JP2000302471A

JP2000302471A - 光ファイバ母材の製造方法

Info

Publication number: JP2000302471A
Application number: JP11111170A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Osono; 和正大薗; Tomoyuki Nishio; 友幸西尾; Tetsuya Hirose; 哲也廣瀬; Nobuyuki Takahashi; 伸幸高橋
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1999-04-19
Filing date: 1999-04-19
Publication date: 2000-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】屈折率分布の再現性やスート長手方向の安定
性を向上させることができる光ファイバ母材の製造方法
を提供する。【解決手段】ターゲット棒３を反応容器１の上部に形
成された開口部より略鉛直に挿入し、反応容器１の下部
より挿入されたバーナ２、６、７の火炎で合成されるス
ートをターゲット棒３の下端に堆積させて多孔質のスー
ト母材を形成する際に、反応容器１内のバーナ２の火炎
周辺のガス流の状態を、反応容器１内にレーザ発振器２
５からレーザ光を照射し、レーザ受光器２８で受光して
得られた信号によって浮遊するスート微粒子による散乱
光の強度で評価し、予め想定したガス流状態になるよう
に、排気圧、排気管位置及び外気吸気量を制御すること
により、屈折率分布の再現性やスート長手方向の安定性
を向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバ母材の
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４はＶＡＤ法による光ファイバ母材の
製造方法の従来例を示す概念図である。

【０００３】反応容器１の下部より挿入されたコア用の
石英バーナ（以下「バーナ」という。）２に酸水素ガス
と四塩化硅素等のガラス原料ガスとドーパント材のガス
とを供給し、加水分解反応によってガラス微粒子（以下
「スート」という。）を生成し、反応容器１の上部に形
成された開口部より略鉛直に挿入されたターゲット棒３
の下端にこのスートを堆積させることにより、円柱状の
多孔質のスート母材４が形成される。

【０００４】なお、このスート母材４を形成する際、コ
アとなるスート母材（以下「コアスート」という。）５
の外周に、クラッド用バーナ（以下「バーナ」とい
う。）６、７を用いてクラッドの一部もしくは全部を堆
積させる場合もある。

【０００５】スート堆積中はバーナ２とコアスート５と
の間の位置関係を一定にするため、レーザ発振器８から
照射されるレーザ光９をレーザ受光器１０で受光し、ス
ート底面位置が一定となるようにスート母材４の引き上
げ速度を制御している。

【０００６】このスート母材４を加熱することにより、
脱ＯＨ基処理と透明化処理とを行ない、透明なガラス母
材（プリフォーム）を作り、このプリフォームを溶融し
て線引き紡糸することにより光ファイバが得られる。

【０００７】ところで、スート母材４を製造する際に、
バーナ２、６、７に供給されるガラス原料ガス量は、通
常、スート堆積定常領域において時間的に同じ条件で行
なわれる。つまり、スート母材４の長手方向において、
バーナ２、６、７のガス量は、流量制御装置（商品名マ
スフローコントローラ「ＭＦＣ」）を用いて±０．１％
程度の再現性で制御され、同じ条件で堆積させる。その
スートの堆積の際、スート母材４に付着堆積しなかった
余剰スート微粒子、余剰助撚ガス及び不活性ガス等は反
応容器１内に設けられた排気管１１により反応容器１の
外へ排気される。

【０００８】また、反応容器１の上部には反応容器１内
の気流と排気圧とを安定化させるため外気吸入口１２が
設けられており、外気が反応容器１内に吸入されるよう
になっている。この外気も排気管１１から排出される。

【０００９】これらの排気状態を安定化させるため、通
常、排気管１１には反応容器１内の圧力と外界の圧力と
の差圧を圧力計１３で測定し、その差圧を一定にさせる
圧力制御部１４が用いられている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、毎回の
スート堆積ごとの、反応容器１内の圧力と外界の圧力と
の差圧や、スート初期成長過程の形状の違いや、周囲環
境（温度等）の違いにより、加熱透明化処理後の透明ガ
ラス母材の屈折率分布（コア部の比屈折率差：Δｎ）に
違いが生じるという問題があった。また、スート長さ方
向の成長過程においても、バーナ付着効率の変動、差圧
の変動、スート形状の経時的変化等により、母材長手方
向にもΔｎの違いが生じるという問題があった。

【００１１】そこで本発明者らは、バーナ２の位置を任
意に動かしバーナ２の位置とΔｎとの関係を調べた。そ
の結果、図５に示すような関係が分った。

【００１２】図５はバーナ位置とスート成長速度との関
係を示す特性図であり、横軸はバーナ位置を示し、縦軸
はスート成長速度を示している。

【００１３】同図よりバーナ２をコアスート５から所定
の方向（図においてＸ軸＋方向）に離すとΔｎは小さく
なり、同時にスート成長速度は速くなることが分かっ
た。これは、まさにコアスート底面に対するコア火炎の
位置関係が変化したことによってもたらされた結果であ
る。

【００１４】ところで、バーナ２は剛性の高いバーナ支
持台１５に固定されており、コアスート底面位置はレー
ザ光９により制御されているので、バーナとコアスート
底面との位置関係は常に一定に保たれているはずであ
る。

【００１５】しかしながら、上述の様なΔｎの違いが現
実に起こるのは、バーナで生成される酸水素火炎の揺ら
ぎにより火炎の当たるスート底面位置が変動し、あたか
もバーナ位置が変化したような現象が生じるからであ
る。つまり、透明ガラス母材のΔｎの違いの原因は、火
炎の揺らぎの発生によりスート母材底面に対するコア火
炎のあたり方に違いが生じたためである。この火炎の揺
らぎは、ＶＡＤ法のように３次元的に火炎をコントロー
ルする製法では種々（差圧、他のバーナ６、７の火炎同
士の干渉等）の外乱によって必然的に生じやすく、コア
スート５に対する火炎揺らぎの中心値の違いが、Δｎの
差となって現われる。

【００１６】また、次のような別の要因によってもスー
ト成長速度は影響を受ける。すなわち、コアスート５の
成長速度に合わせて制御される引き上げ速度は、コアス
ート５の底面位置を常に一定とするために、コアスート
５の下端を横切るようにレーザ光９を発するレーザ発振
器８と、レーザ光９を受光するレーザ受光器１０とを用
い、その受光パワーからコアス一ト５の底面位置を計算
し、設定位置よりも下がれば引き上げ速度を上げ、設定
位置よりも上がれば引き上げ速度を下げるという制御系
が組まれている。この時、スート底面以外のものでもレ
ーザ光９が遮られると、実際のスート底面は設定よりも
上に位置しているにもかかわらず、あたかも、下にある
ような制御信号が発生し不適切な引き上げ速度となり、
スート底面位置が設定位置から大きくずれる。そのた
め、火炎のあたる位置もずれ、結果としてΔｎの変動が
生じる。スート堆積中にスート底面以外にもレーザ光が
遮るものとして可能性のあるものは、反応容器１内を浮
遊するスート微粒子である。このスート微粒子は反応容
器１内のガス流の流れに依存して移動するので、反応容
器１内の流れが不安定になると反応容器１内のスート微
粒子も不規則な流れとなる。

【００１７】この不規則な流れがスート底面位置検出用
レーザ光９付近に存在すると、スート微粒子によるレー
ザ散乱光パワーが変化し引き上げ速度変動の原因とな
り、結果的にΔｎの安定化に悪影響をもたらすという問
題があった。

【００１８】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、屈折率分布の再現性やスート長手方向の安定性を向
上させることができる光ファイバ母材の製造方法を提供
することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光ファイバ母材の製造方法は、ターゲット棒
を反応容器上部に形成された開口部より略鉛直に挿入
し、反応容器下部より挿入されたバーナの火炎で合成さ
れるスートをターゲット棒の下端に堆積させて多孔質の
スート母材を形成する光ファイバ母材の製造方法におい
て、レーザ発振器により反応容器の側面からレーザ光を
入射すると共に、レーザ発振器に対面に配置されたレー
ザ受光器で受光するものである。

【００２０】上記構成に加え本発明の光ファイバ母材の
製造方法は、レーザ受光器により反応容器内を通過する
レーザの散乱状態を測定し、散乱状態に応じて、排気状
態を調整することによりバーナの火炎状態と反応容器内
の浮遊スート状態とを最適化するのが好ましい。

【００２１】本発明の光ファイバ母材の製造方法は、タ
ーゲット棒を反応容器上部に形成された開口部より略鉛
直に挿入し、反応容器下部より挿入されたバーナの火炎
で合成されるスートをターゲット棒の下端に堆積させて
多孔質のスート母材を形成する際の反応容器内の浮遊ス
ート状態とバーナの火炎とがスート母材堆積に最適な状
態になるように、浮遊スート状態を反応容器内を横切る
レーザ光パワーの散乱状態で評価し、予め設定した散乱
状態にするため、吸気量や排気管位置を制御する光ファ
イバ母材の製造方法において、レーザ受光パワーのサン
プリングを現時点から一定の時間遡って行い、その平均
値と設定値とを比較して、吸気量及び排気管位置を制御
するものである。

【００２２】上記構成に加え本発明の光ファイバ母材の
製造方法は、吸気量及び排気管位置の制御を所定の時間
ごとに行うのが好ましい。

【００２３】本発明によれば、反応容器内のバーナの火
炎周辺のガス流の状態を、反応容器内にレーザ発振器に
よりレーザ光を照射し、浮遊するスート微粒子による散
乱光をレーザ受光器で受光し得られた信号によってその
強度で評価し、予め想定したガス流状態になるように、
排気圧、排気管位置及び外気吸気量を制御することによ
り、屈折率分布の再現性やスート長手方向の安定性を向
上させることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて詳述する。

【００２５】図１（ａ）は本発明の光ファイバ母材の製
造方法を適用した装置の一実施の形態を示す横断面図で
あり、図１（ｂ）は図１（ａ）の下面図であり、図１
（ｃ）は図１（ａ）の縦断面図である。

【００２６】図１（ａ）〜（ｃ）において、反応容器１
の上部にターゲット棒３が挿入可能な開口部が形成され
ている。ターゲット棒３は回転引き上げ装置１６によっ
て略鉛直状態につり下げられており、反応容器１内にお
いて一定速度で回転しながら上方へ引き上げられるよう
になっている。

【００２７】反応容器１の下部にはコア用のバーナ２が
挿入配置され、バーナ２の上方に複数本（図では２本で
あるが限定されない）のクラッド用のバーナ６、７が挿
入配置されており、ターゲット棒３の下端に火炎があた
るようになっている。

【００２８】バーナ２では、コア用のドーパント材を含
んだガラス微粒子が生成され、タ一ゲット棒３の下端に
堆積して円柱状のコアスート５が形成される。バーナ
６、７では、クラッド用のガラス微粒子（スート）が生
成され、コアスート５の周囲に付着、堆積し、全体でス
ート母材４を形成するようになっている。また、堆積し
なかった余剰スートや余剰ガス等はスート母材４を挟ん
でバーナ２、６、７と対面側にある排気管１１から反応
容器１の外へ排気されるようになっている。

【００２９】タ一ゲット棒３の引き上げ速度は、コアス
ート５の成長速度に合わせて制御される。コアスート５
の底面位置を常に一定とするために、コアスート５の下
端を横切るようにレーザ光９を照射するレーザ発振器８
と、レーザ光９を受光するレーザ受光器１０とを用い、
その受光パワーからコアス−ト５の底面位置を計算し、
設定位置よりも下がればターゲット棒３の引き上げ速度
を上げ、設定位置よりも上がれば引き上げ速度を下げる
という制御系が組まれている。

【００３０】この時、コアスート５と排気管１１との間
に反応容器１内の浮遊スート微粒子観測用に反応容器１
に形成されたレーザ光入射口１７にレーザ発振器１８か
ら発するレーザ光１９を入射し、レーザ光入射口１７の
対面に設けたレーザ光出射口２０から出射したレーザ光
１９をレーザ受光器２１で受光し、その受光パワーによ
り浮遊スート微粒子量を評価するようにした。

【００３１】その結果、浮遊スート微粒子が多いとスー
ト母材４を次工程で焼結した際に透明ガラス母材中に残
量する気泡発生の原因となり、浮遊スート微粒子はでき
る限り少ない方が望ましいことが分った。

【００３２】そこで、本発明者らは浮遊スート微粒子量
ができるだけ少ない吸排気状態を実現するよう外気吸入
口１２の開口度を調整弁２２により調整した。調整弁２
２はレーザ受光器２１で受光した受光パワーをパソコン
２３により演算処理し、開口度の自動制御を行うように
した。

【００３３】図２はレーザ光の受光パワーと透明ガラス
母材に残留した気泡数との関係を示す特性図であり、横
軸がレーザパワーを示し、縦軸が残留気泡数を示す。

【００３４】同図より受光パワーレベルが３ｍＷより少
なくなると急激に残留気泡数が増えることが分る。

【００３５】そこで、本発明者らは受光レベルが常に３
ｍＷ以上になるように外気吸入口１２の開口度を調整弁
２２で制御するようにした。

【００３６】さらに、コア用バーナの火炎状態を観測す
るため、レーザ発振器２５により反応容器に形成された
レーザ光入射口２４からコアスート５の直下にレーザ光
２６を照射させ、照射口の対面に設けたレーザ光出射口
２７から出射したレーザ光２６をレーザ受光器２８で受
光し、その受光パワーによリコア火炎状態を評価するよ
うにした。コア火炎状態が乱れると、スート成長速度が
変化し、その結果、スート母材４から得られる透明ガラ
ス化母材のΔｎの変動の原因となる。

【００３７】そこで、コア火炎状態の乱れができるだけ
少ない吸排気状態を実現するよう排気管１１のＺ軸方向
の位置を微動台２９により調整するようにした。微動台
２９はレーザ受光器２８で受光した受光パワーをパソコ
ン２３により演算処理してその位置を自動制御するよう
にした。

【００３８】なお、外気吸入口１２の調整弁２２と排気
管１１の微動台２９とを制御する際の演算処理に用いた
データは５〜２０秒間の受光パワーを平均化し、設定値
と比較する方法をとるのが望ましい。サンプリング時間
が５〜２０秒が最適な理由は、サンプリング時間が短い
と瞬間的な変動に制御系が影響され制御にハンチングが
生じるからであり、サンプリング時間が長すぎると、制
御のタイムラグが大きくなり制御の目的を果たさないか
らである。

【００３９】図３はレーザ光の受光パワーとスート母材
の成長速度変動との関係を示す特性図であり、横軸がレ
ーザパワーを示し、縦軸がスート成長速度変動絶対値を
示す。

【００４０】同図より受光パワーレベルが２ｍＷより少
なくなると成長速度変動量が±ｌｍｍ／時を超えるのが
分る。この変動量が±ｌｍｍ／時は発明者らの検討によ
るとΔｎの変動量±０．０１％に相当し、均一な特性を
持った光ファイバとするための許容限界値である。そこ
で本発明者らは受光レベルは常に２ｍＷ以上になるよう
に排気管１１の位置を制御するようにした。

【００４１】このようにして得られたスート母材４は、
スートの長手方向に渡って成長速度が安定しているの
で、透明化処理後の透明ガラス母材の長手方向の屈折率
分布、特にΔｎが安定しているばかりでなく気泡の発生
も非常に少なかった。また、スート母材ロッド間のΔｎ
についてもバラツキが少なく再現性が高かった。この結
果、この光ファイバ母材を所定のクラッド厚まで全合成
化し線引きして光ファイバを作製すると、その光ファイ
バのコア部の屈折率分布は長手方向で均一となり、伝送
特性が長手方向で均一になるとともに、各ロッド間での
バラツキも少ないので、同じ特性を持った光ファイバを
大量に作ることができた。

【００４２】以上において、本発明の光ファイバ母材の
製造方法によれば、コア部の屈折率分布を常に一定にす
ることができるので、長手方向に均一な屈折率分布を有
する光ファイバ母材を安定に、再現性良く製造すること
ができ、安定した特性を持った光ファイバを大量に歩留
まり良く得ることができる。

【００４３】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、次のよう
な優れた効果を発揮する。

【００４４】屈折率分布の再現性やスート長手方向の安
定性を向上させることができる光ファイバ母材の製造方
法の提供を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の光ファイバ母材の製造方法を
適用した装置の一実施の形態を示す横断面図であり、
（ｂ）は（ａ）の下面図であり、（ｃ）は（ａ）の縦断
面図である。

【図２】レーザ光の受光パワーと透明ガラス母材に残留
した気泡数との関係を示す特性図である。

【図３】レーザ光の受光パワーとスート母材の成長速度
変動との関係を示す特性図である。

【図４】ＶＡＤ法による光ファイバ母材の製造方法の従
来例をに示す概念図である。

【図５】バーナ位置とスート成長速度との関係を示す特
性図である。

【符号の説明】

１反応容器２コア用バーナ（バーナ）３ターゲット棒６、７クラッド用バーナ（バーナ）８、２５レーザ発振器１０、２１、２８レーザ受光器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者廣瀬哲也茨城県日立市日高町５丁目１番１号日立電線株式会社日高工場内 (72)発明者高橋伸幸茨城県日立市日高町５丁目１番１号日立電線株式会社日高工場内Ｆターム(参考） 2G059 AA05 BB08 BB15 CC20 DD12 EE02 FF06 GG01 GG03 KK01 KK03 MM03 MM05 4G021 EA01 EB13 EB22 EB26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ターゲット棒を反応容器上部に形成され
た開口部より略鉛直に挿入し、上記反応容器下部より挿
入されたバーナの火炎で合成されるスートを上記ターゲ
ット棒の下端に堆積させて多孔質のスート母材を形成す
る光ファイバ母材の製造方法において、レーザ発振器に
より上記反応容器の側面からレーザ光を入射すると共
に、上記レーザ発振器に対面に配置されたレーザ受光器
で受光することを特徴とする光ファイバ母材の製造方
法。
【請求項２】上記レーザ受光器により上記反応容器内
を通過するレーザの散乱状態を測定し、散乱状態に応じ
て、排気状態を調整することにより上記バーナの火炎状
態と上記反応容器内の浮遊スート状態とを最適化する請
求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【請求項３】ターゲット棒を反応容器上部に形成され
た開口部より略鉛直に挿入し、上記反応容器下部より挿
入されたバーナの火炎で合成されるスートを上記ターゲ
ット棒の下端に堆積させて多孔質のスート母材を形成す
る際の反応容器内の浮遊スート状態とバーナの火炎とが
スート母材堆積に最適な状態になるように、浮遊スート
状態を上記反応容器内を横切るレーザ光パワーの散乱状
態で評価し、予め設定した散乱状態にするため、吸気量
や排気管位置を制御する光ファイバ母材の製造方法にお
いて、レーザ受光パワーのサンプリングを現時点から一
定の時間遡って行い、その平均値と設定値とを比較し
て、吸気量及び排気管位置を制御することを特徴とする
光ファイバ母材の製造方法。
【請求項４】上記吸気量及び排気管位置の制御を所定
の時間ごとに行う請求項３に記載の光ファイバ母材の製
造方法。