JP2003137580A

JP2003137580A - 光ファイバの処理方法、光ファイバの製造方法、光ファイバ

Info

Publication number: JP2003137580A
Application number: JP2001340754A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Kuwabara; 一也桑原; Shinji Ishikawa; 真二石川; Ichiro Tsuchiya; 一郎土屋
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2001-11-06
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2003-05-14

Abstract

(57)【要約】【課題】石英ガラス系光ファイバの伝送損失の増加を
抑制できる、光ファイバの処理方法を提供する。【解決手段】先ず、光ファイバ母材が線引きされて光
ファイバが製造される。この光ファイバの外周に樹脂が
被覆され、光ファイバ素線２が製造される。光ファイバ
素線２が巻き付けられたファイバボビン３が、密閉容器
１１内に置かれた後、重水素ガス及び希釈ガスがガス供
給源から密閉容器１１へ供給される。ここで、密閉容器
１１内の重水素ガスの濃度は４体積％未満とされる。密
閉容器１１内の雰囲気が重水素ガス及び希釈ガスで置換
された後、温度調整器１２により、密閉容器１１内の温
度は４０℃以下の温度に調整される。この状態で、光フ
ァイバ素線２は重水素に所定の時間晒される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、石英ガラス製光フ
ァイバの伝送損失の増加を抑制する処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】波長が赤外帯域にある伝送光を伝送する
石英ガラス製光ファイバにおいては、石英ガラス中に水
素が拡散すると伝送損失が増加することが知られてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】石英ガラス中に水素
(Ｈ₂)が拡散した場合に生じる伝送損失の増加成分は、
(１)ガラス内に拡散したＨ₂分子による吸収と、(２)ガ
ラス内に拡散したＨ₂分子と石英ガラス内に存在する格
子欠陥との反応生成分による吸収とに分類される。前者
は、光ファイバ使用環境のＨ₂濃度が％オーダ以上にな
ると実使用面で問題となるが、通常の使用環境でこのよ
うな高濃度のＨ₂雰囲気になることは稀であり、実害は
殆ど生じない。一方、後者は、石英ガラス中の格子欠陥
である「Ｓｉ−Ｏ・」とＨ₂との反応によってＳｉ−Ｏ
Ｈが生成し、１．３８μｍの吸収が増加する現象に代表
される。この現象は、光ファイバ被覆材等から発生する
微量のＨ ₂分子でも進行してしまう。Ｓｉ−Ｏ・も例え
ば光ファイバの線引き工程等で発生してしまうため、こ
のような格子欠陥に係わる損失変化を低減することは困
難である。

【０００４】また、これまで使用されてきた石英系光フ
ァイバは、ＯＨ吸収帯を伝送に使用していなかったた
め、ＯＨ吸収帯の若干の損失変動は無視できた。しかし
ながら、ＯＨ吸収帯も伝送帯として利用することが考え
られている。陸上での波長多重(ＷＤＭ)伝送用の光ファ
イバや、Ｓバンドラマン増幅を利用した海底でのＷＤＭ
伝送用光ファイバでは、これまでのような損失安定性で
は、大きな問題が生じてしまう。

【０００５】本発明は、上記の事情を鑑みて為されたも
のであり、石英ガラス系光ファイバにおけるＯＨ吸収帯
の伝送損失の増加を抑制できる、光ファイバの処理方法
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る光ファイバ
の処理方法は、４０℃以下の温度において重水素を含む
雰囲気に上記の光ファイバを晒すことを特徴とする。こ
のようにすれば、重水素が光ファイバを構成する石英ガ
ラス中に侵入し、例えば、Ｓｉ−Ｏ・＋Ｄ₂ → Ｓｉ−ＯＤ＋Ｄといった反応により、石英ガラス中の格子欠陥が重水素
により不活性化される。石英ガラス中のＯＤ吸収は１．
８７μｍで生じるため、格子欠陥と水素との反応に起因
する使用波長帯における伝送損失の増加を抑制できる。
なお、重水素は、水素の同位体であって、その質量数は
２である。

【０００７】また、重水素を含む雰囲気は、重水素を４
体積％未満の濃度で含むと好適である。この程度の濃度
とすれば、石英ガラス中の格子欠陥を不活性化するに十
分な重水素を石英ガラス中に拡散させることができる。
また、重水素の濃度を４体積％未満とすれば、当該処理
方法は安全に実施される。

【０００８】さらに、上記の光ファイバは、ゲルマニウ
ム添加石英ガラス又は高純度石英ガラスで構成されたコ
ア領域を有すると好ましい。また、Ｄ₂処理はＯＨによ
る１．３８μｍの吸収を増やすことなくＯＨ吸収帯の損
失安定性を向上するのであるから、光ファイバの波長
１．３８μｍにおける伝送損失が０．３５ｄＢ／ｋｍ以
下といったＯＨ吸収の少ない光ファイバに用いることが
好ましい。

【０００９】また、重水素を含む雰囲気に光ファイバを
晒す際、前記光ファイバがボビンに巻き取られていると
好適である。製造される光ファイバの長さは、数百ｋｍ
にも及ぶ場合がある。このように長い光ファイバをファ
イバボビンに巻き付ければ、当該処理方法を容易に実施
できる。ガラス径は通常１２５μｍと細径であるため、
特に加熱しなくても数日間の処理で重水素がコアに達す
ることが可能である。

【００１０】本発明に係る光ファイバの製造方法は、光
ファイバ母材を線引きして、コア領域がゲルマニウム添
加石英ガラス又は高純度石英ガラスである光ファイバを
作製し、この光ファイバに対して上記の光ファイバの処
理方法を行うことを特徴とする。

【００１１】本発明に係る光ファイバは、上記の光ファ
イバの製造方法により製造され、波長１．３８μｍにお
ける伝送損失が０．３５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特
徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明に係る光ファイバの製造方法の好適な実施形態を説明
する。本実施形態の光ファイバの製造方法は、本発明に
係る光ファイバの処理方法の好適な実施形態を含む。な
お、図面の説明においては、同一の要素には同一の符号
を付し、重複する説明は省略する。

【００１３】（線引き工程）先ず、光ファイバの製造に
使用される光ファイバ母材を用意する。この光ファイバ
母材は、製造される光ファイバが有すべき光伝送特性を
実現するよう構成されている。例えば、光ファイバ母材
は、ＧｅＯ₂が添加された石英ガラスからなるコア部
と、コア部の外周に設けられた高純度石英ガラスからな
るクラッド部とを有することができる。次に、光ファイ
バ母材を所定の線引き装置に取りつけた後、線引きを行
う。線引きの条件は、製造される光ファイバの外径が例
えば１２５μｍとなるよう適宜決定されてよい。線引き
されて製造された光ファイバの外周に樹脂を被覆して、
光ファイバ素線を製造する。

【００１４】（重水素処理工程）この後、光ファイバ素
線をファイバボビンに巻取り、光ファイバ素線をファイ
バボビンごと所定の処理槽に置き、重水素処理を行う。
ここで、処理槽は、図１に示す通りの構成を有すること
ができる。

【００１５】図１は、実施形態の光ファイバの処理方法
を実施するに好適な処理槽の一構成例を示す概略図であ
る。同図において、処理槽１０は、密閉容器１１、及び
温度調整器１２を有する。密閉容器１１は、ファイバボ
ビン３を収容する。また、密閉容器１１は、ガス供給口
１１ａ及びガス排気口１１ｂを備える。ガス供給口１１
ａには、図示しないガス供給源が接続されている。ガス
供給源から密閉容器１１へ、重水素ガス及び希釈ガスが
供給される。希釈ガスは、例えば、窒素ガス又は不活性
ガスであってよい。また、ガス供給源には、重水素ガス
及び希釈ガスの流量を制御する流量制御器が設けられて
いる。温度調整器１２は、例えば、加熱ヒータ、加熱ヒ
ータ用の電源、温度計測用の熱電対、及び温度制御回路
などを含むことができる。温度調整器１２は密閉容器１
１内の温度を４０℃以下の温度に維持する。ただし、密
閉容器１１内の温度が、温度調整器１２に依らなくとも
確実に４０℃以下とされるのであれば、温度調整器１２
を設けなくても支障はない。

【００１６】光ファイバ素線２が巻き付けられたファイ
バボビン３が、図１に示す通り、密閉容器１１内に置か
れた後、重水素ガス及び希釈ガスがガス供給源から密閉
容器１１へ供給される。ここで、重水素ガス及び希釈ガ
スの流量は所定の値に設定され、密閉容器１１内の重水
素ガスの濃度は４体積％未満とされる。本発明者らの実
験結果によれば、重水素ガスの濃度は４体積％未満であ
っても、確実な処理効果が認められる。また、重水素ガ
スの濃度が４体積％以上であると、爆発が起こる虞があ
る。この濃度が４体積％未満であれば、爆発が起こる可
能性を極めて低く抑えることができる。

【００１７】密閉容器１１内の雰囲気が重水素ガス及び
希釈ガスで置換された後、温度調整器１２により、密閉
容器１１内の温度は４０℃以下の温度に調整される。具
体的には、密閉容器１１内の温度は、２０℃〜２５℃と
いった室温程度であってよい。この程度の温度とすれ
ば、室温の場合に比べ、光ファイバ中への重水素の拡散
が促進される。また、密閉容器１１内の温度が４０℃よ
りも高いと、光ファイバの被覆樹脂が劣化してしまう虞
がある。

【００１８】密閉容器１１内の温度が所望の温度で安定
した後、光ファイバ素線２は重水素ガスを含有する雰囲
気に所定の時間放置される。所定の時間経過後、温度調
整器１２による密閉容器１１内の温度調整を終了させる
と共に、密閉容器１１内の希釈ガスで置換して、光ファ
イバの重水素処理を終了させる。

【００１９】以上の処理方法においては、光ファイバ素
線２が重水素ガスを４体積％未満の濃度で含有する雰囲
気に４０℃以下の温度で放置される。このとき、重水素
は被覆樹脂を通して光ファイバ中へと拡散していく。重
水素が拡散して行く際、石英ガラス中では、Ｓｉ−Ｏ・＋Ｄ₂ → Ｓｉ−ＯＤ＋Ｄ … (１) という化学反応が起こる。ただし、式(１)において、Ｓ
ｉは珪素原子を示し、Ｏは酸素原子を示し、Ｄは重水素
原子を示す。このような化学反応により、「Ｓｉ−Ｏ
・」といった欠陥が消滅する。よって、光ファイバの使
用中に光ファイバ使用雰囲気から例えば水分又は水素が
光ファイバ中に侵入したとしても、「Ｓｉ−Ｏ・」とい
った欠陥との反応によってＯＨ基が新たに生成されるこ
とはない。したがって、ＯＨ基に起因する伝送損失の経
時的な増加が抑制される。また、式(１)の化学反応によ
りＯＤ基が生じるが、ＯＤ基の光吸収ピークは約１．８
７μｍにあり、波長１．３μｍ〜１．６μｍ付近の伝送
帯の伝送損失には影響を与えることはない。

【００２０】また、本発明者らは、コア領域がＧｅＯ₂
添加石英ガラスから構成される光ファイバを本実施形態
の光ファイバの製造方法により製造する場合には、以下
の効果が奏されると考えている。ＧｅＯ₂が添加された
石英ガラス中では、「Ｇｅ−Ｏ・」という格子欠陥が生
成される。このような欠陥は、水素と反応してＧｅ−Ｏ
Ｈが形成される。その結果、波長１．４１μｍにおける
吸収損失が増大することとなる。しかしながら、本実施
形態の光ファイバの製造方法においては、Ｇｅ−ＯＨの
形成を防ぐことができるため、波長１．４１μｍにおけ
る伝送損失の増加をも防止できる。

【００２１】本実施形態において重水素濃度は水素の爆
発限界濃度(４体積％)よりも低い１体積％とされ、温度
に関しても４０℃以下とされる。したがって、本実施形
態による光ファイバの製造方法は、安全性が高いという
利点がある。また、この製造方法によれば、製造装置は
簡便にできるため、製造コストの増大が防がれる。

【００２２】（実施例）以下、実施例を参照しながら、
本実施形態による光ファイバの製造方法について更に詳
しく説明する。本実施例においては、先ず、シングルモ
ード光ファイバの製造に好適な光ファイバ母材を用意し
た。この光ファイバ母材は、ＧｅＯ₂が添加された石英
ガラスからなるコア部と、コア部の外周に設けられた高
純度石英ガラスからなるクラッド部とを有する。コア部
の純石英ガラスに対する比屈折率差Δは０．３５％であ
った。次に、この光ファイバ母材を線引きして外径１２
５μｍの光ファイバを得、この光ファイバの外周を樹脂
で被覆し光ファイバ素線を製造した。この後、製造した
光ファイバ素線を２分割し、それぞれ長さがほぼ等しい
光ファイバ素線Ａ，Ｂを得た。光ファイバ素線Ａ，Ｂの
光伝送特性を測定したところ、波長１．３８μｍにおけ
る伝送損失は共に０．２８ｄＢ／ｋｍという結果が得ら
れた。

【００２３】光ファイバ素線Ａをファイバボビン３に巻
き取られた状態で処理槽１０の密閉容器１１内に収容し
た。次に、重水素ガス及び窒素ガスをガス供給源から密
閉容器１１へ供給した。このとき、密閉容器１１内にお
いて重水素ガスの濃度が１体積％となり、窒素ガスの濃
度が９９体積％となるよう各々のガスの流量を調整し
た。続いて、温度調整器１２により、密閉容器１１内の
温度を２５℃に調整した。この後、光ファイバ素線Ａを
上記の雰囲気中に１週間放置した。

【００２４】（比較例）比較のため、光ファイバ素線Ｂ
に対して水素を用いた処理を行った。この処理において
は、重水素ガスの替わりに水素ガスを用いた以外は、光
ファイバ素線Ａに対して行った処理と同一な条件が採用
された。以下の説明では、この処理を水素処理と称す。

【００２５】（実施例及び比較例の評価結果）続けて、
光ファイバ素線Ａ，Ｂの評価方法及び結果について説明
する。重水素処理を施した光ファイバ素線Ａと、水素処
理を施した光ファイバ素線Ｂとに対して、伝送損失の測
定を行った。次に、加速劣化試験を行った。加速劣化試
験は、光ファイバ素線Ａ，Ｂ中に水素を意図的に拡散さ
せるものであり、その手順及び条件は、上述の水素処理
と同一とした。加速劣化試験の後、光ファイバ素線Ａ，
Ｂの伝送損失を測定した。

【００２６】

【表１】表１に評価結果を示す。表１から分かる通り、光ファイ
バ素線Ｂの波長１．３８μｍにおける伝送損失は、水素
処理により、０．２８ｄＢ／ｋｍから０．３６ｄＢ／ｋ
ｍへ増加した。これは、水素処理によって、光ファイバ
中で、Ｓｉ−Ｏ・＋Ｈ₂ → Ｓｉ−ＯＨ＋Ｈ … (２) という化学反応が起こり、ＯＨ基が生成されたためであ
ると本発明者らは推定している。すなわち、ＯＨ基の生
成に伴ってＯＨ基による吸収が増加した結果、伝送損失
が増加したと理解される。

【００２７】また、光ファイバ素線Ａ及びＢの波長１．
３８μｍにおける伝送損失は、いずれも加速劣化試験の
前後で変化しない。これは、加速劣化試験の前に実施し
た重水素処理又は水素処理により、光ファイバ素線Ａ及
びＢの双方とも、内部の欠陥の殆どすべてが消失したた
めと推測される。そのため、光ファイバ素線Ａ及びＢい
ずれの場合も、加速劣化試験においては、ＯＨ基が新た
に生成されることがなく、その結果、伝送損失の増加が
防止されたと考えられる。

【００２８】光ファイバ素線Ｂに対して実施した水素処
理及び加速劣化試験の結果から、以下のことが分かる。
光ファイバ素線Ｂに対して、仮に、水素処理を行わなか
ったとすると、初期の伝送損失は、波長１．３８μｍに
おいて０．２８ｄＢ／ｋｍである。その後、光ファイバ
素線Ｂを使用している間に、伝送損失は経時的に０．３
６ｄＢ／ｋｍまでに増加してしまう。これに対し、水素
処理を行うと、初期の伝送損失は０．３６ｄＢ／ｋｍと
僅かに増加するものの、伝送損失の経時的な増加は防止
される。したがって、波長１．３８μｍにおける伝送損
失が０．３６ｄＢ／ｋｍ程度あっても支障のない場合に
は、光ファイバ素線Ｂは好適に使用される。

【００２９】一方、光ファイバ素線Ａの波長１．３８μ
ｍにおける伝送損失は、表１に示す通り、重水素処理の
前後で変化しておらず、しかも、０．２８ｄＢ／ｋｍと
良好な値である。また、重水素処理の前後ばかりでな
く、加速劣化試験の前後においても伝送損失に変化は認
められない。すなわち、初期の伝送損失の増加が抑制さ
れるとともに、水素に起因する伝送損失の経時的な増加
も抑制される。水素処理も重水素処理も行わない場合、
及び水素処理を行った場合に比べ、実施例の製造方法は
優れた効果を奏することが分かる。

【００３０】また、上述の結果から、波長１．３８μｍ
における伝送損失が０．３５ｄＢ／ｋｍ以下である光フ
ァイバに対し、実施例とほぼ同一の条件にて重水素処理
を行えば、初期の伝送損失が０．３５ｄＢ／ｋｍ以下で
あり、伝送損失の経時的な増加も防止される光ファイバ
が得られることが分かる。さらに、波長１．３８μｍに
おける伝送損失が０．３１ｄＢ／ｋｍ以下である光ファ
イバを用いれば、初期の伝送損失が０．３１ｄＢ／ｋｍ
以下であり、伝送損失の経時的な増加も防止される光フ
ァイバが得られる。

【００３１】以上、実施形態及び実施例を参照しなが
ら、本発明に係る光ファイバの処理方法及びこの処理方
法を含む光ファイバの製造方法を説明したが、本発明
は、これに限られることはなく、種々の変形が可能であ
る。

【００３２】実施形態においては、ＧｅＯ₂が添加され
た石英ガラスからなるコア領域と、コア部の外周に設け
られた高純度石英ガラスからなるクラッド領域とを有す
る光ファイバを製造する場合を説明したが、これに限ら
れることはない。例えば、ＧｅＯ₂が添加された石英ガ
ラスからなるコア領域と、弗素(Ｆ)又はＰ₂Ｏ₅が添加さ
れた石英ガラスからなるクラッド領域とを有する光ファ
イバの場合にも、本発明に係る光ファイバの処理方法又
は製造方法を適用できる。また、石英ガラス製のクラッ
ド領域には、ＧｅＯ₂が添加されていてもよい。さら
に、コア領域が高純度石英ガラスから構成される光ファ
イバに対しても本発明に係る光ファイバの処理方法又は
製造方法は好適に適用される。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
石英ガラス系光ファイバの伝送損失の増加を抑制でき
る、光ファイバの処理方法及び製造方法が提供される。
特に本発明では、重水素の爆発のおそれがなく、且つ設
備コストの低い、低温且つ低重水素濃度での光ファイバ
の処理方法が提供され、安全に光ファイバの伝送損失の
増加を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、実施形態の光ファイバの処理方法を実
施するに好適な処理槽の一構成例を示す概略図である。

【符号の説明】

２…光ファイバ素線、３…ファイバボビン、１０…処理
槽、１１…密閉容器、１１ａ…ガス供給口、１１ｂ…ガ
ス排気口、１２…温度調整器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者土屋一郎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） 2H050 AA01 AB05X AD17 4G021 AA00 4G060 AB01 AC01 AD06 AD41

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】４０℃以下の温度において重水素を含む
雰囲気に光ファイバを晒すことを特徴とする、光ファイ
バの処理方法。
【請求項２】前記重水素を含む雰囲気は、重水素を４
体積％未満の濃度で含むことを特徴とする請求項１記載
の光ファイバの処理方法。
【請求項３】前記光ファイバは、ゲルマニウム添加石
英ガラス又は高純度石英ガラスで構成されたコア領域を
有する請求項１又は２に記載の光ファイバの処理方法。
【請求項４】前記光ファイバの波長１．３８μｍにお
ける伝送損失は０．３５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特
徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光ファイバの
処理方法。
【請求項５】前記重水素を含む雰囲気に光ファイバを
晒す際、前記光ファイバがボビンに巻き取られているこ
とを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光ファ
イバの処理方法。
【請求項６】光ファイバ母材を線引きして、コア領域
がゲルマニウム添加石英ガラス又は高純度石英ガラスで
ある光ファイバを作製し、該光ファイバに対して請求項
１記載の光ファイバの処理方法を行うことを特徴とす
る、光ファイバの製造方法。
【請求項７】請求項６記載の光ファイバの製造方法に
より製造され、波長１．３８μｍにおける伝送損失が
０．３５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする光ファ
イバ。