JPS62501237A - 光フアイバとその製造方法 - 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】 本発明は、光ファイバ並びに、特に高い円形複屈折を示す光ファイバの製造方法 に関する。本発明はまた、このようなファイバの測定装置への使用も含み、電流 測定装置に特殊な用途を見出すものである。

電流モニタは発電工業において、グリッド上の負荷の効率をめるのに広く使用さ れている。通常は、これらの測定には大容量の高圧変流器が使用されるが、この 変流器は高い絶縁性を必要とし、従って高価であり、形も大きくなる。さらに測 定系のバンド幅も小さく、それ故高速な過渡現象（例えば雷撃）のモニタリング は困難である。従ってより安価で簡単な代替品が必要となるわけである。このよ うな代替品は光フアイバ電流モニタで提供され、光ファイバは誘電体であり従っ て電気を通さないのでこのモニタであれば絶縁の必要性は殆んどまたは全くない 。センサアームは軽量で可焼性のあるファイバであるので取扱いが簡単で便利で ある。このようなモニタは広いバンド幅を肩し、従ってグリッド上の極めて高速 な過渡現象のモニタリングも容易である。

光フアイバ電流モニタは、ファラデー効果−即ち、磁界が光の進行方向と一致す るとき光の直線偏光は種々の物質内で回転すること、を利用している。このよう な磁界は電流が流れている［Ｍの周囲に存在する。この磁界は円形であってアン ペアの法則により方向が一定し、磁界の線積分が電流強度を与える。

簡単な電流モニタにおいては、Ｘ線の囲りに単一モードのモニタ光ファイバが一 回巻かれているだけである。偏光がファイバ内に投入される。電流が流れるとそ れに起因する磁界がファイバ内を進行する光と相互作用をなし、ファラデー効果 によりファイバから出る光の偏光面は回転される。光はなお直線偏光のままでは あるが、偏光面はファイバの単一ループで囲まれた中を流れる電流に基づく磁界 の線積分に比例する値だけ回転される。この回転量はループで囲まれた中の真の 電流値のみに関係し、ループの形状によっても変らず、才たどんなに近接した電 線があってもそれがループ外の電線であれば、そこに流れる電流に基づく磁界が 存在していてもそれによって回転量が影響されることはない。Ｘ線の囲りにファ イバを複数回巻くことにより感度の高い計器が形成できる。さらに光を先方端で 例えば鏡などを用いてファイバを戻って反射させれば、回転量は２倍になる。フ ァイバは導体の周りに巻き付けたり巻き戻したりが自由に可能なので、これはし ばしば用いられる便利な方法である。

しかしながら、実際の単一モードファイバはコアの楕円率または非対称応力によ り直線的に複屈折を示すのが欠点である。

即ちファイバはその伝播定数間隔が複屈折率Δβに等しい２つの直交偏光モード を有することを意味する。光の偏光状態はファイバに沿って周期的にＬｐ＝２π Δβ　のビート長さをもって発生する。この結果この直線複屈折が小さなファラ デー回転を押えて（歪ませるといった方がよい）光フアイバ電流モニタを作動不 良としてしまう。結局、光と磁界との相互作用の最大長さはＬｐ／２に制限され るが、・ここでＬｐは一般に１〜１０ｍである。高電圧導体では直径約１ｍのフ ァイバループの使用が必要であるので、ファイバの直線複屈折の発生が、使用巻 き回数を極度に制限してしまう。

この問題の解決法の１つは低複屈折率ファイバを作ってＬｐを増加することであ る。これは、極めて真円に近いファイバを製作するこきにより、あるいはファイ バが引き伸ばされたあとファイバを捩ることにより、またはスピニングをかけた ファイバを製作するためにファイバ引伸ばし工程の間にプレフォーム（母材）に スピンを与えることにより達成される。

捩りファイバおよびスピンファイバの両方は、直線−複屈折ファイバの多数断面 体とみなすことが可能で、このファイバ内で各断面体は前の断面体の複屈折を打 消すことになる。このようにして全体の直線−複屈折はほぼゼロに平均化され、 これにより、ファイバ本来の複屈折の問題は完全に削除される。

しかしながらこの方法も完全な解決法ではなく、それはファイバに固有の複屈折 にはその他の原因、即ち曲りとか側方の圧力とかがあるからである。従ってこの ような低複屈折スピンファイバでもケーブルまたはコイル内に組込まれると、複 屈折が再現して電流測定を左右してしまう。

われわれはファイバの適当な形状のものを選択することにより、これらの問題を 克服できることを発見した。

即ち本発明はここに、その軸がらせん状に配置された単一モード光ファイバから なる磁界検知装置を提供する。

本発明はさらに、ファイバ引伸ばし工程において、保持管上に設けられた偏心コ アを含む光フアイバプレフォームにスピンを与えることによって高度真円形−複 屈折光ファイバを製造する方法も提供する。

次に本発明の実施例を添付図の例で説明する。ここで、第１図はらせん状コアを 有するファイバを示す。

第２図はらせん状コアを有するファイバの断面図を示す。

第３図はらせん状コアを有するファイバの代替形状を示す。

第４図は元ファイバプレフォームを管内に取付けたところを示す。

第５図は回転チャックを用いてファイバを引伸ばすところを示す。

第６図はマンドレル上にファイバを巻き付けたところを示す。

第１図はらせん状コアを有するファイバの略図を示す。らせんのピッチ長さはＰ でコアの偏心量はＱである。実際の円形−複屈折ファイバにおいては、Ｐは０． １　＊ｖ〜１０都の範囲で、Ｑは１０μｍよりやや大きい値である。もしファイ バが完全に等質であって、応力、捩れまたは直線形複屈折が存在しないならば、 直線偏光光線がファイバ内に投射されたときは、出力光線の偏光もまたｒ［線形 であることが確認されるであろう。ファイバが整数個のピッチを有する特殊ケー スでは、ファイバの出力側における光の伝播方向は入力側における方向に平行で ある。

しかし出力側直線偏光の方向はファイバの入力側の方向に対し回転されているこ とが分かる。これは単純に幾何学的現象から生ずることで、一般に、直［偏光は 非平面曲線（たとえばらせん）を通す夛）き必らず回転を生じ、つまり光線は直 線偏光のま才ではあるが、偏光面の方向は回転しているのである。直線偏光の回 転は円形複屈折に等置可能なので、らせん状コアファイバは円形複屈折を有する こととなる。

ファイバを電流モニタに適合させするのに十分な複屈折を有する円形複屈折らせ ん状コアファイバをわれわれは製作した。第２図は、ファイバを電流モニタ装置 乏して使用するのに適する十分な＋Ｘ屈折を有するファイバの断面を示す。ファ イバはシリカの毛細管からなり、その内部にコーｒ／クラディングのウェーブガ イド領域が添付されている。ファイバがそれから製作されるプレフォームの断面 も第２図に類似している。

らせん状コアファイバはプレフォームから、ファイバ引伸ばし工程においてプレ フォームにスピニングを与えることで製作される。適当なスピニング工程は英国 特許出願箱２１０２７２６　Ａ号に開示されている。

直径の小さいプレフォーム１（たとえば直径５ｍｍ）は化学蒸着のような通常の プレフォーム製造工程で製造される。次にこのプレフォームは例えば内径２３酩 のガラス管の内部に置かれ横側に付着される（第４図χこの構造は偏心コアを有 する新規なプレフォームからなる。プレフォーム３は第５図のように回転チャッ ク４内に保持され、チャック４はモータで駆動され、かつ制御された速度で炉５ 内に送られる。ファイバは通常のファイバ引伸ばし技術を用いて、プレフォーム から引伸ばされこのとき代表的な引伸ばし速度は２ｍ／ｍｉｎで、代表的なプレ フォーム回転速度は１０００　ｒ、　ｐ、ｍ、が用いられる。注意すべきことは ファイバの中空を保持することで、初期のプレフォーム形状を維持することであ る。これは低い温度で引伸ばすことで達成され、これで粘性流動の危険性が避け られる。第２図は成型後のファイバの断面を示す。ファイバは中空でほぼ円形の ガラス壁からなり、この壁土にウェーブガイド領域が存在する。コア偏心量は約 １００μｍであり、成型後のらせんのピッチは約２龍である。このピッチはファ イバの引伸ばし速度に対するプレフォームの回転速度の比率を変えることで変化 可能である。第２図に示すファイバは、９０闘の長さの間に偏光面は完全に１回 転（即ち３６０°）することを示した。捩りファイバを用いてこの光学回転を得 るには約１５２回／ｍの捩りを必要とし、この数値は実際の限界を超えている。

プレフォームは同様に中実とすることも、毛細管の外壁上に直接あるいは外壁内 に配置することも可能である。さらにファイバは、光ファイバに適した種々のコ ーティングの任意方法で線形にコートすることも可能である。

この実施例のファイバの性能は、コア偏心量を増加して、例えば３００μｍとし 、ピッチを１〜３龍とすることによって改良が可能である。この条件下ではファ イバは１〜３０１ｍの長さ内で完全な光学回転をすることに対応する高い円形− 複屈折を有することが推定される。実際に１５鶴という短かい回転長さを有する ファイバを製作することが可能であった。

このファイバの実現は、コアが顕著な曲り損失を受ける前にコアにより与えられ る最小の曲率半径で制限される。この問題は最初の通常のプレフォームのコア／ クラディング屈折指数差を増すことにより軽減することが可能である。

さらに他の実施例においては、らせん状コアファイバはマンドレル上に巻付けて 製作される。

第６図は、ファイバ１が中心５部材２上に巻き付けられるところを示す。中心部 材は連続的に回転されながら前進される。これを行ないながらファイバは、送り スプールから、またはファイバ引伸ばし工程から直接的に供給される。その結果 らせん状コアファイバ３となる。この中心部材は中実でも中空でもよく、または ファイバ送りスプールを中心部材の周りに回転することも可能であることに注意 すべきである。らせん形状体を形成後、中心部材はファイバから抜取ってもよい 。中心構造部材はまた、最終ケーブルに大きな可撓性を与えるためにらせん形状 体から作ることも可能である。

ファイバを曲げると曲げ応力により、ファイバは直線複屈折折を誘起することが 知られている。らせん状コアファイバを製作して、円形複屈折を増加させるとい うことは、前述のように同時に大きな百厭複屈折が形成されることになるので、 この現象は円形複屈折を増加させるという目的を当然打消すことになる。曲げに より誘起される直線応力−複屈折は、ファイバが中心部材上に巻き付けられる途 中または巻付後に（第６図）、ファイバの応力除去のために焼鈍することで軽減 される。曲げ複屈折はファイバ直径の２乗に比例するので、外径の小さいファイ バを用いても軽減される。

プレフォームのスピニング工程で製作されるらせん状コアファイバに話を戻すと 、徨々の形状のものが可能であり、幾つかの適当な断面のものが第３図に示され ている。ファイバは中実でも中空でもよく、また円形から矩形まで種々の幾何形 状をとることが可能である。これらの総ての幾何形状は何れもオフセット量１と ウェーブガイド領域２とも有している。中空ファイバでは、この領域は毛細管壁 の内側、内部または外側の倒れにも配置可能である。この領域は実際には壁に対 し物理的に付着している必要もない。

もしファイバヂが中空でウェーブガイド領域が毛細管の内側に緩く付着されてい るときは、ファイバヂは外圧または曲げ応力から失する＠線覆屈折の影響から緩 和されることになる。このようにし゛Ｃ１円形核屈折が大きくなる結果、外部誘 起直線複屈折の軽減の他に、ファイバが中実であるときよりもファイバは荷造り に対しても本来的ｌこ感度がより小さくなることが期待される。

図面の簡単な説明 国際調査報告 １１１−＠Ｉ櫓鵠「＾−畦ロー１１１１Ｎロ　ＰＣＴ／ＧＢ　８５１００５９７

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．その軸がらせん状に配置された単一モード光フアイバからなる磁界検知装置 。
2. ２．前記フアイバが円筒状成形体の表面に隣接して配置されている、請求の範囲 第１項に記載の単一モード光フアイバからなる磁界検知装置。
3. ３．前記成形体が管であつて、フアイバが前記管の内表面に隣接して配置されて いる、請求の範囲第２項に記載の単一モード光フアイバからなる磁界検知装置。
4. ４．前記フアイバが前記成形体の外表面に隣接して配置されている、請求の範囲 第２項に記載の単一モード光フアイバからなる磁界検知装置。
5. ５．前記単一モードフアイバのコアの偏心量が２００〜３００μｍの範囲でその ピツチが２〜３ｍｍの範囲である請求の範囲第３項に記載の磁界検知装置。
6. ６．円柱形プレフオームをガラス管内に置くこと、このプレフオームを回転チヤ ツク内に取付けること、この管を炉内に入れること、およびプレフオームから中 空フアイバを作ることからなる磁界検知装置の製作方法。
7. ７．単一モードフアイバをほぼ円柱形の成型体の外面上に巻き付けることからな る磁界検知装置の製作方法。
8. ８．前記請求の範囲第１項から第５項のいずれかに記載の磁気検知センサを組込 んでいる電流センサ。