JPS6241733A

JPS6241733A - 光導波路ロツドの製造方法

Info

Publication number: JPS6241733A
Application number: JP17948385A
Authority: JP
Inventors: Soichi Kobayashi; 壮一小林
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1985-08-16
Filing date: 1985-08-16
Publication date: 1987-02-23

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〕本発明は光導波路ロッドの製造方法に係り、特に、光フ
ァイバとの結合損失、伝搬損失を極めて小さくすること
を図った光導波路ロッドの製造方法に関する。

〔従来の技術〕

先導波路の形態は太き（分類すると材質的に４通りに分
類される。すなわち、石英系と多成分ガラス系と誘電体
系と半導体系との４通りである。

各々得失かあり、前の２つが受動回路用、後の２つが能
動回路用である。石英系光導波路は、光ファイバと屈折
率の整合が良いために、最近になって分岐結合部品、光
合分波器用導波路が作成されている。しかし、現在の段
階では、必ずしも光ファイバとの結合損失が小さくな（
，１，５〜２ｄＢ程度存在する（昭和６０年度電子通信
学会総全大１００５゜４−１２９参照）。しかし、伝搬
損失は０．５ｄＢ／／ｃｍ以下であり、光部品のように
短い距離では問題ない。

一方、多成分ガラスを母体とする光導波路は、従来から
イオン交換法により作成され、最近では多チヤネル導波
路が発表されており、導波路の屈折率分布もファイバに
類似した形が作成可能となっている。しかし、導波路と
光ファイバ（石英ファイバ）の整合においては、光ファ
イバの屈折率が導波路より低いため、本質的に反射損失
が存在してしまう（昭和６０年電子通信学会総全犬、　
　９７６゜４−１００参照）。誘電体導波路では材質に
、主として、Ｌｉ　Ｎｂ　０３が用いられ、チタン拡散
やプロトン交換の技術が進歩している。ＬｉＮｂＯ３は
超高速用光スィッチとして盛んに研究されており、光導
波路としての歴史も長い。しかしＬｉＮｂＯ３は、多成
分ガラス以上に屈折率が高く、整合の問題は同様に残る
。さらにＬｉＮｂＯ３１こ拡散したチタンの挙動が不安
定であり、最近では、プロトン交換〔オー・ブラフ、−
イー（Ｏｐｌｕｓ　Ｅ　）、　１９８４年１１月号、ｐ
。

６０参照〕が有望とされている。最後に、半導体光導波
路が半導体レーザの進歩に伴い研究されつつある。しか
し、半導体は誘電体以上に屈折率が高（、光ファイバと
の整合が極めて悪いため、接続箇所をできるだけ少なく
することが必要となる。

以上、屈折率を主体に光ファイバとの整合性を述べてき
たが、コアの寸法精度、導波路の屈折率分布制御等の問
題が存在する。したがって、損失の少ない導波路部品を
作成するためには、さらに、構造、材料の面からの検討
が必要である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、石英系光ファイバとの結合損失、伝搬損失を
減するために光導波路の構造、材質を光ファイバと同様
にし、かつ、クラッド外径を大きくすることによって部
品化の作業性を良くし、従来の光導波路の光学特性を改
善した光導波路ロッドの製造方法を提供しようとするも
ので、本発明方法によって得られる０　７ドを加工し、
組み立てることにより、小形で経済的な光部品を実現可
能にしようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、（イ）石英系光ファイバ母材を石英チューブ
に挿入してガラス旋盤で加熱、延伸することにより光フ
ァイバと石英チューブを一体的に融着させてコア径に対
するクラッド径の比が増大した石英ロッドを作成する工
程と、仲）この石英ロッドをさらに石英チューブに挿入
して再びガラス旋盤で加熱、延伸することを複数回繰り
返す工程と、（ハ）得られた石英ロッドをコア径が光フ
ァイバのコア径と同じでクラッド外径が光ファイバのク
ラット外径より大きい石英ロッドに引き伸ばして先導波
路ロッドを得る工程とから成る製造方法とすることにあ
り、これにより、光ファイバと同構造を内部に有し、外
径が光ファイバのクラッド外径より大きい、すべてが石
英系の材質からなる光導波路ロッドを実現可能にしたこ
とにある。

すなわち、本発明は、光ファイバと同じ屈折率分布を内
部に有し、外径が光ファイバ外径より大きくハンドリン
グ可能な、石英系光導波路を得ることを最終目的とする
もので、その製造方法としての特徴は、所望の寸法を出
すために光ファイバ母材にかぶせる石英チューブの寸法
を正確に出すこと、最後のロッド成形工程において、コ
ア径が光ファイバのコア径と同じになるように調整する
点にある。特に、光部品化する場合は、コアの中心が、
クラッド外径の真中に存在するように調整すること、つ
まり離心率を下げる技術は、外径が光ファイバの数倍か
ら数１０倍にもおよぶため、光ファイバ製造法に比べて
、高度な技術を要求される点である。つまり、光ファイ
バ母材にかぶせる石英チューブの内、外径の寸法精度を
上げることが最も重要となる。

一方、本発明で作成される先導波路ロッドの光導波路と
しての特徴を考えてみると、従来の導波路に比べて、伝
搬損失が極めて小さいこと、光ファイバとの結合損失が
極めて小さいことが最大の利点である。伝搬損失は、光
ファイバ母材を使用し、かつ線引き工程も光ファイバ製
法時の工程と同様であることから、極めて小さい。ただ
し、構造的にクラッド部の材質が石英チューブの部分が
多いため、通信用光ファイバより多少損失が多い。

しかし、光部品のように数σ以下の距離で使用する場合
は、損失は１０　’　ｄＢ／ｃｍ以下となり、光導波路
としては最低の伝搬損失が期待できる。次に、光ファイ
バとの結合損失であるが、マルチモードファイバとの結
合の場合、コアとの寸法の違い、形状の違い、屈折率の
違いにより、従来の先導波路は、モ・−ドの不整合、反
射損失が生じ、結合損失が生じていた。また、ンングル
モードファイバとの結合の場合は、コア径が１０μｍ程
度と極めて小さいため、導波路のコアの；Ｊ−法精度を
上げる必要があり、作製精度的に高度な技術を要してい
た。

本発明により作製される導波路は、これらの従来技術に
対し、導波路構造のすべてが石英系であり、。

光ファイバと材質的にも構造的にも同じであるため、光
学的特性が極めてよい。さらに、光ファイバと融着接続
が可能であり、反射損失を零に抑えることが可能のため
、結合損失はほとんど無いと考えられる。従来、光ファ
イバを樹脂等で埋め込んだ導波路の提案がある（特願昭
５７−１６９００参照）が、すべてが石英材質とは限ら
ないので、融着接続は困難であった。また、加工性の面
では、光ファイバは、外径が細いため、極めて扱いにく
く、光部品を作成する上で、加工精度が保証できないと
いう不便があった。これに対し、本発明により作製され
る導波路ロッドは、外径が１〜２聰のロッドを提供可能
であり、ハンドリングしやす＜、機械精度的にも、外径
に対しコアの中心がでているため外径合わせて加」二、
調整等が可能であり、このロッドから構成される光部品
も従来の機械加工・組立て工程を用い自動的に作製可能
であり、経済的にも従来の光部品より有利である。さら
に、従来の光導波路は、導波路作成工程において長時間
を要し、個々の部品の特性の再現性に関し保証がなかっ
たが、本発明による先導波路ロッドから構成される光部
品は、導波路構造の再現性が良く、品質管理の際もロッ
ド状態でチェック可能のため、−叶産化した場合の歩留
りが極めて良くなる利点がある。

〔実施例とその作用〕

実施例１本発明の第一の実施例を第１図、第２図により説明する
。第１図は光ファイバ母材を石英チューブに挿入してい
る図、第２図はガラス旋盤で先導波路ロッドを製造する
説明図である。図面において、■は光ファイ４バ母材、
２は光ファイバ母材のコア、３は光ファイバ母材のクラ
ッド、４は石英チューブ、５はガラス旋盤、６，７は支
持台、８゜９は石英ガラスロッド１０を支持するチャッ
ク、１１は先導波路ロッド母材、１２はバーナ火炎であ
る。

次に、実施例製造方法について述べる。まず、光ファイ
バ母材ｌを準備する。この母材は各種光ファイバ母材で
よく、マルチモードファイバ用のステップインデックス
形、グレーデッドインデックス形、シングルモードファ
イバ用の屈折率分布を有する石英系母材など、がある。

この母材が先導波路ロッド内の屈折率分布を決定するこ
とになるので、光導波路ロッドをマルチモード導波路と
して製造する場合には光ファイバ母材もマルチモードの
ものを、シングルモード導波路とする場合には光ファイ
バ母材もシングルモード用母材を準備する。これら母材
の製法は、現在ファイバ母材を作製している方法である
内付けＣＶ　Ｄ　（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ　Ｄｅ
ｐｏｓ山Ｏｎ化学的気相堆積）法、外付けＣＶＤ法、プ
ラズマＣＶＤ法、ＶＡＤ　（Ｖａｐｏｒ　ｐｈａｓｅ　
ＡｘｉａｌＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ気相軸付け）法、ある
いはその他石英系ファイバ用母材を作成するいかなる方
法でもよい。

準備した光ファイバ母材１は、その後、石英チューブ４
に挿入する前に所望の寸法にガラス旋盤５で引き伸ばし
加工してもよい。ただし、コアのクラッドに対する偏心
率を極力下げることが必要である。石英チューブ４は、
光ファイバ母材を挿入できるように、内径を光ファイバ
母材の外径にできるだけ近づけるよう加工することが望
ましい。

内径、外径の長手方向での均一性、肉厚の均一性は、先
導波路ロッドのコアの偏心率を決めることになるので、
精密に加工した石英チューブ４を準備する必要がある。

コアの偏心率を下げることは、光導波路ロッドを光部品
化する場合に、外径合わせで光導波路ロッドを組み立て
ることを可能とし、微細な光学的調整を不要とするので
、本発明において重要な技術である。

次に、光ファイバ母材ｌを挿入した石英チュ−ブ４をガ
ラス旋盤５に装着し、バーナ火炎１２で加熱し、光ファ
イバ母材と石英チューブを融着し一体化する。この際、
石英チューブと光ファイバ母材の間の間隙を片側から真
空に引いて融着すると気泡等がロッド中に残留せず、速
やかに一体化できる。さらに、一体化した石英ガラスロ
ッド１０を再びガラス旋盤５に装着し、支持台６，７中
のチャック８，９で保持する。石英ガラスロットは、回
転し、バーナ火炎１２で軟化するに充分な温度に熱せら
れ、支持台６が左側へ、支持台７が右側へ・移動するこ
とにより、所望の径の光導波路ロッド母ト第１１が作製
される。先導波路ロッド母材１１の径は、支持台６，７
の移動距離、バーカ火炎１２の温度て決定されることに
なるので、支持台６，７は自動的に移動するよう設計す
る必要がある。

このようにして作製された光導波路ロッド母材は、最終
的な寸法（すなわち、ロッド内のコア径が光ファイバの
コア径と等しくなるためのロッド外径）になるまで、光
ファイバ母材に石英チューブをかぶせて引き伸ばす工程
を数回繰り返して行う。この工程を−少な（するために
は、光ファイバ母材のクラッド部を大きくするか、ある
いは非常に肉厚の大きい石英チューブを準備すればよい
。

以」−の工程の結果、最終的に先導波路ロッドが作成さ
れる。先導波路ロッドの外径は２朋程度以上のものであ
り、内部に、マルチモード用あるいはシングルモード用
の、光ファイバコアと同等のコアが含まれている。

実施例２本発明の第二の実施例を第３図、第４図により説明する
。１３はヒータ、１４は光導波路ロッド、１５は巻取り
ドラム、１６は被覆用材料、１７はコーティング、１８
は先導波路ロッドのコア、１９は光導波路０７ドのクラ
ッドである。

本実施例は、光導波路ロッド母材１１をガラス旋盤５で
作成するまでの工程は実施例１と同じであるが、最終的
に光導波路ロッド化する際に線引き工程を用いて製造す
るものである。

まず、所望の外径対コア径比の光導波路ロット母材１１
を実施例］の工程で準備して、これを線引き装置に第３
図のように装置し、ヒータ１３により細径化して光導波
ロッド１４とし、巻取りドラム１５に巻き取る。この際
、長尺な光導波路ロッド１４を得るためには、被覆用材
料１６を溶かした槽を設け、光導波路ロッド１４の表面
にコーティング１７を被覆し、機械強度を保つようにす
るとよい。被覆材は、後に部品化することも考慮し、一
時的に石英表面を保護するためのものであり、シリコー
ン材等が適当である。巻取りドラム１５は、光導波路ロ
ッド１４の外径が大きいほど、ドラム直径の大きなもの
が望ましいが、実施例として、光導波路ロッド径が１朋
の場合、直径１ｍのドラムが適当である。

第４図は、製造された光導波路ロッドの断面図であり、
緒特性の実測結果、シングルモードファイバの場合、コ
ア１８の直径９．４ノｔｍ、　　クラッド１９の外径１
，１馴であり、カットオフ波長１．２μｍ、コア偏心量
は５．ｚｚｍ、比屈折率差は０３係、長さは１０ｍであ
った。これは、従来の光伝送用石英シングルモードファ
イバのコア構造と同等のコアを含んでおり、光部品化し
た場合に、ファイバとの結合損失を極めて低いものとす
ることができる。さらに伝搬損失は１．３　ｐｍで約２
　ｄＢ／Ｋｍ　（２Ｘ　１Ｏ−５ｄＢ／ｃ＋＋＋　）で
あり、導波路としては非常に損失か少ないものである。

コア偏心量は、光導波路ロッド母材の段階で偏心量をチ
ェックして減少させるか、あるいは、ファイバ用母材、
石英チューブの偏心量を減することにより、１μｍ以下
にすることは可能であ４゜したがって、シングルモード
用光部品の組み立てに関しては、外径合わせで行うこと
が可能となる。

本実施例では、工程の最終段階で線引き装置を使用する
ことから、光導波路ロッドの外径は２ｗｎ以下が望まし
く、ハンドリングや部品の小形化を考慮すると１ｗｎ程
度が扱いやすい寸法となる。

なお、上記した２つの実施例においては、光導波路ロッ
ドのコアと光ファイバのコアが同等となるよう作製する
として説明したが、光部品によってはそれにしばられる
ことな（コア径を任意に決定してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、コア径、屈折率
分布等が光ファイバと同等で、材質がすべて光ファイバ
と同じ材質から成る先導波路ロッドを作製することがで
き、光ファイバとの結合損失が極めて低い光部品を、接
着材を使用しないで融着加工によって作製できるように
なり、信頼性の高い光部品を提供可能である。さらに、
光ファイバとの結合では、融着接続が可能であることか
ら、コア径が等しいことと合わせて結合損失を非常に小
さくできる。光部品を自動的に作製する場合には、加工
精度が要求されるが、本発明で作製される光導波路ロッ
ドの偏心率は、製造工程途中で各使用母材の偏心量がチ
ェック可能であることから、小さなものとすることがで
き、外径合わせて結合損失の少ない光部品を組み立てる
ことができ、量産的にも有利で経済化が達成できる。ま
た、光部品によっては、任意の外径のロッドが要求され
るが、本発明の製造方法によれば、所望の外径をもつロ
ッドを容易に作製することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において光ファイバ母材を石英チューブ
に挿入している外観図、第２図は本発明におけるガラス
旋盤で光導波路０ツドを製造する説明図、第３図は本発
明における最終線引き工程を線引き装置で行う際の説明
図、第４図は製造された光導波路ロッドの断面図である
。く符号の説明〉ｌ・・・光ファイバ母材２・・・光ファイバ母材のコア３・・・光ファイバ母材のクラッド４・・・石英チューブ５・・・ガラス旋盤６．７・・・支持台８．９・・・チャック１０・・・石英ガラスロッド１１・・・光導波路ロッドの母材１２・・・バーナ火炎１３・・・ヒータ１４・・・先導波路ロッド１５・・・巻取りドラム１６・・・被覆用材料１７・・・コーティング１８・・・光導波路ロッドのコア１９・・・光導波路ロッドのクラッド特許出願人　日本電信電話株式会社代理人弁理士　中　村　純　之　助第１図１・・・光７フイＩＸ″母才χ ２・・・・光７ＹイバＢ才才のコ？３・・・・光ファイバ母材のクラッＨ゛第　２　図　４
・・・・石英チューブ５・・・・方゛ラス旋益６７・・・支持色８．９・・・千ヤック１０・・・・石英Ｈ゛ラスロツ１１・・・・光４友ｎロッド＠甘１２・・・・ノＹ−７ソごづ乏

Claims

【特許請求の範囲】

（１）石英系光ファイバ母材を石英チューブに挿入して
ガラス旋盤で加熱、延伸することにより光ファイバと石
英チューブを一体的に融着させコア径に対するクラッド
径の比が増大した石英ロッドを作成する工程と、この石
英ロッドをさらに石英チューブに挿入して再びガラス旋
盤で加熱、延伸することを複数回繰り返す工程と、得ら
れた石英ロッドをコア径が光ファイバのコア径と同じで
クラッド外径が光ファイバのクラッド外径より大きい石
英ロッドに引き伸ばして光導波路ロッドを得る工程とか
ら成ることを特徴とする光導波路ロッドの製造方法。
（２）前記光導波路ロッドを得る石英ロッド引き伸ばし
工程が、ファイバ線引き装置を用いて行う工程であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光導波路ロ
ッドの製造方法。