JPS6027616A - 光フアイバの製造装置及びその製造方法 - Google Patents

光フアイバの製造装置及びその製造方法

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JPS6027616A
JPS6027616A JP13208383A JP13208383A JPS6027616A JP S6027616 A JPS6027616 A JP S6027616A JP 13208383 A JP13208383 A JP 13208383A JP 13208383 A JP13208383 A JP 13208383A JP S6027616 A JPS6027616 A JP S6027616A
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    • C03B2205/60Optical fibre draw furnaces
    • C03B2205/72Controlling or measuring the draw furnace temperature

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】 この発明は、光ファイバの製造装置、特に光ファイバの
各皿特性値番計測しつつ製造時の各線制御パラメータを
割卵して所望の特性をもつ光ファイバを精度よく製造す
ることが可能な製造装置に関する。
従来技術 光ファイバの従来の製造方法は通常、母材であるプリフ
ォームの製造工程と、プリフォームを加熱して線引きす
る線引き工程とに別かれている。
従来の製造方法には代表的なものとして、肉付は法、い
わゆるMCVD法及びVAD法がある。
第1図(a)*(b)にMCVDCVD工程的模式的、
第2図にVAD裂造工程を模式的に示す。まず 941
図に示す工程において、製造後の石英系光フアイバ内の
屈折率分布を制御する為のドーパント(例えばGe、P
、B)のハロゲン化物(例えばGeC4* 、poc4
 t BBrgJが酸素中に気化される。
これらのガスの流量はキャリアガスである酸素の流tを
マスクローコントローラーMFCで制御することによっ
て制御される。気化した気体はガラス旋鍼lにより一定
のスピードで回転している石英パイプ8の中へ導かれる
。この石英パイプ8は酸水素炎バーナ−2により外部か
ら加熱され、その結果ガラスパイプ中でハロゲン化物が
酸化し、Ge、P、B等を含む薄い石英ガラス膜がパイ
プメ臀面に付着すると共に、不透明な石英ガラス微粒子
が気体下流の石英パイプ8の内面に付着する。
石英パイプ外部の酸水素炎は気体流と同方向へゆ慎り2
動カ、あれ、内、fli、。付着、え不透明是゛5ユを
融かし、透明なガラスにする。
光ファイバのコアになるのに十分な量の透明な石英膜4
が石英パイプ内面に堆積された後(第1図(b))、そ
の石英パイプは1900’C程度に加熱され、熱により
つぶされ、棒状のプリフォーム5になる。これを電気炉
6で加熱し線引きをすると光ファイバ7が得られる。
他方の第2図に示すVAD 製造工程は、スート堆積、
脱水、焼結などの工程がら成っている。酸水素トーチl
Oによる酸水素炎中での酸化及び加水分解反応によりガ
ラス微粒子11が生成され、適当なガラス棒12の下端
に吹き付けられる(第2図(a))。そのガラス微粒子
11は、白い粉が固められたような微粒粉末プリフォー
ム18を形成し、軸方向に成長する。そのプリフォーム
18は、均一で外径が一定になるよう回転させられなが
ら、ゆっくりと上に引き上げられていく。次にその微粉
末プリフォーム1Bはカーボン炉14などにより160
0℃に加熱され、透明なプリフォーム16に焼結される
以上例示した二つの製造方法において、屈折率分布は、
例えばGeC/i’4の流量を制御することにより変化
できるが、複雑な屈折率分布を実現したいときは不純物
の混入量を時々刻々コンピュータで制御する必賛がある
。そうした制御に関しては、出来上りのファイバ、すな
わち製造ラインからはずされたファイバの特性変化を何
らかの形で製造側にフィードバックすることは試みられ
ているが、製造時におけるプリフォーム又はファイバの
緒特性の情報を逐時プリフォーム及びファイバの製造側
の種々の製造制御パラメータにフィードバックさせてプ
リフォーム又はファイバの緒特性をより良く制御しよう
とすることはこれまで行われていなかった。
最近、光通信に利用される光ファイバの断面寸法カ国際
的に標準化された事に伴い、光フアイバ製造会社及びそ
の関連機関が製造したファイバの断面寸法やコア内屈折
率分布等の種々の特性値を精密に計測し製造時の各種制
御パラメータの制御に反映させて高精度な緒特性をもつ
ファイバを製造することが重要となってきている。
第8図に光ファイバの構造を示す。石英のコア21とク
ラッド22及びプラスチックの被覆材28から′!Mx
される光ファイバはコア21内の屈折率分布や率、偏心
率等があり、以下これらをまとめて断面寸法と誓く。
さて、光ファイバの断面寸法を計測する方法としては大
別して次の二つが知られている。
a)ファイバの端面よりレーザ光又は通常の光られた情
報を信号処理した後TVモニタ又はプロペL ツタ上に表示さ共て計測する方法。
b)コア内に屈折率増大物質としてGe原子をドープし
た光フアイバプリフォームに紫外線レーザ光を照射し、
Geが光を吸収して蛍光を発する現象を利用して、コア
径、クラツド径及び屈折率分布を計測する方法。
第4図に、b)の方法でムれた蛍光現象を利用したファ
イバ融着装置を示す。この装置ではファイバ81ノ側面
にHe−Cdレーザからの紫外光線ビーム82を照射し
、その方向から±45°の方向に互いに90°の角をな
す対物レンズ88 、88’を設置した二視野顕微@8
4を介してテレビカメラ部で、ファイバ中の蛍光現象に
よる光とクラッドからの反射光を受ける。そうした光に
よる信号をデメジタイザ86で信号処理した後テレビモ
ニタ87上にコアの位置を表示させている。この場合、
ファイバとファイバの融着接続を目的としているため、
紫外光線ビームは両ファイバの接続点に照射可能な様に
構成され、又放電でファイバを融着させる為の電極(図
示せず)がファイバの周囲に設けられている。ここで挙
げたコアの位置検知装置は、非破壊的にファイバの種々
の特性を計測し得る可能性があるものの、ファイバ間の
接続という限定した利用を目的としている為にそうして
計測した特性値の情報を速時製造装置における各種製造
パラメータの制御に用いるという思想は生まれなかった
また、従来O製造装置による場合、製造後の測定で所望
の規格から外れた特性をもつファイバが作られた仁とが
判明した場合それを棄てるなどする無駄があった。
発明の目的 仁の発明は、光フアイバ製造時にファイバの各種特性値
を計測しつつ、これらの情報をオンラインで製造側の各
種制御パラメータに逐時フィードバックさせて制御する
ことにより、精度の高い所望の特性をもつ光ファイバを
製造することが可能な光ファイバの製造装置及びその製
造方法を提供することを目的とする。このことにより、
従来の装置では達成し得なかった、緒特性のすぐれた高
精度ファイバを迅速に製造することが可能である。
発明の構成 上述の目的を達成する為に、本願で開示する製を処理す
る信号処理手段、さらに該信り処う」手段からの情報を
オンライン的をζフィードバックさせて製造時の制御パ
ラメータを変化させる制御手段とを備えたものである。
実施例 第6図に本願の発明に係る光フアイバ製造装置のブロッ
クダイヤグラムを示す。プリフォーム製造部40で作ら
れたプリフォーム41が加熱線引き部42で加熱され、
線引きされて出来るファイバ48が特性計測部44に送
出される。計測部44は、ファイバの断面寸法及び屈折
率分布に関する物理量を計し 測メ、信号処理の後それらのデータをプリフォーム製造
部40及び/又は加J%線引き部42にフィードバック
させて断面寸法及び屈折率分布に影響を与える製造パラ
メータを制御する。プリフォーム製造部40と加熱線引
き部42が一つの製造装置に組込まれていない場合、つ
まりあらかじめプリフォーム製造部40で作られたプリ
フォームを加熱線引きする場合には、線引き工程でのフ
ィートノ(ツク制製造装置を構成するのが望ましい。プ
リフォーム製造部40で作られたプリフォーム41は特
性計測部44′にて計測され、プリフォーム41の屈折
率分布等に関する物理量が計測され、信号処理の後、プ
リフォーム製造部40にそれらのデータがフィードバッ
クされて、屈折率分布等に影響を与える製造パラメータ
が制御される。
次に、計測844.44’の一例を第7図に示す。
紫外光源S(例えばHe−Cdレーザ、紫外線ランプ等
)から出た紫外光線を集光レンズL1で集束させファイ
バ51の軸に垂直に側面から当てる。この場合、後述す
る理由で光源の発光効率を考慮して、ファイバ51のク
ラッド62径より小さいスポット径の光を照射するのが
望ましい。ファイ1<に照射することにより、その光エ
ネルギーの一部がコア58に吸収され、その結果コア5
3内に含まれるGe原子が蛍光を発する。この蛍光によ
る光とクラッド観測する。テレビカメラTVCからの信
号はアナログ/デジタル変換器55によりデジタル変換
され、フレームメモリ56に最初に設定した方向からデ
ータが記憶させられ、次に駆動手段60により一視野系
光学システム64が所定角度(例えば90°)tごり回
転させられ、再びテレビカメラTVCからの信号がアナ
ログ/デジタル変換@55によりデジタル変換されて回
転後における方向からのデータがフレームメモリ56に
記憶させられる。こうしでフレームメモリ66に記憶さ
せた回転前後の二視野からの観測データによりそれらの
パターンをテレビモニタ68上で重ねて表示させる。
テレビモニタ上のパターンから断面寸法が測定出来るが
、より詳細な計測とコア内屈折率分布の計測はコンピュ
ータにより信号処理させなければならない。すなわち、
パターンの中心を通る一本の垂直ラインを選び、そのラ
イン上の輝度分量からコアとクラッドの境界を知り、そ
の結果コア径が測定出来るし、またクラッドと空気の境
界を知ることによりクラツド径が測定出来る。非円率と
偏心率については、回転前後の二視野、さらに精度費上
げるには二以上の多視野から観測されるコア径、クラツ
ド径の情報からそれらの程度が知れる。
より測定出来る。その理由は、コア内Ge原子の分布が
屈折率分布を反映しており、それは蛍光のコア円空間分
布として表われてくるからである。
第7図に示す計測部は、−視野xY学システムで多視野
系の光学システムと同CI測定効果を得る為に、■上記
の様にファイバは固定しておき、−視野顕微鏡を回転さ
せるか、■光学系は固定しておきファイバ自体を回転可
能になる411な構成にしておく必要がある。
また、上で少し触れ、また下に説明する様に、さいスポ
ット径で被測定ファイバに照射する様に光学系を構成す
るのが望ましい。例えば、紫外光のスポット径が大きな
値の150μmで紫外光源のレーザ先のパワーが約4 
mW必要とすると、光パワー密度〔光パワー/〔π×(
半径〕2〕〕は、約0、28 X 10−”mW/ C
μm )2 となる。仮りニ同シ光ハワー密度が必要だ
とすると、紫外光リスポット径を小さな値の50μmと
することにより、必要な光パワーは0.45mWでよい
ことになる。光パワーの減少は紫外光源として低価格の
ものの使用を可能とすることになり、経済的であること
に加えて一紫外光源の寿命保証時間の点でも低田力の方
が有利である。しかし、紫外光のスポットがトラッド径
より小さいため、クラッドの外周部からの光が検知出来
ずクラツド径等が計測出来ない可能性が出てくる。もち
輪生しは光の回折現象で未照射の部分にも光が回りこむ
ことが考えられるが、念の為に以下の対策を講じておく
必要が島る9すなわち、スポットとファイバが相対的に
可動となる#2成にしておく。Cれには、第8図(a)
に示す様にファイバ61J!tli!iI定してスポ′
−ット62が動(様に構成するか、又は逆に第8図(b
)に示す様にスポット62′を固定させてファイバ61
’が移動可能となる像構成する。
次に、fi7ffiに示す計測部と同様のものを二視野
系光学システムで構成したものを第9図に示す。
紫外光源Sからの光線を集光レンズLlで集束させ被測
定ファイバ61に軸に凰直に側面から照射させる。この
照射によるGeの蛍光とクラッド中の透過光とを二視野
系顛微鏡66で観測する。第9図にm?lItga5か
らの出力光をテレビカメラTVC66に加え、テレビカ
メラTVC66の出力信号・社デジタイザ67で所定(
u(1号処理をした上でテレビモニタTVM68上に表
示させる。コンピュータによる(J号処理により表示さ
れた発光強度分布から屈折率分布及びkr厘寸法といっ
た情報が得られる。
光ファイバの製造は通常、母材であるプリフォームの製
造工程と、プリフォームを加熱して線引きする線引き工
程に別かれている。伝送損失や帯域、屈折率分布などは
前者の工程で決定され、クラッドの形状寸法や強度など
の特性は後者の工程水 で決定される。第6図、第6図に内ずプリフォーム製造
部40の一例を、第10図のブロックタイヤグラムに従
い説明する。
材料ガス麓を制御する機構を含むガス供給部Gからの材
料ガスがプリフォーム第1形成部P1に送られる。ここ
で形成された予備プリフォームが1、第2形成部Jl、
i’2を加熱し、第1の駆一部DIは夫々必要に応じて
加熱a*H1j第1形成mx1.第2形成部P2を所定
速度で駆動させるものである。回転駆動部RDは第1形
成部Plを所定速度で回転させ、M2駆動部D2は第2
加熱源を駆動させるものである。
MCVD工程の製造方法をill、10図の各ブロック
を用いて説明すると次の様になる。流層を制御された材
料ガスがガス供給部Gから供給され、回転駆動部RDに
より回転させられつつ第1加熱源H1により加熱されて
第1形成部P1にある石英パイプに送られる。石英パイ
プと第1加熱源H1は第1駆動手段DIにより相対的に
所定速度で動く様構成されていて、石英パイプ内に堆積
層が形成される。所定厚さの堆積ノ1が形成された後、
石英る。この除、第2加熱源H2も必要に光じ所定速度
で第2形成部P2に沿って移動させられる。また、必要
なら第2形成部P2での石英パイプも第“i〒第6図に
示す計測部44′により、プリフォーム内の屈折率分布
等の特性データが計測され、帰還回路70を介してフィ
ードバック制御の為に逐時ガス供給部G、第1.第2W
A動部DI、D2.第1゜第2加熱源H1,H22回転
11に動部RDへ制御信号の形として帰還される。
ける酸水素トーチ10.カーボンが14が夫々第1゜第
2の加熱源に対応する。プリフォーム第1形属部P1に
設けた種棒12(第2図(a)〕にガラス微粒子が付着
し微粉末プリフォームが形成される。
第11図に、第6図に示した加熱線引き部42の一例を
ブロックダイヤグラムを用いて示す。プリフォーム供出
部、Fから゛送出さ)れるプリフォーム72τ加熱しつ
つ線引きし、光ファイノ< 78’を得る。線引きには
2000°C以上の高温が必要となるが、紛引きに最適
な温度は光ファイバの強圧、伝癲損失及、びファイバ径
等を加味して所定のものになる様逐時制御される。プリ
フォーム表面に傷が多く存在する場合、縁引き後の光フ
アイバ表面に残存する恐れがあり、こうした事態を避け
る為に線引き温度は十分に高くしなければならない。し
かし、他方線引き温度が高過ぎると、酸素欠陥による色
中心が生じたり、添加物の発泡現象などを引起こし損失
が増加する。
線引きされた後の光ファイバ表内に、外界との物理的接
触などにより傷が生じない様被覆処理部PCにて5〜1
00μm厚程度の Lシ人下墾白J られていく。その際、測定部44で計測された特性精密
に制御する。
以上、第10図、第11図において制御システムの構成
について記述したが、更に別の制御システムを第12図
に示す。第12図は、第6図と第6図に示す制御システ
ムを組合せた構成を採用する光ファイバの製造装置のブ
ロックダイヤグラムを示す。第12図において、第6.
第6図におけるブロック、部分と同一の又はそれに相当
するブロック、部分には夫々同じ符号を付している。
製造されてきた光ファイバ48の物理特性が計測部44
にて連続して計測され、その計測結果に基づく情報がプ
リフォーム製造部40.加熱線引き部42へ制御信号の
形で帰還される。この制御に加えて、プリフォーム製造
部40から送出されてくるプリフ、オーム41の物理特
性が別の計測部44′により連続して計測され、同様に
計測結果に基づく情報がプリフォーム製造部40へ制御
信号の形で帰還される。
第12図に示す制御システムの構成を採用することによ
う、プリフォーム及び光ファイバ只を一貫して製造する
光ファイバの製造装置において、より精度の高い制御の
下で光ファイバを製造することが出来る。例えば、プリ
フォーム内の屈折率分布が連続して計測され、その計測
結果がブリフォーされ、加えて光ファイバのコア径、ク
ラツド径等の断面寸法が同じく連続して計測され、その
計測る。この結果、希望する特性を持った光ファイバが
さらに高精度に製造出来る、という利点がある。
以上記述した制御システムの構成を′もつ本願に係る製
造装置及び製造方法によれば、従来生じていた様な製造
時の問題点、例えば■コア周辺部(コアとクラッドとの
境界)での低屈折率のすそ引きの除去、つまりコアとク
ラッドとの境界で屈折率が顕著に変化させられない点と
か、■コア周辺部の屈折率分布(不純物分布)の不整の
除去の点等が高精度制御による製造により解決される。
る場合も、光学システムの簡単な変形によりレーザ光線
源を用いる場合と同じ様な測定効果を得ることが出来る
発明の効果 本願で開示する光フアイバ製造方法及び装置によれば、
製造時に遂時光ファイバの特性を計測しその情報をオン
ラインλ゛製造・寸うメータの制御蛋こ帰還し、製造時
における特性変化制御に反映させることによりプリフォ
ーム及び光ファイ1<の緒特性を精密に制御することが
可能で、これにより希望する特性の光ファイバを精度よ
く製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
のブロックダイヤグラムである。 図において1・・・ガラス旋盤、2・・・酸水素炎バー
ナ−,8・・・石英パイプ、4・・・堆積層、5・・・
プリフォーム、6・・・電気炉、7・・・光ファイバ、
10・・・酸水素トーチ、11・・・ガラス微粒子、1
2・・・ガラス棒、18・・・微粉末プリフォーム、1
4・・・カーボン炉、15・・・透明プリフォーム、2
1・・・コア、22・・・クラッド、28・・・被覆材
、81・・・ファイバ、82・・・紫外光線ビーム、8
8゜88′・・・対物レンズ、84・・・二視野顕微鏡
、85・・・テレビカメラ、86・・・デジタイザ、8
7・・・テレビモニタ、40・・・プリフォーム製造部
、41・・・プリフォーム、42パ°加熱線引き部、4
8・・・ファイバ、44.44’・・・特性計測部、L
l・・・集光レンズ、S・・・紫外光源、51・・・フ
ァイバ、62・・・クラッド、68・・・コア、54・
・・−視野系光学システム、56・・・アナログ/デジ
タル変換器、56・・・フレームメモリ、57・・・コ
ンピュータ、68・・・テレビモニタ、59・・・プリ
ンタ、6o・・・祁動手段、61.61’・・・ファイ
バ、62.62’・・・スポット、65・・・二視野系
顕微鏡、66・・・テレビカメラ、67・・・デジタイ
ザ、68・・・テレビモニタ、Dl、D2・・・駆動部
、G・・・ガス供給部、Hl、H2・・・加熱源、P・
・・透明プリフォーム、PI、P2・・・形成部、RD
、・・回転駆動部、7o・・・帰還回路、F・・・フオ
ーム、78・・・光ファイバである。 なお各図中同一符号は同一または相当部分を示すものと
する。 4イtell !19−丁f+ 喪龜aiK第3図 第4図 第5図 [ 第6図 第7図 第8図(b) 第9図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1) 光ファイバの母材であるプリフォームを所定の
    制御下で加熱する加熱手段と、光ファイバを制御下の線
    引き速度で線引きする線引手段とを具備する光ファイバ
    の製造装置において、前記光ファイバの線引き時に該光
    ファイバの物理特性を計測する計測手段と、その測定結
    果を演算処理する信号演算処理手段と、前記信号演算処
    理手段からの情報信号を前記加熱手段と前記線引手段の
    少なくとも1つにフィードバックさせる帰還回路とを具
    備することを特徴とする光ファイバの製造装置。 (2) 回転する石英パイプに材料気体とキャリアガス
    を流し、第1の温度で該パイプ外壁面を走行する第2の
    加熱手段で加熱しガラスの堆積層を該パイプ内壁画に形
    成させ、′その後前記第1の温度より高温の第2の温度
    で前記石英パイプを加熱しプリフォームを形成する様構
    成した堆積法プリフォーム製造部を更暑ζ具備し、前記
    信号演算処理手段からの情報信号を前記プリフォーム製
    造部にフィードバックさせる#i!!の帰還回路を更に
    備え、前記情報信号に基づき、前記石英パイプの回転速
    度、前記材料気体の量、前記キャリアガスの量。 前記1jlの温度、前記$2の加熱手段の走行速度の少
    なくとも1つを制御する様構成したことを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の光フアイバ製造装置。 (3) 回転する種棒を第1の温度で加熱し、材料ガス
    の酸化及び加水分解反応によりガラス微粒子を前記線棒
    O下端に吹き付は微粉末プリフォームを形成し、前記微
    粉末プリフォームを第2の温度で掃引される第2の加熱
    手段で加熱・焼結し透明プリフォームを形成する様構成
    した軸付は法プリフォーム製造部を更に具備し、前記信
    号演算処理手段からの情報信号を前記プリフォーム製造
    部にフィードバックさせる第2の帰還回路を更に備え、
    前記情報信号に基づき、前記種棒の回転速度、前記第1
    の温度、前記材料ガスの麓、前記第2の温度、前記第2
    の加熱手段の掃引速度のうち少なくとも1つを制御する
    様構成したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の光ファイバの製造装置。 (4ン 前記計測手段が一視野顕微鏡とテレビカメラか
    ら構成され、前記信号演算処理手段はデ゛ジタイザ、テ
    レビモニタ及びコンピュータがら構成されていることを
    特徴とする特許請求の範囲第1〜第8項のいずれかに記
    載の光ファイバの製造装置。 (5ン 前記計測手段が二視野顕微鏡−とテレビカメラ
    から構成され、前記信号演算処理手段はデジタイザ、テ
    レビモニタ及びコンピュータから構成されていることを
    特徴とする特許請求の範囲第1〜第8項のいずれかに記
    載の光ファイバの製造装置。 (6)光ファイバの母材であるプリフォームを加熱制御
    手段により加熱し、引張制御手段で可変の線引き速度で
    プリフォームを線引きして光ファイバを製造する光ファ
    イバの製造方法において、前記光ファイバの線引き中に
    該光ファイバの物理特性を計測手段により連続的に計測
    し、その測定結果を信号演算処理手段により演算処理し
    、前記信号演算処理手段からの情報信号を帰還回路を介
    して前記加熱制御手段及び前記引張制御手段に帰還させ
    て8「記加熱制御手段の加熱制御及び前記引張制御手段
    の引張制御を行わせることを特徴とする光ファイバの製
    造方法。 (7)前記プリフォームは、回転する石英パイプに材料
    気体とキャリアガスが流され、第1の温度で走行する加
    熱手段で該パイプ外壁面が加熱され、石英パイプが加熱
    されプリフォーム形成部にて形成され、前記信号演算処
    理手段からのTif報信号を第2の帰還回路を介して前
    記プリフォーム形成部に帰還し、前記情報信号に基づき
    、前記石英パイプの回転速度、前記材料気体の量、前記
    キャリアガスの量、前記第1.@2の温度、前記第2の
    加熱手段の走行速度のうち少なくとも1つを制御するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第6項に記載の光フアイ
    バ製造方法。 (8) 回転する種棒を第1の温度で加熱し、材料ガス
    の酸化及び加水分解反応によりガラス微粒子を前記種棒
    の下端に吹き付は微粉末プリフォームを形成し、前記微
    粉末プリフォームを第2の温度で掃引される第2の加熱
    手段で加熱・焼結するプリフォーム製造部にて透明プリ
    フォームを形成し、前記信号演算処理手段からの情報信
    号を第8の帰還回路を介して前記プリフォーム製造部に
    帰還させ、前記情報信号に基づき、前記種棒の回転速度
    。 前記第1 s WEE 2の温度、前記材料ガスの鼠、
    前記加熱手段の掃引速度のうち少なくとも1つを制御す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第6項に記載の光フ
    ァイバの製造方法。
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