JP2004307280A - Ｏｈ基による吸収を減少した光ファイバ用ガラス母材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストで、ＯＨ基が少なく吸収を減少した光ファイバ用ガラス母材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】コア部及びクラッドの一部を有するコアロッドを作製し、該コアロッドの外周にガラス微粒子を堆積して追加クラッドを形成し、得られた多孔質母材を焼結・透明ガラス化処理する光ファイバ用ガラス母材の製造方法において、該光ファイバ用ガラス母材を線引きして得られる光ファイバが、前記コアロッド相当部の外径をａとし、波長１３８５ｎｍにおけるモードフィールド径をｍとするとき、それらの比が３．７５≦ａ／ｍ≦６の関係を満たすように、前記コアロッドを作製することを特徴とする。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ用ガラス母材の製造に係り、特には、ＯＨ基による吸収を減少した光ファイバ用ガラス母材及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを用いた通信には、安価な半導体レーザを使用することができることから、主に１３００ｎｍ付近又は１５５０ｎｍ付近の波長が利用されている。しかし、最近の波長多重（ＷＤＭ）通信の技術の進歩に伴って、伝送容量を増加するために、１３００ｎｍから１６００ｎｍの広い波長帯域を利用する必要が生じた。
【０００３】
図１に、一般のシングルモード光ファイバの伝送損失と波長との関係を示す。
図１に示すように、一般の光ファイバの伝送損失は、１３８５ｎｍ付近において急激に増加する。伝送損失が増加すると、１３８５ｎｍ付近の光を用いた伝送ができず、ＣＷＤＭ（Ｃｏａｒｓｅ−ＷＤＭ）等で利用できるチャンネル数が減少し、全体の伝送容量が低下する。光信号を長距離伝送するためには、光を中継して増幅する中継局を増設しなければならないが、これには、通信システム全体のコストが増加するという不都合がある。
【０００４】
従って、波長１３８５ｎｍ付近における伝送損失の急激な増加を抑制する必要がある。波長１３８５ｎｍ付近における伝送損失の急激な増加は、光ファイバに含まれるＯＨ基の吸収によるものであり、これはＯＨ基が振動し、光を吸収することによって生じる。このようなＯＨ基による吸収ピークを小さくするためには、光ファイバの母材であるガラス母材の段階で、ＯＨ基量を減らす必要がある。
【０００５】
なお、ＯＨ吸収ピークの値は、図１における波長１３８５ｎｍ付近における伝送損失のピーク値と、伝送損失がなだらかに減少した場合の破線で示された曲線の波長１３８５ｎｍ付近での伝送損失の値との差から得られる。なお、図１におけるＯＨ吸収ピークの値は、約Ｏ．１ｄＢ／ｋｍである。
【０００６】
ＯＨ基を減少させたシングルモードファイバ用ガラス母材を提供する方法には、オーバージャケッティング法を用いた特許第３，３０１，６０２号が挙げられる。この方法は、コアを含むガラスロッドを所定の径に調整する延伸作業において、ガラスロッドをＯＨ基で汚染しないようにプラズマ火炎を用いたり、火炎で延伸した後に被汚染層を除去して、ＯＨ基を減らしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常、光ファイバ用ガラス母材の製造工程において、プラズマ火炎を用いる方法は一般的ではなく、むしろ酸水素火炎による方法が広く採用されている。酸水素火炎による延伸方法を採用した場合に必要となるＯＨ基による被汚染層の除去工程は、通常のシングルモード光ファイバの製造には不要な工程であり、このためにコストが上昇する。
【０００８】
さらに、中空円筒管をジャケッティングする方法が一般に知られている。この方法は、コアを含むガラスロッド上に直接ガラス微粒子を堆積させて脱水／透明ガラス化を行う方法である。ＯＶＤ法や軸付けＶＡＤ法に比べ、コストが高い。その理由は、中空円筒管自体がＯＶＤ法や軸付けＶＡＤ法によって作製されており、その後の形状加工や表面加工が不可欠なことによる。
【０００９】
そこで本発明は、低コストで、ＯＨ基が少なく吸収を減少した光ファイバ用ガラス母材及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、コア部及びクラッドの一部を有するコアロッドを作製し、該コアロッドの外周にガラス微粒子を堆積して追加クラッドを形成し、得られた多孔質母材を焼結・透明ガラス化処理する光ファイバ用ガラス母材の製造方法において、該光ファイバ用ガラス母材を線引きして得られる光ファイバが、前記コアロッド相当部の外径をａとし、波長１３８５ｎｍにおけるモードフィールド径をｍとするとき、それらの比が３．７５≦ａ／ｍ≦６の関係を満たすように、前記コアロッドを作製することを特徴としている。
【００１１】
コアロッドは、ＶＡＤ，ＯＶＤ，ＭＣＶＤ，ＰＣＶＤのいずれかの方法を用いて製造したものが使用され、少なくともその外径の９０％以内の部分において、平均ＯＨ含有濃度は１ｐｐｂ以下である。また、追加クラッドは、少なくともその内径の１５０％以内の部分において、平均ＯＨ含有濃度が５０ｐｐｍ以下とされる。
【００１２】
本発明の光ファイバ用ガラス母材は、上記製造方法を用いて製造されたものである。光ファイバは、該ガラス母材を加熱・線引きして得られ、該光ファイバの伝送損失スペクトルにおいて、波長１３８５ｎｍ近傍におけるＯＨ基に起因する吸収損失の寄与分はＯ．０４ｄＢ／ｋｍ以下である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の第一の形態は、波長１３８５ｎｍにおける、光ファイバ中のＯＨ基に起因する伝送損失を低減した光ファイバを得るために用いられる光ファイバ用ガラス母材の製造方法であって、該ガラス母材を線引きして得られる光ファイバが、前記コアロッド相当部の外径をａとし、波長１３８５ｎｍにおけるモードフィールド径をｍとするとき、それらの比が３．７５≦ａ／ｍ≦６の関係を満たすように、コアロッドを作製し、さらに、このコアロッドの外周に追加クラッドを形成し、焼結・透明ガラス化処理して光ファイバ用ガラス母材を製造するものである。
【００１４】
本発明の光ファイバ用ガラス母材は、例えば、上記３．７５≦ａ／ｍ≦６の関係を満たすような、コア部及びクラッド部の一部を有するコアロッドを用意するステップ、該コアロッドを、火炎により所定の径に加熱延伸するステップ、延伸されたコアロッドの外周に、ガラス原料を火炎加水分解して合成したガラス微粒子を堆積して多孔質母材とする追加クラッド付与ステップ、及び該多孔質母材を塩素を含む雰囲気中、９００〜１２５０℃で脱水処理するステップ、さらにヘリウムを主成分とする雰囲気中、１４００℃以上の温度で透明ガラス化処理するステップ、を経て製造される。光ファイバは、該ガラス母材を線引きして得られる。
【００１５】
本発明の光ファイバ用ガラス母材を線引きして得られる光ファイバの断面を図２に模式図で示した。
コアとクラッドの一部からなるコアロッド相当部１内にはコアがあり、波長１３８５ｎｍにおけるモードフィールド径２は、コア径３よりも広がっている。モードフィールド径２より外側の領域でも光パワーは存在し、外側に向けて指数関数的に減少する。コアロッド相当部１の表面付近には、該コアロッドを火炎で延伸したことによるＯＨ基が数ｐｐｍ〜数十ｐｐｍの濃度で存在するが、この領域をモードフィールド径２から十分に離すことで、ＯＨ吸収ピークを抑えることができ、ＯＨ基による被汚染層の除去を不要としている。なお、符号４は光ファイバ径である。
【００１６】
コアロッドは、ＶＡＤ，ＯＶＤ，ＭＣＶＤ，ＰＣＶＤのいずれかの方法を用いて製造される。この中で、特にＯＨ基含有量を減らし易いのはＶＡＤ法であり、それは、コアロッド中央部に製造開始から終了に至るまで、穴が存在しないためである。他の方法はみなコアロッド中央部に穴が存在するため、ＯＨ基含有量を減らすために格段の注意を要する。
【００１７】
また、コアロッドの平均ＯＨ含有濃度は、コアロッドの少なくとも外径の９０％以内の部分において１ｐｐｂ以下とされるが、この濃度は、ＶＡＤ法を用いてコアロッド用多孔質母材を製造し、得られた多孔質母材の脱水処理を注意深く行うことで、比較的容易に達成される。
【００１８】
さらに、コアロッドには追加クラッドが付加されるが、追加クラッドの平均ＯＨ含有濃度は、追加クラッドの少なくとも内径の１５０％以内の部分において５０ｐｐｍ以下とされる。これは、上記した方法、即ちガラス微粒子をコアロッドの外周に堆積した後に脱水／透明ガラス化処理を行う方法を用いれば、容易に達成される。
以下、実施例にもとづいて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲内で様々な態様が可能である。
【００１９】
【実施例】
図３は、本発明のＯＨ基含有量の少ない光ファイバ用ガラス母材の製造工程の一例を示し、ＶＡＤ法によりコアロッドを製造する場合の工程説明図である。
コア用バーナ５及びクラッド用バーナ６に、ガラス微粒子原料、酸素及び水素を供給し、ガラス微粒子流７を形成し、コアロッド用多孔質母材８を製造する。なお、コア用バーナ５には、屈折率調整用のドーパントを同時に流し、屈折率の高い部分を形成する。
【００２０】
このとき、このコアロッド用多孔質母材８を脱水・ガラス化して得られるコアロッド１０の外径及びコア径は、これを用いて製造されるガラス母材を線引きして得られる光ファイバが、そのコアロッド相当部の外径ａと波長１３８５ｎｍにおけるモードフィールド径ｍとの比が３．７５≦ａ／ｍ≦６の関係を満たすように、製造される。
【００２１】
図３では、クラッド用バーナ６は１本しか示されていないが、必要なクラッド量を付与するために、複数本用いても良い。コア用バーナ５についても、通常のステップインデックス型以外の、階段型やセグメント型等の複雑なプロファイルを得るために複数本用いることがある。
【００２２】
このようにして得たコアロッド用多孔質母材８を、加熱炉９内を通して、塩素含有雰囲気にて９００〜１２５０℃で脱水処理することにより、コアロッド用多孔質母材中のＯＨ基を除去する。脱水処理済みのコアロッド用多孔質母材を、ヘリウムを主成分とする雰囲気中、１４００℃以上に加熱してガラス化することにより、透明なコアロッド１０が得られる。この脱水工程及び透明ガラス化工程は、ヘリウムを主成分とする塩素含有雰囲気中、１４００℃以上で処理することで、同時に行うこともできる。
【００２３】
コアロッド１０をガラス旋盤１１に取り付け、火炎で加熱しつつ所定の径に延伸して、外径の調整されたコアロッド１２を得る。
次に、このコアロッド１２の外周に、ガラス原料を火炎加水分解して生成したガラス微粒子流１３を吹き付け、多孔質ガラス層１４を堆積させる。これを、必要量のクラッドが堆積するまで繰り返し、光ファイバ用多孔質母材１５を得る。
【００２４】
得られた多孔質母材１５を加熱炉１６内に通し、塩素含有雰囲気にて９００〜１２５０℃で脱水処理して、多孔質母材中のＯＨ基を除去する。脱水処理済みの多孔質母材１５を、ヘリウムを主成分とする雰囲気中、１４００℃以上に加熱してガラス化することで、透明な光ファイバ用ガラス母材１７が得られる。この脱水工程及び透明ガラス化工程は、ヘリウムを主成分とする塩素含有雰囲気中、１４００℃以上で処理することで、同時に行うこともできる。
この光ファイバ用ガラス母材を、通常の線引き装置を用いて線引きすることで、波長１３８５ｎｍ近傍のＯＨ吸収ピークの小さい光ファイバが得られる。
【００２５】
上記方法を用いて、外径が１２５μｍ、波長１３８５ｎｍにおけるモードフィールド径が９．６μｍの、光ファイバ中のコアロッド相当部の外径が異なる５種類のステップインデックス型シングルモードファイバを製作し、その伝送損失を評価した結果を表１及び図４に示し、ＦｉｂｅｒＩＤ Ｎｏ．３の伝送損失スペクトルを図５に示した。
【００２６】
【表１】

【００２７】
これらの結果から明らかなように、ＯＨ吸収ピークの高さを０．０４ｄＢ／ｋｍ以下に抑えるためには、ａ／ｍ≧３．７５とする必要がある。ａ／ｍが６．ＯになるとＯＨ吸収ピークの高さは検出限界に至った。製造コストの面から見ると、クラッド付与工程の価格がコア製造工程に比べて安価であるため、ａ／ｍが小さい方が好ましく、また、ａ／ｍ＞６にするとコスト対効果の面で不利であるため、３．７５≦ａ／ｍ≦６が好ましい範囲である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、被汚染層の除去工程を必要とせず、ＯＨ吸収ピークの小さい光ファイバを、より簡易な工程で、安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光ファイバの伝送損失特性を示すグラフである。
【図２】本発明の光ファイバを示す拡大断面図である。
【図３】本発明の光ファイバ用ガラス母材の製造工程の一例を示す工程説明図である。
【図４】ＯＨ吸収ピークの高さとａ／ｍとの関係を示すグラフである。
【図５】本発明の光ファイバの伝送損失特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１……コアロッド相当部、
２……モードフィールド径、
３……コア径、
４……光ファイバ径、
５……コア用バーナ、
６……クラッド用バーナ、
７……ガラス微粒子流、
８……コアロッド用多孔質母材、
９……加熱炉、
１０……コアロッド、
１１……ガラス旋盤、
１２……延伸されたコアロッド、
１３……ガラス微粒子流、
１４……多孔質ガラス層、
１５……光ファイバ用多孔質母材、
１６……加熱炉、
１７……光ファイバ用ガラス母材。

Claims (7)

1. コア部及びクラッドの一部を有するコアロッドを作製し、該コアロッドの外周にガラス微粒子を堆積して追加クラッドを形成し、得られた多孔質母材を焼結・透明ガラス化処理する光ファイバ用ガラス母材の製造方法において、該光ファイバ用ガラス母材を線引きして得られる光ファイバが、前記コアロッド相当部の外径をａとし、波長１３８５ｎｍにおけるモードフィールド径をｍとするとき、それらの比が３．７５≦ａ／ｍ≦６の関係を満たすように、前記コアロッドを作製することを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
2. コアロッドが、ＶＡＤ，ＯＶＤ，ＭＣＶＤ，ＰＣＶＤのいずれかの方法を用いて製造したものである請求項１に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
3. コアロッドは、少なくともその外径の９０％以内の部分において、平均ＯＨ含有濃度が１ｐｐｂ以下である請求項１又は２に記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
4. 追加クラッドは、少なくともその内径の１５０％以内の部分において、平均ＯＨ含有濃度が５０ｐｐｍ以下である請求項１乃至３のいずれかに記載の光ファイバ用ガラス母材の製造方法。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の製造方法を用いて製造されたものであることを特徴とする光ファイバ用ガラス母材。
6. 請求項５に記載の光ファイバ用ガラス母材を加熱・線引きして得られたものであることを特徴とする光ファイバ。
7. 波長１３８５ｎｍ近傍における光ファイバの伝送損失スペクトルにおいて、ＯＨ基に起因する吸収損失の寄与分がＯ．０４ｄＢ／ｋｍ以下である請求項６に記載の光ファイバ。

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