(57)【要約】【課題】  光軸方向に亘って所望の光ファイバの特性が得られる光ファイバの製造方法を提供する。【解決手段】  コアガラスロッド３０の外周にスス付け部５１を形成して多孔質ガラス母材５０を作製し、多孔質ガラス母材５０を透明ガラス化して透明ガラス母材７０を得て、透明ガラス母材７０を線引きして光ファイバ１を製造する光ファイバ１の製造方法において、線引きする直前の透明ガラス母材７０において、比率Ｒ＝スス付け部５１の外径／コアガラスロッド３０の外径としたとき、光ファイバ１となる有効部Ａの上端部分Ｂの比率Ｒを、中央部分Ｃの比率Ｒより小さく形成する。【選択図】  図５
2014221699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下方向に延びる円柱状の、コア部を含有するコアガラスロッドの外周に、バーナの火炎中に生成したガラス微粒子を堆積させて堆積部を形成して多孔質ガラス母材を作製し、
前記多孔質ガラス母材を透明ガラス化して透明ガラス母材を得て、
前記透明ガラス母材を線引きして光ファイバを製造する、光ファイバの製造方法であって、
線引きする直前の前記透明ガラス母材において、比率Ｒ＝前記堆積部の外径／前記コアガラスロッドの外径としたとき、
光ファイバとなる有効部の上端部分の前記比率Ｒを、上下方向の中央部分の前記比率Ｒより小さく形成することを特徴とする、光ファイバの製造方法。
【請求項２】
前記有効部の上端部分の外径を、前記中央部分の外径より細くなるように、前記多孔質ガラス母材の前記堆積部を堆積す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。
【請求項３】
前記有効部の上端部分から下方に前記多孔質ガラス母材全長の３％離間した点における前記比率Ｒが、前記中央部分の前記比率Ｒの９５％以上９７％以下となるように、前記多孔質ガラス母材を作製す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。
【請求項４】
上下方向に延びる円柱状の、コア部を含有するコアガラスロッドの外周に、バーナの火炎中に生成したガラス微粒子を堆積させて堆積部を形成して多孔質ガラス母材を形成し、
前記多孔質ガラス母材を透明ガラス化して透明ガラス母材を得て、
前記透明ガラス母材を線引きして得られる光ファイバの光学特性の計算方法であって、
線引きする直前の前記透明ガラス母材において、比率Ｒ＝前記堆積部の外径／前記コアガラスロッドの外径としたとき、
光ファイバとなる有効部の上端部分では、前記比率Ｒを実際の前記比率Ｒの３〜５％の範囲の所定値だけ加算した値で計算することを特徴とする、光ファイバの光学特性の計算方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバの製造方法および、これに用いる光ファイバの光学特性の計算方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光ファイバ用ガラス母材を光ファイバ線引炉で加熱軟化させつつその下端部を延伸して光ファイバに線引きすることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、特許文献２のように、プリフォームの状態で屈折率分布をプリフォームアナライザにより測定し、有限要素法（ＦＥＭ法）により理論カットオフ波長を求めることが知られている。この理論カットオフ波長を求め、これが所望の範囲内となるように、プリフォームの外側にガラス微粒子を堆積させる際のコアクラッド比率や、線引き張力などの製造条件を決定し、光ファイバを製造している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−５９２７７号公報
【特許文献２】特開２００１−２８１０９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで線引き工程において、線引きされて得られる光ファイバの末端側（光ファイバ用ガラス母材の上端側）で、その光学特性が所望の値から外れてしまうことがある。このように光ファイバの末端側で所望の光学特性が得られないと、その部分は製品として出荷できず、歩留まりが悪化してしまう。
【０００５】
そこで本発明は、末端側においても所望の光ファイバの特性が得られる光ファイバの製造方法および、これに用いる予測精度の高い光ファイバの光学特性の計算方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決することのできる本発明の光ファイバの製造方法は、
上下方向に延びる円柱状の、コア部を含有するコアガラスロッドの外周に、バーナの火炎中に生成したガラス微粒子を堆積させて堆積部を形成して多孔質ガラス母材を作製し、
前記多孔質ガラス母材を透明ガラス化して透明ガラス母材を得て、
前記透明ガラス母材を線引きして光ファイバを製造する、光ファイバの製造方法であって、
線引きする直前の前記透明ガラス母材において、比率Ｒ＝前記堆積部の外径／前記コアガラスロッドの外径としたとき、
光ファイバとなる有効部の上端部分の前記比率Ｒを、上下方向の中央部分の前記比率Ｒより小さく形成することを特徴とする。
【０００７】
上記本発明の光ファイバの製造方法において、
前記有効部の上端部分の外径を、前記中央部分の外径より細くなるように、前記多孔質ガラス母材の前記堆積部を堆積してもよい。
【０００８】
上記本発明の光ファイバの製造方法において、
前記有効部の上端部分から下方に前記多孔質ガラス母材全長の３％離間した点における前記比率Ｒが、前記中央部分の前記比率Ｒの９５％以上９７％以下となるように、前記多孔質ガラス母材を作製してもよい。
【０００９】
本発明の光ファイバの光学特性の計算方法は、
上下方向に延びる円柱状の、コア部を含有するコアガラスロッドの外周に、バーナの火炎中に生成したガラス微粒子を堆積させて堆積部を形成して多孔質ガラス母材を作製し、
前記多孔質ガラス母材を透明ガラス化して透明ガラス母材を得て、
前記透明ガラス母材を線引きして得られる光ファイバの光学特性の計算方法であって、
線引きする直前の前記透明ガラス母材において、比率Ｒ＝前記堆積部の外径／前記コアガラスロッドの外径としたとき、
光ファイバとなる有効部の上端部分では、前記比率Ｒを実際の前記比率Ｒの３〜５％の範囲の所定値だけ加算した値で計算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る光ファイバの製造方法によれば、末端側においても所望の光学特性を有する光ファイバを安定して製造することができる。また、本発明に係る光ファイバの計算方法によれば、光学特性の予測精度を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態に係る光ファイバの多孔質ガラス母材の作成工程を説明する図であり、（ｂ）は透明ガラス母材の作製工程を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光ファイバの線引き工程を説明する図である。
【図３】参考例に係る透明ガラス母材の測定結果である。
【図４】参考例に係る線引き工程の模式図である。
【図５】本発明の実施形態に係る線引き工程の模式図である。
【図６】本発明の実施形態に係る透明ガラス母材の測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係る光ファイバの製造方法および光ファイバの光学特性の計算方法の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
【００１３】
本実施形態に係る製造方法で製造する光ファイバについて説明する。
図１は本発明の実施形態に係る光ファイバの製造工程を説明する図である。図１の（ａ）は多孔質ガラス母材を形成する工程、図１の（ｂ）は透明ガラス母材を形成する工程を示す。光ファイバは、多孔質ガラス母材を形成した後、この多孔質ガラス母材を透明化して透明ガラス母材を得て、この透明ガラス母材を線引きすることにより得られる。
【００１４】
まず、図１の（ａ）に示すように多孔質ガラス母材５０を形成する。多孔質ガラス母材５０は、コア部を含有するコアガラスロッド３０の外周に、クラッド部となるスス付け部５１を形成することにより得られる。
【００１５】
コアガラスロッド３０は、ＶＡＤ法などのスス付け法により、クラッド部より高い屈折率となるコア部を中心に含む多孔質ガラス母材を形成し、脱水・焼結工程を経て、得ることができる。その後、このコアガラスロッド３０の上端に、ダミー棒４０を接続する。このダミー棒４０は、次工程であるスス付け部（クラッド堆積部）５１を形成する工程において、保持具となる。
【００１６】
次に、コアガラスロッド３０の外周に、光ファイバ１のクラッド部となるスス付け部５１を形成する。例えば、ＯＶＤ法により、ダミー棒４０を上方から支持した状態で、バーナ６０の火炎中に生成したガラス微粒子をコアガラスロッド３０の外周に堆積させ、スス付け部５１を形成する。さらに、径方向にこのスス付け部５１を成長させる。上端部のクラッド部をスス付けする際、ガラス微粒子は、少なくともダミー棒４０下端部の外周部にも堆積させ、ダミー棒４０の下端部とコアガラスロッド３０とを一体的に覆うようにスス付け部５１を形成する。
【００１７】
次に図１の（ｂ）に示すように、この多孔質ガラス母材５０に脱水処理を施して透明ガラス母材７０を得る。コア部が純シリカの場合は、純シリカをコアガラスロッド３０の外側に堆積後、フッ化珪素（ＳｉＦ）と不活性ガスの雰囲気とされた加熱炉内で、多孔質ガラス母材５０を焼結し、スス付け部５１を透明化する。このとき、フッ素が多孔質ガラス母材５０の外周に浸透し、クラッド部となるスス付け部５１にフッ素が混入しながらスス付け部５１が焼結され、スス付け部５１の屈折率が低下する。このようにして得られた透明ガラス母材７０は、コア部の屈折率がクラッド部の屈折率より高くなっている。
なお、コア部にゲルマニウムを添加した場合は、クラッド部として純シリカを堆積させ、焼結することで、同様にコア部の屈折率がクラッド部の屈折率より高い透明ガラス母材７０を得ることができる。
【００１８】
このようにして製造された透明ガラス母材７０を、図２に示すように、線引き装置８０によって線引きすることにより、光ファイバ１が得られる。図２は構成を簡略化して示しているが、線引き装置８０は、ヒータ８１と、引き取り機８２と、巻き取り機８３とを備えている。
【００１９】
線引き工程において、図２に示すように、ヒータ８１により透明ガラス母材７０を下端側から加熱して透明ガラス母材７０を軟化させ、引き取り機８２により透明ガラス母材７０から光ファイバ１を引き出し、巻き取り機８２により光ファイバ１を巻き取る。以上の工程により、光ファイバ１が製造される。
【００２０】
なお、本実施形態では、所望の光学特性を持つ光ファイバを製造するために、、これから得られるであろう透明ガラス母材７０の光学特性を、透明ガラス母材７０もしくはコアガラスロッド３０の屈折率分布を測定し、下記する有限要素法による計算により予測している。
【００２１】
透明ガラス母材７０の光学特性は、透明ガラス母材７０の屈折率分布を弱導波近似し、下記スカラー波動方程式（１）を、有限要素法（ＦＥＭ法）を用いて解くことにより予測できる。
【数１】
2014221699.tif 000003
【００２２】
なお、式中のｒは透明ガラス母材７０の半径、Φ（ｒ）は電界分布、ｋは伝搬定数であって波長λの光の波数、ｎ（ｒ）は屈折率、ｍはＬＰｍ１伝搬モードの次数、βは伝搬モードの位相定数である。また式（１）において、伝搬定数ｋの解の有無の境界となるλｃは、光ファイバ１の光学特性の一つである理論カットオフ波長となる（特許文献２参照）。
【００２３】
なお、屈折率分布ｎ（ｒ）中のコアガラスロッド３０の屈折率は予めプリフォームアナライザで測定することにより得られる。また、コアガラスロッド３０の外径、スス付け部５１の外径も測定により取得する。
【００２４】
しかし、上述の計算によりカットオフ波長の予測値を算出しても、線引き工程における末端近傍、つまり透明ガラス母材７０の有効部Ａの上端部分Ｂを線引きして得られた部分の光ファイバでは、実測値が予測値から外れてしまっていた。そこで本発明者らは、透明ガラス母材の有効部Ａの上端部分Ｂからの距離と、光ファイバの光学特性との関係について検討した。
【００２５】
図３は、参考例に係る透明ガラス母材の位置と、比率Ｒおよび光学特性の関係を測定した結果である。図３の横軸の１が透明ガラス母材の有効部の上端位置、横軸の０が透明ガラス母材の有効部の下端位置を示す。図３の（ａ）の縦軸は透明ガラス母材の比率Ｒ、（ｂ）の縦軸はカットオフ波長、（ｃ）の縦軸はＡｅｆｆ、（ｄ）の縦軸はＭＦＤを示す。カットオフ波長、Ａｅｆｆ、ＭＦＤはいずれも光ファイバの光学特性を示す指標である。
【００２６】
なお、比率Ｒとは、線引きする直前の透明ガラス母材における、スス付け部の外径／コアガラスロッドの外径の値である。また有効部とは、透明ガラス母材のうち線引きされた後に光ファイバとなる部位をいい、コアガラスロッドのコア部が存在する部位である。
【００２７】
図３の（ａ）に示すように、測定対象の透明ガラス母材の外径は、有効部Ａにおいて上下方向で略均一な大きさとなるように形成されている。この透明ガラス母材を線引きして得られた光ファイバのカットオフ波長、Ａｅｆｆ及びＭＦＤは、図３の（ｂ），（ｃ），（ｄ）に見られるように、有効部Ａの上端部分Ｂにおいて光学特性の実測値が予測値から大きく外れていた。一方、上端部分Ｂ以外の領域の実測値は、予測値とほぼ一致した。
【００２８】
そこで、図３の（ｂ）の上端部分Ｂのカットオフ波長における実測値と予測値とのずれ量から、光ファイバ１の上端部分Ｂの比率Ｒを算出してみた。すると、この逆算して得られた比率Ｒは、実際の比率Ｒよりも小さな値となっていた。同様に、光学特性の指標であるＭＦＤ、Ａｅｆｆについても、図３の（ｃ）および（ｄ）の実測値と予測値とのずれから、上端部分Ｂの比率Ｒを試みに逆算すると、実際の比率Ｒよりも小さくなっていた。
【００２９】
これらカットオフ波長、ＭＦＤ、Ａｅｆｆいずれの特性においても、逆算して得られた比率Ｒと実際の比率Ｒとのずれ量は同程度の値であった。このことから、本発明者らは、コアガラスロッド３０から光ファイバ１の製造が完了するまでの間に、何らかの理由により比率Ｒが小さくなっているのではないかと考えた。
【００３０】
つまり、線引き加工時に比率Ｒは変化しないものと考えられていたが、本発明者らは、比率Ｒが線引き加工中に変化すると考えた。図４は、参考例に係る線引き加工中の透明ガラス母材５０ａを示す模式図である。図４において、破線は加熱変形前の透明ガラス母材７０ａの輪郭、実線は加熱変形後の透明ガラス母材７０ａの輪郭を示している。
【００３１】
図４に示すように、線引き加工中は、透明ガラス母材７０ａを加熱し続けているが、線引きの終了が近づくと、透明ガラス母材７０ａの径変動部（テーパ部）からの輻射などにより有効部Ａの上端部分Ｂ近傍がさらに加熱されて軟化し、上端部分Ｂ近傍におけるスス付け部５１ａの外周部は自重によって下方に向かって垂れ下がるように変形するものと考えられる。より具体的には、有効部Ａの上端部分Ｂより上側のスス付け部５１ａが上端部分Ｂまで垂れ下がり、上端部分Ｂのスス付け部５１ａの肉厚が大きくなってくる。一方で透明ガラス母材７０ａの内部に位置するコアガラスロッド３０ａは変形しにくい。これにより、有効部Ａの上端部分Ｂ側では比率Ｒが線引き加工前と後とで変化しているものと、本発明者らは考えた。
【００３２】
そこで本実施形態に係る光ファイバ１の製造方法においては、図５に示したように線引き工程直前の透明ガラス母材７０を、光ファイバとなる有効部Ａの上端部分Ｂの比率Ｒ（＝スス付け部５１の外径／コアガラスロッド３０の外径）が上下方向における中央部分の比率Ｒより小さくなるように形成している。有効部Ａとは、上述したように、透明ガラス母材７０のうち線引きされた後に光ファイバ１となる部位をいい、コアガラスロッド３０のコア部が存在する部位である。
【００３３】
このために本実施形態では、図１の（ａ）に示したように、多孔質ガラス母材５０の作製時に、有効部Ａの上端部分Ｂの多孔質ガラス母材５０の外径Ｄｂが、有効部Ａの中央部分Ｃの外径Ｄｃより細くなるように、スス付け部５１の径を調整して多孔質ガラス母材５０を作製している。より具体的には、有効部Ａの上端部分Ｂから下方に多孔質ガラス母材５０の全長の３％離間した点における比率Ｒが、中央部分Ｃの比率Ｒの９５％以上９７％以下となるように、多孔質ガラス母材５０を作製している。これにより、線引き直前の透明ガラス母材７０において、上端部分Ｂの比率Ｒが中央部分Ｃの比率Ｒより小さくなるようにしている。
【００３４】
このようにして得られた多孔質ガラス母材５０から透明ガラス母材７０を作製し、この透明ガラス母材７０から光ファイバ１を線引きする。図５は、本実施形態に係る光ファイバ１の製造方法において、線引き工程時の透明ガラス母材７０を示す図である。図５において、破線は加熱変形前の透明ガラス母材７０の輪郭、実線は加熱変形後の透明ガラス母材７０の輪郭を示している。
【００３５】
図５に示したように、有効部Ａの上端部分Ｂより上側のスス付け部５１が自重により垂れ下がってくると、もともと肉厚ｔｂ１が小さく形成されていた上端部分Ｂ近傍のスス付け部５１の肉厚ｔｂ２が大きくなる。この肉厚ｔｂ２が、有効部Ａの中央部分Ｃのスス付け部５１の肉厚ｔｃと同一となるように、多孔質ガラス母材５０を形成しておけば、線引き中に加熱された状態での透明ガラス母材７０は、その有効部Ａにおける外径が上下方向に亘ってほぼ等しくなる。
【００３６】
この状態の透明ガラス母材７０を線引きすると、コアガラスロッド３のコア材が形成するコア領域と、クラッド領域との比率が、線引き加工の開始から末端に至るまで変化しない。これにより、長手方向に沿って所望の光学特性を有する光ファイバ１が提供される。
【００３７】
図６は上述の実施形態に係る製造方法における、線引き直前の透明ガラス母材７０の位置と、比率Ｒや光学特性との関係を測定した結果である。図６の横軸の左端が透明ガラス母材の有効部の上端位置、横軸の右端が透明ガラス母材の有効部の下端位置を示す。図６の（ａ）の縦軸はガラス母材の比率Ｒ、（ｂ）の縦軸は光ファイバのカットオフ波長、（ｃ）の縦軸はＡｅｆｆ、（ｄ）の縦軸はＭＦＤを示す。
【００３８】
図６の（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、カットオフ波長、Ａｅｆｆ及びＭＦＤのいずれの特性においても、有効部Ａの上端部分Ｂからの距離によらずに略一定の範囲に収まっている。これにより、光軸方向に沿って光学特性が一様な光ファイバを提供することができることが確認された。なお、各光学特性予測値については、上端部分Ｂ近傍で実測値とずれることになるが、この対応については次に説明する。
【００３９】
（光ファイバの光学特性の計算方法）
上記したように、上端部分Ｂ近傍では、比率Ｒが実際の値より大きくなるため、実際の比率Ｒを用いて計算した各光学特性予測値は、実測値とずれてしまう。このため、本実施形態に係る光学特性の計算方法は、上述のように数式（１）によって光学特性を算出する際に、予めクラッド部分の有効部Ａの上端部分Ｂにおいては、比率Ｒを実際の値よりも３％以上５％以下の範囲の所定値を加えた状態で算出する。これにより、有効部Ａの上端部分Ｂのスス付け部５１に、それより上側のスス付け部５１が垂れ下がって比率Ｒが増大することを模擬している。これにより、光学特性の予測値を実際の光学特性に近づけることができ、予測精度を上げることができる。
【００４０】
図６の（ｂ），（ｃ），（ｄ）において、三角（▲）は測定して得られた実測値、菱形（◇）は比率Ｒに上述した補正を加えずに算出した予測値、×は比率Ｒに上述した補正を加えて算出した修正予測値、を示している。図６の（ｂ），（ｃ），（ｄ）から確認できるように、上端部分Ｂ近傍では修正予測値と実測値とが略一致している。これに対して、予測値は実測値から外れている。これにより、本実施形態に係る計算方法によれば、予測精度が高くなることが確認された。
【００４１】
なお、本発明の光ファイバ、その製造方法および光ファイバの光学特性の計算方法は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜な変形，改良等が可能である。
【００４２】
例えば上述の実施形態では、スス付け部５１の形成時に、多孔質ガラス母材５０の有効部Ａの上端部分Ｂの外径Ｄｂを、中央部分Ｃの外径Ｄｃより細く堆積させた例を挙げたが、本発明はこの例に限られない。
【００４３】
例えば、多孔質ガラス母材５０を透明化し透明ガラス母材７０を得た後に、その有効部Ａの上端部分Ｂが中央部分Ｃより細くなるように研削してもよい。これにより、線引き直前の透明ガラス母材７０の上端部分Ｂの比率Ｒを中央部分Ｃの比率Ｒより小さくすることができる。もっとも、研削工程の分だけ加工コストが嵩むので、スス付け部５１の形成時において、上端部分Ｂを中央部分Ｃより細く形成することが好ましい。
【００４４】
また、例えば、スス付け部５１を形成する際に、上端部分Ｂのスス付け部５１のかさ密度を中央部分Ｃのスス付け部５１のかさ密度より小さくなるように、ガラス微粒子を堆積させてもよい。このときの上端部分Ｂのかさ密度は、中央部分Ｃのかさ密度の９５〜９７％に形成することが好ましい。
【００４５】
また、上述した実施形態では、ＶＡＤ法によりコアガラスロッドを作製し、ＯＶＤ法によりクラッド部を作製する例を挙げて説明したが、本発明は、各々の部位の製造において、ＶＡＤ法、ＯＶＤ法、ＭＭＤ法等の公知の製造方法を適用することができる。
【００４６】
また、上述の光ファイバの光学特性の計算方法は、上述したように、有効部Ａの上端部分Ｂの外径Ｄｂを中央部分Ｃの外径Ｄｃより細くした実施形態に係る製造方法に用いても良いが、上記した実施形態にかかる製造方法とは異なり、上端部分Ｂの外径Ｄｂを中央部分Ｃの外径Ｄｃとは無関係に作成した透明ガラス母材を線引きする製造方法に、上記の実施形態に係る光ファイバの光学特性の計算方法を適用してもよい。つまり、径が一定になるように通常に作製したガラス母材に対し、上端部分Ｂの比率Ｒを実際の値よりも３％以上５％以下の範囲の所定値を加えた状態で算出しても良い。
【符号の説明】
【００４７】
１：光ファイバ、１０：コア材、３０：コアガラスロッド、４０：ダミー棒、５０：多孔質ガラス母材、７０：透明ガラス母材、Ａ：有効部、Ｂ：上端部分、Ｃ：中央部分、Ｄｂ：上端部分のスス付け部の外径、Ｄｃ：中央部分のスス付け部の外径
【図１】
2014221699.tif 000004
【図２】
2014221699.tif 000005
【図４】
2014221699.tif 000006
【図５】
2014221699.tif 000007
【図３】
2014221699.tif 000008
【図６】
2014221699.tif 000009