JP2003073139A - 光ファイバ母材の製造方法 - Google Patents

光ファイバ母材の製造方法

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JP2003073139A
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glass rod
glass
outer peripheral
peripheral surface
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Tadahiro Nakamura
肇宏 中村
Hisashi Koaizawa
久 小相澤
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Furukawa Electric Co Ltd
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Furukawa Electric Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/01486Means for supporting, rotating or translating the preforms being formed, e.g. lathes
    • C03B37/01493Deposition substrates, e.g. targets, mandrels, start rods or tubes

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ファイバ化後に気泡が発生せず、かつ水
素、水酸基などによる吸収が少ない高品質の光ファイバ
を得ることができる光ファイバ母材の製造方法を提供す
る。 【解決手段】 少なくとも1種類の添加物が含まれた組
成を有する石英系ガラスロッドの外周面にガラス層を形
成することにより新たなガラスロッドを得る工程を有す
る光ファイバ母材の製造方法において、該ガラス層が形
成される前のガラスロッドをその表面の最大粗さが0.
5μm以下となるように機械的手段で処理し、次いで前
記表面を洗浄した後に前記ガラス層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用などの光
ファイバの製造の際に用いられる光ファイバ母材の製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、光ファイバを用いた光伝送におけ
る伝送容量を増大させる技術、および伝送距離の長距離
化を可能とする技術の検討が盛んに行われている。
【0003】光伝送における伝送容量を増大させるため
には、モード分散による信号波形の劣化を防止するた
め、光伝送を行う光ファイバが使用波長においてシング
ルモード伝送可能なことが必要とされる。
【0004】その過程で、光伝送路に使用される光ファ
イバとして、波長1300nm付近にゼロ分散波長を有
するシングルモード光ファイバ(SMF)がまず使用さ
れはじめ、次に波長1550nm付近にゼロ分散波長を
有する分散シフト光ファイバ(DSF)が開発された。
これらの光ファイバは、主にゼロ分散波長付近で光伝送
を行う技術については適したものであった。
【0005】最近では、さらに伝送容量を増大させるた
めの技術として波長分割多重(WDM)光伝送について
の研究開発がきわめて盛んに行われている。光ファイバ
をWDM光伝送に使用する場合には、使用波長帯にゼロ
分散波長が存在しないことが四光波混合(FWM)を防
ぐ観点から要求されるため、使用波長帯にゼロ分散をも
たない分散シフト光ファイバ(NZDSF)が開発され
た。
【0006】一方、広帯域WDM光伝送を考慮した場
合、光伝送路には分散および分散スロープが極力小さい
ことが求められるが、非線形性を低くするために実効コ
ア断面積(Aeff )を大きくすることも必要とされてい
る。しかしながら、この両方の要求を満足する光伝送路
を1種類の光ファイバで実現することは困難であるた
め、場合によっては2種類以上の光ファイバを組み合わ
せて光伝送路を構成せざるを得なくなる。
【0007】例えば、前述のSMFの分散を補償する光
ファイバとして分散補償光ファイバ(DCF)が知られ
ており、前述のDSFやNZDSFの分散および分散ス
ロープを補償する光ファイバとして分散スロープ補償光
ファイバ(DSCF)が知られている。
【0008】ところで、前述のSMF以外の光ファイバ
の屈折率分布は比較的複雑であり、例えばDSFは中心
コアとクラッドとの間に1つの環状領域を有するものが
代表的であり、NZDSF、DCF、DSCFについて
は中心コアとクラッドとの間に少なくとも2つの環状領
域を有するものが代表的である。
【0009】これらの屈折率分布が複雑な光ファイバの
製造方法として、石英系ガラスロッドの外周面にガラス
層を形成することにより新たな石英系ガラスロッドを得
る方法が知られている。また、この方法において屈折率
分布を形成するために、ゲルマニウムなどを添加して屈
折率を上昇させ、あるいはフッ素などを添加して屈折率
を低下させることも知られている。
【0010】また、この技術を繰り返し適用すること
で、屈折率の異なる複数のガラス層を容易に形成するこ
とが可能となる。この場合、ガラスロッドの外周面に新
たなガラス層を形成した後、加熱延伸して適度な外径を
有する新たなガラスロッドを作製して、その外周面にさ
らに新たなガラス層を形成することを繰り返すこととな
る。
【0011】ところで、光通信に用いられる光ファイバ
には、光信号を増幅するために用いられる光増幅用光フ
ァイバ、単一の偏波状態を維持して光信号を伝送する定
偏波光ファイバなど、主に部品として使用される光ファ
イバもある。以下、光増幅用光ファイバについて例示す
る。
【0012】一般に、光増幅用光ファイバのコア部分と
しては、エルビウムなどの希土類元素と、アルミニウ
ム、リン、ゲルマニウム、フッ素などの添加物が含まれ
た石英系ガラスが使用されている。
【0013】また、光増幅用光ファイバを製造する際に
は、コア部分となるガラスロッドを作製し、その外周面
に新たなガラス層を形成した後に、加熱延伸して適度な
外径を有する新たなガラスロッドを作製する技術を用い
ることができる。この製造方法により、他の製造方法と
比較して大型の母材を得ることが可能となり、光増幅用
光ファイバを安価に提供することが可能となっている。
【0014】ここで、上述のガラスロッドの外周面にガ
ラス微粒子を堆積させた後にガラス化を行うことによ
り、新たなガラス層を形成する方法では、ガラスロッド
外周面を研磨してガラスロッドの断面を真円化すること
が、偏波モード分散(PMD)の影響を抑制する観点な
どから望ましいとされている。
【0015】また、ガラスロッドの表面の粗さが大きい
と、ガラスロッドの外周面にガラス管を被せて、あるい
は、ガラス微粒子を堆積させてガラス層を形成したとき
に、界面に気泡が発生する恐れがあるため、ガラスロッ
ドの表面の粗さは極力小さくする必要がある。なかで
も、ガラスロッドの表面にガラス微粒子を堆積させてガ
ラス層を形成する方法を用いる場合においては、ガラス
ロッドの表面の粗さを特に小さくする必要がある。
【0016】石英系ガラスロッドの研磨方法には、特開
平6−56448号公報に開示されているガラスロッド
表面を火炎で研磨する方法、特開2000−23393
7号公報に開示されているガラスロッド表面を砥石等の
機械的手法により研磨する方法などがある。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開6−56
448号公報に開示されている技術を用いた場合、表面
は滑らかになるが、ガラスロッド内に水素や水酸基が侵
入し、伝送損失の増大を招くという問題が発生する。
【0018】また、特開2000−233937号公報
に開示されている技術では、ガラスロッドを機械研削す
るため、ガラスロッド内に水素や水酸基が侵入する問題
は生じないが、ガラスロッド表面の粗さについては言及
されていない。該公報に開示されている砥石を用いた研
削手段では、ガラスロッド表面の最大粗さを例えば1μ
m以下に小さくすることは困難である。
【0019】特に、ガラスロッドにゲルマニウム、フッ
素、アルミニウム等の添加物が多く含まれている場合、
ガラスロッド表面の最大粗さが1μm程度では、ガラス
ロッドの外周にガラス層を形成して新たなガラスロッド
を得る際、または新たなガラスロッドを加熱延伸して光
ファイバを得る際などに、ガラス層の界面に気泡が発生
するという問題がある。
【0020】一方、特開2000−239033号公報
には、ガラス管の内面の表面粗さを規定することが開示
されているが、機械的手段による研磨は最大粗さ0.7
μmであって、仕上げ研磨としてガラス管の内面をヒー
タ等の手段で加熱溶融しているが、ガラス管の表面を加
熱する際に、ガラスロッド内に水素や水酸基が侵入し、
またはダストが付着することなどの問題がある。
【0021】本発明は、上述の問題点を解決するため、
石英系ガラスロッドの外周面にガラス層を形成すること
により新たなガラスロッドを得る工程の改良を行い、新
たなガラスロッドの作製時や光ファイバの線引き時など
における気泡の発生を防止し、水素や水酸基等による吸
収が少ない高品質の光ファイバを得ることが可能な光フ
ァイバ母材の製造方法を提供することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】請求項1に係る発明は、
石英系ガラスロッドの外周面にガラス層を形成すること
により新たなガラスロッドを得る工程を有する光ファイ
バ母材の製造方法において、該ガラス層が形成される前
のガラスロッドをその外周面の最大粗さが0.5μm以
下となるように機械的手段で処理し、次いで前記外周面
を洗浄した後に前記ガラス層を形成することを特徴とす
るものである。
【0023】請求項2に係る発明は、石英系ガラスロッ
ドの外周面にガラス層を形成することにより新たなガラ
スロッドを得る工程を有する光ファイバ母材の製造方法
において、該ガラス層が形成される前のガラスロッドを
その外周面の最大粗さが3μm以下となるように第1の
機械的手段で処理し、次いで該第1の機械的手段により
処理された該ガラスロッドをその外周面の最大粗さが
0.5μm以下となるように第2の機械的手段で処理
し、次いで前記外周面を洗浄した後に前記ガラス層を形
成することを特徴とするものである。
【0024】本発明は鋭意実験した結果によるもので、
本発明により、石英系ガラスロッドを所定の屈折率分布
構造を有するように機械的に削り、その後で外周面にガ
ラス層を形成することにより新たなガラスロッドを得る
工程、または新たなガラスロッドを線引きして光ファイ
バとする工程などにおける界面での気泡の発生や界面不
整などを防止し、伝送損失や吸収損失が小さい高品質の
光ファイバを得ることが可能となる。特に本発明は、請
求項3に記載のように、ガラス層が形成される前のガラ
スロッドが少なくとも1種類の添加物が含まれた組成を
有する場合に有効なものである。
【0025】なお、本発明において、ガラスロッドの表
面の最大粗さは、「JIS B 0601」に規定され
る表面粗さの定義に従っている。
【0026】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を説明する。
本実施形態においては、ガラス層が形成される前のガラ
スロッドの外周面を機械的手段で仕上げ処理するにあた
り、円筒状の容器内でガラスロッドを鉛直にかつ回転可
能に把持し、容器内に酸化セリウム、コロイダルシリカ
等の砥粒を混合させた水などの液体を満たした状態でガ
ラスロッドを回転させることで、ガラスロッドの外周面
の最大粗さを0.5μm以下にすることが可能となる。
この場合、最大粗さは0.2μm以下であることがより
好ましい。
【0027】なお、ガラスロッドの外周面を機械的手段
で処理するに際しては、処理を2段階に分けて、外周面
の最大粗さが3μm以下となるように第1の機械的手段
で前処理し、次いで上記の機械的手段(第2の機械的手
段)で仕上げ処理をすると、効率よく表面処理を行うこ
とができる。この前処理には、従来技術をそのまま適用
することが可能である。
【0028】本実施形態により、石英系ガラスロッドの
外周面を機械的手段で処理した後に、その外周面にガラ
ス層を形成することにより新たなガラスロッドを得る工
程、または新たなガラスロッドを線引きして光ファイバ
とする工程などにおける新たなガラスロッドの界面での
気泡の発生や界面不整などを防止することが可能とな
る。
【0029】また、ゲルマニウム、フッ素、アルミニウ
ムなどが単独で5mol%以上添加されたガラス層、あ
るいは石英を主体とした多成分系のガラス層を有するガ
ラスロッドから製造される光ファイバの伝送損失や吸収
損失を小さくし、きわめて高性能な光ファイバを得るこ
とが可能となる。
【0030】以下、実施例により説明する。
【0031】実施例1 機械的手段により外周面を処理するガラスロッドとし
て、エルビウム、アルミニウム、ゲルマニウムを含む石
英系のガラスからなり、光増幅用光ファイバのコアとな
るガラスロッドを用いた。上記ガラスロッドの外周面を
第1の機械的手段(特開平2000−233937号公
報に開示されている研削、研磨方法)により最大粗さが
約1.5μmとなるように前処理した。次いで、第2の
機械的手段(前記、砥粒を混合させた液体中で回転させ
る方法)により最大粗さが約0.15μmとなるように
仕上げ処理をした後に、ガラス微粒子を堆積させ、ガラ
ス化を行って新たなガラスロッドを作製して光ファイバ
母材とした。この光ファイバ母材を線引きして光ファイ
バとした。なお、第1の機械的手段は第2の機械的手段
と同一であってもよい。
【0032】一方、従来例として、上述の光増幅用光フ
ァイバのコアとなるガラスロッドに従来のフッ酸による
最大粗さが約10μmとなる表面処理を施した後、ガラ
ス微粒子を堆積させ、ガラス化を行って新たなガラスロ
ッドを作製して光ファイバ母材とした。この光ファイバ
母材を線引きして光ファイバとした。
【0033】上記実施例1の光ファイバ母材を線引きし
てなる光ファイバは、上記従来例の光ファイバ母材を線
引きしてなる光ファイバと比較したところ、背景損失が
約10dB/km低下し、気泡の発生はきわめて少なく
なった。
【0034】実施例2 機械的手段により表面を処理するガラスロッドとして、
波長分割多重用に適した光ファイバ用のコアとなるガラ
スロッドで、石英系のガラスにゲルマニウムが約15m
ol%含まれているものを用いた。上記ガラスロッドを
フッ酸を用いた手段により外周面の最大粗さが約1μm
となるように前処理し、次いで機械的手段((上記、砥
粒を混合させた液体中で回転させる方法)により最大粗
さが約0.15μmとなるように仕上げ処理した後に、
ガラス微粒子を堆積させ、ガラス化を行って新たなガラ
スロッドを作製して光ファイバ母材とし、この光ファイ
バ母材を線引きして光ファイバとした。
【0035】上記実施例2の光ファイバ母材を線引きし
てなる光ファイバは、フッ酸を用いた手段による処理の
みを施し、機械的手段による表面処理を施さない光ファ
イバと比較したところ、伝送損失が0.05〜0.10
dB/km低下し、気泡の発生はきわめて少なくなっ
た。
【0036】なお、実施例1、2に関し、ガラスロッド
の外周面を機械的手段で仕上げ処理し、最大粗さを0.
2μm以下にした場合、ほとんど気泡の発生は起こら
ず、最大粗さが0.5μm以下の場合は、気泡の発生が
起こる割合が製造上差し支えない範囲となり、伝送損失
に与える影響もほとんどなかった。
【0037】比較例 実施例2において、ガラスロッドを機械的手段((上
記、砥粒を混合させた液体中で回転させる方法)のみで
最大粗さを約0.70μmとなるように処理した後に、
ガラス微粒子を堆積させ、ガラス化を行って新たなガラ
スロッドを作製して、光ファイバ母材とし、この光ファ
イバ母材を線引きして光ファイバとした。この光ファイ
バは、伝送損失がフッ酸による手段のみを施し、機械的
手段による表面処理を施さないガラスロッドを用いた場
合とほとんど差がなく、気泡の発生がガラスロッドの界
面に相当する箇所で認められた。
【0038】なお、従来例として、実施例2に用いたガ
ラスロッド(波長分割多重用に適した光ファイバ用のコ
アとなるもの)を特開平6−56448号公報に記載さ
れている方法で火炎研磨を行った後にガラス微粒子を堆
積させ、ガラス化を行って新たなガラスロッドを作製
し、光ファイバとしたが、この結果、波長1380nm
付近の伝送損失が約10dB/kmとなり、波長152
0nm付近においても伝送損失の増加が見られるものが
あった。
【0039】なお、本発明の実施形態は上述のものに限
らず、適宜変更することが可能である。
【0040】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、石英系
ガラスロッドの外周面にガラス層を形成することにより
新たなガラスロッドを得る工程において、ガラス層を形
成する前の石英系ガラスロッドの表面を最大粗さが0.
5μm以下となるように機械的手段で処理するため、光
ファイバ化後に気泡が発生せず、かつ水素、水酸基など
による吸収が少ない高品質の光ファイバを得ることがで
きるという優れた効果がある。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 石英系ガラスロッドの外周面にガラス層
    を形成することにより新たなガラスロッドを得る工程を
    有する光ファイバ母材の製造方法において、該ガラス層
    が形成される前のガラスロッドをその外周面の最大粗さ
    が0.5μm以下となるように機械的手段で処理し、次
    いで前記外周面を洗浄した後に前記ガラス層を形成する
    ことを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
  2. 【請求項2】 石英系ガラスロッドの外周面にガラス層
    を形成することにより新たなガラスロッドを得る工程を
    有する光ファイバ母材の製造方法において、該ガラス層
    が形成される前のガラスロッドをその外周面の最大粗さ
    が3μm以下となるように第1の機械的手段で処理し、
    次いで該第1の機械的手段により処理された該ガラスロ
    ッドをその外周面の最大粗さが0.5μm以下となるよ
    うに第2の機械的手段で処理し、次いで前記外周面を洗
    浄した後に前記ガラス層を形成することを特徴とする光
    ファイバ母材の製造方法。
  3. 【請求項3】 ガラス層が形成される前のガラスロッド
    が少なくとも1種類の添加物が含まれた組成を有するこ
    とを特徴とする請求項1または2記載の光ファイバ母材
    の製造方法。
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