JP4239806B2 - マルチモード光ファイバ母材の製造方法、マルチモード光ファイバの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、バーナにより発生させた火炎によりガラス微粒子を生成し、前記ガラス微粒子を出発材の外側に堆積させた後、堆積したガラス微粒子を加熱して焼結させる、マルチモード光ファイバ母材の製造方法に関する。また、このマルチモード光ファイバ母材の製造方法を用いたマルチモード光ファイバの製造方法に関する。

通信用の光ファイバとして、複数のモードが伝搬するマルチモード光ファイバが用いられている。マルチモード光ファイバの主な屈折率分布の種別は、ステップインデックス（ＳＩ）と、グレーテッドインデックス（ＧＩ）との２種類がある。このうち、ＧＩ型の光ファイバは、コアの中心部が最も高い屈折率を有し、半径方向の外側に向かって次第に低屈折率になる屈折率分布を持っており、伝送する光信号の広がり（モード分散）を抑える構造となっている。

このようなＧＩ型の屈折率分布を得るための光ファイバ母材を製造する方法として、例えばＯＶＤ法が用いられている。ＯＶＤ法は、長尺状の出発材の周囲にガラス微粒子（これをススと呼ぶ）を層状に堆積させ、ガラス微粒子の堆積体を形成するものである。得られたガラス微粒子堆積体は、出発材を除去し、焼結や中実化を行って透明なガラス体とする。このガラス体は、そのまま光ファイバ母材となるか、または、他のガラス体と組み合わせて光ファイバ母材とする。

このＯＶＤ法によりＧＩ型の屈折率分布を形成するには、出発材に対してガラス微粒子を堆積させる際に、ガラスの屈折率を高める屈折率調整用添加物（例えばゲルマニウム）をガラス微粒子に含ませ、堆積体の形成に従ってその含有量を次第に少なくしていく。すなわち、出発材に近い箇所では屈折率調整用添加物を多く含ませて高い屈折率のガラス微粒子を堆積させ、遠い箇所では屈折率調整用添加物の含有量を減らして低い屈折率のガラス微粒子を堆積させる。これにより、半径方向の外側に向かって次第に低屈折率になる屈折率分布を形成する。このように、ＯＶＤ法を用いたＧＩ型のマルチモード光ファイバ母材を製造する方法は、種々の文献に開示されている（例えば、特許文献１，２参照。）。

米国特許第３９３３４５４号明細書 米国特許第４１２５３８８号明細書

ところで、１Ｇｂｐｓを超える伝送容量をもつＧＩ型のマルチモード光ファイバが要求されるようになってきている。ＧＩ型のマルチモード光ファイバにおいてモード分散を抑えるための理想的な屈折率分布は、コアの中心をピークとしたα乗分布形状をなすものである。そのため、ガラス微粒子を堆積させる際に含有させる屈折率調整用添加物の量を、そのα乗分布に合わせて適切に調節することが重要である。

しかしながら、ガラス微粒子が堆積されていき、ガラス微粒子堆積体の径が徐々に太くなるにつれ、ガラス微粒子を堆積させる反応容器内の気流状態や温度等の製造条件が刻々と変化する。また、ＯＶＤ法を実施する機材の劣化等により、各ロット間での製造条件も異なってしまう。そのため、バーナに導入する屈折率調整用添加物の量を単純にα乗分布に沿って調節するだけでは、ＧＩ型の理想的な屈折率分布を有する光ファイバ母材を安定して得ることが難しかった。
そのため、このような母材から製造されたマルチモード光ファイバは、屈折率分布が理想屈折率分布からずれてしまい、広い伝送帯域が得られにくい状況にあった。

本発明は、ＧＩ型のマルチモード光ファイバに要求される屈折率分布を精度良く形成することのできるマルチモード光ファイバ母材の製造方法、マルチモード光ファイバの製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成することのできる本発明に係るマルチモード光ファイバ母材の製造方法は、
長尺状の出発材をその軸回りに回転させつつ、四塩化ケイ素と屈折率調整用添加物と燃焼ガスをバーナに導入して火炎を発生させ、前記火炎によりガラス微粒子を生成し、前記出発材と前記バーナとを前記出発材の長手方向に複数回相対移動させて、前記ガラス微粒子を前記出発材の外側に堆積させた後、堆積した前記ガラス微粒子を加熱して焼結させ、マルチモード光ファイバ母材を製造する方法であって、
前記ガラス微粒子を堆積させる際に、ガラス微粒子堆積部の表面の温度が母材の有効部全長にわたり目標値に対して、ガラス微粒子の堆積時の温度変動に対する透明化後の光ファイバ母材の比屈折率差の変動が所定の伝送帯域に対応する比屈折率差変動幅の許容値範囲内となる所定範囲内となるように、前記燃焼ガスの流量を制御し、かつ、
前記焼結を行って少なくとも１つのロットを製造した後、
前記ロットにおける、相対移動毎に形成された各箇所の屈折率を測定し、
前記ロットにおける相対移動毎の前記屈折率調整用添加物の導入量及び前記屈折率を基に、次回のロットを製造する時の前記屈折率調整用添加物の導入量を相対移動毎に制御することを特徴としている。

また、本発明に係るマルチモード光ファイバ母材の製造方法において、前記燃焼ガスの流量の制御は、前記表面の温度が、目標値に対して±７℃の範囲内となるように行うことが好ましい。さらに、前記燃焼ガスの流量の制御は、前記表面の温度が、目標値に対して±２℃の範囲内となるように行うとなお良い。

また、本発明に係るマルチモード光ファイバ母材の製造方法において、前記表面の温度として、前記堆積部を含む被温度測定領域内の最高温度を用いることが好ましい。

また、本発明に係るマルチモード光ファイバ母材の製造方法において、前記表面の温度として、前記堆積部を含む被温度測定領域内の平均温度を用いることが好ましい。

また、本発明に係るマルチモード光ファイバ母材の製造方法において、測定された屈折率と、目標とする理想屈折率との差分値を、相対移動毎に形成された箇所毎に算出し、前記屈折率の差分値に基づいて、次回のロットを製造する時の前記屈折率調整用添加物の導入量を相対移動毎に制御することが好ましい。

また、本発明に係るマルチモード光ファイバ母材の製造方法において、前記四塩化ケイ素と前記屈折率調整用添加物のうち、前記バーナへの少なくとも一方の導入量を、相対移動毎の堆積収率を用いて制御することが好ましい。

また、本発明に係るマルチモード光ファイバ母材の製造方法において、前記四塩化ケイ素と前記屈折率調整用添加物のうち、前記バーナへの少なくとも一方の導入量の変動を、当該導入量の設定値に対して±１％以内に制御することが好ましい。

また、本発明に係るマルチモード光ファイバ母材の製造方法において、前記ガラス微粒子の生成と堆積を行う反応容器内の圧力変動を、当該圧力の設定値に対して±１３％以内となるように制御することが好ましい。

また、上記目的を達成することのできる本発明に係るマルチモード光ファイバの製造方法は、本発明に係るマルチモード光ファイバ母材の製造方法を用いる、マルチモード光ファイバの製造方法であって、前記ガラス微粒子を焼結させた後、前記出発材を切削加工により除去してガラスパイプを形成し、当該ガラスパイプを中実化してガラスロッドとし、当該ガラスロッドの外側にガラスを設けてマルチモード光ファイバ母材とし、当該マルチモード光ファイバ母材を線引きしてマルチモード光ファイバを製造することを特徴としている

また、上記目的を達成することのできる本発明に係るマルチモード光ファイバの製造方法は、本発明に係るマルチモード光ファイバ母材の製造方法を用いる、マルチモード光ファイバの製造方法であって、前記ガラス微粒子を堆積させた後、前記ガラス微粒子の堆積体から前記出発材を引き抜いてから、前記焼結によりガラスパイプを形成し、当該ガラスパイプを中実化してガラスロッドとし、当該ガラスロッドの外側にガラスを設けてマルチモード光ファイバ母材とし、当該マルチモード光ファイバ母材を線引きしてマルチモード光ファイバを製造することを特徴としている。

また、上記目的を達成することのできる本発明に係るマルチモード光ファイバの製造方法は、本発明に係るマルチモード光ファイバ母材の製造方法を用いる、マルチモード光ファイバの製造方法であって、前記ガラス微粒子を堆積させた後、前記ガラス微粒子の堆積体から前記出発材を引き抜いてから、この引き抜きにより形成された穴を中実化するように前記焼結を行ってガラスロッドを形成し、当該ガラスロッドの外側にガラスを設けてマルチモード光ファイバ母材とし、当該マルチモード光ファイバ母材を線引きしてマルチモード光ファイバを製造することを特徴としている。

また、本発明に係るマルチモード光ファイバの製造方法において、前記出発材の材質は、アルミナ、カーボン、アルミナ上にカーボンをコーティングしたもの、の何れかであることが好ましい。

また、本発明に係るマルチモード光ファイバの製造方法において、前記ガラス微粒子の生成及び堆積以外に用いる加熱源として、無水雰囲気の加熱源を用いることが好ましい。

本発明によれば、ＧＩ型のマルチモード光ファイバに要求される屈折率分布を精度良く形成することのできるマルチモード光ファイバ母材の製造方法、マルチモード光ファイバの製造方法を提供することができる。

以下、本発明に係る、マルチモード光ファイバ母材の製造方法、マルチモード光ファイバの製造方法の実施の形態の例を、図面を参照して説明する。
図１に、本発明に係るマルチモード光ファイバ母材の製造方法を実施することのできる製造装置を示す。
図１に示す製造装置１は、所謂ＯＶＤ法により、反応容器２の内側の空間内でマンドレル４に対してガラス微粒子を堆積させるものである。

反応容器２は、ガラス微粒子を生成して堆積させる際の高温の環境条件においても、塩素ガス等による腐食が極めて起こりにくい、二酸化ケイ素、炭化ケイ素、ニッケル、ニッケル合金等の材料を用いて形成されている。
反応容器２の中には、垂直方向に昇降可能な把持具３が収容されている。この把持具３は、出発材である長尺状のマンドレル４の上端を把持して、マンドレル４を垂直方向に支持している。また、把持具３は、支持したマンドレル４をその軸回りに回転させることができる。マンドレル４は、アルミナ、カーボン、シリカのうち何れかの材質で形成されている。また、マンドレル４は、断面外形は真円に近いことが望ましく、全体構成としては中空の円筒形状であっても中実の円柱形状であっても良い。

また、反応容器２の中には、ガラス微粒子生成用のバーナ５が設けられている。バーナ５は、ガスを吹き出す複数のポートを有しており、そのポートからそれぞれ燃焼ガスとガラス原料ガスを吹き出し、燃焼ガスの燃焼により生じる酸水素火炎中においてガラス原料を加水分解反応させて、ガラス微粒子を生成するものである。また、バーナ５は、生成したガラス微粒子をマンドレル４に堆積させるように、マンドレル４に向けて横方向に配置されている。

燃焼ガスには、水素（Ｈ₂）と酸素（Ｏ₂）が含まれる。ガラス原料ガスには、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ₄）が含まれ、そこに適宜屈折率調整用添加物を含有させる。屈折率調整用添加物はシリカガラスの屈折率を上げるものが用いられ、例えばゲルマニウム、リン、ボロン等が用いられる。本実施形態では、屈折率調整用添加物としてゲルマニウムを用いるが、これをバーナ５に導入する際には、四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ₄）のガスを導入する。ガラス原料ガスとして四塩化ケイ素と四塩化ゲルマニウムを用いた場合には、シリカ（ＳｉＯ₂）と二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ₂）を主成分とするガラス微粒子が、バーナ５の火炎中で生成される。

また、反応容器２の中には、ガラス微粒子生成用のバーナ５とは別に、補助バーナ１１が２つ設けられている。これらの補助バーナ１１は、ガラス微粒子を生成するものではなく、その内部には燃焼ガスのみが導入されて、酸水素火炎を発生させる。補助バーナ１１は、マンドレル４に対してそれぞれガラス微粒子を堆積させた部分の上端部分と下端部分を加熱するように配置されている。

さらに、反応容器２は、バーナ５と対向する位置に排気口７を備えており、マンドレル４に堆積されなかった余剰のガラス微粒子を含む内部の排気ガスが排気口７から送り出される。

また、本実施形態の製造装置１は、良好なＧＩ型の屈折率分布を得ることのできる制御を行うための構成を備えている。
反応容器２の内側には、非接触式のサーモトレーサ１２が設けられており、バーナ５の火炎が当たってガラス微粒子が堆積しつつある部分６ａ（これをガラス微粒子堆積部と呼ぶ）の温度を測定できる。サーモトレーサ１２は、所望の被温度測定領域のサーモグラフィ画像を得ることができる。このサーモトレーサ１２は、制御用コンピュータ１３と接続されており、測定した温度データがこのコンピュータ１３に送られる。また、コンピュータ１３は、バーナ５へ導入するガスの流量を調節する流量調節器（ＭＦＣ）１６に接続されている。

バーナ５は、ガス供給源（図示せず）からガスを導入するガス管１４に接続されている。ガス管１４には、上記の流量調節器１６が設けられ、さらに流量調節器１６とバーナ５との間には、流量調節器１６によって調節されたガスの流量を計測してコンピュータ１３にその流量データを送る流量計１５が設けられている。
コンピュータ１３は、温度の測定値と設定値とのずれ、及び流量の測定値と設定値とのずれに基づいて、流量調節器１６の動作を制御する。なお、このコンピュータ１３は、所謂ＰＩＤ制御を行って、極めて精度の高い制御を行うことができる。したがって、四塩化ケイ素と四塩化ゲルマニウムの流量を、設定値に対して±１％以内となるように制御することができる。

また、排気口７から排気ガスを排気する排気管８には、排気圧調節部９が設けられている。排気圧調節部９は、反応容器２の内圧を測定する圧力計１０から送られる圧力データに基づいて、反応容器２の内圧が所望の値で一定となるように排気管８内の排気圧を調節する。ここで、反応容器２内の圧力変動が、設定値に対して±１３％以内となるように制御すると良い。これにより、ガラス微粒子の堆積状態を安定させることができる。

上記構成の製造装置１によってマルチモード光ファイバ母材を製造する方法について説明する。
まず、把持具３によって反応容器２内に吊り下げたマンドレル４をその軸回りに回転させる。そして、バーナ５に四塩化ケイ素と四塩化ゲルマニウム、水素、酸素を導入し、回転しているマンドレル４に向かって、酸水素火炎を発生させる。酸水素火炎中では、加水分解反応により二酸化ゲルマニウムが含まれたガラス微粒子が生成される。さらに、マンドレル４を、軸回りに回転させながら、長手方向に昇降させて往復運動させる。なお、本実施形態ではバーナ５を固定してマンドレル４を移動させる態様としたが、これとは逆にバーナ５をマンドレル４の長手方向に移動させることで、バーナ５とマンドレル４とを相対移動させても良い。
このように、バーナ５からガラス微粒子を生成して、マンドレル４を回転させつつその長手方向に往復運動させることで、生成されたガラス微粒子をマンドレル４の周囲に層状に堆積させて、ガラス微粒子堆積体６を形成していく。

また、ガラス微粒子堆積体６のうち、後に光ファイバとして製品化できる部分は、マンドレル４の長手方向に外径が一定となった中央の部分（これを有効部と呼ぶ）である。有効部は、バーナ５によって積極的にガラス微粒子を堆積させる箇所であるため、バーナ５の火炎が当たり、温度が保たれやすい。これに対して、ガラス微粒子堆積体６の上端部分と下端部分に位置する非有効部は冷えやすく、ガラス微粒子の堆積密度が低いため、割れ等が生じやすい。そのため、ガラス微粒子堆積体６を形成する際には、上記の補助バーナ１１を用いて、非有効部を加熱する。

ガラス微粒子堆積部６ａの表面の温度は、火炎の強さによって変化する。すなわちバーナ５に導入する水素ガスの量によって変化する。発明者は、この水素ガスとガラス微粒子堆積部６ａの表面の温度との関係について調べ、図２に示す結果を得た。
図２に示すように、バーナ５に導入する水素ガスの流量とガラス微粒子堆積部６ａの表面の温度とは、比例関係であることがわかる。

また、発明者は、ガラス微粒子堆積部６ａの表面の温度とガラス微粒子堆積体を透明化させて得られるガラス体の屈折率との関係について調べ、図３に示す結果を得た。
図３に示すように、ガラス微粒子堆積部６ａの表面の温度と比屈折率差とは、比例関係であることがわかる。なお、グラフの縦軸の変数は、屈折率調整用添加物[Ｄ]のガスの流量１ｓｌｍあたりの比屈折率差であり、グラフのデータは、温度が高いほど屈折率調整用添加物の添加量が多くなることを示している。また、ここで用いた屈折率調整用添加物はゲルマニウムであり、バーナ５に導入した四塩化ゲルマニウムのガス１ｓｌｍ当たりの比屈折率差を示している。なお、比屈折率差とは、純シリカに対する屈折率の差を、純シリカの屈折率で除した値である。

これら図２及び図３に示した結果から、バーナ５に導入する水素ガスの流量を調節することで、ガラス微粒子堆積部６ａの温度を調節することができ、得られる光ファイバ母材の屈折率を調節できることがわかる。
また、光ファイバの屈折率分布と伝送帯域の関係について調べると、１Ｇｂｐｓの伝送容量を持つ光ファイバを得るための基準である、５００ＭＨｚ・ｋｍの伝送帯域を得るための比屈折率差変動幅の許容値は、０．０５１％であることがわかった。さらに、ガラス微粒子の堆積時の温度変動に対する透明化後の光ファイバ母材の比屈折率差の変動は、０．００３４％／℃である。すなわち、目標値に対して実際の温度が±７℃の範囲内であれば良いことがわかった。

本実施形態では、この結果を利用して、水素ガスの流量を調節することで所望の屈折率分布を有する光ファイバ母材を製造する。
バーナ５から火炎を発生させて、マンドレル４の周囲にガラス微粒子を堆積させる際、サーモトレーサ１２によりガラス微粒子堆積部６ａの表面の温度を測定する。ここでの温度の測定は、例えば図４に示すように、サーモトレーサ１２によってバーナ５の火炎が当たってガラス微粒子が堆積している堆積部を含んだ領域（被温度測定領域１２ａ）の温度を測定する。サーモトレーサ１２によって測定された温度は、コンピュータ１３によって、図４中の枠内に示すように被温度測定領域１２ａの温度分布を示すサーモグラフィ画像として処理される。そして、被温度測定領域１２ａのなかで最も高い温度（例えば、図４中の測定点６ｂ）のデータをコンピュータ１３が代表値として取り出して行う。
また、温度の代表値は、被温度測定領域１２ａの平均温度をコンピュータ１３により算出して用いても良い。

さらに、測定された温度の代表値と、設定された温度（目標値）との差分をコンピュータ１３により算出して、マンドレル４の次回の長手方向への移動の際にその差分が±７℃以下になるように、バーナ５に導入する水素ガスの量を決める。なお、ここでは、四塩化ゲルマニウムの流量は、目標とする屈折率分布である所望のα乗分布に沿って、１回の長手方向への移動ごとに変化させれば良い。
これにより、堆積するガラス微粒子に含まれるゲルマニウムの量を、堆積するガラス微粒子の層毎に適切に制御することができ、ＧＩ型の屈折率分布を精度良く得ることができる。
また、本実施形態の製造装置１は、ガスの流量をＰＩＤ制御によって制御するため、測定された温度の代表値と設定された目標値との差分を±２℃以下とすることもできる。この場合には、屈折率分布をさらに目標とする値に近づけることができる。

また、理想の比屈折率差と実測の比屈折率差との差分を製造ロット毎に算出し、それを用いて次回の製造ロットの製造時の製造条件を補正し、屈折率分布を調節することもできる。
ガラス微粒子堆積体６を形成した後、これを焼結して透明化し、そのガラス体の比屈折率差を、ガラス微粒子を堆積した層毎に、すなわち径方向に沿って測定していく。そして、この測定結果から、マンドレル４を取り除いてガラス体を中実化したときの屈折率分布を算出する。この実測値から近似した屈折率分布（図中Ａ）と、計算により求められたＧＩ型の屈折率分布（図中Ｂ）と、これらの差分値（図中Ｃ）とを、図５に示す。この図５で示す差分値がゼロに近づくほど、マルチモード光ファイバとしての伝送帯域が広くなる。

一方、図６に示すように、四塩化ゲルマニウムの流量と比屈折率差の関係から得られるグラフの傾きｍを用いて、次に示す式（１）を補正式として用い、次回のロットを製造する際の四塩化ゲルマニウムの流量を決めることができる。なお、式（１）において、[Ｄ₀]は前回ロットの四塩化ゲルマニウムの流量を示し、[Ｄ₁]は次回ロットの四塩化ゲルマニウムの流量を示す。
[Ｄ₁]＝[Ｄ₀]＋Ｃ／ｍ ・・・（１）

この式（１）を用いて、マンドレル４を長手方向へ移動させる毎の四塩化ゲルマニウムの流量を算出し、その流量に従ってガラス微粒子堆積体６を製造する。そして、式（１）による補正前の屈折率の差分Ｃ₀と、式（１）による補正を行って４回製造した各ロットの屈折率の差分Ｃ₁〜Ｃ₄のグラフを、図７に示す。図７に示すように、理想屈折率分布に沿って四塩化ゲルマニウムの流量を変化させたＣ₀の値に対して、補正１回目のＣ₁は値が小さくなり、さらに、２回目のＣ₂、３回目のＣ₃、４回目のＣ₄と回数を重ねるにつれて、差分を小さくできていることがわかる。

また、ガラス原料ガス中の四塩化ケイ素と四塩化ゲルマニウムのうち、少なくともどちらか一方のバーナ５への導入量を、それぞれの堆積収率を用いて制御し、屈折率分布を調節することもできる。
ガラス微粒子を堆積させていく過程では、ガラス微粒子堆積体６が徐々に成長し、その径が太くなり、堆積部の面積も大きくなる。そして、ガラス微粒子堆積部６ａがバーナ５に近づいていくため、ガラス微粒子の生成量に対して実際に堆積する量が変化する。すなわち、バーナ５に導入した四塩化ケイ素と四塩化ゲルマニウムの量に対して、堆積されたシリカと二酸化ゲルマニウムの量が変化すると考えられる。

ここで、堆積収率の算出方法について説明する。まず、ガラス微粒子堆積体６の１つのロットを製造し、それを透明化したガラス体の屈折率を径方向に測定する。この測定結果から、マンドレル４の長手方向への移動（トラバース）毎に堆積された箇所毎に含まれる二酸化ゲルマニウムの量を算出する。そして、１回のトラバース毎にガラス微粒子堆積体６が成長した分の体積と、シリカと二酸化ゲルマニウムの各密度から、１回のトラバース毎にシリカと二酸化ゲルマニウムの増加した各重量を算出する。これらの増加重量と、バーナ５に導入していた四塩化ケイ素と四塩化ゲルマニウムの重量から、１回のトラバース毎のシリカの収率ｋ１と二酸化ゲルマニウムの収率ｋ２とが求められる。

このようにして求められた堆積収率の一例を、図８に示す。
この図８のグラフの縦軸は、ガラス微粒子堆積体６を透明化し、マンドレル４を取り除いてガラス体を中実化したときのコア中心から半径方向への距離を示している。なお、グラフの横軸は、コア中心の位置を基準（ゼロ）として、透明化したガラス体の外周部分を１とみなして規格化させたものである。
図８に示すように、シリカの収率ｋ１と二酸化ゲルマニウムの収率ｋ２は、それぞれ異なった堆積収率を示し、径方向の外側に向かって次第に効率が上がる傾向であることがわかる。

図８に示したそれぞれの収率ｋ１，ｋ２と、バーナ５に導入した四塩化ケイ素の流量[Ｓ]と四塩化ゲルマニウムの流量[Ｄ]とを用いて、ガラス微粒子中の二酸化ゲルマニウムの添加濃度Ｒを算出することができる。この添加濃度Ｒを算出する式（２）を、次に示す。

この添加濃度Ｒに対応する比屈折率差のグラフを、図９に示す。各トラバースにおける理想比屈折率差は、理想屈折率分布から求められ、この図９のグラフから、各トラバースでの添加濃度Ｒが決まる。ここで、各トラバースにおける堆積収率ｋ１，ｋ２は図８に示す通りであるため、四塩化ゲルマニウムの流量[Ｄ]は、四塩化ケイ素の流量[Ｓ]を決めることにより求めることができる。
この式（２）を用いて算出されたトラバース毎の四塩化ゲルマニウムの流量[Ｄ]を用いて、ガラス微粒子堆積体６を製造する。そして、透明化させたガラス体の比屈折率差を径方向に測定し、理想比屈折率差との差分Ｃ₅を算出した。この差分Ｃ₅のグラフを、図７に示す。式（２）を用いた制御により得られた結果は、差分値が極めて小さく、式（１）を用いた制御の結果（差分Ｃ₁〜Ｃ₄）と比較しても良好である。

また、水素ガスの流量によってガラス微粒子堆積部の表面の温度を制御する上記の方法と、前回ロットの製造条件や堆積収率に基づいて四塩化ゲルマニウムの流量を制御する上記の方法とを、組み合わせて行っても良い。それにより、さらに精度の高い屈折率の調整を行うことができる。
また、上述した水素ガスや四塩化ゲルマニウムの流量の制御は、マンドレル４の長手方向の移動毎にその制御値を設定して行う場合について説明したが、さらに、その１回の長手方向の移動のうち、マンドレル４の長手方向に沿った複数の箇所において制御値を設定すると、長手方向に均一な光ファイバ母材を精度良く得ることができる。

以上説明した方法により製造したガラス微粒子堆積体６を用いて、マルチモード光ファイバを製造する方法について説明する。
まず、マンドレル４の材質がシリカである場合には、ガラス微粒子堆積体６を焼結させて透明化し、マンドレル４の部分をドリル等で切削して穴あけを行う。マンドレル４の材質が、アルミナ、カーボン、アルミナ上にカーボンをコーティングしたもの、の何れかである場合には、ガラス微粒子堆積体６からマンドレル４を引き抜き、焼結を行って透明化する。マンドレルの材質が、アルミナ、カーボン、アルミナ上にカーボンをコーティングしたものの何れかであると、ガラス微粒子堆積体から引き抜くことが容易である。
これらの何れかの方法により、ガラスパイプが形成される。

次に、このガラスパイプを加熱して、コラプス法により中実化させ、ガラスロッドとする。さらに、このガラスロッドの外側にガラス微粒子を堆積させて透明化させるか、もしくはガラスパイプを被せてロッドインコラプス法により一体化させることにより、クラッドとなるガラスを作製し、マルチモード光ファイバ母材とする。そして、このマルチモード光ファイバ母材を線引きしてマルチモード光ファイバを製造することができる。

なお、アルミナ、カーボン、アルミナ上にカーボンをコーティングしたもの、の何れかの材質で形成されたマンドレル４が細径である場合には、ガラス微粒子堆積体６からマンドレル４を引き抜いた後に、引き抜きにより形成された穴を埋めて中実化するように焼結を行って透明化し、ガラスロッドとしても良い。

また、ガラス微粒子堆積体を焼結する際や、コラプス法を行う際や、線引きを行う際等には、熱源を使用するが、その際、酸水素火炎を発生させるバーナを用いた場合には、その加熱雰囲気の中にＯＨ基が存在し、ガラスの中にＯＨ基を侵入させてしまうことが考えられる。そのため、このような加工を行う際には、加熱雰囲気の中にＯＨ基を発生させない、無水雰囲気の加熱源を用いると良い。ここで使用できる無水加熱源としては、誘導加熱炉、抵抗加熱炉、プラズマバーナ等が挙げられる。

また、上記のマルチモード光ファイバの製造方法により製造されたマルチモード光ファイバは、良好なＧＩ型の屈折率分布が得られている。そのため、波長０．８５μｍ帯または波長１．３μｍ帯での少なくとも１つの波長における伝送帯域を１ＧＨｚ・ｋｍ以上とすることができる。
さらに、１つの母材から得られたマルチモード光ファイバのうち、その長手方向の任意の２点での伝送帯域の変動が±５％以内であると良い。
また、マルチモード光ファイバのコアの非円率が全長に渉って１％以下であると良い。
なお、非円率は、光ファイバの断面外形を楕円に近似して長径と短径を求め、次式（３）によって計算する。
非円率（％）＝｛（長径−短径）／中心値｝×１００ …（３）
式（３）の中心値は、次式（４）によって計算する。
中心値＝[｛（長径）²＋（短径）²｝／２]^1/2 …（４）

以上説明した実施の形態により、マルチモード光ファイバ母材及びマルチモード光ファイバを製造した例について説明する。
まず、ガラス微粒子堆積部の表面の温度を図２で求めた傾きの関係を使って目標値の±７℃の範囲に入るよう調整しつつ、上記の式（１）を用いて四塩化ゲルマニウムの流量を算出し、その流量に従ってガラス微粒子堆積体６を製造した。マンドレル４は、シリカを主成分とする、直径２３ｍｍ、把持された部分を除く長さが９００ｍｍのものを使用した。そして、マンドレル４のバーナ５に対する移動速度は２００ｍｍ／分とし、その長手方向の往復運動の幅は５４０ｍｍとした。ここで得られたガラス微粒子堆積体は、その有効部の長さが２００ｍｍであり、外径が１３７ｍｍφであった。

このガラス微粒子堆積体６を、１１５０℃の塩素雰囲気で６５分滞留させる条件で脱水し、続いて焼結させた後、その透明化したガラス体の有効部の長さは１１５ｍｍとなり、外径は６５ｍｍφとなった。このガラス体を、有効部の長さ２４０ｍｍ、外径４５ｍｍφとなるように延伸した。この延伸後、長手方向に均一な外径となるように、外周部分を４ｍｍ研削した。さらに、焼結の長手方向の収縮によりその直径が２６ｍｍφとなっていたマンドレル４を、ドリルによって切削加工（穴あけ）して除去した。また、この穴あけは、マンドレル４の外周部分を若干量だけ残して行い、その残った部分は、フッ素ガスによる気相エッチングにより除去した。マンドレル４が除去されて穴が形成されたガラスパイプを、コラプス法により中実化し、ガラスロッドとした。このガラスロッドは、マルチモード光ファイバのコアとなる部分の母材である。
さらに、マルチモード光ファイバのクラッドとなる部分を形成するために、得られたガラスロッドの外周にガラス微粒子を堆積させ、それを焼結して透明化した。これにより、マルチモード光ファイバ母材が製造された。

このマルチモード光ファイバ母材を線引きしてマルチモード光ファイバを製造した。このマルチモード光ファイバの伝送帯域を調べたところ、０．８５μｍの波長で５２０ＭＨｚ・ｋｍであり、１．３０μｍの波長で３９０ＭＨｚ・ｋｍであった。

次に、図１０を参照して、上記の実施形態によりマルチモード光ファイバ母材及びマルチモード光ファイバを製造した例について説明する。
まず、ガラス微粒子堆積部の表面の温度を図２で求めた傾きの関係を使って目標値の±７℃の範囲に入るよう調整しつつ、四塩化ゲルマニウムの流量を前回ロットの屈折率分布から算出し、その流量に従ってガラス微粒子堆積体６を製造した。マンドレル４はカーボンを主成分とする、直径２０ｍｍ、把持された部分を除く長さが９００ｍｍのものを使用した。また、図１０に示すように、マンドレル４はガラス製のパイプ１７にピン１８で固定されている。そして、マンドレル４のバーナ５に対する移動速度は２００ｍｍ／分とし、その長手方向の往復運動の幅は５４０ｍｍとした。ここで得られたガラス微粒子堆積体は、その有効部の長さが２００ｍｍであり、外径が１１５ｍｍφであった。

このガラス微粒子堆積体６からマンドレル４を引き抜き、ガラス微粒子堆積体６の上部がパイプ１７に固着されている状態とする。この状態のガラス微粒子堆積体６を外側と内側の全ての表面が１１５０℃の塩素雰囲気で１３０分滞留させる条件で脱水し、続いて焼結させた後、その透明化したガラス体の有効部の長さは９５ｍｍとなり、外径は６５ｍｍφ、内径は１５ｍｍφとなった。このガラス体の内面をフッ素ガスによる気相エッチングで洗浄し、コラプス法により中実化し、ガラスロッドとした。このガラスロッドは、マルチモード光ファイバのコアとなる部分の母材である。
さらに、マルチモード光ファイバのクラッドとなる部分を形成するために、得られたガラスロッドの外周にガラス微粒子を堆積させ、それを焼結して透明化した。これにより、マルチモード光ファイバ母材が製造された。

このマルチモード光ファイバ母材を線引きしてマルチモード光ファイバを製造した。このマルチモード光ファイバの伝送帯域を調べたところ、０．８５μｍの波長で１１５６ＭＨｚ・ｋｍであり、１．３０μｍの波長で２３５５ＭＨｚ・ｋｍであった。

本発明に係るマルチモード光ファイバ母材の製造方法を実施することのできる製造装置である。 水素流量とガラス微粒子堆積部の温度の関係を示すグラフである。 ガラス微粒子堆積部の温度と比屈折率差の関係を示すグラフである。 ガラス微粒子堆積部の温度測定を行う様子を示す模式図である。 径方向の位置と比屈折率差との関係を示すグラフである。 四塩化ゲルマニウムの流量と比屈折率差との関係を示すグラフである。 比屈折率差の差分を示すグラフである。 シリカと二酸化ゲルマニウムの堆積収率を示すグラフである。 添加濃度Ｒに対する比屈折率差の関係を示すグラフである。 本発明に係るマルチモード光ファイバ母材の製造方法を実施することのできる製造装置である。

符号の説明

１ 製造装置
２ 反応容器
３ 把持具
４ マンドレル（出発材）
５ バーナ
６ ガラス微粒子堆積体
６ａ ガラス微粒子堆積部
７ 排気口
８ 排気管
９ 排気圧調節部
１０ 圧力計
１１ 補助バーナ
１２ サーモトレーサ
１３ コンピュータ
１４ ガス管
１５ 流量計
１６ 流量調節器

Claims (14)

1. 長尺状の出発材をその軸回りに回転させつつ、四塩化ケイ素と屈折率調整用添加物と燃焼ガスをバーナに導入して火炎を発生させ、前記火炎によりガラス微粒子を生成し、前記出発材と前記バーナとを前記出発材の長手方向に複数回相対移動させて、前記ガラス微粒子を前記出発材の外側に堆積させた後、堆積した前記ガラス微粒子を加熱して焼結させ、マルチモード光ファイバ母材を製造する方法であって、
   前記ガラス微粒子を堆積させる際に、ガラス微粒子堆積部の表面の温度が母材の有効部全長にわたり目標値に対して、ガラス微粒子の堆積時の温度変動に対する透明化後の光ファイバ母材の比屈折率差の変動が所定の伝送帯域に対応する比屈折率差変動幅の許容値範囲内となる所定範囲内となるように、前記燃焼ガスの流量を制御し、かつ、
   前記焼結を行って少なくとも１つのロットを製造した後、
   前記ロットにおける、相対移動毎に形成された各箇所の屈折率を測定し、
   前記ロットにおける相対移動毎の前記屈折率調整用添加物の導入量及び前記屈折率を基に、次回のロットを製造する時の前記屈折率調整用添加物の導入量を相対移動毎に制御することを特徴とするマルチモード光ファイバ母材の製造方法。
2. 請求項１に記載のマルチモード光ファイバ母材の製造方法であって、
   前記燃焼ガスの流量の制御は、前記表面の温度が、目標値に対して±７℃の範囲内となるように行うことを特徴とするマルチモード光ファイバ母材の製造方法。
3. 請求項１に記載のマルチモード光ファイバ母材の製造方法であって、
   前記燃焼ガスの流量の制御は、前記表面の温度が、目標値に対して±２℃の範囲内となるように行うことを特徴とするマルチモード光ファイバ母材の製造方法。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載のマルチモード光ファイバ母材の製造方法であって、
   前記表面の温度として、前記堆積部を含む被温度測定領域内の最高温度を用いることを特徴とするマルチモード光ファイバ母材の製造方法。
5. 請求項１から３の何れか１項に記載のマルチモード光ファイバ母材の製造方法であって、
   前記表面の温度として、前記堆積部を含む被温度測定領域内の平均温度を用いることを特徴とするマルチモード光ファイバ母材の製造方法。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載のマルチモード光ファイバ母材の製造方法であって、
   測定された屈折率と、目標とする理想屈折率との差分値を、相対移動毎に形成された箇所毎に算出し、前記屈折率の差分値に基づいて、次回のロットを製造する時の前記屈折率調整用添加物の導入量を相対移動毎に制御することを特徴とするマルチモード光ファイバ母材の製造方法。
7. 請求項１から５の何れか１項に記載のマルチモード光ファイバ母材の製造方法であって、
   前記四塩化ケイ素と前記屈折率調整用添加物のうち、前記バーナへの少なくとも一方の導入量を、相対移動毎の堆積収率を用いて制御することを特徴とするマルチモード光ファイバ母材の製造方法。
8. 請求項１から７の何れか１項に記載のマルチモード光ファイバ母材の製造方法であって、
   前記四塩化ケイ素と前記屈折率調整用添加物のうち、前記バーナへの少なくとも一方の導入量の変動を、当該導入量の設定値に対して±１％以内に制御することを特徴とするマルチモード光ファイバ母材の製造方法。
9. 請求項１から８の何れか１項に記載のマルチモード光ファイバ母材の製造方法であって、
   前記ガラス微粒子の生成と堆積を行う反応容器内の圧力変動を、当該圧力の設定値に対して±１３％以内となるように制御することを特徴とするマルチモード光ファイバ母材の製造方法。
10. 請求項１から９の何れか１項に記載のマルチモード光ファイバ母材の製造方法を用いる、マルチモード光ファイバの製造方法であって、
    前記ガラス微粒子を焼結させた後、前記出発材を切削加工により除去してガラスパイプを形成し、当該ガラスパイプを中実化してガラスロッドとし、当該ガラスロッドの外側にガラスを設けてマルチモード光ファイバ母材とし、当該マルチモード光ファイバ母材を線引きしてマルチモード光ファイバを製造することを特徴とするマルチモード光ファイバの製造方法。
11. 請求項１から９の何れか１項に記載のマルチモード光ファイバ母材の製造方法を用いる、マルチモード光ファイバの製造方法であって、
    前記ガラス微粒子を堆積させた後、前記ガラス微粒子の堆積体から前記出発材を引き抜いてから、前記焼結によりガラスパイプを形成し、当該ガラスパイプを中実化してガラスロッドとし、当該ガラスロッドの外側にガラスを設けてマルチモード光ファイバ母材とし、当該マルチモード光ファイバ母材を線引きしてマルチモード光ファイバを製造することを特徴とするマルチモード光ファイバの製造方法。
12. 請求項１から９の何れか１項に記載のマルチモード光ファイバ母材の製造方法を用いる、マルチモード光ファイバの製造方法であって、
    前記ガラス微粒子を堆積させた後、前記ガラス微粒子の堆積体から前記出発材を引き抜いてから、この引き抜きにより形成された穴を中実化するように前記焼結を行ってガラスロッドを形成し、当該ガラスロッドの外側にガラスを設けてマルチモード光ファイバ母材とし、当該マルチモード光ファイバ母材を線引きしてマルチモード光ファイバを製造することを特徴とするマルチモード光ファイバの製造方法。
13. 請求項１０から１２の何れか１項に記載のマルチモード光ファイバの製造方法であって、
    前記出発材の材質は、アルミナ、カーボン、アルミナ上にカーボンをコーティングしたもの、の何れかであることを特徴とするマルチモード光ファイバの製造方法。
14. 請求項１０から１３の何れか１項に記載のマルチモード光ファイバの製造方法であって、
    前記ガラス微粒子の生成及び堆積以外に用いる加熱源として、無水雰囲気の加熱源を用いることを特徴とするマルチモード光ファイバの製造方法。