光ファイバ母材および光ファイバの製造方法
【課題】より簡易かつ短時間に光ファイバ母材を製造することができる光ファイバ母材の製造方法およびこれを用いた光ファイバの製造方法を提供すること。
【解決手段】第１領域と該第１領域の外周に形成された第２領域とを有しガラス微粒子からなる多孔質体を形成し、フッ素ガスを含む雰囲気下で前記多孔質体を熱処理する第１の熱処理を行い、前記第１の熱処理を行った多孔質体を前記第１の熱処理よりも高い温度で熱処理する第２の熱処理を行って透明ガラス体とし、前記透明ガラス体の外周にクラッド部を形成する。
【解決手段】第１領域と該第１領域の外周に形成された第２領域とを有しガラス微粒子からなる多孔質体を形成し、フッ素ガスを含む雰囲気下で前記多孔質体を熱処理する第１の熱処理を行い、前記第１の熱処理を行った多孔質体を前記第１の熱処理よりも高い温度で熱処理する第２の熱処理を行って透明ガラス体とし、前記透明ガラス体の外周にクラッド部を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ母材および光ファイバの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中心コア部と、中心コア部の外周に形成された中心コア部よりも屈折率が低いディプレスト層と、ディプレスト層の外周に形成されたディプレスト層よりも屈折率が高いクラッド部とを備える、いわゆるＷ型の屈折率プロファイルを有する光ファイバが知られている。
【０００３】
このような光ファイバを製造するための光ファイバ母材を製造する方法として以下の方法が知られている。はじめに、たとえばＶＡＤ（Vapor phase axial deposition）法によって、石英ガラス微粒子からなる多孔質体（スート）を形成する。この多孔質体は、中心コア部となる第１領域を形成するものであり、たとえば石英ガラスの屈折率を高めるドーパントであるゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されている。つぎに、この多孔質体を脱水、焼結して、透明ガラス化し、透明ガラス体を形成する。得られた透明ガラス体の外周にＯＶＤ（Outer Vapor Deposition）法を用いて石英ガラス微粒子からなる多孔質層（スート）を形成し、これを再び焼結して、透明ガラス化し、透明ガラス体の外径を拡大する。この透明ガラス化の際に、石英ガラスの屈折率を低めるドーパントであるフッ素（Ｆ）を添加する。このようにして、中心コア部とディプレスト層とが形成された透明ガラス体が形成される。最後に、ガラス体にＯＶＤ法等を用いてクラッド部を形成し、光ファイバ母材とする。
また、これ以外にも、ＶＡＤ法で中心コア部となる第１領域とディプレスト層となる第２領域を有する多孔質体を一括で合成し、透明ガラス化の際に、多孔質体の外周から第２領域に対して、石英ガラスの屈折率を低めるドーパントであるフッ素（Ｆ）を添加して、中心コア部とディプレスト層とが形成された透明ガラス体を形成する方法も知られている（たとえば、特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１８２１２９号公報
【特許文献２】特開２０００−１５９５３１号公報
【特許文献３】特開昭６０−１６１３４７号公報
【特許文献４】特開昭６１−３１３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１〜４の方法は、脱水から焼結までの透明ガラス化のための熱処理として、フッ素を添加するための熱処理を含めた３段階の熱処理工程が必要であり、製造に時間を要するものであった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より簡易かつ短時間に光ファイバ母材を製造することができる光ファイバ母材の製造方法およびこれ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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、第１領域と該第１領域の外周に形成された第２領域とを有しガラス微粒子からなる多孔質体を形成し、フッ素ガスを含む雰囲気下で前記多孔質体を熱処理する第１の熱処理を行い、前記第１の熱処理を行った多孔質体を前記第１の熱処理よりも高い温度で熱処理する第２の熱処理を行って透明ガラス体とし、前記透明ガラス体の外周にクラッド部を形成する。
【０００８】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、上記発明において、前記多孔質体の第２領域のかさ密度は０．１ｇ／ｃｍ３〜０．４ｇ／ｃｍ３である。
【０００９】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、上記発明において、前記第１領域の直径と前記第２領域の外径との比は１：１．５〜１：６．５である。
【００１０】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、上記発明において、前記第１の熱処理を行う雰囲気におけるフッ素ガスの分圧は０．０２％〜０．２％である。
【００１１】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、上記発明において、前記第１の熱処理温度は８００℃〜１２５０℃である。
【００１２】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、上記発明において、前記第２の熱処理温度は１３００℃〜１４５０℃である。
【００１３】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、上記発明において、前記第１の熱処理は、前記多孔質体を加熱領域に対して相対移動させることにより行い、前記多孔質体の加熱領域に対する相対移動速度は１００ｍｍ／ｈ〜４００ｍｍ／ｈである。
【００１４】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、上記発明において、前記第１の熱処理を行う雰囲気は、塩素ガスを含み、前記雰囲気における塩素ガスの分圧は０．５％〜２．５％である。
【００１５】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、上記発明の製造方法によって製造した光ファイバ母材を用いて光ファイバを製造する。
【００１６】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、上記発明において、前記光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．１８５ｄＢ／ｋｍ以下である。
【００１７】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、上記発明において、前記光ファイバは、前記第１領域から形成される中心コア部の前記クラッド部に対する比屈折率が０．３％〜０．４５％であり、前記第２領域から形成されるディプレスト層の前記クラッド部に対する比屈折率差が−０．２％〜−０．０２％であり、前記中心コア部の直径が７．８μｍ〜１８．０μｍであり、前記中心コア部の直径と前記ディプレスト層の外径との比が１：１．５〜１：６．５であり、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．６μｍ〜１１．０μｍであり、カットオフ波長が１５５０ｎｍ以下であり、ゼロ分散波長が１２８０ｎｍ〜１３４０ｎｍである。
【００１８】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、上記発明において、前記光ファイバは、前記第１領域から形成される中心コア部の前記クラッド部に対する比屈折率が０．４％以下であり、前記第２領域から形成されるディプレスト層の前記クラッド部に対する比屈折率差が−０．１５％以上であり、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．６μｍ〜１０．１μｍであり、カットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であり、ゼロ分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、多孔質体の透明ガラス化のための熱処理工程を２段階で行うことができるので、より簡易かつ短時間に光ファイバ母材およびこれを用いた光ファイバを製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施の形態１に係る製造方法により製造する光ファイバ母材の模式的な断面と屈折率プロファイルとを示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る製造方法のフロー図である。
【図３】図３は、多孔質体形成工程を説明する図である。
【図４】図４は、第１の熱処理工程を説明する図である。
【図５】図５は、クラッド部形成工程を説明する図である。
【図６】図６は、比較例および実施例１−１、１−２の光ファイバ母材の屈折率プロファイルの模式図である。
【図７】図７は、比較例および実施例１−１、１−２の光ファイバ母材から製造した光ファイバの特性を示す図である。
【図８】図８は、比較例および実施例２−１〜２−３の光ファイバ母材の屈折率プロファイルの模式図である。
【図９】図９は、比較例および実施例２−１〜２−３の光ファイバ母材から製造した光ファイバの特性を示す図である。
【図１０】図１０は、比較例および実施例３−１−１、３−１−２の光ファイバ母材の屈折率プロファイルの模式図である。
【図１１】図１１は、比較例および実施例３−１−１〜３−２−２から製造した光ファイバの光ファイバ母材の特性を示す図である。
【図１２】図１２は、比較例および実施例４−１、４−２の光ファイバ母材の屈折率プロファイルの模式図である。
【図１３】図１３は、比較例および実施例４−１、４−２の光ファイバ母材から製造した光ファイバの特性を示す図である。
【図１４】図１４は、好ましい設計パラメータの例とそれによって実現される光ファイバの特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバ母材および光ファイバの製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、本明細書においては、カットオフ波長とは、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１で定義する２２ｍ法によるカットオフ波長をいう。また、その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５０．１における定義、測定方法に従うものとする。
【００２２】
（実施の形態）
本発明の実施の形態として、光ファイバ母材を製造し、さらにこれを用いて光ファイバを製造する場合について説明する。図１は、実施の形態１に係る製造方法により製造する光ファイバ母材の模式的な断面と屈折率プロファイルとを示す図である。図１に示すように、この光ファイバ母材１０は、中心コア部１１と、中心コア部１１の外周に形成されたディプレスト層１２と、ディプレスト層１２の外周に形成されたクラッド部１３とを備える。
【００２３】
中心コア部１１は、ゲルマニウムなどの屈折率を高めるドーパントを添加した石英ガラスからなる。ディプレスト層１２は、フッ素を添加した石英ガラスからなる。クラッド部１３は、屈折率を調整するためのドーパントを含まない純石英ガラスからなる。これによって、ディプレスト層１２は中心コア部１１よりも屈折率が低くなり、クラッド部１３はディプレスト層１２よりも屈折率が高くなるので、光ファイバ母材１０はいわゆるＷ型の屈折率プロファイルを有する。
【００２４】
また、屈折率プロファイルが示すように、中心コア部１１のクラッド部１３に対する比屈折率差をΔ１とし、ディプレスト層１２のクラッド部１３に対する比屈折率差をΔ２とする。また、中心コア部１１の直径（コア径）ａは、中心コア部１１とディプレスト層１２との境界において比屈折率差Δ１が０％となる位置での径とする。また、ディプレスト層１２の外径ｂは、ディプレスト層１２とクラッド部１３との境界において、比屈折率差が比屈折率差Δ２の１／２の値となる位置での径とする。
【００２５】
つぎに、本実施の形態１に係る製造方法について説明する。図２は、本実施の形態１に係る製造方法のフロー図である。本実施の形態１では、はじめに、中心コア部１１とディプレスト層１２とを形成するための多孔質体を形成する（ステップＳ１０１）。つぎに、多孔質体を熱処理（第１の熱処理）するとともに外周からフッ素を添加する（ステップＳ１０２）。つぎに、加熱した多孔質体をステップＳ１０２よりも高い温度で熱処理（第２の熱処理）する（ステップＳ１０３）。これによって、多孔質体が透明ガラス化され、透明ガラス体となる。つぎに、透明ガラス体にクラッド部１３を形成する（ステップＳ１０４）。これによって、所望の光ファイバ母材１０が形成される。その後、光ファイバ母材１０を線引きして光ファイバを製造する（ステップＳ１０５）。
【００２６】
本実施の形態１に係る製造方法では、２段階の熱処理工程で多孔質体に適切にフッ素を添加するとともに、脱水と焼結を行うことができる。
【００２７】
つぎに、各工程について具体的に説明する。図３は、ステップＳ１０１の多孔質体形成工程を説明する図である。図３に示すＶＡＤ装置１００は、出発材１を保持し、回転させながら引き上げる図示しない引上機構と、出発材１に石英ガラス微粒子を堆積させるための同心円状の多重管バーナ１０１、１０２とを備えている。
【００２８】
多孔質体形成工程においては、石英ガラスからなる出発材１を引上機構にセットして、出発材１を回転させながら引き上げる。このとき、多重管バーナ１０１、１０２に所定のガスを供給しながら、出発材１の下部に炎を吹き付ける。ここで、多重管バーナ１０２には主原料ガスである四塩化珪素（ＳｉＣｌ4）ガス、ドープガスである四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）ガス、可燃ガスである水素（Ｈ２）ガス、支燃ガスである酸素（Ｏ２）ガス及び緩衝ガスである不活性ガスを供給する。これらのガスの火炎中の加水分解反応によって、ゲルマニウムが添加された合成石英ガラス微粒子が出発材１に吹き付けられて堆積し、第１領域２が形成される。同様に、多重管バーナ１０３にはＳｉＣｌ４ガス、Ｈ２ガス、Ｏ２ガス及び不活性ガスを供給することによって、多孔質部２の外周に合成石英ガラス微粒子からなる第２領域３が形成される。これによって、第１領域２と第２領域３とを有する多孔質体４が形成される。
【００２９】
つぎに、ステップＳ１０２の第１の熱処理工程について説明する。図４は、第１の熱処理工程を説明する図である。図４に示すゾーン加熱装置２００は、多孔質体４を回転させながら昇降させることができる図示しない昇降機構と、石英ガラスからなる炉心管２０１と、炉心管２０１の長手方向の一部において周囲を取り囲むように形成された環状のヒータ２０２とを備えている。炉心管２０１はガス導入口２０１ａとガス排出口２０１ｂとを有する。
【００３０】
第１の熱処理工程においては、多孔質体４に取り付けられた出発材１を昇降機構にセットする。そして、多孔質体４を回転降下させながら、ヒータ２０２によって、多孔質体４を所定の温度に加熱する。多孔質体４は降下に伴ってヒータ２０２によってゾーン加熱され、脱水が行われる。なお、加熱の際には、ガス導入口２０１ａから炉心管２０１内にガスＧ１を供給し、ガス排出口２０１ｂからガスＧ２を排出する。
【００３１】
ここで、本実施の形態では、ガスＧ１として、公知の脱水工程で使用されるガスであるヘリウム（Ｈｅ）ガス、脱水作用のある塩素（Ｃｌ２）ガス、Ｏ２ガスを供給するとともに、フッ素（Ｆ）ガスを供給し、多孔質体４を、フッ素ガスを含む雰囲気下に置く。これによって、多孔質体４に含まれる水分およびＯＨ基を除去するとともに、第２領域３にフッ素を添加する。
【００３２】
つぎに、ステップＳ１０３の第２の熱処理工程については、供給するガスＧ１をＨｅガスおよびＣｌ２ガスとし、ヒータ２０２による多孔質体４の加熱温度を第１の熱処理工程時よりも高く設定する以外は、ゾーン加熱装置２００を用いて第１の熱処理工程と同様に行うことができる。なお、Ｃｌ２ガスは必ずしも供給しなくてもよい。これによって、多孔質体４は焼結し、透明ガラス化して透明ガラス体となる。その結果、第１領域２から中心コア部１１が形成され、第２領域３からディプレスト層１２が形成される。
【００３３】
つぎに、ステップＳ１０４のクラッド部形成工程について説明する。図５は、クラッド部形成工程を説明する図である。図５に示すＯＶＤ装置３００は、延伸された透明ガラス体５を回転させながら昇降させる図示しない昇降機構と、中心コア部１１とディプレスト層１２とが形成された透明ガラス体５に石英ガラス微粒子を堆積させるための多重管バーナ３０１とを備えている。
【００３４】
クラッド部形成工程においては、まず、延伸された透明ガラス体５を昇降機構によって回転昇降させながら、多重管バーナ１０２と同じ原料ガス等を供給された多重管バーナ３０１から透明ガラス体５に火炎を吹き付ける。これによって、多重管バーナ３０１は透明ガラス体５の長手方向に沿って相対的に往復移動しながら表面に石英ガラス微粒子を堆積させる。その結果、透明ガラス体５の外周に合成石英ガラス微粒子からなる第３領域６が形成される。つぎに、この第３領域６が形成された透明ガラス体５を図４に示すゾーン加熱装置２００を用いて加熱することによって第３領域６が透明ガラス化し、クラッド部１３となる。これによって、光ファイバ母材１０が製造される。
【００３５】
その後、ステップＳ１０５において、光ファイバ母材１０を周知の方法で線引きすることによって、光ファイバ母材１０と略同じ屈折率プロファイルを有する光ファイバを製造することができる。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態に係る製造方法では、第１の熱処理工程においてフッ素を添加することによって、透明ガラス化のための熱処理工程を２段階で行うことができる。したがって、より簡易かつ短時間に光ファイバ母材を製造でき、さらに光ファイバ母材を用いた光ファイバを製造することができる。
【００３７】
つぎに、好適な光ファイバ母材の構造および製造条件について説明する。
まず、最初に形成する多孔質体のかさ密度については、多孔質体の第２領域のかさ密度が０．１ｇ／ｃｍ３〜０．４ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。かさ密度が０．１ｇ／ｃｍ３以上であれば多孔質体が自重で変形することなく、全体の形状を維持するのに好ましい密度であり、０．４ｇ／ｃｍ３以下であれば表面からのフッ素の添加を容易かつ十分にするのに好ましい。なお、第１領域のかさ密度については特に限定されないが、たとえば第２領域と同様に０．１ｇ／ｃｍ３〜０．４ｇ／ｃｍ３としてもよい。
【００３８】
また、第１領域の直径と第２領域の外径との比は１：１．５〜１：６．５であることが好ましい。当該比が１：１．５以上であれば、製造した光ファイバにおいて、ディプレスト層の効果によって曲げ損失が低減され、これによって伝送損失も低減される。また、当該比が１：６．５以下であれば、フッ素を第２領域に十分に添加することができ、第１領域と第２領域との境界にフッ素が添加されない領域が形成されることが防止される。したがって、より確実に屈折率プロファイルを所望の形状にすることができ、より確実に曲げ損失低減効果が得られる。なお、当該比が１：６以下であれば、製造がより容易になるのでより好ましい。
【００３９】
また、第１の熱処理工程の雰囲気におけるフッ素ガスの分圧は０．０２％〜０．２％が好ましい。なお、分圧は、ゾーン加熱炉内の全圧力を１００％とした場合のフッ素ガスの圧力である。０．０２％以上であれば、フッ素を第２領域に十分に添加することができる。これによって、第１領域と第２領域との境界にフッ素が添加されない領域が形成されることが防止され、より確実に屈折率プロファイルを所望の形状にすることができ、より確実に曲げ損失低減効果が得られる。また、０．２％以下であれば、フッ素が過剰に添加されることがなく、ディプレスト層の比屈折率差Δ２が設計値よりも大きくなりすぎたり、さらにはフッ素が第１領域にまで達して中心コア部の比屈折率差Δ１が小さくなったりすることが防止される。なお、中心コア部にフッ素が添加されると、中心コア部はゲルマニウムとフッ素が共添加された状態となってレーリー散乱損失が増加する場合がある。
【００４０】
また、第１の熱処理工程の熱処理温度は８００℃〜１２５０℃が好ましい。８００℃以上であれば多孔質体内部の不純物が十分に除去され、かつ脱水に要する時間も長くはならない。また、１２５０℃以下であれば、かさ密度が低い場合でも多孔質体の収縮が抑制されるので、かさ密度はフッ素を十分に添加することができる程度の密度に維持される。
【００４１】
また、第２の熱処理工程の熱処理温度は１３００℃〜１４５０℃が好ましい。１３００℃以上であれば多孔質体内部まで十分に熱が伝わるので、十分にガラス化を行うことができる。また、１４５０℃以下であれば、多孔質体が溶解して形状が変化したり、多孔質体表面が先に透明化して内部に気泡が残ったりするおそれがなくなる。なお、光ファイバ母材の内部に気泡が残っていると、光ファイバの製造に使用できる良品部分が少なくなったり、光ファイバの伝送損失が増加したりするなどのおそれがある。
【００４２】
また、第１の熱処理工程における多孔質体の降下速度（ヒータに対する相対移動速度）はたとえば１００ｍｍ／ｈ〜４００ｍｍ／ｈとすることが好ましい。降下速度を好ましい降下速度に調整することによって、第１領域と第２領域との境界にフッ素が添加されない領域が形成されることが防止され、より確実に屈折率プロファイルを所望の形状にすることができ、より確実に曲げ損失低減効果が得られる。また、フッ素が過剰に添加されることがなく、ディプレスト層の比屈折率差Δ２が設計値よりも大きくなりすぎたり、さらにはフッ素が第１領域にまで達して中心コア部の比屈折率差Δ１が小さくなったりすることが防止される。また、第１の熱処理工程の熱処理時間が長くなりすぎずに最適になるので製造性が高くなる。また、第２の熱処理工程における多孔質体の降下速度については、たとえば第１の熱処理工程における降下速度と同じ設定にしてもよい。降下速度は、フッ素ガスの分圧や、第１および第２の熱処理工程の加熱温度に応じて適宜調整することが好ましい。
【００４３】
また、第１の熱処理工程の雰囲気における塩素ガスの分圧は０．５％〜２．５％が好ましい。なお、分圧は、ゾーン加熱炉内の全圧力を１００％とした場合の塩素ガスの圧力である。０．５％以上であれば、塩素ガスの脱水効果によって水分およびＯＨ基が十分に除去されるため、ＯＨ基に起因する波長１３８０ｎｍ付近にピークを有する光吸収が抑制される。その結果、波長１５５０ｎｍにおいても伝送損失が低減される。また、２．５％以下であれば、第１領域に添加したゲルマニウムが塩素ガスによって揮散することがないので、中心コア部の比屈折率差Δ１が設計よりも小さくなることが防止される。なお、第２の熱処理工程における塩素ガスの分圧についても、０．５％〜２．５％が好ましい。
【００４４】
（実施例、比較例）
本発明の実施例として、上記の実施の形態に係る製造方法において、様々に製造条件を変更して光ファイバ母材および光ファイバを製造した。また、比較例として、第１の熱処理工程の際にフッ素の添加を行わない以外は実施例と同様にして、光ファイバ母材および光ファイバを製造した。なお、実施例において、光ファイバ母材の中心コア部の比屈折率差Δ１が０．３％、ディプレスト層の比屈折率差Δ２が−０．１％になるように設計した。
【００４５】
まず、実施例１−１として、多孔質体の第２領域のかさ密度を０．２ｇ／ｃｍ３とし、第１領域の直径に対する第２領域の外径の比を５とし、第１の熱処理工程におけるフッ素ガスの分圧を０．２％とし、第１および第２の熱処理工程における多孔質体の降下速度を２５０ｍｍ／ｈとして、光ファイバ母材を製造した。その後、製造した光ファイバ母材を線引きして光ファイバを製造した。なお、光ファイバ母材の製造条件において、第１および第２の熱処理工程における熱処理温度はそれぞれ１０００℃、１３２０℃とし、塩素ガスの分圧は、上述した好ましい範囲の値とした。また、実施例１−２として、多孔質体の第２領域のかさ密度を約０．６ｇ／ｃｍ３とした以外は実施例１−１と同じ条件で光ファイバ母材を製造した。
【００４６】
図６は、比較例および実施例１−１、１−２の光ファイバ母材の屈折率プロファイルの模式図である。なお、図６、および後述する図８、１０、１２では、中心コア部の中心軸に対して片側の屈折率プロファイルのみを示している。
【００４７】
図６において、領域Ａ１１は多孔質体形成工程にてＶＡＤ法によって一括して形成した領域、領域Ａ１２はクラッド部形成工程にてＯＶＤ法によって形成した領域をそれぞれ示している。また、屈折率プロファイルＰ１１、Ｐ１２、Ｐ０はそれぞれ実施例１−１、１−２、比較例の光ファイバ母材の屈折率プロファイルを示している。
【００４８】
また、Δ１１は各屈折率プロファイルＰ１１、Ｐ１２、Ｐ０の比屈折率差Δ１を示し、Δ２１１は実施例１−１の屈折率プロファイルＰ１１の比屈折率差Δ２を示し、Δ２１２は実施例１−２の屈折率プロファイルＰ１２の比屈折率差Δ２を示し、ａ１１は実施例１−１のコア径、ａ１２は実施例１−２のコア径を示し、ｂ１は実施例１−１、１−２、比較例のディプレスト層外径をそれぞれ示している。
【００４９】
また、ｒ１１、ｒ１２は、実施例１−１、１−２の第１の熱処理工程における、多孔質体表面からのフッ素ガスの浸透深さをそれぞれ示している。なお、浸透深さは、［（ディプレスト層外径）−（コア径）］／２として定義している。
【００５０】
図６に示すように、各屈折率プロファイルＰ１１、Ｐ１２、Ｐ０の比屈折率差Δ１はΔ１１でいずれもほほ等しく、その値は約０．３％であった。しかしながら、実施例１−１、１−２では、Δ２１１、Δ２１２はそれぞれ−０．１％、−０．０７％であり、かさ密度が大きいほど大きい値であった。また、フッ素ガスの浸透深さについても、ｂ１を基準として表すと、ｒ１１は０．７×ｂ１／２、ｒ１２は０．４×ｂ１／２であった。
【００５１】
つぎに、図７は、比較例および実施例１−１、１−２の光ファイバ母材から製造した光ファイバの特性を示す図である。なお、「ＭＦＤ」は波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径を示している。伝送損失は波長１５５０ｎｍでの値である。また、曲げ損失は光ファイバを直径２０ｍｍで巻いた場合の波長１６２５ｎｍにおける値である。
【００５２】
図７において、比較例の光ファイバの曲げ損失は大きすぎて測定不可能であった。これに対して、実施例１−１、１−２の光ファイバは、曲げ損失が低く、特に実施例１−１では１．１ｄＢ／ｍと低い値であった。また、伝送損失については、実施例１−１、１−２のいずれも、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２に準拠するシングルモード光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける典型的な伝送損失である０．１９ｄＢ／ｋｍよりも小さい値であり、特に実施例１−１の場合は０．１７９ｄＢ／ｋｍであり、０．１８０ｄＢ／ｋｍ以下の非常に小さい値であった。また、実施例１−２は、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２の規定に準拠する値のモードフィールド径、カットオフ波長、およびゼロ分散波長であった。また、実施例１−１、１−２のいずれも、熱処理工程が第１の熱処理および第２の熱処理の２段階であり、従来よりも簡易かつ時間が短縮された製造工程で製造することができた。
【００５３】
なお、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２においては、光ファイバの特性として、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．６μｍ〜１０．１μｍ、カットオフ波長が１２６０ｎｍ以下、ゼロ分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍと規定されている。
【００５４】
つぎに、実施例２−１として、多孔質体の第２領域のかさ密度を０．２ｇ／ｃｍ３とし、第１領域の直径に対する第２領域の外径の比を５とし、第１の熱処理工程におけるフッ素ガスの分圧を０．２％とし、第１および第２の熱処理工程における多孔質体の降下速度を２５０ｍｍ／ｈとして、光ファイバ母材を製造した。その後、製造した光ファイバ母材を線引きして光ファイバを製造した。なお、光ファイバ母材の製造条件において、第１および第２の熱処理工程における熱処理温度はそれぞれ１０００℃、１３２０℃とし、塩素ガスの分圧は、上述した好ましい範囲の値とした。また、実施例２−２、２−３として、第１の熱処理工程におけるフッ素ガスの分圧をそれぞれ０．０２％、０．５％とした以外は実施例２−１と同じ条件で光ファイバ母材および光ファイバを製造した。
【００５５】
図８は、比較例および実施例２−１〜２−３の光ファイバ母材の屈折率プロファイルの模式図である。図８において、領域Ａ２１は多孔質体形成工程にてＶＡＤ法によって一括して形成した領域、領域Ａ２２はクラッド部形成工程にてＯＶＤ法によって形成した領域をそれぞれ示している。また、屈折率プロファイルＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ０はそれぞれ実施例２−１、実施例２−２、実施例２−３、比較例の光ファイバ母材の屈折率プロファイルを示している。
【００５６】
また、Δ１２１は各屈折率プロファイルＰ２１、Ｐ２２、Ｐ０の比屈折率差Δ１を示し、Δ１２３は屈折率プロファイルＰ２３の比屈折率差Δ１を示し、Δ２２１、Δ２２２、Δ２２３はそれぞれ屈折率プロファイルＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３の比屈折率差Δ２を示し、ａ１１、ａ１２、ａ１３はそれぞれ実施例２−１、２−２、２−３のコア径を示し、ｂ２は実施例２−１〜２−３、比較例のディプレスト層外径を示している。
【００５７】
また、ｒ２１、ｒ２２、ｒ２２は、実施例２−１、２−２、２−３の第１の熱処理工程における、多孔質体表面からのフッ素ガスの浸透深さをそれぞれ示している。
【００５８】
図８に示すように、各屈折率プロファイルＰ１１、Ｐ１２、Ｐ０の比屈折率差Δ１はΔ１２１でいずれもほほ等しく、その値は約０．３％であった。しかしながら、フッ素の分圧が大きい実施例２−３の屈折率プロファイルＰ２３の比屈折率差Δ１はΔ１２３であり、Δ１２１よりも小さく、その値は約０．２５％であった。また、Δ２２１、Δ２２２、Δ２２３はそれぞれ−０．１％、−０．０７％、−０．１４％であり、フッ素ガスの分圧が大きいほど小さい値であった。また、フッ素ガスの浸透深さについても、ｂ２を基準として表すと、ｒ２１は０．７×ｂ２／２、ｒ２２は０．５×ｂ２／２、ｒ２３は０．７５×ｂ２／２であった。
【００５９】
つぎに、図９は、比較例および実施例２−１〜２−３の光ファイバ母材から製造した光ファイバの特性を示す図である。図９において、実施例２−１〜２−３の光ファイバは曲げ損失が低く、特に実施例２−３では０．１ｄＢ／ｍと低い値であった。また、伝送損失については、実施例２−１〜２−３のいずれも、０．１９ｄＢ／ｋｍよりも小さい値であった。なお、実施例２−１、２−２のように、フッ素ガスの分圧が０．０２％〜０．２％の場合の伝送損失が低く、より好ましかった。また、実施例２−１〜２−３のいずれも、熱処理工程が第１の熱処理および第２の熱処理の２段階であり、従来よりも簡易かつ時間が短縮された製造工程で製造することができた。
【００６０】
つぎに、実施例３−１−１として、多孔質体の第２領域のかさ密度を０．２ｇ／ｃｍ３とし、第１領域の直径に対する第２領域の外径の比を５とし、第１の熱処理工程におけるフッ素ガスの分圧を０．０２％とし、第１および第２の熱処理工程における多孔質体の降下速度をそれぞれ１５０ｍｍ／ｈ、２５０ｍｍ／ｈとして、光ファイバ母材を製造した。その後、製造した光ファイバ母材を線引きして光ファイバを製造した。なお、光ファイバ母材の製造条件において、第１および第２の熱処理工程における熱処理温度はそれぞれ１０００℃、１３２０℃とし、塩素ガスの分圧は、上述した好ましい範囲の値とした。
【００６１】
また、実施例３−１−２として、第１の熱処理における多孔質体の降下速度を２５０ｍｍ／ｈとした以外は実施例３−１−１と同じ条件で光ファイバ母材および光ファイバを製造した。また、実施例３−２−１として、第１の熱処理工程におけるフッ素ガスの分圧を０．２％とした以外は実施例３−１−１と同じ条件で光ファイバ母材および光ファイバを製造した。また、実施例３−２−２として、第１の熱処理工程における多孔質体の降下速度を３００ｍｍ／ｈとした以外は実施例３−２−１と同じ条件で光ファイバ母材および光ファイバを製造した。また、実施例３−２−３として、第１の熱処理工程における熱処理温度を８００℃とした以外は実施例３−２−１と同じ条件で光ファイバ母材および光ファイバを製造した。また、実施例３−２−４として、第１の熱処理工程における多孔質体の降下速度を２５０ｍｍ／ｈ、熱処理温度を１２２０℃とした以外は実施例３−２−１と同じ条件で光ファイバ母材および光ファイバを製造した。また、実施例３−２−５として、第１の熱処理工程における熱処理温度を１１００℃とした以外は実施例３−２−４と同じ条件で光ファイバ母材および光ファイバを製造した。
【００６２】
図１０は、比較例および実施例３−１−１、３−１−２の光ファイバ母材の屈折率プロファイルの模式図である。図１０において、領域Ａ３１は多孔質体形成工程にてＶＡＤ法によって一括して形成した領域、領域Ａ３２はクラッド部形成工程にてＯＶＤ法によって形成した領域をそれぞれ示している。また、屈折率プロファイルＰ３１、Ｐ３２、Ｐ０はそれぞれ実施例３−１−１、３−１−２、比較例の光ファイバ母材の屈折率プロファイルを示している。
【００６３】
また、Δ１３は各屈折率プロファイルＰ３１、Ｐ３２、Ｐ０の比屈折率差Δ１を示し、Δ２３１、Δ２３２はそれぞれ屈折率プロファイルＰ３１、Ｐ３２の比屈折率差Δ２を示し、ａ３１、ａ３２はそれぞれ実施例３−１−１、３−１−２のコア径を示し、ｂ３は実施例３−１−１、３−１−２、比較例のディプレスト層外径をそれぞれ示している。
【００６４】
また、ｒ３１、ｒ３２は、実施例３−１−１、３−１−２の第１の熱処理工程における、多孔質体表面からのフッ素ガスの浸透深さをそれぞれ示している。
【００６５】
図１０に示すように、各屈折率プロファイルＰ３１、Ｐ３２、Ｐ０の比屈折率差Δ１はΔ１３でいずれもほほ等しく、その値は約０．３％であった。しかしながら、Δ２３１、Δ２３２はそれぞれ−０．１％、−０．０７％であり、降下速度が大きいほど大きい値であった。また、フッ素ガスの浸透深さについても、ｂ３を基準として表すと、ｒ３１は０．７×ｂ３／２、ｒ３２は０．５×ｂ３／２であった。
【００６６】
つぎに、図１１は、比較例および実施例３−１−１〜３−２−５の光ファイバ母材から製造した光ファイバの特性を示す図である。図１１において、実施例３−１−１〜３−２−２の光ファイバは曲げ損失が低い値であった。また、伝送損失についても、実施例３−１−１〜３−２−５のいずれも、０．１９ｄＢ／ｋｍよりも小さい値であり、特に、実施例３−１−１、３−２−１、３−２−２、３−２−３、３−２−５は０．１８ｄＢ／ｋｍよりも小さい値であった。また、実施例３−２−３〜３−２−５は、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２の規定に準拠する値のモードフィールド径、カットオフ波長、およびゼロ分散波長であった。また、実施例３−１−１〜３−２−５のいずれも、熱処理工程が第１の熱処理および第２の熱処理の２段階であり、従来よりも簡易かつ時間が短縮された製造工程で製造することができた。また、実施例３−２−２の場合は、実施例３−１−１の場合よりもフッ素ガスの分圧を高くしたため、降下速度を比較的速くしても、低い伝送損失を実現することができた。
【００６７】
つぎに、実施例４−１として、多孔質体の第２領域のかさ密度を０．２ｇ／ｃｍ３とし、第１領域の直径に対する第２領域の外径の比を５とし、第１の熱処理工程におけるフッ素ガスの分圧を０．２％とし、第１の熱処理および第２の熱処理における多孔質体の降下速度を２５０ｍｍ／ｈとして、光ファイバ母材を製造した。その後、製造した光ファイバ母材を線引きして光ファイバを製造した。なお、光ファイバ母材の製造条件において、第１の熱処理および第２の熱処理における熱処理温度はそれぞれ１０００℃、１３２０℃とし、塩素ガスの分圧は、上述した好ましい範囲の値とした。また、実施例４−２として、第１領域の直径に対する第２領域の外径の比を６とした以外は実施例４−１と同じ条件で光ファイバ母材および光ファイバを製造した。
【００６８】
図１２は、比較例および実施例４−１、４−２の光ファイバ母材の屈折率プロファイルの模式図である。図１２において、領域Ａ４１、Ａ４３はそれぞれ実施例４−１、４−２において多孔質体形成工程にてＶＡＤ法によって一括して形成した領域を示している。また、領域Ａ４２、Ａ４４はそれぞれ実施例４−１、４−２においてクラッド部形成工程にてＯＶＤ法によって形成した領域を示している。また、屈折率プロファイルＰ４１、Ｐ４２、Ｐ０は実施例４−１、４−２、比較例の光ファイバ母材の屈折率プロファイルをそれぞれ示している。
【００６９】
また、Δ１４は各屈折率プロファイルＰ４１、Ｐ４２、Ｐ０の比屈折率差Δ１を示し、Δ２４は屈折率プロファイルＰ４１、Ｐ４２の比屈折率差Δ２を示し、ａ４１、ａ４２はそれぞれ実施例４−１、４−２のコア径を示し、ｂ４１、ｂ４２はそれぞれ実施例４−１、４−２のディプレスト層外径を示している。
【００７０】
また、ｒ４１、ｒ４２は、実施例４−１、４−２の第１の熱処理工程における、多孔質体表面からのフッ素ガスの浸透深さをそれぞれ示している。
【００７１】
図１２に示すように、各屈折率プロファイルＰ４１、Ｐ４２、Ｐ０の比屈折率差Δ１、Δ２は、それぞれΔ１４、Δ２４でほほ等しく、その値はそれぞれ約０．３％、約−０．１％であった。また、フッ素ガスの浸透深さについても、ｒ４１、ｒ４２は同じ大きさであった。しかしながら、実施例４−２の方が、多孔質体の第２領域の外径が大きいため、第２領域の全体までフッ素ガスが浸透しなかった。その結果、実施例４−２のコア径ａ４２は実施例４−１ではコア径ａ４１の１．６倍と大きかった。
【００７２】
つぎに、図１３は、比較例および実施例４−１、４−２の光ファイバ母材から製造した光ファイバの特性を示す図である。図１３において、実施例４−１、４−２の光ファイバは曲げ損失が低い値であった。また、伝送損失についても、実施例４−１、４−２のいずれも、０．１９ｄＢ／ｋｍよりも小さい値であった。また、実施例４−１、４−２のいずれも、熱処理工程が第１の熱処理および第２の熱処理の２段階であり、従来よりも簡易かつ時間が短縮された製造工程で製造することができた。
【００７３】
なお、上記の実施例では、中心コア部の比屈折率差Δ１を、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２に準拠するステップインデックス型屈折率プロファイルのシングルモード光ファイバの比屈折率差Δ１よりも小さい０．３％としている。これによって、中心コア部に含まれるゲルマニウムの量を減少させてレーリー散乱による光損失を抑制し、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失を低減し、たとえば０．１８５ｄＢ／ｋｍ以下、またはより好ましい０．１８ｄＢ／ｋｍ以下になるようにしている。このように実施例の光ファイバ母材および光ファイバではΔ１を小さくしているが、ディプレスト層を形成してＷ型の屈折率プロファイルにすることによって、曲げ損失の増大は抑制される。また、Δ１とΔ２との関係は、絶対値の比として、｜Δ１｜：｜Δ２｜＝３：１となることが、中心コア部とディプレスト層との界面でのガラス材料の粘度整合の条件から好ましいので、上記実施例のようにΔ１＝０．３％、Δ２＝−０．１％とすることが好ましい。なお、Δ２は−０．０５％としてもよい。また、中心コア部のコア径は１０μｍとしてもよい。中心コア部の直径とディプレスト層の外径との比は１：４〜１：５とすることが好ましい。また、Ｗ型の屈折率プロファイルにすることによってモードフィールド径が拡大するので、融着接続損失が低減されるとともに、光ファイバの光学非線形性も低減される。また、カットオフ波長については、ディプレスト層の外径および比屈折率差を調整することによって、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２に準拠する値にすることができる。
【００７４】
ただし、設計パラメータである比屈折率差Δ１、Δ２、およびコア径、ディプレスト層外径については、上記実施例の値に限られず、所望の光学特性を実現するために適宜設定することができる。
【００７５】
図１４は、本発明に係る製造方法によって製造される光ファイバの好ましい設計パラメータの例とそれによって実現される光ファイバの特性を示す図である。なお、「ｂ／ａ」は（ディプレスト層外径）／（コア径）を意味する。項目「特性」における記号「○」は、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．１８５ｄＢ／ｋｍ以下であることを意味する。また、記号「◎」は、モードフィールド径が８．６μｍ〜１０．１μｍ、カットオフ波長が１２６０ｎｍ以下、ゼロ分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍであることを意味する。
【００７６】
図１４に示すように、本発明に係る製造方法によって製造される光ファイバによれば、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失を０．１８５ｄＢ／ｋｍ以下とすることができる。また、Δ１が０．３％〜０．４５％であり、Δ２が−０．２％〜−０．０２％であり、コア径が７．８μｍ〜１８．０μｍであり、コア径とディプレスト層外径との比が１：１．５〜１：６．５である場合に、光ファイバのモードフィールド径を８．６μｍ〜１１．０μｍ、カットオフ波長を１５５０ｎｍ以下、ゼロ分散波長を１２８０ｎｍ〜１３４０ｎｍとすることができ、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２に準拠するＳＭＦ（シングルモード光ファイバ）とほぼ同様の使い方が可能である。また、上記設計パラメータの設定において、さらにΔ１が０．４％以下であり、Δ２が−０．１５％以上である場合に、光ファイバのモードフィールド径を８．６μｍ〜１０．１μｍ、カットオフ波長を１２６０ｎｍ以下、ゼロ分散波長を１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍとすることができ、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２に準拠する値にすることができる。また、図１４に示すいずれの設計パラメータについても、光ファイバを直径２０ｍｍで巻いた場合の波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失の値は３０ｄＢ／ｍ以下であった。
【００７７】
なお、上記実施の形態では、クラッド部を形成する際にＯＶＤ法を用いているが、クラッド部を形成すべき石英ガラス管を準備し、これに透明ガラス体を挿入し一体化することによって、クラッド部の形成を行ってもよい。また、多孔質体を形成する方法についても、ＶＡＤ法に限らず、ＭＣＶＤ（Modified Chemical Vapor Deposition）法などの他の公知の方法を用いてもよい。また、多孔質体の第１領域にはゲルマニウムとともに、またはゲルマニウムに換えて、リン（Ｐ）などの他の屈折率調整用のドーパントを添加しても良いし、屈折率調整用のドーパントを添加しなくてもよい。
【００７８】
また、上記の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。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００７９】
１０ 光ファイバ母材
１１ 中心コア部
１２ ディプレスト層
１３ クラッド部
１００ ＶＡＤ装置
１０１、１０２、３０１ 多重管バーナ
２００ ゾーン加熱装置
２０１ 炉心管
２０１ａ ガス導入口
２０１ｂ ガス排出口
２０２ ヒータ
３００ ＯＶＤ装置
Ｇ１、Ｇ２ ガス
Ｓ１０１〜Ｓ１０５ ステップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ母材および光ファイバの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中心コア部と、中心コア部の外周に形成された中心コア部よりも屈折率が低いディプレスト層と、ディプレスト層の外周に形成されたディプレスト層よりも屈折率が高いクラッド部とを備える、いわゆるＷ型の屈折率プロファイルを有する光ファイバが知られている。
【０００３】
このような光ファイバを製造するための光ファイバ母材を製造する方法として以下の方法が知られている。はじめに、たとえばＶＡＤ（Vapor phase axial deposition）法によって、石英ガラス微粒子からなる多孔質体（スート）を形成する。この多孔質体は、中心コア部となる第１領域を形成するものであり、たとえば石英ガラスの屈折率を高めるドーパントであるゲルマニウム（Ｇｅ）が添加されている。つぎに、この多孔質体を脱水、焼結して、透明ガラス化し、透明ガラス体を形成する。得られた透明ガラス体の外周にＯＶＤ（Outer Vapor Deposition）法を用いて石英ガラス微粒子からなる多孔質層（スート）を形成し、これを再び焼結して、透明ガラス化し、透明ガラス体の外径を拡大する。この透明ガラス化の際に、石英ガラスの屈折率を低めるドーパントであるフッ素（Ｆ）を添加する。このようにして、中心コア部とディプレスト層とが形成された透明ガラス体が形成される。最後に、ガラス体にＯＶＤ法等を用いてクラッド部を形成し、光ファイバ母材とする。
また、これ以外にも、ＶＡＤ法で中心コア部となる第１領域とディプレスト層となる第２領域を有する多孔質体を一括で合成し、透明ガラス化の際に、多孔質体の外周から第２領域に対して、石英ガラスの屈折率を低めるドーパントであるフッ素（Ｆ）を添加して、中心コア部とディプレスト層とが形成された透明ガラス体を形成する方法も知られている（たとえば、特許文献１〜４参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−１８２１２９号公報
【特許文献２】特開２０００−１５９５３１号公報
【特許文献３】特開昭６０−１６１３４７号公報
【特許文献４】特開昭６１−３１３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１〜４の方法は、脱水から焼結までの透明ガラス化のための熱処理として、フッ素を添加するための熱処理を含めた３段階の熱処理工程が必要であり、製造に時間を要するものであった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、より簡易かつ短時間に光ファイバ母材を製造することができる光ファイバ母材の製造方法およびこれ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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、第１領域と該第１領域の外周に形成された第２領域とを有しガラス微粒子からなる多孔質体を形成し、フッ素ガスを含む雰囲気下で前記多孔質体を熱処理する第１の熱処理を行い、前記第１の熱処理を行った多孔質体を前記第１の熱処理よりも高い温度で熱処理する第２の熱処理を行って透明ガラス体とし、前記透明ガラス体の外周にクラッド部を形成する。
【０００８】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、上記発明において、前記多孔質体の第２領域のかさ密度は０．１ｇ／ｃｍ３〜０．４ｇ／ｃｍ３である。
【０００９】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、上記発明において、前記第１領域の直径と前記第２領域の外径との比は１：１．５〜１：６．５である。
【００１０】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、上記発明において、前記第１の熱処理を行う雰囲気におけるフッ素ガスの分圧は０．０２％〜０．２％である。
【００１１】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、上記発明において、前記第１の熱処理温度は８００℃〜１２５０℃である。
【００１２】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、上記発明において、前記第２の熱処理温度は１３００℃〜１４５０℃である。
【００１３】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、上記発明において、前記第１の熱処理は、前記多孔質体を加熱領域に対して相対移動させることにより行い、前記多孔質体の加熱領域に対する相対移動速度は１００ｍｍ／ｈ〜４００ｍｍ／ｈである。
【００１４】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、上記発明において、前記第１の熱処理を行う雰囲気は、塩素ガスを含み、前記雰囲気における塩素ガスの分圧は０．５％〜２．５％である。
【００１５】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、上記発明の製造方法によって製造した光ファイバ母材を用いて光ファイバを製造する。
【００１６】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、上記発明において、前記光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．１８５ｄＢ／ｋｍ以下である。
【００１７】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、上記発明において、前記光ファイバは、前記第１領域から形成される中心コア部の前記クラッド部に対する比屈折率が０．３％〜０．４５％であり、前記第２領域から形成されるディプレスト層の前記クラッド部に対する比屈折率差が−０．２％〜−０．０２％であり、前記中心コア部の直径が７．８μｍ〜１８．０μｍであり、前記中心コア部の直径と前記ディプレスト層の外径との比が１：１．５〜１：６．５であり、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．６μｍ〜１１．０μｍであり、カットオフ波長が１５５０ｎｍ以下であり、ゼロ分散波長が１２８０ｎｍ〜１３４０ｎｍである。
【００１８】
また、本発明に係る光ファイバの製造方法は、上記発明において、前記光ファイバは、前記第１領域から形成される中心コア部の前記クラッド部に対する比屈折率が０．４％以下であり、前記第２領域から形成されるディプレスト層の前記クラッド部に対する比屈折率差が−０．１５％以上であり、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．６μｍ〜１０．１μｍであり、カットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であり、ゼロ分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、多孔質体の透明ガラス化のための熱処理工程を２段階で行うことができるので、より簡易かつ短時間に光ファイバ母材およびこれを用いた光ファイバを製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、実施の形態１に係る製造方法により製造する光ファイバ母材の模式的な断面と屈折率プロファイルとを示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る製造方法のフロー図である。
【図３】図３は、多孔質体形成工程を説明する図である。
【図４】図４は、第１の熱処理工程を説明する図である。
【図５】図５は、クラッド部形成工程を説明する図である。
【図６】図６は、比較例および実施例１−１、１−２の光ファイバ母材の屈折率プロファイルの模式図である。
【図７】図７は、比較例および実施例１−１、１−２の光ファイバ母材から製造した光ファイバの特性を示す図である。
【図８】図８は、比較例および実施例２−１〜２−３の光ファイバ母材の屈折率プロファイルの模式図である。
【図９】図９は、比較例および実施例２−１〜２−３の光ファイバ母材から製造した光ファイバの特性を示す図である。
【図１０】図１０は、比較例および実施例３−１−１、３−１−２の光ファイバ母材の屈折率プロファイルの模式図である。
【図１１】図１１は、比較例および実施例３−１−１〜３−２−２から製造した光ファイバの光ファイバ母材の特性を示す図である。
【図１２】図１２は、比較例および実施例４−１、４−２の光ファイバ母材の屈折率プロファイルの模式図である。
【図１３】図１３は、比較例および実施例４−１、４−２の光ファイバ母材から製造した光ファイバの特性を示す図である。
【図１４】図１４は、好ましい設計パラメータの例とそれによって実現される光ファイバの特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、図面を参照して本発明に係る光ファイバ母材および光ファイバの製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、本明細書においては、カットオフ波長とは、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合）Ｇ．６５０．１で定義する２２ｍ法によるカットオフ波長をいう。また、その他、本明細書で特に定義しない用語についてはＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５０．１における定義、測定方法に従うものとする。
【００２２】
（実施の形態）
本発明の実施の形態として、光ファイバ母材を製造し、さらにこれを用いて光ファイバを製造する場合について説明する。図１は、実施の形態１に係る製造方法により製造する光ファイバ母材の模式的な断面と屈折率プロファイルとを示す図である。図１に示すように、この光ファイバ母材１０は、中心コア部１１と、中心コア部１１の外周に形成されたディプレスト層１２と、ディプレスト層１２の外周に形成されたクラッド部１３とを備える。
【００２３】
中心コア部１１は、ゲルマニウムなどの屈折率を高めるドーパントを添加した石英ガラスからなる。ディプレスト層１２は、フッ素を添加した石英ガラスからなる。クラッド部１３は、屈折率を調整するためのドーパントを含まない純石英ガラスからなる。これによって、ディプレスト層１２は中心コア部１１よりも屈折率が低くなり、クラッド部１３はディプレスト層１２よりも屈折率が高くなるので、光ファイバ母材１０はいわゆるＷ型の屈折率プロファイルを有する。
【００２４】
また、屈折率プロファイルが示すように、中心コア部１１のクラッド部１３に対する比屈折率差をΔ１とし、ディプレスト層１２のクラッド部１３に対する比屈折率差をΔ２とする。また、中心コア部１１の直径（コア径）ａは、中心コア部１１とディプレスト層１２との境界において比屈折率差Δ１が０％となる位置での径とする。また、ディプレスト層１２の外径ｂは、ディプレスト層１２とクラッド部１３との境界において、比屈折率差が比屈折率差Δ２の１／２の値となる位置での径とする。
【００２５】
つぎに、本実施の形態１に係る製造方法について説明する。図２は、本実施の形態１に係る製造方法のフロー図である。本実施の形態１では、はじめに、中心コア部１１とディプレスト層１２とを形成するための多孔質体を形成する（ステップＳ１０１）。つぎに、多孔質体を熱処理（第１の熱処理）するとともに外周からフッ素を添加する（ステップＳ１０２）。つぎに、加熱した多孔質体をステップＳ１０２よりも高い温度で熱処理（第２の熱処理）する（ステップＳ１０３）。これによって、多孔質体が透明ガラス化され、透明ガラス体となる。つぎに、透明ガラス体にクラッド部１３を形成する（ステップＳ１０４）。これによって、所望の光ファイバ母材１０が形成される。その後、光ファイバ母材１０を線引きして光ファイバを製造する（ステップＳ１０５）。
【００２６】
本実施の形態１に係る製造方法では、２段階の熱処理工程で多孔質体に適切にフッ素を添加するとともに、脱水と焼結を行うことができる。
【００２７】
つぎに、各工程について具体的に説明する。図３は、ステップＳ１０１の多孔質体形成工程を説明する図である。図３に示すＶＡＤ装置１００は、出発材１を保持し、回転させながら引き上げる図示しない引上機構と、出発材１に石英ガラス微粒子を堆積させるための同心円状の多重管バーナ１０１、１０２とを備えている。
【００２８】
多孔質体形成工程においては、石英ガラスからなる出発材１を引上機構にセットして、出発材１を回転させながら引き上げる。このとき、多重管バーナ１０１、１０２に所定のガスを供給しながら、出発材１の下部に炎を吹き付ける。ここで、多重管バーナ１０２には主原料ガスである四塩化珪素（ＳｉＣｌ4）ガス、ドープガスである四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ４）ガス、可燃ガスである水素（Ｈ２）ガス、支燃ガスである酸素（Ｏ２）ガス及び緩衝ガスである不活性ガスを供給する。これらのガスの火炎中の加水分解反応によって、ゲルマニウムが添加された合成石英ガラス微粒子が出発材１に吹き付けられて堆積し、第１領域２が形成される。同様に、多重管バーナ１０３にはＳｉＣｌ４ガス、Ｈ２ガス、Ｏ２ガス及び不活性ガスを供給することによって、多孔質部２の外周に合成石英ガラス微粒子からなる第２領域３が形成される。これによって、第１領域２と第２領域３とを有する多孔質体４が形成される。
【００２９】
つぎに、ステップＳ１０２の第１の熱処理工程について説明する。図４は、第１の熱処理工程を説明する図である。図４に示すゾーン加熱装置２００は、多孔質体４を回転させながら昇降させることができる図示しない昇降機構と、石英ガラスからなる炉心管２０１と、炉心管２０１の長手方向の一部において周囲を取り囲むように形成された環状のヒータ２０２とを備えている。炉心管２０１はガス導入口２０１ａとガス排出口２０１ｂとを有する。
【００３０】
第１の熱処理工程においては、多孔質体４に取り付けられた出発材１を昇降機構にセットする。そして、多孔質体４を回転降下させながら、ヒータ２０２によって、多孔質体４を所定の温度に加熱する。多孔質体４は降下に伴ってヒータ２０２によってゾーン加熱され、脱水が行われる。なお、加熱の際には、ガス導入口２０１ａから炉心管２０１内にガスＧ１を供給し、ガス排出口２０１ｂからガスＧ２を排出する。
【００３１】
ここで、本実施の形態では、ガスＧ１として、公知の脱水工程で使用されるガスであるヘリウム（Ｈｅ）ガス、脱水作用のある塩素（Ｃｌ２）ガス、Ｏ２ガスを供給するとともに、フッ素（Ｆ）ガスを供給し、多孔質体４を、フッ素ガスを含む雰囲気下に置く。これによって、多孔質体４に含まれる水分およびＯＨ基を除去するとともに、第２領域３にフッ素を添加する。
【００３２】
つぎに、ステップＳ１０３の第２の熱処理工程については、供給するガスＧ１をＨｅガスおよびＣｌ２ガスとし、ヒータ２０２による多孔質体４の加熱温度を第１の熱処理工程時よりも高く設定する以外は、ゾーン加熱装置２００を用いて第１の熱処理工程と同様に行うことができる。なお、Ｃｌ２ガスは必ずしも供給しなくてもよい。これによって、多孔質体４は焼結し、透明ガラス化して透明ガラス体となる。その結果、第１領域２から中心コア部１１が形成され、第２領域３からディプレスト層１２が形成される。
【００３３】
つぎに、ステップＳ１０４のクラッド部形成工程について説明する。図５は、クラッド部形成工程を説明する図である。図５に示すＯＶＤ装置３００は、延伸された透明ガラス体５を回転させながら昇降させる図示しない昇降機構と、中心コア部１１とディプレスト層１２とが形成された透明ガラス体５に石英ガラス微粒子を堆積させるための多重管バーナ３０１とを備えている。
【００３４】
クラッド部形成工程においては、まず、延伸された透明ガラス体５を昇降機構によって回転昇降させながら、多重管バーナ１０２と同じ原料ガス等を供給された多重管バーナ３０１から透明ガラス体５に火炎を吹き付ける。これによって、多重管バーナ３０１は透明ガラス体５の長手方向に沿って相対的に往復移動しながら表面に石英ガラス微粒子を堆積させる。その結果、透明ガラス体５の外周に合成石英ガラス微粒子からなる第３領域６が形成される。つぎに、この第３領域６が形成された透明ガラス体５を図４に示すゾーン加熱装置２００を用いて加熱することによって第３領域６が透明ガラス化し、クラッド部１３となる。これによって、光ファイバ母材１０が製造される。
【００３５】
その後、ステップＳ１０５において、光ファイバ母材１０を周知の方法で線引きすることによって、光ファイバ母材１０と略同じ屈折率プロファイルを有する光ファイバを製造することができる。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態に係る製造方法では、第１の熱処理工程においてフッ素を添加することによって、透明ガラス化のための熱処理工程を２段階で行うことができる。したがって、より簡易かつ短時間に光ファイバ母材を製造でき、さらに光ファイバ母材を用いた光ファイバを製造することができる。
【００３７】
つぎに、好適な光ファイバ母材の構造および製造条件について説明する。
まず、最初に形成する多孔質体のかさ密度については、多孔質体の第２領域のかさ密度が０．１ｇ／ｃｍ３〜０．４ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。かさ密度が０．１ｇ／ｃｍ３以上であれば多孔質体が自重で変形することなく、全体の形状を維持するのに好ましい密度であり、０．４ｇ／ｃｍ３以下であれば表面からのフッ素の添加を容易かつ十分にするのに好ましい。なお、第１領域のかさ密度については特に限定されないが、たとえば第２領域と同様に０．１ｇ／ｃｍ３〜０．４ｇ／ｃｍ３としてもよい。
【００３８】
また、第１領域の直径と第２領域の外径との比は１：１．５〜１：６．５であることが好ましい。当該比が１：１．５以上であれば、製造した光ファイバにおいて、ディプレスト層の効果によって曲げ損失が低減され、これによって伝送損失も低減される。また、当該比が１：６．５以下であれば、フッ素を第２領域に十分に添加することができ、第１領域と第２領域との境界にフッ素が添加されない領域が形成されることが防止される。したがって、より確実に屈折率プロファイルを所望の形状にすることができ、より確実に曲げ損失低減効果が得られる。なお、当該比が１：６以下であれば、製造がより容易になるのでより好ましい。
【００３９】
また、第１の熱処理工程の雰囲気におけるフッ素ガスの分圧は０．０２％〜０．２％が好ましい。なお、分圧は、ゾーン加熱炉内の全圧力を１００％とした場合のフッ素ガスの圧力である。０．０２％以上であれば、フッ素を第２領域に十分に添加することができる。これによって、第１領域と第２領域との境界にフッ素が添加されない領域が形成されることが防止され、より確実に屈折率プロファイルを所望の形状にすることができ、より確実に曲げ損失低減効果が得られる。また、０．２％以下であれば、フッ素が過剰に添加されることがなく、ディプレスト層の比屈折率差Δ２が設計値よりも大きくなりすぎたり、さらにはフッ素が第１領域にまで達して中心コア部の比屈折率差Δ１が小さくなったりすることが防止される。なお、中心コア部にフッ素が添加されると、中心コア部はゲルマニウムとフッ素が共添加された状態となってレーリー散乱損失が増加する場合がある。
【００４０】
また、第１の熱処理工程の熱処理温度は８００℃〜１２５０℃が好ましい。８００℃以上であれば多孔質体内部の不純物が十分に除去され、かつ脱水に要する時間も長くはならない。また、１２５０℃以下であれば、かさ密度が低い場合でも多孔質体の収縮が抑制されるので、かさ密度はフッ素を十分に添加することができる程度の密度に維持される。
【００４１】
また、第２の熱処理工程の熱処理温度は１３００℃〜１４５０℃が好ましい。１３００℃以上であれば多孔質体内部まで十分に熱が伝わるので、十分にガラス化を行うことができる。また、１４５０℃以下であれば、多孔質体が溶解して形状が変化したり、多孔質体表面が先に透明化して内部に気泡が残ったりするおそれがなくなる。なお、光ファイバ母材の内部に気泡が残っていると、光ファイバの製造に使用できる良品部分が少なくなったり、光ファイバの伝送損失が増加したりするなどのおそれがある。
【００４２】
また、第１の熱処理工程における多孔質体の降下速度（ヒータに対する相対移動速度）はたとえば１００ｍｍ／ｈ〜４００ｍｍ／ｈとすることが好ましい。降下速度を好ましい降下速度に調整することによって、第１領域と第２領域との境界にフッ素が添加されない領域が形成されることが防止され、より確実に屈折率プロファイルを所望の形状にすることができ、より確実に曲げ損失低減効果が得られる。また、フッ素が過剰に添加されることがなく、ディプレスト層の比屈折率差Δ２が設計値よりも大きくなりすぎたり、さらにはフッ素が第１領域にまで達して中心コア部の比屈折率差Δ１が小さくなったりすることが防止される。また、第１の熱処理工程の熱処理時間が長くなりすぎずに最適になるので製造性が高くなる。また、第２の熱処理工程における多孔質体の降下速度については、たとえば第１の熱処理工程における降下速度と同じ設定にしてもよい。降下速度は、フッ素ガスの分圧や、第１および第２の熱処理工程の加熱温度に応じて適宜調整することが好ましい。
【００４３】
また、第１の熱処理工程の雰囲気における塩素ガスの分圧は０．５％〜２．５％が好ましい。なお、分圧は、ゾーン加熱炉内の全圧力を１００％とした場合の塩素ガスの圧力である。０．５％以上であれば、塩素ガスの脱水効果によって水分およびＯＨ基が十分に除去されるため、ＯＨ基に起因する波長１３８０ｎｍ付近にピークを有する光吸収が抑制される。その結果、波長１５５０ｎｍにおいても伝送損失が低減される。また、２．５％以下であれば、第１領域に添加したゲルマニウムが塩素ガスによって揮散することがないので、中心コア部の比屈折率差Δ１が設計よりも小さくなることが防止される。なお、第２の熱処理工程における塩素ガスの分圧についても、０．５％〜２．５％が好ましい。
【００４４】
（実施例、比較例）
本発明の実施例として、上記の実施の形態に係る製造方法において、様々に製造条件を変更して光ファイバ母材および光ファイバを製造した。また、比較例として、第１の熱処理工程の際にフッ素の添加を行わない以外は実施例と同様にして、光ファイバ母材および光ファイバを製造した。なお、実施例において、光ファイバ母材の中心コア部の比屈折率差Δ１が０．３％、ディプレスト層の比屈折率差Δ２が−０．１％になるように設計した。
【００４５】
まず、実施例１−１として、多孔質体の第２領域のかさ密度を０．２ｇ／ｃｍ３とし、第１領域の直径に対する第２領域の外径の比を５とし、第１の熱処理工程におけるフッ素ガスの分圧を０．２％とし、第１および第２の熱処理工程における多孔質体の降下速度を２５０ｍｍ／ｈとして、光ファイバ母材を製造した。その後、製造した光ファイバ母材を線引きして光ファイバを製造した。なお、光ファイバ母材の製造条件において、第１および第２の熱処理工程における熱処理温度はそれぞれ１０００℃、１３２０℃とし、塩素ガスの分圧は、上述した好ましい範囲の値とした。また、実施例１−２として、多孔質体の第２領域のかさ密度を約０．６ｇ／ｃｍ３とした以外は実施例１−１と同じ条件で光ファイバ母材を製造した。
【００４６】
図６は、比較例および実施例１−１、１−２の光ファイバ母材の屈折率プロファイルの模式図である。なお、図６、および後述する図８、１０、１２では、中心コア部の中心軸に対して片側の屈折率プロファイルのみを示している。
【００４７】
図６において、領域Ａ１１は多孔質体形成工程にてＶＡＤ法によって一括して形成した領域、領域Ａ１２はクラッド部形成工程にてＯＶＤ法によって形成した領域をそれぞれ示している。また、屈折率プロファイルＰ１１、Ｐ１２、Ｐ０はそれぞれ実施例１−１、１−２、比較例の光ファイバ母材の屈折率プロファイルを示している。
【００４８】
また、Δ１１は各屈折率プロファイルＰ１１、Ｐ１２、Ｐ０の比屈折率差Δ１を示し、Δ２１１は実施例１−１の屈折率プロファイルＰ１１の比屈折率差Δ２を示し、Δ２１２は実施例１−２の屈折率プロファイルＰ１２の比屈折率差Δ２を示し、ａ１１は実施例１−１のコア径、ａ１２は実施例１−２のコア径を示し、ｂ１は実施例１−１、１−２、比較例のディプレスト層外径をそれぞれ示している。
【００４９】
また、ｒ１１、ｒ１２は、実施例１−１、１−２の第１の熱処理工程における、多孔質体表面からのフッ素ガスの浸透深さをそれぞれ示している。なお、浸透深さは、［（ディプレスト層外径）−（コア径）］／２として定義している。
【００５０】
図６に示すように、各屈折率プロファイルＰ１１、Ｐ１２、Ｐ０の比屈折率差Δ１はΔ１１でいずれもほほ等しく、その値は約０．３％であった。しかしながら、実施例１−１、１−２では、Δ２１１、Δ２１２はそれぞれ−０．１％、−０．０７％であり、かさ密度が大きいほど大きい値であった。また、フッ素ガスの浸透深さについても、ｂ１を基準として表すと、ｒ１１は０．７×ｂ１／２、ｒ１２は０．４×ｂ１／２であった。
【００５１】
つぎに、図７は、比較例および実施例１−１、１−２の光ファイバ母材から製造した光ファイバの特性を示す図である。なお、「ＭＦＤ」は波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径を示している。伝送損失は波長１５５０ｎｍでの値である。また、曲げ損失は光ファイバを直径２０ｍｍで巻いた場合の波長１６２５ｎｍにおける値である。
【００５２】
図７において、比較例の光ファイバの曲げ損失は大きすぎて測定不可能であった。これに対して、実施例１−１、１−２の光ファイバは、曲げ損失が低く、特に実施例１−１では１．１ｄＢ／ｍと低い値であった。また、伝送損失については、実施例１−１、１−２のいずれも、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２に準拠するシングルモード光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける典型的な伝送損失である０．１９ｄＢ／ｋｍよりも小さい値であり、特に実施例１−１の場合は０．１７９ｄＢ／ｋｍであり、０．１８０ｄＢ／ｋｍ以下の非常に小さい値であった。また、実施例１−２は、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２の規定に準拠する値のモードフィールド径、カットオフ波長、およびゼロ分散波長であった。また、実施例１−１、１−２のいずれも、熱処理工程が第１の熱処理および第２の熱処理の２段階であり、従来よりも簡易かつ時間が短縮された製造工程で製造することができた。
【００５３】
なお、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２においては、光ファイバの特性として、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．６μｍ〜１０．１μｍ、カットオフ波長が１２６０ｎｍ以下、ゼロ分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍと規定されている。
【００５４】
つぎに、実施例２−１として、多孔質体の第２領域のかさ密度を０．２ｇ／ｃｍ３とし、第１領域の直径に対する第２領域の外径の比を５とし、第１の熱処理工程におけるフッ素ガスの分圧を０．２％とし、第１および第２の熱処理工程における多孔質体の降下速度を２５０ｍｍ／ｈとして、光ファイバ母材を製造した。その後、製造した光ファイバ母材を線引きして光ファイバを製造した。なお、光ファイバ母材の製造条件において、第１および第２の熱処理工程における熱処理温度はそれぞれ１０００℃、１３２０℃とし、塩素ガスの分圧は、上述した好ましい範囲の値とした。また、実施例２−２、２−３として、第１の熱処理工程におけるフッ素ガスの分圧をそれぞれ０．０２％、０．５％とした以外は実施例２−１と同じ条件で光ファイバ母材および光ファイバを製造した。
【００５５】
図８は、比較例および実施例２−１〜２−３の光ファイバ母材の屈折率プロファイルの模式図である。図８において、領域Ａ２１は多孔質体形成工程にてＶＡＤ法によって一括して形成した領域、領域Ａ２２はクラッド部形成工程にてＯＶＤ法によって形成した領域をそれぞれ示している。また、屈折率プロファイルＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３、Ｐ０はそれぞれ実施例２−１、実施例２−２、実施例２−３、比較例の光ファイバ母材の屈折率プロファイルを示している。
【００５６】
また、Δ１２１は各屈折率プロファイルＰ２１、Ｐ２２、Ｐ０の比屈折率差Δ１を示し、Δ１２３は屈折率プロファイルＰ２３の比屈折率差Δ１を示し、Δ２２１、Δ２２２、Δ２２３はそれぞれ屈折率プロファイルＰ２１、Ｐ２２、Ｐ２３の比屈折率差Δ２を示し、ａ１１、ａ１２、ａ１３はそれぞれ実施例２−１、２−２、２−３のコア径を示し、ｂ２は実施例２−１〜２−３、比較例のディプレスト層外径を示している。
【００５７】
また、ｒ２１、ｒ２２、ｒ２２は、実施例２−１、２−２、２−３の第１の熱処理工程における、多孔質体表面からのフッ素ガスの浸透深さをそれぞれ示している。
【００５８】
図８に示すように、各屈折率プロファイルＰ１１、Ｐ１２、Ｐ０の比屈折率差Δ１はΔ１２１でいずれもほほ等しく、その値は約０．３％であった。しかしながら、フッ素の分圧が大きい実施例２−３の屈折率プロファイルＰ２３の比屈折率差Δ１はΔ１２３であり、Δ１２１よりも小さく、その値は約０．２５％であった。また、Δ２２１、Δ２２２、Δ２２３はそれぞれ−０．１％、−０．０７％、−０．１４％であり、フッ素ガスの分圧が大きいほど小さい値であった。また、フッ素ガスの浸透深さについても、ｂ２を基準として表すと、ｒ２１は０．７×ｂ２／２、ｒ２２は０．５×ｂ２／２、ｒ２３は０．７５×ｂ２／２であった。
【００５９】
つぎに、図９は、比較例および実施例２−１〜２−３の光ファイバ母材から製造した光ファイバの特性を示す図である。図９において、実施例２−１〜２−３の光ファイバは曲げ損失が低く、特に実施例２−３では０．１ｄＢ／ｍと低い値であった。また、伝送損失については、実施例２−１〜２−３のいずれも、０．１９ｄＢ／ｋｍよりも小さい値であった。なお、実施例２−１、２−２のように、フッ素ガスの分圧が０．０２％〜０．２％の場合の伝送損失が低く、より好ましかった。また、実施例２−１〜２−３のいずれも、熱処理工程が第１の熱処理および第２の熱処理の２段階であり、従来よりも簡易かつ時間が短縮された製造工程で製造することができた。
【００６０】
つぎに、実施例３−１−１として、多孔質体の第２領域のかさ密度を０．２ｇ／ｃｍ３とし、第１領域の直径に対する第２領域の外径の比を５とし、第１の熱処理工程におけるフッ素ガスの分圧を０．０２％とし、第１および第２の熱処理工程における多孔質体の降下速度をそれぞれ１５０ｍｍ／ｈ、２５０ｍｍ／ｈとして、光ファイバ母材を製造した。その後、製造した光ファイバ母材を線引きして光ファイバを製造した。なお、光ファイバ母材の製造条件において、第１および第２の熱処理工程における熱処理温度はそれぞれ１０００℃、１３２０℃とし、塩素ガスの分圧は、上述した好ましい範囲の値とした。
【００６１】
また、実施例３−１−２として、第１の熱処理における多孔質体の降下速度を２５０ｍｍ／ｈとした以外は実施例３−１−１と同じ条件で光ファイバ母材および光ファイバを製造した。また、実施例３−２−１として、第１の熱処理工程におけるフッ素ガスの分圧を０．２％とした以外は実施例３−１−１と同じ条件で光ファイバ母材および光ファイバを製造した。また、実施例３−２−２として、第１の熱処理工程における多孔質体の降下速度を３００ｍｍ／ｈとした以外は実施例３−２−１と同じ条件で光ファイバ母材および光ファイバを製造した。また、実施例３−２−３として、第１の熱処理工程における熱処理温度を８００℃とした以外は実施例３−２−１と同じ条件で光ファイバ母材および光ファイバを製造した。また、実施例３−２−４として、第１の熱処理工程における多孔質体の降下速度を２５０ｍｍ／ｈ、熱処理温度を１２２０℃とした以外は実施例３−２−１と同じ条件で光ファイバ母材および光ファイバを製造した。また、実施例３−２−５として、第１の熱処理工程における熱処理温度を１１００℃とした以外は実施例３−２−４と同じ条件で光ファイバ母材および光ファイバを製造した。
【００６２】
図１０は、比較例および実施例３−１−１、３−１−２の光ファイバ母材の屈折率プロファイルの模式図である。図１０において、領域Ａ３１は多孔質体形成工程にてＶＡＤ法によって一括して形成した領域、領域Ａ３２はクラッド部形成工程にてＯＶＤ法によって形成した領域をそれぞれ示している。また、屈折率プロファイルＰ３１、Ｐ３２、Ｐ０はそれぞれ実施例３−１−１、３−１−２、比較例の光ファイバ母材の屈折率プロファイルを示している。
【００６３】
また、Δ１３は各屈折率プロファイルＰ３１、Ｐ３２、Ｐ０の比屈折率差Δ１を示し、Δ２３１、Δ２３２はそれぞれ屈折率プロファイルＰ３１、Ｐ３２の比屈折率差Δ２を示し、ａ３１、ａ３２はそれぞれ実施例３−１−１、３−１−２のコア径を示し、ｂ３は実施例３−１−１、３−１−２、比較例のディプレスト層外径をそれぞれ示している。
【００６４】
また、ｒ３１、ｒ３２は、実施例３−１−１、３−１−２の第１の熱処理工程における、多孔質体表面からのフッ素ガスの浸透深さをそれぞれ示している。
【００６５】
図１０に示すように、各屈折率プロファイルＰ３１、Ｐ３２、Ｐ０の比屈折率差Δ１はΔ１３でいずれもほほ等しく、その値は約０．３％であった。しかしながら、Δ２３１、Δ２３２はそれぞれ−０．１％、−０．０７％であり、降下速度が大きいほど大きい値であった。また、フッ素ガスの浸透深さについても、ｂ３を基準として表すと、ｒ３１は０．７×ｂ３／２、ｒ３２は０．５×ｂ３／２であった。
【００６６】
つぎに、図１１は、比較例および実施例３−１−１〜３−２−５の光ファイバ母材から製造した光ファイバの特性を示す図である。図１１において、実施例３−１−１〜３−２−２の光ファイバは曲げ損失が低い値であった。また、伝送損失についても、実施例３−１−１〜３−２−５のいずれも、０．１９ｄＢ／ｋｍよりも小さい値であり、特に、実施例３−１−１、３−２−１、３−２−２、３−２−３、３−２−５は０．１８ｄＢ／ｋｍよりも小さい値であった。また、実施例３−２−３〜３−２−５は、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２の規定に準拠する値のモードフィールド径、カットオフ波長、およびゼロ分散波長であった。また、実施例３−１−１〜３−２−５のいずれも、熱処理工程が第１の熱処理および第２の熱処理の２段階であり、従来よりも簡易かつ時間が短縮された製造工程で製造することができた。また、実施例３−２−２の場合は、実施例３−１−１の場合よりもフッ素ガスの分圧を高くしたため、降下速度を比較的速くしても、低い伝送損失を実現することができた。
【００６７】
つぎに、実施例４−１として、多孔質体の第２領域のかさ密度を０．２ｇ／ｃｍ３とし、第１領域の直径に対する第２領域の外径の比を５とし、第１の熱処理工程におけるフッ素ガスの分圧を０．２％とし、第１の熱処理および第２の熱処理における多孔質体の降下速度を２５０ｍｍ／ｈとして、光ファイバ母材を製造した。その後、製造した光ファイバ母材を線引きして光ファイバを製造した。なお、光ファイバ母材の製造条件において、第１の熱処理および第２の熱処理における熱処理温度はそれぞれ１０００℃、１３２０℃とし、塩素ガスの分圧は、上述した好ましい範囲の値とした。また、実施例４−２として、第１領域の直径に対する第２領域の外径の比を６とした以外は実施例４−１と同じ条件で光ファイバ母材および光ファイバを製造した。
【００６８】
図１２は、比較例および実施例４−１、４−２の光ファイバ母材の屈折率プロファイルの模式図である。図１２において、領域Ａ４１、Ａ４３はそれぞれ実施例４−１、４−２において多孔質体形成工程にてＶＡＤ法によって一括して形成した領域を示している。また、領域Ａ４２、Ａ４４はそれぞれ実施例４−１、４−２においてクラッド部形成工程にてＯＶＤ法によって形成した領域を示している。また、屈折率プロファイルＰ４１、Ｐ４２、Ｐ０は実施例４−１、４−２、比較例の光ファイバ母材の屈折率プロファイルをそれぞれ示している。
【００６９】
また、Δ１４は各屈折率プロファイルＰ４１、Ｐ４２、Ｐ０の比屈折率差Δ１を示し、Δ２４は屈折率プロファイルＰ４１、Ｐ４２の比屈折率差Δ２を示し、ａ４１、ａ４２はそれぞれ実施例４−１、４−２のコア径を示し、ｂ４１、ｂ４２はそれぞれ実施例４−１、４−２のディプレスト層外径を示している。
【００７０】
また、ｒ４１、ｒ４２は、実施例４−１、４−２の第１の熱処理工程における、多孔質体表面からのフッ素ガスの浸透深さをそれぞれ示している。
【００７１】
図１２に示すように、各屈折率プロファイルＰ４１、Ｐ４２、Ｐ０の比屈折率差Δ１、Δ２は、それぞれΔ１４、Δ２４でほほ等しく、その値はそれぞれ約０．３％、約−０．１％であった。また、フッ素ガスの浸透深さについても、ｒ４１、ｒ４２は同じ大きさであった。しかしながら、実施例４−２の方が、多孔質体の第２領域の外径が大きいため、第２領域の全体までフッ素ガスが浸透しなかった。その結果、実施例４−２のコア径ａ４２は実施例４−１ではコア径ａ４１の１．６倍と大きかった。
【００７２】
つぎに、図１３は、比較例および実施例４−１、４−２の光ファイバ母材から製造した光ファイバの特性を示す図である。図１３において、実施例４−１、４−２の光ファイバは曲げ損失が低い値であった。また、伝送損失についても、実施例４−１、４−２のいずれも、０．１９ｄＢ／ｋｍよりも小さい値であった。また、実施例４−１、４−２のいずれも、熱処理工程が第１の熱処理および第２の熱処理の２段階であり、従来よりも簡易かつ時間が短縮された製造工程で製造することができた。
【００７３】
なお、上記の実施例では、中心コア部の比屈折率差Δ１を、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２に準拠するステップインデックス型屈折率プロファイルのシングルモード光ファイバの比屈折率差Δ１よりも小さい０．３％としている。これによって、中心コア部に含まれるゲルマニウムの量を減少させてレーリー散乱による光損失を抑制し、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失を低減し、たとえば０．１８５ｄＢ／ｋｍ以下、またはより好ましい０．１８ｄＢ／ｋｍ以下になるようにしている。このように実施例の光ファイバ母材および光ファイバではΔ１を小さくしているが、ディプレスト層を形成してＷ型の屈折率プロファイルにすることによって、曲げ損失の増大は抑制される。また、Δ１とΔ２との関係は、絶対値の比として、｜Δ１｜：｜Δ２｜＝３：１となることが、中心コア部とディプレスト層との界面でのガラス材料の粘度整合の条件から好ましいので、上記実施例のようにΔ１＝０．３％、Δ２＝−０．１％とすることが好ましい。なお、Δ２は−０．０５％としてもよい。また、中心コア部のコア径は１０μｍとしてもよい。中心コア部の直径とディプレスト層の外径との比は１：４〜１：５とすることが好ましい。また、Ｗ型の屈折率プロファイルにすることによってモードフィールド径が拡大するので、融着接続損失が低減されるとともに、光ファイバの光学非線形性も低減される。また、カットオフ波長については、ディプレスト層の外径および比屈折率差を調整することによって、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２に準拠する値にすることができる。
【００７４】
ただし、設計パラメータである比屈折率差Δ１、Δ２、およびコア径、ディプレスト層外径については、上記実施例の値に限られず、所望の光学特性を実現するために適宜設定することができる。
【００７５】
図１４は、本発明に係る製造方法によって製造される光ファイバの好ましい設計パラメータの例とそれによって実現される光ファイバの特性を示す図である。なお、「ｂ／ａ」は（ディプレスト層外径）／（コア径）を意味する。項目「特性」における記号「○」は、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．１８５ｄＢ／ｋｍ以下であることを意味する。また、記号「◎」は、モードフィールド径が８．６μｍ〜１０．１μｍ、カットオフ波長が１２６０ｎｍ以下、ゼロ分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍであることを意味する。
【００７６】
図１４に示すように、本発明に係る製造方法によって製造される光ファイバによれば、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失を０．１８５ｄＢ／ｋｍ以下とすることができる。また、Δ１が０．３％〜０．４５％であり、Δ２が−０．２％〜−０．０２％であり、コア径が７．８μｍ〜１８．０μｍであり、コア径とディプレスト層外径との比が１：１．５〜１：６．５である場合に、光ファイバのモードフィールド径を８．６μｍ〜１１．０μｍ、カットオフ波長を１５５０ｎｍ以下、ゼロ分散波長を１２８０ｎｍ〜１３４０ｎｍとすることができ、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２に準拠するＳＭＦ（シングルモード光ファイバ）とほぼ同様の使い方が可能である。また、上記設計パラメータの設定において、さらにΔ１が０．４％以下であり、Δ２が−０．１５％以上である場合に、光ファイバのモードフィールド径を８．６μｍ〜１０．１μｍ、カットオフ波長を１２６０ｎｍ以下、ゼロ分散波長を１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍとすることができ、ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．６５２に準拠する値にすることができる。また、図１４に示すいずれの設計パラメータについても、光ファイバを直径２０ｍｍで巻いた場合の波長１６２５ｎｍにおける曲げ損失の値は３０ｄＢ／ｍ以下であった。
【００７７】
なお、上記実施の形態では、クラッド部を形成する際にＯＶＤ法を用いているが、クラッド部を形成すべき石英ガラス管を準備し、これに透明ガラス体を挿入し一体化することによって、クラッド部の形成を行ってもよい。また、多孔質体を形成する方法についても、ＶＡＤ法に限らず、ＭＣＶＤ（Modified Chemical Vapor Deposition）法などの他の公知の方法を用いてもよい。また、多孔質体の第１領域にはゲルマニウムとともに、またはゲルマニウムに換えて、リン（Ｐ）などの他の屈折率調整用のドーパントを添加しても良いし、屈折率調整用のドーパントを添加しなくてもよい。
【００７８】
また、上記の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。その他、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００７９】
１０ 光ファイバ母材
１１ 中心コア部
１２ ディプレスト層
１３ クラッド部
１００ ＶＡＤ装置
１０１、１０２、３０１ 多重管バーナ
２００ ゾーン加熱装置
２０１ 炉心管
２０１ａ ガス導入口
２０１ｂ ガス排出口
２０２ ヒータ
３００ ＯＶＤ装置
Ｇ１、Ｇ２ ガス
Ｓ１０１〜Ｓ１０５ ステップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１領域と該第１領域の外周に形成された第２領域とを有しガラス微粒子からなる多孔質体を形成し、
フッ素ガスを含む雰囲気下で前記多孔質体を熱処理する第１の熱処理を行い、
前記第１の熱処理を行った多孔質体を前記第１の熱処理よりも高い温度で熱処理する第２の熱処理を行って透明ガラス体とし、
前記透明ガラス体の外周にクラッド部を形成する、
ことを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
【請求項２】
前記多孔質体の第２領域のかさ密度は０．１ｇ／ｃｍ３〜０．４ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項３】
前記第１領域の直径と前記第２領域の外径との比は１：１．５〜１：６．５であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項４】
前記第１の熱処理を行う雰囲気におけるフッ素ガスの分圧は０．０２％〜０．２％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項５】
前記第１の熱処理温度は８００℃〜１２５０℃であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項６】
前記第２の熱処理温度は１３００℃〜１４５０℃であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項７】
前記第１の熱処理は、前記多孔質体を加熱領域に対して相対移動させることにより行い、前記多孔質体の加熱領域に対する相対移動速度は１００ｍｍ／ｈ〜４００ｍｍ／ｈであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項８】
前記第１の熱処理を行う雰囲気は、塩素ガスを含み、前記雰囲気における塩素ガスの分圧は０．５％〜２．５％であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一つに記載の製造方法によって製造した光ファイバ母材を用いて光ファイバを製造することを特徴とする光ファイバの製造方法。
【請求項１０】
前記光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．１８５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項１１】
前記光ファイバは、前記第１領域から形成される中心コア部の前記クラッド部に対する比屈折率が０．３％〜０．４５％であり、前記第２領域から形成されるディプレスト層の前記クラッド部に対する比屈折率差が−０．２％〜−０．０２％であり、前記中心コア部の直径が７．８μｍ〜１８．０μｍであり、前記中心コア部の直径と前記ディプレスト層の外径との比が１：１．５〜１：６．５であり、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．６μｍ〜１１．０μｍであり、カットオフ波長が１５５０ｎｍ以下であり、ゼロ分散波長が１２８０ｎｍ〜１３４０ｎｍであることを特徴とする請求項９または１０に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項１２】
前記光ファイバは、前記第１領域から形成される中心コア部の前記クラッド部に対する比屈折率が０．４％以下であり、前記第２領域から形成されるディプレスト層の前記クラッド部に対する比屈折率差が−０．１５％以上であり、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．６μｍ〜１０．１μｍであり、カットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であり、ゼロ分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍであることを特徴とする請求項９または１０に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項１】
第１領域と該第１領域の外周に形成された第２領域とを有しガラス微粒子からなる多孔質体を形成し、
フッ素ガスを含む雰囲気下で前記多孔質体を熱処理する第１の熱処理を行い、
前記第１の熱処理を行った多孔質体を前記第１の熱処理よりも高い温度で熱処理する第２の熱処理を行って透明ガラス体とし、
前記透明ガラス体の外周にクラッド部を形成する、
ことを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
【請求項２】
前記多孔質体の第２領域のかさ密度は０．１ｇ／ｃｍ３〜０．４ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項３】
前記第１領域の直径と前記第２領域の外径との比は１：１．５〜１：６．５であることを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項４】
前記第１の熱処理を行う雰囲気におけるフッ素ガスの分圧は０．０２％〜０．２％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項５】
前記第１の熱処理温度は８００℃〜１２５０℃であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項６】
前記第２の熱処理温度は１３００℃〜１４５０℃であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項７】
前記第１の熱処理は、前記多孔質体を加熱領域に対して相対移動させることにより行い、前記多孔質体の加熱領域に対する相対移動速度は１００ｍｍ／ｈ〜４００ｍｍ／ｈであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項８】
前記第１の熱処理を行う雰囲気は、塩素ガスを含み、前記雰囲気における塩素ガスの分圧は０．５％〜２．５％であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一つに記載の製造方法によって製造した光ファイバ母材を用いて光ファイバを製造することを特徴とする光ファイバの製造方法。
【請求項１０】
前記光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０．１８５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項９に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項１１】
前記光ファイバは、前記第１領域から形成される中心コア部の前記クラッド部に対する比屈折率が０．３％〜０．４５％であり、前記第２領域から形成されるディプレスト層の前記クラッド部に対する比屈折率差が−０．２％〜−０．０２％であり、前記中心コア部の直径が７．８μｍ〜１８．０μｍであり、前記中心コア部の直径と前記ディプレスト層の外径との比が１：１．５〜１：６．５であり、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．６μｍ〜１１．０μｍであり、カットオフ波長が１５５０ｎｍ以下であり、ゼロ分散波長が１２８０ｎｍ〜１３４０ｎｍであることを特徴とする請求項９または１０に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項１２】
前記光ファイバは、前記第１領域から形成される中心コア部の前記クラッド部に対する比屈折率が０．４％以下であり、前記第２領域から形成されるディプレスト層の前記クラッド部に対する比屈折率差が−０．１５％以上であり、波長１３１０ｎｍにおけるモードフィールド径が８．６μｍ〜１０．１μｍであり、カットオフ波長が１２６０ｎｍ以下であり、ゼロ分散波長が１３００ｎｍ〜１３２４ｎｍであることを特徴とする請求項９または１０に記載の光ファイバの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−３５７２２（Ｐ２０１３−３５７２２Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７４１７２（Ｐ２０１１−１７４１７２）
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【Ｆターム（参考）】
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