(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラス微粒子合成用バーナーを用いてガラス多孔質体を合成し中間母材を得る光ファイバ用母材の製造方法において、ガラス微粒子合成用バーナーの火炎中にガラス原料ガスとともにフッ素原子含有化合物ガスを導入して生成するガラス微粒子を堆積してガラス多孔質体とすると共に、前記ガラス微粒子合成用バーナーに隣接した補助バーナーの火炎中に少なくともフッ素原子含有化合物ガスを含有するガスを噴出することにより堆積直後のガラス多孔質体にフッ素を添加し、前記ガラス微粒子合成用バーナーの火炎中のフッ素分圧を前記補助バーナーの火炎中のフッ素分圧より低くすることを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光フアイバの製造方法に関し、特に高濃度にフッ素を添加され複雑な屈折率分布を有する光フアイバを製造する方法に関するものである。本発明は特に長距離大容量通信システムに用いられる高性能の光ファイバ用母材の製造に適用して有利である。
【０００２】
【従来の技術】
光フアイバの屈折率を調節するためにフッ素（Ｆ）を添加することは広く知られ実用化されている。従来、ＯＶＤ法又はＶＡＤ法等の気相合成法により高濃度のフッ素添加ガラス母材を得るには、ガラス微粒子合成用バーナーからガラス原料ガス、燃焼ガス、助燃性ガス、キャリヤーガス等を噴出して、バーナー火炎中でガラス原料の酸化または火炎加水分解反応により生成するガラス微粒子を堆積してガラス多孔質体を得た後、該ガラス多孔質体を焼結炉においてフッ素を含むガス雰囲気中にさらしてフッ素を含浸させ、その後焼結してフッ素添加ガラスとする方法が一般的であった（例えば特開昭５５−６７５３３号公報）。この方法は高濃度にフッ素添加されたガラス材を得ることができるが、フッ素を含むガスによる設備の消耗からの設備コスト高、処理時間の拡大など、生産性に関しては問題を抱えていた。
【０００３】
これに対し、ガラス多孔質体を合成する際に、ガラス微粒子合成用バーナーにガラス原料ガス，燃焼用ガス等と共にＳｉＦ4のようなフッ素を含む原料ガスを流し、フッ素を含むガラス多孔質体を形成する方法が、特開平４−１３２６３１号公報等に提案されている。これらの方法によれば、焼結炉では既にフッ素を含有するガラス多孔質体を透明ガラス化するのみでよく、処理時間は短縮され設備消耗の度合いも低減できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ガラス微粒子合成用のバーナーにガラス原料とともにフッ素含有原料を導入してフッ素含有ガラス多孔質体を得る従来法では、せいぜい０．２重量％程度のフッ素濃度を得るにとどまっている。このフッ素濃度は、ガラスの屈折率に換算すると、純石英（ＳｉＯ2 ）との比屈折率差で△ｎ＝−０．１％程度であって、長距離大容量通信システム用の高性能光ファイバを得るためには不十分であり、大きな比屈折率差を実現できるようにより高濃度のフッ素添加が要求されている。
本発明はガラス多孔質体形成時にフッ素を高濃度に添加できる方法を課題とし、これにより生産コストを低減して高性能な光フアイバを製造できる方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、
（１）ガラス微粒子合成用バーナーを用いてガラス多孔質体を合成し中間母材を得る光ファイバ用母材の製造方法において、ガラス微粒子合成用バーナーの火炎中にガラス原料ガスとともにフッ素原子含有化合物ガスを導入して生成するガラス微粒子を堆積してガラス多孔質体とすると共に、前記ガラス微粒子合成用バーナーに隣接した補助バーナーの火炎中に少なくともフッ素原子含有化合物ガスを含有するガスを噴出することにより堆積直後のガラス多孔質体にフッ素を添加し、前記ガラス微粒子合成用バーナーの火炎中のフッ素分圧を前記補助バーナーの火炎中のフッ素分圧より低くすることを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法、
によって達成することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明に到達できた考察から説明する。従来法に従い、ガラス微粒子の原料となるＳｉＣｌ4 等の原料ガスと共にフッ素を含む原料ガスを同一バーナーに流すことにより、同じ火炎中でガラス微粒子中にフッ素を含ませることは可能であるが、火炎中でのフッ素の化学ポテンシャル（フッ素分圧）を上げるにはこの方法では限界があり、結果としてガラス微粒子中のフッ素濃度を△ｎ＝−０．１〜０．２％にするところがせいぜいであった。このようにフッ素の化学ポテンシャルが下がるのは、火炎中のフッ素濃度がＳｉＣｌ4 等の共存するガスによって希釈されるためと考えられる。
【０００７】
また、同一火炎中でフッ素を含ませる場合をフッ素源としてＣＦ4 を例に説明すると、
【化１】
ＣＦ4 (g) ＋Ｏ2 (g) ＝ＣＯ2(g)＋２Ｆ2 (g)   ・・・  (a)
Ｆ2 (g) ＝２Ｆ ( in ＳｉＯ2 )   ・・・  (b)
なる反応が進むことによってフッ素がガラス微粒子に添加されると考えられるが、フロン（ＣＦ4 ）は化学的に安定な物質であるため、(a) の反応は速やかには進まない。これを解決するには、反応時間を長く稼ぐか、(a) の式からわかるようにＯ2 分圧を上げてやればよい。
しかし、反応時間については、ＶＡＤ法によるガラス微粒子合成では原料が混合されてからガラス微粒子の堆積面に到達するまでの時間が短いので反応時間を長くとることは困難である。
Ｏ2 分圧を考えると、そもそも火炎中でガラス微粒子を合成するために、
【化２】
ＳｉＣｌ4 (g) ＋Ｏ2 (g) ＋２Ｈ2 (g) ＝ＳｉＯ2 (s) ＋４ＨＣｌ(g) ・(c)
上記(c) 式のようにＯ2 が消費されてしまうので (a)の反応に対してはマイナスである。その分、Ｏ2 を増せばよいという考えかたもあるが、ＶＡＤ法は通常常圧（１ａｔｍ）の雰囲気で稼働させており、Ｏ2 を増加すると他のガスは希釈されて低分圧となってしまう。
【０００８】
そこで本発明においては、ガラス微粒子合成用バーナーの近傍に、フッ素添加用の補助バーナーを設けて、合成されたばかりのガラス微粒子に更にフッ素を含有させるものである。ただし、ＣＦ4 ，ＳＦ6 などのフッ素源ガス１００％を流すのではなく、Ｈ2 ，Ｏ2 を含む火炎中にフッ素源ガスを加えて流す。このようにしてフッ素の生成に必要なＯ2 がガラス原料等により消費されることがなく、火炎中でのフッ素分圧の高い条件で流すことにより合成された直後のガラス微粒子に△ｎ＞０．５％という高濃度でフッ素を添加できる。
【０００９】
本発明においては、フッ素を添加されるガラス微粒子の組成については特に限定されるところはなく、純石英（ＳｉＯ2 ）であっても、ドーパントを含むものであってもよい。
このとき、ガラス合成原料と同一のバーナー中にフッ素原子含有化合物ガス（フッ素源ガス）を流すことにより生成された、予めフッ素が添加されているガラス微粒子に、その堆積直後に補助バーナーによりフッ素を添加するとフッ素添加量向上により有効である。この方法によれば、従来のガラス微粒子合成用バーナーにフッ素源を加えることにより△ｎで最大０．２％程度、補助バーナーにより更に△ｎ０．５％以上という高添加量が実現できる。
【００１０】
例えば、図１に示される屈折率プロファイルを有するガラス多孔質体を図２に示されるような５本のバーナーを用いて合成することにより中間母材を得る。この場合、第１ガラス微粒子合成用バーナー（第１合成用バーナーと略記）と第２ガラス微粒子合成用バーナー（第２合成用バーナーと略記）との間、第３ガラス微粒子合成用バーナー（第３合成用バーナーと略記）の上方に第１補助バーナー及び第２補助バーナーを設ける。第１〜第３合成用バーナーの火炎中にはガラス合成用原料と共にフッ素原子含有化合物ガスを流してフッ素含有ガラス微粒子を合成するが、同時に第１及び第２補助バーナーの火炎中にはフッ素原料ガスを流す。第１合成用バーナーで合成されたガラス微粒子が堆積することにより形成されるガラス多孔質体部分ａは、ガラス微粒子が堆積した直後に第１補助バーナーによりフッ素添加される。また、第３合成用バーナーで合成されたガラス微粒子が堆積することにより形成されるガラス多孔質体部分ｃについても、堆積直後に第２補助バーナーでフッ素添加される。第２合成用バーナーで合成されたガラス多孔質体ｂ部分については補助バーナーによるフッ素添加は行わない。以上により図１に示すように、ａ部分では比屈折率差で−０．５５％と非常に高濃度にフッ素が添加され、しかもフッ素の拡散によるすそ引き等のないシャープな階段状のプロファイルを実現できる。なお、図１および後記する図３、図４、図６において縦軸はＳｉＯ2を基準とした比屈折率差（△ｎ）、横軸は半径方向長さ（無単位）を示す。
【００１１】
本発明において前記補助バーナーの火炎中のフッ素分圧は前記ガラス微粒子合成用バーナーの火炎中のフッ素分圧より高くすることが好ましい。すなわち、ガラス微粒子合成用バーナーにもフッ素原子含有化合物ガスを導入する場合には、補助バーナーにおけるフッ素分圧より合成用バーナー火炎中のフッ素分圧が低くなるように導入する。このようにする理由は、前記ガラス微粒子合成用バーナーによって合成されたガラス多孔質態中に含まれるフッ素濃度は前記ガラス微粒子合成用バーナーの火炎中のフッ素分圧によって決まるため、該ガラス多孔質体中のフッ素濃度をさらに引き上げるためには、より高いフッ素分圧の雰囲気に曝すことが必要であるためである。
【００１２】
本発明は例えばＯＶＤ法、ＶＡＤ法等の気相反応によりガラス微粒子を合成し、これを堆積させてガラス多孔質体とする製造方法であれば、いずれの方法にも適用できる。図示の例では複数バーナーを用いているが、ガラスロッドまたはガラス管に１本の合成用バーナーを用いてガラス多孔質体を形成する場合にも勿論適用できる。
【００１３】
本発明のガラス原料としてはこの種分野で公知の例えばＳｉＣｌ4 ，ＳｉＨＣｌ3 ，ＳｉＨ2 Ｃｌ2 ，Ｓｉ（ＣＨ3 ）4 などを用いることができ、好ましくはＳｉＣｌ4 が挙げられる。また屈折率調整用の例えばＧｅＣｌ4 等の各種ドーパントを加えることができる。
【００１４】
本発明のフッ素原子含有化合物ガスとしては、例えばＳＦ6 ，ＣＦ4 ，ＳｉＦ4 ，ＣＣｌ2 Ｆ2 などを用いることができ、好ましくはＳＦ6 が挙げられる。
【００１５】
本発明の燃料ガスとしては例えばＨ2 ，ＣＨ4 ，ＣＯ等を用いることができ、好ましくはＨ2 が挙げられる。また、助燃性ガスとしてはＯ2 が挙げられる。
キャリアガスとしては例えばＡｒ，Ｈe ，Ｏ2 ，Ｈ2 等が挙げられ、バーナーの構造にもよるが例えばＡｒ，Ｏ2 等が一般的である。さらに、シールガスとしては不活性ガス、例えばＡｒ，Ｈe ，Ｎ2 等を用いることができる。
ガラス微粒子合成条件等は特に限定されるところはないが、前記のようにフッ素含有ガラス微粒子合成用バーナー中のフッ素分圧よりも補助バーナー中のフッ素分圧を高くするほうが好ましい。
【００１６】
【実施例】
以下本発明を実施例により更に詳細に説明するが限定を意図するものではない。
（実施例１）
ＶＡＤ法により第１〜第３ガラス微粒子合成用バーナー（第１〜３合成用バーナーと略記）及びフッ素添加用に第１及び第２補助バーナー、の計５本のバーナを用いて、図１に示す様な屈折率分布を形成するためのガラス多孔質体の合成を行った。図２は、ＶＡＤによるガラス多孔質体の合成の模式図を示す。第１合成用バーナーにはＳｉＣｌ4 ，ＣＦ4 ，Ｈ2 ，Ｏ2 及びＡｒ、第１補助バーナーにはＣＦ4 ，Ｈ2 ，Ｏ2 及びＡｒ、第２合成用バーナーにはＳｉＣｌ4 ，ＧｅＣｌ4 ，ＣＦ4 ，Ｈ2 ，Ｏ2 及びＡｒ、第３合成用バーナーにはＳｉＣｌ4 ，ＣＦ4 ，Ｈ2 ，Ｏ2 及びＡｒ、第２補助バーナーにはＣＦ4 ，Ｈ2 ，Ｏ2 及びＡｒをそれぞれ供給した。各ガス流量は下記の表の通りとした（単位はＳＬＭ）。
【００１７】
【表１】
0003788073.tif 000002
【００１８】
すなわち、第１〜第３合成用バーナーには従来と同様な手法によりＳｉＣｌ4とＣＦ4を同時に供給し、△ｎ＝−０．１％程度のフッ素を含有するガラス多孔質体を合成した。第２合成用バーナーには△ｎを上昇させるために同時にＧｅＣｌ4も供給した。第１及び第２補助バーナーにはＳｉＣｌ4等のガラス微粒子の原料となるガスは供給せず、ＣＦ4及びＨ2，Ｏ2及びＡｒのみ供給し、第１及び第３合成用バーナーで合成した微量フッ素添加ガラス微粒子への高濃度フッ素添加を行った。第１及び第２補助バーナーでは、第１及び第３合成用バーナーよりも火炎中のＣＦ4濃度が高く保持され、かつＳｉＣｌ4等との反応によるＯ2の消費が少ないため、火炎中での化学ポテンシャルを高く保つことができた。結果として、図１に示すように、補助バーナーを用いた第１及び第３合成用バーナー部分で合成したａ及びｃの部分において、△ｎの極めて大きい屈折率分布を形成することができた。
【００１９】
（実施例２）
実施例１では、第１及び第２補助バーナーにＳｉＣｌ4 等のＯ2 と反応する原料ガスを全く流さなかった結果、極めて高いフッ素濃度を有するガラス多孔質体を得ることができたが、これらのガスは必要に応じて、先にガラス微粒子を合成するバーナーよりも高いフッ素分圧が得られる合成条件が実現されれば、同時に少量供給されていても同様な効果を有ることができる。
実施例１と同様の装置構成において、表２に示すガス流量条件でガラス多孔質体を形成した結果、図３に示す屈折率分布の母材が得られた。
【００２０】
【表２】
0003788073.tif 000003
【００２１】
（実施例３）
本実施例では、多孔質体の一部につきフッ素を含まないガラス微粒子を合成した後、補助バーナーでフッ素添加を行なう方法で作成した。
図１の装置構成と同様に、ＶＡＤ法により３本のガラス微粒子合成用バーナー、２本の補助バーナーの構成によりガラス多孔質体を合成した。計５本のバーナーのうち、第１合成用バーナーだけにはフッ素を含むガスを流さずに合成を行った。各ガス流量は下記の表３のとおりとした（単位はＳＬＭ）。
【００２２】
【表３】
0003788073.tif 000004
【００２３】
上記で得られたガラス多孔質体を透明化した後に測定した屈折率分布を、図１と同様に図４に示す。第１ガラス微粒子合成用バーナーにＣＦ4 を流した場合に比べて該バーナーで合成した部分のフッ素濃度は若干低下したが、充分量のフッ素添加ができている。
【００２４】
（実施例４）
本実施例では図５に示すように、４本のガラス微粒子合成用バーナー、２本の補助バーナーを用いて、最外層が純シリカ層であるガラス多孔質体を合成した。各バーナーから流すガス流量の条件は、下記の表４の通りとした（単位はＳＬＭ）。
【００２５】
【表４】
0003788073.tif 000005
【００２６】
上記で得られたガラス多孔質体を透明化した後に測定した屈折率分布を図６に示す。第４ガラス微粒子合成用バーナーによりフッ素分圧０の火炎で加熱されたことにより、第３ガラス合成用バーナーで合成した部分の外周部のフッ素濃度が低下し、屈折率が若干上昇したが、第３、４合成用バーナーでそれぞれ合成した部分の間に階段状の屈折率分布を形成することができた。
【００２７】
本発明によると、ガラス微粒子体の合成直後に、火炎中でのフッ素濃度が前記のガラス微粒子体を合成するバーナー火炎中でのフッ素濃度より高い補助バーナーからフッ素を添加することにより、ガラス微粒子堆積体中へのフッ素添加濃度を非常に高くすることができる。これにより、高濃度にフッ素添加された光ファイバ用母材を、設備コスト及び製造時間を低減して製造することが可能となる。従って、特に長距離大容量通信システムに用いられる高性能の光ファイバを経済的に提供することができるので、本発明の産業上の利用価値は非常に高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の実施例１で作製したガラス多孔質母材の透明化後の屈折率分布を示すグラフである。
【図２】図２は本発明によるガラス多孔質体の合成の状況を説明するための概念図である。
【図３】図３は本発明の実施例２で作製したガラス多孔質母材の透明化後の屈折率分布を示すグラフである。
【図４】図４は本発明の実施例３で作製したガラス多孔質母材の透明化後の屈折率分布を示すグラフである。
【図５】図５は本発明の実施例４におけるガラス多孔質体の合成の状況を説明するための概念図である。
【図６】図６は本発明の実施例４で作製したガラス多孔質母材の透明化後の屈折率分布を示すグラフである。
【図１】
0003788073.tif 000006
【図２】
0003788073.tif 000007
【図３】
0003788073.tif 000008
【図４】
0003788073.tif 000009
【図５】
0003788073.tif 000010
【図６】
0003788073.tif 000011