WO2024101065A1 - 中空コアファイバおよび中空コアファイバの製造方法 - Google Patents

中空コアファイバおよび中空コアファイバの製造方法 Download PDF

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    • C03B2205/10—Fibre drawing or extruding details pressurised

Definitions

  • This disclosure relates to a hollow-core fiber and a method for manufacturing a hollow-core fiber.
  • Known hollow-core fibers include, for example, photonic crystal hollow-core fibers and anti-resonant hollow-core fibers.
  • Patent Document 1 discloses a photonic crystal hollow-core fiber.
  • Patent Documents 2 and 3 and Non-Patent Documents 1 and 2 disclose anti-resonant hollow-core fibers.
  • the hollow-core fiber of the present disclosure includes a hollow region that is a region extending in the longitudinal direction.
  • the hollow region includes a glass structure that configures an optical transmission path and has a hollow portion provided therein, and an outer cladding that surrounds the glass structure.
  • the average refractive index of the glass structure is n1
  • the average refractive index of the outer cladding is n2
  • the wavelength of light propagating through the optical transmission path is ⁇
  • the relative refractive index difference between the glass structure and the outer cladding is ⁇ shown in formula (1), n1>n2, and the normalized frequency v shown in formula (2) is 2.56 or more.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view along the longitudinal direction of a hollow-core fiber according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the hollow-core fiber of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining a drawing step of the manufacturing method of the hollow core fiber according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view along the longitudinal direction of a hollow-core fiber according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a solid region.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the wire drawing process including the solidifying process.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a method of detecting an abnormal portion by OTDR measurement.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view along the longitudinal direction of a hollow-core fiber according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the hollow-core fiber of FIG.
  • FIG. 3 is a
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the hollow region of the hollow-core fiber according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a connection portion between the hollow region and a general-purpose optical fiber.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a connection portion between a solid region and a general-purpose optical fiber.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between v and loss at one connection.
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between v and loss for one solid region.
  • a method is often used in which a general-purpose optical fiber is connected to both ends of the hollow-core fiber and the ends are sealed.
  • Fresnel reflection occurs at the interface between the hollow part of the hollow-core fiber and the solid part of the general-purpose optical fiber.
  • the connection loss caused by the difference in mode field diameter can be suppressed by TEC (Thermal Expansion Core) technology, but the effect is limited. For these reasons, sealing with a general-purpose optical fiber causes connection loss and the characteristics of the hollow-core fiber cannot be fully utilized.
  • the present disclosure aims to provide a hollow-core fiber capable of propagating light while suppressing the connection loss associated with sealing the ends when connecting general-purpose optical fibers, and a method for manufacturing the hollow-core fiber.
  • a hollow-core fiber according to an aspect of the present disclosure includes a hollow region that is a region extending in a longitudinal direction.
  • the hollow region includes a glass structure that configures an optical transmission path and has a hollow portion provided therein, and an outer cladding that surrounds the glass structure.
  • an average refractive index of the glass structure is n1
  • an average refractive index of the outer cladding is n2
  • a wavelength of light propagating through the optical transmission path is ⁇
  • a relative refractive index difference between the glass structure and the outer cladding is ⁇ shown in formula (1), n1>n2, and a normalized frequency v shown in formula (2) is 2.56 or more.
  • the normalized frequency is within the above range, so that the solid region can appropriately relay light. Therefore, light can be propagated while suppressing the influence of cutting.
  • the hollow-core fiber of (1) above is a hollow-core fiber further including a solid region that extends in the longitudinal direction, and the solid region has a core made of the same material as the glass structure, and a cladding made of the same material as the outer cladding and surrounding the core, and the area of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the core is the same as the total area of the glass structure, and the area of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the cladding may be the same as the area of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the outer cladding.
  • the solid region has a structure equivalent to a structure in which the hollow region is solidified, and therefore light can be propagated while suppressing the effects of cutting.
  • a pair of solid regions may be provided at both ends of the hollow region. In this case, it is possible to reliably prevent air, moisture, etc. from entering the hollow region.
  • a pair of hollow regions may be provided at both ends of the solid region. In this case, even if air, moisture, etc., enters one of the pair of hollow regions, it is possible to suppress the influence on the other hollow region.
  • the solid region may be provided at the end of the hollow-core fiber and connected to an optical fiber having a core and a cladding.
  • an optical fiber having a core and a cladding it is possible to ensure connectivity with a so-called general-purpose optical fiber at the end. This also ensures connectivity with connectors, etc.
  • the hollow regions and the solid regions may be arranged alternately. In this case, light can be propagated over a long distance while suppressing the effects of cutting.
  • the two closest solid regions may be sandwiched between them by a hollow region having a length of 3 km or more and 20 km or less.
  • the length of the hollow region is 3 km or more, it is possible to suppress an increase in additional loss.
  • the length of the hollow region is 20 km or less, it is possible to suppress a weakening of the effect of the solidification in limiting the region of characteristic degradation in the event of a break.
  • the length of the solid region may be 0.5 mm or more. In this case, the solid region can relay light more appropriately.
  • the hollow region and the solid region may be arranged coaxially.
  • the normalized frequency v may be 11.0 or less.
  • the loss per solid point where the hollow-core fiber is solidified can be 0.3 dB or less.
  • the normalized frequency v may be 8.0 or less.
  • the loss per solid point where the hollow-core fiber is solidified can be 0.25 dB or less.
  • the normalized frequency v may be 6.0 or less.
  • the loss per solid point where the hollow-core fiber is solidified can be 0.20 dB or less.
  • the outer diameter of the solid region may be smaller than the outer diameter of the hollow region.
  • the glass structure may include a plurality of inner cladding elements.
  • a method for manufacturing a hollow-core fiber according to one aspect of the present disclosure includes a step of melting a longitudinal portion of a glass fiber having a glass structure constituting an optical transmission path with a hollow portion and an outer cladding surrounding the glass structure by heating from a side to solidify the glass fiber. According to the above-described method for manufacturing a hollow-core fiber, a hollow-core fiber having a solid region can be easily manufactured.
  • Fig. 1 is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the hollow core fiber according to the first embodiment.
  • Fig. 2 is a cross-sectional view perpendicular to the longitudinal direction of the hollow core fiber of Fig. 1.
  • the hollow core fiber 1 according to the first embodiment has a structure of an anti-resonant hollow core fiber.
  • the longitudinal direction of the hollow core fiber 1 is a direction along the central axis AX of the hollow core fiber 1.
  • the hollow core fiber 1 includes a hollow region Rh which is a region extending in the longitudinal direction.
  • the hollow core fiber 1 includes a hollow region Rh covering the entire region in the longitudinal direction.
  • the hollow region Rh includes a glass structure 11, an outer cladding 12, a jacket layer 13, and a resin coating 14. Note that in Fig. 1, the structure of the inner region 12b is omitted.
  • the glass structure 11 surrounds a space that becomes the core region 15.
  • the core region 15 functions as a hollow optical waveguide region.
  • the core region 15 extends along the central axis AX.
  • the glass structure 11 functions as an anti-resonance layer that confines light to the center.
  • the glass structure 11 is a transmission path component that constitutes an optical transmission path with a hollow portion.
  • the glass structure 11 includes a plurality of first inner cladding elements 16.
  • the glass structure 11 includes six first inner cladding elements 16.
  • the first inner cladding elements 16 are welded at one point to the inner circumferential surface 12a of the outer cladding 12 and are arranged to surround the space that will become the core region 15.
  • the first inner cladding elements 16 are arranged spaced apart from one another.
  • the first inner cladding elements 16 are arranged spaced apart at equal intervals.
  • the first inner cladding elements 16 are thin-walled tubes having a pipe shape extending along the central axis AX.
  • the central axes of the first inner cladding elements 16 are arranged offset from the central axis AX.
  • the outer cladding 12 surrounds the glass structure 11.
  • the outer cladding 12 functions as an optical cladding.
  • the outer cladding 12 is a thin-walled tube having a pipe shape extending along the central axis AX.
  • the central axis of the outer cladding 12 coincides with the central axis AX.
  • the inner surface 12a of the outer cladding 12 defines an internal region 12b that accommodates the glass structure 11.
  • the remaining portion of the internal region 12b, excluding the portion occupied by the multiple first inner cladding elements 16, is the hollow portion of the optical transmission path.
  • the internal region 12b corresponds to the optical transmission path in which a hollow portion is provided.
  • the jacket layer 13 surrounds the outer cladding 12.
  • the jacket layer 13 is in contact with the outer peripheral surface of the outer cladding 12.
  • the jacket layer 13 covers the outer peripheral surface of the outer cladding 12.
  • the jacket layer 13 functions as a physical cladding.
  • the resin coating 14 surrounds the jacket layer 13.
  • the resin coating 14 is in contact with the outer peripheral surface of the jacket layer 13.
  • the resin coating 14 covers the outer peripheral surface of the jacket layer 13.
  • the average refractive index of the glass structure 11 is n1
  • the average refractive index of the outer cladding 12 is n2, n1>n2.
  • the normalized frequency v shown in formula (2) is 2.56 or more and 11.0 or less.
  • the total cross-sectional area of the glass structure 11 is the area of only the glass portion, not including the area of the spatial regions between the multiple first inner cladding elements 16 or the area of the spatial regions inside each first inner cladding element 16.
  • the normalized frequency v may be 2.56 or more and 6.0 or less. In this case, the loss per solid point can be set to 0.20 dB or less.
  • the wavelength is a communication wavelength at which the hollow core fiber 1 is assumed to be used, that is, the wavelength of light propagated by the hollow core fiber 1, and is, for example, 1.55 ⁇ m.
  • the method for manufacturing the hollow core fiber 1 includes a drawing process.
  • Figure 3 is a diagram for explaining the drawing process of the method for manufacturing the hollow core fiber 1 according to the first embodiment.
  • the drawing device 10 shown in FIG. 3 includes a pressure device 300, a heater 400, a resin applicator 500, a winding device 600, and a roller 610.
  • the pressure device 300 applies pressure to the inside of the optical fiber preform 100 to be drawn.
  • the heater 400 heats one end of the optical fiber preform 100.
  • the resin applicator 500 applies resin to the surface of the drawn glass fiber 2 to form the hollow core fiber 1.
  • the winding device 600 winds up the hollow core fiber 1.
  • the roller 610 adjusts the traveling direction of the hollow core fiber 1.
  • the optical fiber preform 100 is composed of an outer cladding portion 120 having a pipe shape and which becomes the outer cladding 12 after drawing, a plurality of first inner cladding element portions 160 having a pipe shape and which become the first inner cladding elements 16 after drawing, and a jacket portion 130 which becomes the jacket layer 13 after drawing.
  • each of the plurality of first inner cladding element portions 160 is arranged to surround the center of the outer cladding portion 120 while being in contact with the inner peripheral surface 120a.
  • a jacket portion 130 is provided on the outer periphery of the outer cladding portion 120.
  • One end of the optical fiber preform 100 is softened by heating using the heater 400.
  • the drum of the winding device 600 rotates in the direction indicated by the arrow S, and the hollow glass fiber 2 is pulled out from one end of the optical fiber preform 100.
  • pressure control gas or air is supplied by the pressurizing device 300 to the internal space of the outer cladding portion 120 and the internal space of each of the multiple first inner cladding element portions 160, and these internal spaces are pressurized so as not to deform the pipe shape.
  • the glass fiber 2 has a glass structure surrounding the space that becomes the core region 15 and corresponding to the glass structure 11, and an outer cladding surrounding the glass structure and corresponding to the outer cladding 12.
  • the surface of the glass fiber 2 drawn from the optical fiber preform 100 is coated with resin by a resin coating device 500 to obtain a hollow core fiber 1.
  • the obtained hollow core fiber 1 is finally wound onto the drum of a winding device 600 via a roller 610.
  • Second Embodiment Fig. 4 is a cross-sectional view along the longitudinal direction of the hollow core fiber according to the second embodiment.
  • the hollow core fiber 1A according to the second embodiment is different from the hollow core fiber 1 in that, in addition to the hollow region Rh which is a region extending in the longitudinal direction, the hollow core fiber 1A further includes a solid region Rs which is a region extending in the longitudinal direction.
  • the hollow region Rh has the same configuration as the hollow region Rh of the hollow core fiber 1.
  • the hollow region Rh and the solid region Rs are provided coaxially. Note that in Fig. 4, the structure of the inner region 12b (see Fig. 2) of the hollow region Rh is omitted.
  • Figure 5 is a cross-sectional view of the solid region Rs.
  • the solid region Rs includes a core 21, a cladding 22, a jacket layer 23, and a resin coating 24.
  • the central axis of the core 21 coincides with the central axis AX.
  • the core 21 is made of the same material as the material of the glass structure 11.
  • the core 21 is a solid body with no hollow portion.
  • the core 21 is formed by melting a glass structure corresponding to the glass structure 11 by heating and solidifying it.
  • the area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the core 21 is the same as the total area of the cross sections perpendicular to the longitudinal direction of the glass structure 11.
  • “same” includes cases where they differ within an error range of about ⁇ 5%.
  • the cross-sectional area of the core 21 can be determined, for example, from the refractive index profile. That is, the boundary between the core 21 and the cladding 22 is determined as the position where the refractive index gradient is maximum, and then the diameter of the core 21 is determined based on this boundary, thereby obtaining the cross-sectional area of the core 21.
  • the total cross-sectional area of the glass structure 11 can be determined, for example, by image analysis of the cross section of the hollow region Rh, or it can be determined from the refractive index profile after the hollow region Rh is solidified by heating.
  • the cladding 22 surrounds the core 21.
  • the cladding 22 is in contact with the outer peripheral surface of the core 21.
  • the cladding 22 covers the outer peripheral surface of the core 21.
  • the cladding 22 functions as an optical cladding.
  • the cladding 22 is made of the same material as the outer cladding 12.
  • the cross-sectional area of the cladding 22 perpendicular to the longitudinal direction is the same as the cross-sectional area of the outer cladding 12 perpendicular to the longitudinal direction.
  • “same” includes cases where they differ within an error range of about ⁇ 5%.
  • the jacket layer 23 surrounds the clad 22.
  • the jacket layer 23 is in contact with the outer peripheral surface of the clad 22.
  • the jacket layer 23 covers the outer peripheral surface of the clad 22.
  • the jacket layer 23 functions as a physical clad.
  • the jacket layer 23 is made of the same material as the jacket layer 13.
  • the resin coating 24 surrounds the jacket layer 23.
  • the resin coating 24 is in contact with the outer peripheral surface of the jacket layer 23.
  • the resin coating 24 covers the outer peripheral surface of the jacket layer 23.
  • the resin coating 24 is made of the same material as the resin coating 14.
  • the outer diameter of the solid region Rs is smaller than the outer diameter of the hollow region Rh.
  • the outer diameter of the hollow region Rh and the outer diameter of the solid region Rs are shown as being equal for simplicity.
  • the structure of the solid region Rs keeps the deviation between the mode field diameter (MFD) of the hollow region Rh and the MFD of the solid region Rs below a certain level, suppressing increased loss due to MFD mismatch.
  • the hollow region Rh has substantially the same configuration as the solid region Rs.
  • the hollow core fiber 1A has multiple hollow regions Rh and multiple solid regions Rs.
  • the multiple hollow regions Rh and multiple solid regions Rs are alternately connected along the longitudinal direction.
  • the solid regions Rs are provided at intervals of 3 km or more and 20 km or less in the longitudinal direction of the hollow core fiber 1A. If the interval is too short, additional loss increases. If the interval is too long, the effect of the solidification in limiting the area of characteristic degradation in the event of breakage is weakened.
  • the distance between a pair of adjacent solid regions Rs sandwiching a hollow region Rh can be said to be 3 km or more and 20 km or less. It can also be said that the two nearest solid regions Rs are provided with a hollow region Rh with a length of 3 km or more and 20 km or less between them. In other words, the longitudinal length of one hollow region Rh is 3 km or more and 20 km or less. The longitudinal length of the solid region Rs is 0.5 mm or more.
  • the multiple solid regions Rs include a pair of solid regions Rs1 and one or more solid regions Rs2.
  • the pair of solid regions Rs1 are provided at both ends of the hollow core fiber 1A.
  • a hollow region Rh is provided at one end of each solid region Rs1.
  • an optical fiber having a core and a clad (a so-called general-purpose optical fiber) is connected to the other end of the solid region Rs1.
  • a solid region Rs (solid region Rs1 or solid region Rs2) is provided at both ends of each hollow region Rh.
  • a hollow region Rh is provided at both ends of the solid region Rs2.
  • the solid region Rs2 is provided between the pair of hollow regions Rh.
  • the hollow core fiber 1A only needs to have at least a hollow region Rh and a solid region Rs, and the number of hollow regions Rh and the number of solid regions Rs are not limited.
  • the hollow core fiber 1A may be composed of, for example, one hollow region Rh and a pair of solid regions Rs1 provided at both ends.
  • the method for manufacturing the hollow core fiber 1A differs from the method for manufacturing the hollow core fiber 1 in that the drawing process includes a solidification process.
  • Figure 6 is a diagram for explaining the drawing process including the solidification process.
  • the drawing apparatus 10A shown in Fig. 6 is different from the drawing apparatus 10 shown in Fig. 3 in that it includes a heat melting device 410.
  • the heat melting device 410 heats a part of the hollow glass fiber 2 drawn from the optical fiber preform 100 in the longitudinal direction from the side to solidify it.
  • the heat melting device 410 can form intermittently solidified regions in the longitudinal direction of the glass fiber 2.
  • the heat melting device 410 heats and melts the glass fiber 2 by, for example, irradiating a CO2 laser.
  • the interval and length of the solid region Rs can be adjusted by adjusting the irradiation pattern of the CO2 laser.
  • the heat melting device 410 may heat and melt the glass fiber 2 by, for example, irradiating a microwave or arc discharge instead of irradiating a CO2 laser.
  • the hollow glass fiber 2 is drawn from one end of the optical fiber preform 100 softened by heating.
  • the collapsing process is performed on a portion of the longitudinal direction of the drawn glass fiber 2.
  • the heating and melting device 410 melts a portion of the longitudinal direction of the glass fiber 2 from the side by heating to collapsible it.
  • the collapsing process is performed by controlling the heating and melting device 410 so that the collapsible regions have a predetermined length and are arranged at intervals of 3 km to 20 km.
  • resin is applied to the surface of the glass fiber 2 whose longitudinal portion has been collapsible by the resin application device 500, and the hollow core fiber 1A is obtained.
  • the obtained hollow core fiber 1A is finally wound on the drum of the winding device 600 via the roller 610.
  • the hollow core fiber 1A has a solid region Rs, even if a break occurs in a part in the longitudinal direction and moisture, CO 2 , or fine dust enters the hollow region Rh from the break, the influence on other hollow regions Rh is suppressed. Therefore, if only the hollow region Rh including the break is discarded, the rest can be used as a product. In the case of a hollow core fiber 1A that has already been laid and used, only the hollow region Rh including the break may be replaced with a new hollow core fiber 1A.
  • Figure 7 is a diagram explaining a method for identifying the location of an abnormality in a hollow core fiber.
  • the light intensity P detected by an OTDR Optical Time Domain Reflectometer
  • the light intensity P of the hollow region is also approximately constant regardless of the distance L.
  • the light intensity P of the solid region decreases linearly as the distance L increases.
  • Third Embodiment Fig. 8 is a cross-sectional view of the hollow region of the hollow core fiber according to the third embodiment.
  • the hollow core fiber 1B according to the third embodiment is different from the hollow core fiber 1 according to the first embodiment and the hollow core fiber 1A according to the second embodiment in that the glass structure 11 has a plurality of second inner cladding elements 17 and a plurality of third inner cladding elements 18.
  • the glass structure 11 includes five first inner cladding elements 16, five second inner cladding elements 17, and five third inner cladding elements 18.
  • the second inner cladding element 17 is a thin-walled tube having a pipe shape extending along the central axis AX.
  • the second inner cladding elements 17 are arranged one by one inside the first inner cladding elements 16.
  • the number of the second inner cladding elements 17 is the same as the number of the first inner cladding elements 16.
  • the second inner cladding elements 17 are made of, for example, the same material (glass material) as the material of the first inner cladding elements 16.
  • the third inner cladding element 18 is a thin-walled tube having a pipe shape extending along the central axis AX.
  • the third inner cladding elements 18 are arranged one by one inside the second inner cladding elements 17.
  • the number of the third inner cladding elements 18 is the same as the number of the second inner cladding elements 17.
  • the third inner cladding elements 18 are made of, for example, the same material (glass material) as the material of the first inner cladding element 16.
  • the second inner cladding element 17 and the third inner cladding element 18 are arranged in a state where they are welded to the welded portion between the first inner cladding element 16 and the outer cladding 12.
  • the first inner cladding element 16, the second inner cladding element 17, and the third inner cladding element 18 are arranged in a state where they are welded to a common point on the inner circumferential surface 12a of the outer cladding 12.
  • the dimensions such as the diameter and thickness of the second inner cladding element 17 and the third inner cladding element 18 are designed to be capable of propagating light in the communication wavelength band with relatively low loss.
  • Example 1 As Example 1, a hollow core fiber having a configuration corresponding to the hollow core fiber 1B according to the third embodiment was manufactured. Specifically, a hollow core fiber consisting of only a hollow region was manufactured in the same manner as in the manufacturing method of the hollow core fiber 1 according to the first embodiment. Then, a CO 2 laser was irradiated to the end of the obtained hollow core fiber to form a solid region. The length of the solid region was set to 10 mm.
  • the outer diameter of the outer cladding was 150 ⁇ m
  • the inner diameter of the outer cladding was 79.7 ⁇ m
  • the diameter of the first inner cladding element was 28.1 ⁇ m
  • the thickness of the first inner cladding element was 0.5 ⁇ m
  • the diameter of the second inner cladding element was 22.6 ⁇ m
  • the thickness of the second inner cladding element was 0.5 ⁇ m
  • the diameter of the third inner cladding element was 7.6 ⁇ m
  • the thickness of the third inner cladding element was 0.5 ⁇ m.
  • the total area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the glass structure was 458.6 ⁇ m 2
  • the diameter of a circle having the same area was 24.2 ⁇ m.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the connection between the hollow region and the general-purpose optical fiber.
  • the end of the hollow core fiber 1B of Example 1 before it was solidified was directly connected to the general-purpose optical fiber 60 by fusion.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing the connection between the solid region and the general-purpose optical fiber.
  • the end of the hollow core fiber 1B of Example 1 that was solidified was directly connected to the general-purpose optical fiber 60 by fusion.
  • the hollow core fiber 1B is indicated with the same reference numerals as in the third embodiment.
  • the structure of the internal region of the hollow core fiber 1B is omitted, and the outer cladding, jacket, and resin coating are simply shown as one layer.
  • the MFD of the hollow region Rh of the hollow core fiber 1B was 25.0 ⁇ m at a wavelength of 1550 nm, and the MFD of the general-purpose optical fiber 60 was 10.0 ⁇ m at a wavelength of 1550 mm.
  • the loss at one connection point was 0.6 dB on average.
  • the loss at one connection point changed depending on the v value in equation (2).
  • the v value was changed by adjusting the relative refractive index difference ⁇ between the glass structure and the outer cladding.
  • Table 1 shows the relative refractive index difference ⁇ [%], v value, and loss [dB] associated with one connection portion in the case of FIG.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the v value and the loss associated with one connection part.
  • the horizontal axis of FIG. 11 shows the v value of hollow core fiber 1B of Example 1.
  • the vertical axis of FIG. 11 shows the loss [dB] associated with one connection part in the case of FIG. 10.
  • An approximation curve was obtained for the graph of FIG. 11, and the v value at which the approximation curve becomes 0.6 dB was obtained. As a result, it was confirmed that if the v value is 2.56 or more, the loss associated with one connection part can be made smaller than 0.6 dB.
  • Example 2 As Example 2, a hollow core fiber having a configuration corresponding to the hollow core fiber 1B according to the third embodiment was manufactured. Specifically, a 50 km long hollow core fiber was manufactured by irradiating a CO2 laser at 5 km intervals during drawing in the same manner as in the manufacturing method of the hollow core fiber 1A according to the second embodiment. The length of the solid region was set to 10 mm. The outer diameter and inner diameter of the outer cladding, the diameter and thickness of the first inner cladding element, the diameter and thickness of the second inner cladding element, the diameter and thickness of the third inner cladding element, and the total area of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the glass structure were set to the same as those of the hollow core fiber according to Example 1. The loss associated with one solid region (solid point) changed depending on the v value of formula (2). The v value was changed by adjusting the relative refractive index difference ⁇ between the glass structure and the outer cladding.
  • Table 2 shows the relative refractive index difference ⁇ [%], v value, and loss [dB] for one solid region.
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the v value and the loss associated with one solid region.
  • the horizontal axis of FIG. 12 shows the v value of the hollow-core fiber of Example 2.
  • the vertical axis of FIG. 12 shows the loss associated with one solid region (loss per solid point) [dB].
  • dB loss per solid point
  • a portion of the hollow glass fiber 2 in the longitudinal direction drawn out from the optical fiber preform 100 is solidified by the heating and melting device 410, but the glass fibers 2 may also be fused together to form a solid region Rs at the fusion point.
  • the hollow region Rh may have a configuration other than that of the above embodiment as long as it has a glass structure 11 that constitutes an optical transmission path with a hollow portion and an outer cladding 12.
  • the hollow region Rh may be a photonic crystal hollow core fiber.

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Abstract

中空コアファイバは、長手方向に延びる領域である中空領域を備える。中空領域は、中空部が設けられた、光伝送路を構成するガラス構造体と、ガラス構造体を取り囲む外クラッドと、を有する。ガラス構造体の長手方向に直交する断面の総面積と同じ面積を有する円の直径を２ａ、ガラス構造体の平均屈折率をｎ１、外クラッドの平均屈折率をｎ２、光伝送路を伝搬する光の波長をλ、ガラス構造体と外クラッドとの比屈折率差を式（１）で示されるΔとしたとき、ｎ１＞ｎ２であり、式（２）で示される正規化周波数ｖは、２．５６以上である。　

Description

中空コアファイバおよび中空コアファイバの製造方法
　本開示は、中空コアファイバおよび中空コアファイバの製造方法に関する。本出願は、２０２２年１１月１１日出願の日本出願第２０２２－１８１１９３号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
　中空コアファイバとして、例えば、フォトニック結晶中空コアファイバ（Photonic　Crystal　Hollow-Core　Fiber）および反共振中空コアファイバ（Anti-Resonant　Hollow-Core　Fiber）が知られている。特許文献１には、フォトニック結晶中空コアファイバが開示されている。特許文献２，３および非特許文献１，２には、反共振中空コアファイバが開示されている。
国際公開第２００９／０４４１００号 特表２０１７－５２０８４号公報 国際公開第２０２０／２１７０５２号
W.　Belardi　et　al.,　"Hollow　antiresonant　fibers　with　reduced　attenuation",　OPTICS　LETTERS,　Vol.　39,　No.　7,　April　1,　2014,　p.　1853-1856 Jeff　Hecht,　"Is　Nothing　Better　Than　Something?",　OPTICS　&　PHOTONICS　NEWS　MARCH　2021,　p.　28-34
　本開示の中空コアファイバは、長手方向に延びる領域である中空領域を備える。中空領域は、中空部が設けられた、光伝送路を構成するガラス構造体と、ガラス構造体を取り囲む外クラッドと、を有する。ガラス構造体の長手方向に直交する断面の総面積と同じ面積を有する円の直径を２ａ、ガラス構造体の平均屈折率をｎ１、外クラッドの平均屈折率をｎ２、光伝送路を伝搬する光の波長をλ、ガラス構造体と外クラッドとの比屈折率差を式（１）で示されるΔとしたとき、ｎ１＞ｎ２であり、式（２）で示される正規化周波数ｖは、２．５６以上である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
図１は、第１実施形態に係る中空コアファイバの長手方向に沿う断面図である。 図２は、図１の中空コアファイバの長手方向に直交する断面図である。 図３は、第１実施形態に係る中空コアファイバの製造方法の線引き工程を説明するための図である。 図４は、第２実施形態に係る中空コアファイバの長手方向に沿う断面図である。 図５は、中実領域の断面図である。 図６は、中実化工程を含む線引き工程を説明するための図である。 図７は、ＯＴＤＲ測定による異常箇所の検出方法について説明する図である。 図８は、第３実施形態に係る中空コアファイバの中空領域の断面図である。 図９は、中空領域と汎用光ファイバとの接続部分を示す断面図である。 図１０は、中実領域と汎用光ファイバとの接続部分を示す断面図である。 図１１は、ｖ値と一つの接続部分に係る損失との関係を示すグラフである。 図１２は、ｖ値と一つの中実領域に係る損失との関係を示すグラフである。
［本開示が解決しようとする課題］
　発明者らは、上述の従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、上述の従来技術では、中空コアファイバの端部が開放されたまま放置されると、開放された端部から空孔に大気や水分が侵入する。水分の侵入は、１．３８μｍの波長帯に損失増をもたらし、大気中の二酸化炭素（ＣＯ２）の侵入は、１．５５μｍ帯に損失増をもたらす。大気とともにダストが侵入すると、特に金属粒子等の金属成分はガラスからのハロゲン成分と反応して、腐食性金属ハロゲン化物となり、浸食性、腐食性等を示すようになる。この結果、経時劣化により長期に安定して使用できなくなるおそれがある。
　中空コアファイバの開放された端部からの各種浸入を防ぐために、中空コアファイバの両端部に汎用光ファイバを接続し、端部を封止する手法がよく用いられる。しかしながら、中空コアファイバの中空部と汎用光ファイバの中実部との界面でフレネル反射が発生する。また、中空コアファイバと汎用の光ファイバとの間でモードフィールド径の差が大きい。モードフィールド径の差による接続損失は、ＴＥＣ（Thermal　Expansion　Core）技術によって抑制されるが、効果は限定的である。以上のことから、汎用光ファイバによる封止では、接続損失が発生してしまい、中空コアファイバの特性を十分に引き出すことができない。
　中空コアファイバの端部を中実化することが考えられる。しかしながら、中実化した部分では屈折率が通常一様になることから中心部分に光を閉じ込める機能を有さず、したがって端部から光が漏れ、光を伝搬できなくなるおそれがある。
　本開示は、汎用光ファイバの接続による端部の封止に伴う接続損失を抑制しながら、光を伝搬可能な中空コアファイバおよび中空コアファイバの製造方法を提供することを目的とする。
［本開示の効果］
　本開示の中空コアファイバによれば、汎用光ファイバの接続による端部の封止に伴う接続損失を抑制しながら、光を伝搬することができる。
［本開示の実施態様の説明］
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
　（１）本開示の一態様に係る中空コアファイバは、長手方向に延びる領域である中空領域を備える。中空領域は、中空部が設けられた、光伝送路を構成するガラス構造体と、ガラス構造体を取り囲む外クラッドと、を有する。ガラス構造体の長手方向に直交する断面の総面積と同じ面積を有する円の直径を２ａ、ガラス構造体の平均屈折率をｎ１、外クラッドの平均屈折率をｎ２、光伝送路を伝搬する光の波長をλ、ガラス構造体と外クラッドとの比屈折率差を式（１）で示されるΔとしたとき、ｎ１＞ｎ２であり、式（２）で示される正規化周波数ｖは、２．５６以上である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 　上記中空コアファイバでは、中空領域の長手方向の一部を中実化したときでも、正規化周波数が上記の範囲であるため、中実領域が光を適切に中継できる。よって、切断による影響を抑制しながら、光を伝搬することができる。
　（２）上記（１）の中空コアファイバは、長手方向に延びる領域である中実領域をさらに備える中空コアファイバであって、中実領域は、ガラス構造体の材料と同じ材料で構成されるコアと、外クラッドの材料と同じ材料で構成され、コアを取り囲むクラッドと、を有し、コアの長手方向に直交する断面の面積は、ガラス構造体の総面積と同じであり、クラッドの長手方向に直交する断面の面積は、外クラッドの長手方向に直交する断面の面積と同じであってもよい。この場合、中実領域は、中空領域を中実化した構造と同等の構造を有するので、切断による影響を抑制しながら、光を伝搬することができる。
　（３）上記（２）において、一対の中実領域が、中空領域の両端に設けられていてもよい。この場合、中空領域に大気や水分等が侵入することを確実に抑制できる。
　（４）上記（２）または（３）において、一対の中空領域が、中実領域の両端に設けられていてもよい。この場合、一対の中空領域のうちの、一方の中空領域に大気や水分等が侵入しても、他方の中空領域に影響が及ぶことを抑制できる。
　（５）上記（２）から（４）のいずれか一つにおいて、中実領域は、中空コアファイバの端部に設けられ、コア及びクラッドを有する光ファイバと接続されていてもよい。この場合、端部でのいわゆる汎用光ファイバとの接続性を確保することができる。これにより、コネクタ等との接続性も確保することができる。
　（６）上記（２）から（５）のいずれか一つにおいて、複数の中空領域及び複数の中実領域は、交互に設けられていてもよい。この場合、長距離にわたって切断による影響を抑制しながら、光を伝搬することができる。
　（７）上記（２）から（６）のいずれか一つにおいて、最も近い２つの中実領域は、３ｋｍ以上２０ｋｍ以下の長さの中空領域を間に挟んで設けられていてもよい。この場合、中空領域の長さが３ｋｍ以上であるため、付加的損失の増加を抑制できる。また、中空領域の長さが２０ｋｍ以下であるため、破断時の特性劣化領域を制限するという中実化による効果が薄くなることを抑制できる。
　（８）上記（２）から（７）のいずれか一つにおいて、中実領域の長さは、０．５ｍｍ以上であってもよい。この場合、中実領域が光をさらに適切に中継できる。
　（９）上記（２）から（８）のいずれか一つにおいて、中空領域および中実領域は、同軸に設けられていてもよい。
　（１０）上記（２）から（９）のいずれか一つにおいて、正規化周波数ｖは、１１．０以下であってもよい。この場合、中空コアファイバを中実化した中実点一点あたりの損失を０．３ｄＢ以下とすることができる。
　（１１）上記（２）から（９）のいずれか一つにおいて、正規化周波数ｖは、８．０以下であってもよい。この場合、中空コアファイバを中実化した中実点一点あたりの損失を０．２５ｄＢ以下とすることができる。
　（１２）上記（２）から（９）のいずれか一つにおいて、正規化周波数ｖは、６．０以下であってもよい。この場合、中空コアファイバを中実化した中実点一点あたりの損失を０．２０ｄＢ以下とすることができる。
　（１３）上記（２）から（１２）のいずれか一つにおいて、中実領域の外径は、中空領域の外径より小さくてもよい。
　（１４）上記（１）から（１３）のいずれか一つにおいて、ガラス構造体は、複数の内クラッド要素を含んでもよい。
　（１５）本開示の一態様に係る中空コアファイバの製造方法は、中空部が設けられた光伝送路を構成するガラス構造体と、ガラス構造体を取り囲む外クラッドと、を有するガラスファイバの長手方向の一部を側面から加熱により溶融させて中実化する工程を含む。
　上記中空コアファイバの製造方法では、中実領域を備える中空コアファイバを容易に製造することができる。
［本開示の実施形態の詳細］
　本実施形態に係る中空コアファイバの具体例を、必要により図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されず、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。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。
（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態に係る中空コアファイバの長手方向に沿う断面図である。図２は、図１の中空コアファイバの長手方向に直交する断面図である。図１及び図２に示されるように、第１実施形態に係る中空コアファイバ１は、反共振中空コアファイバの構造を有している。中空コアファイバ１の長手方向は、中空コアファイバ１の中心軸ＡＸに沿う方向である。中空コアファイバ１は、長手方向に延びる領域である中空領域Ｒｈを備える。中空コアファイバ１は、長手方向の全領域にわたる中空領域Ｒｈを備える。中空領域Ｒｈは、ガラス構造体１１と、外クラッド１２と、ジャケット層１３と、樹脂被覆１４と、を備える。なお、図１では、内部領域１２ｂの構造を省略して示す。
　ガラス構造体１１は、コア領域１５となる空間を取り囲んでいる。コア領域１５は、中空光導波領域として機能する。コア領域１５は、中心軸ＡＸに沿って延びている。ガラス構造体１１は、光を中心に閉じ込める反共振層として機能する。ガラス構造体１１は、中空部が設けられた光伝送路を構成する伝送路構成部である。
　ガラス構造体１１は、複数の第１内クラッド要素１６を含む。本実施形態では、ガラス構造体１１は、６つの第１内クラッド要素１６を含む。複数の第１内クラッド要素１６は、外クラッド１２の内周面１２ａに一点で溶着した状態で、コア領域１５となる空間を取り囲むように配置されている。複数の第１内クラッド要素１６は、互いに離隔して配置されている。複数の第１内クラッド要素１６は、等間隔で離隔して配置されている。第１内クラッド要素１６は、中心軸ＡＸに沿って延びたパイプ形状を有する薄肉管である。第１内クラッド要素１６の中心軸は、中心軸ＡＸからずれて配置されている。
　外クラッド１２は、ガラス構造体１１を取り囲んでいる。外クラッド１２は、光学クラッドとして機能する。外クラッド１２は、中心軸ＡＸに沿って延びたパイプ形状を有する薄肉管である。外クラッド１２の中心軸は、中心軸ＡＸと一致している。外クラッド１２の内周面１２ａは、ガラス構造体１１を収容する内部領域１２ｂを画定している。内部領域１２ｂのうち、複数の第１内クラッド要素１６が占める部分を除いた残りの部分が光伝送路の中空部である。内部領域１２ｂは、中空部が設けられた光伝送路に相当する。
　ジャケット層１３は、外クラッド１２を取り囲んでいる。ジャケット層１３は、外クラッド１２の外周面と接触している。ジャケット層１３は、外クラッド１２の外周面を覆っている。ジャケット層１３は、物理クラッドとして機能する。樹脂被覆１４は、ジャケット層１３を取り囲んでいる。樹脂被覆１４は、ジャケット層１３の外周面と接触している。樹脂被覆１４は、ジャケット層１３の外周面を覆っている。
　ガラス構造体１１の長手方向に直交する断面の総面積と同じ面積を有する円の直径を２ａ、ガラス構造体１１の平均屈折率をｎ１、外クラッド１２の平均屈折率をｎ２としたとき、ｎ１＞ｎ２である。更に、光伝送路を伝搬する光の波長をλ、ガラス構造体１１と外クラッド１２との比屈折率差を式（１）で示されるΔとしたとき、式（２）で示される正規化周波数ｖは、２．５６以上１１．０以下である。ここで、ガラス構造体１１の断面の総面積は、複数の第１内クラッド要素１６の間の空間領域の面積や各第１内クラッド要素１６の内側の空間領域の面積を含まない、ガラス部分のみの面積である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 正規化周波数ｖをこの範囲とすることにより、中空コアファイバ１を加熱等により中実化した際にも、その中心部分に信号光が伝搬しうる構造が形成される。これにより、中空コアファイバ１を中実化した中実点一点あたりの損失を０．３ｄＢ以下とすることができる。正規化周波数ｖは、２．５６以上８．０以下であってもよい。この場合、中実点一点あたりの損失を０．２５ｄＢ以下とすることができる。正規化周波数ｖは、２．５６以上６．０以下であってもよい。この場合、中実点一点あたりの損失を０．２０ｄＢ以下とすることができる。なお、波長とは、中空コアファイバ１の使用を想定する通信波長、すなわち、中空コアファイバ１により伝搬される光の波長であり、例えば、１．５５μｍである。
　次に、中空コアファイバ１の製造方法について説明する。中空コアファイバ１の製造方法は、線引き工程を含む。図３は、第１実施形態に係る中空コアファイバ１の製造方法の線引き工程を説明するための図である。
　図３に示された線引き装置１０は、加圧装置３００と、ヒーター４００と、樹脂塗布装置５００と、巻き取り装置６００と、ローラー６１０と、を備える。加圧装置３００は、線引き対象の光ファイバ母材１００の内部を加圧する。ヒーター４００は、光ファイバ母材１００の一端を加熱する。樹脂塗布装置５００は、線引きされたガラスファイバ２の表面に樹脂を塗布し、中空コアファイバ１を形成する。巻き取り装置６００は、中空コアファイバ１を巻き取る。ローラー６１０は、中空コアファイバ１の進行方向を調整する。
　光ファイバ母材１００は、パイプ形状を有し線引き後に外クラッド１２となる外クラッド部１２０と、パイプ形状を有し線引き後に第１内クラッド要素１６となる複数の第１内クラッド要素部１６０と、線引き後にジャケット層１３となるジャケット部１３０と、により構成される。外クラッド部１２０の内周面１２０ａに囲まれた内部領域１２０ｂには、複数の第１内クラッド要素部１６０のそれぞれが内周面１２０ａに接触した状態で外クラッド部１２０の中心を取り囲むように配置されている。また、外クラッド部１２０の外周上にはジャケット部１３０が設けられている。
　ヒーター４００により光ファイバ母材１００の一端が加熱により軟化される。巻き取り装置６００のドラムが矢印Ｓで示された方向に回転することにより、光ファイバ母材１００の一端から中空のガラスファイバ２が引き出される。その際、外クラッド部１２０の内部空間および複数の第１内クラッド要素部１６０のそれぞれの内部空間には、加圧装置３００により圧力制御用ガスや空気が供給されており、これらの内部空間はパイプ形状が変形しないように加圧状態になっている。ガラスファイバ２は、コア領域１５となる空間を取り囲み、ガラス構造体１１に相当するガラス構造体と、当該ガラス構造体を取り囲み、外クラッド１２に相当する外クラッドとを有する。
　光ファイバ母材１００から引き出されたガラスファイバ２の表面には、樹脂塗布装置５００により樹脂が塗布され、中空コアファイバ１が得られる。得られた中空コアファイバ１は、最終的に、ローラー６１０を介して巻き取り装置６００のドラムに巻き取られる。
（第２実施形態）
　図４は、第２実施形態に係る中空コアファイバの長手方向に沿う断面図である。図４に示されるように、第２実施形態に係る中空コアファイバ１Ａは、長手方向に延びる領域である中空領域Ｒｈに加えて、長手方向に延びる領域である中実領域Ｒｓをさらに備える点で、中空コアファイバ１と相違している。中空領域Ｒｈは、中空コアファイバ１の中空領域Ｒｈと同じ構成を有している。中空領域Ｒｈおよび中実領域Ｒｓは、同軸に設けられている。なお、図４では、中空領域Ｒｈの内部領域１２ｂ（図２参照）の構造を省略して示す。
　図５は、中実領域Ｒｓの断面図である。図５に示されるように、中実領域Ｒｓは、コア２１と、クラッド２２と、ジャケット層２３と、樹脂被覆２４と、を備える。コア２１の中心軸は、中心軸ＡＸと一致している。コア２１は、ガラス構造体１１の材料と同じ材料で構成される。コア２１は、中空部を有さない中実体である。コア２１は、ガラス構造体１１に相当するガラス構造体が加熱により溶融され、中実化されてなる。コア２１の長手方向に直交する断面の面積は、ガラス構造体１１の長手方向に直交する断面の総面積と同じである。ここで「同じ」には、±５％程度の誤差の範囲で異なる場合も含まれる。
　コア２１の断面積は、例えば、屈折率プロファイルから求められる。すなわち、コア２１とクラッド２２との境界を屈折率の勾配が最大となる位置として求めた後、この境界に基づいて、コア２１の直径を求めれば、コア２１の断面積を求めることができる。ガラス構造体１１の総断面積は、例えば、中空領域Ｒｈの断面の画像解析により求めてもよいし、中空領域Ｒｈを加熱により中実化した後、屈折率プロファイルから求めてもよい。
　クラッド２２は、コア２１を取り囲んでいる。クラッド２２は、コア２１の外周面と接触している。クラッド２２は、コア２１の外周面を覆っている。クラッド２２は、光学クラッドとして機能する。クラッド２２は、外クラッド１２の材料と同じ材料で構成される。クラッド２２の長手方向に直交する断面の面積は、外クラッド１２の長手方向に直交する断面の面積と同じである。ここで「同じ」には、±５％程度の誤差の範囲で異なる場合も含まれる。
　ジャケット層２３は、クラッド２２を取り囲んでいる。ジャケット層２３は、クラッド２２の外周面と接触している。ジャケット層２３は、クラッド２２の外周面を覆っている。ジャケット層２３は、物理クラッドとして機能する。ジャケット層２３は、ジャケット層１３の材料と同じ材料で構成される。樹脂被覆２４は、ジャケット層２３を取り囲んでいる。樹脂被覆２４は、ジャケット層２３の外周面と接触している。樹脂被覆２４は、ジャケット層２３の外周面を覆っている。樹脂被覆２４は、樹脂被覆１４の材料と同じ材料で構成される。
　中空領域Ｒｈは、中空部を含むので、中実領域Ｒｓの外径は中空領域Ｒｈの外径より小さくなる。図４では、中空領域Ｒｈの外径と中実領域Ｒｓの外径とが簡易的に同等で示されている。
　中実領域Ｒｓの構造によれば、中空領域Ｒｈのモードフィールド径（以下、ＭＦＤ）と中実領域ＲｓのＭＦＤとのずれ幅は一定以下に抑えられているので、ＭＦＤのミスマッチによる増加損失が抑制される。ガラス構造体１１が中実化された場合の中空領域Ｒｈは、実質的に中実領域Ｒｓと同じ構成を有する。
　本実施形態では、中空コアファイバ１Ａは、複数の中空領域Ｒｈ及び複数の中実領域Ｒｓを備える。複数の中空領域Ｒｈおよび複数の中実領域Ｒｓは、長手方向に沿って交互に接続されている。中実領域Ｒｓは、中空コアファイバ１Ａの長手方向において、３ｋｍ以上２０ｋｍ以下の間隔で設けられている。間隔が短すぎると、付加的損失が増える。間隔が長すぎると、破断時の特性劣化領域を制限するという中実化による効果が薄くなる。
　中空領域Ｒｈを挟んで隣り合う一対の中実領域Ｒｓがなす間隔は、３ｋｍ以上２０ｋｍ以下であると言える。最も近い２つの中実領域Ｒｓは、３ｋｍ以上２０ｋｍ以下の長さの中空領域Ｒｈを間に挟んで設けられているとも言える。さらに言い換えると、１つの中空領域Ｒｈの長手方向の長さは、３ｋｍ以上２０ｋｍ以下である。中実領域Ｒｓの長手方向の長さは、０．５ｍｍ以上である。
　複数の中実領域Ｒｓは、一対の中実領域Ｒｓ１、および、一または複数の中実領域Ｒｓ２を含む。一対の中実領域Ｒｓ１は、中空コアファイバ１Ａの両端部に設けられている。各中実領域Ｒｓ１の一端には、中空領域Ｒｈが設けられている。中実領域Ｒｓ１の他端には、例えば、コア及びクラッドを有する光ファイバ（いわゆる汎用光ファイバ）が接続されている。各中空領域Ｒｈの両端には、中実領域Ｒｓ（中実領域Ｒｓ１または中実領域Ｒｓ２）が設けられている。中実領域Ｒｓ２の両端には、中空領域Ｒｈが設けられている。中実領域Ｒｓ２は、一対の中空領域Ｒｈの間に設けられている。なお、中空コアファイバ１Ａは、少なくとも中空領域Ｒｈ及び中実領域Ｒｓを備えればよく、中空領域Ｒｈの数及び中実領域Ｒｓの数は制限されない。中空コアファイバ１Ａは、例えば、１つの中空領域Ｒｈと、その両端に設けられた一対の中実領域Ｒｓ１で構成されてもよい。
　次に、中空コアファイバ１Ａの製造方法について説明する。中空コアファイバ１Ａの製造方法は、線引き工程が中実化工程を含む点で、中空コアファイバ１の製造方法と相違している。図６は、中実化工程を含む線引き工程を説明するための図である。
　図６に示された線引き装置１０Ａは、加熱溶融装置４１０を備える点で、図３に示された線引き装置１０と相違している。加熱溶融装置４１０は、光ファイバ母材１００から引き出された中空のガラスファイバ２の長手方向の一部を側面から加熱し、中実化する。加熱溶融装置４１０によれば、ガラスファイバ２の長手方向に断続的に中実化された領域を形成することができる。加熱溶融装置４１０は、例えば、ＣＯ２レーザの照射によりガラスファイバ２を加熱溶融する。ＣＯ２レーザの照射パターンを調整することにより、中実領域Ｒｓの間隔および長さを調整することができる。加熱溶融装置４１０は、ＣＯ２レーザの照射のかわりに、例えば、マイクロ波の照射またはアーク放電によりガラスファイバ２を加熱溶融してもよい。
　上述のように、加熱により軟化された光ファイバ母材１００の一端から中空のガラスファイバ２が引き出される。中実化工程は、引き出されたガラスファイバ２の長手方向の一部に対して行われる。中実化工程では、加熱溶融装置４１０によりガラスファイバ２の長手方向の一部を側面から加熱により溶融させて中実化する。中実化工程は、加熱溶融装置４１０を制御することにより、中実化された領域が所定の長さとなり、かつ、３ｋｍ以上２０ｋｍ以下の間隔で配置されるように実施される。長手方向の一部が中実化されたガラスファイバ２の表面には、上述のように、樹脂塗布装置５００により樹脂が塗布され、中空コアファイバ１Ａが得られる。得られた中空コアファイバ１Ａは、最終的に、ローラー６１０を介して巻き取り装置６００のドラムに巻き取られる。
　中空コアファイバ１Ａは、中実領域Ｒｓを備えるので、長手方向の一部に破断が生じ、破断箇所から中空領域Ｒｈに水分、ＣＯ２、または、微粒子ダストが侵入しても、他の中空領域Ｒｈに影響が及ぶことが抑制される。したがって、破断箇所を含む中空領域Ｒｈのみを廃却すれば、それ以外を製品とすることができる。すでに敷設され、使用されている中空コアファイバ１Ａの場合は、破断箇所を含む中空領域Ｒｈのみを新しい中空コアファイバ１Ａと交換すればよい。
　図７は、中空コアファイバにおける異常発生箇所の特定方法を説明する図である。図７に示されるように、中実領域を備えない中空コアファイバの場合、ＯＴＤＲ（Optical　Time　Domain　Reflectometer）で検出される光強度Ｐは、中空コアファイバの一端からの距離Ｌにかかわらず、略一定である。中実領域を備える中空コアファイバの場合も、中空領域の光強度Ｐは、距離Ｌにかかわらず略一定である。中実領域の光強度Ｐは、距離Ｌが増えるにつれて、直線状に低下する。異常が発生した場合、中実領域の光強度Ｐは、異常発生箇所の前後で大きく変化する。これにより、異常が発生した領域を特定することができる。
（第３実施形態）
　図８は、第３実施形態に係る中空コアファイバの中空領域の断面図である。図８に示されるように、第３実施形態に係る中空コアファイバ１Ｂは、ガラス構造体１１が複数の第２内クラッド要素１７および複数の第３内クラッド要素１８を有している点で、第１実施形態に係る中空コアファイバ１、及び、第２実施形態に係る中空コアファイバ１Ａと相違している。図示を省略するが、中空コアファイバ１Ｂが中実領域Ｒｓを備える場合、中空コアファイバ１Ｂの中実領域Ｒｓは、中空コアファイバ１Ａの中実領域Ｒｓと同等の構造を有している。本実施形態では、ガラス構造体１１は、５つの第１内クラッド要素１６、５つの第２内クラッド要素１７、及び、５つの第３内クラッド要素１８を含む。
　第２内クラッド要素１７は、中心軸ＡＸに沿って延びたパイプ形状を有する薄肉管である。第２内クラッド要素１７は、第１内クラッド要素１６の内部に１つずつ配置されている。第２内クラッド要素１７の数は、第１内クラッド要素１６の数と同じである。第２内クラッド要素１７は、例えば、第１内クラッド要素１６の材料と同じ材料（ガラス材料）で構成される。
　第３内クラッド要素１８は、中心軸ＡＸに沿って延びたパイプ形状を有する薄肉管である。第３内クラッド要素１８は、第２内クラッド要素１７の内部に１つずつ配置されている。第３内クラッド要素１８の数は、第２内クラッド要素１７の数と同じである。第３内クラッド要素１８は、例えば、第１内クラッド要素１６の材料と同じ材料（ガラス材料）で構成される。
　第２内クラッド要素１７及び第３内クラッド要素１８は、第１内クラッド要素１６と外クラッド１２との溶着部に溶着された状態で配置されている。すなわち、第１内クラッド要素１６、第２内クラッド要素１７及び第３内クラッド要素１８は、外クラッド１２の内周面１２ａに共通の一点で溶着した状態で配置されている。第２内クラッド要素１７及び第３内クラッド要素１８の直径や肉厚等の寸法は、通信波長帯の光を比較的低損失で伝搬可能なように設計されている。
　以下、実験例について説明する。なお、本開示は実施例に限定されない。
（実施例１）
　実施例１として、第３実施形態に係る中空コアファイバ１Ｂに対応する構成を有する中空コアファイバを製造した。具体的には、第１実施形態に係る中空コアファイバ１の製造方法と同様にして、中空領域のみで構成される中空コアファイバを製造した。その後、得られた中空コアファイバの端部にＣＯ２レーザを照射して中実領域を形成した。中実領域の長さは１０ｍｍとした。外クラッドの外径を１５０μｍ、外クラッドの内径を７９．７μｍ、第１内クラッド要素の直径を２８．１μｍ、第１内クラッド要素の厚さを０．５μｍ、第２内クラッド要素の直径を２２．６μｍ、第２内クラッド要素の厚さを０．５μｍ、第３内クラッド要素の直径を７．６μｍ、第３内クラッド要素の厚さを０．５μｍとした。ガラス構造体の長手方向に直交する断面の総面積は４５８．６μｍ２であり、これと同じ面積を有する円の直径は２４．２μｍであった。
　図９は、中空領域と汎用光ファイバとの接続部分を示す断面図である。図９に示されるように、実施例１の中空コアファイバ１Ｂの中実化される前の端部を融着により汎用光ファイバ６０と直接接続した。図１０は、中実領域と汎用光ファイバとの接続部分を示す断面図である。図１０に示されるように、実施例１の中空コアファイバ１Ｂの中実化された端部を融着により汎用光ファイバ６０と直接接続した。参考のため、図９及び図１０では、中空コアファイバ１Ｂについて、第３実施形態と同じ符号を示す。また、図９及び図１０では、中空コアファイバ１Ｂの内部領域の構造を省略して示すと共に、外クラッド、ジャケット、および、樹脂被覆を簡易的に一層で示す。
　中空コアファイバ１Ｂの中空領域ＲｈのＭＦＤは、波長１５５０ｎｍにおいて２５．０μｍであり、汎用光ファイバ６０のＭＦＤは、波長１５５０ｍｍにおいて１０．０μｍであった。図９の場合、一つの接続部分に係る損失は平均０．６ｄＢであった。図１０の場合、一つの接続部分に係る損失は式（２）のｖ値によって変化した。ｖ値は、ガラス構造体と外クラッドとの比屈折率差Δを調整することで、変化させた。
　表１に、比屈折率差Δ［％］、ｖ値、および、図１０の場合の一つの接続部分に係る損失［ｄＢ］を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　図１１は、ｖ値と一つの接続部分に係る損失との関係を示すグラフである。図１１の横軸は、実施例１の中空コアファイバ１Ｂのｖ値を示す。図１１の縦軸は、図１０の場合の一つの接続部分に係る損失［ｄＢ］を示す。図１１のグラフに対して、近似曲線を求め、近似曲線が０．６ｄＢとなるｖ値を求めた。この結果、ｖ値が２．５６以上であれば、一つの接続部分に係る損失を０．６ｄＢより小さくできることが確認できた。
（実施例２）
　実施例２として、第３実施形態に係る中空コアファイバ１Ｂに対応する構成を有する中空コアファイバを製造した。具体的には、第２実施形態に係る中空コアファイバ１Ａの製造方法と同様にして、線引き中にＣＯ２レーザを５ｋｍ間隔で照射し、５０ｋｍ長の中空コアファイバを製造した。中実領域の長さは１０ｍｍとした。外クラッドの外径及び内径、第１内クラッド要素の直径及び厚さ、第２内クラッド要素の直径及び厚さ、第３内クラッド要素の直径及び厚さ、及び、ガラス構造体の長手方向に直交する断面の総面積は、実施例１に係る中空コアファイバと同様にした。一つの中実領域（中実点）に係る損失は式（２）のｖ値によって変化した。ｖ値は、ガラス構造体と外クラッドとの比屈折率差Δを調整することで、変化させた。
　表２に、比屈折率差Δ［％］、ｖ値、および、一つの中実領域に係る損失［ｄＢ］を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　図１２は、ｖ値と一つの中実領域に係る損失との関係を示すグラフである。図１２の横軸は、実施例２の中空コアファイバのｖ値を示す。図１２の縦軸は、一つの中実領域に係る損失（中実点一点あたりの損失）［ｄＢ］を示す。図１２によれば、ｖ値が１１以下であれば、損失が０．３０ｄＢ以下に抑制され、ｖ値が８．０以下であれば、損失が０．２５ｄＢ以下に抑制され、ｖ値が６．０以下であれば、損失が０．２０ｄＢ以下に抑制されることが確認できた。
　以上、実施形態について説明してきたが、本開示は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。上記実施形態は、適宜組み合わせられてもよい。
　第２実施形態に係る中空コアファイバ１Ａの製造方法では、光ファイバ母材１００から引き出された中空のガラスファイバ２の長手方向の一部を加熱溶融装置４１０により中実化したが、ガラスファイバ２同士を融着し、融着点に中実領域Ｒｓを形成してもよい。
　中空領域Ｒｈは、中空部が設けられた光伝送路を構成するガラス構造体１１と、外クラッド１２とを有していればよく、上記実施形態以外の構成であってもよい。中空領域Ｒｈは、フォトニック結晶中空コアファイバでもよい。
１，１Ａ，１Ｂ…中空コアファイバ
２…ガラスファイバ
１０，１０Ａ…線引き装置
１１…ガラス構造体
１２…外クラッド
１２ａ…内周面
１２ｂ…内部領域
１３…ジャケット層
１４…樹脂被覆
１５…コア領域
１６…第１内クラッド要素
１７…第２内クラッド要素
１８…第３内クラッド要素
２１…コア
２２…クラッド
２３…ジャケット層
２４…樹脂被覆
６０…汎用光ファイバ
１００…光ファイバ母材
１２０…外クラッド部
１２０ａ…内周面
１２０ｂ…内部領域
１３０…ジャケット部
１６０…第１内クラッド要素部
３００…加圧装置
４００…ヒーター
４１０…加熱溶融装置
５００…樹脂塗布装置
６００…巻き取り装置
６１０…ローラー
ＡＸ…中心軸
Ｌ…距離
Ｐ…光強度
Ｒｈ…中空領域
Ｒｓ，Ｒｓ１，Ｒｓ２…中実領域
Ｓ…矢印

 

Claims (15)

  1. 　長手方向に延びる領域である中空領域を備える中空コアファイバであって、
    　前記中空領域は、
    　　中空部が設けられた、光伝送路を構成するガラス構造体と、
    　　前記ガラス構造体を取り囲む外クラッドと、を有し、
    　前記ガラス構造体の前記長手方向に直交する断面の総面積と同じ面積を有する円の直径を２ａ、前記ガラス構造体の平均屈折率をｎ１、前記外クラッドの平均屈折率をｎ２、前記光伝送路を伝搬する光の波長をλ、前記ガラス構造体と前記外クラッドとの比屈折率差を式（１）で示されるΔとしたとき、ｎ１＞ｎ２であり、式（２）で示される正規化周波数ｖは、２．５６以上である、中空コアファイバ。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  2. 　前記長手方向に延びる領域である中実領域をさらに備える中空コアファイバであって、
    　前記中実領域は、
    　　前記ガラス構造体の材料と同じ材料で構成されるコアと、
    　　前記外クラッドの材料と同じ材料で構成され、前記コアを取り囲むクラッドと、を有し、
    　前記コアの前記長手方向に直交する断面の面積は、前記ガラス構造体の前記総面積と同じであり、
    　前記クラッドの前記長手方向に直交する断面の面積は、前記外クラッドの前記長手方向に直交する断面の面積と同じである、
    　請求項１に記載の中空コアファイバ。
  3. 　一対の前記中実領域が、前記中空領域の両端に設けられている、
    　請求項２に記載の中空コアファイバ。
  4. 　一対の前記中空領域が、前記中実領域の両端に設けられている、
    　請求項２または請求項３に記載の中空コアファイバ。
  5. 　前記中実領域は、前記中空コアファイバの端部に設けられ、コア及びクラッドを有する光ファイバと接続されている、
    　請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の中空コアファイバ。
  6. 　複数の前記中空領域及び複数の前記中実領域は、交互に設けられている、
    　請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の中空コアファイバ。
  7. 　最も近い２つの前記中実領域は、３ｋｍ以上２０ｋｍ以下の長さの前記中空領域を間に挟んで設けられている、
    　請求項２から請求項６のいずれか一項に記載の中空コアファイバ。
  8. 　前記中実領域の長さは、０．５ｍｍ以上である、
    　請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の中空コアファイバ。
  9. 　前記中空領域および前記中実領域は、同軸に設けられている、
    　請求項２から請求項８のいずれか一項に記載の中空コアファイバ。
  10. 　前記正規化周波数ｖは、１１．０以下である、
    　請求項２から請求項９のいずれか一項に記載の中空コアファイバ。
  11. 　前記正規化周波数ｖは、８．０以下である、
    　請求項２から請求項９のいずれか一項に記載の中空コアファイバ。
  12. 　前記正規化周波数ｖは、６．０以下である、
    　請求項２から請求項９のいずれか一項に記載の中空コアファイバ。
  13. 　前記中実領域の外径は、前記中空領域の外径より小さい、
    　請求項２から請求項１２のいずれか一項に記載の中空コアファイバ。
  14. 　前記ガラス構造体は、複数の内クラッド要素を含む、
    　請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の中空コアファイバ。
  15. 　中空部が設けられた光伝送路を構成するガラス構造体と、前記ガラス構造体を取り囲む外クラッドと、を有するガラスファイバの長手方向の一部を側面から加熱により溶融させて中実化する工程を含む、
    　中空コアファイバの製造方法。

     
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