JP2017043512A - Optical fiber preform manufacturing method, optical fiber manufacturing method, and lens manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、グレーデッドインデックス(GI)型の屈折率分布を有する光ファイバ母材の製造方法と、この光ファイバ母材を利用した、光ファイバの製造方法およびレンズの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an optical fiber preform having a graded index (GI) type refractive index profile, and a method for manufacturing an optical fiber and a lens using the optical fiber preform.
SiO2を主成分としたガラス(石英系ガラス)からなる光ファイバ母材の製造方法として、CVD法、OVD法およびVAD法がよく知られている。 As a method for producing an optical fiber preform made of glass (quartz glass) containing SiO 2 as a main component, a CVD method, an OVD method, and a VAD method are well known.
CVD法(Chemical vapor deposition法、化学気相蒸着法)は、ガラス層が積層される出発部材として、ガラス管を用い、ガラス管の内表面にガラス層を積層させた後、加熱によりガラス管の径を縮小させ、ガラス層内部の空洞を潰して中実化(コラップス)する方法である。CVD法を用いた光ファイバ母材の製造方法によれば、半径方向に沿ったガラス層の屈折率分布を容易に制御できる。 The CVD method (Chemical vapor deposition method, chemical vapor deposition method) uses a glass tube as a starting member on which a glass layer is laminated. After a glass layer is laminated on the inner surface of the glass tube, the glass tube is heated by heating. This is a method of reducing the diameter and crushing the cavity inside the glass layer to make it solid (collapse). According to the optical fiber preform manufacturing method using the CVD method, the refractive index distribution of the glass layer along the radial direction can be easily controlled.
OVD法(Outside vapor deposition法、外付け法)は、スート層が堆積される出発部材として、ガラス棒を用い、ガラス棒の外表面にガラス微粒子を堆積させてスート層を形成した後、スート層を加熱により焼結して透明ガラスを得る方法である。ガラス棒を取り除いてから加熱により空洞部の径を縮小させることにより、ガラス層内部の空洞を潰して中実化することができる。ガラス棒が光ファイバ母材の一部として利用できる場合には、ガラス棒を取り除くことなく、スート層を焼結することもできる。 The OVD method (Outside Vapor Deposition method, external method) uses a glass rod as a starting member on which a soot layer is deposited, deposits glass particles on the outer surface of the glass rod, and then forms a soot layer. Is a method of sintering by heating to obtain transparent glass. By removing the glass rod and then reducing the diameter of the cavity by heating, the cavity inside the glass layer can be crushed and solidified. If a glass rod can be used as part of the optical fiber preform, the soot layer can be sintered without removing the glass rod.
VAD法(Vapor phase axial deposition法、気相軸付法)は、出発部材の先端部からガラス微粒子の堆積を開始して、円柱状のスート堆積体を形成した後、スート堆積体を加熱により焼結させることで、透明ガラスを得る方法である。 In the VAD method (Vapor phase axial deposition method, vapor phase shaft attachment method), deposition of glass fine particles is started from the tip of a starting member to form a cylindrical soot deposit, and then the soot deposit is fired by heating. It is the method of obtaining transparent glass by making it tie.
OVD法およびVAD法は、スートを出発部材の外側に向かって堆積させることから、光ファイバ母材の大型化に有利な方法である。しかし、グレーデッドインデックス(Graded Index、GI)型の屈折率分布を有する光ファイバ母材を製造する場合には、コアの屈折率分布の制御が重要であるため、CVD法が用いられるのが一般的である。 The OVD method and the VAD method are advantageous methods for increasing the size of the optical fiber preform because soot is deposited toward the outside of the starting member. However, when an optical fiber preform having a graded index (GI) type refractive index profile is manufactured, the control of the refractive index profile of the core is important, so the CVD method is generally used. Is.
GI型の屈折率分布を有する光ファイバは、クラッド部を省略することにより、GRIN(Graded Index)レンズとして用いることができる。例えば、特許文献1には、屈折率を高くするゲルマニウム(Ge)等のドーパントが、円柱体の中心軸に近いほど高濃度で添加された石英ガラスを用いて、GRINレンズを形成することが記載されている。 An optical fiber having a GI type refractive index profile can be used as a GRIN (Graded Index) lens by omitting the cladding. For example, Patent Document 1 describes that a GRIN lens is formed using quartz glass to which a dopant such as germanium (Ge) that increases the refractive index is added at a higher concentration as it is closer to the central axis of a cylindrical body. Has been.
特許文献2には、ガラスファイバの屈折率分布において、コアの少なくとも一部の純石英の部分が最も高い屈折率となり、ガラスファイバの外周にハーメチック薄膜が形成された耐熱光ファイバが記載されている。この文献には、コアにゲルマニウムを含まないために、水素による経時的な伝送損失の増加は防ぐことができること、また、クラッドには、屈折率が低くなるようにフッ素が添加されることが記載されている。
また、特許文献2では、屈折率が3段階で変化する光ファイバ母材の製造方法として、ガラスロッドをガラスパイプに挿入した状態で加熱して一体化する工程(ロッドインコラップス)を2回繰り返す方法が記載されている。この文献には、GI型光ファイバの例示もあるが、その具体的な製造方法は開示されていない。GI型の屈折率分布では、コアの屈折率が半径方向において連続的に変化するため、ロッドインコラップス法を多数回繰り返しても、GI型の屈折率分布を実現することは困難と考えられる。
Moreover, in
CVD法により光ファイバ母材を作製した場合には、中実化工程において、ガラス管の内表面に堆積したガラス層からドーパントが揮発する問題がある。ドーパントの揮発は、空洞部の縮径の際に、最後まで空洞部に接するガラス層の表面、すなわち、中実化したガラスの半径方向における中心部において顕著である。SiO2の屈折率を大きくするドーパント(Ge,Al,Pなどの元素を含む)が揮発する場合には、屈折率分布の中心部に、屈折率の落ち込み(センターディップ)が起こる。SiO2の屈折率を小さくドーパント(F,Bなどの元素を含む)が揮発する場合には、屈折率分布の中心部に、屈折率の増加が起こる。 When the optical fiber preform is produced by the CVD method, there is a problem that the dopant volatilizes from the glass layer deposited on the inner surface of the glass tube in the solidification step. The volatilization of the dopant is significant at the surface of the glass layer in contact with the cavity to the end, that is, at the center in the radial direction of the solidified glass when the diameter of the cavity is reduced. When dopants (including elements such as Ge, Al, and P) that increase the refractive index of SiO 2 are volatilized, a refractive index drop (center dip) occurs at the center of the refractive index distribution. When the refractive index of SiO 2 is small and the dopant (including elements such as F and B) volatilizes, the refractive index increases at the center of the refractive index distribution.
GI型の屈折率分布の中心部に、屈折率の増加または減少による異常が生じた場合、光ファイバまたはGRINレンズの内部における光の伝搬に悪影響を及ぼす。特に、GRINレンズの場合は、レンズの内部における光の発散または収束の作用が変化することにより、発散、収束、平行化(コリメート)等のレンズの効果が低下する。 If an abnormality due to an increase or decrease in the refractive index occurs in the center of the GI type refractive index distribution, the propagation of light inside the optical fiber or the GRIN lens is adversely affected. In particular, in the case of a GRIN lens, the effects of the lens such as divergence, convergence, and parallelization (collimation) are reduced by the action of light divergence or convergence within the lens.
中実化を行う製造方法(CVD法およびOVD法)において、中心部の屈折率の異常を無くすためには、中実化工程によりガラス管の空洞部が閉鎖する前に、ある程度空洞部の径が縮小した段階で、ガスエッチング等の手法を用いて、空洞部に近接するドーパント濃度が低下した表面層を取り除く方法が考えられる。しかし、ドーパントの揮発は、中実化工程が完了して空洞部が閉鎖するまで継続して起こるため、中心部の屈折率の異常を無くすことは困難である。 In the manufacturing method (CVD method and OVD method) for carrying out solidification, in order to eliminate the abnormality in the refractive index of the central portion, the diameter of the hollow portion is to some extent before the hollow portion of the glass tube is closed by the solidification step. A method of removing the surface layer in which the dopant concentration in the vicinity of the cavity portion is reduced by using a method such as gas etching at the stage when the thickness of the substrate has been reduced can be considered. However, since the volatilization of the dopant continues until the solidification process is completed and the cavity is closed, it is difficult to eliminate the refractive index abnormality at the center.
また、CVD法においては、得られる光ファイバ母材の寸法が、最初のガラス管の寸法に制約されることから、光ファイバ母材の大型化が困難である。 Further, in the CVD method, the size of the optical fiber preform is difficult to increase because the dimensions of the obtained optical fiber preform are restricted by the dimensions of the first glass tube.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、GI型の屈折率分布を製造する場合に、中心部における屈折率の増加または減少による屈折率分布の異常を抑制することができる光ファイバ母材の製造方法と、この光ファイバ母材を利用した、光ファイバの製造方法およびレンズの製造方法を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and when manufacturing a GI type refractive index distribution, an optical fiber capable of suppressing an abnormality in the refractive index distribution due to an increase or decrease in the refractive index in the central portion. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a base material, and a method for manufacturing an optical fiber and a method for manufacturing a lens using the optical fiber base material.
前記課題を解決するため、本発明は、SiO2微粒子を堆積させることで、円柱形状の側面を有するスート堆積体を得るスート堆積工程と、前記スート堆積体の側面からF元素を拡散させるF拡散工程と、前記F拡散工程を経た前記スート堆積体を焼結させる焼結工程と、を有し、前記スート堆積工程と前記F拡散工程と前記焼結工程を経て得られたガラス体が、GI型屈折率分布を有することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a soot deposition process for obtaining a soot deposit having a cylindrical side surface by depositing SiO 2 fine particles, and F diffusion for diffusing F element from the side surface of the soot deposit. A glass body obtained through the soot deposition step, the F diffusion step, and the sintering step, and a sintering step for sintering the soot deposit body that has undergone the F diffusion step. An optical fiber preform manufacturing method characterized by having a refractive index profile.
前記SiO2微粒子が、純SiO2からなる構成を採用することができる。
前記スート堆積体が、前記側面から中心部まで半径方向の断面全体にわたり、前記SiO2微粒子を含む部分を有する構成を採用することができる。
前記スート堆積工程と前記F拡散工程との間に、脱水ガスを含む雰囲気で前記スート堆積体を加熱する脱水工程を有する構成を採用することができる。
A configuration in which the SiO 2 fine particles are made of pure SiO 2 can be adopted.
It is possible to adopt a configuration in which the soot deposit has a portion containing the SiO 2 fine particles over the entire radial cross section from the side surface to the center.
A configuration having a dehydration step of heating the soot deposit in an atmosphere containing dehydration gas between the soot deposition step and the F diffusion step can be adopted.
前記GI型屈折率分布において最も屈折率の高い領域にFが添加されておらず、前記ガラス体の中心部から外周部に向かい、ガラス中のF濃度が高くなっている構成を採用することができる。
前記F拡散工程を経た前記スート堆積体の中心部から前記側面に向かい、F濃度が高くなっている構成を採用することができる。
It is possible to adopt a configuration in which F is not added to a region having the highest refractive index in the GI type refractive index distribution, and the F concentration in the glass is increased from the center to the outer periphery of the glass body. it can.
A configuration in which the F concentration is increased from the central portion of the soot deposit through the F diffusion step toward the side surface can be employed.
前記F拡散工程において、F元素を前記スート堆積体中に拡散させ、前記F元素が前記側面から中心部に達した時に、前記焼結工程を開始する構成を採用することができる。
前記焼結工程の後に、前記ガラス体の外周部を研削することにより、前記ガラス体の屈折率分布を調整する工程を有する構成を採用することができる。
In the F diffusion step, it is possible to adopt a configuration in which the F element is diffused in the soot deposit and the sintering step is started when the F element reaches the center from the side surface.
The structure which has the process of adjusting the refractive index distribution of the said glass body can be employ | adopted by grinding the outer peripheral part of the said glass body after the said sintering process.
前記焼結工程の後に、前記ガラス体の外側に、F添加SiO2からなるクラッドを付与する工程を有する構成を採用することができる。
前記焼結工程の後に、前記ガラス体の外側に、F添加SiO2からなるトレンチ構造を付与する工程を有する構成を採用することができる。
After the sintering step, the outside of the glass body, it is possible to adopt a configuration having a step of applying a cladding made of F-doped SiO 2.
After the sintering step, the outside of the glass body, it is possible to adopt a configuration having a step of applying a trench structure consisting of F added SiO 2.
また、本発明は、前記光ファイバ母材の製造方法により光ファイバ母材を製造する工程と、前記光ファイバ母材を線引きする工程と、を有する光ファイバの製造方法を提供する。
また、本発明は、前記光ファイバ母材の製造方法により光ファイバ母材を製造する工程と、前記光ファイバ母材を線引きする工程と、線引きにより得られた光ファイバをレンズの長さに切断する工程と、を有するレンズの製造方法を提供する。
Moreover, this invention provides the manufacturing method of an optical fiber which has the process of manufacturing an optical fiber preform with the manufacturing method of the said optical fiber preform, and the process of drawing the said optical fiber preform.
The present invention also includes a step of manufacturing an optical fiber preform by the method of manufacturing an optical fiber preform, a step of drawing the optical fiber preform, and cutting an optical fiber obtained by drawing into a lens length. And a method for manufacturing a lens.
本発明によれば、スート堆積体の側面からF元素を拡散させ、F濃度分布を有するスート堆積体を焼結させることにより、GI型屈折率分布を有する光ファイバ母材を製造することができる。スート堆積体を焼結する際に、中実化工程を有しないことにより、中心部における、屈折率の増加または減少による屈折率分布の異常を抑制することができる。スート堆積体の半径方向の断面積を拡張することにより、光ファイバ母材の大型化を実現し、生産性を向上することができる。 According to the present invention, an optical fiber preform having a GI type refractive index distribution can be manufactured by diffusing the F element from the side surface of the soot deposit and sintering the soot deposit having an F concentration distribution. . When the soot deposit is sintered, by not having a solidification step, it is possible to suppress an abnormality in the refractive index distribution due to an increase or decrease in the refractive index in the central portion. By expanding the cross-sectional area in the radial direction of the soot deposit, the optical fiber preform can be increased in size and productivity can be improved.
以下、好適な実施形態に基づいて、本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments.
本実施形態の製造方法は、SiO2微粒子を堆積させることで、円柱形状の側面を有するスート堆積体を得るスート堆積工程と、スート堆積体の側面からF元素を拡散させるF拡散工程と、F拡散工程を経た前記スート堆積体を焼結させる焼結工程とにより、GI型屈折率分布を有するガラス体を製造する方法である。得られたガラス体は、光ファイバ母材に利用することができる。 The manufacturing method of the present embodiment includes a soot deposition step of obtaining a soot deposit having a cylindrical side surface by depositing SiO 2 fine particles, an F diffusion step of diffusing F element from the side surface of the soot deposit, This is a method for producing a glass body having a GI type refractive index distribution by a sintering process in which the soot deposit body that has undergone the diffusion process is sintered. The obtained glass body can be used for an optical fiber preform.
スート堆積工程は、SiO2微粒子を堆積させることで、円柱形状の側面を有するスート堆積体を得る工程である。スート堆積体は、SiO2微粒子の堆積により形成される多孔質ガラス体である。SiO2微粒子は、シリカ(SiO2)を主成分とするガラス微粒子である。SiO2微粒子に添加可能なドーパント元素としては、Ge,Al,P,B,F,Cl,Na,K,Ti,希土類(例えばY,Nd,Er,Yb)等、種々の元素が挙げられる。ドーパントの揮発による屈折率の変化を抑制するためには、SiO2微粒子が、純SiO2からなることが好ましい。 The soot deposition step is a step of obtaining a soot deposition body having a cylindrical side surface by depositing SiO 2 fine particles. The soot deposit body is a porous glass body formed by deposition of SiO 2 fine particles. The SiO 2 fine particles are glass fine particles containing silica (SiO 2 ) as a main component. Examples of dopant elements that can be added to the SiO 2 fine particles include various elements such as Ge, Al, P, B, F, Cl, Na, K, Ti, and rare earths (for example, Y, Nd, Er, and Yb). In order to suppress the change in the refractive index due to the volatilization of the dopant, the SiO 2 fine particles are preferably made of pure SiO 2 .
ガラス微粒子は、珪素(Si)を含む原料ガスを火炎中で燃焼させることにより生成するスート(煤)として得ることができる。具体的には、筒状のノズルを有するバーナーに原料ガスと燃料ガスを含む各種ガスを供給し、バーナーの先端に生じる火炎中で生成したガラス微粒子を、出発部材に向けて放出し、出発部材上にガラス微粒子を堆積させる。各種ガスの混合比は、バーナーに供給する流量の調整により制御することが可能である。バーナーの本数は、1本または2本以上で、適宜選択することができる。 The glass fine particles can be obtained as soot (soot) generated by burning a source gas containing silicon (Si) in a flame. Specifically, various gases including raw material gas and fuel gas are supplied to a burner having a cylindrical nozzle, and glass fine particles generated in a flame generated at the tip of the burner are discharged toward the starting member. Glass particulates are deposited on top. The mixing ratio of various gases can be controlled by adjusting the flow rate supplied to the burner. The number of burners is one or more, and can be selected as appropriate.
原料ガスとしては、SiCl4、SiHCl3等のSiを含有する化合物ガスが挙げられる。ガラス微粒子にドーパント元素を添加する場合には、ドーパント元素を含むガスをバーナーに供給することができる。燃料ガスとしては、H2、炭化水素等の可燃性ガスと、O2等の助燃性ガスとの組み合わせが挙げられる。高純度のSiO2を得る目的では、SiCl4とH2とO2との組み合わせが好ましい。ガスの濃度調整等の目的で、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、ネオン(Ne)、二酸化炭素(CO2)等の不活性ガスを原料ガス等に添加することもできる。火炎の形状を安定させるため、原料ガスの周囲に不活性ガスの流れを形成することもできる。 Examples of the source gas include a compound gas containing Si, such as SiCl 4 and SiHCl 3 . When a dopant element is added to the glass fine particles, a gas containing the dopant element can be supplied to the burner. Examples of the fuel gas include a combination of a combustible gas such as H 2 or hydrocarbon and an auxiliary combustible gas such as O 2 . For the purpose of obtaining a SiO 2 of high purity, a combination of SiCl 4 and H 2 and O 2 is preferred. An inert gas such as nitrogen (N 2 ), argon (Ar), helium (He), neon (Ne), carbon dioxide (CO 2 ) or the like may be added to the source gas or the like for the purpose of adjusting the gas concentration. it can. In order to stabilize the shape of the flame, an inert gas flow can be formed around the source gas.
出発部材は、スート堆積体の土台となるターゲットである。出発部材は、石英ガラス、白金(Pt)等の耐熱性材料から形成することができる。VAD法では、棒状の出発部材の先端部からガラス微粒子の堆積を開始し、出発部材の中心軸に対して半径方向および中心軸の延長線上に、スート堆積体を成長させる。出発部材の中心軸の配置は、重力に沿った鉛直方向(上下方向)、重力に垂直な水平方向、あるいは斜め方向が挙げられるが、VAD法の場合、上下方向が一般的である。 The starting member is a target that is the foundation of the soot deposit. The starting member can be formed from a heat resistant material such as quartz glass or platinum (Pt). In the VAD method, deposition of glass fine particles is started from the tip of a rod-shaped starting member, and a soot deposit is grown in a radial direction with respect to the central axis of the starting member and on an extension line of the central axis. The arrangement of the central axis of the starting member may be a vertical direction along the gravity (up and down direction), a horizontal direction perpendicular to the gravity, or an oblique direction. In the case of the VAD method, the vertical direction is generally used.
出発部材の周方向にガラス微粒子が堆積する厚さを均一にするため、出発部材を中心軸周りに回転させることが好ましい。中心軸の延長線上にスート堆積体を成長させるには、バーナーおよび出発部材の一方または両方を、両者の距離が拡大するように、出発部材の長さ方向に移動させることが好ましい。また、出発部材の半径方向にスート堆積体が成長する際、バーナーおよび出発部材の一方または両方を、両者の距離が拡大するように、出発部材の半径方向に移動させることもできる。出発部材の形状は、中実の円柱状、中空の円筒状、その他の棒状が挙げられるが、特にこれらに限定されるものではない。 It is preferable to rotate the starting member around the central axis in order to make the thickness at which the glass particles accumulate in the circumferential direction of the starting member uniform. In order to grow the soot deposit on the extension line of the central axis, it is preferable to move one or both of the burner and the starting member in the length direction of the starting member so that the distance between the two increases. Also, when the soot deposit grows in the radial direction of the starting member, one or both of the burner and the starting member can be moved in the radial direction of the starting member so that the distance between the two increases. Examples of the shape of the starting member include a solid columnar shape, a hollow cylindrical shape, and other rod shapes, but are not particularly limited thereto.
スート堆積工程とF拡散工程との間には、脱水ガスを含む雰囲気でスート堆積体を加熱する脱水工程を設けることができる。脱水ガスとしては、Cl2等のハロゲンガス、SOCl2、POCl3、CCl4等のハロゲン化合物ガスが挙げられる。脱水ガスを含む雰囲気は、特に限定されないが、Ar、He、Ne等の不活性ガス雰囲気が好ましい。脱水工程を行うことにより、SiO2ガラスに含まれるOH基(Si−OH)を除去することができる。F拡散工程の前の脱水工程は、省略することも可能である。 Between the soot deposition step and the F diffusion step, a dehydration step of heating the soot deposit in an atmosphere containing a dehydration gas can be provided. Examples of the dehydrating gas include a halogen gas such as Cl 2 and a halogen compound gas such as SOCl 2 , POCl 3 , and CCl 4 . The atmosphere containing the dehydrating gas is not particularly limited, but an inert gas atmosphere such as Ar, He, or Ne is preferable. By performing the dehydration step, OH groups (Si—OH) contained in the SiO 2 glass can be removed. The dehydration step before the F diffusion step can be omitted.
F拡散工程は、スート堆積体の側面からF元素を拡散させる工程である。図1に、F拡散工程の模式図を例示する。スート堆積体1は、支持部材2から下方に吊り下げられている。スート堆積体1の形状は、略円柱状である。側面3は円柱形状であり、中心軸からの距離が略一定であることが好ましい。スート堆積体1の上部4aおよび下部4dの形状は特に限定されず、平面状、凸状、凹状などであってもよい。スート堆積工程で作製したスート堆積体1の形状を適宜整えることも可能である。なお、図1は模式図であり、直径、長さ等の寸法比や形状などは、実際と異なる場合がある。
The F diffusion step is a step of diffusing the F element from the side surface of the soot deposit. FIG. 1 illustrates a schematic diagram of the F diffusion step. The soot deposit 1 is suspended downward from the
スート堆積体1は、支持部材2により支持されている。図示例では、支持部材2の先端部は、スート堆積体1の上部4aに若干埋没しているが、支持部材2より下方では、側面3から中心部まで半径方向の断面全体にわたり、SiO2微粒子を含む。ここで、半径方向の断面とは、側面3の円柱形状の中心軸に垂直な断面をいい、中心軸が上下方向であれば、半径方向の断面は水平方向である。支持部材2としては、スート堆積体1の作製時に用いた出発部材(ターゲット)を利用してもよい。
The soot deposit 1 is supported by a
F拡散工程において、スート堆積体1の周囲には、F含有原料ガスを含む雰囲気が設けられる。F含有原料ガスとしては、F元素を含むガスであり、例えば、SiF4、SF6、CF4、CF2Cl2、C2F6等のフッ素(F)化合物が挙げられる。雰囲気ガスは、N2、Ar、He、Ne、CO2等の不活性ガスを含むこともできる。雰囲気ガスにおけるF含有原料ガスの濃度は適宜設定できるが、例えば数%程度が挙げられる。
In the F diffusion step, an atmosphere containing an F-containing source gas is provided around the soot deposit 1. The F-containing source gas is a gas containing an F element, and examples thereof include fluorine (F) compounds such as SiF 4 , SF 6 , CF 4 , CF 2 Cl 2 , and C 2 F 6 . Atmospheric gas can also include
F拡散工程の際、スート堆積体1を加熱することが好ましい。F拡散工程における加熱温度は、スート堆積体1中のガラス微粒子が溶融または焼結する温度より低い温度であることが好ましい。温度条件によっては、雰囲気ガス中のF含有原料ガスを、ガラス微粒子の間を流通させるだけでなく、ガラス微粒子の内部に浸透させることも可能である。F拡散工程における加熱温度は、特に限定するものではないが、例えば1000〜1400℃である。 It is preferable to heat the soot deposit 1 during the F diffusion step. The heating temperature in the F diffusion step is preferably lower than the temperature at which the glass fine particles in the soot deposit 1 are melted or sintered. Depending on the temperature conditions, it is possible not only to circulate the F-containing source gas in the atmospheric gas between the glass fine particles but also to penetrate into the glass fine particles. Although the heating temperature in F diffusion process is not specifically limited, For example, it is 1000-1400 degreeC.
F拡散工程の際、スート堆積体1の周囲で、雰囲気ガスに流れを設けることもできる。流れの方向としては、上下方向における上向きまたは下向き、半径方向における内向きまたは外向き、周方向における時計回りまたは反時計回り、あるいはこれらの2種以上の合成からなる方向が挙げられる。流れの速さは、無風状態も含めて、適宜設定することが可能である。F含有原料ガスがスート堆積体1内の多孔質の空間を通過し、あるいはスート堆積体1を構成するガラス微粒子の中に浸透することにより、F元素が拡散する。 During the F diffusion step, a flow can be provided in the atmospheric gas around the soot deposit 1. Examples of the flow direction include upward or downward in the vertical direction, inward or outward in the radial direction, clockwise or counterclockwise in the circumferential direction, or a direction formed by combining two or more of these. The speed of the flow can be set as appropriate including the windless state. The F element diffuses when the F-containing source gas passes through the porous space in the soot deposit 1 or permeates into the glass fine particles constituting the soot deposit 1.
F拡散工程において、F元素5をスート堆積体1中に拡散させる際、図1に示すように、F元素5がスート堆積体1の側面3から徐々に中心部に向かって拡散することが好ましい。これにより、スート堆積体1の中心部から側面3に向かい、側面3に近いほどF濃度が高くなっている濃度分布を構成することができる。F元素5がスート堆積体1の中心部に達した時に、F拡散工程を終了し、または焼結工程を開始することが好ましい。これにより、スート堆積体1の中心部においてF元素の添加を抑制することができる。
When the
焼結工程は、F拡散工程を経たスート堆積体を焼結させる工程である。焼結工程においては、スート堆積体を加熱することにより、ガラス微粒子が相互の隙間を縮めながら一体化する。最終的には透明なガラス体が得られる。焼結工程における加熱温度は、特に限定するものではないが、例えば1200〜1600℃である。 The sintering process is a process of sintering the soot deposit through the F diffusion process. In the sintering process, the soot deposit is heated so that the glass fine particles are integrated while reducing the gap between them. Finally, a transparent glass body is obtained. Although the heating temperature in a sintering process is not specifically limited, For example, it is 1200-1600 degreeC.
スート堆積体の加熱装置としては、特に限定されないが、均熱炉、傾斜炉などの加熱炉が挙げられる。 The heating device for the soot deposit is not particularly limited, and examples thereof include a heating furnace such as a soaking furnace and a gradient furnace.
均熱炉は、スート堆積体の全体を加熱する炉である。均熱炉によれば、スート堆積体を静止させたまま、均一に加熱して全体的にスートの焼結を進行させることができる。均熱炉は、装置の構成がより簡略化できるため、比較的小型のスート堆積体を焼結させるときに使用することが好ましい。 The soaking furnace is a furnace that heats the entire soot deposit. According to the soaking furnace, the soot deposit can be kept still and heated uniformly to allow the soot sintering to proceed as a whole. The soaking furnace is preferably used when a relatively small soot deposit is sintered because the configuration of the apparatus can be further simplified.
傾斜炉は、スート堆積体の長さ方向のうち一部を帯状に加熱する炉である。スート堆積体をその長さ方向に沿って徐々に移動(トラバース)させながら、一端から他端まで順に加熱し、その結果として、一端から他端まで順にスートを焼結させる。傾斜炉によれば、スート堆積体の内部に不要なガスの滞留などがあったとしても、焼結中に未焼結部分に移動する等して、円滑にガスを除去することができる。比較的大型のスート堆積体を焼結させるときには、気泡などの欠陥を抑制するため、傾斜炉の使用が好ましい。 The inclined furnace is a furnace that heats a part of the length of the soot deposit in a strip shape. While the soot deposit is gradually moved (traversed) along the length direction, the soot is sequentially heated from one end to the other end, and as a result, the soot is sintered sequentially from one end to the other end. According to the inclined furnace, even if unnecessary gas stays in the soot deposit, the gas can be smoothly removed by moving to an unsintered part during sintering. When sintering a relatively large soot deposit, it is preferable to use an inclined furnace in order to suppress defects such as bubbles.
いずれの加熱装置を用いる場合でも、円柱状のスート堆積体における円周方向において、加熱のむらが少ないことが好ましい。加熱装置の発熱体を、円周方向で間隔を空けて配置する場合、スート堆積体の周囲に円柱状の炉心管を設け、発熱体を炉心管の外側に設置することが好ましい。これにより、発熱体から放射された熱が炉心管を外側から加熱し、炉心管から放出される輻射熱が、炉心管の内側に収容されたスート堆積体を加熱することになるので、円周方向における熱量の分布をより均一にすることができる。炉心管の材料としては、カーボンなど、耐熱性の高い材料が挙げられる。 Whichever heating apparatus is used, it is preferable that there is little unevenness in heating in the circumferential direction of the cylindrical soot deposit. When the heating elements of the heating device are arranged at intervals in the circumferential direction, it is preferable to provide a cylindrical core tube around the soot deposit and to install the heating element outside the core tube. As a result, the heat radiated from the heating element heats the core tube from the outside, and the radiant heat emitted from the core tube heats the soot deposit body accommodated inside the core tube. The amount of heat distribution in can be made more uniform. Examples of the material for the core tube include materials having high heat resistance such as carbon.
焼結工程においてスート堆積体を取り囲む雰囲気は、特に限定されないが、Ar、He、Ne等の不活性ガス雰囲気が好ましい。焼結工程の際、スート堆積体からのフッ素(F)の脱離を抑制するため、F含有原料ガスを雰囲気ガスに含有させることもできる。焼結工程の際、スート堆積体のF添加量の増加を抑制するため、F含有原料ガスを含まない雰囲気ガスを用いることもできる。 The atmosphere surrounding the soot deposit in the sintering step is not particularly limited, but an inert gas atmosphere such as Ar, He, Ne or the like is preferable. In the sintering process, in order to suppress the desorption of fluorine (F) from the soot deposit, an F-containing source gas can be included in the atmospheric gas. In order to suppress an increase in the amount of F added to the soot deposit during the sintering step, an atmospheric gas containing no F-containing source gas can be used.
上述のスート堆積工程、F拡散工程および焼結工程を経ることにより、半径方向のF濃度分布に基づく屈折率分布を有する透明ガラス体が得られる。ガラス体における半径方向のF濃度分布は、F拡散工程によりスート堆積体に付与された半径方向のF濃度分布と、同様または同一の傾向を有することができる。ガラス体の中心部から外周部に向かい、ガラス中のF濃度が高くなっている構成とすることにより、GI型屈折率分布を有する円柱状のガラス体が得られる。また、最も屈折率の高い領域である、ガラス体の中心部にFが添加されていないガラス体を製造することができる。 By passing through the above-mentioned soot deposition process, F diffusion process, and sintering process, a transparent glass body having a refractive index distribution based on the radial F concentration distribution is obtained. The radial F concentration distribution in the glass body can have the same or the same tendency as the radial F concentration distribution imparted to the soot deposit by the F diffusion process. By adopting a configuration in which the F concentration in the glass is increased from the center of the glass body toward the outer peripheral portion, a cylindrical glass body having a GI type refractive index distribution is obtained. In addition, a glass body in which F is not added to the central portion of the glass body, which is the region having the highest refractive index, can be manufactured.
図2は、焼結工程により得られるガラス体の半径方向におけるF添加量分布および屈折率分布の一例を示すグラフである。「F拡散前Δ」はF拡散工程を行う前のガラスの比屈折率差(Δ)を表し、「F拡散後Δ」はF拡散工程後のガラスの比屈折率差(Δ)を表す。「F添加量」は、F拡散工程によりガラスに添加されたFの量を相対的に表している。 FIG. 2 is a graph showing an example of F addition amount distribution and refractive index distribution in the radial direction of the glass body obtained by the sintering process. “Δ before F diffusion” represents the relative refractive index difference (Δ) of the glass before the F diffusion step, and “Δ after F diffusion” represents the relative refractive index difference (Δ) of the glass after the F diffusion step. “F addition amount” relatively represents the amount of F added to the glass by the F diffusion step.
図2に示すように、ガラス体の半径方向の中心(中心軸)およびその近傍部である中心部では、F拡散後Δが高く、F添加量が低い傾向がある。また、ガラス体の半径方向の外周(外周面)およびその近傍部である外周部では、F拡散後Δが低く、F添加量が高い傾向がある。ガラス体の中で、最も屈折率の高い領域は、必ずしもガラス体の中心上に位置する必要はないが、その近傍を含む中心部に存在するのが好ましい。また、ガラス体の中で、最も屈折率の低い領域は、必ずしもガラス体の外周上に位置する必要はないが、その近傍を含む外周部に存在するのが好ましい。 As shown in FIG. 2, at the center (central axis) in the radial direction of the glass body and the central portion that is the vicinity thereof, Δ after F diffusion tends to be high, and the amount of F added tends to be low. In addition, at the outer periphery (outer peripheral surface) in the radial direction of the glass body and the outer peripheral portion that is the vicinity thereof, Δ after F diffusion tends to be low and the F addition amount tends to be high. In the glass body, the region having the highest refractive index is not necessarily located on the center of the glass body, but is preferably present in the central portion including the vicinity thereof. In the glass body, the region having the lowest refractive index is not necessarily located on the outer periphery of the glass body, but is preferably present on the outer periphery including the vicinity thereof.
焼結工程により得られたガラス体は、そのまま光ファイバ母材等のガラス母材として利用することもできる。焼結工程の後で、ガラス体の外周部を研削などにより加工してから光ファイバ母材等のガラス母材として利用することもできる。ここで、「ガラス体の外周部」とは、当該ガラス体そのものの外周部を意味する。 The glass body obtained by the sintering process can be used as it is as a glass preform such as an optical fiber preform. After the sintering step, the outer peripheral portion of the glass body can be processed by grinding or the like and then used as a glass preform such as an optical fiber preform. Here, “the outer peripheral portion of the glass body” means the outer peripheral portion of the glass body itself.
また、ガラス体の外側に更にガラス層を付与してから光ファイバ母材等のガラス母材として利用することもできる。ここで、「ガラス体の外側」とは、当該ガラス体の外周部に直接となる場合に限らず、ガラス体の外周部に他のガラス層が付与された上となる場合も含む。 Moreover, after providing a glass layer further outside the glass body, it can also be used as a glass preform such as an optical fiber preform. Here, the “outside of the glass body” is not limited to the case where it is directly on the outer peripheral portion of the glass body, but also includes the case where another glass layer is provided on the outer peripheral portion of the glass body.
ガラス体、ガラス母材、光ファイバ母材等の処理について、検査工程、保管工程、延伸工程、切削工程、研削工程、研磨工程、加工工程、洗浄工程、熱処理工程などから選択される、1または2以上の工程を設けることもできる。得られたガラス体の組成は、F添加SiO2から純SiO2の範囲であることが好ましく、ドーパントとしてGe,P,Al,Tiを含まないことが好ましい。得られたガラス体に有意に含まれるドーパント(不可避の不純物を除く)は、Fのみ、またはFおよびClであることが好ましい。 About processing of glass body, glass preform, optical fiber preform, etc., selected from inspection process, storage process, stretching process, cutting process, grinding process, polishing process, processing process, cleaning process, heat treatment process, etc. 1 or Two or more steps can also be provided. The composition of the obtained glass body is preferably in the range of F-added SiO 2 to pure SiO 2 , and preferably contains no Ge, P, Al, or Ti as a dopant. The dopant (excluding inevitable impurities) significantly contained in the obtained glass body is preferably F alone, or F and Cl.
焼結工程の後に、ガラス体の外周部を研削することにより、ガラス体の屈折率分布を調整することができる。
ガラス体の外周部を研削する一つの態様として、ガラス体の外周部に、GI型屈折率分布から外れた領域が存在する場合に、その屈折率がGI型から外れた領域を除去することが挙げられる。屈折率がGI型から外れた領域としては、外周部のF添加量が過大であるために屈折率が低くなりすぎる場合と、焼結工程中にスート堆積体の外周部からF元素が脱離すること等により、外周部のF添加量が低下し、屈折率が目標より高くなる場合が挙げられる。
ガラス体の外周部を研削する別の態様として、ガラス体の外周部において、F濃度の高い領域の一部を除去することにより、外周部における屈折率を増加させ、最も屈折率の高い領域と最も屈折率の低い領域との屈折率差を調整することが挙げられる。
The refractive index distribution of the glass body can be adjusted by grinding the outer periphery of the glass body after the sintering step.
As one aspect of grinding the outer peripheral portion of the glass body, when a region deviating from the GI type refractive index distribution exists in the outer peripheral portion of the glass body, the region where the refractive index deviates from the GI type may be removed. Can be mentioned. The regions where the refractive index deviates from the GI type include the case where the refractive index is too low due to the excessive amount of F added at the outer peripheral portion, and the F element is desorbed from the outer peripheral portion of the soot deposit during the sintering process. For example, the amount of F added to the outer peripheral portion may be reduced, and the refractive index may be higher than the target.
As another aspect of grinding the outer peripheral portion of the glass body, by removing a part of the region having a high F concentration in the outer peripheral portion of the glass body, the refractive index in the outer peripheral portion is increased, and the region having the highest refractive index Adjustment of the refractive index difference with the region having the lowest refractive index can be mentioned.
焼結工程の後に、ガラス体の外側に、クラッド、トレンチ層、外側コア等のガラス層を付与する工程を設けてもよい。この場合、焼結工程により得られたガラス体は、光ファイバのコアの一部を構成してもよく、光ファイバのコアの全部を構成してもよく、光ファイバのコアの全部とクラッドの一部を構成してもよい。 You may provide the process of providing glass layers, such as a clad, a trench layer, and an outer core, on the outer side of a glass body after a sintering process. In this case, the glass body obtained by the sintering process may constitute a part of the core of the optical fiber, may constitute the whole of the core of the optical fiber, or may comprise the whole of the core of the optical fiber and the cladding. You may comprise a part.
焼結工程により得られたガラス体の外側にガラス層を付与する方法は、特に限定されず、公知の方法を採用することもできる。ジャケット法は、ガラス体の外側にガラス管を被せる、すなわち、ガラス管の内部の空洞に棒状のガラス体を挿入した後、加熱により、ガラス体とガラス管とを一体化させる方法である。 The method for applying the glass layer to the outside of the glass body obtained by the sintering step is not particularly limited, and a known method can be adopted. The jacket method is a method in which a glass tube is put on the outside of a glass body, that is, after a rod-shaped glass body is inserted into a cavity inside the glass tube, the glass body and the glass tube are integrated by heating.
OVD法のように、棒(ロッド)状のガラス体の外側にスートを堆積させ、ガラス体を残したまま、スートを焼結することで、ガラス体の外周に、スートに由来するガラス層を付与することができる。スートに由来するガラス層にF等のドーパントを添加する方法としては、スートを堆積する際に、F含有原料ガスを含む原料ガスからFを含むガラス微粒子を堆積させる方法、スートを堆積させた後に、スート中にF元素を拡散させる方法が挙げられる。 As in the OVD method, soot is deposited on the outside of a rod-shaped glass body, and the soot is sintered while leaving the glass body, so that a glass layer derived from the soot is formed on the outer periphery of the glass body. Can be granted. As a method of adding a dopant such as F to a glass layer derived from soot, when depositing soot, a method of depositing glass fine particles containing F from a source gas containing F-containing source gas, or after depositing soot And a method of diffusing the F element in the soot.
ガラス体の外側に付与されるガラス層の屈折率は、焼結工程により得られたガラス体の屈折率より低いことが好ましい。クラッドを構成するガラスとしては、例えば、F添加SiO2等からなる低屈折率ガラスが挙げられる。クラッドは、屈折率、組成などが異なる2層以上から構成されてもよい。 The refractive index of the glass layer applied to the outside of the glass body is preferably lower than the refractive index of the glass body obtained by the sintering process. Examples of the glass constituting the clad include low refractive index glass made of F-added SiO 2 or the like. The clad may be composed of two or more layers having different refractive indexes and compositions.
焼結工程の後に、ガラス体の外側に、トレンチ構造を付与する工程を設けてもよい。トレンチ構造とは、光ファイバのコアの外側で、通常のクラッドよりも屈折率の低い層をクラッドと同心状に設け、屈折率分布を溝状にした構造である。例えば、3層以上のクラッド層を同心状に形成し、内側から2番目のクラッド層、外側から2番目のクラッド層、あるいはこれらの中間のクラッド層の屈折率を、最も内側のクラッド層および最も外側のクラッド層の屈折率よりも低くすることで、トレンチ構造を構成することができる。トレンチ構造を構成するガラスとしては、例えば、F添加SiO2等からなる低屈折率ガラスが挙げられる。 You may provide the process of providing a trench structure on the outer side of a glass body after a sintering process. The trench structure is a structure in which a layer having a refractive index lower than that of a normal clad is provided concentrically with the clad outside the core of the optical fiber, and the refractive index distribution is grooved. For example, three or more clad layers are formed concentrically, and the refractive index of the second clad layer from the inside, the second clad layer from the outside, or the intermediate clad layer between them is set to be the innermost clad layer and the most clad layer. By making it lower than the refractive index of the outer cladding layer, a trench structure can be formed. Examples of the glass constituting the trench structure include low refractive index glass made of F-added SiO 2 or the like.
焼結工程の後に、ガラス体の外側に、デプレスト構造を付与する工程を設けてもよい。デプレスト構造とは、コアの最外周に、外側のクラッドよりも屈折率の低い層をクラッドと同心状に設け、コアとデプレスト部との比屈折率差を、通常のコアとクラッドとの比屈折率差よりも大きくした構造である。デプレスト部の外側に、クラッドよりも屈折率の高いリングコア層を付与する場合もある。 You may provide the process of providing a depressed structure on the outer side of a glass body after a sintering process. In the depressed structure, a layer having a lower refractive index than the outer cladding is provided on the outermost periphery of the core concentrically with the cladding, and the relative refractive index difference between the core and the depressed portion is determined by the relative refractive index between the normal core and the cladding. The structure is larger than the rate difference. In some cases, a ring core layer having a refractive index higher than that of the cladding is provided outside the depressed portion.
焼結により得られたガラス体、または少なくともその一部を含むガラス母材は、光ファイバ母材として利用することができる。光ファイバ母材の線引きにより、光ファイバを製造することができる。 A glass body obtained by sintering, or a glass base material including at least a part thereof can be used as an optical fiber base material. An optical fiber can be manufactured by drawing an optical fiber preform.
光ファイバの線引き工程では、光ファイバ母材の軸方向を上下に配置し、光ファイバ母材の下部を、加熱により溶融させた状態で下方に引っ張ることにより、繊維(ファイバ)状の細いガラスを引き出すことができる。引き出されたガラスファイバは、線引きの間、空中で徐々に冷却されてから、ボビン等に巻き取られる。ガラスファイバを保護するため、巻き取られる前のガラスファイバの外周に、1層または2層以上の樹脂等の被覆層を設けることができる。樹脂としては、各種アクリレート等の紫外線(UV)硬化型樹脂が挙げられる。 In the drawing process of the optical fiber, the axial direction of the optical fiber preform is arranged up and down, and the lower part of the optical fiber preform is pulled downward in a state of being melted by heating. It can be pulled out. The drawn glass fiber is gradually cooled in the air during drawing and then wound on a bobbin or the like. In order to protect the glass fiber, one or two or more coating layers such as a resin can be provided on the outer periphery of the glass fiber before being wound. Examples of the resin include ultraviolet (UV) curable resins such as various acrylates.
GRINレンズファイバに関して、図3(a)に屈折率分布のグラフを例示する。また、図3(b)に、GRINレンズファイバの外観を例示する。図3(b)に示すGRINレンズファイバ10は、図3(a)に示すように、GI型屈折率分布を有するコア11を有する。コア11の直径を2rとするとき、GI型屈折率分布は、図3(a)に示すように、−rから+rの範囲に分布する。
Regarding the GRIN lens fiber, a graph of the refractive index distribution is illustrated in FIG. FIG. 3B illustrates the appearance of the GRIN lens fiber. As shown in FIG. 3A, the
GRINレンズの製造方法は、光ファイバ母材の線引きにより製造された光ファイバを、所定の長さに切断する工程を有することができる。GRINレンズは、コアのみを有する光ファイバから製造する場合に限らず、コアとクラッドを有する光ファイバから製造することもできる。GRINレンズの外周部には、金属、樹脂等からなる筒状の筐体をはめ込むこともできる。 The GRIN lens manufacturing method may include a step of cutting an optical fiber manufactured by drawing an optical fiber preform into a predetermined length. The GRIN lens is not limited to being manufactured from an optical fiber having only a core, but can also be manufactured from an optical fiber having a core and a cladding. A cylindrical casing made of metal, resin, or the like can be fitted on the outer periphery of the GRIN lens.
GI型屈折率分布は、α乗分布に従うのが典型的である。α乗分布とは、中心における最大屈折率をn1、外周における最小屈折率をn2、中心から半径方向の距離をr、半径をa、屈折率分布の形状係数をα、比屈折率差をΔとするとき、距離r(ただし、0≦r≦a)における屈折率n(r)を次の式1で規格化することが可能な屈折率分布をいう。 The GI type refractive index profile typically follows an α power distribution. The α power distribution means that the maximum refractive index at the center is n 1 , the minimum refractive index at the outer periphery is n 2 , the distance from the center in the radial direction is r, the radius is a, the shape factor of the refractive index distribution is α, and the relative refractive index difference Is a refractive index distribution in which the refractive index n (r) at a distance r (where 0 ≦ r ≦ a) can be normalized by the following formula 1.
n(r)=n1[1−2Δ(r/a)α]1/2・・・・・・(式1) n (r) = n 1 [1-2Δ (r / a) α ] 1/2 (Equation 1)
外周(屈折率n2)を基準とした中心(屈折率n1)の比屈折率差Δは、次の式2で定義される。
The relative refractive index difference Δ at the center (refractive index n 1 ) with respect to the outer periphery (refractive index n 2 ) is defined by the following
Δ=(n1 2−n2 2)/2n1 2・・・・・・(式2) Δ = (n 1 2 −n 2 2 ) / 2n 1 2 (Equation 2)
なお、式1によれば、r=0のときn(0)=n1であり、r=aのときn(a)=n2である。参考まで、JIS C 6820(光ファイバ通則)に記載されている屈折率分布パラメータgは、X=r/aとするとき、Xにおける屈折率n(X)に対して、屈折率分布をδ(X)=1−Xgと規格化したときのパラメータgをいう。ここで、規格化された屈折率分布δ(X)は、次の式3のように定義されている。
According to Equation 1, n (0) = n 1 when r = 0, and n (a) = n 2 when r = a. For reference, the refractive index distribution parameter g described in JIS C 6820 (General rules for optical fibers) is expressed as δ () with respect to the refractive index n (X) at X when X = r / a. X) = refers to 1-X g and parameters g when normalized. Here, the normalized refractive index distribution δ (X) is defined as the following
δ(X)=[n(X)−n(1)]/[n(0)−n(1)]・・・・・・(式3) δ (X) = [n (X) −n (1)] / [n (0) −n (1)] (Equation 3)
式3において、Xは半径方向の位置を表す。δ(X)による規格化によれば、中心においてX=0かつδ(0)=1であり、外周においてX=1かつδ(1)=0となる。GI型光ファイバのgは、JIS C 6820では、1≦g<3の範囲内と定義されている。本実施形態では、GI型屈折率分布の表現として、上記の式1、式3、あるいはこれと同様な式を用いることができる。本実施形態におけるGI型屈折率分布のパラメータの値としては、α=2が好ましく、例えば、1.5≦α≦2.5が挙げられる。
In
F拡散工程において、スート堆積体の側面からF元素を拡散させ、F元素がスート堆積体の中心部に達する付近の時点では、α=2程度の屈折率分布を得ることができる。側面から拡散したF元素がスート堆積体の中心部に達する前でF拡散を終了すると、α>2になりやすい傾向がある。側面から拡散したF元素がスート堆積体の中心部に達した後もF拡散を継続すると、α<2になりやすい傾向がある。 In the F diffusion step, the F element is diffused from the side surface of the soot deposit, and a refractive index distribution of about α = 2 can be obtained at the time when the F element reaches the center of the soot deposit. If F diffusion is terminated before the F element diffused from the side surface reaches the central portion of the soot deposit, α> 2 tends to occur. If F diffusion that has diffused from the side surface reaches the central portion of the soot deposit, the F tends to become α <2.
GRINレンズの長さは、GRINレンズのピッチに応じて適宜調整することができる。GRINレンズの中を伝搬する光線が、GRINレンズの中心軸に対して、正弦波状の光路をとって進むとき、正弦波状の光路の周期を1ピッチという。GRINレンズをコリメートレンズとして用いる場合の長さとしては、好ましくは約0.25ピッチ、約0.75ピッチなど、(2n+1)/4ピッチで表される長さ(ただし、nを0以上の整数とする)が挙げられる。 The length of the GRIN lens can be appropriately adjusted according to the pitch of the GRIN lens. When a light beam propagating through the GRIN lens travels along a sinusoidal optical path with respect to the central axis of the GRIN lens, the period of the sinusoidal optical path is called one pitch. The length when the GRIN lens is used as a collimating lens is preferably a length represented by (2n + 1) / 4 pitch, such as about 0.25 pitch or about 0.75 pitch (where n is an integer of 0 or more) And).
GI型光ファイバに関して、図4(a)に屈折率分布のグラフを例示する。また、図4(b)には、GI型光ファイバの外観を例示する。図4(b)に示すGI型光ファイバ20は、GI型屈折率分布を有するコア21と、コア21より屈折率が低いクラッド22を有する。コア21の直径を2rとするとき、GI型屈折率分布は、図4(a)に示すように、−rから+rの範囲に分布する。クラッド22は、半径方向の位置が−rより小さい、または+rより大きい範囲に相当する。クラッド22は、一般に、コア21より低い屈折率を有する。クラッド22の屈折率は、略一定でもよい。その値としては、例えば、コア21の最小屈折率の値が挙げられる。クラッド22が、屈折率の異なる2以上の領域を有することもできる。
Regarding the GI type optical fiber, FIG. 4A illustrates a graph of the refractive index distribution. FIG. 4B illustrates the appearance of a GI type optical fiber. A GI type
GI型光ファイバとしては、2以上の伝搬モードを有するマルチモードファイバ(MMF)が一般的である。なかでも、伝搬モードの数が、2〜4、あるいはそれより若干多い程度の少数(Few)であるフューモードファイバ(FMF)は、1のみの伝搬モードを有するシングルモードファイバ(SMF)と比較し、モード分割多重(MDM)による情報量の増大が可能になることから好ましい。コア21の直径(コア径)については、MMFのコア径は、例えば50〜100μm程度であるが、FMFのコア径は、例えば10〜30μm程度が挙げられる。図4(b)に示す光ファイバ20は、1つのクラッド22内に1つのコア21を有するシングルコアファイバである。その他の光ファイバとしては、1つのクラッド内に2以上のコアを有するマルチコアファイバが挙げられる。クラッド22の外周における直径(クラッド径)は、特に限定されないが、例えば80〜1000μmが挙げられる。
As the GI type optical fiber, a multimode fiber (MMF) having two or more propagation modes is generally used. Among them, a fusing mode fiber (FMF) having a few propagation modes (Few) such that the number of propagation modes is 2 to 4 or slightly more than that is compared with a single mode fiber (SMF) having only one propagation mode. It is preferable because the amount of information can be increased by mode division multiplexing (MDM). About the diameter (core diameter) of the core 21, the core diameter of MMF is about 50-100 micrometers, for example, The core diameter of FMF is about 10-30 micrometers, for example. An
以上、本発明を好適な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。 As mentioned above, although this invention has been demonstrated based on suitable embodiment, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention.
スート堆積工程において、円柱形状の側面を有するスート堆積体をVAD法により作製することが好ましいが、中心部に棒状の出発部材が残った状態のスート堆積体をOVD法により作製することもできる。この場合は、F拡散工程および焼結工程において中心部からドーパントのF元素が脱離することを抑制するため、出発部材を残したまま、F拡散工程および焼結工程を行うことが好ましい。 In the soot deposition step, it is preferable to produce a soot deposit having a cylindrical side surface by the VAD method, but a soot deposit with a rod-like starting member remaining in the center can also be produced by the OVD method. In this case, it is preferable to perform the F diffusion step and the sintering step while leaving the starting member in order to suppress the desorption of the F element of the dopant from the center in the F diffusion step and the sintering step.
本実施形態の光ファイバ母材の製造方法によれば、スート堆積体を焼結する際に、中実化工程を有しないので、光ファイバ母材の中心部における、屈折率の増加または減少による屈折率分布の異常を抑制することができる。また、F等のドーパント添加量の多く、粘度が比較的低下したSiO2ガラスを焼結する場合でも、中実化工程を有しないので、偏心、非円を抑制することができる。したがって、光ファイバ、レンズなどの光学的特性の劣化を低減することができる。F拡散工程の結果として、α=2付近の屈折率分布を容易に得ることができる。また、スート堆積体の半径方向の断面積を拡張することにより、光ファイバ母材の大型化が容易になりし、生産性を向上することができる。 According to the manufacturing method of the optical fiber preform of the present embodiment, since the soot deposit is not sintered, there is no solidification step, so that the refractive index is increased or decreased at the center of the optical fiber preform. Abnormality of the refractive index distribution can be suppressed. Further, even when a SiO 2 glass having a large amount of dopant such as F and having a relatively low viscosity is sintered, since there is no solidification step, eccentricity and non-circularity can be suppressed. Therefore, it is possible to reduce the deterioration of optical characteristics such as optical fibers and lenses. As a result of the F diffusion step, a refractive index profile near α = 2 can be easily obtained. In addition, by expanding the radial cross-sectional area of the soot deposit, the optical fiber preform can be easily enlarged and the productivity can be improved.
本実施形態の製造方法によれば、ガラス母材、光ファイバ母材、光ファイバ、レンズ、光学ガラス、光学部品等を製造することが可能である。これらのガラスおよび光学製品は、光通信、光ファイバレーザ、光計測等に好適に利用することができる。光ファイバレーザの用途としては、通信用、加工用、測定用、照明用、センサ用、加熱用など、種々の用途が挙げられる。光ファイバおよびレンズ中に伝搬される光の波長は、赤外線、可視光線などから選択することが可能である。 According to the manufacturing method of this embodiment, it is possible to manufacture a glass preform, an optical fiber preform, an optical fiber, a lens, optical glass, an optical component, and the like. These glass and optical products can be suitably used for optical communication, optical fiber laser, optical measurement, and the like. Applications of the optical fiber laser include various uses such as communication, processing, measurement, illumination, sensor, and heating. The wavelength of light propagating through the optical fiber and lens can be selected from infrared, visible light, and the like.
以下、実施例をもって本発明を具体的に説明する。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
実施例1(GRINレンズファイバ)
VAD法により純SiO2スートを円柱形状に堆積させ、粒子径の均一なスート堆積体を作製した。スート堆積体をSOCl2雰囲気で1000℃に加熱し3h保持することで、SiO2スートに含まれるOH基を除去する脱水工程を行った。脱水工程を経たスート堆積体を、SiF4雰囲気で1200℃に加熱し、11h保持することで、F元素をSiO2スート中に拡散させるF拡散工程を行った。このF拡散工程において、SiO2スート中にF元素が拡散し、スート堆積体の半径方向にF元素の濃度分布が生じる。F拡散工程を経たスート堆積体を、1400℃で加熱することにより、F元素を含むSiO2スートを焼結させる焼結工程を行った。焼結により得られたF元素を含むSiO2のガラス体の外周部を研削することで、屈折率の大きさを、目標としたΔ=0.1%である光ファイバ母材を製造した。この光ファイバ母材を線引きすることで、α=2であるGRINレンズファイバを製造した。
Example 1 (GRIN lens fiber)
Pure SiO 2 soot was deposited in a cylindrical shape by the VAD method to produce a soot deposit with a uniform particle size. The soot deposit was heated to 1000 ° C. in an SOCl 2 atmosphere and held for 3 hours to perform a dehydration step of removing OH groups contained in the SiO 2 soot. The soot deposit subjected to the dehydration step was heated to 1200 ° C. in a SiF 4 atmosphere and held for 11 h, thereby performing an F diffusion step of diffusing the F element into the SiO 2 soot. In this F diffusion step, the F element diffuses into the SiO 2 soot, and a concentration distribution of the F element is generated in the radial direction of the soot deposit. The soot deposit through the F diffusion step was heated at 1400 ° C. to perform a sintering step of sintering SiO 2 soot containing F element. By grinding the outer peripheral portion of the SiO 2 glass body containing F element obtained by sintering, an optical fiber preform having a target refractive index of Δ = 0.1% was manufactured. The optical fiber preform was drawn to produce a GRIN lens fiber with α = 2.
実施例2(トレンチ構造を有するGI型FMF)
VAD法により純SiO2スートを円柱形状に堆積させ、粒子径の均一なスート堆積体を作製した。スート堆積体をSOCl2雰囲気で1000℃に加熱し3h保持することで、SiO2スートに含まれるOH基を除去する脱水工程を行った。脱水工程を経たスート堆積体を、SiF4雰囲気で1200℃に加熱し、11h保持することで、F元素をSiO2スート中に拡散させるF拡散工程を行った。このF拡散工程において、SiO2スート中にF元素が拡散し、スート堆積体の半径方向にF元素の濃度分布が生じる。F拡散工程を経たスート堆積体を、1400℃で加熱することにより、F元素を含むSiO2スートを焼結させる焼結工程を行った。焼結により得られたF元素を含むSiO2のガラス体の外周部を研削することで、屈折率の大きさを、GI型FMFのコアに適したΔに調整されているコアロッドを作製した。
Example 2 (GI type FMF having a trench structure)
Pure SiO 2 soot was deposited in a cylindrical shape by the VAD method to produce a soot deposit with a uniform particle size. The soot deposit was heated to 1000 ° C. in an SOCl 2 atmosphere and held for 3 hours to perform a dehydration step of removing OH groups contained in the SiO 2 soot. The soot deposit subjected to the dehydration step was heated to 1200 ° C. in a SiF 4 atmosphere and held for 11 h, thereby performing an F diffusion step of diffusing the F element into the SiO 2 soot. In this F diffusion step, the F element diffuses into the SiO 2 soot, and a concentration distribution of the F element is generated in the radial direction of the soot deposit. The soot deposit through the F diffusion step was heated at 1400 ° C. to perform a sintering step of sintering SiO 2 soot containing F element. By grinding the outer peripheral portion of the SiO 2 glass body containing F element obtained by sintering, a core rod having a refractive index adjusted to Δ suitable for the core of the GI type FMF was produced.
コアロッドの外周部に、OVD法によりF添加SiO2からなる内側クラッド層を形成した。次に、内側クラッド層の上に、外付け法により、内側クラッド層よりもF添加量が多いF添加SiO2からなるトレンチ層を形成した。次に、トレンチ層の上に、外付け法により、内側クラッド層とF添加量が等しいF添加SiO2からなる外側クラッド層を形成した。コアロッドと内側クラッド層とトレンチ層と外側クラッド層とからなる光ファイバ母材を線引きすることで、トレンチ構造を有するGI型FMFを製造した。 An inner cladding layer made of F-added SiO 2 was formed on the outer periphery of the core rod by the OVD method. Next, a trench layer made of F-added SiO 2 having a larger amount of F addition than the inner cladding layer was formed on the inner cladding layer by an external method. Next, an outer cladding layer made of F-added SiO 2 having the same amount of F addition as the inner cladding layer was formed on the trench layer by an external method. A GI type FMF having a trench structure was manufactured by drawing an optical fiber preform composed of a core rod, an inner cladding layer, a trench layer, and an outer cladding layer.
測定例1(GI型の屈折率分布)
図5に、本実施例と同様に、スート堆積工程、F拡散工程、焼結工程を経て、GI型の屈折率分布を有するガラス体の屈折率分布を測定した結果の一例を示す。屈折率分布の横軸は半径(radius)、縦軸は比屈折率差(Δ)である。図5において、「上側」とは図1においてスート堆積体1の側面3の上側3aに相当する断面における屈折率分布を示す。同様に、「中間」とは側面3の中間3bに相当する断面における屈折率分布を示し、「下側」とは側面3の下側3cに相当する断面における屈折率分布を示す。「上側」ではαが2より若干大きく、「下側」ではαが2より若干小さかったが、「中間」では、α=2の屈折率分布が得られた。また、「上側」、「中間」および「下側」のいずれにおいても、センターディップのような屈折率異常が生じていなかった。
Measurement example 1 (GI-type refractive index distribution)
FIG. 5 shows an example of the result of measuring the refractive index distribution of a glass body having a GI type refractive index distribution through the soot deposition process, the F diffusion process, and the sintering process, as in this example. The horizontal axis of the refractive index distribution is a radius, and the vertical axis is a relative refractive index difference (Δ). In FIG. 5, “upper side” indicates a refractive index distribution in a cross section corresponding to the
比較例1(CVD法)
CVD法を用いて、石英ガラス管の内表面にF添加SiO2を積層した後、中心部の空洞を中実化(コラップス)する方法により、F添加SiO2ガラス母材を作製した。図6に、その屈折率分布を示す。石英ガラス管102の内側に形成されたF添加SiO2ガラス層101の中心部には、センターディップによる屈折率異常部103が認められた。この屈折率異常部103では、F元素が添加されていない石英ガラス管102のΔに匹敵するほど、中心部のΔが上昇している。これは、中実化の際に、空洞に近接する中心部で、ドーパントのF元素が脱離したためと考えられる。
Comparative Example 1 (CVD method)
After adding F-added SiO 2 on the inner surface of the quartz glass tube using the CVD method, an F-added SiO 2 glass base material was produced by a method of solidifying (collapse) the cavity at the center. FIG. 6 shows the refractive index distribution. At the center of the F-added SiO 2 glass layer 101 formed inside the
1…スート堆積体、2…支持部材、3…側面、3a…側面の上側、3b…側面の中間、3c…側面の下側、4a…上部、4d…下部、5…F元素、10…GRINレンズファイバ、11…コア、20…GI型光ファイバ、21…コア、22…クラッド。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Soot deposit body, 2 ... Support member, 3 ... Side surface, 3a ... Upper side surface, 3b ... Middle of side surface, 3c ... Lower side surface, 4a ... Upper part, 4d ... Lower part, 5 ... F element, 10 ... GRIN Lens fiber, 11 ... core, 20 ... GI type optical fiber, 21 ... core, 22 ... cladding.
Claims (12)
前記スート堆積体の側面からF元素を拡散させるF拡散工程と、
前記F拡散工程を経た前記スート堆積体を焼結させる焼結工程と、
を有し、前記スート堆積工程と前記F拡散工程と前記焼結工程を経て得られたガラス体が、GI型屈折率分布を有することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。 A soot deposition step of obtaining a soot deposit having a cylindrical side surface by depositing SiO 2 fine particles;
F diffusion step of diffusing F element from the side surface of the soot deposit,
A sintering step of sintering the soot deposit through the F diffusion step;
And a glass body obtained through the soot deposition step, the F diffusion step, and the sintering step has a GI type refractive index distribution.
前記光ファイバ母材を線引きする工程と、
を有する光ファイバの製造方法。 A step of producing an optical fiber preform by the method of producing an optical fiber preform according to any one of claims 1 to 10,
Drawing the optical fiber preform;
The manufacturing method of the optical fiber which has this.
前記光ファイバ母材を線引きする工程と、
線引きにより得られた光ファイバをレンズの長さに切断する工程と、
を有するレンズの製造方法。 A step of producing an optical fiber preform by the method of producing an optical fiber preform according to any one of claims 1 to 10,
Drawing the optical fiber preform;
Cutting the optical fiber obtained by drawing into a lens length;
The manufacturing method of the lens which has this.
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