JP3866725B2 - Manufacturing method of plastic holey fiber - Google Patents
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本発明は、コア近傍のクラッド内をコアの軸方向に貫通する複数の空孔を備えたプラスチックホーリーファイバの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a manufacturing method for a plastic holey fiber with a plurality of pores penetrating the interior of the core near the clad in the axial direction of the core.
大容量、高速な通信を可能とする光ファイバは光通信ネットワークを構築する上で欠くことのできないものであるが、近年および将来の光通信ネットワークにおける光信号の高速化、情報の増大化に伴ってさらなる大容量の光ファイバが要求されており、現在、この要求を満たす新たな光ファイバとして、フォトニッククリスタル光ファイバ(PCF:Photonic Crystal Fiber)と称される光ファイバが注目されている。 Optical fibers that enable high-capacity and high-speed communication are indispensable for the construction of optical communication networks. However, in recent and future optical communication networks, optical signals have become faster and information has increased. In addition, an optical fiber called a photonic crystal optical fiber (PCF) is attracting attention as a new optical fiber that satisfies this requirement.
このPCFは、コアを覆うクラッド内に屈折率の周期構造であるフォトニック構造を備えたものであり、具体的には蜂の巣のようなハニカム構造の空間をクラッド部に設けることで、光の禁制帯であるフォトニックバンドギャップ(PBG:Photonic Band Gap)を発生させたものである(例えば、非特許文献1参照。)。 This PCF has a photonic structure, which is a periodic structure of refractive index, in the clad covering the core. Specifically, by providing a space of a honeycomb structure like a honeycomb in the clad portion, light is forbidden. A photonic band gap (PBG) that is a band is generated (see, for example, Non-Patent Document 1).
また、このようなPBG構造を導波原理とする中空コアのPCFがある(例えば、非特許文献2参照。)。この中空コアのPCFは、光が伝搬するコアに石英媒質がないため、損失の主要因となるレーリー散乱が非常に小さくなる超低損失ファイバの可能性を有するものである。中空コアのPCFとしては、例えば特許文献1に、0.01dB/km程度の低損失化が期待できる旨の記載がある。
In addition, there is a hollow core PCF having such a PBG structure as a waveguide principle (see, for example, Non-Patent Document 2). This hollow core PCF has the possibility of an ultra-low loss fiber in which Rayleigh scattering, which is a main factor of loss, is extremely small because there is no quartz medium in the core through which light propagates. As a PCF having a hollow core, for example,
しかし、これら従来のPCFにおいては、そのPBG構造にわずかな構造的揺らぎがあると光の伝搬条件が維持できなくなり、いわゆる構造不整損失を発生させることから、このPBG構造を精密に構成する必要があり、実用化には多くの課題が残っている。 However, in these conventional PCFs, if there is a slight structural fluctuation in the PBG structure, the light propagation condition cannot be maintained, and so-called structural loss is generated. Therefore, it is necessary to precisely configure the PBG structure. There are still many issues remaining for practical use.
一方、最近では上述したPCFのような完全なPBG構造を有するものではないが、ガラス組成の違いにより比屈折率差を持たせた従来の光ファイバのコア近傍のクラッド内に、クラッド内をその軸方向に貫通する空孔を複数形成した、いいわゆるホーリーファイバと称される光ファイバが提案されている。ホーリーファイバは、これら空孔により、クラッドの実効的な屈折率を下げると共にコア/クラッド間の比屈折率差を拡大することで、従来では得られなかった特性を有する。 On the other hand, although it does not have a complete PBG structure like the PCF described above recently, the clad is placed in the clad near the core of the conventional optical fiber having a relative refractive index difference due to the difference in glass composition. An optical fiber called a so-called holey fiber, in which a plurality of holes penetrating in the axial direction are formed, has been proposed. The holey fiber has characteristics that could not be obtained in the past by lowering the effective refractive index of the clad and expanding the relative refractive index difference between the core and the clad by these holes.
このようなホーリーファイバとしては、例えば非特許文献3に、通常のシングルモードファイバの構造を有するファイバのコア近傍のクラッド内に、4つの空孔を形成したホーリーファイバが記載されている。このホーリーファイバは、コア/クラッド間の実効的な比屈折率差を拡大することで、0.8μm波帯にゼロ分散とシングルモード動作があるファイバを実現したものである。
As such a holey fiber, for example, Non-Patent
ところで、このような従来のホーリーファイバは、石英ガラスを材質としており、紡糸前の石英ガラスロッド(プリフォーム)に機械的な穴あけ加工を施し、それを所定のファイバ径に紡糸して製造される。これに対し、製造コストの低減や可撓性の向上を目的として、プラスチック(樹脂)を材質としたプラスチックホーリーファイバが提案されている。 By the way, such a conventional holey fiber is made of quartz glass, and is manufactured by subjecting a quartz glass rod (preform) before spinning to mechanical punching and spinning it to a predetermined fiber diameter. . On the other hand, plastic holey fibers made of plastic (resin) have been proposed for the purpose of reducing manufacturing costs and improving flexibility.
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、特許文献2がある。
In addition, there exists
しかしながら、従来のホーリーファイバは、複数の空孔がファイバの長手方向に沿って直線状に形成されているので、加工精度上、ファイバ中心(コア)に対して完全な対称構造にすることが難しく、これにより、屈折率の偏りが発生し、偏波モード分散(PMD)特性が悪くなっていた。 However, in the conventional holey fiber, since a plurality of holes are formed linearly along the longitudinal direction of the fiber, it is difficult to make a complete symmetrical structure with respect to the fiber center (core) in terms of processing accuracy. As a result, the refractive index is biased and the polarization mode dispersion (PMD) characteristic is deteriorated.
そこで、本発明の目的は、PMD特性に優れる低コストなプラスチックホーリーファイバの製造方法を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a low-cost plastic holey fiber having excellent PMD characteristics.
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項1の発明は、コアと、コアの外周を覆うクラッドと、コア近傍のクラッド内をその軸方向に貫通する複数の空孔とを備えたプラスチックホーリーファイバの製造方法において、コア押出しノズルからコア用樹脂を押し出すと共に、そのコア押出しノズルを覆うように設けられるクラッド押出しノズルからクラッド用樹脂を押し出して複合押出し成形を行う際、予め上記コア押出しノズルの先端に上記複数の空孔を形成するためのピンを複数本取り付けておき、そのコア押出しノズルもしくは上記クラッド押出しノズルを所定の速度で回転させ、上記複合押出し成形と同時に上記複数の空孔をコアの軸回りに螺旋状に連続的に形成するプラスチックホーリーファイバの製造方法である。
The present invention has been devised to achieve the above object, and the invention of
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。 As is apparent from the above description, according to the present invention, the following excellent effects are exhibited.
(1)プラスチックホーリーファイバの複数の空孔をコアの軸回りに螺旋状に形成した螺旋構造とすることで、PMD特性を大幅に改善できる。 (1) PMD characteristics can be greatly improved by providing a spiral structure in which a plurality of holes in a plastic holey fiber are formed in a spiral shape around the axis of the core.
(2)石英ガラスからなるホーリーファイバではなかなか実現することが難しい空孔の螺旋構造の製造も、プラスチックホーリーファイバでは容易に行うことが可能となり、より低コストで高品質なホーリーファイバが得られる。 (2) Manufacturing of a spiral structure of a hole that is difficult to realize with a holey fiber made of quartz glass can be easily performed with a plastic holey fiber, and a high-quality holey fiber can be obtained at a lower cost.
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1(a)は本発明の好適実施の形態であるプラスチックホーリーファイバの横断面図を示し、図1(b)はその構造図を示したものである。 FIG. 1 (a) shows a cross-sectional view of a plastic holey fiber according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) shows a structural diagram thereof.
図1(a)および図1(b)に示すように、本発明に係るプラスチックホーリーファイバ1は、中心に配置されるコア2と、そのコア2の外周を覆うクラッド3と、コア2近傍のクラッド3内をその軸方向に貫通する8個の空孔4と、クラッド3の外周を被覆するジャケット5とから構成され、8個の空孔4をコア2の軸回りに所定ピッチで螺旋状に形成したものである。
As shown in FIG. 1A and FIG. 1B, a plastic
各空孔4は、断面が円状に形成され、ファイバ1の横断面で見ると、コア2の中心から所定距離隔てたクラッド3内に同心円状かつ等間隔で配列形成される。本実施の形態では、各空孔4の直径φhを30μmとした。
Each of the
コア2は、例えば、特に透明性などの光学特性に優れたコア用樹脂としてのポリメチルメタクリレートからなり、断面が円状かつ全体が棒状に形成される。クラッド3は、例えば、屈折率をコア2よりも小さくするためにクラッド用樹脂としてのフッ素系樹脂からなり、各空孔4を除いて断面がリング状かつ全体が円筒状に形成される。ジャケット5は断面がリング状かつ全体が円筒状に形成される。本実施の形態では、コア2の直径φaを0.2mm、クラッド3の外径φbを1mm、ジャケット5の外径φを2mmとした。
The
次に、プラスチックホーリーファイバ1を製造するファイバ製造装置を説明する。
Next, a fiber manufacturing apparatus for manufacturing the
図2に示すように、本発明に係るファイバ製造装置21は、コア用樹脂aを押し出してコアを形成するコア形成部材22aと、そのコア形成部材22aと同時に運転され、コアの外周にクラッド用樹脂bを押し出してクラッドを形成するクラッド形成部材22bと、コア形成部材22aおよびクラッド形成部材22bからのファイバ母材1pを、所定の線引き速度で線引きして巻き取る巻取器23とを備えている。
As shown in FIG. 2, the fiber manufacturing apparatus 21 according to the present invention is operated simultaneously with a core forming member 22a that extrudes a core resin a to form a core, and the core forming member 22a, and is disposed on the outer periphery of the core. A clad forming member 22b that extrudes the resin b to form a clad, and a
コア形成部材22aは、コア用樹脂タンク24aからのコア用樹脂aを、モータ25aで回転するスクリュウ26aによって下方に送り出し、スクリュウ26aの下方に設けられるコア押出しノズル27aから下方に押し出す。 The core forming member 22a feeds the core resin a from the core resin tank 24a downward by a screw 26a rotated by a motor 25a, and pushes it downward from a core extrusion nozzle 27a provided below the screw 26a.
同様にクラッド形成部材22bは、クラッド用樹脂タンク24bからのクラッド用樹脂bを、モータ25bで回転するスクリュウ26bによって右方に送り出し、スクリュウ26b右方にコア押出しノズル27aの下部を覆うように設けられて固定されるクラッド押出しノズル27bから下方に押し出す。
Similarly, the clad forming member 22b is provided so that the clad resin b from the clad resin tank 24b is sent to the right by the screw 26b rotated by the motor 25b and covers the lower part of the core extrusion nozzle 27a to the right of the screw 26b. Then, it is pushed downward from the
さて、図3に示すように、コア押出しノズル27aの中心から所定距離隔てた先端tには、ノズル27aの先端位置からノズル27bの先端位置までの下方に突出する着脱可能なピン31が、同心円状かつ等間隔で8本配置され、取り付け固定される。このコア押出しノズル27aは、詳細は示していないが、モータにより、その中心を回転軸Aとして所定の速度で矢印Rで示した方向に回転可能に設けられる。
As shown in FIG. 3, a detachable pin 31 that protrudes downward from the tip position of the nozzle 27a to the tip position of the
プラスチックホーリーファイバ1の製造方法を説明する。
A method for manufacturing the
まず、装置21のコア形成部材22aのコア押出しノズル27aからコア用樹脂aを下方に押し出すと共に、クラッド形成部材22bのクラッド押出しノズル27bからクラッド用押出し樹脂bを下方に押し出してコア2とクラッド3の複合押出し成形を行う。
First, the core resin a is extruded downward from the core extrusion nozzle 27a of the core forming member 22a of the device 21, and the clad extrusion resin b is extruded downward from the
これと同時にコア押出しノズル27aを回転させ、その先端に取り付け固定されたピン31をコア押出しノズル27aと共に回転させる。すると、コア2とクラッド3の複合押出し成形と同時に、コア2近傍のクラッド3内に複数の空孔4がコア2の軸回りに螺旋状に連続的に形成されていき、クラッド押出しノズル27bの先端からファイバ母材1pが下方に送り出される。このファイバ母材1pを、クラッド押出しノズル27bの下方に設けられた巻取器23によって線引きして巻き取り、さらに、別工程でジャケット5で被覆すると、図1(a)および図1(b)で示したプラスチックホーリーファイバ1が得られる。
At the same time, the core extrusion nozzle 27a is rotated, and the pin 31 attached and fixed to the tip thereof is rotated together with the core extrusion nozzle 27a. Then, simultaneously with the composite extrusion molding of the
このように、本発明に係るプラスチックホーリーファイバ1は、コア2近傍のクラッド3内を貫通する複数の空孔4を、コア2の軸回りに螺旋状に形成した螺旋構造とすることで、長尺のファイバ1全体から見れば、複数の空孔4がファイバ1中心(コア2)に対してほぼ完全な対称構造となるので、屈折率の偏りが発生せず、PMD特性を大幅に改善できる。
As described above, the plastic
また、本発明に係る製造方法によれば、空孔4の螺旋構造は、コア押出しノズル27aを回転させることで、容易に形成できる。空孔4の螺旋のピッチは、コア押出しノズル27aの回転速度と巻取器23の線引き速度とを適宜設定することで、容易に変えることができる。さらに、空孔4の個数と配列についても、ノズル27aの先端に取り付け固定されるピン31の本数と配置を変えることで、簡単に変更できる。
Moreover, according to the manufacturing method which concerns on this invention, the helical structure of the void |
したがって、石英ガラスからなるホーリーファイバではなかなか実現することが難しい空孔4の螺旋構造の製造も、プラスチックホーリーファイバでは容易に行うことが可能となり、しかもプリフォームを形成する必要がないので、より低コストで高品質なホーリーファイバが得られる。
Therefore, it is possible to easily manufacture the spiral structure of the
上記実施の形態では、コア2近傍のクラッド3内に8個の空孔4を形成した例で説明したが、本発明は、空孔4の個数・配列のみならず、空孔4とコア2間の距離についても特に限定されるものではない。
In the above embodiment, the example in which the eight
また、コア押出しノズル27aを回転可能に設け、クラッド押出しノズル27bを固定する例で説明したが、クラッド押出しノズル27bを回転可能に設け、コア押出しノズル27aを固定してもよい。つまり、一方のノズルを他方のノズルに対して相対的に回転可能に設ければよい。
In addition, the example in which the core extrusion nozzle 27a is rotatably provided and the
1 プラスチックホーリーファイバ
2 コア
3 クラッド
4 空孔
1 Plastic
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