光ファイバ母材の製造方法
【課題】本発明は、長手方向に特性変動が少なく、かつ、他の特性も良好な光ファイバ母材を得ることができる。
【解決手段】気相合成法により多孔質ガラス母材を合成し、該多孔質ガラス母材を常圧雰囲気中で加熱処理することによりガラス化する光ファイバ母材の製造方法において、前記多孔質ガラス母材を１１００〜１３００℃の温度でハロゲンガスを分圧１〜１０％含む不活性ガス雰囲気中で加熱する第一の熱処理工程と、１３５０〜１４５０℃の温度で不活性ガス雰囲気中で加熱する第二の熱処理工程と、１４００〜１５５０℃の温度で不活性ガス雰囲気中で加熱する第三の熱処理工程を有し、前記第二の熱処理工程において、前記多孔質ガラス母材の密度が１．７６ｇ／ｃｍ３以上になるように熱処理することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
【解決手段】気相合成法により多孔質ガラス母材を合成し、該多孔質ガラス母材を常圧雰囲気中で加熱処理することによりガラス化する光ファイバ母材の製造方法において、前記多孔質ガラス母材を１１００〜１３００℃の温度でハロゲンガスを分圧１〜１０％含む不活性ガス雰囲気中で加熱する第一の熱処理工程と、１３５０〜１４５０℃の温度で不活性ガス雰囲気中で加熱する第二の熱処理工程と、１４００〜１５５０℃の温度で不活性ガス雰囲気中で加熱する第三の熱処理工程を有し、前記第二の熱処理工程において、前記多孔質ガラス母材の密度が１．７６ｇ／ｃｍ３以上になるように熱処理することを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ母材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コアおよびクラッドを有する光ファイバ母材を製造する方法として、たとえば、ＶＡＤ（Ｖａｐｏｕｒ ｐｈａｓｅ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｔｉｏｎ）法やＯＶＤ（Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの気相合成法により多孔質ガラス母材を製造し、これをガラス化する方法が一般に用いられている。
【０００３】
ＶＡＤ法により多孔質ガラス母材を製造する方法を図５を用いて説明する。まず、ガラス原料ガスを酸水素とともにガラス微粒子合成用バーナ１、２に供給し、該バーナ１、２の火炎中で火炎加水分解反応によりガラス微粒子を生成する。このガラス微粒子を回転する出発材３の先端に堆積させ、ガラス微粒子の堆積に合わせて出発材３を引き上げることにより多孔質ガラス母材４が製造される。
【０００４】
なお、図５に示すように、ガラス微粒子合成用バーナ（コア合成用バーナ）１にガラス原料とドーパント原料ガスを供給し、ガラス微粒子合成用バーナ（クラッド合成用バーナ）２にガラス原料ガスを供給することにより、コア、クラッドを有する多孔質ガラス母材４が製造される。
【０００５】
一般的にはガラス原料としてＳｉＣｌ４、ドーパント原料としてＧｅＯ２が用いられる。また、ガラス原料としてはＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ４など、ドーパント原料としてはＡｌＯ３なども使用することができる。
【０００６】
なお、一般的に、コアを含む多孔質ガラス母材をガラス化する場合、得られる光ファイバの伝送損失を損なわないために、脱水工程とガラス化工程の２工程でガラス化する方法が用いられる。脱水工程では、１０００〜１２５０℃の温度で、不活性ガスと、ハロゲンガスあるいはハロゲン化合物含有ガスの雰囲気で熱処理し、ガラス化工程では、１５００℃前後で不活性ガスの雰囲気で熱処理する。ハロゲンガスとしては塩素ガスが、不活性ガスとしてはヘリウムが、最も一般的に用いられる。
【０００７】
このようにして製造されたガラスロッドは、その後、延伸され、その外周にＯＶＤ法あるいはＲＩＴ（Ｒｏｄ Ｉｎ Ｔｕｂｅ）法を用いて、さらにクラッドが形成され、光ファイバ母材となる。得られた光ファイバ母材を周知の方法で線引きすることにより、光ファイバが得られる。
【０００８】
このようにして得られた光ファイバにおいて、その長手方向で特性の変化が生じることがある。長手方向で特性の変化が生じた場合、規格から外れた領域は破棄しなければならない等の問題がある。長手方向で特性が変化する要因としては、様々なものが考えられるが、たとえば、延伸時の外径の変化等によるコアとクラッドとの直径比の変化や、脱水、ガラス化におけるドーパントの拡散などがある。
【０００９】
光ファイバの長手方向で特性の変化を抑制するために、ドーパントの拡散量を低減する方法として、たとえば、多孔質ガラス母材の製造時にコアの外周部の嵩密度を高くしてＧｅＯ２の拡散を防止する方法が提案されている（特許文献１）。
【００１０】
また、脱水工程の雰囲気をＨｅとＯ２と脱水ガスとで形成し、透明ガラス化工程の雰囲気をＨｅとＯ２またはＨｅのみで形成する方法が提案されている（特許文献２）。
【００１１】
さらに、多孔質ガラス母材を８００〜１１００℃の温度でハロゲンガスを含む不活性ガス雰囲気中で加熱する第一の熱処理工程と、１１００〜１３００℃の温度で酸素ガスを含む不活性ガス雰囲気中で加熱する第二の熱処理工程と、１４５０〜１７００℃の温度で不活性ガス雰囲気中で加熱する第三の熱処理工程とを行う方法が提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭６３−０７４９３１号公報
【特許文献２】特開昭６１−２７０２３２号公報
【特許文献３】特開平６−２６３４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、多孔質ガラス母材の嵩密度を高めることから、後工程で気泡の発生や割れを生じる等の問題が懸念される。また、特許文献２や特許文献３に記載の方法では、酸素ガス雰囲気中で透明化が進む可能性があり、得られる光ファイバの耐水素性に問題が生じる場合がある。
【００１４】
本発明は、前述した課題を解決するためにされたものであって、ＧｅＯ２の拡散が抑制され、長手方向に特性変動が少なく、かつ、気泡の発生が抑制され、耐水素性も良好な光ファイバ母材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】
【００１５】
上記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、気相合成法により多孔質ガラス母材を合成し、該多孔質ガラス母材を常圧雰囲気中で加熱処理することによりガラス化する光ファイバ母材の製造方法において、前記多孔質ガラス母材を１１００〜１３００℃の温度でハロゲンガスを分圧１〜１０％含む不活性ガス雰囲気中で加熱する第一の熱処理工程と、１３５０〜１４５０℃の温度で不活性ガス雰囲気中で加熱する第二の熱処理工程と、１４００〜１５５０℃の温度で不活性ガス雰囲気中で加熱する第三の熱処理工程を有し、前記第二の熱処理工程において、前記多孔質ガラス母材の密度が１．７６ｇ／ｃｍ３以上になるように熱処理することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、前記第二の熱処理工程において、前記多孔質ガラス母材を加熱する発熱体と前記多孔質ガラス母材とが、相対的に上方もしくは下方に７０〜７５０ｍｍ／ｈｒの速度で移動することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、前記第一の熱処理工程において、前記多孔質ガラス母材の加熱する発熱体と前記多孔質ガラス母材とが、相対的に上方もしくは下方に１００〜５００ｍｍ／ｈｒの速度で移動することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、前記第三の熱処理工程において、前記多孔質ガラス母材を加熱する発熱体と前記多孔質ガラス母材とが、相対的に上方もしくは下方に７０〜７５０ｍｍ／ｈｒの速度で移動することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、前記第二の熱処理工程において、不活性ガスに加えてハロゲンガスを分圧１％以下含む雰囲気中で加熱することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、前記第三の熱処理工程において、不活性ガスに加えてハロゲンガスを分圧１％以下含む雰囲気中で加熱することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る光ファイバ母材の製造方法によれば、ＧｅＯ２の拡散が抑制され、長手方向に特性変動が少なく、かつ、気泡の発生が抑制され、耐水素性も良好な光ファイバ母材を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、ＧｅＯの熱分解の温度依存性を示す図である。
【図２】図２は、ＧｅＯの多孔質ガラス母材中の拡散係数を示す図である。
【図３】図３は、本発明の加熱炉を用いた一実施例の熱処理条件を示した概略説明図である。
【図４】図４は、実施例および比較例による熱処理により得られた屈折率の長手方向の分布を表す図である。
【図５】図５は、気相法による光ファイバ母材の製造方法を示す概略図である。
【図６】図６は、加熱炉の熱処理方法の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態による光ファイバ母材の製造方法について説明する。
【００２４】
（実施の形態）
まず、前述したように、ＶＡＤ法により、コアとクラッドとを含む多孔質ガラス母材を製造する。本実施の形態では、ガラス原料としてＳｉＣｌ４、ドーパント原料としてＧｅＯ２を用いた。
【００２５】
次に、得られた多孔質ガラス母材を常圧雰囲気中（９００ｈＰａ〜１１００ｈＰａ）で加熱処理することによりガラス化する。このとき、熱処理条件は図３に示す条件である。すなわち、多孔質ガラス母材を１１００〜１３００℃の温度でハロゲンガスを分圧１〜１０％含む不活性ガス雰囲気中で加熱する第一の熱処理工程と、１３５０〜１４５０℃の温度で不活性ガス雰囲気中で加熱する第二の熱処理工程と、１４００〜１５５０℃の温度で不活性ガス雰囲気中で加熱する第三の熱処理工程の三工程でガラス化する。また、第二の熱処理工程においては、前記多孔質ガラス母材の密度が１．７６ｇ／ｃｍ３以上になるように熱処理する。なお、熱処理工程において、不活性ガスとしてはヘリウムを用いた。この他、アルゴン、窒素等でもよいが、ガラスの中の気泡の残留を抑制するためには、ヘリウムが最も好ましい。また、ハロゲンガスとしては塩素ガスを用いた。
【００２６】
上記ガラス化工程におけるコアのドーパント原料であるＧｅＯ２の拡散について説明する。
【００２７】
第一の熱処理工程では、ハロゲンガスを多孔質ガラス母材中の水分と反応させ、除去することを目的としており、その反応は式（１）で表される。左辺は反応前、右辺は反応後を表しており、［ｇ］は気体を示すものとする。
【００２８】
また、この反応の圧平衡定数Ｋは、反応後の分圧の積を反応前の分圧の積で割ることで求められ、式（２）で表される。さらに、平衡時の近似値は式（３）で表される。Ｐはそれぞれの各成分の分圧［ａｔｍ］、Ｔは絶対温度［Ｋ］とする。
【００２９】
この第一の熱処理工程で、コアのＧｅＯ２が分解気化するのであれば、その反応は式（４）で表される。左辺は反応前、右辺は反応後を表しており、［ｇ］は気体、［ｓｌ］は固体または液体を示す。
【００３０】
さらに、この反応の圧平衡定数Ｋは、反応後の分圧の積を反応前の分圧の積で割ることで求められ、式（５）で表され、その平衡時の近似値は、式（６）で表される（なお圧平衡定数の近似値は(株)科学技術社熱力学データベースソフトＭＡＬＴ２に依った。以下の圧平衡定数の近似値についても同じ）。Ｐは各成分の分圧［ａｔｍ］、Ｔは絶対温度［Ｋ］とする。
【００３１】
そこで、式（１）と式（４）が同じ環境下で起こる場合のＨＣｌの生成量とＧｅＣｌ４の生成量との比較を行った。その結果を、第一の熱処理工程で生ずる分解反応の反応前後の各成分の分圧を表１に示した。反応後のＨＣｌ生成量をｘ、反応後のＧｅＣｌ４生成量をｙ、各成分の分圧をＰとした。
【００３２】
【表１】
【００３３】
表１の値を式（２）および式（５）に代入することで、式（７）および式（８）が得られる。
これらの式（７）および式（８）を連立して解くことにより、ｘおよびｙ、すなわち、反応後のＨＣｌの分圧と反応後のＧｅＣｌ４の分圧とを求めることができる。そして、これらを用い、第一の熱処理工程の処理温度である１２００℃（１４７３Ｋ）で処理した後の各分圧を求めたところ、ＨＣｌの分圧は２．０×１０−２［ａｔｍ］、ＧｅＣｌ４の分圧は１．０×１０−７［ａｔｍ］となった。つまり、ＧｅＣｌ４の分圧は、ＨＣｌの分圧の５．０×１０−６［ａｔｍ］しかなく、ＧｅＣｌ４の分解・気化はほとんど起こらないことがわかる。
【００３４】
また、ＧｅＯ２の分解反応としては、式（９）が考えられるが、この反応の１２００℃（１４７３Ｋ）での圧平衡定数Ｋは、反応後の分圧の積を反応後の分圧の積で割ることで求められ、式（１０）で表される。さらに、その平衡時の近似値は、式（１１）で表される。Ｐはそれぞれの各成分の分圧［ａｔｍ］、Ｔは絶対温度［Ｋ］とする。
【００３５】
【００３６】
これらの式（１０）および式（１１）を連立して解くと、圧平衡常数Ｋは１０−１１程度となり、この反応によるＧｅＯ２の分解・気化もない。
【００３７】
以上のことから、１１００〜１３００℃の温度でハロゲンガスを含む不活性ガス雰囲気中で加熱する第一の熱処理工程では、ほとんどＧｅＯ２は分解・気化は起こらず、そのため拡散もほとんど起こらないことがわかる。
【００３８】
次に、第二、第三の熱処理工程についても、ＧｅＯ２の拡散について検討を行った。これらの工程では、基本的に不活性ガス雰囲気中で加熱を行うため、ＧｅＯ２の分解・気化としては、式（９）の反応を考えればよい。しかし、式（９）の反応の酸素については、元々あった量と反応により生じた量との合計であるとすると式（１０）の圧平衡定数Ｋは、以下の式（１２）で表される。Ｐは反応前のＯ２の分圧［ａｔｍ］、Ｐ′は反応により生じたＯ２の分圧［ａｔｍ］とする。
【００３９】
この反応により生じるＯ２は、反応により生じるＧｅＯの半分程度であり、式（１１）は、次のように表される。
そして、元々のＯ２の分圧がゼロである場合における温度毎のＧｅＯの分圧を図１に示す。図１より、１７００Ｋ（１４２７℃）程度の温度から急激にＧｅＯの分圧が高くなることがわかる。つまり、１７００Ｋ以上の温度では、ＧｅＯ２が分解・気化し、拡散する度合いが大きくなっている。
【００４０】
そこで、本発明における第二の熱処理工程では、１４５０℃以下の温度である必要がある。なお、この第二の熱処理工程では、次の第三の熱処理工程において、ＧｅＯ２が分解・気化しても拡散する度合いを小さくするために、多孔質ガラス母材をある程度緻密化させる必要がある。そのため、最低温度を第一の熱処理工程での温度よりも高い１３５０℃とし、嵩密度を１．７６ｇ／ｃｍ３以上とする。
【００４１】
前記多孔質ガラス母材中の拡散がクヌーセン（Ｋｎｕｄｓｅｎ）の拡散モデルに従うとすると、その拡散係数Ｄは式（１４）〜（１６）で表される。νは多孔質母材のクラッドの気孔率（１−相対密度）、ｄは多孔質母材のクラッドの気孔の大きさ、σは多孔質母材のクラッドの気孔の大きさのばらつき（標準偏差）、Ｒは気体定数、Ｍはドーパント原料（ここではＧｅＯ）の分子量、Ｔは処理温度（絶対温度）、Ｄｂはマトリックスガス中の注目ガスの拡散係数であり、ここでは、Ｈｅガス中のＧｅＯガスの拡散係数を指す。ここで、相対密度は、緻密なバルクを１としたときの対象物の見かけの密度をいう。また、Ｄｋは（クヌーセン拡散係数ｃｍ２／ｓｅｃ）とする。
【００４２】
式（１４）〜（１６）により密度と拡散係数Ｄとの関係を求めた。条件は、絶対温度を１７２３Ｋ（１４５０℃）、相対密度が０．１のときの気孔の大きさを２×１０−７ｍとし、これを緻密化していくとき、気孔の大きさを密度の三乗根に逆比例することとした。さらに、気孔の大きさのバラツキσは１０ｄとした。また、ＧｅＯのＨｅガス中での拡散係数は式（１７）に従うものとする。
【００４３】
式（１７）によって求めた結果を図２に示す。図２より拡散係数は、相対密度が０から０．２の間で急激に小さくなり、そして０．２から０．８の間では緩やかに小さくなることがわかる。さらに相対密度が０．８以上になると拡散係数の小さくなる割合が大きくなっている。石英の密度は約２．２ｇ／ｃｍ３であるので、相対密度０．８は嵩密度では１．７６ｇ／ｃｍ３に相当する。そして、実験結果も併せて検討した結果、ＧｅＯの拡散を抑制するためには、第二の熱処理工程においては、この嵩密度１．７６ｇ／ｃｍ３（相対密度０．８）以上の拡散係数が小さくなる領域まで緻密化する必要があることを確認した。
【００４４】
また、本発明における第三の熱処理工程としては、１４００〜１５５０℃の温度である必要がある。この工程では、透明化を目的とするため、透明化が可能であればその温度は問われないが、１５５０℃よりも高い温度では、図１に示すようにＧｅＯの分圧が高くなる、すなわち、ＧｅＯが拡散しやすくなるため、好ましくない。
【００４５】
次に、図面を参照して本発明に係る光ファイバ母材の製造方法について詳細に説明する。
【００４６】
図６に示すように、第一の熱処理工程では、ヒータ５の温度を１１００〜１３００℃に設定し、炉心管７の内部の内圧を１０１３ｈＰａ、塩素ガスを分圧１〜１０％含むヘリウムガス雰囲気とし、炉心管７の内部を１００〜５００ｍｍ／ｈｒの速度で多孔質ガラス母材４を降下させ、多孔質ガラス母材４の全長をヒートゾーンを通過させる。また、第一の熱処理工程の雰囲気として、ヘリウムと塩素ガス以外に５０％以下の酸素を加えてもよい。このようにすることにより、式（４）の反応を抑制することができ、よりＧｅＯ２の拡散を抑えられる。
【００４７】
次に、第二の熱処理工程では、多孔質ガラス母材４を炉心管７内で一旦引き上げ、ヒータ５を１３５０〜１４５０℃に設定し、ヘリウムガス雰囲気中で７０〜７５０ｍｍ／ｈｒの速度で多孔質ガラス母材４を再び降下させてヒートゾーンを通過させる。また、第一の熱処理工程の雰囲気として、ヘリウムガス以外に分圧１％以下の塩素ガスを加えてもよい。このようにすることにより、伝送損失の低損失化が図られる。
【００４８】
このとき、多孔質ガラス母材の嵩密度が１．７６ｇ／ｃｍ３以上になるように熱処理する。なお、熱処理による緻密化は、熱処理温度だけではなく、熱処理時間にも関係するため、低い熱処理温度の時には、熱処理温度だけではなく、熱処理時間を長くすることが必要である。熱処理温度および熱処理時間を適宜設定することで嵩密度が１．７６ｇ／ｃｍ３以上とすることができる。
【００４９】
次に、第三の熱処理工程では、多孔質ガラス母材４を炉心管７内で一旦引き上げ、ヒータ５を１４００〜１５５０℃に設定し、ヘリウムガス雰囲気中で７０〜７５０ｍｍ／ｈｒの速度で多孔質ガラス母材４を再び降下させヒートゾーンを通過させる。また、第二の熱処理工程と同様に、また、第一の熱処理工程の雰囲気として、ヘリウムガス以外に分圧１％以下の塩素ガスを加えてもよい。
【００５０】
本発明の実施の形態による光ファイバ母材の製造方法によれば、工程数が三工程となり、一般的な二工程でのガラス化と比較して工程数が増えるものの、ＧｅＯ２の拡散を少なくすることができ、長手方向に特性変動の少ない光ファイバ母材を得ることができる。
【００５１】
また、発熱体と多孔質ガラス母材が移動する相対速度を所定の範囲の中で早い速度に設定することも可能であり、従来と同等の、あるいは従来よりも短時間で処理することもできる。
【００５２】
また、本発明の実施の形態による光ファイバ母材の製造方法によれば、気泡から残留がない光ファイバ母材を得ることができる。さらに、本発明の光ファイバ母材から得られる光ファイバは、耐水素性が良好である。
【００５３】
以下に、実施例を挙げて本発明に係る光ファイバ母材の製造方法について詳細に説明する。なお、この実施例にこの発明が限定されるものではない。
（実施例１）
図５に示す構成のＶＡＤ法によりコアとクラッドとを有し、ステップインデクス型の屈折率分布を有する外径２００ｍｍの多孔質ガラス母材４を合成した。クラッドとコアの外径比（クラッド／コア比）は約５倍とした。この多孔質ガラス母材４を図６に示す加熱炉６にて熱処理を行った。まず、第一の熱処理工程として、処理温度１２１０℃とし、炉心管にヘリウムガスを２０Ｌ／分、塩素ガスを２４０ｃｃ／分、酸素ガスを２Ｌ／分を供給し、多孔質ガラス母材を４５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。
【００５４】
次に、多孔質ガラス母材４を一旦炉心管７内で上昇させ、さらに、第二の熱処理工程として、処理温度を１４００℃とし、酸素ガスを止め、塩素ガスを５０ｃｃ／分、ヘリウムガスを２０Ｌ／分流し続けたまま、同様に４５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。
【００５５】
多孔質ガラス母材４を再び炉心管７内で上昇させ、引き続き、第三の熱処理工程として、処理温度を１４８０℃とし、ヘリウムガスを２０Ｌ／分のみ流し、この雰囲気内で、多孔質ガラス母材４を４５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させ透明ガラス化したガラスロッドを得た。得られたガラスロッドの外観を検査したところ気泡・輝点はなかった。
【００５６】
このように製造されたガラスロッドを延伸し、２００ｍｍ間隔で屈折率分布を測定した。得られた最大屈折率を図４に示す。図４に示すように、長手方向の屈折率の変動が小さかった。このガラスロッドにＯＶＤ法によりさらにクラッド部を形成してガラス化し、光ファイバ母材を製造した。得られた光ファイバ母材を周知の方法にて線引きした。このように製造された光ファイバの１．３１μｍ、１．５５μｍの伝送損失をＯＴＤＲにて測定したところ、伝送損失に特異な点は認められなかった。また、１．３８μｍにおける伝送損失は０．４８ｄＢ／ｋｍと良好であった。
【００５７】
また、得られた光ファイバに対し、水素暴露試験を行った。ここで、水素暴露試験条件はＩＥＣ６０７９３−２ Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ １、２００１−８ Ａｎｎｅｘ Ｃに従うものとし、具体的には以下の条件とする。
【００５８】
光ファイバを、室温下において水素濃度が１％の雰囲気中に曝露し、波長１２４０ｎｍにおける伝送損失が水素曝露前の伝送損失に比べて０.０３ｄＢ／ｋｍ以上増加するまでその状態を維持する。その後、大気中に取出して１４日間以上放置し、伝送損失の測定を行う。また、測定波長は１２００〜１６５０ｎｍとした。
【００５９】
その結果、水素暴露試験後も波長１３８３ｎｍにおける伝送損失の増加がほとんど見られず、水素曝露試験前と比較した増加量は０．０４ｄＢ／ｋｍ以下であった。
【００６０】
（実施例２）
実施例１と同様に、図５に示す構成のＶＡＤ法によりコアとクラッドとを有し、ステップインデクス型の屈折率分布を有する外径２００ｍｍの多孔質ガラス母材４を合成した。クラッド／コア比は約５倍とした。この多孔質ガラス母材４を図６に示す加熱炉６にて熱処理を行った。まず、第一の熱処理工程として、処理温度１１００℃とし、炉心管にヘリウムガスを２０Ｌ／分、塩素ガスを２４０ｃｃ／分、酸素ガスを２Ｌ／分を供給し、多孔質ガラス母材を４５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。
【００６１】
次に、多孔質ガラス母材４を一旦炉心管７内で上昇させ、さらに、第二の熱処理工程として、処理温度を１４５０℃とし、酸素ガスを止め、塩素ガスを５０ｃｃ／分、ヘリウムガスを２０Ｌ／分流し続けたまま、５００ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。
【００６２】
多孔質ガラス母材４を再び炉心管内で上昇させ、引き続き、第三の熱処理工程として、処理温度を１４５０℃とし、ヘリウムガスを２０Ｌ／分のみ流し、この雰囲気内で、多孔質ガラス母材４を３００ｍｍ／ｈｒの速度で降下させ透明ガラス化したガラスロッドを得た。得られたガラスロッドの外観を検査したところ気泡・輝点はなかった。
【００６３】
このように製造されたガラスロッドを延伸し、２００ｍｍ間隔で屈折率分布を測定した。得られた最大屈折率を図４に示す。図４に示すように、長手方向の屈折率の変動が小さかった。実施例１と同様にこのガラスロッドを用いて光ファイバ母材を製造し、周知の方法にて線引きを行った。このように製造された光ファイバの１．３１μｍ、１．５５μｍの伝送損失をＯＴＤＲにて測定したところ、伝送損失に特異な点は認められなかった。また、実施例１と同様に水素曝露試験を行ったが、実施例１と同様に良好な結果が得られた。
【００６４】
（実施例３）
実施例１と同様に、図５に示す構成のＶＡＤ法によりコアとクラッドとを有し、ステップインデクス型の屈折率分布を有する外径２００ｍｍの多孔質ガラス母材４を合成した。クラッド／コア比は約５倍とした。この多孔質ガラス母材４を図６に示す加熱炉６にて熱処理を行った。まず、第一の熱処理工程として、処理温度１３００℃とし、炉心管にヘリウムガスを２０Ｌ／分、塩素ガスを２４０ｃｃ／分、酸素ガスを２Ｌ／分を供給し、多孔質ガラス母材を４５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。
【００６５】
次に、多孔質ガラス母材４を一旦炉心管７内で上昇させ、さらに、第二の熱処理工程として、処理温度を１４５０℃とし、酸素ガスを止め、塩素ガスを５０ｃｃ／分、ヘリウムガスを２０Ｌ／分流し続けたまま、２５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。
【００６６】
多孔質ガラス母材４を再び炉心管内で上昇させ、引き続き、第三の熱処理工程として、処理温度を１４５０℃とし、ヘリウムガスを２０Ｌ／分のみ流し、この雰囲気内で、多孔質ガラス母材４を４５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させ透明ガラス化したガラスロッドを得た。得られたガラスロッドの外観を検査したところ気泡・輝点はなかった。
【００６７】
このように製造されたガラスロッドを延伸し、２００ｍｍ間隔で屈折率分布を測定した。得られた最大屈折率を図４に示す。図４に示すように、長手方向の屈折率の変動が小さかった。実施例１と同様にこのガラスロッドを用いて光ファイバ母材を製造し、周知の方法にて線引きを行った。このように製造された光ファイバの１．３１μｍ、１．５５μｍの伝送損失をＯＴＤＲにて測定したところ、伝送損失に特異な点は認められなかった。また、実施例１と同様に水素曝露試験を行ったが、実施例１と同様に良好な結果が得られた。
【００６８】
（比較例１）
実施例１と同様に、図５に示す構成のＶＡＤ法によりコアとクラッドとを有し、ステップインデクス型の屈折率分布を有する外径２００ｍｍの多孔質ガラス母材４を合成した。クラッド／コア比は約５倍とした。この多孔質ガラス母材４を図６に示す加熱炉６にて熱処理を行った。まず、第一の熱処理工程として、処理温度１２１０℃とし、炉心管にヘリウムガスを２０Ｌ／分、塩素ガスを２４０ｃｃ／分、酸素ガスを２Ｌ／分を供給し、多孔質ガラス母材を４５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。
【００６９】
次に、多孔質ガラス母材４を一旦炉心管７内で上昇させ、さらに、第二の熱処理工程として、処理温度を１５４０℃とし、酸素ガスを止め、塩素ガスを５０ｃｃ／分、ヘリウムガスを２０Ｌ／分流し続けたまま、２５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。すなわち、第二の熱処理工程でガラス化を行った。
【００７０】
このように製造されたガラスロッドを延伸し、屈折率分布を測定したところ、図４に示すように、ガラスロッド先端で屈折率の低下が見られた。なお、実施例１〜３と同様に、ガラスロッドの外観検査、光ファイバの伝送損失、水素曝露試験を行ったが、結果は良好であった。
【００７１】
（比較例２）
実施例１と同様に、図５に示す構成のＶＡＤ法によりコアとクラッドとを有し、ステップインデクス型の屈折率分布を有する外径２００ｍｍの多孔質ガラス母材４を合成した。クラッド／コア比は約５倍とした。この多孔質ガラス母材４を図６に示す加熱炉６にて熱処理を行った。まず、第一の熱処理工程として、処理温度１２１０℃とし、炉心管７にヘリウムガスを２０Ｌ／分、塩素ガスを２４０ｃｃ／分、酸素ガスを２Ｌ／分を供給し、多孔質ガラス母材を４５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。
【００７２】
次に、多孔質ガラス母材４を一旦炉心管７内で上昇させ、さらに、第二の熱処理工程として、処理温度を１４８０℃とし、酸素ガスを止め、塩素ガスを５０ｃｃ／分、ヘリウムガスを２０Ｌ／分流し続けたまま、４５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。すなわち、第二の熱処理工程でガラス化を行った。
【００７３】
このように製造されたガラスロッドを延伸し、屈折率分布を測定したところ、図４に示すように、ガラスロッド先端で屈折率の低下が見られた。なお、実施例１〜３と同様に、ガラスロッドの外観検査、光ファイバの伝送損失、水素曝露試験を行ったが、結果は良好であった。
【００７４】
なお、本実施の形態および実施例では、多孔質ガラス母材を降下させてガラス化したが、逆に上昇させてヒートゾーンを通過させてガラス化してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１ コア合成用バーナ、ガラス微粒子合成用バーナ
２ クラッド合成用バーナ、ガラス微粒子合成用バーナ
３ 出発材
４ 多孔質ガラス母材
５ ヒータ
６ 加熱炉
７ 炉心管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバ母材の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コアおよびクラッドを有する光ファイバ母材を製造する方法として、たとえば、ＶＡＤ（Ｖａｐｏｕｒ ｐｈａｓｅ Ａｘｉａｌ Ｄｅｐｏｓｔｉｏｎ）法やＯＶＤ（Ｏｕｔｓｉｄｅ Ｖａｐｏｕｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの気相合成法により多孔質ガラス母材を製造し、これをガラス化する方法が一般に用いられている。
【０００３】
ＶＡＤ法により多孔質ガラス母材を製造する方法を図５を用いて説明する。まず、ガラス原料ガスを酸水素とともにガラス微粒子合成用バーナ１、２に供給し、該バーナ１、２の火炎中で火炎加水分解反応によりガラス微粒子を生成する。このガラス微粒子を回転する出発材３の先端に堆積させ、ガラス微粒子の堆積に合わせて出発材３を引き上げることにより多孔質ガラス母材４が製造される。
【０００４】
なお、図５に示すように、ガラス微粒子合成用バーナ（コア合成用バーナ）１にガラス原料とドーパント原料ガスを供給し、ガラス微粒子合成用バーナ（クラッド合成用バーナ）２にガラス原料ガスを供給することにより、コア、クラッドを有する多孔質ガラス母材４が製造される。
【０００５】
一般的にはガラス原料としてＳｉＣｌ４、ドーパント原料としてＧｅＯ２が用いられる。また、ガラス原料としてはＳｉＨＣｌ３、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨ４など、ドーパント原料としてはＡｌＯ３なども使用することができる。
【０００６】
なお、一般的に、コアを含む多孔質ガラス母材をガラス化する場合、得られる光ファイバの伝送損失を損なわないために、脱水工程とガラス化工程の２工程でガラス化する方法が用いられる。脱水工程では、１０００〜１２５０℃の温度で、不活性ガスと、ハロゲンガスあるいはハロゲン化合物含有ガスの雰囲気で熱処理し、ガラス化工程では、１５００℃前後で不活性ガスの雰囲気で熱処理する。ハロゲンガスとしては塩素ガスが、不活性ガスとしてはヘリウムが、最も一般的に用いられる。
【０００７】
このようにして製造されたガラスロッドは、その後、延伸され、その外周にＯＶＤ法あるいはＲＩＴ（Ｒｏｄ Ｉｎ Ｔｕｂｅ）法を用いて、さらにクラッドが形成され、光ファイバ母材となる。得られた光ファイバ母材を周知の方法で線引きすることにより、光ファイバが得られる。
【０００８】
このようにして得られた光ファイバにおいて、その長手方向で特性の変化が生じることがある。長手方向で特性の変化が生じた場合、規格から外れた領域は破棄しなければならない等の問題がある。長手方向で特性が変化する要因としては、様々なものが考えられるが、たとえば、延伸時の外径の変化等によるコアとクラッドとの直径比の変化や、脱水、ガラス化におけるドーパントの拡散などがある。
【０００９】
光ファイバの長手方向で特性の変化を抑制するために、ドーパントの拡散量を低減する方法として、たとえば、多孔質ガラス母材の製造時にコアの外周部の嵩密度を高くしてＧｅＯ２の拡散を防止する方法が提案されている（特許文献１）。
【００１０】
また、脱水工程の雰囲気をＨｅとＯ２と脱水ガスとで形成し、透明ガラス化工程の雰囲気をＨｅとＯ２またはＨｅのみで形成する方法が提案されている（特許文献２）。
【００１１】
さらに、多孔質ガラス母材を８００〜１１００℃の温度でハロゲンガスを含む不活性ガス雰囲気中で加熱する第一の熱処理工程と、１１００〜１３００℃の温度で酸素ガスを含む不活性ガス雰囲気中で加熱する第二の熱処理工程と、１４５０〜１７００℃の温度で不活性ガス雰囲気中で加熱する第三の熱処理工程とを行う方法が提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭６３−０７４９３１号公報
【特許文献２】特開昭６１−２７０２３２号公報
【特許文献３】特開平６−２６３４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、多孔質ガラス母材の嵩密度を高めることから、後工程で気泡の発生や割れを生じる等の問題が懸念される。また、特許文献２や特許文献３に記載の方法では、酸素ガス雰囲気中で透明化が進む可能性があり、得られる光ファイバの耐水素性に問題が生じる場合がある。
【００１４】
本発明は、前述した課題を解決するためにされたものであって、ＧｅＯ２の拡散が抑制され、長手方向に特性変動が少なく、かつ、気泡の発生が抑制され、耐水素性も良好な光ファイバ母材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】
【００１５】
上記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、気相合成法により多孔質ガラス母材を合成し、該多孔質ガラス母材を常圧雰囲気中で加熱処理することによりガラス化する光ファイバ母材の製造方法において、前記多孔質ガラス母材を１１００〜１３００℃の温度でハロゲンガスを分圧１〜１０％含む不活性ガス雰囲気中で加熱する第一の熱処理工程と、１３５０〜１４５０℃の温度で不活性ガス雰囲気中で加熱する第二の熱処理工程と、１４００〜１５５０℃の温度で不活性ガス雰囲気中で加熱する第三の熱処理工程を有し、前記第二の熱処理工程において、前記多孔質ガラス母材の密度が１．７６ｇ／ｃｍ３以上になるように熱処理することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、前記第二の熱処理工程において、前記多孔質ガラス母材を加熱する発熱体と前記多孔質ガラス母材とが、相対的に上方もしくは下方に７０〜７５０ｍｍ／ｈｒの速度で移動することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、前記第一の熱処理工程において、前記多孔質ガラス母材の加熱する発熱体と前記多孔質ガラス母材とが、相対的に上方もしくは下方に１００〜５００ｍｍ／ｈｒの速度で移動することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、前記第三の熱処理工程において、前記多孔質ガラス母材を加熱する発熱体と前記多孔質ガラス母材とが、相対的に上方もしくは下方に７０〜７５０ｍｍ／ｈｒの速度で移動することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、前記第二の熱処理工程において、不活性ガスに加えてハロゲンガスを分圧１％以下含む雰囲気中で加熱することを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、前記第三の熱処理工程において、不活性ガスに加えてハロゲンガスを分圧１％以下含む雰囲気中で加熱することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る光ファイバ母材の製造方法によれば、ＧｅＯ２の拡散が抑制され、長手方向に特性変動が少なく、かつ、気泡の発生が抑制され、耐水素性も良好な光ファイバ母材を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、ＧｅＯの熱分解の温度依存性を示す図である。
【図２】図２は、ＧｅＯの多孔質ガラス母材中の拡散係数を示す図である。
【図３】図３は、本発明の加熱炉を用いた一実施例の熱処理条件を示した概略説明図である。
【図４】図４は、実施例および比較例による熱処理により得られた屈折率の長手方向の分布を表す図である。
【図５】図５は、気相法による光ファイバ母材の製造方法を示す概略図である。
【図６】図６は、加熱炉の熱処理方法の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態による光ファイバ母材の製造方法について説明する。
【００２４】
（実施の形態）
まず、前述したように、ＶＡＤ法により、コアとクラッドとを含む多孔質ガラス母材を製造する。本実施の形態では、ガラス原料としてＳｉＣｌ４、ドーパント原料としてＧｅＯ２を用いた。
【００２５】
次に、得られた多孔質ガラス母材を常圧雰囲気中（９００ｈＰａ〜１１００ｈＰａ）で加熱処理することによりガラス化する。このとき、熱処理条件は図３に示す条件である。すなわち、多孔質ガラス母材を１１００〜１３００℃の温度でハロゲンガスを分圧１〜１０％含む不活性ガス雰囲気中で加熱する第一の熱処理工程と、１３５０〜１４５０℃の温度で不活性ガス雰囲気中で加熱する第二の熱処理工程と、１４００〜１５５０℃の温度で不活性ガス雰囲気中で加熱する第三の熱処理工程の三工程でガラス化する。また、第二の熱処理工程においては、前記多孔質ガラス母材の密度が１．７６ｇ／ｃｍ３以上になるように熱処理する。なお、熱処理工程において、不活性ガスとしてはヘリウムを用いた。この他、アルゴン、窒素等でもよいが、ガラスの中の気泡の残留を抑制するためには、ヘリウムが最も好ましい。また、ハロゲンガスとしては塩素ガスを用いた。
【００２６】
上記ガラス化工程におけるコアのドーパント原料であるＧｅＯ２の拡散について説明する。
【００２７】
第一の熱処理工程では、ハロゲンガスを多孔質ガラス母材中の水分と反応させ、除去することを目的としており、その反応は式（１）で表される。左辺は反応前、右辺は反応後を表しており、［ｇ］は気体を示すものとする。
【００２８】
また、この反応の圧平衡定数Ｋは、反応後の分圧の積を反応前の分圧の積で割ることで求められ、式（２）で表される。さらに、平衡時の近似値は式（３）で表される。Ｐはそれぞれの各成分の分圧［ａｔｍ］、Ｔは絶対温度［Ｋ］とする。
【００２９】
この第一の熱処理工程で、コアのＧｅＯ２が分解気化するのであれば、その反応は式（４）で表される。左辺は反応前、右辺は反応後を表しており、［ｇ］は気体、［ｓｌ］は固体または液体を示す。
【００３０】
さらに、この反応の圧平衡定数Ｋは、反応後の分圧の積を反応前の分圧の積で割ることで求められ、式（５）で表され、その平衡時の近似値は、式（６）で表される（なお圧平衡定数の近似値は(株)科学技術社熱力学データベースソフトＭＡＬＴ２に依った。以下の圧平衡定数の近似値についても同じ）。Ｐは各成分の分圧［ａｔｍ］、Ｔは絶対温度［Ｋ］とする。
【００３１】
そこで、式（１）と式（４）が同じ環境下で起こる場合のＨＣｌの生成量とＧｅＣｌ４の生成量との比較を行った。その結果を、第一の熱処理工程で生ずる分解反応の反応前後の各成分の分圧を表１に示した。反応後のＨＣｌ生成量をｘ、反応後のＧｅＣｌ４生成量をｙ、各成分の分圧をＰとした。
【００３２】
【表１】
【００３３】
表１の値を式（２）および式（５）に代入することで、式（７）および式（８）が得られる。
これらの式（７）および式（８）を連立して解くことにより、ｘおよびｙ、すなわち、反応後のＨＣｌの分圧と反応後のＧｅＣｌ４の分圧とを求めることができる。そして、これらを用い、第一の熱処理工程の処理温度である１２００℃（１４７３Ｋ）で処理した後の各分圧を求めたところ、ＨＣｌの分圧は２．０×１０−２［ａｔｍ］、ＧｅＣｌ４の分圧は１．０×１０−７［ａｔｍ］となった。つまり、ＧｅＣｌ４の分圧は、ＨＣｌの分圧の５．０×１０−６［ａｔｍ］しかなく、ＧｅＣｌ４の分解・気化はほとんど起こらないことがわかる。
【００３４】
また、ＧｅＯ２の分解反応としては、式（９）が考えられるが、この反応の１２００℃（１４７３Ｋ）での圧平衡定数Ｋは、反応後の分圧の積を反応後の分圧の積で割ることで求められ、式（１０）で表される。さらに、その平衡時の近似値は、式（１１）で表される。Ｐはそれぞれの各成分の分圧［ａｔｍ］、Ｔは絶対温度［Ｋ］とする。
【００３５】
【００３６】
これらの式（１０）および式（１１）を連立して解くと、圧平衡常数Ｋは１０−１１程度となり、この反応によるＧｅＯ２の分解・気化もない。
【００３７】
以上のことから、１１００〜１３００℃の温度でハロゲンガスを含む不活性ガス雰囲気中で加熱する第一の熱処理工程では、ほとんどＧｅＯ２は分解・気化は起こらず、そのため拡散もほとんど起こらないことがわかる。
【００３８】
次に、第二、第三の熱処理工程についても、ＧｅＯ２の拡散について検討を行った。これらの工程では、基本的に不活性ガス雰囲気中で加熱を行うため、ＧｅＯ２の分解・気化としては、式（９）の反応を考えればよい。しかし、式（９）の反応の酸素については、元々あった量と反応により生じた量との合計であるとすると式（１０）の圧平衡定数Ｋは、以下の式（１２）で表される。Ｐは反応前のＯ２の分圧［ａｔｍ］、Ｐ′は反応により生じたＯ２の分圧［ａｔｍ］とする。
【００３９】
この反応により生じるＯ２は、反応により生じるＧｅＯの半分程度であり、式（１１）は、次のように表される。
そして、元々のＯ２の分圧がゼロである場合における温度毎のＧｅＯの分圧を図１に示す。図１より、１７００Ｋ（１４２７℃）程度の温度から急激にＧｅＯの分圧が高くなることがわかる。つまり、１７００Ｋ以上の温度では、ＧｅＯ２が分解・気化し、拡散する度合いが大きくなっている。
【００４０】
そこで、本発明における第二の熱処理工程では、１４５０℃以下の温度である必要がある。なお、この第二の熱処理工程では、次の第三の熱処理工程において、ＧｅＯ２が分解・気化しても拡散する度合いを小さくするために、多孔質ガラス母材をある程度緻密化させる必要がある。そのため、最低温度を第一の熱処理工程での温度よりも高い１３５０℃とし、嵩密度を１．７６ｇ／ｃｍ３以上とする。
【００４１】
前記多孔質ガラス母材中の拡散がクヌーセン（Ｋｎｕｄｓｅｎ）の拡散モデルに従うとすると、その拡散係数Ｄは式（１４）〜（１６）で表される。νは多孔質母材のクラッドの気孔率（１−相対密度）、ｄは多孔質母材のクラッドの気孔の大きさ、σは多孔質母材のクラッドの気孔の大きさのばらつき（標準偏差）、Ｒは気体定数、Ｍはドーパント原料（ここではＧｅＯ）の分子量、Ｔは処理温度（絶対温度）、Ｄｂはマトリックスガス中の注目ガスの拡散係数であり、ここでは、Ｈｅガス中のＧｅＯガスの拡散係数を指す。ここで、相対密度は、緻密なバルクを１としたときの対象物の見かけの密度をいう。また、Ｄｋは（クヌーセン拡散係数ｃｍ２／ｓｅｃ）とする。
【００４２】
式（１４）〜（１６）により密度と拡散係数Ｄとの関係を求めた。条件は、絶対温度を１７２３Ｋ（１４５０℃）、相対密度が０．１のときの気孔の大きさを２×１０−７ｍとし、これを緻密化していくとき、気孔の大きさを密度の三乗根に逆比例することとした。さらに、気孔の大きさのバラツキσは１０ｄとした。また、ＧｅＯのＨｅガス中での拡散係数は式（１７）に従うものとする。
【００４３】
式（１７）によって求めた結果を図２に示す。図２より拡散係数は、相対密度が０から０．２の間で急激に小さくなり、そして０．２から０．８の間では緩やかに小さくなることがわかる。さらに相対密度が０．８以上になると拡散係数の小さくなる割合が大きくなっている。石英の密度は約２．２ｇ／ｃｍ３であるので、相対密度０．８は嵩密度では１．７６ｇ／ｃｍ３に相当する。そして、実験結果も併せて検討した結果、ＧｅＯの拡散を抑制するためには、第二の熱処理工程においては、この嵩密度１．７６ｇ／ｃｍ３（相対密度０．８）以上の拡散係数が小さくなる領域まで緻密化する必要があることを確認した。
【００４４】
また、本発明における第三の熱処理工程としては、１４００〜１５５０℃の温度である必要がある。この工程では、透明化を目的とするため、透明化が可能であればその温度は問われないが、１５５０℃よりも高い温度では、図１に示すようにＧｅＯの分圧が高くなる、すなわち、ＧｅＯが拡散しやすくなるため、好ましくない。
【００４５】
次に、図面を参照して本発明に係る光ファイバ母材の製造方法について詳細に説明する。
【００４６】
図６に示すように、第一の熱処理工程では、ヒータ５の温度を１１００〜１３００℃に設定し、炉心管７の内部の内圧を１０１３ｈＰａ、塩素ガスを分圧１〜１０％含むヘリウムガス雰囲気とし、炉心管７の内部を１００〜５００ｍｍ／ｈｒの速度で多孔質ガラス母材４を降下させ、多孔質ガラス母材４の全長をヒートゾーンを通過させる。また、第一の熱処理工程の雰囲気として、ヘリウムと塩素ガス以外に５０％以下の酸素を加えてもよい。このようにすることにより、式（４）の反応を抑制することができ、よりＧｅＯ２の拡散を抑えられる。
【００４７】
次に、第二の熱処理工程では、多孔質ガラス母材４を炉心管７内で一旦引き上げ、ヒータ５を１３５０〜１４５０℃に設定し、ヘリウムガス雰囲気中で７０〜７５０ｍｍ／ｈｒの速度で多孔質ガラス母材４を再び降下させてヒートゾーンを通過させる。また、第一の熱処理工程の雰囲気として、ヘリウムガス以外に分圧１％以下の塩素ガスを加えてもよい。このようにすることにより、伝送損失の低損失化が図られる。
【００４８】
このとき、多孔質ガラス母材の嵩密度が１．７６ｇ／ｃｍ３以上になるように熱処理する。なお、熱処理による緻密化は、熱処理温度だけではなく、熱処理時間にも関係するため、低い熱処理温度の時には、熱処理温度だけではなく、熱処理時間を長くすることが必要である。熱処理温度および熱処理時間を適宜設定することで嵩密度が１．７６ｇ／ｃｍ３以上とすることができる。
【００４９】
次に、第三の熱処理工程では、多孔質ガラス母材４を炉心管７内で一旦引き上げ、ヒータ５を１４００〜１５５０℃に設定し、ヘリウムガス雰囲気中で７０〜７５０ｍｍ／ｈｒの速度で多孔質ガラス母材４を再び降下させヒートゾーンを通過させる。また、第二の熱処理工程と同様に、また、第一の熱処理工程の雰囲気として、ヘリウムガス以外に分圧１％以下の塩素ガスを加えてもよい。
【００５０】
本発明の実施の形態による光ファイバ母材の製造方法によれば、工程数が三工程となり、一般的な二工程でのガラス化と比較して工程数が増えるものの、ＧｅＯ２の拡散を少なくすることができ、長手方向に特性変動の少ない光ファイバ母材を得ることができる。
【００５１】
また、発熱体と多孔質ガラス母材が移動する相対速度を所定の範囲の中で早い速度に設定することも可能であり、従来と同等の、あるいは従来よりも短時間で処理することもできる。
【００５２】
また、本発明の実施の形態による光ファイバ母材の製造方法によれば、気泡から残留がない光ファイバ母材を得ることができる。さらに、本発明の光ファイバ母材から得られる光ファイバは、耐水素性が良好である。
【００５３】
以下に、実施例を挙げて本発明に係る光ファイバ母材の製造方法について詳細に説明する。なお、この実施例にこの発明が限定されるものではない。
（実施例１）
図５に示す構成のＶＡＤ法によりコアとクラッドとを有し、ステップインデクス型の屈折率分布を有する外径２００ｍｍの多孔質ガラス母材４を合成した。クラッドとコアの外径比（クラッド／コア比）は約５倍とした。この多孔質ガラス母材４を図６に示す加熱炉６にて熱処理を行った。まず、第一の熱処理工程として、処理温度１２１０℃とし、炉心管にヘリウムガスを２０Ｌ／分、塩素ガスを２４０ｃｃ／分、酸素ガスを２Ｌ／分を供給し、多孔質ガラス母材を４５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。
【００５４】
次に、多孔質ガラス母材４を一旦炉心管７内で上昇させ、さらに、第二の熱処理工程として、処理温度を１４００℃とし、酸素ガスを止め、塩素ガスを５０ｃｃ／分、ヘリウムガスを２０Ｌ／分流し続けたまま、同様に４５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。
【００５５】
多孔質ガラス母材４を再び炉心管７内で上昇させ、引き続き、第三の熱処理工程として、処理温度を１４８０℃とし、ヘリウムガスを２０Ｌ／分のみ流し、この雰囲気内で、多孔質ガラス母材４を４５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させ透明ガラス化したガラスロッドを得た。得られたガラスロッドの外観を検査したところ気泡・輝点はなかった。
【００５６】
このように製造されたガラスロッドを延伸し、２００ｍｍ間隔で屈折率分布を測定した。得られた最大屈折率を図４に示す。図４に示すように、長手方向の屈折率の変動が小さかった。このガラスロッドにＯＶＤ法によりさらにクラッド部を形成してガラス化し、光ファイバ母材を製造した。得られた光ファイバ母材を周知の方法にて線引きした。このように製造された光ファイバの１．３１μｍ、１．５５μｍの伝送損失をＯＴＤＲにて測定したところ、伝送損失に特異な点は認められなかった。また、１．３８μｍにおける伝送損失は０．４８ｄＢ／ｋｍと良好であった。
【００５７】
また、得られた光ファイバに対し、水素暴露試験を行った。ここで、水素暴露試験条件はＩＥＣ６０７９３−２ Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ １、２００１−８ Ａｎｎｅｘ Ｃに従うものとし、具体的には以下の条件とする。
【００５８】
光ファイバを、室温下において水素濃度が１％の雰囲気中に曝露し、波長１２４０ｎｍにおける伝送損失が水素曝露前の伝送損失に比べて０.０３ｄＢ／ｋｍ以上増加するまでその状態を維持する。その後、大気中に取出して１４日間以上放置し、伝送損失の測定を行う。また、測定波長は１２００〜１６５０ｎｍとした。
【００５９】
その結果、水素暴露試験後も波長１３８３ｎｍにおける伝送損失の増加がほとんど見られず、水素曝露試験前と比較した増加量は０．０４ｄＢ／ｋｍ以下であった。
【００６０】
（実施例２）
実施例１と同様に、図５に示す構成のＶＡＤ法によりコアとクラッドとを有し、ステップインデクス型の屈折率分布を有する外径２００ｍｍの多孔質ガラス母材４を合成した。クラッド／コア比は約５倍とした。この多孔質ガラス母材４を図６に示す加熱炉６にて熱処理を行った。まず、第一の熱処理工程として、処理温度１１００℃とし、炉心管にヘリウムガスを２０Ｌ／分、塩素ガスを２４０ｃｃ／分、酸素ガスを２Ｌ／分を供給し、多孔質ガラス母材を４５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。
【００６１】
次に、多孔質ガラス母材４を一旦炉心管７内で上昇させ、さらに、第二の熱処理工程として、処理温度を１４５０℃とし、酸素ガスを止め、塩素ガスを５０ｃｃ／分、ヘリウムガスを２０Ｌ／分流し続けたまま、５００ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。
【００６２】
多孔質ガラス母材４を再び炉心管内で上昇させ、引き続き、第三の熱処理工程として、処理温度を１４５０℃とし、ヘリウムガスを２０Ｌ／分のみ流し、この雰囲気内で、多孔質ガラス母材４を３００ｍｍ／ｈｒの速度で降下させ透明ガラス化したガラスロッドを得た。得られたガラスロッドの外観を検査したところ気泡・輝点はなかった。
【００６３】
このように製造されたガラスロッドを延伸し、２００ｍｍ間隔で屈折率分布を測定した。得られた最大屈折率を図４に示す。図４に示すように、長手方向の屈折率の変動が小さかった。実施例１と同様にこのガラスロッドを用いて光ファイバ母材を製造し、周知の方法にて線引きを行った。このように製造された光ファイバの１．３１μｍ、１．５５μｍの伝送損失をＯＴＤＲにて測定したところ、伝送損失に特異な点は認められなかった。また、実施例１と同様に水素曝露試験を行ったが、実施例１と同様に良好な結果が得られた。
【００６４】
（実施例３）
実施例１と同様に、図５に示す構成のＶＡＤ法によりコアとクラッドとを有し、ステップインデクス型の屈折率分布を有する外径２００ｍｍの多孔質ガラス母材４を合成した。クラッド／コア比は約５倍とした。この多孔質ガラス母材４を図６に示す加熱炉６にて熱処理を行った。まず、第一の熱処理工程として、処理温度１３００℃とし、炉心管にヘリウムガスを２０Ｌ／分、塩素ガスを２４０ｃｃ／分、酸素ガスを２Ｌ／分を供給し、多孔質ガラス母材を４５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。
【００６５】
次に、多孔質ガラス母材４を一旦炉心管７内で上昇させ、さらに、第二の熱処理工程として、処理温度を１４５０℃とし、酸素ガスを止め、塩素ガスを５０ｃｃ／分、ヘリウムガスを２０Ｌ／分流し続けたまま、２５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。
【００６６】
多孔質ガラス母材４を再び炉心管内で上昇させ、引き続き、第三の熱処理工程として、処理温度を１４５０℃とし、ヘリウムガスを２０Ｌ／分のみ流し、この雰囲気内で、多孔質ガラス母材４を４５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させ透明ガラス化したガラスロッドを得た。得られたガラスロッドの外観を検査したところ気泡・輝点はなかった。
【００６７】
このように製造されたガラスロッドを延伸し、２００ｍｍ間隔で屈折率分布を測定した。得られた最大屈折率を図４に示す。図４に示すように、長手方向の屈折率の変動が小さかった。実施例１と同様にこのガラスロッドを用いて光ファイバ母材を製造し、周知の方法にて線引きを行った。このように製造された光ファイバの１．３１μｍ、１．５５μｍの伝送損失をＯＴＤＲにて測定したところ、伝送損失に特異な点は認められなかった。また、実施例１と同様に水素曝露試験を行ったが、実施例１と同様に良好な結果が得られた。
【００６８】
（比較例１）
実施例１と同様に、図５に示す構成のＶＡＤ法によりコアとクラッドとを有し、ステップインデクス型の屈折率分布を有する外径２００ｍｍの多孔質ガラス母材４を合成した。クラッド／コア比は約５倍とした。この多孔質ガラス母材４を図６に示す加熱炉６にて熱処理を行った。まず、第一の熱処理工程として、処理温度１２１０℃とし、炉心管にヘリウムガスを２０Ｌ／分、塩素ガスを２４０ｃｃ／分、酸素ガスを２Ｌ／分を供給し、多孔質ガラス母材を４５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。
【００６９】
次に、多孔質ガラス母材４を一旦炉心管７内で上昇させ、さらに、第二の熱処理工程として、処理温度を１５４０℃とし、酸素ガスを止め、塩素ガスを５０ｃｃ／分、ヘリウムガスを２０Ｌ／分流し続けたまま、２５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。すなわち、第二の熱処理工程でガラス化を行った。
【００７０】
このように製造されたガラスロッドを延伸し、屈折率分布を測定したところ、図４に示すように、ガラスロッド先端で屈折率の低下が見られた。なお、実施例１〜３と同様に、ガラスロッドの外観検査、光ファイバの伝送損失、水素曝露試験を行ったが、結果は良好であった。
【００７１】
（比較例２）
実施例１と同様に、図５に示す構成のＶＡＤ法によりコアとクラッドとを有し、ステップインデクス型の屈折率分布を有する外径２００ｍｍの多孔質ガラス母材４を合成した。クラッド／コア比は約５倍とした。この多孔質ガラス母材４を図６に示す加熱炉６にて熱処理を行った。まず、第一の熱処理工程として、処理温度１２１０℃とし、炉心管７にヘリウムガスを２０Ｌ／分、塩素ガスを２４０ｃｃ／分、酸素ガスを２Ｌ／分を供給し、多孔質ガラス母材を４５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。
【００７２】
次に、多孔質ガラス母材４を一旦炉心管７内で上昇させ、さらに、第二の熱処理工程として、処理温度を１４８０℃とし、酸素ガスを止め、塩素ガスを５０ｃｃ／分、ヘリウムガスを２０Ｌ／分流し続けたまま、４５０ｍｍ／ｈｒの速度で降下させた。すなわち、第二の熱処理工程でガラス化を行った。
【００７３】
このように製造されたガラスロッドを延伸し、屈折率分布を測定したところ、図４に示すように、ガラスロッド先端で屈折率の低下が見られた。なお、実施例１〜３と同様に、ガラスロッドの外観検査、光ファイバの伝送損失、水素曝露試験を行ったが、結果は良好であった。
【００７４】
なお、本実施の形態および実施例では、多孔質ガラス母材を降下させてガラス化したが、逆に上昇させてヒートゾーンを通過させてガラス化してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１ コア合成用バーナ、ガラス微粒子合成用バーナ
２ クラッド合成用バーナ、ガラス微粒子合成用バーナ
３ 出発材
４ 多孔質ガラス母材
５ ヒータ
６ 加熱炉
７ 炉心管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相合成法により多孔質ガラス母材を合成し、該多孔質ガラス母材を常圧雰囲気中で加熱処理することによりガラス化する光ファイバ母材の製造方法において、
前記多孔質ガラス母材を１１００〜１３００℃の温度でハロゲンガスを分圧１〜１０％含む不活性ガス雰囲気中で加熱する第一の熱処理工程と、前記第一の熱処理工程後１３５０〜１４５０℃の温度で不活性ガス雰囲気中で加熱する第二の熱処理工程と、前記第二の熱処理工程後１４００〜１５５０℃の温度で不活性ガス雰囲気中で加熱する第三の熱処理工程を有し、
前記第二の熱処理工程において、前記多孔質ガラス母材の密度が１．７６ｇ／ｃｍ３以上になるように熱処理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】
前記第二の熱処理工程において、前記多孔質ガラス母材を加熱する発熱体と前記多孔質ガラス母材とが、該多孔質ガラス母材の長手方向に相対的に７０〜７５０ｍｍ／ｈｒの速度で移動す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】
前記第一の熱処理工程において、前記多孔質ガラス母材を加熱する発熱体と前記多孔質ガラス母材とが、該多孔質ガラス母材の長手方向に相対的に１００〜５００ｍｍ／ｈｒの速度で移動す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】
前記第三の熱処理工程において、前記多孔質ガラス母材を加熱する発熱体と前記多孔質ガラス母材とが、該多孔質ガラス母材の長手方向に相対的に７０〜７５０ｍｍ／ｈｒの速度で移動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項５】
前記第二の熱処理工程において、不活性ガスに加えてハロゲンガスを分圧１％以下含む雰囲気中で加熱することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項６】
前記第三の熱処理工程において、不活性ガスに加えてハロゲンガスを分圧１％以下含む雰囲気中で加熱することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項１】
気相合成法により多孔質ガラス母材を合成し、該多孔質ガラス母材を常圧雰囲気中で加熱処理することによりガラス化する光ファイバ母材の製造方法において、
前記多孔質ガラス母材を１１００〜１３００℃の温度でハロゲンガスを分圧１〜１０％含む不活性ガス雰囲気中で加熱する第一の熱処理工程と、前記第一の熱処理工程後１３５０〜１４５０℃の温度で不活性ガス雰囲気中で加熱する第二の熱処理工程と、前記第二の熱処理工程後１４００〜１５５０℃の温度で不活性ガス雰囲気中で加熱する第三の熱処理工程を有し、
前記第二の熱処理工程において、前記多孔質ガラス母材の密度が１．７６ｇ／ｃｍ３以上になるように熱処理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】
前記第二の熱処理工程において、前記多孔質ガラス母材を加熱する発熱体と前記多孔質ガラス母材とが、該多孔質ガラス母材の長手方向に相対的に７０〜７５０ｍｍ／ｈｒの速度で移動す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】
前記第一の熱処理工程において、前記多孔質ガラス母材を加熱する発熱体と前記多孔質ガラス母材とが、該多孔質ガラス母材の長手方向に相対的に１００〜５００ｍｍ／ｈｒの速度で移動す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】
前記第三の熱処理工程において、前記多孔質ガラス母材を加熱する発熱体と前記多孔質ガラス母材とが、該多孔質ガラス母材の長手方向に相対的に７０〜７５０ｍｍ／ｈｒの速度で移動することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項５】
前記第二の熱処理工程において、不活性ガスに加えてハロゲンガスを分圧１％以下含む雰囲気中で加熱することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項６】
前記第三の熱処理工程において、不活性ガスに加えてハロゲンガスを分圧１％以下含む雰囲気中で加熱することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光ファイバ母材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−５７４９０（Ｐ２０１１−５７４９０Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０７６２２（Ｐ２００９−２０７６２２）
【出願日】平成２１年９月９日（２００９．９．９）
【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２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月９日（２００９．９．９）
【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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