專利名稱：預成形體的制作方法、光纖的制造方法及光纖的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有剖面為方形的纖芯部的預成形體的制作方法、光纖的制造方法及光纖。
背景技術：
作為光纖的制造方法，已知例如專利文獻I中記載的方法。在專利文獻I中記載的光纖的制造方法中，首先，形成大致四棱柱狀的纖芯棒，將大致四棱柱狀的纖芯棒插入至成為包層部的玻璃管中，并從周圍加熱使其熔化，從而使玻璃管收縮而形成纖芯棒與玻璃管一體化的光纖母材。其后，對該光纖母材進行拉絲而獲得光纖。專利文獻1:國際公開第03/075058號說明書

發(fā)明內(nèi)容
然而，在專利文獻I中記載的制造方法中，在通過對玻璃管進行加熱使其熔化而使纖芯棒與玻璃管一體化時，大致四棱柱狀的纖芯棒的角部容易變形。具體而言，在玻璃管加熱時，有時熱量會集中在大致四棱柱狀的纖芯棒的緣部。因此，在纖芯棒熔融時，由于表面張力而容易使纖芯棒的角部變圓。由此，如果大致四棱柱狀的纖芯棒的角部變形，則在使激光束入射到所制造的光纖時，從光纖的纖芯部端部射出的光束強度有時會低于從纖芯部的其它部分射出的光束強度。因此，在使用具有這種大致四棱柱狀的纖芯部的光纖進行激光加工的情況下，有時會很難均勻地加工工件，從而降低加工精度。本發(fā)明的目的在于提供一種能夠抑制剖面為方形的纖芯材料的角部變形的預成形體制作方法、光纖的制造方法及光纖。本發(fā)明的預成形體的制作方法包含下述步驟:準備剖面為方形的纖芯材料、折射率比纖芯材料低的多根包層材料、及折射率與包層材料相等的套管；將纖芯材料收容在套管內(nèi)，并且在纖芯材料與套管之間填充多根包層材料，從而形成集成體；以及使套管及包層材料熔縮(collapse)形成預成形體。由此，在本發(fā)明的預成形體的制造方法中，通過在剖面為方形的纖芯材料與套管之間填充多根包層材料，從而在后續(xù)對集成體進行加熱而使套管及包層材料熔縮時，熱量擴散至各包層材料中，因而能夠抑制熱量向纖芯材料的角部集中。因此，由于能夠抑制纖芯材料角部的熔融，因而能夠防止因表面張力導致纖芯材料的角部變形。在上述制作方法中，優(yōu)選纖芯材料的軟化點高于套管及包層材料的軟化點，在形成預成形體的步驟中，以低于纖芯材料的軟化點且高于套管及包層材料的軟化點的溫度對集成體進行加熱，使套管及包層材料熔縮。在這種情況下，由于能夠防止纖芯材料軟化，因此能夠可靠地防止因表面張力導致的纖芯材料的角部變形。在上述制作方法中，優(yōu)選多根包層材料中的一部分包層材料具有平坦部，在形成集成體的步驟中，按照包層材料的平坦部與纖芯材料面接觸的方式，在纖芯材料與套管之間填充多根包層材料。由此，通過使包層材料的平坦部與纖芯材料面接觸，從而在使套管及包層材料熔縮時，熱量均勻地從包層材料傳遞至纖芯材料，因此不易使纖芯材料軟化。另夕卜，不易將套管及包層材料收縮時的壓力施加給纖芯材料。從而能夠進一步防止纖芯材料角部的變形。在上述制作方法中，優(yōu)選在形成集成體的步驟中，進一步在纖芯材料的側(cè)方配置調(diào)芯用波導材料。在這種情況下，通過對預成形體進行拉絲，從而能夠獲得在剖面為方形的纖芯部側(cè)方形成有調(diào)芯用波導的光纖。因此，在將這種光纖與光纖陣列連接的情況下，能夠通過利用調(diào)芯用波導對兩者進行調(diào)芯，從而確保所期望的調(diào)芯精度。這時，優(yōu)選調(diào)芯用波導材料的厚度與纖芯材料的厚度相等。在這種情況下，可使在纖芯材料側(cè)方配置調(diào)芯用波導材料的工序簡單化。本發(fā)明的光纖的制造方法為，在實施上述預成形體的制作方法之后，對預成形體進行拉絲，形成具有剖面為方形的纖芯部的光纖。由此，在本發(fā)明的光纖的制造方法中，通過實施上述預成形體的制作方法，如上所述，能夠防止剖面為方形的纖芯材料的角部變形。本發(fā)明的光纖包含:剖面為方形的纖芯部、配置在纖芯部側(cè)方的調(diào)芯用波導、以及對纖芯部及調(diào)芯用波導進行包覆的包層部。通過使用上述預成形體的制作方法制造本發(fā)明的這種光纖，如上所述，能夠防止剖面為方形的纖芯材料的角部變形。另外，由于在纖芯部的側(cè)方配置有調(diào)芯用波導，因此在將光纖與光纖陣列連接的情況下，能夠通過利用調(diào)芯用波導對兩者進行調(diào)芯，從而確保所期望的調(diào)芯精度。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，在預成形體制作時，能夠抑制剖面為方形的纖芯材料的角部變形。從而，例如在使用由本預成形體制造的光纖進行激光加工的情況下，能夠使從光纖照射的光束的強度保持恒定，因此能夠均勻地加工工件。


圖1是表示光纖制造方法的一個實施方式的一部分即預成形體制作工序的剖視圖。圖2是表示包含圖1所示的預成形體制作工序在內(nèi)的光纖制造工序的步驟的流程圖。圖3是表示光纖制造方法的其他實施方式的一部分即預成形體制作工序的剖視圖。圖4是表示包含圖3所示的預成形體制作工序在內(nèi)的光纖制造工序的步驟的流程圖。圖5是表示光纖制造方法的其他實施方式的一部分即預成形體制作工序的剖視圖。圖6是表示包含圖5所示的預成形體制作工序在內(nèi)的光纖制造工序的步驟的流程圖。 圖7是表示圖5所示的預成形體制作工序的變形例的剖視圖。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明所涉及的預成形體的制作方法、光纖的制造方法及光纖的優(yōu)選實施方式詳細地進行說明。圖1是表示光纖制造方法的一個實施方式的一部分即預成形體制作工序的剖視圖。本實施方式的光纖的制造方法是制造具有剖面為方形的纖芯部的光纖(以下稱為“方形纖芯光纖”)的方法。方形纖芯光纖是例如應用于激光加工用途等的光纖。圖2是表示包含圖1所示的預成形體制作工序在內(nèi)的方形纖芯光纖制造工序的步驟的流程圖。在這里，制造具有剖面為正方形(縱橫尺寸比為1:1)的纖芯部的方形纖芯光纖。也能夠制造具有縱橫尺寸比相對較小的剖面為矩形的纖芯部的方形纖芯光纖。在圖2中，首先，如圖1 (a)所示，準備剖面為正方形的纖芯材料1、多根剖面為圓形(圓柱狀)的棒狀包層材料2、及可收容纖芯材料I的套管3 (步驟S101)。作為棒狀包層材料2，可使用各種直徑。棒狀包層材料2及套管3在本實施方式中由相同材料形成，但只要具有相等的折射率即可，并不限定于相同材料。纖芯材料I的折射率高于棒狀包層材料2及套管3的折射率。換言之，棒狀包層材料2及套管3的折射率低于纖芯材料I的折射率。另外，纖芯材料I的軟化點高于棒狀包層材料2及套管3的軟化點。例如，纖芯材料I由純二氧化硅形成，棒狀包層材料2及套管3由添加有氟的二氧化硅形成。這時，在進行機械加工以使纖芯材料I剖面成為正方形之后，使用氫氟酸對纖芯材料I進行清洗，去除纖芯材料I表面上存在的微粒堆積物。另外，在利用熱源使棒狀包層材料2延展之后，將棒狀包層材料2切斷為與纖芯材料I相同的長度，其后，使用氫氟酸對棒狀包層材料2進行清洗，去除棒狀包層材料2表面上存在的微粒堆積物。另外，通過使用含有SF6及Cl2的混合氣體對套管3內(nèi)側(cè)的表面進行氣相蝕刻，從而從套管3內(nèi)側(cè)的表面去除雜質(zhì)或水分。 接下來，如圖1(a)所示，將纖芯材料I插入并收容至套管3內(nèi)(步驟S102)。而且，在套管3與纖芯材料I之間的空間中填充多根棒狀包層材料2，形成集成體4 (步驟S103)。接下來，以低于纖芯材料I的軟化點且高于棒狀包層材料2及套管3的軟化點的溫度(例如大于或等于1000°c的溫度)，將集成體4加熱60分鐘(步驟S104)。在一個例子中，將粘度n達到107.5 (即log n=7.5)的溫度定義為軟化點，在纖芯材料I為純二氧化硅的情況下，纖芯材料I的軟化點為1700°C，在棒狀包層材料2及套管3為添加有氟的二氧化硅的情況下，棒狀包層材料2及套管3的軟化點為1400°C左右。即，這種情況下的集成體4的加熱溫度優(yōu)選為1400°C 1700°C。接下來，在使套管3內(nèi)的壓力降低至例如低于IkPa的狀態(tài)下，使套管3及棒狀包層材料2熔縮(步驟S105)。由此，套管3及棒狀包層材料2熔融而成為一體，形成如圖1(b)所示的預成形體5。預成形體5由剖面為正方形的纖芯部6、及對該纖芯部6周圍進行包覆的剖面為圓形的包層部7構(gòu)成。這時，優(yōu)選以纖芯部6的粘度高于套管3及棒狀包層材料2的粘度的方式設定加熱溫度。接下來，對這種預成形體5進行拉絲而形成方形纖芯光纖(步驟S106)。如上所述，在本實施方式中，在將剖面為正方形的纖芯材料I插入至套管3內(nèi)之后，在套管3與纖芯材料I之間的空間中填充有熱容量比空氣小的多根棒狀包層材料2。因此，在其后對集成體4進行加熱時，熱量擴散至棒狀包層材料2中，可抑制熱量向纖芯材料I的角部集中。由此，通過抑制熱量集中，從而可抑制纖芯材料I角部的熔融，可防止因表面張力導致的纖芯材料I角部的變形。因此，在使用以所述方式制造的方形纖芯光纖對工件進行激光加工的情況下，由于從方形纖芯光纖的纖芯部照射的光束的強度變得均勻，因此可提高工件的加工精度。圖3是表示光纖制造方法的其它實施方式的一部分即預成形體制作工序的剖視圖。圖中，對與上述實施方式相同的要素標記相同的標號，并省略其說明。圖4是表示包含圖3所示的預成形體制作工序在內(nèi)的方形纖芯光纖制造工序的步驟的流程圖。在這里，制造具有縱橫尺寸比相對較大(例如1:50)的剖面為矩形的纖芯部的方形纖芯光纖。在圖4中，首先，如圖3 (a)所示，準備剖面為矩形的纖芯材料11、多根剖面為圓形的棒狀包層材料2、剖面為矩形的纖芯加 強用包層材料12A、12B、及可收容纖芯材料11的套管3 (步驟S111)。纖芯加強用包層材料12A、12B各使用2根。纖芯加強用包層材料12A、12B由例如與棒狀包層材料2相同的材料形成。棒狀包層材料2、套管3及纖芯加強用包層材料12A、12B的折射率低于纖芯材料11的折射率。另外，纖芯材料11的軟化點高于棒狀包層材料2、套管3及纖芯加強用包層材料12A、12B的軟化點。例如，纖芯材料11由純二氧化娃形成。接下來，如圖3 (a)所示，將纖芯材料11及纖芯加強用包層材料12A、12B插入并收容至套管3內(nèi)(步驟S112)。這時，以由2根纖芯加強用包層材料12A在上下方向夾持纖芯材料11并且由2根纖芯加強用包層材料12B在左右方向夾持纖芯材料11的方式，相對于纖芯材料11配置各纖芯加強用包層材料12A、12B。從而，纖芯材料11的整個側(cè)面與各纖芯加強用包層材料12A、12B面接觸。具體而言，在將一方的纖芯加強用包層材料12A、12B插入至套管3內(nèi)且配置在規(guī)定位置之后，旋轉(zhuǎn)套管3而使該纖芯加強用包層材料12A、12B傾斜。在這種狀態(tài)下，將纖芯材料11插入至套管3內(nèi)且配置在規(guī)定位置，其后，將另一方的纖芯加強用包層材料12A、12B插入至套管3內(nèi)且配置在規(guī)定位置。通過使纖芯加強用包層材料12A、12B傾斜，從而能夠穩(wěn)定性良好地對纖芯材料11進行定位。接下來，如圖3 (a)所示，在套管3與各纖芯加強用包層材料12A、12B之間的空間中填充多根棒狀包層材料2，形成集成體13 (步驟S113)。接下來，與圖1所示的步驟S104同樣地，對集成體13加熱規(guī)定時間(步驟S114)。然后與圖1所示的步驟S105同樣地，使套管3、棒狀包層材料2、及纖芯加強用包層材料12A、12B熔縮(步驟S115)。由此形成圖3 (b)所示的預成形體14。預成形體14由剖面為矩形的纖芯部15、及對該纖芯部15的周圍進行包覆的剖面為圓形的包層部16構(gòu)成。接下來，對這種預成形體14進行拉絲而形成方形纖芯光纖(步驟SI 16)。如上所述，在本實施方式中，由于在纖芯材料11周圍以與纖芯材料11面接觸的方式配置有纖芯加強用包層材料12A、12B，因此在其后對集成體13進行加熱時，熱量均勻地從纖芯加強用包層材料12A、12B傳遞至纖芯材料11，因此，纖芯材料11不易軟化。從而，與在套管3和各纖芯加強用包層材料12A、12B之間填充有多根棒狀包層材料2相結(jié)合，可進一步防止因表面張力導致的纖芯材料11的角部變形。另外，由于纖芯材料11與纖芯加強用包層材料12A、12B面接觸，因此在上述熔縮時，套管3、棒狀包層材料2及纖芯加強用包層材料12A、12B收縮時的壓力不易施加給纖芯材料11。因此，即使纖芯材料11足夠薄，也能夠防止纖芯材料11的變形。此外，由各纖芯加強用包層材料12A、12B夾持纖芯材料11，因此能夠提高所制造的方形纖芯光纖的纖芯部的同心度、即光纖的中心與纖芯部中心的一致度。圖5是表示光纖制造方法的其他實施方式的一部分即預成形體制作工序的剖視圖。圖中，對與上述實施方式相同的要素標記相同的標號，并省略其說明。 圖6是表示包含圖5所示的預成形體制作工序在內(nèi)的方形纖芯光纖制造工序的步驟的流程圖。在這里，制造在剖面為矩形的纖芯部的左右兩側(cè)配置有調(diào)芯用波導的方形纖芯光纖。在圖6中，首先，如圖5 (a)所示，準備剖面為矩形的纖芯材料11、2根剖面為正方形的調(diào)芯用波導材料20、多根剖面為圓形的棒狀包層材料2、2根剖面為矩形的纖芯加強用包層材料12A、2根剖面為矩形的纖芯加強用包層材料12B、2根剖面為圓形的間隔用包層材料21、及套管3 (步驟S121)。調(diào)芯用波導材料20由例如與纖芯材料11相同的材料形成，且具有與纖芯材料11相等的折射率及軟化點。另外，調(diào)芯用波導材料20的剖面尺寸(各邊的長度)與纖芯材料11的厚度(高度)相等。作為間隔用包層材料21，剖面也可以是正方形。接下來，將纖芯材料11、調(diào)芯用波導材料20、纖芯加強用包層材料12A、12B及間隔用包層材料21插入并收容至套管3內(nèi)(步驟S122)。這時，在纖芯材料11的左右兩側(cè)隔著間隔用包層材料21配置調(diào)芯用波導材料20，在這種狀態(tài)下，以由2根纖芯加強用包層材料12A在上下方向夾持纖芯材料11及各調(diào)芯用波導材料20、并且由2根纖芯加強用包層材料12B在左右方向夾持纖芯材料11及各調(diào)芯用波`導材料20的方式，配置各纖芯加強用包層材料 12A、12B。具體而言，在將一方的纖芯加強用包層材料12A、12B插入至套管3內(nèi)且配置在規(guī)定位置之后，旋轉(zhuǎn)套管3而使該纖芯加強用包層材料12A、12B傾斜。在這種狀態(tài)下，將一方的調(diào)芯用波導材料20、一方的間隔用包層材料21、纖芯材料11、另一方的間隔用包層材料
21、及另一方的調(diào)芯用波導材料20依次插入至套管3內(nèi)，并配置在規(guī)定位置，再將另一方的纖芯加強用包層材料12A、12B插入至套管3內(nèi)，并配置在規(guī)定位置。接下來，如圖5 (a)所示，在套管3與各纖芯加強用包層材料12A、12B之間的空間中填充多根棒狀包層材料2，形成集成體22 (步驟S123)。接下來，與圖1所示的步驟S104同樣地，在將該集成體22加熱規(guī)定時間(步驟S124)之后，使套管3、棒狀包層材料2、及纖芯加強用包層材料12A、12B熔縮(步驟S125)。從而，形成如圖5 (b)所示的預成形體23。預成形體23由剖面為矩形的纖芯部15、配置在該纖芯部15的左右兩側(cè)的I對調(diào)芯用波導24、以及覆蓋纖芯部15及各調(diào)芯用波導24周圍的剖面為圓形的包層部25構(gòu)成。接下來，對這種預成形體23進行拉絲而形成方形纖芯光纖(步驟S126)。其中，在方形纖芯光纖的纖芯部的厚度(高度)足夠小的情況下，有時在向方形纖芯光纖導入光時使用光纖陣列。在這種情況下，由于方形纖芯光纖的纖芯部的寬度尺寸較大，因此在對光纖陣列與方形纖芯光纖進行調(diào)芯時，有時無法獲得所期望的調(diào)芯精度。在本實施方式中，由于將調(diào)芯用波導配置在方形纖芯光纖的纖芯部的左右兩側(cè)，因此可利用上述調(diào)芯用波導對光纖陣列與方形纖芯光纖進行調(diào)芯。具體而言，向用于調(diào)芯的各波導入射光，這時利用功率計測量從用于調(diào)芯的各波導射出的光強度。從而可確保光纖陣列與方形纖芯光纖的所期望的調(diào)芯精度。此外，作為調(diào)芯用波導的尺寸，優(yōu)選與所連接的光纖陣列的光纖纖芯直徑相同。圖7是表示圖5所示的·預成形體制作工序的變形例的剖視圖。在圖7中，纖芯材料11的厚度大于調(diào)芯用波導材料20的剖面尺寸(各邊的長度)。在這種情況下，另外準備例如4根剖面為矩形的間隔用包層材料30，且將上述間隔用包層材料30配置在各調(diào)芯用波導材料20的下側(cè)及上側(cè)即可。本發(fā)明并不限定于上述實施方式。例如，在圖3、圖5及圖7所示的實施方式中，在形成集成體時，使剖面為矩形的纖芯加強用包層材料12A、12B與剖面為矩形的纖芯材料11面接觸，但作為纖芯加強用包層材料，并不特別限定于剖面為矩形的材料，也可使用具有平坦部的纖芯加強用包層材料，且使該纖芯加強用包層材料的平坦部與剖面為矩形的纖芯材料11面接觸。標號說明I纖芯材料2棒狀包層材料3 套管4集成體5預成形體11纖芯材料12A、12B纖芯加強用包層材料13集成體14預成形體15纖芯部20調(diào)芯用波導材料22集成體23預成形體24調(diào)芯用波導25包層部
權(quán)利要求
1.一種預成形體的制作方法，其包含下述步驟: 準備剖面為方形的纖芯材料、折射率比所述纖芯材料低的多根包層材料、及折射率與所述包層材料相等的套管； 將所述纖芯材料收容在所述套管內(nèi)，并且在所述纖芯材料與所述套管之間填充所述多根包層材料，從而形成集成體；以及 使所述套管 及所述包層材料熔縮而形成預成形體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預成形體的制作方法，其中， 形成所述預成形體的步驟是在所述纖芯材料的粘度變得高于所述包層材料的粘度的溫度下實施的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的預成形體的制作方法，其中， 所述纖芯材料的軟化點高于所述套管及所述包層材料的軟化點， 在形成所述預成形體的步驟中，以低于所述纖芯材料的軟化點且高于所述套管及所述包層材料的軟化點的溫度對所述集成體進行加熱，使所述套管及所述包層材料熔縮。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的預成形體的制作方法，其中， 所述多根包層材料中的一部分包層材料具有平坦部， 在形成所述集成體的步驟中，按照所述包層材料的所述平坦部與所述纖芯材料面接觸的方式，在所述纖芯材料與所述套管之間填充所述多根包層材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的預成形體的制作方法，其中， 在形成所述集成體的步驟中，進一步在所述纖芯材料的側(cè)方配置調(diào)芯用波導材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的預成形體的制作方法，其中， 所述調(diào)芯用波導材料的厚度與所述纖芯材料的厚度相等。
7.一種光纖的制造方法， 其在實施權(quán)利要求1至6中任一項所述的預成形體的制作方法之后，對所述預成形體進行拉絲，形成具有剖面為方形的纖芯部的光纖。
8.一種光纖，其包含: 剖面為方形的纖芯部； 調(diào)芯用波導，其配置在所述纖芯部側(cè)方；以及 包層部，其對所述纖芯部及所述調(diào)芯用波導進行包覆。
全文摘要
在制造具有剖面為方形的纖芯部的光纖的情況下，首先，準備剖面為方形的纖芯材料(1)、多根剖面為圓形的棒狀包層材料(2)、及套管(3)。接下來，在將纖芯材料1插入并收容至套管3內(nèi)的狀態(tài)下，在套管(3)與纖芯材料(1)之間填充多根棒狀包層材料(2)，形成集成體(4)。然后，在以低于纖芯材料(1)的軟化點且高于棒狀包層材料(2)及套管(3)的軟化點的溫度將集成體(4)加熱規(guī)定時間后，使套管(3)及棒狀包層材料(2)熔縮，形成預成形體(5)。其后，對預成形體(5)進行拉絲而形成光纖。
文檔編號C03B37/012GK103153889SQ20118004740
公開日2013年6月12日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者高橋健一郎, 島川修, 水戶瀨雄一, 永島拓志, 蟹江智彥 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社