JP2006151747A - 光ファイバの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】コア層3Aを有し棒状をなすコアロッド7Aの外周にガラス微粒子を堆積させて多孔質母材層9Cを形成して第1プリフォーム10とする第1プリフォーム作製工程S1と、第1プリフォーム10に対して多孔質母材層9Cが独立気泡を含む半透明ガラス母材層9Bになるまで脱水処理及び焼結処理をする脱水・焼結工程S2と、第1プリフォーム10をガラス管13Bに挿入して第2プリフォーム20とする第2プリフォーム作製工程S3と、第2プリフォーム20に対して熱を加えながら、半透明ガラス母材層9Bとガラス管13Bとが溶融一体化するように且つ半透明ガラス母材層9Bが透明ガラスとなるように線引きする線引き工程S4とを有する。
【選択図】 図1
Description
光ファイバの製造方法としては、気相軸付け法(Vapor-phase Axial Deposition method:VAD法)、修正化学気相堆積法(Modified Chemical Vapor Deposition method:MCVD法)、外側気相堆積法(Outside Vapor Deposition method:OVD法)、プラズマ化学気相堆積法(Plasma Chemical Vapor Deposition method:PCVD法)、ゾル−ゲル法、ロッドインチューブ法(Rod-In-Tube method:RIT法)、及びこれらを組み合わせた製造方法が知られている。
本発明に係る光ファイバの製造方法は、コア層とクラッド層とを有し種々の屈折率分布特性をもつ光ファイバの製造方法に適応されて有益なものであり、特に伝送損失が低く、広帯域WDM伝送に好適な光ファイバの製造方法に適応されて有益なものであり、具体的には、1.3μm帯に零分散波長を有する一般的なシングルモードファイバ(以下、SMFと呼ぶ)、1.55μm付近に零分散波長をシフトさせた所謂分散シフトファイバ(Dispersion-Shifted Fiber:以下、DSFと呼ぶ)、あるいは1.55μm波長付近から零分散波長をずらし、ある程度の分散を持たせたノンゼロ分散シフトファイバ(Non-Zero Dispersion-Shifted Fiber:以下、NZDSFと呼ぶ)等の光ファイバの製造方法に好適である。
図1は本発明に係る光ファイバの製造方法の一実施の形態の手順を示すフローチャートである。本実施の形態の光ファイバの製造方法は、第1プリフォーム作製工程(ステップS1)と、脱水・焼結工程(ステップS2)と、第2プリフォーム作製工程(ステップS3)と、線引き工程(ステップS4)とを含んでいる。
図2−1は実施例1にて作製した光ファイバ51の屈折率プロファイルを示す図である。光ファイバ51は、図2−1に示すように、ステップインデックス型の屈折率分布を有するもので、1.3μm帯にゼロ分散波長を有しており、所謂SMFである。図2−1において、光ファイバ51は、断面同心円状に形成された積層構造をなし、中心軸線に沿って棒状のコア層3Aが形成され、このコア層3Aを中心に径方向外方に向かって、第1クラッド層5A、第2クラッド層9A及び第3クラッド層13Aの順で各層が形成されている。尚、第3クラッド層13Aの外側に施される被覆層は省略している。
本実施例においては、まず、後にコアロッド7Aとなるコアスート7BをVAD法にて作製した。図3は本実施例のVAD法によるコアスート7Bの作製過程を説明する模式図であり、コアスート7Bの部分を縦断面としている。図3において、VAD法では多重管構造からなるコアバーナ21を通じて、気化させた四塩化珪素(SiCl4)、四塩化ゲルマニウム(GeCl4)、酸素(O2)及び水素(H2)とで構成されるガス26を送り込み、これを点火燃焼させる。そして、火炎中で加水分解反応させて合成ガラス微粒子を得て、さらにこの合成ガラス微粒子を種棒11に吹き付けることにより種棒11に付着させる。
ついで、この透明ガラス化されたコア層3Aと第1クラッド層5Aとからなるコアロッド7Aを縦型の電気炉延伸装置を用いて外径約50mmになるように加熱・延伸した。尚、この加熱処理及び延伸処理に用いる熱源は、電気炉に限るものではなく、酸水素火炎等の火炎、或いはプラズマ火炎などでも良い。このとき、水酸(OH)基の汚染が問題となる場合には、酸水素火炎は望ましくなく、電気炉あるいはプラズマ火炎が望ましい。
ついで、延伸されたコアロッド7Aの外周に、OVD法を用いて合成ガラス微粒子を堆積させ、多孔質母材層9Cを形成して第1プリフォーム10を作製した。多孔質母材層9Cは、後に半透明ガラス母材層9Bとなり、さらに最終的には透明ガラス化されて第2クラッド層9Aになる部分である。
コアロッド7Aの周囲に堆積を完了した多孔質母材層9Cが形成されて構成された第1プリフォーム10を、図5に示す脱水・焼結炉30にて、表1の条件で脱水・焼結させて、多孔質母材層9Cを半透明ガラス母材層9Bに変化させた。
図5において、脱水・焼結炉30はシリカガラスで作製された炉心管35を有しており、炉心管35の内部は、ヘリウム(He)ガスと塩素(Cl2)ガスで満たされている。また、炉心管35の下方に設置されたガス導入口38から表1に示した流量でそれぞれのガスが導入されるとともに、適量のガスを炉心管35の上方に設置されたガス排出口39から排出することにより、炉心管35内の圧力は所定の値に保たれている。この炉心管35の中に第1のプリフォーム10を入れ、炉心管の側部に配設されたヒータ37により加熱して多孔質母材層9Cの脱水・焼結をおこなう。ここで、脱水・焼結とは、脱水処理と焼結処理とを指し、もちろんそれぞれ独立して実施しても良いが、製造工程の簡略化や製造コストの低減のために、本実施例においては、この脱水処理と焼結処理とが所定の条件下において同時に行われることを特徴の一つとしている。
次に、コアロッド7Aの周囲に半透明ガラス母材層9Bが形成されてなる第1プリフォーム10を、別に用意したガラス管であるジャケット管13Bに挿入して第2プリフォーム20を作製した。ここで用いたジャケット管13Bは、化学反応により合成されたシリカガラスからなる「無水合成石英」と呼ばれる材料で作製されたものであり、水酸(OH)基の含有量が1ppm以下とされている。例えば、市販の信越石英(株)製SUP−F300等がそれである。また、ジャケット管13Bのサイズは、第1プリフォーム10を挿入するのに十分な内径を有し、且つ線引き後に所望のコア径の光ファイバとなるような厚みを有するものを適宜選択して使用した。このとき、予め準備したジャケット管13Bの寸法から、コアロッド7Aの延伸外径及び多孔質母材層9Cの外径と密度を設定してもよい。尚、このジャケット管13Bは、フッ酸水溶液などにより予め洗浄し、清浄な状態にして使用した。
次に、第2プリフォーム20を、上述の溶融封止した部分の側から線引き炉内に挿入し、ジャケット管13Bと半透明ガラス母材層9Bとの間の空間(図9参照)を大気圧に比べて減圧状態にしながら、半透明ガラス母材層9Bとジャケット管13Bとを溶融一体化するように且つ半透明ガラス母材層9Bが透明ガラス化するように線引きして外径約125μmのガラス光ファイバ61を作製した。これにより、半透明ガラス母材層9Bは第2クラッド層9Aに、ジャケット管13Bは第3クラッド層13Aに、つまり、それぞれ最終的なものに変化した。尚ここで、減圧状態は、ジャケット管13Bの溶融封止した側と反対側の開放端に図示しない真空吸引ポンプを繋ぎ、この真空吸引ポンプによりジャケット管13Bと半透明ガラス母材層9Bとの間の気体を吸引することによってつくった。
具体的には、線引き工程中のガラス光ファイバの軸に対して横方向からレーザビーム等の光線を照射し、該ガラス光ファイバからの前方散乱光をイメージセンサにて受光し、その散乱光の強度分布パターンの異常を検出することにより、気泡等の空洞欠陥を検出し、ガラス光ファイバ中の気泡を監視した。
尚、ここでいうカットオフ波長とは、ITU−T G.650.1規格で定義されるケーブルカットオフ波長λccのことである。
さらに、偏波分散(Polarization Mode Dispersion;以下、PMDと呼ぶ)についても、十分に小さい値となっている。
水素暴露後の伝送損失と、水素暴露による伝送損失の変化量(b−a)を表3に示す。損失の増加が小さく、広帯域WDM伝送に好適な光ファイバとなっている。
図2−2は実施例2にて作製した光ファイバ52の屈折率プロファイルを示す図である。光ファイバ52は、図2−2に示すように、階段型の屈折率分布を有するもので、1.55μm帯にゼロ分散波長を有するDSFである。図2−2において、光ファイバ52は、断面同心円状に形成された積層構造をなし、中心軸線に沿ってコア層3Aが形成され、以降、中心部から径方向外方に向かって、サイドコア層4A、第1クラッド層5A、第2クラッド層9A、及び第3クラッド層13Aの順に形成された各層にて構成されている。尚、第3クラッド層13Aの外側に施される被覆層は省略している。
また、実施例1と同様に、線引き中にコーティングを施し、被覆外径が約250μmの光ファイバ52を得た。実施例1と同様に、線引き中のガラス光ファイバ中に気泡の残留がないこと、及び強度に問題がないことを確認した。
本実施例に記載の条件で製造したDSFの伝送特性を測定した結果を、表4に示す。
図2−3は実施例3にて作製した光ファイバ53の屈折率プロファイルを示す図である。光ファイバ53は、図2−3に示すように、セグメント型の屈折率分布を有するもので、1.55μm帯の分散値が1.5〜8ps/nm/kmの範囲となるNZDSFである。図2−3において、光ファイバ53は、断面同心円状に形成された積層構造をなし、中心軸線に沿ってコアロッド7Aが形成され、以降、中心部から径方向外方に向かって、第1クラッド層9A、及び第2クラッド層13Aの順に形成された各層にて構成されている。尚、第3クラッド層13Aの外側に施される被覆層は省略している。
以降、実施例1と同様な処理を行い、所望の光ファイバ53を得た。そして、実施例1と同様に、線引き中のガラス光ファイバ中に気泡の残留がないこと、及び強度に問題がないことを確認した。本実施例に記載の条件で製造したNZDSFの伝送特性を測定した結果を、表5に示す。
図2−4は実施例4にて作製した光ファイバ54の屈折率プロファイルを示す図である。光ファイバ54は、図2−4に示すように、階段型の屈折率を有するコア層の外周に、最外層のクラッド層より屈折率の低い領域を有する光ファイバである。図2−4において、光ファイバ54は、断面同心円状に形成された積層構造をなし、中心軸線に沿ってコアロッド7Aが形成され、以降、中心部から径方向外方に向かって、第1クラッド層9A、及び第2クラッド層13Aの順に形成された各層にて構成されている。尚、第3クラッド層13Aの外側に施される被覆層は省略している。
ついで、半透明ガラス母材層とジャケット管との間の空間を大気圧に比べて減圧状態にしながら、半透明ガラス母材層を透明ガラス化しつつ、半透明ガラス母材層とジャケット管とを溶融一体化させながら外径約125μmのガラス光ファイバに線引きした。
図2−5は実施例5にて作製した光ファイバ55の屈折率プロファイルを示す図である。光ファイバ55は、図2−5に示すように、階段型の屈折率を有するコア層の外周に、最外層のクラッド層より屈折率の低い領域を有する光ファイバである。図2−5において、光ファイバ55は、断面同心円状に形成された積層構造をなし、中心軸線に沿ってコアロッド7Aが形成され、以降、中心部から径方向外方に向かって、第1クラッド層9A、第2クラッド層13A及び第3クラッド層14Aの順に形成された各層にて構成されている。尚、第3クラッド層14Aの外側に施される被覆層は省略している。
3B コア層スート
4A サイドコア層
4B サイドコア層スート
5A クラッド層
5B クラッド層スート
7A コアロッド
7B コアスート
9A クラッド層
9B 半透明ガラス母材層
9C 多孔質母材層
9a 独立気泡
10 第1プリフォーム
11 種棒
13A クラッド層
13B ジャケット管(ガラス管)
14A クラッド層
20 第2プリフォーム
21 コアバーナ
22 クラッドバーナ
23 サイドコアバーナ
26〜28 ガス
30 脱水・焼結炉
31 バーナー
32 ガス
35 炉心管
37 ヒータ
38 ガス導入口
39 ガス排出口
41 バーナ
51〜55 光ファイバ
61 ガラス光ファイバ
83 平行光線
84 前方散乱光
85 イメージセンサ
86 信号処理部
87 判定部
88 モニタ部
89 警報部
90 記録部
91 散乱光強度分布パターン
Claims (24)
- 1層以上のコア層と該コア層を取り囲む1層以上のクラッド層とを有する光ファイバの製造方法であって、
前記コア層を有し棒状をなすコアロッドの外周にガラス微粒子を堆積させて多孔質母材層を形成して第1プリフォームとする第1プリフォーム作製工程と、
前記第1プリフォームに対して多孔質母材層が独立気泡を含む半透明ガラス母材層になるまで脱水処理及び焼結処理をする脱水・焼結工程と、
前記脱水処理及び前記焼結処理をした前記第1プリフォームをガラス管に挿入して第2プリフォームとする第2プリフォーム作製工程と、
前記第2プリフォームに対して熱を加えながら、前記半透明ガラス母材層と前記ガラス管とが溶融一体化するように且つ前記半透明ガラス母材層が透明ガラスでなる前記クラッド層となるように線引きする線引き工程と
を有することを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 前記脱水・焼結工程において、前記脱水処理と焼結処理とが所定の条件下において同時に行われる
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記脱水・焼結工程において、前記多孔質母材層を前記脱水処理及び焼結処理する際の温度が1250℃以上、1350℃以下である
ことを特徴とする請求項2に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記脱水・焼結工程において、前記多孔質母材層を前記脱水処理及び焼結処理する際の雰囲気が、不活性ガスとハロゲンガス及び不活性ガスとハロゲン系化合物ガスの少なくともいずれか一方の組を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記不活性ガスが、ヘリウムである
ことを特徴とする請求項4に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記ハロゲンガスが、塩素ガスである
ことを特徴とする請求項4に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記ハロゲン系化合物が、塩素化合物及びフッ素化合物の少なくともいずれか一方である
ことを特徴とする請求項4に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記脱水・焼結工程において、前記半透明ガラス母材層の焼結度が、80%以上である
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記脱水・焼結工程において、前記半透明ガラス母材層の焼結度が、95%以上である
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記脱水・焼結工程において、前記半透明ガラス母材層の焼結度は、97%以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記第2プリフォーム作製工程において、前記第1プリフォームを前記ガラス管に挿入する際、前記ガラス管を鉛直方向に保持した状態にて行う
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記第2プリフォーム作製工程において、前記第1プリフォームを前記ガラス管に挿入する際、前記ガラス管を水平方向に保った状態にて行う
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記第2プリフォーム作製工程と前記線引き工程との間で、前記第2プリフォームの線引き方向側の端部を加熱溶融させ一体化した状態とする
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記第2プリフォームの線引き方向側の端部を予め加熱溶融する際の加熱方法として、酸水素火炎の放射、プラズマ火炎の放射及び電気炉による加熱のいずれかを用いる
ことを特徴とする請求項13に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記第2プリフォーム作製工程において、前記ガラス管に挿入する前に、前記ガラス管の線引き開始側を予め加熱溶融し、封止した状態としておく
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記ガラス管の封止は、前記ガラス管を加熱溶断することによって行う
ことを特徴とする請求項15に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記線引き工程において、少なくとも前記半透明ガラス母材層と前記ガラス管との間を減圧状態にする
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記ガラス管は、化学反応により合成された石英系ガラスからなり、水酸基(OH)含有量が1ppm以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記ガラス管は、フッ素を含有する
ことを特徴とする請求項18に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記ガラス管が、1本のガラス管である
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記ガラス管が、長手方向軸に対して同心円状に積層された複数のガラス管である
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記半透明ガラス母材層と前記複数のガラス管を線引きしながら溶融一体化させる際に、前記半透明ガラス母材層と前記ガラス管との間、及び隣接する2つのガラス管の間をいずれも減圧状態にする
ことを特徴とする請求項21に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記ガラス管は、フッ素を含有するガラス管と純粋なシリカガラスからなるガラス管とを含み、少なくとも最外層には前記純粋なシリカガラスからなるガラス管を使用する
ことを特徴とする請求項21に記載の光ファイバの製造方法。 - 前記光ファイバに交差する方向から光線を投光して、前記光線の進行方向の前方に前記光ファイバから散乱する前方散乱光をイメージセンサで受光して、その出力を信号処理部で処理して散乱光強度分布パターンを得て、該散乱光強度分布パターンから前記光ファイバ内の気泡の有無を判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバの製造方法。
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