JP2004043264A - 光ファイバ、光ファイバ母材、光ファイバ母材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶融紡糸時におけるコアの粘度がクラッドの粘度よりも高い組み合わせからなり、コアの非円、偏心が抑制された光ファイバ、光ファイバ母材および光ファイバ母材の製造方法を提供する。
【解決手段】コアロッド１内を減圧しつつ、コアロッド１を移動させながら加熱し、コアロッド１を収縮させて光ファイバ母材を得る光ファイバ母材の製造方法。コアロッド１を、その長手方向が鉛直方向となるように配し、コアロッド１の上部を第１の把持具５で把持し、コアロッド１の下部を第２の把持具６で把持し、コアロッド１を鉛直下方に移動させる際、第２の把持具６の移動速度を、第１の把持具５の移動速度の１０３％〜１１０％とする。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ、光ファイバ母材および光ファイバ母材の製造方法に関し、特に、コアは、純粋石英あるいは微量のフッ素および／またはゲルマニウムが添加された石英であり、クラッドはフッ素が添加された石英であるような、溶融紡糸時におけるコアの粘度がクラッドの粘度よりも高い組み合わせの光ファイバであって、コアの非円、偏心が抑制された光ファイバ、光ファイバ母材および光ファイバ母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＰＣＶＤ法、ＭＣＶＤ法によって光ファイバ母材を製造するには、水平に保持した石英管の内側にガラス材料の原料ガスを流通させながら、石英管の外側に設けた熱源を石英管の長さ方向に沿って往復移動させて石英管を加熱して、石英管の内壁にガラス微粒子を生成、堆積、透明化させた後、この石英管を加熱して収縮させて中実化する（以下、中実化する工程を「コラップス工程」とも呼ぶ。）ことにより、光ファイバ母材を得ている。
【０００３】
上記コラップス工程としては、一般的に、酸水素バーナを用いた、以下のような２つの方法がある。
１つの方法では、まず、ガラス微粒子が堆積、透明化され、両端が開放されたままの石英管の両端を、その長手方向が水平になるように把持具で把持する。次いで、この状態で石英管を、その軸回りに回転させ、石英管をガスバーナで加熱する。このとき、ガスバーナを移動させながら石英管を加熱し、石英管を収縮させて、石英管の穴を狭めていく。次いで、石英管の一方の端部を溶断した後、再びこの石英管をガスバーナで加熱して中実化する。
もう１つの方法では、ガラス微粒子が堆積、透明化され、両端が開放されたままの石英管の一方の端部を溶断した後、ここにダミー棒を溶接し、この状態で石英管を、その軸回りに回転させ、再びこの石英管をガスバーナで加熱して中実化する。
いずれの方法においても、バーナを用いてなおかつ石英管内に適切な圧力をかけて、石英管最内の表面張力とのバランスを取り、収縮後の石英管が非円となるのを抑制しながら中実化していくのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば、コアは石英のみからなるか、または、微量のフッ素および／またはゲルマニウムが添加された石英からなり、クラッドはフッ素が添加された石英からなるようなコアの粘度がクラッドの粘度と比較して高いような光ファイバを形成するための光ファイバ母材は、コアを形成する部分（以下、「コア層」とする。）の溶融時の粘度がクラッドを形成する部分（以下、「クラッド層」とする。）の溶融時の粘度よりも高いため、クラッド層までには十分な熱を加えたにもかかわらず、コア層の最内には十分に熱が加わらないため、コア層の最内に表面張力が生じ難く、バーナを用いた従来の方法では、容易に石英管の中実化を行うことができなかった。
【０００５】
石英管を中実化するために、バーナを用いた時に、石英管内の内圧を低くすると、収縮後の石英管が非円化するのを抑制することができず、非円の度合いが増した光ファイバ母材、ひいては、光ファイバとなってしまう。さらに、コアの非円の度合いが増すと、偏波モード分散の度合いも増すという問題があった。
【０００６】
また、石英管の内のコア層最内まで十分に熱を加えようとすると、クラッド層の粘度が低くなりすぎて、石英管の回転により、石英管が曲がりやすくなってしまう。石英管が曲がったままコラップス工程を行うと、光ファイバ母材の径方向の削れが一様ではなくなり、光ファイバ母材の偏心を招いてしまう。また、光ファイバ母材の曲がりが解消されないと、その後の光ファイバの紡糸などで偏心を生じやすい。光ファイバの偏心は、接続損失の悪化を引き起こす原因となるので問題である。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、溶融紡糸時におけるコアの粘度がクラッドの粘度よりも高い組み合わせからなり、コアの非円、偏心が抑制された光ファイバ、光ファイバ母材および光ファイバ母材の製造方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、石英管の内側にガラス原料ガスを流通させながら石英管を加熱し、石英管の内壁にガラス微粒子を生成、堆積させた後、透明化し得られるコアの粘度がクラッドの粘度と比較して高い構造を持つようなコアロッドを減圧しつつ、該石英管を移動させながら加熱し、該石英管を収縮させて光ファイバ母材を得る光ファイバ母材の製造方法によって解決できる。
上記光ファイバ母材の製造方法において、前記ガラス微粒子が堆積、透明化された石英管を、その長手方向が鉛直方向となるように配し、該石英管の上部を第１の把持具で把持し、該石英管の下部を第２の把持具で把持し、該石英管を鉛直下方に移動させる際、前記第２の把持具の鉛直下方への移動速度を、前記第１の把持具の鉛直下方への移動速度よりも速くすることが好ましい。
上記光ファイバ母材の製造方法において、前記第２の把持具の移動速度を、前記第１の把持具の移動速度の１０３％〜１１０％とすることが好ましい。
上記光ファイバ母材の製造方法において、前記ガラス微粒子が堆積、透明化された石英管を、その軸回りに回転させ、該石英管の内径が所定の大きさになるまで該石英管の長手方向と平行に移動するガスバーナで加熱し収縮させた後、該石英管を非接触熱源で加熱して完全に収縮させることが好ましい。
上記光ファイバ母材の製造方法において、前記ガラス微粒子が堆積、透明化された石英管を非接触熱源で加熱して完全に収縮させることが好ましい。
前記課題は、上記光ファイバ母材の製造方法によって製造された光ファイバ母材によって解決できる。
前記課題は、上記光ファイバ母材を紡糸して得られた光ファイバによって解決できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
ＰＣＶＤ法またはＭＣＶＤ法によって、光ファイバ母材を製造するには、まず、出発管として石英管を用い、この石英管内壁にガラス微粒子を生成、堆積、透明化させる。
例えば、ＭＣＶＤ法では、出発管として石英管を用い、石英管をその中心軸を中心として回転させながら、石英管の一方の端部から石英管の内側に酸素、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_４）、四塩化ゲルマニウム（ＧｅＣｌ_４）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ_４）などのガラス原料ガスを流通させ、同時に石英管を外側からバーナなどの熱源で加熱して気相酸化反応を起こし、石英管の内壁にシリカやドーパントなどのガラスを生成、堆積、透明化させる。
【００１０】
本発明の光ファイバ母材の製造方法では、ガラス微粒子が堆積、透明化された石英管（以下、「コアロッド」と言う。）のコラップス工程を以下のようにして行う。
図１は、本発明の光ファイバ母材の製造方法の一実施形態を示す概略説明図である。
この実施形態の光ファイバ母材の製造方法では、まず、コアロッド１の一方の端部に、中央に貫通孔２ａを有するダミー管２を溶接し、コアロッド１の他方の端部にダミー棒３を溶接する。
次いで、加熱炉４の鉛直方向に設けられらた挿入孔４ａ内にコアロッド１を、その長手方向が鉛直方向となるように挿入し、コアロッド１の上部を第１の把持具５で把持し、コアロッド１の下部を第２の把持具６で把持する。このとき、ダミー管２が鉛直方向上方、ダミー棒３が鉛直方向下方となるようにコアロッド１を配し、第１の把持具５でダミー管２を把持し、第２の把持具６でダミー棒３を把持する。
次いで、ダミー管２のコアロッド１と接続されていない側の端部２ｂに真空ポンプ（図示略）を接続し、真空ポンプによってコアロッド１内を図中の矢印方向に吸引し、コアロッド１内を減圧する。
【００１１】
次いで、コアロッド１がコラップス工程開始位置に配置されたら、すなわち、コアロッド１のダミー棒３に接続された側の端部が加熱炉４内に挿入された状態でコアロッド１が配置されたら、コアロッド１を加熱炉４で加熱して所定の温度にする。
次いで、コアロッド１が所定の温度に達したら、第１の把持具５および第２の把持具６を、それぞれ任意の速度で鉛直下方に移動させて、コアロッド１のコラップスを開始し、コアロッド１を中実化して光ファイバ母材を得る。
【００１２】
上述のコラップス工程において、コアロッド１を鉛直下方に移動させる際に、第２の把持具６の鉛直下方への移動速度を、第１の把持具５の鉛直下方への移動速度よりも速くすることが好ましい。
このようにすれば、コアロッド１内を真空ポンプによって減圧し、中実化を促進しても、コラップス後に得られる光ファイバ母材が非円となったり、曲がったりするのを防止することができる。
【００１３】
さらに、コラップス工程において、第２の把持具６の移動速度を、第１の把持具５の移動速度の１０３％〜１１０％とすることが好ましく、より好ましくは１０３％〜１０６％とする。
第２の把持具６の移動速度が、第１の把持具５の移動速度の１０３％未満、特に、１０１％以下であると、加熱時にコアロッド１は僅かながら膨張するため、移動時にコアロッド１が曲がってしまう。一方、第２の把持具６の移動速度が、第１の把持具５の移動速度の１１０％を超えると、コアロッドが長くなり、製造の取り扱い上、好ましくない。
【００１４】
なお、上述のコラップス工程では、コアロッド１の加熱を、全て加熱炉４で行ったが、この実施形態の光ファイバ母材の製造方法にあっては、コアロッド１の加熱を以下のように行ってもよい。
すなわち、コアロッド１を、その軸回りに回転させ、ガスバーナ（図示略）をコアロッド１の長手方向と平行に移動させながら、コアロッド１の内径が所定の大きさになるまでガスバーナで加熱して収縮させた後、コアロッド１を加熱炉４で加熱して完全に収縮させてもよい。
この実施形態の光ファイバ母材の製造方法では、コラップス工程において、この工程の途中まで従来のガスバーナを用いた方法でコアロッド１の加熱を行い、少なくとも仕上げの段階で、コアロッド１を加熱炉で加熱すれば、非円が抑制され、曲がりのない光ファイバ母材を得ることができる。
【００１５】
本発明の光ファイバ母材の製造方法によれば、コア部は石英のみからなるか、または、微量のフッ素および／またはゲルマニウムが添加された石英からなり、クラッド部はフッ素が添加された石英からなる光ファイバのように、コア部の粘度がクラッド部の粘度よりも高い光ファイバ母材を製造しても、非円が抑制され、曲がりのない光ファイバ母材を得ることができる。また、ガラス微粒子が堆積された石英管内を減圧しながらコラップス工程を行うことができるから、従来よりも低い温度でコラップス工程を行うことができる。また、ガラス微粒子が堆積された石英管を回転させながら、高温で加熱する必要もなくなるから、クラッド層の粘度が低くなり過ぎて、光ファイバ母材が非円となるのを防止することができる。
【００１６】
本発明の光ファイバ母材は、上述の本発明の光ファイバ母材の製造方法によって製造され、非円、曲がりが最小限に抑えられたものである。したがって、本発明の光ファイバ母材を紡糸して得られる光ファイバは、コアの非円、偏心が最小限に抑えられ、接続損失の悪化を抑えられる。
また、本発明の光ファイバは、本発明の光ファイバ母材を紡糸して得られたものであり、コアの非円、偏心が最小限に抑えられたものである。したがって、本発明の光ファイバは、接続損失の少ないものとなる。
【００１７】
以下、図１を用いて具体的な実施例を示して、本発明の効果を明らかにする。
なお、以下に示す実施例をもって本発明が限定されるものでもない。
（実施例）
出発管として、長さ１０００ｍｍ、外径３２ｍｍ、厚さ１．７ｍｍの合成石英管を用意した。
次いで、ＭＣＶＤ法によって、出発管内壁にクラッドとなる部分としてフッ素を添加した石英微粒子を堆積し、コアとなる部分として無添加純粋石英微粒子を堆積し、コアロッド１を作製した。
次いで、上記微粒子の堆積が終了した後、コアロッド１の一方の端部を溶断して封止し、この封止部分に外径１５ｍｍのダミー棒３を溶接した。
次いで、コアロッド１の内径が約３ｍｍになるまで、コアロッド１を、その軸回りに回転させ、ガスバーナ（図示略）をコアロッド１の長手方向と平行に移動させながら、コラップスを行った。
次いで、コアロッド１のダミー棒３が接続されていない側の端部に、ダミー管２を溶接した。
次いで、加熱炉４の挿入孔４ａ内にコアロッド１を、その長手方向が鉛直方向となるように挿入し、コアロッド１の上部を第１の把持具５で把持し、コアロッド１の下部を第２の把持具６で把持した。このとき、ダミー管２が鉛直方向上方、ダミー棒３が鉛直方向下方となるようにコアロッド１を配し、第１の把持具５でダミー管２を把持し、第２の把持具６でダミー棒３を把持した。
次いで、ダミー管２のコアロッド１と接続されていない側の端部２ｂに真空ポンプ（図示略）を接続し、真空ポンプによってコアロッド１内を減圧した。
次いで、コアロッド１内の圧力が一定になったら、加熱炉４の温度を徐々に上昇させて１９００℃にする。
次いで、加熱炉４の温度が１９００℃に達したら、第１の把持具５の移動速度を１５ｍｍ／ｍｉｎ、第２の把持具６の移動速度を１５．７ｍｍ／ｍｉｎで鉛直下方に移動させ、コラップスを行い、光ファイバ母材を得た。
その後、得られた光ファイバ母材を紡糸して、光ファイバを得た。
得られた光ファイバのコアの非円率は３％、偏心量は０．３μｍであった。
さらに、この実施例と同様の方法で、複数の光ファイバを製造したところ、コアの非円率の平均は５％、偏心量の平均は０．４μｍであった。
【００１８】
（比較例１）
加熱炉４の温度が１９００℃に達したら、第１の把持具５の移動速度を１５．０ｍｍ／ｍｉｎ、第２の把持具６の移動速度を１５．２ｍｍ／ｍｉｎとし、第１の把持具５の移動速度と第２の把持具６の移動速度を同一として、鉛直下方に移動させ、コラップスを行った以外は実施例と同様にして、光ファイバ母材を得た。
その後、得られた光ファイバ母材を紡糸して、複数の光ファイバを製造した。得られた光ファイバのコアの非円率の平均は７％、偏心量の平均は０．５μｍであった。
【００１９】
（比較例２）
出発管として、長さ１０００ｍｍ、外径３２ｍｍ、厚さ１．７ｍｍの合成石英管を用意した。
次いで、ＭＣＶＤ法によって、出発管内壁にクラッドとなる部分としてフッ素を添加した石英微粒子を堆積し、コアとなる部分として無添加純粋石英微粒子を堆積、透明化し、コアロッド１を作製した。
次いで、上記微粒子の堆積、透明化が終了した後、コアロッド１の一方の端部を溶断して封止し、この封止部分に外径１５ｍｍのダミー棒３を溶接した。
次いで、コアロッド１を、その軸回りに回転させ、ガスバーナ（図示略）をコアロッド１の長手方向と平行に移動させながらコラップスを行って、コアロッド１の中実化を完全に行って、光ファイバ母材を得た。
その後、得られた光ファイバ母材を紡糸して、複数の光ファイバを製造した。得られた光ファイバのコアの非円率の平均は１０％、偏心量の平均は０．８μｍであった。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光ファイバ母材の製造方法によれば、コア部の粘度がクラッド部の粘度よりも高い光ファイバ母材を製造しても、非円が抑制され、曲がりのない光ファイバ母材を得ることができる。また、ガラス微粒子が堆積、透明化された石英管内を減圧しながらコラップス工程を行うことができるから、従来よりも低い温度でコラップス工程を行うことができる。また、ガラス微粒子が堆積された石英管を回転させながら、高温で加熱する必要もなくなるから、クラッド層の粘度が低くなり過ぎて、光ファイバ母材が非円となるのを防止することができる。
また、本発明の光ファイバ母材は、上述の本発明の光ファイバ母材の製造方法によって製造されたものであるから、非円、曲がりが最小限に抑えられた光ファイバ母材である。
そして、本発明の光ファイバは、本発明の光ファイバ母材を紡糸して得られたものであるから、コアの非円、偏心が最小限に抑えられた光ファイバである。したがって、本発明の光ファイバは、接続損失の悪化が少ないものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ファイバ母材の製造方法の一実施形態を示す概略説明図である。
【符号の説明】
１・・・コアロッド、２・・・ダミー管、２ａ・・・貫通孔、３・・・ダミー棒、４・・・加熱炉、５・・・第１の把持具、６・・・第２の把持具

Claims (7)

1. 石英管の内側にガラス原料ガスを流通させながら石英管を加熱し、石英管の内壁にガラス微粒子を生成、堆積させた後、透明化し得られるコアの粘度がクラッドの粘度と比較して高い構造を持つようなコアロッドを減圧しつつ、該石英管を移動させながら加熱し、該石英管を収縮させて光ファイバ母材を得ることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
2. 請求項１記載の光ファイバ母材の製造方法において、
   前記ガラス微粒子が堆積、透明化された石英管を、その長手方向が鉛直方向となるように配し、該石英管の上部を第１の把持具で把持し、該石英管の下部を第２の把持具で把持し、該石英管を鉛直下方に移動させる際、前記第２の把持具の鉛直下方への移動速度を、前記第１の把持具の鉛直下方への移動速度よりも速くすることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
3. 請求項２記載の光ファイバ母材の製造方法において、
   前記第２の把持具の移動速度を、前記第１の把持具の移動速度の１０３％〜１１０％とすることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の光ファイバ母材の製造方法において、
   前記ガラス微粒子が堆積、透明化された石英管を、その軸回りに回転させ、該石英管の内径が所定の大きさになるまで該石英管の長手方向と平行に移動するガスバーナで加熱し収縮させた後、該石英管を非接触熱源で加熱して完全に収縮させることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載の光ファイバ母材の製造方法において、
   前記ガラス微粒子が堆積、透明化された石英管を非接触熱源で加熱して完全に収縮させることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の光ファイバ母材の製造方法によって製造されたことを特徴とする光ファイバ母材。
7. 請求項６記載の光ファイバ母材を紡糸して得られたことを特徴とする光ファイバ。

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