JP2000319035A - 微粒子欠陥を減少させた光ファイバ引抜き法 - Google Patents

微粒子欠陥を減少させた光ファイバ引抜き法

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JP2000319035A JP2000133207A JP2000133207A JP2000319035A JP 2000319035 A JP2000319035 A JP 2000319035A JP 2000133207 A JP2000133207 A JP 2000133207A JP 2000133207 A JP2000133207 A JP 2000133207A JP 2000319035 A JP2000319035 A JP 2000319035A
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glass
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、微粒子欠陥を減少させた光ファイ
バ引抜き法を提供する。 【解決手段】 本発明によると、光ファイバの引抜き加
工における粒子汚染が、プレフォームを誘導炉に誘導す
る前に粒子消化性皮膜で被覆することによって低下す
る。少なくともプレフォームの端部を、好ましくはプレ
フォーム全部を被覆するとよい。プレフォームが高温領
域に入ると、皮膜が溶解し、耐火性粒子を消化する。皮
膜材料および消化された粒子は、低い表面濃度でシリカ
・ガラス中に溶融し、これは引き抜いたファイバの性能
をそれほど変化させない。好ましい粒子消化性被膜は四
硼酸リチウムである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明はガラスのプレフォームから光ファ
イバを引き抜く方法、特に微粒子欠陥を減少させたファ
イバの引抜き法に関する。
【0002】
【従来の技術】ガラス光ファイバを作成するのに最も広
く使用されている方法は、耐火材誘導炉を使用して、ガ
ラス・プレフォームをファイバ引抜き温度まで加熱す
る。シリカ・ファイバを引き抜く一般的誘導炉が、R.A.
Runkの「A Zirconia InductionFurnace For Drawing P
recision Silica Waveguides」(Optical Fiber Transmi
ssion II Technical Digest(TuB 5-1)(Feb. 22-24, 197
7))に記載されている。誘導炉は高周波コイル内に配置
されたジルコニアまたは他の耐火材の管状サセプタを使
用する。サセプタを約2100℃という所望の温度まで
加熱した後、ガラス・プレフォームの棒を高温領域とし
て知られるサセプタの中央に誘導する。プレフォームの
端部がリフローし、先端部分が滴下してガラスのストラ
ンドに付着し、残りのリフローした端部からファイバを
引抜き加工することができる。従来のジルコニア引抜き
炉は、溶融クォーツの外部円筒形ビーカー、ジルコニア
の内管(サセプタ)、およびジルコニア粒体(グロッ
グ)で充填されたその間の断熱領域を備える。
【0003】この方法は長年ファイバを生産してきた
が、ファイバの微粒子汚染という根強い問題がある。耐
火材粒子が引抜き加工の間にファイバを汚染し、ファイ
バを弱体化させて破損を引き起こすことがある。誘導炉
は、その耐火性サセプタおよびグロッグとともに、耐火
性粒子の重大な発生源である。さらに、このような炉を
使用する施設は、このような粒子の少量ではあるが、そ
れでも環境的に重大な集中を生じる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】微粒子欠陥を低下させ
る標準的な方法は、クリーンルームの状態でファイバを
引き抜くことである。しかし、この方法は、完全に成功
してきたわけではない。1つの問題は、溶融ガラスと微
粒子を発生する耐火材料との間隔が狭い重大な引抜き領
域では、クリーンルームの状態が確立できないことであ
る。別の問題は、耐火性粒子がわずかに集中しても、汚
染問題が生じる可能性があることである。したがって、
光ファイバの引抜き加工で粒子によって引き起こされる
破損を減少させる新しい方法が必要とされている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によると、光ファ
イバ引抜き加工中の粒子による破損は、プレフォームを
誘導炉に誘導する前に、粒子消化被膜をガラス・プレフ
ォームに被覆することによって減少する。少なくともプ
レフォームの端部、好ましくはプレフォーム全部を被覆
するとよい。プレフォームが高温領域を通過すると、被
覆が溶解し、耐火性粒子を消化する。被覆材料と消化さ
れた粒子は、低い表面濃度でシリカ・ガラスに溶解し、
これは引き抜いたファイバの性能をそれほど変化させな
い。好ましい粒子消化被膜は、四硼酸リチウムである。
【0006】本発明の性質、利点および種々の追加の特
徴は、添付図面に関して次に詳細に述べる例示的実施形
態について考察すると、より明白になる。
【0007】これらの図面は本発明の概念を例示するた
めのものであり、一律の縮尺に従わないことを理解され
たい。
【0008】
【発明の実施の形態】図面を参照すると、図1は、本発
明の好ましい実施形態により、光ファイバ・プレフォー
ムから光ファイバを作成するステップを示す流れ図であ
る。図1のブロックAで示すように、第1のステップ
は、光ファイバ・プレフォームを設けることである。
【0009】図2Aは、高純度の内芯21を有する同心
ガラス棒、低損失ガラス、および外装と呼ばれ、芯より
低い屈折率を有する同心の外部ガラス・シリンダ22を
備えた典型的なプレフォーム20を示す。棒は、通常約
1メートルの長さおよび20〜200mmの外径を有す
る。内芯は約1〜5mmの直径を有する。
【0010】図1のブロックBに示す次のステップは、
プレフォームに粒子消化性材料の被膜を付着させること
である。被覆は、噴霧、刷毛塗りまたは浸漬でよい。
【0011】好ましい粒子消化性材料は、四硼酸リチウ
ム(Li247)、メタ硼酸リチウム(LiBO2)な
どの硼酸リチウム、またはメタ硼酸リチウム22に対し
て四硼酸リチウム12の混合物など、その混合物であ
る。代替物であるがこれほど好ましいくはない粒子消化
性材料には、四硼酸ナトリウム(Na247)および
六メタ燐酸ナトリウムがある。ナトリウムを含む材料
は、ナトリウムがファイバに負の特性を与える可能性が
あるので、それほど望ましくない。他の粒子消化性材料
が、珪酸塩地質学に使用する酸化物粒子のフラックス中
に見られることもある。
【0012】プレフォーム全部を粒子消化性材料で被覆
することが好ましい。しかし、炉に最初に誘導するプレ
フォームの端部分のみを被覆しても、有意の利点を獲得
することができる。この利点の理由は、プレフォームの
端部が、引抜きプロセスの準備および開始中に、開いた
引抜き炉の上に下がるからである。その結果、先頭の端
部ガラスの方がより多く汚染される。さらに、プレフォ
ームの端部にある耐火性粒子は、下にあるシリカが揮発
するにつれ、プレフォーム表面に移動する傾向がある。
したがって、プレフォームの開始部分を被覆すると、プ
レフォーム全体から引き抜かれるファイバの粒子汚染お
よび破損率を低下させることができる。
【0013】皮膜をプレフォーム全体に付着させても、
端部部のみに付着させても、皮膜はプレフォームの周囲
にほぼ均等に付着させると有利である。
【0014】図2Bは、粒子消化性材料30をプレフォ
ーム20の端部分23に付着させる様子を示す。材料3
0は、揮発液に浮遊し、周囲に均等に被覆するよう配置
された複数のノズル31を通して噴霧することが好まし
い。
【0015】第3のステップ(ブロックC)は、プレフ
ォームを(被覆した端部を最初に)耐火性誘導炉に挿入
し、通常の方法でプレフォームからファイバを引き抜
く。プレフォームを下げて誘導炉の絶縁されたサセプタ
に入れ、ここで高い引抜き温度まで加熱する。十分に加
熱すると、ガラスのストランドに担持された溶解した端
部分が滴下し、ストランドは、Optical Fiber Telecomm
unications(Ed. S.E. Miller and L.P. Kaminow, pp.18
2-185 (Academic Press, 1988))に記載されるような引
抜きステーションに挿入される。張力および引抜き速度
は、所望の直径のファイバを引き抜くよう調節される。
【0016】図2Cは、耐火性引抜き炉40に挿入され
たプレフォーム20を示す。プレフォームの被覆した端
部分24が、担持するファイバ・ストランド23を落下
させる。
【0017】プレフォーム20が引抜き炉の高温部を通
過するにつれ、被膜30が溶解する。プレフォーム上に
存在する耐火性粒子は、溶解する被膜およびその下のシ
リカ・ガラスによって全体的に消化されるか、より小さ
いサイズへと消化される。ファイバが引き抜かれるにつ
れ、消化された粒子と被膜材料の両方が、シリカ・ガラ
ス表面へと融解する。ガラス内に溶解した被膜材料およ
び消化粒子の表面濃度は、非常に低いので、引き抜いた
ファイバの性能を有意に変化させない。
【0018】耐力試験中のファイバ破損は、大部分が耐
火性粒子内包物の結果であるので、耐火性粒子を消化す
ると、耐力試験中の破損頻度が大幅に低下する。耐火性
粒子が完全に消化されない場合でも、粒子消化による耐
火性粒子の小型化は、破損率頻度を低下させる。これ
は、耐力試験で破損を生成するのに必要な応力レベル
が、傷のサイズに比例するからである。
【0019】次に、以下の特定の例を考察することによ
り、本発明をさらによく理解することができる。
【0020】実施例 四硼酸リチウムの販売元(Spex CertiPrep Inc.)から、
メタノールに四硼酸リチウムを浮遊させたものを準備す
る。粒子サイズは100〜700マイクロメートルの範
囲である。あるいは、これより細かい粒子サイズの浮遊
が望ましい場合は、Aldrich Chemical Corporationから
取得した粉末を使用して、浮遊物を準備することができ
る。この場合、粒子サイズは<20マイクロメートルと
される。両方の場合で、浮遊媒質として分光器等級のメ
タノールを使用した。
【0021】Campbell HausfeldのモデルDH5500スプレ
ー・ガンにCampbell HausfeldのモデルMT4100空気圧縮
器で空気圧を供給し、ガラス・プレフォームに浮遊物を
噴霧する。
【0022】スプレー・ガンを約2フィート(61c
m)の距離に保持し、ガラス・プレフォームをゆっくり
回転させることにより、均等な皮膜が生成される。ガラ
ス表面に付着させた四硼酸リチウムの品質は、浮遊物の
濃度、スプレー・ガンとガラス表面間で維持した距離、
および噴霧時間に応じて変化する。この特定の例では、
噴霧時間は10秒、付着させた四硼酸リチウムの品質
は、1平方インチ(6.5平方cm)当たり約1ミリグ
ラムであった。
【0023】皮膜の効果を試験するため、耐火性ジルコ
ニアイットリア粒子を同様の方法で同じガラス・プレフ
ォームに付着させた。この粒子の平均サイズは2マイク
ロメートルで、サイズは、工場タイプ耐力試験で不良を
誘発する粒子と同じサイズである。耐火性粒子の浮遊物
は、クロロホルムで作成する。四硼酸リチウムが存在し
ないと、このような粒子は、ファイバ生産の当業者によ
く理解されているように、ファイバ引抜き加工中に深刻
な強度の問題を引き起こす。これらの粒子は、基本的
に、四硼酸リチウムの試験課題である。四硼酸リチウム
がない状態で、このように意図的に汚染したプレフォー
ムは、極めて「脆弱な」ファイバを生成する。巻くのが
困難で、耐力試験がほぼ不可能なファイバである。
【0024】四硼酸リチウムの被膜があると、オンライ
ンの100kpsiの耐力試験の審査で、長いファイバ
を引き抜くことができ、図3は、特定の例示的プレフォ
ームから引き抜いた2本の異なるスプールのワイブル・
プロット強度データを示す。サンプルは31本あり、2
0メートルのゲージ長で評価する。100kpsi未満
で不合格になったのは1本のサンプルのみ、200kp
si未満では2本のみであった。これは、量産ファイバ
の評価に使用する典型的な耐力試験のレベルである。四
硼酸リチウム被膜がない状態では、耐火性粒子によるこ
の意図的な汚染で、20メートル・ゲージ長のファイバ
は100%が100kpsiよりかなり下で不合格にな
る。
【0025】フラックスの影響を示すため、意図的に汚
染したプレフォームから収集したファイバについて、典
型的な50cmゲージ長の結果を、図3に領域Aとして
加えた。この場合も、フラックスが標準の高強度量産フ
ァイバにいかに近く、意図的に汚染したガラスを媒介す
るか示すため、汚染していないファイバの典型的な20
メートル・ゲージ長の結果も、線Bとして加えた。これ
は例示のみを目的とし、このデータは、特定の例(スプ
ールAおよびC)に使用したガラスから生じたものでは
ない。
【0026】上述した実施形態は、本発明の原理の応用
例を表すことができる多くの可能な特定の実施形態のう
ち幾つかのみを例示していることを理解されたい。本発
明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者には
多くの様々な他の配置構成を容易に考案することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明により光ファイバを引き抜くステップの
概略流れ図である。
【図2A】図1のプロセスの種々の段階における光ガラ
ス・プレフォームである。
【図2B】図1のプロセスの種々の段階における光ガラ
ス・プレフォームである。
【図2C】図1のプロセスの種々の段階における光ガラ
ス・プレフォームである。
【図3】ファイバの破損を防止する上で被膜の効果を示
すグラフである。
【符号の説明】
20 プレフォーム 21 内芯 22 シリンダ 23 ストランド 24 端部分 30 材料 31 ノズル 40 耐火性引抜き炉

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光ファイバを作成する方法であって、 光ファイバ・プレフォームを設けるステップと、 プレフォームの円周部分を耐火性粒子消化材料で被覆す
    るステップと、 耐火性材料誘導炉の中で被覆したプレフォームからファ
    イバを引き抜くステップとを含む方法。
  2. 【請求項2】 耐火性粒子消化材料が、四硼酸リチウ
    ム、メタ硼酸リチウム、四硼酸ナトリウム、および六メ
    タ硼酸ナトリウムで構成されたグループから選択した材
    料を備える、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 プレフォームが、揮発性液体中に耐火性
    粒子消化材料の粒子を浮遊させ、浮遊物をプレフォーム
    に噴霧することによって被覆される、請求項1に記載の
    方法。
  4. 【請求項4】 耐火性粒子消化材料の粒子が、四硼酸リ
    チウムの粒子を備える、請求項3に記載の方法。
  5. 【請求項5】 揮発性液体がメタノールを備える、請求
    項4に記載の方法。
  6. 【請求項6】 ガラスの内芯、および芯より屈折率が低
    いガラスの外部同心シリンダを有するガラス棒を備える
    光ファイバ・プレフォームにおいて、プレフォームの外
    面が耐火性粒子消化材料で被覆される改良点。
  7. 【請求項7】 耐火性粒子消化材料が、四硼酸リチウ
    ム、メタ硼酸リチウム、四硼酸ナトリウム、および六メ
    タ硼酸ナトリウムで構成されたグループから選択した材
    料を備える、請求項6に記載の改良されたファイバ・プ
    レフォーム。
  8. 【請求項8】 耐火性粒子消化材料が四硼酸リチウムを
    備える、請求項6に記載の改良されたファイバ・プレフ
    ォーム。
JP2000133207A 1999-05-06 2000-05-02 微粒子欠陥を減少させた光ファイバ引抜き法 Pending JP2000319035A (ja)

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