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JP2020090418A - Method for manufacturing optical fiber preform and method for manufacturing optical fiber using the same - Google Patents

Method for manufacturing optical fiber preform and method for manufacturing optical fiber using the same Download PDF

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JP2020090418A JP2018228765A JP2018228765A JP2020090418A JP 2020090418 A JP2020090418 A JP 2020090418A JP 2018228765 A JP2018228765 A JP 2018228765A JP 2018228765 A JP2018228765 A JP 2018228765A JP 2020090418 A JP2020090418 A JP 2020090418A
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圭祐 平川
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Abstract

To provide a method and the like for manufacturing an optical fiber preform capable of improving a yield even when an addition concentration of rare-earth elements becomes high.SOLUTION: A method for manufacturing an optical fiber preform having a core part including a rare-earth element and a clad part surrounding the core part includes a hollow preform formation step for forming a hollow preform by forming a core layer containing a rare-earth element on an inner face of a quartz tube forming the clad part. The hollow preform formation step is a step for forming the core layer on the inner face of the quartz tube by performing at least once a step including a soot formation step for forming soot containing glass particles by supplying rare-earth element containing gas and raw material gas of glass particles in the quartz tube, and an exhaust step for exhausting inside of the quartz tube. In the exhaust step, gas containing inert gas is supplied in the quartz tube.SELECTED DRAWING: None

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係り、特に希土類元素をコア部に含む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。 The present invention relates to an optical fiber preform manufacturing method and an optical fiber manufacturing method using the same, and more particularly to a manufacturing method of an optical fiber preform containing a rare earth element in a core portion and an optical fiber manufacturing method using the same. ..

イッテルビウム(Yb)やエルビウム(Er)などの希土類元素を含む光ファイバは、光信号の増幅器としてファイバレーザなどの分野で広く利用されている。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は、気相法が知られている。 Optical fibers containing rare earth elements such as ytterbium (Yb) and erbium (Er) are widely used in the field of fiber lasers as amplifiers for optical signals. A vapor phase method is known as a method of manufacturing an optical fiber preform for forming such an optical fiber.

気相法で希土類元素添加光ファイバ母材を製造する方法として、従来、例えば下記特許文献1に記載される製造方法が知られている。同文献には、石英管を加熱しながらSiCl及びYb(DPM)(β−ジケトン金属錯体)を供給し、石英管の内面上に、Ybが添加されたSiOからなるスートを堆積させ、スートを焼結させて中空母材を得た後、この中空母材をコラップスして円柱状の光ファイバ母材を製造する方法が開示されている。 As a method for producing a rare earth element-doped optical fiber preform by a vapor phase method, a production method described in, for example, Patent Document 1 below is conventionally known. In this document, SiCl 4 and Yb(DPM) 3 (β-diketone metal complex) are supplied while heating a quartz tube, and a soot composed of SiO 2 to which Yb is added is deposited on the inner surface of the quartz tube. , A method of producing a hollow optical fiber preform by collapsing the hollow preform after sintering the soot to obtain a hollow preform.

特開2014−143287号公報JP, 2014-143287, A

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、光ファイバ母材中の希土類元素の添加濃度を高くすると、不良部材が多くなり、歩留まりの向上の点で改善の余地を有していた。 However, in the method for manufacturing an optical fiber preform described in Patent Document 1, if the rare earth element addition concentration in the optical fiber preform is increased, defective members increase, and there is room for improvement in terms of yield improvement. Was.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、希土類元素の添加濃度が高くなっても、歩留まりを向上させることが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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an optical fiber preform manufacturing method and an optical fiber manufacturing method using the same, which can improve the yield even when the concentration of rare earth elements added is high. The purpose is to provide.

本発明者は、上記課題が生じる原因を突き止めるべく研究を重ねた。その結果、スートを石英管内に形成する過程で、石英管内で急激な酸化反応に伴う発熱が生じることがあり、この発熱が、光ファイバ母材に泡を残す要因になっているのではないかと本発明者は考えた。そこで、本発明者は、発熱と光ファイバ母材中の泡との相関関係について検討した。その結果、スート形成時に希土類元素を含有する希土類元素含有ガスを供給すると、通常は希土類元素含有ガスの分解が開始して進行し、炭化水素となり、やがて炭素の酸化が起こる。このとき、炭素の酸化が起これば発熱は生じない。しかし、希土類元素の添加濃度を高くするべく希土類元素含有ガスの供給量を多くすると、炭素が酸化しきらず、炭化水素が残留し、その炭化水素が発熱を引き起こすのではないかと本発明者は考えた。そして、このように発熱が生じると、石英管内で急激な圧力変動が発生することにより、スートを構成するガラス粒子同士の剥離やスートと石英管の内面との間の剥離が生じ、得られる光ファイバ母材中に泡として残るのではないかと本発明者は考えた。また、発熱が生じると、発熱によって局所的な石英管内の圧力変動が起こり、石英管の下流で形成されたガラス粒子の逆流が起こり、スートにおいて、ガラス粒子同士が十分に密着していない箇所が増加してガラス粒子同士の剥離が生じやすくなり、得られる光ファイバ母材において泡が残りやすくなるのではないかと本発明者は考えた。そして、本発明者はさらに鋭意研究を重ねた結果、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。 The present inventor has conducted extensive research to find out the cause of the above problems. As a result, in the process of forming soot in the quartz tube, heat may be generated due to a rapid oxidation reaction in the quartz tube, and this heat may be a factor that leaves bubbles in the optical fiber preform. The inventor thought. Therefore, the present inventor examined the correlation between heat generation and bubbles in the optical fiber preform. As a result, when a rare earth element-containing gas containing a rare earth element is supplied at the time of soot formation, decomposition of the rare earth element-containing gas usually starts and progresses to become hydrocarbons, and eventually carbon oxidation occurs. At this time, if carbon is oxidized, heat is not generated. However, when the supply amount of the rare earth element-containing gas is increased to increase the added concentration of the rare earth element, the carbon is not fully oxidized, the hydrocarbon remains, and the present inventor considers that the hydrocarbon may cause heat generation. It was Then, when heat is generated in this way, a sudden pressure change occurs in the quartz tube, causing separation of the glass particles forming the soot and separation between the soot and the inner surface of the quartz tube, and the resulting light is obtained. The present inventor considered that the bubbles might remain in the fiber preform as bubbles. Further, when heat is generated, a local pressure fluctuation in the quartz tube occurs due to the heat generation, a backflow of the glass particles formed in the downstream of the quartz tube occurs, and in the soot, there is a place where the glass particles are not sufficiently adhered to each other. The present inventor has considered that the number of glass particles is likely to increase and peeling easily occurs, and bubbles may remain in the obtained optical fiber preform easily. Then, as a result of further earnest studies, the present inventor has found that the above problems can be solved by the following invention.

すなわち、本発明は、希土類元素を含むコア部と、前記コア部を包囲するクラッド部とを備え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、前記クラッド部を形成する石英管の内面上に、前記希土類元素を含むコア層を形成して中空母材を形成する中空母材形成工程を含み、前記中空母材形成工程が、前記石英管内に、ガラス粒子の原料ガス、及び、前記希土類元素を含有する希土類元素含有ガスを供給して前記ガラス粒子を含むスートを形成するスート形成工程と、前記石英管の内部を排気する排気工程とを含むステップを少なくとも1回行うことにより前記石英管の内面上に前記コア層を形成する工程であり、前記排気工程において、前記石英管内に、不活性ガスを含む排気用ガスを供給する、光ファイバ母材の製造方法である。 That is, the present invention is a method of manufacturing an optical fiber preform for producing an optical fiber preform including a core part containing a rare earth element and a clad part surrounding the core part, and quartz for forming the clad part. On the inner surface of the tube, including a hollow base material forming step of forming a hollow base material by forming a core layer containing the rare earth element, the hollow base material forming step, in the quartz tube, a raw material gas of glass particles, And performing at least once a step including a soot forming step of supplying a rare earth element-containing gas containing the rare earth element to form a soot containing the glass particles and an exhaust step of exhausting the inside of the quartz tube. Is a step of forming the core layer on the inner surface of the quartz tube by the method, and is a method for manufacturing an optical fiber preform in which, in the evacuation step, an exhaust gas containing an inert gas is supplied into the quartz tube.

上記製造方法によれば、中空母材形成工程で、石英管の内面上に、希土類元素を含むコア層が形成されて中空母材が形成され、希土類元素を含むコア部と、コア部を包囲するクラッド部とを備える光ファイバ母材が得られる。中空母材は、スート形成工程及び排気工程を含むステップを少なくとも1回行うことにより形成される。このとき、スート形成工程で、希土類元素含有ガスが石英管内に供給されると、通常は希土類元素含有ガスの分解が開始して進行し、炭化水素となり、やがて炭素の酸化が起こる。このとき、炭素の酸化が起これば発熱は生じない。しかし、希土類元素の添加濃度を高くするべく希土類元素含有ガスの供給量を多くすると、炭素が酸化しきらず、炭化水素が残留し、スート形成工程においてその炭化水素が加熱されることで自然に発熱することがある。これに対し、本発明の光ファイバ母材の製造方法によれば、スート形成工程において希土類元素含有ガスの供給量が多くても、排気工程において、石英管の内部が、不活性ガスを含む排気用ガスによって排気されるため、石英管内に残留する炭化水素が排気され、発熱の原因となり得る炭化水素の量が減少する。このため、石英管内で発熱が抑制される。このように石英管内で発熱が抑制されると、ガラス粒子同士の剥離や石英管とスートとの間の剥離が生じにくくなり、得られる光ファイバ母材において泡が残りにくくなる。また、発熱が抑制されると、発熱によって生じる可能性のある局所的な石英管内の圧力変動が抑制され、石英管の下流で形成されたガラス粒子が圧力変動によって逆流する現象が起こりにくくなる。このため、スートにおいて、ガラス粒子同士が十分に密着していない箇所が減少し、ガラス粒子同士の剥離が生じにくくなり、得られる光ファイバ母材において泡が残りにくくなる。以上より、本発明の光ファイバ母材の製造方法は、希土類元素の添加濃度が高くなっても、不良母材を減らすことができ、歩留まりを向上させることができる。 According to the above manufacturing method, in the hollow base material forming step, the core layer containing a rare earth element is formed on the inner surface of the quartz tube to form the hollow base material, and the core portion containing a rare earth element and the core portion are surrounded. And an optical fiber preform having a clad portion. The hollow base material is formed by performing at least one step including a soot forming step and an exhaust step. At this time, when the rare earth element-containing gas is supplied into the quartz tube in the soot forming step, decomposition of the rare earth element-containing gas usually starts and proceeds to become hydrocarbons, and eventually carbon oxidation occurs. At this time, if carbon is oxidized, heat is not generated. However, if the supply amount of the rare earth element-containing gas is increased to increase the added concentration of the rare earth element, the carbon is not completely oxidized, the hydrocarbon remains, and the hydrocarbon is heated in the soot forming process, so that heat is naturally generated. I have something to do. On the other hand, according to the method for producing an optical fiber preform of the present invention, even if the supply amount of the rare earth element-containing gas is large in the soot forming step, the inside of the quartz tube is exhausted containing an inert gas in the exhausting step. Since it is exhausted by the working gas, the hydrocarbons remaining in the quartz tube are exhausted, and the amount of hydrocarbons that can cause heat generation decreases. Therefore, heat generation is suppressed in the quartz tube. When heat generation is suppressed in the quartz tube in this way, separation of glass particles from each other and separation between the quartz tube and soot are less likely to occur, and bubbles are less likely to remain in the obtained optical fiber preform. Further, when the heat generation is suppressed, the local pressure fluctuation in the quartz tube that may occur due to the heat generation is suppressed, and the phenomenon that the glass particles formed downstream of the quartz tube flow backward due to the pressure fluctuation is less likely to occur. Therefore, in the soot, the places where the glass particles are not sufficiently adhered to each other are reduced, the glass particles are less likely to be separated from each other, and bubbles are less likely to remain in the obtained optical fiber preform. As described above, the method for producing an optical fiber preform of the present invention can reduce the defective preform and improve the yield even if the rare earth element addition concentration is high.

上記光ファイバ母材の製造方法は、前記中空母材をコラップスするコラップス工程をさらに含んでもよい。 The method for manufacturing the optical fiber preform may further include a collapsing step of collapsing the hollow preform.

上記光ファイバ母材の製造方法においては、前記排気工程における前記石英管内の温度を、前記スート形成工程における前記石英管内の温度よりも低くすることが好ましい。 In the method for manufacturing an optical fiber preform, it is preferable that the temperature inside the quartz tube in the exhaust step is lower than the temperature inside the quartz tube in the soot forming step.

この場合、排気工程における石英管内の温度が、スート形成工程における石英管内の温度よりも低くなっているため、排気工程において、石英管内に炭化水素が残留していても、その炭化水素に起因する発熱が起こりにくくなる。 In this case, since the temperature in the quartz tube in the exhaust step is lower than the temperature in the quartz tube in the soot forming step, even if hydrocarbon remains in the quartz tube in the exhaust step, it is caused by the hydrocarbon. Fever is less likely to occur.

上記光ファイバ母材の製造方法においては、前記スート形成工程において、前記石英管内に、ガス供給管を用いて前記希土類元素含有ガスを供給し、前記排気工程において、前記ガス供給管の内部も前記排気用ガスによって排気することが好ましい。 In the method for manufacturing an optical fiber preform, in the soot forming step, the quartz tube is supplied with the rare earth element-containing gas by using a gas supply tube, and in the exhaust step, the inside of the gas supply tube is also described. It is preferable to exhaust with an exhaust gas.

この場合、排気工程において、石英管の内部のみならずガス供給管の内部も排気用ガスによって排気されるため、ガス供給管内における希土類元素含有ガスに起因する炭化水素も十分に排気される。このため、石英管内において、炭化水素に起因する発熱がより起こりにくくなる。 In this case, in the exhaust step, not only the inside of the quartz tube but also the inside of the gas supply tube is exhausted by the exhaust gas, so that hydrocarbons due to the rare earth element-containing gas in the gas supply tube are also exhausted sufficiently. Therefore, heat generation due to hydrocarbons is less likely to occur in the quartz tube.

上記光ファイバ母材の製造方法においては、前記排気工程において、前記排気用ガス中の不活性ガスの体積含有率を、前記排気工程が進むにつれて段階的に下げることが好ましい。 In the above-described method for manufacturing an optical fiber preform, it is preferable that in the exhausting step, the volume content of the inert gas in the exhaust gas is reduced stepwise as the exhausting step progresses.

この場合、ヘリウムやアルゴンなどの、酸素に比べて高価な不活性ガスを使用した場合に、光ファイバ母材の製造コストを下げることができる。 In this case, when an inert gas, such as helium or argon, which is more expensive than oxygen is used, the manufacturing cost of the optical fiber preform can be reduced.

上記光ファイバ母材の製造方法は、前記中空母材形成工程における前記ステップが、前記排気工程の後に、前記スートの前記ガラス粒子を焼結して前記スートを透明ガラス化する焼結工程をさらに含んでもよい。 In the method for manufacturing an optical fiber preform, the step in the hollow preform forming step further includes a sintering step of sintering the glass particles of the soot to make the soot transparent glass after the exhaust step. May be included.

上記光ファイバ母材の製造方法は、前記コア部が、前記希土類元素と異なるドーパントをさらに含み、前記排気工程と前記焼結工程との間に、前記ドーパントを含むドーパント含有ガスを前記石英管内に供給して前記スート中に拡散させる拡散工程をさらに含むことが好ましい。 In the method for producing an optical fiber preform, the core portion further contains a dopant different from the rare earth element, and a dopant-containing gas containing the dopant is introduced into the quartz tube between the exhaust step and the sintering step. It is preferable to further include a diffusion step of supplying and diffusing into the soot.

この場合、拡散工程を焼結工程の後に行う場合と異なり、スートの焼結が進むことで拡散工程によるドーパントの添加効率が低下して、得られる光ファイバ母材のコア部においてドーパントの濃度が不十分となることを防ぐことができる。 In this case, unlike the case where the diffusion step is performed after the sintering step, the addition efficiency of the dopant in the diffusion step decreases due to the progress of the sintering of the soot, and the concentration of the dopant in the core portion of the obtained optical fiber preform is reduced. It can be prevented from becoming insufficient.

上記光ファイバ母材の製造方法は、前記排気工程と前記焼結工程との間に、前記石英管内に酸素ガス及び塩素原子含有ガスの少なくとも一方を供給する処理工程をさらに含むことが好ましい。 It is preferable that the method for producing an optical fiber preform further includes a treatment step of supplying at least one of oxygen gas and chlorine atom-containing gas into the quartz tube between the exhaust step and the sintering step.

この場合、石英管内に酸素ガス及び塩素原子含有ガスの少なくとも一方が供給されることで、希土類元素含有ガスに起因する炭化水素の分解が促進され、炭化水素が炭素となるため、発熱がより抑制される。また、石英管内に酸素ガス及び塩素原子含有ガスの少なくとの一方が供給されることで、希土類元素含有ガスを石英管内に供給する時にFe2+などの遷移金属不純物が混入しても、その遷移金属不純物に対して、酸化反応によって価数を変えて、遷移金属不純物の吸収波長帯を光ファイバの使用波長帯からシフトさせることが可能となり、光ファイバの低損失化に寄与し得る光ファイバ母材を得ることができる。 In this case, by supplying at least one of the oxygen gas and the chlorine atom-containing gas into the quartz tube, the decomposition of hydrocarbons caused by the rare earth element-containing gas is promoted and the hydrocarbons become carbon, so that heat generation is further suppressed. To be done. Further, by supplying at least one of the oxygen gas and the chlorine atom-containing gas into the quartz tube, even if a transition metal impurity such as Fe 2+ is mixed when the rare earth element-containing gas is fed into the quartz tube, the transition It is possible to shift the absorption wavelength band of transition metal impurities from the operating wavelength band of the optical fiber by changing the valence of the metal impurity by an oxidation reaction, and to contribute to the reduction of loss of the optical fiber. The material can be obtained.

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して光ファイバを得る線引工程とを含む、光ファイバの製造方法である。 Further, the present invention is a base material preparing step of preparing an optical fiber base material manufactured by the above-described optical fiber base material manufacturing method, and drawing the optical fiber base material prepared in the base material preparing step. And a drawing step for obtaining an optical fiber.

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、希土類元素の添加濃度が高くなっても、光ファイバ母材の歩留まりを向上させることができる。このため、光ファイバ母材を線引して得られる光ファイバを低コストで且つ効率よく製造できる。 According to this optical fiber manufacturing method, the optical fiber base material yield can be improved by the above-described optical fiber base material manufacturing method even when the rare earth element addition concentration is high. Therefore, the optical fiber obtained by drawing the optical fiber preform can be efficiently manufactured at low cost.

本発明によれば、希土類元素の添加濃度が高くなっても、歩留まりを向上させることが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。 The present invention provides a method for manufacturing an optical fiber preform and a method for manufacturing an optical fiber using the same, which can improve the yield even when the rare earth element addition concentration is high.

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。It is an end view which shows an example of the optical fiber preform manufactured by the manufacturing method of the optical fiber preform of this invention. 本発明の光ファイバ母材の製造方法により製造される中空母材の一例を示す端面図である。It is an end view which shows an example of the hollow preform manufactured by the manufacturing method of the optical fiber preform of the present invention. 本発明の光ファイバ母材の製造方法を実施する製造装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the manufacturing apparatus which enforces the manufacturing method of the optical fiber preform of this invention. 本発明の光ファイバ母材の製造方法のスート形成工程を示す図である。It is a figure which shows the soot formation process of the manufacturing method of the optical fiber preform of this invention. 本発明の光ファイバ母材の製造方法の排気工程を示す図である。It is a figure which shows the exhaust process of the manufacturing method of the optical fiber preform of this invention. 本発明の光ファイバ母材の製造方法の焼結工程を示す図である。It is a figure which shows the sintering process of the manufacturing method of the optical fiber preform of this invention.

<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。
<Method of manufacturing optical fiber preform>
Hereinafter, embodiments of the method for producing an optical fiber preform of the present invention will be described in detail.

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。 First, an embodiment of the optical fiber preform of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an end view showing an example of an optical fiber preform manufactured by the method for manufacturing an optical fiber preform of the present invention.

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、希土類元素を含むコア部1と、コア部1を包囲するクラッド部2を備えている。 As shown in FIG. 1, the optical fiber preform 10 is a solid preform and includes a core part 1 containing a rare earth element and a clad part 2 surrounding the core part 1.

次に、光ファイバ母材10の製造方法について図2〜図6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より製造される中空母材の一例を示す端面図である。図3は、本発明の光ファイバ母材の製造方法を実施する製造装置の一例を示す図、図4は、本発明の光ファイバ母材の製造方法のスート形成工程を示す図、図5は、本発明の光ファイバ母材の製造方法の排気工程を示す図、図6は、本発明の光ファイバ母材の製造方法の焼結工程を示す図である。 Next, a method for manufacturing the optical fiber preform 10 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is an end view showing an example of a hollow preform manufactured by the method for manufacturing an optical fiber preform of the present invention. 3 is a diagram showing an example of a manufacturing apparatus for carrying out the method for manufacturing an optical fiber preform of the present invention, FIG. 4 is a view showing a soot forming step of the method for manufacturing an optical fiber preform of the present invention, and FIG. FIG. 6 is a diagram showing an exhaust step of the method for producing an optical fiber preform of the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing a sintering step of the method for producing an optical fiber preform of the present invention.

まず、光ファイバ母材10を製造するためには、図2に示すように、クラッド部2を形成する石英管22の内面上に、希土類元素を含むコア層21を形成して中空母材20を形成する(中空母材形成工程)。このとき、中空母材20は、コア層21の内側に中空部23が形成されるように形成する。 First, in order to manufacture the optical fiber preform 10, as shown in FIG. 2, the hollow preform 20 is formed by forming the core layer 21 containing a rare earth element on the inner surface of the quartz tube 22 forming the cladding part 2. Is formed (hollow base material forming step). At this time, the hollow base material 20 is formed so that the hollow portion 23 is formed inside the core layer 21.

このとき、中空母材20は、具体的には以下のようにして形成される。 At this time, the hollow base material 20 is specifically formed as follows.

はじめに、図3に示すように、石英管22を用意する。石英管22は、石英からなる本体部22Aの両端に、石英からなるダミーガラス管24A及び25Aを溶着して接続させたものである。 First, as shown in FIG. 3, a quartz tube 22 is prepared. The quartz tube 22 is formed by welding dummy glass tubes 24A and 25A made of quartz to both ends of a main body 22A made of quartz.

上記のようにして用意した石英管22を製造装置100に設置する。具体的には、石英管22のダミーガラス管25Aは軸受34で保持され、ダミーガラス管25Aにはシールボックス27が気密に接続され、シールボックス27にはガス排出管29が挿入されて固定される。一方、ダミーガラス管24Aは旋盤の把持部(チャック)26に接続され、ガス供給管28が旋盤の把持部26を貫通して石英管22内に挿入される。こうして、石英管22は、軸受34と旋盤の把持部26とによって、その長手方向に沿った中心軸線の周りに回転可能に設置される。ガス供給管28は、ガラス粒子の原料ガス源30、希土類元素含有ガス源31、及び、不活性ガス源32にそれぞれ接続されている。不活性ガス源32は、配管を介して希土類元素添加用ガス源32に接続されている。また、石英管22には、加熱源33が対向配置され、加熱源33は、石英管22の長手方向に沿って移動可能となっている。加熱源33としては、例えば酸水素バーナが用いられる。 The quartz tube 22 prepared as described above is installed in the manufacturing apparatus 100. Specifically, the dummy glass tube 25A of the quartz tube 22 is held by a bearing 34, a seal box 27 is hermetically connected to the dummy glass tube 25A, and a gas exhaust pipe 29 is inserted and fixed in the seal box 27. It On the other hand, the dummy glass tube 24A is connected to the grip (chuck) 26 of the lathe, and the gas supply pipe 28 penetrates the grip 26 of the lathe and is inserted into the quartz tube 22. In this way, the quartz tube 22 is rotatably installed around the central axis along the longitudinal direction thereof by the bearing 34 and the grip portion 26 of the lathe. The gas supply pipe 28 is connected to a raw material gas source 30 for glass particles, a rare earth element-containing gas source 31, and an inert gas source 32, respectively. The inert gas source 32 is connected to the rare earth element addition gas source 32 via a pipe. A heating source 33 is arranged so as to face the quartz tube 22, and the heating source 33 is movable along the longitudinal direction of the quartz tube 22. As the heating source 33, for example, an oxyhydrogen burner is used.

次に、図4に示すように、石英管22内に、ガラス粒子の原料ガスをガラス粒子の原料ガス源30からガス供給管28を通してガラス粒子の原料ガスを供給するとともに、希土類元素含有ガス源31からガス供給管28を通して希土類元素含有ガスを供給し、石英管22内に、ガラス粒子を含む多孔質のスート21Aを形成する(スート形成工程)。 Next, as shown in FIG. 4, the raw material gas for the glass particles is supplied into the quartz tube 22 from the raw material gas source 30 for the glass particles through the gas supply pipe 28, and the rare earth element-containing gas source is supplied. A rare earth element-containing gas is supplied from 31 through the gas supply pipe 28 to form a porous soot 21A containing glass particles in the quartz pipe 22 (soot forming step).

次に、図5に示すように、不活性ガス源32からガス供給管28を通して石英管22内に、不活性ガスを含む排気用ガスが供給される。こうして、石英管22の内部及びガス供給管28の内部を排気する(排気工程)。 Next, as shown in FIG. 5, an exhaust gas containing an inert gas is supplied from the inert gas source 32 into the quartz pipe 22 through the gas supply pipe 28. In this way, the inside of the quartz pipe 22 and the inside of the gas supply pipe 28 are exhausted (exhaust step).

次に、図6に示すように、スート21Aのガラス粒子を焼結してスート21Aを透明ガラス化する(焼結工程)。 Next, as shown in FIG. 6, the glass particles of the soot 21A are sintered to make the soot 21A transparent glass (sintering step).

そして、上記スート形成工程、排気工程及び焼結工程を含むステップを少なくとも1回行うことにより石英管22の内面上にコア層21を形成して中空母材20が得られる。 Then, the hollow matrix 20 is obtained by forming the core layer 21 on the inner surface of the quartz tube 22 by performing the step including the soot forming step, the exhaust step, and the sintering step at least once.

最後に、中空母材20をコラップスし、石英管22のダミーガラス管24A及び25Aに相当する部分を溶断することによって光ファイバ母材10を得る(コラップス工程)。 Finally, the hollow base material 20 is collapsed, and the portions of the quartz tube 22 corresponding to the dummy glass tubes 24A and 25A are melt-cut to obtain the optical fiber preform 10 (collapse step).

上記製造方法によれば、中空母材形成工程で、石英管22の内面上に、希土類元素を含むコア層21が形成されて中空母材20が形成され、コラップス工程で中空母材20がコラップスされて、希土類元素を含むコア部1と、コア部1を包囲するクラッド部2とを備える中実状の光ファイバ母材10が得られる。中空母材20は、スート形成工程と、排気工程と、焼結工程とを含むステップを少なくとも1回行うことにより形成される。このとき、スート形成工程で、希土類元素含有ガスが石英管22内に供給されると、通常は希土類元素含有ガスの分解が開始して進行し、炭化水素となり、やがて炭素の酸化が起こる。このとき、炭素の酸化が起これば発熱は生じない。しかし、希土類元素の添加濃度を高くするべく希土類元素含有ガスの供給量を多くすると、炭素が酸化しきらず、炭化水素が残留し、スート形成工程においてその炭化水素が自然に発熱することがある。これに対し、光ファイバ母材10の製造方法によれば、スート形成工程において希土類元素含有ガスの供給量が多くても、排気工程において、石英管22の内部が、不活性ガスを含む排気用ガスによって排気されるため、石英管22内に残留する炭化水素が排気され、発熱の原因となり得る炭化水素の量が減少する。このため、石英管22内で発熱が抑制される。このように石英管22内で発熱が抑制されると、ガラス粒子同士の剥離や石英管22とスート21Aとの間の剥離が生じにくくなり、焼結工程において、上記剥離による空隙が形成されにくくなり、この空隙が、得られる光ファイバ母材10において泡として残りにくくなる。また、発熱が抑制されると、発熱によって生じる可能性のある局所的な石英管内の圧力変動が抑制され、石英管22の下流で形成されたガラス粒子の圧力変動による逆流が起こりにくくなる。このため、スートにおいて、ガラス粒子同士が十分に密着していない箇所が減少し、ガラス粒子同士の剥離が生じにくくなり、焼結工程において、上記剥離による空隙が形成されにくくなり、この空隙が、得られる光ファイバ母材10において泡として残りにくくなる。以上より、光ファイバ母材10の製造方法は、希土類元素の添加濃度が高くなっても、不良母材を減らすことができ、歩留まりを向上させることができる。 According to the above manufacturing method, in the hollow base material forming step, the core layer 21 containing a rare earth element is formed on the inner surface of the quartz tube 22 to form the hollow base material 20, and the hollow base material 20 is collapsed in the collapse step. Thus, a solid optical fiber preform 10 including the core portion 1 containing the rare earth element and the clad portion 2 surrounding the core portion 1 is obtained. The hollow base material 20 is formed by performing at least one step including a soot forming step, an exhaust step, and a sintering step. At this time, when the rare earth element-containing gas is supplied into the quartz tube 22 in the soot forming step, decomposition of the rare earth element-containing gas usually starts and progresses to become hydrocarbons, and eventually carbon oxidation occurs. At this time, if carbon is oxidized, heat is not generated. However, if the supply amount of the rare earth element-containing gas is increased in order to increase the added concentration of the rare earth element, the carbon may not be completely oxidized, the hydrocarbon remains, and the hydrocarbon may spontaneously generate heat in the soot forming step. On the other hand, according to the method for manufacturing the optical fiber preform 10, even if the supply amount of the rare earth element-containing gas is large in the soot forming step, the inside of the quartz tube 22 for exhaust gas containing an inert gas is exhausted in the exhaust step. Since the gas is exhausted, the hydrocarbons remaining in the quartz tube 22 are exhausted, and the amount of hydrocarbons that can cause heat generation is reduced. Therefore, heat generation is suppressed in the quartz tube 22. When heat generation is suppressed in the quartz tube 22 as described above, peeling between glass particles and peeling between the quartz tube 22 and the soot 21A are less likely to occur, and voids due to the above peeling are less likely to be formed in the sintering step. It becomes difficult for the voids to remain as bubbles in the obtained optical fiber preform 10. Further, when the heat generation is suppressed, the local pressure fluctuation in the quartz tube that may occur due to the heat generation is suppressed, and the backflow due to the pressure fluctuation of the glass particles formed downstream of the quartz tube 22 is less likely to occur. Therefore, in the soot, the number of places where the glass particles are not sufficiently adhered to each other is reduced, and the glass particles are less likely to be peeled from each other, and in the sintering step, voids due to the peeling are less likely to be formed, and the voids are It becomes difficult for bubbles to remain in the obtained optical fiber preform 10. From the above, the manufacturing method of the optical fiber preform 10 can reduce the defective preform and improve the yield even if the rare earth element addition concentration is high.

また、上記製造方法では、スート形成工程において、石英管22内に、ガス供給管28を用いて希土類元素含有ガスが供給され、排気工程において、ガス供給管28の内部も排気用ガスによって排気される。このため、排気工程において、石英管22の内部のみならずガス供給管28の内部も排気用ガスによって排気されるため、ガス供給管28内における希土類元素含有ガスに起因する炭化水素も十分に排気される。このため、石英管22内において、炭化水素に起因する発熱がより起こりにくくなる。 Further, in the above-mentioned manufacturing method, the rare earth element-containing gas is supplied into the quartz tube 22 by using the gas supply pipe 28 in the soot forming step, and the inside of the gas supply tube 28 is also exhausted by the exhaust gas in the exhaust step. It Therefore, in the exhaust step, not only the interior of the quartz tube 22 but also the interior of the gas supply pipe 28 is exhausted by the exhaust gas, so that the hydrocarbons due to the rare earth element-containing gas in the gas supply pipe 28 are also exhausted sufficiently. To be done. Therefore, heat generation due to hydrocarbons is less likely to occur in the quartz tube 22.

次に、上記中空母材形成工程及び上記コラップス工程について詳細に説明する。 Next, the hollow base material forming step and the collapse step will be described in detail.

<中空母材形成工程>
中空母材形成工程は、上記スート形成工程、排気工程及び焼結工程を含むステップを少なくとも1回行うことにより石英管22の内側にコア層21を形成することによって中空母材20を得る工程である。上記ステップの回数は、1回でも複数回でもよく、希望するコア層21の厚さに応じて適宜決定すればよい。以下、上記スート形成工程、排気工程及び焼結工程について詳細に説明する。
<Hollow base material forming step>
The hollow base material forming step is a step of obtaining the hollow base material 20 by forming the core layer 21 inside the quartz tube 22 by performing at least one step including the soot forming step, the exhausting step and the sintering step. is there. The number of the above steps may be once or plural times, and may be appropriately determined according to the desired thickness of the core layer 21. Hereinafter, the soot forming step, the exhaust step, and the sintering step will be described in detail.

(スート形成工程)
スート形成工程は、石英管22内に、ガラス粒子の原料ガス、及び、希土類元素を含む希土類元素含有ガスを供給し、ガラス粒子を含む多孔質のスート21Aを形成する工程である。このとき、ガラス粒子の原料ガス、及び、希土類元素含有ガスはそれぞれ、キャリアガスによって供給する。また、このとき、スート21Aを形成するために、石英管22をその長手方向に沿った中心軸線の周りに回転させながら、加熱源33を石英管22の長手方向に移動させることによって石英管22を加熱する。このとき、加熱源33の移動回数は1回でも複数回でもよい。
(Soot formation process)
The soot forming step is a step of supplying the raw material gas of the glass particles and the rare earth element-containing gas containing the rare earth element into the quartz tube 22 to form the porous soot 21A containing the glass particles. At this time, the raw material gas for the glass particles and the rare earth element-containing gas are each supplied by a carrier gas. Further, at this time, in order to form the soot 21A, the heating source 33 is moved in the longitudinal direction of the quartz tube 22 while rotating the quartz tube 22 around the central axis line along the longitudinal direction thereof. To heat. At this time, the heating source 33 may be moved once or plural times.

ガラス粒子の原料ガスとしては、例えばSiClが用いられる。 For example, SiCl 4 is used as the raw material gas for the glass particles.

希土類元素含有ガスとしては、例えばRe(DPM)などのβ−ジケトン金属錯体を気化させたものが用いられる。ここで、Reとしては、Yb、Nd及びErなどが挙げられる。DPMはC1119である。 As the rare earth element-containing gas, for example, a gas obtained by vaporizing a β-diketone metal complex such as Re(DPM) 3 is used. Here, examples of Re include Yb, Nd, and Er. DPM is a C 11 H 19 O 3.

ガラス粒子の原料ガス、及び、希土類元素含有ガスの供給量は、ガラス粒子の原料ガス源30又は希土類元素含有ガス源31の温度と、キャリアガスの流量によって調整できる。ガラス粒子の原料ガス源30又は希土類元素含有ガス源31の温度が高いほど供給量が増え、キャリアガスの流量が増えるほど供給量が増える。ガラス粒子の原料ガス源30の温度は、ガラス粒子の原料ガスが例えばSiClである場合には20℃〜40℃とすればよい。また、希土類元素含有ガス源31の温度は、Re(DPM)が例えばYb(DPM)である場合には200℃〜260℃程度とすればよい。 The supply amount of the raw material gas of the glass particles and the rare earth element-containing gas can be adjusted by the temperature of the raw material gas source 30 of the glass particles or the rare earth element-containing gas source 31 and the flow rate of the carrier gas. The supply amount increases as the temperature of the raw material gas source 30 of the glass particles or the rare earth element-containing gas source 31 increases, and the supply amount increases as the flow rate of the carrier gas increases. The temperature of the source gas source 30 for the glass particles may be 20° C. to 40° C. when the source gas for the glass particles is SiCl 4 , for example. Further, the temperature of the rare earth element-containing gas source 31 may be about 200° C. to 260° C. when Re(DPM) 3 is Yb(DPM) 3 , for example.

石英管22の温度は、ガラス粒子の焼結温度より低い温度であればよく、例えば1450〜1650℃とすればよい。この場合、石英管22の温度が1650℃を超える場合に比べて、スート21Aが焼結されにくくなり、石英管22の温度が1450℃未満となる場合に比べて、スート21Aと石英管22との密着性がより向上し、スート21Aと石英管22との間で剥離が生じにくくなり、焼結工程で空隙が形成されにくくなり、得られる光ファイバ母材10において空隙が泡として残りにくくなる。 The temperature of the quartz tube 22 may be lower than the sintering temperature of the glass particles, for example, 1450 to 1650°C. In this case, as compared with the case where the temperature of the quartz tube 22 exceeds 1650° C., the soot 21A is less likely to be sintered, and the soot 21A and the quartz tube 22 are less likely to be sintered than when the temperature of the quartz tube 22 is less than 1450° C. Of the soot 21A and the quartz tube 22 are less likely to be peeled off, voids are less likely to be formed in the sintering process, and voids are less likely to remain as bubbles in the obtained optical fiber preform 10. ..

キャリアガスとしては、例えば酸素(O)、ヘリウム(He)及びアルゴン(Ar)などが挙げられる。また、Re(DPM)のような、室温に比べて高い温度としている希土類元素含有ガスとともに用いられるキャリアガスは、希土類元素含有ガス源31より上流で予熱を行っておくことが好ましい。 Examples of the carrier gas include oxygen (O 2 ), helium (He) and argon (Ar). Further, the carrier gas such as Re(DPM) 3 which is used together with the rare earth element-containing gas having a temperature higher than room temperature is preferably preheated upstream of the rare earth element-containing gas source 31.

(排気工程)
排気工程は、石英管22及びガス供給管28の内部を排気する工程であり、スート形成工程の後に行う。排気工程においては、石英管22内に、ガラス粒子の原料ガス及び希土類元素含有ガスを供給する代わりに、不活性ガスを含む排気用ガスを供給する。ここで、不活性ガスとしては、例えばHe、Ar及び窒素(N)などが挙げられる。
(Exhaust process)
The exhaust process is a process of exhausting the inside of the quartz pipe 22 and the gas supply pipe 28, and is performed after the soot forming process. In the exhaust step, instead of supplying the raw material gas for the glass particles and the rare earth element-containing gas into the quartz tube 22, an exhaust gas containing an inert gas is supplied. Here, examples of the inert gas include He, Ar, and nitrogen (N 2 ).

排気用ガス中の不活性ガスの体積含有率(不活性ガス濃度)は特に制限されるものではないが、50体積%以上であることが好ましく、70体積%以上であることがより好ましく、90体積%以上であることが特に好ましい。また、排気工程は複数回にわけてもよい。この場合、排気工程を進めるにつれて段階的に不活性ガス濃度を下げてることが好ましい。例えば不活性ガス濃度を、初回の排気工程では90体積%、第2回目の排気工程では70体積%、第3回目の排気工程では50体積%のように段階的に下げることが好ましい。この場合、ヘリウムやアルゴンなどの、酸素に比べて高価な不活性ガスを使用した場合に、光ファイバ母材10の製造コストを下げることができる。 The volume content (inert gas concentration) of the inert gas in the exhaust gas is not particularly limited, but is preferably 50 vol% or more, more preferably 70 vol% or more, and 90 It is particularly preferable that the content is at least volume %. Further, the exhaust process may be divided into a plurality of times. In this case, it is preferable that the concentration of the inert gas be gradually reduced as the exhaust process proceeds. For example, the inert gas concentration is preferably reduced stepwise such as 90% by volume in the first exhaust step, 70% by volume in the second exhaust step, and 50% by volume in the third exhaust step. In this case, the manufacturing cost of the optical fiber preform 10 can be reduced when an inert gas that is more expensive than oxygen, such as helium or argon, is used.

排気工程における石英管22内の温度は、スート形成工程における石英管22内の温度より高くても低くてもよいが、低いことが好ましい。 The temperature in the quartz tube 22 in the exhaust step may be higher or lower than the temperature in the quartz tube 22 in the soot forming step, but is preferably low.

この場合、排気工程における石英管22内の温度が、スート形成工程における石英管22内の温度よりも低くなっているため、排気工程において、石英管22内に炭化水素が残留していても、その炭化水素に起因する発熱が起こりにくくなる。 In this case, since the temperature in the quartz tube 22 in the exhaust step is lower than the temperature in the quartz tube 22 in the soot forming step, even if hydrocarbons remain in the quartz tube 22 in the exhaust step, Heat generation due to the hydrocarbon is less likely to occur.

このとき、排気工程における石英管22の温度(T2)は特に制限されるものではないが、700℃以上であることが好ましい。但し、T2は1300℃以下であることが好ましい。 At this time, the temperature (T2) of the quartz tube 22 in the exhaust step is not particularly limited, but it is preferably 700° C. or higher. However, T2 is preferably 1300° C. or lower.

このとき、石英管22の加熱は、石英管22をその長手方向に沿った中心軸線の周りに回転させながら、加熱源33を石英管22の長手方向に移動させることによって行うことができる。このとき、加熱源33の移動回数は、1回でも複数回でもよい。 At this time, the heating of the quartz tube 22 can be performed by moving the heating source 33 in the longitudinal direction of the quartz tube 22 while rotating the quartz tube 22 around the central axis line along the longitudinal direction thereof. At this time, the heating source 33 may be moved once or plural times.

石英管22の温度は、例えば石英管22として外径が32mm、厚さが2.5mmの石英管を用いた場合、石英管22の温度が300〜800℃となる温度とする。この場合、石英管22の温度が300℃より低い場合に比べて、排気工程において希土類元素現有ガスが凝固しにくくなって石英管22の内面に付着しにくくなり、より十分な排気が行われる。また、石英管22が急冷されることが防止され、石英管22の歪による割れが抑制される。一方、石英管22の温度が800℃を超える場合に比べて、石英管22内の温度が高くならず、発熱がより抑制される。 The temperature of the quartz tube 22 is set to a temperature at which the temperature of the quartz tube 22 becomes 300 to 800° C. when the quartz tube 22 has an outer diameter of 32 mm and a thickness of 2.5 mm, for example. In this case, as compared with the case where the temperature of the quartz tube 22 is lower than 300° C., the rare earth element existing gas is less likely to be solidified in the evacuation process and is less likely to be attached to the inner surface of the quartz tube 22, and more sufficient evacuation is performed. Further, the quartz tube 22 is prevented from being rapidly cooled, and cracks due to strain of the quartz tube 22 are suppressed. On the other hand, as compared with the case where the temperature of the quartz tube 22 exceeds 800° C., the temperature inside the quartz tube 22 does not rise and heat generation is further suppressed.

なお、排気工程においては、排気時間は、排気されるガスの量が、ガラス粒子の原料ガス源30とガス供給管28とを接続する配管、ガス供給管28及び石英管22の容積の合計の2倍以上の体積となるように、加熱源33の移動速度や移動回数によって調整することが好ましい。この場合、排気されるガスの量が、ガラス粒子の原料ガス源30とガス供給管28とを接続する配管、ガス供給管28及び石英管22の容積の合計の2倍未満の体積となるように調整する場合に比べて、配管内に残留した原料ガス濃度をより低濃度に希釈でき、発熱点を下げられる。 In the exhaust step, the amount of gas exhausted is the total volume of the pipe connecting the raw material gas source 30 of glass particles and the gas supply pipe 28, the gas supply pipe 28 and the quartz pipe 22. It is preferable to adjust the moving speed and the number of times of movement of the heating source 33 so that the volume becomes twice or more. In this case, the amount of gas exhausted is less than twice the total volume of the pipe connecting the glass particle source gas source 30 and the gas supply pipe 28, the gas supply pipe 28, and the quartz pipe 22. As compared with the case of adjusting to 1, the concentration of the raw material gas remaining in the pipe can be diluted to a lower concentration, and the exothermic point can be lowered.

(焼結工程)
焼結工程は、スート21Aのガラス粒子を焼結してスート21Aを透明ガラス化する工程である。焼結工程は、石英管22を加熱しながら行う。このとき、石英管22内の温度は、スート21Aが透明ガラス化する温度(例えば2000℃)であれば、スート21Aの厚さによって変更してもよい。また、焼結工程は、石英管22内にはO及びHeを流しながら行うことが好ましい。
(Sintering process)
The sintering step is a step of sintering the glass particles of the soot 21A to make the soot 21A transparent glass. The sintering process is performed while heating the quartz tube 22. At this time, the temperature inside the quartz tube 22 may be changed depending on the thickness of the soot 21A as long as it is a temperature at which the soot 21A becomes vitrified (for example, 2000° C.). Further, it is preferable that the sintering process is performed while flowing O 2 and He in the quartz tube 22.

(処理工程)
上記スート形成工程、排気工程及び焼結工程を含むステップは、排気工程と焼結工程との間に、石英管22内に酸素ガス及び塩素原子含有ガスの少なくとも一方を供給する処理工程をさらに含んでもよい。
(Treatment process)
The step including the soot forming step, the exhaust step, and the sintering step further includes a processing step of supplying at least one of oxygen gas and chlorine atom-containing gas into the quartz tube 22 between the exhaust step and the sintering step. But it's okay.

この場合、石英管22内に酸素ガス及び塩素原子含有ガスの少なくとも一方が供給されることで、希土類元素含有ガスに起因する炭化水素の分解が促進され、発熱がより抑制される。また、石英管22内に酸素ガス及び塩素原子含有ガスの少なくとも一方が供給されることで、希土類元素含有ガスやAlCl含有ガスを石英管22内に供給する時に混入するFe2+などの遷移金属不純物に対して、酸化反応によってFe2+からFe3+へと価数を変えて、遷移金属不純物の吸収波長帯を光ファイバの使用波長帯からシフトさせることが可能となり、光ファイバの低損失化に寄与し得る光ファイバ母材10を得ることができる。 In this case, by supplying at least one of the oxygen gas and the chlorine atom-containing gas into the quartz tube 22, the decomposition of hydrocarbons due to the rare earth element-containing gas is promoted and heat generation is further suppressed. Further, by supplying at least one of the oxygen gas and the chlorine atom-containing gas into the quartz tube 22, a transition metal such as Fe 2+ mixed when the rare earth element-containing gas or the AlCl 3 -containing gas is fed into the quartz tube 22. It becomes possible to shift the absorption wavelength band of transition metal impurities from the operating wavelength band of the optical fiber by changing the valence of impurities from Fe 2+ to Fe 3+ by an oxidation reaction, and to reduce the loss of the optical fiber. The optical fiber preform 10 that can contribute can be obtained.

塩素原子含有ガスとしては、例えばCl、SOCl2、BCl3などが挙げられる。 Examples of the chlorine atom-containing gas include Cl 2 , SOCl 2 , BCl 3 and the like.

処理工程においては、Heなどの不活性ガスを供給してもよい。 An inert gas such as He may be supplied in the processing step.

処理工程においては、石英管22を加熱することが好ましい。この場合、石英管22が加熱されない場合に比べて、希土類元素含有ガスに起因する炭化水素の分解がより十分に促進され、発熱がより一層抑制される。 In the processing step, it is preferable to heat the quartz tube 22. In this case, as compared with the case where the quartz tube 22 is not heated, the decomposition of hydrocarbons due to the rare earth element-containing gas is more sufficiently promoted, and heat generation is further suppressed.

処理工程における石英管22の温度は特に制限されるものではないが、1100〜1700℃であることが好ましく、1200〜1600℃であることがより好ましい。 The temperature of the quartz tube 22 in the treatment step is not particularly limited, but is preferably 1100 to 1700°C, more preferably 1200 to 1600°C.

このとき、石英管22の加熱は、石英管22をその長手方向に沿った中心軸線の周りに回転させながら、加熱源33を石英管22の長手方向に移動させることによって行うことができる。このとき、加熱源33の移動回数は1回でも複数回でもよい。 At this time, the heating of the quartz tube 22 can be performed by moving the heating source 33 in the longitudinal direction of the quartz tube 22 while rotating the quartz tube 22 around the central axis line along the longitudinal direction thereof. At this time, the heating source 33 may be moved once or plural times.

酸素ガスの流量は特に制限されるものではないが、10〜5000sccmであることが好ましい。塩素原子含有ガスの流量も特に制限されるものではないが、0sccmより多く1000sccm以下とすることが好ましい。 The flow rate of oxygen gas is not particularly limited, but is preferably 10 to 5000 sccm. The flow rate of the chlorine atom-containing gas is not particularly limited, but is preferably more than 0 sccm and 1000 sccm or less.

(拡散工程)
光ファイバ母材10において、コア部1が、希土類元素と異なるドーパントをさらに含む場合には、上記スート形成工程、排気工程及び焼結工程を含むステップは、ドーパントを含むドーパント含有ガスを石英管22内に供給してスート21A中に拡散させる拡散工程をさらに含んでもよい。
(Diffusion process)
In the optical fiber preform 10, when the core portion 1 further contains a dopant different from the rare earth element, the steps including the soot forming step, the exhaust step, and the sintering step are performed by using the quartz tube 22 containing the dopant-containing gas containing the dopant. A diffusing step of diffusing the soot into the soot 21A may be further included.

このとき、拡散工程は、スート形成工程において行ってもよく、排気工程の後で且つ焼結工程の前に行ってもよく、焼結工程において行ってもよいが、排気工程の後で且つ焼結工程の前に行うことが好ましい。この場合、拡散工程を焼結工程の後に行う場合と異なり、スート21Aの焼結が進むことで拡散工程によるドーパントの添加効率が低下して、得られる光ファイバ母材10のコア部1においてドーパントの濃度が不十分となることを防ぐことができる。 At this time, the diffusion step may be performed in the soot forming step, after the exhaust step and before the sintering step, or in the sintering step, but after the exhaust step and the baking step. It is preferably performed before the binding step. In this case, unlike the case where the diffusion step is performed after the sintering step, the sintering efficiency of the soot 21A progresses, so that the doping efficiency of the dopant in the diffusion step decreases and the dopant in the core portion 1 of the obtained optical fiber preform 10 is reduced. Can be prevented from becoming insufficient.

なお、一部のドーパントの拡散工程を排気工程の後で且つ焼結工程の前に行い、残りのドーパントの拡散工程をスート形成工程や焼結工程において行ってもよい。 ドーパントとしては、例えばAl、P、B、Yb及びFなどが挙げられる。これらは単独で又は2種以上を混合して用いることができる。ドーパントとしてAlが用いられる場合には、ドーパント含有ガスとしては、例えばAlClが用いられ、ドーパントとしてPが用いられる場合には、ドーパント含有ガスとしては、例えばPOClが用いられ、ドーパントとしてBが用いられる場合には、ドーパント含有ガスとしては、BBr、又は、BClが用いられ、ドーパントとしてYbが用いられる場合には、ドーパント含有ガスとしては、Yb(DPM)が用いられ、ドーパントしてFが用いられる場合には、ドーパント含有ガスとしては、SiF、C、CFなどが用いられる。 Note that a part of the dopant diffusion step may be performed after the exhaust step and before the sintering step, and the remaining dopant diffusion step may be performed in the soot forming step or the sintering step. Examples of the dopant include Al, P, B, Yb and F. These may be used alone or in combination of two or more. When Al is used as the dopant, AlCl 3 is used as the dopant-containing gas, and when P is used as the dopant, POCl 3 is used as the dopant-containing gas and B is used as the dopant. When used, BBr 3 or BCl 3 is used as the dopant-containing gas, and when Yb is used as the dopant, Yb(DPM) 3 is used as the dopant-containing gas. When F is used as the dopant, SiF 4 , C 2 F 6 , CF 4 or the like is used as the dopant-containing gas.

拡散工程においては、石英管22を加熱することが好ましい。この場合、石英管22が加熱されない場合に比べて、ドーパント含有ガスと酸素との反応が十分に進行する。 In the diffusion step, it is preferable to heat the quartz tube 22. In this case, the reaction between the dopant-containing gas and oxygen sufficiently proceeds as compared with the case where the quartz tube 22 is not heated.

拡散工程における石英管22の温度は、添加するドーパントの種類及び量によって異なるが、スート21Aの焼結温度より低い温度であればよい。拡散工程における石英管22の温度は、スート形成工程における石英管22の温度よりも低い温度とすることが好ましい。スート21A中にドーパントが添加されると、スート21Aの焼結温度が低下する。このため、拡散工程における石英管22の温度をスート形成工程における石英管22の温度以上の温度にする場合と比べて、スート21Aの収縮や透明ガラス化が進行しにくくなり、ドーパント含有ガスが拡散工程の後半になってスート21A内に浸透しにくくなることを抑制できる。 The temperature of the quartz tube 22 in the diffusion step depends on the type and amount of the dopant to be added, but may be lower than the sintering temperature of the soot 21A. The temperature of the quartz tube 22 in the diffusion step is preferably lower than the temperature of the quartz tube 22 in the soot forming step. When the dopant is added to the soot 21A, the sintering temperature of the soot 21A decreases. Therefore, as compared with the case where the temperature of the quartz tube 22 in the diffusion step is set to be equal to or higher than the temperature of the quartz tube 22 in the soot forming step, the soot 21A is less likely to shrink and vitrify, and the dopant-containing gas diffuses. It is possible to suppress the difficulty of permeating into the soot 21A in the latter half of the process.

拡散工程における石英管22の温度は、1100〜1600℃であることが好ましく、1200〜1500℃であることがより好ましい。この場合、石英管22の温度が1100℃未満である場合と比べて、ドーパント含有ガスと酸素との反応がより十分に進行する。一方、石英管22の温度が1600℃を超える場合に比べて、拡散工程中にスート21Aの焼結が進みにくくなり、透明ガラス化しにくくなる。このため、拡散工程を複数種類のドーパントごとに別々に行う場合、ドーパントの種類ごとに行われる拡散工程において、ドーパントの拡散効率の低下が抑制され、所望のドーパント濃度が得られやすくなる。 The temperature of the quartz tube 22 in the diffusion step is preferably 1100 to 1600°C, and more preferably 1200 to 1500°C. In this case, the reaction between the dopant-containing gas and oxygen proceeds more sufficiently than when the temperature of the quartz tube 22 is lower than 1100°C. On the other hand, as compared with the case where the temperature of the quartz tube 22 exceeds 1600° C., the soot 21A is less likely to be sintered during the diffusion process, and is less likely to be a transparent glass. Therefore, when the diffusion process is separately performed for each of a plurality of types of dopants, a decrease in the diffusion efficiency of the dopant is suppressed in the diffusion process performed for each type of dopant, and a desired dopant concentration is easily obtained.

このとき、石英管22の加熱は、石英管22をその長手方向に沿った中心軸線の周りに回転させながら、加熱源33を石英管22の長手方向に移動させることによって行うことができる。このとき、加熱源33の移動回数は1回でも複数回でもよい。 At this time, the heating of the quartz tube 22 can be performed by moving the heating source 33 in the longitudinal direction of the quartz tube 22 while rotating the quartz tube 22 around the central axis line along the longitudinal direction thereof. At this time, the heating source 33 may be moved once or plural times.

なお、拡散工程は、処理工程の前に行われても処理工程の後で行われてもよいが、添加するドーパントが処理工程で揮発しやすい場合には、拡散工程は、処理工程の後に行うことが好ましい。この場合、拡散工程の後に処理工程が行われなくなるので、拡散工程で添加した元素が処理工程中に脱離することがなくなる。このようなドーパントとしては、PやBが挙げられる。 Note that the diffusion step may be performed before the treatment step or after the treatment step, but when the dopant to be added is easily volatilized in the treatment step, the diffusion step is performed after the treatment step. Preferably. In this case, since the treatment step is not performed after the diffusion step, the element added in the diffusion step is not desorbed during the treatment step. Examples of such a dopant include P and B.

また、拡散工程は、ドーパント含有ガスとしてYb(DPM)が用いられる場合には、処理工程の前に行うことが好ましい。この場合、拡散工程及び排気工程後に残る、Yb原料由来の微量な残留有機物が、酸素ガスを供給する処理工程によって処理されることで、不純物の少ないガラス堆積層であるコア層21が得られる。 Moreover, when Yb(DPM) 3 is used as the dopant-containing gas, the diffusion step is preferably performed before the treatment step. In this case, a small amount of residual organic matter derived from the Yb raw material, which remains after the diffusion step and the exhaust step, is processed by the processing step of supplying oxygen gas, so that the core layer 21 that is a glass deposition layer with few impurities is obtained.

また、拡散工程は、ドーパント含有ガスとしてAlClが用いられる場合にも、処理工程の前に行うことが好ましい。この場合、拡散工程においてAlClの供給時に配管などからFeが放出される場合、酸素ガスを供給する処理工程によってFeの価数を変えてFeを無害化したり、塩素含有ガスを用いた処理工程でFeをFeClとし、揮発させて除去したりすることで、遷移金属由来の吸収損失の少ないガラスであるコア層21が得られる。 In addition, the diffusion step is preferably performed before the treatment step even when AlCl 3 is used as the dopant-containing gas. In this case, if Fe is released from a pipe or the like when AlCl 3 is supplied in the diffusion step, the valence of Fe is changed to make it harmless by a treatment step of supplying oxygen gas, or a treatment step using a chlorine-containing gas is performed. By using FeCl 3 as FeCl 3 and volatilizing and removing it, the core layer 21 which is a glass with a small absorption loss derived from the transition metal can be obtained.

(石英管内面清浄処理工程)
中空母材形成工程は、上記ステップの前に、石英管22の内面を清浄処理する石英管内面清浄処理工程を含んでいても含んでいなくてもよいが、さらに含むことが好ましい。この場合、石英管22の内面が清浄処理されることで、石英管22の内面上の不純物が除去される。このため、光ファイバ母材10から得られる光ファイバにおいて、上記不純物に起因する損失を低減することができる。
(Quartz tube inner surface cleaning process)
The hollow base material forming step may or may not include the quartz tube inner surface cleaning treatment step of cleaning the inner surface of the quartz tube 22 before the above step, but it is preferable to further include the quartz tube inner surface cleaning treatment step. In this case, the inner surface of the quartz tube 22 is cleaned to remove impurities on the inner surface of the quartz tube 22. Therefore, in the optical fiber obtained from the optical fiber preform 10, the loss caused by the impurities can be reduced.

清浄処理工程は例えばエッチングにより行うことができる。エッチングは、具体的には、石英管22を加熱しながら、エッチング用ガスとしてのフッ素系のガスと酸素とを含む混合ガスを石英管22内に供給すればよい。このとき、フッ素系ガスとしては、例えばSF、CF、Cを用いることができる。また、石英管22の温度は例えば2000℃程度とすればよい。フッ素系ガスとして、SFを用いる場合、SFの流量は、10〜1000cc/minとし、Oの流量は、1000〜3000cc/minとすればよい。また混合ガスはさらにHeを含んでもよい。 The cleaning process can be performed by etching, for example. For the etching, specifically, while heating the quartz tube 22, a mixed gas containing a fluorine-based gas as an etching gas and oxygen may be supplied into the quartz tube 22. At this time, as the fluorine-based gas, for example, SF 6 , CF 4 , C 2 F 6 can be used. The temperature of the quartz tube 22 may be set to about 2000° C., for example. When SF 6 is used as the fluorine-based gas, the flow rate of SF 6 may be 10 to 1000 cc/min, and the flow rate of O 2 may be 1000 to 3000 cc/min. The mixed gas may further contain He.

<コラップス工程>
コラップス工程は、中空母材20をコラップスして中実母材を得る工程である。コラップス工程では、加熱源33によって石英管22を加熱し縮径させて中空母材20の中空部23を潰す。
<Collaps process>
The collapsing step is a step of collapsing the hollow base material 20 to obtain a solid base material. In the collapsing step, the quartz tube 22 is heated by the heating source 33 to reduce its diameter to crush the hollow portion 23 of the hollow base material 20.

このとき、石英管22の加熱は、石英管22をその長手方向に沿った中心軸線の周りに回転させながら、加熱源33を石英管22の長手方向に移動させることによって行うことができる。このとき、加熱源33の移動回数は1回でも複数回でもよい。 At this time, the heating of the quartz tube 22 can be performed by moving the heating source 33 in the longitudinal direction of the quartz tube 22 while rotating the quartz tube 22 around the central axis line along the longitudinal direction thereof. At this time, the heating source 33 may be moved once or plural times.

中空母材20の中空部23の圧力は、中空母材20の外側の気圧より高くても低くてもよいが、中空部23の圧力を大気圧よりも高い圧力(例えば40Pa程度)に加圧した状態から、中空部23の潰れ具合に応じて中空部23の圧力を下げるように調整してもよい。また、中空部23の圧力は大気圧以上であってもよく、大気圧よりも低くなってもよい。 The pressure of the hollow portion 23 of the hollow base material 20 may be higher or lower than the atmospheric pressure outside the hollow base material 20, but the pressure of the hollow portion 23 is increased to a pressure higher than atmospheric pressure (for example, about 40 Pa). From this state, the pressure of the hollow portion 23 may be adjusted to be lowered according to the degree of collapse of the hollow portion 23. Moreover, the pressure of the hollow portion 23 may be equal to or higher than the atmospheric pressure, or may be lower than the atmospheric pressure.

<ジャケット工程>
上記コラップス工程で得られた中実母材は、ジャケット法により、石英管を被せてコラップスすることにより大径化して、大径化母材とされる。この場合、旋盤で中実母材を石英管でジャケットして一体化させればよい。必要に応じて、ジャケット工程の前に中実母材を延伸する延伸工程を行ってもよい。これにより、コア部の直径(D1)とクラッド部の直径(D2)の比率(D2/D1)であるコア部クラッド部比率が所望の値となった円柱状の大径化母材が得られる。このコア部クラッド部比率は、次に述べる研削工程及び研磨工程も考慮し、線引き後の光ファイバにおけるコアの直径(d1)とクラッドの直径(d2)の比率(d1/d2)と異なる値でも構わない。
<Jacket process>
The solid base material obtained in the collapsing step is made into a large-diameter base material by covering it with a quartz tube and collapsing it into a large diameter by a jacket method. In this case, the solid base material may be jacketed and integrated with a quartz tube on a lathe. If necessary, a stretching step of stretching the solid base material may be performed before the jacket step. As a result, it is possible to obtain a cylindrical large-diameter base material in which the ratio of the core clad portion, which is the ratio (D2/D1) of the diameter (D1) of the core portion and the diameter (D2) of the clad portion, becomes a desired value. . The ratio of the core portion to the clad portion may be a value different from the ratio (d1/d2) of the diameter (d1) of the core and the diameter (d2) of the clad in the optical fiber after drawing in consideration of the grinding and polishing steps described below. I do not care.

またジャケット工程後の大径化母材に対して、研削工程及び研磨工程を行ってもよい。
研削により得られる研削母材の断面形状としては、光ファイバにおける励起光とコアの結合方式によって異なるが、D型などの非対称形状や、六角形、七角形、八角形などの多角形などが挙げられる。
Moreover, you may perform a grinding process and a polishing process with respect to the large diameter base material after a jacket process.
The cross-sectional shape of the grinding base material obtained by grinding is different depending on the coupling method of the excitation light and the core in the optical fiber, but an asymmetrical shape such as D-shape and a polygon such as hexagon, heptagon, octagon, etc. Be done.

なお、研削工程及び研磨工程を行った場合には、研削工程及び研磨工程により最終的に得られる母材が光ファイバ母材10となる。研削工程及び研磨工程が行われなかった場合には大径化母材が光ファイバ母材10となる。 When the grinding process and the polishing process are performed, the preform finally obtained by the grinding process and the polishing process becomes the optical fiber preform 10. When the grinding process and the polishing process are not performed, the large-diameter base material becomes the optical fiber base material 10.

<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を線引して光ファイバを得る線引工程とを含む。
<Optical fiber manufacturing method>
Next, a method for manufacturing the optical fiber of the present invention will be described. The optical fiber manufacturing method of the present invention includes a base material preparing step for preparing the optical fiber base material 10 manufactured by the above-described optical fiber base material manufacturing method, and the optical fiber base material 10 prepared in the base material preparing step. And a drawing step for obtaining an optical fiber.

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、希土類元素の添加濃度が高くなっても、光ファイバ母材10の歩留まりを向上させることができる。このため、光ファイバ母材10を線引して得られる光ファイバを低コストで且つ効率よく製造できる。 According to this method for producing an optical fiber, the yield of the optical fiber preform 10 can be improved by the above-described method for producing an optical fiber preform even if the rare earth element addition concentration is high. Therefore, an optical fiber obtained by drawing the optical fiber preform 10 can be manufactured efficiently at low cost.

<線引工程>
線引工程では、光ファイバ母材10を線引装置にセットし、加熱炉で加熱して線引きする。これにより、希土類元素がドープされたコアと、ドーパントがドープされていないクラッドとを有する光ファイバが製造される。
<Drawing process>
In the drawing step, the optical fiber preform 10 is set in a drawing device, heated in a heating furnace and drawn. This produces an optical fiber having a core doped with a rare earth element and a clad not doped with a dopant.

ここで、線引温度(炉温度)は例えば2000〜2200℃である。線引速度は例えば5〜300m/sである。製造される光ファイバにおいては、例えば、コア径が3〜100μm、及びクラッド径(ファイバ径)が80〜1000μmである。 Here, the drawing temperature (furnace temperature) is, for example, 2000 to 2200°C. The drawing speed is, for example, 5 to 300 m/s. In the manufactured optical fiber, for example, the core diameter is 3 to 100 μm, and the clad diameter (fiber diameter) is 80 to 1000 μm.

なお、光ファイバ母材10の線引きと同時に、クラッドの上に、UV硬化型樹脂等で形成された被覆層を設けてもよい。クラッド上に被覆されるUV硬化型樹脂の種類は、光ファイバの用途によって異なるが、例えば、光ファイバがシングルクラッドファイバである場合にはガラスより高い屈折率を持つUV硬化型樹脂が被覆され、光ファイバがダブルクラッドファイバである場合には、ガラスより低い屈折率を持つUV硬化型樹脂が低屈折率樹脂層として被覆される。光ファイバがダブルクラッドファイバである場合、低屈折率樹脂層は励起光を閉じ込める第2クラッドの役割をする。 A coating layer made of a UV curable resin or the like may be provided on the clad simultaneously with the drawing of the optical fiber preform 10. The type of UV curable resin coated on the clad depends on the application of the optical fiber, but for example, when the optical fiber is a single clad fiber, the UV curable resin having a higher refractive index than glass is coated, When the optical fiber is a double clad fiber, a UV curable resin having a lower refractive index than glass is coated as the low refractive index resin layer. When the optical fiber is a double clad fiber, the low refractive index resin layer functions as a second clad for confining the excitation light.

本発明は、上記実施形態に限定されない。例えば上述した光ファイバ母材の製造方法の実施形態では、中空母材形成工程の後にコラップス工程が行われているが、コラップス工程は必ずしも行われていなくてもよい。この場合、中空母材20が光ファイバ母材10となる。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the above-described embodiment of the method for manufacturing an optical fiber preform, the collapse process is performed after the hollow base material forming process, but the collapse process may not be necessarily performed. In this case, the hollow preform 20 becomes the optical fiber preform 10.

また、上記実施形態では、ジャケット工程は必要に応じて省略してもよい。ジャケット工程を省略した場合には、中実母材がそのまま光ファイバ母材10となる。 In the above embodiment, the jacket process may be omitted if necessary. When the jacket process is omitted, the solid preform becomes the optical fiber preform 10 as it is.

以下、実施例を挙げて本発明の内容をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the content of the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
図3に示す製造装置100を用いて以下のようにして光ファイバ母材を製造した。
(Example 1)
An optical fiber preform was manufactured as follows using the manufacturing apparatus 100 shown in FIG.

まず、石英管22として、外径32mm、内径27mm、長さ600mmの本体部22Aの両端に、外径32mm、内径27mm、長さ300mmの2つのダミーガラス管24A,25Aをそれぞれ溶着することにより用意した。そして、石英管22のダミーガラス管24Aを旋盤の把持部26で把持し、ダミーガラス管25Aを軸受34で保持した。 First, as the quartz tube 22, by welding two dummy glass tubes 24A, 25A having an outer diameter of 32 mm, an inner diameter of 27 mm, and a length of 300 mm to both ends of a main body 22A having an outer diameter of 32 mm, an inner diameter of 27 mm, and a length of 600 mm, respectively. I prepared. Then, the dummy glass tube 24A of the quartz tube 22 was held by the holding portion 26 of the lathe, and the dummy glass tube 25A was held by the bearing 34.

次に、加熱源33としての酸水素バーナを石英管22の長さ方向に沿って移動させて石英管22の全長を加熱しながら、エッチング用ガスとしてのSFを、キャリアガスとしてのOとともにガス供給管28から供給し、石英管22の内面を清浄化した。 Next, while moving the oxyhydrogen burner as the heating source 33 along the length direction of the quartz tube 22 to heat the entire length of the quartz tube 22, SF 6 as an etching gas and O 2 as a carrier gas are heated. At the same time, the gas was supplied from the gas supply pipe 28 to clean the inner surface of the quartz pipe 22.

次に、加熱源33としての酸水素バーナで石英管22を加熱しながら、原料ガスとしてのSiClを、キャリアガスとしてのOとともにガス供給管28を通じて石英管22内に供給し、Yb(DPM)はキャリアガスとしてのHeとともにガス供給管28を通じて石英管22内に供給し、、AlClはキャリアガスとしてのHeとともにガス供給管28を通じて石英管22内に供給し、石英管22を回転させながら加熱した。そして、石英管22の内面にYb及びAlが添加されたSiOガラスからなるスート21Aを形成した。このとき、バーナによる石英管22の温度は1550℃とした。こうしてスート形成工程を行った。 Next, while heating the quartz tube 22 with an oxyhydrogen burner as a heating source 33, SiCl 4 as a source gas is supplied into the quartz tube 22 through a gas supply tube 28 together with O 2 as a carrier gas, and Yb( DPM) 3 is supplied together with He as a carrier gas into the quartz pipe 22 through the gas supply pipe 28, and AlCl 3 is supplied together with He as a carrier gas into the quartz pipe 22 through the gas supply pipe 28, so that the quartz pipe 22 is Heated while rotating. Then, a soot 21A made of SiO 2 glass to which Yb 2 O 3 and Al 2 O 3 were added was formed on the inner surface of the quartz tube 22. At this time, the temperature of the quartz tube 22 by the burner was set to 1550°C. Thus, the soot forming step was performed.

次に、ガス供給管28から、Heを排気用ガスとして石英管22内に供給し、加熱源33としての酸水素バーナで石英管22を回転させながら加熱した。このとき、バーナによる石英管22の温度は600〜700℃とした。また、このとき、排気時間は20分とした。こうして排気工程を行った。 Next, He was supplied from the gas supply pipe 28 into the quartz tube 22 as an exhaust gas, and the quartz tube 22 was heated by the oxyhydrogen burner as the heating source 33 while rotating. At this time, the temperature of the quartz tube 22 by the burner was set to 600 to 700°C. At this time, the exhaust time was 20 minutes. Thus, the exhaust process was performed.

次に、ガス供給管28を通してOおよびPを添加するためのPOCl、Bを添加するためのBBrを石英管22内に供給しながら、加熱源33としての酸水素バーナで石英管22を回転させながら加熱した。このとき、バーナの往復移動を複数回繰り返し行った。石英管22の温度はスート形成工程よりも低い1200℃とした。こうして拡散工程を行った。 Next, while supplying POCl 3 for adding O 2 and P and BBr 3 for adding B into the quartz tube 22 through the gas supply tube 28, the quartz tube 22 is heated by the oxyhydrogen burner as the heating source 33. Was heated while rotating. At this time, the reciprocating movement of the burner was repeated a plurality of times. The temperature of the quartz tube 22 was 1200° C., which is lower than that in the soot forming step. Thus, the diffusion process was performed.

次に、ガス供給管28からO及びHeを供給しながら、加熱源33としての酸水素バーナで石英管22を回転させながら加熱した。このとき、バーナによる石英管22の温度が2000℃となるように調整した。その結果、スート21Aは石英管22に一体化するとともに、焼結されて透明ガラス化された。こうして石英管22の内面にコア層21を形成した。こうして焼結工程を行った。 Next, while supplying O 2 and He from the gas supply pipe 28, the quartz pipe 22 was heated while being rotated by the oxyhydrogen burner as the heating source 33. At this time, the temperature of the quartz tube 22 by the burner was adjusted to 2000°C. As a result, the soot 21A was integrated with the quartz tube 22 and was sintered into a transparent glass. Thus, the core layer 21 was formed on the inner surface of the quartz tube 22. Thus, the sintering process was performed.

上記のようにしてコア層21の形成を、所望の厚さになるまで繰り返し行った。こうして中空母材20を得た。 The formation of the core layer 21 was repeated as described above until the desired thickness was obtained. Thus, the hollow base material 20 was obtained.

続いて、中空母材20をその下端から上端にかけて回転させながら加熱した。このとき、中空母材20の中空部23の圧力を中空母材20の外側の圧力より40Paだけ高い圧力とし、中空部23の潰れ具合に応じて中空部23の圧力を低下させるように調整して中空部23を消滅させた。そして、両端のダミーガラス管24A,25Aに相当する部分を溶断した。こうして、4mmのコア直径を有する中実状の光ファイバ母材を得た。 Then, the hollow base material 20 was heated while rotating from the lower end to the upper end. At this time, the pressure of the hollow portion 23 of the hollow base material 20 is set to a pressure higher than the pressure of the outside of the hollow base material 20 by 40 Pa, and the pressure of the hollow portion 23 is adjusted according to the degree of collapse of the hollow portion 23. The hollow portion 23 was extinguished. Then, the portions corresponding to the dummy glass tubes 24A and 25A at both ends were blown. Thus, a solid optical fiber preform having a core diameter of 4 mm was obtained.

(比較例1)
排気工程を行わなかったこと以外は実施例1と同様にして光ファイバ母材を作製した。
(Comparative Example 1)
An optical fiber preform was produced in the same manner as in Example 1 except that the exhaust step was not performed.

上記のようにして得られた実施例1及び比較例1の光ファイバ母材について、元素分析により、Yb、Al及びPの濃度を測定した。Pの濃度については、拡散工程でPを添加している際に測定した。また、得られた光ファイバ母材について外観検査を行い、光ファイバ母材中に泡が混入しているか確認した。そして、コア部に添加されているYbの濃度ごとに、作製した光ファイバ母材数(分母)に対する泡による不良母材数(分子)の比率を百分率で算出した。結果を表1に示す。 With respect to the optical fiber preforms of Example 1 and Comparative Example 1 obtained as described above, the concentrations of Yb, Al and P were measured by elemental analysis. The P concentration was measured while P was added in the diffusion step. Further, an appearance inspection was performed on the obtained optical fiber preform to confirm whether bubbles were mixed in the optical fiber preform. Then, for each concentration of Yb added to the core part, the ratio of the number of defective preforms (numerator) due to bubbles to the number of produced optical fiber preforms (denominator) was calculated in percentage. The results are shown in Table 1.

表1に示す結果より、実施例1においては、いずれのYb濃度であっても、泡による不良母材数の比率は0%であった。一方、比較例1では、Yb濃度の増加に応じて泡による不良母材数の比率が増加しており、特にYb濃度が2.2質量%以上に高くなると、不良母材の比率はかなり高くなっており、Yb濃度が2.4質量%以上に高くなると、不良母材の比率は50%以上と高くなっており、半分以上の不良母材が発生していた。この泡による不良が発生した母材の作製プロセスを注意深く観察すると、比較例1でYb濃度2.5質量%となった母材においては、スート21Aが不均一に透明ガラス化されたり、部分的に剥離したスート21Aが再付着したりするような挙動がみられ、再付着部が焼結工程において透明ガラス化する際に泡の発生個所になっている様子がみられた。

Figure 2020090418
From the results shown in Table 1, in Example 1, the ratio of the number of defective base materials due to bubbles was 0% at any Yb concentration. On the other hand, in Comparative Example 1, the ratio of the number of defective base materials due to bubbles increased as the Yb concentration increased, and especially when the Yb concentration became 2.2% by mass or more, the ratio of defective base materials was considerably high. When the Yb concentration was increased to 2.4% by mass or more, the ratio of the defective base material was increased to 50% or more, and half or more of the defective base materials were generated. Carefully observing the process of producing the base material in which the defect due to the bubbles occurred, in the base material having the Yb concentration of 2.5 mass% in Comparative Example 1, the soot 21A was unevenly vitrified or partially formed. There was a behavior such that the soot 21A peeled off was reattached, and it was observed that the reattached portion became a bubble generation point when the glass vitrified in the sintering step.
Figure 2020090418

(実施例2)
拡散工程を行わなかったこと以外は実施例1と同様にして光ファイバ母材を得た。
(Example 2)
An optical fiber preform was obtained in the same manner as in Example 1 except that the diffusion step was not performed.

(実施例3)
排気工程の後で且つ拡散工程の前に以下のようにして処理工程を行ったこと以外は実施例1と同様にして光ファイバ母材を得た。
(Example 3)
An optical fiber preform was obtained in the same manner as in Example 1 except that the treatment step was carried out as follows after the exhaust step and before the diffusion step.

すなわち、まずガス供給管を通して酸素を石英管内に供給しながら、加熱源としての酸水素バーナで石英管を加熱した。石英管の温度は、スート形成工程における石英管の温度よりもやや低い1500℃とした。石英管の加熱はバーナの往復移動を複数回繰り返して行った。こうして処理工程を行った。 That is, first, while supplying oxygen into the quartz tube through the gas supply tube, the quartz tube was heated by the oxyhydrogen burner as a heating source. The temperature of the quartz tube was 1500° C., which was slightly lower than the temperature of the quartz tube in the soot forming step. The heating of the quartz tube was performed by repeating the reciprocating movement of the burner a plurality of times. Thus, the processing steps were performed.

(実施例4)
拡散工程を行わず且つ排気工程の後で且つ焼結工程の前に処理工程を行ったこと以外は実施例1と同様にして光ファイバ母材を作製した。このとき、処理工程は、実施例3の処理工程と同様にして行った。
(Example 4)
An optical fiber preform was produced in the same manner as in Example 1 except that the diffusion process was not performed and the treatment process was performed after the exhaust process and before the sintering process. At this time, the treatment process was performed in the same manner as the treatment process of Example 3.

(比較例2)
排気工程を行わなかったこと以外は実施例3と同様にして光ファイバ母材を作製した。
(Comparative example 2)
An optical fiber preform was produced in the same manner as in Example 3 except that the exhaust step was not performed.

上記のようにして得られた実施例2〜4及び比較例2の光ファイバ母材について、実施例1と同様にしてYb、Al及びPの濃度を測定した。また、得られた光ファイバ母材について外観検査を行い、光ファイバ母材中に泡が混入しているか確認した。そして、コア部に添加されているYbの濃度ごとに、作製した光ファイバ母材数(分母)に対する泡による不良母材数(分子)の比率を百分率で算出した。結果を表2に示す。なお、表2では、表1のYb濃度のうち比較的高い濃度について、Yb濃度ごとに、泡による不良母材数(分子)の比率を百分率で示している。 Regarding the optical fiber preforms of Examples 2 to 4 and Comparative Example 2 obtained as described above, the concentrations of Yb, Al and P were measured in the same manner as in Example 1. Further, an appearance inspection was performed on the obtained optical fiber preform to confirm whether bubbles were mixed in the optical fiber preform. Then, for each concentration of Yb added to the core part, the ratio of the number of defective preforms (numerator) due to bubbles to the number of produced optical fiber preforms (denominator) was calculated in percentage. The results are shown in Table 2. In Table 2, for the relatively high Yb concentration in Table 1, the ratio of the number of defective base materials (molecules) due to bubbles is shown as a percentage for each Yb concentration.

表2に示す結果より、実施例2〜4においては、いずれのYb濃度であっても泡による不良母材数の比率は0%であった。一方、比較例2では、Yb濃度の増加に応じて泡による不良母材数の比率が増加しており、特にYb濃度が2.2質量%以上に高くなると、不良母材の比率は50%以上とかなり高くなっており、半分以上の不良母材が発生していた。

Figure 2020090418
From the results shown in Table 2, in Examples 2 to 4, the ratio of the number of defective base materials due to bubbles was 0% at any Yb concentration. On the other hand, in Comparative Example 2, the ratio of the number of defective base materials due to bubbles increased as the Yb concentration increased. Especially, when the Yb concentration became 2.2% by mass or more, the ratio of defective base materials was 50%. It was considerably higher than the above, and more than half of the defective base metal was generated.
Figure 2020090418

以上のことから、本発明の光ファイバ母材の製造方法によれば、希土類元素の添加濃度が高くなっても、歩留まりを向上させることができることが確認された。 From the above, it was confirmed that according to the method for producing an optical fiber preform of the present invention, the yield can be improved even if the concentration of rare earth element added is high.

1…コア部
2…クラッド部
10…光ファイバ母材
20…中空母材
21…コア層
21A…スート
22…石英管
28…ガス供給管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Core part 2... Clad part 10... Optical fiber preform 20... Hollow preform 21... Core layer 21A... Soot 22... Quartz pipe 28... Gas supply pipe

Claims (9)

希土類元素を含むコア部と、前記コア部を包囲するクラッド部とを備え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、
前記クラッド部を形成する石英管の内面上に、前記希土類元素を含むコア層を形成して中空母材を形成する中空母材形成工程を含み、
前記中空母材形成工程が、
前記石英管内に、ガラス粒子の原料ガス、及び、前記希土類元素を含有する希土類元素含有ガスを供給して前記ガラス粒子を含むスートを形成するスート形成工程と、
前記石英管の内部を排気する排気工程とを含むステップを少なくとも1回行うことにより前記石英管の内面上に前記コア層を形成する工程であり、
前記排気工程において、前記石英管内に、不活性ガスを含む排気用ガスを供給する、光ファイバ母材の製造方法。
A method of manufacturing an optical fiber preform for producing an optical fiber preform having a core part containing a rare earth element and a clad part surrounding the core part,
A hollow base material forming step of forming a hollow base material by forming a core layer containing the rare earth element on the inner surface of the quartz tube forming the clad portion;
The hollow base material forming step,
In the quartz tube, a raw material gas of glass particles, and a soot forming step of supplying a rare earth element-containing gas containing the rare earth element to form a soot containing the glass particles,
A step of forming the core layer on the inner surface of the quartz tube by performing at least one step including an exhaust step of exhausting the inside of the quartz tube,
A method of manufacturing an optical fiber preform, wherein an exhaust gas containing an inert gas is supplied into the quartz tube in the exhaust step.
前記中空母材をコラップスするコラップス工程をさらに含む、請求項1に記載の光ファイバ母材の製造方法。 The method for manufacturing an optical fiber preform according to claim 1, further comprising a collapse step of collapsing the hollow base material. 前記排気工程における前記石英管内の温度を、前記スート形成工程における前記石英管内の温度よりも低くする、請求項1又は2記載の光ファイバ母材の製造方法。 The method for manufacturing an optical fiber preform according to claim 1, wherein the temperature in the quartz tube in the exhaust step is lower than the temperature in the quartz tube in the soot forming step. 前記スート形成工程において、前記石英管内に、ガス供給管を用いて前記希土類元素含有ガスを供給し、
前記排気工程において、前記ガス供給管の内部も前記排気用ガスによって排気する、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。
In the soot forming step, the rare earth element-containing gas is supplied into the quartz tube by using a gas supply tube,
The method of manufacturing an optical fiber preform according to claim 1, wherein in the exhaust step, the inside of the gas supply pipe is also exhausted by the exhaust gas.
前記排気工程において、前記排気用ガス中の不活性ガスの体積含有率を、前記排気工程が進むにつれて段階的に下げる、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。 The manufacturing of the optical fiber preform according to any one of claims 1 to 4, wherein the volume content of the inert gas in the exhaust gas is reduced stepwise as the exhaust step progresses in the exhaust step. Method. 前記中空母材形成工程における前記ステップが、前記排気工程の後に、前記スートの前記ガラス粒子を焼結して前記スートを透明ガラス化する焼結工程をさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の光ファイバ母材の製造方法。 The said step in the said hollow base material formation process further includes the sintering process which after the said exhaust process sinters the said glass particle of the soot, and makes the soot into transparent vitrification. The method for manufacturing an optical fiber preform according to one item. 前記コア部が、前記希土類元素と異なるドーパントをさらに含み、
前記排気工程と前記焼結工程との間に、前記ドーパントを含むドーパント含有ガスを前記石英管内に供給して前記スート中に拡散させる拡散工程をさらに含む、請求項6に記載の光ファイバ母材の製造方法。
The core portion further includes a dopant different from the rare earth element,
The optical fiber preform according to claim 6, further comprising a diffusion step of supplying a dopant-containing gas containing the dopant into the quartz tube and diffusing the soot into the soot between the exhausting step and the sintering step. Manufacturing method.
前記排気工程と前記焼結工程との間に、前記石英管内に酸素ガス及び塩素原子含有ガスの少なくとも一方を供給する処理工程をさらに含む、請求項6又は7に記載の光ファイバ母材の製造方法。 The manufacturing of the optical fiber preform according to claim 6 or 7, further comprising a treatment step of supplying at least one of an oxygen gas and a chlorine atom-containing gas into the quartz tube between the exhaust step and the sintering step. Method. 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して光ファイバを得る線引工程とを含む、光ファイバの製造方法。
A preform preparation step of preparing an optical fiber preform manufactured by the method for manufacturing an optical fiber preform according to claim 1.
And a drawing step of drawing the optical fiber preform prepared in the preform preparation step to obtain an optical fiber.
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