JP2003020241A - モードフィールド変換用光ファイバの製造方法 - Google Patents
モードフィールド変換用光ファイバの製造方法Info
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Abstract
軸方向に均一に変形させ、変形量を確保して容易に製造
することができる、モードフィールドのアスペクト比の
変換に使用される光ファイバの製造方法を提供する。 【解決手段】コア2と第1クラッド1を断面が同心円状
となるように形成し、次に、第1クラッド1の断面の外
周が、長辺/短辺比が1.2<b/a<20である長方
形などの所定の形状になるように、第1クラッド1を加
工する。次に、第1クラッド1の外周部に嵩密度0.5
g/cm3 以下のガラス微粒子3を堆積させ、焼結によ
り、ガラス微粒子3の層を第2クラッド4として、コア
2、第1クラッド1および第2クラッド4からなるプリ
フォームを形成する。次に、プリフォームから線引きに
より光ファイバを形成する。
Description
つ非円したコアを持つ主にモードフィールドのアスペク
ト比の変換に使用される光ファイバの製造に関するもの
である。
中で、光ファイバを用いた光通信技術は益々脚光を浴び
てきている。光ファイバは通常、コアの外周部に、コア
より屈折率が低いクラッドが形成されている構成であ
る。
VAD(vapour-phase axial deposition )法やOVD
(outside vapour deposition )法で合成した光ファイ
バ用スート母材を、ガラス化炉で脱水および焼結して透
明な中間母材とし、その母材を燃焼火炎やプラズマ火炎
でもしくは電気炉で延伸し、コアとなるガラスロッドと
する。得られたガラスロッドに、さらにOVD法などに
よりクラッドとなるスートを堆積させ、ガラス化炉で脱
水および焼結を行い、プリフォームとする。得られたプ
リフォームを線引き用加熱炉で加熱溶融してプリフォー
ムの先端から線引きする線引き工程により、光ファイバ
とする。
r deposition)法やプラズマ法では、直接ロッドを形成
することができ、この場合にはガラス化炉による熱処理
を行わずに、燃焼火炎などにより延伸し、コアとなるガ
ラスロッドとする。さらに、上述のようにOVD法によ
りクラッドとなるスートを堆積させ、ガラス化してプリ
フォームとし、線引き加工して光ファイバとする。
断面は円形となっているが、楕円などの非円形となって
いる光ファイバが開発されている。例えば、データ大容
量化と遠距離通信に対応可能なコヒーレント光通信技術
において使用され、光ファイバから放射された光の偏波
状態を安定に保つことが可能な偏波保持ファイバ、ある
いは、モードフィールドのアスペクト比の変換に使用さ
れる光ファイバである。
コアが楕円などの非対称性を持たせた形状となってお
り、これにより複屈折性を増大させた構成である。例え
ば、上記の構造の偏波面保持ファイバの製造方法とし
て、特開昭63−310740号公報には、コア近傍の
クラッドを長方形や楕円などに研削し、それにガラス微
粒子を堆積させ、ガラス化させることによりコアを変形
させる方法が開示されている。
フィールドのアスペクト比の変換に使用される光ファイ
バにおいては、例えばコアの形状が楕円形であるとする
と、その長径は大きいもので50μm以上あり、コアが
偏波面保持ファイバに比べて非常に大きい構成となって
いることから、後述のように、上記の偏波面保持ファイ
バのと同じように製造することが困難となっている。
モードフィールドのアスペクト比の変換に使用される光
ファイバは、偏波面保持ファイバに比べてクラッドの厚
さが薄いことを示している。このため、偏波保持ファイ
バの製造方法をそのまま適用する場合、クラッドの厚さ
に合わせてガラス微粒子の堆積量を少なくすると、コア
の変形量が少なくなって、モードフィールドのアスペク
ト比を変換する所定の特性が得られなくなってしまう。
逆に、コアの変形量に合わせてガラス微粒子の付着量を
調整すると、クラッドの厚さが厚くなってしまうので、
ガラス化後に所望のコア径になるようにクラッドを外周
表面から大量に研削する必要があった。
であり、従って本発明の目的は、コア径が大きいモード
フィールドのアスペクト比の変換に使用される光ファイ
バにおいても、コアを軸方向に均一に変形させ、変形量
を確保して容易に製造することができる、モードフィー
ルドのアスペクト比の変換に使用される光ファイバの製
造方法を提供することである。
め、本発明のモードフィールド変換用光ファイバの製造
方法は、断面が非円形のコアと、当該コアの外周部に形
成され、当該コアより屈折率が低いクラッドとを有し、
モードフィールドのアスペクト比の変換に使用される光
ファイバの製造方法であって、コアと第1クラッドを断
面が同心円状となるように形成する工程と、前記第1ク
ラッドの断面の外周が所定の形状になるように、前記第
1クラッドを加工する工程と、前記第1クラッドの外周
部に嵩密度0.5g/cm3 以下のガラス微粒子を堆積
させる工程と、焼結により、前記ガラス微粒子の層を第
2クラッドとして、コア、第1クラッドおよび第2クラ
ッドからなるプリフォームを形成する工程と、前記プリ
フォームから線引きにより光ファイバを形成する工程と
を有する。
ファイバの製造方法は、好適には、前記ガラス微粒子を
堆積させる工程において、前記第1クラッドの外周部に
嵩密度0.3g/cm3 以下のガラス微粒子を堆積させ
る。
ファイバの製造方法は、好適には、前記ガラス微粒子を
堆積させる工程において、前記第1クラッドと同じ成分
のガラス微粒子を堆積させる。
ファイバの製造方法は、好適には、前記第1クラッドを
加工する工程において、前記第1クラッドの断面の外周
が略矩形となるように、前記第1クラッドを加工する。
あるいは好適には、前記第1クラッドを加工する工程に
おいて、前記第1クラッドの断面の外周が曲線を含む略
矩形となるように、前記第1クラッドを加工する。ある
いは好適には、前記第1クラッドを加工する工程におい
て、前記第1クラッドの断面の外周が楕円形となるよう
に、前記第1クラッドを加工する。
ファイバの製造方法は、好適には、前記ガラス微粒子を
堆積させる工程の後、前記焼結により前記ガラス微粒子
の層を第2クラッドとする工程の前に、前記ガラス微粒
子の層の外周を削る工程をさらに有する。あるいは好適
には、前記焼結により前記ガラス微粒子の層を第2クラ
ッドとする工程の後、前記プリフォームから線引きによ
り光ファイバを形成する工程の前に、前記第2クラッド
の外周を削る工程をさらに有する。
ファイバの製造方法は、好適には、前記第1クラッドを
加工する工程において、研削加工、研削および研磨加
工、ウォータージェット加工、レーザ加工から選択され
た加工方法を少なくとも用いる。さらに好適には、前記
第1クラッドを加工する工程の後、前記ガラス微粒子を
堆積させる工程の前に、前記コアおよび第1クラッドか
らなる母材の表面をフッ酸あるいはフッ酸と硝酸でエッ
チングする工程をさらに有する。
ファイバの製造方法は、好適には、前記第1クラッドを
加工したときの断面の外周の形状が、第1の方向の長さ
aと、前記第1の方向と直交する第2の方向の長さbに
ついて、1.2<b/a<20である。
ファイバの製造方法は、コアと第1クラッドを断面が同
心円状となるように形成し、次に、第1クラッドの断面
の外周が所定の形状になるように、第1クラッドを加工
する。次に、第1クラッドの外周部に嵩密度0.5g/
cm3 以下のガラス微粒子を堆積させ、焼結により、ガ
ラス微粒子の層を第2クラッドとして、コア、第1クラ
ッドおよび第2クラッドからなるプリフォームを形成す
る。次に、プリフォームから線引きにより光ファイバを
形成する。
ファイバの製造方法によれば、第2クラッドとなるガラ
ス微粒子をの嵩密度を0.5g/cm3 以下とすること
により、焼結時のコアと第1クラッドが受ける圧縮力が
高いので、コア径が大きい、即ち、第2クラッドが薄い
構成であっても、コアを軸方向に均一に変形させ、変形
量を確保して容易に製造することができる。
て図面を用いて詳しく説明する。
成するためのプリフォームの断面図である。断面が略矩
形形状の第1クラッド1の内部に、断面が楕円形で、第
1クラッドよりも屈折率の高いコア2が形成されてい
る。さらに、第1クラッドの外周部に、第1クラッドと
同一成分から構成される第2クラッド4が形成されてい
る。上記のプリフォームから、線引きすることで、本実
施形態に係るモードフィールド変換用光ファイバを製造
することができる。線引きで得られる光ファイバの断面
では、上記のプリフォームと同様にコアの断面が楕円形
などの非円形に変形されており、コアの長径は大きいも
ので50μm以上となっている。このような構成の光フ
ァイバは、モードフィールドのアスペクト比を変換する
ための光ファイバとして用いることができる。
り、以下に示す工程により行う。まず、例えばVAD
(vapour-phase axial deposition )法やOVD(outs
ide vapour deposition )法で合成した光ファイバ用ス
ート母材を、ガラス化炉で脱水および焼結して透明な中
間母材とし、その母材を燃焼火炎などにより延伸し、コ
アとなるガラスロッドとする。得られたガラスロッド
に、さらにOVD法などにより第1クラッドとなるスー
トを堆積させ、ガラス化炉で脱水および焼結を行う。以
上で、図2(A)に示すような、コア2の外周に第1ク
ラッド1が形成された母材を形成することができる。
外周に第1クラッド1が形成された母材について、第1
クラッド1の断面の外周形状が長方形あるいは楕円など
の縦と横の比の異なる形となるように加工する。ここ
で、第1クラッド1の断面の外周の第1の方向の長さa
と、第1の方向と直交する第2の方向の長さbについて
aとbが異なる値を取り、1.2<b/a<20、さら
には、2<b/a<10の範囲とすることが好ましい。
図2(B)では、第1クラッド1の断面の外周形状が長
方形であり、aが短辺、bが長辺となっている。加工方
法は、フッ酸などを使用する化学的方法、研磨剤を使用
する物理的な方法、レーザ加工、ウォータージェット方
式などを用いることができる。これらの加工の後、第1
クラッド1の表面をフッ酸あるいはフッ酸と硝酸でエッ
チングしてもよい。
工した第1クラッド1の外周表面に、ガラス微粒子3を
堆積させる。ガラス微粒子3の層は、ガラス化処理で第
2クラッドとなる層であり、第2クラッドに必要な特性
を有する材料および堆積厚が選択され、純粋石英や石英
にゲルマニウムやフッ素をドープしたものや多成分のも
のでもよいが、通常は第1クラッド1と同一の材料が選
択される。ここで、ガラス微粒子の嵩密度は0.5g/
cm3 以下、望ましくは0.3g/cm3 以下である必
要がある。嵩密度は、堆積させる方法により制御可能で
あり、軸方向の嵩密度が均一になり、しかも変形させる
コアおよび第1クラッドの母材の軸とそれに堆積させた
ガラス微粒子の集合体の軸が一致していればどのような
方法でもよい。
粒子3を堆積させた母材を加熱炉に投入する。この熱処
理で、ガラス微粒子3の層はバルクガラスの第2クラッ
ド4となる。ガラス微粒子3の層がバルクガラスとなる
ときに生じる圧縮力を利用して、コア2および第1クラ
ッド1を、上記の第2の方向(長辺である長さbの方
向)に圧縮させ、図3(B)に示す変形させる。加熱炉
および加熱条件はガラス微粒子がバルクガラスに均一に
変化し透明になればどのような方法でも構わない。ただ
し、ガラス微粒子3の部分が第1クラッド1の表面を上
滑りしたような形でバルクガラスになる場合は、コア2
および第1クラッド1に十分な圧縮力がかからない場合
があり、好ましくない。
ガラスにするときには、体積が約1/4〜1/10に減
少する。本発明はこの性質を利用している。変形させた
い加工された母材にガラス微粒子を堆積させ、加熱炉に
投入し、ガラス微粒子をバルクガラスに変化させると
き、温度が高くなっているために対象となる母材も軟化
する。この状態でガラス微粒子集合体がバルクガラスに
なるとすると、その体積が減少するために径方向および
軸方向に収縮が起きる。このうち径方向に収縮する力
は、光ファイバ母材の断面が円であれば均一にかかる
が、本実施形態では、長方形あるいは楕円などの縦と横
の比の異なる形の断面といているので、表面張力で丸く
なろうとする力もかかり、長い側により大きな圧縮力が
発生し、断面が変形する。一方、ガラス微粒子3は母材
の軸方向には均一に堆積されるので、軸方向に均一に変
形させることができる。
きいもので50μm以上であるモードフィールドのアス
ペクト比を変換するための光ファイバの場合、第2クラ
ッドとなるガラス微粒子の堆積厚を過度に厚くすること
ができないため、効果的に母材を変形させるためには、
ガラス微粒子の嵩密度が0.5g/cm3 以下とする必
要がある。これにより焼結時のコアと第1クラッドが受
ける圧縮力が高くなって、効果的に変形させることがで
きる。さらに好ましくは、ガラス微粒子の嵩密度0.3
g/cm3 以下である。
第1クラッド)の形状としては、第1クラッド1の断面
の外周の第1の方向の長さaと、第1の方向と直交する
第2の方向の長さbについて、1.2<b/a<20、
さらには、2<b/a<10の範囲とすることが好まし
い。1.2より小さいと変形量が乏しくて実質的に変形
せず、20を越えると変形が安定せず再現性が取れな
い。
ラッド1および第2クラッド4からなるプリフォーム
は、第2クラッド4の外周を削りだし、断面を円形にし
て、図1に示すプリフォームとすることができる。ま
た、ガラス微粒子の層3を第2クラッドにガラス化する
熱処理の前に、予めガラス微粒子の層3の外周を削りだ
して厚さを調整してもよい。得られたプリフォームを線
引き用加熱炉で加熱溶融し、プリフォームの先端から線
引きする線引き工程により、光ファイバとすることがで
きる。コア2、第1クラッド1および第2クラッド4か
らなるプリフォームは、外径の縦と横の比が大きく違わ
ない場合、第2クラッド4の外周を削りだし、断面を円
形にすることなく、そのまま線引をして表面張力で断面
を丸くすることができる。
ァイバの製造方法によれば、第2クラッドとなるガラス
微粒子をの嵩密度を0.5g/cm3 以下とすることに
より、焼結時のコアと第1クラッドが受ける圧縮力が高
いので、コア径が大きい、即ち、第2クラッドが薄い構
成であっても、コアを軸方向に均一に変形させ、変形量
を確保して容易に製造することができる。
第1クラッド)の形状としては、長方形以外の形状とす
ることも可能であり、例えば図4(A)に示す長方形の
角部が曲線形状rとなっている形状、図4(B)に示す
長方形の一辺が外方に凸に出ている曲線になっている形
状、図5(A)に示す長方形の一辺が内方に凹んでいる
曲線になっている形状、図5(B)に示す楕円形状な
ど、変形させる形により選択することが可能である。
に直径45mmの第1クラッドが形成されている光ファ
イバ母材を以下のようにして変形させた。この光ファイ
バ母材を断面が12mm×30mmの長方形となるよう
に研削し、この第1クラッドの表面に、嵩密度0.2g
/cm3 のガラス微粒子を堆積させ、断面の大きさを5
0mm×68mmとした。上記のようにガラス微粒子を
堆積させた光ファイバ母材を、1400度に加熱してガ
ラス微粒子を焼結させた。このときに母材に圧縮力がか
かり、コアは長径12mm×短径9mmの楕円に近い形
に変形した。また、第2クラッド外周における径は、コ
アの長径方向で22mm、短径方向で30mmとなっ
た。次に、これからコアの中心とクラッドの中心が一致
するようにクラッドを直径22mmの円に研削し、外径
を125μmになるように線引した。このときの長径は
68μm、短径は50μmとなった。
て、母材(コアと第1クラッド)を研削する形の長辺を
30mmに固定し、短辺の値を変化させ、実施例1と同
様にして変形させた光ファイバ母材のコアの長径と短径
の比を調べた。結果を図6に示す。図6から、母材(コ
アと第1クラッド)の短辺の値と長辺の30mmとの差
を大きくするにつれて、得られるコアの長径と短径の比
が大きくなることがわかった。
て、12mm×30mmの長方形に研削した母材(コア
と第1クラッド)に20mmの厚さで堆積させるガラス
微粒子の嵩密度の値を変化させ、実施例1と同様にして
変形させた光ファイバ母材のコアの長径と短径の比を調
べた。結果を図7に示す。図7から、ガラス微粒子の嵩
密度が0.5g/cm3 でコアの変形が起き始め、0.
3g/cm3 以下でコアの長径/短径比が1.1以上に
変形することがわかった。
て、12mm×30mmの長方形に研削した母材(コア
と第1クラッド)に嵩密度0.2g/cm3 のガラス微
粒子の堆積厚さの値を変化させ、実施例1と同様にして
変形させた光ファイバ母材のコアの長径と短径の比を調
べた。結果を図8に示す。図8から、堆積厚さを厚くす
るほど変形が大きくなることがわかった。ガラス微粒子
は、クラッドの一部である第2クラッドとなるため、ク
ラッドとコアの比に関する制約を受け、あまり厚くする
ことはできない。
を1.1以上に変形するには、第2クラッドとなるガラ
ス微粒子の嵩密度を0.3g/cm3 以下、堆積厚さを
5mm以上、研削した母材(コアと第1クラッド)の断
面の長径/短径を1.25以上にすることが望ましい。
ラス微粒子をの嵩密度を0.5g/cm3 以下とするこ
とにより、焼結時のコアと第1クラッドが受ける圧縮力
が高いので、コア径が大きい、即ち、第2クラッドが薄
い構成であっても、コアを軸方向に均一に変形させ、変
形量を確保して容易に製造することができる。
製造するための光ファイバプリフォームの断面図であ
る。
ルド変換用光ファイバの製造方法の製造工程を示す断面
図であり、(A)はコアと第1クラッドを形成する工程
まで、(B)は第1クラッドの外周を研削する工程まで
を示す。
クラッドの外周部に第2クラッドとなるガラス微粒子を
堆積させる工程まで、(B)は焼結工程までを示す。
周を研削するときの形状の例を示す断面図である。
周を研削するときの形状の例を示す断面図である。
の長さと変形後のコアの長径/短径比の値の関係を示す
グラフである。
密度と変形後のコアの長径/短径比の値の関係を示すグ
ラフである。
cm3 のガラス微粒子の厚さを変えて堆積させたときの
変形後のコアの長径/短径比の値の関係を示すグラフで
ある。
Claims (11)
- 【請求項1】断面が非円形のコアと、当該コアの外周部
に形成され、当該コアより屈折率が低いクラッドとを有
し、モードフィールドのアスペクト比の変換に使用され
る光ファイバの製造方法であって、 コアと第1クラッドを断面が同心円状となるように形成
する工程と、 前記第1クラッドの断面の外周が所定の形状になるよう
に、前記第1クラッドを加工する工程と、 前記第1クラッドの外周部に嵩密度0.5g/cm3 以
下のガラス微粒子を堆積させる工程と、 焼結により、前記ガラス微粒子の層を第2クラッドとし
て、コア、第1クラッドおよび第2クラッドからなるプ
リフォームを形成する工程と、 前記プリフォームから線引きにより光ファイバを形成す
る工程とを有するモードフィールド変換用光ファイバの
製造方法。 - 【請求項2】前記ガラス微粒子を堆積させる工程におい
て、前記第1クラッドの外周部に嵩密度0.3g/cm
3 以下のガラス微粒子を堆積させる請求項1に記載のモ
ードフィールド変換用光ファイバの製造方法。 - 【請求項3】前記ガラス微粒子を堆積させる工程におい
て、前記第1クラッドと同じ成分のガラス微粒子を堆積
させる請求項1または2に記載のモードフィールド変換
用光ファイバの製造方法。 - 【請求項4】前記第1クラッドを加工する工程におい
て、前記第1クラッドの断面の外周が略矩形となるよう
に、前記第1クラッドを加工する請求項1〜3のいずれ
かに記載のモードフィールド変換用光ファイバの製造方
法。 - 【請求項5】前記第1クラッドを加工する工程におい
て、前記第1クラッドの断面の外周が曲線を含む略矩形
となるように、前記第1クラッドを加工する請求項1〜
3のいずれかに記載のモードフィールド変換用光ファイ
バの製造方法。 - 【請求項6】前記第1クラッドを加工する工程におい
て、前記第1クラッドの断面の外周が楕円形となるよう
に、前記第1クラッドを加工する請求項1〜3のいずれ
かに記載のモードフィールド変換用光ファイバの製造方
法。 - 【請求項7】前記ガラス微粒子を堆積させる工程の後、
前記焼結により前記ガラス微粒子の層を第2クラッドと
する工程の前に、前記ガラス微粒子の層の外周を削る工
程をさらに有する請求項1〜6のいずれかに記載のモー
ドフィールド変換用光ファイバの製造方法。 - 【請求項8】前記焼結により前記ガラス微粒子の層を第
2クラッドとする工程の後、前記プリフォームから線引
きにより光ファイバを形成する工程の前に、前記第2ク
ラッドの外周を削る工程をさらに有する請求項1〜6の
いずれかに記載のモードフィールド変換用光ファイバの
製造方法。 - 【請求項9】前記第1クラッドを加工する工程におい
て、研削加工、研削および研磨加工、ウォータージェッ
ト加工、レーザ加工から選択された加工方法を少なくと
も用いる請求項1〜8のいずれかに記載のモードフィー
ルド変換用光ファイバの製造方法。 - 【請求項10】前記第1クラッドを加工する工程の後、
前記ガラス微粒子を堆積させる工程の前に、前記コアお
よび第1クラッドからなる母材の表面をフッ酸あるいは
フッ酸と硝酸でエッチングする工程をさらに有する請求
項9に記載のモードフィールド変換用光ファイバの製造
方法。 - 【請求項11】前記第1クラッドを加工したときの断面
の外周の形状が、第1の方向の長さaと、前記第1の方
向と直交する第2の方向の長さbについて、1.2<b
/a<20である請求項1〜10のいずれかに記載のモ
ードフィールド変換用光ファイバの製造方法。
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