JPS6313944B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はオプチカルフアイバーの製造方法に関
し、特にシリカコアを有するオプチカルフアイバ
ーの製造方法に関する。

軍事通信およびデータ伝送リンク等の用途にお
いてはオプチカルフアイバーは小型、軽量で秘密
性も高い等の種々のすぐれた利点を有している。
電磁パルスを使用しないこともこの場合には魅力
的なことであり、唯一の欠点は放射線を受けると
吸収カラーセンターが発生し、光吸収量が増加し
て伝送する光信号の減衰量が増大することであ
る。したがつて放射線照射後の減衰変化の程度、
回復速度および回復量は光学システムの価値評価
にとつていずれも極めて重要な考慮すべき問題で
ある。純粋なシリカは照射前の減衰レベルまで比
較的速く回復することが認められた。一方ドープ
したシリカコア特に５酸化燐をドープしたコアを
有するオプチカルフアイバーは過渡的な減衰量の
増加はあまり大きくないがその後の回復が遅く、
永久的に減衰量の増加した状態が残ることが認め
られた。それ故放射線照射を受けた後の回復が速
いことが特に重要であるような用途に対してはド
ープしないシリカコアを有するオプチカルフアイ
バーが望ましい。

一方、多くのシステムではコネクタや出力部に
おける損失を最小の範囲に留めるためにクラツド
に対するコアの寸法（いわゆるコアレシオ）を大
きくし、また開口数を大きくすることが要望され
ている。クラツドとなるガラス管内にコア材のロ
ツドを挿入するいわゆるロツド・イン・チユーブ
法は大きな寸法のコアを得ることが可能である
が、ガラス管とロツドの融着面がクラツドとココ
アの境界面となり、融着面は汚染され易いために
オプチカルフアイバーにおいて重要なコアとクラ
ツドとの境界面が汚染され、光減衰量が大きくな
り20dB／Km以下の光減衰量のものを得ることは
困難であり、光通信用のオプチカルフアイバーに
は使用することができない。特開昭51−81143号
公報にはシリカロツドを使用したオプチカルフア
イバーの製造方法が記載されているが、それにお
いても光減衰量をやつと20dB／Km以下にできた
ものが示されている程度であつて満足すべき低い
光減衰量のものではない。したがつて放射線照射
に対する考慮からシリカコアを使用したオプチカ
ルフアイバーにおいて大きな寸法のコアのものが
必要な場合には通常はプラスチツクでクラツドし
たシリカのオプチカルフアイバーが用いられてい
る。しかしながらクラツド材料としてプラスチツ
クを使用することはコネクタやフアイバーの接着
具の製造上の別の問題を提起する。更に広い動作
温度範囲、典型的には−55℃から＋155℃の範囲
が特に航空用において重要であるが、プラスチツ
ククラツドシリカフアイバーは温度特性が劣つて
いる。

この発明は、このような事情に鑑みて為された
ものであつて、コアレシオ（コアとクラツドの外
径比）の大きいシリカコアのオプチカルフアイバ
ーを製造するために、基体管の孔の内面を完成し
たオプチカルフアイバーのクラツド層となるシリ
カよりも低い屈折率を有するガラスの第１の層で
被覆し、この第１の層を完成したオプチカルフア
イバーのコアの外側部分となるシリカの第２の層
で被覆し、シリカ棒をこのようにして被覆された
基体管中に挿入して一つの構体を形成し、それら
を相互に融着させ、線引きして中実断面のオプチ
カルフアイバーを形成することを特徴とする。

このように本発明においては従来のロツド・イ
ン・チユーブ法と異なりガラス管の内面にクラツ
ド層となる第１の層とコアの外側部分となる第２
の層を形成してからシリカ棒を挿入することによ
つて棒と被覆された管の孔との境界面に実質上欠
陥を生じないようにすることを可能にしたもので
ある。第２の層であるシリカ層が存在しないと第
１の層中で低屈折率を与えるために使用されてい
るドープ材料が棒と管の融着中に放出され易く、
これが融着面に集つてそこにあるコアとクラツド
との境界面の品質を害するものと考えられ、第２
の層が存在するとドープ材料はまず第２の層の厚
さだけ拡散しなければならないため上記のような
放出が阻止され、上記の問題が解決されるものと
思われる。したがつて本発明によればプラスチツ
クのクラツドを使用しないで大きなコアレシオで
光減衰量の少いオプチカルフアイバーを得ること
ができる。

第１の層として望ましい材料はフツ素ドープシ
リカ、酸化硼素ドープシリカ、又はフツ素および
酸化硼素ドープシリカである。

フアイバー中の水酸基群の存在に起因する伝送
損失を最小にするために水素およびその化合物が
除外された沈着反応を使用して２つの層を沈着す
ることが望ましい。同様の理由でシリカ棒も水素
およびその化合物が除外された沈着反応によつて
作られた材料を選択することが望ましい。もし水
酸基群を含んだ基体管を選択して基体管からその
孔中に被覆した層内へそれら水酸基群の移動が行
われた結果水酸基による吸収が顕著に増加するこ
とが認められれば、複合管の使用も可能である。
これは外側部分とその孔の内面をライニングして
いる管状の内側部分とを有するものである。内側
部分は水素およびその化合物が除外された反応に
よつて外側部分上に沈着されたシリカより成り、
それ故上記のような移動を阻止する如く作用す
る。

水素およびその化合物が除外された沈着反応の
カテゴリー内で、望ましい反応は酸素によるハロ
ゲン化物の直接酸化反応である。そのような反応
は加熱作用あるいはプラズマ処理によつて行うこ
とができる。

以下図面を参照に本発明方法を詳細に説明す
る。

沈着に使用した装置は米国特許第4341441号明
細書および特開昭50−51338号公報に記載された
ものと実質上同じであつて、12×10mmの孔のシリ
カ基体管１０の孔の内面にクラツド層となる第１
の層１１を0.3mmの厚さに被覆し、次にコアの外
側部分となる第２の層１２を0.1mmの厚さに被覆
した。両層は熱誘導直接酸化反応により沈着さ
れ、その反応においてハロゲン化物は酸素をキヤ
リアガスとして基体管１０中を通過し、一方、複
数のジエツトを有する酸水素焔バーナーで構成さ
れた局部的な加熱領域を生じる加熱炉装置が管に
沿つて反復して移動される。第１の層１１は酸化
硼素をドープしたシリカより成り、４塩化シリコ
ンと３塩化硼素を乾燥した酸素ガスと共に反応さ
せることによつて生成する。この目的のために第
１の酸素ガス流が室温で４塩化シリコンを通つて
約200c.c.／分の割合で流れ、第２の酸素ガス流が
室温で３塩化硼素を通つて約250c.c.／分の割合で
流れる。これ等２つのガス流は次いで約１／分
の流量率の純粋な酸素の第３のガス流と結合され
る。（第３のガス流はハロゲン化物の濃度を稀釈
するために用いられる。）第２の層は３塩化硼素
中のガス流を遮断する以外は実質上同一の条件で
製造される。それぞれの場合において沈着物はガ
ラス状の層として形成され、粒子状でないため別
の焼結過程によつて凝固させる必要がない。次に
水素およびその化合物を除外した沈着反応により
実質上水酸基群汚染のない状態で製造された直径
６mmのシリカ棒１４が前記の被覆された管の中に
挿入され、両部品は旋盤中に同軸的に、棒と管が
その共通軸を中心に回転するように取付けられ
る。次にこのアセンブリを回転させながら一端に
近い領域１５を局部的に加熱し、被覆された管を
軟化させて棒の上に押しつぶしそれと融着させ
る。

アセンブリは次に旋盤から取外され、フアイバ
ー線引き塔中に融着端をアセンブリの下端にして
取付けられる。アセンブリの上端においては棒と
管は別個にクランプされ、それによつて下端が加
熱され軟化した時に同軸配置から外れて移動する
ことが阻止される。アセンブリの融着端はフアイ
バー線引き塔の炉内へ導かれ、そこにおいて軟化
され中実断面のフアイバーが毎分約10ｍの速度で
炉から線引きで引き出され、それにつれてアセン
ブリは漸進的に炉中へ降下される。線引きされた
フアイバーは炉の直下で強制空気流により冷却さ
れ、次いで線引きプロセスと同じラインにおいて
線引きされた新しいフアイバーに周囲環境に対す
る保護のためのプラスチツク被覆を形成するため
に被覆液を満たした容器を通つて導かれる。被覆
されたフアイバーはリールに巻き取られる。

完成したフアイバーはコアの直径が250ミクロ
ンで、光学クラツドの直径（第１の層１１の材
料）が290ミクロンであり、プラスチツク被覆を
除いた全体の厚さが400ミクロンであつた。開口
数は約0.12であつた。

適当なコアの中心性を有する中実断面のフアイ
バーを管の一端を最初に棒上に押しつぶさないコ
アアセンブリにおいて棒から線引きすることも可
能であるが、この押しつぶすプロセス段階を使用
することにより幾何学的な制御作業が非常に容易
になる。幾何学的制御を容易にする他の方法は上
記一端を押しつぶすために使用したプロセスを応
用してアセンブリの実質上全長に亘つて押しつぶ
して中実断面を有するオプチカルフアイバープレ
フオームを形成させる方法である。この場合には
全体の押しつぶしプロセスにおいて加熱領域を１
回の横移動で移動させてもよいが、実際に管壁と
棒とが接触する長手方向移動の前に１乃至数回加
熱装置の長手方向移動を行い、次第に管の孔の直
径が小さくなるように管を収縮させ、殆ど棒の直
径に一致した時に最後の長手方向移動により融着
させてもよい。全長に亘つて管を棒上に押しつぶ
した場合の利点は中実断面のプレフオームが得ら
れ、それは比較的コンパクトであり、フアイバー
の製造が必要になるまで貯蔵するのに便利である
ことである。

オプチカルフアイバーの他のバツチが上述のも
のと実質上同じプロセスを使用して製造された
が、この例では第１の層１１はそれぞれ酸化硼素
の代りにフツ素をドープしたシリカであつた。そ
のために第１の酸素ガス流を約50c.c.／分の割合で
４塩化シリコン中を流し、これは100c.c.／分の流
量率の４フツ化シリコン流および250c.c.／分の流
量率の第２の酸素ガス流と結合された。製造され
たフアイバーの開口数は0.15乃至0.17の範囲であ
つて、その値は正確な沈着条件に依存している。

オプチカルフアイバーの更に別のバツチが前述
と実質上同じプロセスを使用して製造された。し
かしこの例では第１の層１１はいずれもフツ素と
酸化硼素の両者でドープしたシリカ層であつた。
そのために第１の酸素ガス流が約50c.c.／分の割合
で４塩化シリコン中を通過し、これが250c.c.／分
の流量率の３フツ化硼素流および250c.c.／分の流
量率の第２の酸素ガス流と結合された。これによ
り開口数約0.22のフアイバーが得られた。

以上のような本発明の製造方法によれば、放射
線照射を受けた時の特性の回復の点ですぐれてい
るドープされないシリカをコアとし、コアレシオ
の大きいオプチカルフアイバーを得ることがで
き、しかもその光減衰特性は従来のロツド・イ
ン・チユーブ法によるオプチカルフアイバーが
20dB／Km以下にすることが困難であつたのに対
して数dB／Kmの程度で極めて光減衰量の少いオ
プチカルフアイバーを得ることができる。

一例を示すと、本発明の方法により製造された
コアの直径161ミクロン、クラツド層の厚さ13.4
ミクロン、フアイバー全体の直径が250ミクロン
で、クラツドがフツ素と酸化硼素でドープされた
オプチカルフアイバーは開口数0.24、波長0.85ミ
クロンにおける光減衰量は4.5dB／Kmであつた。
これは前記特開昭51−81143号公報に記載された
ものと比較してはるかに小さい。またこのオプチ
カルフアイバーと同じシリカをコアとして使用し
たコアの直径125ミクロンのプラスチツククラツ
ドフアイバーの光減衰量は8.2dB／Kmであつて、
プラスチツククラツドフアイバーと比較しても温
度特性だけでなく光減衰量の点でもすぐれている
オプチカルフアイバーを得ることができる。

以上の実施例においてガラス層の沈着のための
流量率をもつと低く選ぶことはフツ素化合物を使
用することも含めてもつぱら条件によつて決めら
れることである。何故ならば使用するガスや蒸気
を混合するために種々の装置が使用可能であり、
装置によつては他のもの程大きな流量率で処理で
きないからである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明方法によるフアイバーの製造状態を
示す。 １０……基体管、１１……第１の層、１２……
第２の層、１４……シリカ棒、１５……融着部
分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 基体管の孔をシリカより低い屈折率を有する
   ガラスの第１層により被覆し、この第１層をシリ
   カより成る第２層により被覆し、シリカ棒を前記
   被覆された基体管中に挿入して構体を形成し、そ
   の構体を構成している基体管とシリカ棒を相互に
   融着させ、線引きして中実断面のオプチカルフア
   イバーを製造することを特徴とする製造方法。 ２ 基体管の孔をシリカより低い屈折率を有する
   ガラスの第１層により被覆し、この第１層をシリ
   カより成る第２層により被覆し、シリカ棒を被覆
   された基体管中に挿入して構体を形成し、その構
   体を構成している基体管とシリカ棒を共通軸上に
   保持し、基体管を加熱して漸進的にシリカ軸上に
   押しつぶしてそれと融着させて中実断面のオプチ
   カルフアイバープレフオームを形成し、線引きし
   て中実断面のオプチカルフアイバーを製造する特
   許請求の範囲１記載の製造方法。 ３ 第１の層が酸化硼素、フツ素、又は酸化硼素
   とフツ素によりドープされたシリカから成る特許
   請求の範囲１又は２記載の製造方法。 ４ 第１および第２の層が水素およびその化合物
   が除外された反応によつて沈着される特許請求の
   範囲１又は２又は３記載の製造方法。 ５ 各層の材料が酸素によるハロゲン化物の直接
   酸化によつて生成される特許請求の範囲４記載の
   製造方法。 ６ 基体管が外側部分とその外側部分の孔の内面
   をライニングしている管状層から成る内側部分と
   の複合構造であり、内側部分が外側部分上に水素
   およびその化合物が除外された反応によつて沈着
   された材料で構成される特許請求の範囲４又は５
   記載の製造方法。 ７ シリカ棒が水素およびその化合物が除外され
   た反応により製造されたシリカで作られている特
   許請求の範囲１乃至６の何れか１項に記載された
   製造方法。 ８ 基体管の孔をシリカより低い屈折率を有する
   ガラスの第１層により被覆し、この第１層をシリ
   カより成る第２層により被覆し、シリカ棒を前記
   被覆された基体管中に挿入して構体を形成し、そ
   の構体を共通軸上に保持し、被覆された管の一端
   の領域において加熱されて棒上に押しつぶされ押
   しつぶされた端部から構体が炉中に軸方向に導入
   されて順次被覆された管を棒上に押しつぶしてそ
   れと融着させ、中実断面のオプチカルフアイバー
   を炉内の構体の加熱先端から線引きする特許請求
   の範囲１記載の製造方法。 ９ 第１の層が酸化硼素、フツ素又は酸化硼素と
   フツ素でドープされたシリカより成る特許請求の
   範囲８記載の製造方法。 １０ 第１および第２の層が水素およびその化合
   物が除外された反応によつて沈着される特許請求
   の範囲８又は９記載の製造方法。 １１ 各層の材料が酸素によるハロゲン化物の直
   接酸化によつて生成される特許請求の範囲１０記
   載の製造方法。 １２ 基体管が外側部分とその外側部分の孔の内
   面をライニングしている管状層から成る内側部分
   とから成る複合構造であり、内側部分が外側部分
   上に水素およびその化合物が除外された反応によ
   つて沈着された材料で構成されている特許請求の
   範囲１０又は１１記載の製造方法。 １３ シリカ棒が水素およびその化合物が除外さ
   れた反応により製造されたシリカで作られている
   特許請求の範囲８，９，１０，１１，１２の何れ
   か１項に記載された製造方法。