JPS59174539A - 光フアイバのプリフオ−ムの製作方法 - 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】 技術分野 本発明は光ファイバのプリフォームの製作方法に係る。

本発明の背景 周知のように、多モード型光ファイバを通しての光学波
エネルギーの効率的伝送は、ファイバコアの屈折率を傾
斜させることによシ実現できる。そのだめ、屈折率の分
布を正確にすることは、ファイバの伝送特性を定めるの
に必要、である。この目的のために、光ファイバおよび
光ファイバのプリフォームの屈折率の分布を測定する各
種の技術が開発されてきだ。例えば、米国特許第４，１
６１，６５６．号はファイバ／プリフォームの紫外線（
ｔＪＶ）の照射に対する反応を観測することによシ、光
ファイバおよびファイバのプリフォーム中の屈折率を修
正のだめのドーパントの分布を決定する各種の技術につ
いて述べている。この測定から屈折率の分布が計算でき
る。

この測定法及び各種の測定技術の欠点は、ファイバ又は
プリフォームが作られた後にのみ、それらは適用できる
ということである。

好ましいのはプリフォームが製作される間に測定するこ
とであり、それによシ製作プロセスそれ自身を制御する
情報を供給することである。この方法によシブリフォー
ム内に生じた屈折率の分布を所望の分布によシ近づける
ことが可能となった。そのような方法は不良のプリフォ
ームの生産を減すのに役立ち、それによシ製作される光
ファイバの製造価格を下けることができる。

本発明はいわゆる”修正型化学気相堆積”（ＭＯＶＤ）
プロセスに特に適用できる。その場合、ガラス形成材料
および適当な屈折率修正用ドーパントを含むガス状の前
駆物質がプリフォームの基材管の加熱されているところ
へ流し込まれる。これによシ管の内表面上にガラス層が
堆積する。

各堆積層の厚さ及び各層内のドーパントの濃度は、管内
に生じる高温領域の温度と；管に沿った高温領域の移動
速度と；ガラス形成材料の濃度及びガス中の屈折率の修
正用ドーパントを含む多数のパラメータの関数である。

もし高温領域の温度及び速度を一定に保つならば、各層
の厚さ及び屈折率は、ガス状の前駆物質中の材料瀘度を
制御することによシ制御できる。従って、本発明の一面
によると、プリフォームの基材管に導入されるガス状の
前駆物質、中の材料の濃度は、以下の工程を特徴とする
方法によるプリフォームの製作中、モニタされ、かつ制
御される。すなわち、紫外線の放射をガス状の前駆物質
に照射する工程、該ガス状材料からの放射エネルギーの
強度を測定する工程、該測定結果を基準信号と比較し、
この比較に応じた誤差信号を発生す′　　　　　る工程
、必要ならば誤差信号に応答して該ガス状材料中の材料
の濃度を変える工程である。

本発明の一実施例においては、測定された放射エネルギ
ーはガスを透過する紫外線放射である。本発明の別の実
施例においては、ドーパントの濃度は紫外線放射によシ
ト−パントに発生したけい光を測定することによシ定め
られる。

上に述べた技術により得られる制御は、′。

おおざっばな“’　（ｃｏａｒｓｅ　）　　調整と考え
ることができる。最終的に得られるプリフォームの屈折
率の分布を決定するのは、プリフォーム基材管内に堆積
される各ガラス層の実際の厚さと各層内のドーパントの
濃度とでるる。

従って、本発明の第２の面によると、Ｘ線の投影像を用
いて堆積層の測定もで今る。製作パラメータの徴（ｆｉ
ｎｅ　）“調整はこれらの測定に応答して行われる。こ
れらには炎温度の修正、プリフォームに沿った炎の移動
速度、および／あるい戦基材管への気体の流量を変える
ことを含めることができる。

すべての場合、プリフォームの製作中に測定を行い、従
って屈折率の分布を最適化する手段を実現することが本
発明の利点である。

詳細な記述 図面を参照すると、牙１図はＭＯＶＤ　　プロセスによ
シ製作される光ファイバのプリフォームの屈折率の分布
をモニタし、かつ制御するための第１の構成を示す。カ
ナダ特許第１．０５０，８３３号に十分述べられている
ように、このプロセスに従うと、矢印１２によシ示され
た方向に、管に沿って高温領域が移動するにつれ（図示
されていない手段によシ）、基材管は維持されかつ回転
される。典型的な場合、高温領域は軌道３上に載置され
ているように示されている加熱手段１１からの炎４によ
り生じる。同時に、２本のパイプ８およ、び９によシ材
料容器１４に接続された人力バイブ１３を経て、管１０
中にガス状のプリカーサが導入される。容器は典型的な
場合、酸素源１５と、三塩化ゲルマニウムのような屈折
率の修正用ドーパント材料源１８と、四塩化シリコンの
ような母体ガラス形成材料源１９とを含む。酸素源は牙
１のバルブ６を含む手段によシ源１８へ、また第２のバ
ルブ７を含む手段により源１９へ接続されている。

これらの材料は典型的な場合において液体であシ、ヒー
タ１６および１７により加熱することが好ましい。動作
中、源１５からの気体は屈折率の修正用ドーパント溶液
およびガラス形成溶液を通してあわだてられる。生じる
ガス状の混合物は、次にパイプ８および９によシ、結合
器５に供給されそこで混合される。混合物は次に人力バ
イブ１６によシ、プリフォームの管１０中に供給され、
そこで加熱され管１０の内表面上にガラス層の堆積が起
る。

特に興味のあることは、堆積した層のそれぞれの屈折率
および厚さである。［各層の屈折率は基本的にガス状の
混合物中の二つの材料の相対濃度の関数である。」　「
層の厚さは前駆物質の気体中の母体ガラス形成材料の濃
度と、高温領域の温度と高温領域の前進の速度との関数
である。」高温領域の温度と速度とか、あらかじめ定め
られた最適値に一定に保たれていると仮定すると、所望
の分布を得るために制御する必要のあるのは、「母体ガ
ラス形成材料と屈折率の修正用材料の濃度とだけである
」。具体的な例において、これは各パイプ８および９中
のＧｅｃｌ　およびＳ　１Ｃ１ｎ濃度を、別々に測定す
ることにょシ達成される。これらの測定を行うためには
、各パイプ８−９の少くとも一部２０−２１が紫外線光
に対し透明である溶融石英のような材料で作られ、その
中を流れるガスはＵ４源２２．２５によシ照射される。

これらの各々の場合において、放射は管の断面を通るガ
スの流れの方向に垂直な方向からガスを照射する。本発
明の一実施例において、直径の紫外線源に相対する側に
配置された検出器２４．２５が、ガスを透過する紫外線
エネルギーの強度を測定する。Ｇｅ０１　　およびＳ　
＋　Ｏｌｌ　＊によシ吸収される勾 紫外線エネルギーの吸収はそれらの各々の濃度の関数と
して変化するので、この二つの強度測定によシ基材管上
に堆積する層の厚さおよび屈折率を知ることができる。

このようにして生じた検出器出力はプロセッサ２６に結
合され、それは測定された値を蓄積された基準値と比較
する。測定値および蓄積された信号間の差が、濃度が低
すぎることを示したならば、適切な材料源を通すガスの
流れをより多くするよう適切なバルブを開けるよう働く
信号が発生される。あるいは、基が濃度の高すぎること
を示したなら、誤差信号はガスの流れを適切に減少させ
る。

本発明のこの面の別の実施例において、紫外線光の周波
数は興味のある特定の材料がけい光を生じるように選択
される。この第２の実施例において、検出器は紫外線放
射のいずれもをさえぎらないように、ずらして配置する
と有利である。しかし、入射した可視光（Ｖｌ）は検知
され、検出された信号はプロセッサ２６に結合され、そ
こで上に述べたように誤差信号が発生する。

従って、本発明の第１の面によると、屈折率の修正用ド
ーパントとガラス形成材料の濃度とは、後者がプリフォ
ーム基材管上に堆積するにつれ、屈折率およびプリフォ
ームの層厚制御手段によシ、モニタされかつ制御される
。

本発明に従うプリフォーム製作プロセスの別の制御方法
には、プリフォーム基材上に層が堆積する際、それらを
直接測定し、それらの測定に、応じて、必要ならば製作
パラメータを変化させることが含まれる。それらの測定
を行うだめの装置が牙２図に示されておシ、この図は第
１図の一部分を示し、基材管１．ｏ。

加熱手段１１およびガス大刀パイプ１３を含む。また、
Ｘ線源３ｏおよび付随したＸ線検出器３１も示されてい
る。

エイチータカハシ（Ｈ，Ｔａｋａｈａｓｂｉ　）らにょ
０ｏｎｆｃｒｅｎｃｅ、　）アムステルダム、１９７９
年９月１７−１９日に発表された＋１光フアイバのプリ
フォームのコア径およびゲルマニウムドーピング濃度分
布の測定に対するＸ線非破壊検査技術の応用°゛と題す
る論文で述べられているように、高シリカプリフォーム
をＸ線の均一なビームで照射したとき、放出されるＸ＃
ビームは第３図建示されるように変更される。すなわち
、図は単一の堆積層を含むプリフォームの断面と、Ｘ線
検出器３１にょシ検出された対応するＸ線ビームの強度
分布を示す。プリフォーム管１ｏの外部領域で検出され
たＸ線強度は最大値をと）、これをＩ。とする。管１０
の外表面上に位置する点ａと内表面に位置する点す間の
間隔全体に渡シ、検出された強度はＸ線路が管１ｏ内で
ょシ大きな弦を含むにつれ、Ｉｏから工□　まで減少す
る。第１層６６に入ると、検出された強度は減少し続け
るが、屈折率の修正用ドーパントの存在による、更如急
峻な傾斜のため、管一層界面すにおいて不連続を生じる
。同様に、層３３と、管１ｏ内の領域の平衡状態を満足
しているガス状の前駆物質３４との界面Ｃにおいて、強
度曲線の鋭い不連続妙ｆ存在する。

このように規定された強度分布曲線から明らかなように
、層３３の厚さｄは界面すおよびｃＫおける不連続間の
距離にょシ、明らかに規定され、一方ドーパント濃度は
測定された強度■□とＩ２の差の関数である。

これらの測定値はプロセッサ３２に接続され、それらは
あらかじめたくゎえられた基準値と比較され、適切な誤
差信号が発生される。

次に、これらの誤差信号はシステムパラメータを修正す
る多くの方法のいずれか一つで用いられる。たとえば、
層厚が大きすぎると決定されたならば、誤差信号は管に
沿った高温領域の移動速度を増すように用いることがで
きる。もし、測定された層厚が小さすぎるならば、移動
速度を減らすことができる。あるいは、誤差信号は炎温
度または気体プリカーサ中の材料濃度の一方または両方
を制御するために用いることができる。たとえば、もし
層が厚すぎるならば、誤差信号は第１図のプロセッサ２
６中にだくわえられた基準信号を修正するために使用で
き、それにより第１図中のバルブ７に印加される制御信
号が修正される制御信号が修正される。このことはガス
流量の″１微調整゛の効果があシ、この具体例ではガス
状の混合物中の５ｉＣｌｌｌの量を減らす働きをする。

同様に、ドーパント濃度が正しくないならば、バルブ乙
に印加される制御信号の適当ｅ　４ｍ正は、ガス状の混
合物中の屈折率の修正用ドーパントの濃度を“微調整”
°する。

移動している高温領域の直後を追いかけるように、Ｘ線
源およびＸ線検出器は可動スタンド（図示されていない
）上に適当に載置すると有利である。これにより、各層
が管１０内に堆積するにつれ、層は常にモニタされ、連
続して修正がなされる。このようにして、各層厚または
屈折率のわずかなずれも短時間で検出され、適切な修正
がなされる。

第４図はバルブ６および７を通って流れるガスの流れを
制御するための誤差信号を発生するプロセッサ２６の具
体例を、ブロックダイアグラムで示す。プロセッサは堆
積すべき各層に関する基準信号をたくわえる一対のメモ
リ回路４０および４１を含む。メモリ４１　゛にだくわ
えられた一方の信号はドーパント濃度に関連し、他方メ
モリ４０中の他方の信号は層厚に関連する。軌道３の一
端に置かれたカウンタ２９かもの信号は、堆積しつつあ
る特定の層を同定し、メモリ回路が適当な基準信号を選
択するようにする。炎が通過する毎に、カウンタはヒー
タ゛１１を戻すことによシ歩進し、メモリ回路４０およ
び４１のそれぞれにより新しい基準信号が与えられる。

これらは検出器２５および２４で検出きれる信号はとも
にそれぞれ比較回路４２および４６に接続され、その中
で比較され、誤差信号を発生させる。後者は製造パラメ
ータを修正するだめの適切な制御のために接続され不。

具体的な実施例において、制御される要素は流量弁６お
よび７である。

牙５図はＸ線検出器６１からの信号に応じて誤差信号を
発生するだめのプロセッサ６２の具体的な実施例を、ブ
ロックダイアグラムで示す。プロセッサはラインスキャ
ナ５０を含み、その出力は第６図に示された形式のアナ
ログ波形である。ディジタル化器５１はラインスキャナ
５０からの信号の振幅を測定し、測定された振幅をディ
ジタル形式に変更すると便利である。これらの信号は読
み出し回路、たくわえ回路および比較回路５２において
読み出され、たくわ見られかつ比較される。

第６図に関連して示したように、堆積された各層は検出
されるＸ線の強度を減少させる。

牙３図は１つの層に関してこのことを示した。

次に考察する第６図は複数のｎ＋１層に対するグラフの
一部を示す。図示されるように、各層はＸ線強度を減少
させる。ドーパント濃度が適当であるか否かを決定する
ため、Ｘ線強度の変化が測定され、プロセッサメモリ中
にあらかじめたくわえられていた基準信号と比較される
。回路５２は最後の極小強度値を新しい極小値と比較す
ることによシ、必要な測定を行う。このようにしてｎ番
目の層から生じ、回路５２中にたくわえられる極小値は
、Ｉ、　　である（後者は走査が基材管のガスの満ちて
いる。領域へ進むのに伴う強度の急激な変化によるもの
と明らかに認識される。）。

ｎ＋１層が堆積されると、新しい極小値工。＋１が検出
され、工。に比較される。それにＪＤ生じる差が比較器
５６中でメモリ回路５４からの−ｉ−、＄信号と比較さ
れ、誤差信号が生じる。

ｎ＋１層の幅は二つの測定された極小値Ｉｎ＋□および
Ｉｎ　間の堆積で費した時間（すなわち１ｎ＋、　　−
１ｎ、　　）に振幅が比例した信号を発生することによ
り、決定される。この差の信号は次に比較器５５中でメ
モリ回路５６からの基準信号と比較され、第２の誤差信
号が発生される。前述のように、カウンタ２９は対象と
する層を同定する。

先に示しだように、これらの誤差信号は各種の方法で利
用できる。たとえば、比較器５５からの誤差信号は層厚
と関連しておシ、炎温度またはプリフォーム管に沿った
炎の移動速度の制御に使用できる。あるいは、管１０に
供給されるガス状の前駆物質中のガス濃度を微調整する
ため、両眼差信号はプロセッサ２６中の基準信号の振幅
を修正するために使用できる。いずれの場合も、−効果
は製作プロセスの連続制御ができる点である。

堆積層の情報を得る別の方法は、第２図に示されたＸ線
源およびＸ線検出器の代シに、紫外線照射およびまたは
けい光検出器を用いることにより得られる。層が堆積さ
れるにつれ、吸収される紫外線放射の量は増し、紫外線
検出器の出力は減少する。一方、よシ多くの層が堆積さ
れるにつれ、生じるけい光の量は増す。しかし、いずれ
の場合も効果−は各層の厚さおよび各層中のドーパント
濃度の両方に依存する。従って、このようにして行われ
。

る測定はＸ線の像のように容易に製作プロセスを制御す
るためには使用できない。しかし、製作プロセス中の総
体的なずれを検出するのに使用できる。たとえば、弁の
機能が悪ければ、紫外線または可視光の予想されたレベ
ルに著しい変化が検出されるであろう。この変化は作業
７者に警報を出すか単に装置を閉じるために使用できる
。

上−に述べた本発明の説明においては、ＭＯＶＤプロセ
スを例にした。しかし、述べた技術は他のプリフォーム
製作プロセスにも容易に適用できる。たとえば、オフ図
は気相軸付け（ＶＡＤ）プリフォーム製作法に対しての
、本発明の適用を示す。この場合、ガラス形成材料はプ
リフォームの端部に堆積され、プリフォームは縦方向に
成長する。オフ図は出発開始時のシリカ棒６０、固めら
れたプリフォーム６１の一部、多孔質プリフォーム６２
の一部、プリフォームがヒータを通して引張られるとき
、多孔質プリフォームを固めるヒータ６３およびガラス
形成材料を供給する２個の過酸化水素バーナ６４および
６５を示す。典型的な場合、プリフォームはガラスが堆
積される際、材料の分布を軸対称にするため、回転され
る。実際のプリフォーム分布をモニタするため、露出さ
れたプリフォーム端は、屈折率の修正用ドーパントがけ
い光を発するよう波長が選択された紫外線で照射される
。もし一種類以上のドーパントを用いるならば、真なる
波長で順次測定を行い、あるいはもしＵＶおよび誘発さ
れた可視光の波長がいくつかのドーパントに対し十分具
なるならば、同時に測定を行うことができる。いずれの
場合も、紫外線光源６６はプリフォーム６２の露出端面
６９に向けられる。生じるけい光はビデオカメラ６７に
よシ検出される。バーナ６４および６５からのスス状の
ガラス形成材料の入射によシ生じる相互干渉を最小にす
るため、プリフォームの表面にカメラの焦点を合わせる
。

カメラ６７に接続されたラインスキャナ７゜はけい光の
強度分布モニタし、プロセッサ７１とともに上で述べた
ような方式で製作プロセスを制御するためあ誤差信号を
発生する。

第１図の実施例において、ガス状の混合物はパイプ８お
よび９中で別々にモニタされた。

しかし１．いくつかの材料に対して減衰ピークは異なる
波長で起るため、これらの測定はパイプ１３中でガスが
混合された後、交互忙行うことができ名。同様に、けい
光を誘発するのに必要な波長が異なる材料で異なる限シ
、この測定はガスが混合された後にも行うことができる
。従って１本発明を実施するために各種の異なる装置を
考案することができる。

【図面の簡単な説明】

牙１図は光ファイバのプリフォームの屈折率分布をモニ
タしかつ制御するための本発明の第１の面による構成を
示す図、 第２図は本発明の第２の面による光ファイバのプリフォ
ームの屈折率の分布モニタおよび制御のための構成を示
す図、 第６図は説明のためファイバのプリフォームの断面とそ
れによシ得られるＸ線の投影像を示す図、 牙４図および第５図は本発明とともに使用する信号処理
器をブロックダイアグラム；第６図は説明のため複数の
堆積層を有するファイバのプリフォームのＸ線の投影像
を示す図、 オフ図はプリフォームの気相軸付は法に対する本発明の
応用を示す図である。 出願人：ウェスターン　エレクトリックカムパニー、イ
ンコーポレーテッド 同　　：栗　　　林　　　　　　　貢　はぢ陶手続補正
書 昭和５９年　４月　６日 特許庁長官若杉和夫　殿 １、帽′Ｉの表示昭和５９年特許　願第　５９６９９　
　号２　発明の名称 光ファイバのプリフォームの製作方法 ；）　補正をする者 ・ｌＬｉ’ｌとの関係　特許出願人 ４代理人 ５、補正の対象　　　（１）「明　　細　　書」（２）
１図　　　　面」 ６、補正の内容　　　　　　別紙のとおり明細書と図面
の浄書内容に変更なし く１１別紙の通りタイプ印書明細書を１通提出致します
。 （２）別紙の通り正式図面を１通提出致します。 上申：　出願時提出致しました明細書をこの度タイプ印
書明細書と差替え度く上申致します。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　加熱によシガラスに固化し得るガス状の前駆物質
   に対し、基管を露出しながら、基管を加熱することによ
   シ基管上にガラス層を順次堆積させる工程を含む光ファ
   イバーのプリフォームを製作する方法において、 管の断面をＸ線の放射で照射する工程と；照射された管
   を横切るＸ線エネルギーの空間的スペクトル的分布を検
   出する工程と：検出されたエネルギーの特性を基準信号
   と比較し、比較に基づき、誤差信号を発生させる工程と 該誤差信号に応答して、プロセスの製作パラメータを変
   える工程をさらに特徴とする方法０ ２、特許請求の範囲第１項に記載された方法において、 ガラスは管の長さ方向に沿って移動する加熱源によシ固
   化され、 Ｘ線源及びＸ線検出器は該加熱源の後を管に沿って移動
   することを特徴とする方法。 ３、特許請求の範囲第１項に記載された方法におい１、 誤差信号の一つはガラス層の厚さを示し、別の誤差信号
   は層の屈折率を示すことを特徴とする方法。 ４、特許請求の範囲第２項に記載された方法において、 加熱源は肢管の長さ方向に沿って移動し、加熱源が移動
   する速度は、誤差信号に応答して変化させることを特徴
   とする方法。 ５、特許請求の範囲第１項に記載された方法において、 堆積し、ている特定の層に関して、適当な誤差信号が選
   択されることを特徴とする方法。 ６、特許請求の範囲第１項に記載された方法において、 Ｘ線は強度極小値を有する像を生成し、誤差信号の一つ
   は隣接する層中の次の極小値間の距離の関数として変化
   し、 別の誤差信号は隣接する極小値の強度の差の関数である
   ことを特徴とする方法。 ２、特許請求の範囲第１項記載の方法において、 プリフォーム基管に母体ガラス形成材料（０２、５ｉＯ
   Ａ！４）及び屈折率修正材料（ＧｅＤ／４）を含むガス
   状の前駆物質を導き、ガス状の前駆物質が管を通過する
   際、管を加熱し、管中にガラス層を堆積させるようにす
   る工程と；管に導かれるガス状の前駆物質を紫外線放射
   で照射し、管の断面をＸａ放射で照射する工程と； 照射されたガスから導かれた放射エネルギーを検出し、
   一方管を横切るＸｍエネルギーの空間分布を検出する工
   程と； 気体から導かれた検出エネルギーの強度を第１の組の基
   準信号と比較し、第１の組の誤差信号を発生し、−力検
   出されたＸ線エネルギーの特性を、第２の組の基準信号
   と比較し、第２の組の誤差信号を発生する工程と；誤差
   信号に応答して誤プロセスの製作パラメータを変化させ
   る工程とを含むことを特徴とする方法。