JP4429608B2

JP4429608B2 - Optical fiber preform manufacturing method

Info

Publication number: JP4429608B2
Application number: JP2003000123A
Authority: JP
Inventors: 幸夫香村; 恭宏仲
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2003-01-06
Filing date: 2003-01-06
Publication date: 2010-03-10
Anticipated expiration: 2023-01-06
Also published as: JP2004210598A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に光通信に使用される石英系光ファイバ母材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
光ファイバはコアの外周面にクラッドが形成されて成るものであり、次に示すようにして製造することができる。例えば、まず、ＶＡＤ法(Vapor-phase Axial Deposition(気相軸付法))を利用して、光ファイバのコアとなるコア母材を作製する。そのＶＡＤ法では、例えば、バーナから酸素ガスと水素ガスを供給して酸水素火炎を作り出すと共に、その酸水素火炎内にＧｅＣｌ_４とＳｉＣｌ_４を供給してガラス微粒子を生成する。このガラス微粒子を種棒に堆積成長させていき、ＧｅＯ_２とＳｉＯ_２から成る棒状の多孔質体からなる母材を作り出す。そして、この多孔質体からなる母材を脱水・焼結して、透明ガラス化されたコア母材を作製する。
【０００３】
その後、例えばＯＶＤ法(Outer Vapor Deposition(外付け法))を利用して、コア母材の外周面に光ファイバのクラッドとなる多孔質のクラッド原層を形成する。然る後に、そのクラッド原層を脱水・焼結して透明ガラス化する。このようにして、光ファイバの元となる光ファイバ母材が作製される。この光ファイバ母材を線引きすることにより、光ファイバを製造することができる。
なお、本願明細書においては、コア母材の前駆体である多孔質体からなる母材と光ファイバ母材の前駆体である多孔質のクラッド原層を形成した母材を総称して多孔質母材と呼ぶことにする。
【０００４】
図３には多孔質母材を脱水・焼結して光ファイバ母材を作り出す装置の一構造例が模式的な断面図により示されている。この多孔質母材を焼結する装置１は炉心管２を有している。この炉心管２の上端部は外気シール蓋３と内側シール蓋４により二重に塞がれている。それら外気シール蓋３と内側シール蓋４は間隔を介して配置されており、外気シール蓋３と内側シール蓋４との間の間隙はシール室５となっている。このシール室５の壁部にはガスの供給口６と排気口７が形成されており、ガス供給部(図３では図示せず)から供給口６を通ってシール室５内に例えばアルゴン、ヘリウムまたは窒素ガス等の不活性ガスが供給され、シール室５内のガスは例えば排気ファン９により排気口７から排気される。ここで用いられるシ−ル用ガスは、コスト面から窒素ガスとする場合が多い。
【０００５】
外気シール蓋３と内側シール蓋４には、それぞれ、支持棒８が挿通する貫通孔３ａ，４ａが形成されている。支持棒８は光ファイバ母材となる多孔質母材１０を支持するものである。この支持棒８は回転手段(図示せず)に連接されている。その回転手段は、多孔質母材１０の中心軸を回転軸として多孔質母材１０を回転させる構成を備えている。
【０００６】
炉心管２の側部には多孔質母材１０を加熱する加熱手段１１が設けられている。また、炉心管２の下端部にはガス供給口１２が形成されており、このガス供給口１２から炉心管２の内部に塩素ガスとヘリウムガスが雰囲気ガスとして供給される構成となっている。さらに、炉心管２の上方側には内側シール蓋４よりも少し下側の部位にガスの排気口１３が形成されており、例えば排気ファン(図示せず)により炉心管２内の雰囲気ガスが排気口１３から排気される構成となっている。
【０００７】
このような装置１では、多孔質母材１０を脱水・焼結する際には、例えば、まず、支持棒８に支持された多孔質母材１０を炉心管２の内部の加熱手段１１よりも上側の位置に配置する。その後、多孔質母材１０を回転させながら、当該多孔質母材１０を徐々に降下させていく。これにより、多孔質母材１０が下端側から上端側に向かって加熱手段１１により順に加熱されていく。このとき、炉心管２の内部には、ガス供給口１２から塩素ガスとヘリウムガスが供給されており、これら塩素ガスとヘリウムガスと加熱手段の加熱とによって、多孔質母材１０は下端側から脱水が成されると共に焼結していく。
【０００８】
このようにして装置１により多孔質母材１０を焼結して、ガラス化された光ファイバ母材を製造することができる。
【０００９】
一方、炉心管２の内部の塩素ガスが外部に流出することは毒性の高いガスの漏洩による工場内の汚染、作業環境の悪化につながり非常に危険であることから、防止する必要がある。また、大気が炉心管内に流入すると、炉心管内雰囲気が汚染され、脱水・焼結化中の光ファイバ母材が大気中の遷移金属等の不純物によって汚染されてしまい、その結果ファイバの伝送損失が著しく悪化することから、これも防止する必要がある。しかしながら、この装置１では、支持棒８は回転しながら上下移動するので、外気シール蓋３と内側シール蓋４の各貫通孔３ａ，４ａと、支持棒８との間の隙間を完璧に塞ぐことはできない。このため、シ−ル室５に流している窒素ガスなどの不活性ガスの圧力を大気圧より高く保持して、前述したガスの漏洩、混入を防止するような装置とするのが一般的である。
【００１０】
なお、炉心管２は石英ガラスにより構成されることが多く、この場合には、多孔質母材１０を焼結する際の高温によって、炉心管２は軟化する。このため、炉心管２の内部圧力Ｐ_２を外部の大気圧Ｐ_０よりも高くして(Ｐ_２＞Ｐ_０)、軟化した炉心管２が外部の大気圧Ｐ_０によって潰れてしまうことを防止している。従って、シ−ル室のガス圧力をＰ_１とすれば、これら３つの圧力の関係は、Ｐ_２＞Ｐ_１＞Ｐ_０となる。
【００１１】
さらに、加熱手段１１が例えばカーボンにより構成されたヒータである場合には、燃焼防止のためにヒータはハウジングの内部に収容されて大気と遮断される。このため、加熱手段１１のハウジング内には、常に、不活性ガスが配管１１ａから供給される。また、そのハウジング内の圧力が炉心管２の内部圧力より高くなるのを防止するために、加熱手段１１のハウジング内の圧力Ｐ_３は炉心管２の内部圧力Ｐ_２よりも低くなるように、かつ、外部の大気が加熱手段１１のハウジング内に侵入するのを防止するためにハウジング内の圧力Ｐ３_３は大気圧よりも高くなるように(Ｐ_２＞Ｐ_３＞Ｐ_０)制御される。
【００１２】
従来、このような要望を満足する光ファイバ母材の製造装置や製造方法としては、不活性ガスの供給方法について検討した発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
【特許文献１】
特開２００１−６４０３２号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、石英系光ファイバにおいて、伝送損失の低減はこれまで最も重要な開発課題の一つであったが、近年の石英系光ファイバ、特にシングルモード光ファイバにおいては、伝送損失は理論限界に近いレベルにまで到達した感がある。伝送に用いられる波長帯と伝送損失の一般的な値は、１．３μｍ零分散シングルモードファイバ(以下、ＳＭＦと略す)では、波長１．３１μｍにおいて０．３４ｄＢ／ｋｍ、波長１．５５μｍにおいて０．１９ｄＢ／ｋｍ程度であり、分散シフト光ファイバ(以下、ＤＳＦと略す)では、波長１．３１μｍにおいて０．３７ｄＢ／ｋｍ、波長１．５５μｍにおいて０．２１ｄＢ／ｋｍ程度である。
【００１５】
しかし、伝送損失を更に低減するという課題は、現時点においても依然として残されている。その理由の一つは、ＷＤＭ(Wavelength Division Multiplexing;波長分割多重)伝送を行うことにより、光ファイバに入射するトータルのレーザー光のパワーが増大して、非線形現象が生じ、伝送を阻害するという問題があり、各々のレーザーからの入射光のパワーを出来るだけ小さくした方が有利であるためである。伝送損失が小さければそれだけ小さな入射光パワーで伝送出来ることは明らかである。
【００１６】
もう一つの理由は、伝送に使用する波長帯の広がりである。従来のシステムは、１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯を主に使用していたが、ＷＤＭ伝送を用いた伝送システムでは１．５５μｍ帯を分割して、１５３０〜１５６５ｎｍ(１．５３０〜１．５６５μｍ)をＣ−Ｂａｎｄ帯、１５７０〜１６２５ｎｍ(１．５７０〜１．６２５μｍ)をＬ−Ｂａｎｄ帯と呼んで、それぞれの波長で伝送を行うようになってきている。更に、１４５０ｎｍ(１．４５０μｍ)付近をＳ−Ｂａｎｄ帯とし、ここでも伝送を行うシステムが、ラマンアンプシステムの実用化によって現実味を帯びてきている。
【００１７】
このように、伝送帯のブロードバンド化やラマンアンプシステムの実用化を見据えた現在、光ファイバの伝送損失を更に低減することは大いに意味のあることであるが、理論限界値に近いところまで改善が進んでいる光ファイバの伝送損失を更に改善する方法は、容易に見出すことが出来ない状態であった。
【００１８】
そこで、前述した更なる光ファイバの伝送損失の低減という課題を達成するため、本発明者らは、光ファイバの伝送損失を悪化させる要因として、光ファイバを構成するガラス、特に光が伝搬するＭＦＤ(Mode Field Diameter；モードフィールド径)内のガラスが含有する窒素ガスに着目し、本発明をなすに至った。
【００１９】
即ち、本発明は、石英系シングルモード光ファイバにおいて、少なくとも光が伝搬するＭＦＤ内の部分が実質的に窒素ガスを含有しないようにするための製造方法を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、シ−ル室の窒素ガスの圧力を炉心管内の圧力よりも低く設定して光ファイバ母材をガラス化する際に前記窒素ガスが炉心管内部に入らないようにすることを特徴としている。
以下、具体的に説明する。
【００２１】
第１の発明は、光ファイバの前駆体となる多孔質母材を形成した後に、その多孔質母材を焼結して光ファイバ母材を製造する方法において、多孔質母材を、上部を二重に塞ぎ、かつ二重に塞いだ間に形成されたシール室に窒素ガスを流してシール室の内部が外部の大気圧よりも低い圧力に制御して外部との圧力差によって内部の雰囲気ガスが外部へ漏洩することを防止した炉心管内に、前記シール室の垂直方向の同軸上に形成された貫通孔に挿通された支持棒によって配置し、該多孔質母材の中心軸を回転軸として多孔質母材を回転しながら、多孔質母材と、炉心管の側部に設けられた加熱手段が相対的に上下方向に移動して多孔質母材を加熱し焼結する際に、シール室を流れている窒素ガス、あるいは、外部からシール室内に入り込んだ大気中の窒素ガスが、シール室の炉心管内部側の貫通孔と当該貫通孔に挿通された支持棒との間の隙間を通って炉心管の内部に入り込むのを炉心管内部の圧力制御により防止して、炉心管内の加熱手段の上部位置よりも上側の窒素ガス濃度を１０％以下に抑えることを特徴としている。
【００２２】
第２の発明は、上記発明において、窒素ガス濃度抑制手段は、炉心管の内部を大気圧よりも高い設定の圧力に制御する炉心管内部圧力制御手段により構成されていることを特徴としている。
【００２３】
第３の発明は、上記発明において、炉心管内の圧力を大気圧よりも＋５０〜１５０Ｐａ、その圧力変動幅を５０Ｐａ以下とし、更にシール室内の圧力を大気圧より低くしたことを特徴としている。
【００２４】
第４の発明は、上記発明において、炉心管内の圧力を大気圧よりも＋１００〜１５０Ｐａ、その圧力変動幅を５０Ｐａ以下とし、かつシール室内圧力を大気圧−４０Ｐａ以下として、シール室内のガスが炉心管内に流れないようにしたことを特徴としている。
【００２５】
第５の発明は、上記発明において、窒素ガスに代えて酸素ガスをシール室に流して炉心管内の加熱手段の配置位置よりも上部側の酸素ガス濃度を測定し、当該測定値に基づいて窒素ガス濃度を推定し、この推定値を利用して炉心管内の加熱手段の配置位置よりも上部側の不活性ガス濃度を１０％以下に抑制するための炉心管の内部の圧力を求めており、炉心管内部圧力制御手段は、炉心管の内部の圧力をその設定の圧力に制御することにより、炉心管内部の圧力を安定化させることを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。なお、この実施形態例の説明において、図３に示した装置１の構成と同一構成部分には同一符号を付し、その共通部分の重複説明は省略する。
【００２７】
本発明者は、シール室に流す不活性ガスとして良く用いられ、かつ大気中にも存在する窒素ガスに注目した。そこで、先ずＶＡＤ法を用いて合成したＭＦＤ内の部分を含む多孔質体からなる母材を、窒素ガスを含有する雰囲気中で脱水・焼結して透明ガラス化し、ガラス中に窒素分子、あるいは窒素原子を溶存させたコア母材を製造し、その後、クラッド原層を形成して脱水・焼結してガラス化して得た光ファイバ母材をファイバ化して伝送損失を比較する実験を行った。ここでは、１．３μｍ波長帯に零分散波長を持ち、ＭＦＤ部分にガラスの屈折率を向上させるゲルマニウムを添加した一般的なＳＭＦ(Single Mode Fiber;シングルモードファイバ)についての実験結果を示す。
【００２８】
具体的には、ＶＡＤ法で製造した多孔質体からなる母材を脱水・焼結して透明ガラス化する雰囲気中に含有される窒素ガス量を７つの水準に変化させて、多孔質体からなる母材を透明ガラス化し、その後、さらにクラッド層を付与して光ファイバ母材とした。次いで、この光ファイバ母材を線引きし、評価用の７種の光ファイバを得た。
【００２９】
次に、これら７種の光ファイバの伝送損失を測定し、透明ガラス化時の雰囲気中に含有される窒素ガス濃度との関係を調べた。その結果を図４に■で示す。この様に、伝送損失と多孔質体からなる母材を透明ガラス化する雰囲気中に含有される窒素ガス量の間には相関関係があり、窒素ガス濃度が低い雰囲気条件で製造されている場合には伝送損失が低いことが分かった。さらに波長１３１０ｎｍ（１．３１０μｍ）での伝送損失は雰囲気中の窒素ガス濃度が１０％以下であれば、０．３４ｄＢ／ｋｍ以下の良好な特性が得られることも併せて判明した。
【００３０】
ところで、通常の製造方法によれば、コア母材の前駆体である多孔質体からなる母材を製造する際に、多孔質体からなる母材の材料や、多孔質体からなる母材を製造する炉内の雰囲気ガスには、窒素ガスは使用されていない。このため、本来ならば、多孔質体からなる母材を透明ガラス化したコア母材に窒素ガスは含有されないはずである。しかしながら、実際には、大気中に長時間放置される間に多孔質体からなる母材の内部に大気中の窒素ガスが入り込み、そのまま窒素ガスが多孔質体からなる母材内に残存することが考えられる。もしくは、前述した図３に示されるような装置１を利用して多孔質体からなる母材の脱水・焼結を行う際に、その脱水・焼結の進行中に、雰囲気ガスが高温で急に熱膨張または熱収縮して、例えば図７のように、炉心管２の内部圧力が大きく変動して最下限に降下すると、シール室５の内部圧力Ｐ_１が炉心管２の内部圧力Ｐ_２より高くなり、炉心管２の内部にシール室５内の雰囲気ガスである窒素ガスが入り込み、その窒素ガスがコア母材に含有されると考えられる。
【００３１】
図３に示す装置１では、前述したように、炉心管２の内部圧力Ｐ_２は大気圧Ｐ_０よりも高くなるように(換言すれば、シール室５の内部圧力Ｐ_１よりも高くなるように)、装置１の動作条件(例えば、ガス供給口１２から炉心管２内に供給されるガスの圧力や、炉心管２内の排気を行うための排気ファンの回転数や、シール室５に供給される窒素ガスの圧力や、シール室５内の排気を行うための排気ファン９の回転数など)が設定されている。
【００３２】
しかしながら、今までの装置１の駆動手法では、高温の炉心管２内にガスが流れている場合、炉心管２の内部圧力Ｐ_２は大きく変動(圧力変動幅は３００〜５００Ｐａ)しており、炉心管２の内部圧力Ｐ_２がシール室５の内部圧力Ｐ_１よりも相当に低くなってしまうことがあった。このため、シール室５を流れている窒素ガスや、外部からシール室５内に入り込んだ大気中の窒素ガスが、シール室５から炉心管２に入り込んでしまうことがあった。この入り込んだ窒素ガスが脱水・焼結中の多孔質母材１０の内部に入り込んで、コア母材中に含有されると考えられる。
【００３３】
本発明者は、炉心管２内の加熱手段１１の配置位置よりも上側の雰囲気ガス中の窒素ガス濃度と、光ファイバの伝送ロスの増加量との関係を実験により調べた。その実験とは次に示すようにして行われた。まず、図２に示すような状態で装置１を駆動する。つまり、支持棒８に代えて、支持棒８と同様な外径を持つ中空のガラス棒１４を外気シール蓋３と内側シール蓋４の各貫通孔３ａ，４ａに挿通する。そして、ガラス棒１４の先端部を加熱手段１１の配置領域よりも少し上側の位置に配置させる。なお、このようにガラス棒１４の先端部を配置させるのは、加熱手段１１は多孔質母材１０を透明ガラス化する程の高温に加熱するものであるので、ガラス棒１４を加熱手段１１の配置領域に配置してしまうと、ガラス棒１４の耐熱性上で好ましくないからである。
【００３４】
ガラス棒１４の内部には、炉心管２の内部の雰囲気ガスを酸素測定器１５に導くためのガス導入管１６が配置されている。
【００３５】
この実験では、炉心管２内の雰囲気ガス、ここでは窒素ガス濃度を検出する必要があるが、その炉心管２内の窒素ガス濃度は直接的に測定することができない。このため、この実験では、酸素測定器１５により炉心管２内の加熱手段１１の配置位置よりも上部側の酸素ガス濃度を測定し、この測定値に基づいて窒素ガス濃度を推定検出した。なお、炉心管２内の酸素濃度を測定する際には、シール室５には、窒素ガスに代えて、酸素ガスを流した。
【００３６】
このようにして炉心管２内の窒素ガス濃度を推定検出しながら、装置１の動作条件を様々に変化させる。そして、炉心管２内の加熱手段１１よりも上側の窒素ガス濃度が予め定めた濃度となるための装置１の動作条件を求める。その後、ガラス棒１４を取り除き、前述したように多孔質体からなる母材１０を炉心管２の内部に配置して、前記求めた動作条件でもって装置１を駆動して、多孔質体からなる母材１０を焼結する。なお、多孔質体からなる母材１０を脱水・焼結する際には、シール室５には窒素ガスを流した。
【００３７】
このようにして互いに異なる窒素ガス濃度によって炉心管２内で作製された複数種のコア母材を得て、これらコア母材を利用して光ファイバ母材を作製し、複数の光ファイバを製造した。その後、その作製された各光ファイバに関して、波長１．３１μｍでの光ファイバの伝送損失を調べる試験を行った。
【００３８】
その結果が、図４に○で併せて示されている。この結果は前述の炉心管２内で多孔質体からなる母材を脱水・焼結して透明ガラス化する雰囲気中に窒素ガス量を７水準に変化させた実験結果と良く一致している。
【００３９】
この実験の結果から、炉心管２内の加熱手段１１よりも上側の雰囲気ガス中の窒素ガス濃度が１０％以下の状態で多孔質体からなる母材１０を脱水・焼結してコア母材を製造することにより、伝送損失等の光ファイバ特性を満たす光ファイバを製造できることが分かった。なお、光ファイバのＭＦＤ内の窒素ガス(窒素)濃度はできるだけ低い方が良いので、炉心管２内の加熱手段１１よりも上側の窒素ガス濃度を１％以下とすることがより好ましい。
【００４０】
上記のことから、この実施形態例では、装置１には、炉心管２内の加熱手段１１よりも上側の窒素ガス濃度を１０％以下に抑制するための窒素ガス濃度抑制手段が講じられている。その窒素ガス濃度抑制手段の構成としては様々な構成が考えられる。
【００４１】
例えば、シール室５には図１に示されるようにガス通風手段を構成するガス供給部１８がガス供給管１７を介して連接されている。このガス供給部１８からシール室５に、窒素ガスを供給する構成とする。
【００４２】
また、炉心管２内の圧力制御を精度良く行うことによって、炉心管２の内部圧力Ｐ_２をシール室５の内部圧力Ｐ_１よりも常に高い状態とする。この圧力差によって、シール室５から炉心管２に窒素ガスが入り込むことを確実に防止してもよい。
【００４３】
炉心管２内の圧力制御の構成例を挙げると、例えば、図１に示すように、炉心管２内の雰囲気ガスを排気する通路１９には当該排気通路１９内の圧力を炉心管２内の圧力として検出する圧力検出手段２２を設ける。また、装置１の制御装置２０に炉心管内部圧力制御部２１を設ける。この炉心管内部圧力制御部２１は、例えば、圧力検出手段２２から炉心管２内の圧力の検出値を時々刻々と取り込む。そして、炉心管内部圧力制御部２１は、その検出圧力値に基づいて、炉心管２の内部圧力Ｐ_２を大気圧Ｐ_０よりも高い設定の圧力に維持すべく、例えば、排気通路１９の流量可変用電磁弁２３を制御する。また、別の手段としては排気通路１９の排気ファン(図示せず)の回転量を制御し排気ガスの流量を可変することで炉心管２内の圧力を制御してもよい。更に別の手段としては、図５に示す様に排気管路内に外部から大気を挿入ブロワー３０によって挿入することで炉心管２内の圧力制御も可能である。この場合には、圧力検出手段２２と、制御器２１、ブロワーの駆動器２１ａによってブロワー３０の回転数制御を行う。この様にして炉心管内圧力を大気圧Ｐ_０よりも＋５０Ｐａ〜１５０Ｐａの圧力でしかも炉心管内の圧力変動幅は５０Ｐａ以内で安定させることが可能となる。
【００４４】
また、炉心管２内の圧力制御と同様にして、図１に示すようにシール室５の内部圧力Ｐ_１を大気圧Ｐ_０よりも低い設定の圧力に制御または調整することが好ましい。この場合にも、例えば、シール室５内の圧力を検出する圧力検出手段２５を設け、また、制御装置２０にシール室圧力制御部２６を設ける。このシール室圧力制御部２６は、圧力検出手段２５により検出されるシール室５の内部圧力に基づいて、シール室５の内部圧力を設定の圧力に維持すべく、排気通路２４に設けられた流量可変用の電磁弁２７や図示されない排気ファンを駆動制御する。連続制御しない場合は、流量可変用の電磁弁２７の開度を事前に調整する等の手段を取る。このようにしてシール室５の内部圧力Ｐ_１を大気圧以下の−５０Ｐａ程度に制御または調整する。この制御の実施データの一例を図６に示す。図６の大気圧Ｐ_０は０Ｐａであり、炉心管内圧力Ｐ_２およびシール室５の内部圧力Ｐ_１を示したものである。炉心管内圧力Ｐ_２の圧力変動幅は４０Ｐａであり、また炉心管内圧力Ｐ_２はシール室内圧力Ｐ_１よりも常に安定して大きいので、炉心管２内にシール室内の窒素が入ることは無くなった。
【００４５】
なお、炉心管２内の加熱手段１１よりも上側の窒素ガス濃度を１０％以下とするための適宜な炉心管２の内部圧力Ｐ_２と、シール室５の内部圧力Ｐ_１とは、例えば、前述したように炉心管２内の酸素濃度を窒素ガス濃度として検出しながら、装置１の動作条件を変化させて炉心管２の内部圧力Ｐ_２やシール室５の内部圧力Ｐ_１を様々に変化させることにより、適切な値を得ることができる。また、もちろん、炉心管２内の加熱手段１１よりも上側の窒素ガス濃度を１０％以下とするための適宜な炉心管２の内部圧力Ｐ_２と、シール室５の内部圧力Ｐ_１とは、シミュレーションにより求めてもよい。
【００４６】
上記のように炉心管２の内部圧力Ｐ_２やシール室５の内部圧力Ｐ_１を精度良く制御する手段を設けたり、窒素ガス濃度抑制手段を設けてそれら圧力制御を行う手段と、窒素ガスをシール室５に流す手段との組み合わせから成る窒素ガス濃度抑制手段を設けたりすることにより、炉心管２内の加熱手段１１よりも上側の窒素ガス濃度を１０％以下に抑えることができる。
【００４７】
なお、外気シール蓋３と内側シール蓋４の各貫通孔３ａ，４ａのクリアランスを０．５mm以下、好ましくは０．３mm以下にすると、より一層確実に窒素ガスが炉心管２に入り込むのを防止することができる。
【００４８】
よって、そのような窒素ガス濃度抑制手段を設けて炉心管２内の加熱手段１１よりも上側の窒素ガス濃度を１０％以下に抑制することができる。
【００４９】
以上のような構成を備えた装置１を利用してコア母材を製造し、このコア母材に基づいた光ファイバを作り出すことにより、伝送ロスが小さく抑制された高性能な光ファイバを提供することができる。
【００５０】
なお、本願発明はこの実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、この実施形態例の構成に加えて、外気シール蓋３と内側シール蓋４のうちの少なくとも一方には、貫通孔３ａ，４ａと支持棒８間の隙間にラビリンスシールを設ける構成とする。このことにより、より一層確実に窒素が炉心管２に入り込むのを防止することができる。
【００５１】
また、本実施形態例では、本願発明がより効果的に作用すると考えられるコア母材の製造を取り上げたが、コア母材の周囲に形成したクラッド原層を脱水・焼結して光ファイバ母材を製造する際にも適用できることは明らかである。
【００５２】
【発明の効果】
光ファイバコア母材の製造装置の発明にあっては、窒素ガス濃度抑制手段が設けられており、この窒素ガス濃度抑制手段によって、光ファイバのコアとなる多孔質母材を焼結するための炉心管内の加熱手段の配置位置よりも上部側を窒素ガス濃度１０％以下の雰囲気とすることができる。つまり、炉心管内の加熱手段の配置位置よりも上側部分の窒素ガス濃度が１０％以下というように窒素ガス濃度が非常に低い雰囲気中で多孔質母材を焼結してコア母材を作り出すことができる。よって、そのコア母材を利用して光ファイバを製造することにより、伝送ロスの小さい光ファイバを確実に得ることができる。
【００５３】
さらに、炉心管の内部を大気圧よりも高い設定の圧力に制御する炉心管内部圧力制御手段を窒素ガス濃度抑制手段として設ける構成のものにあっては、炉心管内部の圧力の変動を抑制し、常に炉心管の内部圧力をシール室の圧力よりも高い状態に維持する。これにより、炉心管内の加熱手段の配置位置よりも上側部分の窒素ガス濃度を１０％以下に抑えることができる。
【００５４】
加熱されている炉心管内の窒素ガス濃度を測定することは非常に困難であるが、酸素濃度を測定することは容易である。このことから、窒素ガス濃度に代えて酸素濃度を測定し、この測定値に基づいて窒素ガス濃度を推定検出する。この推定検出値に基づいて、炉心管内の加熱手段よりも上側部分の窒素ガス濃度を１０％以下に抑制するための炉心管内の圧力を定めることにより、簡単に、炉心管内の加熱手段よりも上側部分の窒素ガス濃度を１０％以下に抑制するための装置の動作条件を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光ファイバ母材の製造装置の一実施形態例を説明するための図である。
【図２】炉心管内の酸素濃度の測定手法を説明するための図である。
【図３】多孔質母材を焼結してコア母材を作り出す装置の一構造例を説明するための図である。
【図４】炉心管下部からヘリウム、塩素と共に所望の濃度となるように窒素ガスを混合させて流して製造したコアから得られたシングルモ−ドファイバの波長１３１０ｎｍの伝送損失と該窒素濃度との関係、および、シ−ル室からの窒素混入量を測定し、それらの条件でシ−ル室から窒素ガスを混入させた場合の同様の関係を示す図である。
【図５】本発明に係る光ファイバ母材の製造装置の他の一実施形態例を説明するための図である。
【図６】本発明に係る光ファイバ母材の製造装置においてシール室の内部圧力Ｐ_１を大気圧以下の−５０Ｐａ程度に制御した実施データの一例を示す図である。
【図７】従来の光ファイバの製造装置において、炉心管の内部圧力とシール室の内部圧力Ｐ_１との関係データを示す図である。
【符号の説明】
２炉心管
３外気シール蓋
４内側シール蓋
５シール室
８支持棒
１０多孔質母材
１１加熱手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a silica-based optical fiber preform mainly used for optical communication. Made of How to make To the law It is related.
[0002]
[Background]
The optical fiber is formed by forming a clad on the outer peripheral surface of the core, and can be manufactured as follows. For example, first, a core preform serving as a core of an optical fiber is manufactured by using a VAD method (Vapor-phase Axial Deposition). In the VAD method, for example, oxygen gas and hydrogen gas are supplied from a burner to create an oxyhydrogen flame, and GeCl is contained in the oxyhydrogen flame. ₄ And SiCl ₄ To produce glass particles. The glass particles are deposited and grown on a seed rod, and GeO ₂ And SiO ₂ A base material made of a rod-like porous body made of And the base material which consists of this porous body is spin-dry | dehydrated and sintered, and the core base material made into transparent glass is produced.
[0003]
Thereafter, for example, an OVD method (Outer Vapor Deposition) is used to form a porous cladding original layer that becomes a cladding of the optical fiber on the outer peripheral surface of the core preform. Thereafter, the clad original layer is dehydrated and sintered to form a transparent glass. In this way, an optical fiber preform that is the base of the optical fiber is manufactured. An optical fiber can be manufactured by drawing this optical fiber preform.
In the specification of the present application, a base material formed of a porous base material that is a precursor of a core base material and a base material on which a porous cladding base layer that is a precursor of an optical fiber base material is formed is collectively referred to as porous. I will call it the base material.
[0004]
FIG. 3 is a schematic sectional view showing an example of the structure of an apparatus for producing an optical fiber preform by dehydrating and sintering a porous preform. The apparatus 1 for sintering the porous base material has a furnace core tube 2. The upper end portion of the core tube 2 is doubly closed by an outside air seal lid 3 and an inner seal lid 4. The outside air seal lid 3 and the inside seal lid 4 are arranged with a space therebetween, and a gap between the outside air seal lid 3 and the inside seal lid 4 is a seal chamber 5. A gas supply port 6 and an exhaust port 7 are formed in the wall of the seal chamber 5, and argon, for example, enters the seal chamber 5 from the gas supply unit (not shown in FIG. 3) through the supply port 6. An inert gas such as helium or nitrogen gas is supplied, and the gas in the seal chamber 5 is exhausted from the exhaust port 7 by, for example, an exhaust fan 9. The sealing gas used here is often nitrogen gas in terms of cost.
[0005]
The outside air seal lid 3 and the inner seal lid 4 are formed with through holes 3a and 4a through which the support rods 8 are inserted, respectively. The support bar 8 supports the porous base material 10 which is an optical fiber base material. The support bar 8 is connected to a rotating means (not shown). The rotating means has a configuration for rotating the porous base material 10 around the central axis of the porous base material 10 as a rotation axis.
[0006]
A heating means 11 for heating the porous base material 10 is provided on the side of the core tube 2. A gas supply port 12 is formed at the lower end of the core tube 2, and chlorine gas and helium gas are supplied from the gas supply port 12 to the inside of the core tube 2 as atmospheric gases. Further, a gas exhaust port 13 is formed at a position slightly lower than the inner seal lid 4 on the upper side of the core tube 2, and the atmosphere gas in the core tube 2 is caused to flow by an exhaust fan (not shown), for example. The exhaust air is exhausted from the exhaust port 13.
[0007]
In such an apparatus 1, when the porous base material 10 is dehydrated / sintered, for example, first, the porous base material 10 supported by the support rod 8 is placed more than the heating means 11 inside the core tube 2. Place in the upper position. Thereafter, the porous base material 10 is gradually lowered while rotating the porous base material 10. Thereby, the porous base material 10 is sequentially heated by the heating means 11 from the lower end side toward the upper end side. At this time, chlorine gas and helium gas are supplied into the core tube 2 from the gas supply port 12, and the porous base material 10 is moved from the lower end side by the heating of the chlorine gas, helium gas and heating means. It dehydrates and sinters.
[0008]
In this manner, the porous preform 10 can be sintered by the apparatus 1 to produce a vitrified optical fiber preform.
[0009]
On the other hand, it is necessary to prevent the chlorine gas inside the furnace tube 2 from flowing out to the outside because it is very dangerous because it leads to contamination in the factory due to leakage of highly toxic gas and deterioration of the working environment. In addition, when the air flows into the core tube, the atmosphere inside the core tube is contaminated, and the optical fiber preform being dehydrated and sintered is contaminated by impurities such as transition metals in the atmosphere, resulting in fiber transmission loss. This also needs to be prevented because it gets worse. However, in this apparatus 1, since the support bar 8 moves up and down while rotating, the gap between each support hole 8 and the through holes 3a, 4a of the outside air seal lid 3 and the inner seal lid 4 is completely closed. I can't. For this reason, it is common to set the pressure of an inert gas such as nitrogen gas flowing in the seal chamber 5 to be higher than the atmospheric pressure to prevent the above-described gas leakage and mixing. is there.
[0010]
In many cases, the core tube 2 is made of quartz glass. In this case, the core tube 2 is softened by a high temperature when the porous base material 10 is sintered. Therefore, the internal pressure P of the core tube 2 ₂ Outside atmospheric pressure P ₀ Higher than (P ₂ > P ₀ ), The softened core tube 2 has an external atmospheric pressure P ₀ To prevent it from being crushed. Therefore, the gas pressure in the seal chamber is P ₁ If so, the relationship between these three pressures is P ₂ > P ₁ > P ₀ It becomes.
[0011]
Further, when the heating means 11 is a heater made of, for example, carbon, the heater is housed inside the housing and is cut off from the atmosphere to prevent combustion. For this reason, an inert gas is always supplied into the housing of the heating means 11 from the pipe 11a. In order to prevent the pressure in the housing from becoming higher than the internal pressure of the core tube 2, the pressure P in the housing of the heating means 11 is used. ₃ Is the internal pressure P of the core tube 2 ₂ Pressure P3 in the housing in order to prevent the outside atmosphere from entering the housing of the heating means 11 ₃ To be higher than atmospheric pressure (P ₂ > P ₃ > P ₀ Controlled.
[0012]
2. Description of the Related Art Conventionally, as an optical fiber preform manufacturing apparatus and manufacturing method that satisfies such demands, an invention that has examined an inert gas supply method has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0013]
[Patent Document 1]
JP 2001-64032 A
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in silica-based optical fibers, reduction of transmission loss has been one of the most important development issues so far, but in recent silica-based optical fibers, particularly single-mode optical fibers, transmission loss is close to the theoretical limit. There is a feeling of reaching the level. Typical values for the wavelength band and transmission loss used for transmission are 0.34 dB / km at a wavelength of 1.31 μm and 0 at a wavelength of 1.55 μm for a 1.3 μm zero dispersion single mode fiber (hereinafter abbreviated as SMF). In the case of a dispersion shifted optical fiber (hereinafter abbreviated as DSF), it is about 0.37 dB / km at a wavelength of 1.31 μm and about 0.21 dB / km at a wavelength of 1.55 μm.
[0015]
However, the problem of further reducing transmission loss still remains at the present time. One of the reasons is that the WDM (Wavelength Division Multiplexing) transmission increases the power of the total laser light incident on the optical fiber, which causes a nonlinear phenomenon and hinders transmission. This is because it is advantageous to reduce the power of incident light from each laser as much as possible. Obviously, if the transmission loss is small, transmission can be performed with a smaller incident optical power.
[0016]
Another reason is the spread of the wavelength band used for transmission. The conventional system mainly uses the 1.3 μm band and the 1.55 μm band. However, in the transmission system using WDM transmission, the 1.55 μm band is divided into 1530 to 1565 nm (1.530 to 1. 565 μm) is called the C-Band band, and 1570 to 1625 nm (1.570 to 1.625 μm) is called the L-Band band, and transmission is carried out at the respective wavelengths. Further, a system that performs transmission also in the vicinity of 1450 nm (1.450 μm) in the S-band band has become realistic due to the practical use of the Raman amplifier system.
[0017]
In this way, it is now meaningful to further reduce the transmission loss of optical fibers, with an eye toward broadband transmission bands and the practical application of Raman amplifier systems, but improvements have been made to near theoretical limits. A method for further improving the transmission loss of an advanced optical fiber has not been easily found.
[0018]
Therefore, in order to achieve the above-described problem of further reducing the transmission loss of the optical fiber, the present inventors, as a factor that deteriorates the transmission loss of the optical fiber, have made the glass constituting the optical fiber, particularly the MFD in which light propagates. Glass in (Mode Field Diameter) contains nitrogen Focusing on gas, the present invention has been made.
[0019]
That is, according to the present invention, in the silica-based single mode optical fiber, at least a portion in the MFD where light propagates is substantially reduced. nitrogen In order not to contain gas Made of How to make The law The purpose is to provide.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a seal chamber. nitrogen When the optical fiber preform is vitrified by setting the gas pressure lower than the pressure in the furnace core tube, nitrogen It is characterized by preventing gas from entering the core tube.
This will be specifically described below.
[0021]
First 1 In the method of manufacturing an optical fiber preform by forming a porous preform serving as a precursor of an optical fiber and then sintering the porous preform, the porous preform is doubled on the top. In the seal chamber formed between the two closed nitrogen The inside of the seal chamber is controlled to a pressure lower than the outside atmospheric pressure by flowing gas, and the atmospheric gas inside is prevented from leaking to the outside due to a pressure difference with the outside. Penetration formed on the same axis Hole The heating means provided on the side of the core tube is relatively positioned while rotating the porous preform with the central axis of the porous preform as the rotation axis. When the porous base material is heated and sintered by moving vertically in the vertical direction, it flows through the seal chamber nitrogen Gas or in the atmosphere that entered the seal chamber from the outside nitrogen Preventing gas from entering the core through the gap between the through hole on the inner side of the core tube of the seal chamber and the support rod inserted through the through hole, by pressure control inside the core tube, Above the upper position of the heating means in the core tube nitrogen It is characterized by suppressing the gas concentration to 10% or less.
[0022]
First 2 This invention is characterized in that, in the above invention, the nitrogen gas concentration suppressing means is constituted by a core tube internal pressure control means for controlling the inside of the core tube to a pressure set higher than the atmospheric pressure.
[0023]
First 3 In the invention described above, the pressure in the core tube is Than atmospheric pressure + The pressure fluctuation range is 50 to 150 Pa or less, and the pressure in the seal chamber is lower than the atmospheric pressure.
[0024]
First 4 In the invention described above, the pressure in the core tube is Than atmospheric pressure + 100 to 150 Pa, the pressure fluctuation range is 50 Pa or less, and the pressure in the seal chamber is Atmospheric pressure- The pressure is set to 40 Pa or less so that the gas in the seal chamber does not flow into the core tube.
[0025]
First 5 According to the present invention, in the above invention, oxygen gas is allowed to flow in the seal chamber instead of nitrogen gas to measure the oxygen gas concentration above the position where the heating means is disposed in the core tube, and the nitrogen gas concentration is measured based on the measured value. And using this estimated value, the pressure inside the core tube for suppressing the inert gas concentration above the arrangement position of the heating means in the core tube to 10% or less is obtained. The internal pressure control means stabilizes the pressure inside the core tube by controlling the pressure inside the core tube to the set pressure.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of this embodiment, the same components as those of the apparatus 1 shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and duplicate descriptions of the common portions are omitted.
[0027]
The inventor has paid attention to nitrogen gas which is often used as an inert gas flowing into the seal chamber and also exists in the atmosphere. Therefore, first, a base material composed of a porous body including a portion in the MFD synthesized using the VAD method is dehydrated and sintered in an atmosphere containing nitrogen gas to form a transparent glass, and nitrogen molecules or An experiment was conducted in which a core base material in which nitrogen atoms were dissolved was manufactured, and then an optical fiber base material obtained by forming a clad base layer, dehydrating and sintering, and vitrifying it into a fiber, and comparing the transmission loss. . Here, an experimental result of a general SMF (Single Mode Fiber) having a zero dispersion wavelength in the 1.3 μm wavelength band and adding germanium for improving the refractive index of glass to the MFD portion is shown.
[0028]
Specifically, the amount of nitrogen gas contained in the atmosphere in which a base material made of a porous body manufactured by the VAD method is dehydrated and sintered to form a transparent glass is changed to seven levels, The resulting base material was made into transparent glass, and then a cladding layer was further provided to obtain an optical fiber base material. Next, this optical fiber preform was drawn to obtain seven types of optical fibers for evaluation.
[0029]
Next, the transmission loss of these seven types of optical fibers was measured, and the relationship with the concentration of nitrogen gas contained in the atmosphere during transparent vitrification was investigated. The result is shown by ■ in FIG. In this way, there is a correlation between the transmission loss and the amount of nitrogen gas contained in the atmosphere in which the porous base material is made into a transparent glass, and the case where the nitrogen gas concentration is manufactured under low atmospheric conditions. It was found that the transmission loss was low. Further, it was also found that the transmission loss at a wavelength of 1310 nm (1.310 μm) can provide good characteristics of 0.34 dB / km or less when the nitrogen gas concentration in the atmosphere is 10% or less.
[0030]
by the way, Normal According to this manufacturing method, when manufacturing a base material made of a porous body that is a precursor of a core base material, a furnace for manufacturing a base material made of a porous body or a base material made of a porous body The atmosphere gas in nitrogen Gas is not used. For this reason, originally, a core material made of a porous material is made into a transparent base material. nitrogen Gas should not be included. However, in reality, nitrogen gas in the atmosphere enters the base material made of the porous body while being left in the atmosphere for a long time, and the nitrogen gas remains in the base material made of the porous body as it is. Can be considered. Alternatively, when dehydration / sintering of a base material made of a porous body is performed using the apparatus 1 shown in FIG. 3 described above, the atmospheric gas rapidly rises at a high temperature during the dehydration / sintering process. When the internal pressure of the core tube 2 fluctuates greatly and falls to the lowest limit, for example, as shown in FIG. ₁ Is the internal pressure P of the core tube 2 ₂ It is considered that nitrogen gas, which is the atmospheric gas in the seal chamber 5, enters the core tube 2 and is contained in the core base material.
[0031]
In the apparatus 1 shown in FIG. 3, as described above, the internal pressure P of the core tube 2 ₂ Is the atmospheric pressure P ₀ (In other words, the internal pressure P of the seal chamber 5 ₁ The operating conditions of the apparatus 1 (for example, the pressure of the gas supplied into the core tube 2 from the gas supply port 12, the rotational speed of the exhaust fan for exhausting the core tube 2) , Supplied to the seal chamber 5 nitrogen The pressure of the gas and the rotational speed of the exhaust fan 9 for exhausting the seal chamber 5 are set.
[0032]
However, in the conventional driving method of the apparatus 1, when the gas flows in the high temperature core tube 2, the internal pressure P of the core tube 2 ₂ Fluctuates greatly (the pressure fluctuation range is 300 to 500 Pa), and the internal pressure P of the core tube 2 ₂ Is the internal pressure P of the seal chamber 5 ₁ It might be considerably lower than. For this reason, it flows through the seal chamber 5 nitrogen Gases or nitrogen gas in the atmosphere that has entered the seal chamber 5 from the outside may enter the core tube 2 from the seal chamber 5. This nitrogen gas Is It is considered that it enters the porous base material 10 during dehydration and sintering and is contained in the core base material.
[0033]
The inventor examined the relationship between the nitrogen gas concentration in the atmosphere gas above the position of the heating means 11 in the furnace core tube 2 and the increase in the transmission loss of the optical fiber by experiments. The experiment was conducted as follows. First, the apparatus 1 is driven in a state as shown in FIG. That is, instead of the support rod 8, a hollow glass rod 14 having the same outer diameter as that of the support rod 8 is inserted into the through holes 3 a and 4 a of the outside air seal lid 3 and the inner seal lid 4. And the front-end | tip part of the glass rod 14 is arrange | positioned in the position a little above the arrangement | positioning area | region of the heating means 11. FIG. The reason why the tip of the glass rod 14 is arranged in this way is that the heating means 11 heats the porous base material 10 to such a high temperature that it becomes transparent glass. It is because it will not be preferable on the heat resistance of the glass rod 14 if it arrange | positions in an arrangement | positioning area | region.
[0034]
Inside the glass rod 14, a gas introduction pipe 16 for guiding the atmospheric gas inside the furnace core tube 2 to the oxygen measuring device 15 is arranged.
[0035]
In this experiment, it is necessary to detect the concentration of the atmospheric gas in the core tube 2, here, the nitrogen gas concentration, but the nitrogen gas concentration in the core tube 2 cannot be measured directly. For this reason, in this experiment, the oxygen gas concentration above the position where the heating means 11 in the furnace core tube 2 was positioned was measured by the oxygen measuring device 15, and the nitrogen gas concentration was estimated and detected based on this measured value. When measuring the oxygen concentration in the furnace core tube 2, oxygen gas was allowed to flow into the seal chamber 5 instead of nitrogen gas.
[0036]
In this way, the operating conditions of the apparatus 1 are changed variously while estimating and detecting the nitrogen gas concentration in the furnace core tube 2. And the operating condition of the apparatus 1 for the nitrogen gas density | concentration above the heating means 11 in the furnace core tube 2 to become a predetermined density | concentration is calculated | required. Thereafter, the glass rod 14 is removed, and the base material 10 made of a porous body is disposed inside the core tube 2 as described above, and the apparatus 1 is driven under the obtained operating conditions to form the porous body. The base material 10 is sintered. Note that nitrogen gas was allowed to flow into the seal chamber 5 when the base material 10 made of a porous body was dehydrated and sintered.
[0037]
In this way, a plurality of types of core preforms obtained in the core tube 2 with different nitrogen gas concentrations are obtained, optical fiber preforms are produced using these core preforms, and a plurality of optical fibers are manufactured. did. Thereafter, a test for examining the transmission loss of the optical fiber at a wavelength of 1.31 μm was performed on each of the manufactured optical fibers.
[0038]
The result is also shown by a circle in FIG. This result is in good agreement with the experimental results in which the amount of nitrogen gas was changed to 7 levels in an atmosphere in which the porous base material was dehydrated and sintered in the furnace core tube 2 to form a transparent glass.
[0039]
As a result of this experiment, the core base material 10 is obtained by dehydrating and sintering the base material 10 made of a porous body in a state where the nitrogen gas concentration in the atmosphere gas above the heating means 11 in the core tube 2 is 10% or less. It has been found that an optical fiber satisfying optical fiber characteristics such as transmission loss can be manufactured by manufacturing the optical fiber. Since the nitrogen gas (nitrogen) concentration in the MFD of the optical fiber should be as low as possible, the nitrogen gas concentration above the heating means 11 in the furnace core tube 2 is more preferably 1% or less.
[0040]
From the above, in this embodiment, the apparatus 1 is provided with nitrogen gas concentration suppression means for suppressing the nitrogen gas concentration above the heating means 11 in the core tube 2 to 10% or less. . Various configurations of the nitrogen gas concentration suppressing means are conceivable.
[0041]
For example, as shown in FIG. 1, a gas supply unit 18 constituting a gas ventilation unit is connected to the seal chamber 5 via a gas supply pipe 17. The gas supply unit 18 is configured to supply nitrogen gas to the seal chamber 5.
[0042]
Further, the internal pressure P of the core tube 2 can be controlled by accurately controlling the pressure in the core tube 2. ₂ The internal pressure P of the seal chamber 5 ₁ Always higher. This pressure difference may reliably prevent nitrogen gas from entering the core tube 2 from the seal chamber 5.
[0043]
For example, as shown in FIG. 1, the pressure in the exhaust passage 19 is set in the passage 19 for exhausting the atmospheric gas in the core tube 2. Pressure detecting means 22 for detecting the pressure is provided. Further, a furnace core tube internal pressure control unit 21 is provided in the control device 20 of the device 1. The core tube internal pressure control unit 21 takes in, for example, the detected value of the pressure in the core tube 2 from the pressure detection means 22 every moment. The reactor core tube internal pressure control unit 21 then determines the reactor core tube 2 internal pressure P based on the detected pressure value. ₂ Is the atmospheric pressure P ₀ For example, the flow rate variable solenoid valve 23 in the exhaust passage 19 is controlled in order to maintain a higher set pressure. As another means, the pressure in the core tube 2 may be controlled by controlling the rotation amount of an exhaust fan (not shown) in the exhaust passage 19 and varying the flow rate of the exhaust gas. As another means, as shown in FIG. 5, the pressure in the core tube 2 can be controlled by inserting atmospheric air into the exhaust pipe from the outside by means of the insertion blower 30. In this case, the rotation speed control of the blower 30 is performed by the pressure detection means 22, the controller 21, and the blower driver 21a. In this way, the pressure in the core tube is changed to the atmospheric pressure P. ₀ Than +50 Pa to 150 Pa, and the pressure fluctuation in the core tube is stable within 50 Pa. Let It is possible to
[0044]
Similarly to the pressure control in the furnace core tube 2, as shown in FIG. ₁ Is the atmospheric pressure P ₀ It is preferable to control or adjust the pressure to a lower setting. Also in this case, for example, a pressure detection means 25 for detecting the pressure in the seal chamber 5 is provided, and a seal chamber pressure control unit 26 is provided in the control device 20. This seal chamber pressure control unit 26 is based on the internal pressure of the seal chamber 5 detected by the pressure detection means 25, and the flow rate provided in the exhaust passage 24 in order to maintain the internal pressure of the seal chamber 5 at a set pressure. The variable solenoid valve 27 and an exhaust fan (not shown) are driven and controlled. When continuous control is not performed, measures such as adjusting the opening degree of the electromagnetic valve 27 for variable flow in advance are taken. In this way, the internal pressure P of the seal chamber 5 ₁ Is controlled or adjusted to about −50 Pa below atmospheric pressure. An example of the execution data of this control is shown in FIG. Atmospheric pressure P in FIG. ₀ Is 0 Pa and the pressure in the reactor core P ₂ And the internal pressure P of the seal chamber 5 ₁ Is shown. Furnace core pressure P ₂ Pressure fluctuation width Is 40 Pa and the pressure P ₂ Is the pressure in the seal chamber P ₁ Therefore, nitrogen in the seal chamber no longer enters the reactor core tube 2.
[0045]
In addition, an appropriate internal pressure P of the core tube 2 for making the nitrogen gas concentration above the heating means 11 in the core tube 2 10% or less. ₂ And the internal pressure P of the seal chamber 5 ₁ For example, as described above, while detecting the oxygen concentration in the core tube 2 as the nitrogen gas concentration, the operating condition of the apparatus 1 is changed to change the internal pressure P of the core tube 2. ₂ And the internal pressure P of the seal chamber 5 ₁ An appropriate value can be obtained by variously changing. Of course, an appropriate internal pressure P of the core tube 2 for setting the nitrogen gas concentration above the heating means 11 in the core tube 2 to 10% or less. ₂ And the internal pressure P of the seal chamber 5 ₁ May be obtained by simulation.
[0046]
As described above, the internal pressure P of the core tube 2 ₂ And the internal pressure P of the seal chamber 5 ₁ Or a nitrogen gas concentration suppression means comprising a combination of a means for controlling the pressure by providing a nitrogen gas concentration suppression means and a means for flowing the nitrogen gas into the seal chamber 5. Thus, the nitrogen gas concentration above the heating means 11 in the furnace core tube 2 can be suppressed to 10% or less.
[0047]
The clearance between the through holes 3a and 4a of the outside air seal lid 3 and the inner seal lid 4 is 0.5 mm or less, preferably 0.3 mm or less. nitrogen It is possible to prevent gas from entering the furnace core tube 2.
[0048]
Therefore, by providing such a nitrogen gas concentration suppressing means, the nitrogen gas concentration above the heating means 11 in the furnace core tube 2 can be suppressed to 10% or less.
[0049]
A core preform is manufactured using the apparatus 1 having the above-described configuration, and an optical fiber based on the core preform is produced, thereby providing a high-performance optical fiber with reduced transmission loss. be able to.
[0050]
In addition, this invention is not limited to this example of embodiment, Various embodiment can be taken. For example, in addition to the configuration of this embodiment, at least one of the outside air seal lid 3 and the inner seal lid 4 is provided with a labyrinth seal in the gap between the through holes 3a, 4a and the support rod 8. This can prevent nitrogen from entering the core tube 2 more reliably.
[0051]
Further, in the present embodiment example, the manufacture of the core base material that the present invention is considered to function more effectively is taken up. However, the optical fiber base is formed by dehydrating and sintering the clad base layer formed around the core base material. Obviously, it can also be applied when manufacturing materials.
[0052]
【The invention's effect】
In the invention of the optical fiber core preform manufacturing apparatus, nitrogen gas concentration suppression means is provided, and by this nitrogen gas concentration suppression means, a porous preform serving as a core of the optical fiber is sintered. The upper side of the arrangement position of the heating means in the furnace core tube can be an atmosphere having a nitrogen gas concentration of 10% or less. In other words, the core base material is produced by sintering the porous base material in an atmosphere with a very low nitrogen gas concentration such that the nitrogen gas concentration in the upper part of the furnace core tube is 10% or less above the position where the heating means is disposed. Can do. Therefore, an optical fiber with a small transmission loss can be obtained reliably by manufacturing an optical fiber using the core preform.
[0053]
Furthermore, in the configuration in which the reactor core tube internal pressure control means for controlling the interior of the reactor core tube to a pressure set higher than the atmospheric pressure is provided as the nitrogen gas concentration suppression means, the fluctuation of the pressure inside the reactor core tube is suppressed. The internal pressure of the core tube is always maintained higher than the pressure in the seal chamber. As a result, the nitrogen gas concentration in the upper part of the heating means in the furnace tube can be suppressed to 10% or less.
[0054]
Although it is very difficult to measure the nitrogen gas concentration in the heated furnace core tube, it is easy to measure the oxygen concentration. Therefore, the oxygen concentration is measured instead of the nitrogen gas concentration, and the nitrogen gas concentration is estimated and detected based on the measured value. Based on this estimated detection value, the pressure in the furnace core tube for suppressing the nitrogen gas concentration in the upper part of the heating means in the furnace core tube to 10% or less is determined, so that it can be easily above the heating means in the furnace core tube. The operating condition of the apparatus for suppressing the nitrogen gas concentration in the portion to 10% or less can be set.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of an optical fiber preform manufacturing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a method for measuring an oxygen concentration in a furnace core tube.
FIG. 3 is a diagram for explaining a structural example of an apparatus for producing a core base material by sintering a porous base material.
FIG. 4 shows the relationship between the nitrogen concentration and the transmission loss at a wavelength of 1310 nm of a single-mode fiber obtained from a core manufactured by mixing and flowing nitrogen gas from the lower part of the furnace core tube to a desired concentration together with helium and chlorine. FIG. 5 is a diagram showing the same relationship when the amount of nitrogen mixed from the seal chamber is measured and nitrogen gas is mixed from the seal chamber under those conditions.
FIG. 5 is a view for explaining another embodiment of the optical fiber preform manufacturing apparatus according to the present invention.
FIG. 6 shows the internal pressure P of the seal chamber in the optical fiber preform manufacturing apparatus according to the present invention. ₁ It is a figure which shows an example of the implementation data which controlled to about -50 Pa below atmospheric pressure.
FIG. 7 shows an internal pressure of a furnace core tube and an internal pressure P of a seal chamber in a conventional optical fiber manufacturing apparatus. ₁ It is a figure which shows the relationship data.
[Explanation of symbols]
2 Core tube
3 Outside air seal lid
4 Inner seal lid
5 Sealing room
8 Support rod
10 Porous base material
11 Heating means

Claims

In a method for producing an optical fiber preform by forming a porous preform serving as a precursor of an optical fiber and then sintering the porous preform, the upper portion of the porous preform is closed twice, and Nitrogen gas is allowed to flow into the seal chamber formed between the two times closed, and the inside of the seal chamber is controlled to a pressure lower than the external atmospheric pressure, and the internal atmospheric gas leaks to the outside due to the pressure difference with the outside. In the core tube that prevents this, a support rod inserted through a through- hole formed on the same axis in the vertical direction of the seal chamber is disposed, and the porous preform is arranged with the central axis of the porous preform as the rotation axis. While rotating, the porous base material and the heating means provided on the side of the core tube relatively move in the vertical direction to heat and sinter the porous base material and flow through the seal chamber. nitrogen gas or nitrogen gas in the air that enters from the outside to seal the room The pressure inside the core tube prevents the inside of the core tube from entering through the gap between the through hole inside the core tube of the seal chamber and the support rod inserted through the through hole. A method for producing an optical fiber preform, wherein the nitrogen gas concentration above the upper position of the heating means is suppressed to 10% or less.

Nitrogen gas concentration suppressing means, the production of optical fiber preform according to claim 1, characterized in that it is constituted by a core tube internal pressure control means for controlling the internal core tube to a pressure higher setting than the atmospheric pressure Method.

The pressure inside the furnace core tube is +50 to 150 Pa from atmospheric pressure, the pressure fluctuation range is 50 Pa or less, and the pressure in the seal chamber is made lower than atmospheric pressure. Manufacturing method of fiber preform.

The pressure inside the furnace core tube is +100 to 150 Pa from atmospheric pressure, the pressure fluctuation range is 50 Pa or less, and the pressure in the seal chamber is atmospheric pressure −40 Pa or less. Manufacturing method of fiber preform.

Instead of the nitrogen gas, oxygen gas is allowed to flow into the seal chamber to measure the oxygen gas concentration on the upper side of the arrangement position of the heating means in the furnace core tube, and the nitrogen gas concentration is estimated based on the measured value. Using the estimated value, the pressure inside the furnace core tube for suppressing the nitrogen gas concentration on the upper side from the arrangement position of the heating means in the furnace core tube to 10% or less is obtained, and the pressure inside the core tube is set. The method of manufacturing an optical fiber preform according to any one of claims 1 to 4 , wherein the pressure is controlled to a pressure of 1 to 4 .