JPS6124348B2 - - Google Patents
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- JPS6124348B2 JPS6124348B2 JP51106602A JP10660276A JPS6124348B2 JP S6124348 B2 JPS6124348 B2 JP S6124348B2 JP 51106602 A JP51106602 A JP 51106602A JP 10660276 A JP10660276 A JP 10660276A JP S6124348 B2 JPS6124348 B2 JP S6124348B2
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Description
本発明は光フアイバに関するものである。
1015Hzの近辺で作動する容量の大きい通信装置
が、将来の通信回路数の増加に備えて必要とされ
ている。このような装置は、1015Hzが光の波長ス
ペクトルの範囲に入るので、光学通信装置と呼ば
れている。光導波路は、そのような周波数での最
も将来有望な伝送媒体であり、通常屈折率n1の透
明なコアを、n1より小さな屈折率n2を有する透明
なクラツド材料で取り巻いてなる光フアイバで構
成される。 周囲の屈折率より大きな屈折率を有する透明な
フアイバ構造体中に沿つて光を伝播させることが
でき、かつ比較的短い距離にわたつて光を伝送す
るためにクラツド・フアイバを用いることができ
ることが知られている。そのようなフアイバの光
収集能力の目安である開口数（NA）は次の式で
近似的に表わされうる。 NA＝√2△ (1) ただし、ｎはコアとクラツドの平均屈折率であ
り、△はコアとクラツドの屈折率の差である。従
来の光フアイバでは、△はNAを大きくするため
極めて大きくなされており、従つてそのフアイバ
は光源から発せられる比較的大量の光を集めるこ
とができるのである。 光通信装置で用いられる伝送媒体には厳格な光
学的条件が課せられるがため、従来のガラスフア
イバを使用することはできない。なぜなら散乱及
び不純物による吸収によりその中での減衰が極め
て大きいからである。従つて、光フアイバを作成
するためには非常に純度の高いガラスを製造する
独特の方法を開発しなければならなかつた。光導
波路用ガラスフアイバを製造するために火炎加水
分解法を用いる種々の方法が、米国特許第
3711262号、同第3737292号、同第3737293号およ
び同第3826560号に記載されている。なお、最後
にあげた特許は傾斜屈折率型フアイバの作成に関
するものである。火炎加水分解法の一具体例によ
れば、蒸気状の複数の成分をあらかじめ定められ
た量でガス状媒体に乗せられ、然る後、火炎内で
加水分解せしめられて、あらかじめ定められた組
成のすすを形成する。そのすすは回転する円筒状
出発部材の表面に添着される。すすよりなる第１
の層が沈積せしめられてコア・ガラスを形成した
後、そのすすの組成がクラツド・ガラスを形成す
るように変更される。従来においては、すすは沈
積せしめられながら焼結されるか、あるいは爾後
の処理工程で焼結されていた。出発部材が除去さ
れて後に、得られた円筒状中空引き抜き素材は、
その材料が引き抜くのに充分なだけ低い粘性をも
つようになる温度に加熱され、その中空材料の内
壁がつぶれてしまうまで直径を減少させるように
延伸される。さらに延伸が続けられて所望の寸法
を有する光導波路用フアイバが形成されるまでそ
のフアイバの直径が減小せしめられる。火炎加水
分解法の他の具体例によれば、すすがガラス管の
内面に沈積せしめられ、得られた構造体からフア
イバが引き抜かれる。 △の値は多くの理由から光導波路では比較的小
さい値に維持されている。低損失光導波路のクラ
ツドは、通常シリカの如き高純度ガラスで形成さ
れるのに対し、コアは、これの屈折率をクラツド
の屈折率より大きな値に増大させるのに十分な量
のドープ剤を添加した同じ高純度ガラスで形成さ
れている。火炎加水分解方法によつて形成された
切期の光導波路では、例えば酸化チタン、酸化タ
ンタル等多価金属酸化物がドープ剤として用いら
れた。そのような導波路は、ドープ剤を約15重量
％以下に押えるという固有の問題を有していた。
溶融シリカは、その光の吸収および固有の散乱が
例外的に低いという点で優れた光透過性を有して
いるが、屈折率を増大させるために前記のような
多価金属酸化物ドープ剤を過剰に添加すると、光
の吸収および光の固有の散乱を望ましくない程度
にまで増大することになる。 純粋なゲルマニアも、その光の吸収および固有
の散乱が例外的に低い点で優れた光透過性を有し
ている。さらに、ゲルマニアの屈折率は、ゲルマ
ニアがシリカの屈折率を増大するためのドープ剤
として用いられうるのに十分なだけシリカの屈折
率より大きい。最初はゲルマニアをドープしたシ
リカ・フアイバを作るために火炎加水分解法を用
いる試みがなされたがうまくいかなかつた。なぜ
なら加水分解可能な混合物に供給される四塩化ゲ
ルマニアの量に関係なく、フアイバ中に見られる
ゲルマニアの量は１重量％より少なかつたからで
ある。その場合の燃焼炎温度は、これらの方法で
用いられる1750−1850℃の全炉温度とあいまつ
て、ゲルマニアがガラス化せずに揮発させてしま
うのに十分なだけ高いことが理論づけられてい
る。蒸気圧についてのデータが、そのような理論
を裏付けている。しかし100重量％まで高純度の
ゲルマニアを含むガラスが特開昭49−99709号公
報に記載されている方法によつて製造されうる。
その方法によれば、ゲルマニア含有量の大きなガ
ラスが、酸化物粒子を多孔質ガラス状プリフオー
ム（porous vitreous preform）として沈積さ
せ、その多孔質プリフオームを融合合体（固化）
させて中まで密なすなわち中実の非多孔質物体と
なすことにより火炎加水分解法によつて製法され
うる。その場合の温度は約1600℃を超えてはなら
ず、生成されるガラスの最低固化温度とそれより
も約200℃高い温度との間で変化する範囲内に固
化工程中維持されなければならない。 工程の温度をGeO2の揮発を起す温度より低く
維持することにより、ゲルマニアをドープしたコ
アを有するステツプ・インデクス型光導波路フア
イバを形成しうることができることが認められ
た。しかし、そのようなフアイバの開口数は約
0.2を超えることはできなかつた。なぜなら熱膨
張係数や軟化温度のようなコアとクラツドの特性
に不整合が生じるため、コアに配合できるGeO2
の量が限定されてくるからである。例えば火炎加
水分解法によつて20重量％のGeO2と80重量％の
SiO2とからなるコアを有する光導波路フアイバ
を作る試みについて考えてみる。そのようなコ
ア・ガラスの膨張係数は約19×10-7／℃であるの
に対し、純粋な溶融シリカの熱膨張係数は約６×
10-7／℃であり、コアとクラツドの膨張不整合が
約13×10-7／℃になり、それにより恐らくすすプ
リフオームはすすの固化工程後の冷却時に亀裂を
生ずるであろう。SiO2クラツド・ガラスに13〜
18重量％のB2O3を添加すると、そのクラツド・
ガラスの膨張係数はプリフオームの破壊を避ける
ことができる許容限界内の値まで増大するであろ
う。しかしB2O3をクラツド・ガラスに添加した
結果として、クラツド・ガラスの引き抜き温度
は、約1800℃であるコア・ガラスの引き抜き温度
より50℃〜210℃だけ低くなるであろう。この種
の粘度差がある場合には、フアイバの径を調節す
ることが困難な問題となる。従つて、ゲルマニア
をコアの屈折率増大用ドープ剤として用いた光導
波路フアイバは、比較的限定された△値を有して
いるのである。 このような光導波路フアイバは上述のように△
値が小さいがため、従来の光フアイバよりも開口
数がはるかに小さくなつている。従来の光フアイ
バまたは光パイプの開口数は約0.6程度の大きさ
であつたが、光導波路の開口数は通常約0.15〜
0.2の間であつた。 光導波路は、フアイバの破断の場合の予備を与
えかつ光源から発した光をより多く伝送するため
に、ケーブルまたは束にまとめられることがおお
い。ケーブルにする工程で起きるランダム屈曲
（random bends）による減衰γは次式で与えら
れる。 γ＝ｃ／△（ａ２／△）p (2) ただし、ｃとｐはランダム屈曲の幾何学的形態
とフアイバの屈折率勾配に関連したパラメータで
あり、ａはフアイバのコアの半径である。式(2)を
見ると、歪み損失γはコアの半径を減少させるこ
と、△を増加させること、あるいはフアイバを適
当にパツケージすることによりｐおよびｃを減少
させることによつて低下することがわかる。本発
明は、△を大きくすることによりランダム屈曲に
よるフアイバの損失を小さくする試みから得られ
たものである。式(1)の関係によつても、本発明の
フアイバは増大せしめられた開口数（NA）を示
すであろう。 本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を
克服した経済的で一層容易に作成することのでき
る光導波路フアイバを提供することである。 本発明の他の目的は、大きい開口数を有する光
導波路フアイバを提供することである。 本発明のさらに他の目的は、コアの熱膨張係数
および軟化温度が、コアとクラツドとの屈折率の
差には関係なく、クラツドの熱膨張係数および軟
化温度と両立し得る光導波路を提供することであ
る。 簡単に述べると、本発明によれば、SiO2を主
材とする高純度ガラスよりなり、それの屈折率を
クラツド層の屈折率よりも大きな値に増大せしめ
るのに充分なGeO2とP2O5を含有したコアと、
SiO2を主材としそれにB2O3を少なくとも部分的
に含有したガラスで形成されたクラツド層とから
なる光導波路が得られる。この場合P2O5の量
は、コアガラスの軟化点温度がクラツドガラスの
軟化点温度よりも低くなるのに充分な量となさ
れ、またB2O3の量は、クラツド・ガラスの膨張
係数をコア・ガラスの膨張係数よりも15×10-7／
℃以上低下せしめない量となされている。コアの
陽イオン不純物水準は遷移元素10ppmを超えな
い。 本発明の光導波路は、開口数の大きい導波路を
作ろうとして最近用いられているゲルマニアをド
ープされた導波路を改良したものである。GeO2
−SiO2ガラス系中のGeO2を一部P2O5で置換する
と、実質的に膨張係数を変化させることなく、軟
化温度を低下させる結果になる。得られるガラス
に含有されるP2O5およびGeO2の量によつては、
それと同じ量のSiO2を含量するGeO2−SiO2ガラ
スに比較して屈折率が増大することがしばしばあ
る。これらの特徴は、それによつて従来遭遇して
いた困難を少なくして高NA光導波路フアイバを
作ることができるようになる点で有利である。光
導波路フアイバのコア・ガラス中のGeO2とP2O5
の比を調節することにより、コア・ガラスの軟化
点温度をクラツド・ガラスのそれと両立できるよ
うにすることができる。さらに、本発明の光導波
路は、ゲルマニアをドープされたフアイバの利
点、即ち、強じんで、過度の量の伝導光を吸収す
ることがなく、チタニア含有フアイバの場合のよ
うに延伸後の熱処理を必要としないという利点を
も有している。 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図および第２図は、本発明を象徴的に例示
したものであり、そこに示された素子の大きさや
相対的割合を示そうとするものではないことに注
意すべきである。さらに、本発明は単一モードお
よび多モード導波路の双方を意図していることに
も注意すべきである。本発明はまた一定のあるい
は傾斜した屈折率を有するコアを具備した光導波
路をも意図するものである。 第１図および第２図を参照すると、クラツド層
１２とコア１４を有する光導波路１０が示されて
いる。本発明によれば、クラツド層１２の材料は
比較的高純度のガラスであり、コア１４の材料
は、そのコアの屈折率をクラツド・ガラスのそれ
よりも大きくするのに十分な量のGeO2とP2O5を
含む高純度ガラスである。ある種の光導波路で
は、クラツドが明確な層としては存在せず、その
光学的性質はコアまたは隣接層の特性とは著しく
異なつている。米国特許第3647406号および第
3785718号には、屈折率がコアにおける比較的高
い値からフアイバ表面における低い値まで徐々に
減少していく光導波路がそれぞれ記載されてい
る。従来、光フアイバのクラツドは一定の屈折率
を有する層で構成されているが、そのクラツドは
屈折率が連続的に減少して変化する層であつても
よく、事実そのクラツドは、半径の小さい隣接層
よりも大きい屈折率を有しているがコアよりも小
さい屈折率を有する部分を有していてもよい。こ
の最後に述べた型式のフアイバのいくつかの具体
例が、前記米国特許第3785718号に開示されてい
る。従つて本明細書で用いるクラツドという言葉
は、わずかな量の光しか伝播しないフアイバの外
側領域を意味する。 後に詳述するように、P2O5対GeO2の比はクラ
ツド・ガラスの軟化点温度と両立する難化点温度
を有するコアを与えるように選択される。火炎加
水分解法によつて製造される再延伸用素材のコ
ア・ガラス部分には閉塞されなければならない孔
が存在しているので、コア・ガラスの軟化点温度
は、クラツド・ガラスよりも約50℃まで低いこと
が好ましく、それにより、コア・ガラスがフアイ
バ作成工程時に一層容易に流動して上記孔を閉塞
せしめることになるであろう。 GeO2−SiO2二成分系ガラス中のGeO2の一部を
P2O5で置き換えることによつて得られる別の利
点は、屈折率をP2O5−GeO2−SiO2系の成分重量
％の関数としてプロツトした第３図から明らかに
なる。ゲルマニア珪酸塩ガラス中のGeO2のいく
らかをP2O5で置換すると、P2O5の屈折率がGeO2
の屈折率より低いにもかかわらず、屈折率が増大
した三成分系ガラスが得られるということがはか
らずしも見出された。さらに、そのような置換を
しても膨張係数はほとんど変化しない。第３図か
ら、70重量％より少ないSiO2を含むこれらのガ
ラスは、P2O5がいくらかのGeO2と置換された場
合には、屈折率に認め得る程度の変化を呈するこ
とがわかる。さらに、０〜70重量％の範囲の
SiO2含有量では、存在するP2O5の量が全ドープ
剤（P2O5＋GeO2）量の約40〜60重量％である場合
に、屈折率が最大となることがわかる。 P2O5はGeO2より安価であるから、得られるガ
ラスの屈折率がゲルマニア珪酸塩ガラスと同じで
ある場合でも、ゲルマニア珪酸塩コアガラス中の
いくらかのGeO2をP2O5で置き換えるのが望しい
であろう。例えば、SiO256.4重量％とGeO243.6
重量％からなるガラスの屈折率は約1.5である。
SiO256.4重量％、GeO27.4重量％およびP2O536.2
重量％からなるガラスの屈折率も約1.5である
が、後者のガラスのほうが、ほとんどのGeO2が
P2O5で置換されているがために、前者よりはる
かに安価である。 表は、GeO2−SiO2−P2O5系ガラスの種々の
性質と、GeO2−SiO2系の性質とを比較したもの
であつて、SiO2重量％は両ガラス系で同じであ
り、ゲルマニア珪酸塩ガラス中のGeO2をP2O5で
一部置換した結果得られるいくつかの結果がそこ
に示されている。
が、将来の通信回路数の増加に備えて必要とされ
ている。このような装置は、1015Hzが光の波長ス
ペクトルの範囲に入るので、光学通信装置と呼ば
れている。光導波路は、そのような周波数での最
も将来有望な伝送媒体であり、通常屈折率n1の透
明なコアを、n1より小さな屈折率n2を有する透明
なクラツド材料で取り巻いてなる光フアイバで構
成される。 周囲の屈折率より大きな屈折率を有する透明な
フアイバ構造体中に沿つて光を伝播させることが
でき、かつ比較的短い距離にわたつて光を伝送す
るためにクラツド・フアイバを用いることができ
ることが知られている。そのようなフアイバの光
収集能力の目安である開口数（NA）は次の式で
近似的に表わされうる。 NA＝√2△ (1) ただし、ｎはコアとクラツドの平均屈折率であ
り、△はコアとクラツドの屈折率の差である。従
来の光フアイバでは、△はNAを大きくするため
極めて大きくなされており、従つてそのフアイバ
は光源から発せられる比較的大量の光を集めるこ
とができるのである。 光通信装置で用いられる伝送媒体には厳格な光
学的条件が課せられるがため、従来のガラスフア
イバを使用することはできない。なぜなら散乱及
び不純物による吸収によりその中での減衰が極め
て大きいからである。従つて、光フアイバを作成
するためには非常に純度の高いガラスを製造する
独特の方法を開発しなければならなかつた。光導
波路用ガラスフアイバを製造するために火炎加水
分解法を用いる種々の方法が、米国特許第
3711262号、同第3737292号、同第3737293号およ
び同第3826560号に記載されている。なお、最後
にあげた特許は傾斜屈折率型フアイバの作成に関
するものである。火炎加水分解法の一具体例によ
れば、蒸気状の複数の成分をあらかじめ定められ
た量でガス状媒体に乗せられ、然る後、火炎内で
加水分解せしめられて、あらかじめ定められた組
成のすすを形成する。そのすすは回転する円筒状
出発部材の表面に添着される。すすよりなる第１
の層が沈積せしめられてコア・ガラスを形成した
後、そのすすの組成がクラツド・ガラスを形成す
るように変更される。従来においては、すすは沈
積せしめられながら焼結されるか、あるいは爾後
の処理工程で焼結されていた。出発部材が除去さ
れて後に、得られた円筒状中空引き抜き素材は、
その材料が引き抜くのに充分なだけ低い粘性をも
つようになる温度に加熱され、その中空材料の内
壁がつぶれてしまうまで直径を減少させるように
延伸される。さらに延伸が続けられて所望の寸法
を有する光導波路用フアイバが形成されるまでそ
のフアイバの直径が減小せしめられる。火炎加水
分解法の他の具体例によれば、すすがガラス管の
内面に沈積せしめられ、得られた構造体からフア
イバが引き抜かれる。 △の値は多くの理由から光導波路では比較的小
さい値に維持されている。低損失光導波路のクラ
ツドは、通常シリカの如き高純度ガラスで形成さ
れるのに対し、コアは、これの屈折率をクラツド
の屈折率より大きな値に増大させるのに十分な量
のドープ剤を添加した同じ高純度ガラスで形成さ
れている。火炎加水分解方法によつて形成された
切期の光導波路では、例えば酸化チタン、酸化タ
ンタル等多価金属酸化物がドープ剤として用いら
れた。そのような導波路は、ドープ剤を約15重量
％以下に押えるという固有の問題を有していた。
溶融シリカは、その光の吸収および固有の散乱が
例外的に低いという点で優れた光透過性を有して
いるが、屈折率を増大させるために前記のような
多価金属酸化物ドープ剤を過剰に添加すると、光
の吸収および光の固有の散乱を望ましくない程度
にまで増大することになる。 純粋なゲルマニアも、その光の吸収および固有
の散乱が例外的に低い点で優れた光透過性を有し
ている。さらに、ゲルマニアの屈折率は、ゲルマ
ニアがシリカの屈折率を増大するためのドープ剤
として用いられうるのに十分なだけシリカの屈折
率より大きい。最初はゲルマニアをドープしたシ
リカ・フアイバを作るために火炎加水分解法を用
いる試みがなされたがうまくいかなかつた。なぜ
なら加水分解可能な混合物に供給される四塩化ゲ
ルマニアの量に関係なく、フアイバ中に見られる
ゲルマニアの量は１重量％より少なかつたからで
ある。その場合の燃焼炎温度は、これらの方法で
用いられる1750−1850℃の全炉温度とあいまつ
て、ゲルマニアがガラス化せずに揮発させてしま
うのに十分なだけ高いことが理論づけられてい
る。蒸気圧についてのデータが、そのような理論
を裏付けている。しかし100重量％まで高純度の
ゲルマニアを含むガラスが特開昭49−99709号公
報に記載されている方法によつて製造されうる。
その方法によれば、ゲルマニア含有量の大きなガ
ラスが、酸化物粒子を多孔質ガラス状プリフオー
ム（porous vitreous preform）として沈積さ
せ、その多孔質プリフオームを融合合体（固化）
させて中まで密なすなわち中実の非多孔質物体と
なすことにより火炎加水分解法によつて製法され
うる。その場合の温度は約1600℃を超えてはなら
ず、生成されるガラスの最低固化温度とそれより
も約200℃高い温度との間で変化する範囲内に固
化工程中維持されなければならない。 工程の温度をGeO2の揮発を起す温度より低く
維持することにより、ゲルマニアをドープしたコ
アを有するステツプ・インデクス型光導波路フア
イバを形成しうることができることが認められ
た。しかし、そのようなフアイバの開口数は約
0.2を超えることはできなかつた。なぜなら熱膨
張係数や軟化温度のようなコアとクラツドの特性
に不整合が生じるため、コアに配合できるGeO2
の量が限定されてくるからである。例えば火炎加
水分解法によつて20重量％のGeO2と80重量％の
SiO2とからなるコアを有する光導波路フアイバ
を作る試みについて考えてみる。そのようなコ
ア・ガラスの膨張係数は約19×10-7／℃であるの
に対し、純粋な溶融シリカの熱膨張係数は約６×
10-7／℃であり、コアとクラツドの膨張不整合が
約13×10-7／℃になり、それにより恐らくすすプ
リフオームはすすの固化工程後の冷却時に亀裂を
生ずるであろう。SiO2クラツド・ガラスに13〜
18重量％のB2O3を添加すると、そのクラツド・
ガラスの膨張係数はプリフオームの破壊を避ける
ことができる許容限界内の値まで増大するであろ
う。しかしB2O3をクラツド・ガラスに添加した
結果として、クラツド・ガラスの引き抜き温度
は、約1800℃であるコア・ガラスの引き抜き温度
より50℃〜210℃だけ低くなるであろう。この種
の粘度差がある場合には、フアイバの径を調節す
ることが困難な問題となる。従つて、ゲルマニア
をコアの屈折率増大用ドープ剤として用いた光導
波路フアイバは、比較的限定された△値を有して
いるのである。 このような光導波路フアイバは上述のように△
値が小さいがため、従来の光フアイバよりも開口
数がはるかに小さくなつている。従来の光フアイ
バまたは光パイプの開口数は約0.6程度の大きさ
であつたが、光導波路の開口数は通常約0.15〜
0.2の間であつた。 光導波路は、フアイバの破断の場合の予備を与
えかつ光源から発した光をより多く伝送するため
に、ケーブルまたは束にまとめられることがおお
い。ケーブルにする工程で起きるランダム屈曲
（random bends）による減衰γは次式で与えら
れる。 γ＝ｃ／△（ａ２／△）p (2) ただし、ｃとｐはランダム屈曲の幾何学的形態
とフアイバの屈折率勾配に関連したパラメータで
あり、ａはフアイバのコアの半径である。式(2)を
見ると、歪み損失γはコアの半径を減少させるこ
と、△を増加させること、あるいはフアイバを適
当にパツケージすることによりｐおよびｃを減少
させることによつて低下することがわかる。本発
明は、△を大きくすることによりランダム屈曲に
よるフアイバの損失を小さくする試みから得られ
たものである。式(1)の関係によつても、本発明の
フアイバは増大せしめられた開口数（NA）を示
すであろう。 本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を
克服した経済的で一層容易に作成することのでき
る光導波路フアイバを提供することである。 本発明の他の目的は、大きい開口数を有する光
導波路フアイバを提供することである。 本発明のさらに他の目的は、コアの熱膨張係数
および軟化温度が、コアとクラツドとの屈折率の
差には関係なく、クラツドの熱膨張係数および軟
化温度と両立し得る光導波路を提供することであ
る。 簡単に述べると、本発明によれば、SiO2を主
材とする高純度ガラスよりなり、それの屈折率を
クラツド層の屈折率よりも大きな値に増大せしめ
るのに充分なGeO2とP2O5を含有したコアと、
SiO2を主材としそれにB2O3を少なくとも部分的
に含有したガラスで形成されたクラツド層とから
なる光導波路が得られる。この場合P2O5の量
は、コアガラスの軟化点温度がクラツドガラスの
軟化点温度よりも低くなるのに充分な量となさ
れ、またB2O3の量は、クラツド・ガラスの膨張
係数をコア・ガラスの膨張係数よりも15×10-7／
℃以上低下せしめない量となされている。コアの
陽イオン不純物水準は遷移元素10ppmを超えな
い。 本発明の光導波路は、開口数の大きい導波路を
作ろうとして最近用いられているゲルマニアをド
ープされた導波路を改良したものである。GeO2
−SiO2ガラス系中のGeO2を一部P2O5で置換する
と、実質的に膨張係数を変化させることなく、軟
化温度を低下させる結果になる。得られるガラス
に含有されるP2O5およびGeO2の量によつては、
それと同じ量のSiO2を含量するGeO2−SiO2ガラ
スに比較して屈折率が増大することがしばしばあ
る。これらの特徴は、それによつて従来遭遇して
いた困難を少なくして高NA光導波路フアイバを
作ることができるようになる点で有利である。光
導波路フアイバのコア・ガラス中のGeO2とP2O5
の比を調節することにより、コア・ガラスの軟化
点温度をクラツド・ガラスのそれと両立できるよ
うにすることができる。さらに、本発明の光導波
路は、ゲルマニアをドープされたフアイバの利
点、即ち、強じんで、過度の量の伝導光を吸収す
ることがなく、チタニア含有フアイバの場合のよ
うに延伸後の熱処理を必要としないという利点を
も有している。 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図および第２図は、本発明を象徴的に例示
したものであり、そこに示された素子の大きさや
相対的割合を示そうとするものではないことに注
意すべきである。さらに、本発明は単一モードお
よび多モード導波路の双方を意図していることに
も注意すべきである。本発明はまた一定のあるい
は傾斜した屈折率を有するコアを具備した光導波
路をも意図するものである。 第１図および第２図を参照すると、クラツド層
１２とコア１４を有する光導波路１０が示されて
いる。本発明によれば、クラツド層１２の材料は
比較的高純度のガラスであり、コア１４の材料
は、そのコアの屈折率をクラツド・ガラスのそれ
よりも大きくするのに十分な量のGeO2とP2O5を
含む高純度ガラスである。ある種の光導波路で
は、クラツドが明確な層としては存在せず、その
光学的性質はコアまたは隣接層の特性とは著しく
異なつている。米国特許第3647406号および第
3785718号には、屈折率がコアにおける比較的高
い値からフアイバ表面における低い値まで徐々に
減少していく光導波路がそれぞれ記載されてい
る。従来、光フアイバのクラツドは一定の屈折率
を有する層で構成されているが、そのクラツドは
屈折率が連続的に減少して変化する層であつても
よく、事実そのクラツドは、半径の小さい隣接層
よりも大きい屈折率を有しているがコアよりも小
さい屈折率を有する部分を有していてもよい。こ
の最後に述べた型式のフアイバのいくつかの具体
例が、前記米国特許第3785718号に開示されてい
る。従つて本明細書で用いるクラツドという言葉
は、わずかな量の光しか伝播しないフアイバの外
側領域を意味する。 後に詳述するように、P2O5対GeO2の比はクラ
ツド・ガラスの軟化点温度と両立する難化点温度
を有するコアを与えるように選択される。火炎加
水分解法によつて製造される再延伸用素材のコ
ア・ガラス部分には閉塞されなければならない孔
が存在しているので、コア・ガラスの軟化点温度
は、クラツド・ガラスよりも約50℃まで低いこと
が好ましく、それにより、コア・ガラスがフアイ
バ作成工程時に一層容易に流動して上記孔を閉塞
せしめることになるであろう。 GeO2−SiO2二成分系ガラス中のGeO2の一部を
P2O5で置き換えることによつて得られる別の利
点は、屈折率をP2O5−GeO2−SiO2系の成分重量
％の関数としてプロツトした第３図から明らかに
なる。ゲルマニア珪酸塩ガラス中のGeO2のいく
らかをP2O5で置換すると、P2O5の屈折率がGeO2
の屈折率より低いにもかかわらず、屈折率が増大
した三成分系ガラスが得られるということがはか
らずしも見出された。さらに、そのような置換を
しても膨張係数はほとんど変化しない。第３図か
ら、70重量％より少ないSiO2を含むこれらのガ
ラスは、P2O5がいくらかのGeO2と置換された場
合には、屈折率に認め得る程度の変化を呈するこ
とがわかる。さらに、０〜70重量％の範囲の
SiO2含有量では、存在するP2O5の量が全ドープ
剤（P2O5＋GeO2）量の約40〜60重量％である場合
に、屈折率が最大となることがわかる。 P2O5はGeO2より安価であるから、得られるガ
ラスの屈折率がゲルマニア珪酸塩ガラスと同じで
ある場合でも、ゲルマニア珪酸塩コアガラス中の
いくらかのGeO2をP2O5で置き換えるのが望しい
であろう。例えば、SiO256.4重量％とGeO243.6
重量％からなるガラスの屈折率は約1.5である。
SiO256.4重量％、GeO27.4重量％およびP2O536.2
重量％からなるガラスの屈折率も約1.5である
が、後者のガラスのほうが、ほとんどのGeO2が
P2O5で置換されているがために、前者よりはる
かに安価である。 表は、GeO2−SiO2−P2O5系ガラスの種々の
性質と、GeO2−SiO2系の性質とを比較したもの
であつて、SiO2重量％は両ガラス系で同じであ
り、ゲルマニア珪酸塩ガラス中のGeO2をP2O5で
一部置換した結果得られるいくつかの結果がそこ
に示されている。
【表】
【表】
表に記載された組成物は、次の二つの方法に
より作成された。ガラスAA〜BE、BMおよびBN
は従来の溶融法を用いて作成された。秤量したバ
ツチを、500c.c.白金ルツボに入れて６〜10時間電
気炉内において1650℃で混合しかつ溶融した。溶
融後、ガラスをルツボ中で３〜４時間徐冷温度で
徐冷し、炉の冷却速度で室温まで冷却した。次に
ガラス試料をそのルツボから中心部を切り取り、
それから粘度および膨張測定用の試料を作製し
た。 80重量％を超えるSiO2を含むガラスBF〜BL
は、火炎加水分解法により調製し、三塩化燐、四
塩化ゲルマニウムおよび四塩化珪素をそれぞれ
P2O5、GeO2およびSiO2の原料として用いた。す
すよりなる素材を固化した後、種々の性質を調べ
るため試料を切り取り、研摩した。 GeO2−SiO2ガラス中のGeO2をP2O5で置換した
ことによる屈折率に対する影響を評価するため、
同じ量のSiO2を含むGeO2−SiO2系の対応するガ
ラスの屈折率n′を表に掲載する。P2O5の置換
による屈折率の変化は△ｎとして表示されてい
る。屈折率の測定はナトリウムＤ−線で行なわれ
た。 すべてのゲルマニア含有ガラスに対し△ｎは正
であることはわかる。P2O5ガラスの屈折率は
GeO2ガラスより低いので、△ｎが正の値である
ことはその増加が単に二つの物質の理想的混合に
よるものでないことを示している。屈折率のこの
増加はGe原子のいくつかの配位数が４から６へ
変化することによると思われる。五酸化燐は弱い
フアン・デル・ワールス（van der walls）力に
よつて一緒に結合されたP4O10分子の形で存在す
る。P4O10分子は中心に燐原子をもつ四つの同じ
四面体から構成されている。これらの四面体は、
各四面体中一つの非架橋酸素が存在するように相
互に結合されている。これらの非架橋酸素原子が
ゲルマニウム原子の配位数の変化を生じ、それに
よつてガラスの屈折率を増加するものと仮定され
ている。 純粋SiO2ガラス、GeO2ガラスおよびP2O5ガラ
スの屈折率は、表に示すごとくそれぞれ
1.458、1.608および1.507である。AAからACのガ
ラスのごとくSiO2を含まない表のこれら二成
分系ガラス屈折率は、上述の理論を裏付けるよう
に、P2O5ガラスおよびGeO2ガラスのいずれより
もかなり大きい。これらのガラスの△ｎの値は
P2O5の含有量の増加とともに増大することがわ
かる。 一般に、ガラスBEからBIまでによつて証明さ
れるように、△ｎはSiO2含有量が増大するにつ
れて減少する。これは、配位数の変化に寄与する
ゲルマニウム原子の数が少なくなることによるの
であろう。このように△ｎの変化はこれらの
SiO2含有量の大きいガラスでは少ないが、GeO2
含有ガラスではそれが負になることはない。
P2O5−SiO2ガラスすなわちAY、AZおよびBBの
屈折率は対応するGeO2−SiO2ガラスより低い
が、GeO2−SiO2ガラスにP2O5を添加すると、
GeO2濃度が低くてもそれらの屈折率は増加す
る。 熱膨張測定は、差動膨張計を用いて、一般に
600℃／時の加熱速度で行なわれた。熱膨張係数
は25−300℃の範囲につき計算された。表に示
されている各三成分系ガラスの膨張係数を測定
し、同じ量のSiO2を含むGeO2−SiO2系の対応す
るガラスと比較した。そのような比較のそれぞれ
の場合における膨張係数の変化は±５×10-7より
小さく、この変化は実験誤差より小さいことがわ
かつた。従つて、GeO2−SiO2ガラス系のGeO2を
P2O5で置換することによつては、膨張係数には
認め得る程度変化は生じない。 表には、ガラスの粘度が107.6ポアズになる
温度である軟化点温度も示されている。GeO2を
一部P2O5で置換すると、対応するGeO2−SiO2ガ
ラスの軟化点温度よりも低い軟化点温度をもたら
すことがわかる。また、表には、ガラスの粘度
が1013ポアズになる温度である徐冷温度も示され
ている。徐冷温度はガラス中のP2O5が増大する
につれて上昇し、軟化温度に対するP2O5の添加
によつて惹起される効果と逆の効果が生ずる。い
くつかのGe原子の配位数が４から６へ変化する
ことにより、ガラスは徐冷域における一層低い温
度で固い構造をとることが可能である。軟化温度
範囲中高い方の温度ではこれらの結合は切れ、そ
れによつて一層低い粘度を与える結果になる。フ
アイバは軟化点温度での粘度に近い粘度で引き抜
かれるのであるから、軟化点温度は重要である。
コア・ガラスとクラツド・ガラスの軟化点温度が
よく合つていれば、一層容易にフアイバを引き抜
くことができ、その場合、引き抜き温度では、コ
ア・ガラスがクラツド・ガラスより約１〜４倍低
い粘度を有するのが好ましい。 GeO2−SiO2−P2O5系のガラスは上述のような
性質を有しているので、そのようなガラスを用い
た光導波路は、従来の光導波路よりも一層容易に
形成することができ、かつより大きな開口数を有
する。一般に、クラツドは、シリカあるいはシリ
カ含有ガラスのような高純度光学ガラスで形成さ
れうる。コア・ガラスは、所望のNAを得るため
に必要な屈折率を与えるのに十分な量のGeO2お
よびP2O5を含む高純度光学ガラスである。GeO2
とP2O5の相対的量は、コアの軟化温度がクラツ
ドのそれと両立し得るように選定される。過度の
光減衰を避けるために、本発明による光導波路の
コア・ガラスは、その陽イオン不純物濃度が遷移
元素10ppmを超えないものでなければならない
ことが判明している。好ましいクラツド材料とし
ては、クラツドの膨張係数をコアのそれと両立し
得るものにするのに十分な量のB2O5を含む珪酸
塩ガラスがある。コアの膨張係数はクラツドのそ
れと同じであつてもよい。なお、得られる光導波
路フアイバを強くする圧縮力をクラツドに生ぜし
めるために、コアの膨張係数は約５×10-7／℃ま
でだけクラツドの膨張係数より大きいことが好ま
しいが、約15×10-7／℃だけクラツドの膨張係数
より大きくても許容されうる。 本発明による光導波路フアイバを設計するため
に、必要なフアイバのNAをまず決定する。用い
るべきクラツド材料の種類がわかればクラツドの
屈折率n2がわかる。例えばもしクラツド材料が
B2O3をドープしたSiO2であるならば、n2はシリ
カの屈折率1458とすることができる。公知の関係
式 を用いて、コアの屈折率n1を決定する。GeO2と
P2O5の全ドープ剤濃度を第３図から決定するこ
とができる。例えばn1が1.48であると決定されれ
ば、コア・ガラスは約74重量％のSiO2と約26重
量％のGeO2＋P2O5を含んでいることになる。 GeO2−SiO2ガラスの膨張は、同じシリカ含有
量のGeO2−SiO2−P2O5ガラスと実質的に同じで
あるから、第４図はクラツドの膨張係数がコアと
適合するようにクラツド・ガラス中に存在しなけ
ればならないB2O3の量を決定するのに用いるこ
とができる。例えば約30重量％のドープ剤材料
（GeO2＋P2O5）を含有するコア・ガラスは、21重
量％のB2O3と79重量％のSiO2からなるクラツ
ド・ガラスに相当する約25×10-7／℃の膨張係数
を有する。コアの膨張係数はクラツドのそれより
約15×10-7／℃まで大きくてもよいので、クラツ
ド・ガラスは約４×21重量％のB2O3を含んでい
てもよく、それによつて10〜25×10-7／℃の膨張
係数が得られる。 クラツド・ガラスの軟化点温度は第５図の曲線
６０から決定される。曲線６２によつて示されて
いるように、ゲルマニア珪酸塩ガラスの軟化点温
度は高いので、ゲルマニア珪酸塩コア・ガラス
は、フアイバ引き抜き温度では、クラツドより硬
いであろう。しかし、曲線６４はP2O5−SiO2ガ
ラスの軟化点温度がゲルマニア珪酸塩系よりもは
るかに低いことを示している。軟化点温度に関す
る限り、これら二種類の酸化物が一緒に存在する
時、P2O5とGeO2との間の相互作用はないことが
認められた。さらに、曲線６２が直線であるか
ら、三成分系ガラスxP2O5−yGeO2−zSiO2の軟
化温度Ｔtgを計算するには次の関係式を用いるこ
とができる。 Ｔtg＝T1−yS (4) ここでT1は第５図の曲線６４から決定された
二成分系ガラスxP2O5・（ｙ＋ｚ）SiO2の軟化点
温度であり、ＳはGeO2を１％添加したことによ
る二成分系GeO2−SiO2ガラスの軟化温度の低下
であり、曲線６２から4.52と決定されている。上
述したドープ剤の全量（ｘ＋ｙ）は、屈折率n1を
与えるのに必要な量である。試行錯誤法により、
希望する軟化温度が得られるまでｘの異なる値を
定めることができる。軟化点温度についての三成
分系グラフから、温度Ｔtgを直接読み取ることが
でき、それによつてこの試行錯誤法をしなくても
すむことがわかるであろう。 第３図を参照すると、屈折率は、SiO2の濃度
が70重量％を超える場合にはSiO2の含有量に対
して比較的一定である。しかしながら、第３図に
おいてSiO2の含有量が70重量％よりも少ない領
域では屈折率はP2O5またはGeO2の濃度に対して
非線型となる。その領域内におけるコア組成を選
択するためには、コアおよびクラツド・ガラスの
屈折率、膨張および軟化点温度を最適値するため
に試行錯誤法を用いなければならないかも知れな
い。 コアには高純度ガラスを用いなければならない
から、再引き抜き用素材は、前記米国特許第
3711263号、第3737292号、第3737293号および第
3826560号に記載されている火炎加水分解法によ
つて製造される。低損失ガラス光導波路フアイバ
を製造するために従来実施されている方法では、
火炎加水分解バーナーに燃料ガスと酸素または空
気を炎を生ずるように供給し、そのバーナーによ
つてガラスすすの層を円筒状のガラス出発部材上
に沈積せしめる。この場合、そのガラスすすを形
成するために必要な液体成分は、温度を調節した
容器に入れられている。酸素、窒素等のような適
当なガス媒体をその液体に気泡として通し、液体
からの予め定められた量の蒸気をその媒体にずい
伴せしめ、炎に送る。炎に供給される各成分の量
は、液体の温度および液体を通る搬送ガスの流速
によつて決定される。いくつかのガス状成分は直
接炎に供給される。炎内で、それらの成分は酸化
されてガラスのすすを形成し、そのすすが直接出
発部材に向けて送られる。ステツプ・インデクス
型光導波路の場合には、コアを形成するための最
初に添着せしめられたすす層は均一な組成を有す
る。グレーデツド・インデクス型導波路を形成す
るためには、米国特許第3826560号に数示されて
いるように、少なくとも一つ成分の流速を変化さ
せる。第１のすす層が予定された厚さに到達した
後、組成を変化し、導波路のクラツド材料を形成
する第２すす層を沈積させる。第１すす層は第２
すす層を沈積させる前に固化するか、または両す
す層を同時に固化することもできる。GeO2と
P2O5の揮発性から考えて、すす沈積および固化
に関する前記特開昭49−99709号公報に示されて
いるような注意を払うべきである。GeO2とP2O5
を含むどのガラス層も、多孔性ガラス物体として
酸化物粒子を沈積させ、次にこの多孔性すすプリ
フオームを固化して中まで密なすなわち中実の非
多孔性物体にすることにより作るのがよい。炎の
温度およびプリフオームのまわりの雰囲気の温度
は、ガラスをそれが炎から沈積せしめられている
あいだに固化させるのではなくてそのガラスをす
すの形のままの状態にとどめておくのに十分なだ
け低くなければならない。固化温度は約1600℃を
超えてはならず、特定のガラスの最低固化温度と
それよりも約200℃だけ高い温度との間の範囲内
に維持されるべきである。 出発部材を除去し、得られた中空の再延伸素材
を、それの材料の軟化点温度近くの温度まで加熱
して、その材料の粘度を引き抜きに適した低い値
とする。次に再延伸素材を引き抜いてそれの断面
積を小さくし、その中心部の孔を閉塞させる。引
き抜き工程は、所望の断面積が得られるまで続け
られる。本発明が関係する型式の光フアイバは、
一般に約450〜1350nｍの間の波長で有用であ
る。商業的に許容できるためには、この種のフア
イバは800〜900nｍの間での減衰が100dB/Km以下
でなければならない。本発明によるフアイバは
800〜900nｍでの減衰が10dB/Km以下であるか
ら、光通信装置における光伝送媒体として有用で
ある。 本発明の光導波路を設計する一つの特定の例は
次の通りである。用いようとする光源の種類およ
びフアイバが受ける屈曲の種類についての考察に
基づき、特定の開口数を選択する。この例では、
0.24の開口数をフアイバは有していなければなら
ないものと仮定する。またクラツド材料は約
1.458の屈折率を有する硼珪酸塩ガラスであると
仮定する。式(3)からコアの屈折率n1は1.477であ
ることが決定される。 本発明の導波路の主たる利点を例示するため
に、ゲルマニア珪酸塩よりなるコアを有する従来
の導波路を製造する際に遭遇する問題点について
まず考えてみよう。コア・ガラスは、屈折率
1.477の二成分系GeO2−SiO2ガラスを与えるため
には23重量％のGeO2からなるべきであるもので
あることが第６図からわかる。第４図を参照する
と、そのようなガラス膨張係数は約20×10-7／℃
であることがわかる。純粋なSiO2よりなるクラ
ツドは23重量％のGeO2を含むコアと一緒に用い
るべきではない。と言うのは、コアとクラツドと
の間の膨張不整合によりすすプリフオームを壊す
ることなくそれを固化することが困難になるから
である。従つて、ほぼ整合した熱膨張係数を有す
る硼珪酸塩クラツドが選択される。12重量％の
B2O3と88重量％のSiO2からなるクラツド・ガラ
スは、約17×10-7／℃の膨張係数を有することが
第４図からわかる。コアがクラツドより３×
10-7／℃だけ大きい膨張係数を有していれば、そ
のクラツドは圧縮状態になり、それによつて得ら
れるフアイバを強化することになるであろう。コ
ア・ガラスとクラツド・ガラスとのこのような組
合せでは、コアとクラツドの軟化点温度はそれぞ
れ1485℃および1310℃であり、これらの値は第５
図から得られる。コア・ガラスとクラツド・ガラ
スの軟化点温度にこのように175℃という差があ
るため、フアイバ引き抜き工程に問題が生ずる。
コア・ガラスはクラツド・ガラスより軟化点温度
が高いので、再延伸素材中の孔を閉じることがで
きない。このような問題を回避するためには、コ
アは、引き抜き温度においてコアの粘度がクラツ
ドのそれよりも約１〜４倍だけ低くなる程度だけ
クラツドの軟化点温度よりも低い軟化点温度を有
していなければならない。 コアの軟化点温度を低くするために、従来の技
術では、コアにB2O3を添加することが行われて
いた。しかしながら、そのようなB2O3を添加す
ると、コア・ガラスの屈折率を増大させず、熱膨
張係数を増大させることになる。このようにコ
ア・ガラスの熱膨張係数が増大せしめられると、
それに適合させるために、さらに多くのB2O3を
クラツド・ガラスに添加しなければならず、それ
によつて粘度不適合の問題が再び生ずることにな
る。この粘度不適合の問題を解決するためには、
熱膨張係数を増大することなく屈折率を増大し、
粘度を減少することができるコア・ガラス添加物
が必要とされる。 本発明によれば、P2O5がコアのGeO2の一部と
置換され、コアの屈折率を低下せしめることなく
コアの軟化点温度が低下せしめられる。ドープ剤
が０〜30重量％のレベルでは、GeO2およびP2O5
によるSiO2の屈折率の変化は実質的に直線的で
あり、これらのドープ剤の両方に対して大体同じ
である。それがため、もしこの例においてGeO2
のいくらかがP2O5で置換されると、得られるガ
ラスの屈折率は、SiO2含有量が不変である限り
実質的に影響を受けない。従つて、23重量％
GeO2−77重量％SiO2ガラスと実質的に同じ膨張
係数と実質的に同じ屈折率とを有する23重量％
（GeO2＋P2O5）−77重量％SiO2ガラスが存在す
る。許容できる軟化点温度を有する三成分系コ
ア・ガラスを選択するために式(4)に関連して第５
図を用いる場合には、試行錯誤法によることにな
るであろう。例えば、５重量％P2O5−18重量％
GeO2−77重量％SiO2の組成を有するコア・ガラ
スを最初に想定する。第５図の曲線６４から、二
成分系５重量％P2O5−95重量％SiO2ガラスの軟
化点温度は1430℃である。式(3)のySの項は、想
定したコア・ガラスが18重量％のGeO2を含んで
いるから（18×4.52）すなわち81.36℃に等し
い。従つて、想定した三成分系ガラスの軟化点温
度は、式(3)により決定して、1348.64℃である。
想定したコア・ガラスは、クラツドより約38℃だ
け高い軟化点温度を有しているから、それは不満
足なものである。 最初想定した組成におけるものよりも多量の
P2O5を有するコア・ガラスが必要であるから、
10重量％P2O5−13重量％GeO2−77重量％SiO2の
コア組成が満足しうるものであろう。第５図の曲
線６４に関連して式(3)を再び用いると、軟化点温
度は1262℃と決定される。このコア組成の場合に
は、コアの軟化点温度はクラツドのそれより約48
℃だけ低く、この関係は、フアイバ引き抜き時に
再延伸素材中の孔を一層容易に閉塞させうるとい
う点で望ましいものである。また本発明によれ
ば、クラツド・ガラスの膨張係数を増大せしめ
て、コア・ガラスの膨張係数に対して15×10-7／
℃以上低下せしめないために、クラツド・ガラス
の主材料であるSiO2にB2O3が添加される。ま
た、クラツド・ガラスに対するB2O3の添加によ
り、クラツド・ガラスの軟化点温度がコア・ガラ
スの軟化点温度より50℃以上高くならないように
低下せしめられる。なお、クラツド・ガラスは、
その全体に亘つて一様にB2O3を添加せしめる以
外に、例えばクラツド層を２層に形成して、その
一方の層のみにB2O3を含有せしめてもよい。 光導波路フアイバのコア・ガラスおよびクラツ
ド・ガラスは極めて純粋なものであり、かつコア
の陽イオン不純物水準は10ppmを超えないもの
であるから、本発明のフアイバは火炎加水分解法
によつて製造さるべきである。上述のようなある
種の適当な方法によつてコアとクラツドの組成が
決定された後、炎に供給される諸成分の温度およ
び流量のような火炎加水分解装置の種々のパラメ
ータが、公知の態様で決定される。GeO2とP2O5
は揮発性を有するから、実際に沈積せしめられる
これらの酸化物の量は、理論的に計算される量よ
り少なくなる。従つて、これらの酸化物を形成す
る液体組成を通るキヤリア・ガスの流量は経験的
に決定されなければならない。次の実施例は、
種々の型式および組成の導波路が形成される態様
を例示するものである。 実施例 １ 本発明の光導波路を形成する１つの実施例は次
の通りである。コア層とクラツド層を有する素材
を前記米国特許第3737292号に開示されている方
法と同様の方法によつて製造する。32℃の温度の
四塩化ゲルマニウムGeCl4蒸気と、32℃の四塩化
珪素SiCl4の蒸気を、それぞれ0.4／分および2.0
／分の流速の乾燥酸素キヤリア・ガスによつて
火炎加水分解バーナーに送る。また、35℃の三塩
化燐PCl3蒸気を、0.5／分の速度で流れる窒素
によつて火炎加水分解バーナーに送る。さらに、
中性ガスと酸素を、それぞれ８／分と8.5／
分の流速で上記バーナーに送る。このようにし
て、火炎加水分解バーナーからのガラスすすが、
1/4インチ径の硼珪酸塩ガラス出発棒に沈積せし
められる。出発棒を約60rpmで回転させながら、
約１インチ／秒の速度でバーナーに対し直線往復
運動させる。すすが出発棒上に約1.5インチの径
に達するまで沈積せしめられ、このようにして沈
積せしめられたすすはフアイバのコアを構成す
る。GeCl4とPCl3を通るガス流を止め、SiCl4蒸気
を連続して流しながら、BCl3の流れを0.28／分
の速度でバーナーに導入する。フアイバのクラツ
ドを構成することになるB2O3−SiO2すすを、約
2.5インチの径となるまで、沈積せしめる。次に
このようにして沈積せしめられたすす素材を冷却
し、そのすす素材から抜き取りによつて出発棒を
取り除く。次にすす素材をヘリウム雰囲気中にお
いて約1350℃の温度で固化または焼結する。すす
が固化した後、素材は約１インチの径と約4.5イ
ンチの長さを有するものとなる。次に素材を約
1600℃の温度に加熱し、酸素雰囲気中で最終光導
波路の大きさまで延伸する（引き抜く）。 上述の実施例に従つて作成された光導波路は、
外径が125μｍとなるまで引き抜かれ、クラツド
の厚さは約50μｍとなされた。こうして作成され
た導波路の開口数は0.155であり、820nｍの波長
での光学的損失は9.6dB/Kmであつた。コアのガ
ラス組成は実際に7.5重量％P2O5、9.5重量％
GeO2および83重量％SiO2であり、クラツドの組
成は５重量％B2O3および95重量％SiO2であると
推定された。 実施例 ２ コア層とクラツド層を有するすす素材を、実施
例１と同様の方法で形成した。ただし、この実施
例では、コアはシリカを含んでいなかつた。それ
ぞれ35℃および32℃の温度に保持されたPOCl3お
よびGeCl4に酸素を気泡として通し、それぞれ5.5
／分および1.0／分でバーナーに流れる蒸気
を生じさせた。すすが1.4インチの出発棒上に1.5
インチの直径となるまで蓄積した後、コア材料ガ
スの流れを止め、クラツド材料を形成するための
ガススの流れを開始した。酸素を、32℃に保持し
たSiCl4に気泡として通し、そのようにして得ら
れた蒸気を火炎加水分解バーナーに、30℃に保持
した供給源からのBCl3と一緒に送る。SiCl4およ
びBCl3蒸気を通る酸素の流速はそれぞれ2.0／
分および0.73／分であつた。すす素材の径が
2.5インチに達した後、それを冷却し、出発部材
を取り除いた。すす素材をヘリウム雰囲気中で約
550℃の温度で焼結し、然る後得られた再延伸素
材を約650℃で加熱し、酸素雰囲気中で延伸して
（引き抜いて）フアイバを形成した。コアの組成
は50重量％P2O5−50重量％GeO2であり、クラツ
ドの組成は50重量％SiO2−50重量％B2O3であつ
た。このようにして得られたフアイバのNAは、
フアイバ・コアを100％GeO2または100％P2O5で
形成した場合の値よりも大きい。 実施例 ３ 実施例１における方法と同様の方法によつて、
第１および第２のすす層を1/4インチ径の出発棒
上に沈積せしめた。すすを形成する成分は、それ
ぞれ35℃、32℃、32℃および24℃に保持された
POCl3、GeCl4、SiCl4およびBCl3である。第１の
すす層を形成するために、酸素をPOCl3、GeCl4
およびSiCl4にそれぞれ3.1／分、0.3／分およ
び1.0／分の速度で気泡として通し、そのよう
にして得られた蒸気を火炎加水分解炎に送つた。
第１のすす被覆の径が1.5インチに達した時、
POCl3およびGeCl4を通るガス流を止め、SiCl4を
通る酸素の流速を２／分に増加し、BCl3を0.3
／分の速度で炎に送つた。すすの沈積は直径が
約2.5インチとなるまで続けた。このようにして
得られたすす素材を冷却し、出発棒を取り除い
た。すす素材を約1000℃でヘリウム雰囲気中で焼
結し、再延伸素材を形成し、それを約1150℃の温
度で酸素雰囲気中で延伸し（引き抜き）、開口数
が約0.307のフアイバを形成した。コアの組成は
12重量％GeO2、22重量％P2O5、66重量％SiO2で
あり、クラツドの組成は20重量％B2O3、80重量
％SiO2であつた。 本発明の利点の一つは、三成分P2O5−GeO2−
SiO2系のほとんどのガラス組成が、二成分GeO2
−SiO2系のSiO2含有量が同じ対応するガラスの
屈折率より大きな屈折率を有するということから
得られるものである。この利点は、最後に記載し
た例のフアイバと、ゲルマニア珪酸塩ガラスコア
を有する同様のフアイバとを比較することによつ
て示すことができる。実施例３のフアイバのコア
の全ドープ剤（P2O5＋GeO2）量は、全ガラス組成
の34重量％である。34重量％のGeO2と66重量％
のSiO2からなるコアを有するフアイバは、実施
例３のフアイバの値より0.01小さいわずか0.297
の開口数しか示さない。もしゲルマニアがフアイ
バ・コアを形成するためのシリカに添加される唯
一のドープ剤であるならば、クラツド組成を変え
ないと仮定すると36重量％のGeO2が0.307の開口
数を与えるのに必要であろう。 実施例 ４ 本発明による導波路の次の実施例は、傾斜屈折
率を有する場合の例である。液体GeCl4を第１の
容器内で32℃の温度に、液体SiCl4を第２の容器
内で32℃に、液体POCl3を第３の容器内で35℃に
それぞれ保持する。乾燥酸素をこれらの液体成分
中に気泡として通し、各蒸気をそれによつて取り
込み、バーナーに送る。酸素を最初POCl3、
GeCl4およびSiCl4にそれぞれ3.1／分、0.3／
分および２／分の速度で気泡として通す。これ
らの条件で酸素に取り込まれた蒸気を、火炎加水
分解バーナーの炎中で加水分解して酸化し、22重
量％P2O5、12重量％GeO2、66重量％SiO2のすす
を生成させた。そのすすは、回転しながら直線往
復運動をする外径６mmの硼珪酸塩ガラス管上に層
として沈積せしめられた。すす層が蓄積するにと
もなつて、GeCl4およびPOCl3を通る乾燥酸素の
流れを連続的に減少し、GeO2およびP2O5の含有
量が半径方向に減少するすす層を形成した。
GeCl4およびPOCl3を通る酸素流の減少は、希望
の最終組成勾配を生ずるように選択したカム輪郭
を利用して得られる。米国特許第3826560号に開
示されているような制御装置を用いて、液体成分
の流れを変えることができる。長さ６インチ、径
1.5インチで、径方向に組成が変化した複合構造
物が、約２時間で沈積せしめられた。このすす
は、光導波路のコアを形成するものであつて、
589.3nｍで測定して1.49の軸屈折率を有する。第
１のすす層の外側部分に達した時、POCl3と
GeCl4を通るガスの流れを止め、0.3／分の流れ
のBCl3を火炎加水分解バーナーに供給した。液
体SiCl4を通る酸素の最初からの２／分の流れ
は継続した。20重量％B2O3および80重量％SiO2
からなるすす層が第１のすす層に沈積せしめられ
た。固化後、この第２のすす層は屈折率約1.458
のクラツド層を形成した。素材の径が約2.5イン
チに達した時、全てのガスと蒸気の流れを止め、
このようにして形成されたすす素材を室温まで冷
却した。出発棒を素材から除去し、次にその素材
を約1000℃のヘリウム雰囲気を有する炉内で焼結
した。これによつて得られた再延伸素材を誘導炉
内に入れ、約1150℃酸素雰囲気内において約1150
℃で延伸した（引き抜いた）。その構造体を延伸
して径を減少し、中心の孔をつぶした。延伸（引
き抜き）は、最終的な所望の大きさの導波路が得
られるまで続けた。この実施例の光導波路は外径
が５ミルとなるまで延伸（引き抜き）されうる。
より作成された。ガラスAA〜BE、BMおよびBN
は従来の溶融法を用いて作成された。秤量したバ
ツチを、500c.c.白金ルツボに入れて６〜10時間電
気炉内において1650℃で混合しかつ溶融した。溶
融後、ガラスをルツボ中で３〜４時間徐冷温度で
徐冷し、炉の冷却速度で室温まで冷却した。次に
ガラス試料をそのルツボから中心部を切り取り、
それから粘度および膨張測定用の試料を作製し
た。 80重量％を超えるSiO2を含むガラスBF〜BL
は、火炎加水分解法により調製し、三塩化燐、四
塩化ゲルマニウムおよび四塩化珪素をそれぞれ
P2O5、GeO2およびSiO2の原料として用いた。す
すよりなる素材を固化した後、種々の性質を調べ
るため試料を切り取り、研摩した。 GeO2−SiO2ガラス中のGeO2をP2O5で置換した
ことによる屈折率に対する影響を評価するため、
同じ量のSiO2を含むGeO2−SiO2系の対応するガ
ラスの屈折率n′を表に掲載する。P2O5の置換
による屈折率の変化は△ｎとして表示されてい
る。屈折率の測定はナトリウムＤ−線で行なわれ
た。 すべてのゲルマニア含有ガラスに対し△ｎは正
であることはわかる。P2O5ガラスの屈折率は
GeO2ガラスより低いので、△ｎが正の値である
ことはその増加が単に二つの物質の理想的混合に
よるものでないことを示している。屈折率のこの
増加はGe原子のいくつかの配位数が４から６へ
変化することによると思われる。五酸化燐は弱い
フアン・デル・ワールス（van der walls）力に
よつて一緒に結合されたP4O10分子の形で存在す
る。P4O10分子は中心に燐原子をもつ四つの同じ
四面体から構成されている。これらの四面体は、
各四面体中一つの非架橋酸素が存在するように相
互に結合されている。これらの非架橋酸素原子が
ゲルマニウム原子の配位数の変化を生じ、それに
よつてガラスの屈折率を増加するものと仮定され
ている。 純粋SiO2ガラス、GeO2ガラスおよびP2O5ガラ
スの屈折率は、表に示すごとくそれぞれ
1.458、1.608および1.507である。AAからACのガ
ラスのごとくSiO2を含まない表のこれら二成
分系ガラス屈折率は、上述の理論を裏付けるよう
に、P2O5ガラスおよびGeO2ガラスのいずれより
もかなり大きい。これらのガラスの△ｎの値は
P2O5の含有量の増加とともに増大することがわ
かる。 一般に、ガラスBEからBIまでによつて証明さ
れるように、△ｎはSiO2含有量が増大するにつ
れて減少する。これは、配位数の変化に寄与する
ゲルマニウム原子の数が少なくなることによるの
であろう。このように△ｎの変化はこれらの
SiO2含有量の大きいガラスでは少ないが、GeO2
含有ガラスではそれが負になることはない。
P2O5−SiO2ガラスすなわちAY、AZおよびBBの
屈折率は対応するGeO2−SiO2ガラスより低い
が、GeO2−SiO2ガラスにP2O5を添加すると、
GeO2濃度が低くてもそれらの屈折率は増加す
る。 熱膨張測定は、差動膨張計を用いて、一般に
600℃／時の加熱速度で行なわれた。熱膨張係数
は25−300℃の範囲につき計算された。表に示
されている各三成分系ガラスの膨張係数を測定
し、同じ量のSiO2を含むGeO2−SiO2系の対応す
るガラスと比較した。そのような比較のそれぞれ
の場合における膨張係数の変化は±５×10-7より
小さく、この変化は実験誤差より小さいことがわ
かつた。従つて、GeO2−SiO2ガラス系のGeO2を
P2O5で置換することによつては、膨張係数には
認め得る程度変化は生じない。 表には、ガラスの粘度が107.6ポアズになる
温度である軟化点温度も示されている。GeO2を
一部P2O5で置換すると、対応するGeO2−SiO2ガ
ラスの軟化点温度よりも低い軟化点温度をもたら
すことがわかる。また、表には、ガラスの粘度
が1013ポアズになる温度である徐冷温度も示され
ている。徐冷温度はガラス中のP2O5が増大する
につれて上昇し、軟化温度に対するP2O5の添加
によつて惹起される効果と逆の効果が生ずる。い
くつかのGe原子の配位数が４から６へ変化する
ことにより、ガラスは徐冷域における一層低い温
度で固い構造をとることが可能である。軟化温度
範囲中高い方の温度ではこれらの結合は切れ、そ
れによつて一層低い粘度を与える結果になる。フ
アイバは軟化点温度での粘度に近い粘度で引き抜
かれるのであるから、軟化点温度は重要である。
コア・ガラスとクラツド・ガラスの軟化点温度が
よく合つていれば、一層容易にフアイバを引き抜
くことができ、その場合、引き抜き温度では、コ
ア・ガラスがクラツド・ガラスより約１〜４倍低
い粘度を有するのが好ましい。 GeO2−SiO2−P2O5系のガラスは上述のような
性質を有しているので、そのようなガラスを用い
た光導波路は、従来の光導波路よりも一層容易に
形成することができ、かつより大きな開口数を有
する。一般に、クラツドは、シリカあるいはシリ
カ含有ガラスのような高純度光学ガラスで形成さ
れうる。コア・ガラスは、所望のNAを得るため
に必要な屈折率を与えるのに十分な量のGeO2お
よびP2O5を含む高純度光学ガラスである。GeO2
とP2O5の相対的量は、コアの軟化温度がクラツ
ドのそれと両立し得るように選定される。過度の
光減衰を避けるために、本発明による光導波路の
コア・ガラスは、その陽イオン不純物濃度が遷移
元素10ppmを超えないものでなければならない
ことが判明している。好ましいクラツド材料とし
ては、クラツドの膨張係数をコアのそれと両立し
得るものにするのに十分な量のB2O5を含む珪酸
塩ガラスがある。コアの膨張係数はクラツドのそ
れと同じであつてもよい。なお、得られる光導波
路フアイバを強くする圧縮力をクラツドに生ぜし
めるために、コアの膨張係数は約５×10-7／℃ま
でだけクラツドの膨張係数より大きいことが好ま
しいが、約15×10-7／℃だけクラツドの膨張係数
より大きくても許容されうる。 本発明による光導波路フアイバを設計するため
に、必要なフアイバのNAをまず決定する。用い
るべきクラツド材料の種類がわかればクラツドの
屈折率n2がわかる。例えばもしクラツド材料が
B2O3をドープしたSiO2であるならば、n2はシリ
カの屈折率1458とすることができる。公知の関係
式 を用いて、コアの屈折率n1を決定する。GeO2と
P2O5の全ドープ剤濃度を第３図から決定するこ
とができる。例えばn1が1.48であると決定されれ
ば、コア・ガラスは約74重量％のSiO2と約26重
量％のGeO2＋P2O5を含んでいることになる。 GeO2−SiO2ガラスの膨張は、同じシリカ含有
量のGeO2−SiO2−P2O5ガラスと実質的に同じで
あるから、第４図はクラツドの膨張係数がコアと
適合するようにクラツド・ガラス中に存在しなけ
ればならないB2O3の量を決定するのに用いるこ
とができる。例えば約30重量％のドープ剤材料
（GeO2＋P2O5）を含有するコア・ガラスは、21重
量％のB2O3と79重量％のSiO2からなるクラツ
ド・ガラスに相当する約25×10-7／℃の膨張係数
を有する。コアの膨張係数はクラツドのそれより
約15×10-7／℃まで大きくてもよいので、クラツ
ド・ガラスは約４×21重量％のB2O3を含んでい
てもよく、それによつて10〜25×10-7／℃の膨張
係数が得られる。 クラツド・ガラスの軟化点温度は第５図の曲線
６０から決定される。曲線６２によつて示されて
いるように、ゲルマニア珪酸塩ガラスの軟化点温
度は高いので、ゲルマニア珪酸塩コア・ガラス
は、フアイバ引き抜き温度では、クラツドより硬
いであろう。しかし、曲線６４はP2O5−SiO2ガ
ラスの軟化点温度がゲルマニア珪酸塩系よりもは
るかに低いことを示している。軟化点温度に関す
る限り、これら二種類の酸化物が一緒に存在する
時、P2O5とGeO2との間の相互作用はないことが
認められた。さらに、曲線６２が直線であるか
ら、三成分系ガラスxP2O5−yGeO2−zSiO2の軟
化温度Ｔtgを計算するには次の関係式を用いるこ
とができる。 Ｔtg＝T1−yS (4) ここでT1は第５図の曲線６４から決定された
二成分系ガラスxP2O5・（ｙ＋ｚ）SiO2の軟化点
温度であり、ＳはGeO2を１％添加したことによ
る二成分系GeO2−SiO2ガラスの軟化温度の低下
であり、曲線６２から4.52と決定されている。上
述したドープ剤の全量（ｘ＋ｙ）は、屈折率n1を
与えるのに必要な量である。試行錯誤法により、
希望する軟化温度が得られるまでｘの異なる値を
定めることができる。軟化点温度についての三成
分系グラフから、温度Ｔtgを直接読み取ることが
でき、それによつてこの試行錯誤法をしなくても
すむことがわかるであろう。 第３図を参照すると、屈折率は、SiO2の濃度
が70重量％を超える場合にはSiO2の含有量に対
して比較的一定である。しかしながら、第３図に
おいてSiO2の含有量が70重量％よりも少ない領
域では屈折率はP2O5またはGeO2の濃度に対して
非線型となる。その領域内におけるコア組成を選
択するためには、コアおよびクラツド・ガラスの
屈折率、膨張および軟化点温度を最適値するため
に試行錯誤法を用いなければならないかも知れな
い。 コアには高純度ガラスを用いなければならない
から、再引き抜き用素材は、前記米国特許第
3711263号、第3737292号、第3737293号および第
3826560号に記載されている火炎加水分解法によ
つて製造される。低損失ガラス光導波路フアイバ
を製造するために従来実施されている方法では、
火炎加水分解バーナーに燃料ガスと酸素または空
気を炎を生ずるように供給し、そのバーナーによ
つてガラスすすの層を円筒状のガラス出発部材上
に沈積せしめる。この場合、そのガラスすすを形
成するために必要な液体成分は、温度を調節した
容器に入れられている。酸素、窒素等のような適
当なガス媒体をその液体に気泡として通し、液体
からの予め定められた量の蒸気をその媒体にずい
伴せしめ、炎に送る。炎に供給される各成分の量
は、液体の温度および液体を通る搬送ガスの流速
によつて決定される。いくつかのガス状成分は直
接炎に供給される。炎内で、それらの成分は酸化
されてガラスのすすを形成し、そのすすが直接出
発部材に向けて送られる。ステツプ・インデクス
型光導波路の場合には、コアを形成するための最
初に添着せしめられたすす層は均一な組成を有す
る。グレーデツド・インデクス型導波路を形成す
るためには、米国特許第3826560号に数示されて
いるように、少なくとも一つ成分の流速を変化さ
せる。第１のすす層が予定された厚さに到達した
後、組成を変化し、導波路のクラツド材料を形成
する第２すす層を沈積させる。第１すす層は第２
すす層を沈積させる前に固化するか、または両す
す層を同時に固化することもできる。GeO2と
P2O5の揮発性から考えて、すす沈積および固化
に関する前記特開昭49−99709号公報に示されて
いるような注意を払うべきである。GeO2とP2O5
を含むどのガラス層も、多孔性ガラス物体として
酸化物粒子を沈積させ、次にこの多孔性すすプリ
フオームを固化して中まで密なすなわち中実の非
多孔性物体にすることにより作るのがよい。炎の
温度およびプリフオームのまわりの雰囲気の温度
は、ガラスをそれが炎から沈積せしめられている
あいだに固化させるのではなくてそのガラスをす
すの形のままの状態にとどめておくのに十分なだ
け低くなければならない。固化温度は約1600℃を
超えてはならず、特定のガラスの最低固化温度と
それよりも約200℃だけ高い温度との間の範囲内
に維持されるべきである。 出発部材を除去し、得られた中空の再延伸素材
を、それの材料の軟化点温度近くの温度まで加熱
して、その材料の粘度を引き抜きに適した低い値
とする。次に再延伸素材を引き抜いてそれの断面
積を小さくし、その中心部の孔を閉塞させる。引
き抜き工程は、所望の断面積が得られるまで続け
られる。本発明が関係する型式の光フアイバは、
一般に約450〜1350nｍの間の波長で有用であ
る。商業的に許容できるためには、この種のフア
イバは800〜900nｍの間での減衰が100dB/Km以下
でなければならない。本発明によるフアイバは
800〜900nｍでの減衰が10dB/Km以下であるか
ら、光通信装置における光伝送媒体として有用で
ある。 本発明の光導波路を設計する一つの特定の例は
次の通りである。用いようとする光源の種類およ
びフアイバが受ける屈曲の種類についての考察に
基づき、特定の開口数を選択する。この例では、
0.24の開口数をフアイバは有していなければなら
ないものと仮定する。またクラツド材料は約
1.458の屈折率を有する硼珪酸塩ガラスであると
仮定する。式(3)からコアの屈折率n1は1.477であ
ることが決定される。 本発明の導波路の主たる利点を例示するため
に、ゲルマニア珪酸塩よりなるコアを有する従来
の導波路を製造する際に遭遇する問題点について
まず考えてみよう。コア・ガラスは、屈折率
1.477の二成分系GeO2−SiO2ガラスを与えるため
には23重量％のGeO2からなるべきであるもので
あることが第６図からわかる。第４図を参照する
と、そのようなガラス膨張係数は約20×10-7／℃
であることがわかる。純粋なSiO2よりなるクラ
ツドは23重量％のGeO2を含むコアと一緒に用い
るべきではない。と言うのは、コアとクラツドと
の間の膨張不整合によりすすプリフオームを壊す
ることなくそれを固化することが困難になるから
である。従つて、ほぼ整合した熱膨張係数を有す
る硼珪酸塩クラツドが選択される。12重量％の
B2O3と88重量％のSiO2からなるクラツド・ガラ
スは、約17×10-7／℃の膨張係数を有することが
第４図からわかる。コアがクラツドより３×
10-7／℃だけ大きい膨張係数を有していれば、そ
のクラツドは圧縮状態になり、それによつて得ら
れるフアイバを強化することになるであろう。コ
ア・ガラスとクラツド・ガラスとのこのような組
合せでは、コアとクラツドの軟化点温度はそれぞ
れ1485℃および1310℃であり、これらの値は第５
図から得られる。コア・ガラスとクラツド・ガラ
スの軟化点温度にこのように175℃という差があ
るため、フアイバ引き抜き工程に問題が生ずる。
コア・ガラスはクラツド・ガラスより軟化点温度
が高いので、再延伸素材中の孔を閉じることがで
きない。このような問題を回避するためには、コ
アは、引き抜き温度においてコアの粘度がクラツ
ドのそれよりも約１〜４倍だけ低くなる程度だけ
クラツドの軟化点温度よりも低い軟化点温度を有
していなければならない。 コアの軟化点温度を低くするために、従来の技
術では、コアにB2O3を添加することが行われて
いた。しかしながら、そのようなB2O3を添加す
ると、コア・ガラスの屈折率を増大させず、熱膨
張係数を増大させることになる。このようにコ
ア・ガラスの熱膨張係数が増大せしめられると、
それに適合させるために、さらに多くのB2O3を
クラツド・ガラスに添加しなければならず、それ
によつて粘度不適合の問題が再び生ずることにな
る。この粘度不適合の問題を解決するためには、
熱膨張係数を増大することなく屈折率を増大し、
粘度を減少することができるコア・ガラス添加物
が必要とされる。 本発明によれば、P2O5がコアのGeO2の一部と
置換され、コアの屈折率を低下せしめることなく
コアの軟化点温度が低下せしめられる。ドープ剤
が０〜30重量％のレベルでは、GeO2およびP2O5
によるSiO2の屈折率の変化は実質的に直線的で
あり、これらのドープ剤の両方に対して大体同じ
である。それがため、もしこの例においてGeO2
のいくらかがP2O5で置換されると、得られるガ
ラスの屈折率は、SiO2含有量が不変である限り
実質的に影響を受けない。従つて、23重量％
GeO2−77重量％SiO2ガラスと実質的に同じ膨張
係数と実質的に同じ屈折率とを有する23重量％
（GeO2＋P2O5）−77重量％SiO2ガラスが存在す
る。許容できる軟化点温度を有する三成分系コ
ア・ガラスを選択するために式(4)に関連して第５
図を用いる場合には、試行錯誤法によることにな
るであろう。例えば、５重量％P2O5−18重量％
GeO2−77重量％SiO2の組成を有するコア・ガラ
スを最初に想定する。第５図の曲線６４から、二
成分系５重量％P2O5−95重量％SiO2ガラスの軟
化点温度は1430℃である。式(3)のySの項は、想
定したコア・ガラスが18重量％のGeO2を含んで
いるから（18×4.52）すなわち81.36℃に等し
い。従つて、想定した三成分系ガラスの軟化点温
度は、式(3)により決定して、1348.64℃である。
想定したコア・ガラスは、クラツドより約38℃だ
け高い軟化点温度を有しているから、それは不満
足なものである。 最初想定した組成におけるものよりも多量の
P2O5を有するコア・ガラスが必要であるから、
10重量％P2O5−13重量％GeO2−77重量％SiO2の
コア組成が満足しうるものであろう。第５図の曲
線６４に関連して式(3)を再び用いると、軟化点温
度は1262℃と決定される。このコア組成の場合に
は、コアの軟化点温度はクラツドのそれより約48
℃だけ低く、この関係は、フアイバ引き抜き時に
再延伸素材中の孔を一層容易に閉塞させうるとい
う点で望ましいものである。また本発明によれ
ば、クラツド・ガラスの膨張係数を増大せしめ
て、コア・ガラスの膨張係数に対して15×10-7／
℃以上低下せしめないために、クラツド・ガラス
の主材料であるSiO2にB2O3が添加される。ま
た、クラツド・ガラスに対するB2O3の添加によ
り、クラツド・ガラスの軟化点温度がコア・ガラ
スの軟化点温度より50℃以上高くならないように
低下せしめられる。なお、クラツド・ガラスは、
その全体に亘つて一様にB2O3を添加せしめる以
外に、例えばクラツド層を２層に形成して、その
一方の層のみにB2O3を含有せしめてもよい。 光導波路フアイバのコア・ガラスおよびクラツ
ド・ガラスは極めて純粋なものであり、かつコア
の陽イオン不純物水準は10ppmを超えないもの
であるから、本発明のフアイバは火炎加水分解法
によつて製造さるべきである。上述のようなある
種の適当な方法によつてコアとクラツドの組成が
決定された後、炎に供給される諸成分の温度およ
び流量のような火炎加水分解装置の種々のパラメ
ータが、公知の態様で決定される。GeO2とP2O5
は揮発性を有するから、実際に沈積せしめられる
これらの酸化物の量は、理論的に計算される量よ
り少なくなる。従つて、これらの酸化物を形成す
る液体組成を通るキヤリア・ガスの流量は経験的
に決定されなければならない。次の実施例は、
種々の型式および組成の導波路が形成される態様
を例示するものである。 実施例 １ 本発明の光導波路を形成する１つの実施例は次
の通りである。コア層とクラツド層を有する素材
を前記米国特許第3737292号に開示されている方
法と同様の方法によつて製造する。32℃の温度の
四塩化ゲルマニウムGeCl4蒸気と、32℃の四塩化
珪素SiCl4の蒸気を、それぞれ0.4／分および2.0
／分の流速の乾燥酸素キヤリア・ガスによつて
火炎加水分解バーナーに送る。また、35℃の三塩
化燐PCl3蒸気を、0.5／分の速度で流れる窒素
によつて火炎加水分解バーナーに送る。さらに、
中性ガスと酸素を、それぞれ８／分と8.5／
分の流速で上記バーナーに送る。このようにし
て、火炎加水分解バーナーからのガラスすすが、
1/4インチ径の硼珪酸塩ガラス出発棒に沈積せし
められる。出発棒を約60rpmで回転させながら、
約１インチ／秒の速度でバーナーに対し直線往復
運動させる。すすが出発棒上に約1.5インチの径
に達するまで沈積せしめられ、このようにして沈
積せしめられたすすはフアイバのコアを構成す
る。GeCl4とPCl3を通るガス流を止め、SiCl4蒸気
を連続して流しながら、BCl3の流れを0.28／分
の速度でバーナーに導入する。フアイバのクラツ
ドを構成することになるB2O3−SiO2すすを、約
2.5インチの径となるまで、沈積せしめる。次に
このようにして沈積せしめられたすす素材を冷却
し、そのすす素材から抜き取りによつて出発棒を
取り除く。次にすす素材をヘリウム雰囲気中にお
いて約1350℃の温度で固化または焼結する。すす
が固化した後、素材は約１インチの径と約4.5イ
ンチの長さを有するものとなる。次に素材を約
1600℃の温度に加熱し、酸素雰囲気中で最終光導
波路の大きさまで延伸する（引き抜く）。 上述の実施例に従つて作成された光導波路は、
外径が125μｍとなるまで引き抜かれ、クラツド
の厚さは約50μｍとなされた。こうして作成され
た導波路の開口数は0.155であり、820nｍの波長
での光学的損失は9.6dB/Kmであつた。コアのガ
ラス組成は実際に7.5重量％P2O5、9.5重量％
GeO2および83重量％SiO2であり、クラツドの組
成は５重量％B2O3および95重量％SiO2であると
推定された。 実施例 ２ コア層とクラツド層を有するすす素材を、実施
例１と同様の方法で形成した。ただし、この実施
例では、コアはシリカを含んでいなかつた。それ
ぞれ35℃および32℃の温度に保持されたPOCl3お
よびGeCl4に酸素を気泡として通し、それぞれ5.5
／分および1.0／分でバーナーに流れる蒸気
を生じさせた。すすが1.4インチの出発棒上に1.5
インチの直径となるまで蓄積した後、コア材料ガ
スの流れを止め、クラツド材料を形成するための
ガススの流れを開始した。酸素を、32℃に保持し
たSiCl4に気泡として通し、そのようにして得ら
れた蒸気を火炎加水分解バーナーに、30℃に保持
した供給源からのBCl3と一緒に送る。SiCl4およ
びBCl3蒸気を通る酸素の流速はそれぞれ2.0／
分および0.73／分であつた。すす素材の径が
2.5インチに達した後、それを冷却し、出発部材
を取り除いた。すす素材をヘリウム雰囲気中で約
550℃の温度で焼結し、然る後得られた再延伸素
材を約650℃で加熱し、酸素雰囲気中で延伸して
（引き抜いて）フアイバを形成した。コアの組成
は50重量％P2O5−50重量％GeO2であり、クラツ
ドの組成は50重量％SiO2−50重量％B2O3であつ
た。このようにして得られたフアイバのNAは、
フアイバ・コアを100％GeO2または100％P2O5で
形成した場合の値よりも大きい。 実施例 ３ 実施例１における方法と同様の方法によつて、
第１および第２のすす層を1/4インチ径の出発棒
上に沈積せしめた。すすを形成する成分は、それ
ぞれ35℃、32℃、32℃および24℃に保持された
POCl3、GeCl4、SiCl4およびBCl3である。第１の
すす層を形成するために、酸素をPOCl3、GeCl4
およびSiCl4にそれぞれ3.1／分、0.3／分およ
び1.0／分の速度で気泡として通し、そのよう
にして得られた蒸気を火炎加水分解炎に送つた。
第１のすす被覆の径が1.5インチに達した時、
POCl3およびGeCl4を通るガス流を止め、SiCl4を
通る酸素の流速を２／分に増加し、BCl3を0.3
／分の速度で炎に送つた。すすの沈積は直径が
約2.5インチとなるまで続けた。このようにして
得られたすす素材を冷却し、出発棒を取り除い
た。すす素材を約1000℃でヘリウム雰囲気中で焼
結し、再延伸素材を形成し、それを約1150℃の温
度で酸素雰囲気中で延伸し（引き抜き）、開口数
が約0.307のフアイバを形成した。コアの組成は
12重量％GeO2、22重量％P2O5、66重量％SiO2で
あり、クラツドの組成は20重量％B2O3、80重量
％SiO2であつた。 本発明の利点の一つは、三成分P2O5−GeO2−
SiO2系のほとんどのガラス組成が、二成分GeO2
−SiO2系のSiO2含有量が同じ対応するガラスの
屈折率より大きな屈折率を有するということから
得られるものである。この利点は、最後に記載し
た例のフアイバと、ゲルマニア珪酸塩ガラスコア
を有する同様のフアイバとを比較することによつ
て示すことができる。実施例３のフアイバのコア
の全ドープ剤（P2O5＋GeO2）量は、全ガラス組成
の34重量％である。34重量％のGeO2と66重量％
のSiO2からなるコアを有するフアイバは、実施
例３のフアイバの値より0.01小さいわずか0.297
の開口数しか示さない。もしゲルマニアがフアイ
バ・コアを形成するためのシリカに添加される唯
一のドープ剤であるならば、クラツド組成を変え
ないと仮定すると36重量％のGeO2が0.307の開口
数を与えるのに必要であろう。 実施例 ４ 本発明による導波路の次の実施例は、傾斜屈折
率を有する場合の例である。液体GeCl4を第１の
容器内で32℃の温度に、液体SiCl4を第２の容器
内で32℃に、液体POCl3を第３の容器内で35℃に
それぞれ保持する。乾燥酸素をこれらの液体成分
中に気泡として通し、各蒸気をそれによつて取り
込み、バーナーに送る。酸素を最初POCl3、
GeCl4およびSiCl4にそれぞれ3.1／分、0.3／
分および２／分の速度で気泡として通す。これ
らの条件で酸素に取り込まれた蒸気を、火炎加水
分解バーナーの炎中で加水分解して酸化し、22重
量％P2O5、12重量％GeO2、66重量％SiO2のすす
を生成させた。そのすすは、回転しながら直線往
復運動をする外径６mmの硼珪酸塩ガラス管上に層
として沈積せしめられた。すす層が蓄積するにと
もなつて、GeCl4およびPOCl3を通る乾燥酸素の
流れを連続的に減少し、GeO2およびP2O5の含有
量が半径方向に減少するすす層を形成した。
GeCl4およびPOCl3を通る酸素流の減少は、希望
の最終組成勾配を生ずるように選択したカム輪郭
を利用して得られる。米国特許第3826560号に開
示されているような制御装置を用いて、液体成分
の流れを変えることができる。長さ６インチ、径
1.5インチで、径方向に組成が変化した複合構造
物が、約２時間で沈積せしめられた。このすす
は、光導波路のコアを形成するものであつて、
589.3nｍで測定して1.49の軸屈折率を有する。第
１のすす層の外側部分に達した時、POCl3と
GeCl4を通るガスの流れを止め、0.3／分の流れ
のBCl3を火炎加水分解バーナーに供給した。液
体SiCl4を通る酸素の最初からの２／分の流れ
は継続した。20重量％B2O3および80重量％SiO2
からなるすす層が第１のすす層に沈積せしめられ
た。固化後、この第２のすす層は屈折率約1.458
のクラツド層を形成した。素材の径が約2.5イン
チに達した時、全てのガスと蒸気の流れを止め、
このようにして形成されたすす素材を室温まで冷
却した。出発棒を素材から除去し、次にその素材
を約1000℃のヘリウム雰囲気を有する炉内で焼結
した。これによつて得られた再延伸素材を誘導炉
内に入れ、約1150℃酸素雰囲気内において約1150
℃で延伸した（引き抜いた）。その構造体を延伸
して径を減少し、中心の孔をつぶした。延伸（引
き抜き）は、最終的な所望の大きさの導波路が得
られるまで続けた。この実施例の光導波路は外径
が５ミルとなるまで延伸（引き抜き）されうる。
第１図は、本発明による光導波路の斜視図、第
２図は、第１図の線２−２上でみた断面図、第３
図は、P2O5−GeO2−SiO2系における重量％組成
の関数として屈折率をプロツトした三成分系状態
図、第４図は、B2O3−SiO2およびGeO2−SiO2系
の両方につき、線膨張係数（25〜200℃）をシリ
カ中の酸化物重量％の関数としてプロツトしたグ
ラフ、第５図は、GeO2−SiO2、P2O5−SiO2およ
びB2O3−SiO2系のガラスにつき、η＝107.6での
軟化点温度をGeO2、P2O5またはB2O3の重量％の
関数としてプロツトしたグラフ、第６図は、
GeO2−SiO2系のガラスにつき、屈折率をGeO2重
量％の関数としてプロツトしたグラフである。
２図は、第１図の線２−２上でみた断面図、第３
図は、P2O5−GeO2−SiO2系における重量％組成
の関数として屈折率をプロツトした三成分系状態
図、第４図は、B2O3−SiO2およびGeO2−SiO2系
の両方につき、線膨張係数（25〜200℃）をシリ
カ中の酸化物重量％の関数としてプロツトしたグ
ラフ、第５図は、GeO2−SiO2、P2O5−SiO2およ
びB2O3−SiO2系のガラスにつき、η＝107.6での
軟化点温度をGeO2、P2O5またはB2O3の重量％の
関数としてプロツトしたグラフ、第６図は、
GeO2−SiO2系のガラスにつき、屈折率をGeO2重
量％の関数としてプロツトしたグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ガラス・コアと、このコアのガラスよりも小
さい屈折率を有するガラスよりなり前記ガラス・
コアを包囲したクラツドとを具備している光フア
イバにおいて、前記コア・ガラスがSiO2を主材
とし、それにGeO2と、このコア・ガラスの軟化
点温度が前記クラツド・ガラスの軟化点温度より
も低くなるのに充分な量のP2O5とをドープして
なるガラスで形成され、前記クラツド・ガラスが
SiO2を主材とし、それに前記クラツド・ガラス
の膨張係数を前記コア・ガラスの膨張係数より15
×10-7／℃以上低下しないように増大せしめる量
のB2O3を少なくとも部分的にドープしてなるガ
ラスで形成されていることを特徴とする光フアイ
バ。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の光フアイバにお
いて、前記コア・ガラスの軟化点温度が前記クラ
ツド・ガラスの軟化点温度よりも０〜50℃だけ低
くなるのに十分な量のP2O5を含有している前記
光フアイバ。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の光フアイバにお
いて、前記コア・ガラス内に存在するP2O5の量
がこのコア・ガラス内に存在するP2O5とGeO2の
合計の約40〜60重量％である前記光フアイバ。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US05/611,226 US4339173A (en) | 1975-09-08 | 1975-09-08 | Optical waveguide containing P2 O5 and GeO2 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5233546A JPS5233546A (en) | 1977-03-14 |
| JPS6124348B2 true JPS6124348B2 (ja) | 1986-06-10 |
Family
ID=24448148
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51106602A Granted JPS5233546A (en) | 1975-09-08 | 1976-09-06 | Optical fiber containing p2* 05 and ge02 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57010808A Pending JPS57170836A (en) | 1975-09-08 | 1982-01-26 | Manufacture of glass material for pull formation of photoconductor |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4339173A (ja) |
| JP (2) | JPS5233546A (ja) |
| AT (1) | AT346103B (ja) |
| CA (1) | CA1268971A (ja) |
| DE (2) | DE2660697C2 (ja) |
| FR (1) | FR2323161A1 (ja) |
| GB (1) | GB1521826A (ja) |
| HK (1) | HK56581A (ja) |
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