(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア用バーナから噴出される原料ガスにより合成されたガラス微粒子を出発部材の先端に堆積させてコアスートを形成しつつ、クラッド用バーナから噴出される原料ガスにより合成されたガラス微粒子を前記コアスートの周囲に堆積させてクラッドスートを形成することにより、多孔質母材を製造する多孔質母材の製造方法において、
前記コア用バーナとして、原料ガスと燃料ガスと酸素ガスの流路を層状に有し、最外酸素ガス層の外径が、前記コアスートの外径の０．７倍以上、１．０倍以下である多重管バーナを用いることを特徴とする多孔質母材の製造方法。
【請求項２】
前記多重管バーナとして、酸素ガスの層の外側に不活性ガスの層を配してなる５重管構造を有するものを用いることを特徴とする請求項１に記載の多孔質母材の製造方法。
【請求項３】
前記多重管バーナとして、燃料ガスおよび酸素ガスの層をそれぞれ２層配してなる８重管構造を有するものを用いることを特徴とする請求項１に記載の多孔質母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型の多孔質母材を製造する場合でも、ドーパントを均一にドープすることができるＶＡＤ法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石英系光ファイバの製造に用いられる多孔質母材の製造は、種種の方法によって行われているが、その製造方法の一つとして、ＶＡＤ法はよく知られている。ＶＡＤ法は、垂直に支持された出発部材を軸回転させつつ、この出発部材の先端に、コア用バーナにより合成されたガラス微粒子を堆積させて、光ファイバのコアとなるコアスートをロッド状に成長させるとともに、このコアスートの外周に、クラッド用バーナにより合成されたガラス微粒子を堆積させてクラッドの一部もしくは全部となるクラッドスートを形成し、多孔質母材とするものである。
そして、得られた多孔質母材を高温で加熱して脱水処理および透明ガラス化処理を行うことによりガラス母材とし、このガラス母材を線引きすることによって光ファイバを製造することができる。
【０００３】
コア用バーナおよびクラッド用バーナによりガラス微粒子を合成するため、該バーナには、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）や四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ4）などの原料ガス、水素などの燃料ガス、燃焼を助けるための酸素ガス、アルゴンなどの不活性ガスが供給されている。また、光ファイバに屈折率分布を付与するため、前記コア用バーナに供給する原料ガスの組成と、前記クラッド用バーナに供給する原料ガスの組成を異なるものとし、コア部に所定の濃度にてＧｅＯ2などのドーパントをドープして、クラッド部より屈折率を高くするようにしている。
【０００４】
また、光ファイバに所望の屈折率分布（プロファイル）を付与するため、コア用バーナによる加熱条件を制御して、ガラス微粒子層の表面温度を適切に変化させて、ＧｅＯ2などのドーパントのドープ量を調整している。これは、ドーパントによっては、コアスート内に取り込まれるドープ効率が、コアスートの表面温度によって大きく変わることがあるからである。
【０００５】
例えば、ＧｅＯ2は、コアスートの表面温度が約５００〜８００℃程度の範囲であるときドープ効率は高くなるが、コアスートの表面温度がこの範囲外であるとドープ効率が低下するとされている。この他、ＢＢｒ3、ＳｎＣｌ4などを原料としたドーパントも、ドープ効率がコアスートの表面温度の影響を受けやすいとされている。
【０００６】
そこで、例えば、コアスートの周囲に放射温度計を設置してコアスートの表面温度分布を測定し、この測定値に基づいてドーパントがコアスートに均一に取り込まれるように、コア用バーナとコアスートとの相対位置や、コア用バーナに供給される燃料ガスの流量などの加熱条件を制御し、コアスートの表面の温度勾配を適度に小さくすることが行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、光ファイバの製造コストを削減するため、多孔質母材の寸法は大型化する傾向にある。しかし、多孔質母材の寸法が大型化することにより、コアスートの外径が太くなっているので、該コアスートの表面温度分布を制御することが困難になってきている。このため、コアスートへのドーパントのドープ量が周囲方向で不均一になり、多孔質母材から製造されるガラス母材の屈折率分布の揺らぎや変動が大きくなることがある。この結果、得られる光ファイバの特性が低下するという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、コアスートにドーパントを均一にドープすることができ、ガラス母材の屈折率分布の変動と揺らぎを小さく抑制しうる多孔質母材の製造方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、コア用バーナから噴出される原料ガスにより合成されたガラス微粒子を出発部材の先端に堆積させてコアスートを形成しつつ、クラッド用バーナから噴出される原料ガスにより合成されたガラス微粒子を前記コアスートの周囲に堆積させてクラッドスートを形成することにより、多孔質母材を製造する多孔質母材の製造方法において、
前記コア用バーナとして、原料ガスと燃料ガスと酸素ガスの流路を層状に有し、最外酸素ガス層の外径が、前記コアスートの外径の０．７倍以上、１．０倍以下である多重管バーナを用いることによって解決される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、実施の形態に基づいて、本発明を詳しく説明する。図１は、本発明に係る多孔質母材の製造方法を実施する製造装置の一例を示したものである。
図１において、符号１はコア用バーナであり、符号２はクラッド用バーナである。クラッド用バーナ２は図１には１本のみ記載されているが、複数本であってもよい。これらのコア用バーナ１およびクラッド用バーナ２には、図示しないガス供給源から、水素などの燃料ガス、酸素ガス、およびＳｉＣｌ4、ＧｅＣｌ4などの原料ガスが供給され、該原料ガスの熱酸化反応や火炎加水分解反応により、ガラス微粒子が合成される。
【００１１】
コア用バーナ１により合成されたガラス微粒子は、垂直に吊り下げられた出発部材３の先端に堆積してコアスート４となり、軸方向に成長するようになっている。また、クラッド用バーナ２により合成されたガラス微粒子は、前記コアスート４の外周に堆積してクラッドスート５を形成する。コア用バーナ１は、クラッド用バーナ２より下方に設置されており、コアスート４は、クラッドスート５より下方に垂下するように形成される。
【００１２】
前記出発部材３は、図示しない駆動手段により軸回転および上下動できるようになっている。出発部材３が軸回転することにより、コアスート４およびクラッドスート５を軸対称に堆積させることができるようになっている。また、コアスート４の軸方向への成長に合わせて、出発部材３を上方に引き上げるようになっている。
【００１３】
本実施の形態においては、少なくともコア用バーナ１として、多重管バーナを用い、該多重管バーナの最外酸素ガス層の外径は、前記コアスート４の外径の０．７倍以上となるものとする。このようにすることによって、十分に大きな火炎が得られ、コアスート４の表面の温度勾配が小さくなり、ドーパントを均一にドープすることができるようになる。コア用バーナ１の最外酸素ガス層の外径の上限は、特に限定されないが、あまりに太いと、コア用バーナ１によって合成されたガラス微粒子の噴出面積があまりに広くなり、必要以上のコアスート径となるか、必要とするコアスート径を得るために不安定な堆積状態にしなければならなくなる等、好ましくないので、一般に、前記コアスート４の外径以下とすることが好ましい。
【００１４】
本発明において、多重管バーナとは、複数の管を層状に配置して、各管の間隙にガスを供給し、ガス層を複数の層に分けることができるバーナである。
この多重管バーナの構造、管の数およびそれぞれの管に流すガスの種類は、特に限定されないが、一般的には、少なくとも４重の管を有し、それぞれの管の間隙に、原料ガス層、燃料ガス層、酸素ガス層、および不活性ガス層が、それぞれ、１層以上設けられることが好ましい。
【００１５】
そして、いずれの燃料ガス層の外側に、不活性ガス層を介して、または、不活性ガス層を介することなく、酸素ガス層が設けられる。
ここで、最外酸素ガス層とは、酸素ガス層が１つのみであればそのものを指し、酸素ガス層が複数あれば、そのうち最も外側にあるものを指す。
【００１６】
原料ガスとは、ＳｉＣｌ4、ＧｅＣｌ4、ＳｉＦ4、ＢＢｒ3などのガラス構成材料となるガスである。一般的には、ＳｉＣｌ4を主成分とし、これにドーパントとして、ＧｅＣｌ4、ＳｉＦ4、ＢＢｒ3などの一種類または複数種類を適宜混合したものが用いられる。また、原料ガスが安定にバーナに供給されやすくなるように、アルゴンなどのキャリヤーガスを混合し、希釈して流すようにすることもできる。
【００１７】
燃料ガスとしては、水素（Ｈ2）やプロパン、ブタン、天然ガスなど、およびこれらのガスの複数種類を所定の比率で混合したガスが例示される。しかし、一般には、高温度が得られ、副生成物が少ないことから、水素を用いて、酸水素火炎とすることが好ましい。
不活性ガスとしては、アルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）、窒素などが例示されるが、安定性やコストなどの観点から、アルゴンを用いることが好ましい。
【００１８】
多重管バーナとしては、例えば、図２に示すような４重管構造として、ガス層を４層設けたものが例示される。
この多重管バーナにおいては、第１の管１１の内側の１層目２１には原料ガスが、第１の管１１と第２の管１２との間隙の２層目２２には燃料ガスが、第２の管１２と第３の管１３との間隙の３層目２３には不活性ガスが、第３の管１３と第４の管１４との間隙の４層目２４には、酸素ガスが、それぞれ供給される。
この多重管バーナにおいては、最外酸素ガス層は４層目２４にあるので、最外酸素ガス層の外径とは、すなわち第４の管１４の内径に相当する。
【００１９】
また、図３に示すような５重管構造を有する多重管バーナも知られており、このような多重管バーナも、本実施の形態に使用することが可能である。
この多重管バーナにおいては、第１の管１１の内側の１層目２１には原料ガスが、第１の管１１と第２の管１２との間隙の２層目２２には燃料ガスが、第２の管１２と第３の管１３との間隙の３層目２３には不活性ガスが、第３の管１３と第４の管１４との間隙の４層目２４には酸素ガスが、第４の管１４と第５の管１５との間隙の５層目２５には不活性ガスが供給される。
この多重管バーナにおいては、最外酸素ガス層は４層目２４にあるので、最外酸素ガス層の外径とは、すなわち第４の管１４の内径に相当する。
【００２０】
また、図４に示すような８重管構造を有する二重火炎バーナを多重管バーナとして用いることもできる。二重火炎バーナとは、燃料ガスおよび酸素ガスの層をそれぞれ２層設けることにより、二重火炎という大きな火炎を得、火炎の温度を高めて、該火炎内で合成されるガラス微粒子の粒子径を大きくし、堆積対象物に付着しやすくすることと、従来の火炎よりも多量のガラス微粒子を合成できることにより、多孔質母材の製造を高速化することができるものである。
【００２１】
図４に示す二重火炎バーナにおいては、第１の管１１の内側の１層目２１には原料ガスが、第１の管１１と第２の管１２との間隙の２層目２２には燃料ガスが、第２の管１２と第３の管１３との間隙の３層目２３には不活性ガスが、第３の管１３と第４の管１４との間隙の４層目２４には酸素ガスが、第４の管１４と第５の管１５との間隙の５層目２５には不活性ガスが、第５の管１５と第６の管１６との間隙の６層目２６には燃料ガスが、第６の管１６と第７の管１７との間隙の７層目２７には不活性ガスが、第７の管１７と第８の管１８との間隙の８層目２８には酸素ガスが、それぞれ供給される。
この二重火炎バーナにおいては、最外酸素ガス層は８層目２８にあるので、最外酸素ガス層の外径とは、すなわち第８の管１８の内径に該当する。
【００２２】
本実施の形態の多孔質母材の製造方法は、コア用バーナ１として、上述のような多重管バーナを使用するほかは、従来のＶＡＤ法による多孔質母材の製造方法と同様に実施することができる。例えば、クラッド用バーナ２の種類や本数、コア用バーナ１およびクラッド用バーナ２に供給する燃料ガスや原料ガスの種類、配合比などは、目的とする光ファイバの屈折率分布などの特性に応じて、適切なものを使用することができる。
本実施の形態によって製造された多孔質母材は、従来と同様に、加熱透明化してガラス母材としたのち線引きすることによって光ファイバとすることができる。
【００２３】
次に、具体例に基づいて本発明を説明する。図１に示した製造装置を用いて多孔質母材を製造した。コア用バーナ１としては、図２に示すような４重管構造の多重管バーナを用い、１層目２１に原料ガスとしてＳｉＣｌ4とＧｅＣｌ4を流し、２層目２２に水素、３層目２３にアルゴン、４層目２４に酸素を流した。
ここで、水素ガスの流量は、７〜１６リットル／分、酸素ガスの流量は、４〜１８リットル／分、ＳｉＣｌ4の流量は１．９リットル／分、ＧｅＣｌ4の流量は０．１リットル／分、アルゴンの流量は３．０リットル／分とした。
【００２４】
多重管バーナの最外酸素ガス層の外径φｏ2およびコアスートの外径φｃｏｒｅを表１に示すように５通りに変化させ多孔質母材を製造した。
【００２５】
【表１】
0003953855.tif 000002
【００２６】
それぞれの条件で製造した多孔質母材を加熱透明化してガラス母材としたのち、これらのガラス母材の屈折率分布を測定し、この屈折率分布値から光ファイバとしたときのモードフィールド径（以下ＭＦＤとする）を求めた。
ガラス母材の屈折率分布の揺らぎを数値化するため、ここでは、「ＭＦＤ変動」という量を、ＭＦＤ推定値の最大値と最小値の差の、平均値に対する百分率として定義して用いた。この「ＭＦＤ変動」は、次の手順に従って測定することができる
【００２７】
まず、同一のガラス母材の長手方向の１箇所に対して、６通りの方向から屈折率分布を測定する。すなわち、各ガラス母材の長手方向で１箇所の測定位置を設定し、この測定位置に対して、ガラス母材の回転角度を６０°づつ変化させながら、プリフォームアナライザを用いて、ガラス母材の全周にわたって６回屈折率分布を測定する。測定位置を長手方向に順次変えながら、同様の手順を異なる長手方向位置で５回繰り返す。合計３０回測定された屈折率分布から、それぞれＭＦＤを推定し、この最大値と最小値の差の、平均値に対する百分率をとることによって、「ＭＦＤ変動」を求めることができる。
【００２８】
この場合、ガラス母材の屈折率分布の揺らぎが小さければ、ガラス母材の回転角度を変化させても、また長手方向の各位置でも、このＭＦＤ推定値の変動は極めて小さく、「ＭＦＤ変動」が小さくなるものと考えられる。逆に、ガラス母材の屈折率分布の揺らぎが大きい場合、ガラス母材の回転角度を変化させたり、異なる長手方向位置で測定した場合に、ＭＦＤ推定値の変動が大きくなり、「ＭＦＤ変動」は大きくなるものと考えられる。
従って、上述のように測定される「ＭＦＤ変動」を用いることによって、ガラス母材の屈折率の揺らぎを数値化することができる。特性の優れた光ファイバを得るためには、この「ＭＦＤ変動」を１．５％以下とすることが好ましい。
【００２９】
「ＭＦＤ変動」の測定結果を表１に示す。
表１に示す結果から明らかなように、上述の製造条件を満足するようにコア用バーナ１による加熱条件を制御することにより、「ＭＦＤ変動」が１．５％以下になった。このことから、本実施の形態の製造方法を用いることにより、ドーパントのドープ量を均一にし、ガラス母材の屈折率分布の揺らぎを極めて小さく抑制できたことが分かる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多孔質母材の製造方法によれば、多孔質母材となるガラス微粒子層にＧｅＯ2などのドーパントを均一にドープすることができるので、その多孔質母材から製造されるガラス母材の屈折率分布の変動と屈折率の揺らぎを極めて小さく抑制し、特性の優れた光ファイバを製造することができる。
また、本発明は、特殊な装置を必要とすることなく、単にコア用バーナを適切なものとすることにより容易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の多孔質母材の製造方法を実施するために用いられる製造装置の一例の概略構成図である。
【図２】  本実施の形態においてコア用バーナとして用いられる多重管バーナの第１の例を示す断面図である。
【図３】  本実施の形態においてコア用バーナとして用いられる多重管バーナの第２の例を示す断面図である。
【図４】  本実施の形態においてコア用バーナとして用いられる多重管バーナの第３の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１…コア用バーナ、２…クラッド用バーナ、３…出発部材、４…コアスート、５…クラッドスート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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