JP3836698B2 - フォトニッククリスタルファイバの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトニッククリスタルファイバ（以後「ＰＣ（photonic crystal）ファイバ」と称する）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＣファイバは、ファイバ中心に中実又は中空のコアが形成されていると共に、そのコアに沿って延びる複数の細孔を有するクラッドがコアを囲うように設けられており、二次元的に屈折率が周期的に変動するフォトニッククリスタル構造がクラッドに構成されたものであり、Ｇｅ（ゲルマニウム）がドープされた石英製のコアと純粋石英製のクラッドとからなる従来の光ファイバとは異なる種々の特性を有することから多方面での用途が期待されている。
【０００３】
例えば、従来の光ファイバでは、材料分散が支配的となるため零分散波長が約１．３μｍであるのに対し、ＰＣファイバでは、構造分散が支配的となるため零分散波長が任意であることから、それが０．８５μｍであるＰＣファイバを構成することもでき、これによって発光波長が０．８５μｍである安価な面発光レーザーを用いてローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）等を構築することが考えられる。
【０００４】
そして、かかるＰＣファイバの製造方法としては、石英ロッドにロッド軸方向に延びる複数の孔をロッド横断面において所定パタンが構成されるように形成して母材とし、その母材を線引き加工により細径化するというものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のＰＣファイバの製造方法では、石英ロッドに孔径の小さい孔を形成しなければならないため、その孔深さを深いものとすることができず、孔径２ｍｍの場合で２００ｍｍ長、孔径１ｍｍの場合で１００ｍｍ長の母材を得るのがせいぜいであり、その結果、１本の母材から製造されるファイバ長が短く生産性が悪いという問題がある。また、隣接する孔間の内壁が穿孔時にヒビ等により破損しないように孔間隔を大きく設定する必要があり、そのために設計の自由度が低くなるという問題もある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、生産性が良好であり、また、設計の自由度が高められるＰＣファイバの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の孔を形成したロッド材をロッド軸方向に加熱延伸することにより細径化してファイバ本体になる母材本体を形成し、その母材本体と被覆部になる被覆部形成材とで母材を構成し、その母材を線引き加工により細径化するようにしたものである。
【０００８】
具体的には、本発明は、ファイバ中心に中実又は中空のコアが形成されていると共に、該コアに沿って延びる複数の細孔を有するクラッドが該コアを囲うように設けられたファイバ本体と、該ファイバ本体を被覆する被覆部と、を備えたフォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
石英製のロッド材に上記ファイバ本体の横断面の孔パタンに対応するようにロッド軸方向に延びる複数の孔を形成する穿孔工程と、
上記複数の孔を形成したロッド材をロッド軸方向に加熱延伸することにより細径化して上記ファイバ本体になる母材本体を形成する母材本体形成工程と、
上記母材本体の外周に石英系材料を堆積一体化させることにより上記被覆部になる被覆部形成材を形成する被覆部形成材形成工程と、
上記母材本体と上記被覆部形成材とで母材を構成し、該母材を線引き加工により細径化する線引き工程と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、別の本発明は、ファイバ中心に中実又は中空のコアが形成されていると共に、該コアに沿って延びる複数の細孔を有するクラッドが該コアを囲うように設けられたファイバ本体と、該ファイバ本体を被覆する被覆部と、を備えたフォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
石英製のロッド材に上記ファイバ本体の横断面の孔パタンに対応するようにロッド軸方向に延びる複数の孔を形成する穿孔工程と、
上記複数の孔を形成したロッド材をロッド軸方向に加熱延伸することにより細径化して上記ファイバ本体になる母材本体を形成する母材本体形成工程と、
上記母材本体を上記被覆部になる石英製の筒状の被覆部形成材内に配置してそれらで母材を構成し、該母材を線引き加工により該母材本体と該被覆部形成材とを一体化させつつ細径化する線引き工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記のようにすれば、複数の孔を形成したロッド材を加熱延伸して母材本体を形成し、その母材本体と被覆部形成材とで母材を構成しており、母材において所要となる孔径よりも大きい孔径の孔をロッド材に形成するので、従来のようにロッド材にその所要となる孔径の孔を形成してそれを母材とする場合に比べ、ロッド材に形成する孔の孔深さをより深いものとすることができ、しかも、そのロッド材を加熱延伸することから、得られる母材は従来に比べて長くすることができ、その結果、１本の母材から製造されるＰＣファイバのファイバ長が従来に比べて非常に長尺となって生産性が極めて良好となる。
【００１１】
また、母材において所要となる孔径及び孔間隔よりも大きい孔径及び孔間隔で孔をロッド材に形成するので、従来のようにロッド材にその所要となる孔径の孔を形成してそれを母材とする場合に比べ、孔径及び孔間隔の設計の自由度が高まり、例えば従来では製造することができなかった孔径の小さいＰＣファイバや孔間隔の小さいＰＣファイバの製造が可能となる。加えて、最終ファイバ径を一定として被覆部形成材の厚さを変えることによる孔径及び孔間隔の設計の自由度をも有する。
【００１２】
さらに、複数の孔を形成したロッド材を加熱延伸して母材本体を形成するので、ロッド材の段階で有する孔径及び孔間隔の誤差が母材本体の段階で縮小され、高寸法精度のＰＣファイバの製造が可能となる。
【００１３】
ここで、石英製のロッド及び被覆部形成材は、主成分が石英（ＳｉＯ2）のものであれば、純粋石英のものの他、他の元素がドープされたものであってもよい。
【００１４】
また、ファイバ本体の横断面の孔は、クラッドの細孔だけではなく、コアを中空とする場合のコア孔も含まれる。
【００１５】
以上のＰＣファイバの製造方法において、本発明のように、母材本体の外周に石英系材料を堆積一体化させることにより被覆部形成材を形成して母材を構成すれば、被覆部形成材の形成加工温度が母材本体の軟化温度よりも低いので、母材本体に形成された孔の寸法変化を抑止することができる。
【００１６】
また、別の本発明のように、母材本体を筒状の被覆部形成材内に配置して母材を構成し、その母材を線引き加工により母材本体と被覆部形成材とを一体化させつつ細径化するようにすれば、母材本体を被覆部形成材と加熱一体化させて母材を構成する場合、その加熱一体化の過程で、母材本体の複数の孔を封止したときには孔径の変動を生じる虞があり、母材本体の複数の孔を封止しないときには孔が押し潰される虞があるところ、母材本体と被覆部形成材とを線引き時に一体化するので、かかる孔径の変動や孔の潰れが防止される。
【００１７】
そして、本発明及び別の本発明において、母材本体の複数の孔を封止した状態で線引き加工することが好ましい。このようにすることにより、線引き加工時の線引き張力によって母材本体の孔を押し潰す方向に作用する力が孔内の圧力と均衡し、孔が押し潰されることなく線引き加工を行うことができる。ここで、封止とは、母材本体の複数の孔への外気の進入を阻止する手段全てを意味する。
【００１８】
また、母材本体の複数の孔を封止する場合には、その封止前に、複数の孔の内壁の不純物を除去する不純物除去処理を施すことが好ましい。このようにすることにより、母材本体の孔内の不純物を除去することができるので、製造されるＰＣファイバは低損失なものとなる。不純物除去処理としては、フッ化水素酸によるエッチング処理や塩素ガスに晒すことにより水酸基を除去する塩素ガス処理等を挙げることができる。
【００１９】
そして、別の本発明において、母材本体を筒状の被覆部形成材内に配置して母材を構成し、その母材を線引き加工により母材本体と被覆部形成材とを一体化させつつ細径化する場合、母材本体の複数の孔が所定の孔径に縮小されるように母材本体の孔内の圧力及び母材本体と被覆部形成材との間の空隙内の圧力を制御するようにしてもよい。このようにすることにより、母材本体の孔の縮小が所望の通りに制御されるので、高寸法精度のＰＣファイバが製造される。
【００２０】
また、別の本発明において、筒状の被覆部形成材を用いる場合には、線引き加工時に、母材本体と被覆部形成材との間の空隙内を負圧に減圧することが好ましい。このようにすることにより、ファイバ本体と被覆部との間への空気の閉じ込めが防がれるので、製造されるＰＣファイバの伝送損失がかかる空気の閉じ込めにより高くなることが防がれる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１本の母材から製造されるＰＣファイバのファイバ長が従来に比べて非常に長尺となって生産性を極めて良好なものとすることができる。
【００２２】
また、孔径及び孔間隔の設計の自由度が従来に比べて高まり、例えば従来では製造することができなかった孔径の小さいＰＣファイバや孔間隔の小さいＰＣファイバを製造することができる。
【００２３】
さらに、従来に比べて高寸法精度のＰＣファイバを製造することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
（実施形態１）
本発明の実施形態１に係るＰＣファイバの製造方法を工程の順を追って説明する。
【００２６】
＜準備工程＞
図１に示すように、石英製の円柱のロッド材１を準備する。
【００２７】
＜穿孔工程＞
図１に示すように、準備したロッド材１に対し、中心軸部分をコア形成部１ａとして中実のまま残し、そのコア形成部１ａを囲うようにロッド軸方向に延びる貫通した孔１ｃ，１ｃ，…を複数設けてクラッド形成部１ｂを形成する。これらの孔１ｃ，１ｃ，…は、ロッド材１の端面に三角格子が形成されるように配設する。孔の形成は、例えば、ドリルによる穿孔加工、棒状の研磨具による粗仕上げ、中仕上げ、最終仕上げ加工及びブラシと酸化セリウム研磨材とによる最終研磨加工により行う。
【００２８】
＜母材本体形成工程＞
コア形成部１ａ及びクラッド形成部１ｂを形成したロッド材１を電気炉延伸器にセットし、図２に示すように、ロッド材１をロッド延伸用ヒータ２，２で加熱すると共に延伸して細径化した母材本体３を形成する。このとき、ロッド材１が細径化された母材本体３では、ロッド材１のものより孔径及び孔間隔が縮小された複数の孔３ｃ，３ｃ，…が保持され、これに伴いコア形成部３ａ及びクラッド形成部３ｂがロッド材１のものより縮小されたものとなる。
【００２９】
＜不純物除去処理工程＞
母材本体３をフッ化水素酸に浸漬して表面をエッチングし、母材本体３表面に付着した金属等の不純物を除去する。
【００３０】
次いで、図３に示すように、母材本体３の両端にそれぞれ補助パイプ４を溶着した後、１０００〜１２００℃の温度雰囲気下で、一方の補助パイプ４に塩素ガスを送り、それを母材本体３の孔３ｃ，３ｃ，…に流通させ、他方の補助パイプ４から排出する塩素ガス処理を行うことにより、孔３ｃ，３ｃ，…の内壁に形成された水酸基を除去する。
【００３１】
＜封止工程＞
塩素ガス処理を行った後、図４に示すように、直ちに両方の補助パイプ４，４の端を加熱して閉じ、母材本体３の孔３ｃ，３ｃ，…の両端を封止した状態にする。この際、孔内に塩素ガスが封入されるようにしてもよい。
【００３２】
＜被覆部形成材形成工程＞
図５に示すように、孔３ｃ，３ｃ，…が封止された母材本体３の外周に、酸水素バーナ５の火炎にＳｉＣｌ4を供給して生成した石英微粒子を堆積一体化させ石英多孔質層６を形成する。
【００３３】
次いで、図６に示すように石英多孔質層６が外周に一体に堆積した母材本体３をヘリウムと塩素ガスとを流通させた加熱容器７に配置し、外部より焼成用ヒータ８，８で加熱することにより石英多孔質層６を焼成して透明な被覆部形成材９に変化させる。
【００３４】
そして、母材本体３の外周に被覆部形成材９が一体に結合した母材１０を得る。
【００３５】
＜線引き工程＞
母材１０を線引き装置にセットし、図７に示すように、線引き用ヒータ１１，１１で加熱すると共に延伸する線引き加工により細径化してＰＣファイバ２０を製造する。
【００３６】
このようにして製造されるＰＣファイバ２０は、図８に示すように、ファイバ中心に中実のコア２１ａが形成されていると共に、そのコア２１ａに沿って延びる複数の細孔２２ｃ，２２ｃ，…を有するクラッド２１ｂがコア２１ａを囲うように設けられたファイバ本体２１と、そのファイバ本体２１を被覆する被覆部２２とからなる。
【００３７】
以上のようなＰＣファイバ２０の製造方法によれば、複数の孔１ｃ，１ｃ，…を形成したロッド材１を加熱延伸して母材本体３を形成し、その母材本体３と被覆部形成材９とで母材１０を構成しており、母材１０において所要となる孔径よりも大きい孔径の孔１ｃ，１ｃ，…をロッド材１に形成するので、従来のようにロッド材にその所要となる孔径の孔を形成してそれを母材とする場合に比べ、ロッド材１に形成する孔１ｃ，１ｃ，…の孔深さをより深いものとすることができ、しかも、そのロッド材１を加熱延伸することから、得られる母材１０は従来に比べて長くすることができ、その結果、１本の母材１０から製造されるＰＣファイバ２０のファイバ長が従来に比べて非常に長尺となって生産性を極めて良好にすることができる。
【００３８】
また、母材１０において所要となる孔径及び孔間隔よりも大きい孔径及び孔間隔で孔１ｃ，１ｃ，…をロッド材１に形成するので、従来のようにロッド材にその所要となる孔径の孔を形成してそれを母材とする場合に比べ、孔径及び孔間隔の設計の自由度が高まり、例えば従来では製造することができなかった孔径の小さいＰＣファイバ２０や孔間隔の小さいＰＣファイバ２０を製造することができる。加えて、最終ファイバ径を一定として被覆部形成材９の厚さを変えることによる孔径及び孔間隔の設計の自由度をも有する。
【００３９】
さらに、複数の孔１ｃ，１ｃ，…を形成したロッド材１を加熱延伸して母材本体３を形成するので、ロッド材１の段階で有する孔径及び孔間隔の誤差が母材本体３の段階で縮小され、高寸法精度のＰＣファイバ２０を製造することができる。
【００４０】
また、母材本体３の外周に石英系材料を堆積一体化させることにより被覆部形成材９を形成しており、被覆部形成材９の形成加工温度が母材本体３の軟化温度よりも低いので、母材本体３に形成された孔３ｃ，３ｃ，…の寸法変化を抑止することができる。
【００４１】
そして、母材本体３の複数の孔３ｃ，３ｃ，…を封止した状態で線引き加工するようにしているので、線引き加工時の線引き張力によって母材本体３の孔３ｃ，３ｃ，…を押し潰す方向に作用する力が孔内の圧力と均衡し、孔３ｃ，３ｃ，…が押し潰されることなく線引き加工を行うことができる。
【００４２】
また、母材本体３の複数の孔３ｃ，３ｃ，…の封止前に、母材表面の金属等を除去するフッ化水素酸によるエッチング処理及び孔３ｃ，３ｃ，…の内壁の水酸基を除去するための塩素ガス処理を施しているので、低損失のＰＣファイバ２０を製造することができる。
【００４３】
（実施形態２）
本発明の実施形態２に係るＰＣファイバの製造方法を説明する。なお、準備工程、穿孔工程、母材本体形成工程、不純物除去処理工程及び封止工程は実施形態１と同一であるので説明を省略する。また、図中、実施形態１のものと同一構造のものは同一符号で示す。
【００４４】
＜線引き工程＞
図９に示すように、母材本体３を石英製の筒状の被覆部形成材１２内に配置してそれらで母材１３を構成し、その母材１３を線引き用ヒータ１１，１１で加熱すると共に延伸する線引き加工により母材本体３と被覆部形成材１２とを一体化させつつ細径化してＰＣファイバ２０を製造する。この際、母材本体３と被覆部形成材１２との間の空隙内を負圧に減圧する。
【００４５】
母材本体を被覆部形成材と加熱一体化させて母材を構成する場合、その加熱一体化の過程で封止された孔の孔径の変動を生じる虞があるが、以上のようなＰＣファイバ２０の製造方法によれば、母材本体３と被覆部形成材１２とを線引き時に一体化するようにしているので、かかる孔径の変動を防止することができる。
【００４６】
また、線引き加工時に、母材本体３と被覆部形成材１２との間の空隙内を負圧に減圧し、ファイバ本体２１と被覆部２２との間への空気の閉じ込めが防がれるので、製造されるＰＣファイバ２０の伝送損失がかかる空気の閉じ込めにより高くなることを防止することができる。
【００４７】
１本の母材１３から従来よりも長尺のＰＣファイバ２０を製造することができる点、孔径及び孔間隔の設計の自由度が従来よりも高くなる点、高寸法精度のＰＣファイバ２０を製造することができる点、母材本体３の複数の孔３ｃ，３ｃ，…の封止により孔３ｃ，３ｃ，…が押し潰されることなく線引き加工を行うことができる点及びフッ化水素酸によるエッチング処理及び塩素ガス処理により低損失のＰＣファイバ２０を製造することができる点は実施形態１と同一である。
【００４８】
（実施形態３）
本発明の実施形態３に係るＰＣファイバの製造方法を説明する。なお、準備工程、穿孔工程、母材本体形成工程及び不純物除去処理工程は実施形態１と同一であるので説明を省略する。また、図中、実施形態１のものと同一構造のものは同一符号で示す。
【００４９】
＜線引き工程＞
母材本体３の不純物除去処理工程の直後に、図１０に示すように、母材本体３の上端に孔内圧力調整器１４を接続すると共に、母材本体３を石英製の筒状の被覆部形成材１５内に配置してそれらで母材１６を構成し、その母材１６を線引き用ヒータ１１，１１で加熱すると共に延伸する線引き加工により母材本体３と被覆部形成材１５とを一体化させつつ細径化してＰＣファイバ２０を製造する。この際、母材本体３と被覆部形成材１５との間の空隙内の空気を被覆部形成材１５に設けられたエア排出口１５ａから排出することにより負圧に減圧し、孔内圧力調整器１４を介して母材本体３の孔内の圧力の調整を図り、線引き加工時に孔３ｃ，３ｃ，…が所定の孔径に縮小されるようにする。
【００５０】
母材本体を被覆部形成材と加熱一体化させて母材を構成する場合、その加熱一体化の過程で孔が押し潰される虞があるが、以上のようなＰＣファイバ２０の製造方法によれば、母材本体３と被覆部形成材１５とを線引き時に一体化するようにしているので、かかる孔３ｃ，３ｃ，…の潰れを防止することができる。
【００５１】
また、母材本体３の孔３ｃ，３ｃ，…が所定の孔径に縮小されるように、母材本体３と被覆部形成材１５との間の空隙内を減圧すると共に母材本体３の孔内の圧力の調整が図られ、母材本体３の孔３ｃ，３ｃ，…の縮小が所望の通りに制御されるので、高寸法精度のＰＣファイバ２０を製造することができる。
【００５２】
１本の母材１６から従来よりも長尺のＰＣファイバ２０を製造することができる点、孔径及び孔間隔の設計の自由度が従来よりも高くなる点、ロッド材１における孔径及び孔間隔の誤差が母材本体３において縮小されることにより高寸法精度のＰＣファイバ２０を製造することができる点及びフッ化水素酸によるエッチング処理及び塩素ガス処理により低損失のＰＣファイバ２０を製造することができる点は実施形態１と同一である。
【００５３】
（その他の実施形態）
上記実施形態１〜３では、石英製のロッド材１を用いたが、特にこれに限定されるものではなく、主成分が石英のものであれば、他の元素がドープされたものであってもよい。
【００５４】
また、上記実施形態１〜３では、ロッド材１に貫通した孔１ｃ，１ｃ，…を設けたが、特にこれに限定されるものではなく、有底の孔を形成するようにしてもよい。その場合、母材本体を塩素ガス雰囲気下に置いて塩素ガス処理を施せばよい。また、孔の封止が開口側のみでよくなる。
【００５５】
また、上記実施形態１〜３では、コア２１ａが中実のＰＣファイバ２０を製造したが、特にこれに限定されるものではなく、コアが中空のものであっても同様に製造することができる。
【００５６】
また、上記実施形態１〜３では、ロッド材１の端面に三角格子を形成するように複数の孔１ｃ，１ｃ，…を配設したが、特にこれに限定されるものではなく、四角格子やハニカム格子等のようにクラッドにフォトニッククリスタル構造を構成するものであれば何であってもよい。
【００５７】
【実施例】
以下の実施例１〜３及び比較例の各方法によりＰＣファイバの製造を行った。
【００５８】
＜実施例１＞
直径４５ｍｍで長さ２００ｍｍの石英のロッド材に対し、中心軸部分をコア形成部として中実のまま残し、そのコア形成部を囲うようにロッド軸方向に延びる貫通した孔を複数設けてクラッド形成部を形成した。このとき、孔の孔径を１．９ｍｍとし、孔の配設パタンを孔間隔２．８ｍｍの三角格子がロッド材の端面に正確に形成されるようにした。また、孔の形成は、ドリルによる穿孔加工、棒状の研磨具による粗仕上げ、中仕上げ、最終仕上げ加工及びブラシと酸化セリウム研磨材とによる最終研磨加工により行った（準備工程・穿孔工程）。
【００５９】
次に、電気炉延伸器を用いてロッド材を直径７ｍｍに加熱延伸し、長さ３００ｍｍに切り分けて母材本体を形成した（母材本体形成工程）。
【００６０】
次いで、母材本体をフッ化水素酸溶液に浸漬し、その表面を約１０μｍエッチングした。その後、母材本体の両端にそれぞれ補助パイプを溶着し、約１０００℃の温度雰囲気下で補助パイプを介して母材本体の孔に塩素ガスを流通させ、孔の内壁の水酸基を除去した（不純物除去処理工程）。
【００６１】
続いて、上記の塩素ガス処理の後、母材本体を大気に晒すことなく両方の補助パイプ端を閉じ、孔を封止した状態にした（封止工程）。
【００６２】
そして、外径２５ｍｍ、内径８ｍｍで長さ３００ｍｍの厚肉筒状の被覆部形成材内に母材本体を配置して線引き装置にセットし、それらを母材として線引き加工を行いファイバ径１２５μｍのＰＣファイバを製造した（線引き工程）。
【００６３】
製造されたＰＣファイバは、クラッドの細孔の孔径が１．５μｍで孔間隔が２．３μｍであり、長さが１ｋｍであった。
【００６４】
＜実施例２＞
直径６０ｍｍで長さ２００ｍｍの石英のロッド材に対し、中心軸部分をコア形成部として中実のまま残し、そのコア形成部を囲うようにロッド軸方向に延びる貫通した孔を複数設けてクラッド形成部を形成した。このとき、孔の孔径を２．６ｍｍとし、孔の配設パタンを孔間隔３．９ｍｍの三角格子がロッド材の端面に正確に形成されるようにした。また、孔の形成は、ドリルによる穿孔加工、棒状の研磨具による粗仕上げ、中仕上げ、最終仕上げ加工及びブラシと酸化セリウム研磨材とによる最終研磨加工により行った（準備工程・穿孔工程）。
【００６５】
次に、電気炉延伸器を用いてロッド材を直径１８ｍｍで長さ１０００ｍｍに加熱延伸して母材本体を形成した（母材本体形成工程）。
【００６６】
次いで、母材本体をフッ化水素酸溶液に浸漬し、その表面を約２０μｍエッチングした。その後、母材本体の両端にそれぞれ補助パイプを溶着し、約１０００℃の温度雰囲気下で補助パイプを介して母材本体の孔に塩素ガスを流通させ、孔の内壁の水酸基を除去した（不純物除去処理工程）。
【００６７】
続いて、上記の塩素ガス処理の後、母材本体を大気に晒すことなく両方の補助パイプ端を閉じ、孔を封止した状態にした（封止工程）。
【００６８】
そして、外径６７ｍｍ、内径２２ｍｍで長さ１０００ｍｍの厚肉筒状の被覆部形成材内に母材本体を配置して線引き装置にセットし、それらを母材として線引き加工を行いファイバ径１２５μｍのＰＣファイバを製造した（線引き工程）。
【００６９】
製造されたＰＣファイバは、クラッドの細孔の孔径が１．５μｍで孔間隔が２．３μｍであり、長さが２５０ｋｍであった。
【００７０】
＜実施例３＞
直径６０ｍｍで長さ２００ｍｍの石英のロッド材に対し、中心軸部分をコア形成部として中実のまま残し、そのコア形成部を囲うようにロッド軸方向に延びる貫通した孔を複数設けてクラッド形成部を形成した。このとき、孔の孔径を２．６ｍｍとし、孔の配設パタンを孔間隔３．９ｍｍの三角格子がロッド材の端面に正確に形成されるようにした。また、孔の形成は、ドリルによる穿孔加工、棒状の研磨具による粗仕上げ、中仕上げ、最終仕上げ加工及びブラシと酸化セリウム研磨材とによる最終研磨加工により行った（準備工程・穿孔工程）。
【００７１】
次に、電気炉延伸器を用いてロッド材を直径１８ｍｍで長さ１０００ｍｍに加熱延伸して母材本体を形成した（母材本体形成工程）。
【００７２】
次いで、母材本体をフッ化水素酸溶液に浸漬し、その表面を約２０μｍエッチングした。その後、母材本体の両端にそれぞれ補助パイプを溶着し、約１０００℃の温度雰囲気下で補助パイプを介して母材本体の孔に塩素ガスを流通させ、孔の内壁の水酸基を除去した（不純物除去処理工程）。
【００７３】
続いて、上記の塩素ガス処理の後、母材本体を大気に晒すことなく両方の補助パイプ端を閉じ、孔を封止した状態にした（封止工程）。
【００７４】
次いで、母材本体の外周に酸水素バーナを用いて石英を堆積一体化させて石英多孔質体層を形成した。その後、石英多孔質体を焼成して透明な被覆部形成材とし、母材本体と被覆部形成材とが一体となった母材を形成した（被覆部形成材形成工程）。
【００７５】
そして、母材を線引き装置にセットして線引き加工を行いファイバ径１２５μｍのＰＣファイバを製造した（線引き工程）。
【００７６】
製造されたＰＣファイバは、クラッドの細孔の孔径が１．５μｍで孔間隔が２．３μｍであり、長さが２５０ｋｍであった。
【００７７】
＜比較例＞
直径４５ｍｍで長さ１００ｍｍの石英のロッド材に対し、中心軸部分をコア形成部として中実のまま残し、そのコア形成部を囲うようにロッド軸方向に延びる貫通した孔を複数設けてクラッド形成部を形成し、これを母材とした。このとき、孔の孔径を１．５ｍｍとし、孔の配設パタンを孔間隔３．０ｍｍの三角格子がロッド材の端面に形成されるようにした。また、孔の形成は、ドリルによる穿孔加工、棒状の研磨具による粗仕上げ、中仕上げ、最終仕上げ加工及びブラシと酸化セリウム研磨材とによる最終研磨加工により行った（準備工程・穿孔工程・母材形成工程）。
【００７８】
次に、母材をフッ化水素酸溶液に浸漬し、その表面を約１０μｍエッチングした。その後、母材の両端にそれぞれ補助パイプを溶着し、約１０００℃の温度雰囲気下で補助パイプを介して母材の孔に塩素ガスを流通させ、孔の内壁の水酸基を除去した（不純物除去処理工程）。
【００７９】
続いて、上記の塩素ガス処理の後、母材を大気に晒すことなく両方の補助パイプ端を閉じ、孔を封止した状態にした（封止工程）。
【００８０】
そして、母材を線引き装置にセットして線引き加工を行いファイバ径１２５μｍのＰＣファイバを製造した（線引き工程）。
【００８１】
製造されたＰＣファイバは、クラッドの細孔の孔径が４．２μｍで孔間隔が６．２μｍであり、長さが１ｋｍであった。
【００８２】
（結果比較考察）
実施例２及び３では、１本の母材から２５０ｋｍの長さのＰＣファイバが製造されているが、比較例では、１本の母材から１ｋｍの長さのＰＣファイバしか製造されていない。すなわち、本発明のＰＣファイバの製造方法によれば、従来に比べて飛躍的に生産性を良好にすることができる。なお、実施例１では、１本の母材から１ｋｍの長さのＰＣファイバしか製造されていないが、これは加熱延伸したロッド材を切り分けて母材本体を構成したためであり、より長尺の母材本体を切り分けるようにすれば、さらに長いＰＣファイバを製造することができる。
【００８３】
実施例１〜３では、製造されたＰＣファイバの細孔の孔径が１．５μｍで孔間隔が２．３μｍであるが、比較例では、その孔径が４．２μｍで孔間隔が６．２μｍであり、前者が後者よりも大幅に小さい。すなわち、本発明のＰＣファイバの製造方法によれば、クラッドに設けられる孔の孔径及び孔間隔が従来よりも極めて小さいＰＣファイバを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１に係る準備工程及び穿孔工程の説明図である。
【図２】 本発明の実施形態１に係る母材本体形成工程の説明図である。
【図３】 本発明の実施形態１に係る不純物除去処理工程の塩素ガス処理の説明図である。
【図４】 本発明の実施形態１に係る封止工程の説明図である。
【図５】 本発明の実施形態１に係る被覆部形成材形成工程の石英多孔質層の形成過程を示す説明図である。
【図６】 本発明の実施形態１に係る被覆部形成材形成工程の石英多孔質層の焼成による被覆部形成材の形成過程を示す説明図である。
【図７】 本発明の実施形態１に係る線引き工程の説明図である。
【図８】 本発明の実施形態１に係る製造方法で製造されたＰＣファイバの斜視図である。
【図９】 本発明の実施形態２に係る線引き工程の説明図である。
【図１０】 本発明の実施形態３に係る線引き工程の説明図である。
【符号の説明】
１ ロッド材
１ａ コア形成部
１ｂ クラッド形成部
１ｃ，３ｃ 孔
２ ロッド延伸用ヒータ
３ 母材本体
４ 補助パイプ
５ 酸水素バーナ
６ 石英多孔質層
７ 加熱容器
８ 焼成用ヒータ
９，１２，１５ 被覆部形成材
１０，１３，１６ 母材
１１ 線引き用ヒータ
１４ 孔内圧力調整器
１５ａ エア排出口
２０ ＰＣファイバ
２１ ファイバ本体
２１ａ コア
２１ｂ クラッド
２１ｃ 細孔
２２ 被覆部
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォトニッククリスタルファイバ（以後「ＰＣ（photonic crystal）ファイバ」と称する）の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＣファイバは、ファイバ中心に中実又は中空のコアが形成されていると共に、そのコアに沿って延びる複数の細孔を有するクラッドがコアを囲うように設けられており、二次元的に屈折率が周期的に変動するフォトニッククリスタル構造がクラッドに構成されたものであり、Ｇｅ（ゲルマニウム）がドープされた石英製のコアと純粋石英製のクラッドとからなる従来の光ファイバとは異なる種々の特性を有することから多方面での用途が期待されている。
【０００３】
例えば、従来の光ファイバでは、材料分散が支配的となるため零分散波長が約１．３μｍであるのに対し、ＰＣファイバでは、構造分散が支配的となるため零分散波長が任意であることから、それが０．８５μｍであるＰＣファイバを構成することもでき、これによって発光波長が０．８５μｍである安価な面発光レーザーを用いてローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）等を構築することが考えられる。
【０００４】
そして、かかるＰＣファイバの製造方法としては、石英ロッドにロッド軸方向に延びる複数の孔をロッド横断面において所定パタンが構成されるように形成して母材とし、その母材を線引き加工により細径化するというものがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のＰＣファイバの製造方法では、石英ロッドに孔径の小さい孔を形成しなければならないため、その孔深さを深いものとすることができず、孔径２ｍｍの場合で２００ｍｍ長、孔径１ｍｍの場合で１００ｍｍ長の母材を得るのがせいぜいであり、その結果、１本の母材から製造されるファイバ長が短く生産性が悪いという問題がある。また、隣接する孔間の内壁が穿孔時にヒビ等により破損しないように孔間隔を大きく設定する必要があり、そのために設計の自由度が低くなるという問題もある。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、生産性が良好であり、また、設計の自由度が高められるＰＣファイバの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の孔を形成したロッド材をロッド軸方向に加熱延伸することにより細径化してファイバ本体になる母材本体を形成し、その母材本体と被覆部になる被覆部形成材とで母材を構成し、その母材を線引き加工により細径化するようにしたものである。
【０００８】
具体的には、本発明は、ファイバ中心に中実又は中空のコアが形成されていると共に、該コアに沿って延びる複数の細孔を有するクラッドが該コアを囲うように設けられたファイバ本体と、該ファイバ本体を被覆する被覆部と、を備えたフォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
石英製のロッド材に上記ファイバ本体の横断面の孔パタンに対応するようにロッド軸方向に延びる複数の孔を形成する穿孔工程と、
上記複数の孔を形成したロッド材をロッド軸方向に加熱延伸することにより細径化して上記ファイバ本体になる母材本体を形成する母材本体形成工程と、
上記母材本体の外周に石英系材料を堆積一体化させることにより上記被覆部になる被覆部形成材を形成する被覆部形成材形成工程と、
上記母材本体と上記被覆部形成材とで母材を構成し、該母材を線引き加工により細径化する線引き工程と、
を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、別の本発明は、ファイバ中心に中実又は中空のコアが形成されていると共に、該コアに沿って延びる複数の細孔を有するクラッドが該コアを囲うように設けられたファイバ本体と、該ファイバ本体を被覆する被覆部と、を備えたフォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
石英製のロッド材に上記ファイバ本体の横断面の孔パタンに対応するようにロッド軸方向に延びる複数の孔を形成する穿孔工程と、
上記複数の孔を形成したロッド材をロッド軸方向に加熱延伸することにより細径化して上記ファイバ本体になる母材本体を形成する母材本体形成工程と、
上記母材本体を上記被覆部になる石英製の筒状の被覆部形成材内に配置してそれらで母材を構成し、該母材を線引き加工により該母材本体と該被覆部形成材とを一体化させつつ細径化する線引き工程と、
を備えたことを特徴とする。
【００１０】
上記のようにすれば、複数の孔を形成したロッド材を加熱延伸して母材本体を形成し、その母材本体と被覆部形成材とで母材を構成しており、母材において所要となる孔径よりも大きい孔径の孔をロッド材に形成するので、従来のようにロッド材にその所要となる孔径の孔を形成してそれを母材とする場合に比べ、ロッド材に形成する孔の孔深さをより深いものとすることができ、しかも、そのロッド材を加熱延伸することから、得られる母材は従来に比べて長くすることができ、その結果、１本の母材から製造されるＰＣファイバのファイバ長が従来に比べて非常に長尺となって生産性が極めて良好となる。
【００１１】
また、母材において所要となる孔径及び孔間隔よりも大きい孔径及び孔間隔で孔をロッド材に形成するので、従来のようにロッド材にその所要となる孔径の孔を形成してそれを母材とする場合に比べ、孔径及び孔間隔の設計の自由度が高まり、例えば従来では製造することができなかった孔径の小さいＰＣファイバや孔間隔の小さいＰＣファイバの製造が可能となる。加えて、最終ファイバ径を一定として被覆部形成材の厚さを変えることによる孔径及び孔間隔の設計の自由度をも有する。
【００１２】
さらに、複数の孔を形成したロッド材を加熱延伸して母材本体を形成するので、ロッド材の段階で有する孔径及び孔間隔の誤差が母材本体の段階で縮小され、高寸法精度のＰＣファイバの製造が可能となる。
【００１３】
ここで、石英製のロッド及び被覆部形成材は、主成分が石英（ＳｉＯ2）のものであれば、純粋石英のものの他、他の元素がドープされたものであってもよい。
【００１４】
また、ファイバ本体の横断面の孔は、クラッドの細孔だけではなく、コアを中空とする場合のコア孔も含まれる。
【００１５】
以上のＰＣファイバの製造方法において、本発明のように、母材本体の外周に石英系材料を堆積一体化させることにより被覆部形成材を形成して母材を構成すれば、被覆部形成材の形成加工温度が母材本体の軟化温度よりも低いので、母材本体に形成された孔の寸法変化を抑止することができる。
【００１６】
また、別の本発明のように、母材本体を筒状の被覆部形成材内に配置して母材を構成し、その母材を線引き加工により母材本体と被覆部形成材とを一体化させつつ細径化するようにすれば、母材本体を被覆部形成材と加熱一体化させて母材を構成する場合、その加熱一体化の過程で、母材本体の複数の孔を封止したときには孔径の変動を生じる虞があり、母材本体の複数の孔を封止しないときには孔が押し潰される虞があるところ、母材本体と被覆部形成材とを線引き時に一体化するので、かかる孔径の変動や孔の潰れが防止される。
【００１７】
そして、本発明及び別の本発明において、母材本体の複数の孔を封止した状態で線引き加工することが好ましい。このようにすることにより、線引き加工時の線引き張力によって母材本体の孔を押し潰す方向に作用する力が孔内の圧力と均衡し、孔が押し潰されることなく線引き加工を行うことができる。ここで、封止とは、母材本体の複数の孔への外気の進入を阻止する手段全てを意味する。
【００１８】
また、母材本体の複数の孔を封止する場合には、その封止前に、複数の孔の内壁の不純物を除去する不純物除去処理を施すことが好ましい。このようにすることにより、母材本体の孔内の不純物を除去することができるので、製造されるＰＣファイバは低損失なものとなる。不純物除去処理としては、フッ化水素酸によるエッチング処理や塩素ガスに晒すことにより水酸基を除去する塩素ガス処理等を挙げることができる。
【００１９】
そして、別の本発明において、母材本体を筒状の被覆部形成材内に配置して母材を構成し、その母材を線引き加工により母材本体と被覆部形成材とを一体化させつつ細径化する場合、母材本体の複数の孔が所定の孔径に縮小されるように母材本体の孔内の圧力及び母材本体と被覆部形成材との間の空隙内の圧力を制御するようにしてもよい。このようにすることにより、母材本体の孔の縮小が所望の通りに制御されるので、高寸法精度のＰＣファイバが製造される。
【００２０】
また、別の本発明において、筒状の被覆部形成材を用いる場合には、線引き加工時に、母材本体と被覆部形成材との間の空隙内を負圧に減圧することが好ましい。このようにすることにより、ファイバ本体と被覆部との間への空気の閉じ込めが防がれるので、製造されるＰＣファイバの伝送損失がかかる空気の閉じ込めにより高くなることが防がれる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、１本の母材から製造されるＰＣファイバのファイバ長が従来に比べて非常に長尺となって生産性を極めて良好なものとすることができる。
【００２２】
また、孔径及び孔間隔の設計の自由度が従来に比べて高まり、例えば従来では製造することができなかった孔径の小さいＰＣファイバや孔間隔の小さいＰＣファイバを製造することができる。
【００２３】
さらに、従来に比べて高寸法精度のＰＣファイバを製造することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２５】
（実施形態１）
本発明の実施形態１に係るＰＣファイバの製造方法を工程の順を追って説明する。
【００２６】
＜準備工程＞
図１に示すように、石英製の円柱のロッド材１を準備する。
【００２７】
＜穿孔工程＞
図１に示すように、準備したロッド材１に対し、中心軸部分をコア形成部１ａとして中実のまま残し、そのコア形成部１ａを囲うようにロッド軸方向に延びる貫通した孔１ｃ，１ｃ，…を複数設けてクラッド形成部１ｂを形成する。これらの孔１ｃ，１ｃ，…は、ロッド材１の端面に三角格子が形成されるように配設する。孔の形成は、例えば、ドリルによる穿孔加工、棒状の研磨具による粗仕上げ、中仕上げ、最終仕上げ加工及びブラシと酸化セリウム研磨材とによる最終研磨加工により行う。
【００２８】
＜母材本体形成工程＞
コア形成部１ａ及びクラッド形成部１ｂを形成したロッド材１を電気炉延伸器にセットし、図２に示すように、ロッド材１をロッド延伸用ヒータ２，２で加熱すると共に延伸して細径化した母材本体３を形成する。このとき、ロッド材１が細径化された母材本体３では、ロッド材１のものより孔径及び孔間隔が縮小された複数の孔３ｃ，３ｃ，…が保持され、これに伴いコア形成部３ａ及びクラッド形成部３ｂがロッド材１のものより縮小されたものとなる。
【００２９】
＜不純物除去処理工程＞
母材本体３をフッ化水素酸に浸漬して表面をエッチングし、母材本体３表面に付着した金属等の不純物を除去する。
【００３０】
次いで、図３に示すように、母材本体３の両端にそれぞれ補助パイプ４を溶着した後、１０００〜１２００℃の温度雰囲気下で、一方の補助パイプ４に塩素ガスを送り、それを母材本体３の孔３ｃ，３ｃ，…に流通させ、他方の補助パイプ４から排出する塩素ガス処理を行うことにより、孔３ｃ，３ｃ，…の内壁に形成された水酸基を除去する。
【００３１】
＜封止工程＞
塩素ガス処理を行った後、図４に示すように、直ちに両方の補助パイプ４，４の端を加熱して閉じ、母材本体３の孔３ｃ，３ｃ，…の両端を封止した状態にする。この際、孔内に塩素ガスが封入されるようにしてもよい。
【００３２】
＜被覆部形成材形成工程＞
図５に示すように、孔３ｃ，３ｃ，…が封止された母材本体３の外周に、酸水素バーナ５の火炎にＳｉＣｌ4を供給して生成した石英微粒子を堆積一体化させ石英多孔質層６を形成する。
【００３３】
次いで、図６に示すように石英多孔質層６が外周に一体に堆積した母材本体３をヘリウムと塩素ガスとを流通させた加熱容器７に配置し、外部より焼成用ヒータ８，８で加熱することにより石英多孔質層６を焼成して透明な被覆部形成材９に変化させる。
【００３４】
そして、母材本体３の外周に被覆部形成材９が一体に結合した母材１０を得る。
【００３５】
＜線引き工程＞
母材１０を線引き装置にセットし、図７に示すように、線引き用ヒータ１１，１１で加熱すると共に延伸する線引き加工により細径化してＰＣファイバ２０を製造する。
【００３６】
このようにして製造されるＰＣファイバ２０は、図８に示すように、ファイバ中心に中実のコア２１ａが形成されていると共に、そのコア２１ａに沿って延びる複数の細孔２２ｃ，２２ｃ，…を有するクラッド２１ｂがコア２１ａを囲うように設けられたファイバ本体２１と、そのファイバ本体２１を被覆する被覆部２２とからなる。
【００３７】
以上のようなＰＣファイバ２０の製造方法によれば、複数の孔１ｃ，１ｃ，…を形成したロッド材１を加熱延伸して母材本体３を形成し、その母材本体３と被覆部形成材９とで母材１０を構成しており、母材１０において所要となる孔径よりも大きい孔径の孔１ｃ，１ｃ，…をロッド材１に形成するので、従来のようにロッド材にその所要となる孔径の孔を形成してそれを母材とする場合に比べ、ロッド材１に形成する孔１ｃ，１ｃ，…の孔深さをより深いものとすることができ、しかも、そのロッド材１を加熱延伸することから、得られる母材１０は従来に比べて長くすることができ、その結果、１本の母材１０から製造されるＰＣファイバ２０のファイバ長が従来に比べて非常に長尺となって生産性を極めて良好にすることができる。
【００３８】
また、母材１０において所要となる孔径及び孔間隔よりも大きい孔径及び孔間隔で孔１ｃ，１ｃ，…をロッド材１に形成するので、従来のようにロッド材にその所要となる孔径の孔を形成してそれを母材とする場合に比べ、孔径及び孔間隔の設計の自由度が高まり、例えば従来では製造することができなかった孔径の小さいＰＣファイバ２０や孔間隔の小さいＰＣファイバ２０を製造することができる。加えて、最終ファイバ径を一定として被覆部形成材９の厚さを変えることによる孔径及び孔間隔の設計の自由度をも有する。
【００３９】
さらに、複数の孔１ｃ，１ｃ，…を形成したロッド材１を加熱延伸して母材本体３を形成するので、ロッド材１の段階で有する孔径及び孔間隔の誤差が母材本体３の段階で縮小され、高寸法精度のＰＣファイバ２０を製造することができる。
【００４０】
また、母材本体３の外周に石英系材料を堆積一体化させることにより被覆部形成材９を形成しており、被覆部形成材９の形成加工温度が母材本体３の軟化温度よりも低いので、母材本体３に形成された孔３ｃ，３ｃ，…の寸法変化を抑止することができる。
【００４１】
そして、母材本体３の複数の孔３ｃ，３ｃ，…を封止した状態で線引き加工するようにしているので、線引き加工時の線引き張力によって母材本体３の孔３ｃ，３ｃ，…を押し潰す方向に作用する力が孔内の圧力と均衡し、孔３ｃ，３ｃ，…が押し潰されることなく線引き加工を行うことができる。
【００４２】
また、母材本体３の複数の孔３ｃ，３ｃ，…の封止前に、母材表面の金属等を除去するフッ化水素酸によるエッチング処理及び孔３ｃ，３ｃ，…の内壁の水酸基を除去するための塩素ガス処理を施しているので、低損失のＰＣファイバ２０を製造することができる。
【００４３】
（実施形態２）
本発明の実施形態２に係るＰＣファイバの製造方法を説明する。なお、準備工程、穿孔工程、母材本体形成工程、不純物除去処理工程及び封止工程は実施形態１と同一であるので説明を省略する。また、図中、実施形態１のものと同一構造のものは同一符号で示す。
【００４４】
＜線引き工程＞
図９に示すように、母材本体３を石英製の筒状の被覆部形成材１２内に配置してそれらで母材１３を構成し、その母材１３を線引き用ヒータ１１，１１で加熱すると共に延伸する線引き加工により母材本体３と被覆部形成材１２とを一体化させつつ細径化してＰＣファイバ２０を製造する。この際、母材本体３と被覆部形成材１２との間の空隙内を負圧に減圧する。
【００４５】
母材本体を被覆部形成材と加熱一体化させて母材を構成する場合、その加熱一体化の過程で封止された孔の孔径の変動を生じる虞があるが、以上のようなＰＣファイバ２０の製造方法によれば、母材本体３と被覆部形成材１２とを線引き時に一体化するようにしているので、かかる孔径の変動を防止することができる。
【００４６】
また、線引き加工時に、母材本体３と被覆部形成材１２との間の空隙内を負圧に減圧し、ファイバ本体２１と被覆部２２との間への空気の閉じ込めが防がれるので、製造されるＰＣファイバ２０の伝送損失がかかる空気の閉じ込めにより高くなることを防止することができる。
【００４７】
１本の母材１３から従来よりも長尺のＰＣファイバ２０を製造することができる点、孔径及び孔間隔の設計の自由度が従来よりも高くなる点、高寸法精度のＰＣファイバ２０を製造することができる点、母材本体３の複数の孔３ｃ，３ｃ，…の封止により孔３ｃ，３ｃ，…が押し潰されることなく線引き加工を行うことができる点及びフッ化水素酸によるエッチング処理及び塩素ガス処理により低損失のＰＣファイバ２０を製造することができる点は実施形態１と同一である。
【００４８】
（実施形態３）
本発明の実施形態３に係るＰＣファイバの製造方法を説明する。なお、準備工程、穿孔工程、母材本体形成工程及び不純物除去処理工程は実施形態１と同一であるので説明を省略する。また、図中、実施形態１のものと同一構造のものは同一符号で示す。
【００４９】
＜線引き工程＞
母材本体３の不純物除去処理工程の直後に、図１０に示すように、母材本体３の上端に孔内圧力調整器１４を接続すると共に、母材本体３を石英製の筒状の被覆部形成材１５内に配置してそれらで母材１６を構成し、その母材１６を線引き用ヒータ１１，１１で加熱すると共に延伸する線引き加工により母材本体３と被覆部形成材１５とを一体化させつつ細径化してＰＣファイバ２０を製造する。この際、母材本体３と被覆部形成材１５との間の空隙内の空気を被覆部形成材１５に設けられたエア排出口１５ａから排出することにより負圧に減圧し、孔内圧力調整器１４を介して母材本体３の孔内の圧力の調整を図り、線引き加工時に孔３ｃ，３ｃ，…が所定の孔径に縮小されるようにする。
【００５０】
母材本体を被覆部形成材と加熱一体化させて母材を構成する場合、その加熱一体化の過程で孔が押し潰される虞があるが、以上のようなＰＣファイバ２０の製造方法によれば、母材本体３と被覆部形成材１５とを線引き時に一体化するようにしているので、かかる孔３ｃ，３ｃ，…の潰れを防止することができる。
【００５１】
また、母材本体３の孔３ｃ，３ｃ，…が所定の孔径に縮小されるように、母材本体３と被覆部形成材１５との間の空隙内を減圧すると共に母材本体３の孔内の圧力の調整が図られ、母材本体３の孔３ｃ，３ｃ，…の縮小が所望の通りに制御されるので、高寸法精度のＰＣファイバ２０を製造することができる。
【００５２】
１本の母材１６から従来よりも長尺のＰＣファイバ２０を製造することができる点、孔径及び孔間隔の設計の自由度が従来よりも高くなる点、ロッド材１における孔径及び孔間隔の誤差が母材本体３において縮小されることにより高寸法精度のＰＣファイバ２０を製造することができる点及びフッ化水素酸によるエッチング処理及び塩素ガス処理により低損失のＰＣファイバ２０を製造することができる点は実施形態１と同一である。
【００５３】
（その他の実施形態）
上記実施形態１〜３では、石英製のロッド材１を用いたが、特にこれに限定されるものではなく、主成分が石英のものであれば、他の元素がドープされたものであってもよい。
【００５４】
また、上記実施形態１〜３では、ロッド材１に貫通した孔１ｃ，１ｃ，…を設けたが、特にこれに限定されるものではなく、有底の孔を形成するようにしてもよい。その場合、母材本体を塩素ガス雰囲気下に置いて塩素ガス処理を施せばよい。また、孔の封止が開口側のみでよくなる。
【００５５】
また、上記実施形態１〜３では、コア２１ａが中実のＰＣファイバ２０を製造したが、特にこれに限定されるものではなく、コアが中空のものであっても同様に製造することができる。
【００５６】
また、上記実施形態１〜３では、ロッド材１の端面に三角格子を形成するように複数の孔１ｃ，１ｃ，…を配設したが、特にこれに限定されるものではなく、四角格子やハニカム格子等のようにクラッドにフォトニッククリスタル構造を構成するものであれば何であってもよい。
【００５７】
【実施例】
以下の実施例１〜３及び比較例の各方法によりＰＣファイバの製造を行った。
【００５８】
＜実施例１＞
直径４５ｍｍで長さ２００ｍｍの石英のロッド材に対し、中心軸部分をコア形成部として中実のまま残し、そのコア形成部を囲うようにロッド軸方向に延びる貫通した孔を複数設けてクラッド形成部を形成した。このとき、孔の孔径を１．９ｍｍとし、孔の配設パタンを孔間隔２．８ｍｍの三角格子がロッド材の端面に正確に形成されるようにした。また、孔の形成は、ドリルによる穿孔加工、棒状の研磨具による粗仕上げ、中仕上げ、最終仕上げ加工及びブラシと酸化セリウム研磨材とによる最終研磨加工により行った（準備工程・穿孔工程）。
【００５９】
次に、電気炉延伸器を用いてロッド材を直径７ｍｍに加熱延伸し、長さ３００ｍｍに切り分けて母材本体を形成した（母材本体形成工程）。
【００６０】
次いで、母材本体をフッ化水素酸溶液に浸漬し、その表面を約１０μｍエッチングした。その後、母材本体の両端にそれぞれ補助パイプを溶着し、約１０００℃の温度雰囲気下で補助パイプを介して母材本体の孔に塩素ガスを流通させ、孔の内壁の水酸基を除去した（不純物除去処理工程）。
【００６１】
続いて、上記の塩素ガス処理の後、母材本体を大気に晒すことなく両方の補助パイプ端を閉じ、孔を封止した状態にした（封止工程）。
【００６２】
そして、外径２５ｍｍ、内径８ｍｍで長さ３００ｍｍの厚肉筒状の被覆部形成材内に母材本体を配置して線引き装置にセットし、それらを母材として線引き加工を行いファイバ径１２５μｍのＰＣファイバを製造した（線引き工程）。
【００６３】
製造されたＰＣファイバは、クラッドの細孔の孔径が１．５μｍで孔間隔が２．３μｍであり、長さが１ｋｍであった。
【００６４】
＜実施例２＞
直径６０ｍｍで長さ２００ｍｍの石英のロッド材に対し、中心軸部分をコア形成部として中実のまま残し、そのコア形成部を囲うようにロッド軸方向に延びる貫通した孔を複数設けてクラッド形成部を形成した。このとき、孔の孔径を２．６ｍｍとし、孔の配設パタンを孔間隔３．９ｍｍの三角格子がロッド材の端面に正確に形成されるようにした。また、孔の形成は、ドリルによる穿孔加工、棒状の研磨具による粗仕上げ、中仕上げ、最終仕上げ加工及びブラシと酸化セリウム研磨材とによる最終研磨加工により行った（準備工程・穿孔工程）。
【００６５】
次に、電気炉延伸器を用いてロッド材を直径１８ｍｍで長さ１０００ｍｍに加熱延伸して母材本体を形成した（母材本体形成工程）。
【００６６】
次いで、母材本体をフッ化水素酸溶液に浸漬し、その表面を約２０μｍエッチングした。その後、母材本体の両端にそれぞれ補助パイプを溶着し、約１０００℃の温度雰囲気下で補助パイプを介して母材本体の孔に塩素ガスを流通させ、孔の内壁の水酸基を除去した（不純物除去処理工程）。
【００６７】
続いて、上記の塩素ガス処理の後、母材本体を大気に晒すことなく両方の補助パイプ端を閉じ、孔を封止した状態にした（封止工程）。
【００６８】
そして、外径６７ｍｍ、内径２２ｍｍで長さ１０００ｍｍの厚肉筒状の被覆部形成材内に母材本体を配置して線引き装置にセットし、それらを母材として線引き加工を行いファイバ径１２５μｍのＰＣファイバを製造した（線引き工程）。
【００６９】
製造されたＰＣファイバは、クラッドの細孔の孔径が１．５μｍで孔間隔が２．３μｍであり、長さが２５０ｋｍであった。
【００７０】
＜実施例３＞
直径６０ｍｍで長さ２００ｍｍの石英のロッド材に対し、中心軸部分をコア形成部として中実のまま残し、そのコア形成部を囲うようにロッド軸方向に延びる貫通した孔を複数設けてクラッド形成部を形成した。このとき、孔の孔径を２．６ｍｍとし、孔の配設パタンを孔間隔３．９ｍｍの三角格子がロッド材の端面に正確に形成されるようにした。また、孔の形成は、ドリルによる穿孔加工、棒状の研磨具による粗仕上げ、中仕上げ、最終仕上げ加工及びブラシと酸化セリウム研磨材とによる最終研磨加工により行った（準備工程・穿孔工程）。
【００７１】
次に、電気炉延伸器を用いてロッド材を直径１８ｍｍで長さ１０００ｍｍに加熱延伸して母材本体を形成した（母材本体形成工程）。
【００７２】
次いで、母材本体をフッ化水素酸溶液に浸漬し、その表面を約２０μｍエッチングした。その後、母材本体の両端にそれぞれ補助パイプを溶着し、約１０００℃の温度雰囲気下で補助パイプを介して母材本体の孔に塩素ガスを流通させ、孔の内壁の水酸基を除去した（不純物除去処理工程）。
【００７３】
続いて、上記の塩素ガス処理の後、母材本体を大気に晒すことなく両方の補助パイプ端を閉じ、孔を封止した状態にした（封止工程）。
【００７４】
次いで、母材本体の外周に酸水素バーナを用いて石英を堆積一体化させて石英多孔質体層を形成した。その後、石英多孔質体を焼成して透明な被覆部形成材とし、母材本体と被覆部形成材とが一体となった母材を形成した（被覆部形成材形成工程）。
【００７５】
そして、母材を線引き装置にセットして線引き加工を行いファイバ径１２５μｍのＰＣファイバを製造した（線引き工程）。
【００７６】
製造されたＰＣファイバは、クラッドの細孔の孔径が１．５μｍで孔間隔が２．３μｍであり、長さが２５０ｋｍであった。
【００７７】
＜比較例＞
直径４５ｍｍで長さ１００ｍｍの石英のロッド材に対し、中心軸部分をコア形成部として中実のまま残し、そのコア形成部を囲うようにロッド軸方向に延びる貫通した孔を複数設けてクラッド形成部を形成し、これを母材とした。このとき、孔の孔径を１．５ｍｍとし、孔の配設パタンを孔間隔３．０ｍｍの三角格子がロッド材の端面に形成されるようにした。また、孔の形成は、ドリルによる穿孔加工、棒状の研磨具による粗仕上げ、中仕上げ、最終仕上げ加工及びブラシと酸化セリウム研磨材とによる最終研磨加工により行った（準備工程・穿孔工程・母材形成工程）。
【００７８】
次に、母材をフッ化水素酸溶液に浸漬し、その表面を約１０μｍエッチングした。その後、母材の両端にそれぞれ補助パイプを溶着し、約１０００℃の温度雰囲気下で補助パイプを介して母材の孔に塩素ガスを流通させ、孔の内壁の水酸基を除去した（不純物除去処理工程）。
【００７９】
続いて、上記の塩素ガス処理の後、母材を大気に晒すことなく両方の補助パイプ端を閉じ、孔を封止した状態にした（封止工程）。
【００８０】
そして、母材を線引き装置にセットして線引き加工を行いファイバ径１２５μｍのＰＣファイバを製造した（線引き工程）。
【００８１】
製造されたＰＣファイバは、クラッドの細孔の孔径が４．２μｍで孔間隔が６．２μｍであり、長さが１ｋｍであった。
【００８２】
（結果比較考察）
実施例２及び３では、１本の母材から２５０ｋｍの長さのＰＣファイバが製造されているが、比較例では、１本の母材から１ｋｍの長さのＰＣファイバしか製造されていない。すなわち、本発明のＰＣファイバの製造方法によれば、従来に比べて飛躍的に生産性を良好にすることができる。なお、実施例１では、１本の母材から１ｋｍの長さのＰＣファイバしか製造されていないが、これは加熱延伸したロッド材を切り分けて母材本体を構成したためであり、より長尺の母材本体を切り分けるようにすれば、さらに長いＰＣファイバを製造することができる。
【００８３】
実施例１〜３では、製造されたＰＣファイバの細孔の孔径が１．５μｍで孔間隔が２．３μｍであるが、比較例では、その孔径が４．２μｍで孔間隔が６．２μｍであり、前者が後者よりも大幅に小さい。すなわち、本発明のＰＣファイバの製造方法によれば、クラッドに設けられる孔の孔径及び孔間隔が従来よりも極めて小さいＰＣファイバを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１に係る準備工程及び穿孔工程の説明図である。
【図２】 本発明の実施形態１に係る母材本体形成工程の説明図である。
【図３】 本発明の実施形態１に係る不純物除去処理工程の塩素ガス処理の説明図である。
【図４】 本発明の実施形態１に係る封止工程の説明図である。
【図５】 本発明の実施形態１に係る被覆部形成材形成工程の石英多孔質層の形成過程を示す説明図である。
【図６】 本発明の実施形態１に係る被覆部形成材形成工程の石英多孔質層の焼成による被覆部形成材の形成過程を示す説明図である。
【図７】 本発明の実施形態１に係る線引き工程の説明図である。
【図８】 本発明の実施形態１に係る製造方法で製造されたＰＣファイバの斜視図である。
【図９】 本発明の実施形態２に係る線引き工程の説明図である。
【図１０】 本発明の実施形態３に係る線引き工程の説明図である。
【符号の説明】
１ ロッド材
１ａ コア形成部
１ｂ クラッド形成部
１ｃ，３ｃ 孔
２ ロッド延伸用ヒータ
３ 母材本体
４ 補助パイプ
５ 酸水素バーナ
６ 石英多孔質層
７ 加熱容器
８ 焼成用ヒータ
９，１２，１５ 被覆部形成材
１０，１３，１６ 母材
１１ 線引き用ヒータ
１４ 孔内圧力調整器
１５ａ エア排出口
２０ ＰＣファイバ
２１ ファイバ本体
２１ａ コア
２１ｂ クラッド
２１ｃ 細孔
２２ 被覆部
Claims (6)
- ファイバ中心に中実又は中空のコアが形成されていると共に、該コアに沿って延びる複数の細孔を有するクラッドが該コアを囲うように設けられたファイバ本体と、該ファイバ本体を被覆する被覆部と、を備えたフォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
石英製のロッド材に上記ファイバ本体の横断面の孔パタンに対応するようにロッド軸方向に延びる複数の孔を形成する穿孔工程と、
上記複数の孔を形成したロッド材をロッド軸方向に加熱延伸することにより細径化して上記ファイバ本体になる母材本体を形成する母材本体形成工程と、
上記母材本体の外周に石英系材料を堆積一体化させることにより上記被覆部になる被覆部形成材を形成する被覆部形成材形成工程と、
上記母材本体と上記被覆部形成材とで母材を構成し、該母材を線引き加工により細径化する線引き工程と、
を備えたことを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの製造方法。 - ファイバ中心に中実又は中空のコアが形成されていると共に、該コアに沿って延びる複数の細孔を有するクラッドが該コアを囲うように設けられたファイバ本体と、該ファイバ本体を被覆する被覆部と、を備えたフォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
石英製のロッド材に上記ファイバ本体の横断面の孔パタンに対応するようにロッド軸方向に延びる複数の孔を形成する穿孔工程と、
上記複数の孔を形成したロッド材をロッド軸方向に加熱延伸することにより細径化して上記ファイバ本体になる母材本体を形成する母材本体形成工程と、
上記母材本体を上記被覆部になる石英製の筒状の被覆部形成材内に配置してそれらで母材を構成し、該母材を線引き加工により該母材本体と該被覆部形成材とを一体化させつつ細径化する線引き工程と、
を備えたことを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの製造方法。 - 請求項１又は２に記載のフォトニッククリスタルファイバの製造方法において、
上記母材本体の複数の孔を封止した状態で線引き加工することを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの製造方法。 - 請求項３に記載のフォトニッククリスタルファイバの製造方法において、
上記複数の孔の封止前に、該複数の孔の内壁の不純物を除去する不純物除去処理を施すことを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの製造方法。 - 請求項２に記載のフォトニッククリスタルファイバの製造方法において、
上記線引き加工時に、上記母材本体の複数の孔が所定の孔径に縮小されるように該複数の孔の孔内の圧力及び該母材本体と上記被覆部形成材との間の空隙内の圧力を制御することを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの製造方法。 - 請求項２又は５に記載されたフォトニッククリスタルファイバの製造方法において、
上記線引き加工時に、上記母材本体と上記被覆部形成材との間の空隙内を負圧に減圧することを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの製造方法。
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