JPS5849492B2 - 光伝送用ガラスファイバの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ）本発明は、多孔質ガラスにドーパントを含有させて焼
或する工程を含み、所望の屈折率分布の光伝送用ガラス
ファイバを製造する方法に関するものである。

従来光伝送損失を少なくし、光伝送信号歪を小さくする
光伝送用ガラスファイバの製造方法としては、例えば気
相の光学用ガラス生成原料を火炎加水分解によって金属
酸化物をドープした光学用ガラス粉末体に合成し、それ
を出発部材に積層して光学用ガラスロンド又はパイプを
形成し、さらに加熱溶融してガラス化し、それをまた加
熱溶融して紡糸してファイバとする方法、或いは石英パ
イプ内にドーパントを含有した光学用ガラス生成原料ガ
スを流し、外側から酸水素炎によって加熱して光学用ガ
ラス粉末体を合成すると共に、前記石英パイプの内壁に
積層させて光学用ガラスパイプとし、該光学用ガラスパ
イプを高温加熱しつつコラツプスしてガラス化されたロ
ンド状とし、該光学用ガラスロンドを加熱溶融して紡糸
する方法等が提案されている。

これらの光学用ガラスファイバ製造方法は、光学用ガラ
スを合成する時、気相状態で光学用ガラス生成原料ガス
にドーパントを混合含有させるので、生産性が悪く、良
好な光伝送特性を持たせることが難かしく且つ前記光学
用ガラスに含有させるドーパントの含有量を正確に制御
することが難かしい等の欠点があった。

本発明は前記の欠点を除去した新規な発明であつて、光
学用ガラス生戒部材ガスから半径方向に気孔率の異なる
複数の多孔質層を有する光学用ガラスロンド又はパイプ
を生威し、該多孔性光学用ガラスロンド又はパイプにド
ーパントを含有せしめることによって、生産性が高く且
つ光伝送特性の良好な光伝送用ガラスファイバを製造す
ることを目的としている。

この目的を達成する為に、本発明の光伝送用ガラスファ
イバ製造方法は、酸に対して可溶性部材と非可溶性部材
との割合が異なる分相性光学用ガラス生成部材又は光学
用ガラス生成部材によって半径方向に気孔率の異なる複
数層の多孔性光学用ガラスロンド又はパイプを生成する
工程、次に該多孔性光学用ガラスロンド又はパイプにド
ーパントを含有させる工程、次に該ドーパントを含有し
た多孔性光学用ガラスロンド又はパイプを焼成して半径
方向に所定の光屈折率分布を有するガラス化された複数
層の光学用ガラスロンド又はパイプを生成する工程、次
に該ガラス化された光学用ガラスロンド又はパイプを加
熱して紡糸する工程とよりなることを特徴とするもので
ある。

なお、ここで本発明に於ける分相性光学用ガラスとは、
例えばアルカリ金属又はアルカリ士類金属の酸化物とＢ
２０３とガラス形成素材の酸化物とを主成分とし、所定
温度で所定時間熱処理を行なうと塩酸（ＨＣＩ）や硫酸
（Ｈ２ＳＯ４）等の酸に対して可溶性であるアルカリ金
属又はアルカリ土類金属とＢ２０３とに富む相及び酸に
対して非可溶性であるガラス形成素材の酸化物に富む相
に相分離する光学用ガラスをいうのである。

以下第１図乃至第３図を参照して本発明の実施例を説明
する。

第１図は本発明の実施例に於ける光学用ガラスを製造す
る多重るつぼの断面図、第２図は作業工程説明図であっ
て、１はるつぼ、２は外部容器、３は中間容器、４は内
部容器、５は第１隔壁、７は外部ヒータ、８は第１隔壁
５内のヒータ、９は第２隔壁６内のビータ、１０は内側
ノズル、１１は中間ノズル、１２は外側ノズル、１３は
ヒータ、１４はローラ、１５は複合光学用ガラスロンド
、１６は分相加熱槽、１Ｔは溶出槽、１８は水洗槽、１
９はドーピング槽、２０は乾燥加熱槽、２１は真空引き
パイプ、２２は酸素ガス送入管を示す。

先ず、Ｂ２０３に対する例えばＮａ２０の如きアルカリ
金属又はアルカリ士類金属の酸化物の比率が所定の比率
となっていて、且っＢ２ｏ３にアルカリ金属又はアルカ
リ土類金属の酸化物を加えた量に対する例えばＳｉ０２
−ＡＩ２０３−（Ｇｅ０２）の如きガラス形成素材の酸
化物の量の比率が異なる組成をもった光学用ガラスＡ，
Ｂ及びＣを第１図に示するつぼ１の内部容器４、中間容
器３及び外部容器２にそれぞれ入れて所定の温度にヒー
タ９，８及び７により加熱して溶融し、これを内側ノズ
ル１０、中間ノズル１１及び外側ノズル１２より押出し
延伸し、それぞれ所定の屈折率を有するコア部、クラツ
ド部及びジャケット部を形成する複合光学用ガラスロツ
ド１５を生成する。

なお、複合光学用ガラスロッド１５は、光学用ガラスＡ
を溶融して引出す代りに、例えば石英パイプをるつぼ１
の内部容器４に通してノズル１０より引出し、この外側
に光学用ガラスＢ，Ｃを溶融して引出すことにより形成
することもできる。

また、前記光学用ガラスロンド又はパイプに組成の異な
るやや径の大きい光学用ガラスパイプを嵌合し、同様に
組成の異なる大径の光学用ガラスパイプを嵌合する。

この工程を所定数重ねて加熱融着すれば、組成の異なる
層により半径方向に所定の屈折率分布を有する光学用ガ
ラスロンド又はパイプが形成される。

さらに所定のコア部を形成する為の光学用ガラス生成部
材からなる出発部材のロンドの外側、又はパイプの内側
或いは／及び外側に組成の異なる光学用ガラス生成部材
を塗布して複数層を形或すれば半径方向に組成の異なる
層を有する複合光学用ガラスロンド又はパイプを形威す
ることができる。

次に第２図図示の如く、分相加熱槽１６に於いて前記複
合光学用ガラスロンド又はパイグ１５は所定温度及び所
定時間加熱処理をされ、酸に対して可溶性であるアルカ
リ金属又はアルカリ土類金属の酸化物とＢ２０３に富む
相及び非可溶性であるガラス形或素材の酸化物に富む相
に相分離する。

次に前記分和された複合光学用ガラスロンド又はパイプ
は溶出槽１１に於いて、例えば塩酸或いは硫酸の如き酸
で可溶性の相を溶出させる。

ここで、可溶性に富む相がそれぞれ各層により異なる為
、半径方向に気孔率分布が相違する多孔質光学用ガラス
ロンド又はパイプが形成される。

次に水洗槽１８に於いて純水で洗浄し、次の工程に移行
する。

次に前記多孔質光学用ガラスロンド又はパイプをドーピ
ング槽１９に於いて、所定の屈折率をそれぞれ各多孔層
が有するようにドーパントを沈澱析出せしめる。

例えば前記多孔質光学用ガラスパイプの場合は、パイプ
の内側の多孔質の部分をアルカリ金属、アルカリ士類金
属、Ｂ，ＡＩ、Ｇａ、Ｔｉ，Ｇｅ，Ｚｒ，Ｓｎ１Ｐｂ，
Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｖ１Ｎｂその他の塩又は酸化物、その
他の化合物を含む水やケント、アルコール等の有機化合
物を含有する溶液に浸漬することにより、ドーパントを
パイプの内側から含浸させる。

或いは前記の溶液をパイプ内に流し込んでもよい。

必要に応じては温度調整手段として熱的手段及びｐＨ調
整、共イオン調整、或いはドーパントの交換等の化学的
手段によって前記多孔質光学用ガラスパイプに含有させ
る金属酸化物等のド一プ量を調整する。

或いは、先ず上記多孔質光学用ガラスパイプの多孔層全
体に一定量のドーパントを沈澱析出させた後一部のドー
パントを前記調整法を用いて除去してもよい。

次に前記ドーパントを沈澱析出した多孔質光学用ガラス
パイプをドーピング槽１９から取出して溶媒を除去する
。

この場合前記多孔質光学用ガラスパイプをそのまま槽内
に置いて、パイプ内から溶液を除去しても溶媒を除去す
ることができる。

そしてこの溶媒除去に於いては少し温度を高めるとか、
減圧下で行なうとか、或いは前記水の場合には有機溶媒
で置換してから前記溶媒除去作用を行なうことができる
。

次に前記ドーパントを沈澱析出した多孔質光学用ガラス
パイプを乾燥加熱槽２０に入れ、真空引きパイプ２１に
より排気して、上記乾燥加熱槽２０内を例えば真空等の
水分の非常に少ない雰囲気としてゆっくりとした速度で
乾燥する。

更に酸素ガス送入管２２から水分の非常に少ない酸素ガ
スを送入し、槽内を水分の非常に少ない酸化雰囲気とし
て昇温しつつ、途中で所定時間そのままの温度を保持し
て前記ドーパントを酸化物に変化せしめる。

次に高温で加熱して多孔質光学用ガラスロンド又はパイ
プのドーパントを沈澱析出させた孔が潰れて、その内部
のガスが排出されるようにする。

この熱処理によってドーパントの再拡散も行なわれるの
で、多孔率に従ったドーパントの量の分布が滑かになる
。

前述の実施例と異なるドーピングの方法としては、前記
所定の形の多孔質光学用ガラスパイプの内側の多孔層に
ＣＶＤ法によってドーパントを沈澱析出せしめるもので
、例えば酸化物又はその酸化物になりうる化合物の蒸気
を供給し、高温（熱固化温度以下の温度）で加熱或いは
逆に冷却等、前記蒸気の特性に応じて制御して前記蒸気
を濃縮せしめた後、更に高温に加熱してドーピングを行
いつつ溶融温度に昇温し、熱固化によりガラス化された
光学用ガラスロンドとするのである。

以上はパイプについて説明したがロンドの場合も同様の
工程で行なう。

前記それぞれのドーピング方法に於いて、ガラス化する
為には均一な温度分布を持つ炉或いは温度勾配を持たせ
た加熱沢を使用し、雰囲気ガスとしては酸素ガスに不活
性ガス（例えばヘリウムＨｅ ）を加える等種々組合せ
たものを使用し、ドーパント固有の性質を考慮して所定
の条件に適するように選択するのである。

前記ガラス化された光学用ガラスロンドを更に加熱溶融
して紡糸すると、半径方向に所定の屈折率分布を有する
光伝送用ガラスファイバとすることができるのである。

なお、一般にドーパントはガラスの屈折率を高める働き
をするのが多いが、例外としてＢ２０３のドーパントは
屈折率が低くなる。

また屈折率を高くする即ちドープ量を多《したい所は気
孔率の大きい所となるので熱固化時の収縮量も大きい。

従ってこの状況で紡糸をした時に表面に圧縮残留応力を
残すので強靭なファイバが得られる。

そして、又多孔質光学用ガラスロンド又はパイプを生成
する別の方法としては、例えば火炎加水分解してできた
光学用ガラスの粉末体を出発部材ロンド上に所定の温度
で積層し、所定のサイズの孔を有するように調整しなが
ら多孔質光学用ガラスロンドを生成する。

或いはＣＶＤ法によって生戒した光学用ガラスの粉末体
を出発部材パイプ内に所定の温度で積層すれば前述と同
様の多孔質光学用ガラスパイプを生成することができる
。

次に本発明の具体的な実施例について説明する。

内側層を、酸に対して可溶性であるＮａ２０を６％、Ｂ
２０３を２３％、酸に対して非可溶性であるＳｉ０２を
６９％、Ａｌ２０３を２％の割合の組成とし、中間層を
同様酸に対して可溶性であるＮａ２０を１０％、Ｂ２０
３を２３％、酸に対して非可溶性であるＳｉ０２を６９
％、Ａｌ２０３を２％の割合の組成とし、外側層を内側
層と同じ割合の組成を有するように配合された分相性光
学用ガラス生成物を４重るつぼで溶融延伸して内径１０
ｍｇ，外径２０ｍｍの分相性光学用ガラスパイプを生成
し、該分相性光学用ガラスパイプを分相加熱槽に於いて
５５０℃で１２時間熱処理をして相分離した後、溶出槽
に於いて９５％の３ＮＨＣ１で可溶性部分を溶出し、水
洗槽に於いてイオン交換水で洗浄して多孔質光学用ガラ
スパイプを生成した。

該多孔質光学用ガラスパイプをドーピング槽に於いて、
１０％の硝酸第１タリウム（ＴＩＮＯ３）水溶液に１０
時間浸漬して多孔層の孔内に沈澱析出させた後、乾燥加
熱槽に於いて真空乾燥し、更に温度を３００℃迄徐々に
上げた。

その後水分の少ない酸素ガス雰囲気中で６００℃迄昇温
し、６００℃に約４時間保持し、その後ｉｏｏｏ℃に加
熱して光学用ガラスパイプを生成した。

該光学用ガラスパイプを高周波誘導加熱紡糸炉で紡糸し
て外径２００μｍの光伝送用ガラスファイバを形成した
。

該光伝送用ガラスファイバは第３図ａ，ｂに示す如く、
Ｏガイド型でクラツド２４の屈折率ｎ２がコア２３及び
ジャケット２５の屈折率ｎ１及びｎ３より高くなってい
る（ ｎ２ ＞ Ｊ 、ｎ２ ＞ １３ ）良好な屈折
率分布の光伝送用ガラスファイバとなったのである。

なお、本発明により製造されＮｄ等をドープしたものは
レーザーファイバとして好適である。

以上詳述したように、本発明の光伝送用ガラスファイバ
製造方法は、酸に対して可溶性部材と非可溶性部材との
割合が異なる分相性光学用ガラス生戒部材又は光学用ガ
ラス生成部材によって半径方向に気孔率の異なる複数層
の多孔質光学用ガラスロンド又はパイプを生成する工程
の後に該多孔質光学用ガラスロンド又はパイプにドーパ
ントを含有させる工程、更にドープした多孔性光学用ガ
ラスロンド又はパイプを熱固化して半径方向に所定の光
屈折率分布を有するガラス化された複数層の光学用ガラ
スロンド又はパイプを生成する工程を行なう製造方法と
したので、多種のイオンを共にドープすることができ、
又ドープの時の条件がドーパントの組成及びドーピング
の温度を一定にしておけば、多孔層の孔の大きさ、容積
に応じて熱固化した後のドープ量が決定されることにな
り、孔の大きさ、容積を調整するだけで簡単にドーフ量
を調整することができる。

その為所定の半径方向の屈折率分布を有する良好な光学
用ガラスロンド又はパイプを生成することができ、前記
工程によりできるだけ不純物をなくすことができて光伝
送損失の少ない、且つ光伝送信号歪の小さく、比較的低
い価格の光伝送用ガラスファイバ製造方法とすることが
できるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に於ける分相性溶融シリカパイ
プを生成する四重るつぼの縦断面図、第２図は分相性溶
融シリカパイプを光伝送用ガラスファイバに生成する作
業工程説明図、第３図ａ，ｂは本発明により製造された
光伝送用ガラスファイバの断面図及び光屈折率分布図で
ある。 １はつつぼ、２は外側容器、３は中間容器、４は内側容
器、５は出発部材パイプ、１０〜１２はそれぞれノズル
、１６は分相加熱槽、１１は溶出槽、１８は水洗槽、１
９はドーピング槽、２０は乾燥加熱槽、２３はコア、２
４はクラツド、２５はジャケットを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 半径方向に気孔率の異なる多孔質光学用ガラスロン
   ド又はパイプを形成し、該多孔質光学用ガラスロンド又
   はパイプにドーパントを沈積せした後焼成し、半径方向
   に所定の屈折率分布を有する光学用ガラスロンド又はパ
   イプを形成し、該光学用ガラスロンド又はパイプを溶融
   紡糸してガラスファイバとする工程を含むことを特徴と
   する光伝送用ガラスファイバの製造方法。 ２ 半径方向に組或の異なる分相性ガラスを形成し、熱
   処理により可溶性部分と非可溶性部分とに相分離せしめ
   、前記可溶性部分を酸等の溶液によつて溶出せしめて半
   径方向に気孔率の異なる多孔質光学用ガラスロンド又は
   パイプを形成し、該多孔質光学用ガラスロンド又はパイ
   プにドーパントを沈積せしめた後焼成し、半径方向に所
   定の屈折率分布を有する光学用ガラスロンド又はパイプ
   を形成し、該光学用ガラスロンド又はパイプを溶融紡糸
   してガラスファイバとする工程を含むことを特徴とする
   光伝送用ガラスファイバの製造方法。