JP2793617B2 - 光ファイバー母材の製造方法 - Google Patents

光ファイバー母材の製造方法

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    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014Manufacture 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]

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は光ファイバー母材の製造方法、特には直径の
大きい大型の光ファイバー母材を外付法で、歩留りよく
製造する方法に関するものである。
[従来の技術と解決されるべき課題] 光ファイバー母材の製造は一般にVAD法、MCVD法、外
付法、ロッドインチューブ法などによって行なわれてい
るが、最近、この光ファイバーについては大口径で大型
のプリフォームの需要が増加してきている。
この目的のためには外付法を利用した大型のプリフォ
ームの製造方法があるが、従来公知の方法で作られた大
型の光ファイバー母材は多孔質ガラス層での割れが発生
し、またこれをガラス化したものには脈理が大きく現わ
れ、気泡が多く発生し、また脱泡不良の原因となり、こ
の解決が求められている。
[課題を解決するための手段] 本発明はこのような不利を解決することのできる光フ
ァイバー母材の製造方法に関するもので、これはコアガ
ラス棒の外周に外付法で石英ガラススートを堆積して多
孔質ガラス層を形成し、これをガラス化して光ファイバ
ー母材を製造する方法において、該コアガラス棒の外径
に比例して多孔質ガラス層の平均スート密度を高め、ス
ート密度がコアガラス棒に接するところはコアガラス棒
の密度に近い高い密度とし、その他の部分のスート密度
を中心部から外周部に向かってなだらかに減少させるこ
とを特徴とするものである。
すなわち、本発明者らは直径の大きい大型の光ファイ
バー母材の製造方法における上記したような不利を解決
する方法について種々検討した結果、コア用ガラス棒の
外周にスートを堆積して多孔質ガラス層を形成する場合
に、多孔質ガラス層を形成するスート層の厚さが大きく
なり、コア用ガラス棒の径との比またはコア用ガラス棒
の密度とスート密度との差が大きくなるほどガラス化時
に軸方向に収縮が起って界面でのズレが生じ、これが多
孔質ガラス層に割れを生じさせたり、気泡の発生、脈理
発生の原因になるということを見出し、またけい素化合
物の火炎・加水分解で発生する微粉状シリカを堆積して
なるスートの密度をコア用ガラス棒に接するところはコ
ア用ガラス棒の密度に近い高い密度のものとし、外周部
に行くにしたがって密度を、それよりも順次小さいもの
とするようにしたところ、多孔質ガラス層の割れが防止
され、ガラス化したものの気泡、脈理の発生も防止する
ことができることを確認して本発明を完成させた。
以下にこれを詳述する。
本発明は外付法による光ファイバー母材の製造方法に
関するものである。したがって、これがガス状となし得
るけい素化合物としての一般式RmSix44-m(式中Rはメ
チル基、エチル基等の一価炭化水素基または水素原子、
Xは塩素、フッ素などのハロゲン原子またはメトキシ
基、エトキシ基などのアルコキシ基、mは0〜4の整
数)で示されるもの、たとえばSiCl4,SiF4,HSiCl3,Si
H4,CH3SiCl3,CH3Si(OCH33,Si(OCH34,Si(OC2H5
などの単体または2種以上の混合物をキャリアガスと
してのO2,Ar,N2などと共に酸水素火炎中に供給し、この
火炎中で加水分解させて微細状シリカを発生させ、この
微細状シリカを担体上に堆積させればよい。
本発明の方法で使用される出発コアガラス棒は光ファ
イバー用コアとして設計された石英ガラス棒とされ、こ
れを反応炉に保持する。このガラス棒上に微細状シリカ
を均一に堆積させるためには、コア用ガラス棒を回転さ
せると共に、酸水素火炎バーナーをコア用石英ガラス棒
に沿って一定速度で往復運動させ、いわゆる外付法を用
いればよい。
本発明の方法ではこのコア用ガラス棒に堆積された微
粉状シリカからなるスートの密度を中心部から外周部に
向ってなだらかに減少するようにし、コア用ガラス棒に
近いところではコア用ガラス棒の密度である2.2g/cm3
できるだけ近い密度の高いものとし、また堆積中のスー
ト平均密度が外周部に向けてなだらかに減少し、密度差
が一層間で50%以下で、かつ10層以内で必ずスート作成
条件を変え、さらにまたガラスロッド上へのスートの堆
積が最初の10層以内で最高密度であるようにする。そし
て、出発コアガラス棒が太くなるにつれて平均密度を高
めると共に、外周部に向って次第に密度の低いものと
し、出発コアガラス外径が10mmφ以上ではこの密度は強
度の点から平均密度が0.3g/cm3以上のものとする必要が
あるし、さらに出発コアガラスの外径が200mmφ、30mm
φ、40mmφと太くなるにつれて平均密度を0.4g/cm3から
1.0g/cm3程度までに高くする必要がある。
また、この密度の測定は堆積中の多孔質ガラスの外径
とその重量増加量を同時に測定して求めればよいが、こ
の多孔質ガラス層の密度の制御は原料ガスまたはキャリ
アガスの供給量、燃料ガス供給量、コア用ガラス棒の回
転数、バーナーのトラバース速度、バーナーと堆積面と
の距離を制御することによって行えばよい。コア用ガラ
ス棒の密度である2.2g/cm3に近いものとするためには例
えば第1層目の原料ガス濃度を最終時の1/10以下、バー
ナーの移動速度を最終時の1/3〜1/10程度に減速すれば
よいし、酸水素量を2〜5倍に高めるようにすればよ
く、このようにすればスートの中心部の密度をコア用ガ
ラス棒の密度に近いものに高めることができる。
外付法ではスートを堆積していくと石英ガラス棒はだ
んだん太くなり火力が不足してくるが、この調節を長い
時間間隔で行って密度を変えると、密度の急激な増加が
生じ、気泡だけでなく、ガラス化時に空洞を生ずる。し
たがって、本発明の方法では1層または少なくとも10往
復以内に原料ガス、酸水素ガス、トラバース速度の1つ
以上にフィードバックをかけることがよく、バーナー回
転数、バーナーとスート堆積面の距離は出発石英ガラス
棒の太さが異なったときに変えることがよい。
この重量およびスートの外径を外周部に向って次第に
減少させると、急激な密度変化のない多孔質ガラス体を
得ることができるので、割れの発生することのない多孔
質ガラス体を得ることができる。
なお、本発明の方法は光ファイバー母材の製造方法に
関するものであり、この光ファイバー母材は上記のよう
にして得たスート密度が中心部から外周部に向って次第
に小さくなるようにされた多孔質ガラス層を1,300〜1,7
00℃の温度に加熱して溶融しガラス化することによって
得ることができ、このものは必要に応じ塩素ガスにより
脱水処理をする。このようにして得た光ファイバー母材
にはガラス化したときに脈理を発生することがなく、さ
らには加熱時における脱水も比較的容易に行われるので
気泡が発生することもないという有利性が与えられる
し、これを溶融し延伸して得られる光ファイバーにはOH
基などによる吸収、損失の安定化、散乱損失の低下とい
う特性をもつものになるという利点も与えられる。
[実施例] つぎに本発明の方法による光ファイバー母材製造法の
実施例をあげる。
実施例1 直径26.42mmφ、長さ620mmLのコア用石英ガラスロッ
ドを準備し、これに直径25mmφの石英ガラスロッドを両
端に溶接したのち、ガラス旋盤で芯出しをし、ファイヤ
ーボリッシュし、横型外付装置に固定する。この横型外
付装置はガラスロッド、チャック部、両軸受部、駆動部
を一体で秤量台に載せ、スタート時点の重量をゼロと
し、堆積中の重さが表示できるようにしたものとした。
ついで、反応バーナーとしての酸水素火炎バーナー
に、酸素、水素と酸素ガスをキャリヤーガスとしたSiCl
4を送り、ここで火炎加水分解反応でガラス微粒子を発
生させ、これをコア用ガラスロッド上に1層づつ付着堆
積させ、この場合中央部に外径を測定するための光マイ
クロ[安立電機(株)製]を設置して外径が太くなる状
態を光マイクロとスート表面の距離を測定して厚さを計
算で求めるようにした。
バーナーは水平方向にガラスロッドに沿ってくり返し
往復運動させ、これは別の台で作動させ、光マイクロは
中央に三脚をもって固定し、スタートから停止までは
H2,O2,SiCl4の量を変え、各層は7往復/1時間でトラバ
ースを行い、1往復毎に重量、スート径を測定して密度
を計算したところ、つぎの第1表に示したとおりの結果
が得られた。また、第5図には堆積時間と厚さ(mm)と
の関係を示した。
この方法で製造されたスートはスート外径105mmφ、
重さ3,183g、平均密度0.536g/cm3であり、これらの各層
間の密度は第1図に示したとおりであった。
この結果、ガラスロッドに最も近い点での密度は、1.
143g/cm3となったが、これには割れなどはなく、これを
脱水、溶融しガラス化して得た光ファイバー母材は第2
図に示したように泡や気泡がなく透明であり、これによ
り線引きして得たシングルモードファイバーの伝送損失
は0.34dB/km(1.3μm)および0.56dB/km(1.39μm)
であった。
しかし、比較のために最初から最後まで密度を0.48〜
0.52g/cm3として製造された外径100mmφのスート母材は
割れが発生し、これを脱水、溶融しガラス化して得た光
ファイバー母材は第3図、第4図に示したように気泡が
多数発生しており、これから線引きして得たシングルモ
ードファイバーの伝送損失は0.70dB/km(1.30μm)で
あった。
実施例2 実施例1で用いた装置で0.6mmφから4.0mmφまでの石
英ガラスロッドに外付法で石英スートガラスを堆積し、
電気炉内で脱水、溶融し、その際の本工程での破壊状態
と密度をしらべたところ、第2表に示したとおりの結果
が得られた。
このように出発用ガラスロッドの外径が細いと密度が
低くても割れないが、太くなると堆積終了時、炎の停
止、回転の停止などのショックで割れるもの(No.1)、
横型装置から外そうとしたときに割れるもの(No.3,4,
5)、溶融途中でスートのみ縦方向に収縮して割れたも
の(No.2)などが生じたし、光密度により脱水が難しく
なるが、平均密度が最高0.82g/cm3でもシングルモード
ファイバーの伝送損失は0.90dB/km(1.39μm)で問題
はなかった。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1で得られたスートの半径方向
密度分布を示したグラフ、第2図は実施例1で得られた
光ファイバー母材の横断面内の結晶構造を示す顕微鏡写
真、第3図,第4図は比較例で得られた光ファイバー母
材の横断面内の結晶構造を示す顕微鏡写真であり、第5
図は堆積時間と厚さの関係グラフを示したものである。

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コアガラス棒の外周に外付法で石英ガラス
    スートを堆積して多孔質ガラス層を形成し、これをガラ
    ス化して光ファイバー母材を製造する方法において、該
    コアガラス棒の外径に比例して多孔質ガラス層の平均ス
    ート密度を高め、スート密度がコアガラス棒に接すると
    ころはコアガラス棒の密度に近い高い密度とし、その他
    の部分のスート密度が中心部から外周部に向かってなだ
    らかに減少させることを特徴とする光ファイバー母材の
    製造方法。
  2. 【請求項2】堆積中のスート密度を外周部に向けてなだ
    らかに減少させ、密度差が一層間で50%以下で、かつ10
    層以内で必ずスート作製条件を変えることを特徴とする
    請求項1に記載の光ファイバー母材の製造方法。
  3. 【請求項3】多孔質ガラス層の平均スート密度が0.3g/c
    m3以上である請求項1または2に記載の光ファイバー母
    材の製造方法。
  4. 【請求項4】ガラスロッド上へのスートの堆積が最初の
    10層以内で最高密度である請求項1〜3のいずれかに記
    載の光ファイバー母材の製造方法。
  5. 【請求項5】原料ガス供給量、燃料ガス供給量、コア用
    ガラス棒の回転数、バーナーのトラバース速度、スート
    表面とバーナー出口距離の少なくとも1つを変えて密度
    を制御する請求項1〜4のいずれかに記載の光ファイバ
    ー母材の製造方法。
  6. 【請求項6】堆積中の多孔質ガラス層の重量とスート外
    径を同時に計測し、これから密度を算出して目標密度と
    なるように、原料ガス供給量、燃料ガス供給量、コア用
    ガラス棒の回転数、バーナーのトラバース速度、スート
    表面とバーナー出口距離の少なくとも1つを変えて密度
    を制御する請求項1〜5のいずれかに記載の光ファイバ
    ー母材の製造方法。
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