JP2000233937A - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

光ファイバの製造方法

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JP2000233937A
JP2000233937A JP3801199A JP3801199A JP2000233937A JP 2000233937 A JP2000233937 A JP 2000233937A JP 3801199 A JP3801199 A JP 3801199A JP 3801199 A JP3801199 A JP 3801199A JP 2000233937 A JP2000233937 A JP 2000233937A
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outer diameter
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Katsusuke Tajima
克介 田嶋
Tsuneo Horiguchi
常雄 堀口
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低損失でありながらも寸法精度および歩留り
が高い光ファイバの製造方法を提供する。 【解決手段】 コア用ガラス11の両端側を円筒研削装
置の把持具101で把持し、砥石102でコア用ガラス
11を全体にわたって研削加工し、全体にわたって研磨
仕上加工する(外径5mm±0.005mm)一方、ク
ラッド用ガラス12の中心に超音波ドリル103等で孔
12a(直径5.0mm)を開けた後、孔12aを中心
にしてクラッド用ガラス12の外側を円筒研削装置で研
削したら(外径80mm±0.01mm)、クラッド用
ガラス2の孔12aの内周面を全体にわたって研磨仕上
加工した後(内径5.1mm±0.005mm)、クラ
ッド用ガラス12の孔12a内にコア用ガラス1を挿入
し、電気炉104内で加熱して線引きし、光ファイバ1
0を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用の高精度
な光ファイバの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】高度情報社会を実現するためには、高速
大容量の通信技術、すなわち、光ファイバを用いた通信
技術が重要である。光通信の最終形態は、光ファイバを
加入者宅にまで引き込むFTTH(Fiber to the Home)
になると予想される。FTTHでは、光ファイバの接続
箇所が増加するため、接続損失が大きな問題になると考
えられる。光ファイバの接続損失を低減するためには、
コアやクラッドの非円率や偏心を抑制して、接続時の光
ファイバの軸ずれを小さくすることが有効である。
【0003】従来、光ファイバは、低損失化を図るため
の技術を中心に開発が進められ、MCVD法(Modified
Chemical Vapor Deposition:内付CVD法)、OVD
法(Outside Vapor Deposition:外付CVD法)、VA
D法(VaporPhase Axial Deposition :気相軸付法)な
どで製造されるようになった。例えば、VAD法による
光ファイバの製造方法を図5を用いて説明する。
【0004】図5に示すように、合成用バーナ111,
112,113を用いて、コアおよびクラッドの一部を
構成するガラス微粒子の多孔質体11aを所定の形状に
形成する。次に、所定の形状に形成された多孔質体51
をガラス炉心管114内に入れ、ヒータ115で加熱し
て脱水ガラス化したら、延伸して必要なコア径とした
後、その外側において、上記バーナ111,112,1
13により、クラッドを構成するガラス粒子の多孔質体
52を所定の形状に形成し、これをガラス炉心管114
内に入れてヒータ115で再び加熱して脱水ガラス化す
ることにより、プリフォームを製作する。
【0005】また、ロッドインチューブ法による光ファ
イバの製造方法は、図6に示すように、クラッドの一部
を有するコア用ガラス61を円筒型のクラッド用ガラス
62の内部に挿入し、一体化した後に加熱延伸して線引
きしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前述したようなVAD
法によって製作されたプリフォームを用いて得られるシ
ングルモードの光ファイバは、コアやクラッドの非円率
が最大で0.5%程度、偏心が0.5μm程度であるた
め、接続時の軸ずれによる損失が大きくなってしまうも
のであった。
【0007】また、ロッドインチューブ法によって得ら
れる光ファイバは、孔の非円率や偏心などが大きく(1
%程度)、高精度化を図ることが困難であった。なぜな
ら、図6に示すように、軸心方向に沿って、コア用ガラ
ス61の外径とクラッド用ガラス62の内径との差が変
化しているからである。さらに、モードフィールド径
(MFD)やカットオフ波長などのような重要なパラメ
ータも製造状態によってかなりバラついてしまうもので
あった。
【0008】また、最近注目されている分散補償光ファ
イバは、コア径の変動によって分散値が大きく変わるた
め、製造時におけるバラツキの制御が非常に難しく、歩
留りが悪いものであった。
【0009】本発明は、寸法精度の向上を図るためにな
されたものであり、低損失でありながらも寸法精度およ
び歩留りが高い光ファイバの製造方法を提供することを
目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、本発明による光ファイバの製造方法は、円柱状
をなすコア用ガラスおよび円筒状をなすクラッド用ガラ
スをそれぞれ作製し、当該クラッド用ガラスの内部に当
該コア用ガラスを挿入した後、加熱して線引きすること
により、光ファイバを製造する方法において、前記コア
用ガラスの外径に対する前記クラッド用ガラスの外径の
比率を10以上とすると共に、上記コア用ガラスの外径
および上記クラッド用ガラスの内径の寸法誤差を5μm
以内とするように当該コア用ガラスおよび当該クラッド
用ガラスをそれぞれ作製することを特徴とする。
【0011】上述した光ファイバの製造方法において、
前記コア用ガラスの外径が1mm以上であり、前記クラ
ッド用ガラスの外径が50mm以上であることを特徴と
する。
【0012】上述した光ファイバの製造方法において、
前記コア用ガラスの外径と前記クラッド用ガラスの内径
との差が0.1〜1mmであることを特徴とする。
【0013】上述した光ファイバの製造方法において、
前記コア用ガラスおよび前記クラッド用ガラスにドープ
されるドーパントがGeO2 、P2 5 、Al2 3
F、Bのうちのいずれかまたはこれらの組み合わせであ
ることを特徴とする。
【0014】すなわち、本発明による光ファイバの製造
方法は、コア用ガラスとクラッド用ガラスとを個別に作
製し、これらに機械加工を施してた後、加工したコア用
ガラスをクラッド用ガラスに挿入して、電気炉内でコア
用ガラスとクラッド用ガラスとを一体化、線引きするの
である。ガラスの孔開け加工、円筒研削加工などの超高
精度加工技術を適用することによって、光ファイバの寸
法精度を大幅に向上できるため、寸法精度の高い光ファ
イバを製造することができる。
【0015】[作用]コア用ガラスおよびクラッド用ガ
ラスを機械加工して、これらガラスの寸法を整えること
により、クラッド用ガラスのコア用ガラス挿入用の孔を
0.01mm以内の誤差範囲で形成することができる。
また、コア用ガラスの外径も0.005mm以内の誤差
範囲で形成することができる。
【0016】ここで、外径100mmのクラッド用ガラ
ス、外径7mmのコア用ガラスを上記の精度で作製すれ
ば、クラッドの非円率を0.01%、コアの非円率を
0.07%程度にすることが可能である。さらに、コア
とクラッドとの偏心も0.5μm以下にすることが容易
である。
【0017】また、加工前にコア用ガラスおよびクラッ
ド用ガラスの屈折率をあらかじめ測定し、コア用ガラ
ス、クラッド用ガラスを選別しておくことができるた
め、屈折率および寸法精度の高い高精度の光ファイバを
実現できる。
【0018】
【発明の実施の形態】本発明による光ファイバの製造方
法の実施の形態を以下に説明するが、本発明は、これら
の実施の形態に限定されるものではない。
【0019】[第一番目の実施の形態]本発明による光
ファイバの製造方法の第一番目の実施の形態である1.
3μmゼロ分散シングルモードの光ファイバの製造方法
を図1を用いて説明する。なお、図1は、その手順説明
図である。
【0020】まず、VAD法により、ゲルマニウムをド
ープしたシリカのコア用ガラスを作製し(外径25m
m、長さ100mm、純石英ガラスに対する比屈折率差
Δ0.35%)、電気炉内で延伸する(外径5.5m
m、長さ500mm)。
【0021】続いて、図1(a)に示すように、コア用
ガラス11の両端側を円筒研削装置の把持具101で把
持し、砥石102を用いてコア用ガラス11を全体にわ
たって研削加工した後、全体にわたって研磨仕上加工す
る(外径5mm±0.005mm(5μm))。
【0022】また、VAD法により、純石英ガラスのク
ラッド用ガラスを別に作製し、図1(b)に示すよう
に、超音波ドリル103等を用いてクラッド用ガラス1
2の中心に内径となる孔12a(直径5.0mm)を開
けた後、当該孔12aを中心にして、クラッド用ガラス
12の外側を円筒研削装置で研削したら(長さ500m
m、外径80mm±0.01mm)、クラッド用ガラス
2の孔12aの内周面を全体にわたって研磨仕上加工す
る(内径5.1mm±0.005mm)。
【0023】このようにしてコア用ガラス11およびク
ラッド用ガラス12を作製したら、クラッド用ガラス1
2の孔12a内にコア用ガラス1を挿入し、図1(c)
に示すように、電気炉104内に入れてヒータ105で
加熱(2000°)して線引きし、光ファイバ10を作
製した。作製された光ファイバ10は、全長150km
にわたって外径が125μm±0.1μmであった。
【0024】すなわち、シングルモードの光ファイバを
作製するため、コアとクラッドとの屈折率差を0.3%
程度に保った上で、コア用ガラスの外径に対するクラッ
ド用ガラスの外径の比率を10以上とする。ここで、コ
ア用ガラスの加工精度が1μm程度、クラッド用ガラス
の加工精度が2〜3μm程度であることから、シングル
モードの光ファイバのクラッド用ガラスとコア用ガラス
との相対精度を0.1%程度に保つためには、コア用ガ
ラスの外径を1mm以上の大きさにし、クラッド用ガラ
スの外径をコア用ガラスの外径の10倍以上にする。
【0025】また、クラッド用ガラスの孔は、その位置
の精度がコアとクラッドとの偏心に影響を与えてしま
う。ここで、クラッド用ガラスの孔の位置精度が±0.
05mm程度であることから、コア用ガラスとクラッド
用ガラスとの偏心を0.1%程度の精度に保つために
は、クラッド用ガラスの外径を50mm程度にすればよ
い。
【0026】また、コア用ガラスおよびクラッド用ガラ
スを切削加工すると、これらガラスの加工面にキズや応
力などを生じさせてしまう場合がある。このようなキズ
や応力などは、上記ガラスを前記電気炉104で加熱処
理することにより、当該ガラスの溶融に伴って消滅して
しまう。ここで、コア用ガラスの外径とクラッド用ガラ
スの内径との差を0.1mmよりも小さい大きさに設定
してしまうと、上記キズ等の消滅前にコア用ガラスとク
ラッド用ガラスとが一体化してしまうため、コア用ガラ
スとクラッド用ガラスとの間に気泡が取り込まれ、損失
が大きくなってしまうだけでなく、一体化する際にコア
用ガラスが変形してしまい、高精度の光ファイバを得る
ことができなくなってしまう。また、コア用ガラスの外
径とクラッド用ガラスの内径との差を1mmよりも大き
い大きさに設定してしまうと、コア用ガラスとクラッド
用ガラスとの一体化の際にコアが変形し、高精度の光フ
ァイバを得ることができなくなってしまう。
【0027】上述したようにして作製した本実施の形態
の光ファイバ10の損失スペクトルを測定した。その結
果を図2に示す。図2からわかるように、波長1〜1.
7μmにおいては、損失が1dB/km以下となり、波
長1.55μmにおいては、損失が0.2dB/kmと
なり、現在のVAD法やMCVD法やOVD法などで作
製された光ファイバの場合と同程度であった。さらに、
波長1.38μmにおいては、OH基吸収損失が0.5
dB/km程度となり、非常に少ない値となった。
【0028】また、本実施の形態の光ファイバ10の全
長でのOTDRによる測定結果は、長手方向の損失変動
がほとんどなく、通常のVAD法で作製した光ファイバ
と違いがなかった。
【0029】また、本実施の形態の光ファイバ10は、
長手方向でのカットオフ波長が1.25μm±0.00
5μm以内であり、MFDが波長1.3μmで8.8μ
m±0.01μm以内であり、コアおよびクラッドの非
円率が0.1%以内であり、コアおよびクラッドの偏心
が0.2μm以内であり、高い寸法精度で作製すること
ができた。
【0030】なお、光ファイバの軸ずれによる接続損失
は、下記の式(1)で求めることができる。
【0031】[数1] 4.34(d/w)2 (1) ただし、dは軸ずれ量、wはモードフィールド半径であ
る。
【0032】通常、光ファイバは、外径が±0.5μm
程度変化するため、例えば、コアとクラッドとの偏心が
0.5μm程度の大きさであると、最大で1μm程度の
軸ずれを生じてしまう。この場合、モードフィールド半
径が10μmであると、接続損失が0.2dB程度とな
ってしまう。これに対し、偏心が0.2μm以下である
と、接続損失が0.085dBとなる。ちなみに、本実
施の形態の光ファイバ10をコネクタ接続して接続損失
を実際に測定したところ、0.1dB以下になることが
確認できた。
【0033】[第二番目の実施の形態]本発明による光
ファイバの製造方法の第二番目の実施の形態である1.
55μm分散シフトの光ファイバの製造方法を以下に説
明する。なお、前述した第一番目の実施の形態と同様な
部材等については、前述した第一番目の実施の形態の説
明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、その
重複した説明を省略する。
【0034】まず、VAD法により、ゲルマニウムドー
プシリカのコア用ガラス11を作製し(外径25mm、
長さ100mm、純石英ガラスに対する比屈折率差Δ
0.7%)、電気炉内で延伸する(外径3mm、長さ5
00mm)。
【0035】続いて、コア用ガラス11の両端側を円筒
研削装置の把持具101で把持し、砥石102を用いて
コア用ガラス11を全体にわたって研削加工した後、全
体にわたって研磨仕上加工する(外径2.8mm±0.
002mm)。
【0036】また、VAD法により、純石英ガラスのク
ラッド用ガラス12を別に作製し、超音波ドリル103
等を用いてクラッド用ガラス12の中心に孔12a(直
径2.8mm)を開けた後、当該孔12aを中心にし
て、クラッド用ガラス12の外側を円筒研削装置で研削
したら(長さ500mm、外径80mm±0.01m
m)、クラッド用ガラス12の孔12aの内周面を全体
にわたって研磨仕上加工する(内径3.8mm±0.0
05mm)。
【0037】このようにしてコア用ガラス11およびク
ラッド用ガラス12を作製したら、クラッド用ガラス1
2の孔12a内にコア用ガラス11を挿入し、電気炉1
04内に入れてヒータ105で加熱(2000°)して
線引きし、光ファイバ10を作製した。作製された光フ
ァイバ10は、全長150kmにわたって外径が125
μm±0.1μmであった。
【0038】上述したようにして作製した本実施の形態
の光ファイバ10の損失スペクトルを測定したところ、
前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な結果が得
られた。すなわち、波長1〜1.7μmにおいては、損
失が1dB/km以下となり、波長1.55μmにおい
ては、損失が0.2dB/kmとなり、現在のVAD法
やMCVD法やOVD法などで作製された光ファイバの
場合と同程度であった。さらに、波長1.38μmにお
いては、OH基吸収損失が0.3dB/km程度とな
り、非常に少ない値となった。
【0039】また、本実施の形態の光ファイバ10の全
長でのOTDRによる測定結果は、前述した第一番目の
実施の形態の場合と同様に長手方向の損失変動がほとん
どなかった。さらに、通常のVAD法で作製した光ファ
イバと比較しても小さい値であった。
【0040】また、本実施の形態の光ファイバ10は、
長手方向でのカットオフ波長が1.00μm±0.00
5μm以内であり、MFDが波長1.55μmで8μm
±0.01μm以内であり、コアおよびクラッドの非円
率が0.1%以内であり、コアおよびクラッドの偏心が
0.2μm以内であり、高い寸法精度で作製することが
できた。
【0041】また、本実施の形態の光ファイバ10の分
散の波長特性を図3に示す。図3からわかるように、本
実施の形態の光ファイバ10は、ゼロ分散波長が1.5
5μmとなり、分散スロープが0.064ps/nm/
kmとなった。
【0042】[第三番目の実施の形態]本発明による光
ファイバの製造方法の第三番目の実施の形態である1.
3μmゼロ分散シングルモードの波長1.55μmでの
分散を補償した光ファイバの製造方法を以下に説明す
る。なお、前述した第一,二番目の実施の形態と同様な
部材等については、前述した第一,二番目の実施の形態
の説明で用いた符号と同一の符号を用いることにより、
その重複した説明を省略する。
【0043】まず、VAD法により、ゲルマニウムドー
プシリカのコア用ガラス11を作製し(外径20mm、
長さ100mm、純石英ガラスに対する比屈折率差Δ
2.5%)、電気炉内で延伸する(外径1.5mm、長
さ300mm)。
【0044】続いて、コア用ガラス11の両端側を円筒
研削装置の把持具101で把持し、砥石102を用いて
コア用ガラス1を全体にわたって研削加工した後、全体
にわたって研磨仕上加工する(外径1.4mm±0.0
01mm)。
【0045】また、VAD法により、純石英ガラスのク
ラッド用ガラス12を別に作製し、超音波ドリル103
等を用いてクラッド用ガラス12の中心に孔12a(直
径1.5mm)を開けた後、当該孔12aを中心にし
て、クラッド用ガラス12の外側を円筒研削装置で研削
したら(長さ300mm、外径80mm±0.01m
m)、クラッド用ガラス12の孔12aの内周面を全体
にわたって研磨仕上加工する(内径1.9mm±0.0
05mm)。
【0046】このようにしてコア用ガラス11およびク
ラッド用ガラス12を作製したら、クラッド用ガラス1
2の孔12a内にコア用ガラス11を挿入し、電気炉1
04内に入れてヒータ105で加熱(2000°)して
線引きし、光ファイバ10を作製した。作製された光フ
ァイバ10は、全長80kmにわたって外径が125μ
m±0.1μmであった。
【0047】上述したようにして作製した本実施の形態
の光ファイバ10の損失スペクトルを測定したところ、
前述した第一番目の実施の形態の場合と同様な結果が得
られた。すなわち、波長1〜1.7μmにおいては、損
失が1dB/km以下となり、波長1.55μmにおい
ては、損失が0.2dB/kmとなり、現在のVAD法
やMCVD法やOVD法などで作製された光ファイバの
場合と同程度であった。さらに、波長1.38μmにお
いては、OH基吸収損失が0.5dB/km程度とな
り、非常に少ない値となった。
【0048】また、本実施の形態の光ファイバ10の全
長でのOTDRによる測定結果は、前述した第一番目の
実施の形態の場合と同様に長手方向の損失変動がほとん
どなかった。さらに、通常のVAD法で作製した光ファ
イバと比較しても小さい値であった。
【0049】また、本実施の形態の光ファイバ10は、
長手方向でのカットオフ波長が0.95μm±0.00
5μm以内であり、MFDが波長1.55μmで4μm
±0.01μm以内であり、コアおよびクラッドの非円
率が0.1%以内であり、コアおよびクラッドの偏心が
0.2μm以内であり、高い寸法精度で作製することが
できた。
【0050】また、本実施の形態の光ファイバ10の分
散の波長特性を図4に示す。図4からわかるように、本
実施の形態の光ファイバ10は、波長1.55μmでの
分散値が−80ps/nm/kmとなり、設計通りに製
造されていることが確認できた。
【0051】なお、前述した各実施の形態では、GeO
2 をドープしたシリカガラスを用いてコア用ガラス1を
作製し、純石英ガラスを用いてクラッド用ガラス2を作
製したが、例えば、Al2 3 、P2 5 、F、B等を
ドーパントとして用いてコア用ガラスやクラッド用ガラ
スを作製する場合でも、孔開け加工や円筒研削加工を行
うことができ、前述した各実施の形態の場合と同様な効
果を得ることができる。
【0052】
【発明の効果】本発明の光ファイバの製造方法によれ
ば、コア用ガラスとクラッド用ガラスとをそれぞれ個別
に作製した後、コア用ガラスおよびクラッド用ガラスに
機械加工を施した後、クラッド用ガラスの孔にコア用ガ
ラスを挿入し、電気炉内で加熱してコア用ガラスとクラ
ッド用ガラスとを一体化し、線引きすることにより、寸
法精度のよい低損失の光ファイバを製造することができ
る。また、加工費は光ファイバ価格に比べると十分に安
くなるため、安価な光ファイバを提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光ファイバの製造方法の第一番目
の実施の形態の製造手順の説明図である。
【図2】本発明による光ファイバの製造方法の第一番目
の実施の形態で製造された1.3μmゼロ分散の光ファ
イバの損失波長特性を表すグラフである。
【図3】本発明による光ファイバの製造方法の第二番目
の実施の形態で製造された分散シフトの光ファイバの損
失波長特性を表すグラフである。
【図4】本熱め鋳による光ファイバの製造方法の第三番
目の実施の形態で製造された分散補償の光ファイバの損
失波長特性を表すグラフである。
【図5】従来の光ファイバの製造方法の一例の製造手順
の説明図である。
【図6】従来の光ファイバの製造方法の他の例の製造手
順の説明図である。
【符号の説明】
10 光ファイバ 11 コア用ガラス 12 クラッド用ガラス 101 把持具 102 砥石 103 超音波ドリル 104 電気炉 105 ヒータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G021 BA04 HA05 4G062 AA06 BB01 CC04 LA02 LA03 LA06 LA08 LB02 LB03 LB06 LB08 MM04

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円柱状をなすコア用ガラスおよび円筒状
    をなすクラッド用ガラスをそれぞれ作製し、当該クラッ
    ド用ガラスの内部に当該コア用ガラスを挿入した後、加
    熱して線引きすることにより、光ファイバを製造する方
    法において、前記コア用ガラスの外径に対する前記クラ
    ッド用ガラスの外径の比率を10以上とすると共に、上
    記コア用ガラスの外径および上記クラッド用ガラスの内
    径の寸法誤差を5μm以内とするように当該コア用ガラ
    スおよび当該クラッド用ガラスをそれぞれ作製すること
    を特徴とする光ファイバの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記コア用ガラスの外径が1mm以上で
    あり、前記クラッド用ガラスの外径が50mm以上であ
    ることを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの製造
    方法。
  3. 【請求項3】 前記コア用ガラスの外径と前記クラッド
    用ガラスの内径との差が0.1〜1mmであることを特
    徴とする請求項1に記載の光ファイバの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記コア用ガラスおよび前記クラッド用
    ガラスにドープされるドーパントがGeO2 、P
    2 5 、Al2 3 、F、Bのうちのいずれかまたはこ
    れらの組み合わせであることを特徴とする請求項1に記
    載の光ファイバの製造方法。
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