    前記内層の複数の空孔夫々の第２偏差Ｄ_２［％］を
    

    

    としたとき、前記内層の複数の空孔夫々の前記第１偏差Ｄ_１及び前記第２偏差Ｄ_２が何れも１０［％］以下であることを特徴とする光ファイバ。
13. ファイバ軸方向に延びるコア領域と、
    前記コア領域を取り囲むように設けられたクラッド領域と、
    前記コア領域及び前記クラッド領域のうち少なくとも一方に形成され、前記ファイバ軸方向に延びており、前記ファイバ軸に直交する断面において３層以上の層構造を形成している複数の空孔と
    を備え、
    前記複数の空孔夫々の最大孔径をｄ_ＭＡＸ、最小孔径をｄ_ＭＩＮとし、
    前記最大孔径ｄ_ＭＡＸ及び前記最小孔径ｄ_ＭＩＮを、前記複数の空孔において平均した値をｄ_Ａとし、前記複数の空孔夫々の第１偏差Ｄ_１［％］を
    

    

    前記複数の空孔夫々の第２偏差Ｄ_２［％］を
    

    

    としたとき、前記複数の空孔夫々の前記第１偏差Ｄ_１及び前記第２偏差Ｄ_２が何れも１０［％］以下であることを特徴とする光ファイバ。

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