JPH02229733A - 低散乱フッ化物ファイバの製造方法及びその装置 - 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】 （発明の技術分野） 本発明は２〜３μｍ帯の波長の光を用いた長距離光通信
用のフッ化物ファイバに係り、特に低散乱のフッ化物フ
ァイバを製造するための低散乱フッ化物ファイバの製造
方法及びその装置に関するものである。

（従来技術） フッ化物ファイバは、２〜３μｍ帯の波長の光を用いた
長距離通信用ファイバとして注目されており、理論的に
は０．０１ｄＢ／Ｋｍ以下の超低損失が予想されている
。しかしながら、現在のフッ化物ファイバの損失は、１
０〜２０ｍ程度の極良質な部分を切り出して測定しても
１ｄＢ／Ｋｍ弱であり、Ｌｏｏｍ以上の長さにわたって
平均化すると数ｄＢ／Ｋｍにもなる。この損失の大半を
占めるのは散乱であり、散乱の低減はフッ化物ファイバ
の低損失化にとって最も重要な課題となっている。

（発明が解決しようとする問題点） フッ化物ファイバがこの過剰散乱を生じる原因としては
、例えば、Ｆｒａｎｃｅ　ｅｔ　ａｌ．　Ｍａｔ．Ｓｃ
ｉ．Ｆｏｒｕｃｍ　ｖｏｌ．１９−２０　（１９８７）
　ｐｐ．３８１に述べられているように、ファイバ中に
存在する微結晶、酸化物粒子、金属微粒子、気泡や相分
離などが挙げられている。

従って、今までは、低散乱のフッ化物ファイバを製造す
るために、過剰散乱の原因である微結晶、酸化物粒子、
金属微粒子、気泡、相分離などを取り除く種々の製造方
法及びその装置が提案されてきた。しかしながら、これ
らの従来の製造方法及びその装置では、過剰散乱の主要
原因がこれらのものではなく、真の原因を除去するため
の適切な手段がとられていないために、低散乱のフッ化
物ファイバを作製することが困難であった。

従って、過剰散乱の真の原因の解明と、過剰散乱を低減
するための適切な低散乱フッ化物ファイバの製造方法及
びその装置が強く望まれていたが、今まで何ら開示され
ていなっかた。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みなされたも
ので、フッ化物ファイバの過剰散乱をひきおこす真の主
要原因を明らかにし、低散乱フッ化物ファイバを作製す
ることが可能な低敗乱フッ化物ファイバの製造方法及び
その装置を提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明の第１の特徴は、フッ化物ガラス融液を冷却・固
化してフッ化物ファイバ用プリフォームを作製した後、
該フッ化物ファイバ用プリフォームを加熱しながら線引
きしてフッ化物ファイバを製造するフッ化物ファイバの
製造方法において、前記フッ化物ファイバ用プリフォー
ム内に引っ張り応力の発生を抑制するように前記フッ化
物ガラス融液を冷却する冷却工程と、前記フッ化物ファ
イバ用プリフォームに内在する引っ張り応力あるいは該
引っ張り応力によって生じるガラスの欠陥を低減するよ
うな外力を加える外力印加工程とのうち少なくとも一方
の工程を行なうことにある。

本発明の第２の特徴は、予め作製されているフッ化物フ
ァイバ用プリフォームからフッ化物ファイバを製造する
フッ化物ファイバの製造装置において、前記フッ化物フ
ァイバ用プリフォームに内在する引っ張り応力を低減す
るような外力印加手段を有することにある。

（発明の原理） まず、フッ化物ファイバの過剰散乱を引き起こす真の主
要原因が何であるかについて説明する。

今まで、フッ化物ファイバの過剰散乱の主原因は、ファ
イバ中に存在する微結晶、酸化物、金属等の微粒子、気
泡、相分離などであると考えられていた。しかしながら
、同一出願人により既に特許出願が成されている結晶を
生じないコア・タラッドガラス組成（特開昭６１−６３
５４４号）及び上述の散乱中心のないプリフォームの製
造方法（特願昭６３−１７１０９号）を用いて製造され
たフッ化物ファイバでも過剰散乱が存在した。また、実
際にこのようなフッ化物ファイバ（以下、単に「ファイ
バＪと称す）を光学顕微鏡と電子顕微鏡を用いて入念に
調べても、上述のような散乱中心は発見できなかった。

そこで、本願発明者等は、過剰散乱の主原因が別にある
と考え、真の主要原因をみつけるためにファイバの散乱
強度と相関性のある現象を探す検討を行った。その結果
、２つの現象を見出すことが出来た。

（ａ）第１番目は、ファイバ強度と相関性があることで
、機械的強度の大きいファイバは散乱が小さく、逆に機
械的強度の弱いファイバは散乱が大きかった。この現象
から、本願発明者等はファイバ中に何らかの機械的欠陥
が存在し、強度と散乱の双方に強く関連しているためで
あると考えた。

（ｂ）第２番目は、第１図に示すように、２〜３ｃｍの
ファイバ片を透過顕微鏡で観察すると石英ファイバには
みられないような明暗の「むら」がコアにみられ、この
明暗「むら」の形状や強さと散乱強度と関係することで
ある。また、この明暗は、観察するファイバ長が長くな
るにつれて見えなくなることが解った。この現象から、
本願発明者等は明暗に対応したかなりマクロな屈折率の
「むら」がコア内に分布しており、散乱を引き起こして
いるものと考えた．また、観察するファイバ長が数ｍに
なると明暗が観察できなくなることから、この屈折率「
むら」は、ファイバ中を光が数ｍ程度伝搬する間に平均
化されてしまう程度のランダム性を持っていると推測さ
れる。

上述のファイバ中の機械的欠陥や屈折率「むら」を引き
起こすモデルを本願発明者等は次のように考えた。

フッ化物ファイバ用プリフォームは、石英ファイバ用プ
リフォームと異なり、ガラス融液を冷却固化して作製さ
れる。冷却は、ガラスの周辺部から内部に向かって進む
ので、当然冷却固化したガラスには引っ張り応力が内在
することになる。この従来のフッ化物ファイバ用プリフ
ォームの製法（冷却・固化工程）で最も問題となる点は
、一旦作製したタラッドガラス管にコアガラス融液を注
入して冷却固化させることであり、そのためにコアガラ
スに働く引っ張り応力が極めて大きくなることである。

フッ化物ガラスが融液から固化する時の体積収縮は、石
英系ガラスよりもはるかに大きく約１割にも達する。従
って、冷却固化時に、ガラスの弾性限界を越えるほどの
強い応力が発生する可能性があり、コアガラスの内部に
は強い引っ張り応力及び応力によって剪断された欠陥が
存在するものと考えられる。このことは、コアガラスの
冷却工程に余程の工夫を凝らさない限り、ガラス中に真
空泡が生成することからも容易に類推できる。

このような強い引っ張り応力やそれに起因する欠陥をコ
アにもつプリフォームを線引きした場合、軟化点以上に
熱せられたコアガラスは体積を収縮させて応力を緩和し
ようとするのが当然である。

この応力の緩和がファイバの長手方向、径方向のすべて
に亘って完全に一様に起これば問題はないが、線引き時
のような短時間の動的過程においては、不完全で、かつ
不均一な緩和が起こるほうがより自然と考えられる．そ
の結果、線引きされたファイバには、不均一な応力分布
や密度分布が発生することになり、これらが屈折率「む
ら」の原因となって散乱を引き起こすことになる。また
、このような不均一な応力分布や欠陥を持つファイバ程
、機械強度が低下するのは当然である。

次に、上述のモデルを裏づける２つの実験例について述
べる． （ａ）プリフォームに内在する引っ張り応力の大きさは
、プリフォーム中に存在する真空泡の数を目安として推
定でき、真空泡の多いプリフォーム程引っ張り応力も大
きいき考えられる。そこで、真空泡の数に明らかな差の
ある数個のプリフォームから線引きしたファイバについ
て散乱を測定した。その結果、測定部分には気泡や結晶
等の散乱中心が全くないにもかかわらず、真空泡の数の
多いプリフォーム、すなわち、引っ張り応力の大きいプ
リフォームから線引きしたファイバ程散乱が強かった。

（ｂ）次に、真空泡のかなり存在するプリフォームを製
造後７日間大気中に放置し、真空泡内の気体の有無をレ
ーザラマン分光によって調べた。その結果、生成時には
明らかに真空泡であったにもかかわらず、内部に空気成
分が存在していた．このことは、Ｎ．，Ｏ．等のガスが
簡単に侵入し得るほどの欠陥がガラス内に存在すること
を示している． 以上詳説したように、フッ化物ファイバの過剰散乱を引
き起こす真の主要原因が、従来の定説であったファイバ
中に存在する微結晶、酸化物、金属等の微粒子、気泡、
相分離などではなく、プリフォーム内の引っ張り応力に
起因すると推定することができた。

従って、本発明は、上述の原理に基づき成されたもので
、ファイバ中の過剰散乱の主要原因であるプリフォーム
内の引っ張り応力を除去もしくは低減することにより低
散乱ファイバを実現するための製造方法及びその装置を
提案するものである。

以下に、本発明による低散乱フッ化物ファイバの製造装
置構成とその製造方法を図面を参照して詳細に説明する
。

（実施例１） 第２図は、本発明による第１の実施例であり、プリフォ
ームを線引きしてファイバを作製するための低散乱フッ
化物ファイバの製造装置（以下、「線引き装置」と称す
）の構成図である。なお、同図（ａ）は線引き装置全体
の構成図、同図（ｂ）はヒータ部分の断面図をそれぞれ
示している。

図において、１は押出し口、２はテーパ状の押出し容器
、３はプリフォーム、４はリングヒー夕、５は押出し口
１の温度を制御する温度制御用ヒー夕、６は予備加熱ヒ
ータ、７は加圧押し出し部、８は線径制御部、９は線引
用ローラ、１００は巻き取りドラムである． 次に、動作について説明する。

■まず、プリフォーム３の外径よりも小さな口径の押出
し口１を有する押出し容器２にプリフォーム３を装填す
る。このとき、プリフォーム３としては、無被覆のもの
でもよいが、テフロン熱収縮チューブ等の樹脂であらか
じめ被覆しておくと、押し出し容器２との滑りが良くな
る効果がある．■リングヒータ４、押出し口１の温度制
御用ヒータ５及び予備加熱ヒータ６を用いてプリフォー
ムの各部が各々所定の温度になるように調節する．なお
、各部の温度の目安はガラスの粘性にしてリングヒータ
４の内部が１０’　−１０６ｃｐ　、押出し口ｌの温度
制御用ヒータ５の内部が１０’ｃｐ　、予備加熱ヒータ
６の内部が１０”＝１０”ｃｐになるような温度である
。

■次いで、加圧押出し部７によりプリフォーム３をリン
グヒータ４の内部に押出していく。このとき、本発明で
は、プリフォーム３が押出し口１を通過するときにプリ
フォーム３内部の引っ張り応力と逆向きの応力を受ける
ような構造にしてあるため、プリフォーム３の内部の引
っ張り応力や引っ張り応力に起因するガラスの欠陥を解
消することができる．従って、押出されたプリフォーム
３は、リングヒータ４を用いて線引きされてもプリフォ
ーム３の内部応力に起因する散乱が既に解消されている
ので、低散乱のファイバとなる。

なお、連続的に均一な径のファイバを線引きするには、
通常行なわれているように線径制御部８を用いて線引き
用ローラ９と押出し速度との調整を行い、巻き取りドラ
ム１００に巻き取ればよい。

上述のように、本発明では、プリフォーム３を軟化点以
上で結晶化温度以下の温度に加熱して線引きする時に、
テーパ状の押出し器２から加圧して取り出すことにより
、プリフォーム３の内部応力に起因する散乱を低減する
様にしたものである。

第３図は本発明によるフッ化物ファイバの散乱と従来の
ファイバの散乱とを比較するための散乱特性図である。

図において、特性曲線Ａは従来のフッ化物ファイバの散
乱強度、特性曲線Ｂは本発明によるフッ化物ファイバの
散乱強度、特性曲線Ｃは従来の石英ファイバの散乱強度
をそれぞれ示す。図から明らかなように、本発明による
フッ化物ファイバの散乱強度は、従来のフッ化物ファイ
バの散乱強度と比べて大幅に低減され、石英ファイバの
散乱強度とほぼ等程度まで改善することが出来る。

（実施例２） 第４図は本発明による第２の実施例であり、加圧延伸に
よりプリフォーム３内の引っ張り応力を解消するための
装置（以下、「応力除去装置」と称す）の構成図である
。なお。同図（ａ）はプリフォーム３を装置にセットし
た状態の縦断面図、同図（ｂ）はプリフォーム３を加圧
延伸している状態の縦断面図をそれぞれ示している。　
図において、１０はベルジャー、ｌ１はガス導入口、１
２はガス排出口、ｌ３は引き出し棒、ｌ４は引き出し制
御部、ｌ５は電気炉であり、他は実施例１と同様である
。

次に、動作について説明する。

■まず、ベルジャー１０内に配置された押出し容器２内
にプリフォーム３を充填する。

■不活性ガスをガス導入口１１より導入すると共にガス
排出口ｌ２から排出することによりベルジャー１０内を
不活性ガス雰囲気にする。

■次いで、電気炉ｌ５を用いてプリフォーム３を軟化点
以上の温度に加熱し、加圧押出し部７を用いて押出し口
１からプリフォームを押出す．この時、プリフォーム３
に内在する引っ張り応力と逆向きの外圧が押し出し口１
の近傍で加わるため、引っ張り応力や引っ張り応力に起
因するガラスの欠陥が解消される。

■少量のプリフォーム３を押出した時点で、引き出し棒
ｌ３にプリフォーム３の先端を固定し、引き出し及び押
出し速度を引き出し部１４と加圧押出し部７とにより調
整しながら真直に延伸する。

上述の応力除去装置により引っ張り応力を解消したのち
、通常の線引き工程を行なえば低散乱ファイバを得るこ
とができる。なお、一回の応力除去工程（■〜■の工程
）でプリフォームの引っ張り応力が十分解消出来ない場
合には、徐々に押出し口の口径が小さい押出し容器２を
用いて上述の延伸工程を必要な回数だけ繰り返しても良
い。

実施例１では線引き工程時にプリフォーム３内の引っ張
り応力を解消する方法ならびにその装置について説明し
たが、実施例２ではプリフォーム製造工程と線引き工程
との間にプリフォーム３内の引っ張り応力を解消するた
めの応力除去工程と応力除去装置とを新たに設けたもの
である。

（実施例３） 第５図は本発明による第３の実施例であり、他の応力除
去装置の構成図である。

実施例２と異なる点は、ホットプレスによりプリフォー
ム内部の引っ張り応力を解消するように構成したもので
ある。

図において、３はプリフォーム、１５は加熱するための
電気炉、１６は円筒状のシリンダ、１７はプリフォーム
３を内包しかつプリフォーム３に加わる圧力を均一化さ
せるための圧力媒体、１８は後述するピストン１９を介
してプリフォーム３に圧力を加えるための加圧部、１９
はピストン、２０は台座である。

次に、動作について説明する。

■シリンダ１６内にテフロン樹脂等の圧力媒体１７を介
在させて、プリフォーム３を充填する。

■次いで、電気炉１５を用いてプリフォーム３を軟化点
以上の温度に加熱しながら、加圧部１８の制御によりピ
ストン１９をシリンダ１６内に徐々に押し込む。

このような外力印加手段を用いて応力除去工程を行なう
と、圧力媒体１７を介してプリフォーム３の外周にほぼ
均一な圧力が加わるため、プリフォーム３に内在する引
っ張り応力や引っ張り応力に起因するガラスの欠陥を解
消することができる。

かかる応力除去工程を経た後、プリフォーム３を線引き
すれば引っ張り応力が解消されているので、低散乱ファ
イバを得ることができる。

なお、上述の説明では、極めて強い圧力が使用できるピ
ストンーシリンダ型の一軸性加圧手段を例に取りホット
プレスによる応力除去工程を説明したが、気体や液体等
の流体を用いた熱間静水圧手段などでも同様に応力除去
装置が実現できる。

また、本発明では、プリフォーム作製工程と線引き工程
との間に、プリフォームの内部応力を解消するために新
たに応力除去工程を設けたが、実施例２のように応力除
去工程を行なうことにより、低散乱ファイバの実現と共
に長尺ファイバの製造に必要な長いプリフォームも実現
することが可能となる。

（実施例４） 第６図は本発明による第４の実施例であり、プリフォー
ム作製装置の構成図である。同図（ａ）はコアガラスを
注ぎ始めた時の装置の縦断面図、同図（ｂ）はコアガラ
スを冷却している時の装置の縦断面図をそれぞれ示して
いる。

図において、２１は移動棒、２２はタラッドガラス管、
２３はコアガラス融液、２４は冷却手段である冷却ガス
送風器、２５はコアガラス、２６はコアガラス２５の上
端の凹部である。

次に動作に付いて説明する。

■第６図（ａ）に示すように、移動棒２１に固定させた
タラッドガラス管２２にコアガラス融液２３を注入する
。

■次に、第６図（ｂ）に示すように、移動棒２１を徐々
に引き下げ、プリフォームが冷却ガス送風器２４による
冷却ガス流内を通過するようにする。

このようにすると、コアガラス２５は冷却ガスにより、
強制冷却されて下部から上部に向かって順次固化してい
くので、コアガラス２５の上端部には凹部２６ができ、
冷却による体禎収縮が一様に起こる。即ち、コアガラス
２５が固化するときに体積収縮を起こすが、そのときに
コアガラス２５に力が働かないように体積収縮を起こさ
せる冷却工程を施して、コアガラス２５内部に発生する
引っ張り応力を抑制したものである。

上述のように、実施例４はプリフォーム作製時に、特殊
なガラス冷却を行ないガラス内部の引っ張り応力を低減
するようにしたものである。従って、実施例４で作製さ
れたプリフォームを用いて、実施例２または３のような
応力除去、あるいは実施例１のように外力を加えながら
線引きを行なえば、引っ張り応力の解消が容易であり、
低散乱ファイバの製造がより実現しやすくなる。

以上のように、本発明はプリフォーム作製時に引っ張り
応力を低減するか、あるいは作製されたプリフォーム内
部に存在する引っ張り応力を低減もしくは除去するよう
にして、低散乱ファイバを実現するようにしたものであ
る。

（発明の効果） 以上のように、本発明はプリフォームの作製時に発生す
る引っ張り応力を抑制する冷却とプリフォームに内在す
る引っ張り応力を低減するように外力を印加する外力印
加とのうち少なくとも一方を行うことにより、低散乱の
フッ化物ファイバを実現することが可能で、かつ内部応
力に起因して発生するガラスの欠陥も解消することが出
来る。

冷却工程を行なった後、外力印加工程を行うことにより
、より低散乱のフッ化物ファイバを製造することが出来
る． 外力印加工程を、フッ化物ファイバ用プリフォームを作
製した後と線引きとの間に行うことにより、内部応力の
解消と共に長尺ファイバの製造に必要な長いプリフォー
ムの製造も可能となる．外力印加工程を、フッ化物ファ
イバ用プリフォームを加熱しながら線引きする時に行う
ことにより、内部応力を解消する工程と線引き工程を連
続して行うことが出来るので、製造工程が簡単になる。

フッ化物ファイバ用プリフォームに内在する引っ張り応
力を低減するような外力印加手段を有することにより、
簡単な装置構成で低散乱のフッ化物ファイバを製造する
ことが出来る． 外力印加手段が、フッ化物ファイバ用プリフォームの押
出し口が挿入口に比べて小なる容器と、容器の挿入口側
に配置された加圧押出し手段と、を有することにより、
装置構成が簡単で、かつ線引きも同時に行いながら低散
乱フッ化物ファイバを製造することができる。

外力印加手段が、フッ化物ファイバ用プリフォームに加
圧するための加圧手段と、加圧手段によリフッ化物ファ
イバ用プリフォームに印加される圧力を均一化する圧力
媒体とを有することにより、強い内部応力の解消が可能
となる。

従って、本発明は、理論的には石英ファイバよりも低損
失のファイバが可能であるにもかかわらず、今まで低損
失化が困難であったフッ化物ファイバの実現に向け大き
く前進させるものであり、その効果は極めて大である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は本発明の原理を説明するため
のフッ化物ファイバ及び石英ファイバ片の「むら」を観
察した拡大図、第２図は本発明による第１の実施例とし
てプリフォームを線引きしてファイバを作製するための
線引き装置の構成図、第３図は本発明によるフッ化物フ
ァイバと従来のファイバとの散乱を比較するための散乱
特性図、第４図は本発明による第２の実施例としての応
力除去装置の縦断面図、第５図は本発明による第３の実
施例としての他の応力除去装置の縦断面図、第６図（ａ
）及び（ｂ）は本発明による第４の実施例としてのプリ
フォーム作製装置の構成図である。 １・・・押出し口、　２・・・押出し容器、　３・・・
プリフォーム、　　４・・・リングヒー夕、　　５・・
・温度制御用ヒータ、　　６・・・予備加熱ヒータ、　
　７・・・加圧押し出し部、　８・・・線径制御部、　
９・・・線引用ローラ、　　ｌＯ・・・ベルジャー　　
１１・・・ガス導入口、　　１２・・・ガス排出口、　
　ｌ３・・・引き出し棒、　　１４・・・引き出し制御
部、　　１５・・・電気炉、　　１６・・・円筒状のシ
リンダ、　　１７・・・圧力媒体、　　１８・・・加圧
部、　　１９・・・ピストン、２０・・・台座、　２１
・・・移動棒、　２２・・・クランドガラス管、　　２
３・・・コアガラス融液、２４・・・冷却ガス送風器、
　２５・・・コアガラス、２６・・・凹部、　　１００
・・・巻き取りドラム。 第１図 第２図 （ｂ） 弗３図 フ７イハ゛イ立！ｉ（ｃｍ） 弟５図 （ｂ）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）フッ化物ガラス融液を冷却・固化してフッ化物フ
   ァイバ用プリフォームを作製した後、該フッ化物ファイ
   バ用プリフォームを加熱しながら線引きしてフッ化物フ
   ァイバを製造するフッ化物ファイバの製造方法において
   、 前記フッ化物ファイバ用プリフォーム内に引っ張り応力
   の発生を抑制するように前記フッ化物ガラス融液を冷却
   する冷却工程と、 前記フッ化物ファイバ用プリフォームに内在する引っ張
   り応力あるいは該引っ張り応力によって生じるガラスの
   欠陥を低減するような外力を加える外力印加工程と のうち少なくとも一方の工程を行なうことを特徴とする
   低散乱フッ化物ファイバの製造方法。
2. （２）前記冷却工程を行なった後、前記外力印加工程を
   行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の低散
   乱フッ化物ファイバの製造方法。
3. （３）前記外力印加工程を、前記フッ化物ファイバ用プ
   リフォームの作製と前記線引きとの間に行なうことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の低散乱フッ化物フ
   ァイバの製造方法。
4. （４）前記外力印加工程を、前記フッ化物ファイバ用プ
   リフォームを加熱しながら線引きする時に行うことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の低散乱フッ化物フ
   ァイバの製造方法。
5. （５）予め作製されているフッ化物ファイバ用プリフォ
   ームからフッ化物ファイバを製造するフッ化物ファイバ
   の製造装置において、 前記フッ化物ファイバ用プリフォームに内在する引っ張
   り応力を低減するような外力印加手段を有することを特
   徴とする低散乱フッ化物ファイバの製造装置。
6. （６）前記外力印加手段が、前記フッ化物ファイバ用プ
   リフォームの押出し口が挿入口に比べて小なる容器と、 該容器の挿入口側に配置された加圧押出し手段と、 を有することを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   低散乱フッ化物ファイバの製造装置。
7. （７）前記外力印加手段が、前記フッ化物ファイバ用プ
   リフォームに加圧するための加圧手段と、該加圧手段に
   より前記フッ化物ファイバ用プリフォームに印加される
   圧力を均一化する圧力媒体と、 を有することを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   低散乱フッ化物ファイバの製造装置。