JPS61132535A - 石英系光フアイバの製造方法 - Google Patents

石英系光フアイバの製造方法

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JPS61132535A
JPS61132535A JP25095784A JP25095784A JPS61132535A JP S61132535 A JPS61132535 A JP S61132535A JP 25095784 A JP25095784 A JP 25095784A JP 25095784 A JP25095784 A JP 25095784A JP S61132535 A JPS61132535 A JP S61132535A
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JP
Japan
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glass
optical fiber
rod
barrier layer
pipe
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JP25095784A
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English (en)
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Hiroshi Takahashi
宏 高橋
Akira Oibe
及部 晃
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C03B37/02Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/025Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
    • C03B37/027Fibres composed of different sorts of glass, e.g. glass optical fibres
    • C03B37/02754Solid fibres drawn from hollow preforms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
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    • C03B37/01211Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments by inserting one or more rods or tubes into a tube
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    • C03B2205/12Drawing solid optical fibre directly from a hollow preform
    • C03B2205/14Drawing solid optical fibre directly from a hollow preform comprising collapse of an outer tube onto an inner central solid preform rod
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03B2205/16Drawing solid optical fibre directly from a hollow preform the drawn fibre consisting of circularly symmetric core and clad

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  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)

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」 本発明は伝送特性上の長期信頼性が高い石英系光ファイ
バを製造する方法に関する。
r従来の技術J 周知の通り、石英系光ファイバは光学的な石英系コア(
導波路)と、光学的な石英系クラッド(被覆層)とから
なり、これらコア、クラッドが電磁波の伝播部を構成し
ている。
かかる光ファイバは不純物のない、きわめて高い純度が
要求されており、殊に水分に関してはこれを徹底的に除
去する技術配慮が要求される。
石英系光フアイバ中の水分は、いわゆるH2Oでな(,
5i−OHのようにケイ素と結合したものであり、その
水分濃度はOH基濃度をさす。
通常、通信用の石英系光ファイバでは、その水分濃度が
数PPb以下となっている。
ところで光フアイバ中に水素が侵入した場合、水素が光
ファイバのガラス分子と結合し、OH基を形成するため
、光ファイバの水分濃度を高めこととなり、ガラス分子
と結合しない場合でも、水素(H2)は光フアイバ内を
伝播する電磁波エネルギを吸収し、結果的に光ファイバ
の伝送特性を劣化させてしまう。
したがって、光ファイバにはわずかの水素侵入も許され
ないが、その素材である石英は水素の透過定数が大きく
、水素を容易に侵入させる物質であるため、現状ではこ
れに起因した種々の問題が生じている。
以下、石英系光ファイバに関する現実的な問題につき、
表1と第6図とを参照して説明する。
なお、表1には各種固体中における各種気体の透過定数
を示し、第6図には各種ガラスにおけるヘリウムの透過
速度を示す。
表   1 固体中における気体の透過定数に 表1で明らかなごとく、石英ガラスの水素の透過定数は
金属、加硫ゴムなどのそれに比べて小さい。
これは金属、加硫ゴムなどで石英系光ファイバの被覆し
ても、これら金属、加硫ゴムが水素侵入を阻止するバリ
ヤにならないことを示している。
通常、光ファイバの被覆材としてシリコーン樹脂、アク
リル系樹脂、ナイロンなどが採用されているが、これら
樹脂類にしても水素の透過性が加硫ゴムのそれに近く、
水素侵入を阻止するバリヤになり得ない。
一方、第6図によると、各種ガラスのうち、ヘリウムが
最も透過しやすいのは、石英ガラスであり、例えばアル
ミノケイ醜ガラス、鉛ホウ酸ガラス等と石英ガラスとの
比較(室温付近)では、前者が後者よりも6桁前後、ヘ
リウムの透過性が悪い。
ヘリウムはその特性が水素に近いガスであり、水素の透
過特性についても、ヘリウムとほぼ同じ傾向を示すと考
えられる。
T発明が解決しようとする問題点」 以上で明らかなごとく1石英系光ファイバは水漏侵入に
より特性劣化の生じやすい性質がある。
ところで、一般に光ファイバではその強度を保持し、特
性を安定化させるために有機樹脂がコーティングされて
いる。
有機樹脂のほとんどは、主成分が炭化水素であるが、一
部の樹脂では微量の水素を遊離するものがあり、その水
素が光フアイバ内に侵入してこれの特性を劣化させる。
さらに海底光ケーブルでは、ケーブル内へ水が侵入する
ことを想定しておかねばならず、この場合、ケーブル内
の金属により水が電気分解され、水素が発生する。
すなわち現状の光ファイバでは、水素の侵入により徐々
に経時的特性劣化をきたすとか、水の侵入事故等により
大幅に特性劣化する難点があり、長期的な信頼性に欠け
る。
本発明は上記の問題点に鑑み、水素の侵入が遅延ないし
阻止できる石英系光ファイバの製造方法を提供しようと
するものである。
「問題点を解決するための手段」 本発明は、光学的な石英系コアと光学的な石英系クラッ
ドとからなる電磁波の伝播部を備え、その伝播部の外周
に、当該伝播部側への不純物侵入を遅延ないし阻止する
ためのバリヤ層が形成されている石英系光ファイバの製
造方法において、上記コア用およびクラフト用ガラス層
を有するガラスロフトとそのガラスロッドの外周を覆う
ガラスパイプとの間に、石英系ガラスと組成が異なるバ
リヤ層用のガラスを介在させ、これらガラス材を紡糸す
ることを特徴としている。
「作用j 本発明方法では、コア用およびクラッド用ガラス層を有
するガラスロッドとそのガラスロッドの外周を覆うガラ
スパイプとの間に2石英系ガラスと組成が異なるバリヤ
層用のガラスを介在させ、これらガラス材を加熱延伸手
段により紡糸して所望の光ファイバを製造するのであり
、かかる方法により製造された石英系光ファイバは、ク
ラッドの外周にバリヤ層を備え、そのバリヤ層を介して
光フアイバ内部への水素侵入を遅延ないし阻止するから
、伝送特性につき長期信頼性が得られる。
「実 施 例j 以下本発明方法の実施例につき、図面1表などを参照し
て説明する。
本発明方法の1実施例を示した第1図において、1は石
英系のコア用ガラス層2と石英系のクラッド用ガラス層
3とを有するガラスロッドであり、両ガラス層2.3の
相対関係ではコア用ガラス層2が高屈折率、クラッド用
ガラス層3が低屈折率となっている。
4は上記ガラスロッド1の外周を覆うための石英系ガラ
スパイプ、5はガラスロッドlとガラスパイプ4との間
に介在されるバリヤ層用のパイプ状ガラスである。
不純物侵入を遅延ないし阻止するための上記バリヤ層用
ガラス5としては、石英系ガラスと組成が異なるガラス
が用いられ、その具体的1例として、アルミノケイ酸ガ
ラスが採用される。
6は既知のリング状からなる紡糸炉(電気炉)である。
第1図において、ロッドインチューブ法により光ファイ
バを紡糸するとき、ガラスパイプ4内にガラスロッド1
がロッドインされるが、この際、ガラスロッドI、ガラ
スパイプ411Jlにはパイプ状としたバリヤ層用のガ
ラス5が介在される。
以下、これらガラス材がその下端から紡糸炉8、内へ低
速挿入され、加熱軟化されるとともに当該軟化状態の下
端部が高速で引きとられて光ファイバとなる。
第2図は上記ロッドインチューブ法により紡糸されたG
l型のマルチモード光ファイバ1aの断面図であり、同
図の2aはコア、 3aはクラッド、 4aはジャケッ
ト層、5aはバリヤ層である。
具体的1例として、光ファイバlaの直径は125濤I
、コア2aの直径は5Qpm、クラッド3aの厚さは2
フル腸、バリヤ層5aの厚さは5ル履、ジャケット層4
aの厚さは5゜5展菖である。
つぎに上記紡糸とこれに関連する実験例について説明す
る。
前述した第6図で明らかなように、アルミノケイ酸ガラ
ス、鉛ガラス系などは石英と比べ水素の透過速度がはる
かに小さい。
これら多成分ガラスは、無秩序な配列をもつ網目形成元
素と、その網目を充填する網目充填元素とからなり、水
素やヘリウムのごとき元素番号の小さい微小な気体元素
の侵入を阻止する。
したがって、上記のごとき水素透過速度の小さいガラス
を素材として電磁波伝播部の外周にバリヤ層を形成する
ことにより、光フアイバ内部への水素侵入が阻止できる
と考えられるが、例えばアルミノケイ酸ガラスの場合、
表2に示すごとく熱膨張係数、軟化温度等の熱特性が石
英ガラスと大きく異なるため、アルミノケイ酸ガラスを
石英ガラスと融着すると、通常はその冷却過程で8着部
が破壊されてしまう。
表2 かかる破壊現象を調べる実験において、中心のロッドを
石英系ガラス、内部パイプをアルミノケイ酸ガラスのご
とき熱膨張係数の大きいガラス、外部パイプを石英系ガ
ラスとし、これらガラス材を同心状に重ね、相互に融着
して三層構造の複合ガラスロッドを作製した場合、各ガ
ラス材相互の融着部が高温状態を保持しているとき問題
なかったが、その後の冷却過程で前記の破壊が生じた。
この破壊は複合ガラスロッドの外径が大きいとき生じる
複合ガラスロッドの外径がどの程度のとき、融着部の破
壊が生じるかについて、各ガラス材の熱特性、融着条件
(熱加工条件)により変動がみられたが、外径数層1以
上において一様に破壊が生じた。
ところが、複合ガラスロッドの外径が小さくなるにした
がい、融着部破壊の発生率が低下し、例えば複合ガラス
ロッド外径がlam以下の場合、既述の破壊がほとんど
生じなかった。
それゆえ、前記ロッドインチューブ法により直径125
ル膳の光ファイバlaを紡糸したとき、バリヤ層用ガラ
ス5と、ガラスロッド1およびガラスパイプ4との融着
部に破壊が生じなかった。。
なお、前記のごとく光ファイバlaを紡糸するとき、バ
リヤ層5aをできるだけ光ファイバ1aの外周部に位置
させるのがよい。
その理由は、アミノケイ酸ガラス(バリヤ層)の屈折率
が石英ガラスの屈折率(1,54)よりも太きため、光
ファイバlaの屈折率分布が第3図のようになり、かか
る屈折率分布において、屈折率の大きいバリヤ層5aが
コア2aの近くに位置するとき、光ファイバの伝送特性
が損なわれるからである。
つぎに本発明方法の他実施例を第4図、第5図により説
明する。
第4図は、ガラスロフト1およびガラスパイプ4と、こ
れら両者1.4の間に介在されたバリヤ層用ガラス5と
が一体化された母材を示したものである。
かかる母材を作製するとき、バリヤ層用ガラス5の熱特
性が石英系ガラスロッドl、石英系ガラスパイプ4など
の熱特性と少なくとも近似していなければならない。
石英ガラスと熱特性が近似するものとして、バイコール
ガラスがあるが、バイコールガラスは第6図で明らかな
ようにガス透過速度が石英ガラスに近く、バリヤ層とし
て適さない。
また、単一材料でバリヤ適性、熱特性を満たすガラス材
を選出するのはむずかしい。
ところで、一般に結晶体はガラスに比べるとガス透過度
が悪く、一部には熱膨張係数がきわめて小さいか、負(
マイナス)の結晶体もみられる。
したがって、ガラス中に適当な結晶を分散させた複合体
によりバリヤ層用ガラスを構成すれば、その複合加減に
より熱膨張係数がかなり自由に調整でき、バリヤ適性も
満たすことができる。
ガラスと結晶との複合体からなり、結晶化ガラスと称さ
れているものには、熱膨張係数がきわめて小さい、ある
いはゼロ、あるいは負のものが実際にあり、パイロセラ
ム、ネオセラムなどの商品名で市販されている。
もちろんバリヤ層として結晶体のみを使用した場合、熱
加工に際して問題が発生するが、微結晶がガラス中に分
散した複合体は、バリヤ層として十分に有効である。
本発明方法では熱特性が石英と近似し、しかもバリヤ適
性を満たすガラスをつくるとき、1例としてつぎの工う
な手段を採用する。
はじめ適当なガラスを粉砕してガラス微粉をつくり、そ
のガラス微粉と、別途に用意された結晶微粉とを適当割
合で混合して混合微粉をつくる。
つぎに上記混合微粉をプレス成形してパイプ状となし、
そのパイプ成形物5bを第5図のごとく、一端が熱シー
ルされたガラスロフトlとガラスパイプ4との間に介在
させる。
その後、リング状の加熱炉(電気炉)7を用いたゾーン
メルト法により、ガラスパイプ4の外部からパイプ成形
物5bを加熱溶融し、当該溶融状態のパイプ成形物5b
によりガラスロッドlとガラスパイプ4との間を充実さ
せる。
これによりガラスロッドlとガラスパイプ4との間には
、上記複合体からなるバリヤ層用ガラス5aが形成され
、前記第4図のごとき母材となる。
以下は前記実施例と同様、上記母材を紡糸することによ
り、所定のバリア!J5.を有する光ファイバlaが得
られる。
この実施例により得られた光ファイバlaを水素雰囲気
中に曝してその特性劣化を測定したところ、上記バリヤ
層5aの効果により特性劣化がほとんど認められなかっ
た。
「発明の効果」 以上説明した通り、本発明方法によるときは、コア用お
よびクラッド用ガラス層を有するガラスロッドとそのガ
ラスロッドの外周を覆うガラスパイプとの間に、石英系
ガラスと組成が異なるバリヤ層用のガラスを介在させて
、これらガラス材を紡糸するから、水素侵入対策用のバ
リヤ層を備えた、すなわち伝送特性につき長期信頼性の
ある石英系光ファイバが製造できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の1実施例を略示した説明図、第2
図は同実施例により製造された光ファイバの断面図、第
3図は上記光ファイバの屈折率分布を示した説明図、第
4図は本発明方法の他実施例における光コア・rバ母材
の断面図、第5図はその光フアイバ母材の製造例を略示
した説明図、第6図は各種ガラスにおけるヘリウムの透
過速度を示す説明図である。 1 ・・・ガラスロッド 2−・−コア用ガラス暦 3 @・Φクラッド用ガラス層 4 争・・ガラスパイプ 5 ・・・バリヤ層用ガラス B・・・紡糸炉 la・・9光ファイバ 2a・・拳コア 3a1111・クラ−2ド 4a参〇・ジャケット層 5a・・・バリヤ層 代理人 弁理士  斎 藤 義 雄 Io1+mK舶■見 !!F                通か 因

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光学的な石英系コアと光学的な石英系クラッドと
    からなる電磁波の伝播部を備え、その伝播部の外周に、
    当該伝播部側への不純物侵入を遅延ないし阻止するため
    のバリヤ層が形成されている石英系光ファイバの製造方
    法において、コア用およびクラッド用のガラス層を有す
    るガラスロッドとそのガラスロッドの外周を覆うガラス
    パイプとの間に、石英系ガラスと組成が異なるバリヤ層
    用のガラスを介在させ、これらガラス材を紡糸すること
    を特徴とする石英系光ファイバの製造方法。
  2. (2)ガラスロッドとそのガラスロッドの外周を覆うガ
    ラスパイプとの間に、パイプ状のバリヤ層用ガラスを介
    在させ、ロッドインチューブ法によりこれらガラス材を
    紡糸する特許請求の範囲第1項記載の石英系光ファイバ
    の製造方法。
  3. (3)ガラスロッドとそのガラスロッドの外周を覆うガ
    ラスパイプとの間にバリヤ層用のガラスを充填してこれ
    ら各ガラス材を一体化した後、その一体化したガラス材
    を紡糸する特許請求の範囲第1項記載の石英系光ファイ
    バの製造方法。
JP25095784A 1984-11-28 1984-11-28 石英系光フアイバの製造方法 Pending JPS61132535A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0382248U (ja) * 1989-12-12 1991-08-22
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WO2005102946A1 (en) * 2004-04-27 2005-11-03 Dätwyler Fiber Optics Sa Method for fabricating an optical fiber, preform for fabricating an optical fiber, optical fibre and apparatus
US8033142B2 (en) 2004-04-27 2011-10-11 Silitec Sa Method for fabricating an optical fiber, preform for fabricating an optical fiber, optical fiber and apparatus

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