JPH0613415B2

JPH0613415B2 - プリフオ−ム用ス−トの形成方法

Info

Publication number: JPH0613415B2
Application number: JP62018760A
Authority: JP
Inventors: アーナブ・ザーカ
Original assignee: RAITO UEIBU TEKUNOROJII Inc
Current assignee: RAITO UEIBU TEKUNOROJII Inc
Priority date: 1986-02-03
Filing date: 1987-01-30
Publication date: 1994-02-23
Anticipated expiration: 2009-02-23
Also published as: JPH05254873A; JP3096695B2; JPS62246836A; JPS63156032A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景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、とくにこのような製品
を気相堆積法で提供することに関する。

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。これはコア部となるもので、この外
側にクラッド部を形成して、コア部とクラッド部の所定
の組合体のロッドを形成する。このロッドは「プリフォ
ーム」と呼ばれ、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。

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０．４ｄＢ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。

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 Ｉn
c．発行（１９８５年Ｔingye Ｌｉ編）の本「Ｏptical
Ｆiber Ｃommunication（光ファイバ通信）」のＶo
l．１，第９７頁以後の“ＦiberＦabrication（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、材料の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。この製造法は論理的に
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吹から向
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。

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４，２２４，０４６
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ズル数約
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ズ
ル数約３０−５０以上で落ち、約８０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。

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。

とくに高品質を得るために、米国特許第４，３７８，９
８５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。

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。

発明の構成本発明では、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、形成するスートの回転軸
が所定の方向に伸び、スート材料の流れが、１００より
大きいレイノズル数となるような流速を有すると共に、
前記回転軸に対し６０度より大きい角度に保持されるこ
とを特徴とする。

本発明による方法は、均一直径のコア部を形成するため
に、例えば水平に回転する初期ターゲットに対し６０゜
を超える角度で、高速ではあるが層流のスート材料流を
用いたコア材料の軸付堆積法である。このとき所定のｔ
／ａ比を有する母材本体が形成されるまで、パスごとに
クラッド部の半径方向堆積が用いられる。この本体は、
乾燥および焼結後、十分な長さの光導波路まで直接線引
きする大きさとしてもよいし、または初期本体を乾燥
し、焼結し、線引きした後、さらに追加のクラッド部を
形成し、ガラス化し、次に最終寸法まで線引きしてもよ
い。

本発明の一実施例においては、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による他の実施例では、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ことが可能で
ある。高い堆積速度と低いコストとにより形成されたも
のからきわめて長い光導波路が線引き可能なように、大
きな直径と大きな質量を有する母材の製造が可能であ
る。さらに、コア部の直径は適切に厳密に制御され、し
たがって、半径方向に堆積されたクラッド部の肉厚は長
手方向に変化がない。最初にクラッド部を堆積するとき
にバーナ温度を低下することにより、屈折率変動化物質
の除去が最低にされる。その後、表面速度に応じてバー
ナ温度を上昇することにより、密度はほぼ一定に保持さ
れる。

本発明の方法のさらに特定の実施例においては、小さな
純粋シリカの出発部材を水平軸のまわりに回転しなが
ら、炎加水分解バーナにより、出発部材に対し６０度を
超える角度で、レイノルズ数が１００以上の範囲の速度
にてコア部用スート材料の流れを上方に向ける。過剰の
粒子物質は、衝突するスート材料の流れの経路に沿っ
て、垂直に離して設けられた排出口から排出される。最
初に球根性スート先端を形成するためにターゲットと成
形コア部が往復運動されるときには、バーナとスート材
料の流れとは中心軸に沿って保持される。次に、円柱状
コア部の端部の位置を検出し、ほぼ一定の成長率を維持
するために、引出し機構をオンオフにて調節することに
より、制御された速度で、スート先端は引出される。そ
の結果、この実施例では約２．５cmというほぼ一定の直
径をもつコア部が得られる。たとえば３５cmという所定
長さのスートコア部が形成されると、少なくともコア半
径の２倍の厚さまで半径方向堆積により別個にスートク
ラッド部が追加される。所定半径方向厚さまでクラッド
を形成するために、スートのコア部は、回転されながら
クラッドバーナ上で前後に往復運動される。この製造順
序により半径方向堆積を軸方向堆積と同期させる必要は
なく、また水酸基イオンが少くて空洞のないスートのコ
ア部とクラッド部との境界面が形成される。両方の堆積
工程は低コストで高効率に実行可能である。所定の肉厚
に形成されたコア部とクラッド部とは次に乾燥され、焼
結することにより固化あるいはガラス化され、線引きさ
れ、切断されて、固化あるいはガラス化された複数ロッ
ドの直径の１／１０より大きい中間棒が形成される。次
に、これらのロッド（一次母材）にさらにクラッド部に
形成されるがその厚さは、さらに固化あるいはガラス化
後最終線引き光導波路内に所定遮断波長特性が確立され
る厚さとする。たとえば直径１２５ミクロンの光導波路
の場合、コア部は代表例では９ミクロンで残りがクラッ
ド部である。

本発明の一実施態様では、スート材料の流れの中心の衝
突領域はスート材料の流れの中心線で幾何中心を通る線
上で幾何中心から５mm以下の距離だけ離れ、幾何中心か
ら横方向に５mm以下の距離だけ離れている。

なお、出発部材は、水平に対し多少傾斜された基準軸の
まわりに回転してもよい。この傾斜は、水平方向に対し
３０度以下である。

高い成長率、均一な密度および一定直径を得るために
は、成長するスートのコア部に対するスート材料の流れ
の角度と衝突領域との関係、ならび他の因子が重要とな
る。スート材料の流れはほぼ均一な断面であり、コア部
の２軸方向幾何中心から変位された軸に沿って導かれ
る。コア部の端部上に急速に堆積されたスート材料はコ
ア部が形成されるときに、均一形状である円柱状スート
上にやや凸状の先の丸い端部を形成する。さらにコア部
は、その半径方向および長さ方向にわたって密度がほぼ
均一である。

本発明の他の実施例では、軸方向堆積コア部は直径が１
cmというように小さく、クラッド部は厚さが約１３cmと
比較的大きい。大型炉を用いた乾燥と焼結とによりガラ
ス母材（プリフォーム）が形成され、このプリフォーム
は所定の特性を有する単一モードの光導波路へ直線線引
きが可能である。他の製造法においては、グレーデイエ
ント形屈折率の多モードファイバを得るために、コア堆
積中作動因子が変化される。

他の実施例によれば、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の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、１．５５ミク
ロン波長で０．２ｄＢ／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。

実施例の詳細な説明第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ＳｉＣｌ_４）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ＧｅＣｌ_４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。

ドープ前駆物質蒸気もまたＯ_２搬送体により第２の泡出
器１４から噴出される。Ｏ_２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２
０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１
２．２ｍ／ｓｅｃの流速であり、一方他のガスは約７．
６ｍ／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９１．４ｍ／ｍｉ
ｎ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温度にするの
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。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いシリカ種棒３
４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。

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、Ｏ_２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。

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１
６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１
６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３
４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６
０はコア部６２の成長のための適当な基盤すなぱちアン
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。

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１２．２ｍ／ｓｅ
ｃの流速を、他のガスは７．６ｍ／ｓｅｃの流速を有し
てスート材料流１７の流動は層流であり、レイノイズ数
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６２
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。

コア部６２は成長を継続し、２０cm（通常は２０〜３０
cm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。

所定長さのコア部６２が形成されると、第１のバーナ１
６は消化され、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２
０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。

クラッド部６４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。

第２図に示す製造工程によると、スート母材はまず１１
５０℃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。

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４０−５０cm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。

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１１cm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で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、１３００mm波長の作業用に最終ファイバ直径１２
５μｍ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１．０ｄＢ／km未満（代
表例では０．４ｄＢ／km）、および１２８５−１３３０
ｎｍ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。

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。

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第３
図からわかるように基準軸に沿って幾何中心から外れ、
第４図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６２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。

スート材料の流れ１７の中心は、コア部６２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、第３図および第４図からわ
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１７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１２．４ｃｍ（４．８７５″）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０．３
２ｃｍ（１／８″）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。

コア部６２の自由端部形状は、第３図のように、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
θ、この場合６５゜に対してやや凸型となる。もし角度
θ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θ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。

またとくに第４図からわかるように、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（０．１３
８″）が最適のようである。第５図でわかるように、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、屈折率の値なコア部中心
から両側へ低下し（一転鎖線）、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。

スート材料の流れ間隔と、化学成分および他のガスに対
するガス流れとが蒸気の条件にあって、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０．１４
gr／minでほぼ一定の成長率が得られる。レイノズル数
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。

第６図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。しかしながら第６図からわかるよ
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。

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Ｔが分布に与える影響を第７図に示
す。もし温度Ｔ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ろう。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。

コア堆積に使用されるバーナ１６を、ガス流れの相対位
置とともに第８図に示す。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ぼ一定直径に維持し、
これが解離に必要なフレームを形成する。

第９図からわかるように、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。

本発明による製造法の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。

さらに、本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、過剰噴射を吸収す
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。第１０図に示す
ように、本発明による他の製造法においては、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（０．２ｄＢ／km）の光導波路さえも製作され
る。第１段階で、第２図の実施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１１５０℃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（Ｓ
Ｆ_６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、その後乾燥それ、焼
結されて所定の全クラッド肉厚が得られる。

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。

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、３５０sccmの塩素
流、７０００sccmのヘリウム流、および１４０sccm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。

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１３５
sccm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。

以上説明したように、本発明は形成するスートの回転軸
を所定方向に伸ばし、スート材料の流れをレイノルズ数
が１００より大きい流速、好ましくはレイノズル数が１
０００程度の流速で、流れの方向をスートの回転軸に対
し、６０度以上好ましくは６５度に保持するようにした
ので、コア部の自由端部が凸状に形成され、レイノズル
数も公知技術に比して大きいためスート材料の付着量が
大きくなり、その成長率を大きく維持することができ、
従来の方法によるものと比較してその性能を劣らせるこ
となく、量産をより容易にできるという効果がある。

以上図により本発明による種々の形状と偏向態様とを説
明してきたが、本発明はこれらに限定されず、特許請求
の範囲内のすべての方法およびその変更態様も含むもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は光導波路母材を製造するための本発明による装
置の簡略斜視図とブロック線図との組合せ図、第２図は本発明による光導波路製造方法における工程の
ブロック線図、第３図は衝突角と、衝突角により堆積物質がどのように
変化するかを示す、第１図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、第４図は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、第５図は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、第６図は本発明による光導波路から読取られた真の屈折
率の分布図、第７図は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、第８図な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、第９図は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、および第１０図は本発明により他の型の光導波路の製造方法の
工程ブロック線図である。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３８……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】スート材料を堆積させてプリフォーム用ス
ートを形成する方法において、形成するスートの回転軸
が所定の方向に伸び、スート材料の流れをレイノルズ数
が１００より大きい流速で、かつその流れ方向を前記回
転軸に対し６０度より大きい角度に保持するようにした
ことを特徴とするプリフォーム用スートの形成方法。
【請求項２】前記スートの形成において、形成するスー
トを回転軸の廻りに回転させながら、前記軸に沿って往
復運動をさせ、所定の距離をおいて配置されたトーチか
ら前記回転軸に対し略６５度より大きい角度でスート材
料の流れを衝突させて、均一直径のスートの基面を形成
することを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のプ
リフォーム用スートの形成方法。
【請求項３】前記スートの形成において、前記スート流
れの位置を一定に保ちながら、前記スートの位置を制御
することにより前記スートの半径を所定の半径に形成し
た後、前記スートの流れを前記スートの自由端表面に衝
突させて所定の流さを有するスートを形成することを特
徴とする特許請求の範囲第２項に記載のプリフォーム用
スートの形成方法。
【請求項４】前記スートの形成方法において、前記スー
ト材料の堆積方法はスート材料の堆積が行なわれるスー
ト端部におけるスート材料の流れの衝突の中心をスート
端部の幾何中心に対して半径方向にずらしたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかの
項に記載のプリフォーム用スートの形成方法。
【請求項５】前記スート流の衝突の中心は、前記端部の
幾何中心よりも前記流れの噴射源に近く、かつ前記幾何
中心から横方向にずれ半径方向位置付近の、前記幾何中
心から外れた領域で衝突し、前記スート流の中心は、前
記形成されるスートの中心軸に平行な平面に沿っている
ことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載のプリフ
ォーム用スートの形成方法。
【請求項６】前記スートの形成方法において、前記スー
ト材料の堆積方法はスートの端部が凸状に堆積するよう
にしたことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第
５項のいずれかの項に記載のプリフォーム用スートの形
成方法。
【請求項７】前記スートの形成方法において、コア部の
形成はコアスート材料の堆積により形成することを特徴
とする特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかの
項に記載のプリフォーム用スートの形成方法。
【請求項８】前記スート流の噴射源は前記端部は幾何中
心から約１２ｃｍにあり、前記流れの中心は、前記スー
ト流の中心線に直交する線上において幾何中心から約
０．３２ｃｍ、かつ、前記幾何中心から横方向に約０．
３５ｃｍの位置に向けられることを特徴とする特許請求
の範囲第５項に記載のプリフォーム用スートの形成方
法。
【請求項９】前記スートの形成方法において、コアスー
トの堆積が進行する間、前記スートの幾何中心の位置を
継続的に光学的に検知し、検知された位置に応答してオ
ンオフ動作で前記スートの引出しを制御することによ
り、前記スート流の堆積速度を実質的に一定に維持する
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第８項の
いずれかに記載のプリフォーム用スートの形成方法。
【請求項１０】前記スートの形成方法において、前記ス
ート流の速度はレイノズル数が約１０００となるような
速度であり、実質的に一定の密度を有する凸状の自由端
が前記スート上に形成されるように前記スート流の衝突
領域を選択したことを特徴とする特許請求の範囲第９項
記載のプリフォーム用スートの形成方法。
【請求項１１】前記スートの形成方法において、前記ス
ート材料の流れを上方に向け、堆積されなかったスート
材料をスートの上方から排出するようにしたことを特徴
とする特許請求の範囲第１項ないし第１０項のいずれか
の項に記載のプリフォーム用スートの形成方法。
【請求項１２】前記スートの形成方法において、前記ス
ート流を活性化炎の収斂ガス酸素流で囲んで収斂させ、
スートが堆積される間、前記スート流と前記スート体の
幾何中心との間に実質的に一定の距離を保ち、堆積領域
を過ぎて上方に向かう前記スート流の過剰噴射分を排出
し、コアスートロッドが所定の流さに形成されるまで堆
積を継続する工程を含むことを特徴とする特許請求の範
囲第１項ないし第１１項のいずれかに記載のプリフォー
ム用スートの形成方法。
【請求項１３】前記回転軸を水平し、前記スート流に対
してスート形成用の種棒を往復運動させることにより前
記種棒上に球根状スート先端を成長させ、次に前記スー
ト体の自由端の位置を検知し、スートが堆積されるにつ
れて前記スート流から離れる方向にスート体を引出して
スート出発体の半径を実質的に一定に保つ工程を含めた
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１２項
記載のいずれかに記載のプリフォーム用スートの形成方
法。
【請求項１４】前記スート出発体を１０ｒｐｍ前後で回
転させ、前記スート流れは、堆積化学成分の流速は１
２．２ｍ／秒前後であり、収斂ガス成分の流速は７．６
ｍ／秒前後であり、前記スート流の中心は、前記回転軸
に対する垂直面内を移動し、前記スート体の端部の幾何
中心より下方かつ一方向側にずれた点で前記端部に衝突
し、前記スート流の開始領域は前記スート体の幾何中心
から約１２ｃｍ離れており、前記スート流の中心は、前
記幾何中心より下方で、しかも前記幾何中心を通りかつ
前記スート流の中心線に直交する線上において前記幾何
中心から０．３２ｃｍの位置離れた点で最大成長率が起
るようにし、前記回転軸上を通過する垂直面から０．３
５ｃｍの位置に向けられて前記スート体上にコーナーを
丸くした実質的に平坦な端面が生ずるようにし、前記過
剰噴射分は９１．４ｍ／分の排出速度で垂直方向に回収
されるようにしたことを特徴とする特許請求の範囲第１
３項記載のプリフォーム用スートの形成方法。
【請求項１５】前記スートの形成方法において、前記ス
ートの回転軸は水平にしたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項ないし第１４項のいずれかの項に記載のプリ
フォーム用スートの形成方法。
【請求項１６】前記スートの形成方法はスートの出発部
分は球根状に形成し、その後円柱状にスート材料の堆積
が続けられるようにしたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項ないし第１５項のいずれかの項に記載のプリフ
ォーム用スートの形成方法。
【請求項１７】前記スートの形成方法において、前記プ
リフォーム用スートのクラッド部の形成はクラッドスー
ト材料の半径方向の流れによって、コア部の外面上にク
ラッドスート状態を堆積させて、コア部と同軸にクラッ
ドを形成するようにしたことを特徴とする特許請求の範
囲第１項ないし第１６項のいずれかの項に記載のプリフ
ォーム用スートの形成方法。
【請求項１８】前記スートの形成方法において前記スー
ト材料の流れを上方に向け、堆積されなかったスート材
料をスートの上方から排出するようにしたことを特徴と
する特許請求の範囲第１７項に記載のプリフォーム用ス
ートの形成方法。
【請求項１９】前記スートの形成方法はスートのコア部
表面上に初期クラッドを形成するためにクラッドスート
材料を囲むガスと酸素の混合流れを徐々に増加させて、
付着表面の温度を制御しながらコアスート材料上にクラ
ッドスート材料を初期堆積させることを特徴とする特許
請求の範囲第１８項記載のプリフォーム用スートの形成
方法。
【請求項２０】前記スートの形成方法において、そのコ
ア部の形成は、コアスート材料が堆積される間コアスー
ト材料の流れに対してコア部の相対的位置を変化させて
そのコア部の端部の位置および最終直径を一定に保持す
るようにし、そのクラッド部の形成はクラッドスート材
料の流れに対して前記コア部を軸方向に往復運動させて
クラードスート材料を堆積するようにしたことを特徴と
する特許請求の範囲第１７項ないし第１９項のいずれか
に記載のプリフォーム用スートの形成方法。
【請求項２１】前記スートの形成において、前記クラッ
ドスート層を堆積して複数スートロッドが形成されるま
で、スートコアロッドに対して高温クラッドスート流を
衝突させ、前記ロッドをその長手方向軸のまわりに回転
させながらクラッドスート流を前記コアロッドの軸方向
に往復走査し、前記複合スートロッドを乾燥させて焼結し、焼結された前記複合スートロッドを線引きして、あらか
じめ定められた小径のガラス中間ロッドを形成し、前記ガラス中間ロッドを洗浄し、前記ガラス中間ロッド上にさらにクラッドスート層を所
定の厚さまで堆積し、前記のクラッド層を乾燥させて焼
結する工程を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１
７項ないし第１９項のいずれの項に記載のプリフォーム
用スートの形成方法。
【請求項２２】前記スートを水平に回転させ、前記スー
ト流を上向きに導き、前記スートコアロッドの直径は約
１ｃｍより大きく、前記クラッドスート層の厚さは少な
くとも前記コアスート層の半径に等しく、前記複合スー
トロッドの直径は中間直径と比べて約１／１０以上であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第２１項に記載のプ
リフォーム用スートの形成方法。
【請求項２３】前記堆積体はコアスートの定常流から引
き出して約２．５ｃｍの直径を持つコアロッドを成長さ
せ、前記クラッドスート流は一定方向にしたまま前記ス
ートコアロッドを軸方向に往復運動させて約１０．５ｃ
ｍの直径を持つクラッド層を形成し、前記複合スートロ
ッドは焼結後約４ｃｍに縮径され、焼結後のロッドは直
径約８〜１１ｍｍまで線引きし、前記中間ロッドは火炎
研磨、レーザー研磨、乾燥ガスエッチングなどにより洗
浄し、前記二回目の工程で行う堆積クラッドは全直径が
約１０．５〜１１ｃｍになるまで堆積することを特徴と
する特許請求の範囲第２２項に記載のプリフォーム用ス
ートの形成方法。