JPS59111940A - 光フアイバ−の軸方向屈折率の落込みを無くする方法 - 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】 本発明は、光学通信系に使用される物理的伝送体（キャ
リヤー）を製造する方法に関するものである。本発明は
特に、ＭＣＶＤ（肉付は化学蒸着法）によって作られる
光ファイバーの軸方向屈折率の落込み（ｄｅｐｒｅｓｓ
ｉｏｎ　）を・無くする方法に関する。

ＭＣＶＤ法は高シリカ含量のガラスから作られる光ファ
イバーの加工法として開発されたものであって、これは
、屑射光の減衰率をイタ端に低くすること全目的とする
ものである。この方法によって、５ｉｎ２−　Ｐ２Ｏ５
−Ｇｅｍ２三成分系化合物または５１０２−Ｇｅ０２二
成分系化合物から作られたコア（ｃｏｒｅ　）を有する
単一モードの光ファイバーか得ら九、その最低減衰値は
、第３の伝送帯域と称される波長（／、ター／、乙μｍ
）において約０．２ｄＢ／Ｋｍないし約０．７　Ｊ　ｄ
Ｂ／Ｋｍである。

ＭＣＶＤ法は下記の一つの主要工程を有するものである
。

（−）　　シリカガラス管の内側に１０−３０μｍの／
ｉみを有するガラス層を、化学蒸着によって形成させる
工程； （ｂ）　　この管を加熱によってコラゲスして、直径１
０−３θｍｍの力゛ラス質の透明な円筒形ロッド（「グ
リフオーム」また社「母材」と称する）を形成させる工
程。

このプリフォームを延伸して、直径／、２６ｍμの幾何
学的に等価な（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｌｙ　ｅｑｕｌ
ｖａｌｅｎｔ）コアイノ々−を作る。

従来のＭＣＶＤ法では一般に、上記の両工程の実施中に
ドーパン）　（ＧｅＣ）２およびＰ２Ｏ５）の拡散およ
び蒸発が起シ、そのために屈折率の６中央１ｆ１５の落
込み”が生ずる。

この落込みは一般に、最後に形成された層、すなわち最
も内側の層と１係があシ、し刀・して落込みの度合は、
この加工工程の実施中にプリフォームにかかる応力の増
加、およびドーパントの揮発夏の増加に伴ってますます
大きくなる。

既に知られているように、この屈折率分布（屈折率プロ
フィル）の乱れは、多基モードファイバーの帯域中に悪
影響を与える。

まだ、前記の乱れｔま単一モードファイバーに一層大き
い悪影ｖを与える。すなわち、内部拡散および表面蒸発
が行われる区域の容積、すなわち屈折率の落込みが生ず
る区域の容積（コアの容積を基準とする）がかなシ大き
いファイバーでは、−層大きい悪影響を受けるのである
。

これによって、これらのファイバーの電磁場誘導条件お
よび伝送特性が乱れる。ＭＣＶＤ法で作られた単一モー
ドファイバーは、外部蒸着を行う諸方法（ＯＶＤ（外部
７４Ｓｂ法）−１：たけｖＡＤ（Ｉｌ！１１１方向蒸着
法）〕で作られた同じ特性を有するファイバーに比して
、微屈曲損失（ｍｉｃｒｏｂｅｎｄｌｎｇ　１ｏｓｓｅ
ｓ　）が一層大きい（外部蒸着を行う諸方法では、軸方
向における屈折率分布の乱れは生じない）。

しかしながらＭＣＶＤ法には操作条件に犬なる融通性が
あり、たとえはドーパントの選択および屈折率分布の形
について大なる融通性があるから、Ｍ　ＣＶ　Ｄ法は、
所望用途に最適の減衰特性および分散特性を有する単一
モードファイバーのＨｈ方法として非常に適当である。

実際、ＭＣＶＤ法によれば、シリカが光学的減衰率の最
低値を与えるようなスペクトル帯域に最低分散部をシフ
トさせるために、この目的に適した或特定の屈折率分布
を有するファイバーを作ることができる（落込み型屈折
率−クラッディング；Ｗ型；三角ル）。

前記の乱れを減少させることは勿論必要である・ノリフ
オームにおける屈折率の落込みを減少させるために、今
迄種々の方法が提案された。

これらの公知方法のうちのいくつかは、前記のコラプス
工程の開始前ま／こはコラプス工程の一部が開始された
ときに、管の内側のシリカに化学的エツチングを行うこ
とを包含するものである。こ“のような方法によれＶｉ
ＭＣＶＤ法において追加工程の設直しなければならず、
シ〃・も介迄充分な効果は得られていない。

他の公知方法は、最後に生ずる付着堆積層に過剰のドー
ピングを行う刀・・またはドーパントのみからなる流体
の存在下にプリフォームのコラプス操作を行うことによ
って屈折率分布の落込みを無くすることを要旨とするも
のである。

しかしながら、これらの公知方法はいずれも再現性につ
いて多くの問題があｐｌかつ充分な効果を襲さないもの
であった。

実際、これらの方法は、コラプス前の工程のときたけに
、すなわちダレフオームの内径が高温下に徐々に縮小せ
しめられるときだけに有効な方法であった。

今迄は、最後のコラプス工程〔すなわち、プリフォーム
の内部の孔を完全につぶして日ッド（すなわち最終ロッ
ド生成物）の形にする工程〕は、物質を介在させずに行
われていた。

ダレフオームの内孔を閉じたときには、もはやその中に
ガス流を通すことができず、したがってドーパント層ド
部分は、当該コラプス工程の操作温度におけるその蒸気
圧に応じて、遊離状態のノリフオームの内面の方に向か
って進行するかまたは蒸発する。

上記の欠点は本発明方法によって改善でき、すなわち本
発明方法に従えば、ＭＣＶＤ法で作られたプリフォーム
の屈折率分布の落込みを無くすることができ、しかも特
別な器具は不振であシ、また、そのためにプリフォーム
製造の所要時間が長くなることもない。

かように、本発明の主な目的は、光ファイバーの屈折率
分布の洛込みを無くする方法を提供することである。プ
リフォームは支持賀の内側に原材料およびドーパントを
付着堆積させることによって得られる。本発明方法では
、プリフォームのコラプス温度においてドーパント自体
の蒸気圧に等しい圧力で、プレフォームの製造の際に用
いられたドーパントと同じ釉類のドー・ぞント０７Ａ気
ｔ１前記の管の内ψ１１に発生させるのである。

本発明の上記の特徴および好ましい具体例について）添
附図面参照下に詳細に説明する。しかしながら本発明の
範囲は決してこれらの具体例にのみ駆足されるものでは
ない。添附図面は、一部コラゲスされた光ファ・イパー
用プリフォームの略図である。

コラゲス温度において、マトリックス中に混入されたド
ーパント層 ドーパン］・蒸気を管の内側に存在させることからなる
本発明方法によって、既述の技術的問題が解決されるの
である〇 マトリックスから蒸発するドーパントの量と、成層によ
って再ひマトリックス中に入るドーパントの量との間に
完全なバランスが、本発明方法では確実に保たれるので
ある。しかもこのバランスは、最後のコラプス工程が流
体の不存在下に行われるときでさえ確実に保たれるので
ある。

添附図面から明らかなように、前記のコラプス工程実施
中にドーパント層（，２）の蒸発によって、前記の必要
な圧力が支持管（１）の内側で得られる。ドーパント層
（））は、最も内側のシリカ層（すなわちドーピングさ
れるべきシリカ層）の上に、前もって酸化物（ＧｅＯ２
ｅ　Ｐ２Ｏ５）として付着堆積させて形成させたもので
あるが、このドー／’Ｐントは未だマトリックス（３）
中には浸入（混入）していないものである。

この方法によれば加圧効果は局部的に及ぶにすぎず、す
なわち、添附図面中に示された２本の破線（≠）、（夕
）の間にあるコラゲス−メニスカス帯域のみに及ぶにす
ぎない。一方、この高温帯域内で蒸発したドーパントは
、前記メニスカスの上流側で再び付着堆積する。

その結果として、ドーパント層の最初の質量濃度（ｍｎ
ａａ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　）が管軸に沿って
一部である場合には不都合が生ずるであろう。実際には
、コラプス工程の実施中に、この濃度値は、最初の濃度
値と魚発−再付着堆積による濃度値との総和に等しい値
になる。この総和は、発散（ｃｏｖｅｒ　−ｓｌｎｇ）
関数で表わされる。メニスカス帯域の軸方向ｒＪ動（ト
シンスレーション）のｍＪＫドーパントが蓄積する傾向
があシ、蒸発／吸着平衡が「吸着」の方向にシフトする
傾向が犬きくな９、かつ７’　ＩＪスフオーム中はドー
・ぞントのみが混入する傾向も生ずる。

コラノス工程実施中ドー・ぐント層を均質に保つために
、最初のドーパント層は、プリフォームの軸方向に沿っ
て質量濃度（ｍａｓｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｌｏｎ）
が適度に変化するように伺着堆積させて形成させなけれ
ばならない。この濃度変化が確実に行われるように、最
初の条件（当該温度においてドー・９ントの圧力に等し
い蒸気圧を、蒸発によって智の内側に発生させることが
できるような質ｉｉｉ（ｍａｓｓｑｕａｎｔｉｔｙ　）
　］を決定しなりれはならず、また蒸発／再伺看堆積の
１法則１も考慮に入れなりればならない口 再付着堆積関数が既知である場合には、回避すべき軸方
向の付着堆積量は、プリフォームの軸上の各々の点にお
いてこれらの２つの関数の和が一定の値に保たれるよう
にこれらの値を設定することによって決定できる。した
がってこの２つの関数は相補的（ｅｏｍｐｌｓｍｅｎｔ
ａｒｙ　）関係をもつものでなけれはならない。

軸方向の付着堆積関数を知るためには、反応体含有流体
からのドー／’Ｐントの付着堆積の法則を知らなければ
ならない。

蒸発物の一部（第１部分）は前記の法則に従ってメニス
カス帯域の上流側に直接に再付着する。

別の一部（第１部分）はメニスカス帯域に入シ、プリフ
ォームの内側におけるドーパントの拡散と平衡させる（
　ｃｏｕｎｔｅｒｂａｌａｎｃｅ　）のに必要な蒸気圧
の給源としての役割を果す。前記のドーパント層系化合
物分は、メニスカスの作用によって反転した後に再付着
し、そしてこれは別の法則によって第１部分に加えられ
る。この１別の法則”もまたメニスカスの幾伺学的形態
に左右され得るものである。

コラプス操作の前のノリフオームの軸（ｚ）に沿り７°
ヒト−パントの厚みの変化を表わす関数を、ｈｏ（ｚ）
で表わすことにする。

これは、焦点反射（ｆｏｃｕｓｉｎｇ　ｒｅｆｌｅｃｔ
ｉｏｎ　）の近似によって次式で表わすことができる。

ここに、 ｋ　＝　Ｄ・（ｚ２＋Ｄ２）−” であシ、しかして り、はＪｉ初のドーパント層 Ｄはコラプス前の最初のン０リフォームの直径であシ、 ９は、プリフォームの内径（内部直径）と、ノリフオー
ムの１ント面である円のコード（ｃａｒｄ　）との間の
角度である。

ドーパントの蒸気圧を補償（コンベンセーション）し得
る圧力を発生させるのに必要な質量（ｍ＊）は、次式で
表わすことができる。

ここに、ｐはコラプス状態のときのドーパントの蒸気圧
であシ、 ■は添附図面中に示された点線（４’）と（ｊ）との間
の区域を構成するメニスカス区域の容積であシ〜 Ｔはコラプス状態のときの温度（絶対温度）であ妬 Ｍはドーパントのモル量（ｍｏｌａｒ　ｍａｓｓ　）で
ある〇コラプス状態の全期間にわたってドーパントの蒸
気圧を補償するためには、次式の関係をみたすように操
作条件を設定する必要がある。

ここに、ｔは添附図面中の点線（ゲ）と（りとの間の距
離であ夛、すなわちメニスカス高１あシ、ρは堆積付着
したドーパントの密度であ２・実際に前記の層は、その
厚みの動向（ｔｒｅｎｄ　）の決足後に形成させること
ができる。

前記の付着堆積層を、ノリフオーム羽料と密着しないよ
うに形成させることによって、ドーパントのパック拡散
の危険を避けることができ、しかして実際にはこの目的
をよ、多孔質コロイド性ドーノやントの層を形成させる
ことによって達成できる。

この付着堆積工程は次の２つの方法のいずれかによって
実施できる。

第１の方法では、ドーパントの連続的合成反応に使用さ
れる反応体貧有流体の流れを、炉の軸方向移動操作実施
中に関数り。（ｚ）に従って変化させるのである。一般
にＭＣＶＤ法に使用される炉である一１Ｊ記の炉を、こ
の場合にはマトリックスのアニール＠腿よりも低い温度
で使用しく　ｔｎη＝／３；ダニ粘度）、これによって
多孔質層を形成させる。

記ノの方法は、炉の移動速度を関数り。（ｚ）に従って
連続的に変化させることからなるものである。

ドーパントノーの形成後（付着堆積の終了後）にリフォ
ームの内側の孔を全部塞ぐことができる。

この過程は、末端部から始まって、ｈｏｌ／Ｃ等しい層
厚になるように進行する。

【図面の簡単な説明】

添付図面は、一部コシグスした光フアイバー形成用グレ
アオームの略式説明図である。 ハ・・支持％；２・・・ドーパント層；３・・・マトリ
ックス；≠および！・・・コラプスメニスカス区域を示
す点線。 代理人の氏名　　川原１）−穂

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）支持管の内側に原材料およびドー・マントを付着
   堆積させることによってプリフォームを製作する工程を
   含む製法によって製造される光ファイバーの軸方向屈折
   率の落込みを無くする方法において、前記プリフォーム
   の製作のために使用されるドーパントと同柚のドーノや
   ントの蒸気を、該プリフォームのコラプス温度において
   前記ドーパント自体の圧力に等しい圧力のもとて前記の
   管（１）の内側に発生させることを特徴とする、光ファ
   イバーの軸方向屈折率の落込みを無くする方法。 （２）プリフォームの内側に付着堆積した原材料からな
   る最も内側の層の上のドーパント堆積層（２）を加熱す
   ることによって、該ドーパントの蒸気をノリフオームの
   コラプス温度において発生させることを包含する特許請
   求の範囲第１項記載の方法。 （３）前記の層（２）が、プリフォームの内側への原材
   料の付着堆積後に、低温で付着堆積させた多孔質構造を
   有するコロイド性ドーパントから構成されたものである
   特許請求の範囲第２項記載の方法。 ただし Ｋ（ｋ）　＝　ｆ　”　（／　−ｋ２ｓｌｎ２ｓ　）−
   ’／’　ａ　９（ここにり。は、蒸気圧を補償するドー
   パントの厚みであり１ ｍ＊はドーパントの蒸気圧を補償し得る圧力を発生させ
   るに適した質量であり、 舌はメニスカス高であシ、 Ｄはコラゲス前のプリフォームの内径であシ、ρは、付
   着堆積したドーパントの密度であシ、○はプリフォーム
   の断簡である円のコードと隠径との間の角度である） から求められる関数り。（ｚ）によって与えられる厚み
   の変化を、支持管の軸方向に沿って有するものである特
   許請求の範囲第２項記載の方法。 （５）　ドーパント合成用の蒸気相反応体の流れを関数
   り。（ｚ）に従って連ねＣ的に変化させることによって
   前記ドーパント層を作ることを包含する特許請求の範囲
   第≠項記載の方法。 （６）蒸気相反応体を使用するト°−パン）４成反応の
   だめの補助＋段の移動速度を関数り。（ｚ）に従って連
   続的に変化させることによりて前記ドー・９ント層を作
   ることを包含する特許請求の範囲第≠項記載の方法。