JP2014031303A - 光ファイバ母材製造方法および光ファイバ - Google Patents

Abstract

【課題】長手方向に延在する複数の空孔を有する光ファイバ母材を低コストで精度よく製造することができる方法を提供する。
【解決手段】本発明の光ファイバ母材製造方法は、コア材の周囲にジャケットを形成して光ファイバ母材を製造する方法であって、第一領域１１と、この第一領域１１を囲む第二領域１２からなるコア材の外側にコア材より粘性が大きな第三領域１３を付加して出発材料１０を作製する出発材料作製工程と、この出発材料１０の周囲にガラス微粒子を堆積させる堆積工程と、この堆積されたガラス微粒子を焼結し透明化してジャケットを形成する焼結工程と、を備える。第一領域１１は、Ｇｅが添加されている。第二領域１２は、ＣｌまたはＦが添加されており、長手方向に延在する複数の空孔１４を有する。焼結工程の際の温度１３００〜１７００℃において、第三領域１３の粘性は第二領域１２の粘性より大きい。
【選択図】図３

Description

本発明は、光ファイバ母材製造方法および光ファイバに関するものである。

長手方向に延在する複数の空孔を有する光ファイバは、空孔を有しない中実の光ファイバと比較して、様々な特性を有することができる。特許文献１には、長手方向に延在する複数の空孔を有する光ファイバ母材を製造する方法が記載されている。この文献に記載された製造方法は、コア材を穿孔加工して空孔を形成し、このコア材の周囲にジャケットを形成することで、光ファイバ母材を製造する。また、この文献には、ジャケット形成の方法として、コア材の周囲にガラス微粒子を堆積させた後に焼結し透明化する方法、および、コア材をガラスパイプに挿入してコラプスする方法が記載されている。

コア材は、光ファイバにおいて導波光のエネルギーの殆どが存在する領域であり、波長１.３１μｍでのモードフィールド径の３〜５倍程度より内側の領域に相当する。コア材は、屈折プロファイルを精密に制御することができて高純度のガラスを形成することができる方法で作製される。ジャケットは、コア材の周囲に設けられる領域で、生産性に優れる方法で形成されるのが好適である。

特開２０１０−１７３９１７号公報

コラプスによりジャケットを形成する場合、ガラス微粒子の堆積および焼結によるジャケット形成の場合と比較して、光ファイバ母材の大型化に制約があることから、コストが高い。大型化の制約の要因として、大型のガラスパイプの作製が困難であること、ならびに、ガラスパイプを洗浄する設備およびコラプスする設備が大型となり設備投資や設備維持費に多くのコストが発生すること、が挙げられる。

ガラス微粒子の堆積および焼結によりジャケットを形成する場合、コア材や空孔に変形が生じ易い。すなわち、焼結時にガラス微粒子堆積体が縦収縮し、その影響でコア材が変形する。一般に、Ｇｅ等が添加されたコア材は、不純物やＯＨ基を取り除く目的でハロゲンやハロゲン化物で処理されているので、Ｇｅ以外の添加元素をも含んでいる。焼結時の温度においてコア材の粘度がジャケット材料の粘度より小さいので、焼結時にコア材の変形が生じ易く、空孔の変形も生じ易い。それ故、光ファイバ母材を精度よく製造することが困難である。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、長手方向に延在する複数の空孔を有する光ファイバ母材を低コストで精度よく製造することができる方法を提供することを目的とする。

本発明の光ファイバ母材製造方法は、石英ガラスからなり空孔を有するコア材の周囲に石英ガラスからなるジャケットを形成して光ファイバ母材を製造する方法であって、(1) Ｇｅが添加されている第一領域と、この第一領域を囲みＣｌまたはＦが添加されており長手方向に延在する複数の空孔を有する第二領域からなるコア材を囲み、温度１３００〜１７００℃における粘性が第二領域の粘性より大きい第三領域を付加して出発材料を形成する工程と、(2) 出発材料の周囲にガラス微粒子を堆積させる堆積工程と、(3) 堆積工程において堆積されたガラス微粒子を焼結し透明化してジャケットを形成する焼結工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の光ファイバ母材製造方法は、第一領域のＧｅ添加濃度が５.２〜１６.３wt％であり、第二領域のＣｌ添加濃度が０.０６〜０.７５wt％であり、第三領域の外径Ｒ３と第二領域の外径Ｒ２との比Ｒ３／Ｒ２が１.１以上であるのが好適である。また、第二領域のＦ添加濃度は０.０５〜０.３７wt％であるのが好適である。ガラス微粒子を堆積させるための出発材料の作製工程において、第二領域の周囲に第三領域をＶＡＤで形成するのが好適であり、第二領域の周囲に第三領域をＯＶＤで形成するのも好適であり、また、第二領域の周囲に第三領域をジャケットコラプスで形成するのも好適である。特に、第三領域をVADやOVDで形成する場合には、ガラス微粒子堆積体の縦収縮による変形を抑制するため、Ｒ３／Ｒ２は１.８以下とすることが好適である。第三領域をコラプスで形成する場合には、第二領域や空孔の変形が生じないため、Ｒ３／Ｒ２の上限は存在しないが、Ｒ３／Ｒ２を大きくするとコスト面で不利である。

本発明の光ファイバは、石英ガラスからなる光ファイバであって、(1) Ｇｅが添加されている第一領域と、(2) この第一領域を囲みＣｌまたはＦが添加されており長手方向に延在する複数の空孔を有する第二領域と、(3) この第二領域を囲み温度１３００〜１７００℃における粘性が第二領域の粘性より大きい第三領域と、(4) この第三領域を囲み温度１３００〜１７００℃における粘性が第三領域の粘性以下であるジャケットと、を含むことを特徴とする。

本発明の光ファイバは、第一領域のＧｅ添加濃度が５.２〜１６.３wt％であり、第二領域のＣｌ添加濃度が０.０６〜０.７５wt％であり、第三領域の外径Ｒ３と第二領域の外径Ｒ２との比Ｒ３／Ｒ２が１.１以上であるのが好適である。また、第二領域のＦ添加濃度が０.０５〜０.３７wt％であるのが好適である。特に、第三領域をVADやOVDで形成する場合には、ガラス微粒子堆積体の縦収縮による変形を抑制するため、Ｒ３／Ｒ２は１.８以下とすることが好適である。

本発明によれば、長手方向に延在する複数の空孔を有する光ファイバ母材を低コストで精度よく製造することができる。

コア材１０Ａの断面を示す図である。 ガラス微粒子堆積体の焼結時の収縮を説明する図である。 本実施形態の光ファイバ母材製造方法において、ガラス微粒子を堆積させるための出発材料(コア材１０Ａに第三領域を付与したもの)の断面を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、コア材１０Ａの断面を示す図である。同図は、長手方向に垂直なコア材１０Ａの断面を示す。比較例では、このコア材１０Ａの周囲にジャケットが直接形成されて光ファイバ母材が製造される。コア材１０Ａは、Ｇｅが添加されている石英ガラスからなる第一領域１１と、この第一領域１１を囲み石英ガラスからなる第二領域１２と、を含む。第一領域１１はコアであり、第二領域１２は光学クラッドである。長手方向に延在する複数の空孔１４が第二領域１２に形成されている。

一般に、コア（第一領域１１）および光学クラッド（第二領域１２）は屈折率を上昇または低下させるドーパントが添加され、ジャケットはこのようなドーパントが少ないので、コア材１０Ａの周囲のガラス微粒子堆積体を焼結する際に、コア材１０Ａの粘性はジャケットの粘性より小さくなる。したがって、焼結時にコア材１０Ａの変形が生じ易く、空孔１４の変形も生じ易い。空孔１４が変形したり、長手方向に空孔１４の径が変動したりすると、光ファイバの光学特性がばらついて、光ファイバ製造歩留が低下する。

図２は、ガラス微粒子堆積体の焼結時の収縮を説明する図である。同図（ａ）は、焼結前のコア材１０Ａおよびガラス微粒子堆積体２０の長手方向に平行な断面を示す。同図（ｂ）は、焼結後のコア材１０Ａおよびジャケット３０の長手方向に平行な断面を示す。長手方向の有効範囲（両端で径が小さくなっている範囲を除く範囲）において、同図（ａ）に示されるように焼結前には、コア材１０Ａおよびガラス微粒子堆積体２０それぞれの径が長手方向で一定であったとしても、焼結による収縮により、同図（ｂ）に示されるように焼結後には、コア材１０Ａおよびガラス微粒子堆積体２０それぞれの径が長手方向で変動する。それ故、比較例のコア材１０Ａの周囲にガラス微粒子を堆積し焼結してジャケットを形成することで光ファイバ母材を製造する場合には、長手方向に空孔１４の径が変動し、光ファイバの光学特性がばらついて、光ファイバ製造歩留が低下する。

図３は、本実施形態の光ファイバ母材製造方法における、ガラス微粒子を堆積させるための出発材料１０(コア材１０Ａに第三領域を付与したもの)の、長手方向に垂直な断面を示す図である。本実施形態の光ファイバ母材製造方法は、石英ガラスからなり空孔を有する出発材料１０の周囲に石英ガラスからなるジャケットを形成して光ファイバ母材を製造する方法であって、出発材料１０を作製する工程と、この出発材料１０の周囲にガラス微粒子を堆積させる堆積工程と、この堆積されたガラス微粒子を焼結し透明化してジャケットを形成する焼結工程と、を備える。

出発材料１０は、図３に示されるように、第一領域１１と、この第一領域１１を囲む第二領域１２と、この第二領域１２を囲む第三領域１３と、を含む。第一領域１１は、Ｇｅが添加されている。第二領域１２は、ＣｌまたはＦが添加されており、長手方向に延在する複数（同図では１０個）の空孔１４を有する。焼結工程の際の温度１３００〜１７００℃において、第三領域１３の粘性は第二領域１２の粘性より大きい。

第三領域１３の形成には、ジャケットコラプス、ＶＡＤ法およびＯＶＤ法など、光ファイバ母材の製造に用いられる任意の方法を用いることができる。ＶＡＤ法またはＯＶＤ法により第三領域１３を形成すれば、低コストで第三領域１３を形成することができる。ジャケットコラプスにより第三領域１３を形成すれば、光ファイバ母材の曲がりや外径変動を抑制することができる。

コア材１０の周囲にジャケットが形成されて、光ファイバ母材が製造される。焼結工程の際の温度１３００〜１７００℃において、ジャケットの粘性は第三領域１３の粘性以下である。このような光ファイバ母材が線引されて、光ファイバが製造される。

本実施形態の光ファイバ製造方法では、空孔１４が形成される第二領域１２の周囲に高粘性の第三領域１３を形成して出発材料１０とし、この出発材料１０の周囲にガラス微粒子を堆積し焼結してジャケットを形成することで、光ファイバ母材を製造する。これにより、焼結工程の際のコア材１０Ａや空孔１４の変形を抑制することができ、長手方向に延在する複数の空孔１４を有する光ファイバ母材を低コストで精度よく製造することができる。出発材料１０の変形を効果的に抑制するには、第三領域１３の外径Ｒ３は第二領域１２の外径Ｒ２の１.１倍以上であるのが好適である。

第一領域１１のＧｅ添加濃度は５.２〜１６.３wt％であるのが好適である。第二領域１２に０.０６〜０.７５wt％のＣｌが残留する条件で不純物処理が為されるのが好適である。また、第二領域１２にＣｌとともにＦが添加され、Ｆ添加濃度が０.０５〜０.３７wt％であるのが好適である。この場合、光学クラッドの屈折率の設計自由度を向上させることができる。第二領域１２におけるＣｌ添加濃度とＦ添加濃度とのバランスは、所望の光学特性が得られるように調整することができる。

第三領域１３の粘性を第二領域１２の粘性より大きくするため、第三領域１３のＣｌ添加濃度およびＦ添加濃度の少なくとも一方を第二領域１３より低く設計することが望ましい。例えば、第二領域１２のＣｌ添加濃度が０.２０wt％であってＦ添加濃度が０.１３wt％である場合、第三領域１３のＣｌ添加濃度を０.０６wt％としＦ添加濃度を０.０wt％とすることができる。

１０…出発材料，１０Ａ…コア材、１１…第一領域、１２…第二領域、１３…第三領域、１４…空孔、２０…ガラス微粒子堆積体、３０…ジャケット。

Claims (9)

1. 石英ガラスからなり空孔を有するコア材の周囲に石英ガラスからなるジャケットを形成して光ファイバ母材を製造する方法であって、
   Ｇｅが添加されている第一領域と、この第一領域を囲みＣｌまたはＦが添加されており長手方向に延在する複数の空孔を有する第二領域からなるコア材を囲み、温度１３００〜１７００℃における粘性が前記第二領域の粘性より大きい第三領域を付加して出発材料を作製する工程と、
   前記出発材料の周囲にガラス微粒子を堆積させる堆積工程と、
   前記堆積工程において堆積されたガラス微粒子を焼結し透明化してジャケットを形成する焼結工程と、
   を備えることを特徴とする光ファイバ母材製造方法。
2. 前記第一領域のＧｅ添加濃度が５.２〜１６.３wt％であり、前記第二領域のＣｌ添加濃度が０.０６〜０.７５wt％であり、前記第三領域の外径Ｒ３と前記第二領域の外径Ｒ２との比Ｒ３／Ｒ２が１.１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母材製造方法。
3. 前記第二領域のＦ添加濃度が０.０５〜０.３７wt％である、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバ母材製造方法。
4. 前記コア材作製工程において前記第二領域の周囲に前記第三領域をＶＡＤで形成し、前記第三領域の外径Ｒ３と前記第二領域の外径Ｒ２との比Ｒ３／Ｒ２が１.８以下である、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光ファイバ母材製造方法。
5. 前記コア材作製工程において前記第二領域の周囲に前記第三領域をＯＶＤで形成し、前記第三領域の外径Ｒ３と前記第二領域の外径Ｒ２との比Ｒ３／Ｒ２が１.８以下であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光ファイバ母材製造方法。
6. 前記コア材作製工程において前記第二領域の周囲に前記第三領域をジャケットコラプスで形成する、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光ファイバ母材製造方法。
7. 石英ガラスからなる光ファイバであって、
   Ｇｅが添加されている第一領域と、
   この第一領域を囲みＣｌまたはＦが添加されており長手方向に延在する複数の空孔を有する第二領域と、
   この第二領域を囲み温度１３００〜１７００℃における粘性が前記第二領域の粘性より大きい第三領域と、
   この第三領域を囲み温度１３００〜１７００℃における粘性が前記第三領域の粘性以下であるジャケットと、
   を含むことを特徴とする光ファイバ。
8. 前記第一領域のＧｅ添加濃度が５.２〜１６.３wt％であり、前記第二領域のＣｌ添加濃度が０.０６〜０.７５wt％であり、前記第三領域の外径Ｒ３と前記第二領域の外径Ｒ２との比Ｒ３／Ｒ２が１.１以上である、ことを特徴とする請求項７に記載の光ファイバ。
9. 前記第二領域のＦ添加濃度が０.０５〜０.３７wt％である、ことを特徴とする請求項７または８に記載の光ファイバ。
   

Images