JP3952734B2 - 光ファイバの製造方法 - Google Patents
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を伝送する光ファイバ、光ファイバ母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを用いた光の伝送において、光ファイバ内でのレイリー散乱によって生じるレイリー散乱損失や、光ファイバ内のガラス構造に起因する構造不整損失などの伝送損失が問題となる。
【０００３】
これに対し、低伝送損失の光ファイバとして、特開昭６０−２５５６４６号公報に、石英（ＳｉＯ2）系のコア領域に屈折率を下げる添加物であるフッ素（Ｆ）が添加された光ファイバが記載されている。Ｆ添加ＳｉＯ2ガラスは、純ＳｉＯ2ガラスやＧｅ添加ＳｉＯ2ガラスに比べてレイリー散乱係数が小さい。したがって、光が伝送される光ファイバのコア領域をＦ添加ＳｉＯ2ガラスとすることで、伝送損失を低減することができる。
【０００４】
また、文献「坂口、電子情報通信学会論文誌 2000/1 Vol.J83-C No.1, pp.30-36」に、線引後の光ファイバの徐冷によって、光ファイバでのレイリー散乱損失を低減することが記載されている。すなわち、ガラス内でのレイリー散乱強度は材料によって一定に定まるものではなく、ガラス内での原子の配列状態の乱雑さを示す仮想的な温度である仮想温度Ｔｆ（Fictive Temperature）に依存する。具体的には、ガラス内の仮想温度Ｔｆが高く（乱雑さが大きく）なると、レイリー散乱強度は増大する。
【０００５】
これに対して、光ファイバ母材を加熱線引するときに、線引炉の後段に加熱炉を設置しておき、線引後の光ファイバが加熱炉を通過するときに所定の温度範囲内となるように加熱する。これによって、加熱炉を用いた加熱で線引後の光ファイバの急激な冷却が防止され、光ファイバが徐冷される。このとき、原子の再配列によるガラスの構造緩和によって、光ファイバ内の仮想温度Ｔｆが低下して、光ファイバ内でのレイリー散乱強度が抑制される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなレイリー散乱損失の低減効果が得られる製造方法を用いた場合でも、光ファイバ母材の線引時における張力制御の条件や、光ファイバ母材でのコア領域及びクラッド領域の構成などにより、コアへの応力集中によって構造不整損失が増大するなど、全体としての伝送損失が必ずしも低減されないことを本願発明者は見出した。
【０００７】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、線引時の張力制御が容易化されて伝送損失を低減することが可能な光ファイバ、光ファイバ母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による第１の光ファイバは、屈折率を下げるフッ素が添加されたコア領域と、コア領域の外周に設けられ、コア領域よりも大きい添加量でフッ素が添加された１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域と、を備え、１層または複数層のクラッド層のうちで最も外側に位置する最外クラッド層は、その外周を含む外縁部内において、層内でのフッ素の最小添加量となる所定の添加量までフッ素の添加量が順次減少していくように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
上記した光ファイバにおいては、コア領域にＦ（フッ素）を添加している。このように、光ファイバのコア領域をＦ添加ＳｉＯ2ガラスとすることにより、光ファイバ内でのレイリー散乱損失が小さくなり、伝送損失が低減される。また、Ｆ添加ＳｉＯ2からなるコア領域では、純ＳｉＯ2に比べて粘性が小さくなるので、光ファイバ内に加わる応力のコアへの集中が抑制される。また、この粘性の低下によって、コア領域内での粘性流動による構造緩和が促進される。
【００１０】
さらに、Ｆ（フッ素）が添加されて形成されたクラッド層のうち、最外クラッド層内でのＦの添加量分布について、最外クラッド層の外縁部（外周及びその近傍部分）内で、内側から外側に向かってＦの添加量が徐々に減少していくように最外クラッド層を構成している。このとき、Ｆの添加量が少ない最外クラッド層の外縁部において、その粘性が大きくなるので、光ファイバ内に加わる応力がこの最外クラッド層の外縁部に分散されて、コアへの応力集中がさらに抑制される。また、この応力分散によって、光ファイバの線引時に許容される好適な張力値範囲についても、広い数値範囲とすることができる。
【００１１】
これにより、本発明による光ファイバは、光ファイバ内に加わる応力がコア領域及びクラッド領域へと好適に分散されて、線引時における張力制御が容易化される構成の光ファイバとなる。同時に、コアへの過度の応力集中などによって生じる伝送損失の増大や伝送特性の劣化が防止されるとともに、粘性流動による構造緩和が促進されて、全長にわたって安定した伝送特性を有する光ファイバが実現される。
【００１２】
なお、上記したクラッド領域内でのＦの添加量分布については、Ｆの添加量を減少させる領域が最外クラッド層の外縁部であるため、コア領域内及びその近傍のクラッド領域内を伝送される光の伝送特性には影響を与えることがない。したがって、光ファイバの伝送特性等を好適に保持しつつ、張力制御の容易化、あるいはそれによる伝送損失の低減を達成することができる。
【００１３】
また、クラッド領域は、コア領域の外周に設けられた内クラッド層と、内クラッド層の外周に設けられて最外クラッド層となる外クラッド層との２層のクラッド層からなるとともに、外クラッド層でのフッ素の平均添加量が、内クラッド層でのフッ素の平均添加量よりも小さいことを特徴とする。
【００１４】
上記した光ファイバは、伝送される光をコア領域及びその近傍へと効率的に閉じ込めるための、Ｆの添加量が大きい（比屈折率差が小さい）内クラッド層と、伝送特性を調整する効果やコアへの応力集中を低減する効果などを有する、Ｆの添加量が小さい（比屈折率差が大きい）外クラッド層との２層構造からなるクラッド領域を備える。このような構成からなる光ファイバにおいても、最外クラッド層となる外クラッド層の外縁部でＦの添加量を減少させることによって、１層構造のクラッド領域を備える光ファイバなどと同様に、光ファイバの張力制御を容易化することが可能である。
【００１５】
また、外クラッド層は、その内周近傍でのフッ素の添加量が層内でのフッ素の最大添加量よりも少ないことを特徴としても良い。上記した２層構造のクラッド領域の場合、外クラッド層（最外クラッド層）の形成時に、その内周近傍でＦの添加量がやや減少する場合がある。このような添加量分布となった場合においても、上記した光ファイバの構成を適用することによって、外縁部への応力分散を実現することができる。
【００１６】
また、最外クラッド層は、各部における比屈折率差を純ＳｉＯ2での屈折率を基準として％で表して定義したときに、最小添加量でフッ素が添加された外縁部内の部位での最大比屈折率差Δｎaが、最大添加量でフッ素が添加された外縁部より内側の部位での最小比屈折率差Δｎbに対して、条件
Δｎa≧Δｎb＋０．０５％
を満たすことを特徴とする。
【００１７】
このように、最外クラッド層の外縁部での、Ｆの添加量を減少させる減少量を比屈折率差で０．０５％以上とすることによって、この外縁部への応力分散の効果を充分に向上することができる。また、このＦの添加量の減少量については、比屈折率差で０．１％以上とすることがさらに好ましい。
【００１８】
また、最外クラッド層は、外縁部内において、外縁部内の外周側の所定範囲で、フッ素の添加量が最小添加量で略一定となるように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
このように、外縁部内の外側部分となる外周近傍に、Ｆの添加量が最小添加量でほぼ一定となる領域を設けることによって、その領域内での粘性を大きくして、外縁部への応力分散をさらに効率的に実現することが可能となる。
【００２０】
また、コア領域は、各部における比屈折率差を純ＳｉＯ2での屈折率を基準として％で表して定義したときに、その平均比屈折率差Δｎ0が、条件
Δｎ0＞−０．３％
を満たすことが好ましい。このように、コア領域へのＦの添加量を一定範囲内とすることによって、コア領域及びクラッド領域にともにＦが添加された上記構成の光ファイバを好適かつ容易に製造することができる。
【００２１】
また、コア領域は、屈折率を上げる添加物がさらに添加されていることを特徴としても良い。これにより、コア領域の屈折率を好適な値に調整することができる。
【００２２】
また、コア領域での粘度が、最外クラッド層の外縁部での粘度よりも小さいことを特徴としても良い。これにより、光ファイバ内に加わる応力を充分に最外クラッド層の外縁部へと分散させることができる。ただし、コア領域での粘度が、最外クラッド層の外縁部での粘度と同程度またはそれよりも大きい場合でも、上記したように最外クラッド層の外縁部への応力分散の効果が得られる。
【００２３】
また、本発明による第２の光ファイバは、屈折率を下げるフッ素が添加されたコア領域と、コア領域の外周に設けられ、コア領域よりも大きい添加量でフッ素が添加されたクラッド層を含む１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域と、を備え、クラッド領域は、コア領域の外周に設けられた内クラッド層と、内クラッド層の外周に設けられて１層または複数層のクラッド層のうちで最も外側に位置する最外クラッド層となる外クラッド層との２層のクラッド層からなり、外クラッド層でのフッ素の平均添加量が、内クラッド層でのフッ素の平均添加量よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【００２４】
上記した光ファイバにおいては、コア領域にＦ（フッ素）を添加している。このように、光ファイバのコア領域をＦ添加ＳｉＯ2ガラスとすることにより、光ファイバ内でのレイリー散乱損失が小さくなり、伝送損失が低減される。また、Ｆ添加ＳｉＯ2からなるコア領域では、純ＳｉＯ2に比べて粘性が小さくなるので、光ファイバ内に加わる応力のコアへの集中が抑制される。また、この粘性の低下によって、コア領域内での粘性流動による構造緩和が促進される。
【００２５】
さらに、Ｆ（フッ素）が添加されて形成された２層のクラッド層のうち、最外クラッド層となる外クラッド層内でのＦの添加量について、内クラッド層でのＦの添加量よりも小さい添加量となるようにクラッド領域を構成している。このとき、Ｆの添加量が少ない外クラッド層において、その粘性が大きくなるので、光ファイバ内に加わる応力がこの外クラッド層に分散されて、コアへの応力集中がさらに抑制される。また、この応力分散によって、光ファイバの線引時に許容される好適な張力値範囲についても、広い数値範囲とすることができる。
【００２６】
これにより、本発明による光ファイバは、光ファイバ内に加わる応力がコア領域及びクラッド領域へと好適に分散されて、線引時における張力制御が容易化される構成の光ファイバとなる。同時に、コアへの過度の応力集中などによって生じる伝送損失の増大や伝送特性の劣化が防止されるとともに、粘性流動による構造緩和が促進されて、全長にわたって安定した伝送特性を有する光ファイバが実現される。
【００２７】
このような２層のクラッド層を有する場合、外クラッド層は、純ＳｉＯ2からなることが好ましい。これにより、光ファイバ内に加わる応力をクラッド領域へと充分に分散することができる。
【００２８】
また、本発明による光ファイバの製造方法は、（１）屈折率が純ＳｉＯ２の屈折率以下となるようにフッ素が添加されたコア領域を少なくとも含むコア母材の外周上にガラス微粒子を堆積させて、コア領域の外周に設けられるクラッド領域が有する１層または複数層のクラッド層のうちで、最も外側に位置する最外クラッド層となるガラス微粒子層を合成する合成工程と、（２）合成されたガラス微粒子層を加熱脱水する脱水工程と、フッ素を所定濃度で含むガス雰囲気中で、ガラス微粒子層にフッ素を含浸させて添加する含浸工程と、（３）脱水されたガラス微粒子層を加熱焼結して最外クラッド層とし、コア領域と、１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域と、を備える光ファイバ母材を形成する焼結工程とを備え、（４）焼結工程において、加熱焼結時のガス雰囲気に含まれるフッ素の濃度を、含浸時の所定濃度よりも低い濃度として、ガラス微粒子層の外周を含む外縁部から、添加されているフッ素の一部を除去することにより、コア領域と、コア領域よりも屈折率が低くなるようにフッ素が添加された１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域とを備え、最外クラッド層が、その外周を含む外縁部内において、層内でのフッ素の最小添加量となる所定の添加量までフッ素の添加量が順次減少していくように構成されている光ファイバ母材を作製するとともに、光ファイバ母材を加熱線引するときに、線引炉で線引された光ファイバを、線引炉の後段に設けられた加熱炉によって所定の温度範囲内の温度であるように加熱することを特徴とする。
【００２９】
このような光ファイバ母材の製造方法を用いて得られた光ファイバ母材を線引することにより、コア領域にＦが添加され、また、クラッド領域のクラッド層のうちで最も外側の最外クラッド層の外縁部内において、層内でのＦの最小添加量となる所定の添加量までＦの添加量が順次減少していくように、Ｆが添加及び除去された光ファイバを得ることができる。
【００３０】
具体的には、脱水工程と、焼結工程との間に、フッ素を所定濃度で含むガス雰囲気中で、ガラス微粒子層にフッ素を含浸させて添加する含浸工程をさらに備え、焼結工程において、加熱焼結時のガス雰囲気に含まれるフッ素の濃度を、含浸時の所定濃度よりも低い濃度として、ガラス微粒子層の外縁部から、添加されているフッ素の一部を除去する方法がある。
【００３１】
あるいは、本発明による光ファイバの製造方法は、（１）屈折率が純ＳｉＯ２の屈折率以下となるようにフッ素が添加されたコア領域を少なくとも含むコア母材の外周上にガラス微粒子を堆積させて、コア領域の外周に設けられるクラッド領域が有する１層または複数層のクラッド層のうちで、最も外側に位置する最外クラッド層となるガラス微粒子層を合成する合成工程と、（２）合成されたガラス微粒子層を加熱脱水する脱水工程と、（３）脱水されたガラス微粒子層を加熱焼結して最外クラッド層とし、コア領域と、１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域と、を備える光ファイバ母材を形成する焼結工程とを備え、（４）合成工程において、フッ素を含む原料ガスを用いてガラス微粒子層にフッ素を添加するとともに、その外周を含む外縁部内においてフッ素の添加量が順次減少していくように、フッ素を含む原料ガスを調整してガラス微粒子層の合成を行うことにより、コア領域と、コア領域よりも屈折率が低くなるようにフッ素が添加された１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域とを備え、最外クラッド層が、その外周を含む外縁部内において、層内でのフッ素の最小添加量となる所定の添加量までフッ素の添加量が順次減少していくように構成されている光ファイバ母材を作製するとともに、光ファイバ母材を加熱線引するときに、線引炉で線引された光ファイバを、線引炉の後段に設けられた加熱炉によって所定の温度範囲内の温度であるように加熱することを特徴とする。
【００３２】
このような光ファイバ母材の製造方法を用いて得られた光ファイバ母材を線引することによっても、同様に、コア領域にＦが添加され、また、最外クラッド層の外縁部内において、層内でのＦの最小添加量となる所定の添加量までＦの添加量が順次減少していくように、Ｆが添加された光ファイバを得ることができる。
【００３３】
この場合、合成工程において、フッ素の代わりに塩素を含む原料ガスを用いてガラス微粒子層に塩素を添加した後、添加された塩素をフッ素に置換する方法とすることも可能である。
【００３４】
また、本発明による光ファイバ母材の製造方法は、屈折率を下げるフッ素が添加されたコア領域の外周に設けられ、コア領域よりも大きい添加量でフッ素が添加された内クラッド層に対し、内クラッド層の外周上に、コア領域の外周に設けられるクラッド領域が有する１層または複数層のクラッド層のうちで、最も外側に位置する最外クラッド層となる外クラッド層を、内クラッド層でのフッ素の平均添加量よりも小さい平均添加量でフッ素を添加またはフッ素を無添加として形成して、コア領域と、内クラッド層及び外クラッド層の２層のクラッド層からなるクラッド領域とを備える光ファイバ母材を作製することを特徴とする。
【００３５】
このような光ファイバ母材の製造方法を用いて得られた光ファイバ母材を線引することにより、コア領域にＦが添加され、また、２層のクラッド層のうち、外クラッド層でのＦの添加量が内クラッド層での添加量よりも小さい光ファイバを得ることができる。
【００３６】
また、本発明による第１の光ファイバの製造方法は、屈折率を下げるフッ素が添加されたコア領域と、コア領域の外周に設けられ、コア領域よりも大きい添加量でフッ素が添加された１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域と、を備え、１層または複数層のクラッド層のうちで最も外側に位置する最外クラッド層が、その外周を含む外縁部内において、層内でのフッ素の最小添加量となる所定の添加量までフッ素の添加量が順次減少していくように構成されている光ファイバ母材を作製するとともに、光ファイバ母材を加熱線引するときに、線引炉で線引された光ファイバを、線引炉の後段に設けられた加熱炉によって所定の温度範囲内の温度であるように加熱することを特徴とする。
【００３７】
本発明による第２の光ファイバの製造方法は、屈折率を下げるフッ素が添加されたコア領域と、コア領域の外周に設けられ、コア領域よりも大きい添加量でフッ素が添加されたクラッド層を含む１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域と、を備え、クラッド領域が、コア領域の外周に設けられた内クラッド層と、内クラッド層の外周に設けられて１層または複数層のクラッド層のうちで最も外側に位置する最外クラッド層となる外クラッド層との２層のクラッド層からなり、外クラッド層でのフッ素の平均添加量が、内クラッド層でのフッ素の平均添加量よりも小さくなるように構成されている光ファイバ母材を作製するとともに、光ファイバ母材を加熱線引するときに、線引炉で線引された光ファイバを、線引炉の後段に設けられた加熱炉によって所定の温度範囲内の温度であるように加熱することを特徴とする。
【００３８】
このように、光ファイバ母材を加熱線引するときに、線引炉の後段に設けられた加熱炉を用いて光ファイバの徐冷を行うことによって、上記した構造による応力集中の抑制及び伝送損失の低減に加えて、光ファイバ内の仮想温度Ｔｆを構造緩和によって低くして、レイリー散乱損失をさらに低減することができる。
【００３９】
なお、上記した光ファイバの製造方法において、線引炉の後段に設けられる加熱炉については、線引された光ファイバを樹脂によって被覆する樹脂被覆部がある場合には、線引炉及び樹脂被覆部の間に設けられていることが好ましい。
【００４０】
また、加熱炉は、線引された光ファイバを、光ファイバの温度が８００〜１５００℃の範囲内の温度であるように０．０５〜５秒間加熱することが好ましい。
【００４１】
このような温度範囲及び加熱時間とすることによって、線引後の光ファイバの徐冷による仮想温度Ｔｆの低減を好適に実現することができる。また、これらの温度範囲などの条件については、線引速度などに応じて、適宜好適な条件を設定することが好ましい。
【００４２】
また、光ファイバ母材を加熱線引するときに、０．０５〜０．２０Ｎの範囲内の張力で光ファイバ母材の線引を行うことを特徴とする。
【００４３】
最外クラッド層の外縁部に応力が分散される光ファイバ母材（光ファイバ）の構成とするとともに、線引時の張力が０．０５〜０．２０Ｎの好適な張力値範囲内に保持されるように張力制御を行うことによって、全長にわたって低伝送損失で好適な伝送特性を有する光ファイバが得られる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による光ファイバ、光ファイバ母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００４５】
ここで、以下において、各部における屈折率の値を示す比屈折率差は、純ＳｉＯ2（純石英）での屈折率を基準（比屈折率差＝０）とし、純ＳｉＯ2からの屈折率差を％で表して定義するものとする。また、各領域、各層におけるＦ（フッ素）の平均添加量または平均比屈折率差については、それぞれ、その領域内（層内）で、Ｆの添加量または比屈折率差を面積によって重み付けして平均した値によって定義する。
【００４６】
まず、光ファイバの構成について説明する。図１は、本発明による光ファイバの第１の実施形態について、その断面構造、及びファイバ径方向（図中の線Ｌで示された方向）の屈折率プロファイルを模式的に示す図である。なお、図１に示した屈折率プロファイル（比屈折率差分布）の横軸は、スケールは異なるが、図中の断面構造に示された線Ｌに沿った、光ファイバの中心軸に対して垂直な断面上の各位置に対応している。
【００４７】
この光ファイバは、ＳｉＯ2ガラス（石英ガラス）系の光ファイバであり、光ファイバの中心軸を含むコア領域１００と、コア領域１００の外周に設けられたクラッド領域２００とを有して構成されている。このような構成において、光ファイバ内を伝送される光は、コア領域１００内、及びクラッド領域２００の内周側でコア領域１００近傍の部位内を伝送される。
【００４８】
コア領域１００は、その外周の半径をｒ0として形成されている。このコア領域１００には、純ＳｉＯ2ガラスに屈折率を下げる添加物としてＦ（フッ素）が所定量添加されている。これにより、コア領域１００内の平均比屈折率差は、Δｎ0（ただし、Δｎ0＜０）となっている。
【００４９】
一方、クラッド領域２００は、本実施形態においては、単一のクラッド層２０１を有して構成されている。クラッド層２０１は、その外周の半径をｒ1として形成されている。このクラッド層２０１には、純ＳｉＯ2ガラスにＦ（フッ素）が所定量添加されている。これにより、クラッド層２０１内の平均比屈折率差は、Δｎ1（ただし、Δｎ1＜０）となっている。また、クラッド層２０１でのＦの平均添加量は、コア領域１００でのＦの平均添加量よりも大きくされている。したがって、それぞれの平均比屈折率差Δｎ0、Δｎ1は、図１に示したように、０＞Δｎ0＞Δｎ1の関係を有している。
【００５０】
また、このクラッド層２０１は、本実施形態の構成において、クラッド領域２００内で最も外側に位置する最外クラッド層となっている。そして、その外周（半径ｒ1の部位）を含む領域であって、半径ｒa（ただし、ｒ0＜ｒa＜ｒ1）から半径ｒ1までの領域範囲を外縁部２０５として、この外縁部２０５内において、Ｆの添加量及び比屈折率差が所定の分布となるように構成されている。
【００５１】
すなわち、最外クラッド層であるクラッド層２０１のうち、外縁部２０５より内側となる半径ｒ0からｒaまでの領域範囲では、クラッド層内でのＦの最大添加量となる略一定の添加量でＦが添加されている。これにより、外縁部２０５の内側部分は、その比屈折率差が、層内でのＦの最小比屈折率差（Ｆの最大添加量に相当し、絶対値は最大）となるΔｎbとされている。
【００５２】
一方、外縁部２０５では、上記したＦの最大添加量から、層内でのＦの最小添加量となる所定の添加量まで、内側から外側へ向かって添加量が順次減少していくようにＦが添加されている。これにより、外縁部２０５は、その比屈折率差が、上記した最小比屈折率差Δｎbから、層内での最大比屈折率差（Ｆの最小添加量に相当し、絶対値は最小）となるΔｎaまで、内側から外側へ向かって変化していくように構成されている。
【００５３】
本実施形態の光ファイバにおいては、上述したように、コア領域１００にＦを添加している。このように、光ファイバのコア領域１００をＦ添加ＳｉＯ2ガラスとすることにより、光ファイバ内でのレイリー散乱損失が小さくなり、伝送損失が低減される。
【００５４】
また、コア領域の粘性がクラッド領域よりも大きいと、光ファイバ母材の線引時に、光ファイバ内に発生する応力がコアに集中し、伝送損失が増大する原因となる。これに対して、Ｆ添加ＳｉＯ2からなるコア領域１００では、純ＳｉＯ2に比べて粘性が小さくなるので、光ファイバ内に加わる応力のコアへの集中が抑制される。また、この粘性の低下によって、コア領域内での粘性流動による構造緩和が促進される。
【００５５】
さらに、クラッド領域２００の最外クラッド層となるクラッド層２０１内でのＦの添加量分布について、図１に示すように、その外縁部２０５でＦの添加量が徐々に減少していくように、クラッド層２０１を構成している。
【００５６】
本光ファイバのコア領域１００は、Ｆ添加ＳｉＯ2からなる。このコア領域１００では、Ｆの添加によって上述のように粘性が小さくされているものの、その添加量などから、クラッド領域２００に比べればコア領域１００が大きい粘性を有する構成となっている。したがって、その外周に設けられるクラッド層２０１を、ほぼ一定の添加量でＦが添加された通常の構成とすると、コアへの過度の応力集中を生じる場合がある。
【００５７】
これに対して、上記のようにクラッド層２０１の外縁部２０５においてＦの添加量を減少させることによって、外縁部２０５の粘性が大きくなり、応力がこの外縁部２０５へと分散して、コアへの応力集中がさらに抑制される。すなわち、コア領域１００へのＦの添加による効果と、クラッド層２０１の外縁部２０５におけるＦの添加量分布による効果とを合わせることによって、光ファイバ内に加わる応力がコア領域１００及びクラッド領域２００へと好適に分散されて、コアへの応力集中が抑制される。
【００５８】
これにより、光ファイバの線引時において許容される好適な張力値範囲がより広い数値範囲となり、線引時の張力制御が容易化される。また、コアへの過度の応力集中や、不充分な張力制御などによって生じる伝送損失の増大や伝送特性の劣化が防止されるとともに、コア領域内でのガラスの粘性流動による構造緩和が促進される。以上より、全長にわたって好適かつ安定した伝送特性を有する光ファイバが実現される。
【００５９】
ここで、コア領域１００へのＦの添加量については、コア領域１００の平均比屈折率差Δｎ0が、条件
Δｎ0＞−０．３％
を満たすことが好ましい。これは、コア領域１００へのＦの添加量を、Δｎ0＝−０．３％となる添加量よりも小さくすることに相当する。
【００６０】
このように、コア領域１００へのＦの添加量を一定範囲内とすることによって、コア領域１００及びクラッド領域２００にともにＦが添加された上記構成の光ファイバを好適かつ容易に製造することができる。また、クラッド領域２００へのＦの添加量については、クラッド領域２００の平均比屈折率差Δｎ1が、条件
Δｎ1＞−０．６％
を満たすことが好ましい。
【００６１】
また、このコア領域１００には、屈折率を上げる添加物をさらに添加しても良い。これにより、コア領域１００の屈折率を好適な値に調整することができる。屈折率を上げる添加物としては、例えば、Ｇｅ（ゲルマニウム）やＣｌ（塩素）などがある。また、コア領域１００内の屈折率分布については、コア領域１００内で略一定の屈折率分布としても良いし、あるいは、グレーデッド型などの屈折率分布であっても良い。
【００６２】
また、上記のようにコア領域１００に対してＦとともにＧｅ、Ｃｌなどを共添加した場合には、クラッド領域２００へのＦの添加量について、クラッド領域２００の平均比屈折率差Δｎ1が、条件
Δｎ1＞−０．５％
をさらに満たすことが好ましい。
【００６３】
また、外縁部２０５より内側の部位での最小比屈折率差Δｎbと、外縁部２０５の外周近傍での最大比屈折率差Δｎaとについて、比屈折率差ΔｎaがΔｎbよりも０．０５％以上高くされている（Δｎa≧Δｎb＋０．０５％）ことが好ましい。あるいはさらに、０．１％以上高くされている（Δｎa≧Δｎb＋０．１％）ことが好ましい。
【００６４】
このように、クラッド層２０１の外縁部２０５での、Ｆの添加量を減少させる減少量を比屈折率差で０．０５％以上、あるいはさらに０．１％以上とすることによって、外縁部２０５の外周近傍での粘性をコア領域１００の粘性と同等程度とすることが可能となるなど、外縁部２０５への応力分散の効果を充分に向上することができる。この場合、例えば、外縁部２０５の外周近傍でのＦの添加量をほぼ０まで減少させて、Δｎa〜０としても良い。
【００６５】
あるいはさらに、コア領域１００での粘度が、最外クラッド層であるクラッド層２０１の外縁部２０５での粘度よりも小さい構成としても良い。これにより、光ファイバ内に加わる応力を充分にクラッド層２０１の外縁部２０５へと分散させることができる。
【００６６】
このような構成は、最外クラッド層の外縁部でのＦの添加量を、コア領域へのＦの添加量よりも小さい添加量まで減少させて、Δｎa＞Δｎ0とすることに相当する。ただし、コア領域での粘度が、最外クラッドの外縁部での粘度と同程度またはそれよりも大きい構成としても良い。このような場合でも、最外クラッド層の外縁部でＦの添加量を減少させる上記構成により、最外クラッド層の外縁部への応力分散の効果が得られる。
【００６７】
また、コアへの応力集中の抑制、あるいはそれによる製造時（線引時）の張力制御の容易化などによる伝送損失の低減については、具体的には、レイリー散乱係数Ａが０．７９ｄＢ／ｋｍ・μｍ4以下、または、波長１．００μｍでの伝送損失α1.00が０．８０ｄＢ／ｋｍ以下とすることが好ましい。
【００６８】
レイリー散乱係数Ａ及び伝送損失α1.00は、通常の構成を有する純ＳｉＯ2コアの光ファイバでは、それぞれおよそ０．８５ｄＢ／ｋｍ・μｍ4、０．８６ｄＢ／ｋｍの値（基準値）である。これに対して、本実施形態の光ファイバによれば、レイリー散乱係数Ａまたは伝送損失α1.00を、これらの基準値からそれぞれ約７％低減された上記の数値範囲とすることが可能である。
【００６９】
なお、このようなレイリー散乱係数Ａまたは伝送損失α1.00の低減は、上記した光ファイバの構成、あるいはさらにレイリー散乱損失などによる伝送損失を低減可能な製造方法との組合せなどによって実現される。製造方法による伝送損失の低減については、後述する。
【００７０】
ここで、レイリー散乱係数Ａについて説明しておく。レイリー散乱係数Ａは、光ファイバの伝送損失に含まれるレイリー散乱損失の指標となる量である。光ファイバでの波長λにおける伝送損失αλ（ｄＢ／ｋｍ）は、レイリー散乱損失と、それ以外の構造不整損失などの伝送損失成分により、一般に次式
αλ＝Ａ／λ4＋Ｂ＋Ｃ（λ）
で表される。このうち、第１項Ａ／λ4（ｄＢ／ｋｍ）がレイリー散乱損失を示しており、その係数Ａがレイリー散乱係数（ｄＢ／ｋｍ・μｍ4）である。上式より、レイリー散乱損失はレイリー散乱係数Ａに比例しており、したがって、レイリー散乱損失の低減の指標としてレイリー散乱係数Ａを用いることができる。なお、このレイリー散乱係数Ａについては、上式より、伝送損失の波長依存性のデータ（例えば１／λ4プロットでの傾き）から求めることができる。
【００７１】
また、本発明の光ファイバの伝送損失については、上記した条件では波長１．００μｍでの伝送損失α1.00に対して数値範囲を与えている。これは、１．００μｍでの伝送損失の値が、光伝送に用いられる１．５５μｍ帯などに比べて大きく、１〜１０ｋｍ程度の比較的短い光ファイバサンプルで、充分な精度で評価できるためである。
【００７２】
また、波長１．００μｍでの伝送損失α1.00と、波長１．５５μｍでの伝送損失α1.55とは一定の関係を有して対応しており、伝送損失α1.00が低減されることにより、伝送損失α1.55についても、同様にその低減を確認することができる。具体的には、伝送損失α1.00及びα1.55は、上式よりそれぞれ
α1.00＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ（１．００）
α1.55＝Ａ×０．１７３２５＋Ｂ＋Ｃ（１．５５）
となり、その関係は、
α1.00＝α1.55＋Ａ×０．８２６７５
＋Ｃ（１．００）−Ｃ（１．５５）
となる。
【００７３】
図２は、本発明による光ファイバの第２の実施形態について、その断面構造、及びファイバ径方向の屈折率プロファイルを模式的に示す図である。
【００７４】
この光ファイバは、第１の実施形態と同様に、ＳｉＯ2ガラス（石英ガラス）系の光ファイバであり、光ファイバの中心軸を含むコア領域１００と、コア領域１００の外周に設けられたクラッド領域２００とを有して構成されている。このうち、コア領域１００の構成については、図１に示した光ファイバにおけるコア領域１００とほぼ同様である。
【００７５】
一方、クラッド領域２００は、本実施形態においては、コア領域１００の外周に設けられた内クラッド層２０１と、内クラッド層２０１の外周にさらに設けられた外クラッド層２０２との２層のクラッド層を有して構成されている。
【００７６】
内クラッド層２０１は、その外周の半径をｒ1として形成されている。この内クラッド層２０１には、純ＳｉＯ2ガラスに屈折率を下げる添加物としてＦ（フッ素）が所定量添加されている。これにより、内クラッド層２０１内の平均比屈折率差は、Δｎ1（ただし、Δｎ1＜０）となっている。
【００７７】
また、外クラッド層２０２は、その外周の半径をｒ2として形成されている。この外クラッド層２０２には、純ＳｉＯ2ガラスにＦ（フッ素）が所定量添加されている。これにより、外クラッド層２０２内の平均比屈折率差は、Δｎ2（ただし、Δｎ2＜０）となっている。ただし、外クラッド層２０２でのＦの平均添加量は、内クラッド層２０１でのＦの平均添加量よりも小さくされている。また、内クラッド層２０１及び外クラッド層２０２でのＦの平均添加量は、それぞれコア領域１００でのＦの平均添加量よりも大きくされている。したがって、コア領域１００、内クラッド層２０１、及び外クラッド層２０２の平均比屈折率差Δｎ0、Δｎ1、Δｎ2は、図２に示したように、０＞Δｎ0＞Δｎ2＞Δｎ1の関係を有している。
【００７８】
また、この外クラッド層２０２は、本実施形態の構成において、クラッド領域２００内で最も外側に位置する最外クラッド層となっている。そして、その外周を含む領域であって、半径ｒa（ただし、ｒ1＜ｒa＜ｒ2）から半径ｒ2までの領域範囲を外縁部２０５として、外縁部２０５内において、Ｆの添加量及び比屈折率差が所定の分布となるように構成されている。
【００７９】
すなわち、最外クラッド層である外クラッド層２０２のうち、外縁部２０５より内側となる半径ｒ1からｒaまでの領域範囲では、層内でのＦの最大添加量となる略一定の添加量でＦが添加されている。これにより、外縁部２０５の内側部分は、その比屈折率差が、層内での最小比屈折率差となるΔｎbとされている。
【００８０】
一方、外縁部２０５では、上記したＦの最大添加量から、層内でのＦの最小添加量となる所定の添加量まで、内側から外側へ向かって添加量が順次減少していくようにＦが添加されている。これにより、外縁部２０５は、その比屈折率差が、上記した最小比屈折率差Δｎbから、層内での最大比屈折率差となるΔｎaまで、内側から外側へ向かって変化していくように構成されている。
【００８１】
本実施形態の光ファイバにおいても、第１の実施形態と同様に、コア領域１００にＦが添加され、また、クラッド領域２００の最外クラッド層となる外クラッド層２０２内の外縁部２０５で、Ｆの添加量が徐々に減少するＦの添加量分布となっている。したがって、コア領域１００の粘性が小さくなるとともに、外縁部２０５の粘性が大きくなるので、光ファイバ内に加わる応力がコア領域１００及びクラッド領域２００へと好適に分散されて、コアへの応力集中が抑制される。
【００８２】
これにより、光ファイバの線引時において許容される好適な張力値範囲がより広い数値範囲となり、線引時の張力制御が容易化される。また、コアへの過度の応力集中や、不充分な張力制御などによって生じる伝送損失の増大や伝送特性の劣化が防止されるとともに、コア領域内でのガラスの粘性流動による構造緩和が促進される。以上より、全長にわたって好適かつ安定した伝送特性を有する光ファイバが実現される。
【００８３】
また、本実施形態の光ファイバは、第１の実施形態の光ファイバでのクラッド領域２００が単一のクラッド層２０１から構成されているのに対して、Ｆの添加量が大きい（比屈折率差が小さい）内クラッド層２０１と、Ｆの添加量が小さい（比屈折率差が大きい）外クラッド層２０２との２層のクラッド層を有してクラッド領域２００が構成されている。
【００８４】
このような２層構造のクラッド領域２００によれば、コア領域１００の外周に位置する内クラッド層２０１によって、伝送される光をコア領域１００及びその近傍へと効率的に閉じ込めることができる。また、外クラッド層２０２は、光ファイバの伝送特性を調整する効果、及びコアへの応力集中を低減する効果などを有する。そして、この外クラッド層２０２及びその内部での外縁部２０５の構成によって、コア領域１００への応力集中を確実に抑制することができる。
【００８５】
次に、光ファイバ母材及び光ファイバの製造方法について説明する。図３は、上記した構成を有する光ファイバ母材及び光ファイバが得られる光ファイバの製造方法の例を、光ファイバ母材の製造方法を含めて概略的に示すフローチャートである。
【００８６】
図３に示した製造方法においては、第１及び第２の実施形態の光ファイバにおいてその構成例を示したように、コア領域にＦが添加されるとともに、最外クラッド層の外縁部内において、最外クラッド層内でのＦの最小添加量となる所定の添加量までＦの添加量が順次減少（比屈折率差が順次増大）していく構成を有する光ファイバ母材を作製する（ステップＳ１００：ステップＳ１０１〜Ｓ１０６を含む）。そして、得られた光ファイバ母材を加熱線引して（Ｓ１０７）、図１及び図２に示したような構成を有する光ファイバを得る（Ｓ１０８）。
【００８７】
最初に、光ファイバ母材の作製（Ｓ１００）について説明する。まず、所定の添加量でＦが添加されたコア領域を少なくとも含むコア母材を作製する（Ｓ１０１）。コア母材としては、通常のコア母材を用いることができ、例えば、コア領域、あるいはさらにクラッド領域の一部が形成された母材を所定の長さに延伸したものを用いることができる。また、コア領域については、例えば、ＦとともにＧｅ、Ｃｌなどの屈折率を上げる添加物が共添加された構成としても良い。
【００８８】
ここで、コア母材（コア延伸体）にクラッド領域の一部を形成する場合には、図１のように１層のクラッド層２０１を有する構成では、その一部をコア母材で形成する方法がある。ただし、この場合、少なくとも外縁部２０５を含む領域範囲はコア母材に含まれないようにする必要がある。また、図２のように２層のクラッド層２０１、２０２を有する構成では、内クラッド層２０１をコア母材で形成する方法がある。なお、コア母材に形成されるクラッド領域の一部については、後述する最外クラッド層と同様に合成、脱水、焼結によって形成しても良いし、あるいは、ロッドインコラプス法を用いても良い。
【００８９】
このようなコア母材に対して、ＶＡＤ法またはＯＶＤ法などの合成方法を用いて、その外周上にガラス微粒子層を合成する（Ｓ１０２、合成工程）。具体的には、所定のガス組成からなる原料ガスが供給されているガラス合成用バーナからの火炎によってガラス微粒子を生成し、コア母材の外周上にこのガラス微粒子を堆積させて、ガラス微粒子層を合成する。このガラス微粒子層は、加熱焼結後に最外クラッド層（あるいは、その外縁部を少なくとも含む最外クラッド層の外側の所定部分）となる層である。
【００９０】
続いて、合成されたガラス微粒子層を加熱脱水し（Ｓ１０３、脱水工程）、さらに、脱水されたガラス微粒子層を加熱焼結して（Ｓ１０５、焼結工程）、ガラス微粒子層から最外クラッド層が形成された光ファイバ母材を作製する（Ｓ１０６）。
【００９１】
なお、必要があれば、脱水工程（Ｓ１０３）と焼結工程（Ｓ１０５）との間の工程において、ガラス微粒子層にＦを含浸させて添加しても良い（Ｓ１０４、含浸工程）。含浸工程においては、焼結炉中の雰囲気を、Ｆを所定濃度で含むガス雰囲気とし、このガス雰囲気中でガラス微粒子層にＦを含浸させて添加する。
【００９２】
このような光ファイバ母材の製造方法において、図１及び図２に示したように、ガラス微粒子層（最外クラッド層）の外縁部で添加量が徐々に減少する構成のＦの添加量分布を得る方法としては、例えば、ガラス微粒子層を加熱焼結する前に、ガラス微粒子層にＦを添加するとともに、その添加後に、ガラス微粒子層の外周を含む外縁部（最外クラッド層の外縁部に相当）から、添加されているＦの一部を除去する方法がある。
【００９３】
具体的には、例えば、コア母材の外周上に、ＳｉＯ2からなるガラス微粒子層をジャケット層として合成（スス付け、合成工程）する。そして、ＳｉＣｌ4雰囲気・１２００℃加熱で脱水（脱水工程）した後、ＳｉＦ4雰囲気・１２００℃加熱でガラス微粒子層にＦを含浸させて添加する（含浸工程）。
【００９４】
続いて、このガラス微粒子層（ガラス微粒子体）を１５００℃加熱で焼結する（焼結工程）が、ここで、加熱焼結時のガス雰囲気からＦ（ＳｉＦ4）を除くか、あるいは含浸時の濃度よりも低い濃度（例えば微量な濃度）としておく。このとき、上記したガス雰囲気と接しているガラス微粒子層（最外クラッド層）の外縁部から、添加されているＦの一部が加熱焼結中に除去されて、外縁部においてＦの添加量が徐々に減少する構成の添加量分布が形成される。
【００９５】
このように、Ｆを添加した後に外縁部のＦの一部を除去する方法によれば、上記した例のように加熱焼結時にＦの除去を行うことができるなど、新たな工程を追加せずに、外縁部においてＦの添加量が徐々に減少する添加量分布を得ることができる。したがって、製造コストを高くすることなく、上述した構成の光ファイバを得ることができる。
【００９６】
なお、このような方法は、Ｆの添加方法によらず、例えばＦの含浸を行わずにガラス微粒子層の合成時にＦを添加した場合にも、同様に適用することが可能である。また、Ｆの除去については、焼結工程で行う方法に限らず、脱水工程、含浸工程、及び焼結工程のそれぞれでの設定温度やガス組成、ガス流量、処理時間などの組合せを利用して、様々な方法でＦの除去を実現することができる。また、それらの諸条件の設定によって、Ｆの除去量や添加量分布の減少の傾き等についても調整することができる。
【００９７】
また、上記のように、脱水工程と焼結工程との間の工程においてガラス微粒子層にＦを含浸させる場合、Ｆの添加量は経験的にＳｉＦ4ガスの流量の１／４乗に比例する。したがって、例えば、比屈折率差Δｎで−０．３％のＦの添加量を２倍の−０．６％にするには、約１６倍の流量でＳｉＦ4ガスを供給する必要がある。この場合、光ファイバの製造コストが高くなり、製造に必要なガス供給系や排ガス処理系などの設備も大型化する。また、ＳｉＦ4ガスの流量を増大していくと、ガラス微粒子層へのＦの添加量がある程度で飽和するような場合も考えられる。
【００９８】
このため、光ファイバのコア領域及びクラッド領域それぞれでのＦの平均添加量及び添加量分布については、このような製造上の条件をも考慮して、好適な添加量に設定することが好ましい。具体的には、例えばコア領域へのＦの添加量については、上述したように、条件
Δｎ0＞−０．３％
を満たす添加量でＦを添加することが好ましい。
【００９９】
また、同様にガラス微粒子層（最外クラッド層）の外縁部で添加量が徐々に減少するＦの添加量分布を得る方法として、Ｆの添加後に除去するのではなく、ガラス微粒子層へのＦの添加時に、添加するＦの添加量を徐々に減少させる方法も可能である。
【０１００】
具体的には、例えば、コア母材の外周上にガラス微粒子層をジャケット層として合成（合成工程）するときに、ガラス合成用バーナにＦを含む原料ガスを供給して、堆積されるガラス微粒子にＦを添加する。このとき、供給される原料ガスに含まれるＦの量を、ガラス微粒子が堆積されるにしたがって減少させていけば、外縁部においてＦの添加量が徐々に減少する構成の添加量分布を形成することができる。
【０１０１】
また、ガラス微粒子層の合成時にＣｌを添加した後、ＣｌをＦに置換することも可能である。この場合には、同様に原料ガスに含まれるＣｌの量を減少させていけば良い。
【０１０２】
次に、作製された光ファイバ母材の加熱線引（図３のステップＳ１０７）について説明する。図４は、本発明による光ファイバの製造方法、及び光ファイバの製造に用いられる線引装置の一実施形態を概略的に示す構成図である。
【０１０３】
図４に示す線引装置１は、石英ガラス系光ファイバを線引するための線引装置であって、線引炉１１、徐冷用の加熱炉２１及び樹脂硬化部３１を有して構成されている。これらの線引炉１１、加熱炉２１及び樹脂硬化部３１は、光ファイバ母材２を線引する方向（図４における上下方向）に、線引炉１１、加熱炉２１、樹脂硬化部３１の順で設置されている。
【０１０４】
まず、母材供給装置（図示していない）に保持された光ファイバ母材２を線引炉１１に供給し、線引炉１１内のヒータ１２で光ファイバ母材２の下端を加熱して軟化させ、光ファイバ３を線引する。線引炉１１の炉心管１３には、不活性ガス供給部１４からの不活性ガス供給通路１５が接続されており、線引炉１１の炉心管１３内が不活性ガス雰囲気となるように構成されている。
【０１０５】
ここで、母材供給装置から供給される光ファイバ母材２については、上述したように、コア領域にＦが添加され、また、最外クラッド層の外縁部内において、最外クラッド層内でのＦの最小添加量となる所定の添加量までＦの添加量が順次減少していく構成に作製されたものを用いている。
【０１０６】
加熱線引された光ファイバ３は炉心管１３内にて、１７００℃程度にまで不活性ガスにより急激に冷却される。その後、光ファイバ３は、炉心管１３の下部から線引炉１１外に出され、線引炉１１と加熱炉２１との間にて空冷される。不活性ガスとしては、例えばＮ2ガスを用いることができ、このＮ2ガスの熱伝導係数λ（Ｔ＝３００Ｋ）は２６ｍＷ／（ｍ・Ｋ）である。また、空気の熱伝導係数λ（Ｔ＝３００Ｋ）は２６ｍＷ／（ｍ・Ｋ）である。
【０１０７】
次に、空冷された光ファイバ３を、線引炉１１の後段であって、線引炉１１と樹脂硬化部３１との間に設けられた徐冷用の加熱炉２１に送る。そして、光ファイバ３の所定区間を所定の温度範囲内の温度であるように加熱して、所定の冷却速度にて徐冷する。加熱炉２１による加熱条件については、加熱炉２１は、線引された光ファイバ３を、光ファイバ３の温度が８００〜１５００℃の範囲内の温度であるように０．０５〜５秒間加熱することが好ましい。
【０１０８】
この加熱炉２１は、その中を光ファイバ３が通る炉心管２３を有する。この炉心管２３は、光ファイバ母材２の線引方向（図４における上下方向）での全長Ｌ２（ｍ）が、
Ｌ２≧Ｖ／８
を満足するように設定するのが好ましい。ここで、Ｖは線引速度（ｍ／ｓ）である。
【０１０９】
また、加熱炉２１は、炉心管２３の位置が、炉心管２３に入る直前の光ファイバ３の温度（入線温度）が１０００〜１８００℃の範囲となる位置に設定されており、線引炉１１に対して、
Ｌ１≦０．２×Ｖ
を満足するように設けられるのが好ましい。ここで、Ｌ１は線引炉１１のヒータ１２の下端から炉心管２３の上端までの距離（ｍ）、Ｖは線引速度（ｍ／ｓ）である。また、加熱炉２１のヒータ２２の温度は、炉中心（光ファイバ３が通る部分）の温度が８００〜１５００℃の範囲内の温度、特に、１２００〜１４００℃の範囲内の温度となるように設定されている。
【０１１０】
上述した加熱炉２１（炉心管２３）の位置及び長さの設定により、徐冷用の加熱炉２１において、加熱線引された光ファイバ３が、その温度が８００〜１５００℃の範囲内の温度であるように加熱される。特に、光ファイバ３の温度が８００〜１５００℃となる部分のうち、光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間、例えば、光ファイバ３の温度が１２００〜１４００℃となる部分（温度差が２００℃となる区間）が１０００℃／秒以下の冷却速度で徐冷されることになる。
【０１１１】
なお、炉中心の温度を８００〜１５００℃の範囲内の温度に設定することにより、加熱線引された光ファイバ３において温度が８００〜１５００℃となる部分のうち、光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間が１０００℃／秒以下の冷却速度で徐冷されることになる。
【０１１２】
加熱炉２１の炉心管２３には、Ｎ2ガス供給部２４からのＮ2ガス供給通路２５が接続されており、加熱炉２１の炉心管２３内がＮ2ガス雰囲気となるように構成されている。Ｎ2ガスを用いる代わりに、空気あるいはＡｒなどの分子量の比較的大きいガス等を用いることも可能である。ただし、カーボンヒータを用いる場合には、不活性ガスを用いる必要がある。
【０１１３】
加熱炉２１を出た光ファイバ３は、外径測定手段としての外径測定器４１により外径がオンライン測定され、その測定値がドラム４２を回転駆動する駆動モータ４３にフィードバックされて外径が一定となるように制御される。外径測定器４１からの出力信号は、制御手段としての制御ユニット４４に送られ、光ファイバ３の外径が予め設定された所定値となるように、ドラム４２（駆動モータ４３）の回転速度を演算により求める。
【０１１４】
制御ユニット４４からは、演算により求めたドラム４２（駆動モータ４３）の回転速度を示す出力信号が駆動モータ用ドライバ（図示していない）に出力され、この駆動モータ用ドライバは制御ユニット４４からの出力信号に基づいて、駆動モータ４３の回転速度を制御する。
【０１１５】
その後、光ファイバ３に、コーティングダイス５１によりＵＶ樹脂５２が塗布される。塗布されたＵＶ樹脂５２は、樹脂硬化部３１のＵＶランプ３２により硬化されて、光ファイバ素線４が形成される。そして、光ファイバ素線４は、ガイドローラ６１を経て、ドラム４２により巻き取られる。ドラム４２は、回転駆動軸４５に支持されており、この回転駆動軸４５の端部は駆動モータ４３に接続されている。
【０１１６】
ここで、本実施形態においては、コーティングダイス５１及び樹脂硬化部３１によって、光ファイバを樹脂によって被覆する樹脂被覆部が構成されている。この樹脂被覆部としては、上記した構成に限らず、熱硬化樹脂を塗布し、加熱炉により硬化させるように構成してもよい。
【０１１７】
なお、線引炉１１の炉心管１３には、上記したように不活性ガス供給部１４からの不活性ガス供給通路１５が接続されており、線引炉１１の炉心管１３内が不活性ガス雰囲気となるように構成されているが、不活性ガス供給部１４としてＮ2ガス供給部を設け、炉心管１３内にＮ2ガスを供給してＮ2ガス雰囲気となるように構成してもよい。
【０１１８】
線引速度が低速、例えば１００ｍ／ｍｉｎの場合には、光ファイバ３がＨｅガス雰囲気では線引炉１１（炉心管１３）内で１０００℃以下まで冷却されてしまうことがあるため、この場合、炉心管１３内をＮ2ガス雰囲気として、線引炉１１（炉心管１３）出口での光ファイバ３の温度を１０００℃以上とすることが好ましい。また、Ｈｅガス供給部とＮ2ガス供給部とを設け、線引速度に対応して、炉心管１３内にＨｅガスまたはＮ2ガスを供給するように構成してもよい。実際には、一旦冷却後の再加熱により８００〜１５００℃としても、構造緩和は可能である。ただし、この場合には、再加熱するのにヒータ長のロスが出ることとなる。
【０１１９】
上記した光ファイバの製造方法においては、光ファイバ母材２として、コア領域にＦが添加されるとともに、最外クラッド層の外縁部においてＦの添加量が順次減少していく構成に作製された光ファイバ母材を用いている。このような構成の光ファイバ母材及び光ファイバによれば、コア領域での粘性の低下と、最外クラッド層の外縁部での粘性の増大とによって、コア領域及びクラッド領域へと応力が分散し、コアへの応力集中が抑制される。
【０１２０】
このとき、線引炉１１での加熱線引に対する張力制御において、好適な光ファイバを得るために許容される張力値範囲が広くなり、張力制御が容易化される。また、線引後に得られる光ファイバについても、その伝送損失や伝送特性の優れた（例えば低伝送損失の）光ファイバとすることが可能となる。
【０１２１】
すなわち、線引時の張力が好適な張力値範囲から逸脱すると、低張力では構造不整損失が増大し、逆に高張力ではレイリー散乱損失が増大するなど、光ファイバの伝送損失が増大する原因となる。これに対して、上記のように張力制御が容易化された製造方法によれば、伝送損失の張力依存性が小さくなるので、張力変化による伝送損失の増大や、伝送損失以外の伝送特性などの劣化が抑制される。また、張力制御に対して高精度が必要とされなくなるので、製造工程が簡単化されるとともに、その製造歩留りも向上される。なお、好適な張力値範囲としては、張力が０．０５〜０．２０Ｎ（５〜２０ｇｗ）の範囲内となるように張力制御を行うことが好ましい。
【０１２２】
なお、最外クラッド層の外縁部におけるＦの添加量分布については、Ｆの添加量を減少させる領域が最外クラッド層の外縁部であるため、コア領域及びその近傍を伝送される光の伝送特性には影響を与えることがない。したがって、光ファイバの伝送特性等を好適に保持しつつ、張力制御の容易化を達成することができる。
【０１２３】
また、図４に示した製造方法及び線引装置１においては、光ファイバ母材２の線引後に、線引炉１１の後段に設けられた徐冷用の加熱炉２１を用いて、光ファイバ３を徐冷することとしている。これにより、光ファイバ内に粘性流動によるガラスの構造緩和を発生させることによって仮想温度Ｔｆを低くして、レイリー散乱損失を低減することができる。
【０１２４】
このように、レイリー散乱損失の低減効果を有する製造方法を適用した場合でも、全体の伝送損失としては、必ずしも伝送損失が低減されない。これは、レイリー散乱損失が低減される一方で、コアへの過度の応力集中によって構造不整損失などの他の伝送損失成分が増大してしまい、全体として伝送損失の低減効果が得られないためと考えられる。また、構造不整損失などの発生を抑制しようとすると、逆にレイリー散乱損失の低減効果を充分に得られないこととなる。
【０１２５】
これに対して、コア領域にＦが添加され、また、最外クラッド層の外縁部でＦの添加量が減少する上記の構成による光ファイバ母材及び光ファイバを適用することにより、レイリー散乱損失を低減（例えば、レイリー散乱係数Ａが０．７９ｄＢ／ｋｍ・μｍ4以下）すると同時に、コアへの応力集中による構造不整損失などの発生をも抑制して、全体として低伝送損失（例えば、波長１．００μｍでの伝送損失α1.00が０．８０ｄＢ／ｋｍ以下）の光ファイバを実現することが可能となる。
【０１２６】
また、コア領域がＦ添加ＳｉＯ2ガラスからなる構成では、Ｆの添加によってコア領域の粘度が大きく低下するので、粘性流動によるガラスの構造緩和が進みやすい（文献「K.Shiraki et al., Electronics Letters, Vol.29 No.14, pp.1263-1264（1993）」参照）。したがって、線引炉１１の後段に設けられた加熱炉２１によって光ファイバを徐冷する製造方法に対して、上記構成を有する光ファイバを適用することによって、構造緩和による仮想温度Ｔｆの低下の効果が促進され、光ファイバでのレイリー散乱損失を効率的に低減することが可能となる。
【０１２７】
また、ガラスの粘度は温度が上昇するとともに低下する。このため、光ファイバを徐冷する上述した製造方法では、コア領域内などでの粘度が粘性流動を発生させるために充分な粘度まで低下するように処理温度を設定して、加熱炉２１による光ファイバの加熱を行う必要がある。
【０１２８】
これに対して、Ｆの添加によってコア領域の粘度を低下させた構成の光ファイバによれば、粘性流動が発生する処理温度が低くなる。したがって、加熱炉２１による光ファイバの加熱温度をより低い温度とすることができるので、加熱炉２１を用いた光ファイバの徐冷が容易化される。また、粘性流動による構造緩和が促進されることによって、徐冷後に得られるガラスの仮想温度Ｔｆも、処理温度とともに低下するので、レイリー散乱損失の低減効果が向上される。
【０１２９】
このような徐冷のための加熱処理の条件については、上述したように、８００〜１５００℃の範囲内の加熱温度、０．０５〜５秒間の範囲内の加熱時間で、加熱炉２１による光ファイバの加熱を行うことが好ましい。このような温度範囲及び加熱時間とすることによって、線引後の光ファイバの徐冷による仮想温度Ｔｆの低減を好適に実現することができる。また、これらの温度範囲などの条件については、線引速度などに応じて、適宜好適な条件を設定することが好ましい。
【０１３０】
コア領域へのＦの添加による粘性流動の促進効果について例をあげると、例えば、比屈折率差Δｎで＋０．６１％の添加量でＧｅを添加するとともに、−０．１８％の添加量でＦを添加したＧｅ、Ｆ添加ＳｉＯ2ガラスに対して、Ｆの添加量を−０．７％まで増やしたＧｅ、Ｆ添加ＳｉＯ2ガラスを考え、両者の粘度を比較する。このとき、Ｆの添加量を増やした後者のガラスでは、前者のガラスよりも同一温度での粘度が低下する。また、ガラス内での粘性流動が一定の粘度となったときに発生するとすれば、上記したように−０．１８％から−０．７％までＦの添加量を増やした場合、粘性流動が発生する処理温度は約１３０℃低くなる。
【０１３１】
このとき、徐冷による構造緩和後のガラスの仮想温度Ｔｆが同様に１３０℃低下すると考えた場合、仮想温度Ｔｆの低下に伴って、光ファイバ内でのレイリー散乱損失は約８％低減される。例えば、波長１．５５μｍにおける伝送損失α1.55が０．１７ｄＢ／ｋｍの光ファイバで、そのうちの０．１４５ｄＢ／ｋｍの損失分がレイリー散乱損失によるものとすると、約０．０１２ｄＢ／ｋｍの伝送損失の低減効果が得られる。すなわち、Ｆの添加量−０．１％あたりで、２．３ｍｄＢ／ｋｍ程度の伝送損失の低減効果が得られる。
【０１３２】
なお、このようにコア領域にＦを添加することにより、レイリー散乱による伝送損失は低下するが、一方でフッ素の濃度ゆらぎが伝送損失に影響する。したがって、これらの影響を合わせると、Ｆの添加量が−０．２％のときに、Ｆを添加しない場合と比べて密度ゆらぎの減少による伝送損失の減少が５ｍｄＢ／ｋｍ程度、濃度ゆらぎの増大による伝送損失の増大が＋２ｍｄＢ／ｋｍ程度で、全体として３ｍｄＢ／ｋｍ程度の伝送損失の低減効果が得られる。
【０１３３】
図５は、本発明による光ファイバの第３の実施形態について、その断面構造、及びファイバ径方向の屈折率プロファイルを模式的に示す図である。
【０１３４】
この光ファイバは、第１の実施形態と同様に、ＳｉＯ2ガラス（石英ガラス）系の光ファイバであり、光ファイバの中心軸を含むコア領域１００と、コア領域１００の外周に設けられたクラッド領域２００とを有して構成されている。このうち、コア領域１００の構成については、図１に示した光ファイバにおけるコア領域１００とほぼ同様である。
【０１３５】
一方、クラッド領域２００は、本実施形態においては、コア領域１００の外周に設けられた内クラッド層２０１と、内クラッド層２０１の外周にさらに設けられた最外クラッド層である外クラッド層２０２との２層のクラッド層を有して構成されている。
【０１３６】
内クラッド層２０１は、その外周の半径をｒ1として形成されている。この内クラッド層２０１には、純ＳｉＯ2ガラスに屈折率を下げる添加物としてＦ（フッ素）が所定量添加されている。これにより、内クラッド層２０１内の平均比屈折率差は、Δｎ1（ただし、Δｎ1＜０）となっている。また、内クラッド層２０１でのＦの平均添加量は、コア領域１００でのＦの平均添加量よりも大きくされている。したがって、コア領域１００及び内クラッド層２０１の平均比屈折率差Δｎ0、Δｎ1は、図５に示したように、０＞Δｎ0＞Δｎ1の関係を有している。
【０１３７】
また、外クラッド層２０２は、その外周の半径をｒ2として形成されている。この外クラッド層２０２には、純ＳｉＯ2ガラスにＦ（フッ素）が所定量添加されている。これにより、外クラッド層２０２内の平均比屈折率差は、Δｎ2（ただし、Δｎ2＜０）となっている。また、外クラッド層２０２でのＦの平均添加量は、内クラッド層２０１でのＦの平均添加量よりも小さくされている。したがって、内クラッド層２０１及び外クラッド層２０２の平均比屈折率差Δｎ1、Δｎ2は、図５に示したように、０＞Δｎ2＞Δｎ1の関係を有している。
【０１３８】
本実施形態の光ファイバにおいては、第１の実施形態と同様に、コア領域１００にＦを添加している。これにより、光ファイバ内でのレイリー散乱損失が小さくなり、伝送損失が低減される。また、Ｆ添加ＳｉＯ2からなるコア領域１００では、純ＳｉＯ2に比べて粘性が小さくなるので、光ファイバ内に加わる応力のコアへの集中が抑制される。また、この粘性の低下によって、コア領域内での粘性流動による構造緩和が促進される。
【０１３９】
さらに、２層のクラッド層２０１、２０２からなるクラッド領域２００の構成について、図５に示すように、外クラッド層２０２でのＦの添加量が内クラッド層２０１でのＦの添加量よりも小さい添加量となるようにクラッド領域２００を構成している。
【０１４０】
このような構成とすることによって、外クラッド層２０２の粘性が大きくなり、応力がこの外クラッド層２０２へと分散して、コアへの応力集中がさらに抑制される。すなわち、コア領域１００へのＦの添加による効果と、外クラッド層２０２におけるＦの添加量を小さくしたことによる効果とを合わせることによって、光ファイバ内に加わる応力がコア領域１００及びクラッド領域２００へと好適に分散されて、コアへの応力集中が抑制される。
【０１４１】
これにより、光ファイバの線引時において許容される好適な張力値範囲がより広い数値範囲となり、線引時の張力制御が容易化される。また、コアへの過度の応力集中や、不充分な張力制御などによって生じる伝送損失の増大や伝送特性の劣化が防止されるとともに、コア領域内でのガラスの粘性流動による構造緩和が促進される。以上より、全長にわたって好適かつ安定した伝送特性を有する光ファイバが実現される。
【０１４２】
ここで、コア領域１００の平均比屈折率差Δｎ0と、外クラッド層２０２の平均比屈折率差Δｎ2との関係については、いずれが大きくても良いが、光ファイバでの光の伝送特性や、コアへの応力集中の抑制効果などを考慮して、それぞれ好適なＦの添加量及び平均比屈折率差に設定することが好ましい。
【０１４３】
また、クラッド領域２００を構成する内クラッド層２０１、外クラッド層２０２のうち、最外クラッド層である外クラッド層２０２を純ＳｉＯ2として形成して、Δｎ2＝０としても良い。これにより、光ファイバ内に加わる応力をクラッド領域２００へと充分に分散することができる。
【０１４４】
なお、本実施形態の光ファイバの製造に用いられる光ファイバ母材及び光ファイバの製造方法については、第１及び第２の実施形態に関して上述したものと同様の製造方法を適用することが可能である（図３及び図４参照）。ただし、光ファイバ母材の構成については、図５に示した屈折率プロファイルを有する光ファイバ母材とする必要がある。
【０１４５】
また、外クラッド層２０２を純ＳｉＯ2層とした場合には、光ファイバ母材は、例えば、Ｆを添加した内クラッド層２０１の外周に純ＳｉＯ2層をＶＡＤ法やＯＶＤ法で合成し、それを加熱焼結することによって製造することができる。また、コア領域１００と内クラッド層２０１からなるガラスロッドを外クラッド層２０２となる純シリカパイプに挿入してコラプスしても良い。
【０１４６】
上記した光ファイバ及びその製造方法について、具体的な実施例及び比較例を示す。なお、以下の実施例及び比較例での光ファイバは、いずれも図４に示した加熱炉２１を用いて線引後の光ファイバを徐冷する製造方法によって作製を行う。また、徐冷用の加熱炉２１での光ファイバの加熱条件については、加熱温度を約１３００℃、線速２５ｍ／分で加熱炉の炉長を約１．５ｍとする。このとき、加熱炉２１での加熱時間は３．６秒間である。
【０１４７】
第１の実施例となる光ファイバは、図１に示した屈折率プロファイルによって作製する。また、各半径ｒ0、ｒa、ｒ1は、それぞれ２ｒ0＝１０μｍ、２ｒa＝１１０μｍ、２ｒ1＝１２５μｍとする。
【０１４８】
また、各領域での屈折率については、コア領域１００には、平均比屈折率差がΔｎ0＝−０．２％となるようにＦを添加する。一方、クラッド領域２００のクラッド層２０１には、最小比屈折率差がΔｎb＝−０．６５％、外縁部２０５での最大比屈折率差がおよそΔｎa＝−０．３５％となる添加量分布でＦを添加する。このとき、平均でおよそΔｎ1＝−０．５８％程度となる。
【０１４９】
第２の実施例となる光ファイバは、図２に示した屈折率プロファイルによって作製する。また、各半径ｒ0、ｒ1、ｒa、ｒ2は、それぞれ２ｒ0＝１０μｍ、２ｒ1＝５５μｍ、２ｒa＝１１０μｍ、２ｒ2＝１２５μｍとする。
【０１５０】
また、各領域での屈折率については、コア領域１００には、平均比屈折率差がΔｎ0＝−０．２％となるようにＦを添加する。一方、クラッド領域２００の内クラッド層２０１には、平均比屈折率差がΔｎ1＝−０．５８％となるようにＦを添加する。また、外クラッド層２０２には、最小比屈折率差がΔｎb＝−０．５０％、外縁部２０５での最大比屈折率差がおよそΔｎa＝−０．３５％となる添加量分布でＦを添加する。
【０１５１】
第３の実施例となる光ファイバは、図５に示した屈折率プロファイルによって作製する。また、各半径ｒ0、ｒ1、ｒ2は、それぞれ２ｒ0＝１０μｍ、２ｒ1＝５５μｍ、２ｒ2＝１２５μｍとする。
【０１５２】
また、各領域での屈折率については、コア領域１００には、平均比屈折率差がΔｎ0＝−０．２％となるようにＦを添加する。一方、クラッド領域２００の内クラッド層２０１には、平均比屈折率差がΔｎ1＝−０．５８％となるようにＦを添加する。また、外クラッド層２０２には、平均比屈折率差がΔｎ2＝−０．５０％となるようにＦを添加する。
【０１５３】
図６は、光ファイバの比較例について、その屈折率プロファイルを示す図である。本比較例の光ファイバの構成は、Ｆの添加量が減少する外縁部が形成されていないことを除けば、上記した第１の実施例と同様であり、コア領域３００、及びクラッド領域４００のクラッド層４０１の各半径ｒ0、ｒ1は、それぞれ２ｒ0＝１０μｍ、２ｒ1＝１２５μｍとなっている。
【０１５４】
また、各領域での屈折率については、コア領域３００には、平均比屈折率差がΔｎ0＝−０．２％となるようにＦを添加する。一方、クラッド領域４００のクラッド層４０１には、平均比屈折率差がΔｎ1＝−０．６５％となるようにＦを添加する。
【０１５５】
以上の第１、第２、第３の実施例、及び比較例について、加熱炉による徐冷ありとする製造方法によって線引を行った場合での、伝送損失α1.55の張力依存性を図７に示す。このグラフより、１層のクラッド層を有する構成での第１の実施例と比較例、及び２層のクラッド層を有する構成での第２の実施例と第３の実施例とにおける伝送損失α1.55の張力依存性をそれぞれ比較すると、いずれの場合も、Ｆの添加量が減少する外縁部を設けた第１、第２の実施例の場合に、伝送損失の値が低減されているとともに、その張力依存性も小さくなることがわかる。
【０１５６】
例えば、図７に示した例について、張力０．１０Ｎでの伝送損失α1.55の値を比較すると、１層のクラッド層の場合では、比較例が０．１６３ｄＢ／ｋｍに対して、第１の実施例では０．１５８ｄＢ／ｋｍとなっている。また、２層のクラッド層の場合では、第３の実施例が０．１５７ｄＢ／ｋｍに対して、第２の実施例では０．１５５ｄＢ／ｋｍとなっている。
【０１５７】
また、１層のクラッド層を有する第１の実施例と、２層のクラッド層を有する第２の実施例とを比較すると、第２の実施例の方が、伝送損失が低くなる。また、１層のクラッド層を有する比較例と、２層のクラッド層を有する第３の実施例とを比較した場合にも、第３の実施例の方が、伝送損失が低くなる。これは、２層のクラッド層のうちで外側の外クラッド層は、内クラッド層よりもＦの添加量が少なく、この外クラッド層自体が、応力分散の機能を有するためである。
【０１５８】
また、張力を０．１０Ｎとした第１、第２、第３の実施例の光ファイバについて、それぞれレイリー散乱係数Ａ及び波長１．００μｍでの伝送損失α1.00の値を求めると、いずれの場合も、レイリー散乱損失Ａが０．７９ｄＢ／ｋｍ・μｍ4以下、伝送損失α1.00が０．８０ｄＢ／ｋｍ以下である。
【０１５９】
以上より、コア領域にＦを添加するとともに、最外クラッド層の外縁部でＦの添加量を減少させる構成、または、外クラッド層でのＦの添加量を小さくする構成とすることによって、コアへの応力集中が抑制される。これにより、線引時における張力制御が容易化されて、全長にわたって伝送損失が安定的に低減される光ファイバが実現される。
【０１６０】
ここで、上記した実施例におけるコア領域及びクラッド領域へのＦの添加量についてみると、例えば２層のクラッド層を有する第２の実施例では、内クラッド層２０１に対してΔｎ1＝−０．５８％となる添加量でＦが添加されている。このＦの添加量は、Δｎ1＞−０．６％の条件を満たすものの、やや大きい添加量となっている。これに対して、コア領域１００にＦとともにＧｅ、Ｃｌなどの屈折率を上げる添加物を共添加する構成とすれば、クラッド領域２００へのＦの添加量を低減することができる。
【０１６１】
例えば、第２の実施例に対する一変形例として、Δｎ0＝−０．２％となる添加量でＦが添加されたコア領域１００に対して、さらに、Δｎ＝＋０．０８％となる添加量でＣｌを添加する構成を考える。このとき、コア領域１００の平均比屈折率差は、Ｆ及びＣｌの共添加によってΔｎ0＝−０．１２％と０．０８％高くなる。そして、これに合わせて、内クラッド層２０１に対するＦの添加量をΔｎ1＝−０．５０％となる添加量まで低減することができる。
【０１６２】
このように、内クラッド層２０１に対する添加量がΔｎ1で−０．５８％から−０．５０％へと低減されることにより、Ｆの添加量がＳｉＦ4ガスの流量の１／４乗に比例することを考慮すれば、Ｆの含浸工程において供給するＳｉＦ4ガスの流量は約半分ですむこととなる。また、この程度の添加量であれば、コア領域１００に添加されたＣｌの濃度揺らぎによるレイリー散乱損失の増大は、問題とはならない。
【０１６３】
また、第２の実施例に対する他の変形例として、Δｎ0＝−０．２％となる添加量でＦが添加されたコア領域１００に対して、さらに、Δｎ＝＋０．３％となる添加量でＧｅを添加する構成を考える。このとき、コア領域１００の平均比屈折率差は、Ｆ及びＧｅの共添加によってΔｎ0＝＋０．１％と＋０．３％高くなる。そして、これに合わせて、内クラッド層２０１に対するＦの添加量をΔｎ1＝−０．２８％となる添加量まで低減することができ、Ｆの含浸工程において供給するＳｉＦ4ガスの流量が低減される。
【０１６４】
ここで、上記した添加量でコア領域１００にＧｅを添加した場合、Ｇｅ添加に伴うレイリー散乱損失の増大がＦ添加による損失の低減効果とほぼ相殺し、純ＳｉＯ2コアの光ファイバと同程度の伝送損失（例えばα1.55で０．１７０ｄＢ／ｋｍ程度）となる。ただし、このような場合でも、コア領域１００にＦを添加するとともに、最外クラッド層の外縁部でＦの添加量を減少させることによるコアへの応力集中の抑制効果、線引時における張力制御が容易化される効果等は同様に得られる。したがって、このような構成によれば、純ＳｉＯ2コアの光ファイバと同等の伝送損失を有する光ファイバを、より高い製造効率で低コストに製造することが可能となる。
【０１６５】
なお、内クラッド層及び外クラッド層の２層のクラッド層を有するクラッド領域において、外クラッド層の全体でＦの添加量を小さくした構成では、外クラッド層への応力分散の効果が得られる一方で、クラッド領域の構成が光ファイバでの光の伝送特性にある程度の影響を与える場合がある。したがって、このような構成では、外クラッド層への応力分散の効果と、伝送特性への影響の効果とを考慮して、外クラッド層へのＦの添加量等を好適に設定することが好ましい。
【０１６６】
一方、最外クラッド層の外縁部においてＦの添加量を減少させる構成では、光ファイバの伝送特性を劣化させることなく、コアへの応力集中を効率的に抑制することが可能となる。また、このような構成によれば、製造工程に応力分散のための新たな層を形成するなどの新たな工程を付加することなく、コアへの応力集中が抑制される構成の光ファイバ母材及び光ファイバを実現することが可能である。
【０１６７】
本発明による光ファイバ、光ファイバ母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法は、上記した各実施形態及び実施例に限られるものではなく、様々な変形及び構成の変更が可能である。例えば、クラッド領域の構成については、図１、図２、及び図５に示した構成例に限らず、様々な構成を用いることができる。
【０１６８】
また、最外クラッド層の外縁部でのＦの添加量分布についても、その製造方法などに応じて、図１及び図２に示した構成以外の添加量分布としても良い。例えば、外縁部内の外周側の所定範囲で、Ｆの添加量が最小添加量で略一定とし、その内側（外縁部内の内周側）でＦの添加量が変化する構成としても良い。このように、外縁部内の外側部分となる外周近傍に、Ｆの添加量が最小添加量でほぼ一定となる領域を設けることによって、その領域内での粘性を大きくして、外縁部への応力分散をさらに効率的に実現することが可能となる。
【０１６９】
また、外クラッド層などの最外クラッド層において、その内周近傍でのＦの添加量が層内でのＦの最大添加量よりも少ない構成であっても良い。すなわち、最外クラッド層を形成するときに、その内周近傍でＦの添加量がやや減少する場合がある。このような添加量分布となった場合においても、上記した光ファイバの構成を適用することによって、外縁部への応力分散を実現することができる。
【０１７０】
【発明の効果】
本発明による光ファイバ、光ファイバ母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、コア領域と、コア領域の外周に設けられたクラッド領域とを備える光ファイバにおいて、コア領域にＦを添加し、クラッド領域の最外クラッド層で、その外縁部内でＦの添加量が順次減少していく構成の光ファイバによれば、コア領域の粘性が小さくなるとともに、外縁部の粘性が大きくなる。したがって、光ファイバ内に加わる応力がコア領域及びクラッド領域へと好適に分散されて、コアへの応力集中が抑制される。
【０１７１】
また、コア領域と、コア領域の外周に設けられた内クラッド層及び外クラッド層からなるクラッド領域とを備える光ファイバにおいて、コア領域にＦを添加し、外クラッド層でのＦの添加量を内クラッド層でのＦの添加量よりも小さくした構成の光ファイバによっても、コア領域の粘性が小さくなるとともに、外クラッド層の粘性が大きくなる。したがって、光ファイバ内に加わる応力がコア領域及びクラッド領域へと好適に分散されて、コアへの応力集中が抑制される。
【０１７２】
これにより、光ファイバの線引時において許容される好適な張力値範囲がより広い数値範囲となり、線引時の張力制御が容易化される。また、コアへの過度の応力集中や、不充分な張力制御などによって生じる伝送損失の増大や伝送特性の劣化が防止されるとともに、粘性流動による構造緩和が促進されて、全長にわたって安定した伝送特性を有する光ファイバが実現される。このように、低伝送損失など優れた伝送特性を有する光ファイバによれば、長距離の光伝送システムに適用したときに、光増幅器などが設置された中継器の数を減らすことができるなど、効率的な光伝送システムを構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバの第１の実施形態の断面構造及び屈折率プロファイルを模式的に示す図である。
【図２】光ファイバの第２の実施形態の断面構造及び屈折率プロファイルを模式的に示す図である。
【図３】光ファイバの製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図４】光ファイバの製造方法、及び光ファイバの製造に用いられる線引装置の一実施形態を概略的に示す構成図である。
【図５】光ファイバの第３の実施形態の断面構造及び屈折率プロファイルを模式的に示す図である。
【図６】光ファイバの比較例での屈折率プロファイルを示す図である。
【図７】光ファイバにおける伝送損失の張力依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…線引装置、１１…線引炉、１２…ヒータ、１３…炉心管、１４…不活性ガス供給部、１５…不活性ガス供給通路、２１…加熱炉、２２…ヒータ、２３…炉心管、２４…Ｎ2ガス供給部、２５…Ｎ2ガス供給通路、３１…樹脂硬化部、３２…ＵＶランプ、４１…外径測定器、４２…ドラム、４３…駆動モータ、４４…制御ユニット、４５…回転駆動軸、５１…コーティングダイス、５２…ＵＶ樹脂、６１…ガイドローラ、
２…光ファイバ母材、３…光ファイバ、４…光ファイバ素線。
１００…コア領域、２００…クラッド領域、２０１…内クラッド層、２０２…外クラッド層、２０５…外縁部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を伝送する光ファイバ、光ファイバ母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを用いた光の伝送において、光ファイバ内でのレイリー散乱によって生じるレイリー散乱損失や、光ファイバ内のガラス構造に起因する構造不整損失などの伝送損失が問題となる。
【０００３】
これに対し、低伝送損失の光ファイバとして、特開昭６０−２５５６４６号公報に、石英（ＳｉＯ2）系のコア領域に屈折率を下げる添加物であるフッ素（Ｆ）が添加された光ファイバが記載されている。Ｆ添加ＳｉＯ2ガラスは、純ＳｉＯ2ガラスやＧｅ添加ＳｉＯ2ガラスに比べてレイリー散乱係数が小さい。したがって、光が伝送される光ファイバのコア領域をＦ添加ＳｉＯ2ガラスとすることで、伝送損失を低減することができる。
【０００４】
また、文献「坂口、電子情報通信学会論文誌 2000/1 Vol.J83-C No.1, pp.30-36」に、線引後の光ファイバの徐冷によって、光ファイバでのレイリー散乱損失を低減することが記載されている。すなわち、ガラス内でのレイリー散乱強度は材料によって一定に定まるものではなく、ガラス内での原子の配列状態の乱雑さを示す仮想的な温度である仮想温度Ｔｆ（Fictive Temperature）に依存する。具体的には、ガラス内の仮想温度Ｔｆが高く（乱雑さが大きく）なると、レイリー散乱強度は増大する。
【０００５】
これに対して、光ファイバ母材を加熱線引するときに、線引炉の後段に加熱炉を設置しておき、線引後の光ファイバが加熱炉を通過するときに所定の温度範囲内となるように加熱する。これによって、加熱炉を用いた加熱で線引後の光ファイバの急激な冷却が防止され、光ファイバが徐冷される。このとき、原子の再配列によるガラスの構造緩和によって、光ファイバ内の仮想温度Ｔｆが低下して、光ファイバ内でのレイリー散乱強度が抑制される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなレイリー散乱損失の低減効果が得られる製造方法を用いた場合でも、光ファイバ母材の線引時における張力制御の条件や、光ファイバ母材でのコア領域及びクラッド領域の構成などにより、コアへの応力集中によって構造不整損失が増大するなど、全体としての伝送損失が必ずしも低減されないことを本願発明者は見出した。
【０００７】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、線引時の張力制御が容易化されて伝送損失を低減することが可能な光ファイバ、光ファイバ母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明による第１の光ファイバは、屈折率を下げるフッ素が添加されたコア領域と、コア領域の外周に設けられ、コア領域よりも大きい添加量でフッ素が添加された１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域と、を備え、１層または複数層のクラッド層のうちで最も外側に位置する最外クラッド層は、その外周を含む外縁部内において、層内でのフッ素の最小添加量となる所定の添加量までフッ素の添加量が順次減少していくように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
上記した光ファイバにおいては、コア領域にＦ（フッ素）を添加している。このように、光ファイバのコア領域をＦ添加ＳｉＯ2ガラスとすることにより、光ファイバ内でのレイリー散乱損失が小さくなり、伝送損失が低減される。また、Ｆ添加ＳｉＯ2からなるコア領域では、純ＳｉＯ2に比べて粘性が小さくなるので、光ファイバ内に加わる応力のコアへの集中が抑制される。また、この粘性の低下によって、コア領域内での粘性流動による構造緩和が促進される。
【００１０】
さらに、Ｆ（フッ素）が添加されて形成されたクラッド層のうち、最外クラッド層内でのＦの添加量分布について、最外クラッド層の外縁部（外周及びその近傍部分）内で、内側から外側に向かってＦの添加量が徐々に減少していくように最外クラッド層を構成している。このとき、Ｆの添加量が少ない最外クラッド層の外縁部において、その粘性が大きくなるので、光ファイバ内に加わる応力がこの最外クラッド層の外縁部に分散されて、コアへの応力集中がさらに抑制される。また、この応力分散によって、光ファイバの線引時に許容される好適な張力値範囲についても、広い数値範囲とすることができる。
【００１１】
これにより、本発明による光ファイバは、光ファイバ内に加わる応力がコア領域及びクラッド領域へと好適に分散されて、線引時における張力制御が容易化される構成の光ファイバとなる。同時に、コアへの過度の応力集中などによって生じる伝送損失の増大や伝送特性の劣化が防止されるとともに、粘性流動による構造緩和が促進されて、全長にわたって安定した伝送特性を有する光ファイバが実現される。
【００１２】
なお、上記したクラッド領域内でのＦの添加量分布については、Ｆの添加量を減少させる領域が最外クラッド層の外縁部であるため、コア領域内及びその近傍のクラッド領域内を伝送される光の伝送特性には影響を与えることがない。したがって、光ファイバの伝送特性等を好適に保持しつつ、張力制御の容易化、あるいはそれによる伝送損失の低減を達成することができる。
【００１３】
また、クラッド領域は、コア領域の外周に設けられた内クラッド層と、内クラッド層の外周に設けられて最外クラッド層となる外クラッド層との２層のクラッド層からなるとともに、外クラッド層でのフッ素の平均添加量が、内クラッド層でのフッ素の平均添加量よりも小さいことを特徴とする。
【００１４】
上記した光ファイバは、伝送される光をコア領域及びその近傍へと効率的に閉じ込めるための、Ｆの添加量が大きい（比屈折率差が小さい）内クラッド層と、伝送特性を調整する効果やコアへの応力集中を低減する効果などを有する、Ｆの添加量が小さい（比屈折率差が大きい）外クラッド層との２層構造からなるクラッド領域を備える。このような構成からなる光ファイバにおいても、最外クラッド層となる外クラッド層の外縁部でＦの添加量を減少させることによって、１層構造のクラッド領域を備える光ファイバなどと同様に、光ファイバの張力制御を容易化することが可能である。
【００１５】
また、外クラッド層は、その内周近傍でのフッ素の添加量が層内でのフッ素の最大添加量よりも少ないことを特徴としても良い。上記した２層構造のクラッド領域の場合、外クラッド層（最外クラッド層）の形成時に、その内周近傍でＦの添加量がやや減少する場合がある。このような添加量分布となった場合においても、上記した光ファイバの構成を適用することによって、外縁部への応力分散を実現することができる。
【００１６】
また、最外クラッド層は、各部における比屈折率差を純ＳｉＯ2での屈折率を基準として％で表して定義したときに、最小添加量でフッ素が添加された外縁部内の部位での最大比屈折率差Δｎaが、最大添加量でフッ素が添加された外縁部より内側の部位での最小比屈折率差Δｎbに対して、条件
Δｎa≧Δｎb＋０．０５％
を満たすことを特徴とする。
【００１７】
このように、最外クラッド層の外縁部での、Ｆの添加量を減少させる減少量を比屈折率差で０．０５％以上とすることによって、この外縁部への応力分散の効果を充分に向上することができる。また、このＦの添加量の減少量については、比屈折率差で０．１％以上とすることがさらに好ましい。
【００１８】
また、最外クラッド層は、外縁部内において、外縁部内の外周側の所定範囲で、フッ素の添加量が最小添加量で略一定となるように構成されていることを特徴とする。
【００１９】
このように、外縁部内の外側部分となる外周近傍に、Ｆの添加量が最小添加量でほぼ一定となる領域を設けることによって、その領域内での粘性を大きくして、外縁部への応力分散をさらに効率的に実現することが可能となる。
【００２０】
また、コア領域は、各部における比屈折率差を純ＳｉＯ2での屈折率を基準として％で表して定義したときに、その平均比屈折率差Δｎ0が、条件
Δｎ0＞−０．３％
を満たすことが好ましい。このように、コア領域へのＦの添加量を一定範囲内とすることによって、コア領域及びクラッド領域にともにＦが添加された上記構成の光ファイバを好適かつ容易に製造することができる。
【００２１】
また、コア領域は、屈折率を上げる添加物がさらに添加されていることを特徴としても良い。これにより、コア領域の屈折率を好適な値に調整することができる。
【００２２】
また、コア領域での粘度が、最外クラッド層の外縁部での粘度よりも小さいことを特徴としても良い。これにより、光ファイバ内に加わる応力を充分に最外クラッド層の外縁部へと分散させることができる。ただし、コア領域での粘度が、最外クラッド層の外縁部での粘度と同程度またはそれよりも大きい場合でも、上記したように最外クラッド層の外縁部への応力分散の効果が得られる。
【００２３】
また、本発明による第２の光ファイバは、屈折率を下げるフッ素が添加されたコア領域と、コア領域の外周に設けられ、コア領域よりも大きい添加量でフッ素が添加されたクラッド層を含む１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域と、を備え、クラッド領域は、コア領域の外周に設けられた内クラッド層と、内クラッド層の外周に設けられて１層または複数層のクラッド層のうちで最も外側に位置する最外クラッド層となる外クラッド層との２層のクラッド層からなり、外クラッド層でのフッ素の平均添加量が、内クラッド層でのフッ素の平均添加量よりも小さくなるように構成されていることを特徴とする。
【００２４】
上記した光ファイバにおいては、コア領域にＦ（フッ素）を添加している。このように、光ファイバのコア領域をＦ添加ＳｉＯ2ガラスとすることにより、光ファイバ内でのレイリー散乱損失が小さくなり、伝送損失が低減される。また、Ｆ添加ＳｉＯ2からなるコア領域では、純ＳｉＯ2に比べて粘性が小さくなるので、光ファイバ内に加わる応力のコアへの集中が抑制される。また、この粘性の低下によって、コア領域内での粘性流動による構造緩和が促進される。
【００２５】
さらに、Ｆ（フッ素）が添加されて形成された２層のクラッド層のうち、最外クラッド層となる外クラッド層内でのＦの添加量について、内クラッド層でのＦの添加量よりも小さい添加量となるようにクラッド領域を構成している。このとき、Ｆの添加量が少ない外クラッド層において、その粘性が大きくなるので、光ファイバ内に加わる応力がこの外クラッド層に分散されて、コアへの応力集中がさらに抑制される。また、この応力分散によって、光ファイバの線引時に許容される好適な張力値範囲についても、広い数値範囲とすることができる。
【００２６】
これにより、本発明による光ファイバは、光ファイバ内に加わる応力がコア領域及びクラッド領域へと好適に分散されて、線引時における張力制御が容易化される構成の光ファイバとなる。同時に、コアへの過度の応力集中などによって生じる伝送損失の増大や伝送特性の劣化が防止されるとともに、粘性流動による構造緩和が促進されて、全長にわたって安定した伝送特性を有する光ファイバが実現される。
【００２７】
このような２層のクラッド層を有する場合、外クラッド層は、純ＳｉＯ2からなることが好ましい。これにより、光ファイバ内に加わる応力をクラッド領域へと充分に分散することができる。
【００２８】
また、本発明による光ファイバの製造方法は、（１）屈折率が純ＳｉＯ２の屈折率以下となるようにフッ素が添加されたコア領域を少なくとも含むコア母材の外周上にガラス微粒子を堆積させて、コア領域の外周に設けられるクラッド領域が有する１層または複数層のクラッド層のうちで、最も外側に位置する最外クラッド層となるガラス微粒子層を合成する合成工程と、（２）合成されたガラス微粒子層を加熱脱水する脱水工程と、フッ素を所定濃度で含むガス雰囲気中で、ガラス微粒子層にフッ素を含浸させて添加する含浸工程と、（３）脱水されたガラス微粒子層を加熱焼結して最外クラッド層とし、コア領域と、１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域と、を備える光ファイバ母材を形成する焼結工程とを備え、（４）焼結工程において、加熱焼結時のガス雰囲気に含まれるフッ素の濃度を、含浸時の所定濃度よりも低い濃度として、ガラス微粒子層の外周を含む外縁部から、添加されているフッ素の一部を除去することにより、コア領域と、コア領域よりも屈折率が低くなるようにフッ素が添加された１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域とを備え、最外クラッド層が、その外周を含む外縁部内において、層内でのフッ素の最小添加量となる所定の添加量までフッ素の添加量が順次減少していくように構成されている光ファイバ母材を作製するとともに、光ファイバ母材を加熱線引するときに、線引炉で線引された光ファイバを、線引炉の後段に設けられた加熱炉によって所定の温度範囲内の温度であるように加熱することを特徴とする。
【００２９】
このような光ファイバ母材の製造方法を用いて得られた光ファイバ母材を線引することにより、コア領域にＦが添加され、また、クラッド領域のクラッド層のうちで最も外側の最外クラッド層の外縁部内において、層内でのＦの最小添加量となる所定の添加量までＦの添加量が順次減少していくように、Ｆが添加及び除去された光ファイバを得ることができる。
【００３０】
具体的には、脱水工程と、焼結工程との間に、フッ素を所定濃度で含むガス雰囲気中で、ガラス微粒子層にフッ素を含浸させて添加する含浸工程をさらに備え、焼結工程において、加熱焼結時のガス雰囲気に含まれるフッ素の濃度を、含浸時の所定濃度よりも低い濃度として、ガラス微粒子層の外縁部から、添加されているフッ素の一部を除去する方法がある。
【００３１】
あるいは、本発明による光ファイバの製造方法は、（１）屈折率が純ＳｉＯ２の屈折率以下となるようにフッ素が添加されたコア領域を少なくとも含むコア母材の外周上にガラス微粒子を堆積させて、コア領域の外周に設けられるクラッド領域が有する１層または複数層のクラッド層のうちで、最も外側に位置する最外クラッド層となるガラス微粒子層を合成する合成工程と、（２）合成されたガラス微粒子層を加熱脱水する脱水工程と、（３）脱水されたガラス微粒子層を加熱焼結して最外クラッド層とし、コア領域と、１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域と、を備える光ファイバ母材を形成する焼結工程とを備え、（４）合成工程において、フッ素を含む原料ガスを用いてガラス微粒子層にフッ素を添加するとともに、その外周を含む外縁部内においてフッ素の添加量が順次減少していくように、フッ素を含む原料ガスを調整してガラス微粒子層の合成を行うことにより、コア領域と、コア領域よりも屈折率が低くなるようにフッ素が添加された１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域とを備え、最外クラッド層が、その外周を含む外縁部内において、層内でのフッ素の最小添加量となる所定の添加量までフッ素の添加量が順次減少していくように構成されている光ファイバ母材を作製するとともに、光ファイバ母材を加熱線引するときに、線引炉で線引された光ファイバを、線引炉の後段に設けられた加熱炉によって所定の温度範囲内の温度であるように加熱することを特徴とする。
【００３２】
このような光ファイバ母材の製造方法を用いて得られた光ファイバ母材を線引することによっても、同様に、コア領域にＦが添加され、また、最外クラッド層の外縁部内において、層内でのＦの最小添加量となる所定の添加量までＦの添加量が順次減少していくように、Ｆが添加された光ファイバを得ることができる。
【００３３】
この場合、合成工程において、フッ素の代わりに塩素を含む原料ガスを用いてガラス微粒子層に塩素を添加した後、添加された塩素をフッ素に置換する方法とすることも可能である。
【００３４】
また、本発明による光ファイバ母材の製造方法は、屈折率を下げるフッ素が添加されたコア領域の外周に設けられ、コア領域よりも大きい添加量でフッ素が添加された内クラッド層に対し、内クラッド層の外周上に、コア領域の外周に設けられるクラッド領域が有する１層または複数層のクラッド層のうちで、最も外側に位置する最外クラッド層となる外クラッド層を、内クラッド層でのフッ素の平均添加量よりも小さい平均添加量でフッ素を添加またはフッ素を無添加として形成して、コア領域と、内クラッド層及び外クラッド層の２層のクラッド層からなるクラッド領域とを備える光ファイバ母材を作製することを特徴とする。
【００３５】
このような光ファイバ母材の製造方法を用いて得られた光ファイバ母材を線引することにより、コア領域にＦが添加され、また、２層のクラッド層のうち、外クラッド層でのＦの添加量が内クラッド層での添加量よりも小さい光ファイバを得ることができる。
【００３６】
また、本発明による第１の光ファイバの製造方法は、屈折率を下げるフッ素が添加されたコア領域と、コア領域の外周に設けられ、コア領域よりも大きい添加量でフッ素が添加された１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域と、を備え、１層または複数層のクラッド層のうちで最も外側に位置する最外クラッド層が、その外周を含む外縁部内において、層内でのフッ素の最小添加量となる所定の添加量までフッ素の添加量が順次減少していくように構成されている光ファイバ母材を作製するとともに、光ファイバ母材を加熱線引するときに、線引炉で線引された光ファイバを、線引炉の後段に設けられた加熱炉によって所定の温度範囲内の温度であるように加熱することを特徴とする。
【００３７】
本発明による第２の光ファイバの製造方法は、屈折率を下げるフッ素が添加されたコア領域と、コア領域の外周に設けられ、コア領域よりも大きい添加量でフッ素が添加されたクラッド層を含む１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域と、を備え、クラッド領域が、コア領域の外周に設けられた内クラッド層と、内クラッド層の外周に設けられて１層または複数層のクラッド層のうちで最も外側に位置する最外クラッド層となる外クラッド層との２層のクラッド層からなり、外クラッド層でのフッ素の平均添加量が、内クラッド層でのフッ素の平均添加量よりも小さくなるように構成されている光ファイバ母材を作製するとともに、光ファイバ母材を加熱線引するときに、線引炉で線引された光ファイバを、線引炉の後段に設けられた加熱炉によって所定の温度範囲内の温度であるように加熱することを特徴とする。
【００３８】
このように、光ファイバ母材を加熱線引するときに、線引炉の後段に設けられた加熱炉を用いて光ファイバの徐冷を行うことによって、上記した構造による応力集中の抑制及び伝送損失の低減に加えて、光ファイバ内の仮想温度Ｔｆを構造緩和によって低くして、レイリー散乱損失をさらに低減することができる。
【００３９】
なお、上記した光ファイバの製造方法において、線引炉の後段に設けられる加熱炉については、線引された光ファイバを樹脂によって被覆する樹脂被覆部がある場合には、線引炉及び樹脂被覆部の間に設けられていることが好ましい。
【００４０】
また、加熱炉は、線引された光ファイバを、光ファイバの温度が８００〜１５００℃の範囲内の温度であるように０．０５〜５秒間加熱することが好ましい。
【００４１】
このような温度範囲及び加熱時間とすることによって、線引後の光ファイバの徐冷による仮想温度Ｔｆの低減を好適に実現することができる。また、これらの温度範囲などの条件については、線引速度などに応じて、適宜好適な条件を設定することが好ましい。
【００４２】
また、光ファイバ母材を加熱線引するときに、０．０５〜０．２０Ｎの範囲内の張力で光ファイバ母材の線引を行うことを特徴とする。
【００４３】
最外クラッド層の外縁部に応力が分散される光ファイバ母材（光ファイバ）の構成とするとともに、線引時の張力が０．０５〜０．２０Ｎの好適な張力値範囲内に保持されるように張力制御を行うことによって、全長にわたって低伝送損失で好適な伝送特性を有する光ファイバが得られる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、図面とともに本発明による光ファイバ、光ファイバ母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００４５】
ここで、以下において、各部における屈折率の値を示す比屈折率差は、純ＳｉＯ2（純石英）での屈折率を基準（比屈折率差＝０）とし、純ＳｉＯ2からの屈折率差を％で表して定義するものとする。また、各領域、各層におけるＦ（フッ素）の平均添加量または平均比屈折率差については、それぞれ、その領域内（層内）で、Ｆの添加量または比屈折率差を面積によって重み付けして平均した値によって定義する。
【００４６】
まず、光ファイバの構成について説明する。図１は、本発明による光ファイバの第１の実施形態について、その断面構造、及びファイバ径方向（図中の線Ｌで示された方向）の屈折率プロファイルを模式的に示す図である。なお、図１に示した屈折率プロファイル（比屈折率差分布）の横軸は、スケールは異なるが、図中の断面構造に示された線Ｌに沿った、光ファイバの中心軸に対して垂直な断面上の各位置に対応している。
【００４７】
この光ファイバは、ＳｉＯ2ガラス（石英ガラス）系の光ファイバであり、光ファイバの中心軸を含むコア領域１００と、コア領域１００の外周に設けられたクラッド領域２００とを有して構成されている。このような構成において、光ファイバ内を伝送される光は、コア領域１００内、及びクラッド領域２００の内周側でコア領域１００近傍の部位内を伝送される。
【００４８】
コア領域１００は、その外周の半径をｒ0として形成されている。このコア領域１００には、純ＳｉＯ2ガラスに屈折率を下げる添加物としてＦ（フッ素）が所定量添加されている。これにより、コア領域１００内の平均比屈折率差は、Δｎ0（ただし、Δｎ0＜０）となっている。
【００４９】
一方、クラッド領域２００は、本実施形態においては、単一のクラッド層２０１を有して構成されている。クラッド層２０１は、その外周の半径をｒ1として形成されている。このクラッド層２０１には、純ＳｉＯ2ガラスにＦ（フッ素）が所定量添加されている。これにより、クラッド層２０１内の平均比屈折率差は、Δｎ1（ただし、Δｎ1＜０）となっている。また、クラッド層２０１でのＦの平均添加量は、コア領域１００でのＦの平均添加量よりも大きくされている。したがって、それぞれの平均比屈折率差Δｎ0、Δｎ1は、図１に示したように、０＞Δｎ0＞Δｎ1の関係を有している。
【００５０】
また、このクラッド層２０１は、本実施形態の構成において、クラッド領域２００内で最も外側に位置する最外クラッド層となっている。そして、その外周（半径ｒ1の部位）を含む領域であって、半径ｒa（ただし、ｒ0＜ｒa＜ｒ1）から半径ｒ1までの領域範囲を外縁部２０５として、この外縁部２０５内において、Ｆの添加量及び比屈折率差が所定の分布となるように構成されている。
【００５１】
すなわち、最外クラッド層であるクラッド層２０１のうち、外縁部２０５より内側となる半径ｒ0からｒaまでの領域範囲では、クラッド層内でのＦの最大添加量となる略一定の添加量でＦが添加されている。これにより、外縁部２０５の内側部分は、その比屈折率差が、層内でのＦの最小比屈折率差（Ｆの最大添加量に相当し、絶対値は最大）となるΔｎbとされている。
【００５２】
一方、外縁部２０５では、上記したＦの最大添加量から、層内でのＦの最小添加量となる所定の添加量まで、内側から外側へ向かって添加量が順次減少していくようにＦが添加されている。これにより、外縁部２０５は、その比屈折率差が、上記した最小比屈折率差Δｎbから、層内での最大比屈折率差（Ｆの最小添加量に相当し、絶対値は最小）となるΔｎaまで、内側から外側へ向かって変化していくように構成されている。
【００５３】
本実施形態の光ファイバにおいては、上述したように、コア領域１００にＦを添加している。このように、光ファイバのコア領域１００をＦ添加ＳｉＯ2ガラスとすることにより、光ファイバ内でのレイリー散乱損失が小さくなり、伝送損失が低減される。
【００５４】
また、コア領域の粘性がクラッド領域よりも大きいと、光ファイバ母材の線引時に、光ファイバ内に発生する応力がコアに集中し、伝送損失が増大する原因となる。これに対して、Ｆ添加ＳｉＯ2からなるコア領域１００では、純ＳｉＯ2に比べて粘性が小さくなるので、光ファイバ内に加わる応力のコアへの集中が抑制される。また、この粘性の低下によって、コア領域内での粘性流動による構造緩和が促進される。
【００５５】
さらに、クラッド領域２００の最外クラッド層となるクラッド層２０１内でのＦの添加量分布について、図１に示すように、その外縁部２０５でＦの添加量が徐々に減少していくように、クラッド層２０１を構成している。
【００５６】
本光ファイバのコア領域１００は、Ｆ添加ＳｉＯ2からなる。このコア領域１００では、Ｆの添加によって上述のように粘性が小さくされているものの、その添加量などから、クラッド領域２００に比べればコア領域１００が大きい粘性を有する構成となっている。したがって、その外周に設けられるクラッド層２０１を、ほぼ一定の添加量でＦが添加された通常の構成とすると、コアへの過度の応力集中を生じる場合がある。
【００５７】
これに対して、上記のようにクラッド層２０１の外縁部２０５においてＦの添加量を減少させることによって、外縁部２０５の粘性が大きくなり、応力がこの外縁部２０５へと分散して、コアへの応力集中がさらに抑制される。すなわち、コア領域１００へのＦの添加による効果と、クラッド層２０１の外縁部２０５におけるＦの添加量分布による効果とを合わせることによって、光ファイバ内に加わる応力がコア領域１００及びクラッド領域２００へと好適に分散されて、コアへの応力集中が抑制される。
【００５８】
これにより、光ファイバの線引時において許容される好適な張力値範囲がより広い数値範囲となり、線引時の張力制御が容易化される。また、コアへの過度の応力集中や、不充分な張力制御などによって生じる伝送損失の増大や伝送特性の劣化が防止されるとともに、コア領域内でのガラスの粘性流動による構造緩和が促進される。以上より、全長にわたって好適かつ安定した伝送特性を有する光ファイバが実現される。
【００５９】
ここで、コア領域１００へのＦの添加量については、コア領域１００の平均比屈折率差Δｎ0が、条件
Δｎ0＞−０．３％
を満たすことが好ましい。これは、コア領域１００へのＦの添加量を、Δｎ0＝−０．３％となる添加量よりも小さくすることに相当する。
【００６０】
このように、コア領域１００へのＦの添加量を一定範囲内とすることによって、コア領域１００及びクラッド領域２００にともにＦが添加された上記構成の光ファイバを好適かつ容易に製造することができる。また、クラッド領域２００へのＦの添加量については、クラッド領域２００の平均比屈折率差Δｎ1が、条件
Δｎ1＞−０．６％
を満たすことが好ましい。
【００６１】
また、このコア領域１００には、屈折率を上げる添加物をさらに添加しても良い。これにより、コア領域１００の屈折率を好適な値に調整することができる。屈折率を上げる添加物としては、例えば、Ｇｅ（ゲルマニウム）やＣｌ（塩素）などがある。また、コア領域１００内の屈折率分布については、コア領域１００内で略一定の屈折率分布としても良いし、あるいは、グレーデッド型などの屈折率分布であっても良い。
【００６２】
また、上記のようにコア領域１００に対してＦとともにＧｅ、Ｃｌなどを共添加した場合には、クラッド領域２００へのＦの添加量について、クラッド領域２００の平均比屈折率差Δｎ1が、条件
Δｎ1＞−０．５％
をさらに満たすことが好ましい。
【００６３】
また、外縁部２０５より内側の部位での最小比屈折率差Δｎbと、外縁部２０５の外周近傍での最大比屈折率差Δｎaとについて、比屈折率差ΔｎaがΔｎbよりも０．０５％以上高くされている（Δｎa≧Δｎb＋０．０５％）ことが好ましい。あるいはさらに、０．１％以上高くされている（Δｎa≧Δｎb＋０．１％）ことが好ましい。
【００６４】
このように、クラッド層２０１の外縁部２０５での、Ｆの添加量を減少させる減少量を比屈折率差で０．０５％以上、あるいはさらに０．１％以上とすることによって、外縁部２０５の外周近傍での粘性をコア領域１００の粘性と同等程度とすることが可能となるなど、外縁部２０５への応力分散の効果を充分に向上することができる。この場合、例えば、外縁部２０５の外周近傍でのＦの添加量をほぼ０まで減少させて、Δｎa〜０としても良い。
【００６５】
あるいはさらに、コア領域１００での粘度が、最外クラッド層であるクラッド層２０１の外縁部２０５での粘度よりも小さい構成としても良い。これにより、光ファイバ内に加わる応力を充分にクラッド層２０１の外縁部２０５へと分散させることができる。
【００６６】
このような構成は、最外クラッド層の外縁部でのＦの添加量を、コア領域へのＦの添加量よりも小さい添加量まで減少させて、Δｎa＞Δｎ0とすることに相当する。ただし、コア領域での粘度が、最外クラッドの外縁部での粘度と同程度またはそれよりも大きい構成としても良い。このような場合でも、最外クラッド層の外縁部でＦの添加量を減少させる上記構成により、最外クラッド層の外縁部への応力分散の効果が得られる。
【００６７】
また、コアへの応力集中の抑制、あるいはそれによる製造時（線引時）の張力制御の容易化などによる伝送損失の低減については、具体的には、レイリー散乱係数Ａが０．７９ｄＢ／ｋｍ・μｍ4以下、または、波長１．００μｍでの伝送損失α1.00が０．８０ｄＢ／ｋｍ以下とすることが好ましい。
【００６８】
レイリー散乱係数Ａ及び伝送損失α1.00は、通常の構成を有する純ＳｉＯ2コアの光ファイバでは、それぞれおよそ０．８５ｄＢ／ｋｍ・μｍ4、０．８６ｄＢ／ｋｍの値（基準値）である。これに対して、本実施形態の光ファイバによれば、レイリー散乱係数Ａまたは伝送損失α1.00を、これらの基準値からそれぞれ約７％低減された上記の数値範囲とすることが可能である。
【００６９】
なお、このようなレイリー散乱係数Ａまたは伝送損失α1.00の低減は、上記した光ファイバの構成、あるいはさらにレイリー散乱損失などによる伝送損失を低減可能な製造方法との組合せなどによって実現される。製造方法による伝送損失の低減については、後述する。
【００７０】
ここで、レイリー散乱係数Ａについて説明しておく。レイリー散乱係数Ａは、光ファイバの伝送損失に含まれるレイリー散乱損失の指標となる量である。光ファイバでの波長λにおける伝送損失αλ（ｄＢ／ｋｍ）は、レイリー散乱損失と、それ以外の構造不整損失などの伝送損失成分により、一般に次式
αλ＝Ａ／λ4＋Ｂ＋Ｃ（λ）
で表される。このうち、第１項Ａ／λ4（ｄＢ／ｋｍ）がレイリー散乱損失を示しており、その係数Ａがレイリー散乱係数（ｄＢ／ｋｍ・μｍ4）である。上式より、レイリー散乱損失はレイリー散乱係数Ａに比例しており、したがって、レイリー散乱損失の低減の指標としてレイリー散乱係数Ａを用いることができる。なお、このレイリー散乱係数Ａについては、上式より、伝送損失の波長依存性のデータ（例えば１／λ4プロットでの傾き）から求めることができる。
【００７１】
また、本発明の光ファイバの伝送損失については、上記した条件では波長１．００μｍでの伝送損失α1.00に対して数値範囲を与えている。これは、１．００μｍでの伝送損失の値が、光伝送に用いられる１．５５μｍ帯などに比べて大きく、１〜１０ｋｍ程度の比較的短い光ファイバサンプルで、充分な精度で評価できるためである。
【００７２】
また、波長１．００μｍでの伝送損失α1.00と、波長１．５５μｍでの伝送損失α1.55とは一定の関係を有して対応しており、伝送損失α1.00が低減されることにより、伝送損失α1.55についても、同様にその低減を確認することができる。具体的には、伝送損失α1.00及びα1.55は、上式よりそれぞれ
α1.00＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ（１．００）
α1.55＝Ａ×０．１７３２５＋Ｂ＋Ｃ（１．５５）
となり、その関係は、
α1.00＝α1.55＋Ａ×０．８２６７５
＋Ｃ（１．００）−Ｃ（１．５５）
となる。
【００７３】
図２は、本発明による光ファイバの第２の実施形態について、その断面構造、及びファイバ径方向の屈折率プロファイルを模式的に示す図である。
【００７４】
この光ファイバは、第１の実施形態と同様に、ＳｉＯ2ガラス（石英ガラス）系の光ファイバであり、光ファイバの中心軸を含むコア領域１００と、コア領域１００の外周に設けられたクラッド領域２００とを有して構成されている。このうち、コア領域１００の構成については、図１に示した光ファイバにおけるコア領域１００とほぼ同様である。
【００７５】
一方、クラッド領域２００は、本実施形態においては、コア領域１００の外周に設けられた内クラッド層２０１と、内クラッド層２０１の外周にさらに設けられた外クラッド層２０２との２層のクラッド層を有して構成されている。
【００７６】
内クラッド層２０１は、その外周の半径をｒ1として形成されている。この内クラッド層２０１には、純ＳｉＯ2ガラスに屈折率を下げる添加物としてＦ（フッ素）が所定量添加されている。これにより、内クラッド層２０１内の平均比屈折率差は、Δｎ1（ただし、Δｎ1＜０）となっている。
【００７７】
また、外クラッド層２０２は、その外周の半径をｒ2として形成されている。この外クラッド層２０２には、純ＳｉＯ2ガラスにＦ（フッ素）が所定量添加されている。これにより、外クラッド層２０２内の平均比屈折率差は、Δｎ2（ただし、Δｎ2＜０）となっている。ただし、外クラッド層２０２でのＦの平均添加量は、内クラッド層２０１でのＦの平均添加量よりも小さくされている。また、内クラッド層２０１及び外クラッド層２０２でのＦの平均添加量は、それぞれコア領域１００でのＦの平均添加量よりも大きくされている。したがって、コア領域１００、内クラッド層２０１、及び外クラッド層２０２の平均比屈折率差Δｎ0、Δｎ1、Δｎ2は、図２に示したように、０＞Δｎ0＞Δｎ2＞Δｎ1の関係を有している。
【００７８】
また、この外クラッド層２０２は、本実施形態の構成において、クラッド領域２００内で最も外側に位置する最外クラッド層となっている。そして、その外周を含む領域であって、半径ｒa（ただし、ｒ1＜ｒa＜ｒ2）から半径ｒ2までの領域範囲を外縁部２０５として、外縁部２０５内において、Ｆの添加量及び比屈折率差が所定の分布となるように構成されている。
【００７９】
すなわち、最外クラッド層である外クラッド層２０２のうち、外縁部２０５より内側となる半径ｒ1からｒaまでの領域範囲では、層内でのＦの最大添加量となる略一定の添加量でＦが添加されている。これにより、外縁部２０５の内側部分は、その比屈折率差が、層内での最小比屈折率差となるΔｎbとされている。
【００８０】
一方、外縁部２０５では、上記したＦの最大添加量から、層内でのＦの最小添加量となる所定の添加量まで、内側から外側へ向かって添加量が順次減少していくようにＦが添加されている。これにより、外縁部２０５は、その比屈折率差が、上記した最小比屈折率差Δｎbから、層内での最大比屈折率差となるΔｎaまで、内側から外側へ向かって変化していくように構成されている。
【００８１】
本実施形態の光ファイバにおいても、第１の実施形態と同様に、コア領域１００にＦが添加され、また、クラッド領域２００の最外クラッド層となる外クラッド層２０２内の外縁部２０５で、Ｆの添加量が徐々に減少するＦの添加量分布となっている。したがって、コア領域１００の粘性が小さくなるとともに、外縁部２０５の粘性が大きくなるので、光ファイバ内に加わる応力がコア領域１００及びクラッド領域２００へと好適に分散されて、コアへの応力集中が抑制される。
【００８２】
これにより、光ファイバの線引時において許容される好適な張力値範囲がより広い数値範囲となり、線引時の張力制御が容易化される。また、コアへの過度の応力集中や、不充分な張力制御などによって生じる伝送損失の増大や伝送特性の劣化が防止されるとともに、コア領域内でのガラスの粘性流動による構造緩和が促進される。以上より、全長にわたって好適かつ安定した伝送特性を有する光ファイバが実現される。
【００８３】
また、本実施形態の光ファイバは、第１の実施形態の光ファイバでのクラッド領域２００が単一のクラッド層２０１から構成されているのに対して、Ｆの添加量が大きい（比屈折率差が小さい）内クラッド層２０１と、Ｆの添加量が小さい（比屈折率差が大きい）外クラッド層２０２との２層のクラッド層を有してクラッド領域２００が構成されている。
【００８４】
このような２層構造のクラッド領域２００によれば、コア領域１００の外周に位置する内クラッド層２０１によって、伝送される光をコア領域１００及びその近傍へと効率的に閉じ込めることができる。また、外クラッド層２０２は、光ファイバの伝送特性を調整する効果、及びコアへの応力集中を低減する効果などを有する。そして、この外クラッド層２０２及びその内部での外縁部２０５の構成によって、コア領域１００への応力集中を確実に抑制することができる。
【００８５】
次に、光ファイバ母材及び光ファイバの製造方法について説明する。図３は、上記した構成を有する光ファイバ母材及び光ファイバが得られる光ファイバの製造方法の例を、光ファイバ母材の製造方法を含めて概略的に示すフローチャートである。
【００８６】
図３に示した製造方法においては、第１及び第２の実施形態の光ファイバにおいてその構成例を示したように、コア領域にＦが添加されるとともに、最外クラッド層の外縁部内において、最外クラッド層内でのＦの最小添加量となる所定の添加量までＦの添加量が順次減少（比屈折率差が順次増大）していく構成を有する光ファイバ母材を作製する（ステップＳ１００：ステップＳ１０１〜Ｓ１０６を含む）。そして、得られた光ファイバ母材を加熱線引して（Ｓ１０７）、図１及び図２に示したような構成を有する光ファイバを得る（Ｓ１０８）。
【００８７】
最初に、光ファイバ母材の作製（Ｓ１００）について説明する。まず、所定の添加量でＦが添加されたコア領域を少なくとも含むコア母材を作製する（Ｓ１０１）。コア母材としては、通常のコア母材を用いることができ、例えば、コア領域、あるいはさらにクラッド領域の一部が形成された母材を所定の長さに延伸したものを用いることができる。また、コア領域については、例えば、ＦとともにＧｅ、Ｃｌなどの屈折率を上げる添加物が共添加された構成としても良い。
【００８８】
ここで、コア母材（コア延伸体）にクラッド領域の一部を形成する場合には、図１のように１層のクラッド層２０１を有する構成では、その一部をコア母材で形成する方法がある。ただし、この場合、少なくとも外縁部２０５を含む領域範囲はコア母材に含まれないようにする必要がある。また、図２のように２層のクラッド層２０１、２０２を有する構成では、内クラッド層２０１をコア母材で形成する方法がある。なお、コア母材に形成されるクラッド領域の一部については、後述する最外クラッド層と同様に合成、脱水、焼結によって形成しても良いし、あるいは、ロッドインコラプス法を用いても良い。
【００８９】
このようなコア母材に対して、ＶＡＤ法またはＯＶＤ法などの合成方法を用いて、その外周上にガラス微粒子層を合成する（Ｓ１０２、合成工程）。具体的には、所定のガス組成からなる原料ガスが供給されているガラス合成用バーナからの火炎によってガラス微粒子を生成し、コア母材の外周上にこのガラス微粒子を堆積させて、ガラス微粒子層を合成する。このガラス微粒子層は、加熱焼結後に最外クラッド層（あるいは、その外縁部を少なくとも含む最外クラッド層の外側の所定部分）となる層である。
【００９０】
続いて、合成されたガラス微粒子層を加熱脱水し（Ｓ１０３、脱水工程）、さらに、脱水されたガラス微粒子層を加熱焼結して（Ｓ１０５、焼結工程）、ガラス微粒子層から最外クラッド層が形成された光ファイバ母材を作製する（Ｓ１０６）。
【００９１】
なお、必要があれば、脱水工程（Ｓ１０３）と焼結工程（Ｓ１０５）との間の工程において、ガラス微粒子層にＦを含浸させて添加しても良い（Ｓ１０４、含浸工程）。含浸工程においては、焼結炉中の雰囲気を、Ｆを所定濃度で含むガス雰囲気とし、このガス雰囲気中でガラス微粒子層にＦを含浸させて添加する。
【００９２】
このような光ファイバ母材の製造方法において、図１及び図２に示したように、ガラス微粒子層（最外クラッド層）の外縁部で添加量が徐々に減少する構成のＦの添加量分布を得る方法としては、例えば、ガラス微粒子層を加熱焼結する前に、ガラス微粒子層にＦを添加するとともに、その添加後に、ガラス微粒子層の外周を含む外縁部（最外クラッド層の外縁部に相当）から、添加されているＦの一部を除去する方法がある。
【００９３】
具体的には、例えば、コア母材の外周上に、ＳｉＯ2からなるガラス微粒子層をジャケット層として合成（スス付け、合成工程）する。そして、ＳｉＣｌ4雰囲気・１２００℃加熱で脱水（脱水工程）した後、ＳｉＦ4雰囲気・１２００℃加熱でガラス微粒子層にＦを含浸させて添加する（含浸工程）。
【００９４】
続いて、このガラス微粒子層（ガラス微粒子体）を１５００℃加熱で焼結する（焼結工程）が、ここで、加熱焼結時のガス雰囲気からＦ（ＳｉＦ4）を除くか、あるいは含浸時の濃度よりも低い濃度（例えば微量な濃度）としておく。このとき、上記したガス雰囲気と接しているガラス微粒子層（最外クラッド層）の外縁部から、添加されているＦの一部が加熱焼結中に除去されて、外縁部においてＦの添加量が徐々に減少する構成の添加量分布が形成される。
【００９５】
このように、Ｆを添加した後に外縁部のＦの一部を除去する方法によれば、上記した例のように加熱焼結時にＦの除去を行うことができるなど、新たな工程を追加せずに、外縁部においてＦの添加量が徐々に減少する添加量分布を得ることができる。したがって、製造コストを高くすることなく、上述した構成の光ファイバを得ることができる。
【００９６】
なお、このような方法は、Ｆの添加方法によらず、例えばＦの含浸を行わずにガラス微粒子層の合成時にＦを添加した場合にも、同様に適用することが可能である。また、Ｆの除去については、焼結工程で行う方法に限らず、脱水工程、含浸工程、及び焼結工程のそれぞれでの設定温度やガス組成、ガス流量、処理時間などの組合せを利用して、様々な方法でＦの除去を実現することができる。また、それらの諸条件の設定によって、Ｆの除去量や添加量分布の減少の傾き等についても調整することができる。
【００９７】
また、上記のように、脱水工程と焼結工程との間の工程においてガラス微粒子層にＦを含浸させる場合、Ｆの添加量は経験的にＳｉＦ4ガスの流量の１／４乗に比例する。したがって、例えば、比屈折率差Δｎで−０．３％のＦの添加量を２倍の−０．６％にするには、約１６倍の流量でＳｉＦ4ガスを供給する必要がある。この場合、光ファイバの製造コストが高くなり、製造に必要なガス供給系や排ガス処理系などの設備も大型化する。また、ＳｉＦ4ガスの流量を増大していくと、ガラス微粒子層へのＦの添加量がある程度で飽和するような場合も考えられる。
【００９８】
このため、光ファイバのコア領域及びクラッド領域それぞれでのＦの平均添加量及び添加量分布については、このような製造上の条件をも考慮して、好適な添加量に設定することが好ましい。具体的には、例えばコア領域へのＦの添加量については、上述したように、条件
Δｎ0＞−０．３％
を満たす添加量でＦを添加することが好ましい。
【００９９】
また、同様にガラス微粒子層（最外クラッド層）の外縁部で添加量が徐々に減少するＦの添加量分布を得る方法として、Ｆの添加後に除去するのではなく、ガラス微粒子層へのＦの添加時に、添加するＦの添加量を徐々に減少させる方法も可能である。
【０１００】
具体的には、例えば、コア母材の外周上にガラス微粒子層をジャケット層として合成（合成工程）するときに、ガラス合成用バーナにＦを含む原料ガスを供給して、堆積されるガラス微粒子にＦを添加する。このとき、供給される原料ガスに含まれるＦの量を、ガラス微粒子が堆積されるにしたがって減少させていけば、外縁部においてＦの添加量が徐々に減少する構成の添加量分布を形成することができる。
【０１０１】
また、ガラス微粒子層の合成時にＣｌを添加した後、ＣｌをＦに置換することも可能である。この場合には、同様に原料ガスに含まれるＣｌの量を減少させていけば良い。
【０１０２】
次に、作製された光ファイバ母材の加熱線引（図３のステップＳ１０７）について説明する。図４は、本発明による光ファイバの製造方法、及び光ファイバの製造に用いられる線引装置の一実施形態を概略的に示す構成図である。
【０１０３】
図４に示す線引装置１は、石英ガラス系光ファイバを線引するための線引装置であって、線引炉１１、徐冷用の加熱炉２１及び樹脂硬化部３１を有して構成されている。これらの線引炉１１、加熱炉２１及び樹脂硬化部３１は、光ファイバ母材２を線引する方向（図４における上下方向）に、線引炉１１、加熱炉２１、樹脂硬化部３１の順で設置されている。
【０１０４】
まず、母材供給装置（図示していない）に保持された光ファイバ母材２を線引炉１１に供給し、線引炉１１内のヒータ１２で光ファイバ母材２の下端を加熱して軟化させ、光ファイバ３を線引する。線引炉１１の炉心管１３には、不活性ガス供給部１４からの不活性ガス供給通路１５が接続されており、線引炉１１の炉心管１３内が不活性ガス雰囲気となるように構成されている。
【０１０５】
ここで、母材供給装置から供給される光ファイバ母材２については、上述したように、コア領域にＦが添加され、また、最外クラッド層の外縁部内において、最外クラッド層内でのＦの最小添加量となる所定の添加量までＦの添加量が順次減少していく構成に作製されたものを用いている。
【０１０６】
加熱線引された光ファイバ３は炉心管１３内にて、１７００℃程度にまで不活性ガスにより急激に冷却される。その後、光ファイバ３は、炉心管１３の下部から線引炉１１外に出され、線引炉１１と加熱炉２１との間にて空冷される。不活性ガスとしては、例えばＮ2ガスを用いることができ、このＮ2ガスの熱伝導係数λ（Ｔ＝３００Ｋ）は２６ｍＷ／（ｍ・Ｋ）である。また、空気の熱伝導係数λ（Ｔ＝３００Ｋ）は２６ｍＷ／（ｍ・Ｋ）である。
【０１０７】
次に、空冷された光ファイバ３を、線引炉１１の後段であって、線引炉１１と樹脂硬化部３１との間に設けられた徐冷用の加熱炉２１に送る。そして、光ファイバ３の所定区間を所定の温度範囲内の温度であるように加熱して、所定の冷却速度にて徐冷する。加熱炉２１による加熱条件については、加熱炉２１は、線引された光ファイバ３を、光ファイバ３の温度が８００〜１５００℃の範囲内の温度であるように０．０５〜５秒間加熱することが好ましい。
【０１０８】
この加熱炉２１は、その中を光ファイバ３が通る炉心管２３を有する。この炉心管２３は、光ファイバ母材２の線引方向（図４における上下方向）での全長Ｌ２（ｍ）が、
Ｌ２≧Ｖ／８
を満足するように設定するのが好ましい。ここで、Ｖは線引速度（ｍ／ｓ）である。
【０１０９】
また、加熱炉２１は、炉心管２３の位置が、炉心管２３に入る直前の光ファイバ３の温度（入線温度）が１０００〜１８００℃の範囲となる位置に設定されており、線引炉１１に対して、
Ｌ１≦０．２×Ｖ
を満足するように設けられるのが好ましい。ここで、Ｌ１は線引炉１１のヒータ１２の下端から炉心管２３の上端までの距離（ｍ）、Ｖは線引速度（ｍ／ｓ）である。また、加熱炉２１のヒータ２２の温度は、炉中心（光ファイバ３が通る部分）の温度が８００〜１５００℃の範囲内の温度、特に、１２００〜１４００℃の範囲内の温度となるように設定されている。
【０１１０】
上述した加熱炉２１（炉心管２３）の位置及び長さの設定により、徐冷用の加熱炉２１において、加熱線引された光ファイバ３が、その温度が８００〜１５００℃の範囲内の温度であるように加熱される。特に、光ファイバ３の温度が８００〜１５００℃となる部分のうち、光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間、例えば、光ファイバ３の温度が１２００〜１４００℃となる部分（温度差が２００℃となる区間）が１０００℃／秒以下の冷却速度で徐冷されることになる。
【０１１１】
なお、炉中心の温度を８００〜１５００℃の範囲内の温度に設定することにより、加熱線引された光ファイバ３において温度が８００〜１５００℃となる部分のうち、光ファイバ３の温度差が５０℃以上となる区間が１０００℃／秒以下の冷却速度で徐冷されることになる。
【０１１２】
加熱炉２１の炉心管２３には、Ｎ2ガス供給部２４からのＮ2ガス供給通路２５が接続されており、加熱炉２１の炉心管２３内がＮ2ガス雰囲気となるように構成されている。Ｎ2ガスを用いる代わりに、空気あるいはＡｒなどの分子量の比較的大きいガス等を用いることも可能である。ただし、カーボンヒータを用いる場合には、不活性ガスを用いる必要がある。
【０１１３】
加熱炉２１を出た光ファイバ３は、外径測定手段としての外径測定器４１により外径がオンライン測定され、その測定値がドラム４２を回転駆動する駆動モータ４３にフィードバックされて外径が一定となるように制御される。外径測定器４１からの出力信号は、制御手段としての制御ユニット４４に送られ、光ファイバ３の外径が予め設定された所定値となるように、ドラム４２（駆動モータ４３）の回転速度を演算により求める。
【０１１４】
制御ユニット４４からは、演算により求めたドラム４２（駆動モータ４３）の回転速度を示す出力信号が駆動モータ用ドライバ（図示していない）に出力され、この駆動モータ用ドライバは制御ユニット４４からの出力信号に基づいて、駆動モータ４３の回転速度を制御する。
【０１１５】
その後、光ファイバ３に、コーティングダイス５１によりＵＶ樹脂５２が塗布される。塗布されたＵＶ樹脂５２は、樹脂硬化部３１のＵＶランプ３２により硬化されて、光ファイバ素線４が形成される。そして、光ファイバ素線４は、ガイドローラ６１を経て、ドラム４２により巻き取られる。ドラム４２は、回転駆動軸４５に支持されており、この回転駆動軸４５の端部は駆動モータ４３に接続されている。
【０１１６】
ここで、本実施形態においては、コーティングダイス５１及び樹脂硬化部３１によって、光ファイバを樹脂によって被覆する樹脂被覆部が構成されている。この樹脂被覆部としては、上記した構成に限らず、熱硬化樹脂を塗布し、加熱炉により硬化させるように構成してもよい。
【０１１７】
なお、線引炉１１の炉心管１３には、上記したように不活性ガス供給部１４からの不活性ガス供給通路１５が接続されており、線引炉１１の炉心管１３内が不活性ガス雰囲気となるように構成されているが、不活性ガス供給部１４としてＮ2ガス供給部を設け、炉心管１３内にＮ2ガスを供給してＮ2ガス雰囲気となるように構成してもよい。
【０１１８】
線引速度が低速、例えば１００ｍ／ｍｉｎの場合には、光ファイバ３がＨｅガス雰囲気では線引炉１１（炉心管１３）内で１０００℃以下まで冷却されてしまうことがあるため、この場合、炉心管１３内をＮ2ガス雰囲気として、線引炉１１（炉心管１３）出口での光ファイバ３の温度を１０００℃以上とすることが好ましい。また、Ｈｅガス供給部とＮ2ガス供給部とを設け、線引速度に対応して、炉心管１３内にＨｅガスまたはＮ2ガスを供給するように構成してもよい。実際には、一旦冷却後の再加熱により８００〜１５００℃としても、構造緩和は可能である。ただし、この場合には、再加熱するのにヒータ長のロスが出ることとなる。
【０１１９】
上記した光ファイバの製造方法においては、光ファイバ母材２として、コア領域にＦが添加されるとともに、最外クラッド層の外縁部においてＦの添加量が順次減少していく構成に作製された光ファイバ母材を用いている。このような構成の光ファイバ母材及び光ファイバによれば、コア領域での粘性の低下と、最外クラッド層の外縁部での粘性の増大とによって、コア領域及びクラッド領域へと応力が分散し、コアへの応力集中が抑制される。
【０１２０】
このとき、線引炉１１での加熱線引に対する張力制御において、好適な光ファイバを得るために許容される張力値範囲が広くなり、張力制御が容易化される。また、線引後に得られる光ファイバについても、その伝送損失や伝送特性の優れた（例えば低伝送損失の）光ファイバとすることが可能となる。
【０１２１】
すなわち、線引時の張力が好適な張力値範囲から逸脱すると、低張力では構造不整損失が増大し、逆に高張力ではレイリー散乱損失が増大するなど、光ファイバの伝送損失が増大する原因となる。これに対して、上記のように張力制御が容易化された製造方法によれば、伝送損失の張力依存性が小さくなるので、張力変化による伝送損失の増大や、伝送損失以外の伝送特性などの劣化が抑制される。また、張力制御に対して高精度が必要とされなくなるので、製造工程が簡単化されるとともに、その製造歩留りも向上される。なお、好適な張力値範囲としては、張力が０．０５〜０．２０Ｎ（５〜２０ｇｗ）の範囲内となるように張力制御を行うことが好ましい。
【０１２２】
なお、最外クラッド層の外縁部におけるＦの添加量分布については、Ｆの添加量を減少させる領域が最外クラッド層の外縁部であるため、コア領域及びその近傍を伝送される光の伝送特性には影響を与えることがない。したがって、光ファイバの伝送特性等を好適に保持しつつ、張力制御の容易化を達成することができる。
【０１２３】
また、図４に示した製造方法及び線引装置１においては、光ファイバ母材２の線引後に、線引炉１１の後段に設けられた徐冷用の加熱炉２１を用いて、光ファイバ３を徐冷することとしている。これにより、光ファイバ内に粘性流動によるガラスの構造緩和を発生させることによって仮想温度Ｔｆを低くして、レイリー散乱損失を低減することができる。
【０１２４】
このように、レイリー散乱損失の低減効果を有する製造方法を適用した場合でも、全体の伝送損失としては、必ずしも伝送損失が低減されない。これは、レイリー散乱損失が低減される一方で、コアへの過度の応力集中によって構造不整損失などの他の伝送損失成分が増大してしまい、全体として伝送損失の低減効果が得られないためと考えられる。また、構造不整損失などの発生を抑制しようとすると、逆にレイリー散乱損失の低減効果を充分に得られないこととなる。
【０１２５】
これに対して、コア領域にＦが添加され、また、最外クラッド層の外縁部でＦの添加量が減少する上記の構成による光ファイバ母材及び光ファイバを適用することにより、レイリー散乱損失を低減（例えば、レイリー散乱係数Ａが０．７９ｄＢ／ｋｍ・μｍ4以下）すると同時に、コアへの応力集中による構造不整損失などの発生をも抑制して、全体として低伝送損失（例えば、波長１．００μｍでの伝送損失α1.00が０．８０ｄＢ／ｋｍ以下）の光ファイバを実現することが可能となる。
【０１２６】
また、コア領域がＦ添加ＳｉＯ2ガラスからなる構成では、Ｆの添加によってコア領域の粘度が大きく低下するので、粘性流動によるガラスの構造緩和が進みやすい（文献「K.Shiraki et al., Electronics Letters, Vol.29 No.14, pp.1263-1264（1993）」参照）。したがって、線引炉１１の後段に設けられた加熱炉２１によって光ファイバを徐冷する製造方法に対して、上記構成を有する光ファイバを適用することによって、構造緩和による仮想温度Ｔｆの低下の効果が促進され、光ファイバでのレイリー散乱損失を効率的に低減することが可能となる。
【０１２７】
また、ガラスの粘度は温度が上昇するとともに低下する。このため、光ファイバを徐冷する上述した製造方法では、コア領域内などでの粘度が粘性流動を発生させるために充分な粘度まで低下するように処理温度を設定して、加熱炉２１による光ファイバの加熱を行う必要がある。
【０１２８】
これに対して、Ｆの添加によってコア領域の粘度を低下させた構成の光ファイバによれば、粘性流動が発生する処理温度が低くなる。したがって、加熱炉２１による光ファイバの加熱温度をより低い温度とすることができるので、加熱炉２１を用いた光ファイバの徐冷が容易化される。また、粘性流動による構造緩和が促進されることによって、徐冷後に得られるガラスの仮想温度Ｔｆも、処理温度とともに低下するので、レイリー散乱損失の低減効果が向上される。
【０１２９】
このような徐冷のための加熱処理の条件については、上述したように、８００〜１５００℃の範囲内の加熱温度、０．０５〜５秒間の範囲内の加熱時間で、加熱炉２１による光ファイバの加熱を行うことが好ましい。このような温度範囲及び加熱時間とすることによって、線引後の光ファイバの徐冷による仮想温度Ｔｆの低減を好適に実現することができる。また、これらの温度範囲などの条件については、線引速度などに応じて、適宜好適な条件を設定することが好ましい。
【０１３０】
コア領域へのＦの添加による粘性流動の促進効果について例をあげると、例えば、比屈折率差Δｎで＋０．６１％の添加量でＧｅを添加するとともに、−０．１８％の添加量でＦを添加したＧｅ、Ｆ添加ＳｉＯ2ガラスに対して、Ｆの添加量を−０．７％まで増やしたＧｅ、Ｆ添加ＳｉＯ2ガラスを考え、両者の粘度を比較する。このとき、Ｆの添加量を増やした後者のガラスでは、前者のガラスよりも同一温度での粘度が低下する。また、ガラス内での粘性流動が一定の粘度となったときに発生するとすれば、上記したように−０．１８％から−０．７％までＦの添加量を増やした場合、粘性流動が発生する処理温度は約１３０℃低くなる。
【０１３１】
このとき、徐冷による構造緩和後のガラスの仮想温度Ｔｆが同様に１３０℃低下すると考えた場合、仮想温度Ｔｆの低下に伴って、光ファイバ内でのレイリー散乱損失は約８％低減される。例えば、波長１．５５μｍにおける伝送損失α1.55が０．１７ｄＢ／ｋｍの光ファイバで、そのうちの０．１４５ｄＢ／ｋｍの損失分がレイリー散乱損失によるものとすると、約０．０１２ｄＢ／ｋｍの伝送損失の低減効果が得られる。すなわち、Ｆの添加量−０．１％あたりで、２．３ｍｄＢ／ｋｍ程度の伝送損失の低減効果が得られる。
【０１３２】
なお、このようにコア領域にＦを添加することにより、レイリー散乱による伝送損失は低下するが、一方でフッ素の濃度ゆらぎが伝送損失に影響する。したがって、これらの影響を合わせると、Ｆの添加量が−０．２％のときに、Ｆを添加しない場合と比べて密度ゆらぎの減少による伝送損失の減少が５ｍｄＢ／ｋｍ程度、濃度ゆらぎの増大による伝送損失の増大が＋２ｍｄＢ／ｋｍ程度で、全体として３ｍｄＢ／ｋｍ程度の伝送損失の低減効果が得られる。
【０１３３】
図５は、本発明による光ファイバの第３の実施形態について、その断面構造、及びファイバ径方向の屈折率プロファイルを模式的に示す図である。
【０１３４】
この光ファイバは、第１の実施形態と同様に、ＳｉＯ2ガラス（石英ガラス）系の光ファイバであり、光ファイバの中心軸を含むコア領域１００と、コア領域１００の外周に設けられたクラッド領域２００とを有して構成されている。このうち、コア領域１００の構成については、図１に示した光ファイバにおけるコア領域１００とほぼ同様である。
【０１３５】
一方、クラッド領域２００は、本実施形態においては、コア領域１００の外周に設けられた内クラッド層２０１と、内クラッド層２０１の外周にさらに設けられた最外クラッド層である外クラッド層２０２との２層のクラッド層を有して構成されている。
【０１３６】
内クラッド層２０１は、その外周の半径をｒ1として形成されている。この内クラッド層２０１には、純ＳｉＯ2ガラスに屈折率を下げる添加物としてＦ（フッ素）が所定量添加されている。これにより、内クラッド層２０１内の平均比屈折率差は、Δｎ1（ただし、Δｎ1＜０）となっている。また、内クラッド層２０１でのＦの平均添加量は、コア領域１００でのＦの平均添加量よりも大きくされている。したがって、コア領域１００及び内クラッド層２０１の平均比屈折率差Δｎ0、Δｎ1は、図５に示したように、０＞Δｎ0＞Δｎ1の関係を有している。
【０１３７】
また、外クラッド層２０２は、その外周の半径をｒ2として形成されている。この外クラッド層２０２には、純ＳｉＯ2ガラスにＦ（フッ素）が所定量添加されている。これにより、外クラッド層２０２内の平均比屈折率差は、Δｎ2（ただし、Δｎ2＜０）となっている。また、外クラッド層２０２でのＦの平均添加量は、内クラッド層２０１でのＦの平均添加量よりも小さくされている。したがって、内クラッド層２０１及び外クラッド層２０２の平均比屈折率差Δｎ1、Δｎ2は、図５に示したように、０＞Δｎ2＞Δｎ1の関係を有している。
【０１３８】
本実施形態の光ファイバにおいては、第１の実施形態と同様に、コア領域１００にＦを添加している。これにより、光ファイバ内でのレイリー散乱損失が小さくなり、伝送損失が低減される。また、Ｆ添加ＳｉＯ2からなるコア領域１００では、純ＳｉＯ2に比べて粘性が小さくなるので、光ファイバ内に加わる応力のコアへの集中が抑制される。また、この粘性の低下によって、コア領域内での粘性流動による構造緩和が促進される。
【０１３９】
さらに、２層のクラッド層２０１、２０２からなるクラッド領域２００の構成について、図５に示すように、外クラッド層２０２でのＦの添加量が内クラッド層２０１でのＦの添加量よりも小さい添加量となるようにクラッド領域２００を構成している。
【０１４０】
このような構成とすることによって、外クラッド層２０２の粘性が大きくなり、応力がこの外クラッド層２０２へと分散して、コアへの応力集中がさらに抑制される。すなわち、コア領域１００へのＦの添加による効果と、外クラッド層２０２におけるＦの添加量を小さくしたことによる効果とを合わせることによって、光ファイバ内に加わる応力がコア領域１００及びクラッド領域２００へと好適に分散されて、コアへの応力集中が抑制される。
【０１４１】
これにより、光ファイバの線引時において許容される好適な張力値範囲がより広い数値範囲となり、線引時の張力制御が容易化される。また、コアへの過度の応力集中や、不充分な張力制御などによって生じる伝送損失の増大や伝送特性の劣化が防止されるとともに、コア領域内でのガラスの粘性流動による構造緩和が促進される。以上より、全長にわたって好適かつ安定した伝送特性を有する光ファイバが実現される。
【０１４２】
ここで、コア領域１００の平均比屈折率差Δｎ0と、外クラッド層２０２の平均比屈折率差Δｎ2との関係については、いずれが大きくても良いが、光ファイバでの光の伝送特性や、コアへの応力集中の抑制効果などを考慮して、それぞれ好適なＦの添加量及び平均比屈折率差に設定することが好ましい。
【０１４３】
また、クラッド領域２００を構成する内クラッド層２０１、外クラッド層２０２のうち、最外クラッド層である外クラッド層２０２を純ＳｉＯ2として形成して、Δｎ2＝０としても良い。これにより、光ファイバ内に加わる応力をクラッド領域２００へと充分に分散することができる。
【０１４４】
なお、本実施形態の光ファイバの製造に用いられる光ファイバ母材及び光ファイバの製造方法については、第１及び第２の実施形態に関して上述したものと同様の製造方法を適用することが可能である（図３及び図４参照）。ただし、光ファイバ母材の構成については、図５に示した屈折率プロファイルを有する光ファイバ母材とする必要がある。
【０１４５】
また、外クラッド層２０２を純ＳｉＯ2層とした場合には、光ファイバ母材は、例えば、Ｆを添加した内クラッド層２０１の外周に純ＳｉＯ2層をＶＡＤ法やＯＶＤ法で合成し、それを加熱焼結することによって製造することができる。また、コア領域１００と内クラッド層２０１からなるガラスロッドを外クラッド層２０２となる純シリカパイプに挿入してコラプスしても良い。
【０１４６】
上記した光ファイバ及びその製造方法について、具体的な実施例及び比較例を示す。なお、以下の実施例及び比較例での光ファイバは、いずれも図４に示した加熱炉２１を用いて線引後の光ファイバを徐冷する製造方法によって作製を行う。また、徐冷用の加熱炉２１での光ファイバの加熱条件については、加熱温度を約１３００℃、線速２５ｍ／分で加熱炉の炉長を約１．５ｍとする。このとき、加熱炉２１での加熱時間は３．６秒間である。
【０１４７】
第１の実施例となる光ファイバは、図１に示した屈折率プロファイルによって作製する。また、各半径ｒ0、ｒa、ｒ1は、それぞれ２ｒ0＝１０μｍ、２ｒa＝１１０μｍ、２ｒ1＝１２５μｍとする。
【０１４８】
また、各領域での屈折率については、コア領域１００には、平均比屈折率差がΔｎ0＝−０．２％となるようにＦを添加する。一方、クラッド領域２００のクラッド層２０１には、最小比屈折率差がΔｎb＝−０．６５％、外縁部２０５での最大比屈折率差がおよそΔｎa＝−０．３５％となる添加量分布でＦを添加する。このとき、平均でおよそΔｎ1＝−０．５８％程度となる。
【０１４９】
第２の実施例となる光ファイバは、図２に示した屈折率プロファイルによって作製する。また、各半径ｒ0、ｒ1、ｒa、ｒ2は、それぞれ２ｒ0＝１０μｍ、２ｒ1＝５５μｍ、２ｒa＝１１０μｍ、２ｒ2＝１２５μｍとする。
【０１５０】
また、各領域での屈折率については、コア領域１００には、平均比屈折率差がΔｎ0＝−０．２％となるようにＦを添加する。一方、クラッド領域２００の内クラッド層２０１には、平均比屈折率差がΔｎ1＝−０．５８％となるようにＦを添加する。また、外クラッド層２０２には、最小比屈折率差がΔｎb＝−０．５０％、外縁部２０５での最大比屈折率差がおよそΔｎa＝−０．３５％となる添加量分布でＦを添加する。
【０１５１】
第３の実施例となる光ファイバは、図５に示した屈折率プロファイルによって作製する。また、各半径ｒ0、ｒ1、ｒ2は、それぞれ２ｒ0＝１０μｍ、２ｒ1＝５５μｍ、２ｒ2＝１２５μｍとする。
【０１５２】
また、各領域での屈折率については、コア領域１００には、平均比屈折率差がΔｎ0＝−０．２％となるようにＦを添加する。一方、クラッド領域２００の内クラッド層２０１には、平均比屈折率差がΔｎ1＝−０．５８％となるようにＦを添加する。また、外クラッド層２０２には、平均比屈折率差がΔｎ2＝−０．５０％となるようにＦを添加する。
【０１５３】
図６は、光ファイバの比較例について、その屈折率プロファイルを示す図である。本比較例の光ファイバの構成は、Ｆの添加量が減少する外縁部が形成されていないことを除けば、上記した第１の実施例と同様であり、コア領域３００、及びクラッド領域４００のクラッド層４０１の各半径ｒ0、ｒ1は、それぞれ２ｒ0＝１０μｍ、２ｒ1＝１２５μｍとなっている。
【０１５４】
また、各領域での屈折率については、コア領域３００には、平均比屈折率差がΔｎ0＝−０．２％となるようにＦを添加する。一方、クラッド領域４００のクラッド層４０１には、平均比屈折率差がΔｎ1＝−０．６５％となるようにＦを添加する。
【０１５５】
以上の第１、第２、第３の実施例、及び比較例について、加熱炉による徐冷ありとする製造方法によって線引を行った場合での、伝送損失α1.55の張力依存性を図７に示す。このグラフより、１層のクラッド層を有する構成での第１の実施例と比較例、及び２層のクラッド層を有する構成での第２の実施例と第３の実施例とにおける伝送損失α1.55の張力依存性をそれぞれ比較すると、いずれの場合も、Ｆの添加量が減少する外縁部を設けた第１、第２の実施例の場合に、伝送損失の値が低減されているとともに、その張力依存性も小さくなることがわかる。
【０１５６】
例えば、図７に示した例について、張力０．１０Ｎでの伝送損失α1.55の値を比較すると、１層のクラッド層の場合では、比較例が０．１６３ｄＢ／ｋｍに対して、第１の実施例では０．１５８ｄＢ／ｋｍとなっている。また、２層のクラッド層の場合では、第３の実施例が０．１５７ｄＢ／ｋｍに対して、第２の実施例では０．１５５ｄＢ／ｋｍとなっている。
【０１５７】
また、１層のクラッド層を有する第１の実施例と、２層のクラッド層を有する第２の実施例とを比較すると、第２の実施例の方が、伝送損失が低くなる。また、１層のクラッド層を有する比較例と、２層のクラッド層を有する第３の実施例とを比較した場合にも、第３の実施例の方が、伝送損失が低くなる。これは、２層のクラッド層のうちで外側の外クラッド層は、内クラッド層よりもＦの添加量が少なく、この外クラッド層自体が、応力分散の機能を有するためである。
【０１５８】
また、張力を０．１０Ｎとした第１、第２、第３の実施例の光ファイバについて、それぞれレイリー散乱係数Ａ及び波長１．００μｍでの伝送損失α1.00の値を求めると、いずれの場合も、レイリー散乱損失Ａが０．７９ｄＢ／ｋｍ・μｍ4以下、伝送損失α1.00が０．８０ｄＢ／ｋｍ以下である。
【０１５９】
以上より、コア領域にＦを添加するとともに、最外クラッド層の外縁部でＦの添加量を減少させる構成、または、外クラッド層でのＦの添加量を小さくする構成とすることによって、コアへの応力集中が抑制される。これにより、線引時における張力制御が容易化されて、全長にわたって伝送損失が安定的に低減される光ファイバが実現される。
【０１６０】
ここで、上記した実施例におけるコア領域及びクラッド領域へのＦの添加量についてみると、例えば２層のクラッド層を有する第２の実施例では、内クラッド層２０１に対してΔｎ1＝−０．５８％となる添加量でＦが添加されている。このＦの添加量は、Δｎ1＞−０．６％の条件を満たすものの、やや大きい添加量となっている。これに対して、コア領域１００にＦとともにＧｅ、Ｃｌなどの屈折率を上げる添加物を共添加する構成とすれば、クラッド領域２００へのＦの添加量を低減することができる。
【０１６１】
例えば、第２の実施例に対する一変形例として、Δｎ0＝−０．２％となる添加量でＦが添加されたコア領域１００に対して、さらに、Δｎ＝＋０．０８％となる添加量でＣｌを添加する構成を考える。このとき、コア領域１００の平均比屈折率差は、Ｆ及びＣｌの共添加によってΔｎ0＝−０．１２％と０．０８％高くなる。そして、これに合わせて、内クラッド層２０１に対するＦの添加量をΔｎ1＝−０．５０％となる添加量まで低減することができる。
【０１６２】
このように、内クラッド層２０１に対する添加量がΔｎ1で−０．５８％から−０．５０％へと低減されることにより、Ｆの添加量がＳｉＦ4ガスの流量の１／４乗に比例することを考慮すれば、Ｆの含浸工程において供給するＳｉＦ4ガスの流量は約半分ですむこととなる。また、この程度の添加量であれば、コア領域１００に添加されたＣｌの濃度揺らぎによるレイリー散乱損失の増大は、問題とはならない。
【０１６３】
また、第２の実施例に対する他の変形例として、Δｎ0＝−０．２％となる添加量でＦが添加されたコア領域１００に対して、さらに、Δｎ＝＋０．３％となる添加量でＧｅを添加する構成を考える。このとき、コア領域１００の平均比屈折率差は、Ｆ及びＧｅの共添加によってΔｎ0＝＋０．１％と＋０．３％高くなる。そして、これに合わせて、内クラッド層２０１に対するＦの添加量をΔｎ1＝−０．２８％となる添加量まで低減することができ、Ｆの含浸工程において供給するＳｉＦ4ガスの流量が低減される。
【０１６４】
ここで、上記した添加量でコア領域１００にＧｅを添加した場合、Ｇｅ添加に伴うレイリー散乱損失の増大がＦ添加による損失の低減効果とほぼ相殺し、純ＳｉＯ2コアの光ファイバと同程度の伝送損失（例えばα1.55で０．１７０ｄＢ／ｋｍ程度）となる。ただし、このような場合でも、コア領域１００にＦを添加するとともに、最外クラッド層の外縁部でＦの添加量を減少させることによるコアへの応力集中の抑制効果、線引時における張力制御が容易化される効果等は同様に得られる。したがって、このような構成によれば、純ＳｉＯ2コアの光ファイバと同等の伝送損失を有する光ファイバを、より高い製造効率で低コストに製造することが可能となる。
【０１６５】
なお、内クラッド層及び外クラッド層の２層のクラッド層を有するクラッド領域において、外クラッド層の全体でＦの添加量を小さくした構成では、外クラッド層への応力分散の効果が得られる一方で、クラッド領域の構成が光ファイバでの光の伝送特性にある程度の影響を与える場合がある。したがって、このような構成では、外クラッド層への応力分散の効果と、伝送特性への影響の効果とを考慮して、外クラッド層へのＦの添加量等を好適に設定することが好ましい。
【０１６６】
一方、最外クラッド層の外縁部においてＦの添加量を減少させる構成では、光ファイバの伝送特性を劣化させることなく、コアへの応力集中を効率的に抑制することが可能となる。また、このような構成によれば、製造工程に応力分散のための新たな層を形成するなどの新たな工程を付加することなく、コアへの応力集中が抑制される構成の光ファイバ母材及び光ファイバを実現することが可能である。
【０１６７】
本発明による光ファイバ、光ファイバ母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法は、上記した各実施形態及び実施例に限られるものではなく、様々な変形及び構成の変更が可能である。例えば、クラッド領域の構成については、図１、図２、及び図５に示した構成例に限らず、様々な構成を用いることができる。
【０１６８】
また、最外クラッド層の外縁部でのＦの添加量分布についても、その製造方法などに応じて、図１及び図２に示した構成以外の添加量分布としても良い。例えば、外縁部内の外周側の所定範囲で、Ｆの添加量が最小添加量で略一定とし、その内側（外縁部内の内周側）でＦの添加量が変化する構成としても良い。このように、外縁部内の外側部分となる外周近傍に、Ｆの添加量が最小添加量でほぼ一定となる領域を設けることによって、その領域内での粘性を大きくして、外縁部への応力分散をさらに効率的に実現することが可能となる。
【０１６９】
また、外クラッド層などの最外クラッド層において、その内周近傍でのＦの添加量が層内でのＦの最大添加量よりも少ない構成であっても良い。すなわち、最外クラッド層を形成するときに、その内周近傍でＦの添加量がやや減少する場合がある。このような添加量分布となった場合においても、上記した光ファイバの構成を適用することによって、外縁部への応力分散を実現することができる。
【０１７０】
【発明の効果】
本発明による光ファイバ、光ファイバ母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得る。すなわち、コア領域と、コア領域の外周に設けられたクラッド領域とを備える光ファイバにおいて、コア領域にＦを添加し、クラッド領域の最外クラッド層で、その外縁部内でＦの添加量が順次減少していく構成の光ファイバによれば、コア領域の粘性が小さくなるとともに、外縁部の粘性が大きくなる。したがって、光ファイバ内に加わる応力がコア領域及びクラッド領域へと好適に分散されて、コアへの応力集中が抑制される。
【０１７１】
また、コア領域と、コア領域の外周に設けられた内クラッド層及び外クラッド層からなるクラッド領域とを備える光ファイバにおいて、コア領域にＦを添加し、外クラッド層でのＦの添加量を内クラッド層でのＦの添加量よりも小さくした構成の光ファイバによっても、コア領域の粘性が小さくなるとともに、外クラッド層の粘性が大きくなる。したがって、光ファイバ内に加わる応力がコア領域及びクラッド領域へと好適に分散されて、コアへの応力集中が抑制される。
【０１７２】
これにより、光ファイバの線引時において許容される好適な張力値範囲がより広い数値範囲となり、線引時の張力制御が容易化される。また、コアへの過度の応力集中や、不充分な張力制御などによって生じる伝送損失の増大や伝送特性の劣化が防止されるとともに、粘性流動による構造緩和が促進されて、全長にわたって安定した伝送特性を有する光ファイバが実現される。このように、低伝送損失など優れた伝送特性を有する光ファイバによれば、長距離の光伝送システムに適用したときに、光増幅器などが設置された中継器の数を減らすことができるなど、効率的な光伝送システムを構築することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバの第１の実施形態の断面構造及び屈折率プロファイルを模式的に示す図である。
【図２】光ファイバの第２の実施形態の断面構造及び屈折率プロファイルを模式的に示す図である。
【図３】光ファイバの製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図４】光ファイバの製造方法、及び光ファイバの製造に用いられる線引装置の一実施形態を概略的に示す構成図である。
【図５】光ファイバの第３の実施形態の断面構造及び屈折率プロファイルを模式的に示す図である。
【図６】光ファイバの比較例での屈折率プロファイルを示す図である。
【図７】光ファイバにおける伝送損失の張力依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…線引装置、１１…線引炉、１２…ヒータ、１３…炉心管、１４…不活性ガス供給部、１５…不活性ガス供給通路、２１…加熱炉、２２…ヒータ、２３…炉心管、２４…Ｎ2ガス供給部、２５…Ｎ2ガス供給通路、３１…樹脂硬化部、３２…ＵＶランプ、４１…外径測定器、４２…ドラム、４３…駆動モータ、４４…制御ユニット、４５…回転駆動軸、５１…コーティングダイス、５２…ＵＶ樹脂、６１…ガイドローラ、
２…光ファイバ母材、３…光ファイバ、４…光ファイバ素線。
１００…コア領域、２００…クラッド領域、２０１…内クラッド層、２０２…外クラッド層、２０５…外縁部。
Claims (5)
- 屈折率が純ＳｉＯ２の屈折率以下となるようにフッ素が添加されたコア領域を少なくとも含むコア母材の外周上にガラス微粒子を堆積させて、前記コア領域の外周に設けられるクラッド領域が有する１層または複数層のクラッド層のうちで、最も外側に位置する最外クラッド層となるガラス微粒子層を合成する合成工程と、
合成された前記ガラス微粒子層を加熱脱水する脱水工程と、
フッ素を所定濃度で含むガス雰囲気中で、前記ガラス微粒子層にフッ素を含浸させて添加する含浸工程と、
脱水された前記ガラス微粒子層を加熱焼結して前記最外クラッド層とし、前記コア領域と、前記１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域と、を備える光ファイバ母材を形成する焼結工程とを備え、
前記焼結工程において、加熱焼結時のガス雰囲気に含まれるフッ素の濃度を、含浸時の前記所定濃度よりも低い濃度として、前記ガラス微粒子層の外周を含む外縁部から、添加されているフッ素の一部を除去することにより、
前記コア領域と、前記コア領域よりも屈折率が低くなるようにフッ素が添加された前記１層または複数層のクラッド層を有する前記クラッド領域とを備え、前記最外クラッド層が、その外周を含む外縁部内において、層内でのフッ素の最小添加量となる所定の添加量までフッ素の添加量が順次減少していくように構成されている光ファイバ母材を作製するとともに、
前記光ファイバ母材を加熱線引するときに、線引炉で線引された光ファイバを、前記線引炉の後段に設けられた加熱炉によって所定の温度範囲内の温度であるように加熱することを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 屈折率が純ＳｉＯ２の屈折率以下となるようにフッ素が添加されたコア領域を少なくとも含むコア母材の外周上にガラス微粒子を堆積させて、前記コア領域の外周に設けられるクラッド領域が有する１層または複数層のクラッド層のうちで、最も外側に位置する最外クラッド層となるガラス微粒子層を合成する合成工程と、
合成された前記ガラス微粒子層を加熱脱水する脱水工程と、
脱水された前記ガラス微粒子層を加熱焼結して前記最外クラッド層とし、前記コア領域と、前記１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域と、を備える光ファイバ母材を形成する焼結工程とを備え、
前記合成工程において、フッ素を含む原料ガスを用いて前記ガラス微粒子層にフッ素を添加するとともに、その外周を含む外縁部内においてフッ素の添加量が順次減少していくように、前記フッ素を含む原料ガスを調整して前記ガラス微粒子層の合成を行うことにより、
前記コア領域と、前記コア領域よりも屈折率が低くなるようにフッ素が添加された前記１層または複数層のクラッド層を有する前記クラッド領域とを備え、前記最外クラッド層が、その外周を含む外縁部内において、層内でのフッ素の最小添加量となる所定の添加量までフッ素の添加量が順次減少していくように構成されている光ファイバ母材を作製するとともに、
前記光ファイバ母材を加熱線引するときに、線引炉で線引された光ファイバを、前記線引炉の後段に設けられた加熱炉によって所定の温度範囲内の温度であるように加熱することを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 屈折率が純ＳｉＯ２の屈折率以下となるようにフッ素が添加されたコア領域を少なくとも含むコア母材の外周上にガラス微粒子を堆積させて、前記コア領域の外周に設けられるクラッド領域が有する１層または複数層のクラッド層のうちで、最も外側に位置する最外クラッド層となるガラス微粒子層を合成する合成工程と、
合成された前記ガラス微粒子層を加熱脱水する脱水工程と、
脱水された前記ガラス微粒子層を加熱焼結して前記最外クラッド層とし、前記コア領域と、前記１層または複数層のクラッド層を有するクラッド領域と、を備える光ファイバ母材を形成する焼結工程とを備え、
前記合成工程において、塩素を含む原料ガスを用いて前記ガラス微粒子層に塩素を添加するとともに、その外周を含む外縁部内において塩素の添加量が順次減少していくように、前記塩素を含む原料ガスを調整して前記ガラス微粒子層の合成を行った後、添加された塩素をフッ素に置換することにより、
前記コア領域と、前記コア領域よりも屈折率が低くなるようにフッ素が添加された前記１層または複数層のクラッド層を有する前記クラッド領域とを備え、前記最外クラッド層が、その外周を含む外縁部内において、層内でのフッ素の最小添加量となる所定の添加量までフッ素の添加量が順次減少していくように構成されている光ファイバ母材を作製するとともに、
前記光ファイバ母材を加熱線引するときに、線引炉で線引された光ファイバを、前記線引炉の後段に設けられた加熱炉によって所定の温度範囲内の温度であるように加熱することを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 前記加熱炉は、前記線引された光ファイバを、前記光ファイバの温度が８００〜１５００℃の範囲内の温度であるように０．０５〜５秒間加熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の光ファイバの製造方法。
- 前記光ファイバ母材を加熱線引するときに、０．０５〜０．２０Ｎの範囲内の張力で前記光ファイバ母材の線引を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の光ファイバの製造方法。
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