JPS58204836A - ガラスフアイバ光導波体の製造方法 - 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】 この発明は、コアの最大屈折率よシも低い屈折率を持つ
ガラスファイバ光導波体の製造方法に関するものであり
、その製造過程において棒状のプレフォームが製造され
、ガラスファイバ光導波体に線引きされる。

〔発明の技術的背景〕

西ドイツ時計公報ＤＥ−ＡＳ２３０００１３号には粒子
状（すす状）コア材料が火炎加水分解法によって生成さ
れ、その後ガラス体に焼結される方法が記載されている
。その後クラッド材料が火炎加水分解法によって棒状の
ガラス体上に何層され、それもまた焼結される。

したがって、この方法においては棒状のコアガラス基体
の成形は粒子状のコア材料の化学的製造とは独立してい
るが、クラッド材料の成形は化学反応から直接基体上に
付着させる方法で行なわれる。コア材料ならびにクラッ
ド材料は開放された雰囲気中の火炎加水分解法によって
生成されるから、この方法により不純物が生じる危険が
ある。

〔発明のＩＩＩｔ賛〕

したがって、この発明の一般的な目的は従来技術のその
ような欠点を回避することにある。

さらに説明すれば、この発明の目的は、通常のこの檜の
方法の欠点を有しないコアおよびクラッドを、有する光
ファイバを線引きするための光学ガラスプレフォームの
製造方法を開発することである。

この発明の別の目的は、不純物を消去できないまでも最
小値に減少させるように上述の形式の方法を遂行するこ
とにある。

この発明の付随的な目的は、容易かつ廉価に行なうこと
ができ、しかもすぐれた信頼できる成果が得られる上述
の形式の方法を提供することにるる。

これらの目的ならびに以下の説明により明らかＫされる
その他の目的を達成するために、この発明の特徴は、第
１ｖ複数の出発反応材料を気相で反応させてコア材料の
粒子を生成する工程と、このコア材料粒子から凝集した
多孔質コア体を形成する工程を含む凝集コア体製造工程
と、詔２の複数の出発反応材料を気相で反応させてクラ
ッド材料粒子を生成する工程と、＠配コア体を凹むクラ
ッド材料粒子から凝集した多孔質クラ，ド体を生成し、
コアとクラッドの会合体を形成する工程と、凝集したコ
ア体とＩＩｌ集した多孔質クラッド体を焼結してガラス
プレフォームを生成する工程とを具備するガラスファイ
バ光導波体に線引きするためのガラスプレフォームの製
造方法にある、。

〔発明の実施例〕

以下の添付図面を参照に詳細に説明する、。

各種の形式のプロセスについての以下の説明に関して、
クラッド材料の付着のための各形式のプロセスはコア材
料の基体を形成するためのフオームの形成と分離される
点にある。それ故材料を生成するための気相化学反応を
行なうに際して所望の物体の幾伺学的条件は全く考慮す
る必要がない。事実化学反応は生産される材料の量を増
大する点のみから最良のものとすることができる。

第１図は収集室１を示し、その頂部には収集されるべき
材料の取入口が設けられている。外気に対して密閉され
たこの取入口に、垂直に立上った反応管２が連結され、
その中で粒子状材料を生成する化学気相反応が行なわれ
る。通常の化学気相沈着法ＣＶＤと同様に化学気相反応
用の出発反応材料として４塩化シリコン、４塩化グルマ
ニウムその他のドーグ用塩化物が酸素と共に気相で導入
され、一方管２内で化学気相反応を行なうために必要な
エネルギはエネルギ発生装置３により与えられる。この
エネルギ発生装置３は通常のＣＶＤプロセスの場合と同
様に環状バーナー、抵抗炉或はプラズマ生成装置、例え
ば高周波コイルまたはマイクロ波共振器等であってよい
、このプロセスと通常のＣＶＤ　プロセスとの主要な相
違点は酸化反応生成物が反応管の壁土に匁澱するのでは
なく、収集室１の方向に遊離した粒子の形態でこの反応
管から出て行くように反応が制御されることである。エ
ネルギ発生装置３を備えた反応管２０代りに、第２図に
示すような火炎加水分解バーナー１０を使用することも
できる。不純物を避けるために純粋な空気、純粋な酸素
の雰囲気、或は窒素、アルゴン雰囲気のような保＠ｆ玉
の雰囲気で満た′し１ された収集室１内でζ生成された粒子は遊離した形態で
収集室１の底部に集められる。

以下しばしば使用する「粒子状の材料」という飴は遊離
した酸化物材料を意味し、それは時にはまた「すす」或
は「白いすず」とも呼ばれる。

上述の反応の結果収集室１中に集められた粒子状のコア
材料をコア材料の棒状基体にプレスするには多数の方法
がある。例えば第１図の収集室Ｉは底部に数個のファン
ネル状の開口４が設けられ、それは滑動層５によって閉
じることができるように構成されている。これらの開口
のそれぞれに管体の剛固な圧縮鋳型７が７ランソ接手６
によって連結でき、滑動＃５が開かれると収集室Ｉの底
部に集められた遊離した粒子状材料はその中に落ち込ん
で行く。別の滑動層８が圧縮鋳型の下端を閉じる。圧縮
鋳型はまた時には鋳型空洞と呼ばれることもある。圧縮
鋳型７を満たすに充分な材料が収集室Ｉに集められると
、収集室１の頂部の装置（反応管２．エネルギ発生装置
３）は回動して除去され、並列に配置されたシランシャ
ー装置９に置換される。

次の圧縮工程においてこれらシランシャー９は収集室Ｊ
の頂部の図示されていない開口を通って収集室金玉から
下に通過し圧縮鋳型７の縦方向にそこに入れられた粒子
状材料をプレスする。

それ故この材料は軸方向に圧縮され、固体にされるがそ
れは多孔質の状態である。プレスを数回の工程に分けて
行ない、それぞれの工程の中間に上方から下方へ遊離し
た材料を再充填してもよい。

以上説明したモールドプロセスは単軸或は巣一方向モー
ルド動作と呼ぶことができる。

同様に単軸モールドに適した装置が第２図に示されてお
シ、それにおいては第１図と異なり、この場合には火炎
加水分解バーナー１０である粒子状のコア材料を製造す
る装置はモールド動作を行なう面に回動させて除去する
必要はない。

第２図に示すように収集室１の底部のファンネル状開口
４は遊離した粒子状のコア材料が火炎加水分解バーナー
１０の下に堆積しないで収集室１中でその横の区域に堆
積するような設計にされている。全体的には第２図のも
のと第１図のものに顕著な差異は存在しない。

コア材料の基体を形成するための今迄のものと基本的に
異なるモールド方法が第３図に示されている。第１図に
示すものと異なる必要はない収集室１に堆積された粒子
状のコア材料はそこから剛固な圧縮鋳型中ではなく可撓
性の（フレキシブルな）圧縮鋳型中に充填される。可撓
性圧縮鋳型によって全方向から尋しい圧力を受ける時に
粒子状材料はいわゆるアイソスタティック（ｉａｏｓｔ
ｉｔｉｃ）プレスで圧縮されて固体形状にされる。可撓
性圧縮鋳型として作用するだめの（ホース（ｈｏｍｅ）
）部材１１が第３図に示されており、７ランノ接手６に
よって第１図および第２図に示す剛固々圧縮鋳型７の場
合と同様に連結された剛固な管状連結部材１２上にはめ
られて収集室１の出口の開口４と連結されている。

アイソスタティックプレスは全周で密封された流体圧力
室１３であり、頂部に導入のための連結部材１２を備え
、入力・９イｆ１４を経て圧力室１３中に圧力を発生す
る流体が圧入されている。

連結部材１２に設けられた滑動扉により出動鋳型はアイ
ソスタテイ、クシレス動作中は上部を閉じることができ
る。各ホース部材１ノの下端は圧力室１３の底部に設け
られたツヤ−ナルノロに密着するように取付けられてい
る。アイソスタティックプレスは周知であり、それ故畦
細な説明は不賛であるが、可撓性のホース部材１ノに半
径方向に圧力を発生させ、密閉された粒子状のコア材料
の全周から作用する圧力が生成され、半径方向に生じた
圧力を受ける時このコア材料は頂部および底部の両端部
に設けられた密封体に対して縦方向にも加圧される。

第４図および第５図はコア材料の基体が遊離した材料の
圧縮により形成されたものではない方法に関するもので
ちる。すなわら、今迄睨明した方法とは異なり、前述の
反応で生成された粒子状材料は、遊離した形態から固体
の形態に変化され、しかし依然として多孔質の状態すな
わちまた焼結されない状態の固体の形態ご支持体上に集
められる。これは次のようにして行なわれる。すなわち
、粒子状の材料が集められる位置が反応領域例えば火炎
加水分解バーナーのフレームに近いため、或はその他の
方法で加熱されることによって高温になり、集められた
粒子が直に多孔質の固体になる。材料を集めるための支
持体として第４ａ図においては平坦なベース１７が使用
され、それに対向して火炎加水分解バーナー１８が配置
されている。この装置の火炎加水分解バーナー１８はベ
ース平面に垂直に反に並列に配置され、それ放火炎中で
生成された粒子状コア材料はベース１７上に付着する。

移動されないベース１７０表面区域を覆っている並列の
火炎加水分解バーナー１８の配置の代シに平面の一方向
に移動される直線状に配列された火炎加水分解バーナー
を使用することも可能であり、或は単一の火炎加水分解
バーナーを使用し、それは１直行する２方向に移動させ
て所望の表面区域を走査させることも可能である。火炎
加水分解バーナーの代シに第１図および第３図に示すよ
うな形式の反応管を使用することも可能であり、もちろ
んその場合には粒子状拐料が果められる位置の必贅な加
熱が付υ目的な手段により行なわれなけれはならない。

（−スに付着した材料が不純物で汚果されることを防ぐ
ために装置全体が密閉されたｌｌ１ｌＩ純度の容器内に
閉じ込められるようにするとよい。

ベース１７上に生成される多孔質物体から所望のコア材
料基体が機械的手段により切り出される。

その第１番目の方法で（徒、第４ａ図に〕【＜されその
物体を鋸で切断して第４ｂ図に示すような形式の四角い
棒状の基体を得ることができる。

この基体はその依例えば旋盤で所望の円形断面の棒に加
工されることができる。

別の１■能な方法が第５Ｓ図に示されている。

多孔質の輸体１９を付層させることが口ｊ１１５である
。この場合には第５ｂ図に示すような円形断面の棒状の
所望の基体はベース１７の面に型内に多孔質層体１９を
切削加工して製造することができる。もし必まならばこ
の棒状基体はさらに処理される前に正確な円形断面のも
のに加工される。

別の処理工程において、前述の倒れかの方法で製作され
たコア材料の多孔質基体はさらに以下欽明するようにク
ラッド材料を付着させる処理？施される。この処理中に
多孔質材料中に含まれているＯＨイオンの除去も行なわ
れなければならない。これらＯＨイオンは塩素を含む雰
囲気中で熱処理をすることによって多孔質基体から除去
することができる。

もしも所望の光ファイバが傾斜屈折率分布を持つもので
あれば装造工程のこの段階で追加の処理が必敦である。

このために屈折率を減少させるドーグ不純物が多孔質棒
状基体中に拡散される。これらドーグ不純物の濃度は基
体の中心から外方に向うに従って半径方向で増加するか
ら、屈折率をま半径り向で外力向に７１＜に従って減よ
・した分布となる。羽の、或は補足的な方法は、すでに
基体に製造段階ＶＣおい１均−に屈折率を増加させるド
−ノ′不純物（Ｇ１］０２等ン全与えて置き、内方から
外力へ半径方向の屈折率の減少が表面からのこのドーｌ
不純物の蒸発ｅ（よっ−〔行なわれる。

多孔質基体がそのような必要な処理を受けた後、多孔質
基体は直に焼結（Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ　）によりガラス
状態にされる。もちろん前述の塩素を含む雰囲気中での
加熱が焼結処理と結ばされＣもよい。しかしながらコア
材料基体Ｖｉ全ての場合にクラッド材料の付着の前に焼
結されねばならないものではないことを指掴しておく。

コア材料基体の焼結はまた付着されたクラッド相料の焼
結と一緒に行なわれても千い。

次に、焼結された。或は未だ焼結されていない基体上に
クラット材料を付着させる幾つかの方法につい（説明す
る。第６図、第７図および第８図に示す装置において遊
離した粒子状クラット材料が第１図乃至第３図に関連し
て前に説明し次コア材料を製造する方法とただ反応材料
の組成が異なるだけの方法で製造され、収集室１中に堆
積される。第６図および第７図は第１図および第２図と
同様に剛固な圧縮鋳型７を示し、その中心にコア材料基
体２θが位置し、その上にクラッド材料がプレスによっ
て付着される。収集室１内に粒子状態で堆積されたクラ
ッド材料は滑動層５が開かれると落下してコア材料基体
２−０と圧縮鋳型２の内面との間の空間に充填され、縦
方向に加圧されることによって基体に付着した固体のク
ラッド体の形に圧縮される。縦方向にプレスを行なう、
すなわち単軸プる環状プランシャーを使用することが適
してい：１′す る。剛固な圧縮鋳型７の中心にコア材料基体２０を正確
に配置することは通常の調整手段。

例えば半径方向に作用する設定用ねじ等によって容易に
可能である。

さらに、第６図および第７図で説明したプレス処理はそ
れぞれ第１図、第２図で説明したものと正確に対応して
」、・す、それ故詳細な説明は不要であろう。

プレス処理過程でコア材料の基体上にクラッド材料を付
着させる別の可能な方法は第８図に示されており、それ
は第３図のものと全く同様に可撓性の圧縮鋳型１１を有
する、いわゆるアイソスタテイ、クシレスを示している
。第３図同様可撓性のホース部材によシ実現されている
この圧縮鋳型１１においては、コア材料基体２０は特に
図示してはいない取付は手段によってその中心に取付け
られ、収集室１に堆積されている遊離した粒子状のクラ
ッド材料はこのコア材料の基体２０上にガラスされる。

この遊魅した粒子状クラット°材料は基体２０とホース
部材の内壁と“の間の空間に充填され、その上下端を閉
じて圧力室１３甲すなわちアイソスタティックプレスの
内部でホース部材の外壁に半径方向に圧力を加えること
によって基体２０を凹む固体のクラッド体にガラスする
ことができる。

最後に、コア材料基体２０がプレス過程でクラッド材料
を付着させなくてもクラッド体を設けることができる方
法について説明する。この方法によれば、コア材料につ
いて第５ａ図に関して説明したような方法で厚い板状の
クラッド材料体が製造され、それから管状のクラッド体
が切シ出され、それは棒状のコア材料基体に嵌合され、
それと融着される。

基体とこのようにして取付けたクラッド材料体との境界
部に含まれる不純物の含有量を減少させるために、両物
体の相互に接触する表面はもし要すれば清浄にされる。

前述の方法を使用して製造した基体上にクラッド材料は
また従来よシ知られた方法例えば火炎加水分解法で付着
させることもできる。

クラッド材料で囲まれているコア材料基体の次の処理祉
とのようにして得られた物体から離れて、もし必要なら
ばいわゆるスリーブチューブをその上に融着する処理お
よび加熱された１端から周知の方法でガラスファイバに
直播線引きするような太さのルフオームに一様ｙｃ引き
伸す処理等である。

第１．２，３，６，７．８図に関して以上説明した処理
方法では簡明にするため示さなかったが図示の単一の反
応管２或は火炎加水分解バーナー１０の代りにそれらを
数個並列に配置できることも封目しておく。並ダリに何
個の反応管或は火炎加水分解バーナーを使用するか、並
夕１］に何個の圧縮鋳型を使用するかはこの発明の原理
には影響を与えず、この発明の方法を使用する経済性の
観点からのみ決定すればよい為ことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法ｔこ使用する遊離した粒子状コア材
料を生成し、剛固な圧ａ鋳型でプレスする装置の１実施
例を示し、第２図はその変形実施例を示す。第３図は可
撓性鋳型を使用した実施例を示す。第４ａ図はコア材料
の基体を製造する別の方法の説明図でおり、第４ｂ図は
第４１図に示すものから切シ串した四角の断面の基体ブ
レフオームを示す、第５ａ図は第４ａ図に示す方法の変
形方法の説明図であシ、第５ｂ図はそれによシ得られた
コア材料基体を示す。 第６図、第７図および第８図は第１図、第２図、第３図
に示す装置と類似の装置によりクラッド材料をプレスす
る状態を説明する図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）第１の複数の出発反応材料を気相で相互反応させ
   てコア材を１の粒子を生成する工程と、このコア材料粒
   子から峡果した多孔質コア体を形成する工ａを含む凝集
   コア体製造工程と、第２の複数の出発反応材料を気相で
   相互反応させてクラ、ド材料の粒子を生成する工程と、
   前記コア体を囲むＡｉｌ記クチクラッド材料子から凝集
   した多孔質クラッド体を形成し、コｒとクラッドの複合
   棒金形成する工程と、 凝集【７たコア体と凝集した多孔質クラッド体を焼結し
   てガラスプレフォームを生成する工程とを具備している
   ことを％徴とするコア材料の最大ノ４折率よりも低い屈
   折率のクラッド材料のクラッド層で四重れたコア材料の
   コアヶ有するガラスファイバＬ４波体に緘引きするため
   りガラスプレフォームの製造方法。 （２）　　前記凝集した多孔質クラッド体を形成する工
   程は、基体上に前記クラッド材料の粒子を付着させてそ
   こに強固な多孔質体を形成する工程と、その強固な多孔
   質体を管状の凝集した多孔質体に成形する工程と、前記
   凝集した多孔質クラッド体を構成するように前記コア体
   を囲んで管状の凝集した多孔質体を位置させる工程とを
   含んでいる特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 （３）　　ｍ記反応によ多粒子を生成する工程において
   、制限された領域中で反応が行なわれ、反応により生成
   された粒子が前記凝集した多孔質体を形成する工程およ
   び前記複合体を形成する工程より前に前記制限された領
   域から出て行く特１ＦＦ１１！求の範囲第１項記載の製
   造方法。 （４）前記反応により粒子を生成する各工程において、
   火炎加水分解バーナーのフレーム中で反応が行なわれる
   特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 （５）　　前記凝集した多孔質のコア体を形成する工程
   は限定された領域中に粒子状のコア材料を閉じ込め、そ
   の閉じ込めた粒子状のコア材料に圧力を加える工程を富
   んでいる特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 （６）　　前記閉じ込める工程において、前記限定され
   た領域を構成する細長い剛固なモールド空洞中に粒子状
   のコア材料を導入され、１記圧力を加える工程において
   前記空洞の長手方向に粒子状コア材料に圧力が加えられ
   る特許請求の範囲第５項記載の製造方法。 （７）′前記閉じ込める工程においてｍ記限定された領
   域を構成する可撓性の管状モールド空洞中に粒子状のコ
   ア材料が導入され、前記圧力を加える工程においてアイ
   ソスタティックに外部圧力が可撓性モールドおよびそれ
   を介して粒子状コア材料に加えられる特許請求の範囲第
   ５墳記載の製造方法。　　　　　：：・″ （８）　　前記凝集した多孔質コア体を形成する工程は
   、支持体上に粒子状コア材料を付着させて強固な多孔質
   体を支持体上に形成する工程と、この強固な多孔質体を
   成形して前記の凝集した多孔質コア体を得る工程とを含
   んでいる特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 （９）前記支持体上に粒子状コア材料を付着させる工程
   において支持体平面に延在し、凝集した多孔質コア体の
   所望の直径に実質上対応する厚さを有する実質上板状の
   強固な多孔質体が形成され、前記成形する工程において
   前記平面に沿った方向に強固な多孔質体から凝集した多
   孔質コア体が製作される特ＷｆｉＩＩｌ求の範囲第８項
   記載の製造方法。 （至）前記支持体上に粒子状コア材料を付着させる工程
   において支持体平面に沿って延在し凝集した多孔質コア
   体の所望の長さに実質上対応する厚さを有する実質上板
   状の強固な多孔質体が形成され、前記成形する工程にお
   いて支持体平面に垂直な方向話・前記強固な多孔質体か
   ら凝集した多孔質コア体が製作される特許請求の範囲第
   ８項記載の製造方法。 αη　前記コア材料粒子から凝集した多孔質コア体を製
   造する工程において前記複合体を形成する工程に先立っ
   て前記凝集した多孔質コア体が焼結されて凝集体とされ
   る特許請求の範囲第８項記載の製造方法。 （６）　前記複合体を形成する工程において前記凝集し
   た多孔質コア体と前記凝集した多孔質クラッド体が組合
   され、前記焼結する工程において前記凝集した多孔質の
   コア体およびクラッド体が同時に焼結されてプレフォー
   ムが形成される特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 （６）　前記凝集したコア体を塩素を含む雰囲気にさら
   し、このさら゛す工程中にコア体に対して熱処理が施さ
   れる特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 Ｃ１４前記気相で反応させる工程において、各反応は周
   囲から隔離された純粋な雰囲気中で行なわれ、前記凝集
   した多孔質のコア体およびクラッド体を生成する工程に
   おいて次の処理の前にそれぞれ高純にの収集領域中に粒
   子が集められる特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 （ロ）前記複合体を形成する工程において、前記凝集し
   たコア体をコア体の対応した長さよりも長い縦方向の寸
   法を有する細長い剛強なモールド空洞中にコア体の周囲
   に空洞内面との間に間隙が生じるように同軸に配置し、
   この間隙中に粒子状クラ、ド材料を導入し、空洞の縦方
   向に粒子状クラッド材料を加圧する特許請求の範囲第１
   ＶＬ記載の製造方法。 （至）　前記複合体を形成する工程において、前記凝集
   したコア体をコア体の対応する長さよりも長い縦方向の
   寸法を有する細長い可撓性の管状モールド空洞中にコア
   体の周囲に空洞内面との間に間隙が生じるように同軸に
   配置し、この間隙中に粒子状クラ、ド材料を導入し、可
   撓性の管状モールド空洞およびそれを介して内部の前記
   間隙に充填された粒子状クラ、ド材料を外部から圧力を
   アイソスタティックに加えて加圧する％ｔｆｆ請求の範
   囲第１項記載の製造方法。 助　前記縦果コア体製作工程および凝集した多孔質クラ
   ッド体を生成する工程において焼結前に前記＃呆したコ
   ア体および凝集した多孔質クラッド体を丸くするように
   機械加工する％ｔｌ＋祠求の範囲第１項記載の製造方法
   。