JP2014114195A - 光ファイバ製造方法および光ファイバ - Google Patents

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Abstract

【課題】耐水素特性が優れた低損失のアルカリ金属添加光ファイバを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製造方法は、線引炉において光ファイバ母材を線引して、平均濃度０.５原子ｐｐｍ以上のアルカリ金属を含むコア領域と該コア領域を取り囲むクラッド領域とを有するシリカガラス系の光ファイバを作製する線引工程と、線引炉の後段に設けられた加熱炉において光ファイバを加熱する加熱工程と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、光ファイバ製造方法および光ファイバに関するものである。
屈折率増加の為の添加物であるＧｅＯ２を含むシリカガラスからなるコアを有する光ファイバ（例えばＩＴＵ-Ｔ Ｇ.６５２規格に準拠する光ファイバ。以下「ＧｅＯ２添加コア光ファイバ」という。）と比較すると、屈折率増加の為の添加物（ＧｅＯ２，Ａｌ２Ｏ３等）を含まず実質的に純シリカガラスからなるコアを有する光ファイバ（以下「純シリカコア光ファイバ」という。）は、伝送損失が低く、耐水素特性や耐放射線特性などの長期信頼性が良好であるとされている（非特許文献１を参照）。ＧｅＯ２添加コア光ファイバは、耐水素特性を改善する目的で、一定条件で重水素ガス（Ｄ２）に曝露することがある（特許文献１を参照）。これに対して、純シリカコア光ファイバは、耐水素特性が良好であるので、重水素ガスへの曝露は一般的には必要がない。
光ファイバ母材を線引して光ファイバを製造する際に、線引炉の後段に加熱炉を設置しておき、線引炉において光ファイバ母材が線引されて作製された光ファイバを加熱炉に通過させ、その加熱炉通過のときに所定温度範囲内になるように光ファイバを加熱する。このように加熱炉によって光ファイバが加熱されることで、線引後の光ファイバの急激な冷却が防止され、光ファイバが徐冷される。加熱炉での加熱の際に原子の再配列によるガラスのネットワーク構造の緩和が促進されて、光ファイバ内の仮想温度Ｔｆが低下し、光ファイバ内でのレイリー散乱強度が抑制され、光ファイバの伝送損失の低減が可能であることが知られている（特許文献２〜１４を参照）。
このような加熱炉において純シリカコア光ファイバを加熱する場合、その純シリカコア光ファイバの伝送損失を更に低減（例えば波長１５５０ｎｍで０.１５５ｄＢ／ｋｍ以下まで低減）するためには、加熱炉を数十ｍまで長くするか、線引速度を数十ｍ／minまで低減するかして、ガラスのネットワーク構造の緩和を更に促進する必要がある。しかし、前者のような光ファイバ製造装置の実現は難しく、また、後者においてが生産性を著しく悪化させる問題がある。
一方、レイリー散乱強度を低減することができる他の光ファイバとして、屈折率増加の為の添加物を含まず５００ｐｐｍ以下の微量のアルカリ金属（例えばＮａやカリウム等）を含むシリカガラスからなるコアを有する光ファイバ（以下「アルカリ金属添加光ファイバ」という。）が知られている（特許文献１５〜２３を参照）。光ファイバ母材のコア部にアルカリ金属が添加されていると、光ファイバ母材を線引するときにコア部の粘性を下げることができ、シリカガラスのネットワーク構造の緩和が進行するため、光ファイバ内の仮想温度Ｔｆが低下し、アルカリ金属添加光ファイバの伝送損失を低減することが可能であると言われている。このようなアルカリ金属添加光ファイバのコアは、ＧｅＯ２やＡｌ２Ｏ３などの屈折率を上昇させるドーパントを含まず、アルカリ金属の添加量だけでなくＣｌ、フッ素などのハロゲンの添加量も微量である。
特開２００３−２６１３５１号公報 特許第４４８２９５５号公報 特許第４４８２９５４号公報 特許第４３５６１５５号公報 特許第４３５６１５４号公報 特開２００２−１４８４６５号公報 特許第４４０００２６号公報 特許第４１５５００１号公報 特許第４２４４９２５号公報 特許第４１２４２５４号公報 特許第４７４１２５１号公報 米国特許第７５６５８２０号明細書 特表２０１１−５０５３２６号公報 米国特許第７８７６９９０号明細書 特表２００５ −５３７２１０号公報 米国特許出願公開第２００６／０１３０５３０号明細書 特表２００７−５０４０８０ 号公報 特表２００８−５３６１９０ 号公報 特表２０１０−５０１８９４ 号公報 特表２００９−５４１７９６ 号公報 特表２０１０−５２６７４９ 号公報 国際公開第９８／００２３８９号 米国特許第５１４６５３４号明細書
Y. Chigusa, et al., JOURNAL OFLIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.23, NO.11, pp.3541-3550, 2005. M. Kuwazuru, et al., JOURNAL OFLIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.6, NO.2, pp.218-225, 1988. K. Noguchi, et al., JOURNAL OFLIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL.3, NO.2, pp.236-243, 1985.
しかしながら、アルカリ金属添加光ファイバは、伝送損失の低減が可能であるが、ＳｉＯ２を主成分とするシリカガラスネットワーク中での移動度が比較的大きなアルカリ金属が添加されているので、シリカガラスネットワークが切断されやすく、例えば非架橋酸素中心等の点欠陥が発生し易い。したがって、アルカリ金属添加光ファイバは、純シリカコア光ファイバと比べて耐水素特性が劣化する場合がある。
なお、耐水素特性とは、水素分子に対する光ファイバの伝送損失の安定性を表すものであって、光ファイバの長期信頼性の項目の一つである。光ファイバ敷設後に数年以上の長期間をかけて、ガラス部の周りの被覆材や光ファイバケーブル中の金属等から発生する水素ガスが光ファイバのガラス部に徐々に浸透して反応し、ＯＨ基や点欠陥が発生し、伝送損失が増加する場合がある。そこで、加速試験として、製造した光ファイバと水素との反応性について温度・水素分圧・時間に対する各依存性を調査することによって、光ファイバの使用環境下における耐用年数での水素との反応による伝送損失の増加を推定することが可能であることが知られている。
本発明者は、更に、アルカリ金属添加光ファイバでは、水素処理によって波長１５００ｎｍ帯から長波長側にかけて徐々に漸増する新たな伝送損失増加が発生することを見出した。このように、アルカリ金属添加光ファイバにおいて、長期信頼性の一つである耐水素特性が劣化する可能性があるという課題があった。また、アルカリ金属添加光ファイバでは、添加するアルカリ金属の濃度を高くすることで、ガラスのネットワーク構造の緩和が更に促進されてレイリー散乱損失が低減されるが、その一方で、ガラス中の構造不整が大きくなり、波長無依存の伝送損失増が発生する場合があるという課題もあった。
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、耐水素特性が優れた低損失のアルカリ金属添加光ファイバ、および、このような光ファイバを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製造方法は、線引炉において光ファイバ母材を線引して、平均濃度０.５原子ｐｐｍ以上のアルカリ金属を含むコア領域と該コア領域を取り囲むクラッド領域とを有するシリカガラス系の光ファイバを作製する線引工程と、線引炉の後段に設けられた加熱炉において光ファイバを加熱する加熱工程と、を備えることを特徴とする。
本発明の光ファイバ製造方法では、加熱工程において加熱炉内の温度が７００℃以上であるのが好適であり、加熱工程において加熱炉内の温度が１０００℃以上であるのが好適であり、また、加熱工程において加熱炉内の温度が１０００℃以上１５００℃以下であるのが好適である。加熱工程において加熱炉内の光ファイバの滞在時間が０.２秒以上であるのが好適であり、また、加熱工程において加熱炉内の光ファイバの滞在時間が０.２秒以上２秒以下であるのが好適である。
本発明の光ファイバ製造方法では、加熱工程において加熱炉内の光ファイバの滞在時間と加熱炉内の平均温度との積が４８０（秒・℃）以上であるのが好適である。線引工程において線速が１５０ｍ／min以上であるのが好適であり、また、線引工程において線速が１５０ｍ／min以上１０００ｍ／min以下であるのが好適である。アルカリ金属がカリウムであるのが好適である。
本発明の光ファイバは、平均濃度０.５原子ｐｐｍ以上のアルカリ金属を含むコア領域と該コア領域を取り囲むクラッド領域とを有するシリカガラス系の光ファイバであって、波長１５５０ｎｍでの伝送損失が０.１５８ｄＢ／ｋｍ以下であり、温度２５℃で７２０時間に亘り分圧１ｋＰａの水素雰囲気に暴露することによる波長１５５０ｎｍでの伝送損失の増加が０.００３ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。
または、本発明の光ファイバは、平均濃度０.５原子ｐｐｍ以上のアルカリ金属を含むコア領域と該コア領域を取り囲むクラッド領域とを有するシリカガラス系の光ファイバであって、波長１５５０ｎｍでの伝送損失が０.１５８ｄＢ／ｋｍ以下であり、温度２５℃で７２０時間に亘り分圧１ｋＰａの水素雰囲気に暴露することによる波長１５６０ｎｍ〜１６２０ｎｍでの伝送損失の増加が０.００５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。
または、本発明の光ファイバは、平均濃度０.５原子ｐｐｍ以上のアルカリ金属を含むコア領域と該コア領域を取り囲むクラッド領域とを有するシリカガラス系の光ファイバであって、波長１５５０ｎｍでの伝送損失が０.１５８ｄＢ／ｋｍ以下であり、温度４０℃で２４時間に亘り分圧２ｋＰａの重水素雰囲気に暴露した後の光ファイバであり、温度２５℃で７２０時間に亘り分圧１ｋＰａの水素雰囲気に暴露することによる波長１５５０ｎｍでの伝送損失の増加が０.００２ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。
または、本発明の光ファイバは、平均濃度０.５原子ｐｐｍ以上のアルカリ金属を含むコア領域と該コア領域を取り囲むクラッド領域とを有するシリカガラス系の光ファイバであって、波長１５５０ｎｍでの伝送損失が０.１５８ｄＢ／ｋｍ以下であり、温度４０℃で２４時間に亘り分圧２ｋＰａの重水素雰囲気に暴露した後の光ファイバであり、温度２５℃で７２０時間に亘り分圧１ｋＰａの水素雰囲気に暴露することによる波長１５６０ｎｍ〜１６２０ｎｍでの伝送損失の増加が０.００３ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。
本発明によれば、耐水素特性が優れた低損失のアルカリ金属添加光ファイバを製造することができる。
光ファイバ母材作製時の熱拡散工程を説明する図である。 実施例１〜１４の各光ファイバの諸条件および諸特性について纏めた図表である。 実施例１５〜２８の各光ファイバの諸条件および諸特性について纏めた図表である。 実施例２９〜４２の各光ファイバの諸条件および諸特性について纏めた図表である。 実施例１〜４２の各光ファイバについて、加熱炉内の光ファイバの滞在時間，加熱炉の温度および光ファイバの波長１５５０ｎｍでの伝送損失の間の関係を示すグラフである。 比較例１〜７の各光ファイバの諸条件および諸特性について纏めた図表である。 実施例１〜７および比較例１〜７の各光ファイバについて、加熱炉内の光ファイバの滞在時間と光ファイバの波長１５５０ｎｍでの伝送損失との関係を示すグラフである。 実施例１〜７，１５〜２１の各光ファイバに対する重水素処理の実施の有無それぞれでの伝送損失増加量について纏めた図表である。 実施例２９〜４２の各光ファイバに対する重水素処理の実施の有無それぞれでの伝送損失増加量について纏めた図表である。 実施例１〜７の各光ファイバについて、重水素処理の実施の有無それぞれの場合での、加熱炉内の光ファイバの滞在時間と光ファイバの波長１５５０ｎｍでの伝送損失増加量との関係を示すグラフである。 実施例１〜７の各光ファイバについて、重水素処理の実施の有無それぞれの場合での、加熱炉内の光ファイバの滞在時間と光ファイバの波長１５６０ｎｍ〜１６２０ｎｍでの伝送損失増加量の最大値との関係を示すグラフである。
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。
本実施形態の光ファイバ製造方法は、平均濃度０.５原子ｐｐｍ以上のアルカリ金属が添加されたコアを有するシリカガラス系の光ファイバ母材を作製する母材作製工程と、線引炉において光ファイバ母材を線引して光ファイバを作製する線引工程と、線引炉の後段に設けられた加熱炉において光ファイバを加熱する加熱工程とを備えて、アルカリ金属添加光ファイバを製造する。
母材作製工程では以下のようにして光ファイバ母材が作製される。なお、以下に説明する光ファイバ母材作製時の諸条件は一例である。図１は、光ファイバ母材作製時の熱拡散工程を説明する図である。
初めにシリカガラスパイプ１が用意される。このシリカガラスパイプ１は、１００原子ｐｐｍのＣｌと６,０００原子ｐｐｍのフッ素とを含み、その他の添加剤の濃度が検出下限界（１ｐｐｍ程度）以下であり、外直径が３２ｍｍであり、内直径が１５ｍｍである。このガラスパイプ１の一端にハンドリングガラスパイプ５を接続し、このハンドリングガラスパイプ５の一部を原料溜めとして使用し、その原料溜めにアルカリ金属塩原料（ＫＢｒ）３を設置する。なお、ガラスパイプ１の一部を原料溜めとして使用してもよい。
熱拡散工程に先立つ乾燥工程では、キャリアガスとして１５ＳＬＭ（標準状態に換算して１５Ｌ／分）の乾燥窒素（露点が−７６℃以下）を原料溜めに導入しながら、外部熱源（電気炉）２によって原料溜めの外部を温度６８０℃に加熱した状態を１時間維持することで、原料溜めのアルカリ金属塩原料３を乾燥する。乾燥工程における温度は、２７０℃以上で、原料アルカリ金属塩の融点未満、好ましくは８００℃以下である。
この乾燥工程の後の熱拡散工程では、原料溜めの温度を８６０℃に調整し、キャリアガスとして１ＳＬＭの乾燥酸素を原料溜め及びガラスパイプ１に導入しながら、ガラスパイプ１の外表面が温度２０００℃になるように外部熱源（酸水素バーナ）４により加熱する。このとき、酸水素バーナを３０ｍｍ／ｍｉｎの速さで移動させ、これを合計１５回実施することで、カリウムをガラスパイプ１内表面に拡散させる。このアルカリ金属を拡散したガラスパイプ１を酸水素バーナ４により加熱しながら内径が４ｍｍ直径程度になるように縮径する。
この縮径工程の後、ガス供給部からＳＦ６およびＣｌ２をガラスパイプ１に供給しながら、ガラスパイプ１を酸水素バーナ４で温度２０００℃に加熱することで、内表面が５ｍｍ直径程度となるまでガラスパイプ１の内表面の気相エッチングを実施する。
このエッチング工程の後、アルカリ金属が添加されたガラスパイプ１を、パイプ内の内圧が絶対圧力で１００ｋＰａ程度になるように排気しながら、酸水素バーナ４で温度１４００℃程度になるように加熱することで、中実化を実施して、外直径が２５ｍｍ程度のアルカリ金属添加ガラスロッドを得る。
この中実化工程の後、ガラスロッドの外部をＯＨ基がなくなるまで十分に（具体的には、外直径が中実化後の７０％程度以下になるまで）研削して、これを第一コアロッドとする。この第一コアロッドの外側に、第一コアロッドの径の３倍程度の径の第二コアを設ける。第二コアは、Ｃｌが平均で６,０００ｐｐｍ添加され、その他の添加剤が１ｐｐｍ以下であるようなシリカガラスからなる。
第一コアロッドおよび第二コアをあわせてコア部とし、さらにその外側に第一クラッド部となるフッ素が添加されたシリカガラスを合成する。第二コアと第一クラッド部との相対屈折率差（（第二コア屈折率−第一クラッド部屈折率）／第二コア部屈折率）は最大で０.３３％程度である。さらに、その外側に、第二コアとの相対屈折率差（（第二コア屈折率−第二クラッド部屈折率）／第二コア部屈折率）が０.２３％程度であるフッ素が添加されたシリカガラスを第二クラッド部として合成して、これを光ファイバ母材とする。
光ファイバ母材のコアは、アルカリ金属および塩素を平均１０００原子ｐｐｍ以上を含むが、その他のＧｅ、Ａｌ、ＰやＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕといった遷移金属などを実質的に含まない（０.５原子ｐｐｍ以下である）ことが望ましい。また、光ファイバ母材のコアは、フッ素原子を含んで良い。このとき、コア中におけるフッ素の最大濃度は２００原子ｐｐｍ以下であることが望ましい。このようにすることで。光ファイバの伝送損失を０.１８ｄＢ／ｋｍ以下に低くすることが可能である。
また、この場合、光ファイバ母材のクラッド部としてはフッ素が添加されたシリカガラスを用いて、クラッド部の屈折率をコア部の平均屈折率より低くすることが望ましい。また、光ファイバ母材のコアは、ピーク値で５００原子ｐｐｍ以上の濃度のアルカリ金属を含むと良い。この光ファイバ母材を用いて製造される光ファイバの波長１５５０ｎｍでの伝送損失を０.１６ｄＢ／ｋｍに低くすることが可能である。
線引工程では、この光ファイバ母材を線引きすることで光ファイバを作製する。この光ファイバは、平均濃度０.５原子ｐｐｍ以上のアルカリ金属（カリウム）を含むコア領域と、該コア領域を取り囲むクラッド領域とを有する。また、加熱工程では、線引炉の後段に設けられた加熱炉において光ファイバを加熱する。線引炉の下に設置する加熱炉は線引炉と連続して設置しても良い。
線引工程での線引速度が５００ｍ／minで、加熱工程での加熱炉の温度が１５００℃で、加熱炉長が５ｍである場合、得られる光ファイバの諸特性の例は以下のとおりである。カリウム濃度（コア中の平均値）は０.５原子ｐｐｍ〜１００原子ｐｐｍ程度である。伝送損失（波長１３００ｎｍ）は０.２５０〜０.３００ｄＢ／ｋｍであり、伝送損失（波長１５５０ｎｍ）は０.１５１〜０.１５５ｄＢ／ｋｍである。波長分散（波長１５５０ｎｍ）は＋２０.０〜＋２１.５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであり、分散スロープ（波長１５５０ｎｍ）は＋０.０５５〜＋０.０６５ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍである。実効断面積（波長１５５０ｎｍ）は１２５〜１４５μｍ２であり、モードフィールド径（波長１５５０ｎｍ）は１２〜１４μｍである。ファイバカットオフ波長（２ｍ）は１４００〜１６００ｎｍであり、ケーブルカットオフ波長（２２ｍ）は１３００〜１５００ｎｍである。偏波モード分散（Ｃ，Ｌバンド）は０.００１〜０.０１５ｐｓ／√ｋｍであり、非線形屈折率（波長１５５０ｎｍ、ランダム偏波状態）Ｎ２は２.１〜２.２×１０−２０ｍ２／Ｗであり、非線形係数（波長１５５０ｎｍ、ランダム偏波状態）は０.６〜０.７（Ｗ・ｋｍ）−１である。このように低伝送損失の光ファイバが得られる。
光ファイバの好ましい構造および特性は例えば下記のようなものである。光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は、０.１６０ｄＢ／ｋｍ以下に低い方が望ましく、更に望ましくは０.１５５ｄＢ／ｋｍ以下、更には０.１５３ｄＢ／ｋｍ以下であると良い。実効断面積は、波長１５５０ｎｍで７０〜１６０μｍ２程度であって良い。波長１５５０ｎｍにおける波長分散は、＋１５〜＋２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍであって良い。零分散波長は１２５０ｎｍ以上１３５０ｎｍ以下であってよい。分散スロープは、波長１５５０ｎｍにおいて＋０.０５〜＋０.０７ｐｓ／ｎｍ２／ｋｍであってよい。波長１３８０ｎｍにおける伝送損失は、０.８ｄＢ／ｋｍ以下に低い方が好ましく、０.４ｄＢ／ｋｍ以下であると更に良く、また、０.３ｄＢ／ｋｍ以下であると最も好ましい。
波長１５５０ｎｍ帯における偏波モード分散は、０.２ｐｓ／√ｋｍ以下であって良い。ケーブルカットオフ波長は、１５３０ｎｍ以下であると良く、ラマン増幅に用いるポンプ波長となる１４５０ｎｍ以下であると更に良く、また、標準的なシングルモードファイバと同様に１２６０ｎｍ以下であってもよい。コア部の直径は５〜１５μｍ程度であり、コア部とクラッド部との相対屈折率差（（コア部屈折率−クラッド部屈折率）／コア部屈折率）は０.１〜０.７％程度である。光ファイバのガラス部の外周の直径は１１０〜１５０μｍ程度であってよく、樹脂によって被覆された光ファイバの外周の直径は２００〜３００μｍ程度であると良い。
このような光ファイバは、特に長距離光通信の光伝送システムの光伝送路として好適に用いられる。
本発明者らは、平均濃度０.５原子ｐｐｍ以上のアルカリ金属を含むコアを有するシリカガラス系の光ファイバ母材を線引炉において線引して光ファイバを製造する際に、線引炉の後段に設けられた加熱炉において該光ファイバを加熱することで、耐水素特性が優れた低損失（すなわち構造不整に起因する損失を低減可能）のアルカリ金属添加光ファイバを高線速で（すなわち効率的に）製造することができることを見出した。
すなわち、加熱炉長は、線引機構造上の問題がない長さである５ｍとすることができた。線引速度は、生産性を著しく低減することがない１５０ｍ／min以上とすることができた。また、更に伝送損失の低減が可能であった。更に、光ファイバ母材のコア部に添加するアルカリ金属の濃度を１００原子ｐｐｍ以下にするとともに線引速度および加熱炉を所定範囲にすることで、光ファイバの耐水素特性、特に１５００ｎｍ帯から徐々に長波長側にかけて漸増する新たな損失増は、加熱炉を設置せずに製造した光ファイバに比べて、加熱炉を設置した光ファイバの方が、著しく改善した。これは、製造されたアルカリ金属添加光ファイバに存在する点欠陥が、該光ファイバの加熱炉通過時のガラスネットワーク構造の緩和により修復されて、点欠陥の数が減少することに因ると推定される。
また、光ファイバは、予め２０℃以上（好ましくは４０℃以上）で（Ｄ２分圧）×（処理時間）が５０ｋＰａ・hour以上となる条件で重水素（Ｄ２）ガスに暴露するのが好ましい。本発明者らは、この結果、アルカリ金属添加光ファイバが水素と反応することによる伝送帯域（波長１３００ｎｍ〜１６００ｎｍ帯など）における伝送損失の劣化が抑制され、更に耐水素特性が改善されることも見出した。波長１５５０ｎｍの伝送損失は、０.１５８ｄＢ／ｋｍ、好ましくは０.１５４ｄＢ／ｋｍ、更に好ましくは０.１５２ｄＢ／ｋｍ以下とすることができる。水素曝露後の波長１５５０ｎｍでの伝送損失増は、０.００３ｄＢ／ｋｍ以下、好ましくは０.００２ｄＢ／ｋｍ以下、とすることができる。水素曝露後の１５２０〜１６２０ｎｍでの伝送損失増は、０.００５ｄＢ／ｋｍ以下、好ましくは０.００３ｄＢ／ｋｍとすることができる。
図２は、実施例１〜１４の各光ファイバの諸条件および諸特性について纏めた図表である。図３は、実施例１５〜２８の各光ファイバの諸条件および諸特性について纏めた図表である。図４は、実施例２９〜４２の各光ファイバの諸条件および諸特性について纏めた図表である。各実施例では、濃度１５〜６０原子ｐｐｍ以上のカリウムを含むコアを有するシリカガラス系の光ファイバ母材を線引して光ファイバを製造した。製造された光ファイバのコアにおけるカリウム濃度は０.５〜２原子ｐｐｍであった。加熱炉における加熱温度を、３２℃、５００℃、７５０℃、１０００℃、１２５０℃および１５００℃の６条件の何れかとした。線引炉における線速を、１５０ｍ／min、３００ｍ／min、５００ｍ／min、７００ｍ／min、１０００ｍ／min、１５００ｍ／minおよび２５００ｍ／minの７条件の何れかとした。すなわち、加熱炉における加熱温度および線引炉における線速について４２とおりの条件を設定した。加熱炉の長さは５ｍであった。図２〜図４は、各条件での、加熱炉内の光ファイバの滞在時間、加熱炉の温度と加熱炉内の滞在時間との積、加熱炉内での光ファイバの平均冷却速度、光ファイバの波長１５５０ｎｍでの伝送損失、光ファイバのレイリー散乱係数および構造不整に起因する損失を示す。
図５は、実施例１〜４２の各光ファイバについて、加熱炉内の光ファイバの滞在時間，加熱炉の温度および光ファイバの波長１５５０ｎｍでの伝送損失の間の関係を示すグラフである。同図は、加熱炉内の光ファイバの滞在時間を横軸とし、加熱炉の温度を縦軸とした平面において、各条件のときの光ファイバの波長１５５０ｎｍでの伝送損失を示す。同図に示されるとおり、加熱炉の温度が高く且つ加熱炉内の光ファイバの滞在時間が長いほど、レイリー散乱ロスに加えて構造不整に起因するロスも低減することができ、伝送損失を低減できる。加熱炉の温度が７００℃以上であって且つ加熱炉温度と滞在時間との積が４８０℃ｓ以上であれば、波長１５５０ｎｍでの光ファイバの伝送損失を０.１５８ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。加熱炉の温度は１０００℃以上であることが望ましい。設備実現性を考慮すると、加熱炉温度は、現状の技術では１５００℃であるが、将来は２０００℃に程度に上昇することも可能である。その際は、より高線速で低損失化を図ることも可能である。また、加熱炉内の光ファイバの滞在時間は０.３秒以上であることが更に好ましく、生産性を考慮すると加熱炉内の光ファイバの滞在時間は２秒以下であることが望ましい。
図６は、比較例１〜７の各光ファイバの諸条件および諸特性について纏めた図表である。比較例１〜７の各光ファイバは、コアにアルカリ金属が添加されていない純シリカコア光ファイバである。加熱炉における加熱温度を１５００℃とした。線引炉における線速を、１５０ｍ／min、３００ｍ／min、５００ｍ／min、７００ｍ／min、１０００ｍ／min、１５００ｍ／minおよび２５００ｍ／minの７条件の何れかとした。加熱炉の長さは５ｍであった。同図は、各条件での、加熱炉内の光ファイバの滞在時間、加熱炉の温度と加熱炉内の滞在時間との積、加熱炉内での光ファイバの平均冷却速度、光ファイバの波長１５５０ｎｍでの伝送損失、光ファイバのレイリー散乱係数および構造不整に起因する損失を示す。
図７は、実施例１〜７および比較例１〜７の各光ファイバについて、加熱炉内の光ファイバの滞在時間と光ファイバの波長１５５０ｎｍでの伝送損失との関係を示すグラフである。実施例１〜７および比較例１〜７の何れも加熱炉における加熱温度は１５００℃であった。同図に示されるとおり、加熱炉の温度が１５００℃であるとき、比較例の純シリカコア光ファイバの場合、波長１５５０ｎｍでの伝送損失を０.１５８ｄＢ／ｋｍ以下とするためには、加熱炉内の光ファイバの滞在時間を１.０秒以上することが必要である。加熱炉内の光ファイバの滞在時間を１.０秒とした場合、実施例のアルカリ金属添加光ファイバは、比較例の純シリカコア光ファイバと比べて、伝送損失を０.００８ｄＢ／ｋｍ程度低減するこができる。
図８は、実施例１〜７，１５〜２１の各光ファイバに対する重水素処理の実施の有無それぞれでの伝送損失増加量について纏めた図表である。図９は、実施例２９〜４２の各光ファイバに対する重水素処理の実施の有無それぞれでの伝送損失増加量について纏めた図表である。これらの図には、重水素処理の実施の有無それぞれの場合で、波長１５５０ｎｍでの伝送損失増加量、波長１５３０ｎｍ〜１５７０ｎｍでの伝送損失増加量の最大値、波長１５６０ｎｍ〜１６２０ｎｍでの伝送損失増加量の最大値、および、波長１３８０ｎｍでの伝送損失増加量が示されている。なお、伝送損失増加量とは、水素処理前に対する水素処理後の伝送損失の増加量である。何れの波長においても、重水素処理を行った光ファイバの方が伝送損失増加量は小さかった。
重水素処理の有無に関する光ファイバの伝送損失増加量の評価の手順は以下のとおりである。
(1) 実施例１〜７，１５〜２１それぞれについて各々長さ２ｋｍの２本の光ファイバを準備した。
(2) 一方の光ファイバについては、重水素ガス分圧２ｋＰａ，処理温度４０℃および処理時間２４ｈｒの重水素処理を行い、その後、ガラスと反応せずに分子としてガラス中に残っている重水素を取り除くために、２週間以上に亘って室温で大気中に放置した。他方の光ファイバについては、重水素処理を行わなかった。
(3) これら２本の光ファイバそれぞれの伝送損失（初期伝送損失）を測定した。
(4) これら２本の光ファイバそれぞれについて、温度２５℃で分圧１ｋＰａの水素ガスを含む雰囲気に７２０ｈｒ（３０日間）に亘って放置し、その後、ガラスと反応せずに分子としてガラス中に残っている水素を取り除くために、２週間以上に亘って室温で大気中に放置した。
(5) これら２本の光ファイバそれぞれの伝送損失（水素処理後伝送損失）を測定した。
(6) これら２本の光ファイバそれぞれについて水素処理後伝送損失から初期伝送損失を差し引くことで伝送損失増加量を求めた。
図１０は、実施例１〜７の各光ファイバについて、重水素処理の実施の有無それぞれの場合での、加熱炉内の光ファイバの滞在時間と光ファイバの波長１５５０ｎｍでの伝送損失増加量との関係を示すグラフである。ここで、重水素処理を実施した場合で、加熱炉による加熱をしなかった場合の波長１５５０ｎｍでの伝送損失増加量は０.００２３ｄＢ／ｋｍであった。図１１は、実施例１〜７の各光ファイバについて、重水素処理の実施の有無それぞれの場合での、加熱炉内の光ファイバの滞在時間と光ファイバの波長１５６０ｎｍ〜１６２０ｎｍでの伝送損失増加量の最大値との関係を示すグラフである。ここで、重水素処理を実施した場合で、加熱炉による加熱をしなかった場合の波長１５６０ｎｍ〜１６２０ｎｍでの伝送損失増加量の最大値は０.００３３ｄＢ／ｋｍであった。
これらの図に示されるとおり、重水素処理を実施した場合、線引後の光ファイバを加熱炉にて加熱することで、水素処理による伝送損失増加量を低減できることが分かる。加熱炉内の光ファイバの滞在時間が短い場合（０.２秒未満）で効果はなく、加熱炉内の光ファイバの滞在時間は０.２秒以上が望ましいことが分かる。
また、重水素処理を実施しなかった光ファイバに比べて、重水素処理を実施した光ファイバでは、水素処理後の伝送損失増加量を約０.００１ｄＢ／ｋｍ低減できる。例えば、重水素処理を行うことで、加熱炉内の光ファイバの滞在時間によらず、光ファイバの波長１５５０ｎｍでの伝送損失増加量を０.００２ｄＢ／ｋｍ以下にすることができ、波長１５６０ｎｍ〜１６５０ｎｍでの伝送損失増加量を０.００３ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。また、例えば、重水素処理の有無に関わらず、光ファイバの波長１５５０ｎｍでの伝送損失増加量を０.００３ｄＢ／ｋｍ以下にするとともに、波長１５６０ｎｍ〜１６２０ｎｍでの伝送損失増加量を０.００５ｄＢ／ｋｍ以下にする場合は、加熱炉の滞在時間を０.２秒以上にすれば良い。また、加熱炉内の光ファイバの滞在時間を長くすることで、重水素処理の有無に関わらず、光ファイバの伝送損失増加量を低減することができる。
１…ガラスパイプ、２…熱源、３…アルカリ金属原料、４…外部熱源、５…ハンドリングガラスパイプ。

Claims (10)

  1. 線引炉において光ファイバ母材を線引して、平均濃度０.５原子ｐｐｍ以上のアルカリ金属を含むコア領域と該コア領域を取り囲むクラッド領域とを有するシリカガラス系の光ファイバを作製する線引工程と、
    前記線引炉の後段に設けられた加熱炉において前記光ファイバを加熱する加熱工程と、
    を備えることを特徴とする光ファイバ製造方法。
  2. 前記加熱工程において前記加熱炉内の温度が７００℃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製造方法。
  3. 前記加熱工程において前記加熱炉内の前記光ファイバの滞在時間が０.２秒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製造方法。
  4. 前記加熱工程において前記加熱炉内の前記光ファイバの滞在時間と前記加熱炉内の平均温度との積が４８０（秒・℃）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製造方法。
  5. 前記線引工程において線速が１５０ｍ／min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製造方法。
  6. 前記アルカリ金属がカリウムであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ製造方法。
  7. 平均濃度０.５原子ｐｐｍ以上のアルカリ金属を含むコア領域と該コア領域を取り囲むクラッド領域とを有するシリカガラス系の光ファイバであって、
    波長１５５０ｎｍでの伝送損失が０.１５８ｄＢ／ｋｍ以下であり、
    温度２５℃で７２０時間に亘り分圧１ｋＰａの水素雰囲気に暴露することによる波長１５５０ｎｍでの伝送損失の増加が０.００３ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
  8. 平均濃度０.５原子ｐｐｍ以上のアルカリ金属を含むコア領域と該コア領域を取り囲むクラッド領域とを有するシリカガラス系の光ファイバであって、
    波長１５５０ｎｍでの伝送損失が０.１５８ｄＢ／ｋｍ以下であり、
    温度２５℃で７２０時間に亘り分圧１ｋＰａの水素雰囲気に暴露することによる波長１５６０ｎｍ〜１６２０ｎｍでの伝送損失の増加が０.００５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
  9. 平均濃度０.５原子ｐｐｍ以上のアルカリ金属を含むコア領域と該コア領域を取り囲むクラッド領域とを有するシリカガラス系の光ファイバであって、
    波長１５５０ｎｍでの伝送損失が０.１５８ｄＢ／ｋｍ以下であり、
    温度４０℃で２４時間に亘り分圧２ｋＰａの重水素雰囲気に暴露した後の光ファイバであり、温度２５℃で７２０時間に亘り分圧１ｋＰａの水素雰囲気に暴露することによる波長１５５０ｎｍでの伝送損失の増加が０.００２ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
  10. 平均濃度０.５原子ｐｐｍ以上のアルカリ金属を含むコア領域と該コア領域を取り囲むクラッド領域とを有するシリカガラス系の光ファイバであって、
    波長１５５０ｎｍでの伝送損失が０.１５８ｄＢ／ｋｍ以下であり、
    温度４０℃で２４時間に亘り分圧２ｋＰａの重水素雰囲気に暴露した後の光ファイバであり、温度２５℃で７２０時間に亘り分圧１ｋＰａの水素雰囲気に暴露することによる波長１５６０ｎｍ〜１６２０ｎｍでの伝送損失の増加が０.００３ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
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