JPH0230634A - 光ファイバ母材の製造方法及び装置 - 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】

この発明は、光ファイバ母材を製造する方法及びそれに
用いる装置に関する。

【従来の技術】

従来より、光ファイバ母材を製造する一つの方法として
、光ファイバのコアとなるべきガラス棒、もしくは、光
ファイバのコアとなるべきガラス棒に加えてその周囲に
クラッドとなるべきガラスの一部がすでに形成されてい
るガラス棒を準備し、その外側にさらにクラッドとなる
べきガラスを堆積させ、最終的に光ファイバ母材を製造
する方法が知られている。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、このような従来の製造方法ではつぎのよ
うな問題がある。 まず第１に、予め形成した、光ファイバのコアとなるべ
きガラス棒、もしくは、光ファイバのコアとなるべきガ
ラス棒に加えてその周囲にクラッドとなるべきガラスの
一部がすでに形成されているガラス棒と、その外側に新
たに堆積したクラッドとなるべきガラスとの境界部に気
泡や異物が残留して不整部を作りやすい。光ファイバ母
材は最終的に、高温の加熱炉内で溶融・延伸され、直径
数百μｍオーダーの光ファイバに加工されるが、このよ
うな気泡や異物はファイバガラス内に残留して光ファイ
バの伝送損失の増加をもたらす。 つぎに第２に、出発母材であるガラス棒の表面に不純物
が残っていると、このガラス棒の表面にクラッドガラス
を堆積させるときの熱や、光ファイバに紡糸するときの
熱により、この不純物がガラスの内部に拡散していき、
光ファイバの大きな伝送損失を引き起こすことがある。 ところが、近年、光ファイバに要求される伝送損失はほ
とんど極限的なものとなっており、はんのわずかの損失
原因ですら実際の使用に耐えられないことが多くなって
きている。たとえば、１．３ｔｔｍ（７）波長における
損失が０．３２ｄＢ／ｋｍ、　１．５５μｍの波長にお
ける損失が０．１８ｄＢ／ｋｍというような低い伝送損
失が求められている。 そこで、上記のような損失原因を除去することが求めら
れるのであるが、従来では、単に、クラッドガラスを外
付けする前に、出発ガラス棒の表面を化学的・物理的に
処理して表面を清浄且つ平滑にするだけであり、このよ
うな表面処理の工程が終わった後のガラス棒を移動させ
て次の工程に移し、クラッドガラスの堆積工程を行なう
ようにしているため、不便で能率が悪い。のみならず、
この表面処理及びクラッドガラス堆積工程への移動はい
わゆるバッチ処理によって行なわれるので、その移動の
最中に少なからぬ汚染を受けることが多い。 この発明は、異物の混入を極限的に抑えることができ、
伝送損失の少ない光ファイバの母材を能率よくしかも安
定に製造することができる、光ファイバ母材の製造方法
及びそれに用いる製造装置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】

上記目的を達成するため、この発明による光ファイバ母
材の製造方法においては、光ファイバのコアとなるべき
ガラスを含むガラス棒の表面を処理する工程と、該工程
を経たガラス棒を同軸上に該表面処理を行なうものに対
して相対的に移動させる工程と、移動後該ガラス棒表面
にクラッドとおいては、光ファイバのコアとなるべきガ
ラスを含むガラス棒の表面を処理する表面処理手段と、
該表面処理手段に対して同軸的に配置され、該ガラス棒
の表面にクラッドとなるべきガラスを堆積させる堆積手
段と、上記表面処理手段と堆積手段との間に上記ガラス
棒を同軸的に相対的に移動させる手段とが備えられる。

【作　　用】

まず、光ファイバのコアとなるべきガラスを含むガラス
棒の表面が、熱的、化学的または物理的に処理されて、
その表面の異物が除去されるとともに表面の平滑化が行
なわれる。 つぎに、この表面処理済みのガラス棒が同軸上に上記の
表面処理するものに対して相対的に移動させられて次工
程に送られ、その表面にクラッドとなるべきガラスが堆
積させられる。この場合、上記のように表面の異物が除
去され、且つ表面の平滑化が行なわれているので、クラ
ッドガラスの堆積の際に気泡が生じたり異物が残留した
りすることがない。 そして、表面処理工程とガラス堆積工程との間のガラス
棒の相対的な移動は同軸的に行なわれるので、表面処理
工程とガラス堆積工程とを同軸的に配置しておくことに
より、ガラス棒を表面処理した後直ちにガラス堆積工程
を行なうことができ、異物の混入を極限まで抑えること
が可能である。 さらに、同軸的に移動させて表面処理工程がらガラス堆
積工程に移すことができるため、作業の能率も向上する
。 また、表面処理手段とガラス堆積手段とを同軸的に配置
し、これらの間にガラス棒を同軸的に相対的に移動させ
るので、移動手段が簡便なものでよくなり、製造装置全
体として効率のよいコンパクトなものにできる。

【実　施　例】

つぎにこの発明の一実施例について図面を参照しながら
説明する。第１図及び第２図はこの発明を適用した縦型
の光ファイバ母材製造装置を示す。 この縦型の光ファイバ母材製造装置では、これらの図に
示すように、ガラス微粒子堆積用バーナ１を備えるガラ
ス微粒子堆積用チャンバ１１と、加熱炉２とが縦方向に
１直線上に配置されて連結されており、その連結部にシ
ャッター３が設けられている。予め用意された出発ガラ
ス棒４はダミーガラス棒４１の先端に固定されており、
ダミーガラス棒４１は上端において図示しない保持装置
によって保持され、回転したり、その軸方向（上下方向
）に移動くトラバース）したりするようにされる。チャ
ンバ１１と加熱炉２とが上記のように縦方向に並べられ
、且つ出発ガラス棒４及びダミーガラス棒４１がその中
心に吊り下げられてトラバースするようになっている、
つまりガラス微粒子堆積用チャンバ１１と加熱炉２とが
出発ガラス棒４及びダミーガラス棒４１の中心軸に対し
て同軸的に配置されているため、そのトラバースによっ
て出発ガラス棒４が加熱炉２とガラス微粒子堆積用゛チ
ャンバ１１との間に移動できる。 加熱炉２はこの実施例では発熱体２１として抵抗加熱型
の発熱体を用いている。これは光ファイバの伝送損失に
影響を与える水分の発生を嫌ったためである。この点に
留意すれば、高周波誘導プラズマ火炎、−酸化炭素・酸
素火炎、二硫化炭素・酸素火炎、あるいは重水素・酸素
火炎などを加熱源として使用できる。出発ガラス棒４は
、この実施例では後に光ファイバのコアとなるべきもの
であるが、コアとなるべきガラスの周囲にクラッドとな
るべきガラスの一部が形成されていてもよい。この出発
ガラス棒４の表面は汚染されていることが多いため、そ
の表面を化学的に除去するとともに表面を平滑にする必
要がある。 そこで、まず、第１図に示すようにシャッター３を開け
て出発ガラス棒４を下方に下げてきて加熱炉２中に配置
し、回転させながら加熱する。このとき、工・ンチング
ガスとキャリアガス（戸＼リウムやアルゴンガス）とを
この加熱炉２中に導入して出発ガラス棒４の表面の処理
を行なう。工・ンチングガスとしては、プラズマ中や高
温状態で塩素またはフッ素を遊離する、た、とえば六フ
ッ化硫黄、四フッ化炭素、四塩化炭素、フレオン系ガス
やそれらの誘導体などの、ハロゲン含有ガスを使用でき
る。出発ガラス棒４を回転させたのは表面を均一に処理
するためである。 こうして表面処理が終了すると、つぎにこの出発ガラス
棒４はそのまま上方に同軸的に引き上げられ第２図に示
すようにチャンバ１１内に配置されてシャッター３が閉
じられ、クラッドとなるべきガラスがその表面に堆積さ
せられる。このクラッドとなるべきガラスは透明なガラ
スとして直接堆積させることもできるが、ここでは、バ
ーナ１の火炎中で生成されるガラス微粒子をその表面に
堆積させ、ガラス微粒子堆積体４２をいわゆるすすプリ
フォームとして形成し、堆積後再び加熱炉２中に戻して
透明ガラス化するようにしている。 廃ガスは廃棄管１２から排気される。このガラス微粒子
堆積時のバーナ１１＼供給するガスの流量条件及び他の
条件は、たとえば次の通りとすることができる。 バーナ１へのガス供給条件 水素：　　　８リツタ一／分 酸素；　　　８リツタ一／分 四塩化珪素：　５００　Ｃ０７分 アルゴン；　１リツタ一／分 その他の条件 堆積前の出発ガラス棒４の直径；　　１０卿出発ガラス
棒４の回転速度；　　　５Ｏｒｐｍ出発ガラス棒４の引
き上げ速度；７０ｍｍ／時堆積後の堆積体４２の直径：
　　　　１００ｍｍガラス微粒子堆積体４２の透明ガラ
ス化時の加熱条件 加熱炉２内の温度；約１６００°Ｃ 加熱炉２内の雰囲気；ヘリウムガス９９％塩素ガス　　
　１％ なお、上記のようにクラッドとなるべきガラスを一部ガ
ラス微粒子の形で堆積させて後に透明ガラス化するので
なく、直接に透明ガラスとして堆積させる場合は、最終
的に要求される光ファイバの使用波長が】２μｍ以下で
あるなら、酸素・水素火炎中に四塩化珪素などの金属ハ
ロゲン化物を送り込んで酸化させてシリカガラスを生成
すればよいし、光ファイバの使用波長が１μｍを越える
ようなときは、光ファイバに残留するＯＨ基の量が伝送
損失に大きな影響を与えるので酸水素火炎のように大量
のＯＨ基を発生させる熱源をガラスの堆積に使用できな
いため、高周波誘導プラズマ火炎のような無水火炎を使
用する。このように高周波誘導プラズマ火炎を用いる場
合は第１図、第２図のバーナ１をプラズマトーチに置き
換え、たとえば次のような条件とすればよい。 使用周波数；４ＭＨｚ 高周波電力；１５ｋｗ アルゴンガス流量；２０リツタ一／分 酸素ガス流量；　　１０リツタ一／分 四塩化珪素流量；　　１リツタ一／分 また、上記の実施例ではいずれもクラッドとなるガラス
として純粋なシリカガラスを形成しているが、フッ素を
添加することによりクラッドとなる部分の屈折率を下げ
るようにしてもよい、この場合の実施例を少し詳しく説
明するが、まず、出発ガラス棒４としてコアとなる透明
ガラス棒を準備した。その組成は純粋な石英ガラスにＧ
ｅＯ２をドープしたもので、その屈折率を純粋な石英ガ
ラスと比べて約０．１％だけ増加させである。直径は７
Ｍ、長さは４００ｍｍである。この出発ガラス棒４を第
１図の状態で次に示すような条件で加熱炉２中のフッ素
含有雰囲気により処理して、その表面の汚れを除去した
。 加熱炉２内の温度、　　１２５０℃ 加熱炉２内の雰囲気；Ａｒ　　９５％ ＳＦ６　５％ 処理時間；　　　　　３時間 こうして得た表面が清浄で平滑な出発ガラス棒４を第２
図のような状態におき、次のようなバーナ１へのガス供
給条件でクラッドとなるべきガラス微粒子を堆積した。 水素；　　　８リツタ一／分 酸素；　　　８リツタ一／分 四塩化珪素；５００ｃｃ／分 アルゴン；　１リツタ一／分 これにより直径１００　ｍｍのガラス微粒子堆積体４２
を得たので、これを再び第１図のような状態として次の
ような条件で２段階に加熱し、透明ガラス化した。 第１段階 加熱炉２内の温度：　８５０℃ 加熱炉２内の雰囲気；Ｈｅ　　９９％ ＣＱ２１％ 処理時間；　　　　　３時間 第２段階 加熱炉２内の温度、　　１４５０℃ 加熱炉２内の雰囲気；Ｈｅ　　９５％ ＣＦ４　５％ 処理時間；　　　　　３時間 この結果得られた透明プリフォームの形状は直径３０鴫
、長さ約３００鴫であり、そのクラッドとコアの径比は
約４となった。クラッドの部分の屈折率はガラス中にフ
ッ素が残留することにより純粋な石英ガラスと比べて相
対的に約０．２５％低下している。結果としてコアとク
ラッド間の相対的屈折率差は０．３５％となる。このプ
リフォームのクラッドとコアの径比は約４と小さいため
、まだ単一モード光ファイバのプリフォームとして十分
なものではない。そこで、この直径３０鴫のプリフォー
ムを加熱して延伸し、直径約１０ｍｍのガラス棒とし、
このガラス棒に対して上記の表面処理、ガラス微粒子堆
積、透明ガラス化の各工程を繰り返してクラッドの部分
を厚くし、第３図に示すような直径上の屈折率分布を持
つ直径３０噛のプリフォームを最終プリフォームとして
得た。 これを線引き紡糸してファイバ化したところ、つぎのよ
うな特性を有する単一モード光ファイバを得ることがで
きた。 ファイバ径；１２５μｍ コア径；　　約１１μｍ 損失：　　　　０．２ｄＢ／ｋｍ（波長１．５５１ＬＴ
１１）第４図に示す実施例は、上記のように表面処理を
する部分とクラッドガラスを形成する部分とを縦型に配
置するのでなく、横型に配置したものである。すなわち
、この実施例では第４図に示すように、出発ガラス棒４
の両端がガラス旋盤５のチャック５１．５１に把持され
て回転自在に横方向に保持されている。そして加熱炉２
はこの出発ガラス棒４を包み込むような円筒型のもので
、ガラス棒４に沿って左右に移動くトラバース）できる
ように保持される。また、ガラス微粒子堆積用のバーナ
１もガラス棒４に沿って左右に移動（トラバース）でき
るように保持される。加熱炉２は上記と同様の抵抗発熱
体を有し、電源２２より電力が供給されて発熱する。そ
してこの加熱炉２内にはエツチングのためのハロゲン含
有ガスをガス供給装置１３より供給できるようになって
おり、これにより出発ガラス棒４を回転させながら出発
ガラス棒４の表面処理を行なう。ガスの流量条件として
は上記と同じようなものとすることができる。 これにより表面処理を行なった後、加熱炉２を出発ガラ
ス棒４の同軸上に移動させ、表面処理済みの出発ガラス
棒４の表面にバーナ１から生成されたガラス微粒子を付
着させる。バーナ１のトラバースを行なうとともに出発
ガラス棒４を回転させることにより円柱状のガラス微粒
子堆積体４２を形成する。このときのバーナ１の条件も
上記と同様のものとすることができる。この場合も、表
面処理が終了した後その表面に直ちにガラス微粒子の堆
積が行なわれるので、表面の汚染が効果的に除去され、
また表面処理した後汚れが付着する虞もない。

【発明の効果】

この発明の光ファイバ母材の製造方法及び装置によれば
、異物の混入を極限的に抑えることができ、伝送損失の
少ない光ファイバの母材を能率よくしかも安定に製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の最初の工程における模式
図、第２図は同実施例のつぎの工程における模式図、第
３図は得られたプリフォームの屈折率分布を示す図、第
４図は他の実施例の模式図である。 １・・・ガラス微粒子堆積用バーナ、１１山ガラス微粒
子堆積用チャンバ、１２′・・・排気管、１３・・・ガ
ス供給装置、２・・・加熱炉、２１・・・発熱体、２２
・・・電源、３・・・シャッター、４・・・出発ガラス
棒、４１・・・ダミーガラス棒、４２・・・ガラス微粒
子堆積体、５・・・ガラス旋盤、５１・・・チャック。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバのコアとなるべきガラスを含むガラス
   棒の表面を処理する工程と、該工程を経たガラス棒を同
   軸上に該表面処理を行なうものに対して相対的に移動さ
   せる工程と、移動後該ガラス棒表面にクラッドとなるべ
   きガラスを堆積させる工程とを有することを特徴とする
   光ファイバ母材の製造方法。
2. （２）光ファイバのコアとなるべきガラスを含むガラス
   棒の表面を処理する表面処理手段と、該表面処理手段に
   対して同軸的に配置され、該ガラス棒の表面にクラッド
   となるべきガラスを堆積させる堆積手段と、上記表面処
   理手段と堆積手段との間に上記ガラス棒を同軸的に相対
   的に移動させる手段とを備えることを特徴とする光ファ
   イバ母材の製造装置。