(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス合成用のバーナよりガラス原料と同時に屈折率を下げるドーパントであるフッ素を含む原料ガスを供給し、フッ素が添加されたガラス微粒子体を形成する第１工程と、
得られた前記ガラス微粒子体を透明化すると共に中心に穴をあけてクラッド用ガラスパイプとする第２工程と、
その外周端と、前記クラッド用ガラスパイプの内周端とで、比屈折率差で０．０５〜０．２％の差となるように構成されたコア用ガラスロッドを前記クラッド用ガラスパイプに挿入し加熱一体化して、比屈折率差０．０５〜０．２％の段差を有する光ファイバ母材を作製する第３工程と
を備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２】
前記第１工程において、前記ドーパントであるフッ素を含む原料ガスとしてＳＦ６、ＳｉＦ４、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８のうち少なくとも一つを用いることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大容量伝送（特に広帯域のＷＤＭ伝送）を行うために必要な光ファイバを作成可能な光ファイバ母材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの構成の一つとして、コアの周りに設けられるクラッドに、屈折率を下げるドーパントであるフッ素を添加する構成がある。このような光ファイバの製造に用いられる光ファイバ母材の製造方法としては、コア用ガラスロッドの周りにガラス合成用のバーナを用いてガラス微粒子層を合成し、焼結炉にてフッ素の原料ガスを含むガス雰囲気で加熱処理を行ってフッ素を含浸させるとともに透明ガラス化させて光ファイバ母材を形成する方法がある。（例えば特開平２−３０７８３８号公報参照）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
焼結炉におけるフッ素添加のメカニズムは、ガラス微粒子体外周から内部へのフッ素化合物の拡散、ガラス微粒子表面でのフッ素化合物の分解、ガラス微粒子内部へのフッ素の拡散、以上の３段階が考えられる。焼結炉でのフッ素添加では、ガラス微粒子体の嵩密度が低い箇所の方が、より高い濃度でフッ素が添加されることが知られている。これは、ガラス微粒子体内部へのフッ素源となる原料ガスの拡散が律速となっていることが考えられる。
【０００４】
ここで、一般的に、ＶＡＤ法で作製したガラス微粒子体の嵩密度分布は、バーナの火炎の中心によって形成される層で高くなりやすい。このため、焼結炉でフッ素添加を行う場合には、この中間層のフッ素添加量が低下するなど、フッ素の濃度分布、及びそれによる屈折率分布が不均一になるという問題を生じる。特に、このような傾向は、フッ素源となる原料ガスの拡散が律速であることから、その濃度が低下していくとより顕著となる。このため、低濃度のフッ素添加母材を作製する場合には、径方向のフッ素濃度を均一に作製することが困難となる。
【０００５】
また、コア用ガラスロッドの周りにガラス微粒子層を合成した場合、コア用ガラスロッド近傍でガラス微粒子層の嵩密度変化が生じやすい。このため、含浸されるフッ素の濃度分布に不整が生ずる。
【０００６】
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、クラッドにフッ素が添加された構成において、径方向のフッ素濃度分布の均一性が向上される光ファイバ母材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による光ファイバ母材の製造方法は、ガラス合成用のバーナよりガラス原料と同時に屈折率を下げるドーパントであるフッ素を含む原料ガスを供給し、フッ素が添加されたガラス微粒子体を形成する第１工程と、得られたガラス微粒子体を透明化すると共に中心に穴をあけてクラッド用ガラスパイプとする第２工程と、その外周端と、クラッド用ガラスパイプの内周端とで、比屈折率差で０．０５〜０．２％の差となるように構成されたコア用ガラスロッドをクラッド用ガラスパイプに挿入し加熱一体化して、比屈折率差０．０５〜０．２％の段差を有する光ファイバ母材を作製する第３工程とを備えることを特徴とする。
【０００８】
このように、クラッドにフッ素などのドーパントを添加してコア−クラッド間で比屈折率差０．０５〜０．２％の段差を有するように構成される光ファイバ母材の作製において、ガラス微粒子を堆積させるガラスの合成時にフッ素を添加することにより、均一なフッ素濃度分布を実現することができる。また、ガラス微粒子体を合成した後、その中心に穴をあけてクラッド用ガラスパイプとすることで、コア近傍のクラッドのフッ素濃度分布を均一なものにすることができる。これにより、クラッドにフッ素が添加された構成において、径方向のフッ素濃度分布の均一性が向上される光ファイバ母材の製造方法が実現される。また、このような光ファイバ母材を用いて作製された光ファイバでは、カットオフ波長や曲げ損失などの伝送特性が良好となる。
【０００９】
屈折率を下げるドーパント及び原料ガスとしては、第１工程において、ドーパントをフッ素とするとともに、ドーパントを含む原料ガスとしてＳＦ6、ＳｉＦ4、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8のうち少なくとも一つを用いることが好ましい。
【００１０】
これらの原料ガスにより、クラッドとなるガラス微粒子体に対して良好にフッ素を添加することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による光ファイバ母材の製造方法の好適な実施形態について説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１２】
図１は、本発明による光ファイバ母材の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。なお、本明細書においては、各領域での比屈折率差Δｎを、純粋ＳｉＯ2での屈折率ｎ０を基準として、その領域での屈折率ｎから、Δｎ＝（ｎ−ｎ０）／ｎ０（％）として定義している。
【００１３】
本実施形態における光ファイバ母材の製造方法においては、まず、図２に示すように、ガラス合成用のバーナＢからガラス原料ガス（例えばＳｉＣｌ4）を供給し、バーナＢの火炎で生成されたガラス微粒子を堆積させて、ガラス微粒子体を合成する。その際にバーナＢよりガラス原料と同時に、屈折率を下げるドーパント、好ましくはフッ素、を含む原料ガスを供給する。このとき、火炎中で原料ガスが反応・分解されることでガラス微粒子体にフッ素が添加される（Ｓ１０１、第１工程）。
【００１４】
次に、このガラス微粒子体を加熱焼結して、透明化する。そして、得られた透明ガラス体の中心に穴をあけて（Ｓ１０２、第２工程）、光ファイバ母材の低屈折率側の部分となるクラッド用ガラスパイプを作製する（Ｓ１０３）。
【００１５】
続いて、光ファイバの高屈折率側の部分となるコア用ガラスロッドを用意する（Ｓ１０４）。ここで、コア用ガラスロッド及びクラッド用ガラスパイプの屈折率については、コア用ガラスロッドの外周端とクラッド用ガラスパイプの内周端とで、比屈折率差Δｎで０．０５〜０．２％の差となるようにする。そして、クラッド用ガラスパイプにコア用ガラスロッドを挿入し加熱一体化する（Ｓ１０５、第３工程）。これにより、クラッドにフッ素などのドーパントが添加された光ファイバ母材が得られる（Ｓ１０６）。
【００１６】
本実施形態の光ファイバ母材の製造方法においては、クラッドにフッ素などのドーパントを添加してコア−クラッド間で比屈折率差０．０５〜０．２％の段差を有するように構成される光ファイバ母材の作製において、フッ素を焼結時に含浸させるのではなく、ガラス微粒子を堆積させるガラスの合成時にフッ素を添加している。これにより、クラッド内において均一なフッ素濃度分布を実現することができる。
【００１７】
また、コア用ガラスロッドの周りにガラス微粒子層を外付けで合成するのではなく、全体にフッ素が添加されたガラス微粒子体を合成した後、その中心に穴をあけてクラッド用ガラスパイプとしている。これにより、コア近傍のクラッドのフッ素濃度分布を均一なものにすることができる。
【００１８】
以上により、クラッドにフッ素が添加された構成において、径方向のフッ素濃度分布の均一性が向上される光ファイバ母材の製造方法が実現される。また、このような光ファイバ母材を用いて作製された光ファイバでは、クラッド内での屈折率分布が均一となるため、カットオフ波長や曲げ損失などの伝送特性が良好となる。
【００１９】
ここで、クラッドに添加される屈折率を下げるドーパントとしては、第１工程において、ドーパントをフッ素とすることが好ましい。また、フッ素を含む原料ガスとしては、ＳＦ6、ＳｉＦ4、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8のうち少なくとも一つを用いることが好ましい。
【００２０】
これらの原料ガスにより、クラッドとなるガラス微粒子体に対して良好にフッ素を添加することができる。
【００２１】
なお、分散シフトファイバの製造方法として、特開昭６２−２９２６４７号公報に開示された製造方法がある。しかしながら上記文献に開示された方法は、クラッド領域を作製する際、純粋ＳｉＯ2のガラス微粒子体を合成した後に、フッ素を添加したものである。これに対して、上記した方法では、クラッド領域のガラス微粒子体の合成時にフッ素を添加することによって、クラッド領域の屈折率プロファイルを均一にすることができる。
【００２２】
上記した実施形態による光ファイバ母材の製造方法について、具体的な実施例とともにさらに説明する。
【００２３】
本実施例では、図２に示すような方法で、クラッドとなるガラス微粒子体を合成した。その際にバーナＢよりガラス原料と同時にフッ素源となるガスＳＦ6を供給し、ガラス微粒子体にフッ素を添加した。
【００２４】
このガラス微粒子体を、焼結炉により脱水焼結を行って透明化し、透明ガラス体とした。図３は、得られた透明ガラス体の屈折率プロファイルを示す図である。図３中において、符号Ｃはガラス体の中心軸を示し、横軸は中心軸Ｃに対して垂直な径方向の位置、縦軸は各部位での比屈折率差Δｎを示している。
【００２５】
この透明ガラス体は、全体がフッ素が添加された低屈折率領域３０となっている。純粋ＳｉＯ2と低屈折率領域３０の比屈折率差はΔｎ３＝０．０８％となった。また、その屈折率分布は、径方向に充分に均一であった。
【００２６】
次いで、この母材の中心部に穴を開け、クラッド用ガラスパイプを作製した。すなわち、図３に模式的に示すように、低屈折率領域３０のうち、中心軸Ｃを含み所定の径の中心領域３２を除き、外周領域３１を残してクラッド用ガラスパイプとした。クラッド用ガラスパイプの構造は、外径６５ｍｍ、内径１０ｍｍ、長さ４００ｍｍとし、さらにこのパイプの内面にエッチングを行い、内面の洗浄・平滑化と内径の拡大を行った。
【００２７】
このクラッド用ガラスパイプに対し、図４に示す屈折率プロファイルを有する高屈折率側のコア用ガラスロッドを用意した。ここでは、コア用ガラスロッドとして、中心軸Ｃを含む内コア領域１０と、内コア領域１０の外周に設けられた内コア領域１０よりも低屈折率の外コア領域２０とを有する構造のものを用いた。内コア領域１０と外コア領域２０の比屈折率差はΔｎ１＝０．４５％であり、また、コア用ガラスロッドの外径は１０ｍｍとした。そして、図３に示したクラッド用ガラスパイプの中に図４に示したコア用ガラスロッドを挿入し、焼結炉中で両者を溶融一体化した。
【００２８】
このようにして得られた光ファイバ母材の屈折率プロファイルを図５に示す。この光ファイバ母材は、上記した内コア領域１０及び外コア領域２０からなるコア領域の外周に、クラッド用ガラスパイプの外周領域がクラッド領域３１として付加された構造となった。また、外コア領域２０とクラッド領域３１の比屈折率差はΔｎ２＝０．１０％となり、コア−クラッド間の段差は比屈折率差で０．０５〜０．２％の範囲内であった。
【００２９】
以上のようにして得た光ファイバ母材を線引し、ファイバ特性を調べたところ、波長１５５０ｎｍでの実効断面積Ａeff＝６４．０６μｍ2、分散値＝７．８６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ＝０．０５９８ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ、伝送損失α1.55＝０．１９２ｄＢ／ｋｍ、曲げ損失１．６ｄＢ／ｍ、との特性値を得た。また、ケーブルカットオフ波長は、λｃ＝１２７８ｎｍであった。これらの特性に見られるように、得られた光ファイバは、良好な伝送特性を有することが明らかとなった。
【００３０】
上記した実施例に対する比較例１として、図２に示した合成方法によって、ガラス微粒子体を合成した。ただし、バーナＢよりフッ素を含む原料ガスを供給せずに、ガラス原料のみを供給し、純粋ＳｉＯ2のガラス微粒子体を合成した。
【００３１】
このガラス微粒子体を、焼結炉の中へ入れ、低濃度のフッ素の原料ガスを含むガス雰囲気で加熱処理を行ってフッ素を含浸させた。フッ素添加を行う加熱処理の温度は１３００℃、雰囲気ガスの組成はＨｅ：９９．５体積％、ＳＦ6：０．５体積％とした。次いで炉温を透明化が可能となる１４５０℃まで上昇し、透明化を行った。得られた母材の屈折率プロファイルを図６に示す。この母材では、純粋ＳｉＯ2と低屈折率領域５０の比屈折率差はΔｎ５＝０．０８％となった。また、屈折率分布が径方向に大きく変動し、特に外周部へ向かってフッ素濃度が急激に高くなることが判明した。
【００３２】
この母材に穴を開け、実施例と同様に図４に示す屈折率プロファイルを有するコア用ガラスロッドを挿入し、加熱一体化を行った。
【００３３】
さらに得られた母材を線引し、ファイバ特性を調べたところ、波長１５５０ｎｍでの実効断面積Ａeff＝６５．２３μｍ2、分散値＝８．４５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ＝０．０６０２ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ、伝送損失α1.55＝０．１９５ｄＢ／ｋｍ、曲げ損失３４ｄＢ／ｍ、との特性値を得た。また、ケーブルカットオフ波長は、λｃ＝２０００ｎｍ以上となった。
【００３４】
全く同様なコア母材を用いて光ファイバ母材を作製し、光ファイバにしたにも関わらず、比較例１で作製した光ファイバはケーブルカットオフ波長が測定可能な範囲を逸脱するほど長く、測定波形にも乱れが生じた。さらに、ケーブルカットオフ波長が極めて長いにも関わらず曲げ損失は３４ｄＢ／ｍと良くないことが判明した。
【００３５】
さらに、上記した実施例に対する比較例２として、実施例で用いた図４の屈折率プロファイルを有するコア用ガラスロッドの周りに直接、ガラス合成用バーナを用いてガラス原料と同時にフッ素の原料ガスを含むガスを供給しガラス微粒子層を形成した。
【００３６】
このガラス微粒子層を、焼結炉へ挿入し、脱水処理を行ったのち、透明化を行った。得られた母材の屈折率プロファイルを図７に示す。この光ファイバ母材は、内コア領域６０及び外コア領域７０からなるコア領域の外周に、外付けのガラス微粒子層が透明化されたクラッド層８０が付加された構造となった。この母材では、クラッド領域８０に屈折率分布のうねりが生ずることが判明した。
【００３７】
このようにして得られた母材を線引し、ファイバ特性を調べたところ、波長１５５０ｎｍでの実効断面積Ａeff＝６６．０２μｍ2、分散値＝７．５１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、分散スロープ＝０．０６０５ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ、伝送損失α1.55＝０．２０２ｄＢ／ｋｍ、曲げ損失２９ｄＢ／ｍ、との特性値を得た。また、ケーブルカットオフ波長はλｃ＝１３２６ｎｍとなった。
【００３８】
直接コア用ガラスロッドの周りにガラス微粒子層を合成したためにＯＨ吸収損失などの過剰損失が増加し、１．５５μｍでの伝送損失は１０ｍｄＢ／ｋｍ上昇することが判明した。また、低屈折率側の分布のうねりに起因すると考えられるカットオフ波長の測定波形のダレが見られ、カットオフ波長が実施例より長いにも関わらず、曲げ損失は１桁大きいことが判明した。
【００３９】
本発明による光ファイバ母材の製造方法は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、光ファイバ母材の具体的な構成については、図３〜図５に示したもの以外にも、様々な構成を用いて良い
【００４０】
【発明の効果】
本発明による光ファイバ母材の製造方法は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、フッ素などの屈折率を下げるドーパントをガラス合成時に添加したガラス微粒子体を透明化すると共に中心に穴をあけてクラッド用ガラスパイプを形成した後、コア用ガラスロッドを挿入し加熱一体化する光ファイバ母材の製造方法によれば、ガラス微粒子を堆積させるガラスの合成時にフッ素を添加することにより、均一なフッ素濃度分布を実現することができる。また、ガラス微粒子体の中心に穴をあけてクラッド用ガラスパイプとすることで、コア近傍のクラッドのフッ素濃度分布を均一なものにすることができる。これにより、クラッドにフッ素が添加された構成において、径方向のフッ素濃度分布の均一性が向上される光ファイバ母材の製造方法が実現される。また、このような光ファイバ母材を用いて作製された光ファイバでは、カットオフ波長や曲げ損失などの伝送特性が良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光ファイバ母材の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図２】ガラス微粒子体の合成方法を示す模式図である。
【図３】実施例における透明ガラス体の屈折率プロファイルを示す図である。
【図４】実施例におけるコア用ガラスロッドの屈折率プロファイルを示す図である。
【図５】実施例において得られた光ファイバ母材の屈折率プロファイルを示す図である。
【図６】比較例１における透明ガラス体の屈折率プロファイルを示す図である。
【図７】比較例２において得られた光ファイバ母材の屈折率プロファイルを示す図である。
【符号の説明】
Ｃ…ガラス体の中心軸
１０…内コア領域、２０…外コア領域。
３０…低屈折率領域、３１…外周領域（クラッド領域）、３２…中心領域。
５０…低屈折率領域
６０…内コア領域、７０…外コア領域、８０…クラッド領域。
【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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