JPS63291832A - 光ファイバ母材の製造方法及び装置 - 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】 【産業上の利用分野】

この発明は、光ファイバ母材を製造する方法及び装置に
関する。

【従来の技術】

従来より、光ファイバ母材を製造する方法の一つとして
、コア（あるいはコアとクラッドの一部）となるべき透
明なガラス棒の上にクラッドとなるべきガラス微粒子を
堆積させ、このガラス棒・ガラス微粒子堆積体の複合プ
リフォームを加熱炉内で加熱して全体に透明なガラスプ
リフォームを製造する方法が知られている。 特に、コアとなるべき透明ガラス棒としていわゆるＶＡ
Ｄ法によって作られたガラス棒をそのまま使用し、その
周囲にクラッドとなるべきガラス微粒子を堆積させて光
ファイバ母材を作製すると、きわめて低損失な光ファイ
バが得られると期待されている。すなわち、現在、ＶＡ
Ｄ法によって作製された光ファイバ母材の損失は０．５
ｄＢ／ｋｍ以下であり、このことはこの方法によって作
製されたファイバ母材に含まれる不純物の濃度が非常に
低いこと、および、できたばかりの母材の表面状態も非
常に良好であることを示しているからである。

【発明が解決しようとする問題点】

しかしながら、コアとなるべきガラス棒の表面が塵埃や
遷移金属などで汚染されていると光ファイバの損失に大
きな悪影響が出るという問題がある。そこで、これを防
ぐために、クラッドとなるガラス微粒子を堆積する前に
、コアとなるガラス棒の表面を気相、液相なとめ条件で
処理して汚染された表面を機械的もしくは化学的に洗浄
することが行われているが、そのためにコアとなるべき
ガラス棒を酸素／水素火炎や、天然ガス／酸素火炎など
を用いて処理するのでは、火炎に含まれるＯＨ基がコア
ガラス表面から内部に拡散し、最終的に得られる光ファ
イバはＯＨ基による大きな吸収損失を被ることになる。 また、仮に水素を含まないガスを燃焼させた火炎で処理
したとしても、外気に含まれる水分がいくらかでも存在
すると、コアガラス棒へのＯＨ基の混入が問題となる。 たとえば、ＯＨ基の混入量がｉｐｐｍの場合、現在光フ
ァイバ通信において主として使用されている波長１．３
ｎでは数ｄ　Ｂ　／　ｋ　ｍの損失増加となる。 これは、ＯＨ基を全く含まない場合の同波長における損
失が０．５ｄＢ以下であることを考えると、異常に大き
な数字であるといわざるを得ない。 さらに、コアとなるべき透明ガラス棒としていわゆるＶ
ＡＤ法によって作られたガラス棒をそのまま使用し、そ
の周囲にクラッドとなるべきガラス微粒子を堆積させて
光ファイバ母材を作製する場合には、上記の問題に加え
て、コア用のガラス微粒子堆積体の透明ガラス化、及び
クラッド用ガラス微粒子を堆積した後の透明ガラス化の
条件が問題となる。具体的には、ガラス微粒子堆積体の
直径と加熱炉の大きさとの整合性である。例えば、ガラ
ス微粒子堆積体の外径が３０ｍｍのものを内径１°５０
開の加熱炉で加熱して透明ガラス化することは必ずしも
容易なことではない。その理由の一つとして、ガラス微
粒子堆積体と加熱炉内径との差が余りに大きいと、その
間の空隙が煙突として作用し、いわゆる煙突効果によっ
て下方より上方へと雰囲気ガスの流れが生じて、その結
果十分な熱がガラス微粒子堆積体にかからないことをあ
げることができる。このことからも透明ガラス化すべき
ガラス微粒子堆積体の外径と加熱炉の内径との間には適
正な寸法の整合性が必要であることが分かる。ところが
、ＶＡＤ法によって作ったコア用のガラス微粒子堆積体
を透明ガラス化するために加熱炉の寸法をその堆積体の
寸法に合わせて設計すると、その後にクラッドとなるべ
きガラス微粒子を堆積させた複合プリフォームに対して
はその加熱炉の内径は小さ過ぎて、この複合プリフォー
ムを透明ガラス化のなめに加熱炉内を通過させることが
できなくなってしまう。 この発明は、コア用ガラス棒の上にクラッド用ガラス微
粒子を堆積させ、このガラス棒・ガラス微粒子堆積体の
複合プリフォームを加熱炉内で加熱して全体に透明なガ
ラスプリフォームを製造する方法において、コア用ガラ
ス棒の表面の汚染やＯＨ基の混入の問題を解決するとと
もに、コア用ガラス棒をＶＡＤ法で作る際の透明ガラス
化条件の問題を解決することができる製造方法とそのた
めに使用される製造装置とを提供することを目的とする
。

【問題点を解決するための手段】

この発明による光ファイバ母材の製造方法は、上下方向
に配置されたガラス棒を密閉された第１の加熱炉におい
て表面処理する工程と、該表面処理後のガラス棒を上下
方向に移動させて上記第１の加熱炉に連続して設けられ
たチャンバ内で該ガラス棒の周囲にガラス微粒子を堆積
させる工程と、このガラス微粒子堆積後のガラス棒及び
ガラス微粒子堆積体の複合アリフオームを上下方向に移
動させて上記チャンバに連続して設けられた、上記第１
の加熱炉よりは内径の大きな第２の加熱炉において加熱
して透明ガラス化する工程とを有することを特徴とする
。 また、この発明による光ファイバ母材の製造装置は、ガ
ラス微粒子堆積装置と、該ガラス微粒子堆積装置に連続
するよう該装置の上下に同軸的にそれぞれ配置された、
内径の異なる２つの加熱炉とからなることを特徴とする
。

【作　　用】

一方の加熱炉においてガラス棒の表面処理を行った後、
ただちにこれに連続しているガラス微粒子堆積装置によ
りこのガラス棒の上にガラス微粒子を堆積することがで
きるので、ガラス棒の表面が汚損される機会を極端に減
少できる。そのため、これにより作製された光ファイバ
母材から非常に低損失な光ファイバを得ることができる
。

【実　施　例】

第１図に示すように、加熱炉１と、ガラス微粒子堆積用
チャンバ３と、加熱炉２とが同軸上に連続して下から上
に順次配置きれている。この実施例ではガラス微粒子堆
積用チャンバ３は、コア用ガラス微粒子を堆積させるチ
ャンバとクラッド用ガラス微粒子を堆積させるチャンバ
とを兼用しており、コアガラス用のバーナ３１とクラッ
ドガラス用のバーナ３２と廃ガス処理系に接続される排
気口３３とを備えている。すなわち、この実施例では、
ＶＡＤ法によってコアとなるべき円柱状のガラス微粒子
堆積体を作るようにしている。加熱炉１は内径５０ｍｍ
の炉心管１１を有し、加熱炉２は内径１５０ｍｍの炉心
管２１を有し、前者はコア用ガラス微粒子堆積体を透明
ガラス化したり表面の処理を行うのに適した寸法とされ
、後者はクラッド用ガラス微粒子堆積体を透明ガラス化
するのに適した寸法とされている。これら２つの加熱炉
１．２とチャンバ３とは同軸上に上下に連続しており、
回転する種棒４がこれらを貫くようにトラバースするこ
とができるようになっている。そして加熱炉１．２には
シャッター１２．２２がそれぞれ備えられており、ガス
供給口１３．２３から供給されるガスでのみその中の雰
囲気が満たされるようになっている。 まず、第１図に示すように上端で把持されて吊り下げら
れた種棒４が下方に下ろされ、その下端がチャンバ３に
到達するようにされる。このとき、バーナ３１の酸水素
火炎中に四塩化珪素を導入して石英ガラスの微粒子を生
成し、このガラス微粒子を種棒４の下端に堆積させる。 そして、種棒４を回転させながら徐々に上方にトラバー
スさせていき、後にコアとなるガラス微粒子堆積体５を
円柱状に成長させる。この実施例では、バーナ３１へ供
給するガスの流量条件は、 Ｈｚ　　　　　　　４Ｑ／分 ○２　　　　　５Ｑ／分 ５ｉＣＱ４　８０ｃｃ／分 Ａｒ　　　　　１２０ｃｃ／分 とした。これにより外径３０ＩＩｌ１１、長さ３００ｍ
ｍの円柱状のコア用ガラス微粒子堆積体５を得た。 つぎに、・第２図に示すように下端にコア用ガラス微粒
子堆積体５が形成された種棒４を下方にトラバースさせ
、ガラス微粒子堆積体５を加熱炉１の炉心管１１内に挿
入する。加熱炉１によりガラス微粒子堆積体５を加熱し
て脱水及び透明ガラス化を行い、コア用透明ガラス棒６
を得る。このとき、シャッター１２は閉じられて加熱炉
１内は気密に保たれる。まず、この中にガス供給口１３
よりＨｅが９９容積％、５ＯＣ（１，が１容積％のガス
を供給するとともに、炉心管１１内の温度を約１０００
℃に保って、ガラス微粒子堆積体５内に残留するＯＨ基
の除去を行う。その後、加熱炉１内を１００％Ｈｅ雰囲
気とし温度を１６００℃に上昇させてガラス微粒子堆積
体５の透明ガラス化を行ってコア用の透明ガラス棒６を
得た。 この透明ガラス棒６は外部に引き出されることなく、直
接チャンバ３内に移され、クラッド用のガラス薇粒子の
堆積が行われるというのが実際の製造工程で取られるべ
き方法であるが、ここでは、実験的に透明ガラス棒６を
引き上げて観察してみた。すると、出来上がった透明ガ
ラス棒６は直径１７１１Ｉｍ、長さ１５０ｍｍの円柱体
となっており、十分な加熱が行われてその表面が非常に
清浄であることが確認できた。これは、コア用ガラス微
粒子堆積体５の外径に対し炉心管１１のサイズが適正で
あったことによると考えられる。 なお、ここで、コア用透明ガラス棒６の表面の熱処理が
不十分であるなら、加熱炉１において再び処理すること
もできる。その際、必要に応じて、ＨｅもしくはＡｒな
どの不活性ガスに加えて５ＯＣＱ２．ＣＯ２，ＣＦ４．
Ｃ２Ｆ６．Ｃ３Ｆ、、ＣＣＱ２Ｆ２．ＣＣＱ４などのハ
ロゲン含有ガスを炉心管１１内に導入して熱処理し、透
明ガラス棒６の表面のエツチングなどを行うこともでき
る。 このようにして得られた透明ガラス棒６は種棒４を上方
に引き上げることによって第３図に示すように加熱炉１
と連続しているチャンバ３に入れられ、外気に触れるこ
となく、次のクラッド用ガラス微粒子の堆積工程に移行
する。すなわち、クラッドガラス用バーナ３２が点火さ
れ、そこで発生した石英ガラスの微粒子がコア用透明ガ
ラス棒６の外周に堆積させられる。このとき、バーナ３
２へ供給するガスの流量条件は、 Ｈ２２０Ｑ／分 ０２　　　　　　２５Ｑ／分 ５ｉＣＱ４　　　　３Ｑ／分 Ａｒ　　　　　　　　２　Ｑ１分（キャリア）とした。 そして、必要に応じてＧｅＣＱ４．　　ＰＯＣＱ３．Ａ
ＱＣＱ３やハロゲン系のガスなどのドーパントガスを添
加してクラッドガラスの屈折率を調整する。この結果、
コア用透明ガラス棒６の周囲に、外径１２０ｍｍ、長さ
１５０ｍｍの円柱状のクラッド用ガラス微粒子堆積体７
を成長させることができた。 つぎに、種棒４をさらに上方に引き上げ、第４図に示す
ように、コア用ガラス棒６の周囲に形成されたクラッド
用ガラス微粒子堆積体７を含む複合プリフォームを加熱
炉２内に入れ、このガラス微粒子堆積体７の脱水及び透
明ガラス化を行いクラッド用透明ガラス８を得る。この
とき、シャッター２２は閉じておき、加熱炉２内にはガ
ス供給口２３からＣＦ４．　ＳＦ６．　ＳｉＦ４．　Ｃ
２Ｆ６．　Ｃ３Ｆ６などのフッ素含有ガスを供給して脱
水及びクラッドガラス中へのフッ素添加を行う。フッ素
をクラッドガラス中へ添加する必要のないときは、５Ｏ
ＣＱ２．ＣＯ２，ＣＣＱ４などの他のハロゲン含有ガス
をＨｅとともに流してクラッドガラス中からＯＨ基の除
去を行う。こうして透明ガラス化が終了して、コア及び
クラッドとなるガラスを有する光ファイバ母材が得られ
た。その形状は、直径４５ｒＡｍ、長さ１３０ｍｍの円
柱状であった。 この母材のコア・クラツド径の比は１：３であったが、
このままではまだ十分なりラッド厚さとなっていない。 そこで、上記の母材を加熱・延伸して直径ＬＯｍｍ、長
さ７００１程度の円柱形状とし、これをチャンバ３内に
入れてクラッドガラス用バーナ３２を用いて第３図の工
程と同様にその外周にガラス微粒子の堆積を行い、さら
にその後第４図の工程と同様に再び加熱炉２内でガラス
微粒子堆積体の脱水及び透明ガラス化を行った。このと
きも必要に応じてガラス内にフッ素を添加する。 結果として得られた光ファイバ母材の屈折率分布を測定
したところ、第５図のようになった。さらに、この母材
を線引き・ファイバ化して得た光ファイバの波長損失特
性を測定したところ第６図のようになった。この光ファ
イバは単一モードファイバであり、コアはいくらかのゲ
ルマニウムを含む石英ガラスよりなり、クラッドはフッ
素が添加された石英ガラスからなる。 なお、上記の実施例では、コアとなる透明ガラス棒６を
チャンバ３内で連続的な作業によりＶＡＤ法によって作
製しているが、このガラス棒６は連続的でない、別の工
程によって予め作製しておいて、これを種棒４の先端に
固着して加熱炉１内に入れ、第２図のようにその表面処
理を行い、その後の工程は上記と同じにすることもでき
る。 また、この明細書では、中心部材たる透明ガラス棒６が
後にコアとなる部分であるとしているが、これは主にコ
アとなる部分の意味であって、コアに加えて一部のクラ
ッドの部分を含んでいる場合も含意している。

【発明の効果】

この発明の光ファイバ母材の製造方法及び装置によれば
、ガラス棒の表面にガラス微粒子を堆積させてこのガラ
ス微粒子堆積体を透明ガラス化する場合に、堆積前のガ
ラス棒の表面が汚損される機会を極端に減少でき、これ
により作製された光ファイバ母材から非常に低損失な光
ファイバを得ることができる。さらに、ガラス棒の表面
を洗浄するための表面処理と、ガラス微粒子の堆積と、
ガラス微粒子堆積体の透明ガラス化とを連続的に行うこ
とができて、製造効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のある工程での模式図、第
２図、第３図及び第４図は同実施例の第１図とは異なる
各工程での模式図、第５図は実施例において得られた光
ラアイバ母材の直径方向での屈折率分布を示すグラフ、
第６図は同実施例によって得た光ファイバ母材より作製
した光ファイバの損失波長特性を示すグラフである。 １．２・・・加熱炉、１１．２１・・・炉心管、１２．
２２・・・シャッター、１３．２３・・・ガス供給口、
３・・・ガラス微粒子堆積用チャンバ、３１・・・コア
ガラス用バーナ、３２・・・クラッドガラス用バーナ、
３３・・・排気口、４・・・種棒、５・・・コア用ガラ
ス微粒子堆積体、６・・・コア用透明ガラス棒、７・・
・クラッド用ガラス微粒子堆積体、８・・・クラッド用
透明ガラス。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）上下方向に配置されたガラス棒を密閉された第１
   の加熱炉において表面処理する工程と、該表面処理後の
   ガラス棒を上下方向に移動させて上記第１の加熱炉に連
   続して設けられたチャンバ内で該ガラス棒の周囲にガラ
   ス微粒子を堆積させる工程と、このガラス微粒子堆積後
   のガラス棒及びガラス微粒子堆積体の複合プリフォーム
   を上下方向に移動させて上記チャンバに連続して設けら
   れた、上記第１の加熱炉よりは内径の大きな第２の加熱
   炉において加熱して透明ガラス化する工程とを有するこ
   とを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
2. （２）上記の透明ガラス化工程はガラス微粒子堆積体内
   に残留するＯＨ基を脱水する工程を含むことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の光ファイバ母材の製造方
   法。
3. （３）上記の透明ガラス化工程をフッ素含有雰囲気中で
   行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光フ
   ァイバ母材の製造方法。
4. （４）上記のガラス棒は、第１の加熱炉に連続して設け
   られたチャンバ内で種棒下端にガラス微粒子を堆積させ
   て軸方向に成長させられたガラス微粒子堆積体を上記第
   １の加熱炉において透明ガラス化したものであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光ファイバ母材
   の製造方法。
5. （５）ガラス微粒子堆積装置と、該ガラス微粒子堆積装
   置に連続するよう該装置の上下に同軸的にそれぞれ配置
   された、内径の異なる２つの加熱炉とからなることを特
   徴とする光ファイバ母材の製造装置。
6. （６）上記ガラス微粒子堆積装置はクラッド用のガラス
   微粒子を堆積させる装置であることを特徴とする特許請
   求の範囲第５項記載の光ファイバ母材の製造装置。
7. （７）コア用のガラス微粒子を堆積させるための別のガ
   ラス微粒子堆積装置を備えていることを特徴とする特許
   請求の範囲第５項記載の光ファイバ母材の製造装置。
8. （８）上記ガラス微粒子堆積装置は、コア用のガラス微
   粒子を堆積させる装置とクラッド用のガラス微粒子を堆
   積させる装置とを兼用するものであることを特徴とする
   特許請求の範囲第５項記載の光ファイバ母材の製造装置
   。
9. （９）上記ガラス微粒子堆積装置の上側に配置される加
   熱炉は、クラッド用のガラス微粒子堆積体を透明ガラス
   化するための内径の大きな加熱炉であるとともに、上記
   ガラス微粒子堆積装置の下側に配置される加熱炉は、コ
   ア用のガラス微粒子堆積体を透明ガラス化するための内
   径の小さな加熱炉であることを特徴とする特許請求の範
   囲第５項記載の光ファイバ母材の製造装置。