JPH1129336A - 光ファイバ用プリフォームとその延伸方法およびその延伸装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 母インゴットを延伸して光ファイバ用プリフ
ォームを製造する際に、仕上げ加工が省略あるいは簡略
化することができる光ファイバ用プリフォームの延伸方
法およびその延伸装置の提供。 【解決手段】 予めインゴットの径方向の屈折率分布を
測定し、その測定結果に基づいて目標となる最終的なプ
リフォームの所望外径を設定し、延伸後のプリフォーム
の外径が、該所望外径値に合うように延伸する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は母インゴットを延伸
して光ファイバ用プリフォームを製造する際に仕上げ加
工を省略あるいは簡略化することができる光ファイバ用
プリフォームとその延伸方法およびその延伸装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】合成石英を素材とした光ファイバ用プリ
フォームの製造では、ＶＡＤ法等で合成されたスートを
脱水、焼結することで、プリフォームの母インゴットが
できる。このインゴットの直径は110 〜200 mmである
が、実際に光ファイバに線引するときのプリフォームの
径（φ30〜80mm）より３〜５mm大きい径までに延伸、縮
径される。従来は、この延伸、縮径工程では、電気炉ま
たは火炎バーナーを用いたガラス旋盤が用いられてい
る。インゴットの外径が100 mm以下の小径のものについ
ては、一次延伸にガラス旋盤を用いることが可能である
が、これより大きなインゴットは、火炎バーナーでは熱
量が不足するため、一般に電気炉が用いられる。インゴ
ットを延伸するために使われる電気炉は、インゴットを
約2,000 ℃に加熱された電気炉の上部から送り込み、縮
径されたプリフォームを炉の下方からローラー又は延伸
チャックで連続的に引き取る構造のものであり、これに
ついては図中の説明で明らかな図５を示す。

【０００３】図６は従来より行われているプリフォーム
の延伸工程図を示したもので、母インゴットは電気炉等
で炉延伸され、縮径されて一次加工品のプリフォームに
なる。この際の延伸目標の外径は、最終目標値より５〜
10％大きく設定される。このプリフォームは径方向の屈
折率分布が測定され、測定結果に基づいて最終的に光フ
ァイバーに線引された後の光伝送特性が推定される。こ
の特性はプリフォームの屈折率分布によって決定される
が、特にコア部分とクラッド部分の比率（コアクラッド
率）は重要な要素である。コアクラッド率を変化させる
方法としては、プリフォームの表面（クラッド部分）を
フッ化水素酸でエッチングすることが行われている。こ
れによりコアクラッド率を大きくし、特性を目標値に合
わせることができる。すなわち、母インゴットの製造時
に種々の影響により、目標からずれてしまった特性値
を、後の仕上げ加工によって修正することができる。特
性の推定結果から、特性の修正が必要なものはエッチン
グが施され、不要なものはそのまま、次の仕上げ加工工
程に進められる。仕上げ加工はガラス旋盤によって行わ
れているが、電気炉でのインゴットの一次延伸は１〜２
時間と比較的短時間に行われるのに対して、ガラス旋盤
による仕上げ延伸は、例えば長さ1,000mm 、直径43mmの
プリフォームを直径40mmに調整するのに、１本当たり約
１時間30分も要し、プリフォームを１本１本行うために
かなりの時間がかかってしまうため、仕上げ延伸の量は
極力小さくすることが望まれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記の一次加工品のプ
リフォームの状態で屈折率分布を測定し、光伝送特性を
推定してその結果に基づいてエッチング処理を行う従来
の方法では、延伸後の特性の調整が不要のものを含むす
べてのプリフォームについて、外径を最終的な目標径よ
り５〜10％大きく延伸する必要がある。そのためエッチ
ングの必要のないプリフォームについては仕上げ延伸で
大きな量を加工する必要があり、またエッチングプリフ
ォームについては必ず仕上げ延伸を行うことが必要であ
った。そこで本発明はこのような無駄をはぶき、時間を
要する仕上げ加工を省略あるいは簡略化することができ
る光ファイバ用プリフォームの延伸方法および延伸装置
の提供を課題とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、母インゴ
ットを延伸して光ファイバ用プリフォームを製造する際
に、予め該インゴットの径方向の屈折率分布を測定し、
その測定結果に基づいて目標となる最終的なプリフォー
ムの所望の外径を設定し、延伸後のプリフォームの外径
が所望外径に合うように延伸することにより、時間を要
する仕上げ加工を省略あるいは簡略化できることを見い
だし、本発明に至ったものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１、図２はそれぞれ本発明のプ
リフォームの延伸工程例を示したものである。図１で
は、先ず母インゴットの径方向の屈折率分布を測定し、
その測定結果に基づいて光ファイバに線引きした後の光
伝送特性を推定し、この推定値が目標値と一致するか否
かによりエッチングの要否判断が行われ、エッチングが
必要な場合には、推定値が目標値と一致するように外径
を設定して該インゴットをエッチングした後、外径が最
終の目標値に合うように延伸して一次延伸プリフォーム
とし、火炎研磨等の仕上げ加工を行って最終のプリフォ
ームを得る。エッチングが不要の場合には、該インゴッ
トを外径が最終目標値に合うように延伸して最終のプリ
フォームを得る。また、図２では、先ず母インゴットの
径方向の屈折率分布を測定し、その測定結果に基づいて
光ファイバに線引きした後の光伝送特性を推定し、この
推定値が目標値と一致するか否かによりエッチングの要
否判断が行われ、エッチングが必要な場合には、該推定
値が前記目標値と一致するようにプリフォームの外径を
設定し、外径を最終目標値にエッチング代を加えた太さ
に延伸して一次延伸プリフォームとし、これをエッチン
グした後、火炎研磨等の仕上げ加工を行って最終のプリ
フォームを得る。エッチングが不要の場合には、該イン
ゴットを外径が最終目標値に合うように延伸して最終の
プリフォームを得る。

【０００７】以下更に詳細に説明する。本発明は、母イ
ンゴットの有効部の外径の最大値が100mm より大きいも
のに用いるとよい。先ず、屈折率分布は母インゴットの
状態で測定される。屈折率分布の測定手段としては、図
３に示す測定装置が使用される。この装置には、インゴ
ット１を吊り下げるための吊り下げ機構２、インゴット
にレーザー光を照射する際に光を透過させるセルユニッ
ト３、インゴットにレーザー光を照射し、透過光の屈折
角を測定する光学系部品４が装備されている。屈折率分
布はマッチングオイルを満たしたセルユニットにインゴ
ットをセットし、インゴットにレーザー光を照射し、透
過光の屈折角を測定し、これを径方向に行うことにより
求められる。図４はシングルモード型の光ファイバープ
リフォームの径方向の屈折率分布を示したもので、これ
よりコア部径（ａ）とクラッド部径（ｄ）の比であるコ
アクラッド率ａ／ｄが求まる。そしてこのコアクラッド
率に基づいて最終的に光ファイバーに線引された後の光
伝送特性のモードフィールド径（以下ＭＦＤ）や、カッ
トオフ波長（以下λc ）が推定される。これらの特性
は、母インゴットの製造時の種々の影響により目標から
ずれることがあるので修正する必要がある。測定された
屈折率分布より、コアクラッド率を求め、これより光フ
ァイバーに線引きされた後の光伝送特性が推定される。
この特性の推定値と最終目標の特性値を比較すること
で、エッチングの要、不要が決定される。最終目標の特
性値としては、例えばＭＦＤやλc 等であり、エッチン
グ処理を施すことにより、コアクラッド率が変化し、Ｍ
ＦＤやλc の値を調整することができる。エッチング手
段としては、例えば、濃度50％のフッ化水素酸水溶液を
用い、この液を循環させた槽の中にプリフォームを浸漬
させ、特性の推定値と最終目標の特性値との差に応じて
エッチング時間を調整すれば良い。

【０００８】エッチング処理については、図１に示すよ
うに母インゴットの状態で行うこともできるし、図２の
ように一次延伸後のプリフォームの状態で行うこともで
きる。母インゴットの状態で行う場合は、母インゴット
の外径が110 〜200mm で、重量も30〜100kg と重いた
め、エッチング槽が大きくなり設備的に困難である。ま
た、延伸後のプリフォームの状態で行う場合と比較し
て、エッチング代が厚くなるため、エッチングに時間が
かかるという問題がある。一方、一次延伸後のプリフォ
ームの状態で行う場合は、延伸後のプリフォームは外径
が30〜80mmで、重量も３〜10kgと軽量になるため、エッ
チングを行いやすく、エッチング時間も短くできるが、
延伸後のプリフォームは本数が多くなるため、インゴッ
ト１本あたりで見た場合には、手間がかかる。そのた
め、エッチング処理をインゴットで行うか、延伸後のプ
リフォームで行うかには一長一短がある。プリフォーム
の状態で行う場合はエッチング処理にかかる時間は５〜
30時間と長いが、実際に人手が必要なのは、プリフォー
ムをエッチング槽にセットするときと取り出すときだけ
なので、作業者による実質上の作業時間が長くなること
はない。

【０００９】図２においては、エッチングが必要なもの
については、一次延伸後のプリフォームの外径を、最終
外径の目標値にエッチング代が加算された大きさとすれ
ば、エッチング後の外径はほぼ最終の値と同等になって
いるので、ガラス旋盤による仕上げ加工がほとんど不要
になる。

【００１０】エッチング後は、エッチングにより荒らさ
れたプリフォーム表面を火炎バーナーで火炎研磨を行う
とよい。この火炎研磨に要する時間は、例えば外径60m
m、長さ1,000mm のプリフォームでも、30〜40分間ほど
で終了するので比較的時間がかからない。

【００１１】図１、２において、屈折率分布測定の結
果、特性の推定値が目標値と合っているエッチング処理
が不要のインゴットは、最終目標径に合わせて電気炉で
延伸され、その後のガラス旋盤による仕上げ延伸は省略
できる。ただし、延伸後の表面状態によっては、必要に
応じて火炎研磨等の処理を行なってもよい。

【００１２】母インゴットの延伸には、有効部の外径が
100 mm以上のインゴットは、火炎バーナーでは熱量が不
足するため、電気炉を用いるのが好ましい。延伸装置
は、インゴットを約2,000 ℃に加熱された電気炉の上部
から送り込み、縮径されたプリフォームを炉の下方から
ローラー又は延伸チャックで連続的に引き取る構造のも
ので、１例を図５に示す。また母インゴットのテーパー
部の延伸の際には、温度を下げるとよいので、電気炉
は、例えば複数のヒーターを垂直に配置する等して、個
々に熱量制御できるものが好ましい。

【００１３】ガラス旋盤による仕上げ加工で、火炎研磨
については、プリフォーム径に関わらずほぼ20〜30分間
で終了するが、ガラス旋盤による延伸加工については、
延伸前後のプリフォーム径により加工時間が大きく変わ
り、60〜120 分間と、火炎研磨に比べて長くなる。ガラ
ス旋盤による加工は、一部自動化されているところもあ
るが、人手が必要なところが多く、この加工を短縮ある
いは省略することは、プリフォームの加工の省力化に大
きな効果がある。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）ガラス原料ガスの四塩化けい素、四塩化ゲ
ルマニウムを用い、ＶＡＤ法及びＯＶＤ法によりスート
を作製し、これを脱水焼結して、有効部の外径が200mm
、その長さが1,200mm のシングルモード型光ファイバ
ー用の母インゴットを作製した。このインゴットは図３
に示す屈折率分布測定装置を用いて、内部の径方向の屈
折率分布が測定された。この屈折率分布を使って線引後
の光伝送特性を推定した結果、コアクラッド率が目標よ
り2.5 ％小さかったため、インゴットの状態でエッチン
グ処理を行った。エッチング液には濃度50％のフッ化水
素酸を用い、液を循環させながら10時間エッチングを施
し、インゴットの表面層を1.9mm の厚さ分だけ除去し
た。次にインゴットを洗浄した後、電気炉で外径40mmの
プリフォーム（全長17m ）に延伸し、１m 毎に切断し17
本のプリフォームを得た。延伸後のプリフォームには、
表面にエッチング痕が残っていたため、１本づつガラス
旋盤にセットして、ガス量を酸素：70リットル／分、水
素：120 リットル／分に設定した酸水素炎火炎バーナー
により、火炎研磨を施し、表面を平坦に加工した。火炎
研磨に要した時間は、プリフォーム１本当たり30分間で
あり、延べ加工時間は８時間30分を要した。

【００１５】（実施例２）実施例１と同様に製造され
た、有効部の外径が200mm 、その長さが1,200mm のシン
グルモード型光ファイバー用の母インゴットの屈折率分
布を測定し、特性推定の結果、コアクラッド率が目標よ
り2.5 ％小さかった。そのため、線引き時に使用するプ
リフォームの外径40mmに対してエッチング代として１mm
大きい外径41mmで、１m 長のプリフォーム17本に電気炉
で一次延伸加工を行なった。その後実施例１と同様に、
フッ化水素酸でプリフォームの表面を0.5mm の厚さ分だ
けエッチングし、外径40mmのプリフォームを得た。エッ
チングは17本を一括して行なったので、エッチングに要
した時間は２時間30分であった。しかし、このプリフォ
ームの表面には、エッチング跡が残っていたため、ガラ
ス旋盤を用いて表面を火炎研磨し、線引きに用いられる
プリフォームに加工した。加工に要する時間は１本当た
り30分間であり、延べ加工時間は８時間30分を要した。

【００１６】（実施例３）有効部の外径が200mm 、その
長さが1,500mm のシングルモード型光ファイバー用の母
インゴットについて、屈折率分布を測定した結果、特性
の推定値が目標の値だったため、このインゴットを最終
の目標径である、60mmに合わせて電気炉で延伸し、外径
60mm、長さ１m と0.6mのプリフォーム（全長16.6m ）17
本を得た。このプリフォームについては、エッチングを
する必要がなかったので表面が平坦であり、火炎研磨加
工は行わなかった。

【００１７】（比較例１）実施例１と同様に製造され
た、有効部の外径が200mm 、その長さが1,200mm のシン
グルモード型光ファイバー用の母インゴットを用い、最
終目標径40mmに対し43mmになるように、電気炉で延伸加
工を行い、長さ１m の一次延伸のプリフォーム17本を得
た。その後このプリフォームの屈折率分布を測定し、2.
5 ％のコアクラッド率の調整が必要であることがわかっ
た。そこでこのプリフォームの表面をフッ化水素酸で0.
5mm の厚さ分だけエッチングし、外径42mmのプリフォー
ムに加工した。エッチングにかかった時間は、２時間30
分だった。つぎにこのプリフォームをガラス旋盤にセッ
トし、ガス量を酸素70リットル／分、水素120 リットル
／分に設定した、酸水素炎の火炎バーナーにより、外径
42mmを40mmに仕上げ延伸加工した。この時に要した時間
は、１本のプリフォームあたり１時間で、延べ時間は17
時間だった。ガラス旋盤で仕上げ延伸加工を行った後の
プリフォームには、表面に細かいシリカの粒が付着して
いたため、プリフォームの表面を火炎研磨し、清浄なプ
リフォームを得た。この仕上げ加工に要した時間はプリ
フォーム１本あたり30分間であり、延べ加工時間は８時
間30分を要した。したがって、エッチング、ガラス旋盤
および火炎研磨に要した時間の合計は28時間であった。

【００１８】（比較例２）有効部の外径が200mm 、その
長さが1,200mm のシングルモード型光ファイバー用の母
インゴットを用い、最終目標径40mmに対し43mmになるよ
うに、電気炉で一次延伸加工を行い、長さ１m のプリフ
ォーム17本を得た。その後プリフォームの屈折率分布を
測定したところ、コアクラッド率の調整は不要であるこ
とがわかった。そこでこのプリフォームをガラス旋盤に
セットし、酸水素炎の火炎バーナーにより、外径43mmを
40mmになるまで仕上げ延伸加工した。この時に要した時
間は、１本のプリフォームあたり１時間30分で、延べ時
間は25時間30分だった。また、ガラス旋盤で仕上げ延伸
加工を行った後のプリフォームには、表面に細かいシリ
カの粒が付着していたため、プリフォームの表面を火炎
研磨し、清浄なプリフォームを得た。この加工に要した
時間はプリフォーム１本あたり30分間であり、延べ加工
時間は８時間30分を要した。したがって、ガラス旋盤お
よび火炎研磨に要した時間の合計は34時間であった。

【００１９】以上のように、従来より行われていた、イ
ンゴットを電気炉で一次延伸した後に、プリフォームの
状態で屈折率分布を測定し、それに合わせてエッチング
を行い、ガラス旋盤で仕上げ延伸し、火炎研磨を行う場
合には、旋盤の仕上げ加工のみで延べ34時間も必要だっ
た。これに対して、本発明では、母インゴットの状態で
屈折率分布を測定し、それに合わせて延伸、エッチング
を行い、その後ガラス旋盤で表面を火炎研磨した場合に
は、旋盤の加工を8.5 時間に短縮することができた。ま
た、エッチングが不要なインゴットについては、ガラス
旋盤による仕上げ加工を省略することも可能である。

【００２０】

【発明の効果】本発明によると、炉延伸後のプリフォー
ムの外径を、最終的な目標値に近づけることができるた
め、ガラス旋盤による仕上げ延伸を省略または低減でき
るので、光ファイバ用プリフォームの延伸時間を大幅に
短くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプリフォームの延伸工程の１例を示し
た図である。

【図２】本発明のプリフォームの延伸工程の他の１例を
示した図である。

【図３】母インゴットの屈折率分布測定装置の縦断面図
である。

【図４】シングルモード型光ファイバープリフォームの
径方向の屈折率分布を示したグラフである。

【図５】母インゴットの延伸装置例を示した説明図であ
る。

【図６】従来のプリフォームの延伸工程を示した図であ
る。

【符号の説明】

１…母インゴット ２…吊り下げ機構 ３…セルユニット ４…光学系部品 ａ…コア部径 ｄ…クラッド部径

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 母インゴットを延伸して光ファイバ用プ
   リフォームを製造する際に、予め該インゴットの径方向
   の屈折率分布を測定し、その測定結果に基づいて目標と
   なる最終的なプリフォームの所望外径を設定し、延伸後
   のプリフォームの外径が、該所望外径に合うように延伸
   することを特徴とする光ファイバー用プリフォームの延
   伸方法。
2. 【請求項２】 母インゴットの径方向の屈折率分布の測
   定結果に基づいてエッチングを行う請求項１に記載の光
   ファイバ用プリフォームの延伸方法。
3. 【請求項３】 エッチング代を加えた太さに延伸する工
   程、火炎研磨する工程を含む請求項１または２に記載の
   光ファイバ用プリフォームの延伸方法。
4. 【請求項４】 母インゴットの延伸に電気炉が用いられ
   る請求項１に記載の光ファイバ用プリフォームの延伸方
   法。
5. 【請求項５】 母インゴットの有効部の外径の最大値が1
   00mm より大きいものである請求項１に記載の光ファイ
   バ用プリフォームの延伸方法。
6. 【請求項６】 請求項１〜５に記載のいずれかの方法で
   延伸されたことを特徴とする光ファイバ用プリフォー
   ム。
7. 【請求項７】 母インゴットの屈折率分布の測定手段を
   備えていることを特徴とする光ファイバ用プリフォーム
   の延伸装置。
8. 【請求項８】 前記屈折率分布の測定手段が、母インゴ
   ットの吊り下げ機構、該インゴットにレーザー光を照射
   する際に光を透過させるセルユニット、および透過光の
   屈折角を測定する光学系部品を具備している請求項７に
   記載の光ファイバ用プリフォームの延伸装置。
9. 【請求項９】 光ファイバ用プリフォームの延伸装置
   が、熱量制御された電気炉を具備している請求項７に記
   載の光ファイバ用プリフォームの延伸装置。