JP5879842B2 - Optical fiber manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、ファイバ軸方向に延在する複数の空孔を有する光ファイバを製造する方法に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing an optical fiber having a plurality of holes extending in the fiber axial direction.
ファイバ軸方向に延在する複数の空孔を有する光ファイバが知られている。このような光ファイバは、特許文献1〜5に記載されているように、軸方向に延在する空孔を有する光ファイバ母材を線引することで製造される。 An optical fiber having a plurality of holes extending in the fiber axis direction is known. Such an optical fiber is manufactured by drawing an optical fiber preform having a hole extending in the axial direction as described in Patent Documents 1 to 5.
特許文献1〜3に記載された光ファイバ製造方法では、Clガス等を光ファイバ母材の空孔内に導入して空孔内を加圧しながら該光ファイバ母材を線引する。これらの文献では、空孔内にClガス等を導入することで、空孔壁面に付着したOH基や空孔壁面近傍のガラス中に存在する水を除去することができ、伝送損失が低い光ファイバを製造することができるとしている。 In the optical fiber manufacturing methods described in Patent Documents 1 to 3, the optical fiber preform is drawn while introducing the Cl gas or the like into the pores of the optical fiber preform and pressurizing the pores. In these documents, by introducing Cl gas or the like into the pores, it is possible to remove the OH groups adhering to the pore wall surface and the water existing in the glass near the pore wall surface, and light with low transmission loss. It is said that the fiber can be manufactured.
特許文献4に記載された光ファイバ製造方法では、光ファイバ母材の空孔内を乾燥させた後に空孔の両端を封止して、該光ファイバ母材を線引して光ファイバを製造する。この文献では、光ファイバ母材の封止された空孔内を乾燥させた状態のまま線引を行うことができ、伝送損失が低い光ファイバを製造することができるとしている。 In the optical fiber manufacturing method described in Patent Document 4, the inside of the hole of the optical fiber preform is dried, then both ends of the hole are sealed, and the optical fiber preform is drawn to manufacture the optical fiber. To do. In this document, it is possible to draw an optical fiber with a low transmission loss because it is possible to perform drawing while the inside of a hole sealed with an optical fiber preform is dried.
特許文献5に記載された光ファイバ製造方法では、光ファイバ母材の複数の空孔が線引後に所定の空孔径に縮小されるように、該光ファイバ母材の空孔内の圧力を制御しながら該光ファイバ母材を線引して光ファイバを製造する。 In the optical fiber manufacturing method described in Patent Document 5, the pressure in the holes of the optical fiber preform is controlled so that the plurality of holes in the optical fiber preform are reduced to a predetermined hole diameter after drawing. The optical fiber preform is drawn while manufacturing an optical fiber.
特許文献1〜3に記載された光ファイバ製造方法では、有害なガスを使用するので、設備の管理コストが高い。特許文献4に記載された光ファイバ製造方法では、光ファイバ母材の空孔の両端を封止して線引を行うので、光ファイバの空孔径の制御の自由度が低い。また、特許文献5に記載された光ファイバ製造方法では、線引時に空孔を縮径するので、光ファイバ母材の空孔径を大きく設計することになり、光ファイバ母材の空孔壁面に多くのOH基が結合しやすくなり、したがって、線引して得られる光ファイバの伝送損失が大きくなり易い。 In the optical fiber manufacturing methods described in Patent Documents 1 to 3, since harmful gas is used, the management cost of equipment is high. In the optical fiber manufacturing method described in Patent Document 4, since both ends of the holes of the optical fiber preform are sealed and drawn, the degree of freedom in controlling the hole diameter of the optical fiber is low. Further, in the optical fiber manufacturing method described in Patent Document 5, since the hole diameter is reduced during drawing, the hole diameter of the optical fiber preform is designed to be large, so that the hole wall surface of the optical fiber preform is formed on the hole wall surface. Many OH groups are likely to be bonded, and therefore, transmission loss of an optical fiber obtained by drawing is likely to increase.
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、線引時の有害ガス使用量を削減することができ、所望の空孔径を有し伝送損失が低い光ファイバを容易に製造することができる方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and can reduce the amount of harmful gas used in drawing, easily manufacture an optical fiber having a desired hole diameter and low transmission loss. An object is to provide a method that can be used.
本発明の光ファイバ製造方法は、軸方向に延在する空孔を有する光ファイバ母材を線引して、軸方向に延在する空孔を有する光ファイバを製造する方法であって、光ファイバ母材の空孔の表面積をSとし、光ファイバ母材の半径をRとし、空孔体積を含む光ファイバ母材の体積をVとし、光ファイバの空孔の表面積をS’とし、光ファイバの半径をR’とし、空孔体積を含む光ファイバの体積をV’としたとき、((S’/V’)/(S/V))がR/R’より大きくなるように光ファイバ母材を線引して光ファイバを製造することを特徴とする。より好適には、((S’/V’)/(S/V))が2R/R’より大きくなるように光ファイバ母材を線引して光ファイバを製造する。 An optical fiber manufacturing method of the present invention is a method for manufacturing an optical fiber having a hole extending in the axial direction by drawing an optical fiber preform having a hole extending in the axial direction. The surface area of the hole of the fiber preform is S, the radius of the optical fiber preform is R, the volume of the optical fiber preform including the hole volume is V, the surface area of the hole of the optical fiber is S ′, When the radius of the fiber is R ′ and the volume of the optical fiber including the hole volume is V ′, the light is such that ((S ′ / V ′) / (S / V)) is larger than R / R ′. An optical fiber is manufactured by drawing a fiber preform. More preferably, the optical fiber preform is drawn so that ((S ′ / V ′) / (S / V)) is larger than 2R / R ′ to manufacture an optical fiber.
本発明の光ファイバ製造方法は、光ファイバの断面において、動径方向の空孔の長さをaとし、角度方向の空孔の長さをbとしたとき、a/bが0.84以上となるように光ファイバ母材を線引して光ファイバを製造するのが好適である。a/bが0.90以上となるように光ファイバ母材を線引して前記光ファイバを製造するのが更に好適である。 In the optical fiber manufacturing method of the present invention, in the cross section of the optical fiber, a / b is not less than 0.84, where a is a radial hole length and b is an angular hole length. It is preferable to produce an optical fiber by drawing an optical fiber preform so that More preferably, the optical fiber is manufactured by drawing an optical fiber preform so that a / b is 0.90 or more.
本発明の光ファイバ製造方法は、線引時の有害ガス使用量を削減することができ、所望の空孔径を有し伝送損失が低い光ファイバを容易に製造することができる。 The optical fiber manufacturing method of the present invention can reduce the amount of harmful gas used during drawing, and can easily manufacture an optical fiber having a desired hole diameter and low transmission loss.
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、比較例の光ファイバ製造方法における光ファイバ母材10および光ファイバ20それぞれの断面構造を示す図である。同図(a)に示されるように、光ファイバ母材10は、ガラスからなるコア11と、このコア11の周囲を取り囲むガラスからなるクラッド12と、このクラッド12中に形成され軸方向に延在する複数の空孔13とを備える。複数の空孔13は、コア11を中心とする円の周上に一定間隔で設けられ、断面が略円形状である。 FIG. 1 is a diagram showing cross-sectional structures of an optical fiber preform 10 and an optical fiber 20 in an optical fiber manufacturing method of a comparative example. As shown in FIG. 2A, an optical fiber preform 10 includes a core 11 made of glass, a clad 12 made of glass surrounding the core 11, and formed in the clad 12 and extending in the axial direction. And a plurality of existing holes 13. The plurality of holes 13 are provided at regular intervals on the circumference of a circle centered on the core 11 and have a substantially circular cross section.
同図(b)に示されるように、光ファイバ20は、ガラスからなるコア21と、このコア21の周囲を取り囲むガラスからなるクラッド22と、このクラッド22中に形成され軸方向に延在する複数の空孔33とを備える。複数の空孔23は、コア21を中心とする円の周上に一定間隔で設けられ、断面が略円形状である。 As shown in FIG. 2B, the optical fiber 20 includes a core 21 made of glass, a clad 22 made of glass surrounding the core 21, and formed in the clad 22 and extending in the axial direction. A plurality of holes 33. The plurality of holes 23 are provided at regular intervals on the circumference of a circle centered on the core 21 and have a substantially circular cross section.
コア11,21は、GeO2が添加された石英ガラスであってもよい。クラッド12,22は、ハロゲン元素が添加された石英ガラスであってもよい。光ファイバ母材10の空孔13の個数および光ファイバ20の空孔23の個数は図では10個であるが、これに限られない。このような光ファイバ20はHAF(Hole-Assisted Fiber)と呼ばれる。 The cores 11 and 21 may be quartz glass to which GeO 2 is added. The clads 12 and 22 may be quartz glass to which a halogen element is added. Although the number of holes 13 in the optical fiber preform 10 and the number of holes 23 in the optical fiber 20 are 10 in the drawing, the number is not limited to this. Such an optical fiber 20 is called HAF (Hole-Assisted Fiber).
光ファイバ母材10を線引することで光ファイバ20を製造することができる。比較例の光ファイバ製造方法では、光ファイバ母材10の断面と光ファイバ20の断面とは互いに相似形である。これに対して、本実施形態の光ファイバ製造方法では、図2に示されるように、光ファイバ母材10の断面と光ファイバ20の断面とは互いに相似形ではない。 The optical fiber 20 can be manufactured by drawing the optical fiber preform 10. In the optical fiber manufacturing method of the comparative example, the cross section of the optical fiber preform 10 and the cross section of the optical fiber 20 are similar to each other. On the other hand, in the optical fiber manufacturing method of this embodiment, as shown in FIG. 2, the cross section of the optical fiber preform 10 and the cross section of the optical fiber 20 are not similar to each other.
図2は、本実施形態の光ファイバ製造方法における光ファイバ母材10および光ファイバ20それぞれの断面構造を示す図である。本実施形態の光ファイバ製造方法では、線引時にクラッド径に対する空孔径の比を大きくする。具体的には以下のとおりである。 FIG. 2 is a diagram showing cross-sectional structures of the optical fiber preform 10 and the optical fiber 20 in the optical fiber manufacturing method of the present embodiment. In the optical fiber manufacturing method of the present embodiment, the ratio of the hole diameter to the cladding diameter is increased during drawing. Specifically, it is as follows.
光ファイバ母材10の空孔13の表面積をSとし、光ファイバ母材10の半径をRとし、空孔13の体積を含む光ファイバ母材10の体積をVとする。また、光ファイバ20の空孔23の表面積をS’とし、光ファイバ20の半径をR’とし、空孔23の体積を含む光ファイバ20の体積をV’とする。このとき、((S’/V’)/(S/V))がR/R’より大きくなるように光ファイバ母材10を線引して光ファイバ20を製造する。より好適には、((S’/V’)/(S/V))が2R/R’より大きくなるように光ファイバ母材10を線引して光ファイバ20を製造する。 The surface area of the holes 13 in the optical fiber preform 10 is S, the radius of the optical fiber preform 10 is R, and the volume of the optical fiber preform 10 including the volume of the holes 13 is V. Further, the surface area of the hole 23 of the optical fiber 20 is S ′, the radius of the optical fiber 20 is R ′, and the volume of the optical fiber 20 including the volume of the hole 23 is V ′. At this time, the optical fiber 20 is manufactured by drawing the optical fiber preform 10 so that ((S ′ / V ′) / (S / V)) is larger than R / R ′. More preferably, the optical fiber preform 10 is drawn so that ((S ′ / V ′) / (S / V)) is larger than 2R / R ′ to manufacture the optical fiber 20.
図3は、光ファイバのOH基による波長1.38μmにおける伝送損失Δα1.38と空孔膨張率との関係を示すグラフである。空孔膨張率とは、線引によるクラッド径に対する空孔径の比の変化率である。同図から判るように、空孔膨張率が大きいほど、光ファイバの伝送損失Δα1.38は小さい。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the transmission loss Δα 1.38 and the hole expansion coefficient at a wavelength of 1.38 μm due to the OH group of the optical fiber. The hole expansion coefficient is the rate of change of the ratio of the hole diameter to the cladding diameter due to drawing. As can be seen from the figure, the larger the hole expansion coefficient, the smaller the optical fiber transmission loss Δα 1.38 .
比較例の光ファイバ製造方法と比べて、本実施形態の光ファイバ製造方法では、同一の断面構造を有する光ファイバ20を製造する場合に、光ファイバ母材10の空孔13の壁面の面積が小さく、空孔13の壁面に取り込まれるOH基の量を少なくすることができる。空孔膨張率が大きいほど、光ファイバ20の空孔23の壁面に取り込まれるOH基の量を少なくすることができる。したがって、本実施形態の光ファイバ製造方法では、所望の空孔径を有し伝送損失が低い光ファイバ20を容易に製造することができる。また、本実施形態の光ファイバ製造方法では、比較例の光ファイバ製造方法で製造される光ファイバと同程度の伝送損失を有する光ファイバ20を製造する場合には、線引時の有害ガス使用量を削減することができる。 Compared to the optical fiber manufacturing method of the comparative example, in the optical fiber manufacturing method of the present embodiment, when manufacturing the optical fiber 20 having the same cross-sectional structure, the area of the wall surface of the hole 13 of the optical fiber preform 10 is smaller. It is small and the amount of OH groups taken into the wall surface of the hole 13 can be reduced. The larger the hole expansion coefficient, the smaller the amount of OH groups taken into the wall surface of the hole 23 of the optical fiber 20. Therefore, in the optical fiber manufacturing method of this embodiment, the optical fiber 20 having a desired hole diameter and low transmission loss can be easily manufactured. Moreover, in the optical fiber manufacturing method of this embodiment, when manufacturing the optical fiber 20 having the same transmission loss as the optical fiber manufactured by the optical fiber manufacturing method of the comparative example, the use of harmful gas at the time of drawing is used. The amount can be reduced.
図4および図5それぞれは、光ファイバ20の断面構造の模式図および写真である。各図(a)は模式図であり、各図(b)は模式図中の破線矩形領域の写真である。図4に示される光ファイバ20の断面では、空孔23は略真円形状を有している。これに対して、図5に示される光ファイバ20の断面では、空孔23は略楕円形状を有している。 4 and 5 are a schematic view and a photograph of a cross-sectional structure of the optical fiber 20, respectively. Each figure (a) is a schematic diagram, and each figure (b) is a photograph of a broken-line rectangular region in the schematic diagram. In the cross section of the optical fiber 20 shown in FIG. 4, the hole 23 has a substantially perfect circle shape. On the other hand, in the cross section of the optical fiber 20 shown in FIG. 5, the hole 23 has a substantially elliptical shape.
図6は、光ファイバ20の断面構造の模式図および一部拡大図である。動径方向の空孔23の長さをaとし、角度方向の空孔23の長さをbとする。空孔23の楕円率a/bが小さいほど、コア21を伝搬する光のパワーの径方向の広がりは空孔23により遮られ易くなり、コア21を伝搬する光のパワー分布と空孔23の表面との重なりが大きくなって、OH基による光吸収の影響を受け易い。また、光ファイバ母材10の空孔13の壁面の粗度Raが大きいほど、空孔13の壁面の実質的な表面積が広くなるので、光ファイバ20の空孔23の壁面に取り込まれるOH基が多くなって、OH基による光吸収の影響を受け易い。 FIG. 6 is a schematic view and a partially enlarged view of a cross-sectional structure of the optical fiber 20. The length of the radial hole 23 is a, and the length of the angular hole 23 is b. As the ellipticity a / b of the hole 23 is smaller, the radial spread of the power of the light propagating through the core 21 is more easily blocked by the hole 23, and the power distribution of the light propagating through the core 21 and the Overlap with the surface becomes large and is easily affected by light absorption by OH groups. Further, as the roughness Ra of the wall surface of the hole 13 of the optical fiber preform 10 increases, the substantial surface area of the wall surface of the hole 13 increases, so that the OH group taken into the wall surface of the hole 23 of the optical fiber 20 is increased. Increases and is susceptible to light absorption by OH groups.
そこで、本実施形態では、光ファイバ20の空孔23の楕円率a/bが0.84以上であるのが好ましく、楕円率a/bが0.90以上であるのが更に好ましい。図7は、光ファイバのOH基による波長1.38μmにおける伝送損失Δα1.38と光ファイバの空孔の楕円率a/bとの関係を示すグラフである。同図には、光ファイバ母材10の空孔13の壁面の粗度Raが0.6μmおよび15μmそれぞれの場合について、伝送損失Δα1.38と空孔23の楕円率a/bとの関係が示されている。 Therefore, in this embodiment, it is preferable that the ellipticity a / b of the hole 23 of the optical fiber 20 is 0.84 or more, and it is more preferable that the ellipticity a / b is 0.90 or more. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the transmission loss Δα 1.38 at a wavelength of 1.38 μm due to the OH group of the optical fiber and the ellipticity a / b of the hole of the optical fiber. The figure shows the relationship between the transmission loss Δα 1.38 and the ellipticity a / b of the hole 23 when the roughness Ra of the wall surface of the hole 13 of the optical fiber preform 10 is 0.6 μm and 15 μm, respectively. Has been.
同図から判るように、光ファイバ母材10の空孔13の壁面の粗度Raが0.6μmである場合、光ファイバ20の空孔23の楕円率a/bが0.84以上であれば、光ファイバ20のOH基による波長1.38μmにおける伝送損失Δα1.38は0.06dB/km以下となり、この光ファイバ20はITU-T G652Dに規定される国際標準を満たすことができる。また、光ファイバ母材10の空孔13の壁面の粗度Raが15μmである場合、光ファイバ20の空孔23の楕円率a/bが0.90以上であれば、光ファイバ20のOH基による波長1.38μmにおける伝送損失Δα1.38は0.06dB/km以下となり、この光ファイバ20はITU-T G652Dに規定される国際標準を満たすことができる。 As can be seen from the figure, when the roughness Ra of the wall surface of the hole 13 of the optical fiber preform 10 is 0.6 μm, the ellipticity a / b of the hole 23 of the optical fiber 20 should be 0.84 or more. For example, the transmission loss Δα 1.38 at a wavelength of 1.38 μm due to the OH group of the optical fiber 20 is 0.06 dB / km or less, and the optical fiber 20 can satisfy the international standard defined in ITU-T G652D. Further, when the roughness Ra of the wall surface of the hole 13 of the optical fiber preform 10 is 15 μm, the OH of the optical fiber 20 is sufficient if the ellipticity a / b of the hole 23 of the optical fiber 20 is 0.90 or more. The transmission loss Δα 1.38 at a wavelength of 1.38 μm by the base is 0.06 dB / km or less, and the optical fiber 20 can meet the international standard defined in ITU-T G652D.
10…光ファイバ母材、11…コア、12…クラッド、13…空孔、20…光ファイバ、21…コア、22…クラッド、23…空孔。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Optical fiber preform, 11 ... Core, 12 ... Cladding, 13 ... Hole, 20 ... Optical fiber, 21 ... Core, 22 ... Cladding, 23 ... Hole
Claims (3)
前記光ファイバ母材の空孔の表面積をSとし、前記光ファイバ母材の半径をRとし、空孔体積を含む前記光ファイバ母材の体積をVとし、前記光ファイバの空孔の表面積をS’とし、前記光ファイバの半径をR’とし、空孔体積を含む前記光ファイバの体積をV’としたとき、((S’/V’)/(S/V))が2R/R’より大きくなるように前記光ファイバ母材を線引して前記光ファイバを製造する、
ことを特徴とする光ファイバ製造方法。 A method for producing an optical fiber having a hole extending in the axial direction by drawing an optical fiber preform having a hole extending in the axial direction,
The surface area of the holes of the optical fiber preform is S, the radius of the optical fiber preform is R, the volume of the optical fiber preform including the void volume is V, and the surface area of the holes of the optical fiber is When S ′, the radius of the optical fiber is R ′, and the volume of the optical fiber including the void volume is V ′, ((S ′ / V ′) / (S / V)) is 2 R / Producing the optical fiber by drawing the optical fiber preform so as to be larger than R ′;
An optical fiber manufacturing method.
3. The optical fiber manufacturing method according to claim 2 , wherein the optical fiber is manufactured by drawing the optical fiber preform so that a / b is 0.90 or more.
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