JP2003226545A - 光ファイバ母材の製造方法と光ファイバ母材の製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外付（ＯＶＤ法）でスートを合成して光ファ
イバ母材を合成する際、ドーパントの収率が高く、局所
的な屈折率変動の少ない光ファイバ母材を製造する。 【解決手段】 出発母材１２０の上に、屈折率を高める
ドーパント、たとえば、四塩化ゲルマニウム(GeCl₄) と
ガラス原料ガス(SiCl₄) とをバーナに供給してバーナの
火炎で加水分解させてGeO₂とSiO₂を出発母材に吹きつけ
てセグメント層部分のスート１３０を合成する際、スー
ト密度を適正な値、たとえば、０．４ｇ／ｃｍ³ 以下、
好ましくは、０．１〜０．３ｇ／ｃｍ³ 以下に維持し、
かつ、スート１３０の堆積面温度を所定温度、たとえ
ば、３００°Ｃ〜６００°Ｃ、好ましくは、３５０〜５
８０°Ｃの範囲に維持してスート合成を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ母材を
製造する方法と装置に関するものであり、特に、外付法
（ＯＶＤ法）で光ファイバを合成する出発母材に屈折率
を高めるドーパントをドープしてスート（soot、煤体）
を合成して光ファイバ母材を製造する光ファイバ母材の
製造方法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバは、光ファイバ母材を線引き
して製造する。本発明は特に、そのような光ファイバ母
材の製造方法およびその装置に関係する。

【０００３】光ファイバ母材の製造方法としては、ＶＡ
Ｄ法、ＭＣＶＤ法、ＯＶＤ法などが知られている。以
下、ＶＡＤ法とＯＶＤ法の概要を述べる。

【０００４】ＶＡＤ法について述べる。ロッドの周囲に
形成された出発母材を垂直方向に懸垂させ、かつ、ロッ
ドの中心軸を回転中心として回転させておく。そのよう
に懸垂され回転している出発母材の下部先端（スート合
成位置）に、バーナから火炎を吹きつけて出発母材の外
周に多孔質光ファイバ母材（スート（ｓｏｏｔ）、煤
体）を合成させる。スート母材の成長に伴って出発母材
に合成されたスートが所定量堆積されると、懸垂され回
転しているロッドを上昇させる。このように火炎が吹き
つけられるスート合成位置を維持しながら、上記スート
の合成を継続して、所定の太さおよび所定の長さの最終
的な多孔質光ファイバ母材を製造する。

【０００５】ＯＶＤ法について述べる。出発母材と出発
母材に火炎を吹きつけるバーナとを反応容器内に水平ま
たは垂直な位置におき、出発母材の中心軸を回転中心と
して回転させながら、回転している出発母材とバーナと
を相対移動させて出発母材の外周にバーナ火炎で合成さ
れたガラス微粒子を吹きつけて出発母材の外周にスート
を堆積させて多孔質光ファイバ母材（スート）を合成さ
せる。

【０００６】ＯＶＤ法は、水平または垂直方向に置かれ
た出発母材の径方向にスートを堆積してゆくので径方向
の屈折率分布を高精度で制御できるという特徴を持つ。
またＯＶＤ法によれば、ＯＶＤ装置でスート状の多孔質
光ファイバ母材を合成した後、合成した多孔質光ファイ
バ母材をガラス化装置において脱水、焼結して透明なガ
ラス状の光ファイバ母材とするので、不純物の少ない高
純度なガラス化光ファイバ母材が製造できるという利点
がある。

【０００７】出発母材がガラス部材でない場合には、ス
ート合成後、その出発母材を抜く必要がある。そのよう
な場合、たとえば、スート密度を０．６〜１．５ｇ／ｃ
ｍ³程度と高密度のスートを合成している。

【０００８】また出発母材が、ＶＡＤ法やＭＣＶＤ法で
作った中間母材である光ファイバガラス母材である場
合、その出発母材に石英スートを堆積する場合は、光フ
ァイバ母材の大型化のためにスート密度を平均０．５ｇ
／ｃｍ³ 以上もの比較的高いスート密度にして石英スー
トを合成している。

【０００９】ＯＶＤ法で屈折率分布を高くするために、
屈折率を高めるドーパントとして、たとえば、四塩化ゲ
ルマニウム(GeCl₄) を使用している。屈折率を高めるド
ーパントとシリカガラス原料（SiCl₄)とがバーナの火炎
内で混合されて加水分解反応して粒子状の石英ガラス
（SiO₂) と酸化ゲルマニウム(GeO₂)が出発母材に付着し
てスートとして合成される。このようにドーパント、た
とえば、GeO₂を出発母材に注入して屈折率を高めること
を、本明細書においてドーパント・ドープという。この
ドーパント・ドープに関して、ＯＶＤ法とＶＡＤ法とを
比較すると、ＯＶＤ法はＶＡＤ法に比べて高速合成が可
能であるという利点がある。上述したように、ＯＶＤ法
は種々の点でＶＡＤ法より優れている面がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＯＶＤ
法を用いた場合、四塩化ゲルマニウム(GeCl₄) などの屈
折率を高めるドーパントがスートに入り難く、多量のGe
Cl₄ をバーナに供給しなければならない。GeCl₄ は高価
であるから、ＯＶＤ法で製造されたスートの価格が高く
なる可能性がある。換言すれば、ＯＶＤ法によると、短
時間でスートが合成できるという利点があるものの、高
価なドーパントが多量に消費されるという不利益があ
る。

【００１１】またＯＶＤ法によると光ファイバ母材の屈
折率分布の局所的な変動が大きくなるという不利益があ
る。多孔質光ファイバ母材を合成した後、透明ガラス化
し、さらに光ファイバに線引きするが、透明ガラス化さ
れた光ファイバ母材を光ファイバに線引きする前に、透
明ガラス化された光ファイバ母材の屈折率の分布を検査
することが光ファイバ製造における歩留りの管理上で重
要になる。従来のＯＶＤ法で合成したスートを透明ガラ
ス化したプリフォームまたは中間プリフォームの場合、
屈折率の局所的な変動が大きいので、正確な屈折率の測
定を行おうとすれば、合成したガラスプリフォームを切
断して各部の屈折率を測定する必要がある。しかし、プ
リフォームまたは中間プリフォームの切断は歩留りを低
下させ、作業効率を低下させるという不利益がある。

【００１２】以上のとおり、ＯＶＤ法でスートを合成し
た場合、一長一短がある。しかしながら、ＯＶＤ法は高
い生産性のため、益々実用化が進展している光ファイバ
の製造には有利な方法であり、ＯＶＤ法の活用のため上
述した欠点の改善が求められている。

【００１３】本発明の目的は、ＯＶＤ法の利点を生かし
ながら、上述した不具合を克服して、ドーパントを効率
よくドーピングして、かつ、屈折率の局所的な変動がな
く屈折率分布が均一な光ファイバ母材を合成できる光フ
ァイバ母材の製造方法、および、それを実現する光ファ
イバ母材の製造装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の発明者らの研究
によれば、クラッドの屈折率より高い屈折率を持つ部分
を合成する際の上述した不利益、すなわち、ドーパント
・ドープの非効率性および屈折率の局所的な変動は、ス
ート合成条件を改善することによって克服できることを
見いだした。

【００１５】光ファイバ母材のうち、クラッドの屈折率
より高い屈折率にするためドーパントをドープしてスー
トを合成する際の第１の対策はスート合成時のスート密
度を適切に管理することである。第２の対策はスート堆
積面の最高温度を適切に管理することである。第３の対
策はスート堆積面の温度分布を極力均一に維持すること
である。第４の対策はスートの合成速度をあまり速くし
ないことである。本発明においてはこれらの条件を適切
にして光ファイバ母材の製造を行うことができる。

【００１６】本発明の第１の観点によれば、外付法（Ｏ
ＶＤ法）でセンタコア部分を含む出発母材に、クラッド
の屈折率より屈折率を高めるドーパントを含むガラス微
粒子を堆積させて屈折率を変化させる部分のスート母材
を合成して光ファイバ母材を製造する光ファイバ母材の
製造方法において、前記屈折率を高める部分のスートを
合成する時、スート密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ³
で、かつ、前記スートの堆積面の最高温度を３００〜６
００°Ｃに制御して前記スートの合成を行う、光ファイ
バ母材の製造方法が提供される。

【００１７】好ましくは、前記スートを合成するときの
スート密度を０．１〜０．４ｇ／ｃｍ³ の範囲に維持
し、前記スートの堆積面の最高温度を３００〜６００°
Ｃの範囲で、合成速度を０．５〜２．５ｇ／分に制御し
て前記スートの合成を行う。好ましくは、スートの堆積
面の最高温度を前記最高温度範囲以下に制御し、かつ、
堆積されたスートの最高温度位置から円周方向にほぼ９
０度の離れた位置の温度と最高温度との差を０〜９０°
Ｃに維持して、前記スート母材を合成する。

【００１８】前記本製法、装置で作られる光ファイバ母
材は、たとえば、センタコア、ディプレスト層、セグメ
ント層およびクラッドを有し、前記クラッドの屈折率よ
り屈折率が高いセンタコアおよび前記クラッドの屈折率
より屈折率が低いディプレスト層を出発母材として事前
に合成し、該出発母材の上に前記クラッドの屈折率が高
いセグメント層を、ドーパントとして四塩化ゲルマニウ
ム(GeCl₄) を用いて合成する。

【００１９】前記光ファイバ母材は、センタコア、ある
いは少なくとも１つのコア部、およびクラッドを有し、
前記クラッドの屈折率より屈折率が高いセンタコアを出
発母材として事前に合成し、該出発母材の上に前記クラ
ッドの屈折率より高いコア部を、ドーパントとして四塩
化ゲルマニウム(GeCl₄) を用いて合成する。

【００２０】本発明の第２の観点によれば、上記方法を
実施する光ファイバ母材の製造装置が提供される。当該
製造装置は、反応容器と、前記反応容器内に収容された
バーナと、前記反応容器内に収容された出発母材の外周
にスートを合成するように前記出発母材と前記バーナと
を相対移動させる移動手段と、前記バーナに燃焼ガスを
供給する燃焼ガス供給手段と、前記バーナにスート合成
の原料ガスを供給する原料ガス供給手段と、前記バーナ
にドーパントを供給するドーパント供給手段と、前記燃
焼ガス供給手段から前記バーナに供給される燃焼ガスの
流量を制御する第１のガス流量制御手段と、前記原料ガ
ス供給源から前記バーナに供給される原料ガスの流量を
制御する第２のガス流量制御手段と、前記ドーパント供
給源から前記バーナに供給されるドーパントの流量を制
御する第３のガス流量制御手段と、前記移動手段、前記
第１〜第３のガス流量制御器を制御する制御手段と、ス
ートの堆積面の温度を測定する温度測定手段とを有し、
前記制御手段は、前記バーナで形成される火炎によって
前記出発母材の長手方向および径方向にスートが合成さ
れるように、前記バーナと前記出発母材を相対的に移動
させる制御と出発母材を回転させる制御を行う。本装置
では、出発母材の上にシリカやシリカにAl₂O ₃,GeO₂,B₂O
₃,P₂O₅やフッ素等のドーパントをドープしたスートや、
シリカとドーパントをドープしたスートを組合せたスー
ト（たとえば、初めにシリカスートを合成し、次にドー
パントをドープしたシリカ、そしてシリカという様な組
合せ）の合成が行なえる。前記出発母材の上に合成する
クラッドの屈折率より高い屈折率のスートを合成する
時、スート密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ³ で、かつ、
前記温度測定手段の測定値を監視して前記スートの堆積
面の最高温度を３００〜６００°Ｃの範囲になるよう
に、かつ、所定の屈折率となるように、前記第１〜第３
のガス流量制御手段を制御して前記原料ガスの供給流
量、前記燃焼ガスの供給流量、前記ドーパントの供給流
量、前記出発母材の回転速度、出発母材と前記バーナと
の相対的なトラバース速度のいずれか、あるいは組み合
わせて制御する。前記燃焼ガス供給手段、原料ガス供給
手段、およびドーパントガス供給手段には、それぞれの
ガスに対してガス流量制御器（マスフローコントローラ
ー）が設けられており、それぞれのガスの流量を独立に
制御できる。

【００２１】好ましくは、前記制御手段は、前記出発母
材の上に合成するクラッドの屈折率より高い屈折率のス
ートを合成する条件に対する動作条件を事前に記憶して
おり、その記憶した条件に従って前記スートの合成を行
う。この様にすると、合成中にスートの表面温度を測定
することや、測定した温度に合わせて各種のガス条件や
回転速度やトラバース速度等の制御をする必要もなくて
すむ。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光ファイバ母材の
製造方法および光ファイバ母材の製造装置の好適な実施
の形態を添付図面を参照して述べる。

【００２３】第１実施の形態 図１〜図３を参照して本発明の第１実施の形態について
述べる。図１（Ａ）は本発明の第１実施の形態において
製造する光ファイバ母材の断面図であり、図１（Ｂ）は
光ファイバ母材を製造する出発母材の断面図であり、図
１（Ｃ）は図１（Ａ）に図解した光ファイバ母材の屈折
率プロファイルを図解した図であり、縦軸は、クラッド
に対する比屈折率差（Δ）を示す。

【００２４】図１（Ａ）において、光ファイバ母材１
は、センタ・コア１１と、ディプレスト層１３と、セグ
メント層１４と、クラッド１５とを有する。

【００２５】図１（Ｃ）において、センタ・コア１１の
屈折率はクラッド１５の屈折率ｎ₀よりΔ₁₁だけ比屈折
率差が高い。ディプレスト層１３の屈折率はクラッド１
５の屈折率ｎ₀ よりΔ₁₃だけ比屈折率差が低い。セグメ
ント層１４の屈折率はクラッド１５の屈折率ｎ₀ よりΔ
₁₄だけ比屈折率差が高い。

【００２６】このような屈折率プロファイルを持つ光フ
ァイバ母材１は、たとえば、海底光ファイバ用、長距離
陸上伝送光ファイバなどに使用される有効断面積を拡大
した光ファイバや分散スロープを小さくした光ファイバ
を製造するために好適に使用される。

【００２７】センタ・コア１１はクラッド１５の屈折率
ｎ₀ よりΔ₁₁だけ比屈折率差を高めるドーパント、たと
えば、四塩化ゲルマニウム(GeCl₄) と、シリカガラス原
料（SiCl₄ ) とをバーナに供給し、バーナの火炎内で加
水分解させてＳｉＯ₂ とＧｅＯ₂ にして合成し、それら
を出発母材のロッドに吹きつけて石英（ＳｉＯ₂ ）スー
トにＧｅＯ₂ をドープする。ディプレスト層１３はクラ
ッド１５の屈折率ｎ₀ よりΔ₁₃だけ比屈折率差を低下さ
せるドーパント、たとえば、フッ素（Ｆ）をディプレス
ト層１３をＯＶＤ装置で作製したシリカスートに透明ガ
ラス化工程でドープして合成される。セグメント層１４
は、センタ・コア１１の合成と同様、クラッド１５の屈
折率ｎ₀ よりΔ₁₄だけ比屈折率差を高めるドーパント、
たとえば、四塩化ゲルマニウム(GeCl₄) をスート合成中
にドープして合成する。

【００２８】本明細書における、光ファイバ母材（プリ
フォーム）と、光ファイバとの関係を明確にしておく。
光ファイバ母材とは、最終的に光ファイバに線引きする
前のスートを透明ガラス化した径の大きなガラス母材を
いう。光ファイバ母材を線引きして最終的な光ファイバ
を製造したとき、線引条件により光ファイバの屈折率分
布は多少変化するが、光ファイバ母材と光ファイバとは
ほぼ相似形をしている。したがって、光ファイバの断面
も図１（Ａ）に示した光ファイバ母材の断面とほぼ同じ
であり、光ファイバの屈折率も図１（Ｃ）に図解したも
のとほぼ同じになる。なお、最終製品の光ファイバに
は、クラッド１５の外周に樹脂層が被覆されるが、線引
前の母材なので、図１（Ａ）に図解した光ファイバ母材
１に樹脂被覆はされていない。

【００２９】図１（Ａ）は、光ファイバ母材１の概略構
造を示しているにすぎず、実際のセンタ・コア１１、デ
ィプレスト層１３、セグメント層１４、クラッド１５の
寸法に正確に比例させた縮尺で図解している訳ではな
い。

【００３０】以下、出発母材製造装置において既知の方
法で、図１（Ｂ）に図示した、センタ・コア１１とディ
プレスト層１３とを合成した出発母材１２０にセグメン
ト層１４を合成する方法と装置について述べる。出発母
材１２０は、既知のＶＡＤ法やＯＶＤ法で製作する場合
には、図示しない出発母材製造装置（ＶＡＤ装置あるい
はＯＶＤ装置）においてスートが合成され、図示しない
ガラス化装置において透明ガラス化されたセンタ・コア
１１およびディプレスト層１３とからなる。出発母材
は、ＭＣＶＤ装置で作ることも可能である。図２は図１
（Ｂ）に図解したセンタ・コア１１とディプレスト層１
３とからなる出発母材１２０の上にＯＶＤ法でセグメン
ト層１４部分に相当するスート１３０を合成するＯＶＤ
装置１００の構成図である。

【００３１】ＯＶＤ装置１００は、ＯＶＤ法により出発
母材１２０の上にスート（煤体）を合成（堆積）させる
装置であり、反応容器１０２と、この反応容器１０２に
連結して反応容器１０２から部分的に突出しているバー
ナ収容部１０３と、バーナ収容部１０３内に収容された
バーナ１０１と、バーナ収容部１０３と対向した反応容
器１０２の壁面に設けられた排気部１０４とを有する。
排気部１０４は燃焼ガスや未堆積粒子などを反応容器１
０２の外部に排出する。

【００３２】ＯＶＤ装置１００はさらにスピンドル機構
１０５を有する。スピンドル機構１０５は出発母材１２
０の両端に接続されている支持部材１２１を把持してい
る１対のチャック１０６に結合され、出発母材１２０を
長手方向Ｌに往復移動させ、かつ、出発母材１２０の長
手方向を回転軸として出発母材１２０を回転させる。す
なわち、スピンドル機構１０５は、出発母材１２０の外
周にスート（セグメント層部分）１３０を堆積させるた
め、バーナ１０１に対して出発母材１２０を相対往復運
動（トラバース）と出発母材１２０の軸中心に出発母材
１２０を回転させる手段である。

【００３３】なお、スピンドル機構１０５は出発母材１
２０を回転のみさせ、バーナ１０１が出発母材１２０の
長手方向に沿って往復移動させるようにすることもでき
る。しかしながら、本実施の形態においては、スピンド
ル機構１０５が出発母材１２０を往復移動させ、かつ、
出発母材１２０を回転させる場合について述べる。

【００３４】バーナ１０１は、チャック１０６に把持さ
れて、反応容器１０２の内部で出発母材１２０の長手方
向に沿って往復移動しながら、回転される出発母材１２
０の外周にスートを堆積するガラス微粒子を含む火炎１
１０を形成する。その結果、出発母材１２０の外周に、
バーナ１０１で合成されたガラス微粒子が堆積して、セ
グメント層１４に該当する第１堆積スート１３０が合成
される。

【００３５】バーナ１０１には、第１ガス供給ライン１
６１を介して燃焼ガス供給装置１４１から燃焼ガスが供
給され、第２ガス供給ライン１６２を介して原料ガス供
給装置１４２から原料ガスが供給され、第３ガス供給ラ
イン１６３を介して屈折率を高めるドーパントを供給す
るドーパント供給装置１４３からドーパントが供給され
ている。ここでいうガス供給ラインは、例えば、第１ガ
ス供給ライン１６１は燃焼用ガス、酸素、水素、シール
ガス等が独立に供給される。図では簡略して１本の線で
示してある。他も同様である。

【００３６】燃焼ガス供給装置１４１は、独立に流量制
御された燃焼ガス、たとえば、水素（Ｈ₂ ）、酸素（Ｏ
₂ ）をバーナ１０１に供給する。好ましくは、燃焼ガス
供給装置１４１はさらに、シールガスとして、不活性ガ
ス、たとえば、アルゴン（Ａ _r ）をもバーナ１０１に供
給する。

【００３７】原料ガス供給装置１４２は、光ファイバ母
材合成の原料として、流量制御されたガラス原料ガス(S
iCl₄) をバーナ１０１に供給する。

【００３８】ドーパント供給装置１４３は、セグメント
層１４の比屈折率差を高めるため、クラッド１５の屈折
率ｎ₀ よりΔ₁₄だけ比屈折率差を高めるためのドーパン
ト、たとえば、四塩化ゲルマニウム(GeCl₄) を流量制御
してバーナ１０１に供給する。

【００３９】バーナ１０１は、燃焼ガス供給装置１４１
から供給される燃焼ガスとシールガスにより火炎を形成
し、原料ガス供給装置１４２から供給されるガラス原料
ガス(SiCl₄) と、ドーパント供給装置１４３から供給さ
れる四塩化ゲルマニウム(GeCl₄) を火炎内で加水分解し
て酸化ゲルマニウム(GeO₂)とガラス微粒子(SiO₂)を合成
し、これらを含む火炎１１０を出発母材１２０に吹きつ
けて、粒子を堆積させスート（セグメント層部分）１３
０を合成する。このとき、出発母材１２０にドーパント
としてのGeO₂が石英（SiO₂）粒子スートにドープされ
て、スートの屈折率を高める。

【００４０】出発母材１２０に堆積したスート（セグメ
ント層部分）１３０の表面温度を測定する温度センサ１
７２が取り付けられている。温度センサ１７２はスート
合成部分の最高温度を測定可能に取り付けられている。
このような温度センサとしては、非接触的の高温測定可
能な温度計、たとえば、放射温度計や熱画像測定装置
（二次元的に温度を計測する装置）が好ましい。以下、
温度センサ１７２として、放射温度計を用いた場合につ
いて述べる。また、温度センサ１７２と出発母材１２０
のスート合成の最高温度位置と出発母材１２０の円周に
そって９０°ずれた位置の出発母材１２０の温度を測定
する第２の温度センサ１７２ａ、たとえば、放射温度計
１７２ａも取り付けられている。これら温度計１７２、
１７２ａはスート堆積部分の温度管理に使用する。

【００４１】好ましくは、出発母材１２０に堆積したス
ート（セグメント層部分）１３０の直径を測定する外径
測定装置、たとえば、レーザ式測距装置（または外径測
定器）１７４が設けられている。外径測定器１７４はセ
グメント層１４の合成の終了を判断するために使用す
る。なお、後述するように、出発母材１２０のトラバー
ス回数でセグメント層１４の合成の終了を判定すること
もできるので、その場合は外径測定器１７４を設ける必
要はない。

【００４２】ＯＶＤ装置１００にはさらに制御装置１７
０が設けられている。制御装置１７０はＯＶＤ装置１０
０におけるセグメント層１４を合成する動作制御を行う
ものであり、そのような制御としては、たとえば、図示
しない各種ガス流量制御器を制御して燃焼ガス、ガラス
原料ガス、ドーパントの流量の調整、スピンドル機構１
０５を制御してトラバース速度、および／または、出発
母材１２０の回転速度の制御などの動作制御を行う。こ
れら動作制御の詳細は後述する。これらの制御を行うた
め、制御装置１７０は各種制御プログラムが内蔵されて
いるコンピュータを用いた制御装置である。以下に述べ
る各種の制御は、特に断らない限り、制御装置１７０に
よって制御される。

【００４３】燃焼ガス供給装置１４１、原料ガス供給装
置１４２、ドーパント供給装置１４３からバーナ１０１
に供給される各種ガスの流量は制御装置１７０によって
それぞれのそれらの供給量を制御するガス流量制御器を
独立に制御すればよく、トラバース速度および回転数の
制御は制御装置１７０によってスピンドル機構１０５を
制御すればよい。これらにより、スートの表面温度、ス
ートの密度を所定の範囲に制御できる。バーナ１０１と
スート１３０との距離は、図示しないバーナ移動手段に
よってバーナ１０１をスート１３０の長手方向に対して
直交する方向に移動可能にしておき、バーナ移動手段を
制御装置１７０で制御すればよい。このような制御は既
存のＯＶＤ装置１００を用いて制御手段１７０によって
容易に行うことができる。このバーナ移動制御は、出発
母材に堆積したスートの径とバーナ先端との距離を一定
あるいはスート径に対して所定の距離とするために行う
ものである。

【００４４】図３の工程図（フローチャート）を参照し
て図２に図解したＯＶＤ装置１００を用いて図１（Ａ）
に図解した屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材１
のうちセグメント層１４部分を製造する方法を述べる。

【００４５】工程１１（Ｐ１１）：出発母材の製造 図示しない出発母材製造装置において、センタ・コア１
１およびディプレスト層１３からなる出発母材１２０を
製造する。以下、より正確に述べる。

【００４６】まずセンタ・コア１１の合成について述べ
る。センタ・コア１１はクラッド１５の屈折率ｎ₀ より
Δ₁₁だけ比屈折率差を高めるドーパント、たとえば、四
塩化ゲルマニウム(GeCl₄) とガラス原料ガス(SiCl₄) を
バーナ１０１に供給してバーナ１０１の火炎内で加水分
解して酸化ゲルマニウム(GeO₂)とシリカ（ガラス微粒
子、SiO₂）の粒子に合成し、これらを出発母材に堆積さ
せる。このように合成されたスートを、図示しないガラ
ス化装置に導入して、脱水・焼結して透明なセンタ・コ
ア１１の母材（プリフォーム）を形成する。次いで、脱
水・焼結したセンタ・コア１１の母材を火炎延伸してガ
ラスロッドに加工する。

【００４７】火炎延伸したガラスロッドを、たとえば、
フッ化水素酸（フッ酸）を用いてウエットエッチングす
る。さらにフッ酸でウエットエッチング処理した石英ガ
ラスロッドを純水で洗浄してフッ酸を排除し、その後、
乾燥させる。ウエットエッチングを行う理由は、火炎延
伸により石英ガラスロッドに伝送損失の原因となる水分
が入るのでそれを排除するためである。

【００４８】ついで上記合成されたセンタ・コア１１の
上にＶＡＤ法またはＯＶＤ法でディプレスト層１３部分
のシリカスートを合成する。ディプレスト層１３の合成
方法は、クラッド１５の屈折率よりΔ₁₃だけ比屈折率差
を低めるドーパント、たとえば、フッ素を、ガラス化工
程で脱水後ドープするために用いる他は、センタ・コア
１１の合成方法と同様である。

【００４９】このように合成されたディプレスト層１３
部分について、上記同様、脱水・フッ素ドープ・焼結処
理、火炎延伸処理、ウエットエッチング処理、洗浄・乾
燥処理を行う。このウエットエッチング処理の目的は上
述したとおりである。なお、延伸工程において水分がガ
ラスロッドに入らない場合はフッ酸によるウエットエッ
チング処理を省略できる。

【００５０】以上により、センタ・コア１１およびディ
プレスト層１３からなる、図１（Ｂ）に図解した出発母
材１２０が製造される。

【００５１】工程１２（Ｐ１２）：セグメント層の合成 セグメント層１４部分の合成は下記による。

【００５２】（ａ）上記方法で合成されたセンタ・コア
１１およびディプレスト層１３からなる出発母材１２０
の支持部材１２１をＯＶＤ装置１００の反応容器１０２
内のチャック１０６に取り付ける。

【００５３】（ｂ）制御装置１７０は、図示しない燃焼
ガス、原料ガスおよびドーパントの流量を制御するガス
流量制御器を独立に制御して、バーナ１０１に燃焼ガス
供給装置１４１から所望の燃焼ガス、必要に応じて、ア
ルゴンなどの不活性ガスをシールガスとして供給する。
同様に、原料ガス供給装置１４２から所望のガラス原料
ガス(SiCl₄) を供給し、ドーパント供給装置１４３から
所望のドーパント、たとえば、四塩化ゲルマニウム(GeC
l₄) を供給する。その結果、バーナ１０１の火炎１１０
内でシリカ（ガラス微粒子、SiO₂) と酸化ゲルマニウム
(GeO₂)とが合成されて火炎とともに出発母材１２０に吹
きつけられて出発母材１２０に堆積する。ドーパントGe
O₂は石英ガラスの屈折率ｎ₀ よりもΔ₁₄だけセグメント
層１４部分の比屈折率差を高めるためにシリカスートに
ドープする。

【００５４】（ｃ）制御装置１７０は、スピンドル機構
１０５を駆動してバーナ１０１に対して相対的に、出発
母材１２０を水平方向に往復移動（トラバース）させ、
かつ、出発母材１２０の軸を中心に回転させる。

【００５５】以上により、出発母材１２０の外周全面に
ガラス微粒子(SiO₂)に酸化ゲルマニウム(GeO₂)とがドー
プされたスートが堆積していき、スート（セグメント層
部分）１３０が合成される。

【００５６】制御装置１７０は、外径測定装置として、
たとえば、レーザ式測距装置１７４の計測値を入力し、
スート（セグメント層部分）１３０の直径が所定の値に
到達したとき、図示しない独立に制御しているガス量制
御器を制御して、燃焼ガス供給装置１４１、原料ガス供
給装置１４２およびドーパント供給装置１４３からの各
種ガスの供給を停止させて、スート（セグメント層部
分）１３０の合成を停止する。なお、制御装置１７０は
上記方法に代えて、駆動しているスピンドル機構１０５
の動作に基づいて出発母材１２０のトラバース回数を計
数し、トラバース回数が所定回数になったときにセグメ
ント層部分１３０の合成を停止することもできる。すな
わち、１回のトラバース当たり、スートの堆積量がどの
程度になるか事前に求めておくことができるので、トラ
バース回数でセグメント層１４のスートの堆積量（径）
を判断することができる。

【００５７】工程１３（Ｐ１３）：スートの脱水処理 出発母材１２０の上にセグメント層部分の第１堆積スー
ト１３０の合成が終了したら、出発母材１２０とスート
１３０とが一体になったロッドをチャック１０６から外
して反応容器１０２の外部に取り出し、図示しないガラ
ス化装置のガラス化炉に導入して、ガラス化炉に導入し
たヘリウム、酸素、塩素ガス雰囲気でスート１３０の脱
水処理を行う。

【００５８】工程１４（Ｐ１４）：焼結処理 ガラス化装置のガラス化炉内にヘリウムガスを供給し、
場合によってはさらに塩素および酸素ガスを供給したヘ
リウムガス雰囲気で、脱水処理されたスート１３０を焼
結処理する。この焼結処理によって透明ガラス化したセ
グメント層１４部分が製造できる。

【００５９】工程１５（Ｐ１５）：火炎延伸 透明ガラス化したロッドを火炎延伸処理して、センタ・
コア１１とディプレスト層１３からなる部分と、セグメ
ント層１４とが一体化した図１（Ｃ）に図解した屈折率
プロファイルを持つ中間光ファイバ母材１が製造され
る。

【００６０】工程１６（Ｐ１６）：クラッドの合成 上記中間光ファイバ母材１の外周にクラッド１５を合成
して、最終の光ファイバ母材を合成する。クラッド１５
の合成方法としては、セグメント層１４を合成した方法
と類似した方法で行うことができる。ただし、クラッド
１５の合成の場合はセグメント層の合成のようにドーパ
ントのドープは行なわない。クラッド１５の合成方法と
しては、その他、たとえば、合成管をジャケットとして
行うことができる。

【００６１】以下、工程１２におけるスート（セグメン
ト層部分）１３０の合成方法の詳細について述べる。

【００６２】セグメント層の屈折率の制御は、セグメン
ト層１４の合成に際して、原料ガス供給装置１４２から
バーナ１０１に供給するガラス原料ガスを四塩化ケイ素
(SiCl₄) とし、ドーパント供給装置１４３から供給する
ドーパントを四塩化ゲルマニウム(GeCl₄) とした場合、
主として、図示しないガス流量制御器によりＧｅＣｌ ₄
の流量を調整することにより、セグメント層１４の屈折
率のプロファイルを制御できる。このようなＧｅＣｌ₄
の流量の制御方法を実施する方法としては、たとえば、
事前に種々の場合について測定しておき、その結果を制
御装置１７０に記憶させておき、制御装置１７０に記憶
された結果に基づいてセグメント層１４の形状に応じて
ＧｅＣｌ₄ の流量制御を行う。

【００６３】または、バーナ１０１に供給するガス（燃
焼ガスおよび原料ガス）を一定にしておき、スピンドル
機構１０５による出発母材１２０のバーナ１０１に対す
る往復運動（トラバース）の速度や出発母材１２０の回
転速度を制御することにより、セグメント層１４のスー
ト密度を制御できる。したがって、種々のスート径に対
してトラバース１回当たりのスート堆積量、供給するガ
ス（燃焼ガスおよび原料ガス）条件との関係を実験によ
り事前に調査しておき、その結果を制御装置１７０に記
憶しておけば、トラバース回数によるスート径の変化に
対応して制御装置１７０は燃焼ガスおよび原料ガスの供
給量を制御するガス流量制御器を制御してスートの密度
を径方向に均一あるいは所望の値に制御できる。この場
合は、スートの表面温度を測定する放射温度計１７２
は、単に温度のモニターとして使う。

【００６４】さらに、（ａ）スート１３０のスート堆積
部の最高表面温度を放射温度計１７２で測定し、その温
度測定結果を制御装置１７０に入力し、測定したそのス
ート１３０の堆積面の最高温度を所定の範囲内に維持さ
れるように、燃焼ガス供給装置１４１、原料ガス供給装
置１４２からバーナ１０１に供給されるこれらガスの量
を適切に調整し、（ｂ）バーナ１０１とスート１３０と
の距離を適切に制御し、（ｃ）スピンドル機構１０５に
よる出発母材１２０のトラバース速度を制御し、（ｄ）
出発母材１２０の回転数を調整することにより、スート
密度を調整できる。さらに、このように、スート密度と
堆積面の最高温度を適切にするとドーパントとしてのゲ
ルマニウム（ＧｅＯ₂ ）の収率を向上でき、さらに屈折
率分布の変動（脈理）が小さくなる。これは、スート密
度を従来よりも低くすることにより、ガラス化工程中で
のＧｅＯ₂ の拡散や結晶性のＧｅＯ₂ の揮発によりＧｅ
Ｏ ₂ が均一化するものと考えている。

【００６５】最高温度 実験によれば、スート１３０の堆積面の最高温度を３０
０〜６００°Ｃの範囲に維持すると良い。スート堆積面
の温度が３００°Ｃより低すぎると、スート密度が下が
りすぎてクラックが入り易く、大きな径のスートが合成
が困難になる。逆に、スート堆積面の温度が６００°Ｃ
より高すぎると、ＧｅＯ₂ が均一にスートにドープされ
難くなり、またスート表面の温度差も大きくなるので、
温度の異なるスート面で堆積することにより、屈折率の
変動（脈理）が大きくなった。脈理が大きくなると、屈
折率の非破壊による測定が出来なくなるという問題が発
生する。これにより、ファイバの特性予測が全く出来な
く、製造上致命的な問題となる。実験によれば、クラッ
クが発生せず、脈理も小さくでき、しかも安定した製造
が出来る様にするためには、３５０°Ｃ〜５５０°Ｃの
範囲に維持することが好ましいことが判った。

【００６６】このような温度制御に関して、火炎の燃焼
温度が高いバーナを使用した場合は、制御装置１７０に
よってスピンドル機構１０５を制御して、堆積スート１
３０の回転速度およびトラバース速度を速くすること
で、主としてトラバース速度を速くすることでスート１
３０の表面温度を調節する。逆に、火炎の燃焼温度が低
いバーナを使用した場合、制御装置１７０によってスピ
ンドル機構１０５を制御して、スート１３０の回転速度
とトラバース速度の両方あるいは一方を遅くすること
で、主としてトラバース速度を遅くすることで、スート
１３０の表面温度を調節する。また、バーナと出発母材
との距離を近づけることと組み合わせることで前記条件
を実現できる。

【００６７】温度分布 さらに、スート１３０が堆積される放射温度計１７２で
測定している最高温度地点（第１地点）と、スート１３
０の円周方向に所定の距離を隔てた第２の放射温度計１
７２ａで測定している位置（第２地点）の温度が所定の
温度差以内に維持することでドーパントの濃度を均一に
できる。ここで述べたドーパント濃度分布はバーナ火炎
で堆積する部分の局所的な分布であり、本願発明者は、
この局所的なドーパントの分布が脈理の原因であること
をつきとめた。

【００６８】そのためには、制御装置１７０を用いて下
記の制御を行う。 （ａａ）スート１３０の最高温度地点（第１地点）、た
とえば、バーナ１０１の中心がスート１３０に吹きつけ
る第１地点の表面温度を放射温度計１７２で測定してそ
の温度測定結果を制御装置１７０に入力する。 （ｂｂ）さらに、スート１３０の最高温度地点（第１地
点）から円周に沿って９０°離れた第２位置の表面温度
を第２の放射温度計１７２ａで測定してその温度測定結
果を制御装置１７０に入力する。 （ｃｃ）制御装置１７０は、スート１３０の堆積面の第
１地点の最高温度を上述した温度範囲以下に維持しつ
つ、第１地点の表面温度（放射温度計１７２の測定値）
と第２地点と表面温度（第２放射温度計１７２ａの測定
値）との温度差が所定の範囲以内に維持されるように、
下記の処理を行う。

【００６９】（イ）バーナ火炎の大きなバーナを選定す
る（出発母材の径に対して火炎の大きさが２〜１０倍大
きくする）。 （ロ）スピンドル機構１０５を駆動制御してバーナ１０
１に対する出発母材１２０のトラバース速度（または、
トラバース速度と回転速度とを制御し）を制御し、 （ハ）それぞれのガス流量制御器を制御して、燃焼ガス
供給装置１４１、原料ガス供給装置１４２からバーナ１
０１に供給されるそれぞれのガスの流量を適切に調整
し、 （ニ）好ましくは、バーナ１０１とスート１３０との距
離を適正化する。

【００７０】なお、第１地点の温度と第２地点の温度の
差は極力小さいほうが好ましいことは勿論である。その
ような温度差としては、たとえば、０〜９０°である。
工程（イ）、（ハ）、（ニ）はバーナ火炎の大きさを適
正化（大きくする）し、均一化する。工程（ロ）はスー
ト表面の火炎のあたり方を調整して均一化する効果を利
用している。この様に、種々の出発母材の径やスート径
に対して一度条件が決まると、その条件を制御装置１７
０のメモリに記憶しておけば、そのつど温度制御をする
必要はなくなる。

【００７１】以上のように本願発明者の研究によれば、
上述したセグメント層１４の適正なバーナを選定し合成
条件を適切に行えば、ＯＶＤ装置１００を用いてセグメ
ント層１４を合成するときのドーパント、たとえば、四
塩化ゲルマニウム(GeCl₄) の消費量が少なくてすみ、脈
理が少なく、非破壊で屈折率を測定可能な屈折率プロフ
ァイルを持つ中間光ファイバ母材１を製造できることが
判った。本発明の好ましいことは、図２に例示した基本
的に既存のＯＶＤ装置１００を活用して上記合成条件で
合成することにより上述した目的に則した中間光ファイ
バ母材が製造できることである。

【００７２】スート密度 本発明者の実験によれば、出発母材１２０に堆積するス
ートの密度を０．１〜０．４ｇ／ｃｍ³ の範囲とする
と、上述した目的を達成するセグメント層１４を合成で
きることが判った。好ましくは、スート密度を０．１５
〜０．３ｇ／ｃｍ ³ にすると、脈理を低減でき、非破壊
で屈折率分布を測定できた。

【００７３】なお、図１（Ｃ）に図解した屈折率プロフ
ァイルを持つ光ファイバ母材１の製造のための従来のス
ート密度は、たとえば、特開平１−１４５３４６号公報
によると、０．２〜０．８ｇ／ｃｍ³ 以上と示されてい
る。このように本発明の実施の形態によればスート密度
が従来例より比較的小さい方である。ただし、スート密
度を下げただけでは屈折率の変動（脈理）が小さくなら
ない。そのためには、上述したように、スート堆積面の
温度を管理することが重要である。その理由は、GeCl₄
が火炎内で粒子化する割合が少なく、気体のGeO の状態
でいるために、スート表面でも反応すると思われる。ス
ート表面で反応するGeO はスート表面温度に依存するの
で、スート表面温度によりGeO₂の分布が発生するためと
考えられる。又、平均的なスート密度が同じでも本発明
では表面温度が従来よりも低いために、バーナの火炎で
局所的に堆積するスート密度を均一化できるために、Ge
O₂の局所的な均一性も大幅に改善したと考えている。

【００７４】本実施の形態のようにスート密度を低密度
とすること、および、適切に温度管理することで、スー
ト合成時の堆積面でのＧｅＯ₂ のシリカ（ガラス）粒子
への取り込みを適正化できるために、効率的にスートに
ＧｅＯ₂ をドープでき、ＧｅＯ₂ の収率を向上できる。
たとえば、従来の２〜１０倍改善できた。さらに上述し
たように、堆積面の温度を管理することで、均一なスー
ト密度と、局所的にも均一なＧｅＯ₂ のドーピングが行
えるので、屈折率の変動（脈理）が小さくなる。非破壊
で屈折率を測定する場合、母材の外周よりレーザ光を入
射させて、そのレーザ光を断面内を移動させて、母材を
透過してきたレーザ光の屈折角を測定するが、脈理が強
いと母材中で脈理の強い所で光が異常に屈折、散乱して
しまい、正しく屈折角が測定できなくなり、従来は正し
い屈折率が測定出来なかったが、本発明では、脈理が小
さく出来たので、非破壊で屈折率が正しく測定出来る様
になった。さらに本実施の形態では、ガラス化時にスー
ト密度が低いために局所的にドーパント密度が高い所の
ドーパントがガラス化工程で、シリカ中に拡散するため
に、屈折率の変動（脈理）を小さくできる効果があると
考えている。

【００７５】スート密度の調整は上述したように、制御
装置１７０によって放射温度計１７２、１７２ａで測定
したスート１３０の堆積面の温度が所定範囲になるよう
に各種ガス流量制御器を制御して燃焼ガス供給装置１４
１、原料ガス供給装置１４２からバーナ１０１に供給さ
れる各種ガスの量を制御し、制御装置１７０によってス
ート１３０のトラバース速度（またはトラバース速度お
よび回転数）を制御する。スート１３０の径は合成によ
って太くなり、バーナ１０１とスート１３０との距離が
縮まるから、制御装置１７０でバーナ移動手段を制御し
てバーナ１０１と堆積スート１３０との距離を一定に維
持することが望ましい。

【００７６】バーナ１０１とスート１３０との距離を調
整することで高温バーナまたは低温バーナに対応でき
る。しかしバーナ１０１の位置は最適な位置があり調整
量が少ないのが一般的である。ここでいう高温バーナ、
低温バーナは火炎の温度と大きさに対して言っており、
一般に高温バーナの方が大量の原料を粒子化できるバー
ナである。

【００７７】上述したように、スート密度を低くするこ
とに加えてスート堆積面の温度分布を上述した範囲とす
ることで、屈折率の変動（脈理）を小さくすることが判
った。その結果、より高濃度なＧｅＯ₂ をドープしても
屈折率の変動（脈理）を小さくすることができ、非破壊
方式で屈折率の測定が可能になった。また、火炎の温度
はガラス原料（ＳｉＣｌ₄ ）の量に依存するので、スー
ト密度を所定の範囲（０．１〜０．４ｇ／ｃｍ³ ）と
し、かつスート合成速度を０．４〜２．５ｇ／分とする
ことでも、上記同様の効果を得ることができることが実
験的に判った。これは、あまり大量の原料を投入すると
脈理が大きくなるのは、火炎内でガラスやドーパント原
料が反応しきれずにスート表面に到達し、スート表面の
温度の異なる所で反応し堆積が起こるために、ドーパン
トが不均一にドープされるためと考えられる。又、合成
速度が遅いと生産性が低下してしまい、実用的でなくな
る。

【００７８】第１実験例 下記に本発明の第１実施の形態の実験例と、比較例とを
下記表１を参照して述べる。この実験例は、上述したよ
うに、本実施の形態におけるスートの密度を、たとえ
ば、０．１〜０．３ｇ／ｃｍ³ にする条件の１例であ
る。

【００７９】

【表１】 本発明 従来 出発母材径 φ１２ｍｍ φ１２ｍｍ 原料供給率 ＳｉＣｌ₄ １７ｇ／分 ３０ｇ／分 ＧｅＣｌ₄ ０．２ｇ／分 ５ｇ／分 回転数 ３００ＲＰＭ ２００ＲＰＭ トラバース速度 ７００ｍｍ／分 ６００ｍｍ／分 最高堆積面温度 ５５０°Ｃ ６５０°Ｃ 平均合成速度 ０．７〜２ｇ／分 ４〜１０ｇ／分 比屈折率差 ０．２５〜０．３５％ ０．２５〜０．３５％

【００８０】本実験例のようにスート密度を低くする
と、従来方法に比較して原料を多く供給できず合成速度
は低くなるが、粒子合成温度と堆積面の温度を適正化す
ることで、ＧｅＣｌ₄ の反応効率が向上するので、Ｇｅ
Ｏ₂ の収率を改善できる。なお、原料供給量はもちろん
使用するバーナにより異なる。本実験例では、従来方法
に比較すると、スート１３０の合成時間は長くなるが、
ＶＡＤ法に比較すると、依然として格段に合成時間は速
いので、合成時間、すなわち、生産性に関して、ＶＡＤ
法を適用するより利益がある。

【００８１】このようにして合成したスートをガラス化
して非破壊の屈折率測定をしたところ、非破壊で屈折率
分布の測定が可能であり、屈折率の分布も均一で屈折率
の変動が小さかった。したがって、歩留りの高い光ファ
イバ母材が製造できることが判った。屈折率分布の測定
ができなかった時は、歩留が２０％以下であったが、５
０％以上に向上できた。

【００８２】第１実施の形態の変形態様 上記スート密度はドーパントとして四塩化ゲルマニウム
(GeCl₄) を用いてスートにＧｅＯ₂ をドープするスート
の部分、すなわち、本実施の形態ではセグメント層１４
部分についてだけの制限であり、ドーパントをドープし
ない部分には本発明を適用する必要はない。すなわち、
上述したように、本実施の形態を適用すると従来方法よ
りスート１３０の合成時間は長くなると述べたが、スー
ト１３０の合成時間が延びるだけであり、光ファイバ母
材を構成するその他の部分の合成時間は従来と同様であ
る。

【００８３】たとえば、図１（Ａ）に図解したように、
センタ・コア１１、ディプレスト層１３およびセグメン
ト層１４からなる光ファイバ母材１に加えて、セグメン
ト層１４の外周に石英ガラス微粒子のみからなる屈折率
ｎ₀ のクラッド１５の一部又は全てを、上記セグメント
層１４のスート合成に引き続いて、シリカスートとして
堆積する場合には、クラッド１５部分のスート密度は従
来の通り、高くてもかまわない。この場合、好ましく
は、クラッド１５のためのシリカ堆積初期は、４〜２０
回の母材のトラバースで、ＧｅＯ₂ をドーパントとする
セグメント層１４とほぼ同じ密度とする方が良い。これ
はシリカ堆積によってすでに堆積したドーパント（Ｇｅ
Ｏ₂ ）層が影響される（密度が変わる）屈折率の変動が
大きくなるからである。

【００８４】以上述べたように、本発明の第１実施の形
態によれば、スート密度を低密度とし、スート堆積面の
最高温度、３００〜６００°Ｃ（好ましくは、４５０〜
５８０°Ｃ）の範囲に管理することで、スート合成時の
堆積面でのＧｅＯ₂ のシリカ粒子への取り込みを適正化
できるので効率的にＧｅＯ₂ をドープでき、結果として
ＧｅＯ₂ の収率を向上できた。

【００８５】また、スート内の屈折率の変動（脈理）を
小さくでき、また、スート密度が低いためにガラス化工
程での屈折率変動（脈理）がドーパントの拡散や揮散に
より小さくできた。その結果、非破壊方式で屈折率を測
定できたものと考えている。

【００８６】さらに、スート１３０の最高温度地点（第
１地点）から円周に沿って、たとえば、９０°離れた第
２位置の表面温度を所定の温度差、たとえば、０〜９０
°Ｃ以内に維持するようにスート堆積面の温度分布を所
定の範囲にすることで、屈折率の変動を一層改善でき
る。このように、第１実施の形態によれば、より高濃度
なＧｅＯ₂ のドープが可能となる。すなわち、バーナ火
炎によるスートの堆積面でのＧｅＯ₂ のドープがより均
一に出来るために脈理が低減するので、屈折率分布の測
定が可能となり、ＧｅＯ₂ のドープ濃度を高くすること
が可能になる。

【００８７】スート合成速度 さらに、単位時間に出発母材に堆積するスート量（ｇ／
分）、すなわち、合成速度と、スート密度とを所定の範
囲とすることで、ＧｅＯ₂ の収率を改善でき、また屈折
率の変動を小さくできた。これにより、非破壊で屈折率
分布の測定が可能となる。その理由は、バーナ火炎内に
供給する原料を適正化したために、火炎内での原料の反
応効率が向上し、原料が効率良く粒子化できる。これに
よりドーパントとしての四塩化ゲルマニウム(GeCl₄) が
有効に粒子化出来るからである。特に、ＧｅＯ₂ の収率
が高くできる燃焼ガスおよびガラス原料（ＳｉＣｌ₄ ）
条件とすることで、ＧｅＯ₂ が火炎内で効率良く合成で
きる。しかも堆積面での温度が適切な範囲に出来るので
（スート密度は堆積面での火炎の温度と滞在時間（回転
・トラバース速度）で決まる）ＧｅＯ₂ の堆積面でのド
ーピングが比較的均一に行える。

【００８８】スート合成速度は出発母材の外径に依存す
るが、出発母材径が１０ｍｍ〜２５ｍｍ程度とすると、
０．５〜２．５ｇ／ｃｍ³ が好ましい。スート合成速度
が０．５ｇ／ｃｍ³ 以下の場合、スート合成の生産性が
低すぎる。逆に、スート合成速度が２．５ｇ／ｃｍ³ を
越えると、ガラス原料が充分反応しなかったり、スート
堆積面の温度が上がりすぎて温度むらが起きたり、屈折
率の局所的な変動が起きたり、ＧｅＯ₂ の収率が低下し
た。

【００８９】本発明の発明者の行った実験によれば、上
述した合成速度以上の速い合成速度では、屈折率分布の
変動が小さくならず、種々のガス条件、トラバース速度
（最大１０００ｍｍ／分）、母材の回転速度（最大６０
０ｒｐｍ）、スート堆積面温度（６５０〜８００°Ｃ）
では脈理が大きく非破壊での屈折率の測定が正しく行え
なかった。

【００９０】第２実施の形態 本発明の第２実施の形態では、図１（Ａ）に図解した光
ファイバ母材１のセグメント層１４およびクラッド１５
を、図４に図解したバーナ駆動型のＯＶＤ装置１００Ａ
を用いて合成する例について述べる。

【００９１】出発母材１２０の合成方法およびガラス化
装置５４における透明ガラス化処理方法は、第１実施の
形態と同じである。

【００９２】図４に図解したバーナ駆動型のＯＶＤ装置
１００Ａの構成を述べる。ＯＶＤ装置１００Ａは、反応
容器１０２、反応容器１０２内において出発母材製造装
置５２によって合成されたセンタ・コア１１とディプレ
スト層１３とからなる出発母材１２０を支持部材１２１
を介して把持するチャック１０６と、チャック１０６を
介して出発母材１２０を回転させるスピンドル機構１０
５と、スピンドル機構１０５を回転させるモータ１０７
とを有する。

【００９３】ＯＶＤ装置１００Ａは、反応容器１０２と
は別のバーナ収容部１０３と、バーナ収容部１０３内に
収容されたバーナ１０１と、バーナ１０１と係合しバー
ナ１０１を出発母材１２０の長手方向に沿って往復移動
させる駆動ネジ１８１と、駆動ネジ１８１を回転させる
モータ１８２とからなるバーナ駆動系１８０を有する。

【００９４】ＯＶＤ装置１００Ａには、バーナ収容部１
０３に隣接してバーナ１０１に流れるエアーの流れを整
流する整流ボックス１９０と、整流ボックス１９０と対
向する反応容器１０２に側壁に設けられたリデューサ部
１９２と、リデューサ部１９２に接続され図示しないス
クラバに排気ガスを排出する排気管部１９４とを有す
る。

【００９５】ＯＶＤ装置１００Ａには、図２に図解した
ＯＶＤ装置１００と同様、バーナ１０１に燃焼ガスを供
給する燃焼ガス供給装置１４１、原料ガスを供給する原
料ガス供給装置１４２、ドーパントを供給するドーパン
ト供給装置１４３、これらのガスの流量を独立に制御す
る図示しない複数のガス流量制御器、および、図２の制
御装置１７０に対応する制御装置１７０Ａを有する。

【００９６】第２実施の形態においても、光ファイバ母
材から光ファイバを製造する方法は第１実施の形態と同
じである。さらに、図３を参照して述べた光ファイバ母
材１のセグメント層１４部分の製造も基本的に第１実施
の形態と同様である。

【００９７】第２実施の形態においても、図示しない出
発母材製造装置において、ＶＡＤ法でセンタ・コア１１
部分のコア母材を四塩化ゲルマニウム(GeCl₄) をドープ
して合成し、ガラス化装置で脱水し焼結してコア母材と
し、電気炉で延伸して所定の長さと径にする。次いで、
センタ・コア１１の上にディプレスト層１３部分のシリ
カスートを堆積し、ガラス化装置で脱水し、その後、ガ
ラス化装置においてフッ素雰囲気でフッ素をドープし、
さらに焼結して出発母材１２０を製造する。

【００９８】このように製造された出発母材１２０をバ
ーナ駆動型のＯＶＤ装置１００Ａの反応容器１０２内に
導入してチャック１０６で把持する。把持した状態で、
制御装置１７０Ａが左右のモータ１０７の同期をとりつ
つ回転制御してスピンドル機構１０５を回転させて反応
容器１０２内の出発母材１２０を回転させる。同時に制
御装置１７０Ａは、モータ１８２を回転させて駆動ネジ
１８１を回転させ、駆動ネジ１８１の回転に応じてバー
ナ１０１を出発母材１２０の長手方向に沿って往復移動
（トラバース）させる。このトラバース動作中に、バー
ナ１０１からドーパントを含む火炎１１０が出発母材１
２０に吹きつけられると、センタ・コア１１およびディ
プレスト層１３からなる出発母材１２０の上に、セグメ
ント層１４部分のスートが堆積されていく。

【００９９】セグメント層１４のスート合成に際して、
第１実施の形態と同様、制御装置１７０Ａは、複数のガ
ス流量制御器を制御して燃焼ガス供給装置１４１、原料
ガス供給装置１４２、ドーパント供給装置１４３からバ
ーナ１０１に供給されるガスの流量を制御して第１実施
の形態と同様にスート密度制御を行いながら、セグメン
ト層１４部分のスートの合成を行う。スート密度制御に
関しては、あらかじめ決定しておいたトラバース回数に
対応したバーナ条件（燃焼ガス、原料ガス、ドーパント
流量）と、トラバース速度や、出発母材の回転数を制御
手段１７０Ａに記憶させておき、制御手段１７０Ａが記
憶した情報を参照してスート合成を行うこともできる。
なお、バーナ条件を変える場合や、スートの成長に伴い
スート堆積状態が大きく変化する可能性があるので、制
御手段１７０Ａでスート密度を制御する場合、トラバー
ス速度や出発母材の回転速度を調整することが望まし
い。

【０１００】スート１３０の合成に寄与しなかった火炎
はリデューサ部１９２および排気管部１９４を介してス
クラバに排出される。すなわち、バーナ１０１が移動す
るために、排気部がリデューサ部１９２と排気管部１９
４に分割されている。リデューサ部１９２で各位置のバ
ーナ１０１からの火炎１１０の排気を中心に集めてい
る。

【０１０１】スート合成の具体例を述べる。第２実施の
形態においては、堆積スート（セグメント層部分）１３
０のスート密度を０．１〜０．４ｇ／ｃｍ³ とし、合成
速度を０．４〜２．５ｇ／分以下とした。好ましくは、
スート密度を０．１５〜０．３ｇ／ｃｍ³ とし、合成速
度は０．８〜２．０ｇ／分とした。

【０１０２】上述したように、スート密度は低すぎる
と、たとえば、０．１ｇ／ｃｍ³ 未満になると、スート
にクラックがかなりの確率で入った。またスート密度が
高すぎると、たとえば、０．４ｇ／ｃｍ³ 以上になる
と、屈折率の変動が大きくなった。クラックについて
は、バーナのトラバースの両端近傍に補助バーナを設
け、スートの両端部を加熱し焼きしめること（密度を高
める）により、より低密度まで合成できた。しかし、ス
ートが太くなると合成後に割れることがあり、上記密度
範囲が好ましい。

【０１０３】スート合成速度が遅すぎると、たとえば、
０．４ｇ／分未満になると、スート（セグメント層部
分）１３０の合成の生産性が落ちる。逆に合成速度が速
すぎると、たとえば、３．０ｇ／分以上になると、原料
が完全に反応しなかったり、スート１３０の堆積面の温
度が上がりすぎてスート表面の温度ムラが大きくなり、
屈折率の揺らぎを大きくすると共に、スートに対するＧ
ｅＯ₂ の収率が低下する。これは、合成速度を上げるた
めには多くのガラス原料が必要となるが、この原料を反
応させるためには高温の火炎としなければならない。そ
のために四塩化ゲルマニウムが粒子化せずに収率が低下
し、また、スート表面の温度が高くなるとともに温度分
布ができ、スート表面でのＧｅＯ₂ のスートへの取り込
まれる状態がスートの各位置で変化してしまい、脈理を
発生させるものと思われる。したがって、スート合成速
度を０．４〜２．５ｇ／分の範囲にした。

【０１０４】下記表２に第２実施の形態の実験値とし
て、ノズルバーナを用いて上記スート密度０．１〜０．
３ｇ／ｃｍ³ を満足する合成条件の１例を示す。

【０１０５】

【表２】 本発明 従来 出発母材径 φ１６ｍｍ φ１６ｍｍ 原料供給率 ＳｉＣｌ₄ １５ｇ／分 ３５ｇ／分 ＧｅＣｌ₄ ０．２ｇ／分 ５ｇ／分 母材回転数 ３００ＲＰＭ ２００ＲＰＭ トラバース速度 １０００ｍｍ／分 ６００ｍｍ／分 合成速度 １．６ｇ／分 平均３．０ｇ／分

【０１０６】ここで言う合成速度は、トラバース２００
回後のスート重量を合成時間で割った平均合成速度であ
る。このような合成条件で堆積スート１３０を合成した
結果、シリカに対してほぼ同一の屈折率差を得ることが
できた（比屈折率差で０．３％）。また合成したスート
をガラス化して非破壊の屈折率測定をしたところ、測定
が可能であった。換言すれば、屈折率の局所的な変動も
小さくなったためと推定される。

【０１０７】本実験値によれば、ＧｅＯ₂ の収率は従来
製法よりも５〜１０倍に改善できた。但し、合成速度は
低下した。なお、従来は非破壊の屈折率測定が不可能で
あったが、本発明では可能となった。

【０１０８】このように本発明の第２実施の形態も第１
実施の形態と同様の効果を奏することができた。第２実
施の形態もバーナ駆動型のＯＶＤ装置１００Ａという既
存の設備を用いて、制御装置１７０Ａで適切にスート合
成条件に制御することで、上述した光ファイバ母材１を
合成できるという利点がある。

【０１０９】第２実施の形態の変形態様 第２実施の形態についても、図１（Ａ）に図解した光フ
ァイバ母材１を製造できる。すなわち、上述したスート
密度の管理をセグメント層１４の製造についてのみ行
い、セグメント層１４の上にクラッド１５を製造する条
件および方法は、従来の条件および方法で行うことがで
きる。

【０１１０】このように、本発明はドーパントをドープ
する工程にのみ関係しており、その過程においてドーパ
ントの収率を向上させ、屈折率の局所的な変動（脈理）
を小さくできるという効果を奏する。

【０１１１】その他の変形態様 本発明は図１（Ａ）〜（Ｃ）に図解した屈折率プロファ
イルを持つ光ファイバ母材１の製造に限らず、その他の
種々の光ファイバ母材、たとえば、図５（Ａ）、（Ｂ）
に図解した屈折率プロファイルを持つ光ファイバ母材２
の合成にも適用できる。図５（Ａ）に図解したＭ型の屈
折率プロファイルを持つ光ファイバ母材２は、センタ・
コア２１、第２コア２３、第３コア２５、クラッド２７
からなり、その屈折率は、図５（Ｂ）に図解したよう
に、クラッド２７の屈折率をｎ₀ とすると、センタ・コ
ア２１の屈折率はｎ₀ より比屈折率差Δ₂₁だけ低く、第
２コア２３の屈折率はｎ₀ より比屈折率差Δ₂₃だけ高
く、第３コア２５の屈折率はｎ₀ より比屈折率差Δ₂₅だ
け高い。

【０１１２】出発母材１２０としてセンタ・コア２１を
図示しない出発母材製造装置で製造し、第２コア２３、
第３コア２５およびクラッド２７を上述した、図２のＯ
ＶＤ装置１００または、図４のバーナ駆動型のＯＶＤ装
置１００Ａで製造することができる。この場合も、クラ
ッド２７より屈折率が高い第２コア２３、第３コア２５
の製造部分に第１実施の形態および第２実施の形態にお
いて上述したスート密度制御とスート堆積面の温度分布
制御を行うことにより、ドーパントの収率が高く、屈折
率分布が均一な光ファイバ母材２が製造できる。

【０１１３】変形態様 上述した実施の形態では、クラッドの屈折率より屈折率
を高めるドーパントとして四塩化ゲルマニウム(GeCl₄)
を使用した場合を例示したが、本発明の実施の形態に際
して、クラッドの屈折率より屈折率を高めるドーパント
はＧｅＣｌ₄ には限定されず、その他の種々のドーパン
トを用いても上記同様の効果を奏することができる。特
に、本発明においてはドーパントの酸化物が気化しやす
いドーパント、たとえば、B₂0₃やP₂0₅等を用いた場合、
有効である。

【０１１４】

【発明の効果】本発明によれば、ドーパントをドープす
る過程においてスート密度が所定の範囲で、かつ、スー
ト表面の温度が所定の範囲になるように、スート合成を
することにより、ドーパントの収率を向上させ、かつ、
屈折率の局所的な変動（脈理）が少ない光ファイバ母材
を製造でき、非破壊による屈折率測定が可能となった。

【０１１５】上述のごとく脈理が少ない光ファイバ母材
の製造は光ファイバ母材の歩留りか高くなることを意味
しており、本発明によれば、光ファイバ母材を低価格で
製造できる。

【０１１６】さらに、脈理が少ない光ファイバ母材を用
いて光ファイバを製造すると、伝送損失が小さく、偏波
モード分散が少ないなどの伝送性能の良好な光ファイバ
となることも期待できる。

【０１１７】本発明の光ファイバ母材の製造は既存のＯ
ＶＤ装置を用いることができ、光ファイバ母材の合成方
法を最適化することで達成されるから、本発明の実施に
は製造整備の大幅な改良、整備の増加など価格高騰に至
る問題か起きない。したがって、容易に本発明を実施で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は本発明の実施の形態で製造される
光ファイバ母材の断面図であり、図１（Ｂ）は出発母材
の断面図であり、図１（Ｃ）は図１（Ａ）に図示した光
ファイバ母材の屈折率プロファイルを図示した図であ
る。

【図２】図２は本発明の第１実施の形態としてのＯＶＤ
装置の構成図である。

【図３】図３は図２に図示したＯＶＤ装置を用いて図１
（Ａ）に図示したセグメント層な合成する工程を示した
工程図である。

【図４】図４は本発明の第２実施の形態としてのＯＶＤ
装置の構成図である。

【図５】図５（Ａ）は本発明の実施の形態で製造される
さらに他の光ファイバ母材の断面図であり、図５（Ｂ）
は図５（Ａ）に図示した光ファイバ母材の屈折率プロフ
ァイルを図示した図である。

【符号の説明】 １、１Ａ・・光ファイバ母材 １１・・センタ・コア、１３・・ディプレスト層 １４・・セグメント層、１５・・クラッド ２・・光ファイバ母材 ２１・・センタ・コア、２３・・第２コア ２５・・第３コア、２７・・クラッド、２９・・樹脂被
覆層 １００・・ＯＶＤ装置 １０１・・バーナ、１０２・・反応容器、１０３・・バ
ーナ収容部 １０４・・排気部、１０５・・スピンドル機構、１０６
・・チャック、１０７・・モータ、１１０・・火炎 １２０・・出発母材、１３０・・スート １４１・・燃焼ガス供給装置、１４２・・原料ガス供給
装置 １４３・・ドーパント供給装置、１７０、１７０Ａ・・
制御装置 １７２，１７０ａ・・放射温度計（非接触式光温度セン
サ） １７４・・外径測定器（レーザ式測距装置） １８０・・バーナ駆動系 １８１・・駆動ネジ、１８２・・モータ １９０・・整流ボックス、１９２・・リデューサ部 １９４・・排気管部

フロントページの続き (72)発明者 井上 克徳 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4G021 EA03 EB01 EB11 EB26

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外付法（ＯＶＤ法）でセンタコア部分を含
   む出発母材に、少なくともクラッドの屈折率より屈折率
   を高めるドーパントを含むガラス微粒子を堆積させて屈
   折率を変化させる部分のスート母材を合成して光ファイ
   バ母材を製造する光ファイバ母材の製造方法において、 前記屈折率を高める部分のスートを合成する時、スート
   密度が０．１〜０．４ｇ／ｃｍ³ の範囲で、かつ、前記
   スートの堆積面の最高温度を３００〜６００°Ｃに制御
   して前記スートの合成を行う、 光ファイバ母材の製造方法。
2. 【請求項２】前記スートを合成するときのスート密度を
   ０．１〜０．４ｇ／ｃｍ³ の範囲に維持し、前記スート
   の堆積面の最高温度を３００〜６００°Ｃに維持し、合
   成速度を０．５〜２．５ｇ／分の範囲で、前記スートの
   合成を行う、 請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法。
3. 【請求項３】スートの堆積面の最高温度を前記最高温度
   範囲以下に制御し、かつ、堆積されたスートの最高温度
   位置から円周方向にほぼ９０度の離れた位置の温度と最
   高温度との差を０〜９０°Ｃの範囲に維持して、前記ス
   ート母材を合成する、 請求項１または２記載の光ファイバ母材の製造方法。
4. 【請求項４】前記光ファイバ母材は、センタコア、ディ
   プレスト層、セグメント層およびクラッドを有し、 前記クラッドの屈折率より屈折率が高いセンタコアおよ
   び前記クラッドの屈折率より屈折率が低いディプレスト
   層を出発母材として事前に合成し、該出発母材の上に前
   記クラッドの屈折率が高いセグメント層をドーパントと
   して四塩化ゲルマニウム(GeCl₄) を用いてＯＶＤ法にて
   合成する、 請求項１〜３いずれか記載の光ファイバ母材の製造方
   法。
5. 【請求項５】前記光ファイバ母材は、センタコア、ある
   いは少なくとも１つのコア部、およびクラッドを有し、 前記クラッドの屈折率より屈折率が低い部分を含むセン
   タコア部を出発母材として事前に合成し、該出発母材の
   上に前記クラッドの屈折率より高いコア部をドーパント
   として四塩化ゲルマニウム(GeCl₄) を用いてＯＶＤ法で
   合成する、 請求項１〜３いずれか記載の光ファイバ母材の製造方
   法。
6. 【請求項６】反応容器と、 前記反応容器内に収容されたバーナと、 前記反応容器内に収容された出発母材の外周にスートを
   合成するように前記出発母材と前記バーナとを相対移動
   させる移動手段と、 前記バーナに燃焼ガスを供給する燃焼ガス供給手段と、 前記バーナにスート合成の原料原料ガスを供給する原料
   ガス供給手段と、 前記バーナにドーパントを供給するドーパント供給手段
   と、 前記燃焼ガス供給源から前記バーナに供給される燃焼ガ
   スの流量を制御する第１のガス流量制御手段と、 前記原料ガス供給源から前記バーナに供給される原料ガ
   スの流量を制御する第２のガス流量制御手段と、 前記ドーパント供給源から前記バーナに供給されるドー
   パントの流量を制御する第３のガス流量制御手段と、 前記移動手段、前記第１〜第３のガス量制御器を制御す
   る制御手段と、 スートの堆積面の温度を測定する温度測定手段と、 を有し、 前記制御手段は、 前記バーナで形成される火炎によって前記出発母材の長
   手方向および径方向にスートが合成されるように、前記
   バーナと前記出発母材を相対的に移動させ、かつ前記出
   発母材を回転させ、 前記出発母材の上に合成するクラッドの屈折率より高い
   屈折率のスートを合成する時、スート密度が０．１〜
   ０．４ｇ／ｃｍ³ の範囲で、かつ、前記温度測定手段の
   測定値を監視して前記スートの堆積面の最高温度を３０
   ０〜６００°Ｃの範囲になるように、前記第１〜第３の
   ガス量制御手段を制御して前記原料ガスの供給量、前記
   燃焼ガスの供給量、前記ドーパントの供給量、前記出発
   母材の回転速度、出発母材と前記バーナとの相対的なト
   ラバース速度のいずれか、または、これらを組み合せて
   制御する、 光ファイバ母材の製造装置。
7. 【請求項７】前記制御手段は、前記スートを合成すると
   きのスート密度を０．１〜０．４ｇ／ｃｍ³ の範囲に維
   持し、前記スートの堆積面の最高温度を３００〜６００
   °Ｃに維持し、合成速度を０．５〜２．５ｇ／分の範囲
   で、前記スートの合成を行う、 請求項６記載の光ファイバ母材の製造装置。
8. 【請求項８】前記堆積されたスートの前記最高温度位置
   から円周方向にほぼ９０度の離れた位置の温度を測定す
   る第２の温度測定手段をさらに有し、 前記制御手段は、前記温度測定手段および前記第２の温
   度測定手段の測定値を監視し、前記第２の温度測定手段
   による測定温度が前記温度測定手段による測定温度との
   差を０〜９０°Ｃ以内に維持されるように、前記第１〜
   第３のガス量制御手段を制御して前記原料ガスの供給
   量、前記燃焼ガスの供給量、前記ドーパントの供給量、
   前記出発母材の回転速度、出発母材と前記バーナとの相
   対的なトラバース速度のいずれかを制御する、 請求項６または７記載の光ファイバ母材の製造装置。
9. 【請求項９】前記光ファイバ母材は、センタコア、ディ
   プレスト層、セグメント層およびクラッドを有し、 前記制御手段は、前記クラッドの屈折率より屈折率が高
   いセンタコアおよび前記クラッドの屈折率より屈折率が
   低いディプレスト層を持つ出発母材として事前に合成
   し、該出発母材の上に前記クラッドの屈折率が高いセグ
   メント層を、ドーパントとして四塩化ゲルマニウム(GeC
   l₄) を用いてＯＶＤ法にて合成する、 請求項６〜８いずれか記載の光ファイバ母材の製造装
   置。
10. 【請求項１０】前記光ファイバ母材は、センタコア、あ
    るいは少なくとも１つのコア部、およびクラッドを有
    し、 前記制御手段は、前記クラッドの屈折率より屈折率が低
    いセンタコアを持つ出発母材を事前に合成し、該出発母
    材の上に前記クラッドの屈折率より高いコア部をドーパ
    ントとして四塩化ゲルマニウム(GeCl₄) を用いてＯＶＤ
    法にて合成する、 請求項６〜８いずれか記載の光ファイバ母材の製造装
    置。
11. 【請求項１１】前記制御手段は、前記出発母材の上に合
    成するクラッドの屈折率より高い屈折率のスートを合成
    する合成条件やクラッド部のスートの合成等の全ての合
    成条件を事前に記憶しており、その記憶した条件に従っ
    て前記スートの合成を制御する、 請求項６〜９いずれか記載の光ファイバ母材の製造装
    置。