JP4249121B2 - ダブルクラッドファイバの製造方法 - Google Patents
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Description
フォトニック・バンドギャップ型ファイバは、クラッドに周期構造を形成することで光をファイバ内側に閉じ込めるファイバである。
空孔占有率(%)=[空孔断面積/(空孔断面積+構造支持部断面積)]×100
本発明のダブルクラッドファイバの製造方法において、前記プリフォームを作製する際に、片端を封止したキャピラリを用いてプリフォームを作製し、次に、適切な圧力下でキャピラリを両端封止し、その後にキャピラリ同士を溶着させてキャピラリ間の隙間を塞ぐことが好ましい。
そのため、部品として使用するために必要なファイバ強度の劣化を抑え、十分な機械強度を持ちながら高いNAが得られる優れたファイバを提供できる。
また、所定のNAを得るために構造支持部の厚さを通常よりも大きくすることができるので、ファイバ端面の切断等の加工を容易に行うことができる。
図6は、本発明に係るダブルクラッドファイバの一例を示す断面図である。このダブルクラッドファイバ10は、コア部11と、該コア部11よりも屈折率の低い材料からなり該コア部11を囲む内側クラッド層12と、該内側クラッド層12を囲む多数の空孔13とこれらの空孔13間の構造支持部14とからなる空孔形成層15と、該空孔形成層15を囲む外側クラッド層16とを備えて構成されている。このダブルクラッドファイバ10は、前記構造支持部14の屈折率が、純粋石英の屈折率よりも低い材料からなるとともに、内側クラッド層12で囲まれた部分の波長1μmにおけるNAが0.4以上であることを特徴としている。
本発明の製造方法では、まず、筒状のサポート管内に、コア/クラッド構造を有するコアロッドと該コアロッドの外周に多数本のキャピラリを配置してプリフォームを作製する。
図8は、前記プリフォーム一体化工程を例示する構成図であり、この図中、符号32〜35は図7の符号32〜35と同じ構成要素であり、さらに符号38は圧力調整系、39はヒーターである。この一体化工程では、石英管32内にコネクタ35を介して圧力調整系38を接続し、管内の圧力を調整可能とし、ヒーター39によりプリフォームの局部を加熱し、必要に応じて図中矢印方向にプリフォームを延伸し、所定圧力下でプリフォーム内のキャピラリ34同士を溶着させる。さらにヒーター39とプリフォームの相対位置をプリフォーム長手方向に沿って移動させながら、プリフォーム全長にわたって加熱、延伸し、所定圧力下でプリフォーム内のキャピラリ34同士を溶着させてキャピラリ34間の隙間を塞ぐとともに、コアロッド33,キャピラリ34及び石英管32を溶着させて一体化する。
また、キャピラリ34を構成するF添加石英ガラスの比屈折率差を、純粋石英を基準として−0.7%以下とすることにより、ファイバ加工性をより向上することができる。
また、空孔形成層15の空孔占有率が50%以上となるように製造することで、実用上十分なファイバ強度や加工性を維持しながら、より大きなNAを有するダブルクラッドファイバ10を製造することが可能になる。
また、空孔形成層15の空孔占有率が75%以上となるように製造することで、内側クラッド層12で囲まれた部分の波長1μmにおけるNAが0.7以上の高NAファイバを製造することができる。
また、コア/クラッド構造を有するコアロッド33を用いることによって、コア部にErやYbのような希土類元素を添加し、高出力なレーザ発振が可能な光増幅器用やファイバレーザ用のファイバを得ることができる。さらに、このコア部に希土類元素と共にAlやPなどを共添加することで、変換効率を改善することができる。更に、コア部にGeを添加することで、ファイバグレーティングなどを作製することも可能である。
また、横断面形状がほぼ真円のキャピラリ34と、内壁の横断面形状がほぼ真円のサポート管である石英管32を用いることができるので、特別な加工が不要であり、作製、入手が容易である。そのためファイバを低コストで作製することができる。
また、プリフォーム20を作製し、一体化する際に、キャピラリ34間の隙間を塞ぎ、その後、線引き工程において、プリフォーム断面に均一な圧力を加えながら線引きを行うことができるので、キャピラリ34間の隙間を容易に塞ぐことができ、最終的に不要な部分に空孔を残すことなくファイバを作製することができる。
また、一体化する際に、キャピラリ34間の隙間を塞ぎ、その後、線引き工程において、プリフォーム断面に均一な圧力を加えながら線引きを行うことができるので、設計した通りの空孔サイズ、位置を維持しながら、長尺のファイバを歩留まり良く製造することが可能となる。
外径42mm、内径33mmの円管状をなす石英管32に、Ybを10000質量ppm及びAlを25000質量ppm添加した比屈折率差0.20%のコア部と、該コア部を囲む石英ガラスからなる内側クラッド層とを有する外径30mmのコアロッド33を挿入し、図7に示すように、石英管32とコアロッド33との間に片端を封止した外径1.5mm、内径1.0mmのキャピラリ34を詰めた。このキャピラリ34は、フッ素が添加された石英ガラスからなり、比屈折率差は純粋石英基準で−0.7%である。
キャピラリにフッ素添加石英ガラスではない純粋石英ガラスを用い、その他の方法は実施例1と同一の方法によりダブルクラッドファイバ作製用プリフォームを作製した。
この母材を線引き装置にかけ、空孔部の内圧(大気圧との差圧)を+120mmとし、防止を行った。得られたダブルクラッドファイバ40の断面は図10に示すものと同様であった。得られたダブルクラッドファイバ40は、空孔形成層45の空孔占有率が実施例1と同じく50%、内側クラッド層42直径は195μm、外側クラッド層46外径が250μmであった。しかし、内側クラッド層42のNAは、0.38と実施例1にくらべ低い値であった。そのため、ダブルクラッドファイバとして十分な効率を得ることができなかった。
紡糸前のプリフォーム作製までは実施例1と同じ方法でプリフォームを準備した。
このプリフォームを線引き装置にかけ、空孔部の内圧(大気圧との差圧)を+145mmH2Oとし、紡糸を行った。得られたダブルクラッドファイバ10の断面を図6に示す。得られたダブルクラッドファイバ10は、空孔形成層15の空孔占有率が75%、内側クラッド層12直径が195μm、外側クラッド層16外径が250μmであった。また、内側クラッド層12のNAは、0.75と非常に高い値であった。
キャピラリにフッ素添加石英ガラスではない純粋石英ガラスを用い、その他の方法は実施例2と同一の方法によりダブルクラッドファイバ作製用のプリフォームを作製した。
このプリフォームを線引き装置にかけ、空孔部の内圧(大気圧との差圧)を+135mmH2Oとし、紡糸を行った。得られたダブルクラッドファイバ10の断面は図6のものと同様であった。得られたダブルクラッドファイバ10は、空孔形成層15の空孔占有率が75%、内側クラッド層12直径が195μm、外側クラッド層16外径が250μmであった。また、内側クラッド層12のNAは、0.65と高い値は得られているものの、実施例2に比べて低い値であった。
Claims (2)
- 筒状のサポート管内に、コア/クラッド構造を有するコアロッドと該コアロッドの外周に多数本のキャピラリを配置してプリフォームを作製し、前記プリフォーム内のキャピラリ同士を溶着させてキャピラリ間の隙間を塞いだ後、該プリフォームを線引き加工して、コア部と、該コア部を囲む内側クラッド層と、該内側クラッド層を囲む多数の空孔とこれらの空孔間の構造支持部とからなる空孔形成層と、該空孔形成層を囲む外側クラッド層とを有するダブルクラッドファイバを製造する方法において、
前記キャピラリとしてそのキャピラリを構成する材料の比屈折率差が純粋石英を基準として−0.7%以下である材料からなる管を用いるとともに、製造されるファイバの内側クラッド層で囲まれた部分の波長1μmにおける開口数が0.4以上となるように線引きすることを特徴とするダブルクラッドファイバの製造方法。 - 前記プリフォームを作製する際に、片端を封止したキャピラリを用いてプリフォームを作製し、次に、適切な圧力下でキャピラリを両端封止し、その後にキャピラリ同士を溶着させてキャピラリ間の隙間を塞ぐことを特徴とする請求項1に記載のダブルクラッドファイバの製造方法。
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