JPS603020B2 - 光通信用フアイバの製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は光通信用フアィバの製造方法に関し、特にた
とえば改良されたロッドィンチューブ法による広帯域の
石英系ステップ型光通信用フアィバの製造方法に関する
。

従来より、光通信に用いられるガラスフアィバとしては
、光が通過するコアの蓬方向屈折率分布が平坦なステッ
プ型フアイバと中心の屈折率が最大で後方向に小さくさ
れてその屈折率分布が平坦ではないグレーデッドインデ
ックス型とが知られている。

グレーデッドインデックス型フアイバは、ステップ型に
比べてモード間の群速度が揃うため、伝播されるパルス
の幅広がりが少ない。したがって、ステップ型のものに
比べて広帯域のものが得られる。従来の広帯域石英系フ
ァィバの製法としては、代表的には次のようなものがあ
る。

１ 内付ＣＶＤ法によるグレーデッド型フアィバこの内
付ＣＶＤ法は、石英管の内側に高純度の酸素やアルゴン
のようなキャリアガスと一緒に原料ガスである珪素およ
び屈折率を制御する添加剤のゲルマニウム、りんあるい
はほう素などのハロゲン化合物を流し、そして、石英管
の外側からバーナによって加熱して、この石英管の内壁
に屈折率が漸次大きくなるようにガラス層（コァ部）を
付着させる。

そして、要求されるコア径のための所望の量のガラスが
堆積するとガスを止めてさらに高温で加熱して、管中空
部をつぶし、光フアィバの母村（プリフオーム）をつく
る。次に、このようにしてつくられたプリフオームを高
温に加熱して、筋糸し外蓬が１００ないし１５０山肌の
フアイバとする。このような内付ＣＶＤ法によるグレー
デッド型ファイバでは、低損失（５通／松以下）かつ広
帯域（３００なし、し１５０瓜け世・Ｋｍ）で、しかも
ＮＡ（Ｎｕｍｅｈｃａｌ価ｇｌｅ；開ロ角）選択の自由
度が大きい（０ないし０．３）という特徴がある。その
ために、一般に最も高級な広帯域フアイバとされるが、
その反面、量産性に乏しく構造寸法の均一性を得るため
の制御がむつかしい。したがって、良品の歩溜り率が悪
く、高度の製造技術が要求される。２ 外付ＣＶＤ法に
よるグレーデッド型フアイバ外付ＣＶＤ法は気化した原
料ガスを、酸水素炎の火炎中を通す間に、高温で加水分
解反応を行なわせ、すす状のガラス形成酸化物（「スー
ト」）を生成する。

そして、このスートを適当な材質から成る芯材の周囲に
付着させる。次に、芯材を抜いて、スートを加熱燐結し
て中空部をつぶしプリフオームとする。あるいは、たと
えば石英のようなコアとなる芯材の周囲に同様にスート
を形成し、この芯材を抜かないで加熱暁結してプリフオ
ームをつくる。このような外付ＣＶＤ法によるグレーデ
ッド型フアイバは、損失および帯域の面で内付ＣＶＤ法
に劣るが、量産性に優れている。３ 気相ベルヌーィ法
によるグレ−デッド型フアィバ ＣＶＤ法は外付内付の
いずれも、バーナを移動させて芯村オの長さ方向にスー
トを形成するものであり、プリフオームの長さは限界が
あった。

そこで、気相ベルヌ−ィ法が提案され、実現されている
。気相ベルヌーィ法では、たとえば２つのバーナ（酸水
素炎あるいはプラズマ）を用い、一方は中心部に、他方
はその周囲に配置する。そして、中心部のためのバーナ
では、たとえばＳＩＣ１４の原料ガスとたとえばＧｅＣ
１４のように屈折率をあげる添加剤のガスを与え、周囲
のためのバーナには、たとえばＢＣ１３のような屈折率
を下げるための添加剤のガスを与える。すると、中心部
にはＧｅＱをドーパントとするガラスが形成され、その
周囲にはＢ２Ｑをドーパントとするガラスが生成される
。そして、この生成されたものを順次引き上げることに
よって、原理的には、無限の長さのプリフオームを作る
ことができる。この気相ベルヌーィ法によるフアィバも
、外付ＣＶＤ法によるものと同様に低損失性および広帯
域性において内付ＣＶＤ法に劣るが、量産性に優る。上
述の３つの方法の他に、石英系フアィバの製造方法とし
ては、最も早くから知られたロッドィンチユープ法があ
る。

このロッドインチューブ法では、クラツド層となる比較
的屈折率の小さいガラス管の中空部にコアとなる純石英
ガラスをその中心に挿入し、コラップシングしてプリフ
オームをつくる。このようなロッドインチュープ法では
、従来、低損失のフアィバを得ることが困難で、５ｄＢ
／協以下が要求される光通信用フアィバとして実用的で
はなかった。そこで本発明者らは、先に、ロッドインチ
ューブ法を改良することによって、損失を通信用として
要求される５ｄＢ／舷以下になしうる製造方法を提案し
た。

この提案された改良ロッドインチューブ法によるフアィ
バが第１図に示される。すなわち、この改良ロッドィン
チューブ法は、サポート層３として作用する屈折率ｎ３
を有する石英管の内壁に、先に説明した内付ＣＶＤ法と
同様にして、クラッド層２を形成する。そして、このク
ラツド層２の形成は、屈折率を低くする添加剤をドープ
して、その屈折率をｎ２とする。その後、サポート層３
にクラッド層２が形成された状態で、そのクラツド層２
の内側に純石英からなるかつコア部１として作用するロ
ッドを挿入する。そして、このコア部１は、比較的大き
い屈折率ｎｌを有する。ここで、第１図に示した屈折率
プロフアイルからもわかるように、コア部１の屈折率ｎ
ｌとサポート層３の屈折率ｎ３とは等しく、クラツド層
２の屈折率ｎ２はそれよりもさらに４・さく所定の屈折
率差Ａｎをもつようにされている。上述のような本発明
者らが先に開発した改良ロッドインチューブ法によれば
、通信用フアイバとして十分利用できる程度の低損失化
が可能となった。しかしながら、この改良ロッドインチ
ューブ法は、その隆方向に屈折率分布の均一平坦なコア
ロツドを挿入する方法のため、原理的には、ステップ型
のフアイバである。そのため、それによつ・て得られる
フアィバは低損失が実現されたとしても、光通信用フア
イバとしてさらに要求される広帯域性に劣るという欠点
をもっている。第２図はステップ型ファィバの損失と帯
域の関係をコアの屈折率とクラツドの屈折率との屈折率
差△ｎをパラメータとして表わしたグラフである。

曲線ＡはＡｎ＝０．０１２のものを示し、曲線Ｂは△ｎ
＝０．０１０のものを示し、曲線Ｃは△ｎ＝０．０雌の
ものを示す。この第２図のグラフからもわかるように、
従来のロッドィンチューブ法によるフアイバでは、損失
が７ｄＢ′物以上であったから、６加ＭＨｚの帯域が得
られるけれども、損失が大きいことによって長距離伝送
ができないので、その伝送帯城が問題となることはなか
った。しかしながら、本発明者らが先に提案した改良ロ
ッドィンチューブ法によれば、このようなステップ型フ
アィバにおいてもきわめて低損失（たとえば３ｄＢ′舵
程度）のフアィバが得られるようになった。このように
、３船′物程度の低損失ファィバになれば、長距離伝送
が十分可能になる。しかしながら、このようなステップ
型フアィバにおいて、標準的な屈折率差△ｎ＝０．０１
のものでは伝送帯城３０ＭＨｚ・奴程度となり、帯城が
狭いことが問題となるのである。上述したように、実用
的な光通信用フアィバとしては、伝送特性の安定性を考
慮して屈折率差△ｎが０．００乳〆上のもので、損失は
５ｄＢ／紬以下、またある基準の通信方法では伝送帯城
は６０ＭＨｚ・物以上が要求される。しかしながら、従
釆のステップ型フアィバでは、このような条件を満たし
得なかった。それゆえに、この発明の目的は、改良ロッ
ドインチューブ法をさらに改善して得られる構造寸法の
均Ｊ性および量産性にすぐれた実用的な光通信用フアイ
バを製造する最適の製造方法を提供することである。

この発明は、要約すれば、純石英管の中空部に、けし、
素化合物のガスおよび屈折率低下用添加剤のガスをキャ
リアガスを介して送り、気相反応によってクラッド層と
なるべき第１のドーブド石英層を形成し、前記第１のド
ープド石英層の形成された管の中空部にけし、素化合物
のガスと屈折率制御用添加剤のガスとの混合ガスをキャ
リアガスを介して送り、気相反応によってコアの一部層
となるべき第２のドープド石英層を、当該届の屈折率が
最内層において純石英の屈折率に一致するように、かつ
外方から内方に向かうにつれて漸増するように順次混合
ガスの割合を変えて形成し、前記第１および第２のドー
プド石英層が形成された純石英管の中空部にコア主部と
なる純石英のロッドを挿入し、加熱して管とロッドの間
に空隙を残さないように、両者を融合密着させて母材を
得ることを特徴とする光通信用フアィバの製造方法であ
る。

この発明の上述の目的およびその他の目的と特徴は図面
を参照しておこなう以下の詳細な説明から一層明らかと
なろう。

第３図はこの発明の一実施例を示す径万同断面図解図お
よびその屈折率プロフアィルを示す。

この第３図を参照して、まず、このようなフアィバの製
造方法について説明する。最初に、屈折率ｎ３＝１．４
球５の純石英から成り、サポート層３として用いられる
石英管（反応管）を準備する。

続て、先に説明した内付ＣＶＤ法と同様にして、クラツ
ド層２およびコアの一部層１１となるべき層を、このサ
ポート層３の内側に形成する。クラッド層２の形成は、
たとえばキャリアガスとしてＱを用い、原料ガスとして
ＳＩＣ１４を用い、屈折率低下用添加剤ガスとしてＢＦ
３を用いる。そして、反応管の外方からたとえば酸水素
炎のようなバーナによって加熱する。これに応じて、こ
のサポート層３の内壁にはＳｉ０２十Ｂ２Ｑ十Ｆ（また
はふつ素化合物）のガラス膜組成が形成される。このよ
うにして屈折率ｎ２＝１．４４８５を有するクラツド層
２が形成される。なお、このクラツド層２の形成に際し
て、屈折率を下げる添加剤としてＢＦ３を用いたが、こ
れは、次のような理由による。

従来の屈折率を下げる添加剤としては、ＢＢｒ３あるい
はＢＣ１３等を用いていた。このような添加剤であれば
屈折率を下げるドーパントとしての作用するのはＢ２０
３だけである。したがって、所定の屈折率差△ｎ＝０．
００８以上とろうとすれば、ドーパントとしての＆０３
を相当量（モル％でたとえば１２なし、し１３％）必要
とする。したがって、ガラスの物性が石英ガラスとは大
きく違ってくる。そのため、たとえばサポート層３ある
いはコア主都１のような純石英のガラスに対して膨張係
数あるいは溶融粘度などが違ったものとなる。したがっ
て、フアィバとして様成したときに割れやすいものとな
り、また、加熱によりコラプスする際断面形状が長円形
になったりする。したがって、このような機械的な強度
および構造寸法の均一性を考慮した上で従釆のドーバン
ト＆０３だけを用いれば、現実には、屈折率差△ｎ＝０
．００７までしか得られないものである。そこで、この
発明では、屈折率低下用添加剤としてＢＦ３を用いる。
ここでＦは屈折率を下げる効果が大であると同時に、石
英の膨張係数および溶融粘度には殆んど関与しない、た
とえば２重量％程度でも十分な屈折率差△ｎ＝０．０１
程度をもつように屈折率を下げることができる。換言す
れば、屈折率を下げるドーパントとして、従来のＢ２Ｑ
と新らたなＦまたはふつ素化合物とによって、屈折率を
下げる役目を分坦することができる。また、大きな屈折
率の低下が得られるので光フアイバとして要求される△
ｎが大きくとれ、コア主部としてドープされない純石英
のロッドが使え、したがって、その組成比を、このクラ
ッド層の物性を純石英のガラスにほぼ近似させて、しか
も十分小さい屈折率を得ることができ、コアにドープさ
れない純石英のロッドを使用しても先フアイバとして要
求される大きな△ｎが得られる。また、従釆のＢ２０３
をドーパントとしたものに比べて、この物性の違いによ
る機械的強度および構造寸法の均一性はより改善された
ものとなる。実験的には、このＢＦ３を用いれば、従来
の△ｎ＝０．００７のフアィバと同程度の強度とすれば
、最大△ｎ＝０．０１４崖度とすることができる。続い
て、先にクラッド層２を構成したと同じようなＣＶＤ法
によって、ＢＦ３を屈折率制御用添加剤として用いコア
の一部層１１を形成する。

このコァの一部層１１の形成においては、前のステップ
でクラッド層２で屈折率ｎ２まで下げたと同じ量の添加
剤比からスタートする。そして、順次この添加剤ＢＦ３
を少なくして、第３図に示す屈折率プロフアィルのよう
に、このコアの一部層１１の屈折率を外方から中心に向
うにつれて連続的に漸増させ、コアの一部層１１の最内
層においてコア主部１の屈折率に一致させる。このとき
、屈折率を大きくするために、単に添加剤ＢＦ３を少な
くしていくとともに、逆に屈折率を上げる添加剤たとえ
ばＰＯＣ１３あるいはＧｅＣ１３または両者を屈折率制
御用添加剤ガスとして混ぜることにより、屈折率の変化
を屈折率を下げる添加剤だけを用いた場合に比べて微妙
に調整でき、ゆらぎのない連続的に変化するものとする
ことができる。この場合には、この一部層１１に屈折率
を上げるドーパントＰ２０５あるいは蛇０２等が入る。
さらに、この等クラッド層２を形成するためには、添加
剤としてＢＦ３を用いるようにしたが、このコアの一部
層１１を形成するためには、屈折率を下げる添加剤とし
て従釆より用いられているＢＣ１３あるいはＢＢｒ３等
を加えて用いてもよい。このようにして、第３図に示す
ようなプロフアィルのクラッド層２およびコアの一部層
１１がサポート層３の内壁に順次形成される。次に、コ
ア主部１となるべきかつ屈折率ｎｌ＝】．．４斑５（＝
ｎ３）の純石英のロッドを挿入する。

そして、従来のロッドィンチューブ法においてなされて
いるように、コラプシングし、加熱暁結してフアイバの
プリフオームをつくる。上述のような各ステップによっ
て形成したプリフオームを線引によって縮蓬した同一構
成の光通信用フアイバを得る。

この実施例からわかるように、この発明では、コア主部
１はその蓬方向に平坦な屈折率分布を有し、かつその外
周に形成されるコアの一部層１１は外方から内方に向う
につれて順次大きくなるような連続的屈折率勾配を有す
る。

そのために、従来のステップ型フアイバでは得られなか
った広帯域化が可能になる。さらに、原理的にはロッド
ィンチュープ法であるために、寸法精度が従来のＣＶＤ
法によるフアィバよりもきわめて良く、かつその再現性
が高い。また製造方法が簡単で設備も兼価であるため、
量産性に優れ、得られるフア／「バのコストが安い。ま
た、石英系のフアィバであるためにＣＶＤ法によるもの
と同程度の低損失フアイバが得られる。ロッドィンチュ
ーブ法の改良であるために、フアィバの外径とコア径と
の比か幻・さなものから大きなものまでつくれ、シング
／−レモードあるいはマルチモードのいずれも適用でき
るフアイバが得られる。この発明では、第３図に示した
基本的な実施例以外にも、いろいろな変形例が考えられ
るが、以下には第４図ないし第７図を参照してその変形
実施例について説明する。

第４図はこの発明の他の実施例の隆方向断面図解図とそ
の屈折率プロフアィルを示す。

この実施例はコァの一部層１１の屈折率勾配が、第３図
のものに比べて、クラッド層２の屈折率ｎ幼）らある程
度上がったところから立ち上がっている点で異なる。し
たがって、このコアの一部層１１を形成するためには、
クラッド層２のために屈折率をｎ２まで下げたところか
ら、屈折率を下げる添加剤を急激に減らすか、あるいは
屈折率を上げる添加剤を急激に大きくしてから形成し始
めればよい。第５図はこの発明のさらに他の実施例の蓬
方向断面図解図とその屈折率プロフアイルを示す。

この実施例は、クラッド層２のサポート層３側に向うに
つれて順次大きくなるような屈折率勾配がつけられてい
る点で異なる。このように、コア主都１１に勾配をつけ
るとともにクラッド層２にも勾配をつければ、さらに伝
送帯城の改善が行なわれるとともに、このクラッド層２
の物性を純石英ガラスにより近づけることとなり、プリ
フオームが割れにくいという利点がある。このように、
クラッド層２に屈折率勾配をつけるためには、この層２
を形成する際に、屈折率を下げる添加剤を順次多くして
やればよい。第６図はこの発明のその他の実施例の蚤方
向断面図解図とその屈折率プロフアィルを示す。

この実施例は、クラツド層２の屈折率がコアの一部層１
１の屈折率の最も低い値と一致しており、実質的にはコ
アの一部層１１の屈折率勾配によってクラッド層の性質
を持たせるようにしたものである。以上のように、この
発明によれば、改良されたロッドイソチュープ法によっ
て、コアの一部層に連続的な屈折率勾配を形成するよう
にしたため、低損失でかつ広帯域な実用的な光通信用フ
アイバが得られる。

本質的にはロッドィンチューブ法の改良であるため、比
較的簡単な装置ないし制御で、このような光通信用フア
イバが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の背景となる改良ロッドィンチューブ
法によるフアィバの隆方向断面図解図とその屈折率プロ
フアィルを示す。 第２図は一般的なステップ型フアィバの損失と帯城の関
係を屈折率差△ｎをパラメータとして示したグラフであ
る。第３図ないし第６図は、それぞれ、この発明の異な
る実施例の径万同断面図解図とその屈折率プロフアイル
を示すものである。図において、１はコア宇部、２はク
ラッド層、３はサポート層、１１はコアの一部層である
。 茅’図髪之図 髪Ｊ図 孝ム図 髪タ図 髪６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 純石英管の中空部に、けい素化合物のガスおよび屈
   折率低下用添加剤のガスをキヤリアガスを介して送り、
   気相反応によってクラツド層となるべき第１のドープド
   石英層を形成し、 前記第１のドープド石英層の形成さ
   れた管の中空部にけい素化合物のガスと屈折率制御用添
   加剤のガスとの混合ガスをキヤリアガスを介して送り、
   気相反応によってコアの一部層となるべき第２のドープ
   ド石英層を、当該層の屈折率が最内層において純石英の
   屈折率に一致するように、かつ外方から内方に向かうに
   つれて漸増するように順次混合ガスの割合を変えて形成
   し、 前記第１および第２のドープド石英層が形成され
   た純石英管の中空部にコア主部となる純石英のロツドを
   挿入し、加熱して管とロツドの間に空隙を残さないよう
   に、両者を融合密着させて母材を得ることを特徴とする
   光通信用フアイバの製造方法。