JPS6317235A - 非軸対称光フアイバ母材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、非軸対称光ファイパルｔ材の製造方法に関
するもので、特に低損失でかっ長尺の光ファイバ用母材
を製造することのできる方法に関するものである。

［非軸対称光ファイバについて］ はじめに、非軸対称光ファイバについて簡単に説明して
おく。

これには、たとえば、次のものがある。

（１）ツイン・コア・ファイバ（：ｆＳｌｌａ図）一つ
の共通のクラットｌＯ内に、二つのコア２０を有する。

その応用分野は次のとおり。

■センサ：二つのコア２０の性質を変えおくと、光ファ
イバの外から、外力・温度などの物理的変化を加えたと
き、コア２０内を伝搬する光の状態に差が生ずるので、
それを利用する。

■カップラ、アイソレータなど：第１１ｂ図のように、
二つのコア２０を接近して配置すると、それぞれのコア
２０を伝搬する光の間で結合が生じる。それを利用して
、光ファイバ型の力７プラ、アイソレータなどを作る。

（２）偏波面保存型ファイバ（第１１ｃ図）光ファイバ
内に、クラッド１０の部分の比べて熱膨張係数の大さく
異なる応力付与部３０を有する。光ファイバに曲がりを
与えても、光ファイバの入射端で励振した偏波状態は非
常に長い距離保存される。

その応用分野には： ■ファイバ・ジャイロスコープなどのセンサ、■特定の
偏波のみを使用するコヒーレント光通信。

などがある。

以上の例のように、第１２図のような普通型の単一モー
ド光ファイバとは違って、非軸対称光ファイバは、一つ
の共通のタララドガラス内の中心を外れた位置に、複数
の、前記クラッドガラスとは性質の異なるガラス部分を
持つ構造のものである。

［従来技術］ このような非軸対称光ファイバ母材の製造方法としては
、ロッド・イン・チューブ法もしくはその変形法である
ピッｉイン・チューブ法がある。

それを、偏波面保存型ファイバの場合を例にとって説明
すると、次のとおりである（第１３ａ〜１３ｄ図）。

■コアとなるべき（またはコアを含む）ガラス棒（以下
コア母材２１）と、応力付与部となるべきガラス棒（以
下応力付与母材３１）をあらかじめ準備する（第１３ａ
図）。

これらの＊Ｓには、いわゆるＶＡＤ法、外付は法、ＭＣ
ＶＤ法などを利用することができる。

また、クラッド１０となるべきガラス棒（以下クラッド
母材１１）も、同様に、透明ガラスの状態で？Ｆ！備す
る。

■クラッド母材１１に、コア母材２１や応力付与母材３
１を通すための孔１４を、たとえばドリル４０などを利
用して、あける（第１３ｂ図）。

■孔１４内にコア母材２１と応力付与母材３１を挿入す
る（第１３ｃ図）。

■クラッド母材１１の外側から、たとえばバーナ４２の
火炎４４などにより加熱する（第１３ｄ図）。

そうすると、完全に中実な光ファイバプリフォーム９０
が完成する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のロッド拳イン・チューブ法やピットΦイン・チュ
ーブ法には、次の問題がある。

（１）プリフォームの寸法に制限がある。

すなわち、大型のプリフォームを得るためには、どうし
てもクラッド母材１１にあける孔１４の長さを長くしな
ければならない、ところが、現在の技術では、ガラス棒
に長い孔を正確にあけることはできないといわれている
。

（２）孔１４の内面などの汚れの問題がある。

すなわち、孔の内面やコア母材２１．応力付与母材３１
の表面に、汚れや傷が付き易い、そのため、光ファイバ
化したときに、それらの境界面から不純物が拡散したり
、ガラス中に泡が発生したりして、それらが最終的に伝
送損失の原因となる。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、上記の問題をなくして、低損失で長尺の非
軸対称光ファイバを得ることのできる母材を作製する方
法を提供するもので、第１ａ〜ｌｃ図のように、 ■複数の透明ガラス棒２１．３１を準備する。

■前記ガラス杯を組合わせて互いに平行になるように固
定する。

■前記組合わせたガラス棒の上に、ガラス微粉末１２を
堆積して、ガラス棒とガラス微粉末との複合プリフォー
ム９１を形成する。

■前記複合プリフォーム９１を加熱して、全体に透明な
光ファイバ母材とする、 ことを特徴とするものである。

［実施例］ 偏波面保存型ファイバの場合について説明する。

（１）まず、コア母材２１．応力付与母材３１ｔ−準備
する（第２Ｃ図）、゛ それらの作製には、公知のＶＡＤ法、外付は法、ＭＣＶ
Ｄ法などを利用することができる。

第２ａ図に１ＭＡＤ法によってコア母材２１の２２を作
製している状況を示す。

なお、この場合は、最終的な光ファイバのコアの部分だ
けでなく、その外側に、ある程度のクラッドの部分も設
けている（後記参照）。

４６はコアすす用バーナ、４８は原料ガス、５０はクラ
ッドすす用バーナ、５２は原料ガスである。

また、第２ｂ図に、透明ガラス化の状況を示す。

５４は炉心管、５６は発熱体である。

ここで得た透明ガラス棒を、所定の直径に引伸ばしてコ
ア母材２１とする（第２Ｃ図）。

応力付与母材３１も同様にして作製する。

コア母材２１の屈折率分布とガラス組成を第３ａ図に示
す。

上記のように、コアの部分の外側にクラッドの部分も設
けているが、その大きさは、コア径の約４倍にとっであ
る。

もちろん、この４倍という数字は必要に応じて選択する
わけであるが、 ■この数字が小さすぎると、後の工程（母材の表面処理
、クラッドガラス微粉末の堆積など）で発生するＯＨ基
が、コア母材中に侵入して、吸収損失をひき起す可能性
がある。

■また４倍よりも余りにも大きいと、応力付与部３０に
よって発生する非軸対称応力の影響が、十分にコア部分
にまで及ばないので、いわゆる偏波面保持効果が薄れる
。

■また、通常、偏波面保存型ファイバは単一モード状態
で使うため、コア径と比屈折率差との間には制限がある
。すなわち、使用波長をλ、コアの半径をａ、コアの屈
折率をｎ、比屈折率差をΔとするとき、次の！１Ｅｖｔ
−概略３以下に設定する必要がある。

これによって、偏波面保存型ファイバを数ｍ以上の長さ
で使用するときには、実質的な単一モードが保証される
。

次に応力付与母材３１の屈折率分布とガラス組成を第３
ｂ図に示す。

応力付与母材３１は、クラッドガラスに比べて、■熱膨
張係数が高く、■屈折率は等しいかもしくはより小さい
ことが、必要である。

よって、クラッドに純粋な石英ガラスを用い。

また応力付与母材３１にも石英系ガラスを用いるときは
、ドーパントとして、ホウ素やフッ素などの屈折率を低
めるものを主にし、さらに必要であればゲルマニウムな
ども同時に添加する。

具体的なドープ量としては、ホウ素の場合は約１５〜２
０モル％程度、フッ素の場合は約２モル％程度、ゲルマ
ニウムではその添加により屈折率が純粋石英のそれを上
回らない条件の下で、５〜６モル％程度が一つの目安に
なる。

（２）次に、上記のコア母材２１．応力付与母材３１を
第１ａ図に示すように組み上げる。

そのとき、必要に応じて、母材を固定するための治具５
８を使用する。治具５８は、たとえば円板状で、それに
あけた孔６０にコア母材２１．応力付与母材３１を通し
、ポルト６２で固定する。

そして、第１ｂ図のように、ガラス旋盤６４にとりつけ
る。

（３）組上げた母材の表面を、必要に応じて、火炎研摩
によりクリーニングする。

火炎としては、酸素／水素火炎・高周波プラズマ火炎な
どが適している。

そのとき、表面の汚れがひどい場合には、フッ素または
塩素を含むガスを火炎中に添加して、い（４）それから
１組上げた母材の構造体の上に、第１ｃ図のように、ガ
ラス微粉末１２を堆積して。

複合プリフォーム９１を形成する。

ガラス微粉末１２の発生方法は特に限定しないが、ＶＡ
Ｄ法でよく使用するところの多重管型のバーナ６６を用
いることができる。

八−す６６の構造を第４図に示す、７１は中心層インレ
フト、７２は第２層インレット　７３は第３層インレッ
ト、７４は第４層インレフトである。

ガラス微粉末１２堆積の条件の一例を、次の第１表に示
す。

第１表 ・原料ガスと流量 中心層　　５ｉＣ４４１３０ｃｃ／分 Ａｒ（キャリヤ）　２００　ｃｃ／分 第分層２層　２Ｂ０００ｃｃ／分 第３層　Ａ　ｒ　　　　　７００　ｃｃ／分第分層４層
　２８０００ｃｃ／分 ・バーナトラバース速度　　１００　ｍ１７分・母材構
造体回転速度（固定） ・母材寸法 コア母材デポジション長さ　４５０　ａｍコア母材径　
１２ｍｍφ（内コア径３■腸φ）応力付与母材径　　　
　１０■層φ φ堆積ガラスすす密度　　〜０．４５ ・全ガラス堆積時間　　　１１時間 ・透明ガラス化後の母材径　〜５２＋ｎφガラス微粉末
１２を堆積するとき、母材構造体はその中心軸の回りに
回転させるが、最終的にめざす光ファイバの断面形状に
応じて、その回転は等速回転である必要はない。

すなわち、もし最終的に断面がほぼ円形の光ファイバを
得ようとするときは、バーナ６６の火口に対して、コア
母材２１と応力付与母材３１の隙間に多くのガラス微粉
末１２を堆積するようにしなければならない。

つまり、第５ａ図の位置では母材構造体の回転をゆっく
りと、第５ｂ図の位置では早く回転するように、ガラス
旋盤６４を回さなければならない。

また、最終的に円形の光ファイバを得るために、次のよ
うな別の方法をとってもよい。

すなわち、母材構造体を常に回転するのではなく、一定
の角度位置で長さ方向のガラス微粉末の堆積を行い、次
に、また、母材構造体をいくらか回転させて、長さ方向
の堆積を行うといった方法を繰返す、そして、最終的に
目的とするガラス微粉末の形状を得る。

（５）次に複合プリフォーム９１を加熱して、全体に透
明なガラスプリフォームを得る。

そのとき、第６図のように、母材構造体を支持していた
治具５８をとり外し、中央にあるコア母材２１のみを、
たとえばワイヤ７８で吊るすなどして、加熱炉７６内に
支持する。

なお、治具５８をとり外す理由は次のとおりである。

ガラスすすのカサ密度は、概略０．１５〜０．５の範囲
にあり、加熱して透明ガラス化することにより、体積が
約１７６〜Ｉ／２に縮小する。

七のとき、複合プリフォーム９１の長さ方向にはほとん
ど縮まないので（母材が縮小を阻止する抵抗力を発生す
る）、複合プリフォーム９１の半径方向に自由度を残し
ておかなければならない。

さもないと、透明ガラス化した後の断面形状は２第７図
のように、長円形になってしまう。

もちろん、この作用を積極的に利用することも可能であ
る。

すなわち、偏波面保存型ファイバに光を入射したり、出
射したり、あるいは互いに接続ししたりするときには、
伝搬する偏波の方向を知る必要がある。もし、光ファイ
バの外形が丸いと、偏波の軸を知るには光学的な方法に
頼らざるを得ないが、第７図のような断面形状のもので
は、偏波の軸８１．８２はその形状と一致しており、接
続作業では非常に有利となる。

なお、複合プリフォーム９１、を吊り下げるワイヤ７８
としては、耐熱性および加熱炉７６内に必要に応じて導
入するところの塩素系、フッ素系のガスに対する＃腐食
性を考慮して、白金線などを用いることとなる。

［他の実施態様］ ツイン・コア、光ファイバの場合も、はぼ上記と同じで
あるが、透明ガラス化に際して、複合プリフォーム９１
を加熱炉７６に入れて呂り下げるときの中心部材がない
ので、たとえば次のようにする。

■第８図のように、ワイヤ７８により２木のコア母材２
１を同時に吊り下げる。

■ｍ９図のように、クラッド材料と同じ組成を有する透
明ガラス棒１３（通常は純粋石英ガラスを使用できる）
を、　２木のコア母材２１の中央に入れて、母材構造体
を作製し、その上にガラス微粉末を堆積する。

このようにすれば、加熱炉７６内で、透明ガラス棒１３
を吊り下げることができる。

［光ファイバの特性］ 本発明で得られた光ファイバの特性は次のとおり・ 第２表（偏波面保存型ファイバ） 伝送損失　０．２５ｄＢ／に層　（測定波長ｌ、５５弘
■）断面形状　第１０ａ図のとおり。

直交するモード間のビート長　４ｍｓ 第３表（ツイン中コア・光コアイノく）伝送損失　０．
５５ｄＢ／に■　（コアｌ：測定波長１．３＃Ｌ履）０
．８０ｄＢ／ｋｍ　　（コア２：測定波長１．３ＩＬｍ
　）断面形状および各部の屈折率 第１０ｂ図のとおり。

［発明の効果］ （１）従来法のようにプリフォームの大きさによる制限
がなくなり、長尺ファイ／く用の母材が得られる。

（２）母材構造体の寸法精度を上げることにより、高い
寸法精度の母材が得られる。

（３）いわゆるピットとロッド間の境界に起因する多く
の損失原因を除去できるので、低損失光ファイバの母材
が得られる。

（４）第６図のような断面が異形の母材を作製すること
もできる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図〜第１０ｂ図は、は本発明の実施例に１′Ａす
るもので、 第１ａ図は母材構造体の組立て状況の説明図、ｔｊＳｌ
ｂ図は母材構造体をガラス旋盤６４にとりつけた状況の
説明図、 第１ｃ図は母材構造体上にガラス微粉末１２を堆積して
いる状況の説明図。 第２ａ図、第２ｂ図、第２Ｃ図はコア母材２１の作製状
況を順に示した説明図、 ｔ５３ａ図はコア母材２１の屈折率分布図、第３ｂ図は
応力付与母材３１の屈折率分布図、第４図はバーナ６６
の説明図。 第５ａ図、第５ｂ図はバーナ６６と母材構造体との位置
関係の説明図、 ｔ５６図は偏波面保存型ファイバの複合プリフォーム９
１を透明ガラス化する状況の説明図。 第７図は透明ガラス化したプリフォームの断面形状が非
円形になった状況の説明図、 第８図はツインコア光ファイバの複合プリフォーム９１
を透明ガラス化する状況の説明図、第９図はツインコア
光ファイバの場合の母材構造体の別の組み方の説明図、 第１０ａ図、第１０ｂ図は、本発明による母材から作製
した光ファイバの断面図。 第１１ａ図、第１１ｂ図はツインコア光ファイバの一般
的説明図。 第１１ｃ図は偏波面保存型ファイバの一般的説明図、 第１２図は普通型単一モードファイバの説明図。 第１３ａ図、第１３ｂ図、第１３ｃ図、第１３ｄ図は偏
波面保存型ファイバの母材の従来の製造方法を順に示し
た説明図。 １０：クラッド　　　ｌｌ：クラッド母材１２ニガラス
微粉末　２０：コア ２１：コア母材　　　２２ニガラスすす３０：応力付与
部　　３１：応力付与母材５８：治具　　　　　６０：
孔

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）一つの共通のクラッドガラス内の中心を外れた位
   置に、複数の、前記クラッドガラスとは性質の異なるガ
   ラス部分を持つ非軸対称光ファイバの母材を製造するに
   際して、次の工程をとることを特徴とする、非軸対称光
   ファイバ母材の製造方法。 ［１］複数の透明ガラス棒を準備する。 ［２］前記ガラス棒を組合わせて、互いに平行になるよ
   うに固定する。 ［３］前記組合わせたガラス棒の上に、ガラス微粉末を
   堆積して、ガラス棒とガラス微粉末との複合プリフォー
   ムを形成する。 ［４］前記複合プリフォームを加熱して、全体に透明な
   光ファイバ母材とする。
2. （２）出発ガラス棒のうちの１本が、最終的な光ファイ
   バにおいてコアとなるべきガラスを含み、他の２本のガ
   ラス棒が、最終的な光ファイバにおいて応力付与部とな
   るべきガラス棒であることを特徴とする、特許請求の範
   囲第１項に記載の非軸対称光ファイバ母材の製造方法。
3. （３）出発ガラス棒が２本で、それぞれが、ともに光フ
   ァイバのコアとなるべきガラスを含んでいることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項に記載の非軸対称光ファ
   イバ母材の製造方法。
4. （４）二つのコアの屈折率もしくは形状が、互いに異な
   っていることを特徴とする、特許請求の範囲第３項に記
   載の非軸対称光ファイバ母材の製造方法。
5. （５）最終的に得られる光ファイバ母材の断面形状が非
   円形であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項または第３項または第４項に記載の非軸対称
   光ファイバ母材の製造方法。