JPS6022652B2 - 光伝送用ガラスフアイバ−の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、光通信に用いられるガラスファイバーの製造
方法に関するものである。

このガラス・ファイバーには、光伝送損失が４・さし・
こと、これの断面に於いて所定の屈折率分布を有してい
ること及び強度が強いこと等の特性が要求される。この
ガラス・ファイバーは、現在多くの製造方法が検討され
ている。即ち化学的気相反応法（ＣＶＤ）又はそれの改
良型ＣＶＤ等によるシリカ系ガラス・ファイバー二重る
つぼ法等による多成分系ガラス・ファイバー及び多孔質
ガラスの利用によるガラス・ファイバー等である。

本発明は、この第三に示す多孔費ガラス利用によるガラ
ス・ファイバーの改良された製造方法を提供するもので
ある。この第三に示す方法の例としては、例えば特開昭
５１一１２６２０７に詳細に記載されている。そこでは
、分相性ガラスを応用して作った多孔質ガラス質しか言
及していないが、一般にはこの他、ＣＶＤ等で作った粉
末を集合し、半焼結することによって得る多孔質ガラス
或は微少ファイバーを集合し、半焼結することによって
得る多孔質ガラスもある。特開昭５１−１２６２０７等
に記載される従来の方法では、＆０３を若干含むＳｉ０
２ガラスからなる多孔質ガラスの中に所定の屈折率分布
をもたせる為にドーパントを所定の濃度分布をもたせる
ように次積させる。これには、溶液系に於けるそのドー
パントに変化し得る化合物の溶解度が温度、液組成等に
よって変化することを利用して、細孔内にて或る濃度分
布をもって沈積している。

この方法では外側の部分を完全にドーパントに変化し得
る化合物の濃度を零にすることは不可能である。この為
、プレフオームとした後も外側の部分にも若干のドーパ
ント（これはアルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物
等が多い）が残る。この為、外側の屈折率は、ノン・ド
ープの馬０３を若干含むＳｉ０２ガラスの屈折率よりも
高く例えばｎｄ＝１，４６０（＞１，４５８）となる。

そして前述の従来の方法に於いては、細孔中にドーパン
トに変化し得る化合物をスタッフィングした後、該化合
物の析出及びアン・スタッフィングをして該化合物の細
孔での分布を決定するので、最外層の屈折率をコアの周
辺のクラッドの屈折率よりも高いものとすることは出来
なく、第１図に示すような屈折率分布の構造のファイバ
ーしか作ることが出来ない。第１図で、ａはコア１１、
クラッド１２からなるステップ型ファイバーの屈折率分
布を示し、ｂはグレーデッド型１３のファイバーを示す
。

このような屈折率分布のガラス・ファイバー上に例えば
プラスチック系の被覆を施して強度をもたせた光通信線
路とする場合、そのプラスチックの屈折率が１２や１３
の屈折率より低い場合は１１十１２，１３全体が光の集
中する伝送体となり、また１３の屈折率より高い場合に
は１３を伝送する光が被覆材のほうにうばわれてしまい
、伝送損失特性や帯城特性のうえで好ましくない結果を
もたらす。また細長い多孔質ガラスを作ることは、製造
上容易であり、ドーパント濃度のっけ易さも容易である
。

しかし径が細すぎるといくら長くても、長尺のファイバ
ーを作ることが出来ない。さらに第１図に示すようなフ
ァイバーに於てはクラッド層１２の１部は単に構造支持
作用をもつものであるのに対し、低損失の高価な材料を
この部分にまで用いている。

本発明はこれらの欠点を改良するものである。

それはこのように所定のドーパントの濃度分布をもたせ
た透明ガラス体の外側にもう一層屈折率をマッチングさ
せ耐食性の良い品質の透明ガラス体の層を設けることで
ある。但し単に外側に透明ガラス体の層を設けるだけで
は、ファイバーは得られない。その外側の層の膨張係数
等の性質はド−パントをもった透明ガラス体のそれと近
いものにすることによって始めて可能になった。これら
ガラスとして特に棚珪酸ガラス及びアルミナ珪酸ガラス
を用いて良い結果を得た。それは第２図に示すような屈
折率分布を有する光伝送用ガラス・ファイバーである。

即ちコア２１，２１′，２４ｊ ２４′、クラツド２２
，２２′，２５，２５′の外側にクラッドの屈折率より
も高い屈折率をもつジャケット層２３，２３′，２６，
２６′を持つ構造のファイバーである。まず、多孔質ガ
ラス内に所定の濃度分布を作る方法について代表的なＣ
ＳＮ０３を例として説明を行い、それによって得られる
Ｃｓ２０ドーパントの濃度分布の説明を行う。／ゞィコ
ール等で知られている多孔質ガラス（これは若干の＆０
３を含むＳｉ０２の多いガラスである）を、やがてＣｓ
２０となって細孔内面に沈積することになる。ＣＳＮ０
３の水溶液に高温で浸す。これを低温の純水に浸すと、
紬孔内の溶液の飽和濃度は低下し、その分だけ細孔内表
面に枕析するが、このガラスの外側のＣＳＮ０３の濃度
は零に等しい程低いのでガラス紬孔内に残存している液
中のＣＳＮ０３は外側に出てゆき、それにつれて一旦は
次積したＣＳＮ０３も少しづつ外側に近い部分から溶け
出してゆく。例えばＣＳＮ０３の１００ｏｏに於ける溶
解度は６６．３タＣｓＮ０３／１００多ｓｏｌｕｔｉｏ
ｎｏ。０に於ける溶解度は８．５４タＣＳＮ０３／１０
０タｓｏｌｕｔｉｏｎ．である。

このようにして、ＣｓＮ０３はこの多孔質ガラスの外側
に近い部分で濃度が低下しており中央部分では濃度が高
くなる。これをさらに溶解度のづ・さし、溶媒例えばメ
タノール（ＣＨ３０Ｈ）にて置換し沈積を増した後、脱
溶媒及び脱水を真空にて行い徐々に加熱してゆき、２Ｃ
ｓＮ０３→Ｃｓ２０十Ｎ２０５としてＣｓ２０を作り紬
孔内表面に沈積させる。この後酸素雰囲気下に於いて更
に温度を上げてゆき、やがて粘度が充分低下すると表面
張力の作用のもとに細孔はつぶれ透明ガラス体となる。
このようにして作ったガラス棒から得るファイバーは第
１図のようなものとなる。図中１１は禾溶出、１２は溶
出した部分分に対応する。１１は最初の高温水中のＣＳ
Ｎ０３の溶解度と低温メタノールＣｓＮ０３の溶解度と
の差に対応し、１２は低温水中のＣｓＮ０３の溶解度と
低温メタノール中の溶解度との差に対応する。

なおこれは一例であってこれに限定されるものではない
。このようなフアィバ−では外側にアルカリが多少残る
ので過酷な条件下での長期的信頼性等の点からは好まし
くないので、Ｃｓ２０の濃度は零のガラス層を設けるこ
とが考えられる。

ここでこのガラス層とガラスロッドとの膨張係数の差は
小さい方がよいのでノン・ドープの多孔質ガラスから作
ったＢ２０３を若干含むＳｉ０２ガラス（例えばバィコ
ールガラス）が考えられる。しかしながら、このような
ガラスの屈折率は、例えばｎｄ＝１，４５８であって若
干のＣｓ２０が残留するクラッドのガラスより屈折率は
小さくなるため、光伝送上、このジャケットガラスの層
がクラッドとしてコアとクラツドガラスの層がコァとし
て機能してしまい伝送損失は大きくなり帯城も狭くなっ
てしまう。

そこでジャケット・ガラスとして屈折率がクラツド・ガ
ラス（ｎｄ＝１，４６川寸近）より大きくて、耐風化性
、耐水性等の特性の良いガラスを検討した結果、アルミ
ナ珪酸及び棚珪酸のガラスがこのような要求に合致する
ことを見出した。

アルミナ珪酸の屈折率はＭ＝１．５３〜１．５５（＞ｎ
ｄ＝１，４６０）であり棚珪酸の屈折率はｎｄコ１．４
７付近（＞ｎｄ＝１，４６０）である。しかもこれらの
作業温度について言えば、アルミナ珪酸の場合１１５０
〜１２００ｏｏ、棚珪酸の場合１２００〜１２５０ｏｏ
であり、ＣＳ２０をドープしたＢ２０３を若干含むＳｉ
０２の多いガラス１２００〜１３００つ０に近い値で高
温加工して一体化し易いことも見出した。

これらガラスは一般に市販されている材質であり安価な
ものである。このようにして本発明の組合せにより容易
にファイバーを構成することが出来るようになった。棚
珪酸ガラスの一組成例としては、Ｓｉ０２：８１％，Ｂ
２０３：１２．７％Ｎ２０３：２．３％，Ｎａ２０（十
Ｋ２０）：４％，アルミノ珪酸ガラスの一組成例として
はＳｉ０２：６０％，Ｂ２０３：５％，Ｎａ２０十Ｋ２
０：１．１％，ＡＩ２０３：１８．５％，Ｍｇ０：７．
９％，Ｃ３０：７．３％がある。その具体的な作り方を
第３図及び第４図に示す。第３図に於いてはドーパント
を有するガラス・ロッド３１を前述の材質からなるガラ
ス管（例えばパィレックス管）３２の中に挿入し、一端
を完全に溶融して封じ、管とロッドとの間の空気を減圧
３３しながら、これを溶融して封じた方からヒーター３
４で加熱し、溶融して引っぱり出してゆくとファイバー
３５を得る。もう一つの例は第４図に示す。

ドーパントを有するガラスロッド４１を前述の材質から
なるガラス管（例えばパィレックス管）４２の中に挿入
し回転しておき外側から例えば酸水素炎４３で加熱して
管をつぶして一体となったロッド４５を作ってゆく。こ
のロッドを冷却する時には歪をとりながら除冷してゆく
。これを溶融紡糸すると目的とするファイバーが得られ
る。実施例を以下に記す。

３．５％Ｋ２０−３．５％Ｎ泌０一３３％Ｂ０５−６０
％Ｓｉ０２の組成のガラスを作り、それを分相に悪影響
を及ぼさない範囲の冷却速度で引き出しを行い１仇舷少
の棒を作った。

これを５５０℃×１．球ｒ熱処理した後、３０ＮＨＣ１
（９５午○）で４離ｒリーチングし、９６０の水で洗浄
して多孔質ガラス棒を得た。

次にＣＳＮ０３１００夕／ＱＯＩＯＯ夕の溶液を作り４
ｍスタッフィングを行い、０〜４℃の日２０中で蝿ｒの
析出とアン・スタッフィング、次に０〜４００のＣＨ３
０日で４ｈｒ析出を行い、この後真空乾そうを行い徐々
に昇温してゆき水分を除去し、さらに本ｓＮ０３→Ｃｓ
２０十Ｎ２０５の分解を行い、６５０００で酸素雰囲気
下にいまらくおいておいたこの後更に６仇舷日夕の酸素
雰囲気下で８５０００まで昇温して、コラップスを行い
、約８肋心のガラス榛を得た。これを８心×１０心のみ
を直酸紡糸し及びそれをパィレツクス・パイプに入れて
第３図に示す方法でヒーター温度１２５０こＣでかつ３
仇廠日のこ減圧しながらファイバーを作ったところ、前
者では短尺のファイバーしか得られず、伝送損失も３Ｍ
Ｂ／物（＾＝０．８３ム）と大きかった。

この後者の組合せで得たファイバーは単に、前記のガラ
ス棒を溶融線糸して得たファイバーよりも長いものが出
来かつ強度も強かった。

そして伝送損失も１＆旧／物（＾＝０．８３ム）と小さ
くなっていた。第５図ａは、このようなもののファイバ
ーの断面を、第５図ｂは、このファイバーの干渉縞のパ
ターンを第５図ｃは第５図ｂより求めた屈折率分布を示
す。本発明によれば次の利点をもて）。■ 外側にアル
カリ金属等のない耐風化耐水性の良いガラス、例えばパ
ィレックス、アルミナ珪酸を設けることにより強度が上
る。

そして長期信頼性もよい。特に本発明の組合せでは、紡
糸温度はＣＳ２０‐Ｂ２０３−Ｓｉ０２の加工温度によ
って決まってくるが、この温度は棚珪酸やアルミナ珪酸
ガラスの加工温度よりもはるかに高く溶融温度に近くな
っている為、表面は溶融に近い状態になり、ファイバー
として急冷されてゆくので、ファイバーの強度は上る。

■ ドーパントを含むガラス体が小さい時でも最尺のフ
ァイバーが容易に出来る。

■ 外側に例えばパィレックスのような安いガラスを設
ければ、安いファイバーが得られる。

■ 屈折率分布において、クラッドの屈折率よりも最外
側のジャケットの屈折率は高く、そしてこのジャケット
の伝送損失はコア／クラツドの伝送損失よりも大きいの
で、伝送光は完全にコアに集中されることになり、また
高次のモードの光はジャケットに吸収されることになる
為、伝送損失は低く安定でかつ信号歪も小さい（帯域は
大きい）ものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のファイバーの屈折率分布を示す。 １１はコア部を１２はクラツド部を１３は放物状のクラ
ッド部を示す。 第２図は本発明のファイバーの構成図と屈折率分布を示
す。 図において２１十２２，２１′十２２′，２４十２５，
２４′十２５′はＣｓ２０をドープした透明ガラス棒に
対応し、２３，２３′，２６，２６′はパィレックスの
透明ガラス管に対応するもので、２１，２１′，２４，
２４′はコア部のＣＳ２０の濃い部分を示す。第３図は
、本発明のロッドーィンーチュープ法を示す。 ３１，３２は第１図に対応する極管であり、３３′は減
圧される方向を示し、３４は加熱溶融する為のヒーター
「 ３５はファイバーを示す。第４図は、もう一つの本
発明のロッドーィンーチュープ法を示す。 ４１，４２は第１図に対応する樟管であり、４３はヒー
ターとしての酸水素バーナー（往復移動可）で４４はコ
ラップスして一体のロッド状となった部分を示す。 第５図ａは、得られたファイバーの断面図を示す。 ｂはその干渉縞のパターンを、ｃはそれから求めた屈折
率分布を示す。図中５１はコァ、５２はクラッド、５３
はジャケットである。外径５４は「１５０一のである。
５１′，５２′，５３′はそれぞれ５１，５２，５３に
対応する領域であり、５５は干渉縞を示すものである。 ズー図ズ２図 才３図 才４図 才５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 硼珪酸ガラスを分相し、酸処理して得られた多孔質
   ガラスの細孔内表面に屈折率を変化せしめるドーパント
   を沈積せしめた後、コラツプスして透明ガラス体とし、
   次いで紡糸して光伝送用ガラスフアイバーを製造する方
   法において、前記透明ガラス体の周囲に硼珪酸ガラスあ
   るいはアルミナ珪酸ガラスを被うことを特徴とする光伝
   送用ガラスフアイバーの製造方法。