JPS5945613B2 - オプテイカルフアイバ−の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光通信システムに用いる低伝送損失のオプティ
カルファイバーの製造方法、具体的には内付法による改
良型気相沈積法（ＭＣＶＤ法）によりコアとクラッドか
ら成る紡糸前のプレフオームを形成する方法に関する。

この方法は、気相発生からガラス層（コア層）の形成ま
でが密閉系で実行されるので、不純物や水分の混入が少
なく、従つて低損失の特性が優れたオプティカルファイ
バーが簡単に製作できるという利点がある。

具体的には、第１図に示す反応系において気相沈積工程
が実施される。

図において、１０は気相発生器であり、これには四塩化
硅素（ＳｉＣｌ４）特のガラス原料液を容れてある。発
生器にはキャリヤガスとしてアルゴン等の不活性ガスを
吹き込み、原料液のバブリングを行う。このバブリング
操作により、アルゴンガスに原料液から発生した原料ガ
スが担持される。担持されるガス量は液温に対応した液
の蒸気圧並びにキヤリヤガスの流量により定まる。この
原料ガスを担持したキャリャガスは導管を通じて反応管
２０に導入される。この反応管はそれ自体がクラツド層
となる石英ガラス管である。コア層組成は一般にＳｉＯ
２の他にＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５等の成分を適当に添加した
ものである。これら添加成分に関しては、前述と同様に
個別の気相発生器からＧｅＣｌぃＰＣｌ３等を気相発生
させてキヤリヤガスに担持させ、同様に反応管に導入さ
れる。反応管２０には、発生原料ガス並びにキヤリヤガ
スの他に反応ガスとして酸素０２を供給する。

反応管２０は一般にはガラス旋盤にセツトされており、
一定速度で回転させられる。この回転する反応管は外部
から軸方向に即ちガスに対し順方向に相対的に移動する
酸水素炎バーナー等の加熱源３０により管壁を局部的に
加熱される。従つてその加熱局部は軸方向に螺旋状に移
行する。反応管に導入された原料ガスは、前記加熱で酸
素と反応し、ＳｌＯ２、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５等の酸化物
になり、この酸化物のスート（ＳＯＯｔ）は反応管壁の
加熱局部より未だ加熱されていない前方の壁面に沈積さ
れる。このスートの単位面積当りの沈積量（或いは沈積
厚）は基本的には反応管を流れる全ガスの流量／流路断
面積と原料ガス並びにキヤリヤガスの総流量／流路断面
積とに関係している。即ち、全ガス流量／面積が一定の
とき、キヤリヤガス＋原料ガスの流量／面積が大きくな
れば生成酸化物の量が増加するので、その沈積厚は大き
くなる。又キヤリヤガス＋原料ガスの流量／面積が一定
のとき、酸素ガス量を増加して全ガス量／面積を大きく
すれば、生成酸化物のスートの沈積領域が遠方まで拡が
り、スートの沈積厚は減少する。沈積したスートはその
沈積の後にそこに移行して来た火炎により１９００〜２
０００℃の高温度に加熱されて溶融し、ガラス化する。
このガラスの層厚はスートの沈積厚より縮少される。火
炎による加熱は、酸水素のガス圧と火炎の移動速度とに
左右される。即ち一定ガス圧の火炎に関し、火炎の移動
速度を大きくすれば、反応管の局部に与える熱エネルギ
ーは小さくなる。又火炎の一定速度において、火炎のガ
ス圧を大きくすれば、反応管の局部に与える熱エネルギ
ーは大きくなる。この反応管の局部に与える熱エネルギ
ーが過大になれば、反応管のガラスが軟化して変形した
り、火炎ガスがガラスに混入したりするので、クラツド
層となるべき反応管にとり好ましくない。熱エネルギー
が過小になれば、原料ガス全部の酸化には充分な熱エネ
ルギーであつても、酸化物の沈積スートを充分にガラス
化することができない。そこで、導入ガス流量により（
完全酸化の場合に）定まるスートの沈積厚に対し、この
沈積スートを充分にガラス化でき且つ石英ガラスの反応
管を損傷させない程度の熱エネルギーを反応管壁に局部
的に与えるように火炎のガス圧並びに火炎の移動速度を
適当な値に設定しなければならない。このような適切な
設定条件で気相沈積法を実行する場合、反応管２０のガ
ス導入端からガス排出端まで火炎を１度移行させること
により反応管内面の全域において前述の条件により定ま
るスートの沈積とそのガラス化が実行され、コアガラス
の第一層が形成される。このコア層の層厚ではプレフオ
ームのコアとしては充分なので、次に火炎を反応管の排
出端から導入端に迅速に、実質的には反応管に熱エネル
ギーを与えない程度の速度で戻し、再び前述の一次操作
と同様に火炎を排出端へ移行させ、それによりコアガラ
スの第２層を形成する。このような火炎操作を、バブリ
ング操作を実行している間に、繰返して実行し、それに
より幾層かのコアガラス層を積層して、全体として所定
厚のコアガラス層を反応管内面の全域に成長させる。成
長したコアガラス層は全域で均一な所定肉厚になつてい
る。このようにして得られたコアガラス層を有する中空
の反応管は、次にコラプス法により、プレフオーム化さ
れる。即ちこの反応管を火炎で万辺なく加熱して、反応
管の中空部を縮小させ、最終的には反応管のクラツド層
とその芯としてコラプスされて一体化したコア層とから
成るプレフオームを形成する。このプレフオームからは
これを加熱・紡糸することによりオプテイカルフアイバ
一が得られる。ところで、上述のオプテイカルフアイバ
一の製造方法における気相沈積工程によれば、１度の火
炎操作で以つて形成し得る高品質のコアガラス層はその
層厚に限界がある。

即ち、前述のガス流量を適当に調節してスートの沈積厚
を大きくすることはできるし、火炎速度を遅くすること
により熱エネルギーを大きくし、この沈積スートを充分
ガラス化することもある限度において可能である。しか
しながら、この場合スートはガラス化していても、気泡
を多く含み、オプテイカルフアイバ一のコア材としては
不適当である。即ち紡糸工程でフアイバ一が断線したり
、断線しないまでもフアイバ一中の気泡により光損失が
大きくなる。それ故に、このような気泡を含まないコア
ガラス層を形成するには、スート沈積厚を低く抑えなけ
ればならない。従つて、１度の火炎操作では、どうして
もコアガラス層は肉薄にせざるを得ないので、プレフオ
ームのための所定肉厚に成長させるために原料ガス流量
も抑えて幾度も火炎操作を繰返し、実行しなければなら
ないのが現状である。

通常、４０ＣＩ！ｌ長程度の反応管を用い、酸水素火炎
を５ＣＴ！Ｌ／ｍ紐程度で移動させ、１度の火炎操作に
よつて１０μ程度のコアガラス層を形成する。その層厚
に必要なスート沈積厚も、従つて小さくなるように導入
ガス流量も小さく抑えてある。上記事例のように、１度
の火炎操作には８分を要し、所定肉厚にコアガラス層を
成長させるのに５０回火炎操作を繰返さざるを得ないの
で、所定厚のコアガラス層に成長させるのに約４００分
と可成り長時間を要す。

ミ《 然るに本発明の目的
は、上記問題点に鑑み、１度の火炎操作で得られる高品
質コアガラス層の肉厚を、従米に較べ大巾に向上させ、
以つて所定コアガラス層の肉厚まで成長させるに要する
繰返し火炎操作回数を減少させて所要時間を大巾に短縮
させる、オプテイカルフアイバ一用プレフオームのコア
ガラス層を形成するための改良された気相沈積法を実現
することにある。要するに本発明によれば、前述の反応
系において、ヘリウム（Ｈｅ）等の溶融ガラスに溶解す
る不活性ガスを反応ガス並びにキヤリヤガスとは独立に
反応管に送入することを特徴とする気相沈積法が提供さ
れる。

以下本発明をその実施例並びに比較例により詳細に説明
する。

第１表は、（Ａ）４０（１−JモV！長の石英ガラスの反
応管を用い、これに高品質のコアガラス層を形成する従
来の気相沈積法での反応条件、（８）同じ反応管に高品
質のコアガラス層を形成する本発明の気相沈積法での反
応条件、及び０同じ反応管に品質は劣るが前記本発明法
の１度の火炎操作により得られると同じコアガラス層厚
を１度の火炎操作で得られるようにした従来の気相沈積
法での反応条件を示し、又その結果を示している。

第１表に示す条件の従来法（４）、（Ｏはいずれも、第
１図に関し、既述した工程で実行された。

本発明法（８）は、囚、（Ｏと同じ工程において、反応
管１０に、図に点線で示すように、ヘリウムガスを導入
端から送入した。囚はコアガラス層の高品質が保証され
る場合の最大肉厚が実現できる最適条件下で従来の気相
沈積法を実施したものであるが、１度の火炎操作でコア
ガラス層の肉厚は１０μに過ぎない。Ｑ３紅コアガラス
層の高品質が保証される場合の最大肉厚が実現できる最
適条件下で本発明の気相沈積法を実施したものであり、
（４）に較べ５倍のコアガラス肉厚が１度の火炎操作で
得られる。（５）、（８）の条件を比較して明らかなよ
うに、従来法では原料ガス流量（キヤリヤガスを含む）
は本発明に較べ＋に抑え且つ総ガス流量を１１００ＣＣ
／１！１ｉｎに抑えないと高品質のコアガラス層が得ら
れない。この（４）の場合の酸化物、ＳｉＯ２、ＧｅＯ
２のスート沈積層は＋になり、従つてコアガラスの厚み
は前記の関係になつた次第である。そこで、従来法によ
つて、本発明法（８）と同じスートの沈積厚を実現した
のが（Ｏである。即ち０では（８）と同じ原料ガス流量
（キヤリヤガスを含む）を用いており、且つ総ガス流量
が同じ２５００ＣＣ／Ｉｔｉｎに設定されている。しか
し、（Ｃ）の場合は、スート層がガラス化して成るコア
ガラス層に許容できない程の気泡が混入していた。本発
明と従来法の効果の比較には囚、（８）を較べればよい
が、本発明の作用を理解するには（８）、（０を比較す
るのがよい。

（８）、（Ｃ）では同じスート沈積厚であり、且つ同じ
火炎速度であり、いづれもスートが完全にガラス化して
厚みの実質的に同じコアガラス層が１度の火炎操作で得
られている。しかし、５３）はコアガラス層に気泡がな
く、（Ｃ）は気泡がある。この相違は、（Ｏの場合には
酸素ガスを２０００ＣＣ／―送入するのに対し、（８）
では原料ガスを除き２０００ＣＣ／―の送入ガスが５０
０ｃｃ／―の酸素ガスと１５００ＣＣ／―のヘリウムガ
スから成ることに起因することが判る。本来５００ｃｃ
／Ｉｔｍの原料ガス（キヤリヤガスを含む）に対し化学
量論的には酸素ガスは５００ｃｃ／７！Ｔｉｎあれば充
分である。しかし、（Ｃ）の場合には、この酸素ガス５
００ＣＣ／―よりも更に１５００ＣＣ／順だけ過剰の酸
素が使用されている（これはスート沈積厚を抑えるため
である。）。他方（８）の場合には、（Ｃ）の過剰酸素
量に相当する量のガスはヘリウムであり酸素ではない。
この事は、沈積スートの空隙に、０の場合には酸素ガス
や反応生成物の塩素ガス（Ｃｌ２）等が存在し、それが
スートのガラス化によりガラス中に混入してしまうのに
対し、本発明の（８）の場合には同じスート空隙の大半
をヘリウムガスが占めることを意味する。このようにス
ート空隙の大半をヘリウムで占められる事はヘリウムガ
スにより反応性のガスが殆んど追い出されてヘリウムで
置換されてしまうことを意味する。ここで重要なことは
、ヘリウムガスはスートがガラス化で溶融したときに、
ガラス質と反応することなく溶解してしまう特性がある
ことである。しかもこれはガラスの光学特性を阻害しな
い。従つて、スートの空隙の大半を占めるヘリウムガス
はスートのガラス化の過程でガラスに溶解して消滅する
ので、溶融ガラスによつて本来気泡となるべき空隙が縮
小される。一次的に小さくなつた空隙は元々ヘリウムと
共に占めていた小量の反応ガスがそのまま占めるのでは
なく、この小さな空隙にはこれが外界に通じている限り
やはり割合としてヘリウムが大半を占める結果となり、
そのヘリウムが又溶解消滅する。このようにして、次第
に反応ガスが空隙から追い出され、結果としてはスート
を気泡の全然ないガラスに変えてしまうものと理解され
る。いづれにしても、ヘリウムの送入により、第１表に
示すように多大の成果があることは確認されている。

本発明はヘリウムの送入に限定されるものではない。

要は、上述のような作用効果を呈するガスであつて、ガ
ラスに容易に溶解し、且つ溶解してもガラス光学特性を
阻害しない不活性ガスであれば、ヘリウ・ムに代えて用
いてもよい。従つてアルゴンもこの目的に使用すること
ができる。しからば、キャリャガスとして酸素又は不活
性ガスを一般には使用している。従つてこのキヤリヤガ
スで以つて前記ヘリウムに代えることができるように一
見思われるが、これは正しくない。又逆にヘリウムをキ
ヤリヤガスに使用すれば、前記ヘリウムは不要になるよ
うに一見思えるが、これも正しくない。キヤリヤガスは
、そのガス自体が何であれ、ＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４等
の原料ガスの所定流量を発生させるに必要な流量しか反
応管に導入できず、量的に限られている。本発明で期待
するように導入する酸素ガス量より有意に多量なアルゴ
ンやヘリウムを導入し、以つて反応ガスのスート空隙を
占める割合を減じ代つてアルゴンやヘリウムで大半を占
めるようにするには、キヤリヤガスとしてではなく、そ
れとは別個に反応酸素ガスと並列にアルゴンやヘリウム
ガスを反応管に送入せざるを得ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来及び本発明の気相沈積法を実施する反応系
を示す説明図である。 図において、１０は気相発生器、２０は反応管、３０は
酸水素炎バーナを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガラス原料液をキャリヤガスでパブリングし、発生
   した原料ガスをキャリヤガスに担持させて反応管に送入
   すると共に酸素ガスを該反応管に送入し、このガス送入
   の間に該反応管をガスの送入方向に順次局部的に加熱し
   、それによつてガラス成分の反応生成物のスートを生成
   し且つ該スートを該反応管内面に沈積させると共に該ス
   ートを溶融してガラス化する気相沈積工程を含むオプテ
   ィカルファイバーの製造方法において、溶融ガラスに容
   易に溶解する不活性ガスを該キャリヤガスとは別に該原
   料ガスと同方向に該反応管に送入し、該スートの生成・
   沈積工程と該スートの溶融・ガラス化工程の双方を該不
   活性ガスの雰囲気中で同時に進行させることを特徴とす
   るオプティカルファイバーの製造方法。 ２ 特許請求の範囲第１項の方法において、該不活性ガ
   スがヘリウムであることを特徴とするオプティカルファ
   イバーの製造方法。 ３ 特許請求の範囲第１項の方法において、該酸素ガス
   流量を、該原料ガスとの反応に必要な実質的に最少限度
   の量に抑え、該スートの所望沈積厚を実現するに必要な
   全ガス流量の内該原料ガス、キャリヤガス及び酸素ガス
   の流量を除く残余のガス流量を該不活性ガスの流量で以
   つて充当することを特徴とするオプティカルファイバー
   の製造方法。