JP2019178030A - コア母材の延伸方法、光ファイバ母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造する光ファイバのカットオフ波長の長手方向での変動を抑制できるコア母材の延伸方法、光ファイバ母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法を提供すること。【解決手段】コア部と、前記コア部の外周に形成されたクラッド部とを有するコア母材の長手方向における複数の箇所において、屈折率分布と、前記コア部の直径に対する前記クラッド部の外径の比と、を測定する工程と、前記屈折率分布と、前記比との測定結果に基づいて、前記光ファイバのカットオフ波長が長手方向で略一定になるように、前記クラッド部の外径を調整しながら前記コア母材を長手方向に延伸する工程と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、コア母材の延伸方法、光ファイバ母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法に関する。

一般的に、光ファイバは光ファイバ母材を線引きすることによって製造される。光ファイバ母材は、製造する光ファイバと同様に、コア部とコア部の外周に形成されたクラッド部とを備えている。光ファイバ母材を線引きすることによって、長手方向に垂直な断面形状が光ファイバ母材と相似形状の光ファイバが製造される。光ファイバ母材を製造する方法として、コア部と、コア部の外周に形成されたクラッド部とを備えるコア母材を用いる方法がある。コア母材のクラッド部は、光ファイバ母材のクラッド部の一部に相当する。コア母材のクラッド部の外周にさらにクラッド部を形成することによって、所望のクラッド部を備える光ファイバが製造される。

コア母材において、屈折率分布や、コア部の直径に対するクラッド部の外径の比（以下、適宜クラッド／コア比と記載する）が、コア母材の長手方向で変動していると、このコア母材を用いて製造される光ファイバのカットオフ波長も長手方向で変動するという問題がある。そこで、光ファイバのカットオフ波長を長手方向で一定にするための技術が開示されている（特許文献１、２）。

特開２００５−０６０１４３号公報 特開平２−２１２３２８号公報

上述したように、屈折率分布やクラッド／コア比が、コア母材の長手方向で変動していると、このコア母材を用いて製造される光ファイバのカットオフ波長も長手方向で変動するという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、製造する光ファイバのカットオフ波長の長手方向での変動を抑制できるコア母材の延伸方法、光ファイバ母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法を提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るコア母材の延伸方法は、光ファイバを製造するためのコア母材の延伸方法であって、コア部と、前記コア部の外周に形成されたクラッド部とを有するコア母材の長手方向における複数の箇所において、屈折率分布と、前記コア部の直径に対する前記クラッド部の外径の比と、を測定する工程と、前記屈折率分布と、前記比との測定結果に基づいて、前記光ファイバのカットオフ波長が長手方向で略一定になるように、前記クラッド部の外径を調整しながら前記コア母材を長手方向に延伸する工程と、を含む。

本発明の一態様に係るコア母材の延伸方法は、前記屈折率分布を表すパラメータである前記クラッド部に対する前記コア部の比屈折率差と、前記比と、の測定結果に基づいて、前記クラッド部の外径を調整することを特徴とする。

本発明の一態様に係るコア母材の延伸方法は、前記複数の箇所のうち基準とする基準箇所の前記比屈折率差をｎ_０、前記比をｍ_０として、前記複数の箇所のうち前記基準箇所以外の箇所を延伸する場合は、当該箇所における前記比屈折率差をｎ、前記比をｍとすると、前記基準箇所における延伸後の外径に（ｎ／ｎ_０）^−１／２×（ｍ／ｍ_０）を乗算した外径となるように、前記クラッド部の外径を調整することを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバ母材の製造方法は、前記延伸方法によって延伸されたコア母材を用いて光ファイバ母材を製造することを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバの製造方法は、前記製造方法によって製造された光ファイバ母材を用いて光ファイバを製造することを特徴とする。

本発明によれは、製造する光ファイバのカットオフ波長の長手方向での変動を抑制できるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る光ファイバの製造フローを示す図である。 図２は、コア母材を示す模式図である。 図３は、延伸装置の構成を示す模式図である。 図４は、延伸装置による延伸を説明する模式図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一又は対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５０．１における定義、測定方法に従うものとする。また、コア部の直径は、適宜コア径と記載し、クラッド部の外径は、適宜クラッド径と記載する。

図１は、実施形態に係る光ファイバの製造フローを示す図である。はじめに、ステップＳ１０１において、コア母材を準備する準備工程を行う。つづいて、ステップＳ１０２において、準備したコア母材の特性を測定する測定工程を行う。つづいて、ステップＳ１０３において、特性を測定したコア母材を延伸する延伸工程を行う。つづいて、ステップＳ１０４において、延伸したコア母材を用いて光ファイバ母材を作製する光ファイバ母材作製工程を行う。つづいて、ステップＳ１０５において、作製した光ファイバ母材を用いて光ファイバを作製する光ファイバ作製工程を行う。

以下、各工程について具体的に説明する。図２は、準備するコア母材を示す模式図である。コア母材の準備方法は、特に限定されないが、本実施形態では、コア母材１は、ＶＡＤ（Vapor Axial Deposition）法を用いて作製された円柱状のガラス体であり、コア部１ａと、クラッド部１ｂと、出発材１ｃと、を備えている。

コア部１ａは、たとえば、屈折率を高めるドーパントであるゲルマニウム（Ｇｅ）などを添加した石英系ガラスからなる円柱形状のものである。クラッド部１ｂは、コア部１ａの外周に形成されており、コア部１ａよりも屈折率が低いガラス材料からなり、たとえば屈折率を変化させるドーパントを含まない純石英ガラスからなる。

出発材１ｃは、ＶＡＤ法を実行する際に、コア部１ａとクラッド部１ｂとなるスートを堆積させるための部材であり、たとえば純石英ガラスからなる円柱形状のものである。コア母材１は、ＶＡＤ法によって、出発材１ｃにコア部１ａとクラッド部１ｂとなるスートを堆積させ、スートを脱水し、ガラス化することによって作製できる。

つづいて、測定工程について説明する。測定工程においては、コア母材１の長手方向における複数の箇所において、屈折率分布と、コア部１ａのコア径に対するクラッド部１ｂの外径の比であるクラッド／コア比と、を測定する。これらの測定項目は、公知のプリフォームアナライザなどにより測定できる。本実施形態では、コア母材１の屈折率分布はステップ型である。したがって、コア母材１の屈折率分布は、クラッド部１ｂに対するコア部１ａの比屈折率差Δをパラメータとして表すことができる。また、測定する箇所については、長手方向の中央又は中央付近の箇所を含み、長手方向において等間隔とすることが好ましい。

つづいて、延伸工程について説明する。図３は、延伸工程を実行するための延伸装置の構成を示す模式図である。この延伸装置１０は、たとえばカーボンからなる円筒状のヒータ１１ａを備えた延伸加熱炉１１と、コア母材１を支持し、昇降させるための昇降機構１２ａ、１２ｂと、延伸したコア母材１の外径を測定するレーザ方式の外径測定器１３と、延伸加熱炉１１、昇降機構１２ａ、１２ｂ、及び外径測定器１３を制御する制御部１４とを備える。

延伸を行う前に、コア母材１の、長手方向における出発材１ｃとは反対側の端部に、石英ガラスからなる支持棒１ｄを溶着する。

つづいて、円筒状のヒータ１１ａがコア母材１を囲むように、延伸加熱炉１１にコア母材１を配置する。つづいて、支持棒１ｄ、出発材１ｃ、をそれぞれ昇降機構１２ａ、１２ｂに備えた把持チャックによって把持し、コア母材１を支持する。

つづいて、制御部１４は、ヒータ１１ａを所定の温度に制御するとともに、昇降機構１２ａを下降させて支持棒１ｄを下方に引き下げるとともに、延伸加熱炉１１を上昇させる。これにより、コア母材１が加熱延伸され、延伸したコア母材１が作製される。このとき、延伸加熱炉１１内の周方向での温度分布の不均一による影響を緩和するため、昇降機構１２ａ、１２ｂによってコア母材１を回転させながら、支持棒１ｄを下方に引き下げてもよい。なお、外径測定器１３は、延伸したコア母材１の外径を測定し、その測定データを制御部１４に送信する。延伸工程については後に詳述する。

つづいて、光ファイバ母材作製工程について説明する。光ファイバ母材作製工程では、延伸工程によって延伸したコア母材１を用いて光ファイバ母材を作製する。具体的には、ＯＶＤ（Outside Vapor Deposition）法によって、延伸したコア母材１にスートを堆積させ、スートを脱水し、ガラス化することによって光ファイバ母材を作製する。スートをガラス化した部分は、延伸したコア母材１のクラッド部１ｂと一体化し、クラッド部１ｂとともに光ファイバ母材のクラッド部を構成する。なお、光ファイバ母材作製工程は、ＯＶＤ法を用いたものに限られず、たとえば延伸したコア母材１を、クラッド部１ｂと同じ材料からなるガラス管に挿入し、両者を加熱一体化する方法を用いてもよい。この場合、ガラス管がクラッド部１ｂと一体化し、クラッド部１ｂとともに光ファイバ母材のクラッド部を構成する。

つづいて、光ファイバ作製工程について説明する。光ファイバ作製工程では、公知の線引き装置を用いて光ファイバ母材を線引きすることによって、光ファイバを作製する。このように作製した光ファイバのカットオフ波長λｃは、λｃ＝（２πａ／２．４０５）×（２Δ）^１／２で表される。ここで、２ａは光ファイバのコア径である。

つぎに、延伸工程について詳述する。本実施形態では、コア母材１における比屈折率差Δと、クラッド／コア比との測定結果に基づいて、作製する光ファイバのカットオフ波長が長手方向で略一定になるように外径を調整しながら、コア母材１を長手方向に延伸する。具体的には、制御部１４は、外径測定器１３ａの測定データに基づいて、作製する光ファイバのカットオフ波長が長手方向で略一定になるように、ヒータ１１ａの温度や支持棒１ｄの引き下げ速度や延伸加熱炉１１の上昇速度をフィードバック制御し、延伸時のクラッド部１ｂの外径を調整する。

作製する光ファイバのカットオフ波長は、上述した式で表されるので、光ファイバ母材作製工程で作製するクラッド部の厚さと、光ファイバのクラッド径とが予めわかれば、コア母材１における比屈折率差Δと、クラッド／コア比との測定結果から、作製する光ファイバの比屈折率Δとコア径とがわかる。すなわち、製作するその光ファイバのカットオフ波長を予測することができる。このように、作製する光ファイバのカットオフ波長が長手方向で略一定になるように、延伸した部分のクラッド部１ｂの外径を調整すれば、クラッド径が一定になるようにコア母材１を延伸した場合よりも、作製した光ファイバにおけるカットオフ波長の長手方向での変動が抑制される。なお、カットオフ波長が長手方向で略一定であるとは、カットオフ波長が長手方向で完全に一定である場合だけでなく、その一定値から、光ファイバの仕様等によって定まる許容誤差（例えば±５％以内）の範囲内にある場合も含む。

延伸時にクラッド部１ｂの外径を調整する場合には、以下のように行うことが好ましい。すなわち、まず、測定工程において測定を行った複数の箇所のうち、調整の基準とする基準箇所を定める。この基準箇所における測定結果である比屈折率差Δをｎ_０、クラッド／コア比をｍ_０とする。基準箇所は、所定の外径になるように延伸する。この所定の外径は、光ファイバ母材作製工程で作製するクラッド部の厚さなどを勘案して設定される。

そして、測定を行った複数の箇所のうち、基準箇所以外の測定箇所における測定結果である比屈折率差Δをｎ、クラッド／コア比をｍとする。このとき、その測定箇所を延伸する場合は、当該測定箇所における比屈折率差Δをｎ、クラッド／コア比をｍとすると、基準箇所における延伸後の外径に（ｎ／ｎ_０）^−１／２×（ｍ／ｍ_０）を乗算した外径となるように調整する。たとえば、或る測定箇所における比屈折率差Δが基準箇所における比屈折率差Δよりも大きいときには基準箇所における延伸後の外径よりも小さい外径に延伸することとなる。同様に、或る測定箇所におけるクラッド／コア比が基準箇所におけるクラッド／コア比よりも大きいときには基準箇所における延伸後の外径よりも大きい外径に延伸することとなる。また、或る２つの測定箇所の間の箇所を延伸する場合は、２つの測定箇所における比屈折率差Δ及びクラッド／コア比によって補完した値を用いることができる。これにより、光ファイバのカットオフ波長を長手方向で略一定にできる。

なお、基準箇所として、コア母材１における長手方向の中央又は中央付近の測定箇所を選択することが好ましい。その理由は、コア母材１における長手方向の中央又は中央付近は、製造条件が最も安定するためである。したがって、この箇所を基準箇所とすることで、延伸の際のクラッド径の調整の幅を小さくすることができる。

（実施例、比較例）
以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。まず、ＶＡＤ法を用いて作製された、同一の特性を有するコア母材を２本準備した。そして、準備したコア母材の長手方向における一方の端部の近傍の箇所（Ａ点とする）と他方の端部の近傍の箇所（Ｂ点とする）とを測定箇所とし、プリフォームアナライザによって測定を行った。その結果、２本のコア母材は、いずれも、以下の特性を有していた。すなわち、Ａ点でのコア径は１０ｍｍであり、クラッド径は４０ｍｍであった。すなわち、クラッド／コア径は４．０であった。また、Ａ点での比屈折率差Δは０．３％であった。一方、Ｂ点でのコア径は１０．５ｍｍであり、クラッド径は４０ｍｍであった。すなわち、クラッド／コア径は３．８０９であった。また、Ｂ点での比屈折率差Δは０．３１％であった。すなわち、２本のコア母材は、いずれも、比屈折率差Δとクラッド／コア径とが、長手方向で変動しているものであった。

（比較例）
比較例として、２本のコア母材の一方を、図３に示すような構成の延伸装置を用いて、クラッド径が長手方向で一定になるように調整しながら延伸し、延伸したコア母材を、プリフォームアナライザによって測定した。その結果、延伸前のコア母材のＡ点に対応する箇所でのコア径は５ｍｍであり、クラッド径は２０ｍｍであった。また、延伸前のコア母材のＢ点に対応する箇所でのコア径は５．２５ｍｍであり、クラッド径は２０ｍｍであった。

つづいて、ＯＶＤ法によって、延伸したコア母材のクラッド径よりもクラッド径が６０ｍｍだけ大きくなるようにクラッド部を形成した光ファイバ母材を作製し、その外径を測定した。延伸前のコア母材のＡ点に対応する箇所でのクラッド径は８０ｍｍであり、延伸前のコア母材のＢ点に対応する箇所でのクラッド径は８０ｍｍであった。

この光ファイバ母材から光ファイバを線引きし、そのカットオフ波長を２２ｍ法にて測定した。すると、カットオフ波長は、延伸前のコア母材のＡ点に対応する箇所でのカットオフ波長を基準とすると、延伸前のコア母材のＢ点に対応する箇所でのカットオフ波長が６．７％だけ長くなるように、変動していた。

（実施例）
一方、実施例として、２本のコア母材のもう一方を、以下のように延伸した。まず、上述したように、コア母材のＡ点において、クラッド／コア径は４．０であり、比屈折率差Δは０．３％であった。一方、Ｂ点において、クラッド／コア径は３．８０９５であり、比屈折率差Δは０．３１％であった。このとき、Ａ点を基準箇所して、Ｂ点に対して上述した式を適用すると、（ｎ／ｎ_０）^−１／２×（ｍ／ｍ_０）＝（０．３１／０．３）^−１／２×（３．８０９／４）＝０．９３６７である。そこで、図３に示すような構成の延伸装置を用いて、コア母材を、Ａ点では延伸後のクラッド径が２０ｍｍになるように、Ｂ点では、２０ｍｍに０．９３６７を乗算して、クラッド径が２０ｍｍ×０．９３６７＝１８．７３ｍｍになるように、クラッド径を調整しながら延伸を行った。なお、Ａ点とＢ点との間の箇所は、上記２点のクラッド径の値を線形補完した値のクラッド径となるように調整しながら延伸を行った。

つづいて、延伸したコア母材のクラッド径よりもクラッド径が６０ｍｍだけ大きくなるようにクラッド部を形成した光ファイバ母材を作製した。そして、この光ファイバ母材から光ファイバを線引きし、そのカットオフ波長を２２ｍ法にて測定した。すると、延伸前のコア母材のＡ点に対応する箇所でのカットオフ波長を基準とすると、延伸前のコア母材のＢ点に対応する箇所でのカットオフ波長の変動は３．３％であり、比較例の場合よりも小さくなった。

なお、上記実施形態では、比屈折率差Δを、コア母材１の屈折率分布を表すパラメータとして用いているが、屈折率分布を表す他のパラメータを用いてもよい。たとえば、屈折率分布を表すパラメータとして、ゲルマニウムの濃度を用いてもよい。また、本実施形態では、光ファイバのカットオフ波長が長手方向で略一定になるようにコア母材１を延伸しているので、延伸したコア母材１の外径は長手方向で変動している可能性がある。この場合、延伸したコア母材１の外径が長手方向で一定になるように外周を研削してもよい。これにより、光ファイバのカットオフ波長の長手方向での変動をより一層抑制でき、一定性が向上する。

また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。

１ コア母材
１ａ コア部
１ｂ クラッド部
１ｃ 出発材
１ｄ 支持棒
１０ 延伸装置
１１ 延伸加熱炉
１１ａ ヒータ
１２ａ、１２ｂ 昇降機構
１３ 外径測定器
１４ 制御部

Claims (5)

1. 光ファイバを製造するためのコア母材の延伸方法であって、
   コア部と、前記コア部の外周に形成されたクラッド部とを有するコア母材の長手方向における複数の箇所において、屈折率分布と、前記コア部の直径に対する前記クラッド部の外径の比と、を測定する工程と、
   前記屈折率分布と、前記比との測定結果に基づいて、前記光ファイバのカットオフ波長が長手方向で略一定になるように、前記クラッド部の外径を調整しながら前記コア母材を長手方向に延伸する工程と、
   を含むコア母材の延伸方法。
2. 前記屈折率分布を表すパラメータである前記クラッド部に対する前記コア部の比屈折率差と、前記比と、の測定結果に基づいて、前記クラッド部の外径を調整することを特徴とする請求項１に記載のコア母材の延伸方法。
3. 前記複数の箇所のうち基準とする基準箇所の前記比屈折率差をｎ_０、前記比をｍ_０として、
   前記複数の箇所のうち前記基準箇所以外の箇所を延伸する場合は、当該箇所における前記比屈折率差をｎ、前記比をｍとすると、前記基準箇所における延伸後の外径に（ｎ／ｎ_０）^−１／２×（ｍ／ｍ_０）を乗算した外径となるように、前記クラッド部の外径を調整することを特徴とする請求項２に記載のコア母材の延伸方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一つに記載の延伸方法によって延伸されたコア母材を用いて光ファイバ母材を製造することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
5. 請求項４に記載の製造方法によって製造された光ファイバ母材を用いて光ファイバを製造することを特徴とする光ファイバの製造方法。

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