JP2005250023A - Method and apparatus for manufacturing photonic crystal fiber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、中空部を有するフォトニッククリスタルファイバの製造方法及び装置に関するものである。 The present invention relates to a method and an apparatus for producing a photonic crystal fiber having a hollow portion.
フォトニッククリスタルファイバ(PCF:Photonic Crystal Fiber)は、コアまたはクラッドにフォトニック結晶構造、即ち、屈折率の周期構造を有する光ファイバであり、コアを中心として円周方向に多数の円柱空孔が形成されている。 A photonic crystal fiber (PCF) is an optical fiber having a photonic crystal structure, that is, a periodic structure of refractive index, in a core or a clad, and a large number of cylindrical holes in the circumferential direction around the core. Is formed.
PCFは、通常の光ファイバに比べて、比屈折率差が大きい、曲げに対する影響が少ない等の他に、大きな波長分散や広帯域単一モード領域が得られるといった特徴をもつ。 The PCF has characteristics such as a large relative dispersion and a large single mode region in addition to a large relative refractive index difference and a small influence on bending as compared with a normal optical fiber.
図3は従来のPCF45の製造装置の構造図を示したものである。 FIG. 3 shows a structural diagram of a conventional PCF 45 manufacturing apparatus.
図3に示すように、PCF製造装置41は、中空部54が形成されたPCF母材42が挿入される線引炉43に内圧制御器44が設けられ、線引されるPCF45が辿る順に、ファイバカッター46、外径測定器47、冷却管48、コーティング器49、樹脂硬化炉50、引取キャプスタン51、巻取器52が設けられ、PCF母材42には中空部加圧装置53が設けられている。
As shown in FIG. 3, in the PCF manufacturing apparatus 41, an internal pressure controller 44 is provided in a drawing furnace 43 into which a PCF base material 42 in which a
PCF製造装置41を用いたPCF45の製造方法は、始めに、線引炉43の炉心55の内圧を一定に保つ内圧制御器44を備えた線引炉43に、中空部54が形成されたPCF母材42が挿入され、そのPCF母材42が加熱、溶融される。その際、炉心55は内圧制御器44により約25Paに保たれている。また、PCF母材42には中空部加圧装置53により約1000Paに加圧されている。
The PCF 45 manufacturing method using the PCF manufacturing apparatus 41 starts with a PCF in which a
PCF母材42から線引されたPCF45は外径測定器47により外径が測定され、冷却管48により冷却される。次に、コーティング器49によりPCF45にUV樹脂が被覆され、樹脂硬化炉50にて紫外線照射され、UV樹脂が硬化する。 The PCF 45 drawn from the PCF base material 42 has an outer diameter measured by an outer diameter measuring device 47 and cooled by a cooling pipe 48. Next, the UV resin is coated on the PCF 45 by the coating device 49 and irradiated with ultraviolet rays in the resin curing furnace 50, so that the UV resin is cured.
最後に、PCF45は、引取キャプスタン51を通り、巻取器52に巻き取られる。PCF45は、引取キャプスタン51によって、外径測定器47で測定されたPCF45の外径が一定に制御されるように引取速度が調整される。線引終了時には、ファイバカッター46により自動でPCF45が断線され、PCF45が得られる。
Finally, the PCF 45 passes through the take-
また、製造装置41により得られたPCF45は、中空部内への異物の侵入の防止、接続損失の低減のために、接続端面を封止加工して用いる。その方法は、例えば、特許文献1に示すように、PCF45の端面の中空部を溶融閉塞する方法や、PCF45の端面近傍に樹脂を充填し、中空部を封止する方法がある。
Further, the PCF 45 obtained by the manufacturing apparatus 41 is used by sealing the connection end face in order to prevent entry of foreign matter into the hollow portion and to reduce connection loss. As the method, for example, as shown in
しかしながら、従来技術の製造方法はPCF中空部内のガラス表面の保護に付いて全く考慮されていないため、PCFの製造工程中において、異物や水蒸気(OH基)が線引後のPCF中空部端面や線引時のPCF母材中空部上端から入り込むという問題がある。 However, since the manufacturing method of the prior art is not considered at all for the protection of the glass surface in the PCF hollow portion, during the PCF manufacturing process, foreign matter and water vapor (OH group) are exposed to the end surface of the PCF hollow portion after drawing. There is a problem of entering from the upper end of the hollow portion of the PCF base material during drawing.
OH基はファイバ中に含まれると非常に大きな損失を与える。通常の石英系光ファイバではOH基を除去する技術が実現されているが、クラッドに中空部を有するフォトニッククリスタルファイバではその改善がなされておらず、空気中の水分が中空部に侵入しやすい。それにより、伝送損失の増加等の光特性の劣化が起こり、またファイバ強度の劣化を促進させる。 When OH groups are contained in the fiber, they give a very large loss. Technology for removing OH groups has been realized with ordinary silica-based optical fibers, but photonic crystal fibers with a hollow portion in the cladding have not been improved, and moisture in the air can easily enter the hollow portion. . As a result, degradation of optical characteristics such as an increase in transmission loss occurs, and degradation of fiber strength is promoted.
また、PCF45の製造後、端面封止加工を施す場合は、PCF端面から中空部内に樹脂等を充填する工程が必要なため、中空部からの端面破損や製造コストが増大するなどの問題点がある。 In addition, when the end face sealing process is performed after the PCF 45 is manufactured, there is a problem that the process of filling the resin or the like from the end face of the PCF into the hollow part requires damage to the end face from the hollow part or increases the manufacturing cost. is there.
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、中空部に水分や異物が入り込むことを防止できるPCFの製造方法及び装置を提供することにある。 Then, the objective of this invention is providing the manufacturing method and apparatus of PCF which can solve the said subject and prevent that a water | moisture content and a foreign material enter into a hollow part.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、フォトニッククリスタルファイバ母材を延伸温度に加熱、溶融をして延伸させてコア部またはクラッド部の少なくとも一方に長手方向に中空部を有するフォトニッククリスタルファイバを製造するに際して、前記フォトニッククリスタルファイバ母材の中空部内を不活性ガスで置換するフォトニッククリスタルファイバの製造方法である。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a photonic crystal fiber preform is heated to a stretching temperature, melted and stretched to have a hollow portion in a longitudinal direction in at least one of a core portion and a cladding portion. In the production of the photonic crystal fiber, the photonic crystal fiber is produced by replacing the inside of the hollow portion of the photonic crystal fiber preform with an inert gas.
請求項2の発明は、フォトニッククリスタルファイバ母材を延伸温度に加熱、溶融をして延伸させてコア部またはクラッド部の少なくとも一方に長手方向に中空部を有するフォトニッククリスタルファイバを製造するに際して、前記フォトニッククリスタルファイバ母材の中空部内を不活性ガスで置換し、延伸されるフォトニッククリスタルファイバに、その中空部の内圧を制御して中空部を閉塞する封止部を形成して、中空部内に前記不活性ガスを密封する請求項1記載のフォトニッククリスタルファイバの製造方法である。
According to the second aspect of the present invention, a photonic crystal fiber having a hollow portion in the longitudinal direction in at least one of a core portion and a clad portion is produced by heating and melting a photonic crystal fiber base material at a drawing temperature and melting it. The inside of the hollow portion of the photonic crystal fiber base material is replaced with an inert gas, and in the photonic crystal fiber to be stretched, a sealing portion for closing the hollow portion by controlling the internal pressure of the hollow portion is formed, The method for producing a photonic crystal fiber according to
請求項3の発明は、フォトニッククリスタルファイバの製造終了時に、フォトニッククリスタルファイバ母材に給排気ラインを介して取り付けた加圧装置と真空ポンプと中空部内圧制御装置により、前記中空部の内圧を減圧することにより、封止部を形成する請求項1または2記載のフォトニッククリスタルファイバの製造方法である。
According to a third aspect of the present invention, an internal pressure of the hollow portion is determined by a pressurizing device, a vacuum pump, and a hollow portion internal pressure control device that are attached to the photonic crystal fiber preform through a supply / exhaust line at the end of the production of the photonic crystal fiber. The method for producing a photonic crystal fiber according to
請求項4の発明は、フォトニッククリスタルファイバの製造中に、前記中空部の内圧を減圧又は加圧することにより、フォトニッククリスタルファイバの任意の位置で中空部を封止又は膨張させる請求項1〜3いずれかに記載のフォトニッククリスタルファイバの製造方法である。 According to a fourth aspect of the present invention, the hollow part is sealed or expanded at an arbitrary position of the photonic crystal fiber by reducing or increasing the internal pressure of the hollow part during the production of the photonic crystal fiber. 3. A method for producing a photonic crystal fiber according to any one of 3 above.
請求項5の発明は、フォトニッククリスタルファイバ母材上端には、その中空部に内に不活性ガスを給排する給排気ラインが接続され、その給排気ラインに不活性ガスを流入させ、中空部内圧を制御するための加圧装置、真空ポンプ及び内圧制御装置を接続した請求項1〜4いずれかに記載のフォトニッククリスタルファイバの製造方法である。
In the invention of
請求項6の発明は、フォトニッククリスタルファイバ母材を延伸温度に加熱、溶融をして延伸させてコア部またはクラッド部の少なくとも一方に長手方向に中空部を有するフォトニッククリスタルファイバを製造する製造装置において、フォトニッククリスタルファイバ母材上端に、その中空部内に不活性ガスを給排する給排気ラインを接続し、そのラインに、中空部内圧を制御するための加圧装置、真空ポンプ、及び内圧制御装置を接続したフォトニッククリスタルファイバの製造装置である。 Invention of Claim 6 manufactures the photonic crystal fiber which has a hollow part in the longitudinal direction in at least one of a core part or a clad part by heating a photonic crystal fiber preform to a stretching temperature, melting it and stretching it In the apparatus, an air supply / exhaust line for supplying and discharging an inert gas in the hollow portion is connected to the upper end of the photonic crystal fiber preform, and a pressurizing device for controlling the internal pressure of the hollow portion, a vacuum pump, and This is a photonic crystal fiber manufacturing apparatus to which an internal pressure control device is connected.
本発明によれば、フォトニッククリスタルファイバの光特性及び強度の劣化を防止できるといった優れた効果を発揮する。 According to the present invention, an excellent effect of preventing deterioration of optical characteristics and strength of the photonic crystal fiber is exhibited.
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
本実施の形態のフォトニッククリスタルファイバの製造装置の構造図を図1に示す。 FIG. 1 shows a structural diagram of the photonic crystal fiber manufacturing apparatus of the present embodiment.
図1に示すように、本実施の形態に係るPCF製造装置11は、PCF母材13が挿入される線引炉14と、PCF母材13から線引きされるPCF15が辿る順に、ファイバカッター16、外径測定器17、冷却管18、コーティング器19、樹脂硬化炉20、引取キャプスタン21、巻取器22が設けられている。線引炉14には、炉心23と、その炉心23を加熱する加熱装置24が設けられ、炉心23内の圧力を制御する内圧制御器25が接続されている。PCF母材13には、その上端部26に給排気ライン27が接続され、給排気ライン27に中空部内圧制御装置28が設けられ、給排気ライン27は給気ライン34と排気ライン35に分岐され、給気ライン34には、ガス給入装置33に接続された加圧装置29、排気ライン35には、真空ポンプ30がそれぞれ接続されている。中空部内圧制御装置28は、給排気の切換により中空部12の内圧を上下させたり、内圧を一定に保持したりする装置である。真空ポンプ30は、中空部12を真空に引く装置であり、ガス給入装置33は、不活性ガスを中空部12に給入させる装置である。
As shown in FIG. 1, the PCF manufacturing apparatus 11 according to the present embodiment includes a
PCF母材13は、コア部を中心として断面円周方向に周期的に複数の中空部12が形成されており、PCF母材13の断面構造は、製造されるPCF15の断面構造とほぼ相似になっている。
The PCF base material 13 has a plurality of hollow portions 12 periodically formed in the circumferential direction of the cross section around the core portion, and the cross-sectional structure of the PCF base material 13 is substantially similar to the cross-sectional structure of the
次に、PCF15の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of PCF15 is demonstrated.
まず、PCF母材13の中空部12を真空ポンプ30により真空引きする。次に加圧装置28により中空部12の空気を不活性ガスへと置換する。使用する不活性ガスはCl2,N2,Ar,He等である。そのとき、中空部内圧制御装置28により、中空部12の内圧は一定値Pに保つことができる。
First, the hollow portion 12 of the PCF base material 13 is evacuated by the
次にPCF母材13は、炉心23の内圧が25Pa以上に保たれた線引炉14に挿入され、加熱装置24により約2100℃に加熱され、PCF母材13の下端部31は溶融し、線引きされて径の小さくなったPCF15となる。
Next, the PCF base material 13 is inserted into a
このとき、PCF15には、中空部内圧制御装置28により、詳細は後述するが、中空部12の内圧を加減することで、PCF母材13の下端部31近傍にて、中空部径の調整や中空部を閉塞した封止部が形成される。 At this time, as will be described in detail later by the hollow part internal pressure control device 28, the PCF 15 is adjusted by adjusting the hollow part diameter in the vicinity of the lower end part 31 of the PCF base material 13 by adjusting the internal pressure of the hollow part 12. A sealing portion that closes the hollow portion is formed.
線引されるPCF15は、外径測定器17において外径が測定され、冷却管18により冷却される。次に、コーティング器20によりPCF15にUV樹脂が被覆され、樹脂硬化炉20にて紫外線照射されて、被覆されたUV樹脂が硬化し、PCF15は樹脂被覆されたPCF心線32となる。
The PCF 15 to be drawn is measured by an outer
最後に、PCF心線32は、引取キャプスタン21を通り、巻取器22に巻き取られる。PCF心線32は、引取キャプスタン21によって、外径測定器18で測定されたPCF15の外径が一定に制御されるように引取速度が調整される。線引終了時には、ファイバカッター16により自動でPCF15が切断される。
Finally, the PCF
本実施の形態に係る製造方法では、PCF母材13の上端部26に給排気ライン27を介して取り付けられた中空部加圧装置29,真空ポンプ30,中空部内圧制御装置28を用いて、PCF母材13の中空部12の空気をN2等の不活性ガスに置換し、その内圧を加減することでPCF15の中空部の両端を封止し、中空部が外気と遮断される。
In the manufacturing method according to the present embodiment, using the hollow
作製されるPCF15の中空部の径は、PCF母材13の溶融時における中空部12の内圧Pに依存する。ここで、図2に中空部の12の内圧と径の関係を示す。このグラフは横軸が中空部12の内圧P[Pa]、縦軸が中空部12の径[μm]である。
The diameter of the hollow part of the
図2に示すように、中空部12の圧力Pが700Pa以下のとき、圧力PがPCF母材13の媒質である石英の表面張力よりも小さいため、常に中空部12が押し潰された状態でPCF母材13が溶融される。つまり、この圧力下では中空部12は形成されない。溶融時の中空部内圧を700Pa以下に下げることで、PCF中空部を封止することができる。 As shown in FIG. 2, when the pressure P of the hollow portion 12 is 700 Pa or less, the pressure P is smaller than the surface tension of quartz, which is the medium of the PCF base material 13, so that the hollow portion 12 is always crushed. The PCF base material 13 is melted. That is, the hollow portion 12 is not formed under this pressure. The PCF hollow part can be sealed by lowering the internal pressure of the hollow part during melting to 700 Pa or less.
中空部内の12内圧Pが700<P<1200Paの圧力に保たれているときは、中空部12の内圧Pが石英の表面張力より大きくなるため、中空部が形成される。 When the 12 internal pressure P in the hollow portion is maintained at a pressure of 700 <P <1200 Pa, the internal pressure P of the hollow portion 12 becomes larger than the surface tension of quartz, so that the hollow portion is formed.
内圧Pが1200Pa以上のとき、中空部12の内圧Pが石英の表面張力よりも大きすぎるために中空部の膨張が激しくなり、クラッドの外径が安定しなくなる。 When the internal pressure P is 1200 Pa or more, since the internal pressure P of the hollow portion 12 is too larger than the surface tension of quartz, the expansion of the hollow portion becomes intense and the outer diameter of the cladding becomes unstable.
以上の特性を利用してPCF線引時には700〜1200Paを保持している。さらに、図2に示した特性より、中空部12の内圧Pを1000Paとすると中空部径が10μmで安定して製作できる。線引終了時には700Pa以下となるように減圧し、PCF15の終端の中空部を封止してから線引を終了する。
Utilizing the above characteristics, 700 to 1200 Pa is maintained during PCF drawing. Furthermore, from the characteristics shown in FIG. 2, when the internal pressure P of the hollow portion 12 is 1000 Pa, the hollow portion diameter can be stably manufactured at 10 μm. At the end of drawing, the pressure is reduced to 700 Pa or less, the hollow portion at the end of the
また、線引終了時だけでなく、線引途中においても、中空部12の内圧Pを700Pa以下として封止部を形成し、再度700<P<1200Paとすることにより中空部12を膨張させ、PCF15の任意の位置で内圧Pを700Pa以下にすることで封止部を再び形成でき、両端(先端及び終端)の中空部が封止されたPCF15を製造することができる。さらに、中空部と封止部の形成を連続的に繰り返すことにより、1本のPCF母材13から両端を封止、不活性ガスが充填密封されたPCF15が所望の長さで連続的に製造することができる。
Further, not only at the time of drawing, but also during drawing, the sealing part is formed by setting the internal pressure P of the hollow part 12 to 700 Pa or less, and the hollow part 12 is expanded by setting 700 <P <1200 Pa again, The sealing part can be formed again by setting the internal pressure P to 700 Pa or less at an arbitrary position of the
本実施の形態に係るPCF製造方法により製造したPCF15は、製造工程中にPCF15の中空部の空気をN2等の不活性ガスに置換し、PCFの両端に封止部を形成することで、封止部間の中空部が不活性ガスで充填密封される。
The
PCF15の中空部は製造時から常に空気に晒されることなく保存され、PCF15の中空部への、空気中に含まれる水分(OH基)や異物の侵入を防ぐことができる。光ファイバの伝送損失のうち、OH基に起因する部分は非常に大きいが、PCF15内のOH基が低減されるため、PCF15の伝送損失の増加等の光特性の劣化を抑制できる。
The hollow portion of the
また、中空部において、水分や異物を外気から遮断するので、中空部からのPCF端面破損等のファイバ強度の劣化を防ぐことができる。 In addition, since moisture and foreign matter are blocked from the outside air in the hollow portion, it is possible to prevent deterioration of fiber strength such as PCF end face breakage from the hollow portion.
11 PCF製造装置
12 中空部
13 PCF母材
15 PCF
27 給排気ライン
28 内圧制御装置
29 加圧装置
30 真空ポンプ
11 PCF manufacturing equipment 12 Hollow part 13
27 Supply / Exhaust Line 28 Internal
Claims (6)
In a manufacturing apparatus for manufacturing a photonic crystal fiber having a hollow part in a longitudinal direction in at least one of a core part or a clad part by heating a photonic crystal fiber base material to a drawing temperature, melting and drawing the photonic crystal fiber, A photo in which a supply / exhaust line for supplying and discharging an inert gas in the hollow portion is connected to the upper end of the base material, and a pressurizing device, a vacuum pump, and an internal pressure control device for controlling the internal pressure of the hollow portion are connected to the line Nick crystal fiber manufacturing equipment.
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