JPH04175246A - カーボンコート光ファイバの製造方法および製造装置 - Google Patents

カーボンコート光ファイバの製造方法および製造装置

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JPH04175246A
JPH04175246A JP2301857A JP30185790A JPH04175246A JP H04175246 A JPH04175246 A JP H04175246A JP 2301857 A JP2301857 A JP 2301857A JP 30185790 A JP30185790 A JP 30185790A JP H04175246 A JPH04175246 A JP H04175246A
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JP
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optical fiber
carbon
temperature
cvd
cvd reactor
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JP2301857A
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Shigeru Nakahara
中原 繁
Nobusada Nagae
伸定 長江
Toshihiro Zushi
敏博 厨子
Toshiya Suzuki
俊哉 鈴木
Masaaki Morisawa
森澤 正明
Hideaki Ito
秀明 伊藤
Hiroyuki Tanaka
田中 紘幸
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Mitsubishi Cable Industries Ltd
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Mitsubishi Cable Industries Ltd
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  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass Fibres Or Filaments (AREA)

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〉 本発明は、カーボンコート光ファイバの製造方法および
製造装置ムこ関する。
〈従来の技術〉 石英系光ファイバは、光ファイバ素線を単に樹脂でコー
ティングするだけでは、水素分子H2が樹脂コートを通
過してファイバの内部に浸入し、浸入したH2が光を吸
収するために伝送損失を招く。また、大気中の水蒸気H
z Oに接触すると、表面に傷が生じ機械的強度の低下
によって脆性破壊を招くおそれがある。
このような不都合を回避する対策として、光ファイバ素
線の表面をカーボンで被覆するハーメチックコートが従
来から知られている。カーボンは、その組成が非常に繊
密であるために、H2の浸入を阻止するとともに、水蒸
気の接触による表面傷の発生を防止する。
第5図は従来のカーボンコート光ファイバの製造装置の
概略構成を示す。
紡糸炉70においてプリフォーム(母材)Mを加熱軟化
し、その一端より線引きすることにより光ファイバ素X
Fo とする。光ファイバ素線F0の線径を線径測定器
71によって測定し、巻き取り速度にフィードバックし
て制御することにより、線径を一定に保つ。CVD反応
炉72では、メタンガスなどの炭化水素系原料ガスを供
給し、これを加熱することにより光ファイバ素線F0の
表面にカーボンコートを形成する。
カーボンコートが施された光ファイバ素線F0は、樹脂
被覆装置73に送られて、カーボンコートの表面に紫外
線硬化樹脂を塗布され、さらに紫外線照射ランプ74か
らの紫外線照射により硬化されて樹脂コートが形成され
る。そして、ガイドローラ75を経て、巻取リール76
に巻き取られていく。
光ファイバ素線F0は、紡糸炉7oを出てがら反応室7
2に入るまでの間に外気によって冷却され、反応室72
内で再び加熱されるため、CVD反応における温度管理
がむずかしい。
CVD反応における温度管理を正確に行うようにしたも
のとして、第4図に示すカーボンコート光ファイバの製
造装置が提案されている(特開平2−74542号公報
参照)。
第4図において、八〇は紡糸炉、Boは温度調整装置、
C0はCVD反応炉であり、温度調整装置B0は紡糸炉
A0とCVD反応炉C0との間に介在されている。
紡糸炉A0は、プリフォーム(母材)Mをセットし、ヒ
ータ51によってプリフォームMを加熱軟化させ、先端
から一定速度で線引きすることにより、光ファイバ素線
F0とするものである。
温度調整装置B0は、次段の反応炉C0においてCVD
 (化学気相成長)法により光ファイバ素線F、上にカ
ーボンコートを形成する際の光ファイバ素線F0の温度
を適正な温度に予め調整しておくためのものである。
温度調整装置B0は、この例では、温度調整室52と、
不活性ガス流入管53と、不活性ガス排気管54と、ヒ
ータ55と、温度センサ56とから構成されている。
光ファイバ素線F0は、紡糸炉A。から出た段階で一旦
外気に触れて冷却されるが、温度調整装置B0に入って
所定の温度まで昇温される。光ファイバ素XFoの温度
は温度センサ56によって検出され、フィードバック制
iB4こ基づいたヒータ55の発熱量調整により、導入
される不活性ガスの温度が制御され、光ファイバ素線F
 Oの温度を所定温度に維持し、反応炉C0へ送る。
なお、上記の公報には、マイクロ波発振器を利用した温
度調整装置や、レーザ発生器を利用した温度調整装置な
ども開示されているが、その機能は同様である。
CVD反応炉C0は、反応室57と、反応室57の上下
に連接された上部隔離室58と、下部隔離室59と、反
応室57に対するヒータ60とから構成されている。反
応室57においては、その下部の反応ガス流入口57a
から流入したメタンガス等の炭化水素系原料ガスをヒー
タ60によって所定温度に加熱することにより、光ファ
イバ素線F0の表面にカーボンコートを形成する。反応
後のガスは排気口57bより排出される。
上下の隔離室58.59においては、それぞれの流入口
58a、59aから不活性ガスが導入され、光ファイバ
素線F0の入口58bおよび出口59bから排出される
。このことにより、反応室57を外気から隔離し、水蒸
気等の妨害物質が反応室57内に流入するのを防止して
いる。また、酸素が流入して炭化水素系原料ガスが燃焼
するのを防止している。
上下の隔離室58.59のうち、上部隔離室58の方が
より重要である。それは、反応室57の上部においては
、線引きされている光ファイバ素[oの進入に伴って、
外気中の水蒸気や酸素などの妨害物質が反応室57内に
引き込まれる傾向があるのに対し、反応室57の下部に
おいては、光ファイバ素&1.が排出されるため、その
ような傾向がないからである。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、第4図に示した従来例の場合には、次の
ような問題がある。
なるほど確かに、紡糸炉A0から出て外気に触れること
で一旦冷却された光ファイバ素線F0を温度調整装置B
0によって所定の温度に維持することができるが、その
温度調整装置B0を紡糸炉A、とCVD反応炉C0との
間に介在させているため、装置全体の大型化、特に、装
置丈の長尺化を招いている。
さらに、この温度調整装置B0は、その構造が複雑で、
これ自体にかかるイニシャルコストが相当に高いために
、装置全体のコストアップをも招いている。
また、光ファイバ素線F0の進入に伴って水蒸気や酸素
などの妨害物質が反応室57内に引き込まれることを上
部隔離室58において阻止しているが、この上部隔離室
58の存在が装置丈の長尺化と装置全体のコストアップ
の別の要因となっている。
その上、温度調整装置soにおける電力消費や上部隔離
室58に流す不活性ガスの消費のために、ランニングコ
ストも高くついている。
本発明は、このような事情に鑑みて創案されたものであ
って、温度調整装置を用いなくてもカーボンコートに必
要な所要の温度を確保できるようにするとともに、上部
隔離室がなくても外部から水蒸気や酸素などの妨害物質
がCVD反応室内に流入しないように工夫することによ
って、装置の小型化(特に短尺化)と、イニシャルコス
トおよびランニングコストの低減化とを図ることを目的
とする。
く課題を解決するための手段〉 本発明は、このような目的を達成するために、次のよう
な構成をとる。
[1] 本発明に係るカーボンコート光ファイバの製造
方法は、プリフォームを加熱軟化して線引きし光ファイ
バ素線を形成する第1の過程と、この線引き開始の初期
段階で光ファイバ素線自体が保有している熱により光フ
ァイバ素線における線引き開始直後の部分がカーボンコ
ーティングに必要なCVD反応温度よりも高い温度を保
っている状態で、そのCVD反応温度よりも高い高温素
線部分に対して炭化水素系原料ガスを吹き付けて、光フ
ァイバ素線の表面にカーボンコートを形成する第2の過
程とを含むことを特徴とするものである。
[1)]本発明に係る第1のカーボンコート光ファイバ
の製造装置は、プリフォームのセント部とセットしたプ
リフォームの先端を加熱軟化させるためのヒータとを備
えた紡糸炉と、前記紡糸炉での線引きによって形成され
た光ファイバ素線を通線するとともに原料ガス導入口か
ら流入した炭化水素系原料ガスを反線引き方向に流動さ
せるCVD反応器とを備え、前記CVD反応器を前記紡
糸炉に直結したことを特徴とするものである。
この製造装置は、次のようなLi様のものを含んでいる
ものとする。
■ CVD反応器を紡糸炉に直結するに当たり、CVD
反応器の上端部を紡糸炉の出口よりも紡糸炉の内部まで
挿入した構成。
■ 線引き速度が一定以上の高速である場合に、CVD
反応器の上端部と紡糸炉の出口との間に微小間隙をあけ
た状態でCVD反応器を紡糸炉に直結した構成。
rl[[]本発明に係る第2のカーボンコート光ファイ
バの製造装置は、上記[1]の第1の製造装置の構成に
加えて、CVD反応器における原料ガス導入口よりも線
引き方向の下手側位置においてCVD反応器に不活性ガ
ス導入口を設け、この不活性ガス導入口から流入した不
活性ガスをCVD反応器内で線引き方向の上手側に向け
て流動させるように構成したことを特徴とするものであ
る。
〈作用〉 [1]本発明に係るカーボンコート光ファイバの製造方
法は、光ファイバ素線上での炭化水素系原料ガスのCV
D反応に基づくカーボンコーティングにとって必要なC
VD反応温度を光ファイバ素線において確保するに当た
り、加熱軟化したプリフォームの線引きによって光ファ
イバ素線を形成していく過程において、線引き開始直後
の光ファイバ素線自体が保有している熱そのものを利用
するという全く新しい考え方に基づいたものである。
すなわち、光ファイバ素線自体が保有している熱によっ
てCVD反応温度よりも高い温度、状態にある高温素線
部分に炭化水素系原料ガスを吹き付けると、原料ガスは
、高温素線部分から熱を奪ってその高温素線部分をCV
D反応温度に向けて温度膝下させ、CVD反応温度にな
ったところで適正なCVD反応を起こして、CVD反応
温度になっている光ファイバ素線部分の表面に対してカ
ーボンコートを形成していく。
[1)]本発明に係る第1のカーボンコート光ファイバ
の製造装置は、上記の製造方法を実施するためのもので
、原料ガス導入口から反締引き方向に向けて炭化水素系
原料ガスを流動させるCVD反応器を紡糸炉に直結する
ことにより、それ自体の保有熱によってCVD反応温度
よりも高温となっている高温素線部分に対して原料ガス
を吹き付けるようにしたものである。
従来例において紡糸炉と反応炉との間に介在されていた
温度調整装置は用いない。線引き開始直後の光ファイバ
素線の保有熱そのものを利用してCVD反応温度を確保
するように構成したので、温度調整装置は不要となるか
らである。また、温度調整装置を用いないがゆえに、C
VD反応器を紡糸炉に対して直結することができるので
ある。
CVD反応器の上端部を紡糸炉の出口よりも紡糸炉の内
部まで挿入した構成とすると、線引き速度が比較的遅く
ても、高温素線部分に対して原料ガスを吹き付けること
が可能となる。また、外気から水蒸気や酸素などの妨害
物質がCVD反応箇所に対して流入するおそれがない。
紡糸炉の出口を出た直後位置で光ファイバ素線の温度が
CVD反応温度以上となる程度に線引き速度を高速にし
た場合には、CVD反応器の上端部と紡糸炉出口との間
に微小間隙を設けてもよい9E ii ]本発明に係る
第1のカーボンコート光ファイバの製造装置は、上記の
製造方法を実施するためのもので、原料ガス導入口から
線引き方向の上手側に向けて炭化水素系原料ガスを流動
させるCVD反応器を紡糸炉に直結することにより、そ
れ自体の保有熱によってCVD反応温度よりも高温とな
っている高温素線部分に対して原料ガスを吹き付けるよ
うにしたものである。
Ciii ]本発明に係る第2のカーボンコート光ファ
イバの製造装置の作用は次のとおりである。
紡糸炉において光ファイバ素線をプリフォームから線引
きするときに光ファイバ素線の外径制御を行うために、
通常、プリフォームの側面箇所から線引き方向に沿って
不活性ガスを噴射することが行われる。この外径制御用
の不活性ガスはCVD反応器内に流入する傾向があり、
CVD反応器内を反線引き方向に流動する炭化水素系原
料ガスが高温素線部分に確実に到達するのを妨げる。
CVD反応器においてその原料ガス導入口よりも線引き
方向の下手側に設けた不活性ガス導入口から流入させた
不活性ガスをCVD反応器内で反線引き方向に流動させ
ることにより、原料ガスの同方向への流動を補助し、原
料ガスが高温素線部分に確実に到達するようになる。
〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
第土夫施± 第1図はカーボンコート光ファイバの製造装置の概略構
成を示す。
紡糸炉2は、プリフォームMのセント部4、プリフォー
ムMの先端を加熱軟化させるためのヒータ6、プリフォ
ームMから線引きされて形成される光ファイバ素線F0
の表面に沿ってアルゴンなどの不活性ガスを下向きに噴
き出して光ファイバ素線F0の外径制御を行うための不
活性ガス噴射口8、紡糸炉2内でアルゴンなどの不活性
ガスのカーテンを形成することにより加熱時のヒータ6
が酸化するのを防止する上向きの不活性ガス噴射口10
などから構成されている。
CVD反応器12は、原料ガス導入口12aを有する石
英直管で構成されており、光ファイバ素線F0を直線状
に通線させるとともに、原料ガス導入口12aから導入
したメタンガスやプロパンガスなどの炭化水素系原料ガ
スを光ファイバ素線F0の線引き方向とは反対の向きに
流動させるもので、その上端部12bは、紡糸炉2の出
口2aから紡糸炉2の内部に挿入されている。
この実施例では、CVD反応器12の上端部12bを紡
糸炉2の内部に挿入したことで、CVD反応器12と紡
糸炉2との直結構造が構成されている。
なお、20は線径測定器、22は樹脂被覆装置、24は
紫外線照射ランプ、26はガイドローラ、28は巻取り
リールである。
紡糸炉2においてプリフォームセント部4にプリフォー
ムMをセットし、ヒータ6を通電によって発熱させるこ
とにより、プリフォームMの先端を約2300℃に加熱
して軟化させ、30〜l50m/分の範囲の一定速度で
線引きする。プリフォームMから線引きされた光ファイ
バ素HFoは、CVD反応器12に入るが、線引き開始
直後の光ファイバ素線F0は、加熱軟化時の熱を保有し
ており、CVD反応器12の上端部!2b付近では、8
00〜1900℃の温度となっており、CVD反応器1
2に入った直後の出口2aの前後に相当する位置では、
カーボンコーティングに必要なCVD反応温度800〜
1800℃となっている。
原料ガス導入口12aよりメタンガスが導入され、CV
D反応器12内を反線引き方向に流動し、上端部12b
から紡糸炉2内に入り、さらに出口2aから外部に排出
される。出口2aからは、メタンガスとともに不活性ガ
ス噴射口8.10から噴射されたアルゴンガスも排出さ
れる。このため、CVD反応器12の上端に隔離室を設
けなくても、外気中の水蒸気や酸素などの妨害物質がC
VD反応器12の内部に流入することはない、水蒸気の
流入防止により光ファイバ素線F0の機械的強度の低下
が免れ、酸素の流入防止によりメタンガスの燃焼が免れ
る。
さて、プリフォームMから線引きされた光ファイバ素線
F0がメタンガスと最初に出会うのは、CVD反応器1
2の上端部12bであるが、この箇所においては、光フ
ァイバ素線F、の温度は、それ自体の保有熱によりCV
D反応温度よりも高い温度となっている。この高温素線
部分F、に対してメタンガスが吹き付けるられて高温素
線部分F、の温度が陣下し、CVD反応器12に入った
直後の出口2aの前後相当値!ではCVD反応温度とな
っている。
一方、メタンガスは高温素線部分F、からの熱によって
分解し、CVD反応により高温素線部分F1の表面にカ
ーボンコートを良好に形成していくことになる。
カーボンコートが施された光ファイバ素線F・は線径測
定器20によって線径が測定され、線径が一定になるよ
うに引取速度を制御する0次に、樹脂被覆装置22にお
いて紫外線硬化樹脂が塗布され、紫外線照射ランプ24
によって硬化され、ガイドローラ26を経て巻取りリー
ル28に巻き取られていく。
この実施例のカーボンコート光ファイバの製造装置によ
れば、従来例のような温度調整装置が紡糸炉2とCVD
反応器12との間に存在せず、CVD反応器12と紡糸
炉2とが直結されていること、および、CVD反応器1
2の上端に隔離室を必要としないことから、装置全体の
小型化、特に短尺化を達成でき、しかも、妨害物質の流
入のない良好なカーボンコーティングが行える。この直
結化と隔離室省略とは、光ファイバ素41 F O自体
の保有熱によってCVD反応温度を確保していることか
ら可能となっているのである。
そして、温度調整装置および隔離室の省略により、イニ
シャルコストおよびランニングコストを低減することが
できる。
また、CVD反応器12においてヒータを設ける必要も
ない。
第1皇施■ 第2図は主要部のみを示す。
第1実施例と異なっている点は、CVD反応器12の上
端部12bと紡糸炉2の出口2aとの間に微小間隙30
をあけて、紡糸炉2とCVD反応器12とを配置したこ
とである。この微小間隙30は数mm程度のものであり
、紡糸炉2とCVD反応器12とは実質的に直結された
構造となっている。その他の構成は第1実施例と同様で
あるので、対応する部分に同一符号を付すにとどめ、説
明を省略する。
紡糸炉2の出口2aからアルゴンガスが流出することと
、CVD反応器12の上端部12bからメタンガスの反
応ガスが流出することから、微小間隙30がおいていて
も、外気中の水蒸気や酸素などの妨害物質がCVD反応
器12内に流入することは防止される。
この場合、微小間隙30において高温素線部分F1から
の放熱が速まるが、線引き速度を100〜250m/分
と高速化することで、高温素線部分F1がCVD反応器
12に入った直後位置でその温度がCVD反応温度とな
るようにすることができる。光ファイバ素線F0自体の
保有熱によって高温素線部分F、でCVD反応温度を確
保している点は第1実施例と同様である。
策主裏族班 第3図に示すように、CVD反応器12において、その
原料ガス導入口12aよりも線引き方向の下手側位置に
アルゴンガスなどを導入する不活性ガス導入口12Cを
設け、この不活性ガス導入口12Cから導入されて反線
引き方向に流動する不活性ガスの圧力により、原料ガス
導入口12aからの原料ガスを上方に押し上げるように
している。
これは、外径制御のための不活性ガス噴射口8から下向
きに噴射されたアルゴンガスがCVD反応器12にその
上端部12bから流入することによる原料ガスの押し下
げに拮抗して、原料ガスの供給を良好に行わせるためで
ある。
〈発明の効果〉 ■ 本発明に係るカーボンコート光ファイバの製造方法
によれば、カーボンコーティングに必要なCVD反応温
度を光ファイバ素線において得るのに、線引き開始直後
の光ファイバ素線自体が保有している熱そのものを利用
しているから、紡糸炉から出た後の光ファイバ素線に対
する温度調整を行わなくても適正なカーボンコートを形
成することができ、温度調整の省略によって処理を簡素
化できるとともにランニングコストを低減することがで
きる。
■ 本発明に係る第1のカーボンコート光ファイバの製
造装置によれば、反線引き方向に炭化水素系原料ガスを
流動させるCVD反応器を紡糸炉に対して直結すること
で上記■の製造方法を実現しているので、温度調整装置
を省略できるとともに、CVD反応箇所に対して外気中
の水蒸気や酸素などの妨害物質が流入するのを防止する
ためにCVD反応器の上部に特別な隔離室を設けなくて
もよいから、装置全体の小型化(特に短尺化)と、イニ
シャル・ランニング両コストの低減化とを達成すること
ができる。
■ 本発明に係る第2のカーボンコート光ファイバの製
造装置によれば、外径制御のために線引き方向に噴射さ
れる不活性ガスに拮抗するように、CVD反応器内で炭
化水素系原料ガスの背後から不活性ガスを反線引き方向
(原料ガスと同方向)に流動させるので、原料ガスをC
VD反応箇所である高温素線部分に対して確実に到達さ
せることができ、カーボンコーティングを良好に行うこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例に係るカーボンコート光フ
ァイバの製造装置の全体の概略構成図、第2図は第2実
施例の要部の構成図、第3図は第3実施例の要部の構成
図である。第4図は従来例の要部の構成図、第5図は別
の従来例の全体の概略構成図である。 M・・・プリフォーム、Fo・・・光ファイバ素線、F
。 ・・・高温素線部分、2・・・紡糸炉、2a・・・紡糸
炉の出口、4・・・プリフォームセント部、6・・・ヒ
ータ、12・・・CVD反応器、12a・・・原料ガス
導入口、12b・・・上端部、12c・・・不活性ガス
導入口、30・・・微小間隙 出願人  三菱を線工業株式会社 代理人  弁理士 岡 1)和 秀 第2図 第3図 第4図 第5図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)プリフォーム(M)を加熱軟化して線引きし光フ
    ァイバ素線(F_0)を形成する第1の過程と、この線
    引き開始の初期段階で光ファイバ素線(F_0)自体が
    保有している熱により光ファイバ素線(F_0)におけ
    る線引き開始直後の部分がカーボンコーティングに必要
    なCVD反応温度よりも高い温度を保っている状態で、
    そのCVD反応温度よりも高い高温素線部分(F_1)
    に対して炭化水素系原料ガスを吹き付けて、光ファイバ
    素線(F_0)の表面にカーボンコートを形成する第2
    の過程とを含むことを特徴とするカーボンコート光ファ
    イバの製造方法。
  2. (2)プリフォーム(M)のセット部(4)とセットし
    たプリフォーム(M)の先端を加熱軟化させるためのヒ
    ータ(6)とを備えた紡糸炉(2)と、前記紡糸炉(2
    )での線引きによって形成された光ファイバ素線(F_
    0)を通線するとともに原料ガス導入口(12a)から
    流入した炭化水素系原料ガスを反線引き方向に流動させ
    るCVD反応器(12)とを備え、前記CVD反応器(
    12)を前記紡糸炉(2)に直結したことを特徴とする
    カーボンコート光ファイバの製造装置。
  3. (3)請求項(2)において、CVD反応器(12)の
    上端部(12b)を紡糸炉(2)の出口(2b)よりも
    紡糸炉(2)の内部まで挿入した状態で、CVD反応器
    (12)を紡糸炉(2)に直結したカーボンコート光フ
    ァイバの製造装置。
  4. (4)請求項(2)において、CVD反応器(12)の
    上端部(12b)と紡糸炉(2)の出口(2a)との間
    に微小間隙(30)をあけた状態で、CVD反応器(1
    2)を紡糸炉(2)に直結したことを特徴とするカーボ
    ンコート光ファイバの製造装置。
  5. (5)請求項(2)の構成に加えて、CVD反応器(1
    2)における原料ガス導入口(12a)よりも線引き方
    向の下手側位置においてCVD反応器(12)に不活性
    ガス導入口(12c)を設け、この不活性ガス導入口(
    12c)から流入した不活性ガスをCVD反応器(12
    )内で線引き方向の上手側に向けて流動させるように構
    成したことを特徴とするカーボンコート光ファイバの製
    造装置。
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