JP2549901B2 - 特に希土類でドーピングした光ファイバを製造するための内部ドーピング形透明ガラス管の製造方法 - Google Patents

特に希土類でドーピングした光ファイバを製造するための内部ドーピング形透明ガラス管の製造方法

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JP2549901B2 JP63259261A JP25926188A JP2549901B2 JP 2549901 B2 JP2549901 B2 JP 2549901B2 JP 63259261 A JP63259261 A JP 63259261A JP 25926188 A JP25926188 A JP 25926188A JP 2549901 B2 JP2549901 B2 JP 2549901B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は一般的にはガラス管の内部ドーピング、即ち
1種類以上のドーピング剤をガラス管の内部層に混入す
ることに係わる。本明細書では、「ドーピング剤(dopa
nt)」という用語はガラスの特性を局部的に変化させる
ことのできる物質を意味する。本発明は特に、前述のよ
うなドーピング剤の揮発性前駆体を反応性気体混合物中
に予め混入したくない場合、又は混入できない場合に適
用される。従って、本発明は光ファイバの製造で現在求
められている条件を満たすことができる。光ファイバの
製造では、熱間直径収縮処理によってプレフォームにな
り、このプレフォームの熱間延伸処理によってファイバ
になるガラス管の光学的特性を局部的に変化させるため
に、様々なドーピング剤が使用される。使用するドーピ
ング剤が揮発性前駆体を有する場合には、通常は公知の
方法によってその前駆体を反応性気体混合物に容易に混
入することができ、次いでこの混合物を介して前記元素
をガラス管に混入することができる。しかしながら、こ
のような方法は混入すべきドーピング剤が揮発性前駆体
をもたない場合には使用できない。ネオジム又はエルビ
ウムのような希土類はこれに相当する。ドーピング剤を
混入される方のガラスは、本発明を光ファイバの製造に
使用する場合にはシリカガラスである。
光ファイバの製造では、“MCVD"と称する公知の方法
によるプレフォームの形成に使用される通常のドーピン
グ剤の前駆体が室温でも数千パスカルの蒸気圧を有する
ため、第1の先行技術の方法では反応器にキャリヤガス
を吹込むことによって前記前駆体を反応体中に混入し、
前記反応性気体混合物を製造することができる。これに
対し、レーザ又はセンサの製造に使用するための光ファ
イバの製造で使用することができる希土類化合物は、こ
れら化合物の融点に近い温度でも蒸気圧が極めて低い。
例えばNdCl3の蒸気圧は820℃で3.52パスカルであり、Er
Cl3の蒸気圧は830℃で14.84パスカルである。
従って、ガス吹込み操作を含む前記第1製法を使用す
ることはできない。希土類でドープした第1プレフォー
ムは、「ドーピングチャンバ」式と称する第2の先行技
術の方法(説明の最後に記載の参考文献No.1参照)によ
って形成されてきたが、この第2の方法ではドーピング
剤を長手方向で十分に均一に導入することができない。
欧州特許出願第0 025 230号には、希土類以外のドー
ピング剤の混入に係わる第3の方法が記載されている。
この欧州特許出願明細書は、液体キャリヤ中に溶解した
前駆体にドーピング剤を混入し、この前駆体と液体キャ
リヤとを液体キャリヤ中に溶解したシリカの前駆体と混
合し、この液体混合物を加圧下で送給管を介して、ドー
ピング剤の混入を受けるべき内部層を有するガラス管ブ
ランク内を移動し得る適用点に導入し、前記と同じ適用
点で、前記前駆体と化学的に反応してドーピング剤とシ
リカとを形成し得る液体試薬も加圧下で導入し、前記前
駆体とその液体キャリヤとを前記試薬と共にガラス管ブ
ランクの内面方向に噴霧し、前記適用点を移動させて前
記内面を走査することによりドーピング処理ガラス層を
低温で形成し、次いで液体キャリヤを乾燥によって除去
することを提案している。
前記第3の公知方法は実用的ではないと思われる。な
ぜなら、形成されたガラス層がその形成時に含む液体キ
ャリヤが、後で加熱によってガラスを乾燥させ且つ固結
させても許容し得る光学的特性、特に透明性を与えるこ
とができないような量に及ぶからである。
この技術分野で公知の第4の方法は、少なくとも典型
的実施態様の1つにおける本発明の方法と少なくとも幾
つかの点で共通した種々の操作を含む。
この第4の先行技術方法及び本発明の方法はいずれも
前記の混入すべきドーピング剤でドーピングされていな
いか、又は少なくとも完全にはドーピンされていない管
ブランクを出発材料とする。
前述の共通操作は下記の操作である。
− 第1先端から第2先端までの長さと内部空間を包囲
する内面とを有するガラス製の管ブランクを製造する。
− 揮発性液体キャリヤからなり、前記ドーピングを行
うのに適したドーピング剤を含む液体ドーピング液を形
成する。
− 堆積後に流れ落ちないように十分に少ない量の前記
ドーピング液を前記管ブランクの前記内面に堆積するこ
とによって、前記ドーピング剤を液体状態で堆積させ
る。
− 前記ドーピング剤を堆積した後で前記内面を乾燥さ
せて、前記液体キャリヤを蒸発させる。
− 管ブランクの前記内面が乾燥した後で、該内面にガ
ラスの被膜層を形成する。
− 加熱−拡散処理にかける。この操作は、前記ガラス
被膜層が少なくとも部分的に形成された後で、前記管ブ
ランク及び被膜層を拡散温度に加熱して前記ドーピング
剤を前記ガラス中に確実に拡散せしめることからなる。
この第4の公知方法では、前記被膜層形成操作を加熱
拡散処理も同時に実行できるような温度で行う。ドーピ
ング剤を付着させる操作は2つのステップで行う。即
ち、第1ステップで管ブランクの内面に均一な多孔性内
部層(soot)を形成し、第2ステップで前記多孔層に前
記ドーピング液を含浸させるのである。ドーピング液は
このようにして前記面の全体にわたり均一な状態で保持
される。乾燥後に加熱すると、前記多孔層がドーピング
剤を含んだガラス層に変換される。この第4の公知方法
は参考文献No.2に記述されている。
この先行技術の方法は下記の欠点を有する。
先の層形成操作、特に前記多孔層形成のためにガラス
製造用旋盤の上に配置しておいた管ブランクを、この多
孔層の含浸処理のために前記旋盤から取り外さなければ
ならない。この管はその後、別の層形成操作又は少なく
とも直径収縮処理、即ち光ファイバに延伸する前のプレ
フォームを得るための変形加工にかけるべく、再び前記
旋盤上に配置しなければならない。
従って、複雑で費用のかかる取り外し及び再配置が必
要になる。そのため、特に管の内部が主に先の層形成操
作時に該管の下流に付着した煤によって汚染される危険
がある。この煤はガラス層を形成すべく管の中に流した
気体反応混合物によって生じたものである。この煤は前
記ガラス層を形成するための適切な場所に付着しないま
ま、残りの気体反応混合物によってもっと遠くに流され
た粒子からなる。このような煤が管の取り外し及び再配
置時に少量でも管の中に入ると、最終的に形成されるフ
ァイバの光学的特性に悪影響が及ぼされる。
本発明の主な目的は、ドーピング剤をガラス管の一端
のみから該管中に混入できるようにし、既にガラス製造
用旋盤上に配置された管を取り外す必要をなくし、前記
管の他端が汚染されていた場合にこの他端からドーピン
グ剤を混入することによって生じ得る該管の汚染を回避
し、ドーピング剤を長手方向で均一に分配せしめ、且
つ、前記管を直径収縮処理してプレフォームを形成しこ
のプレフォームを更に延伸処理して光ファイバを形成す
る場合には、良好な光学的特性をもつファイバを経済的
に製造せしめることにある。
発明の概要 これらの目的を達成すべく、本発明は、少なくとも前
述の典型的実施態様では前述のごとき共通操作を含み、
且つ前記ドーピング剤堆積操作が下記の操作を含むとい
う点で前記第4公知方法と異なることを特徴とする方法
を提供する: − 前記ドーピング液を霧化して、キャリヤガス中に懸
濁した小滴からなるドーピング霧の形態にする。
− 霧送給管を前記管ブランクの前記内部スペースに配
置する。この霧送給管は前記管ブランクの外側に入口端
を有し、管ブランクの前記第1先端から管ブランク内に
導入され、前記内部スペース内に位置する出口端まで延
びる。
− 前記霧送給管が前記ドーピング霧を前記内部スペー
ス内の出口端から放出し、この霧の小滴の前記内面への
堆積によって前記ドーピング剤を堆積が実施されるよう
に、前記入口端から前記霧送給管への供給を行う。
− 前記霧送給管の出口端が管ブランクの長さに沿って
移動し、その結果前記ドーピング剤の前記堆積が前記内
面の全体にわたって行われるように、前記供給を行いな
がら前記霧送給管を管ブランク内で調節的に移動させ
る。
本発明に従い前述のごとき霧を用いてドーピング液を
塗布すると、肉眼でみて、この液が前記内面上で該内面
が乾燥するまで均一に分配されることが判明した。
本発明では更に、時として好ましい下記の措置もとり
得る: − 前記霧化操作を管ブランクの外側で、且つ液体成分
が直径約12μm未満、より特定的には約1〜約5μmの
小滴からなるような霧が得られるように行う。
− 霧送給管を配置する操作では、該管の前記出口端を
管ブランクの前記第2先端に配置し、該霧送給管を調節
的に移動させることによって前記出口端を管ブランクの
前記第2先端から第1先端まで移動させる。
このようにすると、前記ドーピング霧からの小滴の堆
積が常に、霧送給管のもはや存在しない管ブランク長手
方向部分、従って例えば前記内面の接触及び走査により
堆積が妨害されることのない部分で行われることにな
る。
− 前記ドーピング剤堆積操作、管ブランクの内面の乾
燥及び該内面上に被膜層を形成する操作を、管ブランク
を取り外さずにガラス製造用旋盤上で行い、被膜形成操
作の邪魔にならないように、前記調節的移動操作の後で
前記霧送給管を除去する操作もドーピング剤堆積操作の
一部として行う。
− 霧送給管を限定された空間で配置し、調節的に移動
させ且つ除去できるように該霧送給管の折り曲げを可能
にすべく、該管を可撓管で構成する。
− 前記管ブランクが少なくとも厚みの一部分にわたっ
て比較的溶融し難いベースガラスからなる場合には、こ
のベースガラスより溶融し易いガラスからなる受容層を
形成するための予備操作も行う。その場合は、前記受容
層の自由面が前記内面を構成することになる。前記被膜
層のガラスも前記ベースガラスより溶融し易いものを選
択する。ドーピング剤堆積操作及び内面乾燥操作は、前
記受容層形成操作と被膜層形成操作との間に行う。被膜
層形成操作及び/又は加熱拡散操作は、少なくとも前記
被覆層をガラス化し且つ前記ドーピング剤をこの被膜層
及び前記受容層中に拡散させるのに十分な温度で実施す
る。これらの温度はまた、前記ベースガラスの剛性を保
持できる程度に低くなければならない。このようにし
て、管ブランクを変形させずに連続したガラス体が形成
される。
− 本発明の一般的実施態様では、前記受容層形成操作
及び被膜層形成操作が各々下記の公知の操作を含む:堆
積温度に加熱されると反応を起こす反応性気体混合物を
上流端から下流端に向けて管ブランクの前記内部スペー
スに流し、それによって形成すべき層を構成することに
なるガラスを堆積させ、それと同時に、前記管ブランク
の長さ方向の一部分が必ず前記堆積温度に加熱されその
結果前記ガラスが堆積するように、加熱手段を前記長さ
方向で移動させて少なくとも1パス分の加熱を行い、こ
の加熱工程が終了した時に前記堆積が管の長さの全長に
わたって実施されているようにする。この場合は前述の
ごとく、煤が管の下流に付着するのが普通である。そこ
で、前記霧送給管の導入に伴って前記煤が管ブランク内
に侵入するのを回避すべく、管ブランクの前記上流端を
第1先端として選択し、この第1先端から霧送給管を導
入する。
− 本発明を光ファイバの製造に使用する場合には、前
記ベースガラスが通常シリカであり、前記受容層及び被
膜層がシリカをベースとする複合ガラスからなる。前記
被膜層形成操作は公知のように、前記加熱拡散処理も同
時に実施されるように前記拡散温度に達する堆積温度で
行う。前記乾燥操作は、前記拡散温度より低い乾燥温度
で加減しながら漸進的に加熱することによって行う。こ
れは、前記揮発性溶媒の蒸発によってドーピング剤の薄
い不連続層が破損するのを回避するためである。前記揮
発性溶媒は通常水である。
以下、添付図面に基づき、前述のような用途における
本発明の実施法の非限定的具体例を説明する。尚、図面
を通して、同一部材には同一符号を付した。
ここに非限定的具体例として挙げる実施法は、前述の
措置を時として好ましいものとして含む。また、ここに
記載の部材は同様の機能を果たす別の部材に代えること
ができると理解されたい。
具体例 第1図及び第3図に示すように、前記ガラス製造用旋
盤は上流主軸台10及び下流主軸台11を有し、これらの主
軸台は、管ブランクを構成する管4のようなシリカ管を
保持して水平軸線Aを中心に回転させるための上流ジョ
ー10A及び下流ジョー11Aを夫々備えている。管4は上流
端14及び下流端16で該管に溶接されたシリカ製接続スリ
ーブを介して前記ジョーに保持される。
第1図では、可撓性霧送給管2を案内車3を介して送
りながら管ブランク内に導入できるように、上流接続ス
リーブ18を取り外してある。
但し、前記反応性気体混合物を導入するための入口回
転ベアリング8と上流主軸台10とを介して前記送給管を
導入するようにすれば、前記上流接続スリーブを取り外
さずに前記導入操作を行うことができる。また、スペー
スがあれば、剛性の霧送給管を使用してこれを前記回転
ベアリング及び前記主軸台に通すこともできる。
前記ガラス製造用旋盤は長手方向に、即ち軸線Aと平
行に移動するキャリッジ7を備えたテーブル12も含む。
前記反応性気体混合物の入口及び出口は矢印1及び9
で示した。
第1図及び第2図に示すように、前記ドーピング霧は
霧送給管2の出口32から先ず管ブランク4の下流端16に
導入される。そのために、前記送給管の入口30には霧発
生器5から霧が供給される。
前記発生器は前記ドーピング液24、例えば塩化ネオジ
ム又は塩化エルビウムの水溶液を収容する容器25を含
む。この容器の底には超音波変換器26が配置されてお
り、この変換器によってgeyser(間欠泉)と称する擾乱
体27を形成しながら小滴が放出される。前記変換器は例
えば周波数が850kHz、出力が150Wである。
前記キャリヤガスは地点6で導入され、発生器5の内
部スペース29内で霧28を形成する。
霧導入用可撓管2を管ブランク4内に配置したら、霧
発生器5をキャリジ7上に固定し、このキャリジを矢印
7A方向に移動させて管2を徐々に引き出しながら前記調
節移動を行う。
第3図は、回転ベアリング8を介して反応性気体混合
物を導入し且つ酸素水素吹管22からなる加熱手段を移動
させながら行う被膜層CS(第4図参照)形成操作を示し
ている。前記吹管は、霧発生器5を取り外したキャリジ
7の上に固定されている。
その他のガラス層形成操作も、ドーピング剤付着操作
の後及び前に同様の方法で実施する。これらの操作の主
なものは前記受容層CRの形成である。
この層を第4図に示す。符号VB、SI及びEIは前記ベー
スガラス、前記内面及び前記内部スペースを表す。
ドーピング剤はこの受容層の上に堆積させる。この層
は選択した1種類以上のドーピング剤を容易に混入でき
るように十分な可融性又は反応性を有する。ドーピング
剤の堆積はより正確には次のように行う。受容層CRが形
成されたら、管ブランク4を120/hの酸素流下で15〜3
0分放置する。その後、ポリテトラフルオロエチレンか
らなる可撓管2を管ブランク4内に導入し、次いで付着
させるべきドーピング剤の量に応じて決定した速度で前
記可撓管を引き出す。直径1〜5μmの微小滴が前記内
面SIを構成する壁面に堆積する。管4に塩素量の方が多
い酸素塩素流を流し、且つ吹管22を往復させながら、前
記乾燥処理に相当する脱水処理を200〜600℃で実施す
る。
本発明の方法は、蒸気相にするのは難しいが少なくと
も前駆体の形態で溶液にすることはできるような任意の
ドーピング剤の混入に適している。本発明の方法は同時
ドーピング(co−doping)にも適している。この方法
は、通常のプレフォームの製造に使用される一般的な層
形成法「MCVD」に組込んで使用することもできる。その
場合にはコア層、又はユニモードファイバの場合にはク
ラッド層が部分的に形成された後で本発明の方法を実施
する。
前出の参考文献は下記の通りである: 文献No.1: Poole他:Fabrication and characterization of low−l
oss optical fibers Journal of lightwave technology,vol.LT−4,No.7,198
6年7月。
文献No.2: Solution−doping technique for fabrication of rare
−earth−doped optical fibers J.E.TOWNSEND S.B.POOLE D.N.PAYNE Electronics letters,1987年3月26日,vol.23 No.7。
【図面の簡単な説明】
第1図は内面が本発明のドーピング剤付着処理にかけら
れることになる管ブランクを支持するガラス製造用旋盤
の側面図、第2図は第1図に示した霧発生器の拡大断面
図、第3図は前記管ブランクに被膜層を形成している時
の前記旋盤の側面図、第4図は前記管ブランクから本発
明の方法によって形成したドーピング処理管のセクタの
拡大横断面図である。 2……ドーピング霧送給用可撓管、4……ガラス管ブラ
ンク、5……霧発生器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヨジアヌ・ラモス フランス国、91070・ボンドウフル、リ ユ・デ・マロニエ、10 (72)発明者 ジル・バール フランス国、91240・サン・ミシエル・ スユール・オルジユ、バテイマン・ミユ セ、レジタンス・ル・リエ(番地なし)

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】特に希土類でドーピングした光ファイバを
    製造するための内部ドーピング形透明ガラス管の製造方
    法であって、 − 第1先端から第2先端までの長さと内部空間を包囲
    する内面とを有するガラス製の管ブランクを製造する操
    作と、 − 揮発性液体キャリヤからなり、前記ドーピングを行
    うのに適したドーピング剤を含む液体ドーピング液を形
    成する操作と、 − 堆積後に流れ落ちないように十分に少ない量の前記
    ドーピング液を前記管ブランクの前記内面に堆積させる
    ことによって、前記ドーピング剤を液体状態で堆積させ
    る操作と、 − 前記ドーピング剤を堆積させた後で前記内面を乾燥
    させて、前記液体キャリヤを蒸発させる操作と、 − 管ブランクの前記内面が乾燥した後で、該内面にガ
    ラスの被膜層を形成する操作と、 − 前記ガラス被膜層が少なくとも部分的に形成された
    後で、前記管ブランク及び被膜層を拡散温度に加熱して
    前記ドーピング剤を前記ガラス中に拡散せしめることか
    らなる加熱−拡散操作 とを含み、 前記ドーピング剤堆積操作が、 − 前記ドーピング液を噴霧化して、キャリヤガス中に
    懸濁した小滴からなるドーピング霧の形態にする操作
    と、 − 前記管ブランクの外側に入口端を有し、該管ブラン
    クの前記第1先端から該管ブランク内に導入され、且つ
    前記内部スペース内に位置する出口端まで伸びる霧送給
    管を前記管ブランクの前記内部スペースに配置する操作
    と、 − 前記霧送給管が前記ドーピング霧を管ブランクの前
    記内部スペース内の出口端から放出し、その結果前記霧
    の小滴の前記内面への堆積によって前記ドーピング剤の
    堆積が実施されるように、前記入口端から前記霧送給管
    への供給を行う操作と、 − 前記霧送給管の出口端が管ブランクの長さに沿って
    移動し、その結果前記ドーピング剤の前記堆積が前記内
    面の全体にわたって行われるように、前記供給を行いな
    がら前記霧送給管を管ブランク内で調節的に移動させる
    操作 とを含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】前記噴霧化操作を前記管ブランクの外側
    で、且つ液体成分が直径約12μm未満の小滴からなるよ
    うな霧が得られるように行うことを特徴とする請求項1
    に記載の方法。
  3. 【請求項3】前記小滴が1〜5μm程度の直径を有する
    ことを特徴とする請求項2に記載の方法。
  4. 【請求項4】前記霧送給管配置操作を行う時は、該管の
    前記出口端を管ブランクの前記第2先端に配置し、該霧
    送給管の前記調節的移動によって前記出口端を管ブラン
    クの前記第2先端から第1先端まで移動させ、それによ
    って前記ドーピング霧からの小滴の堆積が常に、霧送給
    管のもはや存在しない管ブランク長手方向部分で行われ
    るようにすることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  5. 【請求項5】前記ドーピング剤堆積操作、管ブランクの
    内面の乾燥及び該内面上に被膜層を形成する操作を、管
    ブランクを取り外さずにガラス製造旋盤上で行い、被膜
    形成操作の邪魔にならないように、前記調節的移動操作
    の後で前記霧送給管を除去する操作もドーピング剤付着
    操作の一部として行うことを特徴とする請求項4に記載
    の方法。
  6. 【請求項6】霧送給管を限定された空間で配置し、調節
    的に移動させ且つ除去できるように、該霧送給管が可撓
    管であることを特徴とする請求項5に記載の方法。
  7. 【請求項7】前記管ブランクが少なくとも厚みの一部分
    にわたってベースガラスからなり、 − 当該製造方法が更に、前記内面を形成すべく前記ベ
    ースガラスより溶融し易いガラスからなる受容層を形成
    するための予備操作も含み、 − 前記被膜層のガラスも前記ベースガラスより溶融し
    易いものであり、 − 前記ドーピング剤堆積操作及び内面乾燥操作を前記
    受容層形成操作と被膜層形成操作との間に行い、 − 前記被膜層形成操作及び/又は加熱拡散操作を、少
    なくとも前記被膜層がガラス化し且つ前記ドーピング剤
    がこの被膜層及び前記受容層中に拡散するのに十分であ
    ると同時に、前記ベースガラスの剛性を保持するに十分
    な程低い温度で実施することを特徴とする請求項5に記
    載の方法。
  8. 【請求項8】前記受容層形成操作及び被膜層形成操作の
    各々が、 − 堆積温度に加熱されると反応を起こす反応性気体混
    合物を上流端から下流端に向けて管ブランクの前記内部
    スペースに流し、それによって形成すべき層を構成する
    ことになるガラスを堆積させ、 − それと同時に、前記管ブランクの長さ方向部分が常
    に前記堆積温度に加熱されその結果前記ガラスが堆積す
    るように、加熱手段を前記長さ方向で移動させて少なく
    とも1パス分の加熱を行い、この加熱工程が終了した時
    に前記堆積が管の長さの全長にわたって実施されている
    ようにする操作を含み、この場合は前記反応性気体混合
    物の加熱の結果生じ、ドーピングされていない管の長さ
    にわたって堆積されないまま前記反応性気体混合物の残
    りによって流された粒子からなる煤が前記管の下流に付
    着し得、従って前記霧送給管の導入に伴って前記煤が管
    ブランク内に侵入するのを回避すべく、管ブランクの前
    記上流端を第1先端として選択し、この第1先端から霧
    送給管を導入することを特徴とする請求項7に記載の方
    法。
  9. 【請求項9】前記ベースガラスがシリカであり、前記受
    容層及び被膜層がシリカをベースとする複合ガラスから
    なる請求項8に記載の方法。
  10. 【請求項10】前記被膜層形成操作を、前記加熱拡散処
    理も同時に実施されるように前記拡散温度に達する堆積
    温度で行う請求項9に記載の方法。
  11. 【請求項11】前記乾燥操作を、前記拡散温度より低い
    乾燥温度で行う請求項1に記載の方法。
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