JP2005529829A

JP2005529829A - 微細構造を持つ光ファイバを線引きする方法及びプリフォーム

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Publication number: JP2005529829A
Application number: JP2004513196A
Authority: JP
Inventors: ビードーウェス，スティーヴン; ティーギャラガー，マイケル; ダブリュホートフ，ダニエル; ヴェンカタラマン，ナテサン
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2005-10-06
Also published as: US20030230118A1; WO2003106359A1; AU2003234412A1; KR20050013206A; EP1511696A1

Abstract

微細構造を持つファイバを線引きする方法が提供される。第１の組の孔及び第２の組の孔を有するプリフォームが提供され、第１の組の孔は第１の圧力システムに接続されるが、第２の組の孔は第１の圧力システムから実質的に隔離されたままである。それぞれの組の孔の圧力は、線引きされた微細構造を持つ光ファイバにおいて所望の孔寸法形状を得るために独立に設定するかまたは制御することができる。この方法での使用に適するプリフォームも提供される。

Description

本発明は全般的には光ファイバに関し、さらに詳しくは、微細構造を持つ光ファイバ並びに微細構造を持つ光ファイバを線引きする方法及びプリフォームに関する。

完全にガラス材で形成された光ファイバは２０年以上にわたり商業的に利用されてきた。そのような光ファイバは遠距離通信の分野における飛躍的な進歩をもたらしたが、別形の光ファイバ構造に関する研究開発も続けられている。別形の光ファイバの内の有望な１つのタイプは、ファイバ軸に沿って長さ方向に通っている孔すなわち空所を有する、微細構造を持つ光ファイバである。孔には一般に空気または不活性ガスが入っているが、他の材料を入れることもできる。

微細構造を持つ光ファイバは多種多様な特性を有するように設計することができ、多種多様な用途に用いることができる。例えば、中実ガラスコアを有し、複数の孔がコアを囲むクラッド領域に配されている微細構造を持つ光ファイバがつくられた。孔の位置及び寸法は、大きな負の値から大きな正の値のどこかの範囲にある分散をもつ微細構造を持つ光ファイバが得られるように、設計することができる。そのようなファイバは、例えば分散補償に有用であり得る。中実コア型微細構造を持つ光ファイバは、広い範囲にわたり単一モードであるように設計することもできる。ほとんどの中実コア型微細構造を持つ光ファイバは内部全反射機構により光を導波し、孔の低屈折率は、孔が配されているクラッド領域の屈折率を低めるように作用する。

特に注目される微細構造を持つ光ファイバのタイプの１つは、フォトニックバンドギャップファイバである。フォトニックバンドギャップファイバは、内部全反射機構とは基本的に異なる機構で光を導波する。フォトニックバンドギャップファイバではフォトニック結晶構造がファイバのクラッドに形成されている。フォトニック結晶構造は光の波長程度の間隔を有する孔の周期アレイである。ファイバのコアはフォトニック結晶構造クラッド内の欠陥により形成される。例えば、欠陥はフォトニック結晶構造の孔とは実質的に異なる寸法及び／または形状をもつ孔とすることができる。フォトニック結晶構造は、フォトニック結晶構造内での光の伝搬が禁制される、バンドギャップとして知られる、周波数範囲を有する。バンドギャップ内の周波数を有する、ファイバのコアに導き入れられた光は、フォトニック結晶クラッド内を伝搬しないであろうし、したがってコアに閉じ込められるであろう。フォトニックバンドギャップファイバはフォトニック結晶構造の孔より大きい孔で形成されるコアを有することができ、そのような中空コアファイバにおいては、光が気体媒質内で導波され、ガラス材料の吸収及びレイリー散乱による損失を低めることができる。光が気体媒質内で導波されるから、中空コアファイバの非線型性は極めて小さくなり得る。

微細構造を持つ光ファイバは全ガラス光ファイバの製造と概ね類似した方法を用いて作成される。所望の孔の配置を有するプリフォームが形成され、次いで熱及び張力を用いて線引きされてファイバにされる。線引きプロセスにおいて、材料の軟性及び孔内部の表面張力により、孔の寸法、形状及び配置がかなりゆがめられ得る。そのようなゆがみは、孔の寸法、ピッチ及び対称性のようなフォトニック結晶構造の特性寸法の変動にバンドギャップが極めて敏感であり得るから、中空コア型フォトニックバンドギャップファイバにおいて特に有害であり得る。

微細構造を持つ光ファイバにおける、線引き中の孔の寸法、形状及び配置のゆがみの発生を抑える。

本発明の一態様は微細構造を持つ光ファイバを作成する方法に関し、本方法は、近端及び遠端並びに第１の組の孔及び第２の組の孔を有するプリフォームであって、いずれの孔も近端と遠端の間で長さ方向にプリフォームを貫通して形成されているプリフォームを提供する工程、少なくとも１つの圧力システムを提供する工程、プリフォームの近端において第１の組の孔を少なくとも１つの圧力システムの内の第１の圧力システムに接続する工程及び遠端からプリフォームを線引きして微細構造を持つ光ファイバを形成する工程を含み、線引き工程の間、第２の組の孔は第１の圧力システムから実質的に隔離されている。

本発明の一実施形態において、プリフォームを提供する工程は、近端及び遠端並びに第１の組の孔及び第２の組の孔を有するプリフォームであって、それぞれの組の孔は近端と遠端の間でプリフォームに沿って長さ方向に形成されており、ある材料で形成されているプリフォームを形成する工程、プリフォームの近端において孔を密封する工程、プリフォームの材料の軟化点近くの温度までプリフォームの近端を加熱する工程、プリフォームの遠端において孔に圧力を印加し、よってプリフォームの近端においてプリフォームの孔を拡大する工程及び、プリフォームの近端を割り開き、よって拡大した孔を露出させる工程を含む。

本発明の別の実施形態において、第１の組の孔を第１の圧力システムに接続する工程は、第１の組の孔のそれぞれの孔に対して近端及び遠端を有する中空管を提供する工程、プリフォームの近端において第１の組の孔のそれぞれの孔に１本の中空管の近端を挿入する工程、支持材料を用いてそれぞれの中空管の近端をプリフォームに取り付け、よって中空管を孔に結合する工程、及びそれぞれの中空管の遠端を第１の圧力システムに接続する工程を含む。

本発明の別の実施形態において、プリフォームは、第１の組の孔を含む第１の領域及び第１の領域を囲む第２の領域を有し、プリフォームの近端において、プリフォームの第１の領域はプリフォームの第２の領域から突き出している。

本発明の別の態様は、近端及び遠端並びに第１の組の孔及び第２の組の孔を有するプリフォームであって、それぞれの組の孔はいずれも近端と遠端の間でプリフォームを長さ方向に貫通して形成されているプリフォームを提供する工程、プリフォームの近端において第１の組の孔のそれぞれの孔に多孔質材料を形成する工程、第１の組の孔及び第２の組の孔を第１の圧力システムに接続する工程、及び遠端からプリフォームを線引きして微細構造を持つ光ファイバを形成する工程を含み、多孔質材料は第１の組の孔と第２の組の孔の間の流通をある程度阻止するのに十分な多孔度を有する。

本発明の別の態様は本明細書に説明される方法に用いられるプリフォーム及び本明細書に説明される方法を用いて作成される微細構造を持つ光ファイバに関する。例えば、本発明の一態様は第１の組の孔及び第２の組の孔を有する微細構造を持つ光ファイバプリフォームに関し、孔は近端と遠端の間でプリフォームを貫通して長さ方向に形成されており、第１の組の孔はプリフォームの近端において第１の圧力システムに接続され、第１の圧力システムは第２の組の孔から実質的に隔離される。

本発明の方法及びプリフォームにより従来の方法及びプリフォームに優る多くの利点が得られる。本発明により、多種多様な構造をもつ微細構造を持つ光ファイバを線引き中に特性寸法形状（例えば、ピッチ、孔径）を厳密に制御して線引きすることが可能になる。本発明により、微細構造を持つ光ファイバプリフォームの別々の組の孔の個別の圧力制御が可能になる。比較的大きなコア孔を有する中空コア型フォトニックバンドギャップファイバを望ましくないコア孔のゆがみを生じることなく作成することができる。本発明の技法により、完全に潰れた隙間孔を有する微細構造を持つ光ファイバを、隙間孔を潰すための中間段階線引き工程を必要とせずに、束ね合された毛管から直接に線引きすることができる。本発明の微細構造を持つ光ファイバでは、断面が一様な長いファイバを作成することができる。本発明により、微細構造を持つ光ファイバの作成において高いプロセス再現性が可能になる。本発明のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は説明から当業者には明らかであろうし、記述及び本明細書の特許請求の範囲に説明され、また添付図面にも説明されるように本発明を実施することにより認められるであろう。

上述の全般的説明及び以下の詳細な説明のいずれもが本発明の例示に過ぎず、特許請求される本発明の性質及び特徴の理解のための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。

添付図面は本発明のさらなる理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて、本明細書の一部をなす。図面の尺度は必ずしも正確ではない。図面は本発明の１つまたはそれより多くの実施形態を示し、記述とともに本発明の原理及び動作の説明に役立つ。

本発明の一態様において、微細構造を持つ光ファイバを作成する方法が提供される。本方法において、第１の組の孔及び第２の組の孔を有するプリフォームが提供される。第１の組の孔は第１の圧力システムに接続することができる。第２の組の孔は必要に応じて第２の圧力システムに接続することができる。本明細書で用いられるように、プリフォームの近端はプリフォームの孔が圧力システムに接続される末端である。プリフォームは微細構造を持つ光ファイバを形成するために線引きされる。本明細書で用いられるように、プリフォームの遠端はファイバが線引きされる（一般に近端の反対側の）プリフォームの末端である。線引き工程中、第２の組の孔は第１の圧力システムから実質的に隔離される。以下でさらに十分に説明するように、第１の圧力制御システムは線引きされた光ファイバの第１の組の孔の寸法を制御するために制御することができる。

本明細書で用いられるように、圧力システムはプリフォームの外部にある大容積の空間である。微細構造を持つ光ファイバが線引きされている炉の雰囲気は本明細書において圧力システムと見なされる。当業者であれば、水柱を入れたＵ字型ガラス管を、実質的に固定された圧力を有する圧力システムとして用いることができる。圧力システムは、当業者であれば圧力を制御することが可能な、圧力制御システムとすることができる。圧力制御システムは、例えば、ヘリウムまたはアルゴンのガス圧源のような正圧システム、または真空システムのような負圧システムとすることができる。より複雑な圧力制御システムは、圧力センサ、真空システム、ガス圧源及び、圧力を監視し、システムの圧力を所望の値に維持するために真空及び／またはガス圧を用いる、コントローラを備えることができる。プリフォームの近端において圧力システムに接続されない孔はいずれも密封されるか、さもなければ近端を通るプリフォームの外部との流体の出入りが実質的に阻止される。圧力システム間の流体の出入りが実質的に阻止される場合、圧力システムは実質的に隔離されていると見なされる。プリフォームがファイバに線引きされている間、ファイバの線引き端において、第１の組の孔及び第２の組の孔を雰囲気に対して開放することができる。しかし、これらの孔の小寸法（数μｍ径）が、ファイバの長さと相まって、孔を通る流体の出入りを実質的に阻止するであろう。したがって、線引き中に圧力システムはプリフォームの遠端において実質的に隔離されていると見なされる。

実効屈折率導波型微細構造を持つ光ファイバの作成のための光ファイバプリフォームの一実施形態が図１に示される。プリフォーム２０は、中実コアロッド２４を囲む環形毛管２２の束で構成される。第１の組の孔２６は環形毛管の内側で形成され、中実コア２４に対する実効屈折率クラッド領域を形成する。第２の組の孔２８は環形毛管の外表面間の隙間空間で形成される。毛管の束は、スペーサロッド３２を用いて大径スリーブ管３０の内部に配置される。図２に側面図で示されるように、第１の組の孔２６はプリフォームの近端３４において第１の圧力制御システム３８に接続される。第２の組の孔は、本実施形態において第２の圧力システムとしてはたらく、炉の雰囲気に接続される。プリフォームは光ファイバを形成するために遠端から線引きされる。ファイバの線引き中、第１の圧力制御システムは第１の組の孔のそれぞれの孔を開いたままにしておくためにそれぞれの孔に正圧を維持し、一方第２の組の孔のそれぞれの孔は炉雰囲気圧力のままであって、表面張力により閉じる。本技法により、プリフォームの寸法を縮小し、隙間孔を潰すための中間段階線引き工程を必要とせずに、毛管の束から微細構造を持つ光ファイバを直接に線引きすることが可能になり得る。

本発明の別の態様においては、第１の組の孔が第１の圧力システムに接続され、第２の組の孔が第２の圧力システムに接続される。いずれの圧力システムも圧力制御システムとすることができる。本発明のこの態様にしたがう、フォトニックバンドギャップファイバの作成のための光ファイバプリフォームの一実施形態が図３に示される。プリフォーム４０は、第１の組の孔４２，第２の組の孔４４，近端４６及び遠端４８を有する。孔は、近端から遠端まで長さ方向にプリフォームを貫通して形成される。図３の実施形態において、第１の組の孔はただ１つの大きな孔からなり、このコア孔がフォトニックバンドギャップファイバのコアを形成することになろう。第２の組の孔は周期アレイに形成され、フォトニックバンドギャップファイバのフォトニック結晶クラッドを形成することになろう。

図３のプリフォームが、近端においていずれの組の孔にも単一の圧力が印加されて遠端からファイバに線引きされる場合には、図４の断面図に示されるように、微細構造のかなりのゆがみが生じることが多い。特に、線引きされたファイバ５０において、コア孔５１がゆがめられて寸法がフォトニック結晶クラッドの孔５２に比較してかなり大きくなる。いかなる特定の理論にも束縛されずに、発明者等は、線引き中に、大きなコア孔における表面張力による力は小さなフォトニック結晶孔における表面張力による力より小さく、よって、コア孔の寸法を維持するために必要な圧力はフォトニック結晶孔の寸法を維持するために必要な圧力より小さいと推測している。等しい圧力では、コア孔はフォトニック結晶孔に比較して拡大する傾向を有することになろう。

したがって、第１の組の孔の圧力と第２の組の孔の圧力の独立制御を有することが望ましい。図５は、本発明の一実施形態にしたがう微細構造を持つ光ファイバを線引きするために用いることができる光ファイバプリフォームの略図である。第１の組の孔４２及び第２の組の孔４４を有するプリフォーム４０が提供される。プリフォームの近端４６において、第１の組の孔が第１の圧力制御システム５３に接続され、第２の組の孔が第２の圧力制御システム５４に接続される。プリフォームは光ファイバを形成するために遠端４８から線引きされる。ファイバの線引き中、第１の圧力制御システムを第２の圧力制御システムとは異なる圧力に設定することができる。例えば、当業者であれば、２つの組の孔の相対寸法を維持し、よって図４に関連して上述したゆがみを回避するために、第１の圧力制御システムの圧力を第２の圧力制御システムの圧力より低く設定することができる。

図６は本発明にしたがう微細構造を持つ光ファイバを線引きするために用いることができるシステムの略図である。第１の組の孔４２及び第２の組の孔４４を有するプリフォーム４０が提供される。プリフォームの近端４６において、第１の組の孔が第１の圧力制御システム５３に接続される。図６の実施形態においては、第２の組の孔が第２の圧力制御システム５４に接続される。プリフォームの遠端４８において、装置は、当業者には理解されるであろうような、従来の熱源５５及び従来のファイバ線引き機構５６を備える。

微細構造を持つ光ファイバの線引きプロセスにおいて、当業者であれば、圧力制御システムのそれぞれの圧力を独立に制御できる。例えば、第２の組の孔が炉内圧力に維持される場合、第１の組の孔を開いたままにしておくために第１の圧力制御システムを正圧に設定することができる。独立な２つの圧力制御システムが用いられる場合には、第１の圧力制御システムを第２の圧力制御システムとは実質的に異なる圧力に設定することができる。圧力制御システムの圧力を制御することにより、当業者であれば、ファイバを線引きしている間、プリフォームの遠端において孔の内部の圧力を制御することができる。当業者であれば、線引き中に孔の相対直径を拡大、維持または縮小するために、孔の内部の圧力を制御することができる。例えば、図３のプリフォームにおける場合のように、第１の組の孔のそれぞれが第２の組の孔のそれぞれの孔より大きな断面積を有する場合には、第１の圧力制御システムを第２の圧力制御システムより低い圧力に設定し、第１の組の孔の内部の圧力を第２の組の孔の内部の圧力より低くすることが望ましいことであり得る。第１の圧力制御システムを第２の圧力制御システムより高い圧力に設定することが望ましい場合もあり得る。例えば、第２の組の孔が毛管間の隙間空間で形成される場合、線引き中に第２の組の孔が閉じることを保証するために、第２の圧力制御システムにより第２の組の孔に若干の真空をかけることができる。

圧力制御システムの内の少なくとも１つの圧力を制御するためにフィードバック制御を用いることができる。例えば、孔の寸法を監視し、圧力を制御するためのフィードバックシステムの一部として寸法情報を用いることができる。あるいは、圧力モニタを孔の組の内の１つに接続して、圧力を制御するためのフィードバックシステムの一部として圧力情報を用いることができる。

当業者であれば理解するであろうように、微細構造を持つ光ファイバを作成するために用いられるプリフォームの孔は極めて小さく（例えば、直径を数１００μｍより小さく）することができ、よって微細構造を持つ光ファイバプリフォームの別々の孔の別々の圧力システムへの接続は些細な作業ではない。本開示にはこの目的を達成するためのいくつかの新規な方法及びプリフォーム構造が説明される。例えば、本発明の一態様は、近端において拡大された孔を有する微細構造を持つ光ファイバプリフォームを提供する。微細構造を持つ光ファイバプリフォームを作成する方法の一例が図７に示される。第１の組の孔はコア孔６２であり、第２の組の孔６４がフォトニック結晶クラッド構造を形成する、プリフォーム６０が提供される。本例のプリフォームの孔の直径は数１００μｍより小さく、圧力システムへの個別の接続のためのアクセスが極めて困難になっている。末端を加熱して孔を潰すことにより、プリフォームの近端６６が密封される。プリフォームの密封された近端６７が、例えばＨ_２/Ｏ_２トーチにより、プリフォームの材料の軟化点近くまで加熱される。ガス圧が遠端６８からプリフォームの孔に印加される。軟化した近端においてプリフォームの孔を拡大するようにガス圧が制御される。孔は、初期直径の１０倍から１００倍にも、概ね均等に拡大され得る。プリフォームの拡大した近端は冷却され、今では拡大している孔を露出させるために、例えば、割開、破断、切削、レーザ加工または鋸引きにより、開放される。次いで、細いガラス管を拡大した近端でそれぞれの孔に嵌め込むことにより、所望の孔を個々に圧力システムに接続することができる。個々の孔をそれぞれの管に合せるのではなく、いかなる孔にもアクセスするようにプリフォームの外周を単管に合せることができる。孔に最小の圧力を印加して末端を再加熱し、よって孔の潰れを防止しながら管を封着することにより、管をプリフォームに封着することができる。あるいは、プリフォームの拡大した孔に細いガラス管を嵌め込むため、エポキシ樹脂、フリット材またはガラス封着材を用いることができる。例えば、図８に示されるように、第１の組の孔（コア孔６２）をコア孔に封着された管７２で第１の圧力システムに接続することができ、一方、第２の組の孔６４はより太い単管７４で第２の圧力システムに接続することができる。図８の実施形態において、内側の細い方の管７２は、外側の太い方の管７４に貫入し、よって管７２及び７４を独立に接続できるように、形成される。

本発明の別の態様は、管が第１の組の孔のそれぞれの孔に挿入された光ファイバプリフォームを提供する。管は支持材料で所定の場所に保持される。そのようなプリフォームの作成及びそのようなプリフォームの圧力システムへの接続の方法の一例が図９に示される。図３に関連して説明したようなプリフォームが提供される。プリフォームの近端において中空管８０がコア孔２２内に配置されて所定の場所に保持され、一方で、支持材料８２が管を囲んでコア孔内に形成され、管を所定の場所に保持する。より太い管８４がプリフォームの外側を囲んで取り付けられ、図５を参照して説明したように、中空管８０及び８４は第１及び第２の圧力制御システム８６及び８８に接続され、よって第１の組の孔（コア孔２２）及び第２の組の孔２４の圧力の独立制御が可能になる。

支持材料は、例えば、ゾル−ゲル誘導体材料とすることができる。粘性のあるゾルを中空管８０の周りに注入し、次いでゲル化させることができる。次いで、溶剤及び添加剤を除去するため及びゲルをさらに緻密化するために、ゲルを加熱する。ゾル−ゲル誘導体材料は、プロセス中に実質的な収縮を示さず、よって、多孔度が亀裂の形成により大きくなることはない材料であることが好ましい。例えば、適するゾル−ゲル誘導体材料が米国特許第６２０９３５７号明細書に説明されている。本方法において、（表面積が約５０〜１００ｍ^２/ｇであることが好ましい）シリカ微粒子が強塩基性（ｐＨ〜１１.５）分散剤に高濃度（約３０〜７０重量％）で懸濁され、水酸化テトラメチルアンモニウム（約１.５重量％）で安定化されて、ゾルを形成する。このような強塩基性条件において、シリカ粒子は負の表面電荷を有し、したがって互いに反発する。このような条件の下では、粒子表面からのシリカのかなりの溶解がおこる。塩化ナトリウム（約１.５重量％）及び塩化テトラメチルアンモニウム（約１.２５重量％）の添加によってシリカ微粒子の表面電荷を遮蔽することでゾルをゲル化することができる。ゲルのエージング中、溶解したシリカは、オストワルド熟成により、主に稠密充填粒子の接合部上に沈殿する。ゲル化を誘起するための表面電荷遮蔽の使用により乾燥中に有意な収縮を示さないゲルが得られ、支持材料の孔の側面への密着が可能になる。当業者であれば、本発明の支持材料を形成するために別のゾル−ゲルプロセスを選択することができる。

ゾル−ゲルプロセスを用いて得られた支持材料は若干の残留多孔度を有し得るが、第１の圧力システムと第２の組の孔の間のガス流通を実質的に阻止するであろう。したがって、第１の圧力システムと第２の組の孔の間の流体の出入りは実質的に阻止され、第２の組の孔は第１の圧力システムから実質的に隔離される。２つの圧力システムの圧力はいかなる残留多孔度も考慮に入れるように、また線引き中に孔に所望の圧力が得られるように、設定することができる。支持材料は、中空管８０をコア孔２２内に封着し、第１の組の孔と第２の組の孔の間でガスを基本的に流通させない、実質的に無孔性の材料とすることもできる。例えば、低融点ガラス、耐熱セメントまたは有機／無機混成ゾル−ゲル誘導体材料を用いることができる。支持材料は線引き塔内でプリフォームの近端にかかる温度に耐え得ることが望ましい。

本発明の別の態様においては、第１の組の孔と第２の組の孔の間に圧力降下を生じさせるために多孔質材料が用いられる。本発明のこの態様にしたがう微細構造を持つ光ファイバを作成する方法の一例が図１０に示される。第１の組の孔（コア孔２２）及び第２の組の孔（フォトニック結晶構造の孔２４）を有する微細構造を持つ光ファイバプリフォーム１７０が提供される。プリフォームの近端１７４において、多孔質材料のプラグ１８２がコア孔２２内に形成される。材料のプラグはプラグを通る流れをある程度阻止するのに十分な多孔度及び厚さを有する。この材料は、例えば、図９を参照して上述したようなゾル−ゲル誘導体材料とすることができる。プラグにかかる圧力降下は、当業者にはよく知られている方法を用いて制御することができる。例えば、所望の粒径分布及びゾル−ゲルプロセスパラメータを選択することにより、プラグの多孔度を制御することができる。孔に挿入されるゾルの体積によってプラグの厚さを制御することができる。多孔質プラグ１８２の形成後、いずれの組の孔も管１８４を介して第１の圧力制御システム１８８に接続される。図１０の実施形態においては、第２の組の孔が第１の圧力制御システム１８８に直接に接続され、圧力制御システムと同じ圧力にあるであろう。第１の組の孔は多孔質プラグ１８２を介して第１の圧力制御システムに接続され、線引き中、多孔質プラグにかかる圧力降下により圧力制御システム１８８より若干低い圧力にあるであろう。当業者であればプラグの多孔度及び厚さを選択して、例えば、図４に関連して上述したコア孔ゆがみを防止するような、第１の組の孔と第２の組の孔の間の圧力差を生じさせることができる。本発明の別の実施形態において、当業者であれば、図１０に関連して説明した多孔質プラグを図９に関連して説明した支持材料として用いることができる。

本発明の別の態様は、第１の組の孔を含む第１の領域及び第１の領域を囲む第２の領域を有するプリフォームであって、プリフォームの近端においてプリフォームの第１の領域がプリフォームの第２の領域から突き出し、よって別々の組の孔の別々の圧力システムへの接続を容易にする、プリフォームを提供する。例えば、図１１は実効屈折率導波型光ファイバプリフォームの孔を別々の圧力システムに接続する方法を示す。プリフォーム２０は中実コア２４及び環形毛管２２の内側で形成された第１の組の孔２６を有する。第１の組の孔は中実コアに対する実効屈折率クラッド領域を形成する。第２の組の孔２８は環形毛管間の隙間空間で形成される。毛管はスリーブ３０内に保持される。毛管２２は、それらの近端において、毛管の外表面を融合させるために加熱されて引っ張られる。融合部分９０がスリーブに延び込むことはない。プリフォームの近端３４において、（融合毛管で形成された）第１の領域は（スリーブで形成された）第２の領域から、好ましくは少なくとも約６ｍｍ，さらに好ましくは少なくとも約１２ｍｍ，さらに一層好ましくは少なくとも約２５ｍｍ，突き出す。突出し長さは、他方の組の孔を妨げずに一方の組の孔を容易に接続できるに十分なように選ばれる。融合した毛管の束の外側に中空管９２を封着し、よって第１の圧力制御システム９４による第１の組の孔の共通圧力制御のための太い流路を提供することができる。融合部分では隙間孔が潰されているから、隙間孔が中空管９２を介して第１の制御システムに接続されることはない。毛管の融合部分はスリーブに延び込んでいないから、第２の組の孔を構成する隙間空間は、第２の圧力システムとしてはたらく、雰囲気に接続される。線引き中、第１の圧力制御システムの圧力は第１の組の孔のそれぞれの孔の直径を維持するように設定することができ、一方で、第２の組の孔のそれぞれの孔（隙間空間）は表面張力により潰される。あるいは、第２の、より太い管（図示せず）をスリーブの外側に封着し、第２の組の孔の潰れを促進するためにやや真空に設定することができる、第２の圧力制御システムに接続するために用いることができる。本方法により、プリフォームの中間段階線引きを必要とせずに、隙間孔を完全になくすことが可能になる。

本発明の別の実施形態が図１２に示される。微細構造を持つ光ファイバプリフォーム１００はコア毛管１０４で形成されたコア孔１０２を第１の組の孔として有し、一方、六角外形毛管１０６のアレイで形成された第２の組の孔１０６がフォトニック結晶構造を形成する。毛管はより太い管１１０でスリーブ掛けされる。図示される実施形態において、プリフォームの遠端１１１の大部分は線引きされて直径が縮小されており（一般に再線引きとして知られるプロセス）、よってプリフォームのほとんどは数ｍｍ程度の直径を有する。プリフォームの近端１１２は再線引きされず、コア毛管１０４への容易なアクセスを保証するのに十分に太いままである。再線引きプロセス中のピッチに対する孔径の比のいかなる低下も補償するため、プリフォームの孔をＮＨ_４Ｆ・ＨＦ水溶液流または加熱されたＳＦ_６ガス流でエッチングして孔径を大きくすることができる。第２の組の孔を形成する六角外形毛管の間のいかなる隙間空間も、再線引きプロセスにおいてプリフォームの再線引き部分から除去される。プリフォームの近端１１２において、コア毛管で形成される第１の領域は、六角外形毛管のアレイで形成される第２の領域から、好ましくは少なくとも約６ｍｍ，さらに好ましくは少なくとも約１２ｍｍ，最も好ましくは少なくとも約２５ｍｍ，突き出す。中空管１１４がコア毛管１０４の近端の外側に封着され、よって第１の組の孔（コア孔）の第１の圧力制御システムへの接続が可能になる。第２の、より太い中空管１１６がプリフォームの近端の外側に封着され、よって第２の組の孔の第２の圧力制御システムへの接続が可能になる。

本発明の別の実施形態が図１３に示される。微細構造を持つ光ファイバプリフォーム１２０は第１の組の孔としてコア毛管１２４で形成されたコア孔１２２を有し、一方、六角外形毛管１２８のアレイで形成された第２の組の孔１２６がフォトニック結晶構造を形成する。コア毛管１２４は所望の内側断面寸法形状を有する単管とすることができ、例えば、専用の形状につくられた黒鉛ベイトロッド上へのガラススートの堆積、続いてスートの固結並びにベイトロッドの物理的及び／または化学的除去により、形成することができる。コア毛管１２４は、図示されるように、円形の外側断面形状を有することができ、あるいは異なる形状を有することができる。例えば、コア毛管１２４の外側断面形状は内側断面形状と概ね同じ断面形状を有することができる。毛管１２８はスリーブ管１３０で囲まれる。毛管１２８間の隙間空間が第３の組の孔１３２を形成する。六角外形毛管１２８は、それらの近端において、毛管の外表面を融合させるために加熱されて引っ張られる。融合部分１３３がスリーブに延び込むことはない。プリフォームの近端１２６において、（コア毛管で形成された）第１の領域は（六角外形毛管のアレイで形成された）第２の領域から、少なくとも約６ｍｍ，少なくとも約１２ｍｍ，さらには少なくとも約２５ｍｍ，突き出すことが好ましい。第１の中空管１３４がコア毛管の近端の外側に封着され、よって第１の組の孔（コア孔）の第１の圧力制御システムへの接続が可能になる。第２の、より太い中空管１３６が六角外形毛管の融合した束の外部の近端の外側に封着され、よって第２の組の孔の第２の圧力制御システムへの接続が可能になる。必要に応じて、第３の、さらに太い中空管１３８をスリーブに封着することができ、よって第３の組の孔（隙間空間）の第３の圧力制御システムへの接続が可能になる。本方法によってもプリフォームの中間段階再線引きを必要とすることなく隙間孔を完全になくすことができ、さらに、コア孔及びフォトニック結晶クラッドを形成している孔の個別制御が可能になる。

本発明の微細構造を持つ光ファイバプリフォームは、当業者にはよく知られた方法を用いて作成することができる。普通に用いられる束ね合せ−線引きプロセスにおいては、微細構造を持つプリフォームを形成するために中空毛管が束ね合される。微細構造を持つ光ファイバの作成のための束ね合せ−線引きプロセスの一例が図１４に断面図で示される。所望の微細構造（例えば中空コア欠陥を有するフォトニック結晶構造）を定めるように中空毛管集団が配置される。毛管の束は中空管でスリーブ掛けすることができる。当業者であれば、所望の軟化点温度を有する毛管及び管を用いてプリフォームを集成して、所望の軟化点温度を有するプリフォームを得るであろう。必要に応じて、プリフォームを再線引きしてプリフォーム径を縮小することができ、ＮＨ_４Ｆ・ＨＦ水溶液または加熱されたＳＦ_６ガスでエッチングして孔径を大きくすることができる。再線引き及びエッチング処理は、例えば、本明細書に参照として含まれる、米国特許出願第０９/５６３３９０号明細書に説明されている。

微細構造を持つ光ファイバのコアは様々な方法で構成することができる。例えば、中実型コア微細構造を持つ光ファイバを作成するために、中空毛管の間に配置された中実ロッドでコアを形成することができる。中空コア型微細構造を持つ光ファイバを作成するために、より大きな内側断面を有する毛管１５０を構造に挿入することができる。図１５に示され、本明細書に参照として含まれる、米国特許出願第１０/０８５７８５号明細書に説明されるように、オフセットされた孔１５２を有する毛管で中心毛管を囲むことにより、エッチング工程中に欠陥を拡大することができる。オフセット毛管と中心毛管の間の比較的薄い壁を除去し、よって孔１５４を拡大するために、エッチング工程を実施することができる。線引き中に表面張力により突出し構造が欠陥の壁にある程度または完全に引き込まれることもあり、引き込まれないこともあり得る。あるいは、図１３を参照して上述したように、整形されたコア毛管を提供することができる。

本明細書に参照として含まれる、本明細書と同じ日に出願された、名称を「微細構造を持つ光ファイバ並びに微細構造を持つ光ファイバを作成する方法及びプリフォーム（MICROSTRUCTURED OPTICAL FIBERS AND METHODS AND PREFORMS FOR FABRICATING MICROSTRUCTURED OPTICAL FIBERS）」とする、共通に所有される、米国仮特許出願第６０/ 号（コーニング社（Corning Incorporated）事件整理番号第ＳＰ０２−１１１号；発明者，ファジャード（Fajard），ギャラガー（Gallagher），ヴェンカタラマン（Venkataraman），ウエスト（West））の明細書に説明されるように、プリフォームの内側部分の材料がプリフォームの外側部分の材料より高い軟化点を有するようにプリフォームを形成することが望ましいことがあり得る。例えば、軟化点の差を、約５０℃以上、約１００℃以上、さらには約１５０℃以上とすることができる。そのような差を達成するための一方法は、シリカで形成された毛管を用いて微細構造を形成し、スリーブとしてフッ素ドープシリカ管を用いることである。専用の形状につくられたコア毛管が用いられる場合には、さらに高い軟化点をもつ材料（例えば、タンタルドープシリカ）でコア毛管を形成することが望ましいことがあり得る。そのような軟化点の差により、プリフォームの内側部分が線引き中に若干高い粘度にあることが可能になり、よって微細構造の内側部分のゆがみを小さくすることができる。

当業者であれば理解するであろうように、微細構造を持つ光ファイバのためのプリフォームを構成する他の方法を本発明に有利に用いることができる。例えば、プリフォームを形成するために押出しプロセスを用いることができる。当業者にはよく知られた別のエッチング及び線引き技法を、同様に、本発明とともに用いることができる。

本発明の別の態様は本発明の微細構造を持つ光ファイバを備える光通信システムに関する。本発明の微細構造を持つ光ファイバは従来の微細構造を持つ光ファイバよりゆがみを実質的に小さくして作成することができ、したがって、従来の微細構造を持つ光ファイバよりかなり優れた光学性能を有することができる。したがって、本発明の微細構造を持つ光ファイバは光通信システムでの使用に特に適する。

本発明の精神及び範囲を逸脱することなく本発明に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。例えば、２つのコア毛管を有する双コアフォトニックバンドギャップファイバの作成において、いずれのコア孔も第１の圧力システムに接続することができる。当業者であれば、相異なる寸法及び／または幾何学的形状をもつ毛管、孔及びプリフォームを用いて本発明を実施することができる。１つ、２つまたは３つの圧力システムに関して本発明を上で説明したが、当業者であればさらに多くの圧力システムが本発明の実施に用いられ得ることを認めるであろう。したがって、本発明の改変及び変形が添付される特許請求項及びそれらの等価物の範囲に入れば、本発明はそれらの改変及び変形を包含するとされる。

本発明の一実施形態にしたがう実効屈折率導波型微細構造を持つ光ファイバの作成のための光ファイバプリフォームの略図である本発明の一実施形態にしたがう実効屈折率導波型微細構造を持つ光ファイバの作成に用いるための装置の略図であるフォトニックバンドギャップファイバの作成のための光ファイバプリフォームの略図である単一圧力の下で図３のプリフォームから線引きされた光ファイバの簡略な断面図である本発明の一実施形態にしたがうフォトニックバンドギャップファイバの作成のための光ファイバプリフォームの略図である本発明の一実施形態にしたがうフォトニックバンドギャップファイバを線引きするために用いられる装置の略図である拡大された孔を近端に有する光ファイバプリフォームの作成方法の略図である拡大された孔を近端に有するプリフォームを線引きして光ファイバにするために用いられる装置の略図である本発明の一実施形態にしたがう別々の圧力制御システムに光ファイバプリフォームの孔を接続する方法の略図である本発明の一実施形態にしたがう別々の圧力制御システムに光ファイバプリフォームの孔を接続する方法の略図である本発明の一実施形態にしたがう別々の圧力制御システムに光ファイバプリフォームの孔を接続する方法の略図である本発明の一実施形態にしたがう別々の圧力制御システムに光ファイバプリフォームの孔を接続する方法の略図である微細構造を持つ光ファイバを作成するための束ね合せ−線引き法の一例の略図であるフォトニックバンドギャップファイバプリフォームのコア欠陥を拡大するために用いられるエッチングプロセスの一例の略図であるフォトニックバンドギャップファイバプリフォームのコア欠陥を拡大するために用いられるエッチングプロセスの一例の略図である

符号の説明

４０プリフォーム
４２第１の組の孔（中心コア孔）
４４第２の組の孔
４６近端
４８遠端
５３第１の圧力制御システム
５４第２の圧力制御システム

Claims

微細構造を持つ光ファイバを作成する方法において、
近端及び遠端並びに中心コア孔及び前記中心コア孔を囲んで配置された第２の組の孔を有する光ファイバプリフォームであって、前記中心コア孔及び前記第２の組の孔が前記近端と前記遠端の間で前記光ファイバプリフォームを長さ方向に貫通して形成されており、前記中心コア孔が前記第２の組の孔より実質的に大きくなっている光ファイバプリフォームを提供する工程、
少なくとも１つの圧力システムを提供する工程、
前記光ファイバプリフォームの前記近端において前記中心コア孔を前記少なくとも１つの圧力システムの内の第１の圧力システムに接続する工程、及び
前記遠端から前記光ファイバプリフォームを線引きして前記微細構造を持つ光ファイバを形成する工程、
を有してなり、
前記線引き工程中に、前記第２の組の孔は前記第１の圧力システムから実質的に隔離されていることを特徴とする方法。
前記少なくとも１つの圧力制御システムの圧力を制御するためにフィードバック制御を用いることを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記プリフォームの前記近端において前記第２の組の孔を前記少なくとも１つの圧力システムの内の第２の圧力システムに接続する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記光ファイバプリフォームを提供する工程が、
近端及び遠端並びに中心コア孔及び第２の組の孔を有するプリフォームであって、前記中心コア孔及び前記第２の組の孔が前記近端と前記遠端の間で前記プリフォームに沿って長さ方向に形成されており、前記プリフォームがある材料から形成されているプリフォームを形成する工程、
前記プリフォームの前記近端において前記中心コア孔及び前記第２の組の孔を密封する工程、
前記プリフォームの前記近端を前記プリフォームの前記材料の軟化点近くの温度まで加熱する工程、
前記プリフォームの前記遠端において前記中心コア孔及び前記第２の組の孔に圧力を印加し、よって、前記プリフォームの前記近端において前記プリフォームの前記孔を拡大する工程、及び
前記プリフォームの前記近端を割り開き、よって前記拡大された孔を露出させる工程、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記中心コア孔を第１の圧力システムに接続する工程が、
近端及び遠端を有する中空管を提供する工程、
前記プリフォームの前記近端において前記中空管の前記近端を前記中心コア孔に挿入する工程、
前記中空管の前記近端を支持材料を用いて前記プリフォームに取り付け、よって前記中空管を前記中心コア孔に接続する工程、及び
前記中空管の前記遠端を前記第１の圧力システムに接続する工程、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。