JP4494828B2 - 光ファイバの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光通信用に好適な光ファイバの製造方法に関する。
光ファイバは、軸付け法や外付け法と呼ばれる方法で、出発母材上にガラス微粒子(スート)を堆積して多孔質ガラス母材を形成し、これを焼結・透明ガラス化した後、必要に応じて所望の径に縮径して得られたガラスロッド、いわゆる光ファイバ用プリフォーム（以下、単にプリフォームと称する）を線引きして製造される。
このようにして得られるプリフォームには、残留歪があり、移動の際の僅かなショックや線引き工程での昇温時に、割れを発生することがある。このため特許文献１では、多孔質ガラス母材の焼結・透明ガラス化後に、特許文献２では、線引き前に歪を除去する加熱処理を行っている。
しかしながら、従来の除歪方法では、コアとクラッドとのガラス軟化点の温度差が大きいプリフォームは、その径方向への屈折率分布の状態を表すプロファイル（以下、単にプロファイルと称する）と、これを線引きして得られた光ファイバのプロファイルとで、屈折率の絶対値が変化してしまうことが、多々あった。
このように、コアとクラッドのガラス軟化点の差が大きいプリフォームは、製造過程での熱履歴の受け方で、製造されたプリフォームの残留応力の大きさが異なり、その大きさによってプロファイルが変化する。
その結果、使用したプリフォームによって、線引きした光ファイバのロット間にバラツキがあったり、プリフォームのプロファイルから求めた光ファイバの推定特性値と、実際に線引きして得た光ファイバの特性値とが大きく異なるということがあった。
その結果、使用したプリフォームによって、線引きした光ファイバのロット間にバラツキがあったり、プリフォームのプロファイルから求めた光ファイバの推定特性値と、実際に線引きして得た光ファイバの特性値とが大きく異なるということがあった。
そこで、本発明は、上記事情に鑑み、プリフォームのプロファイルから推定して得られる光ファイバの特性値と、実際に線引きして得られる光ファイバの特性値とで差のない特性値を有する光ファイバの製造方法を提供することを目的としている。
光ファイバの製造方法に係る第１の発明は、プリフォームを十分にアニールして除歪した後に該プリフォームの屈折率分布を測定し、該屈折率分布の形状（プロファイル）から線引きして得られる光ファイバの特性を推定した後に、該プリフォームを線引きすることを特徴としている。
第２の発明は、プリフォームを十分にアニールして除歪した後に該プリフォームの屈折率分布を測定し、該屈折率分布の形状（プロファイル）から線引きして得られる光ファイバの特性を推定し、これに基づいて該プリフォームをエッチング加工した後に、線引きすることを特徴としている。
第３の発明は、プリフォームを十分にアニールして除歪した後に該プリフォームの屈折率分布を測定し、該屈折率分布の形状（プロファイル）から線引きして得られる光ファイバの特性を推定し、これに基づいて線引き時の張力を調整して線引きすることを特徴としている。
第２の発明は、プリフォームを十分にアニールして除歪した後に該プリフォームの屈折率分布を測定し、該屈折率分布の形状（プロファイル）から線引きして得られる光ファイバの特性を推定し、これに基づいて該プリフォームをエッチング加工した後に、線引きすることを特徴としている。
第３の発明は、プリフォームを十分にアニールして除歪した後に該プリフォームの屈折率分布を測定し、該屈折率分布の形状（プロファイル）から線引きして得られる光ファイバの特性を推定し、これに基づいて線引き時の張力を調整して線引きすることを特徴としている。
本発明において、プリフォームのプロファイルの測定は、電気炉を用いて所定の温度で所定の時間アニールした後に行うのが好ましい。なお、所定の温度としては、プリフォームの最大除歪温度の±100℃の範囲内の温度で適宜設定するとよく、また上記所定の時間としては、１時間以上とするのが好ましい。
上記製造方法を用いることで、優れた光学特性を有する希土類ドープ光ファイバ、分散補償光ファイバ、純粋シリカコア光ファイバが得られる。
上記製造方法を用いることで、優れた光学特性を有する希土類ドープ光ファイバ、分散補償光ファイバ、純粋シリカコア光ファイバが得られる。
本発明は、十分にアニールして除歪した後にプリフォームのプロファイルを測定して、線引きして得られる光ファイバの特性を推定し、これに基づいて、エッチング加工してプロファイルを修正したプリフォームを線引きすることで、あるいは線引き時の張力を調整して線引きすることで、所望の特性を有する光ファイバを製造することができる。
以下、図に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、アニール前後で測定したプリフォームのプロファイルを示すグラフであり、プリフォームのプロファイルに与えるアニール効果を示している。なお、縦軸は比屈折率差（△）、横軸はコア中心を零位置（中心）とする径方向位置である。
図１は、アニール前後で測定したプリフォームのプロファイルを示すグラフであり、プリフォームのプロファイルに与えるアニール効果を示している。なお、縦軸は比屈折率差（△）、横軸はコア中心を零位置（中心）とする径方向位置である。
図１から、アニールによって残留応力の除かれたプリフォームの真のプロファイルと、アニール前の残留応力が存在するプリフォームのプロファイルとは、大きく相違する様子が見て取れる。これから、残留応力が存在するアニール前のプリフォームのプロファイルから、線引きして得られる光ファイバの特性を推定し、これに基づいてプリフォームをエッチング加工したり、線引き時の張力を調整して線引きしても、設計値通りの特性を有する光ファイバを得ることはできないことが分かる。
図２は、アニール無しのプリフォームのプロファイルと、これを線引きして得た光ファイバ（ＲＮＦ）のプロファイルとを比較したグラフであり、両者のプロファイルが異なったものとなっている。さらに、プリフォームの製造ロットによって残留応力量が異なり、アニール無しのプリフォームのプロファイルから、線引きして得られる光ファイバの特性値を正確に推定することは困難であることが分かった。
図３は、アニール処理されたプリフォームのプロファイルと、これを線引きして得られる光ファイバ（ＲＮＦ）のプロファイルとを比較したグラフであり、両者のプロファイルは極めて良く一致している。従って、十分にアニールして除歪したプリフォームのプロファイルから、線引きして得られる光ファイバの特性値を正確に推定することでき、これに基づいて、プリフォームをエッチング加工してそのプロファイルを修正することで、あるいは線引き時の張力を調整することで、設計値通りの特性を有する光ファイバを得ることができる。
本発明は、上記知見に基づき達成されたものである。すなわち、プリフォームのプロファイルを測定する段階で、プリフォームから熱履歴による残留応力を取り除き、プリフォームの真のプロファイルを求め、これに基づいて線引きして得られる光ファイバの特性を推定し、所定の特性が得られるように、プリフォームをエッチング加工するか、あるいは線引き時の張力を調整して線引きするものである。
これには、プリフォームの真のプロファイルを基準とし、線引き時の応力（張力）と真のプロファイルとの関係を予め把握しておくことにより、設計値通りの特性を有する光ファイバを得ることができ、また、歩留まりも向上する。
プリフォームに存在する残留応力の影響がプロファイルに出やすい光ファイバとしては、例えば、エルビウムドープファイバ、分散補償ファイバ、ピュアシリカコアファイバ等が挙げられるが、一般的には、コアとクラッドとのガラス粘度差、軟化温度差の大きい光ファイバである。
コアがピュアシリカ、クラッドがフッ素ドープ石英ガラスからなるピュアシリカコアファイバプリフォームを５本作製した。各プリフォームをそれぞれ二分割し、１本はアニールをせずに、もう１本は１０００℃で３時間のアニールをした後に、それぞれプリフォームアナライザーで屈折率分布を測定してプロファイルを求めた。
アニール有りとアニール無しの各プリフォームに対して、そのプロファイルから線引きしたときに得られる光ファイバの推定カットオフ波長を求め、さらに、各プリフォームを同一条件（線引き張力７０ｇ）で線引きして得た光ファイバのカットオフ波長をそれぞれ実測し、その結果を表１に推定値と実測値とのずれ（差）としてまとめて示した。
表１からは、プリフォームを十分に除歪することで、カットオフ波長の推定値と実測値のずれ（差）を極めて小さくできることが認められる。さらに、アニールした場合は、カットオフ波長の推定値と実測値のずれ量がある一定の関係にあるのに対し、アニールしていない場合は、プリフォーム製造時の熱履歴に差があるため、プリフォームの各ロット間で上記ずれ量が大きくばらついている。
実際には、プリフォームをアニールして除歪しても、線引き時に受ける熱応力で光ファイバ中に応力が残留すると考えられるが、線引き条件が一定であれば、熱応力を受ける割合も一定となり、光ファイバ特性をばらつかせる要因をかなり小さく抑えることが可能となる。これに対して、プリフォームの段階で熱履歴の差を小さく抑えようとしても、プリフォーム径等が異なると熱履歴も変わってしまうため、プリフォームを十分にアニール処理して熱履歴の影響をなくすのが、最もロット間のばらつきを抑えるという点では有効である。
カットオフ波長は、コア径と屈折率の平方根に比例するため、実際に推定カットオフ波長が大きくずれてしまった原因としては、屈折率の絶対値が変動してしまったことが考えられる。そのため、プリフォームの残留応力を十分なアニールによって取り除いた基準とするプロファイルと、光ファイバ化後のプロファイルとのずれ量を予め把握しておけば、プリフォームから求めた推定光ファイバ特性と実際の光ファイバ特性とを整合させることが可能となる。
本発明によれば、製造コストの低減に寄与し、かつ特性の安定した光ファイバが得られる。
Claims (6)
- 光ファイバ用プリフォームを十分にアニールして除歪した後に該プリフォームの屈折率分布を測定し、該屈折率分布の形状（プロファイル）から線引きして得られる光ファイバの特性を推定した後に、該プリフォームを線引きすることを特徴とする光ファイバの製造方法。
- 光ファイバ用プリフォームを十分にアニールして除歪した後に該プリフォームの屈折率分布を測定し、該屈折率分布の形状（プロファイル）から線引きして得られる光ファイバの特性を推定し、これに基づいて該プリフォームをエッチング加工した後に、線引きすることを特徴とする光ファイバの製造方法。
- 光ファイバ用プリフォームを十分にアニールして除歪した後に該プリフォームの屈折率分布を測定し、該屈折率分布の形状（プロファイル）から線引きして得られる光ファイバの特性を推定し、これに基づいて線引き時の張力を調整して線引きすることを特徴とする光ファイバの製造方法。
- 該プリフォームの屈折率分布の測定を、電気炉を用いて所定の温度で所定の時間アニールした後に行う請求項１乃至３のいずれかに記載の光ファイバの製造方法。
- 該所定の温度が、該プリフォームの最大除歪温度の±100℃の範囲内の温度である請求項４に記載の光ファイバの製造方法。
- 該所定の時間が、１時間以上である請求項４に記載の光ファイバの製造方法。
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