JPS61270232A

JPS61270232A - 光フアイバ母材の処理方法

Info

Publication number: JPS61270232A
Application number: JP389586A
Authority: JP
Inventors: Yasuro Furui; 古井　康郎; Kunihiro Matsubara; 邦弘松原; Akira Iino; 顕飯野; Mikio Kokayu; 小粥　幹夫
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1985-01-14
Filing date: 1986-01-11
Publication date: 1986-11-29
Also published as: GB2171691B; CN86100210A; GB2171691A; GB8600792D0; JPH0442340B2

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Ｊ本発明は光ファイバ用の多孔質母材を脱水ならびに透明
ガラス化するための処理方法に関し、さらに詳しくは水
素に起因したロス増のない光ファイバを得るための母材
処理方法に関する。

ｒ従来の技術１一般に、石英系からなる光ファイバ用の多孔質母材は、
ＶＡＤ法（Ｖａｐｅｒ　Ｐｈａｓｅ　Ａｘｉａｌ　Ｄｅ
ｐｏｓｉｔｉ−０１１Ｍｅｔｈｏｄ）、　ＯＶＤ法（Ｏ
ｕｔｅｒ　ＶａｐｅｒＰｈａｓｅ　０ｘｉｄａ−ｔｉｏ
ｎ　Ｍｅｔｈｏｄ）を介してつくられ、その後、多孔質
母材は脱水ならびに透明ガラス化され、透明な光ファイ
バ母材となる。

多孔質母材を脱水し、透明ガラス化する一手段に米国特
許第３，９３３，４５４号の発明（以下、先行技術２と
いう）があり、それよりも古い当該手段として米国特許
第３，４５９，５２２号の発明（以下、先行技術１とい
う）がある。

先行技術２において処理対象となる多孔質母材は、火炎
加水分解反応を介して生成されたガラススートを堆積さ
せることにより形成されたものであり、かかる多孔質母
材を、塩素ガスを含む雰囲気中で同時に脱水、透明ガラ
ス化している。

先行技術２の処理母材から得られる光ファイバの場合、
波長は８５０〜１ｔ００ｎｍ帯における伝送特性が１０
ｄＢ／に＠前後であるが、波長９５０１に吸収ピークが
みられる。

一方、先行技術ｌでは、火炎加水分解以外の手段で多孔
質母材をつくり、その多孔質母材の脱水を塩素含有雰囲
気中で行ない、脱水済み母材の透明ガラス化を非塩素含
有雰囲気中で行なう、いわゆる二工程化を特徴としてい
る。

先行技術ｌにおいて、脱水処理工程と透明ガラス化工程
とを二工程化する理由の一つは、経済的な考えに基づく
ものであり、他の理由の一つは、塩素含有雰囲気中に長
く母材を曝したとき、その母材中に多量の塩素が停滞し
、それによってガラス中に割れの発生する虞れが生じる
からである。

しかし、先行技術ｌにて処理されたガラスは、前記先行
技術２よりも、伝送特性が悪い。

しかも先行技術１に関して、先行技術２は以下の理由に
より、火炎加水分解により得られた多孔質母材の脱水に
適しいていないと説述している。

すなわち、先行技術ｌにおいて使用される塩素含有雰囲
気内の多量の塩素は、多孔質母材のつぎの処理において
ボイドを発生せしめ、かつ、市販純度の塩素源に含まれ
ている汚染物が、許容限度を越えてガラス中に導入され
る虞れがある。

さらに先行技術ｌでは、塩素化室内にて多孔質母材を脱
水処理した後、その脱水済み母材を塩素化室内から透明
ガラス化用の凝固室へ移すとき。

当該脱水済み母材中に再度水分の侵入する場合がある。

その他、先行技術１のように二工程化するよりも、脱水
と透明ガラス化とを同時に行なうことができれば、経済
的効果が高まる。

こうした背景が、先行技術２において脱水と透明ガラス
化とを同時に行なわせる動機と、なっている。

ｒ発明が解決しようとする問題点１周知の通り、光ファイバへ水素（Ｈ２）が拡散混入した
場合、その伝送特性が経時的に劣化するが。

これの対策に関する技術的経緯は“日経エレクトロニク
ス”　「解決した光ファイバの水素による損失増加問題
１．２Ｊ　（１９８４年１２月３日号）に詳述されてい
るが、水素ロス増ピークとして従来注目されていたのは
波長１．３θルｍ　、　１．４１ｇ薦における５ｉＯＨ
およびＧｅＯＨの吸収ピーク、水素分子による波長１．
２４１Ｌ厘による吸収ピークなどであり、これ以外の重
要な水素ロス増ピークに関する研究報告はまだ見られな
い。

ところが、光ファイバの伝送特性に関する本発明者らの
研究において、従来知られていない重要なロス増ピーク
、すなわち上記以外のロス増ピークとして、波長１．５
２％會における吸収ピークのあることが発見された。

この１．５２％厘の吸収ピークについては、５ｉ−Ｈ振
動吸収に起因すると考えられる。

上記吸収ピークの挙動の特徴として、本発明者らの知見
では、光ファイバケーブル製造工程中の、　　光ファイ
バが８０〜１００℃の高温を経験したとき当該ピークが
生じやすいこと、−たん出現した当該ピークがその後ゆ
るやかに減少する傾向を有すること等が判明している。

第３図には、実際に波長１．５２ＪＬＩＩでの吸収ロス
増を起こした光ファイバのロススペクトルを示した。

同図で明らかなように、この吸収ピークが出現する際の
特徴として、１．５５ｐ厘奇に吸収ピークが現われると
同時に１．３９ル履帯および１．２す１帯のロス増加を
も惹き起こすこととなり、したがって１．２〜１．６ル
■帯の伝送特性劣化を惹き起こす性質のものであること
が理解できる。

このような吸収ピークは、波長１．２〜１．８ル■帯で
の伝送特性が５ｄＢ／に層以下となる光ファイバにおい
て認識できる問題であるから、先行技術２のごとき波長
域、伝送特性では発見できず、先行技術２よりも伝送特
性の悪い先行技術１では全く予測もつかない事項である
。

「発明の目的１本発明は上記の問題点に鑑み、波長１．５２終菖に出現
の水素ロス増ピークを発生させない光ファイバが得られ
る光ファイバ母材の処理方法を提供しようとするもので
ある。

ｒ問題点を解決するための手段１本発明は、波長１．２〜１．６μ篇帯での伝送特性が５
ｄＢ八層以下となる光ファイバの母材を得るため、石英
系の多孔質母材を脱水ならびに透明ガラス化する光ファ
イバ母材の処理方法において、脱水処理工程が先行し、
透明ガラス化工程が後行するよう、これらの工程を別々
に行ない、先行する脱水処理工程では、　Ｈｅと０２と
脱水ガスとにより脱水雰囲気を形成するとともに、処理
温度を上記多孔質母材の実質的脱水反応開始温度以上か
つ独立閉孔形成温度未満に設定し、かかる脱水雰囲気中
の処理温度域を多孔質母材が通過し、後行する透明ガラ
ス化工程では、　Ｈｅと０２またはＨｅのみで透明ガラ
ス化雰囲気を形成するとともに、処理温度を最低透明ガ
ラス化温度以上に設定し、かかる透明カラス化雰囲気中
の処理温度域を上記脱水処理後の母材が通過することを
特徴とする。

１作用」本発明方法では、ＭＡＤ法、ＯＶＤ法等により作製され
た多孔質母材を、それぞれ所定の雰囲気中に入れて脱水
ならびに透明ガラス化するとき、脱水処理工程と透明ガ
ラス化工程とを別工程で行なうため、透明ガラス化後の
母材の残留塩素量がごく微量となり、その母材からは伝
送特性の良好な光ファイバが得られるようになる。

つまり、多孔質母材を脱水処理工程と透明ガラス化工程
とを同一工程で実施する方法の場合、その母材が塩素含
有雰囲気中で透明ガラス化されることになるため、透明
ガラス化母材の残留塩素が多くなり、これが原因でガラ
ス中に構造欠陥が生じ、水素を固着させるといったメカ
ニズムにより水素ロス増を惹き起こすことになるが、本
発明のごとく両工程を別々に行なう場合、こうした問題
が生じない。

本発明での脱水工程では、その雰囲気をＨｅと０２と脱
水ガス（塩素ガス、塩化チオニル、フルオル系シランな
ど）とで形成し、その処理温度を実質的脱水反応開始温
度以上かつ独立閉孔形成温度未満とする。

ここで脱水処理温度を実質的脱水反応開始温度以上かつ
独立閉孔形成温度未満としたのはつぎの理由による。

すなわち脱水処理温度の下限を実質的脱水反応開始温度
以上に設定したのは、当該処理温度がその下限値を下回
る処理温度のとき、効果のある脱水処理ができない自明
の理由があり、一方、脱水処理温度の上限を独立閉孔形
成温度未満に設定したのは、これ以上の温度のとき、多
孔質母材の焼結が過度に進むことにより５該母材の独立
閉孔（Ｃ１ｏｓｅｄ　ｐａｒｅ）が生じ、その気孔内に
塩素が閉じこめられて水素ロス増の問題を惹き起こすか
らである。

本発明の透明ガラス化工程では、その雰囲気をＨｅと０
２またはＨｅのみで形成し、その処理温度を最低透明ガ
ラス化温度以上とする。

この雰囲気が塩素を含まないことにより、当該透明ガラ
ス化に際してのガラス欠陥が生ぜず、また、その処理温
度が透明ガラス化温度以上であることにより、ガラス組
成の均一度が高まり、ひいては光ファイバの伝送特性を
良好にする。

かくて、本発明方法により処理された母材からは、伝送
特性の良好な光ファイバが得られることとなり、しかも
その母材処理条件が適切であることにより、後述の実験
例等で明らかなように波長１．５２１Ｌ璽に出現の水素
ロス増ピークを発生させない光ファイバが得られる。

ｒ実　施　例１以下本発明方法の実施例につき、図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明方法に用いる装置を例示したものであり
、同図の１は電気炉、２は七の電気炉１の炉心管、３は
その電気炉１のカーボン製ヒータである。

上記炉心管２はその下部にガス入口４を有し、その上部
にガス出口５を有している。

６はＶＡＤ法またはＯＶＤ法等により作製された石英系
の多孔質母材であり、この多孔質母材Ｂは石英系の支持
棒７により担持されている。

第１図において多孔質母材８を脱水処理するとき、ガス
入口痙から炉心管２内にＨｅ、０２、脱水ガス（例えば
Ｃ１２）等を供給してその炉心管２内を所定の雰囲気と
し、さらに炉心管２内における処理温度を実質的脱水反
応開始温度以上かつ独立閉孔形成温度未満とすべく、当
該処理温度（実温）をヒータ３により約９００℃ないし
１３００℃程度に設定する。

こうした上記炉心管２内には、その上部から多孔質母材
８を挿入し、該多孔質母材８を脱水処理温度域に向けて
適当な移動速度で降下させ、該多孔質母材６をその下端
から順次脱水処理する。

かかる脱水処理により多孔質母材Ｂは焼結状態となるが
、この際の処理温度が前記のごとく独立閉孔形成温度未
満であるため、その母材Ｂの気孔が閉じられることがな
く、シたがって母材６はその各気孔内に侵入した脱水ガ
ス成分（Ｇｌｚ）をそのまま取りこんでしまうことがな
い。

脱水処理後の母材６はこれを透明ガラス化するが、この
透明ガラス化は第１図の電気炉ｌまたは別途に用意され
た第１図と同様の電気炉１により行なう。

脱水処理後の上記電気炉１を透明ガラス化のため引きつ
づき使用するときは、あらかじめ炉心管２内にパージガ
スを流してその内部から脱水雰囲気ガスを完全に排除す
るほか、−たん脱水済み母材を炉心管２内の上部に引き
上げる。

透明ガラス化のため別途の電気炉を使用するとき、脱水
用電気炉、透明ガラス化用電気炉を所定値以上のクリー
ン度に保持されたケーシング内にあらかじめ配置してお
き、脱水用電気炉内の脱水済み母材を透明ガラス化用電
気炉内へ移し、その炉心管の上部に脱水済み母材を位置
せしめる。

しかる後、ガス入口４から炉心管２内にＨｅと０２また
はＨｅのみを供給してその炉心管２内を所定の雰囲気に
保持するとともに、炉心管２内における処理温度を最低
透明ガラス化温度以上とすべく、当該処理温度（実温）
をヒータ３により１３５０〜１８５０℃程度に設定し、
こうした炉心管２内に脱水処理後の母材Ｂを入れ、かつ
、これを透明ガラス化温度域に向けて適当な速度で移動
（降下）させることにより、当該脱水済み母材８をその
下端から順次透明ガラス化する。

かくて多孔質母材８の脱水処理ならびに透明ガラス化処
理が完了する。

なお、上記において脱水処理後の母材６を透明ガラス化
するとき、炉心管２内における母材処理速度（移動速度
）は、伝送特性のよいものを得る点で低速とするのが望
ましく、その速度の具体的１例として１００ｍｍ／時が
あげられる。

また、透明ガラス化時の処理温度は特に上限はないが、
　１７００℃程度で炉心管２が融けるので実用上、その
上限温度は１８５０℃程度がよい。

つぎに本発明方法に関する実験例について説明する。

以下に述べる実験例では、ＶＡＤ法により作製した各母
材からコア直径８μ腸、純石英クラッド直径１２５絡■
、Δ＝　０．３Ｘのシングルモード光ファイバをつくり
、試験方法の１例として、これら光ファイバを１００℃
の１０ｏｚ水素雰囲気内に入れて１５分間保持し、その
後、各光ファイバを取り出してそれぞれのロススペクト
ルを測定し、これらの水素ロス増特性を初期ロス特性と
の比較において評価した。

この評価で用いた波長は１．５２ｘ腸である。

実験は表１．２の通り多孔質母材の脱水処理条件、透明
ガラス化条件を種々変更し、これら母材かち得られたシ
ングルモード光ファイバにつき、上述の評価を行ない、
各処理の最適条件を検討した。

表１表２なお、表１での処理方法工は脱水処理と透明ガラス化と
を同時に行ない、表２での処理方法■は脱水処理と透明
ガラス化とを別工程で行なった。

各処理はそれぞれ第１図の電気炉を用いて実施した。

表２中、ＴＩは脱水処理時における処理温度を示し、Ｔ
２は透明ガラス化時における処理温度を示す。

表１１表２の結果で明らかなように、処理方法工の場合
は処理方法■と比べ、水素によるロス増が大きい。

処理方法■においてロス増が大きくなる理由として、塩
素含有雰囲気中で多孔質母材が透明ガラス化されたため
、ガラス中への塩素残留、その塩素残留によるガラス構
造欠陥の形成、そのガラス構造欠陥への水素の固着とい
ったメカニズムが考えられるのに対し、処理方法■の場
合は、脱水処理と透明ガラス化とが別工程であるため、
処理方法工のような問題が生じなかったと推測できる。

一方、処理方法■においても、この際のサンプルである
各党ファイバ（イ）（ロ）に特性上の差がみられた。

これは、処理方法■において処理温度（処理時間も関与
）をさらに探索すれば、より適切な処理条件のあること
を示唆している。

かかる観点から、処理方法■における最適化のため、つ
ざの実験を行なった。

この実験を実施した各パラメータの範囲は表３の通りで
あり、当該実験では各パラメータを数値的に種々組み合
わせて、前記多孔質母材の脱水処理ならびに透明ガラス
化処理を行ない、その処理後の母材を紡糸して得た光フ
ァイバにつき、水素添加による損失増加のテストを実施
した。

なお、表３中の各温度は実温でり、同表中における各ガ
スの供給量はＨｅ＝　８５４１　／ｓ＋ｉｎ、Ｃｌ２＝
８．５Ｊｌ　／ｓｉｎ、０２＝０．８５　ｊＬ／ｗｉｎ
である。

まず、雰囲気ガスについて、ＨｅおよびＣ１２の組み合
わせと、Ｈｅ、Ｇ１２および０２の組み合わせとを比較
したところ、前者の雰囲気で処理された母材から得られ
た光ファイバの場合、すべて水素添加ロス増を示したの
に対し、後者の雰囲気で処理された母材から得られた光
ファイバは、水素添加ロス増が軽微であった。

つぎに脱水処理雰囲気を上記後者と同じ、透明ガラス化
雰囲気を前述したものと同じにしくＨｅと０２またはＨ
ｅのみ）、脱水時の処理温度ＴＩおよび透明ガラス化温
度Ｔ２をそれぞれ変化させて所定の母材をつくり、当該
母材を紡糸して各種サンプル用の光ファイバを得た。

これら光ファイバにつき、既述の水素添加ロス増テスト
を実施し、その結果を第２図に示した。

第２図において、ｘ印は水素ロス増あり、０印は水素ロ
ス増なし、・印は水素ロス増なしであるが初期ロスが大
きいもの、ム印はＯＲ吸収ロスが大きいものを示す。

第２図においてＴ　Ｉ　＝　９００℃のとき、その温度
の低さにより化学的脱水反応、ひいては光ファイバ母材
の脱水が不十分となり、そのため初期のＯＨ吸収ロスが
大きいと考えられ、φ印については。

ガラス化温度が低すぎたため、既述のガラス組成不均一
が生じたと考えられる。

一方、Ｘ印の領域については、脱水処理温度が高すぎる
ことにより、既述の独立閉孔（塩素取りこみ原因）が生
じたと考えられる。

それに対し、０印が点在する領域には脱水不十分、ガラ
ス組成不均一、独立閉孔なと、上述した種々の問題が発
生せず、それゆえ初期ロス、水素ロス増についていずれ
も良好な結果を示したと考えられる。

かかる結果からすると、脱水ガスとして０１２　を用い
る場合のＴ１．Ｔ２については、第２図の点線で囲う領
域内で設定するのがよいといえる。

つぎに、本発明において脱水ガスとしてＣＩ２に代え、
５ＯＩＩＩ：１２を用いた場合の実験例について説明す
る。

前記表１．２を参照して述べたと同様の実験を行なうと
き、脱水ガスとしてＣ１２に代わる５ＯＣＩ２を用い、
脱水処理と透明ガラス化を表４、表５に示す条件で実施
した。

表４表５なお、表４での処理方法■は脱水処理と透明ガラス化と
を同時に行ない、表５での処理方法■は脱水処理と透明
ガラス化とを別工程で行ない、各処理とも第１図の電気
炉を用いて実施した。

表５中、Ｔ１は脱水処理時における処理温度を示し、Ｔ
２は透明ガラス化時における処理温度を示す。

これら表４、表５の結果で明らかなように、処理方法■
の場合は処理方法■と比べ、水素によるロス増が大きく
、前記の結果と同様の傾向を示している。

これは本発明において、脱水ガスとして５ＯＧ１７を用
いた場合でも０１２　と同様の効果が期待できることを
示している。

つぎに、脱水ガスとしてフルオル系シランを用いた場合
の実験例について説明する。

前記表１．２を参照して述べたと同様の実験を行なうと
き、脱水ガスとして０１２に代わる５ｉＦａを用い、脱
水処理と透明ガラス化を表６、表７に示す条件で実施し
た。

表６表７なお、前記と同様１表６での処理方法Ｖは脱水処理と透
明ガラス化とを同時に行ない１表７での処理方法■は脱
水処理と透明ガラス化とを別工程で行ない、各処理とも
第１図の電気炉を用いて実施した。

表７中、ＴＩは脱水処理時における処理温度を示し、Ｔ
２は透明ガラス化時における処理温度を示す。

これら表６、表７の結果でも、処理方法Ｖの場合は処理
方法■と比べ、水素によるロス増が大きく、前記の結果
と同様の傾向を示している。

したがって１本発明での脱水ガスとしてＳｉＦ４も有効
であることが理解できるが、脱水ガスとしてかかる５ｉ
Ｆｉを用いた場合、処理ガラス中にフッ素がドープされ
るため、脱水処理温度Ｔｌ、透明ガラス化温度Ｔ２が前
記各側よりも約１００℃程度低温化する傾向がみられる
。

実験の結果からすると、ＳｉＦ４を脱水ガスとして用い
る場合、Ｔ１．Ｔ２については、前記第４図の一点鎖線
で囲う領域内で設定するのがよいといえる。

第４図におけるｘ印、０印、φ印、ム印は前記第２図と
同様の意味をあられす。

なお、実験例ではフルオル系シランを代表する脱水ガス
としてＳｉＦ４をあげたが、Ｓｉ２Ｆ６．　ＳｉＨＦ３
゜ＳｉＨ２Ｆ２．　ＳｉＨ３Ｆなども有効であり、ＣＦ
ｂも有効である。

ただし、石英炉心管をエツチングしてしまう脱水ガスを
用いる場合は、その炉心管に耐蝕性の処理を施しておく
必要がある。

ｒ発明の効果１以上説明した通り１本発明方法によるときは、初期ロス
が小さいだけでなく、波長１．５２ｐｍに出現の水素ロ
ス増ピークを発生させない光ファイバの母材が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法をこれに用いる装置とともに略示し
た説明図、第２図は本発明方法において脱水ガスとして
Ｃ１２を用いた場合の適性処理温度の範囲を示した説明
図、第３図は波長１．５５ｐｍ帯のロススペクトルを示
した説明図、第４図は本発明方法において脱水ガスとし
てＳｉＦ４を用いた場合の適性処理温度の範囲を示した
説明図である。１・・・電気炉２・・・電気炉の炉心管（処理雰囲気）Ｂ−・・多孔質
母材代理人　弁理士　斎　藤　義　雄第１図古今第２図ＴＩ　（ｔ　Ａ　’Ｃ）第４図ＴＩ（貧　ｌ　τ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）波長１．２〜１．６μｍ帯での伝送特性が５ｄＢ
／ｋｍ以下となる光ファイバの母材を得るため、石英系
の多孔質母材を脱水ならびに透明ガラス化する光ファイ
バ母材の処理方法において、脱水処理工程が先行し、透
明ガラス化工程が後行するよう、これらの工程を別々に
行ない、先行する脱水処理工程では、ＨｅとＯ＿２と脱
水ガスとにより脱水雰囲気を形成するとともに、処理温
度を上記多孔質母材の実質的脱水反応開始温度以上かつ
独立閉孔形成温度未満に設定し、かかる脱水雰囲気中の
処理温度域を多孔質母材が通過し、後行する透明ガラス
化工程では、ＨｅとＯ＿２またはＨｅのみで透明ガラス
化雰囲気を形成するとともに、処理温度を最低透明ガラ
ス化温度以上に設定し、かかる透明ガラス化雰囲気中の
処理温度域を上記脱水処理後の母材が通過することを特
徴とする光ファイバ母材の処理方法。
（２）ＶＡＤ法により作製された多孔質母材を脱水し、
透明ガラス化する特許請求の範囲第１項記載の光ファイ
バ母材の処理方法。
（３）ＯＶＤ法により作製された多孔質母材を脱水し、
透明ガラス化する特許請求の範囲第１項記載の光ファイ
バ母材の処理方法。
（４）脱水処理工程での処理温度を９００〜１３００℃
に設定する特許請求の範囲第１項ないし第３項いずれか
に記載の光ファイバ母材の処理方法。
（５）透明ガラス化工程での処理温度を１３５０〜１６
５０℃に設定する特許請求の範囲第１項ないし第３項い
ずれかに記載の光ファイバ母材の処理方法。
（６）脱水ガスが塩素ガスからなる特許請求の範囲第１
項ないし第４項いずれかに記載の光ファイバ母材の処理
方法。
（７）脱水ガスが塩化チオニルからなる特許請求の範囲
第１項ないし第４項いずれかに記載の光ファイバ母材の
処理方法。
（８）脱水ガスがフルオル系シランからなる特許請求の
範囲第１項ないし第４項いずれかに記載の光ファイバ母
材の処理方法。