JPS5815041A - 光ファイバの製造方法 - 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】 本発明は光ファイバ母材Ｏ製造方法、更に詳しく言えば
光ファイバの光伝送の要部をなすコアに複屈折を生ぜし
める光ファイバを製造する工程で使用する光フアイバ母
材、即ちプレホームロッドの製造方法に係る。

光ファイバの一つの用途として、偏波面を乱れなく伝送
し、光集積回路との結合、測定装置、光スィッチ等の利
用が考えられる。このように光の偏波面を乱すことなく
（偏波面を保存）伝播できる円形状光ファイバとしては
光ファイバを形成するコアの直交主軸方向の伝播位相定
数の差が大きいことが必要となる。このような伝相伝播
定数差を得るため、コアに加わる熱応力歪の差を形成す
る方法が考えられている。

しかし従来知られている方法は、ガラス管内壁に化学的
気相沈積（ＣＶＤ）法によって、コア、クラッドとなる
ガラス層を形成し喪後、ガラス管内を少なくとも城圧を
しないで、中実化してロッドを作シ、これを１部研磨等
によって削シ非円形の光フアイバ母材（プレホーム誼ツ
ド）を形成し友後、細い光ファイバとするため加熱線引
する。これによって、プレホームロットの非円、ならび
、ガラス管と内壁に形成されるガラス層の材質の熱膨張
係数の差等によってコアに複屈折を生せしめる方法であ
る。

しかし、この方法では中実化したロッドの一部を非円と
する研磨工程等を必要とし、更に十分大きな複屈折を生
ぜしｂｉｂことができない、特にコアに複屈折を生ぜし
めるためには、クラッドあるいは外周のジャケットを楕
円形とすることが望ましいが、それらの形状を任意に制
御することが困難である。

したがって、本発明の目的は、円形の石英ガラス管の内
壁に少なくとも上記ガラス管の材質と異なるガラス薄膜
を形成し、これを加熱溶着し中実の光フアイバ用母材、
すなわちプレホームロットを作る方法において経済的、
簡易な方法で、上記ガラス薄膜部の少なくとも一部が楕
円となる製造方法を実現することである。

本発明の他の目的は、研磨工程や最初のガラス管を変形
する工程を要することなく、円形の中心層と上記中心層
外周に形成されその外周が楕円となる中間層と、上記中
間層外局に形成された最外り 同層からな裏、上記中間層の外局の楕円率が任意に設定
できる光フアイバ用母材の製造方法を実現することであ
る。

本宛ＦＪＪ４Ｆｉ上記目的を達成するため、基材となる
ガラス管の内壁にガラス薄膜を形成し、これヲ加熱溶着
し、中実の光７アイパ用母材（プレホーム］を製造する
方法において、上記ガラス薄膜が形成された管の一端を
加熱して潰し、上記一端を潰されたガラス管の内部の圧
力を外記圧よシ低くして回転しながら上記潰された１端
から加熱部を漸時移動して中実化することを特徴とする 特に、本発明では、本発明によって得られたプレホーム
ロットの断面構造が中心層が円形で、中間層はその外周
が楕円となシ、最外周層が円形又は円形に近い形状の層
からなるように、上記方法において、上記中間層の一部
の材質は上記基材となるガラス管の軟化点よシ低匹軟化
点を有する材質て形成され、上記コア部を形成する材質
は上記低い軟化点を有する材質よシ高い軟化点を有する
材質で形成される。

なお、中心層、中間層は実施例において説明する如く単
一の層に限定される必要はなく複数の層で形成してもよ
い。又楕円とは本発明では楕円の長軸を０１、短軸をＣ
１としたとき、楕円率それ以下を円形とする。

本発明の方法によれば、ガラス管の半径、厚み、減圧度
、ガラス薄膜の材質、量を特定することによって中心層
、又は中間層の楕円率を任意の再現性する光フアイバ母
材を実現することができる。

特に、中心層を円形、中間層を楕円形とするときは、中
心層の直交する軸方向の屈折率を異なったものとするこ
とが容易に実現でき、偏波面を保存し易い光ファイバを
実現することができる。

なお、鏝終的光ファイバは上記方法によって得られたプ
レホームロットを単に加熱しながら線引すれば上記断面
構造と相似の断面構造の光ファイバが容易に実現できる
。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。

４１図は本発明による光フアイバ母材の製造方法の工程
を示す図である。

まず、（ｌ）光ファイバの基材となる石英ガラス管１が
用意される。このガラス管の径が大きく、厚みが薄いと
−は後の減圧量１！（３）にいて所定の形状が得られ難
いため必！！によっては径を小さくする工程が含まれる
。望ましくは外径５箇〜５０■、厚さα３−〜５ｍであ
る。

上記ガラス管ｌの内壁に化学的堆積（ＣＶＤ）法によっ
て、光ファイバの中間層となるガラス薄膜２および中心
層となるガラス薄膜３が形成される。中間層は光ファイ
バのクラッド、あるいはジャケットとクラット機能を持
つ場合がある。又中心層線光ファイバのコアのみ、ある
いはコアとクラット（すなわち、光伝送部を形成する）
を形成する場合が有る。

これらの材質、厚みについてを後に詳細に説明する。上
記工程によって得られたガラス薄膜を有するガラス管は
両端をガラス旋盤台に取付け、一定の回転速度で回転す
る（３）。図は取付台に取付られた管の熾部を加熱バー
ナ４で加熱して潰す。そしてガラス管の他の開口部に排
気タンク５を設け、排気管６よシ排気詞節弁７を調整し
ながら管内の気圧を減圧して一定の圧力に保つ。減圧量
は一方の端が石英管内部８に挿入されたＵ字管９で液１
０の液面の違いで測定される。この状態で加熱源（バー
ナ）４を漸時移動して中実のプレホームロッドを形成す
る。この減圧の程度は第３図で示すようＫ　Ｉ　ＩＩＩ
ＩＨｔ　Ｏ〜２０■Ｈ，０程度に設定する。

プレホームロッドは加熱バーナ４によって溶融し、一方
から線引すれば、内層の一部が楕円形となる光ファイバ
が実現される。

第２図（ａ）、φ）ｅ　（Ｃ）および（ｄ）は上記方法
によって作ったプレホームの断面の写真をトレースして
示したもので、各々の製造条件は次の通りである。

最初の石英管の外径は２０■、厚さ１．５■で全て同じ
である。

次に示すようなガラス薄膜を形成した後速度毎分５０回
転で回転しながら、酸水素バーナ２を漸時０．１７　ｍ
ｌ　ｓｅｃの速さで移動した。

（ａ）はコアとしてダルマをドープしたシリカガラスよ
りなシ減圧量は水の高さで９−（以下■Ｈ，０と表わす
）のものであシ約５０％の楕円率の中心層が得られる。

　（ｂ）図は管の減圧量を２７−Ｈ，０と大きくしたも
ので中空のプレホームのコアにドープされたダルマ層の
厚めは約１５μｍと厚いものである。（Ｃ）と（ｄ）は
、コア（中心層）にシリカガラスを、クラツディング（
中間層）に硼素（ＢｇＯｍ）をドープし九シリカガラス
を形成したもので、コアを円形に、クラツディングを楕
円にした図（Ｃ）と、逆にコアを楕円にクラツディング
を円形にし要因（ｄ）を示したものである。これらの作
製法は前記し九ように出発石英管を楕円軸が回転しない
ようにある１度収縮させるが、仁の収縮量とコア層、ク
ラツディング層の厚みを最適に選ぶ事で成しとげられる
。

第３図は、石英管の厚さと、減圧度を変えたときの楕円
率の測定結果を示すもので、各曲線の実においてはコア
にダルマをドープしたシリカガラスを用い第２図（ａ）
、　（ｂ）に示すように２層構造である。ダルマの磯度
は約１５ｍ０／％であるａ％曲線共に出発石英管の外径
は２０１Ｊ内径１７ｍのもので共通であシ、中空プレフ
ォームのゲルム層の厚みは約１０μｍである。加熱溶着
（カララプス）する前に１３．５■、ＩＺ８■、９．７
■の外径まで収縮させた後減圧を行って得られた中実の
プレフォームのコアの楕円率を示し丸もので、曲線１１
゜１２．１３はそれぞれ１３．５■、１２８■、９，７
■の実験例である。曲線１２はコアにシリカを、クラツ
ディングに硼素をドープしたシリカガラスを用いてファ
イバで第２図（Ｃ）、、（ψのように３層構造となって
いる。硼素は約１２　ｍｏ／チドープされておシ、中空
プレフォームにおいては１８μｍの厚みを有していた。

コアとなるシリカ層は約８μｍ厚みをもっているもので
、出発石英管は前記と同じ外径２０１１１１％内径１７
■のものである。この管にクラツディング層とコア層を
作製した後約１３．１−に収縮させた。その後減圧量を
変えてコララスし、１得られ九クラップインクの楕円率
を減圧量の関数として示したのが１２の曲線である。

以上の例より、プレホームロッドの一部に形成される楕
内層の楕円形状は減圧度ならびドーパントの材質、出発
石英管の径および厚さ、中空部の半径を制御することに
よって決定されることが分る。すなわち、減圧度が高匹
程楕円率は増大し、中空の管の厚さが厚い程楕円率が低
ぐなる。上記例から分るように、石英ガラス管の厚さは
０．３　ｍ〜５ｍ、外径は５■〜５０１１１ｍｂ外気圧
と管内の圧力との差は１箇Ｈ，０〜３０■Ｈ，０で、溶
着温度１７００ｔ〜２０００ｔで本発明の方法は実現さ
れる０次に楕円率ｒと減圧度Ｐ　（ｔｘｘＨｔ　Ｏ）と
各層の厚みとの関係を定量的に説明する。

第４図は本発明の方法によって得られたプレホームロッ
ドの最外周層の内径（中心又は中間層の外周と同じ）の
楕円率と、中実化前の各層と中実化後の各層の厚さとの
関係を示すもので、縦軸はプレホームの楕内層の楕円率
を示し、横軸は（ｂ′／暑勺Ｘ（ｄ’／Ｃ’）を示、し
、これらは第５図及び第６図に示すように中実化前の石
英管の外径Ｖ内径１′、プレホームの外径ｄ／、楕内層
の平均半径ｃ　’　　（ｔｚ　ｒ　Ｊを示すもので、製
造条件を、溶着温度１８００１：、減圧度８＠Ｈ，０加
熱バーナの移動速度０．８　ｗｌ／　ｓｅｃ、ガラス薄
膜はＧｅｍ、　ト８．０．をドーパントとして含むシリ
カガラスである。図中、・、Ｏ９Δは最初の石英管径を
１４．１８および２０鴫としたものをそれぞれ表す。

第４図より楕円率ｒは の関係があることが分る。

上記Ｕ）式は溶着温度（１７００〜２０００′ｃ）、〃
ｕ熱源４の移動速度（０，０２〜０．２ｍｇ／　Ｓｅｃ
　）　、堆積ガラスの組成を現実的に光ファイバの製造
に実施する範凹で変えても成立する。なお、上記（１）
式中人は減圧度によって定まる定数であって、第７図は
上記橋本と威厚度Ｐとの関係を実験的に求めたもので、
同図よシ よって所定の楕円率ｒの楕内層を持つプレホームロッド
を作るためには、基材として、石英管を用い、溶着温度
を１７００〜２０００℃、加熱源の移動速度を０．０２
〜０．２■Ｈ，０とすれば、減圧度Ｐ１１量の径、圧さ
を Ｘ　−（ｂ’／ａ’）　Ｘ　（ｄ’／Ｃ’）　　・−−
−−・−・−・−・（４）に基いて設定すれば良い。な
お、堆積ガラス層が一種類でなく複数層になっても、中
空時の堆積ガラス層の石英ガラス管の厚さに比べ十分薄
い場合は上記式が常に成立する。

本発明の方法の大きな利点一つは、第２図（Ｃ）および
第８図、第９図に示すように、プレホーム断面の層構造
が最外層が円形に近く、中間層外周が楕円、中心層が円
形に近い形状の光フアイバ母材が容易に実現できること
である。

第８図は中心層３がコア、中間層２がクラッド、最外層
１がジャケットとなシ、コア３とクラッド２で光伝送部
を形成し、ジャケット３とクラッド２でコアに複屈折を
生ぜしめている。第９図のものは中心層はコア３とクラ
ット２−２で構成され、中間層２−１はジャケットで、
最外層３はサポート部を形成し外周は円形であるコア３
とクラッド２−２で光伝送部を形成し、ジャケット２−
１と最外層はコア３複屈折を生ぜしめる機能を持つ。

このように１中間層の楕円率を中心層のそれよル高くす
るためには中間層の材質としてコアの材質の軟化点よシ
低い材質とする、これは中間層の材質ＩＣＢ、　Ｏ，を
Ｓ１０．加えることによって実現される。Ｂ、０．０量
を増大すると共に軟化点は低くなるが、熱膨張係数の差
を大きくとる丸めにはドーパン）Ｂ＊Ｏａの量は３モル
−〜Ｖ３０モルチがが望ましい、更に、中心層を円形と
するためＫは、プレホーム母材の中間層の楕円率をｒ１
上記中間層楕円の短軸の長さをＣ−８、中心層の円形め
径をａとしたとき となるように、ガラス管の内壁に形成されるガラス薄膜
の厚さを前もって設定すれば良い。

これら要件は次の理由による。ガラス薄膜が形成された
ガラス管を減圧しながら加熱溶着すると温度分配は始め
は外側が高い、又管の厚みがあるため、外側は威圧の影
響が少なく、王として表面張力によって円形を維持しよ
うとする。内側は減圧度によって主として支配され偏平
になろうとする。更に加熱が続くと内側の温度も高くな
り変形しやすくなる。し九がって威圧によって管が平面
となシながら収縮し中空部は少なくなる。この間、軟化
温度が低い中間層は粘性が漸時低下される。したがって
、中空部がなくなったときは粘性の低下した中間層の中
に中心層が浮いた形となる。このときは中心部が威圧さ
れないようになるため中心層の形状は主として表面張力
によって円形になろうとする力が働く。そして、冷却の
過程においては上記初期の石英管の内側に形成される楕
円と中心の円形コアの中間に中間層が充てんされ変形と
なって固化されるからである。

し九がって、これらの形状を決定する要因としては、中
心層が円形となシ易いかどうかは加熱溶着時の中間層の
軟化点、粘性、および中間層と中心層の相対的厚さの関
係および最外層内局（シ九かって中間層外周）の楕円率
の関係が考えられる。

まず、中間層の外周を楕円とするための条件は、前述の
Ｕ）式の条件によって決定される。

次に、中心層の楕円率ｒが中間層の外周の楕円率よシ小
さくなる、すなわち円に近ずくためには前述の理由によ
って溶着時に中実化され固化される過程において、軟化
された中間層の中で中心層が表面張力等によって自由に
安定な円形に変化しやすくする必要があシ、このために
は中心層、中間層、最外層の軟化点温度をそれぞれａｌ
、α。

およびα、とすると αｉ〉α雪、　α＄〉α１　　°０−０″□′。（６）
であればよい１通常この条件を満すには最外層は石英ガ
ラスで作られ、又中心部は高い屈折率を持つ必要がある
ため、Ｓｉｎ、又は８１０．にＧｅｍ。

あるいはＰ、０．をドーパントとして含むガラスで構成
し、中間層としてはＢ２Ｏ，をドーパントとして３　ｍ
ｏ／−から３０ｍ０／−含む８　ｉ　０．が望ましい。

そして、中心層の真円度を向上するためには上記軟化点
の他に、中間層の楕円率、および中間層と中心層の材質
の量の割合が影響し、これらの間に一定の関係があるこ
とが実験的Ｋｌめ弓れ３゜第１口図は石英管（内径［７
■、外径１２■）の内壁ＫＣＶＤ法によってクララ）′
（中間層）となる１７モルチＢ、０．と８３モルチ８ｉ
０．のガラス薄膜を１５０μｍ形成したのち、コア（中
心層）となる１００モルｄ８ｉ０．のガラス薄膜を厚み
ｘ（＊ｍ）を変えて形成し、減圧度１０■Ｈ，０で溶着
中実化した場合の中間層の楕円率と中心層（コア）の楕
円率を示す。この場合中間層（クラッド）の楕円率は４
５９Ｇである。なお、図におけるコア径はプレホームミ
ツトとなった場合の半径を示している。すなわち、楕円
率を一定とした場合、中心層（コア）の楕円率は中間層
の厚さと中心層の厚さの相対比によって決定されること
が分る。

第１１図は、第１０図のように中間層の楕円率が変つ九
と自中心層の楕円率が５−以下となるときの中間層（ク
ラッド）の短軸径と中心層（コカの径の比を実験的に求
めたｔのである。同図において横軸はクラッドの外周の
楕円率ｒを、縦軸にはクラッドの短軸径Ｃ３と；アの径
麿Ｏ比ユを示す、この測定結果より、コアが円形となる
境界では 、歩方によって円形にな〕やすいので、中間層の楕円率
をｒと設定して、石英管の厚さ、径、減圧度を設定する
とき、中心層を円形とするためにはプにＣＶＤ法による
ガラス薄膜の層の厚さを設定すればよい。

上記説明は第８図の断面構造の場合について説明したが
、１第９図の断面構造の光フアイバ母材を製造する場合
についても同様の関係が成立する。

次に１１本発明による製造方法による具体的実施例を例
示する。

実施例　１ 石英管（外径１８■φ、中径１５ｗφ）の内壁面に８１
０鵞−Ｂ、０．−Ｇｅｍ、のガラス薄膜を５０μｍ堆積
（この堆積量は加熱浴着後外径（２ｄ’）７ｍφ、堆積
ガラス層の平均径（２Ｃ’　）３．１■φに相当する。

なお溶着時加熱によって石英外壁面から石英微粉が飛散
するため、プレホームの外径はや中小さくなっている）
する。こζで堆積ガラス層の楕円率ｒ：ｔｓｏｓとする
ため、（１）式を用−て、減圧度を８■Ｈ，０、Ｘ　嵩
５．　Ｏを得＆１ 九。したがって　ｂ／／ａ’ｇ５，０ｘ−７−帽１１と
とす゛れば楕円率ｒｗ５０１が得られる。このため２１
′　（溶着前の管内径）を＆１ｍφ、２ｂ′（溶着前の
管外径）をＩ　Ｌ２ｗｍφとして、溶着した結果による
と中層の楕円率５１チのプレホームが得られた。

実施例　２ 石英管（内ｆｉ１８ｗφ、内径１５＋ｗφ）の内壁面Ｋ
ＩＲＫ、１　！＄４ルーＩＢ、０．＋８５−ｖ−ル％ｓ
ｉＯ。

ガラスを１８０μｍ１００モル慢Ｓ１０．ガラスをし １５４ｍＣＶＤ法によって堆積処、加熱して、内径５ｍ
、外径１１■の石英管にする０次に管内部を一大気圧に
比べ水の高さで８■Ｈ，ＯＫ減圧しながら溶着しプレホ
ームロッドを形成した。得られたプレホームロッドの外
径は９．９謹φ、コアは１０．３■φの円形で、クラッ
ドは楕円率４０ｇ６の楕円形で、短軸の径は１．５園φ
であった。

実施例　３ 実施例２記載と同じ石英管の内壁面に順に１５モｓｔ％
Ｂ、Ｏ，千　８５　モルｇ　Ｂ　ｉｏ、　カ５スを１８
０μｍ％ｌＯＯモルチ８　ｉ　０．ガラスを＆２μｍ１
４４ル＄Ｇｅ　ｏ、＋　９　＠％Ａｓ％　８１０．　ｆ
Ｊうｘヲ０．３μｍｃＶＤ法によって堆積した後加熱し
て、内径５■φ、外径１１ｗφの石英管とする。次に管
内部を大気圧に比べて８ｓａ＊Ｈ１０減圧しなから゛加
熱溶着し中実化したプレホームロッドを得た。

得られたプレホームロッドは外径９．９ｍφ、中心部８
　ｉ　０．層とＳｉｐ、十ＧｅＯ，層は同心状の円形で
それぞれ０．３２１１１１％　α０９５簡の半径を持ち
、５ｉＯ１十Ｂ、０１層の外周は楕円率２７９ｇであっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の製造方法のステップを示す図、第２図
は本発明の製造方法によって得られ九光フ楕円車との関
係を示す図、第４図は光フアイバ母材を構成する層の厚
さと楕内層の楕円率の関係を示す図、第５図及び第６ｒ
ＩＡは、第４図の説明のためのガラス管断面図及びプレ
ホームの断面図、第７図はガラス管内の減圧度と楕内層
の楕円率の関係を示す図、第８図および第９図は本発明
によって得られるプレホームの断面図、１ｌｌｏ図は木
登ｖ４による製造方法によるプレホームのコア径とコア
楕円率の関係を示す図、第１１図は本発明によるプレホ
ームのクラッド短軸径とコア径の比とクラッド楕円率の
関係を示す図である。 １−・・石英ガラス管（最外層）、２・・・クラッド（
中間層）、３−・・コア（中心層）、４・・・加熱源、
５・・・排気タンク、６・・・排気口、７・・・排気調
節弁、８・・・石英管内部、９・・・０字管、１Ｇ・・
・水。 茅　Ｉ　　図 （１） （Ｚ） （４） ￥Ｊ　　ｚ　　邑 （０−２＜ｂ） （ｆ） 第　　３　日 Ｉ ３Ａ　　／Ｌ　（次、・列、晴、） ＰＣ慣哨（Ｈ２Ｏ） ′ｆＪ　′ｇ　図 ′ｙｆＪｑ図 １　１０　　日 フ８し７ｔ−１−リコ了牛イＬ（、／ｗＬ、ン￥１１７
１図 ７フツレの棒円卑（’／、） 手続補正書（方式） 昭和５６　年特許願第　１１２１３７号発明の名称 光フアイバ母材の製造方法 補正をする者 ）；　　Ｐｌ、　　　ｆ５１０）株式会Ｊｔ　　Ｉ’ｍ
　　立ｉ　　住所−１）　勝　　茂 代　　　理　　　人 補正の対象 明細書の「図面の簡単な説明」の欄 補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基材となる石英ガラス管の内壁にガラス薄膜層を形
   成し、その後、上記石英ガラス管を加熱溶着によって中
   実化された光フアイバ母材を製造する方法において、上
   記加熱溶着時に石英ガラス管内の圧力を外気圧よシ低く
   することを特徴とする光フアイバ母材の製造方法。 ２　第１項記載の製造方法において、加熱溶着開始時の
   石英管の厚さを０．３−〜５ｍとし、管の外径を５ｆｉ
   〜５０■とじ外気圧と管内の圧力差を１ｍ１Ｉｎ、ｏ〜
   ３０■Ｈ，０としたことを特徴とする光フアイバ母材の
   製造方法。 λ　第１項記載、の方法において、ガラス薄膜層を形成
   するとき、上記石英ガラス管の内壁に最初に上記石英ガ
   ラスの軟化点よシ低い第一のガラス薄膜層を形成し、次
   に上記第一のガラス薄膜層の軟化点よシ高い軟化点の第
   二のガラス薄膜層を形成することを特徴とする光フアイ
   バ母材の製造方法。　　　　・′ 表　第３項記載の方法において、第一のガラス薄膜とし
   てＢ、Ｏ，を含むシリカガラスで形成することを特徴と
   する光フアイバ母材の製造方法。 ＆　第３項又は第４項記載の方法において、第−及び第
   二のガラス薄膜層の厚さが、光ファイＩ（母材の上記第
   一のガラス薄膜層で形成される層の外局が楕円率ｒ、楕
   円形短軸径Ｃ１、第二のガラス薄層で形成されるコアの
   径をａとしたとき、 となるように形成することを特徴とする光フアイバ母材
   の製造方法。