(57)【要約】【課題】  ＧＩ型のマルチモード光ファイバに要求される屈折率分布を精度良く形成することのできるマルチモード光ファイバ母材の製造方法を提供する。【解決手段】  本発明に係るマルチモード光ファイバ母材の製造方法は、長尺状のマンドレル４をその軸回りに回転させつつ、四塩化ケイ素と屈折率調整用添加物と燃焼ガスをバーナ５に導入して火炎を発生させ、火炎によりガラス微粒子を生成し、マンドレル４とバーナ５とをマンドレル４の長手方向に複数回相対移動させて、ガラス微粒子をマンドレル４の外側に堆積させた後、堆積したガラス微粒子を加熱して焼結させる。以前に製造した光ファイバ母材のバーナ５との相対移動毎に形成された各層の屈折率を測定し、これら各層毎の測定屈折率を目標屈折率分布の層毎の目標屈折率に合わせた製造条件を割り出し、この製造条件にて屈折率調整用添加物の添加量を調節する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
四塩化ケイ素と屈折率調整用添加物と燃焼ガスをバーナに導入して火炎を発生させ、ガラス微粒子を生成し、軸回りに回転する出発材の長手方向に前記バーナを相対移動させることでガラス微粒子堆積層を形成し、その動作を複数回繰り返すことで前記出発材の外側に複数層のガラス微粒子堆積層を形成してガラス微粒子堆積体を形成した後、前記ガラス微粒子堆積体を加熱して焼結させるガラス母材を製造するガラス母材の製造方法であって、グレーディド型の屈折率分布となるように層単位で屈折率を変化させて各層のガラス微粒子の生成堆積条件を設定し、その記録を残し、ガラス母材を製造し、その屈折率分布を測定し、目標とする屈折率分布と比較し、実際の屈折率分布が前記目標とする屈折率分布と相異する場合、屈折率分布が相異する層のガラス微粒子生成堆積時の製造条件を前記目標とする屈折率分布に近づくような製造条件に修正し、ガラス母材を製造することを特徴とするガラス母材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のガラス母材の製造方法であって、
各層毎の目標屈折率と測定屈折率との差をグレーディド型屈折率分布の部分の最大屈折率差の１％以下とすることを特徴とするガラス母材の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガラス母材の製造方法であって、
各層毎の目標屈折率に近似する複数層の測定屈折率におけるそれぞれの屈折率調整用添加物の添加量の条件から内挿近似により新たな製造条件となる屈折率調整用添加物の添加量を求めることを特徴とするガラス母材の製造方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載のガラス母材の製造方法であって、
各層毎の目標屈折率との差が１％以内の測定屈折率におけるそれぞれの屈折率調整用添加物の添加量の平均値を新たな製造条件となる屈折率調整用添加物の添加量とすることを特徴とするガラス母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出発材をその軸回りに回転させつつ、前記出発材の長手方向にバーナを相対移動させる動作を前記出発材の径方向に複数回繰り返し、四塩化ケイ素と屈折率調整用添加物と燃焼ガスを前記バーナに導入して火炎を発生させ、ガラス微粒子を生成し、前記ガラス微粒子を前記出発材の外側に複数層堆積させた後、堆積した前記ガラス微粒子を加熱して焼結させるガラス母材を製造するガラス母材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通信用の光ファイバの一例として、複数のモードが伝搬するマルチモード光ファイバが用いられている。マルチモード光ファイバの主な屈折率分布の種別は、ステップインデックス（ＳＩ）と、グレーディドインデックス（ＧＩ）との２種類がある。このうち、ＧＩ型の光ファイバは、コアの中心部が最も高い屈折率を有し、半径方向の外側に向かって次第に低屈折率になる屈折率分布を持っており、伝送する光信号の広がり（モード分散）を抑える構造となっている。
【０００３】
このようなＧＩ型の屈折率分布を得るための光ファイバ母材を製造する方法として、例えばＯＶＤ法が用いられている。ＯＶＤ法は、長尺状の出発材の周囲にガラス微粒子（これをススと呼ぶ）を層状に堆積させ、ガラス微粒子の堆積体を形成するものである。得られたガラス微粒子堆積体は、出発材を除去し、焼結や中実化を行うことにより透明なガラス体となる。このガラス体は、そのまま光ファイバ母材となるか、または、他のガラス体と組み合わせて光ファイバ母材となる。
【０００４】
このＯＶＤ法によりＧＩ型の屈折率分布を形成するには、出発材に対してガラス微粒子を堆積させる際に、ガラスの屈折率を高める屈折率調整用添加物（例えばゲルマニウム）をガラス微粒子に含ませ、堆積体の形成に従ってその含有量を次第に少なくしていく。すなわち、出発材に近い箇所では屈折率調整用添加物を多く含ませて高い屈折率のガラス微粒子を堆積させ、遠い箇所では屈折率調整用添加物の含有量を減らして低い屈折率のガラス微粒子を堆積させる。これにより、半径方向の外側に向かって次第に低屈折率になる屈折率分布を形成する。このようなＯＶＤ法を用いたＧＩ型のマルチモード光ファイバ母材を製造する方法は、種々の文献に開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４１２５３８８号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ＧＩ型のマルチモード光ファイバにおいてモード分散を抑えるための理想的な屈折率分布は、コアの中心をピークとしたα乗分布形状をなすものである。そのため、ガラス微粒子を堆積させる際に含有させる屈折率調整用添加物の量を、そのα乗分布に合わせて適切に調節することが重要である。
【０００７】
しかしながら、ガラス微粒子が堆積されていき、ガラス微粒子堆積体の径が除々に太くなるにつれ、ガラス微粒子を堆積させる反応容器内の気流状態や温度等の製造条件は刻々と変化する。また、ＯＶＤ法を実施する機材の劣化等により、各ロット間での製造条件も異なってしまう。そのため、バーナに導入する屈折率調整用添加物の量を単純にα乗分布に沿って調節するだけでは、ＧＩ型の理想的な屈折率分布を有するマルチモード光ファイバ母材を安定して得ることが難しかった。
【０００８】
本発明は、ＧＩ型のマルチモード光ファイバに要求される屈折率分布を精度良く形成することのできるマルチモード光ファイバ母材の製造方法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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るガラス母材の製造方法は、四塩化ケイ素と屈折率調整用添加物と燃焼ガスをバーナに導入して火炎を発生させ、ガラス微粒子を生成し、軸回りに回転する出発材の長手方向に前記バーナを相対移動させることでガラス微粒子堆積層を形成し、その動作を複数回繰り返すことで前記出発材の外側に複数層のガラス微粒子堆積層を形成してガラス微粒子堆積体を形成した後、前記ガラス微粒子堆積体を加熱して焼結させるガラス母材を製造するガラス母材の製造方法であって、グレーディド型の屈折率分布となるように層単位で屈折率を変化させて各層のガラス微粒子の生成堆積条件を設定し、その記録を残し、ガラス母材を製造し、その屈折率分布を測定し、目標とする屈折率分布と比較し、実際の屈折率分布が前記目標とする屈折率分布と相異する場合、屈折率分布が相異する層のガラス微粒子生成堆積時の製造条件を前記目標とする屈折率分布に近づくような製造条件に修正し、ガラス母材を製造することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明に係るガラス母材の製造方法は、各層毎の目標屈折率と測定屈折率との差をグレーディド型屈折率分布の部分の最大屈折率差の１％以下とするこが望ましい。
【００１１】
また、本発明に係るガラス母材の製造方法は、各層毎の目標屈折率に近似する複数層の測定屈折率におけるそれぞれの屈折率調整用添加物の添加量の条件から内挿近似により新たな製造条件となる屈折率調整用添加物の添加量を求めることが望ましい。
【００１２】
また、本発明に係るガラス母材の製造方法は、各層毎の目標屈折率との差が１％以内の測定屈折率におけるそれぞれの屈折率調整用添加物の添加量の平均値を新たな製造条件となる屈折率調整用添加物の添加量とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の光ファイバ母材の製造方法によれば、以前に製造した光ファイバ母材の各層ごとの測定屈折率をフィードバックした製造条件にて新たな光ファイバ母材を製造するので、各層毎の屈折率を目標屈折率に精度良く合わせることができる。これにより、反応容器内の気流状態や製造条件などに左右されることなく、正確なフィードバックにより目標屈折率分布に極めて近似した屈折率分布を有するマルチモード光ファイバ母材を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係るガラス母材の製造方法の一例として、マルチモード光ファイバ母材の製造方法を用い、この実施形態を図面を参照して説明する。
図１に、本発明に係るマルチモード光ファイバ母材の製造方法を実施することのできる製造装置を示す。
【００１５】
図１に示す製造装置１は、所謂ＯＶＤ法により、反応容器２の内側の空間内でマンドレル４に対してガラス微粒子を堆積させるものである。
反応容器２は、ガラス微粒子を生成して堆積させる際の高温の環境条件においても、塩素ガス等による腐食が極めて起こりにくい、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、ニッケル、ニッケル合金等の材料を用いて形成されている。
【００１６】
反応容器２の中には、垂直方向に昇降可能な把持具３が収容されている。この把持具３は、出発材である長尺状のマンドレル４の上端を把持して、マンドレル４を垂直方向に支持している。また、把持具３は、支持したマンドレル４をその軸回りに回転させることができる。マンドレル４は、アルミナ、カーボン、シリカのうち何れかの材質で形成されている。また、マンドレル４は、断面外形は真円に近いことが望ましく、全体構成としては中空の円筒形状であっても中実の円柱形状であっても良い。
【００１７】
また、反応容器２の中には、ガラス微粒子生成用のバーナ５が設けられている。バーナ５は、ガスを吹き出す複数のポートを有しており、そのポートからそれぞれ燃焼ガスとガラス原料ガスを吹き出し、燃焼ガスの燃焼により生じる酸水素火炎中においてガラス原料を加水分解反応させて、ガラス微粒子を生成するものである。また、バーナ５は、生成したガラス微粒子をマンドレル４に堆積させるように、マンドレル４に向けて横方向に配置されている。
【００１８】
燃焼ガスには、水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）が含まれる。ガラス原料ガスには、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）が含まれ、そこに適宜屈折率調整用添加物を含有させる。屈折率調整用添加物はシリカガラスの屈折率を上げるものが用いられ、例えば、ゲルマニウム、リン、ボロン等が用いられる。本実施形態では、屈折率調整用添加物としてゲルマニウムを用いるが、これをバーナ５に導入する際には、四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）のガスを導入する。ガラス原料ガスとして四塩化ケイ素と四塩化ゲルマニウムを用いた場合には、シリカ（ＳｉＯ２）と二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）を主成分とするガラス微粒子が、バーナ５の火炎中で生成される。
【００１９】
また、反応容器２は、バーナ５と対向する位置に排気口７を備えており、マンドレル４に堆積されなかった余剰のガラス微粒子を含む内部の排気ガスが排気口７から排気管８をとおり送り出される。
【００２０】
バーナ５へ各種ガスを導入するガス管１４は、バーナ５へ導入するガスの流量を調節する流量調節器（ＭＦＣ）１６を備えており、流量調節器１６には、制御用コンピュータ１３が接続されている。
この制御用コンピュータ１３には、設定器１５が接続されており、制御用コンピュータ１３は、設定器１５にて設定された設定値に基づいて、流量調節器１６に制御信号を出力し、バーナ５へ導入する各種ガスの流量を調節する。
【００２１】
上記構成の製造装置１によってマルチモード光ファイバ母材を製造する場合は、まず、把持具３によって反応容器２内に吊り下げたマンドレル４をその軸回りに回転させる。そして、バーナ５に四塩化ケイ素と四塩化ゲルマニウム、水素、酸素を導入し、回転しているマンドレル４に向かって、酸水素火炎を発生させる。酸水素火炎中では、加水分解反応より二酸化ゲルマニウムが含まれたガラス微粒子が生成される。さらに、マンドレル４を、軸回りに回転させながら、長手方向に昇降させて往復移動させる。なお、本実施形態ではバーナ５を固定してマンドレル４を移動させる態様としたが、これとは逆にバーナ５をマンドレル４の長手方向に移動させることで、バーナ５とマンドレル４とを相対移動させても良い。
【００２２】
このように、バーナ５からガラス微粒子を生成して、マンドレル４を回転させつつその長手方向に往復移動させることで、生成されたガラス微粒子をマンドレル４の周囲に層状に堆積させて、ガラス微粒子堆積体６を形成していく。その後、マンドレル４を取り除いて焼結・透明化させ、例えばフッ素ガスにより内面に気相エッチングを施し、さらに中実化することによりマルチモード光ファイバ母材とされる。
【００２３】
ここで、上記製造装置１では、マンドレル４に対してガラス微粒子を堆積させる際に、設定器１５からの設定値に基づいて、制御用コンピュータ１３が流量調節器１６を制御することにより、バーナ５へ供給する屈折率調整用添加物の添加量が各層毎にα乗分布に沿って調節され、屈折率調整用添加物が堆積体の形成に従ってその含有量が各層毎に次第に少なくされる。したがって、マンドレル４に近い箇所では屈折率調整用添加物が多く含まれて高い屈折率のガラス微粒子が堆積され、遠い箇所では屈折率調整用添加物の含有量が減らされて低い屈折率のガラス微粒子が堆積される。これにより、半径方向の外側に向かって次第に低屈折率になる屈折率分布、すなわちグレーディド型の屈折率分布を有するマルチモード光ファイバ母材が製造される。
【００２４】
ところが、ガラス微粒子が堆積されていき、ガラス微粒子堆積体６の径が除々に太くなるにつれ、ガラス微粒子を堆積させる反応容器２内の気流状態や温度等の製造条件が刻々と変化する。また、ＯＶＤ法を実施する機材の劣化等により、各ロット間での製造条件も異なってしまう。そのため、バーナ５に導入する屈折率調整用添加物の量を単純にα乗分布に沿って調節するだけでは、ＧＩ型の理想的な屈折率分布を有するマルチモード光ファイバ母材を安定して得ることが難しい。
【００２５】
このため、本実施形態のマルチモード光ファイバ母材の製造方法では、次のように光ファイバ母材を製造している。
【００２６】
（１）まず、各層毎に屈折率調整用添加物の量を変化させた製造条件により所定のプロファイルＡの光ファイバ母材を予め製造する。
【００２７】
（２）得られたプロファイルＡの光ファイバ母材の屈折率を、図２に示すように、製造時の形成層毎に分割して測定する。
なお、光ファイバ母材を線引きした光ファイバの屈折率を測定しても良い。
【００２８】
（３）次に、各層毎の測定屈折率を、新たに製造するマルチモード光ファイバ母材のα乗分布の屈折率分布である目標プロファイルの層毎の目標屈折率に合わせた製造条件を割り出す。
例えば、プロファイルＡの各層毎の測定屈折率における製造条件１〜９を、新たに製造する目標プロファイルに合わせて、製造条件１，１，２，２，３，４，５，７，９とする。
【００２９】
（４）その後、この求めた製造条件にて、前述した手順にて光ファイバ母材を製造する。
これにより、得られた光ファイバ母材は、目標プロファイルに極めて近似した屈折率分布とされる。
【００３０】
このように、上記マルチモード光ファイバ母材の製造方法によれば、以前に製造した光ファイバ母材の各層ごとの測定屈折率をフィードバックした製造条件にて新たな光ファイバ母材を製造するので、各層毎の屈折率を目標屈折率に精度良く合わせることができる。これにより、反応容器２内の気流状態や製造条件などに左右されることなく、正確なフィードバックにより目標屈折率分布に極めて近似した屈折率分布を有するマルチモード光ファイバ母材を製造することができる。
また、グレーディト型の屈折率分布となるように層単位で屈折率を変化させて各層のガラス微粒子の生成堆積条件を設定し、その記録を残し、ガラス母材を製造し、その屈折率分布を測定し、目標とする屈折率分布と比較し、実際の屈折率分布が目標とする屈折率分布と相異する場合、屈折率分布が相異する層のガラス微粒子生成堆積時の製造条件を目標とする屈折率分布に近づくような製造条件に修正しているので、目標屈折率分布に極めて近似した屈折率分布を有するガラス母材を製造することができる。
【００３１】
特に、各層毎の目標屈折率と測定屈折率との差をグレーディド型屈折率分布の部分の最大屈折率差の１％以下とすることにより、さらに高精度に目標屈折率分布に近似したマルチモード光ファイバ母材を得ることができる。
【００３２】
なお、各層毎の目標屈折率に近似する複数層の測定屈折率におけるそれぞれの屈折率調整添加物添加量の条件から内挿近似により新たな製造条件となる屈折率調整用添加物の添加量を求めることもできる。
また、各層毎の目標屈折率との差が１％以内の測定屈折率におけるそれぞれの屈折率調整添加物添加量の平均値を新たな製造条件となる屈折率調整用添加物の添加量とすることもできる。
【００３３】
なお、新たな製造条件として用いる測定データとしては、一つ前に製造した光ファイバ母材のものに限らず、以前に製造した複数の光ファイバ母材のものを用いても良い。
また、上記実施形態では、以前に製造した光ファイバ母材と同一プロファイルのものに限らず、各種のプロファイルの光ファイバ母材を製造する場合に適応可能であるのは勿論である。
【実施例１】
【００３４】
四塩化ゲルマニウムからなる屈折率調整用添加物の添加量を各層毎に調節し、半径方向の外側に向かって次第に低屈折率となる屈折率分布を目標屈折率分布として基準光ファイバ母材を製造した。
次いで、この製造した基準光ファイバ母材の屈折率を測定し、この測定データを各層毎に分割し、目標プロファイルに基づいて、測定した層毎の測定屈折率を用いて製造条件を割り出し、この製造条件にて四塩化ゲルマニウムからなる屈折率調整用添加物の添加量を各層毎に調節しながら新規光ファイバ母材を製造した。
このようにして得られた新規光ファイバ母材の屈折率分布を測定し、径方向の各位置での目標屈折率との差分を計算し、その評価を行った。
【００３５】
なお、光ファイバ母材は、以下の手順に沿って成形した。
（１）堆積体の表面温度を±７℃以内に保ちつつ、ガラス微粒子をカーボン製のマンドレルに堆積させてガラス微粒子堆積体を形成する。
（２）ガラス微粒子堆積体からマンドレルを引き抜き、ヘリウム（Ｈｅ）雰囲気で焼結・透明化させ、パイプ状のガラス焼結体を成形する。
（３）ガラス焼結体の内面にフッ素ガスにより気相エッチングを施し、コラプス法により中実化する。
【００３６】
その結果を図３及び図４に示す。
図３は、基準光ファイバ母材の屈折率分布を示すグラフ図であり、図４は、割り出した製造条件にて製造した新規光ファイバ母材の屈折率分布を示すグラフ図である。
図３からわかるように、基準光ファイバ母材は、例えば、ガラス微粒子を堆積させる反応容器内の気流状態や温度等の製造条件の変化、各機材の劣化、焼結・透明化の際に導入したヘリウムあるいはフッ素ガスによる気相エッチングなどの影響により、目標とする屈折率分布に対して得られた屈折率分布が、特に内周側及び外周側にて大きくずれ、理想屈折率との差分は、±０.０４５％であった。
【００３７】
これに対して、この基準光ファイバ母材の屈折率分布を基準として製造した新規光ファイバ母材では、図４に示すように、目標とする屈折率分布に対して得られた屈折率分布がほとんど一致し、理想屈折率との差分は、±０.０１０％に低減された。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施形態に係るマルチモード光ファイバ母材の製造方法を実施することのできる製造装置を示す概略構成図である。
【図２】本実施形態のマルチモード光ファイバ母材の製造方法を説明する模式図である。
【図３】基準光ファイバ母材の屈折率分布を示すグラフ図である。
【図４】新規光ファイバ母材の屈折率分布を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  製造装置
２  反応容器
３  把持具
４  マンドレル（出発材）
５  バーナ
６  ガラス微粒子堆積体
７  排気口
８  排気管
１３  制御用コンピュータ
１４  ガス管
１５  設定器
１６  流量調節器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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