(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス合成用バーナを出発ロッドの軸方向に対して相対的に移動させ、軸方向の一定範囲で往復させることにより出発ロッド上にガラス多孔質体を合成し、光ファイバ用ガラス多孔質母材を製造する方法において、往復の端部においてドーパントの原料ガスの流量を定常部の０〜７０％に減量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】
ドーパントの原料ガスの流量の減少を開始するか、もしくは定常部の流量に戻す末端からの距離を合成中の多孔質母材の外径３０〜２５０％とすることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項３】
ドーパントの原料ガスの流量の変化をステップ状に変化させるかもしくは末端からの距離の関数で変化させることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項４】
ドーパントの原料ガスの流量の変化と同時にバーナ火炎のＨ２  ／Ｏ２  流量を調整することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は外付け法（ＯＶＤ法）により高比屈折率差を有しかつ複雑な屈折率分布を有する光ファイバを製造する方法、特に長距離大容量通信システムに用いられる高性能の光ファイバを提供せんとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来行われている光ファイバ母材の製造方法の一つとして、透明ガラスロッドを出発部材とし、この出発部材を容器内に水平もしくは鉛直に設置し、これを出発部材の軸回りに回転させ、気体状ガラス原料をガラス微粒子合成用バーナに供給してガラス微粒子を合成し、ガラス微粒子合成用バーナに対して相対的に往復運動している出発部材に堆積させるいわゆる外付け法によりガラス微粒子堆積体（光ファイバ母材）を得て、これを加熱溶融して透明ガラス化する方法がある（特開平２−１７２８３８号公報など）。
この方法により光ファイバ母材を製造する装置の１例を図１に示す。図１の装置は容器１内に出発部材２がロッド７に把持され鉛直に取付けられており、この出発部材２は軸回りに回転し、昇降装置５により上下方向に往復運動するようになっている。容器１の側面には出発部材２の回転軸に直角にガラス合成バーナ３が取付けられており、原料供給装置８から供給される原料によりガラス微粒子を合成し出発部材２上に堆積させる。なお、ガラス合成バーナ３はバーナ移動装置４により前後に移動可能になっている。また、ガラス合成バーナ３の反対側の容器１の側面には排気口６が設けられており、合成中の余剰ガラス微粒子などを含む排気が排出される。
【０００３】
このような装置により光ファイバ母材を製造する場合、図２に示すように出発部材２にガラス微粒子が堆積したガラス微粒子堆積体９の中間部分には外径が一定な外径定常部１０が形成されるが、上下端部には外径が異なる外径非定常部１１が生じる。この端部においてはバーナが折り返す形になるため、また、外径が小さく熱容量が小さいこともあって、バーナの加熱力が一定の場合、ガラス微粒子堆積体の温度が局所的に上昇してしまう。例えば、ターゲットの移動速度が定速のとき、外径定常部の温度を９００℃程度になるように操作しても、端部では約１１００℃にまで上昇してしまう場合があり、ガラス微粒子堆積体の嵩密度に分布が生じて硬さに不整が生じ、透明ガラスロッドとガラス微粒子堆積層との熱収縮率の差からすす割れが発生するという問題があった。
【０００４】
更に上記方法の欠点を解消し、透明ガラスロッドからなる出発部材上にガラス微粒子を堆積させる際に、ガラス微粒子堆積体の端部における局所的な温度の上昇を抑え、良好な品質の光ファイバ母材を得ることのできる光ファイバ母材の製造方法、さらに端部の外径非定常部の増量を抑え、光ファイバ母材に線引きする際の歩留りがよい光ファイバ母材の製造方法を提供するためにガラス微粒子堆積体の端部の外径非定常部におけるガラス合成バーナの加熱力を調整して、端部の外径非定常部の温度の局所的上昇を抑えるように制御して多孔質母材へのクラックの発生を防止することが提案されているが（特願平９−１３１９９７号明細書）、ドーパントを添加する場合については認識されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような先行技術における問題点を解決するために開発されたものである。一般に、高比屈折率差を有しかつ複雑な屈折率分布を有する光ファイバの製造方法には、ＭＣＶＤ法やＯＶＤ法が適しており、特にＯＶＤ法は母材大型化が可能であるため、生産性を上げるのに有利であるが、ＯＶＤ法において高比屈折率差を有する光ファイバを作成する際には、合成するガラス多孔質母材にクラックが入り易いという問題があった。すなわち、高比屈折率差を有する光ファイバを作成するためには、径方向にドーパントの添加量を大きく変化させる必要がある。ガラス多孔質母材を合成する際には、ドーパント量が変化するとガラス微粒子間の収縮量が変化するため、合成中のガラス多孔質母材中に歪みが発生してクラックが発生し易くなる。特にドーパントを含まないガラス微粒子堆積層の上に高濃度のドーパントを含むガラス微粒子を堆積させる場合、双方の間の熱収縮率の差が大きくなるため、すす割れの発生頻度はさらに高くなるという問題があった。さらに、ＯＶＤ法によるガラス多孔質母材の作成では、両端部にクラックが入り、そこが起点となって全長にクラックが発生するという問題があった。
【０００６】
本発明は、例えば、ＯＶＤ法により高比屈折率差を有しかつ複雑な屈折率分布を有する光ファイバ用の母材を製造する方法において、ドーパント含有原料ガスを供給する際に端部でのドーパント濃度を下げることにより、クラックの発生を抑制することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は下記の各発明により効果的に達成することができる：
（１）ガラス合成用バーナを出発ロッドの軸方向に対して相対的に移動させ、軸方向の一定範囲で往復させることにより出発ロッド上にガラス多孔質体を合成し、光ファイバ用ガラス多孔質母材を製造する方法において、往復の端部においてドーパントの原料ガスの流量を定常部の０〜７０％、好ましくは０〜４０％に減量することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
（２）ドーパントの原料ガスの流量の減少を開始するか、もしくは定常部の流量に戻す末端からの距離を合成中の多孔質母材の外径の３０〜２５０％、好ましくは５０〜１５０％とすることを特徴とする上記（１）に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【０００８】
（３）ドーパントの原料ガスの流量の変化をステップ状に変化させるかもしくは末端からの距離の関数で変化させることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の光ファイバ母材の製造方法。
（４）ドーパントの原料ガスの流量の変化と同時にバーナ火炎のＨ２  ／Ｏ２  流量を調整することを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【０００９】
上記（１）の発明に従い、端部でのドーパントの原料ガス量を減少させ、ドーパント濃度を下げることにより、全すす表面積の中に占める高ドーパント濃度部分の割合を低減し、すす表面全体の歪みを低減することによりクラックの発生を抑えることが可能となる。また、特に端部では、定常部に比べて外径が長手方向に変化しているため、堆積面の温度分布が長手方向に変化し易く、このため歪みが発生し易い。さらに、温度分布に従ってドーパントの収率も変化するため、端部では複雑な歪みの分布が形成される。従って端部でのドーパント濃度を減らすことが、クラックを抑制することに最大の効果を得ることになる。ここで、ドーパントの原料ガス流量が定常部の７０％より大きいとクラックが発生し易いという問題が生じる。
【００１０】
上記（２）の発明では、端部での外径テーパの長さは、多孔質母材の外径によって変化するのでドーパントの原料ガス流量の変化を開始、終了する末端からの距離を母材の外径を基準として特定している。３０％未満ではクラックの抑制効果が不充分であり、２５０％を超えると母材の歩留りが低下するという問題が生じる。
【００１１】
上記（３）の発明では、ドーパントの原料ガス流量の変化の速度を特定している。ドーパントの原料ガスの流量は端部では可能な限り少ない方がクラックを抑える効果は大きくなるが、急激に流量変化を行うと、堆積面の温度が大きく変化するために逆に歪みが発生し易くなる。流量変化の大きさに応じて流量変化速度を選択することが効果的である。通常は、定常部から末端若しくは末端から定常部に向かって直線的に流量変化を行わせる。
【００１２】
上記（４）の発明は、端部でのドーパント量変化に伴うすす嵩密度の変化をＨ２  ／Ｏ２  火炎の調整で抑えることを規定している。すなわち、ドーパントの原料ガスの流量の変化に伴い生ずる堆積面の温度の変化をＨ２  ／Ｏ２  火炎の強さを調整することにより低減することがクラックの抑制に効果的である。
【００１３】
本発明は透明ガラスロッドを出発部材とし、この表面にガラス微粒子を堆積させる光ファイバ母材の製造方法であり、本明細書においては、透明ガラスロッドからなる出発部材にガラス微粒子を堆積させたガラス微粒子堆積体を光ファイバ母材又は光ファイバ多孔質母材等という。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。図１は本発明の方法を実施する装置の１例を示す概略断面図である。図１の装置は容器１内に出発部材２がロッド７に把持され鉛直に取付けられており、この出発部材２は軸回りに回転し、昇降装置５により上下方向に往復運動するようになっている。この透明ガラスロッドからなる出発部材２は、例えばガラス製の棒状の部材を容器内に水平又は鉛直に設置し、これを出発部材として軸回りに回転させ、気体状ガラス原料をコア用バーナ及びクラッド用バーナに供給してガラス微粒子を合成し、屈折率の異なるコアとクラッド層（目的とする屈折率パターンに相当する）を有するガラス微粒子堆積体を作製した後、脱水、加熱溶融して透明ガラス化することによって作製することができる。容器１の側面には出発部材２の回転軸に直角にガラス合成バーナ３が取付けられており、原料供給装置８から供給される原料によりガラス微粒子を合成し出発部材２上に堆積させる。
【００１５】
なお、ガラス合成バーナ３はバーナ移動装置４により前後に移動可能になっている。ガラス合成バーナ３は通常複数の管を複合化した多重管バーナであり、それぞれの管から四塩化珪素、酸素、水素及び必要に応じてドーパントキャリヤーガスなどが供給されガラス微粒子を合成しながら出発部材に堆積させる構成となっている。そして、ガラス微粒子堆積体の外径が大きくなるに従って、バーナを後退させバーナと堆積面との距離を調整し、さらに表面温度が適正範囲内に保持されるようにガスの流量、特に加熱効率に大きく寄与する水素流量を徐々に増やし、バーナの火力を強めるようにしている。また、ガラス合成バーナ３の反対側の容器１の側面には排気口６が設けられており、合成中の余剰ガラス微粒子などを含む排気が排出される。
【００１６】
図１の形式の装置により光ファイバ母材を製造する場合、ガラス微粒子堆積体の外径定常部における堆積面の温度は通常５００〜７００℃、好ましくは５５０〜６５０℃の範囲の所定の温度でガラス微粒子の堆積が行われる。この温度が５００℃未満ではガラス微粒子堆積体の嵩密度が小さくなりすす割れし易い。また、７００℃を超える高温になるとガラス微粒子堆積体の嵩密度が大きくなり過ぎ、脱水、焼結におけるＯＨ基や不純物の除去が充分できなくなりファイバの伝送損失を悪化させる。
【００１７】
本発明の高比屈折率差を有しかつ複雑な屈折率差を有する光ファイバを上記のようなＯＶＤ法により製造する。例えば、図１に示される装置を用い、比屈折率差０．６〜３．０％を有し、図３−（ａ）に示されるようなリング型Δｎプロファイルを有する外径φ３０ｍｍ以上、長さ２００ｍｍ以上、嵩密度０．２〜０．８ｇ／ｃｍ３  の光ファイバ母材をドーパントしてＧｅ，Ｆを用いて合成する。
石英出発部材を上下にトラバースさせながら、ガラス合成バーナからＳｉＣｌ４  、ＧｅＣｌ４  などの原料ガスをＨ２  ／Ｏ２  火炎とともに流し、出発部材上にガラス微粒子を堆積する。トラバースを逆方向にターンさせる端部（両端部共）ではドーパントの原料ガスの流量を定常部の０〜７０％、好ましくは０〜４０％に減量する。端部で０％とするとクラック抑制に最大の効果が得られるが、焼結の際、端部へドーパントの拡散が生じるため定常部の端でドーパント濃度が減り歩留りが低下する。０％より大きく７０％迄の範囲、特に０〜４０％の範囲であればクラック防止は可能であり、一方、７０％より大きくなるとクラックは発生し易くなる。
【００１８】
すなわち、例えば図３−（ａ）に示されるようなリング型Δｎプロファイルを有する光ファイバ母材を製造する場合は、初めはドーパントとしてのＧｅＣｌ４  を含まない原料ガスをバーナから供給して純粋なＳｉＯ２  層を形成し、次いでリング部の合成には、ＡｒをキャリアガスとしたＧｅＣｌ４  を含む原料ガスを供給してリング部（ＳｉＯ２  −ＧｅＯ２  ）を合成し、更にその外側には再び原料ガスをＳｉＣｌ４  のみとして純粋なＳｉＯ２  層を合成する。
図４〜図５は、供給ガス量の流量パターンの例を示す。図４は、上記のドーパントの原料ガスの供給方法で、外径定常部では外径の増加に見合って徐々に流量を増やし端部ではガス供給量を０％とする場合を示している。この場合は、Ｏ２  とＨ２  の供給量は一定量としているのでガラス微粒子の堆積面の温度は稍不安定となる。図５では、端部でのドーパントの原料ガス供給量を徐々に減らして０％とし、同時にＯ２  とＨ２  の供給量も増やして堆積面の表面温度を調整している。図９では、ドーパントの原料ガス供給量を徐々に減らしてはいるが０％とはせず、例えば２０％に抑え、一方、Ｏ２  とＨ２  の供給量も減らして温度調整を行っている状態を示している。
【００１９】
上記のようなドーパントの原料ガスの供給方法において、ドーパントの原料ガス流量の変化を開始する末端からの距離、端部から戻って定常部の流量に戻る末端からの距離、及びドーパントの原料ガスの流量変化速度を変更することが可能であり、また、ドーパントの原料ガスの流量変化に応じてバーナのＨ２  ／Ｏ２  ガスの流量を変化させすす嵩密度を調整することも可能である。実際、端部でのドーパントの原料ガスの流量を定常部の０％とし、流量を変化する末端からの距離を合成するガラス多孔質母材の外径の５０％として合成を行ったところ、母材にクラックは発生しなかった。端部も定常部と同じガス流量条件で合成を行ったものはクラックが発生した。
【００２０】
【実施例】
以下実施例により本発明を具体的に説明する。
（実施例１）
図１に示す構成からなる装置で、８重管バーナを用いてφ１７ｍｍ×４８０ｍｍの出発部材（石英ロッド）上に図３−（ａ）に示す様なリング型Δｎプロファイルを有するガラス多孔質母材を作製した。この時の主な製造条件は、ＳｉＣｌ４  流量２．８０ＳＬＭ，Ｈ２  流量５０ＳＬＭ、Ｏ２  流量７０ＳＬＭ，リング部のＧｅＣｌ４  流量９００ＳＣＣＭ（Ａｒキャリア流量、コンデンサ温度６６℃）、出発部材の往復トラバース速度は３００ｍｍ／分、主軸回転数は４０ｒｐｍであった。ガラス多孔質体（すす体）を合成する手順は、最初から８０トラバース目まではバーナから流す原料ガスをＳｉＣｌ４  のみとし純粋なＳｉＯ２  からなる層を形成し、次いで、ＧｅＣｌ４  を加えた原料ガスをバーナから流し、１５０トラバースまでリング部（ＳｉＯ２  −ＧｅＯ２  ）を合成した。さらにその外側には、再び原料ガスをＳｉＣｌ４  のみとし、純ＳｉＯ２  からなる層を２３０トラバースまで合成した。図１０に示す従来の方法では、リング部を合成する際、１トラバース中のＧｅＣｌ４  流量を常に一定に供給し合成を行っていた。この様な製造条件では、リング部の合成中にクラックが発生し良好な母材は得られなかった。これに対し、図６に示すようにリング部を合成する際、１トラバース中の両端部５０ｍｍにおいてＧｅＣｌ４  のバーナへの供給を停止させ、両端部の５０ｍｍにはＧｅＯ２  を含まないガラス微粒子（すす）を堆積させた場合、クラックのない良好な母材（すす体）を得ることができた。
本実施例では、ドーパント減量領域は５０ｍｍで、母材外径３７ｍｍの１３５％に相当する。
【００２１】
上記の３段階のトラバースにおいて、Ｈ２  及びＯ２  の供給量は一定とし、特にリング部合成の際には両端部５０ｍｍの部分ではＧｅＣｌ４  原料ガスの供給量は０としたが、Ｈ２  及びＯ２  はそのまま供給を続けた。この時外径定常部の温度は６００℃、非定常部（両端部５０ｍｍ）の温度は６５０℃であった。
【００２２】
（実施例２）
リング部合成の際、端部５０ｍｍの外径非定常部におけるＨ２  及びＯ２  の供給量を外径定常部に比較して図７に示されるようにそれぞれ８０％及び９０％に減らして堆積面温度を６００℃の一定に保持し、ドーパントのガス流量を端部で０にすることで堆積面温度が変化して歪みが発生しクラックが発生し易くなるのを防止した外は、実施例１と同様の条件で光ファイバ母材を作製した。
【００２３】
（実施例３）
リング部合成の際、端部５０ｍｍの外径非定常部におけるＧｅＣｌ４  供給量を図８に示されるように勾配をもたせて減少させ、同時にＨ２  及びＯ２  の供給量も勾配をつけて減らして（外径定常部に対してそれぞれ８０％及び９０％に減少）、堆積面温度を６００℃の一定に保持した外は実施例１と同様の条件で光ファイバ母材を作製した。この例では、急激にガス流量を変化させるとガラス組成や堆積面温度が急激に変化し歪みが発生しクラックが発生し易くなるため、徐々にガス流量を変化させた。
【００２４】
（実施例４）
リング部合成の際、端部５０ｍｍの外径非定常部におけるＨ２  及びＯ２  の供給量を外径定常部に比較して図９に示されるようにそれぞれ８５％及び９５％に減らして堆積面温度を６００℃の一定に保持し、ドーパントのガス流量を端部で定常部の２０％にすることで堆積面温度が変化して歪みが発生しクラックが発生し易くなるのを防止した外は、実施例１と同様の条件で光ファイバ母材を作製した。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の光ファイバ母材の製造方法によれば、ガラス多孔質母材の端部におけるガラス合成バーナへのドーパントの原料ガスの供給流量を調整することによって、出発部材上にガラス微粒子を堆積させる際に、ガラス多孔質母材の端部における局所的な歪みの発生を抑えることができ、良好な品質の光ファイバ母材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の方法を実施するための光ファイバ母材の製造装置の１例を示す概略断面図である。
【図２】図２は、出発部材へのガラス微粒子の堆積の状況を示す説明図である。
【図３】図３−（ａ）〜（ｅ）は、本発明の方法により形成されたリング型Δｎプロファイルの例を示す模式図である（縦軸は比屈折率差）。
【図４】図４は、本発明の方法に係るガス供給量の制御パターンの１例を示す説明図（Ｈ２  ，Ｏ２  供給量一定）である。
【図５】図５は、本発明の方法に係るガス供給量の制御パターンの１例を示す説明図（Ｈ２  ，Ｏ２  供給量を増加させる）である。
【図６】図６は、実施例１で採用されたガス供給量の制御パターンを示す説明図である。
【図７】図７は、実施例２で採用されたガス供給量の制御パターンを示す説明図である。
【図８】図８は、実施例３で採用されたガス供給量の制御パターンを示す説明図である。
【図９】図９は、実施例４で採用されたガス供給量の制御パターンを示す説明図である。
【図１０】図１０は、従来の方法で採用されたガス供給量の制御パターンを示す説明図である。
【符号の説明】
１．容器、２．出発部材、３．ガラス合成バーナ、４．バーナ移動装置、５．昇降装置、６．排気口、７．ロッド、８．原料供給装置、９．ガラス多孔質母材、１０．外径定常部、１１．外径非定常部
【図１】
0003587032.tif 000002
【図２】
0003587032.tif 000003
【図３】
0003587032.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003587032.tif 000007
【図７】
0003587032.tif 000008
【図８】
0003587032.tif 000009
【図９】
0003587032.tif 000010
【図１０】
0003587032.tif 000011