JPH0672023B2 - 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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- JPH0672023B2 JPH0672023B2 JP2414516A JP41451690A JPH0672023B2 JP H0672023 B2 JPH0672023 B2 JP H0672023B2 JP 2414516 A JP2414516 A JP 2414516A JP 41451690 A JP41451690 A JP 41451690A JP H0672023 B2 JPH0672023 B2 JP H0672023B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はドープしたガラス体の製
造方法に係り、特に、光ファイバ用低屈折率外部クラッ
ドの製造方法に関する。
造方法に係り、特に、光ファイバ用低屈折率外部クラッ
ドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ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を増している。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。
伝送する媒体として重要度を増している。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（MCVD）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
ォー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。
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（MCVD）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
ォー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。
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を低くすることができる。
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を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。固化の前に、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。
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。固化の前に、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、固化ガラスチューブ
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。
表面からフッ素が選択的に蒸着し、固化ガラスチューブ
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が、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かった。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。
の明細書に記載があるが、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かった。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】
【発明が解決しようとする課題】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。
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】
【課題を解決するための手段】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。
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。
【００１１】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。
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か大きいことである。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
際上禁止するための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。
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か大きいことである。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
際上禁止するための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
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か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ためであ
る。
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
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か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ためであ
る。
【００１４】
【実施例】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
エレメントは、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。
細に説明する。なお、本発明を説明する図面に示された
エレメントは、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からの酸
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。
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からの酸
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.Schult
z）の“気相堆積法による光ファイバの製造”の論文、
プロシーディングス オブ ジ IEEE（Proceedings of
the IEEE）、第68巻、第10号、1980年10月、1187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、SiCl4、フッ素化合物はSiF4、酸
素はO2、及び燃料はH2が使われる。
の明細書、及びピー・シー・シュワルツ（P.C.Schult
z）の“気相堆積法による光ファイバの製造”の論文、
プロシーディングス オブ ジ IEEE（Proceedings of
the IEEE）、第68巻、第10号、1980年10月、1187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、SiCl4、フッ素化合物はSiF4、酸
素はO2、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ォームともいう）が、形成された
後、炉21内で固化される。この円柱状スートはマンドレ
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ッフル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。
ールまたはスートフォームともいう）が、形成された
後、炉21内で固化される。この円柱状スートはマンドレ
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ッフル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、ガラス固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。ここでは固化に先
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。
で、ガラス固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。ここでは固化に先
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。
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、固化ガラスチュー
ブの厚さ方向の屈折率分布を均一化することである。
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、固化ガラスチュー
ブの厚さ方向の屈折率分布を均一化することである。
【００２１】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。
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。
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。
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30と同じであるが、その内側部分は、堆積し
たガラス35の組成に対応する。一方ロッド−イン−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。
材チューブ30と同じであるが、その内側部分は、堆積し
たガラス35の組成に対応する。一方ロッド−イン−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,
450,333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。
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,
450,333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
に僅か約125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。
るのに対し、光ファイバは線引きされてその直径は一般
に僅か約125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。適切な光波伝送のた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。
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。適切な光波伝送のた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。
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。
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。
【００３０】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。
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。
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と円柱状スート
11の間にある間隙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。
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と円柱状スート
11の間にある間隙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】固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。
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となるとき、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
固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。
トがつぶされて固体ガラスとなるとき、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
固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40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29の体積の関係による。
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小部分であ
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。
的な分布40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29の体積の関係による。
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小部分であ
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っと
長時間かかっても良い場合とか、図６の実際の屈折率分
布45と理想的な分布40とのギャップがもっと大きくても
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。
長時間かかっても良い場合とか、図６の実際の屈折率分
布45と理想的な分布40とのギャップがもっと大きくても
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。
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、固化に先立って
行なうヘリウムパージも十分可能であり、かつ操作中の
熱膨脹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0.2センチメートルの間隙51が設けられ
る。
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、固化に先立って
行なうヘリウムパージも十分可能であり、かつ操作中の
熱膨脹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0.2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1.9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。
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1.9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。
【００４０】以上光ファイバ製造の場合について本発明
を説明したが、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。
を説明したが、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、スート形成行程に
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
発明の固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。
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、スート形成行程に
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
発明の固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。
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、固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。
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、固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。
成図である。
【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。
工程で使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。
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。
【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。
な関係の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。
面方向距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。
断面方向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。
の部分拡大図である。
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 マッフル、 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、 48 フッ素分子、 49 間隙、 51 間隙、 52 間隙。
フロントページの続き (72)発明者 ダグラス ウィリアム モンロー アメリカ合衆国 18940 ペンシルバニア、 ニュータウン、ヒドゥン ターン ドライ ブ １ (72)発明者 デビッド アラン ニコル アメリカ合衆国 08610 ニュージャージ ィ、トレントン、エルウッド ストリート 202 (72)発明者 デビッド ブライアン スティール アメリカ合衆国 18912 ペンシルバニア、 バッキンガム、サンズ ウェイ 14、ピ ー．オー．ボックス 244 (56)参考文献 特開 平２−124729（ＪＰ，Ａ) 特公 昭58−43335（ＪＰ，Ｂ２)
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、こ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
状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SiF4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。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US459605 | 1990-01-02 | ||
| US07/459,605 US4968339A (en) | 1990-01-02 | 1990-01-02 | Method of fluorine doped modified chemical vapor deposition |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04132631A JPH04132631A (ja) | 1992-05-06 |
| JPH0672023B2 true JPH0672023B2 (ja) | 1994-09-14 |
Family
ID=23825460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2414516A Expired - Fee Related JPH0672023B2 (ja) | 1990-01-02 | 1990-12-26 | 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 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4968339A (ja) |
| EP (1) | EP0436299B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0672023B2 (ja) |
| KR (1) | KR0171889B1 (ja) |
| DE (1) | DE69007454T2 (ja) |
| HK (1) | HK100494A (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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