JP4343066B2 - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、クラッドに空孔を有することにより、モードフィールド径を維持しながら曲げ損失の劣化を抑えたホールアシスト型ホーリーファイバの製造方法に関し、特に、クラッドに配置される空孔の位置を、コア中心から異なった位置に任意に配置させることが可能な光ファイバの製造方法に関する。

ホーリーファイバ、又はフォトニック結晶ファイバは、従来のガラスのみの光ファイバでは得られない特性が得られることから、多くの研究機関で研究開発が進められている。ホールアシスト型ホーリーファイバは、高屈折率コアの周囲に複数の空孔を配置することにより、等価的に大きな屈折率差を作り出すことができるので、曲げ損失を小さく抑えることができる。この低曲げ損失を有するホールアシスト型ホーリーファイバは、低曲げ損失が要求される宅内配線用として検討されている。
このようなファイバとしては、例えば、特許文献１、非特許文献１及び非特許文献２に報告されている。

特許文献１には、コア領域と、内側クラッド領域と、外側クラッド領域とを有し、コア領域の平均屈折率ｎ_０と内側クラッド領域の平均屈折率ｎ_１と、外側クラッド領域の平均屈折率ｎ_２との間に、ｎ_１＜ｎ_２＜ｎ_０なる関係が成立する光ファイバにおいて、内側クラッド領域を構成する主媒質とは異なる屈折率を有する副媒質からなり、ファイバ軸に沿って伸びる領域が内側クラッド領域に３個以上含まれるファイバが開示されている。

非特許文献１には、コア周辺部に６個の空孔が１層配置されているホーリーファイバの開発について開示されている。低ＯＨ化を実現した製造方法により波長１．５５μｍにおいて標準シングルモード光ファイバ（以下、ＳＭＦと記す。）と同等の０．２０５ｄＢ／ｋｍが達成されている。さらに、曲げ直径１０ｍｍでの損失増加量が０．０５ｄＢ／ターンと従来の標準ＳＭＦの１／５００以下が達成されている。

非特許文献２には、５ｍｍφの曲げでも損失増が小さい８０μｍクラッドの細径ホーリーファイバについて開示されている。その構造は、コア周辺部に６個の空孔があり、その外側に１２個の空孔が配置された２層空孔構造になっている。

空孔が１層のタイプは構造がシンプルであるが、高次モードのカットオフ波長が長波長に伸びてしまいマルチモードになりやすいという欠点がある。空孔が２層となるタイプは、構造が複雑であり製造し難いという問題がある。
このような従来技術の問題点を解消するために、本発明者らは、高屈折率コアの周りに径が異なる空孔を２層配置した構造のホールアシスト型ホーリーファイバを開発し、非特許文献３にて報告している。

この異径の空孔を２層配置したホールアシスト型ホーリーファイバの構造を図１に示す。このホールアシスト型ホーリーファイバ１は、中心部にある高屈折率のコア２と、該コア２の外側のクラッド３と、コア２を囲んでクラッド３に設けられた３つの内側空孔４及び３つの外側空孔５とを有する構成になっている。内側空孔４は小径であり、コア２に近接して設けられている。外側空孔５は内側空孔４よりも大径であり、外側空孔５はコア２中心から見て内側空孔４が設けられていない位置に設けられている。

この構造では、内層側に小さい空孔を配置し、外層側にそれよりも大きな直径の空孔を配置している。このように内層側に小さな空孔を配置することにより、クラッド領域を大きく占有することなく内側空孔４をコア２に近づけることができるので、伝搬モードの等価屈折率を下げ、高次モードのカットオフ波長を短くすることができる。また、外層側に大径の外側空孔５を配置することにより、コア２内を伝搬する基底モードの閉じ込めを十分に行うことができ、低曲げ損失を実現することができる。

次に、空孔を有する光ファイバを製造するための光ファイバ母材の一般的な製造方法を説明する。
まず、図２に示すように高屈折率のコア６とその周囲のクラッド７を有する石英ガラス製のガラス母材８を準備する。このガラス母材８はコア−クラッド構造を有する母材であればよく、中間母材（さらに外側にクラッド用ガラスを被せる必要がある母材）であっても、最終母材であってもよい。
次に、このガラス母材８に、図３に示すように、孔開用ツール１０を用いて所定位置に複数の空孔９を開け、光ファイバ線引き用の光ファイバ母材とする。
その後、光ファイバ母材１１を図４に示す線引装置を用いて線引きし、空孔を有する光ファイバを製造する。図４中、符号１１は光ファイバ母材、１２は空孔、１３はヒーター、１４は接続管、１５はコネクタ、１６は圧力調整系である。光ファイバ母材１１の先端側（図４において下端側）は、線引炉のヒーター１３に近接して配置されている。光ファイバ母材１１の後端側（図４において上端側）には、圧力調整用の接続管１４が取り付けられ、この接続管１４は、上端に取り付けられたコネクタ１５を介して圧力調整系１６と接続されている。この圧力調整系１６は、接続管１４に加圧空気などの加圧ガスを出し入れして付圧し、接続管１４内を所定圧力に調整できるようになっている。

このような光ファイバの製造方法としては、例えば、特許文献２に開示されている。特許文献２には、孔開工程では、固定された母材に所定の空孔を形成させる工程と、線引工程において、加熱処理を行いながら、空孔の圧力調整を行い線引きする工程について開示されている。この方法を用いることで、同径の空孔を有する光ファイバ母材を線引きする際に空孔サイズを調整することができるので、モードフィールド径、カットオフ波長、曲げ損失などを調整しながら光ファイバを線引きすることができる。

このように、母材に孔を開けて光ファイバを製造する方法は、空孔を開けるツールの長さや、孔開機の大きさに制限されてしまい母材の大型化を困難にするという問題があった。このような問題を解消するための方法として、例えば、特許文献３に記載された方法が提案されている。この特許文献３記載の方法は、母材中心に屈折率の異なる母材やドーパントの異なる母材、さらにはキャピラリー管を詰めた母材を束ねて線引きすることで、任意の屈折率分布やドーパント分布を有する光ファイバを製造するものである。
再表ＷＯ０１／０７９９０２号公報 姚兵、大薗和正、黒澤芳宣、立蔵正男、熊谷智宣、"低損失ホーリーファイバの開発"、信学技報、ＯＦＴ２００３−２７（２００３） 西岡大造、長谷川健美、斉藤達彦、笹岡英資、細谷俊史、"極小曲げ対応ホーリーファイバの開発"、信学技報、ＯＦＴ２００３−６３（２００３） 官寧、井添克昭、竹永勝宏、鈴木龍次、姫野邦治、"低曲げ損失用ホールアシスト型ホーリーファイバ"、信学技報、ＯＦＴ２００４−７（２００４） 特開２００２−１４５６３４号公報 特開２００２−２４９３３３号公報

しかしながら、特許文献３に開示されている同一外径のロッド、又はキャピラリーを束ねただけでは、コア周囲の空孔はコア中心から同じ距離にしか配置させることができず、図１に示すような断面構造を有する光ファイバを製造することはできない。

本発明は前記事情に鑑みてなされ、クラッドに配される空孔の位置を、コア中心から異なった位置に任意に配置させることが可能な光ファイバの製造方法の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、少なくとも中央部が石英ロッド及び石英管を束ねたものから構成される光ファイバ母材を作製し、次いでこの光ファイバ母材を線引きしてコアの周りのクラッドに複数の空孔を有する光ファイバを製造する方法であって、光ファイバ母材を構成する石英管の少なくとも１つが、偏心した孔を持つ石英管であることを特徴とする光ファイバの製造方法を提供する。

本発明の光ファイバの製造方法において、空孔直径の異なる石英管を用いることが好ましい。

本発明の光ファイバの製造方法において、石英ロッドの少なくとも一つが純粋石英よりも高い屈折率をもつ部分を有していることが好ましい。

本発明の光ファイバの製造方法において、中心の石英ロッドが純粋石英よりも高い屈折率をもつ部分を有し、その外側に偏心した孔を持つ石英管と、これとは偏心度合の異なる孔を持つ石英管とを交互に配置し、前者の偏心した孔を持つ石英管の孔を光ファイバ母材中心に近いほうに配置した光ファイバ母材を用いることが好ましい。

本発明の光ファイバの製造方法において、製造する光ファイバが、純粋石英より高屈折率のコアを有し、該コアの周囲のクラッドに２層の空孔を有し、その内側空孔数と外側空孔数が同じであり、コア中心から内側空孔中心までの距離が６〜９μｍであり、コア中心から外側空孔中心までの距離が９〜１３μｍであり、内側空孔直径が４〜７μｍであり、かつ外側空孔直径は７〜１１μｍであるホールアシスト型ホーリーファイバであることが好ましい。

本発明の光ファイバの製造方法において、製造する光ファイバが、高次モードのカットオフ波長が１．３μｍ以下であり、波長１．５５μｍにおいて曲げ直径１０ｍｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ｍ以下であることが好ましい。

本発明の製造方法によれば、偏心した孔を有する石英管を用いることで、単純な石英管の配置でも、コア中心から異なる位置に空孔を有する光ファイバを歩留まりよく、低コストで作製することができる。
また、空孔が偏心した石英管と空孔直径の異なる石英管を用いることで、単純な石英管の配置でもコア中心から異なる位置に空孔直径の異なる空孔を有する光ファイバを歩留まりよく、低コストで作製することができる。

本発明の光ファイバの製造方法は、少なくとも中央部が石英ロッド及び石英管を束ねた集束体から構成される光ファイバ母材を作製し、次いでこの光ファイバ母材を線引きしてコアの周りのクラッドに複数の空孔を有する光ファイバを製造する方法であって、光ファイバ母材を構成する石英管の少なくとも１つが、偏心した孔を持つ石英管であることを特徴としている。

本発明の製造方法において用いる光ファイバ母材は、偏心した孔を持つ石英管を含む複数の石英管と石英ロッドを束ねて作製される光ファイバ母材、あるいは偏心した孔を持つ石英管を含む複数の石英管と石英ロッドを束ねた集束体部分を中央部に有する石英ガラス製の光ファイバ母材を用いることができる。すなわち、本発明の製造方法において用いる光ファイバ母材は、前記集束体部分を少なくとも中央部に有していればよく、前記集束体のみからなる光ファイバ母材であっても、この集束体をクラッドの一部となる石英ガラス製の円筒体内に挿入して形成される光ファイバ母材であってもよい。

本発明の製造方法において、光ファイバ母材を作製するために用いる石英管として、空孔直径の異なる二種類又はそれ以上の種類の石英管を用いることができる。偏心した孔を持つ石英管と、それとは空孔直径が異なる石英管を用いることによって、単純な石英管の配置でもコア中心から異なる位置に空孔直径の異なる空孔を有する光ファイバを歩留まりよく、低コストで作製することができる。

本発明の製造方法において、光ファイバ母材を作製するために用いる石英ロッドとして、純粋石英よりも高い屈折率をもつ部分（以下、コアと記す。）を有していることが好ましい。また、前記コアを有すると共に、その外側に偏心した孔を持つ石英管と、これとは偏心度合の異なる孔を持つ石英管とを交互に配置し、前者の偏心した孔を持つ石英管の孔を光ファイバ母材中心に近いほうに配置した光ファイバ母材を用いることが好ましい。

図５は、本発明の製造方法において作製された光ファイバ母材の一例を示す図である。この光ファイバ母材２０は、少なくとも中心部に高屈折率のコア２１を有する石英ロッド２２の周囲に、外側空孔となる大孔２３を持つ３つの石英管２４と、内側空孔となる偏心した小孔２５を持つ３つの石英管２６を交互に配して束ね、この集束体をクラッドとなる石英管２７内に配置した構成になっている。コア２１を持つ石英ロッド２２を囲む６つの石英管２４，２６のうち、偏心した小孔２５を持つ石英管２６は、それぞれの小孔２６がコアとなる石英ロッド２２に近いほうに配置されている。なお、本例示では、中心の石英ロッド２２及び６つの石英管２４，２６よりなる集束体の外側に、クラッドとなる石英管２７を配置した構成としたが、この石英管２７に代えて、石英ガラスからなる空孔を持たない多数の石英ロッドを配して束ね、光ファイバ母材を構成することもできる。

偏心した小孔２５を持つ石英管２６を作製するには、例えば、比較的太い石英ガラス円柱体を準備し、偏心した所定位置に孔開機等を用いて孔を開け、その後、これを適当な直径となるように延伸することにより作製することができる。

この光ファイバ母材２０は、例えば図４に示す線引装置を用いて光ファイバに線引きすることができる。この線引きによって、図１に示すように、異径の空孔を２層配置したホールアシスト型ホーリーファイバが得られる。図１に示すホールアシスト型ホーリーファイバ１は、中心部にある高屈折率のコア２と、該コア２の外側のクラッド３と、コア２を囲んでクラッド３に設けられた３つの内側空孔４及び３つの外側空孔５とを有する構成になっている。内側空孔４は小径であり、コア２に近接して設けられている。外側空孔５は内側空孔４よりも大径であり、外側空孔５はコア２中心から見て内側空孔４が設けられていない位置に設けられている。

本発明の製造方法において、図１に示すホールアシスト型ホーリーファイバ１を製造する場合、コア２中心から内側空孔４中心までの距離が６〜９μｍであり、コア２中心から外側空孔５中心までの距離が９〜１３μｍであり、内側空孔直径が４〜７μｍであり、かつ外側空孔直径が７〜１１μｍであることが好ましい。

本発明の製造方法によれば、偏心した孔を有する石英管を用いることで、単純な石英管の配置でも、コア中心から異なる位置に空孔を有する光ファイバを歩留まりよく、低コストで作製することができる。
また、空孔が偏心した石英管と空孔直径の異なる石英管を用いることで、単純な石英管の配置でもコア中心から異なる位置に空孔直径の異なる空孔を有する光ファイバを歩留まりよく、低コストで作製することができる。
本発明の製造方法によって、コア中心から異なる位置に空孔直径の異なる空孔を有する光ファイバを製造する場合、高次モードのカットオフ波長が１．３μｍ以下であり、波長１．５５μｍにおいて曲げ直径１０ｍｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ｍ以下である高性能の光ファイバを得ることができる。

［実施例１］
クラッドの一部となるクラッド管を準備し、図５に示すように、屈折率の高いコアを有する石英ロッド、外側空孔となる大孔を持つ石英管、及び内側空孔となる偏心した小孔を持つ石英管を束ねてクラッド管に挿入した。なお、図５においては、コア部を有する石英ロッド以外は６個のみ記載してあるが、実際にはこれら石英管の周囲に空孔を有さない石英ロッドを多数本束ねて光ファイバ母材を作製した。
偏心した小孔を持つ石英管は、通常の石英ロッドに偏心した孔を開け、その母材を延伸することにより作製した。
クラッド管の外径は５０ｍｍとし、中心のコアのクラッドに対する比屈折率差は０．３４％とした。また、周囲の空孔の位置は、線引き後のファイバ状態で表１のような構造となるように設定した。

この母材の孔部分は、線引き用の母材に加工する際に後端部を石英ガラスにて封止し、線引きを行った。このホールアシスト型ホーリーファイバの特性を表２に示す。カットオフ波長は１．３μｍ以下であり、低曲げ損失が達成されている。

［実施例２］
実施例１と同様に、クラッド管を準備し、図５に示すように、比屈折率差の高いコア部を有する石英ロッド、外側空孔となる大孔を持つ石英管、及び内側空孔となる偏心した小孔を持つ石英管を束ねてクラッド管に挿入した。クラッド管の外径は５０ｍｍとし、中心のコア部の比屈折率差は０．３４％とした。また、周囲の空孔の位置は、線引き後のファイバ状態で表３のような構造となるように設定した。

この母材の孔部分は、線引き用の母材に加工する際に後端部を石英ガラスにて封止し、線引きを行った。このホールアシスト型ホーリーファイバの特性を表４に示す。

得られたホールアシスト型ホーリーファイバは、カットオフ波長が１．３μｍ以下であり、低曲げ損失が達成されている。

内側空孔と外側空孔の孔径が異なるホールアシスト型ホーリーファイバを例示する断面図である。 従来の空孔付きファイバ製造用のガラス母材を示す斜視図である。 従来の空孔付きファイバ製造用の光ファイバ母材の製造工程を示す斜視図である。 空孔付きファイバ製造用の線引き装置の構成図である。 本発明の製造方法の一実施形態で作製される光ファイバ母材の正面図である。

符号の説明

１…ホールアシスト型ホーリーファイバ、２，６，２１…コア、３，７，２７…クラッド、４…内側空孔、５…外側空孔、８…ガラス母材、９，１２…空孔、１０…孔開用ツール、１１，２０…光ファイバ母材、１３…ヒーター、１４…接続管、１５…コネクタ、１６…圧力調整系、２２…石英ロッド、２３…大孔、２４，２６…石英管、２５…小孔。

Claims (6)

1. 少なくとも中央部が石英ロッド及び石英管を束ねたものから構成される光ファイバ母材を作製し、次いでこの光ファイバ母材を線引きしてコアの周りのクラッドに複数の空孔を有する光ファイバを製造する方法であって、光ファイバ母材を構成する石英管の少なくとも１つが、偏心した孔を持つ石英管であることを特徴とする光ファイバの製造方法。
2. 空孔直径の異なる石英管を用いることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
3. 石英ロッドの少なくとも一つが純粋石英よりも高い屈折率をもつ部分を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバの製造方法。
4. 中心の石英ロッドが純粋石英よりも高い屈折率をもつ部分を有し、その外側に偏心した孔を持つ石英管と、これとは偏心度合の異なる孔を持つ石英管とを交互に配置し、前者の偏心した孔を持つ石英管の孔を光ファイバ母材中心に近いほうに配置した光ファイバ母材を用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバの製造方法。
5. 光ファイバが、純粋石英より高屈折率のコアを有し、該コアの周囲のクラッドに２層の空孔を有し、その内側空孔数と外側空孔数が同じであり、コア中心から内側空孔中心までの距離が６〜９μｍであり、コア中心から外側空孔中心までの距離が９〜１３μｍであり、内側空孔直径が４〜７μｍであり、かつ外側空孔直径は７〜１１μｍであるホールアシスト型ホーリーファイバであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光ファイバの製造方法。
6. 光ファイバが、高次モードのカットオフ波長が１．３μｍ以下であり、波長１．５５μｍにおいて曲げ直径１０ｍｍにおける曲げ損失が１ｄＢ／ｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光ファイバの製造方法。
   
   

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