JP2018123044A - 光ファイバ製造方法、光ファイバ製造装置及び光ファイバ - Google Patents

Abstract

【課題】接続損失の増大を防ぎ、低コストで製造でき、ＭＩＭＯ伝送におけるＤＭＤを低減し、多値変調伝送におけるブリルアン利得を低減できる光ファイバ製造装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る光ファイバ製造装置は、光ファイバの線速を瞬時もしくは微小時間で急速に変化させることで、ネックダウン終了位置近傍の光ファイバの外径を瞬時もしくは微小時間で急速に変化させることができる。このため、本装置で製造される光ファイバは、周期的に外径が小さな部分が発生し、その内部のコアが変形するためモードの結合が発生し、軸ずれ接続したり、高い設計精度と製造精度で光ファイバを製造することなくモード結合を発生させることができる。さらに、本装置で製造される光ファイバは、コア径も連続的に変化するためブリルアン散乱波長も連続的に変化し、ブリルアン散乱が波長に対して分散され、ブリルアン利得の発生閾値を低減できる。
【選択図】図２

Description

本開示は、光ファイバ製造方法および光ファイバ製造装置並びにそれによって製造される光ファイバに関する。

光ファイバ通信の抜本的な大容量化に向け、空間分割多重（ＳＤＭ）技術が急速に進展している。ＳＤＭは１本の光ファイバに複数のコアを有しそれぞれのコアに異なる信号を伝送することが可能なマルチコア光ファイバと、異なる伝搬モード（横モード）を同時に伝送可能な多モード光ファイバ、マルチコア光ファイバと多モード光ファイバを併用したマルチコア−多モード光ファイバに大別される。さらにマルチコア光ファイバは結合型と非結合型に分類される。

多モード光ファイバや結合型マルチコア光ファイバ等を用いた伝送手法の１つであるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−ｉｎｐｕｔ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｏｕｔｐｕｔ）伝送では、光ファイバやモード合分波器等で生じるモード結合を許容し、受信端でのデジタル処理により信号を復元する。しかし一方でＭＩＮＯ処理の負荷となるモード間群遅延時間差（ＤＭＤ）を低減することが要求される。この問題を解決するため、モード結合性を高めて高い頻度でのモード結合を発生させ、多モードの群速度を揃えることで、ＤＭＤを低減する検討がなされている。モード結合を発生させる手段としては、ファイバの軸ずれやファイバの構造設計の最適化による方法が提案されている。

また、大容量化の別手段として多値変調による手法も検討されている。

川上彰二郎、白石和男、大橋正治著、「光ファイバとファイバ型デバイス」１９９６年７月１０日発行、Ｐ．１１ 三木哲也、須藤昭一編、「光通信技術ハンドブック」、オプトロニクス社、平成１４年１月３０日発行、ｐ．２４４ Ｔａｋａｓｈｉ Ｍａｔｓｕｉ， Ｋａｚｕｈｉｄｅ Ｎａｋａｊｉｍａ， Ｋａｚｕｙｕｋｉ Ｓｈｉｒａｋｉ， ａｎｄ Ｔｏｓｈｉｏ Ｋｕｒａｓｈｉｍａ， "Ｕｌｔｒａ−Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｍｏｄｅ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｗｉｔｈ Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｉｎ Ｈｏｌｅ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｆｉｂｅｒ"， ＩＥＥＥ， Ｊ． Ｔｅｃｈｎｏ． Ｌｅｔｔ．， ＶＯＬ． ２７， ＮＯ． １３， ＪＵＬＹ １， ２００９．

上記のように、大容量化としてＭＩＭＯ伝送技術が注目されているが、モード結合を発生させる軸ずれ法は接続損失が大きいという課題があり、ファイバ構造の最適化は非常に高い設計精度と製造精度が要求され、高コストであるという課題がある。また、多値変調技術には、高速化するに従い入力パワーが増加し、ブリルアン利得により伝送品質が劣化するという課題がある。

そこで、本発明は、これらの課題を解決すべく、接続損失の増大を防ぎ、低コストで製造でき、ＭＩＭＯ伝送におけるＤＭＤを低減し、多値変調伝送におけるブリルアン利得を低減できる光ファイバ、その製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る光ファイバ製造方法及び光ファイバ製造装置は、光ファイバ製造時に光ファイバの外径を予め設定された周期で変化させることとした。

具体的には、本発明に係る光ファイバ製造方法は、光ファイバ母材を加熱炉で加熱し、軟化した前記光ファイバ母材から光ファイバを線引く光ファイバ製造方法であって、
前記加熱炉内で前記光ファイバ母材のネックダウン終了位置から前記光ファイバを線引く線速をキャプスタンで制御するとともに、前記キャプスタンで制御する線速の単位時間当たりの変化より細かい変化を線速に与える線速制御工程を有することを特徴とする。

また、本発明に係る光ファイバ製造装置は、光ファイバ母材を加熱炉で加熱し、軟化した前記光ファイバ母材から光ファイバを線引く光ファイバ製造装置であって、
前記加熱炉内で前記光ファイバ母材のネックダウン終了位置から前記光ファイバを線引く線速をキャプスタンで制御するとともに、前記キャプスタンで制御する線速の単位時間当たりの変化より細かい変化を線速に与える線速制御手段を有することを特徴とする。

本発明に係る光ファイバ製造装置の前記線速制御手段は、前記光ファイバと接触する前記キャプスタンの外周に付与され、前記キャプスタンの半径を違える凹凸形状とすることができる。

本発明に係る光ファイバ製造装置の前記線速制御手段は、前記ネックダウン終了位置から前記キャプスタンまでの線引区間に配置され、前記光ファイバを振動させる加振器としてもよい。

本発明に係る光ファイバ製造装置は、
線引きされる前記光ファイバの外径を連続して測定する外径測定器と、
前記外径測定器が測定した前記光ファイバの外径と長手方向にわたる外径の設計値との差分値を演算し、変動する前記差分値の周波数成分を所定の閾値で高周波成分と低周波成分に分け、前記差分値の高周波成分を打ち消すように前記加振器の振幅及び振動数を制御し、前記差分値の低周波成分を打ち消すように前記キャプスタンの回転数を制御する演算装置と、
をさらに備えることを特徴とする。

図１は、一般的な光ファイバ製造装置３００を説明する図である。光ファイバ製造装置３００は、加熱炉１１、ファイバ外径測定器１２、ダイス（被覆（樹脂）塗布）１３、被覆（樹脂）硬化器（加熱炉、ＵＶ照射器等）１４、キャプスタン１５、巻き取り装置１６、及び線引母材を保持し線引量に応じて母材を加熱炉へ送り出す母材送り装置（不図示）等から構成される（例えば、非特許文献１、２を参照。）。透明ガラス母材５０は２０００℃前後の加熱炉１１内にて加熱され、局所的に軟化したガラスは、所望のファイバ外径（一般的には１２５μｍ）まで細径化される。加熱炉１１の下端口から引き出された光ファイバ１００は、外径測定器１２を通過し、樹脂塗布器１３にて樹脂でファイバ表面をコーティングし、樹脂硬化器（ＵＶ光源）１４にて樹脂を硬化する。外径測定器１２の測定結果を基にファイバ外径が一定となるようにキャップスタン１５の引取速度が調整される。ファイバ外径が安定すると、キャプスタン１５の引取速度はほぼ一定値になる。またキャプスタン１５には、光ファイバ１００が滑らないようにするためのファイバ保持冶具１７が設置される場合が多い。

従来の光ファイバ製造装置ではファイバ外径を一定にするため、母材の送り速度に対して、ファイバの引き取り速度（線速）がある程度決定されるため、瞬時の速度変化は困難である。また光ファイバ引き取り手段の主要装置であるキャプスタンもサイズや構造上の観点から瞬時かつ微細の制御は困難である。キャプスタンの線速変化は数秒程度かかるのが一般的である。また引取速度は数十〜数千ｍ／ｍｉｎであるので、微小な範囲での緻密なファイバ外径の制御は困難である。

一方、本発明に係る光ファイバ製造装置は、上述のように、母材から線引される光ファイバの線速を瞬時もしくは微小時間で急速に変化させることができる。本光ファイバ製造装置の一形態は、光ファイバ引取り手段の一部を構成するキャプスタンの表面に凹凸形状が形成されており、線速を瞬時もしくは微小時間で急速に変化させることができる構成である。また、本光ファイバ製造装置の他の形態は、光ファイバを振動させて光ファイバの経路長を瞬時もしくは微小時間で急速に変化させる（線速が変化する）ことができる構成である。

本光ファイバ製造装置は、光ファイバ母材のネックダウン終了位置からキャプスタンまでの線速を瞬時もしくは微小時間で急速に変化させることで、ネックダウン終了位置近傍の光ファイバの外径を瞬時もしくは微小時間で急速に変化させることができる。このため、本装置で製造される光ファイバは、周期的に外径が小さな部分が発生し、その内部のコアが変形するためモードの結合が発生する。つまり、光ファイバを軸ずれ接続したり、高い設計精度と製造精度で光ファイバを製造することなくモード結合を発生させることができる。さらに、本装置で製造される光ファイバは、コア径も連続的に変化するためブリルアン散乱波長も連続的に変化し、ブリルアン散乱が波長に対して分散される。その結果、ブリルアン利得の発生閾値を大幅に低減可能である。

従って、本発明は、接続損失の増大を防ぎ、低コストで製造でき、ＭＩＭＯ伝送におけるＤＭＤを低減し、多値変調伝送におけるブリルアン利得を低減できる光ファイバの製造方法及び製造装置を提供することができる。

本発明に係る光ファイバ製造装置で製造した光ファイバは、基準となる基準外径より外径が３％以上小さい窄み部が長手方向に周期的に配置される。ファイバ外径１２５μｍの数モードファイバでは、１％程度以下の外径変化で非結合領域、５％程度以上の外径変化で結合領域となり、３％は非結合領域と結合領域の境界付近となる。従って３％以上の外径変動を付与することでモード結合を促進することが可能となる。また３％の軸ずれ量はファイバ外径１２５μｍで４μｍ程度に相当する。

ここで、前記窄み部が長手方向に１ｍで１回以上配置されていることを特徴とする。また、断面において、前記コアの中心がファイバクラッド中心にないことを特徴とする。

従って、本発明は、接続損失の増大を防ぎ、低コストで製造でき、ＭＩＭＯ伝送におけるＤＭＤを低減し、多値変調伝送におけるブリルアン利得を低減できる光ファイバを提供することができる。

本発明は、接続損失の増大を防ぎ、低コストで製造でき、ＭＩＭＯ伝送におけるＤＭＤを低減し、多値変調伝送におけるブリルアン利得を低減できる光ファイバ、その製造方法及び製造装置を提供することができる。

本発明に関連する光ファイバ製造装置を説明する図である。 本発明に係る光ファイバ製造装置を説明する図である。 本発明に係る光ファイバ製造装置の原理を説明する図である。 本発明に係る光ファイバ製造装置の原理を説明する図である。 本発明に係る光ファイバを説明する図である。 本発明に係る光ファイバ製造装置を説明する図である。 本発明に係る光ファイバ製造装置を説明する図である。 本発明に係る光ファイバ製造装置の原理を説明する図である。 本発明に係る光ファイバ製造装置の原理を説明する図である。 本発明に係る光ファイバ製造装置を説明する図である。 本発明に係る光ファイバ製造装置の制御を説明する図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

［実施形態１］
図２は本実施形態に係る光ファイバ製造装置３０１を説明する図である。光ファイバ製造装置３０１は、光ファイバ母材５０を加熱炉１１で加熱し、軟化した光ファイバ母材５０から光ファイバ１００を線引く光ファイバ製造装置であって、
加熱炉内１１の光ファイバ母材５０のネックダウン終了位置から光ファイバ１００を線引く線速をキャプスタン２５で制御するとともに、キャプスタン２５で制御する線速の単位時間当たりの変化より細かい変化を線速に与える線速制御手段７０を有する。

特に、本実施形態では、線速制御手段７０は、光ファイバ１００と接触するキャプスタン２５の外周に付与され、キャプスタン２５の半径を違える凹凸形状７１である。

光ファイバ製造装置３０１は、図１の光ファイバ製造装置３００と同様であるが、光ファイバ距離制御手段７０であるキャプスタンの構造が異なる。光ファイバ製造装置３００のキャプスタン１５は真円でその表面は平滑となっている。光ファイバ製造装置３０１のキャプスタン２５は図２の拡大図に示すように表面に微小な凹凸形状７１が付与される。凹凸形状７１は金属や樹脂等で形成可能である。凹凸形状７１により、キャプスタン２５の回転速度が一定であっても、光ファイバ１００がキャプスタン２５に接触する半径が経時変化するため、引取速度が瞬時かつ精密に変化する。

ここでキャプスタン表面の凹凸形状７１を含めた（凸部分の）キャプスタン半径をＲｕ、凹凸を含めない表面が平坦となっている部分のキャプスタン半径をＲｅとする。図３はキャプスタン半径と線速（線引速度、引取速度）およびファイバ外径との関係性をプロットした図である。図から分かるようにキャプスタン半径と線速（ｖ）は線形的な比例関係にある。一方、ファイバ外径（ｄ）とキャプスタン半径（Ｒｅ）は反比例の関係にある。
［式１］
ｖ∝Ｒｅ （１）
［式２］
d∝１／Ｒｅ^２ （２）
の関係を有する。

しかし、図３はキャプスタン半径を長時間ある値に固定した状態での結果であり、実際には凹凸の急峻な変化の度合いにより瞬間的な線速は大きく異なる。図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、３種類の凹凸についてＲｅに対する相対高さ（＝Ｒｕ−Ｒｅ）と長さもしくは時間（キャプスタンを一定の回転速度で回転させた場合のある位置もしく時間での高さ）をプロットした図である。これらの（ａ）〜（ｃ）の３種類の凹凸に対応した線速変化を図４（ｄ）に示す。最も急峻な形状変化をしている（ａ）が最も急激な線速変化を示しており、さらにその値はＲｕから算出される線速値と比較して大幅に大きい。従って微小な凹凸であっても凹凸形状を最適化することで微小領域で大きなファイバ外径の変化を発生させることが可能となる。

本実施例では、キャプスタンの凹凸が無い部分のキャプスタン半径（Ｒｅ）でファイバ外径が１２５μｍとなるように線引条件を調整し、線速が１０ｍ／ｍｉｎ、Ｒｅが２０．００ｃｍ、作製したファイバは通常の数モードファイバであった。凸部は外径に沿って４ｍｍ毎に設置され、その凸部のＲｕは２０．０５ｃｍである。本例では凹凸形状を図４の（ａ）とした。凸部を通過時に瞬時（１０ｍｍ秒以下）に線速が１１．２ｍ／ｍｉｎに加速され、長手方向の微小領域でファイバ外径が１１３μｍになり、その後微小時間でファイバ外径１２５μｍに戻る。

作製したファイバは１コアの数モードファイバであり、図５（ｂ）のようにコアの中心位置がファイバクラッド中心から２０μｍ（ファイバ外径１２５μｍ時）ずれている。また１１３μｍへの外径変化もキャプスタンの凸部間隔４ｍｍに等しく、４ｍｍピッチで形成された。本ファイバは、ファイバ長４ｍｍ間隔で周期的に約１０％（１２５μｍから１１３μｍへ減少）の外径変動率が発生している。効率的にモード結合を促進するたには３％以上のファイバ外径の変動率がファイバ長１ｍ以内で少なくとも１回以上発生するのが望ましく本ファイバはその条件を満たしている。

また、単一コアファイバの場合、コアの中心位置はファイバ外径１２５μｍの時にファイバクラッド中心から２０μｍであるが、ファイバ外径１１３μｍ時には１８μｍとなり、コア径が小さくなると共にファイバ長手方向に対してコアの湾曲が生じ、モード変換（およびモード結合）が促進される。コアの中心がファイバクラッド中心にある場合はコア径が変化するのみでコアのファイバ長手方向の湾曲は発生しないので、コアの湾曲の付与によるモード変換（およびモード結合）の促進はコアがファイバクラッド中心に存在しない本ファイバ特有の効果である。また本ファイバは本実施例の装置によって製造可能となるものである。
なお、マルチコアファイバの場合、ファイバクラッド中心にコアがあると当該コアには湾曲が発生しないので、センターコアのない構造、あるいは全てのコアの重心をファイバクラッド中心からずらした構造としておく。

この結果、本実施例の装置を使用する事で微小な周期（ピッチ）で急速なファイバ外径の変化を付与可能であることを実証した。光ファイバ製造装置３０１は、キャプスタン２５の凸部間隔や高さを調整することで、ファイバ長手方向のファイバ外径の変化の周期は数百μｍまで小さくすることが可能であり、ファイバ外径の変化率も３％以上を付与することが可能である。数モードファイバのファイバパラメータとファイバ外径の変化の周期、ファイバ外径の変化率を最適化することで、ＤＭＤを１０分の１以下まで低減することが可能である。

またモード間結合が可能となる位相整合条件は一般的に下記の式で表され（例えば、非特許文献３を参照。）、光ファイバ製造装置３０１により本条件を満たしたファイバを作製することは可能である。
［式３］
Λ＝λ／（ｎ_１−ｎ_２） （３）
ただし、Λは凸部の間隔、λは波長、ｎ_１はＬＰ_０１の実効屈折率、ｎ_２はＬＰ_１１の実効屈折率である。また当然であるが、本ファイバを用いることで高性能なＤＭＤ補償デバイスを実現可能である。

また、ファイバ長手方向のコア径の変化の伴いブリルアン散乱波長も変化する。光ファイバ製造装置３０１により作製した光ファイバでは、コア径を連続的に変化しておりそれに伴ってブリルアン散乱波長も連続的に変化し、ブリルアン散乱が波長に対して分散される。その結果、ブリルアン利得の発生閾値を大幅に低減可能であり、本ファイバ用いてブリルアン利得抑制デバイスを実現可能である。

［実施形態２］
図６は、本実施形態に係る光ファイバ製造装置の線速制御手段７０を説明する図である。図６（ａ）は実施形態１のキャプスタン２５の構造を説明し、図６（ｃ）は本実施形態のキャプスタン２５の構造を説明している。図６（ａ）のキャプスタン２５のファイバ保持冶具１７は従来品であり、比較的固い素材であるため、図で示されているように保持冶具１７が凹凸形状７１の面から浮いてしまい凹凸形状７１を精密に線速に対して反映できない可能性がある。一方、本実施形態のキャプスタン２５のファイバ保持冶具１７は、キャプスタン表面が通常よりも比較的柔らかく密着性の高い素材でできており、キャプスタン上の微小な凹凸形状７１に合わせて変形可能である。従って本実施形態のキャプスタン２５は凹凸形状７１を線速に対してより正確に反映することができる。図６（ｂ）と図６（ｄ）は、それぞれ図６（ａ）の線速制御手段７０と図６（ｂ）の線速制御手段７０で製造した光ファイバ１００のファイバ外径の時間変化を表わしている。図から明らかなように、図６（ａ）の構造より図６（ｃ）の構造の方が線速の制御を緻密にすることができ、ファイバ外径を精密に制御できる。

本実施例では、キャプスタンの凹凸が無い部分のキャプスタン半径（Ｒｅ）でファイバ外径が１５０μｍとなるように線引条件を調整し、線速が２０ｍ／ｍｉｎ、Ｒｅが２０。００ｃｍ、作製したファイバは２コアのマルチコアファイバ（結合型）であり、コア間隔２５μｍ（ファイバ外径１２５μｍ時、２つのコアはそれぞれファイバクラッド中心から１２。５μｍずつ離れている）であった。キャプスタンの凸部間隔は１０ｍｍであり、ファイバ外径変化も１０ｍｍピッチで形成されている。凸部通過時にファイバ外径は瞬間的に１３０μｍとなった。ファイバ外径１３０μｍ時に２つのコアのファイバクラッド中心からの距離は１３μｍとなり、ファイバ長手方向においてコアの湾曲が生じ、モード結合状態の変化を生じさせることが可能となる。

この結果、マルチコアファイバにおいても、本実施例の装置を使用する事で微小な周期（ピッチ）で急速なファイバ外径の変化を付与可能であることを実証した。本装置はキャプスタンの凸部間隔や高さを調整することで、ファイバ長手方向のファイバ外径の変化の周期は数百μｍまで小さくすることが可能であり、ファイバ外径の変化率も３％以上を付与することが可能である。マルチコアファイバのファイバパラメータとファイバ外径の変化の周期、ファイバ外径の変化率を最適化することで、ＤＭＤを１０分の１以下まで低減することが可能である。

また、ファイバ長手方向のコア径の変化の伴いブリルアン散乱波長も変化する。本光ファイバ製造装置により作製した光ファイバでは、コア径を連続的に変化しておりそれに伴ってブリルアン散乱波長も連続的に変化し、ブリルアン散乱が波長に対して分散される。その結果、ブリルアン利得の発生閾値を大幅に低減可能であり、本ファイバ用いてブリルアン利得抑制デバイスを実現可能である。

［実施形態３］
図７は、本実施形態に係る光ファイバ製造装置３０２を説明する図である。光ファイバ製造装置３０２は、図２の光ファイバ製造装置３０１と異なり、キャプスタン２５の代替としてキャプスタン１５と加振器７２を有する線速制御手段７０を備える。つまり、本実施形態の線速制御手段７０は、ネックダウン終了位置からキャプスタン１５までの線引区間に配置され、光ファイバ１００を振動させる加振器７２である。

本実施形態では、キャプスタン１５の前段に加振器７２を配置する。図８（ａ）は振動を発生させた時のファイバの振動状態を表している。（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）の順に振幅が増大しており、それに伴ってファイバ長（経路）も増加する。従って瞬間的に振動を発生させることで、瞬時に母材側のファイバを引き寄せ線速を変化させることが可能である。ただし線速は、振動に伴う経路長（ネックダウン終了位置からキャプスタン１５の固定具までの距離）の変化率（単位時間当たり）［経路長変化率］に比例して増加するのであり、振動数に比例して増加するわけではない。

図８（ｂ）は線速増加量の経路長変化率依存性の一例を表した図である。線速増加量とは振動を掛けない状態での線速からの増加量として定義する。図から分かるように経路長変化率が増加するに従い、線速増加量が増加する。

本実施例では、キャプスタン１５は通常の凹凸の無いものを使用し、キャプスタン半径は２５０ｍｍであった。加振しない状態でファイバ外径が２２０μｍとなるように線引条件を調整し、線速が３０ｍ／ｍｉｎで、作製したファイバ中心コアを有する３２コアのマルチコアファイバ（結合型、コア位置：正方格子）であり、コア間隔は２０μｍ（ファイバ外径２２０μｍ時）であった。加振器の周波数は１００Ｈｚ、最大振幅は２ｍｍで経路長変化率の範囲が−１０〜５０ｍｍ／ｓとなるように調整した。

図９は、距離（ファイバ引取長）に対する経路長変化率（図９（ａ））、線速（図９（ｂ））、ファイバ外径（図９（ｃ））の実験結果を説明する図である。図９より、線速が瞬間的に５０ｍ／ｍｉｎ（加振前の線速３０ｍ／ｍｉｎに２０ｍ／ｍｉｎが加算された状態）から２６ｍ／ｍｉｎ（加振前の線速３０ｍ／ｍｉｎに４ｍ／ｍｉｎが減算された状態）の範囲で変化した。それに伴って、ファイバ外径が１８０〜２３０μｍの範囲で変化した。またファイバ外径の変化の周期は２０ｍｍであった。

ファイバ外径の変動に伴ってファイバ長手方向におけるコアの湾曲が大きくなるのは、ファイバの断面における最外縁部に位置するコアであり、本ファイバではファイバ外径の１８０〜２３０μｍの変化に対して、ファイバクラッド中心から最外縁部コアまでの距離が４７．５〜６１μｍの範囲で変化しており、モード結合状態を大きく変化させている。

この結果、結合型マルチコアファイバにおいても、光ファイバ製造装置３０２を使用する事で微小な周期（ピッチ）で急速なファイバ外径の変化を付与可能であることを実証した。光ファイバ製造装置３０２は加振器７２が光ファイバ１００に与える振動数や振幅を調整することで、ファイバ長手方向のファイバ外径の変化の周期は数百μｍまで小さくすることが可能であり、ファイバ外径の変化率も３％以上を付与することが可能である。結合型マルチコアファイバのファイバパラメータとファイバ外径の変化の周期、ファイバ外径の変化率を最適化することで、ＤＭＤを１０分の１以下まで低減することが可能である。

また、ファイバ長手方向のコア径の変化の伴いブリルアン散乱波長も変化する。光ファイバ製造装置３０２により作製した光ファイバでは、コア径を連続的に変化しておりそれに伴ってブリルアン散乱波長も連続的に変化し、ブリルアン散乱が波長に対して分散される。その結果、ブリルアン利得の発生閾値を大幅に低減可能であり、本ファイバ用いてブリルアン利得抑制デバイスを実現可能である。

［実施の形態４］
図７の光ファイバ製造装置３０２の構成では、加振器７２によっては、ファイバ外径を固定する場合（窄み部分を形成しない場合）にも常に振動を継続させておく必要がある場合がある。加振器７２を長時間振動し続けるとファイバ外径の製造誤差や加振器７２の温度上昇・消費電力の増加の懸念がある。キャプスタン１５による線速制御は構造上、数秒間で３％以上のファイバ外径変動を与えることは困難であるが、それより遅いファイバ外径の制御であれば実現可能である。

そこで本実施形態の光ファイバ製造装置３０４は、急激かつ微小な線速制御を実現可能な加振器７２と緩やかな線速制御を行うキャプスタン１５とを組み合わせることで、効率的かつ緻密な制御を実現する。図１０は、光ファイバ製造装置３０４を説明する図である。基本的には図７の光ファイバ製造装置３０２と同様であるが演算装置７３および制御器７４が追加される。すなわち、光ファイバ製造装置３０４は、
線引きされる光ファイバ１００の外径を連続して測定する外径測定器１２と、
外径測定器１２が測定した光ファイバ１００の外径と長手方向にわたる外径の設計値との差分値を演算し、変動する前記差分値の周波数成分を所定の閾値で高周波成分と低周波成分に分ける演算装置７３と、
前記差分値の高周波成分を打ち消すように加振器７２の振幅及び振動数を制御し、前記差分値の低周波成分を打ち消すようにキャプスタン１５の回転数を制御する制御器７４と、
をさらに備える。

図１１は、光ファイバ製造装置３０４の動作を説明する制御フロー図である。外径測定器１２は線引きされる光ファイバ１００の外径を連続して測定する（ステップＳ０１）。演算装置７３は、外径測定器１２から得られた外径測定値と、事前もしくは随時入力されるファイバ外径の設計データと比較演算を行い、外径測定値を基準値として設計データの差分値を算出する（ステップＳ０２）。さらに演算装置７３は、所定の閾値でその差分値の周波数成分から高周波成分（高速応答成分）と低周波成分（低速応答成分）を分離する（ステップＳ０３）。制御器７４は、図８（ｂ）をもとに差分値の高周波成分を経路長変化率に換算し、光ファイバ１００に与える振動（振幅及び周波数）として加振器７２を制御する（ステップＳ０４）。一方、制御器７４は、差分値の低周波成分から式（２）の関係式に基づいて線速値を算出し、キャプスタン１５の回転数を制御する（ステップＳ０５）。本実施例の装置では高周波成分は１Ｈｚ以上、低周波成分は１Ｈｚ未満とした（閾値＝１Ｈｚ）。

光ファイバ製造装置３０４にて、実施形態３で説明した光ファイバの作製を行った結果、経路長変化率を３０％程度低減して作製することに成功した。光ファイバ製造装置３０４では加振器７２の振動を最小限に抑えることが可能となるため、振動による光ファイバ１００への負荷を低減し、機械的信頼性を向上させることが可能である。

［付記］
以下は、本実施形態の光ファイバ製造装置を説明したものである。
ＭＩＭＯ伝送においてモード結合を発生させる手段として、ファイバの軸ずれやファイバの構造設計の最適化による方法が提案されているが、軸ずれ法は高い接続損失が発生する問題があり、ファイバ構造の最適化は非常に高い設計・製造精度が要求される。接続損失や設計製造精度を考慮せずにモード結合を促進でき光ファイバを製造する光ファイバ製造装置が求められている。

（１）：
光ファイバの製造方法であって、
光ファイバ母材から光ファイバ引取り手段までの距離を瞬時もしくは微小時間で急速に変化させる光ファイバ距離制御工程と、
前記光ファイバ距離制御工程による光ファイバの引取速度の単位時間当たりの変化より、光ファイバの引取速度の単位時間当たりの変化が小さい光ファイバ引取工程と、を含み、
光ファイバ外径を予め設定された値で連続的に可変することを特徴とする光ファイバの製造方法。

（２）：
光ファイバを製造する装置であって、
光ファイバ引取部の一部を構成するキャプスタンの表面に凹凸形状が形成されていることを特徴とする光ファイバ製造装置。

（３）：
前記キャプスタンの前記光ファイバを固定するベルトがキャプスタン表面の凹凸形状に合わせて変形する素材であることを特徴とする上記（２）記載の光ファイバ製造装置。

（４）：
前記光ファイバ引取部の前段に、前記光ファイバに振動を付与する機構を具備することを特徴とする上記（２）又は（３）に光ファイバの製造装置

上記光ファイバ製造装置で製造した光ファイバは次の通りである。
（５）：
ファイバ長手方向における光ファイバの外径変化が、光ファイバ外径に対する変動率で３％以上を有する事を特徴とする光ファイバ。
（６）：
３％以上の変動率に相当する光ファイバ外径の変化が少なくとも光ファイバ長１ｍ以内で少なくとも１回以上発生していることを特徴とする上記（５）に記載の光ファイバ。
（７）：
光ファイバのコアの位置が中心からずれていることを特徴とする上記（５）又は（６）に記載の光ファイバ。
（８）：
前記光ファイバが光ファイバがマルチコアファイバであることを特徴とする上記（５）又は（６）に記載の光ファイバ。

［発明の効果］
本発明によれば、光ファイバ製造時に急激かつ緻密な線速制御が可能となり、緻密にファイバ外径が制御されたファイバを作製可能となる。本ファイバを用いることで数モードファイバやマルチコア光ファイバ等で発生するモード間群遅延時間差（ＤＭＤ）を抑制可能なＤＭＤ補償デバイスを提供することが出来る。また数モードファイバやマルチコア光ファイバ等でモード間群遅延時間差（ＤＭＤ）を大幅に低減した長距離のファイバの製造にも応用可能である。さらに本ファイバを用いることでブリルアン利得の発生光パワー閾値が高くなり、高光入力パワー時でも伝送品質の劣化を防ぐことが可能である

１１：加熱炉
１２：外径測定器
１３：樹脂塗布器
１４：樹脂硬化器
１５、２５：キャプスタン
１６：ボビン
１７：保持治具
１８：張力測定器
５０：母材
７０：線速制御手段
７１：凹凸形状
７２：加振器
７３：演算装置
７４：制御器
１００：光ファイバ
３００〜３０４：光ファイバ製造装置

Claims (8)

1. 光ファイバ母材を加熱炉で加熱し、軟化した前記光ファイバ母材から光ファイバを線引く光ファイバ製造方法であって、
   前記加熱炉内で前記光ファイバ母材のネックダウン終了位置から前記光ファイバを線引く線速をキャプスタンで制御するとともに、前記キャプスタンで制御する線速の単位時間当たりの変化より細かい変化を線速に与える線速制御工程を有することを特徴とする光ファイバ製造方法。
2. 光ファイバ母材を加熱炉で加熱し、軟化した前記光ファイバ母材から光ファイバを線引く光ファイバ製造装置であって、
   前記加熱炉内で前記光ファイバ母材のネックダウン終了位置から前記光ファイバを線引く線速をキャプスタンで制御するとともに、前記キャプスタンで制御する線速の単位時間当たりの変化より細かい変化を線速に与える線速制御手段を有することを特徴とする光ファイバ製造装置。
3. 前記線速制御手段は、
   前記光ファイバと接触する前記キャプスタンの外周に付与され、前記キャプスタンの半径を違える凹凸形状であることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ製造装置。
4. 前記線速制御手段は、
   前記ネックダウン終了位置から前記キャプスタンまでの線引区間に配置され、前記光ファイバを振動させる加振器であることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバ製造装置。
5. 線引きされる前記光ファイバの外径を連続して測定する外径測定器と、
   前記外径測定器が測定した前記光ファイバの外径と長手方向にわたる外径の設計値との差分値を演算し、変動する前記差分値の周波数成分を所定の閾値で高周波成分と低周波成分に分け、前記差分値の高周波成分を打ち消すように前記加振器の振幅及び振動数を制御し、前記差分値の低周波成分を打ち消すように前記キャプスタンの回転数を制御する演算装置と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ製造装置。
6. 基準となる基準外径より外径が３％以上小さい窄み部が長手方向に周期的に配置される光ファイバ。
7. 前記窄み部が長手方向に１ｍで１回以上配置されていることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ。
8. 断面において、前記コアの中心がファイバクラッド中心にないことを特徴とする請求項６又は７に記載の光ファイバ。

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