JP2009192702A

JP2009192702A - 光ファイバ及び光ファイバ製造方法

Info

Publication number: JP2009192702A
Application number: JP2008031754A
Authority: JP
Inventors: Chisato Fukai; 千里深井; Kazuhide Nakajima; 和秀中島; Takashi Matsui; 隆松井; Tomoya Shimizu; 智弥清水
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2009-08-27
Anticipated expiration: 2028-02-13
Also published as: JP4616892B2

Abstract

【課題】孔を有する光ファイバであって、取扱い性を向上させた光ファイバを提供することにある。
【解決手段】コア部１１と、コア部１１よりも小さい屈折率を有し、コア部１１を取り囲む第１クラッド部１２と、第１クラッド部１２と同等かまたは第１クラッド部１２よりも小さい屈折率を有する１層以上のガラス層の各壁部に複数個の孔１４を有し、第１クラッド部１２を取り囲む第２クラッド部１３と、第１クラッド部１２と同等かまたは第１クラッド部１２よりも小さい屈折率を有し、第２クラッド部１３を取り囲む第３クラッド部１５とにより構成され、複数個の孔１４は、軸方向に沿う複数箇所で周方向の複数箇所に形成されると共に、第１クラッド部１２から第３クラッド部１５へ向かう方向に延在して形成されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、光信号伝搬に供する光ファイバ及びその製造方法に関し、特に光通信における伝送媒体として用いられる光ファイバ及びその製造方法に関する。

一般に、光ファイバを用いた光通信では、コア部とクラッド部の屈折率差による全反射により、光信号がコア部に閉じ込められた状態で光ファイバ中を伝搬する。近年、光ファイバ軸心方向に沿って、光ファイバの断面に複数個の空孔を設けることにより、空気とガラスの屈折率差を利用した全反射によって、光信号を伝搬する光ファイバの研究開発が進められている。前記複数個の空孔を有する光ファイバは、従来の光ファイバに比べ、コア部と、空孔からなるクラッド部との比屈折率差を大きくすることが可能なため、従来の光ファイバでは実現不可能な特性を実現することが可能である（例えば特許文献１参照）。例えば、光ファイバの曲げが可能になる（光ファイバを曲げても通信可能になる）ことが挙げられる。

このような光ファイバの製造には、キャピラリを束ねて線引きする方法（特許文献２参照）、及び光ファイバプリフォームに孔を開けて線引きする方法が知られている。

再公表特許ＷＯ２００４／０９２７９３号公報特開２００２−９７０３４号公報特開昭５６−８４３３０号公報

しかしながら、特許文献２に記載のキャピラリを束ねて線引きする方法では、線引きする際に穴の形状が崩れやすいという問題がある。さらに、キャピラリの外表面でＯＨ基や不純物が付着し、低損失化が難しいという問題がある。一方、光ファイバプリフォームに孔を開けて線引きする方法では、石英ガラスが非常に硬いため、超音波振動研削などの特殊な方法を用いる必要があるが、孔を深く研削するために研削工具の長さを長くすると、高速回転に伴う軸ずれが生じ、研削できなくなってしまうといった問題がある。したがって、光ファイバ軸心方向に沿って、光ファイバの断面に複数個の空孔を設ける構造を有する光ファイバは、低損失化、長尺化が困難であるといった問題がある。

また、従来の空孔付き光ファイバでは、塵等の不純物が孔内へ侵入するのを防止するために当該光ファイバの両端部を封止する処理を行ったり、当該光ファイバの両端部を封止する封止部材を取付けたりするなどの作業を行う必要があり、取扱い性が良くなかった。

そこで、本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、孔を有する光ファイバであって、取扱い性を向上させた光ファイバを提供することを目的とする。
また、本発明は、上記課題を解決すべくなされたものであり、孔を有する光ファイバの製造方法であって、低損失化できると共に、長尺に製造できる光ファイバ製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決する第１の発明に係る光ファイバは、
コア部と、
前記コア部よりも小さい屈折率を有し、前記コア部を取り囲む第１クラッド部と、
前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有する１層以上のガラス層の各壁部に複数個の孔を有し、前記第１クラッド部を取り囲む第２クラッド部と、
前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有し、前記第２クラッド部を取り囲む第３クラッド部とにより構成され、
前記複数個の孔が、軸方向に沿う複数箇所で周方向の複数箇所に形成されると共に、前記第１クラッド部から前記第３クラッド部へ向かう方向に延在して形成される
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第２の発明に係る光ファイバは、第１の発明に係る光ファイバであって、
前記複数個の孔が、周方向で等間隔に形成される
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第３の発明に係る光ファイバは、第１または第２の発明に係る光ファイバであって、
前記第１クラッド部の半径が電界分布の強度が３％以上となる領域に設定される
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第４の発明に係る光ファイバ製造方法は、第１乃至第３の何れか一つの発明に係る光ファイバを製造する光ファイバ製造方法であって、
コア部と、前記コア部よりも屈折率の小さい第１クラッド部を有する光ファイバプリフォームを作製する第１プロセスと、
前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有し、前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームの外側に装着することが可能な大きさのガラス管を作製する第２プロセスと、
前記第２プロセスで作製されたガラス管の壁部に複数個の突き抜けた孔を設ける第３プロセスと、
前記第１プロセスで作製された前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有し、前記第３プロセスで作製された複数個の孔を有するガラス管の外側に装着することが可能な大きさのガラス管を作製する第４プロセスと、
前記第４プロセスで作製されたガラス管の内側に前記第３プロセスで作製された複数個の孔を有するガラス管を挿入し、その複数個の孔を有するガラス管の内側に前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームを挿入する第５プロセスと、
前記第５プロセスで得られた光ファイバプリフォームを挿入したガラス管を溶融延伸する第６プロセスとを備えた
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第５の発明に係る光ファイバ製造方法は、第１乃至第３の何れか一つの発明に係る光ファイバを製造する光ファイバ製造方法であって、
コア部と、前記コア部よりも屈折率の小さい第１クラッド部と、前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有する第２クラッド部からなる光ファイバプリフォームを作製する第１プロセスと、
前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームの外側の壁部に複数個の突き抜けない穴を設ける第２プロセスと、
前記第１プロセスで作製された前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有し、前記第２プロセスで作製された光ファイバプリフォームの外側に装着することが可能な大きさのガラス管を作製する第３プロセスと、
前記第３プロセスで作製されたガラス管の内側に前記第２プロセスで作製された光ファイバプリフォームを挿入する第４プロセスと、
前記第４プロセスで得られた光ファイバプリフォームを挿入したガラス管を溶融延伸する第５プロセスとを備えた
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第６の発明に係る光ファイバ製造方法は、第１乃至第３の何れか一つの発明に係る光ファイバを製造する光ファイバ製造方法であって、
コア部と、前記コア部よりも屈折率の小さい第１クラッド部を有する光ファイバプリフォームを作製する第１プロセスと、
前記第１プロセスで作製された前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有し、前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームの外側に装着することが可能な大きさのガラス管を作製する第２プロセスと、
前記第２プロセスで作製されたガラス管の内側の壁部に複数個の突き抜けない穴を設ける第３プロセスと、
前記第３プロセスで作製されたガラス管の内側に、前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームを挿入する第４プロセスと、
前記第４プロセスで得られた光ファイバプリフォームを挿入したガラス管を溶融延伸する第５プロセスとを備えた
ことを特徴とする。

上述した課題を解決する第７の発明に係る光ファイバ製造方法は、第１乃至第３の何れか一つの発明に係る光ファイバを製造する光ファイバ製造方法であって、
コア部と、前記コア部よりも屈折率の小さい第１クラッド部と、前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有する第２クラッド部からなる光ファイバプリフォームを作製する第１プロセスと、
前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームの外側の壁部に複数個の突き抜けない穴を設ける第２プロセスと、
前記第１プロセスで作製された前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有し、前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームの外側に装着することが可能な大きさのガラス管を作製する第３プロセスと、
前記第３プロセスで作製されたガラス管の内側の壁部に複数個の突き抜けない穴を設ける第４プロセスと、
前記第４プロセスで作製されたガラス管の内側に、前記第２プロセスで作製された光ファイバプリフォームを挿入する第５プロセスと、
前記第５プロセスで得られた光ファイバプリフォームを挿入したガラス管を溶融延伸する第６プロセスとを備えた
ことを特徴とする。

本発明に係る光ファイバによれば、コア部と、前記コア部よりも小さい屈折率を有し、前記コア部を取り囲む第１クラッド部と、前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有する１層以上のガラス層の各壁部に複数個の孔を有し、前記第１クラッド部を取り囲む第２クラッド部と、前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有し、前記第２クラッド部を取り囲む第３クラッド部とにより構成され、前記複数個の孔が、軸方向に沿う複数箇所で周方向の複数箇所に形成されると共に、前記第１クラッド部から前記第３クラッド部へ向かう方向に延在して形成されることにより、両端部に孔が無い構造とすることが可能であり、既存の空孔付き光ファイバで必要であった光ファイバ両端での封止処理や光ファイバ両端への封止部材の取付け作業が不要となる。メカニカルスプライス接続などの際に、光ファイバ両端の封止部の除去工程や光ファイバ両端に取付けられた封止部材の取外し工程を省略することができる。その結果、既存の空孔付き光ファイバと比べて取り扱い性が向上する。

本発明に係る光ファイバ製造方法によれば、ガラス管または光ファイバプリフォームの壁部に、複数個の突き抜けた孔または突き抜けない穴を設けることとしたため、研削する（突き抜けた）孔または（突き抜けない）穴の長さが短いので、超音波振動研削による軸ずれが発生することなく、光ファイバ断面に空孔を有する構造の光ファイバを長尺に製造することが可能になり、大量生産が可能となる。また、不純物の孔内への侵入を抑制することができ、低損失化を図ることができる。

以下に、本発明に係る光ファイバおよび光ファイバ製造方法の最良の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［光ファイバの第一番目の実施形態］
本発明に係る光ファイバの第一番目の実施形態につき図１を参照して説明する。
図１は本発明に係る光ファイバの第一番目の実施形態を示す図であり、図１（ａ）に光ファイバの第一番目の実施形態を模式的に示し、図１（ｂ）に光ファイバの第一番目の実施形態の断面を示す。

本実施形態に係る光ファイバ１０は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ドーパントを添加した任意の屈折率分布を有するコア部１１と、均一な屈折率を有する第１クラッド部１２と、複数個の孔１４を含む第２クラッド部１３と、均一な屈折率を有する第３クラッド部１５とを有してなり、コア部１１及び第１クラッド部１２により主たる光の導波構造が形成されている。複数個の孔１４は、軸方向に沿う複数箇所に形成されていると共に、周方向に形成されている。そして、複数個の孔１４は、第２クラッド部１３の内壁部１３ａと外壁部１３ｂとを連通して形成されている。すなわち、複数個の孔１４は第１クラッド部１２から第３クラッド部１５へ向かう方向に延在して形成されている。

第１クラッド部１２はコア部１１の周囲を取り囲んでいる。第２クラッド部１３は第１クラッド部１２の周囲を取り囲んでいる。さらに第３クラッド部１５は第２クラッド部１３の周囲を取り囲んでいる。第１クラッド部１２はコア部１１よりも小さい屈折率を有している。第２クラッド部１３は第１クラッド部１２と同等かまたは第１クラッド部１２よりも小さい屈折率を有するガラス層の壁部に複数個の孔１４を有する構成となっている。

ここで、図１（ａ）および図１（ｂ）では、第２クラッド部１３を形成するガラス層を１層とした図を示しているが、第２クラッド部を形成するガラス層は複数層とすることも可能である。また、第３クラッド部１５は第１クラッド部１３と同等かまたは第１クラッド部１３よりも小さい屈折率を有している。図１（ａ）では、第２クラッド部１３の壁部に複数個の円形の筒状（円柱状）の孔１４が設けられているが、孔の形状は円形の筒状の他に四角柱状などの柱体状や円錐状や四角錐などの錐体状とすることも可能である。また、図１（ｂ）では、光ファイバ断部に８個の孔１４が設けられているが、孔の数量を９個以上としたり７個以下としたりすることも可能である。

さらに、図１では、第２クラッド部１３の壁部に設けられる複数の孔１４は、光ファイバの長手方向および光ファイバ断面に対し、規則的に配置されているが、たとえば図２に示すように、複数個の孔１１４を光ファイバ１００の断面にて図２における左右方向の箇所に偏らせて不規則的に配置したり、複数の孔を光ファイバの長手方向に対し不規則的に配置したりすることも可能である。この図２に示すように複数の孔１１４を偏らせて配置することにより、偏光状態を制御して単一偏波のみを保持することも可能である。

したがって、本実施形態に係る光ファイバ１０によれば、両端部に孔が無い構造とすることが可能であり、既存の空孔付き光ファイバで必要であった光ファイバ両端での封止処理や光ファイバ両端への封止部材の取付け作業が不要となる。さらに、メカニカルスプライス接続などの際に、光ファイバ両端の封止部の除去工程や光ファイバ両端に取付けられた封止部材の取外し工程を省略することができる。その結果、既存の空孔付き光ファイバと比べて取扱い性が向上する。

［光ファイバ製造方法の第一番目の実施形態］
本発明に係る光ファイバ製造方法の第一番目の実施形態につき、図３を参照して説明する。
図３は光ファイバ製造方法を説明するためのフローチャートである。

本実施形態に係る光ファイバ製造方法では、図３に示すように、先ず、第１プロセスにて、コア部と、前記コア部よりも屈折率の小さい第１クラッド部を有する光ファイバプリフォームを作製する（ステップＳ１１）。ここで、ＶＡＤ（ＶａｐｏｒｐｈａｓｅＡｘｉａｌＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＯＶＤ（ＯｕｔｓｉｄｅＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＣＶＤ（ＭｏｄｉｆｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、並びにＰＣＶＤ（ＰｌａｓｍａＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いることにより光ファイバプリフォームを作製することが可能である。

次に、フローチャートの２番目（第２プロセス）において、前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有し、前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームの外側に装着することが可能な大きさのガラス管を作製する（ステップＳ１２）。例えば、特許文献３に記載の石英ガラス管の製造方法を用いることによりガラス管を作製することが可能である。

続いて、第３プロセスにて、前記第２プロセスで作製されたガラス管の壁部に複数個の突き抜けた孔を設ける（ステップＳ１３）。例えば、超音波振動研削により孔を設けることが可能である。さらに、第４プロセスにて、前記第１プロセスで作製された前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有し、前記第３プロセスで作製された複数個の孔を有するガラス管の外側に装着することが可能な大きさのガラス管を作製する（ステップＳ１４）。例えば、特許文献３に記載の石英ガラス管の製造方法を用いることによりガラス管を作製することが可能である。

そして、第５プロセスにて、前記第４プロセスで作製されたガラス管の内側に前記第３プロセスで作製された複数個の孔を有するガラス管を挿入し、その複数個の孔を有するガラス管の内側に前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームを挿入し（ステップＳ１５）、第６プロセスにて、前記第５プロセスで得られた光ファイバプリフォームを挿入したガラス管を溶融延伸（線引き）する（ステップＳ１６）。

よって、上述した製造手順にて第一番目の実施形態に係る光ファイバを製造することができる。

したがって、本実施形態に係る光ファイバ製造方法によれば、ガラス管の壁部に、複数個の突き抜けた孔を設けることにより、研削する（突き抜けた）孔の長さが短いので、超音波振動研削による軸ずれが発生することなく、光ファイバ断面に空孔を有する構造の光ファイバを長尺に製造することが可能になり、大量生産が可能となる。また、不純物の孔内への侵入を抑制することができ、低損失化を図ることができる。

なお、本実施形態に係る光ファイバ製造方法において、第２プロセスと第３プロセスを繰り返して行なうことにより、２層以上のガラス層による第２クラッド部を有する第一番目の実施形態に係る光ファイバを製造することも可能である。

［光ファイバ製造方法の第二番目の実施形態］
本発明に係る光ファイバ製造方法の第二番目の実施形態につき、図４を参照して説明する。
図４は光ファイバ製造方法を説明するためのフローチャートである。

本実施形態に係る光ファイバ製造方法では、図４に示すように、先ず、第１プロセスにて、コア部と、前記コア部よりも屈折率の小さい第１クラッド部と、前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有する第２クラッド部からなる光ファイバプリフォームを作製する（ステップＳ２１）。ここで、前記ＶＡＤ法等を用いることにより光ファイバプリフォームを作製することが可能である。

次に、フローチャートの２番目（第２プロセス）において、前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームの外側の壁部に複数個の突き抜けない穴を設ける（ステップＳ２２）。例えば、研削するドリルの長さを調整した前記超音波振動研削により、前記第２クラッド部の領域のみに穴を設けることが可能である。

続いて、第３プロセスにて、前記第１プロセスで作製された前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有し、前記第２プロセスで作製された光ファイバプリフォームの外側に装着することが可能な大きさのガラス管を作製する（ステップＳ２３）。例えば、前記特許文献３に記載の石英ガラス管の製造方法を用いることによりガラス管を作製することが可能である。

さらに、第４プロセスにて、前記第３プロセスで作製されたガラス管の内側に前記第２プロセスで作製された光ファイバプリフォームを挿入し（ステップＳ２４）、第５プロセスにて、前記第４プロセスで得られた光ファイバプリフォームを挿入したガラス管を溶融延伸（線引き）する（ステップＳ２５）。

したがって、本実施形態に係る光ファイバ製造方法によれば、光ファイバプリフォームの壁部に、複数個の突き抜けない穴を設けることとしたため、研削する（突き抜けない）穴の長さが短いので、超音波振動研削による軸ずれが発生することなく、光ファイバ断面に空孔を有する構造の光ファイバを長尺に製造することが可能になり、大量生産が可能となる。また、不純物の孔内への侵入を抑制することができ、低損失化を図ることができる。

［光ファイバ製造方法の第三番目の実施形態］
本発明に係る光ファイバ製造方法の第三番目の実施形態につき、図５を参照して説明する。
図５は光ファイバ製造方法を説明するためのフローチャートである。

本実施形態に係る光ファイバ製造方法では、図５に示すように、先ず、第１プロセスにて、コア部と、前記コア部よりも屈折率の小さい第１クラッド部を有する光ファイバプリフォームを作製する（ステップＳ３１）。ここで、前記ＶＡＤ法等を用いることにより光ファイバプリフォームを作製することが可能である。

次に、フローチャートの２番目（第２プロセス）において、前記第１プロセスで作製された前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有し、前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームの外側に装着することが可能な大きさのガラス管を作製する（ステップＳ３２）。例えば、前記特許文献３に記載の石英ガラス管の製造方法を用いることによりガラス管を作製することが可能である。

続いて、第３プロセスにて、前記第２プロセスで作製されたガラス管の内側の壁部に複数個の突き抜けない穴を設ける（ステップＳ３３）。例えば、研削するドリルの長さを調整した前記超音波振動研削により、前記第２クラッド部の領域のみに穴を設けることが可能である。

さらに、第４プロセスにて、前記第３プロセスで作製されたガラス管の内側に、前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームを挿入し（ステップＳ３４）、第５プロセスにて、前記第４プロセスで得られた光ファイバプリフォームを挿入したガラス管を溶融延伸（線引き）する（ステップＳ３５）。

したがって、本実施形態に係る光ファイバ製造方法によれば、ガラス管の壁部に、複数個の突き抜けない穴を設けることとしたため、研削する（突き抜けない）穴の長さが短いので、超音波振動研削による軸ずれが発生することなく、光ファイバ断面に空孔を有する構造の光ファイバを長尺に製造することが可能になり、大量生産が可能となる。また、不純物の孔内への侵入を抑制することができ、低損失化を図ることができる。

［光ファイバ製造方法の第四番目の実施形態］
本発明に係る光ファイバ製造方法の第四番目の実施形態につき、図６を参照して説明する。
図６は光ファイバ製造方法を説明するためのフローチャートである。

本実施形態に係る光ファイバ製造方法では、図６に示すように、先ず、第１プロセスにて、コア部と、前記コア部よりも屈折率の小さい第１クラッド部と、前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有する第２クラッド部からなる光ファイバプリフォームを作製する（ステップＳ４１）。ここで、前記ＶＡＤ法等を用いることにより光ファイバプリフォームを作製することが可能である。

次に、フローチャートの２番目（第２プロセス）において、前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームの外側の壁部に複数個の突き抜けない穴を設ける（ステップＳ４２）。例えば、研削するドリルの長さを調整した前記超音波振動研削により、前記第２クラッド部の領域のみに穴を設けることが可能である。

続いて、第３プロセスにて、前記第１プロセスで作製された前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有し、前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームの外側に装着することが可能な大きさのガラス管を作製する（ステップＳ４３）。例えば、前記特許文献３に記載の石英ガラス管の製造方法を用いることによりガラス管を作製することが可能である。

さらに、第４プロセスにて、前記第３プロセスで作製されたガラス管の内側の壁部に複数個の突き抜けない穴を設ける（ステップＳ４４）。例えば、研削するドリルの長さを調整した前記超音波振動研削により、前記第２クラッド部の領域のみに穴を設けることが可能である。

その後、第５プロセスにて、前記第４プロセスで作製されたガラス管の内側に、前記第２プロセスで作製された光ファイバプリフォームを挿入し（ステップＳ４５）、第６プロセスにて、前記第５プロセスで得られた光ファイバプリフォームを挿入したガラス管を溶融延伸（線引き）する（ステップＳ４６）。

よって、上述した製造手順にて２層のガラス層による第２クラッド部を有する第一番目の実施形態に係る光ファイバを製造することが可能である。

したがって、本実施形態に係る光ファイバ製造方法によれば、ガラス管および光ファイバプリフォームの壁部に、複数個の突き抜けない穴を設けることとしたため、研削する（突き抜けない）穴の長さが短いので、超音波振動研削による軸ずれが発生することなく、光ファイバ断面に空孔を有する構造の光ファイバを長尺に製造することが可能になり、大量生産が可能となる。また、不純物の孔内への侵入を抑制することができ、低損失化を図ることができる。

本発明に係る光ファイバの第１の実施例につき、図７を参照して説明する。
図７は光ファイバの構造パラメータを示す図であり、この図７に、本実施例に係る光ファイバの断面におけるコア部１１、第１クラッド部１２、並びに８個の孔１４を含む第２クラッド部１３の拡大を示す。
本実施例では、光ファイバにおいて、第２クラッド部１３のガラス層の層数を１層とし、第２クラッド部１３の壁部に設けられる孔１４を周方向にて等間隔に配置して規則的に配列するものとし、その孔１４の形状を円形の筒状（円柱状）とした。

図７に示すように、コア部１１の直径を２ａ₁と定義し、第１クラッド部１２の直径を２ａ₂と定義し、第２クラッド部１３の直径を２ａ₃と定義する。また、第２クラッド部１３に設けられる孔１４の直径を２Ｒと定義する。

本実施例では、コア部１１が第１クラッド部１２に対し０．３５％の比屈折率差を有するステップ型の屈折率分布を有するものとした。また、第１クラッド部１２、第２クラッド部１３、並びに第２クラッド部１３の周囲を取り囲む第３クラッド部（図示せず）の屈折率は純石英ガラスの屈折率とした。

図８に、光ファイバの単位長さあたりの第２クラッド部に含まれる孔の割合Ｐの一例を示す。図８中にて、実線は孔が１０個である場合を示し、１点破線は孔が８個である場合を示し、２点破線は孔が６個である場合を示す。ここで、第２クラッド部に設けられる孔の半径Ｒがコア半径ａ₁の０．５倍であり、第２クラッド部の半径ａ₃と第１クラッド部の半径ａ₂の差がコア半径ａ₁と等しい場合、光ファイバの長さａ₁における第２クラッド部に含まれる孔の割合Ｐは、光ファイバ断面に含まれる孔の数Ｎを用いて、式（１）から計算により求めることが可能である。

ここで、従来の材料添加に基づくコア部及びクラッド部のみを有する光ファイバ、即ち本実施例に係る光ファイバにて第２クラッド部に孔が全く存在しない場合の規格化電界強度とコア部の半径に対する規格化半径の関係について、図９を用いて説明する。ただし、図９の特性は、波長１５５０ｎｍにおける電界分布を示す。

図９より、例えば、規格化半径が１．５の地点では、規格化電界強度は２０％以下に減衰することがわかる。即ち、第１クラッド部の半径ａ₂をコア部の半径ａ₁の１．５倍とした場合、約２０％の規格化電界強度が存在することとなる。

コア部の半径に対する第１クラッド部の半径の比ａ₂／ａ₁に対する波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド直径の関係について、図１０を用いて説明する。ただし、図１０の特性は、孔が６個である場合を示す。

図１０より、コア部の半径に対する第１クラッド部の半径の比ａ₂／ａ₁が２以下の領域では、モードフィールド直径が急激に減少することがわかる。これは、第２クラッド部に設けられた孔に含まれる空気の屈折率が純石英ガラスの屈折率よりも小さいため、電界分布の第１クラッド部への閉じ込めが向上されることによるものである。

また、図９よりコア部の半径に対する第１クラッド部の半径の比ａ₂／ａ₁が２の領域における従来の光ファイバにおける規格化電界強度は約８％となる。

したがって、本発明に係る光ファイバにおいて、第１クラッド部の半径ａ₂を電界分布の強度が８％以下となる領域に設定することにより、従来の光ファイバと同等のモードフィールド直径特性を保持することが可能となる。また逆に第１クラッド部の半径ａ₂を電界分布の強度が８％以上となる領域に設定することにより、電界分布のコア部近傍への閉じ込めを向上し、モードフィールド直径を低減することも可能となる。

ここで、コア部の半径に対する第１クラッド部の半径の比ａ₂／ａ₁に対する波長１５５０ｎｍにおける波長分散の関係について、図１１を用いて説明する。ただし、図１１の特性は、孔が６個である場合を示す。

図１１より、コア部の半径に対する第１クラッド部の半径の比ａ₂／ａ₁が２．５以下の領域では波長分散が急激に増加することが分かる。これは、第２クラッド部に設けられた孔に含まれる空気の屈折率が純石英ガラスの屈折率よりも小さいため、電界分布の第１クラッド部への閉じ込めが発生し、導波路分散特性が影響を受けることによるものである。

また、図９よりコア部の半径に対する第１クラッド部の半径の比ａ₂／ａ₁が２．５の領域における従来の光ファイバにおける規格化電界強度は約３％となる。

したがって、本発明に係る光ファイバにおいて、第１クラッド部の半径ａ₂を電界分布の強度が３％以下となる領域に設定することにより、従来の光ファイバと同等の波長分散特性を保持することが可能となる。また逆に、第１クラッド部の半径ａ₂を電界分布の強度が３％以上となる領域に設定することにより、波長分散特性を可変することも可能となる。特に、波長１５５０ｎｍにおける３０ｐｓ／ｎｍ・ｋｍ以上の波長分散特性は、従来の光ファイバでは屈折率変化の可変量に対する制約により実現不可能な特性であり、本発明に係る光ファイバが奏する作用効果の一つである。

光ファイバの単位長さあたりの第２クラッド部に含まれる孔の割合Ｐに対する波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失の関係について、図１２を用いて説明する。図１２において、縦軸は半径５ｍｍの曲げを１０ターン加えた場合の損失増加量を示す。ここで、光ファイバの単位長さあたりの第２クラッド部に含まれる孔の割合Ｐが０％とは、材料添加に基づくコア部及びクラッド部のみを有する従来の光ファイバを示す。

図１２より、光ファイバの単位長さあたりの第２クラッド部に含まれる孔の割合Ｐが増加するほど、良好な曲げ損失特性を得られることがわかる。これは、本発明に係る光ファイバにおいて、第２クラッド部に設けられた孔に含まれる空気の屈折率が純石英ガラスの屈折率よりも小さいため、光ファイバの単位長さあたりの第２クラッド部に含まれる孔の割合Ｐが増加することにより、第２クラッド部の実効的な屈折率が低減し、電界分布の第１クラッド部への閉じ込めが向上されることによるものであり、その作用効果は孔の形状および孔の数に依存しない。

図１２より光ファイバの単位長さあたりの第２クラッド部に含まれる孔の割合Ｐが約１５％のとき、従来の光ファイバに比べて曲げ損失が１０分の１となることがわかる。

したがって、本実施例に係る光ファイバによれば、両端部に孔が無い構造とすることが可能であり、既存の空孔付き光ファイバで必要であった光ファイバ両端での封止処理や光ファイバ両端への封止部材の取付け作業が不要となる。メカニカルスプライス接続などの際に、光ファイバ両端の封止部の除去工程や光ファイバ両端に取付けられた封止部材の取外し工程を省略することができる。その結果、既存の空孔付き光ファイバと比べて取り扱い性が向上する。さらに、孔の数量や孔の周方向での配置や孔の軸方向での配置を調整することで、波長分散やモードフィールド径を制御することが可能である上に、光ファイバを曲げた時に生じる損失の増加を低減することが可能である。

本発明は、波長分散やモードフィールド径を制御できると共に、長尺に製造できる光ファイバ及びその製造方法に利用することができる。

本発明に係る光ファイバの第一番目の実施形態を示す図である。本発明に係る光ファイバの他の実施形態の断面図である。本発明に係る光ファイバ製造方法の第一番目の実施形態を説明するためのフローチャートである。本発明に係る光ファイバ製造方法の第二番目の実施形態を説明するためのフローチャートである。本発明に係る光ファイバ製造方法の第三番目の実施形態を説明するためのフローチャートである。本発明に係る光ファイバ製造方法の第四番目の実施形態を説明するためのフローチャートである。本発明に係る光ファイバの第１の実施例の構造パラメータを示す図である。光ファイバの単位長さあたりの第２クラッド部に含まれる孔の割合Ｐの一例を示す図である。規格化電界強度とコア部の半径に対する規格化半径の関係を示す図である。コア部の半径に対する第１クラッド部の半径の比ａ₂／ａ₁に対する波長１５５０ｎｍにおけるモードフィールド直径の関係を示す図である。コア部の半径に対する第１クラッド部の半径の比ａ₂／ａ₁に対する波長１５５０ｎｍにおける波長分散の関係を示す図である。光ファイバの単位長さあたりの第２クラッド部に含まれる孔の割合Ｐに対する波長１５５０ｎｍにおける曲げ損失の関係を示す図である。

符号の説明

１０，１００光ファイバ
１１コア部
１２第１クラッド部
１３第２クラッド部
１４，１１４孔
１５第３クラッド部

Claims

コア部と、
前記コア部よりも小さい屈折率を有し、前記コア部を取り囲む第１クラッド部と、
前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有する１層以上のガラス層の各壁部に複数個の孔を有し、前記第１クラッド部を取り囲む第２クラッド部と、
前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有し、前記第２クラッド部を取り囲む第３クラッド部とにより構成され、
前記複数個の孔は、軸方向に沿う複数箇所で周方向の複数箇所に形成されると共に、前記第１クラッド部から前記第３クラッド部へ向かう方向に延在して形成される
ことを特徴とする光ファイバ。
前記複数個の孔は、周方向で等間隔に形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
前記第１クラッド部の半径は電界分布の強度が３％以上となる領域に設定される
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光ファイバ。
コア部と、前記コア部よりも屈折率の小さい第１クラッド部を有する光ファイバプリフォームを作製する第１プロセスと、
前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有し、前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームの外側に装着することが可能な大きさのガラス管を作製する第２プロセスと、
前記第２プロセスで作製されたガラス管の壁部に複数個の突き抜けた孔を設ける第３プロセスと、
前記第１プロセスで作製された前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有し、前記第３プロセスで作製された複数個の孔を有するガラス管の外側に装着することが可能な大きさのガラス管を作製する第４プロセスと、
前記第４プロセスで作製されたガラス管の内側に前記第３プロセスで作製された複数個の孔を有するガラス管を挿入し、その複数個の孔を有するガラス管の内側に前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームを挿入する第５プロセスと、
前記第５プロセスで得られた光ファイバプリフォームを挿入したガラス管を溶融延伸する第６プロセスとを備えた
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の光ファイバを製造する光ファイバ製造方法。
コア部と、前記コア部よりも屈折率の小さい第１クラッド部と、前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有する第２クラッド部からなる光ファイバプリフォームを作製する第１プロセスと、
前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームの外側の壁部に複数個の突き抜けない穴を設ける第２プロセスと、
前記第１プロセスで作製された前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有し、前記第２プロセスで作製された光ファイバプリフォームの外側に装着することが可能な大きさのガラス管を作製する第３プロセスと、
前記第３プロセスで作製されたガラス管の内側に前記第２プロセスで作製された光ファイバプリフォームを挿入する第４プロセスと、
前記第４プロセスで得られた光ファイバプリフォームを挿入したガラス管を溶融延伸する第５プロセスとを備えた
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の光ファイバを製造する光ファイバ製造方法。
コア部と、前記コア部よりも屈折率の小さい第１クラッド部を有する光ファイバプリフォームを作製する第１プロセスと、
前記第１プロセスで作製された前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有し、前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームの外側に装着することが可能な大きさのガラス管を作製する第２プロセスと、
前記第２プロセスで作製されたガラス管の内側の壁部に複数個の突き抜けない穴を設ける第３プロセスと、
前記第３プロセスで作製されたガラス管の内側に、前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームを挿入する第４プロセスと、
前記第４プロセスで得られた光ファイバプリフォームを挿入したガラス管を溶融延伸する第５プロセスとを備えた
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の光ファイバを製造する光ファイバ製造方法。
コア部と、前記コア部よりも屈折率の小さい第１クラッド部と、前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有する第２クラッド部からなる光ファイバプリフォームを作製する第１プロセスと、
前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームの外側の壁部に複数個の突き抜けない穴を設ける第２プロセスと、
前記第１プロセスで作製された前記第１クラッド部と同等かまたは前記第１クラッド部よりも小さい屈折率を有し、前記第１プロセスで作製された光ファイバプリフォームの外側に装着することが可能な大きさのガラス管を作製する第３プロセスと、
前記第３プロセスで作製されたガラス管の内側の壁部に複数個の突き抜けない穴を設ける第４プロセスと、
前記第４プロセスで作製されたガラス管の内側に、前記第２プロセスで作製された光ファイバプリフォームを挿入する第５プロセスと、
前記第５プロセスで得られた光ファイバプリフォームを挿入したガラス管を溶融延伸する第６プロセスとを備えた
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の光ファイバを製造する光ファイバ製造方法。