JP2006290710A - 光ファイバプリフォームおよび光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバの特性予測精度を高めることができる光ファイバプリフォームおよび光ファイバの製造方法を提供する。
【解決手段】光ファイバの製造工程における屈折率プロファイルの変化をあらかじめ求め、前記求められた屈折率プロファイルの変化に基づいて光ファイバプリフォーム、または前記光ファイバの少なくとも一方の製造条件を調整する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、光ファイバプリフォーム、および光ファイバプリフォームを線引きして得られる光ファイバの製造方法に関する。

情報化社会の発展により通信情報量が飛躍的に増大する傾向にあり、情報量の増大に対応する技術の検討が盛んに行われている。通信情報量を増大させるために光伝送が盛んに行われており、その伝送媒体として光ファイバが広く用いられている。

ところで、光ファイバは一般的には中心部に位置するコアとその外周を取り囲むクラッドからなり、光ファイバの特性は屈折率プロファイルとコアの径によって決まる。

光ファイバの一般的な製造工程では、コア、及びコアを取り巻くクラッドの一部を含むコアロッドを始めに作製する。また、コア部には屈折率を上げるゲルマニウム等のドーパントを添加するのが一般的である。なお、特殊なものではコアやクラッドに屈折率を下げるためのフッ素等のドーパントを添加する場合もある。その後に、さらにコアロッドの外側にクラッドを作製し、光ファイバプリフォームとなる。

コアの径は、外側のクラッドの厚さを変えることにより相対的に制御することができる。これに対して、コアの屈折率プロファイルは、コアガラスロッドを作製する工程で決定してしまい、後の工程で修正することは不可能である。

そのような工程を経て形成された光ファイバプリフォームは、線引きされて光ファイバとなる。このとき、光ファイバプリフォームの屈折率プロファイル及びコア径とクラッド外径の比は保存されて光ファイバに現れるとされており、仮に光ファイバが太くなるように線引きした場合にはコアの径も太くなる。

このように、光ファイバは、プリフォーム段階でその屈折率プロファイルとコアの径から特性が概ね決まってしまう。

従って、光ファイバプリフォーム段階で、屈折率プロファイルに基づいて光ファイバの特性を予測できれば、光ファイバプリフォームの屈折率プロファイルの良否判断ができるとともに、最適なコア径を推定してクラッドの最適な厚みを決めることができる。これにより、歩留まり良く特性のよい光ファイバを作ることが可能になる。

光ファイバプリフォーム段階で、光ファイバの特性を推定する手法としては、たとえば特許文献１にシングルモード光ファイバのカットオフ波長の推定値とモードフィールド径の推定値とを掛け合わせた値をパラメータとして、分散特性、あるいは曲げ損失を推定する方法が開示されている。
特開２００１−２１７３５号公報

しかしながら、近年の光ファイバへの要求特性の多様化に伴い、その屈折率プロファイルも複雑化しており、たとえば分散補償ファイバや波長分割多重用に最適化した光ファイバは、その特性を満たすために複雑な屈折率分布構造を持っている。特に、分散補償ファイバは負の大きな分散が必要になるため、コアの屈折率が大きいという特徴を有している。

大きな屈折率を実現するためには、ゲルマニウム（Ge）のようなドーパントを大量にドープする必要がある。ドーパント濃度が高くなれば当然のことであるが、その部分の線膨張係数などの物性値が周囲と比較して大きく異なる値となる。このため、ドーパント濃度の高い領域は熱による歪みなどを受けやすくなる。

また、構造が複雑になるため、光ファイバプリフォーム断面の屈折率プロファイルの測定に誤差が生じやすくなり、さらに、歪みによる屈折率変化も無視できなくなる。

このような点から、分散補償ファイバや波長分割多重用に最適化した光ファイバでは、プリフォームの屈折率プロファイルから予測した光ファイバの特性の精度が低く、歩留まり良く光ファイバを生産することが困難な状況となっていた。

本発明の目的は、光ファイバの特性予測精度を高めることができる光ファイバプリフォームおよび光ファイバの製造方法を提供することにある。

上記した課題を解決するための本発明の第１の態様に係る光ファイバの製造方法は、光ファイバの製造工程における屈折率プロファイルの変化をあらかじめ求め、前記求められた屈折率プロファイルの変化に基づいて光ファイバプリフォーム、または前記光ファイバの少なくとも一方の製造条件を調整することを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る光ファイバの製造方法は、第１の態様において、前記屈折率プロファイルの変化は、前記光ファイバプリフォーム、または前記光ファイバの少なくとも一方に発生する残留応力に基づいて求められることを特徴とする。

本発明の第３の態様に係る光ファイバの製造方法は、第２の態様において、前記屈折率プロファイルの変化は、前記屈折率プロファイルの測定誤差の補正をさらに加えて求められることを特徴とする。

本発明の第４の態様に係る光ファイバプリフォームの製造方法は、光ファイバの製造工程における屈折率プロファイルの変化をあらかじめ求め、前記求められた屈折率プロファイルの変化に基づいて光ファイバプリフォームの製造条件を調整することを特徴とする。

本発明によれば、光ファイバプリフォーム、光ファイバの製造工程での屈折率プロファイルの変化による予測誤差をキャンセルすることができる。このため、特性の予測精度を向上させることができ、光ファイバの製造歩留まりの向上に寄与することができる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
光ファイバの製造工程においては、まず、光ファイバプリフォーム（以下、プリフォームという。）を形成する。

プリフォームを形成するために、コアロッドを例えばＶＡＤ（Vapor-phase Axial Deposition) 法により形成する。即ち、出発石英ロッドを回転させ且つ軸方向に移動させながら、酸素（O₂）、水素（H₂）、四塩化シリコン（SiCl₄）及び四塩化ゲルマニウム（GeCl₄ ）を含むガスが供給されるバーナーでその先端部を例えば１６００℃程度に加熱する。これによりゲルマニウム（Ge）がドープされた円柱状の多孔質のコアスートを所定の直径且つ長さに合成する。続いて、多孔質のコアスートを電気炉等のガラス化装置で回転させながら加熱して脱水処理した後に、その加熱温度を上げてガラス化して、図１（ａ）に示すプリフォーム１０のコア部１０ａとなるコアロッドを形成する。なお、コア部１０ａは、石英ガラスコアを用いてもよく、ＯＶＤ（Outside Vapor-phase Deposition）法によって形成してもよい。

次に、図２に示すようなＯＶＤ装置の反応容器（不図示）内でコアロッド１を両端部で支持部材２１により支持して回転させるとともに軸方向に移動させながら、O₂、H₂、SiCl₄ を含むガスをバーナー２２に供給しつつコアロッド１を加熱してその周囲に第１のスート２を所定の厚さに合成する。

続いて、図３に示すガラス化装置の炉心管２５内で、コアロッド１の軸を回転させながら第１のスート２をヒータ２６により脱水した後に、炉心管２５内にSiF₄、Si₂F₆、CF₄、C₂F₆等のフッ素含有ガスを導入して第１のスート２にフッ素をドープする。さらに、ヒータ２６の加熱温度を上げて第１のスート２を焼結して透明にガラス化する。ガラス化された第１のスート２は、図１（ａ）に示すプリフォーム１０のディプレスト層１０ｂとなる。

さらに、図２に示したＯＶＤ装置の反応容器（不図示）内でディプレスト層１０ｂが外周に形成されたコアロッド１を回転させ且つ軸方向に移動させながら、O₂、H₂、SiCl₄ を含むガスが供給されるバーナー２２により加熱してディプレスト層１０ｂの周囲に第２のスート３を所定の厚さに合成する。続いて、図３に示したガラス化装置の炉心管２５内にコアロッド１を設置し、ヒータ２６により第２のスート３を脱水した後に、ヒータ２６の加熱温度を上げて第２のスート３を焼結して透明にガラス化し、これを図１（ａ）に示すプリフォーム１０のクラッド１０ｃとする。
なお、シングルモード光ファイバを形成するためのプリフォームを形成する場合には、第１のスート２の形成とガラス化の工程は不要となる。

以上の工程により形成されたプリフォーム１０の屈折率プロファイルは図１（ｂ）に示すようになる。なお、プリフォーム１０は製造工程中、又は製造後に必要に応じて加熱延伸されて所定の径と長さに調整される。

次に、図４に示すような線引き装置を用いてプリフォーム１０を線引きして所定の直径の光ファイバ１１を形成する。その線引きは、まず、発熱体３１に囲まれた線引き炉３２内にプリフォーム１０を配置し、その先端を加熱溶融して細くし、これを落下させてキャプスタン３３に掛けた後に、キャプスタン３３の回転速度を徐々に上げて光ファイバ１１が被覆可能な所望の外径になるまで張力を調整しながら引き延ばす。光ファイバ１１は、キャプスタン３３と線引き炉３２の間に配置された被覆用ダイス３４により樹脂が塗布されて被覆１２が施され、さらに、その樹脂は樹脂硬化器３５により硬化される。このように被覆１２が施された光ファイバ１１は、キャプスタン３３を介してボビン３６に巻き取られる。

ここで光ファイバ１１の直径は、被覆用ダイス３４と線引き炉３２の間に配置されたファイバ外径測定器３７によって測定され、また、被覆１２の外径は、キャプスタン３３と樹脂硬化器３５の間に配置された被覆外径測定器３８によって測定される。そして、ファイバ外径測定器３７と被覆外径測定器３８の検出信号に基づいて制御回路３９はキャプスタン３３の回転速度を調整する。

そして、ファイバ外径測定器３７、被覆外径測定器３８により測定される光ファイバ１１と被覆１２の外径が所定値になるまでキャプスタン３３の回転速度、即ちプリフォーム１０の線引き速度、張力が調整される。なお、キャプスタン３３とボビン３６の間には、光ファイバ１１に加える荷重負荷４０が配置される。

プリフォーム１０の製造工程においては、屈折率プロファイルの測定が何回か行われ、得られた屈折率プロファイルから光ファイバとなったときの特性を予測し、屈折率プロファイルが適正かどうかを判断するとともに、光ファイバが要求特性を満たすための適正なコア径を算出する。また、得られた適正なコア径となるようにクラッド厚さを調整してプリフォーム１０を製造する。

しかしながら、この特性予測の精度は様々な要因で悪化する。その悪化要因の代表的なものを以下に示す。
［要因１：屈折率プロファイルの測定誤差］
屈折率プロファイルの測定には、破壊的にプリフォーム１０の屈折率プロファイルを測定できるプリフォームアナライザが用いられる。プリフォームアナライザによる測定では、プリフォームの外側から内側に向かって急激に屈折率が低下する屈折率プロファイルを有するプリフォームを測定する場合、測定器の構造上、その低下した部分で測定光が全反射となって測定精度が落ちる問題がある。

図５は、図１（ｂ）に示すような屈折率プロファイルを持つ分散補償ファイバに関して、プリフォームアナライザによりプリフォーム１０の屈折率プロファイルを測定した場合のコア部１０ａのコア径ａと、このプリフォーム１０を輪切りにして断面より測定したコア部１０ａのコア径ａの関係を示したものである。グラフに示されるようにプリフォームアナライザで測定されたコア径ａに比べて実際の値は１．１倍大きいことになる。なお、ここで生じた差は、光ファイバの構造によって異なり、１．１に限られるものではない。

［要因２：プリフォーム製造工程における比屈折率差の変化］
プリフォーム１０の製造工程には、前述したように加熱する工程が多く存在する。例えば、プリフォーム１０を予め決められた径に延伸する工程や、スート２，３を形成する工程、ガラス化する工程などがある。

プリフォーム１０が加熱される工程ではドーパントの拡散が起こり、プリフォーム１０の屈折率プロファイルが変化する原因となる。また、プリフォーム１０の屈折率プロファイルの変化は、ドーパントの拡散の他に、ＯＶＤ法で作成されたスート２，３のガラス化工程での収縮により生じる圧縮歪みによっても変化する。

より具体的には、コア部１０ａのクラッド１０ｃに対する比屈折率差はプリフォーム製造工程中で例えば図６に示すように変化する。横軸はＶＡＤ法でコアスートを合成し、ガラス化して得られるコア部１０ａの比屈折率差、縦軸はスート２，３ガラス化後のコア部１０ａの比屈折率差である。

図６において斜めに引いた直線は、スート２，３のガラス化の前後で比屈折率が変化しないことを示す基準線であり、その基準線より下に存在する点はスート２，３のガラス化等によって比屈折率差が下がることを示している。また、図６によれば、ガラス化によってプリフォーム１０におけるコア部１０ａの比屈折率差がスート２，３のガラス化前と比べて１／１．１程度に低下することがわかる。

これは、ＶＡＤ法でコアスートを合成し、ガラス化して得られるコアロッド１には全く歪みがかかってないが、スート２，３のガラス化等によってスート２，３のガラス化後のコアロッド１には、歪みが残留していることを示している。特にコア部１０ａには大きな歪みが発生して残留するため、屈折率が大きく変化する。以降、残留する歪みのことを残留応力と呼ぶ。

さらに、コアロッド１を加熱延伸する場合には、その延伸により張力が生じるため、スート２，３のガラス化後とは異なる歪みが発生し、さらに屈折率プロファイルが変化することが予想される。

［要因３：線引き工程における屈折率プロファイルの変化］
前述したように、プリフォーム１０の製造工程ではプリフォーム内に残留応力が蓄積されるが、プリフォーム１０は線引き時の熱によりガラスの軟化点まで加熱されるため残留応力は一旦開放され、残留応力による屈折率プロファイルの変化はキャンセルされる。一方、プリフォーム１０の線引きにより形成される光ファイバ１１は、その線引きによる張力やその後の冷却などによって新たに残留応力を生じる。

プリフォーム１０を線引きして光ファイバ１１を形成する場合には、張力をかけながら加熱溶融することによって直径数十ｍｍのプリフォーム１０を通常直径１２５μｍの光ファイバ１１にする。プリフォーム１０は前述したように所望の光学特性を実現させるために、直径方向でガラスの組成は一定ではない。したがって、ドーパント種によって粘度、ヤング率、線膨張係数に違いが生じ、部分によって張力の負担が相違し、線引き時に受ける応力の大きさが異なる。

線引き中の張力により光ファイバ１１には伸びが加わる。しかし、線引き後は張力が開放され、光ファイバ１１の伸びが元に戻るので線引き中と応力の状態が異なってくる。このときの張力の開放による応力の変化も光ファイバ１１の構造に依存する。
また、光ファイバは被覆される前に強制的な冷却が行われる。ガラスは熱履歴、特に冷却により物性が変わることが知られており、光ファイバの強制的な冷却によっても屈折率プロファイルが変化することが予想される。

以上のように光ファイバの製造工程においては特性予測精度を悪化させるさまざまな要因が存在する。したがって、これらを考慮した上で光ファイバの特性予測を行うことで、特性予測精度を向上させることができる。
また、特性予測精度を悪化させる要因を考慮し、プリフォーム１０の屈折率プロファイル又はクラッド厚（コア径）の両方又はいずれか一方を調整して光ファイバプリフォームの製造を行うことで、光ファイバの製造歩留まりを向上できる。

上記特性予測精度の悪化要因は、得られた屈折率プロファイルを補正することで解消できる。以下に補正方法の実施例をいくつか示す。

［実施例１］
ドーパント拡散による屈折率の変化が小さいと仮定して、特性計算に使用する屈折率プロファイルのうち、プリフォーム１０のコア部１０ａの比屈折率差を残留応力のない状態のコア部１０ａの比屈折率差で置き換えて計算する方法、或いは、コア部１０ａの屈折率プロファイルを残留応力のない状態のコアロッド１の屈折率プロファイルに置き換えて計算する。

これらの方法は、プリフォーム１０の製造中に生じた残留応力が線引き時に開放されるので、残留応力のない状態での屈折率プロファイルで置き換えて計算を行うというものである。

例えば、スート２，３のガラス化前後に比屈折率差が変化することを考慮し、例えば図６に示したように蓄積されたデータの補正値に基づいて、線引き直前のプリフォーム１０の屈折率プロファイルの実測値から特性を予測する場合に、線引き直前のクラッド１０ｃに対するコア部１０ａの比屈折率差に補正値１．１を乗算する。この補正された比屈折率差に基づいて光ファイバの特性を予測することで、予測値と実測値との相関を高くすることができる。また、その補正値は、図６に示すようなデータの蓄積により求められる。

このように単に、残留応力の有り無しでの屈折率変化の傾向を捉えたデータから、コア部の屈折率を補正する方法でも、特性予測精度向上の結果が得られる。

［実施例２］
前述したようにプリフォーム１０の製造工程で受けた屈折率プロファイルの変化のうち、残留応力によるものは線引き時の加熱による軟化で一旦はキャンセルされる。しかし、プリフォーム１０の線引きの際には、コアロッド１の延伸の工程と同様に、高温下で張力を掛けて引き延ばすため、張力による残留応力や組成による熱膨張の違いにより発生する残留応力の影響で屈折率プロファイルが再び変化する。その変化を線引き条件や組成に基づいて計算し、その計算結果に基づいてプリフォーム１０の段階で測定された屈折率プロファイルを補正する。すなわち、測定された屈折率プロファイルに線引き工程での変化分を補正した上で光ファイバの特性を推定する。
以下に図面を用いて具体的に説明する。

本実施例における特性予測は、図７に示すように行われる。まず、プリフォーム１０が線引きされる線引き張力を設定する。次に、プリフォーム１０の構造を考慮して各部の残留応力を計算する。さらに、残留応力による各部の屈折率プロファイルの変化を計算する。この補正した線引き後の屈折率プロファイルについて、プリフォーム１０の屈折率プロファイルから光ファイバ１１の特性を予測する計算プログラムを使用して、光ファイバの特性を予測する。

この予測値は、線引き前後の屈折率プロファイルの変化を補正しているため、単純にプリフォーム段階で測定される屈折率プロファイルから予測した値に比較して予測精度が向上することは明らかである。

図８は、線引き張力による残留応力が光ファイバ１１の屈折率プロファイルに与える影響を計算で示したものである。
図８（ａ）は、線引き前のプリフォーム１０の状態でのコア部１０ａ、ディプレスト層１０ｂの屈折率プロファイルと線引き後の光ファイバ１１の屈折率プロファイルとを比較したものであり、プリフォーム１０の断面構造は図１（ａ）に、プリフォーム１０の屈折率プロファイルは図１（ｂ）に示すものである。図８（ａ）におけるＡはプリフォーム段階で測定された屈折率プロファイル、Ｂは光ファイバの段階で測定された屈折率プロファイルである。ただし、比較のためにプリフォーム１０の屈折率プロファイルはプリフォーム１０の外径を１２５μｍとした場合の直径として換算してある。これは、プリフォーム１０の線引きにより得られる光ファイバ１１の屈折率プロファイルはプリフォーム１０の屈折率プロファイルを縮小したものと同じであるという仮定によるものである。

図８（ａ）によれば、コア部１０ａの屈折率の変動は小さいが、クラッド１０ｃより屈折率の低いディプレスト層１０ｂは、屈折率の変動が大きい。これは、ディプレスト層１０ｂはフッ素ドープにより粘度が低く、線膨張係数も小さいため残留応力が大きくなるためであると推定できる。

図８（ｂ）は、プリフォーム１０の線引き張力による残留応力に基づいて線引き後の屈折率プロファイルの変化を計算したものであり、Ｃは図８（ａ）におけるＡを線引き張力による残留応力に基づいて補正したものであり、Ｄは図８（ａ）のＢと同様、光ファイバの段階で測定された屈折率プロファイルである。ＣとＤを比較するとわかるように、線引き後のディプレスト層１０ｂの屈折率プロファイルの変化が正しく予測されている。

従って、線引きによる屈折率の変化に基づいて補正された屈折率プロファイルから光ファイバの特性、例えば伝送特性を計算することにより予測精度を高めることができることがわかる。

ここでは、線引きによる屈折率プロファイルの変化で説明をしたが、他の工程で応力の変化による屈折率プロファイルの変化も同様に考えることができる。

また、プリフォーム１０の屈折率プロファイルと、プリフォーム１０を線引きして形成された光ファイバ１１の屈折率プロファイルとを比較して屈折率の補正値を演算し、さらに、新たに作成されたプリフォーム１０の屈折率プロファイルを測定し、その測定値に補正値を乗算して光ファイバ１１の屈折率プロファイルとすることもできる。

さらに、線引き張力の値を変えて光ファイバ特性を予測すれば、線引き張力と光ファイバ特性の関係を把握することも可能である。その関係をもとにすれば、光ファイバ特性の予測値が最適となる線引き張力を推定することも可能である。つまり、現在のプリフォーム１０の屈折率プロファイルについて、特性が最適になるように線引き張力を求め、最適な特性を得ることができる線引き張力を決めることも可能である。

［実施例３］
図９は、図５に示した関係を有する線路型分散補償ファイバに関して、実施例２に示す方法で測定された屈折率プロファイルを線引き時の残留応力による補正を考慮して特性を予測したものと、線引き時の残留応力による補正に加え屈折率プロファイルの測定誤差に基づいてコア径を１．１倍して特性の予測をしたものとを比較したものである。

図９は、予測値を横軸にし、実際の測定値を縦軸にし、図５のデータに基づいて１．１倍したものを「補正あり」、しないものを「補正なし」として示している。コア径ａを１．１倍したものは、屈折率プロファイル測定時の誤差も補正できているために予測精度が高くなっている。なお、ここでは分散を例示したが、分散の傾きやカットオフ波長、ＭＦＤなどの特性に関しても同様な補正を行うことで特性の予測精度を上げることができる。

［実施例４］
図１０は、分散補償ファイバに関して、実施例２に示す方法で測定された屈折率プロファイルを線引き時の残留応力による補正を考慮して特性を予測したものと、線引き時の残留応力による補正に加えて屈折率プロファイルの測定誤差及び母材作製工程間の屈折率プロファイルの変化を考慮して、コア部の屈折率プロファイルをＶＡＤ法でコアスートを合成し、ガラス化して得られるすなわち、残留応力のない状態でのコア部の屈折率プロファイルで置き換えて特性の予測をしたものと比較したものである。

図１０は、予測値を横軸、実際の測定値を縦軸にし、光ファイバ１１のコア部の屈折率プロファイルを残留応力のない状態での屈折率プロファイルで置き換えたものは、プリフォーム製造工程での屈折率プロファイルの変化が補正できているために、予測精度が高くなっている。なお、ここでは分散を例示したが、分散の傾きやカットオフ波長、ＭＦＤなどの特性に関しても同様な補正を行うことにより特性の予測精度を上げることができる。

屈折率プロファイルの補正方法は、このように単独ではなく数種類の組み合わせによっても使用することができる。

実施例１〜４に示す補正方法により求められた予測特性値は、屈折率プロファイルの良否判断や、特性の調整に使用することができる。前述したように光ファイバ１１の特性は屈折率プロファイルとコア径で決まる。このため、予測された特性値から最適なコア径を算出し、クラッドの付着厚を調整することで光ファイバの特性の調整が可能となる。また、次に製造するプリフォームのコア部１０ａについて屈折率プロファイルを修正することにより特性の調整が可能になる。

また、逆に、得られた光ファイバ１１の特性から最適な屈折率プロファイルを探索することにも有効である。つまり、この手法を逆に使えば、得られた特性と製造条件から、ある工程での最適屈折率プロファイルの推定が可能である。これにより、歩留まりよく光ファイバ１１の製造ができる。

［実施例５］
線引きでの残留応力により屈折率プロファイルが変化することを利用して、残留応力を変化させて特性を調整することも可能である。この場合には、線引きの張力又は線引き炉の温度を調整することにより残留応力を変化させて特性を調整できる。また、線引き時にファイバ外径を変化させることによりコア径を変化させて特性を調整することも可能である。

図１１は、波長１３００ｎｍ帯に零分散波長を持ついわゆるシングルモード光ファイバについて、線引き張力を変えてプリフォームを線引きした場合の線引き張力とカットオフ波長の関係を示したものであり、線引き張力が大きくなると、カットオフ波長が大きくなることがわかる。

予測値は、この線引き時の張力による残留応力により光ファイバの屈折率プロファイルが変化することを予測して補正した屈折率プロファイルから光ファイバ特性を計算したものである。若干の値のずれはあるものの、線引き張力が大きくなると、カットオフ波長が大きくなる傾向は実測値と一致しており、それらの値もほぼ一致している。

もし、このような残留応力による屈折率プロファイルの変化を補正しなければ、予測値は線引き張力が０ｋｇｆの場合の値、図１１の場合は１１９９ｎｍと予測され、実際の値と大きく異なるものとなる。さらに、線引きの張力の変化に対応できないので、線引き張力が大きくなるほど誤差が大きくなる傾向がある。

このように、線引き張力の残留応力を考慮して屈折率プロファイルを補正し、その補正したプロファイルから特性を計算することにより、特性の予測精度を上げることができる。

このことは、カットオフ波長だけではなく、分散、分散傾き、モードフィールド径など、他の特性も同様である。また、これはシングルモード光ファイバに限られるものではなく、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）や非零分散シフトファイバ（ＮＺ−ＤＳＦ）、或いは、クラッドにフッ素をドープした光ファイバにも有効である。このような線引き張力による屈折率プロファイルの変化を補正して特性を予測することは、特性や光ファイバの種類によらず重要である。

図１２は、分散シフトファイバ（ＤＳＦ）に関してプリフォームの長手（軸方向）に２点以上の屈折率プロファイルの測定を行い、屈折率プロファイルの各点でのカットオフ波長の予測を行ったものである。ここでは、線引き張力を１６０ｇｆとして、線引き時の張力を考慮して特性の予測を行っている。また、各点の位置は、線引き後の光ファイバの位置に換算している。

図１２から明らかなように、８０ｋｍと１００ｋｍの間でカットオフ波長が大きく変動しており、プリフォームの線引き張力を１６０ｇｆと一定にして線引きすると、線引きの途中で特性が変動してしまう。このため、線引きの張力を途中で変えて特性の予測を行ったところ、１００ｋｍ以降の部分を張力１９０ｇｆで線引きするとカットオフの変動を抑えることができることがわかった。

このため、９０ｋｍを線引きしたところで線引きの張力を１６０ｇｆから１９０ｇｆに上げて線引きを行った。これにより、線引き後に２０ｋｍ毎にカットオフ波長を測定したところ、図１２の測定値のような値が得られた。測定値と予測値を比較すると、張力を一定の値で線引きする場合に比べて長手の変動を抑えることができた。

ここでは、カットオフ波長を例示したが、分散や分散傾き、ＭＦＤなどの特性に関しても、同様に同一張力で線引きする場合に比べて特性の変動を抑えることができている。

このように、屈折率プロファイルを長手で数点測定し、線引き張力を調整することにより、光ファイバ中の特性の変動を抑えることができる。また、線引き張力を変えるだけではなく、光ファイバ外径を規定の範囲内で変えて相対的にコア径を変えることにより、特性を調整することも可能である。さらに、この手法を逆に使い、光ファイバの特性を長手で所望の値に変化させることも可能である。

（ａ）は、本発明に係る光ファイバプリフォームの断面構造を示す模式図である。（ｂ）は本発明に係る光ファイバプリフォームの屈折率プロファイルを示す模式図である。 ＯＶＤ装置の一例を示す断面図である。 ＶＡＤ装置の一例を示す断面図である。 線引き装置の一例を示す断面図である。 プリフォームアナライザにより測定されるコア径と断面から測定されるコア径の関係を示すグラフである。 ガラス化前後の比屈折率差の変化を示すグラフである。 本発明に係る製造方法の工程図である。 屈折率プロファイルの変化を示すグラフである。（ａ）はプリフォーム段階の屈折率プロファイルと光ファイバの屈折率プロファイルの比較であり、（ｂ）は残留応力に基づいて補正されたプリフォーム段階の屈折率プロファイルと光ファイバの屈折率プロファイルの比較である。 本発明の実施例３に係る分散の予測精度を示すグラフである。 本発明の実施例４に係る分散の予測精度を示すグラフである。 張力によるカットオフ波長の変化を示すグラフである。 線引き条件を変化させることによるカットオフ波長の変化示すグラフである。

符号の説明

１ コアロッド
２、３ スート
１０ プリフォーム
１０ａ コア部
１０ｂ ディプレスト層
１０ｃ クラッド
１１ 光ファイバ
１２ 被覆
２２ バーナー
２５ 炉心管

Claims (4)

1. 光ファイバの製造工程における屈折率プロファイルの変化をあらかじめ求め、
   前記求められた屈折率プロファイルの変化に基づいて光ファイバプリフォーム、または前記光ファイバの少なくとも一方の製造条件を調整することを特徴とする光ファイバの製造方法。
2. 前記屈折率プロファイルの変化は、前記光ファイバプリフォーム、または前記光ファイバの少なくとも一方に発生する残留応力に基づいて求められる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. 前記屈折率プロファイルの変化は、前記屈折率プロファイルの測定誤差の補正をさらに加えて求められることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバの製造方法。
4. 光ファイバの製造工程における屈折率プロファイルの変化をあらかじめ求め、
   前記求められた屈折率プロファイルの変化に基づいて光ファイバプリフォームの製造条件を調整することを特徴とする光ファイバプリフォームの製造方法。

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