JP2835385B2 - フッ化物光ファイバの製造方法 - Google Patents

フッ化物光ファイバの製造方法

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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、低損失かつ長尺なコア径の一定したフッ化
物光ファイバの製造方法に関するものである。
[従来の技術] フッ化物光ファイバは石英系を凌ぐ10-2dB/km以下の
伝送損失が期待されており、長距離無中継が可能な伝送
媒体として有望視されている。これまで低損失なファイ
バが得られるフッ化物ガラス母材の作製方法としてはビ
ルドイン・キャスティング法、サクション法または二層
融液法があった。ビルドイン・キャスティング法(特許
第1345722号)は、円筒状の鋳型にクラッド組成のガラ
ス融液をキャスティングし中央部が固化しない状態で中
央部の融液を流しだし、その後中央部へコア融液をキャ
スティングすることによって母材を作製する方法であ
る。サクション法(特開昭63−11535号)は円筒状鋳型
にまずクラッド融液をキャスティングしさらに連続して
コア融液をキャスティングし、クラッド融液が固化する
際の体積収縮を利用して中央部にコア融液を導入し母材
を作製する方法である。二層融液法(特許第1438419
号)は円筒状鋳型にまずコア融液をキャスティングし、
さらに連続してコア融液をキャスティングし、クラッド
融液が固化する前に底を抜いてクラッドガラスを流出さ
せ、同時にコアガラスを中心部に導入する方法である。
[発明が解決しようとする課題] これらの方法では細径コアおよび散乱損失の小さい母
材は作製できるが、融液の長手方向に温度分布が生じる
ため、長手方向に均一なコア径を有する母材の作製が困
難であった。このようにして作製した母材を線引きして
得られたフッ化物光ファイバでは、コア径が一定してい
ないために、接続が困難であり、さらに光の入射方向に
応じて伝送損失特性が変化する等の欠点があった。しか
もまた、コア/クラッド径比の制御ができず、単一モー
ドファイバが作製できないという欠点もあった。
一方、コア/クラッド径比が長手方向に均一な母材の
作製方法としては、これまでにローティショナルキャス
ティング法(D.C.Tranet al,.Electron.Lett.vol18,P.5
9,(1982))が提案されている。この方法は、円筒状鋳
型を回転しつつクラッドガラス融液を鋳型内部へ流し込
み、遠心力により中空円筒状のクラッドガラスパイプを
作製し、その後、中央部へコアガラス融液を流し込むこ
とにより母材を作製する方法である。
この方法で得られた母材はコア/クラッド径比は一定
しているが、作製過程でクラッド表面がコア融液により
再加熱されることによる結晶化、コアガラス融液の冷却
速度が遅いために生じる結晶化により、散乱損失を低減
することが困難であるという欠点があった。さらにま
た、細径のコアが作製できないため、単一モード光ファ
イバの作製もできないという欠点があった。
そこで、本発明の目的は、上記欠点を解決して低損失
かつ長尺なフッ化物光ファイバを製造する方法を提供す
ることにある。
[課題を解決するための手段] 上記欠点を解決するために、本発明では、散乱損失が
低い母材が得られるビルドイン・キャスティング法,サ
クション法または二層融液法によって作製したフッ化物
ガラス母材を、速度を変えながらテーパ状に延伸し、長
手方向においてコア径の一定した第2の母材を作製し、
さらにその外周を研磨し長手方向においてクラッドの外
径の一定した低損失フッ化物光ファイバ用母材を作製す
る。
本発明の他の形態では、さらに、上記フッ化物ガラス
母材をフッ化物ガラスパイプに挿入し、そのパイプ内面
とフッ化物ガラス母材との間を減圧状態に保ちつつ、延
伸速度を変えながらテーパ状に延伸することにより、コ
ア/クラッド径比の制御されたフッ化物光ファイバを作
製する。
[作 用] 本発明では、長手方向においてコア径が均一でないフ
ッ化物ガラス母材に対して、速度を変えながらテーパ延
伸を行うことによって、かかる母材から長手方向におい
てコア径の一定した母材を作製し、さらにクラッド外径
を一定にするべくクラッド外周を研磨し、以上により得
られた母材を線引きすることにより、コア径が一定であ
り、かつコア/クラッド径比が制御され、以て構造不整
散乱の小さい低損失かつ長尺なフッ化物光ファイバを製
造できる。さらにまた、得られた母材をフッ化物ガラス
チューブに挿入してテーパ延伸することにより、低損失
かつ長尺な単一モード光ファイバが作製できる。
[実施例] 以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本
発明はこれにより何等限定されるものではない。
(実施例1) サクション法で作製した母材(コア組成:49モル%ZrF
4−25モル%BaF2−3.5モル%LaF3−2モル%YF3−2.5モ
ル%AlF3−18モル%LiF、クラッド組成:47.5モル%ZrF4
−23.5モル%BaF2−2.5モル%LaF3−2モル%YF3−4.5
モル%AlF3−20モル%NaF)のコア径を第1図に示す。
第1図から明らかなように、サクション法で作製した母
材はコア1がテーパ状になっている。クラッド2の外径
は一定である。第1図においてコア径変化を直線近似で
きる部分はコア先端から12〜58mmの範囲である。コア先
端からの距離をx(mm)、コア径をy(mm)とすれば長
手方向のコア径変化は次式で表わすことができる。
y=0.041x+1.1 …(1) この母材をテーパ延伸して母材を作製する場合、コア
径が長手方向に一定となる条件は、母材の送り速度をX
(mm/min)、母材の引き取り速度をY(mm/min)、コア
先端が電気炉の中央部に達してからの時間t(min)と
すれば、次式で表すことができる。
Y=(0.025Xt+0.69)2X …(2) 送り速度を5.0mm/minとし、母材の加熱温度を270℃と
して、第1図に示した母材を(2)式の引き取り速度で
延伸した。得られた母材の外径およびコア径の長手方向
の変化を第2図に示す。第2図から明らかなように、コ
ア1の直径が長手方向において均一でクラッド2の外径
がテーパ状の母材が得られた。この母材のクラッド2の
外周を研磨して、外径が3mmで一定であり、長さ83mmの
母材を得た。
このようにして得た母材にHe−Neレーザ光を入射し長
手方向において垂直方向の散乱光強度を測定した結果、
延伸の前後で散乱光強度に変化はなく、延伸時の再加熱
による散乱体の成長は生じなかった。
この母材を線引きして得られたファイバの伝送損失特
性を第3図に示す。このファイバは測定の際、順方向と
逆方向の両方から光を入射して伝送損失を測定したが、
測定結果に差はみられなかった。また、送り速度を0.5
〜10mm/minの範囲で変化させても同様の形状の母材を作
製できた。
(実施例2) 実施例1と同様の形状を持つ母材を外径20mm、内径7m
mの一端が閉じてあるフッ化物ガラスパイプに挿入し、
他端からロータリポンプを用いて10torrの減圧に引きな
がら、実施例1と同様の条件で延伸を行った。
延伸後に得られた母材の外径及びコア径の長手方向の
変化を第4図に示す。第4図から明らかなように、コア
径が長手方向において均一な母材が得られた。
この母材にHe−Neレーザを入射し、長手方向において
垂直方向の散乱光強度を測定したが、延伸前の母材の散
乱光強度と同程度であり、散乱体の成長は生じていなか
った。さらに、母材とガラスパイプとの界面でも散乱光
強度の変化はみられず、界面が完全に融着していること
が分かった。延伸の際、ガラスパイプと母材との間を大
気圧に保った場合、界面に気泡が残留したが、わずかで
も(差圧1torr)減圧にすることにより気泡の生成を抑
制できた。
この母材のクラッド2の外周を外径が19.5mmまで研磨
して得られた母材を線引きして約800mの光ファイバを得
た。この母材の屈折率差は0.61%であり、コア径が10.3
μmであるため、得られたファイバはカットオフ波長2.
2μmの単一モードファイバであった。このファイバの
伝送損失特性を第5図に示す。このファイバの最低損失
は2.55μmで1.5dB/kmであり、この方法で低損失かつ長
尺な単一モード光ファイバが作製できた。
(実施例3) ビルドイン・キャスティング法で作製した母材(コア
組成:53モル%ZrF4−20モル%BaF2−4モル%LaF3−3
モル%AlF3−20モル%NaF、クラッド組成:27モル%ZrF4
−26モル%HfF4−20モル%BaF2モル%LaF3−3モル%Al
F3−20モル%NaF)のコア径を第6図に示す。
第6図から明らかなように、ビルドイン・キャスティ
ング法で作製した母材はコア1がテーパ状になってい
る。第6図において、コア径変化が直線近似できる部分
は、コア先端から16〜40mmの範囲である。コア先端から
の距離をx(mm)、コア径をy(mm)とすれば、長手方
向のコア径変化は次式で表わすことができる。
y=0.088x+0.2 …(3) この母材をテーパ延伸して母材を作製する場合、コア
径が長手方向において一定となる条件は、母材の送り速
度をX(mm/min)、母材の引き取り速度をY(mm/mi
n)、コア先端が電気炉の中央部に達してからの時間t
(min)とすれば、次式で表すことができる。
Y=(0.055Xt+0.13)2X …(4) 送り速度を1.5mm/minとし、母材の加熱温度を270℃と
して、第6図に示した母材を(4)式の引き取り速度で
延伸した。
得られた母材の外径およびコア径の長手方向の変化を
第7図に示す。第7図から明らかなように、コア径が長
手方向において均一でクラッド2の外径がテーパ状の母
材が得られた。この母材のクラッド2の外周を研磨して
外径が3mmで一定であり、長さ45mmの母材を得た。
このようにして得た母材にHe−Neレーザを入射し、長
手方向において垂直方向の散乱光強度を測定した結果、
延伸の前後で散乱光強度に変化はなく、延伸時の再加熱
で散乱体の成長は生じなかった。
この母材を線引きして得られたファイバの伝送損失特
性を第8図に示す。このファイバに対しては、測定の
際、順方向と逆方向の両方から光を入射し、伝送損失を
測定したが、測定結果に差はみられなかった。
(実施例4) 二層融液法で作製した母材(コア組成:48.5モル%ZrF
4−23.5モル%BaF2−3.5モル%LaF3−2モル%YF3−2.5
モル%AlF3−5モル%LiF−15モル%NaF、クラッド組
成:47.5モル%ZrF4−23.5モル%BaF2−2.5モル%LaF3
2モル%YF3−4.5モル%AlF3−20モル%NaF)を外径12m
m、内径6mmのガラスパイプを用い、パイプと母材との間
の減圧度を700torrとし、以下の速度で延伸した。
Y=(0.014Xt+0.81)2X …(5) 得られた母材のクラッド外形はテーパ状になってお
り、この母材のクラッドを研磨して長手方向においてク
ラッド2の外径が一定の母材を得た(外径12mm)。
この母材を線引きした結果、700mmのフッ化物光ファ
イバが得られた。その伝送損失特性を測定した結果、こ
のファイバの最低損失は、2.55μmで2.0dB/kmであっ
た。また、このファイバは、屈折率差は0.24%、コア径
17.1μmであるため、カットオフ波長2.3μmの単一モ
ードファイバであった。
(実施例5) 実施例1と同様の母材を用い、以下の式に従い延伸し
た。
Y={1/(1−0.021Xt)}2X …(6) 得られた母材の形状を第9図に示す。この場合、コア
1およびクラッド2の双方共長手方向においてテーパ状
に変化する。第9図から明らかなように、本発明の方法
を用いれば、コア形状を長手方向において任意所望に変
化させたフッ化物光ファイバを作製できる。
なお、実施例2と同様に、フッ化物ガラス母材をフッ
化物ガラスのパイプに挿入し、そのパイプの内面と母材
との間を減圧状態に保ちながら、(6)式に従って延伸
して第2の母材を形成することもできる。
[発明の効果] 以上から明らかなように、本発明の方法を用いること
により、長手方向においてコア径が均一でないフッ化物
ガラス母材に対して、速度を変えながらテーパ延伸を行
うことによって、かかる母材から長手方向においてコア
径の一定した母材を作製し、さらにクラッド外径を一定
にするべくクラッド外周を研磨し、以上により得られた
母材を線引きすることにより、コア径が一定であり、か
つコア/クラッド径比が制御され、以て構造不整散乱の
小さい低損失かつ長尺なフッ化物光ファイバを製造でき
る。さらにまた、得られた母材をフッ化物ガラスチュー
ブに挿入してテーパ延伸することにより、低損失かつ長
尺な単一モード光ファイバが作製できるという利点もあ
る。あるいはまた、本発明によれば、コア径を長手方向
に任意所望に変化させたファイバも作製することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は実施例1においてサクション法で作製された母
材の形状の説明図、 第2図は第1図示の母材を延伸した後の母材の形状を示
す断面図、 第3図は実施例1で得られた光ファイバの伝送損失特性
図、 第4図は実施例2においてサクション法で得られた母材
をガラスパイプに挿入してから延伸して得られた母材の
形状を示す断面図、 第5図は実施例2で得られた光ファイバの伝送損失特性
図、 第6図は実施例3においてビルドイン・キャスティング
法で作製された母材の形状の説明図、 第7図は第6図示の母材を延伸した後の母材の形状を示
す断面図、 第8図は実施例3で得られた光ファイバの伝送損失特性
図、 第9図は実施例5において延伸後に得られた母材の形状
を示す断面図である。 1……コア、 2……クラッド。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 照沼 幸雄 東京都千代田区内幸町1丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C03B 37/00 - 37/16

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コア径が長手方向において均一でないフッ
    化物ガラス母材を線引きしてコア径が長手方向に均一な
    フッ化物光ファイバを作製する方法において、 前記フッ化物ガラス母材を速度を変えながらテーパ状に
    延伸して長手方向においてコア径の一定した第2の母材
    を形成する第1工程と、 前記第2の母材の外周を研磨することにより長手方向に
    外径の均一なフッ化物光ファイバ用ガラス母材を作製す
    る第2工程と を具えたことを特徴とするフッ化物光ファイバの製造方
    法。
  2. 【請求項2】前記第1工程において、フッ化物ガラスの
    パイプに前記フッ化物ガラス母材を挿入し、前記パイプ
    の内面と前記フッ化物ガラス母材との間を減圧状態に保
    ちつつ、速度を変えながらテーパ状に延伸することを特
    徴とする請求項1に記載のフッ化物光ファイバの製造方
    法。
  3. 【請求項3】コア径が長手方向において均一でないフッ
    化物ガラス母材を線引きしてフッ化物光ファイバを作製
    する方法において、 前記フッ化物ガラス母材を速度を変えながらテーパ状に
    延伸して長手方向においてコア径が所定の分布をもって
    変化する第2の母材を形成する第1工程と、 前記第2の母材の外周を研磨することにより長手方向に
    外径の均一なフッ化物光ファイバ用ガラス母材を作製す
    る第2工程と を具えたことを特徴とするフッ化物光ファイバの製造方
    法。
  4. 【請求項4】前記第1工程において、フッ化物ガラスの
    パイプに前記フッ化物ガラス母材を挿入し、前記パイプ
    の内面と前記フッ化物ガラス母材との間を減圧状態に保
    ちつつ、速度を変えながらテーパ状に延伸することを特
    徴とする請求項3に記載のフッ化物光ファイバの製造方
    法。
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