JP2022541114A - 中空コアファイバの製造方法および中空コアファイバ用プリフォームの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ファイバの長手方向軸に沿って延びる中空コアと、多数の反共振要素を含む、中空コアを取り囲むクラッド領域とを有する反共振中空コアファイバの製造方法であって、
(a) 被覆管内部ボアと被覆管長手方向軸とを有し、内側と外側により画定されている被覆管壁が被覆管長手方向軸に沿って延びている被覆管を提供する工程と、
(b) 多数の管状反共振要素プリフォームを提供する工程と、
(c) 反共振要素プリフォームを被覆管壁の内側の目標位置に配置して、中空のコア領域と内部のクラッド領域とを有する一次プリフォームを形成する工程と、
(d) 一次プリフォームを、中空コアファイバが線引きされる二次プリフォームにさらに加工する工程であって、さらに加工する工程は、延伸、並びに任意で
(i) コラップス、
(ii) コラップスおよび同時延伸、
(iii) 追加のクラッド材料のコラップス、
(iv) 追加のクラッド材料のコラップスとそれに続く延伸、
(v) 追加のクラッド材料のコラップスおよび同時延伸、
のうち1つ以上の加熱成形プロセスが一回または反復して実行されることを含む、さらに加工する工程と、
(e) 二次プリフォームを線引きして中空コアファイバを形成する工程と、
を備える製造方法に関する。
(a) 被覆管内部ボアと被覆管長手方向軸とを有し、内側と外側により画定されている被覆管壁が被覆管長手方向軸に沿って延びている被覆管を提供する工程と、
(b) 多数の管状反共振要素プリフォームを提供する工程と、
(c) 反共振要素プリフォームを被覆管壁の内側の目標位置に配置して、中空のコア領域と内部のクラッド領域とを有する一次プリフォームを形成する工程と、
(d) 一次プリフォームを、中空コアファイバのための二次プリフォーにさらに加工する工程と、を備え、さらに加工する工程は、延伸、並びに任意で
(i) コラップス、
(ii) コラップスおよび同時延伸、
(iii) 追加のクラッド材料のコラップス、
(iv) 追加のクラッド材料のコラップスとそれに続く延伸、
(v) 追加のクラッド材料のコラップスおよび同時延伸、
のうち1つ以上の熱成形プロセスが一回または反復して実行されることを含む。
反共振中空コアファイバの欠点は、高次モードが自動的に抑制されないため、長い伝達距離にわたって純粋なシングルモードにならないことが多く、出力光線の品質が悪化することにある。
反共振中空コアファイバや、特に入れ子になっている構造要素を持つそのようなファイバは複雑な内部形状を有するため、これを正確かつ再現可能に製造することは困難である。さらに、共振条件または反共振条件を満たすには伝搬させる光の動作波長の大きさに僅かな寸法許容差があっても許されないため、このことは一層困難なものとなる。目標形状からの逸脱は、ファイバプリフォームの構成時にその原因が作られるおそれがあるが、ファイバ線引きプロセス時にも縮尺に沿わない不適切な変形によって生じる可能性がある。
反共振中空コアファイバの製造方法に関して、この課題は、冒頭に述べた種類の方法から出発して、本発明に基づき、工程(d)による延伸後に、一次プリフォームの元の管状反共振要素プリフォームの少なくとも一部は、断面長軸ALと断面短軸AKとを備えるオーバルの外部断面形状を有し、軸の長さの比AL/AKは1.01~1.27の範囲にあり、断面短軸AKは被覆管長手方向軸から見て半径方向に通っていることによって解決される。
これまでに述べた明細書の個々の工程と用語について、以下に補足的に定義する。これらの定義は本発明の明細書の構成要素である。以下の定義のいずれかと残りの明細書との間で実質的な矛盾がある場合、残りの明細書の中で言及していることが優先される。
反共振要素は、中空コアファイバの単純な構造要素または入れ子構造要素であってよい。これは、中空コアの方向から見て負の曲率(凸部)を持つか、曲率を持たない(平面、直線)少なくとも2つの壁を有している。通常、反共振要素は動作光に対して透明な材料、例えばガラス(特にドープしたSiO2またはドープしないSiO2)、プラスチック(特にポリマー)、複合材料または結晶材料からなる。
反共振要素プリフォームとは、主にファイバ線引きプロセスにおける単純な線引きによって中空コアファイバ内で反共振要素になる構成部品またはプリフォームの構成部品である。反共振要素前段階とは、変形によって初めて反共振要素プリフォームまたは直接的に反共振要素になる構成部品またはプリフォームの構成部品である。反共振要素プリフォームは、単純な構成部品または入れ子になっている構成部品であってよく、これに追加的に位置決め補助を固定することができる。反共振要素プリフォームは、もともと一次プリフォームの中に存在する。
プリフォームは、反共振中空コアファイバが線引きされる構成部品である。これには、一次プリフォームまたは一次プリフォームのさらなる加工によって作製される二次プリフォームがある。一次プリフォームは、少なくとも1本の被覆管と、その中に緩くまたは堅固に固定された状態で収納されている、反共振要素のためのプリフォームまたは前段階とからなる集合体であってよい。一次プリフォームを、中空コアファイバが線引きされる二次プリフォームにさらに加工することは、
(i) 延伸、
(ii) コラップス、
(iii) コラップスおよび同時延伸、
(iv) 追加のクラッド材料のコラップス、
(v) 追加のクラッド材料のコラップスとそれに続く延伸、
(vi) 追加のクラッド材料のコラップスおよび同時延伸、
のうち1つ以上の熱成形プロセスが一回または反復して実行されることを含む。
延伸では、一次プリフォームが長く伸ばされる。この延伸は、同時コラップスなしで行ってよい。延伸は一定の縮尺に従って行うことができるため、例えば一次プリフォームの構成部品の形状および配置は延伸した最終製品に反映されている。しかし、延伸では、一次プリフォームが寸法どおりに線引きされず、幾何形状が変化する可能性もある。
少なくとも1つの被覆管と、その中に緩くまたは堅固に固定された状態で収納されている反共振要素のプリフォームまたは前段階とからなる集合体を、ここでは「一次プリフォーム」とも呼ぶ。この一次プリフォームは、中空コアとクラッド領域から構成される。このクラッド領域は、例えば集合体へのコラップスによって形成された「外部クラッド領域」が存在しており、これらのクラッド領域を区別する必要がある場合は、「内部クラッド領域」とも呼ばれる。「内部クラッド領域」と「外部クラッド領域」という名称は、中空コアファイバや一次プリフォームのさらなる加工によって得られる中間製品の該当する領域に対しても使用される。
加工物を分離加工するための機械的製造方式であり、特に旋盤加工、切断加工、穴あけ加工、鋸加工、フライス加工または研磨加工を意味する。この加工により、被覆管長手方向軸の方向に延びる長手方向構造が得られ、これは反共振要素プリフォームの位置決め補助として用いられる。長手方向構造は被覆管内側からアクセスできるようになっており、被覆管壁全体を通って外側まで延びていてもよい。
SiO2粒子の粒度および粒度分布は、D50値に基づき特徴付けられる。この値は、SiO2粒子の累積量を粒度に応じて示す粒度分布曲線から読み取られる。粒度分布は、それぞれのD10値、D50値、D90値に基づき特徴付けられることが多い。このとき、D10値はSiO2粒子の累積量の10%に達しない粒度を示し、対応して、D50値およびD90はSiO2粒子の累積量の50%または90%に達しない粒度を示す。粒度分布は、ISO13320に準拠した散乱光およびレーザー回折分光法によって検出される。
以下に、実施例に基づき、図を用いて本発明を詳しく説明する。
Claims (15)
- ファイバの長手方向軸に沿って延びる中空コアと、複数の反共振要素を含み、かつ前記中空コアを取り囲む内部クラッド領域とを有する反共振中空コアファイバ(33)の製造方法であって、
(a) 被覆管内部ボアと被覆管長手方向軸とを有し、内側と外側により画定されている被覆管壁(2)が前記被覆管長手方向軸に沿って延びている被覆管(1)を提供する工程と、
(b) 複数の管状反共振要素プリフォーム(4;34)を提供する工程と、
(c) 前記反共振要素プリフォーム(4;34)を前記被覆管壁(2)の内側の目標位置に配置して、中空のコア領域と内部クラッド領域とを有する前記中空コアファイバのための一次プリフォーム(3;31)を形成する工程と、
(d) 一次プリフォーム(3;31)を、前記中空コアファイバ(33)が線引きされる二次プリフォーム(32)にさらに加工する工程であって、前記さらに加工する工程は、延伸、並びに任意で
(i) コラップス、
(ii) コラップスおよび同時延伸、
(iii) 追加のクラッド材料のコラップス、
(iv) 追加のクラッド材料のコラップスとそれに続く延伸、
(v) 追加のクラッド材料のコラップスおよび同時延伸、
のうち1つ以上の加熱成形プロセスが一回または反復して実行されることを含む、さらに加工する工程と、
(e) 前記二次プリフォーム(32)を、前記中空コアファイバ(33)に線引きする工程と、を備える製造方法において、
工程(d)による延伸後に、前記一次プリフォーム(3;31)の元の前記管状反共振要素プリフォーム(4;34)の少なくとも一部は、断面長軸ALと断面短軸AKとを備えるオーバルの外部断面形状を有し、軸の長さの比AL/AKは1.01~1.27の範囲にあり、断面短軸AKは前記被覆管長手方向軸から見て半径方向に通っていることを特徴とする方法。 - 前記管状反共振要素プリフォーム(4;34)の少なくとも一部は、複数の互いに入れ子になっている構造要素(4a;4b)から構成されており、少なくとも1つのARE外管(4a)と、前記ARE外管(4a)内で前記ARE外管の長手方向軸に対して平行に通る少なくとも1つのARE内管(4b)とを含み、前記ARE外管(4a)は、オーバルの、好ましくは楕円形の外部断面形状を有し、軸の長さの比AL/AKは1.07~1.27の範囲にあり、前記ARE内管(4b)は、オーバルの、好ましくは楕円形の外部断面形状を有し、軸の長さの比AL/AKは1.01~1.05の範囲にあることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記一次プリフォーム(3;31)は、外径が20~70mmの範囲にあることを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 延伸時に、前記一次プリフォーム(3;31)は、送り込み速度で連続的に加熱帯に送られ、前記加熱帯の中でゾーンごとに軟化し、引き出し速度で前記加熱帯から引き出され、処理量が少なくとも0.8g/分に、好適には0.8g/分~85g/分の範囲に、特に好適には3.3g/分~85g/分の範囲になるように、また前記加熱帯における平均滞留時間が少なくとも25分以下に、好ましくは5~25分の範囲になるように前記送り込み速度を設定することを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- 延伸時の引き出し率は、1.05~10の範囲にある値に、好ましくは1.05~5の範囲にある値に設定されることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記一次プリフォーム(3;31)の延伸には、目標温度が+/-0.1℃の精度で維持される温度制御式加熱帯が使用されることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記反共振要素プリフォーム(4)の固定は、非晶質SiO2粒子を含む封止材または接合材(5)を使用して行われることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記一次プリフォーム(3;31)の延伸時に、前記反共振要素プリフォーム(4)の開放端および/または前記反共振要素プリフォーム(4)の個々の前記構造要素(4a;4b)および/または場合によって生じる管要素間の環状の隙間は、封止材または接合材(5)によって封止されることを特徴とする、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記被覆管内側には、機械加工によって前記目標位置領域に前記被覆管長手方向軸に向かって延びる長手方向構造が設けられることを特徴とする、請求項1~8のいずれか一項に記載の方法。
- 前記反共振要素プリフォーム(4;34)は、位置決めテンプレートを使って前記目標位置に位置決めされることを特徴とする、請求項1~9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記位置決めテンプレートは、被覆管正面の領域、好ましくは両方の被覆管正面の領域に使用されることを特徴とする、請求項10に記載の方法。
- 工程(d)による前記一次プリフォーム(3;31)の延伸時および/または工程(e)による前記中空コアファイバ(33)の線引き時に、シリカガラスからなる前記プリフォームの複数の構成部品も一緒に加熱して軟化させ、少なくともいくつかの前記プリフォーム構成部品の前記シリカガラスは、前記シリカガラスの粘性を下げる少なくとも1つのドーパントを含んでいることを特徴とする、請求項1~11のいずれか一項に記載の方法。
- 工程(d)に準じて追加のクラッド材料がコラップスされ、測定温度1250℃において前記被覆管の前記シリカガラスは、追加的に取り付けられた前記クラッド材料の前記シリカガラスよりも少なくとも0.5dPa・s高い粘性を有し、好ましくは少なくとも0.6dPa・s高い粘性を有している(粘性は対数値としてdPa・sで表示)ことを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- 前記被覆管壁(2)の内側の前記目標位置への前記反共振要素プリフォーム(4;34)の配置および/または工程(d)に準ずる前記中空コアファイバ(33)の線引きは、非晶質SiO2粒子を含有する封止材または接合材(5)を使用しての固定措置および/または封止措置を含むことを特徴とする請求項1~13のいずれか一項に記載の方法。
- ファイバの長手方向軸に沿って延びる中空コアと、複数の反共振要素を含み、かつ中空コアを取り囲む内部クラッド領域とを有する反共振中空コアファイバのプリフォーム(32)の製造方法であって、
(a) 被覆管内部ボアと被覆管長手方向軸とを有し、内側と外側により画定されている被覆管壁(2)が前記被覆管長手方向軸に沿って延びている被覆管(1)を提供する工程と、
(b) 複数の反共振要素プリフォーム(4)を提供する工程と、
(c) 前記反共振要素プリフォーム(4;34)を前記被覆管壁(2)の内側の目標位置に配置して、中空のコア領域と内部クラッド領域とを有する前記中空コアファイバのための一次プリフォーム(3;31)を形成する工程と、
(d) 前記一次プリフォーム(3;31)を、前記中空コアファイバのための二次プリフォーム(32)にさらに加工する工程であって、前記さらに加工する工程は、延伸、並びに任意で、
(i) コラップス、
(ii) コラップスおよび同時延伸、
(iii) 追加のクラッド材料のコラップス、
(iv) 追加のクラッド材料のコラップスとそれに続く延伸、
(v) 追加のクラッド材料のコラップスおよび同時延伸、
のうち1つ以上の加熱成形プロセスが一回または反復して実行されることを含む、さらに加工する工程と、
を備える製造方法において、
工程(d)による延伸後に、前記一次プリフォーム(3;31)の元の前記管状反共振要素プリフォーム(4;34)の少なくとも一部は、断面長軸ALと断面短軸AKとを備えるオーバルの外部断面形状を有し、軸の長さの比AL/AKは1.01~1.27の範囲にあり、断面短軸AKは前記被覆管長手方向軸から見て半径方向に通っていることを特徴とする方法。
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