JP3826839B2 - ガラス母材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、出発ガラスロッド上にガラス微粒子を堆積させてスート層を形成し、このスート層を透明ガラス化したガラス母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円柱状ガラス母材の製造で、出発ガラスロッドを回転させながらその外周にガラス微粒子を堆積させて、スートプリフォームを形成する方法（外付け気相蒸着法：ＯＶＤ法）が知られている。この方法は、例えば、出発ガラスロッド上に、反応容器内でＳｉＣｌ４などのガラス原料ガスを、Ｈ２およびＯ２などの燃料ガスとともにバーナから吹き付ける。ガラス原料ガスは、燃料ガスの火炎中で加水分解反応によりガラス微粒子を生成する。生成されたガラス微粒子は、出発ガラスロッド上に堆積して、多孔質ガラスのスート層を形成する。以上のようにして製造されたスートプリフォームは、この後、脱水、焼結されて所定の外径を有するガラス母材とされる。
【０００３】
通常、所定量のガラス微粒子を堆積させたスートプリフォームを得る方法として、出発ガラスロッドを反応容器内で回転させながら、バーナに対して長手方向に相対的に多数回トラバースさせて、ガラス微粒子の堆積を繰り返す方法が知られている。そして、ガラス微粒子の堆積重量の検出、制御は、堆積されたスート層の外径または重量をモニタすることにより行なわれている。
【０００４】
光ファイバ用のガラス母材の製造では、出発ガラスロッドとしてコアガラスまたはコア／クラッドガラス（以下、コアロッドという）が用いられ、Ｊ倍率（＝ガラス母材外径／出発ガラスロッド外径）が所定値になるように製造管理される。ガラス母材の製造管理をＪ倍率で行なう場合、出発ガラスロッドの外径および長さからガラス微粒子の堆積重量を算定する。
【０００５】
また、コアロッドがコア／クラッドガラスである場合、長手方向でコア／クラッド比が一定になっているとは限らず、変動している場合がある。この場合、コアロッドにガラス微粒子を均一に堆積し透明ガラス化しても、長手方向でコア／クラッド比が一定なガラス母材を得ることはできない。この問題を解決する方法として、例えば、特開平４−２９２４３４号公報が知られている。
【０００６】
上記公報に開示されている方法は、光ファイバ用ガラス母材の製造方法で、ガラス微粒子の堆積に先立って、予め出発ガラスロッド（コアロッド）の長手方向のコア／クラッド比を測定しておく。そして、コア／クラッド比の長手方向の変動に対応させて、出発ガラスロッドのトラバース速度、または、バーナからのガラス原料ガス供給量を制御し、ガラス微粒子の堆積重量を長手方向で調整する。これにより、最終的に得られるガラス母材のコア／クラッド比を長手方向で一定にすることができるとされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ガラス母材のコア／クラッド比のみを長手方向で一定としても、ガラス母材を線引きして光ファイバとした際に、その光学特性は必ずしも一定とはならないことがある。コアロッドのコアガラスは、屈折率を高めるためにドーパント剤が添加され、また、コア部の屈折率形状が所定の形状になるようにされている。しかし、コア部の屈折率形状（例えば、径方向の屈折率分布、屈折率の高低など）が変動していると、コア／クラッド比が一定であっても、最終的な光ファイバとした場合に波長分散値が変化する。また、この波長分散値は、ガラス母材のＪ倍率によっても変化する。
【０００８】
なお、波長分散とは、例えば、所定のパルス幅の光信号が光ファイバ内を伝送する際のパルス幅の広がりを示すパラメータである。使用する光信号波長でこの波長分散がゼロであれば、光パルス幅を広げることなく伝送することができる。この波長分散値が光ファイバの長手方向で変化すると安定な信号伝送を行なうことができなくなる。
【０００９】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、光ファイバ用のガラス母材を作製する場合に、光ファイバの波長分散値が一定になるようにガラス母材のＪ倍率を設定し、設定されたＪ倍率を高精度で得ることができるガラス母材の製造方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるガラス母材の製造方法は、ＯＶＤ法により、ガラス微粒子を光ファイバ用のコアロッドを含む出発ガラスロッドの外周に順次堆積させてスート層を形成し、この後透明ガラス化するガラス母材の製造方法であって、ガラス微粒子の堆積に先立って、予めコアロッドの屈折率分布を長手方向に沿って測定し、測定された前記屈折率分布に基づいて波長分散値が長手方向で所定値となるように長手方向で目標Ｊ倍率（ガラス母材外径／出発ガラスロッド外径）分布を算出し、目標Ｊ倍率となるようにガラス微粒子の堆積量を長手方向で調整することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施に際しては、ＯＶＤ法により、ガラス微粒子を出発ガラスロッドの外周に堆積させてスート層を形成した後、このスート層を脱水・燒結して透明ガラス化して光ファイバ用ガラス母材とする製造方法で、最終的に得られる光ファイバの波長分散が長手方向で所定値に安定するように、ガラス母材のＪ倍率を長手方向で調整する。ガラス母材のＪ倍率とは、透明ガラス化されたガラス母材外径／出発ガラスロッド外径で定義される。このＪ倍率を高精度に管理することにより、光ファイバの品質を均一にする。
【００１２】
出発ガラスロッドには、コアガラスまたはコアガラスの外周にクラッドガラスを有する円柱状ガラス（以下、コアロッドという）の両端に、ダミーロッドを溶着したものが用いられる。コアロッドのコアガラスは、屈折率を高めるためのドーパント剤が添加され、また、コア部の屈折率形状（コア部径方向における屈折率分布）が所定の形状になるようにされている。
【００１３】
しかし、このコア部の屈折率形状、特にコアの屈折率値とコア径に変動があると、光ファイバの波長分散が大きく変化する。したがって、コアロッドの長手方向でコアガラスの屈折率値やコア径に変動があると、例え、ガラス母材のＪ倍率を長手方向で均一としても、最終的に得られる光ファイバの波長分散特性が変化する。
【００１４】
本発明は、光ファイバの波長分散値がガラス母材のＪ倍率によっても変化することを利用し、光ファイバの波長分散値をガラス母材のＪ倍率を変えることにより、長手方向で一定となるようにしている。すなわち、コアロッドの長手方向で屈折率形状に変動があっても、光ファイバの波長分散値が一定になるようにガラス母材のＪ倍率を長手方向で変えて補正するということである。この場合、コアロッドの外径が長手方向に一定であっても、ガラス微粒子の堆積量を長手方向で調整し変えてやる。したがって、Ｊ倍率はガラス母材の長手方向で、必ずしも一定とはならないが、最終的な光ファイバとしての波長分散特性は一定で、安定したものとすることができる。
【００１５】
本発明では、ガラス微粒子の堆積に先立って、先ず、出発ガラスロッドのコアロッドの複数点で屈折率形状（屈折率分布）を測定する。この測定により、コアロッドの屈折率形状の長手方向変動分布を知ることができる。測定された複数点での屈折率形状に基づいて、線引きされる光ファイバ全長で、均一で所定の波長分散値が得られるような目標Ｊ倍率を予測し算出する。ガラス微粒子の堆積量は、この目標Ｊ倍率になるように長手方向で調整する。なお、この場合の目標Ｊ倍率は、屈折率形状が長手方向で変化していれば、ガラス母材の長手方向で均一とはならない。
【００１６】
図１は、本発明の実施に用いる堆積装置の概略図を示す。図中、１は出発ガラスロッド、１ａはコアロッド、１ｂはダミーロッド、２は支持棒、２ａはピン連結部、３はスート層、４は反応容器、５は駆動装置、６はバーナ、７は縦長観測窓、８は温度測定器、９は観測小窓、１０は距離測定器、１１はスート位置計測装置、１２はガス供給装置を示す。
【００１７】
出発ガラスロッド１は、一方の端部をピン連結部２ａで支持棒２に連結して駆動装置５に支持され、反応容器４内に吊下げられる。出発ガラスロッド１は、コアロッド１ａの両端にダミーロッド１ｂを溶着により取付けた形態のものが用いられる。
【００１８】
反応容器４は、縦型構造で構成され、上方部に駆動装置５が配される。駆動装置５は、出発ガラスロッド１を吊下げ支持し、回転させながら上下方向に往復移動させる。また、駆動装置５内にはロードセルも組み込まれ、ガラス微粒子の堆積重量を逐次計測できるようになっている。反応容器４内には、１つ以上のバーナ６が配される。このバーナ６から供給される火炎ガスとガラス原料ガスにより、出発ガラスロッド１の外周にガラス微粒子を堆積させてスート層３を生成させる。バーナ６には、ガス供給装置１２により、所定の火炎ガスおよびガラス原料ガスが調整可能に供給される。
【００１９】
反応容器４の器壁には、縦長の観測窓７を設け、ガラス微粒子が堆積されたスート層表面を観察できるようにされている。また、この観測窓を通して温度測定器８によりガラス微粒子の堆積面温度、距離測定器１０等によりスート層外面までの距離を測定できるように構成する。なお、距離測定器１０用には、縦長観測窓７に代えてバーナ６の下方および上方位置に円形または矩形の観測小窓９を設けるようにしてもよい。出発ガラスロッド１を回転させながら移動させる駆動装置５の情報を、スート位置計測装置１１に入力して、スート層３の長手方向の位置を計測することができる。
【００２０】
ガラス微粒子の堆積重量の調整は、ガラス原料ガスの供給量を長手方向で変えることにより行なうことができる。ガラス原料ガスの調整は、基準量に対して原料ガス供給を増減する形態で行なう。基準量には、例えば、長手方向で調整しない場合のガラス原料ガス流量を用いることができる。長手方向の特定の位置で目標Ｊ倍率が小さくなっていて、基準量のガラス原料ガスの供給量では、目標Ｊ倍率より大きくなると予想される場合は、その位置でのガラス原料ガスの供給を基準量より少なくする。反対に長手方向の特定の位置で目標Ｊ倍率が大きくなっていて、基準量のガラス原料ガスの供給量では、目標Ｊ倍率より小さくなると予想される場合は、その位置でのガラス原料ガスの供給を基準量より多くする。
【００２１】
また、ガラス原料ガスの増減に合わせて、燃焼用の酸水素ガスの供給も調整するのが望ましい。これによりガラス微粒子の生成堆積を適正に維持し、堆積されたスート層の嵩密度の変動が生じないようにする。なお、ガスの供給量制御は、ガス供給装置１２と制御装置（図示せず）により行なわれる。
【００２２】
ガラス微粒子の堆積重量の調整は、ガラス微粒子生成用バーナに対して、出発ガラスロッドを相対移動させる速度を、長手方向で変えることによっても行なうことができる。移動速度の調整は、基準速度に対して速くするか遅くする形態で行なう。基準速度には、例えば、長手方向で調整しない場合の移動速度を用いることができる。長手方向の特定の位置で目標Ｊ倍率が小さくなっていて、基準速度の移動速度では、目標Ｊ倍率より大きくなると予想される場合は、その位置での移動速度を基準速度より速くする。反対に長手方向の特定の位置で目標Ｊ倍率が大きくなっていて、基準速度の移動速度では、目標Ｊ倍率より小さくなると予想される場合は、その位置で移動速度を基準速度より遅くする。
【００２３】
（実施例）
図２は、本発明の実施例を説明する図で、横軸にコアロッドの長手方向位置（コアロッドの下端をゼロとする）、縦軸にＪ倍率をとったものである。ガラス微粒子の堆積を図１に示す構成の装置を用いて行った。出発ガラスロッド１として、光ファイバ用のコア部／クラッド部を有する直径３０ｍｍ、長さ４００ｍｍのコアロッド１ａの両端に、純石英ガラス製のダミーロッド１ｂを溶着したものを準備した。コアロッドは、長手方向に４０ｍｍ間隔で全９箇所を、プリフォームアナライザを用いて屈折率分布を測定し、既知の屈折率分布毎の波長分散値とＪ倍率との関係により、均一で所定の波長分散値が得られるようなＪ倍率を予測し算出した。
【００２４】
この結果から、光ファイバの波長分散値を−２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍに安定（光ファイバ全長で一定）させようとするには、図２に示すように、目標Ｊ倍率をコアロッドの下端から４０ｍｍで３.０６、８０ｍｍで３.０３、１２０ｍｍで３.００、１６０ｍｍで３.００、２００ｍｍで３.００、２４０ｍｍで３.００、２８０ｍｍで３.００、３２０ｍｍで２.９７、３６０ｍｍで２.９４とする必要があった。
【００２５】
ガラス微粒子の堆積量を長手方向で調整するためにガラス原料ガス流量の基準量（長手方向でガラス原料ガス流量を調整しなかった場合の流量）と、上記目標Ｊ倍率の平均値を「１」とした場合の各Ｊ倍率との積を、長手方向各位置での目標ガラス原料ガス流量として、ガラス微粒子の堆積を行なった。目標Ｊ倍率に対して、実際に得られたガラス母材の長手方向の測定Ｊ倍率は、図２に示す通りであった。目標Ｊ倍率との差は±０.０１で、±０.３３％のバラツキがあった。このガラス母材を線引きして光ファイバとし、その波長分散値を長手方向で測定した結果、−２０±１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの変動があった。
【００２６】
（比較例）
比較例として、実施例と同じ屈折率分布を長手方向に有するコアロッドから成る出発ガラスロッドを用いてガラス微粒子の堆積を行なった。しかし、ガラス微粒子の堆積量の調整は行なわず、長手方向で均一に堆積させた。これによって作製されたガラス母材を線引きして光ファイバとし、その波長分散値を長手方向で測定した結果、−２０±４ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの変動があった。
【００２７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、コアロッドの長手方向で屈折率形状に変動があっても、ガラス微粒子の堆積を長手方向で調整することにより、光ファイバの波長分散値を一定で安定したものとすることができる。また、ガラス微粒子の堆積の調整は、ガラス原料ガスの供給量、または、出発ガラスロッドの相対移動速度を変えることにより高精度で容易に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガラス微粒子の堆積に用いる堆積装置の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施例を説明するための図である。
【符号の説明】
１…出発ガラスロッド、１ａ…コアロッド、１ｂ…ダミーロッド、２…支持棒、２ａ…ピン連結部、３…スート層、４…反応容器、５…駆動装置、６…バーナ、７…縦長観測窓、８…温度測定器、９…観測小窓、１０…距離測定器、１１…スート位置計測装置、１２…ガス供給装置。

Claims (4)

1. ＯＶＤ法により、ガラス微粒子を光ファイバ用のコアロッドを含む出発ガラスロッドの外周に順次堆積させてスート層を形成し、この後透明ガラス化するガラス母材の製造方法であって、前記ガラス微粒子の堆積に先立って、予め前記コアロッドの屈折率分布を長手方向に沿って測定し、測定された前記屈折率分布に基づいて波長分散値が長手方向で所定値となるように長手方向で目標Ｊ倍率（ガラス母材外径／出発ガラスロッド外径）分布を算出し、前記目標Ｊ倍率となるように前記ガラス微粒子の堆積量を長手方向で調整することを特徴とするガラス母材の製造方法。
2. 前記ガラス微粒子の堆積量を、ガラス原料ガスの供給量を長手方向で変えることにより調整することを特徴とする請求項１に記載のガラス母材の製造方法。
3. 前記ガラス原料ガスの供給量を変えることに合わせて、酸水素ガスの供給量を変えることを特徴とする請求項２に記載のガラス母材の製造方法。
4. 前記ガラス微粒子の堆積量を、ガラス微粒子生成用バーナーと前記出発ガラスロッドの長手方向における相対移動速度を変えることにより調整することを特徴とする請求項１に記載のガラス母材の製造方法。

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