(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
出発ロッドの軸方向についてガラス合成用のバーナを前記出発ロッドに対して相対的に往復トラバース運動させるとともに前記出発ロッドをその軸を中心に回転させながら前記出発ロッドの外周面上に多孔質母材を合成し、この多孔質母材を焼結して光ファイバ母材を製造する方法であって、
前記多孔質母材中において金属酸化物が添加された部分を合成する速度が、焼結後の厚みに換算して、１回のトラバース当たり２０μｍ以下であり、且つ、１回転当たり５μｍ以下であることを特徴とする光ファイバ母材製造方法。
【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に関するものであり、特に、光ファイバ母材中において金属酸化物が添加された部分を合成するのに好適な光ファイバ製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバ伝送路網を利用した光通信システムは、高速・大容量の信号を伝送することができるものであり、光ファイバは、その重要な構成要素の１つである。また、大容量伝送が可能な光通信システムを実現するには、伝送損失が小さい波長１．５５μｍ帯において波長分散が零である分散シフト光ファイバが好適に用いられる。また、この分散シフト光ファイバは、コア領域の屈折率とクラッド領域の屈折率との差が大きい方が好ましい。
【０００３】
このような光ファイバは、出発ロッドの外周面上にＯＶＤ法（Outside Vapour Deposition ）法等により多孔質母材を合成し、この多孔質母材を焼結して透明な光ファイバ母材を製造し、さらに、この光ファイバ母材を線引して製造される。また、多孔質母材は、出発ロッドの軸方向にバーナをトラバース運動させるとともに出発ロッドを回転させながら、その出発ロッドの外周面上にガラス微粒子を繰り返し積層することにより合成される。そして、焼結後の光ファイバ母材の各部分の屈折率は、積層されるガラス微粒子中における添加物の種類および濃度に依存する。例えば、高屈折率のコア領域となるべきコア領域相当部分を合成する際には、屈折率を上昇せしめる所定の添加物原料をバーナから送って、その添加物が含まれるガラス微粒子を積層することが必要である。
【０００４】
したがって、所望の屈折率プロファイルすなわち所望の特性を有する光ファイバを線引して製造し得る光ファイバ母材を製造するには、光ファイバ母材の屈折率分布を正確に測定し、多孔質母材ないし光ファイバ母材の製造条件を制御することが重要である。例えば、特願平３−２９５８２０号公報には、ＯＶＤ法に依る多孔質母材の製造の際に金属酸化物を添加する技術として、バーナ火炎中の酸素量を制御するとともに酸素を流すバーナ中のポートを選択することにより、金属酸化物の添加量を制御する技術が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般にＯＶＤ法は、添加物を含む部分を合成する際に積層されるガラス微粒子の各層それぞれにおいて、径方向の添加物の濃度分布が生じる傾向がある。この傾向は添加物の濃度が高い場合に特に顕著である。したがって、このような層が繰り返し形成されることから、光ファイバ母材の径方向の添加物濃度すなわち屈折率も繰り返し変動する。このような変動を「脈理」と呼ぶ。このような脈理があると、プリフォームアナライザに依る屈折率測定の精度に悪い影響を与え、光ファイバ特性を制御するのが困難になる。
【０００６】
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、脈理の発生を抑制することができる光ファイバ母材製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光ファイバ母材製造方法は、出発ロッドの軸方向についてガラス合成用のバーナを出発ロッドに対して相対的に往復トラバース運動させるとともに出発ロッドをその軸を中心に回転させながら出発ロッドの外周面上に多孔質母材を合成し、この多孔質母材を焼結して光ファイバ母材を製造する方法であって、多孔質母材中において金属酸化物が添加された部分を合成する速度が、焼結後の厚みに換算して、１回のトラバース当たり２０μｍ以下であり、且つ、１回転当たり５μｍ以下であることを特徴とする。
【０００８】
この光ファイバ母材製造方法によれば、出発ロッドの軸方向についてガラス合成用のバーナが出発ロッドに対して往復トラバース運動するとともに、出発ロッドがその軸を中心に回転しながら、出発ロッドの外周面上に多孔質母材が合成され、その多孔質母材が焼結されて光ファイバ母材が製造される。多孔質母材のうち金属酸化物が添加された部分が合成される際には、その合成速度は、焼結後の厚みに換算して、１回のトラバース当たり２０μｍ以下であり、且つ、１回転当たり５μｍ以下である。このようにすることにより、光ファイバ母材中の脈理の発生が抑制される。
【０００９】
【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。尚、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１０】
先ず、本発明に係る光ファイバ母材製造方法に従って光ファイバ母材を製造するのに好適な光ファイバ母材製造装置について、図１の装置構成図を用いて説明する。この光ファイバ母材製造装置１０には、チャンバ１１の側壁にバーナ１２が吹き出し口を内部に向けて設けられており、チャンバ１１の上部および下部それぞれには回転チャック１３ａ，１３ｂが設けられている。バーナ１２は、所定のガスをチャンバ１１内に供給するとともに加熱するものである。また、回転チャック１３ａ，１３ｂは、出発ロッド２１をダミーロッド２２ａ，２２ｂを介して固定するものである。また、回転チャック１３ａは支持部材１４に固定され、また、支持部材１４は駆動部１５に接続されている。
【００１１】
駆動部１５は、出発ロッド２１の軸方向に支持部材１４をトラバース運動させるとともに、出発ロッド２１の軸方向を中心に回転チャック１３ａを回転させる。駆動部１５に依るトラバース運動の速度は少なくとも１０ｍｍ／分〜２５００ｍｍ／分の範囲で設定可能であり、駆動部１５に依る回転の速度は少なくとも１０ｒｐｍ〜３５０ｒｐｍの範囲で設定可能である。
【００１２】
次に、この光ファイバ母材製造装置の作用とともに、本発明に係る光ファイバ母材製造方法の１実施形態について説明する。なお、ここでは、図２に示すようなＧｅＯ2 添加量分布を有する光ファイバ母材を製造する場合について説明する。すなわち、この光ファイバ母材を線引して得られる光ファイバは、純石英の第１コア領域の周囲にＧｅＯ2 が添加された高屈折率のリング状の第２コア領域を有し、その第２コア領域の周囲に純石英のクラッド領域を有するものである。図３は、本実施形態に係る光ファイバ母材製造方法を説明するフローチャート図である。
【００１３】
この光ファイバ母材製造方法においては、先ずステップＳ１で出発ロッド２１を用意する。この出発ロッドは、純石英（ＳｉＯ2 ）製の円柱形状のもので、例えば、外径が１７ｍｍであり、長さが４８０ｍｍである。そして、この出発ロッド２１をダミーロッド２２ａ，２２ｂに固定し、駆動部１５により出発ロッド２１をトラバース運動させるとともに回転させる。
【００１４】
ステップＳ２では、第１コア領域相当部分を合成する。すなわち、バーナ１２から、例えば、Ｈ2 ガスを流量６０ＳＬＭで、Ｏ2 ガスを流量９０ＳＬＭで、ＳｉＣｌ4 ガスを流量３ＳＬＭで、それぞれチャンバ１１内に供給するとともに加熱し、ＳｉＯ2 のガラス微粒子を合成し出発ロッド２１の外周面上に積層させる。これをトラバース運動の５０ターン分だけ行う。
【００１５】
ステップＳ３では、第２コア領域相当部分を合成する。すなわち、バーナ１２から、例えば、Ｈ2 ガスを流量５０ＳＬＭで、Ｏ2 ガスを流量１１０ＳＬＭで、ＳｉＣｌ4 ガスを流量３ＳＬＭで、ＧｅＣｌ4 ガスを流量０．６ＳＬＭで、それぞれチャンバ１１内に供給するとともに加熱し、ＳｉＯ2 およびＧｅＯ2 それぞれのガラス微粒子を合成し出発ロッド２１の外周面上に更に積層させる。これをトラバース運動の５０ターン分だけ行う。このとき、トラバース速度および回転速度を適切に設定することにより、合成速度が、燒結後の厚みに換算して、１回のトラバース当たり２０μｍ以下であり、且つ、１回転当たり５μｍ以下であるようにする。
【００１６】
ステップＳ４では、クラッド領域相当部分を合成する。すなわち、バーナ１２から、例えば、Ｈ2 ガスを流量７０ＳＬＭで、Ｏ2 ガスを流量９０ＳＬＭで、ＳｉＣｌ4 ガスを流量３ＳＬＭで、それぞれチャンバ１１内に供給するとともに加熱し、ＳｉＯ2 のガラス微粒子を合成し出発ロッド２１の外周面上に更に積層させる。これをトラバース運動の１５０ターン分だけ行う。
【００１７】
ステップＳ５では、以上までのステップで製造された多孔質母材を脱水処理する。すなわち、例えば、Ｈｅ／Ｃｌ2 混合ガス中において多孔質母材を光軸方向にトラバース運動させながら、多孔質母材を温度１０５０℃〜１２００℃に加熱する。これにより多孔質母材の吸着水が除去される。
【００１８】
ステップＳ６の焼結工程では、多孔質母材を焼結して光ファイバ母材を製造する。すなわち、ＳｉＦ4 ／Ｈｅ混合ガス中において多孔質母材をトラバース運動させながら、多孔質母材を温度１４００℃〜１６００℃に加熱する。これにより、多孔質母材は透明化されて光ファイバ母材が製造される。そして、この光ファイバ母材を線引することにより、所望の屈折率プロファイルと特性とを有する光ファイバが製造される。
【００１９】
図４は、上記の第２コア領域相当部分を合成する工程（ステップＳ３）におけるトラバース速度および回転速度について設定した５つのケースそれぞれの条件とその結果とをまとめた図表である。この図表には、ケース１〜ケース５のそれぞれについて、第２コア領域相当部分を合成する工程（ステップＳ３）におけるトラバース速度（ｍｍ／分）および回転速度（ｒｐｍ）、軸方向についての１回のトラバース当たりに合成される多孔質母材の焼結後における厚み（μｍ／回）、軸方向を中心とする出発ロッド２１の１回の回転当たりに合成される多孔質母材の焼結後における厚み（μｍ／回）、ならびに、プリフォームアナライザに依る屈折率測定の可否が記されている。
【００２０】
ケース１では、トラバース速度は１０００ｍｍ／分であり、回転速度は１２０ｒｐｍであり、その結果、１回のトラバース当たりの焼結後の厚みは１８μｍ／回であり、１回転当たりの焼結後の厚みは３μｍ／回であり、また、プリフォームアナライザに依り屈折率測定は可能であった。
【００２１】
ケース２では、トラバース速度は２０００ｍｍ／分であり、回転速度は１２０ｒｐｍであり、その結果、１回のトラバース当たりの焼結後の厚みは９μｍ／回であり、１回転当たりの焼結後の厚みは３μｍ／回であり、また、プリフォームアナライザに依り屈折率測定は可能であった。
【００２２】
ケース３では、トラバース速度は１０００ｍｍ／分であり、回転速度は２４０ｒｐｍであり、その結果、１回のトラバース当たりの焼結後の厚みは１８μｍ／回であり、１回転当たりの焼結後の厚みは１．５μｍ／回であり、また、プリフォームアナライザに依り屈折率測定は可能であった。
【００２３】
ケース４では、トラバース速度は６００ｍｍ／分であり、回転速度は１２０ｒｐｍであり、その結果、１回のトラバース当たりの焼結後の厚みは３０μｍ／回であり、１回転当たりの焼結後の厚みは３μｍ／回であり、また、プリフォームアナライザに依り屈折率測定は不可能であった。
【００２４】
ケース５では、トラバース速度は１０００ｍｍ／分であり、回転速度は４０ｒｐｍであり、その結果、１回のトラバース当たりの焼結後の厚みは１８μｍ／回であり、１回転当たりの焼結後の厚みは９μｍ／回であり、また、プリフォームアナライザに依り屈折率測定は不可能であった。
【００２５】
また、トラバース速度および回転速度について更に種々の条件の下で光ファイバ母材を製造し、１回のトラバース当たりの焼結後の厚み、１回転当たりの燒結後の厚み、および、プリフォームアナライザに依る屈折率測定の可否について調べた。その結果、１回のトラバース当たりの焼結後の厚みが２０μｍ以下であり、且つ、１回転当たりの燒結後の厚みが５μｍ以下であれば、プリフォームアナライザに依る屈折率測定が可能であった。
【００２６】
図５は、１回のトラバース当たりの焼結後の厚みが２０μｍ以下であり、且つ、１回転当たりの燒結後の厚みが５μｍ以下である場合におけるＥＰＭＡ分析に依る元素分析結果とプリフォームアナライザに依る屈折率測定結果とを模式的に示す図である。また、図６は、１回のトラバース当たりの焼結後の厚みが２０μｍ超であるか、または、１回転当たりの燒結後の厚みが５μｍ超である場合におけるＥＰＭＡ分析に依る元素分析結果とプリフォームアナライザに依る屈折率測定結果とを模式的に示す図である。図５（ａ）および図６（ａ）それぞれは、光ファイバ母材の光軸に垂直な方向について見たＧｅＯ2 添加量分布をＥＰＭＡ分析に依り測定した結果を示すものであり、図５（ｂ）および図６（ｂ）それぞれは、光ファイバ母材の光軸に垂直な方向について見た比屈折率差をプリフォームアナライザに依り測定した結果を示すものである。
【００２７】
これらの図から判るように、１回のトラバース当たりの焼結後の厚みが２０μｍ超であるか、または、１回転当たりの燒結後の厚みが５μｍ超である場合には、プリフォームアナライザ測定結果はＥＰＭＡ分析結果と一致していない（図６）。これに対して、１回のトラバース当たりの焼結後の厚みが２０μｍ以下であり、且つ、１回転当たりの燒結後の厚みが５μｍ以下である場合には、プリフォームアナライザ測定結果はＥＰＭＡ分析結果とよく一致している（図５）。これは、後者の場合（図５）では光ファイバ母材に脈理が発生していないからであると考えられる。
【００２８】
以上のように、ＧｅＯ2 等の金属酸化物が添加された部分を合成する速度が、燒結後の厚みに換算して、１回のトラバース当たり２０μｍ以下であり、且つ、１回転当たり５μｍ以下である条件の下で多孔質母材を合成する。そして、この多孔質母材を脱水・燒結し透明ガラス化して光ファイバ母材を製造し、この光ファイバ母材を線引して光ファイバを製造する。このようにすることにより、脈理の発生が抑制され、プリフォームアナライザに依る屈折率測定が可能となり、したがって、光ファイバ母材すなわち光ファイバの特性を制御するのが容易となる。
【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、上記実施形態の説明においては、リング型屈折率プロファイルを有する光ファイバを線引して製造するのに好適な光ファイバ母材を製造する場合について説明したが、これに限られるものではなく、任意の屈折率分布を有する光ファイバ母材を製造する場合にも本発明は適用可能である。
【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、出発ロッドの軸方向についてガラス合成用のバーナが出発ロッドに対して往復トラバース運動するとともに、出発ロッドがその軸を中心に回転しながら、出発ロッドの外周面上に多孔質母材が合成され、その多孔質母材が焼結されて光ファイバ母材が製造される。多孔質母材のうち金属酸化物が添加された部分が合成される際には、その合成速度は、焼結後の厚みに換算して、１回のトラバース当たり２０μｍ以下であり、且つ、１回転当たり５μｍ以下である。このようにすることにより、光ファイバ母材中の脈理の発生が抑制され、プリフォームアナライザに依る屈折率測定が可能となり、したがって、光ファイバ母材すなわち光ファイバの特性を制御するのが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバ母材製造方法に従って光ファイバ母材を製造するのに好適な光ファイバ母材製造装置の構成図である。
【図２】光ファイバ母材におけるＧｅＯ2 添加量分布の説明図である。
【図３】本実施形態に係る光ファイバ母材製造方法を説明するフローチャート図である。
【図４】第２コア領域相当部分を合成する工程（ステップＳ３）におけるトラバース速度および回転速度について設定した５つのケースそれぞれの条件とその結果とをまとめた図表である。
【図５】１回のトラバース当たりの焼結後の厚みが２０μｍ以下であり、且つ、１回転当たりの燒結後の厚みが５μｍ以下である場合におけるＥＰＭＡ分析に依る元素分析結果とプリフォームアナライザに依る屈折率測定結果とを模式的に示す図である。
【図６】１回のトラバース当たりの焼結後の厚みが２０μｍ超であるか、または、１回転当たりの燒結後の厚みが５μｍ超である場合における、ＥＰＭＡ分析に依る元素分析結果とプリフォームアナライザに依る屈折率測定結果とを模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０…光ファイバ母材製造装置、１１…チャンバ、１２…バーナ、１３ａ，１３ｂ…回転チャック、１４…支持部材、１５…駆動部、２１…出発ロッド、２２ａ，２２ｂ…ダミーロッド、２３…多孔質母材。
【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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