JP2005219944A - 複数のコアを有する光ファイバーの製造方法及びその製造に用い得る柱状ガラス体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本有する柱状ガラス体の製造方法及び複数のコアを有する光ファイバーの製造方法を提供すること。
【解決手段】重イオンを細いビームの状態で長い柱状ガラス体中の所定の位置に注入して重イオン濃度の高い領域を形成し、イオン加速器と柱状ガラス体との相対位置を柱状ガラス体の長手方向に順次変化させて重イオンを細いビームの状態で柱状ガラス体中に順次注入して長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を形成し、以上の操作を柱状ガラス体中の他の位置で複数回繰り返して、長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本形成することにより長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本有する柱状ガラス体を製造し、更に長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本有する柱状ガラス体を長手方向に延伸処理することにより複数のコアを有する光ファイバーを製造する。
【選択図】 なし
【解決手段】重イオンを細いビームの状態で長い柱状ガラス体中の所定の位置に注入して重イオン濃度の高い領域を形成し、イオン加速器と柱状ガラス体との相対位置を柱状ガラス体の長手方向に順次変化させて重イオンを細いビームの状態で柱状ガラス体中に順次注入して長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を形成し、以上の操作を柱状ガラス体中の他の位置で複数回繰り返して、長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本形成することにより長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本有する柱状ガラス体を製造し、更に長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本有する柱状ガラス体を長手方向に延伸処理することにより複数のコアを有する光ファイバーを製造する。
【選択図】 なし
Description
本発明は柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本有する柱状ガラス体の製造方法及び複数のコアを有する光ファイバーの製造方法に関する。
古来、ガラスはその美しさと耐久性により美術品あるいは美術品を兼ねた日用品として用いられてきた。それはガラスが本質的に透明であり、極めて平滑な表面を作ることが出来ることに由来している。現在はその新たな機能が見直され、光学的機能ガラスとして光集積回路、光ファイバー、フォトマスク等の分野で、電気・電子的機能ガラスとしてディスプレイ、透明導電性膜等の分野で実用化されている。
これまでイオン加速器は原子炉材料のイオン照射効果を解析して新規材料を開発するために、あるいは放射光発生装置の一部として利用されてきた。イオン加速器を利用して電気的に高速イオンを作り出し、これを材料中に打ち込む（インプランテーション）ことにより、材料の部分的改質を図ることができる。また、ガラスに他の原子をドープすることも提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
本発明は、イオン加速器を用いて重イオンを細いビームの状態で長い柱状ガラス体中の所定の位置に注入する技術を利用することによる、複数のコアを有する光ファイバーの製造方法並びにその製造に用い得る柱状ガラス体の製造方法を提供することを目的としている。
本発明者は、上記の目的を達成するために鋭意検討した結果、イオン加速器を用いて柱状ガラス体外壁に重イオンを照射する際に、重イオンの加速エネルギーと照射時間を適宜換えることにより、重イオンの浸透深さを任意に制御することができるので、同じ操作をイオン加速器と柱状ガラス体との相対位置を柱状ガラス体の長手方向に順次変化させて実施することにより柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を形成することができ、また、以上の操作を柱状ガラス体中の他の位置で繰り返すことにより柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本形成することができ、更に、柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本有する柱状ガラス体を長手方向に延伸処理することにより複数のコアを有する光ファイバーを製造し得ることを見いだし、本発明を完成した。
即ち、本発明の柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本有する柱状ガラス体の製造方法は、イオン加速器を用いて重イオンを細いビームの状態で長い柱状ガラス体中の所定の位置に注入して重イオン濃度の高い領域を形成し、該イオン加速器と該柱状ガラス体との相対位置を該柱状ガラス体の長手方向に順次変化させて重イオンを細いビームの状態で該柱状ガラス体中に順次注入して該柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を形成し、以上の操作を該柱状ガラス体中の他の位置で、好ましくは円周に沿って一定間隔で複数回繰り返して、該柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本形成することを特徴とする。
また、本発明の複数のコアを有する光ファイバーの製造方法は、柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本有する柱状ガラス体を長手方向に延伸処理することを特徴とする。
例えば、本発明の複数のコアを有する光ファイバーの製造方法は、イオン加速器を用いて重イオンを細いビームの状態で長い柱状ガラス体中の所定の位置に注入して重イオン濃度の高い領域を形成し、該イオン加速器と該柱状ガラス体との相対位置を該柱状ガラス体の長手方向に順次変化させて重イオンを細いビームの状態で該柱状ガラス体中に順次注入して該柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を形成し、以上の操作を該柱状ガラス体中の他の位置で、好ましくは円周に沿って一定間隔で複数回繰り返して、該柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本形成し、その後該柱状ガラス体を長手方向に延伸処理することを特徴とする。
本発明の製造方法により、一本の柱状ガラス体の中に光ファイバー状の光の通り道を多数作り出すことができ、これを長手方向に延伸処理することにより複数のコアを有する光ファイバーを得ることができる。
本発明の柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本有する柱状ガラス体の製造方法を図１に基づいて説明する。最初に、イオン加速器、例えばタンデム加速器を用いて重イオンを細いビームの状態で長い柱状ガラス体（光ファイバーに用いられている通常のガラス体）中の所定の位置（普通には柱状ガラス体の端部、例えば図１（ａ）に示す点Ａの位置）に注入して重イオン濃度の高い領域を形成し、引き続いて該イオン加速器と該柱状ガラス体との相対位置を該柱状ガラス体の長手方向に順次変化させて重イオンを細いビームの状態で該柱状ガラス体中に順次注入して該柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域（図１（ｂ）に示す１の領域）を該柱状ガラス体の一端（図１（ｂ）に示す点Ａの位置）から他端（図１（ｂ）に示す点Ｂの位置）まで形成する。
次いで、以上の操作を該柱状ガラス体中の他の位置で、好ましくは、図１（ｃ）に示すように、円周に沿って一定間隔で複数回繰り返して、該柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本形成する（図１（ｃ）には内部の重イオン濃度の高い領域を３本のみ示し、他は省略してある）。以上の操作で本発明の柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本有する柱状ガラス体を得ることができる。なお、重イオンの種類や加速エネルギーを適宜換えることで目的に即したインプランテーションを容易に遂行することができる。
本発明の上記の製造方法により、柱状ガラス体中にその長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本平行に形成することができ、この重イオン濃度の高い領域は高い光屈折率を持つので、ここを通過する光は全反射により重イオン濃度の低い部分にもれることはない。つまり、一本のガラス体の中に光ファイバー状の光の通り道を多数作り出すことができる。
本発明の複数のコアを有する光ファイバーの製造方法においては、上記のようにして又はその他の方法で製造された柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本有する柱状ガラス体を長手方向に加熱延伸処理して複数のコアを有する光ファイバーを形成する。
柱状ガラス体を長手方向に加熱延伸処理することで実際の光ファイバーの細さまで容易に引き伸ばすことができる。このようにして作製される光ファイバーは多数の光のパスを内包することで、その通信量を飛躍的に向上させることができ、大量情報の双方向通信が期待できる。
＜重イオンの照射＞
下記組成のガラスを調製し、直径約１０ｍｍ、長さ約５０ｍｍの柱状ガラス体に成形した。それらの柱状ガラス体にタンデム加速器を用いて室温で下記の照射条件下で重イオン照射を行った。
下記組成のガラスを調製し、直径約１０ｍｍ、長さ約５０ｍｍの柱状ガラス体に成形した。それらの柱状ガラス体にタンデム加速器を用いて室温で下記の照射条件下で重イオン照射を行った。
ガラス組成：
（１）０.９９(０.８Ｂ2Ｏ3−０.２ＰｂＯ)−０.０１ＣｕＣｌ
（２）０.９９(０.８Ｂ2Ｏ3−０.２ＰｂＯ)−０.０１ＬｉＣｌ
（３）０.８Ｂ2Ｏ3−０.２ＰｂＯ
（１）０.９９(０.８Ｂ2Ｏ3−０.２ＰｂＯ)−０.０１ＣｕＣｌ
（２）０.９９(０.８Ｂ2Ｏ3−０.２ＰｂＯ)−０.０１ＬｉＣｌ
（３）０.８Ｂ2Ｏ3−０.２ＰｂＯ
照射条件：
各ガラスに共通
照射イオン：Ｘｅ14+（加速エネルギー １６０ＭｅＶ）
照射時間：１時間
照射中の試料電流：１２５ｎＡ
照射面積：０.６４ｃｍ2（照射エリア：直径９ｍｍの円）
ガラス（１）
照射イオン数：４５０５４×１０-8クーロン＝２.０１×１０14イオン
単位面積当たりの照射イオン数：３.１４×１０14 イオン／ｃｍ2
ガラス（２）及び（３）
照射イオン数：４４３３６×１０-8クーロン＝１.９８×１０14イオン
単位面積当たりの照射イオン数：３.０９×１０14 イオン／ｃｍ2
各ガラスに共通
照射イオン：Ｘｅ14+（加速エネルギー １６０ＭｅＶ）
照射時間：１時間
照射中の試料電流：１２５ｎＡ
照射面積：０.６４ｃｍ2（照射エリア：直径９ｍｍの円）
ガラス（１）
照射イオン数：４５０５４×１０-8クーロン＝２.０１×１０14イオン
単位面積当たりの照射イオン数：３.１４×１０14 イオン／ｃｍ2
ガラス（２）及び（３）
照射イオン数：４４３３６×１０-8クーロン＝１.９８×１０14イオン
単位面積当たりの照射イオン数：３.０９×１０14 イオン／ｃｍ2
なお、上記のタンデム加速器とはペレットチェーンに電荷を乗せて高電圧端子に運び上げ、高電圧を発生させてイオンを加速させる装置で、一つの高電圧で一回目は負イオンを加速し、途中でイオンの電荷を負から正へ変換して、２回目は正イオ ンを加速する装置である。負イオン源では電子に原子を結合させて負イオンを生成し、これを加速するために超高真空に保たれた初段加速管に入射し負イオン加速管入口まで到達させる。負イオン加速管まで到達した負イオンを、正の高電圧端子に向け加速させる。高電圧端子に到達した負イオンは、電子ストリッパー（炭素薄膜または窒素ガス層）で多数の電子がはぎとられ正イオンに変換後、正イオン加速管で再び加速され高エネルギーのイオンビームが得られる。
上記のような条件でガラス試料にＸｅ14+を照射したところ、ガラス試料に外見上の変化はほとんど認められなかった。しかし、高エネルギーでのイオン照射であるのでガラス体へのＸｅ14+の注入が起こっていることが十分に予想される。そこで、深さあたりの試料に付与されるエネルギーをＳＲＩＭ２０００（計算コード）により計算した結果を図２及び図３に示す。図２は電子的エネルギーＳｅを表しており、図３は核的エネルギーＳｎを表している。
図２及び図３から明らかなように、Ｘｅ14+はガラス試料表面から１０μmの深さにまで注入され、そのあたりで濃度が高くなっていることがわかった。むしろ表面に近いほど濃度が低くなっていた。いずれにせよ、ガラスのごく表面付近にのみ重イオンが分布して存在することがわかった。計算コードから推察すると、加速粒子の質量が小さくなるほど、加速エネルギーが大きくなるほど、イオン注入の深さが深くなることが予想される。このことは、材料の局所構造を、つまり局所的な特性を制御し得ることを示している。
＜ラマン分光実験＞
ラマン分光器によりラマンスペクトルを測定し、イオン照射前後のガラス構造の変化を調べた。ここでは日本分光工業（株）製のＮＲ−１８００型レーザーラマン分光光度計を用い、光源には波長５１４.５ｎｍのＡｒ+レーザーを使用した。ガラス試料にレーザー光を水平に照射させ、同じ平面上で入射光に対して垂直方向にあるレンズにより散乱光を集光する水平直角散乱法によりスペクトル測定を行った。ラマン分光実験の測定条件を第１表に示す。
ラマン分光器によりラマンスペクトルを測定し、イオン照射前後のガラス構造の変化を調べた。ここでは日本分光工業（株）製のＮＲ−１８００型レーザーラマン分光光度計を用い、光源には波長５１４.５ｎｍのＡｒ+レーザーを使用した。ガラス試料にレーザー光を水平に照射させ、同じ平面上で入射光に対して垂直方向にあるレンズにより散乱光を集光する水平直角散乱法によりスペクトル測定を行った。ラマン分光実験の測定条件を第１表に示す。
Ｂ2Ｏ3−ＰｂＯ系のガラスにおいてはＰｂＯの含有量の少ない組成で、５００、７７０、８１０ｃｍ-1付近に目立ったピークが認められ、その含有量が増えるにつれて、三配位型ホウ素に由来する振動である８１０ｃｍ-1付近のピーク強度が減少し、四配位型ホウ素の出現によって起こる振動である７７０ｃｍ-1付近のピーク強度の増大が報告されている。また１４００ｃｍ-1付近のピークはオルソボレイトの振動である。
本実験では特に７７０および８１０ｃｍ-1のピークの変化に注目し、Ｘｅ14+イオンの照射がそれぞれの試料のボロキソル環型構造に及ぼす影響について調べた。図４に０.８Ｂ2Ｏ3-０.２ＰｂＯ、０.９９(０.８Ｂ2Ｏ3-０.２ＰｂＯ)-０.０１ＬｉＣｌおよび ０.９９(０.８Ｂ2Ｏ3-０.２ＰｂＯ)-０.０１ＣｕＣｌガラスのイオン照射前後のラマンスペクトルを示す。
０.８Ｂ2Ｏ3-０.２ＰｂＯ系ガラスは照射によるスペクトルに変化はあまり認められなかったのに対し、０.９９(０.８Ｂ2Ｏ3-０.２ＰｂＯ)-０.０１ＬｉＣｌおよび０.９９(０.８Ｂ2Ｏ3-０.２ＰｂＯ)-０.０１ＣｕＣｌガラスのスペクトルは大きな変化がみられた。次にバックグラウンドの補正を行い、７７０および８１０ｃｍ-1のピークを分離し照射前後のピークの変化を解析した。照射前後のラマンススペクトルをピーク分離した結果の一例を図５に示す。
ピーク分離した後、それぞれのピーク面積の分率を求めた。すべての系において、イオン照射によりスペクトルの強度がおしなべて減少していた。照射前後での面積の分率には大きな変化はみられなかったので、ガラス構造全体が照射の影響を受けているものと考えられる。イオン照射によりガラス中で形成されていたボロキソル環型構造やＢＯ4四面体が少し変形し、全体としてガラス構造がよりランダムになったと考えられる。
Claims (3)
- イオン加速器を用いて重イオンを細いビームの状態で長い柱状ガラス体中の所定の位置に注入して重イオン濃度の高い領域を形成し、該イオン加速器と該柱状ガラス体との相対位置を該柱状ガラス体の長手方向に順次変化させて重イオンを細いビームの状態で該柱状ガラス体中に順次注入して該柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を形成し、以上の操作を該柱状ガラス体中の他の位置で複数回繰り返して、該柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本形成することを特徴とする柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本有する柱状ガラス体の製造方法。
- 柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本有する柱状ガラス体を長手方向に延伸処理することを特徴とする複数のコアを有する光ファイバーの製造方法。
- イオン加速器を用いて重イオンを細いビームの状態で長い柱状ガラス体中の所定の位置に注入して重イオン濃度の高い領域を形成し、該イオン加速器と該柱状ガラス体との相対位置を該柱状ガラス体の長手方向に順次変化させて重イオンを細いビームの状態で該柱状ガラス体中に順次注入して該柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を形成し、以上の操作を該柱状ガラス体中の他の位置で複数回繰り返して、該柱状ガラス体の長手方向に連続した重イオン濃度の高い領域を複数本形成し、その後該柱状ガラス体を長手方向に延伸処理することを特徴とする複数のコアを有する光ファイバーの製造方法。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10604445B2 (en) | 2012-02-08 | 2020-03-31 | University Of Leeds | Process for ion implantation |
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2004
- 2004-02-03 JP JP2004027263A patent/JP4378527B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| US10604445B2 (en) | 2012-02-08 | 2020-03-31 | University Of Leeds | Process for ion implantation |
| US11198643B2 (en) | 2012-02-08 | 2021-12-14 | University Of Leeds | Material |
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|---|---|
| JP4378527B2 (ja) | 2009-12-09 |
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