JPS6243934B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はSI型（ステツプインデツクス型）光フ
アイバのコアとなる酸化物粉末棒をVAD法（気
相軸付法）により製造する方法に関する。

光フアイバにはSI型とGI型（グレーテツドイ
ンデツクス型）とがあり、SI型では屈折率分布係
数αが∞（実際上は４≦αでよい）、GI型では同
係数αが≒２となつている。

上記におけるSI型光フアイバは、GI型に比べ
て光源からの光入射効率が優れているので、短距
離通信用として重要視されている。

従来、SI型光フアイバを製造する場合には、内
付けCVD法や外付けCVD法によりプリフオーム
ロツドをつくり製造する方法が採用されてきた。
しかし、これらの方法による場合、コアとクラツ
ドとに高屈折率差をもたせることが難しく、ま
た、量産性や低コスト化にも問題のあることはす
でに指摘されている。

一方、既知のVAD法では、多重管構造とした
粉末生成用バーナから、SiCl₄、GeCl₄、POCl₃な
どの気相原料と酸水素炎、それに原料および火炎
間の不活性ガスが噴射され、これらの火炎加水分
解反応により生じた酸化物粉末（煤化物）が粉末
堆積器へ棒状に堆積されて酸化物粉末棒がつくら
れる。

こうして酸化物粉末棒をつくる方法にも２通り
あり、その１つは一基の粉末生成用バーナにより
単層（コア用となる層）の酸化物粉末棒をつくる
こと、他の１つは二基の粉末生成用バーナにより
二層（コア用層、クラツド用層）の酸化物粉末層
をつくることである。

前者の場合では、酸化物粉末棒が透明ガラス化
によりコア用プリフオームロツドとなつた後、そ
の外周に石英系のクラツド用ガラス管が被せら
れ、これが加熱延伸により紡糸されて光フアイバ
となる。

後者の場合では、コア用層、クラツド用層をも
つ酸化物粉末棒が透明ガラス化されて光フアイバ
用プリフオムロツドとなり、これが上記と同様に
紡糸されて光フアイバとなる。

しかし、VAD法を出発工程とする光フアイバ
の製造方法でも、SI型光フアイバをつくるのに問
題がある。

まず、一基の粉末生成用バーナにより単層の酸
化物粉末棒をつくる場合、該粉末棒成長端におけ
る温度分布が中心高温、外周低温の傾向となるこ
と、酸化物粉末棒の堆積状況も中心多量、外周少
量の傾向となること、などにより、所定屈折率分
布を形成するのに重要な組成（GeO₂）の濃度が酸
化物粉末棒の中心部で高く、その外周部で低くな
るといつた問題点が生じ、特に酸化物粉末棒の外
周部では、SI型光フアイバに必要なα≧４がこれ
をかなり下回り、α＝２〜３にとどまつてしま
う。

もちろんこのような場合では、透明ガラス化後
において酸化物粉末棒の外周を削りとるといつた
面倒が生じる。

一方、二基の粉末生成用バーナにより二層の酸
化物粉末棒をつくる場合、コア用層とクラツド用
層との界面においてコア用組成、クラツド用組成
が混ざり合うことになるため、これらコア用層、
クラツド用層が正確に区分できなくなると共にそ
の界面でのαも４を下回る結果となり、また、こ
れを解消するために両バーナ間隔を充分大きく設
定したとしても、コア用のバーナに関しては、前
述した中心高温と外周低温、中心多量と外周少量
の問題が残されているので、根本的な解決策には
なり得ない。

本発明は上記の問題点に対処すべく、二基のバ
ーナを用いたVAD法によりSI型光フアイバのコ
アとなる酸化物粉末棒を製造するようにしたもの
で、以下その具体的方法を図示と共に説明する。

図において、１は下部排気系２と上部排気系３
とを具えた反応容器であり、通常、この反応容器
１内はAr、He、N₂などの不活性ガスで置換され
ている。

４は上記反応容器１内へ回転自在かつ上下動自
在に内装された棒状の粉末堆積器である。

５は軸方向堆積用の粉末生成用バーナ、６は周
方向堆積用の粉末生成用バーナであり、これら両
バーナ５，６の先端は、上記粉末堆積器４の先端
に対し、後述する対応をとりながら反応容器１内
へ内装されている。

この場合の両バーナ５，６は、何れも四重管、
五重管などとした多重管構造のものが用いられ、
四重管構造の場合では、その中心から外周に向
け、気相原料の噴射流路、不活性ガスの噴射流
路、水素の噴射流路、酸素の噴射流路が同心状に
設けられ、一方、五重管構造のものでは、ドープ
剤を含む気相原料の噴射流路が中心にあり、以下
その外周にはドープ剤を含まない気相原料の噴射
流路、水素の噴射流路、不活性ガスの噴射流路、
酸素の噴射流路が順次設けられている。

上記において、粉末堆積器４の軸心線をＬと
し、粉末生成用バーナ５の中心線をO₁、粉末生
成用バーナ６の中心線O₂とした場合、ＬとO₁と
の交差角θ_１は０゜≦θ_１＜45゜のように設定さ
れ、ＬとO₂との交差角θ_２は45゜＜θ_２＜≦90
゜のように設定されている。

本発明では、反応容器１内において粉末堆積器
４を回転状態とした後、両バーナ５，６から所定
の原料ガス、燃焼ガス、不活性ガスを噴射すると
共に燃焼ガスによる火炎加水分解反応により酸化
物粉末を生成させて同粉末を粉末堆積器４の先端
へと堆積させ、かつ、該粉末の堆積速度（成長速
度）と対応させて粉末堆積器４をその軸心線Ｌ方
向へ上昇移動させることにより、所望長さの酸化
物粉末棒７をつくるのである。

この際、一方の粉末生成用バーナ５は酸化物粉
末棒７が軸方向に成長するのを特に促進させ、他
方の粉末生成用バーナ６は同棒７が周方向に成長
するのを促進させる。

こうして酸化物粉末棒７をつくる場合、一方の
粉末生成用バーナ５だけであると、中心多量、外
周少量となる粉末堆積傾向、中心高温、外周低温
となる温布分布傾向が生じ、酸化物粉末棒７の外
周におけるαが４を下回ることになるが、上記の
場合では、他方の粉末生成用バーナ６が外周少
量、外周低温の事態を解消するようになにり、酸
化物粉末棒７の総体的な粉末堆積状況、温度分布
状況を均一化する。

したがつて本発明によるときは、SI型光フアイ
バを対象として、半径方向の屈折率分布が一様
な、しかもαが４以上のコア用酸化物粉末棒７が
得られることになる。

また、両バーナ５，６の相対間隔などを調整す
ることにより、酸化物粉末棒７の成長端における
温度も適正に保持でき、例えば温度過剰によるド
ープ剤（GeO₂など）の揮散、温度不足によるド
ープ剤の未反応なども阻止できるようになるか
ら、この点でも所定の屈折率分布が得られるよう
になる。

なお、本発明での気相原料としては、主成分と
してシリコン化合物、ドープ剤としてゲルマニウ
ム化合物が用いられるがドープ剤としては燐化合
物、その他も有効である。

上記におけるシリコン化合物、ゲルマニウム化
合物、燐化合物としては、ハロゲン化物、水素化
物、オキシ塩化物などが挙げられ、具体的には
SiCl₄、GeCl₄、POCl₃、SiHCl₃、SiH₄などが例示
できる。

また、上記のようにしてコア用の酸化物粉末棒
７をつくる場合、軸方向堆積用とした粉末生成用
バーナ５からのドープ剤濃度は、周方向堆積用と
した粉末生成用バーナ６からのドープ剤濃度と同
じにするか、あるいはそれ以上とするのがよく、
こうした場合の方が所定屈折率分布が得やすい。

さらに、上記両バーナ５，６の断面形状は円形
でも角形でもよく、これらから噴射する燃焼ガス
も、酸水素以外に天然ガス、都市ガス、プロパン
ガスなどであつてよい。

さらに、上記のようにしてつくられた酸化物粉
末棒７は、熱処理による透明ガラス化により、SI
型光フアイバのコア用プリフオームロツドとなる
が、こうしたプリフオームロツドの外周には石英
ガラス、バイコールガラス製などのクラツド用ガ
ラス管が被せられ、これら両者が加熱延伸により
紡糸されてSI型の光フアイバとなる。

実施例 断面円形の四重管構造とした２つの粉末生成用
バーナ５，６を、図示のように反応容器１内へ配
置した後、各バーナ５，６からSiCl₄＝5.5ｍ
mol／min、GeCl₄＝1.1ｍmol／min、POCl₃＝
0.03ｍmol／min、H₂＝3.5／min、Ar＝0.75
／min、O₂＝8.0／minを噴射すると共にこれ
らを火炎加水分解反応させ、その酸化物粉末を粉
末堆積器４へ棒状に堆積させた。

こうして得られた酸化物粉末棒７を1500℃の
He雰囲気中で透明ガラス化し、コア用のプリフ
オームロツドとした。

このプリフオームロツドを干渉顕微鏡で測定し
たところ、α＝11であり、SI型光フアイバのコア
用ガラスとして有効であることが確認できた。

なお、比屈折率差は2.1％とすることができ
た。

比較のため、１つの粉末生成用バーナ５を用い
てコア用の酸化物粉末棒をつくり、また、２つの
粉末生成用バーナ５，６を用いてコア用層とクラ
ツド用層とをもつ酸化物粉末棒をつくり、これら
を透明ガラス化したところ、αは何れも≒３にと
どまり、SI型光フアイバとして不適格であつた。

なお、この比較例における前者（バーナ５の
み）ではSiCl₄＝5.5ｍmol／min、GeCl₄＝1.1ｍ
mol／min、POCl₃＝0.03ｍmol／min、H₂＝3.5
／min、Ar＝0.75／min、O₂＝8.0／minを
噴射し、後者（バーナ５，６）では、一方のバー
ナ５から上記と同じ条件で気相原料、不活性ガ
ス、水素、酸素を噴射し、他方のバーナ６からは
SiCl₄＝5.5ｍmol／min、H₂＝3.5／min、Ar＝
0.75／min、O₂＝8.0／minを噴射した。

以上説明した通り、本発明はSI型光フアイバの
コアとなる酸化物粉末棒を気相軸付法により製造
する方法において、軸方向堆積用とした粉末生成
用バーナと周方向堆積用とした粉末生成用バーナ
とを用意し、軸方向堆積用とした粉末生成用バー
ナは、粉末堆積器の軸心線に対する交差角θ_１が
０゜≦θ_１＜45゜となるように配置し、周方向堆
積用とした粉末生成用バーナは、上記軸心線に対
する交差角θ_２が45゜＜θ_２≦90゜となるように
配置し、これら両粉末生成用バーナにガラスの気
相原料、ドープ剤を供給して生成した酸化物粉末
を、粉末堆積器へ棒状に堆積かつ成長させること
を特徴とする。

かかる本発明では、上記の条件で配置された両
粉末生成用バーナを介してコア用の酸化物粉末棒
をつくるから、一つの粉末生成用バーナのみを使
用する際にみられた中心多量、外周少量となる粉
末堆積傾向、および中心高温、外周低温となる温
度分布傾向において、外周少量、外周低温などの
悪影響が解消されることとなり、その結果、SI型
光フアイバのコア用として望ましい酸化物粉末
棒、すなわち屈折率分布係数αが４≦αとなる酸
化物粉末棒が得られる。

しかも本発明では、上記両粉末生成用バーナに
よりそれれぞれ酸化物粉末を生成して所定の酸化
物粉末棒をつくるから、大型の酸化物粉末棒をつ
くるときでも、その製造速度が高速化され、した
がつて、高品質の酸化物粉末棒を能率よく製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明方法の１実施例を示した略示断面
図である。 ４……粉末堆積器、５，６……粉末生成用バー
ナ、７……酸化物粉末棒、θ_１，θ_２……交差
角。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ SI型光フアイバのコアとなる酸化物粉末棒を
   気相軸付法により製造する方法において、軸方向
   堆積用とした粉末生成用バーナと周方向堆積用と
   した粉末生成用バーナとを用意し、軸方向堆積用
   とした粉末生成用バーナは、粉末堆積器の軸心線
   に対する交差角θ_１が０゜≦θ_１＜45゜となるよ
   うに配置し、周方向堆積用とした粉末生成用バー
   ナは、上記軸心線に対する交差角θ_２が45゜＜θ
   _２≦90゜となるように配置し、これら両粉末生成
   用バーナにガラスの気相原料、ドープ剤を供給し
   て生成した酸化物粉末を、粉末堆積器へ棒状に堆
   積かつ成長させることを特徴とする光フアイバ酸
   化物粉末棒の製造方法。