JPS60161347A - 光フアイバ用ガラス母材の製造方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、光フアイバ用ガラス母材の製造方法に関する
ものであり、更に詳細に述べるならば、光フアイバ用の
ガラス微粒子堆積体即ちスート母材を高温炉で焼結し透
明ガラス化する際にクラ・ノド相当部のみにフッ素を容
易に添加できる光フアイバ用ガラス母材の製造方法に関
するものｅある。

従米技亜 光フプイバは、通席、第１図に示すように、コア部と呼
ばれる光の通る中心部１とクラ・ノド部と呼ばれる周辺
部２から成っている。コア部１の屈折率ｎ、は、光を伝
送する都合上、第１図の屈折率分布に示すように、クラ
ッド部２の屈折率ｎ２より高くしである。

そして、コアとクラッドの比屈折率差Δｎ、Δｎ−（ｎ
ｚ　ｎｊ　）／ｒｚ　′ を高くすることにより、クラッド面で全反射する受光角
を大きくすることができ、光ガラスファイバを曲けた場
合のパワーロスが小さくなる等の利点がある。Δｎを高
くする方法としては、火炎加水分解に於い゛（、スー１
−母材のコア相当部にＧｅ０３Ａ６２０３　、Ｔｉ０ｚ
等の金属酸化物ドーパントを添加してコア部Ｉの屈折率
ｒ１を大きくする方法と、あるいは、スート母材のクラ
ッド相当部にフッ素系カスを添加しクラット部の屈折率
ｎ２を下げる方法が考えられる。

とごろが、前者のトーパンＩ−添加によるコア部Ｉの屈
折率ｎ、を大きくする方法の場合、上記ドーパントの増
加に伴い、次の問題点が住しる。

（ｔｌ　Ｆ’　−ハント量を増やずと、ドーパント添加
に伴う光散乱（レイリー散乱）が生し、かつ、この散乱
の大きさは、ドーパント量に比例する。この散乱は伝送
損失を増加せしめ、光伝送上好ましくない。

＋２１　１’−パントを多量に添加すると、カラス母ヰ
わ４】に、気泡や単結晶を生しさせ易い。例えは、Ｇｅ
Ｏ２を用いた場合、ＧｅＯ２ガスに由来する気泡を生じ
させることがある。八７！２０３では＾７！ｚＯａ結晶
のクラスターを生しさせ易い。かかる気泡や結晶相の存
在は光伝送上の損失原因（すなわち散乱損失）となり、
好ましくない。加えこ、光ファイバの断線の原因となる
。

これに対して後者のクラット相当部にフッ素系ガスを添
加して屈折率ｎ２を下げる方法は、上記の不都合を解消
する上で非密に有’Ａノである。この方法は、コア部に
ＧｅＯ２等のドーパントを添加して屈折率を高め、クラ
ッド部との間に所定の屈折率差を予め形成した後に、少
なくとも一時期、フッ素系ガスを含む雰囲気で高温加熱
することによってクラッド部にフッ素を添加し、クラッ
ト部の屈折率を下げ、最終的に　Δｎの高い透明ガラス
Ｊ、Ｕ材をイυる方法である。

しかしながら、この方法に於い°ζも、以下の様な問題
が生じ−ζいた。

ずなわち、フ・ノ素系ガス雰囲気内において単純に高温
加熱したのでは、スート母材のコア部にまで均一にフッ
素が添加され、その結果としてΔｎを１１１１りするこ
とがごきない。

元来フッ素は非富に反応性に冨んでいるためクラｙ　Ｉ
’部にのみフッ素を添加ずための＾温炉内の１Ｍ１度制
御、フッ素系ガス濃度及び処理時間の制御が非雷にむ゛
」゛かしい。

このため、従来のドーパント分布及びカサ密度分布をも
ったスート母材に対してクラット相当部にのみフッ素添
加を行うには±３０℃程度の厳密な温度制御が必要であ
り、この方法により所期のΔｎの値の光ガラスファイバ
をつくることが極めて困却であった。

介里■且迫 そこで、本発明は、高温加熱中に、スート母相のコア相
当部にフッ素が添加されない様に、スー１−母材のフラ
ノ１−相当部のみにフッ素を容易に添加できる光ファイ
バ用ガラス＋Ｕ祠のｊｌＪ造力法方法供せんとするもの
である。

介肌生楠戊 すなわち、本発明によるならば、コア相当部とそれを囲
んだクラッド相当部から成る光フアイバ用ガラス微粒子
堆積体を作製する際、コア相当部の最外周部の少なくと
もドーパント濃度またはカサ密度が内部に比べて高くな
る様にｌ！ｒｌ整し、次いで、この堆積体を加ｆ４５５
明化する際に、少なくとも一時期、フッ素系ガスを含む
雰囲気士で加熱処理を施すことを特徴とする光フアイバ
用ガラス母材の製造方法が１Ｍ供される。

スート母材の製造時にスート母材のコア相当部の最外周
部の添加物濃度あるいはカサ密度を局所的に高くすると
、かかるスート母材を高温加熱処理した場合、添加物濃
度あるいはカサ密度が高いスー１−　ＩＩ材のコア相当
部の最外周部は、その周辺クラット相当部よりも速い時
期に焼結が進行する。

従って、その後の高温加熱処理途中のある時期に、雰囲
気内へフッ素系ガスを投入しζも、スート母材の早く焼
結したコア相当部の最外周部がフッ素のコア内部浸透を
抑えるイ朝きをするため、フッ素はコア内部に添加され
ずにクラッド相当部にのみ添加されることになる。

また、スー１−世村内のコア相当部の最り（周部の１−
一パント量あるいはカサ密度を局所的に商くしてそのヨ
ー１相当部の最外周部が焼結時に最も甲く焼結するよう
にすることにより、フッ素系ガス投入時にクラット相当
部にのみにフッ素を添加することができる許容温度範囲
を±１５０℃と大きくでき、その結果、温度制御を容易
化し、反応ｌ晶度を壬げることができる。

史に本発明者らは、スー１−１：（Ｊ：材の相対密度（
スー］・母材のカサ密度と透明ガラスの密度との比）が
０．４５以」二になるとスート母材にフッ素は添加され
ないことを実験により確かめた。

すなわち、上記構成のスート母材では、コ゛１相当部の
最外周部の相対密度が０．４５になった時点では、クラ
ンＩ・相当部の相対密度は０．４５以下であるのでこの
時点からフッ素系ガスを投入すれば、コア相当部の内部
にはフッ素は添加されずにクラッド相当部にフッ素が添
加することができる。その結果、Δｎの商い屈折率分布
がｌ！ｉ４°られる。

プ」Ｕ対 以下添付図面を参照し′ζ本発明を実施例によりＢ′ｒ
＝細に説明する。

第２図は、火炎加水分解反応によって本発明におい゛（
使用するスート母材を生成する方法を示す概略図である
。

多心管バーナ３Ａ及び３Ｂを用いて、燃焼ガスとしζ、
酸素を（Ｊ（給［コ４から、水素を供給ｒ−１５から供
給して、多心管バーナの最も外側の環状ボートとその内
側ボートより噴出させる。同時に原料ガスとしての５ｉ
Ｃｊ！４及びドーパント原料としてのＧｅＣｌ１４等を
計ガス等の不活性ガスをキャリアガスに用いて、供給ロ
アから供給して多心管）＼−ナの中心ボートから送り込
み反応させる。また、原料ガスがバーナの先端より数ｍ
ｍＭれた空間で反応Ｊる様に遮蔽用とし”ζ＾ｒガスを
供給口６より供給して、中央ボートの次の環状ボートよ
り噴出させる。このような状態で、ガラス微粒子体のロ
ッド即ちスート母材を得るように、回転する出発母材８
の先端から軸方向にガラス微粒子を堆積させ次いで、本
発明の方法に従い、本発明においては、第３図及び第４
図に示すようなドーパント濃度あるいはカサ密度を局所
的に高くするために、上バーナ−３Ａの供給口４から８
ρ／分の割合で酸素を、供給口６から２β／分の割合で
計を夫々供給し、供給口５から水素を３ｐ〜８７！／分
、供給ロアから５ｉＣ７！４のほかにＧｅＣ１−４をＩ
ｆ）−５０ｃｃＺ分の範囲ご供給Ｊる。上バーナ３Ａは
、ドーパント濃度あるいはカサ密度を局所的に高くする
働きと共に、クラッド相当部を合成する働きも兼ね一ζ
いる。なお、ド−パント濃度を局所的に高くするには　
ＣＯＣｌ！４の流量を上け、また、カサ密度を局所的に
高くするには水素の流量を上げ、コア相当部の表面温度
を高くするとよい。

一方、下バーナ−３Ｂは、コア部を合成する働きを持ち
、イ１（給［二１７からＧｅＣ７！４を２（ｌｃｃ／分
ミ及び、ＳｉＣ＃４を２００　ｃｃ／分の割合で同時に
供給し、０２／８２火炎点中で燃焼さゼればよい。

なお、上記の条件は一例であって本発明を限定するもの
ではない。

以上の如くして、コア相当部の最外周部のドーバン１−
ｉＪ１１度又はカサ密度がその内部よりＡいスート７１
月が製造できる。

次に」二記スート母材を純石英から成る炉心管やアルミ
ナ製の炉心管などの耐熱性のある炉心管に挿入して高温
加熱することで脱水、焼結する。

この際、まず該スート母材を脱水することに主眼をおい
°乙例えば８００℃〜１１００℃の温度範囲でｔｌｅガ
スが１０ｐ／分、塩素系ガスが１００ｃｃ　／分程度供
給される雰囲気内で処理することが好ましい。

塩素系ガスは脱水が目的でありＣ７！２　、Ｓｏ　Ｃ＃
２、ＣＯＣｌ！、２、ｃｃβ４等を用いることができる
。

脱水温度が８００°Ｃ以下ではスート母材内の不純物を
除去することはできずかつ脱水にも時間かがかり不利と
なる。また、塩素ガス雰囲気下で１０００℃以上加熱に
すると、スー１−ＭＪ材の収縮が起こり始め、第二段階
でフッ素系ガスを投入しても、スー１１υ、材のカサ密
度が全体にわたって高くなってしまうために、フッ素を
スート母材に添加するのが困難となる。

更に、塩素ガスはド−パントを塩化物として揮発させる
ために、Ｋ＋ｊ折率分布の調整剤としζも使用でき、そ
の温度は１０００−１１００°Ｃの範囲が、最も好まし
い。

上記第一段階の加熱処理に引続い゛ζフッ素の添加を主
眼とした第二段階の加チ；ハ処理を行う。この場合の温
度は火炎加水分解反応で得られたスートＩ漫０月内のＧ
ｅＯ２等の添加物の分布と力勺密度分布に依存するが、
概ね１１５０℃±１５０　’ｃの範囲が好ましい。即ち
、スート４０材を上記構成にするごとにより、ｌ０００
’Ｃ前後でコア相当部の最外周部が焼結し、その後、］
　６　（１Ｆｌｏ（：前後でスーＨす祠全体が焼結完了
するまでの加熱処理中に雰囲気をフッ素系ガスとして、
フッ素をクラット相当部のみに添加することができる。

換言するならば、スート母材のコア相当部内にフッ素が
添加されぬような条件でフッ素系ガスを投入するために
は、スート母材の焼結処理におい−６コア部の最外周部
の相対密度が０．４５以上になった時点でフッ素系ガス
の投入を開始ずれは良い。

従っζ、温度分布が均一で昇温速度がα（℃／分）の炉
心管で加熱処理した場合、コア相当部の最外周部の相対
密度が０．４５となった温度Ｔ１がらクラッド相当部の
相対密度が（１，４５となる温度Ｔ２までの間にフッ素
系ガスを投入すれば良い。この場合、温度差Δ”ｒ＝　
Ｔ　２　Ｔ　、が大きい稈、フッ素系ガスを投入する温
度の許容誤差も大きいことになり、ｌ晶度穐制御が容易
になる。逆に言えば、ΔＴが小さい程、投入温度の厳密
な制御が要求され、不利である。

ΔＴを大きくするには、第３図で示す添加物濃度の局所
的な西さΔ１、或いは第４図で示すカサ密度の局所的な
高さΔ２が高い程好ましい。しかしながら、Δ１、Δ２
を高くしずぎると焼結時に気泡が発生し易（なり、好ま
しくない、そのためΔ＋−＝０．１〜Ｏ’、３　ｗｔ％
、Δ２−０．１〜０．３の範囲となるよう火炎加水分解
を行うことが好ましい。

例えば、第５図に示すようなドーパント番含む添加物濃
度分布が（△）、（＋３　＞の２つの場合を比較する。

ここで、ｒはスート母材の中心軸からの径方向距離ごあ
り、ｒ、はスーＩ−母利のコア相当部の半径、即ち、コ
ア相当部の最外周部１１Ｂの位置であり、Δｒは微小距
離で、「１　＋Δｒは第３図でのクラット相当部の最内
周部１１．Ａの半径である。

第６図はこれら添加物濃度の相違する２つのスートノリ
材を昇〆ｌＶ１速度１６“０７分の加熱炉にて加熱した
場合のスー１−母材の温度に対する相対密度の変化を示
す。第６図中の曲線Ａｒ、及びＢｒ、はそれぞれスート
母材（Ａ）及び（Ｂ）のコア相当部の最外周部１１Ｂの
相対密度の変化を示し、曲線Ａｒ、＋Δｒ、ＢｒＨ＋Δ
ｒはそれぞれスート母材（Ａ）及び（Ｂ）のクラット相
当部の最内周部１１Ａの相対密度の変化を示す。

第６図に力くず如く、スーＩ−母祠内のコア相当部の最
外周部１１Ｂの相対密度が０．４５に達してからクラッ
ト相当部の最内周部１１Ａの相対密度が０．４５に達す
る迄の温度差ΔＴは、（Ａ＞のスート母材の方が（Ｂ）
のスート母材の温度差よりも大きい。

その分たＬＪ、（Ａ）のスートノ好祠の６情度制御が容
易となる。カサ密度分布についても同様のことが言える
。

コア部最外周部での添加物濃度及びカケ密度を同時に局
所的に高くするのが最も有利であるが、どちらかを選択
しても本発明の効果を達成することが可能である。

なお、火炎加水分解ではＧｅＯ２等の添加物濃度分布は
クラッド相当部の最内周部分１１Ａにいわゆる“ずそだ
れ現象”を示すことも製造条件によって観察される。こ
のときは、予め塩素を投入して屈折率分布を調整するこ
とにより対処できる。

以下に本発明による方法の実施例並びに比較例を示す。

実施皿上 第７図（ａ＞、（ｂ）にそれぞれ示すドーパントａ度及
び相対カサ密度分布を有するシングルモードファイバ用
スート母材を８００’ｃの加熱炉に投入し、第１（）図
のグラフに示す如く、塩素ガスを１０　（ｌ　ｃ　ｃ　
７分、ｌｉｅカスを］（＋／／’分の割合で供給する雰
囲気Ｆご３゛Ｃ／分の割合で１１００’ｃまごＷ温し、
次いご塩素ガスを止め、ＳＦ６ガスを１５０Ｃ（：　７
分の速度で没入して１３０（１℃までＷ温し、次いご純
粋１１ｅカスの雰囲気で１５００℃以上に響温して透明
ガラス化を行った。

１４Ｉられたカラス母材の屈折率分布を、第７し１（ｃ
）に示す。コア相当部はＧｅＯ２１−バント濃度に対応
する屈＋ｊｉ率分布を有しており、一方、クラッド相当
部はフッ素添加量に対応する屈折率の（Ｉ！、Ｆを示し
た。ＸＭ八へ素分析（エックス線マイクロアナライザー
）を行ったとごろ、コア相当部は全（フッ素元素を含ま
ないことか６′「認された。製品ファイバのコア部はΔ
ｎ値ご＋０．３０％、クラット部は−０，１５％であっ
た。

ル救剌−１ 実施例１の効果を６′「認するため、」ニハーナ３Δの
供給口５から水素を２ｆｆ／分供給する一方、供給１コ
アからＧｅＣ１４を全くイバ給しないでスー１−母材を
製造した。その結果、トーバン］−分布及びカサ密度分
有Ｊは共に局所的に高くならず、夫々第８図（ａ）、第
７図（ｂ）のよ・うな分布になった。

このスー１〜母材を実施例１と同様な焼結条件で透明ガ
ラス化を行い、得られたガラス母材のＸＭＡ分析を行っ
たとごろ、コア相当部とクラット相当部に関係なく均一
にフッ素が分布していた。屈折率分布は第８図（Ｃ）の
様に実効的に八〇を高めることができず、ＧｅＯ２の１
−パント濃度に対応しているのを確認した。

実施例１ 第７図（ａ）、第９図（ｂ）に示すドーパント濃度、相
対密度分布を有するシングルモードファイバ用スー１−
　ｊＪＪ材を８ｏｏ℃の加熱温度に投入し、塩素ガスを
１００ｃｃ　７分及びｌｌｅガスを１０１．７分の割合
で供給する雰囲気で３℃／分の貨温速度で１０５０℃ま
で加熱し、次いで、塩素ガスを止め、ＳＦＧガスを１５
０ｃｃ　７分の鴫量で投入して１３００’Ｃまで加熱し
、次いで、純粋ｌｌｅ雰囲気ご１５００°Ｃ以上に加熱
して透明ガラス化を行った。

得られたガラス母材の屈折率分布は第９図（ｃ）の様に
なっており、コア相当部はＧｅＯ，ドーパント濃度に対
応する屈折率分布を自し′ζおり、一方クランド相当部
はフッ素添加量に対応する屈折率の低下を示していた。

串実、ＸＭ＾元素分析を行ったとごろコア相当部には全
くフッ素元素が含まれ゛こいないことがｈ＊、を忍され
た。コア部はΔｎ（直“ご十０．３％、クラット部は−
０，１５％であった。

ル較桝１ 実施例２の効果を確認するため、実施例１の１・゛−バ
ント濃度、相対カサ密度分布を有するシングルモートフ
ァイバ用スーｆｌｉｔ材を実施例２の焼結条件で透明カ
ラス化した。得られたカラス母料の断面をＸＭ／１分析
したところコア、クラット相当部に関係なくフッ素が均
一に分布しているのを確認した。実施例２との差はコア
最外周ｌｆ１’Ｈのカサ密度が小さい点であり、ごの部
分に於りるカサ密度の大小がフッ素による屈折率分布を
大きく変化さゼるごとが理解できる。

なお、上記実施例は、ジンクルモートファイバ用スート
Ｊす月であったが、マルチモードファイバ用スート母＋
１についても、同様に本発明を実施することができる。

又、円柱状のマン「シル上に多孔質母材を積層させる″
外スス付法”で作製したスート母材でも同様に本発明を
実施することができる。

坑Ｊ坏裏匹釆 以上から明らかな如く、本発明の光ファイバ用ガラス７
ＪＪ：　４Ａの製造方法によると、１１１１温加熱中に
、スート母相のコア相当部にフッ素か添加されず、スー
ト母相のクラット相当部のみにフッ素を容易に添加でき
る。従って、実効的に八〇が大きな光ファイバを製造す
ることができる。

また、本発明の光ファイバ用ガラス母拐の製−遣方法に
よると、スート母材を高温加熱焼結する際にクラッド相
当部にフッ素を添加するために少なくとも一時期ソノ素
系ガスを用いる場合において、その製造条件の調整が極
めて容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は光ソアイハの屈１Ｊｉ率り３布構造を示す概略
図、第２図は本発明を実施するための火炎加水分解法に
よるスー１１１祠製造方法の概略図、第３図はスーｉ−
母料内の金属ドーバンＩ−分布を示す図、第４図はスー
ト母祠のカサ密度付札を示す図、第５図（Δ）及び（Ｂ
）はスーＩ・母材内の金属トーバン（・分布例を示１図
、第６図は、第５陳１（Ａ）及び（Ｂ）の場合のスーＨ
１＋Ａ内の１イカ向の相対密度の時間変化を示３図、第
７ソ１（ａ）、（ｂ）及び（Ｃ）は、本発明の１実施例
にお６ノるスートＩυ祠のｃｅｏｐｍ度分布及び相対密
度ラン布とカラス１す＋４の屈折率差を示すグラフ、第
８図（ａ）及び（ｃ）は比較例のスート母材の濃度分布
及びカラス母材の屈折率差を示すグラフ、第９図（ｂ）
及び（ｃ）は、本発明のもう１つの実施例のスート母材
の相対密度分布及びガラス母材の屈折率差を示すグラフ
、更に、第１０図は本発明の１実施例におけるスート匈
材処理のパターンを示すグラフである。 （参照番号） ■・・・スー］−母材のコア相当部、 ２・・・スー１−母材のクラット相当部、３Ａ、３Ｂ・
・・多心管バーナ、 ４・・　０２供給口、 ５・・・Ｈ２２供給、 ６・・・遮蔽用Ａｒガス供給［Ｉ、 ７・・・原料ガス供給口、８・　・出発母材、９・・・
スー１−母材のコア相当部、 １０・・・スート母材のクラット相当部、１１Ａ・・ク
ラッド相当ｆｆＪｌの最内周部、１１Ｂ・・コア相当部
の最外周部、 特許出願人　住友電気工業株式会社 代　理　人　弁理士　新居　正彦

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１ン　コア相当部とそれを囲んだクラット相当部から
   成る光フアイバ用ガラス微粒子堆積体を作製する際、コ
   ア相当部の最外周部のドーパント濃度が内部に比べこ高
   くなる様に＃ｌｌ１ｌ整し、次いで、この堆積体を加熱
   透明化する際に、少なくとも一時期、フッ素系ガスを含
   む雰囲気で加４ハ処理を施すことを特徴とする光フアイ
   バ用ガラス母材の製造方法。 （２）　フッ素系ガスを含む雰囲気ドで加熱処理Ｊる前
   、予め塩素系ガスを含む雰囲気子で光フアイバ用ガラス
   微粒子堆積体を加熱処理し′ζプロファイルを調整する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光ソフイ
   パ用ガラス惧材の製造方法。 （３）ガラス微粒子堆積体の加熱処理過程におい゛ζ加
   熱温度が１１５０℃±１５０℃の範囲のとき、前記のフ
   ッ素系ガスを含む雰囲気Ｆでの加熱処理を行うことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の光フア
   イバ用ガラス母材の製造方法。 （４）光フアイバ用ガラス微粒子堆積体を作製する際、
   コア相当部の最外周部のカサ密度も内部に比べて高くな
   る様に併せて調整することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項から第３項までのいずれかに記載の光フアイバ用
   ガラス母材の製造方法。 （５）　コア相当部とそれを囲んだクラッド相当部から
   成る光フアイバ用ガラス微粒子堆積体を作製する際、コ
   ア相当部の最外周部のカサ密度が内部に比べて高くなる
   様に調整し、次いで、この堆積体を加熱透明化する際に
   、少なくとも一時期、フッ素系ガスを含む雰囲気で加熱
   処理を施すことを特徴とする光フアイバ用ガラス母材の
   製造方法。 （６）　フッ素系ガスを含む雰囲気下で加熱処理する前
   、予め塩素系ガスを含む雰囲気下で光ソアイノ＼用ガラ
   ス徹粒子堆釉体を加熱処理してプロファイルを調整する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の光フアイ
   バ用ガラス母材の＋ＪＡ造方法。 （７）ガラス微粒子堆積体の加熱処理過程において加熱
   温度が１１５０°Ｃ±１５０℃の範囲のとき、前記のフ
   ッ素系ガスを含む雰囲気下での加熱処理を１１うことを
   特徴とする特許請求の範囲第５項又は第６項記載の光フ
   アイバ用ガラス（（Ｊ材の製造ソノ法。