(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素含有量１０18 分子／ｃｍ3 以下の石英系ガラスからなるコア母材を少なくとも有する石英系光ファイバ母材を、２０００℃〜２４００℃の線引き温度にて加熱し光ファイバ本体へと線引きする線引き工程と、
線引き工程後の光ファイバ本体の温度降下を、室温での自然冷却による温度降下よりも遅延させるように、該線引き工程後の空気中において、該光ファイバ本体を室温と線引き温度との間の７００℃以上の加熱温度にて加熱する加熱工程とを、
有することを特徴とする紫外線伝送用光ファイバの製造方法。
【請求項２】
上記加熱工程における加熱が、線引きされて延びていく光ファイバ本体の進行経路に沿って、１以上のヒーターを配置することによって行うものである請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
ヒーターの配置数が１であって、加熱温度が７００℃〜１５００℃である請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
上記ヒーターを光ファイバ本体の進行経路に沿って複数配置し、各ヒーターによる加熱温度が光ファイバ本体の進行に従って順次低くなっていくよう、各ヒーターを設定するものである請求項２記載の製造方法。
【請求項５】
ヒーターの配置数が２〜１０であって、光ファイバ本体を最初に加熱するヒーターによる加熱温度が７００℃〜１５００℃、最後に加熱するヒーターによる加熱温度が１００℃〜５００℃である請求項４記載の製造方法。
【請求項６】
上記線引き工程が、上記石英系光ファイバ母材を２０００℃〜２４００℃に加熱し、線引き速度１ｍ／分〜３００ｍ／分にて線引きする工程であって、上記加熱工程が、該石英系光ファイバ母材の端部から１００ｍｍ〜５０００ｍｍの位置に、最初に加熱するヒーターを配置するものである請求項１〜５のいずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外線を伝送するために耐紫外線性を付与した石英系光ファイバに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集積回路の高密度化に伴い、その回路パターンを形成するためのステッパなどには、より高い解像度でより微細な描画を行なうことが求められている。そのため、より短い波長の紫外線レーザー光を照射することが必要となり、レーザー光源として、ＫｒＦエキシマレーザー装置（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー装置（波長１９３ｎｍ）などが用いられている。
【０００３】
これら光源装置から出射された紫外線レーザー光を、光ファイバを通して加工対象物に照射する場合がある。また、加工対象物が照射光に励起されて発する紫外線を解析し、エッチングがどの層まで達したかなどをモニターする場合にも、加工対象物から光検出素子までの伝送経路として光ファイバを用いる場合がある。このように、紫外線のなかでも高エネルギーの紫外線を好ましく伝送し得る光ファイバの重要性は高まっている。
【０００４】
しかし、石英系光ファイバを用いて高エネルギーの紫外線を伝送する場合、可視光線や赤外線を伝送する場合とは異なり、伝送される紫外線自体によって石英系ガラスに構造欠陥が発生し、該欠陥が特定波長の光を吸収して伝送特性を劣化させる現象（紫外線劣化）が顕著となる。特に、Ｅ’センターと呼ばれる欠陥は、波長２１５ｎｍ付近をピークとして比較的広い波長域での吸収を示すので、波長２４８ｎｍ、１９３ｎｍといった高エネルギーの紫外線の伝送には大きな障害となる。
【０００５】
Ｅ’センターとはケイ素の欠陥結合であり、該Ｅ’センタの生じる要因は、ファイバ中に生じたケイ素と水素との結合が高エネルギーの紫外線によって切断されて生じる欠陥であると言われている。このケイ素と水素との結合は、水素が多量に存在するコアガラス母材を線引きした場合に多く生じることが知られている。
【０００６】
Ｅ’センターの発生を低減させるために、水素含有量を低くしたコアガラス母材を用いて線引きする技術が開示され、さらに、ダメージ改善のために、線引き後に水素チャージを行なうことが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような水素含有量を低くしたコアガラス母材を用いた光ファイバについて、本発明者等が紫外線劣化の程度を検討したところ、そのようなファイバであっても、線引き後の水素チャージがなければ充分には紫外線劣化（特に、波長２１５ｎｍ付近の吸収増大）を抑制できていないことがわかった。また、水素チャージを行なったものは、紫外線劣化の抑制効果は一時的であって、長期間（３ヶ月程度）放置しておくとチャージした水素の「抜け」が生じ、やはり波長２１５ｎｍ付近の吸収が増大することが知られている。
【０００８】
本発明の課題は、上記問題を解決し、紫外線劣化の進行をより高度に抑制した紫外線伝送用の光ファイバを製造し得る製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の特徴を有するものである。
（１）水素含有量１０18 分子／ｃｍ3 以下の石英系ガラスからなるコア母材を少なくとも有する石英系光ファイバ母材を、２０００℃〜２４００℃の線引き温度にて加熱し光ファイバ本体へと線引きする線引き工程と、
線引き工程後の光ファイバ本体の温度降下を、室温での自然冷却による温度降下よりも遅延させるように、該線引き工程後の空気中において、該光ファイバ本体を室温と線引き温度との間の７００℃以上の加熱温度にて加熱する加熱工程とを、
有することを特徴とする紫外線伝送用光ファイバの製造方法。
（２）上記加熱工程における加熱が、線引きされて延びていく光ファイバ本体の進行経路に沿って、１以上のヒーターを配置することによって行うものである、上記（１）記載の製造方法。
（３）ヒーターの配置数が１であって、加熱温度が７００℃〜１５００℃である、上記（２）記載の製造方法。
（４）上記ヒーターを光ファイバ本体の進行経路に沿って複数配置し、各ヒーターによる加熱温度が光ファイバ本体の進行に従って順次低くなっていくよう、各ヒーターを設定するものである、上記（２）記載の製造方法。
（５）ヒーターの配置数が２〜１０であって、光ファイバ本体を最初に加熱するヒーターによる加熱温度が７００℃〜１５００℃、最後に加熱するヒーターによる加熱温度が１００℃〜５００℃である、上記（４）記載の製造方法。
（６）上記線引き工程が、上記石英系光ファイバ母材を２０００℃〜２４００℃に加熱し、線引き速度１ｍ／分〜３００ｍ／分にて線引きする工程であって、上記加熱工程が、該石英系光ファイバ母材の端部から１００ｍｍ〜５０００ｍｍの位置に、最初に加熱するヒーターを配置するものである、上記（１）〜（５）いずれかに記載の製造方法。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の製造方法を説明する。
本発明でいう室温とは、ＪＩＳ  Ｋ  ００５０に規定されているとおり５〜３５℃である。ただし、実際の生産工程の室温は、１５℃〜２５℃程度には管理されているのが通常である。以下の説明では、室温での自然冷却による温度降下を「自然降下」とも略して説明する。
【００１７】
図１は、本発明の製造方法に従った紫外線伝送用光ファイバの加工工程を概略的に示す図である。当該製造方法は、同図中にＡで概略的に示すように、耐紫外線性を有するよう形成された石英系光ファイバ母材（以下、「耐紫外線性光ファイバ母材」ともいう）１を加熱し光ファイバ本体２へと線引きする線引き工程を有し、そして、同図中にＢで概略的に示すように、線引きされて延びていく光ファイバ本体２を、室温と線引き温度との間の加熱温度にて加熱する加熱工程とを少なくとも有する。該加熱工程における加熱は、線引き後の（より好ましくは線引き直後の）光ファイバ本体２の温度降下を、自然降下よりも遅延させるように行うものである。
【００１８】
上記のように、線引き工程の後に加熱工程を設け、自然降下よりもさらに徐冷化することによって、紫外線劣化（特にＥ’センターの発生に起因する２１５ｎｍ付近での吸収が増大する劣化）が抑制された紫外線伝送用光ファイバを得ることができる。これは、線引き後の冷却過程が石英系ガラスにとって好ましい徐冷過程となるからであると考えられる。
【００１９】
従来の紫外線伝送用光ファイバの製造工程では、線引き（約２０００℃〜２４００℃程度）直後から室温での自然冷却を行なっていたが、この線引き直後の自然降下は、徐冷であると考えられていた。これに対して本発明では、線引き直後の自然降下を、石英系ガラスに欠陥を生じさせるという意味で急冷であることを見出しており、線引き直後に光ファイバ本体を自然降下（急冷）させないよう、加熱工程を加え温度降下の程度を緩和している。
【００２０】
（線引き後の光ファイバ本体の温度降下を、自然降下よりも遅延させる）とは、自然降下のような急冷の場合と比べて、室温に達するまでの時間を、結果としてより長くすることを意味する。
線引き工程において石英系光ファイバ母材は加熱されて溶融し、該母材の下端側の部分が光ファイバ本体となって細長く延び出し、室内の空気（室温）中をベルトコンベアのように進んで急速に自然降下する。本発明では、この急速な自然降下の部分に加熱工程を設けており、自然降下を緩和し、室温に達するまでの時間が結果としてより長くしている。
【００２１】
本発明において線引き用の材料として用いられる石英系光ファイバ母材（プリフォーム）は、紫外線伝送用として耐紫外線性を有するよう形成された石英系ガラスからなるコア母材を有するものであればよい。耐紫外線性を有するよう形成された石英系ガラスとして、粒子状のＳｉＯ2の堆積および合成石英ガラス形成過程において、ＯＨ、Ｆ、Ｂ、Ｃｌ含有量を制御したものが知られているが、水素含有量を低下させたものが、Ｅ’センター発生に係る紫外線劣化を抑制するには特に効果的である。
【００２２】
水素含有量を低下させた石英系ガラスを用いる場合、水素含有量は、１０18分子／ｃｍ3以下、特に１０15〜１０18分子／ｃｍ3が好ましい。水素含有量をこのように低下させた石英系ガラスからなる光ファイバ母材と、本発明における加熱工程による徐冷化とがあいまって、Ｅ’センター発生に係る紫外線劣化を抑制する効果が顕著に得られ、２１５ｎｍ付近での吸収増加が高度に抑制された好ましい紫外線伝送用光ファイバを得ることができる。これは、母材の性質（即ち、ケイ素と水素との結合が少ないという性質）をできるだけ引き継いだ形で光ファイバ本体が形成されるからであると考えられる。
【００２３】
耐紫外線性光ファイバ母材の形成法は、例えば、ＶＡＤ法やプラズマ法等の公知の方法を用いてよい。また、石英系光ファイバ母材を低水素化するための方法も、例えば、特開２０００−１５９５４５号公報など、公知技術を参照してよい。
【００２４】
耐紫外線性光ファイバ母材は、コア部分だけのものであっても、コア部分とクラッド部分とを有するものであってもよい。コア部分だけの場合、クラッド部分は線引き時に被覆される。クラッド部分の材料は、コア部分よりも低屈折率の石英系ガラスが用いられるが、水素含有量についてはコア部分と同様であることが好ましい。
【００２５】
加熱工程は、線引き後の光ファイバ本体の温度降下を自然降下よりも遅延させ得るならば、線引き後に温度降下しながら延びていく光ファイバ本体のどの温度の位置に設けてもよく、どのような加熱温度としてもよい。しかし、ファイバ中に生じるケイ素と水素の結合をより少なくする点からは、より高温の段階のうちに高温の加熱工程を設けて急激な温度降下を緩和することが好ましい。具体的には、線引き後から光ファイバ本体が７００℃まで降下する間に、室温と線引き温度との間の加熱温度にて加熱し、自然降下を緩和させることが好ましい。また、加熱工程を高温の段階で設けるならば、少なくとも線引き直後の最初の加熱温度も高温である方が好ましく、７００℃以上、より好ましくは７００℃〜１５００℃、特に好ましくは９００℃〜１２００℃である。
【００２６】
加熱温度とは、光ファイバ本体の表面付近で測定したときの加熱用熱源から放出された熱の温度である。加熱用熱源自体の温度はそれよりも高くてもよく、目的の加熱温度が得られるように、距離の調節や障害物の配置などを適宜施してもよい。
【００２７】
加熱温度と、加熱される際の光ファイバ本体の温度とは、同じでなくともよいが、光ファイバ本体の温度降下を、滑らかでかつ緩やかに減少させるには、両者の温度は近い方がより好ましい。また、光ファイバ本体の温度降下を単調に減少させるならば、（加熱温度≦加熱される際の光ファイバ本体の温度）なる条件をさらに加えればよい。
【００２８】
加熱工程における加熱方法は限定されないが、図１、２に示すように、線引きされて延びていく光ファイバ本体の進行経路に沿って１以上のヒーターを配置する態様が好ましい。この態様によれば、ヒーターの温度や位置などの配置パターンを変化させることによって、温度降下のカーブを自在にコントロールすることができる。この態様を次に説明する。
【００２９】
図１の例では、加熱工程としてヒーターＨ１を１つ配置している。線引き直後の光ファイバ本体２は、該ヒーターＨ１の近傍を通過することによって、その温度降下は自然降下の場合よりも緩やかとなる。ヒーターＨ１による加熱温度は、線引き直後の最初の加熱温度として上記したように、７００℃以上、好ましくは７００℃〜１５００℃、特に好ましくは９００℃〜１２００℃である。
【００３０】
図２の例では、加熱工程としてヒーターが複数（図ではＨ１〜Ｈ５の計５つ）配置されており、各ヒーターによる加熱温度は、光ファイバ本体の進行に従って順次低くなっていくように設定されている。加熱温度の設定は、ヒーター自体の温度設定、光ファイバ本体からの距離の設定、障害物の設定など適宜選択すればよい。この態様によって、図１の態様よりも、さらに細かく緩やかに温度降下のレートをコントロールできる。
【００３１】
従来の製造方法では、光ファイバ本体の温度は自然降下によって室温まで急激に降下させているが、図１の態様では、ヒーターＨ１によって温度降下の途中で一段階だけ降下が停滞し緩和される。さらに図２の態様では、温度降下の緩和を複数段階で行い、最初のヒーターＨ１によって加熱温度と光ファイバ本体の温度との差を小さくしながら、最後のヒーターＨ５によって加熱温度と室温との温度差をも小さくすることができる。即ち、図２の態様では、線引き直後の高温の光ファイバ本体を高温の加熱温度で受け入れ、低温の加熱温度から室内に送り出すことによって、光ファイバ本体に急激な温度変化を与えず、より滑らかに室温へと導くことが可能となる。
【００３２】
光ファイバ本体の進行経路に沿ってヒーターを複数配置する場合、該配置数は限定されないが、コスト・配置スペースと、それによって得られる効果を考慮すると、２〜１０程度、特に４〜６とすることが好ましい。
【００３３】
光ファイバ本体の進行経路に沿ってヒーターを複数配置する場合、最も上流側（高温側）のヒーターによる加熱温度は、線引き直後の最初の加熱温度として上記したように、７００℃以上、より好ましくは７００℃〜１５００℃、特に９００℃〜１２００℃とすることが好ましい。また、最も下流側（低温側）のヒーターによる加熱温度は、ヒーターの配置数によっても異なるが、１００℃〜５００℃程度が好ましい。
【００３４】
各ヒーターによる加熱温度の降下幅（ステップ段差）は、最初と最後の加熱温度、ヒーターの配置数などによって適宜決定すればよいが、同じ加熱温度のヒーターを連続して配置してもよい。また、各ヒーターによる加熱温度は、必ずしも、光ファイバ本体の進行に従って等差的に単調に減少していく必要はなく、特定の減少曲線に従って、また必要に応じては、下流側の加熱温度の方が上流側の加熱温度よりも高く設定してもよい。
【００３５】
線引き速度は、製造すべき紫外線伝送用光ファイバの外経によって異なるが、例えば、耐紫外線性光ファイバ母材、特に上記したように水素含有量の低いコア母材を用い、クラッド層外径７０μｍ〜２５００μｍの光ファイバ本体を形成する場合、母材を２０００℃〜２４００℃に加熱し、線引き速度を１ｍ／分〜３００ｍ／分とすることが好ましい。
加熱工程の最初のヒーターの設置位置は限定されないが、耐紫外線性光ファイバ母材の端部（線引き開始端部）から５０００ｍｍまでが好ましく、より好ましくは、１００ｍｍ〜５０００ｍｍ、特に１００ｍｍ〜３０００ｍｍが好ましい。
加熱工程の全長は、５０００ｍｍまで、特に３０００ｍｍまでが好ましい。
【００３６】
１つの加熱位置に用いられるヒーターは、光ファイバ本体の片側だけから加熱するよりも、反対側からも加熱しバランスを取ることが好ましい。また、光ファイバ本体の外周全体から均等に加熱し得る形態に近い方が好ましい。
具体的なヒーターとしては、電熱線や、ガスバーナーを利用したものなどが挙げられる。
【００３７】
光ファイバ本体の外側には、保護や補強などを目的として、樹脂（公知の樹脂材料の他、紫外線硬化性のものが好ましい）などによる被覆層を形成してもよい。該被覆層は、加熱工程による徐冷効果が十分に得られた後ならば、例えば５０℃〜７０℃など、室温より高い温度で形成してもよい。被覆層を形成する際には、急激な温度変化を光ファイバ本体に与えないことが好ましい。被覆層の形成方法は公知の技術を参照してもよい。
【００３８】
【実施例】
実施例１
本実施例では、図１に示すように、加熱工程としてヒーターを１箇所だけ設け、本発明の紫外線伝送用光ファイバを実際に製造した。
耐紫外線性光ファイバ母材としては、水素含有量約１０18分子／ｃｍ3の石英ガラスからなるものを用いた。該母材は、コア部分とフッ素ドープされたクラッド部分とを有するものである。
【００３９】
図１に示すように、線引き工程Ａとして、耐紫外線性光ファイバ母材１の下端部から自重で線引きがなされるよう、該母材１を２２００℃の線引き炉Ｓ１にセットした。線引き速度は、約６０ｍ／分である。
また、加熱工程Ｂとして、電熱線を用いたヒーターＨ１を、線引き工程の直下に配置した。加熱温度は７００℃であり、該母材の下端部１ａ（線引き開始端部）から、ヒーター入り口までの距離を、約３０００ｍｍに設定した。
加熱工程の後は、室温まで自然降下させた。
【００４０】
実施例２
本実施例では、図２に示すように、加熱工程としてヒーターを５箇所設けたこと以外は、上記実施例１と同様にして、本発明の紫外線伝送用光ファイバを製造した。
【００４１】
ヒーターＨ１〜Ｈ５の仕様は、各加熱温度が、Ｈ１；７００℃、Ｈ２；５００℃、Ｈ３；３００℃、Ｈ４；２００℃、Ｈ５；１００℃であって、ヒーターＨ１の入り口からヒーターＨ５の出口までのトータル長さは２０００ｍｍである。
【００４２】
比較例
加熱工程を設けなかったこと以外は、上記実施例１と同様にして、紫外線伝送用光ファイバ（従来品）を製作した。
【００４３】
（評価）
実施例１、２と比較例によって製作した各紫外線伝送用光ファイバに、波長２００ｎｍ〜３６０ｎｍの紫外線を１３時間連続的に伝送し、経時的にどの波長域にどのような吸収が生じるかを紫外線光源と紫外線分光装置とを用いて測定することによって紫外線劣化の程度を調べた。
実施例１、２による光ファイバの測定結果をそれぞれ図３、４に、比較例品の測定結果を図５に、グラフとして示す。各グラフは、共に、「波長」（横軸）と、紫外線を１３時間伝送した後の「透過率変化」（縦軸）との関係を示している。「透過率変化」とは、初期の透過率（紫外線伝送０時間時点で測定した場合の透過率）に対する、紫外線をある時間（本実施例では１３時間）だけ伝送した後の透過率の割合（％）である。初期の透過率は、全ての波長にわたって１００％としているから、グラフに示したとすると完全にフラットな直線となる。
【００４４】
先ず、従来品である比較例の紫外線伝送用光ファイバは、図５のグラフから明らかなとおり、紫外線の１３時間伝送によって、波長２１５ｎｍ付近をピークとする強い吸収が現れており、吸収ピークの頂点での透過率変化は初期値の約１０％となっており、初期状態から大きく劣化している。
【００４５】
これに対して実施例１の紫外線伝送用光ファイバは、図３のグラフから明らかなとおり、伝送開始後１３時間を経過した時点でも、波長２１５ｎｍ付近をピークとする吸収は微量であって、吸収ピークの頂点での透過率変化は初期値の３０％と、従来の劣化度に比べて抑制された値を示している。
またさらに、実施例２の紫外線伝送用光ファイバは、図４のグラフから明らかなとおり、伝送開始後１３時間を経過した時点でも、波長２１５ｎｍ付近をピークとする吸収ピークの頂点での透過率変化は初期値の４０％となっており、実施例１の光ファイバよりも、さらに劣化度が抑制されている。
【００４６】
以上のことから、同じ低水素化を施した光ファイバ母材を用いても、線引き後の温度降下を自然降下させるだけでは、紫外線伝送によってＥ’センターなどの欠陥が発生し紫外線劣化が生じるが、加熱工程を設けて徐冷化を行なうことによって紫外線劣化を抑制し得ることがわかった。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の製造方法によって、線引き後に好ましい徐冷効果が得られ、紫外線劣化の進行をより高度に抑制した紫外線伝送用光ファイバが得られるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法に従った紫外線伝送用光ファイバの加工工程を概略的に示す図である。
【図２】本発明の製造方法に従った紫外線伝送用光ファイバの加工工程の好ましい態様を概略的に示す図である。
【図３】実施例１で得られた紫外線伝送用光ファイバの劣化特性を示すグラフである。
【図４】実施例２で得られた紫外線伝送用光ファイバの劣化特性を示すグラフである。
【図５】比較例で得られた紫外線伝送用光ファイバの劣化特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１    耐紫外線性光ファイバ母材
２    光ファイバ本体
Ｈ１  ヒーター
Ａ    線引き工程
Ｂ    加熱工程
Ｆ    紫外線伝送用光ファイバ
【図１】
0004467847.tif 000002
【図２】
0004467847.tif 000003
【図３】
0004467847.tif 000004
【図４】
0004467847.tif 000005
【図５】
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