JP6310613B2 - 光ファイバ用ガラス母材の製造方法 - Google Patents

光ファイバ用ガラス母材の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、光ファイバ用ガラス母材の製造方法に関するものである。
近年、光ファイバ用ガラス母材は、生産性を向上させるために大型化が進んでいる。光ファイバ用ガラス母材は、たとえば、ＶＡＤ（Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＭＣＶＤ（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＯＶＤ（Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの周知の方法によって作製される。
このうち、ＯＶＤ法は、バーナに可燃性ガス、助燃性ガス、ガラス原料を導入して火炎加水分解反応させて生成されるガラス微粒子を、回転する出発材（基材）の半径方向に堆積させる方法であり、大型で高純度な多孔質母材を得るのに好適な方法として知られている（特許文献１）。多孔質母材を高温な加熱炉で焼結することにより、光ファイバ用ガラス母材が作製される。
また、ＭＣＶＤ法で、回転するガラス管（基材）内に原料ガスと酸素ガスとを流し、バーナでガラス管を外側から加熱し、ガラス管に沿って移動するバーナの熱により、ガラス管内にガラス微粒子を堆積させた後に堆積したガラス微粒子をガラス化する。この工程を繰り返すことにより、ガラス管の中心に向けてガラス層を堆積させる。その後、バーナ温度を高めてガラス管の粘度を低下させ、中心の中空部を潰す（コラップスする）ことにより、光ファイバ用ガラス母材が作製される。
特開２００７−１０６６１６号公報
しかしながら、ＯＶＤ法で多孔質母材を製造する場合、ガラス微粒子の堆積が偏りを持つ場合があり、条件によってはコア偏心になる場合があることがわかった。近年では光ファイバ用多孔質母材の高速合成技術が進み、多孔質母材が大型化するとともに単位時間当たりの堆積量が増えていることから、コア偏心になる傾向が顕著になるという問題があった。
そこで、本発明の目的は、上記従来の光ファイバ用ガラス母材の製造方法の問題点を解消し、コア偏心の発生を抑えることが可能な光ファイバ用ガラス母材の製造方法を提供することにある。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、バーナと、回転する基材とを、相対的に往復移動させながら、ガラス原料ガスを供給して生成せしめたガラス微粒子を、前記基材に堆積させて光ファイバ用ガラス母材を製造する方法であって、製造する光ファイバ用ガラス母材のうち前記ガラス微粒子を堆積させることにより形成する部分の最終外径をＬとしたとき、外径が０．８０Ｌ以上Ｌ以下に相当する部分を堆積する際に、前記往復運動のスタート時の回転位置ｒ０と一往復して元の位置に戻る際の回転位置ｒ１とのそれぞれと前記基材の断面中心Ｏとを結ぶ線の成す角度が、０°、１２０°、２４０°、７２°、１４４°、２１６°、２８８°を除く角度となる第１の条件で堆積を行うか、１２０°、２４０°となる第２の条件で０．０２Ｌ以下の厚みに相当する厚みで堆積を行うか、７２°、１４４°、２１６°、２８８°となる第３の条件で０．０３Ｌ以下の厚みに相当する厚みで堆積を行うか、０°となる第４の条件で０．０１Ｌ以下の厚みに相当する厚みで堆積を行うことを特徴とする。
本発明の一態様に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、外径が０．８０Ｌ以上Ｌ以下に相当する部分を堆積する際に、前記往復運動のスタート時の回転位置ｒ０と一往復して元の位置に戻る際の回転位置ｒ１とのそれぞれと前記基材の断面中心Ｏとを結ぶ線の成す角度が、１８０°となる第６の条件で０．０２Ｌ以下の厚みに相当する厚みで堆積を行うことを特徴とする。
本発明の一態様に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、単位時間あたりに堆積させた部分のガラス微粒子堆積層の密度が、所望の密度となるように前記基材の回転速度ｒ（ｒｐｍ）、及び前記基材と前記バーナとの相対運動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）を変化させながら堆積を行うことを特徴とする。
本発明の一態様に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、前記光ファイバ用ガラス母材の屈折率プロファイルが、該光ファイバ用ガラス母材を線引きして得られる光ファイバのモードフィールド径が波長１．３１μｍにおいて、９．１μｍ以下となるように前記光ファイバ用ガラス母材を製造することを特徴とする。
本発明によれば、コア偏心の発生を抑えることが可能な光ファイバ用ガラス母材の製造方法を実現できるという効果を奏する。
図１は、光ファイバ用ガラス母材の製造に用いられる製造装置の要部を示す説明図である。 図２は、図１のＤ−Ｄ断面を示す説明図である。 図３Ａは、クラッド部分が非円形状に堆積した状態を示す説明図である。 図３Ｂは、コア偏心した状態を示す説明図である。 図４は、長手方向における往復運動のスタート位置と一往復して戻った位置との説明図である。 図５Ａは、一往復当たりのずれ角が１２０°の場合を示す説明図である。 図５Ｂは、一往復当たりのずれ角が７２°の場合を示す説明図である。 図５Ｃは、一往復当たりのずれ角が０°の場合を示す説明図である。 図５Ｄは、一往復当たりのずれ角が１８０°の場合を示す説明図である。 図６は、コア偏心量を示す説明図である。 図７は、光ファイバ用ガラス母材の屈折率プロファイルの一例を示す説明図である。
以下、本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造方法の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、光ファイバ用ガラス母材の製造に用いられる製造装置の要部を示す説明図である。図２は、図１のＤ−Ｄ断面を示す説明図である。図３Ａは、クラッド部分が非円形状に堆積した状態を示す説明図である。図３Ｂは、コア偏心した状態を示す説明図である。図４は、長手方向における往復運動のスタート位置と一往復して戻った位置との説明図である。図５Ａ〜５Ｄは、一往復当たりのずれ角を示す説明図である。図６は、コア偏心量を示す説明図である。図７は、光ファイバ用ガラス母材の屈折率プロファイルの一例を示す説明図である。
はじめに、図１に示す製造装置１０を用いて多孔質母材２０を製造する。本実施の形態は所謂ＯＶＤ法によるものである。ターゲットロッド１の両端が支持部２，２で軸支されている。図示しない駆動機構は、図示しない制御手段に制御されてターゲットロッド１を矢印Ａで示すように所定の方向に所定の速度で回転させる。更にこの状態で、駆動機構はガラス微粒子合成用バーナ４をターゲットロッド１の軸方向に矢印Ｂ１，Ｂ２で示すように直線往復運動させる。
ガラス微粒子合成用バーナ４には、ガラス原料ガスであるＳｉＣｌ４ガスと、燃焼ガスであるＨ２ガス及びＯ２ガスとを供給し、燃焼ガスによって形成される火炎中でガラス原料ガスを火炎加水分解させてガラス微粒子を合成する。このガラス微粒子を火炎噴射口３から回転するターゲットロッド（多くの場合、クラッド部の一部が付いたコアロッドをガラス化したもの）１の外周上に噴射し、ガラス微粒子堆積体５を堆積せしめ、多孔質母材２０を製造する。
尚、回転するターゲットロッド１に対するガラス微粒子合成用バーナ４の軸方向の動きは、相対的に往復運動になればよい。本実施の形態においては、ターゲットロッド１に対してガラス微粒子合成用バーナ４を直線往復運動させているが、ガラス微粒子合成用バーナ４を固定しておき回転するターゲットロッド１を回転軸方向に直線往復運動させてもよい。
ターゲットロッド１の上端は、重量測定器９から延びるチャック８によって回転自在に吊り下げられている。重量測定器９は、ターゲットロッド１の外周上に堆積したガラス微粒子の重量を測定する。ターゲットロッド１の側方で所定の距離離れた位置に、外径測定器７が配設されている。外径測定器７は、出射したレーザービームがガラス微粒子堆積体５の表面で反射して戻って来るまでの時間からガラス微粒子堆積体５の外径を測定する。
一般的には、合成初期はターゲットが細いため、ターゲットロッド１とガラス微粒子合成用バーナ４との相対運動速度や、ターゲットロッド１の回転速度を速くした方が、ガラス微粒子の堆積効率がよい。合成中期においては、ターゲットがある程度太くなった時にガラス微粒子合成用バーナ４の相対運動速度やターゲットロッド１の回転速度が速いと、ガラス微粒子の堆積密度が低くなってしまう。そのため、合成が進むにつれて、相対運動速度やターゲットロッド１の回転速度を徐々に下げて、ガラス微粒子の堆積密度を所望値に保つように調整する。特に、光ファイバ用ガラス母材の大型化を実現するには、既存の設備サイズなどの制約から堆積させるガラス微粒子の堆積密度を上げることが好ましい。
ここで、多孔質母材２０を焼結してガラス化する場合、ガラス微粒子堆積体５の体積が小さくなる（高密度になる）ことで多孔質母材２０が縮径し、光ファイバ用ガラス母材となる。したがって、多孔質母材２０の外径がそのまま光ファイバ用ガラス母材の外径となるわけではない。そこで、製造する光ファイバ用ガラス母材のうちガラス微粒子を堆積させることにより形成する部分の最終外径をＬとし、堆積途中のガラス微粒子堆積体５の外径や、堆積する厚みなどは、Ｌを基準とした値で示すこととする。たとえば、０．０１Ｌ以下の厚みに相当する厚みとは、光ファイバ用ガラス母材において０．０１Ｌの厚みとなるようなガラス微粒子の堆積厚みである。また、たとえば堆積途中における外径が０．８０Ｌ以上Ｌ以下に相当する部分とは、ガラス微粒子堆積体５のうち、光ファイバ用ガラス母材において、中心軸からの径方向距離が０．８０Ｌ以上Ｌ以下の部分になる部分のことである。
特に密度低下が起こりやすい０．８０Ｌ以上Ｌ以下に相当する部分において、ガラス微粒子堆積体５の密度ρｃ（ｇ／ｃｍ３）が０．５ｇ／ｃｍ３以上０．９ｇ／ｃｍ３以下、より好ましくは０．７ｇ／ｃｍ３以上０．９ｇ／ｃｍ３以下範囲となるように堆積を行うことが好ましい。
ガラス微粒子堆積体５において、外径が０．８０Ｌ以上Ｌ以下に相当する部分の密度が０．９［ｇ／ｃｍ３］より大きい場合、次のガラス化工程での脱水が不十分になり、本母材を用いて製造される光ファイバの波長１３８０ｎｍにおける伝送損失が増加する場合がある。また、ガラス微粒子堆積体５において、外径が０．８０Ｌ以上Ｌ以下に相当する部分の密度が０．５［ｇ／ｃｍ３］よりも小さくなると、結果としてＬが大きくなり、例えば、既存設備で焼結できる母材サイズが小さくなり、母材の大型化には不利益である。また、０．７［ｇ／ｃｍ３］以上とすることで、よりＬを小さくでき、好ましい。
また、同一の回転速度ｒ（ｒｐｍ）、同一の相対運動（トラバース）速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）であってもガラス微粒子堆積体５の外径が異なると堆積するガラス微粒子の密度が異なるため、密度を所望の値に保つためには、ターゲットロッドの回転速度ｒ（ｒｐｍ）、及びターゲットロッドとガラス微粒子合成用バーナとの相対運動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）を変化させながら堆積を行うことが好ましい。
ここで、一往復の相対運動（トラバース）により、矢印Ｃが示す螺旋状に堆積するススの中心線が、前回のトラバースの際に堆積したススの中心線と重なるように合成を続けると、スート（ガラス微粒子の集合体）の堆積に偏りが生じ、図３Ａ、３Ｂに示すように、クラッド部が非円形状に形成されたり、コア偏心の問題が発生したりすることがある。なお、図３Ａ、３Ｂにおいて、符号６はターゲットロッド１に含まれるコア部を示している。ターゲットロッド１におけるコア部６の外周の領域はクラッド部となる。
また、堆積するススの中心線が、前回のトラバースの際に堆積したススの中心線と重なる場合だけでなく、ターゲットロッド１の回転速度ｒ（ｒｐｍ）と、ターゲットロッド１とガラス微粒子合成用バーナ４との相対運動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）と、トラバースの一往復の距離Ｄ（ｍｍ）とが所定の関係になることで、図３Ａ、３Ｂに示すように、光ファイバ用ガラス母材においてクラッド部となるガラス微粒子堆積体５が、非円形状に形成されたり、コア偏心の問題が発生したりすることがある。
以下に、より詳細に説明する。
ターゲットロッド１の回転速度をｒ（ｒｐｍ）とし、ターゲットロッド１とガラス微粒子合成用バーナ４との相対運動速度をＶ（ｍｍ／ｍｉｎ）とし、Ｖ／ｒで表されるバーナの掃引ピッチをＰ（ｍｍ）とし、ターゲットロッド１とガラス微粒子合成用バーナ４との相対運動の一往復の移動距離をＤ（ｍｍ）としたとき、Ｄ／Ｐで表される数値をＡ＋ａ（ただし、小数点以下第３位を四捨五入）と表すこととする。Ａは０以上の整数値とし、ａは１．００未満の値とする。たとえば、１．３３の場合、Ａは１であり、ａは０．３３である。
なお、ターゲットロッド１とガラス微粒子合成用バーナ４との相対運動の往路と復路とで相対運動速度、移動距離が異なり、往路での相対運動速度がＶ１、移動距離がＤ１、復路での相対運動速度がＶ２、移動距離がＤ２の場合、Ａ＋ａはＤ／Ｐの代わりに（Ｄ１／Ｐ１）＋（Ｄ２／Ｐ２）で表され、このときＰ１＝Ｖ１／ｒ、Ｐ２＝Ｖ２／ｒである。
図４は、長手方向における往復運動のスタート位置と一往復して戻った位置との説明図である。ガラス微粒子合成用バーナ４は、矢印Ａの方向に回転するターゲットロッド１の長手方向における位置Ｅ１からスタートし、矢印Ｂ１の方向に相対運動し、位置Ｅ２において相対運動方向が矢印Ｂ２の方向に変化し、位置Ｅ１に戻り、一往復する。なお、上述したように、相対運動の往路と復路とで移動距離が異なる場合がある。その場合、ガラス微粒子合成用バーナ４は位置Ｅ１まで戻らない場合もあるし、位置Ｅ１よりも紙面下方側に移動する場合もある。また、方向転換する位置も位置Ｅ２からずれる場合もある。
まず、図５Ａに示すように、往復運動のスタート時の回転位置ｒ０と、一往復して元の位置に戻る際の回転位置ｒ１とのそれぞれと、ターゲットロッド１の断面中心Ｏとを結ぶ線の成す角度が、１２０°となる、すなわち一往復当たりのずれ角が１２０°となる場合がある。なお、上述したように、相対運動の往路と復路とで移動距離が異なる場合がある。その場合、ガラス微粒子合成用バーナ４は位置Ｅ１まで戻らない場合もあるし、位置Ｅ１よりも移動する場合もあるが、一往復当たりのずれ角は、ガラス微粒子合成用バーナ４が、それまでの螺旋状の軌跡を維持したまま位置Ｅ１まで戻った場合に対して定義する。この場合、二往復して元の位置に戻る際の回転位置ｒ２は更に１２０°ずれる。更に三往復して元の位置に戻る際の回転位置ｒ３は更に１２０°ずれ、回転位置ｒ０と等しくなる。更に、ガラス微粒子合成用バーナ４が軸方向に９回往復したとすると、往復を繰り返す毎に、回転位置ｒ４、ｒ５、ｒ６、ｒ７、ｒ８、ｒ９はそれぞれ１２０°ずつずれていく。
すなわち、ターゲットロッド１とガラス微粒子合成用バーナ４との相対運動において、往復したときのトラバースの開始位置が３回の往復運動ごとに１回同じ軌跡を通ることで頂点が３つの三角形状となり、ガラス微粒子合成用バーナ４が軸方向に９回往復したとすると、それぞれ同じ軌道を３回ずつ往復することとなる。その結果、ガラス微粒子堆積体５が三角形状の断面となることで、コア部６の中心（コア中心）から三角形状の頂点に位置する部分までの距離と、コア中心から三角形状の辺に位置する部分までの距離とに差が生じて、コア偏心になる。
より具体的に説明すると、ガラス微粒子堆積体５が三角形状の断面となると、コア中心に対してスートが最も多く堆積する場所（頂点）と、最も少なく堆積する場所（辺）とが、コア中心を挟んで対向することとなる。その後に製造した光ファイバ用ガラス母材から光ファイバを線引きしたときに、光ファイバ内で、その外径が円形に近づくような内力が働くが、上記のように頂点と辺とが対向するため、コア部６に対して偏った内力が働く。その結果、スートの堆積量の差（コア中心から母材外周までの距離差）が線引きによっても小さくならず、コア偏心が生じる。
なお、このような１２０°の角度ずれが生じるのは、Ａ＋ａにおけるＡが０以上の任意の整数であり、ａが０．３３の場合である。また、同様の現象が、ａが０．６６、０．００においても生じる。０．６６の場合は一往復当たりのずれ角が２４０°である。
また、図５Ｂに示すように、回転位置ｒ０と、回転位置ｒ１のそれぞれと、断面中心Ｏとを結ぶ線の成す角度が、７２°となる、すなわち一往復当たりのずれ角が７２°となる場合がある。この場合、二往復して元の位置に戻る際の回転位置ｒ２は更に７２°ずれる。更に三往復して元の位置に戻る際の回転位置ｒ３は更に７２°ずれる。更に、ガラス微粒子合成用バーナ４が軸方向に１０回往復したとすると、往復を繰り返す毎に、回転位置ｒ４、ｒ５、ｒ６、ｒ７、ｒ８、ｒ９、ｒ１０はそれぞれ７２°ずつずれていく。
すなわち、ターゲットロッド１とガラス微粒子合成用バーナ４との相対運動において、往復したときのトラバースの開始位置が５回の往復運動ごとに１回同じ軌跡を通ることで頂点が５つの五角形状となり、ガラス微粒子合成用バーナ４が軸方向に１０回往復したとすると、それぞれ同じ軌道を２回ずつ往復することとなる。その結果、ガラス微粒子堆積体５が五角形状の断面になり、ガラス微粒子堆積体５が三角形状の断面になる場合と同様に、コア中心から頂点に位置する部分と辺に位置する部分とでは距離が異なることからコア偏心になる。
すなわち、ガラス微粒子堆積体５が五角形状になる場合は、三角形状になる場合と同様に、コア中心に対してスートが最も多く堆積する場所（頂点）と、最も少なく堆積する場所（辺）とが、コア中心を挟んで対向することとなるので、スートの堆積量の差が線引きによっても小さくならず、コア偏心が生じる。
なお、このような７２°の角度ずれが生じるのは、Ａ＋ａにおけるＡが０以上の任意の整数であり、ａが０．２０の場合である。また、同様の現象が、ａが０．４０、０．６０、０．８０、０．００においても生じる。０．４０、０．６０、０．８０の場合は一往復当たりのずれ角がそれぞれ１４４°、２１６°、２８８°である。ここで、図５Ａ、図５Ｂの何れの場合も、ａの値のばらつきが±０．０１以内であれば、コア偏心となる現象が生じる。
一方、ガラス微粒子堆積体５が四角形状の断面となる場合は、頂点同士及び辺同士が、コア中心を挟んで対向することとなるので、コア部６に対して偏った内力が生じにくくなる。その結果、コア部６に対して働く内力の偏りが小さく、コア偏心は問題にならない程度に小さい又は生じない。また、ガラス微粒子堆積体５が七角形状又はそれ以上の角を有する多角形状になる場合は、頂点と辺とがコア中心を挟んで対向するが、三角形状や五角形状の場合と比較してスートの堆積量の差が小さく、外径が円形に近いので、コア偏心は問題にならない程度に小さい又は生じない。
ガラス微粒子の堆積工程の終盤である、光ファイバ用ガラス母材において０．８０Ｌ以上Ｌ以下に相当する部分を堆積する際は、一層当たりの堆積量が多く、かつ更にその上に堆積されるガラス微粒子が少ないことから、特にコア偏心に与える影響が大きい。そのため、外径が０．８０Ｌ以上Ｌ以下に相当する部分を堆積する際に、回転位置ｒ０と回転位置ｒ１とのそれぞれと断面中心Ｏとを結ぶ線の成す角度が、０°、１２０°、２４０°、７２°、１４４°、２１６°、２８８°を除く角度となる第１の条件で堆積を行なえば、コア偏心を小さく抑えることができる。なお、この第１の条件は、Ａ＋ａが、Ａを０以上の任意の整数として、Ａ＋０．０１＜Ａ＋ａ＜Ａ＋０．１９，又はＡ＋０．２１＜Ａ＋ａ＜Ａ＋０．３２，又はＡ＋０．３４＜Ａ＋ａ＜Ａ＋０．３９，又はＡ＋０．４１＜Ａ＋ａ＜Ａ＋０．５９，又はＡ＋０．６１＜Ａ＋ａ＜Ａ＋０．６５，又はＡ＋０．６７＜Ａ＋ａ＜Ａ＋０．７９，又はＡ＋０．８１＜Ａ＋ａ＜Ａ＋０．９９の範囲に含まれるように設定して堆積を行うことと略等しい。
また、回転位置ｒ０と回転位置ｒ１とのそれぞれと断面中心Ｏとを結ぶ線の成す角度が、１２０°、２４０°となる第２の条件で堆積を行う場合は、０．０２Ｌ以下の厚みに相当する厚みで堆積を行なえば、コア偏心を小さく抑えることができる。なお、この第２の条件は、Ａ＋ａに関して、Ａを０以上の任意の整数として、Ａ＋０．３３を中心とするＡ＋０．３２≦Ａ＋ａ≦Ａ＋０．３４、又は、Ａ＋０．６６を中心とするＡ＋０．６５≦Ａ＋ａ≦Ａ＋０．６７の範囲に含まれるように設定して堆積を行うことと略等しい。
また、回転位置ｒ０と回転位置ｒ１とのそれぞれと断面中心Ｏとを結ぶ線の成す角度が、７２°、１４４°、２１６°、２８８°となる第３の条件で堆積を行う場合は、０．０３Ｌ以下の厚みに相当する厚みで堆積を行なえば、コア偏心を小さく抑えることができる。なお、この第３の条件は、Ａ＋ａに関して、Ａを０以上の任意の整数として、Ａ＋０．２０を中心とするＡ＋０．１９≦Ａ＋ａ≦Ａ＋０．２１、並びに、Ａ＋０．４０、Ａ＋０．６０、Ａ＋０．８０をそれぞれ中心とするＡ＋０．３９≦Ａ＋ａ≦Ａ＋０．４１、Ａ＋０．５９≦Ａ＋ａ≦Ａ＋０．６１，及びＡ＋０．７９≦Ａ＋ａ≦Ａ＋０．８１の何れかの範囲に含まれるように設定して堆積を行うことと略等しい。
また、回転位置ｒ０と回転位置ｒ１とのそれぞれと断面中心Ｏとを結ぶ線の成す角度が、０°となる第４の条件で堆積を行う場合は、０．０１Ｌ以下の厚みに相当する厚みで堆積を行なえば、コア偏心を小さく抑えることができる。なお、この第４の条件は、Ａ＋ａに関して、Ａを０以上の任意の整数として、Ａ＋０．００を中心とするＡ＋０．９９≦ａ≦（Ａ＋１）＋０．０１の範囲に含まれるように設定して堆積を行うことと略等しい。
なお、Ａ＋０．９９≦ａ≦（Ａ＋１）＋０．０１の式からわかるように、右辺の整数部は左辺の整数部よりも１大きい数値となる。以下同様に、ａが０．００をまたぐ範囲である場合は、右辺の整数部が左辺の整数部よりも１大きくなる。
また、ガラス微粒子の堆積工程の後半である、光ファイバ用ガラス母材において０．５０Ｌ以上０．８０Ｌ未満に相当する部分を堆積する際においても、コア偏心に影響を与えることがある。そのため、０．５０Ｌ以上０．８０Ｌ未満に相当する部分を堆積する際においても、上記と同様に第１〜第４の条件の何れかの条件で堆積を行なうことが好ましい。なお、第２の条件で堆積を行う場合は、０．０２Ｌ以下の厚みに相当する厚みで堆積を行なうことが好ましい。第３の条件で堆積を行う場合は、０．０３Ｌ以下の厚みに相当する厚みで堆積を行なうことが好ましい。第４の条件で堆積を行う場合は、０．０１Ｌ以下の厚みに相当する厚みで堆積を行なうことが好ましい。
図５Ｃは、回転位置ｒ０と、回転位置ｒ１のそれぞれと、断面中心Ｏとを結ぶ線の成す角度が、０°となり、一往復当たりのずれ角が０°となる場合を示している。この場合は、ａ＝Ｘ．００に設定して堆積を行うことと略等しい。すなわち、ターゲットロッド１とガラス微粒子合成用バーナ４との相対運動において、スタート時の回転位置及び一往復した後ごとのトラバースの開始時の回転位置ｒ０〜ｒ１０がいずれも同じ位置となり、ガラス微粒子合成用バーナ４が軸方向に１０回往復したとすると、１０回同じ軌道を通ることから、堆積が偏り、クラッドが非円形状（クラッド非円）になる現象も生じる。
また、図５Ｄは、回転位置ｒ０と、回転位置ｒ１のそれぞれと、断面中心Ｏとを結ぶ線の成す角度が、１８０°となり、一往復当たりのずれ角が１８０°となる場合を示している。この場合は、Ａ＋ａに関して、Ａを０以上の任意の整数として、ａ＝０．５０に設定して堆積を行うことと略等しい。すなわち、ターゲットロッド１とガラス微粒子合成用バーナ４との相対運動において、一往復したときのトラバースの開始時の回転位置ｒ０〜ｒ１０が２回の往復運動ごとに１回同じ位置となり、ガラス微粒子合成用バーナ４が軸方向に１０回往復したとすると、５回ずつ同じ軌跡を通ることから、堆積が偏り、クラッドが非円形状（クラッド非円）になる現象が生じる。ここで、ａの値のばらつきが±０．０１以内であれば、クラッド非円となる現象が生じる。
このようにクラッド非円となる条件において、ガラス微粒子の堆積工程の終盤である、光ファイバ用ガラス母材において０．８０Ｌ以上Ｌ以下に相当する部分を堆積する際は、特にクラッド非円に与える影響が大きい。そのため、回転位置ｒ０と、回転位置ｒ１のそれぞれと、断面中心Ｏとを結ぶ線の成す角度が０°となる第４の条件で堆積を行う場合は、０．０１Ｌ以下の厚みに相当する厚みで堆積を行なえば、クラッド非円も小さく抑えることもできる。
また、回転位置ｒ０と回転位置ｒ１とのそれぞれと断面中心Ｏとを結ぶ線の成す角度が、１８０°となる第６の条件で堆積を場合は０．０２Ｌ以下の厚みに相当する厚みで堆積を行なえば、クラッド非円を小さく抑えることもできる。なお、この第６の条件は、Ａ＋ａに関して、Ａを０以上の任意の整数として、Ａ＋０．５０を中心とするＡ＋０．４９≦ａ≦Ａ＋０．５１の範囲に含まれるように設定して堆積を行うことと略等しい。
また、ガラス微粒子の堆積工程の後半である、光ファイバ用ガラス母材において０．５０Ｌ以上０．８０Ｌ未満に相当する部分を堆積する際においても、クラッド非円に影響を与えることがある。０．５０Ｌ以上０．８０Ｌ未満に相当する部分を堆積する際においても、第４の条件で０．０１Ｌ以下の厚みに相当する厚みで堆積を行なうか、第６の条件で０．０２Ｌ以下の厚みに相当する厚みで堆積を行なうことが好ましい。
なお、製造した多孔質母材を周知の方法で脱水焼結することにより、光ファイバ用ガラス母材が得られる。
ここで、光ファイバにおけるコア偏心とクラッド非円は、製造した多孔質母材を焼結したガラス化後の光ファイバ用ガラス母材を測定することで求められる。光ファイバ用ガラス母材におけるコア偏心ｃは、図６に示すように、互いに９０度を成す方向Ｆ１、Ｆ２から光ファイバ用ガラス母材３０の中心軸方向を見た場合の、光ファイバ用ガラス母材３０の中心軸からのコア３１の中心軸のずれ量ａ、ｂから、以下の式（１）を用いて求められる。なお、光ファイバにおけるコア偏心は、求めたコア偏心ｃに、（光ファイバの外径）／（光ファイバ用ガラス母材３０の外径）を掛けることで換算できる。
ｃ＝（ａ２＋ｂ２）１／２ ・・・ （１）
次に、クラッド非円は、光ファイバ用ガラス母材を回転させて外径最大と最小から二つの円の直径の差を、平均クラッド径に対する百分率で表した値である非円率を測定し、光ファイバになったときの非円量に換算した値とする。
Figure 0006310613
表１及び表２は、製造条件を様々に変化させてＩＴＵ−Ｔ．Ｇ６５２準拠のシングルモードファイバ用の多孔質母材を作製し、ガラス化後の光ファイバ用ガラス母材の長手方向の中心部分のコア偏心、及びクラッド非円を調べたものである。また、いずれのサンプルにおいても、ガラス微粒子の合成、堆積が進むにつれて、相対運動速度及びターゲットロッド１の回転速度を徐々に下げて、ガラス微粒子の密度を所望値に保つように調整している。具体的には、光ファイバ用ガラス母材における０．８０Ｌ以上Ｌ以下の部分に相当する部分を堆積する場合において、密度ρｃ［ｇ／ｃｍ３］が、０．７≦ρｃ≦０．９［ｇ／ｃｍ３］の範囲となるように掃引ピッチＰ（ｍｍ）を変化させながら堆積を行った。
また、いずれのサンプルにおいても、０．８０Ｌ未満の部分に相当する部分における製造条件は同じであり、０．５０Ｌ以上０．８０Ｌ未満の部分に相当する部分においては、Ｄ／Ｐを前述したコア偏心、クラッド非円の何れも小さく抑えることができる値に設定して製造している。
また、０．８０Ｌ以上Ｌ以下の部分に相当する部分において、特に表に記載していない領域においては、Ｄ／Ｐを前述したコア偏心、クラッド非円のいずれも小さく抑えることができる値に設定して製造している。
サンプル１は、多孔質母材の外径が、０．９７８Ｌに相当する位置から、厚み０．００８２０Ｌに相当する厚みだけ、ａ＝０．３２で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．３０μｍであることから、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。また、クラッド非円は０．２５μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。
サンプル２は、多孔質母材の外径が、０．９５５Ｌに相当する位置から、厚み０．０１３６７Ｌに相当する厚みだけ、ａ＝０．２１で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．２５μｍであることから、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。また、クラッド非円は０．１５μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。
サンプル３は、多孔質母材の外径が、０．９８５Ｌに相当する位置から、厚み０．０１２５８Ｌに相当する厚みだけ、ａ＝０．６６で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．３６μｍであることから、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。また、クラッド非円は０．２８μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。
サンプル４は、多孔質母材の外径が、０．９７０Ｌに相当する位置から厚み０．０２４６１Ｌに相当する厚みだけ、ａ＝０．６１で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．３５μｍであることから、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。また、クラッド非円は０．１７μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。
サンプル５は、多孔質母材の外径が、０．９５５Ｌに相当する位置から、厚み０．０４５Ｌに相当する厚みだけ（つまりＬに相当する外径まで）、ａ＝０．５５で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．２１μｍであることから、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。また、クラッド非円は０．１８μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。
サンプル６は、多孔質母材の外径が、０．９７８Ｌに相当する位置から、厚み０．００８２０Ｌに相当する厚みだけ、ａ＝０．６６で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．３１μｍであることから、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。また、クラッド非円は０．２４μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。
サンプル７は、多孔質母材の外径が、０．９５５Ｌに相当する位置から、厚み０．０１３６７Ｌに相当する厚みだけ、ａ＝０．７９で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．２４μｍであることから、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。また、クラッド非円は０．１６μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。
サンプル８は、多孔質母材の外径が、０．８００Ｌに相当する位置から、厚み０．０１３６７Ｌに相当する厚みだけ、ａ＝０．３２で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．２７μｍであることから、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。また、クラッド非円は０．２０μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。
サンプル９は、多孔質母材の外径が、０．５００Ｌに相当する位置から、厚み０．０１３６７Ｌに相当する厚みだけ、ａ＝０．３２で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．２４μｍであることから、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。また、クラッド非円は０．１６μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。
サンプル１０は、多孔質母材の外径が、０．９５５Ｌに相当する位置から、厚み０．０２１８８Ｌに相当する厚みだけ、ａ＝０．３３の条件で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．５１μｍであることから、接続損失を抑制するために不適な値となった。なお、クラッド非円については、０．３９μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。
サンプル１１は、多孔質母材の外径が、０．９５５Ｌに相当する位置から、厚み０．０３２８１Ｌに相当する厚みだけ、ａ＝０．２０の条件で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．４３μｍであることから、接続損失を抑制するために不適な値となった。なお、クラッド非円については、０．２８μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。
サンプル１２は、多孔質母材の外径が、０．８００Ｌに相当する位置から、厚み０．０２７３５Ｌに相当する厚みだけ、ａ＝０．３４の条件で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．４０μｍであることから、接続損失を抑制するために好適であるがサンプル１，８，９よりも大きくなった。なお、クラッド非円については、０．３６μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。
Figure 0006310613
サンプル１３は、多孔質母材の外径が、０．９７８Ｌに相当する位置から、厚み０．００２７３Ｌに相当する厚みだけ、ａ＝０．０１の条件で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．２１μｍであることから、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。また、クラッド非円は０．２５μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。
サンプル１４は、多孔質母材の外径が、０．９７８Ｌに相当する位置から厚み０．０００５５Ｌに相当する厚みだけ、ａ＝０．５１の条件で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．１５μｍであることから、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。また、クラッド非円は０．２７μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。
サンプル１５は、多孔質母材の外径が、０．９９３Ｌに相当する位置から、厚み０．００３８２Ｌに相当する厚みだけ、ａ＝０．００の条件で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．２５μｍであることから、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。また、クラッド非円は０．３１μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。
サンプル１６は、多孔質母材の外径が、０．９９３Ｌに相当する位置から、厚み０．００７１１Ｌに相当する厚みだけ、ａ＝０．４９の条件で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．１７μｍであることから、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。また、クラッド非円は０．３３μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。
サンプル１７は、多孔質母材の外径が、０．９７８Ｌに相当する位置から、厚み０．０２２Ｌに相当する厚みだけ（つまりＬに相当する外径まで）、ａ＝０．５７の条件で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．１８μｍであることから、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。また、クラッド非円は０．２０μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。
サンプル１８は、多孔質母材の外径が、０．９７８Ｌに相当する位置から、厚み０．０１０９４Ｌに相当する厚みだけ、ａ＝０．０１の条件で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．３２μｍであることから、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。しかしながら、クラッド非円は０．４１μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以上となった。
サンプル１９は、多孔質母材の外径が、０．９７８Ｌに相当する位置から、厚み０．０２１８８Ｌに相当する厚みだけ、ａ＝０．５１の条件で製造した場合である。この場合のコア偏心は、光ファイバになった場合に換算して０．２０μｍであることから、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以下であった。しかしながら、クラッド非円は０．４４μｍであり、接続損失を抑制するために好適である０．４０μｍ以上となった。
上記の如く構成される光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、バーナと、回転する基材とを、相対的に往復移動させながら、ガラス原料ガスを供給して生成せしめたガラス微粒子を、基材に堆積させて光ファイバ用ガラス母材を製造する方法であって、製造する光ファイバ用ガラス母材のうちガラス微粒子を堆積させることにより形成する部分の最終外径をＬとしたとき、外径が０．８０Ｌ以上Ｌ以下に相当する部分を堆積する際に、往復運動のスタート時の回転位置ｒ０と一往復して元の位置に戻る際の回転位置ｒ１とのそれぞれと基材の断面中心Ｏとを結ぶ線の成す角度が、０°、１２０°、２４０°、７２°、１４４°、２１６°、２８８°を除く角度となる第１の条件で堆積を行うか、１２０°、２４０°となる第２の条件で０．０２Ｌ以下の厚みに相当する厚みで堆積を行うか、７２°、１４４°、２１６°、２８８°となる第３の条件で０．０３Ｌ以下の厚みに相当する厚みで堆積を行うか、０°となる第４の条件で０．０１Ｌ以下の厚みに相当する厚みで堆積を行うことにより、コア偏心の発生を抑えることが可能である。
また、外径が０．８０Ｌ以上Ｌ以下に相当する部分を堆積する際に、往復運動のスタート時の回転位置ｒ０と一往復して元の位置に戻る際の回転位置ｒ１とのそれぞれと基材の断面中心Ｏとを結ぶ線の成す角度が、１８０°となる第６の条件で０．０２Ｌ以下の厚みに相当する厚みで堆積を行うことにより、非円形状に形成されることを抑制する。

他にも、単位時間あたりに堆積させた部分のガラス微粒子堆積層の密度が、所望の密度となるようにターゲットロッド１の回転速度ｒ（ｒｐｍ）、及びターゲットロッド１とガラス微粒子合成用バーナ４との相対運動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）を変化させながら堆積を行うことにより、密度低下を抑制しつつコア偏心の発生を抑えることが可能である。
また、モードフィールド径（ＭＦＤ）が小さい光ファイバ同士を接続する場合、その光ファイバのコア偏心が大きくなるにつれて、接続損失が大きくなる。したがって、本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、光ファイバのモードフィールド径が波長１．３１μｍにおいて、９．１μｍ以下となる光ファイバを製造する場合に特に好適に用いることができる。
モードフィールド径が波長１．３１μｍにおいて９．１μｍ以下となる光ファイバが得られる光ファイバ用ガラス母材の屈折率プロファイルの一例を図７に示す。光ファイバ用ガラス母材３０は、中心に位置するコア部６である第１コア部と第１コア部を取り囲む外層１ａである第２コア部とからなるコア部（ターゲットロッド１）と、第２コア部を取り囲むクラッド１１とを有する。第１コア部のクラッド１１に対する比屈折率差Δ１はたとえばΔ１が０．３４％〜０．５０％であり、第２コア部のクラッド１１に対する比屈折率差Δ２が−０．０２％〜０．１１％である。第１コア部の外径ａ１は７ｍ〜９μｍであり、第２コア部の外径ａ２は２２μｍ〜４５μｍである。なお、図７ではΔ２が負の値である場合を示しており、Δ２が正となる場合は第１コア部からクラッドにかけて階段状のプロファイルとなる。
なお、本発明にかかる光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、上記した実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、ガラス微粒子合成用バーナの形状や数、配置等を適宜変更することができる。
例えば、ガラス微粒子合成用バーナ４は、必ずしも１台である必要はなく、ガラス微粒子堆積体５を中心にして、複数台を周方向に所定の間隔で配置して同時又は順番に移動させるようにしても良く、コア偏心の発生を抑えると共に、クラッド部が非円形状に形成されることを防止するものであれば、適宜変更可能である。
更に、ガラス微粒子合成用バーナ４は、１台のみがガラス微粒子堆積体５の軸方向に移動する構造であるが、必ずしも１台である必要はなく、軸方向に複数台を並設しても良い。
また、本発明に係る製造方法は、ＯＶＤ法を用いた場合に限らず、プラズマＯＶＤ法やＭＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法を用いる場合にも適用できる。たとえば、ＭＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法を用いる場合、回転する基材はガラス管に相当し、バーナはガラス管の外側からガラス管を加熱するバーナに相当し、製造する光ファイバ用ガラス母材のうちガラス微粒子を堆積させることにより形成する部分の最終外径Ｌは、ガラス微粒子から形成したガラス層の最外周面（すなわちガラス管との境界面）の、コラップス後の外径に相当する。そして、ＭＣＶＤ法において光ファイバ用ガラス母材の形状に与える影響が大きい、ガラス微粒子の合成、堆積の初期である、外径が０．８０Ｌ以上Ｌ以下に相当する部分を堆積する際に、たとえば第１の条件で堆積を行う。
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
以上のように、本発明に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、光ファイバの製造に適用して好適なものである。
１ ターゲットロッド
１ａ 外層
２ 支持部
３ 火炎噴射口
４ ガラス微粒子合成用バーナ
５ ガラス微粒子堆積体
６ コア部
７ 外径測定器
８ チャック
９ 重量測定器
１０ 製造装置
１１ クラッド部
２０ 多孔質母材
３０ 光ファイバ用ガラス母材
３１ コア

Claims (3)

  1. バーナと、回転する基材とを、相対的に往復移動させながら、ガラス原料ガスを供給して生成せしめたガラス微粒子を、前記基材に堆積させて光ファイバ用ガラス母材を製造する方法であって、
    製造する光ファイバ用ガラス母材のうち前記ガラス微粒子を堆積させることにより形成する部分の最終外径をＬとしたとき、外径が０．８０Ｌ以上Ｌ以下に相当する部分を堆積する際に、
    前記往復運動のスタート時の回転位置ｒ０と一往復して元の位置に戻る際の回転位置ｒ１とのそれぞれと前記基材の断面中心Ｏとを結ぶ線の成す角度が、
    ０°、１２０°、２４０°、７２°、１４４°、２１６°、２８８°を除く角度となる第１の条件で堆積を行うか、
    １２０°、２４０°となる第２の条件で０．０２Ｌ以下の厚みに相当する厚みだけの堆積を行うか、
    ７２°、１４４°、２１６°、２８８°となる第３の条件で０．０３Ｌ以下の厚みに相当する厚みだけの堆積を行うか、
    ０°となる第４の条件で０．０１Ｌ以下の厚みに相当する厚みだけの堆積を行うか、
    １８０°となる第６の条件で０．０２Ｌ以下の厚みに相当する厚みだけの堆積を行うか、を選択して行うことを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
  2. 単位時間あたりに堆積させた部分のガラス微粒子堆積層の密度が、所望の密度となるように前記基材の回転速度ｒ（ｒｐｍ）、及び前記基材と前記バーナとの相対運動速度Ｖ（ｍｍ／ｍｉｎ）を変化させながら堆積を行うことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
  3. 前記光ファイバ用ガラス母材の屈折率プロファイルが、該光ファイバ用ガラス母材を線引きして得られる光ファイバのモードフィールド径が波長１．３１μｍにおいて、９．１μｍ以下となるように前記光ファイバ用ガラス母材を製造することを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
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