JPH0834632A

JPH0834632A - 光ファイバ母材の製造装置

Info

Publication number: JPH0834632A
Application number: JP17408694A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Wada; 哲郎和田; Sadanori Ishida; 禎則石田; Yukio Komura; 幸夫香村
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1994-07-26
Filing date: 1994-07-26
Publication date: 1996-02-06

Abstract

(57)【要約】【目的】反応容器内の流れや母材表面温度の変化、ま
た火炎位置の変化に対す制御を容易に行うことのできる
光ファイバ母材の製造装置を提供する。【構成】反応容器１内の酸・水素火炎中に原料ガスを
導入し、ガラス微粒子を生成し、このガラス微粒子をタ
ーゲットである種棒２に付着させ、それを成長させて光
ファイバ母材４を製造する際に、光ファイバ母材４の体
積の成長の変化に対応して、反応容器１内の容積を増加
させる。【効果】反応容器内の原料ガスの流れを安定にし、母
材の表面温度を安定にし、かつコア火炎及びクラッド火
炎やコア火炎及びクラッド火炎中の粒子流の位置、及び
これらの火炎位置変動を抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバ用母材の製
造装置、更に詳しくはＶＡＤ法による光ファイバ用多孔
質ガラス母材の製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ用母材（以下単に母材という
場合もある）は反応容器内の酸・水素火炎中に原料ガス
（例えば、ＳｉＣ₁₄、ＧｅＣ₁₄）を導入し、ＳｉＯ₂、
ＧｅＯ ₂のガラス微粒子を生成し、このガラス微粒子を
ターゲットである種棒に付着させ、それを成長させて母
材を製造している。種棒に付着するガラス微粒子の重
量、体積、濃度分布、及び母材形状は火炎の形状や火炎
の位置や母材表面温度などの要因で変化する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来は図９に示すよう
な光ファイバ母材の製造装置を用いて、製造中の母材３
１の形状や母材３１の表面温度をみて、ガス条件、バー
ナ３２の位置、吸気口３３の位置を調整し品質の安定化
を図っている。例えば、図１０示すようにＣＣＤカメラ
３４を用い、それをパソコン３５、画像処理装置３６に
より処理することにより母材３１先端の形状を測定し、
バーナ３２のガス条件やバーナ３２の位置を変更するこ
とで、その形状を一定としている。図９において符号３
７は排気管、符号３８は排気量を制御するバルブ、符号
３９は排気管の圧力を測定する圧力計、符号４０は全体
のデータを収集してガス条件、バーナ３２の位置、吸気
口３３の位置等を調整するＣＰＵを有する制御装置であ
る。図１０において符号４３はパソコン３５によるデー
タの処理結果、符号４４は画像処理装置３６の画像処理
画面である。

【０００４】しかし、上記の場合母材３１の表面温度や
母材３１の密度、及びＧｅ等のドープ量など様々な要因
が変化するので、母材３１の長手方向での屈折率分布は
安定しないという問題がある。また、母材３１の表面温
度を測定し、温度が安定するようにガス条件、吸気位
置、排気圧力等を調整する例もある。この場合、母材３
１の表面温度の変化が生じなくても、母材３１の長手方
向での屈折率分布が変化するので品質の安定化が十分で
はないという問題がある。

【０００５】屈折率分布が母材３１の長手方向で変化す
るのは、母材合成中に反応容器３０内の流れが変化し、
火炎位置が変化するため表面温度や密度が変わることが
原因であり、これらは母材３１の体積の増加により反応
容器３０内の空間容積が減少するために生じることを見
い出した。

【０００６】図１１は上記従来の光ファイバ母材の製造
装置のコア火炎位置の変化を示したものであり、図１１
によると１０時間経過後はその位置が当初より０．６ｍ
ｍ上昇していることが分かる。ところが、従来の光ファ
イバ母材の製造装置は反応容器３０の容積は一定である
ため、母材合成中の反応容器３０内の流れや母材３１の
表面温度の変化、また火炎位置の変化に対する制御に限
界があるという問題があった。本発明は上記の問題を解
決し、反応容器内の流れや母材表面温度の変化、また火
炎位置の変化に対する制御を容易に行うことのできる光
ファイバ母材の製造装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は以下のような手段を有している。本発明の
うち請求項１の光ファイバ母材の製造装置は、反応容器
内の酸・水素火炎中に原料ガスを導入し、ガラス微粒子
を生成し、このガラス微粒子をターゲットである種棒に
付着させ、それを成長させて光ファイバ母材を製造する
際に、光ファイバ母材の体積の増加に対応して、反応容
器内の容積を増加させることを特徴とする。

【０００８】本発明のうち請求項２の光ファイバ母材の
製造装置は、成長する光ファイバ母材の体積と反応容器
内の容積との差が一定となるように反応容器内の容積を
増加させることを特徴とする。

【０００９】本発明のうち請求項３の光ファイバ母材の
製造装置は、反応容器内の容積を増加させると共に火炎
の位置の変動を制御することを特徴とする。

【００１０】本発明のうち請求項４の光ファイバ母材の
製造装置は、反応容器内の容積を増加させると共に粒子
流の位置の変動を制御することを特徴とする。

【００１１】本発明のうち請求項５の光ファイバ母材の
製造装置は、反応容器内の容積を増加させると共にスー
ト表面温度の変動を制御することを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明のうち請求項１〜５の光ファイバ母材の
製造装置によれば、反応容器内の酸・水素火炎中に原料
ガスを導入し、ガラス微粒子を生成し、このガラス微粒
子をターゲットである種棒に付着させ、それを成長させ
て光ファイバ母材を製造する際に、光ファイバ母材の体
積の増加に対応して、反応容器内の容積を増加させるこ
とができるので、反応容器内の原料ガスの流れを安定に
し、かつコア及びクラッド火炎やコア及びクラッド火炎
中の粒子流の位置、及び火炎位置を制御して表面温度の
変動を抑えることができる。また、母材の表面温度を制
御できるので、母材長手方向の屈折率分布の制御や各母
材同志での屈折率分布の再現性が向上する。

【００１３】

【実施例】以下に本発明を図面を参照して実施例により
詳細に説明する。

【００１４】（実施例１）図１に本発明の光ファイバ母
材の製造装置の一実施例を示す。図において符号１は反
応容器である。反応容器１内には種棒２の先端にガラス
微粒子を生成させるための原料ガスを導入させるバーナ
３、ガラス微粒子を付着堆積させてできた母材４の外形
を測定する外形測定装置投光器５、外形測定装置投光器
５からの光を受光する外形測定装置受光器６及び母材先
端検出装置投光器７、母材先端検出装置投光器７からの
光を受光して母材先端を検出する母材先端検出装置受光
器８を有している。符号１０は母材の表面温度を測定す
るための赤外線温度計、符号１１は母材引上用アクチュ
エータ、符号１２は排気管、符号１３は吸気管である。
符号１４以上は従来のものと同様のものなので詳細な説
明は省略する。

【００１５】本実施例の光ファイバ母材の製造装置は更
に、反応容器１内に、該反応容器１内の容積を変えるた
めの反応容器内筒１４を備えている。該反応容器内筒１
４は下端の外鍔１５が反応容器１の内壁を摺動して上下
に動くことによって反応容器１内の容積を変えるように
なっている。また、符号１６は反応容器内筒１４を上下
に昇降させるアクチュエータで反応容器内筒１４の上端
の内鍔１７に取り付けられている。尚、符号１８は反応
容器内筒１４が上下に昇降する際の案内レールである。

【００１６】本実施例の光ファイバ母材の製造装置は、
反応容器１内の反応容器内筒１４の昇降により、反応容
器１内の容積を増加させ、母材４の体積増加による反応
容器１内の空間容積減少を抑えるものである。以下によ
り具体的に説明する。

【００１７】図１に示す構成の装置で、回転と昇降がで
きるガラス種棒２の下端に火炎中で生成させたガラス微
粒子を付着堆積させ、母材４を成長させていくと、反応
容器１内の空間容積が減少し、流れが変化する。この流
れの影響を調べるため、図示されていないが従来と同様
の、例えば、図１０に示す画像処理測定装置３６を用
い、コア火炎位置を定量化する。この測定によると、従
来の方法ではコア火炎位置が図１１のように変化する。

【００１８】この変化を打ち消すように本実施例では反
応容器内筒１４を駆動させ、反応容器１内の空間容積を
変化させる。先ず、単位時間当たりの母材４の体積増加
量を予め測定しておき、以後、その増加速度データを利
用して、反応容器１内の空間容積を増加させる。母材４
の体積増加量は母材４の先端位置の引き上げ距離と母材
４の平行部の外径から計算する。引き上げは母材先端検
出装置投光器７と母材先端検出装置受光器８の図示して
いない受光スイッチを組み合わせて行ない、母材先端検
出装置投光器７からのレーザ光が母材４で遮断されてい
る間は母材４が引き上げられ、母材先端検出装置受光器
８に入射している間は母材４の引き上げが停止される。

【００１９】母材先端検出装置受光器８の検知結果は、
母材引上機制御盤１９に入力され母材引上用アクチュエ
ータ１１を制御すると共に体積計算用パソコン２０にそ
の結果が入力される。

【００２０】引き上げ距離は母材引上用アクチュエータ
１１に取り付けられた図示していない、エンコーダによ
るシャフトの回転角度と同じく図示していない引き上げ
用のボールネジのピッチから求め、その結果を体積計算
用パソコン２０に入力する。母材４の外径はレーザシー
トを利用した外形測定装置投光器５、外形測定装置投光
器５からの光を受光する外形測定装置受光器６により測
定する。外形測定装置受光器６により測定された外形
は、体積計算用パソコン２０に入力され母材４の引き上
げ体積が計算されて、その結果が反応容器内筒引上機制
御盤２１に入力され反応容器内筒１４を上方に引き上げ
移動させる。

【００２１】上記のように母材４の製造を行うことで、
母材４の体積増加に伴う反応容器１の空間容積の減少
を、反応容器内筒１４を上方に移動させて前記反応容器
１内の空間容積を増加させて抑えることができる。その
ため、前記反応容器１内の流れを安定に保つことができ
る。その結果、図２（ａ）に示すようにコア火炎位置変
化を従来の約１／２、具体的には０．３ｍｍとすること
ができた。これにより図１６に示すような従来の光ファ
イバ母材の長手方向の比屈折率差（Δ）変化、０．０２
０を、図２（ｂ）に示すように、約１／２の０．０１０
まで抑えることができた。

【００２２】尚、コア粒子流の位置、クラッド火炎の位
置又はクラッド粒子流の位置と揺らぎを測定し、これら
のうち一つ、又は複数を一定に制御することによっても
同様の効果があった。また、反応容器内筒１４の形状は
円筒、多角形状の筒に限らず、平面板あるいは曲面板で
もよく、材質はＳｉＯなどのセラミックス以外でもよ
く、金属や高分子材料でも代用できる。

【００２３】（実施例２）本実施例２では、反応容器１
の反応容器内筒１４の昇降により、母材４の体積増加に
よる反応容器１内の空間容積減少を抑え、母材４の先端
の表面温度、又は周囲の温度分布を制御する方法を説明
する。

【００２４】図９に示す従来装置の場合、母材４の表面
温度は図１３のように変化する。この温度変化を打ち消
すために、実施例１で示したと同様に、反応容器内筒１
４を駆動させ、反応容器１内の空間容積を変化させる。
先ず、実施例１と同様に単位時間当たりの母材４の体積
増加量を予め測定しておき、以後、その増加速度データ
を利用して、反応容器１内の空間の容積を増加させる。
母材４の体積増加量は母材４の先端位置の引き上げ距離
と母材平行部の外径から計算する。引き上げは母材先端
検出装置投光器７と母材先端検出装置受光器８の図示し
ていない受光スイッチを組み合わせて行ない、母材先端
検出装置投光器７からのレーザ光が母材４で遮断されて
いる間は母材４が引き上げられ、母材先端検出装置受光
器８に入射している間は母材４の引き上げが停止され
る。尚、母材先端部分の形状が経時的に変化する場合に
は、その変化量を測定し、体積増加量の計算を補正す
る。

【００２５】引き上げ距離は母材引上用アクチュエータ
１１に取り付けられた図示していない、エンコーダによ
るシャフトの回転角度と同じく図示していない引き上げ
用のボールネジのピッチから求める。母材４の外径はレ
ーザシートを利用した外形測定装置投光器５、外形測定
装置投光器５からの光を受光する外形測定装置受光器６
により測定する。母材４の体積増加に伴う反応容器１の
空間容積の減少を反応容器内筒１４を上方に移動させて
反応容器１内の空間容積を増加させて抑えることで、反
応容器１内の流れを安定に保つことができる。

【００２６】その結果、図３（ａ）のように母材４表面
温度の変化を従来の３０℃（図１３）から１／３の１０
℃まで抑えることができた。これにより、図１２に示す
ような従来の光ファイバ母材の長手の比屈折率差（Δ）
変化、０．０２０を、図３（ｂ）に示すように、約１／
２の０．０１０まで抑えることができた。

【００２７】（実施例３）本実施例３では、図４に示す
ように反応容器１の底板２２を昇降させることで、母材
４の体積増加による反応容器１内の空間容積変化をオン
ラインで制御する方法を説明する。母材４の引き上げは
従来の図１０に示すものと同様に監視カメラ３４を用い
て画像処理装置３６で映像中の母材４の先端位置を画面
中の座標として測定し、所定位置に母材４の先端が到達
したら、所定の引き上げピッチ分を引き上げる。この引
き上げ回数と引き上げピッチの積で引き上げ距離を求め
る。

【００２８】この引き上げ距離と外形測定装置投光器
５、外形測定装置投光器５からの光を受光する外形測定
装置受光器６により測定する母材４の外径の測定値を体
積計算用パソコン２０に入力し、母材４の成長体積を計
算する。母材４の体積の増加量が計算されて、その結果
が底板昇降用制御盤２３に入力され母材４の体積変化に
合わせて底板昇降用アクチュエータ２３を駆動して底板
２２を下方に引き下げ移動させて反応容器１の空間容積
が一定となるようにオンラインで制御する。

【００２９】以上のように母材４の体積増加に伴う反応
容器１内の空間容積の変化が抑えられるので、反応容器
内の流れは安定化できる。その結果、図４（ａ）に示す
ようにコア火炎位置の変化は小さくなり、従来の約１／
３とすることができた。これにより、図１２に示すよう
な従来の光ファイバ母材の長手方向の比屈折率差（Δ）
変化、０．０２０を、図５（ｂ）に示すように、約１／
３の０．００７まで抑えることができた。

【００３０】尚、コア粒子流の位置、クラッド火炎の位
置又はクラッド粒子流の位置を測定し、これらのうち一
つ、又は複数を一定に制御することによっても同様の効
果があった。また、駆動部分の形状は平面板に限らず、
曲面板でもよく、材質はＳｉＯなどのセラミックス以外
でもよく、金属や高分子材料でも代用できる。

【００３１】（実施例４）本実施例４では、図６
（ａ）、（ｂ）に示すように反応容器１の内壁２８を水
平方向に駆動させて、母材４の体積増加による反応容器
１の空間容積変化を制御することでコア火炎位置を制御
し、これにより母材４先端の表面温度を制御する方法を
説明する。引き上げアクチュエータ１１に設置したロー
ドセル２５等の重量測定器で測定した値を変換器２６で
重量に変換して、母材４の重量が所定重量だけ増加した
ら、母材引上アクチュエータ１１を母材引上制御盤１９
を介して駆動して母材を所定距離分だけ引き上げる。

【００３２】この引き上げ距離とレーザ等を利用した外
形測定装置投光器５、外形測定装置投光器５からの光を
受光する外形測定装置受光器６により測定した母材４の
平行部の外径を体積計算用パソコン２０に入力して母材
４の体積増加量を計算する。次いで、計算された母材４
の体積変化、具体的には体積増加量に合わせて側壁駆動
用アクチュエータ２７を駆動して反応容器の側壁２８を
水平方向に移動させ、反応容器１の容積を制御すること
でバーナ３のコア火炎位置を制御する。符号２９はコア
火炎位置を制御するコア火炎位置制御盤である。

【００３３】このとき、反応容器１内の空間容積は母材
４の体積と反応容器１の側壁２８の位置により決まり、
また母材４の先端の表面温度はバーナ３のコア火炎位
置、及び周囲の流れにより決まる。

【００３４】このようにして、図７（ａ）のように反応
容器１の空間容積を変化させることで、バーナ３のコア
火炎位置を制御することができ、その変化を図７（ｂ）
に示すように従来の１／４、０．１５ｍｍとすることが
できた。このとき、母材４先端の表面温度は図８（ａ）
に示すように制御できた。これにより、図１２に示すよ
うな従来の光ファイバ母材の長手方向の比屈折率差
（Δ）変化０．０２０を、図８（ｂ）に示すように、約
１／４の０．００５まで抑えることができた。

【００３５】尚、コア粒子流の位置、クラッド火炎の位
置、又はクラッド粒子流の位置を測定し、これらのうち
一つ、又は複数を制御することによっても同様の効果が
あった。また、側壁２８の形状は平面板に限らず、曲面
板でもよく、材質はＳｉＯなどのセラミックス以外にも
金属や高分子材料でも代用できる。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１〜
５の光ファイバ母材の製造装置によれば、反応容器内の
酸・水素火炎中に原料ガスを導入し、ガラス微粒子を生
成し、このガラス微粒子をターゲットである種棒に付着
させ、それを成長させて光ファイバ母材を製造する際
に、光ファイバ母材の体積の増加に対応して、反応容器
内の容積を増加させることができるので、反応容器内の
原料ガスの流れを安定にし、母材の表面温度を安定に
し、かつコア及びクラッド火炎やコア及びクラッド火炎
中の粒子流の位置、及び火炎位置変動を抑えることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバ母材の製造装置の一実施例
の説明図である。

【図２】（ａ）は図１の光ファイバ母材の製造装置の火
炎位置と経過時間の関係図、（ｂ）は図１の光ファイバ
母材の製造装置で製造した光ファイバ母材の長手方向と
比屈折差の関係図である。

【図３】（ａ）は本発明の他の実施例の光ファイバ母材
の製造装置で製造中の光ファイバ母材の先端表面温度と
経過時間の関係図、（ｂ）は本発明他の実施例の光ファ
イバ母材の製造装置で製造した光ファイバ母材の長手方
向と比屈折率差の関係図である。

【図４】本発明のその他の実施例の光ファイバ母材の製
造装置の説明図である。

【図５】（ａ）は図４の光ファイバ母材の製造装置の火
炎位置と経過時間の関係図、（ｂ）は図４の光ファイバ
母材の製造装置で製造した光ファイバ母材の長手方向と
比屈折率差の関係図である。

【図６】（ａ）は本発明のその他の実施例の光ファイバ
母材の製造装置の概略正面図、（ｂ）は（ａ）図の概略
側面図である。

【図７】（ａ）は図６の光ファイバ母材の製造装置の反
応容器の容積と経過時間の関係図、（ｂ）は図６の光フ
ァイバ母材の製造装置の火炎位置と経過時間の関係図で
ある。

【図８】（ａ）は図６の光ファイバ母材の製造装置で製
造した光ファイバ母材の先端の表面温度と経過時間の関
係図、（ｂ）は図６の光ファイバ母材の製造装置で製造
した光ファイバ母材の長手方向と比屈折率差の関係図で
ある。

【図９】従来の光ファイバ母材の製造装置の一例の説明
図である。

【図１０】光ファイバ母材の製造装置の画像処理装置の
一例の説明図である。

【図１１】図９の光ファイバ母材の製造装置の火炎位置
と経過時間の関係図である。

【図１２】図９の光ファイバ母材の製造装置で製造した
光ファイバ母材の長手方向と比屈折率差の関係図であ
る。

【図１３】図９の光ファイバ母材の製造装置で製造中の
光ファイバ母材の先端表面温度と経過時間の関係図であ
る。

【符号の説明】

１反応容器２種棒３バーナ４母材５外形測定装置投光器６外形測定装置受光器７母材先端検出装置投光器８母材先端検出装置受光器１０赤外線温度計１１母材引上用アクチュエータ１２排気管１３吸気管１４反応容器内筒１６反応容器内筒昇降用アクチュエータ２４底板昇降用アクチュエータ２７側壁駆動用アクチュエータ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反応容器内の酸・水素火炎中に原料ガス
を導入し、ガラス微粒子を生成し、このガラス微粒子を
ターゲットである種棒に付着させ、それを成長させて光
ファイバ母材を製造する際に、光ファイバ母材の体積の
増加に対応して、反応容器内の容積を増加させることを
特徴とする光ファイバ母材の製造装置。
【請求項２】成長する光ファイバ母材の体積と反応容
器の容積との差が一定となるように反応容器内の容積を
増加させることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ
母材の製造装置。
【請求項３】反応容器の容積を増加又は減少させるこ
とで火炎の位置の変動を制御することを特徴とする請求
項１乃至請求項２記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項４】反応容器の容積を増加又は減少させるこ
とで粒子流の位置の変動を制御することを特徴とする請
求項１乃至請求項３記載の光ファイバ母材の製造装置。
【請求項５】反応容器の容積を増加又は減少させるこ
とで母材の表面温度の変動を制御することを特徴とする
請求項１乃至請求項４記載の光ファイバ母材の製造装
置。