【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。
【０００４】
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炉で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。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い場合があった。
【０００５】
そのため、光ファイバ母材を線引きする際に、孔の内部に圧力を加えながら線引きする手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この場合、孔の内部に圧力が加えられ、孔の内部が大気圧よりも高い状態で線引きされるので、孔の潰れが抑制される。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１４５６３４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、長手方向に直交する断面において複数の孔が層構造を形成している光ファイバ母材をそれらの孔の内部に圧力を加えながら線引きすると、層構造における内側の空孔が膨張し、外側の空孔が潰れている光ファイバが製造される場合があった。
【０００８】
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、ファイバ軸に直交する断面に分布しておりファイバ軸方向に延びている複数の空孔を有し、それらの空孔の径がほぼ同じである光ファイバを製造することができる方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、長手方向に延びる孔を有する光ファイバ母材を線引きする場合に孔が潰れることや変形することのメカニズムに関して研究を重ねた。そして、以下のような知見を得た。
【００１０】
光ファイバ母材が線引炉のヒータで加熱され始めた領域（ヒートゾーンの上部の領域）では光ファイバ母材の外径が大きいので空孔となるべき孔の径も大きいことから、表面張力の効果は小さい。そのため、孔を加圧して孔の内部が大気圧よりも高い状態になっていると、孔は膨張する。そして、光ファイバ母材が線引きされて外径が細くなり孔径が小さくなると、ある領域で孔内に加えられた圧力による孔の膨張と表面張力による収縮の効果とが釣り合う。その領域から更に孔径が小さくなると、孔内に加えられた圧力による孔の膨張よりも表面張力の効果が大きくなり、孔が収縮する。
【００１１】
ところで、表面張力の効果による孔の収縮は、光ファイバ母材を構成しているガラスの粘度が低くなるほど進行しやすくなる。そして、光ファイバ母材に形成されている孔が、その長手方向に直交する断面において光ファイバ母材の中心軸線を取り囲むように分布して層構造を形成していると、最外層の孔が断熱層として機能する。これにより内側の層の孔への熱伝導が阻害されるので、最外層の外側のガラス粘度に比較して内側の孔の周りのガラス粘度は高くなる。したがって、表面張力の影響は最外層の孔の方が大きくなることから、最外層の孔が優先的に潰れることになる。
【００１２】
ここで、最外層の孔を潰さない程度の圧力を複数の孔全てに加えると、内側の層を構成している孔が膨張しすぎて変形する。逆に、内側の孔が潰れたり変形したりしない程度の圧力を複数の孔全てに加えると、最外層の孔が潰れる。以上が、複数の孔を有する光ファイバ母材をその孔の内部に圧力を加えながら線引きしてもほぼ同じ径の空孔を有する光ファイバが製造できない理由である。本発明者らは、上述した知見に基づいて更に鋭意研究を重ねて本発明に至った。
【００１３】
即ち、本発明に係る光ファイバを製造する方法は、ファイバ軸に直交する断面に分布しておりファイバ軸方向に延びている複数の空孔を有する光ファイバを製造する方法であって、複数の空孔となるべき複数の孔を有する光ファイバ母材を用意し、光ファイバ母材の複数の孔夫々に中空の針を挿入し、それらの中空の針を通して複数の孔夫々の内部を加圧しながら、光ファイバ母材を線引きすることを特徴とする。この場合、孔毎に挿入された針を通して、複数の孔夫々に加えるべき圧力を制御することができる。
【００１４】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法においては、複数の孔夫々に挿入する中空の針夫々の外径が、複数の孔へ挿入する側の端部に向かって次第に小さくなっていることが好適である。この場合には、上記中空の針を複数の孔へ挿入しやすい。また、孔径が若干変わっても針を挿入することができる。
【００１５】
更に、本発明に係る光ファイバの製造方法においては、複数の孔の内部に加える圧力を複数の孔毎に制御することが望ましい。これにより、孔毎に、表面張力の影響による孔が収縮する効果と、孔に圧力を加えたことによる孔の膨張の効果とをバランスさせることができる。
【００１６】
更にまた、本発明に係る光ファイバの製造方法においては、ファイバ軸に直交する断面において、複数の空孔がファイバ軸を取り囲むように分布し層構造を形成しており、複数の空孔のうち同じ層を構成する空孔となるべき孔の内部には同じ圧力を加えることが好適である。
【００１７】
この場合、最外層を構成している孔が線引き時に断熱層として機能しても、層毎にそれらの層を構成している孔に加える圧力を制御しているので、空孔の径をほぼ同じにすることができる。また、層毎に圧力を制御すればよいので、光ファイバの製造が容易になる。
【００１８】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法においては、複数の孔夫々の内部に乾燥したガスを供給して、複数の孔夫々の内部を加圧することが望ましい。伝送特性に影響を与えない乾燥したガスを供給することにより、複数の孔夫々の内部に水分が吸着し、伝送損失の原因となることを抑制できる。
【００１９】
【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。
【００２０】
図１は、本実施形態における微細構造光ファイバ１０の構成を概略的に示す斜視図である。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。コア領域１１とクラッド領域１２とは同じ組成である。
【００２１】
図１に示すように、クラッド領域１２において、ファイバ軸方向に延びるコア領域１１の周囲に複数の空孔１３１（例えば、６個の空孔）が、ファイバ軸に直交する断面において六角形状に分布している。また、複数の空孔１３２（例えば、１２個の空孔）が、複数の空孔１３１で構成される層を取り囲むようにファイバ軸に直交する断面において六角形状に分布している。言い換えれば、複数の空孔１３１，１３２が、ファイバ軸を取り囲むように分布し、２層構造を形成している。
【００２２】
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１３１，１３２を有しているので、クラッド領域１２の平均屈折率は、コア領域１１よりも小さくなっている。
【００２３】
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場合の断面図である。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とは同一の組成である。また、第２領域２２には各空孔１３１，１３２となるべき各貫通孔２３１，２３２が形成されている。貫通孔２３１，２３２は、光ファイバ母材２０の長手方向に直交する断面において六角形状に配置され、２層構造を形成している。
【００２４】
上記光ファイバ母材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を形成したものを脱水・焼結して透明なガラス母材とし、第２領域２２に貫通孔２３１，２３２を形成することで作製される。貫通孔２３１，２３２は例えば穿孔器具を用いて形成すれば良い。この光ファイバ母材２０を延伸機により延伸した後に線引工程へ移す。
【００２５】
線引工程では、光ファイバ母材２０の貫通孔２３１，２３２を加圧しながら光ファイバ母材２０を線引きする。図３は、光ファイバ母材２０の貫通孔２３１，２３２を加圧するための加圧パイプ３０の構成を概略的に示す斜視図である。なお、図３には、光ファイバ母材２０の貫通孔２３１，２３２と加圧パイプ３０との位置関係を示すため光ファイバ母材２０も描いている。
【００２６】
加圧パイプ３０の光ファイバ母材２０側と反対側の端部には、加圧パイプ３０に窒素ガス（不活性ガス）を充填するためのガス供給口３１１，３１２が設けられている。加圧パイプ３０の内部は２重構造となっており、ガス供給口３１１から加圧パイプ３０に流入した窒素ガスと、ガス供給口３１２から加圧パイプ３０に流入した窒素ガスとは、加圧パイプ３０内の異なる内部空間に充填される。２重構造の加圧パイプ３０としては、例えば、第１の中空円筒体の内側に、第２の中空円筒体をその中心軸線が第１の中空円筒体の中心軸線と一致するように配置したものとすれば良い。この場合、例えば、ガス供給口３１１から流入した窒素ガスは、第２の中空円筒体の内部空間に充填され、ガス供給口３１２から流入した窒素ガスは、第２の中空円筒体と第１の中空円筒体との間の内部空間に充填されるようにする。
【００２７】
また、加圧パイプ３０の光ファイバ母材２０側の端部には、複数の中空の針３２１（例えば、６本の中空の針）及び複数の中空の針３２２（例えば、１２本の中空の針）が設けられている。各針３２１及び各針３２２は、加圧パイプ３０の長手方向に直交する断面において光ファイバ母材２０の各貫通孔２３１及び各貫通孔２３２の位置に対応するように配置されている。針３２１は、ガス供給口３１１から加圧パイプ３０に流入した窒素ガスを光ファイバ母材２０における貫通孔２３１に供給する。また、針３２２は、ガス供給口３１２から加圧パイプ３０に流入した窒素ガスを光ファイバ母材２０の貫通孔２３２に供給する。図４は、複数の針３２１，３２２の配置を示す模式図である。針３２１，３２２夫々は、貫通孔２３１，２３２夫々と同様に六角形状に分布し、２層構造を形成している。針３２１，３２２の先端部はテーパ状になっており、針３２１，３２２の外径は先端に向かって次第に小さくなっている。
【００２８】
図５は、光ファイバ母材２０の線引きに好適に用いられる線引装置４０の構成を示す模式図である。なお、図５は、光ファイバ母材２０が線引装置４０で線引きされている過程を示している。
【００２９】
光ファイバ母材２０は、その一端部に加圧パイプ３０が取り付けられて線引炉５０内に配置される。光ファイバ母材２０を線引炉５０に配置する方法は種々考えられるが、例えば、次のようにすれば良い。光ファイバ母材２０とほぼ同じ外径を有する中空のダミーパイプ６０を光ファイバ母材２０の上部に接続し、そのダミーパイプ６０をチャック７０で保持することで光ファイバ母材２０を線引炉５０内部に配置する。チャック７０は、上下方向に動き、線引きに合わせて光ファイバ母材２０を線引炉５０内部に送りこむ機能を備えている。
【００３０】
加圧パイプ３０は、ダミーパイプ６０の内部空間の気密を保つための蓋８０を介してダミーパイプ６０内に取り付けられる。蓋８０はダミーパイプ６０の内部空間の気密を保ったままで加圧パイプ３０の挿入量を変えることができる構造となっている。加圧パイプ３０をダミーパイプ６０内に取り付ける場合には、まず、加圧パイプ３０を、加圧パイプ３０の先端の各針３２１，３２２が光ファイバ母材２０に接触しない位置に固定する。この状態では針３２１，３２２と光ファイバ母材２０の貫通孔２３１，２３２の間には隙間があり、蓋８０の真空引き用ライン９０からダミーパイプ６０内を真空引きすることで貫通孔２３１，２３２の内部も真空引きされ、その内面に吸着している水分を取り除くことができる。これにより線引後の微細構造光ファイバ１０のコア近傍にＯＨ基が残存することを抑制でき、微細構造光ファイバ１０の伝送損失を低減することができる。なお、線引開始時には真空引きを可能とするため、光ファイバ母材２０の下端側は貫通孔２３１，２３２が封止された状態となっている。
【００３１】
続いて、加圧パイプ３０の針３２１，３２２が光ファイバ母材２０の貫通孔２３１，２３２に挿入される。上述したように、各針３２１，３２２の先端部はテーパ状になっているので、各針３２１，３２２を対応する貫通孔２３１，２３２に容易に挿入することができる。また、貫通孔２３１，２３２の径が設計値より多少変動していても各針３２１，３２２を対応する貫通孔２３１，２３２に挿入可能である。更に、各針３２１，３２２を押し込むことで貫通孔２３１，２３２との気密を保つことができる。
【００３２】
次に、加圧パイプ３０に設けられているガス供給口３１１，３１２夫々から乾燥した窒素ガスを供給する。ガス供給口３２１から加圧パイプ３０に流入した窒素ガスは、針３１１を通って光ファイバ母材２０の貫通孔２３１に供給される。また、ガス供給口３２２から加圧パイプ３０に流入した窒素ガスは、針３１２を通って光ファイバ母材２０の貫通孔２３２に供給される。上述したように、加圧パイプ３０は２重構造となっており、ガス供給口３１１，３１２夫々から加圧パイプ３０に流入した窒素ガスは加圧パイプ３０内の異なる内部空間を満たしている。したがって、ガス供給口３１１，３１２夫々から供給する窒素ガスの圧力を調整することで、貫通孔２３１及び貫通孔２３２夫々に加えるべき圧力を制御することができる。なお、乾燥した窒素ガスをガス供給口３１１，３１２に導入する場合、水分トラップ装置を経由させてガス供給口３１１，３１２に導入することが好適である。これにより、窒素ガス供給源（不図示）から供給される乾燥した窒素ガスに僅かに残留している水分をガス供給口３１１，３１２までに除去することができる。そのため、微細構造光ファイバ１０内にＯＨ基が残存することを更に低減できる。
【００３３】
上述したように貫通孔２３１，２３２に圧力を加えて貫通孔２３１，２３２の内部を大気圧よりも高い状態にしつつ、ヒータ５１で光ファイバ母材２０の端部を加熱・線引きして微細構造光ファイバ１０を得る。なお、貫通孔２３１，２３２に加える圧力は、線引張力や製造すべき微細構造光ファイバ１０の空孔１３１，１３２の所望の径に依存するが、０．１ｋＰａ〜５．０ｋＰａであることが好適である。図６は、微細構造光ファイバ１０の空孔の所望の径と、光ファイバ母材２０の貫通孔に加える好適な圧力との関係の一例を示す図表である。貫通孔２３１，２３２に加えるべき圧力は、空孔１３１，１３２が所望の径になるように最適化された圧力である。更に、外側の貫通孔２３２には、内側の貫通孔２３１に加える圧力よりもわずかに大きな圧力を加える。
【００３４】
図７は、従来のように、複数の孔全てに同じ圧力を加えて線引きした場合の微細構造光ファイバのファイバ軸に直交する断面の電子顕微鏡写真の図である。光ファイバ母材に形成されている貫通孔全てに同じ圧力を加えた場合には、最外層の空孔が変形しており、最外層より内側の層を構成している空孔が膨張している。
【００３５】
これに対して、図８は、上記線引装置４０で光ファイバ母材２０を線引きした場合の微細構造光ファイバ１０のファイバ軸に直交する断面の電子顕微鏡写真の図である。図８の微細構造光ファイバ１０を製造する場合には、光ファイバ母材２０の貫通孔２３１に、加圧パイプ３０の針３２１を通して約０．８ｋＰａの圧力を加え、貫通孔２３２に、加圧パイプ３０の針３２２を通して約０．８５ｋＰａの圧力を加えた。図８から、外側の層の空孔２３１の径と内側の空孔２３２の径との大きさがほぼ揃っていることが分かる。これは次の理由による。
【００３６】
図５を参照すると、ヒータ５１により光ファイバ母材２０が加熱・溶融されているガラス溶融領域αにおいて、光ファイバ母材２０の線引き開始部分である領域α１では貫通孔２３１，２３２の径が大きいので、表面張力の影響が小さい。したがって、貫通孔２３１，２３２に圧力を加えて大気圧よりも高い状態にしておくと、貫通孔２３１，２３２は膨張する。そして、線引きされて貫通孔２３１，２３２の径が小さくなった領域α２では、表面張力の影響が大きくなる。そのため、貫通孔２３１，２３２内の圧力の影響で貫通孔２３１，２３２が膨張する効果と、表面張力の影響で貫通孔２３１，２３２が収縮する効果とが釣り合う。更に線引きされて、領域α２での外径よりもさらに外径が小さくなる領域α３では、表面張力の影響の方が大きくなり、貫通孔２３１，２３２が収縮する。この貫通孔２３１，２３２に生じる膨張と収縮とのバランスをとることで貫通孔２３１，２３２の変形が抑制される。
【００３７】
ところで、図２に示すように、貫通孔２３１，２３２が光ファイバ母材２０の中心軸線を取り囲むように分布し層構造を形成している場合、外側の層を構成している貫通孔２３２が断熱層となり、内側への熱伝導を阻害する。そのため、貫通孔２３２で構成される層より外側のガラス粘度の方が、その層よりも内側のガラス粘度より低くなる。したがって、表面張力の影響は、貫通孔２３２の方が貫通孔２３１よりも大きい。図８に示した微細構造光ファイバ１０は、貫通孔２３１，２３２夫々に中空の針３２１，３２２夫々を挿入して貫通孔２３２に貫通孔２３１より高い圧力を加えて線引きしている。したがって、貫通孔２３１，２３２夫々において、加圧による貫通孔２３１，２３２の膨張と表面張力の影響による貫通孔２３１，２３２の収縮とのバランスをとることができている。そのため、図８に示すように、外側の空孔１３２と内側の空孔１３１との径をほぼ同じにすることができている。
【００３８】
上述した微細構造光ファイバ１０を製造する方法では、中空の針３２１，３２２夫々を貫通孔２３１，２３２夫々に挿入しているので、内側の層及び外側の層ごとにそれらを構成している貫通孔２３１，２３２に加える圧力を調整することができる。そのため、貫通孔２３１，２３２夫々において、表面張力の影響による収縮と加圧による膨張とをバランスさせることが可能である。したがって、複数の空孔１３１，１３２がファイバ軸を取り囲むように分布し層構造を形成している微細構造光ファイバ１０であって、複数の空孔１３１，１３２の径がほぼ同じである微細構造光ファイバ１０を製造することができる。微細構造光ファイバ１０の伝送特性は、ファイバ軸に直交する断面における空孔１３１，１３２の幾何学的形状や分布に依存する。そのため、微細構造光ファイバ１０の空孔１３１，１３２の径をほぼ同じにすることで、複数の空孔の径が夫々異なる場合よりも微細構造光ファイバ１０の伝送特性をより設計値に近いものとすることができる。
【００３９】
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１３１，１３２夫々を六角形状に配置して２層構造としているが、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、２層構造に限らず、ファイバ軸に直交する断面において複数形成されていればよい。
【００４０】
また、ファイバ軸に直交する断面での空孔１３１，１３２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。そして、分布形状に応じて空孔となるべき貫通孔ごとに加えるべき圧力を制御すれば良い。
【００４１】
更に、空孔１３１及び空孔１３２の直径が異なる構造に対しても有効である。空孔直径が異なると空孔となるべき貫通孔に加える最適圧力が変わるが、上述したように空孔となるべき貫通孔毎に異なる加圧を行えるので設計どおりの径を有する空孔を実現できる。
【００４２】
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。更に、貫通孔２３１，２３２に供給するガスとして乾燥した窒素ガスとしているが、窒素ガスに限らない。伝送特性に影響しない乾燥したガスならば良く、酸素ガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガスなども使用可能である。更にまた、空孔となるべき孔を貫通孔としているが、孔は必ずしも光ファイバ母材を貫通していなくても良い。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、ファイバ軸に直交する断面に分布しておりファイバ軸方向に延びている複数の空孔を有し、それらの空孔の径がほぼ同じである光ファイバを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る微細構造光ファイバの製造方法で製造された光ファイバの斜視図である。
【図２】光ファイバ母材をその長手方向に直交する平面で切断した場合の断面図である。
【図３】加圧パイプの概略構成図である。
【図４】針の配置を示すための模式図である。
【図５】線引装置の概略構成図である。
【図６】空孔の所望の径と貫通孔に加える好適な圧力との関係の一例を示す図表である。
【図７】複数の孔に同じ圧力を加えて光ファイバ母材を線引きして製造した微細構造光ファイバの電子顕微鏡写真の図である。
【図８】微細構造光ファイバのファイバ軸に直交する断面の電子顕微鏡写真の図である。
【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、１３１，１３２…空孔、２０…光ファイバ母材、２１…第１領域、２２…第２領域、２３１，２３２…貫通孔、３０…加圧パイプ、３１１，３１２…ガス供給口、３２１，３２２…中空の針、４０…線引装置、５０…線引炉、５１…ヒータ、α…ガラス溶融領域、６０…ダミーパイプ、７０…チャック、８０…蓋、９０…真空引き用ライン、α１…孔が膨張する領域、α２…孔の膨張と収縮が釣り合う領域、α３…孔が収縮する領域[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing an optical fiber having a hole extending in a fiber axial direction.
[0002]
[Prior art]
Optical fibers having holes extending in the fiber axis direction include those called holey fibers and photonic crystal fibers. Hereinafter, an optical fiber having such a hole extending in the fiber axis direction is referred to as a microstructured optical fiber.
[0003]
In such a microstructured optical fiber, the average refractive index difference between the core region and the cladding region can be adjusted by adjusting the size and distribution of holes in a cross section orthogonal to the fiber axis. Therefore, it is possible to obtain characteristics superior to those of an optical fiber having no holes.
[0004]
The microstructured optical fiber is manufactured by drawing an optical fiber preform having holes to be holes in a drawing furnace. When an optical fiber preform having holes is heated and melted for drawing, surface tension acts on the interface of the holes in the tangential direction. When the surface tension acts on the interface of the hole, the component of the surface tension in the radial direction of the hole increases in proportion to the curvature of the hole, and acts to crush the hole. As a result, the smaller the diameter of the hole, the more likely it is to be crushed by the influence of surface tension. As a result, in some cases, holes as designed were not formed in the drawn optical fiber.
[0005]
Therefore, there has been proposed a method of drawing an optical fiber preform while applying pressure to the inside of a hole when drawing the optical fiber preform (for example, see Patent Document 1). In this case, pressure is applied to the inside of the hole, and the inside of the hole is drawn in a state higher than the atmospheric pressure, so that collapse of the hole is suppressed.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-145634
[Problems to be solved by the invention]
However, when the optical fiber preform in which a plurality of holes form a layer structure in a cross section orthogonal to the longitudinal direction is drawn while applying pressure to the inside of the holes, the inner holes in the layer structure expand and the outer holes expand. In some cases, an optical fiber whose pores are crushed is manufactured.
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above problems, and has a plurality of holes distributed in a cross section orthogonal to the fiber axis and extending in the fiber axis direction. It is an object of the present invention to provide a method by which an optical fiber having substantially the same can be manufactured.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have repeated studies on the mechanism of collapse and deformation of holes when drawing an optical fiber preform having holes extending in the longitudinal direction. And the following knowledge was obtained.
[0010]
In the region where the optical fiber preform starts to be heated by the heater of the drawing furnace (the area above the heat zone), since the outer diameter of the optical fiber preform is large, the diameter of the hole to be a hole is also large, so that the surface tension The effect is small. Therefore, when the inside of the hole is higher than the atmospheric pressure by pressurizing the hole, the hole expands. Then, when the optical fiber preform is drawn and the outer diameter becomes smaller and the hole diameter becomes smaller, the effect of the expansion of the hole due to the pressure applied to the inside of the hole and the effect of the contraction due to the surface tension are balanced in a certain region. When the hole diameter is further reduced from that region, the effect of the surface tension becomes larger than the expansion of the hole due to the pressure applied in the hole, and the hole contracts.
[0011]
By the way, shrinkage of holes due to the effect of surface tension is more likely to progress as the viscosity of the glass constituting the optical fiber preform decreases. When the holes formed in the optical fiber preform are distributed so as to surround the central axis of the optical fiber preform in a cross section orthogonal to the longitudinal direction, the holes in the outermost layer are formed. Functions as a heat insulating layer. This inhibits heat conduction to the holes in the inner layer, so that the glass viscosity around the inner holes becomes higher than the glass viscosity outside the outermost layer. Accordingly, since the influence of the surface tension is larger in the holes in the outermost layer, the holes in the outermost layer are preferentially crushed.
[0012]
Here, when pressure is applied to all of the plurality of holes to such an extent that the holes in the outermost layer are not crushed, the holes constituting the inner layer are excessively expanded and deformed. Conversely, if pressure is applied to all of the plurality of holes to such an extent that the inner holes are not crushed or deformed, the holes in the outermost layer are crushed. The above is the reason why an optical fiber having holes of almost the same diameter cannot be manufactured even when an optical fiber preform having a plurality of holes is drawn while applying pressure to the inside of the holes. The present inventors have conducted further intensive studies based on the above-mentioned findings, and have reached the present invention.
[0013]
That is, the method for manufacturing an optical fiber according to the present invention is a method for manufacturing an optical fiber having a plurality of holes distributed in a cross section orthogonal to the fiber axis and extending in the fiber axis direction, Prepare an optical fiber preform having a plurality of holes to be vacated, insert a hollow needle into each of the plurality of holes of the optical fiber preform, and pressurize the inside of each of the plurality of holes through the hollow needles. While drawing, the optical fiber preform is drawn. In this case, the pressure to be applied to each of the plurality of holes can be controlled through the needle inserted for each hole.
[0014]
Further, in the optical fiber manufacturing method according to the present invention, the outer diameter of each hollow needle inserted into each of the plurality of holes may be gradually reduced toward the end on the side inserted into the plurality of holes. It is suitable. In this case, it is easy to insert the hollow needle into a plurality of holes. Further, the needle can be inserted even if the hole diameter slightly changes.
[0015]
Furthermore, in the optical fiber manufacturing method according to the present invention, it is desirable to control the pressure applied to the inside of the plurality of holes for each of the plurality of holes. Thereby, for each hole, the effect of contracting the hole due to the effect of surface tension and the effect of expanding the hole due to the application of pressure to the hole can be balanced.
[0016]
Furthermore, in the method for manufacturing an optical fiber according to the present invention, in a cross section orthogonal to the fiber axis, a plurality of holes are distributed so as to surround the fiber axis to form a layered structure. It is preferable to apply the same pressure to the inside of the hole that is to be the hole constituting the same layer.
[0017]
In this case, even if the holes constituting the outermost layer function as a heat insulating layer at the time of drawing, since the pressure applied to the holes constituting the layers is controlled for each layer, the diameter of the holes is substantially reduced. Can be the same. Further, since the pressure may be controlled for each layer, the production of the optical fiber is facilitated.
[0018]
Further, in the method of manufacturing an optical fiber according to the present invention, it is preferable that a dry gas is supplied into each of the plurality of holes to pressurize the inside of each of the plurality of holes. By supplying a dry gas that does not affect the transmission characteristics, it is possible to prevent moisture from adsorbing into each of the plurality of holes and causing transmission loss.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. Also, the dimensional ratios in the drawings do not always match those described.
[0020]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a microstructured optical fiber 10 in the present embodiment. The microstructured optical fiber 10 includes a core region 11 extending along the fiber axis, and a cladding region 12 surrounding the outer periphery of the core region 11. The core region 11 and the cladding region 12 have the same composition.
[0021]
As shown in FIG. 1, in the cladding region 12, a plurality of holes 13 1 (for example, six holes) are formed in a hexagonal shape in a cross section orthogonal to the fiber axis around a core region 11 extending in the fiber axis direction. Are distributed. Further, a plurality of holes 13 2 (e.g., 12 holes) are distributed in a hexagonal shape in a cross section perpendicular to the fiber axis so as to surround the layer composed of a plurality of holes 13 1. In other words, the plurality of holes 13 1 and 13 2 are distributed so as to surround the fiber axis, forming a two-layer structure.
[0022]
In the microstructured optical fiber 10 having the above-described configuration, the cladding region 12 has the holes 13 1 and 13 2 , so that the average refractive index of the cladding region 12 is smaller than that of the core region 11.
[0023]
Next, a method of manufacturing the microstructured optical fiber 10 will be described. First, an optical fiber preform 20 to be the microstructured optical fiber 10 is prepared. FIG. 2 is a cross-sectional view when the optical fiber preform 20 is cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction. As shown in FIG. 2, the optical fiber preform 20 includes a first region 21 to be the core region 11 and a second region 22 to be the clad region 12. The first region 21 and the second region 22 have the same composition. Further, each of the holes 13 1, 13 2 and the through hole 23 should be 1, 23 2 are formed in the second region 22. Through-holes 23 1, 23 2 are arranged in a hexagonal shape in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the optical fiber preform 20 to form a two-layer structure.
[0024]
First, the optical fiber preform 20 is obtained by forming a first region 21 and a second region 22 using a VAD method, an MCVD method, an OVD method, or the like, and then dehydrating and sintering the resulting material into a transparent glass preform. is manufactured by forming a through-hole 23 1, 23 2 in the second region 22. Through-holes 23 1, 23 2 may be formed by, for example, drilling instruments. The optical fiber preform 20 is drawn by a drawing machine and then moved to a drawing step.
[0025]
The higher the line drawing process, drawing an optical fiber preform 20 while the through holes 23 1, 23 2 of the optical fiber preform 20 pressed. Figure 3 is a perspective view schematically showing the configuration of the pressure pipe 30 for pressurizing the through holes 23 1, 23 2 of the optical fiber preform 20. Incidentally, in FIG. 3, the optical fiber preform 20 to indicate the positional relationship between the through holes 23 1, 23 2 and the pressure pipe 30 of the optical fiber preform 20 is also drawn.
[0026]
At the end of the optical fiber preform 20 side opposite to the pressure pipe 30, the gas supply ports 31 1 for filling a nitrogen gas (inert gas) to the pressure pipe 30, 31 2 are provided . Inside the pressing pipe 30 has a double structure, and the nitrogen gas flowing from the gas supply port 31 1 to the pressure pipe 30, the nitrogen gas flowing from the gas supply port 31 2 to the pressure pipe 30, Different internal spaces in the pressure pipe 30 are filled. As the pressurized pipe 30 having a double structure, for example, a second hollow cylinder is disposed inside the first hollow cylinder so that the center axis thereof coincides with the center axis of the first hollow cylinder. It is good. In this case, for example, nitrogen gas flowing from the gas supply port 31 1 is filled in the internal space of the second hollow cylinder, the nitrogen gas flowing from the gas supply port 31 2, and a second hollow cylinder first The inner space between the first hollow cylinder and the first hollow cylinder is filled.
[0027]
In addition, a plurality of hollow needles 32 1 (for example, six hollow needles) and a plurality of hollow needles 32 2 (for example, 12 hollow needles) are provided at the end of the pressure pipe 30 on the optical fiber preform 20 side. (A hollow needle). Each needle 32 1 and each needle 32 2 is disposed so as to correspond to the position of each through hole 23 1 and the through holes 23 2 of the optical fiber preform 20 in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the pressure pipe 30 I have. Needle 32 1 supplies the nitrogen gas flowing from the gas supply port 31 1 to the pressure pipe 30 into the through-hole 23 1 in the optical fiber preform 20. Further, the needle 32 2 supplies nitrogen gas flowing from the gas supply port 31 2 to the pressure pipe 30 into the through-hole 23 2 of the optical fiber preform 20. Figure 4 is a schematic diagram showing a plurality of needles 32 1, 32 2 of the arrangement. The needles 32 1 and 32 2 are each distributed in a hexagonal shape like the through holes 23 1 and 23 2 to form a two-layer structure. 32 1, 32 2 of the tip needle is tapered, the outer diameter of the needle 32 1, 32 2 are gradually decreased toward the tip.
[0028]
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a drawing device 40 suitably used for drawing the optical fiber preform 20. FIG. 5 shows a process in which the optical fiber preform 20 is drawn by the drawing device 40.
[0029]
The optical fiber preform 20 is disposed in a drawing furnace 50 with a pressure pipe 30 attached to one end thereof. Although various methods for arranging the optical fiber preform 20 in the drawing furnace 50 are conceivable, for example, the following method may be used. A hollow dummy pipe 60 having substantially the same outer diameter as the optical fiber preform 20 is connected to an upper portion of the optical fiber preform 20, and the dummy pipe 60 is held by a chuck 70 so that the optical fiber preform 20 is drawn. 50 inside. The chuck 70 has a function of moving vertically and sending the optical fiber preform 20 into the drawing furnace 50 in accordance with the drawing.
[0030]
The pressure pipe 30 is attached to the inside of the dummy pipe 60 via a lid 80 for keeping the internal space of the dummy pipe 60 airtight. The lid 80 has a structure in which the insertion amount of the pressure pipe 30 can be changed while keeping the airtightness of the internal space of the dummy pipe 60. When mounting the pressure pipe 30 to the dummy pipe 60, first, the pressure pipe 30, each needle 32 1 of the front end of the pressure pipe 30, 32 2 are fixed at a position not in contact with the optical fiber preform 20 . Needle 32 1 In this state, 32 2 and the through hole 23 of the optical fiber preform 20 1, 23 there is a gap between the two, by evacuating the dummy pipe 60 from the vacuum leading line 90 of the lid 80 inside the through-hole 23 1, 23 2 is also evacuated, it can be removed water adsorbed on the inner surface thereof. Thereby, it is possible to suppress the OH group from remaining near the core of the microstructured optical fiber 10 after drawing, and it is possible to reduce the transmission loss of the microstructured optical fiber 10. Incidentally, at the time of drawing the start to allow evacuation, the lower end of the optical fiber preform 20 is in a state in which the through-holes 23 1, 23 2 is sealed.
[0031]
Subsequently, the needle 32 1 of the pressure pipe 30, 32 2 is inserted into the through holes 23 1, 23 2 of the optical fiber preform 20. As described above, the needle 32 1, 32 2 of the tip since the tapered, can be easily inserted into the through holes 23 1, 23 2 corresponding to each needle 32 1, 32 2. The through-holes 23 1, 23 2 of the diameter can be inserted somewhat also be varied each needle 32 1, 32 2 from the design value in the corresponding through-holes 23 1, 23 2. Furthermore, it is possible to maintain the airtightness between the through-holes 23 1, 23 2 by pushing the respective needle 32 1, 32 2.
[0032]
Then, supplies dry nitrogen from people gas supply port 31 1, 31 2 respectively provided in the pressure pipe 30. Nitrogen gas flowing from the gas supply port 32 1 to the pressure pipe 30, through the needle 31 1 is supplied to the through-hole 23 1 of the optical fiber preform 20. Further, the nitrogen gas flowing from the gas supply port 32 2 to the pressure pipe 30, through the needle 31 2 is supplied to the through-hole 23 2 of the optical fiber preform 20. As described above, the pressure pipe 30 has a double structure, a nitrogen gas inlet gas supply ports 31 1, 31 2 respectively from the pressure pipe 30 satisfy the different internal space in the pressure pipe 30 I have. Therefore, by adjusting the pressure of the nitrogen gas supplied from the s gas supply port 31 1, 31 2 respectively, it is possible to control the pressure to be applied people in the through holes 23 1 and the through-hole 23 2 respectively. Incidentally, when introducing dry nitrogen gas to the gas supply port 31 1, 31 2, it is preferred that by way of the water trap device is introduced into the gas supply port 31 1, 31 2. Accordingly, the nitrogen gas supply source water that is slightly remaining on the dried nitrogen gas supplied from a (not shown) can be removed before the gas supply ports 31 1, 31 2. Therefore, the OH groups remaining in the microstructured optical fiber 10 can be further reduced.
[0033]
While the through holes 23 1 as described above, 23 2 into the through hole 23 1 applies pressure, 23 second internal to a state higher than the atmospheric pressure, heating and drawing the end of the optical fiber preform 20 by the heater 51 Thus, the microstructured optical fiber 10 is obtained. The pressure applied to the through-hole 23 1, 23 2, holes 13 1 of the microstructured optical fiber 10 should be drawing tension and manufacturing, 13 2 depends on the desired diameter, 0.1KPa～5.0KPa It is preferred that FIG. 6 is a chart showing an example of a relationship between a desired diameter of the hole of the microstructured optical fiber 10 and a suitable pressure applied to the through hole of the optical fiber preform 20. The pressure to be applied to the through-holes 23 1, 23 2 are optimized pressure to the holes 13 1, 13 2 becomes a desired diameter. Further, on the outside of the through hole 23 2, applying a large pressure slightly than the pressure applied to the inside of the through-hole 23 1.
[0034]
FIG. 7 is an electron micrograph of a cross section perpendicular to the fiber axis of a microstructured optical fiber when the same pressure is applied to all of the plurality of holes and drawn, as in the related art. When the same pressure is applied to all the through holes formed in the optical fiber preform, the pores of the outermost layer are deformed, and the pores constituting the inner layer from the outermost layer are expanded. I have.
[0035]
On the other hand, FIG. 8 is an electron micrograph of a cross section orthogonal to the fiber axis of the microstructured optical fiber 10 when the optical fiber preform 20 is drawn by the drawing device 40. In the production of micro-structured optical fiber 10 in FIG. 8, the through hole 23 1 of the optical fiber preform 20, a pressure of about 0.8kPa added through needle 32 1 of the pressure pipe 30, the through hole 23 2 It was added a pressure of about 0.85kPa through the needle 32 and second pressure pipe 30. From Figure 8, it can be seen that the size of the holes 23 and second diameter holes 23 1 of the diameter and the inner outer layers are substantially aligned. This is for the following reason.
[0036]
Referring to FIG. 5, the heater 51 in the glass melting region alpha where the optical fiber preform 20 is heated and melted, drawing start portion whose area alpha 1 in the through-hole 23 1 of the optical fiber preform 20, 23 2 Since the diameter is large, the influence of surface tension is small. Therefore, If left higher than the atmospheric pressure by applying pressure to the through holes 23 1, 23 2, through holes 23 1, 23 2 expands. Then, in the area alpha 2 diameter of the drawn in through-holes 23 1, 23 2 is reduced, the influence of surface tension increases. Therefore, the effect of expanding the through hole 23 1, 23 2 are under the influence of the pressure of the through holes 23 1, 23 2, the effect of the through-hole 23 1 in the influence of surface tension, 23 2 contracts are balanced. Further delineated, the region alpha 3 further outer diameter than the outer diameter in the region alpha 2 decreases, it increases the effect of surface tension, the through holes 23 1, 23 2 is contracted. The through-holes 23 1, 23 through-hole 23 1 by balancing the expansion and contraction occurring in 2, 23 2 of the deformation is suppressed.
[0037]
Meanwhile, as shown in FIG. 2, when the through-holes 23 1, 23 2 form a distributed layer structure so as to surround the center axis of the optical fiber preform 20, the through holes constituting the outer layer 23 2 becomes the heat insulating layer, inhibiting the heat conduction to the inside. Therefore, towards the outside of the glass viscosity than constructed layer in the through-hole 23 2 is lower than the glass viscosity of the inner side than the layer. Thus, the effect of surface tension, towards the through-hole 23 2 is larger than the through-hole 23 1. Microstructured optical fiber 10 shown in FIG. 8, the through-holes 23 1, 23 2 respectively in the hollow needle 32 1, 32 2 respectively under a pressure higher than the through hole 23 1 inserted to the through hole 23 2 drawing are doing. Thus, in people through hole 23 1, 23 2 respectively, they are able to balance the shrinkage of the through holes 23 1, 23 2 due to the influence of expansion and surface tension of the through-holes 23 1, 23 2 by pressure. Therefore, as shown in FIG. 8, which can be substantially the same diameter of the holes 13 2 and the holes 13 1 of the inside of the outer.
[0038]
In the method of manufacturing a microstructured optical fiber 10 described above, since the inserts' s hollow needle 32 1, 32 2 respectively in the through holes 23 1, 23 2 respectively, configure them for each inner layer and outer layer pressure applied to it is through-hole 23 1, 23 2 and can be adjusted. Therefore, in people through hole 23 1, 23 2 respectively, it is possible to balance the expansion due to shrinkage and the pressure due to the influence of surface tension. Thus, a micro-structured optical fiber 10 having a plurality of holes 13 1, 13 2 form a distributed layer structure so as to surround the fiber axis, a plurality of holes 13 1, 13 2 of diameter about the same Can be manufactured. The transmission characteristics of the microstructured optical fiber 10 depend on the geometric shapes and distribution of the holes 13 1 and 13 2 in a cross section orthogonal to the fiber axis. For this reason, by making the diameters of the holes 13 1 and 13 2 of the microstructured optical fiber 10 substantially the same, the transmission characteristics of the microstructured optical fiber 10 can be more designed than in the case where the diameters of the plurality of holes are different from each other. Can be close.
[0039]
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, but it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, in the cross section orthogonal to the fiber axis, each of the holes 13 1 and 13 2 is arranged in a hexagonal shape to form a two-layer structure, but it is not particularly limited to such an arrangement. For example, the holes are not limited to the two-layer structure, and a plurality of holes may be formed in a cross section orthogonal to the fiber axis.
[0040]
In addition, the arrangement of the holes 13 1 and 13 2 in a cross section orthogonal to the fiber axis is a characteristic to be realized by the microstructured optical fiber, for example, a wavelength dispersion having a large absolute value, and an optical fiber having no hole. What is necessary is just to set it as the arrangement | positioning required to implement | achieve a large or small effective core area. Then, the pressure to be applied may be controlled for each through hole to be a hole according to the distribution shape.
[0041]
Further, the diameter of the holes 13 1 and holes 13 2 are also valid for different structures. If the hole diameter is different, the optimum pressure to be applied to the through hole that becomes a hole changes, but as described above, different pressurization can be performed for each through hole that becomes a hole, so that a hole with the designed diameter is realized. it can.
[0042]
Further, an additive (for example, Ge) that increases the refractive index may be added to the core region 11, and an additive that lowers the refractive index may be added. Furthermore, it is not necessary to add an additive. Further, the core region 11 may be hollow. Further, although nitrogen gas and dried as a gas to be supplied to the through-hole 23 1, 23 2 is not limited to the nitrogen gas. Any dry gas that does not affect the transmission characteristics may be used, and oxygen gas, He gas, Ne gas, Ar gas, and the like can also be used. Furthermore, although the hole to be a hole is a through hole, the hole does not necessarily have to penetrate the optical fiber preform.
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to manufacture an optical fiber having a plurality of holes distributed in a cross section orthogonal to the fiber axis and extending in the fiber axis direction, and the diameters of the holes are substantially the same. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an optical fiber manufactured by a method for manufacturing a microstructured optical fiber according to an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view when the optical fiber preform is cut along a plane orthogonal to the longitudinal direction.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a pressure pipe.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an arrangement of needles.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a drawing apparatus.
FIG. 6 is a chart showing an example of a relationship between a desired diameter of a hole and a suitable pressure applied to a through hole.
FIG. 7 is an electron micrograph of a microstructured optical fiber manufactured by drawing an optical fiber preform by applying the same pressure to a plurality of holes.
FIG. 8 is an electron micrograph of a cross section orthogonal to the fiber axis of the microstructured optical fiber.
[Explanation of symbols]
10 ... micro-structured optical fiber, 11 ... core region, 12 ... cladding region, 13 1, 13 2 ... pore, 20 ... optical fiber preform, 21 ... first region, 22 ... second region, 23 1, 23 2 ... Through holes, 30 ... Pressurized pipes, 31 1 , 31 2 ... Gas supply ports, 32 1 , 32 2 ... Hollow needles, 40 ... Drawing apparatus, 50 ... Drawing furnace, 51 ... Heater, α: Glass melting Area: 60: dummy pipe, 70: chuck, 80: lid, 90: vacuum evacuation line, α 1 : area where the hole expands, α 2 : area where expansion and contraction of the hole balance, α 3 : hole shrinks region
