JP4546407B2 - ダブルクラッドファイバの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ダブルクラッドファイバの製造方法に関し、特に、ファイバレーザ用のダブルクラッドファイバの製造技術に関するものである。

光ファイバの１種であるダブルクラッドファイバは、そのファイバ中心から、光増幅成分として希土類元素がドープされたコアと、そのコアを被覆するように設けられコアより屈折率が低い第１クラッドと、その第１クラッドを被覆するように設けられ第１クラッドより屈折率が低い第２クラッドとを備えている。そして、ダブルクラッドファイバでは、第１クラッドに入射された励起光が第１クラッドと第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら第２クラッドで囲まれた領域を伝搬し、励起光がコアを通過する際にコアにドープされた希土類元素をその最外殻電子が励起した反転分布状態にさせ、その誘導放出によってコアを伝播する光を増幅することができる。

例えば、特許文献１では、上記第２クラッドが複数の細孔により形成されたエアクラッド型のダブルクラッドファイバが提案されている。
特開平１１−１４２６７２号公報

ところで、上記エアクラッド型のダブルクラッドファイバは、上記第２クラッドが樹脂により形成された樹脂型のダブルクラッドファイバよりも、第１クラッドと第２クラッドとの屈折率差が大きくなり、第１クラッドの開口数が高くなるので、より多くの励起光を第１クラッド内に閉じこめることができる。そのため、上記エアクラッド型のダブルクラッドファイバは、高出力化が望まれているファイバレーザ用の光ファイバに適している。

また、エアクラッド型のダブルクラッドファイバは、図５（ａ）に示すように、円筒状のサポート管１１４と、コアを形成するコア形成部１１１、及び第１クラッドを形成する第１クラッド形成部１１２からなるコアロッド１１７との間に、第２クラッドを形成する円筒状の複数のキャピラリ１１３を配置させることによりプリフォーム１２０を作製し、そのプリフォーム１２０を加熱及び延伸して線引きすることにより製造される。

しかしながら、単に、サポート管１１４とコアロッド１１７との間に複数のキャピラリ１１３を配置させるだけでは、図６に示すように、第２クラッド１０３ｂを構成する細孔１０３ｃが均一に配列しないおそれがある。

ここで、図６は、プリフォームを線引きして製造されたダブルクラッドファイバの横断面の観察写真であり、図７は、その第２クラッド１０３ｂの一部を拡大した観察写真である。

このダブルクラッドファイバは、図６及び図７に示すように、ファイバ中心であるコア１０１ｂと、コア１０１ｂの周囲に設けられた第１クラッド１０２ｂと、第１クラッド１０２ｂの周囲に設けられ複数の細孔１０３ｃにより構成された第２クラッド１０３ｂと、第２クラッド１０３ｂの周囲に設けられたサポート層１０４ｂとを備えている。

第２クラッド１０３ｂでは、各細孔１０３ｃが均一に整列していないために、図７に示すように、第１クラッド１０２ｂとサポート層１０４ｂとの間を連結するブリッジ部１０３ｄが肉厚になってしまう。そうなると、第１クラッド１０２ｂを伝搬する励起光がブリッジ部１０４を通ってサポート層１０４ｂに漏れてしまうので、開口数が低下してしまう。

本発明は、かかる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、高い開口数を有するダブルクラッドファイバを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、充填するキャピラリの外径に対してサポート管とコアロッドとの間隙を所定範囲に設定するようにしたものである。

具体的に本発明に係るダブルクラッドファイバの製造方法は、光増幅成分がドープされたコアと、該コアの周囲に設けられた第１クラッドと、該第１クラッドの周囲に、各々、縦長の横断面を有する複数の細孔が上記コアに沿って延びるように１層に形成された第２クラッドとを備え、上記第１クラッドに入射された励起光が上記第１クラッドと上記第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら上記第２クラッドで囲まれた領域内を伝搬し、上記励起光が上記コアを通過する際に該コアの光増幅成分を活性化させ、該光増幅成分が上記コアを伝搬する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバを製造する方法であって、サポート管の内部に、上記コア及び第１クラッドを形成するためのコアロッドを同心円状に配置すると共に、上記サポート管の内周壁と上記コアロッドの外周壁との間に上記第２クラッドを形成するための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、上記プリフォームを加熱及び延伸してファイバ状に線引きする線引き工程とを備え、上記プリフォーム作製工程では、上記サポート管と上記コアロッドとの間隙を上記各キャピラリの外径の１．２倍〜１．４倍に設定し、上記プリフォーム作製工程の前に、ガラス管の内部を加圧しながら該ガラス管を加熱及び延伸して線引きすることにより、上記第２クラッドを形成するためのキャピラリを作製するキャピラリ作製工程を備え、上記線引き工程では、上記プリフォームを１／Ｒに縮径するように線引きし、上記プリフォーム作製工程で充填する各キャピラリの厚さは、０．４Ｒμｍ〜１．０Ｒμｍであることを特徴とする。

上記の方法によれば、サポート管とコアロッドとの間隙が各キャピラリの外径の１．２倍〜１．４倍であるので、プリフォーム作製工程において、サポート管の内周壁とコアロッドの外周壁との間に複数のキャピラリが１段で互いに並列した状態で充填される。そして、線引き工程において、１段で互いに並列に配列された複数のキャピラリを有するプリフォームが線引きされるので、それら複数のキャピラリによって、各々、縦長の横断面を有する複数の細孔が第１クラッドの周囲に１層に形成される。そのため、隣接する縦長の細孔同士の周壁の重なり部分、すなわち、サポート管により形成されるサポート層とコアロッドにより形成される第１クラッドとの間を連結するブリッジ部分の肉厚化が抑制されるので、第１クラッドを伝搬する励起光が第２クラッドに漏れ出すことが抑制される。これにより、第１クラッドの開口数の低下が抑制されるので、高い開口数を有するダブルクラッドファイバが提供されることになる。

これに対して、サポート管とコアロッドとの間隙が各キャピラリの外径の１．４倍よりも大きい場合には、サポート管の内周壁とコアロッドの外周壁との間でキャピラリ同士が縦方向（プリフォームの径方向）に重なり易くなるので、縦長の横断面を有する細孔が形成されにくくなる。そうなると、第１クラッドの開口数が低下したダブルクラッドファイバが製造されてしまう。

また、サポート管とコアロッドとの間隙が各キャピラリの外径の１．２倍よりも小さい場合には、サポート管の内周壁とコアロッドの外周壁との間にキャピラリを充填する際に、キャピラリが破損するおそれがある。さらに、サポート管の内周壁とコアロッドの外周壁との間における各キャピラリの自由度が低下しすぎるので、複数のキャピラリを１段に充填することが困難になり、その状態で線引きすることによって、サポート管とコアロッドとが直接つながってしまうおそれがある。

そして、上記の方法によれば、キャピラリ作製工程において、ガラス管の内部を加圧しながらガラス管を線引きするので、キャピラリの厚さが通常よりも薄くなる。そのため、プリフォーム作製工程においてサポート管の内周壁とコアロッドの外周壁との間に充填する各キャピラリの厚さが薄くなり、第１クラッドの開口数の低下を抑制して、第１クラッドの径を大きく形成することが可能になる。これにより、ダブルクラッドファイバの第１クラッドに対して、より多くの励起光を入射させることが可能になるので、高出力なファイバレーザが実現される。

上記第１クラッドの開口数の低下を抑制して、第１クラッドの径を大きく形成することが可能になることについて、図５を用いて詳細に説明する。

ここで、図５（ａ）は、エアクラッド型のダブルクラッドファイバを製造する際に用いられるプリフォーム１２０の横断面図であり、図５（ｂ）は、プリフォーム１２０を一般的な方法で線引きして製造されたダブルクラッドファイバ１１０ａの横断面図である。

プリフォーム１２０は、図５（ａ）に示すように、円筒状のサポート管１１４と、サポート管１１４の内部に同心円状に配置された円柱状のコアロッド１１７と、サポート管１１４及びコアロッド１１７の間に充填された複数のキャピラリ１１３とを備えている。

そして、ダブルクラッドファイバ１１０ａは、図５（ｂ）に示すように、希土類元素がドープされたコア１０１ａと、そのコア１０１ａを被覆するように設けられた第１クラッド１０２ａと、その第１クラッド１０２ａを被覆するように設けられ複数の細孔が形成された第２クラッド１０３ａと、その第２クラッド１０３ａを被覆するように設けられたサポート層１０４ａとを備え、第１クラッド１０２ａの径ｄａが例えば４００μｍになっている。

ここで、第１クラッド１０２ａにより多くの励起光を入射させるために、第１クラッド１０２ａの径を大きくするには、例えば、図５（ｃ）に示すように、第１クラッド１０２ｂの径ｄｂを６００μｍになるように、プリフォーム１２０を太めに線引きすることが考えられる。この場合、線引きする際のプリフォーム１２０を縮径する程度が小さくなるので、キャピラリが縮径する程度も低下して、第２クラッド１０３ｂを構成する各細孔の間のブリッジ部分が厚くなってしまう。そうなると、そのブリッジ部分を介して第１クラッド１０２ｂを伝搬する励起光がサポート層１０４ｂに漏れて、第１クラッドの開口数が低下するおそれがある。

しかしながら、本発明の方法によれば、サポート管の内周壁とコアロッドの外周壁との間に充填する各キャピラリの厚さが薄くなるので、第１クラッドの径を大きくするために、プリフォームを太めに線引きしてダブルクラッドファイバを製造しても、第２クラッドを構成する各細孔の間におけるブリッジ部分の肉厚化が抑制される。これにより、ダブルクラッドファイバを製造するための製造設備及び製造条件の変更を可及的に抑制して、大きな径の第１クラッドを有するダブルクラッドファイバを製造することが可能になる。

そして、上記の方法によれば、プリフォーム作製工程で充填する各キャピラリの厚さが０．４Ｒμｍ〜１．０Ｒμｍであれば、第１クラッドの開口数の低下が抑制されるので、高い開口数を有するダブルクラッドファイバが製造される。

これに対して、各キャピラリの厚さが１．０Ｒμｍよりも大きい場合には、各キャピラリによって形成される細孔の間のブリッジ部分が厚くなり、そのブリッジ部分を介して第１クラッドを伝搬していた励起光が漏れるおそれがあるので、第１クラッドの開口数が低下してしまう。

また、各キャピラリの厚さが０．４Ｒμｍよりも小さい場合には、各キャピラリによって形成される細孔の間のブリッジ部分が薄くなりすぎて、ダブルクラッドファイバが内部で破損するおそれがある。

上記各細孔の横断面は、横の長さと縦の長さとの比が１：２〜１：４であってもよい。

上記の方法によれば、各細孔の横断面における横の長さと縦の長さとの比が１：２〜１：４であれば、第２クラッドを構成する細孔が具体的に縦長になる。そのため、第２クラッドにおける細孔（空気層）の占有率が高くなり、第２クラッドの屈折率が低下するので、第１クラッドと第２クラッドとの屈折率差が大きくなり、第１クラッドの開口数が向上する。

また、本発明に係るダブルクラッドファイバの製造方法は、光増幅成分がドープされたコアと、該コアの周囲に設けられた第１クラッドと、該第１クラッドの周囲に、各々、縦長の横断面を有する複数の細孔が上記コアに沿って延びるように１層に形成された第２クラッドとを備え、上記第１クラッドに入射された励起光が上記第１クラッドと上記第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら上記第２クラッドで囲まれた領域内を伝搬し、上記励起光が上記コアを通過する際に該コアの光増幅成分を活性化させ、該光増幅成分が上記コアを伝搬する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバを製造する方法であって、サポート管の内部に、上記コア及び第１クラッドを形成するためのコアロッドを同心円状に配置すると共に、上記サポート管の内周壁と上記コアロッドの外周壁との間に上記第２クラッドを形成するための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、上記プリフォームを加熱及び延伸してファイバ状に線引きする線引き工程とを備え、上記プリフォーム作製工程では、上記サポート管と上記コアロッドとの間隙を上記各キャピラリの外径の１．２倍〜１．４倍に設定し、上記線引き工程では、上記プリフォームを１／Ｒに縮径するように線引きし、上記プリフォーム作製工程で充填する各キャピラリの厚さは、０．４Ｒμｍ〜１．０Ｒμｍであ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。

上記の方法によれば、サポート管とコアロッドとの間隙が各キャピラリの外径の１．２倍〜１．４倍であるので、プリフォーム作製工程において、サポート管の内周壁とコアロッドの外周壁との間に複数のキャピラリが１段で互いに並列した状態で充填される。そして、線引き工程において、１段で互いに並列に配列された複数のキャピラリを有するプリフォームが線引きされるので、それら複数のキャピラリによって、各々、縦長の横断面を有する複数の細孔が第１クラッドの周囲に１層に形成される。そのため、隣接する縦長の細孔同士の周壁の重なり部分、すなわち、サポート管により形成されるサポート層とコアロッドにより形成される第１クラッドとの間を連結するブリッジ部分の肉厚化が抑制されるので、第１クラッドを伝搬する励起光が第２クラッドに漏れ出すことが抑制される。これにより、第１クラッドの開口数の低下が抑制されるので、高い開口数を有するダブルクラッドファイバが提供されることになる。

これに対して、サポート管とコアロッドとの間隙が各キャピラリの外径の１．４倍よりも大きい場合には、サポート管の内周壁とコアロッドの外周壁との間でキャピラリ同士が縦方向（プリフォームの径方向）に重なり易くなるので、縦長の横断面を有する細孔が形成されにくくなる。そうなると、第１クラッドの開口数が低下したダブルクラッドファイバが製造されてしまう。

また、サポート管とコアロッドとの間隙が各キャピラリの外径の１．２倍よりも小さい場合には、サポート管の内周壁とコアロッドの外周壁との間にキャピラリを充填する際に、キャピラリが破損するおそれがある。さらに、サポート管の内周壁とコアロッドの外周壁との間における各キャピラリの自由度が低下しすぎるので、複数のキャピラリを１段に充填することが困難になり、その状態で線引きすることによって、サポート管とコアロッドとが直接つながってしまうおそれがある。

そして、上記の方法によれば、プリフォーム作製工程で充填する各キャピラリの厚さが０．４Ｒμｍ〜１．０Ｒμｍであれば、第１クラッドの開口数の低下が抑制されるので、高い開口数を有するダブルクラッドファイバが製造される。

これに対して、各キャピラリの厚さが１．０Ｒμｍよりも大きい場合には、各キャピラリによって形成される細孔の間のブリッジ部分が厚くなり、そのブリッジ部分を介して第１クラッドを伝搬していた励起光が漏れるおそれがあるので、第１クラッドの開口数が低下してしまう。

また、各キャピラリの厚さが０．４Ｒμｍよりも小さい場合には、各キャピラリによって形成される細孔の間のブリッジ部分が薄くなりすぎて、ダブルクラッドファイバが内部で破損するおそれがある。

上記各細孔の横断面は、横の長さと縦の長さとの比が１：２〜１：４であってもよい。

上記の方法によれば、各細孔の横断面における横の長さと縦の長さとの比が１：２〜１：４であれば、第２クラッドを構成する細孔が具体的に縦長になる。そのため、第２クラッドにおける細孔（空気層）の占有率が高くなり、第２クラッドの屈折率が低下するので、第１クラッドと第２クラッドとの屈折率差が大きくなり、第１クラッドの開口数が向上する。

上記プリフォーム作製工程の前に、ガラス管の内部を加圧しながら該ガラス管を加熱及び延伸して線引きすることにより、上記第２クラッドを形成するためのキャピラリを作製するキャピラリ作製工程を備えてもよい。

上記の方法によれば、キャピラリ作製工程において、ガラス管の内部を加圧しながらガラス管を線引きするので、キャピラリの厚さが通常よりも薄くなる。そのため、プリフォーム作製工程においてサポート管の内周壁とコアロッドの外周壁との間に充填する各キャピラリの厚さが薄くなり、第１クラッドの開口数の低下を抑制して、第１クラッドの径を大きく形成することが可能になる。これにより、ダブルクラッドファイバの第１クラッドに対して、より多くの励起光を入射させることが可能になるので、高出力なファイバレーザが実現される。

上記第１クラッドの開口数の低下を抑制して、第１クラッドの径を大きく形成することが可能になることについて、図５を用いて詳細に説明する。

ここで、図５（ａ）は、エアクラッド型のダブルクラッドファイバを製造する際に用いられるプリフォーム１２０の横断面図であり、図５（ｂ）は、プリフォーム１２０を一般的な方法で線引きして製造されたダブルクラッドファイバ１１０ａの横断面図である。

プリフォーム１２０は、図５（ａ）に示すように、円筒状のサポート管１１４と、サポート管１１４の内部に同心円状に配置された円柱状のコアロッド１１７と、サポート管１１４及びコアロッド１１７の間に充填された複数のキャピラリ１１３とを備えている。

そして、ダブルクラッドファイバ１１０ａは、図５（ｂ）に示すように、希土類元素がドープされたコア１０１ａと、そのコア１０１ａを被覆するように設けられた第１クラッド１０２ａと、その第１クラッド１０２ａを被覆するように設けられ複数の細孔が形成された第２クラッド１０３ａと、その第２クラッド１０３ａを被覆するように設けられたサポート層１０４ａとを備え、第１クラッド１０２ａの径ｄａが例えば４００μｍになっている。

ここで、第１クラッド１０２ａにより多くの励起光を入射させるために、第１クラッド１０２ａの径を大きくするには、例えば、図５（ｃ）に示すように、第１クラッド１０２ｂの径ｄｂを６００μｍになるように、プリフォーム１２０を太めに線引きすることが考えられる。この場合、線引きする際のプリフォーム１２０を縮径する程度が小さくなるので、キャピラリが縮径する程度も低下して、第２クラッド１０３ｂを構成する各細孔の間のブリッジ部分が厚くなってしまう。そうなると、そのブリッジ部分を介して第１クラッド１０２ｂを伝搬する励起光がサポート層１０４ｂに漏れて、第１クラッドの開口数が低下するおそれがある。

しかしながら、本発明の方法によれば、サポート管の内周壁とコアロッドの外周壁との間に充填する各キャピラリの厚さが薄くなるので、第１クラッドの径を大きくするために、プリフォームを太めに線引きしてダブルクラッドファイバを製造しても、第２クラッドを構成する各細孔の間におけるブリッジ部分の肉厚化が抑制される。これにより、ダブルクラッドファイバを製造するための製造設備及び製造条件の変更を可及的に抑制して、大きな径の第１クラッドを有するダブルクラッドファイバを製造することが可能になる。

本発明によれば、充填するキャピラリの外径に対してサポート管とコアロッドとの間隙を所定範囲に設定し、線引き工程では、プリフォームを１／Ｒに縮径するように線引きし、プリフォーム作製工程で充填する各キャピラリの厚さが０．４Ｒμｍ〜１．０Ｒμｍであるため、高い開口数を有するダブルクラッドファイバを提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。

まず、本発明に係るダブルクラッドファイバについて説明する。

図１の左側は、本発明の実施形態に係るダブルクラッドファイバ１０の横断面図であり、図１の右側は、その横断面図に対応する屈折率分布図である。また、図２は、ダブルクラッドファイバ１０の横断面の観察写真である。なお、図２では、保護層５が省略されている。

ダブルクラッドファイバ１０は、図１及び図２に示すように、ファイバ中心となるコア１と、コア１の周囲に設けられた第１クラッド２と、第１クラッド２の周囲に設けられた第２クラッド３と、第２クラッド３の周囲に設けられたサポート層４と、サポート層４の周囲に設けられた保護層５とを備えている。

コア１は、石英により構成され、光増幅成分として、イッテルビウム（Ｙｂ）、エルビウム（Ｅｒ）、ネオジム（Ｎｄ）などの希土類元素がドープされており、第１クラッド２よりも屈折率が高くなっている。

第１クラッド２は、ポンプガイドとも呼ばれ、石英により構成されている。

第２クラッド３は、各々、コア１に沿って延びる複数の細孔３ａを有し、石英により構成されている。そして、第２クラッド３の屈折率は、複数の細孔３ａ内の空気の屈折率と、その細孔３ａ以外の部分の石英の屈折率とが複合したものとなり、第１クラッド２の屈折率、すなわち、石英の屈折率よりも低くなっている。

各細孔３ａは、横断面における横の長さと縦の長さとの比が１：２〜１：４であり、縦長になっている。そのため、第２クラッド３における細孔３ａ（空気層）の占有率が高くなり、第２クラッド３の屈折率が低下するので、第１クラッド２と第２クラッド３との屈折率差が大きくなり、第１クラッド２の開口数が高くなっている。

サポート層４は、石英により構成されている。

保護層５は、例えば、紫外線硬化タイプのアクリル樹脂、又は、内層が低屈折率のシリコン樹脂などであり外層がＥＴＦＥ（ethylene tetrafluoroethlene copolymer）樹脂などである２層構造などにより構成されている。

上記構成のダブルクラッドファイバ１０は、第１クラッド２に入射された励起光が第１クラッド２と第２クラッド３との界面で反射を繰り返しながら第２クラッド３で囲まれた領域内を伝搬し、励起光がコア１を通過する際にコア１の光増幅成分を活性化させ、光増幅成分がコア１を伝搬する光を増幅するようになっている。

次に、図３を用いて、上記構成のダブルクラッドファイバ１０の製造方法について説明する。なお、図３は、ダブルクラッドファイバ１０の製造方法を示す模式図である。ここで、本実施形態の製造方法は、コアロッド作製工程、サポート管準備工程と、キャピラリ作製工程、プリフォーム作製工程と、線引き工程とを備えている。

＜コアロッド作製工程＞
コアロッド作製工程では、まず、ＭＣＶＤ（Modified Chemical Vapor Deposition）法により、図３（ａ１）に示すように、中心軸にＹｂがドープされたコア形成部１１と、コア形成部１１の周囲に設けられた第１クラッド基体１２ａとを有し、石英により構成された円柱状のコアロッド母材１６を作製する。

続いて、コアロッド母材１６の周壁に、石英により構成された所定外径を有する円筒状のパイプを被せて、第１クラッド基体１２ａと共に第１クラッド形成部１２を形成して、図３（ａ２）に示すようなコアロッド１７を作製する。これによって、第１クラッド形成部１２の径／コア形成部１１の径の比率が調整され、ダブルクラッドファイバ１０における第１クラッド２の径／コア１の径の比率が設定される。

＜サポート管準備工程＞
サポート管準備工程では、図３（ｂ）に示すように、石英により構成された円筒状のサポート管１４を準備する。

＜キャピラリ作製工程＞
キャピラリ作製工程では、まず、図３（ｃ１）に示すように、石英により構成された円筒状のパイプ（ガラス管）１３ａを準備する。

続いて、パイプ１３ａを、図４に示すようなキャピラリ線引き装置３０に取り付けて、図３（ｃ２）に示すような薄肉のキャピラリ１３を複数本作製する。

ここで、キャピラリ線引き装置３０は、パイプ送り出し部（不図示）、パイプ内圧調整部２１、電気炉２２、引き取り部２３、及び切断部２４を備えている。

パイプ送り出し部は、パイプ１３ａを鉛直状態に保持し、そのパイプ１３ａを電気炉２２の方に所定の速度で送るように構成されている。

パイプ内圧調整部２１は、パイプ１３ａの上端に外嵌めするように上面を有する円筒状に形成された内圧調整用チャンバー２１ａと、内圧調整用チャンバー２１ａ及びキャピラリ１３ａの内部圧力を所定値に調整するための内圧調整部２１ｃと、圧力調整用チャンバー２１ａ及び内圧調整部２１ｃを接続する配管２１ｂとを備えている。

電気炉２２は、ヒーターを備えており、パイプ１３ａの下部をその内部に取り込み、パイプ１３ａを加熱及び溶融するように構成されている。

引き取り部２３は、電気炉２２で加熱及び溶融されたパイプ１３ａの先端を下方に引き出すと共に、一定の張力を与えながら固化させて、線状のキャピラリ１３を作製するように構成されている。

切断部２４は、作製された線状のキャピラリ１３を、一定長さに切断するように構成されている。

そして、上記構成のキャピラリ線引き装置３０を用いてキャピラリ１３を作製する際には、電気炉２２の温度、パイプ１３ａ（キャピラリ）の内圧、及び線引き速度などを調整することにより、所定の内外径を有するキャピラリ１３を作製する。

ここで、後述する線引き工程において、プリフォーム２０を１／Ｒに縮径する場合、キャピラリ１３の厚さは、０．４Ｒμｍ〜１．０Ｒμｍである。これによれば、製造されるダブルクラッドファイバ１０の第１クラッド２の開口数の低下を抑制することができる。

これに対して、各キャピラリ１３の厚さが１．０Ｒμｍよりも大きい場合には、各キャピラリ１３によって形成される細孔３ａの間のブリッジ部分が厚くなり、そのブリッジ部分を介して第１クラッド２を伝搬していた励起光が漏れるおそれがあるので、第１クラッド２の開口数が低下してしまう。

また、各キャピラリ１３の厚さが０．４Ｒμｍよりも小さい場合には、各キャピラリ１３によって形成される細孔３ａの間のブリッジ部分が薄くなりすぎて、製造されるダブルクラッドファイバ１０が内部で破損するおそれがある。

＜プリフォーム作製工程＞
プリフォーム作製工程では、まず、図３（ｄ）に示すように、サポート管１４の内部に、コアロッド１７を同心円状に配置して、プリフォーム基体１８を形成する。

続いて、プリフォーム基体１８におけるサポート管１４の内周壁とコアロッド１７の外周壁との間に複数のキャピラリ１３を一段に充填して、図３（ｅ）に示すように、中心からコアロッド１７、キャピラリ１３及びサポート管１４が順に配置されたプリフォーム２０を作製する。ここで、サポート管１４とコアロッド１７との間隙は、各キャピラリ１３の外径の１．２倍〜１．４倍である。これによれば、サポート管１４の内周壁とコアロッド１７の外周壁との間に複数のキャピラリ１３が１段で互いに並列した状態で充填させることができる。

これに対して、サポート管１４とコアロッド１７との間隙が各キャピラリ１３の外径の１．４倍よりも大きい場合には、サポート管１４の内周壁とコアロッド１７の外周壁との間でキャピラリ３同士が縦方向（プリフォーム２０の径方向）に重なり易くなるので、縦長の横断面を有する細孔が形成されにくくなる。そうなると、第１クラッド２の開口数が低下したダブルクラッドファイバが製造されるおそれがある。

また、サポート管１４とコアロッド１７との間隙が各キャピラリ１３の外径の１．２倍よりも小さい場合には、サポート管１４の内周壁とコアロッド１７の外周壁との間にキャピラリ１３を充填する際に、キャピラリ１３が破損するおそれがある。さらに、サポート管１４の内周壁とコアロッド１７の外周壁との間における各キャピラリ１３の自由度が低下しすぎるので、複数のキャピラリ１３を１段に充填することが困難になり、その状態で線引きすることによって、サポート管１４とコアロッド１７とが直接つながってしまうおそれがある。

＜線引き工程＞
プリフォーム２０を、図３（ｆ）に示すように、電気炉で加熱及び延伸して、ファイバ状に線引きする。このとき、プリフォーム２０を構成するコアロッド１７によってコア１及び第１クラッド２が形成され、プリフォーム２０を構成するキャピラリ１３によって第２クラッド３が形成され、プリフォーム２０を構成するサポート管１４によってサポート層１４が形成される。そして、１段で互いに並列に配列された複数のキャピラリ１３を有するプリフォーム２０が線引きされるので、それら複数のキャピラリ１３によって、図２に示すように、各々、縦長の横断面を有する複数の細孔３ａが第１クラッド２の周囲に１層に形成されたダブルクラッドファイバが製造される。

最後に、加熱及び延伸により形成されたファイバ表面に、紫外線硬化タイプのアクリル樹脂を塗布した後、紫外線を照射して保護層５を形成する。

以上のようにして、本実施形態のダブルクラッドファイバ１０を製造することができる。

次に、具体的に行った実験について説明する。

本発明の実施例として、上記実施形態と同じ方法で、キャピラリを作製して、ダブルクラッドファイバを製造した。

具体的には、まず、表１に示すように、電気炉の温度、及びキャピラリの内部圧力を調整して、キャピラリの作製方法を検討した。

キャピラリの内圧調整を行った場合には、キャピラリの内部を加圧することにより、キャピラリの厚さを小さくすることができ、その内圧の大きさによって、キャピラリの肉厚を調整できた。また、電気炉の温度を上げることによって、十分な強度を有するキャピラリがを作製できた。ここで、キャピラリの内圧調整を行わない場合には、電気炉の温度を上げることにより、キャピラリが厚くなる傾向があり、電気炉の温度を下げることにより、キャピラリが薄くなる傾向があった。

以上のような検討結果により、電気炉の温度を上げると共に、キャピラリの内圧を調整して、強度を保持すると共に所定の内外径を有するキャピラリを作製することが可能になった。

次に、外径２９．０ｍｍ及び内径１８．９ｍｍのサポート管、及び外径５００μｍのキャピラリを用いて、第１クラッド径が４００μｍとなるダブルクラッドファイバを製造した。

ここで、コアロッドの径を、１７．６ｍｍ（＝１８．９−０．５００×１．３×２）とした。なお、上記の式中の１．３とは、上記実施形態で説明した「サポート管とコアロッドとの間隙が、各キャピラリの外径の１．２倍〜１．４倍である」という記載における数値範囲の中間値である。

また、上記のように、第１クラッドを形成するコアロッドの径が１７．６ｍｍであるので、プリフォームを１／４４（＝１７．６／０．４）に縮径することになる。そのため、各キャピラリの厚さが、１７．６（＝０．４×４４）μｍ〜４４．０（＝１．０×４４）μｍであることが好ましいので、厚さが３０μｍになるように、内圧を調整してキャピラリを作製した。

したがって、外径２９．０ｍｍ及び内径１８．９ｍｍのサポート管と、外径５００μｍ及び内径４４０μｍの複数のキャピラリと、外径１７．６ｍｍのコアロッドとによりプリフォームを作製して、そのプリフォームが１／４４に縮径するように線引きして、ダブルクラッドファイバを製造した。そして、製造されたダブルクラッドファイバの第１クラッドの開口数は、９８０ｎｍの光に対して０．６となった。

以上説明したように、本実施形態のダブルクラッドファイバ１０及びその製造方法によれば、サポート管１４とコアロッド１７との間隙が各キャピラリ１３の外径の１．２倍〜１．４倍であるので、プリフォーム作製工程において、サポート管１４の内周壁とコアロッド１７の外周壁との間に複数のキャピラリ１３が１段で互いに並列した状態で充填される。そして、線引き工程において、１段で互いに並列に配列された複数のキャピラリ１３を有するプリフォーム２０が線引きされるので、それら複数のキャピラリ１３によって、各々、横断面における横の長さと縦の長さとの比が１：２〜１：４である縦長の複数の細孔３ａが第１クラッド２の周囲に１層に形成される。そのため、隣接する縦長の細孔３ａ同士の周壁の重なり部分、すなわち、サポート層４と第１クラッド２との間を連結するブリッジ部分の肉厚化が抑制されるので、第１クラッド２を伝搬する励起光が第２クラッド３に漏れ出すことが抑制される。これにより、第１クラッド１の開口数の低下が抑制されるので、高い開口数を有するダブルクラッドファイバを提供することができる。

また、プリフォーム作製工程の前のキャピラリ作製工程において、パイプ１３ａの内部を加圧しながらパイプ１３ａを線引きするので、パイプ１３ａから形成されるキャピラリ１３の厚さが通常よりも薄くなる。そのため、プリフォーム作製工程においてサポート管１４の内周壁とコアロッド１７の外周壁との間に充填する各キャピラリ１３の厚さが薄くなり、第１クラッド２の開口数の低下を抑制して、第１クラッド２の径を大きく形成することができる。これにより、ダブルクラッドファイバ１０の第１クラッド２に対して、より多くの励起光を入射させることができるので、高出力なファイバレーザを実現することができる。

以上説明したように、本発明は、第１クラッドに励起光を多量に閉じこめることができるので、溶接、切断及びマーキングなどの加工を行うためのファイバレーザ用のファイバについて有用である。

左側は、本発明の実施形態に係るダブルクラッドファイバ１０の横断面図であり、右側は、その横断面図に対応する屈折率分布図である。 ダブルクラッドファイバ１０の横断面の観察写真である。 ダブルクラッドファイバ１０の製造方法を示す模式図である。 キャピラリ１３を作製するためのキャピラリ線引き装置３０の模式図である。 従来のダブルクラッドファイバ１１０ａ及び１１０ｂの製造方法を示す模式図である。 従来のダブルクラッドファイバの横断面の観察写真である。 従来のダブルクラッドファイバの第２クラッド付近の横断面の観察写真である。

１ コア
２ 第１クラッド
３ 第２クラッド
３ａ 細孔
４ サポート層
１０ ダブルクラッドファイバ
１３ キャピラリ
１３ａ パイプ（ガラス管）
１４ サポート管
１７ コアロッド
２０ プリフォーム

Claims (5)

1. 光増幅成分がドープされたコアと、該コアの周囲に設けられた第１クラッドと、該第１クラッドの周囲に、各々、縦長の横断面を有する複数の細孔が上記コアに沿って延びるように１層に形成された第２クラッドとを備え、上記第１クラッドに入射された励起光が上記第１クラッドと上記第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら上記第２クラッドで囲まれた領域内を伝搬し、上記励起光が上記コアを通過する際に該コアの光増幅成分を活性化させ、該光増幅成分が上記コアを伝搬する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバを製造する方法であって、
   サポート管の内部に、上記コア及び第１クラッドを形成するためのコアロッドを同心円状に配置すると共に、上記サポート管の内周壁と上記コアロッドの外周壁との間に上記第２クラッドを形成するための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、
   上記プリフォームを加熱及び延伸してファイバ状に線引きする線引き工程とを備え、
   上記プリフォーム作製工程では、上記サポート管と上記コアロッドとの間隙を上記各キャピラリの外径の１．２倍〜１．４倍に設定し、
   上記プリフォーム作製工程の前に、ガラス管の内部を加圧しながら該ガラス管を加熱及び延伸して線引きすることにより、上記第２クラッドを形成するためのキャピラリを作製するキャピラリ作製工程を備え、
   上記線引き工程では、上記プリフォームを１／Ｒに縮径するように線引きし、
   上記プリフォーム作製工程で充填する各キャピラリの厚さは、０．４Ｒμｍ〜１．０Ｒμｍであ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。
2. 請求項１に記載されたダブルクラッドファイバの製造方法において、
   上記各細孔の横断面は、横の長さと縦の長さとの比が１：２〜１：４であ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。
3. 光増幅成分がドープされたコアと、該コアの周囲に設けられた第１クラッドと、該第１クラッドの周囲に、各々、縦長の横断面を有する複数の細孔が上記コアに沿って延びるように１層に形成された第２クラッドとを備え、上記第１クラッドに入射された励起光が上記第１クラッドと上記第２クラッドとの界面で反射を繰り返しながら上記第２クラッドで囲まれた領域内を伝搬し、上記励起光が上記コアを通過する際に該コアの光増幅成分を活性化させ、該光増幅成分が上記コアを伝搬する光を増幅するように構成されたダブルクラッドファイバを製造する方法であって、
   サポート管の内部に、上記コア及び第１クラッドを形成するためのコアロッドを同心円状に配置すると共に、上記サポート管の内周壁と上記コアロッドの外周壁との間に上記第２クラッドを形成するための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、
   上記プリフォームを加熱及び延伸してファイバ状に線引きする線引き工程とを備え、
   上記プリフォーム作製工程では、上記サポート管と上記コアロッドとの間隙を上記各キャピラリの外径の１．２倍〜１．４倍に設定し、
   上記線引き工程では、上記プリフォームを１／Ｒに縮径するように線引きし、
   上記プリフォーム作製工程で充填する各キャピラリの厚さは、０．４Ｒμｍ〜１．０Ｒμｍであ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。
4. 請求項３に記載されたダブルクラッドファイバの製造方法において、
   上記各細孔の横断面は、横の長さと縦の長さとの比が１：２〜１：４であ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。
5. 請求項３に記載されたダブルクラッドファイバの製造方法において、
   上記プリフォーム作製工程の前に、ガラス管の内部を加圧しながら該ガラス管を加熱及び延伸して線引きすることにより、上記第２クラッドを形成するためのキャピラリを作製するキャピラリ作製工程を備え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。