JP2009209039A - フォトニックバンドギャップ光ファイバ - Google Patents
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Abstract
【課題】光ファイバの損失を低減すると共にバンドギャップエッジの波長の変化を抑制することができるフォトニックバンドギャップ光ファイバの製造方法を提供する。
【解決手段】フォトニックバンドギャップ光ファイバの製造方法は、第1屈折率の中央領域と第2屈折率の周辺領域とを有する複数の複合ロッドを準備するステップと、複数の複合ロッドのそれぞれの表面を選択的にエッチングして、複数の複合ロッドのそれぞれにおいて第1直径を有する部分と第1直径より大きな第2直径を有する部分とを形成するステップS502と、コアロッドの周囲にエッチングされた複数の複合ロッドを積み重ねてロッド積層体を形成するステップS504と、ロッド積層体をジャケットチューブ内に挿入して集成体を形成するステップS508と、ジャケットチューブとロッド積層体とを細くしてファイバに変化させるステップS516を備える。
【選択図】図5
【解決手段】フォトニックバンドギャップ光ファイバの製造方法は、第1屈折率の中央領域と第2屈折率の周辺領域とを有する複数の複合ロッドを準備するステップと、複数の複合ロッドのそれぞれの表面を選択的にエッチングして、複数の複合ロッドのそれぞれにおいて第1直径を有する部分と第1直径より大きな第2直径を有する部分とを形成するステップS502と、コアロッドの周囲にエッチングされた複数の複合ロッドを積み重ねてロッド積層体を形成するステップS504と、ロッド積層体をジャケットチューブ内に挿入して集成体を形成するステップS508と、ジャケットチューブとロッド積層体とを細くしてファイバに変化させるステップS516を備える。
【選択図】図5
Description
本発明は、光ファイバの製造方法に関し、特にフォトニックバンドギャップ光ファイバの製造方法に関する。
近年、フォトニックバンドギャップ材料の開発に関心が集中してきた。通常、これらの材料は、2又は3次元的な周期を持つ誘電体構造を備える。この構造及び配列の誘電体的な特性は、その材料の光透過特性を決める。周期的な構造中での多数ビームの建設的な干渉は、所定の波長の光又は所定の入射角の光をその材料から排除することができる。排除されて伝搬されない光の波長は、フォトニックバンドギャップとして知られている。フォトニックバンドギャップは、電子ではなくフォトンに適用されること以外には固体材料のバンドギャップに類似する。
フォトニックバンドギャップ構造を組み込んだ光ファイバは進歩してきた。これらの構造は伝搬方向に垂直な面において二次元的な周期性を有するが、その構造は伝搬方向において均一に延在する。
従来の光ファイバにおいては、クラッドはコアより低い屈折率を有する。光は全反射によりコアにおいてとどまるように強いられる。フォトニックバンドギャップ光ファイバにおいて、コアはクラッドより低い屈折率を有することもある。光閉じ込めは、クラッドにおける伝搬を妨げるフォトニックバンドギャップにより生じる。
近年まで、真のフォトニックバンドギャップ効果を現わす光ファイバは、空孔−シリカ構造により実現されてきた。そのような構造においては、図1に示されているように空孔はクラッド中に組み込まれる。しかし、これらのフォトニックバンドギャップ光ファイバの製造においては、空孔の形状を制御することが困難である。
最近、フォトニックバンドギャップ光ファイバの分野における発展は、空孔を包含する必要なしに、低い屈折率差の適正な光バンドギャップを備える光ファイバをもたらした。そのようなオールソリッドフォトニックバンドギャップファイバは、ドープされたガラスの周期的な配列を含む。例えば、図2(a)は、低屈折率のクラッド又は背景材料204中に形成された高屈折率のロッド202の周期的な配列を備えるフォトニックバンドギャップ光ファイバを概略的に示す。光ファイバのコア206も低屈折率を有する。図2(a)の例においては、フォトニックバンドギャップ光ファイバは、共に積み重ねられた複数のロッドから製造されている。コア206は低屈折率の純シリカロッドからなり、クラッドは高屈折率を有すると共にマルチモードである複数のファイバプリフォームロッドからなる。マルチモードの複数のファイバプリフォームロッドは、純シリカロッドからなるコア周囲に積み重ねられる。積み重ねられたロッドを加熱して、そのガラスが柔らかい間に伸延又は線引きによりフォトニックバンドギャップ光ファイバを製造することができる。下記の特許文献1においては、図2に示されているものに類似するオールソリッドフォトニックバンドギャップファイバが開示されている。
しかしながら、上記において用いられる方法又は材料では、ソリッドフォトニックバンドギャップ光ファイバの製造を困難にする数々の問題を避けられない。
第1問題点は、積み重ねられたロッドの表面に形成又は吸収される水分又は金属に関する。これは、製造されたファイバに不純物をもたらす。不純物は、光ファイバの損失を悪化させると知られている。フォトニックバンドギャップ光ファイバの場合には、線引きするためのプリフォームを準備するステップにおいて複数のロッドが用いられるので、標準光ファイバと比較して表面積が増加する。故に、吸収される不純物の総量も著しく増加する。吸収された不純物は、結果として得られる光ファイバの損失を増加させる結果となる。
第2問題点は、フォトニックバンドギャップ光ファイバのクラッドを構成すると共に積み重ねられた複数のマルチモードロッドの直径における僅かな変化は、バンドギャップが生じる正確な波長の変化をもたらすことである。LichtinitserらによってOpt. Express (Vol. 11, No. 10, 1243-1251(2003))において掲載された「Resonances in microstructured optical waveguides」には、高屈折率のロッド202の直径とバンドギャップ波長との関係を明らかにする数学的なモデルが提示されている。そのモデルは、フォトニックバンドギャップ光ファイバにおける各バンドギャップエッジの波長が、高屈折率のロッド202においてガイドされる各モードのカットオフ波長に一致するという前提を用いる。
図2(b)に示されている、単純な階段形状の断面屈折率プロファイルを有する高屈折率のロッド202に対し、ハンドギャップエッジの波長は次の方程式を用いて推定し得る。
ここで、λmは、m次のハンドギャップエッジ(m=1,2…)の波長であり、d1は高屈折率のロッド202の直径であり、n1及びn2はそれぞれ高屈折率のロッド202及び背景材料204の屈折率である。典型的な透過特性及び1次のカットオフ波長λcut-offに対する関係は図3において示されている。
それぞれの高屈折率のロッド202の直径d1がその長さに沿って又はロッド間において変わると、バンドギャップエッジの波長は一貫して同じにならない。フォトニックバンドギャップ光ファイバを形成するすべてのロッドからのバンドギャップエッジの波長の範囲の重ね合わせにより、その光ファイバの使用可能なバンドは狭まる。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、光ファイバの損失を低減すると共にバンドギャップエッジの波長の変化を抑制することができるフォトニックバンドギャップ光ファイバの製造方法を提供することを課題とする。
本発明は、第1屈折率の中央領域と第2屈折率の周辺領域とを有する複数の複合ロッドを準備するステップと、複数の複合ロッドのそれぞれの表面を選択的にエッチングして、複数の複合ロッドのそれぞれにおいて第1直径を有する部分と第1直径より大きな第2直径を有する部分とを形成するステップと、コアロッドの周囲にエッチングされた複数の複合ロッドを積み重ねてロッド積層体を形成するステップと、ロッド積層体をジャケットチューブ内に挿入して集成体を形成するステップと、ジャケットチューブとロッド積層体とを細くしてファイバに変化させるステップと、を備えるフォトニックバンドギャップ光ファイバを製造する方法を提供する。
ジャケットチューブとロッド積層体とを細くしてファイバに変化させるステップは、ロッド積層体上のジャケットチューブをコラプスしてプリフォームを製造するステップと、プリフォームを線引きしてファイバを形成するステップと、を含むことができる。あるいは、ジャケットチューブとロッド積層体とを細くしてファイバに変化させるステップは、ジャケットチューブがロッド積層体上でコラプスしている間に集成体を線引きしてファイバを形成するステップを含むことができる。そのような場合において、塩素ガスが集成体を通して流された後、集成体の両端が密封され得る。
第1屈折率の中央領域と第2屈折率の周辺領域とを有する複数の複合ロッドを準備するステップは、第1屈折率の中央領域と第2屈折率の周辺領域とを有する複合体を準備するステップと、複合体の屈折率プロファイルを測定するステップと、測定された屈折率プロファイルを用いて中央領域と周辺領域との直径比を計算するステップと、複合体の表面層を除去して周辺領域の直径に対する中央領域の直径の比が所定の値になるようにするステップと、複合体を延伸して切断し、複数の複合ロッドを形成するステップと、を含むことができる。第2屈折率は第1屈折率より低いことができる。コアロッドは、第1屈折率より低い屈折率を有し得る。
これらの実施形態それぞれにおいて、塩素ガスの代替物としては塩素化合物を含むガスが用いられ得る。
本発明に係るフォトニックバンドギャップ光ファイバの製造方法によれば、光ファイバの損失を低減すると共にバンドギャップエッジの波長の変化を抑制することができる。
以下、添付図面を参照しつつ、本発明に係る実施形態を説明する。
(第1実施形態)
まず、本発明に係るフォトニックバンドギャップ光ファイバの製造方法の第1実施形態について説明する。図4及び図5は、第1実施形態に係るフォトニックバンドギャップ光ファイバの製造方法において行われるステップを挙げている。特に、その方法は、2つの部分に分けて考えられ得る。第1は、複数の複合ロッドの製造であり、そのためのステップは図4において挙げられている。第2は、複数の複合ロッド及びジャケットチューブからのフォトニックバンドギャップ光ファイバの製造であり、そのためのステップは図5に挙げられている。図6(a)〜図6(c)においては、フォトニックバンドギャップ光ファイバの構成要素がどのように組み立てられるかが示されている。
まず、本発明に係るフォトニックバンドギャップ光ファイバの製造方法の第1実施形態について説明する。図4及び図5は、第1実施形態に係るフォトニックバンドギャップ光ファイバの製造方法において行われるステップを挙げている。特に、その方法は、2つの部分に分けて考えられ得る。第1は、複数の複合ロッドの製造であり、そのためのステップは図4において挙げられている。第2は、複数の複合ロッド及びジャケットチューブからのフォトニックバンドギャップ光ファイバの製造であり、そのためのステップは図5に挙げられている。図6(a)〜図6(c)においては、フォトニックバンドギャップ光ファイバの構成要素がどのように組み立てられるかが示されている。
以下、オールソリッドフォトニックバンドギャップファイバの製造方法を詳細に説明する。上述したように、まず、複数の複合ロッドの製造を考慮すべきである。複数の複合ロッドは、気相軸付け(Vapour phase axialdeposition:VAD)法又は外付け(Outside Vapor-phase Deposition:OVD)法により作られた、低屈折率のチューブ610及び高屈折率のロッド620から製造される。
好ましくは、チューブ610及びロッド620の間の屈折率の差Δn(=nrod-ntube /nrod)は2%である。チューブ610は添加物を有しないシリカガラスからなることができ、ロッド620はゲルマニア(Germania(GeO2)、二酸化ゲルマニウムとしても知られている)を含有するシリカガラスからなることができる。まず、上記の要件を満たすロッド620及びチューブ610を用意する(ステップS402,406)。なお、アルミナ(Al2O3)、五酸化二リン(P2O5)、又は塩素のような他の添加物又はドーパントは、コアロッド640のために用いられることができ、フッ素又は酸化ボロン(B2O3)はジャケットチューブ650のために用いられることができる。
無水熱源(anhydrous heat source)を用い、高屈折率のロッド620を延伸して低屈折率のチューブ610の内径に合わせる(ステップS408)。その後、フッ酸を用いてロッド620を洗浄し(ステップS410)、表面上の微粒子の堆積物を除去する。六弗化硫黄(SF6)及び塩素ガス(Cl2)を含む混合ガスを用いて低屈折率のチューブ610の内側を気相エッチングし、その表面から不純物及び水分を除去する(ステップS404)。高屈折率のロッド620を低屈折率のチューブ610に挿入する(ステップS412)。その後、塩素雰囲気の下、高温で低屈折率のチューブ610を高屈折率のロッド620上でコラプスし(ステップS414)、複合体630を形成する。塩素ガス及び高温は、ロッド620及びチューブ610の表面層に存在する不純物及び水分を除去するために用いられる。
複合体630の形成にはVAD法、OVD法又は内付けCVD(Modified Chemical Vapor Deposition:MCVD)法のような代替的な方法も用いられ得る。
続くステップS416においては、複合体630の分析を行う。プリフォームアナライザを用いて複合体630の外径D、ロッド620の直径d及びチューブ610とロッド620との屈折率ntube,nrodを測定する(ステップS416)。そのようなアナライザは光を複合体630の軸に直交するように複合体630に透過させる。アナライザは、直径及び屈折率の変化を観察しながら、複合体630の長さに沿って走査する(一例のアナライザは、「Photon Kinetics 2600 Preform Analyzer」である)。測定は、複合体630に沿った複数の箇所において行われ、複合体630の外径D及びロッドの直径dの比(D/d)が計算される。
その後、その複合体630は研磨され、その長さに沿って比D/dにおける変動(バリエーション)の補正が行われる(ステップS418)。研磨量を変えることで、長手方向の比D/dの変化が補正される。研磨量は、複合体630の表面層に存在する水分を完全に除去するのに十分であることが好ましい。そのような研磨は、高屈折率のロッド620上の低屈折率のチューブ610をコラプスするステップS414において酸水素バーナーが用いられて行われるときに、特に必要である。研磨プロセス中に、表面層の直径が1mm以上除去されることが好ましい。これは、複合体630の表面層における残留水分による過剰損失を低減させる。一般的には、複合体630の直径を1mm以上除去すると、損失が1dB/km未満となる。複合体630の直径を2mm以上除去して、過剰損失をほぼ0にまで低減することがより好ましい。
研磨によれば、損失の制御及び複合体の比D/dの調節のみならず、長さ方向における屈折率のバリエーションも補正することができる。特に、従来技術と関連して上述したように、カットオフ波長及びそれによるバンドギャップ波長は、高屈折率のロッド620の直径d、チューブ610及びロッド620それぞれの屈折率ntube及びnrodに依存する。屈折率プロファイルの測定は、複合体630の長手方向に沿って複数の箇所において行われる。その後、複数の箇所それぞれにおけるカットオフ波長(バンドギャップ波長に対応する)が計算され得る。
次に、複合体630の長さに沿って均一なカットオフ波長を提供するように、複合体630の外径が算出される。その後、均一なカットオフ波長を有する複合体630を得るために、複合体630はそれの長さに沿って量を変えて研磨され得る。この研磨は、カットオフ波長における変化を約0.1%まで抑えるように、数値制御旋盤を用いて実行され得る。
研磨ステップS418の後、複合体630が再びフッ酸で洗われるが、これは複合体630の表面に堆積された微粒子を除去するためである。無水熱源を用いて複合体630を延伸して特定の長さに切断することで、複数の複合ロッド631が製造される(ステップS420)。
フォトニックバンドギャップ光ファイバのコアは純シリカガラスの単一のロッドから形成される。これは、コアロッド640として知られている。コアロッド640はフッ酸で洗浄して準備する。その後、コアロッド640は、複合ロッド631と同じ直径のロッドになるように延伸され、複合ロッド631と同じ長さで切断される。
上述した実施形態のすべてにおいて、水分からのヒドロキシ基グループ(−OHグループ)の濃度と、複合体630及びコアロッド640のために用いられるバルクガラス材料中の金属不純物の濃度は、それぞれ0.5ppb及び0.01ppb以下であることが好ましい。これらの値はそれぞれ、1.38μmで0.03dB/km未満の過剰損失及び1.55μmで0.005dB/km未満の過剰損失に対応する。これらの値は、ガラス表面上の汚染物質により生じる過剰損失に比べて十分に低い。これらの低損失のバルクガラス材料は、通常のファイバプリフォームの製作技術を用いて入手することができる。
図5において、用意された複数の複合ロッド631及びコアロッド640からフォトニックバンドギャップ光ファイバを製造するためのステップが挙げられている。複数の複合ロッド631をフッ酸で洗浄して、その後フッ酸を用いてエッチングし、それぞれの複合ロッド631の表面層を少なくとも10μm除去する(ステップS502)。
エッチングが行われるステップS502は、複合ロッド631がドープされたガラスからなる場合に、様々な問題を回避するのに有効である。例えば、複合体630を形成するために用いられる上記の低屈折率のチューブ610が、フッ素ドーピングのシリカガラスからなる場合には、延伸プロセス中にその表面層からフッ素が拡散し得る。表面層からのフッ素の拡散は、表面層が著しく異なる屈折率を有するようにさせることがあり、この結果、光ファイバのバンドギャップに影響を及ぼすことがある。状況によっては、クラッド(関連フォトニックバンドギャップ光ファイバにおける背景材料としても知られている)の屈折率における僅かな変化が、光ファイバ中における光の伝搬を妨げることもある。
図6(b)に示されているように、複数の複合ロッド631及びコアロッド640を、スタッキング治具645の内側に積み重ねる(ステップS504)。複数のロッド631は、2次元三角格子配列の断面状態で積み重ねる。その積層体の外形は六角形の断面を有する。コアロッド640は、その積み重ねられた複数のロッド631の中央に位置する。コアロッド640とコアロッド640を中央にして積み重ねられた複数の複合ロッド631とはロッド積層体632を構成する。
純シリカガラスからなるジャケットチューブ650を用意する。六フッ化硫黄(SF6)及び塩素ガス(Cl2)を含む混合ガスを用いて、ジャケットチューブ650の内側の表面を、気相エッチングする(ステップS506)。その後、ロッド積層体632を、ジャケットチューブ650に挿入する(ステップS508)。その後、図6(c)に示されているように、ジャケットチューブ650とロッド積層体632との間のすべての空間に様々な直径の純粋なシリカロッド660を充填して(ステップS510)集成体670を形成する。その集成体670を旋盤上にセットして、塩素ガスを200sccm(standard cubic centimeters per minute)の流量でそのジャケットチューブ650を通して流しながら、移動式酸水素バーナー又は炉を用いて1000℃以上の温度で60分間加熱する(ステップS512)。塩素ガスは、500℃以上の温度においては脱水素触媒として機能する一方、500〜1000℃の温度においてはロッド631、640及びジャケットチューブ650の表面から金属性不純物の除去することもできる。
塩素元素を含む他の活性ガスも用いられ得る。ステップS512において、塩素ガスに代えて、例えばSOCl2、SiCl2、GeCl4又はCCl4が用いられ得る。O2、N2、Ar又はHeの何れかと組み合わせられた塩素のような混合ガスも用いられ得る。混合ガスに対する塩素ガスの濃度は30%より大きいことが好ましい。これらの混合ガスの露点は−30℃未満であることが好ましい。
簡略に説明すると、塩素ガス雰囲気の下で加熱するステップ(ステップS512)後に、ロッド積層体632及びジャケットチューブ650は共にコラプスしてプリフォームが形成される。コラプスステップS514は、低減された圧力、例えば1kPa未満で実行される。そのコラプスプロセスにおいて、ロッド積層体632のロッド間のすべての空間がなくなり、それによってプリフォームの内側のロッドが水分により汚染されることが防げられる。最終的には、通常のファイバ線引き技術を用いてプリフォームからファイバを製造する(ステップS516)。
塩素処理の直前に追加的なステップを行い、集成体670の水分含有量を効果的に減らし得る。このステップはロッド積層体632の表面に物理的に吸収された水分又は水素元素を含有する物質を除去するために行われる。ガラス表面に物理的に水分が吸収されることは、ガラス材料が通常の雰囲気で取り扱われる限り避けられず、表面積が増加すると吸収される量も多くなる。約250℃以上の高温環境の下、表面では吸収された水分が下記の化学式によりガラス本体と反応し得る。
一旦、このようにヒドロキシ基(−OH)グループが生成されると、次のプロセスにおいて十分に除去することが困難である。
上記の実施形態において、塩素処理ステップの初期段階では、脱水反応は500℃以上の高温が必要であり、存在する水分の量が多い場合もあるので、上記の反応が脱水反応より早く進行する可能性がある。そのため、高温塩素処理プロセスは、ガラス表面上の水含有量を減らした後に行うことが好ましい。本実施形態においては、塩素ガス処理ステップの直前に、乾燥(すなわち、脱水又は無水)ガスをジャケットチューブ650の一端から他端に吹き出すことにより集成体670から水分が除去される。このステップで用いられる乾燥ガスの種類には、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス及び酸素ガスが含まれる。
乾燥ガス中の水素元素を含有する物質又は水分の濃度は10vol.ppm未満であることが好ましく、1vol.ppm以下であることがより好ましい。1分当たりの乾燥ガスの流量は、ロッド積層体632が組み立てられたガラスチューブ650の内側の体積より10倍以上である。乾燥ガスのそのような体積は、乾燥ガスの下流からの水分子又は水素元素含有の物質の逆拡散を減らすのに十分である。パージングは水分又は水素元素含有物質の量を十分に減らすために少なくとも一時間行われる。
パージング工程が行われると、そのガラスチューブ650が加熱され得る。加熱はヒータ、例えば管状マントルヒータ又はテープヒータを用いて行われることができ、ジャケットチューブ650の表面に巻き付けられ得る。パージング工程においてそのジャケットチューブ650が加熱されると、吸収された分子はそのガラス表面から脱離するためのエネルギーを得ることができ、パージング工程の時間が短縮され得る。そのような場合には、水素元素を含有する主な吸収物質であるH2Oの沸点が100℃であるので、100℃より高い温度でロッド積層体632を加熱することが好ましい。しかし、ガラスパイプは250℃未満の温度で加熱することが好ましい。この温度以上では、上述したように、物理的に吸収された水分がガラスと反応し得る。
(第2実施形態)
次に、本発明に係るフォトニックバンドギャップ光ファイバの製造方法の第2実施形態について説明する。第2実施形態の製造方法によれば、上記のステップS512において説明した塩素処理の有効性を向上し得る。第1実施形態において、ロッド積層体632の複数のロッドは積み重なった配列において密集して詰め込まれており、それにより、塩素はロッド積層体632中のすべてのロッドの全表面と容易に接触することができない。
次に、本発明に係るフォトニックバンドギャップ光ファイバの製造方法の第2実施形態について説明する。第2実施形態の製造方法によれば、上記のステップS512において説明した塩素処理の有効性を向上し得る。第1実施形態において、ロッド積層体632の複数のロッドは積み重なった配列において密集して詰め込まれており、それにより、塩素はロッド積層体632中のすべてのロッドの全表面と容易に接触することができない。
本実施形態において、そのロッド積層体632は選択的なエッチングにより形作られる。具体的には、ステップS502において、複合ロッド631の端部でのエッチング量を減少させ、又はそのエッチングを完全に防ぐ。これは、フッ酸エッチングステップS502の間に、複合ロッド631の端部をテフロンテープで包むことで成し得る。結果として得られる複合ロッド631は、図7に示されるようにダンベル形状を有する。ロッド積層体632中の複数の複合ロッド631の中央部分が互いに所定の間隔で離れているので、複数の複合ロッド631が積み重ねられて塩素雰囲気の下で加熱されると、塩素が複合ロッド631の表面により確実に接触することとなる。これは、脱水及び金属除去のステップS512を改善する。
複数の複合ロッド631において、エッチングされない両端とエッチングされた中央部分との直径差は、約数十ミクロンである。複数の複合ロッド631のエッチングされない両端部の長さは30〜50mmの範囲内にあることが好ましい。ファイバ線引き工程の間に、複数の複合ロッド631の両端部は製品を構成せず捨てられるため、上記の選択的なエッチングプロセスによって生産性が著しく低減することはない。
(第3実施形態)
次に、本発明に係るフォトニックバンドギャップ光ファイバの製造方法の第3実施形態について説明する。第3実施形態においては、ステップS514で説明されているジャケットチューブ650とロッドとの最終的なコラプスがファイバ線引きと同時に実行され得る。図8では、このプロセスにおけるステップが挙げられている。ステップS512で塩素処理が終了した後、プリフォームの一端を完全に密封して(ステップS802)、ジャケットチューブ650の内部を排気し、ジャケットチューブ650をコラプスせずにジャケットチューブ650の他端を密封する(ステップS804)。ジャケットチューブ650の内部は真空中に囲まれた複数のロッドを備える。そのため、プリフォームが加熱されて線引きされると、ジャケットチューブ650は自動的にコラプスする(ステップS806)。
次に、本発明に係るフォトニックバンドギャップ光ファイバの製造方法の第3実施形態について説明する。第3実施形態においては、ステップS514で説明されているジャケットチューブ650とロッドとの最終的なコラプスがファイバ線引きと同時に実行され得る。図8では、このプロセスにおけるステップが挙げられている。ステップS512で塩素処理が終了した後、プリフォームの一端を完全に密封して(ステップS802)、ジャケットチューブ650の内部を排気し、ジャケットチューブ650をコラプスせずにジャケットチューブ650の他端を密封する(ステップS804)。ジャケットチューブ650の内部は真空中に囲まれた複数のロッドを備える。そのため、プリフォームが加熱されて線引きされると、ジャケットチューブ650は自動的にコラプスする(ステップS806)。
この方法において、塩素処理後の線引きまでにプリフォームが密封されるので、ジャケットチューブ650の内側の表面と複数のロッドの表面とにおいて、水分と汚染物質の量が減少される。この方法の他の利点は、高濃度の二酸化ゲルマニウムでドーピングされたシリカロッド又は酸化ボロンでドーピングされたシリカのような高熱膨張係数を有するガラスロッドの使用に関連する。標準の製造条件の下では、高熱膨張係数によりプリフォームにひびがはいることがある。しかし、ファイバ線引きの際にこのようなコラプス方法を用いることで、ひびがはいることを防げられ得る。更に、この方法の他の利点は、プリフォームのサイズを変化することでコラプスのために必要な時間が減少され得る。
上記に説明された実施形態によれば、オールソリッドフォトニックバンドギャップファイバを従来の方法より良い正確さで製造することができる。これは、光ファイバが設計制限をより満たし、低損失及び良い透過特性を有することを意味する。特に、複合体630のカットオフ波長におけるバリエーションは約0.1%まで減少される。延伸プロセスにおける直径の精度は、1%以下であり、フォトニックバンドギャップ光ファイバのバンドギャップに変化を生じさせる重要な特性である。
更に、不純物の存在による透過損失は、最も広く用いられる光ファイバと同じレベルまで減少させ得る。これは、主に塩素処理により、積み重ねられた複数のロッドの表面から不純物の大部分が除去されたからである。塩素を使用することなく製造されたオールソリッドフォトニックバンドギャップファイバは、不純物により1.55μmで15〜20dB/kmの過剰損失を有し、製造中の水分の存在により1.38μmで10〜20dB/kmの過剰損失を有する。その損失は、通常のカットバック法を用いて測定された。
上記の塩素処理(しかし、この場合にはコアロッド及びチューブの内側の表面に与えられる)を用いて製造した標準シングルモードファイバとの対比は、水分及び不純物の存在による過剰損失は標準技術を用いて製造されたシングルモードファイバに比べられる程度のレベルまで減少され得ることを示唆する。例えば、上記に説明された塩素処理を用いて作った試作のシングルモードファイバは1.55μmで測定限界以下の過剰損失を有し、水の存在により1.38μmで0.05dB/kmの過剰損失を有する。これは、標準シングルモードファイバに匹敵する。
当業者により、上記に説明された発明は付加された請求項の範囲から逸脱することなく様々に変化され得る。例えは、上記の実施形態ではフッ素及びゲルマニウムがドーピングされたシリカが用いられたが、シリカ以外のガラスタイプを用いてもよく、他のドーパントが用いられてもよい。更に、ファイバの精密な形状及びサイズ、ロッド及び構成要素は請求項の範囲を逸脱することなく変更され得る。
631・・・複合ロッド、632・・・ロッド積層体、640・・・コアロッド、650・・・ジャケットチューブ、670・・・集成体。
Claims (9)
- 第1屈折率の中央領域と第2屈折率の周辺領域とを有する複数の複合ロッドを準備するステップと、
前記複数の複合ロッドのそれぞれの表面を選択的にエッチングして、前記複数の複合ロッドのそれぞれにおいて第1直径を有する部分と前記第1直径より大きな第2直径を有する部分とを形成するステップと、
コアロッドの周囲にエッチングされた前記複数の複合ロッドを積み重ねてロッド積層体を形成するステップと、
前記ロッド積層体をジャケットチューブ内に挿入して集成体を形成するステップと、
前記ジャケットチューブと前記ロッド積層体とを細くしてファイバに変化させるステップと、
を備えるフォトニックバンドギャップ光ファイバの製造方法。 - エッチングされた前記複数の複合ロッドのそれぞれの一端又は両端は、前記第1直径より大きな前記第2直径を有する部分である請求項1に記載の製造方法。
- 前記ジャケットチューブと前記ロッド積層体とを細くしてファイバに変化させるステップは、
前記ロッド積層体上の前記ジャケットチューブをコラプスしてプリフォームを製造するステップと、
前記プリフォームを線引きしてファイバを形成するステップと、
を含む請求項1又は請求項2に記載の製造方法。 - 前記ジャケットチューブと前記ロッド積層体とを細くしてファイバに変化させるステップは、前記ジャケットチューブが前記ロッド積層体上でコラプスしている間に前記集成体を線引きしてファイバを形成するステップを含む請求項1又は請求項2に記載の製造方法。
- 塩素ガス又は塩素化合物を含むガスを前記集成体を通して流すステップを更に備える請求項1〜請求項4の何れか一項に記載の製造方法。
- 塩素ガス又は塩素化合物を含むガスが前記集成体を通して流され、前記集成体の両端は密封される請求項4に記載の製造方法。
- 第1屈折率の中央領域と第2屈折率の周辺領域とを有する複数の複合ロッドを準備するステップは、
第1屈折率の中央領域と第2屈折率の周辺領域とを有する複合体を準備するステップと、
前記複合体の屈折率プロファイルを測定するステップと、
測定された前記屈折率プロファイルを用いて前記中央領域と前記周辺領域との直径比を計算するステップと、
前記複合体の表面層を除去して前記周辺領域の直径に対する前記中央領域の直径の比が所定の値になるようにするステップと、
前記複合体を延伸して切断し、複数の複合ロッドを形成するステップと、
を含む請求項1〜請求項6の何れか一項に記載の製造方法。 - 前記第2屈折率は前記第1屈折率より低い請求項7に記載の製造方法。
- 前記コアロッドは、前記第1屈折率より低い屈折率を有する請求項8に記載の製造方法。
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120119 |
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A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20130220 |