JP2022541776A - 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、複数の反共振要素を含み、かつ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に関し、この製造方法は、
(a) 中空コアファイバのための一次プリフォームを提供する工程であって、中空コアファイバは、被覆管内部ボアおよび被覆管長手方向軸を有する少なくとも1つの被覆管を含み、長手方向軸に沿って、内側および外側によって画定された被覆管壁が延在する、工程と、
(b) 反共振要素のための複数の前段階またはプリフォームを被覆管壁の目標位置に形成する工程と、
(c) 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と、を有しさらに加工する工程は、外層シリンダの形態の追加のクラッド材料を一回または反復してコラップスすることを含み、外層シリンダは、被覆管に対向する外層シリンダ内側、外層シリンダ外側、および外層シリンダ内側と外層シリンダ外側との間に位置する外層シリンダ壁を有する。
(a) 中空コアファイバのための一次プリフォームを提供する工程であって、中空コアファイバは、被覆管内部ボアおよび被覆管長手方向軸を有する少なくとも1つの被覆管を含み、長手方向軸に沿って、内側および外側によって画定された被覆管壁が延在する、工程と、
(b) 反共振要素のための複数の前段階またはプリフォームを被覆管壁の目標位置に形成する工程と、
(c) 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ムにさらに加工する工程と、を有し、さらに加工する工程は、外層シリンダの形態の追加のクラッド材料を一回または反復してコラップスすることを含み、外層シリンダは、被覆管に対向する外層シリンダ内側、外層シリンダ外側、および外層シリンダ内側と外層シリンダ外側との間に位置する外層シリンダ壁を有する。
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に関して、上記の課題は、冒頭で述べたような方法から出発して、本発明によれば、工程(c)により一次プリフォームをさらに加工するために、外層シリンダ内側に向かって粘度が上昇する半径方向の粘度プロファイルを有する外層シリンダが使用され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。詳細は図に示されている。
1250℃における粘度の検査:重量%フッ素あたり12%(±2%)
被覆管:約11.5 lg(dPa・s)
外層シリンダ:約11.15 lg(dPa・s)
したがって、接触面の領域における粘度差は、約0.35dPa・s(単位lgd Pa・s)である。
Claims (13)
- 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の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) 中空コアファイバのための一次プリフォーム(1)を提供する工程であって、前記中空コアファイバは、被覆管内部ボアおよび被覆管長手方向軸を有する少なくとも1つの被覆管(3)を含み、前記被覆管長手方向軸に沿って、内側および外側によって画定された被覆管壁が延在する、工程と、
(b) 反共振要素のための複数の前段階またはプリフォーム(4)を前記被覆管壁の目標位置に形成する工程と、
(c) 前記一次プリフォーム(1)を、前記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、前記さらに加工する工程は、外層シリンダ(2)の形態の追加のクラッド材料を一回または反復してコラップスすることを含み、前記外層シリンダ(2)は、前記被覆管(3)に対向する外層シリンダ内側、外層シリンダ外側、および外層シリンダ内側と外層シリンダ外側との間に位置する外層シリンダ壁を有する、工程と、
を備える製造方法において、
工程(c)に従い前記一次プリフォーム(1)をさらに加工するために、前記外層シリンダ内側に向かって粘度が上昇する半径方向の粘度プロファイルを有する前記外層シリンダ(2)が使用されることを特徴とする、方法。 - 前記外層シリンダ内側の領域における粘度は、値η(Z)を有し、被覆管外側の領域における粘度は、粘度η(M)を有し、1250℃の測定温度では、粘度値について(前記粘度を単位dPa・sで対数値として表した場合):η(M)=η(Z)±0.5dPa・s、好ましくは(M)=(Z)±0.3dPa・sが成り立つことを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 前記外層シリンダ壁における前記粘度プロファイルは、粘度最小値η(Zmin)から前記外層シリンダ内側に向かって上昇することを特徴とする、請求項1または2記載の方法。
- 1250℃の測定温度における前記粘度最小値η(Zmin)については(粘度を対数値として表した場合):η(M)-η(Zmin)>0.8dPa・s、好ましくは>1dPa・sが成り立つことを特徴とする、請求項3記載の方法。
- 前記被覆管(3)は、前記被覆管(3)の被覆管外側と前記被覆管(3)の被覆管内側との間において、粘度が内側に向かって漸次的に上昇する、半径方向の粘度プロファイルを有することを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項記載の方法。
- 前記被覆管(3)は、粘度最大値η(Zmax)を有する粘度プロファイルを有し、工程(b)において、前記反共振要素プリフォーム(4)または前記反共振要素のための前段階の少なくとも一部が管状の反共振要素プリフォーム(4)として存在し、前記反共振要素プリフォーム(4)は、好ましくは、ARE外管(4a)およびその内部に挿入されたARE内管を含む複数の構造要素が相互に入れ子になって構成されている管状の反共振要素プリフォーム(4)として存在し、前記反共振要素プリフォーム(4)がシリカガラスからなり、前記シリカガラスは、1250℃の測定温度において、前記被覆管(3)の前記シリカガラスの最大粘度η(Mmax)に対して、(粘度を対数値として表した場合)少なくとも0.4dPa・sだけ高い粘度、好ましくは少なくとも0.5dPa・sだけ高い粘度を有することを特徴とする、請求項5記載の方法。
- 前記外層シリンダ(2)は、シリカガラスから作製されており、前記外層シリンダ(2)の粘度プロファイルは、シリカガラスの粘度を低下させる少なくとも一種のドーパントの付加によって生じ、前記ドーパントは、好適にはフッ素、塩素および/または水酸基を含有することを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項記載の方法。
- 前記被覆管(3)は、シリカガラスから作製されており、前記被覆管(3)の粘度プロファイルは、シリカガラスの粘度を低下させる少なくとも一種のドーパントの付加によって生じ、前記ドーパントは、好ましくはフッ素、塩素および/または水酸基を含むことを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項記載の方法。
- 前記外層シリンダ(2)および前記被覆管(3)の前記シリカガラスは、ドーパントとして、500~8000重量ppmの濃度のフッ素を含むことを特徴とする、請求項7または8記載の方法。
- 前記被覆管(3)は、垂直方向の線引き法において、成形型を用いずに2段階の延伸プロセスでもって製造され、第1段階では、ガラスからなる出発中空シリンダが、当該出発中空シリンダの最終寸法を調整するために機械的に加工され、前記出発中空シリンダは、長手方向軸を垂直方向に配向させる第1の延伸プロセスにおいては、第1の加熱ゾーン長さを有する第1の加熱ゾーンに連続的に供給され、前記加熱ゾーン内において領域毎に軟化され、前記軟化された領域から、中間シリンダが引き出され、前記中間シリンダは、長手方向軸を垂直方向に配向させる第2の延伸プロセスにおいては、第2のより短い加熱ゾーン長さを有する第2の加熱ゾーンに連続的に供給され、前記第2の加熱ゾーン内において、領域毎に軟化され、前記軟化された領域から、連続管が引き出され、前記連続管を切断することによって、前記被覆管(3)が得られることを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 30~90mmの範囲にある外径を有する二次プリフォームが形成される、および/または20mm~70mmの範囲にある外径を有する一次プリフォーム(1)が形成されることを特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 工程(b)により反共振要素のためのプリフォームを形成することは、前記反共振要素プリフォーム(4)を、前記被覆管壁の内側の目標位置に配置することを含み、前記目標位置に前記反共振要素プリフォーム(4)を位置決めするための保持要素を有する位置決めテンプレートが配置のために使用されることを特徴とする、請求項1から11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のクラッド領域とを有する反共振中空コアファイバのためのプリフォームの製造方法であって、
(a) 前記中空コアファイバのための一次プリフォーム(1)を提供する工程であって、前記中空コアファイバは、被覆管内部ボアおよび被覆管長手方向軸を有する少なくとも1つの被覆管(3)を含み、前記被覆管長手方向軸に沿って、内側および外側によって画定された被覆管壁が延在する、工程と、
(b) 反共振要素のための複数の前段階またはプリフォーム(4)を前記被覆管壁の目標位置に形成する工程と、
(c) 前記一次プリフォーム(1)を前記中空コアファイバのための二次プリフォーム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、外層シリンダ(2)の形態の追加のクラッド材料を一回または反復してコラップスすることを含み、前記外層シリンダ(2)は、前記被覆管(3)に対向する外層シリンダ内側、外層シリンダ外側、および前記外層シリンダ内側と前記外層シリンダ外側との間に位置する外層シリンダ壁を有する、工程と、
を備える製造方法において、
工程(c)に従い前記一次プリフォーム(1)をさらに加工するために、前記外層シリンダ内側に向かって粘度が上昇する半径方向の粘度プロファイルを有する前記外層シリンダ(2)が使用されることを特徴とする、方法。
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