(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアとクラッドとを有する光ファイバ母材の製造方法において、波長１３００ｎｍにおける波長分散値を設計値に対して９５％確保できるように、クラッドに対するコアの比屈折率差の最大値に対して８０％以上の比屈折率差を有する領域内で、クラッド部に最も近い屈折率変化急峻部における、比屈折率差の変化の割合の絶対値が０．５以内となるようにして光ファイバ母材を製造することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法により得られた光ファイバ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、波長１３００ｎｍにおける波長分散値を設計値に対して９５％確保できるように、クラッドに対するコアの比屈折率差の最大値に対して８０％以上の比屈折率差を有する領域内で、クラッド部に最も近い屈折率変化急峻部における、比屈折率差の変化の割合の絶対値が０．５以内となるようにして光ファイバを製造することを特徴とする光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ母材の製造方法および光ファイバの製造方法に関し、特に、屈折率分布を制御して高品質な高速伝送が可能な光ファイバの製造方法と、このような光ファイバを作製する際に用いる光ファイバ母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信分野においては、設計時に、コアが矩形型形状や三角型形状の屈折率分布を有する光ファイバが多く用いられている。これらの屈折率分布の設計値の一例を図５、図６に示す。図５、図６において、横軸は径方向位置の光ファイバ直径に対する割合であり、縦軸はクラッドを基準とする比屈折率差である。
ここに示す屈折率分布の設計値は、コアの中心について対称であるため、図５、図６では、図の左端をコアの中心とし、図の右端をクラッドの外周となるように図示している。従って、図５はコア領域内において屈折率が一定である矩形型形状の屈折率分布を持つ光ファイバを示し、図６はコア中心で屈折率が最大値をとりコア領域内で一様に屈折率が減少する三角型形状の屈折率分布を持つ光ファイバを示す。このような形状の屈折率分布を有する光ファイバは、屈折率分布から光学特性の推定をするのが容易であるため、多く用いられている。
【０００３】
このように、光ファイバは高い屈折率を有するコアと、その周囲に形成された屈折率の低いクラッドとからなっている。このような屈折率分布を得るために、光ファイバのコア、クラッドは、高純度の石英（SiO2）を主成分とし、これらの一部または全部に屈折率高上用のドーパント、屈折率低下用のドーパントが添加されたものからなる。屈折率高上用ドーパントとして、GeO2、TiO2、SnO2，ZrO2，Nb2O5，Ta2 O5，Yb2O3，La2O3，Al2O3等を挙げることができ、屈折率低下用ドーパントとして、B2O3、Fなどを挙げることができる。その他ガラス（SiO2）の軟化点、熱膨張係数、化学的耐久性、転移点、散乱損失増を改善するために、上記各ドーパントやP2O5のうちからそのような効果のあるものがSiO2に添加され、さらにそれ以外の公知のドーパントが必要に応じて添加される。光ファイバの各組成に関するより具体的な一例として、コアがGeO2が添加されたSiO2からなり、クラッドがSiO2からなるものを挙げることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際に製造された光ファイバの屈折率分布は、図５及び図６に示したような設計値とは異なる場合が通常であり、特に、ＶＡＤ法で光ファイバを製造する場合には、一度にコアに相当する部分を製造するため、屈折率分布の設計値と異なる屈折率分布を持つ光ファイバが製造される可能性が高い。
また、従来の光ファイバでは、加熱工程を含む光ファイバの製造工程において、コア領域にのみ添加されるべき屈折率調整用のドーパントの濃度むらやこれらの添加物のクラッド領域への拡散が不可避的に発生する。そのため、クラッド領域とコア領域との境界面付近では特に添加物の濃度むらが発生しやすい。
このような添加物の濃度むらがあると、クラッド領域とコア領域との境界面付近において、屈折率が急激に変化する部分（以下「屈折率変化急峻部」と略記する）が発生する。
【０００５】
このような屈折率変化急峻部の存在は、従来の屈折率プロファイルの設計時には考慮されていなかったが、実際に作製された光ファイバにおいては、このような屈折率の急激な変化によって、その光学特性、特に波長分散値が影響を受け、設計時に想定した波長分散値とは異なる波長分散値を持つようになる。
このような波長分散値の誤差は、光伝送時の波形歪みを生じ、高品質高速伝送に悪影響をもたらす。また、ＶＡＤ法により光ファイバを製造する場合には、製造された光ファイバ母材に対して屈折率分布測定を行い、その結果を用いて延伸量を定めて延伸し、延伸された母材に対して屈折率分布測定を行い、その結果を用いて外付け量を決めて外付けが行われ、確認のために屈折率分布測定を行う。
それにより製造された光ファイバ母材を線引きし、光ファイバを製造する。しかし、光ファイバ母材に上述した屈折率変化急峻部が存在すると、上記の屈折率分布測定による屈折率の把握が正確に行われず、目標とする特性を持つ光ファイバの製造が困難となる。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、コア内での屈折率の変化量を制御することにより、波長分散等の光学特性が設計値に近い値を有し、高品質で高速伝送が可能な光ファイバ母材の製造方法および光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、
請求項１記載の発明は、コアとクラッドとを有する光ファイバ母材の製造方法において、波長１３００ｎｍにおける波長分散値を設計値に対して９５％確保できるように、クラッドに対するコアの比屈折率差の最大値に対して８０％以上の比屈折率差を有する領域内で、クラッド部に最も近い屈折率変化急峻部における、比屈折率差の変化の割合の絶対値が０．５以内となるようにして光ファイバ母材を製造することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法により得られた光ファイバ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、波長１３００ｎｍにおける波長分散値を設計値に対して９５％確保できるように、クラッドに対するコアの比屈折率差の最大値に対して８０％以上の比屈折率差を有する領域内で、クラッド部に最も近い屈折率変化急峻部における、比屈折率差の変化の割合の絶対値が０．５以内となるようにして光ファイバを製造することを特徴とする光ファイバの製造方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１中、符号１はコアであり、符号２はクラッドである。また、コア中心における屈折率ピークを１ａとし、クラッド２との境界部に生じる屈折率ピークを１ｂとする。本発明のこの例の光ファイバは、コア内での屈折率の変化の割合が所定範囲内となるように作製されている。具体的には、コア内での屈折率の変化を光ファイバ直径に対する比屈折率差の変化で表し、比屈折率差の最大値に対して８０％以上の比屈折率差を有する領域の全ての点において、光ファイバ直径に対する比屈折率差の変化の割合の絶対値が0.5以内になるように作製されている。
ここで、光ファイバの比屈折率差の変化の割合は、比屈折率差の光ファイバ径方向について光ファイバ直径を１００％とした場合の１％あたりの変化率として定義される。また、比屈折率差の最大値の８０％以上となる領域での屈折率変化の割合をこのように定める理由は、比屈折率差がこのような値をとる領域で屈折率変化急峻部を生じる場合が多いからである。
光ファイバの屈折率分布測定には、YORK社のRefractive  Index  Profiler「S14」やEXFO社のRNFP測定器「NR−9200」を用いた。
【０００８】
図２は、上述した屈折率変化急峻部が存在しない屈折率分布を有する光ファイバであり、図２（ａ）中、符号１ｂはクラッド２との境界部に生じる屈折率ピークを示し、曲線Ａはこの光ファイバのクラッドを基準とする比屈折率差を表し、直線Ｂは比屈折率差の最大値に対して８０％のラインを示す。図２（ａ）においても、横軸は径方向位置のクラッド直径に対する割合であり、縦軸はクラッドを基準とする比屈折率差である。また、横軸については、図の左端をコアの中心とし、図の右端をクラッドの外周となるように図示している。
図２（ｂ）は、図の左端をコアの中心として、図２（ａ）に示した屈折率分布をコア部分について拡大して示したものであり、曲線Ａ、直線Ｂは図２（ａ）と同様のものを示す。曲線Ｃは、曲線Ａで示した比屈折率差を径方向位置について一次微分を取った値、すなわち比屈折率差の傾きであり、屈折率変化の急峻さを数値化したものである。
図２（ｂ）に示した光ファイバは、屈折率ピーク１ｂの変化が緩やかであり、屈折率変化急峻部が小さい屈折率分布を有するため、この一次微分値は概ね小さな値をとっている。
その結果、比屈折率差の最大値に対して８０％以上の比屈折率差をとる領域内のすべての点において、比屈折率差の変化の割合の絶対値を０．５以内とする条件を満たしている。
【０００９】
本発明の光ファイバの屈折率分布に対する比較例として、図３に、屈折率変化急峻部が存在する光ファイバの屈折率を示す。
図３（ａ）は、屈折率変化急峻部が存在する屈折率分布を有する光ファイバについて、図の左端をコアの中心とし、図の右端をクラッドの外周となるようにして屈折率分布を示したものである。図３（ａ）において、符号１ｂ、曲線Ａ、及び直線Ｂは図２の場合と同様のものを示している。
図３（ｂ）は、図の左端をコアの中心として、図３（ａ）に示した屈折率分布をコア部分について拡大して示したものであり、曲線Ｃは図２（ｂ）と同様に、曲線Ａで示した比屈折率差を径方向位置について一次微分を取った値、すなわち比屈折率差の傾きであり、図３（ｂ）からわかるように、屈折率ピーク１ｂの変化が急峻であるため、この屈折率変化急峻部において、一次微分値の絶対値は１．０を超え、図２に示した場合と比較して大きくなっている。
【００１０】
次に、比屈折率差の傾きの絶対値を以上のように定める根拠について説明する。
図４（ａ）に、比屈折率差の最大値に対して８０％以上となる領域において、クラッド部の最も近くに存在する屈折率変化急峻部の比屈折率差の傾きに対する、１３００ｎｍにおける波長分散値を示している。図４（ａ）において、波長分散の設計値は１．３３ps/(nm・km)である。縦軸に示す波長分散値が１．３３ps/(nm・km)に近い値であることは、設計値どおりの波長分散値を持つ光ファイバが実現できることを意味し、波長分散値が小さくなるに従って、設計値からの誤差の大きい波長分散値を持つ光ファイバが作製されることを意味する。
図４（ａ）において、左端の屈折率変化の傾きが０となる付近では、コア内において屈折率変化急峻部が存在せず、屈折率変化を生じていない理想的な場合であり、このように設計値どおりの屈折率分布を有する光ファイバを作製することができれば、設計値どおりの波長分散値を持つ光ファイバを作製することができる。高品質で高速伝送が可能な光ファイバを実現するためには、実際に得られる波長分散値を設計値に対して９５％程度確保することが必要と考えられることから、図４（ａ）によると、比屈折率差の最大値に対して比屈折率差が８０％以上となる領域において、比屈折率差の変化の割合すなわち傾きの絶対値が０．５以下であることが好ましいことがわかる。
【００１１】
本発明のこの例によると、クラッド２に対するコア１の比屈折率差の最大値に対して８０％以上の比屈折率差を有する領域内のすべての点において、比屈折率差の変化の割合の絶対値を０．５以内として光ファイバを作製することにより、波長分散等の光学特性が設計値に近い値を有し、高品質で高速伝送が可能な光ファイバを実現することができる。
【００１２】
次に、本発明の光ファイバ母材について、図４(ｂ)を用いて説明する。
図４(ｂ)は、比屈折率差の最大値に対して８０％以上となる領域において、クラッド部の最も近くに存在する屈折率変化急峻部傾きに対して、１３００ｎmにおける光ファイバ母材の波長分散推定値と当該光ファイバ母材を光ファイバにして測定したときの波長分散値との差を示している。ここで、光ファイバ母材の比屈折率差の変化の割合は、比屈折率差の光ファイバ母材径方向について光ファイバ母材直径を１００％とした場合の１％あたりの変化率として定義される。なお、光ファイバ母材の屈折率分布測定は、４０μmステップ以下で測定した。
図４(ｂ)において、左側の屈折率変化の傾きが０となる付近では、コア内において屈折率変化急峻部が存在せず、屈折率変化を生じていない理想的な場合である。このような屈折率分布を有する光ファイバ母材を作製することができれば、この光ファイバ母材を周知の線引き装置を用いて線引きして光ファイバにすることにより、設計値通りの波長分散値を持つ光ファイバを作製することができる。
高品質で高速伝送が可能な光ファイバを実現するためには、実際に得られる波長分散値が設計値に対して近いことが必要と考えられることから、図４(ｂ)によると、比屈折率差の最大値に対して比屈折率差が８０％以上となる領域において、比屈折率差の変化の割合すなわち傾きの絶対値が0.5以下であることが好ましいことがわかる。
【００１３】
次に、上述した光ファイバ及び光ファイバ母材を製造する方法について、図７を用いて説明する。
図７において、符号２１は反応容器、符号２２は反応容器２１の排気管、符号２３は棒状のターゲット、符号２４はターゲット２３用の回転式昇降機構、符号２５、２６はガラス微粒子合成用のバーナ、符号２７、２８はマスフローコントローラ２９、３０を備えたガラス原料供給系をそれぞれ示す。
周知のとおり、回転式昇降機構２４は、この回転式昇降機構２４を介して垂直に保持したターゲット２３を回転させながら反応容器２１内外に昇降させるためのものであり、これは反応容器２１の上部開口側に配置されている。バーナ２５、２６は、主原料ガス（SiCl4）および副原料ガス（例えばGeCl4のようなドープ原料ガス）の供給を受ける流路、燃料ガス(H2)用の流路、助燃ガス（O2）用の流路、緩衝ガス(Ar)用の流路などが同心円状に並んだ周知のものであり、これらのガラス原料供給系２７、２８には、前記マスフローコントローラ２９、３０のほか、液化原料タンク、キャリアガス供給タンク、原料ガスを発生させるためのバブリング槽などが備えられている。
上述した各バーナ２５、２６は、反応容器２１の下部から一側部に亘る壁面を貫通してここに取り付けられているとともに、該各バーナ２５、２６の先端が、回転式昇降機構２４を介したターゲット２３の下端に向けられている。
【００１４】
図７に示すVAD法を用いて光ファイバ母材の前駆体となる多孔質ガラス母材１０、すなわち、コア用多孔質ガラス層１１、クラッド用多孔質ガラス層１２を有する多孔質ガラス母材１０の作製は、以下に例示するようにして行う。
ターゲット２３は、回転式昇降機構２４を介して反応容器２１の内部へ降下され、一定方向へ回転している。各バーナ２５、２６のうち、コア用バーナ２５の各流路には、SiCl4、GeCl4、H2、O2、Arが供給され、クラッド用バーナ２６の各流路にはSiCl4、H2、O2、Arが供給され、これらのバーナ２５、２６が燃焼状態に保持される。
こうして燃焼状態に保持された各バーナ２５、２６は、周知の火炎加水分解反応を起こしてスート状のガラス微粒子をそれぞれ生成し、これらガラス微粒子を各バーナ先端からターゲット２３の下端に向けて噴射かつ堆積させる。
このようにして、ターゲット２３の下端には、同心円状に一体化されたコア用多孔質ガラス層１１、クラッド用多孔質ガラス層１２を持つ多孔質ガラス母材１０が形成される。多孔質ガラス母材１０がこれの軸線方向沿いに成長するに従い、ターゲット２３が回転式昇降機構２４を介して引き上げられる。
なお、クラッドバーナは、１本に限らず、複数本用いても良い。
【００１５】
本発明においては、多孔質ガラス母材１０を製造する時に、コア用バーナ２５をターゲット２３との相対位置において上下、前後、左右に平行移動することと、コア用バーナ２５とターゲット２３とのなす角度を変化させることのいずれか一方または両方を行うことにより、クラッドに対するコアの比屈折率差の最大値に対して８０％以上の比屈折率差を有する領域内の全ての点において、比屈折率差の変化の割合の絶対値を0.5以内とする光ファイバ母材を作製する。
多孔質ガラス母材１０の各多孔質ガラス層１１、１２を周知の電気加熱炉を用いて透明ガラス化すると、コア用ガラス層、クラッド用ガラス層を持つ光ファイバ母材が得られる。
このようにして作製された光ファイバ用母材を周知の線引装置を用いて線引きして光ファイバが得られる。この際の線引工程と同期して、線引直後の光ファイバの外周に既述の一次被膜、ニ次被膜などが形成されて光ファイバ心線が形成される。
【００１６】
光ファイバ母材の製造に関して、次のような実施例も採用することができる。その一つは、はじめに、図７のVAD法を用いてコア用多孔質ガラス層１１のみを形成し、かつ、これを透明ガラス化手段で精製ならびにガラス化してコア用ガラス層を作り、次に、公知のOVD法を用いてコア用ガラス層１１の外周にクラッド用多孔質ガラス層１２を形成するとともに、これを透明ガラス化手段で精製ならびにガラス化してクラッド用ガラス層を形成する方法である。
他の一つは、初めに、図７のVAD法を用いてコア用多孔質ガラス層１１と所定の割合のクラッド用多孔質ガラス層１２とを形成し、かつ、これらを透明ガラス化手段で精製ならびにガラス化してコア用ガラス層、クラッド用ガラス層を作り、その後、OVD法を用いてクラッド用ガラス層の外周に不足するクラッド用多孔質ガラス層１２を形成するとともに、これを透明ガラス化手段で精製ならびにガラス化してクラッド用ガラス層を形成する方法である。いずれの場合も、光ファイバ母材を作製する際には、既述の条件を満足するようにして行う。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、クラッドに対するコアの比屈折率差の最大値に対して８０％以上の比屈折率差を有する領域内のすべての点において、比屈折率差の変化の割合の絶対値を０．５以内として光ファイバ及び光ファイバ母材を作製することにより、波長分散等の光学特性が設計値に近い値を有し、高品質で高速伝送が可能な光ファイバを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバの屈折率分布の一例を示す図である。
【図２】本発明の光ファイバの比屈折率差の変化の一例を示す図である。
【図３】光ファイバの比屈折率差の変化の他の例を示す図である。
【図４】（ａ）は比屈折率差の最大値に対して比屈折率差が８０％以上となる領域において、クラッド部の最も近くに存在する屈折率変化急峻部の比屈折率差の傾きに対して、１３００ｎｍにおける波長分散値を示す図であり、（ｂ）は比屈折率差の最大値に対して８０％以上となる領域において、クラッド部の最も近くに存在する屈折率変化急峻部傾きに対して、１３００ｎmにおける光ファイバ母材の波長分散推定値と当該光ファイバ母材を光ファイバにして測定したときの波長分散値との差を示す図である。
【図５】屈折率分布の設計値の一例を示す図である。
【図６】屈折率分布の設計値の他の例を示す図である。
【図７】本発明における光ファイバ用多孔質ガラス母材の作製手段についてその一例を略示した断面図である。
【符号の説明】
１…コア、２…クラッド、１０…光ファイバ用多孔質ガラス母材、１１…コア用多孔質ガラス層、１２…クラッド用多孔質ガラス層、２１…反応容器、２３…ターゲット、２４…回転式昇降機構、２５…ガラス微粒子合成用バーナ、２６…ガラス微粒子合成用バーナ。
【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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