JPS59116143A - 円偏光ファイバ−の製造方法と装置 - 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】 オリ１明ノと分−野 本発明は円偏光性を保持するファイバーの製造方法並び
にその方法を実施するための装置に関する。

従」０支術−Φ−説−明− 一般に、遠隔通信用に製造されている単一モードファイ
バーには僅かな線形複屈折性及び円偏光複屈折性が存在
する。従って、これらのファイノく−は直線偏光性も円
偏光性も保持していない。

線対称を面対称とすることにより、ファイノＮｌ−を線
形複屈折性とすることは可能である。

また、逆の操作で、非常に高い円偏光複屈折性を導入し
て円偏光性を保持させることも可能である。

このような円偏光性を発生するひとつの解決策は、例え
ばグラスファイバーの両端を捩る等により外から掛けら
れる静的な捩りをグラスファイバーにかけることからな
る。即ち、このようなファイバーを捩ることのひとつの
効果はファイバーに円偏光複屈折性を導入することであ
る。

本発明は、ファイバーに捩った状態を保持させる方法を
提供する。このような方法によりファイバーにヘリック
ス構造成いはキラル構造を与えることができる。しかし
、このようなファイバーは任意の断面をもち、その結果
複雑な幾何構造を持つに至る。

円偏光複屈折性を生じるようないかなる捩れ応力も、ヨ
ーロッパ特許第００７８７３３号広報に開示された従来
技術による方法では、既に延伸されたファイバーを捩り
、ファイバーを追加のガラス層などの硬質鞘体で被覆し
て、該応力状態を機械的に維持することにより形成され
ていた。

このような方法の欠点は、ひとつはファイバーの周囲に
高い応力を導入することによるファイバーの脆弱化であ
り、もうひとつは捩れを保持する外的な機械固定手段を
とる必要が生じることである。

本発明は、延伸及び捩り工程と同時にファイバー表面の
再溶融工程を行うことにより、上記の問題点を克服する
。

光−明−の−要盾 本発明は、円偏光性を保持するファイバーの製造方法を
（に（Ｉ（するものであって、該方法は成形材料母材の
軸に沿って延伸してファイバーを形成し、該ファイバー
を前記延伸軸の回りに捩り、該ファイバーに捩り応力を
与え、該ファイバーの前記捩り応力を受けた帯域におけ
る該ファイバーの表面を再溶融する、という操作を同時
に加えることを特徴とする。

本発明によれば、更に該方法を実施するための製造装置
が提供される。

本発明のより詳細な説明と他の特徴を、以下添付の図面
を参照して説明する。

好棗υＵ夾勝附例１組刈開所 いわゆる単一モードファイバーは、伝送方程式における
解はただひとつあるがそのモードが劣化するようなファ
イバーによって製造される。従って、伝播定数は同一で
ありながら、偏光が直交するような、２つのモードがフ
ァイバー内を伝播する。更に、この劣化は、異方性が固
有のものであれ外的妨害によるものであれ、ファイバー
の該異方性により増大する。その結果、「真の」ファイ
バーは２モードであり、各々のモードは、相互に直交偏
光されている。これは、一方で、ひとつの偏光から他方
への伝播速度を変化する原因となって、ファイバーの伝
え得る通過帯域を狭め、他方で２つのモード間の任意の
カップリングによるファイバーの射出端での乱れた偏光
状態を生じる。

この問題は、ファイバーを伝播する２つの自然モードの
間でｉｎｌい偏光係数差を付与して、これら２つのモー
ド間のカップリングを最小化することにより解決される
。その結果、自然モードにより偏光されるひとつの屈折
する入射光はそのモードを維持し、この人Ｕ、ｌする偏
光に対してこのファイバーは小−モードと考えられる。

２つのモー１′の伝播定数に差を与えるには、ファイバ
ーに線形複屈折性を与えて、この２つのモードを２つの
直交線形偏光とするか、或いはファイバーに円偏光複屈
折性を与えて、２つのモードを２つの右回り及び左回り
の円偏光とすればよい。

これらの複屈折は、ニソピング或いは捩りのような外部
からの応力の作用下で、光弾性効果により誘起される。

複屈折の振幅を決定する際に、考慮すべき応力は、光の
伝播する素材、言い換えればファイバーのコアに作用す
る応力である。

第１図に示すように、円偏光複屈折を発生する任意の捩
り応力を付与する方法、即ち従来技術で用いられるファ
イバー内に円偏光性を保持する方法は、すでに延伸され
たファイバーを捩り、該応力状態を機械的に維持するこ
とからなる。

すでに製造されていたファイバー１に関して述べると、
まずプリフォームから出発し、単に延伸し、その両端を
把持しながら多数の回転を与えて捩り、その偏光性を維
持するために、例えば硬質の鞘体４により「固定」され
る。この鞘体４は、別のガラス層などの硬質の鞘体で被
覆することによっても形成できる。第１図に示すように
、既に製造されているファイバーをその両端２及び３で
掴みながら捩った後、硬質の鞘体４を付与して固定する
。　このような方法の欠点のひとつは、第２図に示した
よう番こファイバーの周囲に高い応力８を導入すること
によるファイバーの脆弱化であり、もうひとつは捩れを
保持する外的な機械的固定手段をとる必要が生じること
である。

本発明でＩＪ〜案される方法は、ファイバーを延伸しな
がら捩り応力を付１うし、かつ周囲に相当する部位を再
溶Ｊｋすることにからなっており、第３図に示ず部位５
が該再溶融部分に相当する。この結果、外周部分の応力
は解除されるが、ファイバーのコア６には該応力が保持
される。ファイバーにｔ、４）けられた外部捩り応力が
除去されると、応力はファイバーの外周部分の有する応
力が非常に小さくなるように分配される。従って、ファ
イバー内の応力は全体として零になるはずである。この
ファイバー表面の再熔融は捩れを維持するための保護を
することなくファイバーに施す。即ち、保護鞘体の積層
前のシリカファイバーに施される。

この結果、ファイバーの巾夾部は、線引き即ち延伸の間
に加えられた捻れ応力と実際上等しい捻れ応力を受註ノ
ている一方、再熔融された部分にあった応力は無視でき
る程度となっている。実際には、領域の各々における応
力によるモーメントの総和は、拮抗している。これは、
領域の各々の平均応力が領域の面積の比であり、周面に
近い程小さく、コアに近い程高いことを示している。こ
の再熔融処理により、ファイバーのコア部で高い応力が
得られ、同時に、ファイバーの周辺部で応力が非常に小
さく且つ残留捻れもない。

従って、この処理は、ファイバーに捻れ応力を加え、そ
の応力を作用させたままの状態で、ファイバーの表面を
再溶融することからなる。体積でみると、ファイバーの
例えば３／４又は９／１０が再溶融の影響を受けるが、
コアは影響されない。

即ち、約１０〜２０μｍの中心部分は、影響を受けない
。

ファイバーの延伸中に、Ｎ　ｒｐｍの回転数で回転する
機械によりファイバーに回転を与える。更に、ファイバ
ーはＭメートル／分で延伸される。ファイバーに与える
べき回転数を維持することにより、ファイバーには１メ
ートルにつきＮ７Ｍ回という均一な捩れが付与されるこ
とになる。従って、ファイバーを、単位長さＬ　（例え
ば１メートル）毎に分けで考えることができる。

捩りの効果は、第４図に示すように、ファイバ０ −の一端を他端に対して角度αだけ回したとき１メ一ト
ル当たりα／２π回捩ったことになる。

この回転はファイバーのある一定の長さにわたってファ
イバーに均一に拡がり、その結果、長さｄ６だけ削れた
２面間での軸の回転はαｄ７！となる。ファイバーの断
面において、任意の点の移動はαｄｊ！ｒである。ここ
でｒは第５図に示すように、ファイバーの中心から随意
までの距離である。

従って、応力場は、捩り応力場であり、その大きさびは
次式により得られる。

σ　８　μ　ｒ　α ここでμはすり弾性率であり、その変化曲線は第６図に
しめされており、そこで距離はファイバーの半径を示し
ている。

次に該ファイバーの一部分を、ファイバーの各点の位置
を保持しつつ再溶融すると、再溶融した部位では応力は
無くなる。これは第７図に示すような新たな応力分布に
よって説明される。ここで、距離ａ−ｂは再溶融深度で
ある。

次いで、ファイバーが応力解除される。即ち、１ 付与された捩れが除去される。かくして、ファイバー内
の応力は釣合いがとれ、その結果、ファイバーにかかる
トルクは零となる。こうして、最初に加えたのとは反対
の捩れが生じ、再熔融後の残留捻れが平衡化される。こ
うして、ファイバーは一βの捩れを受け、これは各点に
おいて一βμｒに等しい応力場を誘起する。この応力場
は全モーメントが０となるような場である。即ち、及び
厚さｄｒの環についての積分である。βを用いている第
２項を同様に積分すると、以下の等式％式％ これを整理すると、αｂ４−βａ４−０となる。

かくて、いま半径６０μｍのファイバーにつき再溶融深
度を４５μｍとすると（ａ　＝６０／Ｉ、ｂ　＝１５μ
）捩れ月間の比は、第８図に示すように となる。

第８図で、直線Ｚは再熔融前の曲線を示す。ファイバー
表面における応力は２５６で割り、−万有用部分（再熔
融されなかった部分）における応力には（１−１／２５
６　）を掛けることになる。かくて、ファイバー表面の
応力は無視することができ、かつファイバーのコアにお
ける応力の減少も無視できることになる。再溶融された
後の材質はもとのままである。

このような方法を実施するための装置を第９図に示す。

この図は本発明の方法を実施するためのファイバー延伸
装置の種々の要素を示している。

ファイバーの元となるプリフォーム８がブロートーチ、
抵抗加熱炉、高周波、中間周波、又は低周３ 波の誘導加熱炉のような溶融装置９の中におかれている
。この熔融装Ｗ９は、プリフォーム８を軟化する。その
結果、プリフォームの材料は流れ始め、引出して捻るこ
とによりファイバー１が得られる。

線引き炉のあとの最初の装置は、ファイバーに加えられ
た捻れが引出しコーンによって吸収されないようにして
いる。これは、例えば、プーリ１９であり、非滑動性材
料（ゴム、シリコーン）で被覆されている。再熔融炉２
０は、ファイバー１の周辺部分を再熔融させる。そのあ
と、プラスチックまたは金属のような保護材料１８の被
覆装置１５により被覆がなされる。装置１６は、被覆装
置１５により付与された保護材料１８の保護層を固化す
る。捻れ応力をファイバーに加えるガントリは、巻き取
りドラム１７である。この巻き取りドラム１７は、線引
き速度に比例した沢山の巻回数の捻れをファイバーに与
えて、ファイバーを線引きすると共にその製造中にファ
イバーを捻るようにしている。

再溶解炉は、他の方法も考えられる。即ち、例４ えば誘導加ｒハ炉、黒鉛炉も使用できる。

また、同様に炭酸ガスレーザを上記した再熔融装置とし
て用いることができる。

炭酸ガス；／−ザは、その放射波長が１０．６μｍであ
る。実際に（：Ｆｌこのようなレーザは以下に述べるよ
うな利点がある。即ち、再熔融部に不純物を付着するこ
となしにシリカファイバーを溶融することができ、また
、前記レーザにより加熱されるべき部位へのビームの集
中と、該レーザによって与えられるエネルギー濃度を精
密に制御できる。

実際、この１０．６１！ｍという波長に対しては、ファ
イバーはもはや透明ではなく、不透明である。

ファイバーの外皮で得られた熱が内部まで伝播する。こ
れｔｅｌ：　１１＋１ちレーザが高山力である必要はな
いことを意味する。具体的に述べるならば、ファイバー
は、例えば１０ワツト以下の非常に低い出力のレーザに
よって、正確に円対称の加熱域において外周部が再熔周
：される。

第１０図に炭酸ガスレーザを使用した再溶融装置の一例
を図示する。第１０図の装置は、一端に円筒形の部拐３
５を固定した中空の本体３０を備７でし）る。

第１０図において、この部材３５は、例えば円筒状の本
体３０にねしこまれた輪状部材２８によって固定されて
いる。円筒状の部材３５を固定しているこの輪状部材２
Ｂはまた、それ自体円筒状の本体３ｏの内壁に位置する
小さな肩部３４に固定されζいる。

円筒状の部材３５は、傾斜した面３１を有し、この面３
１は反射面となっている。この部材３５は、光ファイバ
ー１が通るように、その対称中心軸に沿って通路を穿た
れている。その通路２７は、その表面をポリテトラフル
オロエチレンで作られており、光ファイバーが摩擦によ
って１ｏ傷するのを防止している。

実際、ボリテ１−ラフルオロエチレンは非常に低い摩擦
係数を有し、例えば研磨した鉄に対して０．０４であり
、また、自己潤滑性と非付着性を有する。同し条件で使
用して比較すると、ゴムあるいはネオプレーンは約０．
８の摩擦係数を有する。

円筒状部材３５の反対側には、例えばねし込みによって
円筒部材２９が本体３ｏに固定されており、こ　０ の円筒部月２９１１その対称中心軸に、ボリテ１−ラフ
ルオロエチレンによって壁面を構成された第２の通路２
６を備えており、やはりその内部をファイバーが移動す
る。この部材２９は、ばね２５を支持しており、そのば
ね２５は、楕円面の反射鏡２４を支持している。その反
射鏡２４は、その中心に光ファイバーが通るための孔を
穿たれている。また、反射鏡２４は、通気！？３：１２
から送り込まれたガスを流す孔即ち流ｌ？３３３を備え
た部材３６を介して、本体３０の内壁に固定されている
。

これらの部（イは、円筒状中空本体と円筒状部材と楕円
形反射鏡とが、〃いに対して、■一つファイバー２１の
移動軸Δに関して非常に正確に中心を合致させているよ
うに、対称軸を有している。

第１Ｏ図による装置は、引き出されるファイバ・−２■
に対するこの装置の相対位置が正しく調撃されるよ・う
Ｑこ、ファイバー線引き塔に平行な取付金具にしっか幻
と固定される。

楕円面反射ｔ（１１才、通気路３２を介して注入される
ガスが流れる’／ＡＩ　Ｉ＋８３３を穿たれた冠状の部
材３３によ７ ６ って円筒状中空本体３０に止められている。流路３２は
、楕円面反射鏡の下方を流れて、楕円面反射鏡２４の例
えば全周に位置する通気路３３を介して流出する中性ガ
スを導入する。これにより、ファイバーの汚染を防止し
つつ反射鏡を冷却し、またファイバーが移動しないよう
にガス流を均一に保持している。円筒状本体の側部と、
これに対応する円筒状部材の部位には、レーザビーム２
２が通るような小孔が形成される。

上記小孔の軸は、ファイバー２１の移動軸に対して直角
で、また、反射面１１の表面に対しても直角な面内に位
置する。この反射は、例えば銅でつくちれた反射面３　
］、−ｔ−に積層された金層によってもたらされる。銅
は高出力レーザを使用し、た場合の放熱性に優れている
。

反射鏡３３はレーザビームの方向に直角な面に位置して
いる球面或いは放物面の鏡である。該反射鏡２３により
１／−ザビーム２２はＦｌ点に隼光する。

７７１点に隼光した後、光線は反射面１１により反射さ
れ楕円面反射鏡３４に刊達し、更に１、これに反射Ｂ される。

Ｆ５点及びＦ２点は、楕円面反射鏡３４の２つの共役点
である。このように、Ｆ１点からの光線はファイバー２
１の位置に相当するＦ２点で集中する。

Ｆ２点に位置する加熱域は環状の形状を有する。

反射鏡２３の収差故に、環状加熱域は、例えば１寵の高
さを有する。この加熱域で得られる温度はシリカの軟化
点１６００℃のオーダに達する。かくして、ファイバー
の外周囲部分は、例えば１０ワツト以下の非常に低い出
力のレーザによって、正確に円対称の加熱域において再
溶融される。

反射鏡２３は球面反射鏡でもよい。しかし球面反射鏡は
収差を持つ。かくて、直径１０鶴のビームと曲率半径４
０ＩＩｌの反射鏡の場合、収差によりＦｌＩ点において
１鮪のスポットを得たが、再熔融の目的には一切の不具
合はなかった。

このような現象を避け、Ｆ２点において真の点状簗光を
得るためには、放物面反射鏡２３を用いればよい。

ファイバーの加熱にレーザ光線を用いる利点は９ 物体以外のものを一切加熱しないことであり、これは即
ち、ファイバーを汚染しないことである。

再溶解の深さは巻き込みプーリのファイバーにかけるト
ルクを計ることで制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術による方法の概要を示す図である。 第２図は従来技術による方法の欠点を示す図である。 第３図は本発明による方法の特徴的な様相を示す図であ
る。 第４図から第８図は本発明による製造方法を示す図であ
る。 第９図は本発明による方法を実施するための装置を示す
図である。 第１０図は第９図に示す装置の特徴的な様相を示す図で
ある。 ０ （主な参照番号） ｌ：ファイバー、　　　４：鞘体、 ６：コア・　　　　　　　８ニブリフオーム、９：熔融
装置、　　　　１５：被覆装置、１６：固化装置、　　
　　２０：再溶融装置、特ｉ出ｅ人　トムソンーセーエ
スエフ 代　理　人　弁理士　新居　止音 １ ■さ ■ 匡 匡

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１成形材料母材をある軸に沿って延伸してファイバ
   ーを製造する工程、 該ファイバーを前記延伸軸の回りに捩って、該ファイバ
   ーに捩り応力を与える工程、 該ファイバーの前記捩り応力を受けた帯域について、該
   ファイバーの表面を再熔融する工程、を同時に行うこと
   を特徴とする円偏光性を保持する）１イハーの製造方法
   。 （２）更に、該ファイバーを保護材料で被覆する工程を
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 （３）前記保護材料はプラスティックであることを特徴
   とする特許請求の範囲第２項記載の方法。 （４）前記保護材料は金属であることを特徴とする特許
   請求の範囲第２項記載の方法。 ＋５１特許請求の範囲第１項記載の方法を実施するため
   の装置であって、 ファイバーを成形材料母材から延伸する手段と、該ファ
   イバーを捩る手段と、 母材と該ファイバーを捩り且つ延伸する手段との間に設
   けられた該ファイバーの再熔融手段と、前記成形母材の
   取り出し位置に配置された該ファイバーを把持する手段
   とを備えていることを特徴とする上記製造装置。− （６）該ファイバーを再熔融する前記手段が誘導加熱装
   置であることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   装置。 （７）該ファイバーを再溶融する前記手段が黒鉛炉であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の装置。 （８）該ファイバーを再溶融する前記手段が炭酸ガスレ
   ーザであることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載
   の装置。 （９）該ファイバーの前記把持手段が滑り防止材料で被
   覆された沿ｊｌｊを備えることを特徴とする特許請求の
   範囲第５項記載の装置。 ＋１０１前記母材がプリフォームであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第５項記載の装置。