JP2010173917A - Base material for holey fiber and method for production thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コアの周囲を覆うクラッドに複数の空孔を有するホーリーファイバを得るためのホーリーファイバ用母材及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a holey fiber preform for obtaining a holey fiber having a plurality of holes in a clad covering the periphery of a core, and a method of manufacturing the same.
従来の光ファイバは、屈折率の高いコアとコアよりも僅かに屈折率が低いクラッドの２層構造をなし、その素材のベースは石英で、コアはクラッドに比べ僅かに屈折率を高くするためにゲルマニウム等の添加物を石英に加えた組成になっている。 A conventional optical fiber has a two-layer structure of a core having a high refractive index and a cladding having a refractive index slightly lower than that of the core. The base of the material is quartz, and the core has a slightly higher refractive index than the cladding. In addition, an additive such as germanium is added to quartz.
本構造の光ファイバにおいては、光ファイバのコアの屈折率がクラッドの屈折率より高いため、この屈折率差によって光ファイバに入射した光はコア内に閉じ込められて光ファイバ中を伝搬する。現在、最も一般的に使用されているファイバはシングルモードファイバで、そのコアは８〜１０μｍ、ファイバ外径（クラッド径という）は１２５μｍで、その外側に機械的な強度を保つためにプラスチック樹脂の被覆層が施されている。 In the optical fiber having this structure, since the refractive index of the core of the optical fiber is higher than the refractive index of the cladding, the light incident on the optical fiber is confined in the core and propagates in the optical fiber due to this refractive index difference. At present, the most commonly used fiber is a single mode fiber, whose core is 8 to 10 μm and whose outer diameter (referred to as the cladding diameter) is 125 μm. A coating layer is applied.
一般に光ファイバは、小さく曲げると光の持つ直進性により一部の光がファイバから漏れ出し、損失を発生する。これを、光ファイバの曲げ損失特性と称する。近年、光ファイバを一般家庭まで敷設し、光信号を直接、家庭まで送るシステム（ＦＴＴＨ：Fiber To The Home）が普及している。そのため、光ファイバを一般ユーザが直接扱う機会が生じるが、前述した曲げ損失特性により、手軽に扱えるものではなかった。 In general, when an optical fiber is bent to a small extent, a part of light leaks out of the fiber due to the straightness of light, and a loss occurs. This is referred to as a bending loss characteristic of the optical fiber. In recent years, a system (FTTH: Fiber To The Home) in which an optical fiber is laid to a general home and an optical signal is directly sent to the home has become widespread. For this reason, there is an opportunity for general users to directly handle the optical fiber, but it is not easy to handle due to the bending loss characteristics described above.
ところで、上記光ファイバ問題点を解決する新規な光ファイバとして、光ファイバのコア近傍クラッド部に空孔を存在させ、クラッドの実効的な屈折率を下げて、コア／クラッド間の比屈折率差を拡大することで、曲げ損失特性を改善した光ファイバが報告されている。例えば、姚らは「ホーリーファイバの実用化に関する一検討」（非特許文献１参照）において、通常のシングルモードファイバの構造を有する光ファイバのコア近傍クラッド部に４〜６個の空孔を設けた空孔付加型のホーリーファイバで、コア／クラッド間の実効的な比屈折率差を拡大することで、曲げ損失特性が従来のシングルモードファイバに比べ１／１０００以下となることを実現した報告を行っている。 By the way, as a new optical fiber that solves the above-mentioned optical fiber problems, there is a hole in the cladding portion near the core of the optical fiber, the effective refractive index of the cladding is lowered, and the relative refractive index difference between the core and the cladding is reduced. An optical fiber with improved bending loss characteristics has been reported. For example, in "A Study on Practical Use of Holey Fiber" (see Non-Patent Document 1), 4 to 6 holes are provided in the vicinity of the core of an optical fiber having a normal single-mode fiber structure. A report that realized a bending loss characteristic of 1/1000 or less compared to a conventional single mode fiber by expanding the effective relative refractive index difference between the core and the clad in a hole-added holey fiber. It is carried out.
そして、このようなホーリーファイバは、シングルモードファイバ用の光ファイバ用母材にホーリーファイバの空孔となる空孔部を複数個設けるための孔開け加工したホーリーファイバ用母材を、この空孔部を潰さないように線引きして得ていた。 Such a holey fiber is formed by forming a holey hole preform for providing a plurality of hole portions to be holes of a holey fiber in an optical fiber preform for a single mode fiber. It was obtained by drawing so as not to crush the part.
ところで空孔付加型のホーリーファイバ用母材では、線引き前のシングルモードファイバ用の光ファイバ用母材にあらかじめ空孔部を設ける必要があり、長手方向に通常機械加工や超音波加工法などにより孔開け加工する。 By the way, in the hole-added holey fiber preform, it is necessary to provide a hole in advance in the optical fiber preform for the single mode fiber before drawing, and by normal machining or ultrasonic machining in the longitudinal direction. Drill holes.
石英は脆性材料のため、硬いが非常に脆く壊れやすい材料であるため、その加工長に制限があり、現状の装置では直径φ２ｍｍの孔開けで長さ２００ｍｍ程度、直径φ４ｍｍの孔開けの場合で長さ４００ｍｍ程度の加工長が限界である。長さに限界が生じる理由は、径が小さくなるほど孔開けに使用するツール、例えば先端にダイヤモンド粒子を埋め込んだパイプ状の工具の剛性に限界があり、加工長が長くなると加工孔の直進性が失われ、加工精度が保てなくなるからである。 Quartz is a brittle material and is hard but very brittle and fragile. Therefore, its processing length is limited. With the current equipment, a hole with a diameter of φ2 mm is about 200 mm long and a hole with a diameter of φ4 mm is used. A processing length of about 400 mm is the limit. The reason why the length is limited is that there is a limit to the rigidity of a tool used for drilling as the diameter decreases, for example, a pipe-shaped tool with diamond particles embedded in the tip. This is because it is lost and processing accuracy cannot be maintained.
そのため、現在使用されているホーリーファイバ用母材は、大きくてもφ５０×４００ｍｍ程度が限界である。本母材の線引きを想定し、諸工程における構造歩留を考慮すると、得られるホーリーファイバのファイバ長は５０ｋｍ程度である。 For this reason, the currently used holey fiber preform has a limit of about φ50 × 400 mm at most. Assuming that the base material is drawn and considering the structural yield in various processes, the fiber length of the holey fiber obtained is about 50 km.
また、光ファイバ用母材に対する孔開け加工は、作業時間が掛かるために非常にコストが高い。上記孔開け加工したホーリーファイバ用母材が大きくて、取得するホーリーファイバのファイバ長が長くなれば相対的にコストは安くなるが、現状の取得可能なファイバ長ではホーリーファイバのコストを大幅に引き上げる要因になる。 Moreover, the drilling process for the optical fiber preform is very expensive because it takes time. If the holey hole preform is large and the length of the holey fiber to be acquired is longer, the cost will be relatively low. However, the cost of the holey fiber can be significantly increased with the currently available fiber length. It becomes a factor.
さらに、以下のような別の問題点もあった。 In addition, there were other problems as follows.
すなわち、従来よりシングルモードファイバの低コスト化を図るために、線引き前の光ファイバ用母材の大型化が進んでおり、大型化を実現する手段としては、コア部を含むクラッド部付きの光ファイバ用母材の製造において、最終的なファイバ時に必要なクラッド／コア比率を一度に製造するのではなく、２回に分ける製造方法が良く用いられている。 That is, in order to reduce the cost of a single mode fiber, the size of the optical fiber preform before drawing has been increasing, and as a means for realizing the increase in size, light with a cladding portion including a core portion can be used. In manufacturing a fiber preform, a manufacturing method in which a clad / core ratio necessary for a final fiber is not manufactured at a time but divided into two is often used.
本製造方法では、コア部を中心に有する石英ガラスロッドを第１ステップとして作製し、続いてその外周部に石英部材を設けて不十分なクラッド部を追加して、最終的な光ファイバ用母材となるようにする。この製造方法は、不足しているクラッド部を後から追加するので、外付け法と呼ばれている。外付け法は、ｂ１／ａ１がまだ小さい石英ガラスロッドの外周部にＯＶＤ法によりスート堆積を施し、その後、１５００℃の電気炉で熱処理を行うことで透明ガラス化した光ファイバ用母材とし、この光ファイバ用母材を線引きしてファイバ化を行う。このとき、ＯＶＤ法により外付けを行った境界面には残留応力が存在し易い。 In this manufacturing method, a quartz glass rod having a core portion as a center is produced as a first step, and then a quartz member is provided on the outer peripheral portion to add an insufficient clad portion, so that a final optical fiber mother is obtained. Try to be a material. This manufacturing method is called an external attachment method because the missing cladding is added later. The external method is an optical fiber preform that is made into a transparent glass by applying soot deposition on the outer periphery of a quartz glass rod having a small b1 / a1 by an OVD method, followed by heat treatment in an electric furnace at 1500 ° C., The optical fiber preform is drawn to form a fiber. At this time, residual stress tends to exist on the boundary surface externally attached by the OVD method.
図５は、ＯＶＤ法によって製造した光ファイバ用母材から得られる光ファイバの断面径方向の応力分布を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing the stress distribution in the cross-sectional radial direction of the optical fiber obtained from the optical fiber preform manufactured by the OVD method.
図５により、光ファイバの中心からファイバ径で１／３程度の領域に大きな応力が残留していることが分かる。この残留応力は、アニール処理により緩和することも可能であるが、完全に除去することは難しい。 From FIG. 5, it can be seen that large stress remains in the region of about 1/3 of the fiber diameter from the center of the optical fiber. Although this residual stress can be relaxed by annealing, it is difficult to completely remove the residual stress.
また、ホーリーファイバの空孔位置は、この残留応力の境界部付近にあるため、孔開け加工をする際に残留応力がきっかけとなってホーリーファイバ用母材にクラックを生じさせるという問題もあった。 In addition, since the hole position of the holey fiber is in the vicinity of the boundary portion of the residual stress, there is a problem that when the hole is drilled, the residual stress causes a crack in the base material for the holey fiber. .
なお、追加するクラッド部をＯＶＤ法ではなく石英管を用いて行う方法（ロッドインチューブ法）においても、コア部を含む石英ガラスロッドの材質と追加するクラッド部にする石英管の材質の微妙な違い（主に融点差）により、一体化後のその境界部に応力が残留し、その影響によるホーリーファイバ用母材の製造歩留の低下は、ＯＶＤ法とほぼ同じである。 Even in the method of using a quartz tube instead of the OVD method (rod-in-tube method), the material of the quartz glass rod including the core portion and the material of the quartz tube used as the cladding portion to be added are delicate. Due to the difference (mainly the melting point difference), stress remains at the boundary portion after integration, and the decrease in the manufacturing yield of the holey fiber preform due to the influence is almost the same as in the OVD method.
そこで、本発明はこのような課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、取得できるホーリーファイバのファイバ長を大幅に増やし、かつ、製造過程で、クラック等の発生も生じることがない新規なホーリーファイバ用母材及びその製造方法を提供するものである。 Therefore, the present invention has been devised to solve such problems, and its purpose is to greatly increase the fiber length of the holey fiber that can be obtained, and the occurrence of cracks and the like also occurs during the manufacturing process. A novel holey fiber preform and a method for manufacturing the same are provided.
上記目的を達成するために請求項１の発明は、コアと、前記コアの周囲を覆うクラッドと、前記コアの周囲に所定間隔をもって円周上に配置された複数の空孔とからなるホーリーファイバを得るための母材において、石英ガラスロッドと、前記石英ガラスロッドの周囲に設けられた石英部材からなり、前記石英ガラスロッドは、石英ガラスロッドの中心に形成されたコア部の周囲に、孔開け加工によって形成された複数の空孔部を有するものからなることを特徴とするホーリーファイバ用母材である。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is a holey fiber comprising a core, a clad covering the periphery of the core, and a plurality of holes arranged on the circumference at predetermined intervals around the core. A base material for obtaining a quartz glass rod and a quartz member provided around the quartz glass rod, wherein the quartz glass rod has a hole around the core portion formed at the center of the quartz glass rod. A holey fiber preform comprising a plurality of hole portions formed by opening processing.
請求項２の発明は、前記石英部材は、前記石英ガラスロッドの周囲に石英材料からなる石英管を一体化させたものからなる請求項１記載のホーリーファイバ用母材である。
The invention according to
請求項３の発明は、前記石英部材は、前記石英ガラスロッドの周囲にＯＶＤ法によって形成されたスート母材を透明ガラス化させたものからなる請求項1記載のホーリーファイバ用母材である。
The invention according to
請求項４の発明は、前記コア部の外径ａ１と前記石英ガラスコアロッドの外径ｂ１との比率ｂ１／ａ１は、３＜ｂ１／ａ１＜６である請求項１記載のホーリーファイバ用母材である。 According to a fourth aspect of the present invention, the ratio b1 / a1 between the outer diameter a1 of the core portion and the outer diameter b1 of the quartz glass core rod is 3 <b1 / a1 <6. It is.
請求項５の発明は、コアと、前記コアの周囲を覆うクラッドと、前記コアの周囲に所定間隔をもって円周上に配置された複数の空孔とからなるホーリーファイバを得るための母材の製造方法において、軸中心にコア部を備えた石英ガラスコアロッドのコア以外の領域に複数の孔開け加工を施して孔開け石英ガラスロッドを形成し、その孔開け石英ガラスロッドを延伸して延伸石英ガラスロッドを形成し、その延伸石英ガラスロッドを石英管に挿入後、加熱して延伸石英ガラスロッドと石英管を一体化して、ホーリーファイバ用母材を形成することを特徴とするホーリーファイバ用母材の製造方法である。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a base material for obtaining a holey fiber comprising a core, a clad covering the periphery of the core, and a plurality of holes arranged on the circumference with a predetermined interval around the core. In the manufacturing method, a plurality of holes are formed in a region other than the core of a quartz glass core rod having a core portion at the center of the shaft to form a holed quartz glass rod, and the holed quartz glass rod is stretched to draw expanded quartz. A holey fiber preform characterized in that a glass rod is formed, and the drawn quartz glass rod is inserted into a quartz tube and then heated to integrate the drawn quartz glass rod and the quartz tube to form a holey fiber preform. It is a manufacturing method of material.
請求項６の発明は、コアと、前記コアの周囲を覆うクラッドと、前記コアの周囲に所定間隔をもって円周上に配置された複数の空孔とからなるホーリーファイバを得るための母材の製造方法において、軸中心にコアを備えた石英ガラスコアロッドのコア以外の領域に複数の孔開け加工を施して孔開け石英ガラスロッドを形成し、その孔開け石英ガラスロッドを延伸して延伸石英ガラスロッドを形成し、その延伸石英ガラスロッドの外周に火炎堆積法によりクラッド部を付加して、ホーリーファイバ用母材を形成することを特徴とするホーリーファイバ用母材の製造方法である。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a base material for obtaining a holey fiber comprising a core, a clad covering the periphery of the core, and a plurality of holes arranged on the circumference at predetermined intervals around the core. In the manufacturing method, a quartz glass core rod having a core at the center of the shaft is subjected to a plurality of holes in a region other than the core to form a holed quartz glass rod, and the holed quartz glass rod is stretched to draw a drawn quartz glass. A method for producing a holey fiber preform, wherein a rod is formed and a clad portion is added to the outer periphery of the drawn quartz glass rod by a flame deposition method to form a holey fiber preform.
請求項７の発明は、前記孔開け石英ガラスロッドを、５倍以上に延伸して延伸石英ガラスロッドを形成する請求項５又は６記載のホーリーファイバ用母材の製造方法である。 The invention according to claim 7 is the method for producing a holey fiber preform according to claim 5 or 6, wherein the perforated quartz glass rod is stretched five times or more to form a stretched quartz glass rod.
請求項８の発明は、延伸石英ガラスロッドを所望の長さに切断し、これを石英管に挿入し、その後石英管を加熱して一体加工した請求項７記載のホーリーファイバ用母材の製造方法である。
The invention according to
請求項９の発明は、延伸石英ガラスロッドのコア部の外径ａ１’と前記延伸石英ガラスロッドの周囲に石英管を一体化又は火炎堆積法によりクラッド部を付加して形成したホーリーファイバ用母材の外径ｂ２との比率ｂ２／ａ１’は、１４＜ｂ２／ａ１’＜１６である請求項５又は６記載のホーリーファイバ用母材の製造方法である。 The invention of claim 9 is a holey fiber mother formed by integrating a quartz tube around the outer diameter a1 'of the core portion of the stretched silica glass rod and the stretched silica glass rod or adding a cladding portion by a flame deposition method. The ratio b2 / a1 'to the outer diameter b2 of the material is 14 <b2 / a1' <16. The method for producing a holey fiber preform according to claim 5 or 6.
本発明によれば、収得できるホーリーファイバのファイバ長を大幅に増やし、かつ、製造過程で、クラック等の発生が生じることがない新規なホーリーファイバ用母材及びその製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fiber length of the holey fiber which can be acquired can be increased significantly, and the novel holey fiber preform | base_material which does not generate | occur | produce a crack etc. in a manufacturing process, and its manufacturing method can be provided. .
以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。 A preferred embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
本実施の形態に係るホーリーファイバ用母材は、光信号が伝搬するコアと、コアの周囲を覆うクラッドと、コアの周囲に所定間隔をもつて配置された複数の空孔とからなるホーリーファイバを得るためのものであり、石英ガラスロッドと、この石英ガラスロッドの周囲に設けられた石英部材とからなるものである。 The holey fiber preform according to the present embodiment is a holey fiber comprising a core through which an optical signal propagates, a clad covering the periphery of the core, and a plurality of holes arranged at predetermined intervals around the core. It is made up of a quartz glass rod and a quartz member provided around the quartz glass rod.
石英ガラスロッドは、中心にコア部を有し、このコア部の周囲に複数の空孔部が形成されてなるものである。また、この石英ガラスロッドの周囲に設けられた石英部材としては、例えば、石英材料からなる石英管を石英ガラスロッドの周囲に溶融し、一体化させて形成したものや、ＯＶＤ法によって石英ガラスロッドの表面にスート堆積させ、透明ガラス化させて形成したものからなる。 The quartz glass rod has a core portion at the center, and a plurality of hole portions are formed around the core portion. As the quartz member provided around the quartz glass rod, for example, a quartz tube made of a quartz material is melted around the quartz glass rod and integrated, or the quartz glass rod is formed by OVD method. It is formed by depositing soot on the surface of the glass and forming it into a transparent glass.
以下に、本実施の形態に係るホーリーファイバ用母材の製造方法を説明する。 Below, the manufacturing method of the preform | base_material for holey fibers which concerns on this Embodiment is demonstrated.
図１に示すように、軸中心に線引き後にホーリーファイバにおいてコアとなるコア部２を備えた石英ガラスコアロッド１を形成した後、この石英ガラスコアロッド１のコア部２の周囲に、石英ガラスコアロッド１の軸方向に沿って、コア部２と同じ中心を持った円周ｃに沿って空孔部３を６個等間隔になるように加工して孔開け石英ガラスロッド４が形成される。
As shown in FIG. 1, after forming a quartz
続いて、孔開け石英ガラスロッド４の両端を、ガラス旋盤（図示せず）のチャックに保持し、孔開け石英ガラスロッド４を回転させながら加熱し、両チャック間隔を順次拡げて延伸加工し、孔開け石英ガラスロッド４の元の長さの５倍以上の長さの延伸石英ガラスロッド４ｄを形成することで、石英ガラスロッドを得た。
Subsequently, both ends of the perforated
この延伸石英ガラスロッド４ｄを、図２（ａ）に示すように、延伸石英ガラスロッド４ｄの外径よりやや大きな内径を有する石英管５に挿入し、更に電気炉を用いて延伸石英ガラスロッド４ｄと石英管５を一体化加工して、図２（ｂ）に示すようなホーリーファイバ用母材６を形成する。 As shown in FIG. 2 (a), the drawn quartz glass rod 4d is inserted into a quartz tube 5 having an inner diameter slightly larger than the outer diameter of the drawn quartz glass rod 4d, and is further extended using an electric furnace. And the quartz tube 5 are integrally processed to form a holey fiber preform 6 as shown in FIG.
次に、ホーリーファイバ用母材６の片端部に石英保持管７（図３参照）を溶接し、もう片端部では空孔部３が閉じるように円錐体８の加工を施す。
Next, a quartz holding tube 7 (see FIG. 3) is welded to one end of the holey fiber preform 6, and the
このホーリーファイバ用母材６は、コア部２ｄを有すると共にそのコア部２ｄの周囲に空孔部３ｄを有するが、空孔部３ｄは、延伸前の一体化加工による残留応力が存在しない石英ガラスコアロッド１に孔開けを行って空孔部３を形成するため、孔開け加工時に残留応力によってクラックが発生せず、ホーリーファイバ用母材、及びホーリーファイバの製造歩留を大幅に改善することが可能となる。
This holey fiber preform 6 has a core portion 2d and a hole portion 3d around the core portion 2d. The hole portion 3d is made of quartz glass free from residual stress due to the integrated processing before stretching. Since the
そして、このような構成のホーリーファイバ用母材６は、軸中心にコア部２を備えた石英ガラスコアロッド１のコア部２の外径（ａ１）と石英ガラスコアロッド１の外径（ｂ１）の比率を次の関係にしておくことで、当該石英ガラスコアロッド１への孔開け加工が可能となる。
The holey fiber preform 6 having such a configuration has an outer diameter (a1) of the
ｂ１／ａ１＞３
ここでｂ１／ａ１＜３となると、得られるホーリーファイバの特性を所望の値にするために必要な空孔の大きさ（直径）と位置の制限が大きくなり不都合を生じる。また、望ましくは下記の関係も同時に満たしていることが好ましい。
b1 / a1> 3
If b1 / a1 <3, the hole size (diameter) and position restrictions necessary to obtain the desired holey fiber characteristics are increased, resulting in inconvenience. Desirably, the following relationship is preferably satisfied at the same time.
６＞ｂ１／ａ１
ここでｂ１／ａ１＞６でも、本発明の効果は出るが、ｂ１／ａ１が大きくなると延伸石英ガラスロッド４ｄの周囲を覆う石英管５の要素（厚さ）が少なくなり、本発明の有効性が小さくなる。
6> b1 / a1
Here, even if b1 / a1> 6, the effect of the present invention is obtained. However, when b1 / a1 increases, the elements (thickness) of the quartz tube 5 covering the periphery of the drawn quartz glass rod 4d decrease, and the effectiveness of the present invention is improved. Becomes smaller.
ファイバ化後の伝送特性が通常のシングルモードファイバに対して互換性を持つためには、延伸石英ガラスロッド４ｄのコア径（ａ１’）と延伸石英ガラスロッド４ｄの周囲を石英管５で覆った後のクラッド径（ｂ２）の関係を概ね次のようにする必要がある。 In order for the transmission characteristics after the fiber to be compatible with a normal single mode fiber, the core diameter (a1 ′) of the drawn quartz glass rod 4d and the circumference of the drawn quartz glass rod 4d are covered with a quartz tube 5. The relationship of the subsequent cladding diameter (b2) needs to be approximately as follows.
１４＜ｂ２／ａ１’＜１６
ただし、クラッド外径は最も一般的な１２５μｍの場合である。
14 <b2 / a1 ′ <16
However, the outer diameter of the cladding is the most common case of 125 μm.
ここで、延伸石英ガラスロッド４ｄのクラッド径をｂ１’とし、ｂ１／ａ１＝ｂ１’／ａ１’＝３、ｂ２／ａ１’＝１５の例を想定すると、軸中心にコア部を備えた石英ガラスコアロッドの最終的なホーリーファイバ母材に占める割合は、（ｂ１’／ｂ２）2から求められ、ｂ１’＝３ａ１’、ｂ２＝１５ａ１’より、（ｂ１’／ｂ２）＝（３ａ１’／１５ａ１’）＝１／５となり、全体の１／２５となる。 Here, assuming that the clad diameter of the stretched silica glass rod 4d is b1 ′, and b1 / a1 = b1 ′ / a1 ′ = 3 and b2 / a1 ′ = 15, quartz glass having a core at the center of the axis. The ratio of the core rod to the final holey fiber preform is obtained from (b1 ′ / b2) 2, and from b1 ′ = 3a1 ′ and b2 = 15a1 ′, (b1 ′ / b2) = (3a1 ′ / 15a1 ′) ) = 1/5, which is 1/25 of the whole.
そのため、上記の場合、従来のような全合成化の光ファイバ用母材に孔開け加工する場合に比べて、得られるホーリーファイバのファイバ長は２５倍となり、その結果、孔開け加工のコストを従来よりも１／２５に圧縮することが可能となる。 Therefore, in the above case, the fiber length of the obtained holey fiber is 25 times that of the conventional case where the hole is formed in the fully synthesized optical fiber base material. It becomes possible to compress to 1/25 than before.
また、もう一つの課題であった、ホーリーファイバ用母材の製造過程において生じるクラックによる製造歩留の低下に対しても、残留応力が発生する前の工程で孔開け加工を行うので、ホーリーファイバ用の母材を線引きする際に、アニール処理などの特別な処理をしなくともクラックの発生は皆無であり、製造歩留を大幅に改善することが可能となった。 In addition, since hole drilling is performed in the process before the residual stress is generated, the holey process is performed in response to a decrease in manufacturing yield due to cracks generated in the manufacturing process of the holey fiber preform, which is another problem. When drawing a base material for use, there is no generation of cracks without special treatment such as annealing treatment, and it has become possible to greatly improve the production yield.
次に、図３によりホーリーファイバ用母材の線引き工程について説明する。 Next, the drawing process of the holey fiber preform will be described with reference to FIG.
図３に示す線引き装置は、ホーリーファイバ用母材６を加熱する電気炉からなる線引炉１１と、線引炉１１で紡糸されたホーリーファイバ１０を巻き取る巻取装置１２、紡糸途中のホーリーファイバ１０の外径を測定して、直径を制御する外径制御装置１３、ホーリーファイバ１０の機械的な強度を補償するための被覆装置１４から主に構成される。
The drawing apparatus shown in FIG. 3 includes a drawing furnace 11 composed of an electric furnace for heating the holey fiber preform 6, a winding device 12 for winding the
被覆装置１４は、コーティング器１６と樹脂硬化炉１７からなり、巻取装置１２は引取キャプスタン１８、巻取機１９からなる。
The coating device 14 includes a
ホーリーファイバ用母材６は、線引炉１１で、その先端が加熱溶融されて紡糸され、外径測定装置１５で、ホーリーファイバ１０の外径が測定される。外径制御装置１３は、外径測定装置１５から入力されるホーリーファイバ１０の外径が設定値となるように巻取装置１２による線引速度を制御する。
The tip of the holey fiber preform 6 is heated and melted in the drawing furnace 11 and spun, and the outer diameter of the
次にホーリーファイバ１０は、コーティング器１６ａを通してＵＶ樹脂などが塗布され、樹脂硬化炉１７ａで紫外線照射により硬化されて一次被覆層が形成され、さらにコーティング器１６ｂを通して一次被覆層にＵＶ樹脂などが塗布され、樹脂硬化炉１７ｂで紫外線照射により硬化されて二次被覆層が形成され、引取キャプスタン１８を介して巻取機１９に巻き取られる。
Next, the
この線引きの際、ホーリーファイバ用母材６は石英保持管７で線引き装置に装着されると共に、石英保持管７を通して、ホーリーファイバ用母材６の空孔部３ｄ内を不活性ガスにより加圧しながら紡糸し空孔部３ｄが線引き中に潰れないように線引きする。 At the time of this drawing, the holey fiber preform 6 is attached to the drawing device by the quartz holding tube 7, and the inside of the hole 3 d of the holey fiber preform 6 is pressurized with an inert gas through the quartz holding tube 7. While spinning, the hole 3d is drawn so as not to be crushed during drawing.
次に本発明の他の実施の形態を図４により説明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図４は、ＯＶＤ法（Outside vapor deposition method;火炎堆積法）法によりホーリーファイバ用母材を形成する例を示したものである。 FIG. 4 shows an example of forming a holey fiber preform by an OVD (Outside vapor deposition method) method.
図２の実施の形態においては、延伸石英ガラスロッド４ｄを石英管５に挿入し、電気炉を用いて延伸石英ガラスロッド４ｄと石英管５を一体化加工してホーリーファイバ用母材６を形成する例で説明したが、本実施の形態においては、延伸石英ガラスロッド４ｄを回転させ、バーナ２０を延伸石英ガラスロッド４ｄに沿って往復移動させながら、ガラス原料ガスの蒸気を吹き付けて延伸石英ガラスロッド４ｄの外周に、スートクラッド部２１を堆積させ、外付けスート母材２２を形成し、その後電気炉などで加熱処理し透明ガラス化を行ってホーリーファイバ用母材を形成するものである。
In the embodiment of FIG. 2, a stretched silica glass rod 4d is inserted into a quartz tube 5, and the stretched silica glass rod 4d and the quartz tube 5 are integrally processed using an electric furnace to form a holey fiber preform 6. In the present embodiment, the stretched quartz glass rod 4d is rotated, and while the
このホーリーファイバ用母材も同様に図３に示した線引き装置で線引きしてホーリーファイバを得ることができる。 Similarly, the holey fiber preform can be drawn by the drawing apparatus shown in FIG. 3 to obtain a holey fiber.
次により具体的な実施例を説明する。 Specific examples will be described below.
（実施例１）
先ず、図１に示すように、軸中心に直径φ１２．５ｍｍのコア部２を備えた直径φ５０ｍｍ、長さ４００ｍｍの石英ガラスコアロッド１を準備する。
Example 1
First, as shown in FIG. 1, a quartz
この石英ガラスコアロッド１のコア部２の周囲に、石英ガラスコアロッド１の軸方向に沿って、コア部２と同じ中心を持った直径φ３０ｍｍの円周ｃ上の周方向に、直径φ８ｍｍの空孔部３を６個等間隔になるように加工して孔開け石英ガラスロッド４を形成する。
A hole having a diameter of 8 mm is formed around the
孔開け加工は、その先端にダイヤモンド砥粒をつけたパイプ状の孔開け加工ツールを持った専用加工機で行った。 The drilling was performed with a dedicated processing machine having a pipe-shaped drilling tool with diamond abrasive grains at the tip.
続いて、孔開け石英ガラスロッド４を、ガラス旋盤（図示せず）で、直径φ２２ｍｍ、長さ２０００ｍｍに延伸加工後、これを２本に切断して延伸石英ガラスロッド４ｄを形成した。
Subsequently, the perforated
この切断した１０００ｍｍの延伸石英ガラスロッド４ｄを、図２（ａ）に示すように、外径φ８０ｍｍ、内径φ２５ｍｍ、長さ１０００ｍｍの石英管５に挿入し、更に電気炉を用いて延伸石英ガラスロッド４ｄと石英管５を一体化加工し、図２（ｂ）に示すようなホーリーファイバ用母材６とした。この際、加工母材中の空孔部３ｄが潰れないように、空孔部３ｄを不活性ガスで加圧しながら一体化加工を行った。 As shown in FIG. 2 (a), the cut 1000 mm drawn quartz glass rod 4d is inserted into a quartz tube 5 having an outer diameter of 80 mm, an inner diameter of 25 mm, and a length of 1000 mm, and is further drawn using an electric furnace. 4d and the quartz tube 5 were integrally processed to obtain a holey fiber preform 6 as shown in FIG. At this time, integrated processing was performed while pressurizing the hole 3d with an inert gas so that the hole 3d in the processed base material was not crushed.
次に、本ホーリーファイバ用母材６の片端部に石英保持管７（図３参照）を溶接し、もう片端部では空孔部３ｄが閉じるように円錐体８の加工を施した。
Next, a quartz holding tube 7 (see FIG. 3) was welded to one end of the holey fiber preform 6, and the
石英保持管７は、次工程の線引き作業においてホーリーファイバ用母材６の空孔部３ｄを潰さないようにすると共に、ファイバ化時に所望の空孔径にするために不活性ガスで加圧するための圧力制御管の役目も兼ね備えている。 The quartz holding tube 7 is used to prevent the hole portion 3d of the holey fiber preform 6 from being crushed in the drawing process in the next step and to pressurize with an inert gas so as to obtain a desired hole diameter at the time of fiberization. It also serves as a pressure control pipe.
以上により得られたホーリーファイバ用母材６を図３に示すような線引き装置で線引きを行った。 The holey fiber preform 6 obtained as described above was drawn with a drawing apparatus as shown in FIG.
ホーリーファイバ用母材６を線引炉１１で２１００℃に加熱して紡糸し、そのホーリーファイバ１０を巻取装置１２で巻き取った。紡糸途中のホーリーファイバ１０の外径を測定して、外径制御装置１３で直径１２５μｍに制御し、ホーリーファイバ１０の機械的な強度を補償するために被覆装置１４で樹脂を被覆した。
The holey fiber preform 6 was heated and spun at 2100 ° C. in a drawing furnace 11, and the
また、ホーリーファイバ用母材６は、石英保持管７で線引き装置に装着されると共に、石英保持管７を通して、ホーリーファイバ用母材６の空孔３ｄに、不活性ガスにより加圧して紡糸した。 Further, the holey fiber preform 6 is attached to the drawing apparatus by a quartz holding tube 7 and is spun by pressurizing with an inert gas into the holes 3d of the holey fiber preform 6 through the quartz holding tube 7. .
以上により、ファイバ断面のコア周辺部に直径約８μｍの６個の空孔を持ったホーリーファイバを３５０ｋｍ得た。 As a result, 350 km of holey fiber having six holes of about 8 μm in diameter at the core peripheral part of the fiber cross section was obtained.
本発明の製造方法によって得られたホーリーファイバ用母材１本あたりから得られるホーリーファイバのファイバ長３５０ｋｍは、従来の５０ｋｍに比べ約７倍になった。 The fiber length 350 km of the holey fiber obtained from one base material for the holey fiber obtained by the manufacturing method of the present invention is about 7 times that of the conventional 50 km.
本発明のホーリーファイバの光学的な特性を評価したところ、伝送損失は、波長１．３１μｍで０．３８ｄＢ／ｋｍ、波長１．５５μｍで０．２０ｄＢ／ｋｍ、ＭＦＤは、波長１．３１μｍで８．８５μｍ、φ１０ｍｍの曲げ損失特性は、波長１．５５μｍで、０．００５ｄＢ／ターンとなった。 When the optical characteristics of the holey fiber of the present invention were evaluated, the transmission loss was 0.38 dB / km at a wavelength of 1.31 μm, 0.20 dB / km at a wavelength of 1.55 μm, and the MFD was 8 at a wavelength of 1.31 μm. The bending loss characteristics of .85 μm and φ10 mm were 0.005 dB / turn at a wavelength of 1.55 μm.
伝送損失とＭＦＤは通常のＳＭＦと同等で、曲げ損失特性はＳＭＦの１／１００００程度と非常に優れた特性であった。 Transmission loss and MFD were the same as ordinary SMF, and bending loss characteristics were very excellent, about 1/10000 of SMF.
（実施例２）
実施例１と同様の孔開け石英ガラスロッド４を、直径φ３０ｍｍ、長さ１０００ｍｍに延伸後、図４で説明したようにＯＶＤ法によりスートクラッド部２１を堆積させ、φ２００ｍｍの外付けスート母材２２とし、その後、外付けスート母材２２を電気炉にて加熱処理し透明ガラス化を行い、外径φ１１０ｍｍ、長さ９００ｍｍのホーリーファイバ用母材を得た。
(Example 2)
A perforated
本ホーリーファイバ用母材を実施例１と同様な線引きを行ったところ、長さ６２０ｋｍのホーリーファイバが得られた。本発明の製造方法によれば、従来法に比べ１２倍のファイバ長が得られた。また、本製造方法によって得られたホーリーファイバの光学的な特性は、実施例１で得られたホーリーファイバと同等であった。 When the same holey fiber preform was drawn as in Example 1, a holey fiber having a length of 620 km was obtained. According to the manufacturing method of the present invention, a fiber length 12 times that of the conventional method was obtained. Further, the optical characteristics of the holey fiber obtained by this manufacturing method were the same as those of the holey fiber obtained in Example 1.
以上より、本発明のホーリーファイバ用母材の製造方法によれば、ホーリーファイバ用母材の孔開け加工時の加工長が従来法に比べ格段に長くなるので、ホーリーファイバのコストアップの大きな要因である孔開け加工のコストが低減される。これにより、ホーリーファイバの低コスト化が図れるという優れた効果を発揮する。 As described above, according to the method for manufacturing a holey fiber preform of the present invention, the processing length at the time of drilling the holey fiber preform is significantly longer than the conventional method, which is a major factor in increasing the cost of the holey fiber. This reduces the cost of drilling. Thereby, the outstanding effect that cost reduction of a holey fiber can be achieved is exhibited.
また、本発明によれば、孔開け加工を残留応力の存在しない石英ガラスコアロッドに行うため、残留応力によるクラックの発生を抑制することができる。 Further, according to the present invention, since the drilling process is performed on the quartz glass core rod having no residual stress, the generation of cracks due to the residual stress can be suppressed.
１ 石英ガラスコアロッド
２ コア部
３ 空孔
４ 孔開け石英ガラスロッド
４ｄ 延伸石英ガラスロッド
５ 石英管
６ ホーリーファイバ用母材
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