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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2009
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|---|---|---|---|---|
| JP2017075061A (ja) * | 2015-10-13 | 2017-04-20 | 古河電気工業株式会社 | マルチコアファイバの製造方法 |
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