JP2005289769A - フォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法 - Google Patents

フォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法 Download PDF

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Abstract

【解決手段】エアホール用中空石英ガラス管１の周囲にスート２を付着させてスート付エアホール用中空石英ガラス管３とし、このスート付エアホール用中空石英ガラス管３をスート付石英ガラス棒からなるコア部材１０の周囲に複数本束ねて、エアホール用石英ガラス管束４とする。この石英管束４を加熱してスート２をガラス化し、コア部材１０及びエアホール用中空石英ガラス管３同士を融着により固定する。その後延伸して外径を調整してから、サポート用中空石英ガラス管５に挿入してフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドを作製する。
【効果】プリフォームロッドを線引きしても線引き中にエアホールの潰れが見られず、エアホールの中空部の内径は均一に保たれているのでエアホールの配列の乱れもなく、特性の安定したフォトニック結晶ファイバを得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、フォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法に係り、特にエアホールの構造が安定したフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法に関する。
近年、インターネットの利用の促進により光ファイバ網の充実化が強く要望され、高速通信ネットワークの整備が急速に進められている。現在布設されている光ファイバは一般的に石英ガラスにＧｅのような屈折率を上昇させるドーパントを添加したコアとその周囲のコアよりも屈折率の低い純粋石英ガラスからなるクラッドとから構成されている。このような光ファイバは通常単一モード光ファイバと称され、広帯域の伝送特性を有している。
しかし、一方では現在用いられている単一モード光ファイバは使用波長が例えば１．３μｍや１．５５μｍと限られており、またコアとクラッドとの屈折率差から曲げに対して伝送損失が増加しやすいという問題もある。
ところで、最近通常の単一モード光ファイバに代わる光ファイバとしてフォトニック結晶ファイバが注目されてきている。フォトニック結晶ファイバは中実部材若しくは中空部材をコアとしてその周囲にクラッドとして中空のエアホールと呼ばれる空孔を多数設けた構造を有している。
このフォトニック結晶ファイバはエアホールの数や大きさ、その配置等を設計することにより、例えば任意の波長で単一モードを実現できる、コアとクラッドとの間の屈折率差を大きくできるので曲げ損失に強い、コアとクラッドとの間の大きな屈折率差から開口数を大きくでき光源との接続を効率化できる等の現在用いられている単一モード光ファイバにはない種々の特性を実現できると言われている。
このようなフォトニック結晶ファイバの特性はエアホールの均一性や配列の状況等に依存する傾向が強く、フォトニック結晶ファイバを製造する上においてエアホールの構造を如何に均一な状態に保ちながら配列するかということが重要な問題となっている。
通常フォトニック結晶ファイバを製造するには、例えば石英ガラスからなる中実部材や中空部材をコアとして、その周囲にやはり石英ガラスからなる中空のキャピラリ（中空管）を規則正しく配列してキャピラリの束とし、このキャピラリ束を石英ガラスからなるサポート管に挿入してプリフォームロッドを作製し、このプリフォームロッドを線引きして行っている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、上記のようなフォトニック結晶ファイバの線引き時にキャピラリの中空部が潰され、中空部の径が均一にならなかったり配列が乱れたりするという状況が生じることがあった。そこで、プリフォームロッドの両端を封止してからプリフォームロッド内を減圧してキャピラリが潰れることを防止するという技術も開発されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−１３７９３１号公報 特開２００３−３１３０４４号公報
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
即ち、特許文献１に示す方法では前述したようにプリフォームロッドの線引き時にキャピラリが潰れる場合が多く、特性の安定したフォトニック結晶ファイバを製造することが困難であった。
一方、特許文献２に示すプリフォームロッドを減圧する方法では、圧力の管理が難しく、プリフォームロッド毎に特性が異なる場合もあり、多数のプリフォームロッドを均一な特性で作製することが困難であるという問題があった。
本発明は以上の点に着目してなされたもので、エアホールの内径や配列などの均一性が線引き中にも損なわれないフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法を提供することを目的とするものである。
本発明は以上の点を解決するため次のような構成からなるものである。
即ち、本発明のフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法は、まず第１の構成として、コア部材となる石英ガラス棒若しくは中空石英ガラス管の周囲にエアホールを構成するための複数本の中空石英ガラス管を密着配置して石英ガラス管束とし、このエアホール用石英ガラス管束をさらにサポート用中空石英ガラス管内に挿入して一体化するフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法において、前記コア部材及び前記複数本のエアホール用石英ガラス管のそれぞれの周囲に石英ガラス粉末からなるスートを付着させた後にこれらのコア部材及びエアホール用石英ガラス管を密着配置してエアホール用石英ガラス管束とし、次いで前記エアホール用石英ガラス管束を加熱して前記スートをガラス化してエアホール用石英ガラス管束の各石英ガラス管同士を固定させてから前記エアホール用石英ガラス管束をサポート用中空石英ガラス管内に挿入して一体化することを特徴とする。
また、第２の構成として、コア部材となる石英ガラス棒若しくは中空石英ガラス管の周囲にエアホールを構成するための複数本の中空石英ガラス管を密着配置して石英ガラス管束とし、このエアホール用石英ガラス管束をさらにサポート用中空石英ガラス管内に挿入して一体化するフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法において、前記コア部材及び前記複数本のエアホール用石英ガラス管を密着配置してエアホール用石英ガラス管束とした後に前記エアホール用石英ガラス管束の周囲に石英ガラス粉末からなるスートを付着させ、次いで前記エアホール用石英ガラス管束を加熱して前記スートをガラス化してエアホール用石英ガラス管束の各石英管同士を固定させてから前記エアホール用石英ガラス管束をサポート用中空石英ガラス管内に挿入して一体化することを特徴とする。
さらに、さらに第３の構成として、コア部材となる石英ガラス棒若しくは中空石英ガラス管の周囲にエアホールを構成するための複数本の中空石英ガラス管を密着配置して石英ガラス管束とし、このエアホール用石英ガラス管束をさらにサポート用中空石英ガラス管内に挿入して一体化するフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法において、前記エアホール用石英ガラス管束をサポート用中空石英ガラス管に挿入した後に前記サポート用中空石英ガラス管内の空隙部分に石英ガラス粉末からなるスートを充填し、次いで前記サポート用中空石英ガラス管を加熱して前記スートをガラス化してエアホール用石英ガラス管束の各石英管同士を固定させ一体化することを特徴とする。
また、第４の構成として、前記第３の構成において、前記エアホール用石英ガラス管束をサポート用中空石英ガラス管に挿入した後に前記中空石英ガラス管内の空隙部分に石英ガラス粉末からなるスートを充填する際に、前記エアホール用石英ガラス管束の各石英管内に前記スートが付着しないように前記エアホール用石英ガラス管束の端末を封止することを特徴とする。
また、第５の構成として、前記第１から第４の構成において、前記石英ガラス粉末からなるスートを付着若しくは充填する手段は気相堆積法を用いることを特徴とする。
本発明の方法によると、エアホールを構成する中空石英管束の周囲に石英ガラス粉末からなるスートを付着させたり充填したので、エアホールの内径の均一性や配列の均一性が保たれ、特性の安定したフォトニック結晶ファイバを実現可能なプリフォームロッドを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について具体例を用いて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態を表したフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法を説明する図である。まず図１（ａ）に示すようにエアホールとなる中空石英ガラス管１の周囲に石英ガラス粉末からなるスート２を付着させてスート付エアホール用中空石英ガラス管３を作製し、次に図１（ｂ）に示すようにこのスート付エアホール用中空石英ガラス管３をやはりスート２を付着させた石英ガラス棒からなるコア部材１０の周囲に複数本束ねてエアホール用石英ガラス管束４とする。そしてこのエアホール用石英ガラス管束４を加熱して石英ガラス粉末からなるスート２をガラス化し、コア部材１０及び各エアホール用中空石英ガラス管３同士を融着により固定する。その後エアホール用石英ガラス管束４を延伸して外径を調整してから図１（ｃ）に示すようにこのエアホール用石英ガラス管束４の外径とほぼ等しい内径を有するサポート用の中空石英ガラス管５に挿入し一体化してプリフォームロッドとする。
図２は本発明の第２の実施の形態を表したフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法を説明する図である。なお、図１と同一の箇所は同一番号で表すこととし、以下も同様とする。
本実施の形態では、まず図２（ａ）に示すように石英ガラス棒からなるコア部材１０及びエアホールとなる中空石英ガラス管１を複数本束ねてエアホール用石英ガラス管束６とする。そして図２（ｂ）に示すようにこのエアホール用石英ガラス管束６の周囲に石英ガラス粉末からなるスート７を付着させてスート付エアホール用石英ガラス管束８を作製し、このスート付エアホール用石英ガラス管束８を加熱してスート７をガラス化して各エアホール用中空石英ガラス管１同士を固定する。その後エアホール用石英ガラス管束８を延伸して外径を調整してから図２（ｃ）に示すようにこのエアホール用石英ガラス管束８の外径とほぼ等しい内径を有するサポート用中空石英ガラス管５に挿入し一体化してプリフォームロッドとする。
図３は本発明の第３の実施の形態を表したフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法を説明する図である。本実施の形態では、まず図３（ａ）に示すように石英ガラス棒からなるコア部材１０及びエアホールとなる中空石英ガラス管１を複数本束ねてエアホール用石英ガラス管束６とする。そして図３（ｂ）に示すようにこのエアホール用石英ガラス管束６をエアホール用石英ガラス管束６の外径とほぼ等しい内径を有するサポート用中空石英ガラス管５に挿入する。その後図３（ｃ）に示すようにサポート用中空石英ガラス管５の内部のエアホール用石英ガラス管束６との空隙部に石英ガラス粉末からなるスート９を充填する。この時エアホール用中空石英ガラス管１の内部にスートが入り込まないように各エアホール用中空石英ガラス管１の両端を封止するとよい。封止の方法はそれぞれのエアホール用中空石英ガラス管１の両端を個別にあるいは一括して溶融したり蓋で覆うなどして行うとよい。そしてサポート用中空石英ガラス管５を加熱してスート９をガラス化して各エアホール用中空石英ガラス管１同士を固定し一体化してプリフォームロッドとする。
なお、上記した第１の実施の形態から第３の実施の形態までのフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドにおいてはコア部材を石英ガラス棒からなる中実部材としているが、このコア部材を中空石英ガラス管のような中空部材としても差し支えない。
外径４ｍｍの石英ガラス棒からなるコア部材及び内径２ｍｍ、外径４ｍｍのエアホール用中空石英ガラス管の周囲にＶＡＤ法により厚さ１ｍｍのスートを堆積させた。このスート付エアホール用中空石英ガラス管をコア部材の周囲に１８本束ねてエアホール用石英ガラス管束とし、このエアホール用石英ガラス管束を加熱してスートをガラス化し、コア部材及び各エアホール用中空石英ガラス管同士を融着により固定した。そしてこの融着固定したエアホール用石英ガラス管束を外径（長径）が２１ｍｍになるまで延伸した。延伸はエアホール用中空石英ガラス管の内径が潰れないようにエアホール用中空石英ガラス管内にＡｒガスを流しながら行った。さらに延伸後のエアホール用石英ガラス管束を内径２１ｍｍ、外径２７ｍｍのサポート用中空石英ガラス管に挿入してプリフォームロッドを作製し、外径１２５μｍまで線引きを行った。
このようにして作製したプリフォームロッドを線引きしても線引き中にエアホールの潰れは見られず、エアホールの中空部の内径は均一に保たれていた。従って、エアホールの配列の乱れもなく、特性の安定したフォトニック結晶ファイバを得ることができた。
外径４ｍｍの石英ガラス棒からなるコア部材の周囲に内径２ｍｍ、外径４ｍｍのエアホール用中空石英ガラス管を１８本束ねてエアホール用石英ガラス管束とし、このエアホール用石英ガラス管束の周囲にＶＡＤ法によりスート外径３０ｍｍまでスートを堆積させた。そしてこのスート付エアホール用石英ガラス管束を加熱してスートをガラス化して各エアホール用中空石英ガラス管同士を固定した。次いでこの固定したエアホール用石英ガラス管束を外径（長径）が２１ｍｍになるまで延伸した。延伸はエアホール用中空石英ガラス管の内径が潰れないようにエアホール用中空石英ガラス管内にＡｒガスを流しながら行った。さらに延伸後のエアホール用石英ガラス管束を内径２１ｍｍ、外径２７ｍｍのサポート用中空石英ガラス管に挿入してプリフォームロッドを作製し、外径１２５μｍまで線引きを行った。
このようにして作製したプリフォームロッドを線引きしても線引き中にエアホールの潰れは見られず、エアホールの中空部の内径は均一に保たれていた。従って、エアホールの配列の乱れもなく、特性の安定したフォトニック結晶ファイバを得ることができた。
外径４．２ｍｍの石英ガラス棒からなるコア部材の周囲に内径２．１ｍｍ、外径４．２ｍｍのエアホール用中空石英ガラス管を１８本束ねてエアホール用石英ガラス管束とし、このエアホール用石英ガラス管束を内径２１ｍｍ、外径２７ｍｍのサポート用中空石英ガラス管に挿入した。次いでＭＣＶＤ法によりサポート用中空石英ガラス管とエアホール用石英ガラス管束の空隙部にスートを堆積させ充填した。この時各エアホール用石英ガラス管内にスートが入り込まないようにここのエアホール用石英ガラス管の両端を溶融して封止した。そしてスートが充填されたサポート用中空石英ガラス管を加熱してスートをガラス化し各エアホール用中空石英ガラス管同士を固定してプリフォームロッドを作製し、外径１２５μｍまで線引きを行った。
このようにして作製したプリフォームロッドを線引きしても線引き中にエアホールの潰れは見られず、エアホールの中空部の内径は均一に保たれていた。従って、エアホールの配列の乱れもなく、特性の安定したフォトニック結晶ファイバを得ることができた。
比較例
外径４．２ｍｍの石英ガラス棒からなるコア部材の周囲に内径２．１ｍｍ、外径４．２ｍｍのエアホール用中空石英ガラス管を１８本束ねてエアホール用石英ガラス管束とし、このエアホール用石英ガラス管束を内径２１ｍｍ、外径２７ｍｍのサポート用中空石英ガラス管に挿入してプリフォームロッドを作製し、外径１２５μｍまで線引きを行った。
このようにして作製したプリフォームロッドを線引きたところ、エアホールの内径ばかりか形状も不均一となり、従って各エアホールの配列が乱れ、フォトニック結晶ファイバとして目的とする特性が得られなかった。
本発明の第１の実施の形態を表した図である。 本発明の第２の実施の形態を表した図である。 本発明の第３の実施の形態を表した図である。
符号の説明
１・・・エアホール用中空石英ガラス管
２・・・スート
３・・・スート付エアホール用中空石英ガラス管
４・・・エアホール用石英ガラス管束
５・・・サポート用中空石英ガラス管
６・・・エアホール用石英ガラス管束
７・・・スート
８・・・エアホール用石英ガラス管束
９・・・スート
１０・・コア部材

Claims (5)

  1. コア部材となる石英ガラス棒若しくは中空石英ガラス管の周囲にエアホールを構成するための複数本の中空石英ガラス管を密着配置して石英ガラス管束とし、このエアホール用石英ガラス管束をさらにサポート用中空石英ガラス管内に挿入して一体化するフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法において、前記コア部材及び前記複数本のエアホール用石英ガラス管のそれぞれの周囲に石英ガラス粉末からなるスートを付着させた後にこれらのコア部材及びエアホール用石英ガラス管を密着配置してエアホール用石英ガラス管束とし、次いで前記エアホール用石英ガラス管束を加熱して前記スートをガラス化してエアホール用石英ガラス管束のコア部材及び各石英ガラス管同士を固定させてから前記エアホール用石英ガラス管束をサポート用中空石英ガラス管内に挿入して一体化することを特徴とするフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法。
  2. コア部材となる石英ガラス棒若しくは中空石英ガラス管の周囲にエアホールを構成するための複数本の中空石英ガラス管を密着配置して石英ガラス管束とし、このエアホール用石英ガラス管束をさらにサポート用中空石英ガラス管内に挿入して一体化するフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法において、前記コア部材及び前記複数本のエアホール用石英ガラス管を密着配置してエアホール用石英ガラス管束とした後に前記エアホール用石英ガラス管束の周囲に石英ガラス粉末からなるスートを付着させ、次いで前記エアホール用石英ガラス管束を加熱して前記スートをガラス化してエアホール用石英ガラス管束の各石英管同士を固定させてから前記エアホール用石英ガラス管束をサポート用中空石英ガラス管内に挿入して一体化することを特徴とするフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法。
  3. コア部材となる石英ガラス棒若しくは中空石英ガラス管の周囲にエアホールを構成するための複数本の中空石英ガラス管を密着配置して石英ガラス管束とし、このエアホール用石英ガラス管束をさらにサポート用中空石英ガラス管内に挿入して一体化するフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法において、前記エアホール用石英ガラス管束をサポート用中空石英ガラス管に挿入した後に前記サポート用中空石英ガラス管内の空隙部分に石英ガラス粉末からなるスートを充填し、次いで前記サポート用中空石英ガラス管を加熱して前記スートをガラス化してエアホール用石英ガラス管束の各石英管同士を固定させ一体化することを特徴とするフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法。
  4. 前記エアホール用石英ガラス管束をサポート用中空石英ガラス管に挿入した後に前記中空石英ガラス管内の空隙部分に石英ガラス粉末からなるスートを充填する際に、前記エアホール用石英ガラス管束の各石英管内に前記スートが付着しないように前記エアホール用石英ガラス管束の端末を封止することを特徴とする請求項３記載のフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法
  5. 前記石英ガラス粉末からなるスートを付着若しくは充填する手段は気相堆積法を用いることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかの請求項に記載のフォトニック結晶ファイバ用プリフォームロッドの作製方法。
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