JP3675581B2 - 光ファイバ用母材の合成方法及び合成条件の調整方法 - Google Patents
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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用母材の合成方法、特にコアとクラッドの比屈折率差の軸方向の変動及び、コアとクラッドの外径比の軸方向の変動を減少させる光ファイバ用母材の合成方法である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の方法によれば、例えば、コア用バーナとクラッド用バーナを用いコアとクラッドを同時に合成する方法において、クラッドの外径を測定する手段を設けて、外径に応じてクラッド用原料の流量を制御し、クラッドの外径を一定に保つ方法があるが（特開昭６０−１６８２６号公報）、ガラス微粒子の堆積が完了した後の状態をモニタするので、ガラス微粒子の堆積にフィードバックする際時間的に遅れが生じてしまう問題がある。更にコア母材の同時合成技術において成長速度をモニタし、コアバーナあるいはクラッドバーナのガス供給量を制御する方法（特開平６−１９９５３５号公報）があるが、これでは、コアの成長速度はモニターできても、クラッドの成長速度がモニターできないため、コアとクラッドの成長速度を合わせ、外径を一定に保つような制御をすることは難しかった。また、コア、クラッドの同時合成技術において堆積面の形状をモニタし、好ましい形状との比較からコア及び／又はクラッドのガス条件を制御する方法（特開平５−４３２６４号公報）が提案されているが、この方法では、モニターした形状を全域にわたっていつも同じ形状に保つことが難しく、制御システムが複雑になり、かえって外径に微小な変動が残るという問題が生じてしまった。このようにいずれの方法においても、外径を一定に保ってコア、クラッドを同時に製造する技術としては完全ではなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、クラッド外径が変動すると、クラッド外径が小さい部分は脱水加熱時、中心部まで十分加熱されるのに対して、クラッド外径が大きい部分は多孔質母材の断熱効果により中心部は十分加熱されない。一方、コア部に添加されたゲルマニウムは脱水加熱時、ある程度揮散するために、脱水加熱処理後のゲルマニウム添加量は脱水加熱処理前より減少し、その割合は温度によって影響を受け、より高温の方が減少量が多い。従って、クラッド外径の変化は脱水加熱処理によってゲルマニウムの添加量に変化を生じさせることになり、軸方向の屈折率変動となる。
さらに、クラッド外径が軸方向で変動することは、コア径に対するクラッド径の比率が変動することになるので、最終的に光ファイバとなった時、コア径が長手方向で変動したものになってしまう。
【０００４】
これを図２について説明すると、図２（Ａ）は従来法におけるコアとクラッドからなる光ファイバ用母材の断面を示すもので、クラッド外径が変動する場合を示し、（Ａ′）はその上下の位置に応じてΔｎが変動する状況を示すグラフである。同様に（Ｂ）及び（Ｂ′）はクラッドの成長速い場合で、母材の断面とその上下の位置に応じたΔｎの変動の状況を示し、（Ｃ）及び（Ｃ′）はクラッドの成長が遅い場合である。このようにクラッドの成長を制御しないと、クラッドの外径が変化し、Δｎの変動が生じる。
本発明は上記した従来法の欠点を解消し、コアとクラッドの比屈折率差（Δｎ）の軸方向の変動とコアとクラッドの外径比の軸方向の変動を減少させることのできる改良された光ファイバ用母材の合成方法を提供することを目的とする。
特にこのようなクラッド外径の変動により屈折率が変化する現象はクラッド外径が太い場合に顕著になる傾向が見られる。１３０ｍｍφ以上の場合には問題となってくる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、下記の合成方法によって達成される。
（１）コア部とクラッド部とをそれぞれのバーナで同時に軸方向に合成する光ファイバ用母材の合成方法において、クラッドとなる部分の半径ｒが任意のある値となる堆積面上の点のコア先端からの軸方向の距離Ｌを測定し、その測定結果を基にクラッドバーナに供給されているガラス原料又は水素ガスの流量を変更することを特徴とする光ファイバ用母材の合成方法、
【０００６】
（２）コア部とクラッド部とをそれぞれのバーナで同時に軸方向に合成する光ファイバ用母材の合成方法において、クラッドとなる部分の半径ｒが任意のある値となる堆積面上の点のコア先端からの軸方向の距離Ｌを測定し、その測定結果をクラッドバーナに供給されているガラス原料又は水素ガスの流量を変更することに利用することを特徴とするクラッド外径を軸方向に均一に保持する調整方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、コアとクラッドの比屈折率差の軸方向の変動及びコアとクラッドの外径比の軸方向の変動が大きくなる原因として、クラッド外径が軸方向で変化するためであることを発見し、クラッド外径を軸方向に均一にする方法として多孔質母材の合成時、クラッド部の堆積面位置を測定し、その結果を合成条件に反映させることが効果的であることを見いだした。
すなわち、クラッドとなる部分の堆積面のうち、径方向の任意の１つの位置における堆積面の上下方向の高さを測定し、測定結果を基に光ファイバ用母材の合成時の条件を変更することに利用する。
【０００８】
図１に示すように、コア部を合成するコア用バーナ３とクラッド部を合成するクラッド用バーナ２を配置し、夫々のバーナにガラス原料ガスを供給して合成されるガラス微粒子を回転する出発棒１に堆積させ、コア先端の位置が常に一定の位置になるように、コア先端６に接して通したレーザ光の受光レベルを常に一定に保つようにターゲットを引上げ制御する。その間、クラッドとなる部分の半径ｒが任意のある値となる堆積面上の点のコア先端からの軸方向の距離Ｌを読み取る。この測定結果から、クラッドバーナの原料供給流量を調整しこの測定値Ｌが常に一定になるように制御する。
【０００９】
従来方法はコア部を合成するバーナとクラッド部を合成するバーナを配置し、火炎が形成されたそれぞれのバーナにガラス原料を供給することで合成されるガラス微粒子を、回転する出発棒に堆積させ、コアとなる部分の先端にレーザ光を通すことで先端の高さを一定に保つようにターゲットを引き上げ制御するため、コア部については合成速度に応じて引き上げ速度が調整され、定常な堆積が実現され軸方向に外径が均一となる。しかし、クラッド部の成長については制御していないのでコア部のように外径を一定にすることは困難であった。
本発明は、こうした問題点に鑑み、クラッドの成長の度合いをクラッドの堆積面の高さＬを測定することで調べ、合成条件ヘフィードバックすることでクラッドの成長速度をコアの成長速度との相対値としてモニタすることができコアとクラッドの成長バランスを一致させ、クラッド外径が一定のススを得ることができるようにしたものである。クラッド外径が一定であるため、コアとクラッドの比屈折率差が軸方向で安定したものが得られる。
更に上記の合成方法（２）では、クラッドの成長の度合いを大きく左右するものはガラス原料と水素の流量であるので、これらの流量を堆積面の位置変化に応じて変化させることで効率よくクラッドの成長をコントロールすることができる。
例えば、図２（Ｂ）に示される母材が形成される場合はクラッドの成長速度がコアより速い状態になっていることから、ガラス原料を減少させる、あるいは、水素の流量を増加するなどして、クラッドの成長速度を低下させ、コアと一致させる。（Ｃ）の場合は、クラッドの成長速度がコアに対して遅い状態であり、ガラス原料を増加あるいは水素ガス流量を減少させることによりクラッドの成長速度を調整し、コアとクラッドの成長バランスを一致させることができる。
【００１０】
【実施例】
以下本発明を実施例により更に詳細に説明するが、これにより本発明を限定する意図のものではない。
（実施例１）
コア部を合成するバーナとクラッド部を合成するバーナを配置し、火炎が形成されたそれぞれのバーナにガラス原料を供給することで合成されるガラス微粒子を、回転する出発棒に堆積させ、コアとなる部分の先端にレーザ光を通すことで先端の高さを一定に保つようにターゲットを引き上げ制御することで外径約１５０ｍｍの光ファイバ用多孔質母材を得た。その際コアバーナには同心円状の多重管バーナを用い、中心ポートに四塩化珪素、水素、及び四塩化ゲルマニウム、第２ポートには水素ガス、第３ポートにはアルゴンガス、第４ポートには酸素ガス、第５ポートにはアルゴンガス、第６ポートには水素ガス、第７ポートにはアルゴンガス、第８ポートには酸素ガスを供給した。クラッドバーナには中心ポートに四塩化珪素及び水素ガスを第２ポート以降はコアバーナと同様のガスを供給した。多孔質母材の合成時、回転中心軸から７５ｍｍ外側のクラッドとなる部分の堆積面の高さを読みとり顕微鏡にて随時測定した。その結果、堆積面の高さは一定ではなく、多孔質母材の合成につれて徐々に低くなる傾向があり、クラッド外径は多孔質母材の上部は１４５ｍｍ、下部は１５５ｍｍと下部の方が大きかった。多孔質母材を焼結炉にて透明化したのち、コアとクラッドの比屈折率差を調べると、多孔質母材の上部に相当する部分は０．３０％であるのに対して、下部に相当する部分は０．４５％であった。
そこで、次の母材を合成する際、クラッドバーナの原料流量を５％減少させて、多孔質母材の合成を実施した。その際、前回同様にクラッドの堆積面の位置を測定しながら合成を実施した。その結果、クラッドの堆積面の高さは一定となり、得られた多孔質母材の外径は上部、下部ともに１４５ｍｍであり、多孔質母材を焼結透明化した後、コアとクラッドの比屈折率差を調べたところ上部、下部ともに０．３５％であった。
【００１１】
（実施例２）
実施例１において、クラッド堆積面の高さが安定した条件で、クラッド堆積面の位置を測定した位置においてレーザ光が接するようにレーザ及び受光部を配置した。受光部の出力をクラッドバーナへ供給しているガスの流量を制御している制御装置に接続し、受光部の出力Ｐに対してクラッドの第２ポートに供給している水素の流量ＱをＱ＝Ｑ0 −ｋ（Ｐ- Ｐ0 ）（ｋ、Ｑ0 、Ｐ0 は定数）の関係に従って制御した。
その結果、得られた多孔質母材のスス径は上部、下部ともに１４５ｍｍであり、多孔質母材を焼結透明化した後、コアとクラッドの比屈折率差を調べたところ上部、下部ともに０．３５％であった。
【００１２】
【発明の効果】
本発明においては、クラッドの成長の度合いをクラッドの堆積面の高さを測定することで調べ、合成条件へフィードバックすることでコアとクラッドの成長バランスを一致させ、クラッド外径が一定のススを得ることができる。クラッド外径が一定であるため、コアとクラッドの比屈折率差が軸方向で安定したものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に従い光ファイバ用母材を製造する一態様を示す概念図。
【図２】図２（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、従来法により合成した光ファイバ用母材についてクラッド径が不均一に成長している状態を示す概略断面図、（Ａ′）、（Ｂ′）及び（Ｃ′）は、（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の場合に夫々に対応するΔｎの変動を示すグラフ。
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバ用母材の合成方法、特にコアとクラッドの比屈折率差の軸方向の変動及び、コアとクラッドの外径比の軸方向の変動を減少させる光ファイバ用母材の合成方法である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の方法によれば、例えば、コア用バーナとクラッド用バーナを用いコアとクラッドを同時に合成する方法において、クラッドの外径を測定する手段を設けて、外径に応じてクラッド用原料の流量を制御し、クラッドの外径を一定に保つ方法があるが（特開昭６０−１６８２６号公報）、ガラス微粒子の堆積が完了した後の状態をモニタするので、ガラス微粒子の堆積にフィードバックする際時間的に遅れが生じてしまう問題がある。更にコア母材の同時合成技術において成長速度をモニタし、コアバーナあるいはクラッドバーナのガス供給量を制御する方法（特開平６−１９９５３５号公報）があるが、これでは、コアの成長速度はモニターできても、クラッドの成長速度がモニターできないため、コアとクラッドの成長速度を合わせ、外径を一定に保つような制御をすることは難しかった。また、コア、クラッドの同時合成技術において堆積面の形状をモニタし、好ましい形状との比較からコア及び／又はクラッドのガス条件を制御する方法（特開平５−４３２６４号公報）が提案されているが、この方法では、モニターした形状を全域にわたっていつも同じ形状に保つことが難しく、制御システムが複雑になり、かえって外径に微小な変動が残るという問題が生じてしまった。このようにいずれの方法においても、外径を一定に保ってコア、クラッドを同時に製造する技術としては完全ではなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、クラッド外径が変動すると、クラッド外径が小さい部分は脱水加熱時、中心部まで十分加熱されるのに対して、クラッド外径が大きい部分は多孔質母材の断熱効果により中心部は十分加熱されない。一方、コア部に添加されたゲルマニウムは脱水加熱時、ある程度揮散するために、脱水加熱処理後のゲルマニウム添加量は脱水加熱処理前より減少し、その割合は温度によって影響を受け、より高温の方が減少量が多い。従って、クラッド外径の変化は脱水加熱処理によってゲルマニウムの添加量に変化を生じさせることになり、軸方向の屈折率変動となる。
さらに、クラッド外径が軸方向で変動することは、コア径に対するクラッド径の比率が変動することになるので、最終的に光ファイバとなった時、コア径が長手方向で変動したものになってしまう。
【０００４】
これを図２について説明すると、図２（Ａ）は従来法におけるコアとクラッドからなる光ファイバ用母材の断面を示すもので、クラッド外径が変動する場合を示し、（Ａ′）はその上下の位置に応じてΔｎが変動する状況を示すグラフである。同様に（Ｂ）及び（Ｂ′）はクラッドの成長速い場合で、母材の断面とその上下の位置に応じたΔｎの変動の状況を示し、（Ｃ）及び（Ｃ′）はクラッドの成長が遅い場合である。このようにクラッドの成長を制御しないと、クラッドの外径が変化し、Δｎの変動が生じる。
本発明は上記した従来法の欠点を解消し、コアとクラッドの比屈折率差（Δｎ）の軸方向の変動とコアとクラッドの外径比の軸方向の変動を減少させることのできる改良された光ファイバ用母材の合成方法を提供することを目的とする。
特にこのようなクラッド外径の変動により屈折率が変化する現象はクラッド外径が太い場合に顕著になる傾向が見られる。１３０ｍｍφ以上の場合には問題となってくる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は、下記の合成方法によって達成される。
（１）コア部とクラッド部とをそれぞれのバーナで同時に軸方向に合成する光ファイバ用母材の合成方法において、クラッドとなる部分の半径ｒが任意のある値となる堆積面上の点のコア先端からの軸方向の距離Ｌを測定し、その測定結果を基にクラッドバーナに供給されているガラス原料又は水素ガスの流量を変更することを特徴とする光ファイバ用母材の合成方法、
【０００６】
（２）コア部とクラッド部とをそれぞれのバーナで同時に軸方向に合成する光ファイバ用母材の合成方法において、クラッドとなる部分の半径ｒが任意のある値となる堆積面上の点のコア先端からの軸方向の距離Ｌを測定し、その測定結果をクラッドバーナに供給されているガラス原料又は水素ガスの流量を変更することに利用することを特徴とするクラッド外径を軸方向に均一に保持する調整方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、コアとクラッドの比屈折率差の軸方向の変動及びコアとクラッドの外径比の軸方向の変動が大きくなる原因として、クラッド外径が軸方向で変化するためであることを発見し、クラッド外径を軸方向に均一にする方法として多孔質母材の合成時、クラッド部の堆積面位置を測定し、その結果を合成条件に反映させることが効果的であることを見いだした。
すなわち、クラッドとなる部分の堆積面のうち、径方向の任意の１つの位置における堆積面の上下方向の高さを測定し、測定結果を基に光ファイバ用母材の合成時の条件を変更することに利用する。
【０００８】
図１に示すように、コア部を合成するコア用バーナ３とクラッド部を合成するクラッド用バーナ２を配置し、夫々のバーナにガラス原料ガスを供給して合成されるガラス微粒子を回転する出発棒１に堆積させ、コア先端の位置が常に一定の位置になるように、コア先端６に接して通したレーザ光の受光レベルを常に一定に保つようにターゲットを引上げ制御する。その間、クラッドとなる部分の半径ｒが任意のある値となる堆積面上の点のコア先端からの軸方向の距離Ｌを読み取る。この測定結果から、クラッドバーナの原料供給流量を調整しこの測定値Ｌが常に一定になるように制御する。
【０００９】
従来方法はコア部を合成するバーナとクラッド部を合成するバーナを配置し、火炎が形成されたそれぞれのバーナにガラス原料を供給することで合成されるガラス微粒子を、回転する出発棒に堆積させ、コアとなる部分の先端にレーザ光を通すことで先端の高さを一定に保つようにターゲットを引き上げ制御するため、コア部については合成速度に応じて引き上げ速度が調整され、定常な堆積が実現され軸方向に外径が均一となる。しかし、クラッド部の成長については制御していないのでコア部のように外径を一定にすることは困難であった。
本発明は、こうした問題点に鑑み、クラッドの成長の度合いをクラッドの堆積面の高さＬを測定することで調べ、合成条件ヘフィードバックすることでクラッドの成長速度をコアの成長速度との相対値としてモニタすることができコアとクラッドの成長バランスを一致させ、クラッド外径が一定のススを得ることができるようにしたものである。クラッド外径が一定であるため、コアとクラッドの比屈折率差が軸方向で安定したものが得られる。
更に上記の合成方法（２）では、クラッドの成長の度合いを大きく左右するものはガラス原料と水素の流量であるので、これらの流量を堆積面の位置変化に応じて変化させることで効率よくクラッドの成長をコントロールすることができる。
例えば、図２（Ｂ）に示される母材が形成される場合はクラッドの成長速度がコアより速い状態になっていることから、ガラス原料を減少させる、あるいは、水素の流量を増加するなどして、クラッドの成長速度を低下させ、コアと一致させる。（Ｃ）の場合は、クラッドの成長速度がコアに対して遅い状態であり、ガラス原料を増加あるいは水素ガス流量を減少させることによりクラッドの成長速度を調整し、コアとクラッドの成長バランスを一致させることができる。
【００１０】
【実施例】
以下本発明を実施例により更に詳細に説明するが、これにより本発明を限定する意図のものではない。
（実施例１）
コア部を合成するバーナとクラッド部を合成するバーナを配置し、火炎が形成されたそれぞれのバーナにガラス原料を供給することで合成されるガラス微粒子を、回転する出発棒に堆積させ、コアとなる部分の先端にレーザ光を通すことで先端の高さを一定に保つようにターゲットを引き上げ制御することで外径約１５０ｍｍの光ファイバ用多孔質母材を得た。その際コアバーナには同心円状の多重管バーナを用い、中心ポートに四塩化珪素、水素、及び四塩化ゲルマニウム、第２ポートには水素ガス、第３ポートにはアルゴンガス、第４ポートには酸素ガス、第５ポートにはアルゴンガス、第６ポートには水素ガス、第７ポートにはアルゴンガス、第８ポートには酸素ガスを供給した。クラッドバーナには中心ポートに四塩化珪素及び水素ガスを第２ポート以降はコアバーナと同様のガスを供給した。多孔質母材の合成時、回転中心軸から７５ｍｍ外側のクラッドとなる部分の堆積面の高さを読みとり顕微鏡にて随時測定した。その結果、堆積面の高さは一定ではなく、多孔質母材の合成につれて徐々に低くなる傾向があり、クラッド外径は多孔質母材の上部は１４５ｍｍ、下部は１５５ｍｍと下部の方が大きかった。多孔質母材を焼結炉にて透明化したのち、コアとクラッドの比屈折率差を調べると、多孔質母材の上部に相当する部分は０．３０％であるのに対して、下部に相当する部分は０．４５％であった。
そこで、次の母材を合成する際、クラッドバーナの原料流量を５％減少させて、多孔質母材の合成を実施した。その際、前回同様にクラッドの堆積面の位置を測定しながら合成を実施した。その結果、クラッドの堆積面の高さは一定となり、得られた多孔質母材の外径は上部、下部ともに１４５ｍｍであり、多孔質母材を焼結透明化した後、コアとクラッドの比屈折率差を調べたところ上部、下部ともに０．３５％であった。
【００１１】
（実施例２）
実施例１において、クラッド堆積面の高さが安定した条件で、クラッド堆積面の位置を測定した位置においてレーザ光が接するようにレーザ及び受光部を配置した。受光部の出力をクラッドバーナへ供給しているガスの流量を制御している制御装置に接続し、受光部の出力Ｐに対してクラッドの第２ポートに供給している水素の流量ＱをＱ＝Ｑ0 −ｋ（Ｐ- Ｐ0 ）（ｋ、Ｑ0 、Ｐ0 は定数）の関係に従って制御した。
その結果、得られた多孔質母材のスス径は上部、下部ともに１４５ｍｍであり、多孔質母材を焼結透明化した後、コアとクラッドの比屈折率差を調べたところ上部、下部ともに０．３５％であった。
【００１２】
【発明の効果】
本発明においては、クラッドの成長の度合いをクラッドの堆積面の高さを測定することで調べ、合成条件へフィードバックすることでコアとクラッドの成長バランスを一致させ、クラッド外径が一定のススを得ることができる。クラッド外径が一定であるため、コアとクラッドの比屈折率差が軸方向で安定したものが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に従い光ファイバ用母材を製造する一態様を示す概念図。
【図２】図２（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、従来法により合成した光ファイバ用母材についてクラッド径が不均一に成長している状態を示す概略断面図、（Ａ′）、（Ｂ′）及び（Ｃ′）は、（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の場合に夫々に対応するΔｎの変動を示すグラフ。
Claims (2)
- コア部とクラッド部とをそれぞれのバーナで同時に軸方向に合成する光ファイバ用母材の合成方法において、クラッドとなる部分の半径ｒが任意のある値となる堆積面上の点のコア先端からの軸方向の距離Ｌを測定し、その測定結果を基にクラッドバーナに供給されているガラス原料又は水素ガスの流量を変更することを特徴とする光ファイバ用母材の合成方法。
- コア部とクラッド部とをそれぞれのバーナで同時に軸方向に合成する光ファイバ用母材の合成方法において、クラッドとなる部分の半径ｒが任意のある値となる堆積面上の点のコア先端からの軸方向の距離Ｌを測定し、その測定結果をクラッドバーナに供給されているガラス原料又は水素ガスの流量を変更することに利用することを特徴とするクラッド外径を軸方向に均一に保持する調整方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21242796A JP3675581B2 (ja) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | 光ファイバ用母材の合成方法及び合成条件の調整方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP21242796A JP3675581B2 (ja) | 1996-08-12 | 1996-08-12 | 光ファイバ用母材の合成方法及び合成条件の調整方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1059738A JPH1059738A (ja) | 1998-03-03 |
| JP3675581B2 true JP3675581B2 (ja) | 2005-07-27 |
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ID=16622421
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP3675581B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP7115095B2 (ja) * | 2018-07-20 | 2022-08-09 | 住友電気工業株式会社 | 光ファイバ用母材の製造方法 |
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1996
- 1996-08-12 JP JP21242796A patent/JP3675581B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH1059738A (ja) | 1998-03-03 |
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