JP3872264B2 - 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の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバは、SiO2を主体とするコア部とクラッド部とからなり、光を伝搬する媒体として非常によく知られている。そして、上記のようなコア部とクラッド部とからなる光ファイバでは得ることができないような大きな波長分散を発現するものとしてフォトニッククリスタルファイバが注目を集めている。このフォトニッククリスタルファイバは、ファイバ中心を長手方向に延び、中実又は中空に形成されたコア部と、そのコア部を囲うように設けられ、コア部に沿って延び且つコア部の周囲に配設された多数の細孔を有する多孔部とを備えている。
【0003】
そして、かかるフォトニッククリスタルファイバの製造方法としては、筒状のサポート管に、それと平行に多数のキャピラリ(丸管)を充填すると共に、中実のコア部に形成されるコア部材を該サポート管の軸部に配置して又は中空のコア部に形成される空間を該サポート管の軸部に形成してプリフォームを作成し、そのプリフォームを線引き加工により細径化するというものがある。
【0004】
この場合において、充填するキャピラリが丸管であると、互いに隣接し合う3本のキャピラリが最密充填状態に配置された際、中央に断面略三角形状の空間が形成され、それがそのまま線引き加工されるとインタースティシャルサイト(interstitial site)と称される細孔がキャピラリの穴とは別個に形成されることとなる。そして、所望の特性を有するフォトニッククリスタルファイバを得るために、このインタースティシャルサイトの発生を抑止する必要がある場合があり、かかる場合、線引き加工温度を高くしてキャピラリの粘度を下げた状態で線引き加工し、キャピラリ間に形成される断面略三角形状の空間を塞ぐようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の如く線引き加工温度を高くすると、キャピラリが変形する際に、本来塞がれてはいけないキャピラリの穴(格子点部分に相当)まで塞がってしまうという問題がある。
【0006】
また、線引き加工時にインタースティシャルサイトとなる空間を塞ごうとすると、大幅な体積収縮が生じることとなり、サポート管とキャピラリ束との間に隙間が生じてしまうという問題や、また、インタースティシャルサイトがキャピラリの表面張力や粘性によって収縮することを期待した設計を行うと、設計寸法と出来上がり寸法との合致性が悪くなるという問題もある。
【0007】
さらに、露出しているキャピラリ外側面が多くなるので、輻射熱がプリフォームの中心部まで届かないことに加え、キャピラリ間に空隙が多く存在するためにキャピラリ間の熱伝導が悪く、プリフォーム内の温度分布が不均一となり、線引き加工時にプリフォームの外側部は容易に昇温するのに対し、中心部は昇温させるのに長時間を要するという問題もある。
【0008】
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、丸管のキャピラリを使用した際に生じる上記問題点を解消するフォトニッククリスタルファイバの製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、サポート管に充填するキャピラリの横断面外郭形状を、隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形にしたものである。
【0010】
具体的には、本発明は、筒状のサポート管内に、該サポート管の中心軸と平行に多数のキャピラリを最密充填すると共に、中実のコア部となるコア部材を該サポート管の中心軸部に配置して又は中空のコア部となる空間を該サポート管の中心軸部に形成してプリフォームを作成し、該プリフォームを線引き加工により細径化するフォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
上記キャピラリは、横断面外郭形状が隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形に形成されていると共に、長さ方向に沿って延びる穴が複数形成されていることを特徴とする。
【0011】
また、別の本発明は、筒状のサポート管内に、該サポート管の中心軸と平行に多数のキャピラリを最密充填すると共に、中実のコア部となるコア部材を該サポート管の中心軸部に配置して又は中空のコア部となる空間を該サポート管の中心軸部に形成してプリフォームを作成し、該プリフォームを線引き加工により細径化するフォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
上記キャピラリの横断面外郭形状が、隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形に形成されており、
上記サポート管に充填する多数のキャピラリにより構成されるキャピラリ群は、複数本 のキャピラリの外側部同士が相互に接合されて形成されたキャピラリ複数体を複数含むことを特徴とする。
【0012】
このキャピラリの横断面外郭形状が形成される隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形としては、正三角形及び二等辺三角形のうちのいずれかの三角形、又は正方形、長方形、菱形、平行四辺形及び台形のうちのいずれかの四角形、若しくは正六角形のいずれかを例示することができる。そして、各断面の重心位置にキャピラリの穴を設けるとすると、キャピラリの横断面外郭形状が正三角形又は正方形若しくは正六角形の場合には、キャピラリの穴間の間隔が均一な構造(格子間定数が均一)のものが得られ、キャピラリの横断面外郭形状が二等辺三角形、長方形、菱形、平行四辺形又は台形の場合には、キャピラリの穴間の間隔が方向によって異なる構造(格子間定数が方向によって異なる)のものが得られることとなる。
【0013】
【発明の効果】
本発明及び別の本発明によれば、丸管のキャピラリを使用した場合のようにキャピラリ間にインタースティシャルサイトとなる空間がプリフォームに形成されないので、それを塞ぐために高温で線引き加工する必要がなく、線引き温度を比較的低温とすることができ、キャピラリの穴を塞ぐことなく線引き加工を行うことができる。
【0014】
また、インタースティシャルサイトとなる空間が形成されず、サポート管内におけるキャピラリの体積充填率(占有率)が高くなるので、線引き加工時におけるキャピラリ束の収縮量は小さく、サポート管とキャピラリ束との間に生じる隙間が最小限に抑えられる。その上、キャピラリ及びサポート管の粘度、収縮率等の制御しがたい条件を考慮することなく完成後の形状を設計できるので、高度な寸法設計とその設計に忠実なフォトニッククリスタルファイバの製造が可能となる。加えて、キャピラリ相互の接触面積が多く、キャピラリ相互の密着度が高くなるので、キャピラリ相互の摩擦によりキャピラリの位置ずれ(相転移)が抑止されることとなる。
【0015】
さらに、インタースティシャルサイトとなる空間が形成されず、キャピラリの外側面同士が密着するので、熱伝導度が高まると共に、反射による熱損失が小さく抑えられ、輻射熱が中心部まで均一に届くこととなり、線引き加工時におけるサポート管及びキャピラリ束の温度の均一化が迅速に図られることとなる。従って、線引き加工時にはプリフォーム全体の温度が均一となった以降の加工部分が製品として採取されるが、その温度の均一化が迅速になされ、歩留まりの向上が図られることとなる。
【0016】
そして、キャピラリの横断面外郭形状が隙間を生じることなく最密充填可能な多角形に形成されているので、サポート管に規則的にキャピラリを整列させて充填するだけでよく、プリフォーム作成の作業性が極めて優れたものとなる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について説明する。
【0018】
(実施形態1)
実施形態1に係るフォトニッククリスタルファイバの製造方法を工程を追って説明する。
【0019】
<準備工程>
横断面外郭形状が正六角形であって且つ中心に断面円形の穴が設けられたSiO2製キャピラリ母材を加熱延伸して小径化し、キャピラリを製造する。また、図1に示すように、2本のキャピラリ母材9,9の側面同士を相互に融着接合してキャピラリ二量体母材10(キャピラリ複数体母材)を作成し、これを加熱延伸して小径化し、キャピラリ二量体(キャピラリ複数体)を製造する。このようにして、キャピラリ二量体を含み、構成キャピラリ本数が168本となるキャピラリ群を準備する。
【0020】
また、SiO2製の円柱体に断面正6角形の穴を中心軸に沿って設けたサポート管と、キャピラリと同じ形状の六角柱状のSiO2製コア部材とを準備する。ここで、サポート管に設けられた断面正六角形の穴は、168本のキャピラリ(及びコア部材)をサポート管内に最密充填して作成されるプリフォームを線引き加工により細径化する際に、サポート管の内壁に臨む全てのキャピラリがその内壁に接するように寸法設定されている。すなわち、その寸法設定は、サポート管にキャピラリ(及びコア部材)を最密充填する際において、後述の第15層のキャピラリを充填する際には、キャピラリが第14層のキャピラリとサポート管の内壁との間で摩擦により充填不可とならない程度の空間を形成し、且つ第15層を充填した後には、第15層のキャピラリとサポート管の内壁との間に極めて小さい隙間を形成するものである。
【0021】
<キャピラリ充填工程>
サポート管の内壁の一つの面を敷きつめるようにして4本のキャピラリ二量体を並列に並べて第1層を形成し、形成された第1層における一対のキャピラリの間に配置されるようにキャピラリを載せてゆき第2層を形成する。このとき、第2層は9本のキャピラリで構成されるため、4本のキャピラリ二量体と1本のキャピラリを使用する。このようにして第7層までキャピラリを充填する。そして、第8層も第7層までと同様にしてキャピラリの充填を行うが、真ん中に配置される第8番目だけはキャピラリではなくコア部材を配置する。続いて、第15層までキャピラリを充填する。
【0022】
以上のようにして、図2に示すように、サポート管1に168本のキャピラリ2,2,…が充填されると共に、コア部材3が中心軸の位置に配置されたフォトニッククリスタルファイバのプリフォーム4を作成する。
【0023】
<線引き工程>
サポート管にキャピラリ及びコア部材を充填して作成したプリフォームに加熱して延伸する線引き加工を施して細径化(ファイバ化)する。このとき、隣接するキャピラリ同士、キャピラリとサポート管、キャピラリとコア部材は相互に融着一体化することとなる。そうして、図3に示すように、ファイバ中心を長手方向に延び且つ中実に形成されたコア部5と、コア部5を囲うように設けられ且つコア部5に沿って延びる多数の細孔を有する多孔部6と、これらを被覆するように設けられたサポート部7とを備えたフォトニッククリスタルファイバファイバ8が製造される。
【0024】
上記構成のフォトニッククリスタルファイバ8の製造方法によれば、丸管のキャピラリを使用した場合のようにキャピラリ間にインタースティシャルサイトとなる空間が形成されないので、それを塞ぐために高温で線引き加工する必要がなく、線引き温度を比較的低温とすることができ、キャピラリ2の穴を塞ぐことなく線引き加工を行うことができる。
【0025】
また、インタースティシャルサイトとなる空間が形成されず、サポート管1内におけるキャピラリ2の体積充填率(占有率)が高くなるので、線引き加工時におけるキャピラリ2束の収縮量は小さく、サポート管1とキャピラリ2束との間に生じる隙間が最小限に抑えられる。その上、キャピラリ2及びサポート管1の粘度、収縮率等の制御しがたい条件を考慮する必要がないので、完成後の形状についての高度な寸法設計ができ、フォトニッククリスタルファイバ8はその設計を忠実に実現するものとなっている。加えて、キャピラリ2相互の接触面積が多く、キャピラリ2同士の密着度が高くなるので、相互の摩擦によりキャピラリ2の位置ずれ(相転移)が抑止されることとなる。
【0026】
さらに、インタースティシャルサイトとなる空間が形成されず、キャピラリ2の外側面同士が密着するので、熱伝導度が高まると共に、反射による熱損失が小さく抑えられ、輻射熱が中心部まで均一に届くこととなり、線引き加工時におけるサポート管1及びキャピラリ2束の温度の均一化が迅速に図られることとなる。従って、線引き加工時にはプリフォーム4全体の温度が均一となった以降の加工部分が製品として採取されるが、その温度の均一化が迅速になされ、歩留まりの向上が図られることとなる。
【0027】
そして、キャピラリ2の横断面外郭形状が正六角形であるので、サポート管1に規則的にキャピラリ2を整列させて充填するだけでよく、プリフォーム4作成の作業性が極めて優れることとなる。
【0028】
また、サポート管1に充填する多数のキャピラリ2により構成されるキャピラリ群の中には、複数本のキャピラリ2の外側部同士が相互に接合されて形成されたキャピラリ複数体が含まれているので、サポート管1内にキャピラリ2を充填する作業の効率化が図られると共に、隣接したキャピラリ2間への別のキャピラリ2の割り込みが防止され、プリフォーム4作成作業の容易化もが図られることとなる。
【0029】
さらに、このキャピラリ二量体は、キャピラリ2の外側面同士が相互に接合されて形成されているので、キャピラリ2の頂角同士を接合する場合に比べてキャピラリ2相互の密着度が高くなり、線引き加工時にキャピラリ2同士を融着させるのに要する熱量が少なくてよくなる。
【0030】
(実施形態2)
実施形態2に係るフォトニッククリスタルファイバの製造方法を工程を追って説明する。
【0031】
<準備工程>
横断面外郭形状が正六角形であって且つ中心に断面円形の穴が設けられたSiO2製キャピラリ母材を加熱延伸して小径化し、キャピラリを製造する。また、同じキャピラリ母材2本の側面同士を相互に融着接合してキャピラリ二量体母材(キャピラリ複数体母材)を作成し、これを加熱延伸して小径化し、キャピラリ二量体(キャピラリ複数体)を製造する。このようにして、キャピラリ二量体を含み、構成キャピラリ本数が52本となるキャピラリ群を準備する。
【0032】
また、SiO2製の円柱体に断面正方形の穴を中心軸に沿って設けたサポート管と、キャピラリと同じ形状の六角柱状のSiO2製コア部材とを準備する。
【0033】
<キャピラリ充填工程>
サポート管の内壁の一つの面を敷きつめるようにして4本のキャピラリ二量体を並列に並べて第1層を形成し、形成された第1層における一対のキャピラリの間に配置されるようにキャピラリを載せてゆき第2層を形成する。このとき、第2層は7本のキャピラリで構成されるため、3本のキャピラリ二量体と1本のキャピラリを使用する。このようにして第3層までキャピラリを充填する。そして、第4層も第3層までと同様にしてキャピラリの充填を行うが、真ん中に配置される第4番目だけはキャピラリではなくコア部材を配置する。続いて、第7層までキャピラリを充填する。
【0034】
以上のようにして、図4に示すように、サポート管1に52本のキャピラリ2,2,…が充填されると共に、コア部材3が中心軸の位置に配置されたフォトニッククリスタルファイバのプリフォーム4を作成する。
【0035】
線引き工程の構成、作用及び効果については、実施形態1と同一である。
【0036】
(その他の実施形態)
上記実施形態1及び2では、1本のキャピラリに1つの穴が空いたものを使用したが、特にこれに限定されるものではなく、図5に示すように、1本のキャピラリに3つの穴が空いているようなキャピラリ2を使用してもよい。このような構成によれば、同数の穴が設けられたプリフォームを作成する場合、充填するキャピラリの本数が少なくて済み、生産性及び作業性の向上を図ることができる。
【0037】
上記実施形態1及び2では、キャピラリの横断面外郭形状が正六角形のものを用いたが、特にこれに限定されるものではなく、隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形であれば他の形状のものであってもよく、例えば、正三角形、二等辺三角形、正方形、長方形、菱形、平行四辺形又は台形のものを例示することができる。そして、各断面の重心位置にキャピラリの穴を設けるとすると、キャピラリの横断面外郭形状が正三角形又は正方形の場合には、キャピラリの穴間の間隔が均一な構造(格子間定数が均一)のものが得られ、キャピラリの横断面外郭形状が二等辺三角形、長方形、菱形、平行四辺形又は台形の場合には、キャピラリの穴間の間隔が方向によって異なる構造(格子間定数が方向によって異なる)のものが得られることとなる。
【0038】
また、上記実施形態1及び2では、キャピラリ二量体を使用したが、特にこれに限定されるものではなく、3本のキャピラリを並列に接合したキャピラリ三量体や3本のキャピラリをそれぞれ相互に接合したキャピラリ三量体の他、キャピラリ四量体等であってもよく、また、これらの組み合わせを使用してもよい。
【0039】
また、上記実施形態1及び2では、コア部材を用いることにより中実のコア部を有するフォトニッククリスタルファイバを製造したが、特にこれに限定されるものではなく、プリフォームの作成時に中心軸部分に空間を形成しておくことにより、中空のコア部を有するものを製造することもできる。
【0040】
また、上記実施形態1では断面正六角形の穴が設けられたサポート管が用いられ、実施形態2では断面正方形の穴が設けられたサポート管が用いられたが、特にこれに限定されるものではなく、正三角形又は円形の穴が設けられたサポート管を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 キャピラリ母材の断面図及びキャピラリ2量体母材の断面図である。
【図2】 実施形態1に係るプリフォームの断面図である。
【図3】 実施形態1に係るフォトニッククリスタルファイバの斜視図である。
【図4】 実施形態2に係るプリフォームの断面図である。
【図5】 その他の実施形態におけるキャピラリ束の断面図である。
【符号の説明】
1 サポート管
2 キャピラリ
3 コア部材
4 プリフォーム
5 コア部
6 多孔部
7 サポート部
8 フォトニッククリスタルファイバ
9 キャピラリ母材
10 キャピラリ二量体母材
【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の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバは、SiO2を主体とするコア部とクラッド部とからなり、光を伝搬する媒体として非常によく知られている。そして、上記のようなコア部とクラッド部とからなる光ファイバでは得ることができないような大きな波長分散を発現するものとしてフォトニッククリスタルファイバが注目を集めている。このフォトニッククリスタルファイバは、ファイバ中心を長手方向に延び、中実又は中空に形成されたコア部と、そのコア部を囲うように設けられ、コア部に沿って延び且つコア部の周囲に配設された多数の細孔を有する多孔部とを備えている。
【0003】
そして、かかるフォトニッククリスタルファイバの製造方法としては、筒状のサポート管に、それと平行に多数のキャピラリ(丸管)を充填すると共に、中実のコア部に形成されるコア部材を該サポート管の軸部に配置して又は中空のコア部に形成される空間を該サポート管の軸部に形成してプリフォームを作成し、そのプリフォームを線引き加工により細径化するというものがある。
【0004】
この場合において、充填するキャピラリが丸管であると、互いに隣接し合う3本のキャピラリが最密充填状態に配置された際、中央に断面略三角形状の空間が形成され、それがそのまま線引き加工されるとインタースティシャルサイト(interstitial site)と称される細孔がキャピラリの穴とは別個に形成されることとなる。そして、所望の特性を有するフォトニッククリスタルファイバを得るために、このインタースティシャルサイトの発生を抑止する必要がある場合があり、かかる場合、線引き加工温度を高くしてキャピラリの粘度を下げた状態で線引き加工し、キャピラリ間に形成される断面略三角形状の空間を塞ぐようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の如く線引き加工温度を高くすると、キャピラリが変形する際に、本来塞がれてはいけないキャピラリの穴(格子点部分に相当)まで塞がってしまうという問題がある。
【0006】
また、線引き加工時にインタースティシャルサイトとなる空間を塞ごうとすると、大幅な体積収縮が生じることとなり、サポート管とキャピラリ束との間に隙間が生じてしまうという問題や、また、インタースティシャルサイトがキャピラリの表面張力や粘性によって収縮することを期待した設計を行うと、設計寸法と出来上がり寸法との合致性が悪くなるという問題もある。
【0007】
さらに、露出しているキャピラリ外側面が多くなるので、輻射熱がプリフォームの中心部まで届かないことに加え、キャピラリ間に空隙が多く存在するためにキャピラリ間の熱伝導が悪く、プリフォーム内の温度分布が不均一となり、線引き加工時にプリフォームの外側部は容易に昇温するのに対し、中心部は昇温させるのに長時間を要するという問題もある。
【0008】
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、丸管のキャピラリを使用した際に生じる上記問題点を解消するフォトニッククリスタルファイバの製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、サポート管に充填するキャピラリの横断面外郭形状を、隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形にしたものである。
【0010】
具体的には、本発明は、筒状のサポート管内に、該サポート管の中心軸と平行に多数のキャピラリを最密充填すると共に、中実のコア部となるコア部材を該サポート管の中心軸部に配置して又は中空のコア部となる空間を該サポート管の中心軸部に形成してプリフォームを作成し、該プリフォームを線引き加工により細径化するフォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
上記キャピラリは、横断面外郭形状が隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形に形成されていると共に、長さ方向に沿って延びる穴が複数形成されていることを特徴とする。
【0011】
また、別の本発明は、筒状のサポート管内に、該サポート管の中心軸と平行に多数のキャピラリを最密充填すると共に、中実のコア部となるコア部材を該サポート管の中心軸部に配置して又は中空のコア部となる空間を該サポート管の中心軸部に形成してプリフォームを作成し、該プリフォームを線引き加工により細径化するフォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
上記キャピラリの横断面外郭形状が、隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形に形成されており、
上記サポート管に充填する多数のキャピラリにより構成されるキャピラリ群は、複数本 のキャピラリの外側部同士が相互に接合されて形成されたキャピラリ複数体を複数含むことを特徴とする。
【0012】
このキャピラリの横断面外郭形状が形成される隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形としては、正三角形及び二等辺三角形のうちのいずれかの三角形、又は正方形、長方形、菱形、平行四辺形及び台形のうちのいずれかの四角形、若しくは正六角形のいずれかを例示することができる。そして、各断面の重心位置にキャピラリの穴を設けるとすると、キャピラリの横断面外郭形状が正三角形又は正方形若しくは正六角形の場合には、キャピラリの穴間の間隔が均一な構造(格子間定数が均一)のものが得られ、キャピラリの横断面外郭形状が二等辺三角形、長方形、菱形、平行四辺形又は台形の場合には、キャピラリの穴間の間隔が方向によって異なる構造(格子間定数が方向によって異なる)のものが得られることとなる。
【0013】
【発明の効果】
本発明及び別の本発明によれば、丸管のキャピラリを使用した場合のようにキャピラリ間にインタースティシャルサイトとなる空間がプリフォームに形成されないので、それを塞ぐために高温で線引き加工する必要がなく、線引き温度を比較的低温とすることができ、キャピラリの穴を塞ぐことなく線引き加工を行うことができる。
【0014】
また、インタースティシャルサイトとなる空間が形成されず、サポート管内におけるキャピラリの体積充填率(占有率)が高くなるので、線引き加工時におけるキャピラリ束の収縮量は小さく、サポート管とキャピラリ束との間に生じる隙間が最小限に抑えられる。その上、キャピラリ及びサポート管の粘度、収縮率等の制御しがたい条件を考慮することなく完成後の形状を設計できるので、高度な寸法設計とその設計に忠実なフォトニッククリスタルファイバの製造が可能となる。加えて、キャピラリ相互の接触面積が多く、キャピラリ相互の密着度が高くなるので、キャピラリ相互の摩擦によりキャピラリの位置ずれ(相転移)が抑止されることとなる。
【0015】
さらに、インタースティシャルサイトとなる空間が形成されず、キャピラリの外側面同士が密着するので、熱伝導度が高まると共に、反射による熱損失が小さく抑えられ、輻射熱が中心部まで均一に届くこととなり、線引き加工時におけるサポート管及びキャピラリ束の温度の均一化が迅速に図られることとなる。従って、線引き加工時にはプリフォーム全体の温度が均一となった以降の加工部分が製品として採取されるが、その温度の均一化が迅速になされ、歩留まりの向上が図られることとなる。
【0016】
そして、キャピラリの横断面外郭形状が隙間を生じることなく最密充填可能な多角形に形成されているので、サポート管に規則的にキャピラリを整列させて充填するだけでよく、プリフォーム作成の作業性が極めて優れたものとなる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態について説明する。
【0018】
(実施形態1)
実施形態1に係るフォトニッククリスタルファイバの製造方法を工程を追って説明する。
【0019】
<準備工程>
横断面外郭形状が正六角形であって且つ中心に断面円形の穴が設けられたSiO2製キャピラリ母材を加熱延伸して小径化し、キャピラリを製造する。また、図1に示すように、2本のキャピラリ母材9,9の側面同士を相互に融着接合してキャピラリ二量体母材10(キャピラリ複数体母材)を作成し、これを加熱延伸して小径化し、キャピラリ二量体(キャピラリ複数体)を製造する。このようにして、キャピラリ二量体を含み、構成キャピラリ本数が168本となるキャピラリ群を準備する。
【0020】
また、SiO2製の円柱体に断面正6角形の穴を中心軸に沿って設けたサポート管と、キャピラリと同じ形状の六角柱状のSiO2製コア部材とを準備する。ここで、サポート管に設けられた断面正六角形の穴は、168本のキャピラリ(及びコア部材)をサポート管内に最密充填して作成されるプリフォームを線引き加工により細径化する際に、サポート管の内壁に臨む全てのキャピラリがその内壁に接するように寸法設定されている。すなわち、その寸法設定は、サポート管にキャピラリ(及びコア部材)を最密充填する際において、後述の第15層のキャピラリを充填する際には、キャピラリが第14層のキャピラリとサポート管の内壁との間で摩擦により充填不可とならない程度の空間を形成し、且つ第15層を充填した後には、第15層のキャピラリとサポート管の内壁との間に極めて小さい隙間を形成するものである。
【0021】
<キャピラリ充填工程>
サポート管の内壁の一つの面を敷きつめるようにして4本のキャピラリ二量体を並列に並べて第1層を形成し、形成された第1層における一対のキャピラリの間に配置されるようにキャピラリを載せてゆき第2層を形成する。このとき、第2層は9本のキャピラリで構成されるため、4本のキャピラリ二量体と1本のキャピラリを使用する。このようにして第7層までキャピラリを充填する。そして、第8層も第7層までと同様にしてキャピラリの充填を行うが、真ん中に配置される第8番目だけはキャピラリではなくコア部材を配置する。続いて、第15層までキャピラリを充填する。
【0022】
以上のようにして、図2に示すように、サポート管1に168本のキャピラリ2,2,…が充填されると共に、コア部材3が中心軸の位置に配置されたフォトニッククリスタルファイバのプリフォーム4を作成する。
【0023】
<線引き工程>
サポート管にキャピラリ及びコア部材を充填して作成したプリフォームに加熱して延伸する線引き加工を施して細径化(ファイバ化)する。このとき、隣接するキャピラリ同士、キャピラリとサポート管、キャピラリとコア部材は相互に融着一体化することとなる。そうして、図3に示すように、ファイバ中心を長手方向に延び且つ中実に形成されたコア部5と、コア部5を囲うように設けられ且つコア部5に沿って延びる多数の細孔を有する多孔部6と、これらを被覆するように設けられたサポート部7とを備えたフォトニッククリスタルファイバファイバ8が製造される。
【0024】
上記構成のフォトニッククリスタルファイバ8の製造方法によれば、丸管のキャピラリを使用した場合のようにキャピラリ間にインタースティシャルサイトとなる空間が形成されないので、それを塞ぐために高温で線引き加工する必要がなく、線引き温度を比較的低温とすることができ、キャピラリ2の穴を塞ぐことなく線引き加工を行うことができる。
【0025】
また、インタースティシャルサイトとなる空間が形成されず、サポート管1内におけるキャピラリ2の体積充填率(占有率)が高くなるので、線引き加工時におけるキャピラリ2束の収縮量は小さく、サポート管1とキャピラリ2束との間に生じる隙間が最小限に抑えられる。その上、キャピラリ2及びサポート管1の粘度、収縮率等の制御しがたい条件を考慮する必要がないので、完成後の形状についての高度な寸法設計ができ、フォトニッククリスタルファイバ8はその設計を忠実に実現するものとなっている。加えて、キャピラリ2相互の接触面積が多く、キャピラリ2同士の密着度が高くなるので、相互の摩擦によりキャピラリ2の位置ずれ(相転移)が抑止されることとなる。
【0026】
さらに、インタースティシャルサイトとなる空間が形成されず、キャピラリ2の外側面同士が密着するので、熱伝導度が高まると共に、反射による熱損失が小さく抑えられ、輻射熱が中心部まで均一に届くこととなり、線引き加工時におけるサポート管1及びキャピラリ2束の温度の均一化が迅速に図られることとなる。従って、線引き加工時にはプリフォーム4全体の温度が均一となった以降の加工部分が製品として採取されるが、その温度の均一化が迅速になされ、歩留まりの向上が図られることとなる。
【0027】
そして、キャピラリ2の横断面外郭形状が正六角形であるので、サポート管1に規則的にキャピラリ2を整列させて充填するだけでよく、プリフォーム4作成の作業性が極めて優れることとなる。
【0028】
また、サポート管1に充填する多数のキャピラリ2により構成されるキャピラリ群の中には、複数本のキャピラリ2の外側部同士が相互に接合されて形成されたキャピラリ複数体が含まれているので、サポート管1内にキャピラリ2を充填する作業の効率化が図られると共に、隣接したキャピラリ2間への別のキャピラリ2の割り込みが防止され、プリフォーム4作成作業の容易化もが図られることとなる。
【0029】
さらに、このキャピラリ二量体は、キャピラリ2の外側面同士が相互に接合されて形成されているので、キャピラリ2の頂角同士を接合する場合に比べてキャピラリ2相互の密着度が高くなり、線引き加工時にキャピラリ2同士を融着させるのに要する熱量が少なくてよくなる。
【0030】
(実施形態2)
実施形態2に係るフォトニッククリスタルファイバの製造方法を工程を追って説明する。
【0031】
<準備工程>
横断面外郭形状が正六角形であって且つ中心に断面円形の穴が設けられたSiO2製キャピラリ母材を加熱延伸して小径化し、キャピラリを製造する。また、同じキャピラリ母材2本の側面同士を相互に融着接合してキャピラリ二量体母材(キャピラリ複数体母材)を作成し、これを加熱延伸して小径化し、キャピラリ二量体(キャピラリ複数体)を製造する。このようにして、キャピラリ二量体を含み、構成キャピラリ本数が52本となるキャピラリ群を準備する。
【0032】
また、SiO2製の円柱体に断面正方形の穴を中心軸に沿って設けたサポート管と、キャピラリと同じ形状の六角柱状のSiO2製コア部材とを準備する。
【0033】
<キャピラリ充填工程>
サポート管の内壁の一つの面を敷きつめるようにして4本のキャピラリ二量体を並列に並べて第1層を形成し、形成された第1層における一対のキャピラリの間に配置されるようにキャピラリを載せてゆき第2層を形成する。このとき、第2層は7本のキャピラリで構成されるため、3本のキャピラリ二量体と1本のキャピラリを使用する。このようにして第3層までキャピラリを充填する。そして、第4層も第3層までと同様にしてキャピラリの充填を行うが、真ん中に配置される第4番目だけはキャピラリではなくコア部材を配置する。続いて、第7層までキャピラリを充填する。
【0034】
以上のようにして、図4に示すように、サポート管1に52本のキャピラリ2,2,…が充填されると共に、コア部材3が中心軸の位置に配置されたフォトニッククリスタルファイバのプリフォーム4を作成する。
【0035】
線引き工程の構成、作用及び効果については、実施形態1と同一である。
【0036】
(その他の実施形態)
上記実施形態1及び2では、1本のキャピラリに1つの穴が空いたものを使用したが、特にこれに限定されるものではなく、図5に示すように、1本のキャピラリに3つの穴が空いているようなキャピラリ2を使用してもよい。このような構成によれば、同数の穴が設けられたプリフォームを作成する場合、充填するキャピラリの本数が少なくて済み、生産性及び作業性の向上を図ることができる。
【0037】
上記実施形態1及び2では、キャピラリの横断面外郭形状が正六角形のものを用いたが、特にこれに限定されるものではなく、隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形であれば他の形状のものであってもよく、例えば、正三角形、二等辺三角形、正方形、長方形、菱形、平行四辺形又は台形のものを例示することができる。そして、各断面の重心位置にキャピラリの穴を設けるとすると、キャピラリの横断面外郭形状が正三角形又は正方形の場合には、キャピラリの穴間の間隔が均一な構造(格子間定数が均一)のものが得られ、キャピラリの横断面外郭形状が二等辺三角形、長方形、菱形、平行四辺形又は台形の場合には、キャピラリの穴間の間隔が方向によって異なる構造(格子間定数が方向によって異なる)のものが得られることとなる。
【0038】
また、上記実施形態1及び2では、キャピラリ二量体を使用したが、特にこれに限定されるものではなく、3本のキャピラリを並列に接合したキャピラリ三量体や3本のキャピラリをそれぞれ相互に接合したキャピラリ三量体の他、キャピラリ四量体等であってもよく、また、これらの組み合わせを使用してもよい。
【0039】
また、上記実施形態1及び2では、コア部材を用いることにより中実のコア部を有するフォトニッククリスタルファイバを製造したが、特にこれに限定されるものではなく、プリフォームの作成時に中心軸部分に空間を形成しておくことにより、中空のコア部を有するものを製造することもできる。
【0040】
また、上記実施形態1では断面正六角形の穴が設けられたサポート管が用いられ、実施形態2では断面正方形の穴が設けられたサポート管が用いられたが、特にこれに限定されるものではなく、正三角形又は円形の穴が設けられたサポート管を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 キャピラリ母材の断面図及びキャピラリ2量体母材の断面図である。
【図2】 実施形態1に係るプリフォームの断面図である。
【図3】 実施形態1に係るフォトニッククリスタルファイバの斜視図である。
【図4】 実施形態2に係るプリフォームの断面図である。
【図5】 その他の実施形態におけるキャピラリ束の断面図である。
【符号の説明】
1 サポート管
2 キャピラリ
3 コア部材
4 プリフォーム
5 コア部
6 多孔部
7 サポート部
8 フォトニッククリスタルファイバ
9 キャピラリ母材
10 キャピラリ二量体母材
Claims (4)
- 筒状のサポート管内に、該サポート管の中心軸と平行に多数のキャピラリを最密充填すると共に、中実のコア部となるコア部材を該サポート管の中心軸部に配置して又は中空のコア部となる空間を該サポート管の中心軸部に形成してプリフォームを作成し、該プリフォームを線引き加工により細径化するフォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
上記キャピラリは、横断面外郭形状が隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形に形成されていると共に、長さ方向に沿って延びる穴が複数形成されてい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。 - 筒状のサポート管内に、該サポート管の中心軸と平行に多数のキャピラリを最密充填すると共に、中実のコア部となるコア部材を該サポート管の中心軸部に配置して又は中空のコア部となる空間を該サポート管の中心軸部に形成してプリフォームを作成し、該プリフォームを線引き加工により細径化するフォトニッククリスタルファイバの製造方法であって、
上記キャピラリの横断面外郭形状が、隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形に形成されており、
上記サポート管に充填する多数のキャピラリにより構成されるキャピラリ群は、複数本のキャピラリの外側部同士が相互に接合されて形成されたキャピラリ複数体を複数含む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。 - 上記キャピラリ複数体は、キャピラリの外側面同士が相互に接合されて形成されていることを特徴とする請求項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。
- 上記キャピラリ複数体は、横断面外郭形状が隙間を生ずることなく最密充填可能な多角形に形成された筒状のキャピラリ母材を所定本数準備し、該所定本数のキャピラリ母材の外側部同士を相互に接合してキャピラリ複数体母材を作成し、該キャピラリ複数体母材を加熱延伸して小径化することにより製造されていることを特徴とする請求項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。
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