JPS5814370B2 - ガラス光導波体を形成する方法 - Google Patents
ガラス光導波体を形成する方法Info
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- JPS5814370B2 JPS5814370B2 JP54018977A JP1897779A JPS5814370B2 JP S5814370 B2 JPS5814370 B2 JP S5814370B2 JP 54018977 A JP54018977 A JP 54018977A JP 1897779 A JP1897779 A JP 1897779A JP S5814370 B2 JPS5814370 B2 JP S5814370B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は火炎加水分解技術によってガラス製品を製造す
る方法に関し、さらに詳細には、ガラス製光導波体フィ
ラメント(glass opticalwavegui
de filaments)を製造するための改良され
た方法に関するものである。
る方法に関し、さらに詳細には、ガラス製光導波体フィ
ラメント(glass opticalwavegui
de filaments)を製造するための改良され
た方法に関するものである。
周囲物よりも大きい屈折率を有する透明なフィラメント
状構造に沿って光が伝播されうることが知られて久しい
が、従来、比較的短い距離にわたって光を伝送するため
に外被付きフィラメントか用いられている。
状構造に沿って光が伝播されうることが知られて久しい
が、従来、比較的短い距離にわたって光を伝送するため
に外被付きフィラメントか用いられている。
この種のフィラメントの光収集能力の目安となる開口数
(NA)は次の式で近Jされつる。
(NA)は次の式で近Jされつる。
ただし、nは芯の屈折率n1と外被の屈折率n2との平
均値であり、△は芯と外被との間の屈折率差であって、
△=(n12−n22)/2n12という式で与えられ
る。
均値であり、△は芯と外被との間の屈折率差であって、
△=(n12−n22)/2n12という式で与えられ
る。
従来の光フィラメントの場合には、NAが大きくなるよ
うに△が非常に大きく選択されており、従ってそのフィ
ラメントは光源から放出される比較的大量の光を収集す
ることが可能である。
うに△が非常に大きく選択されており、従ってそのフィ
ラメントは光源から放出される比較的大量の光を収集す
ることが可能である。
光導波体は、大容量光通信方式のための伝送媒体として
最近開発された低損失のフィラメントである。
最近開発された低損失のフィラメントである。
光導波体はそれに接続される光源から放出された光のう
ちの多量の光を受入れる目的のために大きい値のNAを
有していることが有利である1さらに、光導波体は、フ
ァイバー破断の場合に備えるためおよび光源によって発
生された光のうちのより多くの量の光を伝送するために
、複数の7−プルまたは束にグループ化されることが多
い。
ちの多量の光を受入れる目的のために大きい値のNAを
有していることが有利である1さらに、光導波体は、フ
ァイバー破断の場合に備えるためおよび光源によって発
生された光のうちのより多くの量の光を伝送するために
、複数の7−プルまたは束にグループ化されることが多
い。
ケーブル敷設工程時に惹起されうるランダムなファイバ
ー屈曲に基因する減衰γは次の式で与えられる。
ー屈曲に基因する減衰γは次の式で与えられる。
ただし、nおよびpは上記ランダムな屈曲の幾何学的形
状および屈折率勾配に関係したパラメータであり、aは
芯の半径である。
状および屈折率勾配に関係したパラメータであり、aは
芯の半径である。
上記式(2)からわかるように、歪み損失γはなかんず
く△を増大することにより減少されうるものであり、ま
たそのように△を増大すれば、上記式(1)からわかる
ように、NAも増大することになる。
く△を増大することにより減少されうるものであり、ま
たそのように△を増大すれば、上記式(1)からわかる
ように、NAも増大することになる。
光通信方式において用いられるべき伝送媒体には厳しい
光学的要件が課せられるので、光散乱および不純物吸収
の双方に基因する減少が非常に大きい従来のガラス・フ
ァイバー・オブティックスは使用できない。
光学的要件が課せられるので、光散乱および不純物吸収
の双方に基因する減少が非常に大きい従来のガラス・フ
ァイバー・オブティックスは使用できない。
従って、非常に純度の高いガラスをフィラメント状に形
成するための独特の方法が開発される必要があった。
成するための独特の方法が開発される必要があった。
ガラス製の光導波体フィラメントを形成するために火炎
加水分解技術を用いた種々の方法が米国特許第Re.2
8029号、同第3711262号、同第373729
3号、同第3823995号および第3826560号
に教示されているが、後の2つは勾配屈折率型導波体(
gradient index waveguides
)の形成に関するものである。
加水分解技術を用いた種々の方法が米国特許第Re.2
8029号、同第3711262号、同第373729
3号、同第3823995号および第3826560号
に教示されているが、後の2つは勾配屈折率型導波体(
gradient index waveguides
)の形成に関するものである。
上述において「従来の」方法として言及された火炎加水
分解法の1つの実施例によれば、蒸気の形態をなす複数
の成分が予め定められた量だけガス状の媒体にずい伴せ
しめられ、然る後、予め定められた組成を有するすすを
形成するために炎内で酸化される。
分解法の1つの実施例によれば、蒸気の形態をなす複数
の成分が予め定められた量だけガス状の媒体にずい伴せ
しめられ、然る後、予め定められた組成を有するすすを
形成するために炎内で酸化される。
そのすすは回転している円柱状マンドレル(心棒)また
は出発部材の表面に添着される。
は出発部材の表面に添着される。
第1のすす層が芯ガラスを形成するために被着されて後
に、そのすすの組成が外被ガラスを形成するように変化
される。
に、そのすすの組成が外被ガラスを形成するように変化
される。
これらのすす層が上記マンドレル上に形成されて後に、
光導波体フィラメントを引き抜くことのできる引き抜き
素材を作るために、どちらかといえば長時間にわたる工
程が行なわれる。
光導波体フィラメントを引き抜くことのできる引き抜き
素材を作るために、どちらかといえば長時間にわたる工
程が行なわれる。
このようにして形成されたすすプレフォームはマンドレ
ルから回収され、そしてその結果得られた中空のプレフ
ォームの一端にワイヤー・ハンドルが挿通される。
ルから回収され、そしてその結果得られた中空のプレフ
ォームの一端にワイヤー・ハンドルが挿通される。
そのプレフォームは、このハンドルによって支持された
ままで、下降されて融合合体用炉(consolida
tion furnace)内に入れられ、そこですす
が焼結して、粒子境界のない中空の引き抜き素材を形成
する。
ままで、下降されて融合合体用炉(consolida
tion furnace)内に入れられ、そこですす
が焼結して、粒子境界のない中空の引き抜き素材を形成
する。
上記ワイヤー・ハンドルが除去され、そして穴の壁がフ
フ化水素酸でエッチングされる。
フ化水素酸でエッチングされる。
その後、上記素材はシード(seeds)等があるかど
うか検査され、浄化され、そして一端に切込みを、他端
にテーパー領域をそれぞれ形成するために旋盤上で炎加
工される。
うか検査され、浄化され、そして一端に切込みを、他端
にテーパー領域をそれぞれ形成するために旋盤上で炎加
工される。
その切込み端部はハンドルに挿入され、そして素材は再
びエッチングされ、水洗いされ、乾燥される。
びエッチングされ、水洗いされ、乾燥される。
次に、その素材は引き抜き用炉に挿入され、そこでその
素材はそれの材料が引き抜きのために十分低い粘度を有
するようになる温度に加熱され、そしてその中空素材の
内壁がつぶれるまでその直径を減寸せしめるべく引き抜
かれる。
素材はそれの材料が引き抜きのために十分低い粘度を有
するようになる温度に加熱され、そしてその中空素材の
内壁がつぶれるまでその直径を減寸せしめるべく引き抜
かれる。
このような引き抜きを続行することにより直径がさらに
減寸され、そして遂に所望の寸法を有する光導波体フィ
ラメントが形成されるのである。
減寸され、そして遂に所望の寸法を有する光導波体フィ
ラメントが形成されるのである。
しかしながら、このような方法は、引き抜き素材を作る
のに多数の工程を必要とするがために、複雑かつ高価な
ものとなっている。
のに多数の工程を必要とするがために、複雑かつ高価な
ものとなっている。
さらに,多くの理由のために、光導波体における△の値
従って開口数の値が比較的小さいのである。
従って開口数の値が比較的小さいのである。
低損失光導波体では、それの外被はシリカのような高純
度のガラスで形成されているのが通常であるのに対して
、芯は、同じ高純度のガラスであるが、それの屈折率を
外被のそれよりも大きくするのに十分な量の添加材料(
dapant material)を添加されたもので
形成されている。
度のガラスで形成されているのが通常であるのに対して
、芯は、同じ高純度のガラスであるが、それの屈折率を
外被のそれよりも大きくするのに十分な量の添加材料(
dapant material)を添加されたもので
形成されている。
しかしながら、このような光導波体の場合には、熱膨張
係数や軟化点温度のような芯と外被との特性上の不整合
のために添加剤をほんの少量しか芯に添加することがで
きなかったので、その光導波体の開口数は比較的小さか
ったのである。
係数や軟化点温度のような芯と外被との特性上の不整合
のために添加剤をほんの少量しか芯に添加することがで
きなかったので、その光導波体の開口数は比較的小さか
ったのである。
例えば、融合合体された引き抜きガラス素材にマンドレ
ル穴が残る従来の火炎加水分解法によって、Ge02を
添加されたSi02よりなる光導波体を製造しようとす
る場合について考えてみよう。
ル穴が残る従来の火炎加水分解法によって、Ge02を
添加されたSi02よりなる光導波体を製造しようとす
る場合について考えてみよう。
この場合、その光導波体は、使用される光源の種類やそ
の光導波体が受ける屈曲の形式のような観点にもとづい
て、開口数が0.24でなければならないものとする。
の光導波体が受ける屈曲の形式のような観点にもとづい
て、開口数が0.24でなければならないものとする。
使用されるべき外被材料がわかれば、外被の屈折率n2
がわかる。
がわかる。
たとえば、外被材料がB203を添加されたSiO2で
ある場合にはn2はシリカの屈折率であるところの約1
.458であるとされる。
ある場合にはn2はシリカの屈折率であるところの約1
.458であるとされる。
周知の関係式NA=(n12−n22)1/2を用いて
、芯の屈折率n1は1.477と決定される。
、芯の屈折率n1は1.477と決定される。
屈折率が1.477の二成分Ge02−Si02ガラス
を得るためには、芯ガラスは約23重量%7Ge02よ
りなるものでなければならないことがわかる。
を得るためには、芯ガラスは約23重量%7Ge02よ
りなるものでなければならないことがわかる。
このような芯ガラスの膨張係数は約15X10−77C
である。
である。
23重量% Ge02を含有する芯と一緒に純粋なSi
O2外被を用いてはならない。
O2外被を用いてはならない。
なぜならば、その芯と外被とのあいだの膨張不整合のた
めに、すすプレフォームを破壊せしめることなしに融合
合体せしめることが困難となるからである。
めに、すすプレフォームを破壊せしめることなしに融合
合体せしめることが困難となるからである。
従って、ほぼ整合する熱膨張係数を有するホウケイ酸塩
外被が選択される。
外被が選択される。
12重量%B20sと88重量%Si02とよりなる外
被刃ラスは約12×10−7′Cの膨張係数(25〜7
00℃)を有しているが、この3X10−7/Cの膨張
係数の差は受入れられうるものである。
被刃ラスは約12×10−7′Cの膨張係数(25〜7
00℃)を有しているが、この3X10−7/Cの膨張
係数の差は受入れられうるものである。
芯および外被ガラスのこのような組合せの場合には、そ
れらの芯および外被の軟化点温度はそれぞれ約1630
℃および1410℃である。
れらの芯および外被の軟化点温度はそれぞれ約1630
℃および1410℃である。
このように芯および外被ガラスの軟化点温度に220℃
の差があるため、それによってフィラメント引き抜き工
程に問題が惹起される。
の差があるため、それによってフィラメント引き抜き工
程に問題が惹起される。
芯ガラスは外被ガラスよりも軟化点温度がはるかに高い
から、フィラメント引き抜き工程時に引き抜き素材の穴
を塞ぐのが困難であり、かつそのようにして得られるフ
ィラメントでは芯の直径と外径との比が変化する傾向が
ある。
から、フィラメント引き抜き工程時に引き抜き素材の穴
を塞ぐのが困難であり、かつそのようにして得られるフ
ィラメントでは芯の直径と外径との比が変化する傾向が
ある。
このような問題を防止するためには、芯の軟化点温度が
外被のそれに接近しているかあるいはそれよりも幾分低
くなければならない。
外被のそれに接近しているかあるいはそれよりも幾分低
くなければならない。
芯の軟化点温度を低くするための公知の方法では、芯ガ
ラスにB203を添加することが行なわれる。
ラスにB203を添加することが行なわれる。
しかしながら、そのようにB203を添加すると、芯ガ
ラスの屈折率が若干低下するが、熱膨張係数は増大する
。
ラスの屈折率が若干低下するが、熱膨張係数は増大する
。
このように芯ガラスの熱膨張係数の増加に対処せんがた
めには、外被ガラスにさらに多くのB203を添加しな
ければならないが、そうすると粘度の不整合の問題が再
び惹起することになる。
めには、外被ガラスにさらに多くのB203を添加しな
ければならないが、そうすると粘度の不整合の問題が再
び惹起することになる。
このようなわけで、芯に含有されるGeO2の量は、過
剰な破壊をともなうことなしにすすプレフォームの融合
合体(consolidation)を行なうことがで
きる値に限定されなければならなかったのであり、従っ
て、より大きい所望の値のNAを簡単には得ることがで
きなかったのである。
剰な破壊をともなうことなしにすすプレフォームの融合
合体(consolidation)を行なうことがで
きる値に限定されなければならなかったのであり、従っ
て、より大きい所望の値のNAを簡単には得ることがで
きなかったのである。
本発明の目的は、光導波体フィラメントを製造するため
の経済的な方法であって、上述したような難点を克服し
うる方法を提供することである。
の経済的な方法であって、上述したような難点を克服し
うる方法を提供することである。
本発明の他の目的は、大きい開口数を有する光導波体を
製造する方法を提供することである。
製造する方法を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、従来の方法よりも簡単でか
つ廉価な光導波体製造方法を提供することである。
つ廉価な光導波体製造方法を提供することである。
本発明のこれらの目的ならびに他の目的、特徴および利
益は、以下の詳細な説明および本発明の好ましい実施例
を例示しているにすぎない図面から、当業者には明らか
となるであろう。
益は、以下の詳細な説明および本発明の好ましい実施例
を例示しているにすぎない図面から、当業者には明らか
となるであろう。
本発明は火炎加水分解法によってガラス光導波体を形成
する改良された方法に関するものである。
する改良された方法に関するものである。
簡単に述べると、本発明の方法は、基体
(substrate)の表面に第1のガラスすす被覆
を添着し、次に該第1のガラスすす被覆の表面に第2の
ガラス被覆を添着してすすプレフォームを形成すること
よりなる。
を添着し、次に該第1のガラスすす被覆の表面に第2の
ガラス被覆を添着してすすプレフォームを形成すること
よりなる。
そのプレフォームは、それが融合合体せしめられるには
不充分な第1の温度に加熱され、そのあいだ、そのプレ
フォームは少なくとも95係のヘリウムを含む雰囲気に
当てられて残留ガスが多孔質のプレフォームのすき間か
ら放遂せしめられる。
不充分な第1の温度に加熱され、そのあいだ、そのプレ
フォームは少なくとも95係のヘリウムを含む雰囲気に
当てられて残留ガスが多孔質のプレフォームのすき間か
ら放遂せしめられる。
さらにそのプレフォームは、それの端部を融合合体せし
めるのに十分なだけ高い第2の温度に加熱され、それと
同時に引き抜かれてフィラメントとなされる。
めるのに十分なだけ高い第2の温度に加熱され、それと
同時に引き抜かれてフィラメントとなされる。
本発明の方法は比較的大きい開口数を有する光導波体を
形成するために用いられうるものである前記第1のすす
被覆の外周面上には第2のガラスすす被覆が添着される
が、その第2の被覆のすすの屈折率は第1の被覆のそれ
よりも小さくなされる。
形成するために用いられうるものである前記第1のすす
被覆の外周面上には第2のガラスすす被覆が添着される
が、その第2の被覆のすすの屈折率は第1の被覆のそれ
よりも小さくなされる。
このような複合プレフォームが融合合体されて引き抜か
れると、中まで密な横断面を有する光導波体フィラメン
トが形成されるのである。
れると、中まで密な横断面を有する光導波体フィラメン
トが形成されるのである。
図面は本発明を図式的にかつ象徴的に示しているもので
あって、そこに図示されている要素の寸法や相対的な配
分に限定する意図はまったくないものであることに注意
すべきである。
あって、そこに図示されている要素の寸法や相対的な配
分に限定する意図はまったくないものであることに注意
すべきである。
さらに、本発明は、ここに開示される特定の記述や、図
示や実施例に関係なく、シングルモード(single
mode)とマルチモード(multimode)との
両方を明らかに意図しているものであることに注意すべ
きである。
示や実施例に関係なく、シングルモード(single
mode)とマルチモード(multimode)との
両方を明らかに意図しているものであることに注意すべ
きである。
本発明はまた、一定の屈折率を有する光導波体と勾配屈
折率を有する光導波体とのいずれをも意図するものであ
る。
折率を有する光導波体とのいずれをも意図するものであ
る。
勾配屈折率光導波体の場合には、外被は芯の外側の部分
でありうるかあるいは芯と外被との境界面に屈折率の急
激な変化が存在するような程度だけ隣接の芯材料の屈折
率よりも小さい屈折率を有する層でありうる。
でありうるかあるいは芯と外被との境界面に屈折率の急
激な変化が存在するような程度だけ隣接の芯材料の屈折
率よりも小さい屈折率を有する層でありうる。
光導波体のためのすすプレフォームは第1図および第2
図に示されている方法に従って都合よく形成される。
図に示されている方法に従って都合よく形成される。
火炎加水分解バーナー14によって、円柱状のマンドレ
ル12にガラスすすの被覆10が添着される。
ル12にガラスすすの被覆10が添着される。
バーナー14には供給源(図示せず)から燃料ガスと酸
素または空気が供給される。
素または空気が供給される。
この混合物が燃焼されて、バーナーから放出される炎1
6を発生する。
6を発生する。
ガス・蒸気混合物が炎16内で酸化されてガラスすすを
形成し、そのガラスすすは、マンドレル12の方に向っ
た1つの流れ18をなして炎を離れて出て来る。
形成し、そのガラスすすは、マンドレル12の方に向っ
た1つの流れ18をなして炎を離れて出て来る。
円柱状のマンドレル上にすすの被覆を形成する火炎加水
分解法が前記米国特許第Re.28029号および同第
3823995号にさらに詳細に記載されている。
分解法が前記米国特許第Re.28029号および同第
3823995号にさらに詳細に記載されている。
マンドレル12はハンドル20によって支持されかつす
すを均一に沈積せしめるために、第1図において近傍の
矢印で示されているように回転と往復直線運動とをなさ
しめられる。
すを均一に沈積せしめるために、第1図において近傍の
矢印で示されているように回転と往復直線運動とをなさ
しめられる。
この方法は、段階状屈折率(step index)型
または勾配屈折率(gradient index)型
のいずれかの導波体を製造するために用いられうる。
または勾配屈折率(gradient index)型
のいずれかの導波体を製造するために用いられうる。
第1の被覆10の外周面上には第2図に示されているよ
うに第2のガラスすす被覆22が添着される。
うに第2のガラスすす被覆22が添着される。
公知の方法に従って、被覆22の屈折率は、炎16内で
発生されつつあるすす24の組成を変化することによっ
て被覆10の屈折率よりも小さくなされる。
発生されつつあるすす24の組成を変化することによっ
て被覆10の屈折率よりも小さくなされる。
このことは、炎に導入される添加材料の濃度またはそれ
の種類を変化することによりあるいはその添加材料を省
略することによって実現されうる。
の種類を変化することによりあるいはその添加材料を省
略することによって実現されうる。
マンドレル12は再び回転と往復直線運動とをなさしめ
られ、そのようにして得られた第1の被覆10と第2の
被覆22とを含む複合構造体が光導波体すすプレフォー
ム30を構成する。
られ、そのようにして得られた第1の被覆10と第2の
被覆22とを含む複合構造体が光導波体すすプレフォー
ム30を構成する。
光導波体の製造においては、その導波体の芯および外被
の材料は、光減衰特性のできるだけ小さいガラスで製造
されるべきであり、任意の光学品質ガラスが用いられう
るけれども、溶融シリカが特に適したガラスである。
の材料は、光減衰特性のできるだけ小さいガラスで製造
されるべきであり、任意の光学品質ガラスが用いられう
るけれども、溶融シリカが特に適したガラスである。
構造上および他の実用的な観点から、芯ガラスと外被ガ
ラスとは同様の物理的特性を有していることが望ましい
。
ラスとは同様の物理的特性を有していることが望ましい
。
適切に動作するためには、芯ガラスが外被ガラスよりも
大きい屈折率を有していなければならないから、芯ガラ
スは、外被に用いられたガラスと同じ種類のものであっ
て、屈折率を若干大きくするために他の材料を少量だけ
添加されたもので形成されることが望ましい。
大きい屈折率を有していなければならないから、芯ガラ
スは、外被に用いられたガラスと同じ種類のものであっ
て、屈折率を若干大きくするために他の材料を少量だけ
添加されたもので形成されることが望ましい。
溶融シリカの屈折率を大きくするために1つの添加剤の
みとしてあるいは互いに組合せて多くの適当な材料が用
いられている。
みとしてあるいは互いに組合せて多くの適当な材料が用
いられている。
それらの材料としては、酸化チタン、酸化タンタル、酸
化アルミニウム、酸化ランタン、酸化リンおよび酸化ゲ
ルマニウムがあるが、それらに限定されるものではない
。
化アルミニウム、酸化ランタン、酸化リンおよび酸化ゲ
ルマニウムがあるが、それらに限定されるものではない
。
ゲルマニアを添加された溶融シリカよりなる芯に、純粋
な溶融シリカの屈折率よりも若干小さい屈折率を与えか
つ外被層に純粋な溶融シリカよりも幾分大きい熱膨張係
数を与える酸化ホウ素を添加された溶融シリカよりなる
外被層を設け、それによって芯材料と外被材料の膨張係
数間により良好な整合を与えるようにすることが有利で
ある従来においては、マンドレルは融合合体工程C前に
除去されるのが通常であった。
な溶融シリカの屈折率よりも若干小さい屈折率を与えか
つ外被層に純粋な溶融シリカよりも幾分大きい熱膨張係
数を与える酸化ホウ素を添加された溶融シリカよりなる
外被層を設け、それによって芯材料と外被材料の膨張係
数間により良好な整合を与えるようにすることが有利で
ある従来においては、マンドレルは融合合体工程C前に
除去されるのが通常であった。
然る後、すすプレフォームが穿孔され、ワイヤー・ハン
ドルを設けられ、そして炉に挿入され、そこでそのすす
がそれの粒子を溶融させかつ融合合体させて粒子境界の
ない稠密なガラス体を形成せしめるのに士分な時間のあ
いだそれの融合合体温度範囲内の淵度に附される。
ドルを設けられ、そして炉に挿入され、そこでそのすす
がそれの粒子を溶融させかつ融合合体させて粒子境界の
ない稠密なガラス体を形成せしめるのに士分な時間のあ
いだそれの融合合体温度範囲内の淵度に附される。
次に、その結果得られた中空の引き抜きガラス素材は、
それを引き抜いて光導波体フィラメントを形成するのに
先立って、上述した多数の他の処理工程に附される。
それを引き抜いて光導波体フィラメントを形成するのに
先立って、上述した多数の他の処理工程に附される。
屈折率を増大せしめるために素材の芯領域に添加剤が添
加されているがために、その領域の膨張係数は外被領域
のそれよりも太きい。
加されているがために、その領域の膨張係数は外被領域
のそれよりも太きい。
従って、前記融合合体工程の後に素材が冷却すると、中
心の領域は緊張状態におかれる。
心の領域は緊張状態におかれる。
マンドレルを除去した後に残っている素材の中心におけ
る穴は、大きい引張力の領域に自由表面を露呈しており
、そこで破壊が起りやすい。
る穴は、大きい引張力の領域に自由表面を露呈しており
、そこで破壊が起りやすい。
それがために、芯領域の膨張係数を外被領域のそれによ
り接近した値に保持する必要があるわけであるが、その
ことが、より大きい開口数を有する光導波体を製造する
ことの妨げとなっている要因の1つをなすものである。
り接近した値に保持する必要があるわけであるが、その
ことが、より大きい開口数を有する光導波体を製造する
ことの妨げとなっている要因の1つをなすものである。
本発明の方法によれば、独立の融合合体工程が除去され
るので、すすプレフォームからフィラメントを形成する
工程が全体として大幅に簡略化されることになる。
るので、すすプレフォームからフィラメントを形成する
工程が全体として大幅に簡略化されることになる。
マンドレルはずすプレフォーム30から除去されること
が好ましく、かつそれの一端はハンドルに装着される。
が好ましく、かつそれの一端はハンドルに装着される。
次に、そのすすブレフォームは引き抜き用炉の頂部に挿
入され、そして第3図に示されているようにその炉から
フィラメント38が引き抜かれる。
入され、そして第3図に示されているようにその炉から
フィラメント38が引き抜かれる。
図示を簡単にするために、その引き抜き用炉に関してそ
れのマツフル40だけが図示されているが、炉の詳細に
関しては米国特許第4126436号公報に記載されて
いる。
れのマツフル40だけが図示されているが、炉の詳細に
関しては米国特許第4126436号公報に記載されて
いる。
ハンドル42は、短い小径チューブ46を附着された低
膨張ガラスチューブ44で構成されつる小径チューブ4
6の材料としては石英が特に適している。
膨張ガラスチューブ44で構成されつる小径チューブ4
6の材料としては石英が特に適している。
なぜならば、石英は過剰な歪みをともなうことなしに1
600〜1850℃の引き抜き温度に耐えうるちのであ
り、かつ素材に不純物を添加することがないからである
。
600〜1850℃の引き抜き温度に耐えうるちのであ
り、かつ素材に不純物を添加することがないからである
。
1つの特定の実施例においては、チューブ44は、シリ
カ含有量の多いガラスよりなる外径が約1.27センチ
メートル(1/2インチ)のチューブであり、チューブ
46は長さが約5.08センチメートル(2インチ)で
直径が約0.64センチメートルC1/4インチ)の石
英チューブで形成され、そしてこの石英チューブは、す
すプレフォームに挿入される端部の両側に炎加工によっ
て形成された石英よりなる2つの0.5Ilの隆起48
を有している。
カ含有量の多いガラスよりなる外径が約1.27センチ
メートル(1/2インチ)のチューブであり、チューブ
46は長さが約5.08センチメートル(2インチ)で
直径が約0.64センチメートルC1/4インチ)の石
英チューブで形成され、そしてこの石英チューブは、す
すプレフォームに挿入される端部の両側に炎加工によっ
て形成された石英よりなる2つの0.5Ilの隆起48
を有している。
そのチューブはプレフォームに挿入されて後に約90°
回転されてプレフォーム中にロックされる。
回転されてプレフォーム中にロックされる。
軟く附着しているにすぎないすずは、フィルターにかけ
られた乾燥した窒素でもってすすプレフォームの外表面
および内表面から吹き払われる。
られた乾燥した窒素でもってすすプレフォームの外表面
および内表面から吹き払われる。
この実施例で使用されたすすプレフォームは、そのプレ
フォームと約4411の内径を有するマツフルとの間に
十分な間隙を与えるために321RKの外径を有した。
フォームと約4411の内径を有するマツフルとの間に
十分な間隙を与えるために321RKの外径を有した。
ハンドル42は引き抜き用炉の上方におけるチャック内
に配置され、そしてプレフォームは最も熱い領域のすぐ
上における位置まで炉マツフル40内に下方に送り込ま
れる。
に配置され、そしてプレフォームは最も熱い領域のすぐ
上における位置まで炉マツフル40内に下方に送り込ま
れる。
このときプレフォームはそれが融合合体せしめられるに
は不充分な第1の温度に加熱される。
は不充分な第1の温度に加熱される。
マツフルの頂部は密封されている。
そのマツフルの頂部において導入されたマツフル・ガス
は矢印52で示されているようにプレフォーム30上を
下方に流動するとともにそのプレフォームのすき間を通
って流れ、プレフォームが前記第1の温度で加熱されて
いるあいだおよびプレフォームが第2の温度で融合合体
せしめられるときにそれらのすき間からガスを放逐せし
める。
は矢印52で示されているようにプレフォーム30上を
下方に流動するとともにそのプレフォームのすき間を通
って流れ、プレフォームが前記第1の温度で加熱されて
いるあいだおよびプレフォームが第2の温度で融合合体
せしめられるときにそれらのすき間からガスを放逐せし
める。
マツフル・ガスはマツフルの底部において排気される。
このマツフル・ガスは、泡が生じないようにしてすすを
融合合体せしめるものであるとともに、得られるフィラ
メントの光学的特性を阻害するような態様でガラスすす
の組成と相互作用することのないものである。
融合合体せしめるものであるとともに、得られるフィラ
メントの光学的特性を阻害するような態様でガラスすす
の組成と相互作用することのないものである。
使用される特定の添加剤に応じて酸化状態が望ましいか
環元状態が望ましいかがきまる。
環元状態が望ましいかがきまる。
好ましいマツフル・ガスは、多孔質のすすプレフォーム
のすき間を容易に通過して残留ガスをそのプレフォーム
から放逐することのできるヘリウムに富んだものである
。
のすき間を容易に通過して残留ガスをそのプレフォーム
から放逐することのできるヘリウムに富んだものである
。
この明細書で用いられている[ヘリウムに富んだ雰囲気
」という言葉は、少なくとも95%のヘリウムを含むも
のであることを意味する。
」という言葉は、少なくとも95%のヘリウムを含むも
のであることを意味する。
融合合体工程時にガスをプレフォームから放逐せしめる
ためには、酸素、窒素、アルゴン、ネオンおよびそれら
の混合物のような他のガスを用いてもよい。
ためには、酸素、窒素、アルゴン、ネオンおよびそれら
の混合物のような他のガスを用いてもよい。
へlウムだけを用いて実現される程度以上にプレフォー
ムを乾燥させるために、ハロゲン、好ましくは塩素が用
いられることがあるが、ヘリウムと塩素化合物との組合
せがすすの融合合体の目的につき米国特許第39334
54号に開示されている。
ムを乾燥させるために、ハロゲン、好ましくは塩素が用
いられることがあるが、ヘリウムと塩素化合物との組合
せがすすの融合合体の目的につき米国特許第39334
54号に開示されている。
プレフォームおよびマツフルからガスを放逐するこの初
期の期間のあいだ、プレフォームが最も熱い領域に進入
することがないように送り機構は停止される。
期の期間のあいだ、プレフォームが最も熱い領域に進入
することがないように送り機構は停止される。
この時間のあいだに、放逐ガスが供給源54からハンド
ルを通ってプレフォームの中心に流入して附加的な放逐
効果を与えるようにしてもよい。
ルを通ってプレフォームの中心に流入して附加的な放逐
効果を与えるようにしてもよい。
プレフォームの中心に毎時84.95リットル(3立方
フィート/時)の流速でヘリウムを流入せしめながらマ
ツフルの頂部に純粋なヘリウムを毎時764.55リッ
トル(27立方フィート/時)の流速で15分間流入せ
しめることによって十分な放逐効果が得られる。
フィート/時)の流速でヘリウムを流入せしめながらマ
ツフルの頂部に純粋なヘリウムを毎時764.55リッ
トル(27立方フィート/時)の流速で15分間流入せ
しめることによって十分な放逐効果が得られる。
これらの放逐用ガスの最適流速は、素材の送り速度、融
合合体温度、特定の放逐用ガスの組成等のような要因に
依存してきまる。
合合体温度、特定の放逐用ガスの組成等のような要因に
依存してきまる。
然る後、プレフォームは炉の熱い領域内に進入せしめら
れ、それにともなって、プレフォームが前記第1の温度
より高い第2の温度に加熱せしめられて、すすが領域6
0で示されているように融合合体しはじめる。
れ、それにともなって、プレフォームが前記第1の温度
より高い第2の温度に加熱せしめられて、すすが領域6
0で示されているように融合合体しはじめる。
その熱い領域における温度は芯ガラスの粘度が108ポ
ワズと103ポワズとの間となるような温度であること
が好ましい。
ワズと103ポワズとの間となるような温度であること
が好ましい。
所望の粘度はフィラメントの引き抜き速度に依存してき
まる。
まる。
22.85CI/分(0.75フィート/分)と30.
48m/分(100フィート/分)との間の引き抜き速
度が用いられたが、本発明の方法はそれに限定されるも
のではない。
48m/分(100フィート/分)との間の引き抜き速
度が用いられたが、本発明の方法はそれに限定されるも
のではない。
ヘリウム供給源54が用いられた場合には、プレフォー
ムの先端が融合合体しはじめるや否や、その供給源は遮
断される。
ムの先端が融合合体しはじめるや否や、その供給源は遮
断される。
融合合体されたガラス・プレフォームの先端は,フィラ
メントの引き抜きを開始するために、低膨張ガラス棒の
端部によって接触される。
メントの引き抜きを開始するために、低膨張ガラス棒の
端部によって接触される。
プレフォームは炉の熱い領域内に連続的に送り込まれ、
そこのヘリウムに富んだ雰囲気内で連続的に融合合体し
そして引き抜かれてフィラメントとなされる。
そこのヘリウムに富んだ雰囲気内で連続的に融合合体し
そして引き抜かれてフィラメントとなされる。
穴を形成している表面から出てきた材料が逃げることが
できなければならないから、プレフォームから遠隔のチ
ューブ44の端部は、そのようにして出てきた材料が大
気に通気しうるように、上記供給源54が遮断されて後
に開放されなければならない。
できなければならないから、プレフォームから遠隔のチ
ューブ44の端部は、そのようにして出てきた材料が大
気に通気しうるように、上記供給源54が遮断されて後
に開放されなければならない。
矢印52で示されている放逐用ガスはプレフォームが全
体として融合合体せしめられるあいだおよびプレフォー
ムを引抜いてフィラメントを形成するあいだ流れ続ける
。
体として融合合体せしめられるあいだおよびプレフォー
ムを引抜いてフィラメントを形成するあいだ流れ続ける
。
実施例
上述した火炎加水分解法によって複数のすすプレフォー
ムが作られた。
ムが作られた。
これらのプレフォームの芯部分は、GeO2を添加した
Sin2で形成されたものであり、この場合、Ge02
の濃度が、屈折率を半径方向に減少せしめるように、半
径方向に増大せしめられた。
Sin2で形成されたものであり、この場合、Ge02
の濃度が、屈折率を半径方向に減少せしめるように、半
径方向に増大せしめられた。
また、上記プレフォームの外被部分はB203を添加し
たSin2で形成された。
たSin2で形成された。
これらのプレフォームは、上述した方法に従って、直接
引き抜かれて光導波体フィラメントとなされた。
引き抜かれて光導波体フィラメントとなされた。
マツフルの熱い領域の温度は1700℃と1835℃と
の間であった。
の間であった。
そのマツフルが残留ガスを放逐されそして引き抜き作業
が開始されて後に、ヘリウムが毎時764.55Jット
ル(27立方フィート一時)の速度でマツフルを通って
流動せしめられた。
が開始されて後に、ヘリウムが毎時764.55Jット
ル(27立方フィート一時)の速度でマツフルを通って
流動せしめられた。
プレフォームからフィラメントを引き抜く工程のあいだ
、0.25μm以下の変化を検知しうるモデルSSE−
5Rミル・マスター電子マイクロメータによりオンライ
ンでフィラメントの直径がモニターされた。
、0.25μm以下の変化を検知しうるモデルSSE−
5Rミル・マスター電子マイクロメータによりオンライ
ンでフィラメントの直径がモニターされた。
このモニターは自動直径制御系の一部分である。
公称フィラメント直径は110μmに設定された。
この値からの直径の変化は+1μmであった。
これらのプレフォームからフィラメントを引き抜くこと
により得られた結果が表Iにまとめられている。
により得られた結果が表Iにまとめられている。
各プレフオームから得られたフィラメントの最も長い長
さが、減衰および開口数と一緒に表Iに示されている。
さが、減衰および開口数と一緒に表Iに示されている。
融合合体されたプレフォームの中心穴の近傍にシードが
存在すると、それによって直径の乱れが生じ、それがた
め、引き抜かれ得る有用な連続フィラメントの長さが制
限されることになることが明らかとなった。
存在すると、それによって直径の乱れが生じ、それがた
め、引き抜かれ得る有用な連続フィラメントの長さが制
限されることになることが明らかとなった。
プレフォーム/i64から引き抜かれたフィラメントの
場合には、950nmにおける水に基因する減衣は30
dB/kmであることがわかった。
場合には、950nmにおける水に基因する減衣は30
dB/kmであることがわかった。
この減衰は、火炎加水分解法によって製造された標準的
な光導波体フィラメントの減衰よりも小さく、かつそれ
は水分の含有量が比較的少ないことを示している。
な光導波体フィラメントの減衰よりも小さく、かつそれ
は水分の含有量が比較的少ないことを示している。
このように水分に基因する減衰が小さいということは、
すすの融合合体のための送り速度が低いことと、融合合
体温度が高い(通常の融合合体法の場合よりも約400
℃だけ高い)ことの作用による結果であることが明らか
である。
すすの融合合体のための送り速度が低いことと、融合合
体温度が高い(通常の融合合体法の場合よりも約400
℃だけ高い)ことの作用による結果であることが明らか
である。
従来の融合合体温度はプレフォームの垂下によって制限
される。
される。
本発明によれば、融合合体温度が高いため、ガス抜き工
程が改善されるとともに、それと同時にフィラメントの
引き抜きを行なうことができるのである。
程が改善されるとともに、それと同時にフィラメントの
引き抜きを行なうことができるのである。
以上本発明を特定の実施例につき説明したが、当業者に
は本発明の範囲内で他の実施例も可能であることが明ら
かであろう。
は本発明の範囲内で他の実施例も可能であることが明ら
かであろう。
マンドレル12は融合合体に先立って除去されることが
好ましいが、すすプレフォーム内に残されて、結果とし
て得られるフィラメントの中心部分を形成するためにそ
のプレフォームと一緒に引き抜かれてもよい。
好ましいが、すすプレフォーム内に残されて、結果とし
て得られるフィラメントの中心部分を形成するためにそ
のプレフォームと一緒に引き抜かれてもよい。
しかしながら、その場合にはマンドレルは光学品質ガラ
スで作られなければならないことに注意すべきである。
スで作られなければならないことに注意すべきである。
この実施例では、ハンドル20は、すす融合合体および
引き抜き作業時にプレフォームに対する支持体として利
用される。
引き抜き作業時にプレフォームに対する支持体として利
用される。
さらに他の実施例では、前記米国特許第3711262
号の教示に従ってガラスチューブの内表面上にすすを沈
積せしめてもよい。
号の教示に従ってガラスチューブの内表面上にすすを沈
積せしめてもよい。
ハンドル42をそのようなプレフォームに挿入し、かつ
そのプレフォームの融合合体が上記好ましい実施例に関
連して述べたようにして進行するようにしてもよい。
そのプレフォームの融合合体が上記好ましい実施例に関
連して述べたようにして進行するようにしてもよい。
第1図および第2図はマンドレルに第1および第2のガ
ラスすす被覆を添着せしめる状態を示す概略図、第3図
はフィラメントがすすプレフォームから引き抜かれつつ
ある引き抜き用炉の一部分を示す概略断面図である。 10・・・・・・第1のガラスすす被覆、12・・・・
・・円柱状のマンドレル、14・・・・・・バーナー、
16・・・・・・炎、18・・・・・・ガラスすすの流
れ、20・・・・・・ハンドル、22・・・・・・第2
のガラスすす被覆、24・・・・・・すす、30・・・
・・・すすプレフォーム、38・・・・・・フィラメン
ト、40・・・・・・引き抜き用炉のマツフル、42・
・・・・・ハンドル、44・・・・・・ガラスチューブ
、46・・・・・・小径チューブ、48・・・・・・隆
起、54・・・・・・放逐ガス供給源、60・・・・・
・融合合体領域。
ラスすす被覆を添着せしめる状態を示す概略図、第3図
はフィラメントがすすプレフォームから引き抜かれつつ
ある引き抜き用炉の一部分を示す概略断面図である。 10・・・・・・第1のガラスすす被覆、12・・・・
・・円柱状のマンドレル、14・・・・・・バーナー、
16・・・・・・炎、18・・・・・・ガラスすすの流
れ、20・・・・・・ハンドル、22・・・・・・第2
のガラスすす被覆、24・・・・・・すす、30・・・
・・・すすプレフォーム、38・・・・・・フィラメン
ト、40・・・・・・引き抜き用炉のマツフル、42・
・・・・・ハンドル、44・・・・・・ガラスチューブ
、46・・・・・・小径チューブ、48・・・・・・隆
起、54・・・・・・放逐ガス供給源、60・・・・・
・融合合体領域。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 実質的に円柱状のマンドレルを準備し、該マンドレ
ルの外周面に第1のガラスすす被覆を添着する工程と、 該第1のガラスすす被覆の外周面に、該第1のガラスす
す被覆よりも小さい屈折率を有する第2のガラスすす被
覆を添着する工程と、 前記マンドレルを除去して穴を有するすすプレフォーム
を形成する工程と、 該プレフオームを炉内に支持し、前記プレフォームをそ
れが溶融合体せしめられるには不充分な第1の温度に加
熱する工程と、 前記プレフォームが前記第1の温度に加熱せしめられる
あいだ、前記プレフォームを少なくとも95係のヘリウ
ムを含む雰囲気に当てて、残留ガスを前記プレフォーム
のすき間および炉内から放遂せしめる工程と、 前記プレフォームをそれの一端部におけるすすをして融
合合体せしめるのに十分に高い第2の温度にかつ十分な
時間のあいだ加熱する工程と、そしてそれと同時に、前
記プレフォームの融合合体せしめられた部分を引き抜い
てそれの横断面積を減少せしめかつ前記穴を閉塞せしめ
、かくて光導波体フィラメントを形成する工程とよりな
るガラス光導波体を形成する方法。 2 特許請求の範囲第1項記載の方法において、前記プ
レフォームを前記雰囲気に当てる工程が、前記プレフォ
ームを前記第1の温度に加熱する工程のあいだおよび前
記プレフォームを融合合体せしめる工程および前記プレ
フォームを引抜いて前記フィラメントを形成する工程の
あいだ、前記雰囲気を前記プレフォーム上を通って炉内
に流動せしめることよりなる前記方法。 3 特許請求の範囲第2項記載の方法において、前記プ
レフォームを前記雰囲気に当てる工程がさらに,前記プ
レフォームを前記第1の温度に加熱する工程のあいた前
記雰囲気を前記穴に流入せしめ、かつ前記プレフォーム
の端部が融合合体を開始せしめられる時点に先立って、
前記雰囲気の前記穴への流入を停止せしめることよりな
る前記方法。 4 特許請求の範囲第3項記載の方法において、前記プ
レフォームを十分に高い第2の温度に加熱する工程は、
芯ガラスの粘度が108ポワズと103ポワズとのあい
だとなる温度に前記プレフォームを加熱することよりな
る前記方法。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/879,154 US4157906A (en) | 1978-02-21 | 1978-02-21 | Method of drawing glass optical waveguides |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS54134136A JPS54134136A (en) | 1979-10-18 |
JPS5814370B2 true JPS5814370B2 (ja) | 1983-03-18 |
Family
ID=25373540
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP54018977A Expired JPS5814370B2 (ja) | 1978-02-21 | 1979-02-20 | ガラス光導波体を形成する方法 |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4157906A (ja) |
JP (1) | JPS5814370B2 (ja) |
AT (1) | AT384417B (ja) |
CA (1) | CA1126066A (ja) |
DE (1) | DE2906070C2 (ja) |
FR (1) | FR2417477A1 (ja) |
GB (1) | GB2014558B (ja) |
IT (1) | IT1110639B (ja) |
NL (1) | NL7901311A (ja) |
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-
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- 1979-02-15 AT AT0116679A patent/AT384417B/de not_active IP Right Cessation
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- 1979-02-20 JP JP54018977A patent/JPS5814370B2/ja not_active Expired
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