JP2695644B2 - 光学繊維の製造方法 - Google Patents

光学繊維の製造方法

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JP2695644B2 JP63143811A JP14381188A JP2695644B2 JP 2695644 B2 JP2695644 B2 JP 2695644B2 JP 63143811 A JP63143811 A JP 63143811A JP 14381188 A JP14381188 A JP 14381188A JP 2695644 B2 JP2695644 B2 JP 2695644B2
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ヤクェス・ペトルス・マリア・ワルニール
ハワード・ジェームス・コクラン・ウィルソン
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プラズマ オプティカル ファイバー ベスローテン フェンノートシャップ
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    • C03B37/018Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD] by glass deposition on a glass substrate, e.g. by inside-, modified-, plasma-, or plasma modified- chemical vapour deposition [ICVD, MCVD, PCVD, PMCVD], i.e. by thin layer coating on the inside or outside of a glass tube or on a glass rod
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光学繊維の製造方法に関し、該方法は、反応
性ガス混合物を1〜30hPaの範囲の圧力でガラス管に通
過させることによって、1100〜1300℃の範囲の温度に加
熱されたガラス管の内壁上におよび同時に該ガラス管の
内側に配置されたガラス棒上に、ガラスを層状に堆積す
ると共に、該ガラス管の内側にプラズマを2個の反転点
間に反復作用させ、予定する構造の光学繊維に相当する
量のガラスを堆積させた後に、該ガラス管を押しつぶし
て、中実予備成形体を形成し、この予備成形体から光学
繊維を延伸するものである。
ここでガラス管およびガラス棒とは、合成的に作った
非晶質シリカ、または(溶融シリカ、石英ガラス)溶融
することによって石英結晶から作られた非晶質シリカか
らなり、該管材料は必要に応じてドープされている基体
管又は被覆されるべき管及び棒を意味し、又は、合成的
に作った非晶質シリカと、(溶融シリカ、石英ガラス1
を溶融することにより石英結晶から作った非晶質シリカ
から成り、該管材料は必要に応じてドープされている基
体管または被覆すべき管および棒を意味する。堆積ガラ
スは、合成的に作られたドープできる非晶質シリカから
なる。
上述する方法による光学繊維または光学導波路の製造
については、特に米国特許明細書(US−PS Re)第3063
5および4314833号に記載されており、かかる米国特許第
30635号には、ガラス管の内側に配置されるガラスを棒
上にガラスを同時に堆積することが記載されている。実
際上、この方法以外の方法により製造する現在の方法
は、「非等温プラズマ−CVD法」(非等温PCVD法:この
場合、Pはプラズマを示し、およびCVDは化学蒸着、す
なわち、気相からの反応蒸着(reactive deposition)
を示す)に属する。この方法ではガラス層をガラス管の
内壁上に気相から直接に堆積する(不均一反応)。この
手段では、気相におけるガラスすす(glass soot)の形
成を回避するようにする。この事については、特に上記
米国特許明細書第4314833号に記載されている。
PCVD法を用いる場合には、グレーデッド インデック
ス(graded index)繊維、及び、ステップド インデッ
クス(stepped index)繊維、または他の屈折率分布を
有する繊維を、関連する繊維構造に相当する堆積量のガ
ラスで作ることができる。
PCVD法は約100%の堆積収率(deposition yields)お
よび堆積領域における堆積ガラス層の高い均一性によっ
て特徴づけられる。しかしながら、例えば全体のガス流
れがある値を越えると、高い堆積速度が要求されるため
に、管の軸に沿う層の均一性が失われ、開始および最終
区域の被覆ガラス管から光学繊維を形成することができ
なまなる。この区域はテーパー区域(tapers)と称され
ている。この手段では収率の損失が生ずる。
ドイツ公開特許明細書第3445239号および3525979号に
は、プラズマ移動を低減および加速することによってお
よび/またはテーパー区域の前部に供給されるマイクロ
波出力を変えることによって、次のプロセスに適切な被
覆管の部分を拡大することができる。いずれの手段にお
いても、プロセス要件の理由から、幾何学的テーパー区
域の減少は光学的テーパー状区域(optical taper)の
形成を導びく。この点において、幾何学的テーパー区域
とは、長さ単位当りの被覆厚さにおける変化を意味し、
および光学的テーパー区域とは管に沿う屈折率分布(re
fractive index profile)の変化を意味する。
本発明の目的は、光学的テーパー区域を形成しないで
幾何学的テーパー区域を減少することによってPCVD法の
生産性(yields)を高める方法を提供することである。
本発明は上述する目的を達成するために、本明細書の
発明の詳細な説明の最初の段落に記載した方法におい
て、円形断面を有するガラス棒を選定し、該ガラス棒の
縦軸をガラス管の縦軸と一致するように配置し、ガラス
棒の半径をガラス管の内径の約0.67倍、少なくとも0.2
倍に調整し、およびガラス棒をガラス堆積プロセスの終
了の際にガラス管から取り去るようにすることを特徴と
する。
上述したガラス棒の半径R0対ガラス管の内径Riの比は
次の関係式を満すことを意味する: 5R0≧Ri≧1.5R0 (1) それ故、棒ではなく、テーパー区域の長さを17%(Ri
≒4R0)から5%(Ri≒1.5R0)の範囲に減少する。
更に、本発明の方法の生産性を高めるために、幾何学
的および光学的テーパー区域の減少をすべきであり、特
に堆積速度が0.5g/分以上の値に高まる場合には、テー
パー区域の長さは堆積速度の増加に比例して長くなるか
らである。反応性ガスの流速(sccmで測定する)を全体
の被覆長さ(cmで測定する)の少なくとも35倍に調整す
る場合、本発明の方法の生産性は管/棒の組合せ体の使
用によって高めることができることを実験で確めた。こ
こに記載する「sccm」とは標準状態(273K、1013hPa)
下での立方センチメートル/分を意味する。
上述する流速QT対被覆長さLの比は次の関係式を満す
ことを意味する: 一般に、被覆長さLは30〜200cmの範囲である。
PCVD法に特有の気体化合物および被覆長さ100cmの場
合に約1g/分以上〜約2g/分の堆積速度mが得られる。
また、上述する流速QT対体積速度mの比は次の関係式
を満たす: マイクロ波共振器により基体管に低圧プラズマが生ず
る可能性は、管にガラス棒を存在させることによっては
悪影響が及ぼされることがない。むしろ、ドープまたは
非ドープ石英ガラスの堆積が、基体管の内壁上および管
の内側に存在する棒の周囲上に生ずる。
堆積をするために、O2,SiCl4および、例えばGeCl4
たはC2F6のガス状ドープ剤k反応性ガス混合物を500〜2
500Paの範囲の圧力で管/棒の組合せ体に通して供給
し、同時に管と棒との間のガスの存在しない内部空間に
おいて、プラズマを2個の反転点の間に周期的に反復さ
せる。被覆プロセス中、管/棒の組合せ体を1300〜1600
Kの範囲の温度に加熱する。
この手段によって、および予定する光学繊維構造に従
って、ガラスを層に堆積した後、棒を基体管から取り去
り、管を押しつぶして中実予備成形体を得、これから繊
維を延伸する。
本発明の方法を用いることによって、任意所望の屈折
率−勾配の繊維、例えば半径方向に対称の屈折率分布ま
たは屈折率の予定角度−依存性を有する分布(profile
s)を有するグレーテッド インデックスおよびステッ
プド インデックス繊維を作ることができる。
本発明における管/棒の組合せ体によるテーパー区域
の減少は、テーパー区域の減少に関する他の方法と比較
して全PCVDプロセス パラメータを変えることがない利
点を有し、例えばプラズマの移動速度またはプラズマ出
力の位置−依存変化を必要としない。この事は、本発明
の方法において、付加的な光学的テーパー区域を形成し
ないという利点を有している。
しかしながら、本発明における有利な適用は、本発明
の方法の全生産性の増大が達成された場合に制限される
ものではない。また、管/棒の組合せ体は、例えば全被
覆長さを装置に関する理由で長くできない場合に、およ
びできるだけ大きい有効な予備成形体の長さを必要とす
る場合に有利である。
次に、本発明を好適な具体例および添付図面に基づい
て説明する。
次に示すすべての実施例において、ステップド−イン
デックス分布を有する予備成形体をPCVD法により作っ
た。共振器速度は80cmのストローク長さにおいて12cm/s
にした。反転点の近くにおいて、共振器の速度は約1cm
の長さにおいて零に減少させ、および反対方向において
12cm/sに再び高めた。O2流れ対塩化物流れ(SiCl4およ
びGeCl4)の比を5:1にした。堆積プロセス中、圧力を18
00Paに調節し、基体温度を1500Kにした。堆積プロセス
後、予備成形体を押しつぶし、堆積材料の形状(予備成
形体テーパー区域ΔZに対する堆積石英ガラスの半径r
coの関係を示すグラフ(第1図))および堆積材料とSi
O2基体管との間の屈折率差を調べた。
実施例1 800sccmの全流速QT、600Wのマイクロ波出力および0.3
g/分の堆積速度で、内径15mmの基体管を用いてPCVD堆積
を行い、100%の平坦域における収率ηにおいて6.75cm
の幾何学的初期テーパー区域ΔZT゜を得た(第1図の曲
線I。同じ堆積条件下での第2試験において、5mm直径
の石英ガラス棒を用い、1.5cmのテーパー区域ΔZTおよ
び72%の収率ηを得た(第1図の曲線II)。両試験にお
いて、堆積材料と基体管との間の屈折率差は、予備成形
体に沿う位置に無関係であることを見出した。本発明の
方法により、テーパー区域を77%まで減少することがで
きた。
実施例2 4200sccmの全流速QT、3.8kWのマイクロ波出力および8
0cmの被覆長さにおいて、内径22mmの基体管を用いてPCV
D堆積を行い、100%の平坦域における収率で34cmの幾何
学的初期テーパー区域を得た。同じ堆積条件および基体
管に配置される棒(直径7mm)を用いて、約7cmの幾何学
的初期テーパー区域および74%の平坦域における収率を
得た。従って、石英ガラス棒の使用によって、テーパー
区域を80%まで減少し、および堆積プロセスの全収率η
を約58〜68%に高めることができた。第2図は堆積速度
mに対するプロセス収率(process yield)ηの関係を
示しているグラフであり、このグラスにおいて直線III
は棒を用いない場合の結果を示しており、および直線IV
は棒を用いた場合の結果を示している(Ri/Ro=3)。
第2図は本発明において石英ガラス棒の使用が堆積速度
の増加に有利であることを示している。
【図面の簡単な説明】
第1図は予備成形体テーパー区域ΔZに対する堆積石英
ガラスの半径rcoの関係を示すグラフ、および 第2図は堆積速度mに対するプロセス収率ηの関係を示
すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヤクェス・ペトルス・マリア・ワルニー ル オランダ国 6245 ヘーイェー エーイ スデン エムエル キングストラーセ18 (72)発明者 ハワード・ジェームス・コクラン・ウィ ルソン ドイツ連邦共和国 5100 アーヘン ケ ーニングスベルガー シュトラーセ32 (56)参考文献 特開 昭63−17233(JP,A) 特開 昭57−17438(JP,A) 特開 昭57−47739(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】反応性ガス混合物を1〜30hPaの範囲の圧
    力でガラス管に通過させることによって、1100〜1300℃
    の範囲の温度に加熱されたガラス管の内壁上におよび同
    時に該ガラス管の内側に配置されたガラス棒上に、ガラ
    スを層状に堆積すると共に、該ガラス管の内側にプラズ
    マを2個の停止点間に反復作用させ、予定する構造の光
    学繊維に相当する量のガラスを堆積させた後に、該ガラ
    ス管を押しつぶして、中実予備成形体を形成し、この予
    備成形体から光学繊維を延伸する光学繊維の製造方法に
    おいて、円形断面を有するガラス棒を選定し、該ガラス
    棒の縦軸をガラス管の縦軸と一致するように配置し、ガ
    ラス棒の半径をガラス管の内径の約0.67倍、少なくとも
    0.2倍に調整し、およびガラス棒をガラス堆積プロセス
    の終了の際にガラス管から取り去るようにすることを特
    徴とする光学繊維の製造方法。
  2. 【請求項2】反応性ガスの流速(sccm)を全被覆長さ
    (cm)の少なくとも35倍に調整する請求項1記載の方
    法。
JP63143811A 1987-06-16 1988-06-13 光学繊維の製造方法 Expired - Lifetime JP2695644B2 (ja)

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DE3720030.5 1987-06-16

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