JP2004002146A - 紫外線伝送用光ファイバ素線の製造方法およびその方法によって製造された紫外線伝送用光ファイバ素線 - Google Patents
紫外線伝送用光ファイバ素線の製造方法およびその方法によって製造された紫外線伝送用光ファイバ素線 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】水素雰囲気下で処理する工程を必要とすることなく水素を光ファイバに添加することができる紫外線伝送用光ファイバ素線の製造方法を提供することおよびその方法によって製造された紫外線伝送用光ファイバ素線を提供する。
【解決手段】溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金で裸光ファイバを被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させる、紫外線伝送用光ファイバ素線の製造方法、ならびに該製造方法で得られた紫外線伝送用光ファイバ素線。
【選択図】 図１
【解決手段】溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金で裸光ファイバを被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させる、紫外線伝送用光ファイバ素線の製造方法、ならびに該製造方法で得られた紫外線伝送用光ファイバ素線。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ素線の製造方法およびその製造方法によって製造された光ファイバ素線に関するものであり、詳しくは、光ファイバに水素を添加させる方法およびその方法で製造した水素が添加された光ファイバ素線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、紫外線を伝送するための光ファイバ素線（以下、「紫外線伝送用光ファイバ素線」ということがある。）の開発が進められている。光ファイバ素線は、上記紫外線の伝送に用いると、光エネルギーの作用により光ファイバを構成するガラスが損傷、劣化し、光ファイバ透過率のような光学特性が経時的に劣化することが知られているが、コア部およびクラッド部に水素分子を添加（ドープ）した裸光ファイバを用いることで、このような光ファイバ素線の損傷を抑制することができる。
【０００３】
従来の裸光ファイバに水素を添加させる方法としては、裸光ファイバを水素含有雰囲気に曝し、水素分子を裸光ファイバ中へ侵入させる方法が一般的であり、裸光ファイバのコアガラスの分子構造上の欠陥と水素分子とを反応させて、裸光ファイバの分子構造上の欠陥を埋めて、紫外線に吸収がない結合、すなわち、Ｓｉ−ＯＨ、Ｓｉ−Ｈに変換させることが提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４参照。）。しかしこのような方法で作製された水素が添加された光ファイバ素線は、経時変化により、水素が光ファイバ素線から抜けてしまい裸光ファイバ内の水素分子含有量が低下するという問題があった。
【０００４】
その原因としては、上記水素分子はガラス中でＯＨ基などとして決して安定な状態で存在するのではなく、殆どは、水素分子あるいは、水素イオンとして存在するため、経時変化により水素濃度が低下すると紫外線を伝送したときに裸光ファイバ中に欠陥が発生し、その欠陥が紫外線を吸収してしまうため、光ファイバ素線の紫外域透過率の低下にあまり寄与しなくなることが挙げられる。
【０００５】
また、紫外線を裸光ファイバのコア部に入射させながら水素雰囲気中で昇温させる製造方法（たとえば、特許文献５参照。）や、裸光ファイバを水素雰囲気中で昇温させた状態で放射線を照射させる製造方法（たとえば、特許文献６参照。）、さらには裸光ファイバの外周に金属を被覆し、その後高温高圧下で水素処理を行うという製造方法（たとえば、特許文献７参照。）なども提案されている。
【０００６】
しかしながら、これらの製造方法では、水素雰囲気中で昇温させたり、高温高圧下で水素処理をするなど、比較的過酷な水素処理の工程を要するため、安全性の面で問題があるとともに製造工程が煩雑であり、またそのための特別の設備も必要になる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−３４８３０号公報
【特許文献２】
特開平６−５６４５７号公報
【特許文献３】
特開平１２−２２６２２３号公報
【特許文献４】
特開昭６０−９０８５３号公報
【特許文献５】
特開２０００−８６２７２号公報
【特許文献６】
特開２０００−８６２７３号公報
【特許文献７】
特開平９−３０９７４２号公報
【特許文献８】
特開２０００−１５４５４５号公報
【特許文献９】
特開平１１−１８０７３１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、上記したような水素雰囲気下で処理する工程を必要とすることなく水素を光ファイバに添加することができる紫外線伝送用光ファイバ素線の製造方法を提供することおよびその方法によって製造された紫外線伝送用光ファイバ素線を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、本発明を完成するに至った。即ち、本発明は以下のとおりである。
（１）溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金で裸光ファイバを被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させる、紫外線伝送用光ファイバ素線の製造方法。
（２）少なくとも石英ガラスを含むコア部と、前記コア部の外周に配置され、少なくとも石英ガラスを含み、かつコア部より屈折率が低いクラッド部とを有する光ファイバ母材を加熱、線引きして作製した石英ガラス光ファイバを、引続き、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金で被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させる、紫外線伝送用光ファイバ素線の製造方法。
（３）前記石英ガラス光ファイバの被覆時に、溶融アルミニウムを６７０℃〜８００℃に保持することを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
（４）前記石英ガラス光ファイバの被覆時に、溶融アルミニウム合金を液相線温度よりも９０℃〜１４０℃高い温度に保持することを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
（５）溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金中を、０．１ｍ／分〜１０００ｍ／分の線速で石英ガラス光ファイバを通過させることによって、上記溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金による石英ガラス光ファイバの被覆を行うものである、請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
（６）上記（１）〜（５）に記載のいずれかの製造方法によって製造されたものである紫外線伝送用光ファイバ素線。
（７）溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金で石英ガラス光ファイバを被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させて製造された、石英ガラス光ファイバと該石英ガラス光ファイバを被覆するアルミコート層とを備えるアルミコートファイバであって、
石英ガラス光ファイバのコア部における水素分子含有量が１．６×１０１７分子／ｃｍ３以上である紫外線伝送用光ファイバ素線。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金で裸光ファイバを被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させる、光ファイバ素線の製造方法である。本発明の製造方法により、裸光ファイバと、該裸光ファイバを被覆するアルミコート層とを備えるアルミコートファイバの形態で、コア部に水素分子が添加された紫外線伝送用の光ファイバ素線を製造することができる。
具体的には、ダイスと、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金を収容し、ダイスに溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金を供給する収容槽とを備える装置を用い、裸光ファイバを上記ダイス内を通過させて裸光ファイバの外周を溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金にて被覆し、その後、ボビンなどに巻き取られるまでにアルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させる。上記アルミニウムまたはアルミニウム合金が凝固して形成されるのが上記アルミコート層である。
【００１１】
本発明の製造方法にて、何故光ファイバ中に水素が添加されるのか、その詳細な理由は明らかではないが、本発明者らは、溶融した状態のアルミニウムまたはアルミニウム合金中に溶解している水素量（溶解限）と、凝固した状態のアルミニウムまたはアルミニウム合金中に固溶している水素量（固溶限）との差を利用したことによるものと考えている。すなわち、本発明の製造方法によれば、裸光ファイバを被覆した状態の溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が冷却凝固する際に、溶解限と固溶限との差（溶解限＞固溶限）によって、アルミニウムまたはアルミニウム合金より放出される水素の一部が裸光ファイバに拡散供給される。その後、裸光ファイバは凝固したアルミニウムまたはアルミニウム合金（アルミコート層）にて被覆されているので、裸光ファイバ内へ拡散供給された水素は、アルミコート層によって外部へ抜け出ることができなくなり、長期的に裸光ファイバ内に保持されることとなる。また、本発明者らは、水素を含有している光ファイバ母材を使用し、これを加熱・線引きしてなる裸光ファイバが、水素分子を含有しない（後述する水素分子含有量の測定方法の検出限界以下）ことからも、水素を含有している光ファイバ母材を使用しても加熱・線引きによって水素は抜けてしまうものであり、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金中から裸光ファイバ中へ水素が拡散供給されたものと推測している。
【００１２】
本発明の製造方法に用いる裸光ファイバは、特に制限されるものではないが、石英ガラス（シリカガラス）を含むコア部と、該コア部の外周に配置され、少なくとも石英ガラスを含みかつコア部よりも屈折率が低いクラッド部とを有する光ファイバ（石英ガラス光ファイバ）であるのが好ましい。石英ガラスは、公知の石英ガラス（シリカガラス）を適用すればよく、たとえば、化学的に合成した合成石英ガラスや天然の石英粉末を溶かして作った溶融石英ガラスなどが挙げられる。中でも、不純物含有量が少ない合成石英ガラスを用いることが好ましい。前記した合成石英ガラスは、公知の製法により作製できる。具体的な製法としては、たとえば、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ＯＶＤ法、直接法などが挙げられる。またたとえば、屈折率をコントロールするためには、各種元素を添加すればよい。具体的には、クラッド部を形成させるために、屈折率を下げるＦ（フッ素）やＢ（ホウ素）等のドーパントを公知の方法で添加したものを用いればよい。
また、本発明の製造方法に用いる裸光ファイバは、コア部にＯＨ基および／またはＦを含有するものであることが好ましい。コア部にＯＨ基および／またはＦを含有することによって、ＯＨ基および／またはＦを含有しない場合と比較して、Ｓｉ−Ｆ、Ｓｉ−ＯＨなどの結合が生成することにより、構造欠陥が生成しにくくなるという利点がある。
【００１３】
なお、本発明に用いるアルミニウム合金としては、特に制限はなく、たとえば国際合金番号で示される１０３５、１０４０、１０４５、１０５０、１０５０Ａ、１０６０、１０６５、１０７０、１０７０Ａ、１０８０、１０８０Ａ、１０８５、１０９０、１０９８、１１００、１１１０、１２００、１２００Ａ、１１２０、１２３０、１１３５、１２３５、１４３５、１１４５、１３４５、１４４５、１１５０、１３５０（１８）、１３５０Ａ、１４５０、１２６０、１１７０、１３７０、１１７５、１２７５、１１８０、１１８５、１２８５、１３８５、１１８８、１１９０、１１９３、１１９８、１１９９等に記載のアルミニウム合金を特に制限なく用いることができる。
また、本発明に用いるアルミニウムは、純度が９９．９％以上のアルミニウム（純アルミニウム）を指す。
溶融時の粘度の安定性の観点からは、アルミニウム（純度：９９．９９％）や共晶系のアルミニウム合金であるＡｌ−Ｓｉ系合金を使用するのが好ましい。
【００１４】
図１は、本発明の製造方法の好ましい一例を模式的に示す図である。本発明の製造方法は、より効率的に紫外線伝送用光ファイバ素線を製造し得る観点から、図１に示すように、光ファイバ母材１より加熱・線引きする工程Ａで裸光ファイバ２を作製した後、連続的に、この裸光ファイバ２を溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金３で被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金３を凝固させる工程Ｂを行うように実現することが、好ましい。
【００１５】
図１に示す例における工程Ａにて用いる光ファイバ母材１は、上述した如き裸光ファイバ２を加熱・線引きによって形成し得るものであれば特に制限なく用いることができる。好ましくは、石英ガラスを含むコア部と、該コア部の外周に配置され、少なくとも石英ガラスを含みかつコア部よりも屈折率が低いクラッド部とが形成された従来公知の光ファイバ母材を用いる。工程Ａにおける加熱・線引きの条件に特に制限はないが、加熱の温度は、高過ぎると、ガラス粘度が低くなり過ぎて充分な膜厚が得られなくなる虞があり、また、低過ぎると、粘度が高くなり、アルミニウム膜が付かなくなる虞があることから、２０００℃〜２４００℃が好ましい。たとえば、外径７０μｍ〜２５０μｍの裸光ファイバを作製する場合、光ファイバガラス母材を２０００℃〜２４００℃に加熱し、線引き速度０．１ｍ／分〜１０００ｍ／分とすることで作製できる。工程Ａのために用いる装置としては、特に制限はなく、従来公知の種々の裸光ファイバを作製するための装置を用いることができる。
【００１６】
引続いて、工程Ｂで溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金３が保持されたダイス４で、裸光ファイバ２を溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金３で被覆し、形状を整える。ダイス４には、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金を収容し、この溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金をダイス４に供給する収容槽が連結されている（図示せず）。
アルミニウムまたはアルミニウム合金は、大気中で溶融すれば良く、そうすることでアルミニウムまたはアルミニウム合金に付着していた湿分、大気中の湿分から水素を溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金中に含有させることができる。また、後述するように水素と不活性ガスの混合ガス雰囲気中で溶融させると、より多くの水素を光ファイバのコア部に添加することができる。アルミニウムまたはアルミニウム合金を溶融させるための加熱を実現するための手段としては、特に制限はなく、公知の高周波誘導加熱、抵抗加熱などを、上述した収容槽に設置すればよい。
【００１７】
裸光ファイバ２の被覆時において、ダイス４中の溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金３は、用いるアルミニウムまたはアルミニウム合金が溶融し得る温度に保持されているならば特に問題はない。
溶融アルミニウムにて被覆を行う場合、ダイス４中の溶融アルミニウムは、６７０℃〜８００℃に保持することが好ましく、７００℃〜７５０℃に保持することがより好ましい。上記温度が６７０℃未満であると、アルミニウムが均一に溶融しない虞があり、長手方向に特性のばらついたアルミコートファイバが得られてしまうことがあり、また、ダイス出口で溶融アルミニウムが凝固してしまい線引きができなくなる虞があるためである。上記温度が８００℃を超えると、裸光ファイバが溶融アルミニウムと反応して劣化してしまう虞があるためである。
また溶融アルミニウム合金（特に、共晶系のアルミニウム合金）にて被覆を行う場合、ダイス４中の溶融アルミニウム合金は、液相線温度よりも９０℃〜１４０℃高い温度で保持することが好ましい。上記温度が液相線温度よりも９０℃未満の高さの温度（液相線温度＋９０℃未満）の場合には、アルミニウム合金が均一に溶融しない虞があり、長手方向に特性のばらついたアルミコートファイバが得られてしまうことがあり、また、ダイス出口で溶融アルミニウム合金が凝固してしまい線引きができなくなる虞があるためである。また、上記温度が液相線温度よりも１４０℃を越えて高い温度（液相線温度＋１４０℃より高い温度）の場合には、裸光ファイバが溶融アルミニウム合金と反応して劣化してしまう虞があるためである。
上記溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金の温度は、たとえば、熱電対５を溶融アルミニウム３中へ浸漬させて温度測定器６でモニターする手段（図１の例）や、非接触型の温度計でモニターする手段（図示せず）を使用して温度管理すればよい。
【００１８】
また、上記裸光ファイバ２の被覆は、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金３中を、好ましくは０．１ｍ／分〜１０００ｍ／分、より好ましくは２ｍ／分〜３００ｍ／分、特に好ましくは１０ｍ／分〜６０ｍ／分の線速で光ファイバを通過させることによって行う。線速が０．１ｍ／分未満であると、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金と石英ガラス光ファイバ（裸光ファイバ）との界面で反応が起こり、裸光ファイバとアルミコート層との間に脆い反応層が生成される傾向が高くなるためであり、線速が１０００ｍ／分を越えると、裸光ファイバの温度が高く溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が裸光ファイバとの界面で凝固して被覆層として形成しにくくなる傾向にあるためである。また、裸光ファイバの径によっても、最適な線速が異なる。たとえば、裸光ファイバの線径が５００μｍの場合は２ｍ／分〜３０ｍ／分であるのが好ましく、２５０μｍの場合は１０ｍ／分〜６０ｍ／分であるのが好ましく、１２５μｍの場合は３０ｍ／分〜３００ｍ／分であるのが好ましい。
【００１９】
裸光ファイバを被覆する溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金は、ボビン（図示せず）巻き取られるまでに、冷却されて凝固されればよい。この溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金の凝固の際に、上述したようにアルミニウムまたはアルミニウム合金に固溶できなかった水素が放出され、裸光ファイバ中へ拡散供給される。その後、凝固したアルミニウムまたはアルミニウム合金（アルミコート層）によって、裸光ファイバ内へ拡散した水素が外部へ抜け出て行くことを防いで、裸光ファイバ中に水素を保持する。本発明の製造方法によって用いるアルミニウムまたはアルミニウム合金の凝固のための冷却手段に特に制限はなく、たとえば、不活性ガス（アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガスなど）雰囲気の冷却管を用いることができる。また、上記冷却の速度にも特に制限はないが、光ファイバ素線に発生する線引き欠陥を低減させるためには、製造効率を下げない程度に遅い方が好適であることから、たとえば裸光ファイバの線径が１２５μｍの場合は３０ｍ／分〜１０００ｍ／分であるのが好ましい。
【００２０】
図２は、本発明の製造方法によって製造された紫外線伝送用光ファイバ素線７を簡略化して示す断面図である。本発明の紫外線伝送用光ファイバ素線７は、上述したようにコア部８とその外周に配置されるクラッド部９とを有する裸光ファイバと、この裸光ファイバを被覆するアルミコート層１０とを備えるアルミコートファイバである。上述してきたように、本発明の紫外線伝送用光ファイバ素線７は、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金で裸光ファイバを被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させる本発明の製造方法によって製造されたものであるが、アルミコートファイバが、かかる製造方法で製造されたものであるか否かは、たとえば、光ファイバのコア部中の水素量をラマン測定を用いて行うことで判別することができる。
また、本発明で得られた紫外線伝送用光ファイバ素線では、従来のように水素処理を経ることなく製造でき、煩雑な製造工程を要することなく製造できる。
【００２１】
本発明の紫外線伝送用光ファイバ素線は、光ファイバのコア部８における水素分子含有量が、１．６×１０１７分子／ｃｍ３以上であるが、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金を裸光ファイバの外周へ被覆することのみで得られる水素含有量には上限があり、好ましくは１．６×１０１７分子／ｃｍ３〜９．０×１０１７分子／ｃｍ３であり、より好ましくは２．０×１０１７分子／ｃｍ３〜３．０×１０１７分子／ｃｍ３である。
また、アルミニウムまたはアルミニウム合金を被覆後、常圧、大気中で熱処理（たとえば、４００℃×１２時間）することで、最大１．０×１０１９分子／ｃｍ３の水素含有量まで含有する。
【００２２】
本発明の紫外線伝送用光ファイバ素線は、上述のような水素分子含有量であることによって、裸光ファイバのコア部に１２時間連続的に紫外線（２１５ｎｍ、光源：Ｄ２ランプ（Ｌ１３１４、浜松ホトニクス社製）を照射した後であっても、当該紫外線照射初期の８０％以上、特には９０％以上の透過率を維持することができる（上記透過率の維持試験は、照射前の透過率を基準（１００％）として、前記条件で照射した場合の透過率の経時劣化をみるものである。）。このように紫外線透過率を維持することができる本発明の光ファイバ素線は、たとえば、分光分析用、レーザ加工用、バンドルファイバ用、レーザーガイド用などの紫外線伝送用に好適に使用することができる。
【００２３】
上記コア部の水素分子含有量は、Ｖ． Ｓ． Ｋｈｏｔｉｍｃｈｅｎｋｏら、「Ｊ Ａｐｐｌ． Ｓｐｅｃｔｒｏｓｐｅｃ．」 ４６ （１９８７） ６３２−６８５に記載された方法に準じて行い、８００ｃｍ−１近辺のピーク強度（Ｏ−Ｓｉ−Ｏに起因）と、４１３５ｃｍ−１近辺のピーク強度（水素分子に起因）との強度比を算出し、これを単位体積あたりの水素分子量に換算することで定量できる。具体的な手順は、次のとおりである。
まず、長さが５ｍとなるように光ファイバ素線の両端を切断し、後述するレーザラマン分光装置を用いたレーザラマンマイクロプローブ法によって、一方の端面からレーザ光を照射すると、マイクロモードを用いて、他方の端面から出てくるラマン光は、スリットを通り、分光器に取り込まれる。分光器の光は、ＣＣＤカメラで光強度を電気信号に変換され、付属のソフトでカウント数−波数のグラフを得るというようにして、ラマンスペクトル（縦軸：ラマン強度（ｃｐｓ）、横軸：波数（ｃｍ−１））を描かせる。こうして得られたラマンスペクトルでは、８００ｃｍ−１、４１３５ｃｍ−１の波数の近辺に、それぞれピークが現れる。この各ピークより、それぞれの波数におけるピーク強度を算出する。
ここで、図３は、光ファイバ素線の波数８００ｃｍ−１近辺のピーク２１を含むラマンスペクトルを模式的に示す図であり、図４は光ファイバ素線の波数４１３５ｃｍ−１近辺のピーク２２を含むラマンスペクトルを模式的に示す図である。以下、このラマンスペクトルからのピーク強度の算出方法を、図３および図４を参照して説明する。
まず、図３に示す８００ｃｍ−１の近辺（６９８ｃｍ−１〜９４６ｃｍ−１の範囲を指す）におけるピーク２１を例にとって説明する。
（１）８００ｃｍ−１と６９８ｃｍ−１との間で、極小値を示す（極小のラマン強度を示す）波数ａ（ｃｍ−１）を決定する。
（２）８００ｃｍ−１と９４６ｃｍ−１との間で、極小値を示す（極小のラマン強度を示す）波数ｂ（ｃｍ−１）を決定する。
（３）ａ（ｃｍ−１）でのラマン強度（極小点ａａ）とｂ（ｃｍ−１）でのラマン強度（極小点ｂｂ）とを結ぶ線分Ｓ１を引く。
（４）ピーク２１の波数８００ｃｍ−１でのラマン強度を通る縦軸に平行な直線Ｔ１を引く。そうして、前記直線Ｔ１と線分Ｓ１との交点Ｘ１が示す縦軸値（ラマン強度）と波数８００ｃｍ−１の縦軸値（ラマン強度）との差（ラマン強度の差）Ｌ１を求め、これを８００ｃｍ−１のピーク強度（単位；ｃｐｓ）とする。
同様に、図４に示す４１３５ｃｍ−１の近辺（４０７０ｃｍ−１〜４２００ｃｍ−１）におけるピーク２２においても、
（１）４１３５ｃｍ−１と４０７０ｃｍ−１との間で、極小値を示す（極小値のラマン強度を示す）波数ｃ（ｃｍ−１）を決定する。
（２）４１３５ｃｍ−１と４２００ｃｍ−１との間で、極小値を示す（極小値のラマン強度を示す）波数ｄ（ｃｍ−１）を決定する。
（３）ｃ（ｃｍ−１）でのラマン強度（極小点ｃｃ）とｄ（ｃｍ−１）でのラマン強度（極小点ｄｄ）とを結ぶ線分Ｓ２を引く。
（４）ピーク２２の波数４１３５ｃｍ−１でのラマン強度を通る縦軸に平行な直線Ｔ２を引く。そうして、前記直線Ｔ２と線分Ｓ２との交点Ｘ２が示す縦軸値（ラマン強度）と波数４１３５ｃｍ−１の縦軸値（ラマン強度）との差（ラマン強度の差）Ｌ２を求め、これを４１３５ｃｍ−１のピーク強度（単位：ｃｐｓ）とする。
上記のようにして得られた各ピーク２１，２２におけるピーク強度を、下記式（１）に代入して、単位体積あたりの水素分子量に換算することで、本発明でいう「水素分子含有量」を算出することができる。
水素分子含有量（分子／ｃｍ３）＝（４１３５ｃｍ−１近辺でのピーク強度／８００ｃｍ−１近辺でのピーク強度）×１．２２×１０２１…………………………………………式（１）
なお、本発明における水素分子含有量の測定は、以下の使用機器、条件にて行う。
・レーザーラマン分光装置：Ｒａｍａｏｎｏｒ Ｔ−６４０００（Ｊｏｂｉｎ Ｙｖｏｎ／愛宕物産製）
・光源：ＹＡＧレーザー（ＣＨＥＲＥＮＴ ＶＥＲＤＩ−５Ｗ）
・分光器
構成 ：Ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｏｒ：Ｔｈｉｒｄ Ｓｔａｇｅ
回折格子：Ｐｒｅｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｏｒ １８００ｇｒ／ｍｍ
・検出器
ＣＣＤ：Ｊｏｂｉｎ Ｙｖｏｎ １０２４×２５６
レーザー波長：５３２ｎｍ
・測定条件
５００〜１８００の間の波数 測定時間： １ｓｅｃ
４０７０〜４２００の間の波数 測定時間：９００ｓｅｃ
・解析ソフト：ＯＲＩＧＩＮ
【００２４】
本発明の紫外線伝送用光ファイバ素線７において、裸光ファイバを被覆するアルミコート層の厚みは、裸光ファイバ中の水素を外部へ抜け出させない程度の厚みであれば特に制限されないが、１０μｍ〜５０μｍであるのが好ましく、３０μｍ〜４０μｍであるのがより好ましい。アルミコート層の厚みが１０μｍ未満であると、十分な量の水素添加に寄与し得ない傾向にあるためであり、またアルミコート層の厚みが５０μｍを超えると、アルミコートファイバが可撓性に劣る傾向にあるためである。
【００２５】
なお、上述した本発明の製造方法において、たとえば、▲１▼アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶融ならびに裸光ファイバの被覆を、水素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気中で行う、▲２▼溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金による裸光ファイバの被覆をバブリングさせながら行うと、短時間でより高い水素分子含有量のコア部を有するアルミコートファイバを実現することができ、好ましい。
【００２６】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
実施例１
図１に示したように、コア部およびクラッド部を形成した光ファイバ母材（石英ガラス）を、２１５０℃に加熱し、線引して（工程Ａ）裸光ファイバ（石英ガラス光ファイバ）を作製し、この裸光ファイバを連続的に、大気雰囲気で溶融させたアルミニウム（純度：９９．９９％）を収容したダイスを通過させて溶融アルミニウムで被覆し、冷却凝固させてアルミコート層を形成し（工程Ｂ）、アルミコートファイバを作製した。工程Ｂにおける裸光ファイバ被覆時の溶融アルミニウムの保持温度は７３０℃、線速は４０ｍ／分で行った。
なお、アルミコートファイバは、以下の規格に設定した。
【００２７】
実施例２
線速を１５ｍ／分に変更した以外は実施例１と同様にして、アルミコートファイバを作製した。
【００２８】
実施例３
線速を３００ｍ／分に変更した以外は実施例１と同様にして、アルミコートファイバを作製した。
【００２９】
実施例４
溶融アルミニウムの保持温度を７００℃に変更した以外は実施例１と同様にして、アルミコートファイバを作製した。
【００３０】
実施例５
アルミニウムに換えて、アルミニウム−１５重量％ケイ素合金（Ａｌ−１５ｗｔ％Ｓｉ合金）に変更した以外は実施例１と同様にして、アルミコートファイバを作製した。
【００３１】
比較例１
工程Ｂに換えて、電子ビームにてアルミニウムを裸光ファイバの外周に真空蒸着させることによってアルミコート層を形成した以外は実施例１と同様にして、アルミコートファイバを作製した。
【００３２】
比較例２
工程Ｂに換えて、裸光ファイバを保護の目的で紫外線硬化型樹脂にて被覆し、裸光ファイバの外周を厚み３０μｍで被覆する層を形成した光ファイバ素線を作製した。
【００３３】
比較例３
溶融アルミニウムの保持温度を６６５℃に変更した以外は実施例１と同様にして、アルミコートファイバの作製を試みたが、ダイス出口でアルミニウムが凝固したのでサンプリングできなかった。
【００３４】
〔評価試験〕
（１）水素分子含有量の測定
上記実施例１〜５、比較例１〜３で製造された全長２０００ｍの各アルミコート石英系光ファイバについて、一方側の端部より４００ｍずつ離れた地点を中心として一方側、他方側を共に２．５ｍずつ含有する５ｍのアルミコート石英系光ファイバをサンプルとして４本ずつ切り出し、上述したように、Ｖ．Ｓ．Ｋｈｏｔｉｍｃｈｅｎｋｏら、「Ｊ Ａｐｐｌ． Ｓｐｅｃｔｒｏｓｐｅｃ．」 ４６（１９８７）６３２−６８５に記載された方法に準じ、各ファイバのコア部における水素含有量を測定した。
各アルミコート石英系光ファイバにおいて、４本のサンプルについての水素分子含有量の平均をとって、平均水素分子含有量を算出した。
【００３５】
（２）耐紫外線特性の評価方法
作製されたアルミコート石英系光ファイバのコア部に１２時間連続的に紫外線（２１５ｎｍ、光源：Ｄ２ランプ（Ｌ１３１４、浜崎ホトニクス社製））を照射した後であっても、当該紫外線照射初期の８５％以上の透過率を維持したものを○と評価し、９０％以上の透過率を維持したものを◎と評価し、８５％未満のものを×と評価した。
実施例１〜５の結果を表１に、比較例１〜３の結果を表２に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金で裸光ファイバを被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させることによって、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が凝固する際に放出する水素を、光ファイバ内部へ拡散・供給することができ、また、凝固したアルミニウムまたはアルミニウム合金が水素を外部へ抜け出すことを防ぐので、長期的に水素を保持し得る紫外線伝送用の光ファイバ素線を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法の好ましい一例を模式的に示す図である。
【図２】本発明の製造方法によって製造された紫外線伝送用光ファイバ素線７を簡略化して示す断面図である。
【図３】光ファイバ素線の波数８００ｃｍ−１近辺のピーク２１を含むラマンスペクトルを模式的に示す図（縦軸：ラマン強度（ｃｐｓ）、横軸：波数（ｃｍ−１））である。
【図４】光ファイバ素線の波数４１３５ｃｍ−１近辺のピーク２２を含むラマンスペクトルを模式的に示す図（縦軸：ラマン強度（ｃｐｓ）、横軸：波数（ｃｍ−１））である。
【符号の説明】
１ 光ファイバ母材
２ 裸光ファイバ
３ 溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金
４ ダイス
５ 熱電対
６ 温度測定器
７ 紫外線伝送用光ファイバ素線
８ コア部
９ クラッド部
１０ アルミニウム層
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ素線の製造方法およびその製造方法によって製造された光ファイバ素線に関するものであり、詳しくは、光ファイバに水素を添加させる方法およびその方法で製造した水素が添加された光ファイバ素線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、紫外線を伝送するための光ファイバ素線（以下、「紫外線伝送用光ファイバ素線」ということがある。）の開発が進められている。光ファイバ素線は、上記紫外線の伝送に用いると、光エネルギーの作用により光ファイバを構成するガラスが損傷、劣化し、光ファイバ透過率のような光学特性が経時的に劣化することが知られているが、コア部およびクラッド部に水素分子を添加（ドープ）した裸光ファイバを用いることで、このような光ファイバ素線の損傷を抑制することができる。
【０００３】
従来の裸光ファイバに水素を添加させる方法としては、裸光ファイバを水素含有雰囲気に曝し、水素分子を裸光ファイバ中へ侵入させる方法が一般的であり、裸光ファイバのコアガラスの分子構造上の欠陥と水素分子とを反応させて、裸光ファイバの分子構造上の欠陥を埋めて、紫外線に吸収がない結合、すなわち、Ｓｉ−ＯＨ、Ｓｉ−Ｈに変換させることが提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４参照。）。しかしこのような方法で作製された水素が添加された光ファイバ素線は、経時変化により、水素が光ファイバ素線から抜けてしまい裸光ファイバ内の水素分子含有量が低下するという問題があった。
【０００４】
その原因としては、上記水素分子はガラス中でＯＨ基などとして決して安定な状態で存在するのではなく、殆どは、水素分子あるいは、水素イオンとして存在するため、経時変化により水素濃度が低下すると紫外線を伝送したときに裸光ファイバ中に欠陥が発生し、その欠陥が紫外線を吸収してしまうため、光ファイバ素線の紫外域透過率の低下にあまり寄与しなくなることが挙げられる。
【０００５】
また、紫外線を裸光ファイバのコア部に入射させながら水素雰囲気中で昇温させる製造方法（たとえば、特許文献５参照。）や、裸光ファイバを水素雰囲気中で昇温させた状態で放射線を照射させる製造方法（たとえば、特許文献６参照。）、さらには裸光ファイバの外周に金属を被覆し、その後高温高圧下で水素処理を行うという製造方法（たとえば、特許文献７参照。）なども提案されている。
【０００６】
しかしながら、これらの製造方法では、水素雰囲気中で昇温させたり、高温高圧下で水素処理をするなど、比較的過酷な水素処理の工程を要するため、安全性の面で問題があるとともに製造工程が煩雑であり、またそのための特別の設備も必要になる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平６−３４８３０号公報
【特許文献２】
特開平６−５６４５７号公報
【特許文献３】
特開平１２−２２６２２３号公報
【特許文献４】
特開昭６０−９０８５３号公報
【特許文献５】
特開２０００−８６２７２号公報
【特許文献６】
特開２０００−８６２７３号公報
【特許文献７】
特開平９−３０９７４２号公報
【特許文献８】
特開２０００−１５４５４５号公報
【特許文献９】
特開平１１−１８０７３１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、上記したような水素雰囲気下で処理する工程を必要とすることなく水素を光ファイバに添加することができる紫外線伝送用光ファイバ素線の製造方法を提供することおよびその方法によって製造された紫外線伝送用光ファイバ素線を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を行った結果、本発明を完成するに至った。即ち、本発明は以下のとおりである。
（１）溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金で裸光ファイバを被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させる、紫外線伝送用光ファイバ素線の製造方法。
（２）少なくとも石英ガラスを含むコア部と、前記コア部の外周に配置され、少なくとも石英ガラスを含み、かつコア部より屈折率が低いクラッド部とを有する光ファイバ母材を加熱、線引きして作製した石英ガラス光ファイバを、引続き、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金で被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させる、紫外線伝送用光ファイバ素線の製造方法。
（３）前記石英ガラス光ファイバの被覆時に、溶融アルミニウムを６７０℃〜８００℃に保持することを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
（４）前記石英ガラス光ファイバの被覆時に、溶融アルミニウム合金を液相線温度よりも９０℃〜１４０℃高い温度に保持することを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
（５）溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金中を、０．１ｍ／分〜１０００ｍ／分の線速で石英ガラス光ファイバを通過させることによって、上記溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金による石英ガラス光ファイバの被覆を行うものである、請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
（６）上記（１）〜（５）に記載のいずれかの製造方法によって製造されたものである紫外線伝送用光ファイバ素線。
（７）溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金で石英ガラス光ファイバを被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させて製造された、石英ガラス光ファイバと該石英ガラス光ファイバを被覆するアルミコート層とを備えるアルミコートファイバであって、
石英ガラス光ファイバのコア部における水素分子含有量が１．６×１０１７分子／ｃｍ３以上である紫外線伝送用光ファイバ素線。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金で裸光ファイバを被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させる、光ファイバ素線の製造方法である。本発明の製造方法により、裸光ファイバと、該裸光ファイバを被覆するアルミコート層とを備えるアルミコートファイバの形態で、コア部に水素分子が添加された紫外線伝送用の光ファイバ素線を製造することができる。
具体的には、ダイスと、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金を収容し、ダイスに溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金を供給する収容槽とを備える装置を用い、裸光ファイバを上記ダイス内を通過させて裸光ファイバの外周を溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金にて被覆し、その後、ボビンなどに巻き取られるまでにアルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させる。上記アルミニウムまたはアルミニウム合金が凝固して形成されるのが上記アルミコート層である。
【００１１】
本発明の製造方法にて、何故光ファイバ中に水素が添加されるのか、その詳細な理由は明らかではないが、本発明者らは、溶融した状態のアルミニウムまたはアルミニウム合金中に溶解している水素量（溶解限）と、凝固した状態のアルミニウムまたはアルミニウム合金中に固溶している水素量（固溶限）との差を利用したことによるものと考えている。すなわち、本発明の製造方法によれば、裸光ファイバを被覆した状態の溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が冷却凝固する際に、溶解限と固溶限との差（溶解限＞固溶限）によって、アルミニウムまたはアルミニウム合金より放出される水素の一部が裸光ファイバに拡散供給される。その後、裸光ファイバは凝固したアルミニウムまたはアルミニウム合金（アルミコート層）にて被覆されているので、裸光ファイバ内へ拡散供給された水素は、アルミコート層によって外部へ抜け出ることができなくなり、長期的に裸光ファイバ内に保持されることとなる。また、本発明者らは、水素を含有している光ファイバ母材を使用し、これを加熱・線引きしてなる裸光ファイバが、水素分子を含有しない（後述する水素分子含有量の測定方法の検出限界以下）ことからも、水素を含有している光ファイバ母材を使用しても加熱・線引きによって水素は抜けてしまうものであり、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金中から裸光ファイバ中へ水素が拡散供給されたものと推測している。
【００１２】
本発明の製造方法に用いる裸光ファイバは、特に制限されるものではないが、石英ガラス（シリカガラス）を含むコア部と、該コア部の外周に配置され、少なくとも石英ガラスを含みかつコア部よりも屈折率が低いクラッド部とを有する光ファイバ（石英ガラス光ファイバ）であるのが好ましい。石英ガラスは、公知の石英ガラス（シリカガラス）を適用すればよく、たとえば、化学的に合成した合成石英ガラスや天然の石英粉末を溶かして作った溶融石英ガラスなどが挙げられる。中でも、不純物含有量が少ない合成石英ガラスを用いることが好ましい。前記した合成石英ガラスは、公知の製法により作製できる。具体的な製法としては、たとえば、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、ＯＶＤ法、直接法などが挙げられる。またたとえば、屈折率をコントロールするためには、各種元素を添加すればよい。具体的には、クラッド部を形成させるために、屈折率を下げるＦ（フッ素）やＢ（ホウ素）等のドーパントを公知の方法で添加したものを用いればよい。
また、本発明の製造方法に用いる裸光ファイバは、コア部にＯＨ基および／またはＦを含有するものであることが好ましい。コア部にＯＨ基および／またはＦを含有することによって、ＯＨ基および／またはＦを含有しない場合と比較して、Ｓｉ−Ｆ、Ｓｉ−ＯＨなどの結合が生成することにより、構造欠陥が生成しにくくなるという利点がある。
【００１３】
なお、本発明に用いるアルミニウム合金としては、特に制限はなく、たとえば国際合金番号で示される１０３５、１０４０、１０４５、１０５０、１０５０Ａ、１０６０、１０６５、１０７０、１０７０Ａ、１０８０、１０８０Ａ、１０８５、１０９０、１０９８、１１００、１１１０、１２００、１２００Ａ、１１２０、１２３０、１１３５、１２３５、１４３５、１１４５、１３４５、１４４５、１１５０、１３５０（１８）、１３５０Ａ、１４５０、１２６０、１１７０、１３７０、１１７５、１２７５、１１８０、１１８５、１２８５、１３８５、１１８８、１１９０、１１９３、１１９８、１１９９等に記載のアルミニウム合金を特に制限なく用いることができる。
また、本発明に用いるアルミニウムは、純度が９９．９％以上のアルミニウム（純アルミニウム）を指す。
溶融時の粘度の安定性の観点からは、アルミニウム（純度：９９．９９％）や共晶系のアルミニウム合金であるＡｌ−Ｓｉ系合金を使用するのが好ましい。
【００１４】
図１は、本発明の製造方法の好ましい一例を模式的に示す図である。本発明の製造方法は、より効率的に紫外線伝送用光ファイバ素線を製造し得る観点から、図１に示すように、光ファイバ母材１より加熱・線引きする工程Ａで裸光ファイバ２を作製した後、連続的に、この裸光ファイバ２を溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金３で被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金３を凝固させる工程Ｂを行うように実現することが、好ましい。
【００１５】
図１に示す例における工程Ａにて用いる光ファイバ母材１は、上述した如き裸光ファイバ２を加熱・線引きによって形成し得るものであれば特に制限なく用いることができる。好ましくは、石英ガラスを含むコア部と、該コア部の外周に配置され、少なくとも石英ガラスを含みかつコア部よりも屈折率が低いクラッド部とが形成された従来公知の光ファイバ母材を用いる。工程Ａにおける加熱・線引きの条件に特に制限はないが、加熱の温度は、高過ぎると、ガラス粘度が低くなり過ぎて充分な膜厚が得られなくなる虞があり、また、低過ぎると、粘度が高くなり、アルミニウム膜が付かなくなる虞があることから、２０００℃〜２４００℃が好ましい。たとえば、外径７０μｍ〜２５０μｍの裸光ファイバを作製する場合、光ファイバガラス母材を２０００℃〜２４００℃に加熱し、線引き速度０．１ｍ／分〜１０００ｍ／分とすることで作製できる。工程Ａのために用いる装置としては、特に制限はなく、従来公知の種々の裸光ファイバを作製するための装置を用いることができる。
【００１６】
引続いて、工程Ｂで溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金３が保持されたダイス４で、裸光ファイバ２を溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金３で被覆し、形状を整える。ダイス４には、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金を収容し、この溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金をダイス４に供給する収容槽が連結されている（図示せず）。
アルミニウムまたはアルミニウム合金は、大気中で溶融すれば良く、そうすることでアルミニウムまたはアルミニウム合金に付着していた湿分、大気中の湿分から水素を溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金中に含有させることができる。また、後述するように水素と不活性ガスの混合ガス雰囲気中で溶融させると、より多くの水素を光ファイバのコア部に添加することができる。アルミニウムまたはアルミニウム合金を溶融させるための加熱を実現するための手段としては、特に制限はなく、公知の高周波誘導加熱、抵抗加熱などを、上述した収容槽に設置すればよい。
【００１７】
裸光ファイバ２の被覆時において、ダイス４中の溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金３は、用いるアルミニウムまたはアルミニウム合金が溶融し得る温度に保持されているならば特に問題はない。
溶融アルミニウムにて被覆を行う場合、ダイス４中の溶融アルミニウムは、６７０℃〜８００℃に保持することが好ましく、７００℃〜７５０℃に保持することがより好ましい。上記温度が６７０℃未満であると、アルミニウムが均一に溶融しない虞があり、長手方向に特性のばらついたアルミコートファイバが得られてしまうことがあり、また、ダイス出口で溶融アルミニウムが凝固してしまい線引きができなくなる虞があるためである。上記温度が８００℃を超えると、裸光ファイバが溶融アルミニウムと反応して劣化してしまう虞があるためである。
また溶融アルミニウム合金（特に、共晶系のアルミニウム合金）にて被覆を行う場合、ダイス４中の溶融アルミニウム合金は、液相線温度よりも９０℃〜１４０℃高い温度で保持することが好ましい。上記温度が液相線温度よりも９０℃未満の高さの温度（液相線温度＋９０℃未満）の場合には、アルミニウム合金が均一に溶融しない虞があり、長手方向に特性のばらついたアルミコートファイバが得られてしまうことがあり、また、ダイス出口で溶融アルミニウム合金が凝固してしまい線引きができなくなる虞があるためである。また、上記温度が液相線温度よりも１４０℃を越えて高い温度（液相線温度＋１４０℃より高い温度）の場合には、裸光ファイバが溶融アルミニウム合金と反応して劣化してしまう虞があるためである。
上記溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金の温度は、たとえば、熱電対５を溶融アルミニウム３中へ浸漬させて温度測定器６でモニターする手段（図１の例）や、非接触型の温度計でモニターする手段（図示せず）を使用して温度管理すればよい。
【００１８】
また、上記裸光ファイバ２の被覆は、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金３中を、好ましくは０．１ｍ／分〜１０００ｍ／分、より好ましくは２ｍ／分〜３００ｍ／分、特に好ましくは１０ｍ／分〜６０ｍ／分の線速で光ファイバを通過させることによって行う。線速が０．１ｍ／分未満であると、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金と石英ガラス光ファイバ（裸光ファイバ）との界面で反応が起こり、裸光ファイバとアルミコート層との間に脆い反応層が生成される傾向が高くなるためであり、線速が１０００ｍ／分を越えると、裸光ファイバの温度が高く溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が裸光ファイバとの界面で凝固して被覆層として形成しにくくなる傾向にあるためである。また、裸光ファイバの径によっても、最適な線速が異なる。たとえば、裸光ファイバの線径が５００μｍの場合は２ｍ／分〜３０ｍ／分であるのが好ましく、２５０μｍの場合は１０ｍ／分〜６０ｍ／分であるのが好ましく、１２５μｍの場合は３０ｍ／分〜３００ｍ／分であるのが好ましい。
【００１９】
裸光ファイバを被覆する溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金は、ボビン（図示せず）巻き取られるまでに、冷却されて凝固されればよい。この溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金の凝固の際に、上述したようにアルミニウムまたはアルミニウム合金に固溶できなかった水素が放出され、裸光ファイバ中へ拡散供給される。その後、凝固したアルミニウムまたはアルミニウム合金（アルミコート層）によって、裸光ファイバ内へ拡散した水素が外部へ抜け出て行くことを防いで、裸光ファイバ中に水素を保持する。本発明の製造方法によって用いるアルミニウムまたはアルミニウム合金の凝固のための冷却手段に特に制限はなく、たとえば、不活性ガス（アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガスなど）雰囲気の冷却管を用いることができる。また、上記冷却の速度にも特に制限はないが、光ファイバ素線に発生する線引き欠陥を低減させるためには、製造効率を下げない程度に遅い方が好適であることから、たとえば裸光ファイバの線径が１２５μｍの場合は３０ｍ／分〜１０００ｍ／分であるのが好ましい。
【００２０】
図２は、本発明の製造方法によって製造された紫外線伝送用光ファイバ素線７を簡略化して示す断面図である。本発明の紫外線伝送用光ファイバ素線７は、上述したようにコア部８とその外周に配置されるクラッド部９とを有する裸光ファイバと、この裸光ファイバを被覆するアルミコート層１０とを備えるアルミコートファイバである。上述してきたように、本発明の紫外線伝送用光ファイバ素線７は、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金で裸光ファイバを被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させる本発明の製造方法によって製造されたものであるが、アルミコートファイバが、かかる製造方法で製造されたものであるか否かは、たとえば、光ファイバのコア部中の水素量をラマン測定を用いて行うことで判別することができる。
また、本発明で得られた紫外線伝送用光ファイバ素線では、従来のように水素処理を経ることなく製造でき、煩雑な製造工程を要することなく製造できる。
【００２１】
本発明の紫外線伝送用光ファイバ素線は、光ファイバのコア部８における水素分子含有量が、１．６×１０１７分子／ｃｍ３以上であるが、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金を裸光ファイバの外周へ被覆することのみで得られる水素含有量には上限があり、好ましくは１．６×１０１７分子／ｃｍ３〜９．０×１０１７分子／ｃｍ３であり、より好ましくは２．０×１０１７分子／ｃｍ３〜３．０×１０１７分子／ｃｍ３である。
また、アルミニウムまたはアルミニウム合金を被覆後、常圧、大気中で熱処理（たとえば、４００℃×１２時間）することで、最大１．０×１０１９分子／ｃｍ３の水素含有量まで含有する。
【００２２】
本発明の紫外線伝送用光ファイバ素線は、上述のような水素分子含有量であることによって、裸光ファイバのコア部に１２時間連続的に紫外線（２１５ｎｍ、光源：Ｄ２ランプ（Ｌ１３１４、浜松ホトニクス社製）を照射した後であっても、当該紫外線照射初期の８０％以上、特には９０％以上の透過率を維持することができる（上記透過率の維持試験は、照射前の透過率を基準（１００％）として、前記条件で照射した場合の透過率の経時劣化をみるものである。）。このように紫外線透過率を維持することができる本発明の光ファイバ素線は、たとえば、分光分析用、レーザ加工用、バンドルファイバ用、レーザーガイド用などの紫外線伝送用に好適に使用することができる。
【００２３】
上記コア部の水素分子含有量は、Ｖ． Ｓ． Ｋｈｏｔｉｍｃｈｅｎｋｏら、「Ｊ Ａｐｐｌ． Ｓｐｅｃｔｒｏｓｐｅｃ．」 ４６ （１９８７） ６３２−６８５に記載された方法に準じて行い、８００ｃｍ−１近辺のピーク強度（Ｏ−Ｓｉ−Ｏに起因）と、４１３５ｃｍ−１近辺のピーク強度（水素分子に起因）との強度比を算出し、これを単位体積あたりの水素分子量に換算することで定量できる。具体的な手順は、次のとおりである。
まず、長さが５ｍとなるように光ファイバ素線の両端を切断し、後述するレーザラマン分光装置を用いたレーザラマンマイクロプローブ法によって、一方の端面からレーザ光を照射すると、マイクロモードを用いて、他方の端面から出てくるラマン光は、スリットを通り、分光器に取り込まれる。分光器の光は、ＣＣＤカメラで光強度を電気信号に変換され、付属のソフトでカウント数−波数のグラフを得るというようにして、ラマンスペクトル（縦軸：ラマン強度（ｃｐｓ）、横軸：波数（ｃｍ−１））を描かせる。こうして得られたラマンスペクトルでは、８００ｃｍ−１、４１３５ｃｍ−１の波数の近辺に、それぞれピークが現れる。この各ピークより、それぞれの波数におけるピーク強度を算出する。
ここで、図３は、光ファイバ素線の波数８００ｃｍ−１近辺のピーク２１を含むラマンスペクトルを模式的に示す図であり、図４は光ファイバ素線の波数４１３５ｃｍ−１近辺のピーク２２を含むラマンスペクトルを模式的に示す図である。以下、このラマンスペクトルからのピーク強度の算出方法を、図３および図４を参照して説明する。
まず、図３に示す８００ｃｍ−１の近辺（６９８ｃｍ−１〜９４６ｃｍ−１の範囲を指す）におけるピーク２１を例にとって説明する。
（１）８００ｃｍ−１と６９８ｃｍ−１との間で、極小値を示す（極小のラマン強度を示す）波数ａ（ｃｍ−１）を決定する。
（２）８００ｃｍ−１と９４６ｃｍ−１との間で、極小値を示す（極小のラマン強度を示す）波数ｂ（ｃｍ−１）を決定する。
（３）ａ（ｃｍ−１）でのラマン強度（極小点ａａ）とｂ（ｃｍ−１）でのラマン強度（極小点ｂｂ）とを結ぶ線分Ｓ１を引く。
（４）ピーク２１の波数８００ｃｍ−１でのラマン強度を通る縦軸に平行な直線Ｔ１を引く。そうして、前記直線Ｔ１と線分Ｓ１との交点Ｘ１が示す縦軸値（ラマン強度）と波数８００ｃｍ−１の縦軸値（ラマン強度）との差（ラマン強度の差）Ｌ１を求め、これを８００ｃｍ−１のピーク強度（単位；ｃｐｓ）とする。
同様に、図４に示す４１３５ｃｍ−１の近辺（４０７０ｃｍ−１〜４２００ｃｍ−１）におけるピーク２２においても、
（１）４１３５ｃｍ−１と４０７０ｃｍ−１との間で、極小値を示す（極小値のラマン強度を示す）波数ｃ（ｃｍ−１）を決定する。
（２）４１３５ｃｍ−１と４２００ｃｍ−１との間で、極小値を示す（極小値のラマン強度を示す）波数ｄ（ｃｍ−１）を決定する。
（３）ｃ（ｃｍ−１）でのラマン強度（極小点ｃｃ）とｄ（ｃｍ−１）でのラマン強度（極小点ｄｄ）とを結ぶ線分Ｓ２を引く。
（４）ピーク２２の波数４１３５ｃｍ−１でのラマン強度を通る縦軸に平行な直線Ｔ２を引く。そうして、前記直線Ｔ２と線分Ｓ２との交点Ｘ２が示す縦軸値（ラマン強度）と波数４１３５ｃｍ−１の縦軸値（ラマン強度）との差（ラマン強度の差）Ｌ２を求め、これを４１３５ｃｍ−１のピーク強度（単位：ｃｐｓ）とする。
上記のようにして得られた各ピーク２１，２２におけるピーク強度を、下記式（１）に代入して、単位体積あたりの水素分子量に換算することで、本発明でいう「水素分子含有量」を算出することができる。
水素分子含有量（分子／ｃｍ３）＝（４１３５ｃｍ−１近辺でのピーク強度／８００ｃｍ−１近辺でのピーク強度）×１．２２×１０２１…………………………………………式（１）
なお、本発明における水素分子含有量の測定は、以下の使用機器、条件にて行う。
・レーザーラマン分光装置：Ｒａｍａｏｎｏｒ Ｔ−６４０００（Ｊｏｂｉｎ Ｙｖｏｎ／愛宕物産製）
・光源：ＹＡＧレーザー（ＣＨＥＲＥＮＴ ＶＥＲＤＩ−５Ｗ）
・分光器
構成 ：Ｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｏｒ：Ｔｈｉｒｄ Ｓｔａｇｅ
回折格子：Ｐｒｅｍｏｎｏｃｈｒｏｍａｔｏｒ １８００ｇｒ／ｍｍ
・検出器
ＣＣＤ：Ｊｏｂｉｎ Ｙｖｏｎ １０２４×２５６
レーザー波長：５３２ｎｍ
・測定条件
５００〜１８００の間の波数 測定時間： １ｓｅｃ
４０７０〜４２００の間の波数 測定時間：９００ｓｅｃ
・解析ソフト：ＯＲＩＧＩＮ
【００２４】
本発明の紫外線伝送用光ファイバ素線７において、裸光ファイバを被覆するアルミコート層の厚みは、裸光ファイバ中の水素を外部へ抜け出させない程度の厚みであれば特に制限されないが、１０μｍ〜５０μｍであるのが好ましく、３０μｍ〜４０μｍであるのがより好ましい。アルミコート層の厚みが１０μｍ未満であると、十分な量の水素添加に寄与し得ない傾向にあるためであり、またアルミコート層の厚みが５０μｍを超えると、アルミコートファイバが可撓性に劣る傾向にあるためである。
【００２５】
なお、上述した本発明の製造方法において、たとえば、▲１▼アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶融ならびに裸光ファイバの被覆を、水素と不活性ガスとの混合ガス雰囲気中で行う、▲２▼溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金による裸光ファイバの被覆をバブリングさせながら行うと、短時間でより高い水素分子含有量のコア部を有するアルミコートファイバを実現することができ、好ましい。
【００２６】
【実施例】
以下に実施例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
実施例１
図１に示したように、コア部およびクラッド部を形成した光ファイバ母材（石英ガラス）を、２１５０℃に加熱し、線引して（工程Ａ）裸光ファイバ（石英ガラス光ファイバ）を作製し、この裸光ファイバを連続的に、大気雰囲気で溶融させたアルミニウム（純度：９９．９９％）を収容したダイスを通過させて溶融アルミニウムで被覆し、冷却凝固させてアルミコート層を形成し（工程Ｂ）、アルミコートファイバを作製した。工程Ｂにおける裸光ファイバ被覆時の溶融アルミニウムの保持温度は７３０℃、線速は４０ｍ／分で行った。
なお、アルミコートファイバは、以下の規格に設定した。
実施例２
線速を１５ｍ／分に変更した以外は実施例１と同様にして、アルミコートファイバを作製した。
【００２８】
実施例３
線速を３００ｍ／分に変更した以外は実施例１と同様にして、アルミコートファイバを作製した。
【００２９】
実施例４
溶融アルミニウムの保持温度を７００℃に変更した以外は実施例１と同様にして、アルミコートファイバを作製した。
【００３０】
実施例５
アルミニウムに換えて、アルミニウム−１５重量％ケイ素合金（Ａｌ−１５ｗｔ％Ｓｉ合金）に変更した以外は実施例１と同様にして、アルミコートファイバを作製した。
【００３１】
比較例１
工程Ｂに換えて、電子ビームにてアルミニウムを裸光ファイバの外周に真空蒸着させることによってアルミコート層を形成した以外は実施例１と同様にして、アルミコートファイバを作製した。
【００３２】
比較例２
工程Ｂに換えて、裸光ファイバを保護の目的で紫外線硬化型樹脂にて被覆し、裸光ファイバの外周を厚み３０μｍで被覆する層を形成した光ファイバ素線を作製した。
【００３３】
比較例３
溶融アルミニウムの保持温度を６６５℃に変更した以外は実施例１と同様にして、アルミコートファイバの作製を試みたが、ダイス出口でアルミニウムが凝固したのでサンプリングできなかった。
【００３４】
〔評価試験〕
（１）水素分子含有量の測定
上記実施例１〜５、比較例１〜３で製造された全長２０００ｍの各アルミコート石英系光ファイバについて、一方側の端部より４００ｍずつ離れた地点を中心として一方側、他方側を共に２．５ｍずつ含有する５ｍのアルミコート石英系光ファイバをサンプルとして４本ずつ切り出し、上述したように、Ｖ．Ｓ．Ｋｈｏｔｉｍｃｈｅｎｋｏら、「Ｊ Ａｐｐｌ． Ｓｐｅｃｔｒｏｓｐｅｃ．」 ４６（１９８７）６３２−６８５に記載された方法に準じ、各ファイバのコア部における水素含有量を測定した。
各アルミコート石英系光ファイバにおいて、４本のサンプルについての水素分子含有量の平均をとって、平均水素分子含有量を算出した。
【００３５】
（２）耐紫外線特性の評価方法
作製されたアルミコート石英系光ファイバのコア部に１２時間連続的に紫外線（２１５ｎｍ、光源：Ｄ２ランプ（Ｌ１３１４、浜崎ホトニクス社製））を照射した後であっても、当該紫外線照射初期の８５％以上の透過率を維持したものを○と評価し、９０％以上の透過率を維持したものを◎と評価し、８５％未満のものを×と評価した。
実施例１〜５の結果を表１に、比較例１〜３の結果を表２に示す。
【００３６】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金で裸光ファイバを被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させることによって、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金が凝固する際に放出する水素を、光ファイバ内部へ拡散・供給することができ、また、凝固したアルミニウムまたはアルミニウム合金が水素を外部へ抜け出すことを防ぐので、長期的に水素を保持し得る紫外線伝送用の光ファイバ素線を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法の好ましい一例を模式的に示す図である。
【図２】本発明の製造方法によって製造された紫外線伝送用光ファイバ素線７を簡略化して示す断面図である。
【図３】光ファイバ素線の波数８００ｃｍ−１近辺のピーク２１を含むラマンスペクトルを模式的に示す図（縦軸：ラマン強度（ｃｐｓ）、横軸：波数（ｃｍ−１））である。
【図４】光ファイバ素線の波数４１３５ｃｍ−１近辺のピーク２２を含むラマンスペクトルを模式的に示す図（縦軸：ラマン強度（ｃｐｓ）、横軸：波数（ｃｍ−１））である。
【符号の説明】
１ 光ファイバ母材
２ 裸光ファイバ
３ 溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金
４ ダイス
５ 熱電対
６ 温度測定器
７ 紫外線伝送用光ファイバ素線
８ コア部
９ クラッド部
１０ アルミニウム層
Claims (7)
- 溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金で裸光ファイバを被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させる、紫外線伝送用光ファイバ素線の製造方法。
- 少なくとも石英ガラスを含むコア部と、前記コア部の外周に配置され、少なくとも石英ガラスを含み、かつコア部より屈折率が低いクラッド部とを有する光ファイバ母材を加熱、線引きして作製した石英ガラス光ファイバを、引続き、溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金で被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させる、紫外線伝送用光ファイバ素線の製造方法。
- 前記石英ガラス光ファイバの被覆時に、溶融アルミニウムを６７０℃〜８００℃に保持することを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
- 前記石英ガラス光ファイバの被覆時に、溶融アルミニウム合金を液相線温度よりも９０℃〜１４０℃高い温度に保持することを特徴とする請求項１または２に記載の製造方法。
- 溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金中を、０．１ｍ／分〜１０００ｍ／分の線速で石英ガラス光ファイバを通過させることによって、上記溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金による石英ガラス光ファイバの被覆を行うものである、請求項１〜４のいずれかに記載の製造方法。
- 請求項１〜５に記載のいずれかの製造方法によって製造されたものである紫外線伝送用光ファイバ素線。
- 溶融アルミニウムまたは溶融アルミニウム合金で石英ガラス光ファイバを被覆した後、上記アルミニウムまたはアルミニウム合金を凝固させて製造された、石英ガラス光ファイバと該石英ガラス光ファイバを被覆するアルミコート層とを備えるアルミコートファイバであって、
石英ガラス光ファイバのコア部における水素分子含有量が１．６×１０１７分子／ｃｍ３以上である紫外線伝送用光ファイバ素線。
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| CN112114397A (zh) * | 2020-08-28 | 2020-12-22 | 武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司 | 一种超大模场低数值孔径金属涂覆层增益光纤及制作方法 |
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2003
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