JPS5941932B2 - 光フアイバ製造のための方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ 産業上の利用分野 本発明は遠隔光通信システム用の搬送媒体の製作特に光
フアイバの製作のための装置および方法に関する。

従来技術 長距離光伝送は光の伝送媒体の製作に使用される材料の
光学的性質によつて制限を受けることが知られている。

特に減衰と拡散が伝送に使用可能な波長の範囲を決定す
る。光７アイバの製作に現在使用されている原材料は石
英即ちＳｌＯ２で、所望の屈折率と拡散係数によつて様
々な添加物を加えられる。

それは波長１．２７μｍで最小の拡散値を与えるＢ３、
添加物を適当に加えることによつて減衰率Ｈ３最小に近
ずくように補正が行われ、最適な伝送条件得る。最小減
衰値はレイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）散乱損失に依存し
、波長λと原料の特性の関数としてつぎの式で表わされ
る。

ここでαｏは散乱係数で、次式で表わされる。

上式においてｎは屈折率 ｐは平均光弾性定数 ｋはボルツマン（ＢＯＩｔｚｎｌａｎｎ）定数ＴＯは刀
ラス転移温度β１は等温圧縮性 であり、Ｎ，ｐ，ＴＯおよびβ８の大きさは材料固有の
常数である。

散乱による減衰は最小論値があり、石英ガラスでは波長
１．６μｍにおいて０．２ｄＢ／ＩＣＴＩであり、これ
は、より長い波長においては格子結合〔Ｓｉ−０４〕４
−の伸長振動の減衰最小値αＡｂｓに抑えられて、それ
以上低下することは不可能である。

ここでＡおよびγは定数、ν１は格子結合Ｓ１−０４の
基本伸長振動周波数で力定数ｆおよび珪素一酸素結合の
減少質量μＳｉＯに依存する。

μＳｌＯは、および酸素の原子量である。

ν１の値は次式で求められる。

石英をν１のより小さい材料によつて置換すれ ．″ば
、即ち小さな力定数ｆと大きな減少質量μのどちらかま
たは両方共得られるならば、最小減衰領域をより長い波
長の方へ移すことができ、散乱損失は減少する。

石英においてν１の値ｂ叶ヒ較的高い理由は、 １酸素
の質量ｔ）３小さいことによつて群としてのＳｉ−０の
減小質量が小さいことである。

従つて、所望の結果を得るためには、酸素の代りとなる
原料を見つけなければならない。この要求は部分的にハ
ロゲン化物によつて満たされる。事実、１Ｆ，Ｃ１，Ｂ
ｒおよびＩの化合物はより大きな減小質量を有する。ハ
発明の目的 光７アイバの分野において、例えば弗化物のような材料
Ｂ３多数提案されたｔ）３、それ等を使用〉するには重
大な問題Ｂ３ある。

特に、（１）大気に含まれる気体との反応度Ｂ３大きい
。

（２）有毒性。（３）製造されたガラスの透明度の安定
性が低い。

（４）フアイバ製作に適した技術に欠ける。 Ｓ（
５）光拡散の最小値ｔ）３低く、従つて最小の減衰と拡
散の条件の最適化Ｈ３困難である。本発明は上記の欠点
を克服するための光フアイバの製造装置および方法を提
供することを目的とする。

本発明は適当な材料の使用によつ一ζ、．・波長５μｍ
以上の光の伝送ｔ）３可能で、減衰は１０−３ｄＢ／Ｉ
ＣＩＩｌ以下でしかも特に自然界中の物質との化学反応
から防護された光フアイバを提供することＢ３できる。
二 発明の構成 本発明は、底孔で終端する第１のるつぼと前記第１のる
つぼを囲む第２のるつぼを含む光フアイバ製造装置を使
用する光フアイバの製造方法において、フアイバのコア
材料とクラツド材料とは、それぞれ精製され全体的に均
一な成分，構成になるように混合された後に、コア材料
は前記第１のるつぼに、クラツドの材料は前記第１と第
２のるつぼの間に人れられ、第１のるつぼは光フアイバ
の原料よりも高い軟化温度（軟化点）を有し、第２のる
つぼは前記の光フアイバの原料の軟化温度と実質的に同
じ軟化温度を有し、しかる後熱拡散によつて、ガラス化
されていない材料はガラスイヒされ、既にガラス化され
ている材料は更に精製され、その後るつほの底孔とつら
ら（メニスカス）状部分の領域の温度を原料および第２
のるつぼの軟化温度まで上昇させることによりフアイバ
の線引き（すなわち伸長紡糸）を開始し、この線引きは
コア材料およびクラツド材料と共に第２のるつぼの軟化
物を用いて行い、ついで第２のるつぼ、クラツド材料お
よびコア材料をフアイバの線引きと同一方向へ、コアと
クラツドの直径比Ｈ３所望の値になるような適正な速度
で進行させる（Ｔｒａｌｌ一Ｓｌａｔｅ）ことによつて
、線引きされるフアイバに使用される材料の消費分を補
償することを特徴とする光フアイバの製造方法に関する
ものである。

本発明ＨＳ提供する光７アイバ製造のための装置は、底
孔で終端する第１のるつぼと第１のるつほを囲む第２の
るつぼから構成される。

第１のるつぼは光フアイバを作成する原料の軟化温度よ
り高い軟化温度を有し、かつその底は線引きの際につら
ら（メニスカス）状の輪かくを有し、第２のるつぼは原
料と同じ軟化温度を有する低溶融温度のガラスからなり
、かつフアイバの線引きによつて直接形成されたつらら
状部分を有し、機械的装置によつて、フアイバのコアと
なる材料の棒／）３第１のるつぼの中へ給送されかつ進
行せしめられ、第２のるつぼは、２つのるつぼ間に充填
された７アイバのクラツド材料と共に進行せしめられる
。また、上記２つのるつぼの中へ人れられた材料のガラ
ス化のための第１の炉と、フアイバの線引きのための第
２の炉を備えており、ただしこの線引きは、コア材料お
よびクラツド材料と共に第２のるつぼの軟化物を用いて
行われるものである。本発明の重要な要件は、第２のる
つぼ（すなわち外側のるつぼ）も軟化させてこれを前記
の如くコア材料およびクラツド材料と共に線引きする（
伸長紡糸する）ことである。

前記のフアイバ形成用材料類／）３大気中のガスの作用
を受けないように該材料を大気中のガスから注意深く隔
離して保護しなければならないときには、上記の要件は
非常に重要である。この要件を含む本発明方法に従えば
、後で詳細に説明するように第２のるつぼはフアイバと
共に引張られるから、これはるつぼであるだけでなく其
後に防護用被覆としても作用し、フアイバ決成用材料を
５外部環境から隔離し、適切な安定性を与える。本発
明の好ましい具体例では、光の伝送用手段である光フア
イバの製造のために後記の如く塩化物（または他の適当
なハロゲン化物たとえば臭化物もしくは沃化物）材料Ｂ
３使用できる。 １０この具体例は非常に重要なもので
ある。なぜならば、この具体例に従えば、後で詳細に説
明するように高い波長の光を非常に低い減衰率で伝送で
きる光フアイバが製造できるからである。以下本発明を
実施例について図面を用いて更に １５詳細に説明する
。石英の基本振動周波数を顕著に大きく移動させるには
、原料に塩化物を用いる。

前述の弗化物の欠点を避け、更に減衰を低下させるため
に弗素より質量の大きい塩素を使用する。その上、２０
塩化物は自然界との化学反応性も低くかつ有毒性も許容
範囲になし得る。得られるガラスの安定性は、各単独の
成分元素の数と割合を正確に選定することによつて最適
化される。

２５長い波長を使用
するから、散乱損失をあまり増加せずに成分元素の数を
増加すること／）Ｓでき、従つて多成分元素の塩基物系
ガラスｔ）３得られる。また５μｍまでおよびそれより
大きいスペクトル領域で使用するためにＨｆ，Ｚｒ，Ｔ
ｈ，Ｂａ，３ＯＬａ，ＰｂおよびＢｉのような高原子量
の元素や、周期律表の６および７族の一般的な元素／）
Ｓ塩素と結合される。ガラスの格子構造を構成するには
Ｈｆ，ＺｒおよびＴｈの塩化物が同時にあるいは個別に
必要であると考えられる。その他の元３５素はガラス化
に有利なように又は最小拡散値を長い波長の領域へ移す
ために添加される。上と同じ目的のために、ＡｌＣｌ３
，ＺｎＣｌ２等のもつと軽い元素の塩素化合物を使用す
ることもできる。
４０上記の元素から得られる化合物の代
表的な組合わせはつぎのものである。ＴＯは２５０の〜
５００℃の範囲に含まれる。

この事はレイリー散乱係数αｏを３分の１近く迄減少し
たことになる。転移金属や水酸化物のような代表的な石
英の不純物は、相対的吸収帯ｔ）３３μｍ波長より前に
あるので、これ等のガラスの減衰性に影響を与えない。

これ等の化合物は、基礎剤の沸謄点が高いので伝統的な
化学的気相堆積法（ＣＶＤ）による母材の製作には使用
できない。

卜 実施例 図はハロゲン化物、特に塩化物に基づく多成分ガラスに
よつて光フアイバを製作する装置を示す。

この装置は２つの炉１および２ならびに水晶のるつぼ３
を含み、るつぼ３はフアイバのコアを線引きするための
底孔を有する。

るつぼ３の外側には低溶融温度の酸化物系ガラスより成
るるつぼ４ｔ）′ｓあり、前記底孔と同軸をなすつらら
状部分を有する。このつらら状部分は線引きによつてる
つほ４から直接得られるものである。５はるつぼ３の内
側にフアイバのコア材料のガラス棒を給送する装置であ
る。

ネジ６および７によつて、光フアイバの線引きの間ガラ
ス棒は押し進められる。９はフアイバのクラツド材料と
るつぼ４とを炉の内側へ給送する機械を示す。

２つのネジ１０および１１はその材料およびるつぼ４を
進行させる。

粉末状の原料、すなわち前記元素の塩化物は、圧力およ
び温度を変化する不活性雰囲気中で昇華されることによ
つてまず精製された後、どの点でも一定の比率で所望の
配合／７Ｓ得られるように混合され、そして水晶の簡の
中へ導人される。

それはつぎに炉内でガラス化され、そして得られた棒８
は熱拡散により精製される。クラッド材料はコア材料と
は異なる屈折率を得るように多数の成分の割合を変えて
、前者の場合と同様に個別に精製され、混合された後る
つぼ３と４の間に充填されてガラス化および熱拡散によ
る精製／）３行われる。コア材料およびクラツド材料は
、るつぼの全長にわたつて伸びている炉１によつて、そ
れぞれのるつぼの中で直接ガラス化される。

つらら伏部分に位置する炉２はフアイバの線引きに必要
な温度を発生する。るつぼ４のための軟化温度の低い酸
化物系ガラスを選択する時は、フアイバを製作する塩基
物系ガラスの熱膨脹係数、ガラス転移温度および密度を
考慮しなければならない。

実際にるつぼ４はフアイバと共に引つぱられるから、そ
れはるつぼであるだけでなく防護用被覆としても作用し
、フ了イバを形成する材料を外部環境から絶縁し、適時
に安定性を与える。多成分塩基物系ガラスの熱膨脹係数
、ガラス転移温度および密度は、それぞれ５０〜２００
×１０−７０σ１、２００〜６００℃、３〜８Ｐ？であ
る。

るつぼ４を塩化物の密度と同様な値を有するガラスで作
成することによつて、光フアイバの汚染を起こすもとに
なる材料の補正の必要ＨＳなくなる。現在市販物の中で
使用可能なものは、例えばシヨツト（ＳｃｈＯｔｔ）ガ
ラスの種類ＳＦ５２又はＳＦ５９で、密度、膨脹係数、
ガラス転移温度は、前者では１０９／（−ＦｉｌｌｌＯ
５×１０−７０Ｃ−１，４０６℃であり、後者は６．２
６９／ＣｒｉｌｌｌＯ３ＸｌＯ−７℃−１、３６２２Ｃ
である。原料のガラス化の後、炉２もまた動作して軟化
温度に達する。

しかる後フアイバの所望外径例えば現在の国際標準によ
れば１２５μｍを得るに必要な速度で線引きすることに
より、るつぼ４につらら状部ができる。コアとクラツド
の比率はるつぼ３の底孔の大きさとるつぼ４を給送する
速度の両方に依存する。るつぼ４の給送速度は、るつぼ
３の底孔の大きさが許容する変化範囲内で所望のコア対
クラツド比を維持するように決定しなければならない。
コアおよびクラツドのそれぞれのガラスを供給する機械
５および９は、１〜５０ＣＴ！ｌ／ｈの範囲の変換速度
を提供するよう設計されなければならない。

上述の説明は１実施例についてであるｔ）３、本発明の
範囲内で各種の変形ｔ）３可能である。

へ 発明の効果本発明による光フアイバ製造装置は同軸
上の２つのるつぼより成り、外側のるつぼは低い軟化温
度を有し、フアイバの原材料と共に線引きされ、その結
果フアイバは空気中の物質との反応から防護されて作ら
れる。

このようにして得られたフアイバは波長５μｍ以上、最
小減衰量１０−３ｄＢ／ＩＣｆｆｌ以下の光伝送り３可
能である。

【図面の簡単な説明】

図は光フアイバ製造装置の断面図を示す。 〔主要部分の符号の説明〕、１・・・・・・第１の炉、
２・・・・・・第２の炉、３・・・・・・第１のるつぼ
、４・・・・・・第２のるつぼ、５・・・・・・コア材
料給送機械、６，７・・・・・・ネジ、８・・・・・・
コアの材料棒、９・・・・・・クラツドおよびるつぼ４
給送機械、１０，１１・・・・・・ネジ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 底孔で終端する第１のるつぼと前記第１のるつぼを
   囲む第２のるつぼを含む光ファイバ製造装置を使用する
   光ファイバの製造方法において、ファイバのコア材料と
   クラッド材料とは、それぞれ精製され全体的に均一な成
   分構成になるように混合された後に、コア材料は前記第
   １のるつぼに、クラッドの材料は前記第１と第２のるつ
   ぼの間に入れられ、第１のるつぼは前記の光ファイバの
   原料よりも高い軟化温度を有し、第２のるつぼは前記の
   光ファイバの原料の軟化温度と実質的に同じ軟化温度を
   有し、しかる後熱拡散によつて、ガラス化されていない
   材料はガラス化され、既にガラス化されている材料は更
   に精製され、その後るつぼの底孔とつらら状部分の領域
   の温度を原料および第２のるつぼの軟化温度まで上昇さ
   せることによりファイバの線引きを開始し、この線引き
   はコア材料およびクラッド材料と共に第２のるつぼの軟
   化物を用いて行い、ついで第２のるつぼ、クラッド材料
   およびコア材料をファイバの線引きと同一方向へ、コア
   とクラッドの直径比が所望の値になるような適正な速度
   で進行させることによつて、線引きされるファイバに使
   用される材料の消費分を補償することを特徴とする光フ
   ァイバの製造方法。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の光ファイバ製造方法
   において、前記コア材料は、前記第１のるつぼに粉末状
   で導入されて後ガラス化されることを特徴とする前記方
   法。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載の光ファイバ製造方法
   において、前記コア材料は、あらかじめガラス化され棒
   状に成形されて第１のるつぼに導入されることを特徴と
   する前記方法。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載の光ファイバ製造方法
   において、ファイバのコア材料およびクラッド材料はハ
   ロゲン化物であることを特徴とする前記方法。 ５ 特許請求の範囲第１項に記載の光ファイバ製造方法
   において、ファイバのコア材料およびクラッド材料は塩
   化物を含むことを特徴とする前記方法。 ６ 特許請求の範囲第１項に記載の光ファイバ製造方法
   において、ファイバのコアおよびクラッドを形成すべき
   原料は、ガラスの格子構造のための大きな原子量の元素
   の塩化物と、前記格子構造の安定性を増加しかつ光ファ
   イバの帯域幅を拡げるためのより小さい原子量の元素の
   塩化物の少量とを含むことを特徴とする前記方法。 ７ 特許請求の範囲第６項に記載の光ファイバ製造方法
   において、前記大きな原子量の元素は、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｔ
   ｈ、Ｂａ、Ｌａ、ＰｂおよびＢｉを含むことを特徴とす
   る前記方法。 ８ 特許請求の範囲第６項は記載の光ファイバ製造方法
   において、前記小さい原子量の元素はＡｌおよびＺｎを
   含むことを特徴とする前記方法。 ９ 終端に底孔を有する第１のるつぼと、前記第１のる
   つぼを囲む第２のるつぼを含む光ファイバ製造装置にお
   いて、第１のるつぼは光ファイバの原料よりも高い軟化
   温度を有し、その底は光ファイバの線引きによつて得ら
   れるつらら状を呈し、第２のるつぼは、前記光ファイバ
   の原料の軟化温度と同じ軟化温度および光ファイバの線
   引きの間に第２のるつぼから直接つらら状部分が得られ
   る程低溶融温度のガラスにより作られており、第１のる
   つぼに光ファイバのコアを形成する材料（コア材料とい
   う）から成る棒を給送してこれを進行させると共に、前
   記２つのるつぼの間に挿入された光ファイバのクラッド
   を形成する材料（クラッド材料）と第２のるつぼとを共
   に進行させるための給送用機械を含み、さらに、第１お
   よび第２のるつぼ内の各材料をガラス化するための第１
   の炉とファイバの線引きのための第２の炉を有し、この
   線引きはコア材料およびクラッド材料と共に第２のるつ
   ぼの軟化物を用いて行われるものであることを特徴とす
   る光ファイバの製造装置。 １０ 特許請求の範囲第９項に記載の装置において、光
   ファイバの線引き領域に到達する材料の量が光ファイバ
   ーの線引きに使用される量を補償するような値になる迄
   進行速度を減少するように設計されたネジを前記の給送
   用機械が有することを特徴とする前記装置。 １１ 特許請求の範囲第９項に記載の装置において、前
   記第２のるつぼは、ファイバのコアおよびクラッドを構
   成する原料と同じガラス転移温度、密度および熱膨脹係
   数を有することを特徴とする前記装置。