WO2013180034A1 - 細径化光ファイバ、その製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外径精度がよく、再現性の高い細径化光ファイバ、及びその製造方法、及びその製造装置を提供する。【解決手段】所定の間隔で取り付けられた光ファイバ１０をその光ファイバの長手方向Ｘに往復移動させる移動装置１１、１２と、往復移動する前記光ファイバを固定箇所Ｏで加熱する加熱装置１３とを備え、前記移動装置が、往復移動させながら前記光ファイバの取り付け間隔（Ｌ１＋Ｌ２）を拡げることができる拡間手段を備える細径化光ファイバの製造装置により、上記課題を解決する。このとき、前記移動装置は、前記光ファイバを固定する少なくとも２つの取り付け手段を備え、前記拡間手段は、少なくとも２つの前記取り付け手段を独立又は連動して制御できるように構成されている。前記制御は、前記取り付け手段に固定された前記光ファイバの往復移動幅、往復移動速度及び拡開幅から選ばれる１又は２以上を可変できる。

Description

細径化光ファイバ、その製造方法及びその製造装置

　本発明は、高い光透過率を示す細径化光ファイバ、及びその製造方法、及びその製造装置に関する。

　通信のデータ量の増大化と高速化が進み、高度な情報セキュリティ技術の研究開発が活発に行われている。情報セキュリティ技術として、レーザー光中の光子単体を伝送する量子通信が注目されている。量子通信は、通常の通信用光ファイバの一部を細径化した光ファイバ（「細径化光ファイバ」ともいう。）を用い、その細径化光ファイバに単一の原子や量子ドットを配置し、それをレーザー励起させ、発生する光子をファイバ伝播モードに取り込む通信方法である。

　光ファイバを細径化する技術として、複数の光ファイバを延伸溶着させる光ファイバカプラに関する下記特許文献１～４が提案されている。例えば特許文献１には、被覆を除去した少なくとも３本以上の光ファイバを、マイクロヒータの開口部よりヒータ内に挿入し、その開口部方向と直交あるいは略直交する方向に並列に配する光ファイバのセッティング工程と、この光ファイバのセッティング工程後に前記したマイクロヒータを少なくとも３本以上の光ファイバの軸心方向に所定幅寸法で往復移動させて加熱融着させるとともに、その軸心方向に延伸させる光ファイバの加熱融着工程とからなることを特徴とする光ファイバカプラの製造方法に関する技術が提案されている。この技術によれば、少なくとも３本以上並列状態で近接された光ファイバを、マイクロヒータで均一に加熱させて融着処理することにより、ムラのない延伸状態にすることができ、精度の高い光ファイバカプラを得ることができるとされている。

　また、特許文献２には、被覆を除去した２本の光ファイバのコアを近接させ、その近接部を所定幅寸法加熱融着させることができるマイクロヒータをヒータ支持台に取付けた光ファイバカプラの製造装置において、前記したマイクロヒータを加熱融着部の長さを任意に調整できるように、２本の光ファイバの軸心方向に往復移動できるようにヒータ支持台に往復移動装置を介装して取付けたことを特徴とする光ファイバカプラの製造装置に関する技術が提案されている。この技術によれば、マイクロヒータで加熱融着する光ファイバカプラの加熱融着部の幅寸法を大きく、かつ任意の幅寸法に設定することができるので、十分な強度と光の分岐状態を任意に設定することができるとされている。

　また、特許文献３には、一方の光ファイバを加熱してプリ延伸加工して、これを未加工の光ファイバと加熱して融着延伸してなる広帯域光ファイバカプラの製造方法において、プリ延伸加工の際、光ファイバに沿って加熱器具を移動させてこれを加熱し、この加熱器具が光ファイバの加熱範囲の端に達したときに光ファイバの延伸を開始させ、所定の長さにプリ延伸させてなることを特徴とする広帯域光ファイバカプラの製造方法に関する技術が提案されている。この技術によれば、複数本の光ファイバを隙間なく融着率１００％で融着させ、光ファイバカプラを高い歩留りで効率よく製造できるとされている。

　また、特許文献４には、複数本の光ファイバの一部を加熱融着・延伸して融着延伸部を形成し、その融着延伸部で光を分岐、結合する光ファイバカプラの製造方法において、複数の光ファイバを融着延伸する際に、その光ファイバにかかる張力を測定しながら、その張力を零に近づけるように光ファイバの延伸速度又は延伸速度と加熱条件を制御しつつ延伸を行うことを特徴とする光ファイバカプラの製造方法に関する技術が提案されている。この技術によれば、張力の発生によって光ファイバカプラの光学特性（特に偏光依存性）が悪化するのを防止することができ、高特性の光ファイバカプラを製造することができるとされている。

特開２００５－４３７６７号公報 特開２００３－３２９８７５号公報 特開平９－５５６４号公報 特開平５－１９６８３４号公報

　上記した特許文献１～４の技術は、複数の光ファイバを延伸溶着させる光ファイバカプラに関するものであり、量子通信用の細径化光ファイバのように、ファイバの一部を所定の寸法に細径化した細径化光ファイバを作製することは困難であった。

　例えば特許文献１～３の技術は、炎を往復移動させて光ファイバを加熱している。しかしながら、そうした炎は揺らぎを生じることから、炎で加熱した部分の温度が一定にならず、外径の揃った細径化光ファイバを精度よく且つ再現性よく製造できないという問題があった。また、特許文献４の技術は、光ファイバと加熱手段のいずれも移動させないので、光ファイバの一部のみが局所的に加熱されて延伸される。そのため、光ファイバの細り形状をコントロールすることができず、上記同様、外径の揃った細径化光ファイバを精度よく且つ再現性よく製造できないとともに、光の透過損失を低減できないという問題があった。

　本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、外径精度がよく、再現性の高い細径化光ファイバ、及びその製造方法、及びその製造装置を提供することにある。

　（１）上記課題を解決するための本発明に係る細径化光ファイバの製造装置は、所定の間隔で取り付けられた光ファイバを該光ファイバの長手方向に往復移動させる移動装置と、前記往復移動する光ファイバを固定箇所で加熱する加熱装置とを備え、前記移動装置が、前記往復移動させながら前記光ファイバの取り付け間隔を拡げることができる拡間手段を備えることを特徴とする。

　この発明によれば、所定の間隔で取り付けられた光ファイバを長手方向に往復移動させる移動装置が、光ファイバの取り付け間隔を拡げることができる拡間手段を備えるので、光ファイバを加熱しながら往復移動させている途中で、光ファイバの取り付け間隔を拡大して延伸することができる。また、往復移動する光ファイバの加熱を固定箇所で行うので、例えば炎の揺らぎ等による温度の不安定要素がなく、一定の温度で光ファイバを加熱することができる。その結果、精度よく温度コントロールした条件で、光ファイバを延伸できるので、外径精度がよく、再現性の高い細径化ファイバを製造できる。こうして製造された細径化光ファイバは、光の透過損失を低減でき、光透過率を高めることができる。

　本発明に係る細径化光ファイバの製造装置において、前記移動装置は、前記光ファイバを固定する少なくとも２つの取り付け手段を備え、前記拡間手段は、前記少なくとも２つの取り付け手段を独立又は連動して制御できるように構成されている。

　この発明によれば、光ファイバの両側は、移動装置が備える少なくとも２つの取り付け手段で固定され、拡間手段は取り付け手段を独立又は連動して制御（拡開制御）できるので、その制御によって、光ファイバの延伸を自在に行うことができ、外径精度がよく、再現性の高い細径化ファイバを製造できる。

　本発明に係る細径化光ファイバの製造装置において、前記制御は、前記取り付け手段に固定された光ファイバの往復移動幅、往復移動速度及び拡開幅から選ばれる１又は２以上を可変できるように構成されている。

　この発明によれば、制御は取り付け手段に固定された光ファイバの往復移動幅、往復移動速度及び拡開幅から選ばれる１又は２以上を可変できるので、その制御によって、光ファイバの延伸制御を任意に行うことができ、外径精度がよく、再現性の高い細径化ファイバを製造できる。

　（２）上記課題を解決するための本発明に係る細径化光ファイバの製造方法は、所定の間隔で取り付けられた光ファイバを該光ファイバの長手方向に往復移動させる往復移動工程と、前記往復移動する光ファイバを固定箇所で加熱する加熱工程とを備え、前記光ファイバを往復移動させながら行う加熱途中で、前記光ファイバの取り付け間隔を拡げて該光ファイバを延伸させることを特徴とする。

　この発明によれば、光ファイバを往復移動させながらその光ファイバを固定箇所で加熱するので、例えば炎の揺らぎ等による温度の不安定要素がなく、一定の温度で光ファイバを加熱することができる。また、その加熱途中で光ファイバの取り付け間隔を拡げて光ファイバを延伸させるので、外径精度がよく、再現性の高い細径化ファイバを製造できる。こうして製造された細径化光ファイバは、光の透過損失を低減でき、光透過率を高めることができる。

　本発明に係る細径化光ファイバの製造方法において、前記光ファイバの延伸は、前記光ファイバを固定する少なくとも２つの取り付け手段を、独立又は連動して制御して行う。

　本発明に係る細径化光ファイバの製造方法において、前記制御は、前記取り付け手段に固定された光ファイバの往復移動幅、往復移動速度及び拡開幅から選ばれる１又は２以上を可変できるように構成されている。

　（３）上記課題を解決するための本発明に係る細径化光ファイバは、上記した本発明に係る細径化光ファイバの製造装置又は製造方法で製造された継ぎ目のない光ファイバであって、長手方向に最小外径２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の細径化領域を有し、該細径化領域の外径プロファイルが長手方向で対称又は非対称であることを特徴とする。

　この発明によれば、長手方向に最小外径２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の細径化領域を有し、その細径化領域の外径プロファイルが長手方向でコントロールされた対称又は非対称の継ぎ目のない細径化光ファイバであるので、こうした細径化光ファイバは、外径精度がよく、再現性が高い。その結果、光の透過損失を低減でき、光透過率を高めることができる。

　本発明に係る細径化光ファイバにおいて、前記細径化領域の外径プロファイルが、長手方向の外径変化率が小さくなる変曲領域を１又は２以上有する。このとき、その変曲領域が２０μｍ以上３０μｍ以下の範囲に存在することが好ましい。

　この発明によれば、細径化領域の外径プロファイルは、長手方向の外径変化率が小さくなる１又は２以上の変曲領域を有し、特にその変曲領域が２０μｍ以上３０μｍ以下の範囲に存在する。その結果、例えば通信波長が８００ｎｍ～１６００ｎｍ程度の光ファイバとして特に好ましく適用できる。

　（４）上記課題を解決するための本発明に係る細径化光ファイバモジュールは、上記本発明に係る細径化光ファイバと、該細径化光ファイバを内部に収容する枠体とを少なくとも備えることを特徴とする。

　この発明によれば、量子通信等の光ファイバモジュールとして利用できる。

　本発明に係る細径化光ファイバの製造装置によれば、光ファイバを加熱しながら往復移動させている途中で、光ファイバの取り付け間隔を拡大して延伸することができ、また、例えば炎の揺らぎ等による温度の不安定要素がなく、一定の温度で光ファイバを加熱することができる。その結果、精度よく温度コントロールした条件で、光ファイバを延伸できるので、外径精度がよく、再現性の高い細径化ファイバを製造できる。こうして製造された細径化光ファイバは、光の透過損失を低減でき、光透過率を高めることができる。

　本発明に係る細径化光ファイバの製造方法によれば、例えば炎の揺らぎ等による温度の不安定要素がなく、一定の温度で光ファイバを加熱することができ、また、外径精度がよく、再現性の高い細径化ファイバを製造できるので、こうして製造された細径化光ファイバは、光の透過損失を低減でき、光透過率を高めることができる。

　本発明に係る細径化光ファイバ及び細径化光ファイバモジュールによれば、長手方向に最小外径２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の細径化領域を有し、その細径化領域の外径プロファイルが長手方向でコントロール可能に対称化又は非対称化された継ぎ目のない細径化光ファイバであるので、こうした細径化光ファイバは、外径精度がよく、再現性が高い。その結果、光の透過損失を低減でき、光透過率を高めることができる。

本発明に係る細径化光ファイバの製造原理の説明図である。 本発明に係る細径化光ファイバの製造装置の一例を示す模式的な平面図である。 図２に示す細径化光ファイバの製造装置の模式的な側面図である。 細径化前の光ファイバ（Ａ）と細径化後の細径化光ファイバ（Ｂ）の模式図である。 得られた複数の細径化光ファイバの最小外径分布を示すグラフである。 本発明に係る細径化光ファイバの外形プロファイルの一例を示すグラフである。 本発明に係る細径化光ファイバの外形プロファイルの他の一例を示すグラフである。 本発明に係る光ファイバモジュールの一例を示す模式的な平面図（Ａ）と正面図（Ｂ）である。 本発明に係る光ファイバモジュールの他の一例を示す模式的な斜視図である。 本発明に係る細径化光ファイバの透過損失の測定システムである。

　以下、本発明に係る細径化光ファイバ、その製造方法及びその製造装置について図面を参照して詳しく説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。

　［細径化光ファイバの製造装置及び製造方法］
　本発明に係る細径化光ファイバ１０’の製造装置１は、図１～図３に示すように、所定の間隔（Ｌ１＋Ｌ２）で取り付けられた光ファイバ１０を該光ファイバ１０の長手方向Ｘに往復移動（Ａ方向，Ｂ方向）させる移動装置１１，１２と、往復移動する光ファイバ１０を固定箇所Ｏで加熱する加熱装置１３とを備えている。そして、移動装置１１，１２が、往復移動させながら光ファイバ１０の取り付け間隔（Ｌ１＋Ｌ２）を拡げることができる拡間手段を備えることを特徴とする。

　こうした製造装置１では、取り付けられた光ファイバ１０を長手方向Ｘに往復移動させる移動装置１１，１２が、光ファイバ１０の取り付け間隔（Ｌ１＋Ｌ２）を拡げることができる拡間手段を備えるので、光ファイバ１０を加熱しながら往復移動させている途中で、光ファイバ１０の取り付け間隔（Ｌ１＋Ｌ２）を拡大して延伸することができる。また、往復移動する光ファイバ１０の加熱を固定箇所Ｏで行うので、例えば炎１３ｂの揺らぎ等による温度の不安定要素がなく、一定の温度で光ファイバ１０を加熱することができる。その結果、精度よく温度コントロールした条件で、光ファイバ１０を延伸できるので、外径精度がよく、再現性の高い細径化ファイバ１０’を製造できる。こうして製造された細径化光ファイバ１０’は、光の透過損失を低減でき、光透過率を高めることができる。

　以下、各構成について詳しく説明する。

　＜光ファイバ＞
　光ファイバ１０は、この製造装置１で延伸されて細径化光ファイバ１０’に加工される原材料として準備される。準備される光ファイバ１０は、光を伝送する芯線にガラスを用いたガラス光ファイバが適用される。このうち、石英を用いた石英光ファイバが好ましく適用される。石英ファイバ以外のガラス光ファイバで使用されているガラスが多成分であるのに対し、石英光ファイバは超高純度の石英ガラスを利用しており、ガラスファイバよりも光透過性が良く、長距離にわたって正確に光情報を伝送できる。

　光ファイバ１０は、シングルモード光ファイバであってもよいし、マルチモード光ファイバであってもよい。また、光ファイバ１０は、ポリマーコートされているものであってもよい。光ファイバ１０に被覆されるポリマーとしては、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等の各種の樹脂を挙げることができる。光ファイバ１０の外径は特に限定されないが、例えば量子通信等に用いる場合には、２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。なお、ポリマーコートされている光ファイバ１０を適用する場合、延伸するための加熱部分のポリマーは除去されて適用される。

　準備された光ファイバ１０は、移動装置１１，１２に取り付けられている。そして、本発明に係る製造装置１及び製造方法により、最小外径が例えば２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲の細径領域を持つ細径化光ファイバ１０’に延伸加工される。

　＜移動装置＞
　移動装置１１，１２は、図１及び図２に示すように、所定の間隔（Ｌ１＋Ｌ２）で取り付けられた光ファイバ１０を、その光ファイバ１０の長手方向Ｘに往復移動（Ａ方向，Ｂ方向）させるための装置である。この移動装置１１，１２は、光ファイバ１０を固定する少なくとも２つの取り付け手段１７，１８を備え、さらにその取り付け手段１７，１８を長手方向Ｘに直線状に往復移動させるためのリニアガイド１９，２０を備えている。

　（取り付け手段）
　取り付け手段１７，１８は、光ファイバ１０を固定する固定手段である。図１及び図２に示す２つの取り付け手段１７，１８を、それぞれ「第１クランプ１７」、「第２クランプ１８」ともいう。なお、「少なくとも２つの取り付け手段１７，１８」としたのは、光ファイバ１０の長手方向Ｘの一方の側（第１移動装置１１の側）と他方の側（第２移動装置１２の側）にそれぞれ１つずつ取り付け手段１７，１８が設けられていればよく、図２に示すようにそれぞれの側に２以上の取り付け手段（１７，１７，１８，１８）が設けられていてもよいことを意味している。具体的には、図２の例では、第１移動装置１１で往復移動する第１ステージ２３の表面と、第２移動装置１２で往復移動する第２ステージ２４の表面とに、光ファイバ１０を装着するためのＶ溝２５ａ（図３参照）がそれぞれ設けられており、光ファイバ１０は、それぞれのステージ２３，２４に設けられたＶ溝２５ａ，２５ａでガイドされ、上方から挟み込む固定ジグ２１，２２でステージ２３，２４に固定される。

　図２の例では、磁性を持つ鉄系のステージ２３，２４と、そのステージ２３，２４に着磁する固定ジグ２１，２２とで取り付け手段１７，１８が構成されている。ステージ２３，２４は、磁石に着磁する鉄等の強磁性材料が好ましく、固定ジグ２１，２２は、磁石であることが好ましい。磁石は特に限定されないが、光ファイバ１０を固定するのに適したものが選択され、例えばフェライト磁石等の汎用磁石や、サマリウムコバルト磁石又はネオジム磁石等の希土類磁石等から選択することができる。この固定ジグ２１，２２にも、ステージ２３，２４に設けられたＶ溝２５ａ，２５ａに対応するＶ溝２５ｂ，２５ｂが設けられていることが好ましい。

　（リニアガイド）
　リニアガイド１９，２０は、光ファイバ１０の長手方向Ｘに取り付け手段１７，１８を往復移動させるためのガイドであり、その取り付け手段１７，１８を直線的な往復移動を実現させるための装置である。このリニアガイドは特に限定されず、レール式のリニアモーションガイドや、ボールネジ等を任意に用いることができる。

　（往復移動）
　Ａ方向とＢ方向の往復移動は、図１及び図２に示すように、それぞれ独立に制御可能な第１移動装置１１と第２移動装置１２とで行われる。第１移動装置１１は、第１駆動モータ１５と、取り付け手段１７と、リニアガイド１９とを備えており、第２移動装置１２は、第２駆動モータ１６と、取り付け手段１８と、リニアガイド２０とを備えている。第１駆動モータ１５と第２駆動モータ１６は、図１に示すように同一の仮想軸上に配置されていてもよいし、図２に示すように異なる仮想軸（２軸）上に配置されていてもよい。第１駆動モータ１５と第２駆動モータ１６は、独立してプログラム制御可能なモータが用いられ、例えばステッピングモータ等が好ましく用いられる。

　第１移動装置１１が行う光ファイバ１０のＡ方向とＢ方向の往復移動と、第２移動装置１２が行う光ファイバ１０のＡ方向とＢ方向の往復移動とは同期している。すなわち、光ファイバ１０のＡ方向への移動は、第１移動装置１１と第２移動装置１２とが同時に行い、光ファイバ１０のＢ方向への移動も、第１移動装置１１と第２移動装置１２とが同時に行う。

　Ａ方向への移動速度とＢ方向への移動速度は、同じ速度であってもよいし異なる速度であってもよい。同じ速度の場合も異なる速度の場合も、第１移動装置１１と第２移動装置１２とでそれぞれ同じになる。通常は「同じ速度」に設定される。Ａ方向への移動とＢ方向への移動とを同じにした場合、最終的に延伸された細径化光ファイバ１０’は左右対称になる。一方、Ａ方向への移動とＢ方向への移動とを異ならせる場合は、細径化部の片側のみの使用を目的にした場合であり、最終的に延伸された細径化光ファイバ１０’は左右非対称という特徴的な形状を示す。移動速度は、通常、１ｍｍ／秒以上３０ｍｍ／秒以下の範囲内で任意に設定される。移動速度をこの範囲内とすることにより、最小外径のばらつきが小さく、且つ再現性の高い細径化光ファイバ１０’をより容易に製造することができる。

　上記範囲内の移動速度のうち、遅めの速度（例えば１ｍｍ／秒以上１０ｍｍ／秒以下）で移動させた場合は、熱源、具体的にはマイクロトーチ（炎１３ｂ）の大きさを小さくでき、外径プロファイルの形状を任意に得やすいという特徴が見られる。一方、速めの速度（例えば１０ｍｍ／秒超３０ｍｍ／以下）で移動させた場合は、後述する拡間速度を大きくできるが、熱量を大きくする必要性からマイクロトーチ（炎１３ｂ）を大きくさせる必要があり、得られる外径プロファイルの形状が制約されるという特徴が見られる。通常は、遅めの速度で移動させることにより、最小外径のばらつきをより小さくし、再現性をより高めている。

　移動速度は、上記範囲内であれば、稼働中一定の速度であってもよいし、稼働中であっても任意に変化させてもよい。稼働中に変化させる場合は、例えば、初期段階では比較的遅い速度で移動させ、ある時点から速めの速度で移動させてもよいし、初期段階では比較的速い速度で移動させ、ある時点から遅めの速度で移動させてもよい。こうした移動速度の稼働中の変化は、１往復にかかる時間を一定にする場合に行うことがある。特に、最初は遅くして、往復移動幅を大きくしたタイミングで速くすることにより、細径化光ファイバ１０’の外径プロファイルを変えることにより細径化光ファイバ１０’の光透過率を上げることができる。

　（拡開手段）
　移動装置１１，１２は、拡開手段を備えている。拡間手段は、少なくとも２つの取り付け手段１７，１８を独立又は連動して制御し、取り付け間隔（Ｌ１＋Ｌ２）を拡大して光ファイバ１０を延伸できるように構成されている。具体的には、第１駆動モータ１５と第２駆動モータ１６とをプログラム制御することによって行われる。本発明の装置１では、光ファイバ１０の長手方向Ｘの両側は移動装置１１，１２が備える少なくとも２つの取り付け手段１７，１８で光ファイバ１０が固定されており、拡間手段はその取り付け手段１７，１８を独立又は連動して制御している。

　その制御は、取り付け手段１７，１８に固定された光ファイバ１０の往復移動幅、往復移動速度及び拡開幅から選ばれる１又は２以上を可変できるように構成されている。さらに拡開速度を加え、光ファイバ１０の往復移動幅、往復移動速度、拡開幅及び拡開速度から選ばれる１又は２以上を可変できるように構成してもよい。こうした制御によって、光ファイバ１０の延伸を自在に行うことができる。

　光ファイバ１０の延伸は、図１に示すように、光ファイバ１０を一定の往復移動幅Ｗで往復移動させながら、移動させない固定した箇所（「固定箇所Ｏ」といい、本願ではその固定箇所を中心にＡ方向とＢ方向に移動させるので「基準点Ｏ」ということもある。）で光ファイバ１０にトーチ１３ｂをあてて加熱し、その固定箇所Ｏでの加熱を行いながら往復移動幅Ｗを拡大（Ｗ＋ΔＷ）させることにより行われる。この往復移動幅Ｗの拡大（Ｗ＋ΔＷ）は、光ファイバ１０の延伸を行うために必要な工程であり、光ファイバ１０が加熱されて延伸できる程度に軟化したタイミングで行われる。

　往復移動幅（Ｗ）は、光ファイバ１０を往復移動させる幅のことであり、往復移動の基準点Ｏが、Ａ方向に移動する距離Ｗ１とＢ方向に移動する距離Ｗ２との和Ｗ（Ｗ１＋Ｗ２）で表される。往復移動幅Ｗは、光ファイバ１０にトーチ１３ｂが当たる長さを規定するものであり、細径化する細径化領域Ｓの長さに影響する。往復移動幅Ｗが長い場合は、トーチ１３ｂで加熱される光ファイバ１０の領域が長くなり、拡間条件（拡間幅、拡間速度）を制御することにより、細径化領域Ｓの長い細径化光ファイバ１０’を得ることができる。一方、往復移動幅Ｗが短い場合は、トーチ１３ｂで加熱される光ファイバ１０の領域が短くなり、拡間条件（拡間幅、拡間速度）を制御することにより、細径化領域Ｓの短い細径化光ファイバ１０’を得ることができる

　往復移動幅Ｗは、最終的に得られる細径化光ファイバ１０’の用途によっても異なるが、例えば後述する量子通信等に用いる例では５ｍｍ以上２０ｍｍ以下程度であることが好ましく、その範囲で光ファイバ１０を細径化することができる。

　また、往復移動幅Ｗを経時的に変化させれば、細径化領域Ｓの外径プロファイルを任意に設計することができる。例えば、後述の実験例に示すように、各ステップで往復移動幅Ｗを変えることにより、トーチ１３ｂの当たる細径化領域Ｓを変化させることができ、その結果、細径化領域Ｓの外径を緩やかに変化させる部分や比較的大きく変化させる部分等を任意に作ることができる。特に、後述の第２実験例のように、細径化領域Ｓの外径プロファイルが、長手方向Ｘの外径変化率が小さくなる変曲領域Ｔ（図７参照）を有する場合には、その変曲領域Ｔの前後で往復移動幅Ｗと拡開幅を変えることにより実現することができる。なお、往復移動速度は、上記の移動速度の欄で説明したように、単位時間あたりの往復移動幅Ｗで表される。

　本発明では、往復移動幅Ｗを任意のタイミングで拡開（拡大）させて、光ファイバ１０の細径化を行う。細径化が行われる細径化領域Ｓは、光ファイバ１０を往復移動させてトーチ１３ｂを当てた部分になる。トーチ１３ｂが当たった部分は軟化が生じ、その段階で往復移動幅Ｗを拡開させることにより、細径化される。例えば後述の実験例に示すように、ステップ１～４やステップ１～５に示す段階的な拡開も行うことができる。段階的な拡開は、細径化領域Ｓの外径プロファイル任意に設計することができる。

　拡開幅（ΔＷ）幅は、得ようとする細径化領域Ｓの外径プロファイルによって任意に設計される。例えば、最初は比較的短い往復移動幅Ｗで往復移動させながらトーチ１３ｂを当てて光ファイバ１０を軟化させ、軟化が生じたタイミングで往復移動幅Ｗを拡大することにより、細径化領域Ｓを大きくすることができる。その後、得ようとする外径プロファイルに応じて、例えば、トーチ１３ｂを当てる往復移動幅Ｗを再び小さくして拡開させることにより、細径化領域Ｓの中央の一部のみをより細径化することもできる。このように、往復移動幅Ｗ、往復移動速度、拡開幅、拡開速度等を任意に変化させることにより、得ようとする外径プロファイルを持つ細径化光ファイバ１０’を製造することができる。

　拡開幅ΔＷは、Ａ方向に拡開する幅（ΔＷ１）と、Ｂ方向に拡開する幅（ΔＷ２）との和である。ΔＷ１とΔＷ２とが同じ値であってもよいし、異なる値であってもよいし、一方のみを拡開して他方は拡開させなくてもよい。ΔＷ１とΔＷ２とを同じ値にすれば、左右対称にすることができ、異なる値にすれば左右非対称にすることができる。そうした拡開幅ΔＷ、各方向の拡開幅（ΔＷ１とΔＷ２）は、得ようとする細径化領域Ｓの外径プロファイルに応じて任意に設定することができる。

　往復移動幅Ｗの拡開のタイミングは、トーチ１３ｂが当てられた光ファイバ１０の軟化が生じたときに行われるのが好ましい。そのタイミングは、光ファイバ１０の種類、直径、往復移動幅、往復移動速度等や、トーチ１３ｂの大きさ、強さ、当てる位置、加熱量、加熱時間等によって異なるので一概に言えないが、事前の条件設定によって判断できる。

　加熱は、固定箇所Ｏで行われる。そうした加熱装置１３としては、例えば水素と酸素との混合ガスを導入するガス導入部１３ｃと、そのガス導入部１３ｃから導入されたガスに着火させてトーチ１３ｂを生成するための先端ノズル１３ａとを備えた装置を用いることができる。この加熱装置１３は、ノズル１３ａの先端から噴出させた混合ガスに火をつけてトーチ（炎）１３ｂとしたものを用いることができる。このトーチ１３ｂによる加熱は、上記のように、光ファイバ１０の種類、直径、往復移動幅、往復移動速度等によって制御する。具体的には、トーチ１３ｂの大きさ、強さ、当てる位置、加熱量、加熱時間等を制御して加熱する。こうした加熱を固定箇所Ｏで行い
ながら、その固定箇所Ｏを中心にして光ファイバ１０をＡ方向とＢ方向に往復移動させることにより、細径化領域Ｓで任意の外径プロファイルを持つ細径化光ファイバ１０’を製造することができる。

　以上のように、本発明に係る製造装置１では、所定の間隔（Ｌ１＋Ｌ２）で取り付けられた光ファイバ１０を長手方向Ｘ（Ａ方向とＢ方向）に往復移動させる移動装置１１，１２が、光ファイバ１０の取り付け間隔（Ｌ１＋Ｌ２）を拡げることができる拡間手段を備えるので、光ファイバ１０を加熱しながら往復移動させている途中で、光ファイバ１０の取り付け間隔（Ｌ１＋Ｌ２）を拡大して延伸することができる。また、往復移動する光ファイバ１０の加熱を固定箇所Ｏで行うので、例えば炎１３ｂの揺らぎ等による温度の不安定要素がなく、一定の温度で光ファイバ１０を加熱することができる。その結果、精度よく温度コントロールした条件で、光ファイバ１０を延伸できるので、外径精度がよく、再現性の高い細径化ファイバ１０’を製造できる。こうして製造された細径化光ファイバ１０’は、光の透過損失を低減でき、光透過率を高めることができる。

　特に従来の光カプラの製造例では、光ファイバ１０を加熱、溶融、延伸する場合、加熱源を光ファイバの長手方向に往復移動させている。加熱源の往復移動は、炎の揺らぎが生じて加熱部分での温度を一定にできず、延伸された光ファイバの外径の再現性が劣っていた。しかし、本発明では、炎１３ｂの揺らぎが生じないので、こうした外径の再現性の低下の問題は解消されている。本発明では、揺らぎを生じさせない固定した炎を用い、さらに光ファイバ１０の往復移動を上記のように制御するので、局部的に細くなることもなく、温度分布もコントロールできるので、所望の外径プロファイルの細径化光ファイバ１０’を製造できる。

　＜製造例＞
　以下、本発明に係る細径化光ファイバの製造装置を用いて細径化光ファイバを製造する例を説明する。

　細径化光ファイバ１０’は、所定の間隔（Ｌ１＋Ｌ２）で取り付けられた光ファイバ１０をその光ファイバ１０の長手方向Ｘ（Ａ方向とＢ方向）に往復移動させる往復移動工程と、往復移動する光ファイバ１０を固定箇所Ｏで加熱する加熱工程とを備えている。そして、光ファイバ１０を往復移動させながら行う加熱途中で、光ファイバ１０の取り付け間隔（Ｌ１＋Ｌ２）を拡げて光ファイバ１０を延伸させている。こうした工程を経ることにより、光ファイバ１０を往復移動させながらその光ファイバ１０を固定箇所Ｏで加熱するので、例えば炎１３ｂの揺らぎ等による温度の不安定要素がなく、一定の温度で光ファイバ１０を加熱することができる。また、その加熱途中で光ファイバ１０の取り付け間隔（Ｌ１＋Ｌ２）を拡げて光ファイバ１０を延伸させるので、外径精度がよく、再現性の高い細径化ファイバを製造できる。こうして製造された細径化光ファイバ１０’は、光の透過損失を低減でき、光透過率を高めることができる。

　（第１実験例）
　第１実験例を図１～図３を参照しつつ説明する。（１）先ず、光ファイバ１０を取り付け手段１７，１８により第１ステージ２３と第２ステージ２４とに固定する。（２）光ファイバ１０を往復移動させる基準点（中心点）Ｏに、加熱手段となるトーチ１３ｂを近づけ、光ファイバ１０を加熱する。このとき、トーチ１３ｂは、先端に外径０．８ｍｍのノズル１３ａを備えており、ガス導入部１３ｃから導入した水素と酸素の混合ガスを燃焼させた炎１３ｂをそのノズル１３ａで生じさせている。

　（３）光ファイバ１０の往復移動プロファイルを表１に示す。(i)ステップ１では、往復移動幅Ｗ（Ｗ１，Ｗ２）を４ｍｍ（Ｗ１：Ａ方向に４ｍｍ、Ｗ２：Ｂ方向に４ｍｍ）、往復移動速度を３ｍｍ／秒の条件で光ファイバ１０を基準点Ｏを中心に光ファイバ１０の長手方向ＸのＡ方向とＢ方向に往復移動させる。このときの往復移動は、第１駆動モータ１５と第２駆動モータ１６とを制御して行う。(ii)ステップ２では、光ファイバ１０の加熱部分が軟化したところで、上記の往復移動幅Ｗと往復移動速度とをそのまま保ちつつ、第１ステージ２３と第２ステージ２４とを１ｍｍ／秒の速度で基準点Ｏからの距離Ｌ１，Ｌ２を拡大する。その拡開は、距離がＬ１＋２ｍｍとＬ２＋２ｍｍになるまで、すなわち拡間幅ΔＷとして計４ｍｍ（ΔＷ＝ΔＷ１＋ΔＷ２）拡げるまで行う。すなわち、Ａ方向とＢ方向の拡開幅ΔＷ１，ΔＷ２はそれぞれ２ｍｍである。このときの拡開も、第１駆動モータ１５と第２駆動モータ１６とを制御して行う。(iii)ステップ３では、往復移動幅Ｗを１２ｍｍ（Ｗ１：Ａ方向に１２ｍｍ、Ｗ２：Ｂ方向に１２ｍｍ）まで拡大し、往復移動速度も５ｍｍ／秒にアップさせ、さらに拡間速度１ｍｍ／秒で拡間幅ΔＷが２４ｍｍ（Ｌ１＋１２ｍｍとＬ２＋１２ｍｍ、ΔＷ１＝ΔＷ２＝１２ｍｍ）になるまでの条件で、光ファイバ１０を基準点Ｏを中心に光ファイバ１０の長手方向Ｘに往復移動させる。(iv)ステップ４では、往復移動幅Ｗを２ｍｍ（Ｗ１：Ａ方向に２ｍｍ、Ｗ２：Ｂ方向に２ｍｍ）に縮小し、往復移動速度も３ｍｍ／秒にダウンさせ、さらに拡間速度１ｍｍ／秒で拡間幅ΔＷが４６ｍｍ（Ｌ１＋２３ｍｍとＬ２＋２３ｍｍ、ΔＷ１＝ΔＷ２＝２３ｍｍ）になるまでの条件で、光ファイバ１０を基準点Ｏを中心に光ファイバ１０の長手方向Ｘに往復移動させる。(v)ステップ５では、往復移動幅Ｗを４ｍｍ（Ｗ１：Ａ方向に４ｍｍ、Ｗ２：Ｂ方向に４ｍｍ）に拡大し、往復移動速度も４ｍｍ／秒にアップさせ、さらに拡間速度１ｍｍ／秒で拡間幅ΔＷが６０ｍｍ（Ｌ１＋３０ｍｍとＬ２＋３０ｍｍ、ΔＷ１＝ΔＷ２＝３０ｍｍ）になるまでの条件で、光ファイバ１０を基準点Ｏを中心に光ファイバ１０の長手方向Ｘに往復移動させる。なお、この実験例では、ステップ１～４の順で行い、また、Ｌ１とＬ２を２０ｍｍとした。

　（４）最後に、図４（Ｂ）に示す模式形態の細径化光ファイバ１０’を第１ステージ２３と第２ステージ２４から外した。

　図５は、こうした実験を繰り返して計１００個の細径化光ファイバ１０’を得た後、その得られた１００個の細径化光ファイバ１０’の最小外径分布を示すグラフである。本発明で得た細径化光ファイバ１０’の最小外径の標準偏差は１４．５ｎｍであり、例えばトーチを往復運動させて得た従来の細径化光ファイバの２９．１ｎｍに比べて極めて小さい標準偏差であった。

　図６は、得たれた細径化光ファイバ１０’の外形プロファイルの一例を示すグラフである。曲線ａはこの第１実験例で得られた細径化光ファイバ１０’の外径プロファイルである。中心の０は、上記した基準点Ｏの位置に該当する。曲線ｂは上記した第１実験例で往復移動のみをさせずに拡開条件のみを適用して得た細径化光ファイバ１０’の外径プロファイルである。図６に示すように、所定の条件で往復移動させて得た本発明に係る細径化光ファイバ１０’は、緩やかな外径プロファイルを示すことができた。一方、往復移動させない細径化光ファイバ１０’は、急峻な外径プロファイルを示した。両者の外径プロファイルの相違は、細径化光ファイバ１０’中を透過する光透過率の結果に影響し、外径プロファイルが緩やかな曲線ａの細径化光ファイバ１０’は、光透過率が９５％程度であったが、外径プロファイルが急峻な曲線ｂの細径化光ファイバ１０’は、光透過率が６０％程度であった。

　（第２実験例）
　第２実験例も図１～図３を参照しつつ、上記した第１実験例と同様に説明する。（１）先ず、光ファイバ１０を取り付け手段１７，１８により第１ステージ２３と第２ステージ２４とに固定する。（２）光ファイバ１０を往復移動させる基準点（中心点）Ｏに、加熱手段となるトーチ１３ｂを近づけ、光ファイバ１０を加熱する。このとき、トーチ１３ｂは、先端に外径０．８ｍｍのノズル１３ａを備えており、ガス導入部１３ｃから導入した水素と酸素の混合ガスを燃焼させた炎１３ｂをそのノズル１３ａで生じさせている。

　（３）光ファイバ１０の往復移動プロファイルを表２に示す。(i)ステップ１では、往復移動幅Ｗ（Ｗ１，Ｗ２）を１０ｍｍ（Ｗ１：Ａ方向に１０ｍｍ、Ｗ２：Ｂ方向に１０ｍｍ）、往復移動速度を６ｍｍ／秒の条件で光ファイバ１０を基準点Ｏを中心に光ファイバ１０の長手方向ＸのＡ方向とＢ方向に往復移動させる。このときの往復移動は、第１駆動モータ１５と第２駆動モータ１６とを制御して行う。(ii)ステップ２では、光ファイバ１０の加熱部分が軟化したところで、上記の往復移動幅Ｗと往復移動速度とをそのまま保ちつつ、第１ステージ２３と第２ステージ２４とを０．４ｍｍ／秒の速度で基準点Ｏからの距離Ｌ１，Ｌ２を拡大する。その拡開は、距離がＬ１＋８ｍｍとＬ２＋８ｍｍになるまで、すなわち拡間幅ΔＷとして計１６ｍｍ（ΔＷ＝ΔＷ１＋ΔＷ２）拡げるまで行う。このときの拡開も、第１駆動モータ１５と第２駆動モータ１６とを制御して行う。(iii)ステップ３では、往復移動幅Ｗを１４ｍｍ（Ｗ１：Ａ方向に１４ｍｍ、Ｗ２：Ｂ方向に１４ｍｍ）まで拡大し、往復移動速度は６ｍｍ／秒のままとし、さらに拡間速度０．１ｍｍ／秒で拡間幅ΔＷが３２ｍｍ（Ｌ１＋１６ｍｍとＬ２＋１６ｍｍ、ΔＷ１＝ΔＷ２＝１６ｍｍ）になるまでの条件で、光ファイバ１０を基準点Ｏを中心に光ファイバ１０の長手方向Ｘに往復移動させる。(iv)ステップ４では、往復移動幅Ｗは１４ｍｍ（Ｗ１：Ａ方向に１４ｍｍ、Ｗ２：Ｂ方向に１４ｍｍ）のままとし、往復移動速度も６ｍｍ／秒のままとし、さらに拡間速度０．４ｍｍ／秒で拡間幅ΔＷが４２ｍｍ（Ｌ１＋２１ｍｍとＬ２＋２１ｍｍ、ΔＷ１＝ΔＷ２＝２１ｍｍ）になるまでの条件で、光ファイバ１０を基準点Ｏを中心に光ファイバ１０の長手方向Ｘに往復移動させる。(v)ステップ５では、往復移動幅Ｗを６ｍｍ（Ｗ１：Ａ方向に６ｍｍ、Ｗ２：Ｂ方向に６ｍｍ）に縮小し、往復移動速度は６ｍｍ／秒のままとし、さらに拡間速度０．６ｍｍ／秒で拡間幅ΔＷが４６ｍｍ（Ｌ１＋２３ｍとＬ２＋２３ｍｍ、ΔＷ１＝ΔＷ２＝２３ｍｍ）になるまでの条件で、光ファイバ１０を基準点Ｏを中心に光ファイバ１０の長手方向Ｘに往復移動させる。(vi)ステップ６では、往復移動幅Ｗを３ｍｍ（Ｗ１：Ａ方向に３ｍｍ、Ｗ２：Ｂ方向に３ｍｍ）に縮小し、往復移動速度は６ｍｍ／秒のままとし、さらに拡間速度１．２ｍｍ／秒で拡間幅ΔＷが５６ｍｍ（Ｌ１＋２８ｍとＬ２＋２８ｍｍ、ΔＷ１＝ΔＷ２＝２８ｍｍ）になるまでの条件で、光ファイバ１０を基準点Ｏを中心に光ファイバ１０の長手方向Ｘに往復移動させる。なお、この実験例では、ステップ１～６の順で行い、また、Ｌ１とＬ２を１５ｍｍとした。

　（４）最後に、図４（Ｂ）に示す模式形態の細径化光ファイバ１０’を第１ステージ２３と第２ステージ２４から外した。

　図７は、得たれた細径化光ファイバ１０’の外形プロファイルの一例を示すグラフである。曲線ａは第１実験例で得られた細径化光ファイバ１０’の外径プロファイルであり、曲線ｄはこの第２実験例で得られた細径化光ファイバ１０’の外径プロファイルである。中心の０は、上記した基準点Ｏの位置に該当する。曲線ｄの細径化光ファイバ１０’の外径プロファイルは、曲線ａの細径化光ファイバ１０’の外径プロファイルと異なり、曲線ｄの途中に、傾きが小さくなる変曲領域Ｔ，Ｔを有している。この変曲領域Ｔ，Ｔは、図７の例では、外径が２０μｍ以上３０μｍ以下の範囲に存在している。

　こうした変曲領域Ｔ，Ｔは、光がクラッドによりコアに閉じ込められている状態から、空気あるいは真空によりクラッドに閉じ込められた状態に変化する変換損失（モード変換損失）を小さくできるという有効な特性を導くことができる。特にその変曲領域が２０μｍ以上３０μｍ以下の範囲に存在する場合には、例えば通信波長が８００ｎｍ～１６００ｎｍ程度の光ファイバのモード変換損失の特性を小さくできることにより透過率を大きくすることができるという格別の利点がある。

　上記した実験例での光透過率の測定は、図１０に示す透過損失測定で行った。図１０中、符号Ｓは細径化光ファイバ１０’の細径化領域を示し、符号６１はシングルモード光ファイバを示し、符号６２，６３は光コネクタを示し、符号６４は光源を示し、符号６５は光パワーメータを示している。光源としては、発振波長が８５０ｎｍのレーザー光を用い、光パワーメータとしては、光マルチメータ及びセンサユニット（横河電機株式会社（旧安藤電気）製、型式：ＡＱ２１４０及びＡＱ２７３５）を用いた。細径化損失は、ｄＢ＝－１０ｌｏｇ（Ｐ１／Ｐ０）で評価した。また、外径プロファイルは、細径化光ファイバ１０’の各部の外径を電子顕微鏡（株式会社キーエンス製、型式：ＶＥ－８８００）で測定した結果で評価した。

　なお、上記した実験例は例示であって、本発明に係る細径化光ファイバの製造装置及び製造方法は、それが有する構成要素や制御条件を設定することにより、図６や図７に示す外径プロファイルを持つ細径化光ファイバ１０’を得ることができると共に、それ以外の外径プロファイルを持つ細径化光ファイバ１０’を自在に設計できるという極めて有効な装置及び方法である。

　［細径化光ファイバ及び光ファイバモジュール］
　＜細径化光ファイバ＞
　本発明に係る細径化光ファイバ１０’は、上記した本発明に係る細径化光ファイバの製造装置（例えば図１～図３を参照）又は製造方法によって細径化された継ぎ目のない光ファイバであって、図４（Ｂ）に示すように、長手方向Ｘに最小外径２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の細径化領域Ｓを有し、その細径化領域Ｓの外径プロファイルが長手方向でコントロールされた対称形又は非対称形であることに特徴がある。こうした細径化光ファイバ１０’は、外径精度がよく、再現性が高い。その結果、光の透過損失を低減でき、光透過率を高めることができる。

　得られた細径化光ファイバ１０’の例は、上記した第１実験例（図６の符号ａで示す外径プロファイル）と第２実験例（図７の符号ｄで示す外径プロファイル）で得られた細径化光ファイバ１０’に代表されるが、それ以外の外径プロファイルを持つ細径化光ファイバ１０’も本発明に係る細径化光ファイバ１０’に含まれる。

　例えば、図６の符号ａの曲線は、外径約１２５μｍの光ファイバ１０を細径化して長さ６０ｍｍの細径化領域Ｓを持つ細径化光ファイバ１０’の外径プロファイルである。この細径化光ファイバ１０’は、最小外径が約４００ｎｍになるように細径化されたものであり、最小外径を示す点を基準点Ｏ（図１を参照）として表したグラフである。図６の横軸の「長さ０」の点は基準点Ｏに対応するものであり、この細径化光ファイバ１０’は、基準点Ｏで最小外径約４００ｎｍを示し、基準点Ｏから±１０ｍｍのところで外径約３．５μｍを示し、基準点Ｏから±２０ｍｍのところで外径約２０μｍを示し、基準点Ｏから±３０ｍｍのところで元の外径である約１２５μｍを示している。

　例えば、図６の符号ｃの曲線は、外径約１２５μｍの光ファイバ１０を細径化して長さ約１２５ｍｍ（図示しない）の細径化領域Ｓを持つ細径化光ファイバ１０’の外径プロファイルの一部である。この細径化光ファイバ１０’は、最小外径が約４００ｎｍになるように細径化されたものであり、基準点Ｏで最小外径約４００ｎｍを示し、基準点Ｏから±１０ｍｍのところで外径約２μｍを示し、基準点Ｏから±２０ｍｍのところで外径約１０μｍを示し、基準点Ｏから±３０ｍｍのところで外径約５０μを示し、基準点から±６０ｍｍのところで元の外径である約１２５μｍを示している。

　また、図７の符号ｄの曲線は、外径約１２５μｍの光ファイバ１０を細径化して長さ約６０ｍｍの細径化領域Ｓを持つ細径化光ファイバ１０’の外径プロファイルである。この細径化光ファイバ１０’は、最小外径が４００ｎｍになるように細径化されたものであり、最小外径を示す点を基準点Ｏ（図１を参照）として表したグラフである。図７の横軸の「長さ０」の点は基準点Ｏに対応するものであり、この細径化光ファイバ１０’は、基準点Ｏで最小外径４００ｎｍを示し、基準点Ｏから±１０ｍｍのところで外径約１０μｍを示し、基準点Ｏから±１２ｍｍ～±１８ｍｍの範囲でプロファイルの傾きが小さくなって外径変化率が小さい外径約２０μｍ以上約３０μｍ以下の範囲の変曲領域Ｔを示し、基準点Ｏから±２０ｍｍのところで外径約４０μｍを示し、基準点Ｏから±２５ｍｍのところで元の外径である約１２５μｍを示している。

　図７の符号ｄの外径プロファイルに示すように、本発明に係る細径化光ファイバ１０’は、細径化領域Ｓの外径プロファイルが、長手方向Ｘの外径変化率が小さくなる変曲領域Ｔを有している点にも特徴がある。こうした変曲領域Ｔは、光がクラッドによりコアに閉じ込められている状態から、空気あるいは真空によりクラッドに閉じ込められた状態に変化する変換損失（モード変換損失）を小さくできるという有効な特性を導くことができる。

　一般に、コアとクラッドとの境界面と光の進行方向とのなす角度が変化することは、光ファイバのコア内を進行する光のモード変換を発生させる原因の一つと考えられている。細径化光ファイバ１０’に形成されたテーパ部は、コアとクラッドとの境界面と光の進行方向とのなす角度が変化する領域である。そのため、モード変換がテーパ部で生じる。こうしたモード変換の発生は、変換損失の原因となる。テーパ部のテーパ角度を小さくすることは、変換損失を小さくするために有効である。しかし、テーパ部のテーパ角度を小さくした場合、テーパ部が長くなるので、細径化光ファイバ１０’の細り始める部分と細径化領域Ｓとの間の距離が長くなる。

　一方、細径化光ファイバ１０’のテーパ部の長さは、細径化光ファイバ１０’が適用される製品に応じた長さに制限される。適用される製品に応じた長さにテーパ部の長さを形成した場合、テーパ部のテーパ角度は大きくなってしまう。

　変曲領域Ｔは、こうした変換損失を小さくするという目的及びテーパ部の長さを適用される製品に応じた長さに形成するという目的の双方を達成するための構成である。前述したように、変換損失は、コアとクラッドとの境界面と光の進行方向とのなす角度が変化する位置で発生する。しかし、細径化光ファイバ１０’が細りはじめる位置とこの位置から細径化領域Ｓ側の数μｍの範囲の領域ではテーパ角度が大きく形成されている場合でも、変換損失は、ほとんど発生しない。そのめため、細径化光ファイバ１０’が細りはじめる位置よりも数μｍだけ細径化領域Ｓ側に離れた部分にテーパ角度が小さくなる領域を設けることは、変換損失が発生することを効果的に抑制する構成になる。細径化光ファイバ１０’の変曲領域Ｔは、モード変換による変換損失が生じる領域に設けられている。

　そうした変曲領域Ｔでの外径は任意に調整できる。図７の例では、その変曲領域Ｔを外径約２０μｍ～３０μｍの範囲内に設けている。この範囲に変曲領域Ｔを設けることにより、変曲領域Ｔを持たない細径化光ファイバ１０’に比べて、例えば通信波長が８００ｎｍ～１６００ｎｍ程度の光ファイバのモード変換損失の特性を小さくできることにより透過率を大きくすることができるという格別の利点がある。こうした変曲領域Ｔを持つ細径化光ファイバ１０’は、８００ｎｍ～１６００ｎｍを実現できる。

　なお、本発明に係る細径化光ファイバ１０’は、上記した図６の符号ａの外径プロファイルを持つ細径化光ファイバ１０’や、図７の符号ｄの外径プロファイルを持つ細径化光ファイバ１０’の２態様に限られず、２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲内の最小外径を持つ各種の外径プロファイルを持つものも含まれる。特に、２００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内の極めて細い最小外径を持っている細径化光ファイバ１０’が好ましい。こうした外径範囲の細径化領域Ｓを有する細径化光ファイバ１０’は、量子通信用光ファイバとして特に適していると共に、その最小外径を示す点（基準点Ｏ）から徐々に外径が増す外径プロファイルを有することにより、光透過率を大きくできるという利点がある。徐々に外径が増す外径プロファイルとしては、基準点Ｏから±１０ｍｍまでの外径が１μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下のものを挙げることができる。

　変曲領域Ｔは、細径化光ファイバ１０’の長手方向Ｘの外径変化率が小さい領域である。言い換えれば、細り方の程度が長手方向Ｘで小さいことを意味し、「細り方の傾き」として表すこともできる。例えば、最小外径から外径が約２０μｍまでの範囲は細り方の傾きが１０ｍｒａｄ以下、好ましくは６ｍｒａｄ以下であり、外径が２０μｍから３０μｍまでの範囲は細り方の傾きが１ｍｒａｄ以下、好ましくは０．５ｍｒａｄ以下であり、外径が３０μｍから１２５μｍまでの範囲は細り方の傾きが１０ｍｒａｄ以下、好ましくは６ｍｒａｄ以下であるものを挙げることができる。細り方の傾きがこの範囲内にあることにより、透過損失を小さくでき、光透過率が大きくなるという利点がある。一方、この範囲を超えると、透過損失が大きくなり、光透過率が小さくなるという難点がある。

　以上説明したように、本発明に係る細径化光ファイバ１０’は、長手方向Ｘに最小外径が２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の細径化領域Ｓを有し、その細径化領域Ｓの外径プロファイルが長手方向Ｘでコントロールされた継ぎ目のない対称形又は非対称形であるので、こうした細径化光ファイバ１０’は、外径精度がよく、再現性が高い。その結果、光の透過損失を低減でき、光透過率を高めることができる。なお、本発明に係る細径化光ファイバ１０’は継ぎ目がない点も特徴であり、従来の光ファイバカプラのような継ぎ目又は継ぎ目の痕跡があるものとは、構造上の違いが明らかである。

　＜光ファイバモジュール＞
　本発明に係る光ファイバモジュール５１，６１は、図８及び図９で例示する２つの実施形態に示すように、本発明に係る細径化光ファイバ１０’と、細径化光ファイバ１０’を内部に収容する枠体５４，６３とを少なくとも備えている。こうした光ファイバモジュール５１，６１は、量子通信等の光ファイバモジュールとして利用できる。

　（第１実施形態）
　図８（Ａ）は、図８（Ｂ）のＡ－Ａで切断したときの断面図であり、図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＢ－Ｂで切断したときの断面図である。この光ファイバモジュール５１は、所定長さの細径化光ファイバ１０’と、細径化光ファイバ１０’の両端に接続された光ファイバコネクタ５２，５３と、細径化光ファイバ１０’を収容するとともに、光ファイバコネクタ５２，５３を介して細径化光ファイバ１０’を固定する枠体５４とを備えている。この光ファイバモジュール５１では、枠体５４の長手方向の両端には、光ファイバコネクタ５２，５３に外部端子を接続する接続端子ボックス５５，５６が設けられている。この接続端子ボックス５５，５６は任意に設けることができる。なお、符号５７は光ファイバ固定板であり、符号５８は光ファイバ固定板５７の中間くり貫き部である。細径化光ファイバ１０’は、光ファイバ固定板５７に接着剤等で固定されていることが好ましい。

　この光ファイバモジュール５１において、細径化光ファイバ１０’の細径化領域Ｓは、光ファイバ固定板５７の中間くり貫き部５８の上方に配置される。光ファイバコネクタ５２，５３は、通常の光ファイバコネクタであれば特に限定されず、例えばジルコニア等からなるフェルールに挿入されて構成されている。枠体５４は、図８の例では箱形枠体を例示しているが、必ずしも箱形である必要はなく、パイプ形やその他の形状であってもよい。接続端子ボックス５５，５６は、外部から光信号を入出力させる外部端子を接続するための端子ボックスであり、これも特に限定されず、光ファイバコネクタへの接続端子として一般的に用いられているものを適用できる。

　こうした光ファイバモジュール５１は、枠体５４に固定され且つ封止されているので、気流、粉塵、温度変化等の外部からの外乱要因によって影響されにくい。そして、２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の極めて細い最小外径を備えた細径化光ファイバ１０’を装着した光ファイバモジュール５１であるので、安定した量子通信等の通信を実現できるので有利である。

　（第２実施形態）
　図９は、細径化光ファイバ１０’を備えた光ファイバモジュール６１の一部切り欠き斜視図である。この光ファイバモジュール６１は、細径化光ファイバ１０’と、細径化光ファイバ１０’を内部に収容するとともに、細径化光ファイバ１０’の両側に設けられた接着剤６４，６５を介して細径化光ファイバ１０’を固定する枠体６３とを備えている。

　この光ファイバモジュール６１では、細径化光ファイバ１０’の細径化領域Ｓを載置部材６２に載せている。細径化領域Ｓを載置部材６２に載せることにより、細径化領域Ｓが振動等の外乱要因で断線等するのを防ぐことができる。この載置部材６２は、円筒形状の部材を半割した形状で構成されているので、細径化領域Ｓを半割した平面部に安定した態様で載せることができる。その半割状の載置部材６２の両端部では、細径化光ファイバ１０’を接着剤（図示しない）によって接着し、固定している。また、半割状の載置部材６２は、パイプ形状の枠体６３の内面に接着剤（図示しない）で固定されている。なお、載置部材６２は、ガラスや石英であることが好ましい。特に石英からなる載置部材６２は、石英光ファイバを用いた細径化光ファイバ１０’と線膨張係数が同じになるので、温度変化による断線率を低下させることができる等の点で有効である。

　こうした光ファイバモジュール６１は、図９の例では、パイプ形状の枠体６３内に固定され且つ、パイプ形状の枠体６３の両端部で接着剤６４，６５で封止されているので、気流、粉塵、温度変化等の外部からの外乱要因によって影響されにくい。そして、２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の極めて細い最小外径を備えた細径化光ファイバ１０’を装着した光ファイバモジュール６１であるので、安定した量子通信等の通信を実現できるので有利である。

　なお、光ファイバモジュール６１の両側の接着剤６４，６５のさらに先（延長線上）には、図８に示した光ファイバコネクタ５２，５３と同様の光ファイバコネクタが設けられていてもよい。そうした光ファイバコネクタは、図８の説明箇所で説明したのと同様、通常の光ファイバコネクタであれば特に限定されない。また、枠体６３は、パイプ形状を好ましく例示しているが、必ずしもパイプ形状である必要はなく、箱形やその他の形状であってもよい。

　１　細径化光ファイバの製造装置
　１０　光ファイバ
　１０’　細径化光ファイバ
　１１　第１移動装置
　１２　第２移動装置
　１３　加熱装置
　１３ａ　先端ノズル
　１３ｂ　炎（トーチ）
　１３ｃ　ガス導入部
　１４　加熱装置の移動ステージ
　１４ａ　上下駆動装置
　１４ｂ　前後駆動装置
　１５　第１駆動モータ
　１６　第２駆動モータ
　１７　取り付け手段（第１クランプ）
　１８　取り付け手段（第２クランプ）
　１９，２０　リニアガイド
　２１，２２　固定ジグ（磁石）
　２３　第１ステージ
　２４　第２ステージ
　２５ａ，２５ｂ　Ｖ溝

　５１　光ファイバモジュール
　５２，５３　光ファイバコネクタ
　５４　枠体（箱形枠体）
　５５，５６　接続端子ボックス
　５７　光ファイバ固定板
　５８　光ファイバ固定板の中間くり貫き部
　６１　光ファイバモジュール
　６２　半割石英部材
　６３　枠体（パイプ形枠体）
　６４，６５　接着剤
　７１　シングルモード光ファイバ
　７２，７３　光コネクタ
　７４　光源
　７５　光パワーメータ

　Ａ　左移動
　Ｂ　右移動
　Ｌ１　基準点から第１クランプまでの距離
　Ｌ２　基準点から第２クランプまでの距離
　Ｏ　基準点（中心点）
　Ｐ　第１クランプ位置
　Ｑ　第２クランプ位置
　Ｓ　細径化領域
　Ｔ　変曲領域
　Ｗ　往復移動幅
　Ｗ１　Ａ方向の移動幅
　Ｗ２　Ｂ方向の移動幅
　ΔＷ　拡間幅（拡大させる幅）
　Ｘ　光ファイバの長手方向

Claims (9)

1. 　所定の間隔で取り付けられた光ファイバを該光ファイバの長手方向に往復移動させる移動装置と、前記往復移動する光ファイバを固定箇所で加熱する加熱装置とを備え、前記移動装置が、前記往復移動させながら前記光ファイバの取り付け間隔を拡げることができる拡間手段を備えることを特徴とする細径化光ファイバの製造装置。
2. 　前記移動装置は、前記光ファイバを固定する少なくとも２つの取り付け手段を備え、前記拡間手段は、前記少なくとも２つの取り付け手段を独立又は連動して制御できるように構成されている、請求項１に記載の細径化光ファイバの製造装置。
3. 　前記制御は、前記取り付け手段に固定された光ファイバの往復移動幅、往復移動速度及び拡開幅から選ばれる１又は２以上を可変できるように構成されている、請求項２に記載に細径化光ファイバの製造装置。
4. 　所定の間隔で取り付けられた光ファイバを該光ファイバの長手方向に往復移動させる往復移動工程と、前記往復移動する光ファイバを固定箇所で加熱する加熱工程とを備え、前記光ファイバを往復移動させながら行う加熱途中で、前記光ファイバの取り付け間隔を拡げて該光ファイバを延伸させることを特徴とする細径化光ファイバの製造方法。
5. 　前記光ファイバの延伸は、前記光ファイバを固定する少なくとも２つの取り付け手段を、独立又は連動して制御して行う、請求項４に記載の細径化光ファイバの製造方法。
6. 　前記制御は、前記取り付け手段に固定された光ファイバの往復移動幅、往復移動速度及び拡開幅から選ばれる１又は２以上を可変できるように構成されている、請求項５に記載の細径化光ファイバの製造方法。
7. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の細径化光ファイバの製造装置又は請求項４～６のいずれか１項に記載の細径化光ファイバの製造方法で製造された継ぎ目のない光ファイバであって、長手方向に最小外径２００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の細径化領域を有し、該細径化領域の外径プロファイルが長手方向で対称又は非対称であることを特徴とする細径化光ファイバ。
8. 　前記細径化領域の外径プロファイルが、長手方向の外径変化率が小さくなる変曲領域を１又は２以上有する、請求項７に記載の細径化光ファイバ。
9. 　請求項７又は８に記載の細径化光ファイバと、該細径化光ファイバを内部に収容する枠体とを少なくとも備えることを特徴とする細径化光ファイバモジュール。

Images