JPH0581543B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は大きい複屈折を有する光フアイバー
の製造に係わり、特に、このような光フアイバー
をつくることができるプレフオームの製造に関す
る。

この高屈折光フアイバーは早い偏光軸と遅い偏
光軸とを有し、線状に偏光された光をこれらの軸
に沿つて送ることができる。したがつて、フアイ
バーの出力の偏光状態は線状偏光であり、従来の
フアイバーでは出力状態に大きい変化をもたらす
であろうフアイバーへの圧迫、たとえばねじれ、
曲げ、側面への圧力によつても、ほとんど悪影響
を受けない。したがつて、このフアイバーは規定
通りの出力偏光状態を必要とするような用途、た
とえばフアイバー干渉計に用いられる。

フアイバーの複屈折はフアイバーのコアに大き
い非対称歪みを導入し、クラツドにより小さい非
対称歪みを導入することにより形成させることが
できる。非対称応力の軸に沿う屈折率の差異は歪
み光学（光弾性）効果の結果、生ずるもので、フ
アイバーは複屈折となる。この歪みは熱膨張係数
の異なる物質のフアイバーをつくることによつて
発生する。すなわち、これら物質の長手方向の軸
の周りに非対称的に配置することによつてなされ
る。たとえば、フアイバープレフオームのクラツ
ドに２つの異なるガラスを用いる。

複屈折フアイバーをつくるための多くの方法が
知られている。一つの方法は切断法であり、ま
ず、通常の化学蒸着法により、円形の高ドーププ
レフオームをつくり、ついでダイヤモンド鋸で２
つの側面に沿つて切断し、ガラス加工せん盤を回
転、加熱することにより再度円形化し、断面だ円
状のプレフオームをつくる方法である。この方法
では高い歪みのプレフオームを切断しようとする
と、ひび割れが生ずるので、歪みの小さいプレフ
オームしか得られない。さらに、この工程を正確
に制御することも困難である。他の方法は低歪み
プレフオームの長手方向に沿つて２つの溝を形成
し、ついで高膨張係数のガラスロツドをこれら溝
内に配置し、これらロツドを内包するようにして
プレフオームを形成し、ついでこれをフアイバー
に引く方法である。しかし、この方法は２つのロ
ツドとコア間の一定の距離を保つことが困難であ
り、プレフオームとロツドの軟化温度の不一致に
より、ロツドの均一性が損われ、非対称歪みを有
するものとなる。その他の方法として高ドープガ
ラスの層を石英基材チユーブの内側に蒸着し、光
レジスト線を外表面に長手方向に沿つて蒸着し、
露出部分をエツチングし、さらに、標準クラツデ
ングおよびコアの蒸着をおこない所望の非対称プ
レフオームをつくる方法も知られている。しか
し、この方法は機械加工時に割れが生じ易く、
又、酸エツチングがレジストおよびガラスを侵蝕
するからエツチングを数回繰り返しておこなわな
ければならない。

本発明は上記の従来の欠点を克服し得る高複屈
折フアイバーの製造方法を提供することを目的と
するものであつて、これを気相エツチングを利用
しておこなおうとするものである。

すなわち、この発明は第１のガラスからなる中
空チユーブの内面を、その長手方向に沿つて相対
向する２個所においてエツチングガスおよび高温
下に同時に露出することにより、該相対向する２
個所の２つのガラスストリツプを除去し上記第１
のガラスと膨脹性の異なる第２のガラスの層を残
留、形成せしめ、ついで該チユーブの内側に光学
クラツド材層を施し、さらに該クラツド材層の内
側にコア材層を施し、ついで該チユーブを押しつ
ぶして光学的軸非対称フアイバーの光学プレフオ
ームを形成することを特徴とする高複屈折光フア
イバー用プレフオームの製造方法を提供するもの
である。

本発明の好ましい態様としては第１のガラスか
らなるチユーブの内側に、この第１のガラスと熱
膨張率の実質的に異なる第２のガラスを施し、つ
いで第２のガラスの２つの平行するストリツプを
エツチング除去する工程を含む方法である。

エツチングガスとしては加熱によりふつ素を放
出するガスを用いてもよい。また、高温加熱は１
以上のガス炎をガラスチユーブの長手方向に沿つ
て移動可能に設け、チユーブの円周の一部分を加
熱するようにしてもよい。

なお、プレフオームは公知の方法により光フア
イバーに引くことができる。

以下、この発明を図示の実施例を参照して説明
する。

第１ａ図は予備清浄化した環状基材チユーブ１
０、たとえばシリカチユーブからなるものを示し
ている。このチユーブ１０の内側にシリカとは異
なる熱膨張率のガラスを均一層１２となるように
蒸着する（第１ｂ図）。たとえば、ドープしたシ
リカガラスを公知の化学蒸着法によつて堆積させ
ることができる。この場合のドーパントとしては
B₂O₃、GeO₂、P₂O₅であり、これらはシリカの熱
膨張係数を増大させる。特にP₂O₅およびB₂O₃は
その効果が大きい。この層１２は一般には多数の
成分層からなるものであり、その屈折率は屈折率
を大きくするGeO₂、P₂O₅、Al₂O₃又は屈折率を
小さくするB₂O₃、ふつ素の添加により基材チユ
ーブのものより大きく又は小さく調節することが
できる。

このドープされたガラス層１２はついで第１ｃ
図に示す如く直径上反対方向の位置の２つの長手
方向のストリツプが除去されるが、このエツチン
グはこれらの部分のドーピングガラスが完全に除
去されるまでおこなう。このエツチングはふつ素
含有ガスをチユーブ内に通過させ、同時にエツチ
ングされる部分を基材チユーブ１０の外側から加
熱することによりおこなわれる。なお、この加熱
はガラスをおかすふつ素を発生させるものであ
る。

エツチング終了時において、この基材チユーブ
は別々の４つの区域からなる孔を有することにな
る。すなわち、ドープされたシリカでコーテング
された２つの区域、ドープされたシリカが完全に
除去された２つの区域である。これらの区域の相
対的大きさはエツチング工程において、加熱区域
の円周上の巾を所望とするプレフオーム完成品の
要請に合せて変えることにより任意に制御でき
る。

次に、第１ｄ図に示すように、低損失光学クラ
ツド材の層１４をエツチングされた層上に蒸着
し、さらに、第１ｅ図に示すように、クラツド層
上にコア材の層１６を蒸着する。これらクラツド
およびコア材は化学蒸着によつて堆積させてもよ
い。このコアは一般にゲルマニア／シリカからな
り、クラツドは一般にシリカ又は若干ドープした
シリカからなる。次にチユーブを高温に加熱し、
表面張力によりチユーブを収縮させる。この工程
において、小さな内部陽圧が維持される結果、第
１ｆ図に示すような断面の光学フアイバープレフ
オーム１８が得られる。すなわち、クラツド層１
４′で囲まれた中央コア１６′により離間したドー
ピングガラス１２′の２つの区域を有し、このド
ーピングガラス１２′が円形外表面を有する無ド
ーピングガラス１０′の基材層中に埋め込まれた
形状となる。その結果、ドーピングされた区域は
蝶ネクタイ状のものとなる。このプレフオーム１
８を適当な方法で引張ったときは第２図に示す如
き断面、すなわち、無ドーピングガラス２０とド
ーピングガラス２２が非対称的に配置された断面
形状となる。これら区域２２と２０との熱膨張係
数の差異によりフアイバー内に非対称歪みが生
じ、高レベルの複屈折が生ずることになる。

ドーピングされたガラス層２２は如何なる光学
的機能をも具備する必要はない。すなわち、フア
イバー内に単に歪みを生じさせるものであればよ
い。しかし、好ましくない伝播効果を防止するた
め、シリカ基材１０′の屈折率より如何の屈折率
を有するものが好ましい。

ドーピングされたガラス２２の高熱膨張区域は
コア２６に最終的にできるだけ接近させコア２６
への熱ストレスを最大にし、最大の複屈折を得る
ようにすることが好ましいが、光学損失を少なく
するためにはクラツド２４はコアの半径の数倍の
距離においてコア２６を囲むようにしなければな
らない。これらの条件は蒸着層の厚みを変えるこ
とによつて達成される。クラツド２４内の光の好
ましくない案内を防止するため、クラツドの屈折
率は基材２０の屈折率以下とすることが好まし
い。

第２図に示す延伸フアイバの断面形態は計算理
論で予想された最良の形態に近いものである。こ
の断面において、最良の伝播を得る屈折率条件は
以下の通りである。

n₂₆＞n₂₀ n₂₄n₂₀ n₂₂n₂₀ このプレフオームを製造するための適当な装置
の一例を第３図に示す。管状ガラス基材１０がこ
のガラス加工旋盤に固定される。端部支持部材３
４，３６を具備する端部３０，３２がこの旋盤に
設けられ、かつ収容された基材１０の長手軸の周
りを回軸にこの炉が設けられている。又、ガス導
入パイプ３８が端部３０に接続され、ガス排出パ
イプ４０が端部３２に接続されている。チユーブ
１０の近傍にはその長手軸に平行な支持部材４６
に沿つて往復動し得るガスバーナ４４が設けられ
ている。なお、支持部材４６はガス供給チユーブ
４８を具備している。

使用時において、基材１０は回転され往復動す
るバーナ４４によつて加熱される。このガス混合
物はチユーブ３８を介して供給され、ドーピング
されたグラス層が基材の内面に均一に化学蒸着に
より蒸着される。たとえば、それぞれ10μｍ厚の
層が10ないし30層形成される。このガスはSiCl₄、
BBr₃、POCl₃、GeCl₄、F₂およびこれらにO₂を加
えたものの任意の組合せであつてもよい。

基材の回転が終了したとき、エツチングガスが
チユーブ３８を介して供給され、ガスバーナ４４
がチユーブの外側に沿つて移動する。基材１０の
外側に供給される熱により、基材１０の内側の加
熱された部分のドープされたガラスがエツチング
される。このエツチングの速度はエツチングガス
の濃度、流速、および加熱温度に依存する。この
加熱炎の大きさは除去すべき面積に応じて選ばれ
るが、加熱は如何なる場合でも局部的とする。加
熱炎の通過は何回も繰り返しておこなわれ、軸方
向の一方への速度を常に遅くし、他方への速度を
速くして元の出発点へ急速に戻すようにする。第
２のエツチング部を形成するため、基材１０をガ
スバーナ４４の前進毎に180゜回転させるか、又は
第３図に示す如く、第２のバーナ４５をバーナ３
４の正反対側に同時に設けるようにしてもよい。

一般にエツチングガスはSF₆又はCCl₂F₂を用い
るがその他のふつ素放出ガスを用いてもよい。エ
ツチングガスを酸素と混合してもよいし、非反応
性ガスたとえば窒素で希釈してもよい。局部的に
加熱するための温度は一般に1200℃〜1500℃であ
る。このうち高温でエツチングした場合はガスバ
ーナの10回の移動で約30分でエツチングを完了さ
せることができる。

第４図はエツチング後の基材チユーブの外観を
示している。蒸着されたドーピングガラスの漸増
層（30まで）の各々がエツチング除去されると周
縁部が形成され、線４２で示すように基材を通し
て見ることができる。各漸増層はチユーブ周面の
周りに互いに離間する４本の周縁部が形成され
る。この周縁部の位置はエツチングが進むにつれ
て変化するから、これに基づいてエツチングの終
了時を決定することができる。

次にガスバーナ４４を閉じ、供給チユーブ３８
を介して適当なガスを連続的に供給し、公知の化
学的蒸着法によりクラツド層およびコア層を堆積
させる。このようにして内側コーテング層を被着
した基材１０は高温下でつぶされ光学フアイバー
プレフオームが形成される。

なお、第５ａ図の如く、上述の方法において、
１又は２個のガスバーナによる基材チユーブ５０
上の内部蒸着層５２の正反対部分のエツチングを
完了させない方法をとることもできる。したがつ
て２つの長手方向のストリツプ５８が単に薄くな
つた状態で残されることになる。クラツド５４お
よびコア５６は前述の如く施され、このコーテン
グされた基材が前記同様につぶされ、第５ｂ図に
示すような断面形状のプレフオームが得られる。
ほぼ楕円状の区域５２′は高膨張係数を有し、主
軸および小軸に整合する非対称歪みを生じさせ
る。

この場合、基材チユーブ内側にドーピング層を
蒸着し、これをのちにエツチングする工程を省略
し、２つの長手方向のストリツプの肉厚を減少さ
せる目的で基材チユーブに直接エツチングをおこ
なうようにしてもよい。この場合、クラツドおよ
びコア層に楕円形が形成され、これが歪み非対称
および複屈折を生じさせる。

第５ｂの断面のものにおいて、最良の伝播を得
るための屈折率条件は以下の通りである。

n₅₆＞n₅₀ n₅₄n₅₂ n₅₂n₅₀ 他の変形例として、基材チユーブの外壁を、ガ
スバーナ３４の炎内にふつ素放出ガスを導入する
ことによつてエツチングし、肉薄化することもで
きる。この場合、蒸着および収縮後のプレフオー
ムは第５ｂ図に示すものと類似の形状となる。な
ぜならば、収縮工程時の表面張力作用によりプレ
フオームが円くなる傾向を示し、粘度の小さい内
側層は断面が楕円状となる。

ほぼ円形のプレフオームを与える収縮工程のの
ち、プレフオームの対向位置のストリツプから材
質を除去する外部エツチング法を用い、ついでこ
れを引張ることにより第５ｂの同様の断面楕円形
状のフアイバーを得ることもできる。

基材チユーブの内側に低損失ガラス層、たとえ
ば無ドーピングシリカ又はシリカと同等又は以下
の屈折率を有し、わずかにドーピングしたガラス
層を最初に蒸着することが多くの場合、好ましい
ことである。なお、この場合の蒸着層として比較
的高粘度のふつ素／P₂O₅共ドーピングシリカを
用いることができる。この層は基材チユーブか
ら、後工程で被着される光学区域への水酸基汚染
物の拡散を抑制する働きをする。収縮後の形態は
第６図に示す如くなる。すなわち、低損失ガラス
６１が基材チユーブ６０上に被着され、その上に
ドーピングガラス６２の層、クラツデング層６４
およびコア層６６がコーテングされる。したがつ
て第２図のものと類似するものとなる。このもの
の最良の伝播を得るための屈折率条件は以下の如
くとなる。

n₆₆＞n₆₁ n₆₄n₆₁ n₆₂n₆₁ n₆₁n₆₀ 第５図に示す形状のものを用いる場合、そのよ
うな層を適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ〜第１図ｆはプレフオームを製造する
過程を説明する断面図、第２図はこのプレフオー
ムから引いたフアイバーの断面を示す図、第３図
はこのプレフオームを製造するための装置の模式
図、第４図はエツチング工程後のプレフオームの
一部を示す図、第５ａ〜第５ｂ図は他の製造方法
を工程順に説明する断面図、第６図は他のプレフ
オームの断面を示す図である。 図中、１０……基材チユーブ、１２……ガラス
層、１４……クラツド層、１６……コア層、１８
……プレフオーム、２０……無ドーピングガラ
ス、２２……ドーピングガラス層、２４……クラ
ツド、２６……クラツド、３４，３６……支持部
材、３８……ガス導入パイプ、４０……ガス排出
パイプ、４４……ガスバーナ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１のガラスからなる中空チユーブの内面
   を、その長手方向に沿つて相対向する２個所にお
   いてエツチングガスおよび高温下に同時に露出す
   ることにより、該相対向する２個所の２つのガラ
   スストリツプを除去し上記第１のガラスと膨張性
   の異なる第２のガラスの層を残留、形成せしめ、
   ついで該チユーブの内側に光学クラツド材層を施
   し、さらに該クラツド材層の内側にコア材層を施
   し、ついで該チユーブを押しつぶして光学的軸非
   対称フアイバーの光学プレフオームを形成するこ
   とを特徴とする高複屈折光フアイバー用プレフオ
   ームの製造方法。 ２ 上記第１のガラスと膨脹性の異なる第２のガ
   ラスの第１の層を施し、ついで該第１の層を上記
   エツチングガスおよび高温に同時に露出すること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の製造方
   法。 ３ エツチングガスが加熱によりふつ素を放出す
   るガスである特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の製造方法。 ４ 高温をガス炎で適用し、かつ、このガス炎が
   該チユーブに対し移動可能に設けられ、該チユー
   ブの周面の一部を加熱することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載
   の製造方法。 ５ 第２のガラスがシリカおよびドーパントから
   なる特許請求の範囲第２項記載の製造方法。 ６ ドーパントがゲルマニアからなる特許請求の
   範囲第５項記載の製造方法。 ７ ドーパントが五酸化りんからなる特許請求の
   範囲第５項記載の製造方法。 ８ ドーパントがアルミナからなる特許請求の範
   囲第５項記載の製造方法。 ９ ドーパントが三酸化ホウ素からなる特許請求
   の範囲第５項記載の製造方法。 １０ ドーパントがふつ素からなる特許請求の範
   囲第５項記載の製造方法。 １１ 第１のガラスからなるチユーブと、該チユ
   ーブ内面の径方向に対向する位置にそれぞれ設け
   られ、第１のガラスとは異なる膨脹性の第２のガ
   ラスストリツプと、該第２のガラスストリツプお
   よび第１のガラスからなるチユーブに囲まれた状
   態で該チユーブ内に設けられた光学クラツド材層
   と、該クラツド材層内中心部に設けられたコアと
   を具備する高複屈折光フアイバー用プレフオー
   ム。