JP4178982B2

JP4178982B2 - 光ファイバ製造方法

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Publication number: JP4178982B2
Application number: JP2003034252A
Authority: JP
Inventors: 達彦齋藤; 真二石川
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2008-11-12
Anticipated expiration: 2023-02-12
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸方向に延びる空孔を有する光ファイバを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軸方向に延びる空孔を有する光ファイバには、ホーリーファイバやフォトニック結晶ファイバと呼ばれるものがある。以下、このような軸方向に延びる空孔を有する光ファイバを微細構造光ファイバと称す。この微細構造光ファイバは、軸に直交する断面における空孔の大きさや空孔の分布を調整することでコア領域とクラッド領域との平均屈折率差を調整することができるので、空孔を有さない光ファイバよりも優れた特性を得ることが可能である。例えば、微細構造光ファイバは、空孔を有さない光ファイバよりも絶対値の大きな波長分散や大きな非線形性を得ることができることから、分散補償や非線形ファイバへの応用が期待されている。
【０００３】
ただし、微細構造光ファイバの伝送損失は、空孔を有さない光ファイバに比べて大きかった。
【０００４】
そのため、微細構造光ファイバの伝送損失を低減することが検討されている。そして、微細構造光ファイバにおいて、導波光のエネルギのうち空孔に存在するエネルギの割合が少ない場合には伝送損失が小さいことが知られている。このような伝送損失の小さい微細構造光ファイバの１つとして、コア領域及びそれを順次包囲する３層構造のクラッド領域から構成され、そのクラッド領域において、コア領域に対して最も外側の層に空孔が設けられているものがある（例えば、特許文献１参照）。この場合、コア領域と空孔が設けられている層との間に２つの層があることから、導波光のエネルギのうち空孔に存在するエネルギの割合が少なくなっていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３１７３７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術では導波光のエネルギのうち空孔に存在するエネルギの割合が少ない場合に伝送損失が小さくなることが示されていた。
【０００７】
ただし、微細構造光ファイバにおける伝送損失の増加の原因が検討されていない。そのため、伝送損失を低減するために、微細構造光ファイバにおいて、クラッド領域を３層構造とし、その3層のうちコア領域から最も離れた層に空孔を配置するという構成をとらざるをえない。微細構造光ファイバの特性は、軸に直交する断面における空孔の配置に依存するので、その配置の仕方が制限されると、微細構造光ファイバで実現すべき波長分散特性などを十分に実現できない恐れがあった。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、軸方向に延びる空孔を有し伝送損失が低減された光ファイバを製造することができる方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明者らは、軸方向に延びる空孔を有する光ファイバ、いわゆる微細構造光ファイバの伝送損失の低減に関して鋭意研究を重ねた。
【００１０】
まず、本発明者らは、微細構造光ファイバにおいて、軸と直交する断面における空孔の大きさや分布を変化させることで導波光のエネルギのうち空孔に存在するエネルギの割合と伝送損失との関係を調べた。その結果、空孔に存在するエネルギの割合が増大するにつれて伝送損失が大きくなることを見出した。
【００１１】
ところで、空孔の内部は空気であることから伝送損失の原因にはならない。そのため、伝送損失は空孔の界面に起因するものである。
【００１２】
本発明者らは、上述したような空孔の界面による伝送損失の原因としてレイリー散乱に着目した。そして、微細構造光ファイバにおける伝送損失の波長依存性を調べることで伝送損失がレイリー散乱に起因することを確信するに至った。本発明者らは、微細構造光ファイバにおいてレイリー散乱の影響が増大することに関して更に検討を進めて以下のような知見を得た。
【００１３】
微細構造光ファイバは、その空孔となるべき貫通孔を有する光ファイバ母材を線引炉で線引して製造される。
【００１４】
通常、光ファイバ母材の主成分はシリカガラスであって、光ファイバ母材はＳｉとＯとが網目構造に配列されて形成されている。このような光ファイバ母材を線引炉で加熱・溶融すると、貫通孔内にＳｉＯガスが発生する。
【００１５】
貫通孔内に発生したＳｉＯガスは、微細構造光ファイバが線引炉から引き出されて冷却されると空孔の界面に付着する。ただし、線引炉から引き出された微細構造光ファイバの冷却速度は５０００℃／秒以上であるので、ＳｉＯはＳｉとＯとの安定な結合状態となる前に凍結される。即ち、微細構造光ファイバの空孔の界面は、ＳｉＯが不安定に付着した状態となっている。
【００１６】
このようにＳｉＯが不安定な状態で空孔の界面に付着している微細構造光ファイバでは、ＳｉＯが不安定に付着している箇所、即ち空孔の界面の原子配列が乱れている部分では、誘電率の揺らぎが大きくなるのでレイリー散乱が大きくなる。そのため、微細構造光ファイバにおいて伝送損失が大きくなる。
【００１７】
従って、上記課題を解決するために、本発明に係る光ファイバ製造方法は、軸方向に延びる空孔を有する光ファイバを製造する方法であって、空孔となるべき貫通孔を有する光ファイバ母材を用意する第１の工程と、貫通孔の内部に酸素ガスを充填して光ファイバ母材を線引炉で線引きすることにより空孔を有する光ファイバを形成する第２の工程と、線引炉の後段に設けられた加熱炉によって、第２の工程で形成された光ファイバを温度９００℃〜１３００℃の範囲に加熱する第３の工程とを備えることを特徴とする。
【００１８】
上記光ファイバを製造する方法では、光ファイバ母材を線引炉で線引きして形成された光ファイバを加熱炉で温度９００℃〜１３００℃の範囲に加熱する。ＳｉＯ₂が軟化するいわゆる軟化点は約９００℃程度である。ガラスが軟化するという現象は、原子レベルで見た場合、ＳｉとＯとの再結合が起こっているということである。上述した空孔界面の不安定なＳｉ−Ｏの結合を、軟化点以上の温度に保持することにより、不安定な結合は、よりエネルギの低い安定な結合へと再結合を行う。その結果、空孔界面の原子配列の乱れが低減され、誘電率の揺らぎが減少することでレイリー散乱も低減される。
【００１９】
また、１３００℃より高温で光ファイバを加熱すると光ファイバの空孔が変形したりつぶれたりしやすくなるが、上記の製造方法では、１３００℃以下の温度で加熱しているので、光ファイバの空孔が変形したりつぶれたりすることを抑制することができる。
【００２０】
従って、軸に直交する断面における空孔の幾何学的形状を維持しつつレイリー散乱が低減された光ファイバを製造することが可能である。
【００２１】
なお、空孔が変形したりつぶれたりすることを抑制する観点から、加熱炉で光ファイバを温度９００℃〜１１００℃の範囲に加熱することは有効である。
【００２２】
また、上記本発明の光ファイバ製造方法の第３の工程においては、光ファイバを温度９００℃〜１３００℃の範囲に０．１秒以上加熱することが好適である。
【００２３】
加熱炉での光ファイバの加熱時間が０．１秒よりも短い場合には、空孔の界面に不安定に付着したＳｉＯが安定な結合状態を形成する前に凍結されてしまう恐れがある。上述したように加熱炉で光ファイバを０．１秒以上加熱することで光ファイバの空孔の界面に付着しているＳｉＯをより確実に安定な結合状態とすることができる。
【００２４】
更に、本発明の光ファイバ製造方法の第３の工程においては、温度９００℃〜１３００℃の範囲であって、線引炉と加熱炉との間における光ファイバの最低の温度より高い温度で、該光ファイバを加熱することが望ましい。
【００２５】
この場合には、線引炉と加熱炉との間で温度９００℃〜１３００℃の範囲又はそれより低い温度に冷えた光ファイバが加熱炉で再加熱される。
【００２６】
本発明ではＳｉＯガスが空孔内面に付着した後に温度を９００℃〜１３００℃に保持することでＳｉ−Ｏの再結合を促し、レイリー散乱を低減している。従って、加熱炉通過時にＳｉＯガスとして空孔内の空間に存在する原子に対しては効果を有しない。これは、空孔内の空間に存在するＳｉＯガスは加熱炉通過後に空孔内面に不安定な結合状態で付着するためである。そのため、線引炉直下でファイバ温度が高い状態のままで加熱炉に光ファイバを入線させると、その時点で空孔内にＳｉＯガスの状態にある原子数が多いため効果が小さくなる。一方、加熱炉に入る前の光ファイバ温度を加熱炉温度より下げることによりＳｉＯガスとして存在する確率は小さくなるので、より多くの効果を得ることができる。
【００２７】
従って、上記のように光ファイバを再加熱することで加熱炉を通過した光ファイバにおける空孔の界面のＳｉとＯとの結合を安定な結合状態とすることが可能である。
【００２８】
なお、加熱炉を線引炉から離して配置し、加熱炉と線引炉との間で光ファイバを空冷することは、ＳｉＯを空孔の界面に一度付着させる観点から好適である。
【００２９】
また、本発明の光ファイバ製造方法においては、線引炉内の雰囲気ガスにヘリウムガスが含まれていることが好適である。
【００３０】
ヘリウムガスは不活性ガスであることから雰囲気ガスに用いても光ファイバと化学反応を起こすことがない。また、ヘリウムガスは、熱伝導率が高いので雰囲気ガスにヘリウムガスが含まれていることで、ヒータから出た後の光ファイバを効率的に冷却することができる。
【００３１】
更に、本発明の光ファイバ製造方法においては、加熱炉内の雰囲気ガスに窒素ガスが含まれていることが好適である。
【００３２】
窒素ガスは不活性ガスであることから雰囲気ガスに用いても光ファイバと化学反応を起こすことがない一方、熱伝導率は小さいことから光ファイバが冷えにくいので加熱炉通過後も高温に保持される時間が延び、Ｓｉ−Ｏの再結合を促進することから、ＳｉとＯとをより安定な結合状態にすることができる。
【００３３】
本発明の光ファイバ製造方法においては、貫通孔の内部に酸素ガスが充填される。
【００３４】
貫通孔の内部に酸素ガスが充填されることで（１）式の平衡は右辺へシフトし、光ファイバ母材を線引炉で加熱した際に貫通孔の内部にＳｉＯガスが発生することを抑制することができる。
【数１】

【００３５】
また、本発明の光ファイバ製造方法での第２の工程において、光ファイバ母材を線引炉により１９５０℃以下の温度で加熱して線引きすることが好適である。
【００３６】
上述したように光ファイバ母材を線引きするために加熱すると貫通孔内にＳｉＯガスが発生するが、１９５０℃以下の温度で加熱することでＳｉＯガスの発生を抑制することができる。そのため、光ファイバ母材を線引して形成した光ファイバにおける空孔の界面にＳｉＯが付着する割合が小さくなる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面と共に本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、図中の寸法比率は、説明のものとは必ずしも一致していない。
【００３８】
図１は、本実施形態におけるファイバ軸方向に延びる空孔を有した光ファイバである微細構造光ファイバの概略構成図である。微細構造光ファイバ１０は、そのファイバ軸に沿って延びるコア領域１１と、そのコア領域１１の外周を取り囲むクラッド領域１２とを備える。
【００３９】
クラッド領域１２には、コア領域１１の周囲にファイバ軸方向に延びる複数の空孔１３が形成されている。図１において空孔１３は、ファイバ軸に直交する断面においてコア領域１１の周囲に六方格子状に配置されているが、空孔１３の配置はこの配置に限定されず、任意の配置が可能である。なお、コア領域１１は中空の空孔になる場合もある。
【００４０】
上記構成の微細構造光ファイバ１０では、クラッド領域１２が空孔１３を有しているので、クラッド領域１２の平均屈折率は、空孔１３を有さない場合よりも小さくなっている。そのため、コア領域１１とクラッド領域１２との屈折率差は、クラッド領域１２に空孔が形成されていない場合に比べて大きくなっている。
【００４１】
次に、上記微細構造光ファイバ１０を製造する方法について説明する。
【００４２】
まず、光ファイバ母材２０を用意する。図２に本実施形態の光ファイバ母材２０を、そのファイバ軸に直交する平面で切断した断面図を示す。光ファイバ母材２０は、図２に示すように、コア領域１１となるべき第１領域２１、及び、クラッド領域１２となるべき第２領域２２を備えている。ここで、第１領域２１と第２領域２２とは同一の組成としても良い。また、第２領域２２には空孔１３となるべき貫通孔２３が形成されている。貫通孔２３は、図２に示すようにファイバ軸に直交する断面において第１領域２１の周囲に六方格子状に配置されている。この光ファイバ母材２０は、まず、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法又はＯＶＤ法などを用いて、第１領域２１及び第２領域２２を形成し、次にその第２領域２２に貫通孔２３を形成することで作製される。貫通孔２３は例えば穿孔器具を用いて形成すれば良い。
【００４３】
次に、上記光ファイバ母材２０を線引きする。ここで、光ファイバ母材２０の線引きに適した線引装置３０の一実施形態の構成を説明する。図３は線引装置３０の模式図である。線引装置３０は、線引炉３１と、加熱炉３２とを備える。
【００４４】
線引炉３１は、円筒状の炉心管３１ａと、ヒータ３１ｂとを有する。また、線引炉３１の上方には母材供給装置（不図示）が設けられており、これにより、光ファイバ母材２０が炉心管３１ａ内に保持される。ヒータ３１ｂは、線引炉３１の下端に位置し、炉心管３１ａの外側でその外周を取り囲むように配置されている。
【００４５】
加熱炉３２は、光ファイバ母材２０を線引きする方向において、線引炉３１の下流であって線引炉３１から離して配置されている。加熱炉３２は、円筒状の炉心管３２ａと、ヒータ３２ｂとを有する。ヒータ３２ｂは、炉心管３２ａの外側に、その外周を取り囲むように配置されている。
【００４６】
上記線引装置３０を用いた光ファイバ母材２０の線引き方法について説明する。
【００４７】
母材供給装置に光ファイバ母材２０を取り付けて、光ファイバ母材２０を線引炉３１の炉心管３１ａ内に保持する。ここで、ヒータ３１ｂを作動させて炉心管３１ａを加熱する。このように炉心管３１ａを加熱することで光ファイバ母材２０の一端を加熱・溶融し線引きして微細構造光ファイバ１０を得る。ヒータ３１ｂの温度は、光ファイバ母材２０を溶融することが可能な温度以上であれば良いが、約１９５０℃以下の温度が好適である。光ファイバ母材２０が加熱されて溶融すると、光ファイバ母材２０を形成しているシリカガラスのＳｉとＯとの結合が切れて貫通孔２３内にＳｉＯガスが発生するが、加熱温度を約１９５０℃以下とすることでＳｉＯガスの発生を抑制することができるからである。
【００４８】
上記線引きの際には、ヒータ３１ｂから出た後の微細構造光ファイバ１０を効率的に冷却するために炉心管３１ａ内に雰囲気ガスとして熱伝導率の大きな不活性ガスを供給する。不活性ガスとしては、例えば、ヘリウムガスが熱伝導率の大きさの観点から好適である。なお、不活性ガスは炉心管３１ａに不活性ガス供給源を接続して供給すれば良い。
【００４９】
また、光ファイバ母材２０の貫通孔２３の内部に酸素ガスを充填するなどによって酸素ガスを存在させることが好ましい。上述したように線引きの際には、貫通孔２３内にＳｉＯガスが発生するが、酸素ガスが存在することで（１）式の平衡は右辺にシフトし、ＳｉＯガスの発生を抑制することができるからである。
【００５０】
次に、光ファイバ母材２０を線引炉３１で線引きして形成された微細構造光ファイバ１０を炉心管３１ａの下部から線引炉３１の下方へと引き出し、線引炉３１と加熱炉３２との間で空冷する。
【００５１】
続いて、空冷された微細構造光ファイバ１０を加熱炉３２に送る。ここで、ヒータ３２ｂを作動させて炉心管３２ａを加熱することで微細構造光ファイバ１０を加熱する。微細構造光ファイバ１０を加熱する温度は、上記空冷により空孔１３の界面に付着したＳｉＯの再結合が促進される温度とすれば良い。ただし、温度９００℃〜１３００℃の範囲であって、線引炉３１と加熱炉３２との間での微細構造光ファイバ１０の最低の温度より高い温度で微細構造光ファイバ１０を加熱することが好適である。ＳｉＯ₂が軟化する温度が約９００℃程度である一方、１３００℃より高いと空孔１３がつぶれたり変形したりするからである。なお、空孔１３がつぶれることや変形したりすることを抑制する観点から微細構造光ファイバ１０を温度９００℃〜１１００℃の範囲に加熱することが更に好ましい。
【００５２】
加熱炉３２での微細構造光ファイバ１０の加熱時間は、０．１秒以上であることが好適である。加熱時間が０．１秒よりも短いと、不安定なＳｉ−Ｏ結合が再結合により安定な結合に移動する前に結合状態が凍結されてしまう恐れがあるからである。
【００５３】
また、加熱炉３２で微細構造光ファイバ１０を加熱する際には、微細構造光ファイバ１０が直ぐに冷えないように炉心管３２ａ内に雰囲気ガスとして熱伝導率の低い不活性ガスを供給する。不活性ガスとしては、熱伝導率の低さの観点から窒素ガスが好適である。
【００５４】
次に、上述した本実施形態における微細構造光ファイバ１０を製造する方法が奏する作用・効果について説明する。
【００５５】
本実施形態における微細構造光ファイバ１０を製造する方法では、図２に示す光ファイバ母材２０を線引きして、ファイバ軸方向に延びる空孔１３を有する微細構造光ファイバ１０を形成し、その微細構造光ファイバ１０を線引炉３１と加熱炉３２との間で一度空冷して更に加熱炉３２で再加熱する。
【００５６】
ところで、上述したように光ファイバ母材２０を線引きする際には貫通孔２３の内部にＳｉＯガスが発生する。このＳｉＯガスは、微細構造光ファイバ１０が空冷されると空孔１３の界面に付着する。ただし、通常、空冷により微細構造光ファイバ１０は急冷されるので、ＳｉＯガスは空孔１３の界面でＳｉとＯとの安定な結合状態を形成する前に凍結され、不安定な状態で空孔１３の界面に付着する。
【００５７】
本実施形態では、加熱炉３２において、空孔１３の界面にＳｉＯが不安定に付着している状態の微細構造光ファイバ１０を、温度９００℃〜１３００℃の範囲であって、線引炉３１と加熱炉３２との間での微細構造光ファイバ１０の最低の温度より高い温度で再加熱する。このように微細構造光ファイバ１０を加熱炉３２で再加熱しているので、不安定に付着していたＳｉＯを空孔１３の界面においてＳｉとＯとの安定な結合状態とすることができる。
【００５８】
ここで、加熱炉３２で微細構造光ファイバ１０を温度９００℃〜１３００℃の範囲に加熱することが重要である。ファイバ軸方向に延びる空孔１３を有する微細構造光ファイバ１０は、ファイバ軸に直交する断面での空孔１３の大きさや分布を調整することで、空孔を有さない微細構造光ファイバに比べて優れた特性、例えば絶対値の大きな波長分散や大きな非線形性が実現される。即ち、微細構造光ファイバ１０の特性は空孔１３の幾何学的形状に依存している。
【００５９】
一方、通常、微細構造光ファイバ１０の直径は１２５μｍ程度であるので空孔１３の直径も数μｍ以下であり極めて小さく、空孔１３は加熱によりその幾何学的形状が変形しやすくなっている。
【００６０】
他方、空孔１３に付着したＳｉＯを安定な結合にするために、加熱炉３２での加熱が必要である。そして、加熱炉３２では微細構造光ファイバ１０の空孔１３の界面に付着したＳｉＯを安定なＳｉとＯとの結合状態にするために再加熱するので、その温度はＳｉＯ₂が軟化するいわゆる軟化点以上の温度である必要がある。
【００６１】
そのため、微細構造光ファイバ１０における空孔１３の幾何学的形状を維持しつつその界面に付着したＳｉＯを安定な結合状態にするために、加熱炉３２の温度設定が重要であり、上記温度９００℃〜１３００℃が好適である。これは、ＳｉＯ₂の軟化点は約９００℃程度であるとともに、空孔１３は１３００℃より高温で加熱されるとつぶれたり変形したりする恐れがあるからである。
【００６２】
以上のように、微細構造光ファイバ１０を温度９００℃〜１３００℃の範囲に加熱することで、空孔１３がつぶれたり変形したりすることを抑えつつ、空孔１３の界面に不安定に付着しているＳｉＯをＳｉとＯとの安定な結合状態にすることが可能である。
【００６３】
また、上述したように本実施形態では、微細構造光ファイバ１０を加熱炉３２で温度９００℃〜１３００℃の範囲に０．１秒以上加熱するので、ＳｉとＯとの結合を確実に安定な結合にすることができる。
【００６４】
従来、微細構造光ファイバは、光ファイバ母材を線引炉で線引きして製造されていただけであった。そのため、空孔１３の界面にはＳｉＯが不安定に付着していた。このような状態の微細構造光ファイバでは、ＳｉＯが不安定に付着した部分で空孔の界面の原子配列が乱れている。その原子配列が乱れた部分では導波光のレイリー散乱が増大するので、微細構造光ファイバにおける伝送損失が増大していた。
【００６５】
これに対して本実施形態では、上述したように線引炉３１の後段に設けられた加熱炉３２で微細構造光ファイバ１０を再加熱するので、空孔１３の界面に付着したＳｉＯがＳｉとＯとの安定な結合状態を実現することができる。そのため、加熱炉３２を通過した微細構造光ファイバ１０において、導波光の空孔１３界面におけるレイリー散乱が抑制される。従って、上述した方法で製造された微細構造光ファイバ１０における導波光の伝送損失を低減することができる。
【００６６】
以上述べたように、本実施形態では、伝送損失の原因と考えられる空孔１３の界面でのレイリー散乱を抑制することで微細構造光ファイバ１０の伝送損失を低減させている。即ち、従来のように微細構造光ファイバにおけるクラッド領域を、コア領域を順次包囲する３層構造とし、その３層のうちでコア領域に対して最も外側の層に空孔を配置するなどの微細構造光ファイバの構成に依存していない。伝送損失を低減するために微細構造光ファイバ１０の構成が制限されないので、微細構造光ファイバ１０で実現したい特性、例えば絶対値の大きい波長分散の実現などを、伝送損失の低減とともに実現することが可能である。
【００６７】
上記製造方法による微細構造光ファイバ１０の具体的な実施例及び比較例を示す。
【００６８】
実施例１〜実施例４の微細構造光ファイバ１０は、何れも図３に示す線引装置３０を用いて次のようにして製造した。
【００６９】
まず、図２に示す光ファイバ母材２０を母材供給装置に取り付け、その光ファイバ母材２０を線引炉３１内に保持した。ここで、光ファイバ母材２０は、第１領域２１、第２領域２２ともに純石英ガラスから形成されたものとした。
【００７０】
続いて、線引炉３１で光ファイバ母材２０を温度１９４０℃で加熱・溶融し線引きして微細構造光ファイバ１０を得た。この微細構造光ファイバ１０を線引炉３１と加熱炉３２との間で一旦空冷した後に加熱炉３２に送り、微細構造光ファイバ１０を再加熱した。なお、線引炉３１内にはヘリウムガスを供給し、加熱炉３２内は窒素ガスを供給した。更に、貫通孔２３内には酸素ガスを存在させた。
【００７１】
ここで、実施例１〜実施例４の微細構造光ファイバ１０の製造においては、加熱炉３２での微細構造光ファイバ１０を夫々次のように加熱した。即ち、実施例１では１０００℃で１秒加熱し、実施例２では１１００℃で０．５秒加熱し、実施例３では１２００℃で０．５秒加熱し、実施例４では１３００℃で０．３秒加熱した。
【００７２】
以上述べたように、実施例１〜実施例４の微細構造光ファイバ１０は、加熱炉３２での加熱条件が異なる点以外は同一の製造条件として製造した。
【００７３】
また、比較例の微細構造光ファイバは、光ファイバ母材２０を線引炉３１で線引して製造したものであって、その製造条件は、加熱炉３２で加熱を実施しない点以外は実施例１の微細構造光ファイバ１０を製造する条件と同一とした。
【００７４】
上記のようにして製造した実施例１〜実施例４の微細構造光ファイバ１０及び比較例の微細構造光ファイバに対して伝送損失を調べた。図４にその結果を示す。図４において、横軸は導波光の波長、縦軸は伝送損失を示す。
【００７５】
図４から実施例１〜実施例４の微細構造光ファイバ１０、即ち、光ファイバ母材２０を線引炉３１で線引きして形成した微細構造光ファイバ１０を加熱炉３２で再加熱をしたものの方が、比較例の微細構造光ファイバより伝送損失が小さくなっていることが理解できる。なお、図４中、約１２４０ｎｍ及び約１３８０ｎｍでの伝送損失が大きくなっているのは、それぞれＨ₂とＯＨ基の吸収である。
【００７６】
実施例１〜実施例４の微細構造光ファイバ１０を製造する方法は、線引炉３１から引き出された微細構造光ファイバ１０を加熱炉３２で再加熱する点以外は、比較例の微細構造光ファイバを製造する方法と同じである。従って、図４に示す伝送損失の低減は、加熱炉３２による加熱によるものであり、上述したように空孔１３の界面の原子配列が安定な状態になったことによるものと理解できる。
【００７７】
また、図５に、微細構造光ファイバ１０の波長１５５０ｎｍの導波光における伝送損失の測定結果を示す。図５において、横軸は加熱炉３２での微細構造光ファイバ１０の加熱温度、縦軸は波長１５５０ｎｍの導波光における伝送損失を示す。なお、室温としてプロットした測定結果は、加熱炉３２での加熱を実施をせずに製造した微細構造光ファイバの測定結果である。このような表記は、加熱炉３２で加熱を実施して製造した微細構造光ファイバ１０の測定結果と比較するための便宜上のものである。
【００７８】
図５から、シリカガラスを主成分とする光ファイバにおいて最低の伝送損失を実現する波長１５５０ｎｍの導波光における伝送損失も、温度９００℃〜１３００℃の範囲に加熱された微細構造光ファイバ１０で低減されていることがわかる。
【００７９】
更に、図６に、微細構造光ファイバ１０の波長１５５０ｎｍの導波光における分散値の測定結果を示す。図６において横軸は加熱炉３２における微細構造光ファイバ１０の加熱温度、縦軸は波長１５５０ｎｍの導波光における分散値を示す。なお、図６において加熱炉３２による加熱を実施せずに製造した微細構造光ファイバの測定結果を室温としてプロットした点は図５と同様である。
【００８０】
図６より、加熱炉３２での加熱温度が高くなるにつれて、分散値が小さくなってきていることがわかる。これは、加熱炉３２での加熱により微細構造光ファイバ１０の空孔１３が変形してきているからと理解される。また、図６より、微細構造光ファイバ１０の分散値を、加熱炉３２での加熱を実施していない微細構造光ファイバの分散値からずれないようにするためには、加熱炉３２での温度を適切に設定する必要があることが理解できる。そして、加熱炉３２で１４００℃に加熱して製造されたものに対して急激に分散値が減少していることから、加熱炉３２では微細構造光ファイバ１０を温度９００℃〜１３００℃の範囲に加熱することが好ましく、温度９００℃〜１１００℃の範囲に加熱することが更に好ましいことが理解できる。
【００８１】
以上、本発明の好適な実施形態及び実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態及び実施例に限定されないことは言うまでもない。例えば、上記実施形態では、ファイバ軸に直交する断面において空孔１３を六方格子状に配置しているが、特にこのような分布に限定する必要はない。ファイバ軸に直交する断面での空孔１３の配置は、微細構造光ファイバで実現すべき特性、例えば絶対値の大きな波長分散や、空孔を有さない光ファイバよりも大きい又は小さい実効コア断面積を実現するために必要な配置とすれば良い。
【００８２】
コア領域１１に屈折率を上昇させる添加材（例えば、Ｇｅ）を添加しても良く、屈折率を下げる添加材を添加しても良い。更に、添加材を添加しなくても良い。また、コア領域１１は中空でもかまわない。
【００８３】
更に、本発明の好適な実施形態では、加熱炉３２を線引炉３１から離して配置し一度空冷した微細構造光ファイバ１０を加熱炉３２で再加熱しているが、線引炉３１と加熱炉３２との間を離さずに線引炉３１で形成された微細構造光ファイバ１０を直ぐに加熱炉３２に送り徐冷しても良い。この場合、ＳｉＯが空孔１３の界面に安定に結合するように加熱時間を調整すれば良い。
【００８４】
【発明の効果】
本発明によれば、軸方向に延びる空孔を有する光ファイバにおいて光ファイバのコア領域及びクラッド領域の構造や空孔の軸方向に直交する断面での分布を制限することなくその伝送損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における微細構造光ファイバの模式図である。
【図２】図１の微細構造光ファイバの光ファイバ母材におけるファイバ軸に直交する平面で切断した断面図である。
【図３】図２の光ファイバ母材を線引きするための線引装置である。
【図４】実施例１〜実施例４及び比較例の微細構造光ファイバの伝送損失の測定結果を示す図である。
【図５】微細構造光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける伝送損失の測定結果を示す図である。
【図６】微細構造光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける分散値の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
１０…微細構造光ファイバ、１１…コア領域、１２…クラッド領域、１３…空孔、２０…光ファイバ、２１…第１領域、２２…第２領域、２３…貫通孔、３０…線引装置、３１…線引炉、３１ａ…炉心管、３１ｂ…ヒータ、３２…加熱炉、３２ａ…炉心管、３２ｂ…ヒータ

Claims

軸方向に延びる空孔を有する光ファイバを製造する方法であって、
前記空孔となるべき貫通孔を有する光ファイバ母材を用意する第１の工程と、
前記貫通孔の内部に酸素ガスを充填して前記光ファイバ母材を線引炉で線引きすることにより前記空孔を有する光ファイバを形成する第２の工程と、
前記線引炉の後段に設けられた加熱炉によって、前記第２の工程で形成された光ファイバを温度９００℃〜１３００℃の範囲に加熱する第３の工程と
を備えることを特徴とする光ファイバ製造方法。
前記第３の工程において、前記光ファイバを温度９００℃〜１３００℃の範囲に０．１秒以上加熱することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ製造方法。
前記第３の工程において、温度９００℃〜１３００℃の範囲であって、前記線引炉と前記加熱炉との間における前記光ファイバの最低の温度より高い温度で、該光ファイバを加熱することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光ファイバ製造方法。
前記加熱炉を前記線引炉から離して配置し、前記加熱炉と前記線引炉との間で前記光ファイバを空冷することを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ製造方法。
前記線引炉内の雰囲気ガスにヘリウムガスが含まれていることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の光ファイバ製造方法。
前記加熱炉内の雰囲気ガスに窒素ガスが含まれていることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の光ファイバ製造方法。
前記第２の工程において、前記光ファイバ母材を前記線引炉により１９５０℃以下の温度で加熱して線引きすることを特徴とする請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の光ファイバ製造方法。