[发明专利]单晶纤维制造装置及单晶纤维制造方法

说明书

提供一种单晶纤维制造装置及单晶纤维制造方法，该装置及方法完全不需要在以往的单晶纤维制造装置中所需的高精度的控制性，而且，使在长时间内维持稳定的稳定状态变得极为容易，并能稳定地制造数百m以上的长的单晶纤维。一种单晶纤维制造装置，在腔室内将激光照射到原料棒的上表面以形成熔融液，将种晶单晶浸于该熔融液并向上方提起，从而制造单晶纤维，包括：激光光源，其将激光以平行光的形式照射；提起装置，其构成为能在保持种晶单晶的状态下使种晶单晶沿铅垂方向上下移动；以及平面反射镜，其以使激光垂直入射到原料棒的上表面的形式使激光反射，构成为以使熔融液的温度呈环状温度分布的形式将激光照射到原料棒的上表面。

技术领域

本发明涉及单晶纤维制造装置及单晶纤维制造方法，尤其涉及直径为数十μm这样的极细且长度至少在数百m以上、优选达到数km的单晶纤维制造装置及单晶纤维制造方法。

背景技术

以往，为了实现新的电子设备的开发、电子部件的小型化、高性能化等，进行了高品质极细单晶纤维的制造方法的开发。1980年代，以美国斯坦福大学为中心，利用激光开发了直径数十μm的单晶纤维制造方法，该方法被命名为激光加热基座法(LHPG(Laser HeatedPedestal Growth)法)(非专利文献1等)。然而，上述LHPG法如后所述是需要极高精度的控制的方法，因此至今尚未实用化。

因此，作为进一步提高控制性的方法，开发了使用坩埚等容器，使原料熔融液从喷嘴一点点地流下并在下方固化，从而制造单晶纤维的引下法、μ-PD法等。

然而，在这些使用容器的方法中，根据材料的不同而找不到适当的容器的情况、无法忽略容器对原料熔融液的污染而对实用化产生阻碍的情况等频发。因此，期望开发一种无需使用容器、能稳定且廉价地制造高纯度且高品质单晶纤维的新的制造方法。

现有技术文献

非专利文献

[非专利文献]R.S.Feigelson,“Pulling optical fibers”,Journal of CrystalGrowth 79(1986)669-680

发明内容

发明所要解决的技术问题

图5是以往的采用LHPG法的单晶纤维制造装置的示意图。

如图5所示，在单晶纤维制造装置100中，利用抛物面镜104使从激光光源102照射的激光在原料棒106的上表面106a聚光以使其熔融，将作为目标的直径细的种晶单晶108浸在所得的熔融液中之后，使用提起装置110向上方提起。

另外，熔融液的热量被种晶单晶108夺取，与种晶单晶108接触的熔融液固化，从而能提起。由此，能够制造具有期望的直径的单晶纤维112。被报告此时优选如图6所示将所制造的单晶纤维112的半径r_f与原料棒106的半径R_s之比设为1：3左右，以使稳定的制造持续。

在使用以往的LHPG法单晶纤维制造装置100制造单晶纤维112的情况下，为了使单晶纤维112稳定生长，必须准确且精密地控制与原料棒的熔解、固化有关的所有控制要素，即

(1)激光的照射强度

(2)激光的照射分布

(3)激光的照射位置

(4)原料棒前端部的垂直方向位置

(5)原料棒前端部的水平面内位置

(6)与单晶纤维的提起连动地使原料棒前端部向上方移动的移动速度

(7)单晶纤维的水平面内位置

(8)将单晶纤维向上方提起的提起速度

等所有要素。

例如，在制造直径20μm的单晶纤维的情况下，上述的位置的控制精度需要以至少±2μm、优选±0.2μm的精度进行控制。然而，满足上述要求极为困难，是将单晶纤维制造装置的价格推向高价的主要原因。