JP2004339004A - Optical fiber manufacturing method - Google Patents
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Abstract
【課題】ファイバ軸に直交する断面に分布しておりファイバ軸方向に延びている複数の空孔を有し、それらの空孔の径がほぼ同じである光ファイバを製造する方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る光ファイバの製造方法は、ファイバ軸に直交する断面に分布しておりファイバ軸方向に延びている複数の空孔131,132を有する光ファイバ10を製造する方法であって、複数の空孔となるべき複数の孔231,232を有する光ファイバ母材20を用意し、光ファイバ母材の複数の孔夫々に中空の針321,322を挿入し、それらの中空の針を通して複数の孔夫々の内部を加圧しながら、光ファイバ母材を線引きすることを特徴とする。この場合、複数の孔に加えるべき圧力を複数の孔毎に制御することができる。
【選択図】 図4A method of manufacturing an optical fiber having a plurality of holes distributed in a cross section orthogonal to a fiber axis and extending in the fiber axis direction, and the holes have substantially the same diameter. .
A method for manufacturing a optical fiber according to the present invention, to produce an optical fiber 10 having a plurality of holes 13 1, 13 2 extending in the axial direction of the fiber are distributed to the cross section perpendicular to the fiber axis a method to prepare the optical fiber preform 20 having a plurality of holes 23 1, 23 2 to be a plurality of holes, the hollow needle 32 1 to each of the plurality of holes each of the optical fiber preform, 32 2 The optical fiber preform is drawn while inserting and pressurizing the inside of each of the plurality of holes through the hollow needles. In this case, the pressure to be applied to the plurality of holes can be controlled for each of the plurality of holes.
[Selection diagram] Fig. 4
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ファイバ軸方向に延びる空孔を有する光ファイバを製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ファイバ軸方向に延びる空孔を有する光ファイバには、ホーリーファイバやフォトニック結晶ファイバと呼ばれるものがある。以下、このようなファイバ軸方向に延びる空孔を有する光ファイバを微細構造光ファイバと称す。
【0003】
このような微細構造光ファイバは、ファイバ軸に直交する断面における空孔の大きさや空孔の分布を調整することでコア領域とクラッド領域との平均屈折率差を調整することができる。そのため、空孔を有さない光ファイバよりも優れた特性を得ることが可能である。
【0004】
微細構造光ファイバは、空孔となるべき孔を有する光ファイバ母材を線引炉で線引きして製造される。孔を有する光ファイバ母材を線引きのために加熱して溶融すると、孔の界面にはその接線方向に表面張力が働く。孔の界面に表面張力が働いた場合、表面張力における孔の径方向への成分は孔の曲率に比例して大きくなり、孔を潰すように作用する。その結果、小さな径の孔ほど表面張力の影響で潰れやすく、その効果により線引時に孔の潰れが生じていた。その結果、線引き後の光ファイバに設計通りの空孔が形成されていない場合があった。
【0005】
そのため、光ファイバ母材を線引きする際に、孔の内部に圧力を加えながら線引きする手法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この場合、孔の内部に圧力が加えられ、孔の内部が大気圧よりも高い状態で線引きされるので、孔の潰れが抑制される。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−145634号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、長手方向に直交する断面において複数の孔が層構造を形成している光ファイバ母材をそれらの孔の内部に圧力を加えながら線引きすると、層構造における内側の空孔が膨張し、外側の空孔が潰れている光ファイバが製造される場合があった。
【0008】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、ファイバ軸に直交する断面に分布しておりファイバ軸方向に延びている複数の空孔を有し、それらの空孔の径がほぼ同じである光ファイバを製造することができる方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、長手方向に延びる孔を有する光ファイバ母材を線引きする場合に孔が潰れることや変形することのメカニズムに関して研究を重ねた。そして、以下のような知見を得た。
【0010】
光ファイバ母材が線引炉のヒータで加熱され始めた領域(ヒートゾーンの上部の領域)では光ファイバ母材の外径が大きいので空孔となるべき孔の径も大きいことから、表面張力の効果は小さい。そのため、孔を加圧して孔の内部が大気圧よりも高い状態になっていると、孔は膨張する。そして、光ファイバ母材が線引きされて外径が細くなり孔径が小さくなると、ある領域で孔内に加えられた圧力による孔の膨張と表面張力による収縮の効果とが釣り合う。その領域から更に孔径が小さくなると、孔内に加えられた圧力による孔の膨張よりも表面張力の効果が大きくなり、孔が収縮する。
【0011】
ところで、表面張力の効果による孔の収縮は、光ファイバ母材を構成しているガラスの粘度が低くなるほど進行しやすくなる。そして、光ファイバ母材に形成されている孔が、その長手方向に直交する断面において光ファイバ母材の中心軸線を取り囲むように分布して層構造を形成していると、最外層の孔が断熱層として機能する。これにより内側の層の孔への熱伝導が阻害されるので、最外層の外側のガラス粘度に比較して内側の孔の周りのガラス粘度は高くなる。したがって、表面張力の影響は最外層の孔の方が大きくなることから、最外層の孔が優先的に潰れることになる。
【0012】
ここで、最外層の孔を潰さない程度の圧力を複数の孔全てに加えると、内側の層を構成している孔が膨張しすぎて変形する。逆に、内側の孔が潰れたり変形したりしない程度の圧力を複数の孔全てに加えると、最外層の孔が潰れる。以上が、複数の孔を有する光ファイバ母材をその孔の内部に圧力を加えながら線引きしてもほぼ同じ径の空孔を有する光ファイバが製造できない理由である。本発明者らは、上述した知見に基づいて更に鋭意研究を重ねて本発明に至った。
【0013】
即ち、本発明に係る光ファイバを製造する方法は、ファイバ軸に直交する断面に分布しておりファイバ軸方向に延びている複数の空孔を有する光ファイバを製造する方法であって、複数の空孔となるべき複数の孔を有する光ファイバ母材を用意し、光ファイバ母材の複数の孔夫々に中空の針を挿入し、それらの中空の針を通して複数の孔夫々の内部を加圧しながら、光ファイバ母材を線引きすることを特徴とする。この場合、孔毎に挿入された針を通して、複数の孔夫々に加えるべき圧力を制御することができる。
【0014】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法においては、複数の孔夫々に挿入する中空の針夫々の外径が、複数の孔へ挿入する側の端部に向かって次第に小さくなっていることが好適である。この場合には、上記中空の針を複数の孔へ挿入しやすい。また、孔径が若干変わっても針を挿入することができる。
【0015】
更に、本発明に係る光ファイバの製造方法においては、複数の孔の内部に加える圧力を複数の孔毎に制御することが望ましい。これにより、孔毎に、表面張力の影響による孔が収縮する効果と、孔に圧力を加えたことによる孔の膨張の効果とをバランスさせることができる。
【0016】
更にまた、本発明に係る光ファイバの製造方法においては、ファイバ軸に直交する断面において、複数の空孔がファイバ軸を取り囲むように分布し層構造を形成しており、複数の空孔のうち同じ層を構成する空孔となるべき孔の内部には同じ圧力を加えることが好適である。
【0017】
この場合、最外層を構成している孔が線引き時に断熱層として機能しても、層毎にそれらの層を構成している孔に加える圧力を制御しているので、空孔の径をほぼ同じにすることができる。また、層毎に圧力を制御すればよいので、光ファイバの製造が容易になる。
【0018】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法においては、複数の孔夫々の内部に乾燥したガスを供給して、複数の孔夫々の内部を加圧することが望ましい。伝送特性に影響を与えない乾燥したガスを供給することにより、複数の孔夫々の内部に水分が吸着し、伝送損失の原因となることを抑制できる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に、図面と共に本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下の説明においては、同一の要素には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、図中の寸法比率は、説明のものとは必ずしも一致していない。
【0020】
図1は、本実施形態における微細構造光ファイバ10の構成を概略的に示す斜視図である。微細構造光ファイバ10は、そのファイバ軸に沿って延びるコア領域11と、そのコア領域11の外周を取り囲むクラッド領域12とを備える。コア領域11とクラッド領域12とは同じ組成である。
【0021】
図1に示すように、クラッド領域12において、ファイバ軸方向に延びるコア領域11の周囲に複数の空孔131(例えば、6個の空孔)が、ファイバ軸に直交する断面において六角形状に分布している。また、複数の空孔132(例えば、12個の空孔)が、複数の空孔131で構成される層を取り囲むようにファイバ軸に直交する断面において六角形状に分布している。言い換えれば、複数の空孔131,132が、ファイバ軸を取り囲むように分布し、2層構造を形成している。
【0022】
上記構成の微細構造光ファイバ10では、クラッド領域12が空孔131,132を有しているので、クラッド領域12の平均屈折率は、コア領域11よりも小さくなっている。
【0023】
次に、上記微細構造光ファイバ10を製造する方法について説明する。まず、微細構造光ファイバ10となるべき光ファイバ母材20を用意する。図2は、光ファイバ母材20を、その長手方向に直交する平面で切断した場合の断面図である。光ファイバ母材20は、図2に示すように、コア領域11となるべき第1領域21、及び、クラッド領域12となるべき第2領域22を備えている。第1領域21と第2領域22とは同一の組成である。また、第2領域22には各空孔131,132となるべき各貫通孔231,232が形成されている。貫通孔231,232は、光ファイバ母材20の長手方向に直交する断面において六角形状に配置され、2層構造を形成している。
【0024】
上記光ファイバ母材20は、まず、VAD法、MCVD法又はOVD法などを用いて第1領域21及び第2領域22を形成したものを脱水・焼結して透明なガラス母材とし、第2領域22に貫通孔231,232を形成することで作製される。貫通孔231,232は例えば穿孔器具を用いて形成すれば良い。この光ファイバ母材20を延伸機により延伸した後に線引工程へ移す。
【0025】
線引工程では、光ファイバ母材20の貫通孔231,232を加圧しながら光ファイバ母材20を線引きする。図3は、光ファイバ母材20の貫通孔231,232を加圧するための加圧パイプ30の構成を概略的に示す斜視図である。なお、図3には、光ファイバ母材20の貫通孔231,232と加圧パイプ30との位置関係を示すため光ファイバ母材20も描いている。
【0026】
加圧パイプ30の光ファイバ母材20側と反対側の端部には、加圧パイプ30に窒素ガス(不活性ガス)を充填するためのガス供給口311,312が設けられている。加圧パイプ30の内部は2重構造となっており、ガス供給口311から加圧パイプ30に流入した窒素ガスと、ガス供給口312から加圧パイプ30に流入した窒素ガスとは、加圧パイプ30内の異なる内部空間に充填される。2重構造の加圧パイプ30としては、例えば、第1の中空円筒体の内側に、第2の中空円筒体をその中心軸線が第1の中空円筒体の中心軸線と一致するように配置したものとすれば良い。この場合、例えば、ガス供給口311から流入した窒素ガスは、第2の中空円筒体の内部空間に充填され、ガス供給口312から流入した窒素ガスは、第2の中空円筒体と第1の中空円筒体との間の内部空間に充填されるようにする。
【0027】
また、加圧パイプ30の光ファイバ母材20側の端部には、複数の中空の針321(例えば、6本の中空の針)及び複数の中空の針322(例えば、12本の中空の針)が設けられている。各針321及び各針322は、加圧パイプ30の長手方向に直交する断面において光ファイバ母材20の各貫通孔231及び各貫通孔232の位置に対応するように配置されている。針321は、ガス供給口311から加圧パイプ30に流入した窒素ガスを光ファイバ母材20における貫通孔231に供給する。また、針322は、ガス供給口312から加圧パイプ30に流入した窒素ガスを光ファイバ母材20の貫通孔232に供給する。図4は、複数の針321,322の配置を示す模式図である。針321,322夫々は、貫通孔231,232夫々と同様に六角形状に分布し、2層構造を形成している。針321,322の先端部はテーパ状になっており、針321,322の外径は先端に向かって次第に小さくなっている。
【0028】
図5は、光ファイバ母材20の線引きに好適に用いられる線引装置40の構成を示す模式図である。なお、図5は、光ファイバ母材20が線引装置40で線引きされている過程を示している。
【0029】
光ファイバ母材20は、その一端部に加圧パイプ30が取り付けられて線引炉50内に配置される。光ファイバ母材20を線引炉50に配置する方法は種々考えられるが、例えば、次のようにすれば良い。光ファイバ母材20とほぼ同じ外径を有する中空のダミーパイプ60を光ファイバ母材20の上部に接続し、そのダミーパイプ60をチャック70で保持することで光ファイバ母材20を線引炉50内部に配置する。チャック70は、上下方向に動き、線引きに合わせて光ファイバ母材20を線引炉50内部に送りこむ機能を備えている。
【0030】
加圧パイプ30は、ダミーパイプ60の内部空間の気密を保つための蓋80を介してダミーパイプ60内に取り付けられる。蓋80はダミーパイプ60の内部空間の気密を保ったままで加圧パイプ30の挿入量を変えることができる構造となっている。加圧パイプ30をダミーパイプ60内に取り付ける場合には、まず、加圧パイプ30を、加圧パイプ30の先端の各針321,322が光ファイバ母材20に接触しない位置に固定する。この状態では針321,322と光ファイバ母材20の貫通孔231,232の間には隙間があり、蓋80の真空引き用ライン90からダミーパイプ60内を真空引きすることで貫通孔231,232の内部も真空引きされ、その内面に吸着している水分を取り除くことができる。これにより線引後の微細構造光ファイバ10のコア近傍にOH基が残存することを抑制でき、微細構造光ファイバ10の伝送損失を低減することができる。なお、線引開始時には真空引きを可能とするため、光ファイバ母材20の下端側は貫通孔231,232が封止された状態となっている。
【0031】
続いて、加圧パイプ30の針321,322が光ファイバ母材20の貫通孔231,232に挿入される。上述したように、各針321,322の先端部はテーパ状になっているので、各針321,322を対応する貫通孔231,232に容易に挿入することができる。また、貫通孔231,232の径が設計値より多少変動していても各針321,322を対応する貫通孔231,232に挿入可能である。更に、各針321,322を押し込むことで貫通孔231,232との気密を保つことができる。
【0032】
次に、加圧パイプ30に設けられているガス供給口311,312夫々から乾燥した窒素ガスを供給する。ガス供給口321から加圧パイプ30に流入した窒素ガスは、針311を通って光ファイバ母材20の貫通孔231に供給される。また、ガス供給口322から加圧パイプ30に流入した窒素ガスは、針312を通って光ファイバ母材20の貫通孔232に供給される。上述したように、加圧パイプ30は2重構造となっており、ガス供給口311,312夫々から加圧パイプ30に流入した窒素ガスは加圧パイプ30内の異なる内部空間を満たしている。したがって、ガス供給口311,312夫々から供給する窒素ガスの圧力を調整することで、貫通孔231及び貫通孔232夫々に加えるべき圧力を制御することができる。なお、乾燥した窒素ガスをガス供給口311,312に導入する場合、水分トラップ装置を経由させてガス供給口311,312に導入することが好適である。これにより、窒素ガス供給源(不図示)から供給される乾燥した窒素ガスに僅かに残留している水分をガス供給口311,312までに除去することができる。そのため、微細構造光ファイバ10内にOH基が残存することを更に低減できる。
【0033】
上述したように貫通孔231,232に圧力を加えて貫通孔231,232の内部を大気圧よりも高い状態にしつつ、ヒータ51で光ファイバ母材20の端部を加熱・線引きして微細構造光ファイバ10を得る。なお、貫通孔231,232に加える圧力は、線引張力や製造すべき微細構造光ファイバ10の空孔131,132の所望の径に依存するが、0.1kPa〜5.0kPaであることが好適である。図6は、微細構造光ファイバ10の空孔の所望の径と、光ファイバ母材20の貫通孔に加える好適な圧力との関係の一例を示す図表である。貫通孔231,232に加えるべき圧力は、空孔131,132が所望の径になるように最適化された圧力である。更に、外側の貫通孔232には、内側の貫通孔231に加える圧力よりもわずかに大きな圧力を加える。
【0034】
図7は、従来のように、複数の孔全てに同じ圧力を加えて線引きした場合の微細構造光ファイバのファイバ軸に直交する断面の電子顕微鏡写真の図である。光ファイバ母材に形成されている貫通孔全てに同じ圧力を加えた場合には、最外層の空孔が変形しており、最外層より内側の層を構成している空孔が膨張している。
【0035】
これに対して、図8は、上記線引装置40で光ファイバ母材20を線引きした場合の微細構造光ファイバ10のファイバ軸に直交する断面の電子顕微鏡写真の図である。図8の微細構造光ファイバ10を製造する場合には、光ファイバ母材20の貫通孔231に、加圧パイプ30の針321を通して約0.8kPaの圧力を加え、貫通孔232に、加圧パイプ30の針322を通して約0.85kPaの圧力を加えた。図8から、外側の層の空孔231の径と内側の空孔232の径との大きさがほぼ揃っていることが分かる。これは次の理由による。
【0036】
図5を参照すると、ヒータ51により光ファイバ母材20が加熱・溶融されているガラス溶融領域αにおいて、光ファイバ母材20の線引き開始部分である領域α1では貫通孔231,232の径が大きいので、表面張力の影響が小さい。したがって、貫通孔231,232に圧力を加えて大気圧よりも高い状態にしておくと、貫通孔231,232は膨張する。そして、線引きされて貫通孔231,232の径が小さくなった領域α2では、表面張力の影響が大きくなる。そのため、貫通孔231,232内の圧力の影響で貫通孔231,232が膨張する効果と、表面張力の影響で貫通孔231,232が収縮する効果とが釣り合う。更に線引きされて、領域α2での外径よりもさらに外径が小さくなる領域α3では、表面張力の影響の方が大きくなり、貫通孔231,232が収縮する。この貫通孔231,232に生じる膨張と収縮とのバランスをとることで貫通孔231,232の変形が抑制される。
【0037】
ところで、図2に示すように、貫通孔231,232が光ファイバ母材20の中心軸線を取り囲むように分布し層構造を形成している場合、外側の層を構成している貫通孔232が断熱層となり、内側への熱伝導を阻害する。そのため、貫通孔232で構成される層より外側のガラス粘度の方が、その層よりも内側のガラス粘度より低くなる。したがって、表面張力の影響は、貫通孔232の方が貫通孔231よりも大きい。図8に示した微細構造光ファイバ10は、貫通孔231,232夫々に中空の針321,322夫々を挿入して貫通孔232に貫通孔231より高い圧力を加えて線引きしている。したがって、貫通孔231,232夫々において、加圧による貫通孔231,232の膨張と表面張力の影響による貫通孔231,232の収縮とのバランスをとることができている。そのため、図8に示すように、外側の空孔132と内側の空孔131との径をほぼ同じにすることができている。
【0038】
上述した微細構造光ファイバ10を製造する方法では、中空の針321,322夫々を貫通孔231,232夫々に挿入しているので、内側の層及び外側の層ごとにそれらを構成している貫通孔231,232に加える圧力を調整することができる。そのため、貫通孔231,232夫々において、表面張力の影響による収縮と加圧による膨張とをバランスさせることが可能である。したがって、複数の空孔131,132がファイバ軸を取り囲むように分布し層構造を形成している微細構造光ファイバ10であって、複数の空孔131,132の径がほぼ同じである微細構造光ファイバ10を製造することができる。微細構造光ファイバ10の伝送特性は、ファイバ軸に直交する断面における空孔131,132の幾何学的形状や分布に依存する。そのため、微細構造光ファイバ10の空孔131,132の径をほぼ同じにすることで、複数の空孔の径が夫々異なる場合よりも微細構造光ファイバ10の伝送特性をより設計値に近いものとすることができる。
【0039】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、上記実施形態では、ファイバ軸に直交する断面において、空孔131,132夫々を六角形状に配置して2層構造としているが、特にこのような配置関係に限定する必要はない。例えば、空孔は、2層構造に限らず、ファイバ軸に直交する断面において複数形成されていればよい。
【0040】
また、ファイバ軸に直交する断面での空孔131,132の配置は、微細構造光ファイバで実現すべき特性、例えば絶対値の大きな波長分散や、空孔を有さない光ファイバよりも大きい又は小さい実効コア断面積を実現するために必要な配置とすれば良い。そして、分布形状に応じて空孔となるべき貫通孔ごとに加えるべき圧力を制御すれば良い。
【0041】
更に、空孔131及び空孔132の直径が異なる構造に対しても有効である。空孔直径が異なると空孔となるべき貫通孔に加える最適圧力が変わるが、上述したように空孔となるべき貫通孔毎に異なる加圧を行えるので設計どおりの径を有する空孔を実現できる。
【0042】
また、コア領域11に屈折率を上昇させる添加材(例えば、Ge)を添加しても良く、屈折率を下げる添加材を添加しても良い。更に、添加材を添加しなくても良い。また、コア領域11は中空でもかまわない。更に、貫通孔231,232に供給するガスとして乾燥した窒素ガスとしているが、窒素ガスに限らない。伝送特性に影響しない乾燥したガスならば良く、酸素ガス、Heガス、Neガス、Arガスなども使用可能である。更にまた、空孔となるべき孔を貫通孔としているが、孔は必ずしも光ファイバ母材を貫通していなくても良い。
【0043】
【発明の効果】
本発明によれば、ファイバ軸に直交する断面に分布しておりファイバ軸方向に延びている複数の空孔を有し、それらの空孔の径がほぼ同じである光ファイバを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態に係る微細構造光ファイバの製造方法で製造された光ファイバの斜視図である。
【図2】光ファイバ母材をその長手方向に直交する平面で切断した場合の断面図である。
【図3】加圧パイプの概略構成図である。
【図4】針の配置を示すための模式図である。
【図5】線引装置の概略構成図である。
【図6】空孔の所望の径と貫通孔に加える好適な圧力との関係の一例を示す図表である。
【図7】複数の孔に同じ圧力を加えて光ファイバ母材を線引きして製造した微細構造光ファイバの電子顕微鏡写真の図である。
【図8】微細構造光ファイバのファイバ軸に直交する断面の電子顕微鏡写真の図である。
【符号の説明】
10…微細構造光ファイバ、11…コア領域、12…クラッド領域、131,132…空孔、20…光ファイバ母材、21…第1領域、22…第2領域、231,232…貫通孔、30…加圧パイプ、311,312…ガス供給口、321,322…中空の針、40…線引装置、50…線引炉、51…ヒータ、α…ガラス溶融領域、60…ダミーパイプ、70…チャック、80…蓋、90…真空引き用ライン、α1…孔が膨張する領域、α2…孔の膨張と収縮が釣り合う領域、α3…孔が収縮する領域[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method of manufacturing an optical fiber having a hole extending in a fiber axial direction.
[0002]
[Prior art]
Optical fibers having holes extending in the fiber axis direction include those called holey fibers and photonic crystal fibers. Hereinafter, an optical fiber having such a hole extending in the fiber axis direction is referred to as a microstructured optical fiber.
[0003]
In such a microstructured optical fiber, the average refractive index difference between the core region and the cladding region can be adjusted by adjusting the size and distribution of holes in a cross section orthogonal to the fiber axis. Therefore, it is possible to obtain characteristics superior to those of an optical fiber having no holes.
[0004]
The microstructured optical fiber is manufactured by drawing an optical fiber preform having holes to be holes in a drawing furnace. When an optical fiber preform having holes is heated and melted for drawing, surface tension acts on the interface of the holes in the tangential direction. When the surface tension acts on the interface of the hole, the component of the surface tension in the radial direction of the hole increases in proportion to the curvature of the hole, and acts to crush the hole. As a result, the smaller the diameter of the hole, the more likely it is to be crushed by the influence of surface tension. As a result, in some cases, holes as designed were not formed in the drawn optical fiber.
[0005]
Therefore, there has been proposed a method of drawing an optical fiber preform while applying pressure to the inside of a hole when drawing the optical fiber preform (for example, see Patent Document 1). In this case, pressure is applied to the inside of the hole, and the inside of the hole is drawn in a state higher than the atmospheric pressure, so that collapse of the hole is suppressed.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-145634
[Problems to be solved by the invention]
However, when the optical fiber preform in which a plurality of holes form a layer structure in a cross section orthogonal to the longitudinal direction is drawn while applying pressure to the inside of the holes, the inner holes in the layer structure expand and the outer holes expand. In some cases, an optical fiber whose pores are crushed is manufactured.
[0008]
The present invention has been made in order to solve the above problems, and has a plurality of holes distributed in a cross section orthogonal to the fiber axis and extending in the fiber axis direction. It is an object of the present invention to provide a method by which an optical fiber having substantially the same can be manufactured.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have repeated studies on the mechanism of collapse and deformation of holes when drawing an optical fiber preform having holes extending in the longitudinal direction. And the following knowledge was obtained.
[0010]
In the region where the optical fiber preform starts to be heated by the heater of the drawing furnace (the area above the heat zone), since the outer diameter of the optical fiber preform is large, the diameter of the hole to be a hole is also large, so that the surface tension The effect is small. Therefore, when the inside of the hole is higher than the atmospheric pressure by pressurizing the hole, the hole expands. Then, when the optical fiber preform is drawn and the outer diameter becomes smaller and the hole diameter becomes smaller, the effect of the expansion of the hole due to the pressure applied to the inside of the hole and the effect of the contraction due to the surface tension are balanced in a certain region. When the hole diameter is further reduced from that region, the effect of the surface tension becomes larger than the expansion of the hole due to the pressure applied in the hole, and the hole contracts.
[0011]
By the way, shrinkage of holes due to the effect of surface tension is more likely to progress as the viscosity of the glass constituting the optical fiber preform decreases. When the holes formed in the optical fiber preform are distributed so as to surround the central axis of the optical fiber preform in a cross section orthogonal to the longitudinal direction, the holes in the outermost layer are formed. Functions as a heat insulating layer. This inhibits heat conduction to the holes in the inner layer, so that the glass viscosity around the inner holes becomes higher than the glass viscosity outside the outermost layer. Accordingly, since the influence of the surface tension is larger in the holes in the outermost layer, the holes in the outermost layer are preferentially crushed.
[0012]
Here, when pressure is applied to all of the plurality of holes to such an extent that the holes in the outermost layer are not crushed, the holes constituting the inner layer are excessively expanded and deformed. Conversely, if pressure is applied to all of the plurality of holes to such an extent that the inner holes are not crushed or deformed, the holes in the outermost layer are crushed. The above is the reason why an optical fiber having holes of almost the same diameter cannot be manufactured even when an optical fiber preform having a plurality of holes is drawn while applying pressure to the inside of the holes. The present inventors have conducted further intensive studies based on the above-mentioned findings, and have reached the present invention.
[0013]
That is, the method for manufacturing an optical fiber according to the present invention is a method for manufacturing an optical fiber having a plurality of holes distributed in a cross section orthogonal to the fiber axis and extending in the fiber axis direction, Prepare an optical fiber preform having a plurality of holes to be vacated, insert a hollow needle into each of the plurality of holes of the optical fiber preform, and pressurize the inside of each of the plurality of holes through the hollow needles. While drawing, the optical fiber preform is drawn. In this case, the pressure to be applied to each of the plurality of holes can be controlled through the needle inserted for each hole.
[0014]
Further, in the optical fiber manufacturing method according to the present invention, the outer diameter of each hollow needle inserted into each of the plurality of holes may be gradually reduced toward the end on the side inserted into the plurality of holes. It is suitable. In this case, it is easy to insert the hollow needle into a plurality of holes. Further, the needle can be inserted even if the hole diameter slightly changes.
[0015]
Furthermore, in the optical fiber manufacturing method according to the present invention, it is desirable to control the pressure applied to the inside of the plurality of holes for each of the plurality of holes. Thereby, for each hole, the effect of contracting the hole due to the effect of surface tension and the effect of expanding the hole due to the application of pressure to the hole can be balanced.
[0016]
Furthermore, in the method for manufacturing an optical fiber according to the present invention, in a cross section orthogonal to the fiber axis, a plurality of holes are distributed so as to surround the fiber axis to form a layered structure. It is preferable to apply the same pressure to the inside of the hole that is to be the hole constituting the same layer.
[0017]
In this case, even if the holes constituting the outermost layer function as a heat insulating layer at the time of drawing, since the pressure applied to the holes constituting the layers is controlled for each layer, the diameter of the holes is substantially reduced. Can be the same. Further, since the pressure may be controlled for each layer, the production of the optical fiber is facilitated.
[0018]
Further, in the method of manufacturing an optical fiber according to the present invention, it is preferable that a dry gas is supplied into each of the plurality of holes to pressurize the inside of each of the plurality of holes. By supplying a dry gas that does not affect the transmission characteristics, it is possible to prevent moisture from adsorbing into each of the plurality of holes and causing transmission loss.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same elements will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. Also, the dimensional ratios in the drawings do not always match those described.
[0020]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a configuration of a microstructured
[0021]
As shown in FIG. 1, in the
[0022]
In the microstructured
[0023]
Next, a method of manufacturing the microstructured
[0024]
First, the
[0025]
The higher the line drawing process, drawing an
[0026]
At the end of the
[0027]
In addition, a plurality of hollow needles 32 1 (for example, six hollow needles) and a plurality of hollow needles 32 2 (for example, 12 hollow needles) are provided at the end of the
[0028]
FIG. 5 is a schematic diagram showing a configuration of a
[0029]
The
[0030]
The
[0031]
Subsequently, the needle 32 1 of the
[0032]
Then, supplies dry nitrogen from people gas supply port 31 1, 31 2 respectively provided in the
[0033]
While the through holes 23 1 as described above, 23 2 into the through hole 23 1 applies pressure, 23 second internal to a state higher than the atmospheric pressure, heating and drawing the end of the
[0034]
FIG. 7 is an electron micrograph of a cross section perpendicular to the fiber axis of a microstructured optical fiber when the same pressure is applied to all of the plurality of holes and drawn, as in the related art. When the same pressure is applied to all the through holes formed in the optical fiber preform, the pores of the outermost layer are deformed, and the pores constituting the inner layer from the outermost layer are expanded. I have.
[0035]
On the other hand, FIG. 8 is an electron micrograph of a cross section orthogonal to the fiber axis of the microstructured
[0036]
Referring to FIG. 5, the
[0037]
Meanwhile, as shown in FIG. 2, when the through-holes 23 1, 23 2 form a distributed layer structure so as to surround the center axis of the
[0038]
In the method of manufacturing a microstructured
[0039]
As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, but it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiments. For example, in the above embodiment, in the cross section orthogonal to the fiber axis, each of the holes 13 1 and 13 2 is arranged in a hexagonal shape to form a two-layer structure, but it is not particularly limited to such an arrangement. For example, the holes are not limited to the two-layer structure, and a plurality of holes may be formed in a cross section orthogonal to the fiber axis.
[0040]
In addition, the arrangement of the holes 13 1 and 13 2 in a cross section orthogonal to the fiber axis is a characteristic to be realized by the microstructured optical fiber, for example, a wavelength dispersion having a large absolute value, and an optical fiber having no hole. What is necessary is just to set it as the arrangement | positioning required to implement | achieve a large or small effective core area. Then, the pressure to be applied may be controlled for each through hole to be a hole according to the distribution shape.
[0041]
Further, the diameter of the holes 13 1 and holes 13 2 are also valid for different structures. If the hole diameter is different, the optimum pressure to be applied to the through hole that becomes a hole changes, but as described above, different pressurization can be performed for each through hole that becomes a hole, so that a hole with the designed diameter is realized. it can.
[0042]
Further, an additive (for example, Ge) that increases the refractive index may be added to the
[0043]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to manufacture an optical fiber having a plurality of holes distributed in a cross section orthogonal to the fiber axis and extending in the fiber axis direction, and the diameters of the holes are substantially the same. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an optical fiber manufactured by a method for manufacturing a microstructured optical fiber according to an embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view when the optical fiber preform is cut along a plane orthogonal to the longitudinal direction.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a pressure pipe.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an arrangement of needles.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a drawing apparatus.
FIG. 6 is a chart showing an example of a relationship between a desired diameter of a hole and a suitable pressure applied to a through hole.
FIG. 7 is an electron micrograph of a microstructured optical fiber manufactured by drawing an optical fiber preform by applying the same pressure to a plurality of holes.
FIG. 8 is an electron micrograph of a cross section orthogonal to the fiber axis of the microstructured optical fiber.
[Explanation of symbols]
10 ... micro-structured optical fiber, 11 ... core region, 12 ... cladding region, 13 1, 13 2 ... pore, 20 ... optical fiber preform, 21 ... first region, 22 ... second region, 23 1, 23 2 ... Through holes, 30 ... Pressurized pipes, 31 1 , 31 2 ... Gas supply ports, 32 1 , 32 2 ... Hollow needles, 40 ... Drawing apparatus, 50 ... Drawing furnace, 51 ... Heater, α: Glass melting Area: 60: dummy pipe, 70: chuck, 80: lid, 90: vacuum evacuation line, α 1 : area where the hole expands, α 2 : area where expansion and contraction of the hole balance, α 3 : hole shrinks region
Claims (5)
前記複数の空孔となるべき複数の孔を有する光ファイバ母材を用意し、
前記光ファイバ母材の前記複数の孔夫々に中空の針を挿入し、それらの中空の針を通して前記複数の孔夫々の内部を加圧しながら、前記光ファイバ母材を線引きすることを特徴とする光ファイバの製造方法。A method for manufacturing an optical fiber having a plurality of holes distributed in a cross section orthogonal to a fiber axis and extending in the fiber axis direction,
Prepare an optical fiber preform having a plurality of holes to be the plurality of holes,
Inserting a hollow needle into each of the plurality of holes of the optical fiber preform and drawing the optical fiber preform while pressurizing the inside of each of the plurality of holes through the hollow needles. Optical fiber manufacturing method.
前記複数の空孔のうち同じ層を構成する空孔となるべき孔の内部には同じ圧力を加えることを特徴とする請求項3記載の光ファイバの製造方法。In a cross section orthogonal to the fiber axis, the plurality of holes are distributed so as to surround the fiber axis to form a layer structure,
4. The method of manufacturing an optical fiber according to claim 3, wherein the same pressure is applied to the inside of the plurality of holes that are to be holes forming the same layer.
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