JP2645709B2 - 光ファイバ用母材及びその製造方法 - Google Patents

光ファイバ用母材及びその製造方法

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    • C03B2201/12Doped silica-based glasses doped with boron or fluorine or other refractive index decreasing dopant doped with fluorine

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光フアイバ用母材の製造方法に関し、詳しく
はシングルモードフアイバ、特に1.55μm波長帯で零分
散となる分散シフト型シングルモードフアイバ用母材の
製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来の光フアイバ製造技術の一つに、第2図に示すよ
うにコア用ガラスロツド4をクラツド用ガラスパイプ5
の中空部に挿入した状態で、これを加熱により溶着一体
化(コラツプスと称する)して、コア/クラツドからな
る構成体7を作製し、該構成体7を高温炉を用いて線引
きし光フアイバとする方法があり、ロツドインチユーブ
法として知られている。
近年、分散シフト型等のシングルモードフアイバの開
発が進んでいるが、この種のフアイバは、コアとクラツ
ドの屈折率差が大きく、コア径が小さく、しかもクラツ
ド径/コア径(比)が大きいという構造が要求される。
前記したロツドインチユーブ法により、コア径が小さ
く、クラツド径/コア径比の大きなシングルモードフア
イバ母材を作製するには、コラツプスまでの操作を繰返
す或は第3図に示すようにコア/クラツドからなる構成
体7の外周に、更にバーナ9の火炎中に合成したガラス
微粒子(スート)10を堆積してクラツド用スート体8を
形成する方法(例えば特願昭61-72433号公報)等が知ら
れている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記した従来技術によつてシングルモ
ードフアイバ、特にフアイバ断面の屈折率分布が第1図
(a)又は(b)に示す構造で、コア1が純粋石英(Si
O2)ガラスからなり、クラツド2がフツ素含有石英(F-
SiO2)ガラスからなり、コアとクラツドの比屈折率差が
0.5%以上となる分散シフト型シングルモードフアイバ
を作製すると、伝送損失の小さなフアイバが得られない
という問題があつた。
本発明はシングルモードフアイバ、特にコアがSiO2
ラス、クラツドがF-SiO2ガラスからなり、1.55μmで零
分散となる分散シフト型シングルモードフアイバであつ
て、伝送損失の小さなフアイバを、ロツドインチユーブ
法を利用した方法で製造すること及びこれによる光フア
イバ用母材を目的としてなされたものである。
〔問題点を解決するための手段及び作用〕
本発明はSiO2ガラスからなるコア用ロツドをその比屈
折率差がSiO2ガラスよりも0.5%以上小さいクラツド用
パイプの中空部内に挿入して加熱することにより両者を
溶着一体化する工程を有する光フアイバ用母材の製造方
法において、上記クラツド用パイプとして外径50mm以下
のフツ素含有SiO2ガラスパイプを用い、かつ溶着一体化
した後のコア径Aおよびクラツド径Bが の上記条件を満足するようにコア用ロツド及びクラツド
用パイプのサイズを決め、コアガラス表面が滑らかにな
るように水素を含む火炎を加熱源として用いて加熱し一
体化することを特徴とする光フアイバ用母材の製造方
法、及びSiO2ガラスからなるコア用ロツドをその比屈折
率差がSiO2ガラスよりも0.5%以上小さく外径50mm以下
のクラツド用フツ素含有SiO2ガラスパイプの中空部内に
挿入し溶着一体化してなる光フアイバ用母材において、
溶着一体化した後のコア径Aおよびクラツド径Bが A≧2mm B/A≧6 1/2(B−A)≧7mm の上記条件を満足するものであることを特徴とする光フ
アイバ用母材であり、これにより伝送特性に優れた1.55
μm帯零分散シフトシングルモードフアイバを効率の良
いロツドインチユーブ法を利用して製造することを実現
するものである。
以下に本発明に到達した経緯から始めて、本発明を詳
細に説明する。
コアがSiO2、クラツドがF-SiO2ガラスからなり第1図
(a)又は(b)に示す屈折率分布構造であつて、分散
シフト型等のコア・クラツドの比屈折率差が0.5以上と
大きく、かつコア径が5μm程度と小さなフアイバを作
製しようとすると、クラツドへのフツ素(F)添加量を
大きくとる必要があり、また、クラツド径/コア径比を
大きく形成する必要がある。
ところでSiO2にフツ素(F)を添加してF-SiO2とする
と、その物性がSiO2とは異つてくるが、特に粘性におい
て大きく変化し、Fの添加によつてSiO2の粘性は大巾に
低下する。F添加量の多いシングルモードフアイバでは
これが特に顕著になる。
コラツプス法で本発明の目的とする細径SiO2コア、太
径のF-SiO2クラツドからなる構造体の作製を試みると、
加熱の際にクラツドガラスがより軟かくなるため、この
クラツドガラスがコアガラスにより低温状態で溶着して
しまい、コアガラス表面が充分な加熱による滑らかな状
態(アレのない状態)となる以前に一体化してしまう。
そのためにコア−クラツド界面にはアレが残る度合が大
きくなり、これがフアイバの伝送損失の劣下を招く大き
な要因となつていた。
また、F-SiO2ガラスにおいては、SiO2ガラスに比し
て、金属イオン等の拡散速度が高温下で大きく、特にF
濃度の高いガラスでは、コラツプスまたは線引等の加熱
工程において、外部から混入する、光フアイバの伝送特
性に有害な金属やOH基等の不純物が、コア近辺に拡散す
る度合が高くなる。これによつても光フアイバの伝送損
失が大きく劣下する。
そこで本発明者らは、上記の物性差による影響ができ
るだけ小さくなるような、加熱工程での加熱源、そのと
きのコアとクラツドのサイズ等を求めて、詳細に検討し
実験を重ねた。
この結果、クラツドとなるF-SiO2ガラスパイプとし
て、屈折率値がSiO2ガラスに比べ比屈折率差で0.5%以
上小さな場合、パイプの外径が50mmより小さいパイプを
用いて、加熱源として水素を含む火炎を用いてコラツプ
スを行ない、さらにコラツプス後のコア径をA、クラツ
ド径をBとするとき、下記の A≧2mm、 B/A≧6、(B−A)≧7mm の条件を満せば、うまくコラツプスでき、また不純物、
特に残留水分の影響も、実用フアイバとしては無視でき
る程小さなSiO2コアの分散シフトシングルモードフアイ
バが得られることが判つた。
本発明に用いるF-SiO2ガラスからなるクラツド用のパ
イプは、例えば特願昭53-137659号明細書、同58-195209
号明細書、同60-103997号明細書等に提案される方法に
より、径方向に比較的均一にFが添加された高純度な石
英ガラス母材を作製することができるので、該母材中央
に機械的に穿孔することにより所望のパイプを得ること
ができる。該クラツドパイプの外径は50mm以下、肉厚は
20mm以下が好ましい。これらの値を越えるとコア部表面
を充分に高温とすることが難かしくなるからである。
コアのSiO2ガラスロツドは、原料ガス中にGeO2等のド
ーパントを導入しない条件でSiO2スート体を作製し、こ
れをCl2等の塩素系ガスで充分に脱水処理した後、さら
に加熱して透明化することにより所望のガラスロツドを
作製できる。
以上のようなクラツド用F-SiO2パイプの中空部にコア
用SiO2ロツドを挿入した状態で、水素を含む火炎で該パ
イプの外側から加熱しコラツプスする。
本発明に用いられる水素を含む火炎としては、例えば
H2/O2炎、天然ガス/O2炎、メタン/O2やプロパン/O2
等の炭化水素/O2炎等が手軽で強い火力が得られる点で
好ましい。
コラツプス後のコア径Aとクラツド径Bについては、
まずA≧2mmが好ましく、これはこの径よりも細くなる
と、コラツプス過程にてコアが蛇行し易くなり、コア周
辺に気泡を巻き込んだり、コアの偏心が大きなものとな
つたりして良好なコラツプス体が得られないからであ
る。
またB/A≧6及び(B−A)≧7mmという条件
は、いずれも得られるフアイバの伝送損失に大きな影響
を与える残留水分量を所定の値に制限するという理由に
よる。
コアとクラツドの比屈折率差が0.5%で、コア径が5
μm、フアイバ外径が125μmの第1図(a)の構造の
フアイバを、H2/O2炎によるコラツプスと、第3図に示
すスート堆積法を組合せて合成した。このとき、コラツ
プス後のBを24mmと一定値にしてコア用ロツド外径Aの
値を主に変えて、クラツド径/コア径すなわちB/Aを変
化させた場合の、光フアイバの1.38μmにおける伝送ロ
スの変化を調べた。1.38μmでの伝送ロスは残留OH量を
推定できる。この結果は第4図のグラフに示すとおりで
あつて、本発明の範囲のB/Aが6以上で伝送ロスが急激
に低下していることが判る。
〔実施例〕
実施例及び比較例 VAD法により高純度なSiO2ガラスロツドを合成し、こ
れをヒータがカーボンである抵抗炉を用いて、所定の外
径に延伸した。一方、比屈折率差でSiO2ガラスに比べ0.
7%低い屈折率のF含有SiO2ガラスロツドをVAD法により
合成し、これらの中央を穿孔し、次に延伸して所定サイ
ズのクラツド用パイプを作製した。表1にロツドとパイ
プの組合せを示す。No.1〜No.3が本発明品(実施例)で
あり、No.4〜No.6は比較品(比較例)である。
以上のガラスロツドをクラツド用ガラスパイプの中空
部に挿入し、両者の界面にCl2 300cc/分及びSF6 500cc/
分を導入しながら、H2/O2炎バーナにより約1800℃に加
熱し、パイプの一端より該パイプを収縮させることによ
り、上記コアロツドとクラツドパイプとを溶着一体化さ
せた(第2図参照)。得られた構成体を延伸し、この延
伸体の外周部に第3図の構成のVAD法によりSiO2スート
を堆積させた。SiO2スート層の厚さは、これをフツ素添
加及び透明化して線引用プリフオームとした後、外径12
5μmのフアイバに線引きしたとき、コア径が5μmと
なるような所定厚さとした。該スート体を表1の第1ス
テツプの条件で脱水し、第2ステツプの条件でフツ素添
加し、第3ステツプの条件で透明化してフアイバ母材と
し、線引きし、外径125μm、コア5μmのフアイバを
得た。
得られた各フアイバの波長1.38μmにおける損失(α
1.38)を測定した。これ等の結果を表2に示す。
表2の結果からコア径Aおよびクラツド径Bが本発明
の限定する範囲、条件を満足する場合に伝送損失特性が
優れたシングルモードフアイバとなつていることが明ら
かに判る。
〔発明の効果〕 以上の説明及び実施例、比較例の結果から明らかなよ
うに、本発明の製法及び本発明による光フアイバ用母材
は、従来のロツドインチユーブ・コラツプスを利用した
方法では伝送損失の小さなフアイバが得られなかつた、
SiO2コア/F-SiO2クラツドで第1図(a)、(b)に示
す屈折率分布のシングルモードフアイバで伝送損失が小
さいものの製造を可能とし、特にこの種の分散シフト型
シングルモードフアイバで伝送損失の小さなものを実現
できる点で、非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)及び(b)は本発明に係わるシングルモー
ドフアイバの屈折率分布構造及びガラス組成を説明する
図である。 第2図及び第3図は本発明の実施態様の説明図であつ
て、第2図はコラツプス工程を、第3図はスート堆積工
程を示す。 第4図はクラツド径/コア径比:B/Aと波長1.38μmにお
ける伝送ロス(dB/Km)の関係を示す図表である。
フロントページの続き (72)発明者 金森 弘雄 神奈川県横浜市栄区田谷町1番地 住友 電気工業株式会社横浜製作所内 (56)参考文献 特開 昭60−239334(JP,A) 特開 昭59−202401(JP,A) 特開 昭62−167235(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】SiO2ガラスからなるコア用ロツドをその比
    屈折率差がSiO2ガラスよりも0.5%以上小さいクラツド
    用パイプの中空部内に挿入して加熱することにより両者
    を溶着一体化する工程を有する光フアイバ用母材の製造
    方法において、上記クラツド用パイプとして外径50mm以
    下のフツ素含有SiO2ガラスパイプを用い、かつ溶着一体
    化した後のコア径Aおよびクラツド径Bが A≧2mm B/A≧6 1/2(B−A)≧7mm の上記条件を満足するようにコア用ロツド及びクラツド
    用パイプのサイズを決め、コアガラス表面が滑らかにな
    るように水素を含む火炎を加熱源として用いて加熱し一
    体化することを特徴とする光フアイバ用母材の製造方
    法。
  2. 【請求項2】SiO2ガラスからなるコア用ロツドをその比
    屈折率差がSiO2ガラスよりも0.5%以上小さく外径50mm
    以下のクラツド用フツ素含有SiO2ガラスパイプの中空部
    内に挿入し溶着一体化してなる光フアイバ用母材におい
    て、溶着一体化した後のコア径Aおよびクラツド径Bが A≧2mm B/A≧6 1/2(B−A)≧7mm の上記条件を満足するものであることを特徴とする光フ
    アイバ用母材。
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