JP5924083B2 - マルチコア光ファイバ母材製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、長手方向に延在する複数のコアを有するマルチコア光ファイバ母材を製造する方法に関するものである。
長手方向に延在するコアを有する光ファイバ母材を製造する方法としてロッドインコラプス法が知られている。ロッドインコラプス法では、パイプにコアロッドが挿入され、パイプの外部からの加熱によってパイプとコアロッドとが一体化されて光ファイバ母材が製造される。そして、この光ファイバ母材が線引されることにより光ファイバが製造される。
特許文献１，２には、長手方向に延在する１本のコアを有する光ファイバ母材を製造する方法が開示されている。特許文献１には、一体化工程前においてパイプ内径とコアロッド外径との差が０.３〜１.０ｍｍであるのが好ましいと記載されている。また、特許文献２には、一体化工程前においてパイプの内表面粗さ及びコアロッドの表面粗さの双方が２０μｍ以下であるのが好ましく、これにより、一体化工程の際の界面での気泡の発生が抑制され、線引工程の際の断線や径変動が抑制され、また、得られる光ファイバの伝送損失が低減される、と記載されている。
長手方向に延在する複数のコアを有するマルチコア光ファイバ母材を製造する際にも、上記と同様のロッドインコラプス法が用いられ得る。すなわち、長手方向に延在する複数の孔を有するジャケット材が作製され、このジャケット材の複数の孔それぞれにコアロッドが挿入され、ジャケット材の外部からの加熱によってジャケット材とコアロッドとが一体化されてマルチコア光ファイバ母材が製造される。そして、このマルチコア光ファイバ母材が線引されることによりマルチコア光ファイバが製造される。ロッドインコラプス法によれば、断面におけるコアの位置精度が良いマルチコア光ファイバ母材が製造され得る。
通常の１本のコアを有する光ファイバ母材を製造する方法と比べて、マルチコア光ファイバ母材製造方法では、ジャケット材の複数の孔それぞれにコアロッドが挿入されて一体化されることから、孔の数に応じて界面の面積が大きく、それ故に気泡の発生数が多くなる。
マルチコア光ファイバにとって重要な特性である各コアの配置精度を保つため、一体化工程前のクリアランス（ジャケット材の孔径とコアロッド外径との差）は小さいことが望まれる。クリアランスを小さくためにコアロッド外径を調整するためにコアロッドを延伸したり外周研削したりすることができるが、延伸したコアロッドより外周研削したコアロッドの方が機械的な精度が良い。また、水分を含む雰囲気でコアロッドを延伸するとＯＨロスが増大する問題が生じるので、この点でも外周研削したコアロッドの方が好ましい。
ジャケット材の内壁面を平滑化することでも気泡発生を抑制することができるものの、ジャケット材の内壁面を平滑化は容易ではない。ジャケット材の内壁面を平滑化する方法として気相エッチングや高温加熱の方法があるが、これらの方法では、ジャケット材の各孔（特に中心から遠い位置にある孔）が変形し易くなり、孔の変形により、コアの配置精度が悪化したり、ジャケット材の孔にコアロッドを挿入できない事態が生じたりする。また、ジャケット材の内壁面を平滑化する他の方法として低温で行えるホーニングや機械研磨の方法があるが、これらの方法では、孔の個数に応じてコストが高くなり、設備の制約から長尺のジャケット材に対応することが困難である。
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、気泡発生数を抑制することができるマルチコア光ファイバ母材製造方法を提供することを目的とする。
本発明のマルチコア光ファイバ母材製造方法は、長手方向に延在する複数のコアを有するマルチコア光ファイバ母材を製造する方法であって、長手方向に延在する複数の孔を有するジャケット材を作製するジャケット材作製工程と、ジャケット材の複数の孔それぞれにコアロッドを挿入する挿入工程と、ジャケット材の外部からの加熱によってジャケット材とコアロッドとを一体化させてマルチコア光ファイバ母材を製造する一体化工程とを備え、一体化工程前において、コアロッドの表面を平均粒径２５μｍ以下の粒度のダイヤモンドホイールで研磨し、コアロッドの表面をフッ酸でエッチングして、コアロッドの表面の算術平均粗さＲａを１.０μｍ以下とし、コアロッドの表面の凹凸の最大差を５μｍ未満とすることを特徴とする。
一体化工程前において、ジャケット材の孔の径とコアロッドの径との差を０.５ｍｍ未満とするのが好適である。
本発明によれば、マルチコア光ファイバ母材製造時に気泡発生数を抑制することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、マルチコア光ファイバ１の断面図である。同図に示されるマルチコア光ファイバ１は、長手方向に延在する７本のコア１１〜１７がジャケット部２０により覆われている。ファイバ軸に垂直な断面において、コア１１は中心に位置し、他の６本のコア１２〜１７はコア１１を中心とする円の周上に等間隔で位置する。コア１１〜１７それぞれは、ジャケット材２０の屈折率より高い屈折率を有し、光を導波させることができる。このようなマルチコア光ファイバ１は、同様の屈折率分布を有するマルチコア光ファイバ母材を線引することで製造される。
マルチコア光ファイバ母材は以下のようにして製造される。長手方向に延在する複数の孔を有するジャケット材が作製される（ジャケット材作製工程）。また、複数本のコアロッドも作製される。ジャケット材は、円柱形状のガラス体に対してドリルによる穿孔で孔が形成されることで作製される。ジャケット材はジャケット部２０となるべきものであり、複数本のコアロッドはコア１１〜１７となるべきものである。
例えば、ジャケット材はフッ素が添加された石英ガラスからなり、コアロッドは、塩素が添加された石英ガラスからなる中心コアの周囲に、フッ素が添加された石英ガラスからなる光学クラッドが設けられたものである。又は、ジャケット材は純石英ガラスからなり、コアロッドは、ＧｅＯ２が添加された石英ガラスからなる中心コアの周囲に、純石英ガラスからなる光学クラッドが設けられたものである。
次に、ジャケット材の複数の孔それぞれにコアロッドが挿入される（挿入工程）。そして、ロッドインコラプス法により、ジャケット材の外部からの加熱によってジャケット材とコアロッドとが一体化されてマルチコア光ファイバ母材が製造される（一体化工程）。このマルチコア光ファイバ母材が線引されることにより、図１に示されるマルチコア光ファイバが高精度に得られる。
このような製造方法において、マルチコア光ファイバ母材のコア位置の精度を高めるため、以下のような機械加工が行われる。ジャケット材の孔がドリルによる穿孔により形成されることで、孔の内径の長手方向ばらつきは有効部全長で０.１ｍｍ以下とされ得る。コアロッドの外周は研削加工が行われる。例えば、延伸されたコアロッドの外径の長手方向ばらつきは０.１〜０.３ｍｍであるが、このコアロッドが外周研削されることで外径の長手方向ばらつきは有効部全長で０.１ｍｍ以下とされ得る。
このようなジャケット材の複数の孔それぞれにコアロッドが挿入されたときのクリアランス（ジャケット材の孔径とコアロッド外径との差）は、０.５ｍｍ以下とされ、好ましくは０.３ｍｍ以下とされ得る。このような狭いクリアランスで一体化工程が行われることで、一体化後の断面におけるコア配置のばらつきは、最悪でもこのクリアランスの範囲に収まる。
一体化工程前に、ジャケット材およびコアロッドそれぞれは、機械加工の際に表面に付着した研磨剤等を除去する為、５〜２５％のＨＦ水溶液に１０分〜２時間程度に亘って浸漬されて表面が洗浄される。ＨＦ洗浄によりガラス表面がエッチングされるが、エッチング後の表面形状はエッチング前の表面凹凸状態に依存する。ＨＦ洗浄は表面粗さの悪化を招く。
ＨＦ洗浄前の表面粗さＲａとＨＦ洗浄後の表面粗さＲａとの関係について調査したところ、図２に示される結果が得られた。コアロッドＡは、コアロッドＢと比較して、外周研削時に荒い砥粒が用いられた。外周研削時に用いられたガラス研削・研磨用ダイヤモンドホイールは、コアロッドＡでは♯８０（ＪＩＳＢ ４１３０）であり、コアロッドＢでは♯８００（平均粒径１８〜２５μｍ）であった。同図に示されるように、算術平均粗さＲａはＨＦ洗浄により悪化しており、ＨＦ洗浄前の表面粗さＲａが大きいほど悪化の程度が大きい。
図３はＨＦ洗浄後のコアロッドＡの写真であり、図４はＨＦ洗浄後のコアロッドＡの凹凸を示す図である。また、図５はＨＦ洗浄後のコアロッドＢの写真であり、図６はＨＦ洗浄後のコアロッドＢの凹凸を示す図である。これらの図に示されるように、ＨＦ洗浄後のコアロッドＡ，Ｂの表面には、クレーター状の窪みが多重に形成されたような凹凸が見られた。図７は、ＨＦ洗浄後のコアロッドＡ，Ｂの表面の凹凸の特徴的なサイズを纏めた図表である。
これらコアロッドＡ，Ｂおよびジャケット材を用いて一体化工程を行ってマルチコア光ファイバ母材を製造した。コアロッドＡを用いた場合には、界面において長手方向で１０〜１０００個／１ｃｍ２の界面気泡が多発した。これは線引工程でのガラス径変動などの異常を招くレベルであった。これに対して、コアロッドＢを用いた場合には、界面気泡は０〜５個／１０ｍｍであり、問題のないレベルまで大幅に軽減されることがわかった。
気泡は粗いガラス表面の形状がそのまま界面として残ることによって発生すると考えられる。その観点では、従来の表面粗さのみをパラメータとするだけでなく、今回見られた窪みの形状（特に深さ）もパラメータとなると考えられる。すなわち、一体化工程前において、コアロッドの表面の算術平均粗さＲａを１.０μｍ以下とし、コアロッドの表面の凹凸の最大差を５μｍ未満とすることで、マルチコア光ファイバ母材製造時に気泡発生数を効果的に抑制することができる。また、その為には、コアロッドの表面を平均粒径２５μｍ以下の粒度のダイヤモンドホイールで研磨し、コアロッドの表面をフッ酸でエッチングするのが好適である。
１…マルチコア光ファイバ、１１〜１７…コア、２０…ジャケット部。
Claims (2)
- 長手方向に延在する複数のコアを有するマルチコア光ファイバ母材を製造する方法であって、
長手方向に延在する複数の孔を有するジャケット材を作製するジャケット材作製工程と、
前記ジャケット材の前記複数の孔それぞれにコアロッドを挿入する挿入工程と、
前記ジャケット材の外部からの加熱によって前記ジャケット材と前記コアロッドとを一体化させてマルチコア光ファイバ母材を製造する一体化工程と、
を備え、
前記一体化工程前において、前記コアロッドの表面を平均粒径２５μｍ以下の粒度のダイヤモンドホイールで研磨し、前記コアロッドの表面をフッ酸でエッチングして、前記コアロッドの表面の算術平均粗さＲａを１.０μｍ以下とし、前記コアロッドの表面の凹凸の最大差を５μｍ未満とする、
ことを特徴とするマルチコア光ファイバ母材製造方法。 - 前記一体化工程前において、前記ジャケット材の孔の径と前記コアロッドの径との差を０.５ｍｍ未満とする、ことを特徴とする請求項１に記載のマルチコア光ファイバ母材製造方法。
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