(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の（１）〜（５）の工程を含むことを特徴とする光ファイバ母材の屈折率分布測定方法。
（１）コアの外側にクラッドが配置された光ファイバ母材にその軸方向と垂直な方向から光を照射する工程
（２）照射位置を光ファイバ母材の径方向に順次移動させて、同母材の断面中における光の透過位置を同母材の径方向端部から同端部とコア中心を挟んで反対側のコア／クラッド界面までの間で順次変更する工程
（３）光の透過位置を変更しながら、その透過光の偏向角を測定する工程
（４）測定された偏向角のうちから、透過位置が該光ファイバ母材の径方向端部から径方向中心までの間である透過光の偏向角を特定する工程
（５）特定された偏向角を解析して該光ファイバ母材の径方向片側半分における屈折率分布を求める工程
【請求項２】
請求項１記載の工程を実施し、次に、該光ファイバ母材をその周方向へ１８０°回転させ、その後、請求項１記載の工程を再度実施して該光ファイバ母材の径方向全般における屈折率分布を求めることを特徴とする光ファイバ母材の屈折率分布測定方法。
【請求項３】
測定された偏向角の中から所定の閾値以上の値を示す２つの偏向角を特定し、一方の偏向角が測定されてから他方の偏向角が測定されるまでの中間において測定された偏向角を特定し、その特定された偏向角を透過位置が該光ファイバ母材の径方向中心である透過光の偏向角とすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光ファイバ母材の屈折率分布測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバ母材の屈折率分布を測定するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバは円柱状のコアの外側にクラッドが同心円状に配置された光ファイバ母材を線引きして形成される。良質な光ファイバを形成するためには、線引きされる前の光ファイバ母材の屈折率分布を正確に測定することが必要である。
【０００３】
光ファイバ母材の屈折率分布を測定するための方法として次のような方法が知られている。光ファイバ母材にその軸方向と垂直な方向からレーザー光を照射し、その照射位置を光ファイバ母材の径方向一方側端部から他方側端部まで順次移動させながら同母材を透過した光の偏向角を測定し、測定され偏向角を解析して光ファイバ母材の屈折率部分を測定する方法。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の屈折率測定方法では、レーザー光の照射位置を光ファイバ母材の径方向一方側端部から他方側端部まで移動させている。即ち、レーザー光の走査距離が光ファイバ母材の直径と同長である。このため次のような課題がある。
（１）最近は生産性向上を目的として大径の光ファイバ母材が製造されるようになっている。このような光ファイバ母材の径方向一方側端部から他方側端部までレーザー光を走査するには時間がかかり、測定に長時間を要する。また、既存の測定器では大径の光ファイバ母材の直径分だけレーザー光を走査することがでいない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の光ファイバ母材の屈折率分布測定方法は、次の（１）〜（５）の工程を含む。
（１）コアの外側にクラッドが配置された光ファイバ母材にその軸方向と垂直な方向から光を照射する工程
（２）照射位置を光ファイバ母材の径方向に順次移動させて、同母材の断面中における光の透過位置を同母材の径方向端部から同端部とコア中心を挟んで反対側のコア／クラッド界面まで順次変更する工程
（３）光の透過位置を変更しながら、その透過光の偏向角を測定する工程
（４）測定された偏向角のうちから、透過位置が該光ファイバ母材の径方向端部から径方向中心までの間である透過光の偏向角を特定する工程
（５）特定された偏向角を解析して該光ファイバ母材の径方向片側半分における屈折率分布を求める工程
【０００６】
本発明の第２の光ファイバ母材の屈折率分布測定方法は、前記第１の光ファイバ母材の屈折率分布測定方法を実施し、次に、該光ファイバ母材をその周方向へ１８０°回転させ、その後、前記第１の光ファイバ母材の屈折率分布測定方法を再度実施して、該光ファイバ母材の径方向全般における屈折率分布を求めるものである。
【０００７】
本発明の第３の光ファイバ母材の屈折率分布測定方法は、測定された偏向角の中から所定の閾値以上の値を示す２つの偏向角を特定し、一方の偏向角が測定されてから他方の偏向角が測定されるまでの中間において測定された偏向角を特定し、その特定された偏向角を透過位置が該光ファイバ母材の径方向中心である透過光の偏向角とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、本発明の光ファイバ母材の屈折率分布測定方法の実施形態の一例を説明する。
（１）図１に示すように、円柱状のコア１の外側にクラッド２が同心円状に配置された光ファイバ母材３を光（He−Neレーザー光）が透過可能な容器（セル）４内に収容する。ここで光ファイバ母材３の外径Ｌ1は100mmであり、コア１の直径Ｌ2（＝対向するコア／クラッド界面間距離）は25mmである。
（２）図１に示すように、前記容器４内に収容された光ファイバ母材３の周囲をマッチングオイル５で満たす。
（３）図２に示すように、光ファイバ母材３の周囲のマッチングオイル５に同母材３の軸方向に対して垂直な方向からレーザー光を照射する。この際、光ファイバ母材３の径方向やや外側においてレーザー光を照射する。
（４）マッチングオイル５を透過した透過光を前記容器４を挟んでレーザー光の光源（図示しない）と反対側に配置されている受光部（図示しない）で受光し、受光部に対する透過光の投影位置（透過光のスポット位置）を検知する。ここで、受光部とはフォトダイオード等の受光素子である。
（５）検知された投影位置に基づいて透過光の偏向角を測定する。
（６）前記容器４を光ファイバ母材３の径方向一方側へ平行移動させることによって、光ファイバ母材３を同方向（図２の矢印Ｘ方向）へ移動させる。これによって今までマッチングオイル５に照射されていたレーザー光が図３（ａ）に示すように光ファイバ母材３とマッチングオイル５との界面（詳しくはクラッド外周面６とマッチングオイル５との界面）に照射される。
（７）クラッド外周面６とマッチングオイル５との界面を透過した透過光の偏向角を前記と同様にして測定する。
（８）以後、容器４を所定ピッチで図３（ａ）に示す位置から図３（ｂ）に示す位置まで図中の矢印Ｘ方向へ平行移動させて、光ファイバ母材３に対するレーザー光の照射位置を同母材３の径方向外側から内側に向けて順次移動させる。この移動によって、光ファイバ母材３の断面中における光の透過位置は、同母材３の径方向一方側端部から同端部とコア中心（＝径方向中心）を挟んで反対側に位置するコア／クラッド界面を越えて若干クラッド断面内に至るまで順次変更される。その際、透過位置が変更される度に前記と同様にして透過光の偏向角を測定する。即ち、光ファイバ母材３の径方向一方側端部（図３ｂのＡ点）から同端部とコア中心を挟んで反対側のコア／クラッド界面のやや外側（図３ｂのＢ点）までレーザー光を走査しならがら透過光の偏向角を測定する。尚、図中のＡ点−Ｂ点間距離（＝レーザ光の走査距離）は85mmとなる。この走査距離は従来の測定器によって走査可能な距離である。
（９）前記測定結果から透過位置の変更範囲内における偏向角の変化を示す偏向角データを生成する。ここで、生成された偏向角データをグラフ化すると図４に示すグラフのようになる。尚、図４に示すグラフの横軸は該光ファイバ母材３の断面中における光の透過位置を示し、縦軸は透過光の偏向角を示す。もっとも、横軸及び縦軸に刻まれた目盛りは任意の目盛りである。
（１０）前記偏向角データに基づいて、透過位置が光ファイバ母材３の径方向中心又はこれに可及的に近い位置である透過光の偏向角を特定する。具体的には、前記偏向角の測定過程において偏向角が最後に所定の閾値以上の値（以下「極値」）を示した点（前記グラフ中のａ点）と、その直前で極値を示した点（前記グラフ中のｂ点）との中間点（前記グラフ中のｃ点）における偏向角を光ファイバ母材３の径方向中心又はこれに可及的に近い位置を透過した光の偏向角と擬制する。何故なら、前記グラフ中のｂ点における極値は光ファイバ母材３の径方向外側から内側に向けて走査されるレーザー光が走査方向手前のコア／クラッド界面を透過したことによって生じたものであり、同グラフ中のａ点における極値は前記レーザー光がコア中心を挟んで前記コア／クラッド界面と反対側のコア／クラッド界面を透過したことによって生じたものである。従って、その中間点における偏向角は光ファイバ母材３の径方向中心又はこれに可及的に近い位置を透過した光の偏向角と擬制することができる。
（１１）偏向角データに基づいて、光ファイバ母材３の断面中、クラッド外周面６に可及的に近い位置を透過した光の偏向角を特定する。具体的には、前記偏向角の測定過程において偏向角が最初に極値を示した点（前記グラフ中のｄ点）における偏向角を光ファイバ母材３のクラッド外周面６又はこれに可及的に近い位置を透過した光の偏向角と擬制する。何故なら、前記グラフ中のｄ点における極値は、光ファイバ母材３の径方向外側から内側に向けて走査されるレーザー光が最初に同母材３の断面内を透過したことによって生じたものである。従って、同グラフ中のｄ点における偏向角はクラッド外周面６又はこれに可及的に近い位置を透過した光の偏向角と擬制することができる。
（１２）前記（１０）（１１）の工程によって特定された２つの偏向角の間における偏向角を解析して光ファイバ母材３の屈折率分布を測定する。具体的には、図４に示すグラフ中のｃ点−ｄ点間に示されている偏向角をｃ点側からｄ点側に積分することによって屈折率分布を測定する。尚、前記工程（７）において測定された偏向角（クラッド外周面６とマッチングオイル５との界面を透過した透過光の偏向角）に基づいて求められる屈折率がその他の屈折率を算出する際の原点となる。
【０００９】
以上によって光ファイバ母材３の径方向片側半分における屈折率分布が測定される。さらに、光ファイバ母材３は通常軸対称な性質を示すので、測定された径方向片側半分における屈折率分布に基づいて径方向全般の屈折率分布をプロファイルすることができる。尚、容器４の歪みに対して、偏向角のオフセットや直線的なトレンドがかかる場合がある。この場合、得られた偏向角データをグラフ化すると、グラフに図５に示すような傾きが発生する。従って、図５に示すグラフ中のｃ点−ｄ点間を基準線（図中に一点鎖線で示す）で結び、この基準線に基づいて傾き補正を行うことが望ましい。尚、図５に示すグラフ中のｃ点及びｄ点は、図４に示すグラフ中のｃ点及びｄ点と同義の点である。
【００１０】
偏向角のオフセットや直線的なオフセットがかかる場合は、前記のように簡単な一次式で補正が可能である。但し、前記光ファイバ母材３が収容される容器４に歪みがあると、発生する誤差はリニアな誤差でなくなる。その場合、前記補正では不十分である。そこで、より正確な屈折率分布を求めるためには予め補正データを用意しておき、その補正データに基づいて生成された偏向角データを補正してから次工程に進むことが望ましい。ここに言う補正データとは次のように求めた補正データである。
（１）図６（ａ）に示すように、光ファイバ母材３を収容する容器４に屈折率が明らかな試料（例えば、前記マッチングオイル）を充填し、その容器４の外側から光を照射する。
（２）容器４及びその中のマッチングオイルを透過した光の偏向角を測定し、偏向角の変化を示すデータを生成する。生成されたデータをグラフ化すると、図６（ｂ）に実線で示すグラフとなる。
（３）容器４に全く歪みが無いと仮定した上で、前記容器４及びその中のマッチングオイルを透過した光の偏向角を数値計算によって算出する。算出結果をグラフ化すると、図６（ｂ）に鎖線で示すグラフとなる。図６（ｂ）に実線で示すグラフ（測定値）と、鎖線で示すグラフ（計算値）とのズレは、容器４に十分な精度（例えば、真円度、平行度等）がないために生じたものである。
（４）図６（ｂ）に実線で示すグラフ（測定値）と、鎖線で示すグラフ（計算値）との差を算出する。算出された数値が補正データ（補正値）となる。得られた補正データに基づいて偏向角データを補正する場合は、偏向角データから前記補正値を差し引く。
【００１１】
容器を高精度で製造・加工しようとすると、コストが高くなるが、前記補正を行えば、精度が低い容器を用いても光ファイバ母材の屈折率分布を正確に測定することができる。
【００１２】
（実施形態２）
以下、本発明の光ファイバ母材の屈折率分布測定方法の実施形態の他例を説明する。本実施形態に示す屈折率分布測定方法の基本構成は前記実施形態１に示す屈折率測定方法のそれと同一である。異なるのは、光ファイバ母材の径方向片側半分における屈折率分布を測定し、それに基づいて径方向全般の屈折率分布をプロファイルするのではなく、実際に径方向全般の屈折率分布を測定することである。この場合、光ファイバ母材の屈折率分布をより高精度で測定することができる。具体的には次のようにする。
【００１３】
（１）前記実施形態１において説明した工程（１）〜（９）を実施して、光ファイバ母材の径方向片側一方半分における偏向角データを生成する。
（２）光ファイバ母材を図３（ｂ）に示す容器４内において周方向へ１８０°回転させる。または、容器４ごと１８０°回転させる。
（３）図３（ｂ）に示す容器４を前記実施形態１における工程（６）とは逆方向（図３ｂの矢印Ｙ方向）へ所定ピッチで平行移動させて、光ファイバ母材３に対するレーザー光の照射位置を同母材３の径方向内側から外側へ向けて順次移動させる。この移動によって、図７（ａ）（ｂ）に示すように、光ファイバ母材３の断面中における光の透過位置は、同母材３のコア／クラッド界面から同界面とコア中心（＝径方向中心）を挟んで反対側の径方向一方側端部まで順次変更される。この際、光の透過位置が変更される度に前記実施形態１と同様にして透過光の偏向角を測定する。即ち、即ち、図７（ｂ）に示すＣ点→Ｄ点までレーザー光を走査しならがら偏向角を測定する。
（４）前記測定結果から光ファイバ母材の径方向片側他方半分における偏向角の変化を示す偏向角データを生成する。
（５）径方向片側一方半分における偏向角データ及び片側他方半分における偏向角データの夫々について、光ファイバ母材３の径方向中心又はこれに可及的に近い位置を透過した透過光の偏向角及びクラッド外周面又はこれに可及的に近い位置を透過した透過光の偏向角を特定する。具体的な特定方法は前記実施形態１に示す方法と同一である。
（６）夫々の偏向角データについて、前記特定された２つの偏向角の間における偏向角を解析して屈折率分布を測定する。具体的な解析方法は前記実施形態１に示す方法と同一である。これによって、光ファイバ母材３の径方向全般に亙る屈折率分布が求められる。
【００１４】
（その他の実施形態）
前記実施形態１及び２ではレーザー光を固定し、光ファイバ母材を移動させることによって同母材に対するレーザー光の照射位置を変更させたが、光ファイバ母材を固定し、レーザー光を移動させることによって照射位置を変更させてもよい。
【００１５】
前記容器が公知の屈折率を有し、且つその屈折率が環境変化等によって変化しない材質（例えば石英ガラス）で形成されている場合には、その容器の断面内にレーザー光を透過させ、その透過光の偏向角に基づいて求められる屈折率をその他の屈折率を算出する際の原点とすることが望ましい。何故なら、マッチングオイルは温度変化によって屈折率が変化するが、前記素材からなる容器を透過した透過光の屈折率は常に一定となるので、環境変化に影響されることなく正確な屈折率を算出することが可能となるからである。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明の光ファイバ母材の屈折率測定方法は次のような効果を有する。
（１）当該測定方法は、透過位置が光ファイバ母材の径方向端部から径方向中心までの間である透過光の偏向角を特定し、特定された偏向角を解析して該光ファイバ母材の径方向片側半分における屈折率分布を求めるものである。従って、光ファイバ母材の半径分の偏向角を測定すれば足り、直径分の偏向角を測定する必要がない。この結果、大径の光ファイバ母材についても短時間で屈折率分布を測定することができる。また、既存の測定器によって大径の光ファイバ母材の屈折率分布を測定することができる。尚、光ファイバ母材は軸対称な性質を示すので、当該測定方法によって測定された半径分の屈折率分布から直径分の屈折率分布をプロファイルすることが可能である。
（２）偏向角の測定結果に基づいて、光ファイバ母材の径方向中心を透過した透過光の偏向角を特定する。従って、光ファイバ母材の径方向中心が予め特定されていなくても、透過位置が光ファイバ母材の径方向端部から径方向中心までの間である透過光の偏向角を特定することができる。
【００１７】
請求項２記載の光ファイバ母材の屈折率分布測定は次のような効果を有する。
（１）当該測定方法は、光ファイバ母材の片側半分における屈折率部分を求めた後に、光ファイバ母材を１８０°回転させて片側もう半分の屈折率分布を求めるものである。従って、測定器の測定範囲のほぼ２倍の直径を有する光ファイバ母材の屈折率分布を測定することができる。
（２）直径分の屈折率分布を実際に測定するので、より正確な屈折率分布を求めることができる。
【００１８】
請求項３記載の光ファイバ母材の屈折率分布測定は次のような効果を有する。
当該測定方法は、測定された偏向角の中から所定の閾値以上の値を示す２つの偏向角を特定し、一方の偏向角が測定されてから他方の偏向角が測定されるまでの中間において測定された偏向角を特定し、特定された偏向角を透過位置が該光ファイバ母材の径方向中心である透過光の偏向角とするものである。従って、光ファイバ母材の径方向中心を透過した透過光の偏向角が正確に特定され、前記効果がより一層確実となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバ母材を容器内に収容した状態を示す説明図。
【図２】レーザー光の透過位置の変化を示す図であって、マッチングオイルを透過している状態を示す説明図。
【図３】光ファイバ母材の断面中におけるレーザー光の透過位置の変化を示す図であって、（ａ）は光ファイバ母材の径方向一方側端部を透過している状態を示す説明図、（ｂ）はコア／クラッド界面よりも若干外側のクラッド断面内を透過している状態を示す説明図。
【図４】グラフ化された偏向角データを示す図。
【図５】偏向角データに対する補正方法を示す図。
【図６】（ａ）は容器の屈折率分布の測定方法を示す図、（ｂ）は容器の屈折率分布の測定値と計算値をグラフ化した図。
【図７】光ファイバ母材の断面中におけるレーザー光の透過位置の変化を示す図であって、（ａ）はコア／クラッド界面よりも若干外側のクラッド断面内を透過している状態を示す説明図、（ｂ）は光ファイバ母材の径方向一方側端部を透過している状態を示す説明図。
【符号の説明】
１  コア
２  クラッド
３  光ファイバ母材
４  容器
５  マッチングオイル
６  クラッド外周面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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