(57)【要約】【課題】  クラッドにドープされるフッ素濃度を増大させて、プリフォームの比屈折率差を向上させることのできる、高周波誘導熱プラズマトーチを用いた光ファイバプリフォームの製造方法及び装置を提供する。【解決手段】  高周波誘導熱プラズマトーチ１に少なくともガラス原料、ドーパント原料及び酸素を供給し、プラズマ火炎中で合成されたガラス微粒子を、回転しつつプラズマトーチ１に対して相対的に往復運動するガラスロッド表面に付着堆積させる光ファイバプリフォームの製造方法において、ガラスロッド６を冷却しながらガラス微粒子を堆積させることを特徴としている。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波誘導熱プラズマトーチに少なくともガラス原料、ドーパント原料及び酸素を供給し、プラズマ火炎中で合成されたガラス微粒子を、回転しつつプラズマトーチに対して相対的に往復運動するガラスロッド表面に付着堆積させる光ファイバプリフォームの製造方法において、ガラスロッドを冷却しながらガラス微粒子を堆積させることを特徴とする光ファイバプリフォームの製造方法。
【請求項２】
ガラスロッドにガスを吹き付けることにより、ガラスロッドを冷却する請求項１に記載の光ファイバプリフォームの製造方法。
【請求項３】
反応チャンバ内に冷却ガスを導入してガラスロッドの周囲温度を下げることにより、ガラスロッドを冷却する請求項１に記載の光ファイバプリフォームの製造方法。
【請求項４】
反応チャンバ内にガラスロッドを吊り下げ、回転させる回転吊下げ機構と、ガラスロッドにガラス微粒子を合成し堆積させる高周波誘導熱プラズマトーチと、高周波誘導熱プラズマトーチと対向する側に未付着のガラス微粒子と排気ガスを排出する排気口を備えた光ファイバプリフォームの製造装置において、ガラス微粒子の堆積中、ガラスロッドを冷却する冷却手段を有することを特徴とする光ファイバプリフォームの製造装置。
【請求項５】
前記冷却手段が、プラズマ火炎の上下縁高さ位置に設置された、ガラスロッドに向けてガスを吹き付ける強制冷却用ノズルである請求項４に記載の光ファイバプリフォームの製造装置。
【請求項６】
前記冷却手段が、反応チャンバの上端部及び／又は下端部に設けられた冷却空気導入口である請求項４に記載の光ファイバプリフォームの製造装置。
【請求項７】
前記製造装置が縦型であり、反応チャンバ内にガラスロッドを吊り下げて、ガラス微粒子の堆積が行われる請求項４乃至６のいずれかに記載の光ファイバプリフォームの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波誘導熱プラズマトーチを用いた光ファイバプリフォームの製造方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高周波誘導熱プラズマトーチは、ガス流路管の周囲に高周波コイルを配設して高周波電流を印加し、内部のガスをプラズマ化してトーチから噴射する装置であり、１万度程度の超高温を得ることができ、比較的遅いプラズマ線速で、しかも酸化・還元雰囲気を自由に選択できることから、超高温の反応場として用いられている。
【０００３】
純シリカガラスコアにフッ素ドープシリカガラスクラッドを被せた構成の光ファイバは、通常よく用いられているゲルマニウムドープシリカガラスコア／純シリカガラスクラッドの構成の光ファイバに比べ、紫外線や放射線に強い特徴をもっている。これは、結合エネルギーの小さいGe-O結合を持たないためである。
【０００４】
コアガラス上にフッ素ドープシリカガラスクラッドを設ける方法としては、（１）特許文献１に記載されているような、純シリカガラスロッドの周囲に純シリカのガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス層を形成し、フッ素含有雰囲気中で透明ガラス化する方法や、（２）特許文献２に記載されているような、純シリカガラスロッドの周囲にプラズマ火炎を用いて、直接フッ素ドープシリカガラスを堆積する方法が知られている。
【０００５】
上記（１）の方法は、比屈折率差Δが0.7％程度以下に限定されるが、生産性が良好で、厚いクラッド層を設けるのに適している。（２）の方法は、（１）の方法よりも生産性において劣るが、比屈折率差Δを0.7％より大きくすることが可能である。ここで、比屈折率差Δは、
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で定義される。ｎcore,ｎcladは、それぞれコア及びクラッドの屈折率である。
【０００６】
上記（２）の方法について、図１を用いて説明する。プラズマトーチ１にはコイル２が付設されており、コイル２に高周波電力を印加すると、ガス供給装置３から供給されたガスは、プラズマトーチ１内でプラズマ化され、プラズマ火炎４として噴射される。供給されるガスは、アルゴン、酸素、四塩化硅素及びフッ素含有ガス（四フッ化硅素、六フッ化エタン、六フッ化イオウ等）である。
【０００７】
プラズマ火炎４内では、フッ素ドープガラス微粒子が生成され、反応チャンバ５内で回転しつつ上下方向に往復運動するガラスロッド（ターゲット）６の表面にフッ素ドープガラス微粒子が堆積される。付着しなかったガラス微粒子及び排気ガスは、排気口７から系外に排出される。このようにして薄膜状のフッ素ドープガラスを繰り返し堆積することで、所望の厚さのクラッド層を有する光ファイバプリフォームが製造される。
【０００８】
特許文献３は、プラズマトーチ１に対して相対的に往復運動するガラスロッド６に向けて、往路のみガラス原料を供給し、復路はガラス原料の供給を停止し、プラズマ温度を下げて高速で戻すことで、クラッドの屈折率を長手方向に安定させることができるとしている。
【特許文献１】特公平4-79981号公報
【特許文献２】特公平2-47414号公報
【特許文献３】特願2007-142423号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
プリフォームを加熱溶融し、線引きして得られる光ファイバの開口数NAは、
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で求められる。NAは、光ファイバが受け取ることのできる光の広がり角を表すパラメータであり、この値が大きいほど、様々な方向からの光を受光し伝送することができる。ここで取り扱う純シリカコア／フッ素ドープクラッド光ファイバでは、ｎcoreは凡そ1.457であり、ｎcladはフッ素濃度に依存して変化する。NAと比屈折率差Δには相関関係があり、比屈折率差が大きいほどNAは大きくなる。
【００１０】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、クラッドにドープされるフッ素濃度を増大させて、プリフォームの比屈折率差を向上させることのできる、高周波誘導熱プラズマトーチを用いた光ファイバプリフォームの製造方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光ファイバプリフォームの製造方法は、高周波誘導熱プラズマトーチに少なくともガラス原料、ドーパント原料及び酸素を供給し、プラズマ火炎中で合成されたガラス微粒子を、回転しつつプラズマトーチに対して相対的に往復運動するガラスロッド表面に付着堆積させる光ファイバプリフォームの製造方法において、ガラスロッドを冷却しながらガラス微粒子を堆積させることを特徴としている。
【００１２】
ガラスロッドを冷却しながらガラス微粒子を堆積させるには、ガラスロッドにガスを吹き付けることにより、ガラスロッドを冷却する方法や、反応チャンバ内に冷却ガスを導入してガラスロッドの周囲温度を下げることにより、ガラスロッドを冷却する方法などが挙げられる。
【００１３】
本発明の光ファイバプリフォームの製造装置は、反応チャンバ内にガラスロッドを吊り下げ、回転させる回転吊下げ機構と、ガラスロッドにガラス微粒子を合成し堆積させる高周波誘導熱プラズマトーチと、高周波誘導熱プラズマトーチと対向する側に未付着のガラス微粒子と排気ガスを排出する排気口を備えた光ファイバプリフォームの製造装置において、ガラス微粒子の堆積中、ガラスロッドを冷却する冷却手段を有することを特徴としている。
【００１４】
前記冷却手段として、プラズマ火炎の上下縁高さ位置に、ガラスロッドに向けてガスを吹き付ける強制冷却用ノズルを設けてもよく、あるいは、反応チャンバの上端部及び／又は下端部に冷却空気導入口を設けても良い。なお、製造装置を縦型とし、反応チャンバ内にガラスロッドを吊り下げて、ガラス微粒子の堆積を行うのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、ガラスロッドを冷却しながらガラス微粒子を堆積させることで、高い濃度でのフッ素ドープガラスの堆積を持続させることができ、フッ素濃度の高いクラッド層が形成され、プリフォームの比屈折率差を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明者は、ガラスロッド上に堆積されるガラス薄膜の屈折率が、ガラスロッドの温度及びプラズマパワーに密接に関係していることを見出した。すなわち、図２に示すように、堆積直前のガラスロッドの温度が低いほど、また、プラズマのパワーが低いほどドープされるフッ素の濃度が上昇し、プリフォームの比屈折率差は高くなる。他方、ガラスロッドがある温度以下になるとガラス化せず、透明なガラスを堆積できなくなるが、これはプラズマパワーが低いほど顕著になる。
【００１７】
プラズマパワーを上げて行くと、より温度の低いガラスロッド上にもガラス微粒子の堆積が可能になると共に、ドープされるフッ素の濃度も増大し、得られるプリフォームの比屈折率差は高くなる。しかしながら、このような方法を採った場合、プラズマパワーが高いため、堆積後、ガラスロッドの温度が上昇してしまい、次の層を堆積するときには、高濃度のフッ素ドープが困難になる。
【００１８】
そこで、本発明は、ガラスロッドを強制的に冷却しながら比較的高いプラズマパワーでガラス微粒子の堆積を行うことで、より高濃度のフッ素を持続的にドープすることを可能としたものである。
ガラスロッドを強制的に冷却するには、例えば、図３に示すような冷却手段が挙げられる。これはプラズマ火炎の上縁及び下縁近傍に強制冷却用ノズル8,8を設けてガラスロッド６にガスを吹き付けることにより、ガラスロッド６を冷却しながら、高い濃度でのフッ素ドープガラス微粒子の持続的な堆積を可能としたものである。また、反応チャンバ5の上端部及び／又は下端部に冷却空気導入口９を設け、反応チャンバ内に冷却ガスを導入してガラスロッド６の周囲温度を下げても良い。
【００１９】
なお、ドーパントには、四フッ化珪素の他に六フッ化エタンや六フッ化イオウなどのフッ素含有ガスを用いることができ、四フッ化珪素と同様の効果を得ることができる。また、フッ素以外のドーパントを使用する場合でも、ドーパントの導入量がロッドの温度及びプラズマパワーに依存する場合には、同様の効果を得ることができる。
以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
回転しつつ鉛直方向に上下動する外径50mm、長さ1,100mmの石英ガラスロッド上に、高周波誘導熱プラズマトーチ１を用いてガラス微粒子を堆積させ、フッ素ドープ石英ガラス層を形成した。
往路のプラズマトーチ／ガラスロッド相対移動速度は75mm/minとし、プラズマトーチ１にはアルゴン、酸素、四塩化珪素、四フッ化珪素を供給した。プラズマトーチ１の上下縁高さ位置、すなわち、プラズマトーチ１と対抗して設けられた排出口７の上縁及び下縁近傍に強制冷却用ノズル8,8を設置し、それぞれから30L/minの室温空気をガラスロッド６に吹き付けた。なお、プラズマトーチ１に供給する電力は、ガラス原料がガラス化される下限のパワーである61kWに設定した。
【００２１】
復路のプラズマトーチ１には、アルゴンと酸素を供給し、ガラス原料及びフッ素源である四塩化珪素及び四フッ化珪素は供給せず、プラズマトーチ／ガラスロッド相対移動速度500mm/minの高速で移動させた。復路のプラズマトーチに供給する電力は、プラズマが安定して維持される下限のパワーである８kWに設定した。
この条件で、プラズマトーチを50回相対往復移動させて堆積を繰り返し、フッ素ドープガラス層を形成した。得られたプリフォームの屈折率分布をアナライザで測定したところ、比屈折率差は1.62％であった。
【００２２】
（実施例２）
実施例１で使用したのと同様の装置に、反応チャンバ５の上端部及び下端部に冷却空気導入口9,9を設け、それぞれから10℃に冷却した空気200L/minを供給した以外は、実施例１と同様にして、石英ガラスロッド上にフッ素ドープ石英ガラス層を形成した。得られたプリフォームの屈折率分布をアナライザで測定したところ、比屈折率差は1.62％であった。
【００２３】
（比較例１）
回転しつつ鉛直方向に上下動する外径50mm、長さ1,100mmの石英ガラスロッド上に、高周波誘導熱プラズマトーチを用いてガラス微粒子を堆積させ、フッ素ドープ石英ガラス層を形成した。
往路のプラズマトーチ／ガラスロッド相対移動速度は75mm/minとし、プラズマトーチ１にはアルゴン、酸素、四塩化珪素、四フッ化珪素を供給した。排出口７の上縁及び下縁部近傍に強制冷却用ノズルは設置せず、反応チャンバ５の上部及び下部からそれぞれ室温の空気を100L/min流した。プラズマトーチ１に供給する電力は、ガラス原料がガラス化される下限のパワーである61kWに設定した。
【００２４】
復路のプラズマトーチ１には、アルゴンと酸素を供給し、ガラス原料及びフッ素源である四塩化珪素及び四フッ化珪素は供給せず、プラズマトーチ／ガラスロッド相対移動速度500mm/minの高速で移動させた。復路のプラズマトーチに供給する電力は、プラズマが安定して維持される下限のパワーである８kWに設定した。
この条件で、プラズマトーチを50回相対往復移動させて堆積を繰り返し、フッ素ドープガラス層を形成した。得られたプリフォームの屈折率分布をアナライザで測定したところ、比屈折率差は1.42％で、実施例１，２よりも低いものであった。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明により、比屈折率差Δの大きな光ファイバが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】従来の、高周波誘導熱プラズマトーチを備えた光ファイバプリフォームの製造装置の概略を示す縦断面図である。
【図２】様々なプラズマパワーでの、ガラスロッドの温度と比屈折率差との関係を説明する図である。
【図３】本発明の光ファイバプリフォームの製造装置の概略を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１．プラズマトーチ、
２．コイル、
３．ガス供給装置、
４．プラズマ火炎、
５．反応チャンバ、
６．ガラスロッド、
７．排気口、
８．強制冷却用ノズル、
９．冷却空気導入口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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