JPS63242940A - 光フアイバ用多孔質母材の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、単一モード型ガラス光ファイバ母材の製造方
法に関する。

（従来技術） 単一モード煎％゛ラス光ファイバ母材（以下、単に）〒
イノマ舟材２いら）においアは−コ７の屈折率分布の形
状がステップ型であり、且つコア部を伝播する光エネル
ギーのクランド層への拡がりの影響を小さくするために
、コア層の厚みに対してクラッド層の厚みを大きくとる
必要がある。

より低損失化が要求される今日では、クラッド層の厚み
とコア層の厚みの割合（以下、クラッド／コア比という
）は少なくとも１０倍以上あることが望ましいとされて
いる。

このようなファイバ母材を作製する方法として、例えば
、第６図に示すような装置に、複数のバーナを半径方向
に配置し、組成の異なるガラス原料を噴出させ、コア部
とクラッド部の多孔質母材を同時に堆積させて単一モー
ド型のファイバ母材を得る方法がある。

この方法は、確かにクラッド／コア比が１０倍以上のも
のを得ることができ低損失の光ファイバが得られるが、
多孔質母材の大径化が避けられず、そのため多孔質母材
にクランクが生じ易くなり、多孔質母材を再現性良（、
且つ安定に製造できないという問題がある。従って、多
孔質母材を再現性良く、安定に製造するためには、コア
多孔質体をなるべく細径化して、相対的に多孔質母材の
外径を細くし、クラッド／コア比を１０倍以上とする必
要がある。

ちなみに、本発明者らが検討した結果によれば、１１０
０ｎｕφ以下の多孔質母材ではこのような問題はあまり
生じないが、その直径が概ね１００１１００ｌφを超え
た場合には、クラックが生じ易くなることが判明してい
る。

しかるに、従来上記の要求を十分に満たす多孔質母材の
製造方法が見当らず、コア多孔質体゛の細径化のために
、一旦クラッド／コア比が４〜６倍程度の多孔質母材を
製造し、透明ガラス化後、該透明母材の外周に多孔層を
形成（外付け）したり、あるいは外付は後さらにジャケ
ット管を使用する等してクラッド層の不足分を補いクラ
ッド／コア比が１０倍以上の母材を得ていた。

ところが、こうして得られた母材のコア部分の屈折率分
布は第８図に示すような分布不整となり易く、さらに又
、ジャケット管を使用したものでは、ファイバとした時
の機械的強度も必ずしも満足のいく値が得られないとい
う問題があった。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した如く、複数のガラス微粒子合成バーナによりフ
ァイバ母材を作製する際、従来のコア合成方法である場
合には、均一な屈折率分布を有し、且つ十分な細径な多
孔質体を形成することが困難であるために、クラッド／
コア径の比が太き（、伝送特性の優れたファイバが得ら
れる母材を簡単な工程で作製することが困難であるとい
う問題があった。

本発明は、かかる技術的な問題を解決することを目的と
するもので、従来のバーナで得られる多孔質体の外径を
１００ｍｍφ以下に迄細径化し、しかも屈折率分布不整
の問題を解決したジャケット管等を用いることのない全
合成多孔質母材の製造方法を提供しようとするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、上記問題点を解決するために鋭意検討を
重ねた結果、本発明を完成させたものである。

すなわち、本発明は、ファイバ母材の製造方法において
ガラス微粒子集合体を形成するガラス微粒子を、原料ガ
ス流出ノズルの両側に隣接して不活性ガスノズルを設け
たバーナにより、原料ガス流の一部分だけを酸−水素火
炎で反応させて、細かいガラス微粒子の流れとし、上記
出発部材又は多孔質体端面に堆積させることを特徴とす
るものである。

−ｉに、コア合成用バーナの原料ガス流出ノズルから出
たガラス原料ガス（ＳｉＣＩ　４とＧｅＣｌ４との混合
ガス）は、酸−水素火炎により加熱されると同時に、火
炎中に存在するＨ、０あるいは余剰の０□ガスと加水分
解反応あるいは熱酸化反応を行ない、ＳｉＯ□およびＧ
ｅ０１となる。このうち５ｉｆｔはガラス微粒子の形態
で直接出発部材あるいはコア多孔質体成長端面に到達し
、付着・堆積していくが、Ｇｅ０１は火炎中の高温部で
一旦分解してガス化した後、コア多孔質体の成長端面付
近に到達し、冷却されて再度ＧｅＯ□とし曳てｓ＋ｏｚ
！粒子上に析出し、その一部は固溶すると考えられてい
る。

本発明は、上記の反応過程を基本的に導入したものであ
る。

本発明で用いるバーナにおいて、原料ガス流出ノズルの
両側に隣接して不活性ガスノズルを設けるのは、原料ガ
ス流出ノズルから出た原料ガス流を、隣接する不活性ガ
スで分流化させて、その流れの一部分だけを酸−水素火
炎と反送（・で、細いガラス微粒子の流れを作り、これ
を出発部材上又は多孔質体端面に堆積させ、形成される
コア多孔質体の径を細くしようとするものである。これ
を第４図にもとづいて説明する。

第４図は、このガラス微粒子流の細径化機構を模式的に
示したものである。図中（１２）は原料ガスの流出ノズ
ル、（１６）　、　（１７）は前記流出ノズル（１２）
に隣接した不活性ガス流出ノズル、（１８）はこれら各
流出ノズルを取り囲む０□ガス、不活性ガス、Ｈ２ガス
の流出ノズル部分を示す。又、（１９）は上記各ノズル
から出たガスが、酸−水素火炎中で形成されるガスの模
式断面を示すもので、そのうち（２０）は原料ガスおよ
びこれに隣接する不活性ガスの流れを取り囲む酸−水素
火炎、（２１）は原料ガス流のうち直接酸−水素火炎に
接する部分、（２２）は原料ガスのうち隣接する不活性
ガス流により酸−水素火炎との接触が妨げられている部
分、（２３）は原料ガス流に隣接する不活性ガス流を示
す。

第４図から明らかなように、原料ガスノズルの両側に隣
接して不活性ガスノズルを配置することにより、原料ガ
ス流出ノズルから出た原料ガス流のうちのかなりの部分
が不活性ガス流（２３）で包み込まれ（包容され）てし
まい、酸−水素火炎（２０）との反応が遮断され、非包
容部分（２１）だけが酸−水素火炎（２０）と直接接触
して、加水分解反応および熱酸化反応が促進され細いガ
ラス微粒子の流れが作られる。この流れを出発部材や多
孔質棒端面に堆積させるようにバーナの位置を設定すれ
ば、従来の方法では得られない細径のコア多孔質体を得
ることができる。

このように本発明で用いるバーナでは、単に原料ガス流
出ノズルを細くしてガラス微粒子の流れを細くするので
はなく、原料ガス流の一部分だけを反応させることによ
って細いガラス微粒子を得ようとするものである。もし
仮に、原料ガス流出ノズルを小さくすることによって細
いガラス微粒子流を得ようとしても、ガラス微粒子の流
れが速くなり、ガラス微粒子が出発部材やコア多孔質体
の成長端に衝突した後の拡散が大きくなり、結果として
得られるコア多孔質体の径を細（することができない。

ところで、前記した酸−水素火炎（２０）を得るための
０２ガスやＨ３ガスを流出するノズルは、原料ガス流出
ノズル（１２）およびこれに隣接する不活性ガス流出ノ
ズル（１６）　、　（１７）の外周囲に０２ガス又は０
２ガスと不活性ガスとの混合ガスの流出ノズル、次いで
不活性ガスの流出ノズル、■２ガス又はＨｔガスと不活
性との混合ガスの流出ノズルの順に設けることが、上記
した細径コア多孔質体の内部に均一なＧｅ０ｚのドーバ
ン）？１度分布を形成させる上で好ましい。

その理由を第５図にもとづいて説明する。

第５図５ぎ径コア多孔質体の内部にＧｅＯｔの濃度分布
が形成される機構を模式的に示したものであり、（２４
）はバーナ出口、（２１）は前後のガラス微粒子の細い
流れ、（２５）はコア多孔質体の成長端部分を示す、第
５図においてバーナ出口（２４）から出た原料ガス流の
うち、酸−水素火炎と接触する部分は６００℃以上の温
度で主に以下に示す加水分解反応によりＳｉｎｇおよび
ＧｅＯ□の微粒子となる。

５ｉＣ１＊（Ｇ）　＋　２１１ｚＯ（Ｇ）→ＳｉＯ□（
Ｓ）　＋　４１１ＣＩ　（Ｇ）ＧｅＣ１ａ　（Ｇ）　＋
　２ＨｚＯ（Ｇ）　−ＧｅＯｔ　（Ｓ）　＋　４ＨＣ１
（Ｇ）こうして生成した５ｒＯｔおよびＧｅ０ｔを含む
原料ガス流は、更に１０００〜１４００℃の高温火炎内
を通過した後、コア多孔質体の成長端面に到達し、６０
０〜８００°ＣＮ却される。火炎中の比較的低温部で生
成した上記微粒子のうちＳｉｎｇは高温部でも安定であ
るため、そのまま固体微粒子の形態でコア多孔質体の成
長端面に到着し堆積するが、Ｇｅ０ｔ徽粒子は高温部で
不安定であるため、８００℃以上で以下のようにＧｅＯ
ガスに分解する。

Ｇｅ０ｔ　（Ｓ）　−＝ＧｅＯ（Ｇ）’　＋　１／２０
ｚ　（Ｓ）このＧｅＯガスがコア多孔質体の成長端面に
到着すると同時に冷却され、上式の逆反応によりＧｅＯ
□微粒子としてＳｉｎｇ微粒子の表面に析出し、その一
部は固溶する。

ＧｅＯ（Ｇ）　＋、　１／　２０　ｚ　（Ｇ）　＝　Ｇ
ｅＯｚ　（Ｇ）上記のＧｅＯガスの酸化によるＧｅ０ｚ
の析出反応がコア多孔質体の表面のどの位置において起
こるかにより、スート内部のＧｅＯ□の濃度分布が左右
されることになる。

本発明で用いるバーナにおいて、原料ガス流出ノズル（
１２）およびこれに隣接する不活性ガス流出ノズル（１
６）　、　（１７）の外側にまず０□ガスの流ましいと
するのは、上ｇｉｅｏガスの酸化に必要な０冨ガスをガ
ラス微粒子の流れに隣接させることにより、コア多孔質
体表面におけるＧｅＯ□の折体の成長端面以外の部分に
到着したＧｅＯ・ガスの酸化・析出反応をその還元力で
抑制するためである。

このように、０２ガスが原料ガス流に接触する位置に、
０□ガスの流出ノズルを設け、さらに１１□ガスが火炎
の外周部に接するように、＋１．ガスの流出ノズルを、
原料ガス流出ノズルから最も離れた位置に設けることに
より、細径のコア多孔質体の内部に均一なＧｅ０ｔの濃
度分布を形成させることができる。

なお、本発明において上記の０２ガスおよびＨｚガスの
流出ノズルから流出するガス組成を、各々０８ガスと不
活性ガスとの混合ガス、Ｈ２ガスと不活性ガスとの混合
ガスとしても良い、このようにすれば、火炎が当るコア
多孔質体成長端の側面の温度上昇を防止し、この部分に
おけるＧｅＯガスの酸化反応をさらに効果的に抑制する
ことができる。

又、本発明においては、原料ガス流出ノズルの両側に隣
接する不活性ガスノズルは、通常それぞれの側に一本づ
つ設けられるが、２本以上設ける構造であっても良い、
さらに、ガラス微粒子合成バーナの形状も通常角型のも
のがもちいられるが、第１図（Ｂ）　、　（Ｃ）に示す
円型又は楕円型の合成バーナを用いても同様の効果を得
ることができる。

（実施例） 以下、実施例にもとづいて本発明を更に説明するが、本
発明はかかる実施例すのみに限定されるものではない。

第１図は、本発明の一実施例のガラス微粒子合成バーナ
（２６）で、（１２）はガラス原料ガス流出ノズル、（
１６）　、　（１７）は不活性ガス流出ノズル、（１５
）はＯｔガス流出ノズル、（１３）は不活性ガス流出ノ
ズルである。又、第１表はこのバーナ（２６）の各ガス
流出ノズルから流出させたガンｉ量を示す、第６図に示
す装置において、コア合成用バーナ（１）を本発明の合
成バーナ（２６）に代えて、中心ノズル（１２）から５
ｉＣ１ａとＧｅＣ１い中心ノズル（１２）に隣接するノ
ズル（１６）　、　（１７）からＡｒガス、第４ノズル
（１４）　＆すＨ２ガスを夫々流出させ、単一モード型
光ファイバ用多孔質母材を作製した。

第２表は第６図に示す３本のクラッド層合成用バーナ（
２）　、　（３）　、　（４）にガラス原料として供給
した５ｉＣ１４ガスの流量を示したものである。第２図
は、こうして作製した多孔質母材の形状を示したもので
あり、コア多孔質体径は７ｍａｒ、多孔質体の外径は１
００ｍｍ　　であった。得られた多孔質母材を１５００
℃で加熱、透明ガラス化してファイバ母材とした。この
母材の屈折率分布は第３図に示すものであった。

第３図においてクラツド径は４８１ＩＩ１１１コア径は
３．２＋＋＋ｍであり、クラフト径とコア径の比は１５
．０倍と十分に大きく、比屈折率差△は第１表（ａ）の
ガス条件の場合には０．３％、第１表（ｂ）のガス条件
の場合には１．０％であり、いずれの場合にも、コア部
分の屈折率分布はほぼステップ状であり、ジャケット管
を必要としない全合成単一モード型光ファイバとして供
し得るものであった・ 次に、本発明の実施例と比較するために、上記実施例と
同じく第６図に示す装置において、特開昭５６−５４２
４０号に記載された第７図に構造を示すバーナをコア合
成用バーナとして使用して同様に外径１００ｍ５＋の多
孔質母材を作製した。この場合コア合成用バーナに供給
した原料ガス、不活性ガス、０□ガス、１１．ガスの各
流量および３本のクラッド層合成用バーナに供給した５
ｉＣ１４ガスの流量は上記実施例と同様とした。こうし
て作製した多孔質母材の外径は、１７１１１１φであっ
た。得られた多孔質母材を実施例と同様に透明ガラス化
してファイバ母材とした。この母材の屈折率分布は第８
図に示すものであった。

第８図において、クラツド径は４８ｍｍ、コア径ハフ、
２＋＋ｎであり、クラツド径とコア径の比は６．７倍で
あった。コア中心部における比屈折率差△は０．３％で
あったが、コア部分の屈折率分布は不整が大きく、この
母材を綿引きしてファイバ化するには、さらに外付は法
によるか又は外付けした後にジャケット管を使用してク
ラッド層を増す必要がある。

第３表に本発明による全合成母材（第３図）を直接線引
きして得られたファイバと比較例による母材（第８図）
に外付けした全合成母材および比較例による母材（第８
図）に外付けし、さらに石英管とジャケット加工した母
材を各々線引して得られたファイバの波長１．５５μｍ
における光損失値を測定した結果を示す。本発明による
全合成母材から得られたファイバは、従来法で作製した
母材から得られる嶌ファイバに比較して明らかに損失値
が低くなり、特に波長１．５５μ翔の値は、いずれも０
．２ｄＢ／ｋｍ以下と明らかに低損失化がはかられてい
た。

（発明の効果） よる 本発明ｂ１ラス微粒子合成バーナを用いることによって
、均一なＧｅＯｚの濃度分布を有する直径７〜８Ｉｌｌ
ｌＩのコア多孔質体を作製することが可能となる。従っ
て、このコア多孔質体の外周囲にＳｉｎｇ微粒子のみか
ら成るクラッド層を従来のバーナにより付着・形成し、
外径を１００ｍｍ程度の多孔質母材とした後に全体を透
明ガラス化す本発明によって得られた全合成光ファイバ
用母材を線引してファイバとすることにより、石英ジャ
ケット管を使用したファイバに比べて、機械的強度に優
り、さらに伝送特性の面からも屈折率分布不整のあるフ
ァイバに比べてレリー散乱による伝送損失が低下すると
いう利点がある。又、このような高品質の全合成光ファ
イバ用母材を比較的小規模な設備により簡単な工程で作
製することができるため、経済的に寄与する度合が極め
て大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のガラス微粒子合成バーナで
（Ａ）は角型バーナの構造図、（Ｂ）は円型バーナの構
造図、（Ｃ）は楕円型バーナの構造図、第２図は本発明
で得られた多孔質母材の形状図、第３図は本発明のガラ
ス母材の屈折率分布の、第４図は本発明にかかるバーナ
により、コア部を形成するガラス微粒子流の細径化機構
の模式図、第５図は本発明にかかるバーナにより形成さ
れる細径コア多孔質体の断面にＧｅ（ｈｆｆ４度を均一
にドープさせる機構の模式図、第６図はガラス微粒子集
合体の作製装置、第７図は特開昭５６−５４２４０号で
提案された細径多孔質休作製用のバーナ、第８図は第７
図のバーナで得られたガラス母材の屈折率分布図である
。 符号の説明 （１）・・・・・・コア合成用バーナ、（２）　、　（
３）　、　（４）・・・・・・クラッド層形成用バーナ
、（５）・・・・・・ガラス微粒子多孔質体、（６）・
・・・・・コア多孔質体、（７）・・・・・・クラッド
層多孔質体、（８）・・・・・・出発部材、（９）・・
・・・・回転・引上装置、（１０）・・・・・・保護容
器、（１１）・・・・・・排気ｍｌ器、（１２）・・・
・・・ガラス原料流出ノズル、（１３）・・・・・・不
活性ガス流出ノズル、（１４）・・・・・・Ｈ８ガス流
出ノズル、（１５）・・・・・・０宜ガス流出ノズル、
（１６）　、　（１７）・・・・・・ガラス原料流出ノ
ズル（１２）に隣接する不活性ガス流出ノズル、（１８
）・・・・・・ノズル（１２）ノズル（１６）　、　（
１７）を取り囲む外層ノズルの一括部分、（１９）・・
・・・・酸−水素火炎中で形成されるガスの模式断面図
、（２０）・・・・・・原料ガスおよび不活性ガスを取
り囲む酸−水素火炎部、（２１）・・・・・・原料ガス
のうち、直接酸−水素火炎に接するガラス微粒子流、（
２２）・・・・・・原料ガスのうち、酸−水素火炎との
接触が妨げられている部分、（２３）・・・・・・不活
性ガス流、（２４）・・・・・・バーナ出口、（２５）
・・・・・・コア多孔質体の成長端部分、（２６）・・
・・・・本発明にかかるガラス微粒子合成バーナ。 特許出願人　　タック電線株式会社 日本電信電話株式会社 代理人　　弁理士　水　口　孝　− μＮ１．５驚 第　３　図　　　　　　　　（単位ｄＢ／ｋｍ）第３Ｗ
Ａ 半径ガ向 第４＠ｌ 第６図 県Ｔ　Ｉ！ｌ　　　　　　　　ｌｐ、　Ｂ因牛罎方向

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 高温ガラス微粒子を回転し、引上げられる出発部材の先
   端に堆積させながら成長させてガラス微粒子集合体を得
   る光ファイバ用ガラス母材の製造方法において、ガラス
   微粒子集合体を形成するガラス微粒子を、原料ガス流出
   ノズルの両側に隣接して不活性ガスノズルを設けたバー
   ナにより、原料ガス流の一部分だけを酸−水素火炎で反
   応させて、細いガラス微粒子の流れとし、上記出発部材
   又は多孔質体端面に堆積させることを特徴とする光ファ
   イバ用多孔質ガラス母材の製造方法。