JPS591221B2 - 光伝送繊維用棒状母材の製造方法 - Google Patents

光伝送繊維用棒状母材の製造方法

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JPS591221B2
JPS591221B2 JP55115493A JP11549380A JPS591221B2 JP S591221 B2 JPS591221 B2 JP S591221B2 JP 55115493 A JP55115493 A JP 55115493A JP 11549380 A JP11549380 A JP 11549380A JP S591221 B2 JPS591221 B2 JP S591221B2
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Description

【発明の詳細な説明】 光通信用に用いられる広帯域でかつ低伝送損失の光伝送
繊維は、内付ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、外付ＣＶＤ法、あるいは気相軸
付〔ＶＡＤ、（ＶａｐｏｒＩｌｌａｓｅＡｘｉａｌＤｅ
ｐｏｔｉｔｉｏｎ）〕法等によつて、一旦、光伝送繊維
の横断面屈折率分布と相似の棒状母材が作成され、その
後この棒状母材を紡糸機により加熱紡糸して製造される
。
本発明はＶＡＤ法によつて光導部（コア）の屈折率分布
がグレーデッドインデツクス（ＧＩ）型の光伝送繊維用
棒状母材を製造する方法に関し、その目的は非常に広帯
域な伝送特性を有した光伝送繊維を作成することの可能
な光伝送繊維用棒状母材を製造することにある。周知の
ように、ＶＡＤ法によつてコアの屈折率分布をＧＩ型と
した光伝送繊維用棒状母材の製造は以下のようにして行
なわれる。
すなわち第１図に示すように、始め、酸化反応（火災加
水分解反応を含む。
）により光伝送用のガラス煤と成り得るＳｉＣｌ４ガス
と、前記ガラスに含有して前記ガラスの屈折率を変化さ
せるドーパントと成り得るＧｅＣｌ４ガス、ＰＯＣｌ３
ガス、ＢＢｒ３ガスなどの気体とを、酸水素炎バーナ１
，２に導びいて酸化反応させ、これにより生成されたＳ
ｉＯ２とＧｅＯ２，ｐ２Ｏ５または／？よびＢ２Ｏ５等
とで構成されたガラス煤３を、図示のＯ軸を回転軸にし
てゆるやかな速度で回転している石英製出発材４の先端
５に順次付着させて、後に前記コアとなる棒状のガラス
媒体６を製造する。この際、棒状のガラス媒体６はガラ
ス煤３が順次付着生長する側の端部がバーナ１，２と常
に一定距離になるように前記０軸に沿つて移動され、棒
状のガラス媒体６が長手方向に連続して一定径となるよ
うに構成される。またバーナ１は前記０軸と同一軸線状
に配設され、バーナ２は前記０軸とやや傾きをもつて配
設されており、バーナ１で高屈折率のガラス煤が、また
バーナ２で低屈折率のガラス煤がそれぞれ生成されて、
これらのガラス煤が付着生長して構成される棒状のガラ
ス媒体６は軸心部から外周面に向つて徐々に屈折率が小
さくなるように構成される。なおこれらのバーナは必ら
ずしも２個である必要はなく、３個以上であつても、ま
た酸水素炎の温度、およびバーナ構造等を適切にするこ
とにより、第２図に示すように１個のバーナ７で上記屈
折率分布を有する棒状のガラス媒体６を構成することが
できる。前記のようにして軸心部から外周面に向うに従
つて徐々に屈折率が低下するように構成された棒状のガ
ラス媒体６は、次にヘリウムガスの雰囲気中で熱処理さ
れ、軸芯部から外周面に向うに従つて徐々に屈折率の低
下した透明ガラス体に構成される。
この時、ＳＯＣＩ２ガスの存在下で予め熱処理するか、
または前記透明化と同時に熱処理するかして、ガラス中
に存在して１．３９μｍ等の光波において光伝送損失を
増加させる０Ｈ基が除去される。軸芯部から外周面に向
うに従つて徐々に屈折率の低下した透明ガラス体は、次
にこの透明ガラス体の外径よりも内径のやや大きい石英
ガラス管が被せられ、その後、この石英ガラス管を加熱
軟化して石英ガラス管を縮径させることにより、透明ガ
ラス体の上に石英ガラスが被覆された光伝送繊維用棒状
母材が構成される。
この際、透明ガラス体は予め加熱延伸されて所定径の細
長い透明ガラス体に構成されてから所定の石英カラス管
が被せられることもある。このような工程を行うことに
より、光伝送繊維の外径とコア径とを所定値に設定する
ことが容易になる。また前記と異なり、透明ガラス体の
外周に、酸化反応により生成された石英ガラス煤を所定
の厚さ被着させ、その後このガラス煤を加熱焼結して透
明ガラス化し、透明ガラス体の外周に石英ガラスを被覆
させることも行なわれている。このように透明ガラス体
の外周に被覆される石英ガラスは、光伝送用棒状母材が
加熱紡糸されて構成される光伝送繊維のコアを機械的に
補護し、さらに伝送特性を長期的に維持させるなどの働
きをする。なお、このようにして製造された光伝送繊維
用棒状母材は、後に紡糸機により加熱紡糸されて所定径
の光伝送繊維に構成される。従来、ＶＡＤ法によつてコ
アの屈折率分布をＧＩ型とした光伝送繊維用棒状母材は
、上述のようにして製造されているが、後にこの棒状母
材を加熱紡糸して構成される光伝送繊維を広帯域なもの
とするには、光伝送繊維のコアの屈折率Ｎ（ｒ）を、以
下に示される数式のαの値が完全に「２」となるように
形成する必要がある。
そこで従来はこのコア部の屈折率のαを「２］とするた
め、棒状のカラス媒体６を構成する際に、バーナー１，
２相互の相対的位置、各バーナ１，２にそれぞれ供給す
る各ガスの量、各バーナ１，２とガラス煤３が順次付着
生長する側めガラス媒体６の端部との相対的距離、各バ
ーナ１，２の酸水素炎の温度、さらには各バーナ１，２
の構造を適切に選ぶなどして行つていた。
しかしながらこれらのすべてを適切な値とすることが非
常に困難であり、特にバーナ１，２は消耗部品であるこ
とから、バーナ１，２を交換した際にすべての適切値が
変化するなどの理由により、前記αを半径方向のコア全
体に渡つて「２」とすることができず、通常はαが「２
」からはずれた１．８ないし、２．２のものが得られ、
そのうち軸心部はαが「２」に近いが周辺部は「２」か
ら大きく離れたものが数多く製造され、広帯域な光伝送
繊維を歩留まり良く製造することができなかつた。本発
明はかかる点に鑑みなされたもので、ガラス媒体を加熱
焼結して得た透明なガラス棒の上に石英ガラス材を被覆
する工程前に、透明なガラス棒の屈折率分布を測定し、
光伝送繊維とした際にαが「２」から大きくはずれるコ
ア外周部、すなわち前記透明なガラス棒の外周部を所定
厚さだけ除去することを特徴とする光伝送繊維用棒状母
材の製造方法である。
ＶＡＤ法によつて製造される透明なガラス棒の屈折率分
布の多くは、第３図に示すように、軸心部から外周部近
くまで理想的な屈折率分布を成しているが、周辺部の屈
折率分布は同図に示すように破線で示す理想的な屈折率
分布から大きく異なつている。
本発明はこの屈折率分布が理想的から大きく異なつてい
る外周部を第４図に示すように切削あるいは化学的溶解
などにより除去するのである。通常は３０μｍ（透明な
ガラス棒の外径が約２０ｍｍ）以上、後に被覆形成され
る石英ガラス材の屈折率（１．４５８）から０．１５％
以内の外周部を除去するのが良く、好ましくは溶融石英
の屈折率と比較し０．１％以下・０．０３％以上の外周
部を除去するのが良い。外周部の除去が上記よりも少な
い場合は、理想形から大きく異なつた屈折率部分がその
まま残ることとなり、広帯域な光伝送繊維を製造するこ
とができず、また外周部の除去が上記よりも多い場合は
、外周部を除去された透明なガラス棒の最外周面と後に
被覆形成される保護用の石英ガラス材とで屈折率の差が
大きくなり、これまた広帯域な光伝送繊維を製造するこ
とができない。切削や化学的溶解などにより不要外周部
が除去された透明なガラス棒は、外周に補護用の石英ガ
ラス材が被覆される以前にあらかじめ火炎研摩が行なわ
れ、表面がなめらかになされる。
石英ガラス材が被覆される際、前記切前や化学的溶解な
どで形成される微小な凹部などに空気が封じ込められる
のを防止するためである。この火炎研摩は単なる酸水素
炎でもよいが、Ｇｅ，Ｐ，Ｂなどを含む通常のドーパン
ト原料を共存させた酸水素炎中で行うのが良い。このよ
うにすると、透明なガラス棒の外周部屈折率が酸水素炎
の火炎研摩で変化するのを防止することができる。以下
本発明を、実施例によりさらに詳しく説明する。
実施例 １ 第２図に示すＶＡＤ装置で、長さ８０Ｃ！ｎ、太さ５０
ｍ７Ｘのガラス媒体６を製造した。
この時、バーナ７は第５図に示すように五重管のものが
使用され、各管には、ＳｉＣＩ４とＧｅＣｌ４との混合
気体、ＳｉＣｌ４の気体、Ｈ２の気体、Ａｒの気体、０
２の気体を、中心部の管から外側の管に向つてそれぞれ
供給した。次に、このガラス媒体６を１５０『Ｃの円筒
炉に２００ｍｍ／時の速度で挿入し、ガラス媒体６の円
筒炉内で透明なガラス棒に構成した。この際、円筒炉内
はＳα１２を４％含むヘリウム雰囲気に保たれた。次に
、前記透明なガラス棒の外周部を均一に５０μｍ切削除
去した。この時、切削除去後のガラス棒の外周面屈折率
は溶融石英の屈折率に比較し、０．０８０／）高かつた
。次に、前記ガラス棒の外周を火炎研摩した後、ガラス
棒の上に、別に用意された保護用の石英ガラス管を被せ
、加熱縮径させて、光伝送繊維用棒状母材を作成した。
次に、この棒状母材通常の方法で加熱紡糸し、外径１２
５μｍ、コア径５０μｍの光伝送繊維を得た。このよう
にして得られた光伝送繊維の光伝送特性は、１．３１μ
ｍの光波において、損失が０，８０ｄｂ／Ｋｍ、帯域幅
が６．７ＧＨＺＫＩｎというすぐれたものであつた。な
お比較のために、前記ガラス棒の５０μｍの厚さで切削
除去する工程を除き、すべて同一条件で光伝送繊維を作
成した。
この時の光伝送繊維の光伝送特性は、損失が１．２ｄＢ
／Ｋｍ、帯域幅が０．８ＧＨＺＫＩｒ１ときめて悪いも
のであつた。実施例 ２実施例１と同様にして製造され
た透明なガラス棒を、濃弗酸水に４０分間漬けて、ガラ
ス棒の外周部を溶解除去した。
この操作で除去された外周部の厚さは約４０μｍであり
、除去後のガラス棒の外周面屈折率は、溶融石英の屈折
率（１．４５８）に比し０．０５％高かつた。その後、
ガラス棒の外周に石英ガラス管を被せ、加熱縮径させて
光伝送繊維用棒状母材を製造した後、通常の紡糸機を用
いて外径１２５μｍ１コア径５０１ｔｍの光伝送繊維を
製造した。この時の光伝送繊維の光伝送特性は、損失が
０．８１ｄＢ／ｈ、帯域幅が４．３ＧＨＺ・ｈというす
ぐれた特性であつた。なお従来前記透明なガラス棒の外
周に石英ガラス管を被覆する前に、ガラス棒を弗酸水に
５ないし１０分間漬けて、ガラス棒の外周面を清浄にす
ることが行なわれているので、比較のため、前記透明な
ガラス棒を濃弗酸水に１０分間漬けて、ガラス棒の外周
面を清浄した。
この時、濃弗酸水により溶解除去されたガラス棒の外周
部は約１０μｍ（溶融石英の屈折率に比較し、０．０２
％内の外周部）であつた。このようにして外周面を清浄
になされたガラス棒の外周に、前記と同様に石英ガラス
材を被覆して光伝送繊維用棒状母材を作成し、その後、
紡糸機により外径１２５μｍ、コア径５０μｍの光伝送
繊維にした。これにより得られた光伝送繊維の光伝送繊
維の光伝送特性は、１．３１μｍの光波において、損失
が０．９８ｄＢ／Ｋｍｓ帯域幅が０．９５ＧＨＺ−ｈと
きわめて悪いものであつた。また実施例１で得たガラス
棒の外周部を溶融石英の屈折率に比較し、０．１７％の
部分まで厚く切削除去した時、前記と同様にして光伝繊
維とした所、その光伝送繊維の光伝特性は、１．３１μ
ｍの光波において、損失が０．８３ｄＢ／ｈ、帯域幅が
０，９ＧＨＺ−ｈときわめて悪いものであつた。なお本
発明の実施例はいずれの例の場合も外周面が所定厚除去
されたガラス媒体６の外周に保護用の石英ガラス管を被
せ、光伝送繊維用棒状母材を製造する場合のみ説明して
いるが、外周面が所定厚除去されたガラス媒体６の外周
に酸化反応によつて生成されたガラス煤を被着させるこ
とによつて保護用のガラスを構成するようにしてもよい
。本発明は上述のように、酸化反応により光伝送用のガ
ラス煤と成り得る気体と、酸化反応により前記ガラスに
含有して前記ガラスの屈折率を変化させるドーパントと
成り得る気体とを、火炎中に導びいて酸化反応させ、こ
れにより生成されたドーパント含有ガラス煤を順次長手
方向に堆積させて軸心部から外周面に向うに従つて徐々
にドーパント濃度の異なる棒状のガラス媒体を構成し、
その後このガラス媒体を加熱焼結して軸心部から外周面
に向うに従つて徐々に屈折率の低い透明なガラス棒に構
成し、その後このガラス棒の外周に石英ガラス材を被覆
形成し、後に加熱紡糸して光伝送繊維にするための光伝
送繊維用棒状母材の製造方法において、ガラス媒体を加
熱焼結して得られた透明なガラス棒の外周部を３０μｍ
以上でかつ溶融石英の屈折率の０．１５％以内の範囲内
で除去した後、石英ガラス材を被覆形成することを特徴
とする光伝送繊維用棒状母材の製造方法Ｃある。このた
め、このようにして得られた光伝送繊維用棒状母材のコ
ア全体は屈折率分布が理想的な分布に構成され、この結
果、この棒状母材を加熱紡糸して得られる光伝送繊維は
きわめて広帯域なものとなるすぐれた効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図、第２図はそれぞれ一般的なＶＡＤ装置を示す概
略図、第３図は第１図、第２図の装置により製造される
光導部の屈折率分布図、第４図は本発明の光導部を示す
屈折率分布図、第５図は本発明の実施例を説明するため
に示したバーナ開口部の断面図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 酸化反応により光伝送用のガラス煤と成り得る気体
    と、酸化反応により前記ガラスに含有して前記ガラスの
    屈折率を変化させるドーパントと成り得る気体とを、火
    炎中に導びいて酸化反応させ、これにより生成されたド
    ーパント含有ガラス煤を順次長手方向に堆積させて軸心
    部から外周面に向うに従つて除々にドーパント濃度の異
    なる棒状のガラス媒体を構成し、その後このガラス媒体
    を加熱焼結して軸心部から外周面に向うに従つて除々に
    屈折率の低い透明なガラス棒の外周に石英ガラス材を被
    覆形成し、後に加熱紡糸して光伝送繊維とするための光
    伝送繊維用棒状母材の製造方法において、ガラス媒体を
    加熱焼結して得られた透明なガラス棒の外周部を厚さ３
    ０μｍ以上でかつ溶融石英の屈折率の０．１５％以内の
    範囲内で除去した後、石英ガラス材を被覆形成すること
    を特徴とする光伝送繊維用棒状母材の製造方法。 ２ 外周部を所定厚さだけ除去した透明なガラス棒の外
    周に、石英ガラス材を被覆形成する手段が前記ガラス棒
    の外径よりも大きい内径を有する石英ガラス管を、前記
    透明なガラス棒の上に被せ、その後前記ガラス管を溶融
    縮径させることにより形成することを特徴とする特許請
    求の範囲第１項記載の光伝送繊維用棒状母材の製造方法
    。 ３ 外周部を所定厚さだけ除去した透明なガラス棒の外
    周に、石英ガラス材を被覆形成する手段が、酸化反応に
    より生成したガラス煤を前記ガラス棒の外周に被着させ
    、その後前記ガラス煤を加熱焼結して透明ガラス化する
    ことにより形成することを特徴とする特許請求の範囲第
    １項記載の光伝送繊維用棒状母材の製造方法。
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