JP2002249335A - 光ファイバの製造方法、光ファイバ、光通信システム - Google Patents
光ファイバの製造方法、光ファイバ、光通信システムInfo
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Abstract
いて伝送損失を低減することができる光ファイバの製造
方法および光ファイバを提供する。 【解決手段】 軸方向に延びる空孔を有する光ファイバ
を製造する場合、まずプリフォーム5にプリフォーム軸
方向に延びる複数本の貫通穴部9を形成する。続いて、
プリフォーム5の貫通穴部9内に乾燥気体を流しなが
ら、炉内の加熱部24によりプリフォーム5を、望まし
くは800℃以上で30分以上の時間にわたって加熱す
る。これにより、貫通穴部9におけるプリフォーム5の
内壁5a表面に存在するOH基が、プリフォーム5の外
部に排出される。続いて、プリフォーム5を加熱部24
により加熱し、プリフォーム5を光ファイバに線引す
る。以上により、伝送損失の低い光ファイバを得ること
ができる。
Description
孔を有する光ファイバを製造する光ファイバの製造方
法、および軸方向に延びる空孔を有する光ファイバに関
するものである。
として、ホーリーファイバ(微細構造光ファイバ、フォ
トニッククリスタルファイバとも言う)と称されるファ
イバがある。このホーリーファイバは、シリカガラス等
の主媒質と気体等の副媒質とで構成された光ファイバで
あり、主媒質と副媒質との間の大きな屈折率差を利用し
て、コアとクラッドとの実効的な屈折率差を大きくする
ことにより、絶対値の大きな波長分散や、小さなモード
フィールド径を実現できる。前者は分散補償の応用に好
適であり、後者は非線形光学効果の利用に適している。
従って、ホーリーファイバは、光通信システムへの応用
が期待される。このようなホーリーファイバについて
は、例えば、D.J.Richardson,et al.,Proc.ECOC 2000,v
ol.4,pp37-40,(Sep.2000)に記載されている。
イバの製造方法が開示されている。この製造方法は、一
端が封止された複数本のシリカ製の毛管を束ね、管束バ
ンドルを形成する。その際、中心の毛管をシリカロッド
で置換する。次いで、シリカ製のオーバークラッド管を
管束バンドル上に置き、管束バンドルへコラプスする。
ここで得られたプリフォームを線引炉の高温領域に入れ
て、毛管の非封止端を加熱し、ファイバに線引する。
ホーリーファイバでは、伝送損失が高いという不具合が
ある。例えば、P.J.Bennett,et al.,Opt. Lett.,vol.2
4,pp.1203-1205,(1999)では、波長1550nmにおけ
る伝送損失は0.24dB/mである。これは、光通信
システムにおいて実用に供されている光ファイバの伝送
損失の典型値である0.2〜0.3dB/kmに比べる
と非常に高い。
バを光伝送路に用いた場合に伝送距離が制限される。ま
た、光ファイバを分散補償器として用いた場合には、フ
ァイバ長が制限されることによって補償分散量が制限さ
れる。さらに、分散補償器としての挿入損失が高いこと
により、所定のSN比を実現するのに必要な入力光信号
パワーが増大するため、SPM、XPM、FWMなどの
非線形光学効果による伝送品質劣化が生じ、光スペクト
ル利用効率が制限される。
する光ファイバにおいて伝送損失を低減することができ
る光ファイバの製造方法および光ファイバを提供するこ
とである。
する光ファイバの伝送損失には、空孔におけるファイバ
の内壁表面部に存在する不純物による吸収損失が大きく
寄与する。具体的には、波長1400nm〜1600n
mにおけるシリカガラスの低損失波長帯は光通信システ
ムの応用に好適であるが、この波長帯においてはOH基
による吸収が伝送損失に最も大きく寄与する。従って、
光通信システムへの応用のためには、空孔におけるファ
イバ内壁表面部に存在するOH基の濃度を低減すること
が重要である。本発明は、そのような知見に基づいてな
されたものである。
を有する光ファイバを製造する光ファイバの製造方法で
あって、空孔となる貫通穴部を有するプリフォームを形
成する第1の工程と、乾燥性を有する気体を貫通穴部内
に流しながら、プリフォームを加熱する第2の工程と、
プリフォームを光ファイバに線引きする第3の工程とを
含むことを特徴とするものである。
を形成した後に、乾燥性を有する気体を貫通穴部に流し
ながらプリフォームを加熱することにより、貫通穴部に
おけるプリフォームの内壁表面に存在するOH基がH2
O分子として貫通穴部内の空間へと拡散する。そして、
そのH2O分子は、乾燥性を有する気体の流れによって
プリフォームの外部に排出される。これにより、プリフ
ォームの内壁表面におけるOH濃度が低下し、OH基に
起因する光ファイバの伝送損失が低減される。また、乾
燥性を有する気体を流すことで、内壁表面へのOH基の
再付着が抑制されるため、OH濃度の低下が早められ
る。従って、製造コストの削減を図ることもできる。
する光ファイバを製造する光ファイバの製造方法であっ
て、空孔となる凹状穴部を有するプリフォームを形成す
る第1の工程と、乾燥性を有する気体を凹状穴部内に満
たして、プリフォームを加熱する第2の工程と、プリフ
ォームを光ファイバに線引きする第3の工程とを含むこ
とを特徴とするものである。
を形成した後に、乾燥性を有する気体を凹状穴部に満た
し、プリフォームを加熱することにより、凹状穴部にお
けるプリフォームの内壁表面に存在するOH基がH2O
分子として凹状穴部内の空間へと拡散する。そして、そ
のH2O分子は、拡散または対流によってプリフォーム
の外部に排出される。これにより、プリフォームの内壁
表面のOH濃度が低下し、OH基に起因する光ファイバ
の伝送損失が低減される。また、乾燥性を有する気体の
使用により、内壁表面へのOH基の再付着が抑制される
ため、OH濃度の低下が早められる。従って、製造コス
トの削減を図ることもできる。
有する気体を凹状穴部内に注入する工程と、凹状穴部内
から乾燥性を有する気体を排出する工程とを繰り返すこ
とが好ましい。これにより、凹状穴部内の空間に拡散し
たH2O分子が効果的にプリフォームの外部に排出され
る。また、内壁表面へのOH基の再付着が効果的に抑制
される。従って、光ファイバの伝送損失をより低減する
ことができる。
有する光ファイバを製造する光ファイバの製造方法であ
って、空孔となる凹状穴部を有するプリフォームを形成
する第1の工程と、凹状穴部内を減圧排気すると共に、
プリフォームを加熱する第2の工程と、プリフォームを
光ファイバに線引きする第3の工程とを含むことを特徴
とするものである。
を形成した後に、凹状穴内を減圧排気すると共に、プリ
フォームを加熱することにより、凹状穴部におけるプリ
フォームの内壁表面に存在するOH基がH2O分子とし
て凹状穴部内の空間へと拡散する。そして、そのH2O
分子は、凹状穴内の減圧排気によってプリフォームの外
部に排出される。これにより、プリフォームの内壁表面
のOH濃度が低下し、OH基に起因するファイバの伝送
損失が低減される。
て、好ましくは、第2の工程において、プリフォームを
800℃以上の温度で加熱する。これにより、OH基が
H2O分子となる反応が促進されるため、プリフォーム
の内壁表面に存在するOH基がH2O分子として穴部内
の空間へと早く拡散するようになる。さらに、長時間、
例えば30分以上にわたって加熱することにより、OH
濃度をより低下させることができる。
して、露点が−50℃以下の気体を使用する。これによ
り、H2O濃度の十分に低い気体がプリフォームの穴部
内に供給されることになるため、プリフォームの内壁表
面へのOH基の再付着がより抑制され、その結果光ファ
イバの伝送損失をより低減することができる。
体として、不活性気体を85%以上のモル濃度で含む気
体を使用する。これにより、シリカガラスからなるプリ
フォームを加熱したときに、乾燥性を有する気体がガラ
スと反応しにくくなる。従って、気体とガラスとの化学
反応による光吸収や光散乱の発生を回避し、光ファイバ
の伝送損失の増大を抑制することができる。
e、Arの1つ又は2つ以上の混合である気体を使用す
るのが好ましい。これらの気体は特に活性度が低いた
め、ガラスとの化学反応の抑制に効果的である。
用を有する活性気体を含む気体を使用してもよい。この
場合には、プリフォームの内壁表面におけるOH濃度の
低下速度が速くなるため、プリフォームの内壁表面部に
存在するOH基を除去する第2の工程に要する時間が短
縮され、より製造コストを削減できる。また、活性気体
の濃度を高く、例えばモル濃度で30%以上とすること
により、OH濃度の低下をより速めることができる。
て、HF、F2、Cl2、COの少なくとも1つを含む気
体を使用するのが好ましい。これらの気体は特に脱水作
用に優れているため、第2の工程に要する時間の短縮に
効果的である。
部におけるプリフォームの内壁表面を平滑化する。これ
により、プリフォームの内壁表面の表面積が小さくなる
ため、プリフォームの内壁表面部に存在するOH基の総
量が減少する。従って、第2の工程においてOH基の除
去に要する時間を短くし、より製造コストを削減でき
る。
部におけるプリフォームの内壁表面をドライエッチング
する。これにより、プリフォームの内壁表面の平滑化の
効果が得られると共に、OH基が含まれるプリフォーム
の内壁表面部のガラス層が直接的に除去される。このた
め、プリフォームの内壁表面部に存在するOH基の総量
が減少する。従って、第2の工程においてOH基の除去
に要する時間を短くし、より製造コストを削減できる。
て、穴部内の圧力を調整する。軸方向に延びる穴部を有
するプリフォームをファイバに線引きする際、穴部を形
成するプリフォームの内壁表面における表面張力によっ
て、光ファイバにおける空孔占有率は減少しようとす
る。この空孔占有率は、プリフォームの穴部内とプリフ
ォームの内壁との間に生じる圧力差にも依存する。そこ
で、プリフォームの穴部内の圧力を制御することによっ
て、所望の空孔占有率を有する光ファイバを製造するこ
とができる。ここで、空孔占有率とは、ファイバ断面に
おける所定の領域、例えば断面全体の断面積に対する空
孔断面積の比である。また、第2の工程において乾燥性
を有する気体を供給する手段にプリフォームを接続する
手段と、第3の工程において圧力を調整する手段にプリ
フォームを接続する手段とは、一部または全部を共通と
することができる。これにより、工程間での接続変更に
伴う汚染物質の侵入を防ぐことができる。
穿孔具を用いて円柱状のプリフォームを切削することに
より、プリフォームに穴部を形成する。これにより、プ
リフォームに穴部を形成する作業が容易に行えるように
なり、高い歩留まりを実現できる。また、この場合に
は、プリフォームにおける穴部間に微細な隙間が生じな
いため、その隙間に存在する不純物を取り除く必要がな
く、これにより第2の工程においてOH基の除去に要す
る時間を短くし、より製造コストを削減できる。さら
に、線引き時にプリフォームの穴部内の圧力を調整する
ことによって、プリフォームの穴部と内壁との圧力差を
容易に形成できるため、線引き時に光ファイバの空孔の
収縮が生じにくくなる。
材を束ねてバンドルを形成し、このバンドルをジャケッ
ト管内に挿入することにより、穴部を有するプリフォー
ムを形成してもよい。この場合には、穴径の小さな穴部
を有するプリフォームを容易に形成できるため、短い波
長の光を導波させるのに適した光ファイバを容易に製造
することが可能となる。
クラッドとを有し、コア及びクラッドの少なくとも一方
には軸方向に延びる空孔が設けられ、全反射またはブラ
ッグ反射によって光をコアに閉じ込めて軸方向に導波さ
せる光ファイバであって、波長1380nmにおける伝
送損失が200dB/km以下であることを特徴とする
ものである。
れた光ファイバは、OH基の吸収による損失が低くなる
ことで、約1100〜1700nmの波長帯域において
伝送損失が低くなる。そこで、OH基の吸収ピーク波長
である1380nmにおける伝送損失を200dB/k
m以下とすることにより、波長1550nm付近の波長
帯域において10dB/km以下の低い伝送損失が実現
可能となる。これにより、光ファイバを分散補償器とし
て使用する場合に、長尺の光ファイバを用いることがで
きるため、補償できる分散量が大きくなる。その結果、
分散補償対象の伝送路長を長くして、伝送距離を増大さ
せることができる。
が1mg/リットル以下である。これにより、空孔の内
部空間に含まれる水が、空孔を形成するファイバ内壁表
面に付着することが抑えられるため、波長1380nm
における伝送損失を確実に200dB/km以下とする
ことができる。
ける伝送損失が30dB/km以下である。これによ
り、波長1550nm付近の波長帯域において1dB/
km以下の極めて低い伝送損失が実現可能となる。従っ
て、光ファイバを分散補償器として使用する場合に、補
償分散量を更に大きくして、伝送距離をより増大させる
ことができる。また、数十kmオーダーでの光伝送が可
能となるため、分散補償器としてのみならず、光伝送路
としても好適に応用できる。また、波長1400nm付
近の励起光を入射させることにより、波長1550nm
帯の光信号をラマン増幅することができる。
むクラッドとを有し、コア及びクラッドの少なくとも一
方には軸方向に延びる空孔が設けられ、全反射またはブ
ラッグ反射によって光をコアに閉じ込めて軸方向に導波
させる光ファイバであって、波長1550nmにおける
伝送損失が10dB/km以下である。これにより、光
ファイバを分散補償器として使用する場合に、長尺の光
ファイバを用いることができるため、補償できる分散量
が大きくなる。その結果、分散補償対象の伝送路長を長
くして、伝送距離を増大させることができる。
送損失が3dB/km以下である。この場合には、光フ
ァイバを分散補償器として使用するときに、補償分散量
を更に大きくして、伝送距離をより増大させることがで
きる。また、所定のSN比を実現するための分散補償器
の入力光信号パワーを低減できるため、SPM、XP
M、FWMなどの非線形光学効果による伝送品質劣化を
抑制し、スペクトル利用効率つまり周波数帯域当たりの
伝送容量を増大させることができる。
る伝送損失が1dB/km以下である。この場合には、
光ファイバを分散補償器として使用するときに、補償分
散量を更に大きくして、伝送距離をより増大させること
ができる。また、分散補償器の入力光信号パワーを更に
低減できるため、スペクトル利用効率を更に増大させる
ことができる。さらに、数十kmオーダーでの伝送が可
能となるため、分散補償器としてのみならず、光伝送路
としても好適に応用できる。
た光ファイバを含むことを特徴とするものである。上述
した光ファイバは、光伝送路や分散補償器として含むこ
とができるほか、光増幅器の一部として含むことができ
る。これにより、伝送距離や伝送容量の面で特性が向上
した光通信システムを構築することができる。
の製造方法、光ファイバ、光通信システムの好適な実施
形態について図面を参照して説明する。
施形態を示す断面図である。同図において、光ファイバ
1は、GeO2が添加されたシリカガラスからなるコア
2と、このコア2を囲み純粋シリカガラスからなるクラ
ッド3とから構成されている。クラッド3におけるコア
2の周囲には、ファイバ軸方向に延びる複数本の空孔4
が形成されている。このような光ファイバ1において
は、全反射によって所定の波長の光がコア2に閉じ込め
られてファイバ軸方向に沿って導波される。
ると共にクラッド3をFが添加されたシリカガラスで形
成したり、Ti、B、P等の添加物をコア2及びクラッ
ド3の一方または両方に添加することによって、コア2
の屈折率をクラッド3の屈折率よりも高くする構成をと
っても良い。
について説明する。最初に、光ファイバ1の母材である
プリフォームを形成する。このプリフォームを作成する
方法の一例を図2に示す。
リフォーム5を用意する。このプリフォーム5は、Ge
O2が添加されたシリカガラスからなるコア領域6と、
このコア領域6を囲み純粋シリカガラスからなるクラッ
ド領域7とで構成されている。コア領域6には、コア領
域6とクラッド領域7との比屈折率差が所望の値(例え
ば0.3%)となるようにGeO2が添加されている。
このような一体構造のプリフォーム5は、VAD法、M
CVD法、OVD法などの方法により作成できる。
6の周囲を、ダイヤモンドの刃先を有する穿孔具8を用
いて切削することにより、プリフォーム5にプリフォー
ム軸方向に延びる複数本の貫通穴部9を形成する。この
貫通穴部9は、後述する線引後の光ファイバ1における
空孔4を形成するものである。貫通穴部9の径(直径)
は例えば3mmであり、貫通穴部9の長さ(プリフォー
ム5の高さ)は例えば300mmである。このように穿
孔具8を用いてプリフォーム5に貫通穴部9を形成する
ことにより、貫通穴部9の形成作業が容易に行えるよう
になり、高い歩留まりを実現できる。
する工具の代わりに、ガラスを軟化させるための加熱手
段とガラス軟化点以上の融点を有する器具とを使用する
こともできる。この場合、ガラスを加熱して軟化させた
状態で高融点器具をガラスに挿入し、器具を引き抜く直
前または直後にガラスを冷却して硬化させることによっ
て、貫通穴部9を形成できる。
とクラッド領域7は、Ge,F,Ti,B,P等の添加
物を添加したシリカガラスで形成することもでき、更に
添加物濃度をプリフォーム5内で変化させることによ
り、屈折率をプリフォーム5内で変化させることも可能
である。この場合には、波長分散やモードフィールド径
などに関して、所望の特性を容易に得ることができる。
また、貫通穴部9の位置やプリフォーム5の材料屈折率
分布は、全反射またはブラッグ反射によって所定の波長
の光が光ファイバ1中のコア2に閉じ込められてファイ
バ軸方向に沿って導波されるように選ばれる。
は、特に図2に示すような配置には限定されず、図3〜
図5に示すような配置を採ることもできる。図3に示す
構成では、シリカガラスからなるプリフォーム5Aに貫
通穴部9Aが複数配置されており、その結果、空孔占有
率が小さいコア領域6Aを空孔占有率が大きいクラッド
領域7Aが包囲する。この構成では、光ファイバが生成
された際に、全反射によってコアに光を閉じ込めてファ
イバ軸方向に導波させることができるが、コアとクラッ
ドとの間で等価的に大きな屈折率差を実現し、絶対値の
大きな波長分散や小さなモードフィールド径を実現でき
る。前者は分散補償への応用において好ましく、後者は
非線形光学効果の利用において好ましい。
るプリフォーム5Bに貫通穴部9Bが複数配置されてお
り、その結果、径方向に規則的な屈折率分布を有するク
ラッド領域7Bによって貫通穴部9Bを含むコア領域6
Bが囲まれる。径方向に規則的な屈折率分布は、図4に
示すように貫通穴部9Bをリング状に配置することによ
って実現できるほか、Ge,F,Ti,B,P等の添加
物をリング状に添加することによっても実現できる。
らなるプリフォーム5Cに貫通穴部9Cを複数配置し、
その結果、断面内で規則的な屈折率分布を有するクラッ
ド領域7Cによって貫通穴部9Cを含むコア領域6Cが
囲まれる構成も可能である。図4及び図5に示す構成に
より、光ファイバが生成された際には、ブラッグ反射に
よってコアに光を閉じ込めてファイバ軸方向に導波させ
ることができる。また、コアが空孔を含むことにより、
空孔を伝搬するパワーの全伝搬パワーに占める割合を大
きく、例えば50%以上にすることができる。その結
果、低い伝送損失や低い非線形性を実現できる。
に貫通穴部9を形成した後、この貫通穴部9におけるプ
リフォーム5の内壁5aの表面(図7参照)を平滑化す
ることが好ましい。この内壁5a表面の平滑化は、ヤス
リ状の器具を用いて内壁5a表面を直接削ったり、貫通
穴部9内にダイヤモンド粉末と適当な溶媒を満たして超
音波を照射することにより行う。これにより、プリフォ
ーム5の内壁5a表面の表面積が小さくなるため、その
分だけ内壁5a表面部に存在するOH基の総量が減少す
る。
した後、プリフォーム5の内壁5a表面に、HF水溶液
によるウェットエッチングを施すと共にSF6等による
ドライエッチングを施すことが好ましい。SF6による
ドライエッチングは、例えば1000℃以上に加熱され
たプリフォーム5の貫通穴部9内にSF6を導入するこ
とにより行う。HFエッチングを行うことにより、切削
時にプリフォーム5の内壁5a表面に付着した汚染物質
が除去される。また、SF6エッチングを行うことによ
り、内壁5a表面が平滑化されると同時に、プリフォー
ム5の内壁5a表面部の層が直接除去されるため、内壁
5a表面部に存在するOH基の総量が更に減少する。
示す。同図において、まずシリカガラス製のロッド10
と複数本のシリカガラス製のキャピラリ11を束ねて、
バンドル12を形成する。ロッド10は、光ファイバの
コアを形成するものであり、キャピラリ11の径と同程
度の径を有している。なお、キャピラリ11の径の半分
以下の径を有する別のロッドを、スペーサとして更に設
けることもできる。そして、バンドル12の径よりも僅
かに大きい内径を有するシリカガラス製のジャケット管
13の中に、バンドル12を挿入することによって、プ
リフォーム14を形成する。このような構造では、キャ
ピラリ11の中空部分がプリフォーム14の貫通穴部1
5を構成することになる。ロッド10及びキャピラリ1
1の径の典型値は1mm程度であり、キャピラリ11の
外径に対する内径の比は、例えば0.4ないし0.8で
ある。ジャケット管13としては、外径20mm程度、
内径18mm程度のものが用いられる。
リフォームが形成する方法では、径の小さな貫通穴部を
含むプリフォームの形成が容易に行えるため、光ファイ
バに形成される空孔の径を小さくできる。このように光
ファイバの空孔の径を小さくすることで、比較的短い波
長の光に対しても低い実効屈折率を実現できる。従っ
て、この方法は、短い波長の光を導波させるのに適した
光ファイバの製造に有利である。
フォームを形成した後、貫通穴部を形成するプリフォー
ムの内壁表面部に存在するOH基の除去処理を行う。こ
のOH基の除去処理を実施するための構成を図7に示
す。
ォーム5は線引機の炉内にセットされる。プリフォーム
5の両端にはガラス管21a,21bの一端が接続さ
れ、各ガラス管21a,21bの他端には蓋体22a,
22bが固定されている。これにより、プリフォーム5
の貫通穴部9内に汚染物質が侵入するのを防ぐことがで
きる。ガラス管21a,21bの長さは、線引機の構成
に依存して調整される。ガラス管21aには、プリフォ
ーム5の貫通穴部9内に乾燥性を有する気体を供給する
ための供給配管23aが接続されている。また、ガラス
管21bには、乾燥性を有する気体をプリフォーム5の
外部に排出するための排気配管23bが接続されてい
る。ここで、乾燥性を有する気体(以下、乾燥気体とい
う)とは、完全に乾燥した気体のみならず、わずかな水
分を含んでいる実質的に乾燥している気体をも含む概念
である。なお、ガラス管21a,21bは、プリフォー
ム5におけるプリフォーム有効部つまり線引後に光ファ
イバとなる部分を、供給配管23a、排気配管23b及
び把持手段(図示せず)に接続するために設けたもので
ある。
9内に、プリフォーム5の一端から他端に向けて乾燥気
体を例えば5リットル/分程度の流速で流すと共に、炉
内の加熱部24によりプリフォーム5を加熱する。この
とき、プリフォーム5を800℃以上で30分以上加熱
することが好ましく、1200℃以上で1時間以上加熱
することがより好ましい。また、プリフォーム5のプリ
フォーム有効部の長さに比べて加熱部24が小さい場合
には、プリフォーム5を適時上下動させてプリフォーム
有効部全体が適切に加熱されるようにする。
通穴部9に流しながら、プリフォーム5を加熱すること
により、貫通穴部9を形成するプリフォーム5の内壁5
a表面に存在するOH基がH2O分子となる反応が促進
され、OH基がH2O分子として貫通穴部9の空間へと
拡散する。そして、その拡散したH2O分子は、貫通穴
部9内にとどまることなく、乾燥気体の流れによって排
気配管23bを介して排出される。これにより、内壁5
a表面におけるOH濃度が低下する。また、貫通穴部9
内に乾燥気体を流すことで、内壁5a表面へのOH基の
再付着が抑制されるため、内壁5a表面部におけるOH
濃度の低下が早くなる。このように内壁5a表面部に存
在するOH基が除去されるため、OH基に起因する光フ
ァイバの伝送損失を低減することが可能となる。
を効果的に除去するためには、H2O濃度が十分に低い
乾燥気体を使用するのが望ましい。このような乾燥気体
としては、具体的には、露点が−50℃以下、より好ま
しくは露点が−70℃以下の気体を使用する。
5を加熱したときには、プリフォーム5の貫通穴部9内
の気体分子はガラスと反応しやすくなる。このような気
体とガラスとの化学反応の中には、光吸収や光散乱を増
大させて伝送特性を劣化させる反応もある。そこで、乾
燥気体としては、不活性気体を85%以上のモル濃度で
含む気体を使用するのが好ましい。乾燥気体が化学的に
不活性であると、シリカガラスとの反応が生じにくくな
るため、貫通穴部9内の気体とガラスとの化学反応が抑
制され、これにより光ファイバの伝送特性の劣化を防止
することができる。なお、乾燥気体としては、N2、H
e、Arの1つ又は2つ以上の混合である不活性気体を
85%以上のモル濃度で含む気体を使用する。これらの
気体は特に活性度が低く、ガラスとの化学反応の抑制に
効果的である。
る活性気体を含む気体を使用することもできる。この場
合には、プリフォーム5の内壁5a表面のOH濃度の低
下速度を速めることができるため、その分OH基の除去
処理時間が短縮される。なお、脱水作用を有する活性気
体としては、HF、F2、Cl2、COの少なくとも1つ
を含む気体を使用する。これらの気体は特に脱水作用に
優れており、OH基の除去処理時間の短縮に効果的であ
る。また、活性気体の濃度を高く、例えば30%以上に
すると、脱水にとって効果的である。
5a表面部に存するOH基の除去処理は、必ずしも線引
機において行う必要はなく、この工程に適した構成を適
宜用いることができる。
後、プリフォーム5を線引機の加熱部24により例えば
1800℃程度に加熱し、プリフォーム5の加熱側端か
ら光ファイバに線引する。これにより、図1に示すよう
な複数本の空孔4を有すると共に125μmの径をもっ
た光ファイバ1が生成される。このとき、上述した蓋体
22aを用いて線引を行うと、プリフォーム5の貫通穴
部9内に水蒸気等の汚染物質が侵入することが防止さ
れ、その結果歩留まりが向上する。
貫通穴部9を形成するプリフォーム5の内壁5a表面に
おける表面張力によって光ファイバ1における空孔占有
率は減少しようとする。ここで、空孔占有率は、ファイ
バにおける空孔断面積をファイバ断面積で割った値、ま
たはプリフォーム5の貫通穴部9の断面積をプリフォー
ム5の断面積で割った値である。この線引時の空孔占有
率は、プリフォーム5の貫通穴部9内と内壁5aとの間
に生じる圧力差にも依存する。そこで、貫通穴部9内の
圧力を制御することによって、光ファイバ1において所
望の空孔占有率が得られるようにする。
るための圧力調整部25を供給配管23aに介設させる
と共に、プリフォーム5の貫通穴部9内の圧力を検出す
るための圧力センサ26を設ける。圧力センサ26は、
供給配管23aにおける圧力を検出してもよく、この検
出値に基づいて貫通穴部9における圧力を求めることが
できる。そして、圧力調整部25は、圧力センサ26の
検出値に基づいて、貫通穴部9内の圧力が所望値となる
ように乾燥気体の供給圧力を制御する。これにより、プ
リフォーム5の内壁5a表面における表面張力による貫
通穴部9の収縮が抑制され、所望の空孔占有率を有する
光ファイバが線引されるようになる。また、乾燥気体の
供給圧力を調整することにより、光ファイバ1の空孔占
有率を適宜調節することができる。この場合には、波長
分散やモードフィールド径といったファイバ特性を容易
に調整することが可能となる。
穴部9を有するプリフォーム5を形成した後に、乾燥気
体を貫通穴部9内に流しながらプリフォーム5を加熱す
るようにしたので、貫通穴部9を形成するプリフォーム
5の内壁5a表面部に存在するOH基が除去され、これ
により伝送損失の低い光ファイバ1を得ることができ
る。
で、プリフォーム5の内壁5a表面へのOH基の再付着
も抑制されるため、内壁5a表面部におけるOH濃度が
速く低下する。また、乾燥気体を貫通穴部9内に流しな
がらプリフォーム5を加熱する前に、プリフォーム5の
内壁5a表面を平滑化し、更にプリフォーム5の内壁5
a表面をドライエッチングするので、内壁5a表面部に
存在するOH基の総量が減少する。これにより、OH基
の除去に要する時間が短くなり、製造コストの削減を図
ることができる。
線引する際、プリフォーム5の貫通穴部9内の圧力を調
整するので、所望の空孔占有率を有する光ファイバ1を
得ることができる。
法について図8により説明する。なお、上述した製造方
法と同様の内容については、その説明を省略する。
るプリフォーム30として、軸方向に延び一端側が閉じ
られた複数本の凹状穴部31を有するものを使用する。
このプリフォーム30は、上述した実施形態と同じ方法
で作成される。プリフォーム30を形成した後、図5に
示す構成によって、凹状穴部31を形成するプリフォー
ム30の内壁30a表面部に存在するOH基の除去処理
を行う。
開口側端にはガラス管32の一端が接続され、このガラ
ス管32の他端には蓋体33が取り付けられている。ガ
ラス管32には分岐配管34が接続され、この分岐配管
34には、乾燥気体をプリフォーム30の凹状穴部31
内に供給するための供給配管35と、凹状穴部31内の
乾燥気体を排出するための排気配管36とが分岐接続さ
れている。排気配管36は、真空ポンプ37と接続され
ている。また、配管35,36には開閉弁38,39が
それぞれ設けられている。
38を開いた状態で、乾燥気体を流し、プリフォーム3
0の凹状穴部31内に乾燥気体を満たす。その状態で、
炉内の加熱部24によりプリフォーム30を800℃以
上の温度で30分以上加熱する。そして、所定時間経過
後、開閉弁38を閉じ、開閉弁39を開いた状態で、真
空ポンプ37により凹状穴部31内の気体を排気する。
このような乾燥気体の注入及び排気は、複数回繰り返し
て行うのが好ましい。
a表面や内壁30a中のOH基がH 2O分子として凹状
穴部31の空間へと拡散する。そして、そのH2O分子
は、拡散または対流によってプリフォーム30の外部に
送られ、更に真空ポンプ37により排出される。従っ
て、プリフォーム30の内壁30a表面部に存在するO
H基が効果的に除去されると共に、内壁30a表面への
OH基の再付着が抑制される。
ム非有効部からプリフォーム有効部へのH2O分子の拡
散を低減することにより、プリフォーム有効部における
内壁30a表面部のOH濃度の低下を速めることができ
る。ここで、プリフォーム非有効部からプリフォーム有
効部へのH2O分子の拡散を低減する方法としては、プ
リフォーム有効部をプリフォーム非有効部よりも高温に
したり、プリフォーム非有効部に吸湿性媒質を設けた
り、プリフォーム非有効部における凹状穴部31の容積
をプリフォーム有効部における凹状穴部31よりも大き
くする等があげられる。
後、プリフォーム30を線引機の加熱部24により加熱
し、プリフォーム30の加熱側端からファイバに線引す
る。このとき、供給配管35に介設した圧力調整部24
と圧力センサ25によって、プリフォーム30の凹状穴
部31内の圧力が所望値となるように乾燥気体の供給圧
力を制御する。これにより、プリフォーム30の内壁3
0a表面における表面張力による凹状穴部31の収縮が
抑制され、所望の空孔占有率を有する光ファイバが線引
される。
部31を形成するプリフォーム30の内壁30a表面部
に存在するOH基が確実に除去されるので、OH基に起
因する光ファイバの伝送損失を低減することができる。
の方法について説明する。なお、上述した製造方法と同
様の内容については、その説明を省略する。また、本製
造方法では、図5に示すプリフォーム30を使用する。
30を形成する。続いて、開閉弁38を閉じ、開閉弁3
9を開いた状態で、真空ポンプ37により凹状穴部31
内を減圧排気すると共に、炉内の加熱部24によりプリ
フォーム30を800℃以上の温度で30分以上加熱す
る。これにより、凹状穴部31を形成するプリフォーム
30の内壁30a表面や内壁30a中に存在するOH基
がH2O分子として凹状穴部31の空間へと拡散し、そ
のH2O分子が減圧排気によってプリフォーム30の外
部に排出される。
開いた状態で、乾燥気体を流し、プリフォーム30の凹
状穴部31内に乾燥気体を満たす。そして、線引機の加
熱部24によりプリフォーム30を加熱し、プリフォー
ム30の加熱側端からファイバに線引する。
31を形成するプリフォーム30の内壁30a表面部に
存在するOH基を除去することができるので、OH基に
起因する光ファイバの伝送損失を低減することが可能と
なる。
に関する一実験例を示す。同図において、実線Pは、プ
リフォームの内壁表面部に存在するOH基の除去処理を
行った場合の伝送損失であり、点線Qは、OH基の除去
処理を行わなかった場合の伝送損失である。なお、OH
基の除去処理においては、乾燥気体として露点が−70
℃以下のN2を使用し、これをプリフォームの穴部内に
流しながら、プリフォームを1200℃の温度で3時間
加熱した。
を行った場合には、OH基の吸収による損失が低く抑え
られることで、約1100〜1700nmの波長帯域に
おける伝送損失が低減される。このとき、波長1550
nmにおける伝送損失は、6.7dB/kmから1.1
dB/kmに低減されている。なお、8.5dB/km
以上の伝送損失については、測定器の測定可能範囲を超
えているため、正確には測れていない。
先立って、プリフォームの内壁表面を平滑化した場合の
伝送損失に関する一実験例を示したものである。図10
から分かるように、OH基の吸収ピーク波長である13
80nmにおける伝送損失は約24dB/kmであり、
波長1550nmにおいては伝送損失が0.68dB/
kmにまで低減されている。
れた空孔4を有する光ファイバ1においては、OH基の
吸収ピーク波長である1380nmにおける伝送損失を
約200dB/km以下とすることにより、1550n
m付近の波長帯域において10dB/km以下、好まし
くは3dB/km以下の低い伝送損失が実現可能とな
る。このとき、光ファイバ1の空孔4内部に存在する水
の密度が好ましくは1mg/リットル以下であれば、空
孔4内に含まれる水が、空孔4を形成するファイバ内壁
表面に付着することが抑えられるため、そのような低い
伝送損失を確実に達成できる。伝送損失の低い光ファイ
バは、分散補償器としての使用に好適である。
を分散補償器として使用する場合、長尺の光ファイバ1
を使用できるため、補償できる分散量が大きくなる。そ
の結果、分散補償対象の伝送路長を長くして、伝送距離
を増大させることができる。また、所定のSN比を実現
するための分散補償器の入力光信号パワーを低減できる
ため、SPM、XPM、FWMなどの非線形光学効果に
よる伝送品質劣化が抑制され、スペクトル利用効率つま
り周波数帯域当たりの伝送容量を増大させることができ
る。
送損失を30dB/km以下とすることにより、155
0nm付近の波長帯域において1dB/km以下の極め
て低い伝送損失を実現できるようになる。これにより、
光ファイバ1を分散補償器として更に有効的に使用でき
る。また、この場合には、数十kmオーダーでの伝送が
可能となるため、分散補償器としてのみならず、光伝送
路としても好適に応用でき、伝送距離を更に増大させる
ことができる。
用して構築した光通信システムについて、以下に説明す
る。
分散補償器を備えた光通信システムの一例を示したもの
である。この光通信システム40においては、光送信機
41と光受信機42とが、光伝送路43及び分散補償器
44を介して接続されている。光伝送路43は、1種類
または2種類以上の光ファイバで構成され、通常は正の
波長分散を有している。この光伝送路43の後段に分散
補償器44が接続されている。この分散補償器44は、
光伝送路43の分散と逆符号の波長分散を有する光ファ
イバ1からなるコイル45と、このコイル45の前段お
よび後段に設けられた光アンプ46とによって構成され
ている。このような構成では、分散補償器44によって
光伝送路43の波長分散が補償され、パルス波形劣化が
抑制されることにより、大きな伝送容量が得られる。ま
た、光伝送路43の後段に分散補償器44を挿入するこ
とにより、分散補償器44への入力光信号パワーが低減
され、FWM等の非線形光学効果による伝送品質劣化が
抑制され、スペクトル利用効率が向上する。
光伝送路を備えた光通信システムの一例を示したもので
ある。この光通信システム50においては、光送信機5
1と光受信機52とが、光伝送路53及び光アンプ54
を介して接続されている。光伝送路53に使用される光
ファイバ1は、50nm以上の広い波長帯域にわたって
絶対値が1〜10ps/nm/kmの波長分散を有する
と共に、30km以上の長さを有している。なお、光増
幅器を挟んで複数の光伝送路を接続し、伝送距離を更に
長くすることができる。このように広い帯域にわたって
絶対値の小さな波長分散を有することにより、1波長当
たりの伝送容量を大きく且つ波長数の大きな波長多重伝
送を行うことができ、大きな伝送容量が得られる。
光伝送路を備えた他の光通信システムの一例を示したも
のである。この光通信システム60においては、光送信
機61と光受信機62とが、光伝送路63及び光アンプ
64を介して接続されている。光伝送路63は、空孔を
有しない通常の光ファイバで構成された伝送路65と、
図1に示すような空孔4を有する光ファイバ1で構成さ
れた伝送路66とを含んでいる。伝送路65に使用され
る通常の光ファイバは、+1ps/nm/kmの波長分
散を有すると共に、30km以上の長さを有している。
伝送路66に使用される光ファイバ1は、−3ps/n
m/kmの波長分散を有すると共に、10km以上の長
さを有している。各々の光ファイバの長さは、累積波長
分散が所定の範囲内の値となるように選ばれる。なお、
光増幅器を挟んで複数の光伝送路を接続し、伝送距離を
更に長くすることができる。このように絶対波長分散が
所定値以上の光ファイバを用いることにより、FWM等
の非線形光学効果による伝送品質劣化が抑制され、伝送
速度やスペクトル利用効率が向上する。
るものではない。例えば、上記実施形態の光ファイバ
は、クラッドのみに空孔を形成したものであるが、本発
明は、コアに空孔が形成された光ファイバにも適用可能
である。
プリフォームの貫通穴部内に流しながらプリフォームを
加熱するので、貫通穴部におけるプリフォームの内壁表
面部に存在するOH基が除去され、これにより伝送損失
の低い光ファイバを得ることができる。
の凹状穴部内に満たして、プリフォームを加熱するの
で、凹状穴部におけるプリフォームの内壁表面部に存在
するOH基が除去され、これにより伝送損失の低い光フ
ァイバを得ることができる。
排気すると共に、プリフォームを加熱するので、凹状穴
部におけるプリフォームの内壁表面部に存在するOH基
が除去され、これにより伝送損失の低い光ファイバを得
ることができる。
断面図である。
ある。
である。
除去処理を行う方法を示す図である。
除去処理を行う他の方法を示す図である。
実験例を示したものである。
の除去処理に先立って、プリフォームの内壁表面を平滑
化した場合の光ファイバの伝送損失に関する一実験例を
示したものである。
えた光通信システムの一例を示したものである。
た光通信システムの一例を示したものである。
備えた光通信システムの一例を示したものである。
5…プリフォーム、5a…内壁、8…穿孔具、9…貫通
穴部、11…キャピラリ(筒状部材)、12…バンド
ル、13…ジャケット管、14…プリフォーム、15…
貫通穴部、25…圧力調整部、26…圧力センサ、30
…プリフォーム、30a…内壁、31…凹状穴部、37
…真空ポンプ。
Claims (22)
- 【請求項1】 軸方向に延びる空孔を有する光ファイバ
を製造する光ファイバの製造方法であって、 前記空孔となる貫通穴部を有するプリフォームを形成す
る第1の工程と、 乾燥性を有する気体を前記貫通穴部内に流しながら、前
記プリフォームを加熱する第2の工程と、 前記プリフォームを光ファイバに線引きする第3の工程
とを含むことを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 【請求項2】 軸方向に延びる空孔を有する光ファイバ
を製造する光ファイバの製造方法であって、 前記空孔となる凹状穴部を有するプリフォームを形成す
る第1の工程と、 乾燥性を有する気体を前記凹状穴部内に満たして、前記
プリフォームを加熱する第2の工程と、 前記プリフォームを光ファイバに線引きする第3の工程
とを含むことを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 【請求項3】 前記第2の工程において、前記乾燥性を
有する気体を前記凹状穴部内に注入する工程と、前記凹
状穴部内から前記乾燥性を有する気体を排出する工程と
を繰り返すことを特徴とする請求項2記載の光ファイバ
の製造方法。 - 【請求項4】 軸方向に延びる空孔を有する光ファイバ
を製造する光ファイバの製造方法であって、 前記空孔となる凹状穴部を有するプリフォームを形成す
る第1の工程と、 前記凹状穴部内を減圧排気すると共に、前記プリフォー
ムを加熱する第2の工程と、 前記プリフォームを光ファイバに線引きする第3の工程
とを含むことを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 【請求項5】 前記第2の工程において、前記プリフォ
ームを800℃以上の温度で加熱することを特徴とする
請求項1〜4のいずれか一項記載の光ファイバの製造方
法。 - 【請求項6】 前記乾燥性を有する気体として、露点が
−50℃以下の気体を使用することを特徴とする請求項
1〜5のいずれか一項記載の光ファイバの製造方法。 - 【請求項7】 前記乾燥性を有する気体として、不活性
気体を85%以上のモル濃度で含む気体を使用すること
を特徴とする請求項6記載の光ファイバの製造方法。 - 【請求項8】 前記不活性気体として、N2、He、A
rの1つ又は2つ以上の混合である気体を使用すること
を特徴とする請求項7記載の光ファイバの製造方法。 - 【請求項9】 前記乾燥性を有する気体として、脱水作
用を有する活性気体を含む気体を使用することを特徴と
する請求項6記載の光ファイバの製造方法。 - 【請求項10】 前記脱水作用を有する活性気体とし
て、HF、F2、Cl2、COの少なくとも1つを含む気
体を使用することを特徴とする請求項9記載の光ファイ
バの製造方法。 - 【請求項11】 前記第2の工程の前に、前記穴部にお
ける前記プリフォームの内壁表面を平滑化することを特
徴とする請求項1〜10のいずれか一項記載の光ファイ
バの製造方法。 - 【請求項12】 前記第2の工程の前に、前記穴部にお
ける前記プリフォームの内壁表面をドライエッチングす
ることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項記載
の光ファイバの製造方法。 - 【請求項13】 前記第3の工程において、前記穴部内
の圧力を調整することを特徴とする請求項1〜12のい
ずれか一項記載の光ファイバの製造方法。 - 【請求項14】 前記第1の工程において、穿孔具を用
いて円柱状の前記プリフォームを切削することにより、
前記プリフォームに前記穴部を形成することを特徴とす
る請求項1〜13のいずれか一項記載の光ファイバの製
造方法。 - 【請求項15】 前記第1の工程において、複数の筒状
部材を束ねてバンドルを形成し、このバンドルをジャケ
ット管内に挿入することにより、前記穴部を有するプリ
フォームを形成することを特徴とする請求項1〜13の
いずれか一項記載の光ファイバの製造方法。 - 【請求項16】 コアと、このコアを囲むクラッドとを
有し、前記コア及び前記クラッドの少なくとも一方には
軸方向に延びる空孔が設けられ、全反射またはブラッグ
反射によって光を前記コアに閉じ込めて軸方向に導波さ
せる光ファイバであって、波長1380nmにおける伝
送損失が200dB/km以下であることを特徴とする
光ファイバ。 - 【請求項17】 前記空孔の内部における水の密度が1
mg/リットル以下であることを特徴とする請求項16
記載の光ファイバ。 - 【請求項18】 前記波長1380nmにおける伝送損
失が30dB/km以下であることを特徴とする請求項
16記載の光ファイバ。 - 【請求項19】 コアと、このコアを囲むクラッドとを
有し、前記コア及び前記クラッドの少なくとも一方には
軸方向に延びる空孔が設けられ、全反射またはブラッグ
反射によって光を前記コアに閉じ込めて軸方向に導波さ
せる光ファイバであって、波長1550nmにおける伝
送損失が10dB/km以下であることを特徴とする光
ファイバ。 - 【請求項20】 前記波長1550nmにおける伝送損
失が3dB/km以下であることを特徴とする請求項1
9記載の光ファイバ。 - 【請求項21】 前記波長1550nmにおける伝送損
失が1dB/km以下であることを特徴とする請求項2
0記載の光ファイバ。 - 【請求項22】 請求項16〜21のいずれか一項記載
の光ファイバを含むことを特徴とする光通信システム。
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