JPH08225334A - 光ファイバの製造方法及び装置 - Google Patents
光ファイバの製造方法及び装置Info
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- JPH08225334A JPH08225334A JP7318542A JP31854295A JPH08225334A JP H08225334 A JPH08225334 A JP H08225334A JP 7318542 A JP7318542 A JP 7318542A JP 31854295 A JP31854295 A JP 31854295A JP H08225334 A JPH08225334 A JP H08225334A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光ファイバプリフォームと光ファイバの製造
に用いるコア挿入方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 本発明は直接にシングルモードまたはマ
ルチモード光ファイバに線引きすることのできるガラス
プリフォームを形成する方法及び装置を開示する。本発
明の方法により、コア材料をクラッド材料に挿入する
間、コアとクラッド材料が結晶化温度にさらされないの
で、プリフォームから引き抜きされたシングルモードま
たはマルチモードの光ファイバは高品質のコア−クラッ
ド界面を有する。
に用いるコア挿入方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 本発明は直接にシングルモードまたはマ
ルチモード光ファイバに線引きすることのできるガラス
プリフォームを形成する方法及び装置を開示する。本発
明の方法により、コア材料をクラッド材料に挿入する
間、コアとクラッド材料が結晶化温度にさらされないの
で、プリフォームから引き抜きされたシングルモードま
たはマルチモードの光ファイバは高品質のコア−クラッ
ド界面を有する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバに関す
る。特に、低損失光ファイバの製造に利用される高品質
コア−クラッド界面を有する光ファイバプリフォームを
形成するための、コア材料をクラッド材料に挿入する方
法に関する。
る。特に、低損失光ファイバの製造に利用される高品質
コア−クラッド界面を有する光ファイバプリフォームを
形成するための、コア材料をクラッド材料に挿入する方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】可視および赤外エネルギーの両方を伝送
するシングルモード光ファイバは、長距離の通信システ
ムに有用な材料である。伝送損失を低減することは長距
離通信に用いられる光ファイバにとって最も重要であ
る。従来の光ファイバの製造方法は、溶融ガラスを光フ
ァイバの線引きに用いられるガラスプリフォームにキャ
ストすることによって行われていた。ガラスプリフォー
ムから線引きした光ファイバに結晶質及びバブルが特に
コア−クラッドの界面で存在すると、散乱損失が起こ
り、伝送能力を降下させる。重金属フッ化ガラスにより
造られたプリフォームは、結晶化温度以上に加熱される
と、結晶質の形成が起こりやすい。
するシングルモード光ファイバは、長距離の通信システ
ムに有用な材料である。伝送損失を低減することは長距
離通信に用いられる光ファイバにとって最も重要であ
る。従来の光ファイバの製造方法は、溶融ガラスを光フ
ァイバの線引きに用いられるガラスプリフォームにキャ
ストすることによって行われていた。ガラスプリフォー
ムから線引きした光ファイバに結晶質及びバブルが特に
コア−クラッドの界面で存在すると、散乱損失が起こ
り、伝送能力を降下させる。重金属フッ化ガラスにより
造られたプリフォームは、結晶化温度以上に加熱される
と、結晶質の形成が起こりやすい。
【0003】従来の光ファイバプリフォームのキャスト
方法においては、コア材料をクラッド材料に挿入する間
に、コアとクラッド材料は結晶化温度以上の温度にさら
される。この方法では、溶融状態のクラッドガラスが冷
却されて、そして、溶融態のコアガラスをクラッドガラ
スに入れるため、クラッドガラスが再び結晶化温度以上
に加熱される。吸い上げキャスト法は従来のプリフォー
ムキャスト方法の1つである。そこで、クラッドガラス
が下端に容器のある予熱されたモールドに注がれる。ク
ラッドガラスがガラス遷移温度に冷却されると、大きな
熱収縮が起こる。この熱収縮により、内容にあるクラッ
ドガラスの体積を引き締めて、モールド上にシリンダー
状のクラッドチューブが形成される。溶融態のコアガラ
スがクラッドガラスに注入され、吸い上げ効果によりク
ラッドチューブを通して線引きされる。溶融態のコアガ
ラスの温度は一般的に300℃以上である。この結晶化
温度を超える温度は、コア−クラッドの界面にあるクラ
ッドガラスを結晶化温度以上に再加熱させる。それ故
に、従来のキャスト方法と同様に、この方法もコア−ク
ラッド界面で好ましくない結晶質を形成してしまう。光
ファイバプリフォーム製造の吸い上げキャスト法及び他
の従来の方法、例えば、ビルドインキャスト法、回転キ
ャスト法、及び管内心棒キャスト法は"Fluoride Glass
Fiber Optics"の第5章(Academic Press, Inc., edited
by Ishivar D. Aggarwal and Grant Lu, pp. 223-227,
1991)に詳述され、また米国特許第4793842号、
第5106400号、第5160521号にも開示され
ている。
方法においては、コア材料をクラッド材料に挿入する間
に、コアとクラッド材料は結晶化温度以上の温度にさら
される。この方法では、溶融状態のクラッドガラスが冷
却されて、そして、溶融態のコアガラスをクラッドガラ
スに入れるため、クラッドガラスが再び結晶化温度以上
に加熱される。吸い上げキャスト法は従来のプリフォー
ムキャスト方法の1つである。そこで、クラッドガラス
が下端に容器のある予熱されたモールドに注がれる。ク
ラッドガラスがガラス遷移温度に冷却されると、大きな
熱収縮が起こる。この熱収縮により、内容にあるクラッ
ドガラスの体積を引き締めて、モールド上にシリンダー
状のクラッドチューブが形成される。溶融態のコアガラ
スがクラッドガラスに注入され、吸い上げ効果によりク
ラッドチューブを通して線引きされる。溶融態のコアガ
ラスの温度は一般的に300℃以上である。この結晶化
温度を超える温度は、コア−クラッドの界面にあるクラ
ッドガラスを結晶化温度以上に再加熱させる。それ故
に、従来のキャスト方法と同様に、この方法もコア−ク
ラッド界面で好ましくない結晶質を形成してしまう。光
ファイバプリフォーム製造の吸い上げキャスト法及び他
の従来の方法、例えば、ビルドインキャスト法、回転キ
ャスト法、及び管内心棒キャスト法は"Fluoride Glass
Fiber Optics"の第5章(Academic Press, Inc., edited
by Ishivar D. Aggarwal and Grant Lu, pp. 223-227,
1991)に詳述され、また米国特許第4793842号、
第5106400号、第5160521号にも開示され
ている。
【0004】所望のコアとクラッド径を有するシングル
モードファイバを線引きする前に、従来の方法によるプ
リフォームキャストを改善しなければならない。このよ
うな改善の例として、結晶質形成をさらに増加させる温
度において、引張処理と被覆処理を施す。キャスト方法
には溶融態のコアを溶融態のクラッドに挿入する必要が
あるため、プリフォームのコアに好ましくない空気バブ
ルが形成されてしまう。
モードファイバを線引きする前に、従来の方法によるプ
リフォームキャストを改善しなければならない。このよ
うな改善の例として、結晶質形成をさらに増加させる温
度において、引張処理と被覆処理を施す。キャスト方法
には溶融態のコアを溶融態のクラッドに挿入する必要が
あるため、プリフォームのコアに好ましくない空気バブ
ルが形成されてしまう。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、光ファイバを線引きするために、キャストプリフォ
ームにコアを挿入する方法を提供することである。
は、光ファイバを線引きするために、キャストプリフォ
ームにコアを挿入する方法を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、マルチモードとシングルモード
のファイバを含む光ファイバを、所望のファイバ径及び
コア−クラッド比で、プリフォームの付加的な修正を用
いずに、直接プリフォームから線引きする。また、本発
明のキャスト方法は、コア挿入プロセスにおいて、コア
材料とクラッド材料の両方とも結晶化温度にさらされな
いため、高品質コア−クラッドの界面を有するプリフォ
ームを提供する。本発明のコア挿入方法は、プリフォー
ムの散乱損失を減少させ、長距離通信システムに適した
シングルモードファイバの製造に利用される。
に、本発明においては、マルチモードとシングルモード
のファイバを含む光ファイバを、所望のファイバ径及び
コア−クラッド比で、プリフォームの付加的な修正を用
いずに、直接プリフォームから線引きする。また、本発
明のキャスト方法は、コア挿入プロセスにおいて、コア
材料とクラッド材料の両方とも結晶化温度にさらされな
いため、高品質コア−クラッドの界面を有するプリフォ
ームを提供する。本発明のコア挿入方法は、プリフォー
ムの散乱損失を減少させ、長距離通信システムに適した
シングルモードファイバの製造に利用される。
【0007】本発明の一実施形態において、シングルモ
ード重金属フッ化ガラスの光ファイバは、本発明の方法
によるプリフォームキャストから直接線引きされる。本
発明の他の実施形態においては、本発明のプリフォーム
をキャストする装置を提供する。この装置により、用意
されたほぼ室温のコアファイバは、クラッド材料の内部
の温度が結晶化温度以下、且つガラス遷移温度以上にあ
るとき、クラッド材料に挿入される。挿入においては、
コアファイバの温度がガラス遷移温度以上に増加する
が、結晶化温度には達しない。本発明の方法によれば、
コアファイバを挿入するとき、クラッド材料の温度を増
加させない。
ード重金属フッ化ガラスの光ファイバは、本発明の方法
によるプリフォームキャストから直接線引きされる。本
発明の他の実施形態においては、本発明のプリフォーム
をキャストする装置を提供する。この装置により、用意
されたほぼ室温のコアファイバは、クラッド材料の内部
の温度が結晶化温度以下、且つガラス遷移温度以上にあ
るとき、クラッド材料に挿入される。挿入においては、
コアファイバの温度がガラス遷移温度以上に増加する
が、結晶化温度には達しない。本発明の方法によれば、
コアファイバを挿入するとき、クラッド材料の温度を増
加させない。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の方法により得られたプリ
フォームはコアとクラッド材料を含む。コアとクラッド
材料は好ましくはガラス、特に好ましくは重金属非酸化
ガラスまたは酸化ガラスからなる。コアとクラッドガラ
スはドライ不活性状態で高純度の市販原料から製造され
る。温度に大きく依存する粘性変化を有することがプリ
フォームには必要である。これにより、挿入されるコア
ファイバに与える抵抗を低減させる。珪酸塩、ホウ酸
塩、ハロゲン化物またはカルコゲナイドはプリフォーム
の製造に有用な材料である。
フォームはコアとクラッド材料を含む。コアとクラッド
材料は好ましくはガラス、特に好ましくは重金属非酸化
ガラスまたは酸化ガラスからなる。コアとクラッドガラ
スはドライ不活性状態で高純度の市販原料から製造され
る。温度に大きく依存する粘性変化を有することがプリ
フォームには必要である。これにより、挿入されるコア
ファイバに与える抵抗を低減させる。珪酸塩、ホウ酸
塩、ハロゲン化物またはカルコゲナイドはプリフォーム
の製造に有用な材料である。
【0009】2種類以上のガラスを含有する多成分ガラ
スはこのようなシリカ酸化物またはボロン酸化物及び他
の金属酸化物を含む。金属酸化物はガラスではないが、
これらはプリフォームの製造に使用される。なお、本発
明はこれらの特定のガラスを使用することに限定されな
い。当業者にとって、本発明の方法によると、他の様々
な材料がプリフォームの製造に利用されることは周知の
ことである。本発明のコア挿入方法は屈折率及び熱膨張
係数の異なるコアとクラッド材料を含むプリフォームを
製造に利用する。例えば、コアファイバがハロゲンガラ
スからなり、クラッド材料は珪酸塩ガラスからなる。
スはこのようなシリカ酸化物またはボロン酸化物及び他
の金属酸化物を含む。金属酸化物はガラスではないが、
これらはプリフォームの製造に使用される。なお、本発
明はこれらの特定のガラスを使用することに限定されな
い。当業者にとって、本発明の方法によると、他の様々
な材料がプリフォームの製造に利用されることは周知の
ことである。本発明のコア挿入方法は屈折率及び熱膨張
係数の異なるコアとクラッド材料を含むプリフォームを
製造に利用する。例えば、コアファイバがハロゲンガラ
スからなり、クラッド材料は珪酸塩ガラスからなる。
【0010】特に、複合化ガラスは大開口数及び屈折率
の変更を得ることができる。クラッドガラスの複合化
は、コアガラスより低い屈折率を有する。コアとクラッ
ドガラスの屈折率の調整に用いられるドーパントにはL
iF、HfF4、PbF2、AlF3、BiF3がある。ハ
ロゲンガラス、特に重金属フッ化ガラス(HMF)は光
ファイバの製造に有用な材料である。それは、これらの
材料は低い光子エネルギーと広い伝送ウインドを有する
からである。また、HMFガラスは稀土類イオンに対し
て高い溶解度を有するため、稀土類のドープによく利用
される。
の変更を得ることができる。クラッドガラスの複合化
は、コアガラスより低い屈折率を有する。コアとクラッ
ドガラスの屈折率の調整に用いられるドーパントにはL
iF、HfF4、PbF2、AlF3、BiF3がある。ハ
ロゲンガラス、特に重金属フッ化ガラス(HMF)は光
ファイバの製造に有用な材料である。それは、これらの
材料は低い光子エネルギーと広い伝送ウインドを有する
からである。また、HMFガラスは稀土類イオンに対し
て高い溶解度を有するため、稀土類のドープによく利用
される。
【0011】HMFガラスは結晶化温度(Tx)とガラ
ス繊維温度(Tg)の間の80℃から150℃までの狭
い使用温度範囲を有する。従来のキャスト方法によるH
MFガラスのプリフォームは、ガラスを結晶化温度に近
い、またはそれ以上の温度にさらすため、結晶質の形成
に敏感である。それ故に、本発明のコア挿入方法はHM
Fガラスのプリフォームの製造に特に有用である。好ま
しくは、コアとクラッドガラスは主成分としてのフッ化
ジルコニウム及び、バリウム、ランタン、ナトリウム、
アルミニウム、リチウム、ガドリニウム及び鉛のフッ化
物を含む修正剤と安定剤を有するフッ化ジルコン酸塩を
使用する。このフッ化ジルコン酸塩ガラスに適する例
は、ジルコニウム−バリウム−ガドリニウムフッ化物
(ZBG)、ジルコニウム−バリウム−ガドリニウム−
アルミニウムフッ化物(ZBGA)及びジルコニウム−
バリウム−ランタン−アルミニウムフッ化物(ZBL
A)を含む。ZBLANガラスはプリフォームの製造に
有用なガラスである。それはZBLAガラスにフッ化ナ
トリウムを添加してそれをさらに安定化させるように造
られる。もっとも好ましいクラッドガラスは、本発明に
おいては、HBLANガラスである。ここで、HfF4
がZrF4の代替に用いられ、ZBLANガラスの屈折
率を減じる。最も好ましいコアガラスは最大で10%P
bF2をドープしたZBLANガラスである。PbF2の
添加により屈折率を増加させる。フッ化ガラスの屈折率
を調整する他の有用なドーパントはLiF、AlF3及
びBiF3である。
ス繊維温度(Tg)の間の80℃から150℃までの狭
い使用温度範囲を有する。従来のキャスト方法によるH
MFガラスのプリフォームは、ガラスを結晶化温度に近
い、またはそれ以上の温度にさらすため、結晶質の形成
に敏感である。それ故に、本発明のコア挿入方法はHM
Fガラスのプリフォームの製造に特に有用である。好ま
しくは、コアとクラッドガラスは主成分としてのフッ化
ジルコニウム及び、バリウム、ランタン、ナトリウム、
アルミニウム、リチウム、ガドリニウム及び鉛のフッ化
物を含む修正剤と安定剤を有するフッ化ジルコン酸塩を
使用する。このフッ化ジルコン酸塩ガラスに適する例
は、ジルコニウム−バリウム−ガドリニウムフッ化物
(ZBG)、ジルコニウム−バリウム−ガドリニウム−
アルミニウムフッ化物(ZBGA)及びジルコニウム−
バリウム−ランタン−アルミニウムフッ化物(ZBL
A)を含む。ZBLANガラスはプリフォームの製造に
有用なガラスである。それはZBLAガラスにフッ化ナ
トリウムを添加してそれをさらに安定化させるように造
られる。もっとも好ましいクラッドガラスは、本発明に
おいては、HBLANガラスである。ここで、HfF4
がZrF4の代替に用いられ、ZBLANガラスの屈折
率を減じる。最も好ましいコアガラスは最大で10%P
bF2をドープしたZBLANガラスである。PbF2の
添加により屈折率を増加させる。フッ化ガラスの屈折率
を調整する他の有用なドーパントはLiF、AlF3及
びBiF3である。
【0012】コアとクラッドガラスは別々にSF6雰囲
気、800℃の温度で好ましくはプラチナ及びガラス質
カーボンるつぼによって溶融される。そして、コアとク
ラッドガラスは別々に希薄酸素雰囲気にさらされて、コ
アとクラッド材料からカーボン微粒子を除去する。コア
ガラスは室温に冷却し、従来の線引き装置、例えば、フ
ァイバ線引きタワーを用いてコアファイバに線引きされ
る。別法として、コアファイバはるつぼから直接に引き
上げられる。ファイバ線引き方法については、"Fluorid
e Glass Optical Fiber"(P.W. France et al., Blackie
CRC Press Inc. pp. 114-116, 1990)、"Encyclopedia
of Chemical Technology"(John Wiley &Sons, pp. 131-
133, 1980)、及び"Fluoride Glass Fiber Optics"(I.D.
Aggarwal and G. Lu, Academic Press, Inc. pp. 227-
228, 1991)に詳述された。コアファイバは好ましくは約
50μmから2000μmまでの直径に線引きされる。
それはシングルモード光ファイバに線引きされるプリフ
ォームの製造に用いられる。コアファイバはクラッド材
料に挿入される前に、例えば、反応性雰囲気におけるプ
ラズマエッチングにより処理されて、不完全性及び表面
汚染を除去する。
気、800℃の温度で好ましくはプラチナ及びガラス質
カーボンるつぼによって溶融される。そして、コアとク
ラッドガラスは別々に希薄酸素雰囲気にさらされて、コ
アとクラッド材料からカーボン微粒子を除去する。コア
ガラスは室温に冷却し、従来の線引き装置、例えば、フ
ァイバ線引きタワーを用いてコアファイバに線引きされ
る。別法として、コアファイバはるつぼから直接に引き
上げられる。ファイバ線引き方法については、"Fluorid
e Glass Optical Fiber"(P.W. France et al., Blackie
CRC Press Inc. pp. 114-116, 1990)、"Encyclopedia
of Chemical Technology"(John Wiley &Sons, pp. 131-
133, 1980)、及び"Fluoride Glass Fiber Optics"(I.D.
Aggarwal and G. Lu, Academic Press, Inc. pp. 227-
228, 1991)に詳述された。コアファイバは好ましくは約
50μmから2000μmまでの直径に線引きされる。
それはシングルモード光ファイバに線引きされるプリフ
ォームの製造に用いられる。コアファイバはクラッド材
料に挿入される前に、例えば、反応性雰囲気におけるプ
ラズマエッチングにより処理されて、不完全性及び表面
汚染を除去する。
【0013】コアファイバは円形または非円形の断面形
状を有してもよい。非円形の断面形状のコアファイバの
例として、四辺形、三角形、楕円形または円錐形のコア
ファイバがある。少なくとも1つのコアファイバが本発
明の方法によりクラッド材料に挿入される。2つ以上の
コアファイバはクラッド材料に挿入される。例えば、1
0個のコアファイバがクラッド材料に挿入される。
状を有してもよい。非円形の断面形状のコアファイバの
例として、四辺形、三角形、楕円形または円錐形のコア
ファイバがある。少なくとも1つのコアファイバが本発
明の方法によりクラッド材料に挿入される。2つ以上の
コアファイバはクラッド材料に挿入される。例えば、1
0個のコアファイバがクラッド材料に挿入される。
【0014】図1に示すように、約600−700℃に
冷却されたクラッドガラスはキャスト装置ハウジング1
0の第1部分に導入される。キャスト装置ハウジング1
0は予熱された容器12を有して、この容器12に内部
クラッド部分と外部クラッド部分を形成する。容器12
は好ましくはシリンダー状のチェンバと周辺の壁を有す
るモールドである。また、容器12のシリンダー状のチ
ェンバは好ましくは金属コートを有する。容器12に取
り付ける加熱手段13は、コア挿入の間に、ガラス転移
温度(Tg)より低い温度を維持するために使用され
る。キャスト装置ハウジング10の第一部分に取り付け
るシャッタ駆動装置14が回転されて、容器12の第1
端面に固定されたシャッタ16を止めて、表面の冷却及
びクラッドガラスの汚染を防止する。キャスト装置ハウ
ジング10の第2部分がキャスト装置ハウジング10の
第1部分に結合してくる。ハウジング出口20に接続し
た真空ポンプ18はキャスト装置ハウジング10を真空
にさせて、プリフォーム内のバブルの形成を阻止する。
所定長のコアファイバ22が長さ方向に沿ってキャスト
装置ハウジング10の第2部分に配置された支持要素2
4に挿入される。図2に示すように、シャッタ駆動装置
14がシャッタ16を開にするよう回転し、コアファイ
バ22は内部クラッド材料が完全に凝固する前に迅速に
容器12内のクラッド材料の中心に挿入される。
冷却されたクラッドガラスはキャスト装置ハウジング1
0の第1部分に導入される。キャスト装置ハウジング1
0は予熱された容器12を有して、この容器12に内部
クラッド部分と外部クラッド部分を形成する。容器12
は好ましくはシリンダー状のチェンバと周辺の壁を有す
るモールドである。また、容器12のシリンダー状のチ
ェンバは好ましくは金属コートを有する。容器12に取
り付ける加熱手段13は、コア挿入の間に、ガラス転移
温度(Tg)より低い温度を維持するために使用され
る。キャスト装置ハウジング10の第一部分に取り付け
るシャッタ駆動装置14が回転されて、容器12の第1
端面に固定されたシャッタ16を止めて、表面の冷却及
びクラッドガラスの汚染を防止する。キャスト装置ハウ
ジング10の第2部分がキャスト装置ハウジング10の
第1部分に結合してくる。ハウジング出口20に接続し
た真空ポンプ18はキャスト装置ハウジング10を真空
にさせて、プリフォーム内のバブルの形成を阻止する。
所定長のコアファイバ22が長さ方向に沿ってキャスト
装置ハウジング10の第2部分に配置された支持要素2
4に挿入される。図2に示すように、シャッタ駆動装置
14がシャッタ16を開にするよう回転し、コアファイ
バ22は内部クラッド材料が完全に凝固する前に迅速に
容器12内のクラッド材料の中心に挿入される。
【0015】コアファイバが挿入される時の内部クラッ
ド材料の温度は結晶化温度(Tx)より低く、ガラス転
移温度(Tg)より高い。図3に示すように、クラッド
材料が容器12に導入されると、クラッド材料の凝固が
容器12の内壁28に隣接したクラッド材料26の外部
部分からクラッド材料30の内部部分へ進み、このクラ
ッド材料30にコアファイバ22が挿入される。コアフ
ァイバが挿入されているときには、外部のクラッド材料
26はほぼ固化されるが、内部のクラッド材料30が溶
融の状態にある。コアファイバの軟化または溶解を防止
するために、コア挿入は迅速に行われる必要がある。
ド材料の温度は結晶化温度(Tx)より低く、ガラス転
移温度(Tg)より高い。図3に示すように、クラッド
材料が容器12に導入されると、クラッド材料の凝固が
容器12の内壁28に隣接したクラッド材料26の外部
部分からクラッド材料30の内部部分へ進み、このクラ
ッド材料30にコアファイバ22が挿入される。コアフ
ァイバが挿入されているときには、外部のクラッド材料
26はほぼ固化されるが、内部のクラッド材料30が溶
融の状態にある。コアファイバの軟化または溶解を防止
するために、コア挿入は迅速に行われる必要がある。
【0016】挿入の間に、コアファイバの温度はガラス
転移温度以上に上昇し、バルクの結晶化問題を防止する
ために急速の冷却が必要である。コアファイバをクラッ
ド材料に挿入する間に、コアファイバとクラッド材料の
両方とも結晶化温度にさらさない。コアファイバは好ま
しくは内部のクラッド部分が完全に固化する前に、でき
るだけ低い温度でクラッド材料に挿入される。このよう
にして、コアファイバに余計に熱応力をかけない効果が
得られる。クラッドガラスが容器12に導入されると、
その温度が急速に降下するため、約14mmの直径を有
するプリフォームを形成するに際しては、コア挿入時間
(tCIT)は好ましくは、クラッド材料が容器12に導
入された後80−100秒である。より大きい直径を有
するプリフォームを製造するためには、コア挿入時間が
より大きくなる。逆に小さい直径を有するプリフォーム
を製造するためには、コア挿入時間がより短くなる。コ
アファイバの挿入時の許容温度はガラス転移温度以下の
温度である。コアファイバの挿入時の温度は好ましくは
室温である。コアファイバ挿入時の内部のクラッド部分
の温度はクラッド材料の結晶化温度以下、且つガラス転
移温度以上である。フッ化ガラスのクラッド材料のモー
ルドへの導入温度は好ましくは600−700℃であ
る。フッ化ガラスクラッド材料に対して、コアファイバ
の挿入時に、内部のクラッド部分は好ましくは結晶化温
度より約15−35℃低い温度を有する。例えば、コア
ファイバは約355℃の結晶化温度を有するZBLAN
ガラスからなるクラッド材料に挿入する場合、内部のク
ラッド部分の温度は約310−340℃を有する必要が
ある。
転移温度以上に上昇し、バルクの結晶化問題を防止する
ために急速の冷却が必要である。コアファイバをクラッ
ド材料に挿入する間に、コアファイバとクラッド材料の
両方とも結晶化温度にさらさない。コアファイバは好ま
しくは内部のクラッド部分が完全に固化する前に、でき
るだけ低い温度でクラッド材料に挿入される。このよう
にして、コアファイバに余計に熱応力をかけない効果が
得られる。クラッドガラスが容器12に導入されると、
その温度が急速に降下するため、約14mmの直径を有
するプリフォームを形成するに際しては、コア挿入時間
(tCIT)は好ましくは、クラッド材料が容器12に導
入された後80−100秒である。より大きい直径を有
するプリフォームを製造するためには、コア挿入時間が
より大きくなる。逆に小さい直径を有するプリフォーム
を製造するためには、コア挿入時間がより短くなる。コ
アファイバの挿入時の許容温度はガラス転移温度以下の
温度である。コアファイバの挿入時の温度は好ましくは
室温である。コアファイバ挿入時の内部のクラッド部分
の温度はクラッド材料の結晶化温度以下、且つガラス転
移温度以上である。フッ化ガラスのクラッド材料のモー
ルドへの導入温度は好ましくは600−700℃であ
る。フッ化ガラスクラッド材料に対して、コアファイバ
の挿入時に、内部のクラッド部分は好ましくは結晶化温
度より約15−35℃低い温度を有する。例えば、コア
ファイバは約355℃の結晶化温度を有するZBLAN
ガラスからなるクラッド材料に挿入する場合、内部のク
ラッド部分の温度は約310−340℃を有する必要が
ある。
【0017】図4は従来のプリフォームキャスト法を用
いる場合のプリフォームキャスト容器、コア材料及びク
ラッド材料の温度の代表例を示す。それに比べて、図5
は本発明のコア挿入方法によるプリフォームキャスト容
器、コア材料及びクラッド材料の温度の代表例を示す。
従来の方法によって、溶融コアがキャスト容器に導入さ
れる時間はt1によって示される。本発明の方法によっ
て、コアファイバがクラッド材料に挿入される時間はt
CITによって示される。
いる場合のプリフォームキャスト容器、コア材料及びク
ラッド材料の温度の代表例を示す。それに比べて、図5
は本発明のコア挿入方法によるプリフォームキャスト容
器、コア材料及びクラッド材料の温度の代表例を示す。
従来の方法によって、溶融コアがキャスト容器に導入さ
れる時間はt1によって示される。本発明の方法によっ
て、コアファイバがクラッド材料に挿入される時間はt
CITによって示される。
【0018】図1に示した装置は本発明を使用するキャ
スト装置の例であり、他の様々な実施例が考えれる。当
業者にとって、本発明のコア挿入法によるプリフォーム
製造に用いる装置に対する修正が可能である。一実施形
態においては、プリフォームキャスト装置は容器内のク
ラッド材料の温度の検知、制御及び表示を行う手段を容
器に取り付ける。他の実施形態においては、プリフォー
ムキャスト装置は、クラッド材料が所望の温度に達する
と、前記コアファイバを前記クラッド材料を自動的に挿
入する手段を有する。また、他の実施形態においては、
装置はコアファイバを所望の時間でクラッド材料に挿入
するための時間計測手段を有する。
スト装置の例であり、他の様々な実施例が考えれる。当
業者にとって、本発明のコア挿入法によるプリフォーム
製造に用いる装置に対する修正が可能である。一実施形
態においては、プリフォームキャスト装置は容器内のク
ラッド材料の温度の検知、制御及び表示を行う手段を容
器に取り付ける。他の実施形態においては、プリフォー
ムキャスト装置は、クラッド材料が所望の温度に達する
と、前記コアファイバを前記クラッド材料を自動的に挿
入する手段を有する。また、他の実施形態においては、
装置はコアファイバを所望の時間でクラッド材料に挿入
するための時間計測手段を有する。
【0019】キャスト装置の容器は円形または非円形の
断面形状を有して、円形または非円形断面形状のクラッ
ド材料のプリフォームを形成する。さらに、本発明によ
り得られたプリフォームは同様の方法で第2のクラッド
材料に導入される。プリフォームのクラッド材料は、第
2のクラッド材料に挿入される前に、その形状、寸法を
減少したり、変形したりすることもできる。このように
得られた2つのクラッド層のプリフォームは次に第3の
クラッド材料に挿入される。このようにして、多層のク
ラッド層を有するプリフォームが本発明の方法により得
られる。例えば、本発明の方法により造られたプリフォ
ームは、四方形の内部クラッド材料がコアファイバを包
囲し、円形の外部クラッド材料が内部クラッド材料を包
囲する構成をとることができる。
断面形状を有して、円形または非円形断面形状のクラッ
ド材料のプリフォームを形成する。さらに、本発明によ
り得られたプリフォームは同様の方法で第2のクラッド
材料に導入される。プリフォームのクラッド材料は、第
2のクラッド材料に挿入される前に、その形状、寸法を
減少したり、変形したりすることもできる。このように
得られた2つのクラッド層のプリフォームは次に第3の
クラッド材料に挿入される。このようにして、多層のク
ラッド層を有するプリフォームが本発明の方法により得
られる。例えば、本発明の方法により造られたプリフォ
ームは、四方形の内部クラッド材料がコアファイバを包
囲し、円形の外部クラッド材料が内部クラッド材料を包
囲する構成をとることができる。
【0020】プリフォームはキャスト装置から出されて
から、引張及び被覆処理を必要とせずに、所望のコアと
クラッド直径を有するよう直接に光ファイバに線引きさ
れる。光ファイバはシングルモードまたはマルチモード
のファイバの何れであってもよい。
から、引張及び被覆処理を必要とせずに、所望のコアと
クラッド直径を有するよう直接に光ファイバに線引きさ
れる。光ファイバはシングルモードまたはマルチモード
のファイバの何れであってもよい。
【0021】ここで述べるプリフォームから線引きした
シングルモード光ファイバは約100−200μmの外
径を有し、そのコア直径は約6μm以下である。すなわ
ち、本発明の方法によるプリフォームから線引きしたシ
ングルモード光ファイバのコア直径はシングルモード光
ファイバの外径の3−6%以下である。本発明の方法に
よるプリフォームのコア対クラッドの比はこのプリフォ
ームから線引きした光ファイバのコア対クラッドの比に
等しい。すなわち、容器内にある一定の直径を有するク
ラッド材料に挿入されるコアファイバに必要な直径は、
このプリフォームから線引きする光ファイバのコア対ク
ラッド比により決められる。シングルモード光ファイバ
に対しては、コア対クラッド比は約0.005−0.0
5である。
シングルモード光ファイバは約100−200μmの外
径を有し、そのコア直径は約6μm以下である。すなわ
ち、本発明の方法によるプリフォームから線引きしたシ
ングルモード光ファイバのコア直径はシングルモード光
ファイバの外径の3−6%以下である。本発明の方法に
よるプリフォームのコア対クラッドの比はこのプリフォ
ームから線引きした光ファイバのコア対クラッドの比に
等しい。すなわち、容器内にある一定の直径を有するク
ラッド材料に挿入されるコアファイバに必要な直径は、
このプリフォームから線引きする光ファイバのコア対ク
ラッド比により決められる。シングルモード光ファイバ
に対しては、コア対クラッド比は約0.005−0.0
5である。
【0022】シングルモード伝送用の光ファイバの場合
には、一般化周波数Vは2.401より小さいか、また
は等しい。一般化周波数の指標は、光ファイバコアに沿
って伝送される光の波長とコア及びファイバクラッドの
屈折率との関係を示し、V=(2πa/λ)(ncore 2
−nclad 2)1/2で表される。ここで、aはファイバコア
の半径で、λは伝送される光の波長で、nは屈折率であ
る。光ファイバの開口数はNA=(ncore 2−nclad 2)
1/2で表される。そのため、シングルモード光ファイバ
の必要なコア直径2aは2a<(V×λ)/(2π×N
A)で決められる。シングルモード光ファイバの伝送さ
れる好ましい波長は1.3μmである。1.3μm波長
の光を伝送するシングルモード光ファイバのコア直径は
6μm以下でなければならない。コアファイバ直径が小
さく、クラッドモールドの直径が増大すると、より大き
い開口数及び/またはより短い伝送波長を有する光ファ
イバが得られる。
には、一般化周波数Vは2.401より小さいか、また
は等しい。一般化周波数の指標は、光ファイバコアに沿
って伝送される光の波長とコア及びファイバクラッドの
屈折率との関係を示し、V=(2πa/λ)(ncore 2
−nclad 2)1/2で表される。ここで、aはファイバコア
の半径で、λは伝送される光の波長で、nは屈折率であ
る。光ファイバの開口数はNA=(ncore 2−nclad 2)
1/2で表される。そのため、シングルモード光ファイバ
の必要なコア直径2aは2a<(V×λ)/(2π×N
A)で決められる。シングルモード光ファイバの伝送さ
れる好ましい波長は1.3μmである。1.3μm波長
の光を伝送するシングルモード光ファイバのコア直径は
6μm以下でなければならない。コアファイバ直径が小
さく、クラッドモールドの直径が増大すると、より大き
い開口数及び/またはより短い伝送波長を有する光ファ
イバが得られる。
【0023】光ファイバのコア−クラッドの界面を検査
するためには、本発明によるプリフォームから線引きし
た光ファイバは干渉顕微鏡により観察される。干渉顕微
鏡の観察によると、本発明のコア挿入法により得られた
プリフォームから線引きした光ファイバは無結晶質の高
品質のコア−クラッド界面を有する。
するためには、本発明によるプリフォームから線引きし
た光ファイバは干渉顕微鏡により観察される。干渉顕微
鏡の観察によると、本発明のコア挿入法により得られた
プリフォームから線引きした光ファイバは無結晶質の高
品質のコア−クラッド界面を有する。
【0024】
実施例1 コアガラスとコアファイバの準備 屈折率を増大させるために10%のPbF2でドープさ
れたZrF4(53モル%)、BaF2(20モル%)、
LaF(4モル%)、NaF(20モル%)の市販され
た高純度のZBLANコアガラスがアルゴン雰囲気のグ
ローブボックスにより用意された。コアガラスは800
℃、SF6雰囲気でプラチナとガラス質カーボンルツボ
により溶融された後、希薄の酸素雰囲気にさらされた。
この溶融ガラスは600℃まで冷却されて、金コートさ
れたブラス製のモールドに注入された。そして、コアガ
ラスは室温まで冷却されて、モールドから脱離された。
その後、コアガラスはファイバ線引きタワーに設置さ
れ、500μmの直径を有するコアファイバに線引きさ
れた。そして、コアファイバは10cmの長さに切断さ
れた。
れたZrF4(53モル%)、BaF2(20モル%)、
LaF(4モル%)、NaF(20モル%)の市販され
た高純度のZBLANコアガラスがアルゴン雰囲気のグ
ローブボックスにより用意された。コアガラスは800
℃、SF6雰囲気でプラチナとガラス質カーボンルツボ
により溶融された後、希薄の酸素雰囲気にさらされた。
この溶融ガラスは600℃まで冷却されて、金コートさ
れたブラス製のモールドに注入された。そして、コアガ
ラスは室温まで冷却されて、モールドから脱離された。
その後、コアガラスはファイバ線引きタワーに設置さ
れ、500μmの直径を有するコアファイバに線引きさ
れた。そして、コアファイバは10cmの長さに切断さ
れた。
【0025】実施例2 クラッドガラスの準備 HfF4(53モル%)、BaF2(20モル%)、La
F(4モル%)、NaF(20モル%)の市販された高
純度のHBLANコアガラスの粉末がアルゴン雰囲気の
グローブボックスにより用意された。クラッドガラスは
800℃、SF6雰囲気でプラチナとガラス質カーボン
るつぼにより溶融された後、希薄の酸素雰囲気にさらさ
れた。この溶融クラッドガラスは600℃まで冷却され
て、250℃で予熱されたプリフォームキャスト装置に
ある金コートされたブラス製の容器(直径14mm)に
注入された。クラッドガラスの汚染及び表面冷却を防止
するために、容器の第1端部にあるシャッターは閉状態
にあった。コアファイバの挿入中におけるクラッドガラ
ス内のアルゴンバブルの形成を防止するために、キャス
ト装置ハウジングは真空に形成された。
F(4モル%)、NaF(20モル%)の市販された高
純度のHBLANコアガラスの粉末がアルゴン雰囲気の
グローブボックスにより用意された。クラッドガラスは
800℃、SF6雰囲気でプラチナとガラス質カーボン
るつぼにより溶融された後、希薄の酸素雰囲気にさらさ
れた。この溶融クラッドガラスは600℃まで冷却され
て、250℃で予熱されたプリフォームキャスト装置に
ある金コートされたブラス製の容器(直径14mm)に
注入された。クラッドガラスの汚染及び表面冷却を防止
するために、容器の第1端部にあるシャッターは閉状態
にあった。コアファイバの挿入中におけるクラッドガラ
ス内のアルゴンバブルの形成を防止するために、キャス
ト装置ハウジングは真空に形成された。
【0026】実施例3 コアファイバの挿入によるプリフォームの製作 25℃の温度を有する実施例1のコアファイバをキャス
ト装置の支持部材に乗せて、クラッドガラスがプリフォ
ームキャスト容器に注入された100秒後、コアファイ
バは急速に実施例2のクラッドガラスに挿入された。コ
アファイバ挿入時の内部クラッド層の温度は320℃で
あった。挿入プロセスの間には、モールドの温度260
℃に保持された。コアファイバを挿入した後、プリフォ
ームの温度は室温に冷却されて、キャスト装置から取り
出された。このプリフォームはシングル光ファイバに線
引きされて、干渉顕微鏡により観察された。プリフォー
ムには環状の干渉縞が得られ、コア−クラッド界面が無
結晶質となることを示した。
ト装置の支持部材に乗せて、クラッドガラスがプリフォ
ームキャスト容器に注入された100秒後、コアファイ
バは急速に実施例2のクラッドガラスに挿入された。コ
アファイバ挿入時の内部クラッド層の温度は320℃で
あった。挿入プロセスの間には、モールドの温度260
℃に保持された。コアファイバを挿入した後、プリフォ
ームの温度は室温に冷却されて、キャスト装置から取り
出された。このプリフォームはシングル光ファイバに線
引きされて、干渉顕微鏡により観察された。プリフォー
ムには環状の干渉縞が得られ、コア−クラッド界面が無
結晶質となることを示した。
【0027】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の方法により
得られた光ファイバのプリフォームは高品質の光ファイ
バの製造に利用され、コア−クラッド界面に気泡及び結
晶質が形成されない光ファイバが得られた。
得られた光ファイバのプリフォームは高品質の光ファイ
バの製造に利用され、コア−クラッド界面に気泡及び結
晶質が形成されない光ファイバが得られた。
【図1】本発明による光ファイバプリフォームの形成の
キャスト装置を表す断面図。
キャスト装置を表す断面図。
【図2】光ファイバプリフォームを形成するキャスト装
置の断面図であり、コアファイバはキャスト装置ハウジ
ングのけん制導管にあるクラッド材料に導入された。
置の断面図であり、コアファイバはキャスト装置ハウジ
ングのけん制導管にあるクラッド材料に導入された。
【図3】図2線2−2に沿って見たキャスト装置ハウジ
ングの断面図であり、プリフォームの形成におけるコア
ファイバに関わるクラッド材料の内部と内部部分の関係
を表す。
ングの断面図であり、プリフォームの形成におけるコア
ファイバに関わるクラッド材料の内部と内部部分の関係
を表す。
【図4】従来技術におけるプリフォームキャスト容器、
コア材料及びクラッド材料の温度の代表例を表す図。
コア材料及びクラッド材料の温度の代表例を表す図。
【図5】本発明のコア挿入方法におけるプリフォームキ
ャスト容器、コア材料及びクラッド材料の温度の代表例
を表す図。
ャスト容器、コア材料及びクラッド材料の温度の代表例
を表す図。
10 キャスト装置ハウジング 12 容器 13 加熱手段 14 シャッタ駆動装置 16 シャッタ 18 真空ポンプ 20 ハウジング出口 22 コアファイバ 24 支持部材 26 クラッド材料 28 内壁 30 クラッド材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート エム.パフチェック アメリカ合衆国,30243 ジョージア,ロ ーレンスヴィル,ナタリー ドライブ 410
Claims (31)
- 【請求項1】 a)周辺壁を有する容器に溶融クラッド
材料を導入するステップと、 b)この溶融クラッド材料の外周部を固化させるステッ
プと、 c)少なくとも1つのコアファイバを溶融クラッド材料
の内周部に挿入して、光ファイバプリフォームを形成す
るステップとを含むことを特徴とする光ファイバプリフ
ォームの製造方法。 - 【請求項2】 前記コアファイバを真空または不活性雰
囲気下で前記クラッド材料に挿入するステップをさらに
含むことを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項3】 前記光ファイバプリフォームをクラッド
材料に挿入して、複数のクラッド層を有する光ファイバ
プリフォームを形成するステップをさらに含むことを特
徴とする請求項1の方法。 - 【請求項4】 前記コアファイバと前記クラッド材料
は、珪酸物と、ホウ酸物と、カルコゲナイドと、ハロゲ
ン化物とからなるグループから選択されるガラスを含む
ことを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項5】 前記コアファイバは重金属ハロゲンガラ
スを、前記クラッド材料は重金属ハロゲンガラスを含む
ことを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項6】 前記重金属ハロゲンガラスは、重金属フ
ッ化ガラスであることを特徴とする請求項5の方法。 - 【請求項7】 前記フッ化ガラスは、ZBLと、ZBA
と、ZBLAと、ZBGAと、ZBLANと、HBLA
と、HBLANとからなるグループから選択される多成
分のガラスであることを特徴とする請求項6の方法。 - 【請求項8】 前記コアファイバはPbF2でドープさ
れたZBLANガラスからなり、前記クラッド材料はH
BLANガラスからなることを特徴とする請求項1の方
法。 - 【請求項9】 前記コアファイバの直径は、約50μm
から約2000μmまでの範囲にあることを特徴とする
請求項1の方法。 - 【請求項10】 前記コアファイバを前記クラッド材料
に挿入するときに、前記コアファイバの温度は、ガラス
遷移温度より低いことを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項11】 前記クラッドを前記容器に導入すると
きに、前記クラッド材料の温度は、約600℃から約7
00℃までの範囲にあることを特徴とする請求項1の方
法。 - 【請求項12】 前記コアファイバを前記クラッド材料
に導入するステップを行うとき、クラッド材料の内周部
分の温度は前記クラッド材料の結晶化温度より低く、か
つ前記クラッド材料のガラス遷移温度より高いことを特
徴とする請求項1の方法。 - 【請求項13】 前記コアファイバを前記クラッド材料
に導入するとき、クラッド材料の内周部分の温度が約3
10℃から約340℃までの温度範囲にあることを特徴
とする請求項1の方法。 - 【請求項14】 前記コアファイバを前記クラッド材料
に導入するステップは、前記クラッド材料を前記容器に
導入するステップの約80秒から約110秒間までの後
で行われることを特徴とする請求項6の方法。 - 【請求項15】 前記コアファイバを前記クラッド材料
に導入するステップは、前記クラッド材料を前記容器に
導入するステップの約100秒後に行われることを特徴
とする請求項6の方法。 - 【請求項16】 前記コアファイバを前記クラッド材料
に導入するステップを行うとき、クラッド材料の内周部
分の温度は前記クラッド材料の結晶化温度より約15℃
から約35℃低いことを特徴とする請求項1の方法。 - 【請求項17】 a)周辺壁を有する容器に溶融クラッ
ド材料を導入するステップと、 b)この溶融クラッド材料の外周部を固化させるステッ
プと、 c)コアファイバを溶融クラッド材料の内周部に挿入し
て、光ファイバプリフォームを形成するステップと d)前記プリフォームを線引きして光ファイバを形成す
るステップとを含むことを特徴とする光ファイバの製造
方法。 - 【請求項18】 前記光ファイバに被覆をつけるステッ
プをさらに含むことを特徴とする請求項17の方法。 - 【請求項19】 前記光ファイバは、シングルモード光
ファイバを含むことを特徴とする請求項17の方法。 - 【請求項20】 前記シングルモード光ファイバは、重
金属フッ化物光ファイバを含むことを特徴とする請求項
19の方法。 - 【請求項21】 前記光ファイバは、干渉顕微鏡におい
て観察されるとき、環状の干渉縞が現れ、コア−クラッ
ドの界面には結晶質が形成されていないことを特徴とす
る請求項19の方法。 - 【請求項22】 a)所定の半径を有する円筒状チェン
バ状に形成され、クラッド材料を保持する容器と、 b)クラッド材料を溶融状態に保持するために、この容
器を加熱する手段と、 c)所定の長さと直径を有する光ファイバプリフォーム
を形成するために、前記クラッド材料が特に溶融状態に
保持されて、前記クラッド材料を含む前記容器内に円筒
の軸方向に沿って、そこで保持される所定の長さを有す
るコアファイバを挿入する支持部材とを含むことを特徴
とする光ファイバプリフォームの製造装置。 - 【請求項23】 前記装置は、前記コアファイバの軸方
向の挿入を可能にする手段を含むことを特徴とする請求
項22の装置。 - 【請求項24】 前記コアファイバの軸方法の挿入を可
能にする前記手段は、少なくとも支持部材と容器とのう
ちの1つを相対的に移動させる手段を含むことを特徴と
する請求項23の装置。 - 【請求項25】 前記装置は、容器と支持部材を包囲す
るよう構成されるハウジングを含むことを特徴とする請
求項22の装置。 - 【請求項26】 前記ハウジングは、少なくとも第1と
第2の分離可能なハウジング部分を含むことを特徴とす
る請求項25の装置。 - 【請求項27】 前記容器は、前記容器内にあるプリフ
ォーム材料の表面冷却、固化及び汚染を防止する手段を
含むことを特徴とする請求項22の装置。 - 【請求項28】 前記装置は、前記ハウジングの内部を
真空にさせる手段を含むことを特徴とする請求項22の
装置。 - 【請求項29】 前記装置は、前記容器に取り付ける、
前記クラッド材料の温度を測定、制御、表示する手段を
含むことを特徴とする請求項22の装置。 - 【請求項30】 前記装置は、前記クラッド材料が所望
の温度になるとき、前記コアファイバを前記クラッド材
料に自動的に挿入する手段を含むことを特徴とする請求
項22の装置。 - 【請求項31】 前記装置は、所望の時間で前記コアフ
ァイバを前記クラッド材料に挿入する計時手段を含むこ
とを特徴とする請求項22の装置。
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US338926 | 1994-11-14 | ||
US08/338,926 US5560759A (en) | 1994-11-14 | 1994-11-14 | Core insertion method for making optical fiber preforms and optical fibers fabricated therefrom |
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