JP2005520771A - 光ファイバーを製造する方法および前記方法により製造した光ファイバー - Google Patents

Abstract

光ファイバーを製造する公知方法において、心棒と外部ジャケット管からなる同軸配置が延伸され、前記同軸配置が加熱帯域に垂直方向に供給され、その下側端部で出発して加熱帯域で帯域的に軟化され、光ファイバーが軟化した部分から下側に取り出され、これにより心棒とジャケット管の間に存在する環状間隙が圧漬される。これから出発して最小のカールで低い費用で光ファイバーの製造を可能にする方法を提供するために、本発明はジャケット管として最終寸法に機械的に処理され、少なくとも１００ｍｍの外径を有する石英ガラスシリンダーを使用することを提案する。本発明により得られる光ファイバーは外部の力を作用せずに少なくとも６ｍの曲率半径を有することを特徴とする。

Description

本発明は心棒および外部ジャケット管からなる同軸配置が延伸され、前記同軸配置が加熱帯域に垂直方向に供給され、その下側端部で出発して加熱帯域で帯域的に軟化され、光ファイバーが軟化した部分から下側に取り出され、これにより心棒とジャケット管の間に存在する環状間隙が圧漬されることにより光ファイバーを製造する方法に関する。

本発明は更に心および心を覆うジャケットからなる光ファイバーに関する。

データーを伝送するための光ファイバーの使用は最近２０年間に経済的重要性を獲得した。光ファイバーが光の減少および繊維強度に関して初めて改良された後で費用の減少が今や主に強調されている。この場合に可能な接近方法は光ファイバー当たりの移送能力の増加および光ファイバーの製造費用の減少である。一般に光ファイバーはこれまで屈折率を増加するドーパントを有する石英ガラスのコアおよび前記コアを包囲し、低い屈折率を有するジャケットにより形成される放射状屈折率特性を有する横断面に用意されたプレフォームから引き出すことにより製造された。

商業的に使用されるいわゆるシングルモード光ファイバープレフォームは主に公知ＯＶＤ（外付け蒸着）法、ＭＣＶＤ（内付け化学蒸着）法、ＰＣＶＤ（プラズマ化学蒸着）法およびＶＡＤ（軸方向蒸着）法により製造される。これらの方法においてコアと後でシングルモード光ファイバーのジャケットの部分からなる心棒を最初に製造する。ジャケット材料と呼ばれる他の石英ガラスを心棒に適用する。前記ジャケット材料の特性が光ファイバーの機械的強度に重要であるが、光特性の作用は従来あまり重要でなかった。

欧州特許（ＥＰ−Ａ１）第０３０９０２７号は石英ガラスの大きい容積のプレフォームから引き出すことによる光モノモードファイバーの製造方法を記載する。このプレフォームは支持体管の内壁にコア材料を堆積することにより製造され、支持体管が引き続きコア材料の未加工品を形成して圧漬され、コア材料未加工品をロッド・イン・チューブ技術により被覆する。心棒を被覆するために異なる直径の２つの石英ガラス管を使用し、大きい管が５２ｍｍの外径および２７ｍｍの内径を有する。フッ素含有雰囲気下でプラズマエッチングにより清浄化処理を開始する前にコア材料未加工品の接続部および被覆する管をエッチングし、洗浄し、乾燥することが更に記載されている。

欧州特許（ＥＰ−Ａ１）第５９８３４９号は厚壁石英ガラスシリンダーを使用して大きい容積のプレフォームから引き出すことによる光ファイバーの製造方法を記載する。石英ガラスシリンダーを製造するためにいくつかの方法が提案された。第１方法は２工程からなる。第１工程で円筒状石英ガラス未加工品を用意する。第２工程でコアドリルを使用することによりまたは未加工品を熱硬化法で処理して穴を製造することにより未加工品を機械的に穿孔し、中心の穴を形成する。第２方法はＯＶＤ法から出発し、多孔質ＳｉＯ_２煤を耐熱性心棒材料に堆積し、引き続き心棒材料を除去し、堆積した煤を脱水し、溶融してガラス化する。第３方法は多孔質煤材料をＶＡＤ法により直接形成し、引き続き脱水した堆積物を溶融することによりガラス化することからなる。

費用の理由から繊維を引き出す間にジャケットの部分に直接適用することがより一般的になった。繊維を引き出す間にジャケット管をいわゆる心棒に圧潰する。前記形式の方法に相当する、これ以後ＯＤＤ法と呼ぶこの方法の例は欧州特許（ＥＰ−Ａ１）第１２９９９９号に記載されている。心棒を内部ジャケットガラス管と外部ジャケットガラス管で同時に被覆することが提案された。内部ジャケットガラス管および外部ジャケットガラス管の内部に心棒を固定するために、外部ジャケットガラス管の下側端部の領域に狭窄部を備える。垂直に配列している外部ジャケット管を使用して支持リングを上からジャケット管の内部の穴に導入し、ジャケット管が狭窄部の直径よりわずかに大きい外径を有し、支持リングが狭窄部の領域に上から配置する。正確に水平に配列して、支持リングの中心の穴により、支持リングは、第１内部ジャケット管が支持リングに配置している間に円錐状下側端部を備えた心棒の停止点を生じる。引き続きジャケット管と心棒の同軸配置が炉に対して垂直方向に供給され、炉内で帯域的に軟化し、膜が互いに溶融し、真空が形成され、外部ジャケット管の内部の穴で真空が維持される。

繊維の特性を評価するための重要なパラメーターは力を作用せずに自由に移動する繊維により評価される繊維の湾曲または繊維のカールである。繊維のカールはプレフォームまたはＯＤＤ法による部品の同軸配置での理想的なシリンダーの対称性からのずれにより生じる。特にプレフォームにまたはＯＤＤ法に使用される部品にすでに生じた湾曲は繊維のカールに作用し、それは、繊維を引き出す間に炉の中心での正確な配置が困難になり、引き出される部品の均一な円筒型の対称な温度分布が困難になるからである。高品質の光ファイバーに関して約４ｍの曲率半径（繊維カール）が現在可能である。前記方法を使用して部品の製造中に最大の注意を払うことによりおよび引き出し炉内のきわめて正確な配置によってのみこの条件が満足される。しかし繊維のカールが特に繊維の束または繊維リボンの繊維の結合を困難にするので、繊維のカールを更に減少することが好ましい。

従って本発明の課題はカールを最小にした光ファイバーの安価な製造を可能にする方法を示すことである。

本発明のもう１つの課題は特に繊維の結合の形成中に簡単な処理により特徴付けられる光ファイバーを示すことである。

前記課題は方法に関しては前記方法から出発して本発明により、ジャケット管として最終寸法に機械的に処理され、少なくとも１００ｍｍの外径を有する石英ガラスシリンダーを使用することにより解決される。

本発明の方法は３つの基本的な構成により特徴付けられる。

１.一方でジャケット管として最終寸法に機械的に処理される石英ガラスシリンダーを使用する。これは以前から知られたＯＤＤ法および以前から知られたプレフォームを使用する引き出し法に関する基本的な相違を形成する。

コア管を被覆するＯＤＤ法に従来はいわゆるジャケット管が使用された。使用されるジャケット管の内径および外径は使用される心棒および製造される繊維に適合する。

形状は処理により標準化された寸法を有する石英ガラスシリンダーを必要なジャケット管寸法に延伸する垂直引き出し法での意図される用途に適合する。この垂直引き出し法において他の熱成形法と同様に、使用される石英ガラスシリンダーに比べて形状寸法の正確性が減少するはずであり、それというのも石英ガラスシリンダーは穿孔、研削および研磨のような機械的処理により１／１００ｍｍの範囲内の高い機械的正確性を有するように処理できるからである。

熱成形法、特にジャケット管を製造するための垂直引き出し法が理想的なシリンダー対称的引き出し条件から最小のずれの場合でさえも引き出し部品の曲がりを生じることが見出された。熱成形法により生じる付加的な湾曲は本発明による最終寸法に機械的に処理されるシリンダーの使用により回避される。

欧州特許（ＥＰ−Ａ１）第５９８３４９号は最終寸法に機械的に処理された高い形状正確性を有する石英ガラスシリンダーの使用を提案する。しかしこの刊行物は延伸によりこれから直接光ファイバーを製造するための使用を提案せず、光ファイバーのプレフォームを製造するための使用を提案する。しかし驚異的にもこの方法は所望の寸法の正確性および繊維の小さいカールを生じない。その理由は形状の正確な石英ガラスシリンダーが中間段階で心棒に圧漬され、プレフォームを取得し、プレフォームから光ファイバーが引き出されることである。しかし垂直引き出し法に関してすでに記載したように、石英ガラスシリンダーを心棒に圧漬する熱成形工程は、この方法で製造した部品、すなわちこの場合にプレフォームの曲がりを生じる。曲がりは引き出し装置の形状の許容性および引き出し軸からのずれにより形成されるべきである。軸方向に固定された引き出し装置を使用して、ガラスストランドの湾曲の場合に、てこの作用により大きい力が引き出しバルブの領域に伝達され、この力が更に変形を引き起こし、プレフォームの引き出し部分から引き出しバルブへの反応がすでに存在する湾曲を促進する。いずれにしても曲がったプレフォームは繊維引き出し中に繊維引き出し炉での放射状の不均一な温度分布を生じ、前記の不均一な温度分布が繊維のカールを促進する。同様にジャケット管の壁厚のすでに存在する寸法のずれは熱処理および引き出し処理により増加し、これによりずれが増加する。

これらの欠点は本発明の方法において、最終寸法に機械的に処理され、石英ガラス未加工品から機械的研磨により得られる石英ガラスシリンダーを使用し、延伸により得られるジャケット管またはプレフォームを使用しない手段により回避される。機械的処理（特に穿孔、研削および研磨）によりおよび公知の研削および研磨法およびこのために適当な市販の装置を使用することにより、１００ｍｍより大きい外径および２ｍ以上の長さを有する石英ガラス未加工品を正確な環状横断面および１／１００ｍｍの範囲の小さい寸法のずれを有する垂直シリンダーに完全に処理することが可能である。

本発明の意味で最終寸法に機械的に処理されたシリンダーは引き続く化学的処理により（エッチングにより）または火炎研磨により浄化され、滑らかにされる表面を有するシリンダーであり、エッチング処理および火炎研磨は石英ガラスシリンダーの湾曲に影響しないからである。寸法および機械的処理を考慮して欧州特許第５９８３４９号から公知の石英ガラスシリンダーが外径が少なくとも１００ｍｍである条件で本発明の方法の使用に適している。その限りでこの刊行物の内容は本発明に含まれる。

２.本発明の第２の基本的な構成は少なくとも１００ｍｍの外径を有する石英ガラスシリンダーを使用することである。ジャケット管の使用に比べて大きい容積の石英ガラスシリンダーの使用は２つの基本的な利点、すなわち費用の利点と寸法の正確さの改良を生じる。

費用の利点は繊維引き出し法で得られる大きい容積および得られる長い繊維の長さにより、安価な材料の製造が実現できる。

寸法の正確さに関する改良は繊維引き出し中の理想的なシリンダー対称性からの石英ガラスシリンダーのずれが小さい繊維直径に正確に縮小され、従って例えば小さい外径を有する公知のジャケット管にもとづく実物に相違しない小さい縮小の場合より顕著でないことによる。

機械的処理後に残留する幾何学的欠陥は工具の正確さおよび方法の技術的測定限界により決定される。これらの残留する欠陥は石英ガラスシリンダーができるだけ大きい壁厚を有する場合の衝突で最小にすることができる。縮小により繊維に生じるかなりの欠陥が小さくなる。

３.本発明の他の基本的構成は、使用される大きい容積の石英ガラスシリンダーが、しばしば製造方法にもとづく、心棒の少ない寸法の正確さを相殺できるという事実に認識されなければならない。心棒は熱処理で自動的に製造され、従って常に理想的な形状からある程度ずれる。後の時点での心棒の機械的処理はジャケットとコア材料の比の変動、従って汚染を生じ、従って意味がない。心棒の形状の欠陥の作用は石英ガラスシリンダーにできるだけ厚い壁を備えることにより最小にすることができ、これにより心棒のかなりの欠陥の提供が減少される。

本発明の方法において心棒を、他に他のジャケット管のほかに最終寸法に機械的に処理された石英ガラスシリンダーで被覆することができ、前記理由からこれらは有利に最終寸法に機械的に処理されたジャケット管である。

本発明の有利な構成は従属請求項に記載される。

石英ガラスシリンダーの外径が大きく、内径が小さいほど、石英ガラスシリンダーにより用意される石英ガラス容積が大きく、繊維キロメーターにもとづく製造費用および得られる繊維の寸法の正確さに関する方法の利点が大きい。

石英ガラスシリンダーの壁厚は重要な役割を果たす。有利に石英ガラスシリンダーの半径方向の断面積ＣＳＡ_（Ｃ）と心棒の半径方向の断面積ＣＳＡ_（Ａ）の比ＣＳＡ_（Ｃ）／ＣＳＡ_（Ａ）が５〜１００、有利に１０〜８０の範囲内にある、石英ガラスシリンダーおよび心棒が使用される。シリンダーの壁厚が増加するとともに、石英ガラスシリンダーの壁厚および外径に関係しないシリンダーの完全形状欠陥が繊維の引き出し中に大きい程度で縮小するので、石英ガラスシリンダーの壁厚が大きいほど、光ファイバーの製造がより正確になる。石英ガラスシリンダーの外径は少なくとも１００ｍｍである。

本発明による方法は少なくとも２ｍ、有利に少なくとも３ｍの長さを有する石英ガラスシリンダーの使用を可能にする。方法の経済性に有利に作用する最大長さを有する石英ガラスシリンダーの使用は機械的仕上げ処理によってのみ可能になり、それというのも機械的に仕上げされず、熱成形工程により最終寸法が得られた石英ガラス管においてある程度のゆがみが常に認められるからである。これは心棒の挿入をより困難にし、存在するゆがみを考慮するために、心棒の外径を同じにして管の長さを増加すると内径の増加が必要である。従ってシリンダーの長さは心棒と管の内壁の間隙幅の増加を必要とし、これにより管の圧漬中に形状のゆがみが生じる。本発明のこの観点で特に長い石英ガラスシリンダーの場合に寸法の正確さが改良される。

使用される石英ガラスシリンダーは有利に長さ１メートル当たり０.３ｍｍ以下、有利に０,１ｍｍ以下、特に０.０５ｍｍ以下の湾曲を有する。その壁厚のずれは長さ１メートル当たり０.３ｍｍ以下、有利に０.１ｍｍ以下、特に０.０５ｍｍ以下である。石英ガラスシリンダーのオーバルティーは長さ１メートル当たり０.３ｍｍ以下、有利に０.１ｍｍ以下、特に０.０５ｍｍ以下である。

使用される石英ガラスシリンダーは有利に多孔質の煤材料から製造される。多孔質煤材料は引き続く浄化、脱水およびドーピングを可能にし、ＯＨ基濃度および屈折率のようなガラス特性を調節し、使用される心棒に課される要求に適合することができる。

いわゆるＯＶＤ法により石英ガラスシリンダーを製造する場合が特に有利であることが判明した。この外部堆積法は、製造方法により正確な内部の穴を有し、ガラス化の後に小さい機械的仕上げ工程を必要とする管状体を生じる。

心棒と外部ジャケット管の環状間隙の幅が０.６ｍｍ未満、有利に０.３ｍｍ未満である場合が特に有利であることが判明した。

心棒と外部ジャケット管の間隙の大きさが正確な繊維の形状に関して重要なパラメーターであることが見出された。間隙が小さいほど繊維形状が良好になる。これはジャケット管を心棒に圧漬する間の減少した収縮距離により理解できる。この収縮はきわめて制限されるが、形状の誤差を生じるなお重要な材料の流れである。従って間隙の大きさを制限することによりできるだけ多くこの作用を減少することが有利である。

他方で大きい間隙の大きさを設定することが有利である。前記方法の１つの有利な構成において、環状間隙の幅が２ｍｍより大きく、有利に５ｍｍより大きく、特に１０ｍｍより大きい。心棒とシリンダーの間隙が大きいほど、圧漬工程中に生じる界面特性が良好になる。これはシリンダーを心棒に圧漬する間の大きい収縮距離により理解できる。この大きい距離は機械的に処理されたシリンダーの表面が心棒と接触する前の長い加熱時間を生じる。この強い加熱は機械処理され、表面処理された欠陥が完全に溶解し、この方法で表面がより滑らかになることを保証する。互いに接触する前に表面が滑らかで軟らかいほど界面特性が良好になる。従って間隙の大きさを増加することによりこの作用を促進することが界面特性に有利である。

光ファイバーに関して前記技術的課題は本発明により力を作用せずに繊維が少なくとも６ｍの曲率半径を有する特徴により解決される。

自由な曲率、すなわち繊維に外力を作用しない場合に６ｍ以上の曲率半径を示す繊維は特に結合の製造を容易にする。この繊維の製造は前記方法により行う。

本発明を実施例により詳細に説明する。

ＯＤＤ法により繊維引き出し中に心棒を石英ガラスシリンダーで被覆することにより光ファイバーを製造した。ファイバーは内部ジャケットガラス層により包囲されるコア部分および外部ジャケットガラス層を有する。コア部分は二酸化ゲルマニウム５質量％で均一にドープされた石英ガラスからなる。ジャケットガラス層はドープされていない石英ガラスからなり、石英ガラスの一部は心棒のジャケットにより用意され、一部は機械的に処理された石英ガラスシリンダーにより用意される。

例１
以下に、石英ガラスシリンダーの製造を第１実施例によりまず詳細に説明する。

ＶＡＤ法によりオキシ水素ガスバーナー中でＳｉＣｌ_４を火炎加水分解し、形成されたＳｉＯ_２煤粒子を回転石英棒に堆積することにより大きい容積の多孔質煤体を製造した。煤体をＨｅおよびＣｌ_２のガス混合物中で脱水し、引き続き帯域溶融法により１５５０℃でガラス化した。これにより大きい円筒状石英ガラスブロックが得られた。

石英ガラスブロックの外部表面を＃８０砥石を有する表面研磨機を使用して所望の外部寸法に研磨し、石英ガラスブロックの内部に同様に＃８０砥石を備えたコアドリルを使用して穿孔した。これにより合成石英ガラスの管が得られた。

高い精度の仕上げのために、研磨機を使用して管の内壁を再処理し、長手軸方向に伸びる正確に環状断面を有する垂直な穴を生じた。管を研磨し、ファインネス＃８００の研磨手段により仕上げ作業を実施した。引き続き管の外部を、ＮＣ表面研磨機を使用することにより外径の中心軸が内径の中心軸と一致するように研磨した。シリンダーが許容誤差２％の所望の壁厚に機械処理されることが保証された後に外部を＃１４０で仕上げ処理した。引き続き管を５〜３０％の濃度を有するフッ化水素酸浴中でエッチングし、表面張力が低下し、表面処理により生じる損傷を取り除いた。

この方法で得られた予め処理したシリンダー（表１の試料１）は外径１２０ｍｍ、内径１６ｍｍおよび長さ２５００ｍｍを有した。壁厚の寸法のずれΔ（Ｄ_ｍａｘ−Ｄ_ｍｉｎ）は最大で０.０５ｍｍであり、湾曲は０.０５ｍｍ／直径長さ未満であり、オーバルティーに関して０.０４ｍｍ以下が測定された。更に長手軸方向に８ｍｍの距離にわたり粗さ測定装置を案内することにより粗さに関して表面を検査し、内部表面に関してＲ_ｍａｘ４.８μｍおよび外部表面に関して５３μｍの値が測定された。

更にＯＶＤ法によりいわゆる心棒を製造した。この目的のために、堆積バーナーを往復運動することにより煤粒子を層状に長手軸の周りに回転するキャリアに堆積し、ＳｉＣｌ_４およびＧｅＣｌ_４を堆積バーナーに供給し、酸素の存在でバーナーの炎で加水分解してＳｉＯ_２およびＧｅＯ_２を得た。内部層の堆積中に煤管の壁厚の前記部分に予め決定された均一な５モル％のＧｅＯ_２濃度が得られるように、ＳｉＣｌ_４およびＧｅＣｌ_４の比を調節した。煤層が堆積して心棒のコア部分を形成するとすぐに、堆積バーナーへのＧｅＣｌ_４の供給を中断し、コア部分にドープされていないＳｉＯ_２の第１内部ジャケットガラス層を堆積した。

堆積法が終了し、キャリアを除去した後に煤管が得られ、これを製造方法により生じるヒドロキシル基を除去するために脱水処理した。この目的のために、煤管を垂直の方向に脱水炉に導入し、最初に塩素含有雰囲気で８００〜約１０００℃の範囲の温度で処理した。この処理を約６時間継続した。これにより１００質量ｐｐｂ未満のヒドロキシル基濃度が得られた。

この方法で処理した煤管をガラス化炉内で約１３５０℃の範囲の温度でガラス化し、この方法で内部の穴を圧漬し、所望の屈折率特性の心棒を生じた。これにより表１に記載される外径およびコア直径を有する２つの心棒（試料１および試料２）を製造した。

心棒は半径方向の断面に０.００４質量ｐｐｍの均一なＯＨ含量を有した。

外径１２５μｍを有する製造される光ファイバーにおいて表１によるそれぞれの心棒は約８.５μｍの直径を有するコア部分を形成する。

本発明により、石英ガラスシリンダーの形で、ただしＯＤＤ法でファイバーを引き出す間に心棒にのみ圧漬されるファイバーの外部ジャケットガラス層を形成する他のジャケット材料を用意した。

ファイバーを製造するために、ガラス心棒（長さ２４５０ｍｍ）を石英ガラスシリンダーに挿入し、心棒の中心軸がシリンダーの中心軸と一致するようにガラスシリンダーに固定した。得られた複合体構造の２つの端部を石英ガラスホルダーに結合し、複合体構造を上側から垂直に配列し、電気加熱した繊維引き出し炉に導入し、下側端部で出発して約２１８０℃の温度で帯域的に軟化し、軟化した領域から外径１２５μｍを有するファイバーを引き出した。この方法で心棒および石英ガラスシリンダーの間に残る約１ｍｍの間隙に２００ｍｍ〜１００ｍｍＡｑの範囲の負の圧力が維持された。炉の中心に正確に複合材料を中心に配置し、引き出し炉の内部でシリンダーの対称な温度分布が得られることに特に配慮した。

これにより得られた直径１２５μｍを有する光ファイバーはカットオフ波長Ｉｃ１.２４５μｍ、光減衰１.３μｍの波長で０.３３４ｄＢ／ｋｍ、およびコア偏心０.１２μｍの達成を可能にする高品質ファイバーであることが判明した。更に前記ファイバーは５.５ｍの半径で小さいファイバーカールを示した。

例２
前記の心棒の製造と同様に、ただしドーパントを添加せずに標準的ＯＶＤ法を用いて外部堆積により大きい多孔質煤体を製造した。キャリアの除去後に煤管が得られ、これを前記のように脱水処理し、引き続きガラス化した。合成石英ガラスからこの方法で製造した管状石英ガラス未加工品の２つの端部を切断し、外壁を＃８０砥石を備えた表面研磨機を用いて粗く研磨し、これにより予め決定された所望の外径が実質的に得られた。得られた管の内部表面を＃８０砥石を備えた研磨機を使用して全体に研磨した。砥石を交換することにより研磨の程度は連続的に改良され、＃８００砥石で最終処理を行った。

その後超音波壁厚測定装置を長手軸方向に５０ｍｍの通路を案内することによりこの方法で処理された管の壁厚の違いを検査し、周囲に分配された８個の測定点を生じた。引き続き管の外部表面をＮＣ表面研磨機を使用して研磨した。予め決定された許容誤差内の壁厚を有する管が製造されることが保証された後で管をフッ化水素酸含有エッチング溶液中で短時間エッチングした。

これにより外径１５０ｍｍおよび内径２２ｍｍ、壁厚の最大ずれΔ６０μｍを有する合成石英ガラスの大きい容積のシリンダーを生じた。湾曲は０.０６ｍｍ／長さメートル未満であり、オーバルティーに関して０.０５ｍｍ以下が測定された。この予め処理された管の表面粗さＲ_ｍａｘは内部表面に関して３.５μｍおよび外部表面に関して７７μｍであった（表１の試料２）。

表１試料２による心棒を得られた石英ガラスシリンダーに挿入し、固定した。心棒は長さ２４５０ｍｍを有した。引き続き得られた複合体構造を、垂直に配列し、電気加熱した繊維引き出し炉内で２０００〜２４００℃の範囲の温度に加熱し、複合体を下側端部から溶融し、軟化し、軟化帯域から１２５μｍ＋０.５μｍの外径を有して光ファイバーを引き出した。心棒と石英ガラスシリンダーの環状間隙（１ｍｍ）で２００ｍｍ〜１０００ｍｍＡｑの範囲の真空が得られた。

この方法で得られた光ファイバーは、０.１１μｍ以下のファイバーコアの編心、カットオフ波長Ｉｃ１.２７０μｍ、波長１.３μｍでの光減衰０.３３８ｄＢ／ｋｍ、１.３８μｍの波長でのＯＨ基による減衰が０.６５ｄＢ／ｋｍである高品質のファイバーであることが判明した。更に半径６.１ｍでの小さい繊維のカールが示された。

例３
蒸気相からの外部堆積（ＯＶＤ）により製造した大きい多孔質煤体を例２と同じ方法で製造し、脱水し、屈折率を調節する処理を行い、ガラス化し、合成石英ガラスのシリンダーを生じた。得られた石英ガラスシリンダーの内壁および外壁を例１に記載されるように機械的に研磨した。

得られたシリンダーの内径を高い精度の研磨機により５０ｍｍの値に機械処理し、外壁を外径２００ｍｍ（表１試料３）に研磨した。得られた石英ガラスの大きい容積のシリンダーの壁厚は全長さ３５００ｍｍにわたり最大ずれ０.０７ｍｍを示した。湾曲は０.０８ｍｍ／長さメートル未満であり、オーバルティーに関して０.０７ｍｍ以下が測定された。この予め処理された管の表面粗さＲ_ｍａｘが内部表面に関して３.５μｍおよび外部表面に関して７７μｍであることが判明した。

更に例１に記載された方法により心棒を製造した（外径＝２０ｍｍ）。前記心棒に外径４８ｍｍまで付加的なジャケット材料を添加するために、ジャケット管を心棒に圧漬した。ＳｉＣｌ_４の火炎加水分解によりＳｉＯ_２粒子を形成し、ＳｉＯ_２粒子を回転マンドレルに軸方向に堆積することによりジャケット管を製造した。ドープされていない多孔質石英ガラスからなるジャケット管を焼結する前に塩素含有雰囲気で乾燥した。焼結後ジャケット管は内径約２２ｍｍおよび外径約４９ｍｍを有し、ジャケット管の壁厚にわたり均一である０.０５質量ｐｐｍの平均ＯＨ含量を有した。引き続きジャケット管を最終寸法に機械的に処理し、その後心棒に圧漬した。この目的のために心棒をジャケット管の内部に同軸に配置し、心棒とジャケット管の間の環状間隙を決定する表面を浄化し、塩素含有雰囲気で約１０００℃の温度で脱水した。引き続きジャケット管を２１５０℃の温度（炉温度）に電気加熱炉内で帯域的に加熱した装置により心棒に溶融し、表１試料３に示される寸法を有する心棒が得られた。

ジャケット管を圧漬後、心棒に第２外部ジャケットガラス層を形成する。この方法で得られた石英ガラス棒は後の光ファイバーの繊維の心を表し、ジャケットは光の導入に関与する（いわゆる光学的被覆）。コアガラス帯域は典型的に１.４５８５の屈折率ｎ_Ｍ１を有するドープされていない石英ガラスのジャケットにより包囲される。ジャケットは内部ジャケットガラス層および外部ジャケットガラス層により形成される。

この方法で製造した３.３ｍの長さを有する心棒を表１試料３による石英ガラスシリンダーに挿入し、固定した。得られる複合体構造を引き続き垂直に配列した電気加熱繊維引き出し炉内で２０００〜２４００℃の範囲の温度に加熱し、複合体を下側端部から溶融し、軟化し、軟化帯域から光ファイバーを１２５μｍ±０.５μｍの外径を有して引き出した。心棒と石英ガラスシリンダーの環状間隙（１ｍｍ）で２００ｍｍＡｑ〜１０００ｍｍＡｑの範囲の真空を維持した。

この方法で得られた光ファイバーは０.１０μｍ以下の繊維コアの偏心、カットオフ波長Ｉｃ１.２７０μｍ、波長１.３μｍでの光減衰０.３３４ｄＢ／ｋｍを有する高品質ファイバーであることが判明した。更に６.２ｍの半径で小さい繊維カールが示された。

例４
例３に記載された方法を変形して、ただし示された形状寸法は維持して、最終寸法に機械的に処理され、表面が滑らかにされたジャケット管を方法の別の工程で心棒に圧漬せず、直接ＯＤＤ法でシリンダーと心棒を有する同軸配置で光ファイバーに引き出した。

得られた光ファイバーは０.０８μｍ以下の繊維コアの偏心、カットオフ波長Ｉｃ１.２７０μｍ、波長１.３μｍでの光減衰０.３３０ｄＢ／ｋｍを有する特に高い品質を有するファイバーであることが判明した。更に６.８ｍの半径で特に小さい繊維カールが示された。

例５
例３に記載の方法により、表１試料４に示される寸法を有する大きい容積の多孔質煤体を製造した。石英ガラスシリンダーの内壁および外壁を例１に記載されるように機械的に研磨した。得られた石英ガラスの大きい容積のシリンダーの壁厚は全長さ３０００ｍｍにわたり０.０８ｍｍの最大ずれを示した。湾曲は０.０７ｍｍ／長さメートル未満であり、オーバルティーに関して０.０６ｍｍ以下が測定された。

更に例１に記載された方法により外径５８ｍｍ、コア直径１２.４ｍｍおよび長さ２.９ｍを有する心棒を製造し、表１試料４による石英ガラスシリンダーに挿入し、固定した。

得られた複合体構造を引き続き垂直に配列した、電気加熱した繊維引き出し炉内で２０００〜２４００℃の範囲の温度に加熱し、前記構造を下側端部から溶融し、軟化し、軟化した帯域から外径１２５μｍ±０.５μｍを有する光ファイバーを引き出した。

得られた光ファイバーは０.１０μｍ以下の繊維コアの偏心、カットオフ波長Ｉｃ１.２７０μｍ、波長１.３μｍでの光減衰０.３３４ｄＢ／ｋｍを有する高品質ファイバーであることが判明した。更に６.０ｍの半径で小さい繊維カールが示された。

例６
石英ガラスシリンダーを例２により製造し、処理した（表１試料５）。

長さ２４５０ｍｍおよび外径２０.９ｍｍを有する表１試料５による心棒を製造し、心棒は石英ガラスシリンダーの穴にほぼ完全に適合した。

心棒を石英ガラスシリンダーに挿入し、固定した。心棒と石英ガラスシリンダーの環状間隙はこの場合に０.６ｍｍ未満である。得られた複合構造を引き続き垂直に配列した、電気加熱した繊維引き出し炉内で加熱し、例２に記載されるようにファイバーを引き出した。

この方法で得られた光ファイバーは０.０６μｍ以下の繊維コアの偏心、カットオフ波長Ｉｃ１.２７０μｍ、波長１.３μｍでの光減衰０.３３８ｄＢ／ｋｍ、１.３８μｍの波長でのＯＨ基による減衰が０.６５ｄＢ／ｋｍである高品質ファイバーであることが判明した。更に７.０ｍの半径で小さい繊維カールが示された。

例７
例２により石英ガラスシリンダーを製造し、処理して表１試料６によるシリンダーを得た。

長さ２４５０ｍｍおよび外径２１.５ｍｍを有する所定の心棒を製造し、心棒は石英ガラスシリンダーの穴にほぼ完全に適合した（表１試料６）。

小さい間隙の大きさに必要な心棒のきわめて正確な形状を得るために、心棒の機械的処理が必要であった。この機械的処理はコアと被覆材料の直径の関係に不利に作用することがあり、従って低い水準に維持すべきであり、直径の変形のみが排除されるべきである。この場合に２４ｍｍまでの最初の直径を有する心棒を製造した。

引き続き直径２１.８ｍｍに精密研磨し、最後にプラズマ火炎研磨してＯＨ不純物のないきわめて滑らかな表面特性が得られ、心棒の直径が２１.５ｍｍの最終直径に減少した。精密研磨工程により一般的な標準的心棒（ＭＣＶＤ、ＶＡＤまたはＯＶＤ）で起きるすべての形状の誤差が訂正されることが保証される。

心棒を石英ガラスシリンダーに挿入し、固定した。心棒と石英ガラスシリンダーの環状間隙はこの場合に０.３ｍｍ未満である。得られた複合体構造を引き続き垂直に配列し、電気加熱した繊維引き出し炉内で加熱し、例２に記載されるように繊維を引き出した。

この方法で得られた光ファイバーは０.０４μｍ以下の繊維コアの偏心、カットオフ波長Ｉｃ１.２７０μｍ、波長１.３μｍでの光減衰０.３３８ｄＢ／ｋｍ、１.３８μｍの波長でのＯＨ基による減衰が０.６５ｄＢ／ｋｍである高品質ファイバーであることが判明した。更に８.５ｍの半径で小さい繊維カールが示された。

例８および９
繊維の品質を更に改良するために、心棒とシリンダーの間隙の大きさに関する試験を実施し、間隙の大きさがきわめて重要なパラメーターであることが見出された。心棒とシリンダーの間隙幅が大きいほど、圧漬工程中に形成される界面特性が良好になる。

従って例２に記載される方法により石英ガラスシリンダーを製造し、処理し、表１の試料６および７に記載される寸法を有する２つの中空シリンダーを得た。シリンダーの内径はそれぞれ５２ｍｍおよび４５ｍｍであった。

長さ２４５０ｍｍおよび外径２６.０ｍｍを有する試料７の心棒を製造した。試料８の心棒は外径２４.０ｍｍの外径を有した。

それぞれの心棒を前記のように石英ガラスシリンダーに挿入し、固定した。シリンダーの内部被覆と心棒の外部表面の環状間隙幅は例７の試料では約１３ｍｍであり、例８の試料では１０.５ｍｍであった。得られた複合体構造を引き続き垂直に配列した、電気加熱した繊維引き出し炉内で加熱し、例２に記載されるように繊維を引きだした。

シリンダーと心棒の環状間隙が大きいほど、収縮距離が大きくなり、従って機械的に処理されたシリンダーの表面と心棒が互いに接触する前の圧漬時間が長くなる。この強い加熱は機械的に処理され、表面処理された欠陥が完全に溶融し、これにより表面がきわめて滑らかになることを保証する。

長い加熱時間および表面の滑らかさを評価するために、試料８の心棒をファインネス程度♯８００の研磨手段を使用して研磨処理し、石英ガラスシリンダーに挿入した。この心棒の処理は標準的心棒で通常発生する形状の誤差が訂正される付加的な利点を有する。

この方法で得られた光ファイバーは高い品質のファイバーであることが判明した。ファイバーの光学的および機械的特性は例６のファイバーに関して報告される特性に類似する。ファイバーを付加的に試験し、界面の破壊および空気ラインに関して分析した。両方の場合に欠陥が認められなかった。

ＯＶＤ法により光ファイバーのための合成石英ガラスを製造する本発明の適当な方法および装置に関する詳細は以下の刊行物に記載されている。米国特許第５７８８７３０号は均一な放射状密度分布を有する煤体を製造するための方法および中心ノズルおよび少なくとも３個の環状ノズルを有する石英ガラスの堆積バーナーを記載する。ドイツ特許（ＤＥ−Ａ１）第１９７２５９５５号は液体ガラス出発材料を供給するバーナーの使用を記載し、ドイツ特許（ＤＥ−Ａ１）第１９５０１７３３号は圧力を補償する容器を使用して２個以上の堆積バーナーにガスを同時に、均一に供給する装置を記載する。ドイツ特許（ＤＥ−Ａ１）第１９６２９１７０号は煤堆積の効率を高めるために、堆積バーナーと煤体の間の静電領域の適用を提案する。ドイツ特許（ＤＥ−Ａ１）第１９６２８９５８号およびドイツ特許（ＤＥ−Ａ１）第１９８２７９４５号は振動により移動するバーナー装置を使用することにより煤の堆積を均一にする手段を示す。堆積工程の間および後で煤体を処理する方法および装置はドイツ特許（ＤＥ−Ａ１）第１９７５１９１９号およびドイツ特許（ＤＥ−Ａ１）第１９６４９９３５号から公知であり、ガラス化の間に煤体を保持する手段は米国特許第５６６５１３２号、米国特許第５７３８７０２号およびドイツ特許（ＤＥ−Ａ１）第１９７３６９４９号に記載される。石英ガラスへのフッ素およびホウ素のドーピングは欧州特許第５８２０７０号に記載され、米国特許第５７９０７３６号は繊維のコア材料とジャケット材料の粘度の調節を記載し、ドイツ特許第１９８５２７０４号はＭＣＶＤ法によりドープした支持体管を使用して光ファイバーを製造する方法に関する。特定のドリルを使用することによるガラス化した石英ガラス中空シリンダーの後処理は米国特許第５６４３０６９号に記載される。米国特許第５７８５７２９号はロッド・イン・チューブ技術を使用する大きい容積のプレフォームの製造を開示する。ドイツ特許（ＤＥ−Ａ１）第１９９１５５０９号は前記技術を実施するために適した引き出し装置を記載する。欧州特許（ＥＰ−Ａ１）第７６７１４９号およびドイツ特許第１９６２９１６９号は垂直引き出し法による正確な寸法の石英ガラス管の製造に関する。

Claims (16)

1. 心棒および外部ジャケット管からなる同軸配置が延伸され、前記同軸配置が加熱帯域に垂直方向に供給され、その下側端部で出発して加熱帯域で帯域的に軟化され、前記光ファイバーが軟化した部分から下側に取り出され、これにより心棒とジャケット管の間に存在する環状間隙が圧漬されることにより光ファイバーを製造する方法において、前記ジャケット管として、少なくとも１００ｍｍの外径を有する、最終寸法に機械的に処理された石英ガラスシリンダーを使用することを特徴とする光ファイバーの製造方法。
2. 少なくとも１５０ｍｍ、有利に少なくとも２００ｍｍの外径を有する石英ガラスシリンダーを使用する請求項１記載の方法。
3. ７０ｍｍ以下、有利に５０ｍｍ以下の内径を有する石英ガラスシリンダーを使用する請求項１または２記載の方法。
4. ４０ｍｍ以下、有利に３０ｍｍ以下の内径を有する石英ガラスシリンダーを使用する請求項３記載の方法。
5. 石英ガラスシリンダーと心棒を使用し、その際石英ガラスシリンダーの半径方向の断面積ＣＳＡ_（Ｃ）と心棒の半径方向の断面積ＣＳＡ_（Ｒ）の比ＣＳＡ_（Ｃ）／ＣＳＡ_（Ｒ）が５〜１００、有利に１０〜８０の範囲内にある請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 少なくとも２ｍ、有利に少なくとも３ｍの長さを有するガラスシリンダーを使用する請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 長さ１ｍ当たり０.３ｍｍ以下、有利に０.１ｍｍ以下、特に０.０５ｍｍ以下の湾曲を有する石英ガラスシリンダーを使用する請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. ０.３ｍｍ以下、有利に０.１ｍｍ以下、特に０.０５ｍｍ以下の壁厚のずれを有する石英ガラスシリンダーを使用する請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. ０.３ｍｍ以下、有利に０.１ｍｍ以下、特に０.０５ｍｍ以下のオーバルティーを有する石英ガラスシリンダーを使用する請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
10. ＯＶＤ法により製造した石英ガラスシリンダーを使用する請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 環状間隙の幅が０.６ｍｍより小さい請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 環状間隙の幅が０.３ｍｍより小さい請求項１１記載の方法。
13. 環状間隙の幅が２ｍｍより大きい請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
14. 環状間隙の幅が５ｍｍより大きい請求項１３記載の方法。
15. 環状間隙の幅が１０ｍｍより大きい請求項１３記載の方法。
16. 力を作用せずに少なくとも６ｍの曲率半径を有することを特徴とする心および前記心を覆うジャケットからなる光ファイバー。