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7397733光ファイバ用母材、光ファイバ用母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法
(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】
(24)【登録日】2023-12-05
(45)【発行日】2023-12-13
(54)【発明の名称】光ファイバ用母材、光ファイバ用母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法
(51)【国際特許分類】
C03B 37/012 20060101AFI20231206BHJP
C03C 13/04 20060101ALI20231206BHJP
G02B 6/02 20060101ALI20231206BHJP
【ＦＩ】
C03B37/012 Z
C03C13/04
G02B6/02 356A
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020058261
(22)【出願日】2020-03-27
(65)【公開番号】P2021155284
(43)【公開日】2021-10-07
【審査請求日】2022-12-26
(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】100143764
【弁理士】
【氏名又は名称】森村 靖男
(72)【発明者】
【氏名】西村 亮一
(72)【発明者】
【氏名】北原 倫太郎
【審査官】酒井 英夫
(56)【参考文献】
【文献】特開平０６－３２９４３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－０５９７３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１０／０１６２４５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平０３－１２７０３２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０３Ｂ ３７／０１２，
Ｃ０３Ｃ １３／０４，
Ｇ０２Ｂ ６／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
内側コアガラス体と、前記内側コアガラス体の外周面を隙間なく囲む外側コアガラス体と、
前記外側コアガラス体の外周面を隙間なく囲むクラッドガラス体と、
を備え、
前記内側コアガラス体は、希土類元素、アルミニウム、及びリンをドーパントとして含み、
前記外側コアガラス体は、アルミニウム及びリンをドーパントして含まず、屈折率を上昇させるドーパントを含み、
前記内側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差と、前記外側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差とが下記式で表される
ことを特徴とする光ファイバ用母材。
【請求項2】
前記希土類元素はイッテルビウムであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ用母材。
【請求項3】
前記内側コアガラス体は、前記内側コアガラス体の屈折率を調整するための前記希土類元素、アルミニウム、及びリン以外の１種類以上の屈折率調整ドーパントをドーパントとしてさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ用母材。
【請求項4】
前記屈折率調整ドーパントは、ホウ素、フッ素、及びゲルマニウムの少なくとも１つであることを特徴とする請求項３に記載の光ファイバ用母材。
【請求項5】
希土類元素、アルミニウム、及びリンをドーパントとして含む内側コアガラス体と、当該内側コアガラス体を隙間なく囲み、屈折率を上昇させるドーパントを含む外側コアガラス体と、当該外側コアガラス体を隙間なく囲むクラッドガラス体と、を備える光ファイバ用母材の製造方法であって、前記外側コアガラス体に添加されるゲルマニウムの濃度を決定する第１濃度決定工程と、前記内側コアガラス体に添加される前記希土類元素、アルミニウム、及びリンの各濃度を決定する第２濃度決定工程と、前記内側コアガラス体の屈折率を調整するために前記内側コアガラス体にさらに添加される屈折率調整ドーパントの濃度を決定する第３濃度決定工程と、を含むドーパント濃度決定工程と、
前記内側コアガラス体に添加される各ドーパントの濃度が前記ドーパント濃度決定工程で決定された濃度となるように前記内側コアガラス体を形成する内側コアガラス体形成工程と、
前記外側コアガラス体に添加されるドーパントの濃度が前記ドーパント濃度決定工程で決定された濃度となるように前記外側コアガラス体を形成する外側コアガラス体形成工程と、
を備え、
前記第３濃度決定工程では、前記内側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差と、前記外側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差とが下記式を満たすように、前記屈折率調整ドーパントの濃度が決定される
ことを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項6】
前記屈折率調整ドーパントは、ホウ素、フッ素、及びゲルマニウムの少なくとも１つであることを特徴とする請求項５に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項7】
請求項５又は６に記載の光ファイバ用母材の製造方法により製造された光ファイバ用母材を線引きする線引工程を備えることを特徴とする光ファイバの製造方法。
【請求項8】
光ファイバ用母材を線引きして光ファイバ裸線を形成する線引工程を備え、前記光ファイバ用母材は、
希土類元素、アルミニウム、及びリンをドーパントして含む内側コアガラス体と、
前記内側コアガラス体の外周面を隙間なく囲み、アルミニウム及びリンをドーパントとして含まず、屈折率を上昇させるドーパントを含む外側コアガラス体と、
前記外側コアガラス体を隙間なく囲むクラッドガラス体と、
を備え、
前記内側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差と、前記外側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差とが下記式で表される
ことを特徴とする光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光ファイバ用母材、光ファイバ用母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
光ファイバの一つとして、コアにイッテルビウム（Ｙｂ）等の希土類元素が添加される増幅用光ファイバが知られている。このような増幅用光ファイバでは、下記特許文献１に記載されているように、イッテルビウムの結晶化を抑制するためにアルミニウム（Ａｌ）が共添加されることがあり、また、フォトダークニングを抑制するために更にリンが共添加されることがある。また、希土類元素、アルミニウム、及びリンが共添加されたコアを内側コアとし、当該内側コアをゲルマニウム（Ｇｅ）が添加された外側コアで隙間なく囲んだ増幅用光ファイバも製造されることがあり得る。このような増幅用光ファイバは、上記希土類元素、アルミニウム、及びリンが含まれる内側コアガラス体とゲルマニウムが含まれる外側コアガラス体とを有するコアガラス体と、クラッドガラス体とを備える光ファイバ用母材を線引きすることによって製造され得る。線引きによって、上記内側コアガラス体が希土類元素、アルミニウム、及びリンを含む内側コアとなり、上記外側コアガラス体がゲルマニウムを含む外側コアとなり、クラッドガラス体がクラッドとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１８－１７９８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
一般的に、ゲルマニウムが添加されたガラス体の線引き前後の屈折率の変化はわずかである。そのため、ゲルマニウムが添加されたガラス体を含む光ファイバ用母材を線引きして光ファイバが製造される場合、製造される光ファイバにおける光ファイバ用母材のゲルマニウムが添加されたガラス体に相当する部分の屈折率は、線引き前と同様の屈折率となり易い。
【0005】
しかし、アルミニウム及びリンが添加されたガラス体の線引き前後の屈折率の変化は、ゲルマニウムが添加されたガラス体の線引き前後の屈折率の変化に比べて大きい傾向にある。このため、ゲルマニウムが添加された外側コアとアルミニウム及びリンが添加された内側コアとを有するコアを備える光ファイバを製造する場合、外側コアと内側コアとの屈折率を均一に近づけることが難しい傾向にある。
【0006】
そこで、本発明は、屈折率が均一に近いコアを有する光ファイバを製造可能な光ファイバ用母材、上記光ファイバ用母材の製造方法、及び上記光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的の達成のため、本発明の光ファイバ用母材は、内側コアガラス体と、前記内側コアガラス体の外周面を隙間なく囲む外側コアガラス体と、前記外側コアガラス体の外周面を隙間なく囲むクラッドガラス体と、を備え、前記内側コアガラス体は、希土類元素、アルミニウム、及びリンをドーパントとして含み、前記外側コアガラス体は、アルミニウム及びリンをドーパントして含まず、屈折率を上昇させるドーパントを含み、前記内側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差と、前記外側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差とが下記式で表されることを特徴とするものである。
ただし、上記式において、Δ1Pは前記内側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差を示し、Δ2Pは前記外側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差を示し、ＣAlは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するアルミニウムの濃度を示し、ＣPは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するリンの濃度を示す。
【0008】
ゲルマニウムがドーパントとして添加された外側コアガラス体とアルミニウム及びリンがドーパントして添加された内側コアガラス体とを含むコアガラス体と、クラッドガラス体とを備える光ファイバ用母材を線引きすることによって、ゲルマニウムがドーパントとして添加された外側コアとアルミニウム及びリンがドーパントして添加された内側コアとを含むコアと、クラッドと備える光ファイバ裸線が形成される。ドーパントがゲルマニウムである場合、上述のように屈折率は線引き前後で殆ど変化しない傾向にある。このため、光ファイバ用母材におけるゲルマニウムが添加された外側コアガラス体のクラッドガラス体に対する平均比屈折率差と、光ファイバにおけるゲルマニウムが添加された外側コアのクラッドに対する平均比屈折率差との間の差が小さくなり易い。つまり、上記式における外側コアガラス体のクラッドガラス体に対する平均比屈折率差Δ2Pは、外側コアのクラッドに対する平均比屈折率差とも見做し得る。
【0009】
なお、コアガラス体のクラッドガラス体に対する平均比屈折率差とはコアガラス体のクラッドガラス体に対する比屈折率差を光ファイバ用母材の長手方向に垂直な断面方向に平均化した値であり、コアのクラッドに対する平均比屈折率差とは、コアのクラッドに対する比屈折率差を光ファイバの長手方向に垂直な断面方向に平均化した値である。
【0010】
また、本明細書において、例えば増幅用光ファイバのような内側クラッドと外側クラッドとを有する光ファイバにおいて単にクラッドと記す場合、特に明示のない限り内側クラッドを意味するものとする。
【0011】
一方、上述のように、内側コアガラス体及び内側コアにはドーパントしてアルミニウム及びリンが添加されている。ドーパントとしてアルミニウム及びリンが添加されている場合、屈折率が線引き前後で大きく変化する傾向にある。具体的には、リンの濃度に対してアルミニウムの濃度が大きい程、線引き前に対して線引き後の屈折率が大きくなる傾向があり、リンの濃度が大きい程、線引き前に対して線引き後の屈折率が小さくなる傾向がある。このため、アルミニウム及びリンが添加された光ファイバ用母材における内側コアガラス体のクラッドガラス体に対する平均比屈折率差と、アルミニウム及びリンが添加された光ファイバにおける内側コアのクラッドに対する平均比屈折率差との差は、光ファイバ用母材における外側コアガラス体の平均比屈折率差と光ファイバにおける外側コアの平均比屈折率差との差に比べて概ね大きい。
【0012】
本発明者は、アルミニウム及びリンがドーパントして添加された内側コアとなる内側コアガラス体を含むコアガラス体と、クラッドとなるクラッドガラス体とを備える光ファイバ用母材について鋭意研究した。その結果、本発明者は、内側コアガラス体の線引き前における平均比屈折率差と、内側コアガラス体の線引き後における平均比屈折率差である内側コアの平均比屈折率差との差は、内側コアガラス体に他のドーパントが添加されているかによらず、アルミニウムとリンとの濃度差に依存する傾向があり、下記式の関係にあることを見出した。
ただし、上記式において、δΔ1Pは内側コアガラス体の線引き前における平均比屈折率差と内側コアガラス体の線引き後における平均比屈折率差との差を示し、ＣAlは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するアルミニウムの濃度を示し、ＣPは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するリンの濃度を示す。
【0013】
したがって、内側コアガラス体の平均比屈折率差Δ1Pに
0.039(ＣAl-ＣP)+0.048
から求められる値を追加した値は、内側コアガラス体の線引き後における平均比屈折率差、すなわち、内側コアのクラッドに対する平均比屈折率差と見做し得る。
0.039(ＣAl-ＣP)+0.048
から求められる値を追加した値は、内側コアガラス体の線引き後における平均比屈折率差、すなわち、内側コアのクラッドに対する平均比屈折率差と見做し得る。
【0014】
上述のように、本発明の光ファイバ用母材は、
0.9Δ2P≦Δ1P＋{0.039(ＣAl-ＣP)+0.048}
の関係が満たされるように内側コアガラス体及び外側コアガラス体が形成されている。つまり、内側コアガラス体の線引き後における平均比屈折率差が、外側コアガラス体の線引き後における平均比屈折率差、すなわち、外側コアのクラッドに対する平均比屈折率差の０．９倍以上になるように内側コアガラス体が形成されている。
0.9Δ2P≦Δ1P＋{0.039(ＣAl-ＣP)+0.048}
の関係が満たされるように内側コアガラス体及び外側コアガラス体が形成されている。つまり、内側コアガラス体の線引き後における平均比屈折率差が、外側コアガラス体の線引き後における平均比屈折率差、すなわち、外側コアのクラッドに対する平均比屈折率差の０．９倍以上になるように内側コアガラス体が形成されている。
【0015】
また、上述のように、本発明の光ファイバ用母材は、
Δ1P＋{0.039(ＣAl-ＣP)+0.048}≦1.1Δ2P
の関係が満たされるように内側コアガラス体及び外側コアガラス体が形成されている。つまり、内側コアガラス体の線引き後における平均比屈折率差が、外側コアガラス体の線引き後における平均比屈折率差、すなわち、外側コアのクラッドに対する平均比屈折率差の１．１倍以下になるように内側コアガラス体が形成されている。
Δ1P＋{0.039(ＣAl-ＣP)+0.048}≦1.1Δ2P
の関係が満たされるように内側コアガラス体及び外側コアガラス体が形成されている。つまり、内側コアガラス体の線引き後における平均比屈折率差が、外側コアガラス体の線引き後における平均比屈折率差、すなわち、外側コアのクラッドに対する平均比屈折率差の１．１倍以下になるように内側コアガラス体が形成されている。
【0016】
このように、本発明の光ファイバ用母材を線引きすることで、内側コアの平均比屈折率差が外側コアの平均比屈折率差の０．９倍以上１．１倍以下の範囲に収まり得、屈折率が均一に近いコアを有する光ファイバが製造され得る。したがって、本発明の光ファイバ用母材によれば、線引きしてなる光ファイバのコアの屈折率を均一に近くし得る。
【0017】
また、前記希土類元素はイッテルビウムであってもよい。
【0018】
また、前記内側コアガラス体は、前記内側コアガラス体の屈折率を調整するための前記希土類元素、アルミニウム、及びリン以外の１種類以上の屈折率調整ドーパントをドーパントとしてさらに含むことが好ましい。
【0019】
このような屈折率調整ドーパントを添加することで、内側コアガラス体の屈折率を所望の値にすることが容易になり得る。
【0020】
この場合、前記屈折率調整ドーパントは、ホウ素、フッ素、及びゲルマニウムの少なくとも１つであってもよい。
【0021】
屈折率調整ドーパントとしてホウ素及び／又はフッ素を用いる場合、内側コアガラス体の屈折率を下げ得る。一方、屈折率調整ドーパントとしてゲルマニウムを用いる場合、内側コアガラス体の屈折率を上げ得る。なお、屈折率調整ドーパントとしてホウ素などの屈折率を下げる元素と、ゲルマニウムなどの屈折率を上げる元素とを併用して、内側コアガラス体の屈折率を調整してもよい。
【0022】
また、上記目的の達成のため、本発明は、希土類元素、アルミニウム、及びリンをドーパントとして含む内側コアガラス体と、当該内側コアガラス体を隙間なく囲み、屈折率を上昇させるドーパントを含む外側コアガラス体と、当該外側コアガラス体を隙間なく囲むクラッドガラス体と、を備える光ファイバ用母材の製造方法であって、前記外側コアガラス体に添加されるゲルマニウムの濃度を決定する第１濃度決定工程と、前記内側コアガラス体に添加される希土類元素、アルミニウム、及びリンの各濃度を決定する第２濃度決定工程と、前記内側コアガラス体の屈折率を調整するために前記内側コアガラス体にさらに添加される屈折率調整ドーパントの濃度を決定する第３濃度決定工程と、を含むドーパント濃度決定工程と、前記内側コアガラス体に添加される各ドーパントの濃度が前記ドーパント濃度決定工程で決定された濃度となるように前記内側コアガラス体を形成する内側コアガラス体形成工程と、前記外側コアガラス体に添加されるドーパントの濃度が前記ドーパント濃度決定工程で決定された濃度となるように前記外側コアガラス体を形成する外側コアガラス体形成工程と、を備え、前記第３濃度決定工程では、前記内側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差と、前記外側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差とが下記式を満たすように、前記屈折率調整ドーパントの濃度が決定されることを特徴とするものである。
ただし、上記式において、Δ1Pは前記内側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差を示し、Δ2Pは前記外側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差を示し、ＣAlは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するアルミニウムの濃度を示し、ＣPは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するリンの濃度を示す。
【0023】
この光ファイバ用母材の製造方法によれば、第１濃度決定工程においてゲルマニウムの濃度が決定されるため、外側コアガラス体の平均比屈折率差Δ2Pを定めることができる。また、第２濃度決定工程においてアルミニウムの濃度ＣAl及びリンの濃度ＣPが決定される。このため、第３濃度決定工程において屈折率調整ドーパントの濃度を調整することによって、上記式を満たすように内側コアガラス体の平均比屈折率差Δ1Pを定めることができる。したがって、各ドーパントの濃度が、第１濃度決定工程と第２濃度決定工程と第３濃度決定工程とを含むドーパント濃度決定工程で定められた濃度となるように内側コアガラス体及び外側コアガラス体を形成することによって、上記式を満たす光ファイバ用母材、すなわち、屈折率が均一に近いコアを有する光ファイバを製造可能な光ファイバ用母材を製造することができる。
【0024】
この場合、前記屈折率調整ドーパントは、ホウ素、フッ素、及びゲルマニウムの少なくとも１つであってもよい。
【0025】
また、上記目的の達成のため、本発明の光ファイバの製造方法は、上記の光ファイバ用母材の製造方法により製造された光ファイバ用母材を線引きする線引工程を備えることを特徴とするものである。
【0026】
このような光ファイバの製造方法によれば、屈折率が均一に近いコアを有する光ファイバを製造することができる。
【0027】
あるいは、上記目的の達成のため、本発明の光ファイバの製造方法は、光ファイバ用母材を線引きして光ファイバ裸線を形成する線引工程を備え、前記光ファイバ用母材は、希土類元素、アルミニウム、及びリンをドーパントして含む内側コアガラス体と、前記内側コアガラス体の外周面を隙間なく囲み、アルミニウム及びリンをドーパントとして含まず、屈折率を上昇させるドーパントを含む外側コアガラス体と、前記外側コアガラス体を隙間なく囲むクラッドガラス体と、を備え、前記内側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差と、前記外側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差とが下記式で表されることを特徴とするものである。
ただし、上記式において、Δ1Pは前記内側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差を示し、Δ2Pは前記外側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差を示し、ＣAlは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するアルミニウムの濃度を示し、ＣPは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するリンの濃度を示す。
【0028】
この光ファイバの製造方法は、上記式の関係を満たす内側コアガラス体及び外側コアガラス体を備える光ファイバ用母材を線引きするものである。したがって、コアの屈折率が均一に近い光ファイバが製造され得る。
【発明の効果】
【0029】
以上のように、本発明によれば、屈折率が均一に近いコアを有する光ファイバを製造可能な光ファイバ用母材、上記光ファイバ用母材の製造方法、及び上記光ファイバの製造方法が提供され得る。
【図面の簡単な説明】
【0030】
【図1】本発明の実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0031】
以下、本発明に係る光ファイバ用母材、光ファイバ、光ファイバ用母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法を実施するための形態が添付図面とともに例示される。以下に例示する実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、以下の実施形態から変更、改良することができる。また、本明細書では、理解を容易にするために、各部材の寸法が誇張して示されている場合がある。
【0032】
図１は、実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な断面の構造を示す図である。本実施形態における光ファイバは、コアに希土類元素が添加されるダブルクラッドファイバであり、伝搬する励起光によって上記希土類元素が励起される増幅用光ファイバである。図１に示すように、光ファイバ１０は、コア１１と、コア１１を隙間なく囲む内側クラッド１２と、内側クラッド１２の外周面を隙間なく囲む外側クラッド１３と、外側クラッド１３を被覆する被覆層１４と、を主な構成として備える。また、コア１１は、内側コア１１ｉと、内側コア１１ｉを隙間なく囲む外側コア１１оとを有している。
【0033】
内側コア１１ｉは石英から形成されている。本実施形態では、内側コア１１ｉには、アルミニウム（Ａｌ）、リン（Ｐ）、ホウ素（Ｂ）、及び活性元素としての希土類元素がドーパントとして共添加されている。なお、希土類元素としては、イッテルビウム（Ｙｂ）、ツリウム（Ｔｍ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、エルビウム（Ｅｒ）等が挙げられる。本実施形態の例では、希土類元素としてイッテルビウムが内側コア１１ｉに添加されている。
【0034】
外側コア１１оは石英から形成されている。外側コア１１оには、屈折率を上昇させるゲルマニウム（Ｇｅ）がドーパントとして添加されている。
【0035】
内側クラッド１２は、ドーパントが添加されていない純粋石英、あるいは、屈折率を低下させるフッ素（Ｆ）やホウ素などが添加された石英から形成される。本実施形態の例では、内側クラッド１２は純粋石英から形成される。
【0036】
外側クラッド１３は、樹脂または石英から形成されている。このような樹脂としては、例えば、紫外線硬化樹脂或いは熱硬化樹脂が挙げられる。石英としては、例えば、内側クラッド１２よりもさらに屈折率が低くなるように屈折率を低下させるフッ素やホウ素等のドーパントが添加された石英が挙げられる。本実施形態の例では、外側クラッド１３は熱硬化樹脂から形成されている。
【0037】
被覆層１４は、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂などの樹脂から形成されている。なお、外側クラッド１３が樹脂の場合、被覆層１４は、外側クラッド１３を形成する樹脂とは異なる紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂から形成される。本実施形態の例では、被覆層１４は、外側クラッド１３を形成する熱硬化樹脂とは異なる熱硬化樹脂から形成されている。
【0038】
上記のような構成により、本実施形態では、外側クラッド１３の屈折率は内側クラッド１２の屈折率よりも低くなっており、内側クラッド１２の屈折率はコア１１の屈折率よりも低くなっている。
【0039】
図２は、このような内側クラッド１２の内部における比屈折率差のプロファイルを示す図であり、外側コア１１оの内側クラッド１２に対する比屈折率差と、内側コア１１ｉの内側クラッド１２に対する比屈折率差とを示している。図２に示すように、本実施形態では、内側コア１１ｉの平均比屈折率差と、外側コア１１оの平均比屈折率差とは概ね同じであり、より具体的には、内側コア１１ｉの平均比屈折率差は、外側コア１１оの平均比屈折率差の０．９倍以上１．１倍以下の範囲に含まれている。こうして、本実施形態では、内側コア１１ｉの屈折率と外側コア１１оの屈折率とが均一に近くなっている。なお、上述のように、平均比屈折率差とは、比屈折率差を光ファイバの長手方向に垂直な断面方向に平均化した値であり、図２では、内側コア１１ｉの平均比屈折率差が破線で示されている。
【0040】
以上のように、本実施形態の光ファイバ１０では、内側コア１１ｉの平均屈折率と外側コア１１оの平均屈折率とが概ね等しくなっており、コア１１の屈折率が均一に近くなっている。このため、例えば、コアの屈折率が均一に近い光ファイバに光ファイバ１０を融着接続するような場合に、融着点において電界分布の不一致が生じることが抑制され、その結果、融着点で不要な高次モードが励振されることが抑制され得る。また、内側コア１１ｉにはアルミニウムが添加されているため、アルミニウムが添加されていない場合に比べて、結晶化したイッテルビウムが少なくなっている。さらに、内側コア１１ｉにはリンが添加されているため、フォトダークニングが生じることが抑制される。
【0041】
次に、このような光ファイバ１０の製造方法について説明する。図３は、光ファイバ１０の製造方法の工程を示すフローチャートである。図３に示すように、光ファイバ１０の製造方法は、母材製造工程Ｐ１と、線引工程Ｐ２と、被覆工程Ｐ３とを含んでいる。
【0042】
（母材製造工程Ｐ１）
本工程は、光ファイバ１０を製造するための光ファイバ用母材を製造する工程である。本工程のフローを説明する前に、本工程により製造される光ファイバ用母材の構成について説明する。
本工程は、光ファイバ１０を製造するための光ファイバ用母材を製造する工程である。本工程のフローを説明する前に、本工程により製造される光ファイバ用母材の構成について説明する。
【0043】
図４は、本工程により製造される光ファイバ用母材１０Ｐを概略的に示す図である。また、図５は、図４に示される光ファイバ用母材の長手方向に垂直な断面の片側の構造を図２と同様に示すとともに、光ファイバ用母材のクラッドガラス体の内部における比屈折率差のプロファイルを図２と同様に示す図である。
【0044】
図４に示すように、光ファイバ用母材１０Ｐは、円柱状の形状をしており、光ファイバ１０のコア１１となるコアガラス体１１Ｐと、コアガラス体１１Ｐの外周面を隙間なく囲み、光ファイバ１０の内側クラッド１２となるクラッドガラス体１２Ｐとから構成される。また、図５に示すように、コアガラス体１１Ｐは、光ファイバ１０の内側コア１１ｉとなる内側コアガラス体１１Ｐｉと、内側コアガラス体１１Ｐｉの外周面を隙間なく囲み、光ファイバ１０の外側コア１１оとなる外側コアガラス体１１Ｐоとから構成される。
【0045】
本実施形態では、コアガラス体１１Ｐの直径とクラッドガラス体１２Ｐの外径との比は、光ファイバ１０のコア１１の直径と内側クラッド１２の外径との比と略同一である。また、内側コアガラス体１１Ｐｉの直径と外側コアガラス体１１Ｐоの外径との比は、光ファイバ１０の内側コア１１ｉの直径と外側コア１１оの外径との比と略同一である。
【0046】
クラッドガラス体１２Ｐは、内側クラッド１２と同じ材料である純粋石英から形成されており、内側クラッド１２と概ね同じ屈折率を有している。また、外側コアガラス体１１Ｐоは、外側コア１１оと同じ材料であるゲルマニウムが添加された石英から形成されており、外側コア１１оと概ね同じ屈折率を有している。このような構成により、本実施形態では、図５に示すように、外側コアガラス体１１Ｐоのクラッドガラス体１２Ｐに対する平均比屈折率差が、光ファイバ１０における外側コア１１оの内側クラッド１２に対する平均比屈折率差と概ね同じになる。
【0047】
なお、図５では、光ファイバ用母材１０Ｐにおけるコアガラス体１１Ｐのクラッドガラス体１２Ｐに対する比屈折率差及び平均比屈折率差が実線で示されており、光ファイバ１０におけるコア１１の内側クラッド１２に対する比屈折率差及び平均比屈折率差が一点鎖線で示されている。
【0048】
内側コアガラス体１１Ｐｉは、内側コア１１ｉと同じ材料から形成されている。すなわち、内側コアガラス体１１Ｐｉは、イッテルビウム、アルミニウム、リン、及びホウ素がドーパントとして添加された石英から形成されている。また、図５に示すように、内側コアガラス体１１Ｐｉは、内側コアガラス体１１Ｐｉのクラッドガラス体１２Ｐに対する比屈折率差が、内側コア１１ｉの内側クラッド１２に対する比屈折率差よりも低くなるように形成されており、内側コアガラス体１１Ｐｉの平均比屈折率差が内側コア１１ｉの平均比屈折率差よりも低くなっている。具体的に、本実施形態では、内側コア１１ｉの内側クラッド１２に対する平均比屈折率差と内側コアガラス体１１Ｐｉのクラッドガラス体１２Ｐに対する平均比屈折率差との差δΔ1Ｐが下記式（１）を満たすように、内側コアガラス体１１Ｐｉが形成されている。
ただし、式（１）において、ＣAlは、内側コアガラス体１１Ｐｉに含まれる元素の総量に対するアルミニウムの濃度（ｗｔ％）を示す。また、ＣPは、内側コアガラス体１１Ｐｉに含まれる元素の総量に対するリンの濃度（ｗｔ％）を示す。ここで、内側コアガラス体１１Ｐｉに含まれる元素の総量とは、例えば、内側コアガラス体１１Ｐｉを形成する二酸化ケイ素、希土類酸化物、酸化アルミニウム、五酸化二リン、酸化ホウ素、及び塩素の総量に対する濃度である。なお、上述した内側コアガラス体１１Ｐｉに含まれる元素は、上記の元素に限定されず、例えば、二酸化ケイ素、希土類酸化物、並びに屈折率を上昇させるドーパント及び屈折率を低減させるドーパントのいずれか一方又は両方であってもよい。
【0049】
本工程は、上記のような構成を有する光ファイバ用母材１０Ｐを製造する工程であり、図６に示すように、ドーパント濃度決定工程Ｐ１１と、外側コアガラス体形成工程Ｐ１２と、内側コアガラス体形成工程Ｐ１３と、コラプス工程Ｐ１４とを含んでいる。
【0050】
＜ドーパント濃度決定工程Ｐ１１＞
本工程は、コアガラス体１１Ｐに添加する各種ドーパントの濃度を決定する工程であり、第１濃度決定工程Ｐ１１１と、第２濃度決定工程Ｐ１１２と、第３濃度決定工程Ｐ１１３とを含んでいる。
本工程は、コアガラス体１１Ｐに添加する各種ドーパントの濃度を決定する工程であり、第１濃度決定工程Ｐ１１１と、第２濃度決定工程Ｐ１１２と、第３濃度決定工程Ｐ１１３とを含んでいる。
【0051】
本工程では、まず、第１濃度決定工程Ｐ１１１が行われる。この第１濃度決定工程Ｐ１１１において、外側コアガラス体１１Ｐоに添加されるドーパントであるゲルマニウムの濃度が決定される。ゲルマニウムの濃度が決定されることよって、外側コアガラス体１１Ｐоの屈折率が定められ、外側コアガラス体１１Ｐоのクラッドガラス体１２Ｐに対する平均比屈折率差Δ2Pが定められる。
【0052】
次に、第２濃度決定工程Ｐ１１２が行われる。この第２濃度決定工程Ｐ１１２において、内側コアガラス体１１Ｐｉに添加されるドーパントであるイッテルビウム、アルミニウム、及びリンの各濃度が決定される。
【0053】
次に、第３濃度決定工程Ｐ１１３が行われる。この第３濃度決定工程Ｐ１１３において、内側コアガラス体１１Ｐｉにさらに添加されるドーパントであるホウ素の濃度が決定される。ホウ素は屈折率を下げる性質を有している。このため、ホウ素をドーパントとしてさらに添加することによって、内側コアガラス体１１Ｐｉの屈折率を第２濃度決定工程Ｐ１１２時点における内側コアガラス体１１Ｐｉの屈折率から変化させることができる。すなわち、内側コアガラス体１１Ｐｉのクラッドガラス体１２Ｐに対する平均比屈折率差Δ1Pを第２濃度決定工程Ｐ１１２時点における内側コアガラス体１１Ｐｉの平均比屈折率差Δ1Pから変化させることができる。このように、ホウ素は、内側コアガラス体１１Ｐｉの屈折率を調整する屈折率調整用ドーパントとして作用する。具体的には、この第３濃度決定工程Ｐ１１３において、ホウ素の濃度は、下記式（２）を満たすような濃度に決定される。
こうして、第３濃度決定工程Ｐ１１３において、内側コアガラス体１１Ｐｉの平均比屈折率差Δ1Pが定められる。
【0054】
＜外側コアガラス体形成工程Ｐ１２＞
第１濃度決定工程Ｐ１１１と、第２濃度決定工程Ｐ１１２と、第３濃度決定工程Ｐ１１３とを含むドーパント濃度決定工程Ｐ１１によって、添加する各種ドーパントの濃度を決定した後、本工程を行う。本工程では、外側コアガラス体１１Ｐｏに添加されるゲルマニウムの濃度がドーパント濃度決定工程Ｐ１１で決定された濃度となるように外側コアガラス体１１Ｐｏが形成される。本工程は、例えば、ＭＣＶＤ法を用いて行うことができる。ＭＣＶＤ法を用いる場合、ゲルマニウムの濃度が第１濃度決定工程Ｐ１１１で決定された濃度となるように、二酸化ゲルマニウムを含む石英のスートを純粋石英からなる中空石英管の内壁に堆積させる。こうして、当該スートの堆積とほぼ同時にゲルマニウムを含む層が透明ガラス化される。
第１濃度決定工程Ｐ１１１と、第２濃度決定工程Ｐ１１２と、第３濃度決定工程Ｐ１１３とを含むドーパント濃度決定工程Ｐ１１によって、添加する各種ドーパントの濃度を決定した後、本工程を行う。本工程では、外側コアガラス体１１Ｐｏに添加されるゲルマニウムの濃度がドーパント濃度決定工程Ｐ１１で決定された濃度となるように外側コアガラス体１１Ｐｏが形成される。本工程は、例えば、ＭＣＶＤ法を用いて行うことができる。ＭＣＶＤ法を用いる場合、ゲルマニウムの濃度が第１濃度決定工程Ｐ１１１で決定された濃度となるように、二酸化ゲルマニウムを含む石英のスートを純粋石英からなる中空石英管の内壁に堆積させる。こうして、当該スートの堆積とほぼ同時にゲルマニウムを含む層が透明ガラス化される。
【0055】
＜内側コアガラス体形成工程Ｐ１３＞
外側コアガラス体形成工程Ｐ１２の後、本工程を行う。本工程では、内側コアガラス体１１Ｐｉに添加されるイッテルビウム、アルミニウム、リン、及びホウ素の濃度がドーパント濃度決定工程Ｐ１１で決定された濃度となるように内側コアガラス体１１Ｐｉが形成される。本工程では、例えば、外側コアガラス体形成工程Ｐ１２から連続してＭＣＶＤ法を行ってもよい。具体的には、透明ガラス化されたゲルマニウムを含む層を含む中空石英管に、イッテルビウム、アルミニウム、及びリンが第２濃度決定工程Ｐ１１２で決定された各濃度となるように、また、ホウ素が第３濃度決定工程Ｐ１１３で決定された濃度となるように、イッテルビウム、アルミニウム、リン、及びホウ素を含むガラスをさらに堆積させる。この工程において、例えば、イッテルビウム及びアルミニウムが添加されたスートを堆積させた上でリン及びホウ素を添加して透明ガラス化するプロセスを複数回繰り返してもよい。あるいは、イッテルビウム、アルミニウム、リン、及びホウ素を含むガラスの堆積と透明ガラス化とを同時に行ってもよい。
外側コアガラス体形成工程Ｐ１２の後、本工程を行う。本工程では、内側コアガラス体１１Ｐｉに添加されるイッテルビウム、アルミニウム、リン、及びホウ素の濃度がドーパント濃度決定工程Ｐ１１で決定された濃度となるように内側コアガラス体１１Ｐｉが形成される。本工程では、例えば、外側コアガラス体形成工程Ｐ１２から連続してＭＣＶＤ法を行ってもよい。具体的には、透明ガラス化されたゲルマニウムを含む層を含む中空石英管に、イッテルビウム、アルミニウム、及びリンが第２濃度決定工程Ｐ１１２で決定された各濃度となるように、また、ホウ素が第３濃度決定工程Ｐ１１３で決定された濃度となるように、イッテルビウム、アルミニウム、リン、及びホウ素を含むガラスをさらに堆積させる。この工程において、例えば、イッテルビウム及びアルミニウムが添加されたスートを堆積させた上でリン及びホウ素を添加して透明ガラス化するプロセスを複数回繰り返してもよい。あるいは、イッテルビウム、アルミニウム、リン、及びホウ素を含むガラスの堆積と透明ガラス化とを同時に行ってもよい。
【0056】
＜コラプス工程Ｐ１４＞
次に、外側コアガラス体１１Ｐｏとなるスートの堆積層及び内側コアガラス体１１Ｐｉとなるガラスが積層された中空石英管をさらに加熱する。こうして、中空石英管を潰して、中空石英管の内部に残存する隙間を消滅させる。
次に、外側コアガラス体１１Ｐｏとなるスートの堆積層及び内側コアガラス体１１Ｐｉとなるガラスが積層された中空石英管をさらに加熱する。こうして、中空石英管を潰して、中空石英管の内部に残存する隙間を消滅させる。
【0057】
こうして、母材製造工程Ｐ１によって、内側コアガラス体１１Ｐｉと、内側コアガラス体１１Ｐｉの外周面を隙間なく囲む外側コアガラス体１１Ｐｏと、外側コアガラス体１１Ｐоの外周面を隙間なく囲むクラッドガラス体１２Ｐと、を備え、内側コアガラス体１１Ｐｉは、イッテルビウム、アルミニウム、及びリンをドーパントとして含み、外側コアガラス体１１Ｐｏは、アルミニウム及びリンをドーパントして含まず、ゲルマニウムをドーパントとして含み、内側コアガラス体１１Ｐｉのクラッドガラス体１２Ｐに対する平均比屈折率差Δ1Pと、外側コアガラス体１１Ｐｏのクラッドガラス体１２Ｐに対する平均比屈折率差Δ2Pとが上記式（２）で表される光ファイバ用母材１０Ｐが製造される。
【0058】
なお、外側コアガラス体形成工程Ｐ１２及び内側コアガラス体形成工程Ｐ１３の順序を逆にしてもよい。例えば、まず、内側コアガラス体形成工程Ｐ１３としてＶＡＤ法により内側コアガラス体１１Ｐｉを形成した後、外側コアガラス体形成工程Ｐ１２としてＯＶＤ法により外側コアガラス体１１Ｐｏを形成してもよい。また、このようにＶＡＤ法及びＯＶＤ法により形成されたコアガラス体１１Ｐをクラッドガラス体１２Ｐとなる中空石英管にロッドインチューブ法によって挿入することで、光ファイバ用母材１０Ｐを製造することができる。あるいは、外側コアガラス体形成工程Ｐ１２及び内側コアガラス体形成工程Ｐ１３の双方をＶＡＤ法により行ってもよい。この場合、概ね同時に内側コアガラス体１１Ｐｉ及び外側コアガラス体１１Ｐｏを形成し得る。
【0059】
（線引工程Ｐ２）
図３に示すように、母材製造工程Ｐ１により光ファイバ用母材１０Ｐを製造した後、本工程を行う。本工程は、光ファイバ用母材１０Ｐを線引きする工程である。図７は、本工程及び被覆工程Ｐ３の様子を概略的に示す図である。図７に示すように、本工程では、まず、光ファイバ用母材１０Ｐを紡糸炉３１０に設置する。そして、紡糸炉３１０の加熱部３１１を発熱させた後、光ファイバ用母材１０Ｐを加熱部３１１に挿入して、光ファイバ用母材１０Ｐを加熱する。このとき、光ファイバ用母材１０Ｐの下端は、例えば２０００℃に加熱され溶融状態となる。そして、光ファイバ用母材１０Ｐからガラスが溶融して、ガラスが線引きされる。なお、上述のようにコアガラス体１１Ｐにはイッテルビウムに加えてアルミニウムが添加されているため、線引きの際にイッテルビウムが結晶化することが抑制される。
図３に示すように、母材製造工程Ｐ１により光ファイバ用母材１０Ｐを製造した後、本工程を行う。本工程は、光ファイバ用母材１０Ｐを線引きする工程である。図７は、本工程及び被覆工程Ｐ３の様子を概略的に示す図である。図７に示すように、本工程では、まず、光ファイバ用母材１０Ｐを紡糸炉３１０に設置する。そして、紡糸炉３１０の加熱部３１１を発熱させた後、光ファイバ用母材１０Ｐを加熱部３１１に挿入して、光ファイバ用母材１０Ｐを加熱する。このとき、光ファイバ用母材１０Ｐの下端は、例えば２０００℃に加熱され溶融状態となる。そして、光ファイバ用母材１０Ｐからガラスが溶融して、ガラスが線引きされる。なお、上述のようにコアガラス体１１Ｐにはイッテルビウムに加えてアルミニウムが添加されているため、線引きの際にイッテルビウムが結晶化することが抑制される。
【0060】
線引きされた溶融状態のガラスは、紡糸炉３１０から出ると、すぐに固化して、内側コアガラス体１１Ｐｉが内側コア１１ｉとなり、外側コアガラス体１１Ｐоが外側コア１１оとなり、クラッドガラス体１２Ｐが内側クラッド１２となる。これにより、内側コア１１ｉ及び外側コア１１оを有するコア１１と、内側クラッド１２とから構成される光ファイバ裸線１０Ｎが形成される。その後、この光ファイバ裸線１０Ｎは、冷却装置３２０を通過して、適切な温度まで冷却される。冷却装置３２０に入る際、光ファイバ裸線１０Ｎの温度は、例えば１８００℃程度であるが、冷却装置３２０を出る際には、光ファイバ裸線１０Ｎの温度は、例えば４０℃～５０℃となる。
【0061】
（被覆工程Ｐ３）
線引工程Ｐ２の後、本工程が行われる。図７に示すように、線引工程Ｐ２によって形成された光ファイバ裸線１０Ｎは、外側クラッド１３となる第１熱硬化樹脂が入った第１コーティング装置３３１を通過し、内側クラッド１２がこの第１熱硬化樹脂で被覆される。本実施形態では、この第１熱硬化樹脂は、所定条件下の加熱により架橋する材料から形成される。第１熱硬化樹脂で被覆された光ファイバ裸線１０Ｎは、第１加熱炉３３２を通過し、この加熱炉３３２内で加熱される。この加熱により、第１熱硬化樹脂を形成する材料が架橋して第１熱硬化樹脂が硬化する。その結果、内側クラッド１２の外周面に、第１熱硬化樹脂からなる外側クラッド１３が形成される。
線引工程Ｐ２の後、本工程が行われる。図７に示すように、線引工程Ｐ２によって形成された光ファイバ裸線１０Ｎは、外側クラッド１３となる第１熱硬化樹脂が入った第１コーティング装置３３１を通過し、内側クラッド１２がこの第１熱硬化樹脂で被覆される。本実施形態では、この第１熱硬化樹脂は、所定条件下の加熱により架橋する材料から形成される。第１熱硬化樹脂で被覆された光ファイバ裸線１０Ｎは、第１加熱炉３３２を通過し、この加熱炉３３２内で加熱される。この加熱により、第１熱硬化樹脂を形成する材料が架橋して第１熱硬化樹脂が硬化する。その結果、内側クラッド１２の外周面に、第１熱硬化樹脂からなる外側クラッド１３が形成される。
【0062】
外側クラッド１３で覆われた光ファイバ裸線１０Ｎは、第１熱硬化樹脂とは異なる材料からなる第２熱硬化樹脂が入った第２コーティング装置３３３を通過し、この第２熱硬化樹脂で被覆される。本実施形態では、この第２熱硬化樹脂は、所定条件下の加熱により架橋する材料から形成される。第２熱硬化樹脂で被覆された光ファイバ裸線１０Ｎは、第２加熱炉３３４を通過し、この第２加熱炉３３４内で加熱される。この加熱により、第２熱硬化樹脂を形成する材料が架橋して第２熱硬化樹脂が硬化する。その結果、外側クラッド１３の外周面に、第２熱硬化樹脂からなる被覆層１４が形成される。
【0063】
なお、上述のように、外側クラッド１３及び被覆層１４を紫外線硬化樹脂から形成してもよい。
【0064】
また、上述の例では２層の被覆層をコーティングする例を示したが、被覆層は１層であってもよいし、３層以上であってもよい。
【0065】
以上の工程を経て、光ファイバ用母材１０Ｐを線引きしてなる図１に示される光ファイバ１０が製造される。
【0066】
そして、光ファイバ１０は、ターンプーリー３４１により方向が変換され、リール３４２により巻取られる。
【0067】
ところで、ガラス体に添加されるドーパントがゲルマニウムであり、ガラス体に添加されるドーパントとしてアルミニウム及びリンが含まれない場合、ガラス体の屈折率は線引き前後で殆ど変化しない傾向にある。このため、図５に示すように、ドーパントとしてゲルマニウムのみが添加された外側コアガラス体１１Ｐоのクラッドガラス体１２Ｐに対する平均比屈折率差と、当該外側コアガラス体１１Ｐｏが線引されてなる外側コア１１оの内側クラッド１２に対する平均比屈折率差とは概ね同じになる。つまり、上記式（２）における平均比屈折率差Δ2Pは、外側コア１１оの内側クラッド１２に対する平均比屈折率差とも見做し得る。
【0068】
一方、内側コアガラス体１１Ｐｉにはドーパントしてアルミニウム及びリンが添加されている。アルミニウムとリンとが添加されたガラス体では、アルミニウムとリンとの濃度差によって当該ガラス体の熱膨張係数が変化することが非特許文献「D. J. Digiovanni, et. al., "STRUCTURE AND PROPERTIES OF SILICA CONTAINING ALUMINUM AND PHOSHORUS NEAR THE AlPO4 JOIN", Journal of Non-Crystalline Solids 113 (1989).」によって知られている。具体的には、図８に示すように、アルミニウムの濃度に比べてリンの濃度が大きい場合、ガラス体の熱膨張係数が大きくなる傾向があり、リンの濃度に比べてアルミニウムの濃度が大きい場合、ガラス体の熱膨張係数が小さくなる傾向がある。また、図９に示すように、ガラス体の熱膨張係数が小さい程、線引き前に対して線引き後のガラス体の屈折率が上昇することが知られている。すなわち、リンの濃度に対してアルミニウムの濃度が大きい程、線引き前に対して線引き後のガラス体の屈折率が大きくなる傾向があり、アルミニウム濃度に対してリンの濃度が大きい程、線引き前に対して線引き後のガラス体の屈折率が小さくなる傾向がある。このように、ドーパントとしてアルミニウム及びリンが添加されているガラス体では、屈折率が線引き前後で大きく変化する傾向にある。
【0069】
このため、アルミニウム及びリンが添加された内側コアガラス体のクラッドガラス体に対する平均比屈折率差と、アルミニウム及びリンが添加された内側コアのクラッドに対する平均比屈折率差との差は、外側コアガラス体の平均比屈折率差と外側コアの平均比屈折率差との差に比べて概ね大きい。したがって、ゲルマニウムが添加された外側コアとアルミニウム及びリンが添加された内側コアとを有するコアを備える光ファイバを製造する場合、光ファイバ用母材の内側コアガラス体の屈折率が線引き前後において外側コアガラス体の屈折率に比べて大きく変化する傾向にあるため、内側コアの屈折率と外側コアの屈折率との間に差が生じやすく、コアの屈折率が均一に近くなり難い。
【0070】
しかし、実施形態の光ファイバの製造方法によれば、上記式（２）を満たす光ファイバ用母材１０Ｐを線引きするものであるため、図２に示すように、内側コア１１ｉの平均比屈折率差と外側コア１１оの平均比屈折率差とを概ね同一の値にすることができ、コア１１の屈折率を均一に近くすることができる。具体的には、上述のように、内側コア１１ｉの平均比屈折率差が外側コア１１оの平均比屈折率差の０．９倍以上１．１倍以上の範囲に収まる光ファイバ１０を製造することができる。以下、この点について詳細に説明する。
【0071】
本発明者は、このようなガラス体の平均比屈折率差の線引き前後の変化について鋭意研究したところ、アルミニウムとリンとが添加されたコアガラス体のクラッドガラス体に対する平均比屈折率差と、当該コアガラス体が線引きされてなるコアのクラッドガラス体が線引されてなるクラッドに対する平均比屈折率差との差は、コアガラス体に他のドーパントが添加されているかによらず、アルミニウムとリンとの濃度差に依存することを見出した。
【0072】
本発明者は、この点に関してさらに研究を進めた。具体的には、以下のようにして研究を進めた。まず、純粋石英にアルミニウム及びリンがドーパントとして添加されたコアガラス体と、コアガラス体を隙間なく囲み、何らドーパントが添加されていない純粋石英からなるクラッドガラス体とを備えるガラス体を複数準備した。アルミニウム及びリンは、濃度差「ＣAl－ＣP」（ｗｔ％）がガラス体ごとに異なるように添加された。これらガラス体は、直径及び全長が同じになるように形成された。次に、各ガラス体に対して上記線引工程Ｐ２を行う前に、各ガラス体に対して、コアガラス体のクラッドガラス体に対する平均比屈折率差の測定を行った。次に、各ガラス体に対して線引工程Ｐ２を行った後、各ガラス体に対して、コアガラス体のクラッドガラス体に対する平均比屈折率差の測定を行った。そして、各ガラス体における線引き前の平均比屈折率差と線引き後の平均比屈折率差との間の差δΔ1Pを求め、δΔ1Pを縦軸、「ＣAl－ＣP」を横軸とする座標系に対して、各ガラス体のδΔ1P及び「ＣAl－ＣP」をプロットした。その結果、図１０に示すような散布図が得られた。この図１０に示す散布図から、最小２乗法を用いて１次関数Ｌを求めたところ、上記式（１）が得られた。
【0073】
つまり、この結果は、アルミニウムとリンとが添加されたコアガラス体と、クラッドガラス体とを有するガラス体を線引きした場合、コアガラス体のクラッドガラス体に対する平均比屈折率差は、上記式（１）を満たすように変化することを示している。よって、内側コアガラス体に添加されるアルミニウムの濃度ＣAlとリンの濃度ＣPとが分かっていれば、上記式（１）に基づいて、線引きによる内側コアガラス体の平均比屈折率差の増加量又は減少量を推定することができる。
【0074】
したがって、上記式（２）を満たすように内側コアガラス体の平均比屈折率差を調整することによって、内側コアの平均比屈折率差が外側コアの平均屈折率差の０．９倍以上１．１倍以上に収まる光ファイバを製造することができる。また、上記式（２）を満たすような内側コアガラス体及び外側コアガラス体を有する光ファイバ用母材であれば、線引きされた後、内側コアの平均比屈折率差が外側コアの平均屈折率差の０．９倍以上１．１倍以上に収まる光ファイバになり得る。
【0075】
以上説明したように、本実施形態の光ファイバ用母材１０Ｐは、内側コアガラス体１１Ｐｉと、内側コアガラス体１１Ｐｉの外周面を隙間なく囲む外側コアガラス体１１Ｐｏと、外側コアガラス体１１Ｐоの外周面を隙間なく囲むクラッドガラス体１２Ｐと、を備え、内側コアガラス体１１Ｐｉは、希土類元素、アルミニウム、及びリンをドーパントとして含み、外側コアガラス体１１Ｐｏは、アルミニウム及びリンをドーパントとして含まず、ゲルマニウムをドーパントとして含み、内側コアガラス体１１Ｐｉのクラッドガラス体１２Ｐに対する平均比屈折率差と、外側コアガラス体１１Ｐｏのクラッドガラス体１２Ｐに対する平均比屈折率差とが上記式（２）で表される。
【0076】
したがって、この光ファイバ用母材１０Ｐによれば、内側コア１１ｉの平均比屈折率差が外側コア１１оの平均比屈折率差の０．９倍以上１．１倍以下の範囲に収まる光ファイバ１０が製造され得る。すなわち、この光ファイバ用母材によれば、屈折率が均一に近いコアを有する光ファイバを製造可能である。
【0077】
こうして、本実施形態の光ファイバ１０では、コアの屈折率が均一に近くなり得る。また、内側コア１１ｉにはアルミニウムが添加されているため、アルミニウムが添加されていない場合に比べて、結晶化したイッテルビウムが少なくなっている。さらに、内側コア１１ｉにはリンが添加されているため、フォトダークニングが生じることが抑制される。
【0078】
以上、本発明について、上記実施形態を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0079】
例えば、上記実施形態では、屈折率調整用ドーパントしてホウ素を用いる例を説明したが、屈折率調整ドーパントは、内側コアガラス体１１Ｐｉの平均比屈折率差Δ1Pを調整できるのであれば、他の元素を用いてもよい。例えば、フッ素（Ｆ）を用いてもよい。フッ素を用いることで、内側コアガラス体１１Ｐｉの屈折率を下げ得る。あるいは、屈折率調整ドーパントとしてゲルマニウムを用いてもよい。この場合、内側コアガラス体１１Ｐｉの屈折率を上げ得る。なお、屈折率調整ドーパントとしてホウ素などの屈折率を下げる元素と、ゲルマニウムなどの屈折率を上げる元素とを併用して、内側コアガラス体１１Ｐｉの屈折率を調整してもよい。あるいは、屈折率調整ドーパントとして希土類元素、アルミニウム、及びリンなどを用いることも可能である。
【0080】
また、上記実施形態では、外側コア及び外側コアガラス体に屈折率を上昇させるドーパントとしてゲルマニウムが添加される例を説明したが、外側コア及び外側コアガラス体に添加される屈折率を上昇させるドーパントとして、アルミニウムとリンとが共添加されないことを前提に、アルミニウム、リン、ホウ素、塩素、フッ素などを用いることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【0081】
本発明によれば、線引きによってコアの屈折率が均一に近くなり得る光ファイバ用母材、信頼性が良好に保たれ易い光ファイバ、上記光ファイバ用母材の製造方法、及び上記光ファイバの製造方法が提供され、例えばファイバレーザなどの分野において利用可能である。
【符号の説明】
【0082】
１０・・・光ファイバ
１０Ｎ・・・光ファイバ裸線
１０Ｐ・・・光ファイバ用母材
１１ｉ・・・内側コア
１１о・・・外側コア
１１Ｐｉ・・・内側コアガラス体
１１Ｐｏ・・・外側コアガラス体
１２・・・内側クラッド
１２Ｐ・・・クラッドガラス体
１０Ｎ・・・光ファイバ裸線
１０Ｐ・・・光ファイバ用母材
１１ｉ・・・内側コア
１１о・・・外側コア
１１Ｐｉ・・・内側コアガラス体
１１Ｐｏ・・・外側コアガラス体
１２・・・内側クラッド
１２Ｐ・・・クラッドガラス体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】