JP2012002959A - 光ファイバ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る光ファイバ10は、ガラス管3と、該ガラス管3内に配置された、該ガラス管3よりも高い屈折率を有する、横断面が矩形状のガラスコア1とを有し、前記ガラスコア1は、前記ガラス管3の内周面に少なくとも2箇所の接触部で接し、該接触部以外のガラスコア1とガラス管3の間は長手方向に延びる空隙部4になっていることを特徴とするものである。前記光ファイバ10は、空隙部4がクラッドとして機能し、光信号はガラスコア1内を伝搬する。
【選択図】図1
Description
(1)コアとクラッドとの比屈折率差Δ《Δ=[(コアの屈折率―クラッドの屈折率)/コアの屈折率]×100%》は最大でも0.5%程度にしか出来ない。そのために矩形コア内への光の閉じ込めが弱い。その結果、ファイバの使用中にファイバが曲がったり、揺れたりするとコア内の光の分布が変化したり、クラッドへの光の漏れ込みが生じ易い。また、矩形状のレーザ光を正確に加工物に照射して加工することが難しい。
(2)レーザ光のファイバ内への結合効率が低く、レーザ光を有効に加工に利用することが難しい。
(3)ファイバが曲げられたときにコア内への光閉じ込め状態が変動しやすいので、曲げ損失が生じやすい。
本発明が解決しようとする課題は、コア内に安定して光を閉じ込めておくことができる、曲げ損失が小さい光ファイバおよびその製造方法を提供することである。
前記ガラス管内に配置された、横断面が矩形状のガラスコアと
を有し、
前記ガラスコアが、前記ガラス管の内周面に少なくとも2箇所の接触部で接し、該接触部以外のガラスコアとガラス管の間は長手方向に延びる空隙部であることを特徴とする光ファイバである。
この場合、前記ガラス管の横断面の外形は略円形状或いは略矩形状にするとよい。また、前記ガラスコアは前記ガラス管の屈折率よりも高い値を有することが好ましい。さらに、前記ガラス管は高珪酸ガラス(最低でもSiO2を96%含むガラス)から形成することが好ましく、矩形状のガラスコアにはSiO2ガラスを用いることが好ましい。
第1の発明に係る光ファイバでは空隙部がクラッドとして機能し、光信号はガラスコア内を伝搬する。
前記ガラス管材内に、前記Fが添加されたSiO2膜と少なくとも2箇所で接するように横断面が矩形状のガラスコア材を挿入してファイバプリフォームを得る工程、前記ファイバプリフォームの先端を加熱して溶融し、該プリフォームの先端部を所定速度で延伸しながら光ファイバに線引きする工程から成ることを特徴とする光ファイバの製造方法である。
一端側から他端側まで延びる貫通孔を有するガラス管材内に、該ガラス管材の内周面と少なくとも2箇所で接するように、前記SiO2膜が外周に形成されたガラスコア材を挿入してファイバプリフォームを得る工程、
前記ファイバプリフォームの先端を加熱して溶融し、該プリフォームの先端部を所定速度で延伸しながら光ファイバに線引きする工程から成ることを特徴とする光ファイバの製造方法である。
前記細管の貫通孔に配置された、横断面が多角形状のコアとを有し、
前記コアは、前記細管の内周面に少なくとも2箇所の接触部で接触し、該接触部以外の前記コアと前記細管の間は長手方向に延びる空隙部であることを特徴とする光ファイバである。前記細管や前記コアは、ガラスや樹脂を用いて形成することができる。
まず第1発明は、ガラス管の内周面に少なくとも2箇所の接触部で接するように当該ガラス管の内部に横断面が矩形状のガラスコアを配置し、前記接触部以外は長手方向に延びる空隙部になるようにした。従って、光信号が伝搬する矩形状のガラスコアの大部分の外周が空隙部、つまり空気層になり、例えば、SiO2ガラスからガラスコアを形成した場合は、該ガラスコアと空隙部との比屈折率差が約30%になる。そのため、光信号は、多くが矩形状のガラスコアに閉じ込められて、かつガラスコアの断面内の光分布がほぼ均一な矩形パターンを有するように伝搬し、加工物体面に照射される。従って、その加工物体面を高寸法精度の矩形状に加工することができる。なお、ガラス管の材料としてB(ホウ素)を添加したSiO2ガラスか、SiO2ガラスを用いると、ガラス管と矩形状のガラスコアとの屈折率差は小さい値かほとんど無いが、ガラス管とガラスコアとの接触部はほぼ線接触に近いため、空隙部に比して接触面積は無視できるほど極めて小さくなる。したがって、光信号は大部分が矩形状のガラスコアに閉じ込められて、かつほぼ均一な矩形状の光分布でガラスコア内を伝搬する。
また、例えばこのファイバ10を波長の短い紫外線領域のレーザ光を伝搬させて使用する場合には、矩形状のガラスコア1には、塩素処理を施してOH基の含有量を極めて少なくした材料(OH基の含有量は100ppb以下が好ましい。)を用いるのがよい。
ガラス管3の材料に例えばホウ素(B)が添加されたSiO2ガラスを用いた場合には、フッ素(F)が添加されたSiO2膜2は無くてもよい。
(試作例)
・ガラスコア1のサイズ:50μm角
・ガラスコア1の成分中のOH基の含有量:約50ppb
・Fが添加されたSiO2膜2の膜厚:約8μm
・光ファイバ全体の直径:150μm
なお、この実施例では、矩形状のガラスコア1の外周面に予めFを添加したSiO2膜2が形成されているので、ガラス管3には石英ガラスを用いている。これは、石英ガラスを用いた方がより低損失な光ファイバを実現できるからである。
本発明の光ファイバを種々の加工に利用する場合は、ミクロンオーダの極めて高寸法精度と高精細なパターンの加工を必要とする超高精度加工装置に取り付けられる。そのため、狭い領域にしっかりと光ファイバを固定して位置変動の生じないようにしなければならず、しかも超小型な工具で光ファイバを固持しなければならない。本実施例のように光ファイバの横断面の外形が略矩形構造になっていると、径方向、軸方向にぶれ難く、しかも超小型な工具で光ファイバを固持することが容易であり、種々の加工に適している。
また、上記説明では、空隙部4内には空気が存在するとしたが、実際に光ファイバを使用する際にはレーザ入射側から光ファイバ内(空隙部内)に不活性ガスを流してもよい。またファイバの両端面には薄い石英ガラス薄膜が貼り付けられていてもよい。
1A…ガラスコア材
2…Fが添加されたSiO2膜
3…ガラス管
3A…ガラス管材
4…空隙部
5a、5b、5c、5d…接触部
6…ファイバプリフォーム
7…電気炉
8…炉心管
9…ドラム
10…光ファイバ
Claims (16)
- ガラス管と、
前記ガラス管内に配置された、横断面が矩形状のガラスコアと
を有し、
前記ガラスコアは、前記ガラス管の内周面に少なくとも2箇所の接触部で接し、該接触部以外の前記ガラスコアと前記ガラス管の間は長手方向に延びる空隙部であることを特徴とする光ファイバ。 - 請求項1に記載の光ファイバにおいて、
前記ガラスコアが、前記ガラス管の内周面と4箇所の接触部で接することを特徴とする光ファイバ。 - 請求項1又は2に記載の光ファイバにおいて、
前記ガラス管の内周面には、Fが添加されたSiO2膜が形成されており、前記ガラスコアは前記Fが添加されたSiO2膜と少なくとも2箇所の接触部で接することを特徴とする光ファイバ。 - 請求項1又は2に記載の光ファイバにおいて、
前記ガラスコアの外周面にはフッ素が添加されたSiO2膜が形成されており、前記ガラスコアは、前記Fが添加されたSiO2膜を介して前記ガラス管の内周面と、少なくとも2箇所の接触部で接することを特徴とする光ファイバ。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の光ファイバにおいて、前記ガラス管が横断面が円形状の貫通孔を有することを特徴とする光ファイバ。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の光ファイバにおいて、前記ガラス管が横断面が矩形状の貫通孔を有することを特徴とする光ファイバ。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の光ファイバにおいて、
前記ガラス管の横断面の外形は矩形状であることを特徴とする光ファイバ。 - 請求項1〜7のいずれかに記載の光ファイバにおいて、
前記ガラス管は、SiO2を最低でも96%含むガラスから形成され、矩形状のガラスコアはSiO2ガラスが用いられていることを特徴とする光ファイバ。 - 一端側から他端側まで延びる貫通孔を有するガラス管材の前記貫通孔に、前記ガラス管材と少なくとも2箇所で接するように横断面が矩形状のガラスコア材を挿入してファイバプリフォームを得る工程、
前記ファイバプリフォームの先端を加熱して溶融し、該プリフォームの先端部を所定速度で延伸しながら光ファイバに線引きする工程
を有することを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 一端側から他端側まで延びる貫通孔を有するガラス管材の内周面にFが添加されたSiO2膜を形成する工程、
前記ガラス管材内に、前記Fが添加されたSiO2膜と少なくとも2箇所で接するように横断面が矩形状のガラスコア材を挿入してファイバプリフォームを得る工程、前記ファイバプリフォームの先端を加熱して溶融し、該プリフォームの先端部を所定速度で延伸しながら光ファイバに線引きする工程から成ることを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 横断面が矩形状のガラスコア材の外周にFが添加されたSiO2膜を形成する工程、
一端側から他端側まで延びる貫通孔を有するガラス管材内に、該ガラス管材の内周面と少なくとも2箇所で接するように、前記Fが添加されたSiO2膜が外周に形成されたガラスコア材を挿入してファイバプリフォームを得る工程、
前記ファイバプリフォームの先端を加熱して溶融し、該プリフォームの先端部を所定速度で延伸しながら光ファイバに線引きする工程から成ることを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 請求項9〜11のいずれかに記載の光ファイバの製造方法において、ガラス管材の貫通孔は横断面が円形状であることを特徴とする光ファイバの製造方法。
- 請求項9〜11のいずれかに記載の光ファイバの製造方法において、ガラス管材の貫通孔は横断面が矩形状であることを特徴とする光ファイバの製造方法。
- 請求項9〜13のいずれかに記載の光ファイバの製造方法において、
前記ガラス管材の横断面の外形が矩形状であることを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 請求項9〜14のいずれかに記載の光ファイバの製造方法において、
前記ガラス管材は、最低でもSiO2を96%含むガラスから形成され、矩形状のガラスコアはSiO2ガラスが用いられていることを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 一端側から他端側に向かって延びる貫通孔を有する細管と、
前記細管内に配置された、横断面が多角形状のコアと
を有し、
前記コアは、前記細管の内周面に少なくとも2箇所の接触部で接し、該接触部以外の前記ガラスコアと前記細管の間は長手方向に延びる空隙部であることを特徴とする光ファイバ。
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