(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コア用バーナから燃焼ガス及びガラス原料を供給し、ガラス微粒子を生成し、堆積させて、光ファイバのコアとなるべきコア部多孔質ガラス体を形成する光ファイバ用多孔質母材の製造方法において、
前記コア用バーナのガス吹出口の直径が、コア部多孔質ガラス体の外径の０．５〜１．０倍の範囲に設定され、
前記燃焼ガスを構成する酸素ガスの流速を、４〜１６ｍ／秒の範囲に設定することを特徴とする光ファイバ用多孔質母材の製造方法。
【請求項２】
コア用バーナから燃焼ガス及びガラス原料を供給し、ガラス微粒子を生成し、堆積させて、光ファイバのコアとなるべきコア部多孔質ガラス体を形成する光ファイバ用多孔質母材の製造方法において、
前記コア用バーナのガス吹出口の直径が、コア部多孔質ガラス体の外径の０．５〜１．０倍の範囲に設定され、
前記コア用バーナは、前記ガス吹出口が有する複数のガス吹出ポートの先端位置がガス流れ方向にずれており、その相互ずれ量が、３０ｍｍ以内に収められていることを特徴とする光ファイバ用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、光ファイバ用多孔質母材の製造方法に関し、さらに詳しくは、コア用バーナから燃焼ガス及びガラス原料を吹き出し、燃焼ガスの燃焼により生じる酸水素火炎中においてガラス原料を加水分解させ、その結果生成するガラス微粒子を出発材上に堆積させて、光ファイバのコアとなるべきコア部多孔質ガラス体を形成する光ファイバ用多孔質母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、コアとクラッドよりなる光ファイバは、光ファイバ用の多孔質ガラス母材を加熱して透明化させた後、線引きして製造される。光ファイバ用多孔質母材を製造する方法として、例えばＶＡＤ法（Ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  Ａｘｉａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：気相軸付法）が挙げられる。このＶＡＤ法は、複数のポートを有するバーナから、可燃性ガスと支燃性ガスからなる燃焼ガス、及びガラス原料を吹き出し、燃焼ガスの燃焼により生じる酸水素火炎中においてガラス原料を加水分解させて、軸状の出発材上にコアとなるべきガラス微粒子を堆積させるとともに、その周囲にクラッドとなるべきガラス微粒子を堆積させる。
【０００３】
図５に示すように、例えば単一モード光ファイバ用の多孔質母材を製造する場合、コア用バーナ５１により酸水素火炎５２を形成し、この火炎５２中にガラス原料ガスを吹き出して、火炎加水分解により原料ガスをガラス微粒子とし、このガラス微粒子を回転する出発材５５に堆積させて、コア部多孔質ガラス体（コアスート）５３を形成する。同様に、クラッド用バーナ５６により酸水素火炎５７を形成し、この火炎５７の中心よりガラス原料ガスを吹き出して、コアスート５３を取り囲むようにクラッド部多孔質ガラス体５８を形成し、コアスート５３及びクラッド部多孔質ガラス体５８よりなる光ファイバ用多孔質母材６０を得ている。
【０００４】
この種の光ファイバ用多孔質母材の製造に関する技術として、特開昭６３−１２３８２８号公報、特開昭６３−７４９３１号公報、特公昭６２−５０４１８号公報に記載のものが知られている。
【０００５】
（１）特開昭６３−１２３８２８号公報に記載の技術は、多孔質母材の高嵩密度化と合成速度向上の両立を図るために、光ファイバ用多孔質母材を合成する多重管バーナの直径を、多孔質母材の外径の０．２〜０．５倍の範囲内に設定するというものである。
（２）特開昭６３−７４９３１号公報に記載の技術は、コア部多孔質ガラス体の屈折率分布をステップ状にするために、コア部多孔質ガラス体の外周部を、他の部分より高温になるように加熱して、嵩密度を大きくさせるというものである。
（３）特公昭６２−５０４１８号公報に記載の技術は、ガラス合成速度を向上させるために、同心円状の多重管バーナによる内側火炎を外側火炎よりも後退させるというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光ファイバの伝送特性の一つである分散特性を向上させるためには、コア部の屈折率分布の形状をステップ状にすることが望ましい。図４に屈折率分布の種類を示す。図４（ａ）はコア部からクラッド部にかけて屈折率の傾斜がある場合を示し、図４（ｂ）はコア部の外周部に局部的に屈折率が大きくなった部分がある場合を示し、図４（ｃ）はコア部からクラッド部にかけての屈折率分布がステップ状になっている場合を示す。
【０００７】
コア部多孔質ガラス体（コアスート）には、屈折率を増加させるためにドーパントであるゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されており、光ファイバの屈折率分布は、ドーパントの分布に依存して決まる。ところが、多孔質母材の合成時にコアスートの嵩密度が低いと、脱水透明化する際にコア部のドーパントがクラッド部へ拡散してしまう。その場合、図４（ａ）に示すように、コア部の屈折率分布がステップ状にならず、クラッド部において屈折率が傾斜を持ったものになってしまう。
【０００８】
よって、コア部の屈折率分布を図４（ｃ）のようなステップ状にするためには、コアスートの嵩密度を大きくすることが重要となる。
しかし、前記（１）の技術では、割れにくい程度の嵩密度を有する多孔質体を得ることはできるものの、屈折率の増加のためにドーパントを添加した多孔質体を合成する場合に、多孔質体の外周部付近が加熱不足となって低嵩密度となり、図４（ａ）に示したように屈折率分布がステップ状にならない可能性がある。
【０００９】
また、前記（２）の技術では、コアスートの外周部を加熱することで嵩密度を増加させ、ステップ状の屈折率分布を得ることができるものの、コアスートの外周部分が他の部分より高温になるために、ドーパントの濃度が大きくなり過ぎて、安定した屈折率分布を得ることが難しい。つまり、ドーパントは堆積面の温度が高いほど高濃度にガラス体に添加される性質があり、コアスートの外周部分が高温になると、局部的にドーパントが高濃度にガラス体に添加されやすくなり、その結果、図４（ｂ）に示したようにコアスートの外周部分の屈折率が局部的に大きくなってしまうことがある。局部的に高濃度のドーパントが添加された場合、ガラスの組成が急激に変化しているため、線引時に構造欠陥が生じやすく好ましくない。
【００１０】
また、前記（３）の技術では、多重管バーナで外側火炎のみをガラス堆積面に近付けることで、ガラス合成速度を上げることができるものの、（２）の技術と同様に、コアスートの外周部のみ高温になりやすく、安定した屈折率分布を得ることが難しい。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、径方向で均一な嵩密度分布を持つコア部多孔質ガラス体を製造することができ、それにより安定した屈折率分布を有する光ファイバを作ることのできる、光ファイバ用多孔質母材の製造方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の請求項１に係る光ファイバ用多孔質母材の製造方法は、コア用バーナから燃焼ガス及びガラス原料を供給し、ガラス微粒子を生成し、堆積させて、光ファイバのコアとなるべきコア部多孔質ガラス体を形成する光ファイバ用多孔質母材の製造方法において、前記コア用バーナのガス吹出口の直径が、コア部多孔質ガラス体の外径の０．５〜１．０倍の範囲に設定され、前記燃焼ガスを構成する酸素ガスの流速を、４〜１６ｍ／秒の範囲に設定することを特徴とする。
【００１３】
請求項１に記載の光ファイバ用多孔質母材の製造方法によれば、コア用バーナのガス吹出口の直径が、コア部多孔質ガラス体の外径の０．５〜１．０倍の範囲に設定されている。このように設定されたコア用バーナを使用することによって、径方向で均一な嵩密度分布を持つコア部多孔質ガラス体を安定して製造することができる。
ここで、ガス吹出口の直径とは、燃焼ガスを構成する可燃性ガス及び支燃性ガスの何れかが噴出されるポートの直径のうち最大のものを指す。よって、多重管バーナの最外層ポートから可燃性ガス、支燃性ガス以外の不活性シールガスを流すような場合は、その最外層ポートの直径は含まない。
また、燃焼ガスとは、水素を含有する可燃性ガスと、酸素を含有する支燃性ガスとから構成されるものであり、ガラス原料とは、ケイ素を含有する例えば四塩化ケイ素を指す。
また、請求項１に記載の光ファイバ用多孔質母材の製造方法によれば、コア用バーナから吹き出す酸素ガスの流速を４〜１６ｍ／秒の範囲に設定する。火炎の広がりに影響を及ぼす酸素ガスの流速をこのような範囲に設定することにより、火炎の広がりを抑えるとともに、ガラス微粒子の堆積効率を良好に保つことができる。
【００１４】
また、上記目的を達成するための本発明の請求項２に係る光ファイバ用多孔質母材の製造方法は、コア用バーナから燃焼ガス及びガラス原料を供給し、ガラス微粒子を生成し、堆積させて、光ファイバのコアとなるべきコア部多孔質ガラス体を形成する光ファイバ用多孔質母材の製造方法において、前記コア用バーナのガス吹出口の直径が、コア部多孔質ガラス体の外径の０．５〜１．０倍の範囲に設定され、前記コア用バーナは、前記ガス吹出口が有する複数のガス吹出ポートの先端位置がガス流れ方向にずれており、その相互ずれ量が、３０ｍｍ以内に収められていることを特徴とする。
【００１５】
請求項２に記載の光ファイバ用多孔質母材の製造方法によれば、コア用バーナのガス吹出口の直径が、コア部多孔質ガラス体の外径の０．５〜１．０倍の範囲に設定されている。このように設定されたコア用バーナを使用することによって、径方向で均一な嵩密度分布を持つコア部多孔質ガラス体を安定して製造することができる。
また、請求項２に記載の光ファイバ用多孔質母材の製造方法によれば、前記コア用バーナは、前記ガス吹出口が有する複数のガス吹出ポートの先端位置がガス流れ方向にずれており、その相互ずれ量が、３０ｍｍ以内に収められている。このようなコア用バーナを用いることにより、コア部多孔質ガラス体の一部分が他の部分より高温になってしまうことがなく、コア部多孔質ガラス体の径方向の嵩密度分布を均一にすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光ファイバ用多孔質母材の製造方法の実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１は本発明の光ファイバ用多孔質母材の製造方法の実施の形態を示す概略図、図２は図１に示すコア用バーナの模式図であり、（ａ）はガス吹出口から見た平面図、（ｂ）は要部断面図である。図３は第２実施例に用いられたコア用バーナを示す平面図である。また、図４は屈折率分布の例であり、（ａ）はクラッド部にかけて屈折率の傾斜がある場合を示し、（ｂ）はコア部の外周部に局部的に屈折率が大きくなった部分がある場合を示し、（ｃ）はコア部からクラッド部にかけての屈折率分布がステップ状になっている場合を示す図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の光ファイバ用多孔質母材の製造方法は、光ファイバ用多孔質母材１０を構成するコア部多孔質ガラス体（コアスート）３とクラッド部多孔質ガラス体８を、それぞれ別のコア用バーナ１とクラッド用バーナ６を用いて同時に形成するものである。
コア用バーナ１により酸水素火炎２を形成し、この火炎２中にガラス原料ガスを吹き出して、火炎加水分解により原料ガスをガラス微粒子とし、このガラス微粒子を回転する軸状の出発材５に堆積させて、コアスート３を形成する。同様に、クラッド用バーナ６により酸水素火炎７を形成し、この火炎７の中心よりガラス原料ガスを吹き出して、コア部多孔質ガラス体３を取り囲むようにクラッド部多孔質ガラス体８を形成し、コアスート３及びクラッド部多孔質ガラス体８よりなる光ファイバ用多孔質母材１０を得る。
【００２０】
ところで、本発明者は、径方向で均一な嵩密度分布を持つコアスート３を作製するために、図１に示すコア用バーナ１の大きさとコアスート３の大きさの関係に着目して検討した。その結果、コアスート３の全体を均一な嵩密度とする方法として、コア用バーナ１の大きさには適正範囲があることを見出した。
【００２１】
即ち、コア用バーナ１の直径がコアスート３の外径より大きくなると、コア用バーナ１の火炎がコアスート３の側面まで加熱することになり、コアスートの外周部分の嵩密度が増加することになる。また、コア用バーナ１の直径がコアスート３の外径の０．５倍以下となると、コアスート３の外周部付近の加熱が弱くなり、コアスート３の外周部の嵩密度が低下することになることが分かった。
【００２２】
従って、コア用バーナ１の直径は、コアスート３の外径に対して０．５〜１．０倍の範囲が望ましい。その場合、火炎の広がりを抑えるために、酸素ガスの流速を適正範囲内とするのが望ましい。即ち、コア用バーナ１の直径が適正であっても、火炎が広がってしまうと均一な嵩密度が得にくくなるため、火炎の広がりを抑える必要があり、そのために酸素ガスの流速をある程度大きくする必要がある。
【００２３】
具体的には、図２に示すような構造を有する同心円状の多重管バーナをコア用バーナ１として使用した場合、中心の第１ポートＰ１に四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）と四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ4）と水素（Ｈ2）を、第２，第６ポートＰ２，Ｐ６に水素（Ｈ2）を供給し、第４，第８ポートＰ４，Ｐ８に酸素（Ｏ2）を供給し、第３，第５，第７ポートＰ３，Ｐ５，Ｐ７にシール用の不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを供給する。そして、その際に、第４ポートＰ４の酸素ガスの流速を４ｍ／秒以上にする。そうすることで、火炎の広がりを抑えることができて、コアスート３の径方向の嵩密度分布を均一にすることができる。ここで、酸素ガスの流速を４ｍ／秒未満にした場合は、火炎が必要以上に広がってしまい、コアスート３の外周部分の嵩密度が低くなってしまう。なお、酸素ガスの流速が１６ｍ／秒を超えると、コアスート３の加熱効率が低下することから、酸素ガスの流速は４〜１６ｍ／秒に設定するのが好ましい。
【００２４】
また、適正な酸素ガス流速（４〜１６ｍ／秒）の設定は、第４ポートＰ４から噴出させる場合に限られるわけではなく、上記の例では第８ポートＰ８から噴出させる場合に適用しても良く、さらに酸素を別のポートから噴出させる場合にも適用することができる。
【００２５】
また、好ましくは、コア用バーナ１のガス吹出し口からガラス微粒子の堆積面までの距離を、５〜３０ｃｍに設定すると良い。これにより、火炎の広がりを適正な範囲に抑えることができて、コアスート３の径方向の嵩密度分布を均一にすることができる。
【００２６】
また、本発明に用いる可燃性ガスとしては、水素以外に、ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、Ｃ3Ｈ8などの炭化水素も採用できる。また、原料ポートには水素ではなく酸素を混入して供給することも可能である。
さらに、好ましい形態として、コア用バーナ１の複数のガス噴出ポートの先端位置を、ガス流れ方向にほぼ一致させておくのが良い。すなわち、ガラス合成速度向上のために、二重火炎バーナの場合に外側火炎の噴出ポートの先端を内側火炎の噴出ポートよりも突き出させる形態とする方法があるが、このような場合は外側火炎のみ堆積面に近付くことになり、コアスート外周部分が他の部分より加熱されてしまう欠点があるためである。
そこで本発明者は、検討の結果、コアスートの径方向の嵩密度分布を均一にするために、図２（ｂ）に示すように、多重管バーナ（コア用バーナ１）の突き出し長さＬを、３０ｍｍ以内に収めるべきであることを確認した。
この長さＬが３０ｍｍを超えると、コアスート３の外周部分が他の部分より高温になり、高温となった部分の嵩密度が他の部分より高くなってしまう。
【００２７】
（第１実施例）
次に、本発明に係る第１実施例について説明する。
本実施例では、上述した実施の形態のように、図１に示した態様で光ファイバ用多孔質母材を製造した。
コア用バーナ１として、図２に示した同心円状の多重管バーナを使用し、中心の第１ポートＰ１に四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）と四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ4）と水素（Ｈ2）を供給し、第２，第６ポートＰ２，Ｐ６に水素（Ｈ2）を供給し、第４，第８ポートＰ４，Ｐ８に酸素（Ｏ2）を供給し、第３，第５，第７ポートＰ３，Ｐ５，Ｐ７にシール用の不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを供給しながら、コアスート３を製造した。
これと同時に、クラッド用バーナ６によってコアスート３を取り囲むようにクラッド部多孔質ガラス体８を形成し、コアスート３及びクラッド部多孔質ガラス体８よりなる光ファイバ用多孔質母材１０を得た。
【００２８】
コア用バーナ１の構造として、第８ポートＰ８の直径は３０ｍｍであり、外側火炎の噴出ポート（Ｐ５〜Ｐ８）を内側火炎の噴出ポート（Ｐ１〜Ｐ４）より５ｍｍだけ前方に突き出させている。また、第４ポートＰ４の酸素の流速を１４ｍ／秒に設定した。さらに、内側火炎の噴出ポート（Ｐ１〜Ｐ４）からコアスート３の堆積面までの距離が２０ｃｍとなるように設定した。
【００２９】
以上の条件により製造したコアスート３の直径は３５ｍｍであった。その結果、コアスート３の径方向の嵩密度は０．１５〜０．１８ｇ／ｃｍ3の範囲内となり、光ファイバの屈折率分布は、図４（ｃ）に示したようにステップ状のものとなった。
【００３０】
（第２実施例）
次に、本発明に係る第２実施例について説明する。
本実施例では、上述した実施の形態のように、図１に示した態様で光ファイバ用多孔質母材を製造した。
但し、本実施例が上記の第１実施例と異なる点は、使用したコア用バーナの形態である。図３に示すように、コア用バーナ１１として、同心円状のポートの間に小径のポートであるノズルＱが複数配置されたものを用いた。
コア用バーナ１１の中心の第１ポートＰ１に四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ4）と四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ4）と水素（Ｈ2）を供給し、第３ポートＰ３に水素（Ｈ2）を供給し、小径のノズルＱと第５ポートＰ５に酸素（Ｏ2）を供給し、第２，第４ポートＰ２，Ｐ４にシール用の不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスを供給しながら、コアスート３を製造した。
【００３１】
コア用バーナ１１の構造として、第５ポートＰ５の外周の直径は３０ｍｍであり、全てのポート及びノズルの先端面を一致させた。また、第５ポートＰ５の酸素の流速を９ｍ／秒に設定した。さらに、噴出ポートからコアスート３の堆積面までの距離が１０ｃｍとなるように設定した。
【００３２】
以上の条件により製造したコアスート３の直径は３０ｍｍであった。その結果、コアスート３の径方向の嵩密度は０．２０〜０．２２ｇ／ｃｍ3の範囲内となり、光ファイバの屈折率分布は、図４（ｃ）に示したようにステップ状のものとなった。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバ用多孔質母材の製造方法によれば、コア用バーナとして、ガス吹出口の直径がコア部多孔質ガラス体の外径の０．５〜１．０倍の範囲に設定されたものを使用する。このように設定されたコア用バーナを使用することによって、径方向で均一な嵩密度分布を持つコア部多孔質ガラス体を安定して製造することができる。
また、コア用バーナから吹き出す酸素ガスの流速を４〜１６ｍ／秒の範囲に設定することにより、火炎の広がりを抑えるとともに、ガラス微粒子の堆積効率を良好に保つことができる。
さらに、コア用バーナとして、複数のガス吹出ポートの先端位置のガス流れ方向における相互ずれ量を３０ｍｍ以内に収めたものを用いることにより、コア部多孔質ガラス体の一部分が他の部分より高温になってしまうことがなく、コア部多孔質ガラス体の径方向の嵩密度分布を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ用多孔質母材の製造方法の実施の形態を示す概略図である。
【図２】図１に示すコア用バーナの模式図であり、（ａ）はガス吹出口から見た平面図、（ｂ）は要部断面図である。
【図３】第２実施例に用いられたコア用バーナを示す平面図である。
【図４】屈折率分布の例であり、（ａ）はクラッド部にかけて屈折率の傾斜がある場合を示し、（ｂ）はコア部の外周部に局部的に屈折率が大きくなった部分がある場合を示し、（ｃ）はコア部からクラッド部にかけての屈折率分布がステップ状になっている場合を示す図である。
【図５】従来の光ファイバ用多孔質母材の製造方法の実施の形態を示す概略図である。
【符号の説明】
１    コア用バーナ
２    酸水素火炎
３    コアスート（コア部多孔質ガラス体）
５    出発材
６    クラッド用バーナ
７    酸水素火炎
８    クラッド部多孔質ガラス体
１０  光ファイバ用多孔質母材
１１  コア用バーナ（第２実施例）
Ｐ１〜Ｐ８  ポート（ガス吹出ポート）
Ｑ    ノズル
【図１】
0004185304.tif 000002
【図２】
0004185304.tif 000003
【図３】
0004185304.tif 000004
【図４】
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【図５】
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