JP3524244B2 - 光ファイバの製造方法及び装置 - Google Patents
光ファイバの製造方法及び装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバに関す
る。特に、低損失光ファイバの製造に利用される高品質
コア−クラッド界面を有する光ファイバプリフォームを
形成するための、コア材料をクラッド材料に挿入する方
法に関する。
る。特に、低損失光ファイバの製造に利用される高品質
コア−クラッド界面を有する光ファイバプリフォームを
形成するための、コア材料をクラッド材料に挿入する方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】可視および赤外エネルギーの両方を伝送
するシングルモード光ファイバは、長距離の通信システ
ムに有用な材料である。伝送損失を低減することは長距
離通信に用いられる光ファイバにとって最も重要であ
る。従来の光ファイバの製造方法は、溶融ガラスを光フ
ァイバの線引きに用いられるガラスプリフォームにキャ
ストすることによって行われていた。ガラスプリフォー
ムから線引きした光ファイバに結晶質及びバブルが特に
コア−クラッドの界面で存在すると、散乱損失が起こ
り、伝送能力を降下させる。重金属フッ化ガラスにより
造られたプリフォームは、結晶化温度以上に加熱される
と、結晶質の形成が起こりやすい。
するシングルモード光ファイバは、長距離の通信システ
ムに有用な材料である。伝送損失を低減することは長距
離通信に用いられる光ファイバにとって最も重要であ
る。従来の光ファイバの製造方法は、溶融ガラスを光フ
ァイバの線引きに用いられるガラスプリフォームにキャ
ストすることによって行われていた。ガラスプリフォー
ムから線引きした光ファイバに結晶質及びバブルが特に
コア−クラッドの界面で存在すると、散乱損失が起こ
り、伝送能力を降下させる。重金属フッ化ガラスにより
造られたプリフォームは、結晶化温度以上に加熱される
と、結晶質の形成が起こりやすい。
【０００３】従来の光ファイバプリフォームのキャスト
方法においては、コア材料をクラッド材料に挿入する間
に、コアとクラッド材料は結晶化温度以上の温度にさら
される。この方法では、溶融状態のクラッドガラスが冷
却されて、そして、溶融態のコアガラスをクラッドガラ
スに入れるため、クラッドガラスが再び結晶化温度以上
に加熱される。吸い上げキャスト法は従来のプリフォー
ムキャスト方法の１つである。そこで、クラッドガラス
が下端に容器のある予熱されたモールドに注がれる。ク
ラッドガラスがガラス遷移温度に冷却されると、大きな
熱収縮が起こる。この熱収縮により、内容にあるクラッ
ドガラスの体積を引き締めて、モールド上にシリンダー
状のクラッドチューブが形成される。溶融態のコアガラ
スがクラッドガラスに注入され、吸い上げ効果によりク
ラッドチューブを通して線引きされる。溶融態のコアガ
ラスの温度は一般的に３００℃以上である。この結晶化
温度を超える温度は、コア−クラッドの界面にあるクラ
ッドガラスを結晶化温度以上に再加熱させる。それ故
に、従来のキャスト方法と同様に、この方法もコア−ク
ラッド界面で好ましくない結晶質を形成してしまう。光
ファイバプリフォーム製造の吸い上げキャスト法及び他
の従来の方法、例えば、ビルドインキャスト法、回転キ
ャスト法、及び管内心棒キャスト法は"Fluoride Glass
Fiber Optics"の第５章(Academic Press, Inc., edited
by Ishivar D. Aggarwal and Grant Lu, pp. 223-227,
1991)に詳述され、また米国特許第４７９３８４２号、
第５１０６４００号、第５１６０５２１号にも開示され
ている。
方法においては、コア材料をクラッド材料に挿入する間
に、コアとクラッド材料は結晶化温度以上の温度にさら
される。この方法では、溶融状態のクラッドガラスが冷
却されて、そして、溶融態のコアガラスをクラッドガラ
スに入れるため、クラッドガラスが再び結晶化温度以上
に加熱される。吸い上げキャスト法は従来のプリフォー
ムキャスト方法の１つである。そこで、クラッドガラス
が下端に容器のある予熱されたモールドに注がれる。ク
ラッドガラスがガラス遷移温度に冷却されると、大きな
熱収縮が起こる。この熱収縮により、内容にあるクラッ
ドガラスの体積を引き締めて、モールド上にシリンダー
状のクラッドチューブが形成される。溶融態のコアガラ
スがクラッドガラスに注入され、吸い上げ効果によりク
ラッドチューブを通して線引きされる。溶融態のコアガ
ラスの温度は一般的に３００℃以上である。この結晶化
温度を超える温度は、コア−クラッドの界面にあるクラ
ッドガラスを結晶化温度以上に再加熱させる。それ故
に、従来のキャスト方法と同様に、この方法もコア−ク
ラッド界面で好ましくない結晶質を形成してしまう。光
ファイバプリフォーム製造の吸い上げキャスト法及び他
の従来の方法、例えば、ビルドインキャスト法、回転キ
ャスト法、及び管内心棒キャスト法は"Fluoride Glass
Fiber Optics"の第５章(Academic Press, Inc., edited
by Ishivar D. Aggarwal and Grant Lu, pp. 223-227,
1991)に詳述され、また米国特許第４７９３８４２号、
第５１０６４００号、第５１６０５２１号にも開示され
ている。
【０００４】所望のコアとクラッド径を有するシングル
モードファイバを線引きする前に、従来の方法によるプ
リフォームキャストを改善しなければならない。このよ
うな改善の例として、結晶質形成をさらに増加させる温
度において、引張処理と被覆処理を施す。キャスト方法
には溶融態のコアを溶融態のクラッドに挿入する必要が
あるため、プリフォームのコアに好ましくない空気バブ
ルが形成されてしまう。
モードファイバを線引きする前に、従来の方法によるプ
リフォームキャストを改善しなければならない。このよ
うな改善の例として、結晶質形成をさらに増加させる温
度において、引張処理と被覆処理を施す。キャスト方法
には溶融態のコアを溶融態のクラッドに挿入する必要が
あるため、プリフォームのコアに好ましくない空気バブ
ルが形成されてしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、光ファイバを線引きするために、キャストプリフォ
ームにコアを挿入する方法を提供することである。
は、光ファイバを線引きするために、キャストプリフォ
ームにコアを挿入する方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、マルチモードとシングルモード
のファイバを含む光ファイバを、所望のファイバ径及び
コア−クラッド比で、プリフォームの付加的な修正を用
いずに、直接プリフォームから線引きする。また、本発
明のキャスト方法は、コア挿入プロセスにおいて、コア
材料とクラッド材料の両方とも結晶化温度にさらされな
いため、高品質コア−クラッドの界面を有するプリフォ
ームを提供する。本発明のコア挿入方法は、プリフォー
ムの散乱損失を減少させ、長距離通信システムに適した
シングルモードファイバの製造に利用される。
に、本発明においては、マルチモードとシングルモード
のファイバを含む光ファイバを、所望のファイバ径及び
コア−クラッド比で、プリフォームの付加的な修正を用
いずに、直接プリフォームから線引きする。また、本発
明のキャスト方法は、コア挿入プロセスにおいて、コア
材料とクラッド材料の両方とも結晶化温度にさらされな
いため、高品質コア−クラッドの界面を有するプリフォ
ームを提供する。本発明のコア挿入方法は、プリフォー
ムの散乱損失を減少させ、長距離通信システムに適した
シングルモードファイバの製造に利用される。
【０００７】本発明の一実施形態において、シングルモ
ード重金属フッ化ガラスの光ファイバは、本発明の方法
によるプリフォームキャストから直接線引きされる。本
発明の他の実施形態においては、本発明のプリフォーム
をキャストする装置を提供する。この装置により、用意
されたほぼ室温のコアファイバは、クラッド材料の内部
の温度が結晶化温度以下、且つガラス遷移温度以上にあ
るとき、クラッド材料に挿入される。挿入においては、
コアファイバの温度がガラス遷移温度以上に増加する
が、結晶化温度には達しない。本発明の方法によれば、
コアファイバを挿入するとき、クラッド材料の温度を増
加させない。
ード重金属フッ化ガラスの光ファイバは、本発明の方法
によるプリフォームキャストから直接線引きされる。本
発明の他の実施形態においては、本発明のプリフォーム
をキャストする装置を提供する。この装置により、用意
されたほぼ室温のコアファイバは、クラッド材料の内部
の温度が結晶化温度以下、且つガラス遷移温度以上にあ
るとき、クラッド材料に挿入される。挿入においては、
コアファイバの温度がガラス遷移温度以上に増加する
が、結晶化温度には達しない。本発明の方法によれば、
コアファイバを挿入するとき、クラッド材料の温度を増
加させない。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の方法により得られたプリ
フォームはコアとクラッド材料を含む。コアとクラッド
材料は好ましくはガラス、特に好ましくは重金属非酸化
ガラスまたは酸化ガラスからなる。コアとクラッドガラ
スはドライ不活性状態で高純度の市販原料から製造され
る。温度に大きく依存する粘性変化を有することがプリ
フォームには必要である。これにより、挿入されるコア
ファイバに与える抵抗を低減させる。珪酸塩、ホウ酸
塩、ハロゲン化物またはカルコゲナイドはプリフォーム
の製造に有用な材料である。
フォームはコアとクラッド材料を含む。コアとクラッド
材料は好ましくはガラス、特に好ましくは重金属非酸化
ガラスまたは酸化ガラスからなる。コアとクラッドガラ
スはドライ不活性状態で高純度の市販原料から製造され
る。温度に大きく依存する粘性変化を有することがプリ
フォームには必要である。これにより、挿入されるコア
ファイバに与える抵抗を低減させる。珪酸塩、ホウ酸
塩、ハロゲン化物またはカルコゲナイドはプリフォーム
の製造に有用な材料である。
【０００９】２種類以上のガラスを含有する多成分ガラ
スはこのようなシリカ酸化物またはボロン酸化物及び他
の金属酸化物を含む。金属酸化物はガラスではないが、
これらはプリフォームの製造に使用される。なお、本発
明はこれらの特定のガラスを使用することに限定されな
い。当業者にとって、本発明の方法によると、他の様々
な材料がプリフォームの製造に利用されることは周知の
ことである。本発明のコア挿入方法は屈折率及び熱膨張
係数の異なるコアとクラッド材料を含むプリフォームを
製造に利用する。例えば、コアファイバがハロゲンガラ
スからなり、クラッド材料は珪酸塩ガラスからなる。
スはこのようなシリカ酸化物またはボロン酸化物及び他
の金属酸化物を含む。金属酸化物はガラスではないが、
これらはプリフォームの製造に使用される。なお、本発
明はこれらの特定のガラスを使用することに限定されな
い。当業者にとって、本発明の方法によると、他の様々
な材料がプリフォームの製造に利用されることは周知の
ことである。本発明のコア挿入方法は屈折率及び熱膨張
係数の異なるコアとクラッド材料を含むプリフォームを
製造に利用する。例えば、コアファイバがハロゲンガラ
スからなり、クラッド材料は珪酸塩ガラスからなる。
【００１０】特に、複合化ガラスは大開口数及び屈折率
の変更を得ることができる。クラッドガラスの複合化
は、コアガラスより低い屈折率を有する。コアとクラッ
ドガラスの屈折率の調整に用いられるドーパントにはＬ
ｉＦ、ＨｆＦ4、ＰｂＦ2、ＡｌＦ3、ＢｉＦ3がある。ハ
ロゲンガラス、特に重金属フッ化ガラス（ＨＭＦ）は光
ファイバの製造に有用な材料である。それは、これらの
材料は低い光子エネルギーと広い伝送ウインドを有する
からである。また、ＨＭＦガラスは稀土類イオンに対し
て高い溶解度を有するため、稀土類のドープによく利用
される。
の変更を得ることができる。クラッドガラスの複合化
は、コアガラスより低い屈折率を有する。コアとクラッ
ドガラスの屈折率の調整に用いられるドーパントにはＬ
ｉＦ、ＨｆＦ4、ＰｂＦ2、ＡｌＦ3、ＢｉＦ3がある。ハ
ロゲンガラス、特に重金属フッ化ガラス（ＨＭＦ）は光
ファイバの製造に有用な材料である。それは、これらの
材料は低い光子エネルギーと広い伝送ウインドを有する
からである。また、ＨＭＦガラスは稀土類イオンに対し
て高い溶解度を有するため、稀土類のドープによく利用
される。
【００１１】ＨＭＦガラスは結晶化温度（Ｔx）とガラ
ス転移温度（Ｔg）の間の８０℃から１５０℃までの狭
い使用温度範囲を有する。従来のキャスト方法によるＨ
ＭＦガラスのプリフォームは、ガラスを結晶化温度に近
い、またはそれ以上の温度にさらすため、結晶質の形成
に敏感である。それ故に、本発明のコア挿入方法はＨＭ
Ｆガラスのプリフォームの製造に特に有用である。好ま
しくは、コアとクラッドガラスは主成分としてのフッ化
ジルコニウム及び、バリウム、ランタン、ナトリウム、
アルミニウム、リチウム、ガドリニウム及び鉛のフッ化
物を含む修正剤と安定剤を有するフッ化ジルコン酸塩を
使用する。このフッ化ジルコン酸塩ガラスに適する例
は、ジルコニウム−バリウム−ガドリニウムフッ化物
（ＺＢＧ）、ジルコニウム−バリウム−ガドリニウム−
アルミニウムフッ化物（ＺＢＧＡ）及びジルコニウム−
バリウム−ランタン−アルミニウムフッ化物（ＺＢＬ
Ａ）を含む。ＺＢＬＡＮガラスはプリフォームの製造に
有用なガラスである。それはＺＢＬＡガラスにフッ化ナ
トリウムを添加してそれをさらに安定化させるように造
られる。もっとも好ましいクラッドガラスは、本発明に
おいては、ＨＢＬＡＮガラスである。ここで、ＨｆＦ4
がＺｒＦ4の代替に用いられ、ＺＢＬＡＮガラスの屈折
率を減じる。最も好ましいコアガラスは最大で１０％Ｐ
ｂＦ2をドープしたＺＢＬＡＮガラスである。ＰｂＦ2の
添加により屈折率を増加させる。フッ化ガラスの屈折率
を調整する他の有用なドーパントはＬｉＦ、ＡｌＦ3及
びＢｉＦ3である。
ス転移温度（Ｔg）の間の８０℃から１５０℃までの狭
い使用温度範囲を有する。従来のキャスト方法によるＨ
ＭＦガラスのプリフォームは、ガラスを結晶化温度に近
い、またはそれ以上の温度にさらすため、結晶質の形成
に敏感である。それ故に、本発明のコア挿入方法はＨＭ
Ｆガラスのプリフォームの製造に特に有用である。好ま
しくは、コアとクラッドガラスは主成分としてのフッ化
ジルコニウム及び、バリウム、ランタン、ナトリウム、
アルミニウム、リチウム、ガドリニウム及び鉛のフッ化
物を含む修正剤と安定剤を有するフッ化ジルコン酸塩を
使用する。このフッ化ジルコン酸塩ガラスに適する例
は、ジルコニウム−バリウム−ガドリニウムフッ化物
（ＺＢＧ）、ジルコニウム−バリウム−ガドリニウム−
アルミニウムフッ化物（ＺＢＧＡ）及びジルコニウム−
バリウム−ランタン−アルミニウムフッ化物（ＺＢＬ
Ａ）を含む。ＺＢＬＡＮガラスはプリフォームの製造に
有用なガラスである。それはＺＢＬＡガラスにフッ化ナ
トリウムを添加してそれをさらに安定化させるように造
られる。もっとも好ましいクラッドガラスは、本発明に
おいては、ＨＢＬＡＮガラスである。ここで、ＨｆＦ4
がＺｒＦ4の代替に用いられ、ＺＢＬＡＮガラスの屈折
率を減じる。最も好ましいコアガラスは最大で１０％Ｐ
ｂＦ2をドープしたＺＢＬＡＮガラスである。ＰｂＦ2の
添加により屈折率を増加させる。フッ化ガラスの屈折率
を調整する他の有用なドーパントはＬｉＦ、ＡｌＦ3及
びＢｉＦ3である。
【００１２】コアとクラッドガラスは別々にＳＦ6雰囲
気、８００℃の温度で好ましくはプラチナ及びガラス質
カーボンるつぼによって溶融される。そして、コアとク
ラッドガラスは別々に希薄酸素雰囲気にさらされて、コ
アとクラッド材料からカーボン微粒子を除去する。コア
ガラスは室温に冷却し、従来の線引き装置、例えば、フ
ァイバ線引きタワーを用いてコアファイバに線引きされ
る。別法として、コアファイバはるつぼから直接に引き
上げられる。ファイバ線引き方法については、"Fluorid
e Glass Optical Fiber"(P.W. France et al., Blackie
CRC Press Inc. pp. 114-116, 1990)、"Encyclopedia
of Chemical Technology"(John Wiley &Sons, pp. 131-
133, 1980)、及び"Fluoride Glass Fiber Optics"(I.D.
Aggarwal and G. Lu, Academic Press, Inc. pp. 227-
228, 1991)に詳述された。コアファイバは好ましくは約
５０μｍから２０００μｍまでの直径に線引きされる。
それはシングルモード光ファイバに線引きされるプリフ
ォームの製造に用いられる。コアファイバはクラッド材
料に挿入される前に、例えば、反応性雰囲気におけるプ
ラズマエッチングにより処理されて、不完全性及び表面
汚染を除去する。
気、８００℃の温度で好ましくはプラチナ及びガラス質
カーボンるつぼによって溶融される。そして、コアとク
ラッドガラスは別々に希薄酸素雰囲気にさらされて、コ
アとクラッド材料からカーボン微粒子を除去する。コア
ガラスは室温に冷却し、従来の線引き装置、例えば、フ
ァイバ線引きタワーを用いてコアファイバに線引きされ
る。別法として、コアファイバはるつぼから直接に引き
上げられる。ファイバ線引き方法については、"Fluorid
e Glass Optical Fiber"(P.W. France et al., Blackie
CRC Press Inc. pp. 114-116, 1990)、"Encyclopedia
of Chemical Technology"(John Wiley &Sons, pp. 131-
133, 1980)、及び"Fluoride Glass Fiber Optics"(I.D.
Aggarwal and G. Lu, Academic Press, Inc. pp. 227-
228, 1991)に詳述された。コアファイバは好ましくは約
５０μｍから２０００μｍまでの直径に線引きされる。
それはシングルモード光ファイバに線引きされるプリフ
ォームの製造に用いられる。コアファイバはクラッド材
料に挿入される前に、例えば、反応性雰囲気におけるプ
ラズマエッチングにより処理されて、不完全性及び表面
汚染を除去する。
【００１３】コアファイバは円形または非円形の断面形
状を有してもよい。非円形の断面形状のコアファイバの
例として、四辺形、三角形、楕円形または円錐形のコア
ファイバがある。少なくとも１つのコアファイバが本発
明の方法によりクラッド材料に挿入される。２つ以上の
コアファイバはクラッド材料に挿入される。例えば、１
０個のコアファイバがクラッド材料に挿入される。
状を有してもよい。非円形の断面形状のコアファイバの
例として、四辺形、三角形、楕円形または円錐形のコア
ファイバがある。少なくとも１つのコアファイバが本発
明の方法によりクラッド材料に挿入される。２つ以上の
コアファイバはクラッド材料に挿入される。例えば、１
０個のコアファイバがクラッド材料に挿入される。
【００１４】図１に示すように、約６００−７００℃に
冷却されたクラッドガラスはキャスト装置ハウジング１
０の第１部分に導入される。キャスト装置ハウジング１
０は予熱された容器１２を有して、この容器１２に内部
クラッド部分と外部クラッド部分を形成する。容器１２
は好ましくはシリンダー状のチェンバと周辺の壁を有す
るモールドである。また、容器１２のシリンダー状のチ
ェンバは好ましくは金属コートを有する。容器１２に取
り付ける加熱手段１３は、コア挿入の間に、ガラス転移
温度（Ｔg）より低い温度を維持するために使用され
る。キャスト装置ハウジング１０の第一部分に取り付け
るシャッタ駆動装置１４が回転されて、容器１２の第１
端面に固定されたシャッタ１６を止めて、表面の冷却及
びクラッドガラスの汚染を防止する。キャスト装置ハウ
ジング１０の第２部分がキャスト装置ハウジング１０の
第１部分に結合してくる。ハウジング出口２０に接続し
た真空ポンプ１８はキャスト装置ハウジング１０を真空
にさせて、プリフォーム内のバブルの形成を阻止する。
所定長のコアファイバ２２が長さ方向に沿ってキャスト
装置ハウジング１０の第２部分に配置された支持要素２
４に挿入される。図２に示すように、シャッタ駆動装置
１４がシャッタ１６を開にするよう回転し、コアファイ
バ２２は内部クラッド材料が完全に凝固する前に迅速に
容器１２内のクラッド材料の中心に挿入される。
冷却されたクラッドガラスはキャスト装置ハウジング１
０の第１部分に導入される。キャスト装置ハウジング１
０は予熱された容器１２を有して、この容器１２に内部
クラッド部分と外部クラッド部分を形成する。容器１２
は好ましくはシリンダー状のチェンバと周辺の壁を有す
るモールドである。また、容器１２のシリンダー状のチ
ェンバは好ましくは金属コートを有する。容器１２に取
り付ける加熱手段１３は、コア挿入の間に、ガラス転移
温度（Ｔg）より低い温度を維持するために使用され
る。キャスト装置ハウジング１０の第一部分に取り付け
るシャッタ駆動装置１４が回転されて、容器１２の第１
端面に固定されたシャッタ１６を止めて、表面の冷却及
びクラッドガラスの汚染を防止する。キャスト装置ハウ
ジング１０の第２部分がキャスト装置ハウジング１０の
第１部分に結合してくる。ハウジング出口２０に接続し
た真空ポンプ１８はキャスト装置ハウジング１０を真空
にさせて、プリフォーム内のバブルの形成を阻止する。
所定長のコアファイバ２２が長さ方向に沿ってキャスト
装置ハウジング１０の第２部分に配置された支持要素２
４に挿入される。図２に示すように、シャッタ駆動装置
１４がシャッタ１６を開にするよう回転し、コアファイ
バ２２は内部クラッド材料が完全に凝固する前に迅速に
容器１２内のクラッド材料の中心に挿入される。
【００１５】コアファイバが挿入される時の内部クラッ
ド材料の温度は結晶化温度（Ｔx）より低く、ガラス転
移温度（Ｔg）より高い。図３に示すように、クラッド
材料が容器１２に導入されると、クラッド材料の凝固が
容器１２の内壁２８に隣接したクラッド材料２６の外部
部分からクラッド材料３０の内部部分へ進み、このクラ
ッド材料３０にコアファイバ２２が挿入される。コアフ
ァイバが挿入されているときには、外部のクラッド材料
２６はほぼ固化されるが、内部のクラッド材料３０が溶
融の状態にある。コアファイバの軟化または溶解を防止
するために、コア挿入は迅速に行われる必要がある。
ド材料の温度は結晶化温度（Ｔx）より低く、ガラス転
移温度（Ｔg）より高い。図３に示すように、クラッド
材料が容器１２に導入されると、クラッド材料の凝固が
容器１２の内壁２８に隣接したクラッド材料２６の外部
部分からクラッド材料３０の内部部分へ進み、このクラ
ッド材料３０にコアファイバ２２が挿入される。コアフ
ァイバが挿入されているときには、外部のクラッド材料
２６はほぼ固化されるが、内部のクラッド材料３０が溶
融の状態にある。コアファイバの軟化または溶解を防止
するために、コア挿入は迅速に行われる必要がある。
【００１６】挿入の間に、コアファイバの温度はガラス
転移温度以上に上昇し、バルクの結晶化問題を防止する
ために急速の冷却が必要である。コアファイバをクラッ
ド材料に挿入する間に、コアファイバとクラッド材料の
両方とも結晶化温度にさらさない。コアファイバは好ま
しくは内部のクラッド部分が完全に固化する前に、でき
るだけ低い温度でクラッド材料に挿入される。このよう
にして、コアファイバに余計に熱応力をかけない効果が
得られる。クラッドガラスが容器１２に導入されると、
その温度が急速に降下するため、約１４ｍｍの直径を有
するプリフォームを形成するに際しては、コア挿入時間
（ｔCIT）は好ましくは、クラッド材料が容器１２に導
入された後８０−１００秒である。より大きい直径を有
するプリフォームを製造するためには、コア挿入時間が
より大きくなる。逆に小さい直径を有するプリフォーム
を製造するためには、コア挿入時間がより短くなる。コ
アファイバの挿入時の許容温度はガラス転移温度以下の
温度である。コアファイバの挿入時の温度は好ましくは
室温である。コアファイバ挿入時の内部のクラッド部分
の温度はクラッド材料の結晶化温度以下、且つガラス転
移温度以上である。フッ化ガラスのクラッド材料のモー
ルドへの導入温度は好ましくは６００−７００℃であ
る。フッ化ガラスクラッド材料に対して、コアファイバ
の挿入時に、内部のクラッド部分は好ましくは結晶化温
度より約１５−３５℃低い温度を有する。例えば、コア
ファイバは約３５５℃の結晶化温度を有するＺＢＬＡＮ
ガラスからなるクラッド材料に挿入する場合、内部のク
ラッド部分の温度は約３１０−３４０℃を有する必要が
ある。
転移温度以上に上昇し、バルクの結晶化問題を防止する
ために急速の冷却が必要である。コアファイバをクラッ
ド材料に挿入する間に、コアファイバとクラッド材料の
両方とも結晶化温度にさらさない。コアファイバは好ま
しくは内部のクラッド部分が完全に固化する前に、でき
るだけ低い温度でクラッド材料に挿入される。このよう
にして、コアファイバに余計に熱応力をかけない効果が
得られる。クラッドガラスが容器１２に導入されると、
その温度が急速に降下するため、約１４ｍｍの直径を有
するプリフォームを形成するに際しては、コア挿入時間
（ｔCIT）は好ましくは、クラッド材料が容器１２に導
入された後８０−１００秒である。より大きい直径を有
するプリフォームを製造するためには、コア挿入時間が
より大きくなる。逆に小さい直径を有するプリフォーム
を製造するためには、コア挿入時間がより短くなる。コ
アファイバの挿入時の許容温度はガラス転移温度以下の
温度である。コアファイバの挿入時の温度は好ましくは
室温である。コアファイバ挿入時の内部のクラッド部分
の温度はクラッド材料の結晶化温度以下、且つガラス転
移温度以上である。フッ化ガラスのクラッド材料のモー
ルドへの導入温度は好ましくは６００−７００℃であ
る。フッ化ガラスクラッド材料に対して、コアファイバ
の挿入時に、内部のクラッド部分は好ましくは結晶化温
度より約１５−３５℃低い温度を有する。例えば、コア
ファイバは約３５５℃の結晶化温度を有するＺＢＬＡＮ
ガラスからなるクラッド材料に挿入する場合、内部のク
ラッド部分の温度は約３１０−３４０℃を有する必要が
ある。
【００１７】図４は従来のプリフォームキャスト法を用
いる場合のプリフォームキャスト容器、コア材料及びク
ラッド材料の温度の代表例を示す。それに比べて、図５
は本発明のコア挿入方法によるプリフォームキャスト容
器、コア材料及びクラッド材料の温度の代表例を示す。
従来の方法によって、溶融コアがキャスト容器に導入さ
れる時間はｔ1によって示される。本発明の方法によっ
て、コアファイバがクラッド材料に挿入される時間はｔ
CITによって示される。
いる場合のプリフォームキャスト容器、コア材料及びク
ラッド材料の温度の代表例を示す。それに比べて、図５
は本発明のコア挿入方法によるプリフォームキャスト容
器、コア材料及びクラッド材料の温度の代表例を示す。
従来の方法によって、溶融コアがキャスト容器に導入さ
れる時間はｔ1によって示される。本発明の方法によっ
て、コアファイバがクラッド材料に挿入される時間はｔ
CITによって示される。
【００１８】図１に示した装置は本発明を使用するキャ
スト装置の例であり、他の様々な実施例が考えれる。当
業者にとって、本発明のコア挿入法によるプリフォーム
製造に用いる装置に対する修正が可能である。一実施形
態においては、プリフォームキャスト装置は容器内のク
ラッド材料の温度の検知、制御及び表示を行う手段を容
器に取り付ける。他の実施形態においては、プリフォー
ムキャスト装置は、クラッド材料が所望の温度に達する
と、前記コアファイバを前記クラッド材料を自動的に挿
入する手段を有する。また、他の実施形態においては、
装置はコアファイバを所望の時間でクラッド材料に挿入
するための時間計測手段を有する。
スト装置の例であり、他の様々な実施例が考えれる。当
業者にとって、本発明のコア挿入法によるプリフォーム
製造に用いる装置に対する修正が可能である。一実施形
態においては、プリフォームキャスト装置は容器内のク
ラッド材料の温度の検知、制御及び表示を行う手段を容
器に取り付ける。他の実施形態においては、プリフォー
ムキャスト装置は、クラッド材料が所望の温度に達する
と、前記コアファイバを前記クラッド材料を自動的に挿
入する手段を有する。また、他の実施形態においては、
装置はコアファイバを所望の時間でクラッド材料に挿入
するための時間計測手段を有する。
【００１９】キャスト装置の容器は円形または非円形の
断面形状を有して、円形または非円形断面形状のクラッ
ド材料のプリフォームを形成する。さらに、本発明によ
り得られたプリフォームは同様の方法で第２のクラッド
材料に導入される。プリフォームのクラッド材料は、第
２のクラッド材料に挿入される前に、その形状、寸法を
減少したり、変形したりすることもできる。このように
得られた２つのクラッド層のプリフォームは次に第３の
クラッド材料に挿入される。このようにして、多層のク
ラッド層を有するプリフォームが本発明の方法により得
られる。例えば、本発明の方法により造られたプリフォ
ームは、四方形の内部クラッド材料がコアファイバを包
囲し、円形の外部クラッド材料が内部クラッド材料を包
囲する構成をとることができる。
断面形状を有して、円形または非円形断面形状のクラッ
ド材料のプリフォームを形成する。さらに、本発明によ
り得られたプリフォームは同様の方法で第２のクラッド
材料に導入される。プリフォームのクラッド材料は、第
２のクラッド材料に挿入される前に、その形状、寸法を
減少したり、変形したりすることもできる。このように
得られた２つのクラッド層のプリフォームは次に第３の
クラッド材料に挿入される。このようにして、多層のク
ラッド層を有するプリフォームが本発明の方法により得
られる。例えば、本発明の方法により造られたプリフォ
ームは、四方形の内部クラッド材料がコアファイバを包
囲し、円形の外部クラッド材料が内部クラッド材料を包
囲する構成をとることができる。
【００２０】プリフォームはキャスト装置から出されて
から、引張及び被覆処理を必要とせずに、所望のコアと
クラッド直径を有するよう直接に光ファイバに線引きさ
れる。光ファイバはシングルモードまたはマルチモード
のファイバの何れであってもよい。
から、引張及び被覆処理を必要とせずに、所望のコアと
クラッド直径を有するよう直接に光ファイバに線引きさ
れる。光ファイバはシングルモードまたはマルチモード
のファイバの何れであってもよい。
【００２１】ここで述べるプリフォームから線引きした
シングルモード光ファイバは約１００−２００μｍの外
径を有し、そのコア直径は約６μｍ以下である。すなわ
ち、本発明の方法によるプリフォームから線引きしたシ
ングルモード光ファイバのコア直径はシングルモード光
ファイバの外径の３−６％以下である。本発明の方法に
よるプリフォームのコア対クラッドの比はこのプリフォ
ームから線引きした光ファイバのコア対クラッドの比に
等しい。すなわち、容器内にある一定の直径を有するク
ラッド材料に挿入されるコアファイバに必要な直径は、
このプリフォームから線引きする光ファイバのコア対ク
ラッド比により決められる。シングルモード光ファイバ
に対しては、コア対クラッド比は約０．００５−０．０
５である。
シングルモード光ファイバは約１００−２００μｍの外
径を有し、そのコア直径は約６μｍ以下である。すなわ
ち、本発明の方法によるプリフォームから線引きしたシ
ングルモード光ファイバのコア直径はシングルモード光
ファイバの外径の３−６％以下である。本発明の方法に
よるプリフォームのコア対クラッドの比はこのプリフォ
ームから線引きした光ファイバのコア対クラッドの比に
等しい。すなわち、容器内にある一定の直径を有するク
ラッド材料に挿入されるコアファイバに必要な直径は、
このプリフォームから線引きする光ファイバのコア対ク
ラッド比により決められる。シングルモード光ファイバ
に対しては、コア対クラッド比は約０．００５−０．０
５である。
【００２２】シングルモード伝送用の光ファイバの場合
には、一般化周波数Ｖは２．４０１より小さいか、また
は等しい。一般化周波数の指標は、光ファイバコアに沿
って伝送される光の波長とコア及びファイバクラッドの
屈折率との関係を示し、Ｖ＝（２πａ／λ）（ｎcore 2
−ｎclad 2）1/2で表される。ここで、ａはファイバコア
の半径で、λは伝送される光の波長で、ｎは屈折率であ
る。光ファイバの開口数はＮＡ＝（ｎcore 2−ｎclad 2）
1/2で表される。そのため、シングルモード光ファイバ
の必要なコア直径２ａは２ａ＜（Ｖ×λ）／（２π×Ｎ
Ａ）で決められる。シングルモード光ファイバの伝送さ
れる好ましい波長は１．３μｍである。１．３μｍ波長
の光を伝送するシングルモード光ファイバのコア直径は
６μｍ以下でなければならない。コアファイバ直径が小
さく、クラッドモールドの直径が増大すると、より大き
い開口数及び／またはより短い伝送波長を有する光ファ
イバが得られる。
には、一般化周波数Ｖは２．４０１より小さいか、また
は等しい。一般化周波数の指標は、光ファイバコアに沿
って伝送される光の波長とコア及びファイバクラッドの
屈折率との関係を示し、Ｖ＝（２πａ／λ）（ｎcore 2
−ｎclad 2）1/2で表される。ここで、ａはファイバコア
の半径で、λは伝送される光の波長で、ｎは屈折率であ
る。光ファイバの開口数はＮＡ＝（ｎcore 2−ｎclad 2）
1/2で表される。そのため、シングルモード光ファイバ
の必要なコア直径２ａは２ａ＜（Ｖ×λ）／（２π×Ｎ
Ａ）で決められる。シングルモード光ファイバの伝送さ
れる好ましい波長は１．３μｍである。１．３μｍ波長
の光を伝送するシングルモード光ファイバのコア直径は
６μｍ以下でなければならない。コアファイバ直径が小
さく、クラッドモールドの直径が増大すると、より大き
い開口数及び／またはより短い伝送波長を有する光ファ
イバが得られる。
【００２３】光ファイバのコア−クラッドの界面を検査
するためには、本発明によるプリフォームから線引きし
た光ファイバは干渉顕微鏡により観察される。干渉顕微
鏡の観察によると、本発明のコア挿入法により得られた
プリフォームから線引きした光ファイバは無結晶質の高
品質のコア−クラッド界面を有する。
するためには、本発明によるプリフォームから線引きし
た光ファイバは干渉顕微鏡により観察される。干渉顕微
鏡の観察によると、本発明のコア挿入法により得られた
プリフォームから線引きした光ファイバは無結晶質の高
品質のコア−クラッド界面を有する。
【００２４】
実施例１
コアガラスとコアファイバの準備
屈折率を増大させるために１０％のＰｂＦ2でドープさ
れたＺｒＦ4（５３モル％）、ＢａＦ2（２０モル％）、
ＬａＦ（４モル％）、ＮａＦ（２０モル％）の市販され
た高純度のＺＢＬＡＮコアガラスがアルゴン雰囲気のグ
ローブボックスにより用意された。コアガラスは８００
℃、ＳＦ6雰囲気でプラチナとガラス質カーボンルツボ
により溶融された後、希薄の酸素雰囲気にさらされた。
この溶融ガラスは６００℃まで冷却されて、金コートさ
れたブラス製のモールドに注入された。そして、コアガ
ラスは室温まで冷却されて、モールドから脱離された。
その後、コアガラスはファイバ線引きタワーに設置さ
れ、５００μｍの直径を有するコアファイバに線引きさ
れた。そして、コアファイバは１０ｃｍの長さに切断さ
れた。
れたＺｒＦ4（５３モル％）、ＢａＦ2（２０モル％）、
ＬａＦ（４モル％）、ＮａＦ（２０モル％）の市販され
た高純度のＺＢＬＡＮコアガラスがアルゴン雰囲気のグ
ローブボックスにより用意された。コアガラスは８００
℃、ＳＦ6雰囲気でプラチナとガラス質カーボンルツボ
により溶融された後、希薄の酸素雰囲気にさらされた。
この溶融ガラスは６００℃まで冷却されて、金コートさ
れたブラス製のモールドに注入された。そして、コアガ
ラスは室温まで冷却されて、モールドから脱離された。
その後、コアガラスはファイバ線引きタワーに設置さ
れ、５００μｍの直径を有するコアファイバに線引きさ
れた。そして、コアファイバは１０ｃｍの長さに切断さ
れた。
【００２５】実施例２
クラッドガラスの準備
ＨｆＦ4（５３モル％）、ＢａＦ2（２０モル％）、Ｌａ
Ｆ（４モル％）、ＮａＦ（２０モル％）の市販された高
純度のＨＢＬＡＮコアガラスの粉末がアルゴン雰囲気の
グローブボックスにより用意された。クラッドガラスは
８００℃、ＳＦ6雰囲気でプラチナとガラス質カーボン
るつぼにより溶融された後、希薄の酸素雰囲気にさらさ
れた。この溶融クラッドガラスは６００℃まで冷却され
て、２５０℃で予熱されたプリフォームキャスト装置に
ある金コートされたブラス製の容器（直径１４ｍｍ）に
注入された。クラッドガラスの汚染及び表面冷却を防止
するために、容器の第１端部にあるシャッターは閉状態
にあった。コアファイバの挿入中におけるクラッドガラ
ス内のアルゴンバブルの形成を防止するために、キャス
ト装置ハウジングは真空に形成された。
Ｆ（４モル％）、ＮａＦ（２０モル％）の市販された高
純度のＨＢＬＡＮコアガラスの粉末がアルゴン雰囲気の
グローブボックスにより用意された。クラッドガラスは
８００℃、ＳＦ6雰囲気でプラチナとガラス質カーボン
るつぼにより溶融された後、希薄の酸素雰囲気にさらさ
れた。この溶融クラッドガラスは６００℃まで冷却され
て、２５０℃で予熱されたプリフォームキャスト装置に
ある金コートされたブラス製の容器（直径１４ｍｍ）に
注入された。クラッドガラスの汚染及び表面冷却を防止
するために、容器の第１端部にあるシャッターは閉状態
にあった。コアファイバの挿入中におけるクラッドガラ
ス内のアルゴンバブルの形成を防止するために、キャス
ト装置ハウジングは真空に形成された。
【００２６】実施例３
コアファイバの挿入によるプリフォームの製作
２５℃の温度を有する実施例１のコアファイバをキャス
ト装置の支持部材に乗せて、クラッドガラスがプリフォ
ームキャスト容器に注入された１００秒後、コアファイ
バは急速に実施例２のクラッドガラスに挿入された。コ
アファイバ挿入時の内部クラッド層の温度は３２０℃で
あった。挿入プロセスの間には、モールドの温度２６０
℃に保持された。コアファイバを挿入した後、プリフォ
ームの温度は室温に冷却されて、キャスト装置から取り
出された。このプリフォームはシングル光ファイバに線
引きされて、干渉顕微鏡により観察された。プリフォー
ムには環状の干渉縞が得られ、コア−クラッド界面が無
結晶質となることを示した。
ト装置の支持部材に乗せて、クラッドガラスがプリフォ
ームキャスト容器に注入された１００秒後、コアファイ
バは急速に実施例２のクラッドガラスに挿入された。コ
アファイバ挿入時の内部クラッド層の温度は３２０℃で
あった。挿入プロセスの間には、モールドの温度２６０
℃に保持された。コアファイバを挿入した後、プリフォ
ームの温度は室温に冷却されて、キャスト装置から取り
出された。このプリフォームはシングル光ファイバに線
引きされて、干渉顕微鏡により観察された。プリフォー
ムには環状の干渉縞が得られ、コア−クラッド界面が無
結晶質となることを示した。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の方法により
得られた光ファイバのプリフォームは高品質の光ファイ
バの製造に利用され、コア−クラッド界面に気泡及び結
晶質が形成されない光ファイバが得られた。
得られた光ファイバのプリフォームは高品質の光ファイ
バの製造に利用され、コア−クラッド界面に気泡及び結
晶質が形成されない光ファイバが得られた。
【図１】本発明による光ファイバプリフォームの形成の
キャスト装置を表す断面図。
キャスト装置を表す断面図。
【図２】光ファイバプリフォームを形成するキャスト装
置の断面図であり、コアファイバはキャスト装置ハウジ
ングのけん制導管にあるクラッド材料に導入された。
置の断面図であり、コアファイバはキャスト装置ハウジ
ングのけん制導管にあるクラッド材料に導入された。
【図３】図２線２−２に沿って見たキャスト装置ハウジ
ングの断面図であり、プリフォームの形成におけるコア
ファイバに関わるクラッド材料の内部と内部部分の関係
を表す。
ングの断面図であり、プリフォームの形成におけるコア
ファイバに関わるクラッド材料の内部と内部部分の関係
を表す。
【図４】従来技術におけるプリフォームキャスト容器、
コア材料及びクラッド材料の温度の代表例を表す図。
コア材料及びクラッド材料の温度の代表例を表す図。
【図５】本発明のコア挿入方法におけるプリフォームキ
ャスト容器、コア材料及びクラッド材料の温度の代表例
を表す図。
ャスト容器、コア材料及びクラッド材料の温度の代表例
を表す図。
１０ キャスト装置ハウジング
１２ 容器
１３ 加熱手段
１４ シャッタ駆動装置
１６ シャッタ
１８ 真空ポンプ
２０ ハウジング出口
２２ コアファイバ
２４ 支持部材
２６ クラッド材料
２８ 内壁
３０ クラッド材料
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 アーメット リフィック コータン
アメリカ合衆国，08873 ニュージャー
ジー，サマーセット，メイナード ロー
ド ９
(72)発明者 ロバート エム．パフチェック
アメリカ合衆国，30243 ジョージア,
ローレンスヴィル，ナタリー ドライブ
410
(56)参考文献 特開 昭57−38336（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−35801（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−251132（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−278144（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−21232（ＪＰ，Ａ)
特開 昭49−46445（ＪＰ，Ａ)
Claims (18)
- 【請求項１】 （ａ） 周辺壁を有する容器に溶融クラ
ッド材料を導入する導入ステップと、 （ｂ） 前記溶融クラッド材料の外側クラッド部を固化
させる固化ステップと、 （ｃ） クラッド材料の内側クラッド部の温度が前記ク
ラッド材料の結晶化温度より低く、かつ前記クラッド材
料のガラス転移温度より高い時に、コアファイバを前記
溶融クラッド材料の内側クラッド部に挿入する挿入ステ
ップとからなることを特徴とする光ファイバプリフォー
ムの製造方法。 - 【請求項２】 前記挿入ステップ（ｃ）は、真空または
不活性雰囲気下で行われることを特徴とする請求項１の
方法。 - 【請求項３】 （ｄ） 前記光ファイバプリフォームを
さらなる溶融クラッド材料に挿入し、前記さらなる溶融
クラッド材料を固化して、クラッド層を有する光ファイ
バプリフォームの上に前記追加クラッド層を形成するス
テップをさらに含むことを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項４】 前記コアファイバと前記クラッド材料
は、珪酸物と、ホウ酸物と、カルコゲナイドと、ハロゲ
ン化物とからなるグループから選択されるガラスを含む
ことを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項５】 前記コアファイバは、重金属ハロゲンガ
ラスを含み、前記クラッド材料は、重金属ハロゲンガラ
スを含むことを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項６】 前記重金属ハロゲンガラスは、重金属フ
ッ化ガラスであることを特徴とする請求項５の方法。 - 【請求項７】 前記フッ化ガラスは、ＺＢＬと、ＺＢＡ
と、ＺＢＬＡと、ＺＢＧＡと、ＺＢＬＡＮと、ＨＢＬＡ
と、ＨＢＬＡＮとからなるグループから選択される多成
分のガラスであることを特徴とする請求項６の方法。 - 【請求項８】 前記挿入ステップ（ｃ）は、前記導入ス
テップ（ａ）の後、８０秒から１１０秒間の間隔をおい
て行われることを特徴とする請求項６の方法。 - 【請求項９】 前記挿入ステップ（ｃ）における前記コ
アファイバの温度は、前記コアファイバのガラス転移温
度より低いことを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項１０】 前記導入ステップ（ａ）における前記
クラッド材料の温度は、６００℃から７００℃までの温
度範囲にあることを特徴とする請求項１の方法。 - 【請求項１１】 前記挿入ステップ（ｃ）における前記
クラッド材料の内側クラッド部の温度は、３１０℃から
３４０℃までの温度範囲にあることを特徴とする請求項
１の方法。 - 【請求項１２】 前記挿入ステップ（ｃ）における前記
クラッド材料の内側クラッド部の温度は、前記クラッド
材料の結晶化温度より１５℃から３５℃低いことを特徴
とする請求項１の方法。 - 【請求項１３】 （ａ） 周辺壁を有する容器に溶融ク
ラッド材料を導入する導入ステップと、 （ｂ） 前記溶融クラッド材料の外側部を固化させる固
化ステップと、 （ｃ） 前記クラッド材料の内側クラッド部の温度が前
記クラッド材料の結晶化温度より低く、かつ前記クラッ
ド材料のガラス転移温度より高い時に、コアファイバを
前記溶融クラッド材料の内側部に挿入する挿入ステップ
と （ｄ） 前記ステップにより形成されたプリフォームを
線引きする線引きステップとからなることを特徴とする
光ファイバの製造方法。 - 【請求項１４】 （ｅ） 前記光ファイバに被覆を形成
する被覆形成ステップをさらに含むことを特徴とする請
求項１３の方法。 - 【請求項１５】 前記光ファイバは、シングルモード光
ファイバであることを特徴とする請求項１３の方法。 - 【請求項１６】 （ａ） 周辺壁を有する容器に溶融
クラッド材料を導入する導入ステップと、 （ｂ） 前記溶融クラッド材料の外側クラッド部を固化
させる固化ステップと、 （ｃ） クラッド材料の内側クラッド部の温度が前記ク
ラッド材料の結晶化温度より低く、かつ前記クラッド材
料のガラス転移温度より高い時に、コアファイバを前記
溶融クラッド材料の内側クラッド部に挿入する挿入ステ
ップとからなる方法により形成された結晶質のないコア
−クラッド界面を有する光ファイバを線引きする光ファ
イバプリフォーム。 - 【請求項１７】 前記光ファイバは、重金属フッ化物光
ファイバであることを特徴とする請求項１６の光ファイ
バプリフォーム。 - 【請求項１８】 前記光ファイバは、干渉顕微鏡におい
て観察されるとき、環状の干渉縞が現れ、コア−クラッ
ドの界面には結晶質が形成されていないことを特徴とす
る請求項１６の光ファイバプリフォーム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US338926 | 1994-11-14 | ||
| US08/338,926 US5560759A (en) | 1994-11-14 | 1994-11-14 | Core insertion method for making optical fiber preforms and optical fibers fabricated therefrom |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08225334A JPH08225334A (ja) | 1996-09-03 |
| JP3524244B2 true JP3524244B2 (ja) | 2004-05-10 |
Family
ID=23326723
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|---|---|---|---|
| JP31854295A Expired - Fee Related JP3524244B2 (ja) | 1994-11-14 | 1995-11-14 | 光ファイバの製造方法及び装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US5560759A (ja) |
| EP (1) | EP0711734B1 (ja) |
| JP (1) | JP3524244B2 (ja) |
| DE (1) | DE69525222T2 (ja) |
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