JPS59500512A - 光フアイバの改良した製造 - 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】 光ファイバの改良した製造 本発明＋４．光フアイバプリフォームのテーパを低減することによって、光ファ イバを製造する改良型方法に開光ファイバを、ｄ　Ｍする場合は、先ずプリフォ ームを作り、次にこれから光ファイバを孫引する。プリフォームを作るいくつか の技法には、ドーパントを含有し得るシリカを、管の内面て蒸着させる工程か含 まれている。商業的に成功した技法としては、本発明と同一の譲受人に譲渡され た、修正型化学蒸着（ＭＣＶＤ）法に関する、米国特許第４，２１７，０２７号 に記載されているものがある。ＭＣＶＤ法では、通常５ｉｌｌ　４及び酸化媒体 を含有するガラス前駆物・直を、回転している管に流し入れる。外部の＃勤熱源 は、管の全長に亘って慣行しつつ、回転している管を加熱する。その結果管内に 生じる移動性の熱ソーラは、ガラス形成、前駆物・錐を酸化さぞ、移動する熱源 の下流で、管の内組１ｊに反応物質を蒸着させる。その陵移動する熱源は、先に 蒸着した物・賞を加熱凝固して、ガラス層を形成する。しかし、シリカ安値は、 熱源の下流で蒸着する性質があるため、反応物が営に入る場所（管入口とする） で蒸着する吻質が少なくなる。蒸着二吻質は、管の下流に向うにつれ次第に厚く なる。これ（は、蒸着勲の“テーパパと呼ばれており、この効果は管の入口付近 でより顕著であるため、技術的如は“入ロテーノで”という用語上用いることが 多い。その後管と蒸着＠質とを圧壊してプリフォームとし、これから光フアイバ 全引出す。

光ファイバは通常、クラツシングで包囲されたコアから成り、そのうち一方又ｉ ｄ双方は、ＭＣＶＤその曲の処理方法によって、管の内側に蒸着される。テーパ ができると、ファイバをプリフォームから稼引した後で、コアの軸方回の断面積 が不均一になる。この不均一により、ファイバの嵌送品質が低下することがある 。従って、通常プリフォームの全長のｆＪｌｏ乃至２０パーセントを占める入口 テーパ部分は、光ファイバの製造に使用されない。これは当然望ましい状況で（ はなく、このため人口テーパを低減する処置が提案されてきた。テーパ低減法と して、トーチがプリフォームの全長に亘って移動するに従って、管に流入する反 応物の流速を加減する提案が成されたが、これ（ｒｉ通常調整が期かしく、葦た 特に例えばゲルマニウム、リン、ホウ素、フッ素等のドーパントが気体反応物に 含まれている場合、結果的に蒸着吻質の組成に不本意な転移が生じる。その他の 技法では、気体の流速を一定に保ち、その代りに管を横行するトーチの速度を変 えている。トーチ速度が低下すると、トーチ付近に蒸着する物質が相対的に多く なる。管の入口でトーチの速度を落とす、種々の“斜面”形状が提案されている 。

直線８つな傾斜をつけると、テーパをある程度低歎できるが、入口テーパは依然 として所望履より太きいままである。多くのステップ関数及び指数関数も提案て れている。

光フアイバプリフォームの入口テーパを含むテーパを低減する改良法が望まれる 。

発明の畝要 本発明は、熱源の初速を、管の入口付近で第１対的に遅クシ、その後熱源が管に 沿って進行するに従って加速し、次に管のトラバースのある部分に灼して減速す ることにより、光フアイバプリフォームのテーパを低減する方法であり、その後 は熱源速度を一定保時するか、熱源が管端部に向って移動し続けるに従って加速 していく。適切な速度プロフィソシは、′ｆ９１Ｊ貰が、トーチその池の熱源位 置と相関して、その付近で管の長さに沿って蒸着される速度に関係する、熱ゾー ン蒸着関数；（よって決定される。

熱ゾーン蒸着関数の少くとも近似、直を決定したら、これを用いてテーパを低減 する熱源速度を針車する。次にこの熱源速度関数を用いて、蒸着・享を試躾的に 火足する。

テーパが依然として大きすぎる場合（′ｉ誤差関認を針車し、これを用いて熱源 速度関数を修正する。１夏以上繰返して近似値をめることにより、光フアイバプ リフォームの、人口テーパを含むテーパを最少限にする熱源速度プロフィルが得 られる。

図面の簡単な説明 第１図は、代表的ブリフτ−ムの蒸着去を示している。

第２図は、トーチに対する代表的熱ゾーン蒸着関数を示している。

第３図及び第４図は、トーチ速度、及び一定速度と本発明方法のプロフィルを用 いて得られた、蒸着深さを管に沿った位置の関数として示している。

第５図は、プラズマで補助した蒸着処理に対する代表的熱ソーン蒸着関数を示し ている。

評細な説明 １ノ、下の詳細な説明は、トーチ（又は予備成形管の全長を横行するその他の熱 源）速度を変えて、よシ一定した蒸着層厚を倚乙様にした、光フアイバプリフォ ームの形成方法に関するものである。第１図に示す様に、反応ガス流は、光フア イバ物質の基体の役目をする、通常ガラス製の管に進入する。この管は、当業者 間ではしばしば°゛支持庁”と呼ばれている。通常クラツシング層とコア層と１ は共に、管の内側に蒸着される。しがし、ある技法では管自体がクラツシングの 役目をし、蒸着物・βは、実質的に得られた光ファイバのコアだけになる。コア がクラツシングと異なる点（は、その形成）Ｃ使用される反応物気体中に、蒸着 カラスの屈折率を高めるドーパントを含んでいることである。この代り、又はこ れに加えて、純正シリカに比して蒸着ガラスの屈折率を低下させるドーパントを クララシンク部に含ませることができる。

第１図に示す憬に、前駆物質ガス１０を、回転している管１２に流入させる。ト ーチ１１を用いてガスを反応させ、管の内側に蒸着させる。トーチ炎の中心は、 管入口から距離２　位置にある。前駆物質の蒸着速度は管に沿ったトーチ下流の 距離Ｚ　で最高に達する。ここでは、トーチ誘導反応で得られる蒸着物質の分布 を“トーチ蒸着関数゛と呼び第２図に定直的１Ｃ示す。反応ガスが第１図に示す 方向に流れるため、物質分布は２　の右（下流）１則に向ってさらにゆっくり下 降する点に留意されたい。第２図ｉｄもっばらＺ　の下流（即ち２−２ｔ＞０を 地点）の蒸着を示しているが、蒸着は上流でも回置に発生し得る。これ（Ｌ′ｉ 、ｚ　が熱ゾーンの固定点までの距離として定義されているが、広範の熱ゾーン （例えば）は定義点の上流で、ある程度の物・宵を蒸着できるからである。

本発明では、先ず次式の真数として表わされるトーチ蒸着関数を決定する： ｄ（ｚ−Ｚ　）　（１） を 式中ｄはトーチが２　にある場合、位置Ｚにおニアる機部を 蒸着速度である。（全ての位置は反応カスが管（て導入される、管入口端から測 定される。）蒸着ａ夏は管の単位長さ当りのダラム／分単位で簡１更に頁わすこ とができる。

トーチ蒸着関数を決定したら、これを等式（２）に挿入する。

Ｄ（Ｚ）は全蒸着関数であり、軸方向位置Ｚにおける全蒸着′物量をめるもので あるが、式中Ｖは、トーチ位置関数としてのトーチ速度でるる。

トーチ蒸着関数；は、種々の方、去で決定できる。ある方法て（−ｉ単に前１＠ 物質ガスを管に流し、トーチをある期間所定立置に保持（７てから、トーチ付近 の蒸着Ｆｌ質の量を測定して蒸着開成を直接決定している。この方法は、トーチ が静止保持されているため、静止トーチによってだけしか管の懸明プロフィルを 決定できないという欠点かちる。果際、Ｍ　ＣＶ　Ｄプリフォームを形成する場 合、トーチ（は、管の全長に亘って往復することによって管のある部分を他の部 分より常に新しく加熱する様に、管の全長て亘ってイ多動しているため、実際の 庁壁温度プロフィル（ゴ静止トーチで示される程簡単ではない。

本発明の好適トーチ蒸着関数決定方法では、先ず通常一定速度で、トーチの全長 に亘って何回となくトーチを移動させることにより、管に多量の・物面を蒸着さ せる。

管に沿った蒸着物質の厚さを測定するには、プリフォームを屈折率和合流体に浸 し、背後からプリフォームを照らし、顕微鏡でプリフォームの直径に亘って走査 すると良い。顕微鏡は、プリフォームの円′則の蒸着物質と流体との間の正確な 界面点、従って蒸着物の厚さを示す。プリフォームの全長の大口領載で少くとも ２盈おきに、また残りの頭載では約５ｃｍおきに走査すると適切な精度が得られ ることが判っている。屈折率相合流体としては、グリセリン−水混合勉か良い。

この測定から使用される速、ザプロフィールに対する全蒸着関数Ｄ（Ｚ）が得ら れるため、入口テーパを含むＤ（Ｚ）の１ｌｌｌｌ定直を等式（２）に代入する ととがてきる。次に、ｖ（ｚｔ）ｉｄ判っているため等式（２）でａ（Ｚ−Ｚ、 ）　を解き、これを用いて低減テーパの速度プロフィールの最適値をめる。これ （は全蒸着関数りを、Ｄ＊で表わされる定数と１同等ｆヒし、上記の様に決定さ れた関数ｄ（Ｚ−Ｚ）を用のることによって達成さす れる２等式（３）を参照。

その波速２ｖを等式（３）で解き、得られた速、＃をＶ′とする。次の段階で、 速度Ｖ′を用・ハてプリフオームを形成してから、蒸着辺質の得られた厚さを測 定（上記と同様に）してＤＥとする。Ｄ＊＊で表わされる誤差関数を定義する： 等式（４）参照。

管の長さの大半に亘って、Ｄ＊′娑〈Ｄ　であることに留意されたい。等式（４ ）から、新だな速度修正因数を計算してＶ″とする。次に１等式（５）で得られ る母な新だに修正された速、髪を用いてプリフオームを形成する。

所望深づまで均一に蒸着させる速度関数を達成するに必要な回数たけこのプロセ スを繰返す。通常誤差関数は、＠。

速Ｈｔｔ（減少するため、■乃至３回燥返すだけで良い。

以下に示す実験例でσらに詳ポ田に説明する様：Ｌ？ｃ上記技法を用いて、光フ ァイバブリフτ−ムのテーパを低減した。

実験例 内径１９ミリ、外径２５ミリ、及び長さ約９０センチの支持管を用いて、光フア イバプリフォームを形成した。

この管に、１２グラム／分でＳｉα４を、２リットル／分で０２を、及び６リツ トル／分でＨｅを流し込むと共に、少量のＳｉＦ４及びｐｏα３を添加して、所 望の屈折率にした。

全部で１５回トーチを自て、２．３グラム／分の蒸着連層で、管の内側に物質を 蒸着させて、プリフォームを形成した。先ず、第４図の符号４１で示す様（Ｃ、 トーチ速度を一定にしたところ、蒸着物の半径は第３図つ符号３１で示す傍に、 テーパ状になった。次に、上記の繰返し手順を用いて、トーチ速度を最適にした 。上記の等式（２）乃至（５）で示す様に２回准返し次の速度修正因数を構成す るため、各繰返し工程で相当する蒸着厚測定を行った。得られたトーチ速度を第 ４図の線４２に示すが、この速度で第３図の線３２で示す様なプロフィールが・ 得られた。

デーパつ実質的低減、特に管入口付近の部分の低減が達成されたことが判る。入 口テーパ長さは約１０センチたらずでちった。上記技法をさらに繰返すことによ り、テーパをさらに低減できる。

第４０に示す速度プロフィール４２にはいくつかの重要な特徴がある。管入口付 近の部分４３では、トーチ１はかなり低速で始動する。場合によっては、この初 速をほぼゼロｊＣシても良い。曲線の第２区域４４では速度は最初区域４３よシ 増加し、その後低下する。これは、通常距離関数としてトーチ速度増加を要する 従来の速、髪プロフィールからかなりそれている。次にトーチは再度加速する区 域４５に入るが、場合によっては区域４５における加速は小さく、はぼセロにす ることができる。最適化された直線的に増加するトーチ速度だけを１吏用したと すると、上記実験例の入口テーパ（ｒｉ約３０センチになるものと思われる。

主に、単一の熱ゾーンを形成する単一トーチに関して上記方法を説明したが、そ の他のプリフォームの製造方法も可能である。例えば、縦列熱ゾーンを用いるプ ラズマ製、去ｉｔ、１９８０年４月２５日に出願され、本発明と同一の譲受人に 譲渡された、米国特許第１４３，８３４号に記載されている。この技丁では、そ の種概念がｉＶｉ　ＣＶ　Ｄ法であるか否かは別として、縦列熱ゾーンはプラズ マで形成されるゾーンＩ、及び必然的でＶ′ｉないが、通常トーチで形成される ゾーン■で構成されており、生成される粒子を凝固させる。縦列熱ゾーンの場合 は、第５図に示す様な蒸着関数が潜られるが、その他の形状のものも可能である 。本図において２１は、トーチによる最高蒸着ａｘ 位置であり、ｚ２は、プラズマ火玉ＩＣよる最高蒸着位置である。さらに、米国 特許第４，３０２，２３０号に記載きれている碌に、熱ゾーンを水冷することが できる。水冷するとトーチ蒸着関数に影響するが、適用される熱源の性質の・ハ かんに係わらず、トーチ蒸着関数を決定できる。“トーチ″なる用語はこれに関 連して例証的に使用されているものであり、熱源はその他の手段で構成すること ができる。従って、′熱ゾーン分布関数”は、一般にトーチによって形成されて いるか否かに係わらず、熱ゾーン中の前駆物質の反応による粒状物質の分布状態 を指す。試用プリフォームの蒸着深さに基づく繰返し技法を用いることによシ、 熱ゾーン分布関数を決定すると共に、静止トーチを用いることにより、直かに蒸 着関数を決定できるが、さらに、管壁温度及び反応発生温度に基づりて、蒸着速 度を決定できる。そのため、サーモフォールモデルを用いて、管に沿った粒子の 蒸着を定量することができる；例えばジャーナルオブザアメリカンセラミックソ サイテイ（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ）、Ｖｏｌ、６３．５５２−５５８ページ（１９８０年）に記載 されている、ケー・エル・ウォーカー（Ｋ、　Ｌ、Ｗａ　ｌ’ｋｅ　ｒ　ｌ、他 による“Ｔｈｅｒｍｏｐｈｏｒｅｔｉｃ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｍａ ｌｌ　Ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎ　ｔｈｅ　Ｍｏｄｉｆｉｅｄ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ 　Ｖａｐｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ　（ＭＣＶＤ）Ｐｒｏｃｅｓｓ”、及びジ ャーナルオブコロイドインターフェースサイエンス（Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃ ｏ１１ｏｉｄ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　５ｃｉｅｎｃｅ　）、Ｖｏｗ、　６９−１ ３８−１４７ペーシ（１９７９年）に記載されているケー・エル・ウォーカー（ Ｋ、　Ｌ、Ｗａｌｋｅｒ　）他による“Ｔｈｅｒｍｏｐｈｏｒｅｔｉｃ　Ｄｅｐ ｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｍａｌｌ　Ｐａｒｔｉｅｌｅｓｉｎ　Ｌａｍ１ｎａｒ 　Ｔｕｂｅ　Ｆ］ｏｗ”を参照されたい。まだ当業者の所望に応じて、蒸着処理 を模すことにより、熱ゾーン蒸着関数を計算するその他の方法を用いることがで きる。

さらに、上記観察に基づき、テーパを低減するにｉｒｉ通常熱ゾーン速度を急激 に増加した後で、低下させる必要があること、及び実験・現察に基づく技術を用 いることにより、熱ゾーン蒸着関数を使用せずに、直接適宜トーチ速度を決定で きることは明らかである。しかし、熱ゾーン蒸着関数を用いることは上記の豫返 しプロマスに従って適宜熱ゾーン速度を決定する上で、非常に助けとなることが 判った。

ＦＩＧ、／ ｒｔｃ、３ＩＮ表昭５９−５００５１２　（５）＜ｔＪ（叩）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　管に前駆物質を導入する工程、熱源を前記管の全長に亘って、管に沿った 前記熱源の関数である速度で走行させながら、熱ゾーンで前記前駆物質を反応さ せると共に１反応物質を管の内側に蒸着させる工程、その後前記管を圧壊して無 孔棒を形成する工程、及び前記棒から光ファイバを線引する工程から成る、光フ ァイバの製造方法において、 前記熱源の速度を前記反応物を導入する前記管の入口付近の第１速度領域、前記 第１速度領域の下流にあって、最初は、前記第１速度領域で達成される速度よシ 高速であり、その後は減速する第２速度領域、及び前記第２速度領域の下流にあ って、速度が低下しない第３速度領域で構成することにより、管入口付近の蒸着 物質の厚さが管下流の物質の厚さより実質的に小さくなる領域として画成された 、前記管の人口テーパの長きを一定のトーチ速度で形成された管の人口テーパよ シ実質的に短かくするようにしたことをｔＰ１徴とする光ファイバの製造方法。 ２、反応物質を管入口に導入する工程、前記管の長さに亘って実質ヨ勺に走行す る、移動熱源によって前記物質を反応させると共に、反応物質を管の内側に蒸着 させる工程、前記管を圧壊して無孔棒を形成する工程、及び前記管から光ファイ バを線引する工程から成る光フアイバ製造方法（（おいて、 前記管に沿って軸方向に移動する前記熱源の速度が、前記管に沿った距離２にお ける前記反応物質の全蒸着厚をＤ（Ｚ）とし、熱ゾーン蒸着関数をｄ（Ｚ−Ｚ） とし、及び前記管に沿った前記熱源の速度をＶ（Ｚ）とする等式を、前記管の最 大長さに亘って実質的に一定にする様な前記管へ沿った前記熱源の位置の関、改 であることを特徴とする光ファイバの製造方法。 ３　請求の範囲第２項に記載の方法であって、一定速度で多量の物質を管内側に 蒸着させる工程、及びその後で、蒸着した前記多量物質を前記管に沿った位置の 関数として定量する工程によって、熱ゾーン蒸着関数ｄ（Ｚ−２、）を決定する ことを特徴とする光ファイバの製造方法。 ４、請求の範囲第３項に記載の方法であって、誤差関畝を、Ｄ（ｚ）の計算直と 、管に沿った軸方向の地点における蒸着厚を測定してから、菅に沿った軸方向の 蒸着厚の差を軽減する新たな速度関数Ｖ（Ｚ）　を計算することにより決定され た値との差として定義することを特徴とする光ファイバの製造方法。 ５　請求の範囲第２項に記載の゛方法でろって、一定速度で移動する熱源で、前 記物質を蒸着させることにより、熱ゾーン蒸着関数ｄ（Ｚ−Ｚ、）を決定するこ とを特徴とすで前記物質を蒸着させることにより、熱ゾーン蒸着、関数ａ（Ｚ− Ｚ）を決定することを特徴とする光ファイバの製を 遣方法。 ７、　請求の範囲第１墳乃至第６項の何れかに記載の方法によって形成された光 ファイバ。