JPS6054893B2 - 光導波管のためのプレフオームを形成する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光導波管（０ｐｔｉｃａ１ｗａｖｅｇｕｉｄｅ
ｓ）に関し、さらに詳細には光導波管のためのプレフォ
ー！ム（ＰｒｅｆＯｒｍ）を製造する改善された方法に
関するものである。

光通信方式に用いられる導波管を本明細書では光導波管
と呼ぶが、それは通常ガラスまたはプラスチックのよう
な透明の誘電体材料で構成されこる。

米国特許第３７７５０７５号には、ガラス被覆を回転ガ
ラス円筒体上に炎酸化（これは外側気相酸化（０ｕｔｓ
ｉｄｅｖａｐ０ｒｐｈａｓｅ０ｘｉｄａｔｉ０ｎ）（０
ＶＰ０）と呼ばれており、その反応は加水分解ではなく
て酸４化であるとして知られている）によつて被着せし
める光導波管の製造方法が記載されている。

その方法では、然る後、そのようにして形成した構造体
を加熱し、延伸して導波管を形成するものであるが、そ
の場合、前記ガラス円筒体によつて光導波管の芯を形成
し、かつ前記被覆された材料によつて外被を形成するも
のである。外被材料を被覆されたガラス円筒体がプレフ
ォームと呼ばれるものである。米国特許第３８２３９９
５号には、そのようなプレフォームを形成するための１
つの技法が記載されている。

その技法では、ベイト●ロッド（ＢａｉｔｒＯｄ）と呼
ばれる回転出発部材上に、炎外側気相フ酸化（０ＶＰ０
）によつて、ガラスを沈積（被着）せしめる。芯および
外被層を被着せしめて後に、ベイト・ロッドを除去する
。次に、その構造体を加熱し、延伸する。延伸作業時に
、プレフォームの中空芯がつぶれ、かくして外被を有す
る合体さ門れた芯が形成される。プレフォームからのベ
イト・ロッドの除去は注意深く行なわれなければならな
い。

なぜならば、プレフォームの内表面上に欠陥が存在して
いると、それによつて完成導波管に傷ができることにな
りうるからである。プレフォームの内表面における欠陥
は割れと破断を伝播させる。中心穴における欠陥は、最
終的に製造される導波管に泡を形成させ、それが大きい
減衰や不合格の原因となりうる。前記米国特許第３８２
３９９５号に記載されているように、ベイト●ロッドは
それをダイヤモンド・リ−マーによつて研削することに
よつて除去される。その特許には、ベイト・ロッドを除
去するためにコア・ドリリングおよびフッ化水素酸エッ
チングを用いることも記載されている。ドリリングの結
果できた粗面はレーザー・ミリングや、内表面を機械的
に研磨することや、内表面を火造りすることや、および
（または）管状体をフッ化水素酸中で洗うことによつて
平滑化されうる。しかしながら、これらの作業はいずれ
も長時間を要する。従つて、最近では、まずベイト・ロ
ッド上に軟いすす層を被着し、然る後プレフォームに硬
いすすを形成せしめてプレフォームを形成することが行
なれている。

軟いすす層はベイト・ロッドの除去を容易にする。その
軟いすす層はせん断してプレフォームにうろこ状に点食
した中心穴を残すことになる。ガラスを融合または合体
（ＣＯｎｓＯＩｉｄａｔｅ）させるためにプレフォーム
を燃結した後でも、そのプレフォームは依然としてそれ
らの傷を含んでいる。

それらの欠陥を除去するためには長時間にわたるフッ化
水素処理が必要である。プレフォームはベイト・ロッド
の表面に非常に強力に附着するから破損が生じる。ベイ
ト・ロッドが除去されるとき、プレフォームはそのベイ
！ト・ロッドの表面から除去されずにせん断されてしま
う。米国特許第３９３３４５３号には、耐火性金属で形
成された管状部材を含む改良された心棒（マンドレル）
が記載されている。

米国特許第３８０６５７＠に１は、ベイト・ロッドに対
して溶融炭素マンドレルを使用することが記載されてい
る。しかしながら、これらのマンドレルはいずれもそれ
をプレフォームから除去しようとすると、平滑化しなけ
ればならない傷がどうしても生じてしまうことになる。
プレフォームの中心穴における欠陥は、前記米国特許第
３８２３９９５号に記載されている占うな勾配屈折率型
導波管（Ｇｒ′Ａｄｉｅｎｔｉｎｄｅｘｗａｖｅｇｕｉ
ｄｅｓ）を製造する場合に特に問題となる。

開口数一（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｐｅｒｔｕｒｅ）の大
きい導波管を得るためには、プレフォームの組成に急激
な半径方向の変化を導入する必要がある。このような組
成は熱膨張係数が変化しているから、大きい応力が存在
する。この種の導波管においては、プレフォームの中心
穴における欠陥を除去することが特に重要である。大応
力導波管の場合には、いかなる欠陥も亀裂を生ずる可能
性がある。本発明によれば、光導波管のためのプレフォ
ームの中心穴における欠陥は、出発部材上にそのプレフ
ォームを被着せしめる前に、その出発部材を炭素て被覆
することによつて軽減される。然る後、出発部材はプレ
フォームにほとんど悪影響を及ぼすことなしに、除去さ
れうる。炭素と出発部材との間に境界面においてあるい
は炭素のせん断によつて分離が生ずる。プレフォームは
非常に平滑で妨害のない中心穴を有している。然る後、
従来、そのプレフォームはガラスを融合または合体させ
る（ＣＯｎｓＯｌｉｄａｔｅ）ために加熱される。

合体時に、炭素が酸化し、完全に崩壊（Ｄｉｓｉｎｔｅ
ｇｒ′Ａｔｅ）される。合体されると、プレフォームは
滑らかできれいな内表面を有する。従前においては、プ
レフォームの内部穴を滑らかにするためには長時間にわ
たるフッ化水素酸処理が必要とされていたが、それはも
はや必要ではない。内部穴は合体工程時に閉塞されうる
が、従来技術においては、内部穴は延伸工程においては
じめて閉塞されていた。合体工程時に内部穴が閉塞され
るから、従来可能であつたものよりも早い速度で導波管
を延伸することができる。本発明は内表面上における欠
陥を軽減された改良された光導波管プレフォームを提供
することを目的とする。

本発明の他の目的は比較的平滑な内表面を有するプレフ
ォームから開口数が大きくて大応力の導波管を製造する
ことである。

本発明の他の目的は、光導波管製造時におけるエッチン
グ工程を不要にすることである。

本発明のさらに他の目的は導波管製造時における延伸速
度を増大せしめることである。

以下図面を参照して本発明の実施例につき説明しよう。

第１図を参照すると、実質的に円柱状の出発部材１０が
、その出発部材上に炭素被覆１２を形成するためにアセ
チレン炎１１内で連続的に回転される。例えば、その出
発部材は、６３センチメートルの長さに沿つて直径が０
．６３０センチメートルから０．５７０センチメートル
までテーパーしたテーパー付きアルミナ●ベイト●ロッ
ドでありうる。アセチレン・バーナー１３はアセチレン
を空気中で（酸素ガス供給なしで）燃焼して炭素すすを
生ずる。出発部材即ちベイト・ロッド１０（以下出発部
材をベイト・ロッドと呼ぶ）は、そのロッドを”回転さ
せかつ炎１１を通るように移動させる旋盤に取付けられ
る。被覆の厚さはそれほど厳密を要求されるものではな
いが、１〜２ミルの厚さが満足な結果を生ずることが認
められた。ベイト・ロッドに炭素が完全に被覆されて後
・に、第２図に示されているように火炎加水分解によつ
てガラスすすが沈積される。

前記米国特許第３８２３９９５号に記載されている手法
は、勾配屈折率型導波管を製造するために用いられうる
。あるいは、１つの屈折率を有する中央部の芯とそれよ
りｊも低い屈折率を有する外被層とよりなる段階屈折率
導波管（Ｓｔｅｐｉｎｄｅｘｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ）も
製造されうる。ガラスすすの附着層またはプレフォーム
１４は、ベイト・ロッド１０が加水分解炎１５内で回転
および直線運動をなさしめられるにつれて、そのベイト
・ロッド１０上に成長せしめられる。プレフォーム１４
と炭素被覆１２は双方とも何らの悪影響をもともなうこ
となしにベイト・ロッドから除去されうる。プレフォー
ムの除去は炭素とベイト・ロッドとの境界面における分
離または炭素のせん断により生じるものであつて、その
プレフォームのせん断によつて生ずるものではない。こ
れによつてプレフォームの内表面が保護されるとともに
、ベイト・ロッドの除去が容易となる。プレフォームを
検査したところ、非常に平滑で妨害のない中心穴が形成
されていることがわかつた。次にプレフォームは第３図
に示されているように通常の態様て焼結される。

炭素は、通常の合体温度よりも約５００℃だけ低い約８
００℃での酸化によつて完全に崩壊する。合体の後で点
検してみたら、フッ化水素酸処理をほとんど必要としな
い平滑できれいな内表面が形成されていた。多くの場合
において、エッチング工程を完全になくしてもよく、そ
の場合には、合体工程は中心穴を閉塞するようにして行
なわれうる。これによつて、第４図に示されている延伸
機構の動作がより迅速にかつより経済的に行なわれうる
ことになる。さらに、合体工程時に中心穴を閉塞するこ
とにより、大きい内部応力（組成および屈折率の大き，
い半径方向の変化）を有するプレフォームを形成するこ
とができる。

なぜならば、合体工程時に穴を除去することにより、導
波管における顕著な亀裂発生源の１つが除去されること
になるからである。このことは、合体された（即ち焼結
された）こプレフォームの内表面上における傷に基因し
て一般に生ずる。また、本発明に従つて形成される合体
されたプレフォームの平滑な内表面は大きい応力に耐え
るから、高い添加物（ドーパント）レベルを必要とし従
つて急激な熱膨張係数変化によつ壬て惹起されるより大
きい応力を必要とする開口数の大きい導波管を製造する
のに特に有利である。本発明の他の利点は、ベイト・ロ
ッドの除去を容易にするためにベイト・ロッド上に軟い
すすが最初に沈積されかつそれが後でエッチング除去さ
４れる場合に現在技術的に通常行なわれているようにプ
レフォームの重量の約４％をエッチング除去することを
不要にした点である。炭素被覆は、ロッドを炭素スラリ
に浸漬したりあるいはベイト・ロッドをワックスに浸漬
しそして次にそれを焦がすことを含む他の幾つかの方法
によつて添着されうる。

炭素被覆は合体工程中に焼えつきなければならず、かつ
その被覆がプレフォームに不純物を与えるようなことが
あつてはならない。次の実施例は本発明の利用価値を実
証している。実施例１ ３３重量％アクアダグ（Ａｑｕａｄａｇ）（商品名）Ｊ
Ｅｌ水性グラファイト分散混合物が蒸溜水中で調整され
た。

最終的なグラファイトの重量％は３％であつた。この混
合物が数時間回転され、そして長さ約７６．２センチメ
ートル（約３０インチ）、直径約１．９センチメートル
（３／４インチ）のパイレックス（Ｐｙｒ′Ｅｘ）（商
品名）の管に注入された。約６３センチメートルの長さ
を有しかつ０．６３０センチメートルから０．５７０セ
ンチメートルまでテーパーした直径を有するきれいなテ
ーパー付きアルミナ・ロッドが注意深く前記混合物中に
浸漬されそして除去された。グラファイトの附着層がか
たまり色有物や不均一な領域等の傷について点検され、
そして常温における空気中乾燥に附された。次に、この
ようにして調整されたベイト●ロッドが、プレフォーム
を製造するために通常使用される旋盤に固着された。軟
い予備すすレイダウンが省略された点を除き、放物状素
材を製造するために標準的なレイダウン（ＬａｙｄＯｗ
ｒｌ）手法が用いられた。ＧｅＯ２含有量は芯を横切る
方向に１５重量％から０重量％まで放射線状に変化され
、他方Ｂ２Ｏ３含有量は２重量％から１２重量％まて上
昇せしめられた。両方とも酸素を供給する内側および外
側シールドを有するバーナーと、他のガスのための内側
バーナーによつてすすが沈積された。

勾配屈折率導波管が製造され、この楊合、時間のランプ
関数としてＢＣｌ３は増大され、ＧｅＣｌ４は減少され
た。使用された設定値は次の通りであつた。ベイト●ロ
ッドを除去した後におけるこのプレフォームの中心穴は
優れたものであり、大きな傷は見当らず、その中心穴は
非常に平滑でかつ妨害は相対的に存在していなかつた。

炭素被覆が用いられない場合に比較してはるかに容易に
プレフォームがベイト・ロッドから摺動除去された。次
に、プレフォームは、０．２５４センチメートル（イ）
．１インチ）／分の速度が炉内に供給されるヘリウム内
において１３２００Ｃて融合または合体（ＣＯｎｓＯｌ
ｌｄａｔｅ）れた。

合体の後に、素材は冷却せしめられ、そして内側表面が
検査された。内側穴表面についての顕著な改善がみられ
た。通常みられるビット（Ｐｌｔｓ）や引掻きマークは
存在しなかつた。プレフォームがエッチングされ、そし
て延伸されて直径１２５マイクロメートルの導波管とな
された。これらの導波管は次のような特性を有していた
。これらの結果は、炭素が導波管の減衰に悪影響を及ぼ
さないことを示している。

実施例２ 前述した型式のアルミナ●ベイト・ロッドに炭素すすが
次のようにして被覆された。

ベイト・ロッドが旋盤に装着され３００ＲＰＭで回転さ
れた。空気中でのアセチレン燃料よりなる炎がそのベイ
ト・ロッドの下方に保持され、その炎によつて発生され
た炭素すすがベイト・ロッド上に沈積（被着）せしめら
れた。ベイト・ロッドの長さに沿つて炎を移動すること
により、炭素の均一な層が被着された。実施例１につい
て述べたのと同様にして、プレフォームが被覆されたベ
イト・ロッド上に添着され、合体されそして延伸されて
ファイバーとなされた。

このようにして得られた光導波管の測定された特性は次
のごとくである。※理論的に限界値またはその近傍であ
つて非常に高いために測定できなかつた。

以上本発明の特定の実施例について説明したが、特許請
求の範囲内で種々の変形変更が可能であり、それらもす
べて本発明の範囲に属するものであること勿論である。

図面の簡単な説明） 第１図は炭素被覆の被着を示す図
、第２図は火炎加水分解によつてプレフォームにガラス
を添着する工程を示す図、第３図は炭素を合体させ、燃
焼させ、そして中心穴をつぶすための加熱を示す図、第
４図はプレフォームを延伸して導波管にす夕る工程を示
す図である。

１０・・・出発部材（ベイト・ロッド）、１１・・・ア
セチレン炎、１２・・・炭素被覆、１３・・・バーナー
、１４・・・ガラスすす層（プレフォーム）、１５・・
・加水分解炎。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 実質的に円柱状の出発部材を用意し、該出発部材に
   粒状材料を添着してガラスの附着被覆を形成し、そして
   該ガラス層から前記出発部材を除去する工程を含む光導
   波管のためのプレフオームを形成する方法において、前
   記粒状材料を添着するのに先立つて前記出発部材の平滑
   な外周面に炭素被覆を添着せしめることを特徴とする方
   法。 ２ 特許請求範囲第１項記載の方法において、炭素を添
   着する工程が前記出発部材をアセチレン炎内で回転させ
   て該出発部材上に炭素すすの被覆を被着しめることを含
   む前記方法。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、炭素被
   覆を添着する工程が、水に分散された炭素の混合物内に
   前記出発部材を浸漬せしめ、該混合物から該出発部材を
   除去し、前記炭素の附着層を乾燥することを含む前記方
   法。 ４ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、前記出
   発部材がテーパーを附されており、かつ前記出発部材を
   除去する工程が、前記炭素層と前記テーパーを附された
   出発部材の前記外周面との間における分離または前記炭
   素層内におけるせん断を生ぜしめる前記方法。 ５ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、酸化ア
   ルミニウム・マンドレル出発部材に炭素を添着せしめる
   前記方法。 ６ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、前記プ
   レフオームを合体せしめ、かつ前記炭素を燃焼させる温
   度に前記プレフオームを加熱することにより該プレフオ
   ームから前記炭素の層を除去することをさらに含む前記
   方法。 ７ 特許請求の範囲第６項記載の方法において、前記合
   体工程時に前記プレフオームにおける中心穴をつぶしそ
   して然る後に該プレフオームを延伸して光導波管とする
   ことをさらに含む前記方法。 ８ 特許請求の範囲第６項記載の方法において、前記プ
   レフオームを合体せしめかつ炭素を除去する工程が酸化
   ガスを含む炉内で行なわれ、かつ前記プレフオームが該
   炉を通じて送られる前記方法。 ９ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、前記出
   発部材に粒状材料を添着する工程が、火炎酸化（ＯＶＰ
   Ｏ）によつて該出発部材の外周面上にガラスすすの被覆
   を被着せしめることを含む前記方法。 １０ 特許請求の範囲第９項記載の方法において、蒸気
   の形態をなす複数の成分のそれぞれを予め定められた量
   だけガス状体中にずい伴せしめ、前記蒸気を炎内で酸化
   して予め定められた組成のすすを形成し、そして該すす
   を前記出発部材の外周面に添着せしめることをさらに含
   む前記方法。 １１ 特許請求の範囲第１０項記載の方法において、前
   記成分がＧｅＯ＿２およびＢ＿２Ｏ＿３を含む前記方法
   。 １２ 特許請求の範囲第９項記載の方法において、前記
   出発部材上に被着されるすすの組成を半径方向に変化さ
   せて、半径方向に変化する屈折率を有するプレフオーム
   を形成することをさらに含む前記方法。 １３ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、前記
   最初に述べた被覆よりも小さい屈折率を有する外被ガラ
   スの被覆を添着せしめ、該外被ガラスの組成が前記最初
   に述べた被覆の組成と両立しうるようにすることをさら
   に含む前記方法。 １４ 特許請求の範囲第１３項記載の方法において、前
   述のごとくに形成された構造体をそれの延伸温度に加熱
   し、そして該加熱された構造体を延伸してそれの横断面
   積を減少せしめて光導波管を形成することをさらに含む
   前記方法。 １５ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、前記
   プレフオームを加熱して前記ガラス合体せしめ、前記出
   発部材が除去される前記穴における炭素被覆を崩壊せし
   め、かつ前記穴をつぶし、然る後に前記被覆されたプレ
   フオームを延伸して光導波管とすることをさらに含む前
   記方法。