JPH01141829A - 特に希土類でドーピングした光ファイバを製造するための内部ドーピング形透明ガラス管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １１へｉｔ 本発明は一般的にはガラス管の内部ドーピング、即ち１
種類以上のドーピング剤をガラス管の内部層に混入する
ことに係わる。本明細書では、「ドーピング剤（ｄｏｐ
ａｎｔ）　Ｊという用語はガラスの特性を局部的に変化
させることのできる物質を意味する。本発明は特に、前
述のようなドーピング剤の揮発性前駆体を反応性気体混
合物中に予め混入したくない場合、又は混入できない場
合に適用される。従って、本発明は光ファイバの製造で
現在求められている条件を満たすことができる。光ファ
イバの製造では、熱間直径収縮処理によってプレフォー
ムになり、このプレフォームの熱間延伸処理によってフ
ァイバになるガラス管の光学的特性を局部的に変化させ
るために、様々なドーピング剤が使用される。使用する
ドーピング剤が揮発性前駆体を有する場合には、通常は
公知の方法によってその前駆体を反応性気体混合物に容
易に混入することができ、次いでこの混合物を介して前
記元素をガラス管に混入することができる。しかしなが
ら、このような方法は混入すべきドーピング剤が揮発性
前駆体をもたない場合には使用できない。

ネオジム又はエルビウムのような希土類はこれに相当す
る。ドーピング剤を混入される方のガラスは、本発明を
光ファイバの製造に使用する場合にはシリカガラスであ
る。

光ファイバの製造では、“ＭＣＶＤ”と称する公知の方
法によるプレフォームの形成に使用される通常のドーピ
ング剤の前駆体が室温でも数千パスカルの蒸気圧を有す
るため、第１の先行技術の方法では反応器にキャリヤガ
スを吹込むことによって前記前駆体を反応体中に混入し
、前記反応性気体混合物を製造することができる。これ
に対し、レーザ又はセンサの製造に使用するための光フ
ァイバの製造で使用することができる希土類化合物は、
これら化合物の融点に近い温度でも蒸気圧が極めて低い
。例えばＮｄＣｌ　３の蒸気圧は８２０℃で３．５２パ
スカルであり、ＥｒＣ１ｚの蒸気圧は８３０℃で１４．
８４パスカルである。

従って、ガス吹込み操作を含む前記第１製法を使用する
ことはできない、希土類でドープした第１プレフオーム
は、「ドーピングチャンバ」式と称する第２の先行技術
の方法（説明の最後に記載の参考文献Ｎ００１参照）に
よって形成されてきたが、この第２の方法ではドーピン
グ剤を長手方向で十分に均一に導入することができない
。

欧州特許出願第００２５２３０号には、希土類以外のド
ーピング剤の混入に係わる第３の方法が記載されている
。この欧州特許出願明細書は、液体キャリヤ中に溶解し
た前駆体にドーピング剤を混入し、この前駆体と液体キ
ャリヤとを液体キャリヤ中に溶解したシリカの前駆体と
混合し、この液体混合物を加圧下で送給管を介して、ド
ーピング剤の混入を受けるべき内部層を有するガラス管
ブランク内を移動し得る適用点に導入し、前記と同じ適
用点で、前記前駆体と化学的に反応してドーピング剤と
シリカとを形成し得る液体試薬も加圧下で導入し、前記
前駆体とその液体キャリヤとを前記試薬と共にガラス管
ブランクの内面方向に噴霧し、前記適用点を移動させて
前記内面を走査することによりドーピング処理ガラス層
を低温で形成し、次いで液体キャリヤを乾燥によって除
去することを提案している。

前記第３の公知方法は実用的ではないと思われる。なぜ
なら、形成されたガラス層がその形成時に含む液体キャ
リヤが、後で加熱によってガラスを乾燥させ且つ固結さ
せても許容し得る光学的特性、特に透明性を与えること
ができないような量に及ぶからである。

この技術分野で公知の第４の方法は、少なくとも典型的
実施態様の１つにおける本発明の方法と少なくとも幾つ
かの点で共通した種々の操伊を含む。

この第４の先行技術方法及び本発明の方法はいずれも前
記の混入すべきドーピング剤でドーピングされていない
か、又は少なくとも完全にはドービンされていない管ブ
ランクを出発材料とする。

前述の共通操作は下記の操作であるニ ー　第１先端から第２先端までの長さと内部空間を包囲
する内面とを有するガラス製の管ブランクを製造する。

−揮発性液体キャリヤからなり、前記ドーピングを行う
のに適したドーピング剤を含む液体ドーピング液を形成
する。

−堆積後に流れ落ちないように十分に少ない量の前記ド
ーピング液を前記管ブランクの前記内面に堆積すること
によって、前記ドーピング剤を液体状態で堆積させる。

−前記ドーピング剤を堆積した前記内面を乾燥させて、
前記液体キャリヤを蒸発させる。

−管ブランクの前記内面が乾燥した後で、該内面にガラ
スの被膜層を形成する。

−加熱−拡散処理にかける。この操作は、前記ガラス被
膜層が少なくとも部分的に形成された後で、前記管ブラ
ンク及び被膜層を拡散温度に加熱して前記ドーピング剤
を前記ガラス中に確実に拡散せしめることからなる。

この第４の公知方法では、前記被膜層形成操作を加熱拡
散処理も同時に実行できるような温度で行う。ドーピン
グ剤を付着させる操作は２つのステップで行う。即ち、
第１ステツプで管ブランクの内面に均一な多孔性内部層
（ｓｏｏｔ）を形成し、第２ステツプで前記多孔層に前
記ドーピング液を含浸させるのである。ドーピング液は
このようにして前記面の全体にわたり均一な状態で保持
される。

乾燥後に加熱すると、前記多孔層がドーピング剤を含ん
だガラス層に変換される。この第４の公知方法は参考文
献Ｎｏ、２に記述されている。

この先行技術の方法は下記の欠点を有する。

先の層形成操作、特に前記多孔層形成のためにガラス製
造用旋盤の上に配置しておいた管ブランクを、この多孔
層の含浸処理のために前記旋盤から取り外さなければな
らない。この管はその後、別の層形成操作又は少なくと
も直径収縮処理、即ち光ファイバに延伸する前のプレフ
ォームを得るための変形加工にかけるべく、再び前記旋
盤上に配置しなければならない。

従って、複雑で費用のかかる取り外し及び再配置が必要
になる。そのため、特に管の内部が主に先の層形成操作
時に肢管の下流に付着した煤によって汚染される危険が
ある。この煤はガラス層を形成すべく管の中に流した気
体反応混合物によって生じたものである。この煤は前記
ガラス層を形成するための適切な場所に付着しないまま
、残りの気体反応混合物によってもつと遠くに流された
粒子からなる。このような煤が管の取り外し及び再配置
時に少量でも管の中に入ると、最終的に形成されるファ
イバの光学的特性に悪影響が及ぼされる。

本発明の主な目的は、ドーピング剤をガラス管の一端の
みから該管中に混入できるようにし、既にガラス製造用
旋盤上に配置された管を取り外す必要をなくし、前記管
の他端が汚染されていた場合にこの他端からドーピング
剤を混入することによって生じ得る鎖管の汚染を回避し
、ドーピング剤を長手方向で均一に分配せしめ、且つ、
前記管を直径収縮処理してプレフォームを形成しこのプ
レフォームを更に延伸処理して光ファイバを形成する場
合には、良好な光学的特性をもつファイバを経済的に製
造せしめることにある。

１哩へ１１ これらの目的を達成すべく、本発明は、少なくとも前述
の典型的実施態様では前述のごとき共通操作を含み、且
つ前記ドーピング剤堆積操作が下記の操作を含むという
点で前記第４公知方法と異なることを特徴とする方法を
提供するニー　前記ドーピング液を霧化して、キャリヤ
ガス中に懸濁した小滴からなるドーピング霧の形態にす
る。

−霧送給管を前記管ブランクの前記内部スペースに配置
する。この霧送給管は前記管ブランクの外側に入口端を
有し、管ブランクの前記第１先端から管ブランク内に導
入され、前記内部スペース内に位置する出口端まで延び
る。

−前記霧送給管が前記ドーピング霧を前記内部スペース
内の出口端から放出し、この霧の小滴の前記内面への堆
積によって前記ドーピング剤の堆積が実施されるように
、前記入口端から前記霧送給管への供給を行う。

−前記霧送給管の出口端が管ブランクの長さに沿って移
動し、その結果前記ドーピング剤の前記堆積が前記内面
の全体にわたって行われるように、前記供給を行いなが
ら前記霧送給管を管ブランク内で調節的に移動させる。

本発明に従い前述のごとき霧を用いてドーピング液を塗
布すると、肉眼でみて、この液が前記内面上で該内面が
乾燥するまで均一に分配されることが判明した。

本発明では更に、時として好ましい下記の措置もとり得
るニ ー　前記霧化操作を管ブランクの外側で、且つ液体成分
が直径約１２ｐｍ未満、より特定的には約１〜約５ｐｍ
の小滴からなるような霧が得られるように行う。

−霧送給管を配置する操作では、鎖管の前記出口端を管
ブランクの前記第２先端に配置し、該霧送給管を調節的
に移動させることによって前記出口端を管ブランクの前
記第２先端から第１先端まで移動させる。

このようにすると、前記ドーピング霧からの小滴の堆積
が常に、霧送給管のもはや存在しない管ブランク長手方
向部分、従って例えば前記内面の接触及び走査により堆
積が妨害されることのない部分で行われることになる。

−前記ドーピング剤堆積操作、管ブランクの内面の乾燥
及び該内面上に被膜層を形成する操作を、管ブランクを
取り外さずにガラス製造用旋盤上で行い、被膜形成操作
の邪魔にならないように、前記調節的移動操作の後で前
記霧送給管を除去する操作もドーピング剤堆積操作の一
部として行う。

−霧送給管を限定された空間で配置し、調節的に移動さ
せ且つ除去できるように該霧送給管の折り曲げを可能に
すべく、鎖管を可撓管で構成する。

−前記管ブランクが少なくとも厚みの一部分にわたって
比較的溶融し難いベースガラスからなる場合には、この
ベースガラスより溶融し易いガラスからなる受容層を形
成するための予備操作も行う。その場合は、前記受容層
の自由面が前記内面を構成することになる。前記被膜層
のガラスも前記ベースガラスより溶融し易いものを選択
する。

ドーピング剤堆積操作及び内面乾燥操作は、前記受容層
形成操作と被膜層形成操作との間に行う。

被膜層形成操作及び／又は加熱拡散操作は、少なくとも
前記被膜層をガラス化し且つ前記ドービング剤をこの被
膜層及び前記受容層中に拡散させるのに十分な温度で実
施する。これらの温度はまた、前記ベースガラスの剛性
を保持できる程度に低くなければならない。このように
して、管ブランクを変形させずに連続したガラス体が形
成される。

−本発明の一般的実施態様では、前記受容層形成操作及
び被膜層形成操作が各々下記の公知の操作を含む：堆積
温度に加熱されると反応を起こす反応性気体混合物を上
流端がら下流端に向けて管ブランクの前記内部スペース
に流し、それによって形成すべき層を構成することにな
るガラスを堆積させ、それと同時に、前記管ブランクの
長さ方向の一部分が必ず前記堆積温度に加熱されその結
果前記ガラスが堆積するように、加熱手段を前記長さ方
向で移動させて少なくと６１パス分の加熱を行い、この
加熱工程が終了した蒔に前記堆積が管の長さの全長にわ
たって実施されているようにする。この場合は前述のご
とく、煤が管の下流に付着するのが普通である。そこで
、前記霧送給管の導入に伴って前記煤が管ブランク内に
侵入するのを回避すべく、管ブランクの前記上流端を第
１先端として選択し、この第１先端から霧送給管を導入
する。

−本発明を光ファイバの製造に使用する場合には、前記
ベースガラスが通常シリカであり、前記受容層及び被膜
層がシリカをベースとする複合ガラスからなる。前記被
膜層形成操作は公知のように、前記加熱拡散処理も同時
に実施されるように前記拡散温度に達する堆積温度で行
う。前記乾燥操作は、前記拡散温度より低い乾燥温度で
加減しながら漸進的に加熱することによって行う、これ
は、前記揮発性溶媒の蒸発によってドーピング剤の薄い
不連続層が破損するのを回避するためである。前記揮発
性溶媒は通常水である。

以下、添付図面に基づき、前述のような用途における本
発明の実施法の非限定的具体例を説明する。尚、図面を
通して、同一部材には同一符号を付した。

ここに非限定的具体例として挙げる実施法は、前述の措
置を時として好ましいものとして含む。

また、ここに記載の部材は同様の機能を果たす別の部材
に代えることができると理解されたい。

１１健 第１図及び第３図に示すように、前記ガラス製造用旋盤
は上流主軸台１０及び下流主軸台１１を有し、これらの
主軸台は、管ブランクを構成する管４のようなシリカ管
を保持して水平軸線＾を中心に回転させるための上流ジ
ョー１０＾及び下流ジー１−１１＾を夫々備えている。

管４は上流端１４及び下流端１６で鎖管に溶接されたシ
リカ製接続スリーブを介して前記ジョーに保持される。

第１図では、可撓性霧送給管２を案内車３を介して送り
ながら管ブランク内に導入できるように、上流接続スリ
ーブ１８を取り外しである。

但し、前記反応性気体混合物を導入するための入口回転
ベアリング８と上流主軸台１０とを介して前記送給管を
導入するようにすれば、前記上流接続スリーブを取り外
さずに前記導入操作を行うことができる。また、スペー
スがあれば、剛性の霧送給管を使用してこれを前記回転
ベアリング及び前記主軸台に通すこともできる。

前記ガラス製造用旋盤は長手方向に、即ち軸線＾と平行
に移動するキャリジ７を備えたテーブル１２も含む。

前記反応性気体混合物の入口及び出口は矢印１及び９で
示した。

第１図及び第２図に示すように、前記ドーピング霧は霧
送給管２の出口３２から先ず管ブランク４の下流端１６
に導入される。そのために、前記送給管の入口３０には
霧発生器５から霧が供給される。

前記発生器は前記ドーピング液２４、例えば塩化ネオジ
ム又は塩化エルビウムの水溶液を収容する容器２５を含
む。この容器の底には超音波変換器２６が配置されてお
り、この変換器によってｇｅｙｓｅｒ（間欠泉）と称す
る擾乱体２フを形成しながら小滴が放出される。前記変
換器は例えば周波数が８５０ｋＨｚ、出力が１５０１１
１である。

前記キャリヤガスは地点６で導入され、発生器５の内部
スペース２９内で霧２８を形成する。

霧導入用可撓管２を管ブランク４内に配置したら、霧発
生器５をキャリジ７上に固定し、このキャリジを矢印７
八方向に移動させて管２を徐々に引き出しながら前記調
節移動を行う。

第３図は、回転ベアリング８を介して反応性気体混合物
を導入し且つ酸素水素軟管２２からなる加熱手段を移動
させながら行う被膜層ＣＳ（第４図参照）形成操作を示
している。前記軟管は、霧発生器５を取り外したキャリ
ジ７の上に固定されている。

その他のガラス層形成操作も、ドーピング剤付着操作の
後及び前に同様の方法で実施する。これらの操作の主な
ものは前記受容層ＣＲの形成である。

この層を第４図に示す、符号ＶＢ、　Ｓｌ及びＥｌは前
記ベースガラス、前記内面及び前記内部スペースを表す
。

ドーピング剤はこの受容層の上に堆積させる。

この層は選択した１種類以上のドーピング剤を容易に混
入できるように十分な可融性又は反応性を有する。ドー
ピング剤の堆積はより正確には次のように行う。受容層
ＣＲが形成されたら、管ブランク４を１２０１／ｈの酸
素流下で１５〜３０分放置する。その後、ポリテトラフ
ルオロエチレンからなる可撓管２を管ブランク４内に導
入し、次いで付着させる、べきドーピング剤の量に応じ
て決定した速度で前記可撓管を引き出す。直径１〜５μ
ｍの微小滴が前記内面Ｓ！を構成する壁面に堆積する。

管４に塩素量の方が多い酸素塩素流を流し、且つ軟管２
２を往復させながら、前記乾燥処理に相当する脱水処理
を２００〜６００℃で実施する。

本発明の方法は、蒸気相にするのは難しいが少なくとも
前駆体の形態で溶液にすることはできるような任意のド
ーピング剤の混入に適している。

本発明の方法は同時ドーピング（ｃｏ−ｄｏｐｉｎｇ）
にも適している。この方法は、通常のプレフォームの製
造に使用される一般的な層形成法ｒＭｃＶＤＪに組込ん
で使用することもできる。その場合にはコア層、又はユ
ニモードファイバの場合にはクラッド層が部分的に形成
された後で本発明の方法を実施する。

前出の参考文献は下記の通りである： 文献Ｎｏ、１　：　Ｐｏｏｌｅ他：　Ｆａｂｒｉｃａｔ
ｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃ−ｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ
　ｏｆ　ｌｏｗ−１ｏｓｓ　ｏｐｔｉｃａｌ１ｂｅｒｓ Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｙ。

ｖｏｌ、ＬＴ−４，Ｎｏ、フ、１９８６年７月。

文献Ｎｏ、２　：　Ｓｏｌｕｔｉｏｎ−ｄｏｐｉｎｇ　
ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｆｏｒｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　
ｏｆ　ｒａｒｅ−ｅａｒｔｈ−ｄｏｐｅｄｏｐｔｉｃａ
ｌ　ｆｉｂｅｒｓ Ｊ、Ｅ、ＴＯＷＮＳＥＮＤ Ｓ、Ｂ、ＰＯＯＬＥ 口、Ｎ、ＰＡＹＮＥ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　１ｅｔｔｅｒｓ、１９８７年
３月２６日。

ｖｏｌ、２３　Ｎｏ、７゜

【図面の簡単な説明】

第１図は内面が本発明のドーピング剤付着処理にかけら
れることになる管ブランクを支持するガラス製造用旋盤
の側面図、第２図は第１図に示した霧発生器の拡大断面
図、第３図は前記管ブランクに被膜層を形成している時
の前記旋盤の側面図、第４図は前記管ブランクから本発
明の方法によって形成したドーピング処理管のセクタの
拡大横断面図である。 ２・・・・・・ドーピング霧送給用可撓管、４・・・・
・・ガラス管ブランク、５・・・・・・霧発生器。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）特に希土類でドーピングした光ファイバを製造す
   るための内部ドーピング形透明ガラス管の製造方法であ
   って、 −第１先端から第２先端までの長さと内部空間を包囲す
   る内面とを有するガラス製の管ブランクを製造する操作
   と、 −揮発性液体キャリヤからなり、前記ドーピングを行う
   のに適したドーピング剤を含む液体ドーピング液を形成
   する操作と、 −堆積後に流れ落ちないように十分に少ない量の前記ド
   ーピング液を前記管ブランクの前記内面に堆積させるこ
   とによって、前記ドーピング剤を液体状態で堆積させる
   操作と、 −前記ドーピング剤を堆積させた後で前記内面を乾燥さ
   せて、前記液体キャリヤを蒸発させる操作と、 −管ブランクの前記内面が乾燥した後で、該内面にガラ
   スの被膜層を形成する操作と、 −前記ガラス被膜層が少なくとも部分的に形成された後
   で、前記管ブランク及び被膜層を拡散温度に加熱して前
   記ドーピング剤を前記ガラス中に拡散せしめることから
   なる加熱−拡散操作 とを含み、 前記ドーピング剤堆積操作が、 −前記ドーピング液を噴霧化して、キャリヤガス中に懸
   濁した小滴からなるドーピング霧の形態にする操作と、 −前記管ブランクの外側に入口端を有し、該管ブランク
   の前記第１先端から該管ブランク内に導入され、且つ前
   記内部スペース内に位置する出口端まで延びる霧送給管
   を前記管ブランクの前記内部スペースに配置する操作と
   、 −前記霧送給管が前記ドーピング霧を管ブランクの前記
   内部スペース内の出口端から放出し、その結果前記霧の
   小滴の前記内面への堆積によつて前記ドーピング剤の堆
   積が実施されるように、前記入口端から前記霧送給管へ
   の供給を行う操作と、−前記霧送給管の出口端が管ブラ
   ンクの長さに沿って移動し、その結果前記ドーピング剤
   の前記堆積が前記内面の全体にわたって行われるように
   、前記供給を行いながら前記霧送給管を管ブランク内で
   調節的に移動させる操作 とを含むことを特徴とする方法。
2. （２）前記噴霧化操作を前記管ブランクの外側で、且つ
   液体成分が直径約１２μｍ未満の小滴からなるような霧
   が得られるように行うことを特徴とする請求項１に記載
   の方法。
3. （３）前記小滴が１〜５μｍ程度の直径を有することを
   特徴とする請求項２に記載の方法。
4. （４）前記霧送給管配置操作を行う時は、該管の前記出
   口端を管ブランクの前記第２先端に配置し、該霧送給管
   の前記調節的移動によって前記出口端を管ブランクの前
   記第２先端から第１先端まで移動させ、それによって前
   記ドーピング霧からの小滴の堆積が常に、霧送給管のも
   はや存在しない管ブランク長手方向部分で行われるよう
   にすることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. （５）前記ドーピング剤堆積操作、管ブランクの内面の
   乾燥及び該内面上に被膜層を形成する操作を、管ブラン
   クを取り外さずにガラス製造旋盤上で行い、被膜形成操
   作の邪魔にならないように、前記調節的移動操作の後で
   前記霧送給管を除去する操作もドーピング剤付着操作の
   一部として行うことを特徴とする請求項４に記載の方法
   。
6. （６）霧送給管を限定された空間で配置し、調節的に移
   動させ且つ除去できるように、該霧送給管が可撓管であ
   ることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. （７）前記管ブランクが少なくとも厚みの一部分にわた
   ってベースガラスからなり、 −当該製造方法が更に、前記内面を形成すべく前記ベー
   スガラスより溶融し易いガラスからなる受容層を形成す
   るための予備操作も含み、 −前記被膜層のガラスも前記ベースガラスより溶融し易
   いものであり、 −前記ドーピング剤堆積操作及び内面乾燥操作を前記受
   容層形成操作と被膜層形成操作との間に行い、 −前記被膜層形成操作及び／又は加熱拡散操作を、少な
   くとも前記被膜層がガラス化し且つ前記ドーピング剤が
   この被膜層及び前記受容層中に拡散するのに十分である
   と同時に、前記ベースガラスの剛性を保持するに十分な
   程低い温度で実施することを特徴とする請求項５に記載
   の方法。
8. （８）前記受容層形成操作及び被膜層形成操作の各々が
   、 −堆積温度に加熱されると反応を起こす反応性気体混合
   物を上流端から下流端に向けて管ブランクの前記内部ス
   ペースに流し、それによつて形成すべき層を構成するこ
   とになるガラスを堆積させ、−それと同時に、前記管ブ
   ランクの長さ方向部分が常に前記堆積温度に加熱されそ
   の結果前記ガラスが堆積するように、加熱手段を前記長
   さ方向で移動させて少なくとも１パス分の加熱を行い、
   この加熱工程が終了した時に前記堆積が管の長さの全長
   にわたって実施されているようにする操作を含み、この
   場合は前記反応性気体混合物の加熱の結果生じ、ドーピ
   ングされていない管の長さにわたって堆積されないまま
   前記反応性気体混合物の残りによって流された粒子から
   なる煤が前記管の下流に付着し得、従って前記霧送給管
   の導入に伴って前記煤が管ブランク内に侵入するのを回
   避すべく、管ブランクの前記上流端を第１先端として選
   択し、この第１先端から霧送給管を導入することを特徴
   とする請求項７に記載の方法。
9. （９）前記ベースガラスがシリカであり、前記受容層及
   び被膜層がシリカをベースとする複合ガラスからなる請
   求項８に記載の方法。
10. （１０）前記被膜層形成操作を、前記加熱拡散処理も同
    時に実施されるように前記拡散温度に達する堆積温度で
    行う請求項９に記載の方法。
11. （１１）前記乾燥操作を、前記拡散温度より低い乾燥温
    度で行う請求項１に記載の方法。