JP4427425B2 - 光ファイバ母材の製造方法及び装置 - Google Patents

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Description

本発明は、大型の光ファイバ用ガラス母材の製造技術に係り、特には、高い位置精度で設置されたバーナの位置を、スート（ガラス微粒子）の堆積中あるいはバッチ間で維持するための温度条件に配慮した光ファイバ母材の製造方法及び装置に関する。
光ファイバ母材の製造装置としては、例えば、ＶＡＤ法による製造装置があり、図１に示すように、石英製チャンバ１内に石英基材２が吊り下げられ、これにスートを堆積させることでスート堆積体３が得られる。スートを合成するバーナは、石英基材２の下端先端に向けてコア用バーナ４が、石英基材２の側面に向けてクラッド用バーナ５がそれぞれ配設され、いずれもバーナホルダ６及びその固定治具７に支持されている。
コア用バーナ４には、コア原料の四塩化珪素（ＳｉＣｌ4）や、屈折率を制御するドーパントとしての四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ4）等の原料ライン、及び酸水素火炎用Ｈ2ガス、Ｏ2ガス等のガスラインが接続されている。クラッド用バーナ５には、四塩化珪素ガス及び酸水素ガスラインが接続されている。
コア用バーナ４及びクラッド用バーナ５は、いずれも固定治具７によって支持され、これによってバーナとスート堆積体先端との相対位置が最適になるようにバーナ位置を調整することができる。
光ファイバ母材は、石英基材２を回転させつつそのターゲット部に向けて、コア用バーナ４及びクラッド用バーナ５から原料ガスを吹き付け、火炎加水分解反応で生成したスートを石英基材２の軸方向に堆積させ、その成長に合わせて石英基材２を引き上げることにより、屈折率の高いコアと屈折率の低いクラッドからなるスート堆積体３が得られ、これを電気炉で脱水・透明ガラス化して製造される。
光ファイバ用ガラス母材を合成する製造技術において、バーナとスート堆積体との相対的な位置関係は、スートの付着速度や密度等に影響を及ぼすだけでなく、得られるガラス母材の屈折率プロファイルを決定する上で、極めて重要である。特にＶＡＤ法では、バーナとスート堆積体先端との相対的位置関係にズレが生じると、得られたガラス母材の屈折率プロファイルが微妙に変化するため、バーナの固定方法に関して様々な方法が提案されてきた。
例えば、特許文献１は、石英ガラス製のバーナを使用し、固定するための把持力不足によるバーナの位置ズレを解決する手段として、モールド方式を採用し、バーナを樹脂や石膏でベースに取り付け固定している。
また、特許文献２は、バーナ保持孔の精度を規定し、バーナ固定治具をはめ合い方式にすることにより、バーナの固定精度と再現性を向上させる方法を提案している。
実公平03-22256号公報 特開2000-256032号公報
しかしながら、近年、光ファイバ用ガラス母材の大型化が求められ、これを実現するために供給する原料ガス量の増加がはかられているが、これには、スート堆積時と停止時の熱サイクルにより、各部材の温度が変化し、バーナとバーナホルダ及び固定治具の熱膨張による位置ズレや固定部分に緩みが生じ、バーナとスート堆積体との相対位置にズレを生じるという問題があった。さらに、この影響を受けて、母材の軸方向に対するスートの付着速度や密度、屈折率プロファイルが変化するという問題を生じていた。
本発明は、バーナとスート堆積体との相対位置が常に一定で、屈折率プロファイルの安定した光ファイバ母材の製造方法及び装置を提供することを目的としている。特にスート堆積体との相対位置を調整したバーナの位置を、同じ堆積装置で、堆積中の経時変化によらずに安定して維持することを目的とする。
本発明の光ファイバ母材の製造方法は、火炎加水分解反応で生成したスートを堆積させて光ファイバ母材を製造する方法において、光ファイバ母材合成用バーナのバーナホルダ及びその固定治具を含むバーナ固定部分の表面温度の変動幅を８０℃以下に制御することにあり、該制御する機構がバーナホルダ及びその固定治具を含むバーナ固定部分を加熱又は冷却する温度調節手段からなることを特徴としている。
なお、バーナ火炎と、バーナホルダ及び／又はその固定治具との間に遮熱板を配設するのが好ましい。温度調節には、加熱、冷却、温度保持が含まれ、例えば、加熱では電気ヒーターで直接又は間接的に加熱する方法が、冷却では冷媒を用いて冷却する方法が挙げられる。
本発明の光ファイバ母材の製造装置は、火炎加水分解反応で生成したスートを堆積させて光ファイバ母材を製造する装置において、光ファイバ母材合成用のバーナ、該バーナを固定するバーナホルダ及び該バーナホルダを固定する固定治具を備え、該バーナホルダ及びその固定治具を含むバーナ固定部分の表面温度の変動幅を８０℃以下に制御する機構を有し、該制御する機構がバーナホルダ及びその固定治具を含むバーナ固定部分を加熱又は冷却する温度調節手段からなることを特徴としている。
なお、バーナ火炎と、バーナホルダ及び／又はその固定治具との間に遮熱板を配設するのが好ましい。温度調節には、加熱、冷却、温度保持が含まれ、例えば電気ヒーターで直接又は間接的に加熱する装置や、冷媒を用いて冷却する装置を設けてもよい。
本発明によれば、スートの堆積中はもとよりスート堆積体製造のバッチ間においても、バーナとスート堆積体との相対位置を一定に維持することができ、屈折率プロファイルの安定した光ファイバ母材が得られる。特にスート堆積体との相対位置を調整したバーナの位置を、同じ堆積装置で、堆積中の経時変化によらずに安定して維持することができる。
本発明は、バーナホルダ及びその固定治具を含むバーナ固定部分の温度を制御する機構、例えば、バーナ火炎と、バーナホルダ及び／又はその固定治具との間に遮熱板を配設したり、バーナホルダ及びその固定治具を含むバーナ固定部分を加熱及び／又は冷却する温度調節手段を設けて、バーナホルダ及びその固定治具を含むバーナ固定部分の表面温度の変動幅を８０℃以下で制御することにより、バーナとスート堆積体との相対位置を高い精度で一定に維持することができる。これにより、軸方向に屈折率プロファイルの安定した光ファイバ母材が得られる。加えて、バーナとスート堆積体との相対位置が高い精度で一定に維持されているため、バッチ間でも屈折率プロファイルの安定した光ファイバ母材が得られる。
以下、本発明の実施の形態について図を用いて説明するが、本発明はこれらに限定されず様々な態様が可能である。
以下、実施例、比較例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
(実施例１)
図２に示す装置を用いてスート堆積体の製造を行った。この装置には、バーナ火炎とバーナ固定部（バーナホルダ６、固定治具７）との間に、バーナ火炎による輻射熱を遮蔽するために、ＳＵＳ製の遮熱板８が設置されている。なお、遮熱板８として、１００×１００×５ｍｍと１５０×１５０×５ｍｍの２種のサイズのものを用意し、遮蔽効果の差異を調べた。
コア用バーナ４に、酸水素火炎用Ｈ2ガス及びＯ2ガスとともに、コア原料の四塩化珪素（ＳｉＣｌ4）及び四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ4）を供給し、クラッド用バーナ５には四塩化珪素ガス及び酸素・水素ガスを供給してスート堆積体の製造を行い、さらに電気炉で脱水・透明ガラス化して、直胴部の長さ６００ｍｍ、外径１００ｍｍの光ファイバ母材を得た。
なお、堆積中に測定したバーナホルダ６及びその固定治具７の最高・最低表面温度を表１に、透明ガラス化した光ファイバ母材のコア／クラッド屈折率差Δｎ1の測定結果を図３にグラフで示した。
これらの結果から明らかなように、堆積中、バーナホルダ６及びその固定治具７の表面温度の変動幅を８０℃以下に調整することにより、熱膨張によるバーナ４，５の位置ズレを抑えることができ、バーナ４，５とスート堆積体３との相対位置を一定に維持することができ、光ファイバ母材の軸方向における屈折率プロファイルの変化を抑えることができた。遮熱板の効果は、サイズの大きいほうがより顕著に認められ、バッチ間においても同様の効果が認められた。
Figure 0004427425
(実施例２)
図４の装置を使用した以外は、実施例１と同じ条件で光ファイバ母材の製造を行った。この装置には、バーナホルダ６及び固定治具７を含むバーナ固定部分を恒温ボックス９内に納め、その温度を６０℃±１℃で制御した。透明ガラス化して得られた光ファイバ母材の屈折率プロファイルを測定したところ、図５に示す結果が得られ、屈折率プロファイルの変動を極めて小さく抑えることができた。
(比較例１)
図１の装置を使用した以外は、実施例１と同じ条件で光ファイバ母材の製造を行った。
測定したバーナホルダ６及びその固定治具７の最高・最低表面温度を表２に示し、コア／クラッド屈折率差Δｎ1を図６にグラフで示した。
その結果は、図から明らかなように、屈折率差Δｎ1の変動量が０.０１２と大きいものであった。
Figure 0004427425
本発明によれば、軸方向に極めて屈折率プロファイルの変動が抑制された、高品質の光ファイバ母材が得られる。
ＶＡＤ法による従来の光ファイバ母材の製造装置の構成例を示す概略図である。 実施例１で使用した製造装置の構成例を示す概略図である。 実施例１で得られた光ファイバ母材の屈折率差Δｎ1の変動を示すグラフである。 実施例２で使用した製造装置の構成例を示す概略図である。 実施例２で得られた光ファイバ母材の屈折率差Δｎ1の変動を示すグラフである。 従来の製造装置を使用して得られた光ファイバ母材の屈折率差Δｎ1の変動を示すグラフである。
符号の説明
１…石英製チャンバ、
２…石英基材、
３…スート堆積体、
４…コア用バーナ、
５…クラッド用バーナ、
６…バーナホルダ、
７…固定治具、
８…遮熱板、
９…恒温ボックス（温度調節手段）。

Claims (6)

  1. 火炎加水分解反応で生成したスートを堆積させて光ファイバ母材を製造する方法において、光ファイバ母材合成用バーナのバーナホルダ及びその固定治具を含むバーナ固定部分の表面温度の変動幅を８０℃以下に制御することにあり、該制御する機構がバーナホルダ及びその固定治具を含むバーナ固定部分を加熱する温度調節手段からなることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
  2. 火炎加水分解反応で生成したスートを堆積させて光ファイバ母材を製造する方法において、光ファイバ母材合成用バーナのバーナホルダ及びその固定治具を含むバーナ固定部分の表面温度の変動幅を８０℃以下に制御することにあり、該制御する機構がバーナホルダ及びその固定治具を含むバーナ固定部分を冷却する温度調節手段からなることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
  3. バーナ火炎と、バーナホルダ及び／又はその固定治具との間に遮熱板を配設してなる請求項１又は２に記載の光ファイバ母材の製造方法。
  4. 火炎加水分解反応で生成したスートを堆積させて光ファイバ母材を製造する装置において、光ファイバ母材合成用のバーナ、該バーナを固定するバーナホルダ及び該バーナホルダを固定する固定治具を備え、該バーナホルダ及びその固定治具を含むバーナ固定部分の表面温度の変動幅を８０℃以下に制御する機構を有し、該制御する機構がバーナホルダ及びその固定治具を含むバーナ固定部分を加熱する温度調節手段からなることを特徴とする光ファイバ母材の製造装置。
  5. 火炎加水分解反応で生成したスートを堆積させて光ファイバ母材を製造する装置において、光ファイバ母材合成用のバーナ、該バーナを固定するバーナホルダ及び該バーナホルダを固定する固定治具を備え、該バーナホルダ及びその固定治具を含むバーナ固定部分の表面温度の変動幅を８０℃以下に制御する機構を有し、該制御する機構がバーナホルダ及びその固定治具を含むバーナ固定部分を冷却する温度調節手段からなることを特徴とする光ファイバ母材の製造装置。
  6. バーナ火炎と、バーナホルダ及び／又はその固定治具との間に遮熱板を配設してなる請求項４又は５に記載の光ファイバ母材の製造装置。
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