JPH01242430A - 光ファイバ用母材の製造装置及び製造方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光ファイバの母材を製造する装置及び光ファイ
バ母材の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

光ファイバの製造法として、外径１０〜３０ｍｍ、長さ
３０〜１００ｃｍ程度の母材（プリフォーム）から線引
きを行なって所要の外径寸法の光ファイバを得る方法が
知られている（プリフォーム法）。

そして、このプリフォーム法においては、所定寸法の母
材をあらかじめ成形する必要がある。

このプリフォームを製造する装置としては、ノズルを有
するルツボを密封容器内に設け、このルツボ内にフッ化
物ガラス融液を充填して加熱し、その自重でノズルから
流下するフッ化物ガラス融液を冷却して硬化させながら
、下方向に光ファイバ用母材を引き出す装置が知られて
いる（特開昭６２−１７０３３号公報）。この方法では
、母材の溶融温度制御及び引き下げ速度の制御を行って
いるため、比較的大きな母材が成形可能となっている。

〔発明により解決すべき課題〕

しかし、この従来の方法では溶融温度制御及び引き下げ
速度の制御を行ってはいるが、ルツボ内のガラス融液の
重量によるガラス融液の流出を利用するものであり、従
ってガラス融液の流出によリルツボ内のガラス融液の量
が減少すると圧力が減少し、これにより一定速度での母
材の引き出しが難しい。このため、母材が引き出される
につれてフッ化物ガラスの加熱および冷却の程度が異な
り、特に母材の軸方向において目的とする組成と異なっ
た組成のガラスとなることがある。

また、特に、シングルモード光ファイバ用母材に要求さ
れる長手方向に安定した屈折率（コア／クラツド比）を
得ることが難しかった。

本発明は以上の従来技術を考慮してなされたもので、大
型母材を円滑に、しかも組成変動のない状態で製造する
ことが可能な光ファイバ用母材の製造装置及び製造方法
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本件発明者は、製造された光ファイバ用母材に光を照射
し、その光散乱の状態よりその母材中の微結晶の成長状
態を判断できることに着目し、本発明を行った。

更に本件発明者は、シングルモード光ファイバ用母材を
製造する際、その屈折率分布（コア／りラッド比）等は
これらを製造する際に用いるルツボ等の吐出ノズル間の
相対位置関係に関係している点に着目し、本発明を行っ
た。

本発明に係る光ファイバ用母材の製造装置では、光ファ
イバ用母材の引出口となるノズルが設けられ内部に光フ
ァイバ母材用原材料が充填される原材料収容手段と、前
記光ファイバ母材川原材料が溶融状態を保つように前記
原材料収容手段を加熱する加熱手段と、前記原材料収容
手段のノズルに臨むように配され、移動しながら光ファ
イバ用母材を連続的に引き出す引出し手段と、引出され
た前記光ファイバ用母材に光を照射する光照射手段と、
前記光照射手段より照射された光が前記光ファイバ用母
材に入射した後の光を受光する光受光手段と、前記原材
料収容手段のノズル近傍で前記光ファイバ母材用原材料
を冷し、前記引出し手段に前記光ファイバ用母材を成長
させる冷却手段と、前記光受光手段からの出力に従い前
記引出し手段及び前記冷却手段又はこれらの手段のいず
れか一方を制御する手段とを含むことを特徴とする。

更に本発明の光ファイバ用母材の製造方法は、光ファイ
バ用原材料を溶融する溶融工程と、前記溶融された原材
料を引き出す引出し工程と、引出されてきた原材料を冷
却する冷却工程と、前記冷却され形成された光ファイバ
用母材の側面に光を照射し、その透過光及び散乱光を測
定する測定工程と、前記測定工程により測定された結果
にしたがい溶融された原材料の冷却状態及び／又は引出
し状態を制御する工程とを含むことを特徴とする。

更に本発明の光ファイバ用母材の製造方法は、互いに同
心円状を成すノズルを有する原材料収容部に収容された
２種類の原材料を溶融する工程と、前記溶融された原材
料を各ノズルから引出す工程と、引出されてきた原材料
を冷却する冷却工程と、前記冷却され形成された光ファ
イバ用母材の側面に光を照射し、その透過光を観察測定
する測定工程と、前記測定工程により測定された結果に
したがい前記ノズル間の相対位置関係を制御する工程と
を特徴とする。

〔作用〕

本発明に係る光ファイバ用母材の製造装置及び方法では
、以上の通りに構成されるので、光ファイバ母材の引出
し状態での微結晶析出状態を検知し、その検知結果に従
い、冷却状態等を制御し長手方向に安定した光ファイバ
用母材を製造可能にしている。また、シングルモードフ
ァイバ用母材等を製作する際、引出し状態での屈折率分
布等を測定し、その測定結果に従い、２種類の原材料引
出しノズルの相対位置関係を制御し、所望の屈折率分布
等をその長手方向に安定した状態で有する光ファイバ用
母材の製造を可能にしている。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明のいくつかの実施例を
説明する。なお、図面の説明において、同一要素には同
一符号を付して重複する説明を省略する。

第１図は本発明の第１の実施例の断面を示す。

この図に示すように、上方開口のノズル２を一方に有す
るルツボ１の他方の部分は上方に開口され、この開口部
５に加圧手段３を構成するピストン４が挿入されている
。ルツボ１は全体または少なくとも内面が、フッ化物に
侵されたり不純物を混入させたりすることのない金、白
金あるいはカーボンにより成形されている。ノズル２は
ルツボ１の本体から鉛直上方に延設されており、内部に
は引上棒６の下端部が挿入されている。この引上棒６お
よびピストン４はそれぞれノズル２および開口部５の内
面と密着するように挿入されている。これによりルツボ
１内は密封構造となっており、ルツボｌ内に充填された
フッ化物ガラス融液Ａからのフッ素原子の飛散が防止さ
れている。

また、ルツボ１の外周には加熱手段８が配設され、ルツ
ボ１を加熱するようになっている。加熱手段８はルツボ
１内のフッ化物ガラス融液Ａが硬化することない温度（
約８００℃）に加熱して、その溶融状態を維持するもの
である。この加熱手段８としては公知の加熱装置、例え
ば、高周波加熱装置を使用することができる。さらに、
ルツボ１の外周部には冷却コイルからなる冷却手段９が
巻回されている。冷却手段９には、水、冷気などの冷媒
が循環しており、引上棒６によってノズル２から引き上
げられる母材Ｂの冷却を行なっている。そして、この冷
却手段９の冷却の状態は、例えば冷却用媒体の温度、流
れ速度等を制御することにより制御できるように構成し
である。また更に、引上げ速度は加圧手段３の加圧状態
を制御することにより、その引上げ速度を制御できるよ
うに構成しである。

更に、ノズル２の上方には、図に示すようにレーザ発光
装置１０及び光検知装置１２を含む検知機構が設けであ
る。

この検知機構の具体的な構成及び配置を第２図を用いて
説明する。

この検知機構は図に示すように、検知部１５ａと信号処
理部１５ｂとより構成される。図はこの検知部１５ａの
各構成要素を母材の上部より見た状態を示している。こ
の図に示すようにレーザ発光装置１０は引出された光フ
ァイバ用母材の中心部を照射できるように配置されてい
る。このレーザ発光装置１０より発光した光を受光する
ための受光装置１２ａ及び１２ｂは、それぞれ９０度の
角度を成すように配置されている。このように配置する
ことにより、レーザ発光装置１０より発光したレーザ光
のうち光ファイバ用母材を透過した光（以下透過光と言
う）は光検知装置１２ａで検知し、光ファイバ用母村内
で散乱された光（以下散乱光と言う）は光検知装置１２
ｂで検知することができる。更にレーザ発光装置１０の
レーザ発光部前面にはチョツパ板１１ａが設けられ、こ
のチョツパ板１１ａの回転中心にはモータ１１が接続さ
れ、このモータ１１により回転できる様に構成されてい
る。このチョツパ板１１ａの前面より見た形状を第３図
に示す。

このチョツパ板１１ａは図に示すように円板形状をして
おり、その円板には半径方向に伸びるスリットｌｌｃが
形成され、このスリット１１Ｃを通してレーザ光が光フ
ァイバ用母材Ｂに照射される。

信号処理部１５ｂには、信号処理部１４と信号増幅器１
３が設けられ、この信号処理部の入力部には光検知装置
１２ａの出力端に接続された信号線１２ｃが接続されて
いる。更に信号処理部１４には、信号増幅器の出力端に
接続された信号線１３ａが接続され、この信号増幅器１
３は光検知装置１２ｂの出力端に接続されている。また
更に、この信号処理部１４の入力端にはチョツパ板１１
ａを駆動するモータ１１からの信号線１１ｂに接続され
、チョツパ板１１ａのスリット１１０部分がレーザ発光
部に対向している時点を示す信号が人力される。そして
、この信号処理部１４には出力ライン１４ａが接続され
、この出力ライン１４ａは本実施例の冷却手段及び加圧
手段３を制御する制御装置１６に接続されている。

次にこの検知機構の動作について説明する。

レーザ発光装置１０より発したレーザ光はチョツパ板１
１ａにより変調され、光ファイバ用母材Ｂに照射される
。このチョツパ板１１ａは回転することによりレーザ光
を、そこに設けられたスリットｌｌｃより断続的に照射
することができるようになっている。光ファイバ用母材
Ｂに照射されたレーザ光の一部は光ファイバ用母材Ｂを
透過して光検知装置１２ａでその光強度が検知され、ま
た照射されたレーザ光の一部は光ファイバ用母材Ｂ内で
散乱されて光検知装置１２ｂでその光強度が検知される
。光検知装置１２ｂで検知された光強度の信号は増幅器
１３で増幅され、信号線１３ａを通って信号処理装置１
４に入力される。

この入力される信号を以下、Ｉ９ｏと呼ぶ。また−刀先
検知装置１２ａで検知された光強度の信号（以下、Ｉｏ
と呼ぶ）も信号処理装置１４に入力される。更に、信号
処理装置１４に信号線１１ｂを介してレーザ発光装置か
らにレーザ光が光ファイバ母材に照射されている間を示
す信号が入力される。

信号処理装置１４ではこれらの入力信号■９０及びＩ　
の比（Ｉ９ｏ／Ｉｏ）を、信号線１１ｂから・０ 信号か入力されている時間のみ計算し、その結果を信号
線１４ａに出力する。ここで、増幅回路１３を用いて光
検知装置１２ｂからの信号を増幅しているのは、散乱光
の光強度が小さいためであり、また、散乱光の光強度を
示す信号と透過光の光強度を示す信号との比をとってい
るのは、光ファイバ母材に照射されるレーザ光の光強度
が変動してもその変動の影響を避けるためである。

また、更に、チョッパ機構からの信号が入力している間
、すなわちレーザ光が実際に光ファイバ用母材に照射さ
れている間のみ■９ｏとＩ。との比をとっているのは、
光検知装置１２ａ及び１２ｂヘレーザ光以外の光の入射
の影響を避けるためである。このようにして得られたＩ
　　／Ｉ　　、の値に従い、制御手段１６を作動させ、
冷却手段及び／または加圧手段３を制御する。

上記のように構成された光ファイバ用母材の製造装置を
用いてコア用光ファイバ母材の製造方法を説明する。

ルツボ１内に光ファイバの母材用原料を入れ、高周波加
熱装置８により加熱溶融し、溶融状態を保持する。次に
、冷却手段９によりノズル２の近傍を冷却しつつ引上げ
を行う。この冷却手段による冷却速度は、Ｉ９ｏ／ｌｏ
の値に従い、算出される。すなわち、Ｉ９０／■Ｏの値
が大きいと大きな微結晶が光ファイバ用母村内に形成さ
れていると判断し冷却速度を大きくし、またこの比率が
小さい時は冷却速度を小さくするように制御する。

具体的には、ルツボ１内にコア用光ファイバ母材の原材
料となる４　９　Ｚ　ｒ　Ｆ　４　２　、　５　Ｌ　ａ
　Ｆ　３−２．５ＡΩＦ３−１７ＮａＦ（モル％）の組
成比のものを入れ加熱装置８を作動させ、８５０℃で２
時間溶融する。完全に溶融後、３３０℃の温度に維持す
る。次に、検知機構により検知された結果、すなわちＩ
９ｏ／Ｉｏに従い冷却手段９の冷媒、ここでは水の流量
を１〜５ρ／分の範囲内で制御した。この状態で、引上
げ速度は約２０ｍｍ／分で１０分間引上げを行った。そ
の結果、直径３ｍｍで長さ２００ｍｍの長手方向全体に
わたり、大きな微結晶が発生していない良好なコア用光
ファイバ母材を得ることができた。

次に、本発明の第２の実施例の構成と作用を説明する。

この第２の実施例に示す装置はコアとクラッドとを有す
る光ファイバの母材の成形に用いられるものである。

第４図は第２の実施例の断面図を示す。この実施例では
ルツボが２基設けられ、一方のルツボ１内に他方のルツ
ボ２０の一部が組み込まれている。

これらルツボ１，２０のノズル２，２１は同軸上に位置
するように構成され、かつ、ノズル２１はノズル２内に
位置するように同心円状に設けられている。ルツボ２０
はそのノズル２１とノズル２とがその中心を一致させた
状態でルツボ２に対して移動できるように構成されてい
る。そしてこの移動はルツボ２０に固定された移動手段
１８により行う。また、各ルツボ１，２０には内部のフ
ッ化物ガラス融液ＡおよびＣが一定圧力となるように制
御する加圧手段３．２２のピストン４．２３が、それぞ
れの開口部５，２４に挿入されている。

更に、この第２の実施例も第１の実施例と同様に、ノズ
ル２の近傍には冷却手段９が設けられている。

更に、各ルツボ２及び２０の外側にはこれらのルツボ内
の光ファイバ用原材料を溶融するための加熱手段、例え
ば高周波加熱装置８が設けられている。

更に、ノズル２の上方には引き上げられた光ファイバ用
母材りの断面屈折率分布を測定するためのΔＩＩＪ定機
構が設けられている。この測定機構は引上げられた光フ
ァイバ用母材Ｃの断面方向に光を照射する照明手段と、
この照射された光が光ファイバ用母材により屈折された
光を受光検知するモニタｍｍＴＶカメラ１５とより構成
されている。

そしてこのモニタｍｍＴＶカメラ１５により受光検知さ
れた屈折光に従い、光ファイバ用母材の断面方向のコア
部及びクラッド部の半径を求める演算機構１７が設けら
れている。

次に上記第２の実施例での光ファイバ用母材の成形方法
について説明する。この実施例はコアとクラッドとを有
する光ファイバの母材の成形に用いられるものであり、
従って、内側のノズル２１を有するルツボ２０に、光フ
ァイバのコアに相当するコア用ガラス材料を充填し、外
側のノズル２を有するルツボ１には光ファイバのクラッ
ドに相当する組成のクラッド用ガラス材料を充填する。

そして、この充填された光ファイバの母材を高周波加熱
装置８を用いて加熱溶融する。次に演算機構１７より得
られたコア径及びクラツド径に従い、移動手段１８を作
動させ、ノズル２１のノズル２に対する位置を変動させ
つつ引上げを行う。この位置の変動は演算機構１７で得
られたコア径及びクラツド径が所望の値となるように行
う。具体的にはコア用ガラス材料として４９　Ｚ　ｒ　
Ｆ　４　２５ＢａＦ　　−２，５ＬａＦ　　−２，５Ａ
ΩＦ３−１７ＮａＦ　（モル％）を使用し、クラッド用
ガラス材料として４７．５ＺｒＦ　　−２１ＢａＦ２−
２　、　５　Ｌ　ａ　Ｆ　　　３　Ａ　Ｉ）　Ｆ　ａ　
　２２　Ｎ　ａ　Ｆ　（モル％）の組成比の材料を使用
した。そして、これらの材料をルツボ１及び２０にそれ
ぞれ入れ高周波加熱装置８を作動させ８５０℃で約２時
間溶融した。完全に材料が溶融した後３３０℃に保持し
た。

次に、モニターＴＶカメラ１５からの受光検知に基づき
演算機構１７で演算したコア径及びクラツド径に従い、
ノズル２１を位置をノズル２に対して微少変動させつつ
約２５ｍｍ／分の引上げ速度で５分間引上げを行った。

これにより直径９ｍｍで長さ１２０ｍｍのコア・クラッ
ド母材が得られた。この母材をプリフォームラアナライ
ザーで断面方向の屈折率分布を測定したところ第５図に
示すような長手方向に一定なコア／クラツド比を有して
いることが判った。

本発明は上記実施例に限定されず種々の変形例が考えら
れ得る。

具体的には、上記実施例では、光ファイバ用母材を上方
に引き上げる装置について説明しているが、これに限定
されず、下方に引き出す場合にも本発明は適用すること
ができる。

更に、上記第２の実施例では光ファイバ用母材の断面方
向に於ける屈折率分布を測定し、その結果に基づき制御
しているが、この屈折率分布の測定に併せて上記第１の
実施例の検出機構を更に組み合わせ、微結晶の成長状態
に基づいて制御するようにしてもよい。

また更に、上記第１の実施例の検出機構では透過光の光
強度と散乱光の光強度との比率を求めているが、レーザ
発光装置の発光状態が安定している場合には比率を求め
ることなく、散乱光の光強度にしたがって冷却手段の冷
却速度等を制御するようにしてもよい。

また更に、上記第１の実施例の検出機構ではチョツパ板
を用いて機械的にレーザ光を変調しているが、電気的に
レーザ発光装置をオン／オフして変調するようにしても
よい。

また更に、上記第１の実施例の検出機構ではチョツパ板
を用いてレーザ光を変調しているが、光検知装置にレー
ザ発光装置より発光した光量外入射しないようにすれば
、この変調は不要になる。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明したように、本発明に係る光ファイバ
用母材の製造装置及び製造方法では、常に微結晶の発生
状態または屈折率分布を測定し、その結果に従い冷却速
度等またはクラッド用ルツボのノズル位置を制御してい
るので、所望の性質、すなわち微結晶のほとんど含まれ
ない、または長手方向に安定した屈折率、すなわちコア
／クラツド比が一定な光ファイバ用母材を容易に製造す
ることができる。

そして本発明の装置及び方法では、特に長尺な大型母材
を、軸方向において均質に形成するのに適し、特に光通
信用光ファイバ用母材、具体的には光通信用シングルモ
ード光ファイバ母材の製造に利用すると効果的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る光ファイバ用母材
の製造装置の断面図、第２図は第１図に示す製造装置に
使用する検出装置の構成説明図、第３図は第２図に示す
検出装置に使用するチョツパ板の構造図及び第４図は本
発明の第２の実施例に係る光ファイバ用母材の製造装置
の断面図及び第５図は第４図に示す装置で形成された光
ファイバ用母材のコア／クラツド比の測定結果を示す図
である。 １．２０・・・ルツボ、２．２１・・・ノズル、３．２
２・・・加圧手段、６・・・引上棒、８・・加熱手段、
９・・・冷却手段、１０・・・レーザ発光装置、ｌｌａ
・・・チョツパ板、１２ａ、１２ｂ・・・光受光装置、
１３・・・信号増幅装置、１４・・・信号処理装置、１
５・・・モニターＴＶカメラ、１５ａ・・・検知部、１
５ｂ・・・信号処理部、１６・・・制御装置、１７・・
・演算機構、１８・・・移動手段。 特許出願人　　住友電気工業株式会社 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹間　　　　　　
　　　寺　　　嶋　　　史　　　間第１実施１列 第１図 子ヨッパの一例 第３図 第２実施例 し司り　定　芹Ｊ弓　県 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ファイバ用母材の引出口となるノズルが設けられ
   内部に光ファイバ母材用原材料が充填される原材料収容
   手段と、 前記光ファイバ母材用原材料が溶融状態を保つように前
   記原材料収容手段を加熱する加熱手段と、前記原材料収
   容手段のノズルに臨むように配され、移動しながら光フ
   ァイバ用母材を連続的に引出す引出し手段と、 引出された前記光ファイバ用母材に光を照射する光照射
   手段と、 前記光照射手段より照射された光が前記光ファイバ用母
   材に入射した後の光を受光する光受光手段と、 前記原材料収容手段のノズル近傍で前記光ファイバ母材
   用原材料を冷し、前記引出し手段に前記光ファイバ用母
   材を成長させる冷却手段と、前記光受光手段からの出力
   に従い、前記引出し状態及び前記冷却状態又はこれらの
   状態のいずれか一方を制御する手段とを含むことを特徴
   とする光ファイバ用母材の製造装置。 ２、前記光受光手段が２つの受光装置を有し、これらの
   受光装置が光ファイバ母材の周りに９０度の角度を以て
   配置されている請求項１記載の光ファイバ用母材の製造
   装置。 ３、前記原材料収容手段は別個の組成の光ファイバ母材
   用原材料がそれぞれ充填される２つの収容部を有し、そ
   れぞれの収容部に設けられたノズルが同心円状をなすよ
   うに配された請求項１記載の光ファイバ用母材の製造装
   置。 ４、前記収容部のノズルの相対位置関係が可変であり、
   前記光受光手段の出力にしたがって前記制御手段が前記
   相対位置関係を制御する請求項３記載の光ファイバ用母
   材の製造装置。 ５、光ファイバ用原材料を溶融する溶融工程と、 前記溶融された原材料を引出す引出し工程と、引出され
   てきた原材料を冷却する冷却工程と、前記冷却され形成
   された光ファイバ用母材の側面に光を照射し、その透過
   光及び散乱光を測定する測定工程と、 前記測定工程により測定された結果にしたがい、溶融さ
   れた原材料の冷却状態及び／又は引出し状態を制御する
   工程とを含む光ファイバ用母材の製造方法。 ６、前記制御工程において、前記測定工程で測定された
   透過光の光強度に対する散乱光の光強度の比率にしたが
   って溶融された原材料の冷却状態及び／又は引出し状態
   を制御する請求項５記載の光ファイバ用母材の製造方法
   。 ７、互いに同心円状を成すノズルを有する原材料収容部
   に収容された２種類の原材料を溶融する工程と、 前記溶融された原材料を各ノズルから引出す工程と、 引出されてきた原材料を冷却する冷却工程と、前記冷却
   され形成された光ファイバ用母材の側面に光を照射し、
   その透過光を観察測定する測定工程と、 前記測定工程により測定された結果にしたがい前記ノズ
   ル間の相対位置関係を制御する工程とを含む光ファイバ
   用母材の製造方法。 ８、前記測定工程により測定された結果が屈折率分布形
   状データである請求項７記載の光ファイバ用母材の製造
   方法。