JPS604139B2 - 光フアイバプレフオ−ムの製作のための方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、遠隔通信に用いられるタイプの光フアィバに
線引きこれ得るガラス費材料のプレフオームを製作する
ための方法及び装置に関する。

発明の背景当該技術分野で周知のように、かかるプレフ
オームはガラス質支持管（一般に、石英管）を用いてつ
くられ得、しかして該管は〜化学蒸着（ＣＶＤ）として
知られた技法によって形成されるガラス化可能な反応体
で内部被覆される。

反応体は通常、ハロゲン化ケイ素、ハロゲン化ゲルマニ
ウム、酸化剤及び１種又はそれ以上のドープ剤を含み、
しかしてこれらの相対的割合は、所望の屈折率分布を達
成させるために沈着中変えられ得る。これらの構成成分
は高温にて相互作用し、生じた構造物は熱的にコラプス
されて中実ロッドを形成する。該中実ロッドは、ガラス
化が初期段階で既に起こっていなければ、引き続いてガ
ラス化される。かくして得られたプレフオームが線引き
されてフアィバにされる場合、管材料はクラッドをなし
、一方沈着物質はコアになる。

内部沈着は５０〜１００層からなり得、しかしてその形
成には約４〜８時間かかり得る。各層の沈着には外部加
熱器の相対的な鞠方向変位が伴ない「 しかして該加熱
器は管の温度を局部的に増大して、コアの材料の溶融を
その全体の長さにわたって保証する。かくして、管は多
数の熱サイクルを受け、管はかなりの応力がかかる。そ
のように管に作用する熱衝撃は管の粘度を局部的に減少
させ、そして存在する表面張力のため、強烈な加熱帯城
においてその部分的なコラフ。スが起こる傾向になる。
管の内径の生じた減少により、管を通るガス流の制御不
能な絞り現象及びそれ故ドーパントの濃度変化が伴ない
、フアィバの屈折率の予定値か．らのズレが生じ得る。
いったんこの絞りが或る限度を越えると、そのプロセス
は変性し、光学的に不満足なプレフＺオームをもたらす
。かかる問題は、反応混合物の成分が高い操作温度例え
ば１６００ｑｏを越える温度を必要とするようなもので
ある場合、特に重要である。

かかる高温は、０．７〜１．６山の範囲にある最小減衰
窓の上限近Ｚ〈の波長例えば１．３仏を越える波長で信
号伝送するために用いられるフアィバの製造の際に特に
必要とされよう。かかるフアイバ用の典型的なプレフオ
ームには、非ドープシリカのクラツドとＳｉ０２／Ｇｅ
０２の二元マトリックスを持つコアとを２有するグレー
デッド屈折率分布のプレフオーム（１５９仇肌の波長に
対して０．１７ｄＢ／物の最低可能な減衰値を有する。
）、並びにクラッドとコアが同様な組成を持つかあるい
はクラツドがＳｉ０２一Ｆ結合を持ちかつコアが純粋な
シリカである単モード２型のプレフオームがある。発明
の目的 かくして「本発明の目的は、支持管の外面形状のあり得
る変形を最小にし、屈折率分布の不詳客なズレを避ける
、光ファイバプレフオームの製作３方法を提供すること
である。

本発明の目的はまた、この方法を実施するための装置を
提供することである。

発明の要約 本発明によれば、支持管を通る上述の性質を持つ処理ガ
スの流れを、そのガラス化可能な材料が該管の内表面上
に沈着する間達競的に制御することにより、該管の外径
が実質的に一定に維持される。

これは、使用済処理ガスを該管の出口端から可変速度で
排出しかつ該管の外径の初期変化を検出した際にその排
出速度を修正して該初期変化を中和する程度に該管内の
ガス圧を変えることにより、達成される。原則的に、該
排出速度の修正は、該管の出口に結合されたアスピレー
タの作動を制御することにより達成され得る。

しかしながら、かかるアスピレータは或る慣性を有し、
修正命令の発出と実行との間に不満足な遅れをもたらし
得る。本発明の一層特別な特徴によれば、それ故、該管
の出口から流出する使用済処理ガスを、絞り出口閉口を
有する通路中に導き、そして該使用済処理ガスを付加的
なガス流と混合し、しかして該付加的なガス流の供Ｖ給
速度を修正して該排出速度を変えることにより、該管の
内部ガス圧は制御される。

調整可能な絞りでもつて行なわれるかかる修正は効果的
であり、最小の時間遅れしかもたらさず、それ故、特に
外部加熱器の作用に時々刻々付される帯城における、温
度変化に困る管径の変化を実質的に直ちに中和する目的
に充分適する。該管から流出して該通路を経る使用済ガ
スは一般に微砕固体粒子の形態の残存反応体を同伴する
キャリャガスから本質的になろう。有利的に、絞り出口
閉口を備えた排出制御通路はまた、これらの粒子をキャ
リャガスから分離する役目もする。該通路に可変供給速
度で導入される付加的なガスは、好ましくは、キャリャ
ガスと同じ組成のものであり、たいていの場合酸素又は
不活性物質例えばアルゴンであろう。支持管に入る新鮮
なガス中のドーパント及び他の反応体の割合は所望の屈
折率分布に従い予定の具合に変えられ得る故、このガス
組成変化に困る圧力変化はできる限り避けられるべきで
ある。

かくして、反応体を伴なわない補充的なガス流を与えて
、該管に流入するガスの全体の流量を実質的に一定に保
つ割合で、反応体担持キャリャガ．スと該管の上流にて
連続的に混合することが好ましい。該補充的なガスもま
たキヤリャガスと同じ組成のものであり得、該キャリャ
ガスの源例えば酸素タンクからバイパスを通じて得られ
得る。しかしながら、該全体の流量の変化も、周囲の管
壁内外間の必要な差圧を維持するために該排出速度を修
正する際に考慮されねばならないであろう。本発明の方
法を実施するための装置の慣用的部品には、コラプス可
能なガラス質支持管を保持するための取付け装置、蒸気
形態のガラス化可能な反応体を担持したキャリャガスの
流れを該管に通して該管の内壁表面上に該反応体を次々
と層状に沈着させるための第１の導管装置、該管中の反
応体を高温の相互作用温度にもたらすための加熱装橿、
該管の出口端に連結された第２の導管装置、及び該第２
の導管装置と結合しかつ該管から使用済処理ガスを抜き
出すための排出装置が含まれる。本発明による装置はさ
らに、該第２の導管装置と該排出装置との間に設けられ
た室、付加的なガス流の源を該室に連結する第３の導管
装置、該取付け装置に対して並置された、該管の外径の
初期変化を検出するための監視装置、及び該監視装置か
らの信号に応答して、該管からの使用済処理ガスと一緒
に該排出装置に通じる絞り出口関口を経て該室を去る該
付加的なガスの流量を変えるための、第３の導管装置に
設けられた流量制御装置を備える。かくして、該付加的
なガスの流量を変えることは、該管からの使用済ガスの
抜き出し速度を修正して、検出された直径変化を中和す
るよう該管の内部ガス圧を変えかつ／又は流入ガス流の
主流量の変化の結果として直径変化が起こるのを防ぐ、
という上述の効果をもたらす。本発明の一層特別な特徴
によれば「抜き出しを制御する該室は、該第２の導管装
置に連結された総体的に水平な入口、及び絞り出口開〇
で終端する上方に収束する通路を有し〜 しかしてこの
通路は、該管を去るキャリャガスから、同伴された団体
形態の残存反応体を分離する。該管の外径の初期変化を
検出するよう意図された監視装置は、最大温度の帯城に
向けられたままにするために、該管に対してその軸万向
で該加熱装置とともに変位できる光電式変換器からなり
得る。具体的な記述 第１図に示されるように、キャリジＣＡは石英管ＴＱの
軸に沿って往復可能であり、該管は回転可能な取付け装
置（図示せず）によって保持される。

キャリジＣＡは、管ＴＱの環状帯域を強烈に加熱する環
状炉ＢＲを支え、該管の一端から池端へ徐々に移動する
。管ＴＱには多数の分岐管１８〜２２を備えた導管２３
を通じて流入するガス混合物が流れ、分岐管１８〜２２
には該混合物の種種の構成成分がマイクロプロセサ一Ｍ
Ｉの制御下で連続的に供給される。別の導管２４が管Ｔ
Ｑの出口端から容器ＧＰに延びており、しかして容器Ｇ
Ｐは、以下に一層充分に記述するように固体分離器かつ
排出制御器として機能する。容器ＧＰはさらに、第３の
導管２９を経て付加的なガス流を受け取る。数個の供給
ライン１〜６はそれぞれ、流量制御器ａ〜ｆを介して導
管２９及び分岐管１８〜２２に結合され、流量制御器ａ
〜ｆはそれぞれの信号ライン７〜１２を通じて達する命
令に応答する。

流量制御器ｂ〜ｆはまた計量機能を有し、それぞれのラ
イン１３〜１７を経て流量に比例する信号を手動設定可
能な限界値比較測定器ＳＣに供給し、比較測定器ＳＣは
「流量制御器ｂの制御入力で終端するライン８に連結さ
れた１個の出力部を有する。比較測定器ＳＣの別の出力
部がリード線２６を通じて加算器ＳＤに連結され、加算
器ＳＤはリード線２７を介してビデオカメラＴＣの出力
部に結合された第２の入力部を有し、カメラＴＣはキャ
リジＣＡ上に設置されて環状炉ＢＲの直ぐ近くで管ＴＱ
の外径を監視する。加算器ＳＤは、流量制御器ａで終端
するりード線（ライン７）に連結された出力部を有する
。ライン９〜１２は、マイクロプロセサ一ＭＩからの速
度変化命令を流量制御器ｃ〜ｆの制御入力部に供給する
。容器ＧＰから延びる排出導管３０は、管ＴＱから導管
２４を経て使用済ガスを排出するために、導管３０‘こ
連結されたアスピレータ（図示せず）により、一定の低
圧に維持される。第１図に示された特定例では、導管２
３中に供給される反応体は、キャリャガス（０２、〜）
と一緒にそれぞれの蒸発器（図示せず）からライン３，
４及び５にガス状形態で供給されるところの、塩化ケイ
素ＳＩＣ１４、塩化ゲルマニウム快ＣＩ４及びオキシ塩
化リンＰＯＣ１３を含む。

ライン６に供給される１種又はそれ以上のガス状のハロ
ゲン化物例えばＢＣ１３、ＳｉＦ４、ＳＩＰＣＩ３、Ｃ
ＦＣ１３も加えられ得る。キヤリャガス例えば酸素又は
アルゴンが、ライン１を経て導管２９に及びバイパスラ
イン２を経て分岐管１８に、純粋形態でさらに供給され
る。環状炉ＢＲによって加熱される環状帯城の温度は、
１６００『０を越え得る。上流の導管２３中における支
配的なガス圧は普通、周囲圧よりも約２．８ミリバール
高い圧力であり得、下流の導管２４及び付加的な導管２
９の対応する値は約２．５ミリバールであり得る。マイ
ク。

プロセサ−ＭＩがその制御下で構成成分のガス流のいず
れかの割合的寄与率を変える時、比較測定器ＳＣは全体
の流量の生じた変化に応答し、流量制御器ｂがバイパス
ライン２中の補充的なキャリャガスの供給を修正するよ
うにして、全体の流量を実質的に一定に保つようにする
。加算器ＳＤは、リード線２６及び２７の信号電圧の和
を別の手動設定可能な限界値と連続的に比較する。管Ｔ
Ｑに入るガスの全体の流量の変化あるいはカメラＴＣに
よって観測される管の外蓬の変化をそれぞれ信号で知ら
せるところのりード線２６及び／又はリード線２７の電
圧変化を検出した際には、加算器ＳＤは誤差信号を発し
て、流量制御器ａが導管２９を経て容器ＧＰに入る付加
的なガスの流量を変えるようにする。負圧フィ−ドバッ
クに等しいこの作用は、熱的応力に困るあるいは管壁の
内外の差圧の変化に困る管の外径及びそれ故内径の変化
を防ぐかあるいは少なくとも最小にしよう。第２図に一
層詳しく示されているように、容器ＧＰは、垂直軸を中
心とした筒状室を形成しかつ、導管２４の端部にて円錐
台の形状で分岐する水平の入口を備えている。

この形状は、該入口よりも下に位置する該室の床上に同
伴固体粒子を沈着させるのに好都合である。導管２４を
通じて容器ＧＰに入る使用済処理ガスは上方にそれてノ
ズルＳＰ中に入る。ノズルＳＰは垂直軸を中心とした円
錐台の形状で収束する通路を有し、この通路は絞り出口
ゲートＵＧで終端し、ゲートＵＧの内壁面はノズルＳＰ
の内壁面と同一平面にある。該収束する通路は、周囲圧
に対して一定の差圧にて該室からゲートＵＧ及び隣接す
る導管３０を経てアスピレータ（図示せず）によって吸
引されるガス流を、漸進的に加速させる。この加速によ
り、同伴粒子のガスからの分離はさらに促進され、何故
なら、同伴粒子は漸進的に一層激しく周囲壁面と衝突す
るからである。かくして、それらの固体は該室の底部に
重力により落下し、該底部から連続的に又は継続的に図
示されていない装置により除去され得る。かかる分離は
また、当該技術分野でよく知られている如き遠心装置又
は静電装置によっても達成され得る。導管２９と蓮適す
る補助入口を通じて容器ＧＰ中に入るところの酸素又は
他の不活性キャリャガスの付加的な流れは、出口ゲート
ＵＧにて絞り作用をもたらし、管ＴＱからの使用済ガス
の抜き出し速度が、既に述べた如き加算器ＳＤ（第１図
）の制御下で実質的に直ちに修正されることが可能にな
る。

加算器ＳＤに作用するビデオカメラＴＣは、他の光電式
監視装置により置き換えられ得、例えば、フオトダイオ
ードの配列体上に管ＴＱの輪郭の拡大像を投影して管の
外径の変化を示す光源である。光スポットの位薄をリー
ド線２７において数値に変換するのに、読取り専用記億
装置が用いられ得る。管ＴＱの外径○と内部ガス圧Ｐｉ
との間の関係は、次式により表わされる：Ｐｉ：２↑（
毒＋南…蚕壱三声）ｍ ここで、７は石英の表面張力であり、ａはコラプスされ
た状態の管の直径である。

この関係は線状でないので、直径Ｄの初期変化の補償は
、圧力Ｐｉを制御する回路においてやや複雑な計算器の
介在を必要としよう。しかしながら、ａよりもはるかに
大きいＤ（Ｄ》ａ）及び極くわずかの直径変化（△Ｄ／
Ｄ《１）の場合、その系は線状であるとみなされ得る。
かくして、式ｍを微分すると、次式が得られる：Ｄ３十
（Ｄ２−ａ２）３ 問＝（Ｄ２−ａ２蕪窯２割■ ここで、上記の条件下では ｉ豊科等側 それ故、補償的圧力変化△Ｐｉは、流量制御器ａの絞り
作用の単純な増分又滅分調整によりもたらされ得る。

例１ 本発明の方法に従い、単モードフアィバ用プレフオーム
を製造した。

沈着−コラプス段階の条件は表１に要約されている。各
沈着層の厚さは約２０山肌であった。表 １ これらのプレフオームからつくられたフアイバの外面形
状の不規則性は次の通りであった：クラッドの楕円度１
％未満、コアの楕円度３％禾満、コアークラッドの非同
心性０．１ｒの未満。

デプレストィンデックスクラツド型（即ちＷ型）フアイ
バは、１５７肌肌の波長において０．２服／物の最小減
衰値を有していた。例２ 本発明の方法に従い、グレーデッドインデックス型光フ
ァィバ用プレフオームを製造した。

これらのプレフオームからつくられたフアイバの主特性
は次の通りであった：コアの組成ゲルマニア（即ち二酸
化ゲルマニウム）−シリカ、クラツドの組成純粋なシリ
カ、高い閉口数（ＮＡ＞０．２）、平均長さ１２００の
、コア／クラッドの比率５０／１２ふ外軽１２５仏肌。
これらのフアィバの光学的及び外面形状の特性は次の通
りであった：１．５〜１．６山肌の波長における最小減
衰値０．３５〜ｏ．５５船′粉、円形性及びコア／クラ
ッドの同′じ性のズレ１％未満。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置を概略的に示す構造図であり
、第２図は第１図の装置の一部を形成する制御室の横断
面図である。 ＣＡ・・・・・・キャリジ、ＴＱ・・・・・・管、ＢＲ
・・・・・・炉、Ｍ１・・・・・・マイクロフ。 ロセサー、ＴＣ・・・…カメラ、ＳＤ・・・・・・加算
器、ＳＣ・・…・比較測定器、ＧＰ・…・・容器、ＳＰ
…・・・ノズル、ＵＧ……絞り出口ゲート、ａ，ｂ，ｃ
，ｄ，ｅ，ｆ・・…・流量制御器、１８，１９，２０，
２１，２２・・・…分岐管、２３，２４，２９，３０・
・・・・・導管。ＦＩＧ．Ｉ ＦＩＧ．２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ （ａ）蒸気形態のガラス化可能な反応体を担持した
   キヤリヤガスを含んだ処理ガスの流れをガラス質支持管
   に通して、該管の内壁表面上に高温にて該反応体を次々
   と層状に沈着させ、（ｂ）生じた構造物を熱的にコラプ
   スして中実ロツドにする、上記（ａ）及び（ｂ）の工程
   を有するところの、光フアイバに線引きすることのでき
   るプレフオームの製作方法において、 使用済処理ガス
   を該管の出口端から可変速度で排出しかつ該管の外径の
   初期変化を検出した際にその排出速度を修正して該初期
   変化を中和する程度に該管内のガス圧を変えることによ
   り、工程（ａ）にて該管を通るガスの流量を連続的に制
   御して該管の外径を実質的に一定に維持すること、 該
   管の出口から流出する使用済処理ガスを、絞り出口開口
   を有する通路中に導くこと、 該通路中で該使用済処理
   ガスと混合される付加的なガス流の供給速度を変えるこ
   とにより、該排出速度を修正すること、 該管に流入す
   るガスの全体の流量を実質的に一定に保つ割合で、反応
   体を伴なわない補充的なガス流を反応体担持キヤリヤガ
   スと該管の上流にて連続的に混合すること、を特徴とす
   る上記方法。 ２ 流出するキヤリヤガスによって同伴された微砕固体
   粒子の形態の残存反応体を該通路においてキヤリヤガス
   から分離する、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３ 該付加的なガスが該キヤリヤガスの組成と実質的に
   同じ組成である、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ４ 該通路中に存在するガスを、周囲圧に対して一定の
   差圧にて、該絞り出口開口を通じて抜き取る、特許請求
   の範囲第１項に記載の方法。５ 該排出速度を、該全体
   の流量の変化に応答してさらに修正する、特許請求の範
   囲第１項に記載の方法。 ６ 該管の高温帯域の外径を光学的に監視して、工程（
   ａ）の該排出速度の補償的修正を起こす制御信号を発生
   させる、特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ７ 熱的にコラプスして中実ロツドになり得るガラス質
   支持管を保持するための取付け装置と、蒸気形態のガラ
   ス化可能な反応体を担持したキヤリヤガスを含んだ処理
   ガスの流れを該管に通して該管の内壁表面上に該反応体
   を次々と層状に沈着させるための第１の導管装置と、該
   管中の反応体を高温の相互作用温度にもたらすための加
   熱装置と、該管の出口端に連結された第２の導管装置と
   、該第２の導管装置と結合しかつ該管から使用済処理ガ
   スを抜き出すための排出装置とを有する、光フアイバに
   線引きすることのできるプレフオームの製作装置におい
   て、 該第２の導管装置と該排出装置との間に室を設け
   たこと、 付加的なガス流の源を第３の導管装置を経て
   該室に連結したこと、 該管の外径の初期変化を検出す
   るための監視装置を該取付け装置に対して並置したこと
   、 該監視装置からの信号に応答して該付加的なガスの
   流量を変えるための流量制御装置を該第３の導管装置に
   設けたこと、 該流量の変化が該管からの該使用済処理
   ガスの抜き出し速度を修正して該初期変化を中和する程
   度に該管内のガス圧を変えるための、該排出装置に通じ
   る絞り出口開口を該室が備えていること、 反応体を伴
   なわない補充的なガスを該管に運ぶバイパスラインを含
   む数個の組合わせ供給ラインを、該第１の導管装置が有
   すること、 該供給ラインが各々、その供給ラインを通
   る流量を測定する計量装置を備えていること、 該第１
   の導管装置中の合計流量の予定参照値からのズレに応答
   する誤差信号を発生するための比較装置が、該計量装置
   のすべてに連結されていること、 該誤差信号に応答し
   て該補充的なガスの流量を変え該合計流量を実質的に一
   定に保つための、該比較装置に連結された制御入力部を
   、該バイパスラインの計量装置が有すること、を特徴と
   するプレフオームの製作装置。 ８ 該室が、該第２の導管装置に連結された総体的に水
   平な入口と、該室中の該使用済処理ガスと該付加的なガ
   スとの混合物から流出キヤリヤガスによって同伴された
   微砕粒子形態の残存反応体を分離するための、該出口開
   口で終端する上方に収束する通路とを有する、特許請求
   の範囲第７項に記載の製作装置。 ９ 該総体的に水平な入口が実質的に円錐台の形状にあ
   り、その広がった端部が該室の底部よりも上で該室に通
   じている、特許請求の範囲第８項に記載の製作装置。 １０ 該監視装置と該流量制御装置との間に加算装置が
   設置されており、しかも該加算装置が、該付加的なガス
   の流量をまた該誤差信号に応答して変えるための、該比
   較装置に連結された入力部を有する、特許請求の範囲第
   ７項に記載の製作装置。 １１ 該監視装置が光電式変換器からなる、特許請求の
   範囲第７項に記載の製作装置。 １２ 該変換器が、最大温度の帯域における初期直径変
   化を検出するために、該管に対してその軸方向で該加熱
   装置とともに変位できる、特許請求の範囲第１１項に記
   載の製作装置。