JP4541264B2 - 光ファイバ母材の製造方法および光ファイバの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、クラッド又はコアに空孔を有する光ファイバの製造に用いられる光ファイバ母材の製造方法、および、その製造方法によって得られた光ファイバ母材を用いた光ファイバの製造方法に関する。

フォトニッククリスタルファイバは、光ファイバ中に空孔を有することで、従来のコア／クラッド構造の光ファイバでは得ることができない特性を実現することが可能である。そのためフォトニッククリスタルファイバは、様々な種類の機能性ファイバや将来の伝送用ファイバとして期待され研究が進められている。このフォトニッククリスタルファイバは、その導波原理から屈折率導波型ファイバとフォトニック・バンドギャップ型ファイバに大別することができる。

屈折率導波型ファイバは、空孔の低屈折率性を利用し空孔にて等価的なクラッドを構成させるものであり、広帯域シングルモード特性、超低非線形（大実効断面積）特性、超高非線形特性、偏波保持特性、超高ＮＡマルチモード特性などを得ることが可能である。
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。

前者の一例としては、低曲げ損失を実現したホールアシスト型ホーリーファイバがある。このファイバは、従来の高屈折率コアの周囲に空孔を配置することにより、等価的に大きな屈折率差を形成し、モードフィールド径（ＭＦＤ）を極端に小さくすることなく低曲げ損失を実現している。このようなファイバとしては、例えば、図１に示すように、コア２とその外周のクラッド３からなり、コア２の周囲に径の異なる複数の空孔４Ａ，４Ｂが設けられたホールアシスト型ホーリーファイバ１が報告されている（例えば、非特許文献１参照。）。

また、屈折率導波型ファイバの他の例として、図２に示すようなダブルクラッドファイバ５がある（例えば、非特許文献２参照。）。このダブルクラッドファイバ５は、断面Ｄ字状の第一クラッド６と、この第一クラッド６を囲んで設けられたエアホール層７と、該エアホール層７の外周に設けられた第二クラッド８とから構成されている。
このダブルクラッドファイバ５は、第一クラッド６の面積を小さくして励起光密度を高くし、また、励起光の入射効率を高めるために高ＮＡ（Numerical Aperture、開口数）である必要がある。第一クラッド６の周囲に空孔を配置することで大きなＮＡをもつ構造とし、光増幅器やファイバレーザの高出力化を目的とした開発が進められている。

また、フォトニックバンドギャップファイバは、コアがエアホールであり、クラッド部のエアホールの大きさ、周期により光を閉じ込めるような構造とすることもでき、この種のファイバは、例えば非特許文献３に報告されている。図３のフォトニックバンドギャップファイバ３２は、中心の空孔からなるコア３３と、それを囲むクラッド部に多数の空孔３４が設けられた構成になっている。

さらに、ここで例示していない構造、特性を有するフォトニッククリスタルファイバは数多くあり、その特性に応じて、空孔位置、空孔サイズ、空孔位置が決められている。空孔が比較的少ないホールアシスト型ホーリーファイバの場合は、キャピラリを束ねて線引きする方法以外に、母材に孔を開けて作製することも可能であるが、空孔数が多い構造になると、キャピラリを束ねて紡糸することでファイバを製造する方法が一般的である。
このようにキャピラリを束ねてフォトニッククリスタルファイバを製造する方法としては、特許文献１〜７に開示されている。
官寧，他"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） 二口和督、他"エアホール型Ｙｂ添加ダブルクラッドファイバ"、２００３年 電子情報通信学会総合大会、Ｃ−３−８８ B. J. Mangan, L. Farr, A. Langford, P. J. Roberts, D. P. Williams, F. Couny, M. Lawman, M. Nason, S. Coupland, R. Flea and H. Sabert, "Low Loss (1.7dB/km) hollow core photonic bandgap fiber,"OFC, RDP24, 2004 特開２００３−１０７２５５号公報 特開２００２−５５２４２号公報 特開２００２−９７０３４号公報 特開２００２−２１１９４１号公報 特開２００４−２３８２４６号公報 特開２００４−２５６３７４号公報 特開２００４−４３２８６号公報

キャピラリを束ねて光ファイバを製造する際に問題となるのは、キャピラリ間の隙間が残ってしまい、線引き工程での孔の変形が生じてしまうことや、その結果により、目標としていた特性がずれてしまうことである。さらに、母材作製時にキャピラリ外径、ロッド外径が異なっている場合、隙間が大きく空いてしまい、同径のキャピラリ又はロッドを最密に詰めた場合に対して、目的とする位置からずれやすく、設計通りの特性が得られない。最終的に、設計とファイバ状態でのファイバ長手方向の空孔径、位置の変動による特性劣化（変動）が問題となる。現在、空孔を有するホーリーファイバとして、様々な構造が開示されるとともに、いくつかの母材及びファイバの製造方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１〜７に記載された従来技術には、次のような問題点がある。
・設計によって、外径の異なるキャピラリや中実棒を詰め込む場合があるが、そのような場合、同径のキャピラリや中実棒を最密に詰め込む場合よりも隙間が大きく、それぞれの位置がずれやすい。
・隙間をきれいに埋める方法として、キャピラリ外形及びサポート管の内面を六角形などの多角形に加工すると非常にコストがかかる。容易に手に入る円形のキャピラリやサポート管を用いて隙間を埋める方法が必要である。
・キャピラリの両端を封止して、隙間を減圧して隙間を埋める方法も提案されているが、封止する圧力を、キャピラリの長さ、空孔径、炉のヒートゾーンの長さ、温度などを考慮して封止しなければならない。さらに、キャピラリ全てを同一の圧力に封止することが難しい。また、一体化時に長手方向にキャピラリ内の圧力が変化してしまい、孔径、特性などが安定しない。よって、長手方向にきれいに母材を作製し、圧力を調整して紡糸する方法が望ましい。

特許文献１では、図４や図５に示すように、中空のコア部３６Ａ，３６Ｂと、それを囲むように設けられた格子部３７Ａ，３７Ｂと、格子部３７Ａ，３７Ｂ間をつないでいる格子間結合部３８Ａ，３８Ｂと、それらを囲むジャケット３９Ａ，３９Ｂとからなるフォトニックバンドギャップファイバ３５Ａ，３５Ｂを提案しており、実施例において図６、図７に示すように、中心にコア部形成用のキャピラリ３６Ｃとその周囲のキャピラリ３８Ｃとそれよりも径の小さなロッド３７Ｃを組み合わせ、これらをジャケット管３９Ｃに詰め込んで、母材及びファイバを作製することが開示されている。しかし、図６、図７に示すような外径の異なるキャピラリやロッドの組み合わせでは、ロッドの位置がずれやすく、配列のきれいな光ファイバを得ることが難しい。さらに、キャピラリの隙間にロッドを詰めることから、ロッド径には上限があり、設計の自由度が低い。

キャピラリ間の隙間を埋めるための方法としては、例えば、特許文献２と特許文献３に記載された二つの方法が提案されている。
特許文献２には、筒状のサポート管内に、サポート管の中心軸と平行に多数のキャピラリを最密充填すると共に、中実のコアとなるコア部材を該サポート管の中心軸部に配置してプリフォームを作製し、該プリフォームを線引き加工により細径化するフォトニッククリスタルファイバの製造方法において、図８に示すようにキャピラリ９の外周の横断面形状を六角形状とし、キャピラリ９同士が融着して隙間のないキャピラリ層１０を形成することを特徴とする方法が開示されている。
しかし、このような外周の横断面形状が六角形のキャピラリ９を作製することは、通常の円管状（外周の横断面形状が円形）のキャピラリに比べて、さらに加工作業が必要であるため、最終的にプリフォーム製造コストが高くなるという問題がある。

特許文献３には、ファイバ中心を長手方向に延び且つ中実又は中空に形成されたコアと、該コアを囲むように設けられ且つ該コアに沿って延びる多数の細孔を有する多孔部とを備えたフォトニッククリスタルファイバの製造方法において、筒状のサポート管内に、サポート管の中心軸と平行に多数のキャピラリを充填すると共に、中実のコアとなるコアロッドをサポート管の中心軸に配置してプリフォームを作製し、そのプリフォームを線引き加工により細径化する方法が開示されている。具体的には、図９に示すように、内壁の横断面形状が六角形をなしているサポート管１２を用い、このサポート管１２内にコアロッド１３と多数のキャピラリ１４を充填して作製されたプリフォーム１１が例示されている。この方法と特許文献２記載の方法とを組み合わせることで、キャピラリ間に隙間のないプリフォームを作製することができる。
しかし、特許文献３に記載された従来技術にあっては、特許文献２の方法と同様に、内壁の横断面形状が六角形をなしているサポート管を作製することが、通常の円管状（内壁の横断面形状が円形）をなしているサポート管の作製に比べ、さらに加工作業が必要であるため、最終的に製造コストが高くなるという問題がある。

特許文献４には、線引き加工時における水酸基（ＯＨ基）の形成を抑制させるために、図１０に示すように、各々のキャピラリ１５の両端を封止したプリフォーム１７を作製し、線引きしてフォトニッククリスタルファイバを製造する方法が開示されている。図１０中、符号１５はキャピラリ、１５ａはキャピラリ封止部、１６はサポート管、１６ａはサポート管封止部、１７はプリフォーム、１７ａは補助パイプ、１８は線引き炉である。
水酸基の存在は、波長１．３８μｍの波長の光を吸収することから、光ファイバとして伝送損失の劣化を招き望ましくない。特許文献４記載の方法は、線引き加工時の水酸基の形成を抑制するには有効と思われるが、本発明者らが検討したところ、線引き工程で長手方向に空孔径が変化してしまい、安定した構造のフォトニッククリスタルファイバが製造できない可能性があった。これは、線引きが進むにつれて、両端封止したキャピラリ１５内部の圧力が徐々に変化してしまうことが原因と考えられる。また、両端封止後の線引き工程では、封止したときの圧力が維持されているので、線引き工程中に空孔径の調整を行うことができず、歩留まりが悪くなる問題がある。
さらに、線引き工程でキャピラリ１５の一部が変形してしまうという現象も生じた。これは、キャピラリ１５の両端を封止する際に、それぞれのキャピラリ１５で僅かながら内圧に差が生じてしまい、その結果、線引き工程において空孔サイズにばらつきが生じたためと考えられる。これを防止するには封止時に正確な内圧の管理が必要であり、安定してフォトニッククリスタルファイバの生産を行う上で問題がある。

特許文献５には、サポート管内に、中実のコアとなるコアロッド及びクラッド部となる複数のキャピラリ、又は、中空のコアとなるコア形成空間を形成し且つクラッド部となる複数のキャピラリを充填してプリフォームを作製するプリフォーム作製工程と、そのプリフォームを加熱及び延伸してファイバ状に延伸する線引き工程とを備えるフォトニッククリスタルファイバの製造方法が開示されている。また特許文献５には、線引き工程として、図１１に示すように、キャピラリ１９をサポート管２０にその後端が突出する状態で配置したプリフォームを、キャピラリ外部圧力制御用チャンバ２１とキャピラリ内部圧力制御用チャンバ２２が設けられた線引き装置に取り付け、線引き工程時にサポート管２０内の複数のキャピラリ１９の外部圧力、及び／又は、複数のキャピラリの内部圧力を制御することで目的のフォトニッククリスタルファイバを得ている。
しかし、このような圧力調整は、圧力制御部につなげる部分のプリフォーム加工が複雑になり、また圧力制御系も複雑であることからファイバの作製コストが高くなってしまうという問題がある。

また、図１２のような内壁の横断面形状が六角形の孔を有するサポート管３１内にコアロッド２９と多数のキャピラリ３０を充填してなるプリフォーム２８を作製する場合、特許文献５に記載されているように、キャピラリ３０を長くして、隙間とキャピラリ内部で圧力を制御することで改善は可能であるが、キャピラリ３０は非常に細いので無理な力が加わると割れやすく、安定して加工することが困難であった。

特許文献６には、特許文献４において、キャピラリが肉薄のときに紡糸時にファイバが膨らみ断線するなどの問題があることを指摘し、それを解決する方法としてキャピラリの内圧を調整して最終的に両端を封止し紡糸を行い、膨らみを抑制することが開示されている。しかし、本発明者らが同様の方法の製造試験を行ったところ、キャピラリを両端封止するときの圧力調整が難しく、母材の大きさや長さに応じてその都度調整しなければならず、汎用性に乏しかった。

特許文献７には、キャピラリの両端を封止して、隙間を減圧して母材を作製し、その母材を線引きする方法が開示されている。これについても、本発明者らが同様の方法の製造試験を行ったところ、キャピラリを封止するときの圧力設定が難しく、一体化するときにキャピラリ内圧が変化してしまい、長手方向に安定した母材の作製ができなかった。

本発明は前記事情に鑑みてなされ、多数の空孔とキャピラリの空孔が潰れて形成されたロッド部分とが組み合わされた断面構造をもつ光ファイバを安定して高い歩留まりで製造可能な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、
（１）キャピラリの片端を封止する工程、
（２）片端を封止した複数本のキャピラリ、又は、片端を封止した複数本のキャピラリと少なくとも１本の中実棒とを、空孔を残すキャピラリは封止した片端を一方の側に向け、空孔を潰すキャピラリは封止した片端を他方の側に向けて束ね、これらをサポート管に詰め込む工程、
（３）次いで、サポート管の前記一方の側に真空排気装置に接続されたコネクタを接続すると共に、前記他方の側に差圧調整用ガスの供給装置に接続されたコネクタを接続する工程、
（４）次いで、前記サポート管の他方側近傍部をヒータにより、前記サポート管と前記複数本のキャピラリ、又は、前記サポート管と前記複数本のキャピラリと前記少なくとも１本の中実棒が軟化変形する温度まで加熱する工程、
（５）工程（４）の状態でサポート管の前記一方の側から真空排気装置で管内を排気すると共に、サポート管の前記他方の側から差圧調整用ガスを管内に供給し、前記加熱軟化された前記サポート管と前記複数本のキャピラリ、又は、前記サポート管と前記複数本のキャピラリと前記少なくとも１本の中実棒を一体化し、サポート管内空間を前記一方の側の空間Ｉと前記他方の側の空間ＩＩとに分ける工程、
（６）次いで、空間Ｉを減圧し、空間ＩＩをほぼ大気圧となるように制御する工程、
（７）次いで、ヒートゾーンをサポート管の一方の側に向けて緩やかに移動させ、前記サポート管と複数本のキャピラリの全長、又は、前記サポート管と前記複数本のキャピラリと前記少なくとも１本の中実棒の全長にわたって一体化を行って、複数の空孔が維持されたキャピラリと複数の空孔が潰れて形成されたロッド部分とが組み合わされた断面構造をもつ母材を作製する工程、
を含むことを特徴とする光ファイバ母材の製造方法を提供する。

本発明の光ファイバ母材の製造方法において、前記工程（２）において前記少なくとも１本の中実棒を中心として、該中実棒を前記複数本のキャピラリで囲むように配置することが好ましい。

本発明の光ファイバ母材の製造方法において、前記工程（２）において１本のキャピラリを中心として、該中心のキャピラリを前記複数本のキャピラリで囲むように配置し、前記工程（６）において前記中心のキャピラリの空孔を潰して中実のコア領域を形成することが好ましい。
本発明の光ファイバ母材の製造方法において、前記工程（２）において１本のキャピラリを中心として、該中心のキャピラリを前記複数本のキャピラリで囲むように配置し、前記工程（６）において前記中心のキャピラリの空孔を維持して空孔コアからなるコア領域を形成することが好ましい。

本発明の光ファイバ母材の製造方法において、前記工程（４）の加熱温度が１７００℃〜２１００℃の範囲であることが好ましい。

本発明の光ファイバ母材の製造方法において、前記工程（６）における空間Ｉの大気圧との差圧を−０．５０ｋＰａ〜−１０１ｋＰａの範囲とすることが好ましい。
本発明の光ファイバ母材の製造方法において、前記工程（６）における空間ＩＩの大気圧との差圧を−０．５０ｋＰａ〜＋１０ｋＰａの範囲とすることが好ましい。

また本発明は、前述した本発明に係る光ファイバ母材の製造方法によって製造された光ファイバ母材を、その空孔内圧を制御しながら紡糸し、素線化して空孔を有する光ファイバを得ることを特徴とする光ファイバの製造方法を提供する。

本発明の製造方法によれば、空孔形成用のキャピラリと同じ外径のキャピラリを用い、その空孔を潰して中実のロッド部分を形成し、多数の空孔とキャピラリの空孔が潰れて形成されたロッド部分とが組み合わされた断面構造をもつ母材を作製するので、空孔とロッド部分のずれを防ぐことができる。
また、ロッド部分形成用のキャピラリの断面積（内径）を調整することで、これを潰して形成されるロッド部分の径が調整可能となる。
また、空孔形成用のキャピラリは、片端を封止し、一体化中に空孔を残すキャピラリ内の圧力を一定に保つことができるので、空孔径が母材の長手方向で安定した母材を作製することができ、キャピラリの全長にわたって安定した光学特性をもった光ファイバを製造することができる。
また、キャピラリを両端封止する場合に比べ、母材の設計、大きさによって圧力を調整する必要がなく、どのような形状の母材であっても簡単に製造することができる。
また、母材の段階で一体化することによって、紡糸時に空孔内の圧力制御だけ行えばよく、複雑な紡糸加圧系を作らなくてもよく、紡糸装置を簡略化できる。
また、一体化中は、最終的に２つの圧力を制御しているが、工程（５）によって母材の上部と下部で空間を分けることができるので、サポート管を２重にするなどの複雑な構造とすることなく一体化加工を行うことができ、一体化装置も簡略化することができる。
本発明の製造方法によれば、多数の空孔とキャピラリの空孔が潰れて形成されたロッド部分とが組み合わされた断面構造をもつ母材をほぼ１００％の歩留まりで製造することができ、かつ該母材を紡糸して高い歩留まりで光ファイバを製造することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１３は、本発明による光ファイバの製造方法の基本原理を説明するための断面図である。本例示では、空孔形成用のキャピラリ４０Ａと、空孔を潰してロッド部分を形成するためのキャピラリ４０Ｂと、コア領域形成用の中実棒４２とを、中実棒４２を中心とし、それを複数本のキャピラリ４０Ａ，４０Ｂで囲むように組み合わせ、サポート管４１内に挿入した状態を示している。これらのキャピラリ４０Ａ，４０Ｂと中実棒４２とは、それぞれ同じ外径のものを用いている。

前記キャピラリ４０Ａ，４０Ｂと中実棒４２との組み合わせは、図１３の例示にのみ限定されるものではなく、種々変更が可能である。本発明の製造方法では、空孔形成用のキャピラリ４０Ａと、空孔を潰してロッド部分を形成するためのキャピラリ４０Ｂとがあればよく、空孔コア（エアコア）を有する光ファイバを製造する場合には、図１３における中実棒４２に代えて、別なキャピラリを用いることができる。また、前記キャピラリ４０Ａ，４０Ｂの本数や配置状態、中実棒４２の外径なども本例示に限定されず、適宜設定することができる。さらに、前記キャピラリ４０Ｂの肉厚は、製造する光ファイバにおける中実のロッド部分の外径に応じて適宜設定することができ、このロッド部分の外径を小さくする場合には肉薄のキャピラリを用い、ロッド部分の外径を大きくする場合には肉厚のキャピラリを用いることができる。

前記キャピラリ４０Ａ，４０Ｂ、中実棒４２及びサポート管４１は、全て同種の材質（例えば、純粋石英ガラス）としてもよいし、一部、例えばコア領域の石英ガラスと他部の石英ガラスの成分が異なっていてもよい。コア領域を形成するための中実棒４２には、ＥｒやＹｂなどの希土類元素を添加することができる。特に、コア／クラッド構造をもったコアロッドのコアに前記希土類元素を添加することによって、高出力な増幅特性を有するダブルクラッドファイバを得ることができる。さらに、このコアには、前記希土類元素と共にＡｌやＰなどを共添加することができ、ＡｌやＰなどを共添加することによって変換効率を改善することができる。また、コアにＧｅを添加し、ファイバグレーティングを作製することも可能である。

本発明の製造方法は、図１３に示すように、前記キャピラリ４０Ａ，４０Ｂと中実棒４２とをサポート管４１内に詰め込み、これを一体化して母材とし、更にこの母材を線引きして光ファイバを作製する。この一体化工程において、従来技術では、キャピラリ間に径の細いロッドを詰め込む場合がある。しかし、径の異なるロッドを詰め込む場合、図６及び図７に示したように、隙間が多くなったり、径に上限を生じたり、配置関係がずれてしまう。

これを解決する手段として、本発明では、外径が他の部材（キャピラリ４０Ａ及び中実棒４２）と同じで、断面積が設計するロッド部分と同じキャピラリ４０Ｂを詰め込み、一体化工程でキャピラリ４０Ｂの空孔を潰してロッド部分を形成する。この方法により、ロッド部分の位置が設計位置からずれずに一体化することが可能となる。また、ロッド部分の径の自由度を非常に大きくすることができる。また、この方法で母材を作製することによって、長手方向に安定した空孔構造を持つ、母材、素線を得ることができる。

図１４〜図１７は、本発明の一実施形態における一体化工程を説明する図である。
本実施形態の一体化工程では、まず、図１４に示すように、キャピラリ４０Ａ，４０Ｂに片端封止部４５を形成する（工程（１））。この片端封止部４５は、キャピラリ４０Ａ，４０Ｂ内の内部空間と片端封止部４５外部とのガス流通を完全に防ぐことができればよく、通常はキャピラリ４０Ａ，４０Ｂの片方を加熱して溶断することにより行われる。この片端封止部４５があまり長いと、サポート管４１に余分な長さが必要となるため、この片端封止部４５はできる限り短く形成することが望ましい。

次に、図１４に示すように、片端封止部４５を形成した複数本のキャピラリのうち、空孔を残すキャピラリ４０Ａは封止した片端を上部に向け、空孔を潰すキャピラリ４０Ｂは封止した片端を下部に向け、中心に中実棒４２を配置して束ね、サポート管４１内に詰め込む（工程（２））。

このサポート管４１の両端には、上部コネクタ４６と下部コネクタ４７とを取り付ける（工程（３））。この上部コネクタ４６には、図示していない真空ポンプなどの真空排気装置に接続された排気口４６Ａが設けられている。また、下部コネクタ４７には、やはり図示していない差圧調整用ガス４９の供給装置に接続されたガス供給口４７Ａが設けられている。サポート管４１の下部から管内に供給される差圧調整用ガス４９としては、製造される母材の損失を増加させるＨ_２Ｏなどの不純物を含まない高純度ガス、例えば、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎ_２ガスなどが望ましい。また、下部コネクタ４７を介してサポート管４１内に差圧調整用ガス４９を供給するための供給装置としては、サポート管４１内圧に応じて差圧調整用ガス４９の供給量を精密に調整可能な機能を有していることが望ましい。なお、本実施形態では、サポート管４１の長手方向を垂直方向に揃えて配置し、且つサポート管４１の上端側から排気し、下端側から差圧調整用ガス４９を供給する構成としているが、このサポート管４１の向きや排気・ガス供給の方向は本例示に限定されず、種々変更が可能である。

このサポート管４１の外周には、リング状のヒータ４８が設けられている。このヒータ４８とサポート管４１とのいずれか一方又は両方には、サポート管４１の長手方向に沿ってヒータ４８を緩やかに移動させるための移動手段（図示せず）が設けられている。

次に、キャピラリ４０Ａの封止されていない片端から２０ｍｍ以上の上部をヒータ４８で石英が軟化変形する温度まで加熱する（工程（４））。このヒータ４８による母材の加熱温度は、１７００℃〜２１００℃の範囲とすることが望ましい。

次に、サポート管４１上部から真空排気装置で管内を排気するとともに、サポート管４１下部から差圧調整用ガス４９を管内に供給し、キャピラリ４０Ａ，４０Ｂの一部で母材を一体化し、図１５に示すように母材の一部に一体化領域５０を形成する（工程（５））。この一体化領域５０を形成することによって、サポート管４１内の空間は、キャピラリ４０Ｂの内部空間及び管や棒の間にある隙間に連通している空間Ｉと、キャピラリ４０Ａの内部空間に連通している空間ＩＩとに分けられる。

図１４に示すような気流状態を作り出すと、キャピラリ４０Ａ，４０Ｂ同士又はキャピラリ４０Ａ，４０Ｂとサポート管４１の隙間に気体が流れる。逆に、キャピラリ４０Ａ内部は、片端が封止されているため気体は流れない。この状態では、ベルヌーイの定理より、気体が流れていないところに対して、気体が流れたところが減圧状態になる。これを、ガラスが軟化した状態で実現すると、隙間が選択的に潰れ、一体化領域５０が形成されて図１５に示すような状態となる。図１５の状態にしてしまえば、キャピラリ４０Ａ，４０Ｂ同士又はキャピラリ４０Ａ，４０Ｂとサポート管４１の隙間の空間Ｉとキャピラリ４０Ａの内部空間ＩＩに分けられ、それぞれ空間を減圧状態、大気圧に調整し、部材を熱しながらトラバースさせると、母材全長が一体化される。さらに、空孔を選択的に潰したいキャピラリ４０Ｂは、空孔が空間Ｉに連通し、空間Ｉを減圧することで潰れ、細い中実のロッド部分にすることができる（工程（６））。

本実施形態では、一体化領域５０の上側の空間Ｉを真空ポンプ等で減圧状態にすると共に、一体化領域５０の下側の空間ＩＩに差圧調整用ガス４９を供給してほぼ大気圧に調整する。なお、空間Ｉと空間ＩＩの圧力は本例示に限定されず、空間Ｉの大気圧との差圧を−０．５０ｋＰａ〜−１０１ｋＰａの範囲とし、また空間ＩＩの大気圧との差圧を−０．５０ｋＰａ〜＋１０ｋＰａの範囲（但し、圧力は空間Ｉ＜空間ＩＩである。）とすることが好ましい。

図１６に示すように、空間Ｉを減圧状態とし、空間ＩＩをほぼ大気圧とした後、ヒータ４８による加熱部位を長手方向に沿ってトラバースさせて母材を一体化することにより、例えば図１７に示すように、全長にわたってコア領域６０を多数の空孔５２が包囲した構造を有する母材５１が得られる（工程（７））。本発明の光ファイバの製造方法において、前記工程（７）で母材の空孔部を封止せず、空孔を開放して延伸することが好ましい。

この母材５１は、空孔内圧力を制御しながら紡糸し、紫外線硬化型樹脂などの被覆材で被覆することによって素線化し、光ファイバとする（工程（８））。

本実施形態のファイバの製造方法では、空孔形成用のキャピラリと同じ外径のキャピラリを用い、その空孔を潰して石英ガラスからなる中実のロッド部分を形成し、多数の空孔とキャピラリの空孔が潰れて形成されたロッド部分とが組み合わされた断面構造をもつ母材を作製するので、空孔とロッド部分のずれを防ぐことができる。
また、ロッド部分形成用のキャピラリの断面積（内径）を調整することで、これを潰して形成されるロッド部分の径が調整可能となる。
また、空孔形成用のキャピラリは、片端を封止し、一体化中に空孔を残すキャピラリ内の圧力を一定に保つことができるので、空孔径が母材の長手方向で安定した母材を作製することができ、キャピラリの全長にわたって安定した光学特性をもった光ファイバを製造することができる。
また、キャピラリを両端封止する場合に比べ、母材の設計、大きさによって圧力を調整する必要がなく、どのような形状の母材であっても簡単に製造することができる。
また、母材の段階で一体化することによって、紡糸時に空孔内の圧力制御だけ行えばよく、複雑な紡糸加圧系を作らなくてもよく、紡糸装置を簡略化できる。
また、一体化中は、最終的に２つの圧力を制御しているが、工程（５）によって母材の上部と下部で空間を分けることができるので、サポート管を２重にするなどの複雑な構成をとらずに一体化加工を行うことができ、一体化装置も簡略化することができる。
本発明の製造方法によれば、多数の空孔とキャピラリの空孔が潰れて形成されたロッド部分とが組み合わされた断面構造をもつ母材をほぼ１００％の歩留まりで製造することができ、かつ該母材を紡糸して高い歩留まりで光ファイバを製造することができる。
以下、実施例により本発明の効果を実証する。

＜参考例１＞
外径４０ｍｍ、内径３３ｍｍの石英ガラス製のサポート管４１に、多数の石英ガラス製のキャピラリ４０Ａ、エアコア形成用のキャピラリ４４及び石英ガラス製の中実棒４３を図１８に示すように詰め込み、母材の一体化を行って、図１９に示すような断面形状の母材５１Ａを作製した。
ここで、空孔形成用のキャピラリ４０Ａとエアコア形成用のキャピラリ４４は、片端を封止し、図１４において上部に封止側を向けて配置した。空孔形成用のキャピラリ４０Ａは、外径１．５ｍｍ、内径１．３ｍｍ、長さ４００ｍｍの石英ガラス製の円管を用いた。中実棒４３は、外径１．５ｍｍ、長さ４００ｍｍの石英ガラス棒を用いた。中心のエアコア用のキャピラリ４４は、外径３．９ｍｍ、内径３．５ｍｍ、長さ４００ｍｍの石英ガラス製の円管を用いた。
次に、母材を延伸機にセットし、キャピラリ４０Ａの下端から４０ｍｍ上部にヒートゾーン中心が位置するようにセットし、１９００℃で熱して、下部からＡｒガスを供給しつつ上部から真空ポンプで吸引し、図１５に示すように母材の一部を一体化した。
その後、図１６に示す、空間Ｉは真空ポンプで減圧し、大気圧との差圧が−９０ｋＰａになるように調整し、空間ＩＩは、大気圧との差圧が＋０．５ｋＰａの範囲になるように調整し、図１７に示すように、１８７０℃でヒートゾーンを移動させながら、外径３０ｍｍに延伸することによって母材の全長を一体化した。その結果、図１９に示すように、中心に空孔コア（エアコア）からなるコア領域５３を有し、その周囲に六角形の空孔５２と中実のロッド部分とが規則的に並べられた構造を有する母材５１Ａが得られた。
得られた母材５１Ａの断面は、母材の上部、下部で殆ど同じ空孔径であった。

＜実施例１＞
外径４０ｍｍ、内径３３ｍｍの石英ガラス製のサポート管４１に、エアコア形成用のキャピラリ４４と、多数の空孔形成用のキャピラリ４０Ａと、多数のロッド部分形成用のキャピラリ４０Ｂを図２０に示すように詰め込み、母材の一体化を行って、図２１に示すような断面形状の母材５１Ｂを作製した。
ここで、空孔形成用のキャピラリ４０Ａとエアコア形成用のキャピラリ４４は、片端を封止し、図１４において上部に封止側を向けて配置した。空孔を潰してロッド部分を形成するキャピラリ４０Ｂは、片端封止して、図１４において下部に封止側を向けて配置した。空孔形成用のキャピラリ４０Ａは、外径１．５ｍｍ、内径１．３ｍｍ、長さ４００ｍｍの石英ガラス製の円管を用いた。ロッド部分形成用のキャピラリ４０Ｂは、外径１．５ｍｍ、内径０．７ｍｍ、長さ４００ｍｍの石英ガラス製の円管を用いた。中心のエアコア形成用のキャピラリ４４は、外径３．９ｍｍ、内径３．５ｍｍ、長さ４００ｍｍの石英ガラス製の円管を用いた。
次に、母材を延伸機にセットし、キャピラリ４０Ａの下端から４０ｍｍ上部にヒートゾーン中心が位置するようにセットし、１９００℃で熱して、下部からＡｒガスを供給しつつ上部から真空ポンプで吸引し、図１５に示すように母材の一部を一体化した。
その後、図１６に示す、空間Ｉは真空ポンプで減圧し、大気圧との差圧が−９０ｋＰａになるように調整し、空間ＩＩは、大気圧との差圧が＋０．５ｋＰａの範囲になるように調整し、図１７に示すように、１８７０℃でヒートゾーンを移動させながら、外径３０ｍｍに延伸することによって母材の全長を一体化した。その結果、図２１に示すように、中心に略六角形の空孔コア（エアコア）からなるコア領域５３を有し、その周囲に多数の三角形の空孔５２と小さな六角形のロッド部分５４及びこれらのロッド部分５４同士をつなぐ薄い隔壁５５とが規則的に並べられた構造を有する母材５１Ｂが得られた。
得られた母材断面は、母材の上部、下部で殆ど同じ空孔径であった。

＜実施例２＞
外径３９ｍｍ、内径３３ｍｍの石英ガラス製のサポート管４１に、エアコア形成用のキャピラリ４４と、多数の空孔形成用のキャピラリ４０Ａと、多数のロッド部分形成用のキャピラリ４０Ｂを図２２に示すように詰め込み、母材の一体化を行って、図２３に示すような断面形状の母材５１Ｃを作製した。
ここで、空孔形成用のキャピラリ４０Ａとエアコア形成用のキャピラリ４４は、片端を封止し、図１４において上部に封止側を向けて配置した。空孔を潰してロッド部分を形成するキャピラリ４０Ｂは、片端封止して、図１４において下部に封止側を向けて配置した。空孔形成用のキャピラリ４０Ａは、外径１．５ｍｍ、内径１．３ｍｍ、長さ４００ｍｍの石英ガラス製の円管を用いた。ロッド部分形成用のキャピラリ４０Ｂは、外径１．５ｍｍ、内径０．７ｍｍ、長さ４００ｍｍの石英ガラス製の円管を用いた。中心のエアコア形成用のキャピラリ４４は、外径６．５ｍｍ、内径５．８ｍｍ、長さ４００ｍｍの石英ガラス製の円管を用いた。
次に、母材を延伸機にセットし、キャピラリ４０Ａの下端から４０ｍｍ上部にヒートゾーン中心が位置するようにセットし、１８５０℃で熱して、下部からＡｒガスを供給しつつ上部から真空ポンプで吸引し、図１５に示すように母材の一部を一体化した。
その後、図１６に示す、空間Ｉは真空ポンプで減圧し、大気圧との差圧が−９０ｋＰａになるように調整し、空間ＩＩは、大気圧との差圧が＋０．０２ｋＰａの範囲になるように調整し、図１７に示すように、１８３０℃でヒートゾーンを移動させながら、外径３０ｍｍに延伸することによって母材の全長を一体化した。その結果、図２３に示すように、中心に略六角形の空孔コア（エアコア）からなるコア領域５３を有し、その周囲に多数の三角形の空孔５２と小さな六角形のロッド部分５４及びこれらのロッド部分５４同士をつなぐ薄い隔壁５５とが規則的に並べられた構造を有する母材５１Ｃが得られた。
図２３に示す母材５１Ｃは、実施例１の母材５１Ｂと比べてロッド部分５４の径が小さくなっていることが分かる。しかも、配列の乱れもなく作製することができた。

＜参考例２＞
外径３５ｍｍ、内径２２ｍｍの石英ガラス製のサポート管４１に、多数の石英ガラス製のキャピラリ４０Ａ、コア領域形成用の石英ガラス製の中実棒４２を図２４に示すように詰め込み、母材の一体化を行って、図２５に示すような断面形状の母材５１Ｄを作製した。
ここで、空孔形成用のキャピラリ４０Ａは、片端を封止し、図１４において上部に封止側を向けて配置した。この空孔形成用のキャピラリ４０Ａは、外径２．１ｍｍ、内径１．８８ｍｍ、長さ５００ｍｍの石英ガラス製の円管を用いた。コア領域形成用の中実棒４２は、外径２．１ｍｍ、長さ４００ｍｍの石英ガラス棒を用いた。
次に、母材を延伸機にセットし、キャピラリ４０Ａの下端から４０ｍｍ上部にヒートゾーン中心が位置するようにセットし、１９８０℃で熱して、下部からＡｒガスを供給しつつ上部から真空ポンプで吸引し、図１５に示すように母材の一部を一体化した。
その後、図１６に示す、空間Ｉは真空ポンプで減圧し、大気圧との差圧が−９８ｋＰａになるように調整し、空間ＩＩは、大気圧との差圧が＋１．０ｋＰａの範囲になるように調整し、図１７に示すように、２０００℃でヒートゾーンを移動させながら、外径２５ｍｍに延伸することによって母材の全長を一体化した。その結果、図２５に示すように、中心に断面六角形の中実のコア領域５３を有し、その周囲に六角形の空孔５２が薄い隔壁５５を介して規則的に並べられた構造を有する母材５１Ｄが得られた。
得られた母材５１Ｃの断面は、母材の上部、下部で殆ど同じ空孔径であった。

＜実施例３＞
外径３５ｍｍ、内径２２ｍｍの石英ガラス製のサポート管４１に、多数の石英ガラス製のキャピラリ４０Ａ、４０Ｂを図２６に示すように詰め込み、母材の一体化を行って、図２７に示すような断面形状の母材５１Ｅを作製した。
ここで、空孔形成用のキャピラリ４０Ａは、片端を封止し、図１４において上部に封止側を向けて配置した。中実コア用のキャピラリ４０Ｂは、片端封止して、図１４において下部に封止側を向けて配置した。空孔形成用のキャピラリ４０Ａ、中実コア用のキャピラリ４０Ｂともに、外径２．１ｍｍ、内径１．８８ｍｍ、長さ５００ｍｍの石英ガラス製の円管を用いた。
次に、母材を延伸機にセットし、キャピラリ４０Ａの下端から４０ｍｍ上部にヒートゾーン中心が位置するようにセットし、１９８０℃で熱して、下部からＨｅガスを供給しつつ上部から真空ポンプで吸引し、図１５に示すように母材の一部を一体化した。
その後、図１６に示す、空間Ｉは真空ポンプで減圧し、大気圧との差圧が−９８ｋＰａになるように調整し、空間ＩＩは、大気圧との差圧が＋１．０ｋＰａの範囲になるように調整し、図１７に示すように、２０００℃でヒートゾーンを移動させながら、外径２５ｍｍに延伸することによって母材の全長を一体化した。その結果、図２７に示すように、中心に断面六角形の中実の小さなコア領域５３を有し、その周囲に六角形の空孔５２が薄い隔壁５５を介して規則的に並べられた構造を有する母材５１Ｅが得られた。
この母材５１Ｅのコア領域５３は、キャピラリ４０Ｂの空孔をつぶして中実にして形成したことにより、参考例２の母材５１Ｄのコア領域５３よりも小さな断面積とすることができた。

＜比較例１＞
特許文献１の記載に従い、図６，図７に示すように、キャピラリとそれより外径の細いロッドを用い、フォトニックバンドギャップファイバの作製を試みたが、ロッドが細く、組上げているときに、ロッドの位置が移動してしまい、うまく母材を作製することができなかった。

＜比較例２＞
特許文献７の実施例１，２の記載に基づいて、ガラス材料として純粋石英を用い、温度条件、圧力条件などを純粋石英に適した条件に変更してファイバ製造を試みた。しかし、ガラスキャピラリの隙間を減圧加熱している間は、キャピラリ内の空孔は両端封止状態にあるため、両端封止する条件が比較例１と同様に難しく、母材を加熱一体化している間に、空孔内圧力が変化してしまい、空孔径が母材の長手方向に安定しない。母材のある断面は、特許文献７の通り、きれいに隙間がないが、空孔径を長手方向に安定させることができなかった。よって、得られた母材を紡糸しても、長手方向に光学特性が変化してしまい、非常に歩留まりが悪かった。

＜母材の歩留まりの比較＞
実施例１〜３及び参考例１，２において、母材の歩留まりはほぼ１００％、素線化時で歩留まりが、空孔の長手方向の安定性も含めて８５％程度であった。
一方、比較例１，２では、ともに母材の歩留まりが４０％程度、素線化時で歩留まりが、空孔の長手方向の安定性も含めて、１０％程度であった。

従来の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。 従来のダブルクラッドファイバを例示する断面図である。 従来のフォトニックバンドギャップファイバを例示する断面図である。 特許文献１の図１に例示された光ファイバ構造を示す断面図である。 特許文献１の図２に例示された光ファイバ構造を示す断面図である。 特許文献１の図５に例示されたキャピラリとロッドの組み合わせを示す断面図である。 特許文献１の図６に例示されたキャピラリとロッドの組み合わせを示す断面図である。 特許文献２の図１に示されたキャピラリの断面図である。 特許文献３の図１に示されたプリフォームの断面図である。 特許文献４の図４に示された線引き装置の構成図である。 特許文献５の図２に示された線引き装置の構成図である。 別なファイバ製造用母材を例示する断面図である。 特許文献５におけるサポート管内の圧力制御を説明する概略図である。 本製造方法の工程（１）〜工程（３）を示す構成図である。 本製造方法の工程（４）と工程（５）を示す構成図である。 本製造方法の工程（６）を示す構成図である。 本製造方法の工程（７）を示す構成図である。 参考例１により製造される母材を示し、サポート管にキャピラリ及び中実棒を詰めた一体化前の母材の断面図である。 参考例１で製造された母材の断面図である。 本発明により製造される母材の実施例１を示し、サポート管にキャピラリを詰めた一体化前の母材の断面図である。 実施例１で製造された母材の断面図である。 本発明により製造される母材の実施例２を示し、サポート管にキャピラリを詰めた一体化前の母材の断面図である。 実施例２で製造された母材の断面図である。 参考例２により製造される母材を示し、サポート管にキャピラリ及び中実棒を詰めた一体化前の母材の断面図である。 参考例２で製造された母材の断面図である。 本発明により製造される母材の実施例３を示し、サポート管にキャピラリを詰めた一体化前の母材の断面図である。 実施例３で製造された母材の断面図である。

符号の説明

４０Ａ，４０Ｂ…キャピラリ、４１…サポート管、４２，４３…中実棒、４４…エアコア形成用のキャピラリ、４５…片端封止部、４６…上部コネクタ、４６Ａ…排気口、４７…下部コネクタ、４７Ａ…ガス供給口、４８…ヒータ、４９…差圧調整用ガス、５０…一体化領域、５１，５１Ａ〜５１Ｅ…母材、５２…空孔、５３…コア領域、５４…ロッド部分、５５…隔壁。

Claims (8)

1. （１）キャピラリの片端を封止する工程、
   （２）片端を封止した複数本のキャピラリ、又は、片端を封止した複数本のキャピラリと少なくとも１本の中実棒とを、空孔を残すキャピラリは封止した片端を一方の側に向け、空孔を潰すキャピラリは封止した片端を他方の側に向けて束ね、これらをサポート管に詰め込む工程、
   （３）次いで、サポート管の前記一方の側に真空排気装置に接続されたコネクタを接続すると共に、前記他方の側に差圧調整用ガスの供給装置に接続されたコネクタを接続する工程、
   （４）次いで、前記サポート管の他方側近傍部をヒータにより、前記サポート管と前記複数本のキャピラリ、又は、前記サポート管と前記複数本のキャピラリと前記少なくとも１本の中実棒が軟化変形する温度まで加熱する工程、
   （５）工程（４）の状態でサポート管の前記一方の側から真空排気装置で管内を排気すると共に、サポート管の前記他方の側から差圧調整用ガスを管内に供給し、前記加熱軟化された前記サポート管と前記複数本のキャピラリ、又は、前記サポート管と前記複数本のキャピラリと前記少なくとも１本の中実棒を一体化し、サポート管内空間を前記一方の側の空間Ｉと前記他方の側の空間ＩＩとに分ける工程、
   （６）次いで、空間Ｉを減圧し、空間ＩＩをほぼ大気圧となるように制御する工程、
   （７）次いで、ヒートゾーンをサポート管の一方の側に向けて緩やかに移動させ、前記サポート管と複数本のキャピラリの全長、又は、前記サポート管と前記複数本のキャピラリと前記少なくとも１本の中実棒の全長にわたって一体化を行って、複数の空孔が維持されたキャピラリと複数の空孔が潰れて形成されたロッド部分とが組み合わされた断面構造をもつ母材を作製する工程、
   を含むことを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
2. 前記工程（２）において前記少なくとも１本の中実棒を中心として、該中実棒を前記複数本のキャピラリで囲むように配置することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。
3. 前記工程（２）において１本のキャピラリを中心として、該中心のキャピラリを前記複数本のキャピラリで囲むように配置し、前記工程（６）において前記中心のキャピラリの空孔を潰して中実のコア領域を形成することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。
4. 前記工程（２）において１本のキャピラリを中心として、該中心のキャピラリを前記複数本のキャピラリで囲むように配置し、前記工程（６）において前記中心のキャピラリの空孔を維持して空孔コアからなるコア領域を形成することを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。
5. 前記工程（４）において加熱温度が１７００℃〜２１００℃の範囲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母材の製造方法。
6. 前記工程（６）において空間Ｉの大気圧との差圧を−０．５０ｋＰａ〜−１０１ｋＰａの範囲とす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母材の製造方法。
7. 前記工程（６）において空間ＩＩの大気圧との差圧を−０．５０ｋＰａ〜＋１０ｋＰａの範囲とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光ファイバ母材の製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の光ファイバ母材の製造方法によって製造された光ファイバ母材を、その空孔内圧を制御しながら紡糸し、素線化して空孔を有する光ファイバを得ることを特徴とする光ファイバの製造方法。

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