JP2005250022A - プラスチックホーリーファイバ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＰＭＤ特性に優れる低コストなホーリーファイバを提供することにある。
【解決手段】 コア２と、コア２の外周を覆うクラッド３と、コア２近傍のクラッド３内にコア２の軸方向に貫通する複数の空孔４とを備えたプラスチックホーリーファイバ１において、上記複数の空孔４をコア２の軸回りに螺旋状に形成したものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コア近傍のクラッド内をコアの軸方向に貫通する複数の空孔を備えたプラスチックホーリーファイバ及びその製造方法に関するものである。

大容量、高速な通信を可能とする光ファイバは光通信ネットワークを構築する上で欠くことのできないものであるが、近年および将来の光通信ネットワークにおける光信号の高速化、情報の増大化に伴ってさらなる大容量の光ファイバが要求されており、現在、この要求を満たす新たな光ファイバとして、フォトニッククリスタル光ファイバ（ＰＣＦ：Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｆｉｂｅｒ）と称される光ファイバが注目されている。

このＰＣＦは、コアを覆うクラッド内に屈折率の周期構造であるフォトニック構造を備えたものであり、具体的には蜂の巣のようなハニカム構造の空間をクラッド部に設けることで、光の禁制帯であるフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ：Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｂａｎｄ Ｇａｐ）を発生させたものである（例えば、非特許文献１参照。）。

また、このようなＰＢＧ構造を導波原理とする中空コアのＰＣＦがある（例えば、非特許文献２参照。）。この中空コアのＰＣＦは、光が伝搬するコアに石英媒質がないため、損失の主要因となるレーリー散乱が非常に小さくなる超低損失ファイバの可能性を有するものである。中空コアのＰＣＦとしては、例えば特許文献１に、０．０１ｄＢ／ｋｍ程度の低損失化が期待できる旨の記載がある。

しかし、これら従来のＰＣＦにおいては、そのＰＢＧ構造にわずかな構造的揺らぎがあると光の伝搬条件が維持できなくなり、いわゆる構造不整損失を発生させることから、このＰＢＧ構造を精密に構成する必要があり、実用化には多くの課題が残っている。

一方、最近では上述したＰＣＦのような完全なＰＢＧ構造を有するものではないが、ガラス組成の違いにより比屈折率差を持たせた従来の光ファイバのコア近傍のクラッド内に、クラッド内をその軸方向に貫通する空孔を複数形成した、いいわゆるホーリーファイバと称される光ファイバが提案されている。ホーリーファイバは、これら空孔により、クラッドの実効的な屈折率を下げると共にコア／クラッド間の比屈折率差を拡大することで、従来では得られなかった特性を有する。

このようなホーリーファイバとしては、例えば非特許文献３に、通常のシングルモードファイバの構造を有するファイバのコア近傍のクラッド内に、４つの空孔を形成したホーリーファイバが記載されている。このホーリーファイバは、コア／クラッド間の実効的な比屈折率差を拡大することで、０．８μｍ波帯にゼロ分散とシングルモード動作があるファイバを実現したものである。

ところで、このような従来のホーリーファイバは、石英ガラスを材質としており、紡糸前の石英ガラスロッド（プリフォーム）に機械的な穴あけ加工を施し、それを所定のファイバ径に紡糸して製造される。これに対し、製造コストの低減や可撓性の向上を目的として、プラスチック（樹脂）を材質としたプラスチックホーリーファイバが提案されている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献２がある。

特許第３０７２８４２号公報 特開２００２−９８８５２号公報 ナイト（Ｋｎｉｇｈｔ） 外、「フォトニック バンド ギャップ ガイダンス イン オプティカルファイバ （Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｂａｎｄ ｇａｐ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｉｎ ｏｐｔｉｃａｌｆｉｂｅｒ）」、サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）２８２，１４７６、１９９８年 クリーガン（Ｃｒｅｇａｎ） 外、「シングル−モード フォトニック バンド ギャップ ガイダンス オブ ライト イン エア（Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｂａｎｄ ｇａｐ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ ｉｎ Ａｉｒ）」、サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）２８５，１５３７、１９９９年 長谷川 外、「ノーベル ホール−アシステッド ライトガイド ファイバ イクジビティング ラージ アノマラス ディスパージョン アンド ロー ロス ビロウ （Ｎｏｖｅｌ ｈｏｌｅ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ｌｉｇｈｔｇｕｉｄｅ ｆｉｂｅｒ ｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇ ｌａｒｇｅ ａｎｏｍａｌｏｕｓ ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ ａｎｄ ｌｏｗ ｌｏｓｓ ｂｅｌｏｗ） １ｄＢ／ｋｍ」、ＯＦＣ２００１ＰＤ５−１、２００１年

しかしながら、従来のホーリーファイバは、複数の空孔がファイバの長手方向に沿って直線状に形成されているので、加工精度上、ファイバ中心（コア）に対して完全な対称構造にすることが難しく、これにより、屈折率の偏りが発生し、偏波モード分散（ＰＭＤ）特性が悪くなっていた。

そこで、本発明の目的は、ＰＭＤ特性に優れる低コストなホーリーファイバを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、コアと、コアの外周を覆うクラッドと、コア近傍のクラッド内をその軸方向に貫通する複数の空孔とを備えたプラスチックホーリーファイバにおいて、上記複数の空孔をコアの軸回りに螺旋状に形成したプラスチックホーリーファイバである。

請求項２の発明は、上記コアはポリメチルメタクリレートからなり、上記クラッドはフッ素系樹脂からなる請求項１記載のプラスチックホーリーファイバである。

請求項３の発明は、コアと、コアの外周を覆うクラッドと、コア近傍のクラッド内をその軸方向に貫通する複数の空孔とを備えたプラスチックホーリーファイバの製造方法において、コア押出しノズルからコア用樹脂を押し出すと共に、そのコア押出しノズルを覆うように設けられるクラッド押出しノズルからクラッド用樹脂を押し出して複合押出し成形を行う際、予め上記コア押出しノズルの先端に上記複数の空孔を形成するためのピンを複数本取り付けておき、そのコア押出しノズルを所定の速度で回転させ、上記複合押出し成形と同時に上記複数の空孔をコアの軸回りに螺旋状に連続的に形成するプラスチックホーリーファイバの製造方法である。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。

（１）プラスチックホーリーファイバの複数の空孔をコアの軸回りに螺旋状に形成した螺旋構造とすることで、ＰＭＤ特性を大幅に改善できる。

（２）石英ガラスからなるホーリーファイバではなかなか実現することが難しい空孔の螺旋構造の製造も、プラスチックホーリーファイバでは容易に行うことが可能となり、より低コストで高品質なホーリーファイバが得られる。

以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１（ａ）は本発明の好適実施の形態であるプラスチックホーリーファイバの横断面図を示し、図１（ｂ）はその構造図を示したものである。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本発明に係るプラスチックホーリーファイバ１は、中心に配置されるコア２と、そのコア２の外周を覆うクラッド３と、コア２近傍のクラッド３内をその軸方向に貫通する８個の空孔４と、クラッド３の外周を被覆するジャケット５とから構成され、８個の空孔４をコア２の軸回りに所定ピッチで螺旋状に形成したものである。

各空孔４は、断面が円状に形成され、ファイバ１の横断面で見ると、コア２の中心から所定距離隔てたクラッド３内に同心円状かつ等間隔で配列形成される。本実施の形態では、各空孔４の直径φｈを３０μｍとした。

コア２は、例えば、特に透明性などの光学特性に優れたコア用樹脂としてのポリメチルメタクリレートからなり、断面が円状かつ全体が棒状に形成される。クラッド３は、例えば、屈折率をコア２よりも小さくするためにクラッド用樹脂としてのフッ素系樹脂からなり、各空孔４を除いて断面がリング状かつ全体が円筒状に形成される。ジャケット５は断面がリング状かつ全体が円筒状に形成される。本実施の形態では、コア２の直径φａを０．２ｍｍ、クラッド３の外径φｂを１ｍｍ、ジャケット５の外径φを２ｍｍとした。

次に、プラスチックホーリーファイバ１を製造するファイバ製造装置を説明する。

図２に示すように、本発明に係るファイバ製造装置２１は、コア用樹脂ａを押し出してコアを形成するコア形成部材２２ａと、そのコア形成部材２２ａと同時に運転され、コアの外周にクラッド用樹脂ｂを押し出してクラッドを形成するクラッド形成部材２２ｂと、コア形成部材２２ａおよびクラッド形成部材２２ｂからのファイバ母材１ｐを、所定の線引き速度で線引きして巻き取る巻取器２３とを備えている。

コア形成部材２２ａは、コア用樹脂タンク２４ａからのコア用樹脂ａを、モータ２５ａで回転するスクリュウ２６ａによって下方に送り出し、スクリュウ２６ａの下方に設けられるコア押出しノズル２７ａから下方に押し出す。

同様にクラッド形成部材２２ｂは、クラッド用樹脂タンク２４ｂからのクラッド用樹脂ｂを、モータ２５ｂで回転するスクリュウ２６ｂによって右方に送り出し、スクリュウ２６ｂ右方にコア押出しノズル２７ａの下部を覆うように設けられて固定されるクラッド押出しノズル２７ｂから下方に押し出す。

さて、図３に示すように、コア押出しノズル２７ａの中心から所定距離隔てた先端ｔには、ノズル２７ａの先端位置からノズル２７ｂの先端位置までの下方に突出する着脱可能なピン３１が、同心円状かつ等間隔で８本配置され、取り付け固定される。このコア押出しノズル２７ａは、詳細は示していないが、モータにより、その中心を回転軸Ａとして所定の速度で矢印Ｒで示した方向に回転可能に設けられる。

プラスチックホーリーファイバ１の製造方法を説明する。

まず、装置２１のコア形成部材２２ａのコア押出しノズル２７ａからコア用樹脂ａを下方に押し出すと共に、クラッド形成部材２２ｂのクラッド押出しノズル２７ｂからクラッド用押出し樹脂ｂを下方に押し出してコア２とクラッド３の複合押出し成形を行う。

これと同時にコア押出しノズル２７ａを回転させ、その先端に取り付け固定されたピン３１をコア押出しノズル２７ａと共に回転させる。すると、コア２とクラッド３の複合押出し成形と同時に、コア２近傍のクラッド３内に複数の空孔４がコア２の軸回りに螺旋状に連続的に形成されていき、クラッド押出しノズル２７ｂの先端からファイバ母材１ｐが下方に送り出される。このファイバ母材１ｐを、クラッド押出しノズル２７ｂの下方に設けられた巻取器２３によって線引きして巻き取り、さらに、別工程でジャケット５で被覆すると、図１（ａ）および図１（ｂ）で示したプラスチックホーリーファイバ１が得られる。

このように、本発明に係るプラスチックホーリーファイバ１は、コア２近傍のクラッド３内を貫通する複数の空孔４を、コア２の軸回りに螺旋状に形成した螺旋構造とすることで、長尺のファイバ１全体から見れば、複数の空孔４がファイバ１中心（コア２）に対してほぼ完全な対称構造となるので、屈折率の偏りが発生せず、ＰＭＤ特性を大幅に改善できる。

また、本発明に係る製造方法によれば、空孔４の螺旋構造は、コア押出しノズル２７ａを回転させることで、容易に形成できる。空孔４の螺旋のピッチは、コア押出しノズル２７ａの回転速度と巻取器２３の線引き速度とを適宜設定することで、容易に変えることができる。さらに、空孔４の個数と配列についても、ノズル２７ａの先端に取り付け固定されるピン３１の本数と配置を変えることで、簡単に変更できる。

したがって、石英ガラスからなるホーリーファイバではなかなか実現することが難しい空孔４の螺旋構造の製造も、プラスチックホーリーファイバでは容易に行うことが可能となり、しかもプリフォームを形成する必要がないので、より低コストで高品質なホーリーファイバが得られる。

上記実施の形態では、コア２近傍のクラッド３内に８個の空孔４を形成した例で説明したが、本発明は、空孔４の個数・配列のみならず、空孔４とコア２間の距離についても特に限定されるものではない。

また、コア押出しノズル２７ａを回転可能に設け、クラッド押出しノズル２７ｂを固定する例で説明したが、クラッド押出しノズル２７ｂを回転可能に設け、コア押出しノズル２７ａを固定してもよい。つまり、一方のノズルを他方のノズルに対して相対的に回転可能に設ければよい。

図１（ａ）は本発明の好適実施の形態を示す横断面図、図１（ｂ）はその構造図である。 本発明に係るファイバ製造装置の概略図である。 図２のＡ部の拡大断面図である。

符号の説明

１ プラスチックホーリーファイバ
２ コア
３ クラッド
４ 空孔

Claims (3)

1. コアと、コアの外周を覆うクラッドと、コア近傍のクラッド内をその軸方向に貫通する複数の空孔とを備えたプラスチックホーリーファイバにおいて、上記複数の空孔をコアの軸回りに螺旋状に形成したことを特徴とするプラスチックホーリーファイバ。
2. 上記コアはポリメチルメタクリレートからなり、上記クラッドはフッ素系樹脂からなる請求項１記載のプラスチックホーリーファイバ。
3. コアと、コアの外周を覆うクラッドと、コア近傍のクラッド内をその軸方向に貫通する複数の空孔とを備えたプラスチックホーリーファイバの製造方法において、コア押出しノズルからコア用樹脂を押し出すと共に、そのコア押出しノズルを覆うように設けられるクラッド押出しノズルからクラッド用樹脂を押し出して複合押出し成形を行う際、予め上記コア押出しノズルの先端に上記複数の空孔を形成するためのピンを複数本取り付けておき、そのコア押出しノズルを所定の速度で回転させ、上記複合押出し成形と同時に上記複数の空孔をコアの軸回りに螺旋状に連続的に形成することを特徴とするプラスチックホーリーファイバの製造方法。
   

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