JP2898705B2 - 光ファイバ母材の製造方法 - Google Patents

光ファイバ母材の製造方法

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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]
    • C03B37/01486Means for supporting, rotating or translating the preforms being formed, e.g. lathes
    • C03B37/01493Deposition substrates, e.g. targets, mandrels, start rods or tubes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00Type of glass produced
    • C03B2201/06Doped silica-based glasses
    • C03B2201/08Doped silica-based glasses doped with boron or fluorine or other refractive index decreasing dopant
    • C03B2201/12Doped silica-based glasses doped with boron or fluorine or other refractive index decreasing dopant doped with fluorine

Description

【発明の詳細な説明】 『産業上の利用分野』 本発明は外付けCVD法を介してガラス棒の外周に多孔
質ガラス層を形成する光ファイバ母材の製造方法に関す
る。
『従来の技術』 火炎加水分解反応を主体にしたガラス合成法の一つ
に、多重管構造のバーナを用いてガラス微粒子を生成
し、そのガラス微粒子をガラス棒の堆積面に堆積させる
外付けCVD法がある。
外付けCVD法を介して光ファイバ母材をつくるとき、
多重管構造のバーナに燃料ガス(H2)、助燃ガス
(O2)、気相のガラス原料(例:SiCl4)などを供給し
て、これら各ガスを火炎加水分解反応させ、かかる反応
により生成されたスート状のガラス微粒子を石英系ガラ
ス棒の堆積面(外周面)に堆積かつ成長させて多孔質ガ
ラス層を形成する。
その後、多孔質ガラス層を所定の雰囲気下で熱処理し
て脱水ならびに透明ガラス化する。
一例として、純粋石英(SiO2)からなるコア用ガラス
の周りに、フッ素ドープト石英(SiO2−F)からなるク
ラッド用のガラス層を形成することが行なわれている。
しかし、この例の場合は、光ファイバ母材を紡糸する
とき、コア用ガラスに応力が集中しがちとなる。
この問題を解消するため、コア用ガラス(SiO2)とク
ラッド用ガラス(SiO2−F)とからなるガラス棒の外周
に、外付けCVD法を介して、SiO2−Fガラスよりも軟化
温度の高いガラス層(SiO2)を形成することが行なわれ
ている。
かかる手段によるとき、コア用ガラスへの応力集中
が、外側の高軟化点(高融点)ガラス層により緩和され
る。
『発明が解決しようとする課題』 上述した従来技術において、クラッド用ガラス(SiO2
−F)の外周に高軟化点ガラス層(SiO2)を形成した場
合、SiO2−FガラスとSiO2ガラスとの界面に微小な泡が
発生し、これが原因で光ファイバの破断強度が低下す
る。
本発明はこのような技術的課題に鑑み、所定のガラス
界面に微小な泡を発生させることのない、すなわち、機
械的特性の優れた光ファイバ母材を得ることのできる方
法を提供し供しようとするものである。
『課題を解決するための手段』 本発明に係る光ファイバ母材の製造方法は、所期の目
的を達成するために下記の課題解決手段を特徴とする。
すなわち、フッ素を含む石英系ガラス棒の外周に、気相
ガラス原料を火炎加水分解反応により生成した石英系の
ガラス微粒子を堆積させて、該ガラス棒の外周に多孔質
ガラス層を形成する光ファイバ母材の製造方法におい
て、ガラス微粒子の堆積前に前記ガラス棒を熱処理して
該ガラス棒表面付近のフッ素濃度を低下させ、しかる
後、前記ガラス棒の外周にフッ素を含まない石英系のガ
ラス微粒子を堆積させることを特徴とする。
『作 用』 本発明方法の場合、ガラス微粒子の堆積前、ガラス棒
を熱処理する。
このようにして、ガラス棒を熱処理した場合、クラッ
ド用ガラス外表面付近に含まれるフッ素の一部がコア用
ガラス側へ飛散され、クラッド用ガラス外表面付近のフ
ッ素濃度が低減する。
しかも、かかる熱処理を受けたガラス棒の外周面、す
なわち、クラッド用ガラスの表面は、フッ素濃度の低減
とともに平滑化され、泡の発生をきたすような因子をも
たない。
したがって、上記熱処理後、ガラス棒の外周にフッ素
を含まない石英系ガラス微粒子を堆積させて多孔質ガラ
ス層を形成し、これを所定の手段で透明ガラス化した場
合、当該透明ガラスとクラッド用ガラスとの界面に泡が
発生せず、光ファイバ段階において破断しにくい高強度
の光ファイバ母材が得られる。
『実 施 例』 本発明方法の実施例につき、図面を参照して説明す
る。
第1図において、ガラス棒11は軸心のコア用ガラス12
と、その外周のクラッド用ガラス13とで構成されてお
り、当該ガラス棒の外周、すなわち、クラッド用ガラス
13の外周には、多孔質ガラス層14が形成されている。
コア用ガラス12は、微量のフッ素を含む合成石英から
なり、クラッド用ガラス13は、これよりも多くのフッ素
を含む合成石英からなり、多孔質ガラス層14は、ガラス
微粒子(SiO2)の堆積物からなる。
第1図において、ガラス棒11は図示しないガラス旋盤
の回転式チャックを介して両端支持されており、かつ、
このガラス棒11に近接して配置された多重管構造のバー
ナ21に対して、図示しないトラバース機構を介してガラ
ス棒11の長さ方向沿いに往復動するようになっている。
なお、多重管構造のバーナ21は、周知の通り、同心円
状に並んだ複数の流路を有し、バーナ21の各流路には、
燃料ガス、助燃ガス、気相のガラス原料、気相のドープ
原料、緩衝ガスなどを供給するための配管系が接続され
ている。
つぎに、本発明方法の具体例とその比較例について説
明する。
[具 体 例] コア用ガラス12として、十分に脱水された、しかも、
微量のフッ素を含む棒状のドープト石英を用いた。
コア用ガラス12の純粋石英に対する比屈折率差は、−
0.02%である。
上記コア用ガラス12を外径10mmφに加熱延伸した後、
そのコア用ガラス12の外周に、外付けCVD法を介して多
孔質ガラス層を堆積形成した。
この外付けCVD法としては、第1図に例示したと同様
の手段を採用する。
すなわち、酸水素炎バーナの火炎中にSiCl4を0.15/
minで導入し、この際の火炎加水分解反応により生成し
たガラス微粒子を厚さ70mmになるまで堆積させた(堆積
面の温度は500℃)。
つぎに、透明ガラス化炉を用いて、コア用ガラス12の
外周に形成された多孔質ガラス層を透明ガラス化し、以
下、コア用ガラス12とその外周に形成されたガラスとの
外径比が1:10となるように、ガラス延伸、ガラス微粒子
堆積、透明ガラスを繰り返して、フッ素を含むクラッド
用ガラス13を形成した。
上記において、クラッド用の多孔質ガラス層を透明ガ
ラス化するときの条件、すなわち、炉内温度、炉内雰囲
気、ガラス棒の炉内挿入速度(降下速度)は、つぎの表
1に示す通りである。
上述したように、コア用ガラス12とクラッド用ガラス
13との外径比が1:10となったとき、クラッド用ガラス13
中のフッ素を拡散させるべく、酸水素炎バーナを介して
ガラス棒11の表面(クラッド用ガラス13の外周面)を10
00℃以上に加熱した。
その後、コア用ガラス12とクラッド用ガラス13との外
径比が1:12.5となるように、ガラス棒11の外周面に再度
ガラス微粒子を堆積させて、多孔質ガラス層14を形成
し、この多孔質ガラス層14を、前記と同様、透明ガラス
化炉を用いて、下記表2の条件で透明ガラス化した。
この具体例の光ファイバ母材を、線引炉(電気炉)に
より180/minで線引き、その線引直後の光ファイバ外周
に紫外線硬化性樹脂を施して被覆層を形成し、かくて、
光ファイバ外径125μmφ、被覆外径400μmφの光ファ
イバ心線を得た。
具体例における光ファイバの屈折率分布は、第2図に
示す通りである。
[比 較 例] コア用ガラス12とクラッド用ガラス13との外径比が1:
10となるように、コア用ガラス12の外周にクラッド用ガ
ラス13を形成した後、コア用ガラス12とクラッド用ガラ
ス13との外径比が1:12.5となるように、クラッド用ガラ
ス13の外周に多孔質ガラス層14を形成するとき、ガラス
棒11の外周面を熱処理せずに、すなわち、クラッド用ガ
ラス表面のフッ素を拡散させることなしに、当該多孔質
ガラス層14を形成した。
比較例におけるその他の事項は、具体例と同じであ
る。
この比較例の光ファイバ母材も、具体例と同様に線引
かつ被覆し、光ファイバ外径125μmφ、被覆外径400μ
mφの光ファイバ心線を得た。
比較例における光ファイバの屈折率分布は、第3図に
示す通りである。
第4図は、具体例、比較例の各光ファイバ心線につい
て、これらの長尺引張試験を行なった結果を示してい
る。
第4図を参照して明らかなように、具体例の光ファイ
バ心線(白角印)は破断強度が優れているのに対し、比
較例の光ファイバ心線(黒角印)は破断強度が劣ってい
る。
これは、フッ素飛散のための熱処理手段を講じた具体
例において、クラッド用ガラス(SiO2−F)とその外周
の透明ガラス(SiO2)との界面に、強度劣化の原因とな
る泡の発生がみられず、その熱処理手段を講じない比較
例において、既述の界面に泡が発生したからである。
なお、本発明方法におけるフッ素飛散のための熱処理
温度は、既述の通り、1000℃以上であることが望ましい
が、その熱処理を実施するための熱源としては、酸水素
炎以外の火炎、電気ヒータなども採用することができ
る。
ただし、コア用ガラスとクラッド用ガラスとの外径比
が1:5以下となる場合、光ファイバの良好な伝送特性を
確保する上で、OH基その他の不純物が混入する虞れのあ
る熱源は、これの使用を避けるのがよい。
『発明の効果』 本発明方法によるときは、光ファイバ母材を製造する
にあたり、ガラス微粒子堆積前のガラス棒(フッ素を含
む石英系ガラス棒)を熱処理し、その表面付近のフッ素
を一部飛散させるので、フッ素を含まない石英系のガラ
ス微粒子を上記熱処理後のガラス棒外周に堆積させた場
合に、これらの界面における泡の発生がきわめて少なく
なる。ゆえに、このような光ファイバ母材から光ファイ
バをつくるというときに高強度のものが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の一実施例を略示した説明図、第2
図は本発明方法の具体例において作製した光ファイバの
屈折率分布図、第3図は本発明方法の比較例において作
製した光ファイバの屈折率分布図、第4図は本発明方法
の具体例、比較例で作製した光ファイバの強度測定結果
を示した図である。 11……ガラス棒 12……コア用ガラス 13……クラッド用ガラス 14……多孔質ガラス層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C03B 37/00 - 37/16

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フッ素を含む石英系ガラス棒の外周に、気
    相ガラス原料を火炎加水分解反応により生成した石英系
    のガラス微粒子を堆積させて、該ガラス棒の外周に多孔
    質ガラス層を形成する光ファイバ母材の製造方法におい
    て、ガラス微粒子の堆積前に前記ガラス棒を熱処理して
    該ガラス棒表面付近のフッ素濃度を低下させ、しかる
    後、前記ガラス棒の外周にフッ素を含まない石英系のガ
    ラス微粒子を堆積させることを特徴とする光ファイバ母
    材の製造方法。
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