JP2003515519A - 光ファイバー用石英ガラスプリフォームの製造方法及びその方法によって製造されたプリフォーム - Google Patents

光ファイバー用石英ガラスプリフォームの製造方法及びその方法によって製造されたプリフォーム

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JP2003515519A JP2001541822A JP2001541822A JP2003515519A JP 2003515519 A JP2003515519 A JP 2003515519A JP 2001541822 A JP2001541822 A JP 2001541822A JP 2001541822 A JP2001541822 A JP 2001541822A JP 2003515519 A JP2003515519 A JP 2003515519A
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、石英ガラスの屈折率を増加させるドーピング物質を含んだ内層と、より低い屈折率を有しかつ内層を包む外層とから成る多孔性石英ガラス製中空シリンダーを提供する工程と、この中空シリンダーを潰す工程とを有し、前記ドーピング物質を含有する石英ガラスロッド上に前記多孔性中空シリンダーが潰されるようにしたことを特徴とする光ファイバー用石英ガラスプリフォームの製造方法に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、石英ガラスの屈折率を増加させるドーピング物質を含んだ内層と、
より低い屈折率を有しかつ内層を包む外層とから成る多孔性石英ガラス製中空シ
リンダーを提供する工程と、この中空シリンダーを潰す工程と、を有する光ファ
イバー用石英ガラスプリフォームの製造方法に関する。
【０００２】 さらに、本発明は、石英ガラスの屈折率を増大するドーピング物質を含有する
石英ガラスのコア、及び該コアを包囲する低い屈折率の石英ガラスジャケットか
らなる光ファイバー用石英ガラスプリフォームに関する。
【０００３】 （背景技術） ＵＳ−Ａ４，２５１，２５１にはＯＶＤ法による光ファイバー用石英ガラスプ
リフォームの製造方法が述べられている。製法の第一段階では、酸化ゲルマニウ
ム（２５重量％）及び酸化ホウ素（５重量％）でドープしたＳｉＯ2内層と、該
内層を包囲する酸化ホウ素（２重量％）でドープしたＳｉＯ2外層とからなる多
孔性ＳｉＯ2シリンダー（「スートシリンダー」）が作られる。このスートシリ
ンダーはＳｉＣｌ4（又は、それぞれＧｅＣｌ4及びＢＣｌ3）の火炎加水分解に
よって生成される。
【０００４】 製法の第二段階では、ＳｉＯ2外層はＳｉＯ2内層上に堆積される。その後、石
英ガラスのマンドレルがスートシリンダーから引き抜かれる。このようにして、
スートシリンダーには中空部が形成され、その中空部の内径は該マンドレルの外
径に等しい。
【０００５】 該プリフォームは、この多孔性スートシリンダーを焼結処理すると同時にその
中空部を潰すことによって得られる。このプリフォームは酸化ホウ素及び二酸化
ゲルマニウムでドープされた石英ガラスで作られたコアを有し、このコアは屈折
率が１．４７６であり、その周囲を屈折率１．４５７の石英ガラスジャケットで
包囲されている。
【０００６】 ＳｉＯ2の堆積効率はマンドレルの外径に依存している。マンドレルの外径が
大きいとそれに応じて初期表面積が大きく出来る為にＳｉＯ2の堆積が効率よく
行われる。一方において、マンドレルの外径が大きい場合には、それに応じてス
ートシリンダーの中空部も大きくなる。中空部が大きくなればなるほど、焼結処
理と潰し処理の処理中に、中空部を封鎖することは困難となる。大きな中空部を
封鎖する場合、特に中空部の内部に低い圧力が追加的に加えられる場合、コアが
断面楕円状のコア領域が生じることが知られている。該中空部を閉鎖するという
問題はドープされた石英ガラスによってさらに悪化してしまう。何故なら、焼結
処理及び潰し処理の処理中における長時間の熱処理及び高温に起因して、ドーピ
ング物質が内層側から拡散し、そしてこのようにして内層領域におけるドーピン
グ物質の濃度が低下し、大抵はこの内層領域の屈折率は低下してしまうからであ
る。プリフォームのこの領域（又は、それぞれ、プリフォームから作られた光フ
ァイバー）は文献においては「ディップ（ｄｉｐ）」と呼ばれる。
【０００７】 従って、本発明は、多孔性石英ガラス中空シリンダーの中空部の閉鎖する工程
を容易化した光ファイバー用石英ガラスプリフォームの効果的な製造方法を明確
化し、かつこの方法によって製造された低コストプリフォームを提供するという
課題に基づいてなされたものである。
【０００８】 上述した方法、即ちドーピング物質を含有する石英ガラスロッド上に多孔性中
空シリンダーが潰されるという方法に基づいて本発明の目的が達成される。
【０００９】 多孔性中空シリンダーは、ドーピング物質を含有する石英ガラスロッド上に潰
される。この石英ガラスロッドは、潰し処理前に、多孔性中空シリンダーの中空
部に挿入され、その結果、潰し時には、中空シリンダーと石英ガラスロッドとの
間の間隔のみが閉鎖される。従って、閉鎖される間隙はより小さくなり、この間
隙を閉鎖するために必要とされる中空シリンダーの変形は中空部の全体を潰すた
めに必要とされるものよりも小さくなる。
【００１０】 従って、本発明方法によれば、潰し工程の時間が短縮され、及び／又は潰し温
度も低下できるため、中空シリンダーにかかる熱負荷は全体として従来の製法よ
り少なくなる。さらに、潰し時の中空シリンダーの変形が比較的少ないことによ
り、石英ガラスロッドと潰された中空シリンダーとから構成される石英ガラスシ
リンダーに関する所定の形状や寸法を保つことが容易になる。
【００１１】 本発明の製法の更なる特徴は、中空シリンダーが、石英ガラスの屈折率を増加
するドーピング物質を有する内層と、この内層を包囲しかつ低い屈折率を有する
外層とを有する点にある。この中空シリンダーは、石英ガラスロッド上に潰され
、この石英ガラスロッドは中空シリンダーの内層上の石英ガラスと同じドーピン
グ物質を有している。本発明の方法では、石英ガラスロッドは、中空シリンダー
の内層となるだけでなく、プリフォームの「コア」の一部となる。この方法によ
って、コアの製造が簡単となり、このことは、大型のプリフォーム及びそれに対
応して大きなコアの場合には、最も顕著となる。さらに、中空シリンダーはジャ
ケット（光ファイバーの「クラッド」）又はその一部となる。
【００１２】 ドーピング物質は、内層領域に限定することができる。ドーピング物質が、中
空シリンダーの壁厚さの全体にわたって均一に分布する場合には、石英ガラスの
屈折率を低減させるドーピング物質を追加することによって、外層領域における
屈折率を低下させる。
【００１３】 本発明によって提案されたプリフォームの製造方法に加えて、その具体的な仕
様及びその特定の手法によれば、プリフォームの製造のためにはさらなる処理工
程が必要とされる。特に、潰された中空シリンダーをさらに１又は複数の石英ガ
ラスジャケット層で包囲することができる。
【００１４】 石英ガラスロッドと内層との屈折率の差が最大０．００１を超えない場合には
、石英ガラスロッドと内層が略等しい濃度のドーピング物質を含有することが特
に有利であることが見出された。内層と石英ガラスロッドのドーピングを一致さ
せることによって、それぞれの石英ガラスにおいて同一の粘度となる。これによ
り、潰し時における石英ガラスロッドと内層との間の十分な接触領域を形成する
ことが一層容易となる。
【００１５】 半径方向に均一な屈折率分布を有しかつアンドープト石英ガラスよりも少なく
とも０．００３だけ高い屈折率を有する石英ガラスロッドを用いる方法は特に好
ましい。石英ガラスの屈折率を増加させるドーピング物質は一般的に石英ガラス
の粘度の低下を引きおこす。より低い粘度は、中空シリンダーと石英ガラスロッ
ド間の間隙の閉鎖、並びに潰し時における石英ガラスロッドと内層との十分な接
触の形成を容易にする。この工程の利点は、大きな直径及び一定の屈折率分布を
有するコアを設けた大型のプリフォームの場合に特に顕著となる。本発明の方法
においては、中空シリンダーの内層だけでなく石英ガラスロッドもまたコアの形
成に寄与する。
【００１６】 さらに、この点において、ドーピング物質として二酸化ゲルマニウムを用い、
この場合、石英ガラスロッドの二酸化ゲルマニウム含量が少なくとも３重量％で
あるようにするのが有利であることが見出された。二酸化ゲルマニウムは、石英
ガラスの粘度を低下させかつ屈折率を増加させる効果を有している。中空部の潰
しに関しては、より低い粘度が有利であることは前述した通りである。
【００１７】 多孔性の中空シリンダーがフッ素を含有すると有利なことも見出された。フッ
素ドーピングは石英ガラスの粘度を低下させかつ屈折率の低下をひきおこす。ま
た、フッ素ドーピングは、ある程度まで、中空シリンダーと石英ガラスロッドと
の間の間隙の閉鎖、及び潰し時において石英ガラスロッドと内層と間の十分な接
触領域の形成を容易にする。フッ素の含有は中空シリンダーの外層の屈折率にお
ける局部的減少を引きおこす。しかし、中空シリンダーの壁厚さにわたって一定
とすることができる。フッ素及び石英ガラスの屈折率を増加させる二酸化ゲルマ
ニウムのようなドーピング物質によるドーピングは、この２つのドーピング物質
の影響が屈折率に関して全体的に又は部分的に互いに補償しあう程度において、
石英ガラスにおいて特に低い粘度を生成する。石英ガラスロッドの石英ガラスも
またフッ素を含有してもよい。
【００１８】 多孔性中空シリンダーが、塩素雰囲気中で摂氏７００度を越える温度で加熱す
ることによって塩素処理される場合には、さらなる改良が図られる。この塩素処
理は不純物の除去を行い、かつＯＨ含量及び石英ガラスの粘度を低下させる。こ
れによって潰しの容易化が図られかつ中空シリンダーと石英ガラスロッドとの特
に十分な接触表面が得られる。
【００１９】 理想的には、石英ガラスロッドの外径及び多孔性中空シリンダーの内径は、塩
素処理中に、多孔性中空シリンダーとこの中空シリンダーに挿入された石英ガラ
スロッド間に環状間隙が残るように選択される。塩素処理は、中空シリンダーへ
の石英ガラスロッドの挿入後で、かつ中空シリンダーの焼結処理及び潰し処理前
に行われる。これにより、潰し処理後に接触領域を形成し、環状間隙に設けられ
た表面領域の清浄化が行われる。
【００２０】 ５ｍｍ以下の外径を有する石英ガラスロッドの使用が好ましい。石英ガラスロ
ッドが細くなればなるほど、潰し処理後における中空シリンダーと石英ガラスロ
ッド間の接触面積が小さくなり、そして接触面の面積における破損箇所数が少な
くなる。一定の屈折率分布のコアを有するプリフォームを製造するためには、中
空シリンダーの内層が中空シリンダー自身と同一のドーピングを有するような細
い石英ガラスロッドにおいて特に有利である。
【００２１】 理想的には、石英ガラスロッドはＶＡＤ法（気相軸付け法）によって製造され
る。この方法は、特に低コストでかつ一定濃度でドープされた石英ガラスロッド
の製造に好適に用いられる。
【００２２】 プリフォーム製造の効率化に関する更なる改良は、石英ガラスロッドがロッド
プリフォームの延伸によって得られる場合に行われる。この目的のために、最初
に、外径が石英ガラスロッドの理論的直径より大きいロッドプリフォームを、理
想的にはＶＡＤ法によって製造する。この理論的直径は、そのようなロッドプリ
フォームの延伸によって正確に設定され、そして、さらに、このロッドの表面は
延伸中移動せしめられる。大きい外部直径を有するロッドプリフォームの延伸は
、１又は複数の石英ガラスロッドの複数の製品長さを作り出すことを可能とする
。
【００２３】 プリフォームの製造は、石英ガラスロッド上への中空シリンダーの潰しによっ
て得られるコアロッドが石英ガラス製の被覆チューブ（ジャケットチューブ）に
よって被覆されるという追加的な工程を一般的に有している。
【００２４】 プリフォームに関して、上記した目的は、コアが石英ガラスロッドによって製
造されかつ石英ガラスロッドを包囲する中空シリンダーが多孔性石英ガラスで作
られ、焼結処理されそしてその焼結処理中に石英ガラスロッド上に潰され、かつ
その中空シリンダーがジャケットの少なくとも一部分を包含するという内容の本
発明によって達成される。
【００２５】 上記プリフォームを製造するために、多孔性中空シリンダーは、同一のドーピ
ング物質を含有し、潰し処理前に、該多孔性中空シリンダーの中空部に挿入され
る石英ガラスロッド上に潰される。このようにして、多孔性中空シリンダーはプ
リフォームコアの一構成要素となる。さらに、該プリフォームのジャケット（「
光学的クラッド」）の少なくとも一部は、この潰された多孔性中空シリンダーか
ら生じる。発明の効果、特にプリフォーム製造の効率の向上に関して、本発明方
法を説明する。
【００２６】 石英ガラスロッド及びその上に潰される中空シリンダーに加えて、本発明によ
るプリフォームは、所望の目的又は仕様に応じて、さらなる石英ガラス層を有す
る。特に、コア及びジャケットを包囲する石英ガラス層を有し、かつ石英ガラス
から作られた被覆チューブ（ジャケットチューブ）を潰すことによって製造され
る石英ガラスプリフォームの利点は立証されている。
【００２７】 以下に、実施の形態及び図面に基づいて本発明を詳細に説明する。添付図面に
示された図表は次の通りである。
【００２８】 図１は、コアロッドへ潰される前の多孔性石英ガラス製コアジャケットチュー
ブ及び石英ガラスコアロッドの配置を示す半径方向断面図である。
【００２９】 図２は、プリフォームの製造方法の一例を個々の方法工程で示したフローチャ
ートである。
【００３０】 図１において、符号１はコアジャケットチューブ２及びコアガラスロッド３の
軸方向配置の全体を示す。コアガラスロッド３は、５重量％の二酸化ゲルマニウ
ムで均一にドープされた石英ガラスから構成されている。コアガラスロッド３の
直径は３ｍｍである。
【００３１】 コアジャケットチューブ２は多孔性石英ガラス中空シリンダー（スートボディ
）から構成されている。内層４において、コアジャケットチューブ２は二酸化ゲ
ルマニウムで均一にドープされており、二酸化ゲルマニウムの名目上の濃度はコ
アガラスロッド３の名目上の濃度と一致している。外層５においては、コアジャ
ケットチューブ２は、アンドープト多孔性石英ガラスから構成されている。コア
ジャケットチューブ２の中空部の直径は５ｍｍであり、中空部の壁とコアガラス
ロッド３の間の軸方向配置１において、幅１ｍｍの環状間隙６が形成されている
。コアジャケットチューブ２の外径は、明細書の例では、３５ｍｍであり、そし
て内層４と外層５間の境界面は略９ｍｍの直径である。
【００３２】 以下に、図２に基づいて、コアジャケットチューブ２及びコアガラスロッド３
の、図１に示された配置の製造方法の工程、及びコアロッドとプリフォームの製
造方法の工程を、例をあげて説明するが、この例において、プリフォームの同一
又は同等の部材の符号としては図１で用いた符合が用いられる。
【００３３】 本発明方法を実施する目的のために、コアガラスロッド３と多孔性コアジャケ
ット２が供給される。コアジャケットチューブ２はＳｉＣｌ4の火炎加水分解方
法により、長手方向軸の回りを回転するマンドレルのジャケット表面にＳｉＯ2
粒子を外部から堆積させることによって製造される（ＯＶＤ法）。マンドレルと
しては直径５ｍｍの酸化アルミニウムチューブが用いられる。堆積用バーナーを
用いることによって、最初の段階で内層４が堆積され、この段階では内層４に対
するドーピング物質の上記した濃度を達成するためにＳｉＣｌ4だけでなくＧｅ
Ｃｌ4もまた適用される。次いで、ＧｅＣｌ4の供給が停止されそして同じ方法に
よって外層５が内層４の上に堆積される。マンドレルの除去後に得られるコアジ
ャケットチューブ２は多孔性石英ガラスから構成されている。
【００３４】 コアガラスロッド３の製造のために、最初の段階において、ロッドプリフォー
ムが、ＳｉＣｌ4及びＧｅＣｌ4の火炎加水分解法によりＳｉＯ2粒子の形成及び
回転する基材上へのＳｉＯ2粒子の軸方向堆積によって製造される（ＶＡＤ法）
。同様に製造されたロッドは略４０ｍｍの直径を有している。方法を続けること
によって、ロッドは直径３ｍｍまで長くなり、そして適宜方法を続けて多数のコ
アロッドを製造した。
【００３５】 本発明のプリフォームを製造するため、図１に示したような配置１の形成とと
もに、コアガラスロッド３はコアジャケットチューブ２の軸方向中空部に同軸的
に固定される。環状間隙６に隣接する表面を清浄化するため、配置１は摂氏約１
０００度の温度で塩素処理される。次に、多孔性コアジャケットチューブ２はコ
アガラスロッド３に融着され、この段階でこの配置は炉内で摂氏１４００度の温
度まで加熱される。環状間隙６は垂直方向に向けられた配置１の帯域において加
熱することによって十分に閉鎖される。当初のコアガラスロッド３とコアジャケ
ットチューブ２の内層４の間の接触面は肉眼では検知されえない。
【００３６】 同様に得られたコアロッドは、引き続いて製造されかつ光波誘導（「光クラッ
ド」）の機能に寄与する光ファイバー及びジャケットのファイバーコアとなる。
それによって、二酸化ゲルマニウムで均一にドープされ、８．８ｍｍの外径を有
しかつアンドープト石英ガラスの屈折率よりも０．００５高い屈折率を有する石
英ガラスコアが得られる。このコアの中心部は当初のコアガラスロッド３、及び
当初のコアジャケットチューブ２の内層４の外部によって形成されている。この
コアの中央部と外部との屈折率の差は略０．０００１である。このコアは屈折率
が１．４５８５のアンドープト石英ガラスジャケットによって包囲されている。
このジャケットは当初のコアジャケット２の外層５によって形成されている。
【００３７】 プリフォームの製造のために、コアロッドは所望の外形寸法とするために丸く
削られ火炎研磨され、かつアンドープト石英ガラスで作られた被覆チューブ（「
ジャケットチューブ」）によって被覆処理される。その後、このプリフォームは
１３０ｍｍの外径を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】 コアロッドへ潰される前の多孔性石英ガラス製コアジャケットチュ
ーブ及び石英ガラスコアロッドの配置を示す半径方向断面図である。
【図２】 プリフォームの製造方法の一例を個々の方法工程で示したフローチ
ャートである。
【符号の説明】
１：配置、２：多孔性コアジャケットチューブ、３：コアガラスロッド、４：
内層、５：外層、６：環状間隙。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハインツ・ファビアン ドイツ連邦共和国、Ｄ−63762 グロース オストハイム、ウェストリング29 Ｆターム(参考） 4G021 BA02 BA03 BA04

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 石英ガラスの屈折率を増加させるドーピング物質を含んだ内
    層（４）と、より低い屈折率を有しかつ内層を包む外層（５）とから成る多孔性
    石英ガラス製中空シリンダー（２）を提供する工程と、この中空シリンダー（２
    ）を潰す工程とを有し、前記ドーピング物質を含有する石英ガラスロッド（３）
    上に前記多孔性中空シリンダー（２）が潰されるようにしたことを特徴とする光
    ファイバー用石英ガラスプリフォームの製造方法。
  2. 【請求項２】 前記石英ガラスロッド（３）と前記内層（４）とがほぼ同濃
    度のドーピング物質を含み、かつ石英ガラスロッド（３）と内層（４）の屈折率
    の差が最大で０．００１であることを特徴とする請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記石英ガラスロッド（３）は半径方向に均一な屈折率プロ
    ファイルを有し、かつドーピング物質を含まない石英ガラスより少なくとも０．
    ００３だけ高い屈折率を有することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記ドーピング物質が二酸化ゲルマニウムであり、かつ石英
    ガラスロッド（３）における二酸化ゲルマニウムの濃度が少なくとも３重量％パ
    ーセントであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記多孔性中空シリンダー（２）がフッ化物を含有すること
    を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記多孔性中空シリンダー（２）は塩素含有雰囲気中で７０
    ０℃を越える温度で加熱されることによって塩素処理が施されることを特徴とす
    る請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記多孔性中空シリンダー（２）と該中空シリンダーに挿入
    された石英ガラスロッド（３）との間の環状間隙（６）が前記塩素処理中におい
    て残存する様に前記石英ガラスロッド（３）の外径及び多孔性中空シリンダー（
    ２）の内径が選定されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 前記石英ガラスロッド（３）が５ｍｍ以下の外径を有するこ
    とを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記石英ガラスロッド（３）がＶＡＤ法によって製造された
    ものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の方法。
  10. 【請求項１０】 前記石英ガラスロッド（３）がロッドプリフォームを延伸
    することによって得られることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の
    方法。
  11. 【請求項１１】 コアロッドが前記中空シリンダー（２）を前記石英ガラス
    ロッド（３）上に潰すことによって得られ、かつ該コアロッドが石英ガラス被覆
    チューブで被覆処理されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載
    の方法。
  12. 【請求項１２】 石英ガラスの屈折率を増加するドーピング物質を含んだ石
    英ガラスコアと、より低い屈折率の石英ガラスジャケットとを有し、該ジャケッ
    トが該コアを包囲するようにした光ファイバー用石英ガラスプリフォームであっ
    て、前記コアが石英ガラスロッド（３）と該石英ガラスロッド（３）を包囲する
    中空シリンダー（２）とから形成され、該シリンダーが多孔性石英ガラスから製
    造され、焼結処理され、焼結処理の間に該石英ガラスロッド（３）上に潰され、
    かつ該シリンダーが少なくとも該ジャケットの一部を包含することを特徴とする
    光ファイバー用石英ガラスプリフォーム。
  13. 【請求項１３】 前記コア及びジャケットを包囲する石英ガラス層を有し、
    該層が石英ガラス被覆チューブを潰すことによって形成されることを特徴とする
    請求項１２記載の石英ガラスプリフォーム。
JP2001541822A 1999-12-03 2000-11-27 光ファイバー用石英ガラスプリフォームの製造方法及びその方法によって製造されたプリフォーム Pending JP2003515519A (ja)

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DE19958276.9 1999-12-03
DE19958276A DE19958276C1 (de) 1999-12-03 1999-12-03 Verfahren für die Herstellung einer Quarzglas-Vorform für eine Lichtleitfaser
PCT/EP2000/011807 WO2001040126A1 (de) 1999-12-03 2000-11-27 Quarzglas-vorform für eine lichtleitfaser und verfahren zu ihrer herstellung

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