JPH0421533A - 偏波保持光ファイバの製造方法 - 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、偏波保持光ファイバの製造方法の改良に関
する。

【従来の技術】

従来より、偏波保持光ファイバの製造方法としていわゆ
る孔開ジャケット法が知られている（特公昭６２−２８
０９８）。これは、光ファイバ母材のコア部分の両側の
中心軸対称な位置においてクラッド部分に孔を開けて、
その孔内に、クラッド部分とは熱膨張係数の異なるガラ
スでてきた応力付与母材を挿入し、その後一体止及び線
引きを行うというものである。通常、光ファイバ母材に
孔を開けるに際し、孔内表面の平坦度を上けて気泡の発
生を防ぎ応力付与母材との一体化状態を良好にするため
に、まず超音波ドリルを使って孔開は加工した後、孔内
表面を機械研削し、つきに機械研磨を行い、さらにフッ
酸水によるエツチングを行い、その後火炎研磨を行うよ
うにしている。 また、応力付与母材については、機械研削、機械研磨を
行って所望の寸法・表面状態のものを作製するようにし
ているのであるが、この方法では表面にＯＨ基や不純物
か残るため、機械研磨の後、フッ酸水によるエツチング
を行っている。 この孔開ジャケット法は、応力付与部の対称性に優れ、
偏波特性が良好である、母材の大型化が容易で量産性に
優れる、シングルモード光ファイバ母材に孔を開けて作
製するため設計の自由度が大きく再現性がよい、等の優
れた製造方法として知られている。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、従来の孔開ジャケット法では、孔開け、
機械研削、機械研磨、フッ酸水によるエツチング、火炎
研磨を行っているため、工数が非常に多く、量産化・低
コスト化が妨げられるばかりでなく、孔開けした光ファ
イバ母材に応力付与母材を挿入するという方法であるた
め、孔内表面と応力付与母材表面とに化学吸着したＯＨ
基が線引き後も残留・拡散し、ＯＨ基の吸収損失増が避
けられないという、根本的な問題がある。また、光ファ
イバ母材の孔内表面の鏡面度を上げるための火炎研磨が
、母材にＯＨ基をさらに付着させてＯＨ基吸収損失低減
の妨げとなっている。 そのため、この方法で特に低損失を必要とする偏波保持
光ファイバを製造する場合、従来では、応力付与部の間
隔をコア径の２．５倍〜３倍以上離して、応力付与部と
クラッド境界のＯＨ基の吸収損失の影響を少なくするよ
うにしている。しかし、このように応力付与部の間隔を
広くすると、偏波保持光ファイバのモード複屈折率が大
きくならないという別の問題が生じる。つまり、伝送損
失とモード複屈折率とはきびしいトレードオフの関係に
ある。たとえば、波長１．５５μｍ用の偏波保持光ファ
イバにおいて、応力付与部の間隔をコア直径の２．５倍
とすると、得られるモード複屈折率は４．０Ｘ１０−’
にとどまってしまう。光部品のピグテイルとして用いる
偏波保持光ファイバであればこの程度のモード複屈折率
で十分な偏波保持特性が得られるが、光ファイバジャイ
ロスコープなどの小型のセンサコイルでは偏波保持光フ
ァイバを何層にもわたって小さい径に巻き付けることが
多いため、モード複屈折率を７．０Ｘ１０−’以上の大
きなものとして曲げ等の外乱による偏波保持特性の劣化
を防ぐ必要があり、上記のようなモード複屈折率では不
十分である。また、偏波保持光ファイバの等偏屈折率の
低いモードを漏洩波にして一つの偏波のみを伝送させる
単一偏波光ファイバでは、十分な単一偏波動作をさせる
ために１゜Ｏ／１０−３というモード複屈折率が必要と
されるので、上記のようなモード複屈折率ではまったく
不十分であることになる。そこで、このように大きなモ
ード複屈折率を必要とする偏波保持光ファイバにおいて
は、伝送損失をある程度犠牲にして、応力付与母材隔を
狭くして必要なモード複屈折率を得る設計を行っている
。 また、応力付与部の間隔を広くしたまま大きなモード複
屈折率を得る方法として応力付与母材の熱膨張率を大き
くすることが考えられるが、これについても問題が多い
。すなわち、応力付与母材は５ｉ０２に、Ｂ２Ｏ３、Ｇ
ｅＯ２、Ｐ２Ｏ６、Ａ１．Ｏｌなどの添加材を単独ある
いは複数添加して熱膨張率を高めるようにして作製され
る。これらの添加材の添加量を多くすれば熱膨張率が大
きくなる。しかし、これらＢ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ
，などの添加材は添加量を多くすると熱膨張係数を大き
くするが、同時に軟化点も低くする。モード複屈折率は
、コア及びコア近傍の応力の大きさで決まるので、熱膨
張係数が大きくなっても軟化点が低くなれば得られる応
力はそれほど大きくならない。ちなみに、Ｂ２Ｏ３の場
合、モル濃度２０〜２５ｉｏ１％以上添加してもモード
複屈折率はあまり大きくならない。さらに軟化点が低く
なると、光ファイバの作製が困難になるという問題も生
じる。また、応力付与部の応力を大きくするということ
は、光ファイバのカッティングや融着接続を困難にし、
実用性を乏しくしてしまう。 さらに、応力付与部の間隔を広くしたまま大きなモード
複屈折率を得る方法として、ファイバ径を大きくすると
いう方法も採用されたが、同じ長さの光ファイバを得る
のにファイバ径の２乗に比例した体積の母材が必要とな
り不経済であること、光ファイバジャイロスコープなど
ではスペースファクタと静疲労の面からより細径の光フ
ァイバが求められていること、などの理由から現実性に
欠ける。 この発明は、孔開ジャケット法を改良することにより製
造工程を簡略化して製造コストの低減を図るとともに、
応力付与部とクラッド境界におけるＯＨ基を除去してＯ
Ｈ基による吸収損失増を防ぎ５もって応力付与母材隔を
狭くしてモード複屈折率を大きくしても伝送損失の劣化
しない偏波保持光ファイバを安価に製造することができ
る、偏波保持光ファイバの製造方法を提供することを目
的とする。

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するため、この発明によれば、光ファ
イバ母材のコア部分の両側の中心軸対称な位置において
クラッド部分に孔を開けて、その孔内に、クラッド部分
とは熱膨張係数の異なるガラスでてきた応力付与母材を
挿入し、その後−像化及び線引きを行う偏波保持光ファ
イバの製造方法において、孔開は後、該孔内にフッ素化
合物ガスを流しながら該光ファイバ母材を高温に加熱し
、その後減圧雰囲気とすることが特徴となっている。

【作　　用】

光ファイバ母材に設けられた孔内にフッ素化合物ガスを
流しながら該光ファイバ母材を高温に加熱すると、その
孔内表面が気相工・７チンクされるとともに、火炎研磨
か行われて孔内表面か鏡面化される。 この孔内表面を気相エツチングする場合、ＯＨ基や不純
物は同時に除去される。 また、この工程により、孔内表面層において、ＯＨ基が
８１と強く結合することが起こりにくい状態となる。 つぎに減圧雰囲気とすることにより、孔内表面のＯＨ基
は結合が弱いため減圧下でその表面より解離する。 その結果、応力付与部の間隔をたとえはコア径の２．５
倍以下としてモード複屈折率を高めなから、ＯＨ基によ
る吸収損失の少ない低損失の偏波保持光ファイバを製造
することができる。

【実　施　例】

つぎにこの発明の一実施例について図面を参照しながら
説明する。まずシングルモードの光ファイバ母材に超音
波ドリルなどを用いて孔開は加工を行ない、第１図に示
すようなコア部分の両側の中心軸に対称な位置に孔１１
（この実施例では２つ）を有する光ファイバ母材１を得
る。この光ファイバ母材１の両端に石英管２．２を融着
、接続し、この石英管２．２の部分でガラス旋盤３に回
転自在に把持させる。そして、酸素・水素火炎を発生す
るバーナ（またはプラズマトーチ）４をトラバースさせ
てこの光ファイバ母材１を外側から加熱する。このとき
、レーザ測長器５で孔１１の内径を監視する。また、石
英管２の一方の側（この図では左側）にコネクタ６を介
してテフロンのバイブ７を接続し、フィルタ及びスイベ
ル８を介してＳＦ６．０２が流される。他方の側（図で
は右側）の石英管２の先端にはスクラバ（図示しない）
が接続され、石英管２内のガスが排気されるようになっ
ている。 上記のように光ファイバ母材１に孔１１を設けると、そ
の孔１１の内表面にはＳ　１−ＯＨのような形でＯＨ基
が化学吸着している。これが母材の一体化・線引き時に
残留・拡散してＯＨ基吸収損失をもたらすのであり、と
くに従来のように孔１１の内面の鏡面度を良くして気泡
の発生を防ぐために酸素と水素の火炎で孔１１の内面を
火炎研磨するとＯＨ基が孔１１の周辺に拡散し、脱水を
行うことは不可能となる。 そこで、ここでは孔１１の内面の火炎研磨は行わず、第
１図に示すようにフッ素化合物ガスを孔１１内に導入し
なから、光ファイバ母材１を加熱することにより、孔１
１の内表面を気相エツチングする。光ファイバ母材１の
クラッド部分が５ｉ０２のみからなる場合、 ５ｉｎ２＋ＳＦ、、→ＳｉＦ４＋　ＳＯ２＋Ｆ２の反応
か生して孔１１の内表面がエツチングされる。孔１１の
内表面に吸着していたＯＨ基や不純物は石英表面層がエ
ツチングされるときに同時に除去されてしまう。光ファ
イバ母材１のクラッド部分か５ｉ０２のみからなるもの
であれば、母材１の部分の温度を１６００°Ｃ以上にし
て内面の火炎研磨効果を出すことにより、酸水素火炎で
直接火炎研磨した場合とほぼ同様の鏡面状態が得られる
。 このとき母材１の孔１１がつぶれないように、石英管２
及び孔１１内部を若干加圧状態としておく。 このような処理により、光ファイバ母材１の孔１１の内
面における表面層は、５ｔ−Ｆという状態になっており
、ＯＨ基のＳｉとの強い結合が起こりにくい状態となっ
ている。 二の実施例では、ＳＦ６．０□をそれぞれ１５０ＳＣＣ
Ｍ、３０００　ＳＣＣＭ流しながら、バーナ４からの酸
水素火炎で光ファイバ母材１を加熱し、このバーナ４を
２回トラバースさせて孔１１の内表面を鏡面とした。エ
ツチング前の孔１１の直径を１０鴫、２つの孔１１の中
心の間隔を６ｍに設定し、エツチング後に孔１１の直径
１１．２ｓｓ、２つの孔１１の中心の間隔４．８ｍの光
ファイバ母材１を得た。 この光ファイバ母材ｌの２つの孔１１に、第２図に示す
ように、一端に石英ロッド９１が融着接続された応力付
与母材９をそれぞれ挿入する。そして、光ファイバ母材
１の一端（下端）に石英棒１０を融着接続し、孔１１内
部を１０−２Ｔｏｒｒ以下に減圧して光ファイバ母材１
の部分を加熱することにより光ファイバ母材１と応力付
与母材９とを一体化し、その後線引きしてファイバ化す
る。孔１１の内表面のＯＨ基は、結合が弱いために減圧
下で表面より解離する。 この実施例では、光ファイバ母材１の孔１１に挿入すべ
き応力付与母材９として、直径１０．８閣に研削・研磨
したものを用い、この応力付与母材９を光ファイバ母材
１の孔１１に挿入した上で、孔１１内部を１０−２Ｔｏ
ｒｒ以下に減圧しながら抵抗加熱炉にて光ファイバ母材
ｌの部分を加熱し一体化を行った後、ファイバ径を１２
５ａｍに設定し、第２図の下部の石英棒１０から加熱し
て下方に線引きした。 この実施例で得た光ファイバの損失波長特性は第３図Ａ
のようになった。なお、第３図Ｂ、Ｃは、参考までに従
来法で作製した光ファイバについての損失波長特性を示
すものである。これらの特性Ａ、Ｂ、Ｃ，をそれぞれ持
つ光７フイバ１ｂｌｌａ２、Ｎｏ３の構造パラメータは
以下の表１のようになっている。 表１ この実施例で作製した光ファイバ（Ｎｏｌ）の損失波長
特性（第３図Ａ）と、従来法で作製したほぼ同一構造の
光ファイバ（Ｎｏ２）の損失波長特性（第３図Ｂ）とを
比較すると、本発明によるものはモードフィールド径が
ＮＱ２の光ファイバよりも大きいにもかかわらず、明ら
かにＯＨ基の吸収損失が少なく、低損失である。 また、Ｎｏ３の光ファイバは従来法でＯＨ基の吸収損失
を少なくするために応力付与部間隔を２１μｍと広くし
たものであり、たしかに第３図Ｃに示すようにＯＨ基の
吸収損失が少なくなってはいる。 しかし、応力付与部間隔を広くしたことにより、モード
複屈折率が上記の表１の通り４．Ｏｘ　１０−４にとど
まってしまい、高いモード複屈折率のものは得られない
。 一方の偏波軸のみに直線偏波を入射したときに他方の偏
波軸にパワーが単位長さ当り結合する量をｈ−パラメー
タというが、これも本実施例で作製した光ファイバ（Ｎ
ｏｌ）が一番少なく、偏波保持特性が一番よいことが分
かる。本発明によりモ−ド複屈折率を大きくした効果が
現れている。 これらから、上記のような製造方法をとることにより、
応力付与部をコアに近づけてモード複屈折率が高くなる
ような設計をしても、ＯＨ基吸収損失のきわめて低い、
偏波保持特性の良好な偏波保持光ファイバを得ることが
できることが分かる。 つぎに、第２の実施例について説明する。この実施例で
は、最初の光ファイバ母材１として、直径９．２鵬の２
つの孔１１を、それらの孔１１の中心の間隔が４．８Ｍ
となるようにして設けたものを用いている。この光ファ
イバ母材１の２つの孔１１に、上記の第１の実施例と同
様の方法により、ＳＦ６ガスを流して孔１１の内表面を
エツチングし、孔１１の直径１１．３Ｍ、２つの孔１１
の中心の間隔２．７ｍの光ファイバ母材１とした。 この光ファイバ母材１の答礼１１に、直径１０゜７Ｍの
応力付与母材９を挿入し、一体止した後、線引きを行っ
て光ファイバを製造した。その結果、つぎの表２に示す
ような特性を持つ光ファイバが得られた。 表２ この表２から、本発明の製造方法によれば、応力付与母
材９の間隔をコア径以下に設定しても、ＯＨ基吸収損失
を非常に小さく抑えることができ、そのため１．０Ｘ１
０−３という、かつて得られなかった非常に大きなモー
ド複屈折率が得られ、偏波保持特性も優れている光ファ
イバが得られることが分かる。すなわち、この結果より
、本発明による偏波保持光ファイバの製造方法は、ＯＨ
基除去に優れ、且つ超高モード複屈折の偏波保持光ファ
イバを作成するのに適していることが証明されている。 なお、上記では応力付与母材９を孔１１内に挿入した後
母材１の内部を１０−２Ｔｏｒｒ程度に減圧して一体化
し、その後線引きしているが、応力付与母材９を孔１１
内に挿入した後母材１の内部を一旦１０−２Ｔｏｒｒ程
度に減圧した後１０−１程度の塩素ガスまたは塩素化合
物ガスを不活性ガスで希釈した雰囲気にしておき、一体
止してから線引きすれば、 ５ｉ−ＯＨ＋５ＯＣｈ→Ｓｉ＋ＨＣ１＋５Ｏ２Ｂ−ＯＨ
＋５ＯＣ１２→Ｂ＋ＨＣ１＋ＳＯ２の反応で、孔１１の
内表面と応力付与母材９の外表面のＯＨ基が除去され、
さらに低損失化が図れる。 また、一体止と同時に線引きを行えは、加圧状態でも十
分に一体化てきるため、減圧後、７６０ｍｍ１−１ｇ程
度の塩素ガス　塩素化合物ガス雰囲気にしておくことに
より、ＯＨ基をより除去することができる。このとき、
Ｈｅガスを混合するとその効果がさらに向上する。 さらに、応力付与母材９の加工方法を改良することによ
り、その表面でのＯＨ基や不純物を少なくして、光ファ
イバからＯＨ基・不純物を完全に除去し、より低損失な
偏波保持光ファイバを得るようにすることもてきる。す
なわち、この応力付与母材９は、通常、機械研削、機械
研磨を行って所望の寸法、表面状態としているが、これ
では表面にＯＨ基や不純物が残るため、従来では機械研
磨の後、フッ酸水によるエツチングを行っている。 このような加工方法に代えて、機械研磨にである程度の
外径の研削を行った後、ただちにフッ素系化合物ガスを
流しながらＡｒ等のプラズマ火炎によりエツチングを行
って所定の外径とし、その後、Ａｒ等のプラズマ火炎に
より火炎研磨を行うのである。こうして得た応力付与母
材９を光ファイバ母材１の孔１１に挿入するという他の
工程は上記と同じである。

【発明の効果】

この発明の偏波保持光ファイバの製造方法によれば、応
力付与部の間隔を狭くしてモード複屈折率を高めても、
ＯＨ基による吸収損失の少ない低損失の偏波保持光ファ
イバを製造することができる。また、光ファイバ母材に
対する孔開けの後、その孔内にフッ素化合物ガスを流し
ながら加熱して孔内表面のエツチングとともに孔内表面
の火炎研磨を行っているため、製造工程が簡素化され、
製造コストの低減を図ることができる。すなわち、従来
の、孔開け、機械研削、機械研磨、フッ酸水によるエツ
チング、火炎研磨という、孔内面の鏡面化のための複雑
な工程のうち、少なくとも火炎研磨以降の工程を省くこ
とができ、さらに製造条件の最適化により機械研磨以降
の工程を不要とすることができる。そこで、この発明は
、光ファイバジャイロスコープ等のセンサコイルにおい
て、小さい径に何層にもわたって巻き付けられる偏波保
持光ファイバを安価に製造することにとくに有用である
。すなわち、このような偏波保持光ファイバでは、応力
付与部の間隔を狭くしてモード複屈折率を大きくするこ
とにより曲げ等の外乱による偏波保持特性の劣化を防ぐ
必要があるが、この発明の偏波保持光ファイバの製造方
法によれば、モード複屈折率を大きくしても伝送損失を
低減することができるからである。また、大きなモード
複屈折率が必要とされる単一偏波光ファイバの伝送損失
を低減することにも有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はこの発明の一実施例における各工程
を説明するためのもので、第１図は一部切り欠いた正面
図、第２図は断面図、第３図は損失波長特性を示すグラ
フである。 １・・光ファイバ母材、１１・・・孔、２・・・石英管
、３・・・カラス旋磐、４・・・バーナ、５・・・レー
ザ測長器、６・・・コネクタ、７・・・パイプ、８・・
・フィルタ及びスイベル、９・・・応力付与母材、９１
・・・石英ロッド、１０・・・石英棒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバ母材のコア部分の両側の中心軸対称な
   位置においてクラッド部分に孔を開けて、その孔内に、
   クラッド部分とは熱膨張係数の異なるガラスでできた応
   力付与母材を挿入し、その後一体化及び線引きを行う偏
   波保持光ファイバの製造方法において、孔開け後、該孔
   内にフッ素化合物ガスを流しながら該光ファイバ母材を
   高温に加熱し、その後減圧雰囲気とすることを特徴とす
   る偏波保持光ファイバの製造方法。