JP4498802B2 - ガラスロッドの火炎研磨方法、光ファイバの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバ母材の製造過程にて得られるガラスロッドの火炎研磨方法と、これを用いた光ファイバの製造方法に関するものである。

一般に光ファイバは、以下に示された方法によって製造されている。
まず、ＶＡＤ法等により石英ガラスからなる出発部材に石英ガラス微粒子を吹き付けてスート体をつくり、これを１２００℃程度で脱水した後、１５００℃程度で焼結して透明化することによりガラスロッドを製造する。このガラスロッドは、コア部のみからなるもの、又はコア部の周囲にクラッド部の一部が形成されたものである。
そして、このガラスロッドを所定の外径まで延伸した後、外付け法等により、ガラスロッドの外周部上に残部のクラッド部を形成して光ファイバ母材とする。
次に、この光ファイバ母材を線引きし、紡糸することによって、光ファイバを得る。

この光ファイバの製造工程において、ガラスロッドの外周面に異物が付着していたり傷がある状態で、ガラスロッドの外周部上に残部のクラッド部を形成すると、ガラスロッドと外付け層（外付け法により形成された残部のクラッド部）との境界部に異物や気泡が残留したり欠陥、輝点等ができる。
異物、気泡、欠陥、輝点等が光ファイバ母材中に存在していると、光ファイバ母材を線引きする際に断線が発生したり、光ファイバの光学特性が低下してしまう。
そこで、少なくともガラスロッドを延伸する工程と、ガラスロッドの外周部上に残部のクラッド部を形成する工程との前処理として、ガラスロッドを酸水素炎で火炎研磨し、これによりガラスロッドの外周部の傷を無くし、またガラスロッドに付着した異物を除去している。

しかし、ガラスロッドを火炎研磨すると、ガラスロッドの外周面にはシラノール結合（Ｓｉ−ＯＨ結合）が生成し、水酸基（ＯＨ基）が存在することになる。ガラスロッドの外周面に水酸基がある状態で、ガラスロッドの外周部上に残部のクラッド部を形成すると、ガラスロッドと外付け層との境界部に、水酸基を多量に含有する水酸基含有層が生じる場合がある。
このような水酸基を多量に含有する光ファイバ母材を線引きすると、水酸基が光ファイバ内に拡散し、得られた光ファイバでは水酸基による１３８３ｎｍ近傍の光損失が大きく損なわれてしまう。

近年、ＣＷＤＭ（Ｃｏａｒｓｅ−ＷＤＭ：広間隔波長多重）伝送のＥバンド（１３６０ｎｍ〜１４６０ｎｍ）における光ファイバの伝送損失を低減するために、水酸基による１３８３ｎｍ近傍の光損失を低減することが要求されている。
水酸基による１３８３ｎｍ近傍の光損失を低減する方法として、ガラスロッドの外周部上に形成する外付け層を薄くして外付け倍率を小さくすることによって、コア領域から離れた領域に水酸基含有層が生成するようにして、水酸基による光損失を抑える方法が適用されている。
ここで、外付け倍率とは、（外付け後の光ファイバ母材の外径）／（外付け前のガラスロッドの外径）である。

しかし、かかる方法では、ＶＡＤ法等により製造されたガラスロッド１本当たりから得られる光ファイバ長が短くなるため、光ファイバの製造コストが高くなる。
また、外付け層を薄くする分、外付け後の光ファイバ母材の外径を変えないためには、外径の大きなガラスロッドを用いる必要がある。このような外径の大きなガラスロッドの外周部上に石英ガラス微粒子を堆積させる際、石英ガラス微粒子の堆積温度が低くなりやすく、堆積された石英ガラス微粒子の嵩密度が低下してしまう場合がある。石英ガラス微粒子の嵩密度が低い場合、ガラスロッドの嵩密度と、堆積された石英ガラス微粒子の嵩密度には大きな差が生じ、石英ガラス微粒子を堆積後に焼結して透明ガラス化する際、両者のガラスの収縮度の差によって外付け層の剥離やずれ等が生じ、歩留まりが悪化してしまう。特に、堆積初期の石英ガラス微粒子の嵩密度が低くなると、外付け層の剥離やずれが顕著に発生する。
このため、ガラスロッドに石英ガラス微粒子を堆積させる際、石英ガラス微粒子の堆積温度が低くならないように、バーナに供給するガス流量やバーナの移動速度等を精度良く調整する必要があった。

従って、ガラスロッドを火炎研磨する際に水酸基の生成を抑制できれば、外付け倍率を小さくせずに光ファイバ母材を製造でき、光ファイバ母材を安価で容易に製造できることになる。
ガラスロッドを火炎研磨する際に水酸基の生成を抑制する技術として、バーナに供給する酸素ガスに対する水素ガスのモル比（水素ガス／酸素ガス）が２以下となるように、酸素ガスと水素ガスの供給量を調整して酸水素炎を発生させ、この酸水素炎でガラスロッドを火炎研磨する方法が開示されている（特許文献１参照。）。
特開２００３−１３７５８２号公報

特許文献１では、ガラスロッドの表面温度を１２００℃〜１７００℃とすることによって、ガラスロッド内部への水酸基の拡散速度を遅くし、これによりガラスロッド中の水酸基濃度を低減していると考えられる。
しかし、ガラスロッドの表面温度が１２００℃〜１７００℃では温度が低いために、ガラスロッドの外周部をエッチングする効果が乏しく、十分にガラスロッドの外周面の傷を無くしたり、異物を除去することができない場合があった。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、ガラスロッドの外周面の傷を無くし、また異物を除去でき、かつガラスロッド中の水酸基濃度を低く抑えられるガラスロッドの火炎研磨方法と、この研磨方法を用いた光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、以下の構成を提供するものである。
請求項１に係る発明は、酸水素炎をガラスロッドに当てて加熱、研磨するガラスロッドの火炎研磨方法において、酸素ガスに対する水素ガスの供給量のモル比（水素ガス／酸素ガス）を５．０〜７．０とし、かつガラスロッド表面の最高温度を２０１０℃〜２２００℃とし、酸水素炎によるガラスロッドのエッチング速度（Δｒ・Ｖ／Ｌ）が０．０２８ｍｍ／分〜０．１１０ｍｍ／分となるように、火炎研磨によるガラスロッドの半径減少量Δｒ、ガラスロッドのうち酸水素炎に当たっている領域の幅Ｌ、ガラスロッドに対するバーナの相対移動速度Ｖを調整することを特徴とするガラスロッドの火炎研磨方法である。
請求項２に係る発明は、石英ガラスからなる出発部材にガラス微粒子を吹き付けてスート体とし、これを脱水、透明処理した後、延伸してガラスロッドを得て、該ガラスロッドにガラス微粒子を吹き付け、脱水、透明処理して得られる光ファイバ母材を線引きする光ファイバの製造方法において、少なくともガラス微粒子を吹き付ける前のガラスロッドを、請求項１に記載のガラスロッドの火炎研磨方法で研磨することを特徴とする光ファイバの製造方法である。

本発明のガラスロッドの火炎研磨方法によると、バーナに供給する酸素ガスに対する水素ガスのモル比（水素ガス／酸素ガス）が２．５以上となるように、酸素ガスと水素ガスの供給量を調整することによって、水酸基の拡散速度に対してガラスロッドのエッチング速度を速くすることができ、ガラスロッドへの水酸基の残留を抑制でき、ガラスロッド中の水酸基濃度を低く抑えられる。また、ガラスロッドのエッチング速度が速いため、ほぼ完全にガラスロッドの外周面の傷を無くし、また異物を除去できる。

本発明のファイバの製造方法によると、前記した本発明の火炎研磨方法によりガラスロッドを火炎研磨したことによって、ガラスロッドを火炎研磨する際に、ガラスロッド中に残留する水酸基濃度を低く抑えられ、これにより光ファイバ中の水酸基濃度を抑え、水酸基による１３８３ｎｍ近傍の光損失の低い光ファイバを製造できる。

以下、本発明を実施したガラスロッドの火炎研磨方法について、図面を参照して説明する。
図１は、ガラスロッドに酸水素炎を照射している状態を示す一例を示す模式図である。
符号１はガラスロッドを示し、このガラスロッド１は、コア部のみからなるもの、又はコア部の周囲にクラッド部の一部が形成されたものであり、石英ガラス単独、又は石英ガラスを主成分としこれに屈折率等を調整するためのゲルマニウム等が添加されたものである。
このガラスロッド１は、図示しない駆動装置に回転自在に保持されて、その軸回りに符号αの方向に回転するようになっている。

また、符号２はバーナを示す。このバーナ２には、燃料ガスの水素ガス、助燃ガスの酸素ガス、必要に応じて不活性ガスのアルゴンガス等が供給され、先端から酸水素炎を発生できるようになっている。
このバーナ２には、図示しないガイドバー等を備えた駆動装置が設けられており、回転自在に保持されたガラスロッド１の軸方向にスライド移動できるようになっている。

ガラスロッド１を回転させながら、バーナ２に水素ガスと酸素ガスを供給し、ガラスロッド１に向かって酸水素炎を発生させる。そして、酸水素炎をガラスロッド１に当てて加熱して、ガラスロッド１の外周部の傷を無くし、またガラスロッド１に付着した異物を除去する。
そして、酸水素炎をガラスロッド１に当てながら、バーナ２をガラスロッド１の軸方向にスライド移動させ、ガラスロッド１の外周部全域に渡って火炎研磨する。

次に、本発明の要旨となるガラスロッド１の火炎研磨に係る条件について、以下に詳細に説明する。
ガラスロッド１を火炎研磨する際、ガラスロッド１の外周部で水酸基が生成するが、ガラスロッド１に残留する水酸基の濃度は、（１）酸水素炎によるガラスロッド１のエッチング速度と、（２）ガラスロッド１中に拡散する水酸基の拡散速度によって左右されると考えられる。
例えば、酸水素炎によるガラスロッド１のエッチング速度を速くするか、又はガラスロッド１中に拡散する水酸基の拡散速度を遅くすることによって、ガラスロッド１に残留する水酸基の濃度を低く抑えることができる。

本発明者等は、ガラスロッド１の火炎研磨に係る条件について鋭意検討した結果、バーナ２に供給する酸素ガスに対する水素ガスのモル比（水素ガス／酸素ガス）を２．５以上とすることによって、水酸基の拡散速度に対してガラスロッド１のエッチング速度を速くすることができ、ガラスロッド１への水酸基の残留を抑制できる。
前記水素ガス／酸素ガスのモル比は、２．５〜１０が好ましく、更に好ましくは４．０〜６．０である（後述。）。
水素ガス／酸素ガスのモル比を２．５以上とする条件は、従来の特許文献１（特開２００３−１３７５８２号公報）に開示されたガラスロッド１を火炎研磨する条件に比べて、燃料ガスの水素ガスの供給量が多い条件である。

このように水素ガス／酸素ガス比が２．５以上となるように、酸素ガスと水素ガスの供給量を調整することによって、より多くの水素が燃焼し、酸水素炎の温度を高めることができ、ガラスロッド１の表面温度を高くすることができる。
また、従来に比べて水素ガスの供給量が多いため、酸水素炎の還元作用を高めることができる。これにより酸水素炎に当たっているガラスロッド１の外周部において、ガラスのエッチング速度を増加させることができる。
以上により、酸水素炎によるガラスロッド１のエッチング速度を速めることができ、ガラスロッド１への水酸基の残留を抑制できる。また、ガラスロッド１のエッチング速度が速いため、ほぼ完全にガラスロッド１の外周面の傷を無くし、また異物を除去できる。

水素ガス／酸素ガスのモル比が２．０以上で２．５未満の場合、ガラスロッド１への水酸基の残留を十分に抑制できず、ガラスロッド１に残留する水酸基の濃度が高くなってしまう。また、酸水素炎の温度が低く、ガラスロッド１をエッチングする効果が乏しく、十分にガラスロッド１の外周面の傷を無くし、また異物を除去することができない場合がある。このため、火炎研磨後のガラスロッド１の外周部上にクラッド部の残部を形成して光ファイバ母材とすると、ガラスロッド１と外付け層との境界部に異物や気泡が残留したり欠陥、輝点等ができてしまう。
また、水素ガス／酸素ガスのモル比が２．０未満の場合、ガラスロッドの１の表面温度が低く、水酸基の拡散速度が遅いため、水酸基の残留濃度は低くなるが、ガラスロッド１をエッチングする効果が著しく乏しいため、ガラスロッド１の外周面の傷，異物等を除去できない。このため、火炎研磨後のガラスロッド１の外周部上にクラッド部の残部を形成して光ファイバ母材とすると、ガラスロッド１と外付け層との境界部に異物や気泡が残留したり欠陥、輝点等ができてしまう。
このように、水素ガス／酸素ガスのモル比が２．５未満では、ガラスロッド１に高濃度の水酸基が残留し、また十分にガラスロッド１の外周面の傷を無くし、異物を除去することができないため、好ましくない。

また、酸水素炎をガラスロッド１に当てた際のガラスロッド１の表面温度が高いほど、ガラスロッド１のエッチング速度が速くなる。特に、酸水素炎をガラスロッド１に当てた際のガラスロッド１表面の最高温度と、ガラスロッド１に残留する水酸基の濃度には、相関関係がみられ、ガラスロッド１表面の最高温度には、水酸基の残留濃度を低減するための好ましい温度範囲が存在することを見出した。
酸水素炎をガラスロッド１に当てた際のガラスロッド１表面の最高温度を１６００℃〜２２００℃とすることが好ましく、これにより水酸基の拡散速度に対してガラスロッド１のエッチング速度を更に速めることができ、ガラスロッド１への水酸基の残留を更に抑制できる。このようにして火炎研磨したガラスロッド１を用いて光ファイバ母材を形成し、この光ファイバ母材を線引きして光ファイバとすると、１３８３ｎｍの水酸基吸収損失増分が０．０３０ｄＢ／ｋｍ以下の水酸基による光損失の低い光ファイバが得られる。

ガラスロッド１表面の最高温度が１６００℃よりも低い場合、ガラスロッド１への水酸基の残留を十分に抑制できず、また、ガラスロッド１をエッチングする効果が乏しく、十分にガラスロッド１の外周面の傷を無くし、また異物を除去することができない場合があるため、好ましくない。
また、ガラスロッド１表面の最高温度を２２００℃よりも高くするためには、非常に高温度の酸水素炎を必要とし、酸水素炎を安定して発生させることが困難となるため、好ましくない。
なお、ガラスロッド１の表面温度は、バーナ２に供給する水素ガス／酸素ガスのモル比を調整して酸水素炎の温度を変化させるだけでなく、ガラスロッド１の回転速度、ガラスロッド１とバーナ２間の距離等を調整することによって、所望の値としても構わない。

通常、バーナ２への水素ガスの供給量を増やしてバーナ２に供給する水素ガス／酸素ガスのモル比を大きくすることによって、酸水素炎の温度を高めることができる。しかし、水素ガス／酸素ガスのモル比が１０よりも大きい場合、燃料ガスの水素ガスの供給量が過剰となり、酸水素炎を安定して発生させることが困難となる。
このため、バーナ２に供給する水素ガス／酸素ガスのモル比は、２．５〜１０が好ましく、更に好ましくは４．０〜６．０である。これにより安定して高温度の酸水素炎を発生させることができ、安定してガラスロッド１表面の最高温度を１６００℃〜２２００℃とすることができる。

ガラスロッド１の外周部の任意の箇所において、酸水素炎によるガラスロッド１のエッチング速度を、以下の式（Ｉ）によって定義する。
ここで、式（Ｉ）中、Δｒは、火炎研磨によるガラスロッド１の半径減少量［ｍｍ］、Ｌは、ガラスロッド１のうち酸水素炎に当たっている領域の幅（詳細には、ガラスロッド１に達するまでの酸水素炎の外周の延長線とガラスロッド１の表面とが交わる領域の幅である。）［ｍｍ］、Ｖは、ガラスロッド１に対するバーナ２の相対移動速度［ｍｍ／分］をそれぞれ示す。

（エッチング速度）＝Δｒ・Ｖ／Ｌ （Ｉ）

バーナ２は、ガラスロッド１の軸方向にスライド移動しているが、このバーナ２の移動速度に対してガラスロッド１の回転速度が非常に速い。このため、酸水素炎と同一面上にあるガラスロッドの外周部が常に酸水素炎に当たっている状態にあるとして、ガラスロッド１の回転運動を考慮せずバーナ２のスライド移動のみを考慮すると、ガラスロッド１の外周部の任意の箇所が酸水素炎に当たっている時間は、Ｌ／Ｖと近似できる。
ここで、Ｌは、ガラスロッド１に達するまでの酸水素炎の外周の延長線とガラスロッド１の表面とが交わる領域の幅［ｍｍ］であるが、このガラスロッド１に達するまでの酸水素炎の外周の延長線とガラスロッド１の表面とが交わる領域のうち、ガラスロッド１に対してバーナ２が相対移動する方向の距離（幅）を言う。この例では、バーナ２がガラスロッド１の中心軸に対して平行に移動するため、図１に示されたように、Ｌは、ガラスロッド１の酸水素炎に当たっている領域のうち、ガラスロッド１の中心軸方向の距離となる。
また、この例では、Ｖは、バーナ２の移動速度と近似される。

火炎研磨によるガラスロッド１の半径減少量（Δｒ）を、ガラスロッド１の外周部の任意の箇所が酸水素炎に当たっている時間（Ｌ／Ｖ）で除することによって、任意の箇所におけるエッチング速度（Δｒ・Ｖ／Ｌ）が得られる。
水酸基は、ガラスロッド１の外周部のうち酸水素炎が当たっている領域で生じ、この酸水素炎が当たっている間にガラスロッド１中に拡散すると考えられる。
エッチング速度（Δｒ・Ｖ／Ｌ）は、前記したようにガラスロッド１の外周部の任意の箇所に酸水素炎が当たっている時間をもとに算出されているため、このΔｒ・Ｖ／Ｌの値を大きくすることによって、水酸基の拡散速度に対してガラスロッド１のエッチング速度を速めることができ、ガラスロッド１に水酸基が残留することを抑制できる。

エッチング速度（Δｒ・Ｖ／Ｌ）が０．０２８ｍｍ／分〜０．１１０ｍｍ／分となるよに、ガラスロッド１の半径減少量（Δｒ）、ガラスロッド１に達するまでの酸水素炎の外周の延長線とガラスロッド１の表面とが交わる領域の幅（Ｌ）、ガラスロッド１に対するバーナ２の相対移動速度（Ｖ）を調整することが好ましい。
これにより、ガラスロッド１への水酸基の残留を更に抑制でき、火炎研磨したガラスロッド１を用いて光ファイバ母材を形成し、この光ファイバ母材を線引きして光ファイバとすると、光損失の低い光ファイバが得られる。
ガラスロッド１の半径減少量（Δｒ）は、酸水素炎の温度、ガラスロッド１に対するバーナ２の相対移動速度（Ｖ）を調整することによって変化させることができる。また、ガラスロッド１に達するまでの酸水素炎の外周の延長線とガラスロッド１の表面とが交わる領域の幅（Ｌ）は、ガラスロッド１とバーナ２間の距離を調整することによって変化させることができる。

エッチング速度（Δｒ・Ｖ／Ｌ）が０．０２８ｍｍ／分よりも遅い場合、ガラスロッド１への水酸基の残留を十分に抑制できず、好ましくない。
またエッチング速度（Δｒ・Ｖ／Ｌ）を０．１１０ｍｍ／分よりも速くするためには、非常に高温度の酸水素炎を必要とし、酸水素炎を安定して発生させることが困難となるため、好ましくない。

なお、本発明は、ガラスロッド１に限定されず、石英ガラスから構成されたガラス母材を火炎研磨する際に適用しても構わない。例えば、石英ガラスからなる出発部材、ガラスロッド１の外周部上に残部のクラッド部が形成された光ファイバ母材を火炎研磨する場合にも適用できる。

次に、光ファイバの製造方法について説明する。
ＶＡＤ法等により石英ガラスからなる出発部材に石英ガラス微粒子を吹き付けてスート体をつくる。そして、スート体を１２００℃程度で脱水した後、１５００℃程度で焼結して透明化することによりガラスロッドを製造する。
ここで、ガラスロッドは、コア部のみからなるもの、又はコア部の周囲にクラッド部の一部が形成されたものである。
そして、ガラスロッドを前述した本発明の火炎研磨方法によって、火炎研磨し、ガラスロッドの外周部の傷を無くし、またガラスロッドに付着した異物を除去する。
次に、火炎研磨後のガラスロッドを所定の外径まで延伸した後、この延伸したガラスロッドを再度、前述した本発明の火炎研磨方法によって火炎研磨する。

このようにして、火炎研磨と延伸を行ったガラスロッドに、外付け法等によってガラス微粒子を吹き付けた後、脱水、焼結して透明化して、ガラスロッドの外周部上に残部のクラッド部を形成し光ファイバ母材とする。
この光ファイバ母材を線引きし、紡糸することによって、光ファイバを製造する。

本発明の火炎研磨方法によりガラスロッドを火炎研磨したことによって、ガラスロッド中に残留する水酸基濃度を低く抑えられ、これにより光ファイバ中の水酸基濃度を抑え、水酸基による１３８３ｎｍ近傍の光損失の低い光ファイバを製造できる。

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
まず、ＶＡＤ法により、コア部と第一クラッド部から構成された外径１１０ｍｍ程度のガラスロッド１を作製し、試料として用いた。
ここで、本明細書では、延伸前のガラスロッド１をＶＡＤ母材と言い、延伸後のガラスロッド１を延伸母材と言う。

ＶＡＤ母材は、脱水焼結して透明ガラス化されたものであるため、十分に脱水されており、水酸基による光吸収量を測定した結果、ＶＡＤ母材中の水酸基の濃度は１ｐｐｂであることがわかった。
このＶＡＤ母材を前述した本発明の火炎研磨方法により、ＶＡＤ母材の回転数を４０ｒｐｍとして火炎研磨した。

そして、各条件で火炎研磨したＶＡＤ母材を延伸し、外径２９ｍｍ程度の延伸母材Ａと、外径２５ｍｍ程度の延伸母材Ｂを作製した。
得られた延伸母材Ａ，Ｂを再度、本発明の火炎研磨方法で火炎研磨した。
延伸母材Ａの火炎研磨の条件を表１に示す。

次に、外付け法により、延伸母材Ａ，Ｂの外周部上に、第二クラッド部となるガラス微粒子を堆積させた後、脱水焼結して透明ガラス化して、延伸母材Ａ，Ｂの外径の４．１７倍の外径を有する光ファイバ母材を作製した。
本実施例では、ＶＡＤ母材と延伸母材にそれぞれ火炎研磨を行ったが、延伸母材に本発明の火炎研磨方法を適用することが有効であった。ＶＡＤ母材では、本発明の火炎研磨方法を適用することは有用であるが、後工程で再び、延伸母材を火炎研磨してエッチングするため、その効果は小さいためである。

この光ファイバ母材の製造工程において、延伸母材Ａ，Ｂと光ファイバ母材について以下に示された方法によって、母材中の水酸基濃度を測定した。
延伸母材Ａ，Ｂ又は光ファイバ母材を輪切りにし、その両面を光学研磨して厚さ１．０ｍｍとした後、赤外分光光度計によりガラス中に含まれる水酸基の濃度を測定した。この水酸基の濃度測定では、０．１ｍｍ間隔で半径方向を線分析した。
以上により、延伸母材については、表面近傍（外周部）の水酸基濃度を求め、また光ファイバ母材については延伸母材と外付け層（外付け法により形成された第二クラッド部）との境界部分の水酸基濃度を求めた。
ここで、外付け法により、延伸母材Ａ，Ｂの外周部上に、第二クラッド部を形成する際、脱水焼結して透明ガラス化しているため、光ファイバ母材の外付け層の水酸基濃度は１ｐｐｍ以下であり、光ファイバ母材中の水酸基は、延伸母材と外付け層との境界部のみに存在していた。

また、得られた光ファイバ母材を線引して光ファイバを作製し、この光ファイバの光損失を測定し、１３８３ｎｍに吸収ピークをもった水酸基による光損失の増加量（ｄＢ／ｋｍ）を求めた。
延伸母材Ａについて得られた結果を表２に示す。

バーナ２に供給する酸素ガスに対する水素ガスのモル比（水素ガス／酸素ガス）が２．５以上となるようにしてガラスロッド１を火炎研磨した場合（条件１−３〜１−６、２−３〜２−６）、表２に示されたように、ガラスロッド１に水酸基が残留することを抑制でき、これにより水酸基濃度が低く抑えられた光ファイバ母材が製造できた。
この条件でガラスロッド１を火炎研磨した際、ガラスロッド１表面の最高温度が１６００℃〜２２００℃であった。またエッチング速度（Δｒ・Ｖ／Ｌ）が０．０２８ｍｍ／分〜０．１１０ｍｍ／分であった。

図２は、光ファイバの水酸基による光損失の増加量（ｄＢ／ｋｍ）と、火炎研磨の際のバーナ２に供給する酸素ガスに対する水素ガスのモル比（水素ガス／酸素ガス）との関係を示す図である。
バーナ２に供給する酸素ガスに対する水素ガスのモル比（水素ガス／酸素ガス）が２．５以上となるようにしてガラスロッド１を火炎研磨した場合、ガラスロッド１に残留する水酸基濃度が低く抑えられた。このため、火炎研磨後のガラスロッド１を用いて光ファイバ母材を形成し、この光ファイバ母材を線引きすると、水酸基による光損失の増加量が０．０１２ｄＢ／ｋｍ以下の光ファイバが得られた。

バーナ２に供給する酸素ガスに対する水素ガスのモル比（水素ガス／酸素ガス）が４．０〜６．０となるようにしてガラスロッド１を火炎研磨した場合（条件１−４，２−４）、特にガラスロッド１に残留する水酸基濃度が大幅に低く抑えられた。このため、火炎研磨後のガラスロッド１を用いて光ファイバ母材を形成し、この光ファイバ母材を線引きすると、水酸基による光損失の増加量が０．００２ｄＢ／ｋｍ，０．００３ｄＢ／ｋｍであり、光損失が特に低く抑えられた光ファイバが得られた。また水素ガスの供給量も考慮すると、原料に係るコストも抑えられた。

バーナ２に供給する酸素ガスに対する水素ガスのモル比（水素ガス／酸素ガス）が２．０以上で２．５未満の場合（条件１−２，２−２）、ガラスロッド１への水酸基の残留を十分に抑制できず、ガラスロッド１に残留する水酸基の濃度が４２０ｐｐｍ，４３０ｐｐｍと高くなってしまった。
また、酸水素炎の温度が低く、ガラスロッド１表面の最高温度が１４８０℃，１５５０℃と低い温度であった。このため、ガラスロッド１をエッチングする効果が乏しく、十分にガラスロッド１の外周面の傷を無くし、また異物を除去することができなかった。これにより、火炎研磨後のガラスロッド１の外周部上にクラッド部の残部を形成して光ファイバ母材とすると、ガラスロッド１と外付け層との境界部に異物や気泡が残留してしまった。
この光ファイバ母材を線引きすると、図２に示されたように、水酸基による光損失の増加量が、条件１−２では０．０３５ｄＢ／ｋｍ、条件２−２では０．０３３ｄＢ／ｋｍであり、光損失の多い光ファイバが得られた。

また、バーナ２に供給する酸素ガスに対する水素ガスのモル比（水素ガス／酸素ガス）が２．０未満の場合（条件１−１，２−１）、ガラスロッドの１の表面温度が１４３０℃，１４９０℃と低い温度であった。このため水酸基の拡散速度が遅くなり、水酸基の残留濃度は３５０ｐｐｍ，３２０ｐｐｍとなり、水素ガス／酸素ガスのモル比が２．０以上で２．５未満の場合（条件１−２，２−２）に比べて低くなった。
しかし、ガラスロッド１をエッチングする効果が著しく乏しいため、ガラスロッド１の外周面の傷，異物等を除去できなかった。このため、火炎研磨後のガラスロッド１の外周部上にクラッド部の残部を形成して光ファイバ母材とすると、ガラスロッド１と外付け層との境界部に異物や気泡が多数残留してしまった。得られた光ファイバ母材を線引きすると、残留した異物や気泡のために途中で断線してしまい線引きできなかった。

バーナ２に供給する酸素ガスに対する水素ガスのモル比（水素ガス／酸素ガス）が１０．０よりも大きくなるようにしてガラスロッド１を火炎研磨した場合（条件１−７，２−７）、酸水素炎を安定して発生させることができず、安定してガラスロッド１を火炎研磨できなかった。

図３は、光ファイバの水酸基による光損失の増加量（ｄＢ／ｋｍ）と、火炎研磨の際のガラスロッド１表面の最高温度（℃）との関係を示す図である。
水素ガス／酸素ガスのモル比が２．５〜１０．０であり、かつガラスロッド１表面の最高温度が１６００℃〜２２００℃となるようにしてガラスロッド１を火炎研磨した場合、ガラスロッド１に残留する水酸基濃度が低く抑えられた。このため、火炎研磨後のガラスロッド１を用いて光ファイバ母材を形成し、この光ファイバ母材を線引きすると、水酸基による光損失の増加量が０．０１２ｄＢ／ｋｍ以下の光ファイバが得られた。

図４は、光ファイバの水酸基による光損失の増加量（ｄＢ／ｋｍ）と、火炎研磨の際のエッチング速度（ｍｍ／分）との関係を示す図である。
水素ガス／酸素ガスのモル比が２．５〜１０．０であり、かつエッチング速度（Δｒ・Ｖ／Ｌ）が０．０２８ｍｍ／分〜０．１１０ｍｍ／分となるようにしてガラスロッド１を火炎研磨した場合、ガラスロッド１に残留する水酸基濃度が低く抑えられ、この火炎研磨後のガラスロッド１を用いて光ファイバ母材を形成し、この光ファイバ母材を線引きすると、水酸基による光損失の増加量が０．０１２ｄＢ／ｋｍ以下の光ファイバが得られた。

延伸母材Ｂについても、延伸母材Ａと同様の結果が得られ、バーナ２に供給する酸素ガスに対する水素ガスのモル比（水素ガス／酸素ガス）が２．５〜１０となるようにしてガラスロッド１を火炎研磨することによって、ガラスロッド１に残留する水酸基濃度が低く抑えられた。このため、火炎研磨後のガラスロッド１を用いて光ファイバ母材を形成し、この光ファイバ母材を線引きすると、水酸基による光損失の低い光ファイバが得られた。

本発明は、１．３μｍ帯域や１．５μｍ帯域で低損失が要求される長距離伝送用光ファイバ等のシングルモード光ファイバや、分散補償光ファイバ等のマルチモード光ファイバ等の出発原料となる光ファイバ母材を製造する際に、ガラスロッド等の石英ガラスから構成されたガラス母材を火炎研磨する工程として利用できる。

ガラスロッドに酸水素炎を照射している状態を示す一例を示す模式図である。 光ファイバの水酸基による光損失の増加量と、火炎研磨の際のバーナに供給する酸素ガスに対する水素ガスのモル比との関係を示す図である。 光ファイバの水酸基による光損失の増加量と、火炎研磨の際のガラスロッド表面の最高温度との関係を示す図である。 光ファイバの水酸基による光損失の増加量と、火炎研磨の際のエッチング速度との関係を示す図である。

符号の説明

１‥‥ガラスロッド、２‥‥バーナ

Claims (2)

1. 酸水素炎をガラスロッドに当てて加熱、研磨するガラスロッドの火炎研磨方法において、
   酸素ガスに対する水素ガスの供給量のモル比（水素ガス／酸素ガス）を５．０〜７．０とし、かつガラスロッド表面の最高温度を２０１０℃〜２２００℃とし、
   酸水素炎によるガラスロッドのエッチング速度（Δｒ・Ｖ／Ｌ）が０．０２８ｍｍ／分〜０．１１０ｍｍ／分となるように、火炎研磨によるガラスロッドの半径減少量Δｒ、ガラスロッドのうち酸水素炎に当たっている領域の幅Ｌ、ガラスロッドに対するバーナの相対移動速度Ｖを調整することを特徴とするガラスロッドの火炎研磨方法。
2. 石英ガラスからなる出発部材にガラス微粒子を吹き付けてスート体とし、これを脱水、透明処理した後、延伸してガラスロッドを得て、該ガラスロッドにガラス微粒子を吹き付け、脱水、透明処理して得られる光ファイバ母材を線引きする光ファイバの製造方法において、
   少なくともガラス微粒子を吹き付ける前のガラスロッドを、請求項１に記載のガラスロッドの火炎研磨方法で研磨することを特徴とする光ファイバの製造方法。

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