JP6935302B2 - 光ファイバの製造方法及び光ファイバ母材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバの製造方法及び光ファイバ母材の製造方法に関する。

複数のコアを有するマルチコアファイバにおいて、コア間のクロストークを抑制する方法として、コア間に屈折率の低い領域を設ける構造が知られている（特許文献１、２参照）。特許文献２では、このような低屈折率部を設ける方法として、石英ガラス柱の長さ方向に沿って複数の孔を開け、複数の柱状の含コア石英ロッドと複数の柱状の低屈折率部材とを挿入して光ファイバ母材を作製する第１の方法が開示されている。また、石英パイプに、複数の柱状の含コア石英ロッドと、複数の柱状の低屈折率部材と、含コア石英ロッドと低屈折率部材との間の隙間に配置される複数の石英ロッドと、を詰め込んで光ファイバ母材を作製する第２の方法が開示されている。

国際公開第２０１０／０８２６５６号 特開２０１２−２０３０３５号公報

しかしながら、第１の方法を用いる場合、挿入する含コア石英ロッド及び低屈折率部材の数だけ石英ガラス柱を穿孔加工し、各孔の内面を表面処理する必要があるため、製造コストが高くなる。また、孔の長さは穿孔を行うドリルの長さで制約を受ける。また、孔を長くすると孔の位置精度が低下するので、コアや低屈折率部の位置精度も低下する。このため光ファイバ母材又は光ファイバの長尺化の制約や光学特性の低下や生産性の低下が問題となる。また、第２の方法を用いる場合、含コア石英ロッド及び低屈折率部材は石英ロッドによって位置決めされるため、石英ロッドの直径に設計からの誤差があると、その誤差は含コア石英ロッド及び低屈折率部材の位置精度を低下させる。特に、隙間を十分に充填するために石英ロッドの数が多くなると各石英ロッドの直径の誤差が累積し、含コア石英ロッド及び低屈折率部材の位置精度をさらに低下させる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低コストで製造でき、コアや低屈折率部の位置精度の低下を抑制することができ、かつ長尺化及び生産性の向上に適する光ファイバの製造方法及び光ファイバ母材の製造方法を提供することを目的とする。

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光ファイバの製造方法は、ガラスからなる複数のコア部と、前記複数のコア部よりも屈折率が低いガラスからなり、前記複数のコア部の外周に形成されたクラッド部と、前記クラッド部よりも屈折率が低いガラスからなり、前記クラッド部内において前記複数のコア部のうち少なくとも最隣接するコア部の間に配置された低屈折率部と、を備える光ファイバの製造方法であって、前記コア部になるコア形成部を備える複数のコアロッドと、前記低屈折率部となる低屈折率部材とを、前記クラッド部の一部になるガラスパイプ内に配置する配置工程と、前記ガラスパイプと前記複数のコアロッドと前記低屈折率部材との隙間にガラス微粒子を充填する微粒子充填工程と、前記ガラス微粒子を充填した隙間を減圧状態とし、前記ガラスパイプ、前記複数のコアロッド、前記低屈折率部材及び前記ガラス微粒子を加熱溶融し、前記ガラス微粒子を焼結して光ファイバを線引きする線引工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバの製造方法は、前記配置工程において、フッ素が添加された板状の低屈折率部材を配置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、前記配置工程において、フッ素が添加された棒状の低屈折率部材を配置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、前記複数のコアロッドを位置決め部材に形成された穴に嵌合することで、前記複数のコアロッドを位置決めする位置決め工程を含むことを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバの製造方法は、前記複数のコアロッド及び前記低屈折率部材を位置決め部材に形成された部位に嵌合することで、前記複数のコアロッド及び前記低屈折率部材を位置決めする位置決め工程を含むことを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバの製造方法は、前記微粒子充填工程において、平均粒子径が５０μｍ〜５００μｍのガラス微粒子を充填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、前記配置工程において、前記複数のコアロッドと前記低屈折率部材とを対称性の高い位置に配置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、ガラスからなる複数のコア部と、前記複数のコア部よりも屈折率が低いガラスからなり、前記複数のコア部の外周に形成されたクラッド部と、前記クラッド部よりも屈折率が低いガラスからなり、前記クラッド部内において前記複数のコア部のうち少なくとも最隣接するコア部の間に配置された低屈折率部と、を備える光ファイバを製造するための光ファイバ母材の製造方法であって、前記コア部になるコア形成部を備える複数のコアロッドと、前記低屈折率部となる低屈折率部材とを、前記クラッド部の一部になるガラスパイプ内に配置する配置工程と、前記ガラスパイプと前記複数のコアロッドと前記低屈折率部材との隙間にガラス微粒子を充填する微粒子充填工程と、前記ガラス微粒子を充填した隙間を減圧状態とし、前記ガラスパイプ、前記複数のコアロッド、前記低屈折率部材及び前記ガラス微粒子を加熱溶融し、前記ガラス微粒子を焼結して光ファイバ母材を形成する光ファイバ母材形成工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバ母材の製造方法は、前記配置工程において、フッ素が添加された板状の低屈折率部材を配置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、前記配置工程において、フッ素が添加された棒状の低屈折率部材を配置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、前記複数のコアロッドを位置決め部材に形成された穴に嵌合することで、前記複数のコアロッドを位置決めする位置決め工程を含むことを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバ母材の製造方法は、前記複数のコアロッド及び前記低屈折率部材を位置決め部材に形成された部位に嵌合することで、前記複数のコアロッド及び前記低屈折率部材を位置決めする位置決め工程を含むことを特徴とする。

本発明の一態様に係る光ファイバ母材の製造方法は、前記微粒子充填工程において、平均粒子径が５０μｍ〜５００μｍのガラス微粒子を充填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、前記配置工程において、前記複数のコアロッドと前記低屈折率部材とを対称性の高い位置に配置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、本発明の一態様に係る光ファイバ母材の製造方法によって製造した光ファイバ母材を線引きして光ファイバを製造することを特徴とする。

本発明によれば、低コストで製造でき、コアや低屈折率部の位置精度の低下を抑制することができ、かつ長尺化及び生産性の向上に適するという効果を奏する。

図１は、実施形態１に係る製造方法で製造する光ファイバの模式的な断面及び屈折率プロファイルを示す図である。 図２は、実施形態１に係る製造方法を説明する模式図である。 図３は、実施形態１に係る製造方法を説明する模式図である。 図４は、実施形態１に係る製造方法を説明する模式図である。 図５は、実施形態１に係る製造方法を説明する模式図である。 図６は、実験例２の光ファイバの模式的な断面及び屈折率プロファイルを示す図である。 図７は、実施形態２に係る製造方法を説明する模式図である。 図８は、実施形態３に係る製造方法を説明する模式図である。 図９は、実施形態３に係る製造方法を説明する模式図である。 図１０は、実施形態３に係る製造方法で製造した光ファイバの模式的な断面及び屈折率プロファイルを示す図である。 図１１は、実施形態４に係る製造方法を説明する模式図である。 図１２は、実施形態４に係る製造方法で製造した光ファイバの模式的な断面及び屈折率プロファイルを示す図である。 図１３は、実施形態５に係る製造方法を説明する模式図である。 図１４は、実施形態５に係る製造方法で製造した光ファイバの模式的な断面及び屈折率プロファイルを示す図である。 図１５は、実施形態６に係る製造方法を説明する模式図である。 図１６は、実施形態６に係る製造方法で製造した光ファイバの模式的な断面及び屈折率プロファイルを示す図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一又は対応する要素には適宜同一の符号を付している。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る製造方法で製造する光ファイバの模式的な断面及び屈折率プロファイルを示す図である。図１（ａ）に示すように、光ファイバ１は、石英系ガラスからなり、複数（本実施形態１では４つ）のコア部１ａと、コア部１ａの外周に形成されたクラッド部１ｂと、十字形状の低屈折率部１ｃと、マーカ部１ｄとを備えているマルチコアファイバである。なお、クラッド部１ｂの外周には、不図示の被覆が施されている。被覆は、光ファイバに通常用いられるものを使用している。

コア部１ａは、屈折率を高くするドーパントであるゲルマニア（ＧｅＯ_２）が添加された石英ガラスからなる。コア部１ａの直径は本実施形態１では８．８μｍであるが、特に限定はされない。クラッド部１ｂは、屈折率調整用のドーパントを添加していない純石英ガラスからなり、コア部１ａよりも屈折率が低い。低屈折率部１ｃは、屈折率を低下させるドーパントであるフッ素（Ｆ）が添加された石英ガラスからなり、クラッド部１ｂよりも屈折率が低い。すなわち、図１（ｂ）に、図１（ａ）のＡ−Ａ断面における屈折率プロファイルを示すように、クラッド部１ｂに対する比屈折率差Δｎが、コア部１ａでは正値のΔ１であり、低屈折率部１ｃでは負値のΔ２である。本実施形態１ではΔ１は０．３８％であり、Δ２は−０．６％である。但し、Δ１、Δ２の値はこれらの値に限定されない。

また、マーカ部１ｄは、４つのコア部１ａを識別するためにクラッド部１ｂ内に配置されており、クラッド部１ｂとは異なる屈折率の石英系ガラスからなる。

また、光ファイバ１の断面において、４つのコア部１ａは、それぞれ正方形の頂点に配置されている。正方形の一辺の長さ、すなわち最隣接するコア部１ａの間の間隔は４０μｍである。低屈折率部１ｃは、クラッド部１ｂ内において少なくとも最隣接するコア部１ａの間に配置されている。具体的には、十字形状の低屈折率部１ｃの４本の線状の部分が、最隣接するコア部１ａの間に配置されている。低屈折率部１ｃの４本の線状の部分の幅はいずれも２０μｍである。また、コア部１ａと低屈折率部１ｃとは、光ファイバ１の中心軸に対して４回回転対称となるような対称性が高い位置に配置されている。

この光ファイバ１では、低屈折率部１ｃの４本の線状の部分によって、最隣接するコア部１ａの間のクロストークが低減される。

つぎに、図２〜図５を参照して実施形態１に係る製造方法を説明する。実施形態１に係る製造方法は、配置工程、微粒子充填工程、位置決め工程、及び線引工程を含む。

配置工程では、４本のコアロッドと、低屈折率部材とを、ガラスパイプ内に配置する。以下、具体的に説明する。まず、図２（ａ）に示すように、一方の短辺側に切り欠き部２ａａが形成された長方形状の板材２ａと、一方の短辺側に切り欠き部２ｂａが形成された長方形状の板材２ｂとを準備する。つづいて、板材２ａと板材２ｂとを、切り欠き部２ａａと切り欠き部２ｂａとが嵌合するように組み合わせ、図２（ｂ）に示すような断面が十字形状の低屈折率部材２を作製する。この低屈折率部材２は光ファイバ１の低屈折率部１ｃとなる部材である。従って、板材２ａ、２ｂは低屈折率部１ｃの屈折率となるようにフッ素が添加された石英ガラスからなる。

つづいて、図３に示すように、ガラスパイプ３内に、４本のコアロッド４と、低屈折率部材２と、マーカ部材５とを挿入して配置する。

ガラスパイプ３は、光ファイバ１のクラッド部１ｂの一部になるものであり、屈折率調整用のドーパントを添加していない高純度の合成石英パイプである。ガラスパイプ３の内径及び外径は、本実施形態１ではそれぞれ１３０ｍｍ、１５０ｍｍである。また、ガラスパイプ３の一方の端部（図面下方）は封止されている。また、コアロッド４は、コア形成部４ａ及びコア形成部４ａの外周に形成されたクラッド形成部４ｂを備える。コア形成部４ａは光ファイバ１のコア部１ａになり、クラッド形成部４ｂはクラッド部１ｂの一部になる。コア形成部４ａはコア部１ａの屈折率となるようにゲルマニアが添加された石英ガラスからなり、クラッド形成部４ｂは純石英ガラスからなる。また、クラッド形成部４ｂの外径（すなわちコアロッド４の直径）は、本実施形態１ではコア形成部４ａの直径の２倍である。コアロッド４の直径は本実施形態１では１６ｍｍである。本実施形態１では、コアロッド４はＶＡＤ法により製造されたものであるが、ＯＶＤ法やＭＣＶＤ法等により製造されたものでもよい。マーカ部材５は光ファイバ１のマーカ部１ｄになるガラスロッドであり、マーカ部１ｄの屈折率となるように屈折率が調整された石英ガラスからなる。

なお、コアロッド４、低屈折率部材２及びマーカ部材５を挿入する前に、ガラスパイプ３内の底に位置決め部材６を配置しておく。位置決め部材６は、ガラスパイプ３の内径と略同じ外径を有する円板状の部材であり、高純度の合成石英ガラスからなる。挿入されたコアロッド４、低屈折率部材２及びマーカ部材５は、位置決め部材６の上に載置される。これにより、ガラスパイプ３内におけるコアロッド４、低屈折率部材２及びマーカ部材５の下端の位置が決定される。

つづいて、微粒子充填工程を行う。微粒子充填工程では、図３に示すように、ガラスパイプ３とコアロッド４と低屈折率部材２とマーカ部材５との隙間にガラス微粒子８を投入し、充填する。ガラス微粒子８は本実施形態１では平均粒子径２００μｍであり、屈折率調整用のドーパントを添加していない高純度の合成石英ガラスからなる。なお、ガラス微粒子８が充填された部分の嵩密度は本実施形態１では１．３ｇ／ｃｍ^３とする。

つづいて、ガラスパイプ３内に位置決め部材７を挿入し、コアロッド４及びマーカ部材５を位置決めする位置決め工程を行う。位置決め部材７は、ガラスパイプ３の内径と略同じ外径を有する円板状の部材であり、高純度の合成石英ガラスからなる。位置決め部材７には、図３に示すように、嵌合穴７ａ、７ｂと、通気孔７ｃとが形成されている。嵌合穴７ａは、コアロッド４の上端部が嵌合する部分であり、本実施形態１では位置決め部材７を貫通しているが、貫通していなくてもよい。嵌合穴７ｂは、マーカ部材５の上端部が嵌合する部分であり、本実施形態１では位置決め部材７を貫通しているが、貫通していなくてもよい。複数の通気孔７ｃは外部とガラスパイプ３内との通気性を確保するものである。また、通気孔７ｃをガラス微粒子が十分に通過する内径にする事によって、位置決め部材７を設置した後に上部から微粒子を充填することも可能である。

ガラスパイプ３内に位置決め部材７を挿入し、嵌合穴７ａ、７ｂにそれぞれコアロッド４の上端部、マーカ部材５の上端部を嵌合することで、コアロッド４及びマーカ部材５の位置が位置決めされる。また、低屈折率部材２については、コアロッド４が位置決めされることによって、低屈折率部材２が４つのコアロッド４に挟まれることで位置決めされる。

図４は、微粒子充填工程及び位置決め工程を行った後に形成される中間体９を示す図である。中間体９は、ガラスパイプ３、コアロッド４、マーカ部材５、位置決め部材６、７、ガラス微粒子８とで構成される。なお、コアロッド４、マーカ部材５の上端部は嵌合穴７ａ、７ｂに嵌合されるため、図３に示すように位置決め部材７を取り付けない状態では、嵌合される長さだけ、低屈折率部材２よりも上方に突出する。

つづいて線引工程を行う。線引工程では、図５に示すように、中間体９の上端側に蓋１００を被せ、内部を気密状態とする。蓋１００には気密状態とした中間体９内部に通じるガス導入管１０１とガス排気管１０２とが接続されている。ガス排気管１０２には真空ポンプ１０３とガス排気管１０４とが順次接続されている。ガス導入管１０１からはアルゴン（Ａｒ）ガスが中間体９内部に供給される。また、蓋１００には、気密状態とした中間体９内部の圧力を測定するための圧力計１０５が設けられている。圧力計１０５は、測定した圧力値の測定結果のデータを制御部Ｃに送信する。制御部Ｃは圧力値の測定結果のデータに基づいて真空ポンプ１０３とアルゴンガスの投入とを制御して、線引工程前の気密されたパイプ内雰囲気を露点の低いガス（例えばアルゴンガス）で置換した後に減圧状態にできるように構成されている。乾燥ガスで中間体９の内部を置換する事でガラスロッド表面や微粒子表面に吸着した水分の影響を減ずる事が可能である。乾燥ガスの露点は−４０℃以下が好ましく、−６０℃以下がさらに好ましい。

中間体９内部を低露点のアルゴンガスで置換した後に、中間体９内部の圧力を減圧状態に保持しながら、光ファイバ線引炉１０６のヒータ１０６ａで中間体９の下端を例えば２２００℃に加熱し、中間体９を構成する低屈折率部材２、ガラスパイプ３、コアロッド４、マーカ部材５、位置決め部材６、７、及びガラス微粒子８を加熱溶融して光ファイバＦ１を線引きする。このとき、ガラス微粒子８が緻密化焼結して透明なガラスとなる。この透明ガラスは、ガラスパイプ３、コアロッド４のクラッド形成部４ｂ、及び位置決め部材６、７と一体化して光ファイバ１のクラッド部１ｂとなる。その後、線引きされた光ファイバＦ１の外周には被覆形成装置１０７にて被覆が施されて光ファイバＦ２（図１の光ファイバ１）となる。光ファイバＦ２は、キャプスタンローラ１０８によって引き取られ、ガイドロール１０９を介して巻取機構１１０によって巻き取られる。

なお、中間体９内部の気体を吸引したことによって位置決め部材７が浮き上がらないように、位置決め部材７の上に重りを載置してもよい。この重りは、位置決め部材７の通気孔７ｃを塞がない構造であり、純石英ガラスからなるものであることが好ましい。

実施形態１の製造方法によれば、石英ガラス柱に穿孔加工する場合と比較して、孔の位置精度の問題や孔内面の表面処理の必要やドリルの長さの制約等がない。また、隙間の充填にガラス微粒子を使用するので、直径の誤差の累積の問題がある石英ロッドを用いる場合と比較して、コアロッド４及び低屈折率部材２の位置精度の低下が少ない。そのため、光ファイバ１を低コストで製造でき、コア部１ａや低屈折率部１ｃの位置精度の低下を抑制することができ、かつ光ファイバの長尺化及び生産性の向上に適する。

なお、微粒子充填工程及び位置決め工程を行った後の中間体９に対して超音波振動等によって加振を行えば、ガラス微粒子８の充填状態の均一性が向上し、コア部１ａや低屈折率部１ｃの位置精度の低下がさらに抑制されるので好ましい。

（実験例１、２）
ここで、実験１として実施形態１に従って光ファイバを製造した。また、実験例２として、図６（ａ）に示すような光ファイバ２０を製造した。光ファイバ２０は、４つのコア部１ａとクラッド部１ｂとを備え、低屈折率部が無い以外は図１に示す光ファイバ１と同一の構成を有する。従って、光ファイバ２０は、図６（ｂ）に、図６（ａ）のＡ´−Ａ´断面における屈折率プロファイルを示すように、比屈折率差が負の部分がコア部１ａの間に存在しないものである。実験例２の光ファイバの製造は、低屈折率部材を使用しない以外は、実験例１の光ファイバと同一の工程で行った。

実験例１の光ファイバのコア部に波長１５５０ｎｍの光を伝搬させて、最隣接するコア間のクロストークを測定したところ、−５５ｄＢ／１００ｋｍであった。一方、実験例２の光ファイバのコア部に波長１５５０ｎｍの光を伝搬させて、最隣接するコア間のクロストークを測定したところ、−１５ｄＢ／１００ｋｍであった。すなわち、実験例１のように低屈折率部を備えることで、クロストークが低下することが確認された。また、実験例１の光ファイバを１０,０００ｍ毎に切断し、３０箇所の切断面において、各コア部の位置及び最隣接コア間の間隔を測定したところ、いずれも設計値±１０％の範囲であり、十分な位置精度であった。

（実験例３〜７）
つぎに、実験例３、４、５、６、７として、実施形態１に従って光ファイバを製造した。ただし、使用するガラス微粒子の平均粒子径をそれぞれ３０μｍ、５０μｍ、１５０μｍ、５００μｍ、７００μｍとした。そして、実験例３〜７の光ファイバを１０,０００ｍ毎に切断し、３０箇所の切断面において、各コア部の位置及び最隣接コア間の間隔を測定した。

実験例４（５０μｍ）、実験例５（１５０μｍ）、実験例６（５００μｍ）の光ファイバについては、各箇所において各コア部の位置及び最隣接コア間の間隔がいずれも設計値±１０％の範囲であり、十分な位置精度であった。

一方、実験例３（３０μｍ）の光ファイバについては、１０箇所においては設計値±１０％の範囲であり、十分な位置精度であったが、２０箇所においては設計値±１０％の範囲を外れる値であった。このような位置精度のばらつきは、ガラス微粒子の平均粒子径が小さいために充填した状態での嵩密度にむらができたためと考えられる。

また、実験例７（７００μｍ）の光ファイバについては、１５箇所においては設計値±１０％の範囲であり、十分な位置精度であったが、１５箇所においては設計値±１０％の範囲を外れる値であり、また切断面の所々に空孔が存在していた。この空孔は、ガラス微粒子の平均粒子径が大きいために充填状態でもガラス微粒子間に形成される隙間が大きく、光ファイバ線引きのための加熱溶融でも消滅せず、空孔として残留したものであると考えられる。

（実施形態２）
次に、実施形態２について説明する。実施形態２は、光ファイバ母材の製造方法に係るものである。図７は、実施形態２に係る製造方法を説明する模式図である。本製造方法では、実施形態１の配置工程、微粒子充填工程、位置決め工程によって作製した中間体９に、光ファイバ母材形成工程行って光ファイバ母材を製造する。

具体的には、図７に示すように、中間体９の上端側に蓋１１１を被せ、内部を気密状態とする。蓋１１１には気密状態とした中間体９内部に通じるガス排気管１１２が接続されている。ガス排気管１１２には真空ポンプ１１３とガス排気管１１４とが順次接続されている。また、蓋１１１には、気密状態とした中間体９内部の圧力を測定するための圧力計１１５が設けられている。圧力計１１５は、測定した圧力値の測定結果のデータを制御部Ｃに送信する。制御部Ｃは圧力値の測定結果のデータに基づいて真空ポンプ１１３を制御し、中間体９内部の圧力を所定の圧力値に制御できるように構成されている。

そして、光ファイバ母材形成工程を行う。まず、中間体９内部の圧力を大気圧より低い圧力に減圧制御しながら、延伸炉１１６のヒータ１１６ａで中間体９の下端を例えば２２００℃に加熱し、中間体９を構成する低屈折率部材２、ガラスパイプ３、コアロッド４、マーカ部材５、位置決め部材６、７、及びガラス微粒子８を加熱溶融する。さらに、延伸炉１１６と中間体９とを長手方向に沿って矢印の方向に相対移動させることによって中間体９を延伸して光ファイバ母材１０を製造する。このとき、ガラス微粒子８が緻密化焼結して透明なガラスとなる。なお、延伸炉１１６の下方には外径測定器１１７が設けられている。制御部Ｃは、外径測定器１１７が測定した光ファイバ母材１０の外径の値に基づいて、光ファイバ母材１０の外径が一定になるように延伸炉１１６と中間体９との相対移動速度を制御する。

なお、本実施形態２においても、位置決め部材７が浮き上がらないように、位置決め部材７の上に重りを載置してもよい。

実施形態２の製造方法によれば、実施形態１と同様に、光ファイバ母材１０を低コストで製造でき、光ファイバ母材１０のコア部や低屈折率部の位置精度の低下を抑制することができ、かつ光ファイバ母材１０の長尺化及び生産性の向上に適する。また、光ファイバ母材１０を公知の方法で線引きして光ファイバを製造すれば、コア部や低屈折率部の位置精度の低下が抑制された光ファイバを製造することができ、かつ光ファイバの長尺化及び生産性の向上に適する。

（実施形態３）
次に、実施形態３について説明する。実施形態３は、光ファイバの製造方法に係るものである。図８、９は、実施形態３に係る製造方法を説明する模式図である。本製造方法は、第１配置工程、第１位置決め工程、第２配置工程、第２位置決め工程、微粒子充填工程、及び線引工程を含む。

第１配置工程では、ガラスパイプ３内に、４本のコアロッド４と、不図示のマーカ部材とを挿入して配置する。なお、コアロッド４及びマーカ部材を挿入する前に、ガラスパイプ３内の底に位置決め部材１１を配置しておく。位置決め部材１１は、図３に示す位置決め部材６と同じ材料からなり、同様の形状を有するが、表面に十次形状の部位である位置決め溝１１ａが形成されている点が異なる。挿入されたコアロッド４及びマーカ部材５は、位置決め部材１１の上に載置される。

つづいて、ガラスパイプ３内に位置決め部材１２を挿入し、コアロッド４及びマーカ部材を位置決めする第１位置決め工程を行う。位置決め部材１２は、ガラスパイプ３の内径と略同じ外径を有する円板状の部材であり、合成石英ガラスからなる。位置決め部材１２には、図８に示すように、コアロッド４用の嵌合穴１２ａと、十字形状の位置決め孔１２ｂと、ガラス微粒子投入孔１２ｃとが形成されている。嵌合穴１２ａは、コアロッド４の上端部が嵌合する部位である。位置決め孔１２ｂ及びガラス微粒子投入孔１２ｃは貫通穴である。十字形状の位置決め孔１２ｂは、その４本の線状の部分が、最隣接する嵌合穴１２ａの間に配置されるように形成されている部位である。また、位置決め部材１２には、図３に示す位置決め部材７と同様に、マーカ部材用嵌合穴と通気孔とが形成されている。

ガラスパイプ３内に位置決め部材１２を挿入し、嵌合穴１２ａにコアロッド４の上端部を嵌合し、マーカ部材用嵌合穴にマーカ部材の上端部を嵌合することで、コアロッド４及びマーカ部材の位置が位置決めされる。

つづいて、第２配置工程、第２位置決め工程として、図９に示すように、位置決め部材１２の位置決め孔１２ｂからガラスパイプ３内に複数の棒状の低屈折率部材１３を挿入して配置し、位置決め孔１２ｂ及び位置決め部材１１の位置決め溝１１ａによって複数の低屈折率部材１３を位置決めする。低屈折率部材１３は純石英ガラスに対する比屈折率差Δ２が−０．６％となるようにフッ素が添加された石英ガラスからなる。複数の低屈折率部材１３はできるだけ隙間が無い状態に位置決め孔１２ｂに挿入されることが好ましい。複数の低屈折率部材１３は直径が全て同じでもよいし、異なるものがあってもよい。また低屈折率部材１３は円柱状に限らず角柱状でもよい。

つづいて、微粒子充填工程を行う。微粒子充填工程では、位置決め部材１２のガラス微粒子投入孔１２ｃから、ガラスパイプ３とコアロッド４と低屈折率部材１３とマーカ部材との隙間に、実施形態１のガラス微粒子８と同様のガラス微粒子を投入し、実施形態１と同様の嵩密度となるように充填する。これによって中間体が作製される。

つづいて、実施形態１と同様にして中間体に線引工程を行うことによって、光ファイバが製造される。

図１０は、実施形態３に係る製造方法で製造した光ファイバの模式的な断面及び屈折率プロファイルを示す図である。図１０（ａ）に示すように、光ファイバ１Ａは、４つのコア部１Ａａと、コア部１Ａａの外周に形成されたクラッド部１Ａｂと、十字形状の低屈折率部１Ａｃと、不図示のマーカ部とを備えているマルチコアファイバである。図１０（ｂ）に、図１０（ａ）のＢ−Ｂ断面における屈折率プロファイルを示すように、クラッド部１Ａｂに対する比屈折率差Δｎが、コア部１Ａａでは正値のΔ１であり、低屈折率部１Ａｃでは負値のΔ２である。本実施形態３ではΔ１は０．３８％であり、Δ２は−０．６％である。但し、Δ１、Δ２の値はこれらの値に限定されない。

低屈折率部１Ａｃは、クラッド部１Ａｂ内において少なくとも最隣接するコア部１Ａａの間に配置されている。また、コア部１Ａａと低屈折率部１Ａｃとは、光ファイバ１Ａの中心軸に対して４回回転対称となるような対称性が高い位置に配置されている。

この光ファイバ１Ａでは、低屈折率部１Ａｃの４本の線状の部分によって、最隣接するコア部１Ａａの間のクロストークが低減される。また、棒状の低屈折率部材１３、特にフッ素を添加したものは、一般に板状の低屈折率部材よりも低コストであり、かつ入手が容易である。従って、本実施形態３によれば、低コストの低屈折率部材１３を用いて低コストで光ファイバ１Ａを製造できる。

なお、実施形態３に係る製造方法において中間体までを作製し、これを実施形態２のように加熱延伸して、光ファイバ母材を製造してもよい。

また、実施形態３に係る製造方法の変形例として、コアロッド４、低屈折率部材１３、及びマーカ部材をガラスパイプ３内に配置する配置工程を行い、その後微粒子充填工程を行い、最後に位置決め部材１１、１２によるコアロッド４、低屈折率部材１３、及びマーカ部材の位置決め工程を行ってもよい。

（実施形態４）
次に、実施形態４について説明する。実施形態４は、光ファイバの製造方法に係るものである。図１１は、実施形態４に係る製造方法を説明する模式図である。本製造方法は、配置工程、微粒子充填工程、位置決め工程、及び線引工程を含む。

配置工程では、ガラスパイプ３内に、１２本のコアロッド４と、１１枚の板状の低屈折率部材１４ａ〜１４ｋを挿入して配置する。１２本のコアロッド４は、正方格子状に配置される。コアロッド４の直径は本実施形態４では１２ｍｍである。低屈折率部材１４ａ〜１４ｋは、１２本のコアロッド４のうち最隣接するコアロッドの間に配置するように組み合わせて配置される。低屈折率部材１４ａ〜１４ｋは純石英ガラスに対する比屈折率差Δ２が−０．６％となるようにフッ素が添加された石英ガラスからなる。なお、コアロッド４及び低屈折率部材１４ａ〜１４ｋを挿入する前に、ガラスパイプ３内の底に図３に示す位置決め部材６と同様の位置決め部材を配置しておく。

つづいて、微粒子充填工程を行う。微粒子充填工程では、ガラスパイプ３とコアロッド４と低屈折率部材１４ａ〜１４ｋとの隙間にガラス微粒子８を投入し、実施形態１の場合と同様の嵩密度になるように充填する。

つづいて、ガラスパイプ３内に位置決め部材を挿入し、コアロッド４及び低屈折率部材１４ａ〜１４ｋを位置決めする位置決め工程を行う。位置決め部材は、ガラスパイプ３の内径と略同じ外径を有する円板状の部材であり、高純度の合成石英ガラスからなる。位置決め部材には、１２本のコアロッド４用の嵌合穴と、低屈折率部材１４ａ〜１４ｋの配置の形状と一致する位置決め溝と、通気孔とが形成されている。

ガラスパイプ３内に位置決め部材を挿入し、嵌合穴にコアロッド４の上端部を嵌合し、位置決め溝に低屈折率部材１４ａ〜１４ｋの上端部を嵌合することで、コアロッド４及び低屈折率部材１４ａ〜１４ｋの位置が位置決めされる。これによって中間体が作製される。

つづいて、実施形態１と同様にして中間体に線引工程を行うことによって、光ファイバが製造される。

図１２は、実施形態４に係る製造方法で製造した光ファイバの模式的な断面及び屈折率プロファイルを示す図である。図１４（ａ）に示すように、光ファイバ１Ｂは、１２個のコア部１Ｂａと、コア部１Ｂａの外周に形成されたクラッド部１Ｂｂと、低屈折率部１Ｂｃとを備えているマルチコアファイバである。図１２（ｂ）に、図１２（ａ）のＣ−Ｃ断面における屈折率プロファイルを示すように、クラッド部１Ｂｂに対する比屈折率差Δｎが、コア部１Ｂａでは正値のΔ１であり、低屈折率部１Ｂｃでは負値のΔ２である。本実施形態４ではΔ１は０．３８％であり、Δ２は−０．６％である。但し、Δ１、Δ２の値はこれらの値に限定されない。

低屈折率部１Ｂｃは、クラッド部１Ｂｂ内において最隣接するコア部１Ｂａの間に配置されている。また、コア部１Ｂａと低屈折率部１Ｂｃとは、光ファイバ１Ｂの中心軸に対して４回回転対称となるような対称性が高い位置に配置されている。

この光ファイバ１Ｂでは、低屈折率部１Ｂｃによって、最隣接するコア部１Ｂａの間のクロストークが低減される。

また、実施形態４では、１１枚の板状の低屈折率部材１４ａ〜１４ｋを用いているが、図１１に示す形状を形成できるのであれば、板状の低屈折率部材の使用数は特に限定されない。また、例えば、実施形態１の板材２ａ、２ｂのように複数の低屈折率部材を嵌合して組み合わせ、図１１に示す形状を作製してもよい。

（実施形態５）
次に、実施形態５について説明する。実施形態５は、光ファイバの製造方法に係るものである。図１３は、実施形態５に係る製造方法を説明する模式図である。本製造方法は、配置工程、微粒子充填工程、位置決め工程、及び線引工程を含む。

配置工程では、ガラスパイプ３内に、７本のコアロッド４と、１２枚の板状の低屈折率部材１５ａ〜１５ｌを挿入して配置する。７本のコアロッド４は、正六角形の中心及び各頂点に配置される。コアロッド４の直径は本実施形態５では１０ｍｍである。低屈折率部材１５ａ〜１５ｌは、７本のコアロッド４のうち最隣接するコアロッドの間に配置するように組み合わせて配置される。低屈折率部材１５ａ〜１５ｌは純石英ガラスに対する比屈折率差Δ２が−０．６％となるようにフッ素が添加された石英ガラスからなる。なお、同様に、コアロッド４及び低屈折率部材１５ａ〜１５ｌを挿入する前に、ガラスパイプ３内の底に図３に示す位置決め部材６と同様の位置決め部材を配置しておく。

つづいて、微粒子充填工程を行う。微粒子充填工程では、ガラスパイプ３とコアロッド４と低屈折率部材１５ａ〜１５ｌとの隙間にガラス微粒子８を投入し、実施形態１の場合と同様の嵩密度になるように充填する。

つづいて、ガラスパイプ３内に位置決め部材を挿入し、コアロッド４及び低屈折率部材１５ａ〜１５ｌを位置決めする位置決め工程を行う。位置決め部材は、ガラスパイプ３の内径と略同じ外径を有する円板状の部材であり、高純度の合成石英ガラスからなる。位置決め部材には、７本のコアロッド４用の嵌合穴と、低屈折率部材１５ａ〜１５ｌの配置の形状と一致する位置決め溝と、通気孔とが形成されている。

ガラスパイプ３内に位置決め部材を挿入し、嵌合穴にコアロッド４の上端部を嵌合し、位置決め溝に低屈折率部材１５ａ〜１５ｌの上端部を嵌合することで、コアロッド４及び低屈折率部材１５ａ〜１５ｌの位置が位置決めされる。これによって中間体が作製される。

つづいて、実施形態１と同様にして中間体に線引工程を行うことによって、光ファイバが製造される。

図１４は、実施形態５に係る製造方法で製造した光ファイバの模式的な断面及び屈折率プロファイルを示す図である。図１５（ａ）に示すように、光ファイバ１Ｃは、７個のコア部１Ｃａと、コア部１Ｃａの外周に形成されたクラッド部１Ｃｂと、低屈折率部１Ｃｃとを備えているマルチコアファイバである。図１４（ｂ）に、図１４（ａ）のＤ−Ｄ断面における屈折率プロファイルを示すように、クラッド部１Ｃｂに対する比屈折率差Δｎが、コア部１Ｃａでは正値のΔ１であり、低屈折率部１Ｃｃでは負値のΔ２である。本実施形態５ではΔ１は０．３８％であり、Δ２は−０．６％である。但し、Δ１、Δ２の値はこれらの値に限定されない。

低屈折率部１Ｃｃは、クラッド部１Ｃｂ内において最隣接するコア部１Ｃａの間に配置されている。また、コア部１Ｃａと低屈折率部１Ｃｃとは、光ファイバ１Ｃの中心軸に対して６回回転対称となるような対称性が高い位置に配置されている。

この光ファイバ１Ｃでは、低屈折率部１Ｃｃによって、最隣接するコア部１Ｃａの間のクロストークが低減される。

（実施形態６）
次に、実施形態６について説明する。実施形態６は、光ファイバの製造方法に係るものである。図１５は、実施形態６に係る製造方法を説明する模式図である。本製造方法は、配置工程、微粒子充填工程、位置決め工程、及び線引工程を含む。

配置工程では、ガラスパイプ３内に、コア形成部の直径の１．５倍まで、合成石英クラッド形成部が形成された４本のコアロッド４と、３枚の板状の低屈折率部材１７ａ〜１７ｃと、２本の棒状の低屈折率部材１８を挿入して配置する。低屈折率部材１７ａ〜１７ｃは、低屈折率部材１７ｂ、１７ａ、１７ｃの順番で平行に並ぶように配置される。また、２本のコアロッド４が低屈折率部材１７ａと１７ｂとで挟まれ、その他の２本のコアロッド４が低屈折率部材１７ａと１７ｃとで挟まれるように配置される。また、４本のコアロッド４は、長方形の各頂点に配置される。２本の棒状の低屈折率部材１８は、それぞれ、２本のコアロッド４の中間付近に配置される。低屈折率部材１７ａ〜１７ｃ、１８は、純石英ガラスに対する比屈折率差Δ２が−０．６％となるようにフッ素が添加された石英ガラスからなる。低屈折率部材１８の直径はコアロッド４の直径と略等しい。なお、コアロッド４及び低屈折率部材１７ａ〜１７ｃ、１８を挿入する前に、ガラスパイプ３内の底に図３に示す位置決め部材６と同様の位置決め部材を配置しておく。

つづいて、微粒子充填工程を行う。微粒子充填工程では、ガラスパイプ３とコアロッド４と低屈折率部材１７ａ〜１７ｃ、１８との隙間にガラス微粒子８を投入し、実施形態１の場合と同様の嵩密度になるように充填する。

つづいて、ガラスパイプ３内に位置決め部材を挿入し、コアロッド４及び低屈折率部材１７ａ〜１７ｃ、１８を位置決めする位置決め工程を行う。位置決め部材は、ガラスパイプ３の内径と略同じ外径を有する円板状の部材であり、高純度の合成石英ガラスからなる。位置決め部材には、４本のコアロッド４用の嵌合穴と、低屈折率部材１７ａ〜１７ｃ、１８の配置の形状と一致する位置決め溝と、通気孔とが形成されている。

ガラスパイプ３内に位置決め部材を挿入し、嵌合穴にコアロッド４の上端部を嵌合し、位置決め溝に低屈折率部材１７ａ〜１７ｃ、１８の上端部を嵌合することで、コアロッド４及び低屈折率部材１７ａ〜１７ｃ、１８の位置が位置決めされる。これによって中間体が作製される。

つづいて、実施形態１と同様にして中間体に線引工程を行うことによって、光ファイバが製造される。

図１６は、実施形態６に係る製造方法で製造した光ファイバの模式的な断面及び屈折率プロファイルを示す図である。図１６（ａ）に示すように、光ファイバ１Ｄは、４個のコア部１Ｄａａ、１Ｄａｂ、１Ｄａｃ、１Ｄａｄと、コア部１Ｄａａ〜１Ｄａｄの外周に形成されたクラッド部１Ｄｂと、低屈折率部１Ｄｃとを備えているマルチコアファイバである。図１４（ｂ）、図１４（ｃ）は、それぞれ、図１４（ａ）のＥ−Ｅ断面、Ｆ−Ｆ断面における屈折率プロファイルを示す。クラッド部１Ｄｂに対する比屈折率差Δｎが、コア部１Ｄａａ、１Ｄａｂ、１Ｄａｃでは正値のΔ１であり、低屈折率部１Ｄｃでは負値のΔ２である。また、コア部１Ｄａｄについても比屈折率差はΔ１である。本実施形態６ではΔ１は０．３８％であり、Δ２は−０．６％である。但し、Δ１、Δ２の値はこれらの値に限定されない。

低屈折率部１Ｄｃは、クラッド部１Ｄｂ内において最隣接するコア部１Ｄａａ、１Ｄａｂの間、１Ｄａｃ、１Ｄａｄの間にそれぞれ配置されている。また、コア部１Ｄａａ〜１Ｄａｄと低屈折率部１Ｄｃとは、光ファイバ１Ｄの中心軸に対して２回回転対称となるような対称性が高い位置に配置されている。

この光ファイバ１Ｄでは、低屈折率部１Ｄｃによって、コア部１Ｄａａ〜１Ｄａｄのうち最隣接するコア部の間のクロストークが低減される。また、図１６（ｂ）、図１６（ｃ）に示すように、コア部１Ｄａａ〜１Ｄａｄはその断面において直交する方向で屈折率プロファイルが異なるため、その直交する方向に屈折率の異方性が生じる。そのため、光ファイバ１Ｄは偏波保持型のマルチコアファイバとなる。

なお、実施形態３〜６に係る製造方法において中間体までを作製し、中間体を実施形態２のように加熱延伸して、光ファイバ母材を製造してもよい。

上記実施形態において、低屈折率部材として、フッ素ドープしたガラスロッドを板状に切り出したものを用いたが、フッ素ドープしたガラスロッドを加熱及び加圧して板状に加工したものを用いても作製可能である。

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、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 光ファイバ
１ａ、１Ａａ、１Ｂａ、１Ｃａ、１Ｄａａ、１Ｄａｂ、１Ｄａｃ、１Ｄａｄ コア部
１ｂ、１Ａｂ、１Ｂｂ、１Ｃｂ、１Ｄｂ クラッド部
１ｃ、１Ａｃ、１Ｂｃ、１Ｃｃ、１Ｄｃ 低屈折率部
１ｄ マーカ部
２、１３、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ、１４ｇ、１４ｈ、１４ｉ、１４ｊ、１４ｋ、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ、１５ｉ、１５ｊ、１５ｋ、１５ｌ、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１８ 低屈折率部材
２ａ、２ｂ 板材
２ａａ、２ｂａ 切り欠き部
３ ガラスパイプ
４ コアロッド
４ａ コア形成部
４ｂ クラッド形成部
５ マーカ部材
６、７、１１、１２ 位置決め部材
７ａ、７ｂ、１２ａ 嵌合穴
７ｃ 通気孔
８ ガラス微粒子
９ 中間体
１０ 光ファイバ母材
１１ａ 位置決め溝
１２ｂ 位置決め孔
１２ｃ ガラス微粒子投入孔
１００、１１１ 蓋
１０１ ガス導入管
１０２、１０４、１１２、１１４ ガス排気管
１０３、１１３ 真空ポンプ
１０５、１１５ 圧力計
１０６ 光ファイバ線引炉
１０６ａ、１１６ａ ヒータ
１０７ 被覆形成装置
１０８ キャプスタンローラ
１０９ ガイドロール
１１０ 巻取機構
１１６ 延伸炉
１１７ 外径測定器
Ｃ 制御部
Ｆ１ 光ファイバ
Ｆ２ 光ファイバ

Claims (11)

1. ガラスからなる複数のコア部と、
   前記複数のコア部よりも屈折率が低いガラスからなり、前記複数のコア部の外周に形成されたクラッド部と、
   前記クラッド部よりも屈折率が低いガラスからなり、前記クラッド部内において前記複数のコア部のうち少なくとも最隣接するコア部の間に配置された低屈折率部と、
   を備える光ファイバの製造方法であって、
   前記コア部になるコア形成部を備える複数のコアロッドと、前記低屈折率部となる低屈折率部材とを、前記クラッド部の一部になるガラスパイプ内に配置する配置工程と、
   前記ガラスパイプと前記複数のコアロッドと前記低屈折率部材との隙間にガラス微粒子を充填する微粒子充填工程と、
   前記ガラス微粒子を充填した隙間を減圧状態とし、前記ガラスパイプ、前記複数のコアロッド、前記低屈折率部材及び前記ガラス微粒子を加熱溶融し、前記ガラス微粒子を焼結して光ファイバを線引きする線引工程と、
   を含み、
   前記配置工程において、フッ素が添加された板状の低屈折率部材を十字状に組み合わせて配置することを特徴とする光ファイバの製造方法。
2. 前記複数のコアロッドを位置決め部材に形成された穴に嵌合することで、前記複数のコアロッドを位置決めする位置決め工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
3. 前記複数のコアロッド及び前記低屈折率部材を位置決め部材に形成された部位に嵌合することで、前記複数のコアロッド及び前記低屈折率部材を位置決めする位置決め工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
4. 前記微粒子充填工程において、平均粒子径が５０μｍ〜５００μｍのガラス微粒子を充填することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光ファイバの製造方法。
5. 前記配置工程において、前記複数のコアロッドと前記低屈折率部材とを対称性の高い位置に配置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光ファイバの製造方法。
6. ガラスからなる複数のコア部と、
   前記複数のコア部よりも屈折率が低いガラスからなり、前記複数のコア部の外周に形成されたクラッド部と、
   前記クラッド部よりも屈折率が低いガラスからなり、前記クラッド部内において前記複数のコア部のうち少なくとも最隣接するコア部の間に配置された低屈折率部と、
   を備える光ファイバを製造するための光ファイバ母材の製造方法であって、
   前記コア部になるコア形成部を備える複数のコアロッドと、前記低屈折率部となる低屈折率部材とを、前記クラッド部の一部になるガラスパイプ内に配置する配置工程と、
   前記ガラスパイプと前記複数のコアロッドと前記低屈折率部材との隙間にガラス微粒子を充填する微粒子充填工程と、
   前記ガラス微粒子を充填した隙間を減圧状態とし、前記ガラスパイプ、前記複数のコアロッド、前記低屈折率部材及び前記ガラス微粒子を加熱溶融し、前記ガラス微粒子を焼結して光ファイバ母材を形成する光ファイバ母材形成工程と、
   を含み、
   前記配置工程において、フッ素が添加された板状の低屈折率部材を十字状に組み合わせて配置することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
7. 前記複数のコアロッドを位置決め部材に形成された穴に嵌合することで、前記複数のコアロッドを位置決めする位置決め工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ母材の製造方法。
8. 前記複数のコアロッド及び前記低屈折率部材を位置決め部材に形成された部位に嵌合することで、前記複数のコアロッド及び前記低屈折率部材を位置決めする位置決め工程を含むことを特徴とする請求項６に記載の光ファイバ母材の製造方法。
9. 前記微粒子充填工程において、平均粒子径が５０μｍ〜５００μｍのガラス微粒子を充填することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一つに記載の光ファイバ母材の製造方法。
10. 前記配置工程において、前記複数のコアロッドと前記低屈折率部材とを対称性の高い位置に配置することを特徴とする請求項６〜９のいずれか一つに記載の光ファイバ母材の製造方法。
11. 請求項６〜１０のいずれか一つに記載の方法によって製造した光ファイバ母材を線引きし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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