WO2014129553A1 - 母材製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a preform manufacturing method for manufacturing a multi-core optical fiber preform having a plurality of core portions each extending in a predetermined axial direction.
- a multi-core optical fiber preform having a plurality of core portions each extending in a predetermined axial direction can be manufactured by a rod-in collapse method (see Patent Documents 1 and 2).
- a glass pipe is manufactured by forming a plurality of holes extending along the central axis of a glass body having a substantially cylindrical shape.
- a plurality of core rods each including a core portion are inserted into the plurality of hole portions of the glass pipe, and the plurality of core rods are heated in a state where the plurality of core rods are inserted into the plurality of hole portions.
- glass pipe are integrated.
- a multi-core optical fiber preform is manufactured through the above rod-in collapse process.
- a multi-core optical fiber can be manufactured by drawing the multi-core optical fiber preform manufactured as described above.
- a core rod is inserted into a hole located in the central axis of the glass pipe (hereinafter referred to as the pipe central axis), and the glass pipe is moved around the pipe central axis.
- Axisymmetric heating is performed while rotating.
- a glass pipe and a core rod are integrated.
- the deformation of the glass pipe during this heating integration process occurs symmetrically around the central axis of the pipe.
- the glass near the core rod is deformed toward the central axis of the pipe, and the core rod and the glass pipe are integrated. Therefore, in the optical fiber preform having one core portion, the core portion can be accurately arranged at the position of the central axis of the optical fiber preform.
- connection loss is reduced in the optical connection between the core of the multicore optical fiber and the light emitting element or the light receiving element, or in the optical connection between the core of one multicore optical fiber and the core of another multicore optical fiber. It is important to make it smaller.
- the position of each core portion in the cross section of the multi-core optical fiber preform must be precisely controlled.
- the core portion out of the central axis of the multi-core optical fiber preform (hereinafter referred to as the preform central axis) among the plurality of core portions is the core rod in the heating integration process.
- the deformation of nearby glass is not symmetric.
- the center of the hole portion and the center of the core portion after integration do not coincide with each other. For this reason, it is difficult to accurately arrange the core portion that is not located on the center axis of the base material at the position as designed.
- the clearance between the inner wall surface of the hole of the glass pipe and the outer peripheral surface of the core rod is large, the position shift of the core portion in the multi-core optical fiber preform tends to be large. If the clearance is small, the positional deviation of the core part after integration can be reduced. However, if the clearance is too small, it is difficult to insert the core rod into the hole of the glass pipe. Further, when the core rod is inserted, the inner wall surface of the hole of the glass pipe or the outer peripheral surface of the core rod is likely to be damaged, and this damage causes bubbles at the interface.
- the relationship between the core diameter and the pitch between cores in a multi-core optical fiber is determined by a single rod-in collapse process and cannot be corrected in the subsequent processes.
- the present invention has been made to solve the above-described problems, and can easily manufacture a multi-core optical fiber preform in which a plurality of core portions are accurately arranged at designed positions.
- the object is to provide a manufacturing method.
- a base material manufacturing method is a method for manufacturing a multi-core optical fiber base material including a plurality of core portions each extending in a predetermined axial direction and a common clad portion covering each of the plurality of core portions. It is.
- the base material manufacturing method includes a hole forming step and a heating integration step.
- a glass body that constitutes a part of the common cladding is prepared, and the glass body is formed by forming a plurality of holes extending along the central axis of the glass body.
- a pipe is made.
- a plurality of core rods each including a core portion are prepared, the plurality of core rods are respectively inserted into the plurality of hole portions of the glass pipe, and the plurality of core rods are respectively inserted into the plurality of hole portions.
- the plurality of core rods and the glass pipe are integrated.
- the multi-core optical fiber preform is manufactured through the hole forming step and the heating integration step.
- the center position of the peripheral core portion deviated from the base material central axis among the plurality of core portions of the multi-core optical fiber base material to be manufactured and the base material central axis Let d be the distance between.
- the radius of the peripheral core rod corresponding to the peripheral core portion is r
- the radius of the peripheral hole portion into which the peripheral core rod is inserted among the plurality of hole portions to be formed in the glass body R
- D be the distance between the center position of the peripheral hole and the center axis of the glass body.
- the peripheral hole is formed at a position satisfying the following relational expression on the straight line connecting the center position of the peripheral core and the central axis of the glass body.
- the outer diameter of the multi-core optical fiber manufactured by drawing the multi-core optical fiber preform based on the outer diameter of the multi-core optical fiber preform is used.
- the diameter reduction ratio is ⁇
- the outer diameter of the glass pipe is preferably set so as to satisfy the following conditions.
- the base material manufacturing method also includes the hole forming step and the heating integration step.
- the center position of the peripheral core portion deviated from the base material central axis among the plurality of core portions of the multi-core optical fiber base material to be manufactured and the base material central axis Let d be the distance between.
- the radius of the peripheral core rod corresponding to the peripheral core portion is r
- the radius of the peripheral hole portion into which the peripheral core rod is inserted among the plurality of hole portions to be formed in the glass body R
- D be the distance between the center position of the peripheral hole and the central axis of the glass body
- S be the clearance cross-sectional area at the other hole existing between the peripheral hole and the pipe central axis.
- the outer diameter of the multi-core optical fiber manufactured by drawing the multi-core optical fiber preform based on the outer diameter of the multi-core optical fiber preform is used.
- the diameter reduction rate is ⁇
- the outer diameter and the clearance of the glass pipe are preferably set so as to satisfy the following conditions.
- the difference between the radius R of the peripheral hole and the radius r of the peripheral core rod is 0. It is preferable that it is 0.15 mm or more.
- the peripheral hole portion among the hole portions formed in the glass body is formed at a position that takes into account the position variation of the core portion before and after the integration of the core rod and the glass pipe. .
- a multi-core optical fiber preform in which a plurality of core portions are accurately arranged at designed positions can be easily manufactured.
- FIG. show the structure of the cross section of an example of the multi-core optical fiber which can be manufactured with the base material manufacturing method which concerns on this embodiment (each cross section orthogonal to the central axis of a multi-core optical fiber and its base material is hereafter called a cross section).
- FIG. are the flowcharts for demonstrating the preform
- FIG. show the flowcharts for demonstrating the hole formation process of FIG.
- FIG. show the figures for demonstrating core rod insertion in the heating integration process of FIG.
- FIG. show the figures for demonstrating integration of the glass pipe and core rod in the heating integration process of FIG.
- FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional structure of a multi-core optical fiber preform taken along lines AA ′, BB ′, and CC ′ in FIG.
- FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional structure of each part of the base material in the manufacturing process of the base material of the multi-core optical fiber shown in FIG. 8 (cross sections taken along lines AA ′ and CC ′ in FIG. Equivalent).
- FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure of an example of a multi-core optical fiber that can be manufactured by the base material manufacturing method according to the present embodiment.
- the multi-core optical fiber 1 includes each core 11 0 to 11 6 of the seven extending in a predetermined axial direction, the core 11 0 to 11 6 common cladding 12 covering respectively the.
- Core 11 0 the center axis of the multi-core optical fiber is disposed on (hereinafter, the fiber in the heart axis) AX.
- the other six cores 11 1 to 11 6 are arranged at an equal pitch on the circumference of a circle centered on the fiber center axis AX.
- Each of the cores 11 0 to 11 6 includes a region having a refractive index higher than that of the common clad 12 and can propagate light.
- the fiber central axis, the glass body central axis, the pipe central axis, and the base metal central axis are denoted by “AX” as the same central axis.
- the base material manufacturing method includes a hole forming step ST10 and a heating integration step ST20 as shown in the flowchart of FIG. 3A and 3B are diagrams for explaining the hole forming step ST10.
- FIG. 4 is a view for explaining core rod insertion in the heating integration step ST20.
- FIG. 5 is a diagram for explaining the integration of the glass pipe and the core rod in the heating integration step ST20.
- FIG. 6 is a view showing the structure of the longitudinal section of the multi-core optical fiber preform shown in the region A in FIG. 5, and FIGS. 7A to 7C are A-
- FIG. 4 is a diagram showing a cross-sectional structure of a multi-core optical fiber preform along lines A ′, BB ′, and CC ′, respectively.
- 3A to 3B, 4 to 6, and 7A to 7C schematically illustrate a base material manufacturing method for manufacturing the multi-core optical fiber base material 3.
- Multi-core optical fiber preform 3 which are produced by the preform manufacturing method according to the present embodiment, for example, FIG. 7 as shown (C), the core portion 31 of the seven extending in the first axis direction respectively 0 having ⁇ 31 6 in a common cladding part 32.
- the multi-core optical fiber 1 shown in FIG. 1 is manufactured by drawing the multi-core optical fiber preform 3 along the preform central axis AX.
- a glass body 10 extending along the central axis AX is prepared.
- the glass body 10 constitutes a part of a common clad portion and has a substantially cylindrical shape.
- the glass pipe 22 as shown in FIG. 3B is obtained.
- Each hole 220 has a diameter D and extends from one end surface 22A of the glass body 10 toward the other end surface 22B.
- each of the core rods 21 0 to 21 6 includes an inner portion 211 corresponding to the core portion and an outer portion 212 (which constitutes a part of a common cladding portion) covering the inner portion 211.
- FIG. 5 by glass pipe 22 core rod 21 0-21 6 is inserted is heated by a heating source 300 such as a heater, in FIG. 7 (C) A multi-core optical fiber preform 3 having a cross section as shown is obtained.
- the glass pipe 22 is heated while changing the relative position with the heating source 300. That is, the heated part of the glass pipe 22 moves from the other end face 22B toward the one end face 22A with time. Further, during the heating of the glass pipe 22, the glass pipe 22 rotates in the direction indicated by the arrow S1 around the central axis AX.
- the relative position of the glass pipe 22 and the heating source 300 is changed by moving the glass pipe 22 in the direction indicated by the arrow S2, but the heating source 300 may move, Further, both the glass pipe 22 and the heat source 300 may move in the opposite directions.
- each of the core rods 21 0 to 21 6 is composed of a central core (corresponding to the inner portion 211 in FIG. 4) made of silica glass to which chlorine is added, and silica glass to which fluorine is added surrounding the central core.
- the glass pipe 22 is made of silica glass to which fluorine has been added.
- the core rod 21 0-21 6 respectively, and a central core made of silica glass doped with GeO 2 (inner section 211), made of pure silica glass GeO 2 surrounds the periphery is not added in the central core optical
- the glass pipe 22 is made of pure silica glass while including the clad (outer portion 212).
- Core rod 21 0-21 6 respectively are made by OVD method or the like.
- the hole 220 of the glass pipe 22 is formed by drilling the substantially cylindrical glass body 10 with a drill.
- the heating integration step ST20 integration with the glass pipe is performed in order from the core rod arranged on the outer side among the plurality of core rods. . This is considered to be because the glass pipe 22 is heated faster toward the outside near the heating source 300 and the deformation is likely to proceed.
- the six core rods 21 1 to 21 6 peripheral core rods
- the six core rods 21 1 to 21 6 peripheral core rods
- the outer portion of the glass pipe 22 is easily deformed inward, while the inner portion is the pipe center axis AX. It is conceivable that there is no place to go in the direction toward the front and that the deformation does not easily proceed, and that the inner side of the glass pipe 22 is relatively less likely to be heated and is not easily deformed.
- the multi-core optical fiber preform 3 is produced by the rod-in-collapse method, except for the core portion 31 0 that is located on the base material central axis AX, peripheral core portions 31 1 to 31 6 are disposed outside Is shifted from the center position of the hole 220 of the glass pipe 22 toward the direction of the pipe center axis AX of the glass pipe 22.
- the clearance between the outer peripheral surface of the core rod 21 1 to 21 6 including the inner wall surface and a peripheral core portion of the hole portion 220 of the glass pipe 22 is large, the deviation of the core portions 31 1 to 31 6 in the multi-core optical fiber preform 3 The amount is great. Since the inside of the hole portion 220 of the glass pipe 22 in some cases these core rod 21 1 to 21 6 is not in contact is considered to control the position that depends on the deviation of the peripheral core portion 31 1 to 31 6 with high precision It is difficult.
- another hole is formed between the outer hole and the pipe center axis AX of the glass pipe 22.
- the outer core rods 21 1 to 21 6 also move toward the pipe center axis AX due to the influence.
- FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional structure of another example of a multi-core optical fiber that can be manufactured by the base material manufacturing method according to the present embodiment.
- the multi-core optical fiber 4 is provided each between the core 41 1-41 8 eight extending in the first direction, the common cladding 42 covering the respective core 41 1-41 8.
- the eight cores 41 1 to 41 8 are arranged in 2 rows and 4 columns on a cross section orthogonal to the base material central axis AX.
- the four cores 41 1 to 41 4 are arranged at a constant pitch on a certain straight line, and the four cores 41 5 to 41 8 are arranged at a constant pitch on another straight line.
- Each of the cores 41 1 to 41 8 includes a region having a refractive index higher than the refractive index of the common clad 42 and can propagate light.
- 9 (A) and 9 (B) are diagrams showing the cross-sectional structure of each part of the base material in the base material manufacturing process of the multi-core optical fiber 4 shown in FIG. 8 (the line AA ′ in FIG. 6). , Corresponding to a cross section taken along line CC ′).
- 9A and 9B show a base material manufacturing method (base material manufacturing method according to the present embodiment) for manufacturing the multi-core optical fiber base material 6 for obtaining the multi-core optical fiber 4. It is a figure for demonstrating typically.
- Multi-core optical fiber preform 6 includes each core unit 61 1 to 61 8 of 8 extending in the first direction, the common cladding portion 62 covering the respective core portions 61 1 to 61 8 (FIG. 9 (B)). By drawing the multi-core optical fiber preform 6 along the preform center axis AX, the multi-core optical fiber 4 having the cross-sectional structure of FIG. 8 is obtained.
- the base material manufacturing method also includes the hole forming step ST10 and the heating integration step ST20, as shown in FIG.
- the hole forming step ST10 the glass pipe 52 is produced by forming eight holes extending along the central axis of the substantially cylindrical glass body.
- the heating unifying step ST20 firstly, a core rod 51 1-51 8 is inserted into the hole of the glass pipe 52. Then, as shown in FIG. 5, by going to integrate the core rod 51 1-51 8 and the glass pipe 52 while moving the heating site, the multi-core optical fiber preform 6 is manufactured.
- a core portion (peripheral core portion) that is not located on the central axis AX among a plurality of core portions of the multi-core optical fiber preform to be manufactured.
- the position of the hole formed in the hole forming step ST10 is determined in consideration of the position change in the heating integration step ST20. Specifically, it is as follows.
- FIG. 10A and 10 (B) are diagrams for quantitatively explaining the base material manufacturing method according to the present embodiment.
- FIG. 10A shows a cross section of the multi-core optical fiber preform 3 to be manufactured.
- FIG. 10B shows a cross section of the glass pipe 22.
- the distance between the center axis AX of the center position and the multi-core optical fiber preform 3 near the core portion 31 1 to 31 6 as d.
- the radius of the core rods (peripheral core rods) 21 1 to 21 6 corresponding to the peripheral core portions 31 1 to 31 6 is r, and the periphery of the plurality of holes to be formed in the glass body hole portion core rod 21 1 to 21 6 are inserted the radius of the (peripheral holes) R, the distance between the center axis AX of the center position and the glass body surrounding the hole and D.
- the peripheral hole is located at a position satisfying the relationship of the following expression (1) on the straight line connecting the center position of the peripheral core portion and the central axis AX of the glass body 10 with respect to the glass body 10. Part is formed.
- This equation indicates that the hole is provided outside the maximum by one side clearance (Rr) between the core rod and the hole.
- another hole (hole on the pipe center axis AX) is provided between the peripheral hole and the center axis AX of the glass pipe 22. ) Is present, the sectional area of the clearance 23 is S.
- the peripheral hole is located at a position satisfying the relationship of the following expression (2) on the straight line connecting the center position of the peripheral core portion and the central axis AX of the glass body 10 with respect to the glass body 10. Part is formed.
- the clearance is small. That is, by reducing the value of R ⁇ r, it is possible to reduce the amount of change in the position of the peripheral core part before and after the heating integration step ST20.
- the value of R ⁇ r is 1 mm
- the center of the peripheral hole is previously arranged outside by 0 to 1 mm.
- the peripheral hole center is previously arranged outside by 0.5 to 0.5 mm.
- the value of R ⁇ r is 0.1 mm
- the peripheral hole center is previously arranged outside by 0 to 0.1 mm.
- the difference between the radius R of the peripheral hole portion and the radius r of the peripheral core rod is preferably 0.15 mm or more (the following formula (4)), and more preferably 0.5 mm or more.
- the position accuracy of the core also depends on the diameter reduction rate ⁇ during the drawing process. As the diameter reduction rate ⁇ is larger, the influence of the position accuracy of the core portion in the multi-core optical fiber preform is reduced. When the diameter of the multi-core optical fiber is determined, the larger the diameter of the multi-core optical fiber preform, the less the influence of the position accuracy of the core portion in the multi-core optical fiber preform.
- the diameter reduction rate ⁇ is defined by the ratio of the diameter of the multicore optical fiber to the diameter of the multicore optical fiber preform immediately after the heating integration step ST20. Considering the case where the diameter of the multi-core optical fiber preform is changed after the heating integration step ST20 and before the drawing step, the diameter reduction ratio ⁇ is determined by the multi-core optical fiber preform immediately after the heating integration step ST20. Is defined as the ratio of the inter-core pitch in the multi-core optical fiber to the inter-core pitch in FIG.
- the position accuracy of the core portion in the multi-core optical fiber preform is 0.5 mm and the diameter reduction rate ⁇ is 0.002
- the position accuracy of the core in the multi-core optical fiber is 1.0 ⁇ m.
- the core position accuracy required in the multi-core optical fiber is, for example, 1 ⁇ m or less, and preferably 0.5 ⁇ m or less. Since the position accuracy of the core in the multi-core optical fiber is not only due to the clearance, the position accuracy of the core due to the clearance between the hole of the glass pipe 22 and the core rod 21 is preferably 0.5 ⁇ m or less (the following (5 ) Formula), and more preferably 0.2 ⁇ m or less.
- the following equation (6) is obtained from the above equations (4) and (5).
- the value on the right side must be greater than or equal to the value on the left side, so the diameter reduction ratio ⁇ needs to be smaller than 0.0033.
- the outer diameter of the multicore optical fiber preform is 37.5 mm or more.
- the outer diameter of the multicore optical fiber preform is 45 mm or more.
- Multi-core optical fiber 3, 6 ... Multi-core optical fiber base material, 10 ... Glass body (before hole formation), 11 0 to 11 6 , 41 1 to 41 8 ... Core, 12, 42 ... Cladding, 21 0 to 21 6 , 51 1 to 51 8 ... core rod, 22, 52 ... glass pipe, 23 ... clearance, 31 0 to 31 6 , 61 1 to 61 8 ... core part, 32, 62 ... clad part.
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Abstract
本発明の母材製造方法は、ガラス体に複数の孔部を形成することによりガラスパイプを製作する孔部形成工程と、コア部を含むコアロッドが孔部それぞれに挿入された状態でガラスパイプを加熱することにより、コアロッドとガラスパイプを一体化させる加熱一体化工程を備える。孔部形成工程において、ガラス体に形成される孔部のうち周辺孔部は、一体化前後におけるコア部の位置変動が考慮された位置に形成される。
Description
本発明は、それぞれが所定軸方向に延在する複数のコア部を有するマルチコア光ファイバ母材を製造するための母材製造方法に関するものである。
それぞれが所定軸方向に延在する複数のコア部を有するマルチコア光ファイバ母材はロッドインコラプス法で製造することができる(特許文献1、2参照)。ロッドインコラプス工程では、まず、略円柱形状のガラス体に対し、該ガラス体の中心軸に沿って延在する複数の孔部を形成することでガラスパイプが作製される。続いて、それぞれがコア部を含む複数のコアロッドがガラスパイプの複数の孔部にそれぞれ挿入され、複数のコアロッドが複数の孔部に挿入された状態でガラスパイプを加熱することにより、複数のコアロッドとガラスパイプが一体化される。以上のロッドインコラプス工程を経てマルチコア光ファイバ母材が製造される。
上述のように製造されたマルチコア光ファイバ母材を線引することでマルチコア光ファイバが製造され得る。
発明者らは、従来の母材製造方法について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、1つのコア部を有する光ファイバ母材を製造するには、ガラスパイプの中心軸(以下、パイプ中心軸という)に位置する孔部にコアロッドが挿入され、ガラスパイプをパイプ中心軸周りに回転させながら軸対称の加熱が行われる。これにより、ガラスパイプとコアロッドが一体化される。この加熱一体化工程の際のガラスパイプの変形は、パイプ中心軸周りに対称に発生する。その結果、コアロッドの近傍のガラスがパイプ中心軸に向かって変形し、コアロッドとガラスパイプが一体化される。したがって、1つのコア部を有する光ファイバ母材では、コア部が当該光ファイバ母材の中心軸の位置に精度よく配置され得る。
これに対して、マルチコア光ファイバのコアと発光素子または受光素子との光学的接続や、或るマルチコア光ファイバのコアと他のマルチコア光ファイバのコアとの光学的接続の際に、接続損失を小さくすることが重要である。それには、マルチコア光ファイバ母材の断面における各コア部の位置は精密に制御されなければならない。しかしながら、マルチコア光ファイバ母材では、複数のコア部のうち当該マルチコア光ファイバ母材の中心軸(以下、母材中心軸という)から外れたコア部については、加熱一体化工程の際のコアロッドの近傍のガラスの変形が対称にならない。その結果、孔部の中心と一体化後のコア部の中心とが互いに一致しない。このことから、母材中心軸に位置しないコア部は、設計通りの位置に精度よく配置することが困難である。
また、ガラスパイプの孔部の内壁面とコアロッドの外周面との間のクリアランスが大きいと、マルチコア光ファイバ母材におけるコア部の位置ずれが大きくなり易い。クリアランスが小さければ、一体化後におけるコア部の位置ずれを小さくすることができる。しかしながら、クリアランスが小さすぎると、ガラスパイプの孔部へのコアロッドの挿入が難しい。また、コアロッド挿入時にガラスパイプの孔部の内壁面またはコアロッドの外周面に傷が生じ易く、この傷が界面での気泡発生等の要因となる。
更に、マルチコア光ファイバにおけるコア径とコア間ピッチとの関係は、1回のロッドインコラプス工程で決定され、以後の工程で修正することができない。加えて、マルチコア光ファイバ母材は、プリフォ-ムアナライザなど非破壊の手段で断面内のコア部の位置の情報を得ることが難しく、微調整も困難である。したがって、ロッドインコラプス工程時に所望のコア間隔等が高精度に得られることが望ましい。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、複数のコア部が設計通りの位置に精度よく配置されたマルチコア光ファイバ母材を容易に製造することができる母材製造方法を提供することを目的としている。
本発明に係る母材製造方法は、それぞれが所定軸方向に延在する複数のコア部と、複数のコア部それぞれを覆った共通のクラッド部とを備えたマルチコア光ファイバ母材を製造する方法である。
本発明の第1の態様として、当該母材製造方法は、孔部形成工程と、加熱一体化工程を備える。孔部形成工程では、共通のクラッド部の一部を構成するガラス体が用意され、ガラス体に対して、該ガラス体の中心軸に沿って延在する複数の孔部を形成することによりガラスパイプが作製される。加熱一体化工程では、それぞれがコア部を含む複数のコアロッドが用意され、複数のコアロッドがガラスパイプの複数の孔部にそれぞれ挿入され、複数のコアロッドが複数の孔部にそれぞれ挿入された状態でガラスパイプを加熱することにより、複数のコアロッドとガラスパイプが一体化される。そして、上記孔部形成工程および上記加熱一体化工程を経てマルチコア光ファイバ母材が製造される。
この第1の態様において、一体化後の構造パラメータとして、製造されるべきマルチコア光ファイバ母材の複数のコア部のうち母材中心軸から外れた周辺コア部の中心位置と該母材中心軸との間の距離をdとする。また、一体化前の構造パラメータとして、周辺コア部に対応する周辺コアロッドの半径をr、ガラス体に形成されるべき複数の孔部のうち周辺コアロッドが挿入される周辺孔部の半径をR、周辺孔部の中心位置とガラス体の中心軸との間の距離をDとする。このとき、上記孔部形成工程において、ガラス体に対して、周辺コア部の中心位置とガラス体の中心軸とを結ぶ直線上において以下の関係式を満たす位置に周辺孔部が形成される。
なお、上記第1の態様に適用可能な第2の態様として、マルチコア光ファイバ母材の外径を基準とした、該マルチコア光ファイバ母材を線引することにより製造されるマルチコア光ファイバの外径の縮径率をφとするとき、上記孔部形成工程において、ガラスパイプの外径は、以下の条件を満たすように設定されるのが好ましい。
第3の態様に係る母材製造方法も、上記孔部形成工程および上記加熱一体化工程を備える。この第3の態様において、一体化後の構造パラメータとして、製造されるべきマルチコア光ファイバ母材の複数のコア部のうち母材中心軸から外れた周辺コア部の中心位置と該母材中心軸との間の距離をdとする。また、一体化前の構造パラメータとして、周辺コア部に対応する周辺コアロッドの半径をr、ガラス体に形成されるべき複数の孔部のうち周辺コアロッドが挿入される周辺孔部の半径をR、周辺孔部の中心位置とガラス体の中心軸との間の距離をD、周辺孔部とパイプ中心軸との間に存在する他の孔部におけるクリアランスの断面積をSとする。このとき、上記孔部形成工程において、ガラス体に対し、周辺コア部の中心位置とガラス体の中心軸とを結ぶ直線上において以下の関係式を満たす位置に周辺孔部が形成される。
上記第3の態様に適用可能な第4の態様として、マルチコア光ファイバ母材の外径を基準とした、該マルチコア光ファイバ母材を線引することにより製造されるマルチコア光ファイバの外径の縮径率をφとするとき、上記孔部形成工程において、ガラスパイプの外径およびクリアランスは、以下の条件を満たすように設定されるのが好ましい。
上記第1~第4の態様のうち少なくとも何れかの態様に適用可能な第5の態様として、上記孔部形成工程において、周辺孔部の半径Rと周辺コアロッドの半径rとの差は、0.15mm以上であるのが好ましい。
本発明によれば、孔形成工程において、ガラス体に形成される孔部のうち周辺孔部が、コアロッドとガラスパイプの一体化の前後におけるコア部の位置変動が考慮された位置に形成される。その結果、複数のコア部が設計通りの位置に精度よく配置されたマルチコア光ファイバ母材が容易に製造され得る。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するため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。
図1は、本実施形態に係る母材製造方法により製造可能なマルチコア光ファイバの一例の横断面の構造を示す図である。このマルチコア光ファイバ1は、それぞれが所定軸方向に延在する7本のコア110~116と、コア110~116それぞれを覆った共通のクラッド12と、を備える。コア110は、マルチコア光ファイバの中心軸(以下、ファイバ中心軸という)AX上に配置されている。他の6本のコア111~116は、ファイバ中心軸AXを中心とする円の周上に等ピッチで配置されている。コア110~116それぞれは、共通のクラッド12の屈折率より高い屈折率を有する領域を含み、光を伝搬させることができる。なお、以下の説明では、ファイバ中心軸、ガラス体の中心軸、パイプ中心軸、母材中心軸は同一の中心軸として「AX」で表示されるものとする。
本実施形態に係る母材製造方法は、図2のフローチャートに示されたように、孔部形成工程ST10と、加熱一体化工程ST20を備える。なお、図3(A)および図3(B)は、孔部形成工程ST10を説明するための図である。図4は、加熱一体化工程ST20におけるコアロッド挿入を説明するための図である。図5は、加熱一体化工程ST20におけるガラスパイプとコアロッドの一体化を説明するための図である。更に、図6は、図5中の領域Aで示されたマルチコア光ファイバ母材の縦断面の構造を示す図であり、図7(A)~7(C)は、図6中のA-A'線、B-B'線、C-C'線それぞれに沿った、マルチコア光ファイバ母材の横断面の構造をそれぞれ示す図である。これら図3(A)~(B)、4~6、7(A)~7(C)は、マルチコア光ファイバ母材3を製造するための母材製造方法を模式的に説明するものである。
本実施形態に係る母材製造方法により製造されるマルチコア光ファイバ母材3は、例えば図7(C)に示されたように、それぞれが所定軸方向に延在する7本のコア部310~316を共通のクラッド部32中に有する。このマルチコア光ファイバ母材3をその母材中心軸AXに沿って線引することで、図1に示されたマルチコア光ファイバ1が製造される。
まず、孔部形成工程ST10では、図3(A)に示されたように、中心軸AXに沿って延びたガラス体10が用意される。ガラス体10は、共通のクラッド部の一部を構成するとともに、略円柱形状を有する。このガラス体10に対して、中心軸AXに沿ってそれぞれが延在する7つの孔部220が形成されることにより、図3(B)に示されたようなガラスパイプ22が得られる。なお、孔部220それぞれは、直径Dを有し、ガラス体10の一方の端面22Aから他方の端面22Bに向かって延在している。
加熱一体化工程ST20では、図4に示されたように、ガラスパイプ22に形成された複数の孔部220に、コアロッド210~216が挿入される。なお、コアロッド210~216それぞれは、コア部に相当する内側部211と、それを覆う外側部212(共通のクラッド部の一部を構成する)を備える。
続けて加熱一体化工程では、図5に示されたように、コアロッド210~216が挿入されたガラスパイプ22がヒーターなどの加熱源300により加熱されることで、図7(C)に示されたような横断面を有するマルチコア光ファイバ母材3が得られる。なお、ガラスパイプ22は、加熱源300との相対位置を変えながら加熱される。すなわち、ガラスパイプ22の加熱される部位は、時間経過とともに他方の端面22Bから一方の端面22Aに向かって移動する。また、ガラスパイプ22の加熱中、当該ガラスパイプ22は、その中心軸AXを中心として矢印S1で示された方向に回転している。図5の例では、ガラスパイプ22と加熱源300の相対位置は、ガラスパイプ22を矢印S2で示された方向に移動させることにより変更しているが、加熱源300が移動してもよく、また、ガラスパイプ22と加熱源300の両方がそれぞれ逆方向に移動してもよい。
例えば、コアロッド210~216それぞれは、塩素が添加されたシリカガラスからなる中心コア(図4中の内側部211に相当)と、この中心コアの周囲を取り囲みフッ素が添加されたシリカガラスからなる光学クラッド(図4中の外側部212に相当)とを含む一方、ガラスパイプ22はフッ素が添加されたシリカガラスからなる。あるいは、コアロッド210~216それぞれは、GeO2が添加されたシリカガラスからなる中心コア(内側部211)と、この中心コアの周囲を取り囲みGeO2が添加されていない純シリカガラスからなる光学クラッド(外側部212)とを含む一方、ガラスパイプ22は純シリカガラスからなる。
コアロッド210~216それぞれは、OVD法等により作製される。ガラスパイプ22の孔部220は、略円柱形状のガラス体10に対しドリルによる穿孔によって形成される。
図6中の位置Aでは、ガラスパイプ22は加熱源300を通過しておらず、コアロッド210~216およびガラスパイプ22は未だ一体化されていない(図7(A))。図6中の位置Bでは、加熱源300による一体化が進行中であり、6本のコアロッド211~216およびガラスパイプ22は既に一体化されているが、中心にあるコアロッド210とガラスパイプ22とは未だ一体化されていない(図7(B))。図6中の位置Cでは、加熱源300による一体化が終了しており、全てのコアロッド210~216およびガラスパイプ22は既に一体化されており、マルチコア光ファイバ母材3の断面構造が実現している(図7(C))。
このように、ロッドインコラプス法に属する本実施形態の母材製造方法では、加熱一体化工程ST20において、複数のコアロッドのうち外側に配置されたコアロッドから順にガラスパイプとの一体化が為される。これは、ガラスパイプ22が加熱源300に近い外側ほど早く加熱されて変形が進み易いからであると考えられる。
このとき、図6中の位置Aでは、パイプ中心軸AXを取り囲むように配置された6本のコアロッド211~216(周辺コアロッド)は、ガラスパイプ22の孔部220内においてパイプ中心軸AXに近づくことになる((図7(A))。この理由として、軸対称変形を考慮するとガラスパイプ22の外側の部分は内側に向かって変形しやすい一方で、内側の部分はパイプ中心軸AXへ向かう方向への行き場がなく変形が進みにくいこと、加えて、ガラスパイプ22の内側ほど相対的に加熱されにくく変形しにくいこと、が考えられる。
このことから、ロッドインコラプス法により製造されるマルチコア光ファイバ母材3では、母材中心軸AX上に位置するコア部310を除いた、外側に配置される周辺コア部311~316は、ガラスパイプ22の孔部220の中心位置からガラスパイプ22のパイプ中心軸AXの方向寄りにずれてしまうことになる。
ガラスパイプ22の孔部220の内壁面と周辺コア部を含むコアロッド211~216の外周面との間のクリアランスが大きいほど、マルチコア光ファイバ母材3におけるコア部311~316のずれ量は大きい。ガラスパイプ22の孔部220の内側にこれらコアロッド211~216が接しない場合もあることが考えられることから、周辺コア部311~316のずれに依存する位置を高精度に制御することは困難である。
また、図6および図7(A)~7(C)に示されたように、外側の孔部とガラスパイプ22のパイプ中心軸AXとの間に他の孔部(中心の孔部)によるクリアランスが存在する場合、その影響によって外側のコアロッド211~216がパイプ中心軸AXに向かう動きも存在する。
図8は、本実施形態に係る母材製造方法により製造可能なマルチコア光ファイバの他の例の横断面の構造を示す図である。このマルチコア光ファイバ4は、それぞれが所定軸方向に延在する8本のコア411~418と、コア411~418それぞれを覆った共通のクラッド42を備える。8本のコア411~418は、母材中心軸AXに直交する横断面上において、2行4列に配置されている。4本のコア411~414は或る直線上に一定ピッチで配置され、4本のコア415~418は他の直線上に一定ピッチで配置されている。コア411~418それぞれは、共通のクラッド42の屈折率より高い屈折率を有する領域を含み、光を伝搬させることができる。
図9(A)および9(B)は、図8に示されたマルチコア光ファイバ4の母材製造工程における、母材各部の横断面の構造を示す図(図6中のA-A'線、C-C'線それぞれに沿った断面に相当)である。なお、これら図9(A)および9(B)は、マルチコア光ファイバ4を得るためのマルチコア光ファイバ母材6を製造するための母材製造方法(本実施形態に係る母材製造方法)を模式的に説明するための図である。マルチコア光ファイバ母材6は、それぞれが所定軸方向に延在する8本のコア部611~618と、コア部611~618それぞれを覆った共通のクラッド部62を備える(図9(B))。このマルチコア光ファイバ母材6をその母材中心軸AXに沿って線引することで、図8の横断面構造を有するマルチコア光ファイバ4が得られる。
この場合、本実施形態に係る母材製造方法も、図2に示されたように、孔部形成工程ST10と、加熱一体化工程ST20を備える。孔部形成工程ST10では、略円柱形状のガラス体に対して、その中心軸に沿って延在する8つの孔部を形成することでガラスパイプ52が作製される。加熱一体化工程ST20では、まず、ガラスパイプ52の各孔部にコアロッド511~518が挿入される。そして、図5に示されたように、加熱部位を移動させながらコアロッド511~518とガラスパイプ52を一体化させていくことにより、マルチコア光ファイバ母材6が製造される。
このようなマルチコア光ファイバ母材6の製造でも、加熱一体化工程ST20において、図9(A)に示されるようにコアロッド511~518がパイプ中心軸AXに向かうようにガラスパイプ52が変形する。そのため、ガラスパイプ52の変形を考慮しなければ、図9(B)のコア部611~618のそれぞれは設計位置からずれることになる。
このような問題点を解消する為に、本実施形態に係る母材製造方法では、製造されるべきマルチコア光ファイバ母材の複数のコア部のうち中心軸AXに位置しないコア部(周辺コア部)について、加熱一体化工程ST20での位置変化を考慮した上で、孔部形成工程ST10で形成される孔部の位置が決定される。具体的には以下のとおりである。
図10(A)および10(B)は、本実施形態に係る母材製造方法を定量的に説明するための図である。図10(A)は、製造されるべきマルチコア光ファイバ母材3の横断面を示す。図10(B)は、ガラスパイプ22の横断面を示す。
一体化後の構造パラメータとして、周辺コア部311~316の各中心位置とマルチコア光ファイバ母材3の中心軸AXとの間の距離をdとする。また、一体化前の構造パラメータとして、周辺コア部311~316に対応するコアロッド(周辺コアロッド)211~216の半径をr、ガラス体に形成されるべき複数の孔部のうち周辺コアロッド211~216が挿入される孔部(周辺孔部)の半径をR、周辺孔部の中心位置とガラス体の中心軸AXとの間の距離をDとする。
このとき、孔部形成工程ST10において、ガラス体10に対して、周辺コア部の中心位置とガラス体10の中心軸AXとを結ぶ直線上において下記(1)式の関係を満たす位置に周辺孔部が形成される。この式は、最大でコアロッドと孔部との片側クリアランス分(R-r)だけ外側に孔部を設けることを示している。
更に、図6および図7(A)~7(C)に示されたように、周辺孔部とガラスパイプ22の中心軸AXとの間に他の孔部(パイプ中心軸AX上の孔部)によるクリアランス23が存在する場合、そのクリアランス23の断面積をSとする。このとき、孔部形成工程ST10において、ガラス体10に対して、周辺コア部の中心位置とガラス体10の中心軸AXとを結ぶ直線上において下記(2)式の関係を満たす位置に周辺孔部が形成される。ガラス体10に対して、このような位置に孔部が形成されることで、このクリアランス23の影響を緩和することができる。周辺孔部とガラスパイプ22のパイプ中心軸AXとの間に存在する他の孔部の半径をR0、その孔部に挿入されるコアロッドの半径をr0とすると、クリアランス23の断面積Sは下記(3)式で表される。
周辺コア部の位置精度の観点から、クリアランスは小さい方が望ましい。すなわち、R-rの値を小さくすることで、加熱一体化工程ST20の前後での周辺コア部の位置変化量を小さくすることができる。例えば、R-rの値が1mmである場合、(1)式によれば周辺孔部中心が予め0~1mm外側に配置されることになる。R-rの値が0.5mmである場合は、周辺孔部中心が予め0~0.5mm外側に配置されることになる。R-rの値が0.1mmである場合は、周辺孔部中心が予め0~0.1mm外側に配置されることになる。クリアランスを狭くすることにより、加熱一体化工程ST20の前後での周辺コア部の動きは小さくなり、加熱一体化工程ST20の後のマルチコア光ファイバ母材における周辺コア部の位置精度が向上する。
一方、クリアランスが狭すぎると、(1)ガラスパイプ22の孔部にコアロッド21が挿入される際にガラスパイプ22の孔部の内壁面またはコアロッド21の外周面に傷が生じ易くなったり、(2)加熱一体化工程ST20における加熱の前にガラスパイプ22の孔部の内壁面およびコアロッド21の外周面を塩素処理により清浄化することが困難となったり、また、(3)ガラスパイプ22の孔部およびコアロッド21それぞれの径に要求される精度が高くなって製造コストが上昇したりする等の問題がある。したがって、周辺孔部の半径Rと周辺コアロッドの半径rとの差は、0.15mm以上であるのが好ましく(下記(4)式)、0.5mm以上であるのが更に好ましい。
マルチコア光ファイバ母材を線引して製造されるマルチコア光ファイバにおいて、コアの位置精度は、その線引工程の際の縮径率φにも依存する。縮径率φが大きいほど、マルチコア光ファイバ母材におけるコア部の位置精度の影響が軽減される。マルチコア光ファイバの径が決まっている場合には、マルチコア光ファイバ母材の径が大きいほど、マルチコア光ファイバ母材におけるコア部の位置精度の影響が軽減される。
なお、縮径率φは、加熱一体化工程ST20の直後のマルチコア光ファイバ母材の径に対するマルチコア光ファイバの径の比率で定義される。加熱一体化工程ST20の後であって線引工程前にマルチコア光ファイバ母材の径が変更される場合を考慮すると、縮径率φは、加熱一体化工程ST20の直後のマルチコア光ファイバ母材におけるコア部間ピッチに対するマルチコア光ファイバにおけるコア間ピッチの比率で定義される。
マルチコア光ファイバ母材におけるコア部の位置精度が0.5mmであって、縮径率φが0.004である場合、マルチコア光ファイバでのコアの位置精度は0.5mm×0.004=2.0μmとなる。マルチコア光ファイバ母材におけるコア部の位置精度が0.5mmであって、縮径率φが0.002である場合、マルチコア光ファイバでのコアの位置精度は1.0μmとなる。
マルチコア光ファイバにおいて求められるコアの位置精度は、例えば1μm以下であり、好ましくは0.5μm以下である。マルチコア光ファイバにおけるコアの位置精度はクリアランス起因だけではないので、ガラスパイプ22の孔部とコアロッド21とのクリアランスに起因するコアの位置精度は、0.5μm以下であるのが好ましく(下記(5)式)、0.2μm以下であるのが更に好ましい。
1、4…マルチコア光ファイバ、3、6…マルチコア光ファイバ母材、10…ガラス体(孔部形成前)、110~116、411~418…コア、12、42…クラッド、210~216、511~518…コアロッド、22、52…ガラスパイプ、23…クリアランス、310~316、611~618…コア部、32、62…クラッド部。
Claims (5)
- それぞれが所定軸方向に延在する複数のコア部と、前記複数のコア部それぞれを覆った共通のクラッド部とを備えたマルチコア光ファイバ母材を製造するための母材製造方法であって、
前記共通のクラッド部の一部を構成するガラス体を用意し、前記ガラス体に対して、前記ガラス体の中心軸に沿って延在する複数の孔部を形成することによりガラスパイプを作製する孔部形成工程と、
それぞれが前記コア部を含む複数のコアロッドを用意し、前記複数のコアロッドを前記ガラスパイプの複数の孔部にそれぞれ挿入し、前記複数のコアロッドが前記複数の孔部にそれぞれ挿入された状態で前記ガラスパイプを加熱することにより、前記複数のコアロッドと前記ガラスパイプを一体化させる加熱一体化工程と、
を備え、
一体化後の構造パラメータとして、前記孔部形成工程および前記加熱一体化工程を経て製造されるべきマルチコア光ファイバ母材の複数のコア部のうち前記マルチコア光ファイバ母材の中心軸から外れた周辺コア部の中心位置と前記マルチコア光ファイバ母材の中心軸との間の距離をdとする一方、
一体化前の構造パラメータとして、前記周辺コア部に対応する周辺コアロッドの半径をr、前記ガラス体に形成されるべき複数の孔部のうち前記周辺コアロッドが挿入される周辺孔部の半径をR、前記周辺孔部の中心位置と前記ガラス体の中心軸との間の距離をDとするとき、
前記孔部形成工程において、前記ガラス体に対して、前記周辺コア部の中心位置と前記ガラス体の中心軸とを結ぶ直線上において以下の関係式を満たす位置に前記周辺孔部が形成されることを特徴とする母材製造方法。
- それぞれが所定軸方向に延在する複数のコア部と、前記複数のコア部それぞれを覆った共通のクラッド部とを備えたマルチコア光ファイバ母材を製造するための母材製造方法であって、
前記共通のクラッド部の一部を構成するガラス体を用意し、前記ガラス体に対して、前記ガラス体の中心軸に沿って延在する複数の孔部を形成することによりガラスパイプを作製する孔部形成工程と、
それぞれが前記コア部を含む複数のコアロッドを用意し、前記複数のコアロッドを前記ガラスパイプの複数の孔部にそれぞれ挿入し、前記複数のコアロッドが前記複数の孔部にそれぞれ挿入された状態で前記ガラスパイプを加熱することにより、前記複数のコアロッドと前記ガラスパイプを一体化させる加熱一体化工程と、
を備え、
一体化後の構造パラメータとして、前記孔部形成工程および前記加熱一体化工程を経て製造されるべきマルチコア光ファイバ母材の複数のコア部のうち前記マルチコア光ファイバ母材の中心軸から外れた周辺コア部の中心位置と前記マルチコア光ファイバ母材の中心軸との間の距離をdとする一方、
一体化前の構造パラメータとして、前記周辺コア部に対応する周辺コアロッドの半径をr、前記ガラス体に形成されるべき複数の孔部のうち前記周辺コアロッドが挿入される周辺孔部の半径をR、前記周辺孔部の中心位置と前記ガラス体の中心軸との間の距離をD、前記周辺孔部と前記ガラスパイプの中心軸との間に存在する他の孔部におけるクリアランスの断面積をSとするとき、
前記孔部形成工程において、前記ガラス体に対して、前記周辺コア部の中心位置と前記ガラス体の中心軸とを結ぶ直線上において以下の関係式を満たす位置に前記周辺孔部が形成されることを特徴とする母材製造方法。
- 前記孔部形成工程において、前記周辺孔部の半径Rと前記周辺コアロッドの半径rとの差が0.15mm以上であることを特徴とする請求項1~4の何れか一項に記載の母材製造方法。
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