JP4005845B2 - フォトニッククリスタル光ファイバ用母材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野において用いられる光ファイバのうち、さらなる大容量な通信を可能とするフォトニッククリスタル光ファイバ(PCF:Photonic Crystal Fiber)を得るための母材及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
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ができないものであるが、近年及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、いわゆるフォトニッククリスタル光ファイバと称される光ファイバが注目されている。
【0003】
このフォトニッククリスタル光ファイバとは、コアを覆うクラッドとして、ファイバの長手方向に一様な二次元周期構造を持つフォトニック結晶(PC:Photonic Crystal)を用いた光ファイバであり、その導波原理の違いから分類するとおおよそ2種類に大別される。すなわち、一つはクラッドに相当する領域にフォトニックバンドギャップ(PBG:Photonic Band Gap)をあけ、ブラック反射によって光波をコア内に閉じ込める方式のものであり、もう一つは従来の光ファイバと同様に、コアとクラッドの屈折率差を利用し、全反射によって光波をコア内に閉じ込めるものである。
【0004】
この後者の全反射を利用したフォトニッククリスタル光ファイバは、従来の光ファイバがコアにゲルマニウム等の添加物を入れてクラッドとの屈折率に差を付けているのに対し、コア近傍のクラッドに空孔を形成して実効屈折率を下げる方法で実現している。尚、このフォトニッククリスタル光ファイバはクラッド中の空孔のデザインより超広帯域単一モード伝送領域、大きな実効コア断面積、高屈折率差(High−△)、大きな構造分散など通常の光ファイバでは実現できない特性を備えている。
【0005】
そして、このようなフォトニッククリスタル光ファイバは、図2に示すように添加物を添加した石英ガラスから成るコアaの周囲にVAD法等によりスート母材を堆積させてクラッドbを形成した後、そのコアa近傍のクラッドb内に空孔cを複数形成して長さ200mm,外径25〜50mm程度の石英ガラス母材dを形成し、しかる後、この石英ガラス母材dを通常の光ファイバ線引工程と同様加熱・軟化させて所定のファイバ径である100〜150μm程度に線引きして得られることになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この石英ガラス母材dの空孔cは、機械的な研削方法や超音波加工法によってその端面側から形成しているため、石英ガラス母材dの長さが制限されてしまい、現状では最大200mm程度が限界である。
【0007】
そのため、その外径をφ50mmとすると1回の紡糸で約20kmしか取れなく、非常に製造コストが高いものとなるといった欠点がある。また、孔開け加工数箇所であれば特に問題がないが、今後さらに数十個以上に増やした場合やその孔径を小さくした場合、その作業に多くの手間や時間を要し、さらに製作コストがアップしてしまう。
【0008】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的は、その長さに制限が殆どない新規なフォトニッククリスタル光ファイバ用母材及びその製造方法を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、請求項1に示すように、コア近傍のクラッド内にその長手方向に延びる複数の円形状の空孔を備えたフォトニッククリスタル光ファイバを得るための母材において、軸心部にコアを備えた石英ガラスロッドと、この石英ガラスロッドの周囲を覆う石英ガラス管とからなると共に、その石英ガラスロッドと石英ガラス管との境界部に上記空孔を設けると共に、その空孔がその石英ガラスロッドの外周面及び石英ガラス管の内周面にそれぞれ研削加工した半円形状の溝からなるものである。
【0010】
そして、このような構成をしたフォトニッククリスタル光ファイバ用母材は、請求項3に示すように、石英ガラスロッドの外周部と石英ガラス管の内周部にそれぞれその長手方向に沿って複数の半円形状の溝を加工し、それぞれの溝が一致するように石英ガラスロッドと石英ガラス管とを組み合わせることで容易に製造することができる。
【0011】
すなわち、従来機械的な研削方法や超音波加工法によってその端面側から形成されていた空孔を、石英ガラスロッドと石英ガラス管との境界部に沿って研削加工した溝によって形成するようにしたことから、得られる母材の長さに限定がなくなり、長尺のフォトニッククリスタル光ファイバ用母材を容易に得ることができる。
【0012】
また、請求項2に示すように、上記石英ガラス管を2つ以上に縦割り分割しておけば、その石英ガラス管への溝加工をより簡単に実施することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【0014】
図1及び図3は、本発明に係るフォトニッククリスタル光ファイバ用母材(以下、単にファイバ用母材と称す)1の実施の一形態を示したものである。
【0015】
図示するように、このファイバ用母材1は、軸心部にコア2を備えた石英ガラスロッド3と、この石英ガラスロッド3の周囲を覆う石英ガラス管4とからなると共に、その石英ガラスロッド3と石英ガラス管4との境界部Sに沿って複数の空孔5,5…(本実施の形態にあっては4つ)をその長手方向に備えたものである。すなわち、この石英ガラスロッド3の軸心部に位置するコア2が図2に示すような従来のファイバ用母材dのコアaに相当し、そのコア2周囲及び石英ガラス管4の部分が従来のファイバ用母材dのクラッドbに相当するようになっており、そのコア2とコアa、コア2周囲部及び石英ガラス管4とクラッドbとがそれぞれ同じ成分の石英ガラスから成っている。
【0016】
また、石英ガラスロッド3と石英ガラス管4との境界部Sに沿って設けられる空孔5はそれぞれ石英ガラスロッド3の外周面に形成された外周溝5aと、石英ガラス管4の内周面に形成された内周溝5bとから構成されており、その外周溝5aと内周溝5bの位置をそれぞれ一致させることで従来の空孔cと同じ位置に同じ断面形状・断面積の空孔5が形成されている。
【0017】
また、この石英ガラス管4は石英ガラスロッド3の軸心部を中心として径方向に延びる分割線S2から縦割り状に二分割可能となっており、分割された一対の管部材4a,4aを組み合わせることで内部中空の管状体に形成されるようになっている。
【0018】
次に、このような構造をした本発明のファイバ用母材1を得るためには、先ず、石英ガラスロッド3と石英ガラス管4(管部材4a)を別々に製造してから、図4に示すように、球形ダイヤモンド砥石6等を用いて石英ガラス管4の内周面に対してその長手方向に内周溝5bを複数本、等間隔かつ平行(本実施の形態にあっては4本)に形成する。尚、この内周溝5bの加工に際しては、砥石6側を石英ガラス管4の長手方向に移動させても良いが、砥石6を固定し、石英ガラス管4側を移動させるようにしても良い。次に、この石英ガラス管4に対する外周溝5aの加工と共に、図5に示すように、球形ダイヤモンド砥石6等を用いて石英ガラスロッド3の外周面に対してその長手方向に外周溝5aを複数本、等間隔かつ平行(本実施の形態にあっては4本)に形成する。その後、例えばこの石英ガラス管4の一方の管部材4a内に石英ガラスロッド3を嵌め込むように組み合わせると共に、石英ガラスロッド3側を回転させるなどして外周溝5aと内周溝5bとを精度良く位置決めしてから他方の管部材4aを組み合わせることで図3に示すように石英ガラスロッド3と石英ガラス管4との境界部に沿って空孔5を等間隔に有する本発明のファイバ用母材1を容易に得ることができる。
【0019】
そして、このような製造方法によれば、空孔5の長さを殆ど無制限に形成することが可能となるため、従来製法では得ることが不可能であった極めて長尺のファイバ用母材1を容易・かつ確実に得ることができる。この結果、1本のファイバ用母材1から長距離のフォトニッククリスタル光ファイバを連続して得ることが可能となり、優れた生産効率を発揮することができ、フォトニッククリスタル光ファイバの製造コストの削減に大いに貢献できる。また、空孔5の数が増えたり、その孔径が小さくなっても、砥石6の数を増やして同時に加工したり、その砥石6のサイズを変更することで容易に対応することができるため、その作業に要する手間や時間も大幅に増えることがなく、ファイバ用母材1自体の製造コストも従来製法に比べて安価となる。
【0020】
尚、本実施の形態では、ファイバ用母材1を石英ガラスロッド3とその周囲に組み合わされる石英ガラス管4との2つの部材で構成したが、図6(A)に示すように、さらにこの石英ガラス管4を内周管4bと外周管4cとで構成し、図6(B)に示すようにこの内周管4b側に内周溝5bを形成するようにしても良い。そして、本実施の形態によれば、外周管4cが最外周に位置してその内側の各部材をホールドするように作用することから、特別な拘束手段を用いる必要がなくなる。
【0021】
また、図7に示すように、この内周管4bをさらに細かく分割(本実施の形態にあっては4つ)すれば、より簡単に溝加工を施すことが可能となる。
【0022】
【実施例】
先ず、上述したコア2にドーパンドとしてゲルマニウムを添加し、そのコア2上にVAD法によりシングルモード光ファイバ用のスート母材を堆積した後、堆積したスート母材を焼結炉により透明ガラス化して外径φ70mmのガラスロッドを製造し、その後、このガラスロッドをガラス旋盤によりφ70mmからφ15mmに延伸してから600mmに切断し、プリフォームアナライザによりコア2の径を確認した。次いで、その長さ600mmのガラスロッドの外周をフッ酸処理して外径をφ15mmよりも僅かに減らしてから、図5に示したようにそのガラスロッドの外周にR1.5mmの球形ダイヤモンド砥石6で外周溝5aを4本等間隔に研削加工した。
【0023】
一方、外径φ40mm,内径φ15mmの石英ガラス管をダイヤモンドカッターにより縦割り二分割してから、図6(B)に示すようにそれぞれの管部材4a,4aの内周面にR1.5mmの球形ダイヤモンド砥石6で内周溝5bをそれぞれ2本ずつ等間隔に研削加工してからその加工面をフッ酸処理して整えた後、図6(A)に示すように、外径φ80mm,内径φ40mmの石英ガラス製の外周管4c内にそれぞれの溝5a,5bが一致するように挿入してから、これを外径φ60mmまで延伸して長さ1000mmの本発明ファイバ用母材1を製作した。
【0024】
そして、このようにして得られたファイバ用母材1を従来のガラス母材と同様な方法で線引きしたところ、空孔5の径が5μmのフォトニッククリスタル光ファイバを長さ約200kmに亘って連続して得ることができた。
【0025】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、クラッドに相当する部分を石英ガラスロッドと石英ガラス管とで形成すると共に、空孔に相当する部分をその石英ガラスロッドと石英ガラス管の境界部に沿って研削加工した溝で形成したことから、空孔の長さに限定がなくなり、長尺のフォトニッククリスタル光ファイバ用母材を容易に得ることができる。この結果、1本当たりのファイバ用母材から長距離のフォトニッククリスタル光ファイバを連続して得ることが可能となり、優れた生産効率を発揮することができ、フォトニッククリスタル光ファイバの製造コストの削減に大いに貢献できる、等といった優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るフォトニッククリスタル光ファイバ用母材の実施の一形態を示す断面図である。
【図2】従来のフォトニッククリスタル光ファイバ用母材の実施の一形態を示す断面図である。
【図3】本発明に係るフォトニッククリスタル光ファイバ用母材の実施の一形態を示す斜視図である。
【図4】石英ガラス管の内周面に内周溝を研削加工している状態を示す概念図である。
【図5】石英ガラスロッドの外周面に外周溝を研削加工している状態を示す概念図である。
【図6】(A)は本発明に係るフォトニッククリスタル光ファイバ用母材の他の実施の形態を示す斜視図である。
(B)は石英ガラス管を構成する内周管の内周面に内周溝を研削加工している状態を示す概念図である。
【図7】(A)は本発明に係るフォトニッククリスタル光ファイバ用母材の他の実施の形態を示す斜視図である。
(B)は石英ガラス管を構成する内周管の内周面に内周溝を研削加工している状態を示す概念図である。
【符号の説明】
1 フォトニッククリスタル光ファイバ用母材
2 コア
3 石英ガラスロッド
4 石英ガラス管
4a 管部材
4b 内周管
4c 外周管
5 空孔
5a 外周溝
5b 内周溝
6 砥石
S1 境界部
S2 分割線
Claims (3)
- コア近傍のクラッド内にその長手方向に延びる複数の円形状の空孔を備えたフォトニッククリスタル光ファイバを得るための母材において、軸心部にコアを備えた石英ガラスロッドと、この石英ガラスロッドの周囲を覆う石英ガラス管とからなると共に、その石英ガラスロッドと石英ガラス管との境界部に上記空孔を設けると共に、その空孔がその石英ガラスロッドの外周面及び石英ガラス管の内周面にそれぞれ研削加工した半円形状の溝からなることを特徴とするフォトニッククリスタル光ファイバ用母材。
- 上記石英ガラス管が2つ以上に縦割り分割されていることを特徴とする請求項1に記載のフォトニッククリスタル光ファイバ用母材。
- 請求項1又は2に記載のフォトニッククリスタル光ファイバ用母材の製造方法において、石英ガラスロッドの外周部と石英ガラス管の内周部にそれぞれその長手方向に沿って複数の半円形状の溝を加工し、それぞれの溝が一致するように石英ガラスロッドと石英ガラス管とを組み合わせることを特徴とするフォトニッククリスタル光ファイバ用母材の製造方法。
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