特許 6446421 光ファイバ母材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6446421

(24)【登録日】2018年12月7日

(45)【発行日】2018年12月26日

(54)【発明の名称】光ファイバ母材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C03B 37/018 20060101AFI20181217BHJP

   C03B 8/04 20060101ALI20181217BHJP

   C03C 25/68 20060101ALI20181217BHJP

【ＦＩ】

   C03B37/018 C

   C03B8/04 C

   C03C25/68

【請求項の数】7

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-208687(P2016-208687)

(22)【出願日】2016年10月25日

(65)【公開番号】特開2018-70388(P2018-70388A)

(43)【公開日】2018年5月10日

【審査請求日】2017年7月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005186

【氏名又は名称】株式会社フジクラ

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100126882

【弁理士】

【氏名又は名称】五十嵐 光永

(74)【代理人】

【識別番号】100160093

【弁理士】

【氏名又は名称】小室 敏雄

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(72)【発明者】

【氏名】長洲 勝文

【審査官】 有田 恭子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０２８７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１８２１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０２５６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０３５７２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−００６９７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２２４６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０１０３６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−０１８３３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０３Ｂ ３７／０１８

Ｃ０３Ｂ ８／０４

Ｃ０３Ｃ ２５／６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリカガラスからなるコアと前記コアの外周に形成されたクラッドとを有する光ファイバを製造するための光ファイバ母材の製造方法であって、
前記コアとなるコア母材の表面を、チャンバ内においてプラズマ火炎でエッチング処理するエッチング工程と、
前記コア母材を前記チャンバ内に入れた状態のまま、前記コア母材のエッチング処理面にガラス微粒子を堆積させて前記クラッドとなる外付け層を形成することにより多孔質母材を得る堆積工程と、
前記多孔質母材を加熱し焼結する焼結工程と、を有し、
前記堆積工程において、原料ガスの供給による前記ガラス微粒子の堆積を複数回繰り返して行うことによって前記外付け層を形成し、その際、前記複数回のガラス微粒子の堆積のうち少なくとも最初の一回は、前記原料ガスの流量が定常値に対して５０％以下であり、かつ前記コア母材のエッチング処理面の温度が５０℃以上である、光ファイバ母材の製造方法。

【請求項2】

前記複数回のガラス微粒子の堆積工程において、最初の一回の前記堆積から定常値に達するまで、前記原料ガスの流量を連続的に増加させる、請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。

【請求項3】

前記外付け層のかさ密度の平均は、０．１７ｇ／ｃｍ^３〜０．３３ｇ／ｃｍ^３である、請求項１または２に記載の光ファイバ母材の製造方法。

【請求項4】

前記堆積工程の後、前記焼結工程の前に、塩素原子を含むガスの雰囲気下で前記多孔質母材を加熱する、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の光ファイバ母材の製造方法。

【請求項5】

前記焼結工程後の外付け層の外径は、前記コア母材の外径の５倍以下である、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の光ファイバ母材の製造方法。

【請求項6】

前記エッチング工程において、前記コア母材の外径を０．５ｍｍ以上小さくする、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の光ファイバ母材の製造方法。

【請求項7】

前記エッチング工程の後、前記堆積工程の前に、前記コア母材をプラズマ火炎により加熱する、請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の光ファイバ母材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ファイバ母材の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

コアにほぼ純粋なシリカガラスを用い、クラッドにフッ素をドープしたシリカガラスを用いる、いわゆるシリカコア光ファイバは、一般的なゲルマニウムドープコア光ファイバ（コアにゲルマニウムをドープしたシリカガラスを用い、クラッドに純粋なシリカガラスを用いる）に比べて低い伝送損失が達成できる。これは、コアが純粋なシリカガラスからなるため、実質的に濃度揺らぎがなく、レーリー散乱が小さくなるためである。
このような光ファイバを製造するための光ファイバ母材は、例えば特許文献１に記載のように、コア母材をＶＡＤ法で作製した後に、このコア母材を、内側クラッド層となるパイプ内に入れ、コラプスによりパイプと一体化し、さらに、外付け法により外側クラッド層となる層を形成するなどの方法により製造することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５７７１９４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、特許文献１に記載の方法で光ファイバ母材を作製する場合には、コア母材とパイプのそれぞれに寸法や屈折率にばらつきがあるため、最適な組み合わせで一体化するために多数のコア母材と多数のパイプとを用意しておく必要がある。また、コア母材もパイプも長手方向で外径、内径が一定でないため、特性が長手方向でばらつくことがある。
前記製造方法は、一般的なＧｅコア光ファイバの製造時には通常必要のない、パイプの作製工程（穴開け、洗浄など）やコラプス工程が必要となるため高コストである。また、穴開けや洗浄中に不純物が入りやすく伝送損失が大きくなりやすい。パイプの肉厚が厚いとコラプスすることが容易ではないため、母材の大型化に不向きである。

【0005】

内側クラッドの形成に外付け法を採用すれば、このような問題はある程度解決できる。
しかし、シリカコア光ファイバでは、コア母材と内側クラッドとの間の剥離やズレを防ぐためにスート堆積層のかさ密度を高めると、内側クラッドにおいてドーパントであるフッ素の拡散が不十分となるという問題があった。
スート堆積層の形成時の原料ガスの流量を低くすればフッ素の拡散は改善されるが、その場合、生産性が低下する。

【0006】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、スート堆積層におけるフッ素拡散を改善でき、かつスート堆積層のズレ・剥離を防止でき、しかも生産性が低下しにくい光ファイバ母材の製造方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様は、シリカガラスからなるコアと前記コアの外周に形成されたクラッドとを有する光ファイバを製造するための光ファイバ母材の製造方法であって、前記コアとなるコア母材の表面を、チャンバ内においてプラズマ火炎でエッチング処理するエッチング工程と、前記コア母材を前記チャンバ内に入れた状態のまま、前記コア母材のエッチング処理面にガラス微粒子を堆積させて前記クラッドとなる外付け層を形成することにより多孔質母材を得る堆積工程と、前記多孔質母材を加熱し焼結する焼結工程と、を有し、前記堆積工程において、原料ガスの供給による前記ガラス微粒子の堆積を複数回繰り返して行うことによって前記外付け層を形成し、その際、前記複数回のガラス微粒子の堆積のうち少なくとも最初の一回は、前記原料ガスの流量が定常値に対して５０％以下であり、かつ前記コア母材のエッチング処理面の温度が５０℃以上である光ファイバ母材の製造方法を提供する。
前記複数回のガラス微粒子の堆積工程においては、最初の一回の前記堆積から定常値に達するまで、前記原料ガスの流量を連続的に増加させることが好ましい。
前記外付け層のかさ密度の平均は、０．１７ｇ／ｃｍ^３〜０．３３ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。
前記堆積工程の後、前記焼結工程の前に、塩素原子を含むガスの雰囲気下で前記多孔質母材を加熱することが好ましい。
前記焼結工程後の外付け層の外径は、前記コア母材の外径の５倍以下であることが好ましい。
前記エッチング工程において、前記コア母材の外径を０．５ｍｍ以上小さくすることが好ましい。
前記エッチング工程の後、前記堆積工程の前に、前記コア母材をプラズマ火炎により加熱することが好ましい。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様によれば、原料ガスの流量は、定常値に達するまでの少なくとも一回の堆積で定常値より低い値となるため、外付け層の形成の初期において、薄くかつ硬い堆積層を形成することができる。堆積層が硬いため、コア母材に対する外付け層のズレおよび剥離が起こりにくくなる。また、堆積層が薄いため、フッ素原子が拡散しやすくなる。よって、外付け層におけるフッ素拡散と、外付け層のズレ・剥離の防止とを両立できる。
また、石英ガラス原料ガスの流量は、全堆積回数のうち開始から２０％までに定常値に達するため、生産性の低下を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態の光ファイバ用ガラス母材の製造方法におけるエッチング工程を説明するための模式図である。

【図2】実施形態の光ファイバ用ガラス母材の製造方法における堆積工程を説明するための模式図である。

【図3】実施形態の光ファイバ用ガラス母材の製造方法における堆積工程での石英ガラス微粒子の堆積回数と石英ガラス原料ガスの流量との関係を示す図である。

【図4】実施形態の製造方法により得られた光ファイバ用ガラス母材の例の断面と、各層の屈折率とを示す概略図である。

【図5】実施形態の製造方法により得られた光ファイバ用ガラス母材の他の例の断面と、各層の屈折率とを示す概略図である。

【図6】実施形態の製造方法により得られた光ファイバ用ガラス母材の他の例の断面と、各層の屈折率とを示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施形態の光ファイバ母材の製造方法について、工程ごとに詳しく説明する。
（コア母材作製工程）
コア母材の作製方法は、ＶＡＤ法などのスート法を利用する方法が好ましい。例えば石英ガラス微粒子を、脱水剤（例えば、ハロゲン系ガス、特に塩素系ガス）雰囲気下で石英ガラス微粒子の形態を維持できる温度（例えば、１１００〜１３００℃程度）で加熱して脱水（無水化）処理し、次いで、この脱水処理された石英ガラス微粒子を、不活性ガス（例えば、ヘリウムガス）雰囲気下で加熱（例えば、１４００〜１６００℃）して焼結処理し、透明ガラス化する方法が好ましい。
コア母材は、ゲルマニウムを実質的に含まないシリカガラスからなる。
コア母材は、長手方向に延伸されてもよい。

【0011】

（エッチング工程）
図１は、実施形態の光ファイバ用ガラス母材の製造方法におけるエッチング工程を説明するための模式図である。
図１に示すように、コア母材１０は、両端部にダミー母材９が同軸状に接続され、ダミー母材９は、一対の回転チャック８，８で把持される。コア母材１０は、矢印Ａで示すように軸回りに回転可能とされ、反応容器７（チャンバ）内に設置されている。

【0012】

コア母材１０の表面をプラズマ火炎でエッチング処理する。
エッチング処理は、例えば、プラズマトーチ６（プラズマ火炎生成手段）を用いて生成されたプラズマ火炎で行うことができる。プラズマ火炎の生成方法は、取扱性、安全性、熱源の種類等を考慮して適宜選択すればよいが、プラズマ源となるガスに電圧を加えて、スパークさせることでプラズマ火炎を発生させる方法が好ましい。
プラズマ源となるガスとしては、アルゴン（Ａｒ）ガスが例示できる。プラズマ火炎の生成時に加える電圧は、高周波電圧であることが好ましく、電圧の周波数は２ＭＨｚ〜２．４５ＧＨｚであることが好ましい。

【0013】

プラズマ火炎に添加するエッチングガスは、フッ素含有ガスであることが好ましい。フッ素含有ガスは、化学構造中にフッ素原子を含有するガスであればよく、エッチング能力およびコストの面から好ましいものとしては、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）、六フッ化エタン（Ｃ_２Ｆ_６）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ_４）、四フッ化メタン（ＣＦ_４）が例示できる。フッ素含有ガスは、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。

【0014】

プラズマ火炎には、エッチングガスの種類に応じて、さらに支燃性ガスとして酸素（Ｏ_２）ガスを添加することにより、エッチングガスの分解を促進してもよい。例えば、エッチングガスとしてＣ_２Ｆ_６ガスを用いる場合には、酸素ガスを併用することが好ましい。

【0015】

エッチング処理は、コア母材１０に対して、その長手方向に沿ってプラズマトーチ６を相対移動させることで行うことができる。「コア母材１０に対してプラズマトーチ６を相対移動させる」とは、（Ｉ）コア母材１０を固定してプラズマトーチを移動させる、（ＩＩ）プラズマトーチを固定してコア母材１０を移動させる、（ＩＩＩ）コア母材１０およびプラズマトーチを共に移動させる（ただし、移動速度の絶対値と移動方向が共に同じである場合を除く）、のいずれかを意味する。

【0016】

コア母材１０およびプラズマトーチ６は、いずれもコア母材１０の長手方向（中心軸方向）に沿って移動させる。このときの移動方向は二方向あるが、いずれの方向であってもよい。例えば、前記（ＩＩＩ）の場合、コア母材１０およびプラズマトーチ６は、同一方向に移動させてもよいし、反対方向に移動させてもよい。そして、エッチング処理を複数回繰り返して行う場合に、前記移動方向は、すべての回で同一方向であってもよいし、すべての回で異なる方向であっても（一方向ずつ二回行っても）よく、一部の回のみ異なる方向であってもよい。

【0017】

エッチング処理の開始から終了までの間において、プラズマトーチ６の前記相対移動の速度の絶対値は、一定としてもよいし、変動させてもよいが、一定とすることが好ましい。一定とすることで、コア母材１０の長手方向におけるエッチング量の変動を抑制する効果が高くなる。

【0018】

エッチング処理によるエッチング量（コア母材１０の表面からの深さ方向のエッチング距離）は、好ましくは０．２５ｍｍ以上、より好ましくは０．３ｍｍ以上とする（すなわち、エッチング処理により、コア母材１０の外径を好ましくは０．５ｍｍ以上、より好ましくは０．６ｍｍ以上小さくする）ことが好ましい。
これによって、コア母材１０の表面の異物、不純物等が除去し、この表面を清浄とすることができる。また、コア母材１０の表面の傷を少なくできる。そのため、コア母材１０の表面が清浄、かつ傷がない状態で石英ガラス微粒子の堆積が可能である。コア母材１０は、光ファイバにおいて光信号の大部分が通るコアとなるため、コア母材１０が清浄な状態を維持することによって、伝送損失（例えば波長１．５５μｍにおける伝送損失）の増加を効果的に抑制できる。また、コア母材１０が清浄な状態を維持できるため、紡糸工程において断線の頻度を低くすることもできる。
コア母材１０の外径は、例えば、レーザ外径測定機等を用いる公知の方法で測定できる。

【0019】

例えば、図１において、コア母材１０を矢印Ａ方向に回転させ、コア母材１０をその長手方向においては固定し、その長手方向に沿って、プラズマトーチ６を矢印Ｂ方向（左側）に移動させることで、エッチング処理を行うことができる。符号４はプラズマ火炎である。

【0020】

反応容器７の片側は排気ダクト（図示略）に接続されており、排気ダクト内は通常、２０〜３００Ｐａ程度の陰圧とされ、反応容器７の外部からクリーンエアを供給することで、反応容器７が置かれたブース（図示略）内が、３〜３０Ｐａ程度の陽圧となるように調整される。

【0021】

エッチング処理により、コア母材１０の表面にある傷、異物、不純物等が除去される。例えば、ダミー母材９の溶着、コア母材１０の延伸等の際に行う火炎研磨などにより生成した水酸基等が除去される。プラズマ火炎は、酸水素火炎とは異なり生成時に水素ガスを用いる必要がないため、エッチング処理時に水が発生せず、コア母材１０のエッチング処理面における水酸基の残存が抑制される。

【0022】

（予熱工程）
エッチング処理後は、このエッチング処理とは別途にプラズマ火炎を用いて、コア母材１０のエッチング処理面を予熱処理してもよい。予熱処理には、プラズマトーチ６によるプラズマ火炎を用いることができる。予熱処理により、コア母材１０のエッチング処理面における水酸基の残存が抑制される。プラズマ火炎を用いる場合、前工程（エッチング工程）で用いるプラズマトーチ６をそのまま使用できるため、コア母材１０を効率よく加熱することができる。

【0023】

石英ガラス微粒子の堆積を開始するときの、コア母材１０のエッチング処理面の温度は、後述の理由により、５０℃以上とすることが好ましく、６０℃以上とすることがより好ましい。コア母材１０のエッチング処理面の温度は、後述の理由により、４００℃以下とすることが好ましく、３５０℃以下とすることがより好ましい。

【0024】

プラズマ源となるガスとしては、アルゴン（Ａｒ）ガスが例示できる。アルゴンガスに、支燃性ガスとして酸素（Ｏ_２）ガスを添加することもできる。前記ガスは、フッ素、水素を含まないことが好ましく、例えばアルゴンガスのみ、またはアルゴン酸素（Ｏ_２）混合ガスが使用できる。
フッ素、水素が含まれないガスを使用することによって、コア母材１０の過剰エッチングおよび水酸基生成を抑制することができる。

【0025】

（堆積工程）
図２は、実施形態の光ファイバ用ガラス母材の製造方法における堆積工程を説明するための模式図である。
本工程では、コア母材１０を反応容器７に入れた状態のまま、コア母材１０のエッチング処理面に、例えば石英ガラス微粒子を堆積させてスート堆積層（外付け層）を形成することにより光ファイバ用石英多孔質母材を得る。

【0026】

コア母材１０を反応容器７に入れた状態のままスート堆積層を形成するため、コア母材１０を、異物、不純物等が除去されて清浄となった状態のままで石英ガラス微粒子の堆積を開始できる。そのため、再現性よく伝送損失の増加を抑制できる。コア母材１０は、光ファイバにおいて光信号の大部分が通るコアとなるため、コア母材１０が清浄な状態を維持することによって、伝送損失の増加を効果的に抑制できる。また、コア母材１０が清浄な状態を維持できるため、紡糸工程において断線の頻度を低くすることもできる。

【0027】

コア母材１０を反応容器７に入れた状態のままスート堆積層を形成することによって、前工程（エッチング工程）における加熱によりコア母材１０が高温となった状態のまま、石英ガラス微粒子の堆積を開始できる。そのため、コア母材１０との界面付近のスート堆積層のスートかさ密度が高くなりやすく（すなわち硬くなりやすく）、焼結時にコア母材１０からスート堆積層が剥離することを防ぐことができる。

【0028】

石英ガラス微粒子の堆積を開始するときの、コア母材１０のエッチング処理面の温度は５０℃以上とされる。コア母材１０のエッチング処理面の温度は６０℃以上とすることがより好ましい。このようにすることで、光ファイバ用ガラス母材において、コア母材１０とスート堆積層との間で剥離およびずれを抑制する効果がより高くなる。
石英ガラス微粒子の堆積を開始するときの、コア母材１０のエッチング処理面の温度は、４００℃以下とすることが好ましく、３５０℃以下とすることがより好ましい。このようにすることで、光ファイバ用ガラス母材について、その特性に影響を与えることなく、水酸基の量を低減する効果がより高くなる。通常は、エッチング処理面の温度が低いほど、水はエッチング処理面と結合（反応）し難くなり、容易に脱離可能となるので、多孔質母材の脱水および焼結処理時における脱水効果が高くなる。
エッチング処理面の温度は、例えば、サーモトレーサや非接触式のレーザ放射温度計を用いる公知の方法により、簡便に測定できる。

【0029】

堆積させる石英ガラス微粒子は、石英ガラス原料ガス、水素（Ｈ_２）ガス、酸素ガスおよび不活性ガスを用いて、酸水素火炎中で生成させることが好ましい。
前記石英ガラス原料ガスとしては、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_４）ガスの他に、ＯＭＣＴＳガス、ＨＭＤＳＯガスのような有機シリコン系のガス等が例示できる。
前記不活性ガスとしては、アルゴンガス、窒素ガスが例示できる。

【0030】

石英ガラス微粒子の堆積温度（デポジション温度）は、６００〜１２５０℃であることが好ましく、７００〜１２００℃であることがより好ましい。

【0031】

石英ガラス微粒子の堆積は、コア母材１０に対して、その長手方向に沿って、石英ガラス微粒子を生成する石英ガラスバーナ５を相対移動させることで行うのが好ましい。ここで、「コア母材１０に対して石英ガラスバーナ５を相対移動させる」とは、プラズマトーチ６の場合と同様であり、（ｉ）コア母材１０を固定して石英ガラスバーナ５を移動させる、（ｉｉ）石英ガラスバーナ５を固定してコア母材１０を移動させる、（ｉｉｉ）コア母材１０および石英ガラスバーナ５を共に移動させる（ただし、移動速度の絶対値と移動方向が共に同じである場合を除く）、のいずれかを意味する。

【0032】

コア母材１０および石英ガラスバーナ５は、いずれもコア母材１０の長手方向（中心軸方向）に沿って移動させる。このときの移動方向は、二方向のうちいずれの方向であってもよい。例えば、前記（ｉｉｉ）の場合、コア母材１０および石英ガラスバーナ５は、同一方向に移動させてもよいし、反対方向に移動させてもよい。
石英ガラス微粒子の堆積を複数回繰り返して行う場合に、前記移動方向は、すべての回で同一方向であってもよいし、すべての回で異なる方向であっても（一方向ずつ二回行っても）よく、一部の回のみ異なる方向であってもよい。
図２のように１つのユニットにバーナが２本設置されている場合は、１回の移動で２本分のバーナで石英ガラス微粒子を堆積できるので、２回の堆積と数える。３本以上（ｎ本：ｎは３以上の整数）の場合は、１回の移動で当該数ｎのバーナで石英ガラス微粒子を堆積できるので、その数（ｎ回）の堆積と数える。

【0033】

石英ガラス微粒子の堆積の開始から終了までの間において、石英ガラスバーナ５の前記相対移動の速度の絶対値は、一定としてもよいし、変動させてもよいが、一定とすることが好ましい。一定とすることで、石英ガラス微粒子のスート堆積層の厚さが、コア母材１０の長手方向においてより均一となる。

【0034】

排気ダクト内と、反応容器７が置かれたブース内の圧力は、エッチング工程の場合と同様である。
コア母材１０は、同じ軸回りに矢印Ａ方向に対して反対方向に回転させてもよく、石英ガラスバーナ５は、矢印Ｂ方向に対して反対方向（右側）に移動させてもよい。コア母材１０の前記回転の回転数は、エッチング工程の場合と同様である。

【0035】

石英ガラス微粒子の堆積は、二回以上（すなわち複数回）繰り返して行う。繰り返し数は、目的とする光ファイバ用ガラス母材の大きさに応じて適宜調節すればよく、例えば、数百回程度とすることができる。

【0036】

石英ガラス原料ガスの流量は、前記堆積のうち少なくとも最初の一回が、石英ガラス原料ガスの流量が定常値に対して５０％以下（例えば５〜５０％）とされる。
石英ガラス原料ガスの流量は、最初の一回から定常値に達するまで連続的に増加するのが好ましい。
石英ガラス原料ガスの流量は、複数回の石英ガラス微粒子の堆積の全堆積回数のうち、開始から２０％までの範囲の少なくともいずれかの前記堆積で定常値に達することが好ましい。これによって、生産性の低下を抑えることができる。
石英ガラス原料ガスの流量は、複数回の石英ガラス微粒子の堆積の全堆積回数のうち、開始から２１％までの範囲の少なくともいずれかの前記堆積で定常値に達してもよい。
石英ガラス原料ガスの流量は、前記定常値に達するまでの少なくとも一回の堆積で、定常値に対して５〜５０％となってもよい。

【0037】

図３は、石英ガラス微粒子の堆積の回数（横軸）と石英ガラス原料ガスの流量（縦軸）との関係を示す図である。
この図に示す例では、全堆積回数のうち開始から２０％に相当する回において、石英ガラス原料ガスの流量は定常値Ｓ１に達している。定常値Ｓ１は、石英ガラス原料ガスの最大流量Ｍ１に対して９０％以上（例えば９０〜１００％）の値であればよい。この例では、最大流量Ｍ１は、石英ガラス微粒子の堆積の最終の回における石英ガラス原料ガスの流量であるが、最大流量は、堆積の最終の回における流量でなくてもよい。
この例では、最初の回の堆積における石英ガラス原料ガスの流量Ｆ１は、定常値Ｓ１に対して５０％以下（詳しくは５〜５０％の範囲）である。

【0038】

この製造方法では、前記堆積のうち少なくとも最初の一回は、石英ガラス原料ガスの流量Ｆ１が定常値Ｓ１に対して５０％以下とされるため、スート堆積層の形成の初期において、薄くかつ硬い堆積層を形成することができる。堆積層が硬いため、コア母材１０に対するスート堆積層のズレおよび剥離が起こりにくくなる。また、堆積層が薄いため、フッ素原子が拡散しやすくなる。よって、スート堆積層におけるフッ素拡散と、スート堆積層のズレ・剥離の防止とを両立できる。

【0039】

堆積工程において最初の一回の堆積から定常値Ｓ１に達するまで、石英ガラス原料ガスの流量を連続的に増加させることによって、定常値Ｓ１に達するまでの原料ガスの流量の変動を抑えることができる。よって、薄くかつ硬い堆積層を形成することができる。

【0040】

スート堆積層のかさ密度は、平均で０．１７ｇ／ｃｍ^３〜０．３３ｇ／ｃｍ^３が好ましい。
スート堆積層のかさ密度は、高すぎればドーパントとしてのフッ素の拡散が困難になるためクラッドの屈折率が低くならず、かさ密度が低すぎればスート堆積層が割れを起こしやすいが、スート堆積層のかさ密度が前記範囲であると、ドーパントとしてのフッ素が拡散しやすく、かつスート堆積層の割れが起こりにくくなる。

【0041】

（塩素添加工程）
塩素原子を含むガスの雰囲気下で、多孔質母材を加熱処理することによって、スート堆積層を脱水処理すると同時にスート堆積層に塩素を添加することができる。
塩素原子を含むガスは、例えば塩素系ガス（例えばＳＯＣｌ_２、Ｃｌ_２など）を含む不活性ガス（例えばＡｒ、Ｈｅ）である。
加熱処理の温度は、１０００〜１３００℃が好ましい。
塩素の添加によって、伝送損失を低減することが可能である。特に、スート堆積層が内側クラッド１２（コア１１に隣接する層。図４参照）である場合には、伝送損失を低減する効果が高い。なお、塩素は、外側クラッド１３となるスート堆積層に添加してもよい。

【0042】

（フッ素添加工程）
フッ素原子を含むガスの雰囲気下で、多孔質母材を加熱処理することによって、焼結工程前に予めスート堆積層にフッ素を添加することができる。
フッ素原子を含むガスは、例えばフッ素系ガスを含む不活性ガス（例えばＡｒ、Ｈｅ）である。このときのフッ素含有ガスとしては、前記エッチング処理においてエッチングガスとして用いるフッ素含有ガスと同じもの（ＳＦ_６、Ｃ_２Ｆ_６、ＳｉＦ_４、ＣＦ_４）が例示できる。フッ素含有ガスは、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。
加熱処理の温度は、１０００〜１３００℃が好ましい。
焼結工程前にフッ素添加工程を設けることによって、母材に均一にフッ素を添加することが可能である。
フッ素添加工程は、外側クラッド１３の形成時にも実施してもよく、フッ素添加工程無しでも均一にフッ素が添加できる場合は省略してもよい。また、前述の塩素原子を含むガスとフッ素原子を含むガスを同時に流すことで、塩素添加工程とフッ素添加工程を同時に実施することも可能である。

【0043】

（焼結工程）
コア母材１０のエッチング処理面に石英ガラス微粒子を堆積させた後は、得られた光ファイバ用石英多孔質母材を透明ガラス化する。透明ガラス化は、光ファイバ用石英多孔質母材を焼結処理することで行うことができる。

【0044】

焼結処理は、フッ素含有ガスの存在下で行うことにより、フッ素添加を行い、透明ガラス化した層（外付け層）の屈折率を低下させることができる。このときのフッ素含有ガスとしては、前記エッチング処理においてエッチングガスとして用いるフッ素含有ガスと同じもの（ＳＦ_６、Ｃ_２Ｆ_６、ＳｉＦ_４、ＣＦ_４）が例示できる。フッ素含有ガスは、一種を単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。フッ素添加工程を実施する場合は、フッ素添加工程で用いたフッ素含有ガスと同じものを用いることが好ましい。
前記焼結処理は、ヘリウムガス等の不活性ガスの存在下で行うことが好ましい。

【0045】

透明ガラス化した後は、形成した透明ガラス化層（外付け層）の外側に、さらに外付け層を追加形成して光ファイバ用ガラス母材とすることができる。
追加形成する外付け層は、公知の方法で形成してもよいし、上記の透明ガラス化で得られたものをコア母材１０に代えて用い、上記の製造方法を適用して形成してもよい。
追加形成する外付け層の数および種類は、目的とする光ファイバ用ガラス母材の構造に応じて、任意に設定できる。

【0046】

焼結工程後のスート堆積層の外径は、コア母材１０の外径（エッチング工程後の外径）の５倍以下であることが好ましい。これによって、スート堆積層の割れを起こりにくくできるため、生産性を高めることができる。また、スート堆積層の外径がコア母材１０の長手方向で変動するのを防ぐことができる。また、スート堆積層の外径を前記範囲とすることによって、フッ素原子が拡散しやすくなる。

【0047】

図４は、実施形態の製造方法により得られた光ファイバ用ガラス母材の例の断面と、各層の屈折率とを示す概略図である。
図４に示す光ファイバ用ガラス母材１は、コア１１、内側クラッド１２および外側クラッド１３がこの順に設けられている。
コア１１は、シリカガラスからなる。コア１１は、ゲルマニウムを実質的に含まないシリカガラスからなることが好ましい。
内側クラッド１２および外側クラッド１３は、目的とする屈折率を得るために、フッ素等のドーパントが添加されている。
光ファイバ用ガラス母材１は、内側クラッド１２および外側クラッド１３の形成時に、それぞれ前記製造方法を適用することで製造できる。

【0048】

図５は、実施形態の製造方法により得られた光ファイバ用ガラス母材の他の例の断面と、各層の屈折率とを示す概略図である。
図５に示す光ファイバ用ガラス母材２は、コア１１Ａ、内側クラッド１２Ａ、および外側クラッド１３Ａがこの順に設けられている。
内側クラッド１２Ａ、および外側クラッド１３Ａは、目的とする屈折率を得るために、フッ素等のドーパントが添加されている。
光ファイバ用ガラス母材２は、内側クラッド１２Ａ、および外側クラッド１３Ａの形成時に、それぞれ前記製造方法を適用することで製造できる。

【0049】

図６は、実施形態の製造方法により得られた光ファイバ用ガラス母材の他の例の断面と、各層の屈折率とを示す概略図である。
図６に示す光ファイバ用ガラス母材３は、コア１１Ｂ、内側クラッド１２Ｂ、トレンチ層１４および外側クラッド１３Ｂがこの順に設けられている。
内側クラッド１２Ｂ、トレンチ層１４および外側クラッド１３Ｂは、目的とする屈折率を得るために、フッ素等のドーパントが添加されている。
光ファイバ用ガラス母材３は、内側クラッド１２Ｂ、トレンチ層１４および外側クラッド１３Ｂの形成時に、それぞれ前記製造方法を適用することで製造できる。
なお、コアの外側に設けられる層の数は、２層（図４、図５参照）、３層（図６参照）に限らず、１層または４層以上でもよい。

【0050】

プラズマエッチングによるエッチング工程は、コア１１に隣接する内側クラッド１２（外付け層）を形成する際には必須であるが、２層目以降の層（例えば外側クラッド１３、トレンチ層１４）については、水酸基の影響による波長１．５５μｍにおける損失増が小さければ、なくてもよい。プラズマエッチングを行わない場合には、これに代えて、酸水素火炎などによる火炎研磨を行うことができる。

【0051】

実施形態の製造方法によれば、スート堆積層の厚さに制限がないため、コア母材１０の外径が大きくても厚いスート堆積層を形成することができる。よって、光ファイバ母材の大型化が容易である。
また、多数のコア母材とパイプを用意しておく必要がある前述の製造方法とは異なり、コア母材１０の外径や屈折率に応じてスート堆積層の厚さや屈折率を調整できるため、製造が容易であってコスト低減が可能であり、特性も安定しやすい。また、パイプの作製やコラプス工程に起因する問題（パイプ作製時の穴開けや洗浄中に不純物が入りやすく伝送損失が大きくなりやすいなど）も生じない。

【実施例】

【0052】

以下、実施例により、本発明についてより詳細に説明する。ただし、本発明は、以下に示す実施例に、何ら限定されない。

【0053】

［試験例１］
＜光ファイバ用ガラス母材の製造＞
図１および図２を参照して説明した方法により光ファイバ用ガラス母材を製造した。具体的には、以下の通りである。

【0054】

（エッチング工程）
ＶＡＤ法で作製した母材を延伸して得られたコア母材１０（外径２０．０ｍｍ）の両端部にダミー母材９を同軸状に接続し、反応容器７内でこれを回転チャック８，８で把持した。コア母材１０の長手方向に沿ってプラズマトーチ６を移動させることで、コア母材１０の表面をプラズマ火炎でエッチング処理した。エッチング処理後のコア母材１０の外径は１９．４ｍｍであったため、コア母材１０の外径は０．６ｍｍ小さくなった。

【0055】

（堆積工程）
次いで、コア母材１０を反応容器７に入れた状態のまま、エッチング処理後時間を空けることなく、コア母材１０の長手方向に沿って石英ガラスバーナ５を移動させつつ、コア母材１０に石英ガラス微粒子を堆積させた。石英ガラス微粒子が堆積する直前のコア母材表面の温度は３３０℃であった。石英ガラス微粒子の堆積は、ガラスロッドの一端から他端に向けて石英ガラスバーナ５を一方向に一回移動させることで行った。一回目と同方向に石英ガラスバーナ５のみを複数回繰り返して移動させることにより、石英ガラス微粒子の堆積を３０２回行った。
石英ガラス微粒子は、石英ガラス原料ガス、水素ガスおよび酸素ガスを用い、さらに不活性ガスとしてアルゴンガスおよび窒素ガスを用いて、酸水素火炎中で生成させることで堆積させた。
これにより、光ファイバ用石英多孔質母材を作製した。
石英ガラス原料ガスの流量は、１回目の堆積において１．５ＳＬＭとし、３２回目（全堆積回数のうち開始から１０．６％）で５ＳＬＭ（定常値）に達し、以後、最後の３０２回目の堆積まで５ＳＬＭを維持した。１回目の堆積における石英ガラス原料ガスの流量１．５ＳＬＭは、定常値（５ＳＬＭ）に対して３０％である。石英ガラス原料ガスの流量は、１回目の堆積から３２回目の堆積まで連続的に増加させた。

【0056】

（塩素添加工程）
前記光ファイバ用石英多孔質母材を焼結炉に入れ、塩素ガスと不活性ガスを含むガス雰囲気下で１１００度に加熱した。

【0057】

（焼結工程）
前記焼結炉内で、前記光ファイバ用石英多孔質母材に対して、ＳｉＦ_４とヘリウムの混合ガス中で焼結処理およびフッ素添加を行った。
これにより、図４に示す光ファイバ用ガラス母材１のうち、コア１１および内側クラッド１２の部分(以下、中間母材という)を作製した。

【0058】

前記中間母材に対し、内側クラッド１２の作製と同様に、エッチング工程、堆積工程、塩素添加工程、焼結工程を行うことによって、外側クラッド１３を形成した。
これにより、図４に示す光ファイバ用ガラス母材１を得た。

【0059】

＜光ファイバの製造＞
得られた光ファイバ用ガラス母材１を、従来法により素線化して、外側クラッドの外径が１２５μｍの光ファイバを製造した。そして、得られた光ファイバの損失（１．５５μｍ損失）を測定した。また、紡糸中の断線回数を記録した。また、中間母材においてのコア１１と内側クラッド１２との間に生じるズレおよび剥離の有無を調べた。測定結果を表１に示す。

【0060】

［試験例２］
エッチング工程の後１時間経過して十分母材が冷却された後に、プラズマ火炎により加熱する予熱工程を行い、その直後から堆積工程を行った。堆積工程直前の母材表面温度は３１０℃であった。
これらのこと以外は試験例１と同様にして光ファイバ用ガラス母材１および光ファイバを製造した。測定結果を表１に示す。

【0061】

［試験例３］
エッチング工程を行わないこと以外は試験例１と同様にして光ファイバ用ガラス母材１および光ファイバを製造した。石英ガラス微粒子が堆積する直前のコア母材表面の温度は２１℃であった。測定結果を表１に示す。

【0062】

［試験例４］
エッチング工程に代えて、酸水素火炎の火炎研磨を行ったこと以外は試験例１と同様にして光ファイバ用ガラス母材１および光ファイバを製造した。石英ガラス微粒子が堆積する直前のコア母材表面の温度は５４０℃であった。測定結果を表１に示す。

【0063】

［試験例５］
エッチング工程後、コア母材１０を反応容器７から取り出して放置した後、再び反応容器７に入れてプラズマ火炎により加熱する予熱工程を行い、堆積工程を行ったこと以外は試験例１と同様にして光ファイバ用ガラス母材１および光ファイバを製造した。測定結果を表１に示す。堆積工程直前の母材表面温度は３１５℃であった。

【0064】

［試験例６］
堆積工程において、石英ガラス原料ガスの流量を、１回目の堆積から最後の２９６回目の堆積に至るまで５ＳＬＭとしたこと以外は試験例１と同様にして光ファイバ用ガラス母材１および光ファイバを製造した。測定結果を表１に示す。

【0065】

［試験例７］
エッチング工程の後１時間経過して十分母材が冷却された後に、プラズマ火炎により加熱する予熱工程を行わずに堆積工程を行った。堆積工程直前の母材表面温度は２２℃であった。
これらのこと以外は試験例１と同様にして光ファイバ用ガラス母材１および光ファイバを製造した。測定結果を表１に示す。

【0066】

［試験例８］
エッチング工程を行わずにプラズマ火炎により加熱する予熱工程を行い、その直後から堆積工程を行った。堆積工程直前の母材表面温度は３１０℃であった。
これらのこと以外は試験例１と同様にして光ファイバ用ガラス母材１および光ファイバを製造した。測定結果を表１に示す。

【0067】

［試験例９］
堆積工程において、石英ガラス原料ガスの流量を、１回目の堆積において０．２５ＳＬＭとし、３２回目（全堆積回数のうち開始から１０．７％）で５ＳＬＭ（定常値）に達し、以後、最後の２９９回目の堆積まで５ＳＬＭを維持した。１回目の堆積における石英ガラス原料ガスの流量０．２５ＳＬＭは、定常値（５ＳＬＭ）に対して５％である。
これらのこと以外は試験例１と同様にして光ファイバ用ガラス母材１および光ファイバを製造した。測定結果を表１に示す。

【0068】

［試験例１０］
堆積工程において、石英ガラス原料ガスの流量を、１回目の堆積において２．５ＳＬＭとし、３２回目（全堆積回数のうち開始から１０．３％）で５ＳＬＭ（定常値）に達し、以後、最後の３１２回目の堆積まで５ＳＬＭを維持した。１回目の堆積における石英ガラス原料ガスの流量２．５ＳＬＭは、定常値（５ＳＬＭ）に対して５０％である。
これらのこと以外は試験例１と同様にして光ファイバ用ガラス母材１および光ファイバを製造した。測定結果を表１に示す。

【0069】

［試験例１１］
堆積工程において、石英ガラス原料ガスの流量を、１回目の堆積において３．５ＳＬＭとし、３２回目（全堆積回数のうち開始から１０．５％）で５ＳＬＭ（定常値）に達し、以後、最後の３０４回目の堆積まで５ＳＬＭを維持した。１回目の堆積における石英ガラス原料ガスの流量３．５ＳＬＭは、定常値（５ＳＬＭ）に対して７０％である。
これらのこと以外は試験例１と同様にして光ファイバ用ガラス母材１および光ファイバを製造した。測定結果を表１に示す。

【0070】

［試験例１２］
堆積工程において、石英ガラス原料ガスの流量を、１回目の堆積において２．５ＳＬＭとし、６４回目（全堆積回数のうち開始から２０．９％）で５ＳＬＭ（定常値）に達し、以後、最後の３０６回目の堆積まで５ＳＬＭを維持した。１回目の堆積における石英ガラス原料ガスの流量２．５ＳＬＭは、定常値（５ＳＬＭ）に対して５０％である。
これらのこと以外は試験例１と同様にして光ファイバ用ガラス母材１および光ファイバを製造した。測定結果を表１に示す。

【0071】

【表1】

【0072】

表１に示すように、試験例１，２，９，１０，１２では、スート堆積層のズレまたは剥離が起こらず、損失も小さく、紡糸中の断線も起こらなかった。
これに対し、エッチング工程を行わなかった試験例３では、スート堆積層のずれが生じた。また、損失が大きく、断線も生じた。試験例３では、エッチングによって母材が加熱することなくスートが堆積されたことで、界面付近のスート堆積層のスートかさ密度が低くなりスート堆積層のズレが生じた可能性がある。さらに、エッチングによってガラス表面の水酸基が取り除かれなかったためにＯＨ損失が増大したと推測される。また、コア母材１０の表面の清浄化が不十分であったことは、断線の原因となったと推測できる。
試験例４では、酸水素火炎の火炎研磨により、コア母材１０の表面に水酸基が残存したことがＯＨ損失の増大を招いた可能性がある。
試験例５では、エッチング工程後、コア母材１０を反応容器７から取り出したため、コア母材１０の表面の清浄性が損なわれたことが断線の増加の原因となったと推測できる。
試験例６，１１では、石英ガラス原料ガスの流量が最初から高いため、スート堆積層の形成の初期において、コア母材１０からの剥離が起こりやすい堆積層が形成された可能性がある。
試験例７では、プラズマ火炎により加熱する予熱工程を行わなかったために、界面付近のスート堆積層のスートかさ密度が低くなり、スート堆積層にズレが生じた可能性がある。
試験例８では、エッチングによってガラス表面の水酸基を取り除かれなかったためにＯＨ損失が増大したと推測される。また、コア母材１０の表面の清浄化が不十分であったことは、断線の原因となったと推測できる。

【0073】

実施形態の製造方法は、コア母材作製工程、エッチング工程、予熱工程、堆積工程、塩素添加工程、焼結工程を有するが、これらのうち、予熱工程、塩素添加工程の一方または両方は状況によって省略することも可能である。
また、コア母材の作製方法としては、プラズマ法、ＭＣＶＤ法などの酸化法も例示できるが、ＶＡＤ法などのスート法が好ましい。
光ファイバ母材は、コアと、その外側に設けられたクラッドからなる構成も可能である。その場合には、前述の製造方法において、コア母材の外面に外付け層を形成したものが光ファイバ母材となる。

【符号の説明】

【0074】

１，２・・・光ファイバ用ガラス母材、４・・・プラズマ火炎、５・・・石英ガラスバーナ、６・・・プラズマトーチ、７・・・反応容器（チャンバ）、１０・・・コア母材、１１，１１Ａ，１１Ｂ・・・コア、１２，１２Ａ，１２Ｂ・・・内側クラッド、１３，１３Ａ，１３Ｂ・・・外側クラッド、１４・・・トレンチ層、Ｓ１・・・定常値。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】