JP2005289766A - Preform for optical element, optical element manufactured using the same, and method for manufacturing preform for optical element - Google Patents

Preform for optical element, optical element manufactured using the same, and method for manufacturing preform for optical element Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a preform for an optical fiber with small possibility of occurrence of defects on the interface between a core and a clad even for a wide range of combination of core/clad materials, solving problems possessed by every manufacturing method of an optical fiber having optical functionality. <P>SOLUTION: This preform glass for an optical fiber is such that the interface between a core part to be the core of the optical fiber and a clad part to be the clad thereof is composed of three or more planes parallel to the direction to be the optical axis of the optical fiber. The sectional shape of the interface between the core part and the clad part is preferably a polygon such as a quadrangle or a hexagon, while the sectional shape of the outer periphery of the clad part is preferably a circle or a polygon such as a quadrangle or a hexagon. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

この発明は、光通信分野などで利用される光学素子に関し、とくに光ファイバ型機能素子およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an optical element used in the field of optical communication, and more particularly to an optical fiber type functional element and a manufacturing method thereof.

近年、情報通信のうち光ファイバを用いた光通信方式の占める割合は大きい。一般の情報伝送用には、シリカガラスファイバが通常使用されるが、それ以外の各種の光学的機能が光ファイバの形態で提供されるようになっている。光ファイバ増幅器や光ファイバ回折格子などがその例である。そのため、シリカガラス以外の各種成分を含有するガラスからなる光ファイバまたはそのプリフォーム(光学素子用ガラス母材)の製造方法として、各種の方法が考案されている。   In recent years, the proportion of optical communication systems using optical fibers in information communication is large. For general information transmission, silica glass fibers are usually used, but various other optical functions are provided in the form of optical fibers. Examples are optical fiber amplifiers and optical fiber diffraction gratings. Therefore, various methods have been devised as a method for producing an optical fiber made of glass containing various components other than silica glass or a preform thereof (glass base material for an optical element).

このうち、屈折率が段階的に変化する構造(いわゆるステップインデックス型)のプリフォームを得る方法の代表的なものとしては、VAD法などの気相合成法やビルトインキャスティング法、ロッドインチューブ法などが知られ。実際に使用されている。   Among them, typical methods for obtaining a preform having a structure in which the refractive index changes stepwise (so-called step index type) include a gas phase synthesis method such as the VAD method, a built-in casting method, and a rod-in-tube method. Is known. It is actually used.

気相合成法は、シリカガラスファイバの製造に広く用いられている。この場合は、四塩化ケイ素を燃焼している酸素水素バーナ炎に混入して二酸化ケイ素に変化させ、その二酸化ケイ素微粒子を堆積させて母材を作成する方法がとられる。   Vapor phase synthesis is widely used in the manufacture of silica glass fibers. In this case, silicon tetrachloride is mixed with the burning oxyhydrogen burner flame to change to silicon dioxide, and the silicon dioxide fine particles are deposited to form a base material.

ビルドインキャスティング法は、クラッドを構成すべき融液を筒状の鋳型に鋳込んだ後、中心部分の融液が固まる前にこの中心部分の融液を流し出し、その空洞部にコアを構成すべき融液を鋳込む方法である(非特許文献1参照)。   In the build-in casting method, after the melt that forms the cladding is cast into a cylindrical mold, the melt in the central part is poured out before the melt in the central part is solidified, and the core is formed in the cavity. This is a method of casting a melt (see Non-Patent Document 1).

ロッドインチューブ法は、クラッド用ガラス塊に穴加工を施してパイプ(チューブ)を作成し、その穴に合う寸法に加工したコアガラス棒(ロッド)を挿入する方法である。
T.ミヤシタ(T. Miyashita)、外1名、IEEE・ジャーナル・オブ・カンタム・エレクトロニクス(IEEE Journal of Quantum Electronics)、(米国)、IEEE、1982年、第QE18巻、第10号、p.1432−1450
The rod-in-tube method is a method in which a pipe (tube) is formed by drilling a cladding glass lump, and a core glass rod (rod) that has been processed into a size that fits the hole is inserted.
T.A. T. Miyashita, 1 other person, IEEE Journal of Quantum Electronics, (USA), IEEE, 1982, QE Vol. 18, No. 10, p. 1432-1450

しかし、気相合成法では、プリフォームを構成する成分の原料が、気体あるいは容易に気化させることのできる液体であることが必要であり、その結果プリフォームの化学的組成が非常に狭い範囲に限られる。また、製造装置が非常に大掛かりで小回りが効かず、多品種少量生産には向かない。したがってシリカガラスファイバ以外の光機能性を有する光ファイバの生産には必ずしも適していない。   However, in the gas phase synthesis method, the raw material of the component constituting the preform needs to be a gas or a liquid that can be easily vaporized, and as a result, the chemical composition of the preform falls within a very narrow range. Limited. In addition, the manufacturing equipment is very large and the turning is not effective, so it is not suitable for high-mix low-volume production. Therefore, it is not necessarily suitable for the production of optical fibers having optical functionality other than silica glass fibers.

ビルトインキャスティング法は、クラッドを構成すべき融液を筒状の鋳型に鋳込むと、その融液は鋳型に接している部分から固化していく。つまり、中心部分の融液が固まる前にこの中心部分の融液を流し出してできる空洞は、鋳型の底部に向かって狭くなる形状をしている。したがって、その空洞部にコアを構成すべき融液を鋳込んでできるプリフォームは、コアの寸法が鋳型の底部方向に向かって小さくなるものしか得られず、コア寸法の均一性に欠けるという問題点がある。   In the built-in casting method, when a melt that constitutes a clad is cast into a cylindrical mold, the melt is solidified from a portion in contact with the mold. That is, the cavity formed by pouring the melt of the central portion before the melt of the central portion is solidified has a shape that narrows toward the bottom of the mold. Therefore, the preform in which the melt that constitutes the core is cast into the hollow portion can only be obtained with a core dimension that decreases toward the bottom of the mold, and the core dimension is not uniform. There is a point.

さらに、ロッドインチューブ法は、クラッド用ガラス塊からパイプを製造するのであるが、パイプの内面を滑らかかつ清浄な表面に仕上げることが困難であり、コアとクラッドの界面に傷や異物、泡など欠陥を生じやすいという短所がある。   Furthermore, the rod-in-tube method manufactures a pipe from a glass lump for cladding, but it is difficult to finish the inner surface of the pipe to a smooth and clean surface. There is a disadvantage that defects are easily generated.

本発明は、このような従来技術における問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、広い範囲のコア/クラッド材料の組合せにおいても、コアとクラッドの界面に欠陥が生じる可能性が小さい光学素子用母材を提供することにある。   The present invention has been made paying attention to such problems in the prior art, and the object is to produce defects at the interface between the core and the clad even in a wide range of core / clad material combinations. An object of the present invention is to provide a base material for an optical element with a low possibility.

本発明の光学素子用母材は、コアと、その外周を取り囲むように密着しこのコアより屈折率が小さいクラッドとを有し、柱状構造を有するコア部を挿入し得る中空柱状構造を有するクラッド部のコア部外面に相対する内面をこの中空柱状構造の軸方向に平行な3以上の平面から構成する。   The optical element base material of the present invention includes a core and a clad having a hollow columnar structure in which a core part having a columnar structure can be inserted, having a core and a clad closely surrounding the outer periphery thereof and having a refractive index smaller than that of the core. The inner surface facing the outer surface of the core part of the part is composed of three or more planes parallel to the axial direction of the hollow columnar structure.

ここで光学素子用母材の「コア部」とは、光学素子を作製した場合、最終的にその光学素子のコアの部分になる光学素子用母材の一部分のことを言う。「クラッド部」についても同様である。   Here, the “core part” of the optical element base material refers to a part of the optical element base material that finally becomes the core part of the optical element when the optical element is manufactured. The same applies to the “cladding portion”.

上記の光学素子用母材の構造は、言い換えれば、柱状のクラッド部に断面が多角形の貫通する中空部があり、この中空部に異なる材料のコア部が挿入されている構造である。このような構造の場合、コア部とクラッド部の材料は独立に選ぶことができ、断面形状の自由度が高く、材料選択に自由度がある。このため、コア/クラッド間の屈折率差を容易に設定できるだけでなく、コアおよびクラッドのそれぞれに優先的に要求される特性をもつ材料を用いることができる。このため例えば、コアには光機能性に優れた材料を、またクラッドには耐候性や耐薬品性、耐失透性に優れた材料をそれぞれ選定して用いることができる、などの利点がある。   In other words, the structure of the base material for an optical element is a structure in which a columnar cladding portion has a hollow portion having a polygonal cross section, and a core portion of a different material is inserted into the hollow portion. In the case of such a structure, the material of the core part and the clad part can be selected independently, the degree of freedom of the cross-sectional shape is high, and the material can be selected freely. For this reason, not only can the refractive index difference between the core and the clad be easily set, but also a material having characteristics preferentially required for each of the core and the clad can be used. For this reason, for example, a material having excellent optical functionality can be selected for the core, and a material having excellent weather resistance, chemical resistance, and devitrification resistance can be selected and used for the cladding. .

コア部とクラッド部は接合されていることが望ましいが、光学素子を形成する段階で接合してもよく、光学素子用母材の段階ではコア部をクラッド部に挿入しただけでもよい。   The core part and the clad part are preferably joined, but may be joined at the stage of forming the optical element, or the core part may be inserted into the clad part at the stage of the optical element base material.

上記のコア部は柱状とし、その軸方向に垂直な断面の形状を略円形または多角形とするのが好ましい。多角形の場合は四角形または六角形が望ましい。
円形である場合は、この母材から製造される光学素子が、外形が円形の他の光学素子、例えばレンズや光ファイバなどと組み合わせる際に都合がよい。またとくに多角形である場合は、クラッド部の内面の断面形状をそれと同じにしておくことが好ましい。
It is preferable that the core part has a columnar shape, and the cross-sectional shape perpendicular to the axial direction is substantially circular or polygonal. In the case of a polygon, a quadrangle or a hexagon is desirable.
In the case of a circular shape, an optical element manufactured from this base material is convenient when combined with another optical element having a circular outer shape, such as a lens or an optical fiber. In particular, in the case of a polygonal shape, it is preferable that the cross-sectional shape of the inner surface of the clad portion be the same.

これによってクラッド用母材がコア用母材と隣接する表面の平滑性や清浄度を容易により高くすることができる。このことは、この母材から製造される光学素子において、コアとクラッドの界面の異物などの欠点を低減させることができ、その光学素子が光ファイバである場合、光ファイバの中を伝搬する光の透過損失をより容易に低減できることを意味する。   As a result, the smoothness and cleanliness of the surface of the cladding base material adjacent to the core base material can be easily increased. This can reduce defects such as foreign matter at the interface between the core and the clad in the optical element manufactured from the base material. When the optical element is an optical fiber, the light propagating through the optical fiber can be reduced. This means that the transmission loss can be reduced more easily.

クラッド部は少なくともコア部が位置する中心部分を中空とする中空柱状構造とし、その軸方向に垂直な断面の外周形状が略円形または多角形であることが好ましい。多角形の場合は四角形または六角形が望ましい。   The clad portion preferably has a hollow columnar structure in which at least the central portion where the core portion is located is hollow, and the outer peripheral shape of the cross section perpendicular to the axial direction is substantially circular or polygonal. In the case of a polygon, a quadrangle or a hexagon is desirable.

クラッド部の外周形状が略円形である場合は、他の光ファイバ等との接続を容易にできる。また、クラッド部の外周形状が四角形や六角形である場合には、光学素子を配置する際に光軸方向の回転の自由度を制限できる。さらに、配列に際して、光学素子間を隙間なく配列させることができる。   When the outer peripheral shape of the cladding part is substantially circular, connection with other optical fibers or the like can be facilitated. Further, when the outer peripheral shape of the cladding part is a quadrangle or a hexagon, the degree of freedom of rotation in the optical axis direction can be limited when the optical element is arranged. Furthermore, when arranging, the optical elements can be arranged without a gap.

本発明の光学素子用母材のコア部およびクラッド部の少なくとも一方が無機ガラス材料からなり、本発明の光学素子はこの光学素子用母材を軸方向に沿って延伸して形成することが望ましい。   At least one of the core portion and the clad portion of the optical element base material of the present invention is made of an inorganic glass material, and the optical element of the present invention is preferably formed by stretching the optical element base material along the axial direction. .

光学素子用母材を無機ガラス材料で構成することにより、延伸技術を適用することができ、ファイバ状の長尺な形状を活かした光学素子を形成することができる。延伸工程における光学素子用母材から光学素子への寸法変化は正確に制御できるので、延伸技術はファイバ型光学素子を量産するのに適している。   By forming the base material for an optical element with an inorganic glass material, a stretching technique can be applied, and an optical element utilizing a long fiber shape can be formed. Since the dimensional change from the optical element base material to the optical element in the drawing process can be accurately controlled, the drawing technique is suitable for mass-producing fiber type optical elements.

例えば光増幅性を有したガラス材料をコアに採用することにより、光増幅素子が実現できる。光増幅性に限らず機能性を有するガラスをコアとし、これに対してクラッドとなる材料を独立に選ぶことができるので、本発明はこのような機能性を有する光導波路型、または光ファイバ型の光学素子を作製するのにとくに適している。   For example, an optical amplifying element can be realized by adopting a glass material having optical amplifying properties for the core. Since glass having functionality as well as optical amplification is used as a core, and a material to be clad can be independently selected, the present invention provides an optical waveguide type or optical fiber type having such functionality. It is particularly suitable for the production of optical elements.

本発明の光学素子用母材の製造方法はつぎの工程による。
(1)コア部となる柱状構造を有するコア用母材とコア用母材より小さい屈折率を有する柱状構造のクラッド用母材とをそれぞれ加工整形する工程、
(2)クラッド用母材を複数組み合わせて中空柱状構造のクラッド部を組み立てる工程、
(3)コア用母材からなるコア部をクラッド部の中空部に挿入する工程、
である。さらに、
(4)クラッド部とそれに挿入したコア部とを接合する工程を加えることもできる。
The manufacturing method of the optical element base material of the present invention includes the following steps.
(1) A step of processing and shaping each of a core base material having a columnar structure serving as a core portion and a columnar base material for cladding having a lower refractive index than the core base material,
(2) A step of assembling a clad portion having a hollow columnar structure by combining a plurality of clad base materials,
(3) a step of inserting a core portion made of a core base material into a hollow portion of the clad portion;
It is. further,
(4) A step of joining the clad part and the core part inserted therein may be added.

本発明では、コアとクラッドの組合せを自由に選べるようにするため、光学素子用母材を作製する際、コア部となる部材とクラッド部となる部材は別々な部材とする。そこでコア部となる部材とクラッド部となる部材をそれぞれコア用母材、クラッド用母材と呼ぶこととした。以下同様である。   In the present invention, in order to freely select the combination of the core and the clad, when the base material for the optical element is manufactured, the member that becomes the core part and the member that becomes the clad part are different members. Therefore, the member that becomes the core portion and the member that becomes the cladding portion are referred to as a core base material and a clad base material, respectively. The same applies hereinafter.

クラッド用母材は、複数の平板状部材からなることが望ましい。平板状部材は製作が容易であり、複数組み合わせてコア用母材を取り囲むのも容易である。さらにクラッド用母材を、コア用母材が、その柱状構造の軸方向に沿って挿入できるように平板状部材をあらかじめ互いに接合させた管状部材とすることが望ましい。   The clad base material is preferably composed of a plurality of flat members. The flat plate member is easy to manufacture, and it is also easy to surround a core base material by combining a plurality of flat members. Furthermore, it is desirable that the clad base material is a tubular member in which the plate-like members are joined together in advance so that the core base material can be inserted along the axial direction of the columnar structure.

この場合、クラッド用母材の内周形状を所望の形状となるように加工しておき、これにコア用母材を複数に分けて挿入する方法をとることもできる。
またコア用母材は複数の部材をあらかじめ接合させて柱状部材としてもよい。
In this case, it is also possible to take a method in which the inner peripheral shape of the clad base material is processed into a desired shape, and the core base material is inserted into a plurality of parts.
The core base material may be a columnar member obtained by previously joining a plurality of members.

コア用母材同士、クラッド用母材同士またはコア用母材とクラッド用母材の接合は、少なくとも一方の母材が自重で変形する温度以上に加熱した状態で融着することが望ましい。   It is desirable that the core base materials, the clad base materials, or the core base material and the clad base material be bonded in a state in which at least one base material is heated to a temperature higher than the temperature at which the base material is deformed by its own weight.

本発明の光学素子用母材は、欠陥や汚染の少ないコア/クラッド界面を持つので、優れた特性を有する光学素子を作製できる。またコア用母材とクラッド用母材に組成の大きく異なる材料を組み合わせることができるため、新しい機能を備えた光学素子が実現できる。   Since the optical element base material of the present invention has a core / clad interface with few defects and contamination, an optical element having excellent characteristics can be produced. In addition, since the core base material and the clad base material can be combined with materials having greatly different compositions, an optical element having a new function can be realized.

以下、この発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1(a)〜(g)は本発明の光学素子用母材の典型的な形状を模式的に示している。いずれも中心のコア部10a〜10gの周囲をクラッド部12a〜12gが囲う柱状の部材である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
1A to 1G schematically show typical shapes of the optical element base material of the present invention. Both are columnar members in which the clad portions 12a to 12g surround the core portions 10a to 10g at the center.

本発明の光学素子用母材として使用できる材料の典型例はガラスである。ガラスを母材とする場合は、コア用母材(以下、コア用母材ガラスという)とクラッド用母材(以下、クラッド用母材ガラスという)とを何らかの手段で接合させて光学素子用母材(以下、光学素子用母材ガラスという)を製造することができる。この光学素子用母材ガラスの製造工程の概略を図2に示す。   A typical example of the material that can be used as the base material for the optical element of the present invention is glass. When glass is used as the base material, the core base material (hereinafter referred to as the core base glass) and the cladding base material (hereinafter referred to as the base glass for cladding) are joined by some means to form the base for the optical element. A material (hereinafter referred to as an optical element base glass) can be produced. The outline of the manufacturing process of this optical element base glass is shown in FIG.

本発明の光学素子用母材においては、図1に示すようにクラッド部12a〜12gのコア部10a〜10gの外周面に相対する内表面がいずれも平面であることを特徴とする。しかしコア用母材ガラスの外周面は必ずしも平面である必要はなく、図1(g)に示すように軸方向に垂直な断面がほぼ円形であってもよい。しかしできればその双方の面が平面あるいは略平面であることが望ましい。この界面を形成する面が略平面であれば、整形、研磨、洗浄も容易であり、欠陥や汚染が少なく寸法精度の高い面を容易に得ることができる。   In the optical element base material of the present invention, as shown in FIG. 1, the inner surfaces of the clad portions 12a to 12g facing the outer peripheral surfaces of the core portions 10a to 10g are all flat. However, the outer peripheral surface of the core glass is not necessarily a flat surface, and the cross section perpendicular to the axial direction may be substantially circular as shown in FIG. However, if possible, it is desirable that both surfaces be flat or substantially flat. If the surface forming this interface is a substantially flat surface, shaping, polishing and cleaning are easy, and a surface with few defects and contamination and high dimensional accuracy can be easily obtained.

このようなコア用母材ガラスとクラッド用母材ガラスを使用すれば、欠陥や汚染の少ないコア/クラッド界面を容易に得ることができ、高性能な光学素子を製造するのに適した光学素子用母材ガラスを容易に得ることができる。特に光学素子が光ファイバである場合に、加熱延伸による光ファイバ紡糸時の断線の防止、紡糸された光ファイバの外径の安定性の向上、また光ファイバの光機能特性の向上に大きな効果がある。   By using such a core glass and a cladding glass, it is possible to easily obtain a core / cladding interface with few defects and contamination, and an optical element suitable for manufacturing a high-performance optical element. The base material glass can be easily obtained. In particular, when the optical element is an optical fiber, it has a great effect on prevention of disconnection during spinning of the optical fiber due to heat drawing, improvement of the stability of the outer diameter of the spun optical fiber, and improvement of the optical functional characteristics of the optical fiber. is there.

また、この母材は個別に製造したコア用母材ガラスとクラッド用母材ガラスからなるため、物理的、化学的な性質の大きく異なるガラスをコア部とクラッド部とする母材を得ることができる。この特徴は、コアおよびクラッド各々に対する要求特性を、より適した特性のガラスを組み合わせることによって同時に満足させることを可能にし、光学素子の光機能特性の向上に大きく寄与することができる。   In addition, since the base material is composed of separately manufactured core base glass and cladding base glass, it is possible to obtain a base material having core and cladding portions made of glasses having significantly different physical and chemical properties. it can. This feature makes it possible to simultaneously satisfy the required characteristics for each of the core and the clad by combining glass having more suitable characteristics, and can greatly contribute to the improvement of the optical functional characteristics of the optical element.

本発明の光学素子用母材のクラッド部内面の断面形状は、閉じた形状であればとくに限定されない。しかし実際には図1に示すように3本以上の直線のみからなる多角形とみなせる形状であることが好ましい。とくに図1(a)〜(d)のように四角形あるいは六角形が望ましいが、四角形の場合は長方形、ひし形、正方形、六角形の場合は正六角形が好ましい。   The cross-sectional shape of the inner surface of the clad part of the optical element base material of the present invention is not particularly limited as long as it is a closed shape. However, in practice, as shown in FIG. 1, it is preferable to have a shape that can be regarded as a polygon composed of only three or more straight lines. In particular, a quadrangle or a hexagon is desirable as shown in FIGS. 1A to 1D, but in the case of a quadrangle, a regular hexagon is preferable in the case of a rectangle, rhombus, square, or hexagon.

その理由は、コア用母材ガラスやクラッド用母材ガラスの寸法精度をより高くすることを容易にし、したがって製造される母材のコア形状をより正確にすることができるためであり、また光学素子が光ファイバである場合、光ファイバ中を伝搬する光のモードをより制御しやすくするためである。   The reason is that it is easy to increase the dimensional accuracy of the base glass for the core and the base glass for the clad, and thus the core shape of the base material to be manufactured can be made more accurate, and optical. This is because when the element is an optical fiber, the mode of light propagating through the optical fiber can be controlled more easily.

辺の数が4を越える場合には、例えば図1(e)または(f)に示すように隣接する2辺の内角が180・を越える場合も考えられる。このような場合、コア用母材は複数の部材に分割して準備してもよい。   When the number of sides exceeds 4, for example, as shown in FIG. 1 (e) or (f), the internal angle of two adjacent sides may exceed 180 ·. In such a case, the core base material may be prepared by being divided into a plurality of members.

コア部の断面形状は、クラッド部の内面に相似である必要は必ずしもなく、光学素子用母材のコア部とクラッド部の間に空隙があってもよい。したがってコア部の断面形状は円形などクラッド部内面の断面形状と異なる形状であってもよい。しかしながらコア部外周とクラッド部内面の断面形状はコア部側が僅かに小さい相似形である方が好ましい。   The cross-sectional shape of the core portion is not necessarily similar to the inner surface of the cladding portion, and there may be a gap between the core portion and the cladding portion of the optical element base material. Accordingly, the cross-sectional shape of the core portion may be a shape different from the cross-sectional shape of the inner surface of the clad portion, such as a circle. However, the cross-sectional shapes of the outer periphery of the core part and the inner surface of the clad part are preferably similar in shape to the core part side being slightly smaller.

また、本発明の光学素子用母材のクラッド部外周の断面形状は、任意の形状でよいが、実際的には略円形、四角形、六角形のいずれかであることが好ましい。その理由は、光学素子が光学部品あるいは光学装置として組み立てられるときに組み合わされる他の光学素子、例えばレンズや光ファイバ、平面光導波路などとの組み立てに都合がよいからである。 特に光学素子が光ファイバである場合、このようなクラッド外周形状の特徴は重要である。   Moreover, the cross-sectional shape of the outer periphery of the clad portion of the optical element base material of the present invention may be any shape, but in practice, it is preferably any of a substantially circular shape, a square shape, or a hexagonal shape. The reason is that it is convenient for assembling with other optical elements to be combined when the optical element is assembled as an optical component or an optical device, such as a lens, an optical fiber, and a planar optical waveguide. In particular, when the optical element is an optical fiber, such a characteristic of the outer periphery shape of the cladding is important.

クラッド部の外周形状が略円形である場合は、他の光ファイバとの組み合わせが非常に容易である。また既に豊富な種類が存在する光ファイバ用部品をそのまま用いることができるので、光ファイバの取り扱いが容易であるとともに光ファイバを用いた装置の製造原価を低減できる。   When the outer peripheral shape of the cladding part is substantially circular, the combination with other optical fibers is very easy. In addition, since there are already a wide variety of optical fiber components that can be used as they are, it is easy to handle the optical fiber and the manufacturing cost of the apparatus using the optical fiber can be reduced.

また、クラッド外周形状が四角形や六角形である場合には、光ファイバを配置する際に光ファイバの軸方向の回転の自由度が制限される。この特徴は、例えば光ファイバを用いた装置中で光ファイバにねじり応力が不用意に加えられることを防ぐために役立つ。逆に、光ファイバにねじり応力を加えることが必要な場合には、容易に一定のねじりを加え、また保持することができる。   Moreover, when the clad outer peripheral shape is a quadrangle or a hexagon, the degree of freedom of rotation in the axial direction of the optical fiber is limited when the optical fiber is disposed. This feature is useful, for example, in preventing inadvertent application of torsional stress to the optical fiber in an apparatus using the optical fiber. Conversely, when it is necessary to apply a torsional stress to the optical fiber, a constant torsion can be easily applied and held.

さらに、クラッド外周の断面形状が四角形や六角形である光ファイバは、配列する際、光ファイバ間を隙間なく配列させることができる。この特徴は光ファイバを複数本配列した光ファイバアレイを製作する際、配列精度を向上させるために好都合である。またこの特徴によれば、2本の光ファイバのコア間隔を正確に規定できるので、光ファイバに発光(とくにレーザ発振)や光増幅の機能を付与する際、隙間なく配列させた光ファイバの一方のコアからクラッドを通して他方のコアに励起光を注入することが容易になる。   Furthermore, when the optical fibers having a quadrangular or hexagonal cross-sectional shape on the outer periphery of the cladding can be arranged without gaps, the optical fibers can be arranged with no gap. This feature is advantageous for improving the alignment accuracy when manufacturing an optical fiber array in which a plurality of optical fibers are arrayed. Further, according to this feature, since the core interval between the two optical fibers can be accurately defined, one of the optical fibers arranged without a gap is provided when the optical fiber is provided with a function of light emission (especially laser oscillation) or optical amplification. It becomes easy to inject excitation light from one core to the other core through the clad.

上記のような、本発明の光学素子用母材のクラッド外周の断面形状は、コア用母材ガラスとクラッド用母材ガラスを組み合わせたときに所定の外周形状を実現できるように、両母材ガラスを整形しておいてもよいが、上述の融着工程を経た後で外周が所定の形状になるように加工することが好ましい。その加工は研削または研磨によって行うことができる。   As described above, the cross-sectional shape of the cladding outer periphery of the optical element base material of the present invention is such that both base materials can realize a predetermined outer peripheral shape when the core base glass and the cladding base glass are combined. Although the glass may be shaped, it is preferable that the outer periphery is processed into a predetermined shape after the above-described fusing process. The processing can be performed by grinding or polishing.

なお、上述した平面、直線、円形、多角形、四角形、六角形、長方形、ひし形、正方形、正六角形などの表記は、数学的に厳密なものを意味するわけではなく、一般的なガラス材料の加工精度の範囲、および製作される光学素子の特性に深刻な悪影響を及ぼさない範囲において、数学的に厳密な形状に対して偏差、誤差を含むものと解釈する。   The planes, straight lines, circles, polygons, squares, hexagons, rectangles, rhombuses, squares, regular hexagons, etc. described above do not mean mathematically exact ones. In the range of processing accuracy and the range that does not have a serious adverse effect on the characteristics of the optical element to be manufactured, it is interpreted as including a deviation and error with respect to a mathematically exact shape.

次に、光ファイバの実施例を挙げて本発明の光学素子、その母材およびその製造方法を説明する。   Next, the optical element of the present invention, its base material, and its manufacturing method will be described with examples of optical fibers.

[実施例1]
(光ファイバ用母材の製造)
コア用母材ガラス組成物は通常の溶融法によって製造した。すなわち、必要な成分を混合したガラス原料を溶融し、ガラス組成物(ガラス塊)を作製する(図2(a)の「溶融」工程)。そのガラス組成および代表的な物性を表1に示す。コア用、クラッド用とも主成分はSiO2、Al23、Li2Oであり、コア用母材ガラスのみにBi23を1モル%添加してある。
[Example 1]
(Manufacture of optical fiber preforms)
The core matrix glass composition was produced by a conventional melting method. That is, a glass raw material mixed with necessary components is melted to produce a glass composition (glass lump) (“melting” step in FIG. 2A). Table 1 shows the glass composition and typical physical properties. The main components for both the core and the cladding are SiO 2 , Al 2 O 3 , and Li 2 O, and 1 mol% of Bi 2 O 3 is added only to the core glass.

発明者らの研究によると、Bi23を少量添加したこのガラス組成物は赤色発光を呈し、赤外域で光増幅性を有することが明らかになっている。すなわち、本実施例はこのBi23含有ガラスを利用した光ファイバ増幅器の作製を目的とする。コアへ光を閉じ込めるため、コア用母材ガラスの屈折率(1.524)はクラッド用母材ガラスの屈折率(1.512)より大きくなるように調整する。 According to the inventors' research, it has been clarified that this glass composition added with a small amount of Bi 2 O 3 emits red light and has a light amplification property in the infrared region. In other words, this example is intended to produce an optical fiber amplifier using this Bi 2 O 3 -containing glass. In order to confine light in the core, the refractive index (1.524) of the core glass is adjusted to be larger than the refractive index (1.512) of the cladding glass.

このガラス組成物を通常のガラスに対する機械的な加工法を適用して切断、研削し、2mm角×150mmの正四角柱を得、さらにその四角柱の4つの側面に光学研磨を行って(図2(a)における「形状加工」の工程を経て)平滑かつ清浄な表面をもつコア用母材ガラスを得た。この四角柱の中心軸の方向が作製する光ファイバの光軸の方向に一致する。   This glass composition is cut and ground by applying a mechanical processing method to ordinary glass to obtain a 2 mm square × 150 mm square prism, and optical polishing is performed on four sides of the square pillar (FIG. 2). A core preform glass having a smooth and clean surface was obtained (through the “shape processing” step in (a)). The direction of the central axis of this quadrangular column coincides with the direction of the optical axis of the optical fiber to be manufactured.

クラッド用母材ガラス組成物もまた同様に通常の溶融法によって製造した。そのガラス組成および代表的な物性もまた表1に示す。そのガラスにコア用母材ガラスと同様の加工を施し、16mm×14mm×150mmの四角柱を4本作製し、さらにこの四角柱の隣り合う2つの側面に光学研磨を行って平滑かつ清浄な表面をもつクラッド用母材ガラスを得た。
なお、上記の加工において、長手方向以外の寸法精度は誤差10μm以下になるように加工を施した。
The clad matrix glass composition was also produced by the usual melting method. The glass composition and typical physical properties are also shown in Table 1. The glass is processed in the same way as the core glass, and four square columns of 16 mm x 14 mm x 150 mm are produced. Further, two adjacent side surfaces of the square column are optically polished to obtain a smooth and clean surface. A base metal glass for a clad having a thickness of 5 was obtained.
In the above processing, the processing was performed so that the dimensional accuracy other than the longitudinal direction had an error of 10 μm or less.

上記コア用母材ガラスの正四角柱の側面に沿ってこれを囲むように、4本のクラッド用母材ガラスを組み立てる。組み立てた角柱の断面は図3(a)に模式的に示すように、コア用母材ガラス11aの正四角柱の側面に4本のクラッド用母材ガラス13aが中心に対して対称となるように配置されている。この場合、光学研磨を施した面同士が接するようになる。   Four clad base glass are assembled so as to surround the regular quadrangular prism side surface of the core base glass. As shown schematically in FIG. 3A, the cross-section of the assembled prism is such that the four cladding glass members 13a are symmetrical with respect to the center on the side surface of the regular square column of the core glass 11a. Has been placed. In this case, the surfaces subjected to optical polishing come into contact with each other.

つぎに、クラッド用母材ガラスの合わせ目の端面に、ごく微量の接着剤を塗布し、ガラスを仮止め固定した。この固定の目的は後段の工程が終わるまでの間に、組み立てが崩れないことを主な目的としている。したがって、ガラスの合わせ目に多量の接着剤が染み込むことは好ましくなく、接着剤の塗布量は、ガラスの合わせ目に接着剤の染み込んでいる領域が端面から数mm以内であることが好ましい。   Next, a very small amount of adhesive was applied to the end face of the joint glass of the cladding base glass, and the glass was temporarily fixed. The main purpose of this fixing is to ensure that the assembly does not break before the subsequent process is completed. Therefore, it is not preferable that a large amount of the adhesive soaks into the glass joint, and the amount of the adhesive applied is preferably within a few mm from the end surface in the region where the adhesive penetrates the glass joint.

さらに、コア用母材ガラスとクラッド用母材ガラスの間には、接着剤が染み込まないことが好ましい。また、接着剤層の厚さは薄い方が好ましく、後段の加熱工程で蒸発または分解気化してしまうことが好ましいため、接着剤は粘性の低い有機接着剤が好ましく、ここでは瞬間接着剤として市販されているシアノアクリレート系の接着剤を使用した。以上が図2(a)における「組立」工程である。   Furthermore, it is preferable that the adhesive does not penetrate between the core matrix glass and the cladding matrix glass. Also, the adhesive layer is preferably thin, and it is preferable that the adhesive layer evaporates or decomposes and vaporizes in the subsequent heating step. Therefore, the adhesive is preferably an organic adhesive having a low viscosity. The cyanoacrylate adhesive used was used. The above is the “assembly” process in FIG.

なお、例えば保持治具などを用いた接着剤を用いないで仮止め法を用いることもできるが、この場合は後段の工程には加熱工程が含まれているため、保持治具などと母材ガラスの熱膨張率の差により加熱工程で仮止めが緩んだり、母材に不必要な応力を加えてしまわないことなどに充分注意する必要がある。   For example, the temporary fixing method can be used without using an adhesive using a holding jig or the like, but in this case, since the subsequent process includes a heating process, the holding jig and the base material are used. Careful attention should be paid to the fact that the temporary fixing is not loosened in the heating process due to the difference in the coefficient of thermal expansion of the glass or unnecessary stress is not applied to the base material.

次に、仮止めしたガラスを接合するため、加熱融着用治具にセットした。この治具は、仮止めしたガラスを角柱の軸方向には水平に、断面方向には傾けて保持できる構造になっている。また治具は、全体が耐火物製であり、ガラスが触れる面は95%白金−5%金合金箔で覆った。   Next, in order to join the temporarily fixed glass, it was set in a jig for heat fusion. This jig has a structure in which the temporarily fixed glass can be held horizontally in the axial direction of the prism and tilted in the cross-sectional direction. Further, the jig was entirely made of refractory, and the surface touched by the glass was covered with 95% platinum-5% gold alloy foil.

ここで用いた治具は、
・断面方向に傾いていることで、ガラス同士が接しているすべての面に、ガラスの自重による圧力がかかり、ガラス同士の接触が保持できる、
・耐火物製であるため、加熱融着工程の温度では材質、寸法ともに変化を生じない、
・白金−金合金はガラスの濡れが悪く、容易に取り外せる、
という特長があり、本発明の製造法に適している。
なお、治具を金属や炭素材料など他の材料で製作しても差し支えないが、上記の治具に対する要求を充分に満たしていることに留意する必要がある。
The jig used here is
-By tilting in the cross-sectional direction, pressure due to the weight of the glass is applied to all the surfaces where the glasses are in contact, and the contact between the glasses can be maintained.
・ Because it is made of refractory, there is no change in the material and dimensions at the temperature of the heat fusion process.
・ Platinum-gold alloy has poor glass wettability and can be easily removed.
It is suitable for the production method of the present invention.
It should be noted that although the jig may be made of other materials such as metal or carbon material, the requirements for the jig are sufficiently satisfied.

治具にセットされた仮止めされたガラスは次に加熱融着を行なった(図2(b)の「加熱融着」工程)。このガラスは、室温の電気炉に挿入し、室温から5℃/分の昇温速度で、降伏点を80℃越える温度まで昇温した。その温度を2時間保持した後、電気炉の電源を切り、室温まで放冷し徐冷した。この徐冷時の冷却速度は約2℃/分程度である。   Next, the temporarily fixed glass set on the jig was subjected to heat fusion (“heat fusion” step in FIG. 2B). This glass was inserted into a room temperature electric furnace and heated from room temperature to a temperature exceeding the yield point by 80 ° C. at a rate of 5 ° C./min. After maintaining the temperature for 2 hours, the electric furnace was turned off, allowed to cool to room temperature, and gradually cooled. The cooling rate during this slow cooling is about 2 ° C./min.

加熱融着工程は、通常の大気雰囲気で実施したが、真空雰囲気で行なうことがより好ましい。また、保持温度は降伏点より40〜120℃高い温度で行なうことが好ましいが、温度が高いほどより容易に融着する一方、変形も大きくなるため、保持時間と合わせた適切な範囲が存在する。なお、昇温速度および徐冷速度は熱衝撃を与えたり、でき上がったガラス母材に熱応力を残さないような速度で行なうことが重要である。   The heat fusion process was performed in a normal air atmosphere, but it is more preferable to perform in a vacuum atmosphere. The holding temperature is preferably 40 to 120 ° C. higher than the yield point, but the higher the temperature, the easier the fusion, while the larger the deformation, there is an appropriate range combined with the holding time. . It is important that the heating rate and the slow cooling rate are set so as not to give a thermal shock or leave thermal stress in the finished glass base material.

このようにして製造された光ファイバ(光学素子)用母材は、コア部とクラッド部の間に異物や気泡などが含まれず完全に融着しており、クラッド用母材ガラス間の界面は完全に消失し、その痕跡を確認することができなかった。この光ファイバ用母材は、外周を直径25mmの円筒形状になるように研削加工し、その表面を光沢研磨した(図2(a)の「外形加工」工程)ものを最終形態とした。   The optical fiber (optical element) base material manufactured in this way is completely fused without containing foreign matter or bubbles between the core part and the clad part, and the interface between the base glass for the clad is It disappeared completely, and the trace could not be confirmed. The optical fiber preform was ground to have a cylindrical shape with an outer periphery of 25 mm in diameter, and its surface was gloss polished (the “outer shape processing step in FIG. 2 (a)) as the final form.

(光ファイバの製造)
上記工程で製造した光ファイバ用母材を通常の抵抗加熱型の電気炉を備えた光ファイバ紡糸装置内に固定し、クラッド外径が125μmになるように加熱延伸して紡糸し、光ファイバを製造した。
(Manufacture of optical fiber)
The optical fiber preform manufactured in the above process is fixed in an optical fiber spinning apparatus equipped with a normal resistance heating type electric furnace, heated and drawn so that the outer diameter of the clad becomes 125 μm, and spun. Manufactured.

この光ファイバには通常の紫外線硬化樹脂によるコーティングを施し、ガラスファイバ表面が接触することによる傷つきを防止し、光ファイバが折損しないように保護した。この光ファイバは、その断面は図3(b)に模式的に示すように、1辺が10μmの正方形のコア16aが直径125μmの円形クラッド18aに囲まれた構造を有している。   This optical fiber was coated with a normal UV curable resin to prevent damage caused by contact with the glass fiber surface and to protect the optical fiber from breaking. As shown schematically in FIG. 3B, this optical fiber has a structure in which a square core 16a having a side of 10 μm is surrounded by a circular cladding 18a having a diameter of 125 μm.

(光ファイバの光増幅特性)
光増幅特性の測定装置の模式図を図4に示す。基本的な構成は、いわゆる逆方向励起の光ファイバアンプであって、増幅すべき信号光を光ファイバに入射し、一方、光増幅のエネルギー源となる励起光は光ファイバの反対端、すなわち信号光の出射端から入射させ、ファイバ内で光増幅を起こさせるものである。
(Optical amplification characteristics of optical fiber)
FIG. 4 shows a schematic diagram of an optical amplification characteristic measuring apparatus. The basic configuration is a so-called reverse-pumped optical fiber amplifier, in which the signal light to be amplified is incident on the optical fiber, while the pumping light serving as the energy source for optical amplification is the opposite end of the optical fiber, that is, the signal The light is incident from the light exit end to cause optical amplification in the fiber.

本発明では、信号光30には波長1064nmおよび1314nmの2種類の半導体レーザからなる信号光源36から得られるレーザ光を用い、また励起光20には半導体レーザ(LD)励起Nd−YAG緑色レーザからなる励起光源26が発する波長532nmの連続光を用いた。 また、信号光と励起光の合波および分波には、波長選択性反射鏡74、72を用いた。   In the present invention, a laser beam obtained from a signal light source 36 composed of two types of semiconductor lasers with wavelengths of 1064 nm and 1314 nm is used as the signal light 30, and a semiconductor laser (LD) pumped Nd-YAG green laser is used as the pumping light 20. Continuous light having a wavelength of 532 nm emitted from the excitation light source 26 is used. Further, wavelength selective reflecting mirrors 74 and 72 were used for multiplexing and demultiplexing the signal light and the excitation light.

光増幅の測定は以下のようにして行った。上述の光ファイバを長さ1mに切断し、試験用光ファイバ100として測定装置の所定位置に設置した。光学系の調整を行い、信号光30および励起光20をそれぞれレンズ54、52により集光し、光ファイバ100のコアによく入射するように調芯を行なった。   The measurement of optical amplification was performed as follows. The above-mentioned optical fiber was cut into a length of 1 m, and installed as a test optical fiber 100 at a predetermined position of the measuring apparatus. The optical system was adjusted, and the signal light 30 and the excitation light 20 were collected by the lenses 54 and 52, respectively, and aligned so as to be well incident on the core of the optical fiber 100.

まず、波長1314nm信号光だけを光ファイバ100に入射させ、光ファイバを透過してきた信号光32の強度を光検出系80により電気信号に変換し、オシロスコープ90で測定した。次に、その状態のまま、励起光20を同時に光ファイバ100に入射させ、光ファイバ100を透過してきた信号光32の強度を測定したところ、その信号光の強度は信号光だけの時と比較して約2倍に増加しており、光増幅の効果を確認することができた。   First, only signal light having a wavelength of 1314 nm was made incident on the optical fiber 100, and the intensity of the signal light 32 transmitted through the optical fiber was converted into an electric signal by the light detection system 80 and measured by the oscilloscope 90. Next, the excitation light 20 is simultaneously incident on the optical fiber 100 in that state, and the intensity of the signal light 32 transmitted through the optical fiber 100 is measured. The intensity of the signal light is compared with that of the signal light alone. As a result, the effect of light amplification was confirmed.

信号光の波長を1064nmに変更して同様の実験を行ったところ、励起光を同時に光ファイバに入射させることによって、信号光の強度は信号光だけの時と比較して約2倍に強度が増加しており、光増幅の効果を確認することができた。   When the same experiment was performed by changing the wavelength of the signal light to 1064 nm, the intensity of the signal light was approximately twice that of the signal light alone by simultaneously making the excitation light incident on the optical fiber. The effect of light amplification was confirmed.

また、この光ファイバのコアガラスの発光が最大になる発光波長は約1140nmであり、増幅利得が確認された1064nmと1314nmの間であるため、少なくとも波長1064nm〜1314nmの波長範囲では光増幅を行なうことが可能である。   In addition, since the emission wavelength at which the core glass of the optical fiber has maximum light emission is about 1140 nm and is between 1064 nm and 1314 nm where the amplification gain is confirmed, optical amplification is performed at least in the wavelength range of 1064 nm to 1314 nm. It is possible.

[実施例2]
(光ファイバ用母材の製造)
コア用およびクラッド用母材ガラス組成物の製造は実施例1と同様に溶融法によって行った。そのガラス組成および代表的な物性を表1に挙げる。コア用、クラッド用とも主成分はP25、Al23、MgOであり、コア用母材ガラスのみにBi23を0.3モル%添加してある。
[Example 2]
(Manufacture of optical fiber preforms)
The core glass and clad base glass compositions were produced by the melting method in the same manner as in Example 1. The glass composition and typical physical properties are listed in Table 1. The main components for both the core and the cladding are P 2 O 5 , Al 2 O 3 and MgO, and Bi 2 O 3 is added in an amount of 0.3 mol% only to the core glass.

発明者らの研究によると、Bi23を少量添加したこのガラス組成物は実施例1のガラス組成物同様に赤色発光を呈し、赤外域で光増幅性を有することが明らかになっている。本実施例もこのBi23含有ガラスを利用した光ファイバ増幅器の作製を目的とする。コアへ光を閉じ込めるため、コア用母材ガラスの屈折率(1.504)はクラッド用母材ガラスの屈折率(1.490)より大きくなるように調整する。 According to the studies by the inventors, this glass composition to which a small amount of Bi 2 O 3 is added exhibits red light emission like the glass composition of Example 1 and has light amplification in the infrared region. . The purpose of this example is also to produce an optical fiber amplifier using this Bi 2 O 3 -containing glass. In order to confine light in the core, the refractive index (1.504) of the core matrix glass is adjusted to be larger than the refractive index (1.490) of the cladding matrix glass.

コア用母材ガラスは実施例1と同様に切断、研削し、2.4mm角×150mmの正四角柱を得、さらにこの四角柱の4つの側面に光学研磨を行なって平滑かつ清浄な表面をもつコア用母材ガラスを得た。この四角柱の中心軸の方向が作製する光ファイバの光軸の方向に一致する。   The core glass is cut and ground in the same manner as in Example 1 to obtain a 2.4 mm square × 150 mm regular square column, and optical polishing is performed on four sides of the square column to have a smooth and clean surface. A core glass was obtained. The direction of the central axis of this quadrangular column coincides with the direction of the optical axis of the optical fiber to be manufactured.

クラッド用母材ガラスとしては、30mm×13.8mm×150mmおよび2.4mm×13.8mm×150mmの四角柱を各2本作製した。前者の四角柱の面積の大きい方の側面の1方、および後者の四角柱の側面のうち、3面(裏表および1つの側面)を光学研磨し、平滑かつ清浄な表面をもつクラッド用母材ガラスを作製した。
なお、上記の加工において、コア用母材ガラスの厚みと後者のクラッド用母材ガラスの厚みの寸法誤差が誤差10μm以下になるようにした。
As the base metal glass for cladding, two square columns each having 30 mm × 13.8 mm × 150 mm and 2.4 mm × 13.8 mm × 150 mm were produced. A cladding base material having a smooth and clean surface by optically polishing one side of the former square column with the larger area and three sides (the front and back sides and one side) of the side surfaces of the latter square column Glass was produced.
In the above processing, the dimensional error between the thickness of the core base glass and the thickness of the latter clad base glass was set to have an error of 10 μm or less.

上記コア用母材ガラス11bと2種類のクラッド用母材ガラス13b、13c各2本を、光学研磨を施した面同士が接するように組み立てた。 その断面は図5(a)に模式的に示すが、この方法は高い寸法精度が要求される部分が少なく、結果的に高い寸法精度のコアを有する光ファイバ用母材を得ることができるという特徴がある。   The core base glass 11b and the two types of clad base glasses 13b and 13c were each assembled so that the surfaces subjected to optical polishing were in contact with each other. The cross section is schematically shown in FIG. 5A, but this method has few parts that require high dimensional accuracy, and as a result, an optical fiber preform having a high dimensional accuracy core can be obtained. There are features.

つぎに、クラッド用母材ガラスの合わせ目の端面に、ごく微量の接着剤を塗布し、実施例1と同様の手順でガラスを仮止め固定した。その後、コア用母材ガラスを抜き取り、クラッド用母材ガラスのみとした。以上が図2(b)におけるクラッド用母材ガラスの「組立」工程である。   Next, a very small amount of an adhesive was applied to the end face of the seam of the base glass for cladding, and the glass was temporarily fixed by the same procedure as in Example 1. Thereafter, the core glass was taken out to make only the clad glass. The above is the “assembly” process of the base glass for cladding in FIG.

次に、仮止めしたクラッド用母材ガラスを接合するため、実施例1と同様に加熱融着用治具にセットし、加熱融着を行なった(図2(b)におけるクラッド用母材ガラスの「加熱融着」工程)。
この母材は、クラッド用母材ガラス間の界面は完全に消失し、その痕跡を確認することはできなかった。
Next, in order to join the temporarily-fixed base glass for clad, it was set in a heat-welding jig in the same manner as in Example 1 and heat-sealed (the base glass for clad in FIG. 2B). "Heat fusion" process).
In this base material, the interface between the base glass for cladding disappeared completely, and the traces could not be confirmed.

その後、加熱融着工程により作成されたパイプ状のクラッド用母材ガラスに、コア用母材ガラスを挿入し、光ファイバ(光学素子)用母材の最終形態とした(図2(b)の「挿入」工程)。   After that, the core preform glass is inserted into the pipe-shaped clad preform glass produced by the heat-sealing process, and the final form of the preform for the optical fiber (optical element) is obtained (FIG. 2B). “Insertion” process).

なお、図2(b)においてカッコで示した工程は本実施例では実施していないが、必要に応じて挿入してもよい。クラッド用母材ガラスは加熱融着してパイプ状にした後、外形を加工整形してもよい(図2(b)におけるクラッド用母材ガラスの「外形加工」工程)。   In addition, although the process shown in parentheses in FIG. 2B is not performed in this embodiment, it may be inserted as necessary. After the clad base glass is heat-fused into a pipe shape, the outer shape may be processed and shaped (“outer shape processing step of the clad base glass in FIG. 2B)”.

またコア用母材ガラスも必要な場合には複数の部材を組み立て、加熱融着して一体化してもよい(図2(b)におけるコア用母材ガラスの「組立」、「加熱融着」工程)。さらに上記の工程では、パイプ状のクラッド用母材ガラスにコア用母材ガラスを挿入したものを最終形態としたが、挿入後、紡糸前に加熱溶融して光ファイバ用母材を一体化してもよい(図2(b)の最後の「加熱融着」工程)。   If a core glass is required, a plurality of members may be assembled and integrated by heating and fusing ("assembly" or "heating fusing" of the core glass in FIG. 2B). Process). Furthermore, in the above-mentioned process, the core base glass is inserted into the pipe-shaped cladding base glass, and the final form is used. After the insertion, the optical fiber base is integrated by heating and melting before spinning. It is also possible (the last “heat fusion” step in FIG. 2B).

(光ファイバの製造)
上記のように製造した光ファイバ用母材を通常の抵抗加熱型の電気炉を備えた光ファイバ紡糸装置内に固定し、クラッドの一辺が125μmになるように加熱延伸して紡糸し、光ファイバを製造した。この光ファイバの断面は図5(b)に模式的に示すように、1辺が10μmの正方形のコア16bが一辺125μmの正方形クラッド18bに囲まれている。
(Manufacture of optical fiber)
The optical fiber preform manufactured as described above is fixed in an optical fiber spinning apparatus equipped with a normal resistance heating type electric furnace, heated and drawn so that one side of the clad becomes 125 μm, and spun. Manufactured. As schematically shown in FIG. 5B, this optical fiber has a square core 16b having a side of 10 μm surrounded by a square clad 18b having a side of 125 μm.

(光ファイバの光増幅特性)
光増幅特性の測定は実施例1と同様に行なった。ただし、本実施例では、光ファイバを直径100mmの円形に巻き取り、それに樹脂コーティングを行った。この光ファイバはねじれが生じたりすることなく、容易に整列させて巻き取ることができた。
(Optical amplification characteristics of optical fiber)
The optical amplification characteristics were measured in the same manner as in Example 1. However, in this example, the optical fiber was wound into a circular shape with a diameter of 100 mm, and a resin coating was applied thereto. This optical fiber could be easily aligned and wound without twisting.

本実施例の光ファイバにおいても、波長1314nmおよび1064nmの双方で光増幅の効果を確認することができ、少なくとも波長1064nm〜1314nmの波長範囲では光増幅を行なうことが可能である。   Also in the optical fiber of this embodiment, the effect of optical amplification can be confirmed at both wavelengths of 1314 nm and 1064 nm, and optical amplification can be performed at least in the wavelength range of wavelengths from 1064 nm to 1314 nm.

Figure 2005289766
Figure 2005289766

以上より、本発明の光ファイバ用母材は、欠陥や汚染の少ないコア/クラッド界面を持ち、作製される光ファイバの特性が改善される。またその母材の製造方法は、簡便でまた特性の異なるコアガラスとクラッドガラスを組み合わせることもできるという特徴をもつ。   As described above, the optical fiber preform of the present invention has a core / cladding interface with few defects and contamination, and the characteristics of the manufactured optical fiber are improved. Moreover, the manufacturing method of the base material has a feature that it is simple and can combine a core glass and a clad glass having different characteristics.

上記の実施例では光学素子として光増幅性を有する光ファイバを例として説明したが、本発明はこの他、例えば非線形光学特性を有する材料をコアとするなど、種々の光機能性を付与した光ファイバに対しても適用できる。   In the above embodiments, an optical fiber having an optical amplifying property is described as an example of the optical element. However, the present invention also provides light having various optical functionalities such as a core having a material having nonlinear optical characteristics. It can also be applied to fiber.

また、光ファイバに限らず、平板光導波路、各種導光体などの光学素子にも適用できる。この場合、紡糸工程は必ずしも必要でなく、光学素子用母材の外形加工後、所定の長さに切断し、端面を研磨するなどの工程で、所望の光学素子が作製できる場合もある。   Moreover, it is applicable not only to optical fibers but also to optical elements such as flat optical waveguides and various light guides. In this case, the spinning step is not necessarily required, and there may be a case where a desired optical element can be produced by a process such as cutting to a predetermined length and polishing the end face after the outer shape processing of the optical element base material.

また、上記の実施例ではコア用母材とクラッド用母材をともにガラスとし、別々に整形加工した後、加熱融着して光ファイバ用母材とした。しかし本発明はガラス材料に限られず、樹脂、その他の誘電体材料等、およびそれらの組合せに対しても適用でき、またコア用母材とクラッド用母材の一体化も加熱融着による方法には限られない。   Further, in the above embodiment, the core base material and the clad base material are both made of glass, separately shaped, and then heat-sealed to obtain an optical fiber base material. However, the present invention is not limited to glass materials, but can be applied to resins, other dielectric materials, and combinations thereof, and the integration of the core base material and the clad base material is also a method by heat fusion. Is not limited.

例えば、ガラス製のコア用母材周囲にゾル状有機ケイ酸化合物をクラッド用母材として塗布し、これを焼成して光学素子用母材とすることができる。あるいは流動性もった樹脂をクラッド用母材として塗布し、加熱あるいは紫外光等の光照射によってこれを硬化させる方法も可能である。コア用母材に樹脂や無機誘電体を用いることもできる。   For example, it is possible to apply a sol-form organic silicate compound as a clad base material around a glass core base material, and fire it to obtain an optical element base material. Alternatively, it is possible to apply a resin having fluidity as a base material for clad and cure it by heating or irradiation with light such as ultraviolet light. A resin or an inorganic dielectric can also be used for the core base material.

本発明の光学素子用母材の形状を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the shape of the preform | base_material for optical elements of this invention. 本発明の光学素子用母材の製造工程の一例を示す流れ図である。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing process of the preform | base_material for optical elements of this invention. 実施例1の(a)光ファイバ用母材ガラス及び(b)光ファイバの断面図である。It is sectional drawing of (a) base material glass for optical fibers of Example 1, and (b) optical fibers. 光増幅特性の測定装置を示す図である。It is a figure which shows the measuring apparatus of an optical amplification characteristic. 実施例2の(a)光ファイバ用母材ガラス及び(b)光ファイバの断面図である。It is sectional drawing of (a) preform | base_material glass for optical fibers of Example 2, and (b) optical fiber.

符号の説明Explanation of symbols

10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g コア部
11a、11b コア用母材ガラス
12a、12b、12c、12d、12e、12f、12g クラッド部
13a、13b、13c クラッド用母材ガラス
16a、16b コア
18a、18b クラッド
26 励起光源
36 信号光源
52、54 レンズ
72、74 波長選択性反射鏡
80 光検出系
90 オシロスコープ
100 光ファイバ
10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g Core parts 11a, 11b Core glass for cores 12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f, 12g Clad parts 13a, 13b, 13c Clad base glass 16a, 16b Core 18a, 18b Clad 26 Excitation light source 36 Signal light source 52, 54 Lens 72, 74 Wavelength selective reflector 80 Photodetection system 90 Oscilloscope 100 Optical fiber

Claims (20)

コアと、その外周を取り囲むように密着し該コアより屈折率が小さいクラッドとを有し、少なくともコア内を光が伝搬する光学素子を製造するための光学素子用母材であって、柱状構造を有するコア部を挿入し得る中空柱状構造を有するクラッド部の前記コア部外面に相対する内面が、前記中空柱状構造の軸方向に平行な3以上の平面から構成されていることを特徴とする光学素子用母材。 A base material for an optical element for manufacturing an optical element having a core and a clad closely surrounding the outer periphery thereof and having a refractive index smaller than that of the core, and at least light propagates in the core. An inner surface of the clad portion having a hollow columnar structure into which the core portion having the inner surface can be inserted is configured by three or more planes parallel to the axial direction of the hollow columnar structure. Base material for optical elements. 前記コア部とクラッド部が接合されていることを特徴とする請求項1に記載の光学素子用母材。 The base material for an optical element according to claim 1, wherein the core portion and the clad portion are joined. 前記コア部は、前記柱状構造の軸方向に垂直な断面の形状が略円形であることを特徴とする請求項1に記載の光学素子用母材。 2. The optical element base material according to claim 1, wherein the core portion has a substantially circular cross-sectional shape perpendicular to the axial direction of the columnar structure. 前記コア部は、前記柱状構造の軸方向に垂直な断面の形状が多角形であることを特徴とする請求項1または2に記載の光学素子用母材。 The base material for an optical element according to claim 1, wherein the core portion has a polygonal cross-sectional shape perpendicular to the axial direction of the columnar structure. 前記多角形が四角形であることを特徴とする請求項4に記載の光学素子用母材。 The base material for an optical element according to claim 4, wherein the polygon is a quadrangle. 前記多角形が六角形であることを特徴とする請求項5に記載の光学素子用母材 The base material for an optical element according to claim 5, wherein the polygon is a hexagon. 前記クラッド部は、前記中空柱状構造の軸方向に垂直な断面の外周形状が略円形であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学素子用母材。 The base material for an optical element according to any one of claims 1 to 6, wherein the clad portion has a substantially circular outer peripheral shape in a cross section perpendicular to the axial direction of the hollow columnar structure. 前記クラッド部は、前記中空柱状構造の軸方向に垂直な断面の外周形状が多角形であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の光学素子用母材。 The base material for an optical element according to any one of claims 1 to 6, wherein the cladding portion has a polygonal outer peripheral shape in a cross section perpendicular to the axial direction of the hollow columnar structure. 前記多角形が四角形であることを特徴とする請求項8に記載の光学素子用母材 The base material for an optical element according to claim 8, wherein the polygon is a quadrangle. 前記多角形が六角形であることを特徴とする請求項8に記載の光学素子用母材 The base material for an optical element according to claim 8, wherein the polygon is a hexagon. 前記コア部およびクラッド部の少なくとも一方が無機ガラス材料からなることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の光学素子用母材 The base material for an optical element according to any one of claims 1 to 10, wherein at least one of the core part and the clad part is made of an inorganic glass material. 請求項11に記載の光学素子用母材をその軸方向に沿って延伸して形成することを特徴とする光学素子。 An optical element, wherein the optical element base material according to claim 11 is formed by stretching along an axial direction thereof. 前記コアが光増幅性を有することを特徴とする請求項12に記載の光学素子。 The optical element according to claim 12, wherein the core has an optical amplification property. コアと、その外周を取り囲むように密着し該コアより屈折率が小さいクラッドとを有し、少なくともコア内を光が伝搬する光学素子を製造するために使用する、前記光学素子のコアとなるコア部と、前記クラッドとなるクラッド部とを有する光学素子用母材の製造方法であって、前記コア部となる柱状構造を有するコア用母材と前記コア用母材より小さい屈折率を有する柱状構造を有するクラッド用母材とをそれぞれ加工整形する工程と、前記クラッド用母材を複数組み合わせて中空柱状構造のクラッド部を組み立てる工程と、前記コア用母材からなるコア部を前記クラッド部の中空部に挿入する工程と、を備えることを特徴とする光学素子用母材の製造方法。 A core serving as the core of the optical element, which is used to manufacture an optical element that has a core and a clad that is in close contact with the outer periphery of the core and has a refractive index smaller than that of the core and that propagates light at least in the core And a method of manufacturing a base material for an optical element having a cladding portion to be the cladding, wherein the core base material has a columnar structure to be the core portion, and a columnar shape having a smaller refractive index than the core base material. A step of processing and shaping each of the cladding base materials having a structure, a step of assembling a cladding portion having a hollow columnar structure by combining a plurality of the cladding base materials, and a core portion made of the core base material of the cladding portion. And a step of inserting the hollow element into the hollow part. 請求項14に記載の工程に加えて、前記クラッド部とそれに挿入した前記コア部とを接合する工程を実施することを特徴とする光学素子用母材の製造方法。 In addition to the process of Claim 14, the process of joining the said clad part and the said core part inserted in it is implemented, The manufacturing method of the base material for optical elements characterized by the above-mentioned. 前記クラッド部は複数の平板状クラッド用母材からなることを特徴とする請求項14に記載の光学素子用母材の製造方法。 The method for manufacturing a base material for an optical element according to claim 14, wherein the clad portion includes a plurality of base materials for a clad plate. 複数の平板状クラッド用母材をあらかじめ互いに接合させて前記中空柱状構造を有するクラッド部を形成することを特徴とする請求項14に記載の光学素子用母材の製造方法。 The method for manufacturing a base material for an optical element according to claim 14, wherein a plurality of flat clad base materials are joined together in advance to form a clad portion having the hollow columnar structure. 複数の柱状コア用母材をあらかじめ互いに接合させて前記柱状構造を有するコア部を形成することを特徴とする請求項14に記載の光学素子用母材の製造方法。 The method for manufacturing a base material for an optical element according to claim 14, wherein a plurality of columnar core base materials are bonded together in advance to form the core portion having the columnar structure. 前記クラッド用母材またはコア用母材を、それが自重で変形する温度以上に加熱した状態で融着接合することを特徴とする請求項17または18に記載の光学素子用母材の製造方法。 The method for manufacturing a base material for an optical element according to claim 17 or 18, wherein the clad base material or the core base material is fusion-bonded in a state where the clad base material or the core base material is heated to a temperature at which it is deformed by its own weight. . 前記コア用母材およびクラッド用母材を、その少なくとも一方が自重で変形する温度以上に加熱した状態で融着接合することを特徴とする請求項15に記載の光学素子用母材の製造方法。
16. The method of manufacturing an optical element base material according to claim 15, wherein the core base material and the clad base material are fusion-bonded in a state where at least one of them is heated to a temperature at which at least one of them is deformed by its own weight. .
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