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大容量光社会を作る仕事の数々

第 7 回﹁限嬉りしないく誤透算明﹂にか近らい生
ガまラれスた優れた光ファイバーをつくるため、世界中の研究者がさまざま製造方法の開発を競った時代があった。その厳しいレースに勝ち残り、現在世界の主流となっている製法が、日本で開発された「VAD 法」である。性能のよい光ファイバーを、大量につくるというテーマに取り組んで成功を収めた開発の当事者に、光ファイバーの透明性の秘密を聞く。
取材・文 喜多充成

光ファイバーの多孔質母材を製造している様子。火炎のなかでSiO 2（二酸化ケイ素＝石英）が合成され、雪のように降り積もっていく。

278 INTERNET magazine 1999/3

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optical fiber

2 つに割ケーブル

多孔質母材を熱し、スートを融着させて空気を追い出すと、透明な母材ができあがる。
これを髪の毛ほどの細さに引き伸ばして、光ファイバーがつくられる。

左の写真の謎の物体、実は光ファイバーの製は分かっても、薄曇りなのか晴れなのか判断が社した1974 年に画期的な発明が発表されてい造工程の途中の中間製品で、名称を「多孔質つかないほど外光はにじみ弱められてしまう。レた。米ベル研究所による MCVD 法母材」という。白く見えるのは石英ガラスの細ンズやプリズムに使われる光学ガラスはそれよ

その発明を生むきっかけとなった CVD 法

かいカケラが降り積もった構造となっているた

りはるかに透明で、窓ガラス50cm 分に相当すら、須藤さんに解説してもらおう。

めで、雪が白いのと同じ光の散乱によるものだ。

るのが約 15m の厚さに重ねたときだ。

「それまで無理だと思われてきた石英のガラスフである。
か

名前に「多孔質」とあるとおり、内部は密だが、その光学ガラスでも光通信には使いモァイバーで、従来品を3 ケタも4 ケタも上回るではなくスカスカの空間だらけの構造になってノにならない。光の強度を1000 分の1 で増幅光ファイバーの製法が、1970 年にコーニングいるのもまた雪と同じ。これを熱して空気を追するとしても、15m おき、つまり電柱よりもっ社で開発された。スートプロセスによる CVD

い出すと、径が縮んで透明なガラスの棒ができと短い間隔で中継増幅器を挟まなければいけな法あがる。雪を溶かして水にし、それを凍らせるくなるからだ。これではインフラとして高くつなる光ファイバーが作れそうだという空気が生ような処理をするわけである。

きすぎる。

まれてきた」（須藤さん）という方法で、これでどうやら使いモノに◆現在の石英ガラス製光ファイバーは、窓ガラ

スートとは煤（すす）のことで、石英ガラス光ファイバーに求められる第一の性能は、限ス50cm の透明度に相当する厚みが実に150の原料を気体の状態でトーチから送り出し、火りなく透明に近いことである。上記の方法で作km。もちろんファイバーとして使われるのは炎の中でガラスの粒子を合成する方法だ。原料られる光ファイバーでは、我々が日常使ってい「長さ」の尺度でだが、板ガラスに成形されたが溶解炉や坩堝などの壁に接触することがないる「透明」という言葉が及びもつかないほどの際の「厚み」で考えるといかにケタ違いなのか

ため不純物の混入が少なく、合成されるガラスレベルの、しかもさまざまな尺度に照らしてのが分 かる。 窓 ガラス 5 0 c m と光 ファイバーの純度も高めることができる。そのスートプロ「透明さ」が実現されている。

150km が同じ。それほど光ファイバー用のガラセスで、高純度の光ファイバー母材を作る方法

スは透明なのだ。

がコーニング社のCVD 法だ。それを受け継いだ

たとえば、住宅などに使われている窓ガラス。
これを重ねて厚さ50cm にしてみると、透過する光の強さは約 1000 分の1 になる。昼か夜かNTT 光エレクトロニクス研究企画部長の須藤昭一さん。研究開発による表彰も数多い。

◆のがベル研究所のMCVD 法だった。M はモデ

扉写真の巨大白墨状の中間製品を経て、限ィファイド（改良）の頭文字である。

りなく透明な光ファイバー母材をつくるこの製「MCVD 法には世界中の研究者が驚きました。

法は1970 年代後半から80 年代前半にかけ、実にエレガントな方法なんですよ」（須藤さん）NTT（当時・電電公社、以下同）の茨城通信

そのすばらしさは、石英管の内側にガラスをで開発されたものだ。NTT 光エレクトロニクス

降り積もらせていくという着眼点に集約されて研究所の須藤昭一さんはこの VAD 法開発いる。管の中という閉じた空間の中での反応のの当事者であり、おそらく光ファイバーを志しため、外部からの不純物の混入をきわめて少なてNTT に入社した最初の世代の研究者である。

くできるからだ。降り積もった白色のスートを「入社面接で光ファイバーをやりたいと話した

透明なガラスにするための熱処理をどうするか、ら、総裁が『光ファイバーって何だ？』と回り内部の屈折率の違う部分（コアとクラッド）をに聞いていたくらいでした」（須藤さん）

どう作り込むかという難問にも鮮やかに回答し光ファイバーの製造開発では、須藤さんの入ていたのである。

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INTERNET magazine 1999/3279

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大容量光社会を作る仕事の数々

加熱されて透明ガラス母材ができあがる（光フ ァイバ ー原料）

石英ガラス棒カーボンヒーター（高温電気炉）

多孔質母材が形成される （ スート母材）

ガラス微粒子（スート）
ガラス微粒子
合成用トーチ

SiCl4 + GeCl4（四塩化ケイ素） （四塩化ゲルマニウム）

VAD法による光ファイバー母材作製の概念図「MCVD 法の発表により、研究所の中でも議論い。MCVD 法は確かにすばらしい方法でした

ウソのように気泡が消えたのである。

が起こりました。彼らの方法を追試し、さらにが、管の大きさに制限され一度に作れる母材が「あとで解析して理論化できたことなのですが、改良していくというアプローチをとるのか、そ小さい。つまり生産性が低い。我々はその点でヘリウム（He= 原子番号 2）はアルゴン（Ar=れともまったく違う方法を模索するか。結局、勝負しようと考えたのです」（須藤さん）

原子番号 18）より原子の直径が小さいため、我々が選んだテーマは『品質はそこそこでいいか

そして試みられたのがVAD 法、すなわち「気石英ガラス（SiO 2）の結合の隙間に入り込んら、量産性でMCVD 法を上回る製法の開発』で相軸付け法」である。先端にスートを吹き付けでいってしまいやすいんです。しかも気泡があした」（須藤さん）

られ成長する心材を回転させながら徐々に引きる直径より小さくなると、表面張力で内部の圧上げる方法だ。天井を高くしさえすれば、大き力が高まり、浸みこむように気泡が消える。原な母材を一度につくることができる。

子やガス分子の大きさによって、その『ある直それは「苦い選択」だったに違いない。透明であることを求められる光ファイバーで、透明さで勝負することを、ある意味では投げてしま◆
研究開発は地道な作業である。設備を設計・ったわけなのだから。

径』は変わってくるのですが、Ar とHe ではその挙動が1000 倍も違うということが分かった」「ただ、今後光通信が世の中の主流になり、大製作し、運転条件を変えながら母材をつくる。

量の光ファイバーが必要になるとすれば、光フできた母材は別のセクションに回してファイバひとヤマ越えたが、また次の障害に直面する。

ァイバーも安く大量に供給されなければならなーの形に成形され、その特性を測ってどれほど「石英ガラスの中に残ってしまう水酸基が、通の透明度が実現したかがようやく分かる。これ信に使われる波長のレーザー光を吸収してしまを数限りなく繰り返し、条件を煮詰めていく。

う。ちょうどその波長の光と、水酸基の構造がとはいえ、そのサイクルに乗せるまでが大変共振してしまい、これが光エネルギーの損失にだ。火炎で軸にスートを吹き付ける条件設定がつながっていた。一方で、反応のための火炎はまず難航し「ガラスを成長させているのか吹き飛何で得ているかというと水素と酸素。つまり水ばしているのか分からない」（須藤さん）ような苦酸基をどんどん供給しているわけです。それで労を重ねた。うまく巨大白墨に育ったとしても、いて水酸基を取り除かなければならないというそこから透明な石英ガラスに加工する工程で、のは、食事しながら歯も磨けと言っているよう明らかな失敗作も多数生まれた。目視で明らなものなんです」（須藤さん）

かに分かる材料の欠陥──気泡である。

食事もしなければいけない。歯も磨きたい。そ白墨を透明なガラス棒にするためには、環状1980 年当時のVAD 法光ファイバー母材製作装置。

280 INTERNET magazine 1999/3（須藤さん）

ういうときは、食事してから歯を磨くものだが、のヒーターの間を通して熱処理しスートどうし水酸基問題の解決策もまさにそれだった。

融着させる。だが、隙間の空間に残っている気「塩化チオニルという気体を白墨ができた後に体がどうしても抜けないのである。もともとこ加え、この物質に含まれている塩素で石英ガラういった熱処理のプロセスでは、反応性の低い不活性ガスを満たした空間の中で行なうのが定ス中に残っている水酸基を置換することにしたんです。OH-よりCl-のほうが、Si にくっつきや石。そこでこの不活性ガスを最もポピュラーなすいという性質を利用したわけで、これで水酸アルゴンガスからヘリウムガスに変えてみたら、基を極限まで取り除くことができました」

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炎の中で生まれる透明なガラスが大容量通信を担い、光化社会を支える。

こうして須藤さんらの研究チームは1984 年

塩化チオニルは多孔質母材のすみずみまで行きまでに開発を終えた。
「性能はそこそこでいい」

渡り、透明化の熱処理の際に水酸基を追い出とスタートしたが、「最終的に量産性は抜群、すことができた。後からパッチをあてたような、しかも性能も極上品を作れる光ファイバー母材

決してエレガントな方法ではないが、母材中のの製造法を手に入れることができた。嬉しい誤水酸基の濃度はPPB（10 億分の1）のオーダ算でした」（須藤さん）という大成功を収めたーまで落とすことができた。この時点で、VADのである。

法で得られる光ファイバーの特性はMCVD 法を大きく上回ることになった。

optical fiber

白墨がスカスカの構造だったことが幸いし、◆「今となっては信じられない話ですが、1960 年

ご存知のとおり光ファイバーは、中心部の代の半ば頃までガラスの光ファイバーを長距離の「コア」とそれをとりまく「クラッド」の2 層構通信に使えると考えた人は少なかった。私自身、造となっている。両者の屈折率が違うため「コ溝を掘って筒を埋め、その中で光通信の実験をア」に導き入れられた光は「クラッド」との境したこともあったくらいです（笑）
」（須藤さん）

界面で反射を繰り返し、外部に漏れ出さずにもし光ファイバーが開発されなかったら、ガ遠くまで送り届けられる。VAD 法の白墨の内ス管や水道管のように「光通信管」が縦横に部には、「コア」になる部分と「クラッド」に走る都市ができあがっていたかもしれない。そなる部分がすでにつくり込まれている。の管は、ガスや水のような流体を流す管ほど自大容量の長距離通信を目的とするなら、コ由に曲げることができないだろうから、エンジアの部分はなるべく細くしたい。細い筒を通しニアや建築家はその配置にさぞかし頭を悩ませて声を送るとはっきり聞き取れるが、トンネルたに違いない。あるいは、あまりにそれが面倒の向こう側にいる人に話しかけようとすると、すぎるため、我々は光通信という通信手段そのどんなに大きな声で喋っても反響が大きくなりものを選択していなかったかもしれない。そこ

すぎて何をしゃべっているのか聞き取れなくなまでには至らなかったとしても、質のよい光フるのと似た原理だ。早口でしゃべりたいなら細ァイバーが大量生産されなければ、これほど多い管をつかうべき。光も通り道も細ければ細いくのコンピュータが相互につながり、多くの情ほど、信号がにじまずに伝わるのである。

報がやりとりされるような現代社会の形はたぶ

もう一度扉の写真を見てもらいたい。

ん実現していなかったのではないか。

スートを吹き付けるトーチの配置や数や形状、◆かった。1 本の母材から2000km 分ものファイバーがつくれる生産性の高さも大きなメリット

吹き出す角度や対象物までの距離、単位時間

その後の解析から、VAD 法は石英ガラスとい当たりに送り込まれる水素と酸素の量や原料のう素材を極限まで透明にする製法であることが今後もとうぶんはVAD 法でつくられる石英ガ配合比率も、とにかく何もかもが試行錯誤を重確認され、しかも石英ガラスは高性能の光伝送ラス性の光ファイバーは、長距離・大容量の光ねて得られた、ノウハウの塊なのである。

媒体としてほとんど唯一の素材であることも分通信のデバイスとして決定版といえるのだ。

もある。

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INTERNET magazine 1999/3281

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