JPS5839780B2 - ヒカリフアイバプリフオ−ム ノ セイゾウホウホウ - Google Patents

ヒカリフアイバプリフオ−ム ノ セイゾウホウホウ

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JPS5839780B2
JPS5839780B2 JP13718675A JP13718675A JPS5839780B2 JP S5839780 B2 JPS5839780 B2 JP S5839780B2 JP 13718675 A JP13718675 A JP 13718675A JP 13718675 A JP13718675 A JP 13718675A JP S5839780 B2 JPS5839780 B2 JP S5839780B2
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JP
Japan
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glass tube
gas
optical fiber
glass
tube
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JPS5262031A (en
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克之 井本
正雄 角
尭三 戸田
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/018Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD] by glass deposition on a glass substrate, e.g. by inside-, modified-, plasma-, or plasma modified- chemical vapour deposition [ICVD, MCVD, PCVD, PMCVD], i.e. by thin layer coating on the inside or outside of a glass tube or on a glass rod
    • C03B37/01861Means for changing or stabilising the diameter or form of tubes or rods
    • C03B37/01869Collapsing

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  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は気相化学反応を利用した光フアイバプリフォー
ムの製造方法において、真円なコア径、外径を有する光
ファイバを製造する方法に関する。
さらには、光ファイバの屈折率分布を調整する方法に関
する。
光ファイバに関する研究はここ数年の間に急速に発展し
、数dB/kmの超低損失値の試作成功例が次々に発表
される段階に入ってきた。
これら低損失光ファイバは気相化学反応によって合成し
た石英ガラスおよび屈折率制御用の金属酸化物ヲ少なく
とも1種少量ドープした石英ガラス材料で構成されたも
のが主流をしめている。
第1図は従来の気相化学反応法を利用した光フアイバ製
造方法のプロセスの一例を示している。
同図aは中空ガラス管3(通常、石英管、バイコール管
などを用いる。
)をガラス旋盤1にチャックして矢印5のように回転(
反転でもよい。
)させながら矢印2からガラス膜形成用ソースを導入し
、加熱源4(この場合は酸水素バーナを用いる。
)を矢印7あるいは7′の方向に移動させて中空ガラス
管3の内壁表面に光ファイバのクラツド材、コア材とな
るガラス膜6などを堆積させるプロセスである。
同図すはガラス膜を堆積させた中空ガラス管を加熱源4
で加熱しながら中空ガラス管の横断面が密になるように
溶着して2層(あるいは多層)ガラス構造からなる円形
枠の光フアイバプリフォームにするプロセスである。
同図Cはそのプリフォーム8を加熱炉10に一定速度で
挿入して加熱、溶融しながら延伸して細径の光ファイバ
9にするプロセスである。
しかし、本発明者が同図すのプロセスについて理論的お
よび実験的検討を行なった結果、次のような欠点がある
ことがわかった。
この方法で真円なコア径および外径を有する光フアイバ
プリフォームを得るにはガラス管3の軸に対称な外圧、
遠心力が働くようにすることが必要十分条件である。
特にガラス管3の内径部分に関しては遠心力による円周
応力しか働いていないので、この遠心力による応力がわ
ずかに非対称になってもコア径の楕円化に直接つながる
というきわめて不安定な溶着方法である。
これを確認するために種々の実験を行なってみたが、ガ
ラス管の回転角速度、ガラス管の外狽1表面に加わる外
圧(酸水素バーナの風圧)、酸水素バーナの移動速度な
どのパラメータのわずかの変化に対して、外径楕円率(
ここで楕円率とは(長径−4径)× (長径+短径) 200%を言う。
)は数%以下で真円に近いにもかかわらず、コア径楕円
率は4〜30%の範囲で敏感に変動する結果であった。
このような結果になったのは、第1図aのガラス膜形成
プロセスでガラス管を1500℃前後の温度で数時間加
熱するために生ずるガラス管の変形および軸ずれが必ず
発生するためである。
このように溶着プロセスに入る前の段階ですでにガラス
管に不完全性があるので、仮りに回転角速度を遅くして
円周応力を小さくしても、外径は真円に近づくが、コア
径を真円に近づけることが困難やあったと解釈できる。
以上のような従来方法の欠点を改善する方法の一つに先
に本発明者が出願した特願昭5069543 (特開昭
5l−146243)がある。
これはガラス管3を加熱源4で加熱して溶着する際に、
まずそのガラス管の一端を密封し、他端からそのガラス
管内に圧力(ここで言う圧力はガラス管の外側表面に加
わる外圧よりも小さく、遠心力による円周応力よりも太
き(選ぶ。
)を加えながらガラス管の横断面が密になるように溶着
する方法である。
この溶着方法はガラス管の内壁表面に堆積させるガラス
膜の物理的性質(軟化点温度、熱膨張係数、ヤング率な
ど)とガラス管のそれとが大幅に違わない範囲では楕円
率2%以下(従来方法では4〜30%の範囲内で大幅に
変動していた。
)の真円な外径およびコア径を有する光フアイバプリフ
ォームを得ることができる。
また溶着前のガラス管が最初から楕円化していても溶着
によって真円に近いプリフォームを得ることができると
いう改善効果もある。
このように、この溶着方法は従来の方法に比していちじ
るしくすぐれているがガラス管の内壁表面に堆積させる
ガラス膜の物理的性質がガラス管のそれと大幅にずれた
ような極端な場合には楕円化する傾向にある。
第2図は本発明者が実験を行なって得た結果の一例であ
る。
これはガラス管として石英ガラス管を用い、その石英ガ
ラス管の内壁表面に堆積させるガラス膜として5i02
にP2O5をドープしたものを用いた結果である。
そして、そのP2O5のドープ量に対する溶着して得た
光フアイバプリフォームのコア径楕円率を示している。
ただし、この場合の溶着条件はまずガラス管3の一端を
密封し、他端からそのガラス管内に減圧弁(1,0ky
/crA )、流量計(500cc/min )、ブ
ロー管を通シテ酸素jj、z。
を送り込んだ。
そしてそのガラス管を5の方向に1 Orpmで回転さ
せ、酸水素バーナ4を7の方向に0.6 mml se
c (加熱温度は光パイロメータで測った結果1600
℃であった。
)で移動させ、続いて7′方向へ14 mml see
・速度で移動させた。
吹口酸水素バーナ4を7の方向に0.2mm/seeで
移動させて溶着し終え、光フアイバプリフォームを得た
第2図の結果はSiO2中にドープするP2O5の量が
増加するにつれて楕円化する傾向を示している。
この原因の最も大きなものは第3図からもわかるように
、SiO2中にドープするP2O5の量が増加するにつ
れて融点が低下し、SiO2との融点の差が大きくなっ
たことによる。
すなわち、石英ガラス管とガラス膜の加熱されたことに
よって変形しようとする変形の速さく一般にガラス管か
ら光フアイバプリフォームへの変形の速さはガラスの粘
度η、弾性定数によって定まると考えられ、次式のごと
く示される。
が極端に違うために(式(1)かられかるように、η、
E、1 / mが違うことから容易に推定できる。
)石英ガラス管の内壁表面とガラス膜の界面に変形の速
さの違いによる応力カ溌生する。
しかしこの応力はガラス管内に加える圧力よりも大きく
、しかもガラス管を有限の値で回転させているのでガラ
ス管の内壁表面に対して不均一に働き、これによって光
フアイバプリフォームのコア径の楕円化が促進されてい
るものと思われる。
したがって、本発明は上記問題点を解決することにある
すなわち、先の特願昭5O−69543(特開昭51−
146243 )において、ガラス管内にガス(酸化性
、不活性あるいは反応性のガス)を送り込んでガラス管
内に圧力を加える際に、液体酸素(温度−183℃)ま
たは、液体窒素(−195,8℃)から発生するガス、
あるいはこれらと同程度に冷却されたガス(たとえばA
rをトラップなどを通して冷却する)をなるべくその温
度を保ってガラス管内の溶着しようとするガラス膜の部
分に導入するかあるいは吹きつげてガラス膜が温度上昇
するのを防ぎ、ガラス管とガラス膜の変形の速さを近づ
けるようにする方法である。
その結果、前述の変形の速さの違いによる応力をガラス
管内に加える圧力よりも小さくすることが可能となり、
真円形状の外径およびコア径を有する光フアイバプリフ
ォームを得ることができる。
また本発明は第1図すおよびCのプロセス中に、コア部
分にドープした屈折制御用酸化物が熱拡散によって移動
し、光ファイバの屈折率分布が第4図の実線から点線の
ように変化してしまうことを防ぐことも可能である。
すなわち、先に述べた本発明の溶着方法において、酸化
性ガス中に第4図の点線の屈折率分布を補償するような
反応性ガス(たとえばPOCl3、BBr3、GeCl
4など)を含ませたガスをガラス管内のガラス膜表面に
吹きつげながら溶着すればよい。
以下、本発明を一実施例を用いて詳細に説明する。
第5図は本発明の一実施例を示している。
同図について説明する。
ガラス旋盤1に一端19を密封したガラス管3をチャッ
クし、そのガラス管の他端に回転導入管17、安全弁1
6、液体酸素(または液体窒素)収容器13、液体酸素
(または液体窒素)導入管11を接続した。
そして、安全弁12の吹出圧力を所定の圧力にセットし
、回転しているガラス管3内に液体酸素導入管11を通
して冷却された酸素を矢印14のように吹きつけた。
吹きつげる酸素の量は任意に選ぶことができ、吹きつげ
量が多くなり、ガラス管内の圧力が最初に設定した値を
越えようとすると安全弁12が作動し、吹きつげられた
酸素は矢印15の経路を経て安全弁12の出口16から
出ていくようになっている。
このような状態において酸水素バーナ4を18から18
’の間を71およびIの方向に往復移動させて溶着する
方法である。
この装置ではガラス管の内壁表面に堆積されたガラス膜
60表面に冷却された酸素を吹きつけてガラス膜の温度
がある一定温度以上に上がらないように酸素を送り込む
ことができるので、ガラス管の変形◇速さとガラス膜の
変形の速さを接近させることが可能である。
したがって、前述のような理由により、第2図に示した
S i O2中へのP2O5添加量が比較的少ない場合
に相当するような真円に近いコア径および外径の光フア
イバプリフォームを得ることができる。
ここで、安全弁12の圧力は酸水素バーナの風圧による
外圧よりも小さく、遠心力による円周応力よりも大きく
選べばよい。
なお、第4図の実施で示した屈折率分布の光フアイバプ
リフォームを得るには、点線で示した屈折率分布を相殺
するような高屈折率の反応性ガスを前記酸素ガス14中
に含ませて送り込めば容易に実線の屈折率分布を得るこ
とが可能である。
なお、第5図において、酸素ガス導入管11は溶着しよ
うとするガラス管のごとく近傍まで配管し、酸水素バー
ナのT方向への移動速度と同期して7坊向へ移動するよ
うにしてもよい。
以上述べたように、本発明の方法はガラス管の内壁表面
に堆積したガラス膜の物理的性質がガラス管のそれと大
幅にずれている場合においても真円に近いコア径および
外径を有する光フアイバプリフォームを得ることが可能
である。
また、光ファイバの屈折率分布を調整することも可能で
あるといった効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の光フアイバ製造方法を示す図、第2図は
SiO2中へのP20p加量とプリフォームのコア径楕
円率との関係を示す図、第3図はSiO2・P2O5−
8i02系の状態図を示す従来例を示す図、第4図は従
来の光ファイバの屈折率分布の−fL示す図、第5図は
本発明の一実施例を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 気相化学反応を用いて中空ガラス管の内壁表面にガ
    ラス膜を堆積させた後、その中空ガラス管の一端を密封
    し、そのガラス管の他方からその管内にガスを送り込ん
    でガラス管の横断面が密になるように加熱、溶着して光
    フアイバプリフォームの製造方法に於て、上記ガスとし
    て液体酸素、液体窒素から発生するガス、あるいはこれ
    らと同程度に冷却されたガスを上記ガラス管内の溶着し
    ようとするガラス膜の部分に導入又は吹つげるようにし
    たことを特徴とする光ファイバのプリフォームの製造方
    法。 2 第1項記載の製造方法において、上記冷却されたガ
    スに上記ガラス膜の屈折制御用酸化物す補う反応性ガス
    を含ませることを特徴とする光フアイバプリフォームの
    製造方法。
JP13718675A 1975-11-17 1975-11-17 ヒカリフアイバプリフオ−ム ノ セイゾウホウホウ Expired JPS5839780B2 (ja)

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JP13718675A JPS5839780B2 (ja) 1975-11-17 1975-11-17 ヒカリフアイバプリフオ−ム ノ セイゾウホウホウ

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US4304581A (en) * 1980-08-07 1981-12-08 Western Electric Co., Inc. Lightguide preform fabrication
US6220060B1 (en) * 1999-04-08 2001-04-24 Lucent Technologies Inc. Optical fiber manufacture

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