(57)【要約】【課題】紫外線伝送用光ファイバを製造するのに適したプリフォームを極めて安価に製造できるようにする。【解決手段】光ファイバプリフォーム（１）のクラッド（３）をコア（２）側のインナークラッド（４）とその外周側のアウタークラッド（５）の二重に形成し、堆積速度は遅いが高濃度ドープ石英を堆積可能なプラズマ法によりインナークラッド（４）のみを形成し、比較的低濃度のドープ石英しか堆積できないが堆積速度の速い外付け法によりアウタークラッド（５）を形成することにより、コア（２）とクラッド（３）の境界面において１〜２％の屈折率差を確保すると共に、光の漏洩がない厚いクラッド層を有する光ファイバ（６）を形成することのできる光ファイバプリフォーム（１）を極めて短時間で、且つ、安価に製造することができるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアが非ドープ石英で形成され、クラッドがフッ素またはホウ素をドーパントとするドープ石英により、コアに比し低屈折率のインナークラッドと、コアに比し低屈折率でインナークラッドに比し高屈折率のアウタークラッドの２重に形成された光ファイバプリフォームの製造方法であって、
コアとなる非ドープ石英ロッドの外周面に、前記インナークラッドとなるドープ石英をプラズマ法により堆積させた後、前記アウタークラッドとなるドープ石英を外付け法により堆積させることを特徴とする光ファイバプリフォームの製造方法。
【請求項２】
前記インナークラッドとコアの屈折率差が１〜２％、前記アウタークラッドとコアの屈折率差が、０．５〜０．７％である請求項１記載の光ファイバプリフォームの製造方法。
【請求項３】
コアが非ドープ石英で形成され、クラッドがフッ素またはホウ素をドーパントとするドープ石英で形成された光ファイバプリフォームの先端を溶融線引きして光ファイバを製造する光ファイバ製造方法であって、
前記プリフォームが、コアとなる非ドープ石英ロッドの外周面にドープ石英を堆積させてクラッドを形成する際に、そのクラッドをコア側のインナークラッドと外周側のアウタークラッドの２重にし、前記インナークラッドとなるドープ石英をプラズマ法により堆積させた後、前記アウタークラッドとなるドープ石英を外付け法により堆積させて製造されていることを特徴とする光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コアが非ドープ石英で形成され、クラッドがフッ素またはホウ素をドーパントとするドープ石英で形成された光ファイバプリフォームの製造方法に関し、特に、クラッドがコアに比し低屈折率のインナークラッドと、コアに比し低屈折率でインナークラッドに比し高屈折率のアウタークラッドの二重に形成されたＷ型屈折率分布を有する光ファイバプリフォームの製造に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバは、屈折率の高いコアの外周に屈折率の低いクラッドを同心状に形成したもので、コアとクラッドにドープされるゲルマニウムの添加量により屈折率差を生じさせている。
しかし、エキシマレーザやＹＡＧ第４／第５高調波レーザ等から出力される１７０〜３５０ｎｍの紫外光を照射したり伝送したりする場合は、コアにゲルマニウムがドープされていると、却って紫外線の透過率を低下させる。
このため、紫外線伝送用光ファイバは、コアを純粋石英（非ドープ石英）で形成し、クラッドをフッ素又はホウ素をドーパントとするドープ石英で形成して、コアよりクラッドの屈折率を低下させることにより、相対的にコアの屈折率を高くしている。
【０００３】このような光ファイバの製造法としては、一般に、軸付け法（Ｖａｐｏｒ−ｐｈａｓｅ  Ａｘｉａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）、外付け法（Ｏｕｔｓｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）、プラズマ法（Ｐｌａｓｕｍａ  Ｏｕｔｓｉｄｅ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｍｅｔｈｏｄ）が知られているが、軸付け法と外付け法はフッ素やホウ素のドープ量に限界があり、コアとの屈折率差をせいぜい０．７％程度しか確保できないのに対し、プラズマ法によれば、１〜２％程度の屈折率差を確保することができる。
【０００４】例えば、波長１７０〜３５０ｎｍにおける純粋石英の屈折率は１．５７〜１．４８であり、軸付け法と外付け法によりフッ素ドープすることにより形成可能なクラッドの屈折率は１．５６〜１．４７程度であるのに対し、プラズマ法により形成可能なクラッドの屈折率は１．５３〜１．４５である。
【０００５】屈折率差は光ファイバの開口数ＮＡに大きく影響を与えるため、大きい開口数ＮＡを確保しようとするとコアとクラッドの間で１〜２％程度の屈折率差を確保することが望ましく、そのためには、プラズマ法により光ファイバを製造せざるを得ない。
【０００６】一方、光ファイバを伝送する光がコアとクラッドの境界で全反射を繰り返しながら伝搬する際に、クラッド側への光の漏洩による損失を少なくするためには、クラッド層の厚さは最低でも最長伝送波長の１０倍は必要とされている。
【０００７】そして、より損失を少なくするためにはクラッド層の厚さを最長伝送波長の１０倍より十分大きな値にすることが望まれており、紫外線伝送用シングルモードファイバでは１８０倍程度とし、コア径１〜２μｍに対し光ファイバのクラッド外径が１２５μｍ程度に設計されている。
【０００８】このような光ファイバを製造するためのプリフォームは、そのコア径／クラッド径の比が光ファイバのコア径／クラッド径の比に等しく設計され、外径（クラッド径）が３０ｍｍのプリフォームの場合、そのプリフォームのコア径は０．５ｍｍ程度となる。
【０００９】そして、プラズマ法によりこのようなプリフォームを形成しようとする場合は、コアとなる直径１０ｍｍの純粋石英ロッドをターゲットとし、プラズマトーチでその周囲に四塩化珪素ＳｉＣｌ４とフッ素化合物（ＳｉＦ４、ＳＦ６）と酸素Ｏ２等の原料ガスを供給して、フッ素をドーパントとするドープ石英を生成させ、これをターゲットの周囲に所定厚さ堆積させた後、ターゲットロッドを延伸させ、さらにそれをターゲットとしてドープ石英を堆積させることを繰返し、コア径０．５ｍｍ、外径３０ｍｍになるまで堆積させていけばよい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、プラズマ法は薄膜の形成には向いているものの、もともと堆積速度が遅いため、本例のように約１５ｍｍもの厚さのクラッドを形成する場合には時間がかかり、製造コストが高くなりすぎると言う問題があった。
例えば、コア径が０．５ｍｍになるまで延伸し、その６０倍の直径３０ｍｍになるまでプラズマ法によりドープ石英を堆積させてプリフォームを形成しようとすると、直径が太くなるに連れて付着面積も広くなるので、堆積速度は著しく遅くなる。
【００１１】すなわち、実質的には直径０．５ｍｍの石英ロッドに、外径３０ｍｍになるまでドープ石英を堆積させることに等しく、外径が２倍になれば付着面積は４倍になるので、クラッド材の堆積速度は最初の１／４に、同様に４倍になれば１／１６というように、堆積速度は直径の変化分の２乗に反比例するため、直径０．５ｍｍのロッドの外周面に、外径３０ｍｍになるまでまで堆積させようとすると、もともと遅い堆積速度が当初の１／３６００まで低下することとなり、長さ１ｍのプリフォームの価格は約１０００万円もするのが実情である。
【００１２】なお最近では、クラッドをコア側のインナークラッドと、外周側のアウタークラッドからなる二重構造に形成し、アウタークラッドのフッ素ドープ量を減らすことも試みられている（非特許文献１参照）が、堆積速度を早くすることができないので、結局コスト低減には繋がっていない。
【００１３】
【非特許文献１】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｑｐ．ｃｏ．ｊｐ／ｓｅｉｈｉｎ／ｃａｔａｌｏｇ／ｐｄｆ／４−２．ｐｄｆ
【００１４】そこで本発明は、紫外線伝送用光ファイバを製造するのに適したプリフォームを極めて安価に製造できるようにすることを技術的課題としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明は、コアが非ドープ石英で形成され、クラッドがフッ素またはホウ素をドーパントとするドープ石英により、コアに比し低屈折率のインナークラッドと、コアに比し低屈折率でインナークラッドに比し高屈折率のアウタークラッドの２重に形成された光ファイバプリフォームの製造方法であって、コアとなる非ドープ石英ロッドの外周面に、前記インナークラッドとなるドープ石英をプラズマ法により堆積させた後、前記アウタークラッドとなるドープ石英を外付け法により堆積させることを特徴とする。
【００１６】本発明によれば、クラッドをコア側のインナークラッドと外周側のアウタークラッドの二重にし、コアに接触するインナークラッドをプラズマ法により成長させているので、コアとクラッドの間に１〜２％以上の屈折率差を確保することが可能である。
【００１７】また、プラズマ法によりドープ石英を堆積させるのは、インナークラッドの部分のみであるので、ドープ石英の堆積速度が早く、比較的短時間でインナークラッドを形成できる。
例えば、インナークラッド径をコア径の１．４倍に設計すれば、ドープ石英の堆積速度を当初の１／２以上に維持できるのでインナークラッドは比較的短時間で形成できる。
【００１８】そして、インナークラッド形成後、アウタークラッドをもともと堆積速度の速い外付け法又は軸付け法により成長させることとしているので、直径の太いアウタークラッドでも比較的短時間で形成することができ、このアウタークラッドとコアの屈折率差が０．７％程度しかなくても、コアとそれに接触しているインナークラッドの屈折率差が１％以上に確保されているので、紫外線を伝送する際にコアからクラッド側へ光が漏洩することもない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係る光ファイバプリフォームの製造方法を示す説明図、図２は光ファイバプリフォームと光ファイバの寸法を示す説明図、図３はその屈折率分布を示すグラフ、図４はそのプリフォームを用いた光ファイバの製造方法を示す説明図である。
【００２０】本発明方法により製造される光ファイバプリフォーム１は、図２（ａ）に示すように、クラッド３が、コア２側のインナークラッド４と外周側のアウタークラッド５の二重に形成され、図２（ｂ）に示すように最終的に製造しようとする光ファイバ６のコア径及びクラッド径に応じて、プリフォーム１のコア径Ｄ１、インナークラッド径Ｄ２、アウタークラッド径Ｄ３が設計される。
【００２１】図２（ｂ）は最終製品となる紫外線伝送用シングルモード光ファイバ６を示し、コア７の外側に形成されるクラッド８が、コア７側のインナークラッド９と外周側のアウタークラッド１０の二重に形成されており、コア径の外径ｄ１が２μｍ、、インナークラッド９の外径ｄ２＝２．８μｍ、アウタークラッド１０の外径ｄ３が１２５μｍに設計されており、インナークラッド／コア径比＝ｄ２／ｄ１＝１．４、アウタークラッド／コア径比＝ｄ３／ｄ１≒６０である。
【００２２】ここで、太さ３０ｍｍのプリフォーム１を用いて、図２（ｂ）に示すような光ファイバ６を製造する場合、その比率から、最終的にプリフォーム１はそのコア径Ｄ１＝０．５ｍｍ、インナークラッド径Ｄ２＝０．７ｍｍ、アウタークラッド径（外径）Ｄ３＝３０ｍｍとなる。
【００２３】このプリフォーム１を製造する場合、まず、図１（ａ）に示すように、プリフォーム１のコア２となる直径１０ｍｍ程度の超高純度石英（非ドープ石英）ロッド１１をターゲットロッドとして旋盤１２にセットし、プラズマ法によりインナークラッド４を形成する。
【００２４】プラズマ法は、旋盤１２で回転される高純度石英ロッド１１の外周面に向って、プラズマトーチ１３により四塩化珪素ＳｉＣｌ４とフッ素化合物（ＳｉＦ４、ＳＦ６）と酸素Ｏ２等の原料ガスをプラズマ化させて供給すると同時に、プラズマトーチ１３を石英ロッド１１の軸方向に移動させることにより、フッ素をドーパントとするフッ素ドープ石英をその外周面に均一に堆積させていくもので、フッ素の添加量は２〜６ｍａｓｓ％、より好ましくは３〜５ｍａｓｓ％の範囲に選定されている。
【００２５】そして、インナークラッド／コア径比＝１．４となるように、外径が１４ｍｍとなったところでインナークラッド４の形成を終了する。
このプラズマ法によりインナークラッド４のみを形成する場合、外径は１．４倍にしかなっていないので、フッ素ドープ石英の堆積速度は初期堆積速度の１／２以上に維持されることとなる。
また、コア２となる石英ロッド１１の波長１７０〜３５０ｎｍにおける屈折率は１．５７〜１．４８であり、インナークラッド４の屈折率は１．５３〜１．４５となるので、最大２％以上の屈折率差を確保することができる。
【００２６】次いで、図１（ｂ）に示すように、インナークラッド４を形成した石英ロッド１１をターゲットロッド１４として、その外周面に外付け法によりアウタークラッド５を形成する。
外付け法は、スート法とも呼ばれるもので、ターゲットロッド１４を旋盤１２で回転しながら、その外周面に、火炎中で生成したフッ素ドープ石英のスート（煤）を堆積させて、最後に焼結させてスートを透明化させる方法である。
【００２７】具体的には、プラズマトーチ１３に変えてバーナ１５を配し、その燃焼ガスとして、水素ガスＨ２、酸素Ｏ２、四塩化珪素ＳｉＣｌ４、フッ素化合物（ＳｉＦ４、ＳＦ６）を供給し、プラズマ法と同様、ターゲットロッド１４を回転させながら、その軸方向にバーナ１５を移動させることにより、フッ素ドープ石英を堆積させては、ターゲットロッド１４を延伸するという工程を繰返していく。
【００２８】本例の場合、外径１４ｍｍのターゲットロッド１４に、外径３０ｍｍとなるまでフッ素ドープ石英を堆積させた後、これを外径１０ｍｍになるまで延伸し、再び、外径３０ｍｍとなるまで堆積させる工程を繰返し、コア２の外径Ｄ１＝０．５になった時点で延伸を止め、最後に、アウタークラッド５の外径Ｄ３＝３０ｍｍ＋α（αは後工程の焼結による収縮分）になるまでフッ素ドープ石英のスートをその外周面に均一に堆積させていく。
【００２９】これにより、インナークラッド４の外周面に、気泡を含んだチョークのような白色のスートプリフォーム１６が形成される。
この外付け法は、ドープ石英の堆積速度が極めて速く、大口径のプリフォームを作成するのに適し、量産性にも優れている。
したがって、外径Ｄ２＝０．７ｍｍのインナークラッド４の外周面に、外径Ｄ３＝３０ｍｍ＋αになるまでアウタークラッド５を形成しても、プラズマ法で形成する場合に比して極めて短時間で製造することができる。
【００３０】なお、一般的な外付け法は、スートを堆積させたターゲットロッド１４を抜き取り、スートのみでプリフォーム１６を形成するようにしているが、本例では、ターゲットロッド１４がそのままコア２及びインナークラッド４となるので、ターゲットロッド１４を抜き取る工程は不要となる。
【００３１】次いで、図１（ｃ）に示すように、電気炉１７によりＨｅ、ＳＦ６のガス雰囲気中で焼結することにより、スートプリフォーム１６を脱水し、透明化することにより、光ファイバプリフォーム１が完成する。
このように製造された光ファイバプリフォーム１は、クラッド３が、インナークラッド４とアウタークラッド５の２重に形成され、コア径Ｄ１＝０．５ｍｍ、インナークラッド径Ｄ２＝０．７ｍｍ、アウタークラッド径Ｄ３＝３０ｍｍに形成されており、アウタークラッド／コア径比≒Ｄ３／Ｄ１＝６０になっている。
【００３２】この光ファイバプリフォーム１のコア２、インナークラッド４及びアウタークラッド５の波長１７０〜３５０ｎｍにおける屈折率は、コア２が１．５７〜１．４８程度、インナークラッド４が１．５３〜１．４５程度、アウタークラッド５が１．５６〜１．４７程度となり、コア２とインナークラッド４の屈折率差が１〜２％程度、コア２とアウタークラッド５の屈折率差が０．５〜０．７％程度となる。
図３は、波長３００ｎｍにおける屈折率の測定結果を示すグラフで、コア２が１．４９程度、インナークラッド４が１．４７程度、アウタークラッド５が１．４８程度であるＷ型屈折率分布をしており、コア２とインナークラッド４の屈折率差が約１．５％、コア２とアウタークラッド５の屈折率差が約０．７％であることがわかる。
【００３３】そして最後に、図４に示すように、光ファイバプリフォーム１の先端を電気炉１８で溶融線引きすることにより、外径Ｄ３＝１２５μｍの紫外線伝送用光ファイバ６を製造する。
このように製造された光ファイバ６は、その寸法比が光ファイバプリフォーム１に等しく外径ｄ１＝２μｍのコア７の外側に形成されるクラッド８が、外径ｄ２＝２．８μｍのインナークラッド９と、外径ｄ３＝１２５μｍのアウタークラッド１０の２重に形成されている。
また、屈折率のプロフィールも光ファイバプリフォーム１に等しいＷ型屈折率分布を有している。
【００３４】したがって、コア７とクラッド８の境界面では、インナークラッド９の屈折率がコア７より１〜２％程度低く設定されているので、開口数ＮＡの大きな光ファイバ６を製造することができる。
また、インナークラッド４のクラッド厚さは約０．４μｍと最長伝送波長３５０ｎｍと同程度であるが、その外側に外径ｄ３＝１２５μｍのアウタークラッド１０が形成されている。
このアウタークラッド１０の屈折率はコア７より０．７％程度低く設定されているので、アウタークラッド１０も十分に光ファイバ６のクラッドとして機能する。
したがって、クラッド８全体の厚さ（半径方向厚さ）は最長伝送波長３５０ｎｍの１７０〜１８０倍にも達するので、クラッド８からの光の漏洩を確実に防止することができ、光伝送損失を低く抑えることができる。
【００３５】なお上述の説明では、フッ素をドーパントとして用いる場合についてのみ説明したが、ホウ素をドーパントとして用いる場合も同様である。
ただし、同量ドープするのであれば、ホウ素よりもフッ素の方が屈折率を低くすることができるので、フッ素ドープの方が効果的である。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、クラッドをコア側のインナークラッドとその外周側のアウタークラッドの二重に形成し、堆積速度は遅いが高濃度ドープガラスを堆積可能なプラズマ法によりインナークラッドのみを形成し、比較的低濃度のドープガラスしか堆積できないが堆積速度は速い外付け法によりアウタークラッドを形成するようにしたので、コアとクラッドの境界面の屈折率差を１〜２％に確保することのできる光ファイバプリフォーム及び光ファイバを極めて短時間で、且つ、安価に製造することができるという大変優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を示す説明図。
【図２】光ファイバプリフォーム及び光ファイバの構造を示す説明図。
【図３】その屈折率分布を示すグラフ。
【図４】光ファイバの製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１……………光ファイバプリフォーム
２、  ７……コア
３、  ８……クラッド
４、  ９……インナークラッド
５、１０……アウタークラッド
６……………光ファイバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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