專利名稱：在離開纖芯的位置具有低折射率部的光纖母材的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種主要用于通信用的光纖用的母材，尤其涉及一種在離開纖芯的位置具有低折射率部的光纖用母材的制造方法。尤其本發(fā)明涉及一種在離開纖芯的位置具有低折射率部的光纖用母材，該光纖用母材是以低成本制造具有不使模場直徑(Mode FieldDiameter)變小、零色散波長較小且善于彎曲的光纖特性的光纖母材。
背景技術(shù)：
一般來說，光纖包含傳送光的纖芯部和包圍其周圍的纖殼部。通常纖芯部的折射率高于纖殼部的折射率。光纖是由電爐使光纖用母材加熱、軟化并拉絲成所期望的粗細而獲得。光纖用母材多通過如下方法來制造首先，制造包含纖芯部和視情況而定纖殼部 的一部分的纖芯棒，進而在該纖芯棒的外側(cè)賦予纖殼部。纖芯部的制造中可使用VAD (vapor axial deposition,汽相沿軸沉積)法、OVD (outside vapor deposition,外部汽相沉積)法、MCVD (Modified Chemical VaporDeposition,改良化學汽相沉積)法、PCVD (Plasma Chemical Vapor Deposition,等離子化學汽相沉積)法之類的方法。VAD法中，使起始構(gòu)件一邊旋轉(zhuǎn)一邊提拉，在其前端附近例如使以SiO2為主成分的玻璃粉末堆積而獲得灰粒堆積體。該玻璃粉末例如以如下方式獲得，即對燃燒器供給氧和氫而形成氧、氫火焰，向該火焰中供給成為原料的經(jīng)氣化的SiCl4,通過水解反應生成Si02。通過使該玻璃粉末堆積在起始構(gòu)件上而獲得灰粒堆積體。例如，由ITU-T G. 652規(guī)定，一般具有經(jīng)常使用的矩形的折射率分布的單模光纖中，在中心附近具有稱為纖芯的折射率較高的部分。多數(shù)情況對該纖芯添加GeO2。例如，通過對SiCl4添加GeCl4而可生成添加了 GeO2的SiO2，通過使添加有GeO2的SiO2堆積而形成纖芯。另一方面，包圍纖芯的周圍的折射率分布的幾乎平坦的部分稱為纖殼。一般而言，準備多個燃燒器，向中心的纖芯部添加GeO2，對纖芯部的外側(cè)僅供給SiO2,由此獲得如上所述的接近矩形的折射率分布。這樣制造的柱狀的灰粒堆積體連續(xù)在稱為燒結(jié)爐的電爐內(nèi)加熱熔融，成為透明的棒狀玻璃體。電爐內(nèi)的環(huán)境氣體中多使用氦。其原因在于氦為原子尺寸較小的氣體，不易作為氣泡殘留在玻璃體中。和所述玻璃化同時，或者在其前階段，一般進行脫水這一處理。該脫水例如在添加了氯的環(huán)境中進行，且在低至灰粒堆積體不熔融的程度、且高達充分去除水分的程度的溫度、例如1000 1200°C左右的溫度下進行。另一方面，玻璃化在例如1400 1600°C左右的溫度下進行。圖I是表示以加熱爐玻璃化的情況的示意圖，自圖Ia起向圖lc，自多孔母材的下端側(cè)起依序通過中央的加熱爐，由此進行玻璃化。這樣制造的棒只要直接加熱熔融，就也可以設為具有必要的折射率分布的光纖，但為了追求高生產(chǎn)率，多為在其外側(cè)進而賦予纖殼，設為用于制造大直徑的母材時的稱為纖芯棒的構(gòu)件。例如，在欲以VAD法制造單模光纖用母材的情況下，多采用如下方法制造包含纖芯部和包圍其的纖殼部的一部分的纖芯棒，在其外側(cè)以其他方法賦予不足的纖殼部。在外側(cè)賦予的纖殼部存在以OVD法等直接堆積在纖芯棒上、由加熱爐透明玻璃化而賦予的情況，和在纖芯棒披覆另外制造的筒狀體而賦予的情況。近年來，光纖的使用范圍也擴大到用戶系統(tǒng)或屋內(nèi)配線等，在這種環(huán)境下，鋪設光纖時所設想的彎曲直徑和中、長距離系統(tǒng)相比較小。光纖如果彎曲，那么會有傳播的光容易泄露的問題，因此要求即便相同的彎曲直徑光更難以泄漏的光纖。作為與此相對的規(guī)格存在ITU-T G.657。另外，這里將即便相同的彎曲直徑光更難以泄漏、換言之彎曲損失較小稱為“善于彎曲”。為了獲得善于彎曲的光纖特性，已知有幾個獲取的方法。第一，存在使纖芯的折射率變高、提高封閉光的效果的方法。該方法為最容易獲得到一定程度為止的善于彎曲的光纖的方法，但會有如下問題通過提高折射率而使模場直徑變小，并且零色散波長變大而和ITU-T G. 652的互換性消失，不滿足ITU-T G. 657的一部分的規(guī)格。
第二，存在在稍微離開纖芯的位置設置低折射率部(溝槽部)的方法。一般來說設置矩形的溝槽部，但根據(jù)該溝槽部的位置和寬度、深度而改變光纖對彎曲的強度。在使用該方法的情況下，可以不使模場直徑變小來制作善于彎曲的光纖。另外，圖2中表示通常的矩形折射率分布，圖3中表示溝槽型折射率分布。通常向該溝槽部添加降低折射率的氟。然而，由于氟在光纖的制造步驟中、尤其在玻璃化時極容易擴散，故而VAD法或OVD法等在灰粒堆積后進行玻璃化的制造方法中，如當纖芯形成時所添加的GeO2般在灰粒堆積時添加氟較為困難。因此，當以VAD法或OVD法制造具有溝槽部的光纖用母材時，以如下三階段來制造首先制造不具有溝槽部的纖芯棒之后，在其外側(cè)形成溝槽部，進而在其外側(cè)形成纖殼部。在此情況下，由于步驟增加了一個，故而以三階段制造的方法中產(chǎn)生切實地提高制造成本的問題。第三，存在降低纖芯周邊的纖殼部的折射率的方法。將其稱作凹陷型折射率分布。圖4中表示凹陷型折射率分布。如上所述，在當灰粒堆積時添加氟的情況下，由于氟容易擴散，故而以VAD法或OVD法可以相對容易地制造。然而，在此情況下，會有在灰粒內(nèi)殘留氟的問題。因此，如果為了使光纖善于彎曲而欲添加充分量的氟，那么需要大量氟原料。此時，未殘留在灰粒內(nèi)的氟作為氟化氫而排氣。在排氣氣體中的氟化氫濃度較高的情況下，需要以對其進行處理的設備去除氟化氫的設備。此外，如果為了善于彎曲而設為凹陷部較深的折射率分布，那么在纖芯中傳播的基本模式也會容易在傳播中向光纖外漏出，從而導致光不通過光纖之中。第四，存在在纖殼部開孔、在光纖內(nèi)設置空氣層的方法。其為第二方法的變形，空氣層使有效的折射率下降，第二方法同樣地存在設置溝槽部而封閉光的效果。此方法的情況下，必需在光纖用預成型坯中開孔，在光纖用預成型坯中開孔的步驟使光纖的生產(chǎn)率明顯下降。此外，拉絲也必需以低速進行等，期望高生產(chǎn)率較為困難。第五，存在在纖殼部設置高折射率部、使高次模式和容易泄漏的纖殼模式結(jié)合的方法。這需要精密的設置，除此之外對制造要求高精度，因此導致制造成本明顯上升。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在本說明書中所包含的技術(shù)創(chuàng)新(innovation)的一個方面中，目的在于提供一種能夠解決所述課題的在離開纖芯的位置具有低折射率部的光纖用母材。該目的通過權(quán)力要求中所記載的特征的組合而達成。也就是說，在本發(fā)明的第I形態(tài)中，提出一種光纖用母材的制造方法，其是以VAD法或OVD法制造在中心具有折射率較高的纖芯部的灰粒堆積體，在加熱爐內(nèi)對該灰粒堆積體在添加了氯的氦環(huán)境中以該灰粒堆積體不玻璃化的程度的溫度進行脫水，連續(xù)在氦環(huán)境下，該灰粒堆積體以玻璃化的溫度玻璃化而形成為纖芯棒，在該纖芯棒的外側(cè)進而以OVD法、RIT法等賦予纖殼；其特征在于進行所述灰粒堆積體的玻璃化時的加熱爐內(nèi)氦環(huán)境含有氟化物氣體，該環(huán)境氣體中的氟的濃度處于O. I 10mol%的范圍內(nèi)。另外，所述灰粒堆積體的平均密度優(yōu)選為O.21[g/cm3]以上。此外，所述氟化物氣體設為SiF4、CF4, C2F6, SF6中的任一種。另外，所述的發(fā)明的概要并非列舉本發(fā)明所必需的所有特征，這些特征群的再組 合也會成為發(fā)明。


圖Ia是表示以加熱爐玻璃化的情況的示意圖。圖Ib是表示以加熱爐玻璃化的情況的示意圖。圖Ic是表示以加熱爐玻璃化的情況的示意圖。圖2是表示通常的矩形折射率分布的圖。圖3是表示溝槽型折射率分布的示意圖。圖4是表示凹陷型折射率分布的示意圖。圖5是表示由實施例獲得的光纖預成型坯的折射率分布的圖。
具體實施例方式以下，通過發(fā)明的實施方式對本發(fā)明進行說明，但以下實施方式并非限定權(quán)利要求的發(fā)明，此外實施方式之中所說明的特征的所有組合并非發(fā)明解決方法所必需的。當灰粒堆積體玻璃化時，向環(huán)境氣體中添加SiF4、CF4, SF6, C2F6等含氟氣體而改變濃度，研究對于玻璃化而獲得的石英玻璃棒添加氟的方法。其結(jié)果明白，隨著氟濃度下降，而氟難以均勻地向石英玻璃棒中添加。這里“并非均勻”是指僅對完成的棒的外側(cè)附近添加氟，而對棒的內(nèi)側(cè)未添加氟的狀態(tài)?？擅靼?，尤其在灰粒堆積體的密度大于O. 21g/cm3的情況下，僅對完成的棒的外側(cè)附近添加氟而對棒的內(nèi)側(cè)未添加氟的傾向變得顯著。在以這種方法向石英玻璃中添加氟的情況下，石英玻璃中的氟所導致的折射率的下降是和環(huán)境氣體中的氟濃度的1/4次方成比例，但氟濃度未達10mol%的情形中，僅對外側(cè)附近添加氟，在折射率最低的部分，相對于純石英的折射率的下降量和氟濃度的1/4次方成比例。灰粒堆積體熔融成為透明玻璃時，考慮到灰粒堆積體摻入環(huán)境氣體中的氟而玻璃化，但可認為氟濃度較低的情形中，在棒的外側(cè)附近氟被消耗，氟不會到達棒的內(nèi)側(cè)。在這樣完成的纖芯棒的外側(cè)，如果以OVD法、RIT法等賦予纖殼，那么最終成為具有溝槽部的折射率分布的光纖用預成型坯。然而，溝槽部的形狀并非為如眾所周知的矩形。
溝槽部的深度正如目前為止所知道那樣和氟濃度的1/4次方成比例，但如果氟濃度成為10mol%以上，那么氟添加到纖芯棒內(nèi)整體，溝槽部未形成，成為凹陷型的折射率分布。此外，如果氟濃度未達O. lmol%，那么溝槽部過淺，不發(fā)揮抑制彎曲損失的效果。[實施例][實施例I]通過VAD法制造平均密度為O. 23g/cm3、纖芯徑和纖殼徑的比為O. 27、外徑為150_的灰粒堆積體。將該灰粒堆積體插入至包含電爐和石英制爐心管的燒結(jié)爐中，一邊供給 He 16 [1/min] Xl2O. 45 [1/min] ,O2O. 01 [1/min] 一邊以溫度 1100 [°C ]脫水。其后，一邊供給、He 20[1/min]、CF4O. 03[Ι/min] 一邊以溫度1480[°C ]玻璃化?？紤]到CF4以爐內(nèi)的高溫化分解，氟濃度成為約O. 6 [mol%]。其結(jié)果為，成為纖芯部的折射率比純石英高O. 40%、纖殼部的外側(cè)的折射率比純石英低O. 10%的外徑65mm的纖芯棒。
利用具有氧、氫火焰燃燒器的玻璃旋盤將該纖芯棒加熱、延伸，外徑設為40mm。以HF溶液對其進行蝕刻，外徑設為39mm。以OVD法對其賦予纖殼，獲得纖芯棒徑和預成型坯徑的比為O. 235的預成型坯。圖5中表示所獲得的預成型坯的折射率分布。將該預成型坯拉絲之后，獲得截止波長131011!11、模場直徑8.811111、零色散波長1309nm的光纖。將該光纖在半徑5mm的心軸上纏繞一次時的1550nm的光纖中的損失為I. ldB，在半徑7. 5mm的心軸上纏繞一次時1550nm的光纖中的損失為O. 2dB。此外，1310nm、1383nm、1550nm 的光纖中的傳送損失分別為 O. 331dB/km、0. 289dB/km、0. 188dB/km。由于所使用的CF4的量很少，故而和比較例所示的未添加氟的通常的光纖用預成型坯相比，制造成本幾乎沒有變化。[比較例I]和實施例相比除了在纖芯棒玻璃化時不添加CF4以外，以相同的方法制造光纖。其結(jié)果為,成為截止波長1310nm、模場直徑8. 8um、零色散波長1318nm的光纖。將該光纖在半徑5mm的心軸纏繞一次時的1550nm的光纖中的損失為4dB，在半徑7. 5mm的心軸纏繞一次時的1550nm的光纖中的損失為O. 5dB。此外，1310nmU383nmU550nm的光纖中的傳送損失分別為 O. 330dB/km、0. 295dB/km、0. 188dB/km。以上，使用實施方式對本發(fā)明進行了說明，但本發(fā)明的技術(shù)性范圍并不限定于所述實施方式中所記載的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員應當明白對所述實施方式可施加多種變更或改良。根據(jù)權(quán)利要求的記載可明白該施加了各種變更或改良的形態(tài)也會包含在本發(fā)明的技術(shù)性范圍中。應留意權(quán)利要求、說明書、及圖式中所示的裝置、系統(tǒng)、程序、及方法中的動作、順序、步驟及階段等各處理的執(zhí)行順序未特別明示為“在 之前”、“先于”等，此外，并不限定為將前面的處理的輸出用于后面的處理，能夠以任意順序?qū)崿F(xiàn)。關(guān)于權(quán)利要求、說明書、及圖式中的動作流程，為方便起見使用“首先，”、“其次，”等來說明，即便如此并不意味著必需以該順序?qū)嵤?。由所述說明可明白，根據(jù)本發(fā)明的一實施方式，在制造成本幾乎不上升而制造VAD法或OVD法等的灰粒堆積體的方法中，在稍微離開纖芯的位置設置溝槽部，由此能夠?qū)崿F(xiàn)不使模場直徑變小、零色散波長較小且善于彎曲、在離開纖芯的位置具有低折射率部的光纖用母材。
權(quán)利要求
1.一種光纖用母材的制造方法，其是以VAD法或OVD法制造在中心具有折射率較高的纖芯部的灰粒堆積體，在加熱爐內(nèi)對該灰粒堆積體在添加了氯的氦環(huán)境中以該灰粒堆積體不玻璃化的程度的溫度進行脫水，連續(xù)在氦環(huán)境下，該灰粒堆積體以玻璃化的溫度玻璃化而形成為纖芯棒，在該纖芯棒的外側(cè)進而賦予纖殼；其特征在于 進行所述灰粒堆積體的玻璃化時的加熱爐內(nèi)氦環(huán)境含有氟化物氣體，該環(huán)境氣體中的氟的濃度處于0. I 10mol%的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光纖用母材的制造方法，其中所述灰粒堆積體的平均密度為0.21 [g/cm3]以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的光纖用母材的制造方法，其中所述氟化物氣體為SiF4、CF4, C2F6, SF6 中的任一種。
全文摘要
本發(fā)明是一種光纖用母材的制造方法，其是以VAD法或OVD法制造在中心具有折射率較高的纖芯部的灰粒堆積體，在加熱爐內(nèi)對該灰粒堆積體在添加了氯的氦環(huán)境中以該灰粒堆積體不玻璃化的程度的溫度進行脫水，連續(xù)在氦環(huán)境下，該灰粒堆積體以玻璃化的溫度玻璃化而形成為纖芯棒，在該纖芯棒的外側(cè)進而以OVD法、RIT法等賦予纖殼；其特征在于進行所述灰粒堆積體的玻璃化時的加熱爐內(nèi)氦環(huán)境含有氟化物氣體，該環(huán)境氣體中的氟的濃度處于0.1～10mol%的范圍內(nèi)。
文檔編號C03B37/014GK102807322SQ20121017411
公開日2012年12月5日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者井上大 申請人:信越化學工業(yè)株式會社