JPS6055449B2 - シリカオプテイカルフアイバのプレフオ−ムを製造する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はシリカオプティカルファイバのプレフオー
ムの製造方法に関するもものである。

この発明に係るシリカオプテイカルフアイバプ レフ
オームの製造方法においては、プレフオームのコアを形
成すべき材料は揮発性酸化物を含有しかつシリカ管の孔
をライニングするドープしたシ リカの層として与えら
れ、ライニングを備えた管の孔は、管をその軸を中心と
して回転させながらホットゾーンを反復して移動させる
ことにより最初に収縮され、ついで最後につぶされる（
ｃｏｌｌａｐｓｅ）Ｏ孔の収縮中、酸素と前記揮発性酸
化物を有する元素のハロゲン化物またはオキシハロゲン
化物とを含有するガス混合物によつて孔内に軽度の過圧
力が維持されるように、揮発性酸化物の前記混合ハロゲ
ン化物が管を通され、ついでため部を通され、最後に長
いパイプを通される。

この管のコンダクタンス（流体の通り易さ、すなわち管
の流体に対する抵抗の小ささ）は、管の孔のｊ収縮中偏
平につぶされる傾向を克服するように管内に所要の過圧
力が与えられる程度に小さくなるように選定されている
。酸素に対するノ和ゲン化物またはオキシノ司ゲン化物
の濃度は、孔の収縮中揮発による揮発性酸化物の損失を
少なくとも一部分補償するように調整される。コア材料
を与える好適な方法は、気相反応によりシリカを１種以
上のドーパントと共に沈着させる方法である。

別の方法では、気相反応を使用してドーパント材料をシ
リカ表面上に沈着させ、ついで沈着物をシリカ中へ拡散
させる。両方法において、オプティカルファイバに有害
な０Ｈ基が生成されないように水素および水素含有化合
物を排除する気相反応が好ましい。前記シリカ管はドー
プしたシリカから作つてもよく、また管状気体の孔の内
面をライニングする沈着層により形成してもよい。

つぎに添付図面を参照して本発明を実施する好適な方法
について説明する。

この発明が関連するオプティカルファイバプレフォーム
の製造方法においては、孔の内面をライニングしている
被膜を備えたシリカ管が、管を軟化し、表面張力の作用
によりその孔をつふす（ＣＯｌｌａｐｓｅ）ために加熱
される。

この目的のために酸水素炎のような熱源が局部的ホット
ゾーンを与え、このホットゾーンは管に沿つてゆつくり
移動され、管壁の局部的軟化を達成する。孔をつぶす工
程はホットゾーンを多数回往復させることによつて行な
われ、それにより管の孔の直径が次第に低減され、最後
の移動で孔が完全につぶされ、それにより充実体オプテ
ィカルファイバプレフォームが生成され、このプレフォ
ームから後で引抜作業によつてオプティカルファイバが
形成される。この製造方法では、管が軟化し、その孔が
つぶれ始めると、表面張力が最小エネルギ形態を求める
という一般的問題が存在する。

不幸にして表面．張力が最小エネルギ形態になるのは円
対称の形態ではなく、管の孔が偏平につぶされる形態で
ある。コア材料がゲルマニアおよび／または五酸化リン
のような揮発性ドーパントを含有する場合には−第二の
問題が起こる。

すなわち、管壁を軟化するために必要な高温度はまた孔
の内壁表面から揮発性ドーパントのかなりの揮発損失を
生じ、そのために得られるプレフォームの屈折率プロフ
ィール（プレフォームの半径方向の屈折率分布）が変化
する。ファイバ中に小パルス分散を得るためには、コア
領域断面の屈折率プロフィールに勾配をつけて近放物線
形状にすることが必要である。

屈折率増大用ドーパントの濃度はコア周辺では低くし、
次第に増加して中心で最高に達するようにすべきである
。この理想的プロフィールからの偏位を起二すものは帯
域幅を狭めるため有害である。例を挙）げると、ゲルマ
ニアが屈折率増大用ドーパントとして使用される場合に
は、孔をつぶすためにシリカ管を軟化するに必要な温度
（２０００〜２２００℃）において、ゲルマニアは次の
ような反応による亜酸化物ＣｅＯとなり、このＧｅＯが
揮発により失なわれ始める。管の孔の内面に沈着したラ
イニング層が、揮発効果が生じない場合、プレフォーム
中に最適の勾配を生じるような屈折率勾配になつている
場合には、第１ａ図に示すように、揮発効果によりプレ
フォームコアの中心において屈折率の低下が起こる。

揮発の別の影響は屈折率プロフィールが管軸方向で変化
を生ずることである。ゲルマニアはホットゾーンにおい
て亜酸化物となつて管壁から失なわれるが、これは可逆
反応であるから、この亜酸化物の一部は移動するホット
ゾーンの管軸方向の前方の孔の内面の低温領域上に再凝
縮する。この凝縮物の一部はホットゾーンが前進するに
したがつてガラス中に再導入され、これによりプレフォ
ームのコアの中央部分の前記第１ａ図に示したような屈
折率の曲線の凹部内に中心ピークが形成される。このピ
ークはドーパントの再凝縮に最も長くさらされた端にお
いて最も高く、この端において、第１ｂ図に示すような
屈折率プロフィールが形成される。本発明においては、
管の孔の収縮中に揮発により生じる損失が、孔が収縮さ
れつつある間管内に酸素と揮発性ドーパントのハロゲン
化物との混合物を流通させることによつて低減または解
消される。

ドーパントハロゲン化物プラス酸素とドーパント酸化物
プラスノ和ゲンとの間では可逆反応が行なわれる。リン
ドーピングおよびゲルマニアドーピングの場合には、オ
キシ塩化物および塩化物がそれぞれ使用されうる。かく
して、ゲルマニアでドープしたシリカでライニングされ
たシリカ管の孔の収縮の場合には、四塩化ゲルマニウム
と酸素が収縮過程中管内に通される。ホットゾーンにお
いて塩化物と酸素が反応してゲルマニアと塩素を形成す
る。かくして形成されたゲルマニアは解離して一酸化ゲ
ルマニウム（亜酸化物ＧｅＯ）と酸素を形成する傾向が
ある。かくして形成された過剰の一酸化ゲルマニウムは
平衡揮発反応を逆方向に進行させ、これにより管の孔の
表面領域からのゲルマニアの損失を抑制する。 ｌ θ
ｄ 明らかに、管に沿つたハロゲン化物と酸素の流れは孔が
密封されていない間にのみ維持されうる。

孔が完全につぶれて閉塞されるとこの流れは終止しなけ
ればならず、、したがつて揮発によるある程度の損失が
ありうる。しかしながら、この段階までに孔の内壁の表
面積はそれまでの孔の直径収縮により大きく低減されて
いる。さらに、この揮発はヒートゾーンの１回の移動中
だけしか起らないから、孔の収縮中ハロゲン化物と酸素
の流れがない場合に起るものと比較して、揮発性ドーパ
ントの全損失を大きく低減するのに有効である。ガス流
を発生するためには圧力勾配が存在しなければならず、
本発明によりこの圧力勾配は、管の孔内の圧力が外部圧
力よりやや高くなるようにして与えられる。

この過圧力は、対称的に収縮させて円対称を保存するた
めに必要な圧力とは異なつており、収縮中管の孔が偏平
につぶれる前記傾向に対抗するのに必要な値に調整され
る。管の孔が偏平につふれる傾向は孔の直径が比較的大
きくかつその壁厚が小さいときに最も著しい。したがつ
て、孔をつぶす際の最終のヒートゾーンの移動段階中圧
力差を発生するための装置を配置してもよいが、これは
管の孔の収縮の初期段階中ほど重要ではない。原理上、
必要な圧力差は、管内を流れるガスを管の下流に隣接し
て配置した調節弁を介して排出することによつて与える
ことができる。

しかしながら、このような構造には大きな欠点がある。
ホットゾーンを通過するガスの流れは管内の温度を間断
なく上昇させ、ホットゾーンと調節弁間の容積は実質的
に一定に維持されるから、この温度上昇に伴なつて圧力
が上昇する。この事実は、調節弁がホットゾーンから押
し流される酸化ゲルマニウムのすすでつまる傾向と相ま
つて、内部圧力の急激な上昇を起こしやすく、このため
に管の局部的な膨張が起こり、最後には壁に孔があく。
この温度上昇問題は管と調節弁との間に大きなため部（
ＲｅｓｅｒｖＯｉｒ）を配置することによつて克服する
ことができる。この構造では、管の容積がための容積と
比較して小さいから、管内の温度上昇は圧力にほとんど
影響を及ぼさない。このためはまたすすのトラップとし
ての役割も果たし、大部分のすすはガス流が弁に達する
前に析出する。しかしながら、すすの残量はなお弁を閉
塞しやすい。したがつて弁の代りに長いバイブが使用さ
れる。つぎに第２図を参照すると、ゲルマニアでドープ
したシリカの勾配付屈折率の層でライニングされたシリ
カ管の孔を収縮しつぶすための好ましい方法において、
管自体は２０で示されている。

酸素と四塩化ゲルマニウ去蒸気の混合物は送給バイブ２
１を介して管２０に送入され、ついで管２０から別のバ
イブ２２を介してため部２３に送入される。ため部２３
の出口には長いバイブ２４が接続されている。送給バイ
ブ２１にはＴ形部材２５を設けてもよく、その一方の腕
には調節弁２６がノ設けられている。酸素と四塩化ゲル
マニウム蒸気の混合物は、定温度に維持された四塩化ゲ
ルマニウム液体中を気泡として通した酸素中に蒸気を取
込むことによつて得られる。

典型的にはこの液体は周囲温度に維１持され、酸素の気
泡が毎分５ｃｃの流量で通され、ついで酸素の流れに添
加されて毎分５００ｃｃの全流量を与える。管は典型的
には１ｍの長さ、１ｗｎの壁厚および１０Ｔｎ１ｎ径の
孔を有する。シリカ管はその孔を収縮させ最終的につぶ
す過程中連続的に回転）される。この目的のためにば管
は一対のチャックを備えかつ同期駆動される一種の旋盤
内に装着される（図示せず）。２本のバイブ２１，２２
と管の端部とを接続するためにロータリガスシールが必
要であり、これらは本発明者の英国特許出願第１０９２
６／η号明細書に記載されたタイプのシールを使用でき
る。

管２０とバイブ２２間のシールの寸法は、ホットゾーン
から押し流された酸化ゲルマニウムのすすによる閉塞が
最少になるように選択される。ため２３は典型的には２
０リットル程度の容量を有し、ポリプロピレンのような
不活性プラスチック材料から作りうる。典型的には管２
０内の所要過圧力は約１顛Ｈｇであり、これはバイブ２
４として長さ約５０ｒｒ１１孔径９．５Ｔｍ（３１８イ
ンチ）の不活性プラスチック（ＰＶＣ）管を使用するこ
とによつて与えることができる。典型的な方法において
は、孔はホットゾーンの３回の移動後完全につぶされる
（図示せず）。

１回目の移動では孔は１−から約４顛に収縮され、２回
目の移動では約４ｍから約１Ｔ１ｎに収縮される。

最終の移動ではガスを管２０を通つて流すことは不可能
になり、したがつて液体四塩化ゲルマニウムを通るガス
流は遮断される。装置がＴ型部材２５および調節弁２６
を備えている場合には、所要過圧力を与えるために最終
の移動中弁２６が開かれ、酸素の流れが維持される。こ
れらの条件下では、最終の移動は管２０のＴ型部材２５
から遠い端（下流端）から近い端（上流端）に向つて行
なわれる。第３図は屈折率プロフィールを示す。

中心に凹部がなお残つているが、その大きさおよび深さ
は低減されており、さらに、実質的に同一のプロフィー
ルがプレフォームの全長に沿つて延在する。孔が完全に
つぶされた後、得られたプレフォームは引抜装置に移さ
れ、通常の方法でオプティカル７アイバに引抜かれる。
“図面の簡単な説明 第１図ａ図および第１ｂ図は揮発性ドーパントを使用し
て作られたオプティカルファイバプレフォームの両端に
おける屈折率プロフィルを示す。

第２図は揮発性ドーパントを導入するオプティカルファ
イバプレフォームの製造に使用される装置の略図である
。第３図は第２図の装置を使用して作られたオプティカ
ルファイバプレフォームの屈折率プロフィールを示す。
２０・・・・・ウリカ管、２１・・・・・・送給バイブ
、２２・・・・・・バイブ、２３・・・・・・ため部、
２４・・・・・・長いバイブ、２５・・・・・・Ｔ型部
材、２６・・・・・・調節弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ プレフオームのコアを形成すべき材料が揮発性酸化
   物を含有しかつシリカ管の孔の内面をライニングするド
   ープしたシリカの層として与えられ、ライニングを備え
   た前記シリカ管の孔が、管をその軸を中心として回転さ
   せながら管に沿つてホットゾーンを反覆して移動させる
   ことによつてまず収縮され、最後につぶされ、前記孔の
   収縮中、酸素と前記揮発性酸化物の成分元素のハロゲン
   化物またはオキシハロゲン化物とを含む混合ガスによつ
   て前記管内に圧力勾配を決定する軽度の過圧力が維持さ
   れるように前記混合ガスを管の一端の入口開口から他端
   の出口開口へ管内を通過させ、さらにため部を経由した
   後、孔の収縮中に管が偏平につぶれる傾向を阻止する約
   １ｍｍＨｇの過圧力を与える如くその寸法、が選定され
   ている長いパイプを通して排出させ、酸素に対するハロ
   ゲン化物またはオキシハロゲン化物の濃度は孔の収縮中
   の揮発による揮発性酸化物の損失を少なくとも部分的に
   補償する如く調整されてなるシリカオプテイカルフアイ
   バプレフオームの製造方法。