WO2001056940A1 - Procede de fabrication de fibre optique - Google Patents

Description

明細書

光ファイバ製造方法

技術分野

この発明は、 光ファイバ母材を線引して所望の光学特性を有する光ファイバを 製造するための光ファイバ製造方法に関し、 特に、 分散補償光ファイバを製造す るのに適した製造方法に関するものである。 背景技術

光ファイバ伝送路に複数波長の信号を伝搬させて光通信を行う光伝送システム では、 光ファイバ伝送路中を伝搬する信号の波形劣化を抑制するために、 信号波 長 （例えば 1 . 5 5 z m) において光ファイバ伝送路の累積波長分散の絶対値が 小さいことが望まれる。 ところが、 」般に光ファイバ伝送路として用いられてい る標準的なシングルモード光ファイバは、 波長 1 . 3 z m付近に零分散波長を有 し、 波長 1 . 5 5〃mにおいて 1 7 p s / n m/k m程度の波長分散を有する。 したがって、 このシングルモード光ファイバのみが適用された光ファイバ伝送路 では、信号波形の劣化に起因して高ビットレートの光通信を行うことができない。 そこで、 波長 1 . 5 5〃mにおいて負の波長分散を有する分散補償光ファイバを 利用して上記シングルモ一ド光ファイバの波長分散を補償することで、 波長 1 . 5 5 mにおける平均波長分散の絶対値が低減されている。 発明の開示

発明者らは、 従来の光ファイバ伝送路について、 検討した結果、 以下のような 課題を発見した。 すなわち、 シングルモード光ファイバ及び分散補償光ファイバ kら構成された光ファイバ伝送路全体の平均波長分散の絶対値を低減するには、 該シングルモード光ファイバと分散補償光ファイバとの長さ比を適切に設計され るとともに該シングルモード光ファイバの波長分散特性に応じて該分散補償光フ アイバの波長分散が適切に設計され、 かつその設計どおりに製造される必要があ る。

ところが、 分散補償光ファイバの波長分散特性はガラス径 （当該分散補償光フ アイバのファイバ直径） の変化に応じて敏感に変化する。 また、 光ファイバ母材 の加工精度が十分ではなく、 また、 プリフォームアナライザによる光ファイバ母 材の屈折率分布の測定精度も十分ではない。 したがって、 目標とする波長分散特 性を有する分散補償光ファイバを高精度に製造することは困難であった。 なお、 上述の課題は、 分散補償光ファイバを製造する際に顕著であるが、 他の種類の光 ファイバを製造する際にも生じる。

この発明は上述のような課題を解決するためになされたものであり、 目標とす る波長分散特性を有する光ファイバを容易に製造することができる光ファイバ製 造方法を提供することを目的としている。

この発明に係る光ファイバの製造方法は、 得られる光ファイバの外径を制御す ることにより所望の光学特性を有する光ファイバを製造する。 この光ファイバの 製造方法では、 光ファイバ母材の一部をまず線引することにより得られた一定長 の光ファイバのカヅトオフ波長が測定され、 該測定されたカツトオフ波長に基づ いて、 目標とする波長分散特性を得るための目標ガラス径が求められ、 そして、 該求められた目標ガラス径となるよう外径制御されながら光フアイバ母材の残部 が線引される。

以上のように、 この発明に係る光ファイバの製造方法によれば、 光ファイバ母 材の線引開始直後に得られた一定長の光フアイバにおけるカットオフ波長の測定 結果が外径制御にフィ一ドバックされるので、 光ファイバ母材の加工精度が悪く ても、 あるいはプリフォームアナライザによる光ファイバ母材の屈折率分布の測 定精度が悪くても、 目標とする波長分散特性を有する光ファイバが容易に製造さ れる。

また、 この発明に係る光ファイバの製造方法は、 前記カットオフ波長に代え、 光ファイバ母材の線引開始後に得られた一定長の光ファイバのモードフィ一ルド 径の測定結果を利用して外径制御を行ってもよい。 この場合、 当該光ファイバの 製造方法では、 測定されたモードフィールド径に基づいて、 目標とする波長分散 特性を得るための目標ガラス径が求められ、 そして、 該求められた目標ガラス径 となるよう外径制御しながら光フアイバ母材の残部が線引される。

このような光ファイバの製造方法によれば、 光ファイバ母材の加工精度が悪く ても、 あるいはプリフォームアナライザによる光ファイバ母材の屈折率分布の測 定精度が悪くても、 目標とする波長分散特性を有する光ファイバを容易に製造さ れる。

なお、 この発明に係る各実施形態は、 以下の詳細な説明及び添付図面によりさ らに十分に理解可能となる。 これら実施形態は単に例示のために示されるもので あって、 この発明を限定するものと考えるべきではない。

また、 この発明のさらなる応用範囲は、 以下の詳細な説明から明らかになる。 しかしながら、 詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施形態を示すも のではあるが、 例示のためにのみ示されているものであって、 この発明の思想及 び範囲における様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であ ることは明らかである。 図面の簡単な説明

図 1 A及び図 1 Bは、 この発明に係る光ファイバの製造方法を実現するための 線引装置及び測定装置の概略構成を示す図である。

図 2 Aは、 波長分散とガラス径 （光ファイバ外径） との関係を示すグラフであ り、 図 2 Bは、 カットオフ波長とガラス径 （光ファイバ外径） との関係を示すグ ラフである。

図 3は、 この発明に係る光ファイバの製造方法における第 1実施形態を説明す るためのフローチャートである。 図 4 Aは、 波長分散とガラス径 （光ファイバ外径） との関係を示すグラフであ り、 図 4 Bは、 モードフィールド径とガラス径 （光ファイバ外径） との関係を示 すグラフである。

図 5は、 この発明に係る光ファイバの製造方法における第 2実施形態を説明す るためのフローチャートである。 発明を実施するための最良の形態

以下、 この発明に係る光ファイバの製造方法の各実施形態を、 図 1 A〜2 B、 3、 4 A、 4 B及び 5を用いて説明する。 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。

まず、 この発明に係る光ファイバの製造方法における線引工程について説明す る。 図 1 Aは、 この発明に係る光ファイバの製造方法を実現するための線引装置 の概略構成を示す図である。 図 1 Aの線引装置において、 光ファイバ母材 1は、 プリフォームフィーダ 1 2に固定されており、 このプリフォームフィーダ 1 2に より加熱炉 1 1の内部に導入される。 そして、 加熱炉 1 1により光ファイバ母材 1の下部が加熱 ·溶融される。 溶融された光ファイバ母材 1の下部から線引され た裸光ファイバは、 加熱炉 1 1の下方から外部に引き出される。

この裸光ファイバは、 外径測定器 1 3によりガラス径 dが測定され、 樹脂コ一 ティング部 1 4により樹脂で表面が被覆される。 すなわち、 樹脂コーティング部 1 4において、 裸光ファイバ表面にはプライマリコーティングダイスにより紫外 線硬化樹脂が塗布され、この紫外線硬化樹脂が紫外光照射により一旦硬化される。 続いて、 該裸光ファイバに塗布された樹脂表面にセカンダリコーティングダイス により紫外線硬化樹脂がさらに塗布され.、 この塗布された紫外線硬化樹脂が紫外 光照射により硬化されることで、 光ファイバ素線 2が得られる。 そして、 この光 ファイバ素線 2は、 キヤプスタン 1 6及びローラ 1 7〜 1 9を順に介して、 ボビ ン 2 0に卷き取られる。 外径測定器 1 3により測定された裸光ファイバのガラス径 dに関する情報は、 制御部 2 1に入力される。 この制御部 2 1により、 加熱炉 1 1による光ファイバ 母材 1の加熱温度（線引温度)、 キヤプスタン 1 6の回転速度（すなわち、 光ファ ィバ素線 2の線引速度）、及びプリフォームフィーダ 1 2による光フアイバ母材 1 の供給速度がそれそれ制御される。このとき、光ファイバ母材 1の外径を Dとし、 光ファイバ素線 2の設定線引速度を v l とすると、 光ファイバ母材 1の設定供給 速度 Vflは、 以下の式 （ 1 ) を満たすよう制御部 2 1により制御される。

Vfl = v l · d ²/D ² … （ 1 )

(第 1実施形態）

次に、 この発明に係る光ファイバ製造方法における第 1実施形態について、 図

2 A、 2 B及び 3を用いて説明する。 図 2 Aは、 波長分散とガラス径 （裸光ファ ィバの外径） との関係を示すグラフであり、 図 2 Bは、 カットオフ波長とガラス 径 （裸光ファイバの外径） との関係を示すグラフである。 これらのグラフから分 かるように、 ガラス径が変化すれば、 カットオフ波長も変化し、 また、 波長分散 も変化する。 すなわち、 測定された実際のカットオフ波長と目標カットオフ波長 との差は、 実際の波長分散と目標波長分散との差に対応している。 そこで、 この 第 1実施形態に係る光ファイバの製造方法では、 測定された実際のカツトオフ波 長と目標カツトオフ波長との差に基づいてガラス径を調整することで、 実際の波 長分散を目標波長分散への修正する。

図 3は、 第 1実施形態に係る光ファイバの製造方法を説明するためのフローチ ャ一トである。 なお、 この第 1実施形態に係る光ファイバの製造方法は、 図 1 A 及び図 1 Bに示された線引装置及び測定装置により実施される。

第 1実施形態では、 まず、 屈折率プロファイルが長手方向に均一である光ファ ィバ母材 1が用意され（ステップ S T 1 1 )、 この光ファイバ母材 1の屈折率分布 がプリフォームアナライザにより測定される （ステップ S T 1 2 )。そして、 この 測定結果や母材構造設計値に基づいて、 所定波長 （例えば 1 . 5 5〃m) におい て目標とする波長分散を有する光ファイバ素線 2を製造するための裸光ファイバ のガラス径が求められる。 この求められたガラス径が初期ガラス径となる （ステ ップ S T 13)。

その後、 光ファイバ母材 1はプリフォームフィーダ 12に固定され、 該プリフ オームフィーダ 12により光ファイバ母材 1が加熱炉 11内に導入される。 これ により、 光ファイバ母材 1の下端が加熱 '溶融される。 下端が溶融している光フ アイバ母材 1の線引の際、 得られる裸光ファイバのガラス径が初期ガラス径とな るよう、 制御部 21による外径制御が行われる。

ここで、 線引開始後に得られた光ファイバ素線 2からその一部 （一定長の被測 定用光ファイバ 2 a)が切り出され（ステップ ST 14)、 図 1 Bに示された測定 装置 210により、 この被測定用光ファイバ 2 aのカツトオフ波長が測定される (ステップ ST 15)。なお、被測定用光ファイバ 2 aは、 カツトオフ波長を測定 するのに十分な長さを有しており、 具体的には In！〜 10m程度である。

制御部 21では、 この測定されたカットオフ波長と目標カットオフ波長とを比 較し、 この比較結果に基づいて、 所定波長において目標とする波長分散を有する 光ファイバ素線 2を製造するための裸光ファイバのガラス径を修正する。 この修 正されたガラス径が目標ガラス径となる （ステップ ST 16)。例えば、初期ガラ ス径を d₀、 目標カットオフ波長をえ _{c l}、 測定されたカットオフ波長をえ _c0とす れば、 目標ガラス径 は、 以下の式 （2) で与えられる。

d ^ do Xえ _clZえ。。 … （2)

続いて、 光ファイバ母材 1の残部が、 得られる裸光ファイバのガラス径が目標 ガラス径となるよう線引され、 所望の光学特性を有する光ファイバ （光ファイノ 素線 2) が製造される （ステップ ST 17)。

なお、 ステップ ST 15において測定されたカツトオフ波長と目標カヅトオフ 波長との差が一定範囲内であれば、 実際の波長分散と目標波長分散との差も許容 範囲内であるので、初期ガラス径をそのまま目標ガラス径としてもよい。例えば、 測定されたカツトオフ波長え _{c 0}が、 目標カツトオフ波長え _{c l}に対して、以下の条 件 （3 ) を満たす場合、 初期ガラス径 d。をそのまま目標ガラス径(^とする。

A _c！ - 10nm≤ Λ _{ο 0}≤ A _c！ + 10nm ··· ( 3 )

一方、 測定されたカットオフ波長え _{c 0}が上記条件 ( 3 ) を満たさない場合、 上 記式 （2 ) により目標ガラス径 iが求められる。 また、 ステップ S T 1 5にお いて測定されたカツトオフ波長と目標カツトオフ波長との差が一定範囲内となる までガラス径を更新しながらステップ S T 1 4〜S T 1 6が繰り返し行われる構 成であってもよく、 これにより、 より確実に目標カットオフ波長を有するガラス 径に近づけることができる。

また、 光ファイバ素線 2の設定線引速度を v l としたままガラス径を目標ガラ ス径 （あるいは初期ガラス径） とするには、 上記式 （ 1 ) に基づいた光ファイバ 母材 1の設定供給速度 Vflとするとともに、 外径測定器 1 3により光ファイバ素 線 2のガラス径 dをオンライン測定し、 このガラス径 dに基づいてキヤプス夕ン 1 6の回転速度を制御することで裸光ファイバのガラス径 dを一定に維持するこ とが可能となる。 これらの制御は制御部 2 1により行われる。

以上のようにこの第 1実施形態では、 線引開始後に得られた一定長の光フアイ ノ ' （被測定用光ファイバ 2 a ) のカットオフ波長を測定し、 この測定結果に基づ いて修正された目標ガラス径を求め、 光ファイバ母材 1の残部を線引して、 ガラ ス径が目標ガラス径となるよう外径制御された光ファイバ素線 2が製造される。 これにより、 用意される光ファイバ母材の加工精度が悪くても、 あるいはプリフ オームアナライザによる該光ファイバ母材の屈折率分布の測定精度が悪くても、 目標とする波長分散特性を有する光ファイバが容易に製造される。 特に、 当該製 造方法は、 ガラス径の変化に応じて波長分散特性が敏感に変化する分散補償光フ アイバの製造に適している。

(第 2実施形態）

次に、 この発明に係る光ファイバ製造方法における第 2実施形態について、 図 4 A、 4 B及び図 5を用いて説明する。 図 4 Aは、 波長分散とガラス径 （裸光フ アイバの外径） との関係を示すグラフであり、 図 4 Bは、 モードフィールド径と ガラス径 （裸光ファイバの外径） との関係を示すグラフである。 これらのグラフ から分かるように、ガラス径が変化すれば、モードフィ一ルド径も変化し、また、 波長分散も変化する。 すなわち、 測定された実際のモードフィールド径と目標モ 一ドフィールド径との差は、 実際の波長分散と目標波長分散との差に対応してい る。 そこで、 この第 2実施形態では、 測定された実際のモードフィールド径と目 標モ一ドフィ一ルド径との差に基づいてガラス径を調整することで、 実際の波長 分散を目標波長分散への修正する。

図 5は、 第 2実施形態に係る光ファイバ製造方法を説明するためのフローチヤ

—卜である。 なお、 この第 2実施形態に係る光ファイバの製造方法も、 第 1実施 形態と同様に、 図 1 A及び図 1 Bに示された線引装置及び測定装置により実施さ れる。

第 2実施形態では、 まず、 屈折率プロファイルが長手方向に均一である光ファ ィバ母材 1が用意され（ステップ S T 2 1 )、この光ファイバ母材 1の屈折率分布 をプリフォームアナライザにより測定される （ステップ S T 2 2 )。そして、 この 測定結果や母材構造設計値に基づいて、 所定波長 （例えば 1 . 5 5 i m) におい て目標とする波長分散を有する光ファイバ素線 2を製造するための裸光ファイバ のガラス径が求められる。 この求められたガラス径が初期ガラス径となる （ステ ヅプ S T 2 3 )。

その後、 光ファイバ母材 1はプリフォームフィーダ 1 2に固定され、 該プリフ オームフィーダ 1 2が光ファイバ母材 1を加熱炉 1 1内に導入する。これにより、 光ファイバ母材 1の下端が加熱 ·溶融される。 下端が溶融している光ファイバ母 材 1の線引の際、 得られる裸光フアイバのガラス径が初期ガラス径となるよう、 制御部 2 1による外径制御が行われる。

ここで、 線引開始後に得られた光ファイバ素線 2からその一部 （被測定用光フ アイバ 2 a)が切り出され（ステップ S T 24)、 図 1 Βに示された測定装置 21 0により、 この被測定用光ファイバ 2 aのモードフィールド径が測定される （ス テツプ ST 25)。なお、被測定用光ファイバ 2 aは、 モードフィールド径を測定 するのに十分な長さを有しており、 具体的には 1 m〜 1 Om程度である。

制御部 21では、 この測定されたモードフィールド径と目標モードフィールド 径とを比較し、 この比較結果に基づいて、 所定波長において目標とする波長分散 を有する光ファイバ素線 2を製造するための裸光ファイバのガラス径を修正する。 この修正されたガラス径が目標ガラス径となる （ステップ ST2 β)ο例えば、初 期ガラス径を d₀、 目標モードフィールド径を 測定されたモードフィールド 径を M。とすれば、 目標ガラス径(1₁は、 以下の式 （4) で与えられる。

d

… （4)

続いて、 光ファイバ母材 1の残部が、 得られる裸光ファイバのガラス径が目標 ガラス径となるよう線引され、 所望の光学特性を有する光ファイバ素線 2が製造 される （ステップ ST 27)。

なお、 ステップ ST25において測定されたモードフィールド径と目標モード フィールド径との差が一定範囲内であれば、 実際の波長分散と目標波長分散との 差も許容範囲内であるので、初期ガラス径をそのまま目標ガラス径としてもよい。 例えば、 測定されたモードフィールド径 M₀が、 目標モードフィールド径^^に対 して、 以下の条件 （5) を満たす場合、 初期ガラス径 d。をそのまま目標ガラス 径(^とする。

一方、測定されたモードフィールド径 M。が上記条件（5)を満たさない場合、 上記式 （4) により目標ガラス径(1 iが求められる。 また、 ステップ ST 25に おいて測定されたモードフィ一ルド径と目標モードフィールド径との差が一定範 囲内となるまでガラス径を更新しながらステップ ST 24-ST26が繰り返し 行われる構成であってもよく、 これにより、 より確実に目標モードフィールド径 を有するガラス径に近づけることができる。

また、 光ファイバ素線 2の設定線引速度を v l としたままガラス径を目標ガラ ス径 （あるいは初期ガラス径） とするには、 上記式 （ 1 ) に基づいた光ファイバ 母材 1の設定供給速度 Vflとするとともに、外径測定器 1 3により光ファイバ 2 のガラス径 dをオンライン測定し、 このガラス径 dに基づいてキヤプスタン 1 6 の回転速度を制御することで裸光ファイバのガラス径 dを一定に維持することが 可能となる。 これらの制御は制御部 2 1により行われる。

以上のようにこの第 2実施形態では、 線引開始後に得られた一定長の光ファィ ノ （被測定用光ファイバ 2 a ) のモードフィールド径を測定し、 この測定結果に 基づいて修正された目標ガラス径を求め、 光ファイバ母材 1の残部を線引して、 ガラス径が目標ガラス径となるよう外径制御された光ファィバ素線 2が製造され る。 これにより、 用意される光ファイバ母材の加工精度が悪くても、 あるいはプ リフォームアナライザによる該光フアイバ母材の屈折率分布の測定精度が悪くて も、 目標とする波長分散特性を有する光ファイバが容易に製造される。 特に、 当 該製造方法は、 ガラス径の変化に応じて波長分散特性が敏感に変化する分散補償 光ファイバの製造に適している。

以上の本発明の説明から、 本発明を様々に変形しうることは明らかである。 そ のような変形は、 本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはで きず、 すべての当業者にとって自明である改良は、 以下の請求の範囲に含まれる ものである。 産業上の利用可能性

以上のようにこの発明によれば、 光ファイノ 母材の線引開始後に得られた一定 長の光ファイバにおける力ッ卜オフ波長及びモードフィールド径のいずれかが測 定され、 測定されたカットオフ波長あるいはモードフィールド径に基づいて、 目 標とする波長分散特性を得るための目標ガラス径が求められ、 この求められた目 標ガラス径となるよう外径制御しながら光ファイバ母材の残部が線引される。 し たがって、 光ファイバ母材の加工精度が悪くても、 あるいはプリフォームアナラ ィザによる光フアイバ母材の屈折率分布の測定精度が悪くても、 目標とする波長 分散特性を有する光ファイバが容易に製造される。 特に、 当該発明は、 ガラス径 (光ファイバ外径） の変化に応じて波長分散特性が敏感に変化する分散補償光フ アイバの製造に適している。

Claims

^^求の^ &囲

1 . 光ファイバ母材を線引して所望の光学特性を有する光ファイバを製造す るための光ファイバの製造方法であって、

前記光ファイバ母材の一部を線引することにより得られた一定長の光ファイバ のカツトオフ波長を測定し、

前記測定されたカツトオフ波長に基づいて、 目標とする波長分散特性を得るた めの目標ガラス径を求め、 そして、

前記求められた目標ガラス径となるよう外径制御しながら前記光ファイバ母材 の残部を線引する光ファイバの製造方法。

2 . 光ファイバ母材を線引して所望の光学特性を有する光ファイバを製造す るための光ファイバの製造方法であって、

前記光ファイバ母材の一部を線引することにより得られた一定長の光ファイバ のモードフィ一ルド径を測定し、

前記測定されたモードフィールド径に基づいて、 目標とする波長分散特性を得 るための目標ガラス径を求め、 そして、

前記求められた目標ガラス径となるよう外径制御を行いながら前記光： 母材の残部を線引する光ファイバの製造方法。