(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼ガスの燃焼や雰囲気中に存在する水分に起因する吸着損失を抑制する。【解決手段】本発明は、光ファイバのコアとなる、またはコア及びクラッドの一部となるコアロッド１の表面を研磨して清浄化する清浄化工程と、清浄化工程によって清浄化したコアロッドの周囲に、光ファイバのクラッドとなるガラス微粒子を堆積させる工程とを有するガラス微粒子堆積体の製造方法に適用する。清浄化工程では、レーザ発振器３によってコアロッド１にレーザを照射することにより、コアロッド１の表面を研磨して清浄化する。これによって、ＯＨ基を大量に含むＨ2／Ｏ2火炎を用いることなく、短時間でコアロッド表面を清浄化することができ、雰囲気中のＯＨ基のコアロッド表面への進入も防ぐことができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアロッドの表面を研磨して清浄化する清浄化工程と、前記清浄化工程後の前記コアロッドの周囲に、光ファイバのクラッドとなるガラス微粒子を堆積させるガラス微粒子堆積工程とを有するガラス微粒子堆積体の製造方法において、前記清浄化工程は、レーザ光を前記コアロッドに照射することを特徴とするガラス微粒子堆積体の製造方法。
【請求項２】
前記ガラス微粒子堆積工程を実施する装置内で前記清浄化工程を実施の後に、前記ガラス微粒子堆積工程を実施することを特徴とする請求項１に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
【請求項３】
前記ガラス微粒子堆積工程の一部と前記清浄化工程の一部とを、前記ガラス微粒子堆積工程を実施する装置内の異なる場所で同時並行して実施することを特徴とする請求項１に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
【請求項４】
前記清浄化工程において、レーザ照射を行う前記コアロッドの表面近傍に不活性ガスを吹き付けることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス微粒子堆積体の製造方法、より詳細には、光ファイバのコア及びクラッドの一部となるコアロッドにガラス微粒子を堆積させて、光ファイバ用のガラス母材となるガラス微粒子堆積体を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な光ファイバの製造工程は、石英ガラスを主原料とするガラス微粒子堆積体を製造する工程と、そのガラス微粒子堆積体を高温で脱水・焼結してガラス母材を製造する工程と、ガラス母材を加熱して線引きすることにより光ファイバを製造する線引き工程とを有している。
【０００３】
上記ガラス微粒子堆積体を製造する工程には、例えば、ＯＶＤ法やＶＡＤ法が適用される。周知のように、ＯＶＤ法やＶＡＤ法は、シリカ及びゲルマニア等によるガラス微粒子を火炎中で生成し、そのガラス微粒子を出発部材に堆積させてガラス微粒子堆積体を作製する。
【０００４】
図５は、ＶＡＤ法によるガラス微粒子堆積体の製造方法を説明するための図で、図中、１はコアロッド、２はダミーロッド、５はバーナ、６は反応炉、７は回転軸、９はガラス微粒子堆積体である。図５の例では、回転軸７にダミーロッド２を介してコアロッド１を取付け、コアロッド１を上昇させながらガラス微粒子を軸方向に堆積させて、ガラス微粒子堆積体９を製造する。このときに、原料ガス，燃料ガス及び助燃性ガスをバーナ５に供給し、そのバーナ５の火炎によってガラス微粒子を生成し、コアロッド１上に堆積させていく。
【０００５】
図６は、ＯＶＤ法によるガラス微粒子堆積体の製造方法を説明するための図で、図中、図５と同様の機能を有する部分には、図５と同じ符号が付してある。図６の例では、回転軸７にダミーロッド２を介してコアロッド１を取付け、コアロッド１を往復動作させながらガラス微粒子を所定の径になるまで堆積させて、ガラス微粒子堆積体９を製造する。このときに、ＶＡＤ法と同様に、原料ガス，燃料ガス及び助燃性ガスをバーナ５に供給し、そのバーナ５の火炎によってガラス微粒子を生成し、コアロッド１上に堆積させていく。
【０００６】
図７は、ガラス微粒子堆積体を焼結するための焼結炉の一例を示す図で、図中、９’はガラス母材（プリフォーム）、７は回転軸、８は焼結炉、１０はヒータである。ガラス微粒子堆積体９は、図７に示すごとくの焼結炉８にて、ヒータ１０の熱によって脱水／焼結され、透明ガラス化されたガラス母材９’となる。ここでは、回転軸７に保持されたガラス微粒子堆積体９は、焼結炉８の内部で下方に移動していくことにより、脱水／焼結が行われる。
【０００７】
図５及び図６に示すごとくのガラス微粒子堆積体の製造においては、まずコア材とよばれるコア及びクラッドの一部からなる母材を出発母材として作製する。そして、このコア材を延伸して延伸体を作製し、これを上記コアロッド１とする。そしてこのコアロッド１の周りに必要量のガラス微粒子を堆積させる。このガラス微粒子は、クラッドに相当し、このコアロッド１上へのクラッドの堆積をジャケット付けとよぶ。ジャケット付けを行ったガラス母材は、上記の脱水・焼結工程を経て、線引き工程に供されるガラス母材（プリフォーム）となる。
【０００８】
ここで、一般的にコア材の延伸には、Ｈ２／Ｏ２などの火炎を用いることが多く、また、ジャケット付けに供する前の延伸体（コアロッド）の表面の傷を除去して清浄化するために、Ｈ２／Ｏ２などの火炎を用いた火炎研磨が行われることが多い。
【０００９】
上記のように、コアロッドの製造時にはＨ２／Ｏ２の火炎を用いることから、燃焼ガスによって生成される水分により、コアロッド表面にＯＨ基が多く存在した状態でジャケット付けを行うことになる。このような状態で作製されたガラス母材を線引きすると、コアロッド表面に存在するＯＨ基がコアへと拡散し、線引きされた光ファイバへ光を伝播させたときに、ＯＨ基による吸収損失が生じるという問題が発生する。また、雰囲気中の水分がコアロッドに吸着することによる吸収損失も問題となる。
【００１０】
上記のような問題に対し、例えば、特許文献１には、プラズマ火炎を用いてコアロッドの火炎研磨を行う技術が開示されている。ここでは、従来型のプラズマトーチの外側に、不活性ガス供給用のガラス管を同心状に設けて、不活性ガスによりプラズマ火炎を外気からシールすることにより、従来型トーチに比べて、火炎の周囲におけるコアロッドへのＯＨ基の混入量を低減することが可能となる。
【００１１】
また、特許文献２では、光ファイバプリフォームの火炎研磨の基本的な考え方を開示している。ここでは、プリフォームの回転数、バーナーによる加熱領域、及びバーナーの相対速度の良好範囲を規定し、ムラなく表面を平滑かつ清浄にする方法を開示している。
【００１２】
【特許文献１】
実公平６−４２０号公報
【特許文献２】
特開２０００−３１９０３１号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上述の特許文献１の場合、プラズマ火炎による加熱領域を完全に不活性ガスでシールすることは困難である。プラズマ火炎の周囲では、ガラスロッド表面に０．９７ｐｐｍのＯＨ基が含まれ、かつ線引き後の光ファイバにおけるＯＨ基による吸収は６ｄＢ／ｋｍにも及ぶ。この場合、トーチの外側をさらに不活性ガスで覆い、火炎研磨の環境自体を不活性ガス雰囲気下で行うようにすることも考えられるが、装置が大掛かりとなり設備コストが上昇するとともに、使用する不活性ガスの量も大幅に増大し、生産コストも上昇するという問題が生じる。
【００１４】
他方、コア材のクラッド／コア比を大きくし、コアロッド表面からＯＨ基が拡散してもコア中へ到達しないものとすれば、上述の問題は解決する。しかし、通常、コア材のガラス合成速度は、ジャケット付け時のガラス合成速度に比較して小さいため、クラッド／コア比を大きくとることは、生産コストを押し上げる要因となる。従って、コア材のクラッド／コア比を下げて生産コストを低減するためには、コアロッドの表面のＯＨ基をジャケット付けの前に予め除去することが必要となる。
【００１５】
本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、ジャケット付けの前にコアロッド表面のＯＨ基を予め除去しておくことにより、燃焼ガスの燃焼や雰囲気中に存在する水分に起因する吸着損失を抑制し、高品質のガラスファイバを製造することができるガラス微粒子堆積体の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法は、コアロッドの表面を研磨して清浄化する清浄化工程と、その清浄化工程後のコアロッドの周囲に、光ファイバのクラッドとなるガラス微粒子を堆積させるガラス微粒子堆積工程とを有するガラス微粒子堆積体の製造方法において、清浄化工程が、レーザ光を用いてコアロッドの表面に照射することを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の光ファイバ母材の製造方法は、コア材の延伸体（コアロッド）の表面の傷を除去するための表面研磨において、レーザ光を用いることを特徴とするものである。本発明では、従来のＯＨ基を大量に含むＨ２／Ｏ２火炎を用いることなく、レーザ光によって研磨処理を行うため、短時間の処理が可能となり、また雰囲気中のＯＨ基がコアロッド内へ進入することを防ぐことができる。
【００１８】
本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法は、従来例で説明したごとくのＶＡＤ法及びＯＶＤ法に適用できる。すなわち、本発明は、コアロッドの表面研磨をレーザを用いて行い、得られたコアロッド周囲にＶＡＤまたはＯＶＤ法にてガラス微粒子を堆積させてジャケット付けを行うことにより、コアへのＯＨ基の進入を抑制し、高品質の光ファイバを製造できるガラス微粒子堆積体を得ることができる。
【００１９】
また、本発明では、レーザ照射を行うコアロッド表面近傍に不活性ガスを吹き付け、レーザ照射を行う付近の雰囲気を低Ｈ２Ｏ分圧とすることで、大気中の水分がコアロッド表面に付着することを防止し、コアロッドの表面のＯＨ基をより確実に低減させるようにする。
【００２０】
また、レーザ光によって表面研磨して清浄化したコアロッド表面が、次工程までの間に汚染しないようにするために、コアロッドの周囲にジャケット付けを行う装置内でレーザによる表面清浄化を行う。例えば、ＶＡＤ法やＯＶＤ法においては、ガラス微粒子の堆積を行う反応炉の内部で、レーザ光による表面研磨を行うようにする。
本発明は、コア及びクラッドの一部からなるコアロッドのみならず、コアのみからなるコアロッドに対しても適用することができる。
【００２１】
図１は、本発明によるガラス微粒子堆積体の製造方法をＶＡＤ法に適用したときの反応炉の構成例を示す図で、図中、１はコアロッド、２はダミーロッド、３はレーザ発振器、４は不活性ガス吹きつけバーナ、５はガラス合成用バーナ、６は反応炉、７は回転軸である。
【００２２】
図１に示すように、反応炉６の内部に、ガラス微粒子を合成して堆積させるガラス合成用バーナ５と、コアロッドの表面を研磨するレーザ光を照射するレーザ３と、レーザ光の照射を行う付近に不活性ガスを吹き付ける不活性ガス吹きつけバーナ４とを配置する。ここでは、ガラス合成用バーナ５の下方にレーザ３を配置し、レーザ３から発振させたレーザ光によってコアロッド１の表面研磨を行ったあと、連続的にその周囲にガラス合成用バーナ５によって生成したガラス微粒子を堆積させるようにする。すなわち、レーザ光によるコアロッド１の表面研磨とガラス微粒子の堆積とを、ガラス微粒子の堆積を行う装置内の異なる場所で同時並行して実施することができる。
【００２３】
不活性ガス吹きつけバーナ４からは、コアロッド１のレーザ照射部分に不活性ガスが吹き付けられ、大気中の水分のコアロッド表面への付着を防止し、コアロッドの表面のＯＨ基を低減させる。
【００２４】
図２は、本発明によるガラス微粒子堆積体の製造方法をＯＶＤ法に適用したときの反応炉の構成例を示す図で、図中、１はコアロッド、２はダミーロッド、３はレーザ、４は不活性ガス吹きつけバーナ、５はガラス合成用バーナ、６は反応炉、７は回転軸である。
【００２５】
図２に示すように、反応炉６の内部に、ガラス微粒子を合成して堆積させるガラス合成用バーナ５と、コアロッドの表面を研磨するレーザ光を照射するレーザ３と、レーザ照射光を行う付近に不活性ガスを吹き付ける不活性ガス吹きつけバーナ４とを配置する。ここでは、ガラス合成用バーナ５の下方にレーザ３を配置し、コアロッド１をトラバースさせてレーザ３から発振させたレーザ光により表面研磨を行ったあと、コアロッド１の周囲にガラス合成用バーナ５によって生成したガラス微粒子を堆積させるようにする。
なお、ガラス微粒子の堆積は、レーザ光による表面研磨の直後であることが望ましいが、ＯＨ基が乏しい環境であれば、上記表面研磨の数時間後に実施してもよい。
【００２６】
（実施例）
図３は、本発明の実施例に使用したコアロッドの屈折率分布を示す図で、１１はコア、１２はクラッド、１１Ｒはコア径、１２Ｒはクラッド径である。まず、図１に示すような屈折率分布を有するコア材を用意し、Ｈ２／Ｏ２火炎により延伸を行った。このときのコア材のコアとクラッドの比屈折率差（Δｎ）は０．３５％、コアとクラッドの径の比Ｒ（クラッド径１２Ｒ／コア径１１Ｒ）は３．２であった。ここで、ＩＲ吸収測定器を用いてコアロッド１の側面よりＩＲ光を照射し、ＯＨ基による吸収損失を測定した。その結果、コアロッド径方向全体を平均する濃度として、５．６ｐｐｍのＯＨ基が存在することを確認した。
【００２７】
図４は、レーザによる表面研磨について説明するための図で、図中、１はコアロッド、２はダミーロッド、３はレーザである。上記の工程で延伸を行ったコアロッド１の両端に図２に示すようにダミーロッド２を接続した後、レーザ３を用いてコアロッド１の表面にＣＯ２レーザ光を照射し、コアロッド１の表面を研磨して削り取った。レーザ光照射前後のコアロッド１の外径は、照射前２８．４ｍｍ／照射後２７．６ｍｍであった。そしてレーザ光照射後に、ＩＲ吸収測定器によりＯＨ基の吸収を再度測定したところ、ＯＨ基による吸収は見られず、ＯＨ基の量はコアロッド径方向全体を平均する濃度として０．１ｐｐｍ以下であることを確認した。
【００２８】
次いで、上記レーザによって表面研磨したコアロッドの周囲に、ＶＡＤ法によてガラス微粒子を堆積させ、得られたガラス微粒子堆積体を、図７に示すような焼結炉を用いて焼結して透明なガラス母材（プリフォーム）を得た。
このようにして得られたプリフォームを線引きし、線引き時の断線頻度とファイバの伝送損失特性を確認したところ、以下の表１に示す結果が得られた。
【００２９】
【表１】
2005029399.tif 000003
【００３０】
上記の結果、線引き時の断線頻度は、０．９回／１０００ｋｍであり、また、伝送損失は、１３００ｎｍでは０．３３６〜０．３４８ｄＢ／ｋｍ、１３８０ｎｍでは０．２７０〜０．２８２ｄＢ／ｋｍ、また１５５０ｎｍでは０．１８５〜０．１９２ｄＢ／ｋｍであった。
この結果から明らかなように、レーザ光にてコアロッドの表面研磨を行うことにより、線引き時の断線も少なく、得られた光ファイバは、特に１３８０ｎｍでの伝送損失が０．３ｄＢ／ｋｍ以下であって、ＯＨ吸収に起因する伝送損失増のきわめて小さいものであった。
【００３１】
さらに、上記実施例と同様の方法で、コアとクラッドの比Ｒ（クラッド径１２Ｒ／コア径１１Ｒ）を２．０〜２．９の範囲で異ならせた３種類のものを作製し、プリフォームの線引き断線頻度とファイバの伝送損失とを確認した。その結果を以下の表２に示す。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
上記の結果、コアとクラッドの比Ｒが２．９のコアロッドにおいては、線引き時の断線頻度は、０．５回／１０００ｋｍであり、また、伝送損失は、１３００ｎｍでは０．３３５〜０．３５１ｄＢ／ｋｍ、１３８０ｎｍでは０．２７９〜０．２８９ｄＢ／ｋｍ、また１５５０ｎｍでは０．１８７〜０．１９４ｄＢ／ｋｍであった。
【００３４】
また、コアとクラッドの比Ｒが２．５のコアロッドにおいては、線引き時の断線頻度は、０．７回／１０００ｋｍであり、また、伝送損失は、１３００ｎｍでは０．３４２〜０．３４０ｄＢ／ｋｍ、１３８０ｎｍでは０．２７７〜０．２９２ｄＢ／ｋｍ、また１５５０ｎｍでは０．１８９〜０．１９７ｄＢ／ｋｍであった。
【００３５】
さらに、コアとクラッドの比Ｒが２．０のコアロッドにおいては、線引き時の断線頻度は、０．４回／１０００ｋｍであり、また、伝送損失は、１３００ｎｍでは０．３４５〜０．３６１ｄＢ／ｋｍ、１３８０ｎｍでは０．２９８〜０．３１２ｄＢ／ｋｍ、また１５５０ｎｍでは０．１９０〜０．２０１ｄＢ／ｋｍであった。
【００３６】
上記の結果から、コアとクラッドの比Ｒ（クラッド径／コア径）が２．０〜２．９においても、線引き時の断線が少なく、得られた光ファイバの伝送損失が小さく、ＯＨ吸収に起因する伝送損失増がきわめて小さいものであった。ただし、コアとクラッドの比Ｒ（クラッド径／コア径）が２．０まで小さくなると、伝送損失が全体的に上昇する傾向が見られた。
【００３７】
（比較例）
上記実施例と同様の方法で、コアとクラッドの比Ｒ（クラッド径／コア径）が３．２であるコアロッドを準備した。そしてＩＲ測定により、コアロッドの径方向全体を平均するＯＨ基の濃度を測定した結果、ＯＨ濃度は４．９ｐｐｍであった。次いで、上記実施例とは異なり、通常のＨ２／Ｏ２火炎を用いてコアロッドの表面を研磨処理した。得られたコアロッドを再びＩＲ測定にかけたところ、径方向全体を平均するＯＨ基の濃度は６．５ｐｐｍであった。さらにそのコアロッドを上記実施例と同様な方法により、その周りにガラス多孔質体を合成し、さらに焼結を行ってプリフォームを作製した。そしてこのプリフォームを線引きし、線引き時断線頻度とファイバの伝送損失との関係を調べた。その結果を以下の表３に示す。
【００３８】
【表３】
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【００３９】
上記のコアロッドにおける線引き時の断線頻度は、０．８回／１０００ｋｍであり、また、伝送損失は、１３００ｎｍでは０．３３６〜０．３５３ｄＢ／ｋｍ、１３８０ｎｍでは０．３０５〜０．３２２ｄＢ／ｋｍ、また１５５０ｎｍでは０．１８７〜０．１９６ｄＢ／ｋｍであった。
上記の結果、Ｈ２／Ｏ２火炎を用いて表面研磨を行ったコアロッドでは、特に１３８０ｎｍにおける伝送損失が全て０．３ｄＢ／ｋｍを超え、ＯＨ基に起因する伝送損失増が顕著であった。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、コアロッドの表面研磨にレーザを用いることにより、ＯＨ基を大量に含むＨ２／Ｏ２火炎を用いることなく、短時間でコアロッド表面を清浄化することができ、雰囲気中のＯＨ基のコアロッド表面への進入も防ぐことができる。
【００４１】
また、清浄化したコアロッド表面が、次工程までの間に再びＯＨによって汚染されることを防ぐため、次工程（コアロッドの周りにガラス微粒子を堆積させる工程）を実施する装置内においてレーザ光による表面清浄化を行うことにより、コアロッド表面へのＯＨ基の再吸着を防ぐことができ、高品質の光ファイバを製造できるガラス微粒子堆積体を得ることができる。
【００４２】
また、レーザ光照射を行うコアロッド表面近傍に不活性ガスを吹き付け、レーザ照射を行う付近の雰囲気を低Ｈ２Ｏ分圧とすることで、大気中の水分がコアロッド表面に付着することを防止し、コアロッドの表面のＯＨ基をより確実に低減させるようにする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガラス微粒子堆積体の製造方法をＶＡＤ法に適用したときの反応炉の構成例を示す図である。
【図２】本発明によるガラス微粒子堆積体の製造方法をＯＶＤ法に適用したときの反応炉の構成例を示す図である。
【図３】本発明の実施例に使用したコアロッドの屈折率分布を示す図である。
【図４】レーザによる表面研磨について説明するための図である。
【図５】ＶＡＤ法によるガラス微粒子堆積体の製造方法を説明するための図である。
【図６】ＯＶＤ法によるガラス微粒子堆積体の製造方法を説明するための図である。
【図７】ガラス微粒子堆積体を焼結するための焼結炉の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…コアロッド、２…ダミーロッド、３…レーザ発振器、４…不活性ガス吹きつけバーナ、５…バーナ（ガラス合成用バーナ）、６…反応炉、７…回転軸、８…焼結炉、９…ガラス微粒子堆積体、９′…ガラス母材（プリフォーム）、１０…ヒータ、１１…コア、１１Ｒ…コア径、１２…クラッド、１２Ｒ…クラッド径。
【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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