WO2005005330A1 - 光ファイバ母材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

焼結後に均一な外径を有する光ファイバ母材を得る。コアロッドの表面にクラッドを構成するスートを堆積し、焼結する光ファイバ母材の製造方法において、長手方向に外径を変化させたコアロッドを使用し、その上にスートを堆積して光ファイバ用多孔質母材を作製し、焼結して透明ガラス化する。好ましくは、焼結後に外形が小さくなった部分における外径を予め大きくし、焼結後に外径が大きくなった部分における外径を予め小さくした新たなコアロッドを作製して、その上にスートを堆積させる。

Description

明 細 書

光ファイバ母材及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、光通信用ファイバの母材である石英ガラス棒、特に、出発部材にガラス 微粒子を堆積したスート母材を、脱水 '焼結して透明ガラス化する光ファイバ母材の 製造方法に関する。

[0002] 文献の参照による組み込みが認められる指定国については、下記の出願に記載さ れた内容を参照により本出願に組み込み、本出願の記載の一部とする。

特願 2003— 172223 出願曰 平成 15年 6月 17曰

背景技術

[0003] 光通信用ファイバは、光ファイバ母材を加熱'延伸後、線引きして製造されるが、光 ファイバ母材の外径に変動があると、線引き装置内の気流が変化して、線引きして得 られる光ファイバの寸法精度に影響し、光ファイバの特性変動の原因となる。なお、 線引きとは、光ファイバ母材を 125 μ ΐη程度の所定径に縮径しながら、表面に樹脂 等の保護層をコーティングすることをいう。また、規格外の光ファイバは、光ファイバ同 士の接続や、光源との結合状態に悪影響を与え、また光信号の伝送特性が変動す る原因となる。

[0004] このため、線引きする前の光ファイバ母材の寸法精度を上げるために、バーナゃ電 気炉を用いて、加熱'延伸しながら外径調整する方法がある。例えば、パーナで光フ アイバ母材を加熱して、引き落とし縮径部付近の 2点を測定し、引伸ばし速度を調整 することにより寸法精度を上げている (例えば、特許文献 1参照）。

加熱手段としてパーナの火炎を使用する場合、延伸する光ファイバ母材の径が大 きいとき、加熱量が十分ではなぐ母材の内部まで軟化させるのが困難であるという 不都合を生じる。

[0005] また、加熱手段に電気炉を使用し、母材の両端をガラス旋盤の上下チャックで把持 し、チャックの一方を加熱炉に対して相対的に近付け、他方を相対的に遠ざけること により延伸している（例えば、特許文献 2参照）。 近年、母材の大型化が進み、延伸工程に大掛力りな設備が必要となり、コスト高に なるという、問題がある。

[0006] 一方、素材としての光ファイバ母材を製造するには、 2ステップ法がコスト的に有利 であり、例えば、特許文献 3に記載されている方法は、火炎加水分解法によりコア - 第 1クラッド用スートを作製し、脱水'ガラス化してコアロッドとし、必要に応じて延伸後 、外付け CVD法等の方法で、所定量の第 2クラッドスートを堆積させ、焼結しガラス 化して光ファイバ母材を作製するものである。

[0007] この方法は、長手方向に母材の特性を安定させることが重要であり、特許文献 4は 、この点に留意して、コアロッドのコア'クラッド比および比屈折率差に応じて外付け C VD法で、堆積するスートの堆積量を長手方向に変化させて堆積している。この堆積 量を変化させるには、パーナの移動速度を変化させる方法があり、例えば、特許文 献 5には、製造中の光ファイバ用多孔質母材の外径を計測し、パーナの移動速度ま たは原料供給量を制御し、軸方向に外径の一定な母材を得る方法が示されている。

[0008] また、焼結時に、溶融したガラスが長手方向の未溶融側に移動して径が不均一とな る場合があり、この影響を除くために、特許文献 6は、長手方向にスートの堆積量を 変化させる方法を記載してレ、る。

その他、特許文献 7, 8は、焼結後の母材インゴットの表面を研削して長手方向に特 性を安定させる方法を記載してレ、る。

このように、母材の長手方向に特性を安定させる方法が各製造工程において種々 行われている。

[0009] 次に、ガラス微粒子を堆積して形成した光ファイバ用多孔質母材を焼結して透明ガ ラス化する方法の一例を、図 1を参照して説明する。

図 1において、支持部 1に多孔質母材 2が昇降 ·回転自在に取り付けられ、多孔質 母材 2が焼結炉 3内を矢印の方向に移動することにより、多孔質母材は、その端部 4 側から端部 5側に向けて順次、加熱部 6により加熱され、 1500— 1600°Cに昇温され

、透明ガラス化されて光ファイバ用母材インゴットとされる。

[0010] ところで、この焼結 ·透明ガラス化の際に、多孔質母材が収縮したり、伸長したりして

、外径が一定にならないことがある。従って、光ファイバ母材を線引きに供する前に、 延伸して外径を調整していた力 このため、上記したように、コスト高になるという問題 があった。

[0011] 特許文献 1 :特開昭 56— 9231号公報 (第 1 , 2頁、第 2図）

特許文献 2：特開昭 62— 167236号公報 (第 1 _6頁、第 2図）

特許文献 3：特開昭 60 - 141634号公報 (第 1 - 5頁）

特許文献 4：特開平 5 - 170474号公報 (第 1頁）

特許文献 5 :特開平 10 - 120430号公報 (第 1 , 2頁、第 1 - 3図）

特許文献 6 :特開 2000 - 7369号公報 (第 2-4頁、第 1 - 4図）

特許文献 7：特開平 2-212328号公報 (第 1_3頁、第 1_4図）

特許文献 8：特開 2000 - 47039号公報 (第 1 - 5頁、第 1 - 3図）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0012] 本発明の課題は、外径の大きな多孔質母材であっても、焼結後、長手方向に外径 が均一で、従来必要とされた外径調整加工を不要とし、そのまま線引きに使用でき製 造コストを下げることのできる、光ファイバ母材の製造方法を提供することである。 課題を解決するための手段

[0013] 上記課題を解決するために、本発明の第 1の形態においては、コアロッドの表面に クラッドを構成するスートを堆積し、焼結する光ファイバ母材の製造方法において、長 手方向に外径を変化させたコアロッドを使用し、その上にスートを堆積して光ファイバ 用多孔質母材を作製し、焼結して透明ガラス化する。

[0014] 上記製造方法において、焼結時における光ファイバ用多孔質母材の外径の伸縮 量を長手方向にわたって測定し、焼結後に外形が小さくなつた部分における外径を 予め大きくし、焼結後に外径が大きくなつた部分における外径を予め小さくした新た なコアロッドを作製し、前記新たなコアロッドに前記スートを堆積させる請求項 1に記 載の光ファイバ母材の製造方法。

[0015] 上記製造方法において、前記測定した各部の伸縮量と基準位置での伸縮量との 比を求め、これを逆数倍した外径に、長手方向に外径を変化させたコアロッドを使用 してもよい。 [0016] 上記製造方法において、外径を変化させたコアロッドを使用して透明ガラス化した 光ファイバ母材の外径の伸縮量を長手方向にわたって測定し、この測定に基づいて さらに外径を補正したコアロッドを作製し、作製したコアロッドを使用してその上にクラ ッドを堆積してもよい。

[0017] 上記製造方法において、コアロッド径と外付け堆積層との厚さの比が、長手方向で 一定になるように、製造条件を変化させてもよい。

[0018] 上記製造方法において、変化させる製造条件が、原料供給量および Zまたはバー ナの移動速度であってもよレ、。

[0019] 上記製造方法において、焼結後の光ファイバ母材の表面を円筒研削してもよい。

[0020] 本発明の第 2の形態においては、光ファイバ母材であって、コアロッドの表面にスー トを堆積して光ファイバ用多孔質母材を作製し、焼結して光ファイバ母材を製造する 方法において、予め設定した焼結時の伸縮量を加味して長手方向に外径を変化さ せたコアロッドを用いて、製造してなる。

[0021] 上記光ファイバ母材において、コアロッド力 S、焼結時における光ファイバ用多孔質 母材の外径の伸縮量を長手方向にわたって測定し、焼結後に外形が小さくなつた部 分における外径を予め大きくし、焼結後に外径が大きくなつた部分における外径を予 め小さくしたものである請求項 8に記載の光ファイバ母材。

[0022] 上記光ファイバ母材において、コアロッド力 S、測定した各部の伸縮量と基準位置で の伸縮量との比を求め、これを逆数倍した外径に、長手方向に外径を変化させたも のであってもよい。

[0023] 上記光ファイバ母材において、コアロッド径と外付け堆積層との厚さの比が、長手 方向で一定になるように製造してもよい。

[0024] 上記光ファイバ母材において、焼結後の光ファイバ母材の表面を円筒研削してもよ レ、。

[0025] 本発明の第 3の形態においては、表面にクラッドを構成するスートを堆積する光ファ ィバ母材用のコアロッドであって、焼結時における光ファイバ母材の外径の伸縮量を 長手方向にわたって測定し、焼結後に外形が小さくなつた部分における外径を予め 大きくし、焼結後に外径が大きくなつた部分における外径を予め小さくした。 [0026] なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなぐ これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

発明の効果

[0027] 本発明によれば、焼結後の光ファイバ母材の外径の均一化および任意の外径分 布を得ることができる。さらに、長手方向の特性をより改善するために、焼結後の光フ アイバ母材の外径を円筒研削機で調整することもでき、焼結後の光ファイバ母材を、 外径調整の加工工程を経ることなく線引きすることができる。その結果、特に、光ファ ィバ母材の外径が大きくなつた際に、費用力 Sかかる外径調整工程を省略できるため、 製造コストを下げること力 Sできる。

図面の簡単な説明

[0028] [図 1]多孔質母材を焼結し透明ガラス化する方法の一例を示す概略断面図である。

[図 2]多孔質母材の製造方法を説明する概略断面図である。

[図 3]焼結後の光ファイバ母材の外径の変化を示す概略断面図である。

[図 4]焼結前後での多孔質母材の外径の伸縮量の変化から求めた、長手方向への 相対外径の分布を示すグラフである。

[図 5]外径を変化させて作製したコアロッド 20の概略断面図である。

[図 6]図 5のコアロッド 20にスート 32を堆積させた多孔質母材 30の概略断面図である

符号の説明

[0029] 1 支持部、 2 多孔質母材、 3 焼結炉、 4 端部、 5 端部、 6 加熱部、 7 コアロッ ド、 8 パーナ、 9 堆積部、 10 火炎、 20 コアロッド、 30 多孔質母材、 32 スート 発明を実施するための最良の形態

[0030] 以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の 範囲に力かる発明を限定するものではなぐまた実施形態の中で説明されている特 徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

[0031] 本発明者は、従来行われていた光ファイバ母材の製造方法において、焼結時に多 孔質母材が伸縮して外径が変化する点に着目し、スート堆積段階において、予め測 定しておいた焼結後の長手方向の伸縮量をカ卩味して、コアロッドの外径を変化させ、 その上にスートを堆積させることにより、焼結後の光ファイバ母材の外径を長手方向 に均一化できることを見出し、本発明を完成させるに至ったものである。

[0032] 以下、図を用いてさらに詳細に説明する。

図 2は、外付け CVD法（〇VD法）による光ファイバ用の多孔質母材 2の製造方法を 説明する図である。

多孔質母材 2のコアロッド 7は、コア及び一部のクラッドからなり、図示しないコアロッ ド支持部材により軸回りに回転自在に支持されている。このコアロッド 7の下方には、 左右に移動自在なパーナ 8が設置されている。パーナ 8は、複数からなる場合が多い

[0033] このパーナ 8には、通常、酸水素パーナが使用され、光ファイバ用原料、例えば、 SiCl等の蒸気と反応ガス (水素ガスおよび酸素ガス）とをコアロッド 7に吹き付け、酸

4

水素火炎中での加水分解により合成されるガラス微粒子 (スート）を、コアロッド 7上に 堆積させることで、多孔質母材 2が形成される。このコアロッド両端の非スート堆積部 には、石英等の部材が接続され、把持部として用いられることが多い。

[0034] このようにして作製された多孔質母材 2は、例えば、図 1に示す焼結炉 3のような、 母材の長手方向に沿って加熱を行う焼結炉を用いて、焼結 ·透明ガラス化が行われ る。

通常、このような焼結炉で焼結工程を行った場合、焼結開始側の端部 4では、収縮 による焼結後の外径は相対的に太くなる。そして、下方から順に焼結が進むにつれ、 加熱部より下側の重量が増すことになり、加熱部に掛かる重量が増すため、伸長され 、徐々に外径が細くなる。終了側の端部 5付近では、相対的に加熱時間が短くなるた め、伸長量は減少する（図 1参照）。

[0035] その結果、図 3に示すように、焼結後の光ファイバ母材 12には、外径が太い部分 (a) と細い部分 (b)が形成される。この焼結前後での外径の伸縮量の変化を長手方向に 測定した。この測定は、光ファイバ母材をオイルバスに浸して、レーザーで直径およ び屈折率分布を長手方向に操作するいわゆるプリフォームアナライザ一により行った

。さらに、基準点 (図 4に示す相対位置 0の位置)の外径の伸縮量を 1として、各部の伸 縮量と基準点の伸縮量との比、すなわち、相対外径を長手方向にわたって求め、こ れを図 4に示した。

[0036] 図 5は、外径を変化させて作製したコアロッド 20の概略断面図であり、図 6は、図 5 のコアロッド 20にスート 32を堆積させた多孔質母材 30の概略断面図である。なお、 図 5および図 6においては、説明のためにコアロッド 20および多孔質母材 30の外径 の変化を誇張して描レ、てレ、る。

[0037] 図 5に示すように、コアロッド 20の長手方向について外径を変化させる。コアロッド 2 0において、焼結後に外径が小さくなる部分における外径を予め大きくし、焼結後に 外径が大きくなる部分における外径を予め小さくくする。図 5に示す本実施形態にお いては、コアロッド 20の外径を、先に得た相対外径の逆数値の倍数、すなわち逆数 倍で長手方向に変化させて作製する。この場合に、外径が略均一なコアロッドの原 型を用意し、この原型を過熱して軸方向に引っ張るまたは縮めることにより、原型に おける外径を小さくまたは大きくして、上記コアロッド 20を作製する。このコアロッド 20 の上にスート 32を堆積させる。すなわち、焼結後の光ファイバ母材の径が太くなる部 分については、予めコアロッドの外径を相対的に細くしてスートを堆積し、光ファイバ 母材の外径が細くなる部分については、予めコアロッドの外径を相対的に太くしてス ートを堆積して、多孔質母材を作製する。

[0038] 外径が均一なコアロッド 7を使用した場合の焼結後の光ファイバ母材 12の外径が 図 4に示す分布となる場合に、その外径の逆数倍でコアロッド 20の外径を決める。例 免ば、図 4における相対外径力 92、 1、 1 · 03となる位置におけるコアロッド 20の外 径の比が r ： r ： r = 1/0. 92 : 1 : 1/1. 03となるようにする。

1 2 3

[0039] 本実施形態は、コアロッド 20の外径を、先に得た相対外径の逆数倍で長手方向に 変化させて作製し、その上にスート 32を堆積させる力 このようにして得られる多孔質 母材の外径は、長手方向に一定にならないため、焼結後の光ファイバ母材 12の伸 縮の様子は、従来の外径が一定の多孔質母材 2を焼結 ·透明ガラス化した場合と異 なる様相を呈する。

そのため、外径が一定の多孔質母材 2を焼結して得た図 4の測定データにもとづく 相対外径の逆数倍で、コアロッド 20の外径を長手方向に変化させると、当初設計し た外径分布からずれることがある。この場合、コアロッド 20の外径を変化させて多孔 質母材 30を製作し焼結したデータで、相対外径を予め補正しておくとよい。

[0040] なお、コアロッド 20上に外付けで堆積するスート 32の厚さは、その長手方向にわた つてコアロッド 20の外径との比が一定になるように、製造条件を調整しながら製造す るとよレ、。スート 32の堆積は、パーナ 8のコアロッド 20に対する相対的な移動速度や 原料供給量を変化させて、長手方向の堆積量を変化させることが好ましい。例えば、 図 6に示すように、コアロッド 20の外径の比が r ： r： rである場合に、それぞれの位置

1 2 3

におけるスート 32の外径 R、 Rおよび Rについて、その比 r /R、 r /Rおよび r

1 2 3 1 1 2 2 3

/Rが互いに等しくなるようにスート 32を堆積する。

3

これにより、焼結工程での外径の伸縮量が長手方向に変化しても、予めその変化 量が見込まれた外径を有するコアロッド 20を使用しているため、焼結し透明ガラス化 された光ファイバ母材の外径は長手方向に均一となる。

[0041] 長手方向におけるコアロッド 20の外径の変化のさせ方は、外径の伸縮量が焼結方 法、装置機能等により変わるため、これらを考慮して、また、得ようとする焼結後の光 ファイバ母材の形状を勘案して決めればよい。なお、通常は、焼結後の外径が長手 方向に一定となるように設定するが、線引き工程の要求により、焼結後の外径を長手 方向に変化させることもできる。

[0042] なお、本発明の製造方法によって得られる光ファイバ母材は、外径調整加工が不 要で、そのままでも線引きに使用できるが、焼結後のインゴットを円筒研削して特性を 安定させることにより、極めて高精度の光ファイバ母材とすることができる。

実施例

[0043] 以下、実施例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されず、様々な態様が 可能である。

(実施例 1)

先ず、予め、多孔質母材を焼結して得た、焼結前後での外径の伸縮量の変化から 求めた相対外径の逆数倍で、焼結後の光ファイバ母材の外径が長手方向で均一に なるように、外径を変化させたコアロッドを作製し、図 2で説明したような外付け CVD 法により、このコアロッド上にスートを堆積させ多孔質母材を作製した。 コアロッドの外径が太い部分では、原料供給量を多くし、細い部分では原料供給量 を少なくして、コアロッドの外径と堆積するスート量の比が一定になるように堆積した。 作製した多孔質母材のサイズは有効長で 1250mm、直径 300mmであった。

[0044] このようにして得られた多孔質母材を、図 1に示すような焼結炉を用いて、焼結開始 側の端部から焼結終了側の端部にかけて、 1500— 1600°C程度で加熱し、焼結'透 明ガラス化して光ファイバ母材とした。

焼結後、得られた光ファイバ母材の形状を調べたところ、長手方向の外径の変化量 は 2%未満であった。通常は、 5%以上の径の変動があることから、格段に改善されて レ、ることがわかる。得られた光ファイバ母材を径 125 z mに線引きしたところ、光フアイ バ径の変動は l x m以内であり、極めて安定していた。

[0045] (実施例 2)

実施例 1で得られた光ファイバ母材の長手方向の特性の代表値として、カットオフ 波長の変化を調べたところ、 1250nmの平均に対して 20nm変ィ匕しており、コアロッド 径が太い部分でクラッド層が厚ぐカットオフ波長が小さくなつていると共に、光フアイ バ母材の外径が太くなつていた。

このため、この光ファイバ母材をカットオフ波長が一定になるように円筒研削したとこ ろ、カットオフ波長の変動幅は 12nm以内に改善され、外径の変動幅も 1%以内に改 善された。この光ファイバ母材を径 125 μ πιに線引きしたところ、光ファイバ径の変動 は 1 μ πι以内であり、カットオフ波長の変動は 15nm以内で極めて安定していた。

[0046] (比較例 1)

図 2に示したような外付 CVD法により、外径を長手方向に一定に加工したコアロッド 上に、スートを堆積して多孔質母材 2を形成した。得られた多孔質母材を、図 1に示 すような焼結炉により、焼結開始側の端部から焼結終了側の端部にかけて、 1500— 1600°C程度で加熱し、焼結 ·透明ガラス化して光ファイバ母材とした。焼結後、得ら れた光ファイバ母材の形状を調べたところ、長手方向の外径の変化量は 12%であつ た。この光ファイバ母材を径 125 x mに線引きしたところ、外径変動により、線引き中 に光ファイバ母材とシール部の隙間が大きくなり、安定して線引きできなかった。

[0047] なお、上記実施例 1では、長手方向へのスートの堆積量の変化を、原料供給量を 変化させて行ったが、パーナの移動速度を変化させても同様の効果が得られる。 スートの堆積は、長手方向にわたってコアロッドの外径と堆積量との比が一定となる ように、堆積条件を調整しながら行ったが、コアロッドの特性が長手方向で変化して レ、る場合には、焼結後の光ファイバ母材の特性が安定するように、コアロッドの特性 の変動を加味して調整する。

実施例 2では、円筒研削により、長手方向の特性を安定するように調整したが、光 ファイバ母材の外径が一定になるように研削する場合もある。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実 施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または 改良をカ卩えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改 良をカ卩えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から 明らかである。

Claims

請求の範囲

[1] コアロッドの表面にクラッドを構成するスートを堆積し、焼結する光ファイバ母材の製 造方法において、長手方向に外径を変化させたコアロッドを使用し、その上にスート を堆積して光ファイバ用多孔質母材を作製し、焼結して透明ガラス化することを特徴 とする光ファイバ母材の製造方法。

[2] 焼結時における光ファイバ用多孔質母材の外径の伸縮量を長手方向にわたって 測定し、焼結後に外形が小さくなつた部分における外径を予め大きくし、焼結後に外 径が大きくなつた部分における外径を予め小さくした新たなコアロッドを作製し、前記 新たなコアロッドに前記スートを堆積させる請求項 1に記載の光ファイバ母材の製造 方法。

[3] 前記測定した各部の伸縮量と基準位置での伸縮量との比を求め、これを逆数倍し た外径に、長手方向に外径を変化させた前記新たなコアロッドを使用する請求項 1に 記載の光ファイバ母材の製造方法。

[4] 前記新たなコアロッドを使用して透明ガラス化した前記光ファイバ母材の外径の伸 縮量を長手方向にわたって測定し、この測定に基づいてさらに外径を補正したコア口 ッドを作製し、作製したコアロッドを使用してその上にクラッドを堆積する光ファイバ母 材の製造方法。

[5] コアロッド径と外付け堆積層との厚さの比が、長手方向で一定になるように、製造条 件を変化させる請求項 1または 4に記載の光ファイバ母材の製造方法。

[6] 変化させる製造条件が、原料供給量および/またはパーナの移動速度である請求 項 5に記載の光ファイバ母材の製造方法。

[7] 焼結後の光ファイバ母材の表面を円筒研削する請求項 1乃至 6のいずれかに記載 の光ファイバ母材の製造方法。

[8] コアロッドの表面にスートを堆積して光ファイバ用多孔質母材を作製し、焼結して光 ファイバ母材を製造する方法において、予め設定した焼結時の伸縮量を加味して長 手方向に外径を変化させたコアロッドを用いて、製造してなることを特徴とする光ファ ィバ母材。

[9] コアロッドが、焼結時における光ファイバ用多孔質母材の外径の伸縮量を長手方向 にわたつて測定し、焼結後に外形が小さくなつた部分における外径を予め大き < 焼結後に外径が大きくなつた部分における外径を予め小さくしたものである請求項 8 に記載の光ファイバ母材。

[10] コアロッド力 S、測定した各部の伸縮量と基準位置での伸縮量との比を求め、これを 逆数倍した外径に、長手方向に外径を変化させたものである請求項 9に記載の光フ アイバ母材。

[11] コアロッド径と外付け堆積層との厚さの比が、長手方向で一定になるように製造して なる請求項 10に記載の光ファイバ母材。

[12] 焼結後の光ファイバ母材の表面を円筒研削してなる請求項 8乃至 11のいずれかに 記載の光ファイバ母材。

[13] 表面にクラッドを構成するスートを堆積する光ファイバ母材用のコアロッドであって、 焼結時における光ファイバ母材の外径の伸縮量を長手方向にわたって測定し、焼結 後に外形が小さくなつた部分における外径を予め大きくし、焼結後に外径が大きくな つた部分における外径を予め小さくしたコアロッド。