JP3866696B2 - Optical fiber manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバの製造方法に関し、より詳細には、光通信ネットワーク及び光信号処理に用いられる伝送媒体である光ファイバの製造方法に関する。 The present invention relates to an optical fiber manufacturing method, and more particularly to an optical communication network and an optical fiber manufacturing method as a transmission medium used for optical signal processing.
図1は、従来の光ファイバの一般的な構造を示す図で、図中符号1は光ファイバのコア部、2は光ファイバのクラッド部を示している。図1に示すように、従来の光ファイバは、屈折率の高いコア部1の外側に、屈折率の低いクラッド部2を配置した構造のものであった。
FIG. 1 is a diagram showing a general structure of a conventional optical fiber. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a core portion of the optical fiber, and 2 denotes a cladding portion of the optical fiber. As shown in FIG. 1, the conventional optical fiber has a structure in which a
図2は、従来の光ファイバのうち、PCF(Photonic Crystal Fibers)を示す図で、図中符号3は孔、4は純石英ガラス、5は欠陥部を示している。図2に示すように、単一のガラス、例えば、純石英ガラス4に、周期的に孔3を開けた構造となっている。隣接する孔3の間隔は全て等しくなっている。ただし、この光ファイバの中心部には欠陥部5、すなわち、孔3の無い部分が配置されている。この欠陥部5がコアとして動作して光を閉じ込めるように機能する(例えば、非特許文献1参照)。
FIG. 2 is a view showing PCF (Photonic Crystal Fibers) among conventional optical fibers, in which 3 is a hole, 4 is pure silica glass, and 5 is a defect. As shown in FIG. 2, a hole is periodically formed in a single glass, for example, pure quartz glass 4. The intervals between
図3は、図2に示した従来のPCFの製造方法を示す図で、図中符号6はガラスロッド、7は内側ガラスパイプ、8は外側ガラスパイプを示している。中心部には孔3の開いていない六角形のガラスロッド6を設け、その外側には孔3の開いた六角形の内側ガラスパイプ7を設け、これらをさらに外側ガラスパイプ8の中に挿入した後、高温で光ファイバに線引きしていた。
FIG. 3 is a view showing a method of manufacturing the conventional PCF shown in FIG. 2, in which reference numeral 6 denotes a glass rod, 7 denotes an inner glass pipe, and 8 denotes an outer glass pipe. A hexagonal glass rod 6 without a
しかしながら、上述した従来の製造方法では、以下のような問題点がある。
1)光ファイバ化する時、六角形のガラスロッドが熱により変形するため、孔の間隔や大きさが変形し、設計どおりの孔にならず、歩留まりよく光ファイバを作製することが出来なかった。
2)ガラスパイプを束ねて加熱延伸するとき、ガラスパイプの孔径や位置などが初期値から大きく変形するため、任意の位置に、任意の大きさの孔を開けることが出来なかった。
3)六角柱のガラスパイプを作製する際に、ガラスパイプの側面を研削加工する必要があるが、加工時の傷の発生及びガラスパイプを束ねた時の界面の不整合がどうしても避けられない。そのため、束ねたガラスパイプを一体化する時、傷が消滅する前に気泡としてガラスの内部に取り込まれてしまう。これはPCFの不要な孔を付加することになるためPCF作製上大きな問題となっていた。
4)また、これまでの孔開け加工方法では孔を数十から数百本以上開けるためその全てを精度よくあけることは難しく、その中の何本かの孔の内面にはクラックが発生する場合があり、PCFの歩留まりが悪く、製造コストを高くする原因になっていた。
However, the conventional manufacturing method described above has the following problems.
1) Since the hexagonal glass rod is deformed by heat when it is made into an optical fiber, the interval and size of the holes are deformed, and the holes are not designed as designed, so that an optical fiber cannot be manufactured with a high yield. .
2) When a glass pipe is bundled and heated and stretched, the hole diameter and position of the glass pipe are greatly deformed from the initial values, and therefore, a hole of an arbitrary size cannot be formed at an arbitrary position.
3) When manufacturing a hexagonal glass pipe, it is necessary to grind the side surface of the glass pipe. However, the occurrence of scratches during processing and inconsistencies in the interface when the glass pipes are bundled are unavoidable. Therefore, when the bundled glass pipes are integrated, they are taken into the glass as bubbles before the scratches disappear. This is a big problem in the production of PCF because it adds unnecessary holes in the PCF.
4) In addition, with the conventional drilling methods, it is difficult to accurately drill all of tens to hundreds of holes, and cracks occur on the inner surfaces of some of the holes. And the yield of the PCF is poor, which increases the manufacturing cost.
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、長尺かつ分散特性が一定で、低損失の光ファイバの製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a method for producing a long-length, low-loss optical fiber having a constant dispersion characteristic.
本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、光の導波されるコア部と、該コア部の周囲に複数個配置され、光の波長と同程度の直径を有し、光の導波方向と平行に開けられた空孔とからなる光ファイバの製造方法において、一体化すると一つのガラスロッドを形成し、光の導波方向に平行な断面を有するガラスロッド部品を用意して、前記ガラスロッド部品に超音波ドリルで光の導波方向と平行に複数の空孔を開け、該ガラスロッド部品の前記断面を重ね合わせて、組み立てられた前記コア部と前記複数個の空孔とからなるガラスロッドを、加熱して一体化し、前記光ファイバに線引きすることを特徴とする。 The present invention has been made in order to achieve the above object, a first aspect of the present invention, a core portion which is guided light is plurality disposed around the core portion, of the light In a method of manufacturing an optical fiber having a hole having a diameter approximately equal to the wavelength and formed in parallel with the light guiding direction, a single glass rod is formed when integrated to form a light guiding direction. are prepared glass rod part having a cross-section parallel, the parallel to the light propagation direction in the ultrasonic drill glass rod part open multiple pores, and superimposed the cross section of the glass rod part, the glass rod consisting of the assembly we are said core portion and said plurality of holes, heated to integrated, characterized in that drawing the optical fiber.
また、請求項2に記載の発明は、光の導波されるコア部と、該コア部の周囲に複数個配置され、光の波長と同程度の直径を有し、光の導波方向と平行に開けられた空孔とからなる光ファイバの製造方法において、一体化すると一つのガラスロッドを形成し、光の導波方向に平行な断面を有するガラスロッド部品を用意して、前記ガラスロッド部品に超音波ドリルで光の導波方向と平行に複数の空孔を開け、該ガラスロッド部品の前記断面を重ね合わせて、組み立てられた前記コア部と前記複数個の空孔とからなるガラスロッドの外側にガラスパイプを被嵌した後、前記光ファイバに線引きすることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there are provided a core portion through which light is guided, a plurality of core portions arranged around the core portion, having a diameter approximately equal to the wavelength of light, In a manufacturing method of an optical fiber comprising holes opened in parallel, a glass rod part having a cross section parallel to the light guiding direction is prepared by forming a glass rod when integrated, and the glass rod A glass composed of the core part and the plurality of holes assembled by opening a plurality of holes in the part in parallel with the light guiding direction with an ultrasonic drill and overlapping the cross sections of the glass rod parts. After the glass pipe is fitted on the outside of the rod, the optical fiber is drawn.
また、請求項3に記載の発明は、光の導波されるコア部と、該コア部の周囲に複数個配置され、光の波長と同程度の直径を有し、光の導波方向と平行に開けられた空孔とからなる光ファイバの製造方法において、一体化すると一つのガラスロッドを形成し、光の導波方向に平行な断面を有するガラスロッド部品を用意して、前記ガラスロッド部品に超音波ドリルで光の導波方向と平行に複数の空孔を開け、該ガラスロッド部品の前記断面を重ね合わせて、組み立てられた前記コア部と前記複数個の空孔とからなるガラスロッドを、加熱して一体化し、前記一体化したガラスロッドの外側に、クラッド部となるガラス微粒子を形成し、その後に加熱して透明ガラス化した後、前記光ファイバに線引きすることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there are provided a core portion through which light is guided, a plurality of core portions arranged around the core portion, having a diameter approximately equal to the wavelength of light, In a manufacturing method of an optical fiber comprising holes opened in parallel, a glass rod part having a cross section parallel to the light guiding direction is prepared by forming a glass rod when integrated, and the glass rod A glass composed of the core part and the plurality of holes assembled by opening a plurality of holes in the part in parallel with the light guiding direction with an ultrasonic drill and overlapping the cross sections of the glass rod parts. The rod is heated and integrated, and glass fine particles serving as a clad portion are formed on the outside of the integrated glass rod , and then heated to form a transparent glass, and then drawn to the optical fiber. To do.
このように、本発明は、光ファイバの出発になるガラスロッドに、超音波ドリルで孔を開ける。その後、孔を開けたガラスロッドを延伸加工し、出来た孔開けガラスロッドを束ねて、一体化し、PCF用のプリフォームとする。一度に開ける孔の数は束ねるガラスロッドが多いほど少なくてすむため、低コストで、孔開けの失敗が無いPCFが作成できる。
本発明の利用分野としては、分散を補償し、非線形効果を利用したデバイス、偏波を保持する光ファイバなどがある。
Thus, in the present invention, a hole is made with an ultrasonic drill in a glass rod that is a starting point of an optical fiber. Thereafter, the glass rods with holes are stretched, and the resulting holed glass rods are bundled and integrated into a PCF preform. Since the number of glass rods to be bundled at a time is smaller as the number of glass rods to be bundled is smaller, it is possible to produce a PCF that is low in cost and has no failure in drilling.
Fields of application of the present invention include devices that compensate for dispersion and use nonlinear effects, and optical fibers that maintain polarization.
以上説明したように、本発明によれば、光の導波されるコア部と、このコア部の周囲に配置され、光の波長と同程度の直径の複数個の空隙からなる光ファイバの製造方法において、光ファイバの元になる空隙を超音波ドリルで複数個開けたガラスロッドを複数個用意し、複数のガラスロッドの側面を重ね合わせ、重ね合わされたガラスロッドを、このガラスロッドの外径と同程度の内径を有するガラスパイプに挿入した後、前記光ファイバに線引きするので、1つのガラスロッドにおける孔数が少ないため、孔加工のミスが少なくなり、PCF作成の歩留まりが上がる。このため、径の変化の少ない(μm程度)正確な孔を数個〜数百個、孔間隔を等しく低コストで加工できる。この後、通常の線引きを行なうことにより、孔の大きさ間隔などは、初期の孔形状と相似変形するため、設計どおりの光ファイバを容易に作製することが出来る。 As described above, according to the present invention, an optical fiber comprising a core portion through which light is guided and a plurality of air gaps having a diameter approximately the same as the wavelength of light disposed around the core portion. In the method, prepare a plurality of glass rods in which a plurality of gaps that form the basis of the optical fiber are opened with an ultrasonic drill, superimpose the side surfaces of the plurality of glass rods, and use the superposed glass rod as an outer diameter of the glass rod. After being inserted into a glass pipe having the same inner diameter as that of the optical fiber, the optical fiber is drawn. Therefore, since the number of holes in one glass rod is small, the number of holes is reduced and the PCF production yield is increased. For this reason, it is possible to process several to hundreds of accurate holes with a small change in diameter (about μm) and the hole interval equally at low cost. After that, by performing normal drawing, the hole size interval and the like are deformed similarly to the initial hole shape, so that an optical fiber as designed can be easily manufactured.
また、孔と孔の間には、ガラスの接続部が存在しないため、構造不整による損失が発生しない。このため、設計どおりに長尺の低損失の光ファイバを歩留まりよく製造できる。 Moreover, since there is no glass connection between the holes, there is no loss due to structural irregularities. For this reason, a long, low-loss optical fiber can be manufactured with high yield as designed.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
PCFの分散特性やMFD特性などは、孔径d及び孔間隔Aによって決まる。PCFを歩留まりよく製造するためには、孔径d及び孔間隔Aなどの再現性が重要である。また、低損失のPCFを実現するためには、1)出発となるガラスの損失(レーリー散乱損失、赤外吸収損失など)が低いこと、2)孔の形状を光ファイバ長手方向に維持すること、3)孔の面粗さを少なくすること、4)孔内面および内部の不純物を低減することなどが必要になる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The dispersion characteristics and MFD characteristics of PCF are determined by the hole diameter d and the hole interval A. In order to manufacture PCF with high yield, reproducibility such as hole diameter d and hole interval A is important. In order to realize a low-loss PCF, 1) the loss of the starting glass (Rayleigh scattering loss, infrared absorption loss, etc.) is low, and 2) the hole shape is maintained in the longitudinal direction of the optical fiber. 3) It is necessary to reduce the surface roughness of the holes, and 4) to reduce impurities inside and inside the holes.
図4は、d/A=0.5とした場合の分散の波長依存性を示す図である。
孔間隔Aが1.6μmの場合の零分散波長は1.2μm、孔間隔Aが1.9μmの場合には零分散波長は1.68μmとなる。孔間隔Aが0.3μm増加すると、零分散波長は0.48μm増加する。
FIG. 4 is a diagram showing the wavelength dependence of dispersion when d / A = 0.5.
When the hole interval A is 1.6 μm, the zero dispersion wavelength is 1.2 μm, and when the hole interval A is 1.9 μm, the zero dispersion wavelength is 1.68 μm. As the hole spacing A increases by 0.3 μm, the zero dispersion wavelength increases by 0.48 μm.
図5は、A=1.6μmとした場合の分散の波長依存性を示す図である。
例えば、孔径dが0.8μmから0.9μmに増加すると零分散波長は1.2μmから1.4μmに変化する。すなわち、孔径dが11%変化すると零分散波長は200nm変化する。従って、零分散波長の変化を10nm程度におさえるためには0.5%以下の孔径変動にしなければならない。
FIG. 5 is a diagram showing the wavelength dependence of dispersion when A = 1.6 μm.
For example, when the pore diameter d increases from 0.8 μm to 0.9 μm, the zero dispersion wavelength changes from 1.2 μm to 1.4 μm. That is, when the pore diameter d changes by 11%, the zero dispersion wavelength changes by 200 nm. Therefore, in order to suppress the change of the zero dispersion wavelength to about 10 nm, the pore diameter variation must be 0.5% or less.
図6は、本発明に係る光ファイバの製造方法の実施例1を示す図で、図中符号13は孔、14(14a〜14c)はガラスロッド、15は欠陥部を示している。外径40mm、長さ200mmのガラスロッド14を3分割して、それぞれのガラスロッド14a〜14cに、超音波ドリルで内径3mmの孔3を5mm間隔で開けた。その後、この3分割したガラスロッド14a〜14cを酸水素バーナーにて一体化し、断面が円形の孔開けガラスロッド14を構成した。
FIG. 6 is a view showing Example 1 of the optical fiber manufacturing method according to the present invention, in which
孔13を開けるに際し、孔内面のクラックが発生した場合には、光ファイバに線引きした後の光損失が大きくなる。例えば、18本の孔13の内で1本の孔にクラックが発生した場合でも、光ファイバに線引きした後の光損失が大きくなるため、孔開きガラスロッド14は使用できなくなってしまう。本発明のように、3分割したガラスロッド14a〜14cの孔数は、図6に示すように、それぞれ3,12,3となり、孔内面のクラック発生の確率が大幅に低減する。
When a
PCFでは、導波特性をもたせるために中心部に孔のない欠陥部15を配置している。孔13を開けた後のガラスロッド14の一部を切断して、孔13の形状を測定した。孔径dは3mm±10μm以内であった。また、孔間隔Aは5mm±10μm以内であった。
In the PCF, a
次に、孔13の内面をフッ酸にて洗浄後乾燥させた後、この孔13の開いたガラスロッド14を電気炉で加熱し、125μm径の光ファイバに線引きした。作製した光ファイバ長は10kmであった。光ファイバ線引き後、その光ファイバを切断し、電子顕微鏡で孔径d及び孔間隔Aを測定した。光ファイバ線引き後の孔径dは9.4μmであり、孔間隔Aは15.6μmであり、元の孔の開いたガラスロッドにおける孔の形状と相似の孔開き光ファイバが実現でき、光ファイバの全長にわたって形状の変化はなかった。また、この光ファイバの光損失は、波長1.3μmで0.5dB/km、波長1.55μmでは0.3dB/kmと低損失であった。
Next, the inner surface of the
図7は、本発明に係る光ファイバの製造方法の実施例2を説明するための図で、図中符号9はガラスパイプを示している。なお、図6と同じ機能を有する構成要素には同一の符号を付してある。外径40mm、長さ200mmのガラスロッド14を3分割し、それぞれのガラスロッド14a〜14cに、孔径dが1.4mm、孔間隔Aが2.9mmの孔13を開けた。ただし、中心部には孔は開けていない。
FIG. 7 is a view for explaining Example 2 of the method for manufacturing an optical fiber according to the present invention, and
このようにして作製した孔開きガラスロッド14を洗浄して乾燥させた後、電気炉中で25倍の長さに延伸後、3分割したガラスロッド14a〜14cを外径40mm、内径9mmのガラスパイプ9に挿入し、125μm径の光ファイバに線引きした。光ファイバ長は5kmであり、光ファイバ線引き後の孔径dは0.9μm、孔間隔Aは1.8μmであり、光ファイバ全長で一定であった。損失は波長1.3μmで1dB/km、波長1.55μmでは0.6dB/kmであった。
After the
このようにして作製したPCFの零分散波長は1.55μmであり、波長1.55μmでの分散スロープは−0.1ps/km/nm2であった。このPCFを用いて1.55μm零分散の分散シフトファイバの波長1.55μmでの分散を補償した。その結果、波長1.5〜1.6μmでの分散値は±0.1ps/km/nm2とすることができた。 The zero dispersion wavelength of the PCF thus produced was 1.55 μm, and the dispersion slope at the wavelength of 1.55 μm was −0.1 ps / km / nm 2 . This PCF was used to compensate the dispersion at a wavelength of 1.55 μm of a dispersion-shifted fiber having a 1.55 μm zero dispersion. As a result, the dispersion value at a wavelength of 1.5 to 1.6 μm could be ± 0.1 ps / km / nm 2 .
図8は、本発明に係る光ファイバの製造方法の実施例3を説明するための図で、図中符号11はバーナー、12はガラス微粒子を示している。なお、図7と同じ機能を有する構成要素については同一の符号を付してある。上述した実施例1に示すように、ガラスロッド14を3分割し、超音波ドリルを用いて、それぞれのガラスロッド14a〜14cに孔径dが1.3mm、孔間隔Aが2.8mmの孔13をあけた。
FIG. 8 is a view for explaining Example 3 of the optical fiber manufacturing method according to the present invention, in which
この孔開きガラスロッド14を外径10mmに延伸後、酸水素バーナーにて一体化した。次に、VAD法を用いてガラス合成用バーナー11で、一体化した孔開きガラスロッド14の外周部にガラス微粒子12を形成した後、電気炉内で1700℃に加熱し、外径50mm、孔径0.33mmの出発ガラス母材を形成した。この孔開きガラス材を光ファイバ線引き炉により加熱して125μm径の光ファイバ10kmを作製した。
The
光ファイバ線引き後の孔径dは0.83μm、孔間隔Aは1.8μmであり、作製した光ファイバの全長に渡って孔径d及び孔間隔Aは一定であった。また、作製した光ファイバの損失は波長1.3μmで2dB/km、波長1.55μmでは0.5dB/kmであった。零分散波長は1.31μm、波長1.31μmでの分散スロープは−0.1ps/km/nm2であった。 The hole diameter d after drawing the optical fiber was 0.83 μm, and the hole interval A was 1.8 μm. The hole diameter d and the hole interval A were constant over the entire length of the manufactured optical fiber. The loss of the manufactured optical fiber was 2 dB / km at a wavelength of 1.3 μm, and 0.5 dB / km at a wavelength of 1.55 μm. The zero dispersion wavelength was 1.31 μm, and the dispersion slope at the wavelength of 1.31 μm was −0.1 ps / km / nm 2 .
この光ファイバを用いて従来型のSMFの波長1.3〜1.4μmでの分散を補償した。その結果、波長1.3〜1.4μmでの分散値は±0.1ps/km/nm2とすることができた。 This optical fiber was used to compensate for dispersion of a conventional SMF at a wavelength of 1.3 to 1.4 μm. As a result, the dispersion value at a wavelength of 1.3 to 1.4 μm could be ± 0.1 ps / km / nm 2 .
本発明は、光通信ネットワーク及び光信号処理に用いられる伝送媒体である光ファイバの製造方法に関し、長尺かつ分散特性が一定で、低損失の光ファイバの製造方法を提供することができる。 The present invention relates to an optical fiber manufacturing method that is a transmission medium used for an optical communication network and optical signal processing, and can provide a method for manufacturing an optical fiber that is long, has constant dispersion characteristics, and has low loss.
1 光ファイバのコア部
2 光ファイバのクラッド部
3 孔
4 純石英ガラス
5 欠陥部
6 ガラスロッド
7 内側ガラスパイプ
8 外側ガラスパイプ
9 ガラスパイプ
11 バーナー
12 ガラス微粒子
13 孔
14(14a〜14c) ガラスロッド
15 欠陥部
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