JPS6090846A - 光フアイバプレフオ−ムの高デポジシヨン速度での製造方法と装置 - Google Patents

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】 本発明は、光通信方式用の物理的担体に関係し、特に光
ファイバのプレフォームを高デポジション速度で製造す
る装置に関係する。

光ファイバの製造方法は主として２つの段階からなり、
円筒状プレフォームを作る７つの段階はファイバの屈折
率に類似した半径方向の屈折率分布を与え、他の段階は
プレフォームを加熱して光ファイバに延伸成形するもの
である。

第１段階は、良好な機械的性質並びに透過性を有するフ
ァイ・ぐを得ようとする場合は十分な注意を特徴とする
特に、通信領域で使用する波長領域で吸収に起因する大
きな損失を避けるためにはプレフォームの金属及び／又
は水の汚染を最小にする必要がある。

この要件を満たすために、高い物質純度を保証する外に
、プレフォームの妥当々成形速度を許容する幾つかの方
法が開発されている。

公知の方法は蒸気相反応物の化学的合成から得られる酸
化物の平面デポジションに基づくものである。

ＣｖＤ（化学蒸着法）と呼ばれる本方法には少なくとも
２つの変法、Ｉ　ＶＰＯとｏｖｐｏとがある。

第１の変法は支承管の内面に（インサイド蒸気相酸化）
デポジットするが、第２の変法は支承マンドレルの外面
（アウトサイド蒸気相酸化）にデポジットする。両者の
場合に、化学反応は支持体に向けて伝達され、酸素に富
む雰囲気中でバーナー　σ）ル　曙≦　Ｖｒ　Ｐ　−＝
　イ西９イ？　資　引　、豪弄主イｋＩ　奔　−西給イ
ｋ　ノヒイ素（シリカ）を与え、要求される屈折率に従
って他の元素の酸化物で適当にドーピングされる。

Ｉ　ＶＰＯ方法の場合には、反応物は石英ガラス製の支
持管に流入し、高温環状ゾーンの反応物質流の方向の並
進によシ、後にデポジションを伴って酸化反応が得られ
る。

適切な回数のデポノションサイクルの後、プレフォーム
は管状形態及び乳白色の海綿状構造を持つようになシ、
或いは前回の動作が実施された時の温度に依存してガラ
ス化される。この時点で、プレフォームは高温を適用す
ることによシ中実の透明ロッドに崩壊する。これ等の種
類の方法は、一般に、ｏｖｐｏ形の外部蒸気相デポジシ
ョン方法に比べて、主としてドーノ４ントの選択及び屈
折率分布の形成がより柔軟である。特に、■ｖＰＯ法か
ら得られたＭＣＶＤ方法（修正式化学蒸着法）は光ファ
イバの製造に最も広く用いられる。

一方、インサイド蒸着方法は大きなデポジション速度、
従って大きなファイバ製造速度を与えない。

実際には、上記の方法は「非局所」形のデポジション法
を用いておシ、その場合、反応ゾーンはデポジションゾ
ーンと一致しない。反応ゾーンではガラス化合物はコロ
イド懸濁液中で小粒子の形態で合成されるが、一方、デ
ポジションゾーンでは、ガラス粒子は熱泳動現象の効果
によシ石英基板に粘着する。

デポジションの質を、一様なドーパント濃度、デポジッ
トしたものの軸方向の一様性、及び局在化した欠陥（反
応物のマトリックや拡散中心等への取込み）の欠除など
に対して検討した結果、これはガラス粒子を担送するガ
ス流に厳密に依存した。かかるガス流は層流形成条件を
与えるべきであり、従って反応容器の種類に依存する有
限幅の値内に制限されるべきである。

更に、インサイド法において局在欠陥の形成を避けるた
めに、デポジットした物質はそのデポジション直後にガ
ラス状にされ、凝固されるべきである。これは、デポジ
ションゾーンで、デポジットしたマトリクスのがラス転
移温度以上の動作温度を用いることを意味する。明らか
に、軸方向の温度勾配を考慮すると、厚過ぎる物質層は
デポジット不能と々る。事実、その場合は、外部温度は
部分的に非常に高くなシ、従って石英製反応器は永久に
損傷されることになる。

生産性の低下は、デポジション段階の終了時にはプレフ
ォームが次のサイクルのために同じ装置で崩壊段階を受
けるという事実に起因して発生する。

外部デポジション法は局部デポジション法である。これ
等の方法は多孔質の非凝固構造を与え、ここに該構造は
マトリクスのガラス転移の温度上り低い温度の粒子から
なるものである。多孔質構造は、該構造が未だに凝固さ
れていないため、熱的応力は受けていない。従ってデポ
ジションは大きな領域にわたって過度に実施され得るこ
とになるＯ デポジションの後、外部法は、構造体を脱水し、それを
凝固させるための後続ステップを必要とするＯ しかし、この段階は内部法の場合の崩壊に起因して生ず
るような収縮を惹起しないが、これは該段階が並行に行
われ得るため、即ち、同一炉で複数のプレフォームを処
理出来るためである。

特に、ＭＣ■方法は通常は約ｊ　Ｉｏｎ／　ｈの製造速
度に対応して約、！、９／ｍｉｎのデポジション速度を
可能にする。一方、外部デポジション（０ＶＤ−アウト
サイド蒸着；　ＶＡＤ−軸方向蒸着）の通常の方法は約
／　Ｏｋｍ／ｈの製造速度に対応する約ｌＡ、！；　ｇ
／ｍｉ　ｎのデ、！？ジション速度を可能にする。

従って、アウトサイドデポジション方法の生産性はイン
サイドデポジション方法のそれの２倍である。

インサイドデポジション方法の生産性は工業的製造法で
は容易には増加出来ない。

事実、デポジション速度を増すように設計した場合、方
法をよりきわどいものにし、再現性を妨げる。例えば、
デポジション速度は、支持管を冷却して温度勾配に干渉
することによって、及び／又は無線周波数のプラズマ励
起により反応を同時に開始させることによって増加させ
ることが出来る。

又、反応物質流をかなり増加させれば、それだけで大量
の物質デポジションが得られる。次に、流れを層流状態
に維持するためには、反応装置の直径を増加させてその
寸法を変える必要がある〇又、これ等の条件の下では、
プレフォームの崩壊時間は初期の目的に反して増加する
。

実際には、インサイド方法では、生産性は崩壊段階に、
及びデポジション段階に依存する。これ等の方法は、実
際には、同じ装置を用いて異なる時間に実施される。

これ等の欠点は本発明により与えられる方法並びに装置
とによシ克服され、該方法は、インサイドデポジション
法により高純度光７アイハ、特に長距離通信に使用可能
な光ファイバに供するプレフォームの高速度生産を可能
にする。

本発明は光フアイバ用プレフォームの製造方法を与え、
該方法においては、 蒸気相反応物間の反応によりガラス粒子を生成してプレ
フォームを形成し、 前記の生成された粒子を軸を中心に旋回する支持管の内
面にデポジットさせ、更に該方法は、反応体間の反応を
一定温度Ｔ、を有する領域で管の入力において開始させ
、 温度の関係 により力えられ、但し、 Ｔ（ｒ、ｘ）を、ｒを内管半径として軸線から距離ｒに
おける、及び入力端部から距離Ｘにおける温度とし、 Ｔ１を管の入力端部における温度とし、ｖｘをガラス粒
子の速度の軸方向成分とし、Ｌを全ての粒子がデポジッ
トされている管の入力端部からの距離とし、 νを管内蒸気流の動粘度とし、 Ｋを比例係数 とする温度に金管を加熱することによシ金管に沿ってガ
ラス粒子を同時にデポジットさせ、これにより一定厚み
のデポジット粒子の層を得ることを特徴とする。

本発明は更に上記の方法を実施するために設計した装置
に関係する。

本発明の以上の特徴並びに他の特徴は、制限する意味で
はなく、例示の形で与えられ、添付図面により与えられ
る２つの好ましい実施例に関する次の説明によりｉｊ−
”層明瞭にされる。

第１図はｒｖｐｏ方法によって光ファイバを製造する装
置の７部分を示すものである。該図は、特に、蒸気状態
反応体間の反応、ガラス粒子の生成、及び該ガラス粒子
の内壁へのデポジションなどが実施される反応室／、即
ち石英管を示している。公知のように、反応は、蒸気温
度を少なくとも／≠ＯＯ℃まで高めることが出来る熱源
により開始され、又、デポジットされた層の一様性が、
従来の方法に従って、熱源を軸方向に並進させ、軸線を
中心に支持管／を旋回させることにより、保証される。

本発明に従って、反応は左手の管／の入力部分で開始さ
れ、又、レポジションは全内壁上で同時に実施される。

これは熱源！、本実施例においては、デポジションゾー
ンと同じ長さの電気炉を用いて達成でれる。一定厚のデ
ポジット物質層が特定の形の炉を用いて得られる。該加
熱炉は、λＫＯθ℃の温度に耐性で、はぼ円筒状のグラ
ファイト、タングステン、或いは他の導電材料で形成さ
れ得る。特に、該加熱炉は、以下に更に記載する規則に
より管軸に沿って異なる熱量を生成するように構成され
る。これは、管の肉厚を軸方向に変え、かくして電気抵
抗、従って生成熱量を変えることにより得られる。

電流が炉に接続した導線乙と７、及び端子≠とｊを通し
て流れる。前記の炉は、不活性ガス、即ちアルゴンが供
給される容器３によシ周囲環境から構成される 装置の第２の例が第２図に与えられ、ここに第１図の場
合と同じ参照記号は同じ意味を与える。

この場合、支持管／の軸線に沿う所望の温度分布がグラ
ファイト或いはタングステン製の円筒炉、２０の間接加
熱により得られる。加熱要素は制御ユニットＵＣによ多
制御される高周波コイルｇ。

り、・・・、／７である。前記のＵＣは各コイルに適切
な高周波電流を供給し、これにより管内に所望の温度分
布が得られる。炉ノ０は省略することも出来る。支持管
の入力で５ｉ０２を与える５ｉＣｔ４と０２との間の反
応の開始に関しては、反応力イネティックスが０．７秒
間継続すると１ｔｉ−ｏｏ℃で５；”ｉ；’％に等しい
反応効率を与える。

平均反応速度Ｖは０．７Ｏ〜０．３０　ｍ／ｓの範囲に
あるので、一定温度で予備加熱される初期ゾーンは０．
０３　ｍ以上の長さを有すべきである。

支持管軸線に沿う温度分布を決定するためには、若干の
前提が必要である。

ｒｖｐｏ方法では、反応体の平均流速は０．７〜０．３
ｍ／ｓの間にあシ、支持管の直径は／ｊ■〜３０■に範
囲する。又、レイノルド数Ｒｅは ■！ Ｒ＝− によシ定義され、ここにＶは平均流速、ｌはシステムの
特性・ぞラメータ、及びνは流体の動粘度であり、該レ
イノルド数はｊＯＯ以下の値であり、従って反応体流は
層流となる。従って、乱れがないために、反応によシ生
成される粒子は主流尾無関係な原因により半径方向の運
動を持つことになる。

粒子の直径は０．７〜７．０μｍに範囲し、従って該粒
子は反応流に対して定常流に達し、且つ同一速度で移動
する程十分に小さいものである。

これ等の条件の下では、第１近似として、質量移送過程
、従って粒子に作用する力は拡散現象、特に熱的拡散或
いは熱泳動によシ規定されることが確認出来る。

シーミント数は、Ｄをガスの拡散率として、ν／Ｄ〉／
なので、濃度勾配による拡散成分は温度勾配による拡散
成分よりはるかに小きくなる。

担体ガス流内側のガラス酸化物の運動が熱泳動現象によ
り規定はれることが一旦定められると、運動が基礎とし
て取る・モラメータ及び方程式を見出すことが出来る。

支承管の内壁に向う流の熱泳動速度と、ガス及び支承管
からなる全システムの熱勾配との間の関係を得ると有用
である。

基本・ぐラメータはクヌーセン数であり、これはＫｎ＝
λ／ａ として定義され、ここにλは粒子の平均自由行程であシ
、「ａ」は粒子半径である。

ＩＶＰＯ方法の場合、この数は／以下の値を取り、これ
は気体運動論の計算法を適用出来る理由を与えるもので
ある。

特に、粒子の熱泳動速度は熱勾配に比例することが見出
され、又比例係数には担体ガスの種類、粒子の物理的性
質、及びクヌーセン数が取る値に依存する。

一般に、熱泳動速度Ｖｔは次の関係式 ％式％） によシ与えられ、ここにＴはガス温度テある。

２つの横断セクションにより得られる要素体積を反応器
入力で検討した結果、前記の体積は、流速Ｖで運動する
デポジットされるべき粒子の質量の要素量を有した。

この質量の７部はその熱泳動速度に、従って温度勾配に
従ってデポノットを開始し、且つ内壁温度がガス温度以
下の寸まの限りデポジットを継続する。

反応器内壁の温度が常にガス温度以下に維持きれると、
金管に沿う粒子のデＩジ゛ジョンが得うれる。特に、先
行するデポジションに起因して、運動質量の法則に相補
的な法則に従って温度勾配を管に沿って増加式せること
が必要となる。

このようにして、管の入力でのみ生成されるガラス粒子
はそれ等の半径方向の速度を一進的に増゛加させ、従っ
て殆んどの内部粒子が同時に壁に到達することが出来、
かぐしてこれ等の粒子の半径流は管に沿って一定になる
ことが出来る。

これ等の関係は次の式２）及び３）によって総合的に表
わすことが出来る。即ち、 但し、 Ｔ（ｒ、ｙ）は管軸からの距離ｒ（ｊ−内管半径）にお
ける及び入輸部からの距離Ｘにおける温度であシ、 Ｔｊは管の入力端部における温度であり、Ｖｘはガラス
粒子の速度の軸方向成分であシ、Ｌは全ての粒子がデポ
ジションれている管入カ端部からあ距離であシ、前記の
・ぐラメータは装置設計に際して選択されるものであり
、又りが最小になると必要な熱勾配は最大になり、更に 一νとＫとは以前の定義と同じノぞラメータである。

この関係は距離Ｘの関数として温度分布Ｔ（ｒ、ｘ）が
得られることを可能にし、従って、又第１図及び２図に
示した装置の熱源の設計を可能にする。

更に、 が得られ、ここに ηは、酸化反応にょシ生成される質量と、ガラス構造と
して内部管壁に実際にデポジットされた質量との間の逆
比としての全工程の効率を表わし、Ｘｏは支持管の長さ
であシ、 Ｔｏは管の出力端部における温度である。

弐３）から得られるように、高効率を得るには、他のパ
ラメータが修正困難なＩ　ＶＰＯ法に固有の定数なので
、ｒ２Ｖｘ／、２〈／である必要がある。

明らかに、以上に記載した事項は非制限例として与えら
れるに過ぎない。

上記実施例に対する変更並びに修正が本発明の範囲から
逸脱することなしに可能である。

例えば、式２）に従い、支持管２　に沿って温度分布を
生成する他の装置を用いることも出来る。

例えば、複数のバーナーを用い、ガス流を適切に調節し
て所望の温度分布を得ることによ）支持管を直接又は間
接に加熱することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の形の装置の横断面図であシ、第２図は第
！の形の装置の横断面図である。 ／・・・反応室（石英管）、２・・・熱源、３・・・ガ
ス容器、ｔ、！・・・端子、乙、７・・・導体、ｇ、り
、・・・、／７・・・高周波コイル、２０・・・炉。 代理人の氏名　川　原　１）−穂

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）光フアイバ用プレフォームの製造方法であって） ガラス粒子が生成され、これにより蒸気相反応物間の反
   応を用いてプレフォームが形成され、生成された粒子が
   、自身を軸として旋回される支持管（１）の内部面にデ
   ポジットされてなる方法において： 反応物間の反応が一定温度Ｔｉの領域において管（１）
   の入力で開始され； ガラス粒子が、関係式 によシ与えられる温度Ｔ（ｒ、ｘ）に管全体を加熱する
   ことによシ管全体に沿って同時にデポジットされ： ここに： Ｔ（ｒ　、ｘ）は、ｒを管の内径として、軸からの距離
   ｒに、そして入力端部から距離Ｘにおける温度であシ； Ｔｉは管の入力端部における温度であり；ｖｘはガラス
   粒子の速度の軸方向成分であり；Ｌは全ての粒子がデポ
   ジットされている管の入力端部からの距離を表わし； νは管内の蒸気流の動粘度であシ； には比例係数であって； 厚みが一定のデポジットされた粒子層が得られることを
   特徴とする光ファイバグレフオームの製造方法。 ■　量工竺ｋが／よりはるかに小さいことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の方法。 （３）前記の特許請求の範囲の方法を実施する光ファイ
   バグレフオームの製造装置であって、自身の軸を中心に
   旋回される支持管（１）を含み、ここに反応が反応物間
   で実施され、且つ生成された粒子がデ、ポジットされて
   なる装置において：支持管の入力に対応して一定温度ゾ
   ーン（Ｔ＋）を形成して反応を開始させ、次に支持管に
   沿って所定温度値を与えてガラス粒子をデポジットさせ
   る支持管に等しい長さを有する熱源（２，２０）と； 該熱源と、不活性ガスを循環させる前記の支持管とを収
   容する容器（３）； とを更に含むことを特徴とする光フアイバプレフォーム
   の製造装置。 に）　前記の熱源は可変肉厚の管状電気炉（２）として
   与えられ、これによシ支持管（１）に沿って所望の分布
   が形成されることを特徴とする特許請求の範囲第３項に
   記載の装置。 （イ）　前記の熱源は支持管に沿って配置され、制御ユ
   ニッ）　（ＵＣ）によ多制御される高周波コイルのセラ
   ）ｌ’、・・・、／７）として与えられ、前記の制御ユ
   ニットは各コイルに適切な高周波電流を供給し、これに
   より支持管（１）に沿って所望の温度分布が得られるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の装置。 Ｇ）前記の高周波コイルのセット（ト、・・・。 ／７）は導電物質（２０）のチーープ状炉を加熱し、次
   に支持管（１）を加熱することを特徴とする特許請求の
   範囲第５項に記載の装置。 ■　前記の熱源はバーナのセットであシ、ここに種々の
   ガス流が適切に調節され、これにより支持管（１）に沿
   って所望の温度分布が得られることを特徴とする特許請
   求の範囲第３項に記載の装置。 （イ）　前記のバーナの組はチーープ状炉を加熱し、次
   に支持管を加熱することを特徴とする特許請求の範囲第
   ７項に記載の装置。