JP2006160550A - Photonic crystal fiber, its production method, preform for producing photonic crystal fiber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、クラッドに空孔を有するフォトニッククリスタルファイバの製造方法に関し、特に、キャピラリを用いて空孔を形成する際に、紡糸(線引き)とは別工程でキャピラリ間の隙間を塞ぎ、その後単純な構成で空孔を維持してフォトニッククリスタルファイバの紡糸を行うことが可能な製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a photonic crystal fiber having holes in a clad, and in particular, when forming holes using a capillary, the gap between the capillaries is closed in a step separate from spinning (drawing), and then The present invention relates to a manufacturing method capable of spinning photonic crystal fibers while maintaining holes with a simple configuration.
フォトニッククリスタルファイバは、光ファイバ中に空孔を有することで、従来のコア/クラッド構造の光ファイバでは得ることができない特性を実現することが可能である。そのためフォトニッククリスタルファイバは、様々な種類の機能性ファイバや将来の伝送用ファイバとして期待され研究が進められている。このフォトニッククリスタルファイバは、その導波原理から屈折率導波型ファイバとフォトニック・バンドギャップ型ファイバに大別することができる。 Since the photonic crystal fiber has holes in the optical fiber, it is possible to realize characteristics that cannot be obtained with a conventional optical fiber having a core / clad structure. For this reason, photonic crystal fibers are expected to be used as various types of functional fibers and future transmission fibers, and are being studied. This photonic crystal fiber can be roughly classified into a refractive index guided fiber and a photonic bandgap fiber based on its guiding principle.
屈折率導波型ファイバは、空孔の低屈折率性を利用し空孔にて等価的なクラッドを構成させるものであり、広帯域シングルモード特性、超低非線形(大実効断面積)特性、超高非線形特性、偏波保持特性、超高NAマルチモード特性などを得ることが可能である。
フォトニック・バンドギャップ型ファイバは、クラッドに周期構造を形成することで光をファイバ内側に閉じ込めるファイバである。
Refractive index guided fiber uses the low refractive index of holes to form an equivalent cladding with holes, and has a wideband single mode characteristic, ultra-low nonlinearity (large effective area) characteristic, super High nonlinear characteristics, polarization maintaining characteristics, ultra-high NA multimode characteristics, and the like can be obtained.
A photonic bandgap fiber is a fiber that confines light inside the fiber by forming a periodic structure in the cladding.
前者の一例としては、低曲げ損失を実現したホールアシスト型ホーリーファイバがある。このファイバは、従来の高屈折率コアの周囲に空孔を配置することにより、等価的に大きな屈折率差を形成し、モードフィールド径(MFD)を極端に小さくすることなく低曲げ損失を実現している。このようなファイバとしては、例えば、図1に示すように、コア2とその外周のクラッド3からなり、コア2の周囲に径の異なる複数の空孔4A,4Bが設けられたホールアシスト型ホーリーファイバ1が報告されている(例えば、非特許文献1参照。)。
As an example of the former, there is a hole assist type holey fiber that realizes a low bending loss. In this fiber, holes are placed around the conventional high-refractive-index core to form an equivalently large refractive index difference and realize low bending loss without extremely reducing the mode field diameter (MFD). is doing. As such a fiber, for example, as shown in FIG. 1, a hole assist type holey comprising a
また、屈折率導波型ファイバの他の例として、図2に示すようなダブルクラッドファイバ5がある(例えば、非特許文献2参照。)。このダブルクラッドファイバ5は、図示していないコアが中央に配置された断面D字状の第一クラッド6と、この第一クラッド6を囲んで設けられたエアホール層7と、該エアホール層7の外周に設けられた第二クラッド8とから構成されている。
このダブルクラッドファイバ5は、第一クラッド6の面積を小さくして励起光密度を高くし、また、励起光の入射効率を高めるために高NA(Numerical Aperture、開口数)である必要がある。第一クラッド6の周囲に空孔を配置することで大きなNAをもつ構造とし、光増幅器やファイバレーザの高出力化を目的とした開発が進められている。
As another example of the refractive index guided fiber, there is a double
The double
また、フォトニックバンドギャップファイバは、コアがエアホールであり、クラッド部のエアホールの大きさ、周期により光を閉じ込めるような構造とすることもできる。
さらに、ここで例示していない構造、特性を有するフォトニッククリスタルファイバは数多くあり、その特性に応じて、空孔位置、空孔サイズ、空孔位置が決められている。空孔が比較的少ないホールアシスト型ホーリーファイバの場合は、キャピラリを束ねて線引きする方法以外に、母材に孔を開けて作製することも可能であるが、空孔数が多い構造になると、キャピラリを束ねて紡糸することでファイバを製造する方法が一般的である。
このようにキャピラリを束ねてフォトニッククリスタルファイバを製造する方法としては、特許文献1〜4に開示されている。
Furthermore, there are many photonic crystal fibers having structures and characteristics not exemplified here, and the hole position, hole size, and hole position are determined according to the characteristics. In the case of hole-assisted holey fibers with relatively few holes, in addition to the method of bundling capillaries and drawing, it is possible to make holes by making holes in the base material, but when the structure has a large number of holes, A method of manufacturing a fiber by bundling capillaries and spinning is common.
しかしながら、特許文献1〜4にそれぞれ記載されている従来のフォトニッククリスタルファイバ製造方法には、次のような問題があった。
However, the conventional photonic crystal fiber manufacturing methods described in
特許文献1には、筒状のサポート管内に、サポート管の中心軸と平行に多数のキャピラリを最密充填すると共に、中実のコアとなるコア部材を該サポート管の中心軸部に配置してプリフォームを作製し、該プリフォームを線引き加工により細径化するフォトニッククリスタルファイバの製造方法において、図3に示すようにキャピラリ9の外周の横断面形状を六角形状とし、キャピラリ9同士が融着して隙間のないキャピラリ層10を形成することを特徴とする方法が開示されている。
しかし、このような外周の横断面形状が六角形のキャピラリ9を作製することは、通常の円管状(外周の横断面形状が円形)のキャピラリに比べて、さらに加工作業が必要であるため、最終的にプリフォーム製造コストが高くなるという問題がある。
In
However, producing such a capillary 9 having a hexagonal cross-sectional shape on the outer periphery requires a further work as compared with a normal circular tube (circular cross-sectional shape on the outer periphery). Finally, there is a problem that the preform manufacturing cost increases.
特許文献2には、ファイバ中心を長手方向に延び且つ中実又は中空に形成されたコアと、該コアを囲むように設けられ且つ該コアに沿って延びる多数の細孔を有する多孔部とを備えたフォトニッククリスタルファイバの製造方法において、筒状のサポート管内に、サポート管の中心軸と平行に多数のキャピラリを充填すると共に、中実のコアとなるコアロッドをサポート管の中心軸に配置してプリフォームを作製し、そのプリフォームを線引き加工により細径化する方法が開示されている。具体的には、図4に示すように、内壁の横断面形状が六角形をなしているサポート管12を用い、このサポート管12内にコアロッド13と多数のキャピラリ14を充填して作製されたプリフォーム11が例示されている。この方法と特許文献1記載の方法とを組み合わせることで、キャピラリ間に隙間のないプリフォームを作製することができる。
しかし、特許文献2に記載された従来技術にあっては、特許文献1の方法と同様に、内壁の横断面形状が六角形をなしているサポート管を作製することが、通常の円管状(内壁の横断面形状が円形)をなしているサポート管の作製に比べ、さらに加工作業が必要であるため、最終的に製造コストが高くなるという問題がある。
However, in the conventional technique described in
特許文献3には、線引き加工時における水酸基(OH基)の形成を抑制させるために、図5に示すように、各々のキャピラリ15の両端を封止したプリフォーム17を作製し、線引きしてフォトニッククリスタルファイバを製造する方法が開示されている。図5中、符号15はキャピラリ、15aはキャピラリ封止部、16はサポート管、16aはサポート管封止部、17はプリフォーム、17aは補助パイプ、18は線引き炉である。
水酸基の存在は、波長1.38μmの波長の光を吸収することから、光ファイバとして伝送損失の劣化を招き望ましくない。特許文献3記載の方法は、線引き加工時の水酸基の形成を抑制するには有効と思われるが、本発明者らが検討したところ、線引き工程で長手方向に空孔径が変化してしまい、安定した構造のフォトニッククリスタルファイバが製造できない可能性があった。これは、線引きが進むにつれて、両端封止したキャピラリ15内部の圧力が徐々に変化してしまうことが原因と考えられる。また、両端封止後の線引き工程では、封止したときの圧力が維持されているので、線引き工程中に空孔径の調整を行うことができず、歩留まりが悪くなる問題がある。
さらに、線引き工程でキャピラリ15の一部が変形してしまうという現象も生じた。これは、キャピラリ15の両端を封止する際に、それぞれのキャピラリ15で僅かながら内圧に差が生じてしまい、その結果、線引き工程において空孔サイズにばらつきが生じたためと考えられる。これを防止するには封止時に正確な内圧の管理が必要であり、安定してフォトニッククリスタルファイバの生産を行う上で問題がある。
In
The presence of the hydroxyl group absorbs light having a wavelength of 1.38 μm, and is therefore undesirable because it causes deterioration in transmission loss as an optical fiber. Although the method described in
Furthermore, a phenomenon that a part of the
特許文献4には、サポート管内に、中実のコアとなるコアロッド及びクラッド部となる複数のキャピラリ、又は、中空のコアとなるコア形成空間を形成し且つクラッド部となる複数のキャピラリを充填してプリフォームを作製するプリフォーム作製工程と、そのプリフォームを加熱及び延伸してファイバ状に延伸する線引き工程とを備えるフォトニッククリスタルファイバの製造方法が開示されている。また特許文献4には、線引き工程として、図6に示すように、キャピラリ19をサポート管20にその後端が突出する状態で配置したプリフォームを、キャピラリ外部圧力制御用チャンバ21とキャピラリ内部圧力制御用チャンバ22が設けられた線引き装置に取り付け、線引き工程時にサポート管20内の複数のキャピラリ19の外部圧力、及び/又は、複数のキャピラリの内部圧力を制御することで目的のフォトニッククリスタルファイバを得ている。
しかし、このような圧力調整は、圧力制御部につなげる部分のプリフォーム加工が複雑になり、また圧力制御系も複雑であることからファイバの作製コストが高くなってしまうという問題がある。
In Patent Document 4, a support tube is filled with a core rod as a solid core and a plurality of capillaries as a clad part, or a plurality of capillaries that form a core formation space as a hollow core and serve as a clad part. A method of manufacturing a photonic crystal fiber is disclosed that includes a preform manufacturing process for manufacturing a preform and a drawing process for heating and stretching the preform to draw it into a fiber shape. In Patent Document 4, as a drawing process, as shown in FIG. 6, a preform in which a capillary 19 is arranged on a
However, such pressure adjustment has a problem in that the preform processing of the portion connected to the pressure control unit is complicated, and the pressure control system is also complicated, so that the production cost of the fiber is increased.
また、フォトニッククリスタルファイバの構造的な問題もある。図7は、非特許文献2で挙げたダブルクラッドファイバの別な例として、断面円形の第一クラッド25を備えるダブルクラッドファイバ作製用のプリフォーム23を示す断面図である。このプリフォーム23は、コア24とそれを囲む第一クラッド25とからなるコア/クラッド構造をもったコアロッドを第二クラッドとなる石英管27に収容し、コアロッドと石英管27の間にキャピラリ26を充填して構成されている。
このようなプリフォーム23を作製する際に、第一クラッド25のNAを高く保つためには、キャピラリ26内の孔径を膨らませ、キャピラリ26間の隙間を潰す必要がある。そのため紡糸工程では、キャピラリ26内の圧力を高く、キャピラリ26間の隙間の圧力を低く調整する必要がある。このようなプリフォーム23を作製する場合、従来のキャピラリ外周形状やサポート管内壁形状を加工することは難しく、たとえ作製できたとしても非常に高コストなフォトニッククリスタルファイバになってしまう。
また、紡糸工程で一度にそれぞれの圧力を制御しようとすると非常に複雑な制御系となってしまう。
There is also a structural problem with photonic crystal fibers. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a
When manufacturing such a
Moreover, if each pressure is controlled at once in the spinning process, a very complicated control system is obtained.
同様に、図8のような内壁の横断面形状が六角形の孔を有するサポート管31内にコアロッド29と多数のキャピラリ30を充填してなるプリフォーム28を作製する場合も同様である。特許文献4に記載されているように、キャピラリ30を長くすることで改善は可能であるが、キャピラリ30は非常に細いので無理な力が加わると割れやすく、安定して加工することが困難であった。
Similarly, the same applies to the case where a
本発明は前記事情に鑑みてなされ、低コストで入手可能な円管状のキャピラリとサポート管を用いて高品質のフォトニッククリスタルファイバを安定して高い歩留まりで製造可能な方法の提供を目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method capable of stably producing a high-quality photonic crystal fiber with a high yield by using a circular capillary and a support tube that are available at low cost. .
前記目的を達成するため、本発明は、筒状のサポート管内に、複数本のキャピラリと共に中実のコアロッド又は中空のコア管を配置してプリフォームを作製し、該プリフォーム内のキャピラリ同士を融着させてキャピラリ間の隙間を塞いだ後、該プリフォームを線引き加工して、コアが複数の空孔で囲まれた構造を持ったフォトニッククリスタルファイバを得ることを特徴とするフォトニッククリスタルファイバの製造方法を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention prepares a preform by arranging a solid core rod or a hollow core tube together with a plurality of capillaries in a cylindrical support tube, and connects the capillaries in the preform together. A photonic crystal having a structure in which a core is surrounded by a plurality of pores by fusing and sealing gaps between capillaries and drawing the preform. A method of manufacturing a fiber is provided.
本発明のフォトニッククリスタルファイバの製造方法において、中実のコアロッドが、コア/クラッド構造を有していることが好ましい。 In the method for producing a photonic crystal fiber of the present invention, the solid core rod preferably has a core / cladding structure.
本発明のフォトニッククリスタルファイバの製造方法において、キャピラリの外周の横断面形状がほぼ真円であることが好ましい。 In the method for producing a photonic crystal fiber of the present invention, it is preferable that the cross-sectional shape of the outer periphery of the capillary is substantially a perfect circle.
本発明のフォトニッククリスタルファイバの製造方法において、サポート管の内壁の横断面形状がほぼ真円であることが好ましい。 In the method for producing a photonic crystal fiber of the present invention, it is preferable that the cross-sectional shape of the inner wall of the support tube is substantially a perfect circle.
本発明のフォトニッククリスタルファイバの製造方法において、筒状のサポート管内に、複数本のキャピラリと共に中実のコアロッドを配置し、プリフォームを作製する際に、片端を封止したキャピラリを用いてプリフォームを作製し、次に、適切な圧力下でキャピラリを両端封止し、その後にキャピラリ同士を融着させてキャピラリ間の隙間を塞ぐことが好ましい。 In the method for producing a photonic crystal fiber according to the present invention, a solid core rod is disposed together with a plurality of capillaries in a cylindrical support tube, and a preform is sealed using a capillary sealed at one end. It is preferable to make a reform and then seal both ends of the capillary under an appropriate pressure, and then fuse the capillaries together to close the gap between the capillaries.
本発明のフォトニッククリスタルファイバの製造方法において、筒状のサポート管内に、複数本のキャピラリと共に中実のコアロッドを配置してプリフォームを作製し、一体化する際に、キャピラリ間の隙間を塞ぎ、その後、線引き工程において、プリフォームに均一な圧力を加えながら線引きを行うことが好ましい。 In the photonic crystal fiber manufacturing method of the present invention, when a preform is produced by arranging a solid core rod together with a plurality of capillaries in a cylindrical support tube and integrated, the gap between the capillaries is closed. Thereafter, it is preferable to perform drawing while applying a uniform pressure to the preform in the drawing step.
また本発明は、前述した本発明に係る製造方法によって製造されたフォトニッククリスタルファイバを提供する。 The present invention also provides a photonic crystal fiber manufactured by the above-described manufacturing method according to the present invention.
また本発明は、中実のコアロッド又は中空のコア管とそれを囲む複数本のキャピラリとが筒状のサポート管内に充填されてなるフォトニッククリスタルファイバ製造用プリフォームであって、隣り合うキャピラリが溶着されていることを特徴とするフォトニッククリスタルファイバ製造用プリフォームを提供する。 The present invention also provides a preform for producing a photonic crystal fiber in which a solid core rod or a hollow core tube and a plurality of capillaries surrounding it are filled in a cylindrical support tube, and adjacent capillaries are formed. Provided is a preform for producing a photonic crystal fiber characterized by being welded.
本発明のフォトニッククリスタルファイバ製造用プリフォームにおいて、中実のコアロッドが、コア/クラッド構造を有していることが好ましい。 In the photonic crystal fiber manufacturing preform of the present invention, the solid core rod preferably has a core / cladding structure.
本発明のフォトニッククリスタルファイバ製造用プリフォームにおいて、溶着前のキャピラリの外周の横断面形状がほぼ真円であることが好ましい。 In the preform for manufacturing a photonic crystal fiber of the present invention, it is preferable that the cross-sectional shape of the outer periphery of the capillary before welding is a substantially perfect circle.
本発明のフォトニッククリスタルファイバ製造用プリフォームにおいて、サポート管の内壁の横断面形状がほぼ真円であることが好ましい。 In the preform for producing the photonic crystal fiber of the present invention, it is preferable that the cross-sectional shape of the inner wall of the support tube is substantially a perfect circle.
本発明のフォトニッククリスタルファイバ製造用プリフォームにおいて、キャピラリの片端が封止されていることが好ましい。 In the preform for producing a photonic crystal fiber of the present invention, it is preferable that one end of the capillary is sealed.
本発明の製造方法は、筒状のサポート管内に、複数本のキャピラリと共に中実のコアロッド又は中空のコア管を配置してプリフォームを作製し、該プリフォーム内のキャピラリ同士を融着させてキャピラリ間の隙間を塞いだ後に、線引き加工によりファイバ化するので、容易に、しかも安定してキャピラリ間の隙間を塞ぐことができ、線引き時には、均一な径の空孔に対して一つの圧力を制御すればよいので、容易に設計した通りの空孔サイズ、空孔位置を有するフォトニッククリスタルファイバを得ることができる。
また、コア/クラッド構造を有する中実のコアロッドを用いることによって、コアにErやYbのような希土類元素を添加し、高出力なレーザ発振が可能な光増幅器用やファイバレーザ用のファイバを得ることができる。さらに、このコアに希土類元素と共にAlやPなどを共添加することで、変換効率を改善することができる。更に、コアにGeを添加することで、ファイバグレーティングなどを作製することも可能である。
また、横断面形状がほぼ真円のキャピラリを用いることができるので、特別な加工が不要であり、作製、入手が容易である。そのためフォトニッククリスタルファイバを低コストで作製することができる。
また、内壁の横断面形状がほぼ真円のサポート管を用いることができるので、特別な加工が不要であり、作製、入手が容易である。そのためフォトニッククリスタルファイバを低コストで作製することができる。
また、プリフォームを作製し、一体化する際に、キャピラリ間の隙間を塞ぎ、その後、線引き工程において、プリフォーム断面に均一な圧力を加えながら線引きを行うことができるので、キャピラリ間の隙間を容易に塞ぐことができ、最終的に不要な部分に空孔を残すことなくフォトニッククリスタルファイバを作製することができる。
また、一体化する際に、キャピラリ間の隙間を塞ぎ、その後、線引き工程において、プリフォーム断面に均一な圧力を加えながら線引きを行うことができるので、設計した通りの空孔サイズ、位置を維持しながら、長尺のフォトニッククリスタルファイバを歩留まり良く製造することが可能となる。
In the production method of the present invention, a preform is prepared by arranging a solid core rod or a hollow core tube together with a plurality of capillaries in a cylindrical support tube, and the capillaries in the preform are fused together. After closing the gap between capillaries, the fiber is formed by drawing, so the gap between capillaries can be easily and stably closed. During drawing, one pressure is applied to holes of uniform diameter. Since it is sufficient to control, a photonic crystal fiber having the hole size and hole position as designed easily can be obtained.
Also, by using a solid core rod having a core / cladding structure, a rare earth element such as Er or Yb is added to the core to obtain a fiber for an optical amplifier or a fiber laser capable of high-power laser oscillation. be able to. Furthermore, conversion efficiency can be improved by co-adding Al, P, etc. with a rare earth element to this core. Furthermore, a fiber grating or the like can be manufactured by adding Ge to the core.
In addition, since a capillary having a substantially circular cross-sectional shape can be used, no special processing is required and it is easy to manufacture and obtain. Therefore, a photonic crystal fiber can be manufactured at low cost.
In addition, since a support tube having a substantially circular cross-sectional shape on the inner wall can be used, no special processing is required and it is easy to manufacture and obtain. Therefore, a photonic crystal fiber can be manufactured at low cost.
Further, when the preform is manufactured and integrated, the gap between the capillaries is closed, and then, in the drawing process, drawing can be performed while applying uniform pressure to the preform cross section. The photonic crystal fiber can be manufactured easily without leaving holes in unnecessary portions.
In addition, the gap between the capillaries can be closed during integration, and then drawing can be performed while applying uniform pressure to the preform cross section in the drawing process, so the hole size and position as designed are maintained. However, it is possible to manufacture a long photonic crystal fiber with a high yield.
本発明のフォトニッククリスタルファイバ(以下、ファイバと記す。)の製造方法は、筒状のサポート管内に、複数本のキャピラリと共に中実のコアロッド又は中空のコア管を配置してプリフォームを作製し、該プリフォーム内のキャピラリ同士を融着させてキャピラリ間の隙間を塞いだ後、該プリフォームを線引き加工して、コアが複数の空孔で囲まれた構造を持ったファイバを得ることを特徴としている。 The method for producing a photonic crystal fiber (hereinafter, referred to as a fiber) of the present invention comprises forming a preform by arranging a solid core rod or a hollow core tube together with a plurality of capillaries in a cylindrical support tube. The capillaries in the preform are fused together to close the gap between the capillaries, and then the preform is drawn to obtain a fiber having a structure in which the core is surrounded by a plurality of holes. It is a feature.
本発明の製造方法において、製造するファイバの構造や材質、コア径、コアの比屈折率差、クラッド径、空孔の数及び直径、空孔の配置構造は限定されず、従来公知の各種ファイバの製造に適用することができる。 In the production method of the present invention, the structure and material of the fiber to be produced, the core diameter, the relative refractive index difference of the core, the clad diameter, the number and diameter of the holes, and the arrangement structure of the holes are not limited. It can be applied to the manufacture of
本発明の製造方法において、プリフォームの作製に用いるサポート管、キャピラリ及びコアロッド(又はコア管)は、石英ガラスからなることが好ましい。中実のコアロッドとしては、線引き後にファイバのコアとなる部分のみからなる石英ガラス製の細径コアロッド、あるいは、高屈折率の石英ガラスからなるコアとそれを囲んでコアよりも低屈折率の石英ガラスからなる第一クラッドとからなるコア/クラッド構造をもったコアロッドが挙げられる。 In the production method of the present invention, the support tube, capillary and core rod (or core tube) used for producing the preform are preferably made of quartz glass. The solid core rod can be a silica glass small-diameter core rod that consists of only the portion that will become the fiber core after drawing, or a quartz core with a high refractive index and a quartz with a lower refractive index than the core surrounding it. A core rod having a core / cladding structure made of a first clad made of glass can be mentioned.
本発明の製造方法において、中実のコアロッドにはErやYbなどの希土類元素を添加することができる。特に、コア/クラッド構造をもったコアロッドのコアに前記希土類元素を添加することによって、高出力な増幅特性を有するダブルクラッドファイバを得ることができる。さらに、このコアには、前記希土類元素と共にAlやPなどを共添加することができ、AlやPなどを共添加することによって変換効率を改善することができる。また、コアにGeを添加し、ファイバグレーティングを作製することも可能である。 In the production method of the present invention, a rare earth element such as Er or Yb can be added to the solid core rod. In particular, by adding the rare earth element to the core of a core rod having a core / cladding structure, a double clad fiber having high output amplification characteristics can be obtained. Furthermore, Al, P, etc. can be co-added to the core together with the rare earth element, and conversion efficiency can be improved by co-adding Al, P, etc. It is also possible to produce a fiber grating by adding Ge to the core.
本発明の製造方法において、プリフォームの作製に用いるキャピラリは、外周の横断面形状がほぼ真円であるもの、すなわち円管状のキャピラリが好ましい。外周の横断面形状がほぼ真円のキャピラリは、石英ガラスからなる円管状の母材を線引き加工して簡単に製造でき、外周の横断面形状を多角形に成形するような余分な後加工が必要なく、低コストで入手可能である。 In the production method of the present invention, the capillary used for producing the preform is preferably a capillary having a substantially circular outer cross section, that is, a circular capillary. Capillaries with a substantially circular outer cross-sectional shape can be easily manufactured by drawing a cylindrical base material made of quartz glass, and extra post-processing such as forming the outer cross-sectional shape into a polygon is required. It is not necessary and can be obtained at low cost.
本発明の製造方法において、プリフォームの作製に用いるサポート管は、内壁の横断面形状がほぼ真円であるもの、すなわち円管状のサポート管が好ましい。この種のサポート管は、容易に製造でき、また内壁の横断面形状を多角形に研削加工するような余分な後加工が必要なく、低コストで入手可能である。 In the manufacturing method of the present invention, the support tube used for producing the preform is preferably a support tube having an inner wall having a substantially circular cross section, that is, a circular support tube. This type of support tube can be easily manufactured and can be obtained at low cost without the need for extra post-processing such as grinding the cross-sectional shape of the inner wall into a polygon.
本発明の製造方法では、まず、前述したサポート管、キャピラリ及びコアロッドを用意し、サポート管内にコアロッドと多数本のキャピラリを、コアロッドが中心となるように充填し、プリフォームを作製する。本発明の好ましい実施形態において、このプリフォーム作製の際、片端を封止したキャピラリを用いてプリフォームを作製する。 In the manufacturing method of the present invention, first, the above-described support tube, capillary, and core rod are prepared, and the core rod and a plurality of capillaries are filled in the support tube so that the core rod is at the center, thereby producing a preform. In a preferred embodiment of the present invention, a preform is produced using a capillary with one end sealed at the time of producing the preform.
図9は、本発明の製造方法においてプリフォーム作製工程を例示する構成図であり、この図中、符号32は第二クラッドとなる石英管、33は高屈折率のコアとそれを囲む第一クラッドとからなるコア/クラッド構造を持つコアロッド、34は片端を封じたキャピラリ、35は石英管32の一端に取り付けたコネクタ、36は石英ダミー棒、37はバーナーである。本例示において、石英管32は円管状であり、コアロッド33は円柱状であり、またキャピラリ34は円管状である。このプリフォームは、コアロッド33の周囲に多数本のキャピラリ34をその封止側をコネクタ35側に向けた状態で配置し、石英管32内に挿入し、石英管32の開口端から石英ダミー棒36を挿入する。次に、バーナー37で加熱して石英ダミー棒36の一端部を石英管32に融着する。次に、キャピラリ34の内圧力を適切な圧力に制御しつつ、バーナー37で加熱してキャピラリ34の開口端を封じ、キャピラリ34を両端封止する。
FIG. 9 is a configuration diagram illustrating a preform manufacturing process in the manufacturing method of the present invention. In this figure,
次に、プリフォーム内のキャピラリ34同士を融着させてキャピラリ34間の隙間を塞いで一体化する。
図10は、前記プリフォーム一体化工程を例示する構成図であり、この図中、符号32〜35は図9の符号32〜35と同じ構成要素であり、さらに符号38は圧力調整系、39はヒーターである。この一体化工程では、石英管32内にコネクタ35を介して圧力調整系38を接続し、管内の圧力を調整可能とし、ヒーター39によりプリフォームの局部を加熱し、必要に応じて図中矢印方向にプリフォームを延伸し、所定圧力下でプリフォーム内のキャピラリ34同士を融着させる。さらにヒーター39とプリフォームの相対位置をプリフォーム長手方向に沿って移動させながら、プリフォーム全長にわたって加熱、延伸し、所定圧力下でプリフォーム内のキャピラリ34同士を融着させてキャピラリ34間の隙間を塞ぐとともに、コアロッド33,キャピラリ34及び石英管32を融着させて一体化する。
Next, the
FIG. 10 is a configuration diagram illustrating the preform integration step. In this figure,
次に、一体化を終えたプリフォームを線引きし、ファイバを製造する。この線引き工程もプリフォームに均一な圧力を加えながら線引きを行うことが好ましい。 Next, the integrated preform is drawn to produce a fiber. In this drawing process, it is preferable to perform drawing while applying a uniform pressure to the preform.
この製造方法では、サポート管となる石英管32内に、複数本のキャピラリ34と共に中実のコアロッド33を配置してプリフォームを作製し、該プリフォーム内のキャピラリ34同士を融着させてキャピラリ間の隙間を塞いだ後に、線引き加工によりファイバ化するので、容易に、しかも安定してキャピラリ34間の隙間を塞ぐことができ、線引き時には、均一な径の空孔に対して一つの圧力を制御すればよいので、容易に設計した通りの空孔サイズ、空孔位置を有するファイバを得ることができる。
また、コア/クラッド構造を有する中実のコアロッド33を用いることによって、コアにErやYbのような希土類元素を添加し、高出力なレーザ発振が可能な光増幅器用やファイバレーザ用のファイバを得ることができる。さらに、このコアに希土類元素と共にAlやPなどを共添加することで、変換効率を改善することができる。更に、コアにGeを添加することで、ファイバグレーティングなどを作製することも可能である。
また、横断面形状がほぼ真円のキャピラリ34と、内壁の横断面形状がほぼ真円のサポート管である石英管32を用いることができるので、特別な加工が不要であり、作製、入手が容易である。そのためファイバを低コストで作製することができる。
また、プリフォームを作製し、一体化する際に、キャピラリ34間の隙間を塞ぎ、その後、線引き工程において、プリフォーム断面に均一な圧力を加えながら線引きを行うことができるので、キャピラリ間の隙間を容易に塞ぐことができ、最終的に不要な部分に空孔を残すことなくファイバを作製することができる。
また、一体化する際に、キャピラリ34間の隙間を塞ぎ、その後、線引き工程において、プリフォーム断面に均一な圧力を加えながら線引きを行うことができるので、設計した通りの空孔サイズ、位置を維持しながら、長尺のファイバを歩留まり良く製造することが可能となる。
In this manufacturing method, a
Further, by using a
Further, since the capillary 34 having a substantially circular cross-sectional shape and the
Further, when the preform is manufactured and integrated, the gap between the
Further, when integrating, the gap between the
[実施例1]
外径42mm、内径33mmの円管状をなす石英管32に、Erを1300質量ppm及びAlを25000質量ppm添加した比屈折率差0.35%のコアと該コアを囲む第一クラッドを有する外径31mmの石英ガラスからなる円柱状のコアロッド33を挿入し、図9のように、その間に片端を封止した外径1mmのキャピラリ34を詰めた。その後、コネクタ35と反対側から石英ダミー棒36を挿入し、回転させながらバーナー37で石英管32と石英ダミー棒36を溶着した。この際、石英管32内部に不活性ガスを流しながら作業を行うことで、石英管32内部の汚染を防止することができた。また、加熱することで、キャピラリ34内部を乾燥させることができ、紡糸工程での破裂を防止することができた。
[Example 1]
A
その後、石英管32内部の内圧(大気圧との差圧)を−2200mmH2Oとし、キャピラリ34をコアロッド33の第一クラッド外周に溶着させながら封止した。この時点で減圧しているのは、このときの温度と一体化時の温度が異なり、一体化時の温度が高いためである。
Thereafter, the internal pressure (differential pressure from the atmospheric pressure) inside the
さらに、このプリフォーム内部の内圧(大気圧との差圧)を−8000mmH2Oとし、図10に示す一体化装置にてキャピラリ34の隙間を潰しながら一体化した。このときの一体化の様子を図10に示す。またこの一体化により得られたプリフォームの断面を図11に示す。図11に示すダブルクラッドファイバ製造用のプリフォーム40は、中心のコア41とそれを囲む第一クラッド42とからなるコアロッドと、第一クラッド42の外周に隙間なく融着された多数のキャピラリ43と、それらを囲む石英管32が融着一体化した第二クラッド44とからなっている。
Furthermore, the internal pressure (differential pressure with respect to the atmospheric pressure) inside the preform was set to −8000 mmH 2 O, and integration was performed while crushing the gaps of the
このプリフォーム40を線引き装置にかけ、空孔部の内圧(大気圧との差圧)を+450mmH2Oとし、紡糸を行った。得られたダブルクラッドファイバ45の断面を図12に示す。得られたダブルクラッドファイバ45は、中心のコア46と、コア46外周に設けられた第一クラッド47と、第一クラッド47を囲んで設けられた多数の空孔48と、空孔48の外周に設けられた第二クラッド49とからなっている。このダブルクラッドファイバ45はキャピラリ34間の隙間がなく、またキャピラリ34の部分が均等に空孔48となっていることが分かる。このダブルクラッドファイバ45の第一クラッド47直径は40μmであり、この第1クラッド47のNAは0.5と高い値であった。このときの第二クラッド49外径は125μmであった。
The
[実施例2]
紡糸前のプリフォーム作製までは実施例1と同じ方法でプリフォームを準備した。
このプリフォームを線引き装置にかけ、空孔部の内圧(大気圧との差圧)を+470mmH2Oとし、紡糸を行った。得られたダブルクラッドファイバ50の断面を図13に示す。得られたダブルクラッドファイバ50は、中心のコア51と、コア51外周に設けられた第一クラッド52と、第一クラッド52を囲んで設けられた多数の空孔53と、空孔53の外周に設けられた第二クラッド54とからなっている。このダブルクラッドファイバ50はキャピラリ34間の隙間がなく、またキャピラリ34の部分が均等に空孔53となり、さらに第一クラッド52と第二クラッド54間のガラス部分も非常に薄くなっていることが分かる。このファイバの第一クラッドのNAは0.7と高い値であった。このときのクラッド外径は125μmであった。
[Example 2]
A preform was prepared in the same manner as in Example 1 until the preparation of the preform before spinning.
The preform was applied to a drawing apparatus, and spinning was performed with the internal pressure (differential pressure from the atmospheric pressure) of the pores set to +470 mmH 2 O. A cross section of the obtained double
[実施例3]
コアにYbを10000質量ppm、Alを25000質量ppm添加したコア/クラッド構造を有するコアロッド33を用いた以外は、紡糸前のプリフォーム作製までは実施例1と同じ方法でプリフォームを準備した。
このプリフォームを線引き装置にかけ、空孔部の内圧(大気圧との差圧)を+470mmH2Oとし、紡糸を行った。得られたダブルクラッドファイバ50の断面を図13に示す。得られたダブルクラッドファイバ50は、キャピラリ34間の隙間がなく、またキャピラリ34の部分が均等に空孔53となり、さらに第一クラッド52と第二クラッド54間のガラス部分も非常に薄くなっていることが分かる。このダブルクラッドファイバ50の第一クラッド52の直径は200μmであり、この第一クラッド52のNAは0.7と高い値であった。このときの第二クラッド54外径は250μmであった。
[Example 3]
A preform was prepared in the same manner as in Example 1 until the preform was produced before spinning, except that the
The preform was applied to a drawing apparatus, and spinning was performed with the internal pressure (differential pressure from the atmospheric pressure) of the pores set to +470 mmH 2 O. A cross section of the obtained double
[実施例4]
外径40mm、内径20mmの円管状の石英管32に、外径1.5mm、内径0.8mmの多数本のキャピラリ34とそのキャピラリ34の束の中心部にくるように配されたコアロッドを挿入した。プリフォームの組み上げは図9と同様の配置で行った。その後、コネクタ35と反対側から石英ダミー棒36を挿入し、回転させながらバーナー37で石英管32と石英ダミー棒36を溶着した。この際、石英管32内部に不活性ガスを流しながら作業を行うことで、石英管32内部の汚染を防止することができた。また、加熱することで、キャピラリ34内部を乾燥させることができ、紡糸工程での破裂を防止することができた。その後、石英管32内部の内圧(大気圧との差圧)を−8000mmH2Oとし、延伸機にてキャピラリ34の隙間を潰しながら一体化した。
[Example 4]
A large number of
このプリフォームを線引き装置にかけ、空孔部の内圧(大気圧との差圧)を+290mmH2Oとし、紡糸を行った。得られたファイバ55の断面を図14に示す。得られたファイバ55は、中心のコア56と、それを囲む多数の空孔57と、その外周のクラッド58とからなっている。このファイバ55はキャピラリ34間の隙間がなく、また、キャピラリ34の部分が均等に空孔57となっていることが分かる。
This preform was applied to a drawing apparatus, and spinning was performed with the internal pressure (differential pressure from the atmospheric pressure) of the pores set to +290 mmH 2 O. A cross section of the obtained
1…ホールアシスト型ホーリーファイバ、2…コア、3…クラッド、4A,4B…空孔、5…ダブルクラッドファイバ、6…第一クラッド、7…エアホール層、8…第二クラッド、9,10…キャピラリ、11…プリフォーム、12…サポート管、13…コアロッド、14…キャピラリ、15…キャピラリ、15a…キャピラリ封止部、16…サポート管、16a…サポート管封止部、17…プリフォーム、17a…補助パイプ、18…線引き炉、19…キャピラリ、20…サポート管、21…キャピラリ外部圧力制御用チャンバ、22…キャピラリ内部圧力制御用チャンバ、23…プリフォーム、24…コア、25…第一クラッド、26…キャピラリ、27…第二クラッド、28…プリフォーム、29…コアロッド、30…キャピラリ、31…サポート管、32…石英管、33…コアロッド、34…キャピラリ、35…コネクタ、36…石英ダミー棒、37…バーナー、38…圧力調整系、39…ヒーター、40…プリフォーム、41…コア、42…第一クラッド、43…空孔、44…第二クラッド、45…ダブルクラッドファイバ、46…コア、47…第一クラッド、48…空孔、49…第二クラッド、50…ダブルクラッドファイバ、51…コア、52…第一クラッド、53…空孔、54…第二クラッド、55…ファイバ、56…コア、57…空孔、58…クラッド。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
The preform for producing a photonic crystal fiber according to any one of claims 8 to 11, wherein one end of the capillary is sealed.
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007212947A (en) * | 2006-02-13 | 2007-08-23 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Manufacturing method for double cladding fiber, and double cladding fiber |
EP2792648A4 (en) * | 2011-12-16 | 2015-09-23 | Furukawa Electric Co Ltd | Method for manufacturing photonic band gap fiber |
WO2019031489A1 (en) * | 2017-08-09 | 2019-02-14 | 株式会社フジクラ | Optical fiber base material production method, optical fiber base material, and optical fiber production method |
JP2019031427A (en) * | 2017-08-09 | 2019-02-28 | 株式会社フジクラ | Method for manufacturing optical fiber preform, optical fiber preform and method for manufacturing optical fiber |
CN115180816A (en) * | 2022-08-17 | 2022-10-14 | 武汉安扬激光技术股份有限公司 | Method for preparing high numerical aperture air cladding optical fiber |
-
2004
- 2004-12-06 JP JP2004352956A patent/JP2006160550A/en active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007212947A (en) * | 2006-02-13 | 2007-08-23 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Manufacturing method for double cladding fiber, and double cladding fiber |
JP4546407B2 (en) * | 2006-02-13 | 2010-09-15 | 三菱電線工業株式会社 | Manufacturing method of double clad fiber |
EP2792648A4 (en) * | 2011-12-16 | 2015-09-23 | Furukawa Electric Co Ltd | Method for manufacturing photonic band gap fiber |
WO2019031489A1 (en) * | 2017-08-09 | 2019-02-14 | 株式会社フジクラ | Optical fiber base material production method, optical fiber base material, and optical fiber production method |
JP2019031427A (en) * | 2017-08-09 | 2019-02-28 | 株式会社フジクラ | Method for manufacturing optical fiber preform, optical fiber preform and method for manufacturing optical fiber |
JP7068945B2 (en) | 2017-08-09 | 2022-05-17 | 株式会社フジクラ | Manufacturing method of optical fiber base material, manufacturing method of optical fiber base material, optical fiber |
US11834365B2 (en) | 2017-08-09 | 2023-12-05 | Fujikura Ltd. | Optical fiber preform production method, optical fiber preform, and optical fiber production method |
CN115180816A (en) * | 2022-08-17 | 2022-10-14 | 武汉安扬激光技术股份有限公司 | Method for preparing high numerical aperture air cladding optical fiber |
CN115180816B (en) * | 2022-08-17 | 2024-03-19 | 武汉安扬激光技术股份有限公司 | Method for preparing high numerical aperture air-clad optical fiber |
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