WO2006046340A1 - 光ファイバ用母材および光ファイバ並びにそれらの製造方法 - Google Patents

光ファイバ用母材および光ファイバ並びにそれらの製造方法 Download PDF

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Mitsuo Saitou
Kouichi Shiomoto
Mitsuji Sato
Shoji Hoshino
Seiya Yamada
Hiroshi Kato
Hisamichi Osada
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Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
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    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Definitions

  • the present invention relates to an optical fiber preform, an optical fiber, and a manufacturing method thereof.
  • the present invention relates to an optical fiber preform manufacturing method, an optical fiber preform manufactured thereby, an optical fiber manufacturing method using the optical fiber preform, and an optical fiber obtained by the manufacturing method.
  • An optical fiber preform for drawing an optical fiber includes a core part manufacturing process for forming a core part having a high refractive index, and a core on the outer periphery of the core part obtained in the core part manufacturing process. It is manufactured through a cladding part manufacturing process for forming a cladding part having a refractive index lower than that of the part.
  • FIG. 1 schematically shows a core part manufacturing apparatus 100 used in the core part manufacturing process. Together with the combustion gas containing hydrogen and oxygen, the SiCl and Ge
  • the core porous base material 40 that has been deposited is subjected to dehydration and transparent vitrification in the sintering process, and becomes a core base material.
  • the core base material may be formed of the core material alone or the material corresponding to a part of the clad portion may be formed integrally with the core material.
  • FIG. 2 schematically shows a cladding part manufacturing apparatus 200 used in a cladding part manufacturing process performed using a core base material 70 manufactured in the core manufacturing process.
  • dummy glass rods 61 and 62 are fused to both ends of a core base material 70 extended to a specified length and diameter to form a starting material glass rod.
  • the glass fine particles are supplied to generate the glass fine particles, and the generated glass fine particles are deposited on the outer periphery of the core base material 70 of the starting glass rod. At this time, as shown by the arrows in the figure, the fine particles of glass are uniformly deposited over the entire length of the core base material 70 by reciprocating the spanner 22 along the axial direction of the core base material 70.
  • FIG. 3 shows an optical fiber preform 300 obtained as described above.
  • a porous base material 80 is formed around the core base material 70.
  • the fine glass particles that have not adhered to the porous base material 80 are discharged out of the system from the exhaust pipe 52 of the cladding part manufacturing apparatus 200 shown in FIG.
  • the porous base material 80 that has been deposited is dehydrated and transparently vitrified in the next sintering step to be used as an optical fiber base material.
  • the size of the core porous preform 40 that can be manufactured in the core manufacturing process is limited in terms of equipment and technology.
  • the reaction vessel 11 since the reaction vessel 11 is installed vertically in a clean room, its size is limited to the size of the building.
  • the inside of the reaction vessel 11 in order to manufacture the core porous base material 40, the inside of the reaction vessel 11 must be depressurized and a predetermined gas atmosphere must be obtained. Therefore, installation of a huge facility increases the cost of the facility, and the manufacturing cost of the core porous base material 40 jumps.
  • the present invention can easily manufacture a large optical fiber preform, and can improve productivity in each process of manufacturing an optical fiber preform and an optical fiber. Furthermore, it aims at providing the manufacturing method of the preform
  • a step of joining at least two core base materials by fusion to form one core base material, and a pair of core base materials on both ends A step of fusing a dummy glass rod to form a starting material glass rod, a step of depositing glass fine particles generated by a flame hydrolysis reaction on the outer periphery of the starting material glass rod to form a porous base material, and a porous base material
  • a method of manufacturing an optical fiber preform including a step of forming a transparent vitreous material by sintering and forming an optical fiber preform including a core portion and a cladding portion.
  • an optical fiber preform manufactured by the above manufacturing method is provided. As a result, a long optical fiber can be obtained by one continuous drawing process.
  • an optical fiber manufacturing method including an operation of drawing a core base material continuously without dividing it at a fused portion. This reduces discontinuous work and material loss that inevitably occurs at the beginning and end of the drawing process.
  • optical fiber manufactured by the above manufacturing method is provided as a fourth embodiment of the present invention.
  • This optical fiber is a single optical fiber manufactured by continuously drawing one optical fiber preform. Also, it has a large overall length without connection, and the diameter and quality are stable over the entire length. The invention's effect
  • the amount of the dummy glass rod fused to both ends of the core preform can be reduced. Also, since the diameter of the starting glass rod can be increased
  • the adhesion rate of the glass fine particles can be increased.
  • the processing cost per unit product weight in the processing process, inspection process, drawing process, etc. by the glass lathe decreases, and the productivity Will improve.
  • the optical fiber drawing process it is possible to draw the optical fibers corresponding to two conventional optical fibers, in which the diameter fluctuation of the optical fiber is small. Accordingly, it is possible to reduce the setup work for drawing and to reduce the cost of the optical fiber.
  • FIG. 1 is a schematic explanatory view showing an outline of a core part manufacturing apparatus 100.
  • FIG. 2 is a schematic explanatory view showing an outline of a clad part manufacturing apparatus 200.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an optical fiber preform 300.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view showing a clad part manufacturing apparatus 210 for carrying out the method of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an optical fiber preform 310.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an optical fiber preform 400 according to a comparative example.
  • the porous base material 80 was formed using the clad part manufacturing apparatus 210 shown in FIG. Note that the same reference numerals are given to the same components as those of the clad part manufacturing apparatus 200 shown in FIG. 2, and duplicate descriptions are omitted.
  • a starting material glass rod including the core base material 70 having a prescribed length by fusion is attached to the reaction vessel 12 and rotated, and an oxyhydrogen flame containing a raw material is produced along this.
  • the generated PANANER 22 was reciprocated to deposit the porous base material 80 on the outer periphery of the core base material 70. This porous base material 80 was sintered, dehydrated and made into a transparent glass.
  • FIG. 5 shows the optical fiber preform 310 obtained as described above.
  • the fluctuation range of the outer diameter at the fused portion 90 of the core preform 70 was suppressed to within ⁇ 0.5 mm.
  • the quality is stable, and the optical fiber preform 310 is larger than that obtained by using a starting glass rod formed of a single core preform 70.
  • the dummy glass rods 61 and 62 used to form the optical fiber preform 310 are half the amount of the core preform 70 per unit. Also, the diameter of the starting glass rod can be increased by fusing the two core base materials 70. The adhesion rate of the glass particles is improved by 20%. If the capacity of the manufacturing equipment permits, it is possible to increase the size of the starting glass rod by making it longer as well as thicker.
  • the obtained single optical fiber preform 310 is large and increases in weight. For this reason
  • the optical fiber preform 310 corresponding to the conventional two, in which the optical fiber diameter fluctuation is small, is continuously drawn without being broken at the core preform fused portion 90. And optical fiber could be manufactured.
  • the setup work for drawing was reduced.
  • the optical fiber obtained by the manufacturing method as described above can be manufactured at a low cost by improving productivity.
  • the optical fiber preform 310 is continuously drawn, the quality is stable over the entire length!
  • FIG. 6 shows a cross-sectional view of an optical fiber preform 400 produced as a comparative example.
  • this optical fiber preform 400 is an optical fiber preform 400 in which two individually produced optical fiber preforms are joined together by fusion. Also in this optical fiber preform 400, the core portion 70 and the cladding portion, which is deposited as the porous preform 80, are also fused and integrated.
  • the GeO contained in the core 70 is fused.
  • the optical fiber preform 95 is excessively melted, and the fluctuation range of the optical fiber diameter increases in the vicinity thereof. In some cases, the wire drawing was interrupted and the drawing was interrupted.
  • a single large optical fiber preform can be manufactured without greatly changing the manufacturing equipment. Also, a continuous long optical fiber can be manufactured by continuously drawing the base material force for the large optical fiber thus manufactured. Accordingly, the manufacturing cost of the optical fiber preform and the optical fiber is reduced.

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Abstract

　少なくとも２本のコア母材７０を融着により結合して１本のコア母材とする工程と、コア母材７０の両端に一対のダミー用ガラスロッド６１、６２を融着して出発材ガラスロッドとする工程と、火炎加水分解反応により生じたガラス微粒子を出発材ガラスロッドの外周に堆積させて多孔質母材８０とする工程と、多孔質母材８０を焼結により透明ガラス化してコア部およびクラッド部を含む光ファイバ用母材３１０とする工程とを含む光ファイバ用母材の製造方法とそれにより製造された光ファイバ用母材。

Description

光ファイバ用母材および光ファイバ並びにそれらの製造方法 技術分野
[0001] 本発明は、光ファイバ用母材および光ファイバ並びにそれらの製造方法に関する。
より詳細には、酸水素火炎中に原料ガスを供給し、生じたガラス微粒子をコア母材上 に堆積させて多孔質母材を形成し、更にその多孔質母材を透明ガラス化する工程を 含む光ファイバ用母材の製造方法と、それにより製造された光ファイバ母材、また、そ の光ファイバ母材を用いた光ファイバの製造方法およびその製造方法により得られる 光ファイバに関する。
[0002] なお、文献の参照による組み込みが認められる指定国については、下記の出願に 記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の記載の一部とする。 特願 2004— 309760号（出願日：平成 16年 10月 25日）
背景技術
[0003] 線引きして光ファイバとするための光ファイバ用母材は、屈折率の高いコア部を形 成するコア部製造工程と、コア部製造工程において得られたコア部の外周上にコア 部より屈折率の低いクラッド部を形成するクラッド部製造工程とを経て製造される。
[0004] 図 1は、コア部製造工程で用いられるコア部製造装置 100を模式的に示す。反応 容器 11内のパーナ 21に、水素および酸素を含む燃焼ガスと共に、 SiClおよび Ge
4
C1を含む原料ガスを供給すると、下記反応式に示すような火炎加水分解反応により
4
、 GeO力 Sドープされたガラス微粒子 SiOが生成される。
2 2
SiCl + 2H 0 = SiO +4HC1
4 2 2
GeCl + 2H 0 = GeO +4HC1
4 2 2
[0005] 生成されたガラス微粒子は、反応容器 11内で回転している出発ターゲット材 30の 先端に付着して堆積してゆく。そこで、形成される堆積体の先端をモニタ 55で監視し てフィードバック制御して、堆積体の成長に合わせて出発ターゲット材 30を引き上げ る。こうして、ガラス微粒子が凝集したコア用多孔質母材 40が形成される。このとき、 未付着のガラス微粒子は、排気管 51から系外に排出される。 [0006] 一方、堆積を終えたコア用多孔質母材 40は、焼結工程において脱水および透明 ガラス化が行われ、コア母材となる。このコア母材は、コア部の材料単独で形成される 場合と、クラッド部の一部に対応する材料がコア部の材料と一体に形成される場合と がある。
[0007] 図 2は、コア製造工程において製造されたコア母材 70を使用して実施されるクラッ ド部製造工程において用いられるクラッド部製造装置 200を模式的に示す。まず、規 定の長さおよび径に延伸したコア母材 70の両端に、ダミー用ガラスロッド 61、 62を融 着して出発材ガラスロッドとする。
[0008] 次に、反応容器 12内において、出発材ガラスロッドを回転させながら、 1本または複 数本のパーナ 22に水素および酸素を含む燃焼ガスと共に SiClを含む原料ガスを
4
供給してガラス微粒子を生成させ、生じたガラス微粒子を出発材ガラスロッドのコア母 材 70の外周に堆積させる。このとき、図中に矢印により示すように、パーナ 22をコア 母材 70の軸方向に沿って往復移動させることにより、コア母材 70の全長にわたつて ガラス微粒子が一様に堆積される。
[0009] 図 3に、上記のようにして得られた光ファイバ用母材 300を示す。同図に示すように 、コア母材 70の周囲に多孔質母材 80が形成される。なお、多孔質母材 80に付着し な力つたガラス微粒子は、図 2に示したクラッド部製造装置 200の排気管 52から系外 に排出される。また、堆積を終えた多孔質母材 80は、次の焼結工程において脱水お よび透明ガラス化処理され、光ファイバ用母材とされる。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] 上記した光ファイバ母材および光ファイバの製造方法において、コア部製造工程で 製造できるコア用多孔質母材 40の大きさには設備的かつ技術的な制約がある。例え ば、反応容器 11はクリーンルーム内に縦に設置されるので、その大きさは建屋の寸 法に制限される。また、コア用多孔質母材 40を製造するためには、反応容器 11内を 減圧し、且つ、所定のガス雰囲気にしなければいけない。従って、巨大な設備を設置 すると設備コストも巨額になり、コア用多孔質母材 40の製造コストが跳ね上がる。
[0011] このように、製造可能なコア用多孔質母材 40の大きさに制約があるので、それを用 V、た出発材ガラスロッドから製造される光ファイバ母材 300の寸法にも制約がある。ま た、光ファイバ母材 300の大きさが制約されているために、そこから製造される光ファ ィバの生産性向上も制約されていた。
[0012] 本発明は、上記問題に鑑み、大きな光ファイバ用母材を容易に製造することができ 、かつ光ファイバ用母材および光ファイバの各製造工程において生産性を向上させ ることができ、更に、光ファイバのコスト低減に寄与する光ファイバ用母材の製造方法 および光ファイバの製造方法を提供することを目的としている。また、そのような方法 で製造された光ファイバ用母材と、それから製造された光ファイバを提供することも本 発明の目的のひとつである。
課題を解決するための手段
[0013] 本発明の第 1の形態として、少なくとも 2本のコア母材を融着により結合して 1本のコ ァ母材とする工程と、 1本にしたコア母材の両端に一対のダミー用ガラスロッドを融着 して出発材ガラスロッドとする工程と、出発材ガラスロッドの外周に火炎加水分解反応 により生成したガラス微粒子を堆積させて多孔質母材とする工程と、多孔質母材を焼 結により透明ガラス化して、コア部およびクラッド部を含む光ファイバ用母材とするェ 程とを含む光ファイバ用母材の製造方法が提供される。これにより、大きな光ファイバ 用母材が製造できる。
[0014] また、本発明の第 2の形態として、上記の製造方法により製造された光ファイバ用母 材が提供される。これにより、連続した 1回の線引き工程により長い光ファイバが得ら れる。
[0015] また、本発明の第 3の形態として、融着された部分でコア母材を分割することなく連 続して線引きする操作を含む光ファイバの製造方法が提供される。これにより、線引 き工程の開始時と終了時に不可避に発生する不連続な作業と材料損失を低減させ ることがでさる。
[0016] 更に、本発明の第 4の形態として、上記の製造方法により製造された光ファイバが 提供される。この光ファイバは、ひとつの光ファイバ用母材カゝら連続して線引きして製 造された単一の光ファイバである。また、接続無しに大きな全長を有し、その全長に わたって径および品質が安定して 、る。 発明の効果
[0017] 上記の光ファイバ用母材の製造方法によれば、コア母材の両端に融着されるダミー 用ガラスロッドの使用量を節減できる。また、出発材ガラスロッドの径を太くできるので
、ガラス微粒子の付着速度を増すことができる。
[0018] 更に、製造される光ファイバ用母材としての製品重量が増すことから、ガラス旋盤に よる加工工程、検査工程、線引き工程等での単位製品重量当たりの加工コストが下 がり、生産性が向上する。また更に、光ファイバの線引き工程において、光ファイバの 径変動も小さぐ従来の 2本分に相当する光ファイバを連続して線引きできる。従って 、線引きの段取り作業を軽減でき、光ファイバの低コストィ匕ができる。
図面の簡単な説明
[0019] [図 1]コア部製造装置 100の概略を示す概略説明図である。
[図 2]クラッド部製造装置 200の概略を示す概略説明図である。
[図 3]光ファイバ用母材 300を示す概略断面図である。
[図 4]本発明の方法を実施するクラッド部製造装置 210を示す概略断面図である。
[図 5]光ファイバ用母材 310を示す概略断面図である。
[図 6]比較例に係る光ファイバ用母材 400を示す概略断面図である。
符号の説明
[0020] 11、 12 反応容器、
21、 22 パーナ、
30 出発ターゲット材、
40 コア用多孔質母材、
51、 52 排気管、
55 モニタ、
61、 62 ダミー用ガラスロッド、
70 コア母材、
80 多孔質母材、
90 コア母材融着部、
95 光ファイバ用母材融着部、 100 コア母材製造装置、
200、 210 クラッド部製造装置、
300、 310、 400 光ファイノ用母材
発明を実施するための最良の形態
[0021] 実施例および比較例を挙げて実施形態について説明する。
実施例
[0022] (実施例 1)
図 4に示すクラッド部製造装置 210を使用して、多孔質母材 80の形成を行った。な お、図 2に示したクラッド部製造装置 200と共通の構成要素には同じ参照番号を付し 、重複する説明は省いた。
[0023] まず、図 1を参照して既に説明した一般的なコア部製造工程により製造した 2本のコ ァ母材 70を融着により結合して 1本のコア母材とした後、規定の長さ、径に延伸した 。次いで、その両端にダミー用ガラスロッド 61、 62をそれぞれ融着して出発材ガラス ロッドとした。得られた出発材ガラスロッドにおいて、コア母材 70同士のコア母材融着 部 90の外径力 コア母材 70の外径に対して ±0. 5mm以内に納まるように調整した 。なお、出発材ガラスロッドが所望の長さに達しない場合は、融着するコア母材 70の 本数を増加させて解決することができる。
[0024] 次に、融着により規定の長さにしたコア母材 70を含む出発材ガラスロッドを反応容 器 12内に取り付けて回転させながら、これに沿って原料物質を含む酸水素炎を発生 するパーナ 22を往復移動させ、コア母材 70の外周に多孔質母材 80を堆積させた。 この多孔質母材 80を焼結して脱水および透明ガラス化した。
[0025] 図 5に、上記のようにして得られた光ファイバ用母材 310を示す。この光ファイバ用 母材 310では、コア母材 70の融着部 90における外径変動幅は ±0. 5mm以内に抑 えられていた。また、品質的にも安定しており、 1本のコア母材 70で形成された出発 材ガラスロッドを用 、て得られるものよりも、太径の光ファイバ用母材 310であつた。
[0026] この光ファイバ用母材 310を形成するために用いたダミー用ガラスロッド 61、 62は、 コア母材 70の 1本当たりについて考えるとの 1/2の量で済んでいる。また、 2本のコ ァ母材 70を融着したことにより、出発材ガラスロッドの径を太くできたので、これに対 するガラス微粒子の付着速度が従来よりも 20%向上された。なお、製造装置の容量 が許せば、出発材ガラスロッドを太くするだけではなく長くすることにより大型化するこ とちでさる。
[0027] 更に、得られた単一の光ファイバ用母材 310は大型で重量が増している。このため
、屈折率分布測定、外観検査等の検査工程、ガラス旋盤による加工工程、線引きェ 程等の他の工程においても単位製品重量当たりのコストが下がり、光ファイバの生産 性が向上された。
[0028] また、線引き工程では、光ファイバの径変動が小さぐ従来の 2本分に相当する光フ アイバ用母材 310から、コア母材融着部 90で断線することなく連続して線引きして光 ファイバを製造できた。また、線引きの段取り作業も軽減できた。
[0029] 更に、上記のような製造方法で得られた光ファイバは、生産性向上により低価格ィ匕 できる。また、 1本の光ファイバ用母材 310から連続して線引きされているので、全長 にわたつて品質が安定して!/ヽた。
[0030] (比較例 1)
図 6に、比較例として作製した光ファイバ用母材 400の断面図を示す。同図に示す ように、この光ファイバ用母材 400は、個別にそれぞれ製造した 2本の光ファイバ用母 材を融着により結合して一体ィ匕したものである。この光ファイバ用母材 400でも、コア 母材 70に多孔質母材 80として被着されたクラッド部となる部分も融着されて一体化さ れている。
[0031] このようにして製造した光ファイバ用母材 400では、コア 70に含まれる GeOが融着
2 時に多孔質母材 80側に拡散していた。このため、線引き時に、光ファイバ用母材融 着部 95において溶融が進みすぎ、その近傍で光ファイバ径の変動幅が大きくなつた 。また、断線を生じて線引きが中断された場合もあった。
産業上の利用可能性
[0032] 本発明によれば、製造設備を大幅に変更することなく単一の大きな光ファイバ用母 材が製造できる。また、こうして製造された大きな光ファイバ用母材力 連続して線引 きすることにより、連続した長い光ファイバを製造できる。従って、光ファイバ用母材お よび光ファイバの製造コストが低減される。

Claims

請求の範囲
[1] 少なくとも 2本のコア母材を融着により結合して 1本のコア母材とする工程と、
1本にした該コア母材の両端に一対のダミー用ガラスロッドを融着して出発材ガラス ロッドとする工程と、
該出発材ガラスロッドの外周に火炎加水分解反応により生成したガラス微粒子を堆 積させて多孔質母材とする工程と、
該多孔質母材を焼結により透明ガラス化して、コア部およびクラッド部を含む光ファ ィバ用母材とする工程と
を含む光ファイバ用母材の製造方法。
[2] 請求項 1に記載の製造方法を用いて製造された光ファイバ用母材。
[3] 請求項 2に記載の光ファイバ用母材を、前記コア母材が融着された部分で分割す ることなぐ連続して線引きする操作を含む光ファイバの製造方法。
[4] 請求項 3に記載の製造方法により製造された光ファイバ。
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