JPS58110441A - 光フアイバ製造のための方法および装置 - 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】 イ、産業上の利用分野 本発明は遠隔光通信システム用の搬送媒体の製作特に光
コアイノ４の製作のだめの装置および方法に関する。

口、従来技術 長距離光伝送は光の伝送媒体の製作に使用される材料の
光学的性質によって制限を受けることが知られている。

特に減衰と拡散が伝送に使用可能な波長の範囲を決定す
る。

光ファイバの製作に現在使用されている原材料は石英即
ちＳｉＯ□で、所望の屈折率と拡散係数によって様々な
添加物を加えられる。それは波長／、、２７μｍで最小
の拡散値を与えるが、添加物を適当に加えることによっ
て減衰率が最小に近ずくように補正が行われ、最適な伝
送条件を得る。

最小減衰値はレイリー　（Ｒａｙｌｅｉｇｈ　）散乱損
失に依存し、波長λと原料の特性の関数としてっぎの式
で表わされる。

αｓｃ”α０・λ−４ ここでα。は散乱係数で、次式で表わされる。

上式において ｐは平均光弾性定数 −にはポルツマン（Ｂｏｌ　ｔｚｍａｎｎ　）定数ＴＧ
はガラス転移温度 βＴは等温圧縮性 であり、ｎ＋ｐ、ＴＧおよび１丁の大きさは材料固有の
常数である。

散乱による減衰は最小理論値があり、石英ガラスでは波
長／、乙μｍにおいて０．．２ｄＢ／ｋｍであり、これ
は、よシ長い波長においては格子結合（ｓｉ−０４１の
伸長振動の減衰最小値αａｂａに抑えられて、それ以上
低下することは不可能である。

α６ｂｇ　＝　Ａｅｘｐ（−γ−＜４）］ここでＡおよ
びｒは定数、杓は格子結合Ｓ　＊　−０４の基本伸長振
動周波数で力定数ｆおよび珪素−酸素結合の減小質量μ
ｓｉｏに依存する。μｓｉｏは、“°１°＝・・ｉ＋２
・。

でアシ、ここでｒｎ　ｇ　ｉおよびｍ。はそれぞれ珪素
およ°　　び酸素の原子量である。

νｌの値は次式で求められる。

石英をνｌのより小さい材料によって置換すれば、即ち
小さな力定数ｆと大きな減小質量μのどちらかまたは両
方共得られるならば、最小減衰領域をより長い波長の方
へ移すことができ、散乱損失は減小する。

石英においてν１の値が比較的高い理由は、酸素の質量
が小さいことによって群としての５ｔ−０の減小質量が
小さいことである。従って、所望の結果を得るためには
、酸素の代シとなる原料を見つけなければならない。こ
の要求は部分的に・Ｐログン化物によって満たされる。

事実、Ｆ　、　ＣＩ　、　ＢｒおよびＩの化合物はより
大きな減小質量を有する。

ハ０発明の目的 光ファイバの分野において、例えば弗化物のような材料
が多数提案されたが、それ等を使用するには重大な問題
がある。特に、 （１）　　大気に含まれる気体との反応度が大きい。

（，２）　　有毒性。

（３）　　製造されたガラスの透明度の安定性が低い。

（≠）　ファイバ製作に適した技術に欠ける。

（Ｊ−）　　光拡散の最小値が低く、従って最小の減衰
と拡散の条件の最適化が困難である。

本発明は上記の欠点を克服するだめの光ファイバの製造
装置および方法を提供することを目的とする。本発明は
適当な材料の使用によって、波長ｊ　ａｍ以上の光の伝
送が可能で、減衰は１０　　ｄＢ／−以下で−しかも特
に自然界中の物質との化学反応から防護された光ファイ
バを提供することができる。

二９発明の構成 本発明が提供する光フアイバ製造のだめの装置は、底孔
で終端する第１のるつぼと第１のるつぼを囲む第２のる
つぼから構成される。第１のるつばは光ファイバを作成
する原料の軟化温度より高い軟化温度を有し、かつその
底は線引きの際につらら状の輪かくを有し、第２のるつ
ほは原料と同じ軟化温度を有する低溶融温度のガラスと
ファイバの線引きによって直接得られつらら状部分から
成り、機械的装置によってファイバのコアとなる材料の
棒が、第１のるつぼの中へ給送されて変換され、第２の
るつぼは２つのるつぼ間に充填された、ファイバのクラ
ッド材料と共に変換される。

また、上記２つのるつぼの中へ入れられた材料のガラス
化のだめの第１の炉と、ファイバの線引きのための第２
の炉を備えている。以下本発明を実施例について図面を
用いて更に詳細に説明する。

石英の基本振動周波数を顕著に大きく移動させるには、
原料に塩化物を用いる。前述の弗化物の欠点を避け、更
に減衰を低下させるために弗素よシ質量の大きい塩素を
使用する。その上、塩化物は自然界との化学反応性も低
くかつ有毒性も許容範囲になし得る。

得られるガラスの安定性は、各単独の成分元素の数と割
合を正確に選定することによって最適化される。

長い波長を使用するから、散乱損失をあまり増加せずに
成分元素の数を増加することができ、従って多成分元素
の塩基性ガラスが得られる。また５３ｍまでおよびそれ
より大きいスぜクトル領域で使用するためにＨｆ　、　
Ｚｒ　、　Ｔｈ　、　Ｂａ　ｒ　Ｌａ　、　Ｐｂおよび
Ｂｉのような高原子量の元素や、周期律表の乙および７
族の一般的な元素が塩素と結合される。ガラスの格子構
造を構成するにはＨｆ　、　ＺｒおよびＴｈの塩化物が
同時にあるいは個別に必要であると考えられる。その他
の元素はガラス化に有利なように又は最小拡散値を長い
波長の領域へ移すために添加される。上と同じ目的のた
めに、ＡｌＣｌ３　ｔ　ＺｎＣｌ２等のもっと軽い元素
の塩素化合物を使用することもできる。

上記の元素から得られる化合物の代表的な組合わせはつ
ぎのものである。

Ｊ（）ＨｆＣ１−，２０ＴｈＣ１−２（７ＺｒＣ１−／
（１）ＢａＣ１２４４４ この種類の混合物によって、ガラス転移温度ＴＧは、２
ｊＯ０〜５ｏｏｃの範囲に含まれる。この事はレイリー
散乱係数α０を３分の／近く迄減少したことになる。

転移金属や水酸化物のような代表的な石英の不純物は、
相対的吸収帯が３μｍ波長より前にあるので、これ等の
ガラスの減衰性に影響を与えない。

これ等の化合物は、基礎剤の沸騰点が高いので伝統的な
化学的気相堆積法（ＣＶＯ）による母材の製作には使用
できない。

ホ、実施例 図はハロゲン化物、特に塩化物に基づく多成分ガラスに
よって光ファイバを製作する装置を示す。

この装置は２つの炉／および２ならびに水晶のるつは３
を含み、るつぼ３はファイバのコアを線引きするための
底孔を有する。るつぼ３の外側には低溶融温度の酸基性
ガラスより成るるつぼ≠があり、前記底孔と同軸をなす
つらら状部分を有する。このつらら状部分は線引きによ
ってるつぼ≠から直接得られるものである。ｊはるつぼ
３の内側にファイバのコア材料のがラス棒を給送する装
置である。ネジ乙および７によって、光ファイバの線引
きの間ガラス棒は押し進められる。りはファイバのクラ
ッド材料とるつはｔとを炉の内側へ給送する機械を示す
。２つのネノ１０および／／はその材料およびるつぼグ
を進行させる。

粉末状の原料、すなわち前記元素の塩化物は、圧力およ
び温度を変化する不活性雰囲気中で昇華されることによ
ってまず精製された後、どの点でも一定の比率で所望の
配合が得られるように混合され、そして水晶の筒の中へ
導入される。それはつぎに炉内でガラス化され、そして
得られた棒♂は熱拡散により精製される。クラッド材料
はコア材料とは異なる屈折率を得るように多数の成分の
割合を変えて、前者の場合と同様に個別に精製され、混
合された後るつぼ３と≠の間に充填されてガラス化およ
び熱拡散による精製が行われる。

コア材料およびクラッド材料は、るつほの全長にわたっ
て伸びている炉／によって、それぞれのるつばの中で直
接ガラス化される。つらら状部分に位置する炉２はファ
イバの線引きに必要り温度を発生する。

るつぼグのための軟化度の低い酸基性ガラスを選択する
時は、ファイバを製作する塩基性ガラスの熱膨張係数、
ガラス転移温度および密度を考慮しなければならない。

実際にるつ埋≠はファイバと共に引っばられるから、そ
れはるつばであるだけでなく防護用被覆としても作用し
、ファイバを形成する材料を外部環境から絶縁し、適時
に安定性を与える。

多成分塩基性ガラスの熱膨張係数、ガラス転移温度およ
び密度は、それぞれｊ　Ｏ−２００Ｘ／（ｆ’Ｃ−１１
，２００−ｌ、００　ｔｌ：’、　３〜ｆ　ｙ／ｃ１ｎ
　である。るつぼグを塩化物の密度と同様な値を有する
ガラスで作成することによって、光ファイバの汚染を起
こすもとになる材料の補正の必要がなくなる。現在市販
物の中で使用可能なものは、例えば７Ｂツ）　（５ｃｈ
ｏｔｔ　）ガ′ラスの種類ＳＦｊ、２又はＳＦ　！；　
５７で、密度、膨張係数、ガラス転移温度は、前者では
７−１ １０Ｐ／Ｃｎ１．１０！×１０　　ｔ：’　　、１１０
１．ｃであり、後者は乙、コ乙？／Ｃｍ　　、１０３×
１０　　Ｃ。

３乙、２Ｃである。

原料のガラス化の後、炉２もまた動作して軟化温度に達
する。しかる後ファイバの所望外径例えば現在の国際標
準によれば／２夕μｍを得るに必要ガ速度で線引きする
ことにより、るつぼ≠につらら状部ができる。コアとク
ラッドの比率はるつぼ３の底孔の大きさとるつぼ≠を給
送する速度の両方に依存する。るつは≠の給送速度は、
るつは３の底孔の大きさが許容する変化範囲内で所望の
コア対クラツド比を維持するように決定しなければなら
ない。

コアおよびクラッドのそれぞれのガラスを供給する機械
ｊおよびりは、／〜ｊＯｃｒｎ／ｈの範囲の変換速度を
提供するよう設計されなければならな上述の説明は／実
施例についてであるが、本発明の範囲内で各種の変形が
可能である。

へ６発明の効果 本発明による光フアイバ製造装置は同軸上の２つのるつ
ぼよシ成り、外側のるつばは低い軟化温度を有し、ファ
イバの原材料と共に線引きされ、その結果ファイバは空
気中の物質との反応から防護されて作られる。このよう
にして得られたファイバは波長５μｍ以上、最小減衰量
１０　　ｄＢ／ｋｎ以下の光伝送が可能である。

【図面の簡単な説明】

図は光ファ゛イバ製造装置の断面図を示す。 〔主要部分の符号の説明〕 ／・・・第１の炉、２・・・第２の炉、３・・・第１の
るつぼ、≠・・・第２のるつぼ、ｊ・・・コア材料給送
機械、乙、７・・・ネジ、♂・・・コアの材料棒、り・
・・クラッドおよびるつぼグ給送機械、１０，１／・・
・ネジ。 代理人の氏多　　Ｉ！ｌ１）−穂

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）底孔で終端する第１のるつほと前記第１のるつぼ
   を囲む第２のるつばを含む光ファイノ々製造装置を使用
   する光ファイバの製造方法において、ファイバのコア材
   料とクラッド材料とは、それぞれ精製され全体的に均一
   な成分構成に表るように混合された後に、コア材料は前
   記第１のるつばに、クラッドの材料は前記第１と第２の
   るつぼの間に入れられ、しかる後熱拡散によって、ガラ
   ス化されていない材料はガラス化され、既にガラス化さ
   れている材料は更に精製され、その後るつぼの底孔とつ
   らら（ｍｅｎｉｓｅｕａ　）状部分の領域の温度を原料
   および第２のるつぼの軟化温度まで上昇させることによ
   り線引きを開始し、ついで第２のるつば、クラッド材料
   およびコア材料をファイバの線引きと同一方向へ、コア
   とクラッドの専径比が所望の値になるような適正な速度
   で変換することによつって、線引きされるファイバに使
   用される材料の消費分を補償することを特徴とする前記
   方法。 ０）特許請求の範囲第１項に記載の光フアイバ製造方法
   において、前記コア材料は、前記第１のるつぼに粉末状
   で導入されて後ガラス化されることを特徴とする前記方
   法。 （３）特許請求の範囲第７珂に記載の光フアイバ製造方
   法において、前記コア材料は、あらかじめガラス化され
   棒状に整形されて第１のるつほに導入されることを特徴
   とする前記方法。 （４）特許請求の範囲第１項に記載の光フアイバ製造方
   法において、ファイバのコア材料およびクラッド材料は
   ノ・ログン化物であることを特徴とする前記方法。 （５）特許請求の範囲第１項に記載の光ファイ・ぐ製造
   方法において、ファイバのコア材料およびクラッド材料
   は塩化物を含むことを特徴とする前記方法。 （６）特許請求の範囲□第１項に記載の光ファイ・々製
   造方法において、ファイバのコアおよびクラツドを形成
   すべき原料は、ガラスの格子構造のための大きな原子量
   の元素の塩化物と、前記格子構造の安定性を増加しかつ
   光ファイバの帯域幅を拡げるためのより小さい原子量の
   元素の塩化物の少量とを含むことを特徴−とする前記方
   法。 （７）　　特許請求の範囲第６項に記載の光フアイバ製
   造方法において、前記大きな原子量の元素は、Ｈｆ。 Ｚｒ　＋　Ｔｈ　＋　Ｂａ　ｌＬａ　ｒ　ＰｂおよびＢ
   ｉを含むことを特徴とする前記方法。 但）特許請求の範囲第６項に記載の光フアイバ製造方法
   において、前記率さい原子量の元素はＡＩおよびＺｎを
   含むことを特徴とする前記方法。 （９）終端に底孔を有する第１のるつぼと、前記第１の
   るつぼを囲む第２のるつぼを含む光フアイバ製造装置に
   おいて、 第１のるつぼは光ファイバの原料よシも高い軟化温度を
   有し、その底は光ファイバの線引きによって得られるつ
   らら（ｍｅｎｉｓｃｕｓ　）状を呈し、第２のるつぼは
   、前記光コアイノ々の原料の軟化温度と同じ軟化温度お
   よび光コアイノ々の線引きの間に第２のるつほから直接
   つらら状部分が得られる程低溶融温度のガラスにより作
   られており、第１のるつぼに光ファイバのコアを形成す
   る材料（コア材料という）から成る棒を給送して原料か
   らファイバへの変換（以下変換という）を起こさせると
   共に、前記２つのるっほの間に挿入された光ファイバの
   クラッドを形成する材料（クラッド材料）と第２のるつ
   ほとを共に変換させるため給送する機械を含み、 さらに、第１および第２のるつぼ内の各材料をガラス化
   するだめの第１の炉とファイバの線引きのための第２の
   炉を有することを特徴とする前記装置。 （１０）特許請求の範囲第り項に記載の装置において、
   前記機械光ファイバの線引き領域に到達する材料の量が
   光ファイバーの線引きに使用される量を補償するような
   値まで変換速度を減小するように設計されたネジを含む
   ことを特徴とする前記装置。 （１１）特許請求の範囲第り項に記載の装置において、
   前記第２のるつばは、ファイバのコアおよびクラッドを
   構成する原料と同じガラス転移温度、密度および熱膨張
   係数を有することを特徴とする前記装置。