JPH03153540A - 光ファイバの線引方法および線引装置 - 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、低損失の石英系ガラスを主成分とする光フ
ァイバの線引方法およびそのために用いられる装置に関
するものである。

（往来の技術） 石英系ガラスを主成分とする光ファイバを線引するには
、その元になるプリフォームを加熱炉内に一定速度で送
り込み、プリフォームの先端を所定の粘度にして線引き
している。この種の光ファイバの線引きでは、加熱炉の
最高温度は１９００℃〜２３００℃に設定されることが
多い。

加熱炉内で細く引き延ばされる力は、引き取り力によっ
て与えられる。引き取りは重力に逆られず下方に引っ張
られるのが普通であり、その速度は定常状態では次式で
決定される。

ｖ　＝　　　Ｖ　　−Ｄ”　　／　ｄ”ここで、■はプ
リフォームの加熱炉内への送り出し速度 ■はファイバの引き取り速度 りはプリフォームの外径 ｄはファイバの外径 一方、プリフォームからファイバにまで線引きされる途
中の段階の形状は第３図に示すような変化をしており、
線引速度、加熱炉内の潤度分布、プリフォーム外径等に
依存してその形状は変化する。

（発明が解決しようとする課題） 近年、光ファイバの低損失化の検討が進むにつれて、線
引条件とファイバの損失とが密接な関係を有することが
判明してきた６例えば、第４図は石英ガラスを主成分と
するコアを有し、クラッドにフッ素を含む石英ガラスを
用いた光ファイバの伝送損失と線引張力との関係を示し
ている。

ここで特徴的なことは線引張力を増加させるにつれて損
失が増加し、また、線引張力をあまり低くすると極端に
損失が増加することである。この原因については完全に
解明されているわけではないが、高線引張力の挙動につ
いては、次のように考えれている。すなわち、このファ
イバのように線引温度のような高温におけるコアとなる
ガラスの粘度が、クラッドとなるガラスの粘度よりも高
いような組成を有する光ファイバプリフォームにおいて
は、第５図に示すネックダウン領域においてコアガラス
の方が先に固化するため、線引時の張力分担が弾性変形
として作用する。さらにこの弾性変形は、後から固化し
てきた圧倒的に大きな断面積を有するクラッドガラスの
ために緩和できないという現象が生じる。このような弾
性変形は、光学的にはファイバのコアガラスの屈折率を
低下させ、光ファイバとして動作するのに必要なコア・
クラッド間の屈折率差を十分に維持できないという不都
合をもたらす、コア・クラッド間の屈折率差の低下によ
って光ファイバは、いわゆるマクロベンディング、マイ
クロベンディング等の亀す 曲がりをか隼すくなり損失が増加するものと考えられる
。しかし、低張力側の損失増加についてはこれまであま
りうまく説明されていなかった。

この発明者等は、第３図の張力−曲線からして、もしこ
の低張力側の損失原因が取り除ければ光ファイバの低損
失化が図られるはずであるとして検討を続けてきた。な
お、光ファイバの損失原因としては、レール散乱、ガラ
ス固有の紫外線吸収端、同じく赤外吸収端があり、これ
らの原因は今のところこれ以上下げられないものと考え
れられている。

具体的な数値としては、石英系ガラスファイバの最も伝
送損失が低下する波長である１、５５μｍにおいて、０
．１５　ｄＢ／ｋｍ程度が極限損失と考えられる。第６
図は、非常に低張力、例えば８ｇで線引きしたときの高
石英系ガラスコア・フッ素ドープ石英ガラスクラッド単
一モードファイバの損失波長特性を示している。なお、
図中破線は光ファイバの損失が固有損失のみのときの理
想損失波長特性を示す、また、ここで高石英ガラスコア
とはコアのガラス組成が比較的純粋な石英ガラスに近く
、せいぜい石英ガラスの屈折率を０．１５％程度変化さ
せる程度の添加物しか含んでいない石英系ガラスに対し
て用いている。この図の波長特性で特徴的なことは、波
長の短い領域での損失増加があまりないのに対して、波
長の長い領域での損失増加が高いことである。いわゆる
マイクロベンディングとよばれる微小な曲がりがコアに
生じている場合や、コアの径がファイバの長さ方向に揺
らいでいる場合に生じる損失について行なわれた理論計
算によれば、このような損失増加の波長特性は、ファイ
バのコアに生じている長さ方向の揺らぎの相関長ガラス
１００μｍもしくはそれ以上に長い場合に生じるといわ
れている。このことは、例えば、Ｄｉｅｔｒｉｃｈ　Ｍ
ａｒｃｕｓｅ：ＭｉｃｒｏｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎＬｏ
ｓｓｅｓ　Ｏｆ　Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ　Ｆｉｂｅｒ
ｓ″ＡＰＰＬＩＥＤ　０ＰＴＩＣ５゜ＶＯＬ、２３．Ｎ
ｏ、７．Ｉ　Ａｐｒｉｌ、　１９８４等に詳しく述べら
れている。

前記波長特性を有するファイバは、線引張力として非常
に小さい値で線引きされており、先に述べたような線引
張力が高いためにコア・クラツド間の屈折率差が小さく
なっており、その結果ファイバとして十分に光を閉じ込
める作用が無くなったものでないことは明らかである。

これらのことから、この発明者等は、一つの推定として
非常に高い温度で線引きされた高石英コア・フッ素ドー
プクラッドファイバの損失増加は、プリフォームの高温
粘度が低いために加熱炉内で僅かな熱的な揺らぎがあっ
てもコア径に何らかの変化をもたらすためと考えた。こ
のようなタイプのファイバでは圧倒的に断面積の大きな
りラッドがコアよりも柔らかいガラスで構成されている
ので、加熱炉内の僅かな変化がファイバの寸法変形をも
たらしやすいものと思われる。

また、特に揺らぎの影響を受けやすいのは、プリフォー
ムの外径が比較的細くなったネックダウン領域であり、
これよりも上部の太い領域では簡単に曲がったりしない
し、また、太いがゆえに熱容量も大きいので加熱炉内の
ガスの流れの僅かな脈動があってもそんなに大きな温度
変動は起こしに（いものと考太られる。

（課題を解決するための手段） この発明は、以上の観点からなされたもので、その特徴
とする第１の請求項の発明は、石英系ガラスからなる光
ファイバプリフォームを加熱炉内に導いて光ファイバに
線引きするに際して、加熱炉内において前記プリフォー
ムのネ・ンクダウン領域を強制冷却する光ファイバの線
引方法にある。

また、請求項２の発明は、請求項１の光ファイバの線引
方法において、高温におけるコアを形成するガラスの粘
度がクラッドを形成するガラスのそれよりも高いプリフ
ォームを用いることにある。

請求項３の発明は、請求項２の光ファイバの線引方法に
おいて、クラッド形成ガラスがフッ素を含有する石英系
ガラスであることにある。請求項４の発明は、光ファイ
バプリフォームを加熱する発熱体と、この発熱体の直下
に隣接して位置されて光ファイバプリフォームのネック
ダウン領域を強制的に冷却する手段とを具備してなる光
フアイバ線引装置にある。

なお、ここで光ファイバプリフォームのネックう、一般
に高温のガラスの冷却は熱輻射を主に行なわれ、しかも
光ファイバのように細いガラスでは必ずしも表面からの
熱の散逸ではなく、ガラスの内部からも輻射していくの
で、その冷却速度は比較的早い、この結果、問題として
いるような高石英ガラスコア・フッ素ドープ石英クラッ
ドのような場合でも自然にまかせた冷却を行なうと柔ら
かいクラッドガラスの冷却速度はその表面と内部であま
り差がない、したがって、ガラスの表面を強制的に冷や
すことにより光ファイバの表面にまず固化した層を生じ
させ、この層のもつ剛性によりファイバの曲りを阻止し
、また塑性変形を受けにくくする。

なお、プリフォームの冷却位置を上記範囲としたのは、
プリフォーム径の３０％減よりも小さい部分で行なって
も、本来外径が大きいので簡単に曲がることがなく、ま
た太いがゆえに熱容量も太きいので加熱炉内のガスの流
れの僅かな脈動があっても温度変動は起こしにくいこと
から冷却による効果が乏しく、また光ファイバの最終径
よりも１μｍよりも小さいところで冷却を行なったので
は、既にコアが弾性変形してしまった後となり効果が薄
いからである。

（作用） 光ファイバプリフォームの線引中のネックダウン領域を
強制的に冷却するようにしたので、ファイバの表面がま
ず固化し、この表面層の持つ剛性によりファイバが曲が
ったり、塑性変形を受けにくいため低張力側でも低損失
のファイバとなる。

（実施例） 第１図は、この発明による線引装置の加熱炉部分の概略
図を示したもので、ｌはカーボンからなる円筒状の発熱
体、２はその内部に同心状に位置されたカーボン製のマ
ツフルチューブ、３は発熱体の直下に接近して設けられ
た強制冷却装置で、銅製のリング部４とその内周壁に形
成された、ガス吐出口となる多数の孔５と、リング４と
直結された銅製のガス配管６と、リング４の外周に必要
に応じて巻回される冷却水供給管下とからなっている。

冷却ガスとしては、熱伝達率の大きなＨｅガスが好適で
あるが、Ｈｅガスは熱容量が小さいので冷却効果を発揮
する前に暖められるおそれがあり、この場合供給管アに
冷却水を供給して冷却する方が好ましい、なお、冷却ガ
スの吐出量は極く僅かで十分であり、１００ｃｃ／分〜
１０００ｃｃ／分程度とされる。８は光ファイバプリフ
ォーム、９はそのネックダウン部分であり、この部分に
リング４の吐出孔５が位置するようになされている３以
上の構成になる加熱炉のマツフルチューブ２内に光ファ
イバプリフォーム８を垂直に支持しつつ所定速度で降下
させるとともに、発熱体１により高温に加熱して所定の
線引張力で線引しファイバ化する。一方、Ｈｅガスを配
管６を通じてリング４に供給し、孔５から噴出させてプ
リフォーム８のネックダウ二ノ部９を強制冷却する。供
給管７には冷却水を流し、Ｈｅガスの暖まるのを阻止す
る。

（具体例） 発熱体として、内径６０ｎ＋ｍ、有効長７０ｍｍのカー
ボン円筒体を使用し、これに約２５ｋＷの電力を投入し
た。発熱体を保護するためにその周囲にＡｒガスを１１
！、７分、Ｈｅガスを１β／分流した０発熱体表面の最
高温度は、約２２００℃、２０００℃以上の発熱体長さ
は約５０＋ｗｍであった。マツフルチューブとしては内
径５０■、外形５６ｍｍのカーボン製の円筒管を用いた
。プリフォームを強制冷却するためのリングの位置を発
熱体の直下にその下端から１５ｍｍ離して位置させた。

リング内周には所定間隔をおいて多数の孔を開け、この
孔からＨｅガスがトータルで４００ｃｃ／分噴出するよ
うにした。また、供給管内には冷却水を流した。かくし
てなるマツフルチューブ内に、直径３．５　ｍｍのコア
用５ｉＯｉガラスの周りに外径４５＋ｎｍのクラッド用
フッ素ドープ５ｉＯｚガラス（Δ＝　０．３５％）が形
成された光ファイバプリフォームを垂直に支持して線引
きした。線引き速度は約２００１１１／分であった。第
２図は、か（して得られたファイバの損失の線引張力依
存性を示す。

図から明らかなように、この発明のファイバにおいては
低張力側でも低損失のものが得られており、結果として
得られた最低損失０．１５６　ｄＢ／ｋｍ（波長１．５
５μｍ）は、はぼ石英系ガラスファイバの極限損失に近
いものであった。因に、破線はネックダウン領域を強制
冷却しない従来の光ファイバの場合の特性を示す。

（発明の効果） この発明は、以上のように線引中の光ファイバプリフォ
ームのネックダウン領域を強制的に冷却することにより
、ガラスの表面を固化させてしまって線引雰囲気による
ファイバ内部の変形を抑制するので、伝送損失の小さい
ファイバとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は５この発明の実施例による線引装置の加熱炉部
分を示す概略説明図、第２図は、この発明の光ファイバ
の線引張力と伝送損失との関係を示すグラフ、第３図は
、線引中のプリフォームの外径変化を示すグラフ、第４
図は、従来ファイバの線引張力と伝送損失との関係を示
すグラフ、第５図は、プリフォームの線引中の様子を示
す説明図、第６図は、従来ファイバの波長と伝送損失と
の関係を示すグラフ、図において、３：強制冷却装置、
４：リング５５：孔、６：冷却ガス配管、９ニブリフオ
ームのネ・ンクダウン領域。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）石英系ガラスからなる光ファイバプリフオームを
   加熱炉内に導いて光ファイバに線引きするに際して、加
   熱炉内において前記プリフォームのネックダウン領域を
   強制冷却することを特徴とする光ファイバの線引方法。
2. （２）高温におけるコアを形成するガラスの粘度がクラ
   ッドを形成するガラスの粘度よりも高いプリフォームを
   用いることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの線
   引方法。
3. （３）クラッド形成ガラスがフッ素を含有する石英系ガ
   ラスであることを特徴とする請求項２記載の光ファイバ
   の線引方法。
4. （４）光ファイバプリフオームを加熱する発熱体と、こ
   の発熱体の直下に隣接して位置されて光ファイバプリフ
   オームのネックダウン領域を強制的に冷却する手段とを
   具備してなる光ファイバ線引装置。