JPH04132631A - 光ファイバの製造方法及びフッ素をドープしたガラスの製造方法 - Google Patents
光ファイバの製造方法及びフッ素をドープしたガラスの製造方法Info
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- JPH04132631A JPH04132631A JP2414516A JP41451690A JPH04132631A JP H04132631 A JPH04132631 A JP H04132631A JP 2414516 A JP2414516 A JP 2414516A JP 41451690 A JP41451690 A JP 41451690A JP H04132631 A JPH04132631 A JP H04132631A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
［０００１］
本発明はドープしたガラス体の製造方法に係り、特に、
光フアイバ用低屈折率外部クラッドの製造方法に関する
。 ［０００２］
光フアイバ用低屈折率外部クラッドの製造方法に関する
。 ［０００２］
光コアイノくは光波の形で大容量の情報を伝送する媒体
として重要度全増してし）る。各光ファイバはファイバ
のコアとして知られる細い円柱状ガラス固体と、それを
囲むクラッドとして知られるガラススリーブからなる。 クラッドはコアより低い屈折率を有する。光ファイバに
は多数の製造方法がある。その１つとして、まずガラス
チューブを作り、次にガラスを蒸着させてクラッドの一
部とガラスチューブの内表面にコアを形成する。 ［０００３］ その方法として、例えば米国特許第４，２１７，０２７
号の明細書に記載された方法がある。これは現在修正化
学蒸着（Ｍ ＣＶ Ｄ ）法として一般に知られている
。このように実施される場合ガラスチューブは通常基材
チューブとして知られている。堆積後、全構成をつぶし
てプリフォームロッドを作り、ガラス線引き法を用いて
プリフォ・−ムから連続光ファイバを形成する。光ファ
イバの蒸着ガラスをドープすることができるが、これは
ドープしないガラスに比べ屈折率を高く及び／または低
くするためである。 ［０００４］ いずれにしても、通常の方法で光波を有効に伝送するた
めには、コアの屈折率はクラッド層の屈折率より高くし
なければならない。この１つの方法としてフッ素でクラ
ッド層をドープすることにより、屈折率をドープしない
ガラス（二酸化ケイ素）に比べ小さくすることができる
。 ［０００５］ 大きなコアを基材チューブに堆積し、これをつぶしてプ
リフォーム ロッドにし、その後オーバ クラッド チ
ューブと呼ぶ第２のチューブに挿入し、これをつぶして
大型プリフォームを作る。この方法はハイブリッド法ま
たはロッド イン チューブ法と呼ばれ、例えば、米国
特許第４，８２０，３２２号、の明細書に記載されてい
る。このオーバー クラッド チューブは、フッ素でド
ープして屈折率全低くすることができる。 ［０００６］ 基材ガラスチューブとオーバ クラッド ガラスチュー
ブの両者とも初めにマンドレル上にガラスのスートを堆
積してガラス粒子の円柱状多孔質スートを形成する。次
に堆積した円柱状多孔スートを炉に入れて加熱しガラス
チューブに固化する。同化の前に、フッ素を次のように
ドーパントとして導入できる。スート堆積トーチの反応
剤流の中にフッ素含有ガスを添加する。または炉の雰囲
気に固化温度以下の温度でフッ素含有ガスを添加する。 ［０００７］ 固化工程において、多孔質円柱状チューブ表面からフッ
素が選択的に蒸着し、同化ガラスチューブの厚さ方向に
フッ素が不均一に分布する。この不均一は光波伝送の効
率とファイバの再現性に問題を生じる。この問題を解決
する方法として、先にフッ素でドープしたガラススート
を炉中でその上をフッ素含有ガスを流しながら固化する
方法がある。 ［０００８］ 他の方法として、米国特許第４，６２９，４８５号の明
細書に記載があるカミこれは次のように行う。即ち、固
化前とその間に加熱した円柱状スートの周辺にフッ素ガ
スを流して、事前にはドープしていない円柱状スートを
固化中にドープする。しかし、いずれの方法によっても
最終チューブの厚さ方向にフッ素ドーピングの望ましい
均一な分布を得るのは難しいことがわがっな。また固化
に必要な高温において非常に反応性の高いフッ素は炉の
各部に必ず損傷を与えるので、製造コストが高くなる。 ［０００９］
として重要度全増してし）る。各光ファイバはファイバ
のコアとして知られる細い円柱状ガラス固体と、それを
囲むクラッドとして知られるガラススリーブからなる。 クラッドはコアより低い屈折率を有する。光ファイバに
は多数の製造方法がある。その１つとして、まずガラス
チューブを作り、次にガラスを蒸着させてクラッドの一
部とガラスチューブの内表面にコアを形成する。 ［０００３］ その方法として、例えば米国特許第４，２１７，０２７
号の明細書に記載された方法がある。これは現在修正化
学蒸着（Ｍ ＣＶ Ｄ ）法として一般に知られている
。このように実施される場合ガラスチューブは通常基材
チューブとして知られている。堆積後、全構成をつぶし
てプリフォームロッドを作り、ガラス線引き法を用いて
プリフォ・−ムから連続光ファイバを形成する。光ファ
イバの蒸着ガラスをドープすることができるが、これは
ドープしないガラスに比べ屈折率を高く及び／または低
くするためである。 ［０００４］ いずれにしても、通常の方法で光波を有効に伝送するた
めには、コアの屈折率はクラッド層の屈折率より高くし
なければならない。この１つの方法としてフッ素でクラ
ッド層をドープすることにより、屈折率をドープしない
ガラス（二酸化ケイ素）に比べ小さくすることができる
。 ［０００５］ 大きなコアを基材チューブに堆積し、これをつぶしてプ
リフォーム ロッドにし、その後オーバ クラッド チ
ューブと呼ぶ第２のチューブに挿入し、これをつぶして
大型プリフォームを作る。この方法はハイブリッド法ま
たはロッド イン チューブ法と呼ばれ、例えば、米国
特許第４，８２０，３２２号、の明細書に記載されてい
る。このオーバー クラッド チューブは、フッ素でド
ープして屈折率全低くすることができる。 ［０００６］ 基材ガラスチューブとオーバ クラッド ガラスチュー
ブの両者とも初めにマンドレル上にガラスのスートを堆
積してガラス粒子の円柱状多孔質スートを形成する。次
に堆積した円柱状多孔スートを炉に入れて加熱しガラス
チューブに固化する。同化の前に、フッ素を次のように
ドーパントとして導入できる。スート堆積トーチの反応
剤流の中にフッ素含有ガスを添加する。または炉の雰囲
気に固化温度以下の温度でフッ素含有ガスを添加する。 ［０００７］ 固化工程において、多孔質円柱状チューブ表面からフッ
素が選択的に蒸着し、同化ガラスチューブの厚さ方向に
フッ素が不均一に分布する。この不均一は光波伝送の効
率とファイバの再現性に問題を生じる。この問題を解決
する方法として、先にフッ素でドープしたガラススート
を炉中でその上をフッ素含有ガスを流しながら固化する
方法がある。 ［０００８］ 他の方法として、米国特許第４，６２９，４８５号の明
細書に記載があるカミこれは次のように行う。即ち、固
化前とその間に加熱した円柱状スートの周辺にフッ素ガ
スを流して、事前にはドープしていない円柱状スートを
固化中にドープする。しかし、いずれの方法によっても
最終チューブの厚さ方向にフッ素ドーピングの望ましい
均一な分布を得るのは難しいことがわがっな。また固化
に必要な高温において非常に反応性の高いフッ素は炉の
各部に必ず損傷を与えるので、製造コストが高くなる。 ［０００９］
以上のことから、次のような光ファイバのクラッド層を
形成するための便利で安価なガラスチューブのドーピン
グ方法が工業界で広く望まれている。即ち、反応性の高
いフッ素のようなドーパントを用いて、屈折率を下げ、
低い屈折率がチューブの厚さ方向に実質的に均一に分布
するような方法が望まれている。さらにまた炉の各部に
殆どもしくは全く損傷を与えないの方法が強く求められ
ている。 本発明は、屈折率が均一に分布した光ファイバを得るこ
とができる光ファイバの製造方法を提供することを目的
とする。 ［，００１０］
形成するための便利で安価なガラスチューブのドーピン
グ方法が工業界で広く望まれている。即ち、反応性の高
いフッ素のようなドーパントを用いて、屈折率を下げ、
低い屈折率がチューブの厚さ方向に実質的に均一に分布
するような方法が望まれている。さらにまた炉の各部に
殆どもしくは全く損傷を与えないの方法が強く求められ
ている。 本発明は、屈折率が均一に分布した光ファイバを得るこ
とができる光ファイバの製造方法を提供することを目的
とする。 ［，００１０］
上記課題を解決するために、本発明では、低屈折率の外
部クラッドを有するガラスファイバを次のように製造す
る。まず、マンドレルへの火炎にケイ素含有ガスとフッ
素含有ガスを送出して、マンドレル上にフッ素をドープ
したシリカスートを堆積する。 ［００１月 次に、この円柱状多孔質スートを炉内に設けたカプセル
封入構造体内に封入して固化する。円柱状スートは十分
に加熱され、ガラスチューブに固化する。固化工程にお
いてカプセル封入構造体によりフッ素ガスを十分に円柱
状スート内に、つまり最終的にはガラスチューブ内に残
留するように閉じ込める。 ［００１２］ 本発明の特徴は、固化工程中にカプセル封入構造体内の
雰囲気を実質上停滞して流動しないようにする。即ち、
固化工程中、カプセル封入構造体の中もしくは外部との
ガスの流れが実際上ないようにする。また本発明の他の
特徴は、カプセル封入構造体の容積が円柱スートの体積
よりほんの僅が大きいことである。本発明によれば、カ
プセル封入構造体内のガス濃度は十分にあって円柱状ス
ートからさらにフッ素が蒸発するのを実際上禁止するた
め円柱状スート内のフッ素からカプセル封入構造体の密
閉体積に拡散するフッ素は殆どない。 ［００１３］ 従来の方法により、基材チューブにおいてドーパントが
不均一に分布することの主原因は、円柱状スートからフ
ッ素ドーパントが放出されるためであることがわかった
。本発明によれば、このフッ素を密閉することにより円
柱状スートがらのフッ素の放出が防止できる。さらに、
下記に詳述するように、例え、フッ素が漏れる場合でも
ドーピングレベルは不均一にならない。これはカプセル
封入構造体内のフッ素濃度が円柱状ガラススート全体に
ついて事実上一定にされているなめである。 ［００１４］
部クラッドを有するガラスファイバを次のように製造す
る。まず、マンドレルへの火炎にケイ素含有ガスとフッ
素含有ガスを送出して、マンドレル上にフッ素をドープ
したシリカスートを堆積する。 ［００１月 次に、この円柱状多孔質スートを炉内に設けたカプセル
封入構造体内に封入して固化する。円柱状スートは十分
に加熱され、ガラスチューブに固化する。固化工程にお
いてカプセル封入構造体によりフッ素ガスを十分に円柱
状スート内に、つまり最終的にはガラスチューブ内に残
留するように閉じ込める。 ［００１２］ 本発明の特徴は、固化工程中にカプセル封入構造体内の
雰囲気を実質上停滞して流動しないようにする。即ち、
固化工程中、カプセル封入構造体の中もしくは外部との
ガスの流れが実際上ないようにする。また本発明の他の
特徴は、カプセル封入構造体の容積が円柱スートの体積
よりほんの僅が大きいことである。本発明によれば、カ
プセル封入構造体内のガス濃度は十分にあって円柱状ス
ートからさらにフッ素が蒸発するのを実際上禁止するた
め円柱状スート内のフッ素からカプセル封入構造体の密
閉体積に拡散するフッ素は殆どない。 ［００１３］ 従来の方法により、基材チューブにおいてドーパントが
不均一に分布することの主原因は、円柱状スートからフ
ッ素ドーパントが放出されるためであることがわかった
。本発明によれば、このフッ素を密閉することにより円
柱状スートがらのフッ素の放出が防止できる。さらに、
下記に詳述するように、例え、フッ素が漏れる場合でも
ドーピングレベルは不均一にならない。これはカプセル
封入構造体内のフッ素濃度が円柱状ガラススート全体に
ついて事実上一定にされているなめである。 ［００１４］
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明す
る。なお、本発明を説明する図面に示された子レメント
は、必ずしも正確な寸法と比率のものではない。また、
ここに示すものの具体例によらず、本発明はシングルモ
ードとマルチモードの光ファイバ、ライトガイドの両者
に適用できる。 ［００１５］ 図１は本発明に使用されるマンドレル１２上に円柱状ス
ート１１を形成する公知の方法を示す。ガス成分は火炎
１４を発するバーナーにて混合され火炎中でケイ素は反
応して二酸化ケイ素（シリカスート）となってマンドレ
ル上に堆積し円柱状スートを形成する。従来の技術で知
られているように、ガス源１６からのケイ素含有ガス、
ガス源１７からのフッ素含有ガス、ガス源１８がらの酸
素含有ガス、及びガス源１９からの燃料ガスはバーナー
もしくはトーチで化合され、円柱状スート１１に投射さ
れる。
る。なお、本発明を説明する図面に示された子レメント
は、必ずしも正確な寸法と比率のものではない。また、
ここに示すものの具体例によらず、本発明はシングルモ
ードとマルチモードの光ファイバ、ライトガイドの両者
に適用できる。 ［００１５］ 図１は本発明に使用されるマンドレル１２上に円柱状ス
ート１１を形成する公知の方法を示す。ガス成分は火炎
１４を発するバーナーにて混合され火炎中でケイ素は反
応して二酸化ケイ素（シリカスート）となってマンドレ
ル上に堆積し円柱状スートを形成する。従来の技術で知
られているように、ガス源１６からのケイ素含有ガス、
ガス源１７からのフッ素含有ガス、ガス源１８がらの酸
素含有ガス、及びガス源１９からの燃料ガスはバーナー
もしくはトーチで化合され、円柱状スート１１に投射さ
れる。
【００１６］
例えば、前述の米国特許第４．２１７．０２７号の明細
書、及びピー・シー・シュワルツ（Ｐ、 Ｃ，５ｃｈｕ
ｌｔｚ ）の″気相堆積法による光ファイバの製造″の
論文、プロシーディングズ オブ ジ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ
（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ
） 、第６８巻、第１０号、１９８０年１０月、１１
８７頁から１１９０頁に記載されているように、ケイ素
含有、フッ素子含有、酸素含有、及び燃料のガスが使用
される。例えば、ケイ素化合物は５ｉＣ１、フッ素化合
物はＳｉＦ 、酸素は０２、及び燃料はＨ２が使われる
。 ［００１７］ 図２において、円柱状スート１１ （スートブールまた
はスートフオームともいう）が、形成された後、炉２１
内で固化される。この円柱状スーＩ・はマンドレル２０
と受台２５で支持される。ここでマンドレルは、図１に
示すマンドレル１２と同一のものでもよいが異なるもの
でもよい。炉には公知のように、コイルまたは複数の導
線からなる加熱エレメント２２が設けられる。また、炉
には耐火材でできた円筒状のマツフル２３が設けられて
いる。これは円筒状耐火材で炉内の熱バランスを保つ。 ［００１８］ この耐火材は一般にフッ素と反応するので、ガラス同化
前または固化中にフッ素流を用いる従来の方法では炉部
は通常損傷を受ける。ここでは同化に先立って円柱状ス
ートにガス源１７からのヘリウムを通気し、パージする
。この通気は図示のようにバルブ２８で固化中は止めて
おく。 ［００１９］ 本発明では、固化工程中、円柱状スート１１をガスを透
過しないカプセル封入構造体２９に収納する。多孔質円
柱状スート１１を汚染しにくい石英もしくは類似の材料
で作られる。このカプセル封入構造体２９の容積は、円
柱状スート１１の体積よりほんの僅かに大きいものであ
る。このカプセル封入構造体の容積と円柱状スート１１
の体積との比は１．４：１以下が好ましい。 ［００２０］ なお、マンドレルの体積は円柱状スートの体積の一部と
して計算している。このカプセル封入構造体２９の目的
は、円柱状スート内にフッ素ガスを密閉し、かつ固化工
程中、円柱状スートのまわりの雰囲気をフッ素で実質上
飽和させることによって、同化ガラスチューブの厚さ方
向の屈折率分布を均一化することである【００２月 本実施例では、円柱状スートを固化し固体ガラスチュー
ブを形成した後、マンドレル２０を抜き取り、このチュ
ーブを基材として使用する。即ち、図３に模式的に示す
方法によりコア材料をチューブ内に堆積する。このチュ
ーブをそのまま基材チューブとして用いてもよいが、通
常のガラス線引き法により引き伸し、基材チューブとし
て使用する前にその長さを長くし、その直径を小さくす
ることが好ましい。基材チューブ３０は、図２に示した
方法によりフッ素をドープしたガラスチューブである。 ［００２２］ 前述した米国特許第４．２１７．０２７号に記載されて
いるように、ケイ素含有ガスを酸素含有ガスとともに、
矢印３１に示すようにチューブ左端から導入する。火炎
３２を矢印３３に示すようにチューブの軸方向に沿って
移動する。熱によりケイ素を酸素もしくは酸素含有ガス
と反応させて、二酸化ケイ素を生成させ、火炎３２より
下流の基材チューブの内壁上に堆積させる。この高温火
炎を横に移動させて堆積シリカ領域を移動させると、粒
子が固化しガラスの薄い層ができる。 ［００２３］ このようにして所望のガラスの分布及び厚さを得るまで
複数の層を堆積する。 この堆積二酸化ケイ素（即ちシリカ）粒子３５はドープ
されていないが、ドープしていないガラスと異なる屈折
率を有するように公知の方法でドープしてもよい。基材
チューブ３０の内側にガラスの堆積を終了した後、基材
チューブ３０をつぶして固体の円柱状プリフォーム構造
体にする。 ［００２４］ プリフォーム構造体の外側部分の組成は基材チューブ３
０と同じであるが、その内側部分は、堆積したガラス３
５の組成に対応する。一方ロッドーインーチューブ法で
は、円柱状プリフォーム構造体をさらに大きいオーバー
クラッド チューブに挿入し、これをつぶしてより大
きいプリフォームを作ればよい。このオーバー クラッ
ド チューブは図２に示した方法で作ることができる。 ［００２５］ プリフォーム形成後、このプリフォームを炉に入れ、そ
の一端を加熱して軟化させ、道具で掴んで引き伸ばして
一部溶融ファイバにする。公知の方法により、このプリ
フォームを連続的に炉に入れ、その一部溶融端からファ
イバとして引き出す。プリフォームを光ファイバに引き
の伸すための炉は、例えば米国特許第４．４５０，３３
３号の明細書に記載されているが、ここでは簡単のため
に省略する。 ［００２６］ プリフォームの直径は１９ミリメートルであるのに対し
、光ファイバは線引きされてその直径は一般に僅が約１
２５ミクロンになる。このファイバのコアのガラス組成
は、図３中の堆積粒子３５の組成対応する。一方ファイ
バのクラッド層は、基材チューブ３０すなわち円柱状ス
ート１１の組成に対応する。なお、その一部は堆積粒子
３５に対応する ［００２７］ 図４は光ファイバの断面方向の距離と理想的な屈折率と
の関係を示す。３６は、光ファイバの中心軸である。適
切な光波伝送のなめにはファイバのコアの屈折率３７は
その外側にあるクラッドの屈折率３８より高いことが重
要である。これは光ファイバによる光の伝送中に、適切
に光が反射するようにファイバのコアとクラッドの間に
良好な反射性をもつ界面が形成されねばならないためで
ある。 ［００２８］ クラッド層の屈折率が不均一である場合、コアとクラッ
ドとの間の界面における屈折率の差が十分に大きくない
か、軸方向について不均一である場合、光ファイバは所
望のように光波を伝送することができない。 ［００２９］ 図５は、従来技術により製造された基材チューブの壁に
おける屈折率の分布をチューブの軸に垂直方向について
示すグラフである。基材チューブはフッ素でドープされ
ているものとする。屈折率分布３９の逆の傾向がドーピ
ングの程度を示す。基準の分布４０は理想的に均一にド
ープされたガラスの屈折率を示す。距離４２はチューブ
の外表面、距離４３は内表面を示す。チューブの中心軸
は距離４３のさらに右側にある。 ［００３０１ 従来技術によりフッ素でドープした基材では、固化中に
円柱状スートからのフッ素の放出が主としてその表面か
ら起こるため、基材チューブの表面４２と４３における
屈折率の低下が表面から離れた区域４４より小さくなる
問題がある。ところが本発明では、放出するフッ素ドー
パント量がカプセル封入構造体２９により制限され、円
柱状スート内のドーパントの均一な分布が確実となる。 ［００３１］ この結果、屈折率分布は図６の分布４５のようになり、
分布４０に示す理想的な屈折率分布とほとんど変わらな
い。これは図５の不均一な屈折率分布に比べると距離に
ついて実質上均一になる。 ［００３２］ 図７は図２のカプセル封入構造体２９及び、円柱状スー
ト１１の部分拡大断面を示す。円柱状スートの加熱中に
おいて、円柱状スート１１の内部及び表面領域からフッ
素分子４８がカプセル封入構造体２９と円柱状スーＩ・
１１０間にある間隙４９に拡散する。この間隙４９の雰
囲気は流れず停滞したままであるので直ぐにフッ素で飽
和する。 ［００３３］ 同化サイクルの他の部分では、円柱状スートから出るフ
ッ素分子数は密閉雰囲気からもどるフッ素分子数により
実質上補償される。どこにもフッ素分子の流失がないた
め、そのガス相濃度は円柱状スートの厚さ方向の全てに
わたり均等となる傾向を有する。円柱状スートとガス相
とのフッ素の濃度勾配、または濃度差は大きく低下する
。これが円柱状スートからフッ素のさらなる蒸発を顕著
に減少させる。 ［００３４］ 表面からの蒸発が実質的になくなり、スートがつぶされ
て固体ガラスになるとき、図６のに示す分布プロフィー
ル４５のようにフッ素ドーピングは距離について均一と
なる。さらに理論的にも円柱状スート体積の同相のフッ
素と気相のフッ素との間の勾配を一般に均一にすること
により、固化中の実質上流動のない気相フッ素の均一分
布が、元の円柱状スートのドーパント濃度の差を均等に
する傾向となる。十分な時間が与えられるとガス相のフ
ッ素は円柱状スートのそれと平衡状態となって、その結
果円柱状スートからフッ素子を蒸発させる原動力を失う
。 ［００３５］ 図６において、実際の屈折率分布４５と理想的な分布４
０との間の屈折率の差は、円柱状スート１１の体積に対
するカプセル封入構造体２９０体積の関係による。これ
らの体積比が非常に小さい場合、平衡に達する前に円柱
状スートから放出するフッ素は比較的／Ｊ′Ｘ部分であ
る。またほんの短時間でフッ素の分布は均一になる。実
際問題として、円柱状スート１１の占める体積の約１．
４倍の容積のカプセル封入構造体２９は容易に製造する
ことができることがわかった。 ［００３６］ また、フッ素分布が均一になるまでもつと長時間かかつ
ても良い場合とか、図６の実際の屈折率分布４５と理想
的な分布４０とのギャップがもつと大きくても許容でき
る場合には、この所望の許容の程度に応じて他の比率も
用いることができる。カプセル封入構造体の容積のうち
のかなりの部分がフッ素と、比較的反応性の低いマンド
レル２０により占められていることも大切な点である。 ［００３７］ 図２において、カプセル封入構造体２９内の雰囲気は停
滞して流動しないことが望ましいため、この構造体２９
内の体積は炉２３内の体積から理想的には密封されてい
なければならない。実際問題として、この構造体２９は
次のような設計及び操作により大きく単純化できること
が分かった。即ち、間隙５２を、構造体２９とその端部
で炉内とカプセル封入構造体内とを連絡するように設け
れば良い［００３８］ 間隙５２が約０．２センチメートルで強制流のない場合
、カプセル封入構造体から炉内へのガスの移動を十分に
阻止でき、固化中において、このカプセル封入構造体内
の雰囲気は実質的に停滞して流動しないことが分かった
。また、この小さい間隙でも、同化に先立って行なうヘ
リウムパージも十分可能であり、かつ操作中の熱膨張と
収縮の差にも対応できた。また、マンドレル２０のまわ
りにも０２センチメートルの間隙５１が設けられる。 ［００３９］ 実験には次のようなものを用いた。カプセル封入構造体
２９は長さ５０センチメートル、内径１４．４センチメ
ートルのもの、支持マンドレル２０は外径は１９センチ
メートルのもの、円柱状スート１１は外径１４センチメ
ートルで軸方向の長さ４０センチメートルのもの、受台
２５は外径は１４．２センチメートルのものである。固
化実５験の結果、屈折率分布は実質上図６に示した通り
であった［００４０１ 以上光フアイバ製造の場合について本発明を説明したカ
ミ他の光学装置でも屈折率を厳重に制御する要求もあり
、この目的には本発明は大きい利点を提供できるもので
ある。特に、以上でも若干ふれたロッド イン チュー
ブ法に使用するフッ素ドープしたオーバー クラッド
チューブを製造するのに用いることができる。本発明で
は上記のようにフッ素ガスの外部への流動がないので、
各種炉エレメントやガス移送装置に何ら損傷を与えない
。 ［００４１］ 放散フッ素ガスはカプセル封入構造体２９を腐蝕はする
が、このガスは実際上は停滞し流動しないため腐蝕は最
小であって、この構造体２９は何度も再使用が可能であ
る。図１で説明したように、スーＩ・形成行程において
フッ素でドーピングする１つ利点は、フッ素をバーナー
１３への供給ラインと図１の工程に使用される排出、洗
浄系統に制限できることであり、この両者とも固化中に
使用する炉のエレメントより耐蝕性の大きいものである
。ドーピングをどの方法で実施する場合でも、本発明の
同化方法は有効である。本発明は基本的にいかなる用途
のガラスの固化中においても、いかなるガス状ドーパン
トの放出の減少にも有効である。 ［００４２］ 以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含
される。 尚、特許請求の範囲に記載した参照番号は、発明の容易
なる理解のためのもので、その技術的範囲を限定するよ
う解釈されるべきものではない。 ［００４３］ 【発明の効果】 以上述べたように、本発明によれば、ガラスの固化中に
おけるガスドーパントの放出を少なくすることができる
ので、同化ガラスチューブの厚さ方向にドーパントを均
一に分布させることが可能な光ファイバの製造方法を提
供することができる。
書、及びピー・シー・シュワルツ（Ｐ、 Ｃ，５ｃｈｕ
ｌｔｚ ）の″気相堆積法による光ファイバの製造″の
論文、プロシーディングズ オブ ジ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ
（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ
） 、第６８巻、第１０号、１９８０年１０月、１１
８７頁から１１９０頁に記載されているように、ケイ素
含有、フッ素子含有、酸素含有、及び燃料のガスが使用
される。例えば、ケイ素化合物は５ｉＣ１、フッ素化合
物はＳｉＦ 、酸素は０２、及び燃料はＨ２が使われる
。 ［００１７］ 図２において、円柱状スート１１ （スートブールまた
はスートフオームともいう）が、形成された後、炉２１
内で固化される。この円柱状スーＩ・はマンドレル２０
と受台２５で支持される。ここでマンドレルは、図１に
示すマンドレル１２と同一のものでもよいが異なるもの
でもよい。炉には公知のように、コイルまたは複数の導
線からなる加熱エレメント２２が設けられる。また、炉
には耐火材でできた円筒状のマツフル２３が設けられて
いる。これは円筒状耐火材で炉内の熱バランスを保つ。 ［００１８］ この耐火材は一般にフッ素と反応するので、ガラス同化
前または固化中にフッ素流を用いる従来の方法では炉部
は通常損傷を受ける。ここでは同化に先立って円柱状ス
ートにガス源１７からのヘリウムを通気し、パージする
。この通気は図示のようにバルブ２８で固化中は止めて
おく。 ［００１９］ 本発明では、固化工程中、円柱状スート１１をガスを透
過しないカプセル封入構造体２９に収納する。多孔質円
柱状スート１１を汚染しにくい石英もしくは類似の材料
で作られる。このカプセル封入構造体２９の容積は、円
柱状スート１１の体積よりほんの僅かに大きいものであ
る。このカプセル封入構造体の容積と円柱状スート１１
の体積との比は１．４：１以下が好ましい。 ［００２０］ なお、マンドレルの体積は円柱状スートの体積の一部と
して計算している。このカプセル封入構造体２９の目的
は、円柱状スート内にフッ素ガスを密閉し、かつ固化工
程中、円柱状スートのまわりの雰囲気をフッ素で実質上
飽和させることによって、同化ガラスチューブの厚さ方
向の屈折率分布を均一化することである【００２月 本実施例では、円柱状スートを固化し固体ガラスチュー
ブを形成した後、マンドレル２０を抜き取り、このチュ
ーブを基材として使用する。即ち、図３に模式的に示す
方法によりコア材料をチューブ内に堆積する。このチュ
ーブをそのまま基材チューブとして用いてもよいが、通
常のガラス線引き法により引き伸し、基材チューブとし
て使用する前にその長さを長くし、その直径を小さくす
ることが好ましい。基材チューブ３０は、図２に示した
方法によりフッ素をドープしたガラスチューブである。 ［００２２］ 前述した米国特許第４．２１７．０２７号に記載されて
いるように、ケイ素含有ガスを酸素含有ガスとともに、
矢印３１に示すようにチューブ左端から導入する。火炎
３２を矢印３３に示すようにチューブの軸方向に沿って
移動する。熱によりケイ素を酸素もしくは酸素含有ガス
と反応させて、二酸化ケイ素を生成させ、火炎３２より
下流の基材チューブの内壁上に堆積させる。この高温火
炎を横に移動させて堆積シリカ領域を移動させると、粒
子が固化しガラスの薄い層ができる。 ［００２３］ このようにして所望のガラスの分布及び厚さを得るまで
複数の層を堆積する。 この堆積二酸化ケイ素（即ちシリカ）粒子３５はドープ
されていないが、ドープしていないガラスと異なる屈折
率を有するように公知の方法でドープしてもよい。基材
チューブ３０の内側にガラスの堆積を終了した後、基材
チューブ３０をつぶして固体の円柱状プリフォーム構造
体にする。 ［００２４］ プリフォーム構造体の外側部分の組成は基材チューブ３
０と同じであるが、その内側部分は、堆積したガラス３
５の組成に対応する。一方ロッドーインーチューブ法で
は、円柱状プリフォーム構造体をさらに大きいオーバー
クラッド チューブに挿入し、これをつぶしてより大
きいプリフォームを作ればよい。このオーバー クラッ
ド チューブは図２に示した方法で作ることができる。 ［００２５］ プリフォーム形成後、このプリフォームを炉に入れ、そ
の一端を加熱して軟化させ、道具で掴んで引き伸ばして
一部溶融ファイバにする。公知の方法により、このプリ
フォームを連続的に炉に入れ、その一部溶融端からファ
イバとして引き出す。プリフォームを光ファイバに引き
の伸すための炉は、例えば米国特許第４．４５０，３３
３号の明細書に記載されているが、ここでは簡単のため
に省略する。 ［００２６］ プリフォームの直径は１９ミリメートルであるのに対し
、光ファイバは線引きされてその直径は一般に僅が約１
２５ミクロンになる。このファイバのコアのガラス組成
は、図３中の堆積粒子３５の組成対応する。一方ファイ
バのクラッド層は、基材チューブ３０すなわち円柱状ス
ート１１の組成に対応する。なお、その一部は堆積粒子
３５に対応する ［００２７］ 図４は光ファイバの断面方向の距離と理想的な屈折率と
の関係を示す。３６は、光ファイバの中心軸である。適
切な光波伝送のなめにはファイバのコアの屈折率３７は
その外側にあるクラッドの屈折率３８より高いことが重
要である。これは光ファイバによる光の伝送中に、適切
に光が反射するようにファイバのコアとクラッドの間に
良好な反射性をもつ界面が形成されねばならないためで
ある。 ［００２８］ クラッド層の屈折率が不均一である場合、コアとクラッ
ドとの間の界面における屈折率の差が十分に大きくない
か、軸方向について不均一である場合、光ファイバは所
望のように光波を伝送することができない。 ［００２９］ 図５は、従来技術により製造された基材チューブの壁に
おける屈折率の分布をチューブの軸に垂直方向について
示すグラフである。基材チューブはフッ素でドープされ
ているものとする。屈折率分布３９の逆の傾向がドーピ
ングの程度を示す。基準の分布４０は理想的に均一にド
ープされたガラスの屈折率を示す。距離４２はチューブ
の外表面、距離４３は内表面を示す。チューブの中心軸
は距離４３のさらに右側にある。 ［００３０１ 従来技術によりフッ素でドープした基材では、固化中に
円柱状スートからのフッ素の放出が主としてその表面か
ら起こるため、基材チューブの表面４２と４３における
屈折率の低下が表面から離れた区域４４より小さくなる
問題がある。ところが本発明では、放出するフッ素ドー
パント量がカプセル封入構造体２９により制限され、円
柱状スート内のドーパントの均一な分布が確実となる。 ［００３１］ この結果、屈折率分布は図６の分布４５のようになり、
分布４０に示す理想的な屈折率分布とほとんど変わらな
い。これは図５の不均一な屈折率分布に比べると距離に
ついて実質上均一になる。 ［００３２］ 図７は図２のカプセル封入構造体２９及び、円柱状スー
ト１１の部分拡大断面を示す。円柱状スートの加熱中に
おいて、円柱状スート１１の内部及び表面領域からフッ
素分子４８がカプセル封入構造体２９と円柱状スーＩ・
１１０間にある間隙４９に拡散する。この間隙４９の雰
囲気は流れず停滞したままであるので直ぐにフッ素で飽
和する。 ［００３３］ 同化サイクルの他の部分では、円柱状スートから出るフ
ッ素分子数は密閉雰囲気からもどるフッ素分子数により
実質上補償される。どこにもフッ素分子の流失がないた
め、そのガス相濃度は円柱状スートの厚さ方向の全てに
わたり均等となる傾向を有する。円柱状スートとガス相
とのフッ素の濃度勾配、または濃度差は大きく低下する
。これが円柱状スートからフッ素のさらなる蒸発を顕著
に減少させる。 ［００３４］ 表面からの蒸発が実質的になくなり、スートがつぶされ
て固体ガラスになるとき、図６のに示す分布プロフィー
ル４５のようにフッ素ドーピングは距離について均一と
なる。さらに理論的にも円柱状スート体積の同相のフッ
素と気相のフッ素との間の勾配を一般に均一にすること
により、固化中の実質上流動のない気相フッ素の均一分
布が、元の円柱状スートのドーパント濃度の差を均等に
する傾向となる。十分な時間が与えられるとガス相のフ
ッ素は円柱状スートのそれと平衡状態となって、その結
果円柱状スートからフッ素子を蒸発させる原動力を失う
。 ［００３５］ 図６において、実際の屈折率分布４５と理想的な分布４
０との間の屈折率の差は、円柱状スート１１の体積に対
するカプセル封入構造体２９０体積の関係による。これ
らの体積比が非常に小さい場合、平衡に達する前に円柱
状スートから放出するフッ素は比較的／Ｊ′Ｘ部分であ
る。またほんの短時間でフッ素の分布は均一になる。実
際問題として、円柱状スート１１の占める体積の約１．
４倍の容積のカプセル封入構造体２９は容易に製造する
ことができることがわかった。 ［００３６］ また、フッ素分布が均一になるまでもつと長時間かかつ
ても良い場合とか、図６の実際の屈折率分布４５と理想
的な分布４０とのギャップがもつと大きくても許容でき
る場合には、この所望の許容の程度に応じて他の比率も
用いることができる。カプセル封入構造体の容積のうち
のかなりの部分がフッ素と、比較的反応性の低いマンド
レル２０により占められていることも大切な点である。 ［００３７］ 図２において、カプセル封入構造体２９内の雰囲気は停
滞して流動しないことが望ましいため、この構造体２９
内の体積は炉２３内の体積から理想的には密封されてい
なければならない。実際問題として、この構造体２９は
次のような設計及び操作により大きく単純化できること
が分かった。即ち、間隙５２を、構造体２９とその端部
で炉内とカプセル封入構造体内とを連絡するように設け
れば良い［００３８］ 間隙５２が約０．２センチメートルで強制流のない場合
、カプセル封入構造体から炉内へのガスの移動を十分に
阻止でき、固化中において、このカプセル封入構造体内
の雰囲気は実質的に停滞して流動しないことが分かった
。また、この小さい間隙でも、同化に先立って行なうヘ
リウムパージも十分可能であり、かつ操作中の熱膨張と
収縮の差にも対応できた。また、マンドレル２０のまわ
りにも０２センチメートルの間隙５１が設けられる。 ［００３９］ 実験には次のようなものを用いた。カプセル封入構造体
２９は長さ５０センチメートル、内径１４．４センチメ
ートルのもの、支持マンドレル２０は外径は１９センチ
メートルのもの、円柱状スート１１は外径１４センチメ
ートルで軸方向の長さ４０センチメートルのもの、受台
２５は外径は１４．２センチメートルのものである。固
化実５験の結果、屈折率分布は実質上図６に示した通り
であった［００４０１ 以上光フアイバ製造の場合について本発明を説明したカ
ミ他の光学装置でも屈折率を厳重に制御する要求もあり
、この目的には本発明は大きい利点を提供できるもので
ある。特に、以上でも若干ふれたロッド イン チュー
ブ法に使用するフッ素ドープしたオーバー クラッド
チューブを製造するのに用いることができる。本発明で
は上記のようにフッ素ガスの外部への流動がないので、
各種炉エレメントやガス移送装置に何ら損傷を与えない
。 ［００４１］ 放散フッ素ガスはカプセル封入構造体２９を腐蝕はする
が、このガスは実際上は停滞し流動しないため腐蝕は最
小であって、この構造体２９は何度も再使用が可能であ
る。図１で説明したように、スーＩ・形成行程において
フッ素でドーピングする１つ利点は、フッ素をバーナー
１３への供給ラインと図１の工程に使用される排出、洗
浄系統に制限できることであり、この両者とも固化中に
使用する炉のエレメントより耐蝕性の大きいものである
。ドーピングをどの方法で実施する場合でも、本発明の
同化方法は有効である。本発明は基本的にいかなる用途
のガラスの固化中においても、いかなるガス状ドーパン
トの放出の減少にも有効である。 ［００４２］ 以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この
技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例が考
え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含
される。 尚、特許請求の範囲に記載した参照番号は、発明の容易
なる理解のためのもので、その技術的範囲を限定するよ
う解釈されるべきものではない。 ［００４３］ 【発明の効果】 以上述べたように、本発明によれば、ガラスの固化中に
おけるガスドーパントの放出を少なくすることができる
ので、同化ガラスチューブの厚さ方向にドーパントを均
一に分布させることが可能な光ファイバの製造方法を提
供することができる。
【図１】
本発明に使用する円柱状スートの製造装置の構成図であ
る。
る。
【図２】
本発明の方法における円柱状スートを固化する工程で使
用する装置の一実施例を示す構成図である。
用する装置の一実施例を示す構成図である。
【図３】
本発明の方法を実施するための円柱状基材チューブの内
面上にガラスを堆積させる装置の構成図である。
面上にガラスを堆積させる装置の構成図である。
【図４】
屈折率と光ファイバの断面方向距離との理想的な関係の
理想的な場合を示す図である。
理想的な場合を示す図である。
【図５】
従来技術の方法によるガラス基材チューブの断面方向距
離と屈折率との関係を示す図である。
離と屈折率との関係を示す図である。
【図６】
本発明の製造方法によるガラス基材チューブの断面方向
の距離と屈折率との関係を示す図である。
の距離と屈折率との関係を示す図である。
【図７】
図２中の円柱状スート及びカプセル封入構造体の部分拡
大図である。
大図である。
１１ 円柱状スート、
１２ マンドレル、
１３ バーナー
１４ 火炎、
１６ ケイ素含有ガス源、
１７ フッ素含有ガス源、
１８ 酸素含有ガス源、
１９ 燃料ガス源、
２０ マンドレル、
２１ 炉、
２２ 加熱エレメント、
２３ マツフル、
２５ 受台、
２７ ヘリウム源、
２８ バルブ、
２９ カプセル封入構造体、
３０ 基材チューブ、
３２ 火炎、
３５ 二酸化ケイ素（シリカ）スート、３６ 中心軸、
３７ 屈折率（コア）、
３８ 屈折率（クラッド）、
３９ 屈折率分布、
４０ 屈折率分布、
４５ 屈折率分布、
フッ素分子、
間隙、
間隙、
間隙。
【図１】
図面
【図３】
【図４】
【図５】
距
離
【図６】
【図７】
コル
距
離
ン、
エルウッド
ストリート
Claims (14)
- 【請求項１】シリカスートの円柱を形成する工程と、こ
の円柱を固化してガラスチューブを形成する工程と、こ
のガラスチューブをつぶしてプリフォームを形成する工
程と、このプリフォームを光ファイバに引き伸ばす工程
とからなり、中心のコア領域を囲む、コア領域の屈折率
より低い屈折率のクラッド層を有する光ファイバの製造
方法において、 円柱状スート中にフッ素ドーパントを含ませる工程を有
し、これによりシリカスートの屈折率をドープしないシ
リカの屈折率より小さく低下させる第１の円柱状シリカ
スートを形成する工程と、 カプセル封入構造体にこの円柱状スートを封入する工程
と、その後円柱状スートを固化するのに十分な温度に円
柱状スートを加熱する工程からなる円柱状スートを固化
させる工程を有し、前記加熱をカプセル封入構造体内に
強制してガスを流すことなく行い、カプセル封入構造体
中にある雰囲気を実質上流動させないことを特徴とする
光ファイバの製造方法。 - 【請求項２】円柱状スートを固化させる工程において、
円柱状スート内のドーパントの一部をカプセル封入構造
体内に放出し、カプセル封入構造体に含まれる雰囲気中
のドーパントは円柱状スート中で事質上均一な濃度を有
することを特徴とする請求項１記載の光ファイバの製造
方法。 - 【請求項３】カプセル封入構造体の容積と円柱状スート
の体積との比率は約１．４：１未満であって、これによ
り比較的少量のドーパントのみがカプセル封入構造体に
より囲まれた内に拡散し飽和に到達することを特徴とす
る請求項２記載の光ファイバの製造方法。 - 【請求項４】カプセル封入構造体を炉内に収納し、ガス
移動に比較的高い抵抗を有する間隙によりカプセル封入
構造体と炉とを連絡し、それによりカプセル封入構造体
内に拡散するドーパントをカプセル封入構造体内に実質
上密閉することを特徴とする請求項３記載の光ファイバ
の製造方法。 - 【請求項５】ドーパントがフッ素であることを特徴とす
る請求項１記載の光ファイバの製造方法。 - 【請求項６】円柱状スートを形成する工程が、フッ素を
含むシリカスートが物体上に堆積するように、ガス状フ
ッ素含有物を火炎によって物体に送出する工程を有する
ことを特徴とする請求項５記載の光ファイバの製造方法
。 - 【請求項７】円柱状スートを固化する工程において、円
柱状スート内のフッ素濃度の十分量をその雰囲気がフッ
素により事実上飽和されたカプセル封入構造体に放出す
ることを特徴とする請求項６記載の光ファイバの製造方
法。 - 【請求項８】カプセル封入構造体の容積と円柱状スート
の体積との比率は約１．４：１未満であって、比較的少
量のドーパントのみがカプセル封入構造体内に放出され
平衡状態に到達することを特徴とする請求項７記載の光
ファイバの製造方法。 - 【請求項９】請求項１に記載の第１の円柱状スートを形
成する方法と同じ方法により、第２の円柱状スートを形
成する工程と、請求項１に記載の第１の円柱状スートを
固化する方法と同じ方法により第２の円柱状スートを固
化して円柱状ガラスを形成する工程と、プリフォーム上
に円柱状ガラスを取り付ける工程と、このプリフォーム
上の円柱状ガラスをつぶしてプリフォームサイズを大き
くする工程を有することを特徴とする請求項８記載の光
ファイバの製造方法。 - 【請求項１０】フッ素をドープしたシリカスートが物体
上に集まるようにフッ素含有ガスとケイ素含有ガスとを
火炎により物体に送出する工程を有し、カプセル封入構
造体内にスートを載置し、 カプセル封入構造体を炉内に載置し、 シリカスートをカプセル封入構造体内で、実質上流動し
ない雰囲気でフッ素ドープしたシリカスートを固体ガラ
スに固化するのに十分な温度に加熱することを特徴とす
るフッ素をドープしたガラスの製造方法。 - 【請求項１１】スートの固化中、シリカスート内のフッ
素の一部をカプセル封入構造体内に放出し、カプセル封
入構造体内の雰囲気中のフッ素は、実質上均一にシリカ
スート内に分布することを特徴とする請求項１０記載の
フッ素をドープしたガラスの製造方法。 - 【請求項１２】カプセル封入構造体の容積とシリカスー
トの体積の比率は約１．４：１未満であって、比較的少
量のドーパントのみがカプセル封入構造体内に放出され
スートから蒸発するフッ素とスートに入るフッ素とが平
衡状態に達する、ことを特徴とする請求項１０記載のフ
ッ素をドープしたガラスの製造方法。 - 【請求項１３】カプセル封入構造体を炉に収納し、ガス
移動に十分に高い抵抗を有する間隙によりカプセル封入
構造体と炉とを連絡し、カプセル封入構造体内に拡散し
たフッ素をカプセル封入構造体内に実質上密閉すること
を特徴とする請求項１２記載のフッ素をドープしたガラ
スの製造方法。 - 【請求項１４】フッ素含有ガスはＳｉＦ＿４であること
を特徴とする請求項１１記載のフッ素をドープしたガラ
スの製造方法。
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