JP2004010368A - 光ファイバ母材の製造方法とその製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モードフィールド内に隣接するスートの間に界面を少なくとも１つ有し、上記隣接する石英ガラス体を異なる工程で製造する光ファイバ母材（プリフォーム）の製造に際し、界面に存在する水分や水酸基（ＯＨ）の除去、あるいは、表面に異物が付着することを効果的に防止する方法を提供する。
【解決手段】スート合成前に、界面部分をＳｉＦ_４、Ｓｉ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６などのフッ素（Ｆ）を含有するフッ素系ガスなどのハロゲンガスを用いてドライエッチングする。ドライエッチングに用いる火炎は、たとえば、（ＣＯ＋Ｏ_２）火炎、あるいは、火炎の中心部に水素や水分を含まず、エッチングガスを含む火炎とする。
【選択図】　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバの製造に使用する光ファイバ母材の製造方法と製造装置に関する。
特に本発明は、光ファイバ母材（プリフォーム）を複数の製造工程により製造する製法において、製造工程の相違によりモードフィールド内に界面を少なくとも１つ有する光ファイバ母材（プリフォーム）の製造方法と製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの中で、長距離伝送用光ファイバ、たとえば、海底敷設用光ファイバ、陸上用長距離伝送光ファイバなど分散補償を行う光ファイバ（ＤＣＦ）などは、たとえば、屈折率分布（屈折率プロファイル）が、Ｗ型、Ｗセグメント型、Ｍ型をした複雑な屈折率分布をしている。
そのため、複雑な屈折率分布を有する光ファイバの製造に用いる光ファイバ母材（プリフォーム）の製造は、コアとクラッドとからなる簡単な構造の単一モード光ファイバ（ＳＭＦ）のように一括して合成することが難しい。
【０００３】
バーナやプラズマ火炎により合成したガラス微粒子を堆積させてスート（ｓｏｏｔ、煤体）を形成し、その後、透明ガラス化するＶＡＤ法または外付法（ＯＶＤ法）は、たとえば、図１（Ｂ）、図４（Ｂ）、図７（Ｂ）に図解のような屈折率プロファイルを作る場合は、光ファイバ母材の形成の生産性は高いが、コアを形成するためにスートの形成、そのガラス化処理、延伸処理などの異なる工程を複数回行わなければならず、モードフィールド内に少なくとも１以上の界面ができ、作業工程も複雑である。
【０００４】
たとえば、クラッド層より屈折率が低いディプレスト層の形成のためにガラス化工程において、ガラス微粒子（石英ガラス）に、とえば、ＳｉＦ_４、Ｓｉ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６などのフッ素（Ｆ）を含有するフッ素系ガスをドーパントとしてドープしてディプレスト層を合成する工程と、屈折率を高めるドーパントをドープするセグメント層の合成とは異なる工程となるので、単一モード光ファイバの母材のように簡単な工程では、上記複雑な屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材を製造することはできない。
しかも、その合成の過程において、たとえば、コア部分とディプレスト層との界面に水分や水酸基（ＯＨ）が混入したり、輸送過程で表面に異物が付着する可能性がある。
【０００５】
水分やＯＨがモードフィールド内の界面に混入すると伝送ロスを増加させることは周知である。そこで、これまで光ファイバに水分やＯＨが混入しないような対策が種々講じられている。以下のそのような対策について述べる。
【０００６】
たとえば、スート堆積前の延伸用ロッドを火炎で研磨する方法が知られている。しかしながら、この方法では、延伸用石英ガラスロッドを水素酸火炎を用いて延伸すると、ロッドの表面に火炎に含まれる水分やＯＨが拡散して残留するという不具合が起こる。これを改善するため、延伸したロッドをフッ化水素酸（フッ酸）でウエットエッチング処理する方法が提案されている。
【０００７】
特開平１１−１３３９号公報には、コアロッド上にスートを堆積した後にコアロッドをスート母材から引き抜き、コアロッドをファイヤポリッシャ（火炎研磨）やフッ酸エッチングしてＯＨ拡散層を除去することが開示されている。
【０００８】
また特開昭６０−８６０４７号公報には、コアロッドを延伸した時に混入するＯＨを除去する方法として、高周波誘導プラズマあるいは電気炉を用いてＨ_２のないフッ素雰囲気で加熱処理する方法を開示している。このような方法によれば、プラズマ火炎にフッ素系のガスを供給してエッチングすることと、無水の高温熱源による火炎研磨が同時に行える点に効果があると示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法のように、フッ酸でウエットエッチングした場合、その後、純水で洗浄するので、依然として水分やＯＨがロッドの表面に残留するという問題に遭遇する。
また表面が凹凸し、その上にスートを堆積してガラス化する場合、上記表面を新たに堆積した界面に発泡が起こることがあった。そのような現象は、特に、フッ素（Ｆ）やゲルマニューム（Ｇｅ）をドープした母材にフッ酸でエッチングした場合に多発した。そのような発泡は、光ファイバに線引きしたときに光ファイバ径の変動を招くという不具合に遭遇する。
【００１０】
そこでフッ酸によるウエットエッチング処理に代えて、水素を含まないプラズマ火炎の熱でドライエッチングする方法が提案されている。しかし、この方法は、ドライエッチングを行う専用の装置を新たに設ける必要があるので、設備が高額になる。その結果、光ファイバ母材の製造価格は高騰し、ひいては、最終製品である光ファイバの価格が高くなるという問題がある。
また、ロッドにフッ素、ホウ素、ゲルマニュームなどの屈折率を変化させるドーパントが高濃度にドープされている場合、高温に晒されることでドーパントが発泡する可能性がある。そのような発泡は、上述したように、光ファイバに線引きしたときに光ファイバ径の変動を招くという不具合に遭遇する。
【００１１】
また、加熱装置内に延伸用ロッドを挿入し、加熱装置の熱と塩素やフッ素系のガスをアルゴンなどの不活性ガスや酸素と混合して加熱装置内に流して延伸ロッドをドライエッチングする方法が提案されている。
しかしながら、この方法は、高温で加熱するため、ロッドが冷却するまでに時間がかかり、光ファイバ母材の製造時間が長くなるという問題がある。さらにこの方法では、エッチングによる光ファイバ母材の長手方向におけるエッチング量の均一さが得られにくいという問題も考えられる。
【００１２】
ドライエッチングで水分など除去する方法は、エッチング工程と次のスート堆積工程が別なため、ロッドを、たとえば、ドライエッチング処理装置からＯＶＤ装置に輸送しなければならず、この輸送の間に大気中のダストが異物としてロッド表面に付着してロッドが汚染する可能性がある。
そのために、光ファイバ母材（スート）の合成前に火力の弱い火炎でロッドを火炎研磨する必要があるが、その工程で、上記したように、ロッドにＯＨや水分が拡散するおそれがある。
【００１３】
以上のように、異なる方法で複数のスートを合成して光ファイバ母材を製造する場合、界面から簡単な方法で完全に水分やＯＨを完全に除去することは困難であった。水分やＯＨが混入した界面がモードフィールド内にあれば、伝送損失の増加となる。
【００１４】
本発明の目的は、モードフィールド径内に少なくとも１の界面が存在する光ファイバ母材（プリフォーム）を製造するに際して、界面に水分や水酸基が混入しない光ファイバ母材の製造方法とその装置を提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、モードフィールド径内に少なくとも１の界面が存在する光ファイバ母材（プリフォーム）を製造するに際して、界面に付着した異物を効果的に除去できる光ファイバ母材の製造方法とその装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の観点によれば、モードフィールド内に少なくとも１の界面を持つ光ファイバ母材を製造する方法において、バーナからでるバーナ火炎でスートを堆積させる工程において、前記バーナ火炎内に水酸基および／または水分が発生しない燃焼ガスを用いた火炎で、スート堆積前の出発母材を加熱処理することを特徴とする、光ファイバ母材の製造方法が提供される。
【００１７】
好ましくは、前記燃焼ガスを前記スート堆積前の前記出発母材に当てた直後のスート堆積の少なくとも初期段階まで、前記水酸基および／または水分が発生しない燃焼ガスを用いてスートを合成する。
【００１８】
本発明の第２の観点によれば、上記光ファイバ母材の製造方法を製造する装置が提供される。
当該光ファイバ母材の製造装置は、出発母材にスートを堆積する前に、バーナ火炎内に水酸基および／または水分が発生しない燃焼ガスを用いた火炎で前記スート堆積前の出発母材を加熱処理する手段と、前記燃焼ガスで前記スート堆積前の出発母材を熱処理した直後、前記スートの堆積を行う手段とを有する。
【００１９】
好ましくは、前記スートの堆積を行う手段は、前記スート堆積の少なくとも初期段階まで前記水酸基および／または水分が発生しない燃焼ガスを用いてスートを合成する手段をさらに有する。
【００２０】
本願発明者の研究によれば、光ファイバの界面に残留する水分や水酸基（ＯＨ）が光ファイバの伝送ロスの一因であるという認識の元で、光ファイバ母材（プリフォーム）のスートの合成直前にロッド表面の水分やＯＨを除去し、または、異物を除去するために光ファイバ母材の表面をエッチング処理を行うことが、伝送ロスの低減と、発泡防止に有効であることを見いだした。
【００２１】
上記本発明をより具体的に述べる。
本発明において、ロッドにスートを合成（堆積）する前に、ハロゲン系ガス、たとえば、Ｓｉ_２Ｆ_６，ＳｉＦ_４，ＣＦ_４，Ｃ_２Ｆ_６などのフッ素を含有するフッ素系ガスを導入したバーナ火炎でロッドをドライエッチングする。水分やＯＨが実質的にロッド表面に当たらない火炎を用いてエッチングするので、水分やＯＨがロッドに入ることなくロッドをドライな状態でエッチングできる。
【００２２】
すでにエッチングされたロッドの場合は、たとえば塩素ガスを導入した火炎でロッドの表面をクリーニングしているから直ちにスートの堆積処理を行う。この場合、火炎は酸素や（ＣＯ＋Ｏ_２）火炎、あるいは、火炎の中心部が水素や水分を含まないガス、またはハロゲン系ガスでその周りに酸水素火炎を形成するような火炎を用いることが好ましい。
【００２３】
エッチング後のまたスート合成の初期段階もこのような火炎で合成を行うと、水分やＯＨがスートに混入しないので好ましい。
【００２４】
スート合成の初期の段階を除いて、火炎は実質的に出発母材に直接当たらないので、通常の酸水素火炎や炭化水素系の火炎を用いても、水分やＯＨがロッドに拡散しない。また、火炎としては、火炎の中心部にＨｅやＡｒがあるときはそれらとハロゲン系ガスの混合物の様にし、その外側に酸水素や炭化水素と酸素の火炎を作るバーナ構造とすることで、ロッドの表面に主に当たる火炎の部分が火炎の中心部なので、その部分に、水分やＯＨがないので、燃焼ガスに水素が含まない火炎と同様の効果が得られる。
【００２５】
エッチングで水分やＯＨ、または異物を除去した後、直ちにスートを堆積することによりロッドの表面が汚染されることがない。よってスート堆積工程においてさらに異物が付着することが防止される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
第１実施の形態
本発明の光ファイバ母材（プリフォーム）の製造方法と製造装置の第１実施の形態として、分散補償用のＷ型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材を形成する方法とその装置について述べる。
【００２７】
図１（Ａ）は光ファイバ母材の断面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に図解した光ファイバ母材の屈折率のプロファイルを図解した図である。
図１（Ａ）に図解した光ファイバ母材１は、中心に位置するセンタ・コア１１と、コア１１の外周に位置するディプレスト層１３と、ディプレスト層１３の外周に位置するクラッド１５とを有する。
【００２８】
この光ファイバ母材１には、２つの界面が存在する。すなわち、コア１１とディプレスト層１３との間に存在する第１界面１２と、ディプレスト層１３とクラッド１５との間の存在する第２界面１４との２つの界面である。これら２つの界面１２、１４は共にモードフィールド内に位置しており、伝送ロスに影響を及ぼす界面である。
【００２９】
図１（Ｂ）に図解した屈折率は理想的な場合を例示している。
センタ・コア１１、ディプレスト層１３、クラッド１５の屈折率の大小関係について述べる。
屈折率を変化させるドーパントがガラス微粒子に混入されていない石英ガラス成分のみでできたクラッド１５の屈折率を基準にとると、ガラス微粒子（石英ガラス）に屈折率を高めるドーパント、たとえば、ＧｅＯ_２がドープされたセンタ・コア１１の屈折率はΔ１１だけクラッド１５の屈折率より高い。逆に、ガラス微粒子（石英ガラス）に屈折率を低下させるドーパント、たとえば、フッ素がドープされたディプレスト層１３の屈折率はクラッド１５の屈折率よりΔ１２だけ屈折率が低い。
【００３０】
図１（Ａ）、（Ｂ）に図解した光ファイバ母材１は、屈折率プロファイルがＷ文字状になっているので、以下、本明細書において、Ｗ型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材１、あるいは、簡単にＷ型光ファイバ母材１と言う。
【００３１】
本明細書における、光ファイバ母材（プリフォーム）と、光ファイバとの関係を明確にしておく。
本明細書において光ファイバ母材とは、最終的に光ファイバに線引きする前の径の大きな母材である。
光ファイバ母材を線引きして最終的な光ファイバを製造したとき、光ファイバ母材と光ファイバとはほぼ相似形をしている。実際には、線引条件やドーパントの拡散により多少形状は変化するが、ほぼ相似形としてもよい。したがって、光ファイバの断面も図１（Ａ）に示した光ファイバ母材の断面とほぼ同じであり、光ファイバの屈折率分布も図１（Ｂ）に図解したものとほぼ同じになる。
なお、最終製品の光ファイバには、クラッド１５の外周に樹脂層が被覆される。
【００３２】
図１（Ａ）は、光ファイバ母材１の概略構造を示しているにすぎず、センタ・コア１１、ディプレスト層１３、クラッド１５の寸法に正確に比例させた縮尺で図解している訳ではない。たとえば、本実施の形態の光ファイバ母材１の寸法は、センタ・コア１１の直径が２〜６μｍであり、ディプレスト層１３の厚さが３〜２０μｍであり、クラッド１５の外径が１２５μｍである。
【００３３】
参考までに、光ファイバ母材１の形成から光ファイバの製造までを簡単に述べる。
【００３４】
工程１：センタ・コア母材は、ＶＡＤ法やＯＶＤ法でコアスートを製造し、ガラス化装置で透明化して、必要に応じて延伸して所定の径と長さの出発母材（ガラスロッド）を形成する。
【００３５】
工程２：ＯＶＤ装置およびガラス化装置を用いて、出発母材としてのセンタ・コア１１の上に、図２に図解した第１堆積スート１３０（図１（Ａ）のディプレスト層１３に相当する部分）を合成する。
【００３６】
工程３：同様に、ＯＶＤ装置で第１堆積スート１３０をガラス化装置で脱水し、Ｆ素系のガス雰囲気中でＦ素をドープし、焼結し透明化したガラスロッドの上にクラッド部のスートを合成し、ガラス化装置で焼結する。１度に厚いクラッド部分の合成ができない場合は、工程３を複数回繰り返す。
【００３７】
工程４：線引装置において光ファイバ母材１の外径を制御しながら、光ファイバに紡糸する。その後、紡糸した光ファイバの外周に被覆材をコーティングし、被覆材をコーティングした光ファイバを巻き取りリールに巻き取る。
【００３８】
図１（Ａ）、（Ｂ）に図解したＷ型光ファイバ母材１の製造方法について、図２および図３を参照して詳細に述べる。
上述した工程のうち特に、図２および図３を参照して、工程１〜２について詳述する。
図２は本発明の実施の形態で用いるＯＶＤ装置の詳細構成図である。
図３はＷ型光ファイバ母材１およびその光ファイバの製造方法を図解した全体工程図である。
【００３９】
ＯＶＤ装置１００は、ＯＶＤ法によりスートを合成（堆積）させる装置であり、反応容器１０２と、この反応容器１０２に連結して反応容器１０２から部分的に突出しているバーナ収容部（バーナボックス）１０３と、バーナ収容部１０３内に収容されたバーナ１０１と、バーナ収容部１０３と対向した反応容器１０２の壁面に設けられた排気部１０４とを備えている。
【００４０】
ＯＶＤ装置１００はさらにスピンドル機構１０５，１０５を備えている。スピンドル機構１０５，１０５は、出発母材（センタ・コア）１２０の両端に接続されている支持部材１２１を把持している１対のチャック１０６，１０６に結合され、出発母材１２０を長手方向Ｌに往復移動させ、かつ、出発母材１２０の長手方向を回転軸として出発母材１２０を回転させる。すなわち、スピンドル機構１０５，１０５は、出発母材１２０の外周に第１堆積スート（ディプレスト層部分）１３０を堆積させるため、バーナ１０１に対して出発母材１２０を相対運動させる手段である。
【００４１】
上記方法とは異なり、スピンドル機構１０５，１０５を出発母材１２０を回転のみさせ、バーナ１０１が出発母材１２０の長手方向に沿って往復移動させるようにすることもできる。しかしながら、以下、本実施の形態においては、上記したように、スピンドル機構１０５，１０５が出発母材１２０を往復移動させ、かつ、出発母材１２０を回転させる場合について述べる。
【００４２】
バーナ１０１は、チャック１０６，１０６に把持されて、反応容器１０２の内部を往復移動しながら回転される出発母材（センタ・コア）１２０の外周に火炎１１０を当てる。その結果、出発母材１２０の外周に、バーナ１０１で作られた火炎１１０で合成されたガラス微粒子が出発母材の上に堆積して、ディプレスト層１３に該当する第１堆積スート１３０が合成される。
【００４３】
バーナ１０１には、第１ガス供給ライン１６１を介して燃焼ガス供給源１４１から燃焼ガスが供給され、第２ガス供給ライン１６２を介して原料ガス供給源１４２から原料ガスが供給され、第３ガス供給ライン１６３を介してエッチング用ガス供給源１４３からエッチング用ガスが供給されている。
【００４４】
燃焼ガス供給源１４１は、たとえば、水素（Ｈ_２）、酸素（Ｏ_２）をバーナ１０１に供給する。好ましくは、燃焼ガス供給源１４１はさらに、シールガスとして、不活性ガス、たとえば、アルゴン（Ａｒ）も供給する。
【００４５】
原料ガス供給源１４２は、光ファイバの原料として、たとえば、石英ガラス原料（ＳｉＣｌ_４）を供給する。
【００４６】
バーナ１０１は、燃焼ガス供給源１４１から供給される燃焼ガスとシールガスに、原料ガス供給源１４２から供給されるガラス原料を火炎１１０で粒子化させて出発母材１２０に当てて、第１堆積スート（ディプレスト層部分）１３０を合成する。
【００４７】
エッチング用ガス供給源１４３は、本発明のドライエッチングを行うために設けられており、ドライエッチングガスとして、たとえば、塩素ガス（Ｃｌ_２）、または、Ｓｉ_２Ｆ_６、ＳｉＦ_４、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６などのフッ素を含むフッ素系ガスなどのハロゲン系ガスをバーナ１０１に供給する。
【００４８】
ディプレスト層部分１３０の合成の後、ガラス化装置で脱水、Ｆ素ドープ、焼結され透明なガラスロッドとし、必要に応じて延伸を行い、クラッド堆積のための出発母材とする。クラッドはディプレストと同様にシリカスートを堆積させ、ガラス化装置で脱水、焼結して透明なガラスロッドとする。
【００４９】
ＯＶＤ装置１００にはＯＶＤ装置の動作制御を行う制御装置１７０が設けられている。たとえば、制御装置１７０は、ガス供給源に設けてあるマスフローコントローラ（ＭＦＣ）を制御して、ガス供給ライン１６１、１６２、１６３を通過してバーナ１０１に供給されるガス流量を調整する。また、制御装置１７０は、スピンドル機構１０５，１０５の制御なども行う。
以下に述べる各種の制御は、特に断らない限り、制御装置１７０によって制御される。
【００５０】
図３の工程図（フローチャート）を参照して図２に図解したＯＶＤ装置および図示しないガラス化装置を用いてＷ型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材１を製造する方法を述べる。
【００５１】
工程１１（Ｐ１１）：コア用スートの合成
たとえば、ＶＡＤ法またはＯＶＤ法で種棒にセンタ・コア１１用のスートを形成する。このスートの形成においては、屈折率を高めるドーパント、たとえば、ＧｅＯ_２をドープする。
ＯＶＤ法でセンタ・コア１１用のスートを合成する場合は、図２に図解したＯＶＤ装置１００に類似するＯＶＤ装置と、図示しないガラス化装置を用いる。
【００５２】
工程１２（Ｐ１２）：センタ・コアの脱水・焼結処理
合成されたセンタ・コア１１用のスートを、ガラス化装置に導入して脱水・焼結して透明なプリフォームを形成する。
【００５３】
工程１３（Ｐ１３）：センタ・コアの火炎延伸
脱水・焼結したセンタ・コア１１の母材（プリフォーム）を火炎延伸して石英ガラスのロッドに加工する。
【００５４】
工程１４（Ｐ１４）：センタ・コアのウエットエッチング
火炎延伸した石英ガラスのロッドを、たとえば、フッ化水素酸（フッ酸）を用いてウエットエッチングする（０．４〜２ｍｍ直径で削る）。
【００５５】
工程１５（Ｐ１５）：センタ・コアの洗浄・乾燥
フッ酸でウエットエッチング処理した石英ガラスロッドを、純水で洗浄してフッ酸を排除し、その後、乾燥させる。
【００５６】
工程２１（Ｐ２１）：出発母材表面（第１界面）のドライエッチング
純水で出発母材１２０を洗浄しているので、出発母材１２０の表面には水分やＯＨが残っている可能性がある。出発母材１２０の面は第１堆積スート（ディプレスト層部分）１３０と第１界面１２を構成している。そこで、第１界面１２から水分やＯＨを完全に除去する必要がある。また輸送中に表面に付着した空気中のダストなどの異物を除去する必要がある。
本実施の形態においては、ドライエッチングによって第１界面１２から水分やＯＨを排除する。また本実施の形態においては、ＨＦエッチングにより凹凸した表面を火炎により滑らかにする。
以下、その方法を下記に述べる。
【００５７】
（ａ）乾燥させた出発母材（センタ・コア）１２０の支持部材１２１を図２に図解したＯＶＤ装置１００のチャック１０６，１０６に取り付ける。
（ｂ）制御装置１７０は、燃焼ガス供給源１４１から供給される燃焼ガス、必要に応じてはアルゴンなどの不活性ガスをシールガスとしてバーナ１０１に供給するとともに、エッチング用ガス供給源１４３からハロゲン系のガスをバーナ１０１に供給する。エッチング用ガス供給源１４３から供給されるハロゲン系のガスとしては、たとえば、ＳｉＦ_６，ＳｉＦ_４，ＣＦ_４，Ｃ_２Ｆ_６などフッ素系のガスを用いる。
（ｃ）制御装置１７０は、スピンドル機構１０５，１０５を駆動して出発母材１２０を往復移動かつ回転させる。
【００５８】
以上により、エッチング用ガス供給源１４３から供給したフッ素系のガスと、燃焼ガス供給源１４１から供給された燃焼ガスとがバーナ１０１において発生した火炎１１０の熱により前記フッ素系ガスを分解して出発母材１２０の外周の表面をドライエッチングする。
出発母材１２０の表面は第１界面１２に該当する面であり、ドライエッチングによって、第１界面１２から水分やＯＨまたは異物が除去される。ドライエッチングはフッ酸を用いたウエットエッチングと異なり、その後、純水などによる洗浄を必要としない。
【００５９】
ドライエッチングに用いる火炎としては、（ＣＯ＋Ｏ_２）火炎、あるいは、火炎の中心部が水分やＯＨを含まないガス、たとえば、Ｏ_２、あるいは、Ｈｅ、Ａｒなどの不活性ガスなどでその周囲に火炎を形成するような火炎が好ましい。そのため、バーナ１０１としては、通常の多重管バーナやノズルバーナを用いるか、多少ノズルの数を多くしたバーナを用いれば良く、特に付加的装置の設置とか、複雑な操作を必要とはしない。
【００６０】
上記ドライエッチングにおけるエッチング量の管理法について例示する。
【００６１】
第１の方法は、制御装置１７０で燃焼ガス供給源１４１からの燃焼ガス（シールガスも含む）およびエッチング用ガス供給源１４３からのエッチング用ガスの流量およびエッチング時間を制御してバーナ１０１で作るバーナ火炎１１０の温度やエッチングガス流量を調整して出発母材１２０のエッチング量を制御する。基本的には、制御装置１７０でスピンドル機構１０５，１０５の往復移動回数（トラバース回数）を管理して、出発母材１２０のエッチング量を管理する。
【００６２】
第２の方法は、反応容器１０２内または側壁にロッドの外径を測定する外径測定装置（図示せず）を設置し、外径測定装置の計測結果を制御装置１７０で読み取り、出発母材１２０の外径の減少、または、出発母材１２０の外径の変化を計測して、出発母材１２０のエッチング量を管理する。
【００６３】
このような方法でエッチング量を管理すると、過不足無くエッチングでき、界面に水分やＯＨを含まない光ファイバ用母材が合成できる。
【００６４】
工程２２（Ｐ２２）：火炎研磨
制御手段１７０は、エッチングガス供給源１４３から供給されるエッチングガスを止め、また、原料ガス供給源１４２はパージガスだけを供給する（原料は流さない）と、燃料ガス供給源１４１から供給されるガスによる火炎１１０で出発母材１２０の表面をあぶり、出発母材１２０の表面をなだらかにする。この工程は必ずしも必要ではないが、表面があれる場合に行うほうが好ましい。
【００６５】
工程３１（Ｐ３１）：ディプレスト層部分のスート合成
出発母材１２０の表面（第１界面１２）の火炎研磨終了後、制御装置１７０は直ちに、燃焼ガス供給源１４１からは合成用の条件の燃焼ガスおよびシールガスに変更させる。原料ガス供給源１４２からバーナ１０１へパージガスから原料ガスへ切り替えを行う。たとえば、ＳｉＣｌ_４を供給し、火炎研磨後の水分やＯＨまたは異物などが除去された出発母材１２０の上に第１堆積スート（ディプレスト層部分）１３０の合成を行う。このスートはシリカだけを堆積させる。
このように、ドライエッチングに引き続き行われる火炎研磨直後に第１堆積スート（ディプレスト層部分）１３０の合成を行うことにより、スート合成に移行する過程でロッドに新たな水分やＯＨが混入することがなく、ロッドの表面に付着した異物を有効に除去できる。
【００６６】
ドライエッチングされた出発母材１２０の上に第１堆積スート（ディプレスト層部分）１３０を合成する方法について詳細に述べる。
制御装置１７０でスピンドル機構１０５，１０５を介して出発母材１２０を水平方向に往復移動かつ回転駆動して、原料ガス供給源１４２から供給される原料ガスと燃焼ガス供給源１４１から供給される燃焼ガスとが供給されたバーナ１０１で形成された火炎１１０を出発母材１２０に吹きつけて出発母材１２０の上に第１堆積スート（ディプレスト層部分）１３０を合成していく。
【００６７】
第１堆積スート（ディプレスト層部分）１３０の合成の初期段階において、たとえば、初期段階としては数回〜数十回、出発母材１２０をバーナ火炎１１０に対して相対的にトラバースさせて第１堆積スート１３０を合成する期間、工程２１におけるドライエッチングに用いた火炎と同様、バーナ１０１からの火炎１１０としては、（ＣＯ＋Ｏ_２）火炎、あるいは、火炎の中心部が水素や水分を含まないガス、たとえば、Ｏ_２、Ａｒ、Ｈｅなどのガスの周囲に火炎を形成するような火炎を用いることが好ましい。その場合、バーナ１０１の中心のノズル１〜３層程度増した構造にする。スートの合成段階の初期にそのような操作を行うと、スート合成中にバーナ火炎により出発母材１２０に混入する水素や水分が全くないか、ほとんどないためにＯＨによる伝送損失の改善が一層確実に行える。
【００６８】
工程３２（Ｐ３２）：ディプレスト層部分の脱水処理
出発母材１２０の上への第１堆積スート（ディプレスト層部分）１３０の合成が終了したら、出発母材１２０と第１堆積スート１３０とが一体になったロッドをチャック１０６，１０６から外して反応容器１０２の外部に取り出し、ガラス化装置に導入して第１堆積スート１３０の脱水処理を行う。
【００６９】
工程３３（Ｐ３３）：屈折率低下処理（フッ素ドープ処理）
脱水処理した第１堆積スート（ディプレスト層部分）１３０の屈折率をクラッド１５部分の屈折率より低下させるため、ガラス化装置において屈折率を低下させるガス、たとえば、ＳｉＦ_４，Ｓｉ_２Ｆ_６，ＣＦ_４，Ｃ_２Ｆ_６などのフッ素系ガスを用いて第１堆積スート１３０にＦ素をドープするフッ素ドープ処理を行う。
なお、このドープ処理には、Ｆ素を含む広くハロゲンガスを用いることができ、上記フッ素系ガスはＦ素を含むハロゲンガスの例示である。
【００７０】
工程３４（Ｐ３４）：焼結処理
その後、ガラス化装置で第１堆積スート（ディプレスト層部分）１３０を焼結処理する。この焼結処理によってディプレスト層１３部分（プリフォーム）が形成される。
【００７１】
なお、ガラス化装置において、上述したフッ素のドープ処理と焼結処理とを同時に行うこともできる。
また、ガラス化装置において、上述した脱水処理とフッ素ドープ処理とを同時に行うこともできる。
これらの同時作業をどのように行うかは、フッ素ドープ量とガラス化装置の構造によって決定される。
【００７２】
工程３５（Ｐ３５）：火炎延伸
焼結したプリフォーム１３０Ａをバーナ火炎１１０を用いて火炎延伸処理して、第２堆積スート（クラッド部分）１３２の合成の出発母材（第２出発母材）となるロッドを形成する。
【００７３】
工程３６（Ｐ３６）：ウエットエッチング
火炎延伸したロッド（第２出発母材）を次の第２堆積スート（クラッド部分）１３２の合成のために、たとえば、フッ酸を用いてウエットエッチングする（０．４〜２ｍｍ削る）。
【００７４】
工程３７（Ｐ３７）：洗浄・乾燥
ウエットエッチングしたロッド（第２出発母材）を純水で洗浄してフッ酸を除去し、その後、乾燥させる。
【００７５】
工程４１（Ｐ４１）：ディプレスト層部分面（第２界面）ドライエッチング
純水で洗浄した第２出発母材の表面（第２の界面１４）から水分やＯＨ、または、ロッドの輸送中に付着した異物を、ドライエッチングによって完全に除去する。
ドライエッチング方法、および、エッチング量の管理方法などは、工程２１において述べた出発母材表面（第１界面）のドライエッチングと同様である。その概要を下記に述べる。
【００７６】
（ａａ）乾燥させた第２出発母材の支持部材１２１を図２に図解したＯＶＤ装置１００のチャック１０６，１０６に取り付ける。
（ｂｂ）制御装置１７０は、燃焼ガス供給源１４１から供給される燃焼ガス、必要に応じてはアルゴンなどの不活性ガスをシールガスとしてバーナ１０１に供給するとともに、エッチング用ガス供給源１４３からハロゲン系のガスをバーナ１０１に供給する。エッチング用ガス供給源１４３から供給されるハロゲン系のガスとしては、上記同様、たとえば、Ｓｉ_２Ｆ_６，ＳｉＦ_４，ＣＦ_４，Ｃ_２Ｆ_６などフッ素系のガスを用いる。
（ｃｃ）制御装置１７０は、スピンドル機構１０５，１０５を駆動して第２出発母材を所定回数、往復移動かつ回転させる。
【００７７】
以上により、エッチング用ガス供給源１４３から供給したフッ素系のガスと、燃焼ガス供給源１４１から供給されタ燃焼ガスとがバーナ１０１において発生した火炎１１０の熱によりフッ素系ガスを分解して第２出発母材の表面をドライエッチングする。
第２出発母材の表面は第２界面１４に該当する面であり、ドライエッチングによって、第２界面１４に混入した水分やＯＨ、または、第２出発母材の表面に付着した異物が除去される。
ドライエッチングはフッ酸を用いたウエットエッチングと異なり、その後、純水などによる洗浄を必要としない。したがって、ドライエッチング後は水分やＯＨが第２の界面１４に混入したり、界面１４に残留することはない。
【００７８】
この場合も、ドライエッチングに用いる火炎としては、上記同様、（ＣＯ＋Ｏ_２）火炎、あるいは、火炎の中心部が水素（ＯＨ）や水分を含まないガスでその周囲に火炎を形成するような火炎が好ましい。
【００７９】
この場合のドライエッチングによるエッチング量の管理法も上述した第１〜第２の方法と同様である。
このような方法でエッチング量を管理すると過不足無くエッチングでき、第２の界面１４に水分やＯＨを含まない光ファイバ用母材が合成できる。
【００８０】
本実施の形態によるドライエッチング量は、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度である。このように少ないドライエッチング量で済むのは、事前にウエットエッチングにより火炎延伸でロッドに混入した水分やＯＨを除去してあるためである。なお、本実施の形態とは異なり、事前にウエットエッチングしない場合には０．５〜２ｍｍ程度はドライエッチングする必要がある。したがって、本実施の形態によれば、エッチング時間も短縮できた。
【００８１】
工程５１（Ｐ５１）：クラッド部分のスート合成
工程３１：ディプレスト層部分のスート合成において述べたように、第１堆積スート（ディプレスト層部分、第２出発母材）１３０の表面（第２の界面１４）のドライエッチング終了直後、制御装置１７０は直ちにバーナ１０１へのハロゲンガスの供給を停止する一方、原料ガス供給源１４２からバーナ１０１へ原料ガス、たとえば、ガラス原料ＳｉＣｌ_４を供給し、ドライエッチングして水分やＯＨが除去された第２界面１４の上に第２堆積スート（クラッド部分）１３２の合成を行う。
ドライエッチングの終了直後にこのスート合成を行うことにより、第２界面１４に新たな水分やＯＨ、または、新たな異物が付着することを防止できる。
【００８２】
第１堆積スート（ディプレスト層部分）１３０の上に第２堆積スート（クラッド部分）１３２を合成する作業は、出発母材１２０の上に第１堆積スート１３０を合成した作業と同じである。ただし、堆積する量は異なる。
【００８３】
第２堆積スート１３２のスート合成の初期段階においても、たとえば、数回〜数十回、第１堆積スート１３０をバーナ火炎１１０に相対的にトラバースさせて第２堆積スート１３２を合成する際、上記ドライエッチングに用いた火炎と同様、（ＣＯ＋Ｏ_２）火炎、あるいは、火炎の中心部が水素や水分を含まないガス、たとえば、たとえば、Ｏ_２、Ａｒ、Ｈｅなどのガスの周囲に火炎を形成するような火炎を用いることが好ましい。
【００８４】
たとえば、バーナとして５重管バーナを用いて、最内部の１層目にはＨｅとエッチングガス、２層目にはＡｒ、３層目にはＨ_２、４層目にはＡｒ、最外部の５層目にはＯ_２のようにガスを流し、エッチングを行う。スート合成は１層目または２層目、あるいは、１および２層目に原料を供給して行う。
【００８５】
このような処理を行うと、第２界面１４だけでなく、第２界面１４と接する第２堆積スート１３２の面近傍も水分やＯＨが除去されるから、製造する光ファイバ母材の伝送損失の低下が一層確実になる。
【００８６】
工程５２（Ｐ５２）：クラッド部分の脱水／焼結処理
第２堆積スート１３２の合成が終了したら、ロッドをチャック１０６，１０６から外して反応容器１０２の外部に取り出し、ガラス化装置に導入して脱水と焼結処理を行う。
【００８７】
上述した工程における作業で、充分を厚さの第２堆積スート（クラッド部分）１３２が形成されない場合は、再度火炎延伸して、そのロッドを反応容器１０２に導入して、再びスートを合成して、さらにガラス化装置に導入して脱水・焼結処理して、必要な厚さのプリフォームを形成する。それにより、第２堆積スート（クラッド部分）１３２が合成できる。
【００８８】
第２堆積スート（クラッド部分）１３２の外面の界面は、モードフィールド径より充分外なので、第２堆積スート（クラッド部分）１３２の外面をフッ酸などでさらにウエットエッチングする必要はない。また、このように合成したロッドを火炎研磨しても伝送損失の観点において問題はない。
【００８９】
以上のとおり、モードフィールド径内に位置する界面、すなわち、図１（Ａ）の第１界面１２および第２界面１４は、スートの堆積（合成）前に、少なくとも上述した水分やＯＨを除去し、または、異物を除去するドライエッチング処理を行い、実質的に界面部分から伝送損失をもたらす水分やＯＨを除去する。また出発母材に付着した異物を除去することで、焼結工程や線引工程で発生する可能性がある発泡を著しく低減できる。なお、発泡が発生すると、光ファイバ径が変動するという問題が起きる。
【００９０】
すなわち、スート堆積前のドライエッチングにより、出発母材の表面に存在する水分やＯＨまたは異物を排除しているため、製造したＷ型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材１を線引きして、最終的な光ファイバを製造した時、光ファイバの伝送損失は非常に低下する。また発泡による光ファイバ径の変動の発生も少ない。
【００９１】
実験例
以上の方法で製造したＷ型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材１を線引きした光ファイバの伝送損失を測定した。
従来方法で製造したＷ型プロファイルを持つ光ファイバの伝送損失は、波長１．３８μｍにおいて、１ｄＢ／ｋｍであったが、本実施の形態により製造したＷ型プロファイルを持つ光ファイバは、波長１．３８μｍにおいて、０．２８〜０．４５ｄＢ／ｋｍに伝送損失が低下した。
また発泡による光ファイバ径変動について調べたところ、従来は１本の母材で平均１０〜２０回発生していたが、本実施の形態では１０回以下に低減できた。
【００９２】
伝送損失が非常に低いことが要求される光ファイバ、あるいは、波長１．３８μｍまたは１．４２μｍにおける伝送損失が低いことが要求される光ファイバの製造は、本実施の形態による処理と同様の処理を行うことが好ましい。
【００９３】
本実施の形態に基づく、上述したドライエッチングによる界面から水分やＯＨの除去、または、界面表面に付着した異物の除去は、上述したＷ型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材１に限らず、その他種々の光ファイバ母材の製造にも適用できることは言うまでもない。
【００９４】
第２実施の形態
本発明の光ファイバ母材の製造方法と製造装置の第２実施の形態として、コアの有効断面積を広げたＭ型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材を製造する方法とその装置について述べる。
【００９５】
図４（Ａ）はＭ型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材の断面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に図解した光ファイバ母材の屈折率のプロファイルを図解した図であ。
【００９６】
図４（Ａ）に図解した光ファイバ母材２は、中心に位置するセンタ・コア（第１コア）２１と、センタ・コア２１の外周に位置する第２コア２３と、第２コア２３の外周に位置する第３コア２５と、第３コア２５の外周に位置するクラッド２７とを有している。
このように、この光ファイバ母材２は、中心から外部に向かって、第１層目のセンタ・コア（第１コア）２１と、第２層目の第２コア２３と、第３層目の第３コア２５と、第４層目のクラッド２７とを有しており、センタ・コア２１と第２コア２３との間に第１界面２２、第３コア２５とクラッド２７との間に第２界面２６が存在する。
第２コア２３と第３コア２５とは一括して合成するので、第２コア２３と第３コア２５との間には界面は存在しない。
２つの界面２２、２６は共にモードフィールドの中にあり、伝送損失に影響を及ぼす。
【００９７】
図４（Ｂ）に図解したように、屈折率を変化させるドーパントが混入されていないガラス微粒子（ＳｉＣｌ_２）を堆積させた石英ガラスのみのクラッド２７の屈折率を基準に屈折率の大小関係を比較すると、クラッド２７の屈折率に対してセンタ・コア２１の屈折率はΔ２１だけ低く、第２コア２３の屈折率はΔ２２だけ高く、第３コア２５の屈折率はΔ２３だけ高い。
屈折率の大きさを比較すると、第２コア２３の屈折率、第３コア２５の屈折率、クラッド２７の屈折率、センタ・コア２１の屈折率の順序で大きい。
クラッド２７は屈折率を変化させるドーパントが混入されていないか、または、塩素がドープされた石英ガラスで形成されており、センタ・コア２１はクラッド２７より屈折率を低下させるＦ素がドープされる。第２コア２３および第３コア２５にはそれぞれ屈折率を増加させるドーパント、たとえば、ＧｅＯ_２がドープされている。一体的に合成される第２コア２３と第３コア２５とはドーパントの量などを調整して屈折率を異ならせている。
【００９８】
図４（Ｂ）に図解したように、この光ファイバ母材２の屈折率のプロファイルはＭ字状をしているので、本明細書においては光ファイバ母材をＭ型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材２、または、略してＭ型光ファイバ母材２と呼ぶ。
【００９９】
Ｍ型光ファイバ母材２とそれを線引きして形成した光ファイバとの相似関係は第１実施の形態のＷ型光ファイバ母材１と光ファイバと同様である。
【０１００】
図４（Ａ）、（Ｂ）に図解したＭ型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材２および光ファイバの製造方法の概要について述べる。
ＶＡＤ法またはＯＶＤ法などで作られたシリカスートにＦ素をドープして透明化したガラスロッドを所定の径に延伸した出発母材としてのセンタ・コア２１とする。
出発母材の上にＯＶＤ装置でＧｅＯ_２をドープしたスートを堆積して、第２コア２３を合成し、引き続き連続して、第２コア２３の上に第３コア２５を合成する。その後、脱水・焼結して延伸した後、クラッド２７を合成する。
合成したＭ型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材２を線引装置で紡糸して光ファイバを製造する。製造された光ファイバに樹脂被覆をコーティングし、巻き取り装置においてボビンに巻き取る。完成したプリフォームから光ファイバを製造する方法は、基本的に、第１実施の形態と同様である。
【０１０１】
第２実施の形態においては、ロッドの延伸に電気炉延伸装置を用いる。すなわち、第２実施の形態では第１実施の形態における火炎延伸処理に代えて、電気炉延伸装置を用いた不活性ガス雰囲気でロッドの延伸処理を行う。
そのため、第２実施の形態においては、第１実施の形態における火炎延伸のように、その後の処理としてフッ酸などを用いたウエットエッチングを行う必要がない。ウエットエッチングが不要になることは、その後に行う純水を用いてフッ酸を洗浄し、その後、乾燥させる工程が不要となるという利点がある。また、純水を使用することによる水分の残りの心配がない。
【０１０２】
第１実施の形態においては、クラッド１５より屈折率の高いセンタ・コア１１を形成するため屈折率を高めるドーパントをドープしたが、第２実施の形態においては、逆にセンタ・コア２１を形成するため屈折率を低下させるＳｉＦ_４、Ｓｉ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６などのフッ素（Ｆ）を含有するフッ素系ガスなどのＦ素を含有するハロゲンガスを用いてＦ素をドープした。
【０１０３】
図５のＯＶＤ装置１００Ａの構成について述べる。
ＯＶＤ１００Ａは、基本的に図２のＯＶＤ装置１００から、エッチング用ガス供給源１４３および第３ガス供給ライン１６３を排除した構成である。ＯＶＤ装置１００Ａのその他の構成は、図２のＯＶＤ装置１００の構成と同様である。
【０１０４】
図６を参照して、Ｍ型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材２を製造する方法を述べる。
【０１０５】
工程１１１（Ｐ１１１）：センタ・コア２１の合成
（ａ）センタ・コア２１部分を、図示しないＶＡＤ装置またはＯＶＤ装置でスートとして合成する。
（ｂ）合成したスートをガラス化装置で脱水・Ｆ素ドープ・焼結処理を行う。（ｃ）センタ・コア２１部分の屈折率をクラッド２７の屈折率より低くするため、ガラス化装置内で脱水処理後にセンタ・コア２１部分に、たとえば、ＳｉＦ_４、Ｓｉ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６などのフッ素（Ｆ）を含有するフッ素系ガス雰囲気中でＦ素のドープ処理を行う。
（ｄ）スートをガラス化装置で焼結して透明ガラス化したセンタ・コア２１部分を形成する。
これにより出発母材となる、第１のプリフォーム（光ファイバ母材）が形成できる。
【０１０６】
製造時間を短縮するため、上記ガラス化装置における焼結処理（ｂ）と上記フッ素系ガスのドープ処理（ｃ）とを同時に行うこともできる。
【０１０７】
工程１１２（Ｐ１１２）：電気炉延伸装置内でのスートの延伸
合成された第１のプリフォーム（センタ・コア２１部分）を、不活性ガス、たとえば、アルゴンを封入した不活性雰囲気の電気炉延伸装置内で加熱・延伸する。
電気炉延伸装置内での加熱・延伸処理は、第１実施の形態における火炎延伸とは異なる。第１実施の形態の火炎延伸は水分やＯＨがロッドに混入する可能性が高いが、第２実施の形態の電気炉延伸装置内での延伸処理では原理的に水分やＯＨが混入しない。
【０１０８】
工程１２１（Ｐ１２１）：第１界面部分のドライエッチング
第２実施の形態における電気炉延伸装置による延伸処理は、第１実施の形態の火炎延伸とは異なり水分やＯＨがロッドに混入しないので、原則として、延伸処理後、第１界面２２となるセンタ・コア２１の表面について、第１実施の形態の工程１４におけるフッ酸などによるウエットエッチング処理は不要である。
しかしながら、第１のプリフォーム（センタ・コア２１部分）の移動（輸送）中あるいは保管中に第１のプリフォームの表面に空気中のダストなどの異物が付着したり、電気炉延伸装置内の延伸処理中に異物が付着する可能性はあるので、下記のドライエッチングをすることが望ましい。
【０１０９】
その処理として、図２に図解したＯＶＤ装置１００を用いる場合について述べる。電気炉延伸装置内で延伸したプリフォームロッドを、図２に図解したＯＶＤ装置１００に導入して、スート合成用バーナまたは表面処理専用バーナに燃焼用バーナに不活性ガスとともに、ハロゲン系ガスを供給して、プリフォームロッドを軽くウエットエッチングするか、塩素ガス、あるいは塩素系のガスでプリフォームロッドの表面をクリーニングする。
【０１１０】
エッチング用ガスとしてはＦ素を含むハロゲン系ガスが好ましく、ハロゲン系のガスとしては、たとえば、ＳｉＦ_４、Ｓｉ_２Ｆ_６、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６などのフッ素（Ｆ）を含有するフッ素系ガスを用いる。このように、フッ素系のガスをバーナに供給し、燃焼ガス供給源からバーナに供給された燃焼ガスと反応させたバーナ火炎によりプリフォームロッドをドライエッチングする。
【０１１１】
ドライエッチングに用いる火炎としては、前述したように、（ＣＯ＋Ｏ_２）火炎、あるいは、火炎の中心部が水素や水分を含まないガスでその周囲に火炎を形成するような火炎が好ましい。
【０１１２】
エッチング量の管理法は第１実施の形態において述べたと同様に行う。
【０１１３】
工程１３１（Ｐ１３１）：第２コア、第３コアのスート合成
ドライエッチング終了後、即座に、第１実施の形態と同様、スートの合成を開始して、第２コア部分のスートおよび第３コアの部分のスートを順次、堆積していく。その方法を下記に述べる。
【０１１４】
制御装置１７０Ａはスピンドル機構１０５，１０５を駆動して、出発母材１２０Ａを水平方向に往復移動かつ回転させる。
制御装置１７０Ａはさらに、燃焼ガス供給源１４１からバーナ１０１に燃焼ガスを供給し、且つ、原料ガス供給源１４２からバーナ１０１へ原料ガス、たとえば、ＳｉＣｌ_４と、屈折率を高めるドーパント、たとえば、ＧｅＣｌ_４とを供給し、出発母材１２０Ａの上に、順次、第２コア２３と第３コア２５となるスート（（ＳｉＯ_２＋ＧｅＯ）の堆積スート１３０）を合成する作業を開始する。
【０１１５】
第２実施の形態では、第２コア２３と第３コア２５とは連続して一括して第１堆積スート１３０Ａとして形成するが、制御装置１７０Ａは第２コア２３と第３コア２５との屈折率が図４（Ｂ）に図解したようなプリフォームの屈折率になるように、マスフローコントローラを制御してバーナ１０１に供給する原料ガスと酸水素とシールガス（アルゴン）との流量を調整する。
【０１１６】
スート合成の初期段階において、たとえば、数回〜数十回、出発母材１２０Ａをトラバースさせて第１堆積スート１３０Ａを合成する期間、上記同様、（ＣＯ＋Ｏ_２）火炎、あるいは、火炎の中心部に水分やＯＨを含まないガスでその周囲に火炎を形成するような火炎を用いることが好ましい。そうすると、スート合成中に出発母材に水分やＯＨが混入しない。その結果、最終製品の光ファイバの伝送損失を一層低減させることができる。後者のバーナとしては、６重管〜９重管バーナを用い、内側の３〜４層には水素や炭化水素を流さないようにした。
【０１１７】
工程１３２（Ｐ１３２）：脱水・焼結処理
第２コア２３および第３コア２５に相当する所定量の堆積スート１３０Ａの合成が終了したら、第１堆積スート１３０ＡをＯＶＤ１００Ａのチャック１０６，１０６から外して反応容器１０２の外部に取り出し、ガラス化装置に導入して脱水および焼結処理を行う。これにより、第２コア２３および第３コア２５の部分となる第２のプリフォームロッドが合成できる。
【０１１８】
工程１３３（Ｐ１３３）：第１堆積スートの延伸処理
脱水・焼結処理の済んだ第２のプリフォームロッドを、第１のプリフォームロッドについて行ったと同様、不活性雰囲気の電気炉延伸装置に導入して延伸処理を行う。
【０１１９】
工程１４１（Ｐ１４１）：第２界面部分のドライエッチング
電気炉延伸装置による延伸処理は、上述したように、原則として、延伸処理後、第２界面２６となる第３コア２５の表面についてフッ酸などによるウエットエッチング処理は不要である。
しかしながら、第２のプリフォームの移動中、あるいは保管中に第２のプリフォームの表面に異物が付着したり、電気炉延伸装置内の延伸中で異物が付着する可能性があるので、第１実施の形態において述べたと同様、図２に図解したＯＶＤ装置１００においてドライエッチングをすることが望ましい。
【０１２０】
工程１５１（Ｐ１５１）：クラッドのスート合成
工程１３１における第２コア２３および第３コア２５のスート合成と同様、ドライエッチング終了後、即座に、工程１４１で延伸されたロッド（第２コア２３と第３コア２５との延伸ロッド）１３０Ｂを図５のＯＶＤ装置１００Ａの反応容器１０２内に導入し、チャック１０６，１０６で把持させる。
【０１２１】
図５の制御装置１７０Ａは、図２の制御装置１６０と同様の制御を行う。たとえば、制御装置１７０Ａは、たとえば、スピンドル機構１０５，１０５を駆動して、出発母材１２０Ａを水平方向に往復移動かつ回転させる。また制御装置１７０Ａは、マフフローコントローラを制御して、燃焼ガス供給源１４１からバーナ１０１に燃焼ガスを供給し、且つ、原料ガス供給源１４２からバーナ１０１へ原料ガス、すなわちガラス原料ＳｉＣｌ_４を供給し、クラッド２７となるスート（堆積スート１３２Ａ）を合成する作業を開始する。
【０１２２】
このスート合成の初期段階において、第１実施の形態と同様、たとえば、数回〜数十回、出発母材１２０Ａをトラバースさせて第２堆積スート１３２Ａを合成する期間、上記同様、（ＣＯ＋Ｏ_２）火炎、あるいは、火炎の中心部に水分やＯＨを含まないガスでその周囲に火炎を形成するような火炎を用いることが好ましい。そうするとスート合成中に出発母材に水分やＯＨが混入しない。その結果、最終製品としての光ファイバの伝送損失を一層低減することができる。
【０１２３】
工程１５２（Ｐ１５２）：脱水・焼結処理
クラッド２７に相当する堆積スート１３２Ａの合成が終了したら、第２堆積スート１３２Ａを図５のＯＶＤ装置１００Ａのチャック１０６，１０６から外して反応容器１０２の外部に取り出し、ガラス化装置に導入して脱水および焼結処理を行う。これにより、クラッド２７の部分となる第３のプリフォームロッドが合成できる。
【０１２４】
制御装置１７０Ａは、第１実施の形態と同様、上記ドライエッチングにおけるエッチング量の管理を行う。
【０１２５】
上述した工程における作業で、充分にクラッド２７が形成されない場合は、再度、電気炉延伸装置を用いてロッドを延伸して、さらに図５に図解したＯＶＤ装置１００Ａに導入してスートを合成して、再び、ガラス化装置に導入して脱水・焼結して最終的なプリフォームを形成する。
【０１２６】
クラッド２７の外面の界面はモードフィールド径より十分外なので、クラッド２７のためのスート堆積前のロッドをフッ酸などでドライエッチングする必要はない。また、ロッドを火炎研磨しても問題はない。
【０１２７】
伝送損失が非常に低いことが要求される光ファイバ、あるいは、波長１．３８μｍまたは１．４２μｍにおける伝送損失が低いことが要求される光ファイバの製造は上記同様の処理を行うことが好ましい。
【０１２８】
以上のとおり、モードフィールド径内に位置する界面、たとえば、図４（Ａ）の第１界面２２および第２界面２６は、第２および第３コアのためのスートの合成前のドライエッチング処理により水分やＯＨが除去され、電気炉延伸装置内もロッドの運搬中にロッドの表面に付着した異物が除去される。したがって、このように製造したＭ型プロファイルを持つ光ファイバ母材２の第１界面２２および第２界面２６における発泡が非常に少なくなる。また、図５に図解したＯＶＤ装置１００Ａでスートを合成する際に、バーナ火炎により混入する可能性のある水分やＨ_２が入らない火炎とすることで界面の水分やＨ_２の量を著しく低減できる。
【０１２９】
以上の方法で製造したＭ型プロファイルを持つ光ファイバ母材を線引きして光ファイバを製造した時の伝送損失を測定した。
従来方法で製造したＭ型プロファイルを持つ光ファイバの伝送損失は、波長１．３８μｍにおいて、１ｄＢ／ｋｍであったが、第２実施の形態により製造したＭ型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材２は、波長１．３８μｍにおいて、０．２８〜０．４５ｄＢ／ｋｍに伝送損失が低下した。さらに、線引での発泡による光ファイバ径の変動も、従来の半分以下に低減できた。
【０１３０】
第３実施の形態
図７（Ａ）はセグメント型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材３の断面図であり、図７（Ｂ）はその屈折率プロファイルを図解した図である。
図７（Ａ）に図解したセグメント型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材３は、センタ・コア３１と、センタ・コア３１の外周に位置するディプレスト層３３と、ディプレスト層３３の外周に位置するセグメント層３５と、セグメント層３５の外周に位置するクラッド３７とを有する。
【０１３１】
このセグメント型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材３には、センタ・コア３１とディプレスト層３３との間に第１界面３２が存在し、ディプレスト層３３とセグメント層３５との間に第２界面３４が存在し、セグメント層３５とクラッド３７の間に第３界面３６が存在する。これら第１界面３２、第２界面３４、第３界面３６はモードフィールド内にある。
【０１３２】
図７（Ｂ）に図解したように、屈折率を変化させるドーパントがドープされていないクラッド３７の屈折率を基準にとると、センタ・コア３１の屈折率がクラッド３７の屈折率よりΔ３１だけ高く、ディプレスト層３３の屈折率がΔ３２だけ低く、セグメント層３５の屈折率がΔ３３だけ高い。
【０１３３】
セグメント型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材３の製造において、クラッド３７より屈折率の高いセンタ・コア３１およびセグメント層３５の製造には屈折率を増加させるドーパント、たとえば、ＧｅＯ_２をドープし、クラッド３７より屈折率の低いディプレスト層３３には屈折率を低下させるドーパントとして、たとえば、Ｆ素をドープする。
【０１３４】
セグメント型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材３の製造に際しても、センタ・コア３１をＯＶＤ法またはＶＡＤ法で製造し、ディプレスト層３３、セグメント層３５およびクラッド３７を図２のＯＶＤ装置１００、ガラス化装置、電気炉延伸装置を用いて製造することができる。
【０１３５】
モードフィールド内に第１界面３２、第２界面３４および第３界面３６に対するドライエッチング処理、および、第１界面３２の外側に位置するディプレスト層３３、第２界面３４の外側に位置するセグメント層３５、および、第３界面３６の外側に位置するクラッド３７の初期段階のスート合成時に、第１および第２実施の形態として述べたように、たとえば、数回〜数十回、出発母材１２０Ａをトラバースさせて第２堆積スート１３２Ａを合成する期間、上述したように、（ＣＯ＋Ｏ_２）火炎、あるいは、火炎の中心部がＯＨや水分を含まないガスでその周囲に火炎を形成するような火炎を用いることが好ましいことは、第３実施の形態のセグメント型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材３の製造においても同様である。
【０１３６】
本発明の例示的な複数の実施の形態について述べたが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。
たとえば、図２および図５に図解したＯＶＤ装置においては、バーナ１０１が固定しており、出発母材１２０が水平方向に往復移動し、かつ、回転する場合を述べたが、それとは逆にバーナ１０１が水平方向に往復移動し、出発母材１２０は水平方向には移動せず、回転のみするように構成することもできる。
【０１３７】
第１実施の形態として図１〜図３を参照して述べたＷ型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材１の製造方法およびその装置において、ディプレスト層１３およびクラッド１５の製造の際、ロッドの延伸を火炎延伸処理し、第１界面１２および第２の界面１４のドライエッチングを図２に図解したＯＶＤ１００で行う例を述べたが、ロッドの延伸に電気炉延伸装置を用い、第１界面１２および第２の界面１４のエッチングに図２に図解したＯＶＤ装置１００を用いることもできる。
【０１３８】
逆に、第２実施の形態において、Ｍ型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材２の製造の際、第２コア２３、第３コア２５およびクラッド２７の製造のために、電気炉延伸装置を用いてロッドの延伸を行い、図２に図解したＯＶＤ装置１００を用いて第１界面２２、第２界面２６のドライエッチングを行ったが、第１実施の形態と同様、ロッドの延伸を火炎延伸法で行うこともできる。
【０１３９】
【発明の効果】
本発明によれば、モードフィールド内に少なくとも１つの界面を有し、その界面の前後のスートを異なる方法で製造する際、表面に水分やＯＨが反応した層がある場合や、ロッドの輸送中などにおいてロッドの表面に異物が付着している場合でも、スートを合成する前にドライエッチングを施すことにより、界面に混入した水分やＯＨや、あるいは、光ファイバ母材の表面に付着したに異物を除去することができる。また、異物などに起因する発泡の発生による光ファイバ径の変動を抑制することもできる。
【０１４０】
好ましくは、上記エッチングの直後、ＯＶＤ装置でスートを合成する時に、スート堆積初期、たとえば、ロッドを数回〜数十回トラバースする間、バーナ火炎を、（ＣＯ＋Ｏ_２）火炎、あるいは、火炎の中心部が水素や水分を含まないガスでその周囲に火炎を形成するような火炎を用いることにより、一層、ロッドに水分やＯＨが混入させないでスートを堆積することができる。その結果、最終製品の光ファイバにおける伝送損失を一層低下させることができ、加えて、異物などの存在に起因する発泡に伴う光ファイバ径の変動を非常に抑制することができる。
【０１４１】
以上のように本発明によって製造した光ファイバ母材から光ファイバを製造すると、伝送損失の低い光ファイバ、および、光ファイバ径の変動が少ない光ファイバが製造できる。
【０１４２】
本発明の光ファイバ母材を製造する装置は、専用装置を必要とせず、既存のＯＶＤ装置のガス供給源にエッチング用のガス供給源を追加し、それに伴いバーナを変更するだけで実現することができる。したがって、装置価格が高価にならず、製造工程も増加しないという効果を奏する。その結果、光ファイバ母材はもとより、最終製品の光ファイバの価格を高騰させることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は本発明の第１実施の形態の光ファイバ母材の断面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に図解した光ファイバ母材の屈折率のプロファイルを図解した図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態に用いる外付け法（ＯＶＤ法）でスートを合成するＯＶＤ装置の構成図である。
【図３】図３は本発明の第１実施の形態のＷ型光ファイバ母材の製造方法を示す工程図である。
【図４】図４（Ａ）は本発明の第２実施の形態の光ファイバ母材の断面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に図解した光ファイバ母材の屈折率のプロファイルを図解した図である。
【図５】図５は本発明の第２実施の形態に用いるＯＶＤ装置の構成図である。
【図６】図６は本発明の第２実施の形態のＷ型光ファイバ母材の製造方法を示す工程図である。
【図７】図７（Ａ）は本発明の第３実施の形態の光ファイバ母材の断面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）に図解した光ファイバ母材の屈折率のプロファイルを図解した図である。
【符号の説明】
１・・Ｗ型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材
１１・・センタ・コア、１２・・第１界面
１３・・ディプレスト層、１４・・第２の界面
１５・・クラッド
２・・Ｍ型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材
２１・・センタ・コア、２２・・第１界面
２３・・第２コア、２５・・第３コア
２６・・第２界面、２７・・クラッド
３・・セグメント型の屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材
３１・・センタ・コア、３２・・第１界面
３３・・ディプレスト層、３４・・第２界面
３５・・セグメント層、３６・・第３界面
３７・・クラッド
１００、１００Ａ・・光ファイバ母材製造装置
１０１・・バーナ、１０２・・反応容器
１０３・・バーナ収容部（バーナボックス）
１０４・・排気部、１０５・・スピンドル機構
１０６・・チャック、１２０・・出発母材、１２１・・支持部材
１３０・・第１堆積スート（ディプレスト層部分）
１３２・・第２堆積スート（クラッド部分）
１４１・・燃焼ガス供給源、１４２・・原料ガス供給源
１４３・・エッチング用ガス供給源
１６１〜１６４・・ガス供給ライン
１７０、１７０Ａ・・制御装置

Claims (14)

1. モードフィールド内に少なくとも１の界面を持つ光ファイバ母材を製造する方法において、
   バーナからでるバーナ火炎でスートを堆積させる工程において、前記バーナ火炎内に水酸基および／または水分が発生しない燃焼ガスを用いた火炎で、スート堆積前の出発母材を加熱する、
   ことを特徴とする、光ファイバ母材の製造方法。
2. 前記燃焼ガスにハロゲンガスを含む、
   請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
3. 前記燃焼ガスを前記スート堆積前の出発母材に当てた直後、あるいは、前記火炎にて、前記スートの堆積を行う、
   請求項１または２記載の光ファイバ母材の製造方法。
4. 前記燃焼ガスで前記スート堆積前の前記出発母材を加熱した直後のスート堆積の少なくとも初期段階まで、前記水酸基および／または水分が発生しない燃焼ガスを用いてスートを合成する、
   請求項３記載の記載の光ファイバ母材の製造方法。
5. 前記燃焼ガスを用いた火炎を前記スート堆積前の出発母材に当てる工程をＯＶＤ法で行う、
   請求項１〜４いずれか記載の光ファイバ母材の製造方法。
6. 前記スート堆積をＯＶＤ法で行う、
   請求項３〜５いずれか記載の光ファイバ母材の製造方法。
7. 前記スート堆積前の前記燃焼ガスを用いた火炎を前記出発母材に当てる時間は、前記出発母材のエッチング量を測定して決定する、
   請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
8. 前記スート堆積前の前記燃焼ガスを用いた火炎を前記出発母材に当てる時間は、前記バーナに供給するガスの流量を制御して管理する、
   請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
9. 前記スート堆積の初期段階の検出として、前記火炎と前記出発母材との相対運動回数を用いる、
   請求項４記載の光ファイバ母材の製造方法。
10. 前記スート堆積後のロッドの延伸を、前記バーナ火炎による火炎延伸で行う、
    請求項１〜９いずれか記載の光ファイバ母材の製造方法。
11. 前記スート堆積後のロッドの延伸を、不活性雰囲気の電気炉延伸装置を用いて行う、
    請求項１〜９いずれか記載の光ファイバ母材の製造方法。
12. モードフィールド内に少なくとも１の界面を有する光ファイバ母材を製造する装置であって、
    出発母材にスートを堆積する前に、バーナ火炎内に水酸基および／または水分が実質的に発生しない燃焼ガスを用いた火炎を前記スート堆積前の出発母材に当てる手段と、
    前記燃焼ガスを前記スート堆積前の出発母材に当てた直後、前記スートの堆積を行う手段と
    を有する、光ファイバ母材の製造装置。
13. 前記燃焼ガスはハロゲンガスを含む、
    請求項１２記載の光ファイバ母材の製造装置。
14. 前記スートの堆積を行う手段は、前記スート堆積の少なくとも初期段階まで前記水酸基および／または水分が発生しない燃焼ガスを用いてスートを合成する手段をさらに有する、
    請求項１２または１３記載の光ファイバ母材の製造装置。

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