JPH01239032A - 光ファイバ製造方法 - Google Patents

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】 （発明の背景） １、発明の技術的分野 本発明は光ファイバの形成方法に関し、特に３ｉ０２の
ような耐熱性クラツド管中にコア物質を挿入することが
必要である光ファイバの形成方法に関する。

２、従来技術の説明 種々の稀土類イオンを含有する］アを有する光ファイバ
の形成は、成る種の稀土類イオンがガラス中でレーザー
を放射することが知られており、あるいはファラデー回
転のような他の望ましい物性を付与することが知られて
いることから、当技術において長年、関心の対象であっ
た。たとえば３＋　　　　３＋　　　　３＋　　　　３
＋　　　　３＋Ｎｄ　　、Ｙｂ　　、Ｅｒ　　、Ｐｒ　
　、Ｔｍ　　および１−１０　”＋のようなイオンはガ
ラス中でレーザーを放射させることができる。これらの
中で、三価のネオジミウムは湯温において高い効率でレ
ーザーを放射することから多分、最も重要なものであっ
た。

さらにまた、主として溶融シリカから作られた低−損失
（ｌｏｗ−１ｏｓｓ）ファイバの出現によって、稀土類
をドープしたコアの組成が溶融シリ刀　クラッドと適合
しているファイバ　レーザーの開発が望まれるようにな
った。これは、レーザー　ファイバが開口数（Ｎ△）に
おいて、そしてま１＝他の観点で［通信用Ｊ　　（ｃｏ
［Ｉｌｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｇｒａｄｅ　）低−損失
溶融シリカ単一モードまたは多重モード　ファイバと適
合できることを確実にするからである。

高い稀土類イオンを有するコアを含有する、低−損失性
の稀土類をドープした溶融シリカ　ファイバの生成には
多くの従来技術の方法が試みられている。たとえば、低
−損失性の、稀Ｙ類をドープした溶融シリカ　ファイバ
の形成に使用されている方法の一つはいくつかの点で、
低−屓失「通信用」溶融シリカ光ファイバの１１造に、
現在使用されている方法に類似している。この特定の方
法には、内部化学蒸着と通称されている変性化学蒸着（
Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄ
ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＭＣＶＤ）法の変法があり、こ
の方法では所望の稀土類イオンの揮発性化合物をプレフ
ォーム内の反応域中に入れることにより、稀土類イオン
をファイバ　コア中に導入する。この反応域で化学反応
が生じ、稀土類イオンを含む別の化合物がプレフォーム
の内面上にガラスの連続層として、またはススとして沈
盾する。沈着物質は次いで、必要に応じて、ガラスの連
続層中にイオン固化させ、次いでプレフォームの引続く
、崩壊および光ファイバとしての引き伸ばし処理の後に
、光ファイバのコア中に導入する。この方法は稀土類イ
オンまたはガラスの物性を調整するためにガラス中に添
加されることが望ましい他のイオンを用いて生成される
揮発性でしかも熱的に安定な物質を見い出すことが困難
であることによる一つの問題を提起する。揮発性は妥当
な低温で当該化合物を気相状態で提供するために重要で
あり、そして熱的安定性は当該化合物を装置内の反応域
に移すために重要である。さらにまた、当該化合物が反
応域に到達するまで気体状態に保持されることを確実に
するために、当該化合物を移送ラインを通して制御され
た状態で分配するために、大量流動コントローラーおよ
び適当なキャリヤ　ガスが必要である。

もう一つの従来技術の方法は「管内棒状体」（ｒｏｄ−
ｉｎ−ｔｔｌｂｅ　）法と称される方法であり、この方
法ではコア　ガラスとクラッド　ガラスとの種種の両立
できる組合せを使用するが、これらの材料はファイバの
引き伸しに際して変化しないこと、およびまた最終ファ
イバが強く、光導性であり、しかも良好なファイバに対
して一般に課せられる他の望ましい物性の全部を有する
という特徴を有する。これらの材料はいわゆる硬質ガラ
ス、すなわち大部分がＳｉＯ２であるものであるか、ま
たは軟質ガラス、すなわちアルカリ、アルノｊり土類シ
リケートであることができる。実際に、初！］の稀土類
をドープしたレーザー　ファイバはコアおよびクラッド
の両方が軟質ガラスから作られていた。たとえば窓ガラ
スのようなこれらの軟質ガラスは代表的には、広い組成
範囲で一般に市販されているアルカリおよびアルカリ土
類シリケートである。この従来技術の方法では、稀土類
化合物を含有する軟質ガラスの棒状物を適当な軟質ガラ
スの管状物の内部に耐直する。この組合せ構造体を次い
でファイバに引き伸ばして、コアが稀土類イオンを含イ
１するファイバを形成する。

上記の方法を、溶融シリカの管状物中に軟質ガラス棒状
物を挿入するのに適用し、この組合せ構造体をファイバ
に引き伸ばそうとすると、応力が生じるか、あるいはコ
ア中の揮発性成分により泡が生じ、これが管状物の外側
に「吹き出る」ことから、この方法は失敗に終る。これ
は、代表的な軟質ガラスの１ｍ＠率が９０Ｘ１０−７／
”Ｃの程度であるのに対し、溶融シリカの膨脹率が、は
ぼ３へ・５×１０−７／℃であるからである。この膨脹
率における根本的な差Ｗは軟質ガラスのコアおよび溶融
シリカのクラッドから形成された光ファイバを、冷月１
すると破砕するものとする。この破砕はコアークラッド
界面から外側に向って伸びる。さらにまた、ファイバの
末端を磨いても、破砕は磨かれた末端から生じて伸び、
破砕面を取り除くことはできない。

上記の結果から、光ファイバの形成方法、特に溶融シリ
カ　クラッドにより取り囲まれている稀土類をドープし
た溶融シリカのコアを有する光ファイバの形成方法であ
って、さらに単純で、そしてＭＣＶＤ法よりも安価であ
り、しかも軟質ガラス　クラット中に埋め込まれている
軟質ガラスコアを有する光ファイバの形成に使用される
のと同様の簡単な方法を提供することが当技術で求めら
れている。

本発明の概要 本発明の方法は従来技術における前記の問題を有利に解
消する。本発明の方法は、低い軟化点を有するガラスを
生成し、比較的低い蒸気圧を有するコア　ガラスに望ま
しい物性を付与するために稀土類化合物および他の化合
物のような別の材料をそこに配合し、このガラスをその
底部がシールされている比較的厚い溶融シリカ管状物中
に挿入して、「棒状物−管状物」組合せＩｌ構造体形成
し、この組合せ構造体を、ガラス中の成る種の揮発性成
分、すなわちこのガラスの低い軟化点および高い膨脹率
に関与している蒸気圧の高い成分を分離除去し、生成す
るプレフォーム（ｐｒｃｒｏｒｉ　）を光ファイバに引
き伸ばすことを包含する方法である。

−態様において、軟質ガラスは棒状形に形成し、ネオジ
ミウムまたはイッテルビウムおよびエルビウムのような
稀土類イオンを用いて、当技術で周知の方法でドーピン
グする。さらにまた、棒状の軟質ガラスをその中に挿入
する溶融シリカ管状物はその外径（ＯＤ）対内径（ＩＤ
）の比が２〜５Ｏの範囲にあるようにして、軟質ガラス
挿入物の揮発性成分がそこから分離された場合に、Ｓ　
ｉ　Ｏ２壁の強度および厚さによって管状物が完全のま
ま残されるようにすべきである。本発明によりＯＤ対Ｉ
Ｄの比が２４であると好ましいことが児い出された。

この方法に使用する代表的温度は１９００℃はどの高さ
であることができ、この温度を１０〜２０分の長さにわ
たり適用することができる。このために、本発明のさら
に有利な態様においては、棒状物の代りに粉末状ガラス
または多孔質焼結ガラス棒状物を使用する。このような
［ｒ３様ではプレフォームを加熱した場合の揮発性成分
の分離が淀進される。

上記から容易に認識できるように、本発明の方法はアル
カリ土類、たとえばＢａ、およびＣａ１ならびにジルコ
ニウム、ニオビウムおよび稀土類のような低蒸気圧の物
質を比較的高温度で含有する光ファイバの形成に有用で
ある。

−例として、本発明前は先ず、Ｙｂ２０３１５重量％、
Ｅｒ　　Ｏ０，３ｍｆｆ１％、ｓ１ｏ２５９．ｓ重量％
、ｃ；２ｏ　　ｏ、９ｏ世％、Ｎａ２Ｏ６，４型部％、
Ｋ、２０９．７重量％、ＢａＯ４，３重量％、Ｚｎ０　
１．４重量％、Ａｉ　０１．３重量％および ＳｂＯｏ、９重量％よりなる軟質ガラス棒状物を形成す
ることにより高度に稀土類でドープされたコアを有する
光ファイバが形成した。上記棒状物はそのままの形で、
あるいは微粉砕して粉末形で、本発明による光ファイバ
の形成に使用することができる。

図面の簡単な説明 本発明を完全に理解するためには、以下の詳細な説明を
添付回向と組合せて考えることができる。

第１図は本発明の一態様に従い形成されるプレフォーム
を絵画式で示す乙のであり、この図面においてプレフォ
ームの一部分は加熱されており、棒状軟質ガラス挿入物
の成る種の揮発性成分が追い出されている。

詳細な説明 第１図は本発明により形成された棒状物と管状物との組
合せ構造体１００を絵画式で示すものである。組合せ構
造体１００は希土類をドープした軟質ガラスから形成さ
れたコア１０１を含ｌυでいる。コア１０１は溶融シリ
カ管状物から形成されたクラッド１０２内に配置されて
いる。先細り域１１０はプレフォームの引き伸ばし処理
の始まった部分を示しており、この部位に熱が適用され
ている。炉は明確に図示されていない。

本発明の一態様において、軟質ガラス　コア１ｏ１はＹ
ｂ０１５重量％、Ｅｒ２Ｏ３ ０，３重量％、ＳｉＯ５９，８ｔ吊％、Ｌｉ２Ｏ０，旧
■％、Ｎａ２Ｏ６゜４単量％、Ｋ２Ｏ９，７重泊％、＋
３８０４．３重量％、Ｚ　　Ｏ１，４ｔ［ｆｉ’ｔ％、
Ａ１０１．３重量％および５ｂＯ０，９重間％よりなる
。

この軟質ガラスは当技術で周知の方法により棒状物とし
て形成する。さらに、当技術で知られているように、こ
のアルカリおよびアルカリ土類成分はこの種のガラスが
軟質ガラスと称される由縁である低い融点または低い軟
化点および比較的高い膨張率に関与している。

管１０２のような溶融シリカ管状物の形成方法は当技術
でよく知られている。さらに、本発明の方法に従い、溶
融シリカ管状物１０２は比較的厚い壁を有する。管状物
１０２の外径（ＯＤ＞対内径＜ＩＱ）の比は少なくとし
２に等しく、好ましくは２４の大きさである。

本発明に従い、軟質ガラス棒状物１０１を溶融シリカ管
状物１０２中に挿入し、このようにして形成された組合
せ構造体１００を炉内で加熱する。

組合せ構造体１００は１９００℃の高さまでの充分に高
い温度で、１０〜２０分間までの適当な時間にわたり加
熱し、その結果、棒状物１０１中の高い膨張率および低
い軟化点に寄与する揮発性成分をコアから分離除去する
。

第１図を参照すると、三つの異なる領域、すなわち領１
４１０３．１０４および１０５がそれぞれ示されている
。領ｖｉ１０３は溶融シリカ　クラッドおよび主として
５ｉｎ２よりなり、低濃度の稀土類酸化物、ＢａＯまた
は他の種々のアルカリ土類酸化物のような他の非揮発性
成分および元の軟質ガラス棒状物のいずれかその他の低
蒸気圧成分を含むコアよりなる完成された安定なプレフ
ォームよりなる。領域１０４には泡状物１２１〜１２３
が示されており、この領域は元の組合せ構造体から最終
の寸法が減じられたプレフォームへの先細り域が生じる
加熱域に溶融したガラスが通過上昇する領域であって、
泡状物はコアの揮発性成分を含有している。最後の領域
１０５はコア　ガラスから分離され、領１ａ１１０４上
の冷ＦＡ域に入った時点で蒸気から固体に戻って濃縮さ
れる濃縮成分よりなる。これらの濃縮成分は溶融シリカ
管状物１０２の内面に沈着する。

前記の軟質ガラス棒状物はこの方法で使用する前は１．
５２の屈折率を有する。溶融シリカは１．４６の屈折率
を有する。すなわち、本発明の方法を使用しない場合に
は、この組合せ構造体は０．４３の間口数（Ｎ△）を有
する。しかもながら、本発明の方法を使用することによ
り、ＮＡ＝０．２３を有する光ファイバが形成される。

本発明の方法により形成されるファイバのもう一つの有
利な特徴はコアとクラッドとの間に非常に良好な非散乱
性の界面が形成されることにある。

本発明者はまた、５ｃｈｏｔｔ　Ｇｌａｓｓ　ｃｏｍｐ
ａｎｙから市販されているネオシミ・クムをドープした
軟質ガラス（このガラスをコード番号Ｌ　Ｇ　６６０で
表わす）を使用して、本発明に従い別のファイバを形成
した。本発明による選択的揮発により、１Ｍ０Ｄおよび
４０ミクロン　コア径をｆ′ｉ′するプレフォームを小
さい」法に引き伸ばし、ネオジミウムをドープしたコア
と溶融シリカ　クラッドとの両立できる組合ｌ！′構造
体を形成することができた。

本発明のもう一つの態様では、高温を使用することによ
って、プレフォームの形成に棒状の軟質ガラスを使用す
る必要はない。この場合には、このような棒状軟質ガラ
スは微粉砕して粉末を形成することができ、あるいは多
孔質焼結棒状物を使用１（−ることができる。粉末また
は多孔質棒状物の効果はこれらが揮発性成分の分離除去
を促進することにある。従って、本発明に従い、プレフ
ォームはＰｂＯのような数種の二価イオンの酸化物およ
びいずれかのアルカリのようなコアの揮発性成分を選択
的に揮発させ、コアの最終成分が主としてＳｉＯ２より
なるように、炉内に配置する。稀土類およびガラス中に
おける稀土類の溶解を促進する小濃度の安定な酸化物は
コア内に残る。ざらにまた、前述したように、溶融シリ
カ管状物の壁部は揮発性成分の揮発期間中、その表面張
力および強度が完全に保有されるように、充分の厚さで
なければならない。

前記したように、本発明の方法により形成されたファイ
バはコア中に、たとえば低蒸気圧遷移金属からの汚染物
質を含有することがある。しかもながら、これらのファ
イバをレーザーファイバとして使用する場合に、これら
の汚染物質の作用は大きくない。たとえば、レーザー　
ファイバにおいて、二種の主要な損失原因すなわち散乱
および吸収があるが、汚染物質による吸収による損失は
散乱による損失の減少によって相殺される。これは前）
２１Ｓシたように、揮発がコアとクラッドとの間になめ
らかな輪郭を生じさせ、散乱が減じられるためである。

本発明を特定の態様について示し、説明したが、本発明
の教示に組入れられるかなりの種々の態様が本発明の教
示から逸脱けることな〈実施できる。

従って、前記に含まれているか、あるいは図面に示され
ている全ての事項は説明のためのものと解釈されるべき
であって、制限しようとするものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一態様に従い加熱されて、棒状軟質ガ
ラス挿入物の成る種の揮発性成分が分離されているプレ
フォームの一部を示す絵画式図面である。 １００・・・棒状物−管状物組合せ構造体：１０１・・
・］アアコ１０２・・管状クラッド；１０３・・・完成
された安定なプレフォーム領域：１０４・・・コアの揮
発性成分を含む泡を含イ１する領域：１０５・・・濃縮
成分を含む領域；１１０・・・先細り域：１２１．１２
２および１２３・・・揮発性成分を含む泡状物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）コアおよびコアの周囲のクラッドが両立できる物
   理的特性を有する光ファイバの形成方法であつて、 ファイバのクラッドになる、予め定められた軟化点を有
   する硬質ガラス耐熱管状物を用意し、この耐熱管状物の
   内側に軟質ガラスを配置し、この軟質ガラスは異なる揮
   発性を有する成分よりなり、該成分の一部は耐熱管状物
   の軟化点より低い軟化点を有する成分を提供するのに対
   応できる成分であり、該成分の他の部分は耐熱管状物の
   両立できる物理的特性およびファイバコアに要求される
   屈折率を得るために存在する成分であり、上記耐熱管状
   物と軟質ガラスとの組合せ構造体を軟質ガラス成分中の
   少なくともその低い軟化点に対応できる部分を揮発させ
   て、これらの成分をそこから排除するのに充分であり、
   しかも上記軟質ガラス中の該耐熱管状物の物理的特性と
   両立できる物理的特性を提供する成分を揮発させるかま
   たは該耐熱管状物を軟化させるほどには高くない温度に
   加熱し、次いで この耐熱管状物と軟質ガラスとの組合せ構造体を該耐熱
   管状物がファイバクラッドになりそして軟質ガラスの非
   揮発成分がファイバコアになるように引き伸す、 工程を含む方法。 （２）上記耐熱管状物が溶融シリカを含む、請求項１に
   記載の方法。 （３）上記耐熱管状物が本質的に純粋な溶融シリカより
   なる、請求項２に記載の方法。 （４）上記軟質ガラスが稀土類をドープしたガラスを含
   む、請求項１に記載の方法。 （５）上記軟質ガラスが棒状である、請求項１に記載の
   方法。 （６）上記軟質ガラスが粉末状である、請求項１に記載
   の方法。 （７）上記軟質ガラスが多孔質焼結棒状である、請求項
   １に記載の方法。 （８）低蒸気圧成分が稀土類化合物である、請求項１に
   記載の方法。 （９）低蒸気圧成分がアルカリ土類化合物である、請求
   項１に記載の方法。 （１０）低蒸気圧成分がジルコニウムまたはニオビウム
   である、請求項１に記載の方法。（１１）上記耐熱管状
   物はその外径対内径の比が２〜５０の範囲にある円形の
   横断面を有する、請求項１に記載の方法。 （１２）揮発性成分がアルカリ化合物である、請求項１
   に記載の方法。