(57)【要約】【課題】  ＯＨ基吸収による伝送損失の増加を少なくした光ファイバを得ることができる光ファイバ母材をコラップス法により製造する方法を提供する。【解決手段】  ガラスパイプ１内の水素原子含有物質を減少させる乾燥工程、前記ガラスパイプ１の一端を封止する工程、及び前記ガラスパイプ１を中実化する工程を有する光ファイバ母材の製造方法であって、前記乾燥工程において、脱水性を有する第一のガス及び水素原子を含まず還元性を有する第二のガスを、加熱されている前記ガラスパイプ１内に導入することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスパイプ内の水素原子含有物質を減少させる乾燥工程、前記ガラスパイプの一端を封止する工程、及び前記ガラスパイプを中実化する工程を有する光ファイバ母材の製造方法であって、前記乾燥工程において、脱水性を有する第一のガス及び水素原子を含まず還元性を有する第二のガスを、加熱されている前記ガラスパイプ内に導入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】
前記乾燥工程において、前記ガラスパイプが８００℃以上に加熱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方法。
【請求項３】
前記乾燥工程の前に、前記ガラスパイプ内にコアとなる部分を含むガラスロッドを挿入する工程を有す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】
前記第二のガスは、酸化物が気体となるガスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法により得られた光ファイバ母材を線引きして得られる光ファイバ。
【請求項６】
ガラスパイプ内にコアとなる部分を含むガラスロッドを挿入する工程、前記ガラスパイプ内の水素原子含有物質を減少させる乾燥工程、前記ガラスパイプの一端において前記ガラスパイプと前記ガラスロッドを融着するとともに前記ガラスパイプを封止する工程、及び前記一端から前記ガラスパイプと前記ガラスロッドを一体化しつつ線引きする工程を有する光ファイバの製造方法であって、前記乾燥工程において、脱水性を有する第一のガス及び水素原子を含まず還元性を有する第二のガスを、加熱されている前記ガラスパイプ内に導入することを特徴とする光ファイバの製造方法。
【請求項７】
前記第二のガスは、酸化物が気体となるガスであることを特徴とする請求項６に記載の光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コラップス法による光ファイバ母材の製造方法とこの母材を線引きした光ファイバ、ロッドイン線引きによる光ファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コラップス法は、ガラスパイプを中実化することにより光ファイバ母材を得る方法である。ガラスパイプ内にガラスロッドを挿入した状態で中実化してもよく、この場合ガラスパイプとガラスロッドは一体化される。図５は、コラップス法を示す概念図である。ガラスパイプ１をガラス旋盤９の把持部４に取り付け、ガラスロッド２を挿入した状態で回転させながら、ガラスパイプ１の一端を熱源３で加熱して封止し、続いて熱源３を相対的に移動させながらガラスパイプ１を加熱して中実化する。
【０００３】
中実化の前にガラスパイプ１内へ塩素ガスを流しながらガラスパイプ１を少なくとも1000℃以上に加熱してガラス表面を化学的に清掃すること、ガラスパイプ１内を真空引きしながら中実化を行うことも知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
図６は、波長 1.4μm 帯でのＯＨ基による伝送損失増を示すグラフである。石英ガラス中のＯＨ基はＳｉ−ＯＨの吸収ピーク１．３８μmとＧｅ−ＯＨの吸収ピーク１．４１μmとを合わせ、波長 1.4μm 付近に大きな吸収ピーク（ＯＨ基吸収）を有する。ＯＨ基吸収は 1.4μm 帯の伝送損失を増加させ、 1.4μm 帯での信号やラマン増幅用の励起光の伝送を難しくする。そのためＯＨ基吸収は小さいほど望ましい。しかし、コラップス法で光ファイバ母材を製造する場合、界面に残留する水分を除去し（例えば＜０．１ｐｐｍ）、ＯＨ基吸収を低減することは困難であった。
【０００５】
また、コラップス法に代わる手法として、ガラスパイプ内にガラスロッドを挿入し、ガラスパイプの一端で両者を融着、一体化させつつ同時に線引きして、光ファイバ母材を経由せずに光ファイバを製造する方法（いわゆるロッドイン線引き）があるが、この方法においてもＯＨ基吸収を低減することは重要な課題である。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２２５３３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ＯＨ基吸収による伝送損失の増加を少なくした光ファイバを得ることができる光ファイバ母材をコラップス法により製造する方法、同様にＯＨ基吸収による伝送損失の増加を少なくした光ファイバをロッドイン線引きにより製造する方法、及び、ＯＨ基吸収による伝送損失の増加を少なくした光ファイバを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記課題に鑑み鋭意研究した結果、コラップスもしくはロッドイン線引きでガラスパイプを中実化する前にガラスパイプ内を十分に乾燥させる方法として、従来用いられている脱水性を有するガス（例えばＣｌ2など）とともに還元性を有するガス（例えばＣＯなど）をパイプ内に流すと、脱水反応の化学平衡がより脱水される方向に移動し、得られる光ファイバ母材や光ファイバのＯＨ基吸収が低減されることを見出し、この知見に基づき本発明をなすに到った。
すなわち本発明は以下の構成を有する。
【０００９】
（１）ガラスパイプ内の水素原子含有物質を減少させる乾燥工程、前記ガラスパイプの一端を封止する工程、及び前記ガラスパイプを中実化する工程を有する光ファイバ母材の製造方法であって、前記乾燥工程において、脱水性を有する第一のガス及び水素原子を含まず還元性を有する第二のガスを、加熱されている前記ガラスパイプ内に導入することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
（２）前記乾燥工程において、前記ガラスパイプが８００℃以上に加熱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方法。
（３）前記乾燥工程の前に、前記ガラスパイプ内にコアとなる部分を含むガラスロッドを挿入する工程を有することを特徴とする（１）又は（２）に記載の光ファイバ母材の製造方法。
（４）前記第二のガスは、酸化物が気体となるガスであることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
（５）（１）〜（４）のいずれか一項に記載の製造方法により得られた光ファイバ母材を線引きして得られる光ファイバ。
（６）ガラスパイプ内にコアとなる部分を含むガラスロッドを挿入する工程、前記ガラスパイプ内の水素原子含有物質を減少させる乾燥工程、前記ガラスパイプの一端において前記ガラスパイプと前記ガラスロッドを融着するとともに前記ガラスパイプを封止する工程、及び前記一端から前記ガラスパイプと前記ガラスロッドを一体化しつつ線引きする工程を有する光ファイバの製造方法であって、前記乾燥工程において、脱水性を有する第一のガス及び水素原子を含まず還元性を有する第二のガスを、加熱されている前記ガラスパイプ内に導入することを特徴とする光ファイバの製造方法。
（７）前記第二のガスは、酸化物が気体となるガスであることを特徴とする（６）に記載の光ファイバの製造方法。
【００１０】
なお、本発明において光ファイバ母材とは、そのまま線引きして光ファイバとなるガラス体であってもよいし、さらに加工した後線引きされるガラス体（光ファイバ母材中間体）であってもよい。
本発明において第一のガスが「脱水性を有する」とは、乾燥工程の加熱温度においてガラスパイプ内のガラス表面に吸着している水素原子含有物質及び／又はガラスパイプ内雰囲気に混入する水素原子含有物質（Ｈ2Ｏなど）と反応することを意味する。また、第二のガスが「還元性を有する」とは、乾燥工程の加熱温度においてガラスパイプ内の酸素と反応し、かつ、ガラスパイプそのものとは反応しないことを意味する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明方法による光ファイバ母材もしくは光ファイバはＯＨ基含有量が非常に少ない。本発明に係る光ファイバは、波長１．３８〜１．４５μｍ付近の伝送損失が低く良好であり、また1.48〜 1.6μｍ帯の信号光を増幅するために用いる励起用光源として、上記波長帯の光源を用いるラマン増幅用光ファイバとしても好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の光ファイバ母材の製造方法では、ガラスパイプをコラップス法で中実化する前に、ガラスパイプ内のガラス表面に吸着している水素原子含有物質及び／又はガラスパイプ内雰囲気に含まれている水素原子含有物質（両者をあわせて「ガラスパイプ内の水素原子含有物質」と総称する）を減少させる処理をしておく。本明細書では、Ｈ2Ｏに限らず水素原子含有物質を減少させる処理を「乾燥」と呼び、この処理を行う工程を「乾燥工程」と呼ぶことにする。乾燥処理をすることにより、中実化する工程でガラスパイプが高温に加熱されてもＯＨ基は生成しないので、ＯＨ基吸収による伝送損失増を低減した光ファイバ母材を得ることが可能となる。
本発明の乾燥工程を実施することにより、光ファイバ母材の中実化する際の界面に由来する部分のＯＨ基の濃度を 100ppb 以下にすることができる。また、光ファイバの波長 1.38 μｍにおけるＯＨ基吸収損失を 0.5dB/km 以下にすることができる。
【００１３】
本発明においては、上記乾燥工程において、脱水性を有する第一のガス、及び水素を含まず還元性を有する第二のガスを使用することを特徴とする。
第一のガスとしては例えば、ＳｉＣｌ4、ＧｅＣｌ4、Ｃｌ2などがあげられる。
第二のガスとしては例えば、ＣＯ、ＣＣｌ4、Ｎ2、ＮＯ、Ｓ、ＳＯ、ハロゲン化ケイ素（ＳｉＣｌ4など）、ＢＣｌ3、ＧｅＣｌ4、ＳＯＣｌ2などがあげられ、酸化物が気体であるもの（ＣＯ、ＣＣｌ4、Ｎ2、ＮＯ、Ｓ、ＳＯ）が好ましい。酸化物が固体である場合、乾燥工程で生成した固体酸化物がガラスパイプ内に付着して外形に不具合を生ずることがあるが、乾燥工程の後にエッチングを行って付着した固体酸化物を除去すれば、問題なく用いることができる。
【００１４】
脱ＯＨ基反応において、第一のガス単独で行った場合よりも第二のガスを併用したほうが好ましい理由を、図１を参照して説明する。図１中、●で示したグラフは水分０．０１ｍｏｌ（初期）に対し第一のガス（Ｃｌ2）１ｍｏｌのみで乾燥工程を行ったときの温度に対するＨ2Ｏ残存量であり、■で示したグラフは第一のガス（Ｃｌ2）とともに第二のガスとしてＣＯを併用（各１ｍｏｌ）した場合、△で示したグラフは第二のガスとしてＳｉＣｌ4を併用（各１ｍｏｌ）した場合のＨ2Ｏ残存量である。いずれの温度についても、第二のガスを使用した場合のほうが、Ｈ2Ｏ残存量が少なくなっていることがわかる。
【００１５】
Ｃｌ2を加えたときは下記の反応が起こるが、その場合、パイプ内部に含まれる酸素濃度が高いと右辺への反応が進みにくくなる。
Ｃｌ2＋Ｈ2Ｏ  ←→  ２ＨＣｌ＋１／２  Ｏ2      ・・・（１）
Ｃｌ2単独使用Ｈ2Ｏ分圧には、酸素分子量に起因する制約がある。
一方、ＣＯを添加したとき、次の酸素を消費する反応が行われる。
ＣＯ＋１／２  Ｏ2  →  ＣＯ2    ・・・（２）
よって上記（１）式におけるＯ2の分圧が減少するため、平衡を右側にシフトさせ、水分の残存量を減らすことが可能である。生成するＣＯ2は気体であるので、そのままパイプ外へ排気される。
【００１６】
また、ＳｉＣｌ4を添加したときの反応は次のとおりである。
ＳｉＣｌ4＋２Ｈ2Ｏ  →  ＳｉＯ2＋４ＨＣｌ    ・・・（３）
同時に次の酸素を消費する反応も行われる。
ＳｉＣｌ4＋Ｏ2  →  ＳｉＯ2＋Ｃｌ2            ・・・（４）
よってＳｉＣｌ4の添加によっても上記（１）式における水分との反応の平衡を右側にシフトさせ、水分の残存量を減らすことが可能である。なお、生成したＳｉＯ2は固体であり、ガラスパイプ内部に付着する場合には、エッチング等の方法で除去することができる。
【００１７】
第一のガスと第二のガスは、上記のように異なる種類のものを用いても、同一のもので兼用しても（例えばＳｉＣｌ4のみ）よい。また、第一のガスと第二のガスのほかに、必要に応じ希釈ガス（例えばヘリウム、アルゴンなどの不活性ガス）を添加することができ、第二のガスの濃度は、第一のガス、第二のガス及び希釈ガスの合計に対し、１０〜８０ｖｏｌ％であることが好ましい。この範囲の濃度とすることにより、乾燥工程においてガラスパイプ内の水素原子含有物質を十分除去できる。
【００１８】
上記乾燥工程におけるガラスパイプの加熱雰囲気温度は８００℃以上であることが好ましく、また、２３００℃以下であることが好ましい。８００℃以上とすることによりＣｌ2とＨ2Ｏの反応が促進する。また、２３００℃以下であればガラスパイプの急激な変形による中実化の阻害がなく、クラッド外周の非円率の悪いものになるおそれもない。
【００１９】
本発明の光ファイバ母材の製造方法においては、ガラスパイプの封止、中実化の前に上記第一のガス及び第二のガスを用いた乾燥工程が行われるものであれば、他に特に制限はない。
例えば具体的には図２に流れ図で示したような工程を有するコラップス、線引きを行う場合、図２において「乾燥」として示した工程のほか、「エッチング」や「後乾燥」も本発明における乾燥工程となり得て、これらの工程で第一のガス及び第二のガスをガラスパイプ内に流して行うことができる。これらのうちのいずれか一つの工程で行ってもよいし、複数の工程で行ってもよい。また、ガラスパイプのみのときに、例えば「エッチング」工程で行うことも、ガラスパイプにガラスロッドが挿入されたときに、例えば「後乾燥」工程で行うこともでき、これらの両方の状態でそれぞれに行ってもよい。ただし、酸化物が固体となる気体を第二のガスに用いる場合は、その後に酸化物を気相エッチングで除去するようにする。つまり、ガラスパイプの一端を封止した後はパイプ内部をエッチングすることは好ましくないため、ＳｉＣｌ4などを還元性ガスとして用いるのは好ましくない。
図２に示した工程で、中実化の後ガラスロッドを延伸し、さらにコラップスを繰り返すようにしてもよいし、コラップス前のガラスパイプにおいてＭＣＶＤを行ってもよい。また、ジャケット付けなどの工程を加えてもよい。
【００２０】
本発明の光ファイバは、上記のようにして得られた光ファイバ母材を公知の方法で加熱、線引きするものである。
【００２１】
また、本発明の光ファイバの製造方法として、ガラスロッドをガラスパイプに挿入し、ロッドとパイプを一体化しながら線引きする、いわゆるロッドイン線引きにおいて、ロッドとパイプの融着、一体化の前に上述の第一のガス及び第二のガスを用いた乾燥工程を行う方法がある。このときの乾燥工程に用いるガスの種類や濃度、温度条件などは上記本発明の光ファイバ母材の製造方法について述べたと全く同様である。
【実施例】
【００２２】
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ものではない。
（実施例１）
図３は本実施例の光ファイバの製造方法を説明する工程図である。
コアとしてΔ＝＋０．０６％のＳｉＣｌ4脱水純石英コアのガラスロッド１を、Δ＝−０．３６％のＦ添加ガラスパイプ１に挿入する（図３（ａ））。
【００２３】
続いて、図３（ｂ）に示されるように、ガラスパイプ１の第１端側のパイプ５からガラスパイプ１内に脱水性を有する第一のガス（例えばＣｌ2、ＳＯＣｌ2）を導入し、このとき、ガラスパイプ１の内部に、０．５ｓｌｍのＣｌ2ガスとともにＳｉＣｌ4ガス０．５ｓｌｍ（Ｈ2Ｏ含有量が０．５体積ｐｐｍ以下、その他のＨ含有ガスの含有量が０．１体積ｐｐｍ以下）を導入する。熱源３によりガラスパイプ１およびガラスロッド２を温度１１５０℃に加熱して、ガラスパイプ１の内壁面およびガラスロッド２の表面それぞれに付着している水素原子含有物質を除去する。
【００２４】
さらに続いて、図３（ｃ）に示されるように、ガラスパイプ１の第２端側を熱源３により加熱溶融して、ガラスパイプ１とガラスロッド２とを融着させて封止する。
【００２５】
そして図３（ｄ）に示されるように、ガラスパイプ１の第２端側から第１端側に向かって順に熱源３を移動させて、ガラスパイプ１とガラスロッド２とを加熱溶融し融着させて中実化する。このとき、ガラスパイプ１の内部に、０．５ｓｌｍのＣｌ2ガスとともにＳｉＣｌ4ガス０．５ｓｌｍ（Ｈ2Ｏ含有量が０．５体積ｐｐｍ以下、その他のＨ含有ガスの含有量が０．１体積ｐｐｍ以下）を導入する。また、ガラスパイプ１の内部の気圧はゲージ圧力で−１ｋＰａであり、中実化時のガラスパイプ１の外表面の温度は１６００℃である。以上のようにして中実化したガラス体を作成する。このガラス体を線引きしてコア倍率（ファイバ外径／コア外径）１４．５の光ファイバとする。
この光ファイバのＯＨ基吸収損失は０．０１２ｄＢ／ｋｍである。
【００２６】
（比較例１）
図３（ｂ）の工程においてＳｉＣｌ4ガスを使用しない以外は実施例１と全く同様にして光ファイバを作成する。
この光ファイバのＯＨ基吸収損失は０．０８ｄＢ／ｋｍである。
【００２７】
（実施例２）
図４は本実施例の光ファイバのロッドイン線引きによる製造方法を説明する流れ図である。
コアとしてΔ＝＋０．０６％のＳｉＣｌ4脱水純石英コアのガラスロッドを、Δ＝−０．３６％のＦ添加ガラスパイプに挿入する。
【００２８】
続いて、ガラスパイプの第１端側のパイプからガラスパイプ内に脱水性を有する第一のガス（例えばＣｌ2、ＳＯＣｌ2）を導入し、このとき、ガラスパイプの内部に、０．５ｓｌｍのＣｌ2ガスとともにＣＯガス０．５ｓｌｍ（Ｈ2Ｏ含有量が０．５体積ｐｐｍ以下、その他のＨ含有ガスの含有量が０．１体積ｐｐｍ以下）を導入する。エッチングが不要であれば実施しない。また、ＭＣＶＤパイプを合成するロッドイン線引きのときにはＮ2を５ｓｌｍ流しながらガラスパイプを準備する。熱源によりガラスパイプおよびガラスロッドを温度１１５０℃に加熱して、ガラスパイプの内壁面およびガラスロッドの表面それぞれに付着している水素原子含有物質を除去する。このときＳＦ6及びＣｌ2をそれぞれ０．５ｓｌｍ、ＣＯを１ｓｌｍ流し、封止前に水分を十分除去することが好ましい。
【００２９】
さらに続いて、Ｎ2を５ｓｌｍ流しながらガラスパイプ内にガラスロッドを導入し、ガラスパイプの第２端側を熱源により加熱溶融して、ガラスパイプとガラスロッドとを融着させて封止する。このときＣｌ2を０．５ｓｌｍ供給する。
【００３０】
次にＣｌ2を０．５ｓｌｍ、ＣＯを１ｓｌｍ供給しながら真空引きを繰り返す。これにより脱水しながら線引きが行える。ただし、線引き中にエッチングが行えないため、ＳｉＣｌ4のような固体粒子を生ずるガスを使用することは好ましくない。
さらに真空引きしながら線引きを行う。このときＣｌ2を０．５ｓｌｍ、ＣＯを１ｓｌｍ供給する。パイプの両端を封止する場合は一端封止後に供給するガスはＮ2又はＯ2が好ましく、本実施例ではＯ2を１ｓｌｍ供給する。
このようにしてコア倍率１４．５の光ファイバとする。
この光ファイバのＯＨ基吸収損失は０．０１２ｄＢ／ｋｍである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】乾燥工程においてガラスパイプ内に導入したガスの種類によるＨ2Ｏ残存量の違いを示すグラフである。
【図２】本発明におけるコラップスの一実施態様を説明する流れ図である。
【図３】実施例のガラス体の製造方法を示す説明図である。
【図４】本発明におけるロッドイン線引きの一実施態様を説明する流れ図である。
【図５】コラップス法を示す概念図である。
【図６】波長１．４μｍ帯でのＯＨ基による波長伝送損失増を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    ガラスパイプ、      ２    ガラスロッド、        ３    熱源、
４    把持部、            ５、６  パイプ、
８    ガスライン、        ９    ガラス旋盤。
【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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