(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定波長における波長分散が正である正分散区間と負である負分散区間とが交互に設けられた光ファイバの製造方法であって、
屈折率プロファイルが長手方向に均一である光ファイバ母材を用意し、
この光ファイバ母材の線引開始の際に得られた一定長さの光ファイバの波長分散を測定し、
この測定された波長分散に基づいて、前記正分散区間および前記負分散区間それぞれの目標とすべき波長分散を実現するためのファイバ径を決定し、
この決定されたファイバ径に基づいて前記光ファイバ母材の残部を線引して、前記正分散区間と前記負分散区間とが交互に設けられた光ファイバを製造する、
ことを特徴とする光ファイバ製造方法。
【請求項２】
前記光ファイバ母材の残部の線引の際に光ファイバ母材の溶融部の温度または線引速度を制御して線引張力を一定に維持することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定波長における波長分散が正である正分散区間と負である負分散区間とが交互に設けられた光ファイバの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重（ＷＤＭ: Wavelength Division Multiplexing）伝送システムは、多波長の信号光を伝送することにより高速・大容量の光通信を行うことができる。光伝送路として用いられる石英系光ファイバの伝送損失が波長１．５５μｍ付近で小さく、波長１．５５μｍ帯の信号光を光増幅する光増幅器が実用化されていることから、ＷＤＭ伝送システムでは波長１．５５μｍ帯の多波長の信号光が用いられている。
【０００３】
多波長の信号光を伝送する光伝送路については、信号光波長帯域（波長１．５５μｍ帯）において波長分散があると、信号光のパルス波形が崩れて伝送品質が劣化する。したがって、この観点からは、信号光波長帯域において波長分散値が小さいことが望まれる。一方、信号光波長帯域において波長分散値が略０であると、非線形光学現象の１種である四光波混合が発生し易くなり、これに因り漏話や雑音が生じて伝送品質が劣化する。四光波混合の発生を抑制するためには、中継間隔を短くして信号光パワーを小さくすればよいが、多数の光増幅器を設ける必要があることから、光伝送システム全体として高価なものとなる。
【０００４】
このような問題に対処すべく、米国特許第５,８９４,５３７号明細書や米国特許第５,８８７,１０５号明細書には、波長１．５５μｍにおいて波長分散が正である正分散区間と負である負分散区間とを光ファイバの長手方向に交互に設けて分散マネージメントすることが提案されている。このような分散マネージメントされた光ファイバを光伝送路として用いれば、光伝送路全体の平均波長分散を略０とすることにより、波長分散に因る伝送品質の劣化を抑制することができる。また、光伝送路の殆どの領域において波長分散の絶対値が０付近ではないことにより、四光波混合に因る伝送品質の劣化を抑制することができるとされている。
【０００５】
また、上記明細書には、このような分散マネージメントされた光ファイバの製造方法も開示されている。これによれば、例えば、屈折率プロファイルが長手方向に均一である光ファイバ母材を光ファイバに線引する際に当該ファイバ径を長手方向に変化させることで波長分散を調整して、分散マネージメントされた光ファイバが製造される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光ファイバの波長分散は、コア径への依存性が大きいことから、長手方向の分布を所望のものとすることができない場合がある。プリフォームアナライザで光ファイバ母材の屈折率プロファイルを測定して、その後に当該測定結果に基づいてファイバ径を制御したとしても、プリフォームアナライザの測定精度が十分でないことから、線引により得られる光ファイバの波長分散が所望値から乖離することが多い。それ故、光ファイバの伝送特性が劣化する場合が多い。このことは、実効コア断面積を拡大した光ファイバや分散スロープを低減した光ファイバの場合に特に顕著である。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、所望の波長分散特性を有する光ファイバを精度よく製造することができる光ファイバ製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光ファイバ製造方法は、所定波長における波長分散が正である正分散区間と負である負分散区間とが交互に設けられた光ファイバの製造方法であって、(1) 屈折率プロファイルが長手方向に均一である光ファイバ母材を用意し、(2) この光ファイバ母材の線引開始の際に得られた一定長さの光ファイバの波長分散を測定し、(3) この測定された波長分散に基づいて、正分散区間および負分散区間それぞれの目標とすべき波長分散を実現するためのファイバ径を決定し、(4) この決定されたファイバ径に基づいて光ファイバ母材の残部を線引して、正分散区間と負分散区間とが交互に設けられた光ファイバを製造する、ことを特徴とする。この光ファイバ製造方法によれば、プリフォームアナライザによる光ファイバ母材の屈折率プロファイルの測定の精度が十分でない場合等であっても、所望の波長分散特性を有する光ファイバを精度よく製造することができる。また、これにより得られた光ファイバは、波長分散や非線形光学現象に因る波形劣化を抑制することができ、伝送特性が優れたものである。
【０００９】
また、本発明に係る光ファイバ製造方法は、光ファイバ母材の残部の線引の際に光ファイバ母材の溶融部の温度または線引速度を制御して線引張力を一定に維持することを特徴とする。この場合には、残留応力に起因する屈折率変化が長手方向に均一となるので、波長分散の変化はファイバ径すなわちコア径の変化に因るもののみとなり、所望の波長分散特性を有する光ファイバを精度よく製造することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。先ず、図１を用いて本実施形態に係る光ファイバ製造方法により製造される光ファイバ１について説明する。この光ファイバ１は、所定波長（例えば波長１．５５μｍ）において波長分散が正の値Ｄ1である正分散区間１１と波長分散が負の値Ｄ2である負分散区間１２とが交互に設けられている。この光ファイバ１は、屈折率プロファイルが長手方向に均一である光ファイバ母材から線引して得られるものであって、その線引時にファイバ径が調整されて、ファイバ径２Ｒ1を有する正分散区間１１とファイバ径２Ｒ2を有する負分散区間１２とが設けられる。このように、光ファイバ１の正分散区間１１と負分散区間１２とは、ファイバ径（すなわちクラッド領域３の外径）が異なることにより、コア領域２の外径も異なり、波長分散も異なる。
【００１１】
次に、図２に示す製造工程図を用いて光ファイバ製造方法について説明する。はじめに、光ファイバ母材１００が用意される。この光ファイバ母材１００は、石英ガラスを主成分とするものであって、所定の屈折率プロファイルを有しており、気相軸付法（ＶＡＤ法）、外付け法（ＯＶＤ法）、内付け法（ＭＣＶＤ法）またはロッドインチューブ法などで作成される。また、この光ファイバ母材１００は、添加物濃度が長手方向に均一であり、屈折率プロファイルも長手方向に均一である。
【００１２】
この光ファイバ母材１００がダミーロッド１１０に取り付けられ、ダミーロッド１１０がチャック２１０に固定されて線引き炉２００にセットされる。そして、ヒータ２３０により光ファイバ母材１００の下端は加熱されて、この加熱された光ファイバ母材１００から光ファイバ１５０が線引される。
【００１３】
線引された光ファイバ１６０は、レーザ外径測定器３００により外径が測定される。この外径測定結果は線引制御部４００に報告され、この線引制御部４００により、測定結果に基づいて光ファイバ１６０の外径が所定値（正分散区間であるか負分散区間であるかにより異なる値）となるように、光ファイバ母材１００の温度や線引速度は制御される。
【００１４】
レーザ外径測定器３００を経た光ファイバ１６０は、樹脂コーティングダイス５００に貯められた液状の樹脂５１０を経由する。液状の樹脂５１０を経由することにより、光ファイバ１６０の表面には樹脂が付着する。引き続き、樹脂が付着した光ファイバ１７０は、ＵＶランプ６００による紫外光照射により樹脂が硬化されて、樹脂被膜１６１で被覆された光ファイバ１８０が形成される。そして、光ファイバ１８０はドラム７００に巻き取られる。
【００１５】
また、線引された光ファイバ１５０は、炭素被膜形成用の反応管２５０の内部を経由してもよい。反応管２５０の内部には、ハロゲン化炭素（ＣＨＣｌ3，ＣＣｌ4等）と炭化水素（Ｃ2Ｈ4，Ｃ3Ｈ8，Ｃ6Ｈ6等）との混合ガスが供給されており、この混合ガス中のハロゲン化炭素と炭化水素とが光ファイバ１５０の表面で反応して、光ファイバ１５０の表面に炭素が付着して炭素被膜１５１が形成され、ハーメチックコートが施される。
【００１６】
本実施形態に係る光ファイバ製造方法は、このような製造工程において、光ファイバ母材１００の線引開始の際に得られた一定長さの光ファイバ１５０の波長分散を測定し、この測定された波長分散に基づいて正分散区間および負分散区間それぞれの目標とすべき波長分散を実現するためのファイバ径を決定し、この決定されたファイバ径に基づいて光ファイバ母材１００の残部を線引して、正分散区間と負分散区間とが交互に設けられた光ファイバ１５０（すなわち図１に示す光ファイバ１）を製造するものである。以下に、より詳細に本実施形態に係る光ファイバ製造方法について説明する。
【００１７】
次に、図３に示すフローチャートを用いて本実施形態に係る光ファイバ製造方法について詳細に説明する。はじめに、屈折率プロファイルが長手方向に均一である光ファイバ母材１００を用意する（ステップＳ１）。そして、この光ファイバ母材１００の屈折率分布をプリフォームアナライザにより測定し（ステップＳ２）、その測定結果に基づいて、この光ファイバ母材１００から線引して得られるであろう光ファイバ１５０の波長分散特性（波長分散の波長依存性およびファイバ径依存性）を予測する（ステップＳ３）。その後、この光ファイバ母材１００を線引き炉２００にセットし、ヒータ２３０により光ファイバ母材１００の下端を加熱して溶融し、この溶融された光ファイバ母材１００の線引を開始する（ステップＳ４）。
【００１８】
そして、光ファイバ母材１００の線引開始の際に得られた一定長さ（例えば１ｋｍ〜５ｋｍ程度）の光ファイバ１５０の波長分散およびファイバ径を測定する（ステップＳ５）。この波長分散の測定は、光ファイバ１５０を一定長さだけ切り出して行ってもよいし、ドラム７００に巻き取られた状態で行ってもよい。さらに、この測定された波長分散およびファイバ径に基づいて、正分散区間１１の目標とすべき波長分散Ｄ1を実現するためのファイバ径２Ｒ1を決定し、負分散区間１２の目標とすべき波長分散Ｄ2を実現するためのファイバ径２Ｒ2を決定する（ステップＳ６）。このファイバ径２Ｒ1，２Ｒ2それぞれ決定に際しては、光ファイバ母材１００の屈折率プロファイルの測定結果（ステップＳ２）に基づいて予測された光ファイバ１５０の波長分散特性（ステップＳ３）を補正することにより行う。また、このとき、正分散区間および負分散区間それぞれのファイバ径２Ｒ1，２Ｒ2とともに各区間の長さをも決定するのも好適である。なお、このステップＳ５およびＳ６の処理を行っている区間では、歩留まりの観点から線引速度を小さくしておくのが好適である。
【００１９】
その後、光ファイバ母材１００の残部を線引して、ファイバ径２Ｒ1の分散区間１１とファイバ径２Ｒ2の負分散区間１２とが交互に設けられた光ファイバ１５０（すなわち図１に示す光ファイバ１）を製造する（ステップＳ７）。また、正分散区間１１および負分散区間１２それぞれの長さをも適切に調整する。ファイバ径の調整は、ヒータ２３０による光ファイバ母材１００の加熱温度を制御し、または、線引き炉２００内に供給するガスの量もしくは種類を制御して、光ファイバ母材１００の溶融部の温度を調整することにより可能である。また、ファイバ径の調整は、光ファイバ１５０の線引速度を制御することによっても可能である。
【００２０】
そして、このように光ファイバ母材１００の溶融部の温度または線引速度を制御して、正分散区間１１および負分散区間１２それぞれの製造の際に線引張力を一定に維持することで、光ファイバ１に残留する応力を長手方向に均一にすることができ、残留応力に起因する屈折率変化を防止することができる。このように残留応力が長手方向に均一であれば、波長分散の変化は、残留応力の変化に因ることなく、ファイバ径すなわちコア径の変化に因るもののみとなり、所望の波長分散特性を有する光ファイバを精度よく製造することができる。
【００２１】
次に、上記ステップＳ６におけるファイバ径の決定の方法について詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る光ファイバ製造方法により製造される光ファイバの屈折率プロファイルの１例である。図５は、図４に示す屈折率プロファイルを有する光ファイバの波長分散特性を示すグラフである。この光ファイバは、中心から順に、最大屈折率がｎ1で外径が２ａであるコア領域、屈折率がｎ2で外径が２ｂであるディプレスト領域、および、屈折率がｎ3であるクラッド領域を有し、各屈折率の大小関係が ｎ1＞ｎ3＞ｎ2 である。このような屈折率プロファイルは、石英ガラスをベースとして、例えば、コア領域にＧｅＯ2を添加し、ディプレスト領域にＦ元素を添加することにより、実現することができる。
【００２２】
図５に示すグラフは、ディプレスト領域の外径２ｂの各値（１０．４５μｍ〜１１．６５μｍ）に対して波長分散の波長依存性を示したものである。ここでは、クラッド領域の屈折率を基準として、コア領域の比屈折率差Δ1を０．９％とし、ディプレスト領域の比屈折率差Δ2を−０．４５％とし、また、コア領域およびディプレスト領域それぞれの外径の比（２ａ／２ｂ）を０．５８とした。この図に示すように、ディプレスト領域の外径２ｂが大きいほど、すなわち、コア領域の外径２ａが大きいほど、波長１．５５μｍにおける波長分散は大きい。
【００２３】
図６は、本実施形態に係る光ファイバ製造方法により製造される光ファイバの屈折率プロファイルの他の１例である。図７は、図６に示す屈折率プロファイルを有する光ファイバの波長分散特性を示すグラフである。この光ファイバは、中心から順に、最大屈折率がｎ1で外径が２ａである第１コア領域、屈折率がｎ2で外径が２ｂである第２コア領域、最大屈折率がｎ3で外径が２ｃである第３コア領域、屈折率がｎ4で外径が２ｄであるディプレスト領域、および、屈折率がｎ5であるクラッド領域を有し、各屈折率の大小関係が ｎ1＞ｎ3＞ｎ5＞ｎ2，ｎ4 である。このような屈折率プロファイルは、石英ガラスをベースとして、例えば、第１コア領域および第３コア領域にＧｅＯ2を添加し、第２コア領域およびディプレスト領域にＦ元素を添加することにより、実現することができる。
【００２４】
図７に示すグラフは、波長１．５５μｍにおける波長分散と第３コア領域の外径２ｃとの関係を示したものである。ここでは、クラッド領域の屈折率を基準として、第１コア領域の比屈折率差Δ1を０．６１％とし、第２コア領域の比屈折率差Δ2を−０．０５％とし、第３コア領域の比屈折率差Δ3を０．３５％とし、ディプレスト領域の比屈折率差Δ4を−０．０５％とした。また、第１コア領域および第２領域それぞれの外径の比（２ａ／２ｂ）を０．２２とし、第２コア領域および第３領域それぞれの外径の比（２ｂ／２ｃ）を０．５４とし、第３コア領域およびディプレスト領域それぞれの外径の比（２ｃ／２ｄ）を０．５４とした。この図に示すように、第３コア領域の外径２ｃが大きいほど、波長１．５５μｍにおける波長分散は大きい。
【００２５】
このように、波長分散はコア径に依存している。そこで、ステップＳ６においては、ステップＳ３で予測された光ファイバの波長分散と、ステップＳ５で測定された光ファイバの波長分散とを比較して、その比較結果に基づいて光ファイバの波長分散のファイバ径依存性を修正する。そして、正分散区間１１の目標とすべき波長分散Ｄ1を実現するためのファイバ径２Ｒ1を決定し、負分散区間１２の目標とすべき波長分散Ｄ2を実現するためのファイバ径２Ｒ2を決定する。
【００２６】
以上のように本実施形態に係る光ファイバ製造方法によれば、屈折率プロファイルが長手方向に均一である光ファイバ母材を用意し、この光ファイバ母材の線引開始の際に得られた一定長さの光ファイバの波長分散を測定し、この測定された波長分散に基づいて正分散区間および負分散区間それぞれの目標とすべき波長分散を実現するためのファイバ径を決定し、この決定されたファイバ径に基づいて光ファイバ母材の残部を線引して、正分散区間と負分散区間とが交互に設けられた光ファイバを製造する。
【００２７】
このようにすることで、プリフォームアナライザによる光ファイバ母材の屈折率プロファイルの測定の精度が十分でなくても、また、実効コア断面積を拡大した光ファイバや分散スロープを低減した光ファイバを製造する場合であっても、所望の波長分散特性を有する光ファイバを精度よく製造することができる。また、これにより得られた光ファイバは、波長分散や非線形光学現象に因る波形劣化を抑制することができ、伝送特性が優れたものである。
【００２８】
なお、正分散区間１１および負分散区間１２それぞれのファイバ径は、１００μｍ未満であるとケーブル化の際の引張応力に因り破断し易くなって扱いが困難であるので、１００μｍ以上であるのが好適である。また、正分散区間１１および負分散区間１２それぞれのファイバ径は、１５０μｍ超であると曲げ歪みを与えた際のファイバ表面の引張応力が強く破断寿命が短くなるので、１５０μｍ以下であるのが好適である。
【００２９】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、各正分散区間１１における波長分散が同一値Ｄ1であって、各負分散区間１２における波長分散が同一値Ｄ2であるとしたが、正分散区間１１であっても区間毎に波長分散が異なってもよく、負分散区間１２であっても区間毎に波長分散が異なってもよい。このような場合にも、本発明を適用することで、各区間における波長分散特性を所望のものとすることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明によれば、光ファイバ母材の線引開始の際に得られた一定長さの光ファイバの波長分散を測定し、この測定された波長分散に基づいて正分散区間および負分散区間それぞれの目標とすべき波長分散を実現するためのファイバ径を決定し、この決定されたファイバ径に基づいて光ファイバ母材の残部を線引して、正分散区間と負分散区間とが交互に設けられた光ファイバを製造することで、所望の波長分散特性を有する光ファイバを精度よく製造することができる。また、これにより得られた光ファイバは、波長分散や非線形光学現象に因る波形劣化を抑制することができ、伝送特性が優れたものである。
【００３１】
また、光ファイバ母材の残部の線引の際に光ファイバ母材の溶融部の温度または線引速度を制御して線引張力を一定に維持する場合には、残留応力に起因する屈折率変化が長手方向に均一となるので、波長分散の変化はファイバ径すなわちコア径の変化に因るもののみとなり、所望の波長分散特性を有する光ファイバを精度よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光ファイバ製造方法により製造される光ファイバの説明図である。
【図２】光ファイバ製造方法の工程図である。
【図３】本実施形態に係る光ファイバ製造方法を説明するフローチャートである。
【図４】本実施形態に係る光ファイバ製造方法により製造される光ファイバの屈折率プロファイルの１例である。
【図５】図４に示す屈折率プロファイルを有する光ファイバの波長分散特性を示すグラフである。
【図６】本実施形態に係る光ファイバ製造方法により製造される光ファイバの屈折率プロファイルの１例である。
【図７】図６に示す屈折率プロファイルを有する光ファイバの波長分散特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…光ファイバ、１１…正分散区間、１２…負分散区間、１００…光ファイバ母材、１１０…ダミーロッド、１５０，１６０，１７０，１８０…光ファイバ、１５１…炭素皮膜、１６１…樹脂被膜、２００…線引き炉、２１０…チャック、２３０…ヒータ、２５０…反応管、３００…レーザ外径測定器、４００…線引制御部、５００…樹脂コーティングダイス、５１０…樹脂、６００…ＵＶランプ、７００…ドラム。
【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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