JP2002321936A

JP2002321936A - 光ファイバ及びその製造方法

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Publication number: JP2002321936A
Application number: JP2001123269A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Saito; 和也齊藤; Akira Ikushima; 明生嶋; Kaled Jabri; カレッドジャブリ; Katsuya Nagayama; 勝也永山; Akira Urano; 章浦野; Yuichi Oga; 裕一大賀
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Toyota Gauken
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd; Toyota Gauken
Priority date: 2001-04-20
Filing date: 2001-04-20
Publication date: 2002-11-08

Abstract

(57)【要約】【課題】コア領域にフッ素が添加されているととも
に、光の伝送損失が充分に低減された光ファイバ、及び
その製造方法を提供する。【解決手段】平均比屈折率差がΔｎ₁のコア領域１０
０と、Δｎ₂（Δｎ₂＜Δｎ₁）のクラッド領域２００と
を備える光ファイバにおいて、コア領域１００に条件Δ
ｎ₁＜−０．３％を満たすようにフッ素を添加する。そ
して、光ファイバの製造において、線引された光ファイ
バに対して、線引炉の後段に設けられた熱処理炉を用
い、８００℃〜１５００℃の温度で０．０５秒〜１秒間
の時間とした条件で熱処理を行う。このとき、コア領域
１００に対する高濃度でのフッ素の添加により、熱処理
によるガラスの構造緩和が促進され、充分に伝送損失が
低減された光ファイバを効率的に作製することが可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光を伝送する光フ
ァイバ、及び光ファイバの製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバを用いた光の伝送において、
光ファイバ内での光のレイリー散乱によって生じるレイ
リー散乱損失などの伝送損失が問題となる。これに対し
て、レイリー散乱損失を低減することが可能な光ファイ
バ、あるいはその製造方法が提案されている。

【０００３】例えば、文献１「坂口、電子情報通信学会
論文誌 2000/1 Vol.J83-C No.1, pp.30-36」に、線引後
の光ファイバの徐冷によって、光ファイバでのレイリー
散乱損失を低減することが記載されている。すなわち、
ガラス内で生じるレイリー散乱の強度は材料によって一
定に定まるものではなく、ガラス内での原子の配列状態
の乱雑さを示す仮想的な温度である仮想温度Ｔｆ（Fict
ive Temperature）に依存する。具体的には、ガラスの
仮想温度Ｔｆが高く（ガラス内での乱雑さが大きく）な
ると、レイリー散乱強度は増大する。

【０００４】これに対して、光ファイバ母材を加熱線引
して光ファイバとするときに、線引炉の後段に熱処理炉
を設置しておき、線引後の光ファイバが熱処理炉を通過
するときに所定の温度範囲内となるように加熱する。こ
れによって、線引後の光ファイバの急激な冷却が防止さ
れ、光ファイバが徐冷される。このとき、原子の再配列
によるガラスの構造緩和によって、光ファイバの仮想温
度Ｔｆが低下して、光ファイバ内でのレイリー散乱強度
が抑制される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】長距離での光通信用伝
送路、または短距離での紫外ライトガイドなどに用いら
れる光ファイバとしては、その用途や要求される特性等
に応じて、様々な構成のものが用いられる。そのような
光ファイバの１つとして、石英（ＳｉＯ₂）ガラス系な
どのコア領域に対して、添加物としてフッ素（Ｆ）が添
加された光ファイバがある。

【０００６】しかしながら、このようにフッ素が添加さ
れたガラスの物性や、光を伝送させるコア領域のガラス
にフッ素を添加した光ファイバの光伝送特性は、特にフ
ッ素が高濃度で添加された場合などについては、従来良
く知られていない。

【０００７】例えば、フッ素などの添加物のＳｉＯ₂ガ
ラスへの添加は、光ファイバの伝送損失に対しても当然
に影響を与える。これに対して、フッ素を添加すること
による伝送損失の変化と、上述した構造緩和によるレイ
リー散乱損失の変化との関係は、あまり調べられておら
ず、このため、コア領域にフッ素が添加された光ファイ
バでの光の伝送損失の低減が充分にはなされていないと
いう問題がある。

【０００８】本発明は、以上の問題点を解決するために
なされたものであり、コア領域にフッ素が添加されてい
るとともに、光の伝送損失が充分に低減された光ファイ
バ、及びその製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による光ファイバの製造方法は、
（１）純ＳｉＯ₂での屈折率を基準として％で表して定
義された比屈折率差について、領域内での平均比屈折率
差Δｎ₁が条件 Δｎ₁＜−０．３％を満たすようにフッ素が添加されたコア領域と、コア領
域の外周に設けられたクラッド領域とを有する光ファイ
バ母材を形成する母材形成工程と、（２）光ファイバ母
材を線引炉で加熱線引して光ファイバとする線引工程と
を備え、（３）線引工程において、加熱線引された光フ
ァイバに対して線引炉の後段に熱処理炉を設け、熱処理
炉によって、光ファイバを８００℃〜１５００℃の範囲
内の温度で０．０５秒〜１秒間熱処理しつつ線引を行う
ことを特徴とする。

【００１０】また、本発明による光ファイバは、純Ｓｉ
Ｏ₂での屈折率を基準として％で表して定義された比屈
折率差について、領域内での平均比屈折率差Δｎ₁が条
件 Δｎ₁＜−０．３％を満たすようにフッ素が添加されたコア領域と、コア領
域の外周に設けられ領域内での平均比屈折率差Δｎ₂が
条件 Δｎ₂＜Δｎ₁ を満たすクラッド領域とを備えることを特徴とする。

【００１１】一般に、光ファイバのコア領域に対して、
そのガラス内にフッ素（Ｆ）などの添加物を加えると、
ガラスの粘性低下や拡散増加により、ガラスの密度揺ら
ぎを減少させて仮想温度Ｔｆを低下させることができ、
したがって、光ファイバ内でのレイリー散乱損失の発生
を抑制することが可能となると考えられる。一方で、フ
ッ素の添加により、ガラス内でのフッ素の濃度揺らぎに
よって光が散乱される濃度散乱などによる伝送損失が増
加する。

【００１２】これに対して、本願発明者は、後述するよ
うに、コア領域に対して比屈折率差がΔｎ₁＜−０．３
％となるように高濃度でフッ素を添加した光ファイバに
おいて、熱処理での構造緩和によってガラスの仮想温度
Ｔｆを低下させて、光の伝送損失を充分に低減すること
が可能であることを見出した。

【００１３】特に、上記した光ファイバ、及びその製造
方法によれば、コア領域に対する高濃度でのフッ素の添
加により、光ファイバ内のガラスの熱処理による構造緩
和が促進される。したがって、低伝送損失の光ファイバ
を効率的に作製することが可能となる。

【００１４】また、光ファイバについては、クラッド領
域は、平均比屈折率差Δｎ₂が条件 Δｎ₂＜−０．６％を満たすようにフッ素が添加されていることが好まし
い。これにより、コア領域とクラッド領域との間の比屈
折率差Δｎ₁−Δｎ₂を充分に大きくして、光が良好に伝
送される構成とすることができる。

【００１５】また、光ファイバの具体的な構成及び用途
としては、所定の信号光波長範囲内にある信号光をシン
グルモードで伝送することが可能に構成され、光通信用
伝送路として用いられる光ファイバとすることが可能で
ある。

【００１６】あるいは、所定の紫外光波長範囲内にある
光を伝送することが可能に構成され、紫外ライトガイド
として用いられる光ファイバとすることが可能である。
なお、所定の紫外光波長範囲内の光とは、例えば、波長
３００ｎｍ以下の光である。また、好ましくは、波長１
５５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の光である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面とともに本発明による
光ファイバ、及びその製造方法の好適な実施形態につい
て詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要
素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。ま
た、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致して
いない。

【００１８】ここで、本明細書においては、光ファイバ
などの透明ガラス体での屈折率について、ガラス体内の
各部位における屈折率の値を示す比屈折率差Δｎを、純
ＳｉＯ₂（石英）ガラスでの屈折率を基準（純ＳｉＯ₂ガ
ラスでΔｎ＝０）として定義し、純ＳｉＯ₂からの比屈
折率差を％で表すものとする。

【００１９】まず、光ファイバの構成について説明す
る。

【００２０】図１は、本発明による光ファイバの一実施
形態について、その断面構造、及びファイバ径方向（図
中の線Ｌで示された方向）の屈折率プロファイルを模式
的に示す図である。なお、図１に屈折率プロファイルと
して示した比屈折率差（％）分布の横軸は、スケールは
異なるが、図中の断面構造に示された線Ｌに沿った、光
ファイバの中心軸に対して垂直な断面上の各位置に対応
している。

【００２１】この光ファイバは、ＳｉＯ₂ガラス系の光
ファイバであり、光ファイバの中心軸を含み軸に沿って
伸びるコア領域１００と、コア領域１００の外周に設け
られたクラッド領域２００とを備えて構成されている。
このような構成において、光ファイバ内を伝送される光
は、コア領域１００内、及びクラッド領域２００の内周
側でコア領域１００近傍の部位内を伝送される。

【００２２】コア領域１００は、屈折率を下げる添加物
であるフッ素（Ｆ）が添加されたＳｉＯ₂ガラスからな
る。また、ＳｉＯ₂ガラスへのフッ素の添加量について
は、コア領域１００内での平均比屈折率差Δｎ₁（Δｎ₁
＜０）が条件 Δｎ₁＜−０．３％を満たすように、所定の添加量でフッ素が添加されてい
る。

【００２３】一方、クラッド領域２００は、クラッド領
域２００内での平均比屈折率差Δｎ ₂が条件 Δｎ₂＜Δｎ₁（＜０）を満たすように形成されている。

【００２４】具体的には、例えば、クラッド領域２００
は、コア領域１００と同様に、屈折率を下げる添加物で
あるフッ素（Ｆ）が添加されたＳｉＯ₂ガラスからな
る。また、このようにフッ素を添加した場合における、
ＳｉＯ₂ガラスへのフッ素の添加量については、クラッ
ド領域２００内での平均比屈折率差Δｎ₂が上記条件を
満たすように、所定の添加量でフッ素が添加される。

【００２５】本実施形態の光ファイバでは、コア領域１
００に対してΔｎ₁＜−０．３％となるように、高濃度
でフッ素が添加されている。しかしながら、従来、この
ようにコア領域１００に対してフッ素を高濃度で添加し
た場合の光ファイバの特性への影響、例えばフッ素の添
加量を高くすることによる伝送損失の変化などは、充分
には知られていない。

【００２６】これに対して、本願発明者は、高濃度でフ
ッ素を添加したガラス体の物性、及びコア領域に対して
高濃度でフッ素を添加した光ファイバの光伝送特性につ
いて実験及び検討を行った。その結果、コア領域１００
に対して比屈折率差が上述の条件Δｎ₁＜−０．３％を
満たすように高濃度でフッ素を添加した光ファイバにお
いて、熱処理での構造緩和によってガラスの仮想温度Ｔ
ｆを低下させて、光の伝送損失を充分かつ効率的に低減
することが可能であることを見出した。以下、図１に示
した構成を有する光ファイバの製造方法、及び本構成に
おける伝送損失の低減効果等について詳述する。

【００２７】図１に示した構成を有する光ファイバの製
造方法について説明する。本発明による光ファイバの製
造方法では、まず、フッ素が添加されたコア領域１００
と、コア領域１００の外周に設けられたクラッド領域２
００とを有する光ファイバ母材を形成する（母材形成工
程）。

【００２８】ここで、コア領域１００については、上述
したように、領域内での平均比屈折率差Δｎ₁が条件 Δｎ₁＜−０．３％を満たす添加量でフッ素を添加する。また、クラッド領
域２００については、領域内での平均比屈折率差Δｎ₂
が条件 Δｎ₂＜Δｎ₁＜０を満たす添加量で所定の添加物（例えばフッ素）を添加
する。

【００２９】このとき、光ファイバ母材は、図１に示し
た光ファイバと同様の屈折率プロファイルを有する透明
ガラス母材となる。そして、この光ファイバ母材を線引
炉で加熱線引する（線引工程）。これにより、図１に示
した構成を有する光ファイバが得られる。特に、線引工
程において、加熱線引された光ファイバに対して所定の
条件で熱処理を行うことによって、低伝送損失での光の
伝送が可能な光ファイバを作製することが可能である。

【００３０】図２は、本発明による光ファイバの製造方
法において用いられる線引装置の一実施形態を概略的に
示す構成図である。

【００３１】図２に示す線引装置１は、石英ガラス系な
どの光ファイバを線引するための線引装置であって、線
引炉１１、熱処理炉２１、及び樹脂硬化部３１を備えて
構成されている。これらの線引炉１１、熱処理炉２１、
及び樹脂硬化部３１は、光ファイバ母材２を線引する方
向（図２における上下方向）にこの順で設置されてい
る。

【００３２】まず、母材供給装置（図示していない）に
保持された、上記した構成の光ファイバ母材２を線引炉
１１に供給する。そして、線引炉１１内のヒータ１２で
光ファイバ母材２の下端を加熱して軟化させ、線引して
光ファイバ３とする。線引炉１１の炉心管１３には、不
活性ガス供給部１４からの不活性ガス供給通路１５が接
続されており、線引炉１１の炉心管１３内が不活性ガス
雰囲気となるように構成されている。

【００３３】加熱線引された光ファイバ３は炉心管１３
内にて、所定の温度まで不活性ガスにより冷却される。
その後、光ファイバ３は、炉心管１３の下部から線引炉
１１外に出され、線引炉１１と熱処理炉２１との間にて
空冷される。不活性ガスとしては、例えばＮ₂ガスを用
いることができる。Ｎ₂ガス及び空気の熱伝導係数λ
（Ｔ＝３００Ｋ）は、いずれも約２６ｍＷ／（ｍ・Ｋ）
である。

【００３４】次に、空冷された光ファイバ３を、線引炉
１１の後段であって線引炉１１と樹脂硬化部３１との間
の所定位置、好ましくは線引炉１１の直後の位置、に設
けられた熱処理炉２１に送る。そして、光ファイバ３の
所定区間をヒータ２２で加熱して、所定の冷却速度にて
徐冷されるように熱処理を行う。具体的には、線引炉１
１で加熱線引された光ファイバ３に対して、熱処理炉２
１によって、光ファイバ３を８００℃〜１５００℃の範
囲内の温度で０．０５秒〜１秒間熱処理しつつ線引を行
う。

【００３５】熱処理炉２１の炉心管２３には、Ｎ₂ガス
供給部２４からのＮ₂ガス供給通路２５が接続されてお
り、熱処理炉２１の炉心管２３内がＮ₂ガス雰囲気とな
るように構成されている。Ｎ₂ガスを用いる代わりに、
空気あるいはＡｒなどの分子量の比較的大きいガス等を
用いることも可能である。ただし、カーボンヒータを用
いる場合には、不活性ガスを用いる必要がある。

【００３６】熱処理炉２１を出た光ファイバ３は、外径
測定手段としての外径測定器４１により外径がオンライ
ン測定される。その後、光ファイバ３に、コーティング
ダイス５１によりＵＶ樹脂５２が塗布される。塗布され
たＵＶ樹脂５２は、樹脂硬化部３１のＵＶランプ３２に
より硬化されて、光ファイバ素線４が形成される。そし
て、光ファイバ素線４は、ガイドローラ６１を経て、ド
ラム４２により巻き取られる。

【００３７】光ファイバ素線４を巻き取るドラム４２
は、回転駆動軸４５によって支持されている。また、こ
の回転駆動軸４５の端部は駆動モータ４３に接続されて
おり、駆動モータ４３によってドラム４２が回転駆動さ
れる。また、本実施形態では、この駆動モータ４３に対
して、外径測定器４１による外径の測定値がフィードバ
ックされて、ドラム４２による光ファイバ素線４の巻き
取りが制御されている。

【００３８】具体的には、外径測定器４１からの出力信
号は、光ファイバ素線４の巻き取りを制御する制御手段
である制御ユニット４４に送られる。そして、制御ユニ
ット４４は、光ファイバ３の外径があらかじめ設定され
た外径値となるように回転速度を求め、ドラム４２を回
転駆動する駆動モータ４３、あるいは駆動モータ用のド
ライバを制御する。これにより、制御ユニット４４から
指示された回転速度で、ドラム４２によって光ファイバ
素線４が巻き取られる。

【００３９】上記した光ファイバ及びその製造方法で
は、線引炉１１の後段に設けられた熱処理炉２１を用
い、８００℃〜１５００℃の熱処理温度で０．０５秒〜
１秒間の熱処理時間とした条件で熱処理を行い、線引後
の光ファイバを徐冷している。このとき、原子の再配列
によるガラスの構造緩和によって、光ファイバの仮想温
度Ｔｆが低下して、光ファイバ内でのレイリー散乱強度
が抑制される。

【００４０】特に、上記した光ファイバの構成によれ
ば、コア領域１００に対する高濃度でのフッ素の添加に
より、熱処理によるガラスの構造緩和が促進される。し
たがって、高濃度Ｆ添加ＳｉＯ₂コアを有する光ファイ
バでは、Ｆ添加なしの純ＳｉＯ₂コアを有する光ファイ
バなどに比べて、熱処理による仮想温度Ｔｆの低下の効
果を、上記した熱処理条件に示すように短時間で得るこ
とが可能となり、充分に伝送損失が低減された光ファイ
バを効率的に作製することができる。

【００４１】すなわち、光ファイバの製造効率の点から
言えば、構造緩和のための熱処理炉２１を短尺化して線
引装置１の構成を簡単化させ、また、線引速度を高速化
して生産性を向上させることができる。また、光ファイ
バの光伝送特性の点から言えば、構造緩和の効果が大き
くなることにより、極めて伝送損失が低い光ファイバを
得ることができる。具体的な熱処理温度及び熱処理時間
については、上記した熱処理条件の範囲内で、光ファイ
バの製造効率または光伝送特性に対してそれぞれどのよ
うな条件が要求されているかに応じて、好適な条件を選
択して設定することが好ましい。

【００４２】ここで、光ファイバのコア領域１００の外
周にあるクラッド領域２００については、平均比屈折率
差Δｎ₂が条件 Δｎ₂＜−０．６％を満たすようにフッ素が添加されていることが好まし
い。これにより、コア領域１００とクラッド領域２００
との間の比屈折率差Δｎ₁−Δｎ₂を、０．３％以上と充
分に大きくして、光が良好に伝送される構成とすること
ができる。

【００４３】以下、比屈折率差Δｎ₁がΔｎ₁＜−０．３
％となるようにＦ（フッ素）が高濃度で添加されたガラ
ス体または光ファイバでの、熱処理による構造緩和と仮
想温度Ｔｆの低下、濃度散乱（濃度揺らぎによる散乱）
の変化、及びそれらを合わせた全体としての伝送損失の
変化について、具体例を示しつつ説明する。

【００４４】熱処理（アニール）を行ったときにＳｉＯ
₂ガラス内で密度揺らぎが減少することによってガラス
の構造緩和が生じると、上述したように、ガラスの仮想
温度Ｔｆが変化する。ここでは、直径１０ｍｍ、厚さ２
ｍｍの円板形状を有するバルクのガラス体を評価用のガ
ラス体として、熱処理でのガラスの構造緩和による仮想
温度Ｔｆの変化を評価した。

【００４５】また、ガラスの仮想温度Ｔｆの導出方法と
しては、ガラスの仮想温度に対して一定の相関を有する
測定量として、ＳｉＯ₂ガラスでのＳｉ−Ｏ−Ｓｉ構造
における赤外線吸収のピーク（２２６０ｃｍ^-1付近にあ
る吸収ピーク）の位置を利用した。そして、評価用のガ
ラス体による赤外線吸収を分光計で測定して、その吸収
ピークの位置を求め、得られた吸収ピークの位置からガ
ラス体での仮想温度Ｔｆを評価して導出した。

【００４６】ガラスの仮想温度Ｔｆと赤外線吸収ピーク
の位置との相関については、あらかじめ実験的に求めた
相関曲線を用いた。すなわち、仮想温度が既知のガラス
体を用意して、いくつかの仮想温度に対して赤外線吸収
ピークの位置を測定し、それらの測定データから相関曲
線をあらかじめ決定した。なお、仮想温度Ｔｆが既知の
ガラス体としては、ガラス体を一定の加熱温度で数１０
時間程度にわたって熱処理すると、仮想温度Ｔｆが加熱
温度と略等しい状態のガラス体が得られるので、そのよ
うなガラス体を用いた。

【００４７】図３は、比屈折率差がΔｎ＝０．０１７％
となる添加量でＳｉＯ₂ガラスにＣｌ（塩素）を添加し
たガラス体に対して熱処理を行ったときの仮想温度の変
化を示すグラフである。ここで、図３（ａ）のグラフ
は、熱処理温度（アニール温度）をＴａ＝１１００℃と
したときの仮想温度の変化を、図３（ｂ）のグラフは、
熱処理温度をＴａ＝１０００℃としたときの仮想温度の
変化をそれぞれ示している。また、これらのグラフにお
いて、横軸は、熱処理開始から経過した熱処理時間ｔ
（分）であり、縦軸は、測定された赤外線吸収ピークの
位置から求められたガラス体の仮想温度Ｔｆ（℃）であ
る。

【００４８】まず、熱処理温度をＴａ＝１１００℃とし
た熱処理では、熱処理開始時のガラスの仮想温度は約１
１８７℃であったが、熱処理によってガラス体内で構造
緩和が生じて、時間の経過とともに仮想温度が低下して
いる。そして、図３（ａ）のグラフに示すように、約２
６０分を経過したところで、ほぼ熱処理温度Ｔａ程度の
仮想温度Ｔｆとなっている。

【００４９】この測定データでの仮想温度Ｔｆの時間変
化に対して、熱処理時間ｔとガラスの仮想温度Ｔｆとの
相関曲線を求めた（グラフ中の実線）。測定データを解
析した結果によれば、熱処理時間ｔと仮想温度Ｔｆとの
相関曲線は、ほぼ２つの指数関数の和からなる相関曲線
式Ｔｆ＝ａ₁ｅｘｐ（−ｔ／τ₁）＋ａ₂ｅｘｐ（−ｔ／
τ₂）＋ａ₃ によって表すことができることがわかった。

【００５０】この相関曲線式において、ａ₁は速い指数
関数成分の寄与の大きさを示す係数、τ₁は速い成分の
緩和時間（第１緩和時間）、ａ₂は遅い指数関数成分の
寄与の大きさを示す係数、τ₂は遅い成分の緩和時間
（第２緩和時間、τ₂＞τ₁）である。また、ａ₃は相関
曲線のオフセット分を示す定数である。Ｔａ＝１１００
℃での熱処理に対して求められた図３（ａ）に示す相関
曲線における各パラメータの値を、以下の表１に示す。

【００５１】

【表１】

【００５２】また、熱処理温度をＴａ＝１０００℃とし
た熱処理では、Ｔａ＝１１００℃とした熱処理の場合と
同様に、熱処理開始時のガラスの仮想温度から、熱処理
によってガラス体内で構造緩和が生じて、時間の経過と
ともに仮想温度が低下している。ただし、その仮想温度
の緩和時間（温度の低下速度）は異なり、図３（ｂ）の
グラフに示すように、約２０００分を経過したところ
で、ほぼ熱処理温度Ｔａ程度の仮想温度Ｔｆとなってい
る。

【００５３】この測定データでの仮想温度の時間変化に
対して、熱処理時間ｔとガラスの仮想温度Ｔｆとの相関
曲線を、上記した相関曲線式によって求めた（グラフ中
の実線）。Ｔａ＝１０００℃での熱処理に対して求めら
れた図３（ｂ）に示す相関曲線における各パラメータの
値を、以下の表２に示す。

【００５４】

【表２】

【００５５】図４は、比屈折率差がΔｎ＝０．０８％と
なる添加量でＳｉＯ₂ガラスにＣｌを添加したガラス体
に対して熱処理を行ったときの仮想温度の変化を示すグ
ラフである。ここで、図４のグラフは、熱処理温度をＴ
ａ＝１０００℃としたときの仮想温度の変化を示してい
る。また、このグラフにおいて、横軸は、熱処理開始か
ら経過した熱処理時間ｔ（分）であり、縦軸は、測定さ
れた赤外線吸収ピークの位置から求められたガラス体の
仮想温度Ｔｆ（℃）である。

【００５６】比屈折率差Δｎ＝０．０８％のガラス体に
対する熱処理では、Δｎ＝０．０１７％のガラス体に対
する熱処理の場合と同様に、熱処理開始時のガラスの仮
想温度から、熱処理によってガラス体内で構造緩和が生
じて、時間の経過とともに仮想温度が低下している。こ
の熱処理に対して求められた図４に示す相関曲線（グラ
フ中の実線）における各パラメータの値を、以下の表３
に示す。

【００５７】

【表３】

【００５８】上述した図３及び図４のグラフでは、例と
して、Ｃｌ添加ＳｉＯ₂ガラスに対して熱処理を行った
場合のガラスの構造緩和、及びそれによる仮想温度Ｔｆ
の低下について示した。これに対して、Ｆ添加ＳｉＯ₂
ガラスに熱処理を行った場合も、同様に、熱処理開始時
のガラスの仮想温度から、熱処理によってガラス体内で
構造緩和が生じて、時間の経過とともに仮想温度が低下
する。また、Ｆ添加ＳｉＯ₂ガラスでの熱処理時間ｔと
仮想温度Ｔｆとの相関曲線については、Ｃｌ添加ＳｉＯ
₂ガラスに対して用いた２つの指数関数の和からなる上
記の相関曲線式を同様に適用することが可能である。

【００５９】図５は、各種のガラス体に対して熱処理を
行ったときの仮想温度の変化における緩和時間τ、及び
その温度依存性を示すグラフである。このグラフにおい
て、横軸は、熱処理温度（熱処理後のガラスの仮想温
度）Ｔを、１００００／Ｔ（１／Ｋ）によって示してい
る。また、縦軸は、仮想温度Ｔｆの時間変化での緩和時
間τ（上述した第１緩和時間τ₁及び第２緩和時間τ₂）
を、１／τ（１／秒）によって示している。

【００６０】図５に示したグラフのうち、グラフＡ₁、
Ａ₂、Ｂ₁、及びＢ₂は、それぞれＣｌ（塩素）が添加さ
れたＳｉＯ₂ガラスでの、構造緩和による仮想温度Ｔｆ
の変化の緩和時間τを示している。

【００６１】グラフＡ₁及びＡ₂は、Δｎ＝０．０１７％
のＣｌ添加ＳｉＯ₂ガラスに対するものであり、グラフ
Ａ₁は速い成分の第１緩和時間τ₁を、また、グラフＡ₂
は遅い成分の第２緩和時間τ₂を示している（図３、表
１及び表２参照）。また、グラフＢ₁及びＢ₂は、Δｎ＝
０．０８％のＣｌ添加ＳｉＯ₂ガラスに対するものであ
り、グラフＢ₁は第１緩和時間τ₁を、また、グラフＢ₂
は第２緩和時間τ₂を示している（図４及び表３参
照）。

【００６２】一方、グラフＣ₁、Ｃ₂、Ｄ₁、及びＤ₂は、
それぞれ比屈折率差ΔｎがΔｎ＜−０．３％となるよう
にＦ（フッ素）が添加されたＳｉＯ₂ガラスでの、構造
緩和による仮想温度Ｔｆの変化の緩和時間τを示してい
る。

【００６３】グラフＣ₁及びＣ₂は、Δｎ＝−０．４％の
Ｆ添加ＳｉＯ₂ガラスに対するものであり、グラフＣ₁は
第１緩和時間τ₁を、また、グラフＣ₂は第２緩和時間τ
₂を示している。また、グラフＤ₁及びＤ₂は、Δｎ＝−
０．７％のＦ添加ＳｉＯ₂ガラスに対するものであり、
グラフＤ₁は第１緩和時間τ₁を、また、グラフＤ₂は第
２緩和時間τ₂を示している。

【００６４】また、グラフＧは、ＯＨ基の濃度が１１ｐ
ｐｍである純ＳｉＯ₂ガラスでの、構造緩和による仮想
温度Ｔｆの変化の緩和時間τを示している。また、グラ
フＨは、ＯＨ基の濃度が１２００ｐｐｍである純ＳｉＯ
₂ガラスでの、構造緩和による仮想温度Ｔｆの変化の緩
和時間τを示している。ただし、これらの純ＳｉＯ₂ガ
ラスでの構造緩和に対しては、熱処理時間ｔと仮想温度
Ｔｆとの相関曲線として、１つの指数関数のみからなる
相関曲線式を適用している。

【００６５】これらのグラフより、Ｆ添加ＳｉＯ₂ガラ
スでは、純ＳｉＯ₂ガラス及びＣｌ添加ＳｉＯ₂ガラスに
比べて緩和時間τが小さく、ガラスの構造緩和による仮
想温度Ｔｆの低下速度が速いことがわかる。このこと
は、ＳｉＯ₂ガラスへのフッ素の添加が、ガラスの構造
緩和によるレイリー散乱損失の低減に効果的であること
を示している。

【００６６】一方、このようにＦなどの添加物を添加し
たガラスにおいては、構造緩和によるレイリー散乱損失
の抑制に加えて、添加物であるＦの濃度揺らぎによって
濃度散乱を生じ、それによって伝送損失が増加する可能
性がある。したがって、光ファイバのコア領域にフッ素
を高濃度で添加する場合、レイリー散乱損失の低減、及
び濃度散乱による伝送損失の増加等を合わせて、伝送損
失が全体として低減されるようにすることが好ましい。

【００６７】図６は、Ｆを添加したＳｉＯ₂ガラス体で
の濃度ゆらぎ等による散乱の強度を示すグラフである。
このグラフにおいて、横軸は、Ｆ添加ＳｉＯ₂ガラスの
比屈折率差Δｎ（％）を示している。また、縦軸は、ガ
ラス体による光の散乱強度を示している。

【００６８】ここでは、Ｆの添加量を変えてバルクガラ
ス体を数種類作製し、それぞれを同じ仮想温度Ｔｆ＝９
００℃となるように熱処理して、評価用のガラス体とし
た。そして、それらのガラス体に対して所定波長５１４
ｎｍの光を照射し、ＰＤまたはフォトマルなどの光検出
器を用いてガラス体からの散乱光を測定して、それぞれ
のガラス体での散乱強度を評価した。

【００６９】図６のグラフに示す各比屈折率差での測定
データを比べると、ＳｉＯ₂ガラスに添加するＦの添加
量を増やしてフッ素濃度が高くなった場合でも、濃度ゆ
らぎ等による光の散乱強度はあまり増加しないことがわ
かる。すなわち、従来、光ファイバのコア領域へのフッ
素の添加については、濃度ゆらぎなどによる余分な伝送
損失が増大してしまうために、高濃度添加は好ましくな
いとされていた。

【００７０】これに対して、上述した測定結果によれ
ば、Ｆの添加量を高濃度としても濃度ゆらぎの増大量は
小さい。したがって、ＳｉＯ₂ガラスへのＦの添加量を
大きくし、熱処理による構造緩和を促進してレイリー散
乱損失を低減することによって、光ファイバでの光の伝
送損失を全体として効率的に抑制することができる。

【００７１】比屈折率差がΔｎ₁＜−０．３％となるよ
うにＦが添加されたコア領域を有する図１に示した構成
の光ファイバについて、熱処理による仮想温度Ｔｆの低
下、及びそれによる伝送損失の低減効果を調べるための
シミュレーション（上記した文献１を参照）を行った。

【００７２】具体的には、図２に示した構成の線引装置
１において、線引炉１１で加熱線引された光ファイバ３
に対して、後段の熱処理炉２１によって所定条件で熱処
理を行うことを想定した。そして、熱処理での構造緩和
による光ファイバ３の仮想温度Ｔｆの低下について調べ
た。

【００７３】ここで、熱処理によるガラスの構造緩和に
ついては、２つの指数関数の和からなる上述の相関曲線
式を仮定した。それぞれの指数関数成分（速い成分及び
遅い成分）の緩和時間τ₁及びτ₂としては、図５に示し
たグラフＣ₁、Ｃ₂、Ｄ₁、及びＤ₂からそれぞれ求められ
る値を用いた。また、それぞれの指数関数成分の寄与の
大きさを示す係数ａ₁及びａ₂としては、以下の図７及び
図８に示すグラフからそれぞれ求められる値を用いた。

【００７４】図７は、Δｎ＝−０．４％となる添加量で
Ｆを添加したＳｉＯ₂ガラス体に対して熱処理を行った
ときの仮想温度の変化（図５のグラフＣ₁、Ｃ₂参照）に
おける速い成分の寄与率を示すグラフである。このグラ
フにおいて、横軸は、熱処理温度（熱処理後のガラスの
仮想温度）Ｔ（℃）を示している。また、縦軸は、速い
成分及び遅い成分での係数ａ₁、ａ₂から求めた速い成分
の寄与率ａ₁／（ａ₁＋ａ₂）を示している。このデータ
では、Δｎ＝−０．４％のＦ添加ＳｉＯ₂ガラスにおけ
る速い成分の寄与率は、平均で０．４０６となってい
る。

【００７５】図８は、Δｎ＝−０．７％となる添加量で
Ｆを添加したＳｉＯ₂ガラス体に対して熱処理を行った
ときの仮想温度の変化（図５のグラフＤ₁、Ｄ₂参照）に
おける速い成分の寄与率を示すグラフである。このグラ
フにおいて、横軸は、熱処理温度（熱処理後のガラスの
仮想温度）Ｔ（℃）を示している。また、縦軸は、速い
成分の寄与率ａ₁／（ａ₁＋ａ₂）を示している。このデ
ータでは、Δｎ＝−０．７％のＦ添加ＳｉＯ₂ガラスに
おける速い成分の寄与率は、平均で０．４９となってい
る。

【００７６】図５、図７、及び図８に示したグラフから
求められた緩和時間τ₁、τ₂、係数ａ₁、ａ₂を用い、８
００℃〜１５００℃の範囲内で、いくつかの温度Ｔを熱
処理温度Ｔａとして設定して、光ファイバに対して線引
後に熱処理を行ったときの仮想温度Ｔｆの時間変化をそ
れぞれ求めた。

【００７７】図９は、比屈折率差がΔｎ₁＝−０．４％
となる添加量でＦを添加したコア領域を有する光ファイ
バに対して、１０００℃〜１５００℃の熱処理温度Ｔａ
で熱処理を行ったときの仮想温度の変化を示すグラフで
ある。このグラフにおいて、横軸は、熱処理時間ｔ
（秒）を、また、縦軸は、ガラスの仮想温度Ｔｆ（℃）
を示している。

【００７８】この例では、熱処理前の仮想温度Ｔｆが１
７００℃のΔｎ＝−０．４％でのＦ添加ガラスに対し
て、例えば１４００℃で０．３秒間熱処理することによ
って、その仮想温度Ｔｆが１４００℃まで低下すること
がわかる。これは、レイリー散乱にすると約１５％の低
減に相当する。例えば、上記した文献１では、線引時の
線引速度１０ｍ／ｓ、熱処理炉の長さ２ｍの条件で、レ
イリー散乱が約１０％低減されている。これに対して、
上記の例では、線引時の線引速度１０ｍ／ｓ、熱処理炉
の長さ２ｍの同様の条件で、１．５倍となる１５％のレ
イリー散乱の低減効果が得られる。

【００７９】図１０は、比屈折率差がΔｎ₁＝−０．７
％となる添加量でＦを添加したコア領域を有する光ファ
イバに対して、８００℃〜１４００℃の熱処理温度Ｔａ
で熱処理を行ったときの仮想温度の変化を示すグラフで
ある。このグラフにおいて、横軸は、熱処理時間ｔ
（秒）を、また、縦軸はガラスの仮想温度Ｔｆ（℃）を
示している。

【００８０】この例では、ガラスの構造緩和による仮想
温度の低下がさらに速くなっており、熱処理前の仮想温
度Ｔｆが１７００℃のΔｎ＝−０．７％でのＦ添加ガラ
スに対して、例えば１２００℃で０．１５秒間熱処理す
ることによって、その仮想温度Ｔｆが１２００℃まで低
下することがわかる。これは、レイリー散乱にすると約
２５％の低減に相当する。このようなレイリー散乱の低
減効果は、線引速度１０ｍ／ｓでは、長さ１ｍ程度の熱
処理炉で充分に得られ、熱処理炉の長さが２ｍ〜５ｍ程
度となっている文献１の例に比べて短い熱処理炉で良い
こととなる。

【００８１】本発明による光ファイバは、所定の信号光
波長範囲内にある信号光をシングルモードで伝送するこ
とが可能なように構成し、光通信用伝送路のシングルモ
ード光ファイバに適用することが可能である。また、シ
ングルモード光ファイバ以外の光通信用の光ファイバに
も同様に適用することができる。

【００８２】あるいは、所定の紫外光波長範囲内にある
光を伝送することを可能に構成し、紫外光用の導波路で
ある紫外ライトガイドとして用いることが可能である。
なお、所定の紫外光波長範囲内の光とは、例えば、波長
３００ｎｍ以下の光である。また、好ましくは、波長１
５５ｎｍ以上３００ｎｍ以下の光である。

【００８３】上記した構成の光ファイバは、光通信用の
光ファイバとして使用した場合には、上述したガラスの
構造緩和と仮想温度Ｔｆの低下によりレイリー散乱を２
５％以上低減することが可能であり、極めて低伝送損失
の光伝送路となる。このような伝送損失の低減効果は、
紫外ライトガイドとして用いた場合も同様である。

【００８４】さらに、紫外ライトガイドとして使用した
場合には、伝送可能な紫外光の波長領域を短波長側に広
げることが可能という効果が得られる。すなわち、Ｓｉ
Ｏ₂ガラスにフッ素を添加すると、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉの電
子遷移のエネルギーギャップが高くなり、したがって、
より短波長で高いエネルギーの紫外光がガラスを伝送さ
れることとなる。実際に、少なくともＦの添加量が比屈
折率差でΔｎ＝−０．７％までの範囲については、Ｆの
添加量を増やすことによってガラスの紫外光吸収端が短
波長側に移動することを確認している。

【００８５】このような紫外ライトガイドでは、紫外光
の光量を多く伝送するためには、可撓性が損なわれない
範囲でコア領域を大きくすることが好ましい。例えば、
直径１２５μｍの光ファイバでは、ファイバ径の約９５
％となる直径１１０μｍ程度までは、コア領域とするこ
とができる。

【００８６】また、同様の目的で、コア領域とクラッド
領域との比屈折率差をできるだけ大きくすることが望ま
しく、１％以上とすることが好ましい。

【００８７】本発明による光ファイバ及びその製造方法
は、上記した実施形態及び実施例に限られるものではな
く、様々な変形が可能である。例えば、光ファイバの具
体的な構成については、図１の屈折率プロファイルに示
した構成に限らず、様々な屈折率プロファイルの光ファ
イバを用いて良い。

【００８８】また、図２に示した線引装置１は、線引炉
１１の後段に熱処理炉２１を設けた線引装置１の構成の
一例を示すものであり、線引後の光ファイバに対して熱
処理を行うことが可能であれば、他の構成の線引装置を
用いても良い。

【００８９】

【発明の効果】本発明による光ファイバ及びその製造方
法は、以上詳細に説明したように、次のような効果を得
る。すなわち、比屈折率差でΔｎ₁＜−０．３％となる
ようにコア領域にフッ素が添加された光ファイバの構成
とするとともに、線引された光ファイバに対して、線引
炉の後段に設けられた熱処理炉を用い、８００℃〜１５
００℃の熱処理温度で０．０５秒〜１秒間の熱処理時間
とした条件で熱処理を行う光ファイバ及びその製造方法
によれば、原子の再配列によるガラスの構造緩和によっ
て、光ファイバの仮想温度Ｔｆを低下させて、レイリー
散乱損失を含む光ファイバの伝送損失を低減することが
できる。

【００９０】特に、上記した構成によれば、コア領域に
対する高濃度でのフッ素の添加によりガラスの構造緩和
が促進されるので、充分に伝送損失が低減された光ファ
イバを効率的に作製することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】光ファイバの一実施形態の断面構造及び屈折率
プロファイルを模式的に示す図である。

【図２】光ファイバの製造方法において用いられる線引
装置の一実施形態を概略的に示す構成図である。

【図３】Δｎ＝０．０１７％となる添加量でＣｌを添加
したＳｉＯ₂ガラス体に対して熱処理を行ったときの仮
想温度の変化を示すグラフである。

【図４】Δｎ＝０．０８％となる添加量でＣｌを添加し
たＳｉＯ₂ガラス体に対して熱処理を行ったときの仮想
温度の変化を示すグラフである。

【図５】各種のガラス体に対して熱処理を行ったときの
仮想温度の変化における緩和時間及びその温度依存性を
示すグラフである。

【図６】Ｆを添加したＳｉＯ₂ガラス体での濃度散乱の
強度を示すグラフである。

【図７】Δｎ＝−０．４％となる添加量でＦを添加した
ＳｉＯ₂ガラス体に対して熱処理を行ったときの仮想温
度の変化での速い成分の寄与率を示すグラフである。

【図８】Δｎ＝−０．７％となる添加量でＦを添加した
ＳｉＯ₂ガラス体に対して熱処理を行ったときの仮想温
度の変化での速い成分の寄与率を示すグラフである。

【図９】Δｎ＝−０．４％となる添加量でＦを添加した
コア領域を有する光ファイバに対して熱処理を行ったと
きの仮想温度の変化を示すグラフである。

【図１０】Δｎ＝−０．７％となる添加量でＦを添加し
たコア領域を有する光ファイバに対して熱処理を行った
ときの仮想温度の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１…線引装置、１１…線引炉、１２…ヒータ、１３…炉
心管、１４…不活性ガス供給部、１５…不活性ガス供給
通路、２１…熱処理炉、２２…ヒータ、２３…炉心管、
２４…Ｎ₂ガス供給部、２５…Ｎ₂ガス供給通路、３１…
樹脂硬化部、３２…ＵＶランプ、４１…外径測定器、４
２…ドラム、４３…駆動モータ、４４…制御ユニット、
４５…回転駆動軸、５１…コーティングダイス、５２…
ＵＶ樹脂、６１…ガイドローラ、２…光ファイバ母材、
３…光ファイバ、４…光ファイバ素線、１００…コア領
域、２００…クラッド領域。

フロントページの続き (72)発明者生嶋明愛知県名古屋市天白区久方二丁目12番地１豊田工業大学内 (72)発明者ジャブリカレッド愛知県名古屋市天白区久方二丁目12番地１豊田工業大学内 (72)発明者永山勝也神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者浦野章神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者大賀裕一神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内Ｆターム(参考） 4G021 EB19 EB26 HA02 HA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】純ＳｉＯ₂での屈折率を基準として％で
表して定義された比屈折率差について、領域内での平均
比屈折率差Δｎ₁が条件 Δｎ₁＜−０．３％を満たすようにフッ素が添加されたコア領域と、前記コ
ア領域の外周に設けられたクラッド領域とを有する光フ
ァイバ母材を形成する母材形成工程と、前記光ファイバ母材を線引炉で加熱線引して光ファイバ
とする線引工程とを備え、前記線引工程において、加熱線引された前記光ファイバ
に対して前記線引炉の後段に熱処理炉を設け、前記熱処
理炉によって、前記光ファイバを８００℃〜１５００℃
の範囲内の温度で０．０５秒〜１秒間熱処理しつつ線引
を行うことを特徴とする光ファイバの製造方法。
【請求項２】純ＳｉＯ₂での屈折率を基準として％で
表して定義された比屈折率差について、領域内での平均
比屈折率差Δｎ₁が条件 Δｎ₁＜−０．３％を満たすようにフッ素が添加されたコア領域と、前記コ
ア領域の外周に設けられ領域内での平均比屈折率差Δｎ
₂が条件 Δｎ₂＜Δｎ₁ を満たすクラッド領域とを備えることを特徴とする光フ
ァイバ。
【請求項３】前記クラッド領域は、前記平均比屈折率
差Δｎ₂が条件 Δｎ₂＜−０．６％を満たすようにフッ素が添加されていることを特徴とす
る請求項２記載の光ファイバ。
【請求項４】所定の信号光波長範囲内にある信号光を
シングルモードで伝送することが可能に構成され、光通
信用伝送路として用いられる請求項２記載の光ファイ
バ。
【請求項５】所定の紫外光波長範囲内にある光を伝送
することが可能に構成され、紫外ライトガイドとして用
いられる請求項２記載の光ファイバ。