JPH05254873A

JPH05254873A - プリフォーム用スートの形成方法

Info

Publication number: JPH05254873A
Application number: JP5021868A
Authority: JP
Inventors: Arnab Sarkar; アーナブ・ザーカ
Original assignee: Light Wave Technology Inc
Current assignee: Light Wave Technology Inc
Priority date: 1986-02-03
Filing date: 1993-01-14
Publication date: 1993-10-05
Anticipated expiration: 2015-10-10
Also published as: JPS63156032A; JP3096695B2; JPS62246836A; JPH0613415B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、簡易な校正により、経済的なプリ
フォーム用スートの形成方法を提案することを目的とす
る。【構成】本方法は、スート形成微粒子の層流を形成
し、直線流路に沿って上記スート流をさえぎることなく
導き、コアロッドの長さに対して実質的に横方向におい
て、形成中のコアロッド上に衝突させ、上記流れにより
上記コアロッド本体を向こう側に迂回する過剰噴射流を
発生させ、上記形成中のコアシリンダーを回転させ、上
記スート層流と異なる速度で、流路に沿って上記コアシ
リンダー本体を過ぎて流れる過剰噴射を排出し、衝突領
域の外側で低温粒子の接触を制限してスート粒子の堆積
を抑制することを特徴とする。【効果】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光導波路および光導波路
母材（プリフォーム）の製法とそれらの製品とに関し、
とくに気相堆積法で製造するプリフォームにおけるフッ
化ケイ素含浸クラッドの形成に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在最も一般に用いられている光導波路
の製法は、「スート」と呼ばれるガラス質粒子の多孔質
母材を形成するために、ガラス構成成分の炎内の分解を
基礎としている。「スート」母材は、高温で焼結するこ
とによりガラス状に変えられる。これを「プリフォー
ム」と呼ぶ。コア部とクラッド部との所定の組合体（プ
リフォーム）は、高温のもとで張力がかけられて所定の
最終直径まで線引きされる。

【０００３】光導波路の使用が増加するにつれて、通信
システムに対する技術的要求も一層増大してきた。現状
の技術において、１kmあたり０．４d Ｂの信号伝送損
失、低分散、および正確な遮断波長などの特性がしばし
ば要求される。これらの因子は、不純物がきわめて少な
いことと組織が均一で微泡が無いことに加えて、コア部
とクラッド部との形状と材質とにより定義される屈折率
分布が信頼できて予想どうりに制御されなければならな
いことを意味している。さらに当然ながら、使用される
製法の経済性も重要なので、基本コストと収率とは満足
すべきレベルでなければならない。

【０００４】これらの因子からすると、従来使用されて
いる製法は、１つ以上の観点から満足すべきものではな
い。初期に広く使用された方法はいわゆる「内付法（内
部気相堆積法）」と呼ばれ、これは改良型化学堆積法と
しても知られ、この方法ではコア部のスート材料は特別
に用意されたシリカチューブの内部に堆積され、本体は
ガラス化の後、線引きの前または線引き中に内部を密に
するために中実化される。中空シリカチューブを用意す
るのは費用を要し、この方法により製作される母材寸法
も制約される。これに代って現在広く使用される他の方
法には外付法（外部気相堆積法）があり、この方法は半
径方向堆積法である。外付法はマンドレル上への堆積
と、次の焼結前のマンドレル抜きとを必要とする。この
操作は微妙であり、母材の長さも制限される。１９７７
年頃、スートの連続堆積および母材製作として気相軸付
法（ＶＡＤ法）が発明された。この方法はＡcademic
Ｐress Ｉnc．発行（１９８５年Ｔingye Ｌi 編）の
本「Ｏptical Ｆiber Ｃommunication（光ファイバ通
信）」のＶol．１，第９７頁以後の“ＦiberＦabricati
on（光ファイバの製造法）”に記載されている。この方
法は、中心垂直軸の回転ターゲットに向けてスート材料
の流れを当て、材料が中実円柱状に堆積されるにつれて
流れとターゲットとの間に相対軸方向運動を与えること
が特徴である。ＶＡＤ法（気相軸付法）におけるこの中
実円柱は連続焼結が可能で、もし必要ならばガラスの出
発ロッドを形成したり、また円柱の外形を横断して半径
方向にスート材料の流れを衝突させて、同軸スートクラ
ッドを同時に堆積させることも可能である。この製造法
は理論的には有利であるが、これから得られる利点も多
数の実際的因子や技術的制限により阻害される。軸方向
上向きスート材料の流れは、側部堆積を防止するために
側部から向けられねばならず、このために二次空気流と
特定形状の排気を使用し、あわせて正確なバーナ制御が
行われなければならない。さらに同時に半径方向堆積が
使用されるとなると、半径方向成長率を軸方向成長率と
同期させることもむずかしく、室内が不安定だと軸方向
成長率も均一でない。また両バーナが同一室内にあるの
で両スート材料流の混合は避けられず、コア部とクラッ
ド部との間に拡散境界層が存在する。

【０００５】ＶＡＤ法を実際に行なうときには、さらに
基本的な制約がある。参考文献および米国特許第４，２
２４，０４６号に記載のように、最初の考え方は、スー
ト材料の流れは同軸（＝０°）でかつ垂直にすべきであ
るということであった。次の研究者は、堆積される円柱
は垂直軸のまわりに回転されるが、吹付け角は約４０
度、成長のための最大絶対角は６０度とすべきであるこ
とを提案している（米国特許第４，３６７，０８５
号）。さらに堆積を制御するためには、スート材料の流
れはレイノルズ数約１００未満の層流とすることが必要
と考えられていた。公表データによると、ガラス微粒子
の堆積率はレイノルズ数約３０ー５０以上で落ち、約８
０より大きいとかなり減少する。これらの作業上の制約
により、堆積速度を上げてコストを減少することは実質
的に不可能である。

【０００６】追加のクラッド部を重ねて設けるために、
コア部およびクラッド部の軸方向および半径方向の同期
堆積法が外部スリーブと同時に使用されると、コスト面
および性能面の他の障害が出てくる。コア半径（a ）に
対するクラッド厚さ（t ）の比は作業面と経済面との両
方に重要性を有する。比t ／a を大きくすれば損失を低
減可能であるが、初期層の形成に最もコストがかかり、
コア部とクラッド部との形成にかかる法外なコストのた
めにこれは採用できない。さらに製造工程中に境界層に
ＯＨイオンが導入されるとこれは水分となり、水分は光
の吸収と直接比例するので、損失を低く維持するために
は水酸基イオン含有量を制限することが必要である。そ
れにもかかわらず、ＶＡＤ法を使用するたいていの製作
者はコア部とクラッド部のt ／a 比の制限値を７として
製作し、この方法を低水酸基イオンスリーブチューブと
組合せている。コスト高は、成長率と寸法とが制限され
るスート堆積部分と、特別に用意しなければならないス
リーブ組込みとの両方に含まれる。これらの制約を取除
くことがとくに望まれる。

【０００７】とくに高品質を得るために、米国特許第
４，３７８，９８５号に記載のような再堆積法すなわち
「ハイブリッド法」を使用することもまた既知である。
この製造法においては、外側クラッド部はスート層の追
加で形成される。この方法には、軸方向と半径方向との
堆積の間における上記の同期化に問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】したがって、光導波路
技術において、製品および性能の進歩が一定して行われ
ている一方で、微妙かつ複雑な相互関係がそれ以後の改
良を阻害している。上記のほかに、信号伝送の性質は屈
折率分布の形状により実質的に影響を受ける。帯域幅電
位が大きいとの理由で広く使用されている単一モード伝
送に対しては、t／a 比を正確に制御する必要があり、
インターフェースは予想可能な「準ステップ形」特性を
与えるべきである。同時スート堆積が用いられるＶＡＤ
法は本来上記の特性を与えることができず、したがって
遮断波長の大きな変動と分散特性の劣化とがありうる。
またファイバ内の水酸基含有量を制御するために、スリ
ーブ作業における水酸基イオン混入は大きなt ／a 比の
使用を必要とする。したがって製造法は高価となり、そ
の結果得られたファイバの性質は十分とはいえないもの
となる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上に説明したスート材
料の堆積によりプリフォーム用スートを形成する方法に
おいて、コア部に、純粋シリカのクラッド部より大きな
屈折率をもたせることが可能である。しかしながら本発
明では、クラッド部の屈折率を純粋シリカのコア部の屈
折率より小さくするため、クラッド部を焼結中フッ化す
る。具体的には、スート材料の堆積により円柱状コアと
クラッドとからなるプリフォーム用スートを形成する方
法において、円柱状シリカコアをクラッドスート材料の
堆積前に焼結し、コアより小さい屈折率を有するフッ化
ケイ酸含浸シリカクラッドを形成するためにフッ素含有
雰囲気でシリカクラッドの焼結を行う。

【００１０】本発明によれば、シリカのコア部は速度の
速い発生角度の大きい技術により堆積され、次に乾燥さ
れ焼結される。シリカのクラッド部は所定厚さまで堆積
されるが、固化またはガラス化はフッ化剤の存在のもと
で行われ、フッ化剤はクラッド部内にのみ拡散して屈折
率を所定の量だけ低下させる。この方法により、１．５
５ミクロン波長で０．２d Ｂ／kmという低い伝送損失の
フッ化ケイ酸ファイバが製造された。

【００１１】

【実施例】本発明の出発点となるプリフォームの製造方
法について、以下に説明する。

【００１２】第１図に示すように、本発明による装置の
大部分の作業部品は大きな囲いの堆積室１０内に装着さ
れる。第１の泡立器１２は、シリカ化合物（この場合Ｓ
i Ｃｌ₄) のような精製前駆物質を含有するが、この泡
立て器１２は室１０の中でも外でもよい。シリカガラス
前駆気相は、搬送ガス，とくに酸素または他の適当な他
の物質を加圧下で第１の泡立器１２内に送り込むことに
より第１の泡立器１２から噴出される。またこの場合具
体的にはゲルマニウム化合物Ｇe Ｃｌ₄である精製前駆
ドープ物質（添加物質）を含有する第２の泡立て器１４
が含まれる。

【００１３】ドープ前駆物質蒸気もまたＯ₂搬送体によ
り第２の泡立器１４から噴出される。Ｏ₂搬送体管中の
弁１５は、必要なときはこれを操作することにより第２
の泡立器１４を遮断可能である。気相流れ内の成分を形
成する同伴ガラスは、混合され、この実施例では、堆積
領域に対しほぼ固定位置に保持された第１のバーナ１６
へ既知のように送られて解離される。第１のバーナ１６
は層流のスート材料の流れ１７を発生し、スート材料の
流れ１７は水平回転軸に対し６５°の傾斜角で上方に向
けられる。レーザ１８からの細い光線ビームは鏡１９か
ら光検出器２０に偏向される。鏡１９の光線は後に述べ
るように、堆積材料の幾何中心軸と交差する角度をなし
ている。しかしながら、スート材料の流れ１７は、幾何
中心に向けられてなく、後に詳述するように垂直方向お
よび水平方向ともに幾何中心からずれている。光線ビー
ムは付属機器から邪魔されないように水平または垂直方
向に対してある角度で中心軸と交差するように配置可能
で、図ではわかりやすくするために垂直位置から傾斜し
たところだけを示している。スート材料の流れ１７内の
化学成分は４０ft／sec の流速であり、一方他のガスは
約２５ft／sec の流速である。ターゲット領域の真上に
ある排気口２２は、ファン２５に通じる排気径路内のバ
タフライ弁２４により予設定されて、約３００ft／min
のガス流速でガスおよび衝突しなかった粒子とを回収す
る。第１のバーナ１６に隣接する端部バーナ２６は、堆
積が開始される前に堆積点の温度を所定高さにするのを
補助する。弁２８は第１のバーナ１６の使用を制御する
ために開閉可能である。

【００１４】堆積室１０内には、基準軸に沿ってチャッ
ク３６上に比較的長さの短かいシリカ種棒３４が中心に
設けられる。チャック３６と種棒３４とは、直線横移動
機構４０上に設けられた回転駆動機３８により、コア位
置に対し１０回転／分の所定速度で回転される。コア堆
積モードにおいて光検出器２０から信号を受ける位置制
御器４２は、横移動機構４０を一方向に所定速度で移動
可能である。位置制御器４２をバイパスすることによ
り、横移動機構４０を任意の所定横移動長さにわたり所
定速度で往復運動を行わせることが可能である。コア堆
積モードにおいて、種棒３４は最初短い距離にわたって
往復運動をさせられ、その後位置制御を受けながら一方
向に移動される。横移動機構４０はまた、クラッド部の
堆積のためにこの場合約４０cmというほぼ全長を往復運
動が可能である。

【００１５】堆積室１０内で、基準軸に沿って種棒３４
から離して、クラッド部の堆積のために別個に、第２の
バーナ５０が使用される。弁５２を開けると、この場合
純粋シリカである粒子形成化合物が、Ｏ₂搬送ガスによ
り第１の泡立器１２から第２のバーナに５０に送られ
る。水平基準軸に直角に向けられる第２のスート材料流
５５が後に発生される。

【００１６】光導波路母材のためのコア部すなわち出発
ロッドの形成は、ほとんど従来のＶＡＤ技術から出発し
ている。まず堆積室１０が清浄化され、種棒３４がチャ
ック３６に装着され、回転軸上に中心が合わされる。第
１のバーナ１６は、位置制御の間、堆積材料の先端を決
定するレーザビームとの関係で位置決めされる。次に第
１のバーナ１６が点火され、排気速度が維持され、条件
が安定してから駆動機３８により種棒３４が約２０回転
／分で回転され、コア粒子を含有する第１のスート材料
流１７の径路内に前進される。スート材料流１７は種棒
３４の先端およびその付近に大きな入射角をなして衝突
し、種棒３４は約４５cm／hrの速度で前後に振動させら
れる。種棒３４の自由端上で約２cmの長さに球根状出発
先端６０が成長する。十分な物質が堆積されると、この
球根状先端６０はコア部６２の成長のための適当な基盤
すなわちアンカーを形成する。なお、スートのコア部は
特にスートコア部ということもある。

【００１７】スートコア部６２の軸方向成長は、位置制
御器４２が最初に一定引出し速度１２cm／hrを与えるこ
とで開始される。最初のスート材料の流れ１７は球根状
スタート先端６０の端部に噴射され、コア部６２の最初
の部分を形成する。スート材料の流れの化学成分は４０
ft／sec の流速を、他のガスは２５ft／sec の流速を有
してスート材料流１７の流動は層流であり、レイノルズ
数は約１０００であって堆積速度は約０．１４gr／min
である。上向きの高流速にはある程度の過剰噴射を伴な
うが、コア部６２をバイパスするガスは高温ガスの上昇
自然対流傾向に助けられて排出口２２から排出される。
コア部６２の堆積が開始されると、１２cm／hrの引出し
速度はコア部６２の成長率よりやや早いが、球根状出発
先端６０上の成長は均衡している。次に位置制御器４２
はサーボモードに切換えられ、レーザビームはコア部６
２の自由端部の幾何中心と交差する。物質が堆積される
ときコア部６２の自由端部を一定位置に保持するように
コア部６２を引出すことにより、位置制御器４２は光検
出器２０からの信号に応答する。直径が約２．５cmの母
材を形成するために、これにより６ないし８cm／hrの非
定常引出し速度が形成される。

【００１８】コア部６２は成長を継続し、２０cm（通常
は２０〜３０cmの範囲）を超える全長となるまで横移動
機構４０によりコア部６２は引出される。この不連続作
業は、粒子とガスとを相互混合をなすことなく、また工
程を同期化することなく行われるので、よりよい全体制
御が可能となる。

【００１９】所定長さのコア部６２が形成されると、第
１のバーナ１６は消火され、第２のバーナ５０が点火さ
れ安定化される。次に横移動機構４０は、第２のバーナ
５０に対向させながらコア部６２を全長にわたり往復運
動させるように作動される。コア部６２は回転駆動装置
３８により２０回転／分の速度で回転され、第２のバー
ナ５０はコア部６２の回転軸から約１７．５cmのほぼ一
定距離に保持される。次に横移動機構４０を約２５０cm
／hrの速度で移動することにより、コア部６２は第２の
クラッドスート材料の流れ５５に対し相対的に水平軸に
沿って前後に移動される。純粋シリカスート粒子の堆積
は、第１の泡立器１２からの搬送ガス同伴気相の炎加水
分解により得られる約２．５gr／min の平均速度で行わ
れる。約５mm厚さの薄い接触層がコア部６２上に堆積さ
れるまで、最初の１５分の作業時間の間ガス／酸素流速
を徐々に増大させることにより、コア部６２の表面にお
ける堆積温度は標準作業レベルまで徐々に上昇される。
これにより温度が低くできるのでスートコア部６２から
のゲルマニウムの除去は回避されるが、温度が低くても
最初に堆積されたクラッド粒子は、コアスートの表面に
強固に結合する。コア部６２の直径が正確に一定に保持
されない限り表面は長手方向に波を打つが、クラッドは
またこのコア部６２の表面の変化にも完全に一致する。
このようにコア部６２と、完全に形成された外側クラッ
ド部６４との間の境界層は、ほぼ一定の特性ときわめて
低い湿分含有量とを有するきわめて薄い遷移層の性質を
有するが、この因子は、最終光導波路の屈折率分布と水
酸基イオン含量とに対してかなり重要である。

【００２０】クラッド部６５の堆積は、約１０．５cmの
最終直径が得られて、この実施例で、クラッド厚さ（t
）のコア半径（a ）に対する比が２：１となるまで継
続される。このスート母材は、３５cm長さで約５５０gr
の質量を有し、内部に不連続部は存在しない。クラッド
部が追加されるとき、表面速度は増加するが、その増加
速度は半径の増加とともに減少する。密度をほぼ一定に
維持するように、一般に表面速度に対応して時間と共に
バーナ温度が増加される。

【００２１】図２に示す製造工程によると、スート母材
はまず１１５０℃の親水性（ここでは塩素）雰囲気で乾
燥され、次に１４５０℃の塩素雰囲気で直径約３．８cm
の透明ガラスロッド母材に焼結される。

【００２２】次にガラスロッド母材は２０００℃のほぼ
無水の炉内雰囲気で、直径約９mmの出発ロッドに線引き
される。これらのガラス質ロッドは乾燥され焼結された
製品の直径の１／１０以上である。出発ロッドは全長約
１５０cmの使用可能ロッドを形成するが、これは通常４
０ー５０cm長さに分割される。ロッドは、屈折率分布、
クラッド対コア直径比およびガラス品質について検査さ
れる。適当な特性を有するこれらの個々のロッドの端部
にハンドルが装着され、これらの外部が清浄にされる。
t ／a 比が約２以上の場合、母材は酸素炎の中で往復運
動および回転運動が与えられて火炎研磨されて、さらに
クラッド部を設けるための清浄面が提供される。t ／a
比が約１の場合は乾燥エッチングで清浄にされる。

【００２３】第２のクラッド工程において、最初のガラ
ス質母材ロッドは、再び第２のバーナ５０の正面で回転
されながら往復運動がなされて、線引きロッド上に１１
cm厚さの別のクラッド部が形成される。適当な直径に成
形されると、再堆積されたロッドは次に前と同様に乾燥
され焼結されて直径約５．５cmの最終ファイバ母材が形
成される。たいていの製造者は自分自身の光導波路を線
引きすることを好むので、このような母材はそれ自身商
業製品である。光導波路を形成するために、母材ロッド
は通常のように、１３００nm波長の作業用に最終ファイ
バ直径１２５μm に線引きされる。シリカーゲルマニウ
ムコアとシリカクラッドとを有するこれらの光導波路フ
ァイバは、t ／a 比が約１３、伝送損失が１．０d Ｂ／
km未満（代表例では０．４d Ｂ／km）、および１２８５
―１３３０nmの範囲の波長において分散が３．５ps／nm
−km未満である単一モードファイバである。

【００２４】高速かつ大きな入射角のスート材料の流れ
を用いて、高成長率と、均一スート堆積と、および制御
直径とを得るには、複数の複雑な因子を考慮しなければ
ならない。

【００２５】さて第３図および第４図を参照すると、理
想的なコア部６２は、その端部がやや凸型で、ほぼ一定
の直径Ｄを有することが好ましい。コア部６２の前方端
面の幾何学中心は、コア部６２の成長を測定するのに使
用されるレーザビームのターゲット点である。これは対
称点であり、本質的には対称点を追跡すべきではある
が、本発明によるコア堆積ではその代りに、化学成分流
れの中心は図３からわかるように基準軸に沿って幾何中
心から外れ、図４からもわかるように水平方向にもずれ
ている。スート材料の流れ１７からの過剰噴射は図では
よくわからないが、ターゲット領域およびそれを過ぎた
後の流動パターンが重要である。直接衝突領域を過ぎた
後のスートの上向き径路に沿って、流れが排出口２２の
方向に吸引される前に、流れはある距離だけコア部２６
の凸端面に沿って流動する。この流れはまた、はじめに
衝突領域においていくらか拡散される。堆積は、スート
材料の流れに隣接するこの弧に沿って、直接衝突領域よ
り温度が低いさらに下流側で行われる。

【００２６】スート材料の流れ１７の中心は、コア部６
２の前方端縁面および幾何中心から、基準軸上で距離d
だけ内方に離れた点にある。このことは、図３および図
４からわかるように、スート材料の流れの真の中心は基
準軸の下方にあることを意味する。スート材料の流れ１
７の噴出源と、幾何中心を通るスート材料の流れへの垂
直線との間隔は４．８７５″（１２．４cm）である。基
準軸上に沿って、コア部面上の幾何中心と、スート材料
の流れ１７の中心線の基準軸との交点との間の距離d が
１／８″（０．３１３cm）のとき最適成長率が得られる
ことがわかった。スート材料の流れ１７の中心が同じ角
度を保持して幾何中心に向けられると、形状はほとんど
類似していても成長率は無に等しい。もし角度を同一に
保持したまま距離d が大き過ぎると、コア部は軟らかい
外側層を有し、割れを発生すると共に屈折率分布を悪く
する。

【００２７】コア部６２の自由端部形状は、図３のよう
に、スート材料の流れ中心と回転軸に平行な線との間の
最適夾角、この場合６５°に対してはやや凸型となる。
もし角度が最適値より小さいと、先端の形状は点線で示
すように凹型となり成長率は急激に低下する。もし角度
が最適値より大きいと、コア部６２の端縁は一点鎖線で
示すように平坦になり、直径と成長率とは実質的に低下
する。

【００２８】またとくに図４からわかるように、コア部
６２の密度分布および屈折率分布は、コア部６２の幾何
中心に対するスート材料流１７の中心の水平方向ずれ
（t ）によりさらに制御される。この実施例と条件とに
対して、距離（t ）は０．５cm以下が良く０．３５cm
（０. １３８″）が最適のようである。図５でわかるよ
うに、t が最適のときは、屈折率分布はコア部の端縁で
きり立つ側部を有し、コア部断面にわたりほぼ一定の値
を有する。もしt の値＝０であると、屈折率の値はコア
部中心から両側へ低下し（一点鎖線）、一方もしt が最
適値より大きいと（点線）、屈折率分布はコア部端縁付
近で高い値を示す。偏位が実質的に大きいときは、いず
れの条件も許容できない。

【００２９】スート材料の流れ間隔と、化学成分および
他のガスに対するガス流れとが上記の条件にあって、引
出し速度にサーボ制御を使用した場合、本方法は堆積速
度約０．１４gr／min でほぼ一定の成長率が得られる。
レイノルズ数は約１０００であるが、いずれの場合も実
質的に８０より大で、スート流内の流動は層流である。
このような、コア部とクラッド部との間にスート／スー
ト境界層を有するように本体が形成されるように、高品
質のコア部と出発ロッドとが同時に形成される。この製
造法は、実質的に高いコストをかけて高品質のシリカ基
体チューブまたはスリーブチューブを使用しなければな
らない従来技術に対し、実質的に経済的な有利性を有す
る。本発明による製造法およびこれにより得られる導波
路はまた、得られた導波路の光特性に関し実質的な利益
を与える。

【００３０】図６に示す屈折率分布は、すぐれた光学特
性であることを理解する助けになる。コア部の高い屈折
率とクラッド部の低い屈折率とは比較値であって、ゼロ
調整してない。鋸刃状の軌跡は２０ミクロン刻みの読み
における計器の不安定性によるものである。高レベルと
低レベルとの間の遷移線の性質は単一モードファイバ特
性に必要な「準ステップ形」分布を得るために決定的な
もので、この型の製造法では無限勾配（すなわち垂直）
を得ることは本来不可能である。しかしながら図６から
わかるように、遷移線の勾配は急で、底部および頂部の
いずれにもほとんど乱れはみられない。堆積法からでき
上がるコア内には多少寸法変化があるので、遷移線の勾
配は正確には垂直ではない。

【００３１】コア堆積の間、屈折率分布を制御するため
には温度制御が重要である。温度が分布に与える影響を
図７に示す。もし温度が最適温度より低いときは、分布
（点線カーブ）は垂直線に対し大きな角度をなす側部勾
配を有し、ピーク屈折率はコア部の中心付近のみであ
る。もし温度が所定レベル以上であるときは、中間コア
部の屈折率は落込んでいるが、外側コア部は大きな屈折
率を有し、側部勾配は適度に垂直である。しかしなが
ら、この温度依存性の結果から、コア部を通じて一定屈
折率のときに必要とされる温度より低い温度を用いるこ
とにより、グレーデッド形屈折率ファイバを得ることが
可能である。この変更態様ではさらに、コア部の自由端
に対するスート材料の流れの相対位置やスート材料の流
れの化学成分もまた堆積中異なるであるう。したがって
代表例では、スート材料流はコア部中心により近くに衝
突し、ゲルマニウム量も代表例では多いであろう。

【００３２】コア堆積に使用されるバーナ１６を、ガス
流れの相対位置とともに図８に示す。スート材料流１７
は中心開孔７０から噴出し、開孔７０のまわりでオリフ
ィス７２の内側リングが酸素流れの内側遮蔽体を形成す
る。可燃性ガスと酸素とのためのオリフィス７４の中間
リングはわずかに収斂する円形火炎を形成する。最後に
外側を遮蔽する酸素は外側リングのオリフィス７６から
噴出する。この配置はスート材料の流れをほほ一定直径
に維持し、これが解離に必要なフレームを形成する。

【００３３】図９からわかるように、最初のクラッド堆
積温度が高い場合、クラッド部とコア部の境界層におけ
る急勾配との間の遷移部分の底部レベル部分は（点線の
ように）一層なだらかになる。製造時間を多少犠牲にし
ても、標準温度より低い温度でクラッド部の境界層が堆
積するのでなければ、ゲルマニウム添加物（ドーパン
ト）は除去されてコアが収縮するであろうと考えられ
る。

【００３４】以上に説明した製造法の１つの利点は、完
全なスート／スート母材が製造され焼結され、光導波路
に直接に線引きされることである。このために、コア部
は約１cmの直径にのみ形成されるように、スート材料の
流れはコア部に近接して移動する。その後クラッドが約
１４cmまで堆積されて所定のt ／a 比となし、この複合
コア／クラッド構造は次に乾燥され、焼結されると、こ
れは直径約７cmとなり、これから直接光導波路寸法まで
線引きが可能である。

【００３５】さらに、この製造法の種々の段階におい
て、多数の代替態様が使用可能であることがわかるであ
ろう。コアスート材料の流れと、コア部の回転軸との間
の角度を一定に保持したまま、基準軸を水平軸に対して
傾斜させて、スート材料の流れを垂直に近い位置、また
は完全な垂直位置に向けることも可能で、排出口は必要
ならば形状を替えて、コア部のまわりに間隙を設けて、
過剰噴射を吸引する機能を形成させる。ガラス化された
ロッドは、乾燥ガスエッチング、高出力レーザビーム研
磨、あるいは火炎研磨を含む種々の方法で清浄にされ
る。

【００３６】さて、図１０に示すように、本発明による
製造法においては、純粋シリカコアおよび低屈折率クラ
ッド部を用いることにより、低損失（０．２d Ｂ／km）
の光導波路が製作される。第１段階で、図２に関し説明
した例と同様に純粋シリカのスートコア部が堆積され
る。この母材は次に、乾燥され、焼結され、その上に所
定厚さまで、同様にシリカスートからなるクラッド部が
堆積される。このスート層は次に、親水性雰囲気内で１
１５０℃で乾燥される。したがって、固化またはガラス
化と同時にスートに所定のフッ素成分を浸透させるため
に、言い換えるとフッ化ケイ酸含浸クラッドを形成する
ために、フッ素化雰囲気（ＳＦ₆を用いて）でゾーン焼
結が行われる。それに続いてシリカスートの他の層が添
加され、その後乾燥され、焼結されて所定の全クラッド
肉厚が得られる。

【００３７】なおフッ素化雰囲気での焼結の例として
は、１４５０℃の温度範囲でヘリウムと六フッ化硫黄の
雰囲気がある。

【００３８】乾燥と焼結とは密閉された炉内で行われ、
この炉内に制御された速度でガス流が噴出され、母材は
制御された温度に保持される。乾燥のために炉は、２０
分以上かけて１０００−１１５０℃の範囲まで、３５０
sccmの塩素流、７０００sccmのヘリウム流、および１４
０sccmの酸素流で加熱され、次に３０分間同じ状態に保
持される。このあと同じ流れ状態を維持しながら母材は
引出されるが、引出しは１０分以内に行なわれる。

【００３９】焼結工程は、塩素の乾燥流を５０sccmと少
なくし、ヘリウム流は７０００sccmで一定にし、六塩化
硫黄流１３５sccmとして行われ、温度を１２００℃から
１４５０℃に上昇する４０分間の加熱工程で開始され
る。次に母材は１４５０℃で１８０分間で焼結され、こ
のとき流れを一定に維持して母材を０．２cm／min の速
度で高温領域を通過させる。その後に流れを中断し、母
材は３０分間で１４５０℃から１０００℃へ冷却され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】光導波路母材を製造するための本発明に関係す
る装置の簡略斜視図とブロック線図との組合せ図。

【図２】本発明に関係する光導波路製造方法における工
程のブロック線図。

【図３】衝突角と、衝突角により堆積物質がどのように
変化するかを示す、図１の装置におけるスート材料流と
コア部の端部との側面図。

【図４】衝突領域をさらに詳細に示す、スート流とコア
部端部との側面図。

【図５】衝突位置の軸からのずれ（t ）に対する屈折率
分布の変化を示す線図。

【図６】本発明に関係する光導波路から読取られた真の
屈折率の分布図。

【図７】コア部堆積における温度（Ｔ）の制御が屈折率
分布に与える影響を示す線図。

【図８】コア部堆積に使用されるバーナとスート材料流
の形状とを示す拡大側面図。

【図９】クラッド温度を変えたときの屈折率分布の変化
を示す線図。

【図１０】本発明による光導波路の製造方法の工程ブロ
ック線図である。

【符号の説明】

１０堆積室１６コアスートバーナ１７コアスート材料流１８レーザ２０光検出器２２排出口２８回転駆動装置３４餌部材（種棒）４０横移動機構４２位置制御器５０クラッドスートバーナ５５クラッドスート材料の流れ６０球根状スタート部分６１クラッド部６２コア部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】スート形成微粒子の層流を形成し、直線
流路に沿って上記スート流をさえぎることなく導き、コ
アロッドの長さに対して実質的に横方向において、形成
中のコアロッド上に衝突させ、上記流れにより上記コア
ロッド本体を向こう側に迂回する過剰噴射流を発生さ
せ、上記形成中のコアシリンダーを回転させ、上記スート層流と異なる速度で、流路に沿って上記コア
シリンダー本体を過ぎて流れる過剰噴射を排出し、衝突
領域の外側で低温粒子の接触を制限してスート粒子の堆
積を抑制することを特徴とするプリフォーム用スートの
形成方法。