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JP2016153850A - Manufacturing method of taper optical fiber - Google Patents

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JP2016153850A JP2015032026A JP2015032026A JP2016153850A JP 2016153850 A JP2016153850 A JP 2016153850A JP 2015032026 A JP2015032026 A JP 2015032026A JP 2015032026 A JP2015032026 A JP 2015032026A JP 2016153850 A JP2016153850 A JP 2016153850A
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Abstract

【課題】TOFを透過する光の損失を抑えながら、全長を短くしたテーパ光ファイバの製造方法を提供する。【解決手段】TOF製造装置20は、加熱位置を光ファイバ14の長手方向に移動させる加熱走査を行いながら、光ファイバ14の長手方向に引っ張って延伸する。トーチ28は、コントローラ21によって走査長が制御される。演算部25は、断熱基準角に最適化係数を乗じた最適化上限角を局所的なファイバ半径に対するテーパ角未満とする制約条件のもとでテーパ光ファイバの全長を最小にするための各加熱走査の走査長を求める。【選択図】図2A method of manufacturing a tapered optical fiber having a reduced overall length while suppressing loss of light passing through a TOF is provided. A TOF manufacturing apparatus is stretched by pulling in a longitudinal direction of an optical fiber while performing a heating scan for moving a heating position in the longitudinal direction of the optical fiber. The scanning length of the torch 28 is controlled by the controller 21. The calculation unit 25 performs each heating for minimizing the total length of the tapered optical fiber under the constraint that the optimization upper limit angle obtained by multiplying the insulation reference angle by the optimization coefficient is less than the taper angle with respect to the local fiber radius. The scanning length of scanning is obtained. [Selection] Figure 2

Description

本発明は、テーパ光ファイバの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a tapered optical fiber.

テーパ光ファイバ(Tapered optical fiber、以下TOFという)は、ファイバ半径が光の波長よりも細いテーパウエスト部と、このテーパウエスト部の両端にそれぞれ設けられテーパウエスト部に向かってファイバ半径が漸減するテーパ遷移部とを有している。TOFは、強い光の閉じ込め効果や、大きいエバネッセント場を有するため、光工学や量子光学などの分野で利用されている。   A tapered optical fiber (hereinafter referred to as TOF) has a tapered waist portion whose fiber radius is thinner than the wavelength of light, and a taper which is provided at both ends of the tapered waist portion and the fiber radius gradually decreases toward the tapered waist portion. And a transition part. Since TOF has a strong light confinement effect and a large evanescent field, it is used in fields such as optical engineering and quantum optics.

TOFは、利用される分野にもよるが、一般的には微弱な光を扱うことから高い透過率が要求されることが多い。TOFの透過率を低下させる原因の1つとして、テーパ遷移部の形状に起因した基本モードと高次モードとの結合による損失がある。この損失は、テーパ遷移部の局所的なテーパ角をそのファイバ半径に応じて調整することによって低減でき、この損失が十分小さいとみなせる条件は断熱条件として知られている(例えば、非特許文献1参照)。また、断熱条件をみたすテーパ角の上限は、断熱基準角として知られており、断熱基準角はファイバ半径に依存した関数として表すことができる。   Although TOF depends on the field in which it is used, high transmittance is often required because it generally handles weak light. One of the causes for reducing the transmittance of the TOF is a loss due to coupling between a fundamental mode and a higher-order mode due to the shape of the tapered transition portion. This loss can be reduced by adjusting the local taper angle of the taper transition portion according to the fiber radius, and the condition under which this loss can be regarded as sufficiently small is known as an adiabatic condition (for example, Non-Patent Document 1). reference). The upper limit of the taper angle satisfying the heat insulation condition is known as the heat insulation reference angle, and the heat insulation reference angle can be expressed as a function depending on the fiber radius.

テーパ遷移部からテーパウエスト部に向かってテーパ角が指数関数的に増大する指数関数形状としたTOFが知られている(例えば、非特許文献2を参照)。この非特許文献2では、減衰定数を10mmとしている。また、テーパ遷移部のテーパ角を2mradで一定にした形状のTOFが知られている(例えば、非特許文献3を参照)。これらTOFは、テーパ遷移部のテーパ角を、断熱基準角以下とすることにより、損失を抑え高い透過率を確保している。例えば非特許文献2に記載されたTOFの透過率は99.4%、非特許文献3のTOFの透過率は99.95%に達している。   A TOF having an exponential function shape in which a taper angle exponentially increases from a taper transition portion toward a taper waist portion is known (see, for example, Non-Patent Document 2). In this non-patent document 2, the attenuation constant is 10 mm. Further, a TOF having a shape in which the taper angle of the taper transition portion is constant at 2 mrad is known (for example, see Non-Patent Document 3). These TOFs suppress loss and ensure high transmittance by setting the taper angle of the taper transition portion to be equal to or less than the heat insulation reference angle. For example, the transmittance of TOF described in Non-Patent Document 2 has reached 99.4%, and the transmittance of TOF in Non-Patent Document 3 has reached 99.95%.

このようなTOFの製造手法の1つとして、フレームブラシ法が知られている(特許文献1を参照)。フレームブラシ法では、光ファイバの長手方向にトーチなどの加熱手段を往復動させて光ファイバに対する加熱位置を移動させる加熱走査を行いながら、加熱されて軟化した光ファイバをその長手方向に引っ張って延伸するものである。例えば、加熱位置の移動幅を一定にしながら光ファイバを一定の速度で引っ張ることにより、指数関数形状としたTOFを作製することができる。また、加熱位置の移動幅を制御しながら光ファイバを一定の速度で引っ張ることにより、テーパ遷移部のテーパ角を2mradで一定にしたTOFを作製することができる。   As one of such TOF manufacturing methods, a frame brush method is known (see Patent Document 1). In the frame brush method, a heated softening optical fiber is pulled and stretched in the longitudinal direction while performing a heating scan that reciprocates a heating means such as a torch in the longitudinal direction of the optical fiber to move the heating position relative to the optical fiber. To do. For example, the TOF having an exponential function shape can be produced by pulling the optical fiber at a constant speed while keeping the movement width of the heating position constant. Further, by pulling the optical fiber at a constant speed while controlling the movement width of the heating position, it is possible to produce a TOF in which the taper angle of the taper transition portion is constant at 2 mrad.

また、加熱手段の移動に代えて、光ファイバをその長手方向に往復動させながら加熱する製造方法も知られている(特許文献2を参照)。特許文献2の製造方法では、光ファイバの往復動の幅やその速度、光ファイバの引っ張り量(拡間幅)などの各種パラメータを制御することにより、多様な形状を持つTOF(細径化光ファイバ)を製造可能としている。   A manufacturing method is also known in which an optical fiber is heated while reciprocating in the longitudinal direction instead of moving the heating means (see Patent Document 2). In the manufacturing method of Patent Document 2, various parameters such as the width and speed of the reciprocation of the optical fiber, and the pulling amount (expansion width) of the optical fiber are controlled, so that the TOF (thinned light with various shapes) is controlled. Fiber).

特開2008−003605号公報JP 2008-003605 A 特開2013−246329号公報JP 2013-246329 A

J. D. Love,W. M. Henry,W. J. Stewart, R. J. Black, S. Lacroix, and F. Gonthier, “Tapered single-mode fibres and devices. Part 1: Adiabaticity criteria,” IEE Proc. Vol.138, Issue 5, 343−354 (1991).JD Love, WM Henry, WJ Stewart, RJ Black, S. Lacroix, and F. Gonthier, “Tapered single-mode fibers and devices. Part 1: Adiabaticity criteria,” IEE Proc. Vol.138, Issue 5, 343−354 (1991). T. Aoki, “Fabrication of Ultralow-Loss Tapered Optical Fibers and Microtoroidal Resonators,” Jpn. J. Appl. Phys.49, 118001 (2010).T. Aoki, “Fabrication of Ultralow-Loss Tapered Optical Fibers and Microtoroidal Resonators,” Jpn. J. Appl. Phys. 49, 118001 (2010). J. E. Hoffman, S. Ravets, J. A. Grover, P. Solano, P. R. Kordell, J. D. Wong-Campos, L. A. Orozco, and S. L.Rolston, “Ultrahigh transmission optical nanofibers,” AIP Adv. 4, 067124 (2014).J. E. Hoffman, S. Ravets, J. A. Grover, P. Solano, P. R. Kordell, J. D. Wong-Campos, L. A. Orozco, and S. L. Rolston, “Ultrahigh transmission optical nanofibers,” AIP Adv. 4, 067124 (2014).

ところで、TOFは、極小共振器に結合する場合、機械的安定性を考慮すると全長がより短いことが望まれる。また、例えばクライオスタットの狭い真空室などに収容される場合では、TOFの長さが制限される。このような背景からTOFを透過する光の損失を抑えながら、その全長をより短くしたTOFが望まれている。しかしながら、非特許文献2に記載されたTOFのように、損失を抑えるために、いずれのファイバ半径に対しても断熱基準角以下の角度としながらテーパ角を一定にした場合には、損失をかなり小さくすることができる反面、TOFの全長がかなり長くなってしまう。また、非特許文献1に記載された指数関数形状のTOFでは、テーパ角を一定にした場合と比べてTOFの全長を短くすることができるが、それでも十分に短くなっているとはいえなかった。   By the way, when the TOF is coupled to the minimal resonator, it is desired that the total length is shorter in consideration of mechanical stability. In addition, for example, in the case of being housed in a narrow vacuum chamber of a cryostat, the length of the TOF is limited. From such a background, a TOF having a shorter overall length while suppressing loss of light transmitted through the TOF is desired. However, as in the TOF described in Non-Patent Document 2, in order to suppress the loss, if the taper angle is constant while keeping the angle less than the adiabatic reference angle for any fiber radius, the loss is considerably reduced. While it can be made smaller, the total length of the TOF becomes considerably longer. In addition, in the TOF having an exponential function shape described in Non-Patent Document 1, the total length of the TOF can be shortened as compared with the case where the taper angle is constant, but it cannot be said that the TOF is still sufficiently short. .

なお、特許文献2では、損失を抑えながらTOFの全長を短くするための形状を含め、所望とするTOFの形状についての設計手法や、設計された形状のTOFを作製するために必要となる各種パラメータの決定手法などが記載されていない。   In Patent Document 2, a design method for the shape of a desired TOF including a shape for shortening the total length of the TOF while suppressing loss, and various kinds of devices necessary for producing a TOF having a designed shape are disclosed. The parameter determination method is not described.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、TOFを透過する光の損失を抑えながら、全長をより短くすることができるテーパ光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a tapered optical fiber that can further shorten the overall length while suppressing loss of light transmitted through the TOF.

上記課題を解決するために、本発明では、テーパウエスト部の両端に一対のテーパ遷移部が形成され、テーパウエスト部に向かってテーパ遷移部のファイバ径が漸減するテーパ光ファイバの製造方法において、光ファイバに対する加熱位置を光ファイバの長手方向に沿って所定の走査長で移動する加熱走査を行うことにより加熱された光ファイバを長手方向に引っ張ることによって延伸する延伸工程と、延伸工程に先立って行なわれ、テーパ光ファイバの局所的なファイバ半径をr、テーパ角をθとし、またファイバ半径rについての断熱基準角をΩ(r)、最適化係数Fを0<F<1としたときに、θ<F・Ω(r)を満たし、かつテーパウエスト部と一対のテーパ遷移部との長さの合計Xを最小にする各加熱走査の走査長をそれぞれ求める走査長決定工程とを有するものである。   In order to solve the above problems, in the present invention, in the method for manufacturing a tapered optical fiber, a pair of tapered transition portions are formed at both ends of the tapered waist portion, and the fiber diameter of the tapered transition portion gradually decreases toward the tapered waist portion. Prior to the stretching process, the stretching process is performed by stretching the heated optical fiber in the longitudinal direction by performing a heating scan that moves the heating position with respect to the optical fiber at a predetermined scanning length along the longitudinal direction of the optical fiber. When the local fiber radius of the tapered optical fiber is r, the taper angle is θ, the adiabatic reference angle for the fiber radius r is Ω (r), and the optimization coefficient F is 0 <F <1 , Θ <F · Ω (r), and obtain the scanning length of each heating scan that minimizes the total length X of the tapered waist portion and the pair of tapered transition portions. Those having a 査長 determining step.

本発明によれば、テーパ光ファイバの局所的なファイバ半径r、テーパ角θ、ファイバ半径rについての断熱基準角をΩ(r)とし、最適化係数Fを0<F<1としたときに、θ<F・Ω(r)を満たし、テーパ光ファイバの全長を最小にする加熱走査ごとの走査長を求め、求めた走査長で各加熱走査を行うから、TOFでの損失を抑えながら全長をより短くしたテーパ光ファイバを製造することができる。   According to the present invention, when the local fiber radius r of the tapered optical fiber, the taper angle θ, the adiabatic reference angle for the fiber radius r is Ω (r), and the optimization coefficient F is 0 <F <1, , Θ <F · Ω (r), the scanning length for each heating scan that minimizes the total length of the tapered optical fiber is obtained, and each heating scan is performed with the obtained scanning length. A tapered optical fiber with a shorter length can be manufactured.

テーパ光ファイバの外観を示す平面図である。It is a top view which shows the external appearance of a taper optical fiber. 本発明を実施したTOF製造装置の概略を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the outline of the TOF manufacturing apparatus which implemented this invention. テーパ光ファイバの形成モデルを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the formation model of a taper optical fiber. k回目の加熱走査後の状態を形成モデルで示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the state after the kth heating scan by a formation model. 断熱基準角とファイバ半径の関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between a heat insulation reference angle and a fiber radius. 走査長のプロファイルを示すグラフである。It is a graph which shows the profile of scanning length. ファイバ半径に対する計算上のテーパ角を示すグラフである。It is a graph which shows the calculated taper angle with respect to a fiber radius. 実施例1〜4及び比較例1,2で作製されたテーパ光ファイバの透過率を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability of the taper optical fiber produced in Examples 1-4 and Comparative Examples 1 and 2. FIG. 実施例1〜3及び比較例1で作製されたテーパ光ファイバの透過率を拡大して示すグラフである。It is a graph which expands and shows the transmittance | permeability of the taper optical fiber produced in Examples 1-3 and the comparative example 1. FIG. 実施例2及び比較例1で作製されたテーパ光ファイバの形状を示すグラフである。3 is a graph showing the shape of a tapered optical fiber manufactured in Example 2 and Comparative Example 1.

図1において、テーパ光ファイバ(Tapered optical fiber、以下TOFという)10は、光の波長よりも径が小さいテーパウエスト部11と、このテーパウエスト部11の両端にそれぞれ形成されたテーパ遷移部12とを有している。テーパウエスト部11及びテーパ遷移部12は、断面が円形であり、テーパ遷移部12は、テーパウエスト部11に向かってその径が漸減した形状である。この例では、TOF10は、光ファイバ14の一部を加熱しながら引っ張って延伸する延伸工程によって製造される。   In FIG. 1, a tapered optical fiber (hereinafter referred to as TOF) 10 includes a tapered waist portion 11 having a diameter smaller than the wavelength of light, and tapered transition portions 12 respectively formed at both ends of the tapered waist portion 11. have. The tapered waist portion 11 and the tapered transition portion 12 have a circular cross section, and the tapered transition portion 12 has a shape in which the diameter gradually decreases toward the tapered waist portion 11. In this example, the TOF 10 is manufactured by a stretching process in which a part of the optical fiber 14 is pulled while being stretched.

図2において、TOF10を製造するTOF製造装置20は、詳細を後述するように走査長を求める演算工程と、光ファイバ14を延伸する延伸工程とを行ってTOF10を光ファイバ14に形成する。延伸工程は、光ファイバ14に対する加熱位置を移動する加熱走査工程と、加熱走査による加熱で軟化した光ファイバ14を長手方向に沿って両方向に引っ張る引っ張り工程とを含んでおり、TOF製造装置20は、いわゆるフレームブラシ法でTOFを製造する。光ファイバ14としては、ガラス製、プラスチック製などを用いることができる。このTOF製造装置20は、コントローラ21,移動部22,23、加熱部24、演算部25を備える。コントローラ21は、移動部22,23と加熱部24との移動を制御する。   In FIG. 2, the TOF manufacturing apparatus 20 that manufactures the TOF 10 forms the TOF 10 in the optical fiber 14 by performing a calculation process for obtaining a scanning length and a stretching process for stretching the optical fiber 14 as will be described in detail later. The drawing process includes a heating scanning process for moving the heating position with respect to the optical fiber 14 and a pulling process for pulling the optical fiber 14 softened by the heating by the heating scanning in both directions along the longitudinal direction. The TOF is manufactured by the so-called frame brush method. As the optical fiber 14, glass, plastic, or the like can be used. The TOF manufacturing apparatus 20 includes a controller 21, moving units 22 and 23, a heating unit 24, and a calculation unit 25. The controller 21 controls movement of the moving units 22 and 23 and the heating unit 24.

移動部22,23は、光ファイバ14を引っ張るための引っ張り手段を構成している。移動部22は、クランプ26と、このクランプ26が固定された移動ステージ27とを備える。クランプ26は、光ファイバ14の一端を挟み込んで把持する。移動ステージ27は、モータ27aによって作動する1軸移動ステージである。移動部23についても、移動部22と同様であり、クランプ26と、モータ27aで作動される移動ステージ27とを備え、クランプ26は、光ファイバ14の他端を把持する。各移動ステージ27は、光ファイバ14の長手方向(矢印Z方向)と平行に移動するように調整してある。   The moving parts 22 and 23 constitute a pulling means for pulling the optical fiber 14. The moving unit 22 includes a clamp 26 and a moving stage 27 to which the clamp 26 is fixed. The clamp 26 sandwiches and grips one end of the optical fiber 14. The moving stage 27 is a uniaxial moving stage operated by a motor 27a. The moving unit 23 is also the same as the moving unit 22 and includes a clamp 26 and a moving stage 27 operated by a motor 27 a. The clamp 26 holds the other end of the optical fiber 14. Each moving stage 27 is adjusted so as to move in parallel with the longitudinal direction (arrow Z direction) of the optical fiber 14.

TOF10の製造時には、コントローラ21の制御下でモータ27aを駆動することよって、移動部22,23のクランプ26同士が互いに離れる方向に移動する。これにより、光ファイバ14を引っ張る。各クランプ26は、それぞれ一定な引っ張り速さVで継続的に移動される。 When the TOF 10 is manufactured, by driving the motor 27a under the control of the controller 21, the clamps 26 of the moving units 22 and 23 move in directions away from each other. Thereby, the optical fiber 14 is pulled. Each clamp 26 is continuously moved at each constant tensile speed V 1.

加熱部24は、加熱手段としてのトーチ28と、移動ステージ29とを備えている。トーチ28は、例えば水素ガスを燃料として燃焼させた炎で光ファイバ14を加熱する。トーチ28としては、光ファイバ14の長手方向についての炎の幅が十分に小さいものを用いている。トーチ28は、移動ステージ29に取り付けられている。移動ステージ29は、モータ29aによって作動する1軸移動ステージであり、移動部22,23が把持した光ファイバ14の長手方向に沿ってトーチ28を往復動するように調整されている。なお、加熱手段は、トーチ28に限定されるものではない。   The heating unit 24 includes a torch 28 as a heating unit and a moving stage 29. The torch 28 heats the optical fiber 14 with, for example, a flame burned using hydrogen gas as fuel. As the torch 28, one having a sufficiently small flame width in the longitudinal direction of the optical fiber 14 is used. The torch 28 is attached to the moving stage 29. The moving stage 29 is a uniaxial moving stage operated by a motor 29a, and is adjusted so as to reciprocate the torch 28 along the longitudinal direction of the optical fiber 14 held by the moving units 22 and 23. The heating means is not limited to the torch 28.

TOF10の製造時には、コントローラ21の制御下でモータ29aを駆動することにより、トーチ28を一定の走査速さVで移動する。これにより、トーチ28による加熱位置を光ファイバ14の長手方向に沿って移動させる加熱走査を複数回行う。1回の加熱走査は、図中右方向と左方向のいずれか一方向への加熱位置の移動であり、続く次の1回の加熱走査では逆方向に加熱位置を移動する。加熱走査による加熱位置の移動方向と走査長とは、コントローラ21によって制御される。加熱走査の回数については後述する。 During manufacture of TOF10, by driving the motor 29a under the control of the controller 21 moves the torch 28 at a constant scan speed V 2. Thereby, the heating scanning which moves the heating position by the torch 28 along the longitudinal direction of the optical fiber 14 is performed a plurality of times. One heating scan is a movement of the heating position in either the right direction or the left direction in the figure, and the heating position is moved in the opposite direction in the next one heating scan. The moving direction of the heating position and the scanning length by the heating scanning are controlled by the controller 21. The number of heating scans will be described later.

引っ張り速さVと走査速さVとの比(V/V)を小さくするほど、加熱走査の回数nが多くなるがTOF10の特にテーパ遷移部12におけるファイバ半径の変化をより滑らかにしたテーパ形状を得ることができる。なお、引っ張り速さVは、走査速さVよりも小さく(V<V)設定される。 As the ratio (V 1 / V 2 ) between the pulling speed V 1 and the scanning speed V 2 is decreased, the number of heating scans n is increased, but the change in the fiber radius of the TOF 10 particularly in the tapered transition portion 12 is smoother. A tapered shape can be obtained. The pulling speed V 1 is set to be smaller than the scanning speed V 2 (V 1 <V 2 ).

演算部25は、1回目〜n回目の加熱走査における走査長L〜Lを求め(演算工程)、求めた走査長L〜Lをコントローラ21にセットする。既に製造したTOF10と同じ条件でTOF10を製造する場合に、同じ条件で前回求めた走査長L〜Lをコントローラ21にセットしてもよい。この演算部25は、損失を抑えながらTOF10の全長Xを短くしたTOF10を製造するための走査長L〜Lを求める。TOF10の全長Xは、テーパウエスト部11と一対のテーパ遷移部12との長さの合計である。なお、走査長L〜Lの算出の詳細については後述する。 The computing unit 25 obtains the scanning lengths L 1 to L n in the first to n-th heating scans (calculation process), and sets the obtained scanning lengths L 1 to L n in the controller 21. When the TOF 10 is manufactured under the same conditions as the TOF 10 that has already been manufactured, the scanning lengths L 1 to L n previously obtained under the same conditions may be set in the controller 21. The calculation unit 25 obtains scanning lengths L 1 to L n for manufacturing the TOF 10 in which the total length X of the TOF 10 is shortened while suppressing loss. The total length X of the TOF 10 is the total length of the tapered waist portion 11 and the pair of tapered transition portions 12. Details of the calculation of the scanning lengths L 1 to L n will be described later.

上記TOF製造装置20を用いたTOF10の形成過程について図3の形成モデルを参照して説明する。図3では、光ファイバ14の両端を把持したクランプ26等の部材の図示を省略している。また、形成モデルでは、トーチ28の炎の幅が光ファイバ14の長さについて無視できるほど十分に小さいものとしている。   The formation process of the TOF 10 using the TOF manufacturing apparatus 20 will be described with reference to the formation model of FIG. In FIG. 3, illustration of members such as the clamp 26 that holds both ends of the optical fiber 14 is omitted. Further, in the formation model, the width of the flame of the torch 28 is sufficiently small to be negligible with respect to the length of the optical fiber 14.

図3(A)のように、1回目の加熱走査では、トーチ28は、走査速さVで走査長Lだけ図中右方向に移動する。このトーチ28の移動で、一対のクランプ26の間の光ファイバ14上で加熱位置が走査速さVで走査長Lだけ移動する。また、この加熱走査の開始と同時に、移動部22,23によって光ファイバ14の両端がそれぞれ引っ張り速さVで移動するように光ファイバ14が引っ張られる。これにより、トーチ28によって加熱された光ファイバ14の加熱領域Hが延伸され、図3(B)のように、光ファイバ14の初期のファイバ半径rよりも小さなファイバ半径rの円柱形状の延伸領域Eが形成される。 As shown in FIG. 3 (A), the in the first heating scan, the torch 28 is moved to the right in FIG scanning length L 1 in the scanning speed V 2. In the movement of the torch 28, heating position on the optical fiber 14 between the pair of clamp 26 is moved by the scanning length L 1 in the scanning speed V 2. Simultaneously with the start of the heating scan, the optical fiber 14 as both ends of the optical fiber 14 is moved at a speed V 1 tensile each is pulled by the moving section 22, 23. As a result, the heating region H 1 of the optical fiber 14 heated by the torch 28 is stretched, and as shown in FIG. 3B, a cylindrical shape having a fiber radius r 2 smaller than the initial fiber radius r 1 of the optical fiber 14. the stretching region E 2 is formed.

ここで、TOF10を構成するものではないが、便宜上、延伸領域Eの左側の光ファイバ14に微小領域Sが、また延伸領域Eの右側の光ファイバ14に微小領域Sがそれぞれ仮想的に形成されているものとする。また、微小領域S,Sのファイバ半径は、TOF10の製造に用いる光ファイバ14のファイバ半径Rと同じであるが、それぞれr,rとする。 Here, although not constitute a TOF10, for convenience, a virtual micro area S 0 to the optical fiber 14 in the left drawing region E 2 is also on the right side of the optical fiber 14 in the stretching region E 2 is small region S 1 respectively It is assumed that it is formed. Further, the fiber radii of the micro regions S 0 and S 1 are the same as the fiber radius R of the optical fiber 14 used for manufacturing the TOF 10 , but are r 0 and r 1 , respectively.

1回目の加熱走査後、トーチ28が移動方向を反転して2回目の加熱走査が開始される。この2回目の加熱走査では、トーチ28の移動により光ファイバ14の加熱位置が走査長Lだけ図中左方向に移動する。この2回目及びこれ以降の加熱走査においても、走査速さはVである。光ファイバ14の両端は、継続的にそれぞれ引っ張られている。このため、延伸領域Eの右端から始まる長さLの加熱領域Hが加熱される。そして、この加熱領域Hが延伸されて、図3(C)のように、延伸領域Eよりも小さなファイバ半径rの円柱形状の延伸領域Eが形成される。また、延伸領域Eの左側には、円柱形状の微小領域Sが形成されている。微小領域Sは、延伸領域Eのうち2回目の加熱走査で加熱・延伸されずに残った領域である。したがって、微小領域Sのファイバ半径は、延伸領域Eと同じファイバ半径rである。 After the first heating scan, the torch 28 reverses the moving direction and the second heating scan is started. In the second heat scan a heating position of the optical fiber 14 is moved leftward in the drawing by the scanning length L 2 by the movement of the torch 28. Also in this second and subsequent heating scan, scan speed is V 2. Both ends of the optical fiber 14 are continuously pulled. Therefore, the heating region of H 2 length L 2 starting from the right end of the stretching region E 2 is heated. Then, the heating region H 2 is stretched, as shown in FIG. 3 (C), the stretching region E 3 cylindrical small fiber radius r 3 is formed than stretch zone E 2. Further, on the left side of the drawing area E 3 are micro-region S 2 of the cylindrical shape is formed. The micro region S 2 is a region that remains without being heated and stretched in the second heating scan in the stretching region E 2 . Therefore, the fiber radius of the minute region S 2 is the same fiber radius r 2 as that of the stretched region E 2 .

2回目の加熱走査後、トーチ28が移動方向を反転して3回目の加熱走査が開始される。この3回目の加熱走査により、延伸領域Eの左端から始まる加熱領域Hが加熱され、この加熱領域Hが延伸される。加熱領域Hの長さは、3回目の加熱走査の走査長と同じLである。これにより、図3(D)のように、延伸領域Eよりも小さなファイバ半径rの円柱形状の延伸領域Eが形成され、延伸領域Eの左側に円柱形状の微小領域Sが形成される。微小領域Sは、延伸領域Eのうち3回目の加熱走査で加熱・延伸されずに残った領域であり、延伸領域Eと同じrである。 After the second heating scan, the torch 28 reverses the moving direction and the third heating scan is started. The heating scans the third, the heating region H 3 starting from the left end of the stretching region E 3 is heated, this heating region H 3 is stretched. Length of the heating region H 3 is the same as L 3 and the scanning length of the third heat scan. Thus, as shown in FIG. 3 (D), the stretched area E 4 is formed of a cylindrical shape of a small fiber radius r 4 than stretching region E 3, a minute area S 3 of the cylindrical on the left side of the drawing area E 4 It is formed. Minute domains S 3 is a remaining region without being heated and stretched in the third heat scan of the stretching region E 3, the same r 3 and the stretching region E 3.

3回目の加熱走査後、トーチ28が移動方向を反転して4回目の加熱走査が開始される。この4回目の加熱走査により、延伸領域Eの右端から始まる加熱領域Hが加熱される。加熱領域Hの長さは、4回目の加熱走査の走査長と同じLである。そして、この加熱領域Hが延伸され、図3(E)のように、延伸領域Eよりも小さなファイバ半径rの円柱形状の延伸領域Eが形成され、さらに延伸領域Eの左側には、ファイバ半径rの円柱形状の微小領域Sが形成される。同様にして、n回目の加熱走査までを順次に行う。 After the third heating scan, the torch 28 reverses the moving direction and the fourth heating scan is started. The heating scans the fourth, the heating region H 4 starting from the right end of the stretching region E 4 is heated. Length of the heating region H 4 is the same as L 4 and the scanning length of the fourth heating scan. Then, the heated region H 4 is stretched, as shown in FIG. 3 (E), the the stretching region E 5 formed of cylindrical shape of smaller fiber radius r 5 than stretching region E 4, further left stretching region E 5 Is formed with a cylindrical minute region S 4 having a fiber radius r 4 . Similarly, the processes up to the nth heating scan are sequentially performed.

上記形成モデルにおいては、2回目以降の加熱走査ごとに微小領域S,S,・・・Sが形成される。そして、その加熱走査ごとに加熱走査の終端側に、例えば右方向への加熱走査ごとに図中右側にファイバ半径が漸減する微小領域S,S,・・・が順次に形成される。また、左方向への加熱走査ごとに図中左側にファイバ半径が漸減する微小領域S,S,・・・が順次に形成される。これによって、一対のテーパ遷移部12が形成される。テーパウエスト部11は、形成モデルにおいてはn回目の加熱走査によって形成される延伸領域En+1である。なお、後述するように、加熱走査が追加される場合には、その追加された最後の加熱によって形成される延伸領域である。 In the formation model, the micro regions S 2 , S 3 ,... Sn are formed for each second and subsequent heating scans. For each heating scan, minute regions S 3 , S 5 ,... Where the fiber radius gradually decreases are formed sequentially on the end side of the heating scan, for example, on the right side in the drawing for each heating scan in the right direction. In addition, minute regions S 2 , S 4 ,... Where the fiber radius gradually decreases are sequentially formed on the left side in the drawing for each heating scan in the left direction. As a result, a pair of tapered transition portions 12 are formed. In the formation model, the taper waist portion 11 is an extension region En + 1 formed by the nth heating scan. As will be described later, when a heating scan is added, it is a stretched region formed by the last heating added.

加熱走査の順番を示す走査番号をk(=1,2,・・・n)として、形成モデルにおいては、微小領域Sを円柱形状としているが、実際には、トーチ28の炎の幅が有限であることや軟化した光ファイバ14の粘性等により、そのファイバ半径が漸減する形状であり、テーパ角を有するものとなる。この形成モデルにおける微小領域SがTOF10の局所であり、そのファイバ半径rが局所的なファイバ半径、テーパ角θが局所的なテーパ角となる。さらに、形成モデルでは、延伸領域Eを円柱形状としているが、実際の延伸領域Eは、長手方向中央に向かってファイバ半径が指数関数的に小さくなる指数関数形状になる。したがって、テーパウエスト部11についても同様の形状となる。 In the formation model, the micro area Sk is a cylindrical shape with the scanning number indicating the order of the heating scanning being k (= 1, 2,..., N), but actually the width of the flame of the torch 28 is The fiber radius is gradually reduced due to the finiteness or the viscosity of the softened optical fiber 14 and has a taper angle. The minute region S k in this formation model is the local area of the TOF 10, the fiber radius r k is the local fiber radius, and the taper angle θ k is the local taper angle. Further, in the formation model, the stretched region E k has a cylindrical shape, but the actual stretched region E k has an exponential function shape in which the fiber radius decreases exponentially toward the center in the longitudinal direction. Therefore, the tapered waist portion 11 has the same shape.

上記演算部25は、次の式(1)を目的関数として最適化を行う。すなわち、全長Xを最小にする走査長L〜Lを求める。演算部25は、最適化には滑降シンプレックス法を用いた演算処理を行う。この最適化の際には、TOF10を透過する光の損失を抑えるために式(2)で示される第1の制約条件が与えられる。なお、最適化のアルゴリズムとしては、滑降シンプレックス法に限定されるものではない。なお、式(2)中のFは、後述する最適化係数であり、Ω(r)は、ファイバ半径rについての断熱基準角である。 The arithmetic unit 25 performs optimization using the following equation (1) as an objective function. That is, the scanning lengths L 1 to L n that minimize the total length X are obtained. The calculation unit 25 performs calculation processing using the downhill simplex method for optimization. In this optimization, the first constraint condition expressed by the equation (2) is given in order to suppress the loss of light transmitted through the TOF 10. The optimization algorithm is not limited to the downhill simplex method. Incidentally, F in the formula (2) is an optimization factor to be described later, Omega (r k) is a thermal insulation reference angle for the fiber radius r k.

Figure 2016153850
以下、式(1),式(2)について図4を参照して説明する。図4は、形成モデルにおいて、k回目の加熱走査後の光ファイバ14の一部の状態を示している。なお、図4では、k回目の加熱走査開始時の加熱位置を原点とし、k回目の加熱走査においてトーチ28が移動する方向を正としたZ軸を記し、各部の位置(Z座標)を示してある。
Figure 2016153850
Hereinafter, the expressions (1) and (2) will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows a state of a part of the optical fiber 14 after the k-th heating scan in the formation model. In FIG. 4, the Z-axis is shown with the heating position at the start of the k-th heating scan as the origin, and the direction in which the torch 28 moves in the k-th heating scan is positive, and the position (Z coordinate) of each part is shown. It is.

k回目の加熱走査では、光ファイバ14の加熱領域Hが加熱されて延伸されることにより、延伸領域Ek+1が形成される。加熱領域Hの長さは、k回目の加熱走査の走査長L、走査速さV、引っ張り速さVを用いて「{(V―V)/V}・L」として求められる。また、加熱領域Hは、それがk−1回目の加熱走査で形成された延伸領域Eの一部であるから、延伸領域Eと同じファイバ半径rである。延伸領域Eの長さは、「{(V+V)/V}・L」として求められる。 In the k-th heating scan, the heating region H k of the optical fiber 14 is heated and stretched to form a stretching region E k + 1 . The length of the heating region H k is obtained by using the scanning length L k , the scanning speed V 2 , and the pulling speed V 1 of the k-th heating scanning, “{(V 2 −V 1 ) / V 2 } · L k. Is required. The heating region H k, it is because it is part of the stretching region E k formed of (k-1) -th heating scan, the same fiber radius r k and the stretching region E k. The length of the stretching region E k is determined as “{(V 2 + V 1 ) / V 2 } · L k ”.

TOF10の全長Xは、1回目の加熱走査による延伸領域Eの長さと、2回目以降の加熱走査ごとの長さの増分の合計として求めることができる。延伸領域Eの長さXは、次の式(3)によって表される。また、2回目以降の加熱走査ごとの長さの増分ΔXは、加熱領域Hk−1と延伸領域Eとの差であるから、式(4)で表せる。これら式(3),(4)より式(1)が得られる。 Total length X of TOF10 can be obtained and the length of the stretching region E 2 by first heating scan, as the sum of the lengths of increments per second or subsequent heating scan. Length X 2 of the drawing region E 2 is represented by the following equation (3). Further, the increment ΔX in length for each heating scan after the second time is the difference between the heating region H k-1 and the stretching region E k, and therefore can be expressed by Expression (4). Equation (1) is obtained from these equations (3) and (4).

Figure 2016153850
TOF10の任意の位置における局所的なファイバ半径rについて、その位置の局所的なテーパ角θが断熱基準角Ω(r)以下であれば、その局所において基本モードと高次モードの光の結合による損失の影響が十分に小さくなり、断熱条件が満たされることになる。断熱基準角Ω(r)は、HE11モード(基本モード)の伝搬定数をβ,高次モードの1つであるHE12モードの伝搬定数をβとしたときに、次の式(5)で求められる。式(5)は、HE11モードとHE12モードとの結合の損失に着目したものであり、その他の高次モードとの結合の損失は無視できる程度に十分に小さいものと想定している。
Figure 2016153850
For a local fiber radius r at an arbitrary position of the TOF 10, if the local taper angle θ at the position is equal to or smaller than the adiabatic reference angle Ω (r), the local mode is caused by the coupling of light of the fundamental mode and higher order mode. The influence of the loss is sufficiently reduced and the heat insulation condition is satisfied. The adiabatic reference angle Ω (r) is expressed by the following equation (5) when the propagation constant of the HE 11 mode (fundamental mode) is β 1 and the propagation constant of the HE 12 mode, which is one of the higher order modes, is β 2. ). Expression (5) focuses on the coupling loss between the HE 11 mode and the HE 12 mode, and assumes that the coupling loss with other higher-order modes is sufficiently small to be negligible.

Figure 2016153850
k回目の加熱走査で形成される微小領域Sのファイバ半径rは、次の式(6)のように表すことができる。微小領域Sのファイバ半径rは、k−1回目の加熱走査で形成される延伸領域Eのものと同じであり、その延伸領域Eは、加熱領域Hk−1を延伸したものであるから、延伸領域Eと加熱領域Hk−1との体積が同じになることに基づいて式(6)が導き出される。
Figure 2016153850
Fiber radius r k of the minute regions S k which is formed by the k-th heat scan can be represented as the following equation (6). The fiber radius r k of the minute region S k is the same as that of the stretching region E k formed by the (k−1) th heating scan, and the stretching region E k is a stretching of the heating region H k−1. Therefore, Formula (6) is derived based on the fact that the volume of the stretching region E k and the heating region H k-1 are the same.

Figure 2016153850
k回目の加熱走査で形成される微小領域Sのテーパは、図4に示されるように、微小領域Sと微小領域Sk−2との段差部分により形成される斜面として近似できる。このため、k回目の加熱走査で形成されるテーパ角θは、式(6)に基づいて得られるファイバ半径rk−2,rを用いて、次の式(7)に基づいて求めることができる。なお、1回目の加熱走査では、微小領域が形成されないのでテーパ角を求める必要はないので、2回目以降の加熱走査で形成されるテーパ角θ、すなわちk≧2の場合についてのテーパ角θを求めればよい。
Figure 2016153850
taper of microscopic regions S k which is formed by the k-th heating scan, as shown in FIG. 4 can be approximated as the slope formed by the micro-regions S k and the step portion between the small regions S k-2. Therefore, the taper angle theta k formed in the k-th heating scan, using a fiber radius r k-2, r k obtained based on the equation (6), determined on the basis of the following equation (7) be able to. In the first heating scan, there is no need to obtain the taper angle because no micro-region is formed, so the taper angle θ k formed in the second and subsequent heating scans, that is, the taper angle θ for k ≧ 2. What is necessary is just to obtain | require k .

Figure 2016153850
最適化係数Fは、ファイバ半径rの増減に対して断熱基準角度Ω(r)が変化することに着目し、この断熱基準角度Ω(r)の変化に沿った新たなテーパ角の上限(以下、最適化上限角という)である「F・Ω(r)」を設定するために導入している。最適化上限角でテーパ角θを制限して、式(1)を最適化することにより、損失を抑えながら、短い全長XのTOF10を製造するための走査長L〜Lを決定することができる。
Figure 2016153850
The optimization factor F focuses on the fact that the adiabatic reference angle Ω (r) changes as the fiber radius r increases and decreases, and a new upper limit of the taper angle along the change of the adiabatic reference angle Ω (r) (below) This is introduced to set “F · Ω (r)” which is an optimization upper limit angle). By limiting the taper angle θ with the optimization upper limit angle and optimizing the expression (1), the scanning lengths L 1 to L n for manufacturing the TOF 10 having the short full length X are determined while suppressing the loss. Can do.

最適化係数Fは、「0<F<1」の範囲内で設定する。最適化係数Fを小さくするほど損失が抑えられて高い透過率が得られる。最適化係数Fを小さくしていくと、基底モードと高次モードとの結合による損失よりも、埃等の付着などの影響を受けた外因性の損失が支配的になり、透過率に顕著な違いが出なくなる場合がある。このような場合に、過度に最適化係数Fを小さくすると、透過率の向上の効果がほとんどない状態で全長Xが増大してしまうので、製造環境等を含めて最適化係数Fを選択するのがよい。   The optimization coefficient F is set within the range of “0 <F <1”. The smaller the optimization factor F, the lower the loss and the higher the transmittance. As the optimization factor F is reduced, the extrinsic loss influenced by the adhesion of dust or the like becomes more dominant than the loss due to the coupling between the fundamental mode and the higher order mode, and the transmittance is remarkable. There may be no difference. In such a case, if the optimization factor F is excessively reduced, the total length X increases in a state where there is almost no effect of improving the transmittance. Therefore, the optimization factor F including the manufacturing environment is selected. Is good.

上記ファイバ半径r、テーパ角θなどの算出の基になるTOF10の形成モデルは、k回目の加熱走査によって有限な長さの微小領域Sを形成することを前提としている。すなわち、加熱位置は、k回目の加熱走査において微小領域Sk−2に達しないことが前提である。原点Oからのk回目の加熱走査完了時における微小領域Sk−2までの距離Dk−2は、次の式(8)となるから、走査長Lに関して式(9)が第2の制約条件として最適化の際に与えられる。 Formation model TOF10 underlying the calculation such as the fiber radius r k, the taper angle theta k are assumed to form minute domains S k of finite length by k-th heating scan. That is, it is premised that the heating position does not reach the minute region Sk-2 in the k- th heating scan. Since the distance D k−2 from the origin O to the minute region S k−2 when the k-th heating scan is completed is expressed by the following expression (8), the expression (9) is the second expression regarding the scanning length L k . It is given as a constraint when optimizing.

Figure 2016153850
式(1)の最適化の際の自由度を抑え、演算処理数を減らして演算時間の短縮を図るために、走査長Lが走査番号kについての関数であり、その関数が走査番号kの増減に対して滑らかな変化を示すものとして、走査長Lに関する第3の制約条件を加えている。これは、連続的に変化するファイバ半径rに対して断熱基準角Ω(r)がなめらかな変化を示す関数となることに基づいている。
Figure 2016153850
The scanning length L k is a function for the scanning number k in order to reduce the number of arithmetic processing steps and shorten the arithmetic time by suppressing the degree of freedom in optimization of the expression (1), and that function is the scanning number k. as indicating a smooth change with respect to an increase or decrease, it is added a third constraint on the scanning length L k. This is based on the fact that the adiabatic reference angle Ω (r) becomes a function showing a smooth change with respect to the continuously changing fiber radius r.

すなわち、走査長Lを、kを変数とした高次の多項式で表される関数とし、複数個の特定のkに対応する走査長Lを最小化(式(1)の最適化)の際の変数とし、残りのkに対応する走査長Lについては、特定のkと対応する走査長Lとの組み合わせに基づいて決まる関数の値とする。 That is, the scanning length L k is a function represented by a high-order polynomial with k as a variable, and the scanning length L k corresponding to a plurality of specific k is minimized (optimization of Expression (1)). The scanning length L k corresponding to the remaining k is a function value determined based on the combination of the specific k and the corresponding scanning length L k .

具体的には、mをnよりも小さい3以上の自然数とし、走査長Lは、走査番号kを変数とする(m−1)次元の多項式の関数(以下、走査長関数という)で表されるとする。n個の走査長Lのうちのm個の特定の走査番号kに対応する走査長Lについては、式(1)を最適化する際の変数として扱う。また、特定の走査番号kとこれに対応する走査長Lのm個の組み合わせを用い、補間法により、残りの(n−m)個の走査番号kに対応する各走査長Lを求める。すなわち、特定の走査番号kとこれに対応する走査長Lのm個の組み合わせを満たす走査長関数が得られるが、残りの(n−m)個の走査番号kに対応する各走査長Lは、その走査長関数の値として求め、式(1)を最適化する際の走査長Lとして用いる。なお、特定の走査番号kに対応する走査長Lが変数として扱われるから、走査長関数は、変数である走査長Lに応じて変化する。 Specifically, m is a natural number of 3 or more smaller than n, and the scanning length L k is expressed by a (m−1) -dimensional polynomial function (hereinafter referred to as a scanning length function) with the scanning number k as a variable. Suppose that The scan length L k corresponding to m specific scan numbers k out of the n scan lengths L k is treated as a variable when optimizing the equation (1). Further, using the m-number of combinations of the scan length L k corresponding thereto and specific scan number k, by interpolation, obtaining the respective scanning length L k corresponding to the remaining (n-m) pieces of scan number k . That is, a scan length function satisfying m combinations of a specific scan number k and the corresponding scan length L k is obtained, but each scan length L corresponding to the remaining (nm) scan numbers k. k is obtained as a value of the scanning length function, and is used as the scanning length L k when the expression (1) is optimized. Since the scan length L k corresponding to the specific scan number k is treated as a variable, the scan length function changes according to the scan length L k that is a variable.

本例においては、補間法としてはラグランジェ補間法を用い、特定の走査番号kとして、9(=m)個の走査番号kを1〜nの間で等間隔に設定した。mの値は、適宜設定可能であるが、本例で用いた滑降シンプレックス法では、一般的に変数が比較的に少ない場合、例えば10個程度以下の場合に有効とされているため、m=9としている。mの値は、式(1)を最適化するアルゴリズムに適した個数に設定することが好ましい。   In this example, a Lagrange interpolation method is used as the interpolation method, and 9 (= m) scan numbers k are set at equal intervals between 1 and n as specific scan numbers k. Although the value of m can be set as appropriate, the downhill simplex method used in this example is generally effective when the number of variables is relatively small, for example, about 10 or less. Nine. The value of m is preferably set to a number suitable for the algorithm for optimizing equation (1).

走査長Lについては、上限値Lupperと下限値Llowerが第4の制約条件としてさらに与えられる。上限値Lupperは、TOF製造装置20による加熱走査の機械的な限界として設定される。下限値Llowerは、トーチ28の炎の有限幅を考慮したものである。この例では、上限値Lupperは40000μm、下限Llowerは400μmである。 For the scanning length L k , an upper limit value Lupper and a lower limit value Llower are further given as the fourth constraint condition. The upper limit value Lupper is set as a mechanical limit of heating scanning by the TOF manufacturing apparatus 20. The lower limit Llower takes into account the finite width of the flame of the torch 28. In this example, the upper limit Lupper is 40000 μm and the lower limit Llower is 400 μm.

Figure 2016153850
断熱基準角Ω(r)が急激に増大する特定ファイバ半径以下になるファイバ半径rに対応する加熱走査については、その走査長LをLlowerに固定する第5の制約条件を加えることも好ましい。走査長関数として(m−1)次元の多項式の関数を使うことで最適化の自由度を制限しているが、この第5の制約条件により、この制約を加えずに全ての走査長Lを最適化した場合に比べて、断熱基準角Ω(r)が急激に増大する領域を除かれることによって、より真の最適解に近い解(走査長)が得られる。延伸領域(または加熱領域)のファイバ半径が特定ファイバ半径以下となる加熱走査の回数は、上記式(6)に示されるrとrk−1の関係と、光ファイバ14の初期のファイバ半径(R)とを用いて導き出すことができる。
Figure 2016153850
For heating scan adiabatic reference angle Omega (r) corresponds to the rapidly increasing specific fiber radius below made fiber radius r k, it is also preferable to add a fifth constraint to fix the scanning length L k in Llower . Although the degree of freedom of optimization is limited by using a (m−1) -dimensional polynomial function as the scan length function, all the scan lengths L k are added without adding this constraint due to the fifth constraint condition. Compared to the case where is optimized, by removing the region where the adiabatic reference angle Ω (r) increases rapidly, a solution (scanning length) closer to the true optimum solution can be obtained. Number of heating scan the fiber radius is below a certain fiber radius stretching region (or heated region), the above equation and relation r k and r k-1 as shown in (6), the optical fiber 14 initial fiber radius (R) and can be derived.

加熱回数nは、次の式(12)に基づいて求めることができる。式(12)中の値rは、最終的に作製するテーパウエスト部11の目標のファイバ半径であり、値rは、上記の仮想的な微小領域Sのファイバ半径であり、TOF10の製造に用いる光ファイバ14のファイバ半径Rと同じである。なお、式(12)は、上記式(6)の関係に基づいて導き出せる。 The number of times of heating n can be obtained based on the following equation (12). The value r w in the equation (12) is the target fiber radius of the tapered waist portion 11 to be finally produced, and the value r 0 is the fiber radius of the virtual minute region S 0 described above. It is the same as the fiber radius R of the optical fiber 14 used for manufacturing. Equation (12) can be derived based on the relationship of Equation (6) above.

Figure 2016153850
光ファイバ14の長手方向についてのトーチ28の炎の幅、すなわち加熱位置で光ファイバ14が加熱される幅が走査長Lの下限値Llowerに比べて無視できない場合ある。この場合には、実際に作製されるテーパウエスト部11のファイバ半径が、形成モデルから求められるファイバ半径よりも太くなる。このような場合には、上述の各種制約条件下で求められる走査長Lのプロファイルを修正する。この修正では、n回の加熱走査の後に加熱走査を追加して、テーパウエスト部11を必要とするファイバ半径にする。追加する加熱走査の回数は、例えば計算によりあるいは実験的に決めることができる。また、シングルモードで導波するのに必要なファイバ半径のテーパウエスト部11のファイバ半径を得る場合では、n回の加熱走査後に、製造中のTOF10の透過光強度の測定結果に基づいてテーパウエスト部11によるシングルモードでの導波が確認されるまで加熱走査を追加してもよい。製造中のTOF10の透過光強度を測定するには、例えばレーザダイオード等の光源からの光を、TOF製造装置20にセットされている光ファイバ14の一端に入射させ、その光ファイバ14の他端から射出される光をフォトディテクタ(光強度測定装置)で検出することで測定できる。シングルモードで導波になった否かは、透過光強度の振動が消失することで確認できる。これは高次モードと基本モードの干渉状態が延伸によって変化し、透過光強度の振動が生じることを利用している。なお、追加する加熱走査の走査長Lは、下限値Llowerとすればよい。
Figure 2016153850
The width of the flame of the torch 28 in the longitudinal direction of the optical fiber 14, i.e. when the width of the optical fiber 14 is heated is not negligible as compared with the lower limit value Llower scan length L k in the heating position. In this case, the fiber radius of the taper waist part 11 actually produced becomes thicker than the fiber radius calculated | required from a formation model. In such a case, modifying the profile of the scan length L k required by various constraints under the conditions described above. In this modification, a heating scan is added after n heating scans to make the tapered waist 11 a required fiber radius. The number of heating scans to be added can be determined, for example, by calculation or experimentally. Further, in the case of obtaining the fiber radius of the taper waist portion 11 having the fiber radius necessary for guiding in the single mode, the taper waist is determined based on the measurement result of the transmitted light intensity of the TOF 10 being manufactured after n heating scans. Heating scanning may be added until waveguide in the single mode by the part 11 is confirmed. In order to measure the transmitted light intensity of the TOF 10 being manufactured, for example, light from a light source such as a laser diode is incident on one end of the optical fiber 14 set in the TOF manufacturing apparatus 20 and the other end of the optical fiber 14 is entered. It can measure by detecting the light inject | emitted from a photo detector (light intensity measuring device). Whether or not the light is guided in the single mode can be confirmed by the disappearance of the vibration of the transmitted light intensity. This utilizes the fact that the interference state between the higher-order mode and the fundamental mode changes due to stretching and vibration of the transmitted light intensity occurs. The scanning length L k of the heat scan to be added may be the lower limit Llower.

次にTOF製造装置20の作用について説明する。TOF10を製造する場合には、製造に用いる光ファイバ14の両端を一対のクランプ26に把持する。続いて、光ファイバ14のファイバ半径R、伝搬定数β1,β2、テーパウエスト部11の目標とするファイバ半径rや、最適化係数Fをパラメータとして演算部25に設定する。テーパウエスト部11の目標とするファイバ半径rとしては、例えばシングルモードで導波するのに必要なファイバ半径を入力する。TOF10全長Xと透過率(損失)との関係は、入力した最適化係数Fによって決まるため、ファイバ半径rやテーパ角θに関するプロファイル等の詳細な情報を入力する必要はない。なお、テーパウエスト部11をシングルモードで導波させる場合には、ファイバ半径rを、カットオフ条件を満たしてシングルモードで導波するファイバ半径以下とする。 Next, the operation of the TOF manufacturing apparatus 20 will be described. When manufacturing the TOF 10, both ends of the optical fiber 14 used for manufacturing are held by a pair of clamps 26. Subsequently, the fiber radius R of the optical fiber 14, propagation constants β 1 and β 2, the target fiber radius r w of the tapered waist portion 11, and the optimization coefficient F are set in the computing unit 25 as parameters. The fiber radius r w of the target of the tapered waist portions 11, enter the fiber radius required, for example, to waveguide in a single mode. Relationship between TOF10 full length X and transmittance (loss), since that is determined by the optimum factor F entered, there is no need to enter detailed information profile concerning fiber radius r k and the taper angle theta k. When the tapered waist portion 11 is guided in a single mode, the fiber radius r w is set to be equal to or less than the radius of the fiber that satisfies the cutoff condition and guides in the single mode.

パラメータの設定が完了すると、演算部25は、設定されたパラメータと、光ファイバ14のファイバ半径r(=R)及びテーパウエスト部11のファイバ半径rとから、式(12)に基づいて走査回数nを決定する。滑降シンプレックス法により式(1)を最適化するための演算を行う。設定された最適化係数Fが代入された第1の制約条件、及び第2〜第5の制約条件の下で式(1)が最適化されて、1番目〜n番目の加熱走査についての走査長L〜Lが求められる。第1の制約条件を加えているため、走査長Lの自由度が十分に抑えられており、演算部25の演算は短い。なお、式(1)に滑降シンプレックス法を適用するにあたって、初期値として与える特定の9個の走査番号kに対応する走査長Lによって異なる走査長L〜Lが求められる場合があるので、複数組の初期値を与えて、初期値ごとに式(1)の最適化を行って得られる走査長L〜Lのうちから、最適な1組の走査長L〜Lを選択してもよい。 When the parameter setting is completed, the calculation unit 25 calculates the parameter from the set parameter, the fiber radius r 0 (= R) of the optical fiber 14, and the fiber radius r w of the tapered waist portion 11 based on Expression (12). The number of scans n is determined. An operation for optimizing equation (1) is performed by the downhill simplex method. Scanning for the first to nth heating scans is performed by optimizing the expression (1) under the first constraint condition into which the set optimization coefficient F is substituted and the second to fifth constraint conditions. The lengths L 1 to L n are determined. Since the addition of the first constraint, the freedom of the scanning length L k has sufficiently suppressed, operation of the operation portion 25 is short. In applying the downhill simplex method to Equation (1), different scanning lengths L 1 to L n may be obtained depending on the scanning length L k corresponding to the specific nine scanning numbers k given as initial values. A plurality of sets of initial values are given, and an optimal set of scan lengths L 1 to L n is selected from the scan lengths L 1 to L n obtained by optimizing equation (1) for each initial value. You may choose.

演算部25は、求めた走査長L〜Lをコントローラ21にセットする。コントローラ21は、トーチ28の点火後、光ファイバ14の長手方向に速さVでトーチ28の移動を開始して、1回目の加熱走査を行う。この1回目の加熱走査では、走査長Lだけトーチ28が移動する。1回目の加熱走査の開始と同時に、光ファイバ14の長手方向に一対のクランプ26が互いに離れる方向に速さVで移動を開始する。以降は、図3に示される形成モデルを用いて説明したように、2〜n回目の加熱走査が順次に行われる。 The calculation unit 25 sets the obtained scanning lengths L 1 to L n in the controller 21. The controller 21, after ignition of the torch 28, and starts to move the torch 28 in the longitudinal direction to the speed V 2 of the optical fiber 14, performs first heating scan. In this first heating scan, the scan length L 1 by the torch 28 is moved. Simultaneously with the start of the first heating scan, movement of the pair of clamps 26 in the longitudinal direction of the optical fiber 14 starts at a speed V 1 in a direction away from each other. Thereafter, as described using the formation model shown in FIG. 3, the second to nth heating scans are sequentially performed.

そして、1〜n回目の加熱走査の間には、加熱で軟化した光ファイバ14が一対のクランプ26の移動で引っ張られる。このため、トーチ28の走査方向の一方の下流端には、ファイバ半径が順次漸減する微小領域S,S,・・・が順次に形成されるようにしてテーパ遷移部12が形成される。また、走査方向の他方の下流端にも、やはりファイバ半径が順次漸減する微小領域S,S・・・が順次に形成されるようにしてもう1つのテーパ遷移部12が形成される。そして、これら一対のテーパ遷移部12の間には、テーパウエスト部11が形成される。なお、トーチ28の炎の幅が走査長Lの下限値Llowerに比べて無視できない大きさの場合では、上述のように加熱走査を追加して光ファイバ14を延伸し、所望のファイバ半径のテーパウエスト部11を形成する。 During the 1st to nth heating scans, the optical fiber 14 softened by heating is pulled by the movement of the pair of clamps 26. For this reason, at one downstream end in the scanning direction of the torch 28, the taper transition portion 12 is formed so that the minute regions S 2 , S 4 ,. . Further, another tapered transition portion 12 is also formed at the other downstream end in the scanning direction so that minute regions S 3 , S 5 . A tapered waist portion 11 is formed between the pair of tapered transition portions 12. In case the width of the flame of the torch 28 is of a size not negligible as compared with the lower limit Llower scan length L k is the optical fiber 14 extends by adding heat scan as described above, the radius of the desired fiber A tapered waist portion 11 is formed.

上記のようにして製造されたTOF10は、クランプ26から取り外される。製造されたTOF10は、式(1)及び式(2)に基づいて決められた走査長L〜Lによる1回目〜n回目の加熱走査で製造されているので、損失が抑えられ、かつ全長Xが短くなっている。 The TOF 10 manufactured as described above is removed from the clamp 26. Since the manufactured TOF 10 is manufactured by the first to n-th heating scans with the scanning lengths L 1 to L n determined based on the equations (1) and (2), the loss is suppressed, and The total length X is shortened.

この例では、加熱走査のためにトーチ28を移動させているが、トーチ28を固定しておき、光ファイバ14の長手方向に移動部22,23を一体に移動させてもよい。また、光ファイバ14を引っ張る際には、移動部22,23の一方を固定しておき他方だけを移動させてもよい。さらに、延伸工程として、加熱走査工程と引っ張り工程とを同時に行う例について説明したが、例えば1回あるいは複数回の加熱走査からなる加熱走査工程ごとに引っ張り工程を行って、光ファイバを延伸してもよい。この場合には、そのような手順でのTOF10の形成モデルに基づいて、作製されるTOF10の全長を求める式を導出すればよい。   In this example, the torch 28 is moved for heating scanning, but the torch 28 may be fixed and the moving parts 22 and 23 may be moved integrally in the longitudinal direction of the optical fiber 14. When pulling the optical fiber 14, one of the moving parts 22 and 23 may be fixed and only the other may be moved. Furthermore, although the example which performs a heating scanning process and a tension | pulling process simultaneously as an extending | stretching process was demonstrated, for example, a tension | pulling process is performed for every heating scanning process which consists of 1 time or multiple times of heating scanning, and an optical fiber is extended | stretched. Also good. In this case, what is necessary is just to derive | lead-out the formula which calculates | requires the full length of TOF10 produced based on the formation model of TOF10 in such a procedure.

[実施例1〜4]
実施例1〜4では、TOF製造装置20により、TOF10を作製した。実施例1〜4では、最適化係数Fが異なる他は、同じ条件でTOF10を作製した。実施例1では、最適化係数Fを0.2とした。また、実施例2では、最適化係数Fを0.4とし、実施例3では0.6,実施例4では0.8とした。
[Examples 1 to 4]
In Examples 1 to 4, the TOF 10 was manufactured by the TOF manufacturing apparatus 20. In Examples 1 to 4, TOF 10 was produced under the same conditions except that the optimization coefficient F was different. In Example 1, the optimization coefficient F was set to 0.2. In the second embodiment, the optimization coefficient F is set to 0.4, 0.6 in the third embodiment, and 0.8 in the fourth embodiment.

光ファイバ14としては、市販のステップインデックス型シングルモードの(Thorlabs製,SM800)を用いた。この光ファイバ14の波長852nmに対するコアの屈折率は1.4574、クラッドの屈折率は1.4525である。また、コアの半径は2.4μm、クラッドの半径(=R)は62.5μmである。   As the optical fiber 14, a commercially available step index type single mode (manufactured by Thorlabs, SM800) was used. The optical fiber 14 has a core refractive index of 1.4574 and a cladding refractive index of 1.4525 for a wavelength of 852 nm. The core radius is 2.4 μm, and the cladding radius (= R) is 62.5 μm.

走査長Lの演算では、複数組の初期値を与えて、初期値ごとに式(1)を滑降シンプレックス法で最適化した。そして、得られる10組の走査長L〜Lのうちから、最適な1組を選択したものを用いた。 In the calculation of the scanning length L k , a plurality of sets of initial values were given, and Equation (1) was optimized by the downhill simplex method for each initial value. Then, from among the 10 sets of scanning length L 1 ~L n obtained, was used to select the optimal set.

第1の制約条件では、断熱基準角Ω(r)については、コア、クラッド、及び空気からなる3層構造を考慮して、波長852nmに対して計算したものを用いた。この計算された断熱基準角Ω(r)のグラフを図5に示す。第4の制約条件における上限値Lupperを40000μm、下限値Llowerを400μmとした。第5の制約条件については、上記のように計算された断熱基準角Ω(r)に基づいて、特定ファイバ半径を4μmとした。このような制約条件の下で、演算により得られる4種類の最適化係数Fについての走査長Lのプロファイルを図6に示す。 In the first constraint, a heat insulation reference angle Ω (r) calculated for a wavelength of 852 nm was used in consideration of a three-layer structure including a core, a clad, and air. A graph of the calculated adiabatic reference angle Ω (r) is shown in FIG. In the fourth constraint condition, the upper limit value Lupper was set to 40000 μm, and the lower limit value Llower was set to 400 μm. With respect to the fifth constraint condition, the specific fiber radius was set to 4 μm based on the adiabatic reference angle Ω (r) calculated as described above. Under such constraint, it shows the profile of a scanning length L k of the four types of optimization factor F obtained by the calculation in FIG.

また、テーパウエスト部11がシングルモードで導波するのに必要なファイバ半径(≦300nm)を得るために、加熱走査される回数を多くした。具体的には、実施例1〜4について当初の最適化の演算で用いた走査回数nは、いずれも288回であるが、テーパウエスト部11を必要なファイバ半径とするために、288回の加熱走査の後に、加熱走査を追加した。追加した加熱走査は、光ファイバ14を透過した光の透過光強度の振動の消失によってテーパウエスト部11がシングルモードでの導波になることが確認されるまで繰返し行った。光ファイバ14の透過光強度の測定は後述する。   Further, in order to obtain a fiber radius (≦ 300 nm) necessary for the tapered waist portion 11 to be guided in a single mode, the number of times of heating scanning is increased. Specifically, the number of scans n used in the initial optimization calculation for Examples 1 to 4 is 288 times, but in order to make the tapered waist portion 11 a necessary fiber radius, 288 times. A heating scan was added after the heating scan. The added heating scan was repeated until it was confirmed that the taper waist 11 was guided in the single mode by the disappearance of the vibration of the transmitted light intensity of the light transmitted through the optical fiber 14. The measurement of the transmitted light intensity of the optical fiber 14 will be described later.

TOF製造装置20は、クラス100000のクリーンフード内に設置して、TOF10の作製を行った。移動部22,23は、ステッパーモータで駆動される直動ステージ(駿河精機株式会社製,KX1250)上にファイバクランプ(Thorlabs製,T711/M250)を取り付けたものとした。これらファイバクランプで光ファイバ14の両端を把持した。引っ張り速さVは、15μm/秒とした。 The TOF manufacturing apparatus 20 was installed in a class 100000 clean hood to produce the TOF 10. The moving parts 22 and 23 were obtained by attaching a fiber clamp (manufactured by Thorlabs, T711 / M250) on a linear motion stage (manufactured by Suruga Seiki Co., Ltd., KX1250) driven by a stepper motor. Both ends of the optical fiber 14 were held with these fiber clamps. Pulling speed V 1 was set to 15μm / sec.

トーチ28としては、ステンレス鋼製のものであり、ノズル内径が135μmの1つ穴のものを用いた。トーチ28には、純粋な水素ガス(酸素を予混合していないもの)を供給し、このガス流量を10mL/分に調整した。ガス流量の調整には、精密ニードルバルブ付流量計(コフロック株式会社製,RK1250)を用いた。また、トーチ28は、ステッパーモータで駆動される直動ステージ上に取り付け、走査速さVを750μm/秒とした。 The torch 28 is made of stainless steel and has a single hole with a nozzle inner diameter of 135 μm. Pure hydrogen gas (without premixed oxygen) was supplied to the torch 28, and the gas flow rate was adjusted to 10 mL / min. For the adjustment of the gas flow rate, a flow meter with a precision needle valve (Koflock Co., Ltd., RK1250) was used. Further, the torch 28 is mounted on a linear stage which is driven by a stepper motor, a scanning speed V 2 was 750 [mu] m / sec.

実施例1〜4について作製されるTOF10のテーパ角θとファイバ半径rとの計算上の関係を図7に示す。なお、図7では、テーパ角θとファイバ半径rとの計算上の関係を実線で示し、それぞれ対応する最適化係数Fを付してある。なお、破線で示す曲線は、断熱基準角Ω(r)と、断熱基準角Ω(r)に最適化係数Fを乗じた最適化上限角(0.2Ω,0.4Ω,0.6Ω,0.8Ω)を示している。   FIG. 7 shows the calculational relationship between the taper angle θ of the TOF 10 manufactured for Examples 1 to 4 and the fiber radius r. In FIG. 7, the calculational relationship between the taper angle θ and the fiber radius r is indicated by a solid line, and a corresponding optimization coefficient F is attached thereto. In addition, the curve shown with a broken line is the optimization upper limit angle (0.2Ω, 0.4Ω, 0.6Ω, 0) obtained by multiplying the insulation reference angle Ω (r) and the insulation reference angle Ω (r) by the optimization coefficient F. .8Ω).

実施例1〜4では、それぞれ5本のTOF10のサンプルを作製し、各サンプルの透過率を測定した。透過率の測定のために、出力波長が852nmのレーザダイオードからの光をビームスプリッタで分割し、ビームスプリッタの99%出力ポートを、クランプ26に把持されている光ファイバ14の一端に溶融接続した。また、ビームスプリッタの1%出力ポートからのレーザ出力に基づいてレーザダイオードの出力をフィードバック制御し、出力を±0.1%以内に安定させた。光ファイバ14の他端をフォトディテクタ装置(自作)に接続し、TOF10の透過光強度(透過率)を製造段階から完成時まで継続的に測定した。   In Examples 1 to 4, five TOF10 samples were prepared, and the transmittance of each sample was measured. In order to measure the transmittance, light from a laser diode having an output wavelength of 852 nm was split by a beam splitter, and a 99% output port of the beam splitter was melt-connected to one end of the optical fiber 14 held by the clamp 26. . Further, the output of the laser diode was feedback-controlled based on the laser output from the 1% output port of the beam splitter, and the output was stabilized within ± 0.1%. The other end of the optical fiber 14 was connected to a photodetector device (self-made), and the transmitted light intensity (transmittance) of the TOF 10 was continuously measured from the manufacturing stage until completion.

完成したTOF10の各サンプルの透過率を図8に示す。実施例1〜3(F=0.2,0.4,0.6)の各サンプルの透過率については、拡大して図9に示す。なお、透過率における相対誤差は±0.1%であり、これは測定に用いたレーザ出力の安定性に依存するものである。最適化係数Fが0.2のTOF10のサンプルと、最適化係数Fが0.4のTOF10のサンプルとでは、透過率に顕著な違いはない。これは、実施例1,2のTOF10において、基本モードと高次モードとの結合による損失が十分に抑制されているためと考えられる。また、これらのサンプルでは、外因性の損失が支配的になっているものと考えられる。   The transmittance of each sample of the completed TOF 10 is shown in FIG. About the transmittance | permeability of each sample of Examples 1-3 (F = 0.2, 0.4, 0.6), it expands and shows in FIG. Note that the relative error in transmittance is ± 0.1%, which depends on the stability of the laser output used for the measurement. There is no significant difference in transmittance between the TOF10 sample with an optimization factor F of 0.2 and the TOF10 sample with an optimization factor F of 0.4. This is considered because the loss due to coupling between the fundamental mode and the higher order mode is sufficiently suppressed in the TOFs 10 of the first and second embodiments. In these samples, exogenous losses are considered to be dominant.

実施例2の全長、透過率を表1に示す。なお、TOF10の全長は、SEM(Scanning Electron Microscope、走査型電子顕微鏡)で測定した5本のサンプルの全長の平均値とした。また、透過率についても5本のサンプルの透過率の平均値とした。なお、表1には、実施例1,3,4についてのTOF10の全長の予想値を括弧付で示す。TOF10の全長の予想値は、形成モデルから計算されるTOF10の全長に、追加した加熱走査で延伸されたTOF10の長さの増加分の予想値を加えた値とした。長さの増加分の予想値は、F=0.4とした場合の形成モデルから計算された全長(19mm)と、実施例2によって作製されたTOF10の実測値(23)mmとの差を用いた。   Table 1 shows the total length and transmittance of Example 2. The total length of the TOF 10 was the average value of the total lengths of the five samples measured by SEM (Scanning Electron Microscope). Further, the transmittance was also an average value of the transmittance of five samples. In Table 1, predicted values of the total length of TOF 10 for Examples 1, 3, and 4 are shown in parentheses. The expected value of the total length of the TOF 10 was a value obtained by adding the predicted value of the increase in the length of the TOF 10 stretched by the added heating scan to the total length of the TOF 10 calculated from the formation model. The expected value of the increase in length is the difference between the total length (19 mm) calculated from the formation model when F = 0.4 and the measured value (23) mm of the TOF 10 produced in Example 2. Using.

Figure 2016153850
Figure 2016153850

また、TOF10の各サンプルのうち実施例2(F=0.4)の1本のサンプルついて、その形状をSEMを用いて測定した。測定したTOF10のサンプルの形状を図10に示す。図10では、横軸がTOF10の長手方向(延伸方向)の距離であり、縦軸がファイバ半径である。横軸に示される距離は、長手方向におけるTOF10の中心からの距離である。また、図10には、作製されるTOF10の計算上の形状を実線で示してある。さらに、上記実施例2(F=0.4)の1本のサンプルついて、測定したファイバ半径とテーパ角との関係を図7中に●印で示す。   Moreover, the shape of one sample of Example 2 (F = 0.4) among each sample of TOF10 was measured using SEM. The shape of the measured sample of TOF10 is shown in FIG. In FIG. 10, the horizontal axis represents the distance in the longitudinal direction (stretching direction) of the TOF 10, and the vertical axis represents the fiber radius. The distance shown on the horizontal axis is the distance from the center of the TOF 10 in the longitudinal direction. In FIG. 10, the calculated shape of the TOF 10 to be produced is shown by a solid line. Further, the relationship between the measured fiber radius and the taper angle for one sample of Example 2 (F = 0.4) is indicated by ● in FIG.

[比較例1,2]
比較例1として、テーパ遷移部のテーパ角が一定なTOFを作製し、比較例2として、ファイバ半径が指数関数的に変化するTOFを作製した。比較例1,2についても、5本のサンプルのTOFをそれぞれ作製した。比較例1,比較例2では、TOF製造装置20を用い、それぞれのTOFの形状を形成すべく、トーチ28の走査長や引っ張り速さV、走査速さV等を調整した他は、実施例1〜4と同じである。
[Comparative Examples 1 and 2]
As Comparative Example 1, a TOF with a constant taper angle at the taper transition portion was produced, and as Comparative Example 2, a TOF with an exponential change in fiber radius was produced. For Comparative Examples 1 and 2, five samples of TOF were prepared. In Comparative Example 1 and Comparative Example 2, except that the TOF manufacturing apparatus 20 was used to adjust the scanning length, the pulling speed V 1 , the scanning speed V 2 and the like of the torch 28 in order to form the shape of each TOF, It is the same as Examples 1-4.

比較例1では、テーパ遷移部のテーパ角を2mradとし、テーパウエスト部については、ファイバ半径の変化が指数関数形状となるようにした。なお、テーパウエスト部の長さは400μmである。比較例2では、テーパウエスト部は、ファイバ半径の変化が減衰定数3mmの指数関数形状とした。比較例1,2について作製されるTOFのテーパ角θとファイバ半径rとの計算上の関係を、二点鎖線,一点鎖線で図7に示す。比較例1のTOFのグラフには「2mrad」を,比較例2のTOFについては「exp」を付してある。また、比較例1のTOFのサンプルの1本について測定したファイバ半径とテーパ角との関係を図7中に□印で示す。   In Comparative Example 1, the taper angle of the taper transition portion was set to 2 mrad, and the change in the fiber radius was an exponential function shape for the taper waist portion. In addition, the length of the taper waist part is 400 μm. In Comparative Example 2, the taper waist portion has an exponential function shape in which the change in fiber radius is an attenuation constant of 3 mm. The calculational relationship between the taper angle θ of the TOF produced for Comparative Examples 1 and 2 and the fiber radius r is shown in FIG. 7 by a two-dot chain line and a one-dot chain line. “2 mrad” is attached to the TOF graph of Comparative Example 1, and “exp” is attached to the TOF of Comparative Example 2. Further, the relationship between the fiber radius and the taper angle measured for one TOF sample of Comparative Example 1 is indicated by □ in FIG.

比較例1,2の各サンプルについて測定した透過率を図8に示し、比較例1のサンプルの透過率については図9にも示す。また、比較例1のTOFのサンプルの形状をSEMで測定した結果を図10に示す。さらに、比較例1,2のTOFの全長、透過率を上記表1に示す。なお、比較例2のTOFの全長は、実施例1等と同様に予想値である。   The transmittance measured for each sample of Comparative Examples 1 and 2 is shown in FIG. 8, and the transmittance of the sample of Comparative Example 1 is also shown in FIG. Moreover, the result of having measured the shape of the sample of TOF of the comparative example 1 with SEM is shown in FIG. Further, the total length and transmittance of the TOFs of Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 1 above. The total length of the TOF of Comparative Example 2 is an expected value as in Example 1 and the like.

実施例1,2のTOF10は、その透過率が極めて高く、すなわち損失が極めて小さくなっているにもかかわらず、その全長Xは、ほぼ同じ透過率となる比較例1のTOFよりもかなり短くなっている。また、実施例3のTOF10は、全長Xは比較例1のTOFの全長の1/3に満たないにもかかわらず、透過率は比較例1に比べて僅かに低いだけである。実施例1〜3のTOF10の透過率は、比較例2に比べてかなり高いが、全長Xは比較例2と同等もしくは比較例2よりも十分に短くなっている。実施例4のTOF10は、例えば比較例1,2のTOFに比べて全長Xがかなり短くなっているが、それでもなお損失が抑えられているため80%以上の透過率を有している。   Although the TOF 10 of Examples 1 and 2 has extremely high transmittance, that is, the loss is extremely small, its total length X is considerably shorter than that of the TOF of Comparative Example 1 having substantially the same transmittance. ing. In addition, although the TOF 10 of Example 3 has a total length X that is less than 1/3 of the total length of the TOF of Comparative Example 1, the transmittance is only slightly lower than that of Comparative Example 1. Although the transmittance of the TOF 10 of Examples 1 to 3 is considerably higher than that of the comparative example 2, the total length X is equal to the comparative example 2 or sufficiently shorter than the comparative example 2. The TOF 10 of Example 4 has a total length X that is considerably shorter than the TOFs of Comparative Examples 1 and 2, for example. However, since the loss is still suppressed, the TOF 10 has a transmittance of 80% or more.

10 テーパ光ファイバ
11 テーパウエスト部
12 テーパ遷移部
14 光ファイバ
21 コントローラ
25 演算部
28 トーチ
走査長
ファイバ半径
θ テーパ角
10 tapered optical fiber 11 taper waist portion 12 tapered transition portion 14 optical fiber 21 controller 25 operation unit 28 torch L k scanning length r k fiber radius theta k taper angle

Claims (4)

テーパウエスト部の両端に一対のテーパ遷移部が形成され、前記テーパウエスト部に向かって前記テーパ遷移部のファイバ径が漸減するテーパ光ファイバの製造方法において、
光ファイバに対する加熱位置を前記光ファイバの長手方向に沿って所定の走査長で移動する加熱走査を行うことにより加熱された前記光ファイバを長手方向に引っ張ることによって延伸する延伸工程と、
前記延伸工程に先立って行なわれ、テーパ光ファイバの局所的なファイバ半径をr、テーパ角をθとし、また前記ファイバ半径rについての断熱基準角をΩ(r)、最適化係数Fを0<F<1としたときに、θ<F・Ω(r)を満たし、かつ前記テーパウエスト部と前記一対のテーパ遷移部との長さの合計Xを最小にする前記各加熱走査の前記走査長をそれぞれ求める走査長決定工程と
を有することを特徴とするテーパ光ファイバの製造方法。
In the method for manufacturing a tapered optical fiber, a pair of tapered transition portions are formed at both ends of the tapered waist portion, and the fiber diameter of the tapered transition portion gradually decreases toward the tapered waist portion.
A stretching step of stretching the optical fiber heated in the longitudinal direction by performing a heating scan that moves the heating position with respect to the optical fiber at a predetermined scanning length along the longitudinal direction of the optical fiber;
Prior to the drawing step, the local fiber radius of the tapered optical fiber is r, the taper angle is θ, the adiabatic reference angle for the fiber radius r is Ω (r), and the optimization factor F is 0 <. When F <1, the scanning length of each heating scan satisfies θ <F · Ω (r) and minimizes the total length X of the tapered waist portion and the pair of tapered transition portions. A method of manufacturing a tapered optical fiber, comprising: a scanning length determining step for obtaining each of
前記延伸工程は、前記加熱位置を前記光ファイバの長手方向に沿った第1の走査方向に移動する加熱走査と前記第1の走査方向と逆向きの第2の走査方向に移動する加熱走査とを交互に行い、前記加熱走査による加熱中に前記光ファイバの両端部を互いに離れる方向にそれぞれ移動させることで前記光ファイバを引っ張り、前記光ファイバの引っ張りでは前記光ファイバの両端部をそれぞれ一定な速さVで移動し、かつ前記加熱走査では加熱位置を一定な速さVで移動し、
前記走査長決定工程は、kを1〜nとして、k回目の加熱走査の走査長をLとし、また2以上のkについてk回目の加熱走査で形成されるテーパ光ファイバの局所的なファイバ半径rをr,テーパ角θをθとしたときに、前記長さの合計Xを式(I)により求め、テーパ角θを式(II)に基づいて求めることを特徴とする請求項1に記載のテーパ光ファイバの製造方法。
Figure 2016153850
The stretching step includes a heating scan that moves the heating position in a first scanning direction along a longitudinal direction of the optical fiber, and a heating scan that moves in a second scanning direction opposite to the first scanning direction. Are alternately performed, and both ends of the optical fiber are moved away from each other during the heating by the heating scanning, and the optical fiber is pulled. Moving at a speed V 1 and moving the heating position at a constant speed V 2 in the heating scan,
The scanning length determining step, a k as 1 to n, the scanning length of the k-th heat scan and L k, also 2 or more tapered optical fiber which is formed by the k-th heat scan for k local fiber When the radius r is r k and the taper angle θ is θ k , the total length X is obtained from the equation (I), and the taper angle θ k is obtained based on the equation (II). Item 2. A method for manufacturing a tapered optical fiber according to Item 1.
Figure 2016153850
前記走査長決定工程は、走査長Lを、kを変数とした高次の多項式で表される関数とし、
複数個の特定のkに対応する走査長Lを最小化する際の変数とし、残りのkに対応する走査長Lについては、前記特定のkと対応する走査長Lとの複数の組み合わせに基づいて決まる前記関数の値とすることを特徴とする請求項2に記載のテーパ光ファイバの製造方法。
In the scanning length determination step, the scanning length L k is a function represented by a high-order polynomial with k as a variable,
The scan length L k corresponding to a plurality of specific k is used as a variable when minimizing, and the scan length L k corresponding to the remaining k is a plurality of scan lengths L k corresponding to the specific k. The method of manufacturing a tapered optical fiber according to claim 2, wherein the value of the function determined based on a combination is used.
前記最適化係数Fが0.4であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のテーパ光ファイバの製造方法。   The method for manufacturing a tapered optical fiber according to claim 1, wherein the optimization coefficient F is 0.4.
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