JP2013056794A

JP2013056794A - ガラス微粒子堆積体の製造方法及び光ファイバ用ガラス母材

Info

Publication number: JP2013056794A
Application number: JP2011195398A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Enomoto; 正榎本
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2013-03-28

Abstract

【課題】コア相当部分で所定の屈折率分布が形成できているか否かを確認するためのプリフォームアナライザーによる測定（以下「ＰＡ測定」という）の際に、ＰＡ測定に用いられるレーザ光の回折の影響を防ぐことのできるプリフォームを提供する。
【解決手段】ガラス原料ガスと火炎形成ガスとをバーナ１に供給し、バーナ１が噴出する酸水素火炎中でガラス微粒子を生成するとともに、生成したガラス微粒子を、成長軸方向に引き上げながら軸線を中心として回転する出発材２に対して堆積させて、ガラス微粒子堆積体３を製造する際に、出発材２の回転速度を、２値以上の設定値の間で変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバ用ガラス母材の材料となるガラス微粒子堆積体の製造方法及びこのガラス微粒子堆積体からなる光ファイバ用ガラス母材に関する。

ガラス微粒子堆積体の製造方法は、ガラス原料であるＧｅ(ゲルマニウム）化合物(例えばＧｅＣｌ₄：四塩化ゲルマニウム）及びＳｉ(ケイ素）化合物（例えばＳｉＣｌ₄：四塩化ケイ素）のガスをバーナに投入し、火炎中で加水分解してガラス微粒子（以下「スス」という）を生成し、このススを、回転しながら成長軸方向に沿って上昇引上げする出発材の外周面に堆積させる(以下、「スス付け」という)ことによって製造する製造方法（ＶＡＤ法）が知られている。また、バーナを成長軸方向に沿って出発材に対して相対的に往復トラバースさせながら、軸線を中心として回転する出発材の外周面に生成したススをスス付けさせることによって製造する製造方法（ＯＶＤ法）が知られている。

前述の製造方法で製造したガラス微粒子堆積体を、焼結炉中で加熱しながら焼結することによって、円柱状の透明ガラス体の光ファイバ用ガラス母材を製造することができる。

このような光ファイバ用ガラス母材は、線引き作業の前に、コア相当部分で所定の屈折率分布が形成できているか否かを確認するため、プリフォームアナライザーによる測定（以下「ＰＡ測定」という）を行う場合がある。

通常のＶＡＤ法やＯＶＤ法による光ファイバ用ガラス微粒子堆積体の製造方法では、前述したように、出発材を回転しながら徐々に引き上げたり、回転させながらトラバースさせたりするため、１回転中に堆積するススが一つの層となり、堆積するスス体は層状となる。通常は回転速度を一定とするため、１層の厚みもほぼ一定となり、製造されたガラス微粒子堆積体からなる光ファイバ用ガラス母材には、出発材の回転周期に応じた縞状のすじ（脈理）が発生する。

このような脈理は、１回転中の堆積部の温度変化などにより光ファイバ用ガラス母材の屈折率制御をするために添加しているドーパント(Ｇｅ等)の濃度や嵩密度が変動することによって生じると考えられ、この脈理が生じている光ファイバ用ガラス母材内には、周期的な屈折率変化が発生している。

ＰＡ測定では、ガラス母材側面からレーザ光を入射し、透過したレーザ光のパターンを測定することにより、屈折率分布を測定するが、ガラス母材に周期的屈折率変化があると、このＰＡ測定レーザ光が回折するため、偏向角が正確に計測できなくなり、測定される屈折率分布の一部に乱れが生じる。この乱れは、ＰＡ測定結果から計算される特性値に誤差が生じる原因となる。

前述のＰＡ測定を正確に行うため、特許文献１に記載のように、脈理の生じた光ファイバ用ガラス母材を通過した光の光軸上をスリットが通過することにより、入射したＰＡ測定レーザ光と光ファイバ用ガラス母材内の周期的変化との相互作用によって発生する高次の回折光を除外し、０次光のみを検出することで屈折率分布を測定する方法が提案されている。

また、特許文献２に記載のように、光ファイバ用ガラス母材の周期的変化や構造に合わせ、ＰＡ測定レーザ光のビーム径を断続的に変化させながら屈折率分布を測定する方法が提案されている。

また、特許文献３に記載のように、断続的に引き上げる光ファイバ母材の横断面形状をほぼ円形とするために、非周期的変動を伴う回転速度で連続的に回転させる方法が提案されている。

特開平６−３４７３７２号公報特開平８−２０１２２１号公報特開平４−２７５９３４号公報

しかしながら、特許文献１の従来技術では、光ファイバ用ガラス母材の脈理が強く、回折の程度が大きい場合には、０次光強度が弱くなり、０次光のみを検出する手法でＰＡ測定を行っても、正確な光ファイバ用ガラス母材の屈折率構造の情報を得ることができないという問題がある。

また、特許文献２の従来技術では、基本的に光ファイバ用ガラス母材の脈理の構造が非常に細かく複雑なため、その構造に合わせて最適なＰＡ測定レーザ光のビーム径を選択しつつＰＡ測定を行うのは非常に難しく、しかも、複雑な制御を要するという問題がある。

一方特許文献３の従来技術では、支持棒を非周期的変動を伴う回転速度で回転させることにより、周方向の密度分布に規則性を持たせないようにしているが、脈理を対象としたものではなく、また、回転速度をどのような非周期的変動にしたら良いか、といった記載は無い。

本発明は、このような問題に対処することを課題とするものである。すなわち、入射するＰＡ測定レーザ光の回折の影響を防ぐことができること、ＰＡ測定レーザ光の回折の影響を防ぐことで正確な屈折率構造をＰＡ測定できること、正確な屈折率構造をＰＡ測定することでこのＰＡ測定結果から計算される特性値の誤差を小さくすることができること等が、本発明の目的である。

このような目的を達成するために、本発明は、以下の構成を具備するものである。

ガラス原料ガスと火炎形成ガスとをバーナに供給し、該バーナが噴出する酸水素火炎中でガラス微粒子を生成するとともに、生成したガラス微粒子を、成長軸方向に引き上げながら軸線を中心として回転する出発材に対して堆積させて、ガラス微粒子堆積体を製造する製造方法であって、前記出発材の回転速度を、２値以上の設定値の間で変化させることを特徴とする。

前記設定値は、２値間の疑似乱数列に従って変化させることが好ましく、前記２値間の疑似乱数列は、Ｍ系列であることが好ましい。

前記ガラス微粒子堆積体が、光ファイバ用ガラス母材のコア部又はジャケット部を製造するものであることが好ましい。

また、前記の製造方法で製造されたガラス微粒子堆積体により製造されたことを特徴とする光ファイバ用ガラス母材である。

このような特徴を有することで本発明は、以下の効果を奏する。すなわち、出発材の回転速度を、２値以上の設定値の間で変化させながらガラス微粒子を堆積させるようにしたので、脈理の周期（層の厚み）がランダムになり、入射するＰＡ測定レーザ光の回折の影響を防ぐことができる。ＰＡ測定レーザ光の回折の影響を防ぐことで、正確な屈折率構造を測定することができ、このＰＡ測定結果から計算される特性値の誤差を小さくすることができる。

気相軸付け法（ＶＡＤ法）によりガラス微粒子堆積体を製造する製造方法を示す模式図である。 (ａ)は、従来の製造方法により製造されたガラス微粒子堆積体から製造した光ファイバ用ガラス母材における脈理構造の一例を示す模式図であり、(ｂ)は、本発明の製造方法により製造されたガラス微粒子堆積体から製造した光ファイバ用ガラス母材における脈理構造の一例を示す模式図である。 (ａ)は、従来の製造方法により製造されたガラス微粒子堆積体から製造した光ファイバ用ガラス母材の屈折率分布測定結果の一例を示し、一部拡大して示したものである。(ｂ)は、（ａ）と同じ屈折率分布構造の光ファイバ用ガラス母材を、本発明の製造方法により製造した場合の屈折率分布測定結果の一例を示す。

本発明の出発材は、出発棒、ターゲットロッド、ガラスロッド等と呼ばれる石英ガラス製のものである。また、本発明のガラス原料は、例えば、ＧｅＣｌ₄及び高純度のＳｉＣｌ₄等である。また、本発明の火炎形成ガスは、例えば、Ｏ₂(酸素）ガス、Ｈ₂(水素）ガス、Ｎ₂(窒素）ガス等を混合したガスである。

以下、本発明に係るガラス微粒子堆積体の製造方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、ガラス微粒子堆積体を気相軸付け法（ＶＡＤ法）により製造する製造方法を示す模式図である。

この製造方法は、排気装置（図示せず）を有する反応容器（図示せず）内において、少なくとも、ガラス原料ガスと火炎形成ガスとをバーナ１に供給し、バーナ１が噴出する酸水素火炎中でススを生成するとともに、生成したススを、成長軸方向に引き上げながら軸線を中心として回転する出発材２の外周面にスス付けして、ガラス微粒子堆積体３を製造する製造方法である。

このように製造されたガラス微粒子堆積体３を、加熱焼結することによって、透明な光ファイバ用ガラス母材(図示せず)を製造することができる。この光ファイバ用ガラス母材を線引きする前に、コア相当部分で所定の屈折率分布が形成できているか否かを確認するため、プリフォームアナライザーによる測定（以下「ＰＡ測定」という）を行う。

以下では、本発明（以下「実施例」という）による製造方法で製造されたガラス微粒子堆積体３から製造した光ファイバ用ガラス母材の屈折率分布と、従来（以下「比較例」という）の製造方法で製造されたガラス微粒子堆積体から製造した光ファイバ用ガラス母材の屈折率分布とをＰＡ測定によって測定し、両者を比較した結果について説明する。

実施例の製造方法及び比較例の製造方法共に、ガラス原料としてＧｅＣｌ₄及び高純度のＳｉＣｌ₄を、火炎形成ガスとしてＯ₂及びＨ₂等を用いて、図１に示すＶＡＤ法によりガラス微粒子堆積体３を製造した。

スス付け時においては、所望する光ファイバの屈折率分布になるようにガラス原料の流量などを調整し、堆積させる。ここでは、ＧＩ（グレーデッドインデックス）型の光ファイバを製造するため、光ファイバ用ガラス母材の屈折率分布がα乗分布となるように調整する。尚、ＧＩ型の光ファイバを例に説明するが、特にＧＩ型に限定するものではなく、通常のシングルモードファイバにおいても本発明の製造方法は適用可能である。このようにスス付けされた光ファイバ用ガラス微粒子堆積体３は、焼結されて透明な光ファイバ用ガラス母材となる。

ガラス微粒子堆積体３の製造時において、実施例の製造方法では、スス付け時の出発材２の回転速度を、表１に示すように、３０ｒｐｍと５０ｒｐｍの２値間でＭ系列（レジスター個数ｎ＝６、Ｍ系列周期Ｎ＝６３）に従って、Ｍ系列の先頭列から最終列へ変更周期１秒で変化させた。また、Ｍ系列の最終列まで至ったときに再度先頭列から変化を開始させ、これをスス付け終了まで繰り返した。尚、この場合、回転速度の平均値は４０ｒｐｍとなる。

実施例の製造方法に対して比較例の製造方法では、スス付け時の出発材２の回転速度を、スス付け開始からスス付け終了まで４０ｒｐｍに固定した。

このように製造したガラス微粒子堆積体３から製造した光ファイバ用ガラス母材における比屈折率差(Δｎ)の変動として現れる脈理構造の一例を図２(ａ)（比較例）、(ｂ)（実施例）に示し、各々の光ファイバ用ガラス母材をＰＡ測定して屈折率分布を測定した結果の一例を図３(ａ)（比較例）、(ｂ)（実施例）に示す。

比較例の製造方法では、スス付け時において出発材２が一定回転速度で回転しているため、１層の厚みがほぼ一定となるガラス微粒子堆積体３が製造される。そのため、このガラス微粒子堆積体３から製造した光ファイバ用ガラス母材内には、図２(ａ)に示すように、出発材２の一定回転速度に対応する一定周期の脈理が現れている。

このような、光ファイバ用ガラス母材をＰＡ測定して屈折率分布を測定した結果、比較例の製造方法では、図３(ａ)に示すように、屈折率分布の一部に不連続段差Ａが発生した。この不連続段差Ａは、脈理による回折現象の影響によるものと考えられる。すなわち、光ファイバ用ガラス母材には、一定周期の脈理に対応する一定周期の屈折率変化が生じ、この屈折率変化によって入射するＰＡ測定レーザ光が回折することにより、屈折率分布に乱れ（不連続段差Ａ）が生じたものと判断できる。

したがって、比較例の製造方法により製造された光ファイバ用ガラス母材では、入射するＰＡ測定レーザ光の回折現象により、正しいＰＡ測定ができない（正確な屈折率分布測定結果が得られない）。

比較例の製造方法に対し、実施例の製造方法では、スス付け時に出発材２を表１に示すＭ系列に従って回転速度を変化させることによりススを不定周期に堆積させて、堆積部分の一層の厚みが一定とはならないガラス微粒子堆積体３を製造するものである。そのため、このガラス微粒子堆積体３から製造した光ファイバ用ガラス母材内には、図２(ｂ)に示すように、出発材２のＭ系列に従って変化する回転速度に対応し、層厚が一定でない脈理が現れている。

このような、光ファイバ用ガラス母材をＰＡ測定した結果、図３(ｂ)に示すように、屈折率分布に不連続段差が生じる等の乱れがないことが示された。すなわち、脈理の厚みが一定でないため、ＰＡ測定レーザ光の回折現象の影響が小さく、屈折率分布に乱れが生じなかったものと判断できる。

したがって、実施例の製造方法では、出発材２の回転速度を表１に示すＭ系列に従って変化させることで、比較例のような一定周期となる屈折率の周期的変化を崩し、光ファイバ用ガラス母材内の脈理が不定周期となるようにすることができる。

よって、実施例の製造方法では、入射するＰＡ測定レーザ光の回折の影響を防ぐことができるとともに、正確な屈折率構造を測定することができる光ファイバ用ガラス母材を製造することができる。

すなわち、実施例の製造方法で製造された光ファイバ用ガラス母材では、入射するＰＡ測定レーザ光の回折の影響を防ぐことができ、ＰＡ測定レーザ光の回折の影響を防ぐことで正確な屈折率構造をＰＡ測定でき、正確な屈折率構造をＰＡ測定することでこのＰＡ測定結果から計算される特性値の誤差を小さくすることができる。したがって、正確な屈折率構造がＰＡ測定された光ファイバ用ガラス母材を確実に得ることができ、これによって、所定の特性を備える光ファイバを製造することができる。

尚、Ｍ系列は、疑似的なホワイトノイズを発生する疑似ランダムパターンであって、単純パターン化されたものである。すなわち、実施例のように出発材２の回転速度を変化させる際に、このＭ系列を採用することは、スス付け作業を行うための設備に簡単に装備することができる。

尚、本発明は、例示した実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。

すなわち、出発材２の回転速度を表１に示す条件のＭ系列に従って変化させる製造方法に限らず、出発材２の回転速度を他の条件によるＭ系列に従って変化させること、出発材２の回転速度をＭ系列以外の２値間の疑似乱数列に従って変化させること、出発材２の回転速度を３値以上の有限個の設定値で変化させること等で、不定周期の屈折率変化を生じさせる製造方法としてもよい。

また、製造されるガラス微粒子堆積体３は、光ファイバ用ガラス母材のコア部を製造するものに限らず、光ファイバ用ガラス母材のジャケット部を製造するものであってもよい(図示せず)。

１：バーナ２：出発材３：ガラス微粒子堆積体

Claims

ガラス原料ガスと火炎形成ガスとをバーナに供給し、該バーナが噴出する酸水素火炎中でガラス微粒子を生成するとともに、生成したガラス微粒子を、成長軸方向に引き上げながら軸線を中心として回転する出発材に対して堆積させて、ガラス微粒子堆積体を製造する製造方法であって、
前記出発材の回転速度を、２値以上の設定値の間で変化させることを特徴とするガラス微粒子堆積体の製造方法。
前記設定値を、２値間の疑似乱数列に従って変化させることを特徴とする請求項１記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
前記２値間の疑似乱数列がＭ系列であることを特徴とする請求項２記載のガラス微粒子堆積体。
前記ガラス微粒子堆積体が、光ファイバ用ガラス母材のコア部又はジャケット部を製造するものであることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載のガラス微粒子堆積体の製造方法。
請求項１乃至４何れか１項記載の製造方法で製造されたガラス微粒子堆積体により製造されたことを特徴とする光ファイバ用ガラス母材。