JP4184302B2

JP4184302B2 - マルチコアファイバ及びその製造方法

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Publication number: JP4184302B2
Application number: JP2004053325A
Authority: JP
Inventors: 浩司岡村; 真也稲垣; 秀雄中田; 喜彦酒寄
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2024-02-27
Also published as: JP2005242086A

Description

本発明は、一本の光ファイバの中に複数のコアを有するマルチコアファイバ及びその製造方法に関する。

一本の光ファイバの中に複数のコアが設けられたマルチコアファイバは、複数の光信号を一本の光ファイバで伝送する用途に用いられる。また、最近では、センサー用としてもマルチコアファイバが用いられている。

従来のマルチコアファイバの製造方法としては、希土類元素を添加したコアとクラッドを有するコアロッド（コアプリフォーム）を複数本石英管中に挿入し、これらを加熱溶融して融着させるジャケッティング法によりプリフォームを作り、これを線引きする方法が知られている（例えば特許文献１）。

また、複数の単心コアガラス棒を石英管内に揃えて集合させた後、これらのガラス棒及び石英管からなる複合部材をコラプスして一体化するマルチコアファイバプリフォームの製造方法において、石英管内の空隙に細径のガラス棒を充填した後コラプスするマルチコアファイバプリフォームの製造方法が知られている（例えば特許文献２）。
特開平９−５５４３号公報特開昭５９−２１７６３２号公報特開昭５５−２１０８７号公報特開昭６０−１３１５０５号公報特開平５−１０５４８４号公報特開昭５５−６５９０７号公報特開昭５６−９４３０７号公報

マルチコアファイバをセンサーとして使用する場合には、コアの真円度及びコア間の相対的位置の正確性が要求されるが、従来のマルチコアファイバの製造方法によると、これらの要求を満たすのは極めて困難であった。

本発明はこのような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、コアの真円度及びその相対的位置間隔の精度の高いマルチコアファイバ及びその製造方法を提供することである。

本発明によると、（ａ）コアプリフォームを加熱延伸し、所定長さに切断することにより複数本の細径コアプリフォームを製造し、（ｂ）前記複数本の細径コアプリフォームを束ね、（ｃ）該束ねられた複数本の細径コアプリフォームの一端部を第１の石英管中に挿入し、（ｄ）前記複数本の細径コアプリフォームが挿入された部分の前記第１の石英管を加熱溶融し、且つ該細径コアプリフォームを延伸切断することにより該細径コアプリフォームの前記一端部を融着し、（ｅ）前記ステップ（ｃ）及び（ｄ）を前記束ねられた複数本の細径コアプリフォームの他端部について繰り返し、（ｆ）両端が融着された前記複数本の細径コアプリフォームを第２の石英管中に挿入し、（ｇ）該第２の石英管をその一端側から他端側に向けて順次加熱して前記複数本の細径コアプリフォームと共に溶融することにより、該第２の石英管と該複数本の細径コアプリフォームを融着一体化してマルチコアプリフォームを製造し、（ｈ）該マルチコアプリフォームを溶融・紡糸する、各ステップを備えたことを特徴とするマルチコアファイバの製造方法が提供される。

好ましくは、前記ステップ（ｆ）の前に、（ｉ）両端が融着された前記複数本の細径コアプリフォームの周囲に実質上等間隔で複数本のダミーファイバを束ね、（ｊ）該束ねられた複数本のダミーファイバ及び細径コアプリフォームの一端部を第３の石英管中に挿入し、（ｋ）前記複数本のダミーファイバが挿入された部分の前記第３の石英管を加熱溶融し、且つ該ダミーファイバを前記複数本の細径コアプリフォームと共に延伸切断することにより、該ダミーファイバを前記細径コアプリフォームの前記一端部に融着し、（ｌ）前記ステップ（ｊ）及び（ｋ）を前記複数本のダミーファイバがその周囲に束ねられた前記細径コアプリフォームの他端部について繰り返す、各ステップを更に備えている。

本発明のマルチコアファイバの製造方法によると、両端を融着してから複数本の細径コアプリフォームを石英管中に挿入して、加熱して融着一体化するため、コアの真円度及びコア整列精度の良いマルチコアファイバを提供することができる。

両端が融着された複数本の細径コアプリフォームの周囲に実質上等間隔で複数本のダミーファイバを束ね、これを石英管中に挿入して、加熱融着することにより、ダミーファイバが保護部材として働くため、コアの真円度及びコア整列精度をより向上することができる。

図１を参照すると、コア部材（コアプリフォーム）の製造方法の実施に使用することができるプリフォーム製造装置の概略構成が示されている。符号２は石英反応管４を回転可能に支持するガラス製造用の旋盤であり、６は旋盤２上を石英反応管４の長手方向を往復動して、石英反応管４を外部から加熱するバーナ、８はバーナ６に供給するＯ_２及びＨ_２の流量等を調整してバーナ６の燃焼状態を制御する温度制御装置である。

石英反応管４の端部に接続されたコネクタ１０には、ガス供給管１２が接続されており、このガス供給管１２を介してＳｉＣｌ_４等の原料ガスやＯ_２が石英反応管４の内部に送り込まれる。

１４はＳｉＣｌ_４供給器、１６はＧｅＣｌ_４供給器、１８はＰＯＣｌ_３供給器であり、その供給量は、マスフロメータ２０を介して送り込まれるＯ_２等のキャリアガスの流量によって制御される。２２はＳＦ_６を収容したガスボンベであり、バルブ２４を開くことによりＳＦ_６ガスがガス供給管１２に導入される。

尚、コネクタ１０を介したガス供給管１２と石英反応管４との接続部には、通常の方法によりシーリングが施されており、これにより石英反応管４の内部に閉じた系が確保されるようになっている。

まず、石英反応管４にＳｉＣｌ_４，ＰＯＣｌ_３，ＳＦ_６ガスを送り、石英反応管４内にＰ−Ｆ−ＳｉＯ_２系のクラッドガラスを堆積する。

次いで、ＳｉＣｌ_４及びＧｅＣｌ_４を含んだ原料ガス及びキャリアガスが送り込まれている石英反応管４を回転させながら、石英反応管４をその外部からバーナ６により加熱すると、石英反応管４内にはコアとなる酸化物ガラス微粉末が堆積し、この微粉末はバーナ６による加熱によって即座にガラス化される。

バーナ６の往復動を複数回行うことによって、ＧｅＯ_２がドープされたＳｉＯ_２からなる所定屈折率で所定厚みのコア層が石英反応管４の内壁に一様に形成される。

このように石英反応管４の内壁にコア層を堆積した後、バーナ６による加熱及びその往復動を行い、石英反応管４の中間コラプスを経た後、更に高温に加熱して中空部がなくなるまで完全にコラプスすると、図２に示すようなコアプリフォーム２８を得ることができる。

図２を参照して、細径コアプリフォームの製造方法を概略的に説明する。コアプリフォーム２８はＧｅドープされたコア３０と、Ｐ及びＦがドープされたクラッド３２を有している。ここで、ＳｉＯ_２にＰ，Ｆをドープするのは、クラッド３２を心持軟化させるためである。

コアプリフォーム２８を加熱延伸して外径１．７ｍｍ程度の細径コアプリフォーム３４を製造し、これをペンチ等で所定の長さに切断する。

次いで、図３に示すように、中心に一本の細径コアプリフォーム３４を配置し、その回りを６本の細径コアプリフォーム３４が囲むように束ね、図４に示すようにテープ３８で仮固定することにより、コアプリフォーム束３６を得る。

図４に示すように、ガラス旋盤チャック４０でコアプリフォーム束３６を把持しながら、コアプリフォーム束３６をＸ方向に移動して、ガラス旋盤チャック４４で把持されたダミー石英管４２中にコアプリフォーム束３６の端部を挿入する。この時、ダミー石英管４２の内径がコアプリフォーム束３６の外径よりも少し大きなダミー石英管４２を選択する。

次いで、図５に示すようにダミー石英管４２を回転しながら酸水素バーナ４６でコアプリフォーム束３６とダミー石英管４２の重なり部分を加熱溶融する。

次いで、バーナ４６による加熱を継続しながら図６の矢印Ｙ方向にコアプリフォーム束３６を引っ張ると、コアプリフォーム束３６の一端部３６ａがテーパー状に延伸して融着固定される。同様に、ダミー石英管４２の一端部４２ａもテーパー状に延伸される。

コアプリフォーム束３６の他端部についても同様な加熱延伸融着処理を行うと、両端３６ａ、３６ｂが融着固定された図７に示すようなコアプリフォーム束３６が得られる。

上述したように、ダミー石英管４２中にコアプリフォーム束３６の端部を挿入し、バーナ４６により加熱延伸すると、コアプリフォーム束３６の端部３６ａ、３６ｂをテーパー状にきれいに融着固定できるが、ダミー石英管を使用せずにそのまま加熱した時の比較例を図８に示す。

図８（Ａ）に示すように、酸水素バーナ４６でコアプリフォーム束３６の端部を加熱して融着しようとすると、図８（Ｂ）に示すようにコアプリフォーム束３６の端部３６ａ´がばらけてしまい、融着固定するのが困難である。

本発明の望ましい実施形態では、更に、両端が融着固定された図７に示すコアプリフォーム束３６の上に図９に示すように複数本（本実施形態では１２本）のダミーファイバ４８を束ねる。ここで、明細書及び請求項で使用する「ダミーファイバ」という用語は、コアを有しないクラッドのみのガラス棒をいう。

複数本の細径コアプリフォーム３４及び複数本のダミーファイバ４８を束ねた複合ファイバ束５０をテープで仮固定した後、この複合ファイバ束５０について図４〜図６に示す加熱延伸融着ステップを実行する。

複合ファイバ束５０の両端についてこの加熱延伸融着ステップを実行すると、図１０に示すような両端５０ａ、５０ｂが融着固定された複合ファイバ束５０が得られる。

図９に示すように細径コアプリフォーム３４の周囲にダミーファイバ４８を束ねるのは、後で説明する延伸融着ステップでの細径コアプリフォームの不均一な変形を防止し、細径コアプリフォームを保護する目的であり、これによりコアの真円度及び整列精度の高いマルチコアファイバを製造することができる。

図１０に示すように、複合ファイバ束５０を石英管５２中に挿入し、一対の突起５３（一つのみ図示）で複合ファイバ束５０を石英管５２中で支持する。突起５３は酸水素バーナ４６で石英管５２を部分的に溶融することにより形成する。石英管５２は、その内径が複合ファイバ束５０の外径よりも少し大きな石英管を選択する。

石英管５２を回転しながら酸水素バーナ４６により石英管５２を加熱する。バーナ４６を石英管５２の一端側から他端側に向けて矢印Ｘ方向に移動しながら、気泡が残らないように石英管５２及び複合ファイバ束５０を溶融し一体化する。

次いで、このように溶融一体化された上に石英管を被せ、バーナにより加熱溶融して再度一体化する。この被せ管延伸工程を複数回繰り返し、最終的に所望の外径を有するマルチコアプリフォームを製造する。

図１２（Ａ）は本発明方法で製造したマルチコアプリフォームの拡大断面写真であり、図１２（Ｂ）はコアプリフォーム束の両端を固定せずに一体化した場合の拡大断面写真である。

３５はコア部を示しており、図１２（Ａ）に示す本発明方法により製造したマルチコアプリフォームでは７個のコア３５の間隔誤差が±２％以下であり、更に各コア３５の断面は真円に近い形をしている。

これに対して、図１２（Ｂ）に示す従来方法により製造されたマルチコアプリフォームではコア３５の断面形状は明らかに変形しており、コア間隔の誤差も±１０％程度となり、相当大きな誤差となっている。

図１３はマルチコアプリフォーム５４をマルチコアファイバに線引きするための線引き装置の概略図である。マルチコアプリフォーム５４はプリフォーム送り部５６で支持され、徐々に下方向に送り出されて、加熱炉５８でマルチコアプリフォーム５４の下端部を加熱して溶融する。

マルチコアプリフォーム５４は加熱炉５８の下端部でマルチコアファイバ６０に線引きされ、線径測定部６２でマルチコアファイバ６０の線径が非接触で測定される。マルチコアファイバ６０は被覆装置６４で紫外線（ＵＶ）硬化エポキシ樹脂のコーティングを施され、紫外線ランプ６６でコーティングが硬化される。

ＵＶ硬化エポキシ樹脂の被覆を施されたマルチコアファイバ６０は、制御された速度で回転するキャプスタンローラ６８を介して巻き取りドラム７０に巻き取られる。キャプスタンローラ６８の回転速度は、線径測定部６２により測定されたマルチコアファイバ６０の線径が一定に保たれるように線径制御部７２でフィードバック制御される。

図１２（Ａ）に示すようなコア部３５の断面形状及び整列精度の良いマルチコアプリフォーム５４をこのような線引き装置により線引きすることにより、図１４の断面図に示すようなコア７６，７８の真円度が高く、その整列精度の良いマルチコアファイバ６０を製造することができる。

図１４において、７４は石英管を溶融して形成したガラスマトリックスであり、ガラスマトリックス７４の中心にコア７６が埋め込まれ、その周囲の実質上同一円周上に６個のコア７８が埋め込まれている。更に、コア７８の外周には概略同一円周上に１２個のダミーファイバ８０が埋め込まれている。

上述した実施形態では、図１１に示すように細径コアプリフォーム３４の外周にダミーファイバ４８を配置しているが、細径コアプリフォーム３４の外周に更に複数の細径コアプリフォームを配置し、最外周にダミーファイバを配置するようにすれば、本発明の製造方法の利点を利用して更に数多くのコアを有するマルチコアファイバを製造することができる。

コアプリフォーム製造装置の概略構成図である。細径コアプリフォームの製造方法を説明する図である。束ねられた複数の細径コアプリフォームを示す図である。束ねられた細径コアプリフォームの一端をダミーの石英管に挿入する様子を示す図である。重なり部を加熱溶融するステップを示す図である。一端部を延伸切断して融着固定するステップを示す図である。両端が融着固定された細径コアプリフォーム束を示す図である。ダミー石英管に挿入せずにそのまま加熱した従来例を示す図である。細径コアプリフォームの周囲にダミーファイバを束ね複合ファイバ束とした状態を示す図である。複合ファイバ束を石英管に挿入し加熱融着して一体化するステップを示す図である。図１０の１１−１１線断面図である。本発明方法と従来方法で製造したマルチコアプリフォームの拡大断面写真である。線引き装置の概略構成を示す図である。本発明実施形態のマルチコアファイバの断面を示す図である。

符号の説明

２８コアプリフォーム
３４細径コアプリフォーム
３６コアプリフォーム束
４２ダミー石英管
４６酸水素バーナ
４８ダミーファイバ
５０複合ファイバ束
５２石英管
６０マルチコアファイバ
７４ガラスマトリックス
７６，７８コア
８０ダミーファイバ

Claims

（ａ）コアプリフォームを加熱延伸し、所定長さに切断することにより複数本の細径コアプリフォームを製造し、
（ｂ）前記複数本の細径コアプリフォームを束ね、
（ｃ）該束ねられた複数本の細径コアプリフォームの一端部を第１の石英管中に挿入し、
（ｄ）前記複数本の細径コアプリフォームが挿入された部分の前記第１の石英管を加熱溶融し、且つ該細径コアプリフォームを延伸切断することにより該細径コアプリフォームの前記一端部を融着し、
（ｅ）前記ステップ（ｃ）及び（ｄ）を前記束ねられた複数本の細径コアプリフォームの他端部について繰り返し、
（ｆ）両端が融着された前記複数本の細径コアプリフォームを第２の石英管中に挿入し、
（ｇ）該第２の石英管をその一端側から他端側に向けて順次加熱して前記複数本の細径コアプリフォームと共に溶融することにより、該第２の石英管と該複数本の細径コアプリフォームを融着一体化してマルチコアプリフォームを製造し、
（ｈ）該マルチコアプリフォームを溶融し紡糸する、
各ステップを備えたことを特徴とするマルチコアファイバの製造方法。
前記ステップ（ｆ）の前に、
（ｉ）両端が融着された前記複数本の細径コアプリフォームの周囲に実質上等間隔で複数本のダミーファイバを束ね、
（ｊ）該束ねられた複数本のダミーファイバ及び細径コアプリフォームの一端部を第３の石英管中に挿入し、
（ｋ）前記複数本のダミーファイバが挿入された部分の前記第３の石英管を加熱溶融し、且つ該ダミーファイバを前記複数本の細径コアプリフォームと共に延伸切断することにより、該ダミーファイバを前記細径コアプリフォームの前記一端部に融着し、
（ｌ）前記ステップ（ｊ）及び（ｋ）を前記複数本のダミーファイバがその周囲に束ねられた前記細径コアプリフォームの他端部について繰り返す、
各ステップを更に備えたことを特徴とする請求項１記載のマルチコアファイバの製造方法。