JPH0331657B2

JPH0331657B2 -

Info

Publication number: JPH0331657B2
Application number: JP2348685A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Suda; Shuichi Shibata; Motohiro Nakahara
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-02-12
Filing date: 1985-02-12
Publication date: 1991-05-08
Also published as: JPS61183140A

Description

【発明の詳細な説明】［技術分野］本発明は高品質な大形の光フアイバ母材を高速
度で安定に製造する光フアイバ母材の製造方法に
関するものである。

［従来技術］従来、光フアイバ母材を製造する方法として
は、MCVD法（Modified Chemical Vapor
Deposition）、CVD法（Outside Vapor
Deposition）、VAD法（VApor−phase Axial
Deposition）等が知られており、これらの方法に
よつて光伝送損失の低い光フアイバが製造されて
いる。これら製造方法のうち、VAD法では、ガ
ラス微粒子からなる多孔質母材を合成する工程
と、その多孔質母材を透明ガラス化する工程とを
有する。多孔質母材を合成する工程は、火炎内に
ガラス原料を供給、これを分解してガラス微粒子
を生成させ、そのガラス微粒子を出発材に堆積さ
せることにより実施される。透明ガラス化の工程
はガラス中に含まれる水分を除去するための処理
とともに行われる。

VAD法は、原料である塩化物等の高純度化が
容易なことから高純度のガラス母材を合成でき、
いつたん多孔質母材の形態をとるために透明ガラ
ス化する際に、光の吸収損失の最大の原因となる
水酸基が容易に除去できる等の長所を有し、高品
質の光フアイバを製造するための有力な製造方法
となつている。

光フアイバ母材を線引きして得られる光フアイ
バは、少なくとも光の伝播するコアの部分と、そ
れを包むクラツドの部分とを有するで、母材にお
いても、組成の異なるガラス微粒子を所望の光フ
アイバ構造と相似の形となるように堆積させる。

ところで、光フアイバ内での光の伝播状態を決
める要素にはコアの径、コアとクラツドの屈折率
差、屈折率分布等があり、これらの要素の組み合
わせにより種々所望の特性を有した光フアイバを
実現している。

従来、コア径の制御は母材の径制御により行つ
ている。屈折率差および屈折率分布の制御は屈折
率制御用に加えられる添加物の濃度分布の制御に
よりなされている。ここで、添加物として用いら
れるものとしては、代表的にはB₂O₃、GeO₂、
TiO₂、P₂O₅等がある。このうち、GeO₂について
は合成中の母材の成長面での温度分布によりその
添加濃度が決まることが知られている（S.Sudo
らによる“Reflactive−Index Profile Control
Techniques in the Vapor−Phase Axial
Deposition Method”、The Transactions of
the IECE of Japan、Vol.E64、No.８、
Angust1981、pp.536−543）。

第１図はSiO₂の原料としてのSiCl₄に、添加物
の原料としてのGeCl₄を加えてバーナ内に導入し
たときに堆積する多孔質母材の表面温度とGeO₂
の添加量との関係を示す。表面温度が500℃〜800
℃の領域では、屈折率差を与えるのに有効な固溶
性のGeO₂が温度に比例して添加される（電子通
信学会論文誌、Vol.J65−Ｃ、No.４、P292〜299
（1982）参照）。

この関係を利用し、従来のVAD法においては、
ガラス原料および添加物原料を導入した合成用バ
ーナと、合成中の多孔質母材との位置関係および
合成用バーナへの可燃性ガスおよび支燃性ガスの
供給量の制御により、合成中の多孔質母材の堆積
部分の表面温度分布を所望のものとなして、屈折
率差および屈折率分布を制御することにより光フ
アイバ用母材を合成している（特願昭55−75934
号またはこれに対応する米国特許第4367085号）。

また、従来のVAD法には、ガラス微粒子合成
用バーナに供給する原料を増加して行くと、火炎
内での分解反応が十分に行われず、ガラス微粒子
の堆積速度がある値（1.7ｇ／min程度）より大
きくならない問題点があつた。したがつて、特に
コア径のクラツド径との比の大きいシングルモー
ドフアイバ用の母材をすべて多孔質母材から合成
しようとすると、バーナを多段に用いる必要があ
り、製造工程の制御が難かしくなるとともに製造
時間の短縮が困難であつた。

これを解決する１つの方法として、ガラス原料
の反応効率等を改善させるために、火炎を多重化
することが考えられている。すなわち、火炎を二
重にし、その内側火炎を退行させることにより実
効火炎長を増加させてガラス微粒子粒径を制御す
るバーナが特願昭58−219380号の「ガラス微粒子
合成用バーナ」において提案されている。

このような多重火炎バーナのひとつとしての二
重火炎バーナの構造を第２図に示す。第２図にお
いて、１は内側火炎用ガラス原料供給口、２は内
側火炎用ガラス原料供給口１の周囲に配置した内
側火炎用燃焼ガス供給口、３は内側火炎用燃焼ガ
ス供給口２の周囲に配置した外側火炎用ガラス原
料供給口、４は外側火炎用ガラス原料供給口３の
周囲に配置した外側火炎用燃焼ガス供給口であ
る。５は内側火炎用ノズル、６は外側火炎用ノズ
ルであり、内側火炎用ノズル５と外側火炎用ノズ
ル６とは独立している。７は内側火炎８内で反応
しているガラス原料層、９は外側火炎、１０は生
成されたガラス微粒子、１１は成長しつつある多
孔質母材を示している。ａは内側火炎の火炎長、
ｂは内側および外側火炎から成る二重火炎の火炎
長を示す。ここで、内側火炎用ノズル５を外側火
炎用ノズル６より引込めて配置可能とすることに
より、内側火炎８が外側火炎９より距離ｌだけ退
行可能なように構成し、退行距離ｌをガラス原料
の供給量に応じて調節できるようにしてある。

このように内側火炎８を外側火炎９より退行さ
せることにより、実効火炎長はｂに長くなり、し
たがつて、ガラス微粒子の火炎内での滞留時間が
長くなるから、ガラス微粒子の粒径が平均粒径
0.2μｍ以上に大きくなる。しかもまた、供給され
るガラス原料を増大させても、火炎内での反応時
間が長くなるので、反応効率は低下せず合成速度
が増加する。

このような多重火炎バーナを用いてガラス微粒
子を堆積させると、火炎中で合成されるガラス微
粒子量が多く、かつ粒径が大きいことにより、付
着効率の高いこととあいまつて、大径で、かつか
さ密度の大きい多孔質母材が得られる。

このような特性により、この多重火炎バーナを
多孔質母材のクラツド部の合成用に用いると、コ
ア径／クラツド径比の大きな多孔質母材を高速度
で製造することが可能である。

また、この多重火炎バーナをコア部の合成にも
用いれば、コア径／クラツド径比の大きくないフ
アイバ用の母材の合成が高速化されることは明ら
かであるが、その場合に、多重火炎バーナにガラ
ス原料および添加物原料を供給して、コアとなる
部分の母材内での添加物濃度分布を制御する技術
は確立されていない。

［目的］そこで、本発明の目的な、多重火炎バーナを用
いて多孔質母材を合成するにあたり、屈折率差を
付与するための添加物質の濃度分布を再現性よく
制御して、大形の多孔質母材を高速度でしかも安
定にかつ再現性よく製造する光フアイバ母材の製
造方法を提供することにある。

［発明の構成］このような目的を達成するために、本発明で
は、火炎内でガラス原料を分解してガラス微粒子
を形成し、ガラス微粒子を堆積させて多孔質母材
を形成し、多孔質母材を透明ガラス化して光フア
イバ母材を形成する光フアイバ母材の製造方法に
おいて、ガラス原料を供給する原料供給用ノズル
と、原料供給用ノズルのまわりに順次に配置さ
れ、それぞれ、個別の火炎流を順次に形成する複
数の火炎形成用ノズルとを有するバーナを用い、
バーナの複数の火炎形成用ノズルに供給する可燃
性ガスの流量比および総流量を所定の添加物質濃
度分布に対応して調整し、複数の火炎流のうち、
一の火炎流を当該一の火炎流より外側の火炎流に
対して退行させて得られる多重火炎中にガラス原
料を供給してガラス微粒子を生成し、ガラス微粒
子を出発材に堆積させて多孔質母材を成長させる
ことを特徴とする。

［実施例］以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

本発明では、多重火炎バーナにおける各火炎部
分の形成するノズル群中に供給する可燃性ガスの
流量およびその比率を調整するが、以下に本発明
の実施例について述べる。

実施例１本実施例は、太径の二酸化ゲルマニウムを添加
したコア用大形多孔質母材を作製したものであ
り、その際の多重火炎バーナにおける屈折率分布
の制御法について述べる。

多重火炎バーナとして、第３図に示す多重管の
形態の２重火炎バーナを用いた。ここで、２１が
ガラス原料供給用ノズル、２２はH₂やプロパン、
ブタンなどの炭化水素系燃料などの可燃性ガス供
給用ノズル、２３はAr、He、N₂などの不活性ガ
ス供給用ノズル、２４はO₂などの支燃性ガス供
給用ノズル、２５は不活性ガス供給用ノズルであ
る。これらノズル２２〜２５をノズル２１のまわ
りにこの順序で同心円状に配置して内側多重ノズ
ルとなし、可燃性ガスおよび支燃性ガスにより内
側火炎を形成する。さらに、２６は外側ガラス原
料（または不活性ガス）供給用ノズル、２７は可
燃性ガス供給用ノズル、２８は不活性ガス供給用
ノズル、２９は支燃性ガス供給用ノズルであり、
これらノズル２６〜２９をノズル２５のまわりに
この順序で同心円状に配置して多側多重ノズルと
なし、可燃性ガスおよび支燃性ガスにより外側火
炎を形成する。ここで、内側多重ノズルを外側多
重ノズルよりも距離ｌだけ退行させる。３０は外
側多重ノズルのまわりに配置したフードである。
なお、ノズル２５と２６とは１つのノズルで置き
換えてもよい。

第３図示の２重火炎バーナにおいて、バーナ径
は53mm、退行距離ｌ＝60mmとし、このバーナに対
して本発明を適用してガス流量およびガス流量比
率を調整して多光質母材作製を行つた。

可燃性ガスとして水素ガスを使用し、水素ガス
以外のガス流量および外側火炎の水素ガス流量を
22／minで一定にし、内側火炎の水素ガス流量
を変化させた場合の多孔質母材温度分布を第４図
に示す。この温度分布は、多孔質母材中心軸方向
の温度を放射温度計により測定した結果である。

第４図からわかるように、水素ガス流量比を変
化させることにより温度分布を調節できる。内側
水素ガス流量が少ないと中心部分は平担な温度分
布になり、逆に内側水素ガス流量が多いと急岐な
温度分布になる。（内側火炎水素ガス流量）：（外
側火炎水素ガス流量比）＝１：10の場合に得られ
た屈折率分布はステツプ状であつた。流量比＝
５：10の場合には変曲点のない滑らかな温度分布
曲線が得られ、この条件で作製した母材において
は、ほぼ放物線に近いグレーデツド形の屈折率分
布を実現できた。

得られた母材から、外径125μｍ、コア径50μｍ
および比屈折率差１％のフアイバを線引きした場
合の帯域特性を調べた。水素ガス流量比１：10の
場合の母材から線引きして得た光フアイバでは、
帯域特性は440MHz・Km（波長1.3μｍ）であつた
が、水素ガス流量比５：10の場合には、帯域特性
は800MHz・Km（波長1.3μｍ）の値が得られた。

第１図を参照して説明したように、表面温度分
布を二酸化ゲルマニウム濃度分布に精度よく反映
させるためには、表面温度を適当な温度範囲に設
定する必要がある。

そこで、本実施例では、所望の水素ガス流量比
を維持したまま、水素ガス総流量を変化させるこ
とにより、かかる表面温度を調節して、先端表面
温度を約700℃に設定した。

この多質母材は直径約130mmと大形であるため、
透明ガラス化処理にあたつては、1300℃でいつた
ん収縮させ（塩素系脱水剤により脱水もこの時に
行う）、その後約1550℃で透明化する２段階透明
ガラス化法を適用した。これによつて、光学的に
すぐれた透明ガラス母材が得られた。この母材を
を延伸後、ジヤケツト管に挿入して、線引きを行
い光フアイバを作製したときに上述の特性が得ら
れた。

実施例２本実施例は、全合成グレーデツド形母材用のコ
ア部分を多重火炎バーナで作製する場合の屈折率
分布制御法について述べたものであり、コア／ク
ラツド比を調整するために、実施例１のような太
径ではなく、直径50〜60mmの多孔質母材を得る必
要がある。ここで、直径50〜60mmの多孔質母材で
あれば、従来の一重火炎バーナでも作製可能であ
るが、多重火炎にすることにより、引上げ速度
（すなわち、軸方向の成長速度）が向上し、合成
速度が増加する。

第５図に示すように、コア合成用に第３図示の
構造をもち、直径30mmの細径の２重火炎バーナ４
１を使用し、クラツド合成用には第３図に示した
構造を持ち、直径53mmの２重火炎バーナ４２を使
用して、全合成グレーデツド形母材を作製した。
ここで、バーナ４１は垂直方向に対して20゜〜65゜
の範囲、例えば30゜傾け、バーナ４２は垂直方向
に対して45゜〜90゜の範囲、例えば70゜傾けた。この
ような傾きは、バーナ４１に関しては、ガラス原
料流の流れが安定になるように考慮し、バーナ４
２に関しては、コア部とクラツド部との界面が急
激な形状変化および密度変化を生じないように考
慮して定めた。４３は排気口である。４４および
４５は、それぞれ、得られた母材のコア部および
クラツド部である。

コア合成用細径２重火炎バーナ４１に、ガラス
原料として、SiCl₄を流速450c.c.／minで、GeCl₄
を流速40c.c.／minで供給した。多孔質母材のコア
部４４の直径は55mmでり、引上げ速度が従来の一
重火炎バーナの場合の1.6倍となつた。その結果、
コア／クラツド比ご調節するためには、クラツド
合成用２重火炎バーナ４２に対して流速2500c.c.／
minでSiCl₄を供給する必要があり、多孔質母材
の外径は140mmとなつた。引上げ速度（すなわち、
軸方向の成長速度）が速くなり、合成速度として
５ｇ／minの値が得られた。

本実施例においても、コア合成用細径２重火炎
バーナの内側火炎部に与える水素ガス流量と外側
火炎部に与える水素ガス流量との比は、実施例１
と同様に５：10とし、水素ガス総流量を変化させ
ることにより、先端表面温度を約700℃に設定し
た。

このようにして得られた母材を透明ガラス化し
て、外径125μｍおよびコア径50μｍの光フアイバ
に線引きした。これにより得られた光フアイバの
伝送損失は0.40dB／Km（波長1.55μｍ）、伝送帯域
は960MHz・Km（波形1.3μｍ）であり、すぐれた
特性が得られた。

以上のように、全合成光フアイバ母材において
も、水素ガス流量比および水素ガス総流量を調節
することにより、伝送帯域のすぐれた母材を高速
にしかも安定に製造できることが明らかになつ
た。

以上の実施例に示したように、主に水素ガス流
量比を変化させることにより、表面温度分布形状
を調節でき、水素ガス総流量を変化させることに
より先端表面温度を調節できる。このような調節
により、任意所望の屈折率分布が得られる。

また、バーナ構造から明らかなように、内側火
炎口の外側火炎口までの退行距離ｌが変化すれ
ば、所望の温度分布を得るための水素ガス流量比
は変化する。

しかしながら、多重火炎バーナの退行距離およ
び寸法が異なる場合においても、表面温度分布を
測定しながら内側火炎および外側火炎水素ガス流
量比を調節することにより、任意所望する屈折率
分布が得られる。

以上の実施例では、コア合成用の２重火炎バー
ナの内側ノズルにのみ、ガラス原料および添加物
原料を導入した場合について述べたが、２重火炎
バーナでは、外側ノズルにも原料を供給すること
ができる。外側ノズルに導入されたガラス原料に
ついては、火炎中での滞留時間は従来のバーナと
大差がないので、粒径が大きくなる効果はないも
のの、全体としての堆積量の増加には寄与する。

本発明において、外側ノズルにもガラス原料を
導入することによつて、多孔質母材の堆積速度が
増加するとともに、添加物の濃度分布において、
外側の部分（コアとクラツドの境界の部分）での
分布がなだらかになることが明らかになつた。こ
のような効果は、必要に応じて補助的に用いるこ
とにより、屈折率分布制御の任意性を向上させる
のに有用である。

［効果］以上説明したように、本発明によれば、多重火
炎バーナの内側および外側火炎用ノズルに供給す
る水素ガスなどの可燃性ガスの流量比および総流
量を調整することによつて、任意所望の屈折率分
布を定めることができる。

しかもまた、本発明は多重火炎バーナをコア部
分の合成に用いる場合にも適用することができ、
伝送帯域特性の良好な光フアイバが高速かつ高収
率で得られ、したがつて、光フアイバ価格の低廉
化に大きく寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は屈折率付与物質としての二酸化ゲルマ
ニウム濃度の表面温度依存性を示す特性図、第２
図は２重火炎バーナの構造の概略図、第３図は２
重火炎バーナの一実施例を示す断面図、第４図は
本発明における内側火炎と外側火炎とにおける水
素ガスの流量比を変化させたときの多孔質母材表
面温度分布を示す分布図、第５図は全合成母材を
作製する場合を示す模式図である。１……内側火炎用ガラス原料供給口、２……内
側火炎用燃焼ガス供給口、３……外側火炎用ガラ
ス原料供給口、４……外側火炎用燃焼ガス供給
口、５……内側火炎用ノズル、６……外側火炎用
ノズル、７……ガラス原料層、８……内側火炎、
９……外側火炎、１０……生成したガラス微粒
子、１１……多孔質母材、２１……ガラス原料供
給用ノズル、２２……可燃性ガス供給用ノズル、
２３……不活性ガス供給用ノズル、２４……支燃
性ガス供給用ノズル、２５……不活性ガス供給用
ノズル、２６……外側ガラス原料（または不活性
ガス）供給用ノズル、２７……可燃性ガス供給用
ノズル、２８……不活性ガス供給用ノズル、２９
……支燃性ガス供給用ノズル、３０……フード、
４１，４２……２重火炎バーナ、４３……排気
口、４４……コア部、４５……クラツド部。

Claims

【特許請求の範囲】１火炎内でガラス原料を分解してガラス微粒子
を形成し、該ガラス微粒子を堆積させて多孔質母
材を形成し、該多孔質母材を透明ガラス化して光
フアイバ母材を形成する光フアイバ母材の製造方
法において、ガラス原料を供給する原料供給用ノズルと、該
原料供給用ノズルのまわりに順次に配置され、そ
れぞれ、個別の火炎流を順次に形成する複数の火
炎形成用ノズルとを有するバーナを用い、前記バ
ーナの複数の火炎形成用ノズルに供給する可燃性
ガスの流量比および総流量を所定の添加物質濃度
分布に対応して調整し、前記複数の火炎流のうち、一の火炎流を当該一
の火炎流より外側の火炎流に対して退行させて得
られる多重火炎中に前記ガラス原料を供給してガ
ラス微粒子を生成し、該ガラス微粒子を出発材に堆積させて多孔質母
材を成長させることを特徴とする光フアイバ母材
の製造方法。２特許請求の範囲第１項記載の光フアイバ母材
の製造方法において、前記複数の火炎用ノズル
は、それぞれ、少なくとも原料供給用、不活性ガ
ス供給用、可燃性ガス供給用および支燃性ガス供
給用ノズルを有し、前記一の火炎流を形成するノ
ズルは当該ノズルより外側の火炎用ノズルに対し
て退行可能な構造を有することを特徴とする光フ
アイバ母材の製造方法。