(57)【要約】【課題】ＭＣＶＤ法に液浸法を適用して希土類等添加コアを有する光ファイバ用母材を製造する方法であり、液浸後の乾燥、透明化工程で剥離の発生を低減し歩留り向上と共に量産性を向上する。またこの方法による長手方向の光学的特性変動が低減された希土類等添加コアを有する光ファイバ。【解決手段】石英管内面にガラス微粒子を堆積させガラス微粒子層を形成する堆積工程、該ガラス微粒子層に添加物含有溶液を含浸させる液浸工程、乾燥工程を経てガラス微粒子層の透明化工程、及び石英管をコラップスしプリフォームとする工程を有する方法において、前記堆積工程で堆積するガラス微粒子層を２層以上、各層の厚みを３０μｍ未満とする、又は透明化後のガラス層１　層当たり厚みを１５μｍ未満とする。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英管内面にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子層を形成する堆積工程、前記ガラス微粒子層に添加物を含む溶液を含浸させる液浸工程、前記液浸工程の後に前記ガラス微粒子層を乾燥する乾燥工程、前記乾燥工程後に前記ガラス微粒子層を透明ガラス化する透明化工程、次いで前記石英管をコラップスして光ファイバ用プリフォームとするコラップス工程を有する方法において、前記堆積工程におけるガラス微粒子の堆積を２層以上とし、且つ１層あたりの厚みを３０μｍ未満とすることを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項２】
前記堆積工程において堆積するガラス微粒子層の合計厚みを３０μｍ以上とすることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項３】
前記堆積工程において堆積条件を変化させることなく内層に向かうに従いガラス微粒子層のカサ密度が低くなるように堆積することを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項４】
前記堆積工程において堆積条件を変化させながら内層に向かうに従いガラス微粒子層のカサ密度が低くなるように堆積することを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の方法により製造された光ファイバ用母材を線引きして得られる光ファイバであって、当該光ファイバ長手方向５００ｍ当たりの波長１５３０ｎｍ付近での吸収損失ピーク値の変動が、前記吸収損失ピーク値の平均値の±５％以内であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項６】
石英管内面にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子層を形成する堆積工程、前記ガラス微粒子層に添加物を含む溶液を含浸させる液浸工程、前記液浸工程の後に前記ガラス微粒子層を乾燥する乾燥工程、前記乾燥工程後に前記ガラス微粒子層を透明ガラス化する透明化工程、次いで前記石英管をコラップスして光ファイバ用プリフォームとするコラップス工程を有する方法において、前記堆積工程はガラス微粒子の堆積を２層以上とする複数層堆積工程であり、且つ前記ガラス微粒子層が透明ガラス化されてなるガラス層の１層あたりの厚さを１５μｍ以下とすることを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項７】
前記堆積工程におけるガラス微粒子層１層あたりの厚みを３０μｍ未満とすることを特徴とする請求項６記載の光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項８】
前記複数層堆積工程、前記液浸工程、前記乾燥工程及び前記透明化工程からなる工程を１ユニットとして複数ユニット繰り返した後、前記コラップス工程を行うことを特徴とする請求項６または７に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項９】
前記複数層堆積工程、前記液浸工程、前記乾燥工程及び前記透明化工程からなる工程を１ユニットとして複数ユニット繰り返すとき各ユニットにおける堆積ガラス微粒子層の合計厚さを３０μｍ以上とすることを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１０】
前記堆積工程において堆積条件を変化させることなく内層に向かうに従いガラス微粒子層のカサ密度が低くなるように堆積することを特徴とする請求項６ないし９のいずれかに記載の光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１１】
前記堆積工程において堆積条件を変化させながら内層に向かうに従いガラス微粒子層のカサ密度が低くなるように堆積することを特徴とする請求項６ないし８のいずれかに記載の光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１２】
請求項６ないし１１のいずれかに記載の方法により製造された光ファイバ用母材を線引きして得られる光ファイバであって、前記液浸工程において添加物として希土類元素を含む溶液を含浸することにより希土類元素が添加されており、当該光ファイバ長手方向５００ｍ当たりの波長１５３０ｎｍ付近での吸収損失ピーク値の変動が、前記吸収損失ピーク値の平均値の±５％以内であることを特徴とする光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光通信に用いる光ファイバ用母材であって、コアに希土類元素などが添加された光ファイバ用母材の製造方法及びこれにより製造された光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コア及びクラッドからなる光ファイバのコアに、屈折率を変化させる作用を有する物質のみならず、光ファイバに機能を付与する物質（本発明においては機能性物質と称する）を添加することが知られている。
例えば、光信号を電気信号に変換することなく光のままで直接増幅できる増幅用光ファイバとして、コアにエルビウム等の希土類イオンをドープしたものが広く用いられている。
希土類元素添加光ファイバ用母材の製法としては、溶液含浸法（液浸法）と光ファイバ用母材の代表的製法であるＭＣＶＤ法の応用法を併用した方法が挙げられる（例えば、非特許文献１参照）。
通常のＭＣＶＤ法では出発石英管の内部に例えばＳｉＣｌ４　等のガラス原料やＯ２　ガス、不活性ガスなどのキャリアガスを流しつつ酸水素バーナーに代表される外部熱源により該出発石英管を加熱し、該出発石英管内でガラス原料を酸化させることによりガラス微粒子を発生させる。ガラス微粒子は加熱源の下流側で該出発石英管内面に堆積してガラス微粒子層を形成するが、ガラス微粒子を一層堆積する毎にそのガラス微粒子層を透明ガラス化する。
これに対し、前記文献１の方法では、図１に示すように外部の熱源２の温度をガラス微粒子を発生させ得るが透明化には不十分な程度に調整することにより、透明ガラス化することなくガラス微粒子層３を１層もしくは複数層堆積させておき〔図１（ａ）　〕、その石英管内部に希土類元素の塩化物などを溶解させた溶液４を注ぎ込み〔図１（ｂ）　〕、前記ガラス微粒子層３に希土類元素含有溶液４を含浸せしめたのち、乾燥して溶媒を除去させ〔図１（ｃ）　〕、再度加熱し希土類元素含有ガラス微粒子層５を透明化する〔図１（ｄ）　〕ことにより、合成されたガラス層に希土類元素が添加される。その後該石英管を加熱中実化する〔図１（ｅ）　〕。
また、堆積させるガラス微粒子層のカサ密度を０．２０〜０．８　ｇ／ｃｍ３の範囲内にすることにより、希土類元素等の機能性物質添加物（ドーパント）を添加濃度のバラツキなく製造することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０６−２８９５４２号公報
【非特許文献１】
ジェイ．イー．タウンゼント（Ｊ．Ｅ．Ｔｏｗｎｓｅｎｄ），　エス．ビー．プール（　Ｓ．Ｂ．Ｐｏｏｌｅ），　ディー．　エヌ．　ペイン（Ｄ．Ｎ．Ｐａｙｎｅ）　著，「希土類添加光ファイバ成形のための溶液ドープ技術（　Ｓｏｌｕｔｉｏｎ−ｄｏｐｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒ　ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ　ｄｏｐｅｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｒｅｓ　）」，　アイイーイー　エレクトロニクス　レターズ（ＩＥＥ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ），　　第２６巻，第７号，ｐ．３２９〜３３１（１９８７年刊）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ＭＣＶＤ法を応用した前記の方法で希土類元素ドープ光ファイバ用母材を作製する場合には、透明化工程においてガラス微粒子堆積層が剥がれ落ちてしまう問題があった。また、この方法で得られた光ファイバの長手方向における光学的特性、例えば波長１５３０ｎｍ付近での吸収損失ピーク値の変動が大きいという問題もあった。
本発明はこのような問題を解決して、液浸法とＭＣＶＤ応用法を組み合わせた手法により、透明化工程での剥がれ落ちなく、またファイバの長手方向における光学的特性の変動を低減して希土類元素などをドープされた光ファイバ用母材を製造できる方法、及び長手方向の光学的特性変動の低減された光ファイバを課題とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は下記（１）　〜（５）　の構成により、前記課題を解決するものである。
（１）　石英管内面にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子層を形成する堆積工程、前記ガラス微粒子層に添加物を含む溶液を含浸させる液浸工程、前記液浸工程の後に前記ガラス微粒子層を乾燥する乾燥工程、前記乾燥工程後に前記ガラス微粒子層を透明ガラス化する透明化工程、次いで前記石英管をコラップスして光ファイバ用プリフォームとするコラップス工程を有する方法において、前記堆積工程におけるガラス微粒子の堆積を２層以上とし、且つ１層あたりの厚みを３０μｍ未満とすることを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
（２）　前記堆積工程において堆積するガラス微粒子層の合計厚みを３０μｍ以上とすることを特徴とする上記（１）　記載の光ファイバ用母材の製造方法。
（３）　前記堆積工程において堆積条件を変化させることなく内層に向かうに従いガラス微粒子層のカサ密度が低くなるように堆積することを特徴とする上記（１）　または（２）　に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
（４）　前記堆積工程において堆積条件を変化させながら内層に向かうに従いガラス微粒子層のカサ密度が低くなるように堆積することを特徴とする上記（１）　または（２）　に（２）　に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
（５）　上記（１）　ないし（４）　のいずれかに記載の方法により製造された光ファイバ用母材を線引きして得られる光ファイバであって、当該光ファイバ長手方向５００ｍ当たりの波長１５３０ｎｍ付近での吸収損失ピーク値の変動が、前記吸収損失ピーク値の平均値の±５％以内であることを特徴とする光ファイバ。
【０００６】
本発明は更に下記（６）　〜（１２）の構成により、前記課題を解決するものである。
（６）　石英管内面にガラス微粒子を堆積させてガラス微粒子層を形成する堆積工程、前記ガラス微粒子層に添加物を含む溶液を含浸させる液浸工程、前記液浸工程の後に前記ガラス微粒子層を乾燥する乾燥工程、前記乾燥工程後に前記ガラス微粒子層を透明ガラス化する透明化工程、次いで前記石英管をコラップスして光ファイバ用プリフォームとするコラップス工程を有する方法において、前記堆積工程はガラス微粒子の堆積を２層以上とする複数層堆積工程であり、且つ前記ガラス微粒子層が透明ガラス化されてなるガラス層の１層あたりの厚さを１５μｍ以下とすることを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
（７）　前記堆積工程におけるガラス微粒子層１層あたりの厚みを３０μｍ未満とすることを特徴とする上記（６）　記載の光ファイバ用母材の製造方法。
（８）　前記複数層堆積工程、前記液浸工程、前記乾燥工程及び前記透明化工程からなる工程を１ユニットとして複数ユニット繰り返した後、前記コラップス工程を行うことを特徴とする上記（６）　または（７）　に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
（９）　前記複数層堆積工程、前記液浸工程、前記乾燥工程及び前記透明化工程からなる工程を１ユニットとして複数ユニット繰り返すとき各ユニットにおける堆積ガラス微粒子層の合計厚さが３０μｍ以上とすることを特徴とする上記（６）　ないし（８）　のいずれかに記載の光ファイバ用母材の製造方法。
（１０）　　前記堆積工程において堆積条件を変化させることなく内層に向かうに従いガラス微粒子層のカサ密度が低くなるように堆積することを特徴とする上記（６）　ないし（９）　のいずれかに記載の光ファイバ用母材の製造方法。
（１１）　　前記堆積工程において堆積条件を変化させながら内層に向かうに従いガラス微粒子層のカサ密度が低くなるように堆積することを特徴とする上記（６）　ないし（８）　のいずれかに記載の光ファイバ用母材の製造方法。
（１２）　　上記（６）　ないし（１１）のいずれかに記載の方法により製造された光ファイバ用母材を線引きして得られる光ファイバであって、前記液浸工程において添加物として希土類元素を含む溶液を含浸することにより希土類元素が添加されており、当該光ファイバ長手方向５００ｍ当たりの波長１５３０ｎｍ付近での吸収損失ピーク値の変動が、前記吸収損失ピーク値の平均値の±５％以内であることを特徴とする光ファイバ。
ここで、本発明における堆積条件とは、ガラス微粒子を堆積させる際に設定する製造条件のことであり、具体的には後記で説明される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明者らが、従来法の透明化工程におけるガラス微粒子層の剥がれ発生の原因を研究した結果、ガラス微粒子と出発の石英管内面との密着性が小さく、且つガラス微粒子相互の密着性が小さいことが、その後の乾燥工程、加熱工程においてガラス微粒子が収縮した際にガラス微粒子層の剥離、脱落の発生の原因となるという知見を得た。
【０００８】
また、線引き後の光ファイバにおける長手方向での光学的特性値の変動については、次のような考察に至った。
ＭＣＶＤ法を応用して出発石英管内面にガラス微粒子層を形成しておいて、添加物を液浸する方法において、１層のガラス微粒子層形成で厚さ２００〜３００μｍといった厚い層を得ることができる。しかし、一層のガラス微粒子層形成だけではガラス微粒子層の厚さを均一にすることは困難であり、得られる母材のコア径変動が大きく、その結果線引きされた光ファイバのコア径変動も大きくなってしまう。
また、石英管とガラス微粒子の密着性に関しては、堆積させるガラス微粒子のカサ密度を大きくすれば密着性が向上するが、後の液浸工程における添加量が低減する。
【０００９】
そこで、本発明においてはガラス微粒子を少なくとも２層以上の複数層として堆積させることにより、ガラス微粒子層の層厚を平均化してコア径変動を低減させる。ただし、複数層堆積した場合でも、１層毎の厚さが３０μｍ以上となると、ガラス微粒子層の石英管からの剥離が発生する場合があるため、１層の厚さは３０μｍ未満とする（上記（１）　発明）　。
【００１０】
また、本発明においては、ガラス微粒子を少なくとも２層以上の複数層として堆積させ、その後の透明化工程にてガラス層としたとき、ガラス層の１層当たりの厚みを１５μｍ以下となるようにすることにより、剥離発生なくかつコア径変動の影響を低減して、線引き後ファイバの５００ｍあたりの波長１５３０ｎｍ付近における吸収損失ピーク値の平均値に対する変動幅を低減できる（上記（６）　発明）。
【００１１】
また本発明において、「複数堆積工程−含浸工程−乾燥工程−透明化工程」を一ユニットとして複数ユニット繰り返して行った後、コラップスすることによりさらに製造条件の変動の影響を平均化でき、長手方向に特性変動の少ないファイバを得ることができる（上記（８）　発明）　。
本発明の堆積工程（ユニットを繰り返す場合には一ユニットにおける堆積工程）においてガラス微粒子層を複数回堆積したときのガラス微粒子層の全層厚は３０μｍ以上とすることが好ましく、これにより、製造条件の変動の影響を平均化できて、長手方向に特性変動の少ないファイバとすることができる（上記（２）　及び（９）　発明）。
【００１２】
また、複数層堆積において石英管に密着する第１層のガラス微粒子のカサ密度は石英管と密着できる程度に高くし、第２層以降は、順次内側（中心側）に向かう程カサ密度が低くなるように、製造条件を変化させることなく或いは製造条件を変化させながら、堆積してゆく（　上記（３），（４），（１０）及び（１１）発明）　。これにより剥離を防止できると共に液浸工程での添加物添加量を確保でき、また中心側にゆく程添加物濃度を高くすることができるので、添加物の添加総量に対して増幅効率の高いファイバを得られる母材を製造できる。
各層毎にカサ密度を変化させる場合、層毎にガラス微粒子の層厚さを変化させれば、最終的にコアとなる部分での添加物濃度分布をより精細に調整することができる。
【００１３】
本発明により製造された母材を線引きして得られるファイバは、長手方向におけるコア外径変動による影響が低減さているため、５００ｍ当たりの波長１５３０ｎｍ付近での吸収損失ピーク値の変動が前記吸収損失ピーク値の平均値の５％以内という優れた特性を有する（上記（５）　発明）。
本発明の製法によれば、含浸する溶液の溶質として希土類元素をコアに十分に含有させることが可能であり、特に複数ユニット繰り返すことによりＥｒを多量添加することができ、しかも長手方向における特性変動の少ないファイバを得ることがてきる。このように長手方向に安定して多量のＥｒを含有するファイバは、増幅効率が向上し、非常に有利である（上記（１２）発明）。
【００１４】
図面を参照して本発明を具体的に説明する。
図１は本発明の方法を模式的に説明する概略図である。まず、出発の石英管１の内側にＳｉＣｌ４　等のガラス原料ガス、ＧｅＣｌ４　等のドーパント原料ガス、及びＯ２　を導入し、外部の熱源２により加熱することにより、ガラス微粒子層３を形成する。このとき、導入する各ガス量と加熱の程度を調整して熱源２のトラバースによってガラス微粒子層３がガラス（図１の原料の場合にはＧｅＯ２　含有ＳｉＯ２　ガラス）化せず、多孔質のガラス微粒子層３を形成するようにする〔図１（ａ）　堆積工程〕。
【００１５】
本発明に用いるガラス原料としては、例えばＳｉＣｌ４　，ＧｅＣｌ４　，ＢＣｌ３　，ＰＯＣｌ３　などが挙げられる。また、本発明に用いるドーパント原料としては、Ｇｅ（ＧｅＣｌ４　）に加えてＥｒ（ＥｒＣｌ３　など），Ｐ（ＰＯＣｌ３　など），Ｂ（Ｂ２　Ｏ３　など），Ａｌ〔Ａｌ（ＮＯ３　）３　など〕等が挙げられる。
【００１６】
本発明においては、ガラス微粒子堆積は２層以上の複数層とし、ガラス微粒子層１層当たりの厚みは３０μｍ未満とする。より好ましくは１０μｍ以上、３０μｍ未満とする。ガラス微粒子層１層当たりの厚みが３０μｍ以上では剥離発生の場合があり、また１０μｍ未満では生産効率が低いという問題がある。
またガラス微粒子層の合計厚みは３０μｍ以上とする。合計厚みが３０μｍ未満では線引きされた光ファイバのコア変動が大きく、３００μｍを越えると透明化工程におけるガラス微粒子層の剥がれが発生する。
積層する層数としては２〜２０層程度、さらには２〜１５層が望ましい。
【００１７】
本発明においては、積層するガラス微粒子のカサ密度は０．２〜１．５ｇ／ｃｍ３　であり、望ましくは０．４〜１．２ｇ／ｃｍ３　とする。１．５ｇ／ｃｍ３　を超えると、後の液浸工程での含浸が困難となり、一方、０．２ｇ／ｃｍ３　未満では石英管との密着性が低く剥離が発生したり、強度が低く取り扱いが困難となる。
石英管との密着性の観点から、第１層目のガラス微粒子のカサ密度は０．４〜１．５ｇ／ｃｍ３　とすることが好ましい。
【００１８】
本発明において、石英管と接する第１層目のガラス微粒子層は密着性を確保できる程度に高いカサ密度とし、内側のガラス微粒子層のほどカサ密度が低くなるように積層すると、内側（中心側）つまり最終的にはコアの中心となる部分では添加物の添加量が最大となるように添加物濃度分布を調整できる。
【００１９】
このようにカサ密度分布をつける具体的手段として、下記［１］，［２］　が挙げられる。
［１］　原料流量、酸水素バーナの加熱温度、酸水素バーナ移動速度といった堆積条件を変化させずに複数層堆積させる。この場合には第１層は２層以降の堆積時に加熱を繰り返されるので、カサ密度が大きくなってゆく。結果的に内側に堆積された層ほど熱履歴が小さく、嵩密度は相対的に小さくなる。
［２］　原料流量、酸水素バーナの加熱温度、酸水素バーナ移動速度等の堆積条件を変化させて堆積させる。この場合は当然第１層のカサ密度が最も大きくなるように条件を選択すればよい。
層毎にカサ密度を変化させる部分には最終的なコア部分での径方向の添加物濃度分布を調整するため、層毎に厚みを調整してもよい。
なお、本発明の堆積条件として具体的には、上記の原料流量、酸水素バーナの加熱温度や移動速度の他、添加ガス流量、原料ガスや添加ガスの導入圧力や排気圧力、石英管の加熱又は冷却温度、加熱源の移動速度及び停止時間、石英管の回転速度などを挙げることができる。
【００２０】
積層する層数は特に制限されるところはないが、２〜２０層程度、さらには２〜１５層が実生産上から好ましい。また、あまり層数を多くすると透明化工程やコラップス工程においてコアとなるガラス層内に気泡が発生する場合がある。
【００２１】
堆積が終了した後、ガラス微粒子層３に希土類元素含有溶液４を含浸させる。これによりガラス微粒子層３は希土類元素を含有するガラス微粒子層（希土類元素含有ガラス微粒子層）６となる。添加物を含有する溶液４をガラス微粒子層３へ浸透させるには、例えば希土類元素含有溶液４を堆積工程の終了した石英管１内に注ぎ込み（図１（ｂ）　液浸工程〕、その後、余剰の溶液を捨てる等の手段が採用できるが、これに限定されるものではない。
【００２２】
本発明においてコアに添加される添加物としては、例えばガラス微粒子層に添加したい元素の化合物、例えば塩化物や酸化物等、具体的には例えばＥｒ（ＥｒＣｌ３　など），Ｎｄ（ＮｄＣｌ３　など），Ｙｂ（ＹｂＣｌ３　など），Ｔｍ（ＴｍＣｌ３　など），Ｐｒ（ＰｒＣｌ３　など），Ｌａ（ＬａＣｌ３　など），Ａｌ〔Ａｌ（ＮＯ３　）など〕，Ｐ（Ｐ２　Ｏ５　，Ｈ３　ＰＯ４　など）等の希土類元素やその他の元素の化合物を挙げることができる。
【００２３】
添加物を加える溶媒としては、例えば水、エタノール等のアルコールが、塩化物、塩等の添加元素含有化合物を十分に溶解でき、しかも自然乾燥により殆ど揮散するのに加え、Ｃｌ２　などの反応性ガスにより容易かつ徹底的に除去できるので簡便である。
液浸工程の温度，時間等の条件として、例えば５０℃，１〜２時間といった条件が挙げられる。
【００２４】
次に前記石英管内の溶媒を除去し、石英管１を常温又は８０℃未満に加温し乾燥する〔図１（ｃ）　乾燥工程〕。図１の例ではパイプヒータ５を用い、乾燥Ｎ２　を流しながら乾燥している。このように乾燥することにより比較的厚みのあるガラス微粒子層を形成した場合でも剥離の発生を防止して乾燥することができる。
なお、本発明において常温とは２０〜２５℃をいう。また、加温を８０℃未満とする理由は、８０℃を超えると溶媒の沸騰等が起こり、ガラス微粒子層の剥離を生じる可能性があるためである。
【００２５】
残留水分を充分に除去した後、石英管１の外部から熱源２により加熱して希土類元素含有ガラス微粒子層６を透明ガラス化して希土類元素含有ガラス層７とする。このとき、石英管１内にＣｌ２　ガス等の脱水ガス及びＨｅガス、並びにＯ２　ガスを流すことにより、残留する微量の水分や異物を除去することができる〔図１（ｄ）　透明化工程〕。
【００２６】
透明化の後に、さらに石英管１を外部より熱源２により加熱してコラップスする。この工程により希土類元素含有ガラスをコア（希土類元素ドープコア８）とする光ファイバ母材９が得られる〔図１（ｅ）　コラップス工程〕。
【００２７】
本発明者らがさらに検討を進めた結果、ガラス微粒子層を２層以上堆積し、液浸工程、乾燥工程及び透明化工程を経てコラップスするガラス母材の製造方法において、透明化した後のガラス層の１層当たりの厚さが１５μｍ以下とすることにより、剥離発生を防止することができ、しかもガラスの層厚を平均化してコア径変動を低減できる。ガラス層の全層厚は３０μｍ以上とすることが好ましく、これにより、製造条件の変動の影響を平均化できて、長手方向に特性変動の少ないファイバとすることができる。
【００２８】
また本発明において、「複数層堆積工程−含浸工程−乾燥工程−透明化工程」を一ユニットとして複数ユニット繰り返して行った後、コラップスすることによりさらに製造条件の変動の影響を平均化でき、長手方向に特性変動の少ないファイバを得ることができる。この場合も、各１のユニットにおいて合成されたガラス微粒子層の合計厚みを３０μｍ以上とすることが好ましい。
【００２９】
本発明のとりわけ好ましい実施の形態としては、１ユニットでの堆積工程において複数回堆積したガラス微粒子層の合計層厚さを３０μｍ以上、透明化工程後のガラス層としては１層当たり厚さ１５μｍ未満となるようにガラス層を合成することが挙げられ、これにより石英管からの剥離発生がなく、コア径変動の影響を大きく低減できて、特性変動の少ない非常に良好なファイバを得ることができる。
【００３０】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるところはない。
【００３１】
（実施例１）
図１に示す構成により、光ファイバ用ガラス母材を複数本作成した。まず、外径２５ｍｍ、肉厚４．５ｍｍの合成石英管１をガラス旋盤に取付け、一端から他端にむけて石英管内にＳｉＣｌ４　，ＧｅＣｌ４　およびＯ２　の混合ガスをそれぞれ３０〜６０ｃｃ／ｍｉｎ，８０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎ，５００〜１０００ｃｃ／ｍｉｎ流し、外部の熱源２（本実施例では酸水素バーナ）を１回又は複数回トラバースし加熱することによりＳｉＯ２　、ＧｅＯ２　からなるガラス微粒子（ガラス微粒子層）を、１層又は複数層堆積させた。このとき、表１に示すように堆積した層数、１層の厚み、を変化させた以外は同じ条件としてサンプルＮｏ．１−１〜Ｎｏ．１−１１　を、また第１層目のカサ密度を高くし、１層毎にカサ密度が約０．１ｇ／ｃｍ３　低くなるように全体で４層堆積させたサンプルＮｏ．１−１２　の計１２種類を作成した。
【００３２】
堆積工程を終了した各サンプルを、ＥｒとＡｌの混合水溶液（ＥｒはＥｒＣｌ３　・６Ｈ２　Ｏを、ＡｌはＡｌ（ＮＯ３　）３　・９Ｈ２　Ｏを水に溶解し、Ｅｒが０．００５〜０．０２５ｍｏｌ／リットル、Ａｌが２．０〜５．０ｍｏｌ／リットルの範囲に入るよう、溶液濃度を調整した）に温度５０〜６０℃で、１時間液浸させた〔液浸工程〕。このようにして作製したサンプルを別途プリフォーム化し、元素分析した。平均Ｅｒ濃度、平均Ａｌ濃度を表１に併せて示す。
プリフォーム段階での濃度はそれぞれＡｌ：２．０重量％〜６．０重量％、Ｅｒ：３００重量ｐｐｍ〜１３００重量ｐｐｍとすることが、増幅特性上望ましい。
【００３３】
次に前記混合水溶液を抜き、加熱手段としてパイプヒータを用い６０℃程度で１２時間、加熱乾燥した〔乾燥工程〕。このとき、先ずＮ２　ガス：１０リットル／分を石英管内にパージしながらパイプヒータで６０℃程度に加熱し３〜４時間乾燥した後、バイプヒータを取り外し、前記同様にＮ２　ガスをパージしながら８時間以上、計１２時間乾燥した。
乾燥工程終了後、各サンプルについて再度ガラス旋盤に取付け、石英管１内に脱水ガスとしてＣｌ２　：５０〜１００ｃｃ／ｍｉｎ、Ｏ２　：５００〜１０００ｃｃ／ｍｉｎを流し、石英管１外部から熱源２により加熱し、残留する微量の水分や異物を除去しつつ、希土類元素含有ガラス層６を透明化した〔加熱工程〕。　その後、さらに石英管１を外部より熱源２により加熱してコラップスし、希土類元素含有コア（希土類元素ドープコア８）を有する光ファイバ用母材９を得た〔コラップス工程〕。
【００３４】
各サンプルから得られた光ファイバ用母材をプリフォームとして外径１２５μｍ、コア径２．３μｍの光ファイバに線引きし、当該光ファイバの長手方向における、波長１５３０ｎｍ付近での吸収損失ピーク値の平均値に対する変動幅を測定した。母材作成条件、添加Ａｌ濃度（重量ｐｐｍ）、添加Ｅｒ濃度（重量ｐｐｍ）と、得られた光ファイバの５００ｍ当たりの波長１５３０ｎｍ付近吸収損失ピーク値の平均値に対する変動幅（％）を表１に併せて示す。なお、波長１５３０ｎｍ付近にピークを有する吸収はＥｒに由来するものである。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
表１の結果から次のことが分かる。
ガラス微粒子を１層のみ堆積させた場合、コラップスコア径が小さいため、母材のコア部外径変動が線引き後の光ファイバコア径変動に顕著に影響し、５００ｍ当たりの波長１５３０ｎｍ付近吸収損失ピーク値の平均値に対する変動が±７．８％／５００ｍと非常に変動が大きい（サンプルＮｏ．１−１）。
サンプルＮｏ．１−１とＮｏ．１−４、サンプルＮｏ．１−２とＮｏ．１−３を比較すると明らかなように、一層の厚さが同じ場合、２層，３層と堆積すると前記変動幅が低減される。しかし、サンプルＮｏ．１−２のように合計厚みが３０μｍ未満の場合は、サンプルＮｏ．１−１と同じくコラップスコア径が小さいため、前記変動幅は合計厚み３０μｍ以上のサンプルＮｏ．１−３に較べ大きくなる。
【００３７】
またガラス微粒子層合計厚み約１００μｍとするため各層２５μｍとして４層堆積した場合は、前記変動幅±３．４％と良好な結果を得た（サンプルＮｏ．１−６）が、１層５０μｍで２層堆積した場合にはＡｌ添加量、Ｅｒ添加量は良好であったが、透明化工程においてガラス微粒子層が剥離してしまった（サンプルＮｏ．１−５）。
さらにまた、ガラス微粒子１層の厚さを３０μｍ未満（２０μｍ）とし、７，１０，１５，１７層堆積した場合も、前記変動幅を±２．０％、±１．５％といずれも±３．４％以下の非常に良好な結果が得られた（サンプルＮｏ．１−７〜１−１０）。
ただし、ガラス微粒子１層の厚さを２０μｍとしても、層数２０層まで堆積した場合には、透明化時にコア内に気泡が発生してしまった（サンプルＮｏ．１−１１　）。
【００３８】
さらに、１層毎にカサ密度が低くなるようにガラス微粒子を堆積させた場合（サンプルＮｏ．１−１２　）、石英管とガラス微粒子の第１層の界面での剥離を防止でき、且つコア中心部付近の添加物Ｅｒ濃度、Ａｌ濃度を高くできるので、各平均添加濃度はＡｌ：５．２０重量％、Ｅｒ：８８０重量ｐｐｍであるが、例えばサンプルＮｏ．１−６（平均Ａｌ濃度：５．７２重量％、平均Ｅｒ濃度：９２０重量ｐｐｍ）からの光ファイバと同等又は以上の増幅利得を得られているので、非常に増幅効率が向上することが分かる。
【００３９】
（実施例２）
図１の構成で本発明に従い外径２５ｍｍ、肉厚４．５ｍｍの合成石英管１をガラス旋盤に取付け、一端から他端に向けて該合成石英管内にＳｉＣｌ４　、ＧｅＣｌ４　及びＯ２　からなる混合ガスを、それぞれ一層毎に３０〜６０ｃｃ／ｍｉｎ，８０〜１５０ｃｃ／ｍｉｎ，５００〜１５００ｃｃ／ｍｉｎ流し、外部の熱源２（本実施例では酸水素バーナを使用）により加熱し、トラバースさせることで、ＳｉＯ２　及びＧｅＯ２　からなるガラス微粒子層３を、ＭＣＶＤ法を用いて１又は複数層堆積させた。この時その堆積層数を１，２，３，４，７，１０，１５，１７，２０層と変えて堆積させた各サンプル（Ｎｏ．２−１〜Ｎｏ．２−１１）、カサ密度が１層毎に約０．１ｇ／ｃｍ３　毎低くなるように４層のガラス微粒子層を堆積させたサンプル（Ｎｏ．２−１２）、４層堆積工程〜透明化工程を１ユニットとして２ユニット行ったサンプル（Ｎｏ．２−１３　及びＮｏ．２−１５）、２層堆積工程〜透明化工程を１ユニットとして４ユニット行ったサンプル（Ｎｏ．２−１４）、及びカサ密度が２層毎に約０．１ｇ／ｃｍ３　毎低くなるように４層堆積した後透明化し、さらに同様に２層毎にカサ密度を低減させ４層堆積して透明化したサンプル（Ｎｏ．２−１６）、計１６サンプルを用意した。
各サンプルをＥｒとＡｌの混合溶液４（ＥｒＣｌ３　・６Ｈ２　Ｏと溶媒のＨ２　Ｏからなる）を用い、各々サンプルがＥｒ：０．００５〜０．０２５ｍｏｌ／ｌ、Ａｌ：２．０〜５．０ｍｏｌ／ｌの範囲内に入るよう、溶液濃度を調整した）に温度５０〜６０℃で、１時間液浸させた。
その後溶液を抜き、６０℃程度で加熱乾燥した。この時、乾燥時間は１２時間で、加熱手段としてパイプヒータ５を用いた。そして石英管１内に脱水ガスとしてＣｌ２　を５０〜１００ｃｃ／ｍｉｎ：Ｏ２　を５００〜１０００ｃｃ／ｍｉｎ流し、石英管外部から熱源２により加熱し、残留する微量の水分や異物を除去しつつ、希土類元素含有ガラス層６を透明化した。その後さらに、石英管１を外部より熱源２により加熱してコラップスし、希土類元素含有ガラスをコア（希土類元素ドープトコア８）とする光ファイバ用母材９を得た。
各サンプルの透明化後のガラス厚みを測定し、実施例１の場合に同様にファイバ化した。平均Ａｌ濃度、平均Ｅｒ濃度、及びファイバ５００ｍ当たりの波長１５３０ｎｍ付近での吸収損失ピーク値の平均値に対する変動幅を測定した結果を表２に示す。
【００４０】
【表２】
2004083399.tif 000004
【００４１】
表２の結果から次のことが分かる。
ガラス微粒子を１層のみ堆積させた場合、コラップスコア径が小さいため、母材のコア部外径変動が線引き後の光ファイバコア径変動に顕著に影響し、５００ｍ当たりの波長１５３０ｎｍ付近吸収損失ピーク値の平均値に対する変動が±７．８％／５００ｍと非常に変動が大きい（サンプルＮｏ．２−１）。
サンプルＮｏ．２−１，　Ｎｏ．２−４、サンプルＮｏ．２−２とＮｏ．２−３を比較すると明らかなように、一層の厚さが同じ場合、２層，３層と堆積すると前記変動幅が低減される。
しかし、サンプルＮｏ．２−５のように透明化後のガラス層１層当たり厚みが１５μｍより厚いと、ガラス微粒子層が石英管より剥離した。
【００４２】
サンプルＮｏ．２−６〜２−１０のように透明化後ガラスの１層あたりの厚みを１５μｍ未満で層数を増やし、ガラス層が４，７，１０，１５層のときは、５００ｍあたりの波長１５３０ｎｍ付近吸収ピーク値の平均値に対する変動を±３．４％／５００ｍ以下にすることができた。２０層ガラス微粒子層を堆積させた場合（サンプルＮｏ．２−１１）、透明化時に気泡が発生した。
【００４３】
サンプルＮｏ．２−１２　は層毎に嵩密度を０．８　→０．７　→０．６　→０．５　ｇ／ｃｍ３　と変化させて４層のガラス微粒子堆積層を形成した後、含浸、乾燥、透明化工程に付した例であり、ガラス層１層当たり厚みは５．２０μｍ、変動幅は±３．４％であった。
サンプルＮｏ．２−１３　はガラス微粒子層１層平均厚みが２５μｍで４層堆積させた後透明化まで行うことを１ユニットとして２ユニット行った例であり、透明化後のガラス層１層当たり厚みは８．５μｍであった。サンプルＮｏ．２−１４　はガラス微粒子層１層平均厚みが２４μｍで２層堆積させた後透明化まで行うことを１ユニットとして４ユニット行った例であり、透明化後のガラス層１層当たり厚みは８．４μｍであった。このように複数回堆積〜透明化を複数ユニット繰り返すと、平均Ａｌ濃度５．３１〜５．４重量％、平均Ｅｒ濃度８９０〜９００重量ｐｐｍと添加量が高く、しかも変動幅が±２．１〜２．４％と小さい、優れたファイバを得ることができる。
サンプルＮｏ．２−１５　は４層堆積工程〜透明化工程を２回繰り返し、透明ガラス化したガラス層厚みが全体で７７μｍ、１層毎のガラス厚みが９．６μｍであるが、平均Ａｌ濃度が５．３０重量％、平均Ｅｒ濃度９４５重量ｐｐｍ、変動幅±２．１％と、良好な結果を得ることができた。
【００４４】
以上より透明化後ガラス層の１層あたりの厚みを１５μｍ未満、複数回堆積工程〜透明化工程を繰り返す場合、各回での合計ガラス微粒子層厚みを３０μｍ以上にし、ガラス微粒子層堆積工程において複数層堆積させることで、製造条件の変動の影響を平均化でき、長手方向に特性変動の少ないファイバが得られることが確認できた。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光ファイバ用母材の製造方法によれば、製造条件の変動の影響を平均化でき、長手方向に光学的特性の変動の少ない光ファイバを、ガラス微粒子層剥離や透明化コア中の気泡発生等なく、安定して製造できる。また、内側のガラス微粒子層ほどカサ密度が低くなるように堆積することにより、コア中心部の添加物濃度が高くなった添加物分布を有する光ファイバ用母材を製造でき、これを線引きして得られる光ファイバは添加物量に対する増幅効率が高いのでコスト面で有利である。
また、本発明の方法により得られる光ファイバは、ファイバ長手方向における波長１５３０ｎｍ付近の吸収損失ピーク値の５００ｍ当たり変動幅が±５．０％以下と大幅に低減された非常に優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を工程順に模式的に示した説明図である。
【符号の説明】
１　石英管
２　熱源
３　ガラス微粒子層
４　希土類元素含有溶液
５　パイプヒータ
６　希土類元素含有ガラス微粒子層
７　希土類元素含有ガラス層
８　希土類元素ドープコア
９　光ファイバ用母材
【図１】
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