WO2018025857A1 - 光ファイバ母材製造方法および光ファイバ製造方法 - Google Patents

光ファイバ母材製造方法および光ファイバ製造方法 Download PDF

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榎本　正
和泰 米沢
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Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to an optical fiber preform manufacturing method and an optical fiber manufacturing method.
  • an optical fiber preform is a manufacturing process of a core preform that becomes a core after drawing, and a manufacturing process of a cladding preform (outer peripheral portion) that is provided on the outer peripheral surface of the core preform and becomes a cladding after drawing. It is manufactured by the base material manufacturing method comprised by these.
  • the core base material manufacturing process includes a glass synthesis process and post-processing processes such as dehydration, sintering (including collapse), and stretching, which are performed subsequent to the glass synthesis process.
  • a glass base material is manufactured by stacking a plurality of glass layers.
  • an external CVD (Chemical Vapor Deposition) method in which a glass layer is formed on the outer peripheral surface of the glass deposition target, and a glass layer on the inner peripheral surface of the glass deposition target.
  • an external CVD method for example, an OVD (Outside Vapor phase Deposition) method disclosed in Patent Document 1 is known, and glass generation supplied on the outer peripheral surface of a mandrel prepared as a glass deposition object A plurality of glass layers are stacked by depositing glass fine particles synthesized on the outer peripheral surface of the mandrel by subjecting the gas to a flame hydrolysis reaction with an oxyhydrogen burner.
  • OVD Outside Vapor phase Deposition
  • the MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) method disclosed in Patent Document 2 and the PCVD (Plasma-activated Chemical Vapor Deposition) disclosed in Patent Document 3 are known.
  • the MCVD method and the PCVD method a hollow glass tube is used as a glass deposition object, and the synthesized glass fine particles are formed on the inner peripheral surface of the glass tube by oxidizing the glass forming gas introduced into the glass tube. Deposited on top.
  • the MCVD method the oxidation reaction in the glass tube is accelerated by heating the glass tube with an oxyhydrogen burner.
  • the PCVD method plasma is generated in the glass tube by a high frequency cavity arranged outside the glass tube. It is promoted by generating.
  • a core preform having a refractive index distribution according to a desired ⁇ power distribution is obtained through the glass synthesis process described above, and desired optical characteristics are obtained by drawing an optical fiber preform including the core preform.
  • a multimode optical fiber hereinafter referred to as “MMF”) having
  • Patent Document 4 discloses a technique for obtaining an MMF having a broader band characteristic by slightly modifying the refractive index distribution of the core according to the ⁇ power distribution.
  • Patent Document 5 discloses a band characteristic of 5000 MHz ⁇ km or more at any wavelength included in a wavelength range of 800 nm or more by controlling the deviation between the refractive index distribution and the ⁇ power distribution in the core to be less than 0.0015%.
  • a technique for obtaining an MMF is disclosed.
  • Patent Document 6 describes the manufacture of MMF, which adjusts the draw tension and the core diameter, as well as the cladding composition, based on the shape of the refractive index distribution (fitting shape) along the radial direction of the core base material. A method is disclosed.
  • An object of the present invention is to provide an optical fiber preform manufacturing method having a structure for the above, and an optical fiber manufacturing method using the optical fiber preform.
  • the optical fiber preform manufacturing method includes at least a glass synthesis step and a pretreatment step that is performed prior to the glass synthesis step in order to produce a core preform.
  • the refractive index distribution that extends along the central axis and forms part of the optical fiber preform and that is defined along the radial direction on the cross section orthogonal to the central axis is adjusted to a predetermined shape.
  • the core base material made is manufactured.
  • the refractive index adjusting agent M is formed on the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the glass deposition object extending along the direction corresponding to the central axis.
  • the synthesized glass particles are sequentially stacked while adjusting the addition amount.
  • a glass base material having a cross section in which a plurality of glass layers are concentrically arranged so as to coincide with the cross section of the core base material and surround the central axis is manufactured.
  • the pretreatment step for an arbitrarily set adjustment region of the core base material sample manufactured in the past, setting of a division section that is an addition amount control unit of the refractive index adjusting agent M, creation of glass synthesis performance data, In addition, the correlation is calculated, and the theoretical addition amount of the refractive index adjusting agent M in the glass synthesis step is determined.
  • the adjustment region is divided into n (an integer of 2 or more) sections along the radial direction for one of the number of glass layers constituting the i-th glass base material sample, and the other is described above.
  • the region corresponding to the adjustment region is divided along the radial direction so as to correspond one-to-one with the n divided sections thus divided.
  • the addition amount data of the refractive index adjusting agent M added to the k-th divided section in the material sample is included.
  • a correlation is calculated.
  • the theoretical addition amount of the refractive index adjusting agent M that minimizes the absolute value of the deviation is obtained from the correlation in the k-th divided section of each of the m core base material samples.
  • the k-th segment corresponding to the k-th divided section of each of the m core base material samples in a state in which the addition amount of the refractive index adjusting agent M supplied during the synthesis of the glass fine particles is adjusted to the theoretical addition amount.
  • One or more glass layers belonging to the glass synthesis section are sequentially formed on the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the glass deposition object.
  • the shape of the refractive index distribution in the core base material can be adjusted to the ideal curve with high accuracy and in a short time. Moreover, since the variation of the target optical characteristic is suppressed between manufactured optical fibers, the manufacturing yield of an optical fiber can be improved.
  • FIG. 5A It is a figure which shows the structure of the OVD manufacturing apparatus for implementing glass synthesis process ST120 by OVD method as external CVD method for obtaining the glass base material for core base materials. It is a figure which shows the structure of the material gas supply system in the OVD manufacturing apparatus of FIG. 4A. It is a figure which shows the correspondence of the cross section of the glass base material after glass synthesis process ST120, and the cross section of the core base material obtained by performing post-processing process ST130 with respect to this glass base material. It is a figure which shows an example of the correspondence of the division area in the cross section of the glass base material of FIG. 5A, and the division area in the cross section of the core base material of FIG. 5A.
  • FIG. 6A It is a figure which shows the structure of the internal CVD manufacturing apparatus for manufacturing the optical fiber base material, especially the glass base material for core base materials by internal CVD method (MCVD method, PCVD method). It is a figure which shows the structure of the material gas supply system in the internal CVD manufacturing apparatus of FIG. 6A. It is a figure which shows the structure of the heating system for implementing MCVD method in the internal CVD manufacturing apparatus of FIG. 6A. It is a figure which shows the structure of the heating system for implementing PCVD method in the internal CVD manufacturing apparatus of FIG. 6A. It is a flowchart for demonstrating pre-processing process ST110 in core base material manufacturing process ST100 shown by FIG.
  • the optical fiber preform manufacturing method manufactures a core preform, as one aspect thereof, a glass synthesis step and a pretreatment step that is performed prior to the glass synthesis step, At least.
  • the refractive index distribution that extends along the central axis and forms part of the optical fiber preform and that is defined along the radial direction on the cross section orthogonal to the central axis is adjusted to a predetermined shape.
  • a glass base material to be a core base material is produced.
  • the glass synthesis step while adjusting the addition amount of the refractive index adjusting agent M on the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the glass deposition object extending along the direction corresponding to the central axis as the glass base material.
  • the synthesized glass particles are sequentially stacked.
  • a glass base material having a cross section in which a plurality of glass layers are concentrically arranged so as to coincide with the cross section of the core base material and surround the central axis is manufactured.
  • the pretreatment step for an arbitrarily set adjustment region of the core base material sample manufactured in the past, setting of a division section that is an addition amount control unit of the refractive index adjusting agent M, creation of glass synthesis performance data, In addition, the correlation is calculated, and the theoretical addition amount of the refractive index adjusting agent M in the glass synthesis step is determined.
  • the adjustment region is divided into n (an integer of 2 or more) sections along the radial direction for one of the number of glass layers constituting the i-th glass base material sample, and the other is described above.
  • the region corresponding to the adjustment region is divided along the radial direction so as to correspond one-to-one with the n divided sections thus divided. Note that the entire range of the core base material sample may be set along the radial direction, or a part of the adjustment region may be set.
  • the divided sections in the set adjustment region may be equally divided sections or sections having different sizes along the radial direction.
  • a plurality of adjustment regions may be set in a continuous or separated state.
  • the division section size of a certain adjustment area does not need to match the division section size of another adjustment area.
  • coarse addition amount adjustment (the division size is set large) is performed on the central axis side of the core base material to be manufactured, while fine addition amount adjustment (the division size is set small) is performed on the outside. It will be possible.
  • the addition amount data of the refractive index adjusting agent M added to the k-th divided section in the material sample is included.
  • a correlation is calculated.
  • the theoretical addition amount of the refractive index adjusting agent M that minimizes the absolute value of the deviation is obtained from the correlation in the k-th divided section of each of the m core base material samples.
  • the k-th segment corresponding to the k-th divided section of each of the m core base material samples in a state in which the addition amount of the refractive index adjusting agent M supplied during the synthesis of the glass fine particles is adjusted to the theoretical addition amount.
  • One or more glass layers belonging to the glass synthesis section are sequentially formed on the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the glass deposition object.
  • the outer radius rk of the kth divided section serving as an index representing the kth divided section in the i th core base material sample, and k in the i th glass base material sample
  • the first glass composition interval l k preferably satisfies the relationship of the following formula (1) by a predetermined function f.
  • the addition amount of the refractive index adjusting agent M in the k-th divided section of the i-th core base material sample is M (r k ) i , i th
  • the refractive index adjusting agent M of the core base material in the k-th divided section to be manufactured The theoretical addition amount M (r k ) opt is given by the following formula (2), and the refractive index adjusting agent M of the glass base material to be manufactured in the k-th glass synthesis section l k to be manufactured theoretical amount M (l k) opt is the given by l k stoichiometric amount of the refractive index control agent M in r k to be associated with M (r k) opt by the above formula (1) are preferred.
  • the refractive index adjusting agent M preferably contains one type of additive. Further, as one aspect of the present embodiment, the refractive index adjusting agent M preferably contains germanium.
  • the refractive index adjusting agent M may include one type of first additive and one or more types of second additives.
  • the amount of the first additive added for each glass synthesis section to be formed in a state where the addition conditions of the second additive are fixed during the period in which n glass synthesis sections are formed. Is preferably adjusted.
  • the refractive index adjusting agent M preferably contains two or more types of additives selected from germanium, phosphorus, fluorine, and boron.
  • the first additive preferably includes germanium.
  • the optical fiber preform manufacturing method further includes a sintering step of sintering the glass preform to make the glass preform manufactured by the glass synthesis step transparent. May be.
  • the optical fiber manufacturing method prepares an optical fiber preform including the core preform manufactured by the above-described optical fiber preform manufacturing method.
  • a desired optical fiber is manufactured by drawing while heating one end.
  • the manufactured optical fiber includes a core extending along the central axis, and a clad covering the outer peripheral surface of the core along the central axis.
  • the deviation of the refractive index distribution in the core of the optical fiber from the target refractive index distribution is preferably 0.002% or less in terms of the relative refractive index difference with respect to the refractive index of pure silica glass.
  • the optical fiber manufacturing method which concerns on this embodiment followed (alpha) power distribution along the radial direction orthogonal to the central axis manufactured by the said optical fiber preform manufacturing method concerned as one mode.
  • the MMF may be manufactured by preparing an optical fiber preform including a core preform having a refractive index distribution and drawing one end of the optical fiber preform while heating.
  • the MMF to be manufactured includes a core extending along the central axis and a clad covering the outer peripheral surface of the core along the central axis.
  • the ⁇ value that defines the shape of the ⁇ power distribution is preferably within the range of 1.9 to 2.3.
  • the effective band EMB ( ⁇ ) at any wavelength ⁇ (nm) included in the range of 800 to 1000 nm is preferably ⁇ 20 ⁇ ⁇ + 21700 MHz ⁇ km or more.
  • each aspect listed in this [Description of Embodiments of the Invention] is applicable to each of all the remaining aspects or to all combinations of these remaining aspects. .
  • FIG. 1A is a diagram showing a structure of an optical fiber preform
  • FIG. 1B is a refractive index distribution along the radial direction of the optical fiber preform in FIG. 1A
  • FIG. 1C is an optical fiber preform in FIG. 1A
  • FIG. 1D is a diagram showing a cross-sectional structure of an optical fiber obtained through the drawing process of FIG. 1C.
  • An optical fiber preform 100 shown in FIG. 1A includes a core preform 10 having a radius a extending along a central axis AX, and a clad preform (outer peripheral portion) provided on the outer circumferential surface of the core preform 10. ) 20.
  • the core preform 10 corresponds to the core 110A (FIG. 1D) of the optical fiber 110 obtained by drawing the optical fiber preform 100, and the clad preform 20 is the clad 110B (FIG. 1D) of the optical fiber 110. ).
  • the refractive index distribution 150 of the core base material 10 whose shape is defined on a cross section orthogonal to the central axis AX has a shape according to the ⁇ power distribution.
  • the refractive index of a region is n
  • the relative refractive index difference ⁇ of the region is represented by the following equation (3).
  • the ⁇ power distribution means that the radius with the center axis AX as the origin is r, the core radius is a, the relative refractive index difference on the central axis AX is ⁇ 0 , and the relative refractive index difference at the outer edge of the core is ⁇ 0e , the relative refractive index difference of the cladding 110B as delta 1, refers to a refractive index profile having a specific refractive index difference delta of the core 110A and cladding 110B is represented by the following formula (4). Note that even if there is a variation in the additive concentration produced in the manufacturing process or a variation in the refractive index due to the mixing of impurities, it can be regarded as an ⁇ power distribution as long as the equation (4) is followed.
  • the refractive index of the core 110A on the center axis AX is n 1
  • the refractive index of the cladding 110B is n 1
  • One end of the optical fiber 110 having the above-described structure is softened by being heated by the heater 300 as shown in FIG. 1C.
  • the deviation of the refractive index distribution in the core 110A of the optical fiber 110 from the target refractive index distribution is 0.002% or less in terms of the relative refractive index difference with respect to the refractive index of pure silica glass.
  • the obtained optical fiber 110 becomes an MMF having a GI (Graded-Index) type refractive index distribution according to the ⁇ power distribution as shown in FIG. 1B.
  • the ⁇ value that defines the shape of the ⁇ -power distribution is preferably within the range of 1.9 to 2.3.
  • the effective band EMB ( ⁇ ) at any wavelength ⁇ (nm) included in the range of 800 to 1000 nm is preferably ⁇ 20 ⁇ ⁇ + 21700 MHz ⁇ km or more.
  • the reason why the preferable effective band depends on the wavelength is that material dispersion is taken into consideration. At a wavelength of 800 to 1000 nm, material dispersion decreases almost linearly with an increase in wavelength, so the longer the wavelength, the smaller the effective band.
  • the band of the MMF depends on how the plurality of guided modes of the MMF are excited by the light source.
  • an effective mode band EMB
  • the EMB calculates the calculated minimum effective mode bandwidth (minEMBc) from the result of measuring the differential group delay (DMD) of the MMF, and is obtained by the following equation (5). Details of these calculation methods are defined in IEC 60793-1-49: 2006 and IEC 60793-2-10: 2011.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining the optical fiber preform manufacturing method according to the present embodiment.
  • the optical fiber preform manufacturing method includes a core preform manufacturing process ST100, an actual measurement process ST200 for obtaining refractive index distribution data of the core preform 10 obtained through the core preform manufacturing process ST100, and Optical fiber obtained through outer peripheral part manufacturing step (cladding base material manufacturing process) ST300 and outer peripheral part manufacturing step ST300 for forming clad base material 20 to be clad 110B on the outer peripheral surface of the obtained core base material 10
  • a drawing step ST400 for drawing the base material 100 as shown in FIG. 1C is provided.
  • the outer periphery manufacturing step ST300 includes a sooting step ST310 for depositing glass fine particles on the outer peripheral surface of the core base material 10 that has undergone the actual measurement step ST200, and a post-processing step ST320.
  • the core base material manufacturing process ST100 includes a pretreatment process ST110, a glass synthesis process ST120, and a posttreatment process ST130.
  • n integer of 2 or more glass synthesis intervals, which are divided in advance and serve as units for controlling the addition amount of the refractive index adjuster in the glass synthesis step ST120, are added for each glass synthesis interval.
  • the glass synthesis performance data 500 includes the refractive index distribution data 520 measured in the actual measurement step ST200 for each of m (integer of 2 or more) core preform samples manufactured in the past, and these m core preforms. It consists of manufacturing condition data 510 of m glass base material samples that have become samples.
  • m glass base materials manufactured in the past whose manufacturing condition data are already stored in a memory (see FIG. 4A and the like) of the control unit described later, are referred to as “glass base material samples”.
  • the m core preforms obtained by applying a post-processing step to be described later to the m glass preform samples, and whose refractive index distribution data are already stored in the memory of the control unit, are stored in the past.
  • the core base material manufactured in the above is called “core base material sample”.
  • a refractive index adjusting agent is formed on the inner peripheral surface or the outer peripheral surface of the glass deposition target extending along the direction corresponding to the central axis AX.
  • the synthesized glass particles are sequentially stacked while adjusting the addition amount.
  • a glass base material having a cross section in which a plurality of glass layers are concentrically arranged so as to coincide with the cross section of the core base material 10 and surround the central axis AX is manufactured.
  • region used as the addition amount control unit of a refractive index regulator is comprised by one or more glass layers. Further, the addition amount of the refractive index adjusting agent in each glass synthesis section in the glass synthesis step ST120 is added to the manufacturing condition data 510 together with past data.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining the post-processing ST130 in the core base material manufacturing process ST100 shown in FIG.
  • the glass base material 200 obtained through the glass synthesis step ST120 is dehydrated.
  • the glass base material 200 subjected to the dehydration process is subjected to a sintering process so as to be transparent.
  • the glass base material 200 is heated while moving the heater 350 in the direction indicated by the arrow S2.
  • collapse solidification
  • the glass synthesis step ST120 performs transparency of the deposited glass layer every time the glass layer is deposited.
  • the core base material 10 is obtained by subjecting the transparent base material to a stretching process so as to have a desired outer diameter.
  • the obtained core base material 10 has a refractive index distribution measured by an actual measurement step ST200, and this measurement data is also added to the refractive index distribution data 520 together with past data.
  • the same process as the above-described post-processing process ST130 is performed on the sooted layer (glass layer) formed on the outer peripheral surface of the core base material 10 through the sooting process ST310.
  • the clad base material 20 is obtained.
  • FIGS. 4A and 4B Manufacturing of the glass base material 200 in the glass synthesis step ST120 is performed by, for example, a manufacturing apparatus shown in FIGS. 4A and 4B.
  • FIG. 4A shows the structure of an OVD manufacturing apparatus for performing the glass synthesis step ST120 by the OVD method as an external CVD method for forming a glass layer on the outer peripheral surface of the glass deposition object.
  • FIG. 4B shows the structure of the material gas supply system in the OVD manufacturing apparatus of FIG. 4A.
  • the 4A includes a work table 610A, a mandrel 620A, an oxyhydrogen burner 630A, a material gas supply system 640A, a fuel gas supply system 650A, and a control unit 660A.
  • the mandrel 620A is a glass deposition object.
  • the oxyhydrogen burner 630A deposits glass fine particles synthesized in a flame on the surface of the mandrel 620A, thereby generating an intermediate glass base material 200A composed of a plurality of glass layers on the outer peripheral surface of the mandrel 620A. .
  • Work table 610A is rotated in the direction indicated by arrow S3A while supporting mandrel 620A, and is moved in the direction indicated by arrows S4Aa and S4Ab while supporting oxyhydrogen burner 630A.
  • the material gas supply system 640A supplies a glass forming gas (SiCl 4 , GeCl 4, etc.) to the oxyhydrogen burner 630A.
  • the fuel gas supply system 650A supplies fuel gas (H 2 , O 2 ) for forming a flame to the oxyhydrogen burner 630A.
  • the control unit 660A controls the work table 610A, the material gas supply system 640A, and the fuel gas supply system 650A.
  • the control unit 660A includes a memory 670A for storing glass synthesis result data 500 of m core base material samples manufactured in the past.
  • the material gas supply system 640A is, O 2 tank, glass synthetic material SiCl 4 tank SiCl 4 is stored is, GeCl 4 tanks Ge compound as a refractive index adjusting agent is stored Etc., and these tanks are connected via a mixing valve 641A.
  • the control unit 660A adjusts the flow rate of the glass forming gas, particularly the flow rate (addition amount) of the refractive index adjusting agent, by controlling the opening and closing of the mixing valve 641A and a flow rate controller (not shown).
  • a flow rate controller not shown in the example of FIG.
  • germanium (Ge) is shown as a refractive index adjusting agent, but two or more types selected from germanium (Ge), phosphorus (P), fluorine (F), and boron (B).
  • the additive may be included.
  • the control unit 660A is prepared by preparing Ge as the first additive and other refractive index adjusting agents (P, F, B, etc.) as the second additive.
  • the addition amount of the first additive may be adjusted for each glass synthesis section to be formed with the addition condition of the second additive fixed.
  • the fuel gas supply system 650A has an O 2 tank and an H 2 tank, and the control unit 660A has O 2 via a mixing valve 651A and a flow rate regulator (not shown). The flow rate and the H 2 flow rate are adjusted.
  • the glass base material 200 manufactured by the OVD manufacturing apparatus 600A having the structure as described above has a space 210 (a space from which the mandrel 620A is removed) 210 in the center as shown on the left side of FIG.
  • the glass layer 201 has a cross-sectional structure in which concentric circles are stacked.
  • the core base material 10 having the cross-sectional structure as shown on the right side of FIG. 5A is obtained.
  • FIG. 5B shows a division section in the cross section of the glass base material 200 after the glass synthesis step ST120 and a division in the cross section of the core base material 10 obtained by performing the post-processing step ST130 on the glass base material 200. It is a figure which shows an example of the correspondence with a section. In the following description, an example in which the adjustment region divided into sections is set in the entire range of the core base material 10 along the radial direction will be referred to.
  • the entire region of the refractive index adjuster addition amount adjustment section (glass synthesis section) is divided into n pieces as the adjustment area. Further, optimization control of the GeCl 4 flow rate (Ge addition amount) is performed by the control unit 660A for each glass synthesis section.
  • Each glass composition section corresponds to a layer region constituted by one or more glass layers 201 in the cross section of each of the m glass base material samples 200 manufactured in the past.
  • the glass synthesis section may be a section in which the number of glass layers 201 constituting the manufactured glass base material sample 200 (for example, 500 layers) is equally divided into n pieces along the radial direction.
  • the cross-sectional radius of the m core base material samples 10 manufactured may be equally divided into n.
  • the correspondence relationship between the glass synthesis section of the glass base material sample and the radius section of the core base material sample is shown in FIG. 5B because the shrinkage rate during sintering differs between the central portion and the peripheral portion of the glass base material sample. As expected, it is not linear.
  • the function f is preferably the inverse function is easy to function sought.
  • the above-described OVD manufacturing apparatus 600A that performs the glass synthesis step ST120 is an apparatus that manufactures the glass base material 200 by a so-called external CVD method, but the manufacturing of the glass base material 200 for the core base material is performed by MCVD or PCVD. It is also possible to manufacture by an internal CVD method represented by the method.
  • 6A is a diagram showing a structure of an internal CVD manufacturing apparatus
  • FIG. 6B is a diagram showing a structure of a material gas supply system in the internal CVD manufacturing apparatus of FIG. 6A.
  • FIG. 7A is a diagram showing the structure of a heating system for performing the MCVD method in the internal CVD manufacturing apparatus of FIG. 6A
  • FIG. 7B shows the PCVD method in the internal CVD manufacturing apparatus of FIG. 6A. It is a figure which shows the structure of the heating system for.
  • the internal CVD manufacturing apparatus 600B of FIG. 6A includes a work table 610B, a hollow glass tube 620B, a heating system 630B, a material gas supply system 640B, and a control unit 660B.
  • the hollow glass tube 620B is a glass deposition object in which a plurality of glass layers are laminated on the inner peripheral surface thereof.
  • the heating system 630B has different structures for the MCVD method and the PCVD method, which will be described later, but the glass fine particles synthesized in the hollow glass tube 620B are deposited on the inner peripheral surface of the hollow glass tube 620B by any method. Thereby, the intermediate
  • the work table 610B is rotated in the direction indicated by the arrow S3B while supporting the hollow glass tube 620B, and is moved in the direction indicated by the arrows S4Ba and S4Bb while supporting the heating system 630B.
  • the material gas supply system 640B supplies a glass forming gas (SiCl 4 , GeCl 4 or the like) to the heating system 630B.
  • the control unit 660B controls the heating system 630B, the work table 610B, and the material gas supply system 640B. Note that the control unit 660B includes a memory 670B for storing glass synthesis result data 500 of m core base material samples manufactured in the past.
  • the material gas supply system 640B is, O 2 tank, glass synthetic material SiCl 4 tank SiCl 4 is stored is, GeCl 4 tanks Ge compound as a refractive index adjusting agent is stored Etc., and these tanks are connected via a mixing valve 641B.
  • the controller 660B adjusts the flow rate of the glass forming gas, particularly the flow rate (addition amount) of the refractive index adjusting agent, by controlling the opening and closing of the mixing valve 641B and the flow rate regulator (not shown).
  • germanium (Ge) is shown as a refractive index adjusting agent.
  • germanium (Ge) is shown as a refractive index adjusting agent.
  • control unit 660B includes the Ge as the first additive and the other refractive index adjusters (P, F, B, etc.) as the second additive.
  • the addition amount of the first additive may be adjusted for each glass synthesis section to be formed with the addition condition of the second additive fixed.
  • the heating system 630Ba as shown in FIG. 7A is provided. That is, the heating system 630Ba includes an oxyhydrogen burner 652 that is moved in the direction indicated by arrows S4Ba and S4Bb while being supported by the work table 610B, and a fuel gas (H 2 , O 2) having an O 2 tank, H 2 tank for supplying.
  • the controller 660B adjusts the flow rate of O 2 and / or H 2 via the mixing valve 651B and a flow rate regulator (not shown). Thereby, the glass fine particles synthesized in the hollow glass tube 620B are deposited on the inner peripheral surface of the hollow glass tube 620B, and as a result, the intermediate glass base material 200B is generated.
  • the heating system 630Bb as shown in FIG. 7B is provided. That is, the heating system 630Bb includes a high-frequency cavity 653 that is moved in the direction indicated by the arrows S4Ba and S4Bb while being supported by the work table 610B.
  • the high frequency cavity 653 is disposed so as to surround the outer periphery of the hollow glass tube 620B, and can generate plasma 654 in the hollow glass tube 620B in accordance with a control signal from the control unit 660B.
  • the glass fine particles synthesized in the hollow glass tube 620B are deposited on the inner peripheral surface of the hollow glass tube 620B, and as a result, the intermediate glass base material 200B is generated.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining the pretreatment step ST110 in the core base material manufacturing step ST100 shown in FIG.
  • the pre-processing step ST110 is a step executed by the control units 660A and 660B.
  • the addition amount of the refractive index adjusting agent is determined for each divided section serving as the addition amount control unit of the refractive index adjusting agent. Therefore, creation of glass synthesis performance data (ST111), calculation of correlation (ST112), and determination of the theoretical addition amount of the refractive index adjusting agent (ST113) are performed.
  • the division section is set according to the example of FIG. 5B.
  • step ST111 manufacturing condition data 510 (stored in the memories 670A and 670B) of the m glass base material samples 200 manufactured in the past, which constitute the glass base material sample group 250, and the core base material sample group 15 are configured.
  • the glass synthesis performance data 500 as shown in FIG. 9A is created from the refractive index distribution data 520 of the m core base material samples 10 manufactured in the past obtained through the measurement process ST200.
  • the i-th glass synthesis performance data 500 is an example in which the refractive index adjuster added during glass synthesis is Ge.
  • the glass composition performance data of the same glass composition section of each of m pieces of glass composition performance data 500 created as described above are collected for each glass composition section.
  • the data is collected in the glass synthesis performance data of the k-th glass synthesis section in each of the m core base material samples 10.
  • Fig. 10 shows the Ge flow rate (slm) as the x coordinate component and the deviation ⁇ (r k ) i as the y coordinate.
  • Fig. 11 is a diagram in which each data as a component is plotted in a two-dimensional coordinate system, and points P 1 to P 5 shown in Fig. 10 indicate each data for correlation calculation.
  • the above equation (6) is expanded to obtain the slope A and the intercept B of the approximate straight line G1000 that minimizes the square sum S (A, B).
  • two partial differential equations represented by the following equation (7) hold.
  • One of these partial differential equations is a linear equation obtained by differentiating the expansion formula of the square sum S (A, B) with respect to the slope A and using the slope A as a variable, and the other is the square sum S (A, B). Is a linear equation with the intercept B as a variable. Accordingly, the slope A and the intercept B are obtained from the simultaneous linear equations having the slope A and the intercept B as variables, as shown in the following formula (8).
  • the theoretical addition amount Ge (r k ) opt is given by the following formula (10), and the theoretical addition amount of Ge in the k-th glass synthesis section l k to be manufactured of the glass base material to be the core base material.
  • Ge (l k) opt is given by the formula (1) theoretical amount of Ge in r k to be associated with the l k by Ge (r k) opt.
  • FIG. 11 is a flowchart for explaining the glass synthesis step ST120 in the core base material manufacturing step ST100 shown in FIG.
  • Controller 660A, 660B are added theory k-th glass synthesis section l k of the processing target weight Ge (l k) opt to become as material gas supply system 640A, the mixing valve 640B 641A, 641B and flow Each controller is controlled (ST123).
  • the glass synthesis (ST125) is performed for all of the glass layer belonging to the k-th glass synthesis section l k (ST126).
  • a post-processing step ST130 is performed subsequent to the glass synthesis step ST120.
  • the theoretical addition amount of Ge of each glass layer belonging to the glass synthesis interval l k may be constant at Ge (l k ) opt , but k + 1
  • it may be linearly changed so as to gradually change toward the first glass synthesis interval l k + 1 , or may be changed into a curved line using an arbitrary function so as to be smoothly connected.
  • the adjustment region where the equally divided sections are set is set in the entire range of the core base material sample along the radial direction.
  • the setting of the adjustment region in the present embodiment is not limited to this example. That is, a part of the core base material sample may be set as the adjustment region along the radial direction.
  • the divided sections in the set adjustment region may be sections having different sizes along the radial direction.
  • a plurality of adjustment regions may be set in a continuous or separated state. Among the plurality of adjustment regions, a division section size of a certain adjustment region may be different from a division section size of another adjustment region.
  • SYMBOLS 10 ... Core base material (core base material sample), 15 ... Core base material sample group, 20 ... Clad base material (peripheral part), 100 ... Optical fiber base material, 110A ... Core, 110B ... Cladding, 110 ... Optical fiber, 200: Glass base material (glass base material sample), 250: Glass base material sample group, 500: Glass synthesis result data, 510: Manufacturing condition data, 520: Refractive index distribution data.

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Abstract

本実施形態は、コア母材における屈折率分布の形状を高精度にかつ短時間に理想曲線に合わせ込むための製造方法等に関する。ガラス堆積対象物の内周面上または外周面上に所定量の屈折率調整剤を含む複数のガラス層を積み重ねるガラス合成工程に先立ち、過去に製造されたガラス母材の製造条件データおよび該ガラス母材から得られたコア母材の屈折率分布データからガラス合成実績データが作成される。ガラス合成工程が実施される各ガラス合成区間では、ガラス合成実績データに基づいて屈折率調整剤の添加量が調節される。

Description

光ファイバ母材製造方法および光ファイバ製造方法
　本発明の実施形態は、光ファイバ母材製造方法および光ファイバ製造方法に関するものである。
　一般に、光ファイバ母材は、線引き後にコアとなるべきコア母材の製造工程と、該コア母材の外周面上に設けられ、線引き後にクラッドとなるべきクラッド母材（外周部）の製造工程とで構成された母材製造方法により製造される。
　コア母材の製造工程は、ガラス合成工程と、該ガラス合成工程に続いて行われる、脱水、焼結（コラップス含む）、延伸などの後処理工程とにより構成される。特に、ガラス合成工程では、一例として、複数のガラス層を積み重ねることによりガラス母材が製造される。このガラス母材の製造方法としては、ガラス堆積対象物の外周面上にガラス層を形成していく外付けＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法と、ガラス堆積対象物の内周面上にガラス層を形成していく内付けＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法がある。
　特に、外付けＣＶＤ法としては、例えば特許文献１に開示されたＯＶＤ（Outside Vapor phase Deposition）法が知られており、ガラス堆積対象物として用意された心棒の外周面上に供給されたガラス生成ガスを、酸水素バーナで火炎加水分解反応させることにより、該心棒の外周面上に合成されたガラス微粒子を堆積させることにより複数のガラス層が積み重ねられる。
　一方、内付けＣＶＤ法としては、例えば特許文献２に開示されたＭＣＶＤ（Modified Chemical Vapor Deposition）法や、特許文献３に記載されたＰＣＶＤ（Plasma-activated Chemical Vapor Deposition）が知られている。ＭＣＶＤ法およびＰＣＶＤ法の何れも、ガラス堆積対象物として中空ガラス管が用いられ、該ガラス管内に導入されたガラス生成ガスを酸化反応させることにより、合成されたガラス微粒子がガラス管の内周面上に堆積される。なお、ガラス管内での酸化反応は、ＭＣＶＤ法の場合、酸水素バーナによりガラス管を加熱することにより促進され、ＰＣＶＤ法の場合、ガラス管外に配置された高周波キャビティにより該ガラス管内にプラズマを発生させることにより促進される。
　なお、上述のガラス合成工程を経て、所望のα乗分布に従った屈折率分布を有するコア母材が得られ、該コア母材を含む光ファイバ母材を線引きすることにより、所望の光学特性を有するマルチモード光ファイバ（以下、「ＭＭＦ」と記す）が得られる。
　例えば、特許文献４には、α乗分布に従ったコアの屈折率分布を僅かに修飾することで、より広帯域な特性を有するＭＭＦを得る技術が開示されている。特許文献５には、コアにおける屈折率分布とα乗分布の偏差を０．００１５％未満に制御することにより、８００ｎｍ以上の波長範囲に含まれる何れかの波長において５０００ＭＨｚ・ｋｍ以上の帯域特性を有するＭＭＦを得る技術が開示されている。さらに、特許文献６には、コア母材の、半径方向に沿った屈折率分布の形状(フィッティング形状)に基づき、線引き張力やコア径の調整の他、クラッド合成の調整を行う、ＭＭＦの製造方法が開示されている。
米国特許第８，８１５，１０３号 米国特許第７，１５５，０９８号 米国特許第７,７５９，８７４号 米国特許第６，２９２，６１２号 米国公開第２０１４／０１１９７０１号公報 米国公開第２０１３／００２９０３８号公報
　発明者らは、従来の光ファイバ母材製造方法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、上記特許文献１～６に開示された製造方法は何れも、製造されたコア母材における屈折率分布の形状を理想曲線に高精度に合わせ込むのには長い時間を要していた。具体的には、母材製造者が経験則に則って屈折率調整剤の添加量を調整することが多く、添加量の調整自体が曖昧なものであった。さらに、基本となる製造条件が異なると、屈折率調整剤の添加量調節のため、改めて多数のデータ(経験)を蓄積する必要があった。
　本発明の実施形態は、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、コア母材における屈折率分布の形状を高精度にかつ短時間に理想曲線に合わせ込むことを可能にするための構造を備えた光ファイバ母材製造方法、および該光ファイバ母材を利用す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。
　上記目的を達成すべく本実施形態に係る光ファイバ母材製造方法は、コア母材を製造するため、ガラス合成工程と、該ガラス合成工程に先立って実施される前処理工程とを、少なくとも備える。ガラス合成工程では、中心軸に沿って延びるとともに光ファイバ母材の一部を構成し、かつ、中心軸に直交する断面上においてその半径方向に沿って規定される屈折率分布が所定形状に調整されたコア母材が製造される。
　特に、ガラス合成工程では、コア母材となるべきガラス母材として、中心軸に一致する方向に沿って延びたガラス堆積対象物の内周面上または外周面上に、屈折率調整剤Ｍの添加量を調整しながら合成されたガラス微粒子が順次積み重ねられる。これにより、コア母材の断面に一致するとともに中心軸を取り囲むように複数のガラス層が同心円状に配置された断面を有するガラス母材が製造される。また、前処理工程では、過去に製造されたコア母材サンプルの任意に設定された調節領域について、屈折率調整剤Ｍの添加量制御単位となる分割区間の設定、ガラス合成実績データの作成、および相関の算出が行われるとともに、ガラス合成工程における屈折率調整剤Ｍの理論添加量の決定が行われる。分割区間の設定では、過去に製造されたｍ（２以上の整数）個のコア母材サンプルのうちｉ（＝１～ｍ）番目のコア母材サンプルの断面およびｉ番目のコア母材サンプルとなったｉ番目のガラス母材サンプルを構成するガラス層の層数のうち一方について、調節領域が半径方向に沿ってｎ（２以上の整数）個の区間に分割されるとともに、他方について、上述のように分割されたｎ個の分割区間に一対一に対応するよう、調節領域に対応する領域が半径方向に沿って分割される。ガラス合成実績データには、屈折率分布データとしてｉ番目のコア母材サンプルにおけるｋ（＝１～ｎ）番目の分割区間の比屈折率差の実測データと、製造条件データとしてｉ番目のガラス母材サンプルにおけるｋ番目の分割区間に添加された屈折率調整剤Ｍの添加量データが含まれる。相関の算出では、ｍ個のコア母材サンプルそれぞれのｋ番目の分割区間のガラス合成実績データから、目標値に対する比屈折率差の実測データの偏差と屈折率調整剤Ｍの添加量データとの相関が算出される。理論添加量の決定では、ｍ個のコア母材サンプルそれぞれのｋ番目の分割区間における相関から、偏差の絶対値が最小になるような屈折率調整剤Ｍの理論添加量が求められる。
　ガラス合成工程では、ガラス微粒子の合成時に供給される屈折率調整剤Ｍの添加量を理論添加量に調整した状態で、ｍ個のコア母材サンプルそれぞれのｋ番目の分割区間に相当するｋ番目のガラス合成区間に属する１またはそれ以上のガラス層が、ガラス堆積対象物の内周面上または外周面上へ順次形成される。
　なお、本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。これら実施例は単に例示のために示されるものであって、本発明を限定するものと考えるべきではない。
　また、本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、本発明の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。
　本実施形態によれば、コア母材における屈折率分布の形状を高精度にかつ短時間に理想曲線に合わせ込むことが可能になる。また、製造された光ファイバ間において、目的とする光学特性のバラツキが抑制されるため、光ファイバの製造歩留まりが改善され得る。
光ファイバ母材の構造を示す図である。 図１Ａの光ファイバ母材の半径方向に沿った屈折率分布である。 図１Ａの光ファイバ母材の線引き工程を示す図である。 図１Ｃの線引き工程を経て得られた光ファイバの断面構造を示す図である。 本実施形態に係る光ファイバ母材製造方法におけるコア母材製造工程ＳＴ１００を説明するためのフローチャートである。 図２に示されたコア母材製造工程ＳＴ１００における後処理ＳＴ１３０を説明するためのフローチャートである。 コア母材用のガラス母材を得るための外付けＣＶＤ法としてＯＶＤ法によりガラス合成工程ＳＴ１２０を実施するためのＯＶＤ製造装置の構造を示す図である。 図４ＡのＯＶＤ製造装置における材料ガス供給システムの構造を示す図である。 ガラス合成工程ＳＴ１２０後のガラス母材の断面と、該ガラス母材に対して後処理工程ＳＴ１３０を行うことにより得られるコア母材の断面との対応関係を示す図である。 図５Ａのガラス母材の断面における分割区間と図５Ａのコア母材の断面における分割区間との対応関係の一例を示す図である。 光ファイバ母材、特にコア母材用のガラス母材を内付けＣＶＤ法（ＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法）により製造するための内付けＣＶＤ製造装置の構造を示す図である。 図６Ａの内付けＣＶＤ製造装置における材料ガス供給システムの構造を示す図である。 図６Ａの内付けＣＶＤ製造装置においてＭＣＶＤ法を実施するための加熱システムの構造を示す図である。 図６Ａの内付けＣＶＤ製造装置においてＰＣＶＤ法を実施するための加熱システムの構造を示す図である。 図２に示されたコア母材製造工程ＳＴ１００における前処理工程ＳＴ１１０を説明するためのフローチャートである。 前処理ＳＴ１１０において作成されるガラス合成実績データの構造を示す図である（その１）。 前処理ＳＴ１１０において作成されるガラス合成実績データの構造を示す図である（その２）。 図９Ｂのガラス合成実績データに基づいたＧｅの理論添加量の算出を説明するための図である。 図２に示されたコア母材製造工程ＳＴ１００におけるガラス合成工程ＳＴ１２０を説明するためのフローチャートである。
　[本願発明の実施形態の説明]
  最初に本願発明の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。
　（１）本実施形態に係る光ファイバ母材製造方法は、コア母材を製造するため、その一態様として、ガラス合成工程と、該ガラス合成工程に先立って実施される前処理工程とを、少なくとも備える。ガラス合成工程では、中心軸に沿って延びるとともに光ファイバ母材の一部を構成し、かつ、中心軸に直交する断面上においてその半径方向に沿って規定される屈折率分布が所定形状に調整されたコア母材となるべきガラス母材が製造される。
　特に、ガラス合成工程では、ガラス母材として、中心軸に一致する方向に沿って延びたガラス堆積対象物の内周面上または外周面上に、屈折率調整剤Ｍの添加量を調整しながら合成されたガラス微粒子が順次積み重ねられる。これにより、コア母材の断面に一致するとともに中心軸を取り囲むように複数のガラス層が同心円状に配置された断面を有するガラス母材が製造される。また、前処理工程では、過去に製造されたコア母材サンプルの任意に設定された調節領域について、屈折率調整剤Ｍの添加量制御単位となる分割区間の設定、ガラス合成実績データの作成、および相関の算出が行われるとともに、ガラス合成工程における屈折率調整剤Ｍの理論添加量の決定が行われる。分割区間の設定では、過去に製造されたｍ（２以上の整数）個のコア母材サンプルのうちｉ（＝１～ｍ）番目のコア母材サンプルの断面およびｉ番目のコア母材サンプルとなったｉ番目のガラス母材サンプルを構成するガラス層の層数のうち一方について、調節領域が半径方向に沿ってｎ（２以上の整数）個の区間に分割されるとともに、他方について、上述のように分割されたｎ個の分割区間に一対一に対応するよう、調節領域に対応する領域が半径方向に沿って分割される。なお、調節領域は、半径方向に沿ってコア母材サンプルの全範囲が設定されても、一部が設定されてもよい。設定された調節領域における分割区間は等分割された区間であっても、半径方向に沿ってサイズが異なる区間であってもよい。また、複数の調節領域が連続してまたは離間した状態で設定されてもよい。複数の調節領域のうち或る調節領域の分割区間サイズと、他の調節領域の分割区間サイズとは一致する必要はない。この場合、製造されるべきコア母材の中心軸側において粗い添加量調節（分割サイズが大きく設定される）が行われる一方、外側において細かい添加量調節（分割サイズが小さく設定される）が行われることも可能になる。
　ガラス合成実績データには、屈折率分布データとしてｉ番目のコア母材サンプルにおけるｋ（＝１～ｎ）番目の分割区間の比屈折率差の実測データと、製造条件データとしてｉ番目のガラス母材サンプルにおけるｋ番目の分割区間に添加された屈折率調整剤Ｍの添加量データが含まれる。相関の算出では、ｍ個のコア母材サンプルそれぞれのｋ番目の分割区間のガラス合成実績データから、目標値に対する比屈折率差の実測データの偏差と屈折率調整剤Ｍの添加量データとの相関が算出される。理論添加量の決定では、ｍ個のコア母材サンプルそれぞれのｋ番目の分割区間における相関から、偏差の絶対値が最小になるような屈折率調整剤Ｍの理論添加量が求められる。
　ガラス合成工程では、ガラス微粒子の合成時に供給される屈折率調整剤Ｍの添加量を理論添加量に調整した状態で、ｍ個のコア母材サンプルそれぞれのｋ番目の分割区間に相当するｋ番目のガラス合成区間に属する１またはそれ以上のガラス層が、ガラス堆積対象物の内周面上または外周面上へ順次形成される。
　（２）本実施形態の一態様として、ｉ番目のコア母材サンプルにおけるｋ番目の分割区間を表す指標となるｋ番目の分割区間の外周半径ｒｋと、ｉ番目のガラス母材サンプルにおけるｋ番目のガラス合成区間ｌｋは、所定の関数ｆにより以下の式（１）の関係を満たすのが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
   加えて、ｉ番目のコア母材サンプルそれぞれのガラス合成実績データとして、ｉ番目のコア母材サンプルのｋ番目の分割区間における屈折率調整剤Ｍの添加量をＭ（ｒｋ）ｉ、ｉ番目のコア母材サンプルのｋ番目の分割区間における比屈折率差の偏差をε（ｒｋ）ｉとするとき、コア母材の、製造されるべきｋ番目の分割区間における屈折率調整剤Ｍの理論添加量Ｍ（ｒｋ）ｏｐｔは以下の式（２）で与えられ、コア母材となるべきガラス母材の、製造されるべきｋ番目のガラス合成区間ｌｋにおける屈折率調整剤Ｍの理論添加量Ｍ（ｌｋ）ｏｐｔは、上記式（１）によってｌｋと関係付けられるｒｋにおける屈折率調整剤Ｍの理論添加量Ｍ（ｒｋ）ｏｐｔで与えられるのが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　（３）本実施形態の一態様として、屈折率調整剤Ｍは、１種類の添加剤を含むのが好ましい。また、本実施形態の一態様として、屈折率調整剤Ｍは、ゲルマニウムを含むのが好ましい。
　（４）本実施形態の一態様として、屈折率調整剤Ｍは、１種類の第１添加剤と１またはそれ以上の種類の第２添加剤を含んでもよい。この場合、ガラス合成工程では、ｎ個のガラス合成区間を形成している期間中、第２添加剤の添加条件を固定した状態で、形成されるガラス合成区間ごとに第１添加剤の添加量が調整されるのが好ましい。本実施形態の一態様として、屈折率調整剤Ｍは、ゲルマニウム、リン、フッ素、ボロンから選択された２種類以上の添加剤を含むのが好ましい。本実施形態の一態様として、第１添加剤は、ゲルマニウムを含むのが好ましい。
　（５）本実施形態の一態様として、当該光ファイバ母材製造方法は、ガラス合成工程により製造されたガラス母材を透明にするためにガラス母材を焼結する焼結工程を、さらに備えてもよい。
　（６）本実施形態に係る光ファイバ製造方法は、一態様として、上述の当該光ファイバ母材製造方法により製造されたコア母材を含む光ファイバ母材を用意し、該光ファイバ母材の一端を加熱しながら線引きすることにより、所望の光ファイバを製造する。この場合、製造される光ファイバは、中心軸に沿って伸びたコアと、コアの外周面を中心軸に沿って覆うクラッドとを備える。加えて、当該光ファイバのコアにおける屈折率分布の、目標屈折率分布からの偏差は、純粋シリカガラスの屈折率に対する比屈折率差で０．００２％以下であるのが好ましい。
　（７）また、本実施形態に係る光ファイバ製造方法は、一態様として、上述の当該光ファイバ母材製造方法により製造された、中心軸に直交する半径方向に沿ってα乗分布に従った屈折率分布を有すコア母材を含む光ファイバ母材を用意し、該光ファイバ母材の一端を加熱しながら線引きすることによりＭＭＦを製造してもよい。この場合、製造されるべきＭＭＦは、中心軸に沿って伸びたコアと、コアの外周面を中心軸に沿って覆うクラッドとを備える。また、広帯域光伝送を保証するため、当該ＭＭＦにおいて、α乗分布の形状を規定するα値は、１．９～２．３の範囲内に収まっているのが好ましい。加えて、８００～１０００ｎｍの範囲に含まれる何れかの波長λ（ｎｍ）における実効帯域ＥＭＢ（λ）は、－２０・λ＋２１７００ＭＨｚ・ｋｍ以上であるのが好ましい。
　以上、この[本願発明の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。
　[本願発明の実施形態の詳細]
  本発明の実施形態に係る光ファイバ母材製造方法および光ファイバ製造方法の具体例を、以下に添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の実施形態は、これら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全ての変更が含まれることが意図されている。また、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。
　図１Ａは、光ファイバ母材の構造を示す図であり、図１Ｂは、図１Ａの光ファイバ母材の半径方向に沿った屈折率分布であり、図１Ｃは、図１Ａの光ファイバ母材の線引き工程を示す図であり、図１Ｄは、図１Ｃの線引き工程を経て得られた光ファイバの断面構造を示す図である。
　図１Ａに示された光ファイバ母材１００は、中心軸ＡＸに沿って伸びた、半径ａを有するコア母材１０と、コア母材１０の外周面上に設けられたクラッド母材（外周部）２０から構成されている。なお、コア母材１０は、当該光ファイバ母材１００を線引きすることにより得られる光ファイバ１１０のコア１１０Ａ（図１Ｄ）に相当し、クラッド母材２０は、光ファイバ１１０のクラッド１１０Ｂ（図１Ｄ）に相当する。
　また、図１Ｂに示されたように中心軸ＡＸに直交する断面上でその形状が規定される、コア母材１０の屈折率分布１５０は、α乗分布に従った形状を有する。なお、以下の説明において、ある領域の屈折率をｎとして、その領域の比屈折率差Δは、純粋シリカガラスの屈折率をｎ０として、以下の式（３）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　また、α乗分布とは、中心軸ＡＸを原点とする半径をｒ、コア半径をａ、中心軸ＡＸ上での比屈折率差をΔ０、コア外縁での比屈折率差をΔ０ｅ、クラッド１１０Ｂでの比屈折率差をΔ１として、コア１１０Ａおよびクラッド１１０Ｂの比屈折率差Δが以下の式（４）で表される屈折率分布を指す。なお、製造上生じる添加物濃度のバラツキや不純物の混入による屈折率のバラツキがあったとしても、式（４）におおよそ従っていればα乗分布とみなしてよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　なお、図１Ｂの例では、中心軸ＡＸ上におけるコア１１０Ａの屈折率はｎ１であり、クラッド１１０Ｂの屈折率はｎ０であり、コア外縁とクラッド１１０Ｂの屈折率は一致している。したがって、図１Ｂの例では、Δｏｅ＝Δ１＝０である。
　以上のような構造を有する光ファイバ１１０の一端が、図１Ｃに示されたように、ヒータ３００により加熱されることにより軟化される。このとき、軟化した一端を矢印Ｓ１で示された方向に線引きすることにより、中心軸ＡＸに沿って伸びたコア１１０Ａと、コア１１０Ａの外周面上に設けられたクラッド１１０Ｂを備えた光ファイバ１１０が得られる。このとき、光ファイバ１１０のコア１１０Ａにおける屈折率分布の、目標屈折率分布からの偏差は、純粋シリカガラスの屈折率に対する比屈折率差で０．００２％以下である。また、得られた光ファイバ１１０は、図１Ｂに示されたようにα乗分布に従ったＧＩ（Graded-Index）型の屈折率分布を有するＭＭＦとなる。このとき、広帯域光伝送を保証するため、α乗分布の形状を規定するα値は、１．９～２．３の範囲内に収まっているのが好ましい。加えて、８００～１０００ｎｍの範囲に含まれる何れかの波長λ（ｎｍ）における実効帯域ＥＭＢ（λ）は、－２０・λ＋２１７００ＭＨｚ・ｋｍ以上であるのが好ましい。なお、好ましい実効帯域が波長に依存する形になっているのは、材料分散を考慮しているためである。波長８００～１０００ｎｍにおいては、材料分散は波長の増加によりほぼ直線的に減少するため、波長が長いほど実効帯域は小さくて良い。
　なお、ＭＭＦの帯域は、ＭＭＦの複数の導波モードが光源によってどのように励振されるかに依存する。近距離情報通信における光源として広く用いられている面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）で励振されたときの典型的な帯域を表す指標として、実効モード帯域（ＥＭＢ：Effective Mode Bandwidth）が定義されている。ＥＭＢは、ＭＭＦの差動群遅延（ＤＭＤ：Differential Mode Delay）を測定した結果から、計算最小実効モード帯域（ｍｉｎＥＭＢｃ：calculated minimum Effective Mode Bandwidth）を計算し、以下の式（５）によって得られる。なお、これらの計算方法の詳細は、IEC 60793-1-49:2006およびIEC 60793-2-10:2011に規定されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　次に、図２は、本実施形態に係る光ファイバ母材製造方法を説明するためのフローチャートである。
　本実施形態に係る光ファイバ母材製造方法は、コア母材製造工程ＳＴ１００と、該コア母材製造工程ＳＴ１００を経て得られたコア母材１０の屈折率分布データを取得する実測工程ＳＴ２００と、得られたコア母材１０の外周面上にクラッド１１０Ｂとなるべきクラッド母材２０を形成する外周部製造工程（クラッド母材製造工程）ＳＴ３００と、外周部製造工程ＳＴ３００を経て得られた光ファイバ母材１００を図１Ｃに示されたように線引きする線引き工程ＳＴ４００を備える。なお、外周部製造工程ＳＴ３００は、実測工程ＳＴ２００を経たコア母材１０の外周面上にガラス微粒子を堆積させるスス付工程ＳＴ３１０と、後処理工程ＳＴ３２０を備える。
　コア母材製造工程ＳＴ１００は、前処理工程ＳＴ１１０と、ガラス合成工程ＳＴ１２０と、後処理工程ＳＴ１３０を備える。前処理工程ＳＴ１１０では、予め分割され、それぞれがガラス合成工程ＳＴ１２０での屈折率調整剤の添加量制御単位となるｎ（２以上の整数）個のガラス合成区間の設定、ガラス合成区間ごとに添加されるべき屈折率調整剤の添加量を決定するためのガラス合成実績データ５００の作成、過去の添加量データとその偏差（目標値に対する添加量の誤差）の相関の算出、ガラス合成区間ごとの屈折率調整剤の理論添加量の決定が行われる。なお、ガラス合成実績データ５００は、過去に製造されたｍ（２以上の整数）個のコア母材サンプルそれぞれについて実測工程ＳＴ２００で測定された屈折率分布データ５２０と、これらｍ個のコア母材サンプルとなったｍ個のガラス母材サンプルの製造条件データ５１０で構成されている。本明細書では、既にそれらの製造条件データが後述する制御部のメモリ（図４Ａ等参照）に格納された、過去に製造されたｍ個のガラス母材を「ガラス母材サンプル」といい、該ｍ個のガラス母材サンプルに対して後述する後処理工程を施すことにより得られ、かつ、既にそれらの屈折率分布データが制御部のメモリに格納されたｍ個のコア母材を、過去に製造されたコア母材として「コア母材サンプル」という。
　ガラス合成工程ＳＴ１２０では、コア母材１０となるべきガラス母材として、中心軸ＡＸに一致する方向に沿って延びたガラス堆積対象物の内周面上または外周面上に、屈折率調整剤の添加量を調整しながら合成されたガラス微粒子が順次積み重ねられる。これにより、コア母材１０の断面に一致するとともに中心軸ＡＸを取り囲むように複数のガラス層が同心円状に配置された断面を有するガラス母材が製造される。なお、屈折率調整剤の添加量制御単位となる各ガラス合成区間は、１またはそれ以上のガラス層により構成される。また、ガラス合成工程ＳＴ１２０における各ガラス合成区間の屈折率調整剤の添加量は、過去のデータとともに製造条件データ５１０に追加される。
　図３は、図２に示されたコア母材製造工程ＳＴ１００における後処理ＳＴ１３０を説明するためのフローチャートである。後処理工程ＳＴ１３０では、図３に示されたように、ガラス合成工程ＳＴ１２０を経て得られたガラス母材２００に対して脱水処理が施される。脱水処理されたガラス母材２００は、透明になるよう焼結処理が施される。具体的には、ヒータ３５０を矢印Ｓ２で示された方向に移動させながらガラス母材２００が加熱される。なお、ガラス母材２００が中空構造を有する場合にはコラップス（中実化）も施される。なお、ガラス合成工程ＳＴ１２０に内付けＣＶＤ法が適用される場合、該ガラス合成工程ＳＴ１２０ではガラス層を堆積するごとに該堆積されたガラス層の透明化が行われるため、該ガラス合成工程ＳＴ１２０の後に脱水処理工程は不要である。さらに、透明化された母材は、所望の外径になるよう延伸処理が施されることにより、コア母材１０が得られる。得られたコア母材１０は、実測工程ＳＴ２００により屈折率分布が測定され、この測定データも過去のデータとともに屈折率分布データ５２０に追加される。外周部製造工程ＳＴ３００における後処理ＳＴ３２０においても、スス付工程ＳＴ３１０を経てコア母材１０の外周面上に形成されたスス付層（ガラス層）に対し、上述の後処理工程ＳＴ１３０と同様の処理が行われ、クラッド母材２０が得られる。
　ガラス合成工程ＳＴ１２０におけるガラス母材２００の製造は、例えば図４Ａおよび図４Ｂに示された製造装置により行われる。なお、図４Ａには、ガラス堆積対象物の外周面上にガラス層を形成していく外付けＣＶＤ法として、ＯＶＤ法によりガラス合成工程ＳＴ１２０を実施するためのＯＶＤ製造装置の構造が示されており、図４Ｂには、図４ＡのＯＶＤ製造装置における材料ガス供給システムの構造が示されている。
　図４ＡのＯＶＤ製造装置６００Ａは、作業台６１０Ａ、心棒６２０Ａ、酸水素バーナ６３０Ａ、材料ガス供給システム６４０Ａ、燃料ガス供給システム６５０Ａ、および制御部６６０Ａを備える。心棒６２０Ａは、ガラス堆積対象物である。酸水素バーナ６３０Ａは、火炎中で合成されたガラス微粒子を心棒６２０Ａの表面に堆積させることにより、該心棒６２０Ａの外周面上に複数のガラス層で構成された中間ガラス母材２００Ａが生成される。作業台６１０Ａは、心棒６２０Ａを支持しながら矢印Ｓ３Ａで示された方向に回転させるとともに、酸水素バーナ６３０Ａを支持しながら矢印Ｓ４Ａａ、Ｓ４Ａｂで示された方向に移動させる。材料ガス供給システム６４０Ａは、酸水素バーナ６３０Ａにガラス生成ガス（ＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４等）を供給する。燃料ガス供給システム６５０Ａは、酸水素バーナ６３０Ａに火炎形成のための燃料ガス（Ｈ２、Ｏ２）を供給する。制御部６６０Ａは、作業台６１０Ａ、材料ガス供給システム６４０Ａ、および燃料ガス供給システム６５０Ａをそれぞれ制御する。なお、制御部６６０Ａは、過去に製造されたｍ個のコア母材サンプルのガラス合成実績データ５００を格納するためのメモリ６７０Ａを有する。
　図４Ｂに示されたように、材料ガス供給システム６４０Ａは、Ｏ２タンク、ガラス合成材料であるＳｉＣｌ４が格納されたＳｉＣｌ４タンク、屈折率調整剤となるＧｅ化合物が格納されたＧｅＣｌ４タンク等を有し、これらタンクが混合弁６４１Ａを介して接続されている。制御部６６０Ａは、これら混合弁６４１Ａの開閉と図示していない流量調節器を制御することにより、ガラス生成ガスの流量、特に、屈折率調整剤の流量（添加量）を調整している。なお、図４Ｂの例では、屈折率調整剤としてゲルマニウム（Ｇｅ）が示されているが、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、フッ素（Ｆ）、ボロン（Ｂ）から選択された２種類以上の添加剤を含んでもよい。また、該Ｇｅを第１添加剤として、その他の屈折率調整剤（Ｐ、Ｆ、Ｂ等）を第２添加剤として用意し、各ガラス合成区間を形成している期間中、制御部６６０Ａが、第２添加剤の添加条件を固定した状態で、形成されるガラス合成区間ごとに第１添加剤の添加量を調整してもよい。
　一方、燃料ガス供給システム６５０Ａは、図４Ｂに示されたように、Ｏ２タンク、Ｈ２タンクを有し、混合弁６５１Ａと図示していない流量調節器を介して制御部６６０ＡがＯ２の流量およびＨ２の流量をそれぞれ調整している。
　以上のような構造を有するＯＶＤ製造装置６００Ａにより製造されたガラス母材２００は、図５Ａの左側に示されたように、中央に空間（心棒６２０Ａが取り除かれた空間）２１０を有し、複数のガラス層２０１が同心円上に積み重ねられた断面構造を有する。このような断面構造を有するガラス母材２００に対して後処理工程ＳＴ１３０を施すことにより、図５Ａの右側に示されたような断面構造を有するコア母材１０が得られる。なお、図５Ｂには、ガラス合成工程ＳＴ１２０後のガラス母材２００の断面における分割区間と、該ガラス母材２００に対して後処理工程ＳＴ１３０を行うことにより得られるコア母材１０の断面における分割区間との対応関係の一例を示す図である。なお、以下の説明では、区間分割される調節領域が、半径方向に沿ってコア母材１０の全範囲に設定されている例について言及するものとする。
　本実施形態に係る光ファイバ母材製造方法において、ガラス合成工程ＳＴ１２０では、上記調節領域として、屈折率調整剤の添加量調整区間（ガラス合成区間）の全域がｎ個に分割され、該分割されたガラス合成区間ごとに制御部６６０ＡによるＧｅＣｌ４の流量（Ｇｅ添加量）の最適化制御が行われる。なお、各ガラス合成区間は、過去に製造されたｍ個のガラス母材サンプル２００それぞれの断面において、１またはそれ以上のガラス層２０１で構成された層領域に相当する。また、ガラス合成区間は、製造されたガラス母材サンプル２００を構成するガラス層２０１の層数（例えば５００層）を半径方向に沿ってｎ個に等分割した区間であっても、また、過去に製造されたｍ個のコア母材サンプル１０の断面半径をｎ個に等分割してもよい。図５Ｂには、ガラス母材サンプル２００の断面を半径方向にｎ個に等分割したときの、ガラス合成区間ｌｋ（ｋ＝１～ｎ）と、該ガラス母材２００から得られたコア母材サンプル１０の半径区間ｒｋ（ｋ＝１～ｎ）の対応関係を示すグラフが示されている。なお、ガラス母材サンプルのガラス合成区間とコア母材サンプルの半径区間との対応関係は、ガラス母材サンプルの中心部と周辺部とで焼結時の収縮率が異なるため、図５Ｂに示されたように線形ではないと考えられる。また、ｒｋは、コア母材サンプル１０における各半径区間の外周径であり、該各半径区間を表す指標でもある。したがって、ｍ個のコア母材サンプル１０のうちｉ（＝１～ｍ）番目のコア母材サンプルにおけるｋ（＝１～ｎ）番目の分割区間を表す外周半径ｒｋと、該ｉ番目のコア母材サンプルとなったｉ番目のガラス母材サンプルにおけるｋ番目のガラス合成区間ｌｋは、所定の関数ｆにより上記式（１）の関係を満たす。ここで、ｒｋとｌｋの相互変換の容易性を考慮すれば、関数ｆは逆関数が求め易い関数であることが望ましい。
　ガラス合成工程ＳＴ１２０を実施する上述のＯＶＤ製造装置６００Ａは、いわゆる外付けＣＶＤ法によりガラス母材２００を製造する装置であるが、コア母材用のガラス母材２００の製造は、ＭＣＶＤ法やＰＣＶＤ法に代表される内付けＣＶＤ法により製造することも可能である。図６Ａは、内付けＣＶＤ製造装置の構造を示す図であり、図６Ｂは、図６Ａの内付けＣＶＤ製造装置における材料ガス供給システムの構造を示す図である。また、図７Ａは、図６Ａの内付けＣＶＤ製造装置においてＭＣＶＤ法を実施するための加熱システムの構造を示す図であり、図７Ｂは、図６Ａの内付けＣＶＤ製造装置においてＰＣＶＤ法を実施するための加熱システムの構造を示す図である。
　図６Ａの内付けＣＶＤ製造装置６００Ｂは、作業台６１０Ｂ、中空ガラス管６２０Ｂ、加熱システム６３０Ｂ、材料ガス供給システム６４０Ｂ、および制御部６６０Ｂを備える。中空ガラス管６２０Ｂは、その内周面上に複数のガラス層が積層されるガラス堆積対象物である。加熱システム６３０Ｂは、後述するＭＣＶＤ法とＰＣＶＤ法とで異なる構造を備えるが、何れの方法によっても中空ガラス管６２０Ｂ内で合成されたガラス微粒子を該中空ガラス管６２０Ｂの内周面上に堆積させることにより、複数のガラス層で構成された中間ガラス母材２００Ｂが生成される。作業台６１０Ｂは、中空ガラス管６２０Ｂを支持しながら矢印Ｓ３Ｂで示された方向に回転させるとともに、加熱システム６３０Ｂを支持しながら矢印Ｓ４Ｂａ、Ｓ４Ｂｂで示された方向に移動させる。材料ガス供給システム６４０Ｂは、加熱システム６３０Ｂにガラス生成ガス（ＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４等）を供給する。制御部６６０Ｂは、加熱システム６３０Ｂ、作業台６１０Ｂ、および材料ガス供給システム６４０Ｂをそれぞれ制御する。なお、制御部６６０Ｂは、過去に製造されたｍ個のコア母材サンプルのガラス合成実績データ５００を格納するためのメモリ６７０Ｂを有する。
　図６Ｂに示されたように、材料ガス供給システム６４０Ｂは、Ｏ２タンク、ガラス合成材料であるＳｉＣｌ４が格納されたＳｉＣｌ４タンク、屈折率調整剤となるＧｅ化合物が格納されたＧｅＣｌ４タンク等を有し、これらタンクが混合弁６４１Ｂを介して接続されている。制御部６６０Ｂは、これら混合弁６４１Ｂの開閉と図示していない流量調節器を制御することにより、ガラス生成ガスの流量、特に、屈折率調整剤の流量（添加量）を調整している。なお、図６Ｂの例では、屈折率調整剤としてゲルマニウム（Ｇｅ）が示されているが、図４Ｂの例と同様に、ゲルマニウム（Ｇｅ）、リン（Ｐ）、フッ素（Ｆ）、ボロン（Ｂ）から選択された２種類以上の添加剤を含んでもよい。また、該Ｇｅを第１添加剤として、その他の屈折率調整剤（Ｐ、Ｆ、Ｂ等）を第２添加剤として用意し、各ガラス合成区間を形成している期間中、制御部６６０Ｂが、第２添加剤の添加条件を固定した状態で、形成されるガラス合成区間ごとに第１添加剤の添加量を調整してもよい。
　図６Ａの内付けＣＶＤ製造装置６００ＢがＭＣＶＤ法によりガラス母材２００を製造する場合、図７Ａに示されたような加熱システム６３０Ｂａを備える。すなわち、加熱システム６３０Ｂａは、作業台６１０Ｂにより支持されながら矢印Ｓ４Ｂａ、Ｓ４Ｂｂで示された方向に移動させられる酸水素バーナ６５２と、該酸水素バーナ６５２に火炎形成のための燃料ガス（Ｈ２、Ｏ２）を供給するためのＯ２タンク、Ｈ２タンクを有する。制御部６６０Ｂは、混合弁６５１Ｂと図示していない流量調節器を介してＯ２および／またはＨ２の流量を調整している。これにより、中空ガラス管６２０Ｂ内で合成されたガラス微粒子が、該中空ガラス管６２０Ｂの内周面上に堆積され、その結果、中間ガラス母材２００Ｂが生成される。
　一方、図６Ａの内付けＣＶＤ製造装置６００ＢがＰＣＶＤ法によりガラス母材２００を製造する場合、図７Ｂに示されたような加熱システム６３０Ｂｂを備える。すなわち、加熱システム６３０Ｂｂは、作業台６１０Ｂにより支持されながら矢印Ｓ４Ｂａ、Ｓ４Ｂｂで示された方向に移動させられる高周波キャビティ６５３を有する。高周波キャビティ６５３は、中空ガラス管６２０Ｂの外周を取り囲むように配置されており、制御部６６０Ｂからの制御信号に従って、該中空ガラス管６２０Ｂ内にプラズマ６５４を発生させることができる。これにより、中空ガラス管６２０Ｂ内で合成されたガラス微粒子が、該中空ガラス管６２０Ｂの内周面上に堆積され、その結果、中間ガラス母材２００Ｂが生成される。
　図８は、図２に示されたコア母材製造工程ＳＴ１００における前処理工程ＳＴ１１０を説明するためのフローチャートである。前処理工程ＳＴ１１０は、制御部６６０Ａ，６６０Ｂにより実行される工程であり、この前処理工程ＳＴ１１０では、屈折率調整剤の添加量制御単位となる分割区間ごとの屈折率調整剤の添加量を決定するため、ガラス合成実績データの作成（ＳＴ１１１）、相関の算出（ＳＴ１１２）、および、屈折率調整剤の理論添加量の決定（ＳＴ１１３）が行われる。分割区間の設定は、図５Ｂの例に従って設定されている。工程ＳＴ１１１では、ガラス母材サンプル群２５０を構成する、過去に製造されたｍ個のガラス母材サンプル２００の製造条件データ５１０（メモリ６７０Ａ、６７０Ｂに格納）と、コア母材サンプル群１５を構成し、かつ、実測工程ＳＴ２００を経て得られた、過去に製造されたｍ個のコア母材サンプル１０の屈折率分布データ５２０から、図９Ａに示されたようなガラス合成実績データ５００が作成される。例えばｉ番目のガラス合成実績データ５００は、ガラス合成時に添加される屈折率調整剤がＧｅの場合の例であり、パーティションＮｏ．および記号ｌｋで示されるガラス合成区間ごとに、ｉ番目のガラス母材サンプル２００の製造条件データ５１０としてのガラス合成時のＧｅ流量（Ｇｅ（ｌｋ）ｉ）、ガラス合成区間ｌｋに対応する半径区間ｒｋにおけるＧｅ流量（Ｇｅ（ｒｋ）ｉ）、半径区間ｒｋにおける比屈折率差Δの目標値（Δｓｐ（ｒｋ））、実測工程ＳＴ２００により測定された半径区間ｒｋにおける比屈折率差Δの実測値（Δｐｖ（ｒｋ）ｉ）、半径区間ｒｋにおける比屈折率差Δの偏差（ε（ｒｋ）ｉ＝Δｐｖ（ｒｋ）ｉ－Δｓｐ（ｒｋ））で構成されている。なお、Ｇｅ流量の単位は、「ｓｌｍ」である。
　工程ＳＴ１１２では、ガラス合成区間ごとに、上述のように作成されたｍ個のガラス合成実績データ５００それぞれの同一ガラス合成区間のガラス合成実績データを纏める。例えば、図９Ｂの例では、ｍ個のコア母材サンプル１０それぞれにおけるｋ番目のガラス合成区間のガラス合成実績データに纏められる。そして、この工程ＳＴ１１２では、図９Ｂの例のように新たに纏められたガラス合成実績データのうちｋ番目の半径区間ｒｋにおける比屈折率差Δの偏差（ε（ｒｋ）ｉ＝１～ｍ）とＧｅ流量（Ｇｅ（ｒｋ）ｉ＝１～ｍについて、各データの相関を算出する。図１０は、Ｇｅ流量（ｓｌｍ）をｘ座標成分、偏差ε（ｒｋ）ｉをｙ座標成分とする各データを、二次元座標系にプロットした図である。この図１０に示された点Ｐ１～Ｐ５が、相関算出用の各データを示す。なお、図１０の例では、ｍ＝５の場合（５個のコア母材サンプル）の相関が、５つの点Ｐ１（Ｇｅ（ｒｋ）ｉ＝１，ε（ｒｋ）ｉ＝１）～Ｐ５（Ｇｅ（ｒｋ）ｉ＝５，ε（ｒｋ）ｉ＝５）によって示されているが、ｍ＞５の場合は、Ｐ１（Ｇｅ（ｒｋ）ｉ＝１，ε（ｒｋ）ｉ＝１）～Ｐｍ（Ｇｅ（ｒｋ）ｉ＝ｍ，ε（ｒｋ）ｉ＝ｍ）のｍ個の点によって表される。
　工程ＳＴ１１３では、図１０に示された相関を直線近似することで、ｋ番目のガラス合成区間ｌｋにおけるＧｅの理論添加量が決定される。すなわち、任意の点（ｘｉ，ｙｉ）と直線ｙ＝Ａｘ＋Ｂ（図１０中のＧ１０００）との差の二乗和Ｓ（Ａ，Ｂ）は、以下の式（６）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　上記式（６）を展開して二乗和Ｓ（Ａ，Ｂ）が最小となる近似直線Ｇ１０００の傾きＡと切片Ｂを求める。このとき、以下の式（７）で表される２つの偏微分方程式が成り立つ。これら偏微分方程式の一方は、上記二乗和Ｓ（Ａ，Ｂ）の展開式を傾きＡについて微分した、該傾きＡを変数とする一次方程式であり、他方は、上記二乗和Ｓ（Ａ，Ｂ）の展開式を切片Ｂについて微分した、該切片Ｂを変数とする一次方程式である。したがって、傾きＡおよび切片Ｂを変数とする連立一次方程式から、以下の式（８）に示されたように、傾きＡおよび切片Ｂが得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　特に、図１０に示されたように、近似直線Ｇ１０００とｘ軸との交点のｘ軸成分ｘｙ＝０は、以下の式（９）で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　上記式（９）中の変数ｘｉ、ｙｉを、過去に製造されたｍ個のコア母材サンプルのうちｉ番目のコア母材サンプルの、ｋ番目の分割区間ｒｋにおけるＧｅの添加量Ｇｅ（ｒｋ）ｉおよび偏差ε（ｒｋ）ｉとそれぞれ設定すれば、ｘｙ＝０は、製造されるべきコア母材のｋ番目の分割区間ｒｋにおけるＧｅ（屈折率調整剤）の理論添加量Ｇｅ（ｒｋ）ｏｐｔは以下の式（１０）で与えられ、係るコア母材となるべきガラス母材の、製造されるべきｋ番目のガラス合成区間ｌｋにおけるＧｅの理論添加量Ｇｅ（ｌｋ）ｏｐｔは、上記式（１）によってｌｋと関係付けられるｒｋにおけるＧｅの理論添加量Ｇｅ（ｒｋ）ｏｐｔで与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　図１１は、図２に示されたコア母材製造工程ＳＴ１００におけるガラス合成工程ＳＴ１２０を説明するためのフローチャートである。
　以上のように前処理工程ＳＴ１１０において各ガラス合成区間におけるＧｅの理論添加量が決定されると、ガラス合成工程ＳＴ１００では、処理対象となるガラス合成区間を示すカウンタを初期化し（ＳＴ１２１）、全てのガラス合成区間についてＧｅの流量制御が行われる（ＳＴ１２２、ＳＴ１２８）。制御部６６０Ａ、６６０Ｂは、処理対象となっているｋ番目のガラス合成区間ｌｋの理論添加量Ｇｅ（ｌｋ）ｏｐｔとなるように材料ガス供給システム６４０Ａ、６４０Ｂの混合弁６４１Ａ，６４１Ｂと流量調節器をそれぞれ制御する（ＳＴ１２３）。そして、ｋ番目のガラス合成区間ｌｋに属する１またはそれ以上のガラス層を示すカウンタを初期化し（ＳＴ１２４）、ガラス堆積対象物の内周面上または外周面上に堆積されるガラス層の層数をカウントしながら（ＳＴ１２６、ＳＴ１２７）、ガラス合成が行われる（ＳＴ１２５）。このガラス合成（ＳＴ１２５）はｋ番目のガラス合成区間ｌｋに属する全てのガラス層について行われる（ＳＴ１２６）。全てのガラス合成区間に対して上記工程ＳＴＳＴ１２３～ＳＴ１２７が実行されると、このガラス合成工程ＳＴ１２０に続いて後処理工程ＳＴ１３０が行われる。
　なお、ｋ番目のガラス合成区間ｌｋに属するガラス層が複数の場合、ガラス合成区間ｌｋに属する各ガラス層のＧｅの理論添加量は、Ｇｅ(ｌｋ）ｏｐｔで一定でも良いが、ｋ＋１番目のガラス合成区間ｌｋ＋１に向けて徐々に変化するよう、例えば直線的に変化させても良く、滑らかにつながるように任意の関数を用いて曲線状に変化させてもよい。
　なお、上述の例では、等分割された分割区間が設定される調節領域が半径方向に沿ってコア母材サンプルの全範囲に設定されている。しかしながら、本実施形態における調節領域の設定は、この例には限定されない。すなわち、半径方向に沿ってコア母材サンプルの一部が調節領域に設定されてもよい。設定された調節領域における分割区間は、半径方向に沿ってサイズが異なる区間であってもよい。また、複数の調節領域が連続してまたは離間した状態で設定されてもよい。複数の調節領域のうち或る調節領域の分割区間サイズと、他の調節領域の分割区間サイズとが異なっていてもよい。
　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。
　１０…コア母材（コア母材サンプル）、１５…コア母材サンプル群、２０…クラッド母材（外周部）、１００…光ファイバ母材、１１０Ａ…コア、１１０Ｂ…クラッド、１１０…光ファイバ、２００…ガラス母材（ガラス母材サンプル）、２５０…ガラス母材サンプル群、５００…ガラス合成実績データ、５１０…製造条件データ、５２０…屈折率分布データ。

Claims (11)

  1. 　中心軸に沿って延びるとともに当該光ファイバ母材の一部を構成し、かつ、前記中心軸に直交する断面上においてその半径方向に沿って規定される屈折率分布が所定形状に調整されたコア母材を製造するため、前記コア母材となるべきガラス母材として、前記中心軸に一致する方向に沿って延びたガラス堆積対象物の内周面上または外周面上に、屈折率調整剤Ｍの添加量を調整しながら合成されたガラス微粒子を順次積み重ねることにより、前記コア母材の断面に一致するとともに前記中心軸を取り囲むように複数のガラス層が同心円状に配置された断面を有するガラス母材を製造するガラス合成工程を備えた光ファイバ母材製造方法であって、
    　当該光ファイバ母材製造方法は、
    　過去に製造されたｍ（２以上の整数）個のコア母材サンプルのうちｉ（＝１～ｍ）番目のコア母材サンプルの断面および前記ｉ番目のコア母材サンプルとなったｉ番目のガラス母材サンプルを構成する前記ガラス層の層数のうち一方について、任意に設定された調節領域を前記半径方向に沿ってｎ（２以上の整数）個の区間に分割するとともに、他方について、前記ｎ個の分割区間に一対一に対応するよう、前記調節領域に対応する領域を前記半径方向に沿って分割し、
    　屈折率分布データとして前記ｉ番目のコア母材サンプルにおけるｋ（＝１～ｎ）番目の分割区間の比屈折率差の実測データと、製造条件データとして前記ｉ番目のガラス母材サンプルにおけるｋ番目の分割区間に添加された前記屈折率調整剤Ｍの添加量データを含むガラス合成実績データを作成し、
    　前記ｍ個のコア母材サンプルそれぞれの前記ｋ番目の分割区間のガラス合成実績データから、目標値に対する前記比屈折率差の実測データの偏差と前記屈折率調整剤Ｍの添加量データとの相関を算出し、
    　前記ｍ個のコア母材サンプルそれぞれの前記ｋ番目の分割区間における前記相関から、前記偏差の絶対値が最小になるような前記屈折率調整剤Ｍの理論添加量を求める、前記ガラス合成工程に先立って行われる前処理工程を更に備え、
    　前記ガラス合成工程は、
    　前記ガラス微粒子の合成時に供給される前記屈折率調整剤Ｍの添加量を前記理論添加量に調整した状態で、前記ｍ個のコア母材サンプルそれぞれの前記ｋ番目の分割区間に相当するｋ番目のガラス合成区間に属する１またはそれ以上のガラス層を、前記ガラス堆積対象物の内周面上または外周面上へ順次形成する、
    　光ファイバ母材製造方法。
  2. 　前記ｉ番目のコア母材サンプルにおける前記ｋ番目の分割区間を表す指標となる前記ｋ番目の分割区間の外周半径ｒｋと、前記ｉ番目のガラス母材サンプルにおけるｋ番目のガラス合成区間ｌｋは、所定の関数ｆにより以下の式（１）の関係を満たし、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     　前記ｉ番目のコア母材サンプルそれぞれのガラス合成実績データとして、前記ｉ番目のコア母材サンプルの前記ｋ番目の分割区間における前記屈折率調整剤Ｍの添加量をＭ（ｒｋ）ｉ、前記ｉ番目のコア母材サンプルの前記ｋ番目の分割区間における前記比屈折率差の偏差をε（ｒｋ）ｉとするとき、前記コア母材の、製造されるべきｋ番目の分割区間における前記屈折率調整剤Ｍの理論添加量Ｍ（ｒｋ）ｏｐｔ、は以下の式（２）で与えられ、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
     　前記コア母材となるべきガラス母材の、製造されるべきｋ番目のガラス合成区間ｌｋにおける前記屈折率調整剤Ｍの理論添加量Ｍ（ｌｋ）ｏｐｔは、前記式（１）によってｌｋと関係付けられるｒｋにおける前記屈折率調整剤Ｍの理論添加量Ｍ（ｒｋ）ｏｐｔで与えられることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材製造方法。
  3. 　前記屈折率調整剤Ｍは、１種類の添加剤を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ母材製造方法。
  4. 　前記屈折率調整剤Ｍは、ゲルマニウムを含むことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の光ファイバ母材製造方法。
  5. 　前記屈折率調整剤Ｍは、１種類の第１添加剤と１またはそれ以上の種類の第２添加剤を含み、
    　前記ガラス合成工程は、ｎ個のガラス合成区間を形成している期間中、前記第２添加剤の添加条件を固定した状態で、形成するガラス合成区間ごとに前記第１添加剤の添加量を調整することを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ母材製造方法。
  6. 　前記屈折率調整剤Ｍは、ゲルマニウム、リン、フッ素、ボロンから選択された２種類以上の添加剤を含むことを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ母材製造方法。
  7. 　前記第１添加剤は、ゲルマニウム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製造方法。
  8. 　前記ガラス合成工程により製造されたガラス母材を透明にするために前記ガラス母材を焼結する焼結工程を、さらに備えることを特徴とする請求項１～７の何れか一項に記載の光ファイバ母材製造方法。
  9. 　前記ガラス堆積対象物は、中空のガラス管を含み、
    　前記ガラス合成工程は、前記ガラス管の内周面上に、前記複数のガラス層を順次堆積させることを特徴とする請求項１～８の何れか一項に記載の光ファイバ母材製造方法。
  10. 　請求項１～９の何れか一項に記載の光ファイバ母材製造方法により製造されたコア母材を含む光ファイバ母材を用意し、
    　前記光ファイバ母材の一端を加熱しながら線引きすることにより、前記中心軸に沿って伸びたコアと、前記コアの外周面を前記中心軸に沿って覆うクラッドとを備えた光ファイバであって、当該光ファイバのコアにおける屈折率分布の、目標屈折率分布からの偏差は、純粋シリカガラスの屈折率に対する比屈折率差で０．００２％以下である光ファイバを製造する光ファイバ製造方法。
  11. 　請求項１～９の何れか一項に記載の光ファイバ母材製造方法により製造された、前記中心軸に直交する半径方向に沿ってα乗分布に従った屈折率分布を有するコア母材を含む光ファイバ母材を用意し、
    　前記光ファイバ母材の一端を加熱しながら線引きすることにより、前記中心軸に沿って伸びたコアと、前記コアの外周面を前記中心軸に沿って覆うクラッドとを備えたマルチモード光ファイバであって、α乗分布の形状を規定するα値は、１．９～２．３の範囲内に収まっており、かつ、８００～１０００ｎｍの範囲に含まれる何れかの波長λ（ｎｍ）における実効帯域ＥＭＢ（λ）は、－２０・λ＋２１７００ＭＨｚ・ｋｍ以上であるマルチモード光ファイバを製造する光ファイバ製造方法。
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