JPH0426523A - 光ファイバの製造方法 - 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】 〈産業上の利用分針〉 本発明は、光ファイバの製造方法に関し、特に、気相軸
付法（ＶＡＤ法）あるいは外付法（ＯＶＤ法）などのス
ート合成法において大型の多孔質ガラス母材を用いて高
特性の光ファイバを製造することができろように工夫し
たものである。

〈従来の技術〉 光フアイバ用母材の製造に供する多孔質ガラス母材を合
成する方法として、燃焼バーナから燃焼ガス及び原料ガ
スを噴出して火炎中での加水分解反応あるいは酸化反応
によりガラス微粒子を生成し、このガラス微粒子を回転
する出発材の先端に堆積させて多孔質ガラス母材とする
と共に該母材の成長に合せて出発材を燃焼用バーナに対
して相対的に移動させることにより多孔質ガラス母材を
合成する、いわゆるＶＡＤ法がある。また、出発材の外
周部に燃焼バーナにより生成したガラス微粒子を堆積さ
せつつ出発材あるいは燃焼バーナを一回以上移動するこ
とにより多孔質ガラス母材を合成する、いわゆるＯＶＤ
法（例えば、特開昭４８−７３５２２号公報に示されて
いる）が知られている。

このようにして合成されろ多孔質ガラス母材は、場合に
よって１０００℃程度の加熱炉で脱水した後、不活性ガ
ス、特にＨｓガス雰囲気にて高温（通常１６００℃以上
）に加熱することにより透明ガラス化され、プリフォー
ムとされる。なお、かかるプリフォームはコアと、この
コアに較べて相対的に屈折率が低いクラッドとからなる
が、コアとクラッドとの外径比が所望の比に達しない場
合には、該プリフォームの外周に再びスート合成法によ
り多孔質ガラスを付着させ次いで高温熱処理を行い透明
ガラス化することにより所望の外径比を得るようにする
。又は、上記プリフォームの外周に予め用意したガラス
パイプを被せ、加熱一体化する方法も行われろ。

そして、このようにして得たプリフォームを２０００〜
２２００℃の高温炉で加熱しっっ細径に線引きすること
により光ファイバを製造している。

このような光ファイバの製造方法においては、従来、生
産性向上を目的として、スート法による多孔質ガラス母
材の合成速度の向上が図られ、合成される母材も大型化
してきた。

〈発明が解決しようとする課題〉 前述したように多孔質ガラス母材が大型化してくると、
特に透明ガラス化において均質なガラス化を図ることが
大きな課題となる。

すなわち、外径の大きな多孔質ガラス母材を透明ガラス
化するには、母材全体の温度を上昇するために、加熱温
度を上げたり、加熱時間を長くしたりすることにより母
材加熱を強化する必要があるが、どちらにしても透明ガ
ラス体としての品質が低下してしまうという問題がある
。

透明ガラス化の際の加熱炉は一般にリング状の電気ヒー
タを用いているので、母材は外周から加熱されて中心へ
向って昇温されろ。

したがって、大型母材の透明ガラス化において加熱温度
を上昇することを考えると、中心部の温度をガラス化温
度まで上げろためには外周部の温度がかなり上昇してし
まうことになる。このように温度が上昇してしまうと、
ガラスの粘度が低下して溶融が始まり、変形が生じてし
まう。すなわち、例えば第３図に示すように軸方向に亘
って径が変化してコアとクラッドとの外径比が変化して
しまい、光ファイバの特性が損われろことになる。

一方、このような母材の変形を抑制するために加熱温度
を低くして加熱時間を長くすると、多孔質ガラス母材の
中心部の温度が上がらず、雰囲気ガスであるＨｅやその
他の不活性ガスを多量に含んだまま外周が透明化し、プ
リフォーム内にガス気孔を残すことになる。

かかるガス気孔は当然、光ファイバの品質の低下につな
がるが、ガス気孔が目視できない場合でも、プリフォー
ム内に溶解したガスが後工程の高温の線引炉において発
泡し、品質を低下させることになる。

以上説明したように、従来においては、外径の変形を抑
え且つガス残留のない高品質の透明ガラス体を得ること
が、高特性の光ファイバを製造する上で重要な課題であ
る。

本発明はこのような事情に鑑み、大型の多孔質ガラス母
材から高特性の光ファイバを製造することができる方法
を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 前記目的を達成する本発明に係る光ファイバの製造方法
は、コアと該コアよりも相対的に屈折率の低いクラッド
からなる多孔質ガラス母材又は透明ガラス化したコア及
びクラッドの一部となる出発ロッドの外周に多孔質ガラ
ス層を形成した複合母材を、減圧下での加熱処理により
表面層のみを透明ガラス化して内部に多孔質ガラス層を
有するプリフォームを形成し、その後、高温加熱炉にて
上記プリフォームの内部多孔質ガラス層を透明ガラス化
しつつ当該プリフォームを線引きしてファイバ化するこ
とを特徴とする。

上記構成によると、多孔質ガラス母材又は被合材を減圧
下で加熱処理することにより表面層のみを透明ガラス化
して内部に多孔質ガラス層を残すようにするので、母材
が大径であっても製造されるプリフォームの外周に変形
が起こらない程度の温度で加熱処理できる。

また、減圧下で加熱処理するので、製造されるプリフォ
ーム（多孔質ガラス層の部分も含めて）の内部にはほと
んどガスが残留せず、気孔として残留することもない。

したがって、かかるプリフォームを高温加熱炉にて線引
きすると、内部の多孔質ガラス層は同時に溶融中実化さ
れ、また、残留ガスが含有されていないので気泡の発生
もない。

ここで、上述したように本発明において製造されるプリ
フォームの平均嵩密度は１．８１讐以上が望ましい。平
均嵩密度が１．８ｇ／ｃｊ未満とすると、内部の多孔質
層が大きすぎて、光フアイバ製造する際の透明ガラス化
に時間がかかり、また、ファイバ特性に悪影響が及ぶた
め好ましくないと考えられるからである。

一方、平均嵩密度の上限は、はとんど透明化しているが
内部が白濁して見える程度、すなわち２．１５　ｇ／−
程度となる。これをこえると多孔質層が内部に残らない
ものと同様に外周に変形が生じ易くなり好ましくないか
らである。なお、通常の純石英ガラスの密度は２．２ｇ
／ｊである。

また、本発明においてプリフォームを得る場合の減圧下
での加熱処理は、２０　Ｐａ以下で行うのが望ましい。

２０Ｐａをこえる減圧下ではプリフォーム中にガスが残
留し易くなり、光ファイバの特性に影響を与えてしまう
からである。

さらに、本発明方法では、光ファイバの特性上低伝送損
失が要求されるものについては、減圧加熱処理する前に
、８００〜１）００℃の母材が収縮しない温度条件にて
脱水処理を行ってもよい。

なお、本発明方法に適用できる母材の合成法は、特に限
定されず、例えば液体状原料（例えばアルコキシド）を
用いて合成するゾル・ゲル法なども適用できるが、燃焼
バーナを用いて気相で合成するＶＡＤ法あるいはＯＶＤ
法などが一般的である。つまり、燃焼バーナに気体状ガ
ラス原料を噴出して加水分解反応又は酸化反応によりガ
ラス微粒子を合成し、これを堆積することにより、多孔
質ガラス母材又は複合母材の多孔質ガラス層を形成する
のが一般的である。

〈実　施　例〉 以下、本発明の好適な一実施例を図面を参照しながら説
明する。

第１図（ａｌ、（ｂｌ及び第２図には本実施例の各工程
を概念的に示す。

図中、１は一般のＶＡＤ法などで製造された多孔質ガラ
ス母材、２は多孔質ガラス母材１を加熱処理するための
炉芯管、３は炉芯管２内を加熱する加熱用ヒータであり
、該炉芯管２にはさらにその内部を２０　Ｐａ以下に減
圧できる減圧ポンプ４が具えられている。したがって、
炉芯管２内に多孔質ガラス母材１をセットした後、炉芯
管２内部を減圧ポンプ４により２０Ｐａ以下に減圧する
と共に、加黒用ヒータ３により加熱すれば、本発明方法
を実施することができる。そして、このようにして得ら
れるプリフォーム５はその外周部のみが透明ガラス体５
ａとなり、中心部には多孔質ガラス体５ｂが残留したも
のである。

かかるプリフォーム５を得る加熱処理条件は、母材のサ
イズにより異なるが、例えば通常の条件と比べた場合、
設定温度を１０〜５０℃程度低くするか、設定温度での
保持時間を１０〜４０％速くするか、又は設定温度まで
上昇するときの昇温温度を１０〜４０％短くすればよい
。

このようにしてプリフォーム５を製造した場合、中心部
まで高温にする必要がないので外周の温度が必要以上に
高くならず、変形が抑えられ、また、中心部には初期よ
り嵩密度が大きくなっているものの多孔質ガラス体５ｂ
が残存するので、該多孔質ガラス体５ｂの強度により自
重が支えられ、これによっても変形が抑えられる。また
、かかるプリフォーム５は減圧下で加熱処理されている
ので、多孔質ガラス体５ｂの部分も含めて内部にはガス
がほとんど残留せず、さらに処理後に外気若しくはガス
にさらしても再び内部にガスが侵入することもない。

そして、このようにして製造されたプリフォーム５は第
２図に示すように通常の線引炉にセットされ、線引用ヒ
ータ６により加熱・溶融されてファイバ７とされる。こ
のとき、プリフォーム５の中心部の多孔質ガラス体５ｂ
は線引用ヒータ６により加熱・溶融されろときに中実化
され、気泡の発生もない。したがって、線引きされて巻
取用ボビン８に巻取られたファイバ７は均質で良好な特
性を有するものである。

以下にさらに具体的な実ＩＩｉ＃ｌを示す。

ＶＡＤ法ニヨリ、外径２００ｍ１ｌ、長さ２８００−の
多孔質ガラス材を合成した。この多孔質ガラス母材の嵩
密度は平均で０，３ｇ／ｊであった。

この多孔質ガラス母材を第１図に示す加熱炉に入れ、１
０Ｐａまで減圧した後、６℃／分の昇温速度で１６００
℃まで昇温し、１０分間保持することにより加熱処理し
た。この結果、中心部に白濁した部分が残り、外周部が
透明がラス化したプリフォームを得た。このプリフォー
ムの平均嵩密度は２．１ｇ／−であった。また、外径は
平均９１−φで長手方向のバラツキは１閣以内であった
。

このプリフォームを第２図に示す線引炉でファイバ化し
たところ、良好なシングルモードファイバが得られた。

このファイバの長手方向のコア・クラッド外径比の変動
は０．５％以下であり、伝送損失は１．３μｍ帯で０．
３５ｄＢ／ｋｍと良好であった。

（比較例１） 比較のため、上記実施例と同様な多孔質ガラス母材を、
同様に第１図に示す加熱炉にセットし、１０Ｐａまで減
圧した後、４℃／分の昇温速度で１６２０℃まで昇温し
、１０分間保持したところ、内部まできれいに透明ガラ
ス化されたプリフす一ムを得た。

しかし、このプリフォームの外径は第３図に示すように
外径が長手方向に亘って大きく変動しており、最大外径
９２ｍφ、最小外径８３鴎φであった。

そして、このプリフォームを用いて同様にファイバを製
造したところ、コア・クラッドの外径比を測定したとこ
ろ、長手方向に亘って７〜８％の変動が観察された。

（比較例２） 比較例１と同様な多孔質ガラス母材を第４図に示すゾー
ン加熱炉ヘセットした。このゾーン加熱炉は、多孔質ガ
ラス母材０１をセットする炉芯管０２とこの炉芯管０２
を加熱するゾーン加熱ヒータ０３とからなり、炉芯管０
２はその下部及び上部に、Ｈのガス導入口０４及びＨ６
ガス排出口０５が設けられている。

そして、Ｈａガス導入口０４からＩ（ｅガスを供給して
炉芯管０１内をＨｅで満たすと共に、ゾーン加熱ヒータ
０３により加熱しつつ多孔質ガラス母材０１をトラバー
スすることにより透明ガラス化した。このとき、ヒータ
の設定温度を１６２０℃、母材のトラバース速度を１２
１／分とした。

この結果、表面は透明化し°ているが中心が白濁した多
孔質体となるプリフォームを得ることができた。

このプリフォームを同様に延伸、あるいは線引きしよう
としたところ、発泡が著しく、正常なファイバは得られ
なかった。

また、母材のトラバース速度を８■／分として十分透明
化したところ、透明度は良好だったが、比較例１と同様
に第３図に示すような変形が生じ、最大外径９１＋ｗφ
、最小外径７８ｗｍφであった。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明によると、大型母材を透明
化する際にも熱変形を小さ（抑えることができ且つプリ
フォームに含まれるガスを極力小さくすることができる
ため、構造変動の小さい高品質の光ファイバを得ること
ができる。

したがって、本発明は、１００−φ以上、特に２００■
φ以上の大径の多孔質ガラス母材を用いた光ファイバの
製造に適用して特に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）及び第２図はそれぞれ本発明の一
実施例の作業工程を示す説明図、第３図は透明ガラス化
した母材の変形を示す説明図、第４図はゾーン炉を用い
た母材の透明ガラス化工程を示す説明図である。 図面中、 １は多孔質ガラス母材、 ２は炉芯管、 ３は加熱用ヒータ、 ４は減圧ポンプ、 ５はプリフォーム１ ５ａは透明ガラス体、 ５ｂは多孔質ガラス体、 ６は線引用ヒータ、 ７はファイバである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）コアと該コアよりも相対的に屈折率の低いクラッ
   ドからなる多孔質ガラス母材又は透明ガラス化したコア
   及びクラッドの一部となる出発ロッドの外周に多孔質ガ
   ラス層を形成した複合母材を、減圧下での加熱処理によ
   り表面層のみを透明ガラス化して内部に多孔質ガラス層
   を有するプリフォームを形成し、その後、高温加熱炉に
   て上記プリフォームの内部多孔質ガラス層を透明ガラス
   化しつつ当該プリフォームを線引きしてファイバ化する
   ことを特徴とする光ファイバの製造方法。
2. （２）請求項１において、減圧下での加熱処理により得
   たプリフォームの平均かさ密度が１．８ｇ／ｃｍ＾２以
   上である光ファイバの製造方法。
3. （３）請求項１又は２において、減圧下での加熱処理を
   ２０Ｐａ以下の圧力で行う光ファイバの製造方法。
4. （４）請求項１、２又は３において、減圧下での加熱処
   理を行う前に、多孔質ガラス母材又は複合母材を予め脱
   水処理する光ファイバの製造方法。
5. （５）請求項１、２、３又は４において、多孔質ガラス
   母材又は複合母材の多孔質ガラス層が、燃料バーナに気
   体状ガラス原料を噴出して加水分解反応又は酸化反応に
   よりガラス微粒子を合成し、これを堆積することにより
   形成されたものである光ファイバの製造方法。