JPH05341139A - 単結晶光ファイバの製造装置 - Google Patents

単結晶光ファイバの製造装置

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JPH05341139A
JPH05341139A JP4153618A JP15361892A JPH05341139A JP H05341139 A JPH05341139 A JP H05341139A JP 4153618 A JP4153618 A JP 4153618A JP 15361892 A JP15361892 A JP 15361892A JP H05341139 A JPH05341139 A JP H05341139A
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JP
Japan
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single crystal
crystal
optical fiber
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heating
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JP4153618A
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English (en)
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Yasuyuki Sugiyama
泰之 杉山
Masami Miyagi
雅美 宮城
Iwao Hatakeyama
巌 畠山
Itaru Yokohama
至 横浜
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/025Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
    • C03B37/027Fibres composed of different sorts of glass, e.g. glass optical fibres
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00Type of glass produced
    • C03B2201/60Silica-free oxide glasses
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2205/00Fibre drawing or extruding details
    • C03B2205/60Optical fibre draw furnaces
    • C03B2205/62Heating means for drawing
    • C03B2205/67Laser heating

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 結晶欠陥が少なくかつ太径の高品質単結晶光
ファイバを高速かつ安価に作製することを目的とする。 【構成】 母材12を加熱用レーザ光11により加熱熔融し
ながらその熔融部15に種結晶14を付着させて種結晶14を
速度V2で移動させ、母材12を速度V1で移動すること
により線引きして単結晶光ファイバ13を作製するに当た
って、種結晶14の移動方向に沿った別の加熱源16を設け
ることにより、結晶成長に必要な最適温度勾配を実現
し、結晶欠陥の少ない単結晶光ファイバを作製する装置
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光信号処理や光記憶素子
などへの応用が期待される単結晶光ファイバの作製にお
いて、高品質な単結晶光ファイバを高速かつ安価に作製
する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の単結晶光ファイバの製造方法の一
例を示す図4において、母材102 の上部は加熱用レーザ
光101 により加熱されて熔融部105 を形成する。熔融部
105 に種結晶104 を付着させ、種結晶を速度V2で移動
させ、かつ母材102 を速度V1で移動させると単結晶光
ファイバ103 が形成される。ここで、単結晶光ファイバ
103 の方位は種結晶の結晶方位と一致し、組成は母材の
組成とほぼ同様となる。また、単結晶光ファイバの外径
は、
【数1】 D2=D1×(V1/V2)1/2 (1) と表される。ここでD2は母材の外径である。従って、
種結晶の移動速度V2および母材の移動速度V1を調整
することにより所望の外径の単結晶光ファイバを作製で
きることになる。この方法により、ニオブ酸リチウム、
ニオブ酸カリウム、サファイア等の単結晶ファイバも作
製できる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般に単結晶ファイバ
はその径が細いため(100 μm以下)、結晶品質の良い
ものが比較的簡単に得られるとされてきた。しかし、実
際にシステムで使用できる高品質な素子を実現するため
には、単結晶ファイバ中の結晶欠陥や歪みをさらに低減
する必要である。
【0004】具体的には、ヘッセリンク等(Hesselink
et.al )の文献「ニオブ酸Sr Baファイバのフォトリ
フラクティブ・ホログラヒック記録(Photorefractive
Holographic Recording in Strontium Barium Niobate
Fibers)」、(オブティカル・レターズ[OPT. Let
t.]、第13巻、頁 877−879 、1988年)に見られるよう
に、最近フォトリフラクティブ効果を用いたホログラフ
ィメモリにファイバ形単結晶を用いようとする研究が活
発化している。この応用には結晶欠陥や歪みを殆ど無く
した太さ1mm径程度のファイバ状単結晶が必要である。
しかし、従来の単結晶ファイバの作製方法において、こ
のような太さのものを引き上げた場合、結晶欠陥を多く
含み、高品質の単結晶ファイバを引き上げることが困難
な状況にあった。これは、ファイバ状単結晶にフォトリ
フラクティブ効果で画像情報を記録する場合の像の劣化
につながっているからである。従って、フォトリフラク
ティブホログラフィメモリ実現上、結晶欠陥の少ない高
品質な単結晶ファイバの実現が切望されている状況にあ
る。また、このような太い径の結晶はバルク結晶から切
り出す方法も考えられるが、その切断・研磨のコストを
考慮すると高品質ファイバ状単結晶の実現がもたらす効
果は非常に大きい。
【0005】以上の点に鑑み、特願平第3−216,617 号
に見られるように、成長中の雰囲気を制御することによ
り、結晶欠陥の低減が実現されているが、特に、太さ1
mmに近い結晶においてはミクロな結晶転移によってもた
らされる透過画像の劣化が依然として問題にされている
状況にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで本発明の目的は、
単結晶光ファイバの成長時に第2の加熱源を設けること
により、所望の材料の結晶成長に最適な温度勾配を実現
させることにより、結晶欠陥の極めて少ない(<10c
m3 )太い径の単結晶光ファイバを作製する装置を提供
することである。
【0007】このような目的を達成するために、本発明
による単結晶光ファイバの製造装置は、母材を加熱熔融
しながら種結晶を用いて線引きして単結晶光ファイバを
作製するに当たって、種結晶の移動方向に沿った新たな
加熱源を設けることにより、結晶成長に必要な温度勾配
を実現し、結晶欠陥の極めて少ない単結晶光ファイバを
作製することを特徴としている。
【0008】
【作用】本発明による第2の加熱源の導入効果は大きく
分けて以下の2つ、(1)結晶成長軸に垂直な断面内で
のより均一な温度分布の実現、(2)急激な温度降下に
より誘起される熱歪みの緩和、がある。
【0009】従来の単結晶ファイバの作製においてはフ
ァイバ径が300 μm以下と細いため、例えばレーザ光を
集光して母材を熔融させる際、ファイバ結晶成長部と熔
融部の固液界面の温度変動は無視できるほど小さかっ
た。これが、単結晶ファイバが良質な単結晶となりうる
1つの要因でもあった。しかしファイバ結晶の径が太く
なると固液界面での温度変動(引き上げ軸と垂直方向に
対する)が無視できなくなる。すなわち、固液界面の中
心部と外周部を比べると外周部の温度が低くなる。第2
の加熱源をファイバ結晶成長部の周囲に設けることによ
り、この温度変動を抑制し、固液界面の均一な温度分布
が実現できる。
【0010】また、従来のレーザによる熔融部の形成に
おいては、加熱される部分はレーザの集光部一点のみで
あるため、熔融部から成長した単結晶ファイバは急激に
冷されることになる。ファイバ径が細い場合にはこのよ
うな急激な温度低下も結晶内に熱歪みを蓄積させるほど
の影響を及ぼしにくいが、ファイバ径が太くなると、成
長した結晶部の急激な温度低下は熱歪みを蓄積し、ひい
ては結晶欠陥を誘発して単結晶ファイバの品質を低下さ
せるものと考えられる。実際、チョクラルスキー法によ
るバルク結晶の引き上げ装置では、このような急激な温
度低下を避けるため、引き上げられた結晶の周囲にアフ
ターヒーターが設けられる場合が多い。第2の加熱源を
成長した結晶の周囲に設けることで成長した単結晶ファ
イバを徐冷することができ、熱歪みの除去が期待てき
る。以上述べた2つの効果により、従来作製が困難であ
った結晶欠陥の少ない太い径の単結晶ファイバを作製す
ることが本発明による作製装置の特徴である。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0012】本発明による単結晶ファイバの製造方法の
一実施例を模式的に示す図1において、結晶母材12の上
部を加熱用レーザ光11により加熱・熔融する。この熔融
部15に種結晶14を付着させ、種結晶14を速度V2で移動
させ、母材12を速度V1で移動させて線引きすることに
より、単結晶光ファイバ13が作製される。また、単結晶
ファイバ13の外径D2は前述した式(1)で定まる。こ
こで、単結晶光ファイバ13の結晶方位は種結晶14の結晶
方位と同一である。
【0013】熔融部15の上部(種結晶の移動方向)に
は、加熱源16が設けられている。加熱源16はリング状石
英管17とその中に挿入されたマイクロヒータ18(図2参
照)と石英管を取り囲む反射鏡19から構成されている。
ここで、反射鏡はヒータを点光源として見立てて、放物
面状の形状をしている。ヒータ18は制御回路20により任
意の温度に制御される。
【0014】母材として、Ce 0.05%ドープのSBN (S
r0.6Ba0.4Nb26 )結晶(2mmφ)を用い、種結晶と
しては同結晶のa軸方位を用いて、引き上げ速度1mm/
minとし、第2の加熱源の温度を500℃としてSBN 単結晶
光ファイバを作製した。
【0015】この単結晶光ファイバの結晶欠陥はマイク
ロx線トポグラフによっても結晶欠陥を確認することが
できず、検出限界以下(<10cm3 )と推定された。ま
た、フォトリフラクティブ効果によるホログラムメモリ
の実験においては、従来10 lp/mm(line pair/mm)で
あった記録画像の再生分解能がアフターヒータの温度を
上げて作製したものほど向上し、500 ℃として作製した
場合には、図3に示すように100 lp/mmと大幅に向上し
た。
【0016】従って、本方法による結晶成長部分の周囲
に第2の加熱源を設けた単結晶ファイバ作製装置によっ
て単結晶ファイバを作製することにより、従来できなか
った太さ1mm程度のSBN 高品質単結晶ファイバが実現で
きた。
【0017】
【発明の効果】レーザ光により母材の一部を溶解し、種
結晶を用いて結晶成長させる方法は、比較的小さな結晶
を高速かつ安価に作製するのに大きな利点を有するが、
特に本発明で示した第2の加熱源を設けることにより、
従来困難であった太さ500 mm以上の高品質単結晶ファイ
バが作製できるため、ホログラム記録媒体としての用途
に非常に有望である。
【0018】また、本発明による単結晶ファイバの作製
法は実施例に示した材料系のみに限らず、例えば、ニオ
ブ酸カリウム、ニオブ酸リチウム、KTN (KTa Nb
O)、YAG、Al23 などの酸化物光学結晶や、Nb
、Cu 系の酸化物超伝導結晶材料の太径単結晶ファイ
バの高品質化にも効果があることは容易に想定できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明による単結晶光ファイバの製造装
置の一実施例を示す模式図である。
【図2】図2は本発明による単結晶光ファイバの製造装
置で使用された第2の加熱源の構造の一部を示す模式図
である。
【図3】図3は本実施例で作製したCe 0.05%ドープの
SBN (Sr0.6Ba0.4Nb26 )単結晶光ファイバにホロ
グラムを記録・再生した場合の再生分解能に対する作製
時のアフターヒータ温度依存性を示す図である。
【図4】図4は従来の単結晶光ファイバの製造方法の一
例を示す模式図である。
【符号の説明】
11 加熱用レーザ光 12 母材 13 単結晶光ファイバ 14 種結晶 15 熔融部 16 加熱源 17 リング状石英管 18 マイクロヒータ 19 反射鏡 20 制御回路 101 加熱用レーザ光 102 母材 103 単結晶光ファイバ 104 種結晶 105 熔融部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // C03B 37/025 (72)発明者 横浜 至 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 母材の一端をレーザ光により加熱溶解
    し、該加熱溶解部に種結晶を接触させ、前記母材を加熱
    溶解部の方向に移動させながら種結晶を母材の移動方向
    と同一方向に移動させることにより、単結晶ファイバを
    作製する製造装置において、 前記種結晶の移動方向に沿って、該加熱溶解部を生成さ
    せるものとは異なる別の加熱源を有することを特徴とす
    る単結晶光ファイバの製造装置。
  2. 【請求項2】 母材の一端をレーザ光により加熱溶解
    し、該加熱溶解部に種結晶を接触させ、前記母材を加熱
    溶解部の方向に移動させながら、種結晶を母材の移動方
    向と同一方向に移動させることにより、単結晶ファイバ
    を作製する製造装置において、 前記種結晶の移動方向に沿って、該加熱熔融部を生成さ
    せるものとは異なる別の加熱源を有する単結晶光ファイ
    バの製造装置の加熱源が、リング状石英管と該石英管中
    に挿入さされたヒータと、該リング状石英管の周囲に配
    設された反射鏡とから構成され、該ヒータが温度を任意
    に制御できる駆動回路により稼働されることを特徴とす
    る請求項1に記載の単結晶光ファイバの製造装置。
JP4153618A 1992-06-12 1992-06-12 単結晶光ファイバの製造装置 Pending JPH05341139A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2577260C1 (ru) * 2015-03-16 2016-03-10 Владимир Павлович Бирюков Способ получения монокристаллических волокон из тугоплавких материалов
CN107429420A (zh) * 2015-03-25 2017-12-01 夏士达水晶公司 用于使用激光加热基座生长来生产薄晶光纤的设备及方法
CN112609236A (zh) * 2020-12-29 2021-04-06 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种利用激光环形加热的光纤晶体自动制备系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2577260C1 (ru) * 2015-03-16 2016-03-10 Владимир Павлович Бирюков Способ получения монокристаллических волокон из тугоплавких материалов
CN107429420A (zh) * 2015-03-25 2017-12-01 夏士达水晶公司 用于使用激光加热基座生长来生产薄晶光纤的设备及方法
CN112609236A (zh) * 2020-12-29 2021-04-06 中国电子科技集团公司第二十六研究所 一种利用激光环形加热的光纤晶体自动制备系统

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