JPS6120491B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、高品質の光導波管、レンズ、プリズ
ム等を製造しうる高光学純度素材を、火炎加水分
解法によつて形成する方法に関するものである。
本発明は例えば非常に純粋な材料で形成されなけ
ればならないところの光導波管に適用して特に好
適なものである。 光導波管は、10¹⁵Hz程度の信号を伝送するため
に最も有望な媒体であつて、通常それは、透明な
芯と、その芯を包囲していてその芯よりも屈折率
の低い透明な外被材料とを有する光繊維よりなつ
ている。 光通信方式に用いられるべき伝送媒体には厳し
い光学的要件が課せられるがために、通常のガラ
ス繊維を用いることはない。なぜならば、そのよ
うなガラス繊維では散乱と不純物吸収との双方に
基因する減衰が非常に大きいからである。従つ
て、非常に高い純度のガラスで光繊維を形成する
ために独特の方法が開発されなければならなかつ
た。非常に有望視されているガラス調製法は、高
純度の蒸気の気相反応を用いる火炎加水分解を基
礎とするものである。低損失光導波管を形成する
ためのこの方法は、米国特許第2272342号および
第2326059号に記載された方法に基づいている。
火炎加水分解法は、段階屈折率（step−index）
型および漸変屈折率（graded−index）型の双方
の単一モード導波管および多モード導波管を製造
するために用いられている。ガラス光導波管繊維
を形成するために火炎加水分解法を用いた種々の
方法が米国特許第3737292号、第3823995号および
第3884550号に教示されている。 光伝送系における光ガラス導波管の有用性は、
約700〜1100nmの全波長範囲にわたつて損失の非
常に低い伝送を実現しうるかどうかにかかつてい
る。このこととは、光の散乱および吸収に基因す
る減衰を、理論的に達成可能な最小レベルに接近
するレベルまで減少させることによつて実現され
うる。散乱損失の少なくとも80％が固有のガラス
散乱に基因するものとみなされうる導波管が前述
の火炎加水分解法によつて製造されている。しか
しながら、その方法では残留水分が存在するがた
めに、700nmと1100nmとの間における吸収損失
が非常に大きい。ガラスにおける残留水分という
のは、ガラスが高いレベルのOH、H₂およびH₂O
を含有していることを意味する。残留水分につい
ての１つの説明が米国特許第3531271号にみられ
る。残留水分に基因する前記波長範囲における最
大減衰は約950nmで生ずる。材料に固有の散乱の
ような要因に基因する950nmにおける減衰の残り
の部分は3dB／Kmに達する。例えば、800nmにお
いて100dB／Kmよりも小さい減衰を有するガラス
光導波管は、その中に水分が存在することに基因
する減衰が950nmにおいて100dB／Kmよりも大き
くなりうる。光通信系において有用であるために
は、光導波管の減衰がその中を伝播される光の波
長において10dB／Kmよりも小さいことが好まし
い。700nmと1100nmとの間の全範囲にわたつて
そのような低い減衰を実現するためには、ガラス
導波管は実質的に水分を含まないものとなされな
ければならない、即ち繊維内における残留水分の
量が10ppm以下のレベルに減少せしめられなけ
ればならない。 固体ガラス被覆を形成するために火炎加水分解
によつて形成されたすすが焼結せしめられた
（consolidated）後に水分含有量を受容可能なレ
ベルまで減少せしめることは不可能であるから、
その焼結工程前またはその工程時に、その水分を
除去しなければならない。従来、火炎加水分解法
によつて製造された光導波管における水分含有量
を減少せしめるために種々の方法が用いられてい
るが、処理時間が長いとか、装置に問題があると
か、水分の除去が不完全である等の難点があつ
た。 火炎加水分解法によつて製造された融合シリカ
における水分含有量を減少せしめるのに非常に有
効な従来方法が米国特許第3933454号に開示され
ている。その特許によれば、火炎加水分解法によ
つて生成されたすすプレフオーム（soot
preform）が焼結用炉に挿入されて焼結されるの
であるが、その場合、すすプレフオームはすす粒
子を融合せしめかつ稠密なガラス層を形成せしめ
るのに十分な時間のあいだ焼結温度範囲内の温度
に加熱される。それと同時に、すすプレフオーム
は、炉を通つて流れる実質的に乾燥した塩素含有
ガスの流れにさらされる。その塩素がすすプレフ
オームの合体時にそのすすプレフオームの隙間に
入り込みかつ水酸イオンを塩素イオンで置換し、
その結果、実質的に水分を含有していないガラス
生成物が得られる。しかしながら、すすプレフオ
ームと接触する前に、前記塩素含有ガスは焼結用
炉の壁と反応して、すすプレフオームを汚染する
ことになりうる塩化鉄のような揮発性の成分を生
成することになりうる。従つて、このようにして
得られたガラス生成物においては、水分吸収に基
因する950nmにおける過剰減衰は非常に小さい
が、可視スペクトル全体にわたるそのガラス生成
物の全体の減衰は、乾燥ガスによつて運ばれる不
純物に基因して増大する。 従つて、本発明の１つの目的は、火炎加水分解
によつて沈積されたすすプレフオームからそれの
焼結工程時に残留水分を除去するための効果的で
且つ経済的な方法を提供することである。本発明
の他の目的は、水分および汚染物の濃度が非常に
低い光導波管を形成する方法を提供することであ
る。 簡単に述べると、本発明は火炎加水分解法によ
つてガラス生成物を形成するための改良された方
法に関するものである。この火炎加水分解法は従
来、出発部材上に火炎加水分解によつて生成され
たガラスすすを沈積せしめてすすプレフオームを
形成する工程と、そのすすプレフオームを焼結せ
しめて稠密なガラス層を形成する工程とよりなる
ものである。前記焼結工程は従来、すす粒子を融
合せしめかつ焼結せしめるのに十分な時間のあい
だ合体温度範囲内の温度にすすプレフオームをさ
らして、粒子境界のない稠密なガラス層を形成す
ることよりなる。焼結時にプレフオームの隙間か
らガスを除去する目的のために、ヘリウム、酸
素、アルゴン、ネオンまたはこれらのガスの混合
物のような雰囲気あるいは減少された圧力にすす
プレフオームをさらして、得られたガラス生成物
内の種（シート）の数を減少せしめることも従来
から行われている。火炎加水分解によつて形成さ
れたガラスすす粒子を融合せしめることに関連し
て、この工程は、コンソリデーシヨン
（consolidation）とも呼ばれる。 本願第１番目
の発明は、多孔質ガラスプレフオームを焼結炉内
に配置する以前に、出発部材を除去してこのプレ
フオーム内に孔を形成し、焼結用炉内に配置され
た前記プレフオームの孔内に、乾燥剤を含むガス
流を流入せしめて、このガス流の少なくとも一部
を、前記プレフオームの中心からこのプレフオー
ムの隙間を通つてプレフオームの外表面まで外方
へ流動せしめることを特徴とする。 本願第１番目の発明によれば、乾燥剤を含むガ
ス流を、多孔質ガラスプレフオームの周辺ではな
くプレフオームの中心に形成された孔内に流入さ
せたため、上記乾燥剤を含むガス流がプレフオー
ムと接触する以前に焼結用炉の炉壁に接触するこ
とが防止され、したがつてガス流と炉壁との反応
による汚染物質の生成が阻止され、したがつて、
焼結後のプレフオームから光フアイバを製出した
場合、良好な減衰特性が得られる効果がある。 また本願第２番目の発明は、上記本願第１番目
の発明の方法において、前記ガス流が、多孔質ガ
ラスプレフオームの焼結時に反応を生してトープ
物質を形成する化合物を含むことを特徴とする。 プレフオームの内方部分は屈折率を高めるため
のドーパント（例えばGeO₂）を含んでおり、焼結
工程においてこのプレフオームの孔にCl₂のよう
な乾燥剤を流入させた場合、このCl₂と上記ドー
パントとが反応して、このドーパントの一部がプ
レフオームから除去されることも起りうるが、本
願第２番目の発明によれば、焼結工程時にプレフ
オームの孔内に流入されるガス流の中に、焼結工
程に反応を生じてドープ物質（例えばGeO₂）を形
成する化合物（例えばGeCl₄）を含有させたの
で、例えばGeCl₄がO₂と反応してGeO₂とCl₂とが
生成し、この生成したGeO₂がCl₂によつて除去さ
れたGeO₂に代わり、プレフオームの内部領域に
沈積する。したがつて、焼結されたプレフオーム
の組成分布を乾燥工程以前の組成分布に近づける
ことが可能になる。 以下図面を参照して本発明の実施例につき説明
するが、図面は本発明を例示的にかつ象徴的に示
すにすぎないものであつて、そこに示されている
要素の寸法や相対的な配分を示すことを何ら意図
するものではない。説明の便宜上、低損失光導波
管を形成することに関して本発明を説明するが、
本発明はそれに限定されるものでないこと勿論で
ある。 第１図を参照すると、ガラスすすの被覆１０
が、火炎加水分解バーナー１４によつてチユーブ
またはロツド１２のような実質的に円筒状の出発
部材に適用される。燃料ガスと酸素または空気
が、図示されていない供給源からバーナー１４に
供給される。この混合物は燃焼されて火炎１６を
生じ、その火炎がバーナーから放出される。加水
分解可能な成分の蒸気が火炎１６内に導入され、
そしてガス蒸気混合物が火炎内で加水分解されて
ガラスすすを形成し、そのガラスすすは、出発部
材１２に向つて方向づけられた流れ１８をなして
火炎１６を離れる。ガラスすすの被覆を形成する
火炎加水分解法は前記米国特許第3737292号、第
3823995号および第3884550号にさらに詳細に記述
されている。出発部材１２は支持部材２０によつ
て支持され、かつすすを均一に沈積せしめるため
に第１図においてそれの近傍に表示された矢印に
よつて示されているように回転運動と変換運動を
なさしめられる。すすの長い流れを与える細長い
リボン・バーナーを第１図に示されている実質的
な同心状のバーナーのかわりに用いてもよく、そ
うすれば出発部材１２は回転運動をなさしめられ
るだけでよいことを理解すべきである。さらに、
そのような回転運動だけでよいようにするために
は、複数のバーナー１４を一列をなして用いても
よい。 段階屈折率（step−index）型光導波管を形成
するためには、第２図に示されているように、第
１の被覆１０の外側周囲面上にガラスすすの第２
の被覆２６を添着しうる。勾配屈折率（gradient
−index）型繊維を形成するためには、出発部材
にガラスすすの複数の層が添着され、各層は米国
特許第3823995号に教示されているように漸次低
くなる屈折率を有する。 公知の方法によれば、被覆２６の屈折率は、火
炎１６内で生成されるすすの組成を変えることに
よつて被覆１０の屈折率よりも低くなされる。こ
のことは火炎中に導入される添加物質（以下ドー
パント物質と呼ぶ）の濃度または種類を変えるこ
とによつてあるいはそのドーパント物質を省略す
ることによつて達成される。支持部材２０は被覆
２６の均一な沈積を与えるために、再度回転運動
と変換運動とをなさしめられ、第１の被覆１０と
第２の被覆２６とを含む複合構造体が光導波管プ
レフオーム３０を構成する。 ガラスよりなる出発部材１２はきゆうきよく的
には除去されるものであるから、この出発部材１
２の材料は、被覆１０の材料と両立しうる組成と
膨張係数を有しているものでさえあればよい。適
当な材料としては、被覆１０の材料と類似した組
成を有する通常のガラスを用いうるが、それの純
度は高くある必要はない。出発部材の材料は、通
常のまたは効果的な光伝播のために不適当なもの
とならない程度に過剰な不純物または捕捉ガスの
レベルを有する通常に製造されたガラスでありう
る。また、出発部材はグラフアイト、低膨張ガラ
ス等で形成されてもよい。 光導波管を製造する場合には、その導波管の芯
と外被は、最小光減衰特性を有するガラスで製造
されるべきであり、任意の光学質品ガラスが使用
されうるが、融合シリカが特に適したガラスであ
る。構造上および他の実際的な観点から、芯ガラ
スと外被ガラスは同様の物理的特性を有すること
が望ましい。芯ガラスは適切な動作のために外被
よりも高い屈折率を有していなければならないか
ら、その芯ガラスは、外被に対して用いられるガ
ラスと同じ種類のガラスで形成されかつそれの屈
折率を若干増大せしめるために少量の他の物質を
添加（ドープ）されることが望ましい。例えば、
外被ガラスとして純粋な融合ガラスが用いられる
場合には、芯ガラスはそれの屈折率を増大するた
めの材料をドープされた融合シリカで形成されう
る。 ドーパント物質のみとしてあるいは互いに組合
せて満足に用いられうる適当な物質はたくさんあ
る。それらの物質としては、酸化チタン、酸化タ
ンタル、酸化ジルコン、酸化アルミニウム、酸化
ランタン、酸化リン、酸化ゲルマニウム等がある
が、これらに限定されるものではない。光導波管
は、前記酸化物のうちの１つまたはそれ以上から
芯を形成し、それよりも低い屈折率を有する１ま
たはそれ以上の物質で外被を形成することによつ
ても製造されうる。例えば、純粋な酸化ゲルマニ
ウムで形成された芯を、融合シリカと酸化ゲルマ
ニウムとよりなる外被層で包囲しうる。 火炎加水分解法によれば、散乱および不純物吸
収に基因する損失が極めて小さいガラスが形成さ
れることになる。この方法によつて製造された光
導波管は1060nmにおける全体の損失が1.1dB／Km
程度に小さいものであつた。しかしながら、光導
波管がこのような高い光学品質を有するガラスで
形成された場合でも、波長スペクトルのある領域
における光減衰が、そのような領域において光を
伝播させるためにその導波管を使用できなくする
程度に大きくなりうる。例えば、SiO₂81重量
％、GeO₂16重量％およびB₂O₃3重量％よりなる
芯と、SiO₂86重量％およびB₂O₃14重量％よりな
る外被とを有する光導波管が火炎加水分解法によ
つて作られ、それから水分を除去することは行な
われなかつたとする。この光導波管の減衰曲線３
６が第３図に示されている。700〜1100nm領域に
おける減衰が大きすぎてその領域内のほとんどの
波長を有する光信号を伝播せしめるためにこの導
波管を用いることができなくしている原因は水分
にある。950nmにおいては、その減衰は約
80dB／Kmであつた。このようなガラス製光導波
管を形成する種々の酸化物は（特にSiO₂は）水
分に対する親和性が強い。しかしながら、このよ
うなガラス製光導波管が完全に形成された後に
は、それの内側の光伝播部分には水分は近づけな
い。これらのガラスが水分を吸収する傾向を有す
るということは、水分のないガラス製光導波管に
とつてはそれらが形成された後には阻害要因とは
ならない。なぜならば、光エネルギーのほとんど
が芯の中およびそのまわりで伝播され、外表面上
に水分が存在していても、そのことはそのような
エネルギーの伝播に対しては無視しうる程度の影
響しか及ぼさないからである。しかしながら、火
炎加水分解によつて光導波管を形成する場合に
は、その火炎によつて生成された残留水分が、火
炎加水分解によつて形成された導波管の部分の全
体にわたつて現われる。また、すすは非常に顕著
な多孔質を有するものであるから焼結工程に先立
つて空気中で取扱われているあいだにそのすすが
水分を容易に吸収してしまう。 出発部材は、すすプレフオームの一端にガス誘
導管が固定されうるようにそのプレフオームから
除去される。このことはハンドルをプレフオーム
から引張りながらそのプレフオームを固着するだ
けで達成されうる。プレフオーム３０は第４図に
示されているように管状の支持体５０から吊り下
げられる。２本のプラチナ・ワイヤ（それらのう
ちワイヤ５２だけが図示されている）が孔５４の
両側においてプレフオーム３０を貫通して突出し
ておりかつそれらのワイヤはフランジ５６の直上
において支持体５０に固着されている。ガス誘導
管５８の端部は管状の支持体５０から突出してプ
レフオーム３０の隣接端に突入している。プレフ
オームは、焼結用炉６０中に徐々に挿入されて焼
結せしめられる。この場合、プレフオームは前述
の米国特許第3933454号に記載されている技術で
あるところの勾配焼結に附され、それによつてプ
レフオームの底部先端が最初に焼結しはじめ、そ
の焼結はプレフオーム中を上方に進行し、管状の
支持体５０に隣接したそのプレフオームの端部に
到達するまで継続するようになすことが好まし
い。 本発明によれば、光導波管プレフオームは、焼
結工程時に高純度乾燥剤にさらされることにより
乾燥される。乾燥剤の純度は、その乾燥剤がプレ
フオームに接触する前に焼結用炉の耐火壁に接触
しないようにすることによつて維持される。乾燥
剤の純度を維持するための好ましい方法はその乾
燥剤を含む雰囲気の流れをプレフオームの中心に
流入せしめ、多孔質のプレフオーム壁を通過せし
め、そしてそのプレフオームの外表面に流出せし
めることを含む。その結果生じたガスはヘリウ
ム、酸素、アルゴン、ネオンまたはそれらの混合
物のようなガスによつて前述した素材から放逐さ
れる。従つて、乾燥剤は炉マツフルからプレフオ
ームに不純物を運ぶことはできない。従つて、こ
の方法によれば、本質的に水分がなく、950nmに
おいて低損失を示し、かつ他の波長においても低
損失を示す光導波管繊維が得られる。使用しうる
乾燥剤の例としては、Cl₂、SiCl₄、GeCl₄、
BCl₃、HCl、POCl₃、PCl₃、TiCl₄およびAlCl₃が
ある。臭素やヨウ素のような他のハロゲンの化合
物も効果的であるはずである。乾燥工程に関する
かぎりにおいては、どのような乾燥剤を用いるか
は重要なことではない。しかしながら、乾燥剤を
選択するに当つては、屈折率や熱膨張係数等のよ
うなプレフオーム特性を考慮しなければならな
い。第４図に示されている型式の１つの実施例に
おいては、乾燥剤は、ガラスと、テフロンと最少
限の量のステンレススチールのみからなる系統に
よつてすすプレフオームの中心に送られ、かつそ
の乾燥剤はプレフオームに接触する前に実質的に
汚染を受けないように維持された。 焼結温度はガラスすすの組成に依存してきまる
が、シリカ含有量の多いすすの場合は1250〜1700
℃の範囲である。それは時間にも依存し、1250℃
での焼結の場合には非常に長い時間を要する。シ
リカ含有量の多いすすの場合の好ましい焼結温度
は1350℃と1450℃との間である。他のガラスはそ
れよりも低い温度で焼結されることができ、例え
ば、純粋なゲルマニアは900℃で合体する。 もう一度第４図を参照すると、炉６０の垂直前
壁は、それの相対深さが図示されたものよりも大
きいことを示すために破断されている。この図に
おいて、流量調整器は円で囲まれた文字Ｒによつ
て示されており、流量計は矩形で囲まれた文字Ｆ
で示されている。酸素供給源６２とヘリウム供給
源６４は炉６０の底部におけるオリフイス６６に
連結されている。波形の矢印６８はオリフイスか
らのフラツシングガスの流れを示している。ヘリ
ウム供給源７２と酸素供給源７４がそれぞれ
SiCl₄とGeCl₄の容器に連結されているので、管７
６内には、ヘリウム、酸素、SiCl₄およびGeCl₄が
存在する。附加的なヘリウムが管７８によつて管
７６に結合されている。 第４図の雰囲気焼結系統は、合体用炉とプレフ
オームに適切なガスと蒸気の混合物を与えるため
に用いられうる多数の系統を表わしているにすぎ
ない。フラツシングガスは炉６０の頂部から底部
に流動せしめられる。フラツシングガスが炉６０
の底部に流入せしめられるようになされた図示の
系統は、ガスが自然に炉内を上方に流動する傾向
があるから、好ましい。所望の乾燥ガス混合物を
与えるためには他の多くの構成を用いることがで
きるのであつて、本発明は第４図に示された構成
に限定されるものではない。所望の乾燥ガス混合
物を管５８に、そして最終的にはプレフオーム３
０に与えさえすればよいのであつて、そのような
混合物を得るためにどのような手段を用いるかは
重要なことではない。 矢印８０で示されているように、プレフオーム
３０は炉６０内に下方に挿入される。挿入速度は
プレフオームの先端をまず最初に焼結せしめ、そ
してその焼結工程が管状の支持体５０に隣接した
プレフオームの端部に到達するまでそのプレフオ
ームを上方に継続するのに十分なだけ遅いことが
好ましい。最大炉温度は、シリカ含有量の多いす
すの場合には1350℃と1450℃との間であることが
好ましいが、ガラスすすの粒子を融合せしめかつ
すすプレフオームを焼結せしめて粒子境界の存在
しない稠密なガラス体となすのに十分なものでな
ければならない。 すすプレフオーム３０が炉６０内に入ると、乾
燥ガスが管５８を通つてプレフオームの孔５４に
流入し、そしてその乾燥ガスは孔５４から矢印８
２によつて示されているようにプレフオームの隙
間に流入しそしてそれらの隙間を通つて流動す
る。すすプレフオームの十分満足しうる乾燥が、
塩素ガスおよびSiCl₄のような公知の乾燥ガスを
用いることによつて実現された。しかしながら、
光導波管繊維となされるべきすすプレフオームの
内部はその屈折率を増大せしめるためのドーパン
トを含有しているので、ドーパント濃度の最も高
いプレフオーム孔にそのような従来の乾燥剤を適
用すると、そのドーパントがプレフオームから除
去せしめられることになる。その結果、光導波管
の中心におけるガラスの屈折率が低下することに
なる。このよういして得られた繊維は光導波管と
して機能するが、特に屈折率漸変型の繊維の場合
には、それのある種の特性が悪影響を受けること
になりうる。従つて、乾燥ガスは、プレフオーム
内で反応すると、前述した除去作用によつて濃度
が低下する傾向のあるドーパント酸化物を生成す
る成分を含んでいることが好ましい。そのような
補償成分の所要量はすすプレフオームの中心にお
けるドーパント酸化物の濃度を含む種々の要因に
依存してきまる。乾燥ガス中に存在する上述のよ
うな補償成分の量が多すぎると、中空のプレフオ
ームの内表面に、ドーパント酸化物に富んだガラ
スの薄い層が形成されうることが認められた。こ
のことは、合体せしめられた素材中の不平衡な応
力に基因して破壊を生ぜしてることになりうる。
さらに、たとえそのような素材から繊維が引き出
されうるとしても、それの中心における屈折率
は、その繊維の中心におけるドーパント酸化物の
濃度が高いために、非常に高くなりうる。従つ
て、各異なる導波管組成ごとに、乾燥ガス中の補
償成分の量は決定されなければならないが、経験
的な手段による決定で満足しうることが認められ
た。未処理繊維から引き出された繊維の場合の
950nmにおける過剰減衰は通常50〜100dB／Kmま
たはそれ以上である。第３図の曲線３８は本発明
の方法によつて製造された最も良好な繊維のうち
の１つについての減衰対波長曲線を示している。
本発明の方法による処理はまた、焼結されたすす
素材の減衰を、630、800、820および1060nmの標
準測定波長のそれぞれにおいて約1dB／Kmだけ減
少せしめることが観察された。従来技術に比して
の本発明のこのような改良点は、第３図の曲線３
８を、米国特許第3933454号の教示に従つて乾燥
されたすすプレフオームで形成された導波管繊維
の損失特性を示す曲線３４と比較することによつ
て理解されうる。第３図の曲線３４は、焼結用炉
内において、乾燥ガスを、本願発明のように多孔
質ガラスプレフオームの孔内に流入させるのでは
なく、プレフオームの周辺に流した場合の減衰特
性を示すものであり、この場合は炉壁に接触して
塩化鉄のような揮発性化合物を生成し、その化合
物がプレフオームに接触してこのプレフオームを
汚染するため、可視スペクトル全域に亘つて減衰
を増大させていることが明らかである。本発明の
乾燥工程は、ガラスの光散乱特性を軽減せしめる
かあるいはすすプレフオームから爾後に除去せし
められる揮発性の化合物を形成することによつて
金属不純物を除去することが明らかである。かく
して、すすプレフオームの実質的な乾燥を与える
ことに加えて、本発明の方法は水分による影響を
受けない波長における減衰をも減少せしめるので
ある。 SiCl₄およびGeCl₄の量が過剰であると、多分プ
レフオームが汚染されることによりあるいは素材
中に常に存在する不純物の酸化状態が変更される
ことにより、繊維の全体の減衰が減少せしめられ
る傾向がある。酸素の量が過剰である場合には
（ヘリウムが不十分である場合には）、素材が種
（シード）の多いものとなる。酸素が不十分であ
ると、不純物の酸化状態が変更されて、繊維の減
衰が増大する。 本発明の方法は、広義においては、ガス状乾燥
剤をすすガラスの隙間を通るように流動せしめ、
それと同時に、プレフオームが焼結せしめられつ
つある炉の壁にその乾燥剤が接触しないようにす
ることを含むものである。第４図の実施例におい
ては、このことは、乾燥ガスをプレフオーム孔の
頂部に流入せしめそしてその乾燥ガスを、炉の底
部に供給されたフラツシングガスの逆流でもつて
放逐することによつて達成される。フラツシング
ガスは焼結用炉の頂部に供給されてもよく、その
場合には、フラツシングガスは乾燥剤と同じ方向
に流れるが、乾燥剤とフラツシングガスとの両方
を除去するための手段が炉の底部に設けられる。
本発明の方法の他の実施例では、炉の底部に乾燥
剤の層流が与えられる。乾燥剤がすすプレフオー
ムに遭遇すると、そのプレフオームと炉壁との間
に流れるガスはその壁に接触したガスがプレフオ
ームに入るのを防止するためのバツフアーとして
作用する。この最後に述べた実施例の変形例にお
いては、垂直壁の近傍において炉の底部に不活性
ガスの「保護流」が導入され、この「保護流」は
炉の耐火材における不純物からのプレフオームの
遮蔽を増大せしめる傾向がある。 次の例に記載されている特定の実施例について
本発明をさらに説明しよう。光導波管の製造に関
するこれらの実施例においては、炉マツフルの内
径は約8.26cm（３1/4インチ）であり、それの長
さは約127cm（50インチ）である。すべての実施
例において、ヘリウム20／minと酸素500ml／
minよりなるフラツシングガス混合物が第４図に
示されているように炉の底部に供給された。 実施例 １ 直径約0.6cm、長さ約50cmの融合石英よりなる
管状の出発部材がハンドルに固着される。液体
SiCl₄、液体GeCl₄およびBCl₃がそれぞれ第１、第
２および第３の容器内で35℃、47℃および20℃に
維持される。乾燥した酸素が第１の容器中に毎分
2000c.c.流量で、そして第２の容器中に毎分200c.c.
の流量でそれぞれ流される。BCl₃が第３の容器
から毎分60c.c.の流量で計り出される。酸素内に捕
捉された蒸気は結合せしめられて、ガス酸素炎を
通過せしめられ、そこでその蒸気が加水分解され
て、GeO₂16重量％、B₂O₃3重量％およびSiO₂81
重量％の組成を有する粒子の定常流を形成する。
その流れは出発部材に向けられ、そして上記組成
の粒子よりなるすす被覆が直径約2.5cmまで適用
される。次に、SiO₂ 86重量％およびB₂O₃ 14重
量％よりなる第２の被覆が、液体GeCl₄に対する
酸素の流れを終了し、かつ第１の容器中の酸素の
流れを毎分2000c.c.に維持しながら第３の容器から
のBCl₃の流れを毎分300c.c.に調節することによつ
て、第１のすす被覆上に適用される。この外被す
すは約５cmの外径が得られるまで適用される。出
発部材がすすプレフオームから引張られ、重量
450ｇ、直径５cm、長さ50cmのすすプレフオーム
が残される。第４図における乾燥ガス管５８が、
約0.6cmの直径を有するプレフオーム孔に挿入さ
れる。そのプレフオームの上端を管状支持体に取
付けるためにプラチナ・ワイヤが用いられる。 乾燥ガスを構成するガスおよび蒸気は次の速度
でプレフオーム孔に流入する。酸素毎分30ml、
SiCl₄蒸気毎分３ml、GeCl₄蒸気毎分3.7ml、ヘリ
ウム毎分1500ml。この混合物はSiCl₄およびGeCl₄
を25℃に維持しかつヘリウムをSiCl₄中に毎分６
mlの流速で、そして酸素をGeCl₄中に毎分30mlの
流速でそれぞれ流動せしめ、さらにヘリウムをバ
イパス管７８を通じて毎分1.5の流速で流動せ
しめることによつて得られる。25℃においては、
SiCl₄の蒸気圧は約240Torrであるから、ヘリウム
が毎分約３mlのSiCl₄蒸気を拾い上げ、そして
GeCl₄の蒸気圧は約85Torrであるから酸素が毎分
3.7mlのGeCl₄蒸気を拾い上げる。 乾燥ガス混合物がプレフオーム孔に流入する場
合、そのプレフオームは毎分約0.5cmの速度で炉
内に下降せしめられ、最大炉温度は約1380℃であ
る。 プレフオームは約90分で完全に焼結される。そ
の結果生成した稠密なガラス体は炉から取り出さ
れて冷却される。その結果得られた構造体が、そ
れの中心孔をつぶしかつそれの外径を減寸せしめ
るために約1800℃の温度で延伸される。その延伸
は125μｍの最終導波管直径に達し、芯直径が約
62μｍとなるまで継続される。630、800、820、
900および1060nmの標準波長における導波管減衰
はそれぞれ8.7、3.4、3.2、2.7および1.6dB／Kmで
ある。950nmにおける水分に基因する過剰吸収は
約17dB／Kmであると推定される。この実施例お
よび第表に挙げられた実施例のうちのあるもの
においては、950nmにおける減衰は820nmおよび
900nmにおける減衰を測定することによつて推定
される。950nmにおける推定減衰は次の式によつ
て決定される。 Ａ₉₅₀＝33（Ａ₉₀₀−Ａ₈₂₀＋1.0） 繊維の中心における屈折率輪郭には、乾燥工程時
に繊維の中心に少し過剰なGeO₂が形成されるが
ために、小さいスパイクが存在している。 実施例１で用いられた特定の乾燥剤は、幾つか
の化学反応の発生によつて光導波管を乾燥する作
用をする。第一に、SiCl₄とGeCl₄は酸素と反応し
て次の式に従つて塩素を形成する。 SiCl₄＋O₂→SiO₂＋2Cl₂ GeCl₄＋O₂→GeO₂＋2Cl₂ これらの反応で形成された塩素は次の反応に従
つてガラスから水塩基を除去する。 ２〓SiOH＋Cl₂〓SiOSi〓＋2HCl＋１／２O₂ ここで〓SiOHはシリコン元素がガラス網の他の
３つの部分に連結されていることを意味する。 実施例２〜９ 実施例２〜９の場合のガス流速および光導波管
減衰が第表に挙げられている。これらの実施例
のそれぞれは、漸変屈折率型繊維が形成される実
施例５および６を除き、実施例と同じ型式の光導
波管を用いる。それら２つの実施例における繊維
は実施例１の導波管と同じ外被および軸線方向組
成を有している。しかしながら、実施例５および
６においては、GeO₂の量が繊維の軸線と外被と
の間で徐々に減少する。また、実施例５および６
は、乾燥ガス混合物を除けば、実施例１に記載さ
れたのと同じすすプレフオーム焼結法を用いる。
第表の実施例11は未処理繊維に関するものであ
る。

【表】 第３図の減衰曲線３８は実施例６に従つて形成
された光導波管に関するものである。 前に示されたように、ゲルマニアをドープされ
た光導波管を乾燥しかつ焼結する場合には、それ
の屈折率輪郭の歪みを防止するために、SiCl₄と
GeCl₄の平衡が必要とされる。例えば、SiCl₄が過
剰であれば、次の反応に従つて、すすプレフオー
ムからGeO₂が除去せしめられる。 SiCl₄＋O₂→SiO₂＋Cl₂ Cl₂＋GeO₂（ガラス）→GeOCl₂ または GeCl₄ あるいは他の揮発性ゲルマニウム生成物 または SiCl₄＋GeO₂（ガラス）→SiO₂（ガラス）＋
GeCl₄ 他方、GeCl₄の量が過剰であれば、GeO₂に富ん
だガラスの薄い層（50〜100μｍの厚さ）が沈積
される。このガラスの薄い層は素材の大部分より
も大きい膨張を有する。素材を冷却すると、この
層は緊張状態となり、応力の不平衡に基因して素
材の破壊を生ずることがおおい。例えば、25℃の
GeCl₄中に酸素を毎分約８mlで流動せしめかつそ
の結果得られた酸素・蒸気混合物を毎分1.5の
ヘリウムと混合することによつて得られたガス・
蒸気混合物をプレフオーム孔に適用することによ
り、焼結時に、幾つかの素材が乾燥された。この
ようにして得られた光導波管素材のうちのほとん
どは、乾燥工程時に、それに大きい応力が加えら
れるがために破壊した。特別な注意を払わなけれ
ば、そのような破壊は80％に近づく。素材が焼結
工程とその素材を延長して繊維にする工程との間
で冷却されなければ、破壊は問題ではないが、そ
のような方法は極めて不都合である。 焼結せしめられた素材に残存している水分の量
はすすプレフオームに最初に存在していた水分の
量の関数である。この変数は、すすプレフオーム
がすす沈積の時点から焼結が完了するまで露呈さ
れる雰囲気の湿度を制御することによつて除去さ
れうる。かくして、管５８からプレフオーム孔５
４に流れる雰囲気に存在する塩素または他の乾燥
剤の量を変えることにより、水分除去の程度が制
御されうる。また、そのような雰囲気中における
ドーパントの量を制御することにより、光導波管
の屈折率輪郭に対する乾燥工程の悪影響が最小限
に抑えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は出発部材にガラスすすの
第１および第２の被覆を添着せしめる態様を示す
概略図、第３図は複数の光導波管繊維の減衰曲線
を示すグラフ、第４図は焼結用炉と焼結雰囲気系
統を示す概略図である。 １０……ガラスすすの被覆、１２……チユーブ
またはロツド、１４……バーナー、１６……火
炎、１８……すすの流れ、２０……支持部材、２
６……第２の被覆、３０……プレフオーム、５０
……管状の支持体、５２……プラチナ・ワイヤ、
５４……孔、５６……フランジ、５８……ガス誘
導管、６０……炉、Ｒ……流量調整器、Ｆ……流
量計、６２，７４……酸素供給源、６４，７２…
…ヘリウム供給源、６６……オリフイス、７６，
７８……管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ガラス製品を形成する方法であつて、ガラス
   粒子の被覆を出発部材上に沈積せしめて多孔質ガ
   ラスプレフオームを形成する工程と、前記出発部
   材を除去して前記多孔質ガラスプレフオーム内に
   孔を形成する工程と、前記多孔質ガラスプレフオ
   ームを炉内に配置する工程と、乾燥剤を含むガス
   流を前記多孔質ガラスプレフオームのガラス粒子
   間の隙間を通じて流動せしめる工程と、前記多孔
   質ガラスプレフオームを、前記ガラス粒子が溶融
   して緻密なガラス体を形成するのに十分な時間の
   あいだその焼結温度範囲内の温度で加熱して焼結
   させる工程とよりなる前記方法において、 前記ガス流を流動せしめる工程が、 前記ガス流を前記孔内に流入せしめて、このガ
   ス流の少なくとも一部を、前記多孔質ガラスプレ
   フオームの中心からこのプレフオームの前記隙間
   を通つてこのプレフオームの外表面まで外方へ流
   動せしめることよりなることを特徴とするガラス
   製品を形成する方法。 ２ 前記ガス流を、前記プレフオームが完全に焼
   結する直前まで流すようにした特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ３ 前記乾燥剤が塩素よりなる特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 ４ 前記ガス流が前記プレフオームの外表面から
   出て来るときにはこのガス流を除去するために前
   記プレフオームの外側表面上にフラツシングガス
   を流す工程をさらに含む特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ５ ガラス製品を形成する方法であつて、ガラス
   粒子の被覆を出発部材上に沈積せしめて多孔質ガ
   ラスプレフオームを形成する工程と、前記出発部
   材を除去して前記多孔質ガラスプレフオーム内に
   孔を形成する工程と、前記多孔質ガラスプレフオ
   ームを炉内に配置する工程と、乾燥剤を含むガス
   流を前記多孔質ガラスプレフオームのガラス粒子
   間の隙間を通じて流動せしめる工程と、前記多孔
   質ガラスプレフオームを、前記ガラス粒子が溶融
   して緻密なガラス体を形成するのに十分な時間の
   あいだその焼結温度範囲内の温度で加熱して焼結
   させる工程とよりなる前記方法において、 前記ガス流を流動せしめる工程が、 前記ガス流を前記孔内に流入せしめて、このガ
   ス流の少なくとも一部を、前記多孔質ガラスプレ
   フオームの中心からこのプレフオームの前記隙間
   を通つてこのプレフオームの外表面まで外方へ流
   動せしめることよりなり、前記ガス流が、前記焼
   結工程時に反応を生じてドープ物質を形成する化
   合物を含むことを特徴とするガラス製品を形成す
   る方法。 ６ 前記ガス流を、前記プレフオームが完全に焼
   結する直前まで流すようにした特許請求の範囲第
   ５項記載の方法。 ７ 前記プレフオームの内側部分がこのプレフオ
   ームの外側部分のすず粒子の屈折率よりも大きい
   値に該内側部分の屈折率を増大せしめる物質をド
   ープされたガラス粒子よりなる特許請求の範囲第
   ５項記載の方法。 ８ 前記沈積工程は、SiO₂と、SiO₂のみの屈折
   率よりも大きい値にガラスすずの粒子の屈折率を
   増大せしめるためのある量のドーパント酸化物と
   よりなる火炎加水分解によつて生成されたガラス
   すすの被覆を前記出発部材上に沈積せしめ、そし
   て該最初の被覆上にそれの屈折率よりも小さい屈
   折率を有するガラスすす粒子よりなる少なくとも
   １つの附加的な被覆を沈積せしめることによりな
   り、前記ガス流は、前記焼結工程時に反応して
   SiO₂を形成する成分と、前記ドーパント酸化物
   を形成すべく反応する成分とよりなり、さらに得
   られた緻密なガラス体を延伸して光フアイバを形
   成する工程をさらに含む特許請求の範囲第７項記
   載の方法。 ９ 前記最初の被覆の屈折率がそれの半径の全体
   にわたつて一定である特許請求の範囲第７項記載
   の方法。 １０ 前記最初の被覆の屈折率が半径の増大とと
   もに減少する特許請求の範囲第７項記載の方法。 １１ 前記ガス流が、前記プレフオームの外表面
   から出て来るときにこのガス流を除去するために
   前記プレフオームの外側表面上にフラツシングガ
   スを流す工程をさらに含む特許請求の範囲第５項
   記載の方法。