JP6402466B2 - マルチコア光ファイバの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、マルチコア光ファイバの製造方法に関する。

特許文献１には、単一コアファイバ（ＳＣＦ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒ）を線引きにより作製するロッドイン線引き法（以下、「ＲＩＤ法」と記す）が開示されている。このＲＩＤ法では、単一コアファイバを作製する際、中心のみに孔を有するクラッド材のパイプへ１つのコアを挿入し、このクラッド材を垂直方向に配置する。そして、線引き炉へ挿入し、加熱一体化しながら線引きを行う。このようなＲＩＤ法は、クラッドパイプへコアを挿入した後、コアロッドとクラッドパイプ内表面の水分を除去する工程、クラッドパイプの少なくとも一端を封止する工程、及び、コアロッドとクラッドパイプの間の隙間を乾燥気体雰囲気と連結しながら又は減圧した状態で一端から線引きして光ファイバとする工程とを備えている。

特許第５１７６２７４号公報

ＲＩＤ法を用いてＳＣＦを作製する場合、母材段階ではコア挿入孔は潰れていないが、孔がクラッド材の中心のみであるため、潰れる過程でコアが母材中心に寄る作用が働き、紡糸後の光ファイバのコア偏心量を一定以下に抑制することが容易である。一方、ＲＩＤ法を用いてマルチコアファイバ（ＭＣＦ：Ｍｕｌｔｉ Ｃｏｒｅ Ｆｉｂｅｒ）を作製する場合、母材段階ではコア挿入孔は潰れておらず且つ孔がクラッド材の中心以外にも存在するため、各コアは必ずしも各孔の中心には寄らず、断面内のコア配置の高精度化において不利であると考えられていた。このため、ＲＩＤ法を用いてＭＣＦを作製することは困難であった。特に、ＲＩＤ法では、コア位置精度、伝送損失、及び、量産性を両立してＭＣＦを製造する方法は知られておらず、従来はＭＣＦの製造は、ロンドインコラプス法（ＲＩＣ法）で、ＭＣＦの母材段階でコア配置位置を一旦固定し、必要に応じて外周研削等でコア位置を修正した後、通常のファイバ線引きを行って、光ファイバを製造していた。

また、ＭＣＦは良好な相互接続性を保つため、所定のコア位置からの変動が小さいことが望ましい。コア配置位置の高精度化はＭＣＦ固有の問題であり、ＭＣＦ同士で光学的に接続する際やＭＣＦと受光素子又は発光素子とが光学的に接続する際に、全コアが一括して光学的に接続するコア位置が精度良く配置されていないと、接続損失の増大を招いてしまう。コア位置の精度を向上させるには、ロッドインされた状態での各コアの孔内での位置の誤差を小さくする必要がある。ＲＩＤ法で、コアロッドの外径とクラッド材の孔の内径の差（クリアランス）が大きいと、クラッド材の孔の中でコアロッドが動ける量が大きくなり、作成したＭＣＦのコア位置の変動が発生する原因となるため、クリアランスは小さいことが望ましい。

また、ＭＣＦのコア母材にはクラッド材の中心以外のコア（衛星コア、例えば図２のコア４ａ参照）が存在している。衛星コア部からクラッド材の最外周までの距離に対するクラッド材の外径の比は、ＳＣＦの中心コア部に対するクラッド材の外径の比に比べて大きくなる。したがって、同じ大きさの母材にダミーパイプを接続する際、ＭＣＦの場合の方がダミーパイプが薄型化することになる。ダミーパイプの薄型化は、接続部の強度を減少させることになる。一方、接続部の面積を増大すると、その分、クラッド部の面積を増大させ、ＭＣＦファイバ径の不要な増大を招いてしまう。

このように、ＭＣＦをＲＩＤ法で作成する場合、ＳＣＦに比べ、ダミーパイプの薄型化の限界やコア位置精度の低下、更に、残存ＯＨ基による伝送損失の増加といった点で問題があった。

そこで、本発明者らは、まず、ダミーパイプの薄型化を回避する手段として、衛星コアを含むすべてのコアの孔径を小さくすることが有効であると考えた。つまり、孔径を小さくする分、ダミーパイプの厚さを大きくすることが可能である。しかし、孔に挿入されるコア材は、コア部と、クラッドの一部を構成するクラッド部（部分クラッド）とを有するコアロッドから構成されている。このクラッド部を薄くすると、孔径を小さくすることができる。しかし、このクラッド部を薄くしすぎると、コアロッドからクラッド材に染み出す光の量が増大し、クラッド材に含まれるＯＨ基による伝送損失の増大を招いてしまう。

本発明では、このような問題を解決することを目的としている。そして、本発明者らは、これらの問題を解決するには、クラッド材に含まれるＯＨ基の量に応じて、コアロッドにおけるクラッド部分の厚さを適切に設定すれば、このような問題を解決できるのではないかという点に着眼した。

また、ＭＣＦ特有の問題として、衛星コアの位置精度の確保の問題もある。衛星コアの位置は、孔の位置の問題だけでなく、ＲＩＤ法特有の事象として、線引き時の孔が潰れる場合の位置精度の問題も存在している。この対策として、コアロッドを細径化すれば、孔径も小さくすることが可能で、その分コア位置精度を確保しやすい。また、孔径が小さいと、ダミーパイプの薄型化対応という意味でも好ましい。しかし、コアロッド径を小さくするということは、コアを覆うクラッドの厚さも小さくなるので、コアロッドからクラッドに染み出した部分での伝送損失の増大という面では不利であった。

また、複数のクラッド材に孔を形成する際、孔と孔の間に有る梁部にクラックが発生しやすくなる。ガラスの材質、組成、及び、熱履歴に起因する残留応力に依存するが、クラックの発生率は梁部の厚みが薄くなると上昇する傾向があり、一般的な合成石英の場合、梁部の厚みは１ｍｍ以上であることが望ましい。クラッド材の孔径を小さくするということは、この意味でも有意である。

また、特許文献１の図１３に示す様に、ＳＣＦをＲＩＤ法を用いて製造する場合は、クラッド材の孔の位置は軸中心のみであるため、接続したダミーパイプの一部を加熱してわずかに縮径することで、挿入したコアロッドを突き当てることが出来る。このとき、コアロッドとダミーパイプの接触部における、コアロッドの外周上に予め凹みを付し、接触部に凹みの隙間が生じる形状にコアロッドを加工しておくことにより、ガスの流路を確保しつつ、コアロッドの落下を防止して固定することができる。これにより、クラッド材の孔の内壁とコアロッドの外周の間にハロゲンガス等を流しながら加熱して気相による純化処理することができる。純化処理の後、線引き開始端側のダミーパイプ部を加熱しながら延伸することで、ダミーパイプとコアを一体化して封止し、クラッド材の上部に接続された圧力調整機構により、コアロッドとクラッド材の孔の間の圧力を陰圧に保ちながら、加熱一体化しながら線引きすることで、コアロッドとクラッド材の孔との界面における不純物の無い、伝送損失の低い光ファイバを得ることが出来る。

一方、ＭＣＦをＲＩＤ法を用いて製造する場合、クラッド材の孔の位置は軸中心以外にも存在するため、接続したダミーパイプの一部を縮径した場合、外周側のコアロッドをダミーパイプの縮径部に突き当てることは出来るが、中心側のコアロッドを突き当てることは出来ない。中心側のコアロッドを突き当てる程、ダミーパイプを縮径するには、長い工程時間を必要とする。また前述のとおり、ＭＣＦの場合はダミーパイプの肉厚がその外径に対し相対的に薄くなるため、縮径加工の際にダミーパイプが非円形状となりやすく外径を管理することが困難であり、所定の外径に縮径加工すること自体が困難であった。このため、コアの落下を防止して所定の位置に固定しつつ、ガスの流路を確保することが困難、またはコアの落下を防止しつつ、ガスの流路を確保するには、コア固定部材が必要であった。以上の理由より、ＭＣＦをＲＩＤ法で製造する場合、クラッド材の孔の内壁とコアロッドの外周の間に気相による純化処理することが困難であり、経済性、生産性を両立しつつ、コアロッドとクラッド材の孔との界面における不純物の無い、伝送損失の低い光ファイバを得ることが困難であるという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、経済性及び生産性に優れ、且つ、伝送損失の低いマルチコア光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るマルチコア光ファイバの製造方法は、石英系ガラスからなり、ＯＨ基の平均濃度Ｊ_ＯＨが所定の濃度未満となるクラッド材を準備するクラッド材準備工程と、石英系ガラスからなり、コア部及びクラッドの一部を有する複数のコアロッドを作製するコアロッド作製工程と、クラッド材にその軸方向に延在する複数の孔を形成する孔加工工程と、クラッド材の第１端側にダミーパイプを接続する接続工程と、接続工程の後にクラッド材の複数の孔それぞれに複数のコアロッドそれぞれを挿入する挿入工程と、挿入工程の後にクラッド材の第２端側を加熱してクラッド材と複数のコアロッドとを一体化しつつ、第２端側から線引きしてマルチコア光ファイバとなるように紡糸する線引き工程と、を備え、準備されたコアロッドのＯＨ基の平均濃度が０．００１重量ｐｐｍ未満であり、クラッド材のＯＨ基の平均濃度が１００重量ｐｐｍ未満であり、線引き工程での紡糸後の光ファイバのコアロッド以外の部分の波長１３８３ｎｍの光パワー率をＰｊとし、Ｘ＝（６２．６×Ｊ_ＯＨ（重量ｐｐｍ）＋１１７５）×Ｐｊ=０．１となるＰｊ_０．１（Ｘ＝０．１の場合のＰｊ）を算出するＰｊ算出工程と、コア部の径に対するコアロッドの外径の比率（コアロッドの外径／コア部の径）をＰ_ｃｃとし、コアロッドの屈折率分布よりＰｊ_０．１が可能となるＰ_{ｃｃ０．１}（Ｘ＝０．１の場合のＰ_ｃｃ）を算出するＰ_ｃｃ算出工程と、を更に備え、コアロッド作製工程では、比Ｐ_ｃｃが比Ｐ_{ｃｃ０．１}以上を満たし、紡糸後の光ファイバの所定の外径および所定のコア径の関係がクラッド材の外径およびコアロッドのコア部の径の関係に対応したコアロッド径２Ｒとして、コアロッドがコアロッド径２Ｒ_０．１を有するように加工され、孔加工工程では、クラッド材に形成される複数の孔の孔径をコアロッド径２Ｒ_０．１＋Ｃとしたときに、Ｃが０．１５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下となる範囲で複数の孔が加工されている。

本発明によれば、経済性及び生産性に優れ、且つ、伝送損失の低いマルチコア光ファイバの製造方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るマルチコア光ファイバの製造方法が適用される線引き装置の構成を示す図である。 クラッド材とダミーパイプとの接合を説明するための図であり、（ａ）は、接合を示す断面図であり、（ｂ）はその接合面での各径の関係を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係るマルチコア光ファイバの製造方法を示す図である。 Ｐｊに対する波長１３８３ｎｍでの伝送損失の増加量を示す図である。 屈折率分布と光パワーの径依存性を示す図である。 クラッド材中のＯＨ基の平均濃度と式（１）のＸ値との関係を示す図である。

本発明の一態様に係るマルチコア光ファイバの製造方法は、石英系ガラスからなり、ＯＨ基の平均濃度Ｊ_ＯＨが所定の濃度未満となるクラッド材を準備するクラッド材準備工程と、石英系ガラスからなり、コア部及びクラッドの一部を有する複数のコアロッドを作製するコアロッド作製工程と、クラッド材にその軸方向に延在する複数の孔を形成する孔加工工程と、クラッド材の第１端側にダミーパイプを接続する接続工程と、接続工程の後にクラッド材の複数の孔それぞれに複数のコアロッドそれぞれを挿入する挿入工程と、挿入工程の後にクラッド材の第２端側を加熱してクラッド材と複数のコアロッドとを一体化しつつ、第２端側から線引きしてマルチコア光ファイバとなるように紡糸する線引き工程と、を備え、準備されたコアロッドのＯＨ基の平均濃度が０．００１重量ｐｐｍ未満であり、クラッド材のＯＨ基の平均濃度が１００重量ｐｐｍ未満であり、線引き工程での紡糸後の光ファイバのコアロッド以外の部分の波長１３８３ｎｍの光パワー率をＰｊとし、Ｘ＝（６２．６×Ｊ_ＯＨ（重量ｐｐｍ）＋１１７５）×Ｐｊ=０．１となるＰｊ_０．１（Ｘ＝０．１の場合のＰｊ）を算出するＰｊ算出工程と、コア部の径に対するコアロッドの外径の比率（コアロッドの外径／コア部の径）をＰ_ｃｃとし、コアロッドの屈折率分布よりＰｊ_０．１が可能となるＰ_{ｃｃ０．１}（Ｘ＝０．１の場合のＰ_ｃｃ）を算出するＰ_ｃｃ算出工程と、を更に備え、コアロッド作製工程では、比Ｐ_ｃｃが比Ｐ_{ｃｃ０．１}以上を満たし、紡糸後の光ファイバの所定の外径および所定のコア径の関係がクラッド材の外径およびコアロッドのコア部の径の関係に対応したコアロッド径２Ｒとして、コアロッドがコアロッド径２Ｒ_０．１を有するように加工され、孔加工工程では、クラッド材に形成される複数の孔の孔径をコアロッド径２Ｒ_０．１＋Ｃとしたときに、Ｃが０．１５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下となる範囲で複数の孔が加工されている。

このように上記の製造方法では、クラッド材のＯＨ基の平均濃度を示すＪ_ＯＨ及び光ファイバのコアロッド以外の部分の光パワー率Ｐｊを用いて所定のコアロッド径を有するようにコアロッドを作製すると共に、このようなコアロッド径に対するクリアランスＣが０．１５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下となるようにコアロッド配置用の孔が加工されている。このため、上記の製造方法によれば、コアロッドの外周に存在するＯＨ基による波長１３８３ｎｍにおける伝送損失の上昇を０．１ｄＢ／ｋｍ以下に抑制しつつ、コアロッドにおけるクラッド部分の厚さを適切に設定することができる。また、上記の製造方法では、クリアランスＣが０．１５ｍｍ以上となっているため、挿入時にコアロッドと孔内面とが擦れてしまい、クラッド材の孔内面やコアロッドの外周面に傷を発生させてしまうことを抑制することができる。また、クリアランスＣが１．５ｍｍ以下となっているため、ＭＣＦにおけるコア位置の作製精度を高くすることができ、更に、コア位置の長手方向の変動も抑制することができる。以上により、上記の製造方法によれば、伝送損失、コア位置精度、及び、量産性を両立してＭＣＦを製造することが可能となる。

上記のマルチコア光ファイバの製造方法は、複数のコアロッドの屈折率プロファイルを測定するプロファイル測定工程を更に備え、複数のコアロッドがＰｊ_０．１を満たすことが可能かどうかを判別し、Ｐｊ_０．１を満たすコアロッドを使用することが好適である。このようにコアロッド外周への光パワーの染み出しを管理することで、コアロッド界面（コアロッド表面及び孔内面）おけるＯＨ基、及びＯＨ基以外の不純物による吸収の影響も十分に抑制できる。このため、例えば、後述する図３に示す様に、クラッド材の孔内表面、又はコアロッド外周表面の気相による純化処理を行わない場合でも、波長１３８３ｎｍにおける伝送損失の増大を０．１ｄＢ／ｋｍ以下にしつつ、図６に示す様に各コア間の波長１５５０ｎｍにおける伝送損失の偏差を０．０１ｄＢ／ｋｍ以下とすることが出来る。つまり、気相による純化処理を省くことが可能である。なお、ＲＩＤ法において、コアロッド界面の気相による純化処理を実施しない場合は、純化処理用のガスの供給設備が不要であり、また気相による純化処理を実施する場合でも、各クラッド材の孔、及びコア外周に流れる純化処理用のガスの流量の均一化を図る必要がなくなり、線引き装置の構成等を簡素化させることができる。

上記のマルチコア光ファイバの製造方法を用いて、気相による純化処理を省略した場合は、純化処理用のガスをコアロッドとクラッド材に形成された孔の間へ流す必要がないため、クラッド材の第２端側を封止する封止工程の後、コアロッドの挿入行うことができる。この場合、線引き開始端（第２端）を封止した後に、コアロッドを挿入することができる。これにより、コアロッドの落下を防止するコア固定部材を用いることなく、容易にコアロッドを落下防止することができる。

上記のマルチコア光ファイバの製造方法は、接続工程の後にクラッド材及びクラッド材に接続されたダミーパイプを、弗化水素を含む水溶液及び塩化水素を含む水溶液の少なくとも一方へ浸す不純物除去工程を更に備えることが好適である。この場合、クラッド材の第１端側にダミーパイプを接続する接続工程、及び、クラッド材の一端を封止する工程において、クラッド材の孔内表面へＯＨ基等の不純物が拡散したり付着したりするが、上記の処理を実施することで、不純物を除去することができ、更に低損失なＭＣＦを得ることが可能となる。また、不純物に起因したコアロッド界面における気泡の発生を抑制することもできる。

上記のマルチコア光ファイバの製造方法において、接続工程、及び、クラッド材の第２端側を封止するために用いる封止部材とクラッド材とを接続する封止工程の少なくとも一方において、各部材を溶融又は接合するために用いる熱源の燃焼ガス又は加熱炉内の雰囲気に水素又は水素化合物を使用しないようにしてもよい。この場合、クラッド材の第１端側にダミーパイプを接続する接続工程、及び、クラッド材の第２端側を封止する封止工程に、燃焼ガス又は加熱炉内の雰囲気に水素又は水素化合物を含まない熱源を用いることで、クラッド材へのＯＨ基の拡散を防止することが出来るため、低伝送損失であるＭＣＦを得ることが出来る。なお、ＯＨ基を含まない熱源としては、例えば、プラズマバーナー、抵抗炉、誘導炉等を好適に用いることが出来る。

上記のマルチコア光ファイバの製造方法は、挿入工程の前にコアロッドの外表面から機械的な方法及び化学的な方法の少なくとも一方を用いて不純物を除去する不純物除去工程を更に備えていることが好適である。この場合、挿入前のコアロッド外表面の不純物を除去しておくことで、伝送損失の低いＭＣＦを得ることが出来る。

上記のマルチコア光ファイバの製造方法において、コアロッドの外表面の粗さＲａ（日本工業規格ＪＩＳＢ０６０１の「算術平均粗さ（Ｒａ）」によるものとする）が１０μｍ以下であることが好適である。コアロッドの外径とクラッド材の孔の内径の差が小さい場合、紡糸中に界面の平滑化が十分に進まないまま溶着が進むため、気泡が発生しやすい。そこで、上述したように、コアロッド外表面の粗さＲａを１０μｍ以下とすることで、気泡の発生を抑制することが出来る。更に好ましくは粗さＲａは１μｍ以下である。コアロッドの外表面の平滑化は、＃５００以上の粒度の細かい砥石で研磨する方法を用いることで、１０μｍ以下の表面粗さＲａを得ることが出来る。また予めコアロッドの外表面の不純物を除去した後、プラズマバーナー等の無水熱源で加熱することでも、コアロッドの外表面の粗さを低減することが出来る。

上記のマルチコア光ファイバの製造方法において、クラッド材及びコアロッドの合計重量が２０ｋｇ以上であってもよい。本発明の一態様によれば、ダミーパイプとクラッド材の接続面に対する荷重を鉛直方向にすることができる。また、コアロッドの外径を不要に大きくすることがないため、ダミーパイプとクラッド材の接続面積を適切に設定することでき、２０ｋｇ以上の大型のクラッド材を用いることが出来る。更に好ましくは３０ｋｇ以上、更に好ましくは５０ｋｇ以上である。母材を大型化することで、線速上昇中の不安定部のＭＣＦの長さを相対的に短くすることが出来るため、経済性を損なうことなく線引き速度を向上することが出来る。線引き速度１０００ｍ／ｍｉｎ以上とすることができ、経済性の高いＭＣＦを得ることが出来る。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。本発明は、これらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

図１は、本実施形態に係るマルチコア光ファイバの製造方法に用いられる線引き装置１０の構成を示す図である。線引き装置１０は、圧力調整部１１、保持部１２、線引き炉１３、外径測定部１４、第１樹脂塗布部１５、第１紫外線照射部１６、第２樹脂塗布部１７、第２紫外線照射部１８、及び、巻取機構であるボビン１９を備えている。線引き装置１０は、コアロッド２とクラッド材４とを加熱一体化しつつ線引きしてマルチコア光ファイバ２０，２１を製造することができる。

本実施形態に係るマルチコア光ファイバの製造方法は、クラッド材準備工程、コアロッド作製工程、孔加工工程、接続工程（ステップＳ１）、封止工程（ステップＳ２）、不純物除去工程（ステップＳ３）、挿入工程（ステップＳ４）、圧力調整治具接続工程（ステップＳ５）、及び、線引き工程（ステップＳ６）を順に行って、マルチコア光ファイバ２０，２１を製造する（図３参照）。クラッド材準備工程及び孔加工工程では、所定の径ｄ４のクラッド材を準備し、ガラスロッドに軸方向に延在する複数の孔４ａ，４ｂ（図２の（ｂ）参照）を形成してクラッド材４を作製する。なお、上記の製造方法は、複数のコアロッド２の屈折率プロファイルを測定するプロファイル測定工程を更に備えており、コアロッド作製工程において、複数のコアロッド２が後述する所定の条件（光パワー率Ｐｊ_０．１）を満たすことが可能かどうかを判別し、この条件を満たすコアロッドを使用するようにしてもよい。また、コアロッド２の加工は、コアロッドの外径が適切な値になるように延伸又は外周研削（機械研削又は化学的エッチング）によって実施される。また、コアロッド２のＯＨ基の平均濃度は０．００１重量ｐｐｍ未満であることが好ましく、クラッド材４のＯＨ基の平均濃度は１００重量ｐｐｍ未満であることが好ましい。なお、コアロッド外周、及びクラッド材の孔内面の清浄度を保つことで、不純物除去工程（ステップ３）は、省略することもできる。

続いて、接続工程（ステップＳ１）では、図２の（ａ）に示すように、クラッド材４の第１端側（図示左端側）にダミーパイプ６を接合する。この際、図２の（ｂ）に示すように、ダミーパイプ６の内周６ａの径ｄ３は、クラッド材４に形成された複数の孔４ａ（衛星コア）の外接円の径ｄ２よりも大きくなるように形成されている。

続いて、封止工程（ステップＳ２）では、クラッド材４の第１端とは逆側である第２端側を加熱等により封止する（図１参照）。この封止処理により、この後、挿入されるコアロッド２の落下を防止することができる。なお、図２では、説明を容易にするため、クラッド材４等を水平方向に配置した図で示しているが、線引きを行う際には、図１に示すように鉛直方向に配置する。

なお、上述した接続工程及び封止工程の少なくとも一方において、各部材を溶融又は接合するために用いる熱源の燃焼ガス又は加熱炉内の雰囲気に水素又は水素化合物を使用しないようにしてもよい。この場合、接続工程や封止工程において、燃焼ガス又は加熱炉内の雰囲気に水素又は水素化合物を含まない熱源を用いることで、クラッド材４へのＯＨ基の拡散を防止することが出来、上述したＯＨ基濃度とすることができ、低伝送損失であるＭＣＦを得ることが可能となる。ＯＨ基を含まない熱源としては、例えば、プラズマバーナー、抵抗炉、誘導炉等を好適に用いることが出来る。

続いて、接続工程で接続されたクラッド材４及びダミーパイプ６を、弗化水素を含む水溶液及び塩化水素を含む水溶液の少なくとも一方の液相へ浸して洗浄及び乾燥を行い、不純物を除去する（ステップＳ３）。この不純物除去工程により、接続工程や封止工程で、クラッド材４の孔４ａ，４ｂの内表面やダミーパイプ６等へ付着したＯＨ基等の不純物を除去でき、低損失なＭＣＦを得ることが可能となる。また、不純物に起因したコアロッド界面における気泡の発生を抑制することもできる。この不純物除去工程において、コアロッド２の外表面から、機械的な方法及び化学的な方法の少なくとも一方を用いて不純物を除去するようにしてもよい。挿入前のコアロッド２の外表面の不純物を除去しておくことで、伝送損失の低いＭＣＦを得ることが出来る。

続いて、挿入工程（ステップＳ４）では、クラッド材４の複数の孔４ａ，４ｂそれぞれにコアロッド２を挿入する。コアロッド２の挿入が完了すると、図１に示すように、ダミーパイプ６の一端側に圧力調整用の圧力調整部１１を接続する（ステップＳ５）。そして、線引き工程（ステップＳ６）では、クラッド材４の第２端側（下端側）を線引き炉１３により加熱し、クラッド材４とコアロッド２とを一体化しつつ線引きしてマルチコア光ファイバ２０を製造する。線引き装置１０は、これらの工程のうち線引き工程で用いられる。

線引き工程の詳細は以下のとおりである。ダミーパイプ６が保持部１２により保持されて、このダミーパイプ６に接続されたクラッド材４と、クラッド材４の複数の孔４ａ，４ｂそれぞれに挿入されたコアロッド２とは、線引き炉１３内に垂直に配置される。ダミーパイプ６の上部にある圧力調整部１１によりクラッド材４の複数の孔４ａ，４ｂの内部の雰囲気および気圧が調整され、線引き炉１３によりクラッド材４およびコアロッド２の下端側が加熱されることで、クラッド材４とコアロッド２とが一体化されつつ線引きされてマルチコア光ファイバ２０が製造される。

線引き炉１３の下端から出たマルチコア光ファイバ２０は、外径測定部１４により外径が測定され、第１樹脂塗布部１５によりプライマリ樹脂が塗布され、第１紫外線照射部１６により紫外線が照射されてプライマリ樹脂が硬化され、第２樹脂塗布部１７によりセカンダリ樹脂が塗布され、第２紫外線照射部１８により紫外線が照射されてセカンダリ樹脂が硬化され、これにより２層の樹脂層により被覆されたマルチコア光ファイバ２１となって、ボビン１９により巻き取られる。外径測定部１４による外径測定結果に基づいて線引き速度等が調整されて、所望のクラッド径を有するマルチコア光ファイバ２０，２１を製造することができる。

なお、上述した製造方法に用いられるコアロッド２の外表面の粗さＲａは１０μｍ以下であることが好適である。コアロッド２の外径とクラッド材４の孔４ａ，４ｂの内径とが小さい場合、紡糸中に界面の平滑化が十分に進まないまま溶着が進むため、気泡が発生しやすい。そこで、コアロッド２の外表面の粗さＲａを１０μｍ以下とすることで、気泡の発生を抑制することが出来る。更に好ましくは、外表面の粗さＲａは１μｍ以下である。コアロッド２の外表面の平滑化は、＃５００以上の粒度の細かい砥石で研磨する方法を用いることで、１０μｍ以下の表面粗さＲａを得ることが出来る。また予めコアロッド２の外表面の不純物を除去した後、プラズマバーナー等の無水熱源で加熱することでも、コアロッドの外表面の粗さを低減することが出来る。

以上、このように製造されるマルチコア光ファイバ２０，２１は、ＩＴＵ-Ｔ国際規格Ｇ.６５２.Ｄに準拠することが望ましい。マルチコア光ファイバ２０，２１は、更にＧ.６５７.Ａ１、Ｇ.６５７.Ａ２、Ｇ.６５７.Ｂ３に準拠する曲げ損失特性を持つことが望ましい。これにより、マルチコア光ファイバ２０，２１は、Ｇ.６５２.Ｄに準拠する汎用シングルモード光ファイバと低損失で接続することが可能となり、且つ、伝送システム上はＧ.６５２.Ｄ光ファイバと同様に扱うことができる。

マルチコア光ファイバ２０，２１の各コアは、ステップ型、ＧＩ型、Ｗ型、トレンチ型など、コア間のクロストークや閉じ込め損失をはじめとした伝送特性を適切な値とするため、当業者が想起できる屈折率構造を取ることができる。マルチコア光ファイバ２０，２１のコア間のクロストークや閉じ込め損失を適切に設定する設計指針については、理論的解明されている（例えば、コア間のクロストークについては、Optics Express Vol. 19, Iss. 17, pp. 16576- 16592参照）。

また、マルチコア光ファイバ２０，２１の各コアの伝搬定数は、互いに同様であってもよく、互いに異なっていても構わない。また、マルチコア光ファイバ２０の各コアへ伝搬する伝搬モード数は、単一でも良いし、複数でも良い。

マルチコア光ファイバ２０，２１の各コアは、ＳｉＯ_２を主成分とした石英系のガラスにより構成される。コアロッド２の一部を構成するクラッド部は、ＳｉＯ_２ガラス（石英系のガラス）で構成され、Ｆ（弗素）やＣｌ（塩素）を含んでいても含まなくても良い。

コアロッド２は、コア部に対してＶＡＤ、ＯＶＤ、ＭＣＶＤ、ＰＣＶＤといった気相ガラス合成法を用いて製造され得る。更に、コアロッド２は、ＶＡＤ、ＯＶＤ、ＭＣＶＤ、ロッドインコラプス法やそれに類する方法によりクラッド層の一部を設けてもよい。

マルチコア光ファイバ２０，２１は、被覆又は被覆の一部が必要に応じて着色され、光ケーブル、光コード、又は光ファイバテープ心線といった二次製品へ加工され、必要に応じて他の光機器と接続するための光コネクタ等の接続部品が接続されたモジュール製品として使用され得る。

ところで、上述した製造方法では、伝送損失、コア位置精度、及び、量産性を両立してＭＣＦを製造するために、クラッド材４のＯＨ基の平均濃度を示すＪ_ＯＨや光ファイバ２０，２１のコアロッド２以外の部分の光パワー率Ｐｊを用いて所定のコアロッド径を有するようにコアロッドを作製するようにしている。これは、本発明者らによれば、以下の式（１）を満たすことにより、これら課題を解決することができるとの知見に基づくものである。
Ｘ＝（６２．６×Ｊ_ＯＨ（重量ｐｐｍ）＋１１７５）×Ｐｊ ・・・ （１）
そこで、以下、このような点について図４〜図６を参照して説明する。

図４は、光パワー率Ｐｊに対する波長１３８３ｎｍでの伝送損失の増加量を示す図である。上記の数式（１）は、図４のＪ_ＯＨ（重量ｐｐｍ）の水準毎の直線関係から算出したものである。図５は、屈折率分布と光パワーの径依存性を示す図である。図６は、７コアのＭＣＦを作製した場合の、各ＭＣＦ毎のクラッド材中のＯＨ基の平均濃度と上記式（１）のＸ値、及び波長１５５０ｎｍにおける７コア間のロス偏差の関係を示したものである。図６において、７コア間の波長１５５０ｎｍにおける伝送損失の偏差が０．０１ｄＢ／ｋｍ未満であった場合を「○」、０．０１ｄＢ／ｋｍ以上であった場合を「×」として示している。Ｊ_ＯＨがより小さいクラッド材の場合は、Ｘ＞０．１の領域でも解が存在している可能性はある。本実施形態に係る製造方法の従来技術に対する優位な点は、コアロッド界面（コアロッド表面及び孔表面）の気相による純化処理がなくても、波長１３８３ｎｍにおける伝送損失の増大を０．１ｄＢ／ｋｍ以下にしつつ、図６に示す様に各コア間の波長１５５０ｎｍにおける伝送損失の偏差を０．０１ｄＢ／ｋｍ以下とすることができることである。但し、気相による純化処理は、上述したように行ってもよいが、不要にできる場合は、更なる設備投資の抑制、及び工程省略による低コスト化が可能となる。

図４は、光パワー率Ｐｊに対するクラッド材４のＯＨ基量Ｊ_ＯＨに起因した波長１３８３ｎｍにおける伝送損失の増加量Δα１．３８３（数式（１）における“Ｘ”に相当）を示している。多変量分析の結果、“線引き工程後”の光ファイバ中のコアロッド半径Ｒに相当するコアロッド部相当部分の内側を伝播する信号光の光パワーをＰｃ、コアロッド部相当部分の外部（クラッド材相当部分）を伝播する波長１３８３ｎｍにおける信号光のパワーの割合をＰ_Ｊ、光パワー率Ｐｊ：コア及びクラッド全体光パワーを１とした場合のコアロッド相当部分以外の光パワーの比率とする。なお、光パワー率Ｐｊは、当業者であれば、屈折率分布から計算によって容易に算出することが可能である。また、計算に用いる屈折率分布は、製造された光ファイバをＲＮＦＰ（refractive near field pattern）法を用いて測定することが出来る。また、コアロッドの界面は、種々の方法を用いることが出来るが、例えばファイバ断面内の組成分析により判別することが出来る。

図５にステップ型の屈折率分布を想定した光パワーの径依存性Ｐ（ｒ）を一例として示す。光パワー率Ｐｊは下記の式（２）を用いて計算できる。

ここで、ｒは紡糸後のファイバ半径、ｒ_{ｃｏｒｅｒｏｄ}は、紡糸後のファイバ中のコアロッドの半径である。なお、半径の積分範囲∞は実質的に光ファイバ中の光パワーがゼロと見なせる半径までで良く、例えば積分範囲を広げた際のＰ_Ｊの変化量が１０^−７以下となる半径までで良い。

このように、上記の製造方法では、線引き工程での紡糸後の光ファイバのコアロッド２以外の部分の波長１３８３ｎｍの光パワー率をＰｊとし、式（１）のＸ＝（６２．６×Ｊ_ＯＨ（重量ｐｐｍ）＋１１７５）×Ｐｊ=０．１となるＰｊ_０．１（Ｘ＝０．１の場合のＰｊ）を算出するＰｊ算出工程と、コア部の径に対するコアロッドの外径の比率であるコアロッドの外径／コア部の径の比Ｐ_ｃｃが、コアロッドの屈折率分布よりＰｊ_０．１が可能となるＰ_{ｃｃ０．１}（Ｘ＝０．１の場合のＰ_ｃｃ）を算出するＰ_ｃｃ算出工程と、を更に備えるようにしている。そして、コアロッド作製工程では、比Ｐ_ｃｃが比Ｐ_{ｃｃ０．１}以上を満たし、紡糸後の光ファイバの所定の外径および所定のコア径の関係がクラッド材の外径およびコアロッドのコア部の径の関係に対応したコアロッド径２Ｒとして、コアロッドがコアロッド径２Ｒ_０．１を有するように加工される。このような製造方法により、伝送損失の増大、及びコア間の伝送損失の偏差を抑制しつつ、コアロッドにおけるクラッド部分の厚さを適宜設定することができる。

また、上記の製造方法では、コアロッド２の外径とクラッド材４の孔４ａ，４ｂの内径との差（クリアランスＣ）を小さく設定すると、その分作成したＭＣＦのコア位置の作成精度を高くすることが出来、さらに、コア位置の長手変動も抑制することが出来る。クラッド材４が大きければ、クリアランスＣは大きくてもよいが、孔４ａ，４ｂの変形の影響が大きくなるので、クリアランスＣは１．５ｍｍ以下であることが好ましい。但し、クリアランスＣが小さすぎる場合には、挿入時にコアロッド２と孔４ａ，４ｂの内面が摩擦し、クラッド材４の孔４ａ，４ｂの内面、及びコアロッド２の外周への傷が発生することが想定されるため、クリアランスＣは０．１５ｍｍ以上とすることが好ましい。クラッド材４の外直径の長手変動が有る場合、高いコアの設定位置精度を得ることが出来ない。クラッド材４の有効部における長手の外径の変動量は１％以下であることが好ましい。より好ましくは０．５％以下である。

クリアランスＣをこのように小さく設定することで、ファイバ化したＭＣＦのコアの設定位置精度を１μｍ未満、好ましくは０．５μｍ未満に容易に実現することが出来る。また同様の理由で、クラッド材４に開けた孔４ａ，４ｂの長手方向の曲り量は小さいことが望ましい。クラッド材４の軸中心に対するクラッド材４の孔４ａ，４ｂの中心位置の長手変動量は、クラッド材４の外直径の１％以下であることが望ましく、０．５％以下であることがより好ましい。なお、クリアランスＣが１．５ｍｍ以下となっているため、マルチコア光ファイバ２０，２１におけるコア位置の作製精度を高くすることができ、更に、コア位置の長手方向の変動も抑制することができる。

以上により、本実施形態に係るＭＣＦの製造方法によれば、伝送損失、コア位置精度、及び、量産性を両立してＭＣＦを製造することが可能となる。

２…コアロッド、４…クラッド材、６…ダミーパイプ、１０…線引き装置、マルチコア光ファイバ（ＭＣＦ）…２０，２１。

Claims (8)

1. 石英系ガラスからなり、ＯＨ基の平均濃度Ｊ_ＯＨが１００重量ｐｐｍ未満であるクラッド材を準備するクラッド材準備工程と、
   石英系ガラスからなり、ＯＨ基の平均濃度が０．００１重量ｐｐｍ未満であり、コア部及びクラッドの一部を有する複数のコアロッドであって、
   前記コア部の径に対する前記コアロッドの外径の比率がＰｃｃ _０．１ 以上であり、
   前記コア部の径と前記クラッド材の外径の関係が、紡糸後の光ファイバにおける外径とコア径の関係に対応するようなコアロッド径２Ｒ _０．１ である、前記複数のコアロッドを作製するコアロッド作製工程と、
   前記クラッド材にその軸方向に延在する、前記コアロッド径２Ｒ _０．１ よりも０．１５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の範囲で太い径の複数の孔を形成する孔加工工程と、
   前記クラッド材の第１端側にダミーパイプを接続する接続工程と、
   前記接続工程の後に前記クラッド材の前記複数の孔それぞれに前記複数のコアロッドそれぞれを挿入する挿入工程と、
   前記挿入工程の後に前記クラッド材の第２端側を加熱して前記クラッド材と前記複数のコアロッドとを一体化しつつ、前記第２端側から線引きしてマルチコア光ファイバとなるように紡糸する線引き工程と、を備え、
   前記Ｐｃｃ _０．１ は、前記線引き工程での紡糸後の前記光ファイバの前記コアロッド以外の部分の波長１３８３ｎｍの光パワー率をＰｊとし、（６２．６×Ｊ_ＯＨ（重量ｐｐｍ）＋１１７５）×Ｐｊ=０．１となるＰｊ_０．１ を算出するＰｊ算出工程と、前記コアロッドの屈折率分布より前記Ｐｊ_０．１が可能となるＰｃｃ_０．１ を算出するＰｃｃ算出工程と、により決定されていることを特徴とするマルチコア光ファイバの製造方法。
2. 前記複数のコアロッドの屈折率プロファイルを測定するプロファイル測定工程を更に備え、
   前記複数のコアロッドが前記Ｐｊ_０．１を満たすことが可能かどうかを判別し、前記Ｐｊ_０．１を満たすコアロッドを使用することを特徴とする、
   請求項１に記載のマルチコア光ファイバの製造方法。
3. 前記クラッド材の前記第２端側を封止する封止工程を更に備え、
   前記挿入工程を前記封止工程の後に行うことを特徴とする、
   請求項１又は２に記載のマルチコア光ファイバの製造方法。
4. 前記接続工程の後に前記クラッド材及び前記クラッド材に接続された前記ダミーパイプを、弗化水素を含む水溶液及び塩化水素を含む水溶液の少なくとも一方へ浸す不純物除去工程を更に備えることを特徴とする、
   請求項１〜３の何れか一項に記載のマルチコア光ファイバの製造方法。
5. 前記接続工程、及び、前記クラッド材の前記第２端側を封止するために用いる封止部材と前記クラッド材とを接続する封止工程の少なくとも一方において、各部材を溶融又は接合するために用いる熱源の燃焼ガス又は加熱炉内の雰囲気に水素又は水素化合物を使用しないことを特徴とする、
   請求項１〜４の何れか一項に記載のマルチコア光ファイバの製造方法。
6. 前記挿入工程の前に前記コアロッドの外表面から機械的な方法及び化学的な方法の少なくとも一方を用いて不純物を除去する不純物除去工程を更に備えることを特徴とする、
   請求項１〜５の何れか一項に記載のマルチコア光ファイバの製造方法。
7. 前記コアロッドの外表面の粗さＲａが１０μｍ以下であることと特徴とする、
   請求項１〜６の何れか一項に記載のマルチコア光ファイバの製造方法。
8. 前記クラッド材及び前記コアロッドの合計重量が２０ｋｇ以上であることを特徴とする、請求項１〜７の何れか一項に記載のマルチコア光ファイバの製造方法。

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