JP2014228705A - マルチコア光ファイバ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】偏波保持機能を有するコアと偏波保持機能を有さないコアとを備えたマルチコア光ファイバを提供する。【解決手段】マルチコア光ファイバ１１は、円形のファイバ横断面において、中心に配置され且つ外郭形状が円形の中心コア１１ａと、中心から間隔を有して配置され且つ外郭形状が細長く形成された偏心コア１１ｂとを備える。複数の偏心コア１１ｂは、ファイバ横断面における細長の外郭形状の長軸の延びる方向が相互に異なる。【選択図】図１

Description

本発明は、マルチコア光ファイバ及びその製造方法に関する。

偏波保持ファイバは、コアが大きな複屈折率を有することにより、偏波状態を保持して光を伝送する光ファイバであり、例えば偏波依存性のある光デバイス等に用いられる。

偏波保持ファイバとしては、コアに非軸対称に応力を印加した応力型のものが挙げられ、例えば、特許文献１には、コアの両側に応力付与部を設けたいわゆるＰＡＮＤＡファイバが開示されている。

また、偏波保持ファイバとしては、コア及びその近傍の屈折率分布を非軸対称にした屈折率分布型のものが挙げられ、例えば、特許文献２には、コアの横断面における外郭形状を長方形、楕円形、及び六角形に形成したものが開示されている。特許文献３には、横長のコアの周りに多数の空孔を形成したものが開示されている。

さらに、特許文献４には、偏波保持機能を有するマルチコア光ファイバが開示されている。

特開２００３−２２７９５６号公報 特開２０１０−２６２１４３号公報 特開２００１−３１８２６０号公報 国際公開２０１３／０５１４８５

本発明の課題は、偏波保持機能を有するコアと偏波保持機能を有さないコアとを備えたマルチコア光ファイバ及びその製造方法を提供することである。

本発明は、円形のファイバ横断面において、中心に配置され且つ外郭形状が円形の中心コアと、中心から間隔を有して配置され且つ外郭形状が細長く形成された偏心コアと、を備えたマルチコア光ファイバである。

本発明は、円形のファイバ横断面において、中心に配置され且つ外郭形状が円形の中心コアと、中心から間隔を有して配置され且つ外郭形状が細長く形成された偏心コアと、を備えたマルチコア光ファイバの製造方法であって、
横断面において、中心に配置され且つ外郭形状が円形の中心コア形成部と、中心から間隔を有して配置され且つ外郭形状が円形の偏心コア形成部と、を備え、且つ横断面形状が４〜１２回対称に形成されたプリフォームを準備するステップと、
前記準備したプリフォームを線引きして横断面形状が円形のマルチコア光ファイバを得るステップと、
を含む。

本発明によれば、中心に配置され且つ外郭形状が円形である中心コアが偏波保持機能を有さない一方、中心から間隔を有して配置され且つ外郭形状が細長く形成された偏心コアが偏波保持機能を有する。

実施形態に係るマルチコア光ファイバ心線の一例の斜視図である。 マルチコア光ファイバの第１の変形例の端面の正面図である。 マルチコア光ファイバの第２の変形例の端面の正面図である。 マルチコア光ファイバの第３の変形例の端面の正面図である。 （ａ）はプリフォームの一例の斜視図であり、（ｂ）はその端面の正面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、プリフォームの作製方法を示す説明図である。 線引き装置の概略構成を示す図である。 線引きステップにおけるプリフォームの横断面の変形を示す説明図である。 （ａ）は第１の変形例のマルチコア光ファイバを形成するプリフォームの端面の正面図であり、（ｂ）は第２の変形例のマルチコア光ファイバを形成するプリフォームの端面の正面図である。 第３の変形例のマルチコア光ファイバを形成するプリフォームの端面の正面図である。 実施形態に係るマルチコア光ファイバ心線の変形例の斜視図である。

以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。

（マルチコア光ファイバ心線）
図１は、実施形態に係るマルチコア光ファイバ心線１０の一例を示す。

実施形態に係るマルチコア光ファイバ心線は、マルチコア光ファイバ１１とそれを被覆する被覆層１２とを有する。マルチコア光ファイバ心線１０の外径は例えば２００〜７００μｍである。

マルチコア光ファイバ１１は、例えば石英ガラスで形成されている。マルチコア光ファイバ１１の横断面形状は円形である。ここで、「円形」には、真円の他、横断面形状における短軸に対する長軸の比が１．１以下である略円形も含まれる（以下同様）。マルチコア光ファイバ１１の外径は例えば１００〜５００μｍである。

マルチコア光ファイバ１１は、中心コア１１ａと複数の偏心コア１１ｂとクラッド１１ｃとを備える。

中心コア１１ａは、ファイバ横断面において中心に配置されている。中心コア１１ａは、例えば屈折率を高めるＧｅ等のドーパントがドープされた石英ガラス等で形成されている。中心コア１１ａのファイバ横断面における外郭形状は円形である。中心コア１１ａは、例えば波長が４００〜２２００ｎｍの光に対してシングルモード動作するものであってもよい。中心コア１１ａの直径は、好ましくは２μｍ以上、より好ましくは４μｍ以上であり、また、好ましくは１４μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下である。

複数の偏心コア１１ｂのそれぞれは、ファイバ横断面において、中心から間隔を有し且つ中心コア１１ａとの間及び外周との間にもそれぞれ間隔を有して配置されている。各偏心コア１１ｂの中心コア１１ａとの間の間隔は例えば２０〜８０μｍである。各偏心コア１１ｂの外周までの寸法は例えば２５〜７０μｍである。

複数の偏心コア１１ｂは、ファイバ横断面において相互に間隔を有して中心コア１１ａを囲うように配設されている。相互に隣接する偏心コア１１ｂ間の間隔は例えば２５〜７０μｍである。複数の偏心コア１１ｂは、図２及び３に示すように、中心コア１１ａを中心とした正多角形（図２及び３では正六角形）を形成するように配設されていてもよい。複数の偏心コア１１ｂは、図１に示すように中心コア１１ａを囲うように単層に配設されていてもよく、また、図４に示すように中心コア１１ａを囲うように二層以上の多層に配設されていてもよい。偏心コア１１ｂの数は、図１では８個、図２及び３では６個、図４では２４個（内側層８個及び外側層１６個）であるが、好ましくは２個以上、より好ましくは４個以上であり、また、好ましくは１８個以下、より好ましくは３６個以下である。

複数の偏心コア１１ｂは、例えば屈折率を高めるＧｅ等のドーパントがドープされた石英ガラス等で形成されている。複数の偏心コア１１ｂは、一部又は全てが同一材料で形成されていてもよい。複数の偏心コア１１ｂは、一部又は全てが中心コア１１ａと同一材料で形成されていてもよい。複数の偏心コア１１ｂの屈折率は、一部又は全てが同一であってもよい。複数の偏心コア１１ｂの屈折率は、一部又は全てが中心コア１１ａの屈折率と同一であってもよい。

複数の偏心コア１１ｂのそれぞれのファイバ横断面における外郭形状は細長く形成されている。つまり、各偏心コア１１ｂは偏波保持機能を有する。各偏心コア１１ｂのファイバ横断面における細長の外郭形状としては、例えば楕円形等が挙げられる。複数の偏心コア１１ｂのファイバ横断面における細長の外郭形状は、一部又は全部が同一であってもよい。各偏心コア１１ｂのファイバ横断面の細長の外郭形状における長軸は、好ましくは３μｍ以上、より好ましくは６μｍ以上であり、また、好ましくは３０μｍ以下、より好ましくは２１μｍ以下である。短軸は、好ましくは１μｍ以上、より好ましくは２μｍ以上であり、また、好ましくは７μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下である。短軸に対する長軸の比は、好ましくは１．２以上、より好ましくは１．５以上であり、また、好ましくは４以下、より好ましくは６以下である。ここで、「長軸」は、偏心コア１１ｂのファイバ横断面における細長の外郭形状の最大長さであり、「短軸」は、長軸に直交する方向の最大幅である。

複数の偏心コア１１ｂは、ファイバ横断面における細長の外郭形状の長軸の延びる方向が相互に異なる偏心コア１１ｂを含むことが好ましい。図１に示すマルチコア光ファイバ１１は、長軸の延びる方向が半径方向に一致する偏心コア１１ｂと長軸の延びる方向が半径方向に直交する偏心コア１１ｂとが周方向に交互に配設されており、また、中心コア１１ａを挟んで配設された一対の偏心コア１１ｂは、長軸が延びる方向が一致しており、従って、長軸が延びる方向が相互に異なる４種の偏心コア１１ｂを備える。マルチコア光ファイバ１１は、これに限定されず、図２に示すように、周方向に配設された６個の偏心コア１１ｂのいずれも長軸の延びる方向が半径方向に一致し、また、中心コア１１ａを挟んで配設された一対の偏心コア１１ｂは、長軸が延びる方向が一致しており、従って、長軸が延びる方向が相互に異なる３種の偏心コア１１ｂを備えたものであってもよい。また、マルチコア光ファイバ１１は、図３に示すように、周方向に配設された６個の偏心コア１１ｂのいずれも長軸の延びる方向が半径方向に直交し、また、中心コア１１ａを挟んで配設された一対の偏心コア１１ｂは、長軸が延びる方向が一致しており、従って、長軸が延びる方向が相互に異なる３種の偏心コア１１ｂを備えたものであってもよい。

複数の偏心コア１１ｂは、スロー軸及びファスト軸のそれぞれの分散値及び分散スロープ、非線形係数、伝送損失、モードフィールド径、偏波クロストーク、モード複屈折率等の特性が同一であってもよく、また、これらの特性が異なるものが混在していてもよい。

クラッド１１ｃは、ファイバ横断面において中心コア１１ａ及び複数の偏心コア１１ｂを含み、クラッド１１ｃの海に中心コア１１ａ及び複数の偏心コア１１ｂの島が配設された海−島構造を構成するように設けられている。クラッド１１ｃは、例えば純粋な石英ガラスや屈折率を低下させるＦ等のドーパントがドープされた石英ガラス等で形成されている。

被覆層１２は、例えば紫外線硬化型のアクリル樹脂等で形成されている。被覆層１２の厚さは例えば３０〜２００μｍである。

以上の構成の実施形態に係るマルチコア光ファイバ心線１０は、中心に配置され且つ外郭形状が円形である中心コア１１ａが偏波保持機能を有さない一方、中心から間隔を有して配置され且つ外郭形状が細長く形成された複数の偏心コア２１ｂが偏波保持機能を有する。

（マルチコア光ファイバ心線の製造方法）
実施形態に係るマルチコア光ファイバ心線１０の製造方法は、プリフォーム準備ステップと線引きステップとを含む。

＜プリフォーム準備ステップ＞
プリフォーム準備ステップでは所定形状に形成したプリフォーム２０を準備する。

図５（ａ）及び（ｂ）はプリフォーム２０の一例を示す。なお、この図５（ａ）及び（ｂ）に示すプリフォーム２０により図１に示すマルチコア光ファイバ心線１０を製造することができる。

プリフォーム２０は、横断面において、中心に配置され且つ外郭形状が円形の中心コア形成部２１ａと、各々、中心から間隔を有して配置され且つ外郭形状が円形の複数の偏心コア形成部２１ｂとを備える。また、プリフォーム２０の横断面形状は４〜１２回対称に形成されている。つまり、プリフォーム２０の横断面形状は、３６０°／（４〜１２）回転する毎に元の形状に重なる回転対称の形状に形成されている。具体的には、例えば、正方形は４回対称、正五角形は５回対称、正六角形は６回対称、正十二角形は１２回対称である。図５（ａ）及び（ｂ）に示すプリフォーム２０の横断面形状は、角部が円弧の略正方形であり、従って、４回対称である。プリフォーム２０の最大外径は例えば１５〜３０ｍｍであり、長さは例えば１００〜７００ｍｍである。

プリフォーム２０は、例えば以下のようにして作製することができる。

まず、図６（ａ）に示すように、サポートパイプ３１内に、各々、横断面形状が円形の相対的に高屈折率のコアロッド３２及び相対的に低屈折率のクラッドロッド３３を、コアロッド３２が所定の配置（図６（ａ）では３×３の正方配置）になるように充填する。

続いて、図６（ｂ）に示すように、サポートパイプ３１にコアロッド３２及びクラッドロッド３３を充填したものを加熱してコラプスすることにより円柱体３４を形成する。このとき、コアロッド３２であった部分が中心コア形成部２１ａ及び偏心コア形成部２１ｂに構成される。

そして、図６（ｃ）に示すように円柱体３４の外周面を研磨或いは研削して所定の横断面形状に形成することによりプリフォーム２０を作製する。

なお、プリフォーム２０の作製方法は、特にこれに限定されるものではなく、例えば、シングルモード光ファイバ用プリフォームに、コア形成部を囲うようにクラッド形成部に複数の孔加工を施し、それらにコアロッドを挿入してコラプスした後、外周面を研磨或いは研削する方法であってもよく、その他の方法であってもよい。

＜線引きステップ＞
線引きステップでは、プリフォーム準備ステップで準備したプリフォーム２０を線引きして横断面形状が円形のマルチコア光ファイバ１１を得た後、それを被覆層１２で被覆してマルチコア光ファイバ心線１０を製造する。

具体的には、プリフォーム２０を、図７に示す線引き装置４０にセットし、加熱炉４１において加熱溶融させて線引きすることにより細径化させてマルチコア光ファイバ１１を形成し、そして、それに連続して、マルチコア光ファイバ１１を樹脂槽４２に貯留した未硬化の紫外線硬化型樹脂内に通過させた後、ＵＶ光源４３からの紫外線を照射することにより紫外線硬化型樹脂を硬化させて被覆層１２を形成する。

このとき、プリフォーム２０の加熱温度、つまり、加熱炉４１の設定温度は例えば２０００〜２３００℃である。線引き速度は例えば１０〜２００ｍ／秒である。

マルチコア光ファイバ１１の形成時には、プリフォーム２０がマルチコア光ファイバ１１まで細径化し、また、４〜１２回対称に形成された横断面形状が円形のファイバ横断面形状に変形する。この変形によりプリフォーム２０に作用する力は横断面の中心部分では平衡するため、図８に示すように、プリフォーム２０の横断面における中心に配置された中心コア形成部２１ａは、円形の外郭形状が維持され、マルチコア光ファイバ１１では、ファイバ横断面において中心に配置された外郭形状が円形の中心コア１１ａに形成される。

一方、この変形は、プリフォーム２０の横断面の外周部分では、相対的に外径の大きい箇所では収縮し、また、相対的に外径の小さい箇所では膨張する。従って、図８に示すように、プリフォーム２０の横断面の外周部分における相対的に外径の大きい箇所に配設された偏心コア形成部２１ｂ（図８における四隅の偏心コア形成部２１ｂ）は、半径方向に圧縮され、その結果、長軸の延びる方向が半径方向に直交する偏心コア１１ｂに形成される。また、プリフォーム２０の横断面の外周部分における相対的に外径の小さい箇所に配設された偏心コア形成部２１ｂ（図８における四隅の偏心コア形成部２１ｂで挟まれた偏心コア形成部２１ｂ）は、半径方向に伸張され、その結果、長軸の延びる方向が半径方向に一致する偏心コア１１ｂに形成される。

従って、例えば、図９（ａ）に示すように、横断面形状が正六角形に形成され、且つ中心コア形成部２１ａが横断面における中心及び偏心コア形成部２１ｂが横断面における外周の各辺の中間部に対応して正六角形を形成するように配設されたプリフォーム２０を用いることにより、図２に示すように、ファイバ横断面において、中心に外郭形状が円形の中心コア１１ａが配置されていると共にそれを囲うように６個の偏心コア１１ｂが配設され、且つそれらの６個の偏心コア１１ｂの外郭形状が細長に形成され、そして、プリフォーム２０において、横断面に正六角形を形成する偏心コア形成部２１ｂが外周部分における外径の小さい箇所に配設されていることから、それらのいずれの偏心コア１１ｂも長軸の延びる方向が半径方向に一致したマルチコア光ファイバ１１を形成することができる。

また、図９（ｂ）に示すように、横断面形状が正六角形に形成され、且つ中心コア形成部２１ａが横断面における中心及び偏心コア形成部２１ｂが横断面における外周の頂点に対応して正六角形を形成するように配設されたプリフォーム２０を用いることにより、図３に示すように、ファイバ横断面において、中心に外郭形状が円形の中心コア１１ａが配置されていると共にそれを囲うように６個の偏心コア１１ｂが配設され、且つそれらの偏心コア１１ｂの外郭形状が細長に形成され、そして、プリフォーム２０において、横断面に正六角形を形成する偏心コア形成部２１ｂが外周部分における外径の大きい箇所に配設されていることから、それらのいずれの偏心コア１１ｂも長軸の延びる方向が半径方向に直交したマルチコア光ファイバ１１を形成することができる。

さらに、図９（ａ）及び（ｂ）に示すように、横断面形状が正ｍ角形に形成され、且つ偏心コア形成部２１ｂが正ｎ角形（ｎはｍの約数）を形成するように配設されたプリフォーム２０を用いることにより、プリフォーム２０において、横断面に正ｎ角形を形成する偏心コア形成部２１ｂが同等の変形をすることから、複数の偏心コア１１ｂが均質であるマルチコア光ファイバ１１を形成することができる。

線引きステップにおいて偏心コア形成部２１ｂから偏心コア１１ｂへの変形を容易化する観点からは、プリフォーム２０の横断面形状は４〜８回対称に形成されていることが好ましく、４〜６回対称に形成されていることがより好ましい。

同様に、線引きステップにおいて偏心コア形成部２１ｂから偏心コア１１ｂへの変形を容易化する観点からは、プリフォーム２０の横断面において、偏心コア１１ｂを形成する偏心コア形成部２１ｂは中心よりも外周に近い側に配置されていることが好ましい。従って、形成されるマルチコア光ファイバ１１の複数の偏心コア１１ｂは、ファイバ横断面において中心よりも外周に近い側に配置された偏心コア１１ｂを含むことが好ましく、また、いずれの偏心コア１１ｂも、ファイバ横断面において中心よりも外周に近い側に配置されていることがより好ましい。

なお、図１０に示すように、横断面形状が正方形に形成され、且つ中心コア形成部２１ａが横断面における中心及び偏心コア形成部２１ｂが中心コア形成部２１ａを囲うように二層に配設され、中心コア形成部２１ａ及び偏心コア形成部２１ｂが全体として５×５に正方配置されたプリフォーム２０を用いれば、図４に示すように、ファイバ横断面において、中心に外郭形状が円形の中心コア１１ａが配置されていると共にそれを囲うように内側層の８個及び外側層の１６個の合計２４個の偏心コア１１ｂが配設され、且つそれらの偏心コア１１ｂの外郭形状が細長に形成されたマルチコア光ファイバ１１を形成することができる。

特許文献４には、複数のコアのそれぞれに応力付与部を設けたマルチコア光ファイバが開示されているが、その場合、コア間の間隔を広くする必要があるため、ファイバ横断面も大きくせざるを得ない。しかしながら、上記実施形態に係るマルチコア光ファイバ心線１０の製造方法によれば、中心コア１１ａ及び偏心コア１１ｂ間の間隔を特に広くする必要はなく、従って、ファイバ横断面を大きくする必要もない。

また、特許文献４には、全てのコアが偏波保持機能を有するマルチコア光ファイバが開示されているが、上記実施形態に係るマルチコア光ファイバ心線１０の製造方法によれば、ファイバ横断面における外郭形状が円形の中心コア１１ａを形成することができ、１本のマルチコア光ファイバ１１において、偏波保持機能を有さない中心コア１１ａと偏波保持機能を有する偏心コア１１ｂとを併有させることができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、偏心コア１１ａを複数有するマルチコア光ファイバ心線１０としたが、特にこれに限定されるものではなく、図１１に示すように、１個の中心コア１１ａと１個の偏心コア１１ｂとを備えたマルチコア光ファイバ心線１０であってもよい。

本発明は、マルチコア光ファイバ及びその製造方法について有用である。

１０ マルチコア光ファイバ心線
１１ マルチコア光ファイバ
１１ａ 中心コア
１１ｂ 偏心コア
１１ｃ クラッド
１２ 被覆層
２０ プリフォーム
２１ａ 中心コア形成部
２１ｂ 偏心コア形成部
３１ サポートパイプ
３２ コアロッド
３３ クラッドロッド
３４ 円柱体
４０ 線引き装置
４１ 加熱炉
４２ 樹脂槽
４３ ＵＶ光源

Claims (5)

1. 円形のファイバ横断面において、中心に配置され且つ外郭形状が円形の中心コアと、中心から間隔を有して配置され且つ外郭形状が細長く形成された偏心コアと、を備えたマルチコア光ファイバ。
2. 請求項１に記載されたマルチコア光ファイバにおいて、
   前記偏心コアを複数備えたマルチコア光ファイバ。
3. 請求項２に記載されたマルチコア光ファイバにおいて、
   前記複数の偏心コアは、ファイバ横断面において相互に間隔を有して前記中心コアを囲うように配設されているマルチコア光ファイバ。
4. 請求項２又は３に記載されたマルチコア光ファイバにおいて、
   前記複数の偏心コアは、ファイバ横断面における細長の外郭形状の長軸の延びる方向が相互に異なる偏心コアを含むマルチコア光ファイバ。
5. 円形のファイバ横断面において、中心に配置され且つ外郭形状が円形の中心コアと、中心から間隔を有して配置され且つ外郭形状が細長く形成された偏心コアと、を備えたマルチコア光ファイバの製造方法であって、
   横断面において、中心に配置され且つ外郭形状が円形の中心コア形成部と、中心から間隔を有して配置され且つ外郭形状が円形の偏心コア形成部と、を備え、且つ横断面形状が４〜１２回対称に形成されたプリフォームを準備するステップと、
   前記準備したプリフォームを線引きして横断面形状が円形のマルチコア光ファイバを得るステップと、
   を含むマルチコア光ファイバの製造方法。

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