(57)【要約】【課題】  屈折率分布の変動である脈理を抑えて目標となる屈折率分布が得られた高品質なガラス母材となるガラス微粒子堆積体を製造する。【解決手段】  本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法は、屈折率調整用添加物を含有するガラス微粒子を合成するバーナ１２と回転する出発棒１１とが出発棒１１の軸方向に相対的に往復移動し、出発棒１１の外周に屈折率調整用添加物を含有するガラス微粒子の堆積層を複数層積層させる工程において、屈折率調整用添加物が添加される領域の一部の領域の堆積の際は、ガラス微粒子の堆積層を、往復移動の際の一方向への移動時のみにガラス微粒子の堆積層の形成を行い、他方向への移動時には、ガラス微粒子の堆積を行わず、一方向への移動速度よりも高速で移動させる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折率調整用添加物を含有するガラス微粒子を合成するバーナと回転する出発棒とが当該出発棒の軸方向に相対的に往復移動し、前記出発棒の外周に前記屈折率調整用添加物を含有するガラス微粒子の堆積層を複数層積層させる工程において、
屈折率調整用添加物が添加される領域の一部の領域の堆積の際は、前記ガラス微粒子の堆積層を、前記往復移動の際の一方向の移動時にのみ形成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】
前記一方向とは異なる方向への移動時の移動速度を、前記一方向への相対移動の速度より高速と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】
前記バーナの前記屈折率調整用添加物のポート出口から前記ガラス微粒子の堆積層の堆積面までの距離をＬとし、前記屈折率調整用添加物を含むガスの前記ポート出口での流速をＶとし、Ｌ／Ｖが１９ｍ秒以上となるように設定することを特徴とする請求項１または２に記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
【請求項４】
前記バーナは、１本のみであることを特徴とする請求項１から３の何れか一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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出発棒の外周に屈折率調整用添加物を含有するガラス微粒子の堆積層を複数層積層させてガラス微粒子堆積体を形成するガラス微粒子堆積体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバを得るための光ファイバ母材は、出発棒にガラス微粒子（これをススと呼ぶ）を堆積させてガラス微粒子堆積体を形成し、これを脱水・焼結させて透明ガラス化することにより得られる。このガラス微粒子堆積体を形成する方法としては、長尺状の出発棒を軸回りに回転させながら出発棒の軸方向にバーナをトラバースさせ、このバーナによって生成したガラス微粒子を出発棒に堆積させる方法が一般的である。
【０００３】
また、この出発棒へのガラス微粒子の堆積効率を高めるために、出発棒に沿う直線経路を含む環状の経路上にて複数のバーナを移動させることにより、それぞれのバーナによって生成したガラス微粒子を出発棒に積層させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平２−３０７８３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、複数のモードの光信号を伝搬させるマルチモードの光ファイバとして、コアの中心部が最も高い屈折率を有し、半径方向の外方に向かって次第に低屈折率になるα乗分布の屈折率分布を持ち、伝送する光信号の広がり（モード分散）を抑える構造のグレーデッドインデックス（ＧＩ）型の光ファイバが使用されている。
【０００６】
このＧＩ型光ファイバは、ガラスの屈折率を高めるドーパントと称する屈折率調整用添加物であるゲルマニウム（Ｇｅ）を、中心に向かって次第に多く含有させたもので、このＧＩ型の光ファイバ用のガラス母材のコアを製造する際には、高精度にα乗分布の屈折率を得るための屈折率調整用添加物の添加の制御が必要とされている。
つまり、このようなＧＩ型光ファイバ用のガラス母材を製造するには、中心側から外周側へ向かって屈折率調整用添加物の添加量を減らしながらガラス微粒子を層状に堆積させる必要がある。
【０００７】
しかしながら、例えば、バーナを出発棒に沿って往復移動させてガラス微粒子を堆積させる際、あるいは複数のバーナを出発棒に沿って一方向へ順に移動させてガラス微粒子を堆積させる際に、１層毎に屈折率調整用添加物の添加量を調整したとしても、目標となるα乗分布に対して実際の屈折率分布が変動するいわゆる脈理が生じてしまう。
【０００８】
この脈理が生じると、光ファイバとした際の特性面において望ましくないばかりか、母材の状態にてプリフォームアナライザと称する測定器で屈折率を測定しても、適切な測定結果が得られなくなってしまう。
【０００９】
本発明は、屈折率分布の変動である脈理の発生を抑えて目標となる屈折率分布が得られる高品質なマルチモード光ファイバ用のガラス母材を製造することが可能な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している。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決することのできる本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法は、屈折率調整用添加物を含有するガラス微粒子を合成するバーナと回転する出発棒とが当該出発棒の軸方向に相対的に往復移動し、前記出発棒の外周に前記屈折率調整用添加物を含有するガラス微粒子の堆積層を複数層積層させる工程において、屈折率調整用添加物が添加される領域の一部の領域の堆積の際は、前記ガラス微粒子の堆積層を、前記往復移動の際の一方向の移動時にのみ形成することを特徴とする。
なお、前記一部の領域とは、屈折率調整用添加物が添加される添加量が多い領域を指す。
【００１１】
本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法において、前記一方向とは異なる方向への移動時の移動速度を、前記一方向への相対移動の速度より高速とすることが好ましい。
【００１２】
また、本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法において、前記バーナの前記屈折率調整用添加物のポート出口から前記ガラス微粒子の堆積層の堆積面までの距離をＬとし、前記屈折率調整用添加物を含むガスの前記ポート出口での流速をＶとし、Ｌ／Ｖが１９ｍ秒以上となるように設定することが望ましい。
【００１３】
また、本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法において、前記バーナは、１本のみであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のガラス微粒子堆積体の製造方法によれば、バーナの一方向への移動時のみにガラス微粒子の堆積を行うことで堆積面の温度条件を均一化し、屈折率分布の変動である脈理の発生を抑えて目標となる屈折率分布が得られた高品質なマルチモード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ことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態で製造するガラス微粒子堆積体は、ＧＩ型のマルチモード光ファイバ用ガラス母材に用いるもので、そのガラス母材は図１に示すように、コアの屈折率分布を、モード分散を抑えるためにコアの中心をピークとしたα乗分布形状としたものである。なお、図１において符号Ａで示したものは、α乗に連続的に変化した理想的な屈折率分布であり、実際には微細な多層構造において層毎に屈折率を微小変化させることによって理想的屈折率分布Ａに近似させている。実際に形成される層構造の屈折率分布を符号Ｂで示しているが、図１では層構造を視覚的に明確に示すために、実際より層数を減らして層構造を単純化させたものを示している（図２の屈折率分布Ｂ１も同様）。
【００１６】
このようなα乗分布形状の屈折率分布を得るためには、ガラス微粒子を層状に堆積させる際に含有させるドーパントである屈折率調整用添加物の量を適切に調節し、堆積させた各層のガラス微粒子の屈折率をα乗分布に沿うように製造することが必要である。
【００１７】
一般的に、ガラス微粒子を堆積させたガラス微粒子堆積体を製造する時には、バーナにて発生させた酸水素火炎中にガラス原料を導入することにより、ガラス微粒子を生成して出発棒に堆積させる。このときに、ガラス原料に適宜屈折率調整用添加物を含有させ、その添加量を適切に調節することにより、上記のような屈折率分布を得ている。
ところが、屈折率調整用添加物の添加量を適切に調節しても、実際には、屈折率が変動するいわゆる脈理が生じてしまう。
ここで、脈理の種類及びその発生原因について説明する。
【００１８】
（脈理の種類）
図２及び図３に示すものは、脈理が生じた状態の屈折率分布を示すものである。図３にて詳細に示すように、脈理の一つとしては、ガラス微粒子の堆積の安定性に起因して生じる微小な屈折率変動からなる微小変動脈理（図３中符号イにて示す）がある。また、他の脈理としては、各層において屈折率調整用添加物の添加過程にて屈折率が大きく落ち込む局所変動脈理（図２及び図３中符号ロにて示す）がある。
【００１９】
（脈理の発生原因）
（１）微小変動脈理
微小変動脈理の発生原因は、ガラス微粒子の堆積状態に起因するものであり、屈折率の変動状態を周波数解析すると、例えば、各層毎などの特定周期と一致しない微小な変動がみられる。この変動は、図４中符号ハにて示すように、高周波領域（短周期な変動）に向かってエネルギーを有しており、特段決まった周波数にピークが見られず、様々な周期の変動となっている。なお、図４は、ガラス母材の径方向の屈折率分布Δｎを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）したものであり、縦軸がパワースペクトル、横軸が周波数である。つまり、周波数が大きいほど短周期の変動で、高周波であることを意味している。
【００２０】
このような屈折率変動は、堆積面の状態が安定しないときに発生すると考えられる。特に、ガラス微粒子の堆積においては、堆積面温度が重要であり、堆積面温度が安定しないとガラス微粒子の付着状態が安定しない。一般的に気相合成におけるガラス微粒子のターゲットへの付着は、いわゆるサーモフォレシス効果によって低温部分に移動して付着することが知られている。したがって、火炎中のガラス微粒子が堆積面温度より高温であればあるほど良く付着する。
【００２１】
ここで、屈折率調整用添加物であるゲルマニウムは、ガラス微粒子の周囲に付着し、このゲルマニウムが付着したガラス微粒子がサーモフォレシス効果によって堆積面に付着する。このことから、ガラス微粒子の付着状態の不安定さがゲルマニウムの含有量の不安定さにつながり、前述のような広い周波数帯域において、特段際だったピークを有しない屈折率変動を発生させると考えられる。
【００２２】
そこで、温度の不安定さの要因について調査を行ったところ、次のようなメカニズムを見出した。
一般的に、ガラス微粒子を層状に堆積させる多層付け法では、ターゲットである出発棒とガラス微粒子を生成するバーナとを出発棒の軸方向に沿って相対的に一定速度にて往復移動させながらガラス微粒子の堆積を行っている。このことから、堆積面の加熱状態は長さ方向に一致しないこととなる。
【００２３】
このことを、図５を参照しながら詳述する。なお、この図５は、出発棒とバーナとの位置関係を示す図であり、水平に支持されて回転される出発棒１１に、バーナ１２によって生成したガラス微粒子を吹き付け、ガラス微粒子堆積体１３を形成する装置を示すものである。
【００２４】
ここでは、バーナ１２が図中左端から右端まで移動し、折り返し後元の位置に戻る往復作業を繰り返しながらガラス微粒子の堆積を行う場合を例にとり、所定のポイント（図５における位置Ｐ）での加熱状態について説明する。
まず、バーナ１２の往復移動開始後、このバーナ１２がガラス微粒子の堆積を行いながら右方向へＸｍｍ移動したところで位置Ｐに到達し、これにより、この位置Ｐにおける堆積面が加熱される。
【００２５】
バーナ１２がさらに右方向へＹｍｍ移動して右端に到達すると、このバーナ１２の折り返しが行われ、バーナ１２の移動方向が左方向に変えられる。
そして、バーナ１２は、左方向へＹｍｍ移動して位置Ｐに到達し、これにより、この位置Ｐにおける堆積面が加熱される。
【００２６】
バーナ１２がさらに左方向へＸｍｍ移動して左端に到達すると、このバーナ１２の折り返しが行われ、バーナ１２の移動方向が右方向に変えられる。
そして、バーナ１２は、右方向へＸｍｍ移動して位置Ｐに到達し、これにより、この位置Ｐにおける堆積面が加熱される。
【００２７】
上記のような往復移動に伴う加熱状態が必要回数繰り返されながら、ガラス微粒子堆積体１３が形成される。
したがって、往復移動速度が一定であることを考慮すると、位置Ｐにおける堆積面では、２Ｘｍｍと２Ｙｍｍの２つの異なる移動距離による時間差を有した加熱が繰り返されることとなり、この堆積面の温度条件の差によって脈理が生じると考えられる。
【００２８】
（２）局所変動脈理
次に、局所変動脈理の発生原因について説明する。
ガラス微粒子を堆積させたガラス微粒子堆積体を製造する時には、水素（Ｈ２）からなる可燃性ガス及び酸素（Ｏ２）からなる助燃性ガスを用いてバーナ１２によって酸水素火炎を発生させ、この火炎中に、ガラス原料と屈折率調整用添加物とを混合した原料流を噴出させる。ガラス原料には、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）が含まれ、そこに適宜屈折率調整用添加物を含有させる。屈折率調整用添加物はシリカガラスの屈折率を上げるゲルマニウム（Ｇｅ）を用い、これを四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）としてガラス原料とともに導入する。
【００２９】
以降、ガラス原料ガスとして四塩化ケイ素、屈折率調整用添加物として四塩化ゲルマニウムを用いる場合を例にとって説明する。四塩化ケイ素や四塩化ゲルマニウムは、火炎中で酸化反応や加水分解反応によってシリカ（ＳｉＯ２）と二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）になる。
その後、二酸化ゲルマニウムは、火炎中で発生したガラス微粒子の周囲に付着して堆積面に堆積し、これにより、ゲルマニウムを含有したガラス微粒子堆積体１３が製造される。
【００３０】
一般的には、加水分解反応によって四塩化ケイ素がシリカとなる方が反応速度は速いと言われているが、四塩化ケイ素自体は、非常に反応性が良いため、酸化反応の速度もそれほど差はないと考えられる。一方、四塩化ゲルマニウムの場合は、加水分解反応の方が優勢であるため、バーナ１２の噴出口から堆積面に到達するまでの間に、ガラス微粒子周囲に付着する反応を効率よく進めるには、火炎中の水分（Ｈ２Ｏ）の供給が重要である。
【００３１】
ここで、ガラス原料及び屈折率調整用添加物は、図６に示すように、バーナ１２の中心に設けられた中心ポート１２ａから噴出するのが一般的であり、このため、火炎Ｆは、ガラス原料及び屈折率調整用添加物の原料流Ｍの外側に発生する。このことから、四塩化ゲルマニウムが反応するために必要な火炎Ｆ中の水分は原料流Ｍの外周から中心に向けて次第に拡散していくこととなる。したがって、バーナ１２から噴射されてガラス微粒子堆積体１３の堆積面に到達するまでに拡散してきた水分と四塩化ゲルマニウムとが加水分解反応し、生成された酸化ゲルマニウムがガラス微粒子表面に付着することが許される反応時間は、原料流Ｍの外周側ほど長くなる。
【００３２】
このため、原料流Ｍの外周側では、十分な反応時間を有することより、図７及び図８に示すように、ガラス微粒子の周囲にゲルマニウムが十分に付着したガラス微粒子流（図７及び図８（ａ）、（ｂ）中符号Ｇ１で示す）となる。しかしながら、原料流Ｍの中心側では、水分の拡散が遅いため、原料流Ｍの外周側と比較して反応時間が少なく、ガラス微粒子の周囲へのゲルマニウムの付着が不十分なガラス微粒子流（図７及び図８（ａ）、（ｂ）中符号Ｇ２で示す）となってしまう。このため、図９に示すように、ガラス微粒子の堆積層の１層中に、ゲルマニウムが高濃度となった部分（図９中ハッチングにて示す部分）と低濃度となった部分（図９中ハッチングのない部分）が存在することとなり、一部の屈折率が大きく落ち込むような屈折率変動からなる脈理（図９中符号ロにて示す部分）が生じると考えられている。
なお、ガラス微粒子は、必ずしも図７に示したように相対移動の一方向に沿った位置のみに堆積するわけではないが、図７では、ガスとともに浮遊するガラス微粒子の主な流れを模式的に示している。
【００３３】
次に、上記微小変動脈理及び局所変動脈理を抑えつつマルチモード光ファイバ用ガラス母材のガラス微粒子堆積体を製造する製造方法の具体的な実施形態について説明する。
（１）微小変動脈理の抑制
前述した微小変動脈理を抑えるため、本実施形態では、ドーパントである屈折率調整用添加物を供給しながらバーナ１２によってガラス微粒子を生成して堆積させ、その堆積層を複数層積層する際に、バーナ１２を往復移動させるトラバース機構（図示省略）を制御する。
【００３４】
具体的には、バーナ１２の往復移動の一方向への移動時（往路あるいは復路）のみにガラス微粒子の堆積を行う（以下、堆積移動と呼ぶ）。そして、他方への移動（復路あるいは往路）の移動時には、ガラス原料及び屈折率調整用添加物の供給を止めるとともに火炎を絞り、ガラス微粒子堆積体１３の堆積面が実質的に加熱されないようにする（以下、無堆積移動と呼ぶ）。なお、このとき火炎を完全に止めても良い。
【００３５】
このようにすると、図５に示した位置Ｐでは、バーナ１２が１往復する毎に１回だけ加熱されることとなる。つまり、ガラス微粒子堆積体１３は、軸方向のいずれの位置においても、次回の加熱までの時間が等しくなる。すなわち、堆積面の温度条件が均一化される。
【００３６】
そして、このようにしてガラス微粒子の堆積を行うことにより、図４中符号ニにて示すように、高周波成分（単周波変動）のエネルギーが大幅に抑えられ、バーナ１２の往復時にガラス微粒子を堆積する場合と比較して大幅に（一桁）小さくすることができ、微小変動脈理を大幅に低減させることができる。
【００３７】
なお、屈折率を大きくするコアの中心領域では、屈折率の脈理の影響が大きいが、屈折率を小さくするコアの周辺領域では、屈折率の脈理の影響が小さいため、場合によっては、バーナの両方向の移動時に、ガラス微粒子を堆積しても良い。このように、一方向への移動時のみにガラス微粒子の堆積を行うのは、屈折率調整用添加物が添加される添加量が多い一部の領域の堆積層を形成する際であればよい。また、堆積面の前回堆積時（加熱時）の影響が出ない程度に次の堆積時まで十分な時間差を設ければ、往復移動の両方で堆積させてもよい。
【００３８】
ここで、上記のように、一方向への移動時のみにガラス微粒子の堆積を行う場合、他方向への無堆積移動の時間が無駄となり、ガラス母材の製造効率が低下する。
例えば、バーナ１２の往復移動の往路、復路の移動距離をＡｍｍとし、往路でガラス微粒子の堆積を実施し、このときの移動速度をＢｍｍ／分とする。また、復路ではガラス微粒子の堆積を行わず、Ｃｍｍ／分の速度で移動することを考える。
このとき、ガラス微粒子堆積の必要層数がＤ層であれば、そのガラス微粒子の１層の堆積に要する時間Ｔは、Ｔ＝Ａ／Ｂ＋Ａ／Ｃ（分）であり、必要層数のＤ層全てのガラス微粒子堆積に要する時間ＳＴは、ＳＴ＝Ｔ×Ｄ＝Ａ×Ｄ×（１／Ｂ＋１／Ｃ）となる。
【００３９】
一方、往復移動でガラス微粒子を堆積する方法では、１層のガラス微粒子の堆積に要する時間Ｔｃは、Ｔｃ＝Ａ／Ｂであり、必要層数のＤ層全てのガラス微粒子堆積に要する時間ＳＴｃは、ＳＴｃ＝（Ａ×Ｄ）／Ｂとなる。
【００４０】
これより、ＳＴとＳＴｃとの比をとると、
ＳＴ／ＳＴｃ＝｛Ａ×Ｄ×（１／Ｂ＋１／Ｃ）｝／｛（Ａ×Ｄ）／Ｂ｝＝１＋Ｂ／Ｃ
となり、Ｂ／Ｃの割合だけガラス微粒子の堆積時間が長くなることがわかる。
【００４１】
つまり、単純に往路と復路の移動速度を同じ（Ｂ＝Ｃ）とした場合、同じサイズのガラス母材を製造するのに必要な製造時間は、往復移動の往路と復路の両方でガラス微粒子を堆積する従来方法に比べて２倍も必要となる。
ここで、他方へのバーナ１２の移動時にガラス微粒子の堆積を行わない場合に、その無堆積移動の速度を速く（Ｂ＜Ｃ）したとしても、図５に示したガラス微粒子の堆積面の軸方向のどの位置をみても、次回の加熱までに要する時間が等しい。
【００４２】
このことから、無堆積移動時の速度Ｃを堆積移動時の速度Ｂよりも速く設定すれば、ガラス微粒子の堆積を行わない時間を相対的に少なくすることが可能である。
例えば、Ｃ＝２Ｂに設定すれば、往復路にて堆積する場合と比較して、１．５倍の製造時間に留めることが可能であり、また、Ｃ＝１０Ｂに設定すれば、１．１倍の製造時間に留めることが可能である。
したがって、本実施形態では、無堆積移動時の速度Ｃを堆積移動時の速度Ｂよりも速くしている。これにより、ガラス微粒子堆積体の製造速度を速くすることができ、生産効率の向上を図ることができる。
【００４３】
（２）局所変動脈理の抑制
前述のように、局所変動脈理は、原料流Ｍにおける中心部分にて、ガラス微粒子へのゲルマニウムの添加が不十分となることにより生じると考えられる。
このガラス微粒子へのゲルマニウムの添加量は、ガラス原料と四塩化ゲルマニウムとの濃度比で決まる。このことより、原料流Ｍの中心の反応時間が十分に確保されれば、原料流Ｍの中心側においても外周側と同じだけゲルマニウムがガラス微粒子に付着した状態を実現できると考えられる。
したがって、本実施形態では、原料流Ｍにおける反応時間を調整し、原料流Ｍの反応時間を十分に確保してガラス微粒子へ十分にゲルマニウムを付着させることにより、局所変動脈理の抑制を図っている。
【００４４】
次に、原料流Ｍの反応時間の調整の方法について図１０を参照して説明する。
図１０（ａ）に示すように、ガラス原料、屈折率調整用添加物、その他中心ポート１２ａに供給しているガスの総量をＦ（ｍ３／秒）、バーナ１２の先端面から堆積面までの距離をＬ（ｍ）、図１０（ｂ）に示すように、バーナ１２の中心ポート１２ａの先端断面積をＳ（ｍ２）とすると、噴出するガスの流速Ｖは、
Ｖ＝Ｆ／Ｓ（ｍ／秒）…（１）
と定義され、反応時間Ｔｒは、
Ｔｒ＝Ｌ／Ｖ（秒）…（２）
と定義される。
【００４５】
上式（１）、（２）から
Ｔｒ＝Ｌ×Ｓ／Ｆ（秒）…（３）
が得られる。
【００４６】
ここで、反応時間が非常に短いことを考慮し、ｍ秒で表現すると、上式（３）は、
Ｔｒ＝（Ｌ×Ｓ／Ｆ）×１０００（ｍ秒）…（４）
となる。
【００４７】
そして、上式（４）からわかるように、反応時間Ｔｒを長くするためには、以下の手段が考えられる。
１）  バーナ１２の先端面からガラス微粒子堆積体１３の堆積面までの距離Ｌを長くする。
２）  バーナ１２の中心ポート１２ａの断面積Ｓを大きくする。
３）  バーナ１２の中心ポート１２ａから噴出するガスの総量Ｆを小さくする。
そして、上記１）、２）の手段は、バーナ１２の設計により実現され、３）の手段は、ガラス微粒子の堆積条件によって実現される。
【００４８】
特に、３）に関しては、ゲルマニウムの添加により目標とする屈折率分布を実現するために必要となるガラス原料と四塩化ゲルマニウムの流量比が関係することより、その他同一ポートに供給しているガスの流量を減らすかあるいはガラス原料を減らすことにより四塩化ゲルマニウムの流量も減らし、目標の屈折率分布を実現するのに必要な流量比としながら、ガスの総量Ｆを減らす必要がある。このようにすると、供給されるガラス原料が減少し、ガラス微粒子の合成速度が低下する。このため、生産上の目標となる合成速度を維持することが可能なガラス原料あるいは四塩化ゲルマニウムの供給量を確保しつつ、反応時間Ｔｒが十分に確保されるようにバーナ１２の設計において、先端面から堆積面までの距離Ｌ及び中心ポート１２ａの断面積Ｓを最適化することが望ましい。
【００４９】
図１１は、反応時間Ｔｒと堆積したガラス微粒子の１層内における屈折率変動量との関係のサンプル値を示したグラフである。なお、全体としてはΔｎ＝２．２％とすることができる四塩化ケイ素と四塩化ゲルマニウムの濃度比とされている。
図に示すように、反応時間（ｍ秒）１０、１９、２７、３５、４３、５０に対して、Δｎの変動幅（％）は、それぞれ０．９８、０．７９、０．６２、０．４７、０．３２、０．１９となっている。
例えば、１０ｍ秒の反応時間の条件では、ピークΔｎ＝２．２％に対し、ボトムΔｎ＝１．２２％の変動が１層内に存在することを意味する。
【００５０】
まず、第１に上記変動が全くないことが最も望ましいが、少なくともガラス母材における屈折率分布測定が可能なレベルが実現できることが重要であり、０．８％以内に変動を留めることが好ましい。このことから、反応時間Ｔｒは１９ｍ秒以上であることが望ましい。
【００５１】
そして、このように反応時間Ｔｒを１９ｍ秒以上とすることにより、ガラス原料の原料流Ｍにおける中心から外周側までの全体において、ガラス微粒子にゲルマニウムを十分に付着させることができ、これにより、ゲルマニウムの付着不足が起因する局所変動脈理を抑制することができる。
なお、反応時間Ｔｒとしては、さらに、３０ｍ秒以上であることが望ましく、特に、望ましいのは５０ｍ秒以上であるが、最も望ましいのは６０ｍ秒以上である。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態のガラス微粒子堆積体の製造方法によれば、屈折率分布の変動である各種の脈理を抑えて目標となる屈折率分布が得られた高品質なマルチモード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ことができる。
【００５３】
また、本発明は、特に開口数ＮＡ＝０．１８５以上を有するいわゆるグレーデッドインデックス（ＧＩ）型のマルチモード光ファイバを製造するためのガラス母材に関するものであるため、コアとなるガラス微粒子を堆積させた外側にクラッドとなるガラス微粒子を堆積させ、コア及びクラッドとなるガラス微粒子堆積体を形成することが好ましい。
【００５４】
ここで、一般的なシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）などでは、製造工程としてコアと一部のクラッド部分までをガラス微粒子堆積体として形成し、その後、脱水・焼結して透明化し、所望の径に延伸し、さらにジャケット付け工程として不足分のクラッドを補うためのガラス微粒子堆積工程を行う。このようにして作られた多孔質ガラス母材をさらに、脱水・焼結して透明ガラスプリフォームとしてガラス母材が完成する。このような手法を用いる目的は、シングルモード光ファイバなどのようにコア径が非常に小さい設計の場合、クラッドとなる純シリカガラスしか堆積しない部分が多く、効率良く純シリカの堆積が行えるように開発された高速合成機を用いた方が効率良くガラス母材が生産できるためである。
【００５５】
これに対して、本発明が対象とするＧＩ型光ファイバの場合、コアの割合が非常に大きいため、延伸などの工程を増やした高速合成機を活用してもメリットが小さい。このため、コアから全クラッド部分までをガラス微粒子堆積体として形成した方がむしろ効率が良くなる。したがって、本発明では、このような一括合成によるガラス母材の製造方法に適している。
【００５６】
しかも、コア径が大きなＧＩ型光ファイバ用のガラス母材の製造では、ゲルマニウムを添加したコアが純シリカに対して熱膨張係数が大きいため、焼結などの熱工程が複数回行われると割れが生じる恐れがあるが、前述のように一括合成することにより、このような熱工程を減らして割れの発生を抑えることができる。
【００５７】
なお、コアを合成する部分においては、前述したように、屈折率調整用添加物の添加量を調整して、精度良く屈折率分布を制御する必要があるため、１本のバーナで合成することが望ましいが、クラッド部分においては特段屈折率調整用添加物を添加する必要がないので、複数のバーナを用いて合成速度の高速化を行っても良く、また、往復移動の往路及び復路ともにガラス微粒子の堆積を行っても問題はない。
また、ガラス原料及び屈折率調整用添加物としては、実施形態において示した四塩化ケイ素や四塩化ゲルマニウム以外の材料も使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】ＧＩ型のマルチモード光ファイバのコアにおける屈折率分布を示すグラフである。
【図２】脈理が生じた状態の屈折率分布を示すグラフである。
【図３】脈理が生じた状態の屈折率分布の一部を拡大したグラフである。
【図４】ガラス母材の径方向の屈折率差のパワースペクトルを表したグラフ図である。
【図５】堆積面とバーナとの位置関係を示す図である。
【図６】バーナにおけるガラス微粒子の生成の方法を説明する図である。
【図７】局所変動脈理の発生原因を説明する火炎の状態を示す模式図である。
【図８】バーナにおけるガラス微粒子の生成の方法を説明するそれぞれ図７における火炎のＩ−Ｉ断面図及びＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図９】局所変動脈理が生じた屈折率分布の状態を説明するグラフである。
【図１０】ガラス微粒子を生成するバーナの側面図及び正面図である。
【図１１】屈折率の変動幅と反応時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５９】
１１  出発棒
１２  バーナ
１３  ガラス微粒子堆積体
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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