JP2517095B2 - 光ファイバ―プリフォ―ムの製造方法 - Google Patents

光ファイバ―プリフォ―ムの製造方法

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    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は光ファイバープリフォームの製造方法、特に
は偏心が0.5μm以下のシングルモード型光ファイバー
プリフォームを安定的にかつ容易に製造する方法に関す
るものである。
[従来の技術と解決すべき課題] シングルモード型光ファイバーの製造については、こ
のもののコア部が小さいためにファイバーの接続が難し
く、高度の技術を必要とし、また近年はテープ接続など
で一括接続する方法も行なわれているので、これにはコ
ア部の偏心率の極度に小さいことが要求されている。
しかして従来、このシングルモード型の光ファイバー
プリフォームの製造方法は、コアまたはコアとクラッド
層とからなるガラスロッドを水平に設置し回転させ、気
体状ガラス原料を左右に反復運動している酸水素火炎バ
ーナーに導入し、その火炎加水分解で生成したガラス微
粒子をロッド上に堆積させて多孔質ガラス層とし、これ
を加熱溶融して透明ガラス化するという、いわゆる外付
法により行なわれているが、この方法は作業のし易さ、
バーナーの作業性、ガラス微粒子の堆積し易さというこ
とから、通常は第2図に示したように炉11の中にロッド
12を横型に配置し、これと平行に配置した水平方向に移
動可能とされている酸水素火炎バーナー13からの火炎を
ロッド12に当ててその表面にガラス微粒子をスート14と
して堆積させるという方法で行なわれている。
しかし、このような横型の装置を用いる光ファイバー
プリフォームの製造方法では、目的とするプリフォーム
が長尺化し、大形化してくるとロッドが撓みを起すため
に両端と中央でセンターずれが起り、またガラスロッド
の設置し直しによる偏心および横型では検出不可能のね
じれや曲がりが増大し、これによってプリフォームが偏
心したものになるという問題点がある。
[課題を解決するための手段] 本発明はこのような不利を解決した光ファイバープリ
フォームの製造方法に関するものであり、これは気体状
ガラス原料を酸水素火炎バーナーに導入して火炎加水分
解させ、生成するガラス微粒子をコア用ガラスロッド表
面に均一に堆積させて多孔質ガラス体を製造し、これを
透明ガラス化して光ファイバープリフォームを製造する
方法において、スートを堆積する前に反応容器の内部に
該ガラスロッドを垂直に入れ、駆動部の回転軸に固定し
たのち、これを回転させながら軸方向に往復運動させて
該ガラスロッドをバーナーまたは他の熱源で上方から下
方へと加熱軟化させ、該ガラスロッドを全長にわたって
ねじれや曲がりを修正したのち、ガラス微粒子を堆積さ
せることを特徴とするものであり、さらには該炉の中央
部に該ガラスロッドと直角にバーナーを固定してガラス
微粒子を吹付け、バーナーの火炎を含む水平面において
軸移動がないように該ガラス微粒子を堆積させて多孔質
ガラス体を得ることを特徴とするものである。
すなわち、本発明者らは大形で偏心量が0.5μm以下
のシングルモード型光ファイバープリフォームを安定的
にかつ容易に得る方法について種々検討した結果、四塩
化けい素などの気体状ガラス原料を酸水素火炎中で加水
分解して得たガラス微粒子をガラスロッド上に堆積し、
得られた多孔質ガラス体を透明ガラス化する方法におい
て、ガラスロッドの重力によるたわみや曲がりのない状
態でガラス微粒子を堆積させて偏心のない多孔質ガラス
体を得るためにはガラスロッドを反応容器内に垂直に配
置してから、加熱軟化して全長にわたってねじれや曲が
りを修正したのち、これをそのまま軸方向に反復移動さ
せたのち、ガラス微粒子の堆積をこのガラスロッドと直
角の位置に固定した酸水素火炎バーナーからガラス微粒
子を吹きつけ、この際バーナーの火炎を含む水平面にお
いて軸移動がないように行なうべきであることを見出し
て本発明を完成させた。
以下にこれを詳述する。
本発明の方法は気体状ガラス原料を酸水素火炎バーナ
ー中に導入し、この火炎加水分解によってガラス微粒子
を形成させる方法は公知の方法で行なうことができる。
したがって、この気体状ガラス原料としては四塩化けい
素、トリクロロシランなどのけい素原料を使用すればよ
く、バーナーとしては中心部からこの気体状ガラス原料
を供給し、その周囲から酸素ガス、水素ガスを供給する
ようにした同心円環状のものを使用すればよい。
本発明に用いられるコア用ガラスロッドはシングルモ
ード光ファイバー用に設計ささた石英コアまたは一部ク
ラッド層を有するガラス状出発物であり、プリフォーム
形成前に屈折率分布、コア径または初期クラッド層厚な
どを正確に測定し、最終のプリフォームの全クラッド層
の厚さが計算されているものであることが好ましい。
本発明の方法では得られるプリフォームが偏心をもた
ないものとするということからガラス微粒子を堆積させ
る前にガラスロッドは炉内に垂直に設置され、加熱溶融
してねじれや曲がりを予じめ修正する。
これにはまず反応容器の駆動部にコア用ガラスロッド
を垂直に固定し、これを回転させながら軸方向に往復運
動させて該ガラスロッドを加熱、軟化させ、該ガラスロ
ッドを全長にわたってねじれや曲がりを修正する。ガラ
スロッドは一度外して再配置するとどうしても中心軸が
ずれてしまうので、本発明ではこのように反応容器の駆
動部に設置した状態で修正が行なわれることが特徴であ
る。
また、この修正はでき得る限り正確に行ない、全長に
わたって中心軸を出すことが必要であり、そのためには
例えば細いレーザー光による外径測定装置を用いて回転
による外径の変動が最低になるようにバーナーなどで加
熱軟化を行なうことがよいが、修正位置は堆積しバーナ
ーの炎の当る位置が好ましい。この偏心の変動範囲はコ
ア用ガラスロッドのクラッド層によって誤差の許容値は
変わるが、クラッド付コアガラスの外径とコア径との比
が2〜3であるコアガラスを用いるときは外径変動で±
2〜5%以内とし、この比が7〜10では±10〜15%以内
まで可能となるし、コアガラス径が大きいときはこの絶
対値は大きくなる。
ついでガラスロッドの中心とバーナー中心とがその水
平面内で変動しないことを確認したのち、該炉の中央部
に該ロッドと直角にバーナーを固定するが、この際バー
ナーの中心位置はできるだけ正確に行なうことが必要と
される。
バーナーの中心とコアロッドの中心は堆積中に変わる
と堆積量が変るので、プリフオーム化完了後クラッド厚
さが異なることになるが、横型では一般にテーパー状ま
たはタイコ状になり、シングルモードのカットオフ波長
λC、モードフイルド径ωOなどを大幅に変え、規格を外
れることになる。
つぎにこのガラスロッド全体はガラス微粒子を均一に
付着させるために回転しながら堆積が終了するまで上下
に繰り返し反復移動させる。
また、このガラスロッドに対するガラス微粒子の吹き
つけはガラス微粒子をガラスロッドに均一にまた正確に
堆積させるということから、バーナーの火炎を含む水平
面において軸移動が±1mm以内となるようにこのガラス
ロッドと直角の位置に酸水素火炎バーナーを固定して行
なわせることが必要とされるが、このバーナー数は1個
に限定されず、2ケ以上を上下に配列したものでもよ
い。
つぎにこれを添付の図面にもとづいて説明する。
第1図は本発明の方法による光ファイバープリフォー
ム製造装置の縦断面図を示したものである。この装置は
反応容器1の中にコア用ロッド2が垂直に保持されてい
るが、このものは前もってガラス施盤を用い加熱溶融に
よってねじれ、曲がりなどの歪みを修正しておくことが
必要とされる。このロッド2は炉中で、例えば5〜80rp
mで回転されており、さらに外部からの力によって上下
に反復的に移動させられている。この条件でガラスロッ
ドのねじれや曲がりを熱軟化して正確に再修正したの
ち、ファイヤーポリッシェを行なう。このガラスロッド
上に4塩化けい素などの気体状ガラス原料が供給されて
いる酸水素火炎バーナー3からの火炎4が吹きつけられ
ており、この酸水素火炎中での加水分解で生成されたガ
ラス微粒子がここに1層づつ吹きつけられるので、この
ロッド2の上にはガラス微粒子の多数回の堆積で多孔質
ガラス体(スート)5が形成される。このガラスロッド
は回転と共に上下に移動してもこの状態で軸心が合わさ
れており、バーナーの火炎を含む水平面においては軸移
動がなく正確で均一な同心円状に多孔質ガラス体5が形
成される。また、このガラスロッドが垂直に保持されて
いるので、ガラス微粒子の堆積量が増大してもこれには
重力がかからず、この多孔質ガラス体は横型の方法とは
異なり、たわんだり、曲がることもなく、多孔質ガラス
体の繰返し曲げによる応力破壊が生じないという有利性
が与えられると共に、これより製造された光ファイバー
には偏心が全く認められないという有利性が与えられ
る。
[実施例] つぎに本発明の実施例をあげる。
実施例 第1図に示した反応容器1の中に、ゲルマニウムをド
ープしたシリカよりなる直径が17.7mmφ、長さ620mmの
コア用の石英ガラスロッド2に17mmφ×200mmLの石英棒
を両端に溶着し、上部を15mmφ×800mmLの石英棒を介し
て駆動軸チヤックで固定して垂直に設置し、これを50rp
mで回転させると共に上下方向て820mmの高さの範囲を5
分28秒で反復的に移動させながら、ここに酸水素火炎を
吹きつけ加熱軟化して、ガラスロッドの捩れ、曲がりを
再修正した。修正位置は反応炉の中央部で行ない、バー
ナーと同一水平面内で窓から行なった。変動差の検出に
は安立電機(株)製外径側定機を用いた。
ガラスロッドを回転させながら上下に移動させ、これ
をくり返して回転変動差を平均±0.5mm以下に修正する
と共に、長さ820mm間の上下移動の変動値を0.5mm以内に
修正したのち、全体をファイヤーポリッシュし反応を開
始させた。四塩化けい素ガス20g/分、O225l/分、H250l/
分を供給し、石英ガラスロッド2の上に直径が109mmの
多孔質ガラス体5を作った。この間堆積体の中心軸はバ
ーナーの火炎を含む水平面において軸移動が起らなかっ
た。
ついで、この多孔質ガラス体を電気炉中において1,50
0℃に加熱してガラス化したところ、直径58.1mmφの光
ファイバープリフォームが得られたので、これを2,100
℃の電気炉内で加熱溶融し、紡糸して直径125μmφの
光ファイバーを作り、全長から10点サンプリングして偏
心値を測定したところ、この平均偏心値は0.14μmで変
動も少ないものであった。
また、このプリフォームの両端と中央部についてクラ
ッド厚さをしらべたが、これは一般にλCの変化で測定
したほうが正確なので、サンプル10個について測定した
ところ、つぎの第1表に示したようにバラつきが少ない
という結果が得られた。
比較例 直径が17.7mmφの実施例1と同一の素材からなる石英
ガラスロッドを用い、直径17.0mmφ×長さ200mmのダミ
ー石英棒を両端に接続し横型のガラス施盤で外径変動±
200μm以下で直線状に芯出しを行なった。
このものを第2図に示した模型外付け装置に設置した
ところ、回転に±2mmの偏心が生じ、調整を行なっても
回転時の偏心を抑えることができなかったため、ガラス
旋盤に戻して再修正を行なった。
また、このものを再度横型外付け装置に設置しても回
転のイレギュラーは治らなかった。しかし、最も小さい
変動点で修正を止めて多孔質ガラス体を作り、これをガ
ラス化してプリフォームを得たが、このものは気泡が非
常に多く含まれており、これより線引きして直径125μ
mφの光ファイバーを作ったところ、これには断線が多
く発生し、この断線の10ケ所から切断点についての偏心
をしらべたところ、平均値が0.77μmで最大値は2.7μ
mと大きく変動が生じていた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法による光ファイバープリフォーム
製造装置の縦断面図、第2図は従来公知の方法による光
ファイバープリフォーム製造装置の縦断面図を示したも
のである。 1,11…反応容器、2,12…ロッド、3,13…酸水素火炎バー
ナー、4…酸水素火炎、5,14…多孔質ガラス体、6…不
活性ガス導入口、7…ガス排出口。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】気体状ガラス原料を酸水素火炎バーナーに
    導入して火炎加水分解させ、生成するガラス微粒子をコ
    ア用ガラスロッド表面に均一に堆積させて多孔質ガラス
    体を製造し、これを透明ガラス化して光ファイバープリ
    フォームを製造する方法において、反応容器に該ガラス
    ロッドを垂直に設置し、これを回転させながら軸方向に
    往復運動させて該ガラスロッドを加熱軟化させ、該ガラ
    スロッドの全長にわたってねじれや曲がりを修正したの
    ち、ガラス微粒子を堆積させることを特徴とする光ファ
    イバープリフォームの製造方法。
  2. 【請求項2】該反応容器の中心部に該ガラスロッドと直
    角にバーナーを固定し、ガラス微粒子を吹付け、バーナ
    ーの火炎を含む水平面において軸移動がないように該ガ
    ラス微粒子を堆積させて多孔質ガラス体を得ることを特
    徴とする請求項1に記載の光ファイバー用プリフォーム
    の製造方法。
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