JPS60501857A - 高複屈折性光ファイバ用プレフォームの製造方法 - 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】 高複屈折−性ファイバの製造方法 本発明は売複屈折性光ファイバの製造方法に関し、特に、円形コアと円形クラッ ド領域からなる光フアイバプレフォームを加熱、変形して、楕円率の大きな円形 クラ′ッド層を得る方法に関するものである。

２　先行技術の説明 ファイバセンサやインライン形ファイバ装置、ラマンレーザなどの各種の応用に おいては、一方向にのみ偏光した光パワーを伝□送出来る光導波路が必要である 。偏波面保持光ファイバを得るために、光フアイバプレフォームに複屈折性を与 える多くの構造が現在知られている。

これ等の構造の殆んどの場合に一１差と応力が、楕円形応力を持つクラッド形成 により、楕円形コア内の応力により、或いは離隔された応力突出部によりコア内 に導入される。偏波面保持ファイバはまた非円形コアから、或いは該コアに隣接 する屈折率サイド・ピットから生ずる幾何学的複屈折現象を利用している。これ 等の構造は、固着や圧潰前後にプレフォームを研削したり、圧潰時の差分圧力の 利用、ロッド及びチューブ法、またはエッチレグ法などの多くの方法により成形 される。

プレフォームを製造する１つの方法が米国特許第３．９８２．９１６号に記載さ れており、これは公知の化学蒸着法（ＣＶＤ）によりプレフォームを製造する工 程に関するもので、これに開示されたように、この方法は、長手方向の、偏心し た、方位角の屈折率均一性を有するクラッド形光ファイバを延伸する工程に関係 する。特に、プレフォームを成形するＣＶＤ工程は、プレフォームが逐次圧潰さ れ且つファイバに延伸される時、ファイバコアとして働くドープ及び未ドープカ ラスが円周方向て変化する保証を与えるように非対称加熱を利用する点て従来の ものと異なっている。

楕円コア単一モード光ファイバの製造法が米国特許第４．１８５，８５９号に記 載されている。この工程では、断面が円形の多層プレフォームが部分的圧潰を受 ける、すなわち初めはプレフォームの一側に、次に他側に与えられ、これは楕円 形プレフォームが得られるまで行われる。次に、プレフォームが圧潰され、コア 及び中央クラッド層の楕円率が維持される円筒外部形状が得られる。続いて、フ ァイバは公知の方法のいずれかにより延伸され、楕円形コアを含む円形ファイバ が得られる。

応力誘起複屈折を利用した光ファイバを得る他の従来法が米国特許第４．３６０ ．３７１号に記載されている。ここでは、クラッド及びコアガラス層が基板チュ ーブの内面に固着して中空状中間製品が成形される。この中間製品の両側が加熱 され、これにより該製品が圧潰され、矩形断面を持つ中実プレフォーム前、駆製 品が得られる。円形外部面を持つ火炎加水分解生成すす層がプレフォーム前駆製 品上に固着され、圧縮されてその上に稠密ガラス・クラッド層が形成される。外 部クラッド層の熱膨張係数は、得られたプレフォームがファイバに延伸される時 １、応力誘起複屈折−がコア内、に生ずるよう、に外部クラッド層が固着される プレフォーム前駆製品のものとは異なっている。

応力誘起複屈折を内部に発生し得る光ファイバを製造する他の方法が米国特許第 ４．２７４．８５４号に記載されている。この方法は、第１ステツプとして、肉 厚が不均一の壁を持つ基板チューブを形成するもので、この不均一な厚みは基板 チューブの壁の周りに与えられ、従って肉厚の最大並びに最小部分がほぼ直交す る面内に配置される。この第１ステツプでは次に、基板チューフ内にクラッド層 及びコア層を固着をする。続いて基板が圧潰され、これからファイバが延伸され る。基板チューブの不均一な肉厚によりクラッドには楕円形省力が加えられ、そ の場合このクラッド部分は前記層の差分熱収縮と共に動作し、ファイバ内に応力 誘起複屈折現象を与え、核複屈折により偏波面保持光ファイバが得られる。

上記従来の方法はいずれも非常に多くの製造ステップを必要とし、その場合、延 伸ファイバの不一致が各ステップに導入され、従って多くの光フアイバ用途で必 要とされる程十分な複屈折性を持たない延伸ファイバが製造されている。更に、 上記の方法の多くのものけ現在の光フアイバ製造設備とは両立せず、従って偏波 面保持ファイバを成形するには更に他の二次加工が必要となる。

本発明の要約 本発明は、従来１、の技術の問題点を改良するもので、ファイバプレフォームを 加熱変形させることにより偏屈折の大きな偏波面保持光ファイバを形成し、これ によりコアを本質的に円形のままにして円形クラッド層を十分に楕円形状にする 新しい方法に関するものである。

本発明の一側面として、製造が容易でプレフォームの加熱と変形だけを要求する 偏波面保持光ファイバが与えられるが、これは標準の光フアイバ製造法に含捷れ るものである。

本発明は、断面が比較的平坦な光ファイバを与えるが、この場合これ等の平形フ ァイバは、ファイバの主軸に沿って曲げが付与され、従って各主軸の部分的な方 向性を変えないので、ファイバ内に偏光の直交結合が生じることなしに、湾曲さ れ得るものである。この平形側面は、偏光軸がファイバの検査から決定されるこ とを可能にするものである。

図面の簡単な説明 ここで図面を参照すると、若干の図面では同じ番号は同じ部分を示しているが、 第１図は本発明以前の円形ファイバプレフォームの断面図であり、 第２図は本発明の光フアイバプレフォームの加熱変形工程を図示したものであり 、 第３〜５図は本発明により成形された例示としての３個の光フアイバプレフォー ムの断面図であり、また第６〜９図は本発明により成形されたプレフォームから 延伸により得られた複数の光ファイバの屈折率分布を示すものである。

詳細な説明 図面を参照すると、第１図は本発明を適用する以前の光フアイバプレフォームの 断面図である。図に示したように、プレフォームはコア領域１０と、内部クラッ ド層１２、さらにそれを囲むシリカ基板領域１４とからなる。

本発明によれば、コア領域とクラッド層の形成には各種材料を使用でき、その場 合特定材料の使用法は所望の最終ファイバの型に従って決定される。例えば、偏 波面保持ファイバには単一偏波ファイバとは異なる材料が用いられ、これ等の差 異については以下に詳述する。先ず、本発明により、クラッド層またはそｄ複数 層はコア領域に用いられる材料より融点の低い材料で形成されなければならず、 その結果コアは加熱、変形工程中もほぼ硬質で円形を保持している。

本発明のプレフォーム整形工程を第２図に示す。本発明に従って、プレフォーム の局所部分が先ず、シリカ基板領域１４の軟化開始温度まで加熱される。クラッ ド層はシリカ基板領域１４より融点がはるかに低いので、該層１２は、基板領域 １４が軟化を始める時はほぼ液化されている。コア領域１０は、クラッド領域１ ２より融点が高く、熱源から除去されるので、加熱工程中もその円形断面形状を 保持している。シリカ基板領域１４が軟化し始めると、プレフォームは、内部ク ラッド領域１２が十分に平坦化されるように変形される。第２図に示したよって 、プレフォームを変形する１つの方法が１対の金属板１６及び１８でプレフォー ムを圧搾することで与えられる。このプレフォームは、シリカ基板領域１４が両 側に等しい力で圧搾し、はぼ平らな側壁を持つプレフォームとして与えられる点 に注目すべきである。

プレフォーム周囲の加熱部の内外で回転するアームに金属板１６及び１８を固定 することにより自動プレフォーム整形が可能になる。カラスレース（ｇｌａｓｓ 　１ａｔｈｅ　）の接点により作動される空気ピストンによりこれ等のアームは 駆動される。本発明により、加熱し、圧搾されるファイバの長さは金属板の長さ に合致されるべきである。

力ｌ熱プレフォーム領域が金属板の大きさより短かいと、プレフォーム構造に亀 裂が生じるが、プレフォームの加熱領域が金属板の太きさより長いと、プレフォ ームはたるむようになる。金属のファイバーへの固着を防ぐために、金属板１６ 及び１８は水冷される点に注目すべきである。一方、板１６及び１８は、例えば 、炭素または融解シリカからも形成され、その場合、これ等の材料は金属の固着 問題を示さない。

本発明の方法により作製した例示としての３種の光フアイバプレフォームの断面 図を第３〜５図に示す。第３図に示したように、第１のプレフォーム２ｏは円形 インデックスドープコア２２と、極度に楕円形状の応力クラッド２４及び基板２ ６とからなる。本発明により、プレフォーム２０の側壁Ａ及びＢは加熱及び圧搾 工程によりほぼ平坦である。第４図に示した第２プレフオーム３゜は、シリカコ ア３２、楕円形内部クラッド層３４、フッ素ドープ外部クラッド層３６、及び基 板３８を含む互性構造になっている。第１プレフオーム２０と同様に、プレフォ ーム３０の側壁Ｃ及びＤは本発明の工程かられずかに平坦にされている。最後に 、第５図に示したように、プレフォーム４０はインデックスドープコア領域４２ 、円形障壁層４４、該障壁層４４に隣接する応力クラッド層４６、及び基板４８ からなる。障壁層４４はシリカがら形成されるので、加熱工程中は軟化せず、従 って、プレフォームの絞り出し時に変形されることはない。プレフォーム２０及 び３０の側壁と同ｉｔ＜、プレフォーム４０の側壁Ｅ及びＦもわずかに平坦化さ れる。

本発明により得られたプレフォームから最終ファイバを延伸する際は、ファイバ に、その加熱、延伸時に丸みをつけさせない方法を用いなければならない。考慮 すべき最も重要なパラメータは延伸張力であり、これは延伸温度及び延伸速度に 直接関係する。５グラム以下の張力で延伸されるファイバは通常はプレフォーム に付与されている楕円率を殆んど失うことが見出されている。張力がほぼ１０グ ラムの場合は、シリカ基板領域はがなり丸みをつけられるようになるが、クラッ ド層の断面はわずかに楕円性を残している。２０グラム以上の張力で延伸される ファイバはほんのわずか丸みをつけられる傾向があるが、張力５０グラムの場合 は認め得る程の丸みはつけられない。

本発明により成形された例示としての光ファイバの組の屈折率分布が第６〜９図 に示しであるが、これは、偏波面保持ファイバ（第６図及び７図）及び単一偏波 ファイバ（第８図及び９図）の屈折率分布を示したものである。第６図は、シリ カコア、ホウ素及びゲルマニウムドープ内部クラッド層、及びフッ素ドープ外部 クラッド層からなる偏波面保持ファイバの屈折率分布を与える。コアとフッ素ド ープクラッド層との屈折率差はΔで示される。内外部クラッド層間の屈折率差は Δよりはるかに小さく、δで示される。類似の分布が第７図に示しであるが、そ の場合、この例におけるコア領域はゲルマニウムドープシリカ（即ち、インデッ クスドープコア）で与ｉられる。ここで、コア領域と周囲基板との屈折率差は、 コアに含捷れるゲルマニウムのために、小さくなるが、全体のΔは第６図に示し たものと同じである。本発明による単一偏波ファイバの屈折率分布を第８図に示 す。図かられかるように、コア領域はシリカからなり、内部クラッド層はホウ素 ドープシリカからなり、また外部クラッド層はフッ素ドープシリカからなる。第 ６図及び７図に示した屈折率分布とは異なり、ホウ素のみをドープした内部クラ ッド層は偏波面保持ファイバよりはるかに犬きな（Δ十δ）を与える。また、第 ８図かられかるように、Δは、偏波面保持ファイバの場合より小さく、δは大き い。第８図に示したものと同じＣΔ＋δ）の因子が第９図の屈折率分布に示して あり、その場合シリカコアはゲルマニウムドープコアと代替されている。フッ素 ドープシリカの外部クラッド層は、純粋なシリカコア及びシリカ基板チューブを 持つファイバに必要となるにけである点が注目されるべきである。しかし、比較 的低い濃度のコアードーパントを用いて円形コアーを容易に得ることが出来るの で、フッ素ドープシリカ層も、ゲルマニウムドープコアーを持つファイバに、よ く用いられる。

更に、本発明の工程に従って、ゲルマニウムをリンで代替して他の構造を形成す ることが出来る。

本発明の付加的な利点として、延伸ファイバの非円形外部形状が有用なことが考 えら］れる。平坦分布は主軸が容易に配置されることを可能にする。更に、ファ イバは１軸にのみ沿って湾曲する傾向があり、従って、曲げ摂動が偏光の直交結 合を惹起することはなく、これは、これ等の摂動は主軸に沿う複屈折だけを与え るということに起因するためである。

国際調査報告 ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　ＴｈムｒＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯ ＲＴ　ＯＮ第１頁の続き ■ＩｎＪＣ１，’　識別記号　庁内整理番号＠発明　者　ストーレン、ロジャー ス　ホー　アメ１ル　−マ： ノカ合衆国　０７７６０　ニュージャーシイ、ラムソン、ウォータ／　アヴエニ ュー　７７

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．はぼ円形の内部コア領域と、融点が内部コア領域周囲の内部コア領域より低 い十分にドープしたクラッド領域とを有する光フアイバプレフォームから光フア イバプレフォームを製造する方法であって、 （ａｌ　局部領域が軟化し始めるまでプレフォームの局部領域を加熱するステッ プと、 ［ｂｌ　内部コアー領域をほぼ円形の１まにして、局部領域を変形ζせ、十分に ドープしたクラッド領域を偏平にするステップとを特徴とする光フアイバプレフ ォーム製造法。 ２、　ステップ（ｂｌの実施時に、前記十分にドープしたクラッド領域を変形し て楕円形断面を与え、狭い寸法の内部コア領域に接していることを特徴とする請 求の範囲第１項に記載の光フアイバプレフォーム製造法。 ３、　ステップｔｂ＋が光フアイバプレフォームの両辺に圧力を加えて該プレフ ォームを偏平にすることを含むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光フ アイバプレフォーム製造法。 ４、内部コア領域がＳｉ　Ｏ２からなり、また十分にドープしたクラッド領域が ホウ素をドープし、ゲルマニウムをドープした５４０２からなることを特徴とす る請求の範囲第１項に記載の光フアイバプレフォーム製造法。 ５、内部コア領域が８４０２からなり、また十分にドープしたクラッド領域がホ ウ素をドープし、リンをドープしたＳ４．０□からなることを特徴とする請求の １囲ｆｊ、１項に記載の光フアイバプレフォーム製造法。 ６　内部コア領域がゲルマニウムドープＳｃ　０２からなり、十分にドープした クラッド領域がホウ素ドープ及びゲルマニウムドープＳｔ　０２からなることを 特徴とする請求の範囲第１項に記載の光ファイバプレフォーム製造法。 ７、　内部コア領域がリンドープＳｃ　０２からなり、十分にドープしたクラッ ド領域がホウ素ドープ及びリンドープ５４０２からなることを特徴とする請求の 範囲第１項に記載の光フアイバプレフォーム製造法。 ８、　内部コア領域がＳｃ　Ｏ２からなり、また十分にドープしたクラッド領域 がホウ素ドープ５ｔｏ２からなることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の光 フアイバプレフォーム製造法。 ９、　内部コア領域がゲルマニウムドープＳｔ　Ｏ２がらなり、また十分にドー プしたクラッド領域がホウ素ドープ５４０２からなることを特徴とする請求の範 囲第１項に記載の光フアイバプレフォームの製造法。 １０、内部コア領域がリンドープＳｃ　Ｏ２からなり、また十分にドープしたク ラッド領域がホウ素ドープＳｉ　Ｏ２からなることを特徴とする請求の範囲第１ 項に記載の光フアイバプレフォーム製造法。 １１　内部コア領域がドープしたシリカのコアがらなり、また光ガイドシリカ障 壁層が前記ドープシリカコアを囲繞することを特徴とする請求の範囲第１項に記 載の光〕アイバブレフオーム製造法。 １２　内部コア領域がドープシリカコアからなり、また光導フッ素ドープシリカ 障壁層が上記ドープシリカコアを囲むことを特徴とする請求の範囲第１項に記載 の光フアイバプレフォーム製造法。