(57)【要約】【課題】光ファイバコア母材ガラス化中に内部に不活性ガスが残留し、光ファイバの伝送損失が大きくなる。【解決手段】不活性ガスが透明ガラス化中に光ファイバ母材内部に入らないようにするために、光ファイバのコアとなる多孔質体からなる母材を脱水・焼結してコア母材を作り出す際に、多孔質体からなる母材を脱水・焼結する炉心管２内の加熱手段１１の配置位置よりも上側部分は不活性ガス濃度を１０％以下に抑制する。不活性ガスは、内側シール蓋４の貫通孔４ａと支持棒８との間の微小な隙間を通って炉心管２の内部に入り込むものである。このようにして不活性ガスが光ファイバ内部に入り込むことを防止して、光ファイバの伝送損失を小さくする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ母材の前駆体である多孔質母材を形成した後に、その多孔質母材を焼結して光ファイバ母材を作製する装置において、多孔質母材を内部に配置して当該多孔質母材を加熱するための炉心管を有し、この炉心管の上部は外気シール蓋と、この外気シール蓋よりも間隔を介して内側に配置される内側シール蓋とによって二重に塞がれ、また、それら外気シール蓋と内側シール蓋の間に形成されたシール室に不活性ガスを流すガス通風手段を設け、シール室の内部が外部の大気圧よりも低い圧力に制御して外部との圧力差によって炉心管の内部の雰囲気ガスが外部へ漏洩することを防止する構成を有し、前記外気シール蓋と内側シール蓋にはそれぞれ同軸上に貫通孔を形成し、これら貫通孔に挿通された支持棒に支持されて多孔質母材を炉心管の内部に配置して、多孔質母材の中心軸を回転軸として多孔質母材を回転しながら、多孔質母材と、炉心管の側部に設けられた加熱手段とが相対的に上下方向に移動して多孔質母材を加熱し焼結する構成であって、シール室を流れている不活性ガス、あるいは、外部からシール室内に入り込んだ大気中の不活性ガスが、内側シール蓋の貫通孔と当該貫通孔に挿通された支持棒との間の隙間を通って炉心管の内部に入り込むのを炉心管内部の圧力制御により防止して、炉心管内の加熱手段の上部位置よりも上側の不活性ガス濃度を１０％以下に抑える不活性ガス濃度抑制手段を設けたことを特徴とする光ファイバ母材の製造装置。
【請求項２】
不活性ガス濃度抑制手段は、炉心管の内部を大気圧よりも高い設定の圧力に制御する炉心管内部圧力制御手段により構成されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項３】
前記炉心管内部の圧力を５０〜１５０Ｐａ、その圧力変動幅を５０Ｐａ以下とし、かつ前記シール室内の圧力を大気圧より低くしたことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載のファイバ母材の製造装置。
【請求項４】
前記炉心管内部の圧力を１００〜１５０Ｐａ、その圧力変動幅を５０Ｐａ以下とし、かつ前記シール室内圧力を４０Ｐａ以下としたことを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項５】
前記不活性ガスに代えて酸素ガスを前記シール室に流して前記炉心管内の加熱手段の配置位置よりも上部側の酸素ガス濃度を測定し、当該測定値に基づいて不活性ガス濃度を推定し、この推定値を利用して前記炉心管内の加熱手段の配置位置よりも上部側の不活性ガス濃度を１０％以下に抑制するための炉心管の内部の圧力を求めており、炉心管内部圧力制御手段は、炉心管の内部の圧力をその設定の圧力に制御することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項６】
光ファイバの前駆体となる多孔質母材を形成した後に、そ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において、多孔質母材を、上部を二重に塞ぎ、かつ二重に塞いだ間に形成されたシール室に不活性ガスを流してシール室の内部が外部の大気圧よりも低い圧力に制御して外部との圧力差によって内部の雰囲気ガスが外部へ漏洩することを防止した炉心管内に、前記シール室の垂直方向の同軸上に形成された貫通光に挿通された支持棒によって配置し、該多孔質母材の中心軸を回転軸として多孔質母材を回転しながら、多孔質母材と、炉心管の側部に設けられた加熱手段が相対的に上下方向に移動して多孔質母材を加熱し焼結する際に、シール室を流れている不活性ガス、あるいは、外部からシール室内に入り込んだ大気中の不活性ガスが、シール室の炉心管内部側の貫通孔と当該貫通孔に挿通された支持棒との間の隙間を通って炉心管の内部に入り込むのを炉心管内部の圧力制御により防止して、炉心管内の加熱手段の上部位置よりも上側の不活性ガス濃度を１０％以下に抑えることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
【請求項７】
不活性ガス濃度抑制手段は、炉心管の内部を大気圧よりも高い設定の圧力に制御する炉心管内部圧力制御手段により構成されていることを特徴とする請求項６記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項８】
前記炉心管内部の圧力を５０〜１５０Ｐａ、その圧力変動幅を５０Ｐａ以下とし、かつ前記シール室内の圧力を大気圧より低くしたことを特徴とする請求項６または７のいずれか１項に記載のファイバ母材の製造方法。
【請求項９】
前記炉心管内部の圧力を１００〜１５０Ｐａ、その圧力変動幅を５０Ｐａ以下とし、かつ前記シール室内圧力を４０Ｐａ以下としたことを特徴とする請求項８に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項１０】
前記不活性ガスに代えて酸素ガスを前記シール室に流して前記炉心管内の加熱手段の配置位置よりも上部側の酸素ガス濃度を測定し、当該測定値に基づいて不活性ガス濃度を推定し、この推定値を利用して前記炉心管内の加熱手段の配置位置よりも上部側の不活性ガス濃度を１０％以下に抑制するための炉心管の内部の圧力を求め、炉心管の内部の圧力をその設定の圧力に制御することを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のいずれか１項に記載された光ファイバの製造方法によって製造された光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に光通信に使用される石英系光ファイバ母材の製造装置、製造方法及びそれによって製造される光ファイバに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
光ファイバはコアの外周面にクラッドが形成されて成るものであり、次に示すようにして製造することができる。例えば、まず、ＶＡＤ法（Ｖａｐｏｒ−ｐｈａｓｅ  ＡｘｉａｌＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（気相軸付法））を利用して、光ファイバのコアとなるコア母材を作製する。そのＶＡＤ法では、例えば、バーナから酸素ガスと水素ガスを供給して酸水素火炎を作り出すと共に、その酸水素火炎内にＧｅＣｌ４とＳｉＣｌ４を供給してガラス微粒子を生成する。このガラス微粒子を種棒に堆積成長させていき、ＧｅＯ２とＳｉＯ２から成る棒状の多孔質体からなる母材を作り出す。そして、この多孔質体からなる母材を脱水・焼結して、透明ガラス化されたコア母材を作製する。
【０００３】
その後、例えばＯＶＤ法（Ｏｕｔｅｒ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（外付け法））を利用して、コア母材の外周面に光ファイバのクラッドとなる多孔質のクラッド原層を形成する。然る後に、そのクラッド原層を脱水・焼結して透明ガラス化する。このようにして、光ファイバの元となる光ファイバ母材が作製される。この光ファイバ母材を線引きすることにより、光ファイバを製造することができる。
なお、本願明細書においては、コア母材の前駆体である多孔質体からなる母材と光ファイバ母材の前駆体である多孔質のクラッド原層を形成した母材を総称して多孔質母材と呼ぶことにする。
【０００４】
図３には多孔質母材を脱水・焼結して光ファイバ母材を作り出す装置の一構造例が模式的な断面図により示されている。この多孔質母材を焼結する装置１は炉心管２を有している。この炉心管２の上端部は外気シール蓋３と内側シール蓋４により二重に塞がれている。それら外気シール蓋３と内側シール蓋４は間隔を介して配置されており、外気シール蓋３と内側シール蓋４との間の間隙はシール室５となっている。このシール室５の壁部にはガスの供給口６と排気口７が形成されており、ガス供給部（図３では図示せず）から供給口６を通ってシール室５内に例えばアルゴン、ヘリウムまたは窒素ガス等の不活性ガスが供給され、シール室５内のガスは例えば排気ファン９により排気口７から排気される。ここで用いられるシ−ル用ガスは、コスト面から窒素ガスとする場合が多い。
【０００５】
外気シール蓋３と内側シール蓋４には、それぞれ、支持棒８が挿通する貫通孔３ａ，４ａが形成されている。支持棒８は光ファイバ母材となる多孔質母材１０を支持するものである。この支持棒８は回転手段（図示せず）に連接されている。その回転手段は、多孔質母材１０の中心軸を回転軸として多孔質母材１０を回転させる構成を備えている。
【０００６】
炉心管２の側部には多孔質母材１０を加熱する加熱手段１１が設けられている。また、炉心管２の下端部にはガス供給口１２が形成されており、このガス供給口１２から炉心管２の内部に塩素ガスとヘリウムガスが雰囲気ガスとして供給される構成となっている。さらに、炉心管２の上方側には内側シール蓋４よりも少し下側の部位にガスの排気口１３が形成されており、例えば排気ファン（図示せず）により炉心管２内の雰囲気ガスが排気口１３から排気される構成となっている。
【０００７】
このような装置１では、多孔質母材１０を脱水・焼結する際には、例えば、まず、支持棒８に支持された多孔質母材１０を炉心管２の内部の加熱手段１１よりも上側の位置に配置する。その後、多孔質母材１０を回転させながら、当該多孔質母材１０を徐々に降下させていく。これにより、多孔質母材１０が下端側から上端側に向かって加熱手段１１により順に加熱されていく。このとき、炉心管２の内部には、ガス供給口１２から塩素ガスとヘリウムガスが供給されており、これら塩素ガスとヘリウムガスと加熱手段の加熱とによって、多孔質母材１０は下端側から脱水が成されると共に焼結していく。
【０００８】
このようにして装置１により多孔質母材１０を焼結して、ガラス化された光ファイバ母材を製造することができる。
【０００９】
一方、炉心管２の内部の塩素ガスが外部に流出することは毒性の高いガスの漏洩による工場内の汚染、作業環境の悪化につながり非常に危険であることから、防止する必要がある。また、大気が炉心管内に流入すると、炉心管内雰囲気が汚染され、脱水・焼結化中の光ファイバ母材が大気中の遷移金属等の不純物によって汚染されてしまい、その結果ファイバの伝送損失が著しく悪化することから、これも防止する必要がある。しかしながら、この装置１では、支持棒８は回転しながら上下移動するので、外気シール蓋３と内側シール蓋４の各貫通孔３ａ，４ａと、支持棒８との間の隙間を完璧に塞ぐことはできない。このため、シ−ル室５に流している窒素ガスなどの不活性ガスの圧力を大気圧より高く保持して、前述したガスの漏洩、混入を防止するような装置とするのが一般的である。
【００１０】
なお、炉心管２は石英ガラスにより構成されることが多く、この場合には、多孔質母材１０を焼結する際の高温によって、炉心管２は軟化する。このため、炉心管２の内部圧力Ｐ２を外部の大気圧Ｐ０よりも高くして（Ｐ２＞Ｐ０）、軟化した炉心管２が外部の大気圧Ｐ０によって潰れてしまうことを防止している。従って、シ−ル室のガス圧力をＰ１とすれば、これら３つの圧力の関係は、Ｐ２＞Ｐ１＞Ｐ０となる。
【００１１】
さらに、加熱手段１１が例えばカーボンにより構成されたヒータである場合には、燃焼防止のためにヒータはハウジングの内部に収容されて大気と遮断される。このため、加熱手段１１のハウジング内には、常に、不活性ガスが配管１１ａから供給される。また、そのハウジング内の圧力が炉心管２の内部圧力より高くなるのを防止するために、加熱手段１１のハウジング内の圧力Ｐ３は炉心管２の内部圧力Ｐ２よりも低くなるように、かつ、外部の大気が加熱手段１１のハウジング内に侵入するのを防止するためにハウジング内の圧力Ｐ３は大気圧よりも高くなるように（Ｐ２＞Ｐ３＞Ｐ０）制御される。
【００１２】
従来、このような要望を満足する光ファイバ母材の製造装置や製造方法としては、不活性ガスの供給方法について検討した発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００１−６４０３２号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、石英系光ファイバにおいて、伝送損失の低減はこれまで最も重要な開発課題の一つであったが、近年の石英系光ファイバ、特にシングルモード光ファイバにおいては、伝送損失は理論限界に近いレベルにまで到達した感がある。伝送に用いられる波長帯と伝送損失の一般的な値は、１．３μｍ零分散シングルモードファイバ（以下、ＳＭＦと略す）では、波長１．３１μｍにおいて０．３４ｄＢ／ｋｍ、波長１．５５μｍにおいて０．１９ｄＢ／ｋｍ程度であり、分散シフト光ファイバ（以下、ＤＳＦと略す）では、波長１．３１μｍにおいて０．３７ｄＢ／ｋｍ、波長１．５５μｍにおいて０．２１ｄＢ／ｋｍ程度である。
【００１５】
しかし、伝送損失を更に低減するという課題は、現時点においても依然として残されている。その理由の一つは、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ；波長分割多重）伝送を行うことにより、光ファイバに入射するトータルのレーザー光のパワーが増大して、非線形現象が生じ、伝送を阻害するという問題があり、各々のレーザーからの入射光のパワーを出来るだけ小さくした方が有利であるためである。伝送損失が小さければそれだけ小さな入射光パワーで伝送出来ることは明らかである。
【００１６】
もう一つの理由は、伝送に使用する波長帯の広がりである。従来のシステムは、１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯を主に使用していたが、ＷＤＭ伝送を用いた伝送システムでは１．５５μｍ帯を分割して、１５３０〜１５６５ｎｍ（１．５３０〜１．５６５μｍ）をＣ−Ｂａｎｄ帯、１５７０〜１６２５ｎｍ（１．５７０〜１．６２５μｍ）をＬ−Ｂａｎｄ帯と呼んで、それぞれの波長で伝送を行うようになってきている。更に、１４５０ｎｍ（１．４５０μｍ）付近をＳ−Ｂａｎｄ帯とし、ここでも伝送を行うシステムが、ラマンアンプシステムの実用化によって現実味を帯びてきている。
【００１７】
このように、伝送帯のブロードバンド化やラマンアンプシステムの実用化を見据えた現在、光ファイバの伝送損失を更に低減することは大いに意味のあることであるが、理論限界値に近いところまで改善が進んでいる光ファイバの伝送損失を更に改善する方法は、容易に見出すことが出来ない状態であった。
【００１８】
そこで、前述した更なる光ファイバの伝送損失の低減という課題を達成するため、本発明者らは、光ファイバの伝送損失を悪化させる要因として、光ファイバを構成するガラス、特に光が伝搬するＭＦＤ（Ｍｏｄｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｄｉａｍｅｔｅｒ；モードフィールド径）内のガラスが含有する不活性ガスに着目し、本発明をなすに至った。
【００１９】
即ち、本発明は、石英系シングルモード光ファイバにおいて、少なくとも光が伝搬するＭＦＤ内の部分が実質的に不活性ガスを含有しないようにするための製造装置、製造方法及びその結果得られる光ファイバを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、シ−ル室の不活性ガスの圧力を炉心管内の圧力よりも低く設定して光ファイバ母材をガラス化する際に前記不活性ガスが炉心管内部に入らないようにすることを特徴としている。
以下、具体的に説明する。
【００２１】
第１の発明は、光ファイバ母材の前駆体である多孔質母材を形成した後に、その多孔質母材を焼結して光ファイバ母材を作製する装置において、多孔質母材を内部に配置して当該多孔質母材を加熱するための炉心管を有し、この炉心管の上部は外気シール蓋と、この外気シール蓋よりも間隔を介して内側に配置される内側シール蓋とによって二重に塞がれ、また、それら外気シール蓋と内側シール蓋の間に形成されたシール室に不活性ガスを流すガス通風手段を設けて、シール室の内部が外部の大気圧よりも低い圧力に制御して外部との圧力差によって炉心管の内部の雰囲気ガスが外部へ漏洩することを防止する構成を有し、前記外気シール蓋と内側シール蓋にはそれぞれ同軸上に貫通孔を形成して、これら貫通孔に挿通された支持棒に支持されて多孔質母材が炉心管の内部に配置して、多孔質母材の中心軸を回転軸として多孔質母材を回転しながら、多孔質母材と、炉心管の側部に設けられた加熱手段とが相対的に上下方向に移動して多孔質母材を加熱し焼結する構成であって、シール室を流れている不活性ガス、あるいは、外部からシール室内に入り込んだ大気中の不活性ガスが、内側シール蓋の貫通孔と当該貫通孔に挿通された支持棒との間の隙間を通って炉心管の内部に入り込むのを防止して炉心管内の加熱手段の上部位置よりも上側の窒素ガス濃度を１０％以下に抑える不活性ガス濃度抑制手段を設けたことを特徴としている。
【００２２】
第２の発明は、上記発明において、不活性ガス濃度抑制手段は、炉心管の内部を大気圧よりも高い設定の圧力に制御する炉心管内部圧力制御手段により構成されていることを特徴としている。
【００２３】
第３の発明は、上記発明において、炉心管内の圧力を５０〜１５０Ｐａ、その圧力変動幅を５０Ｐａ以下として、更にシール室内の圧力を大気圧より低くしたことを特徴としている。
【００２４】
第４の発明は、上記発明において、炉心管内の圧力を１００〜１５０Ｐａ、その圧力変動幅を５０Ｐａ以下とし、かつシール室内圧力を４０Ｐａ以下として、シール室内のガスが炉心管内に流れないようにしたことを特徴としている。
【００２５】
第５の発明は、上記発明において、不活性ガスに代えて酸素ガスをシール室に流して炉心管内の加熱手段の配置位置よりも上部側の酸素ガス濃度を測定し、当該測定値に基づいて窒素ガス濃度を推定し、この推定値を利用して炉心管内の加熱手段の配置位置よりも上部側の不活性ガス濃度を１０％以下に抑制するための炉心管の内部の圧力を求めており、炉心管内部圧力制御手段は、炉心管の内部の圧力をその設定の圧力に制御することにより、炉心管内部の圧力を安定化させることを特徴としている。
【００２６】
第６の発明は、光ファイバの前駆体となる多孔質母材を形成した後に、そ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において、多孔質母材を、上部を二重に塞ぎ、かつ二重に塞いだ間に形成されたシール室に不活性ガスを流してシール室の内部が外部の大気圧よりも低い圧力に制御して外部との圧力差によって内部の雰囲気ガスが外部へ漏洩することを防止した炉心管内に、前記シール室の垂直方向の同軸上に形成された貫通光に挿通された支持棒によって配置し、該多孔質母材の中心軸を回転軸として多孔質母材を回転しながら、多孔質母材と、炉心管の側部に設けられた加熱手段が相対的に上下方向に移動して多孔質母材を加熱し焼結する際に、シール室を流れている不活性ガス、あるいは、外部からシール室内に入り込んだ大気中の不活性ガスが、シール室の炉心管内部側の貫通孔と当該貫通孔に挿通された支持棒との間の隙間を通って炉心管の内部に入り込むのを炉心管内部の圧力制御により防止して、炉心管内の加熱手段の上部位置よりも上側の不活性ガス濃度を１０％以下に抑えることを特徴としている。
【００２７】
第７の発明は、上記発明において、不活性ガス濃度抑制手段は、炉心管の内部を大気圧よりも高い設定の圧力に制御する炉心管内部圧力制御手段により構成されていることを特徴としている。
【００２８】
第８の発明は、上記発明において、炉心管内の圧力を５０〜１５０Ｐａ、その圧力変動幅を５０Ｐａ以下として、更にシール室内の圧力を大気圧より低くしたことを特徴としている。
【００２９】
第９の発明は、上記発明において、炉心管内の圧力を１００〜１５０Ｐａ、その圧力変動幅を５０Ｐａ以下とし、かつシール室内圧力を４０Ｐａ以下として、シール室内のガスが炉心管内に流れないようにしたことを特徴としている。
【００３０】
第１０の発明は、上記発明において、不活性ガスに代えて酸素ガスをシール室に流して炉心管内の加熱手段の配置位置よりも上部側の酸素ガス濃度を測定し、当該測定値に基づいて窒素ガス濃度を推定し、この推定値を利用して炉心管内の加熱手段の配置位置よりも上部側の不活性ガス濃度を１０％以下に抑制するための炉心管の内部の圧力を求めており、炉心管内部圧力制御手段は、炉心管の内部の圧力をその設定の圧力に制御することにより、炉心管内部の圧力を安定化させることを特徴としている。
【００３１】
第１１の発明は、上記製造方法によって製造された光ファイバである。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態例の説明において、図３に示した装置１の構成と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００３３】
本発明者は、シール室に流す不活性ガスとして良く用いられ、かつ大気中にも存在する窒素ガスに注目した。そこで、先ずＶＡＤ法を用いて合成したＭＦＤ内の部分を含む多孔質体からなる母材を、窒素ガスを含有する雰囲気中で脱水・焼結して透明ガラス化し、ガラス中に窒素分子、あるいは窒素原子を溶存させたコア母材を製造し、その後、クラッド原層を形成して脱水・焼結してガラス化して得た光ファイバ母材をファイバ化して伝送損失を比較する実験を行った。ここでは、１．３μｍ波長帯に零分散波長を持ち、ＭＦＤ部分にガラスの屈折率を向上させるゲルマニウムを添加した一般的なＳＭＦ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒ；シングルモードファイバ）についての実験結果を示す。
【００３４】
具体的には、ＶＡＤ法で製造した多孔質体からなる母材を脱水・焼結して透明ガラス化する雰囲気中に含有される窒素ガス量を７つの水準に変化させて、多孔質体からなる母材を透明ガラス化し、その後、さらにクラッド層を付与して光ファイバ母材とした。次いで、この光ファイバ母材を線引きし、評価用の７種の光ファイバを得た。
【００３５】
次に、これら７種の光ファイバの伝送損失を測定し、透明ガラス化時の雰囲気中に含有される窒素ガス濃度との関係を調べた。その結果を図４に■で示す。この様に、伝送損失と多孔質体からなる母材を透明ガラス化する雰囲気中に含有される窒素ガス量の間には相関関係があり、窒素ガス濃度が低い雰囲気条件で製造されている場合には伝送損失が低いことが分かった。さらに波長１３１０ｎｍ（１．３１０μｍ）での伝送損失は雰囲気中の窒素ガス濃度が１０％以下であれば、０．３４ｄＢ／ｋｍ以下の良好な特性が得られることも併せて判明した。
【００３６】
ところで、先の製造方法によれば、コア母材の前駆体である多孔質体からなる母材を製造する際に、多孔質体からなる母材の材料や、多孔質体からなる母材を製造する炉内の雰囲気ガスには、不活性ガスは使用されていない。このため、本来ならば、多孔質体からなる母材を透明ガラス化したコア母材に不活性ガスは含有されないはずである。しかしながら、実際には、大気中に長時間放置される間に多孔質体からなる母材の内部に大気中の窒素ガスが入り込み、そのまま窒素ガスが多孔質体からなる母材内に残存することが考えられる。もしくは、前述した図３に示されるような装置１を利用して多孔質体からなる母材の脱水・焼結を行う際に、その脱水・焼結の進行中に、雰囲気ガスが高温で急に熱膨張または熱収縮して、例えば図７のように、炉心管２の内部圧力が大きく変動して最下限に降下すると、シール室５の内部圧力Ｐ１が炉心管２の内部圧力Ｐ２より高くなり、炉心管２の内部にシール室５内の雰囲気ガスである窒素ガスが入り込み、その窒素ガスがコア母材に含有されると考えられる。
【００３７】
図３に示す装置１では、前述したように、炉心管２の内部圧力Ｐ２は大気圧Ｐ０よりも高くなるように（換言すれば、シール室５の内部圧力Ｐ１よりも高くなるように）、装置１の動作条件（例えば、ガス供給口１２から炉心管２内に供給されるガスの圧力や、炉心管２内の排気を行うための排気ファンの回転数や、シール室５に供給される不活性ガスの圧力や、シール室５内の排気を行うための排気ファン９の回転数など）が設定されている。
【００３８】
しかしながら、今までの装置１の駆動手法では、高温の炉心管２内にガスが流れている場合、炉心管２の内部圧力Ｐ２は大きく変動（圧力変動幅は３００〜５００Ｐａ）しており、炉心管２の内部圧力Ｐ２がシール室５の内部圧力Ｐ１よりも相当に低くなってしまうことがあった。このため、シール室５を流れている不活性ガスや、外部からシール室５内に入り込んだ大気中の窒素ガスが、シール室５から炉心管２に入り込んでしまうことがあった。この入り込んだ窒素ガス等の不活性ガスが脱水・焼結中の多孔質母材１０の内部に入り込んで、コア母材中に含有されると考えられる。
【００３９】
本発明者は、炉心管２内の加熱手段１１の配置位置よりも上側の雰囲気ガス中の窒素ガス濃度と、光ファイバの伝送ロスの増加量との関係を実験により調べた。その実験とは次に示すようにして行われた。まず、図２に示すような状態で装置１を駆動する。つまり、支持棒８に代えて、支持棒８と同様な外径を持つ中空のガラス棒１４を外気シール蓋３と内側シール蓋４の各貫通孔３ａ，４ａに挿通する。そして、ガラス棒１４の先端部を加熱手段１１の配置領域よりも少し上側の位置に配置させる。なお、このようにガラス棒１４の先端部を配置させるのは、加熱手段１１は多孔質母材１０を透明ガラス化する程の高温に加熱するものであるので、ガラス棒１４を加熱手段１１の配置領域に配置してしまうと、ガラス棒１４の耐熱性上で好ましくないからである。
【００４０】
ガラス棒１４の内部には、炉心管２の内部の雰囲気ガスを酸素測定器１５に導くためのガス導入管１６が配置されている。
【００４１】
この実験では、炉心管２内の雰囲気ガス、ここでは窒素ガス濃度を検出する必要があるが、その炉心管２内の窒素ガス濃度は直接的に測定することができない。このため、この実験では、酸素測定器１５により炉心管２内の加熱手段１１の配置位置よりも上部側の酸素ガス濃度を測定し、この測定値に基づいて窒素ガス濃度を推定検出した。なお、炉心管２内の酸素濃度を測定する際には、シール室５には、窒素ガスに代えて、酸素ガスを流した。
【００４２】
このようにして炉心管２内の窒素ガス濃度を推定検出しながら、装置１の動作条件を様々に変化させる。そして、炉心管２内の加熱手段１１よりも上側の窒素ガス濃度が予め定めた濃度となるための装置１の動作条件を求める。その後、ガラス棒１４を取り除き、前述したように多孔質体からなる母材１０を炉心管２の内部に配置して、前記求めた動作条件でもって装置１を駆動して、多孔質体からなる母材１０を焼結する。なお、多孔質体からなる母材１０を脱水・焼結する際には、シール室５には窒素ガスを流した。
【００４３】
このようにして互いに異なる窒素ガス濃度によって炉心管２内で作製された複数種のコア母材を得て、これらコア母材を利用して光ファイバ母材を作製し、複数の光ファイバを製造した。その後、その作製された各光ファイバに関して、波長１．３１μｍでの光ファイバの伝送損失を調べる試験を行った。
【００４４】
その結果が、図４に○で併せて示されている。この結果は前述の炉心管２内で多孔質体からなる母材を脱水・焼結して透明ガラス化する雰囲気中に窒素ガス量を７水準に変化させた実験結果と良く一致している。
【００４５】
この実験の結果から、炉心管２内の加熱手段１１よりも上側の雰囲気ガス中の窒素ガス濃度が１０％以下の状態で多孔質体からなる母材１０を脱水・焼結してコア母材を製造することにより、伝送損失等の光ファイバ特性を満たす光ファイバを製造できることが分かった。なお、光ファイバのＭＦＤ内の窒素ガス（窒素）濃度はできるだけ低い方が良いので、炉心管２内の加熱手段１１よりも上側の窒素ガス濃度を１％以下とすることがより好ましい。
【００４６】
上記のことから、この実施形態例では、装置１には、炉心管２内の加熱手段１１よりも上側の窒素ガス濃度を１０％以下に抑制するための窒素ガス濃度抑制手段が講じられている。その窒素ガス濃度抑制手段の構成としては様々な構成が考えられる。
【００４７】
例えば、シール室５には図１に示されるようにガス通風手段を構成するガス供給部１８がガス供給管１７を介して連接されている。このガス供給部１８からシール室５に、窒素ガスを供給する構成とする。
【００４８】
また、炉心管２内の圧力制御を精度良く行うことによって、炉心管２の内部圧力Ｐ２をシール室５の内部圧力Ｐ１よりも常に高い状態とする。この圧力差によって、シール室５から炉心管２に窒素ガスが入り込むことを確実に防止してもよい。
【００４９】
炉心管２内の圧力制御の構成例を挙げると、例えば、図１に示すように、炉心管２内の雰囲気ガスを排気する通路１９には当該排気通路１９内の圧力を炉心管２内の圧力として検出する圧力検出手段２２を設ける。また、装置１の制御装置２０に炉心管内部圧力制御部２１を設ける。この炉心管内部圧力制御部２１は、例えば、圧力検出手段２２から炉心管２内の圧力の検出値を時々刻々と取り込む。そして、炉心管内部圧力制御部２１は、その検出圧力値に基づいて、炉心管２の内部圧力Ｐ２を大気圧Ｐ０よりも高い設定の圧力に維持すべく、例えば、排気通路１９の流量可変用電磁弁２３を制御する。また、別の手段としては排気通路１９の排気ファン（図示せず）の回転量を制御し排気ガスの流量を可変することで炉心管２内の圧力を制御してもよい。更に別の手段としては、図５に示す様に排気管路内に外部から大気を挿入ブロワー３０によって挿入することで炉心管２内の圧力制御も可能である。この場合には、圧力検出手段２２と、制御器２１、ブロワーの駆動器２１ａによってブロワー３０の回転数制御を行う。この様にして炉心管内圧力を大気圧Ｐ０よりも＋５０Ｐａ〜１５０Ｐａの圧力でしかも炉心管内の圧力変動幅は５０Ｐａ以内で安定することが可能となる。
【００５０】
また、炉心管２内の圧力制御と同様にして、図１に示すようにシール室５の内部圧力Ｐ１を大気圧Ｐ０よりも低い設定の圧力に制御または調整することが好ましい。この場合にも、例えば、シール室５内の圧力を検出する圧力検出手段２５を設け、また、制御装置２０にシール室圧力制御部２６を設ける。このシール室圧力制御部２６は、圧力検出手段２５により検出されるシール室５の内部圧力に基づいて、シール室５の内部圧力を設定の圧力に維持すべく、排気通路２４に設けられた流量可変用の電磁弁２７や図示されない排気ファンを駆動制御する。連続制御しない場合は、流量可変用の電磁弁２７の開度を事前に調整する等の手段を取る。このようにしてシール室５の内部圧力Ｐ１を大気圧以下の−５０Ｐａ程度に制御または調整する。この制御の実施データの一例を図６に示す。図６の大気圧Ｐ０は０Ｐａであり、炉心管内圧力Ｐ２およびシール室５の内部圧力Ｐ１を示したものである。炉心管内圧力Ｐ２の圧力変動は４０Ｐａであり、また炉心管内圧力Ｐ２はシール室内圧力Ｐ１よりも常に安定して大きいので、炉心管２内にシール室内の窒素が入ることは無くなった。
【００５１】
なお、炉心管２内の加熱手段１１よりも上側の窒素ガス濃度を１０％以下とするための適宜な炉心管２の内部圧力Ｐ２と、シール室５の内部圧力Ｐ１とは、例えば、前述したように炉心管２内の酸素濃度を窒素ガス濃度として検出しながら、装置１の動作条件を変化させて炉心管２の内部圧力Ｐ２やシール室５の内部圧力Ｐ１を様々に変化させることにより、適切な値を得ることができる。また、もちろん、炉心管２内の加熱手段１１よりも上側の窒素ガス濃度を１０％以下とするための適宜な炉心管２の内部圧力Ｐ２と、シール室５の内部圧力Ｐ１とは、シミュレーションにより求めてもよい。
【００５２】
上記のように炉心管２の内部圧力Ｐ２やシール室５の内部圧力Ｐ１を精度良く制御する手段を設けたり、窒素ガス濃度抑制手段を設けてそれら圧力制御を行う手段と、窒素ガスをシール室５に流す手段との組み合わせから成る窒素ガス濃度抑制手段を設けたりすることにより、炉心管２内の加熱手段１１よりも上側の窒素ガス濃度を１０％以下に抑えることができる。
【００５３】
なお、外気シール蓋３と内側シール蓋４の各貫通孔３ａ，４ａのクリアランスを０．５ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ以下にすると、より一層確実に不活性ガスが炉心管２に入り込むのを防止することができる。
【００５４】
よって、そのような窒素ガス濃度抑制手段を設けて炉心管２内の加熱手段１１よりも上側の窒素ガス濃度を１０％以下に抑制することができる。
【００５５】
以上のような構成を備えた装置１を利用してコア母材を製造し、このコア母材に基づいた光ファイバを作り出すことにより、伝送ロスが小さく抑制された高性能な光ファイバを提供することができる。
【００５６】
なお、本願発明はこの実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、この実施形態例の構成に加えて、外気シール蓋３と内側シール蓋４のうちの少なくとも一方には、貫通孔３ａ，４ａと支持棒８間の隙間にラビリンスシールを設ける構成とする。このことにより、より一層確実に窒素が炉心管２に入り込むのを防止することができる。
【００５７】
また、本実施形態例では、本願発明がより効果的に作用すると考えられるコア母材の製造を取り上げたが、コア母材の周囲に形成したクラッド原層を脱水・焼結して光ファイバ母材を製造する際にも適用できることは明らかである。
【００５８】
【発明の効果】
光ファイバコア母材の製造装置の発明にあっては、窒素ガス濃度抑制手段が設けられており、この窒素ガス濃度抑制手段によって、光ファイバのコアとなる多孔質母材を焼結するための炉心管内の加熱手段の配置位置よりも上部側を窒素ガス濃度１０％以下の雰囲気とすることができる。つまり、炉心管内の加熱手段の配置位置よりも上側部分の窒素ガス濃度が１０％以下というように窒素ガス濃度が非常に低い雰囲気中で多孔質母材を焼結してコア母材を作り出すことができる。よって、そのコア母材を利用して光ファイバを製造することにより、伝送ロスの小さい光ファイバを確実に得ることができる。
【００５９】
また、炉心管内の加熱手段の配置位置よりも上側部分の窒素ガスは、当該炉心管の上部に設けられたシール室から入り込んだものであるから、シール室に窒素を流さないことによって、非常に簡単に、炉心管内の加熱手段の配置位置よりも上側部分の窒素ガス濃度を低く抑えることができる。
【００６０】
さらに、炉心管の内部を大気圧よりも高い設定の圧力に制御する炉心管内部圧力制御手段を窒素ガス濃度抑制手段として設ける構成のものにあっては、炉心管内部の圧力の変動を抑制し、常に炉心管の内部圧力をシール室の圧力よりも高い状態に維持する。これにより、炉心管内の加熱手段の配置位置よりも上側部分の窒素ガス濃度を１０％以下に抑えることができる。
【００６１】
加熱されている炉心管内の窒素ガス濃度を測定することは非常に困難であるが、酸素濃度を測定することは容易である。このことから、窒素ガス濃度に代えて酸素濃度を測定し、この測定値に基づいて窒素ガス濃度を推定検出する。この推定検出値に基づいて、炉心管内の加熱手段よりも上側部分の窒素ガス濃度を１０％以下に抑制するための炉心管内の圧力を定めることにより、簡単に、炉心管内の加熱手段よりも上側部分の窒素ガス濃度を１０％以下に抑制するための装置の動作条件を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバ母材の製造装置の一実施形態例を説明するための図である。
【図２】炉心管内の酸素濃度の測定手法を説明するための図である。
【図３】多孔質母材を焼結してコア母材を作り出す装置の一構造例を説明するための図である。
【図４】炉心管下部からヘリウム、塩素と共に所望の濃度となるように窒素ガスを混合させて流して製造したコアから得られたシングルモ−ドファイバの波長１３１０ｎｍの伝送損失と該窒素濃度との関係、および、シ−ル室からの窒素混入量を測定し、それらの条件でシ−ル室から窒素ガスを混入させた場合の同様の関係を示す図である。
【図５】本発明に係る光ファイバ母材の製造装置の他の一実施形態例を説明するための図である。
【図６】本発明に係る光ファイバ母材の製造装置においてシール室の内部圧力Ｐ１を大気圧以下の−５０Ｐａ程度に制御した実施データの一例を示す図である。
【図７】従来の光ファイバの製造装置において、炉心管の内部圧力とシール室の内部圧力Ｐ１との関係データを示す図である。
【符号の説明】
２  炉心管
３  外気シール蓋
４  内側シール蓋
５  シール室
８  支持棒
１０  多孔質母材
１１  加熱手段
【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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【図７】
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