JPH06500306A - プリフォームの製造方法 - 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】 プリフォームの製造方法 本発明は、光学的要素、特に、光ファイバの製造ための方法に関するものである が、この場合、放射方向に見られて変動された屈折率を有している管状の原材料 が、加熱帯に導かれ、そこで軟化され、軟化状態においてプリフォームに成形さ るようにする方法に関するものである。

光学的要素、特に、光ファイバのためのプリフォームは、一般的に、放射方向に 見られて、次のような屈折率輪郭、すなわち、より高い屈折率を有しているコア 領域が、コア領域に対して減少された屈折率を有している少なくとも一つのクラ ッドにより包囲されているような屈折率輪郭を有している。コア領域の上に、一 定の受領角度で軸方向に投射された光束が、この屈折率輪郭に基づき偏向され、 プリフォームの内部ないしはプリフォームから作られた光ファイバの内部に再び 導かれる。

特別な使用、例えば、高い光出力の伝達のためには、光学的要素の光を導くコア 領域が、クラッド領域の壁厚さに対して、比較的大きな直径を有している。しか しながら、一般的に、特に、光通信技術又はセンサ技術における信号伝達のため には、そのクラッド厚さに比べて、比較的に薄いコア領域を有している光ファイ バが使用されている。

このようなプリフォームのための原材料は、例えば、長いマンドレルの上におけ る粒子の外部沈殿によって作られ、この場合、沈殿された粒子は、希望された放 射方向の屈折率輪郭に対応して混合されなければならない。例えば、光通信技術 における信号伝達のための石英ガラスから成る単一モードのファイバのような、 薄いコアを有している光ファイバのためのプリフォームにおいては、その場合、 最初に、薄いコアガラス層が沈殿され、その上に厚壁のクラッド層が沈殿される 。沈殿された「スート層」の泡の無い焼結を確実とするために、全体のクラッド ガラス層は、一般的に、中間層に層状に形成され、ガラス状に焼結される。これ は、特に、厚壁のプリフォームの場合には、比較的多くの加工費用及び加工時間 を必要とする。マンドレルの、例えば、引き抜き、穴あけ、あるいは、エツチン グによる除去は、生成された管状体の内面の損傷の結果となる。表面の欠陥の回 避の目的をもって、管状体の内表面は、一般的に、清浄手段、平滑化手段及び／ 又は乾燥手段により後処理をされる。

プリフォームのための管状の原材料の製造のための公知の他の方法、すなわち、 原材料としての管の内表面の上のコアガラス層の「内部沈殿」は、なかんずく、 厚壁の原材料の場合には、特に、高いエネルギーの使用、劣っている収量及び小 さな沈殿割合のために、同様に、不経済である。

崩壊（くずれ）の目的で、管状の原材料が、公知の方法においては、一端部から 始まり、漸進的にその長さに渡り加熱帯の中において加熱され、その場合、原材 料の材料の粘度は、それが中実体に収縮するまで下げられる。光ファイバの製造 の際には、管状の原材料の崩壊（くずれ）は、また、同時に、光ファイバの引っ 張りの方法の段階によって行われる。

光波導体のためのプリフォームの製造のためにガラス管の崩壊（つぶれ）の際に 、残りのガスを含むことを回避するために、ヨーロッパ特許公開第２０　１６３ ０７１号公報には、ガラス管を、崩壊（くずれ）の間に真空ポンプに連結し、こ の場合、ガラス管の内部の負圧が、光波導体に対するプリフォームの中のドープ 材料の減少が、出来るだけ現れないように選択することが提案されている。

真空により管の崩壊〈くずれ）を助成する際に、プリフォームのコア領域にひず みの現れることがあり得る。従って、例えば、「非円形コアの単一モード光ファ イバの偏光特性」（Ｖ、Ｒａｕｍｓｗａｍｙ、Ｗ、Ｃ，Ｆｒｅｎｅｈ及びＲ，Ｄ 、５ｔａｂｄｋｅｙ著：＾ｐｐｌｉｅｄ　０ｐｔｉｃｓ″、ｖＯX １７、Ｎｏ、１８、第３０１４〜３０１７ページ）には、崩壊（つぶす）すべき 管の内部の高い負圧が、プリフォームのコア領域の亜鈴状の、また、低い負圧が 、卵形の変形の結果となることがあるとの記載がある。

ヨーロッパ特許公開第１　１００　１７４号公報から、光ファイバの製造のため の一つの方法が公知となっているが、この方法においては、ガラス繊維が両側を 閉塞されたガラス管から引っ張られ、この場合、崩壊（つぶれ）過程の軽減のた めに、ガラス管の内部は、前もって真空にされるようになっている。

米国特許第４．３０４．５８１号から公知であるガラス管の内側の上に施された 、容易に揮発されるドープ元素を含んでいる層を有しているガラス管の崩壊（つ ぶし）のための方法においては、崩壊（つぶし）の間におけるドープ元素の蒸発 損失の減少のために、蒸発損失が最少にされるべきである元素のガス状のハロゲ ン化合物が、管を経て導入されるようになっている。

これらの公知の方法は、管状の原材料の内部の全表面が、崩壊（つぶ）されたプ リフォームの中心の上に模写されると言う点で共通である。既に述べたガスの侵 入による気泡の形成の問題及びドープ材料の蒸発によるドープ元素の減少の問題 の他に、管状の原材料の内表面の損傷はプリフォームの中心における不均一性と もなる。なお、この内表面の損傷は、汚染、湿度又は他の表面欠陥のために基づ くものであるが、これは、表面が中身の材料とは相違する化学当量を有している ので、それ自体では既に不可避のことである。

本発明は、光学的要素、特に、光ファイバのための高度に純粋な、障害の少ない プリフォームを得ると言う課題を基礎とするものである。

この課題は、本発明によると、原材料として、その屈折率が放射方向に見られて 、原材料の外表面から充分に間隔を置かれた少なくとも一つの境界面が、外方か ら内方に減少することと、加熱帯の中において軟化された原材料の部分が外皮の 上にまで内方の方にひっくり返され、管状の原材料の長手軸の中へ、加熱帯への 給送方向とは反対方向にプリフォームが形成されることと、残っている外皮が、 原材料の給送方向にロッドして取り去られられることとにより解決される。

外皮の上にまで軟化された原材料は、内方へひっくり返され、原材料の長手軸の 中に、その加熱帯への給送方向とは反対方向にプリフォームが形成され、単に、 原材料の残っている外皮が、ロッドとして取り去られることにより、原材料とし て、一つの方向に動かされる塊の流れの、二つの、反対方向に動かされる塊の流 れが、次ぎのようにして得られる。すなわち、管の内部空間が縮小され、管状の 原材料の内表面及び外表面の汚染された領域が、それぞれ、プリフォームの外表 面ないしはロッドとして取り去られた外皮の外表面を形成するようにする。

このようにして作られたプリフォームも、崩壊（つぶ）された外皮として取り去 れられたロッドも、それ故、それらの内部の中に、前に一度表面を形成していた 材料領域を何ら有することが無い。管状の原材料の表面及びその表面の近くの層 の材料は、それから作られるプリフォームにおいても、また、必要がある場合に は、材料が容易に除去されることが出来る表面がある。経費的に好都合なプリフ ォームの製造が、原材料として、その屈折率が、放射方向に見られて、原ｊｌｒ ｌｆ４の外表面から充分に間隔を置かれた少なくとも一つのドープ領域の中にお いて、外方から内方に向かって減少するような原材料を使用することにより、可 能となる。それ故、比較的に低廉な費用で製造さることが出来る基体、例えば、 厚肉管の上に、壁厚さの上に均一な屈折率の分布を有して、外部沈殿により、簡 単な様式で材料層を作ることが可能である。この場合、作られるべき材料層の層 厚さは、非常に小さいことが出来、極端な場合には、作られるべき質量は、製造 されたプリフォームのコア領域に対して必要である質量及びロッドとして取りさ らるべき外皮の質量に対して必要とされる質量に正確に対応する６その場合、境 界面とは、その下方においては、放射方向に外側から内側に見られて、屈折率の 連続的な、又は、階段状の減少が現れ、この場合、この屈折率の変動が、材料組 成の一定の変更により、又は、原材料を形成している基体金属の、屈折率を変化 させるドープ剤によるドーピングにより、行われることが出来る領域を意味する ものと理解されたい、境界面の外部に横たわっている領域は、この場合、それぞ れ、任意の屈折率の経過を有することが出来る。原材料の外表面と、それに隣接 する境界面との間の距離が、少なくとも、外皮の厚さと同じ大きさである時には 、境界面領域は、原材料の外表面から充分な間隔を置かれている。それ故、その 横断面の上に見られて、少なくとも、回転対称的な屈折率の変化が現れるプリフ ォームの製造が、可能とされる。

軟化された原材料をひっくり返すこと及びプリフォームの原材料の長手軸の中に おける形成によって、原材料の対向して横たわっている内表面が一緒に横たわる こと及びそれから結果として生ずる形成されつつあるプリフォームのコア領域の 傾斜は、回避される。

管状の原材料が加熱帯を垂直に下方から給送されることが推奨される０通常は、 特に、高い収量のために、プリフォームが、原材料の質量の最大の配分を含むこ とが望ましい、原材料の加熱帯への垂直な給送は、大きな直径を有しているプリ フォームの形成の際に、崩壊くつぶれ）領域の中において作用をする重力を支持 する。必要な場合には、重力のために加速されて形成されるプリフォームは、プ リフォームの希望された形成速度を有して降下しつつある支持装置により支持さ れる。

原材料の管状の部分の中に、継続的な真空により、外部から原材料の上に作用を する外圧に比べて減少された内圧が確立される方法も、また、有効であることが 分かった。崩壊（つぶれ）領域内における減少された内圧により加えらる力のた めに、その加熱帯の中への給送方向と反対方向に、原材料の長手軸の方向へのプ リフォームの形成が援助される。減少された内圧によって生成される真空の高さ 及び崩壊（つぶれ）領域内の温度、ロッドの引っ張り速度、原材料の給送速度の ような残りの方法パラメータ並びに原材料の幾何学的な寸法により、プリフォー ムの形成は、もっばら、崩壊（つぶれ）領域内に存在する圧力状態によって作用 されることが出来る。

形成されつつあるプリフォームを、追加して引っ張ることも、また、有利である ことが分かった。例えば、形成されつつあるプリフォームの端面において、原材 料の長手軸の方向に動く引っ張り装置が設けられることが出来る。それ故、プリ フォームの形成速度は、制御されることが出来る。

管状の原材料及び外皮から形成されるロッドを、ブリフォーミングの間に回転す ることも、また、有効であることが分かった。それ故、例えば、加熱帯の偶然の 非対称性は、つり合わされ、形成されつつあるプリフォームは、原材料の管状の 部分の中心に安定化される。

光学的プリフォームの製造のためには、本発明方法に対して、屈折率を変更させ るドープ材料は度外視して、本質的にＳｉＯ２から成り立っている、特に、ゲル マニウム及び／又はフッ素を含んでいる管状の原材料の使用が好ましいことが分 かった。

放射方向に見られて、外方から内方ヘドーブされていないＳｉＯ２から成る層、 又は、ゲルマニウムをドーピングされたＳｉＯ２の層及びそれに隣接して他の内 部に横たわっているフッ素をドープされたＳｉＯ２層を有している上記の管状の 原材料が使用される方法様式が推奨される。崩壊（つぶれ）領域内におけるひつ くり返しによって、層のつながりが逆転され、これにより、プリフォームの中に おいて、フッ素をドーピングされた層が、ドーピングされていない層ないしはゲ ルマニウムをドーピングされたＳｉｇｈ層よりも、より低い屈折率を、放射方向 において一層外方に横たわっており、また、クラッドガラス層よりも、より低い 屈折率が、５ｉＯｚ層の中に導かれた光線に対して役立つことが出来るようにす る。

添付図面は、本発明方法の実施の態様を示す略図である。

以下、本発明方法をこの図に基づいて説明をする。

図には、参照数字１によって、全体の直径が１３０ｍｍ、内径１００ｍｍの石英 ガラス製の中空円筒が示されている。この石英ガラス製の中空円筒１の上には、 １ｍｍの厚さの、酸化ゲルマニウムをドープされた石英ガラス層２が沈殿されて おり、それらの境界層３において、隣接する純粋な石英ガラス層までに、０．３ ％の屈折率の飛躍が現れている。（中空円筒の寸法は、図には、明瞭にするため に、正確な尺度には描かれていない。）６０ｍｍ／ｍｉｎの供給速度を有して、 石英ガラス製の中空円筒１は、垂直に下方から上方へ、誘導炉の加熱帯４に給送 される。この給送は、矢印５により示されている。約２，２００°Ｃの加熱帯４ の内部の温度のために、石英ガラスは軟化され、これにより、中空円筒１は、こ の加熱帯４の中において、石英ガラスが約Ｉ　Ｑ５ｄＰａｓの平均粘度を有する 崩壊（つぶれ）領域６の内部において崩壊（つぶ）される、加熱帯４の中に突出 している中空円筒ｌの開口部が閉塞された後、中空円筒１の低温の端面側７から 、その長手方向に移動可能な、石英ガラス製の引っ張りロッド８が真空に対して シールされた貫通穴９を貫いて石英ガラス製の中空円筒１の中に挿入され、崩壊 （つぶれ）領域６内において石英ガラスの塊に溶着される。真空ポンプ１０によ る５００ｍｂａｒの内圧への中空円筒１の真空と、引っ張りロッド８における給 送方向５と反対方向への引つ張りと、同時に、ガラスの塊の崩壊（つぶれ）領域 ６からの給送方向における取り去りにより、中空円筒１として加熱帯４の方向に 流れつつあるガラスの塊の流れは、２個の部分流れへ分割され、それらの内、一 つの部分流れ、すなわち、外皮はロッド１１として給送方向５に、また、他の部 分流れは、プリフォーム１２として、中空円筒１の軸の中に、給送方向５と反対 方向に取り去られる。

崩壊（つぶれ）領域６内の温度、同様に６０ｍｍ／ｍｉｎの速度を有している中 空円筒１の給送速度及びロッド１１の取り去り速度の間のつり合いにより、重力 により、約８０ｍｍの直径を有するプリフォーム１２が方向矢印１３の方向に形 成される。当初は引っ張りロッド８として崩壊（つぶれ）領域６と反対側のプリ フォーム１２の端面に取り付けられた石英ガラスロッド８は、この方法段階にお いて、形成されつつあるプリフォーム１２の増加する塊のために加速された降下 速度及びそれに結び付けられるプリフォーム１２の直径の変化を回避するための に降下可能な支え装置として役立つ、支持装置の６０ｍｍ／ｍｉｎの降下速度に おける、崩壊くつぶれ）領域６内の層のつながり２．３のひつくり返しのために 、ゲルマニウムをドーズされたコア領域１４を有している直径約６．６ｍｍのプ リフォーム１２が形成される。残りのゲルマニウムをドープされたガラスの塊は 、約２２ｍｍの厚さの形状のロッド１１として引き去り方向１３と反対方向に取 り去られる。崩壊（つぶれ）領域１４の中におけるひつくり返し及び外皮のロッ ド１１としての取り去りにより、中空円筒１の外表面のロッド１１の外表面の上 の中空円筒のすべての表面近くの汚染及び欠陥並びにプリフォーム１２の外表面 の上の中空円筒１の内表面のすべての表面の欠陥及び汚物が模写され、そこから 、それらは、必要のある場合には、除去されることが出来る。それ故、プリフォ ーム１２のコア領域１４は、−皮表面を形成していた材料層を欠いているので、 その与えられた形状のために、単一モードの光ファイバの製造のために良好に適 合している。

国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者　トレーバー、ノルベルトドイツ連邦共和国、６４５０　ハナウ 　９、リーリング　シュトラーセ　６ （７２）発明者　フィルスマイヤー、ゲルハルトドイツ連邦共和国、８７５０　 アシャッフェンブルク、ブリューヒエルシュトラーセ　１８（７２）発明者　ラ イマン、クラウス ドイツ連邦共和国、６４５８　ローデンバッハ１、ノルドリング　１０

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．光学的要素、特に、光ファイバのための製造方法であって、その場合に、放 射方向に見られて変動する屈折率を有している管状の原材料が加熱帯に給送され 、そこで加熱され、軟化状態においてプリフォームに成形されるようになってい る製造方法において、原材料（１）として、放射方向に見られて、原材料（１） の外表面から充分に間隔を置かれた少なくとも一つの境界面（３）において、そ の屈折率が外方から内方に減少するような原材料が使用されることと、加熱帯（ ４）の中において軟化された原材料（１）の部分が、内方にひっくり返され、管 状の原材料（１）の長手軸の中に、その加熱帯（４）への給送方向（５）と反対 方向に形成されることと、残っている外皮が原材料（１）の給送方向（５）にロ ッド（１１）として取り去られるようにすることとを特徴とするプリフォームの 製造方法。
2. ２．管状の原材料（１）が、垂直に下方から加熱帯（４）に給送される請求の範 囲第１項のプリフォームの製造方法。
3. ３．原材料（１）の管状の部分の中に、継続的な真空化によって、外部から原材 料弁（１）の上に作用をする外圧に対して、減少された内圧を確立されるように する請求の範囲第１又は２項のプリフォームの製造方法。
4. ４．形成されつつあるプリフォーム（１２）が引っ張られるようにする請求の範 囲第１，２又は３項のプリフォームの製造方法。
5. ５．管状の原材料弁（１）及び外皮から形成されたロッド（１１）が、プリフォ ーミングの間に回転される請求の範囲第１，２，３又は４項のプリフォームの製 造方法。
6. ６．管状の原材料弁（１）として、その屈折率を変化さするドープ剤を除いて、 本質的に、ＳｉＯ２から成り立っているものが使用される請求の範囲第１〜５項 のいずれか１項のブリフォームの製造方法。
7. ７．ドープ剤であるゲルマニウム及び／又はフッ素の少なくとも１種を含んでい る管状の原材料弁（１）が使用される請求の範囲第６項のプリフォームの製造方 法。
8. ８．放射方向に外方から内方に見られて、ドープされていないＳｉＯ２又はゲル マニウムでドープされたＳｉＯ２から成る層（２）及びそれに隣接すると共に更 に内部に横たわっているフッ素をドープされたＳｉＯ２層（３）を有している成 層された管状の原材料弁（１）が使用される請求の範囲第１〜７項のいずれか１ 項のプリフォームの製造方法。