JP3923282B2 - モードフィールド変換用光ファイバの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、大きなコア径を持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。
【0002】
【従来の技術】
データ通信の大容量化が進められている中で、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。
【0003】
光ファイバの製造方法としては、例えば、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。
【0004】
また、MCVD(modified chemical vapor 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。
【0005】
上記の光ファイバにおいては、通常コアの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。
【0006】
偏波保持ファイバは、10μm程度の径の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。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、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。
【0008】
上記の構成であることは、言い換えると、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。
【0009】
本発明は上記の状況に鑑みてなされたものであり、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。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、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クラッドからなるガラスの母材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となるように、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0.3g/cm 3 以下の前記第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。
【0013】
上記の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、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。
【0017】
上記の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、コアと第1クラッドからなるガラスの母材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となるように、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0.3g/cm 3 以下の前記第1クラッドと同じ成分のガラス微粒子を堆積させ、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。
【0018】
上記の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によれば、コアと第1クラッドからなるガラスの母材を断面が同心円状となるように形成し、第1クラッド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となるように第1クラッドを加工し、第2クラッドとなる第1クラッドと同じ成分のガラス微粒子の嵩密度を0.3g/cm 3 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。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳しく説明する。
【0020】
図1は、本実施形態に係る光ファイバを形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。
【0021】
本実施形態は光ファイバの製造方法に係り、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(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。
【0022】
次に、図2(B)に示すように、コア2の外周に第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。
【0023】
次に、図3(A)に示すように、形状を加工した第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。
【0024】
次に、図3(B)に示すように、ガラス微粒子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。
【0025】
ガラス微粒子の集合体を加熱炉内でバルク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。
【0026】
ここで、本実施形態に係るコアの長径が大きいもので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0.3g/cm3 以下である。
【0027】
また、変形の対象となる母材(コアおよび第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。
【0028】
上記のようにして得られたコア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、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。
【0029】
本実施形態のモードフィールド変換用光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。
【0030】
上記の変形の対象となる母材(コアおよび第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。
【0031】
(実施例1)
直径10mmのコアの外周部に直径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50mm×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。
【0032】
(実施例2)
上記の実施例1の母材について、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。
【0033】
(実施例3)
上記の実施例1の母材について、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。
【0034】
(実施例4)
上記の実施例1の母材について、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。
【0035】
これらの、実施例から、コアの長径/短径を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。
【0036】
【発明の効果】
本発明によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の実施形態に係る光ファイバを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。
【図2】図2は、本発明の実施形態に係るモードフィー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。
【図3】図3は図2の続きの工程を示し、(A)は第1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。
【図4】図4(A)および(B)は、第1クラッドの外周を研削するときの形状の例を示す断面図である。
【図5】図5(A)および(B)は、第1クラッドの外周を研削するときの形状の例を示す断面図である。
【図6】図6は、第1クラッドの外周部の研削時の短辺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。
【図7】図7は、第2クラッドとなるガラス微粒子の嵩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。
【図8】図8は、第2クラッドとなる嵩密度0.2g/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。
【符号の説明】
1…第1クラッド
2…コア
3…ガラス微粒子
4…第2クラッド
Claims (4)
- 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クラッドからなるガラスの母材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となるように、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0.3g/cm 3 以下の前記第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。 - 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。 - 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。 - 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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