JP7397679B2 - 光ファイバ母材の製造方法及びこれを用いた光ファイバの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光ファイバ母材の製造方法及びこれを用いた光ファイバの製造方法に関する。
従来より、伝送損失を低くする観点から、アルカリ金属がコアに添加された光ファイバが知られている。
このような光ファイバを形成するための光ファイバ母材の製造方法として、例えば下記特許文献１に記載の製造方法が知られている。同文献では、アルカリ金属をガラス管に添加させるアルカリ金属添加工程、ガラス管を縮径させる縮径工程、ガラス管を中実化する中実化工程等を行ってコア部を形成した後、コア部の周囲にクラッド部を形成して光ファイバ母材を製造する方法が開示されている。また同文献には、アルカリ金属添加工程でアルカリ金属化合物の蒸気を酸素ガスとともにガラス管の内側の中空内部に流し、外部熱源によりガラス管を加熱しながら、アルカリ金属をガラス管中に拡散添加させ、縮径工程では、アルカリ金属蒸気の供給を停止し、外部熱源によるガラス管の加熱を続けて行ってガラス管を縮径し、最終的に中実化工程において中実化を行うことも開示されている。
しかし、上記特許文献１に記載の光ファイバ母材の製造方法は、光ファイバ母材を線引きして光ファイバを製造する場合に、得られる光ファイバにおける伝送損失の点で改善の余地を有していた。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、伝送損失の増加が抑制された光ファイバを形成することが可能な光ファイバ母材を製造できる光ファイバ母材の製造方法及びこれを用いた光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らは上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた。その結果、上記特許文献１に記載の光ファイバ母材の製造方法では、アルカリ金属添加工程でガラス管にガラス管の内表面からアルカリ金属を添加させる際に、アルカリ金属の添加が拡散よりも優位に行われ、外部熱源をトラバースするたびごとにガラス管の内表面近傍におけるアルカリ金属の最終濃度が増加し、アルカリ金属添加工程が終了した時点で、ガラス管の内表面近傍におけるアルカリ金属の最終濃度が非常に大きくなるのではないかと本発明者らは考えた。そして、さらに、ガラス管の内表面近傍でアルカリ金属の最終濃度が非常に大きくなる結果、ガラス管内で結晶化が起こりやすくなり、この結晶が、光ファイバ母材のコア部に残り、さらには光ファイバ母材の線引きにより得られる光ファイバのコアにも残る結果、光ファイバの伝送損失が増加し得るのではないかと本発明者らは考えた。そこで、本発明者らは、さらに鋭意検討を重ねた結果、以下の発明により上記課題を解決し得ることを見出した。
すなわち、本発明は、コア部、及び、前記コア部を包囲するクラッド部を有する光ファイバ母材を製造する光ファイバ母材の製造方法であって、コア材を準備するコア材準備工程と、前記コア材を用いて前記コア部を形成するコア部形成工程と、前記コア部を包囲するように前記クラッド部を形成するクラッド部形成工程とを含み、前記コア材準備工程が、ガラス管の内側の中空部にアルカリ金属化合物の蒸気を、酸素ガスを含むキャリアガスとともに供給しながら、前記ガラス管の長手方向に沿ってトラバースする熱源によって前記ガラス管を加熱し、前記ガラス管の内表面にアルカリ金属酸化物を堆積させて前記ガラス管のバルク内にアルカリ金属を添加させるアルカリ金属添加工程を含み、前記アルカリ金属添加工程が、前記ガラス管の内表面近傍における前記アルカリ金属の第１最終濃度が第１初期濃度よりも高くなるように前記アルカリ金属の濃度を増加させる複数の濃度増加工程と、前記濃度増加工程同士の間の箇所のうち少なくとも１箇所で行われ、前記ガラス管の内表面近傍における前記アルカリ金属の第２最終濃度が第２初期濃度よりも低くなるように前記アルカリ金属の濃度を低下させる濃度低下工程とを含む、光ファイバ母材の製造方法である。
上記製造方法によれば、ガラス管の内側の中空部にアルカリ金属化合物の蒸気を、酸素ガスを含むキャリアガスとともに供給しながら、ガラス管の長手方向に沿ってトラバースする熱源によってガラス管を加熱し、ガラス管の内表面にアルカリ金属酸化物を堆積させてガラス管のバルク内にアルカリ金属を添加させるアルカリ金属添加工程が行われる。そして、アルカリ金属添加工程では、ガラス管の内表面近傍におけるアルカリ金属の第１最終濃度が第１初期濃度よりも高くなるようにアルカリ金属の濃度を増加させる複数の濃度増加工程が行われ、濃度増加工程同士の間の箇所のうち少なくとも１箇所で、ガラス管の内表面近傍におけるアルカリ金属の第２最終濃度が第２初期濃度よりも低くなるようにアルカリ金属の濃度を低下させる濃度低下工程が行われ、コア材が準備される。そして、こうして準備されたコア材を用いてコア部が形成される。このため、ガラス管のバルク内に添加されるアルカリ金属の総量が同じである場合、濃度増加工程同士の間の箇所のうち少なくとも１箇所で、上記の濃度低下工程が行われることにより、アルカリ金属添加工程において最後に行われる濃度増加工程におけるガラス管の内表面近傍でのアルカリ金属の最終濃度を、複数の濃度増加工程を全て行った後に濃度低下工程を行う場合に比べて、低下させることができる。このため、ガラス管において結晶化を起こりにくくすることができ、コア部内の結晶を低減することができる。従って、このようなコア部をクラッド部で包囲した後、線引きにより光ファイバを製造する場合に、伝送損失の増加が抑制された光ファイバを形成することが可能な光ファイバ母材を製造することができる。
上記光ファイバ母材の製造方法は、前記コア材準備工程が、前記アルカリ金属添加工程の後に、前記ガラス管の外径を縮小させる縮径工程をさらに含むことが好ましい。
この場合、アルカリ金属添加工程の後に縮径工程が行われると、縮径工程の後にアルカリ金属添加工程が行われる場合に比べて相対的にガラス管の肉厚が薄くなるため、アルカリ金属をガラス管においてより外周側まで拡散させることができる。そのため、得られる光ファイバ母材のコア部において、アルカリ金属をより広く分布させることができる。
上記光ファイバ母材の製造方法においては、前記濃度低下工程において、前記熱源による前記ガラス管の外表面における温度を前記濃度増加工程における前記ガラス管の外表面における温度よりも低く又は高くすることにより、前記ガラス管の内表面近傍における前記アルカリ金属の第２最終濃度が第２初期濃度よりも低くなるように前記アルカリ金属の濃度を低下させることが好ましい。
この場合、濃度低下工程において、熱源によるガラス管の外表面における温度を濃度増加工程におけるガラス管の外表面における温度よりも低くすると、ガラス管の内側の中空部におけるアルカリ金属酸化物の生成量を減ずることができ，その結果、ガラス管の内表面への堆積量を減ずることができる。一方、熱源によるガラス管の外表面における温度を濃度増加工程におけるガラス管の外表面における温度よりも高くすることにより、ガラス管の内表面に堆積したアルカリ金属酸化物のガラス管のバルク内への拡散を促進することができる。従って、ガラス管の内表面近傍におけるアルカリ金属の濃度を効果的に低下させることができる。また、濃度低下工程が終了して次の濃度増加工程を行う際、熱源によるガラス管の外表面における温度については極めて容易に変更することができ、濃度増加工程の後の濃度低下工程を直ちに行うことができるし、濃度低下工程の後の濃度増加工程を直ちに行うこともできる。
上記光ファイバ母材の製造方法においては、前記濃度低下工程において、前記熱源のトラバース速度を前記濃度増加工程における前記熱源のトラバース速度よりも小さく又は大きくすることにより、前記ガラス管の内表面近傍における前記アルカリ金属の第２最終濃度が第２初期濃度よりも低くなるように前記アルカリ金属の濃度を低下させることが好ましい。
この場合、濃度低下工程において、熱源のトラバース速度が濃度増加工程における熱源のトラバース速度よりも小さい場合、ガラス管の単位時間当たりの加熱時間が長くなるため、アルカリ金属酸化物が、アルカリ金属酸化物の堆積量が少ない又はガラス管の結晶化が起こらないうちにガラス管の内表面から外径方向に向かって拡散しやすくなる。一方、濃度低下工程において、熱源のトラバース速度が濃度増加工程における熱源のトラバース速度よりも大きい場合、単位時間当たりのアルカリ金属酸化物のガラス管の内表面への堆積量を減らすことができる。従って、ガラス管の内表面近傍におけるアルカリ金属の濃度を効果的に低下させることができる。また、濃度低下工程が終了して次の濃度増加工程を行う際、熱源のトラバース速度については極めて容易に変更することができ、濃度増加工程の後の濃度低下工程を直ちに行うことができるし、濃度低下工程の後の濃度増加工程を直ちに行うこともできる。
上記光ファイバ母材の製造方法においては、前記アルカリ金属添加工程において、前記濃度低下工程から前記濃度増加工程に切り替える場合には、前記濃度低下工程において前記アルカリ金属の濃度を低下させる条件を、予め前記濃度増加工程において前記アルカリ金属の濃度を増加させる条件に戻すことが好ましい。また、上記光ファイバ母材の製造方法においては、前記アルカリ金属添加工程において、前記濃度増加工程から前記濃度低下工程に切り替える場合には、前記濃度増加工程において前記アルカリ金属の濃度を増加させる条件を、予め前記濃度低下工程において前記アルカリ金属の濃度を低下させる条件に戻すことが好ましい。
この場合、濃度増加工程及び濃度低下工程の合計の時間が同じである場合、すなわち添加されるアルカリ金属の量が同じである場合であっても、ガラス管の内表面近傍のアルカリ金属の濃度が一時的に高くなることが抑制されるため、ガラス管が結晶化しにくくなる。
このとき、前記アルカリ金属添加工程において、前記濃度低下工程から前記濃度増加工程に切り替える場合には、前記濃度低下工程において前記アルカリ金属の濃度を低下させる条件を、予め前記濃度低下工程の直前の前記濃度増加工程において前記アルカリ金属の濃度を増加させる条件に戻すことが好ましい。また、前記アルカリ金属添加工程において、前記濃度増加工程から前記濃度低下工程に切り替える場合には、前記濃度増加工程において前記アルカリ金属の濃度を増加させる条件を、予め前記濃度増加工程の直前の前記濃度低下工程において前記アルカリ金属の濃度を低下させる条件に戻すことが好ましい。
この場合、濃度増加工程及び濃度低下工程の合計の時間が同じ場合、すなわち添加されるアルカリ金属の量が同じ場合であっても、ガラス管の内表面近傍のアルカリ金属酸化物の濃度が一時的に高くなることがより抑制されるため、ガラス管がより結晶化しにくくなる。
また、本発明は、上述した光ファイバ母材の製造方法により製造される光ファイバ母材を準備する母材準備工程と、前記母材準備工程で準備された前記光ファイバ母材を線引きして光ファイバを得る線引き工程とを含む、光ファイバの製造方法である。
この光ファイバの製造方法によれば、上述した光ファイバ母材の製造方法により、ガラス管において結晶化を起こりにくくすることができ、コア部内の結晶を低減することができる。このため、このようなコア部をクラッド部で包囲して製造した光ファイバ母材を線引きして光ファイバを製造する場合に、伝送損失の増加が抑制された光ファイバを製造することができる。
なお、本発明において、「ガラス管のバルク」とは、ガラス管の内表面と外表面との間の部分をいう。
また、本発明において、「ガラス管の内側の中空部」とは、ガラス管の内表面によって囲まれる中空の部分をいう。
さらに、本発明において、「内表面近傍」とは、ガラス管のバルクであって、ガラス管の内表面からガラス管の径方向外側の領域であって、添加されたアルカリ金属が拡散する領域であり、例えば、添加されたアルカリ金属の濃度が特に高くなる領域として、ガラス管の内表面からガラス管の肉厚の１／１０の厚さよりも薄い領域をいう。
本発明によれば、伝送損失の増加が抑制された光ファイバを形成することが可能な光ファイバ母材を製造できる光ファイバ母材の製造方法及びこれを用いた光ファイバの製造方法が提供される。
＜光ファイバ母材の製造方法＞
以下、本発明の光ファイバ母材の製造方法の実施形態について詳細に説明する。
以下、本発明の光ファイバ母材の製造方法の実施形態について詳細に説明する。
まず、本発明の光ファイバ母材の一実施形態について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の光ファイバ母材の製造方法により製造される光ファイバ母材の一例を示す端面図である。
図１に示すように、光ファイバ母材１０は、中実状の母材であり、コア部１と、コア部１を包囲するクラッド部２とを備えている。
次に、光ファイバ母材１０の製造方法について図２～図４を参照しながら説明する。図２は、本発明の光ファイバ母材の製造方法においてコア部を形成するのに用いるコア材を示す端面図であり、図３は、本発明の光ファイバ母材の製造方法に含まれるアルカリ金属添加工程を示す図であり、図４は、ガラス管の内表面近傍におけるアルカリ金属の濃度の時間変化を示すグラフである。
図２に示すように、まずコア材１１を準備する（コア材準備工程）。
コア材１１を形成するには、図３に示すように、まずガラス管２１の両端にそれぞれ第１ダミー管２２及び第２ダミー管２３が接続された複合ガラス管２０を用意し、第１ダミー管２２及び第２ダミー管２３を、図示しない旋盤に回転可能に支持させる。ガラス管２１、第１ダミー管２２，第２ダミー管２３はそれぞれ例えばシリカガラスで構成される。
第１ダミー管２２の内部には、第１ダミー管２２とガラス管２１との接続部から離れた位置に、原料となるアルカリ金属化合物３０が固体の状態で配置される。アルカリ金属化合物３０としては、例えばアルカリ金属のハロゲン化物（塩化物、臭素化物、フッ化物）、硫化物、炭酸塩、炭酸水素塩などを用いることができる。アルカリ金属としては、例えばカリウム、リチウム、ナトリウム、ルビジウム、セシウムなどが挙げられる。
また、第１ダミー管２２を包囲するように、原料となるアルカリ金属化合物３０を加熱する第１熱源４１が設けられている。ガラス管２１の外側には、ガラス管２１を外側から加熱する第２熱源４２が設けられている。第２熱源４２は、ガラス管２１の長手方向Ａに沿ってトラバースすることが可能となっている。第１熱源４１及び第２熱源４２としては、例えば酸水素バーナ、電気炉などを用いることができる。
また、複合ガラス管２０には、第１ダミー管２２側からキャリアガスＣを供給することが可能となっており、排気ガスＥがダミー管２３側から排気されるようになっている。キャリアガスとしては、Ｏ２ガス、不活性ガス又はこれらの混合物が挙げられる。不活性ガスとしては、例えばヘリウム及びアルゴンが挙げられる。
次に、旋盤によって、複合ガラス管２０をその長手方向Ａに沿った中心軸回りに回転させながら、第１熱源４１によってアルカリ金属化合物３０を加熱して溶融させ、アルカリ金属化合物３０の蒸気を生成させる。
一方、複合ガラス管２０の第１ダミー管２２側から、Ｏ２ガスを含むキャリアガスを供給する。すると、アルカリ金属化合物３０の蒸気はキャリアガスによって下流側に流され、第１ダミー管２２及びガラス管２１の接続部と、原料となるアルカリ金属化合物３０を配置した部分との間の領域Ｒ１で冷却され、微粒子となり、エアロゾルとなってガラス管２１の内側の中空部に供給される。
他方、第２熱源４２をガラス管２１の長手方向Ａに沿って往復移動させる。このとき、ガラス管２１の内側の中空部でアルカリ金属化合物がキャリアガスＣ中のＯ２ガスと酸化反応してアルカリ金属酸化物となり、ガラス管２１の内表面に堆積される。このとき、アルカリ金属酸化物は、サーモフォレシス効果により、第２熱源４２による加熱部よりも下流側のガラス管２１の内表面に堆積される。そして、第２熱源４２が後から、堆積したアルカリ金属酸化物を通過するときに、アルカリ金属酸化物がガラス管２１の内表面から外径方向に向かってガラス管２１のバルク内に拡散される。こうして、ガラス管２１にアルカリ金属を添加させる（アルカリ金属添加工程）。
アルカリ金属添加工程においては、まず、図４に示すように、ガラス管２１の内表面近傍においてアルカリ金属の第１最終濃度Ｃ２が第１初期濃度Ｃ１よりも高くなるようにアルカリ金属の濃度を増加させる（濃度増加工程）。このとき、アルカリ金属の濃度は、第１初期濃度Ｃ１から始まり、最大となった後、第１最終濃度Ｃ２に達する。アルカリ金属の濃度がこのように変化するのは以下の理由による。
すなわち、まず、最初はサーモフォレシス効果でアルカリ金属酸化物がガラス管２１の内表面に堆積し，一部はガラス管２１のバルク内に溶解し始めるので、ガラス管２１の内表面近傍におけるアルカリ金属の濃度が高くなる。次に、時間の経過につれて第２熱源４２が近づくことでガラス管２１の温度が高くなり、アルカリ金属酸化物の堆積量及び溶解量が増えるので、ガラス管２１の内表面近傍におけるアルカリ金属濃度が一層高くなる。しかし、アルカリ金属化合物３０の供給量の制約により、アルカリ金属酸化物の堆積量は飽和状態となり、アルカリ金属の濃度は最大となる。次に、第２熱源４２がさらに近づくと、ガラス管２１の温度が高くなってアルカリ金属酸化物のガラス管２１の内表面側から外表面側への拡散が始まるので、ガラス管２１の内表面近傍におけるアルカリ金属濃度が低下し始める。そして、第２熱源４２がさらに一層近づくと、ガラス管２１の温度がさらに高くなってアルカリ金属酸化物の拡散速度が大きくなり、ガラス管２１の内表面近傍におけるアルカリ金属濃度が低下する。そして、第２熱源４２が離れると、ガラス管２１の温度が低下するので、アルカリ金属酸化物の拡散がほとんど止まり、ガラス管２１の内表面近傍におけるアルカリ金属濃度が一定に近づく。
この濃度増加工程は、第２熱源４２をガラス管２１の長手方向Ａに沿って一定速度でトラバースさせ、１往復させたときに完了する（１回目のトラバース）。このとき、第２熱源４２により、ガラス管２１の外表面を例えば１５００℃以上２１００℃以下に加熱する。また、第２熱源４２のトラバース速度は、下流側に向かう速度については、例えば２５～１５０ｍｍ／分とし、上流側に向かう速度については、ガラス管２１の内表面近傍におけるアルカリ金属の濃度分布に影響を与えないよう，ガラス管２１の外表面が１０００℃以下になる程度に高速に、例えば１００～４００ｍｍ／秒とする。
次に、図４に示すように、ガラス管２１の内表面近傍においてアルカリ金属の第２最終濃度Ｃ３が第２初期濃度（すなわち直前に行われた濃度増加工程におけるアルカリ金属の第１最終濃度）Ｃ２よりも低くなるようにアルカリ金属の濃度を低下させる（濃度低下工程）。このとき、アルカリ金属の濃度は、第２初期濃度Ｃ２から始まり、時間とともに低下して第２最終濃度Ｃ３に達する。また、濃度低下工程は、濃度増加工程と同様、第２熱源４２をガラス管２１の長手方向Ａに沿って一定速度でトラバースさせ、１往復させたときに完了する（２回目のトラバース）。
そして、濃度低下工程から濃度増加工程に切り替える前に、濃度低下工程においてアルカリ金属の濃度を低下させる条件を、予め濃度増加工程においてアルカリ金属の濃度を増加させる条件に戻す。具体的には、第２熱源４２により、ガラス管２１の外表面の温度及び第２熱源４２のトラバース速度を、先に行った濃度増加工程と同様とする。
次に、ガラス管２１の内表面近傍においてアルカリ金属の第１最終濃度Ｃ４が第１初期濃度（すなわち直前に行われた濃度低下工程の第２最終濃度）Ｃ３よりも高くなるようにアルカリ金属の濃度を増加させる（濃度増加工程）。このとき、アルカリ金属の濃度は、第１初期濃度Ｃ３から始まり、最大となった後、第１最終濃度Ｃ４に達する。この濃度増加工程は、第２熱源４２をガラス管２１の長手方向Ａに沿ってトラバースさせ、１往復させたときに完了する（３回目のトラバース）。
そして、濃度増加工程から濃度低下工程に切り替える前に、濃度増加工程においてアルカリ金属の濃度を増加させる条件を、予め濃度低下工程においてアルカリ金属の濃度を低下させる条件に戻す。具体的には、第２熱源４２によるガラス管２１の外表面の温度及び第２熱源４２のトラバース速度を、先に行った濃度低下工程と同様とする。
次に、図４に示すように、ガラス管２１の内表面近傍においてアルカリ金属の第２最終濃度Ｃ５が第２初期濃度（すなわち直前に行われた濃度増加工程におけるアルカリ金属の第１最終濃度）Ｃ４よりも低くなるようにアルカリ金属の濃度を低下させる（濃度低下工程）。このとき、アルカリ金属の濃度は、第２初期濃度Ｃ４から始まり、時間とともに低下して第２最終濃度Ｃ５に達する。このとき、濃度低下工程は、濃度増加工程と同様、第２熱源４２をガラス管２１の長手方向Ａに沿ってトラバースさせ、１往復させたときに完了する（４回目のトラバース）。
次に、アルカリ金属が添加されたガラス管２１の外径を縮小させる（縮径工程）。縮径工程は通常，第１熱源４１によるアルカリ金属化合物３０の加熱を停止することでガラス管２１の内側の中空部へのアルカリ金属化合物の供給を停止した条件で実施する。縮径工程は、ガラス管２１の内圧を外圧よりも低くしながらガラス管２１を加熱したり、ガラス管２１の外表面の温度がアルカリ金属添加工程におけるガラス管２１の外表面の温度よりも高くなるようにガラス管２１を加熱したりすることによって行うことができる。添加されたアルカリ金属は，縮径工程においても，ガラス管２１の内表面側から外表面側への拡散が進行する。
続いて、縮径されたガラス管２１を最終的に中実化してコア材１１を得る（中実化工程）。添加されたアルカリ金属は，中実化工程においても，ガラス管２１の内表面側から外表面側への，あるいはコア材１１の中心から外周側への拡散が進行する。
続いて、複合ガラス管２０を構成していた第１ダミー管２２及び第２ダミー管２３を、溶断によりコア材１１から除去する。
そして、コア材１１に対し、必要に応じて延伸及び外周研削などを行い、コア部１を形成する（コア部形成工程）。
次に、コア部１を包囲するようにクラッド部２を形成する（クラッド部形成工程）。クラッド部２は、コア部１よりも低い屈折率を有するように形成する。
通常クラッド部２はコア部１よりも体積が大きいので、複数回に分けて層状に形成してもよい。コア部１とクラッド部２の屈折率差，半径比は，必要とする光ファイバの特性に応じて適宜選択してよい。またクラッド部２は異なる屈折率を持つ複数の層から形成されてもよい。以上のようにして光ファイバ母材１０が製造される。
上記製造方法によれば、ガラス管２１の内側の中空部にアルカリ金属化合物３０の蒸気を、Ｏ２ガスを含むキャリアガスとともに供給しながら、ガラス管２１の長手方向に沿ってトラバースする第２熱源４２によってガラス管２１を加熱し、ガラス管２１の内表面にアルカリ金属酸化物を堆積させてガラス管２１のバルク内にアルカリ金属を添加させるアルカリ金属添加工程が行われる。そして、アルカリ金属添加工程では、ガラス管２１の内表面近傍におけるアルカリ金属の第１最終濃度が第１初期濃度よりも高くなるようにアルカリ金属の濃度を増加させる２回の濃度増加工程が行われ、２回の濃度増加工程同士間の箇所で、ガラス管２１の内表面近傍におけるアルカリ金属の第２最終濃度が第２初期濃度よりも低くなるようにアルカリ金属の濃度を低下させる濃度低下工程が行われ、さらに濃度低下工程の後に濃度増加工程が行われる。すなわち、濃度増加工程及び濃度低下工程からなるステップが複数回繰り返される。こうしてコア材１１が準備され、コア材１１を用いてコア部１が形成される。このため、ガラス管２１のバルク内に添加されるアルカリ金属の総量が同じである場合、濃度増加工程同士の間の箇所のうち２箇所で、上記の濃度低下工程が行われることにより、アルカリ金属添加工程において最後に行われる濃度増加工程におけるガラス管２１の内表面近傍でのアルカリ金属の最終濃度を、複数の濃度増加工程を全て行った後に濃度低下工程を行う場合に比べて低下させることができる。
例えば図４において、第２熱源４２の２回目のトラバースで濃度低下工程を、破線で示すように濃度増加工程に変更し、３回目のトラバースで濃度増加工程を、破線で示すように濃度低下工程に変更すると、２回の濃度増加工程を全て行った後、濃度低下工程を２回連続して行うことになる。この場合、２回目に行われる濃度増加工程（最後に行われる濃度増加工程）におけるガラス管２１の内表面近傍でのアルカリ金属の第１最終濃度はＣ６となる。一方、本実施形態では、２回目に行われる濃度増加工程（最後に行われる濃度増加工程）におけるガラス管２１の内表面でのアルカリ金属の第１最終濃度はＣ４となる。そして、Ｃ４は、Ｃ６よりもΔＣだけ低下することになる。
このようにガラス管２１の内表面近傍においてアルカリ金属の濃度をより低下させることができるため、ガラス管２１において結晶化を起こりにくくすることができ、コア部１内の結晶を低減することができる。このため、このようなコア部１をクラッド部２で包囲して光ファイバ母材１０を製造すると、線引きにより光ファイバを製造する場合に、伝送損失の増加が抑制された光ファイバを形成することが可能な光ファイバ母材１０を製造することができる。
また、上記製造方法では、アルカリ金属添加工程の後に縮径工程が行われる。このため、縮径工程の後にアルカリ金属添加工程が行われる場合に比べて相対的にガラス管２１の肉厚が薄くなるため、アルカリ金属をガラス管２１においてより外周側まで拡散させることができる。そのため、得られる光ファイバ母材１０のコア部１において、アルカリ金属をより広く分布させることができる。
さらに、上記製造方法では、濃度低下工程から濃度増加工程に切り替える場合には、濃度低下工程においてアルカリ金属の濃度を低下させる条件を、予め濃度低下工程の直前の濃度増加工程においてアルカリ金属の濃度を増加させる条件に戻し、濃度増加工程から濃度低下工程に切り替える場合には、濃度増加工程においてアルカリ金属の濃度を増加させる条件を、予め濃度増加工程の直前の濃度低下工程においてアルカリ金属の濃度を低下させる条件に戻している。このため、濃度増加工程及び濃度低下工程の合計の時間が同じである場合、すなわち添加されるアルカリ金属の量が同じである場合であっても、ガラス管２１の内表面近傍のアルカリ金属の濃度が一時的に高くなることがより抑制されるため、ガラス管２１がより結晶しにくくなる。
次に、上記濃度低下工程について詳細に説明する。
濃度低下工程は、具体的には、以下の（１）～（４）の工程を行うことによって実現することができる。
（１）アルカリ金属化合物３０の供給量を、濃度増加工程におけるアルカリ金属化合物３０の供給量よりも減少させる工程。
（２）Ｏ２ガスの供給量を、濃度増加工程におけるＯ２ガスの供給量よりも減少させる工程。
（３）第２熱源４２の温度を、濃度増加工程における第２熱源４２の温度よりも低く又は高くする工程。
（４）第２熱源４２のトラバース速度を、濃度増加工程における第２熱源４２のトラバース速度よりも小さく又は大きくする工程。
（１）アルカリ金属化合物３０の供給量を、濃度増加工程におけるアルカリ金属化合物３０の供給量よりも減少させる工程。
（２）Ｏ２ガスの供給量を、濃度増加工程におけるＯ２ガスの供給量よりも減少させる工程。
（３）第２熱源４２の温度を、濃度増加工程における第２熱源４２の温度よりも低く又は高くする工程。
（４）第２熱源４２のトラバース速度を、濃度増加工程における第２熱源４２のトラバース速度よりも小さく又は大きくする工程。
（１）の工程は、具体的には、アルカリ金属化合物３０に対する第１熱源４１による加熱温度をアルカリ金属化合物３０の融点未満の温度にする、第１熱源４１による加熱を止める、又は複合ガラス管２０の内側の中空部にシャッター（図示せず）を設け、第１ダミー管２２からガラス管２１の内側の中空部にアルカリ金属化合物３０が供給されることを阻止することなどによって行うことができる。
（２）の工程は、具体的には、キャリアガスの供給量を濃度増加工程時のキャリアガスの供給量よりも減少させる、又は、キャリアガス中のＯ２ガスの割合を濃度増加工程時のＯ２ガスの割合よりも低下させる（例えば１００％から０％にする）ことなどによって行うことができる。
上記（１）又は（２）の工程によれば、アルカリ金属酸化物の生成量が濃度増加工程における生成量よりも減少するため、アルカリ金属酸化物のガラス管２１の内表面への堆積量を減少させることができ、ガラス管２１の内表面におけるアルカリ金属の濃度を効率よく低下させることができる。
（３）の工程によれば、濃度低下工程において、第２熱源４２によるガラス管２１の外表面における温度を、濃度増加工程におけるガラス管２１の外表面における温度よりも低くすると、ガラス管２１の内表面におけるアルカリ金属酸化物の生成量を減ずることができる。一方、第２熱源４２によるガラス管２１の外表面における温度を濃度増加工程におけるガラス管２１の外表面における温度よりも高くすることにより、ガラス管２１の内表面に堆積したアルカリ金属酸化物のガラス管２１への拡散を促進することができる。従って、ガラス管２１の内表面近傍におけるアルカリ金属の濃度を効果的に低下させることができる。また、濃度増加工程が終了して濃度低下工程を行う際、逆に濃度低下工程が終了して次の濃度増加工程を行う際、第２熱源４２として酸水素火炎を用いた場合には、第２熱源４２によるガラス管２１の外表面における温度については極めて容易に変更することができ、濃度増加工程の後の濃度低下工程を直ちに行うことができるし、濃度低下工程の後の濃度増加工程を直ちに行うこともできる。
（４）の工程によれば、濃度低下工程において、第２熱源４２のトラバース速度が濃度増加工程における第２熱源４２のトラバース速度よりも小さい場合、ガラス管２１の単位時間当たりの加熱時間が長くなるため、アルカリ金属酸化物が、アルカリ金属酸化物の堆積量が少ない又はガラス管２１の結晶化が起こらないうちにガラス管２１の内表面から外径方向に向かって拡散しやすくなる。一方、濃度低下工程において、第２熱源４２のトラバース速度が濃度増加工程における第２熱源４２のトラバース速度よりも大きい場合、単位時間当たりのアルカリ金属酸化物のガラス管２１の内表面への堆積量を減らすことができる。従って、ガラス管２１の内表面におけるアルカリ金属の濃度を効果的に低下させることができる。また、濃度低下工程が終了して次の濃度増加工程を行う際、第２熱源４２のトラバース速度については極めて容易に変更することができ、濃度増加工程の後の濃度低下工程を直ちに行うことができるし、濃度低下工程の後の濃度増加工程を直ちに行うこともできる。
なお、上記（１）～（４）の工程はそれぞれ単独で行うこともできるが、２つ以上の工程を組み合わせて行うことも可能である。
＜光ファイバの製造方法＞
次に、本発明の光ファイバの製造方法について説明する。本発明の光ファイバの製造方法は、上述した光ファイバ母材の製造方法により製造される光ファイバ母材１０を準備する母材準備工程と、母材準備工程で準備された光ファイバ母材１０を線引きして光ファイバを得る線引き工程とを含む。
次に、本発明の光ファイバの製造方法について説明する。本発明の光ファイバの製造方法は、上述した光ファイバ母材の製造方法により製造される光ファイバ母材１０を準備する母材準備工程と、母材準備工程で準備された光ファイバ母材１０を線引きして光ファイバを得る線引き工程とを含む。
この光ファイバの製造方法によれば、上述した光ファイバ母材の製造方法により、ガラス管２１において結晶化を起こりにくくすることができ、コア部１内の結晶を低減することができる。このため、このようなコア部１をクラッド部２で包囲して製造した光ファイバ母材１０を線引きして光ファイバを製造する場合に、伝送損失の増加が抑制された光ファイバを製造することができる。
＜線引き工程＞
線引き工程では、光ファイバ母材１０を線引き装置にセットし、加熱炉で加熱して線引きする。これにより、アルカリ金属が添加されたコアと、クラッドとを有する光ファイバが製造される。
線引き工程では、光ファイバ母材１０を線引き装置にセットし、加熱炉で加熱して線引きする。これにより、アルカリ金属が添加されたコアと、クラッドとを有する光ファイバが製造される。
ここで、線引き温度（加熱炉温度）は例えば２０００～２２００℃である。
本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば上記実施形態では、アルカリ金属添加工程において、２回の濃度増加工程が行われているが、濃度増加工程は複数回行われればよく、３回以上行われてもよい。また、この場合、濃度増加工程同士の間の箇所は２箇所以上となるが、この場合、少なくとも１箇所で濃度低下工程が行われればよい。従って、全ての箇所で濃度低下工程が行われてもよい。例えばアルカリ金属添加工程において、濃度増加工程を４回行う場合には、濃度増加工程同士の間の箇所は３箇所となるが、３箇所全てで濃度低下工程を行ってもよく、１箇所又は２箇所で濃度低下工程を行ってもよい。
また、上記実施形態では、コア材準備工程において、縮径工程の前にアルカリ金属添加工程が行われているが、縮径工程の後にアルカリ金属添加工程が行われてもよいし、複数回の縮径工程を行う場合には、その縮径工程同士の間の箇所でアルカリ金属添加工程が行われてもよい。
さらに、上記実施形態では、濃度低下工程から濃度増加工程に切り替える場合には、濃度低下工程においてアルカリ金属の濃度を低下させる条件を、予め濃度低下工程の直前の濃度増加工程においてアルカリ金属の濃度を増加させる条件に戻しているが、必ずしも戻さなくてもよい。
また、上記実施形態では、濃度増加工程から濃度低下工程に切り替える場合には、濃度増加工程においてアルカリ金属の濃度を増加させる条件を、予め濃度増加工程の直前の濃度低下工程においてアルカリ金属の濃度を低下させる条件に戻しているが、必ずしも戻さなくてもよい。
１…コア部
２…クラッド部
１０…光ファイバ母材
１１…コア材
２１…ガラス管
４２…第２熱源（熱源）
２…クラッド部
１０…光ファイバ母材
１１…コア材
２１…ガラス管
４２…第２熱源（熱源）
Claims (9)
- コア部、及び、前記コア部を包囲するクラッド部を有する光ファイバ母材を製造する光ファイバ母材の製造方法であって、
コア材を準備するコア材準備工程と、
前記コア材を用いて前記コア部を形成するコア部形成工程と、
前記コア部を包囲するように前記クラッド部を形成するクラッド部形成工程とを含み、
前記コア材準備工程が、
ガラス管の内側の中空部にアルカリ金属化合物の蒸気を、酸素ガスを含むキャリアガスとともに供給しながら、前記ガラス管の長手方向に沿ってトラバースする熱源によって前記ガラス管を加熱し、前記ガラス管の内表面にアルカリ金属酸化物を堆積させて前記ガラス管のバルク内にアルカリ金属を添加させるアルカリ金属添加工程を含み、
前記アルカリ金属添加工程が、
前記ガラス管の内表面近傍における前記アルカリ金属の第１最終濃度が第１初期濃度よりも高くなるように前記アルカリ金属の濃度を増加させる複数の濃度増加工程と、
前記濃度増加工程同士の間の箇所のうち少なくとも１箇所で行われ、前記ガラス管の内表面近傍における前記アルカリ金属の第２最終濃度が第２初期濃度よりも低くなるように前記アルカリ金属の濃度を低下させる濃度低下工程とを含む、光ファイバ母材の製造方法。 - 前記コア材準備工程が、前記アルカリ金属添加工程の後に、前記ガラス管の外径を縮小させる縮径工程をさらに含む、請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。
- 前記濃度低下工程において、前記熱源による前記ガラス管の外表面における温度を前記濃度増加工程における前記ガラス管の外表面における温度よりも低く又は高くすることにより、前記ガラス管の内表面近傍における前記アルカリ金属の第２最終濃度が第２初期濃度よりも低くなるように前記アルカリ金属の濃度を低下させる、請求項１又は２に記載の光ファイバ母材の製造方法。
- 前記濃度低下工程において、前記熱源のトラバース速度を前記濃度増加工程における前記熱源のトラバース速度よりも小さく又は大きくすることにより、前記ガラス管の内表面近傍における前記アルカリ金属の第２最終濃度が第２初期濃度よりも低くなるように前記アルカリ金属の濃度を低下させる、請求項１～３のいずれか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
- 前記アルカリ金属添加工程において、前記濃度低下工程から前記濃度増加工程に切り替える場合には、前記濃度低下工程において前記アルカリ金属の濃度を低下させる条件を、予め前記濃度増加工程において前記アルカリ金属の濃度を増加させる条件に戻す、請求項１～４のいずれか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
- 前記アルカリ金属添加工程において、前記濃度低下工程から前記濃度増加工程に切り替える場合には、前記濃度低下工程において前記アルカリ金属の濃度を低下させる条件を、予め前記濃度低下工程の直前の前記濃度増加工程において前記アルカリ金属の濃度を増加させる条件に戻す、請求項５に記載の光ファイバ母材の製造方法。
- 前記アルカリ金属添加工程において、前記濃度低下工程が複数回行われ、前記濃度増加工程から２回目以降の前記濃度低下工程に切り替える場合には、前記濃度増加工程において前記アルカリ金属の濃度を増加させる条件を、予め前記濃度低下工程において前記アルカリ金属の濃度を低下させる条件に戻す、請求項１～６のいずれか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
- 前記アルカリ金属添加工程において、前記濃度増加工程から２回目以降の前記濃度低下工程に切り替える場合には、前記濃度増加工程において前記アルカリ金属の濃度を増加させる条件を、予め前記濃度増加工程の直前の前記濃度低下工程において前記アルカリ金属の濃度を低下させる条件に戻す、請求項７に記載の光ファイバ母材の製造方法。
- 請求項１～８のいずれか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法により製造される光ファイバ母材を準備する母材準備工程と、
前記母材準備工程で準備された前記光ファイバ母材を線引きして光ファイバを得る線引き工程とを含む、光ファイバの製造方法。
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