JP4712360B2 - 光ファイバ用プリフォームの製造方法及び光ファイバの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、光ファイバ用プリフォームの製造方法及び光ファイバの製造方法に関するものである。
応力付与型の偏波保持光ファイバは、図7に示すような断面構造を有しており、光伝送路となるコア2の両側に熱膨張係数をクラッド3よりも大きくしたガラスからなる応力付与部10’が配置されている。前記偏波保持光ファイバの製造方法として、例えば特許文献1に開示されている方法が一般的に知られている。すなわち、特許文献1によれば、光ファイバ用プリフォームのクラッド部の応力付与部となる位置に対して、孔あけ加工を行い、次いで研削加工、研磨加工等を行い、所望の形状の貫通孔を有する孔あけプリフォームを作製した後、図8に示すように前記孔あけプリフォーム1の一方の端部に同じ径のガラス棒20を溶着し、もう一方の端部にガラス管11を接続し、次いで貫通孔4に別に用意した応力付与材10やガラス蓋12を挿入してガラス棒13を設置して線引きプリフォーム21を作製する。続いて、真空ポンプ(図示せず)で貫通孔4内を減圧しながら加熱一体化を行った後、周知の加熱延伸法により線引きして光ファイバを得ることができる。ここで、ガラス蓋12は前記加熱一体化を行う際に溶融された応力付与材10が貫通孔4から溢れることを防止するためのものであり、ガラス棒13はガラス蓋12を押さえるためのものである。
ところで、通常、光ファイバ用プリフォームの一方の端部には、いわゆる口出し部と称される部位があり、線引き開始時から定常な線引き状態に移行するまでの間の口出し時に用いられる。口出し部の作製方法は、図9(a)に示すように製品用光ファイバ用プリフォーム22に口出し用ガラス材23を接続する方法と、図9(b)に示すように口出し用ガラス材23を接続せずに製品用光ファイバ用プリフォーム22のみで口出し部を構成する方法がある。図9(b)のように製品用光ファイバ用プリフォーム22で口出し部を構成する場合、口出し部となる部分は線引き速度の変化や光ファイバの外径変動等が発生する不安定な領域であるため、そこから得られた光ファイバには品質上の問題があり、製品として使用できずに最終的に廃棄されることになる。従って、特に、偏波保持光ファイバ用プリフォームでは、図9(b)の方法を採用した場合、製品用光ファイバ用プリフォーム22の本体自体の材料に加え、上述の一連の加工作業において多くの手間やコストを要していることから、このような本来製品となるはずであった高価な製品用光ファイバ用プリフォームの多くの部分を口出し部として消費することは、経済的な面において問題がある。
そこで、偏波保持光ファイバ用プリフォームの口出し部を作製する際には、図9(a)に示すように製品用光ファイバ用プリフォームに口出し用ガラス材を接続する方法が有効となる。その方法として、例えば、図8のガラス棒20の部分を口出し部に適した形状とすることで、口出し部として利用することができる。
上述の孔あけプリフォーム1とガラス棒20を溶着する作業をガラス旋盤における酸水素火炎バーナを用いた一般的な方法で行う場合、酸水素火炎バーナで各ガラス棒の接続する端面を加熱溶融させた後、お互いの端面を突き合わせることにより行われる。
特開昭62−12625号公報
しかしながら、溶着作業時に接続端面を加熱溶融させる影響により、接続後のプリフォームの接続部周辺が変形を起こしやすく、特に貫通孔の接続側端部付近が溶融されることにより、表面張力の影響で、図10のAのように前記貫通孔4の内径がその端部で小さくなってしまう問題が発生することがある。他に図11のAのように、ガラス棒20の溶融した部分がプリフォームの貫通孔4内に侵入することがあり、特に後述する図4に示すように、接続側の端部が紡錘状の形状を有する口出し用ガラス材17を使用した場合は顕著である。
上述のような変形を生じた貫通孔4に応力付与材10を挿入した場合、図10のBや図11のBのように、貫通孔4の端部の位置まで達することができない。通常図8に示すような線引きプリフォーム21を作製するために、あらかじめ加工プリフォームの寸法に合わせて応力付与材10や、ガラス蓋12を作製しておくが、図10や図11に示すような問題が発生した場合には、当初設計した寸法どおりに組み立てることができなくなる。そして、程度によっては応力付与材10が貫通孔4の口から突き出してしまい、ガラス蓋12を挿入する余地がなくなってしまうため、組み立てが全く行えない状態になってしまうことがある。
また、貫通孔4に応力付与材10やガラス蓋12を挿入して図8のように組み立てを行えたとしても、図10のBや図11のBのように、貫通孔4に挿入した応力付与材10が本来到達できるはずであった貫通孔4の端部の位置まで達することができず、大きな空隙18や19が形成されることになる。このような大きな空隙18や19が形成された線引きプリフォームを特開昭59−137330号公報等に開示されている周知の方法により、貫通孔4の内部を真空ポンプにより減圧しながら前記応力付与材10を加熱溶融させて一体化を行った場合、前記空隙の影響により、減圧を行っていても貫通孔4の内部を完全に脱気することができずに、前記ガラス棒の貫通孔4の内表面5と応力付与材10との接合界面に気泡が残留してしまう恐れがある。
加えて、接続箇所を酸水素火炎バーナを用いて加熱溶融させる際に、大気中に浮遊しているごみや前記加熱箇所で発生する微細なガラス粉が、火炎のガス流によってガラス棒の貫通孔4の内部に侵入して貫通孔4の内表面5に付着することにより、内表面5における平滑度の低下や異物の混入といった問題が発生することがある。前記問題が発生した貫通孔4に応力付与材10を挿入して加熱一体化を行うと、前記貫通孔4の内表面5と応力付与材10との接合界面に気泡や凹凸、異物混入等の不良が発生する恐れがある。
以上のような貫通孔の内表面と応力付与材との接合界面に気泡や凹凸、異物混入等の不良が発生したプリフォームを線引きすると、前記不良を原因とした断線や、線引きにより得られた光ファイバにおける光学特性の異常がもたらされ、光ファイバの製造の歩留まりを悪化させることになる。
本発明は、長手方向に貫通孔を有するガラス棒の前記貫通孔の線引き開始側となる端部にガラス栓を挿入する第1工程の後、前記ガラス栓を挿入した側の前記ガラス棒の端面と、別に用意したガラス材の一方の端面を向かい合わせて、前記向かい合わせた端面の周辺を加熱して前記端面を溶融させ、端面同士を突き合わせて接続する第2工程とを具備することを特徴とする光ファイバ用プリフォームの製造方法である。
好ましくは、前記ガラス材は、前記ガラス棒と向かい合わせる前記一方の端面が前記ガラス棒と同じ径の円形の平面形状に形成されるとともに、他端面に向けて外径が細くなるテーパ状部位を有する。
本発明の他の態様は、長手方向に貫通孔を有するガラス棒の前記貫通孔の一方の端部にガラス栓を挿入する第1工程と、
前記ガラス栓を挿入した側の前記ガラス棒の端面と、別に用意したガラス材の一方の端面を向かい合わせて、前記向かい合わせた端面の周辺を加熱して前記端面を溶融させ、端面同士を突き合わせて接続する第2工程と、
前記ガラス材を接続した前記ガラス棒を、前記ガラス材を接続した側から線引きする第3工程と、
を具備することを特徴とする光ファイバの製造方法である。
本発明によれば、ガラス栓を挿入した部位を除いたガラス棒の貫通孔の全長において接続部の加熱により形状が変形することを防止し、且つ貫通孔の内壁面に対して大気中に浮遊するごみや微細なガラス粉を付着させることなく前記貫通孔を有するガラス棒と他のガラス材との接続を行うことが可能となる。従って、応力付与型の偏波保持光ファイバ用プリフォームの製造において、応力付与部となる位置に貫通孔が形成された孔あけプリフォームと口出し用ガラス材を接続する際に、前記貫通孔の変形や、前記貫通孔の内壁面に対するごみや微細なガラス粉の付着を防ぐことができるため、製造の歩留まりが向上する。
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
図1(a)〜(c)及び図2は、本発明に係る応力付与型の偏波保持光ファイバ用プリフォームの製造方法の一実施形態の説明図である。本実施形態の製造工程は以下の通りである。
周知の方法により作製されたコア2及び前記コア2の周囲を取り囲んだクラッド3からなる円柱状の光ファイバ用プリフォームを切断して両端面が前記プリフォームの軸に垂直で平面になっているプリフォームを作製し、前記プリフォームに対して孔あけ加工を行い貫通孔を形成した後、研削加工、研磨加工を施して図1(a)に示すような所望の形状の貫通孔4を有する孔あけプリフォーム(長手方向に貫通孔を有するガラス棒)1を作製する。また、貫通孔4の内径よりも若干小さい外径を有する円柱状のガラス栓6を作製する。ガラス栓6の径は、貫通孔4の内径とガラス栓6の外径との差が0.5mm以下であることが望ましい。
次に、孔あけプリフォーム1をガラス旋盤のチャック(図示せず)に把持し、図1(b)に示すように孔あけプリフォーム1の貫通孔4にガラス栓6を孔あけプリフォーム1の端面とガラス栓6の端面とが一致するように挿入する。なお、ガラス栓6を挿入する端面は、口出し用ガラス材8と接続する側である。
次に、孔あけプリフォーム1の接続側の端面と、口出し用ガラス材8の接続する側の端面とが向かい合わせになるように、ガラス旋盤の他方のチャックに口出し用ガラス材8を取り付けた後、前記チャックを回転させて孔あけプリフォーム1と口出し用ガラス材8を軸周りに回転させながら、前記向かい合わせた端面の周辺を酸水素火炎バーナにより加熱して前記端面を溶融させる。その後、図1(c)に示すように、端面同士を突き合わせて接続し、接続プリフォーム9を得る。この際、貫通孔4に挿入したガラス栓6も接続部に固着されることになる。
ここで、口出し用ガラス材8は、孔あけプリフォーム1との接続側の端部が孔あけプリフォーム1の端面と同じ径の円形の平面形状を成し、加えて、口出し部に適した形状となるように、テーパ状となっている部位を含んだ形状になっている。
続いて、前述した図8に示した周知の方法に従い、図2に示すようなガラス管11の接続や貫通孔4に対する応力付与材10とガラス蓋12の挿入、ガラス棒13の設置を行い線引きプリフォーム14を作製し、真空ポンプ(図示せず)で貫通孔4内を減圧しながら加熱一体化を行った後、周知の加熱延伸法により線引きして光ファイバを得ることができる。
なお、ガラス栓6は、接続後にクラックが生じたり、後の一体化及び線引き工程や得られた光ファイバの特性に影響を及ぼしたりしないようにするため、熱膨張係数や軟化温度、化学的特性等の性質がクラッド3の材質とほぼ同等である材質であることが望ましい。また、ガラス栓6の口出し用ガラス材8との接続面と反対側の貫通孔4の内部側に位置する端面は、軸方向に垂直な平面となっていることが望ましい。ただし、これは貫通孔4に挿入する応力付与材10の端面が同様な平面形状を有している場合であり、仮に応力付与材10の端面が他の形状をしていた場合は、前記形状に対応させて、できる限り応力付与部10の端面とガラス栓6の端面同士が密着するような形状にする。これは、後工程である一体化や線引き時に、応力付与部10の端面とガラス栓6の端面との間に空隙が形成して、気泡が発生することを防ぐためである。
加えて、後工程である一体化や線引き時に気泡の発生を防止するため、ガラス栓6の表面をできるだけ平滑にしておくことが望ましい。特に、貫通孔4の内壁面5に面した外周の曲面部と、口出し用ガラス材8との接続面と反対側となる貫通孔4の内部側に位置する端面では、酸化セリウム等の研磨砥粒を用いた研磨や火炎研磨などの処理により、表面が日本工業規格(JIS)B0601−1994の定義に基づいた最大高さRが1μm以下の鏡面を有していることが望ましい。
また、上述の実施形態では円柱形状のガラス栓6を用いたが、図3(a)に示すように、口出し用ガラス材8との接続部となる側に位置する端部の外径を貫通孔4の内径より大きくなるように設計したガラス栓15を使用すると、ガラス栓15を貫通孔に挿入した際、図3(b)に示すように外径の大きな部位16が貫通孔4の口の部分で留まるため、ガラス栓15が貫通孔4内部に完全に入り込むことがなくなる。そこで、ガラス栓15の寸法をあらかじめ調整したものを外径の大きな部位16が貫通孔4の口にあたるところまで挿入することにより、容易に目的とする挿入位置にガラス栓15を固定することができることに加え、溶着作業の際に、貫通孔4から突き出した外径の大きな部位16の温度上昇が容易になるため作業が容易になる。さらに、大気中の浮遊ごみやガラス粉が貫通孔4内部へ侵入することを防止する効果の向上が期待できる。
また、口出し用ガラス材8の形状は上述の実施形態に示したものに限らない。例えば図4に示す口出し用ガラス材17のように接続側の端部が紡錘状の形状を有するものであっても良い。さらに、接続側と反対側の端部が、例えばあらかじめ前述した図9の口出し用ガラス材23のようになっている形状や、前記形状への加工を行いやすくするために長手方向に径が異なった部位が存在するものなど口出し部を成すために適当な形状を有するものであっても良いことは言うまでもない。
(実施例1)
実施例に基づいて具体的に説明する。
VAD法で作製したコアロッドにSiOスートを外付けし、周知の方法により脱水及び透明ガラス化、延伸を行った後、両端部を軸に対して垂直な平面となるように切断加工を行うことにより、コア2及び前記コア2の周囲を取り囲んだクラッド3からなる外径約40mmφ、長さ200mmの円柱状の光ファイバ用プリフォームを作製した。前記光ファイバ用プリフォームに対して、コア2の中心を中心とする対称位置に孔あけ加工機を用いて二本の貫通孔を形成した後、所望の形状となるように研削、研磨加工を施して内径が11.0mmφで、内表面が日本工業規格(JIS)B0601−1994の定義に基づいた最大高さRが0.1μmの鏡面を有する貫通孔4を形成し、図1(a)に示すような偏波保持光ファイバ用の孔あけプリフォーム1を作製した。
次に、孔あけプリフォーム1をガラス旋盤のチャックに把持し、図1(b)に示すように孔あけプリフォーム1の二本の貫通孔4に対して孔あけプリフォーム1の端面とガラス栓6の端面とが一致するように二個のガラス栓6をそれぞれ挿入した。なお、ガラス栓6はいずれも石英ガラスからなり、外径10.9mmφで長さが5mmの円柱形状を有しており、曲面部と両端面の表面粗さは日本工業規格(JIS)B0601−1994の定義に基づいた最大高さRが0.1μmの鏡面になっている。
次に、口出し用ガラス材8をガラス旋盤のもう一方のチャックに把持し、ガラス栓6を施した孔あけプリフォーム7の端面と口出し用ガラス材8の端面を10mmの間隔を保って向かい合わせた後、チャックを回転させ、同方向の同じ回転数にて軸周りに回転させながら、前記の向かい合わせた端面付近を酸水素火炎により加熱した。この時の水素流量と酸素流量は、それぞれ100リットル/分、30リットル/分とした。端面部分が十分加熱されたところで両端面を突き合わせて接続し、図1(c)のような接続プリフォーム9を得た。
接続プリフォーム9の外観を目視で確認したが、貫通孔4の内壁面5におけるガラス微粒子等の付着は見られなかった。また、接続プリフォーム9の二本の貫通孔4にそれぞれ外径10.9mmφで長さが190mmで円柱状の形状を有する応力付与材10を挿入したところ、いずれの貫通孔4においても図2に示すように最も奥に位置しているガラス栓6の端面に接触するところまで挿入することができた。さらに、図5に示すように、接続前後の貫通孔4の内径の測定を行った結果から、前記ガラス栓6の端面の位置まで貫通孔4の径が小さくなっていないことが確認された。また、貫通孔4の内壁面5に接したガラス栓6の外周の曲面部のほぼ全域が加熱により貫通孔4の内壁面5と溶着していることが確認された。なお、図5において接続後の接続部から5mmまでの位置における貫通孔4の内径の測定値が存在しないのは、上述のように溶着により測定ができなかったためである。
(比較例1)
実施例1と同じ形状の孔あけプリフォーム1と、口出し用ガラス材8を準備し、実施例1の工程のうち、孔あけプリフォーム1の貫通孔4にガラス栓6を挿入する工程を除いた他は全て同じ工程の作業を行い、接続プリフォーム9を得た。接続プリフォーム9の外観を目視で確認したところ、貫通孔4の内壁面5には、接続面からおよそ30mmに渡りガラス微粒子の付着が見られた。また、接続プリフォーム9の二本の貫通孔4にそれぞれ外径10.9mmφで長さが190mmの応力付与材10を挿入したところ、いずれの貫通孔4においても、図10のBのように最も奥の位置まで挿入することができず、接続面からおよそ5mmのところまで隙間ができてしまった。さらに、実施例1と同様に貫通孔4の内径を測定したところ、図6に示すように接続面から10mm弱の位置まで貫通孔4の内径が小さくなっていることが確認された。
(実施例2)
軸方向に垂直な端面を有する外径10.9mmφの円柱形状のガラス棒に対して、前記端面付近を加熱により軟化させ、前記端面を清浄なガラス平面上に軽く圧着した後、融着しないように即座に離して、端面から長さ約1mmまでの部分の外径が最大11.5mmφとなった形状を有するガラス棒を作製した。次に前記ガラス棒の該端面から7.0mmの部分を軸方向に垂直な端面となるように切断した後、所望の形状となるように研削加工及び研磨加工等を行い、長さが6.5mmであり、一方の端部から長さ約1mmまでの外径が大きい部分を除いた部分の外径が10.9mmφで、外周の曲面と外径が大きくない側の端面の表面が日本工業規格(JIS)B0601−1994の定義に基づいた最大高さRが0.1μmの鏡面になっている形状を有する図3に示すようなガラス栓15を二個作製した。
次に、前記ガラス栓15と、図4に示すような孔あけプリフォーム7と接続する側の端面が紡錘形となっている口出し用ガラス材17を用いた他は、実施例1と同じ形状の孔あけプリフォーム7を用いて、実施例1と同じ手順により接続プリフォーム9を作製した。接続プリフォーム9の外観を目視で確認したが、実施例1の時と同様、貫通孔4の内壁面5におけるガラス微粒子の付着は見られなかった。また、接続プリフォーム9の二本の貫通孔4にそれぞれ外径10.9mmφで長さが190mmの円柱状の形状を有する応力付与材10を挿入したところ、いずれの貫通孔4においても最も奥に位置しているガラス栓6の端面に接触するところまで挿入することができた。次に、貫通孔4から応力付与材10を一度取り出して、貫通孔4に応力付与材10が挿入されていない状態にした後、図2に示すように接続プリフォーム9と石英管11を溶着した。ここで、貫通孔4から応力付与材10を一度取り出したのは、孔あけプリフォーム1にガラス管11を溶着する作業の際に、熱によって応力付与材10が軟化して孔あけプリフォーム1と溶着してしまうことを防ぐためである。続いて適当な洗浄を行った後、図2に示すような線引きプリフォームを作製して、周知の方法で加熱一体化および線引きを行い、約10kmの長さの外径125μmの偏波保持光ファイバを得た。
(比較例2)
実施例2と同じ形状の口出し用ガラス材17と孔あけプリフォーム1を準備し、実施例1の工程のうち、孔あけプリフォーム1の貫通孔4にガラス栓6を挿入する工程を除いた他は全て同じ工程の作業を行い、接続プリフォーム9を得た。外観を目視で確認したところ、貫通孔4の内壁面には、接続面からおよそ30mmに渡りガラス微粒子の付着が見られた。また、図11のAのように、接続作業時に溶融した口出し用ガラス材の一部が二本の貫通孔4内部に、プリフォームの接続端部から最大約6mmの位置まで侵入した状態で固化していた。二本の接続後の貫通孔4にそれぞれ外径10.9mmφで長さが190mmの応力付与材10を挿入したところ、いずれの貫通孔4においても、溶融して侵入した口出し用ガラス材17が存在する位置までしか挿入することができなかった。この際、図11のBのような空隙19が確認された。
なお、本発明の方法は、偏波保持光ファイバ用プリフォームの作製に限らず、いわゆるロッドインチューブ法による光ファイバ用プリフォームの作製におけるクラッド用ガラスチューブ等の貫通孔を有するガラスプリフォームと他のガラス棒等のガラス材を溶着する作業を要する光ファイバ用プリフォームの製造等の際にも用いることができる。
なお、前述した口出し用ガラス材8あるいは口出し用ガラス材17が本発明の請求項でいうガラス材を意味することはいうまでもない。
以上のように本発明によれば、光ファイバ用プリフォームの製造において、貫通孔を有するガラス棒と他のガラス材を溶着する際に、あらかじめガラス栓を挿入した部位を除いた前記貫通孔の全長の部分において、加熱によって形状が変形することを防止し、且つ大気中に浮遊するごみや微細なガラス粉を貫通孔の内壁面に付着させることなく前記貫通孔を有するガラス棒と他のガラス材との接続を行うことが可能となる。
(a)〜(c)は、本発明のガラス棒とガラス材の接続方法の一実施形態を説明するための説明図である。 本発明のガラス棒の接続方法で作製した接続プリフォームを加工して得られた線引きプリフォームである。 本発明の他の実施形態の説明図である。 本発明の他の実施形態の説明図である。 ガラス栓を施して口出し用ガラス材を火炎接続した孔あけプリフォームを用いた場合の貫通孔における接続端面からの位置(mm)に対する接続加工前後の内径φ(mm)の関係を表すグラフである。 ガラス栓を施さずに口出し用ガラス材を火炎接続した孔あけプリフォームを用いた場合の貫通孔における接続端面からの位置(mm)に対する接続加工前後の内径φ(mm)の関係を表すグラフである。 応力付与型の偏波保持光ファイバの断面図である。 従来の偏波保持光ファイバ用プリフォームの線引きプリフォームの説明図である。 (a)は製品用光ファイバ用プリフォームに口出し用ガラス材を接続した場合の口出し部、(b)は製品用光ファイバ用プリフォームのみで口出し部を構成した場合の口出し部を説明するための説明図である。 ガラス栓を施さずに作製した接続プリフォームの一例を説明するための説明図である。 ガラス栓を施さずに作製した接続プリフォームの他の例を説明するための説明図である。
符号の説明
1 孔あけプリフォーム
2 コア
3 クラッド
4 貫通孔
6 ガラス栓
8 口出し用ガラス材
9 接続プリフォーム
10 応力付与材
12 ガラス蓋
13 ガラス棒
15 ガラス栓
16 外径の大きな部位
17 口出し用ガラス材

Claims (3)

  1. 長手方向に貫通孔を有するガラス棒の前記貫通孔の線引き開始側となる端部にガラス栓を挿入する第1工程の後、前記ガラス栓を挿入した側の前記ガラス棒の端面と、別に用意したガラス材の一方の端面を向かい合わせて、前記向かい合わせた端面の周辺を加熱して前記端面を溶融させ、端面同士を突き合わせて接続する第2工程とを具備することを特徴とする光ファイバ用プリフォームの製造方法。
  2. 前記ガラス材は、前記ガラス棒と向かい合わせる前記一方の端面が前記ガラス棒と同じ径の円形の平面形状に形成されるとともに、他端面に向けて外径が細くなるテーパ状部位を有することを特徴とする請求項1の光ファイバ用プリフォームの製造方法。
  3. 長手方向に貫通孔を有するガラス棒の前記貫通孔の一方の端部にガラス栓を挿入する第1工程と、
    前記ガラス栓を挿入した側の前記ガラス棒の端面と、別に用意したガラス材の一方の端面を向かい合わせて、前記向かい合わせた端面の周辺を加熱して前記端面を溶融させ、端面同士を突き合わせて接続する第2工程と、
    前記ガラス材を接続した前記ガラス棒を、前記ガラス材を接続した側から線引きする第3工程と、
    を具備することを特徴とする光ファイバの製造方法。
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JPH11199260A (ja) * 1998-01-13 1999-07-27 Furukawa Electric Co Ltd:The 定偏波光ファイバ用母材の製造方法

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