JPS5927728B2 - 煤状ガラスロッドの製造方法 - Google Patents

煤状ガラスロッドの製造方法

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JPS5927728B2
JPS5927728B2 JP52096735A JP9673577A JPS5927728B2 JP S5927728 B2 JPS5927728 B2 JP S5927728B2 JP 52096735 A JP52096735 A JP 52096735A JP 9673577 A JP9673577 A JP 9673577A JP S5927728 B2 JPS5927728 B2 JP S5927728B2
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    • Y10S65/16—Optical filament or fiber treatment with fluorine or incorporating fluorine in final product

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はグレーデイツドインデツクス型光伝送用ガラス
ファイバの素材となるガラスロッドの前、躯体である煤
状ガラスロッドの製造方法に関するものである。
通信に用いるための光ファイバは通常中心部にコアとそ
の周囲にコアよりも屈折率の低いクラッド部とにより構
成される。
このような光伝送用ガラスファイバは大別して半径方向
の屈折率分布がコアとクラッドとで階段状に変化してい
るステップインデックス型と放物線に近い型をしたグレ
ーデイツドインデツクス型とがある。細く引き伸ばせば
ファイバとなるもとのガラスロッドはプリフオームとよ
ばれるが、プリフオームも当然コアとクラッドより構成
された構造となつている。
このようなプリフオームの製法の１つに特開昭４９−１
００５６に示される方法がある。この方法は、まず円柱
状の出発部材を準備し、火炎加水分解によつてガス状の
ガラス原料より作られた微粒子状ガラス（スート）を回
転する出発部材の周囲の面上に積層させる。この時積層
させるガラスの中にはガラスの屈折率を変化させるため
に石英ガラスの他に種々のドーパントカ劾口えられてお
り、最終に得られるプリフオームが所定の屈折率分布が
得られるようにドーパント量は各層毎にコントロールさ
れる。つまりドーパント濃度が最初一定で、或る回数積
層した後、急に屈折率を下げるようなドーパント濃度に
すれば、ステップインデックス型のプリフオームが得ら
れるし、層毎に徐々に屈折率を下げるようにドーパント
濃度を変化させていけばグレーデイツドインデツクス型
のプリフオームが得られる。このようにして得られた煤
状ガラスの積層体は高温炉の中に入れられて透明化され
る。この後出発部材は取り除かれる。そして合成された
円筒状のガラス部分のみが加熱され中空部がコラツプス
されつつ線引されて光伝送用ガラスフアイバが形成され
る。また、別のプリフオームの製造法として特公昭５１
−２９９５３に示される方法がある。
この方法はまず石英管を用意する。この石英管を回転さ
せながら石英管の中にガス状のガラス原料を流し、石英
管を外部より熱することによりガラス管の内表面にガラ
スを多数回積層させる。この場合も最終的にプリフオー
ムが所定の屈折率分布となるように層毎のドーパント濃
度をコントロールする。しかる後、さらに高い温度で加
熱することにより、中空部をコラプスしつつ線引して光
伝送用ガラスフアイバを形成させる。しかるに上記２つ
の方法はそれぞれ欠点をもつている。
すなわち特開昭４９−１００５６の方法は出発部材と積
層したガラスの熱膨張係数が異なるため、工程中のわず
かな温度変化や衝撃によつて積層したガラスにクラツク
を生じやすい。また特公昭５１−２９９５３の方法は出
発部材として用いることのできる石英管の長さ、直径、
肉厚に限度があるため大きなプリフオームを得ることが
できず、したがつてフアイバの大量生産には弱点をもつ
ている。上記２つの方法とは全く異なるプリフオームの
製法として藤原他の特開昭５１− ７１３１６がある。
この方法は回転している出発基盤の面上に向けてあるい
は回転している出発部材１方の端面に向けて、回転軸に
平行な方向からあるいは回転軸と適当な角度をもつた方
向から、複数個のノズルまたはバーナによりガス状のガ
ラス原料を噴出させて高温雰囲気中で酸化あるいは加水
分解させることによりガラス微粒子を合成し、これを出
発基盤上あるいは棒状の出発部材の端末部に堆積させ、
引き続き回転軸の方向にガラス微粒子を積層させていき
、ガラスロツドを得るものである。この時複数個のノズ
ルまたはバーナから噴出させるガラス原料ガス中のドー
パント組成を、回転軸に近い部分（ロツドの中心部）を
ガラスの屈折率を高めるドーパント組成に、回転軸に遠
い部分を中心部よりは屈折率が低くなるようなドーパン
ト組成にしておけぱ、中心部にコアをもち、その周囲に
クラツドをもつ光伝送用フアイバを作るのに必要な構造
のプリフオームを得ることができる。この方法は出発部
材の影響を受けないし、また大きなサイズのプリフオー
ムを得るのに適している。ところで光通信用フアイバに
は、伝送面において２つの重要な特性が要求される。
１つは光の伝送損失の小さいこと、もう一つは光のパル
ス波形が伝送中に歪んだりパルス幅が広かつたりするこ
とが少ないことである。
後者の性質は低損失で伝送し得るベースバンド周波数の
帯域が広いことを意味しており、フアイバの屈折率分布
が放物線形状に近いほどベースバンド周波数の伝送帯域
が広くなる。伝送損失を増加させる要因には大きくわけ
て３つ存在する。第１は軸方向の屈折率のゆらぎによる
光の散乱、第２は不純物の存在による光の吸収、第３は
コア径が長さ方向に変化することなどによる製造技術上
の不完全性に基く散乱である。上記の２つの伝送特性、
すなわち伝送損失とベースバンド周波数の伝送帯域に関
し、先に述べた特開昭５１−７１３１６の方法は次のよ
うな欠点をもつている。
１つの欠点はノズル又はバーナを複数個並べただけでは
ガラスを積層する時にたとえ基盤や棒状の出発部材を回
転させても各瞬間を見れば積層されるドーパントの分布
は円周方向に均一ではない。
１例としてコア用ガラスを合成するバーナの軸を出発部
材の回転軸と一致させる位置に置きクラツド用のガラス
を合成するバーナを回転軸より離した場合を考えてみる
。
通常ガラスの積層量は毎時２０〜５０９である。もし毎
時３６９すなわち０．０１９／秒のガラスを積層させる
とすると、これを直径１５０μｍのフアイバに換算する
と毎秒２５？のフアイバに相当するガラスを積層してい
ることになる。すなわち基盤あるいは出発部材を１回／
秒回転させるとフアイバの屈折率が２５ｃｍの周期でゆ
らぐことになる。つまりクラツド用のバーナにより噴射
されたドーパントはフアイバ内では２５？の周期でらせ
ん状に分布していることになる。これはクラツド用のノ
ズルをもう１本回転軸に対して対称の位置に配置しても
同じことである。
要するに複数個のノズルを並べただけでは解決できない
問題である。そして先に述べたように屈折率の軸方向の
不均一性は、伝送損失を増加させる。更に屈折率分布が
周期的にかつらせん状に変化することは同時にフアイバ
の断面内での屈折率分布が円対称でないことを意味する
。つまりノズルを並べて作つたプリフオームのある断面
内で中心を通るどの直線上の屈折率分布もが同じであり
得ないのである。このことはグレーデイツドインデツク
ス型フアイバにおいては伝送帯域を狭くする結果になる
。またノズルまたはバーナを多数個用いることのもう一
つの大きな欠点は制御すべきガスの数が著しく多くなり
装置が大型、複雑になると同時に再現性を保持すること
も容易でない。
本発明者等は上記特開昭５１−７１３１６の発明の欠点
を除去すべく研究を重ねた結果、複数個のノズルあるい
は複数個のバーナを並べる代りに、ただ１本の同心多重
管バーナを用い、該バーナの各ノズルよりドーパント濃
度の異るガラス原料ガスと火炎加水分解用のガスとを供
給すれは、軸方向の屈折率分布が極めて良好となり、特
性のすぐれたグレーデイツドインデツクス型フアイバを
得るためのプリフオームの前１駆体である煤状ガラスロ
ツドを製造することができるという知見を得て、本発明
に到達したものである。
以下に添付図面を参照して本発明方法を詳細に説明する
。
第１図は本発明方法の一実帷態様例を示す概略説明図で
、同心四重管バーナ３を用いてグレーデイツドインデツ
クス型プリフオーム用の煤状ガラスロツド２を生成する
場合を示し、第２図はその同心四重管バーナ３の先端部
を示す斜視図である。
このバーナは石英ガラスで作られている。バーナの中心
ノズル１１より、アルゴンガスをキヤリアガスとして屈
折率を高めるような第１のガラス原料を流す。
この原料ガスとしては、例えばＳｉＣｌ４と屈折率を高
めるためのドーパントガスとしてＧｅＣｌ４とＰＯＣｌ
３とを用いる。ＰＯＣｌ３は屈折率を高めると共にガラ
スの熱膨張係数やガラス化温度を調整する役割りも果た
す。四重管バーナの第２のノズル１２より、やはりアル
ゴンガスをキヤリアとして第１の原料ガスより合成され
るガラスよりも屈折率を低くする第２のガラス原料ガス
を流す。
この原料ガスとしては、例えばＳｉＣｌ４と屈折率を低
くするためのドーパントガスとしてＢＢｒ３（必要に応
じてＧｅＣｌ３を混合してもよい）とを用いる。四重管
バーナの第３のノズル１３からは水素ガス、第４のノズ
ル１４からは酸素ガスを噴出させる。
ノズル１３からの水素とノズル１４からの酸素が反応す
ると水を生じ、これとガラス原料ガスが反応し、加水分
解によりＳｌＯ２，ＧｅＯ２，ｐ２Ｏ５，Ｂ２Ｏ３など
の煤状ガラス微粒子が合成される。
合成された煤状ガラス微粒子は回転する耐火性のシート
１例えば石英ガラスロツドの先端に回転軸とほぼ平行に
吹きつけられ、該シート１に堆積する。そして引き続き
原料を供給することにより、煤状ガラス微粒子を軸方向
に成長させていくことができ、これにより煤状ガラスロ
ツド２が形成される。この時、煤状ガラスロツド２の外
径を一定にするために、煤状ガラスロツド２のガラス積
層面とバーナの先端との距離を一定に保ちつつシート１
を煤状ガラスロツド２の成長速度に合せて上昇させる。
ノズル１１から噴出する第１の原料ガスの１部とノズル
１２から噴出する第２の原料ガスの１部が噴出後混合す
ることによりドーパント濃度がなだらかに変化し、グレ
ーデイツドインデツクス型のプリフオームを得るための
煤状ガラスロツドを得ることができる。
そして混合の度合が適当であると屈折率分布を放物線に
近い分布にすることができる。上記の例ではガラス原料
ガスのキヤリアガスとしてアルゴンガスを用いているが
、アルゴンの代りに同じく不活性ガスであるヘリウムを
用いてもよく、また酸素あるいは窒素でもよい。
またノズル１１から流すドーパントガスとしてはＧｅＣ
ｌ４やＰＯＣｌ３に限らず、ゲルマニウム、リン、チタ
ン、アルミニウム、ガリウム等のハロゲン化合物ガスあ
るいは水素化合物ガスなどを用いることもでき、またノ
ズル１２から流すドーパントガスとしてもＢＢｒ３に限
らず、ＢＣｌ３，ＳｌＦ４，ＣＦ４，ＣＣｌ２Ｆ２など
を用いることもできる。また今までの説明でＳｉＯ２を
合成するガラス原料ガスとしてＳｉＣｌ４を用いる例で
説明したが、ＳｉＣｌ４の代りにモノシランガス（ＳＨ
４）やＳｉＨＣｌ３などのハロゲン化シランガスを用い
てもよい。
さらに可燃性ガスとしては、Ｈ２ガスの代りにＣＨ３，
Ｃ２Ｈ５など水素を含む可燃性ガスであれば何でもよい
。また上記例では、バーナのガラス原料噴出ノズルは１
１と１２の２つであるが、これを第３図Ａ，ｂに示すよ
うに３つ以上とする多重管バーナとしてもよい。
このような多重管ノズルの例を第３図に示す。
第３図ａは径の小さいグレーデイツドインデツクス型光
伝送用フアイバ一のプリフオームを得るための煤状ガラ
スロツドを製造する場合の例、第３図ｂは径の大きいグ
レーデイツドインデツクス型光伝送用ガラスフアイバ一
のプリフオームを得るための煤状ガラスロツドを製造す
る場合の例をそれぞれ示す。いずれの場合も中心から外
側の原料供給管へいくにしたがつて屈折率が放物線状に
下がるようにドーパントを配合すればよい。すなわち第
３図ａの場合は、ノズルロ１１、ノズルロ１２，１３に
は原料ガスをドーパントの量を変えて供給し、ノズルロ
１４，１５にはそれぞれＨ２，Ｏ２ガスを給供すればよ
い。また第３図ｂの場合は、ノズルロ１１、ノズルロ１
４，１７に・は原料ガスをドーパントの量を変えて供給
し、ノズル口１２，１５及び１８にＨ２ガス、ノズルロ
１３，１６及び１９に０２ガスを供給すればよい。要は
、中心から外側の原料供給ノズルへ行くにしたがつて屈
折率が順次下がるようなドーパント配合にすればよい。
なお、以上の説明では多重管バーナのガラス原料噴出ノ
ズルから噴出させるガラス原料ガスは全てガラスの母体
となるＳｉ化合物にドーパントを中心から外側のノズル
へ行くにしたがつて屈折率が順次下がるような割合で配
合させているが、全てのガラス原料ガスにドーパントを
配合させる必要はなく、例えば、中心ノズルからはＳｉ
化合物ガスのみを、外側へ行くにしたがつて屈折率が順
次下がるようにドーパントを配合したＳｉ化合物ガスを
供給してもよいし、あるいは中心ノズルから屈折率を高
めるドーパント成分を配合したＳｌ化合物ガスを、外側
へ行くにしたがつて屈折率が順次下がるような配合ガス
を、そして最外側のノズルからはＳｌ化合物ガスのみを
供給するようにしてもよいことは言うまでもない。
以上のようにして形成された煤状ガラスロツドは、不活
性ガス雰囲気中で加熱炉に入れることにより、透明化し
てグレーデイツドインデツクス型光伝送用フアイバ一の
プリフオームとなる。
以上詳述したように本発明方法は、流すガスの種類を少
くできるので制御が容易で、極めて特性のよいフアイバ
を再現性よく得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明方法の一実施態様例を示す概略説明図、
第２図は第１図中符号３で示す同心多重管バーナの一例
の先端部斜視図、第３図Ａ，ｂは本発明方法に適用され
る他の同心多重管バーナの例を示す断面図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ １本の同心円状の多重管バーナの異るノズルよりド
    ーパント濃度の異る２種以上のガラス原料ガスと酸素お
    よび水素を含む可燃性ガスを供給し、可燃性ガスを燃焼
    させ火炎加水分解によつてガラス微粒子を合成し、これ
    を回転する出発部材上へ送り堆積させ、ひきつづきこれ
    を軸方向に成長させることを特徴とする半径方向に所定
    のドーパント濃度分布をもつグレーデイツドインデツク
    ス型光伝送用ガラスロッドの前駆体である煤状ガラスロ
    ッドの製造方法。
JP52096735A 1977-08-11 1977-08-11 煤状ガラスロッドの製造方法 Expired JPS5927728B2 (ja)

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