JP2584619B2 - 非軸対称光フアイバ母材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、非軸対称光フアイバ母材の製造方法に関
するもので、特に低損失でかつ長尺の光フアイバ用母材
を製造することのできる方法に関するものである。

［非軸対称光フアイバについて］ はじめに、非軸対称光フアイバについて簡単に説明し
ておく。

これには、たとえば、次のものがある。

（１）ツイン・コア・フアイバ（第11a図） 一つの共通のクラッド10内に、二つのコア20を有す
る。

その応用分野は次のとおり。

センサ：二つのコア20の性質を変えておくと、光フア
イバの外から、外力・温度などの物理的変化を加えたと
き、コア20内を伝搬する光の状態に差が生ずるので、そ
れを利用する。

カップラ、アイソレータなど：第11b図のように、二
つのコア20を接近して配置すると、それぞれのコア20を
伝搬する光の間で結合が生じる。それを利用して、光フ
アイバ型のカップラ、アイソレータなどを作る。

（２）偏波面保存型フアイバ（第11c図） 光フアイバ内に、クラッド10の部分の比べて熱膨張係
数の大きく異なる応力付与部30を有する。光フアイバに
曲がりを与えても、光フアイバの入射端で励振した偏波
状態は非常に長い距離保存される。

その応用分野は： フアイバ・ジャイロスコープなどのセンサ、 特定の偏波のみを使用するコヒーレント光通信、 などがある。

以上の例のように、第12図のような普通型の単一モー
ド光フアイバとは違って、非軸対称光フアイバは、一つ
の共通のクラッドガラス内の中心を外れた位置に、複数
の、前記クラッドガラスとは性質の異なるガラス部分を
持つ構造のものである。

［従来技術］ このような非軸対称光フアイバ母材の製造方法として
は、ロッド・イン・チューブ法もしくはその変形法であ
るピット・イン・チューブ法がある。

それを、偏波面保存型フアイバの場合を例にとって説
明すると、次のとおりである（第13a〜13d図）。

コアとなるべき（またはコアを含む）ガラス棒（以下
コア母材21）と、応力付与部となるべきガラス棒（以下
応力付与母材31）をあらかじめ準備する（第13a図）。

これらの準備には、いわゆるVAD法、外付け法、MCVD
法などを利用することができる。

また、クラッド10となるべきガラス棒（以下クラッド
母材11）も、同様に透明ガラスの状態で準備する。

クラッド母材11に、コア母材21や応力付与母材31を通
すための孔14を、たとえばドリル41などを利用して、あ
ける（第13b図）。

孔14内にコア母材21と応力付与母材31を挿入する（第
13c図）。

クラッド母材11の外側から、たとえばバーナ42の火炎
44などにより加熱する（第13d図）。

そうすると、完全に中実な光フアイバプリフォーム90
が完成する。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記のロッド・イン・チューブ法やピッド・イン・チ
ューブ法には、次の問題がある。

（１）プリフォームの寸法に制限がある。

すなわち、大型のプリフォームを得るためには、どう
してもクラッド母材11にあける孔14の長さを長くしなけ
ればならない。ところが、現在の技術では、ガラス棒に
長い孔を正確にあけることはできないといわれている。

（２）孔14の内面などの汚れの問題がある。

すなわち、孔の内面やコア母材21,応力付与母材31の
表面に、汚れや傷が付き易い。そのため、光フアイバ化
したときに、それらの境界面から不純物が拡散したり、
ガラス中に泡が発生したりして、それらが最終的に伝送
損失の原因となる。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、上記の問題をなくして、低損失で長尺の
非軸対称光フアイバを得ることのできる母材を作成する
方法を提供するもので、第1a〜1c図のように、 クラッドガラスとは性質の異なる複数の透明のガラス
棒21,31を準備する。

前記複数のガラス棒を21,31を組合せて、それらが、
互いに平行で、かつ間が開いた状態を保てるように、そ
れらの両端部を固定する。

前記組合わせたガラス棒の上に、ガラス微粉末12を堆
積して、ガラス棒とガラス微粉末との複合プリフォーム
91を形成する。

前記複合プリフォーム91を加熱して、全体に透明な光
フアイバ母材とする、 ことを特徴とするものである。

［実施例］ 偏波面保存型フアイバの場合について説明する。

（１）まず、コア母材21,応力付与母材31を準備する
（第2c図）。

それらの作製には、公知のVAD法、外付け法、MCVD法
などを利用することができる。

第2a図に、VAD法によってコア母材21のガラスすす22
を作製している状況を示す。

なお、この場合は、最終的な光フアイバのコアの部分
だけでなく、その外側に、ある程度のクラッドの部分も
設けている（後記参照）。

46はコアすす用バーナ、48は原料ガス、50はクラッド
すす用バーナ、52は原料ガスである。

また、第2b図に、透明ガラス化の状況を示す。

54は炉心管、56は発熱体である。

ここで得た透明ガラス棒を、所定の直径に引伸ばして
コア母材21とする（第2c図）。

応力付与母材31も同様にして作製する。

コア母材21の屈折率分布とガラス組成を第3a図に示
す。

上記のように、コアの部分の外側にクラッドの部分も
設けているが、その大きさは、コア径の約４倍にとつて
ある。

もちろん、この４倍という数字は必要に応じて選択す
るわけであるが、 この数字が小さすぎると、後の工程（母材の表面処
理、クラッドガラス微粉末の堆積など）で発生するOH基
が、コア母材中に侵入して、吸収損失をひき起す可能性
がある。

また４倍よりも余りに大きいと、応力付与部30によっ
て発生する非軸対称応力の影響が、十分にコア部分にま
で及ばないので、いわゆる偏波面保持効果が薄れる。

また、通常、偏波面保持型フアイバは単一モード状態
で使うため、コア径と比屈折率差との関には制限があ
る。すなわち、使用波長をλ、コアの半径をａ、コアの
屈折率をｎ、比屈折率差をΔとするとき、次の量Ｖを概
略３以下に設定する必要がある。

これによって、偏波面保持型フアイバを数ｍ以上の長
さで使用するときには、実質的な単一モードが保証され
る。

次に応力付与母材31の屈折率分布とガラス組成を第3b
図に示す。

応力付与母材31は、クラッドガラスに比べて、熱膨
張係数が高く、屈折率は等しいかもしくはより小さい
ことが、必要である。

よって、クラッドに純粋な石英ガラスを用い、また応
力付与母材31にも石英ガラスを用いるときは、ドーパン
トとして、ホウ素やフッ素などの屈折率を低めるものを
主にし、さらに必要であればゲルマニウムなども同時に
添加する。

具体的なドープ量としては、ホウ素の場合は約15〜20
モル％程度、フッ素の場合は約２モル％程度、ゲルマニ
ウムではその添加により屈折率が純粋石英のそれを上回
らない条件の下で、５〜６モル％程度が一つの目安にな
る。

（２）次に、上記のコア母材21,応力付与母材31を第1a
図に示すように組み上げる。

そのとき、必要に応じて、母材を固定するため２個の
治具58を用いる。これらは全く同じ構造の、たとえば円
板状のものである。これらに設けてある孔60にコア母材
21,応力付与母材31の両端部を通し、ボルト62で固定し
て、母材21,31が、互いに平行で、かつ間が開いた状態
を保つようにする。

そして、第1b図のように、ガラス旋盤64にとりつけ
る。

（３）組上げた母材の表面を、必要に応じて、火炎研磨
によりクリーニングする。

火炎としては、酸素／水素火炎・高周波プラズマ火炎
などが適している。

そのとき、表面の汚れがひどい場合には、フッ素また
は塩素を含むガスを火炎中に添加して、いわゆるエッチ
ングの効果を高めてもよい。

（４）それから、組上げた母材の構造体の上に、第1c図
のように、ガラス微粉末12を堆積して、複合プリフォー
ム91を形成する。

ガラス微粉末12の発生方法は特に限定しないが、VAD
法でよく使用するところの多重管型のバーナ66を用いる
ことができる。

バーナ66の構造を第４図に示す。71は中心層インレッ
ト、72は第２層インレット、73は第３層インレット、74
は第４層インレットである。

ガラス微粉末12堆積の条件の一例を、次の第１表に示
す。

ガラス微粉末12を堆積するとき、母材構造体はその中
心軸の回りに回転させるが、最終的にめざす光フアイバ
の断面形状に応じて、その回転は等速回転である必要は
ない。

すなわち、もし最終的に断面がほぼ円形の光フアイバ
を得ようとするときは、バーナ66の火口に対して、コア
母材21と応力付与母材31の隙間に多くのガラス微粉末12
を堆積するようにしなければならない。

つまり、第5a図の位置では母材構造体の回転をゆっく
りと、第5b図の位置では早く回転するように、ガラス旋
盤64を回さなければならない。

また、最終的に円形の光フアイバを得るために、次の
ような別の方法をとってもよい。

すなわち、母材構造体を常に回転するのではなく、一
定の角度位置で長さ方向のガラス微粉末の堆積を行い、
次に、また、母材構造体をいくらか回転させて、長さ方
向の堆積を行うといった方法を繰返す。そして、最終的
に目的とするガラス微粉末の形状を得る。

（５）次に複合プリフォーム91を加熱して、全体に透明
なガラスプリフォームを得る。

そのとき、第６図のように、母材構造体を支持してい
た治具58をとり外し、中央にあるコア母材21のみを、た
とえばワイヤ78で吊るすなどして、加熱炉76内に支持す
る。

なお、治具58をとり外す理由は次のとおりである。

ガラスすすのカサ密度は、概略0.15〜0.5の範囲にあ
り、加熱して透明ガラス化することにより、体積が約1/
6〜1/2に縮小する。

そのとき、複合プリフォーム91の長さ方向にはほとん
ど縮まないので（母材が縮小を阻止する抵抗力を発生す
る）、複合プリフォーム91の半径方向に自由度を残して
おかなければならない。

さもないと、透明ガラス化した後の断面形状は、第７
図のように、長円形になってしまう。

もちろん、この作用を積極的に利用することも可能で
ある。

すなわち、偏波面保持型フアイバに光を入射したり、
出射したり、あるいは互いに接続ししたりするときに
は、伝搬する偏波の方向を知る必要がある。もし、光フ
アイバの外形が丸いと、偏波の軸を知るには光学的な方
法に頼らざるを得ないが、第７図のような断面形状のも
のではない、偏波の軸81,82はその形状と一致してお
り、接続作業では非常に有利となる。

なお、複合プリフォーム91を吊り下げるワイヤ78とし
ては、耐熱性および加熱炉76内に必要に応じて導入する
ところの塩素系、フッ素系のガスに対する耐腐食性を考
慮して、白金線などを用いることになる。

［他の実施態様］ ツイン・コア光フアイバの場合も、ほぼ上記と同じで
あるが、透明ガラス化に際して、複合プリフォーム91を
加熱炉76に入れて吊り下げるときの中心部材がないの
で、たとえば次のようにする。

第８図のように、ワイヤ78により２本のコア母材21を
同時に吊り下げる。

第９図のように、クラッド材料と同じ組成を有する透
明ガラス棒13（通常は純粋石英ガラスを使用できる）
を、２本のコア母材21の中央に入れて、母材構造体を作
製し、その上にガラス微粉末を堆積する このようにすれば、加熱炉76内で、透明ガラス棒13を
吊り下げることができる。

［光フアイバの特性］ 本発明で得られた光フアイバの特性は次のとおり。

［発明の効果］ （１）従来法のようにプリフォームの大きさによる制限
がなくなり、長尺フアイバ用の母材が得られる。

（２）母材構造体の寸法精度を上げることにより、高い
寸法精度の母材が得られる。

（３）いわゆるピットとロッド間の境界に起因する多く
の損失原因を除去できるので、低損失光フアイバの母材
が得られる。

（４）第６図のような断面が異形の母材を作製すること
もできる。

（５）複数のガラス棒の間が開いた状態を保てるように
しておいて、それらガラス棒の上に、ガラス微粉末を堆
積するので、 ガラス棒とガラス棒との間に空気を取り込む心配が無い
（ガラス棒が互いに密着していて間に隙間が無いと、密
着する谷間に空気を取り込み、それが透明ガラス化した
とき泡となって残る心配がある）。

（６）組み合わせた複数のガラス棒の両端部を固定して
おいて、それらガラス棒の上に、ガラス微粉末を堆積す
るので、 コアや応力付与部となるガラス棒を、設計に応じた所定
位置に、容易にかつ正確に配置することができ、設計ど
おりの光フアイバ母材を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第1a図〜第10b図は、は本発明の実施例に関するもの
で、 第1a図は母材構造体の組立て状況の説明図、 第1b図は母材構造体をガラス旋盤64にとりつけた状況の
説明図、 第1c図は母材構造体上にガラス微粉末12を堆積している
状況の説明図、 第2a図、第2b図、第2c図はコア母材21の作製状況を順に
示した説明図、 第3a図はコア母材21の屈折率分布図、 第3b図は応力付与母材31の屈折率分布図、 第４図はバーナ66の説明図、 第5a図、第5b図はバーナ66と母材構造体との位置関係の
説明図、 第６図は偏波面保存型フアイバの複合プリフォーム91を
透明ガラス化する状況の説明図、 第７図は透明ガラス化したプリフォームの断面形状が非
円形になった状況の説明図、 第８図はツインコア光フアイバの複合プリフォーム91を
透明ガラス化する状況の説明図、 第９図はツインコア光フアイバの場合の母材構造体の別
の組み方の説明図、 第10a図，第10b図は、本発明による母材から作製した光
フアイバの断面図。 第11a図，第11b図はツインコア光フアイバの一般的説明
図、 第11c図は偏波面保存型フアイバの一般的説明図、 第12図は普通型単一モードフアイバの説明図、 第13a図、第13b図、第13c図、第13d図は偏波面保存型フ
アイバの母材の従来の製造方法を順に示した説明図。 10:クラッド、11:クラッド母材 12:ガラス微粉末、20:コア 21:コア母材、22:ガラスすす 30:応力付与部、31:応力付与母材 58:治具、60:孔 62:ボルト、64:ガラス旋盤 66:バーナ、91:複合プリフォーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大橋 立行 千葉県佐倉市六崎1440番地 藤倉電線株 式会社佐倉工場内 (72)発明者 福田 長 千葉県佐倉市六崎1440番地 藤倉電線株 式会社佐倉工場内 (56)参考文献 特開 昭60−264337（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−55305（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−226425（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一つの共通のクラッドガラス内の中心を外
   れた位置に、複数の、前記クルッドガラスとは性質の異
   なるガラス部分を持つ非軸対称光フアイバ母材を製造す
   るに際して、次の工程をとることを特徴とする、非軸対
   称光フアイバ母材の製造方法。 前記クラッドガラスとは性質の異なるガラス部分を持
   つ複数の透明ガラス棒を準備する。 前記複数のガラス棒を組合せて、当該ガラス棒が、互
   いに平行で、かつ間が開いた状態を保てるように、当該
   ガラス棒の両端部を固定する。 前記組合わせたガラス棒の上に、ガラス微粉末を堆積
   して、ガラス棒とガラス微粉末との複合プリフォームを
   形成する。 前記複合プリフォームを加熱して、全体に透明な光フ
   アイバ母材とする。
2. 【請求項２】出発ガラス棒のうちの１本が、最終的な光
   フアイバにおいてコアとなるべきガラスを含み、他の２
   本のガラス棒が、最終的な光フアイバにおいて応力付与
   部となるべきガラス棒であることを特徴とする、特許請
   求の範囲第１項に記載の非軸対称光フアイバ母材の製造
   方法。
3. 【請求項３】出発ガラス棒が２本で、それぞれが、とも
   に光フアイバのコアとなるべきガラスを含んでいること
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の非軸対称
   光フアイバ母材の製造方法。
4. 【請求項４】二つのコアの屈折率もしくは形状が、互い
   に異なっていることを特徴とする、特許請求の範囲第３
   項に記載の非軸対称光フアイバ母材の製造方法。
5. 【請求項５】最終的に得られる光フアイバ母材の断面形
   状が非円形であることを特徴とする、特許請求の範囲第
   １項または第２項または第３項または第４項に記載の非
   軸対称光フアイバ母材の製造方法。