JPWO2003075058A1 - 偏波保持光ファイバおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

コア部２１の外周にクラッド部２２が形成された中間体２０Ａを元に、クラッド部２２内にコア部２１を挟んで１対の孔部２３、２４がｚ軸に平行に設けられて、中間体２０が作製される。この中間体２０では、ｘ軸方向の幅Ｒｘよりｙ軸方向の幅Ｒｙが小さくされている。そして、中間体２０の孔部２３に柱状の応力付与部３３が挿入され、孔部２４に柱状の応力付与部３４が挿入されて母材４０とされ、これらが線引きされつつ一体化されて、偏波保持光ファイバが製造される。

Description

技術分野
本発明は、クラッド領域内にコア領域を挟んで１対の応力付与領域を有する偏波保持光ファイバ、および、このような偏波保持光ファイバを製造する方法に関するものである。
背景技術
一般的な偏波保持光ファイバは、クラッド領域内にコア領域を挟んで１対の応力付与領域を有している。こうした偏波保持光ファイバは、１対の応力付与領域それぞれの中心を互いに結ぶ第１方向とこれに直交する第２方向とで残留応力が異なることから、これにより複屈折性を有していて、光の偏波状態を保持したまま光を伝搬させることができる。
このような偏波保持光ファイバの従来の製造方法の１例は以下のとおりである。ＧｅＯ_２が添加された石英ガラスからなる円柱状のコア部の外周に、石英ガラスからなるクラッド部を形成する。そして、クラッド部内にコア部を挟んで１対の円柱状の孔部を軸方向に平行に設けることで、中間体を作製する。この中間体の１対の孔部それぞれに、Ｂ_２Ｏ_３が添加された石英ガラスからなる円柱状の応力付与部を挿入し、これらを線引しつつ一体化することによって、偏波保持光ファイバが得られる。
この線引により、中間体のコア部は偏波保持光ファイバのコア領域となり、中間体のクラッド部は偏波保持光ファイバのクラッド領域となり、中間体の応力付与部は偏波保持光ファイバの応力付与領域となる。また、応力付与部とクラッド部とでは熱膨張係数が相違することから、線引時の加熱および線引後の冷却に因り、製造された偏波保持光ファイバにおいて、非軸対称性を有する残留応力がコア領域に作用し、これにより複屈折性が生じる。
特開昭６０−２４２４０６号公報には、応力付与部が配置されていない側のクラッド表面が予め平坦な面に研磨されたプリフォームから、クラッド表面の平坦面が保たれた光ファイバを線引きすることが開示されている。また、特開２００１−２２０１６８号公報には、非円形断面のプリフォームから、非円形断面のコアを有する多モード光ファイバを製造することが開示されている。
発明の開示
しかしながら、上記の従来技術により製造される偏波保持光ファイバは、クラッド領域外周が正確な円形とはならず非円を生じる。このように偏波保持光ファイバのクラッド領域外周が非円であると、この偏波保持光ファイバの端部に光コネクタを接続しようとする際に、その端部を光コネクタのフェルールに挿入することができない事態も生じ得る。また、このような偏波保持光ファイバを他の偏波保持光ファイバと接続すると、コアの軸ずれによる損失や、偏波軸ずれによる偏波特性の変化が生じることもある。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、クラッド領域外周の非円を低減することができる偏波保持光ファイバ製造方法および偏波保持光ファイバを提供することを目的とする。
本発明に係る偏波保持光ファイバ製造方法は、軸方向に延びるコア領域を包囲するクラッド領域内に、このコア領域を挟む１対の応力付与領域を有している偏波保持光ファイバを製造する方法であって、コア領域となるコア部を包囲し、クラッド領域となるクラッド部内に該コア部を挟んで軸方向に並行に延びる１対の孔部を有する中間体であって、その軸方向に垂直な断面における１対の孔部の中心を結ぶ第１方向の幅よりこれに直交する第２方向の幅が小さい中間体を作製し、この中間体のこれら１対の孔部それぞれに該孔部の内径よりわずかに外径の小さい応力付与部を挿入し、これらを線引きしつつ一体化することにより、偏波保持光ファイバを製造する、ことを特徴とする。
この偏波保持光ファイバ製造方法では、中間体の孔部に応力付与部が挿入された状態において、孔部の内壁面と応力付与部の外壁面との間に僅かに間隙が存在する。したがって、これらを線引して偏波保持光ファイバを製造すると、１対の応力付与領域それぞれの中心を互いに結ぶ第１方向の幅の縮小率は、これに直交する第２方向の幅の縮小率より大きくなる。しかし、中間体において、第１方向の幅より第２方向の幅が小さくされていることにより、線引されて得られる偏波保持光ファイバは、第１方向の幅と第２方向の幅との比が１に近くなり、クラッド領域外周の非円の程度が低減される。
また、他の本発明に係る偏波保持光ファイバ製造方法は、軸方向に延びるコア領域を包囲するクラッド領域内に、コア領域を挟んで１対の応力付与領域を有している偏波保持光ファイバを製造する方法であって、コア領域となるコア部を包囲し、クラッド領域となるクラッド部内に該コア部を挟んで軸方向に並行に延びる１対の孔部を有する中間体を用意し、中間体のこれら１対の孔部それぞれに該孔部の内径よりわずかに外径の小さい応力付与部を挿入して光ファイバ母材を製造し、光ファイバ母材を１ｇ以上１０ｇ以下の線引張力で線引きしつつ一体化し、その際に光ファイバ母材のネックダウン部の外径が３ｍｍとなる点でクラッド非円率を１％以下とすることにより偏波保持光ファイバを製造する、ことを特徴とする。
この偏波保持光ファイバ製造方法でも、中間体の孔部に応力付与部が挿入された状態において、孔部の内壁面と応力付与部の外壁面との間に僅かに間隙が存在する。したがって、これらを線引して偏波保持光ファイバを製造すると、１対の応力付与領域それぞれの中心を互いに結ぶ第１方向の幅の縮小率は、これに直交する第２方向の幅の縮小率より大きくなる。しかし、光ファイバ母材を１ｇ以上１０ｇ以下の線引張力で線引きしつつ一体化し、光ファイバ母材のネックダウン部の外径が３ｍｍとなる点でクラッド非円率が１％以下とすることにより、線引されて得られる偏波保持光ファイバは、クラッド領域外周の非円の程度が低減される。中間体の軸方向に垂直な断面において、１対の孔部の中心を結ぶ第１方向の幅よりこれに直交する第２方向の幅を小さく形成することが好適であり、この場合には、クラッド領域外周の非円の程度が更に低減される。
本発明に係る偏波保持光ファイバ製造方法は、中間体の母材の軸方向に垂直な断面形状が円形であり、第２方向の外周部分を研削することにより中間体を作製することが好適である。中間体の軸方向に垂直な断面において、第１方向の幅より第２方向の幅が０．５％〜１０％小さいことが好適である。さらには、２％〜７％小さいのが好適である。この比が小さすぎると、光ファイバの非円の改善の程度が小さく、この比が大きすぎると、光ファイバの第２方向の幅が小さくなりすぎて却って非円するからである。また、中間体のコア部の軸方向に垂直な断面形状は、これが内接する円に対して、第１方向または第２方向の少なくとも一方向の径の両端部がこの円の円周より円の中心側に配置される形状であることが好ましい。このような中間体を用いると、コアの非円化を抑制することができる。このとき、コアの非円化を抑制するために、第１方向と第２方向のいずれの端部をどのくらい中心に寄せるかは、応力付与部、クラッド部の形状等によって異なってくる。また、線引きの際の線速が９０ｍ／分以下であるのが好適であり、線引張力が１６ｇ以下であるのが好適である。
また、本発明に係る偏波保持光ファイバ製造方法は、中間体の１対の孔部それぞれに応力付与部を挿入した後に、１対の孔部それぞれと応力付与部との間の間隙を不活性ガスまたはハロゲンガスの雰囲気として、光ファイバ母材を加熱する工程を備えているのが好適である。
本発明に係る偏波保持光ファイバは、軸方向に延びるコア領域を包囲するクラッド領域内に、コア領域を挟む１対の応力付与領域を有している偏波保持光ファイバであって、クラッド非円率が１．０％以下であることを特徴とする。また、クラッド非円率が０．５％以下であると更に好適である。さらに、ＭＦＤの角度変動が２％以下であると好ましい。このような偏波保持光ファイバは、上記の本発明に係る偏波保持光ファイバ製造方法により製造される。
本発明に係る偏波保持光ファイバ用コアロッドは、偏波保持光ファイバの材料として用いられるコアロッドであって、軸方向に直交する断面形状が少なくとも１方向の直径の両端が除去された円の形状を有していることを特徴とする。このコアロッドを用いて作られた偏波保持光ファイバは、コアの非円率が抑制される。
さらに、本発明に係る光ファイバ通信システムは、伝送器と、受信器とを、光信号を伝送するこのような偏波保持光ファイバによって接続して構成されるのが好適である。
発明を実施するための最良の形態
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
先ず、従来の製造方法により製造された偏波保持光ファイバのクラッド領域外周が非円となる原因について、本願発明者による考察の内容を説明する。偏波保持光ファイバのクラッド領域外周が非円となるのは、以下の原因によるものと考えられる。中間体の孔部に応力付与部が挿入された状態において、孔部の内壁面と応力付与部の外壁面との間に僅かに間隙が存在する。すなわち、このような間隙が存在することから、中間体のクラッド部の外周が正確な円形であっても、線引により得られた偏波保持光ファイバでは、１対の応力付与領域それぞれの中心を互いに結ぶ第１方向の幅は、この第１方向と直交する第２方向の幅より狭くなる。このことから、偏波保持光ファイバのクラッド領域外周が正確な円形とはならず非円となると考えられる。本願発明は、このような考察に基づいて為されたものである。
次に、本実施形態に係る偏波保持光ファイバ製造方法により製造される偏波保持光ファイバについて説明する。図１Ａ、図１Ｂは、偏波保持光ファイバ１の説明図である。これらの図には、説明の便宜の為に、偏波保持光ファイバ１の光軸と平行なｚ軸を有するｘｙｚ直交座標系も示されている。図１Ａは、光軸と垂直な面で切断したときの偏波保持光ファイバ１の断面（横断面）を示し、図１Ｂは、光軸を含む面で切断したときの偏波保持光ファイバ１の断面（縦断面）を示す。
これらの図に示される偏波保持光ファイバ１は、円形の断面形状を有するコア領域１１と、このコア領域１１を取り囲み円形の外周を有するクラッド領域１２と、クラッド領域１２内にコア領域１１を挟んで設けられた１対の応力付与領域１３、１４とを備えている。応力付与領域１３、１４それぞれの中心を互いに結ぶ第１方向はｘ軸に平行であり、第１方向に直交する第２方向はｙ軸に平行である。コア領域１１は、ＧｅＯ_２が添加された石英ガラスからなり、クラッド領域１２は、石英ガラスからなる。また、応力付与領域１３、１４それぞれは、Ｂ_２Ｏ_３が添加された石英ガラスからなる。
この偏波保持光ファイバ１は、クラッド領域１２よりコア領域１１の方が高屈折率となっており、ｚ軸に平行な方向に光を伝搬させることができる。また、この偏波保持光ファイバ１は、コア領域１１に作用する残留応力がｘ軸方向とｙ軸方向とで相違するものとなっており、これにより複屈折性を有していて、光の偏波状態を保持したまま該光を伝搬させることができる。
（第１実施形態）
次に、本発明に係る偏波保持光ファイバ製造方法の第１実施形態について説明する。図２Ａ〜図２Ｃおよび図３〜図５それぞれは、この第１実施形態の偏波保持光ファイバ製造方法の説明図である。図２Ａ〜図２Ｃは、この第１実施形態における中間体２０および光ファイバ母材４０の断面形状および作製工程を示している。図３は、この光ファイバ母材４０の形状を示す斜視図である。図４は、図３に示される光ファイバ母材４０の両端にダミーパイプ９１，９２を取り付けた様子を示す図である。また、図５は、この第１実施形態における線引工程を示す概略図である。
初めに、図２Ａに示されるような中間体母材２０Ａが作製される。この中間体母材２０Ａは、ＧｅＯ_２が添加された石英ガラスからなる円柱状のコア部２１（偏波保持光ファイバ１のコア領域１１となる。）の外周に、石英ガラスからなるクラッド部２２（偏波保持光ファイバ１のクラッド領域１２となる。）が形成されたものである。このような中間体母材２０Ａは、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法およびＭＣＶＤ法などにより作製される。
続いて、この中間体母材２０Ａから、図２Ｂに示されるような中間体２０が作製される。この中間体２０は、クラッド部２２内にコア部２１を挟んで１対の孔部２３、２４がｚ軸に平行に設けられたものである。１対の孔部２３、２４それぞれの中心を互いに結ぶ第１方向はｘ軸に平行である。また、この中間体２０は、ｘ軸方向の幅Ｒ_ｘよりｙ軸方向の幅Ｒ_ｙが小さくされている。孔部２３，２４の形成は機械的な穿孔工程により為される。また、ｘ軸方向の幅Ｒ_ｘよりｙ軸方向の幅Ｒ_ｙを小さくするには、クラッド部２２の外周のうち＋ｙ側部分２５を厚さＲ_１だけ機械研削して扁平な面とするとともに、クラッド部２２の外周のうち−ｙ側部分２６を厚さＲ_２だけ機械研削して扁平な面とすることにより為される。なお、この機械研削は例えばマシニングセンタにより為される。
そして、この中間体２０から、図２Ｃおよび図３に示されるような母材４０が作製される。この母材４０は、中間体２０の孔部２３に柱状の応力付与部３３が挿入され、孔部２４に柱状の応力付与部３４が挿入されたものである。応力付与部３３，３４は、Ｂ_２Ｏ_３が添加された石英ガラスからなる。
その後、図４に示されるように、母材４０の一端にダミーパイプ９１が接続され、母材４０の他端にダミーパイプ９２が接続される。ダミーパイプ９１、９２それぞれは、母材４０と同程度の外径を有し、孔部２３，２４それぞれの中心点を互いに結ぶ線分の長さ程度の内径を有している。この結果、一方のダミーパイプ９１の内部空間から、母材４０における孔部２３，２４と応力付与部３３，３４との間の間隙を経て、他方のダミーパイプ９２の内部空間へ、気体が通り抜けられるようになっている。
そして、この状態で、一方のダミーパイプ９１の内部空間から他方のダミーパイプ９２の内部空間へ不活性ガスまたは塩素ガス等のハロゲンガスを流しつつ（以下、ヘリウムガスを用いる場合を例に説明する。）、母材４０を回転させながら母材４０を加熱する。この加熱は、火炎によるものであってもよいし、誘導加熱によるものであってもよい。これにより、母材４０における孔部２３，２４と応力付与部３３，３４との間の間隙が清浄化される。加熱温度が７００℃以下であると清浄化が充分には行われず、加熱温度が１６００℃以上であると応力付与部３３，３４に亀裂が生じることがあるので、加熱温度は８００℃〜１５００℃の範囲であるのが好適である。
このように処理された母材４０は、孔内が一旦ヘリウムガスで置換された後に孔内が真空にされ、母材４０の一端（ダミーパイプ９１側）が封止されて、ダミーパイプ９１が切り離され、他のダミーパイプ９２の中央部が加熱されて封止される。そして、図５に示されるように、母材４０は線引されつつ一体化され、偏波保持光ファイバ１が製造される。すなわち、不活性ガスが供給されている加熱炉５１内に母材４０が配置され、その母材４０の下端部が加熱・延伸されて細径化され、偏波保持光ファイバ１となる。加熱炉５１から出た偏波保持光ファイバ１は、外径測定器５２によりクラッド径が測定され、被覆装置５３により樹脂被覆され、外径測定器５４により被覆層の外径が測定される。さらに、この偏波保持光ファイバ１は、キャプスタン５５、ローラ５６、ダンサローラ５７およびローラ５８を順に経て、ボビン５９に巻き取られる。線引時の線速および線引張力は、キャプスタン５５の回転速度、および、加熱炉５１による母材４０の加熱温度（加熱炉５１へ供給される電力）により決定される。
本実施形態では、母材４０の孔内を一旦ヘリウムで満たした後に孔内を真空にしたので、低張力にしても、光ファイバの外径の急激な変化の頻度を激減させることができる。これは、低張力で線引するために母材の加熱温度を上げても、上記の操作をすることにより、不純物の影響を受けず、スパイクが生じないためと考えられる。スパイク部分は異常点として廃棄されるので、スパイクが多いと、線引された光ファイバは切り刻まれて、長尺の光ファイバを得ることができない。また、異常点除去のための時間もかかり、生産性が悪い。
このような製造方法では、中間体２０の孔部２３，２４に応力付与部３３，３４が挿入された母材４０の状態（図２Ｃ、図３）において、孔部２３の内壁面と応力付与部３３の外壁面との間に僅かに間隙が存在し、孔部２４の内壁面と応力付与部３４の外壁面との間にも僅かに間隙が存在する。したがって、この母材４０を線引して偏波保持光ファイバ１を製造する場合、１対の応力付与領域３３，３４それぞれの中心を互いに結ぶｘ軸方向の幅の縮小率（（Ｒ_ｘ−ｒ_ｘ）／Ｒ_ｘ）は、ｙ軸方向の幅の縮小率（（Ｒ_ｙ−ｒ_ｙ）／ Ｒ_ｙ）より大きくなる。すなわち、
（Ｒ_ｘ−ｒ_ｘ）／Ｒ_ｘ＞（Ｒ_ｙ−ｒ_ｙ）／Ｒ_ｙ …（１）
なる関係がある。ここで、ｒ_ｘは、偏波保持光ファイバ１のｘ軸方向の幅であり、ｒ_ｙは、偏波保持光ファイバ１のｙ軸方向の幅である。これらの縮小率は、Ｒ_ｘおよびＲ_ｙそれぞれの値、孔部２３の内壁面と応力付与部３３の外壁面との間の間隙の値、ならびに、孔部２４の内壁面と応力付与部３４の外壁面との間の間隙の値に、概ね依存する。
しかし、本実施形態では、中間体２０および母材４０において、ｘ軸方向の幅Ｒ_ｘよりｙ軸方向の幅Ｒ_ｙが小さくされている。すなわち、
Ｒ_ｘ＞Ｒ_ｙ …（２）
なる関係がある。このようにされていることにより、母材４０が線引されて得られる偏波保持光ファイバ１は、ｘ軸方向の幅ｒ_ｘとｙ軸方向の幅ｒ_ｙとの比が１に近くなり、クラッド領域１２の外周の非円の程度が低減される。したがって、この製造方法により製造される偏波保持光ファイバ１は、その端部に光コネクタを接続しようとする際に、その端部を光コネクタのフェルールに挿入することが容易となる。また、また、このような偏波保持光ファイバ１を他の偏波保持光ファイバと接続する場合に、コアの軸ずれや偏波軸ずれの発生が抑制される。
中間体２０および母材４０において、ｘ軸方向の幅Ｒ_ｘとｙ軸方向の幅Ｒ_ｙとの比は、これらの幅の値と間隙の値との比に応じて適切に設定される。例えば、幅Ｒ_ｘ，Ｒ_ｙが３３ｍｍであり、孔部２３の内壁面と応力付与部３３の外壁面との間の間隙の値が０．５ｍｍであり、孔部２４の内壁面と応力付与部３４の外壁面との間の間隙の値が０．５ｍｍである場合、ｘ軸方向の幅Ｒ_ｘよりｙ軸方向の幅Ｒ_ｙが０．５％〜１０％小さいのが好適である。すなわち、
０．９０≦Ｒ_ｙ／Ｒ_ｘ≦０．９９５ …（３）
なる関係式が成り立つのが好適である。より好適には、
０．９０≦Ｒ_ｙ／Ｒ_ｘ≦０．９８ …（４）
であり、更に好適には、
０．９０≦Ｒ_ｙ／Ｒ_ｘ≦０．９７ …（５）
である。また、上記のような中間体２０の形状とするとともに、線引きの際の線速が９０ｍ／分以下であるのが好適であり、また、線引張力は、１６ｇ以下であるのが好適であり、１０ｇ以下であれば更に好適であり、５ｇ以下であれば最も好適である。そして、この製造方法により製造された偏波保持光ファイバでは、クラッド非円率が１．０％以下とすることが可能であり、０．５％以下とすることもできる。
次に、この第１実施形態の実施例について説明する。表１は、実施例１〜６それぞれの諸元を纏めた図表である。

実施例１、２では、研削前のクラッド部２２の外径が３３．４ｍｍであり、長さが２９０ｍｍであり、ｙ軸方向の研削量を２％（すなわち、Ｒ_ｙ／Ｒ_ｘ＝０．９８）とした。実施例３〜６では、研削前のクラッド部２２の外径が３４．０ｍｍであり、長さが３００ｍｍであり、ｙ軸方向の研削量を３％（すなわち、Ｒ_ｙ／Ｒ_ｘ＝０．９７）とした。実施例１〜６の何れの場合にも、孔部２３，２４の内径は１０．４５ｍｍであり、応力付与部３３，３４の外径は１０．１〜１０．２ｍｍとした。
線引き時の線速については、実施例１では８５ｍ／分とし、実施例２〜５では９０ｍ／分、実施例６では５０ｍ／分とした。また、線引張力は、実施例１では１５ｇ（加熟炉５１への供給電力が１３．９ｋＷ）、実施例２では１０ｇ（加熱炉５１への供給電力が１４．２ｋＷ）、実施例３では１６ｇ（加熱炉５１への供給電力が１３．９ｋＷ）、実施例４では９ｇ（加熱炉５１への供給電力が１４．１ｋＷ）、実施例５では１８ｇ（加熱炉５１への供給電力が１３．５ｋＷ）、実施例６では５ｇ（加熱炉５１への供給電力が１４．５ｋＷ）とした。
線引して製造された偏波保持光ファイバのクラッド領域外周の非円率は、ＰｈｏｔｏｎＫｉｎｅｔｉｃｓ社製の測定器により測定された最大径および最小径に基づいて求められた。実施例１〜６の何れの場合にも、得られた非円率は１％以下であった。特に、線引張力が９ｇであった実施例４では、製造された偏波保持光ファイバのクラッド領域外周の非円率は０．７％であった。また、線速が５０ｍ／分であり線引張力が５ｇであった実施例６では、製造された偏波保持光ファイバのクラッド領域外周の非円率は０．３％であった。
図６は、実施例６で製造された偏波保持光ファイバのクラッド半径分布を示す図である。この図に示されるように、この偏波保持光ファイバは、角度に対してクラッド領域の半径が正弦波状に変化し、クラッド領域外周の非円率が０．３％であった。
このように、第１実施形態の偏波保持光ファイバ製造方法では、中間体２０および母材４０において、ｘ軸方向の幅Ｒ_ｘよりｙ軸方向の幅Ｒ_ｙが小さくされていることにより、線引されて得られる偏波保持光ファイバ１は、ｘ軸方向の幅ｒ_ｘとｙ軸方向の幅ｒ_ｙとの比が１に近くなり、クラッド領域１２の外周の非円の程度が低減される。また、線引きの際の線速が９０ｍ／分以下であり、線引張力が１６ｇ以下であれば、偏波保持光ファイバ１のクラッド領域１２の外周の非円の程度の低減に対して更に効果的である。
この第１実施形態は種々の変形が可能である。例えば、母材の形状や製造方法は、上記のものに限定されるものではない。例えば、中間体の断面形状は、図７に示されるように、ｘ軸方向の径よりｙ軸方向の径が小さい楕円形であってもよく、この場合、中間体２０Ｂを加熱することで母材４０が作製されてもよい。なお、中間体２０Ｂは、中間体２０Ａを加熱して、楕円形の内径を有するダイスに通すなどして得られる。また、図８に示されるように、図２Ｂに示された中間体に対して、＋ｙ側部分２５を機械研削して扁平な面とするとともに、その面の両端部２５ａ，２５ｂをも機械研削して扁平な面とし、また、−ｙ側部分２６を機械研削して扁平な面とするとともに、その面の両端部２６ａ，２６ｂをも機械研削して扁平な面としてもよい。
（第２実施形態）
次に、本発明に係る偏波保持光ファイバ製造方法の第２実施形態について説明する。この第２実施形態の偏波保持光ファイバ製造方法では、中間体２０の断面形状は、図２Ｂ、図８および図９それぞれに示された形状であってもよいが、外周が真円であってもよい。本実施形態でも、中間体２０の１対の孔部２３，２４に応力付与部３３，３４が挿入されて母材４０が製造される。そして、第１実施形態の場合と同様にして、図４および図５それぞれで説明された方法により母材４０が線引されて、偏波保持光ファイバが製造される。
特に、第２実施形態では、母材４０を線引する際の張力を１ｇ以上１０ｇ以下とし、母材４０のネックダウン部の外径が３ｍｍとなる点でクラッド非円率を１％以下（更に好適には０．５％以下）とする。また、線引張力が５ｇ以下であるのが更に好適である。このような条件で線引することにより、製造された偏波保持光ファイバは、クラッド領域外周の非円が充分に低減され得る。また、この偏波保持光ファイバは、モードフィールド径の角度変動量も充分に低減され得る。
これは、以下に述べるような理由に因る。すなわち、母材４０を線引して偏波保持光ファイバを製造する過程では、母材４０のガラスの表面張力が非円を低減させる効果を有する。ファイバ化温度を上昇させると、線引張力が減少して、表面張力が増し、線速を低下させることにより、表面張力が効くガラスの高温領域が広がり、両者の効果によりクラッド非円が低減する。そして、線引により母材４０の外径が小さくなるに従って、クラッド非円も小さくなっていくが、母材径が３ｍｍ程度のところで、クラッド非円率が僅かに大きくなり、最終的に得られる偏波保持光ファイバのクラッド非円率と同程度になる。それ故、母材４０のネックダウン部の外径が３ｍｍとなる点でクラッド非円率を１％以下とすることで、製造された偏波保持光ファイバのクラッド領域外周の非円率を１％以下とすることができる。また、母材４０を加熱するヒータを長くして温度分布を広くすることは、大きな表面張力を長い時間維持することができるので、非円率を低下させるのに有効である。
第２実施形態でも、第１実施形態の場合と同様に、線引きの際の線速が９０ｍ／分以下であるのが好適であり、また、線引張力は、５ｇ以下であるのが好適である。そして、この製造方法により製造された偏波保持光ファイバは、クラッド非円率が１．０％以下に維持し得る。
次に、第２実施形態の実施例について説明する。表２は、実施例ａ、ｂおよび比較例それぞれの諸元を纏めた表である。

実施例ａでは、母材径を３３ｍｍ、線引速度を４０ｍ／分、線引張力を４．５ｇとした。実施例ｂでは、母材径を３５ｍｍ、線引速度を５０ｍ／分、線引張力を５ｇとした。また、比較例では、母材径を３５ｍｍ、線引速度を１００ｍ／分、線引張力を１５ｇとした。実施例ａ，ｂおよび比較例それぞれでは、母材の外周は真円であった。
図９Ａは、実施例ａの母材のネックダウン形状およびクラッド非円率を示す図である。また、図９Ｂは、実施例ｂの母材のネックダウン形状およびクラッド非円率を示す図である。
母材のネックダウン形状の測定に際しては、１対の応力付与部を互いに結ぶ直線に対して４５度だけ傾斜させて外径測定器を設け、この外径測定器に対して母材を長手方向に走査することで、母材長手方向の各位置における母材の平均径を測定した。クラッド非円率の測定に際しては、外径測定器を固定し、母材長手方向の各位置において、母材を回転させながら測定した。
製造された偏波保持光ファイバのクラッド非円率は、実施例ａでは０．６〜０．８％であり、実施例ｂでは０．７〜１．０％であり、比較例では１．６〜２．０％であった。
図９Ａに示されるように、実施例ａでは、母材径が細くなり始めたと略同時に応力付与部とクラッド部とがコラプスされ始め、クラッド非円率が大きくなった。その後、更に母材径が細くなっていくと、クラッド非円率が徐々に低減していき、母材径が３ｍｍ程度のところで、クラッド非円率が僅かに大きくなり、最終的に得られる偏波保持光ファイバのクラッド非円率と同程度になった。
また、図９Ｂに示されるように、実施例ｂでも、母材径が細くなり始めたと略同時に応力付与部とクラッド部とがコラプスされ始め、クラッド非円率が大きくなった。その後、更に母材径が細くなっていくと、クラッド非円率が徐々に低減していき、母材径が３ｍｍ程度のところで、クラッド非円率が僅かに大きくなり、最終的に得られる偏波保持光ファイバのクラッド非円率と同程度になった。
以上より、母材４０のネックダウン部の外径が３ｍｍとなる点でクラッド非円率を１％以下とすることで、製造される偏波保持光ファイバのクラッド領域外周の非円率を１％以下とすることができることが判る。
なお、実施例ａ、ｂそれぞれの母材のネックダウン形状は互いに同一のものであった。これは、母材のネックダウン形状が線引炉のヒートゾーンに依存しているからであると考えられる。その一方で、実施例ａ、ｂそれぞれのクラッド非円率の変化の様子は相違している。すなわち、実施例ａでは、母材径の減少に対して、コラプス後にクラッド非円率が急激に減少し、その後、クラッド非円率の増加，減少、増加と続いた。２度目のクラッド非円率の減少は、表面張力に因る真円化が生じているからであると考えられる。これに対して、実施例ｂでは、コラプス前にクラッド非円率が緩やかに増加し、コラプス後にクラッド非円率が緩やかに減少した。また、コラプス時の最大クラッド非円率は、実施例ａでは３％程度であったのに対して、実施例ｂでは７％以上であった。
このような実施例ａ、ｂ間の相違は、母材径の相違に因るものと考えられる。すなわち、表面張力は等温的に単位面積だけ増加させる仕事に等しいから、表面積が小さいほど、仕事を成し遂げる時間が短くなる。したがって、母材径が小さいほど、表面張力による真円化が効果的に現れる。つまり、母材径が比較的小さい実施例ａでは、コラプスと同時に真円化の効果も現れており、その結果、コラプス時の最大クラッド非円率が小さくなったと考えられる。
（第３の実施形態）
次に、本発明に係る偏波保持光ファイバ製造方法の第３実施形態について説明する。この第３実施形態の偏波保持光ファイバ製造方法では、光ファイバ母材の形状をさらに工夫していることを特徴とする。図１０Ａ〜図１０Ｃは、この第３実施形態における中間体２０および光ファイバ母材４０の断面形状および作製工程を示している。図１１は、この光ファイバ母材４０の形状を示す斜視図である。
図１０Ａに示されるように、本実施形態で用いられる中間体母材２０Ｄのコア部２１Ｄは、図２Ａに示される第１の実施形態で用いられる中間体母材２０のコア部２１と異なり、円柱状ではなく、Ｙ方向の幅ＷｙがＸ方向の幅Ｗｘより狭い形状を有している。この中間体母材２０Ｄは、以下のようにして製造することができる。
まず、円柱状のコアロッドを用意し、その円柱の側壁を研削し、断面を略長方形または略正方形になるよう加工する。このとき、方形の隅部は元の円柱形状を残しておいてもよい。これにより、コアロッドの形状は元の円柱の断面である円に内接している略長方形または略正方形となり、研削によって得られた部分はこの円の円周より中心側に位置することになる。ここで、長方形として形成するときは、短辺は長辺より０．５％〜１０％小さいことが好適である。さらには、２％〜７％小さいのが好適である。
次に、形成した略四角柱状のコアロッドの周囲にガラス微粒子を堆積させて、焼結させることでクラッド部２２Ｄを形成し、図１０Ａに示される中間体母材２０Ｄが得られる。あるいは、クラッド部２２Ｄとなるガラス管に形成した略四角柱状のコアロッドを挿入して周囲から加熱して溶かすことで、表面張力によりガラス管を収縮させてコアロッドとこのガラス管を一体化するロッドインコラプス法により図１０Ａに示される中間体母材２０Ｄを得る。
そして、コア部２１Ｅの断面の短辺方向をＹ軸方向に、長辺方向をＸ軸方向に配置して、コア部２１ＥをＸ軸方向で挟む位置にそれぞれ孔部２４Ｅを形成し、クラッド部２２Ｅの側壁２５Ｅ、２６Ｅ部分を研削してそのＹ軸方向の幅をＸ軸方向の幅より小さくすることで図１０Ｂに示される中間体２０Ｅが得られる。そして、応力付与部３３Ｅ、３４Ｅを孔部２３Ｅ、２４Ｅにそれぞれ挿入することで、図１０Ｃ、図１１に示される光ファイバ母材４０Ｅが得られる。
本実施形態の光ファイバ母材４０Ｅの線引き条件は、第１の実施形態と同様である。線引きにより、応力付与部３３Ｅ、３４Ｅと母材４０Ｅ本体（具体的にはクラッド部２２Ｅ）とが一体化する。このとき、各部材の表面張力の違いにより、コア部２１Ｅは、応力付与部３３Ｅ、３４Ｅ側へと引っ張られ、Ｘ軸方向に引き延ばされる。また、クラッド領域２１Ｅの上下（Ｙ軸方向）が削られているため、この影響でＹ軸方向にも引き延ばされる。このとき、コア部２１Ｅが引き延ばされる影響は、Ｙ軸方向のほうがＸ軸方向よりも大きくなる。この結果、線引きの結果得られる偏波保持光ファイバ１においては、コア領域１１を真円に近づけ、その非円率を抑制することができる。従来の偏波保持光ファイバにおいては、クラッド領域、コア領域が非円化されていたため、そのＭＦＤ（モードフィールド径）の角度変動は３〜４％程度あったが、本実施形態により製造を行えば、２％以下に削減することができる。これは、クラッド領域、コア領域の非円率を２％以下、好ましくは１％以下、さらに好ましくは０．５％以下にまで押さえることができるためである。
ここで、コア部２１ＥがＸ軸方向、Ｙ軸方向のいずれにより強く引き延ばされるかは、孔部２３Ｅ、２４Ｅの大きさやクラッド部２２Ｅの研削量によって決定される。光ファイバにおける応力付与部の径が３３〜３５μｍとなるよう孔部２３Ｅ、２４Ｅを形成し、かつ、０．９０≦Ｒ_ｙ／Ｒ_ｘ≦０．９８となるように、クラッド部２２Ｅを研削する場合には、コア部２１Ｅが引き延ばされる影響は、Ｙ軸方向の方がＸ軸方向より大きくなる。一方、応力付与部の径が大きくなると、Ｘ軸方向に引き延ばされる影響が大きくなり、クラッド領域の上下（Ｙ軸方向）が削られる量が増えると、Ｙ軸方向に引き延ばされる影響が大きくなる。
ここでは、機械的研削によってコアロッドの形状を円柱状から略四角柱状に加工する例を説明したが、化学的方法によって除去したり、四角柱状のコアロッドの隅部を加工して隅部のみを略円柱状にするほか、堆積、鋳造等を用いて所望の形状のコアロッドを作成してもよい。また、コアロッドは、四角柱状に限られるものではなく、円の少なくとも一つの径方向の両端部を除去した形状であれば良く、楕円形やカプセル形等の形状であってもよい。
また、コアロッド自体が屈折率分布を有していたり、分散率が調整されているものを用いることもできる。これにより、偏波保持光ファイバのプロファイルを自在に調整することができる。
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、中間体の孔部に応力付与部が挿入された状態において、孔部の内壁面と応力付与部の外壁面との間に僅かに間隙が存在する。したがって、これらを線引して偏波保持光ファイバを製造すると、１対の応力付与領域それぞれの中心を互いに結ぶ第１方向の幅の縮小率は、これに直交する第２方向の幅の縮小率より大きくなる。しかし、中間体において、第１方向の幅より第２方向の幅が小さくされていることにより、線引されて得られる偏波保持光ファイバは、第１方向の幅と第２方向の幅との比が１に近くなり、クラッド領域外周の非円の程度が低減される。或いは、線引炉の温度を高くして、光ファイバ母材を１ｇ以上１０ｇ以下の線引張力で線引きしつつ一体化し、光ファイバ母材のネックダウン部の外径が３ｍｍとなる点でクラッド非円率が１％以下とすることにより、線引されて得られる偏波保持光ファイバは、クラッド領域外周の非円の程度が低減される。さらに、線速を下げたり、ヒータ長を長くすることで、高い表面張力を長い時間維持すると、クラッド非円率を有効に下げることができる。
本発明により、クラッド非円率が１％以下の偏波保持光ファイバを得ることができる。本発明では、母材の孔部と応力付与部との間隙を清浄化することで、線速および張力を小さくして線引きすることが可能であり、これにより、クラッド非円率が０．５％以下の偏波保持光ファイバを得ることができる。このようにして製造された偏波保持光ファイバは、外径の変動が小さいので、コネクタ接続性を従来より良好にできる。
図１２は、以上説明した本発明に係る偏波保持光ファイバを用いた光ファイバ通信システムを示す概略構成図である。この光ファイバ通信システム６５は、伝送器６１と受信器６２とを本発明に係る偏波保持光ファイバ１で伝送可能に接続したものである。偏波保持光ファイバ１を信号伝送用に用いると、偏波軸を２軸有しているため、それぞれの軸を使用して信号を伝搬させることができ、伝送容量を２倍にすることができる。
産業上の利用可能性
本発明に係る偏波保持光ファイバ、その製造方法は、高速光伝送に用いられる偏波保持光ファイバとして好適に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
図１Ａ、図１Ｂは、偏波保持光ファイバの説明図であり、図１Ａが軸方向に垂直な横断面図であり、図１Ｂが軸方向の縦断面図である。
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明に係る偏波保持光ファイバ製造方法の第１実施形態で用いられる中間体および光ファイバ母材の説明図であり、図２Ａが中間体の母材を、図２Ｂが中間体を、図２Ｃが光ファイバ母材をそれぞれ示す横断面図である。
図３は、図２Ｃの光ファイバ母材の斜視図である。
図４は、図３の光ファイバ母材の両端にダミーパイプ９１、９２を取り付けた様子を示す斜視図である。
図５は、第１実施形態における線引工程の説明図である。
図６は、実施例６で製造された偏波保持光ファイバのクラッド半径分布を示す図である。
図７、図８は、第１実施形態における他の中間体の断面形状をそれぞれ示す横断面図である。
図９Ａは、実施例ａの母材のネックダウン形状およびをクラッド非円率を示す図であり、図９Ｂは、実施例ｂのそれらを示す図である。
図１０Ａ〜図１０Ｃは、本発明に係る偏波保持光ファイバ製造方法の第３実施形態で用いられる中間体および光ファイバ母材の説明図であり、図１０Ａが中間体の母材を、図１０Ｂが中間体を、図１０Ｃが光ファイバ母材をそれぞれ示す横断面図である。
図１１は、図１０Ｃの光ファイバ母材の斜視図である。
図１２は、本発明に係る光ファイバ通信システムの概略図である。

Claims (18)

1. 軸方向に延びるコア領域を包囲するクラッド領域内に、前記コア領域を挟む１対の応力付与領域を有している偏波保持光ファイバを製造する方法であって、
   前記コア領域となるコア部を包囲し、前記クラッド領域となるクラッド部内に該コア部を挟んで軸方向に並行に延びる１対の孔部を有する中間体であって、その軸方向に垂直な断面における前記１対の孔部の中心を結ぶ第１方向の幅よりこれに直交する第２方向の幅が小さい中間体を作製し、
   この中間体の前記１対の孔部それぞれに該孔部の内径よりわずかに外径の小さい応力付与部を挿入し、
   これらを線引きしつつ一体化することにより、前記偏波保持光ファイバを製造する、
   ことを特徴とする偏波保持光ファイバ製造方法。
2. 軸方向に延びるコア領域を包囲するクラッド領域内に、前記コア領域を挟んで１対の応力付与領域を有している偏波保持光ファイバを製造する方法であって、
   前記コア領域となるコア部を包囲し、前記クラッド領域となるクラッド部内に該コア部を挟んで軸方向に並行に延びる１対の孔部を有する中間体を用意し、
   前記中間体の前記１対の孔部それぞれに該孔部の内径よりわずかに外径の小さい応力付与部を挿入して光ファイバ母材を製造し、
   前記光ファイバ母材を１ｇ以上１０ｇ以下の線引張力で線引きしつつ一体化し、その際に前記光ファイバ母材のネックダウン部の外径が３ｍｍとなる点でクラッド非円率を１％以下とすることにより前記偏波保持光ファイバを製造する、
   ことを特徴とする偏波保持光ファイバ製造方法。
3. 前記中間体の軸方向に垂直な断面において、前記１対の孔部の中心を結ぶ第１方向の幅よりこれに直交する第２方向の幅を小さく形成することを特徴とする請求項２記載の偏波保持光ファイバ製造方法。
4. 前記中間体の母材の軸方向に垂直な断面形状が円形であり、前記第２方向の外周部分を研削することにより前記中間体を作製することを特徴とする請求項１または３に記載の偏波保持光ファイバ製造方法。
5. 前記中間体の軸方向に垂直な断面において、前記第１方向の幅より前記第２方向の幅が０．５％〜１０％小さいことを特徴とする請求項１または３に記載の偏波保持光ファイバ製造方法。
6. 前記中間体の前記コア部の軸方向に垂直な断面形状は、これが内接する円に対して、前記第１方向または前記第２方向の少なくとも一方向の径の両端部がこの円の円周より円の中心側に配置される形状であることを特徴とする請求項１または３に記載の偏波保持光ファイバ製造方法。
7. 前記コア部の断面は、前記第１方向の幅が前記第２方向の幅より小さく形成されていることを特徴とする請求項６記載の偏波保持光ファイバ製造方法。
8. 前記コア部の断面は、前記第１方向の幅が前記第２方向の幅より大きく形成されていることを特徴とする請求項６記載の偏波保持光ファイバ製造方法。
9. 前記コア部の断面は、円の前記第１方向の両端部または前記第２方向の両端部を除去した形状を有している請求項６〜８のいずれかに記載の偏波保持光ファイバ製造方法。
10. 線引きの際の線速が９０ｍ／分以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の偏波保持光ファイバ製造方法。
11. 線引張力が１６ｇ以下であることを特徴とする請求項１記載の偏波保持光ファイバ製造方法。
12. 前記中間体の前記１対の孔部それぞれに前記応力付与部を挿入した後に、前記１対の孔部それぞれと前記応力付与部との間の間隙を不活性ガスまたはハロゲンガスの雰囲気として、前記光ファイバ母材を加熱する、工程を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の偏波保持光ファイバ製造方法。
13. 軸方向に延びるコア領域を包囲するクラッド領域内に、前記コア領域を挟む１対の応力付与領域を有している偏波保持光ファイバであって、
    前記クラッド領域の軸方向断面の外形形状の非円率が１．０％以下であることを特徴とする偏波保持光ファイバ。
14. クラッドの非円率が０．５％以下であることを特徴とする請求項１３記載の偏波保持光ファイバ。
15. ＭＦＤの角度変動が２％以下である請求項１３記載の偏波保持光ファイバ。
16. 請求項１または２に記載の偏波保持光ファイバ製造方法により製造されたことを特徴とする請求項１３記載の偏波保持光ファイバ。
17. 偏波保持光ファイバの材料として用いられるコアロッドであって、
    軸方向に直交する断面形状が少なくとも一つの径方向の両端部が除去された円の形状を有していることを特徴とする偏波保持光ファイバ用コアロッド。
18. 伝送器と、受信器と、両者を接続して光信号を伝送する請求項１３記載の偏波保持光ファイバとを備える光ファイバ通信システム。

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