JP2001521871A - 導波路ファイバの線引き装置及びその方法 - Google Patents

導波路ファイバの線引き装置及びその方法

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JP2001521871A JP2000518920A JP2000518920A JP2001521871A JP 2001521871 A JP2001521871 A JP 2001521871A JP 2000518920 A JP2000518920 A JP 2000518920A JP 2000518920 A JP2000518920 A JP 2000518920A JP 2001521871 A JP2001521871 A JP 2001521871A
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Abstract

(57)【要約】 炉（１２）は、炭化ケイ素によって被覆された管状のマッフルチューブ（２２）を有する。ファイバ（３６）は、かかる炉で作成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導波路ファイバを線引きするための装置及びその方法に関する。よ
り詳細には、本発明は、線引き工程において生ずるファイバの点欠陥損失を顕著
に減じることのできる炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高いシリカ含有量のファイバプリフォーム又はブランクから、高強度で且つ低
損失のファイバを線引きするためには、高温の熱源が必要とされる。この種のフ
ァイバの線引きに適した２つの熱源として、ジルコニア（酸化ジルコニウム）炉
及びグラファイト（黒鉛）炉がある。ファイバ線引き炉は、通常、約1900℃より
も高い温度で作動し、場合によっては、約2050℃程度の温度でも作動する。
【０００３】 従来、ジルコニア誘導炉は、その中央に配置された管状のハウジングと、粒状
のジルコニア断熱材を含む円筒状の石英ビーカによって包囲されたイットリア- 安定化ジルコニアサセプタ（susceptor）と、を含む。エネルギーを与えると、 断熱材を包囲している誘導コイルが交流電磁場を与える。電磁場がサセプタに与
えられると、該サセプタの温度が上昇して加熱ゾーンを形成する。ガラス光ファ
イバプリフォームの一端部が加熱ゾーンに降下されて、その端部が溶融すると、
この溶融端部からファイバが線引きされるのである。
【０００４】 ジルコニア誘導炉に関する１つの不都合は、広範な使用及び熱起応力によって
、マッフルやサセプタにクラックが生じることである。このクラックの生成は、
プリフォームに対峙する炉の内部表面からジルコニア粒子が移動することによる
ものである。かかるプリフォームから線引きされたファイバは、実質的に、強度
劣化したファイバとなって、容認できない歩留まり低下を引き起こす原因となる
のである。
【０００５】 グラファイト（黒鉛）誘導炉は、一般にクラック感受性の低いグラファイトマ
ッフルを使用しているが、このグラファイト炉は、グラファイトマッフルが高い
線引き温度において酸化してしまう不都合を生ずる。グラファイト炉で導波路フ
ァイバを線引きするためには、不活性保護雰囲気中でこれを行って、炉マッフル
の酸化を防止しなければならないとされている。周囲雰囲気からのガスは、以下
の反応式の如く、高温で固体カーボンマッフルと反応して、酸化させるのである
。すなわち、 (1) C + O2→CO2 (2) C + CO2→２CO である。線引き炉において使用されるグラファイトにおいて、反応式(1)の典型 的な開始温度は、約700℃である。反応式(2)は、900℃以上の温度で顕著となる 。酸素及び二酸化炭素と炉マッフルとの反応は、特に高いファイバ線引き温度で
炉マッフルを損傷させる原因となる。
【０００６】 グラファイトマッフル材料は、カーボンバインダマトリックスによって結合さ
れたグラファイト粒の複合材である。バインダ材料は、グラファイト粒よりも酸
化の影響をより受けやすいとされている。したがって、かかる２つの材料の複合
材は、酸化開始温度よりも高い温度で酸素に曝されたときには、マトリックスバ
インダ材料が先に酸化するのである。グラファイト粒の位置を維持するためのバ
インダが無くなったグラファイト粒は、複合材構造体から自由に飛び出してしま
う。このメカニズムが、線引き工程において、マッフル表面からファイバプリフ
ォーム及び／またはファイバへグラファイト粒子が移動する原因であると考えら
れている。
【０００７】 線引き工程において、グラファイト粒子がファイバに取り込まれると、点欠陥
による容認できない製造歩留まり低下が生じる。点欠陥は、ファイバを通して送
信される信号の減衰を急激に増加させる。線引き炉からのグラファイト粒子の欠
損による点欠陥製造損失は、約５％以上にもなり得るので、容認できない高い損
失となる。線引き工程におけるファイバに付着したグラファイト粒子は、ファイ
バの破断の原因ともなる。
【０００８】 上記の如く、グラファイト炉マッフルの酸化は、不活性保護ガス雰囲気中で線
引きすることで回避できるとされている。グラファイトマッフルの外部表面は、
マッフルをハウジングに封入して、該ハウジングとマッフルの外壁との間に不活
性ガスを流すことで隔離することができる。しかしながら、炉マッフルから全て
の酸素を除去することは難しく、特に、導波路ファイバプリフォームを装填した
り、取り除く間に炉内にリークしてくる周囲の空気からの酸素にさらされるマッ
フルの内部表面から全ての酸素を除去することは難しい。加えて、炉から酸化物
を取り除くことが困難である故に、炉には酸素が存在すると考えられている。例
えば、炉にブランクを装填する間に炉マッフル内にある光ファイバブランクの多
孔性スート部分に含有された酸素によって、マッフルの上部が酸化されやすい。
ブランクの多孔質部分に存在する酸素がマッフルを酸化させて、グラファイト粒
子を生じさせると考えられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如き観点から、グラファイト粒子を生成させず、故にファイバの点欠陥
損失を減じることのできるグラファイトファイバ線引き炉マッフルの提供が望ま
れた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明は、ガラス導波路ファイバプリフォームからファイバを線
引きするのに十分な温度に前記プリフォームを加熱するための装置であって、高
純度の炭化ケイ素被覆をその表面に有する略管状のマッフルからなる装置を提供
するものである。該被覆は、好ましくは、少なくとも約2mil（1mil＝0.0254mm）
の厚さを有しており且つ約900ppb未満の不純物を含む。
【００１１】 他の特徴として、本発明は、略管状の内部表面を有するグラファイトマッフル
を含む線引き炉で導波路ファイバを製造するための方法を提供するものである。
該方法は、グラファイトマッフルの内部表面に高純度の炭化ケイ素被覆を付与す
るステップを含む。さらに該方法は、炉マッフル内に導波路ファイバプリフォー
ムを配置するステップと、プリフォームからファイバを線引きするのに十分な温
度に炉を加熱するステップと、ブランクからファイバを線引きするステップとを
さらに含む。
【００１２】 重要ないくつかの効果は、上記した発明の概要から判るであろう。本発明の主
要な効果は、グラファイトマッフルを有する炉において線引きされた導波路ファ
イバの点欠陥損失を顕著に減じることである。本発明の追加の特徴及び効果につ
いては後述する。前記及び以下の説明は、典型的且つ説明的であって、特許請求
の範囲における本発明のさらなる説明を与えることを意図していることを理解さ
れるであろう。
【００１３】
【発明の実施の形態】
添付の図面における各要素は、スケール通りに記載することを意図しておらず
、本発明を例示する目的において適宜スケールを変更している。 参照は、本発明の好適な実施例、すなわち添付図面に示された実施例を詳細に
する。
【００１４】 本発明は、導波路ファイバプリフォームからファイバを線引きするのに十分な
温度まで導波路ファイバプリフォームを加熱するための装置を含む。本発明の典
型的な実施例が図１に示されるとともに、これは参照番号10によって示されてい
る。 本明細書の記載及び図１に従って、炉10は、側部14、頂部16及び底部18を有す
る略円筒状のハウジング12からなる。頂部16は、中央開口部22を有しており、中
央開口部22は、垂下方向にある底部18の開口部24と一対をなしている。断熱材26
は、ハウジング12の軸方向に配置されている。これは複数のセグメントから形成
されていてもよい。略管状のグラファイトマッフル28は、断熱材26の間に配置さ
れている。マッフル28及び断熱材は、ファイバが線引きされて底部からマッフル
を離れるために通過する開口21を有する底部18からスペーサリング20によって隔
離されている。スペーサリング20は、シリカ（二酸化ケイ素）からなる。図示し
ない電力源に接続している誘導コイル30は、断熱材26を取り囲み、炉10の加熱源
を与える。
【００１５】 水冷されたハウジング12は、ステンレス鋼等で製作され得る。好ましくは、ハ
ウジング12は、充分にマッフルを包囲するようにマッフル26の軸方向の全長に亘
って延在している。アルゴンの如き不活性ガスがマッフル26の外部表面の酸化を
防止するためにハウジング12内に流される。 点線の想像線で示された導波路ファイバプリフォーム32は、軸方向にマッフル
26に挿入されて、プリフォーム32の第１の端部34は誘導コイル30の位置する範囲
である「加熱ゾーン」に位置する。加熱ゾーンがプリフォームからファイバを線
引きするのに十分な温度、すなわち好ましくは1900℃以上に達すると、光ファイ
バ36はプリフォーム32の一端部34から線引きされる。本発明の重要な特徴として
、プリフォーム32に隣接するマッフル28の内部表面は、高純度の炭化ケイ素被覆
を有し、グラファイトマッフルの汚染を防止する。約４０インチ以上の長さのマ
ッフルを被覆することは困難であるため、グラファイトマッフル28は、好ましく
は少なくとも２つ、さらに好ましくは３つの軸方向部分からなる。
【００１６】 炭化ケイ素皮膜の厚さは、好ましくは、少なくとも約2mil且つ約100mil未満で
ある。約2milよりも薄い被覆は、グラファイト粒子が炉から線引きされるファイ
バを汚染することを適切に妨ぐことができない。一方、約100milよりも厚い被覆
は、マイクロクラック及び熱衝撃の影響を受けやすい。ＳｉＣ被覆の熱膨張は、
カーボンバインダマトリックス材料と厳密に整合されなければならず、これは、
熱膨張の不整合による被覆の剥離を防止するとともにマッフルのグラファイト粒
子を保持する。
【００１７】 マッフルの内部表面の炭化ケイ素被覆は、シリコン含有ガスを用いた化学気相
蒸着法によって、好ましくは形成される。このような被覆は、ＳｉＣ（炭化ケイ
素）を形成するための水素とシランのようなシリコン含有ガスを反応させて形成
され得て、このときシリコンと炭素は、約1:1の比で存在する。ＳｉＣは、1000 ℃以上に加熱された基板の内部表面上に被覆される。好ましくは、高純度被覆が
線引き炉マッフルの内部表面に与えられて、本発明の炉で線引きされるファイバ
の汚染を防止する。好ましくは、炭化ケイ素被覆の不純物レベルは、約900ppb未
満、より好ましくは約200ppb未満である。
【００１８】 本発明の他の特徴は、内部表面を有する略管状のグラファイトからなるマッフ
ルを含む線引き炉で導波路ファイバを製造する方法である。グラファイトマッフ
ルの内部表面上に高純度炭化ケイ素被覆を与えるステップと、導波路ファイバプ
リフォームをマッフル内に配置するステップと、プリフォームから線引きファイ
バを形成するのに十分な温度まで炉を加熱するステップと、プリフォームからフ
ァイバを線引きするステップとからなる方法である。
【００１９】 炉は、好ましくは、少なくとも約1900℃の温度まで加熱され、さらに好ましく
は、少なくとも約2000℃まで加熱されて、導波路プリフォームの先端が軟化せし
められて、ファイバがそこから線引きされることを可能とする。高純度炭化ケイ
素は、好ましくは、約99.999％純度であって、好ましくは、約900ppb未満の不純
物濃度である。不純物レベルの劣化が、炉で製造されるファイバの光学的若しく
は機械的劣化を生じさせる故、不純物レベルをより低下させることが本発明の重
要な特徴である。
【００２０】 本発明による炉と本発明による方法を使用して製造された導波路ファイバは、
点欠陥損失を顕著に減じるのである。従来のグラファイトマッフル線引き炉で線
引きされたファイバは、約５％の点欠陥に起因する減衰による製造損失である。
本発明の炉において製造されるファイバは、略管状であって且つ約５から８ミク
ロン厚さの炭化ケイ素被覆を被覆された内部表面を有するグラファイトマッフル
を含む。これは、約0.8％の点欠陥に起因する減衰による製造損失である。
【００２１】 本発明の精神若しくは範囲から逸脱することなく、本発明の方法及び装置でな
し得る多様な変更態様及びバリエーションは、当業者で有れば明らかであろう。
なお、特許請求の範囲及びこの均等の範囲内で与えられる本発明は、上記の本発
明の変更態様及びバリエーションをカバーするであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による光ファイバ線引き炉を示す断面図である。
【符号の説明】
10 炉 12 ハウジング 14 側部 16 頂部 18 底部 20 スペーサーリング 22 中央開口部 24 開口部 26 断熱材 28 マッフル 30 誘導コイル 32 ファイバプリフォーム 34 第１の端部 36 光ファイバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，Ｌ Ｋ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，Ｔ Ｍ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ ，ＺＷ (72)発明者 バーナード ジョン エム． アメリカ合衆国 ノースカロライナ州 28405 ウイルミントン ランブルウッド ドライブ 702 (72)発明者 スナイプス ジェームズ エイ． アメリカ合衆国 ノースカロライナ州 28405 ウイルミントン ストローフィー ルドドライブ 6303

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガラス導波路ファイバプリフォームを十分な温度に加熱して前記
    プリフォームからファイバを線引きするための炉であって、グラファイトからな
    る略管状のマッフルを含み、前記マッフルは高純度の炭化ケイ素からなる被覆を
    その内部表面に有することを特徴とする炉。
  2. 【請求項２】 前記マッフルは、少なくとも２つの略管状の部分からさらになる
    ことを特徴とする請求項１記載の炉。
  3. 【請求項３】 前記マッフルは、３つの略管状の部分からなることを特徴とする
    請求項２記載の炉。
  4. 【請求項４】 前記被覆は、少なくとも約２milの厚さを有することを特徴とす る請求項１記載の炉。
  5. 【請求項５】 前記炭化ケイ素は、約900ppb未満の不純物を含むことを特徴とす
    る請求項１記載の炉。
  6. 【請求項６】 内部表面を有する略管状のグラファイトからなるマッフルを含む
    線引き炉で導波路ファイバを製造する方法であって、 前記グラファイトマッフルの前記内部表面に高純度の炭化ケイ素被覆を付与
    するステップと、 前記マッフル内に導波路ファイバプリフォームを配置するステップと、 前記プリフォームからファイバを線引きするために十分な温度に炉を加熱す
    るステップと、 前記プリフォームから前記ファイバを線引きするステップと、からなること
    を特徴とする導波路ファイバの製造方法。
  7. 【請求項７】 前記炉の温度は、少なくとも約1900℃であることを特徴とする請
    求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記炉の温度は、少なくとも約2000℃であることを特徴とする請
    求項６記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記炭化ケイ素は、約900ppb未満の不純物を含むことを特徴とす
    る請求項６記載の炉。
  10. 【請求項10】 前記炉から線引きされる導波路ファイバは、約４％未満の点欠陥
    損失であることを特徴とする請求項６記載の方法。
  11. 【請求項11】 前記炉から線引きされる導波路ファイバは、約１％未満の点欠陥
    損失であることを特徴とする請求項１記載の方法。
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