JP2005247634A - 光ファイバ用プリフォーム及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＯＨ基が少なく、波長１３８５ｎｍでの伝送損失の小さい通信用光ファイバの製造に好適なプリフォーム及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 中心ロッド及びこの周囲に配設された複数の管を加熱一体化して光ファイバ用プリフォームを製造する方法であって、最外管とその内側に隣接する管を先ず加熱一体化し、順次、その内側に隣接する管と加熱一体化していき、最後に中心ロッドと加熱一体化することを特徴としている。なお、前記加熱一体化に際して、一体化後の径が一定となるように、内側管の内圧を調整し、この熱源には、酸水素火炎を使用するのが好ましい。
【選択図】 図４

Description

本発明は、通信用光ファイバの製造に好適な光ファイバ用プリフォーム及びその製造方法に関する。

近年、通信技術の進歩にともない、図１に示すような、径方向に複雑な屈折率分布を有する光ファイバが求められている。このような複雑なプロファイルを有する光ファイバ用プリフォーム（以下、単にプリフォームと称する）の製造方法として、スート法やジャケット法が挙げられる。

スート法によれば、図２に示すように、先ず、ＶＡＤ法で作製したＧｅドープ石英ガラスロッドを用意し、この外周に非ドープスートを堆積し、脱水処理後、ＳｉＦ₄含有雰囲気中で焼結・透明ガラス化することで、Ｆがドープされたロッドが得られる。さらに、このＧｅ／Ｆドープロッドの外周に、Ｇｅドープスート層と非ドープスート層を順次堆積し、脱水処理後、焼結・透明ガラス化することにより、径方向に多層構造を有するプリフォームが得られる。
スート体の製造は、ＳｉＣｌ₄などのガラス原料をバーナに供給し、酸水素火炎中で加水分解して生成されるスート（ＳｉＯ₂微粒子）を堆積することで行なわれる。このとき、ＧｅＣｌ₄をＳｉＣｌ₄と共に供給することで、Ｇｅをドープしたロッドが得られる。

ジャケット法では、図３に示すように、先ず、Ｇｅドープしたロッドを用意し（ＶＡＤ法で作製）、その外周にＦドープした石英ガラスチューブを被せ、酸水素火炎又はカーボンヒーターにより加熱一体化を行なう。さらに、得られたＧｅ／Ｆドープロッドの外周に、外側が非ドープで内側のみＧｅドープしたＧｅ／非ドープチューブを被せて加熱一体化することにより、複雑なプロファイルを有するプリフォームが得られる。

プリフォーム中にＯＨ基が存在すると、波長１３８５ｎｍでの伝送損失（ＯＨ基による損失）が増大し、光伝送に、波長１３８５ｎｍ近傍の光を使うことができなくなる。このような場合、波長１４８０ｎｍ近傍のラマン増幅を行なおうとすると、ポンプ光が１３８５ｎｍ近傍になるためラマン増幅ができないか、或いは非常に効率が悪くなる（特許文献１参照）。また、近年、ＯＨ基による損失を低減したステップインデックス型シングルモードファイバが開発されているが（特許文献２参照）、これに対応するような低ＯＨ損失の分散補償ファイバは開発されていないため、その能力を十分に発揮することができていない。
このためプリフォームの製造に際しては、特に、伝送損失を増大させるＯＨ基の混入を抑制することが好ましい。

この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、次ぎのものが挙げられる。
特開２０００−９８４３３号 特開平１１−１７１５７５号

スート法を用いて製造する場合、スート堆積時、ロッドの表面に酸水素火炎由来のＯＨ基が生じ、伝送損失を増大させる。
他方、ジャケット法では、ロッドにチューブを被せる加熱一体化を、酸水素火炎で行なう場合、チューブの表面に酸水素火炎由来のＯＨ基が生じ、ＯＨ基による損失の悪化をもたらす。また、加熱一体化の熱源にカーボンヒーターを使用する場合、カーボンから揮散する重金属成分でチューブ表面が汚染され、伝送損失の悪化をもたらすことがある。

本発明は、ＯＨ基が少なく、波長１３８５ｎｍでの伝送損失の小さい通信用光ファイバの製造に好適なプリフォーム及びその製造方法を提供することを目的としている。

本発明のプリフォームの製造方法は、中心ロッド及びこの周囲に配設された複数の管を加熱一体化して光ファイバ用プリフォームを製造する方法であって、最外管とその内側に隣接する管を先ず加熱一体化し、順次、その内側に隣接する管と加熱一体化していき、最後に中心ロッドと加熱一体化することを特徴としている。なお、前記加熱一体化に際して、一体化後の径が一定となるように、内側管の内圧を調整するのが好ましい。また、熱源には、酸水素火炎を使用するのが好ましい。

前記中心ロッド及び複数の管の表面に、加熱一体化に先立ち、脱水処理又はエッチング処理を施す。この脱水処理には、塩素等の脱水作用を有するガスを含む雰囲気中で加熱するのが好ましく、エッチング処理には、ガスエッチング、特には、フッ素含有物質を含む雰囲気中での加熱処理が好ましい。
また、得られた光ファイバ用プリフォームに、さらに付加クラッド層を付与することもできる。この付加クラッド層の付与は、軸付けＶＡＤ法、ＯＶＤ法またはチューブジャケット法のいずれかを用いて行えばよい。

本発明のプリフォームは、上記製造方法で得られ、これを線引きして得られる光ファイバが、１３８５ｎｍの光パワーの９９.９％以上が付加クラッド層より内側を伝搬するように設計され、かつ波長１３８５ｎｍにおける伝送損失が、波長１３１０ｎｍの伝送損失よりも低くなるように設計されており、分散シフトファイバ、非ゼロ分散シフトファイバ、分散補償ファイバの製造に好適である。

本発明の製造方法によれば、加熱一体化の際に加熱されるのは、常に最外管の表面だけであり、実際に光が伝搬するプリフォーム内部は、火炎やカーボンヒーターに曝されないため、製造中汚染されることはない。このため該プリフォームを線引きして得られる光ファイバは、波長１３８５ｎｍにおける伝送損失が極めて小さい。

図４は、本発明の一実施形態を概略的に示している。なお、図４において、付加クラッド層を設ける工程は省略されている。
先ず、外側が非ドープで内側のみＧｅドープした内側Ｇｅドープ／外側非ドープ内に、これと同芯となるようにＦドープチューブを配置し、両チューブをバーナ火炎で加熱一体化する。次いで、この一体化したチューブ内に、これと同芯となるようにＧｅドープロッドを配置し、両チューブをバーナ火炎で加熱一体化することにより、Ｇｅ／Ｆ／Ｇｅ／非ドープロッドが得られる。加熱一体化の熱源としては、酸水素火炎が好ましい。

このように本発明においては、中心ロッドの周囲に複数の管を配置して一体化するに際し、初めに、最外管とその内側の管を加熱一体化した後、さらにその内側に別の管を配置して加熱一体化し、順次、内側に向かってこの作業を繰り返すことで、複数の管が積層一体化された管が得られる。最後に、中心ロッドをセットして加熱一体化を行なう。このとき、一体化される内側管の内部には乾燥したＨｅ，Ａｒ，Ｎ₂等の不活性ガス及び不活性ガスと塩素ガスの混合ガスを流し、さらに一体化後の径が一定となるように、内側管の内圧を調整しながら加熱一体化を行なう。

上記一体化に使用する管及び中心ロッドは、不純物の混入や欠陥の発生を防止するために、加熱一体化に先立ち、脱水処理又はエッチング処理を施してその表面を清浄な状態にしておくのが望ましい。脱水処理は、塩素等の脱水作用を有するガス、例えば、塩素と、窒素やヘリウムなどの不活性ガスを含む雰囲気中で加熱するとよい。エッチング処理の場合は、ガスエッチング、特には、ＣＦ₄，Ｃ₂Ｆ₆，ＳＦ₆等のフッ素含有物質を含む雰囲気中で加熱すればよい。
このようにして得られるプリフォームに、軸付けＶＡＤ法、ＯＶＤ法またはチューブジャケット法を用いて、さらに付加クラッド層を付与することもできる。

本発明においては、線引きして得られる光ファイバが、１３８５ｎｍの光パワーの９９.９％以上が付加クラッド層の内側を伝搬するように設計し、かつ波長１３８５ｎｍにおける伝送損失が、波長１３１０ｎｍの伝送損失よりも低くなるように設計する。このように設計する理由は、実際にファイバ中を光が伝播したときに、付加クラッド層及びその内側界面近傍に大量に存在するＯＨ基の影響を受けず、良好な伝送損失が得られるためである。

さらに本発明においては、プリフォームの製造に際して、各層の比屈折率差及び径、厚さ等を適宜設計することにより、分散シフトファイバ、非ゼロ分散シフトファイバ、分散補償ファイバの製造に好適なプリフォームが得られる。
さらに、本発明の製造方法について、具体的に実施例を挙げて説明する。

先ず、内側Ｇｅドープ／外側非ドープのチューブC（外径６７.２mm×内径２６.４mm）内に、ＦドープチューブＢ（外径２５.４mm×内径１１.０mm）を挿入し、管と管の空隙に塩素ガスを流しながら、チューブCの全体を外側から酸水素火炎で約１１００℃に加熱した後、塩素ガスの供給を停止した。他方、チューブＢ内には、加熱一体化後の外径が６６.８mmとなるように、塩素および窒素の混合ガスで微加圧しつつ、チューブCの外側から酸水素火炎で加熱し、チューブB，Cが加熱一体化されたチューブBCを得た。

次いで、チューブBC内にＧｅドープロッドＡ（外径１０.０mm）を挿入し、管とロッドの空隙に塩素ガスを流しながら、管全体を外側から酸水素火炎で約１１００℃に加熱した後、塩素ガスの供給を停止した。さらに、チューブBCの外側から酸水素火炎で加熱し、チューブBCとロッドＡを加熱一体化してロッドＡＢＣを得た。

このロッドＡＢＣの外側に、さらにＯＶＤ法によりＳｉＣｌ₄／Ｈ₂／Ｏ₂を用いてＳｉＯ₂微粒子を堆積し付加クラッド層Dを設け、塩素を含むヘリウム雰囲気で１５００℃に加熱し、脱水焼結、透明ガラス化を行い、図５に示すような屈折率分布プロファイルを有するプリフォームを得た。
このプリフォームを線引き炉にて加熱線引きして、外径１２５μｍの非ゼロ分散シフトファイバを得た。この光ファイバの伝送損失は、波長１３００ｎｍで０.３５ｄＢ／ｋｍ、波長１３８５ｎｍで０.３２ｄＢ／ｋｍ、波長１５５０ｎｍで０.２０ｄＢ／ｋｍと良好であった。

［比較例］
ＦドープチューブＢ（外径２５.４mm×内径１１.０mm）内にＧｅドープロッドＡ（外径１０.０mm）を挿入し、管とロッドの空隙に塩素ガスを流しながら、管全体を外側から酸水素火炎で約１１００℃に加熱した後、塩素ガスの供給を停止した。さらに、チューブＢの外側から酸水素火炎で加熱し、ロッドＡとチューブＢを加熱一体化してロッドＡＢを得た。

次いで、内側Ｇｅドープ／外側非ドープのチューブＣ（外径６７.２mm×内径２６.４mm）内にロッドＡＢを挿入し、管とロッドの空隙に塩素ガスを流しながら、管全体を外側から酸水素火炎で約１１００℃に加熱した後、塩素ガスの供給を停止した。さらに、チューブＣの外側から酸水素火炎で加熱し、チューブＣとロッドＡＢを加熱一体化してロッドＡＢＣ'を得た。

このロッドＡＢＣ'の外側に、さらにＯＶＤ法によりＳｉＣｌ₄／Ｈ₂／Ｏ₂を用いてＳｉＯ₂微粒子を堆積し付加クラッド層Dを設け、塩素を含むヘリウム雰囲気で１５００℃に加熱し、脱水焼結、透明ガラス化を行い、図５に示すような屈折率分布プロファイルを有するプリフォームを得た。
このプリフォームを線引き炉にて加熱線引きして、外径１２５μｍの光ファイバを得た。この光ファイバの伝送損失は、波長１３００ｎｍで０.３５ｄＢ／ｋｍ、波長１３８５ｎｍで０.９７ｄＢ／ｋｍ、波長１５５０ｎｍで０.２０ｄＢ／ｋｍであり、１３８５ｎｍ近傍の伝送損失が大きく、満足できないものであった。

本発明は、大容量、多重伝送を可能とする光ファイバの製造に好適なプリフォームを提供する。

径方向に複雑な屈折率分布を有する光ファイバを模式的に示す概略図である。 スート法によるプリフォームの製造を模式的に示す概略斜視図である。 ジャケット法によるプリフォームの製造を模式的に示す概略斜視図である。 本発明の製造方法による、プリフォームの製造を模式的に示す概略斜視図である。 実施例及び比較例で得たプリフォームの屈折率分布プロファイルを示す概略図である。

Claims (16)

1. 中心ロッド及びこの周囲に配設された複数の管を加熱一体化して光ファイバ用プリフォームを製造する方法であって、最外管とその内側に隣接する管を先ず加熱一体化し、順次、その内側に隣接する管と加熱一体化していき、最後に中心ロッドと加熱一体化することを特徴とする光ファイバ用プリフォームの製造方法。
2. 前記加熱一体化の際に、一体化後の径が一定となるように、内側管の内圧を調整する請求項１に記載の光ファイバ用プリフォームの製造方法。
3. 加熱一体化の熱源が、酸水素火炎である請求項１又は２に記載の光ファイバ用プリフォームの製造方法。
4. 前記中心ロッド及び複数の管の表面に、加熱一体化に先立ち、脱水処理又はエッチング処理を施す請求項１乃至３のいずれかに記載の光ファイバ用プリフォームの製造方法。
5. 前記脱水処理が、塩素等の脱水作用を有するガスを含む雰囲気中で加熱することにある請求項４に記載の光ファイバ用プリフォームの製造方法。
6. 前記エッチング処理が、ガスエッチングである請求項４に記載の光ファイバ用プリフォームの製造方法。
7. 前記ガスエッチングが、フッ素含有物質を含む雰囲気中で加熱することにある請求項６に記載の光ファイバ用プリフォームの製造方法。
8. 得られた光ファイバ用プリフォームに、さらに付加クラッド層を付与する請求項１乃至７の何れかに記載の光ファイバ用プリフォームの製造方法。
9. 該付加クラッド層の付与が、軸付けＶＡＤ法、ＯＶＤ法またはチューブジャケット法のいずれかを用いて行なわれる請求項８に記載の光ファイバ用プリフォームの製造方法。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の製造方法を用いて得られたものであることを特徴とする光ファイバ用プリフォーム。
11. 線引きして得られる光ファイバが、１３８５ｎｍの光パワーの９９.９％以上が付加クラッド層より内側を伝搬するように設計されてなる請求項１０に記載の光ファイバ用プリフォーム。
12. 線引きして得られる光ファイバの波長１３８５ｎｍにおける伝送損失が、波長１３１０ｎｍの伝送損失よりも低くなるように設計されてなる請求項１０又は１１に記載の光ファイバ用プリフォーム。
13. 分散シフトファイバとして設計されてなる請求項１０乃至１２のいずれかに記載の光ファイバ用プリフォーム。
14. 非ゼロ分散シフトファイバとして設計されてなる請求項１０乃至１２のいずれかに記載の光ファイバ用プリフォーム。
15. 分散補償ファイバとして設計されてなる請求項１０乃至１２のいずれかに記載の光ファイバ用プリフォーム。
16. 請求項１０乃至１５のいずれかに記載の光ファイバ用プリフォームを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。
    
    
    
    

Images