JPH01222206A - 機能性光ファイバの製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、レーザ発振、非線形光学効果などの光機能
性を有する機能性光ファイバを製造する方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、このような機能性光ファイバとして、ネオジムド
ープイツトリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ　−Ｙ
ＡＧ）　、サファイア、ルビーなどの酸化アルミニウム
系単結晶からなるものが知られている。

このような酸化アルミニウム系甲結晶からなる機能性光
ファイバを製造１−るには、溶融引上げ法などによって
得られた直径数１ないし数αのＮｄ−Ｙ　Ａ　Ｇ　１サ
フアイア、ルビーなどの単結晶１」ラドの先端部を炭酸
ガスレーザなどの加熱源により加熱して溶融紡糸しファ
イバを得る方法がとられている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、この製造方法ではＹＡＧ、ナファイア、
ルビーなどの単結晶の融点が１９００〜２１００℃と極
めて高く、駿かもその融点以上では溶融物の粘度が著し
く低いことから、溶融紡糸時の温度、紡糸速度、紡糸張
力などのＩｌｌ＠が難しく、径２００μｍ以下の細杆の
ものや長尺のファイバを製造することが困難であった。

〔課題を解決するための手段〕　　　　　　　−この発
明においては、コアとなる酸化アルミニウム系光機能性
単結晶からなる［Ｉラドを、クラッドどなる石英系ガラ
スからなるブユーブに挿入し、コアとなる酸化アルミニ
ウム系光機能性単結晶の溶融湿度よりも１０〜１００℃
高い温１３Ｉ′ｃ溶融紡糸することをその解決手段とし
ている。

〔作　用〕

コアとなる酸化アルミニウム系光機能性単結晶の溶融温
度よりも１０〜１００’Ｃ高い温度では、その溶融粘度
が著しく低くなるが、クラッドとなるも英系ガラスの溶
融粘度がこれに比べて十分に高いため、石英系ガラス単
独の時とほぼ同様に紡糸が可能となる。このため、細径
で長尺のファイバを安定して製造できる。

以下、この発明の詳細な説明する。

この発明におけるコアとなる酸化アルミニウム系光機能
性単結晶とは、サファイア、ルビー、Ｎｄ−ＹＡＧなど
のレーザ発振機能、非線形光学効果などの光機能性を右
する酸化アルミニウムを主体とした単結晶を指称する。

そして、この発明では、まずこのような単結晶からなる
臼ラドを用意する。このようなロッドは単結晶の溶融液
からの引−Ｌげ法、例えばブリッヂマン法などによって
製造される。

一方、石英系ガラスからなるクラッドとなるデユープを
用意づる。このチューブをな１石英系ガラスとしては、
純粋な酸化ケイ素（Ｓ！　０２　）からなるｂのの伯に
、これにフッ素、ゲルマニウム、ホウ素などのドーパン
トを微量に添加し、軟化点を低めたものも適宜使用する
ことができる。

ついぐ、第１図に示すように、石英系ガラスからなるチ
ューブ１内に単結晶からなるロッド２を収め、ノアイバ
母材３とする。この際、ロッド２の外周面およびチュー
ブ１の内周面を光学研磨して平滑どしておくことが望ま
しい。チューブ１の内径とロッド２の外径とをほぼ等し
く　ｌ／　（Ｊ３＜ことは官うまでもない。また、ロッ
ド２およびチューブ１の外径、長さなどの寸法は、得ら
れるファイバのコア／クラッドの径比やファイバの長さ
によって適宜状められるが、チューブ外径１０〜５０Ｍ
、ロッド外径３〜１０姻、長さ５０〜２００厘程度とす
ることが、製造上好ましい。

次に、第２図に示１ように、ファイバ母材３の一端にダ
ミー棒となる石英バイブ３ａを固着し、これを溶融紡糸
装置に取り付け、溶融紡糸してファイバを得る。ダミー
の石英バイブ３ａを上下動可能な保持具４に固定し、）
？イバ母材３のＴ一端部をカーボン炉などの加熱炉５に
収容し、加熱する。この溶融紡糸の際の温度は、コアと
なる単結晶の溶融温度（融点）よりも１０〜１００℃高
い温度に定められる。例えば、コアとなる単結晶として
サファイアを用いた場合には、その融点が１９９０〜２
０３０℃であるので、加熱温度は２０００〜２１３０℃
の範囲内で定められる。この加熱温度が（融点＋１０℃
）よりも低い場合は、単結晶ロッド１の溶融が不足し、
得られるファイバのコアの径が著しく細くなって実用性
に欠け、また（融点＋　１００℃）よりも高い場合は、
ロッド１の溶融が過剰となり、コア径が過大となって不
都合となる。このように、溶融温度は得られるファイバ
の特性を大きく左右するので、その設定温度の変動幅は
出来るだけ小さいことが望ましく、±５℃以−トとする
ことが好ましい。

また、この溶融紡糸に際しては、紡糸直後のファイバを
急冷する必要があり、紡糸速度を少なくとも４０７ＦＬ
／分以上とすることが必要であり、好ましくは５０〜１
００ｍ／分程度の紡糸速度が良い。

急冷を怠るとコアが多結晶化し、白濁して光伝送性が１
１１られなくなる。さらに、ファイバ径を安定さけるた
め、紡糸張力を１０〜２Ｃ１とするように制御される。

この紡糸張力を１０〜２０９の範囲内に収めるには、ク
ラッドとなる石英系ガラスの溶融紡糸温度での溶融粘度
が重要であり、粘度が高い場合には張力が過大となり、
このような時にはフッ素、ゲルマニウム、ホウ素などの
ドーパントを微量に添加して軟化を低下させた６英系ガ
ラスを用いる必要がある。

このようにして溶融紡糸された機能性光ファイバ６ｔよ
そのまま直接被覆装置７に導かれ、ここで紫外ｔ！；Ａ
硬化樹脂、シリコーン樹脂などからなる一次被覆が形成
されたのち、巻取装置８で巻き取られる。

このような製造方法によれば、溶融粘度の著しく低いコ
アとなる単結晶酸化物を溶融粘度の高いクラッドとなる
石英系ガラスで包み込ｌυで溶融紡糸するものであるの
で、高融点で溶融粘度が非常に低く溶融紡糸が困難であ
ったサファイア、ルビー、ＹＡＧなとの酸化アルミニウ
ム系単結晶をコアとする長尺で細径のファイバを安定し
て容易に製造できる。また、このようにして得られた機
能性光ファイバでは、そのコアは完全な単結晶となって
はいないが、光学的材料として必要な透明性および機能
性を保持している。さらに、コアとなる酸化アルミニウ
ム系酸化物は、クラッドとなる石英系ガラスに比較して
熱膨張係数が大きいため、溶融紡糸後の冷却においてコ
アに残留応力が作用し、この応力によってコアに屈折率
分布が形成され、コア内での導波光の閉じ込めが行われ
、シングルモードファイバに似た光伝送が可能となる。

〔実施例〕

外径３０ａｗ、内径８　ｔｔａ　、良さ１２０Ｍの純粋
石英からなるチューブを用意し、その内周面を光学研財
した。一方、外径７．８＃ｌｌＩ、長さ１００ＮＲのブ
リッヂマン法によって得られた単結晶サファイアからな
るロッドの外周面を光学研磨し、この１コツトをチュー
ブ内に挿入し、ファイバ母材とした。このファイバ母材
を紡糸温度２１００℃、紡糸速度４０ｍ／分、紡糸張力
２０ｇで紡糸し、ファイバ外径８０μｍ、コア径２０μ
ｍの光機能性ファイバを３００ｍ連続して１ｑた。この
ファイバは、多モードファイバであるが、従来の単結晶
ファイバと同等の光透過特性が得られた。また、このフ
ァイバは高ＮＡのファイバであるが、ト１＋３−Ｎｅレ
ーザで低次モード励振した場合、３７７Ｌ長の出射端に
おいてスペックルパターンがなくビーム拡り１）ないシ
ングルモードファイバと同様な出射ビームパターンが得
られ、コアでの伝送光の閉じ込めが行われでいることが
確認された。

（発明の効果〕 以上説明したように、この発明の機能性光ファイバの製
法は、コアとなる酸化アルミニウム系光機能性単結晶か
らなるロッドを、クラッドとなる石英系ガラスからなる
チューブに挿入し、コアとなる酸化アルミニウム系光機
能性単結晶の溶融温度よりも１０〜１００℃高い温度で
溶融紡糸するものであるので、酸化アルミニウム系単結
晶のコアと石英系ガラスのクラッドとを有する長尺で細
径の機能性光ファイバを安定して容易に製造することが
できる。また、得られたファイバはコアとクラッドの熱
応力によってコアに屈折率分布を持たせることができ、
伝送光の閉じ込めが行われ、ビームの撞りも小さい。さ
らに、クラッドが存在することから従来の単結晶ファイ
バに比べて機械的強度の高いものが得られるなどの効果
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の製法で用いられるファイバ母材の一
例を示す斜視図、第２図はこの発明の製〜　　法で用い
られる紡糸装置の一例を示す概略構成図である。 １・・・・・・チューブ、 ２・・・・・・ロッド、 ３・・・・・・ファイバ母材、 ５・・・・・・加熱炉、 ６・・・・・・機能性光ファイバ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コアとなる酸化アルミニウム系光機能性単結晶からなる
   ロッドを、クラッドとなる石英系ガラスからなるチュー
   ブに挿入し、コアとなる酸化アルミニウム系光機能性単
   結晶の溶融温度よりも１０〜１００℃高い温度で溶融紡
   糸することを特徴とする機能性光ファイバの製法。