(57)【要約】【課題】コア部とクラッド部の界面に発生する高濃度Ｇｅ層の屈折率分布を正しく測定・計算することのできる光ファイバ母材の屈折率分布測定方法およびその装置を提供する。【解決手段】光ファイバ母材１３の軸に直交する方向へ移動しながら測定光１２を入射し、入射位置と透過して受光部１５により受光された位置とから偏向角度θを測定して屈折率分布を求める際に、測定位置に合わせて測定光１２のパワーを自動的に調整するので、コア・クラッド界面に高濃度Ｇｅ層（ツノ部）１７がある場合に、この高濃度Ｇｅ層１７で偏向した弱い測定光１２を検出することができ、この高濃度Ｇｅ層１７の偏光角度θを正しく読み取ることができるので、正しい屈折率分布を求めることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ母材の軸に直交する方向へ移動しながら当該光ファイバ母材に測定光を入射すると共に、前記光ファイバ母材を透過した測定光をレンズを介して受光部により受光し、前記測定光の入射位置と前記受光部により受光された位置とから偏向角度を測定して屈折率分布を求める光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法であって、
前記光ファイバ母材の断面方向の測定位置に合わせて測定光のパワーを自動的に調整することを特徴とする光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法。
【請求項２】
ブロードに広がった測定光のうち、偏向角が最大になる側の測定光のピークを測定することを特徴とする請求項１に記載した光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法。
【請求項３】
前記レンズとして収差が小さく大口径のレンズを使用し、ブロードに広がった測定光全体を受光可能であることを特徴とする請求項１または２に記載した光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法。
【請求項４】
前記測定光として対象物の断面方向と直交する直線偏光を用い、前記受光部には同方向の直線偏光だけを透過させる偏光フィルタが用いられていることを特徴とする請求項１に記載した光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法。
【請求項５】
最適な測定光の強度を、ファイバ特性から推測される屈折率差ΔＮまたは他の測定法から求められる断面屈折率分布と一致するようにして決定することを特徴とする請求項１に記載した光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法。
【請求項６】
投光ユニットを光ファイバ母材の軸に直交する方向へ移動させながら当該光ファイバ母材に測定光を入射すると共に、前記光ファイバ母材を透過した測定光をレンズを介して受光部により受光し、前記測定光の入射位置と前記受光部により受光された位置とから偏向角度を測定して屈折率分布を求める光ファイバ母材の屈折率分布の測定装置であって、
前記光ファイバ母材の断面方向の測定位置に合わせて測定光のパワーを自動的に調整する自動パワー調整手段を有することを特徴とする光ファイバ母材の屈折率分布の測定装置。
【請求項７】
前記レンズが、収差が小さく大口径のレンズであり、ブロードに広がった測定光全体を受光可能であることを特徴とする請求項６に記載した光ファイバ母材の屈折率分布の測定装置。
【請求項８】
前記測定光として対象物の断面方向と直交する直線偏光を用い、前記レンズの前に同方向の直線偏光だけを透過させる偏光フィルタを設けたことを特徴とする請求項６に記載した光ファイバ母材の屈折率分布の測定装置。
【請求項９】
前記自動パワー調整手段が、最適な測定光の強度をファイバ特性から推測される屈折率差ΔＮまたは他の測定法から求められる断面屈折率分布と一致するようにして決定するものであることを特徴とする請求項６に記載した光ファイバ母材の屈折率分布の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法及びその装置では、屈折率分布を求める際に、精度よく、且つ時間をかけずに測定するために、全体を大きいステップ間隔で測定し、屈折率変化の大きいコア周辺のみ小さいステップ間隔で測定している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
すなわち、図５に示すように、コア１００ａ及びクラッド１００ｂを有する光ファイバ母材１００に対して、光源１０１から発せられた測定光１０２を光ファイバ母材１００の軸に垂直な方向（Ｙ方向）から入射し、光ファイバ母材１００を透過して来た測定光１０２を受光器１０３が受光する。データ処理装置１０４が、受光位置のずれから偏光角度θを求める。そして、入射位置を光ファイバ母材全体の径方向（Ｘ方向）に一定間隔で移動させて光ファイバ母材１００の径方向のそれぞれの入射位置毎の偏向角度θの第１回目の測定を行う。次いで、測定された偏向角度が予め定めた範囲よりも多い入射位置の範囲を抽出して、抽出された入射位置の範囲において移動間隔よりも細かい移動間隔でもって測定光１０２の入射位置を移動させてそれぞれの入射位置毎の偏向角度θの第２回目の測定を行い、第１回目、第２回目測定の偏向角度θから光ファイバの径方向の屈折率分布を得る。
【０００４】
また、一次元センサを用いて、母材を透過したレーザビームの偏向角を測定し、屈折率分布を求めているものもある（例えば、非特許文献２参照。）。
すなわち、ステージの移動によりレーザ収束光を光ファイバ母材の一横断面に沿って走査するに際し、リニアエンコーダからの信号をもとに１次元センサドライバがタイミング信号を出力し、このタイミング信号により１次元センサの読み取りを行う。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−８１３７３号公報（第３頁、第２図）
【特許文献２】
特開平５−６０６５４号公報（第２，３頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来より、例えばＶＡＤ法（気相合成法）により合成した多孔質母材（コア材）を焼結して透明ガラス体とした後、所望のファイバ特性を得るために、ファイバで所望のコア径となるように残りのクラッドの厚みを決定する事が行われている。そのためには、屈折率分布を正しく測定することが必要である。
【０００７】
しかしながら、ＶＡＤ法で多孔質母材を合成する際に、合成条件によっては、コア部１００ａとクラッド部１００ｂとの界面が炙られる。あるいは、コア部１００ａが長い等の理由により、図６に示すように、界面付近に局所的に高濃度Ｇｅ層（以後「ツノ部」という）１０５が発生する場合がある。このような場合に、前述した光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法及びその装置では、屈折率分布を正しく測定できない場合がある。
【０００８】
すなわち、コア部１００ａとクラッド部１００ｂとの界面に発生するツノ部１０５の径ｄ（例えば数μｍ）がレーザ光ＬＢと比較して小さい場合には、図５に示すように、界面において偏向した測定光１０２が広がって受光器１０３の広い範囲に広がるため、測定光１０２の強度が弱くなってボケて受光されない場合がある。
すなわち、図７（Ａ）に示すようにツノ部１０５を検出した場合のクラッド部１００ｂに対するコア部１００ａの屈折率差Δｎ（例えば０．４０％）に対して、本来あるべきツノ部１０５が検出されなかった場合は、図７（Ｂ）に示すように、ツノ部１０５に相当する部分がないため屈折率差Δｎが例えば０．３５％に低下することになる。図７（Ａ）、（Ｂ）において、実線で示されている部分は、実際の屈折率分布であり、点線で示されている部分は、ステップ・インデックス近似した屈折率分布である。
【０００９】
従って、これまでは偏向した測定光１０２の最大値を偏向角度測定に使用して、光ファイバ母材１００の屈折率分布を求めているので、正確な屈折率分布を得ることができないという問題がある。
これに伴い、残りのクラッドの厚みを正しく見積もることができず、所望のファイバ特性が得られなかったり、ファイバ特性が不良になるというおそれがある。
【００１０】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コア部とクラッド部の界面に発生する高濃度Ｇｅ層の屈折率分布を正しく測定・計算することのできる光ファイバ母材の屈折率分布測定方法およびその装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明にかかる光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法は、請求項１に記載したように、光ファイバ母材の軸に直交する方向へ移動しながら当該光ファイバ母材に測定光を入射すると共に、前記光ファイバ母材を透過した測定光をレンズを介して受光部により受光し、前記測定光の入射位置と前記受光部により受光された位置とから偏向角度を測定して屈折率分布を求める光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法であって、
前記光ファイバ母材の断面方向の測定位置に合わせて測定光のパワーを自動的に調整することを特徴としている。
【００１２】
このように構成された光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法においては、光ファイバ母材の軸に直交する方向へ移動しながら測定光を入射し、入射位置と光ファイバ母材を透過した後、レンズを介して受光部により受光された位置とから偏向角度を測定して屈折率分布を求める際に、測定位置に合わせて測定光のパワーを自動的に調整するので、コア・クラッド界面に高濃度Ｇｅ層（ツノ部）がある場合に、この高濃度Ｇｅ層で偏向した弱い測定光を検出することができ、この高濃度Ｇｅ層の偏光角度を正しく読み取ることができるので、正しい屈折率分布を求めることができる。
【００１３】
また、本発明にかかる光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法は、請求項２に記載したように、請求項１に記載した光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法において、ブロードに広がった測定光のうち、偏向角が最大になる側の測定光のピークを測定することを特徴としている。
【００１４】
このように構成された光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法においては、偏向角が最大になる側の測定光のピークを測定し、これをデータとして使用する偏向角とする。
【００１５】
また、本発明にかかる光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法は、請求項３に記載したように、請求項１または２に記載した光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法において、前記レンズとして収差が小さく大口径のレンズを使用し、ブロードに広がった測定光全体を受光可能であることを特徴としている。
【００１６】
このように構成された光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法においては、レンズとして収差が小さく大口径のレンズを用いるので、高濃度Ｇｅ層を通過して広がった測定光を受光部により受光することができる。
【００１７】
また、本発明にかかる光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法は、請求項４に記載したように、請求項１に記載した光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法において、前記測定光として対象物の断面方向と直交する直線偏光を用い、前記受光部には同方向の直線偏光だけを透過させる偏光フィルタが用いられていることを特徴としている。
【００１８】
このように構成された光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法においては、測定光のパワーを上げると、光ファイバ母材の内部で発生する乱反射が受光素子にノイズとして乗ってしまうので、測定光として対象物の断面方向と直交する縦方向の直線偏光を用いて乱反射を抑える。さらに、受光レンズの前に、同方向だけを透過する偏光フィルタを設けて、乱反射成分をカットする。
【００１９】
また、本発明にかかる光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法は、請求項５に記載したように、請求項１に記載した光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法において、最適な測定光の強度を、ファイバ特性から推測される屈折率差ΔＮまたは他の測定法から求められる断面屈折率分布と一致するようにして決定することを特徴としている。
【００２０】
このように構成された光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法においては、ファイバ特性から推測される屈折率差ΔＮまたは他の測定法から求められる断面屈折率分布と一致するように測定光の強度を設定する。
【００２１】
また、本発明にかかる光ファイバ母材の屈折率分布の測定装置は、請求項６に記載したように、投光ユニットを光ファイバ母材の軸に直交する方向へ移動させながら当該光ファイバ母材に測定光を入射すると共に、前記光ファイバ母材を透過した測定光をレンズを介して受光部により受光し、前記測定光の入射位置と前記受光部により受光された位置とから偏向角度を測定して屈折率分布を求める光ファイバ母材の屈折率分布の測定装置であって、
前記光ファイバ母材の断面方向の測定位置に合わせて測定光のパワーを自動的に調整する自動パワー調整手段を有することを特徴としている。
【００２２】
このように構成された光ファイバ母材の屈折率分布の測定装置においては、投光ユニットを光ファイバ母材の軸に直交する方向へ移動しながら測定光を入射し、入射位置と光ファイバ母材を透過した後、レンズを介して受光部により受光された位置とから偏向角度を測定して屈折率分布を求める際に、自動パワー調整手段が、測定位置に合わせて測定光のパワーを自動的に調整する。このため、コア・クラッド界面に高濃度Ｇｅ層（ツノ部）がある場合に、この高濃度Ｇｅ層で偏向した弱い測定光を検出することができ、この高濃度Ｇｅ層の偏光角度を正しく読み取ることができるので、正しい屈折率分布を求めることができる。
【００２３】
また、本発明にかかる光ファイバ母材の屈折率分布の測定装置は、請求項７に記載したように、請求項６に記載した光ファイバ母材の屈折率分布の測定装置において、前記レンズが、収差が小さく大口径のレンズであり、ブロードに広がった測定光全体を受光可能であることを特徴としている。
【００２４】
このように構成された光ファイバ母材の屈折率分布の測定装置においては、レンズとして収差が小さく大口径のレンズを用いるので、高濃度Ｇｅ層を通過して広がった測定光を受光部により受光することができる。
【００２５】
また、本発明にかかる光ファイバ母材の屈折率分布の測定装置は、請求項８に記載したように、請求項６に記載した光ファイバ母材の屈折率分布の測定装置において、前記測定光として対象物の断面方向と直交する直線偏光を用い、前記レンズの前に同方向の直線偏光だけを透過させる偏光フィルタを設けたことを特徴としている。
【００２６】
このように構成された光ファイバ母材の屈折率分布の測定装置においては、測定光のパワーを上げると、光ファイバ母材の内部で発生する乱反射が受光素子にノイズとして乗ってしまうので、測定光として対象物の断面方向と直交する縦方向の直線偏光を用いて乱反射を抑える。さらに、受光レンズの前に、同方向だけを透過する偏光フィルタを設けて、乱反射成分をカットする。
【００２７】
また、本発明にかかる光ファイバ母材の屈折率分布の測定装置は、請求項９に記載したように、請求項６に記載した光ファイバ母材の屈折率分布の測定装置において、前記自動パワー調整手段が、最適な測定光の強度をファイバ特性から推測される屈折率差ΔＮまたは他の測定法から求められる断面屈折率分布と一致するようにして決定するものであることを特徴としている。
【００２８】
このように構成された光ファイバ母材の屈折率分布の測定装置においては、自動パワー調整手段が、ファイバ特性から推測される屈折率差ΔＮまたは他の測定法から求められる断面屈折率分布と一致するように測定光の強度を設定する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法及びその装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
図１には、本発明にかかる光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法及びその装置が示されている。この測定方法に用いる測定装置１０では、測定光のパワーの自動調整を行う自動パワー調整手段１１ａを備えた投光ユニット１１から、測定光１２を屈折率分布を求める光ファイバ母材１３に投光する。そして、光ファイバ母材１３を透過した測定光１２ａをレンズ１４を経て受光部であるラインセンサ１５に入射する。このときの入射位置は、光ファイバ母材１３がない場合と比較してずれδを生じる。このずれδをラインセンサ１５により測定する。
【００３１】
測定光１２をＸ軸方向へ一定のピッチでずらしながら、ずれδを測定することにより屈折率を求める際に必要な偏光角φ（Ｘ）を求め、次式により屈折率分布ｎ（ｒ）を算出する。ここで、ｒは、光ファイバ母材１３中心から半径方向への座標系、Ｒは半径を表す。
【数１】
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【００３２】
通常、光ファイバ母材１３の周囲はマッチングオイル１６によりクラッド１３ｂと同一レベルの屈折率に合わせているため、光ファイバ母材１３の場合、測定光の偏向角の最大値はせいぜい±２°程度であり、特殊な母材であっても±４°程度である。
一方、コア１３ａとクラッド１３ｂの境界面に形成される高濃度Ｇｅ層（以後「ツノ部」という）１７を通過した測定光の偏向角は±９°まで広がる。この測定光を受光するために収差が小さく且つ有効瞳径が大きなレンズ１４を設ける。例えば、収差が小さい非球面レンズ（φ１２０ｍｍ）を使用することができる。また、その他組み合わせレンズやｆ−θレンズを採用することで有効受光範囲を広げて、収差を下げるようにすることもできる。
【００３３】
ラインセンサ１５には一次元センサ（７μｍ×５０００Ｂｉｔ＝３５ｍｍ）を使用して１個の素子で前述した±９°の範囲を受光するように結像系の光学系とした。すなわち、光ファイバ母材１３中心位置がレンズ１４の物体側焦点位置より遠く（＞ｆ）なるように配置し、受光素子であるラインセンサ１５をレンズ１４の結像側焦点位置（＝ｆ）に配置する。
これは、図３に示すように、ツノ部１７においては通常のビーム偏向と比べて偏向角が広がるため、焦点距離ｆにあるレンズ１４を通過した測定光１２ｂはラインセンサ１５によって検出不可能な位置を通過する。このため、図４に示すように、ツノ部１７は検出されないからである。
【００３４】
また、ツノ部１７を透過して偏向した測定光１２ａは、ツノ部１７の厚さが測定光１２より薄い場合には、ツノ部１７以外を通過してきた測定光に比べて非常に弱い光となり、通常使用するビームパワーでは受光できない。また、もし最初から強いパワーの測定光１２を使用した場合には、ツノ部１７以外の場所での計測精度が低下する。
【００３５】
そこで、自動パワー調整手段１１ａにより、ツノ部１７以外を計測するときと、ツノ部１７を計測するときのレーザパワーを変えるようにする。具体的には、ツノ部１７を計測するときには通常計測時以上のパワーに上げることで、図２に示すように、隠れていたツノ部１７による偏向ビームを検出可能とした。例えば自動パワー調整手段１１ａにより予めレーザパワーを上げておき、可変減光フィルタを設けることで通常計測時のパワーを下げるようにすることができる。
なお、ツノ部１７計測時にどれだけパワーを上げるかは、ツノ部１７の厚みと使用する測定光１２の径によって異なる。ここでは、一例として、通常時に比べて約１０倍にパワーを上げた。このときの測定結果が図２に示してある。
【００３６】
実際に屈折率分布を求める際にデータとして使用する偏向角は、偏向角が最大になる側の測定光１２のピークとする。すなわち、偏向角が大きくなる側の最も外側に現れるピーク頂点（図２における矢印Ｐ部分）とする。そして、このピーク頂点が、ファイバ特性から推測されるΔＮ、あるいは他の測定法（例えばＥＰＭＡ測定）で求めた断面屈折率プロファイルと一致するようにパワーを決定する。
【００３７】
但し、レーザパワーを上げると、光ファイバ母材１３の内部で発生する乱反射が、ラインセンサ１５でノイズとして検出されてしまう。そこで、乱反射を抑えるために、測定光１２として光ファイバ母材１３の長手方向である縦方向の直線偏光ビームを用い、さらにレンズ１４の前に同方向（縦方向）の測定光１２だけを透過させる偏光フィルタ１８を設けて、乱反射成分をカットする。
【００３８】
以上、前述した光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法及びその装置によれば、ツノ部１７のある光ファイバ母材１３について計測を行い、ＭＦＤを予測したところ、従来方式によると７．８２ｕｍとなり、本発明にかかる光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法及びその装置によると７．３７ｕｍという結果になった。これに対して、ファイバにした後の実測値は７．３２ｕｍとなったことから、本発明にかかる光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法及びその装置によると、予測精度が著しく向上していることが分かる。
これにより、屈折率分布を精度よく求めることができ、クラッド１３ｂの厚さを適正に決定して所望の光ファイバ特性を得ることができる。
【００３９】
なお、本発明の光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法及びその装置は、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。
【００４０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明にかかる光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法及びその装置によれば、光ファイバ母材の軸に直交する方向へ移動しながら測定光を入射し、入射位置と透過して受光部により受光された位置とから偏向角度を測定して屈折率分布を求める際に、測定位置に合わせて測定光のパワーを自動的に調整するので、コア・クラッド界面に高濃度Ｇｅ層（ツノ部）がある場合に、この高濃度Ｇｅ層で偏向した弱い測定光を検出することができ、この高濃度Ｇｅ層の偏光角度を正しく読み取ることができるので、正しい屈折率分布を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法及びその装置の実施形態を示す要部構成部である。
【図２】本発明に係る光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法及びその装置における受光位置と受光強度の関係を示すグラフである。
【図３】従来の光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法及びその装置を示す要部構成部である。
【図４】図３の光ファイバ母材の屈折率分布の測定方法及びその装置における受光位置と受光強度の関係を示すグラフである。
【図５】先行技術における光ファイバ母材の屈折率分布測定方法を示す説明図である。
【図６】光ファイバ母材の屈折率分布の一例を示すグラフである。
【図７】（Ａ）はツノを検出した場合の屈折率差を示すグラフ、（Ｂ）はツノを検出しなかった場合の屈折率差を示すグラフである。
【符号の説明】
１２  測定光
１３  光ファイバ母材
１４  レンズ
１５  ラインセンサ（受光部）
１８  偏光フィルタ
θ  偏向角度
【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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