JP3407683B2 - クラッドに屈折率不均一層を有する光ファイバプリフォームおよびその製造方法 - Google Patents

クラッドに屈折率不均一層を有する光ファイバプリフォームおよびその製造方法

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  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、同一工程により形
成されたコアと芯付クラッドの周囲に、次工程で外付ク
ラッドを形成したクラッド間の境界面が明確な光ファイ
バプリフォーム、およびその製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】光ファイバの原材料である光ファイバプ
リフォームは、コアとクラッドとからなっている。光フ
ァイバプリフォームの製造方法には、コアやクラッドと
なる堆積層を順次形成する外付け蒸着法(OVD法)
や、一挙に両方の堆積層を連続して形成する気相軸付け
法(VAD法)がある。いずれの方法でも小型の光ファ
イバプリフォームしか得られない。一度に大量の光ファ
イバを製造するためには、大型の光ファイバプリフォー
ムが必要である。大型の光ファイバプリフォームは、通
常、気相軸付け法でコアと芯付クラッドからなるコアロ
ッドを形成した後、外付け蒸着法で、コアロッドを軸回
転しつつ軸方向にガラス微粒子を層状に堆積させ焼結す
ることにより芯付クラッドと同質な外付クラッドを形成
する2段階の方法で製造されている。この光ファイバプ
リフォームの屈折率を測定して品質検査する際、芯付ク
ラッドと外付クラッドとの境界面が不明瞭なため、光フ
ァイバプリフォームのカットオフ波長や偏波モード分散
やコアの偏芯を管理する上で重要な、外付クラッドの軸
方向での厚みの変動、断円面での偏芯や楕円化の測定が
できないという問題があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の課題を
解決するためなされたもので、2段階で形成される芯付
クラッドおよび外付クラッドの境界面が明確であり、厚
みの変動、断円面での偏芯や楕円化の測定が可能な光フ
ァイバプリフォーム、およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めになされた本発明の光ファイバプリフォームは、実施
例に対応した光ファイバプリフォームの直径に対する屈
折率を示す図面により説明すると以下のとおりである。
【0005】光ファイバプリフォーム1は、図1に示す
とおり、コア3と芯付クラッド4とからなるコアロッド
2が、芯付クラッド4と同質な外付クラッド6で取り囲
まれている光ファイバプリフォームにおいて、芯付クラ
ッド4と外付クラッド6との間に、これらのクラッドガ
ラス中に含まれる屈折率調整ドープ材の濃度が相違した
屈折率不均一層5を有し、光ファイバプリフォーム1の
径Dに対するコアロッド2の径dの比d/Dが少なくと
も0.2である
【0006】の値が0.2より小さいと、線引きして
125μmの光ファイバとしたとき、屈折率不均一層5
の径が25μmであり、伝送波長1.31μmのモード
フィールド径(9.5μm)より大きいが、カットオフ
波長λc等の伝送特性に悪影響を及ぼす。
【0007】屈折率不均一層5と、芯付クラッド4や外
付クラッド6との屈折率の差は、10−4〜1.5×1
−3であることが好ましい。10−4以下であると、
光ファイバプリフォームの品質検査の際、屈折率測定の
精度を下回り、正確な測定ができない。1.5×10
−3以上であると、屈折率不均一層5の屈折率と、芯付
クラッド4や外付クラッド6の屈折率との差が大きすぎ
るため光ファイバの伝送特性を低下させてしまう。
【0008】本発明の光ファイバプリフォームの製造方
法は、図1および図2に示すように、第一工程により形
成したコア3と芯付クラッド4とからなるコアロッド2
外周に、次工程により芯付クラッド4と同質な外付クラ
ッド6を形成するためのガラス微粒子を堆積する途中
で、ガラス微粒子の生成温度または堆積速度を上昇させ
て緻密な層7を形成し、屈折率調整ドープ材注入の際、
緻密層7により注入を阻害させて、これらのクラッドガ
ラス中に含まれる屈折率調整ドープ材の濃度を変化さ
せ、芯付クラッド4と外付クラッド6との間に屈折率不
均一層5を形成する光ファイバプリフォームの製造方法
であって、前記光ファイバプリフォームの径に対する前
記コアロッドの径の比が少なくとも0.2とする
【0009】屈折率調整ドープ材は、堆積したガラス微
粒子を焼結する際に(図3参照)注入される塩素ガスで
あることが好ましい。
【0010】ガラス微粒子の堆積には、図2に示すよう
に、コアロッド2を軸回転しつつ、ガラス微粒子を生成
する酸水素バーナ12が軸方向に移動する装置が用いら
れる。ガラス微粒子生成温度の上昇は、酸水素火炎バー
ナ12への水素ガス供給量を増加することにより行う。
ガラス微粒子堆積速度の上昇は、バーナ12へ供給する
ガラス原料量の増加、コアロッド2の軸回転速度の減
速、バーナ12の移動速度の減速により行う。
【0011】焼結の際に注入された塩素ガスは、焼結後
のガラス中にわずかに残存する。塩素ガスが1000p
pm残存すると屈折率は約10−5増加する。緻密層7
により内部への塩素ガスの注入が阻害される結果、芯付
クラッド4や外付クラッド6よりも相対的に屈折率が小
さな屈折率不均一層5が形成される。
【0012】光ファイバプリフォームの製造方法は、第
一工程により形成したコア3と芯付クラッド4とからな
るコアロッド2外周に、次工程により芯付クラッド4と
同質な外付クラッド6を形成するためのガラス微粒子の
堆積開始時に、ガラス微粒子に含まれる屈折率調整ドー
プ材の量を増減させて、これらのクラッドガラス中に含
まれる屈折率調整ドープ材の濃度を変化させ、芯付クラ
ッド4と外付クラッド6との間に屈折率不均一層5を形
光ファイバプリフォームの製造方法であって、前記光
ファイバプリフォームの径に対する前記コアロッドの径
の比を少なくとも0.2にすることによっても実施でき
る。屈折率増加性の屈折率調整ドープ材としてはゲルマ
ニウムを含む化合物が挙げられ、屈折率減少性の屈折率
調整ドープ材としてはフッ素を含む化合物が挙げられ
る。
【0013】光ファイバプリフォームの製造方法は、第
一工程により形成したコア3と芯付クラッド4とからな
るコアロッド2表面に、屈折率調整ドープ材を拡散させ
て、クラッドガラス中に含まれる屈折率調整ドープ材濃
度の変化を生じさせ、次工程により芯付クラッド4と同
質な外付クラッド6を形成するためのガラス微粒子を堆
積させ、芯付クラッド4と外付クラッド6との間に屈折
率不均一層5が形成する光ファイバプリフォームの製造
方法であって、前記光ファイバプリフォームの径に対す
る前記コアロッドの径の比を少なくとも0.2にする
とによっても実施できる。具体的には、コアロッド2を
酸水素バーナで加熱してコアロッド2表面に水酸基を拡
散させる。これにより、コアロッド2表面で、屈折率が
変化し屈折率不均一層5が形成される。
【0014】コアロッド2表面をフッ化水素酸溶液に浸
すことにより、屈折率調整ドープ材濃度の変化を生じさ
せてもよい。コアロッド2表面を15〜50%のフッ化
水素酸溶液に浸すと、フッ素原子をコアロッド2表面に
拡散させることができる。
【0015】この光ファイバプリフォームは、芯付クラ
ッド4と外付クラッド6との境界面が明確である。その
ため、光ファイバプリフォームの品質検査や特性の管理
を容易かつ正確に行うことができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を詳細に説
明する。図1には、本発明を適用する光ファイバプリフ
ォームの実施例における、光ファイバプリフォームの直
径に対する屈折率を示している。
【0017】本発明の光ファイバプリフォームは、図1
に示すとおり、屈折率が大きなコア3と、コア3より屈
折率が小さな芯付クラッド4とからなるコアロッド2の
外周に、屈折率不均一層5を有している。屈折率不均一
層5では、ガラス中の屈折率調整ドープ材の濃度が芯付
クラッド4より低いため、相対的に芯付クラッド4の屈
折率より低くなっている。その周囲には芯付クラッド4
と屈折率が同等な外付クラッド6を有している。
【0018】この光ファイバプリフォームは以下のよう
にして製造される。気相軸付け法により、四塩化ゲルマ
ニウムの含まれた四塩化ケイ素を酸水素火炎に供給し、
生成したガラス微粒子を始発棒先端に堆積させ、その外
周に、四塩化ケイ素から得た別なガラス微粒子を堆積さ
せる。これを焼結して直径13mmのコア3と芯付クラ
ッド4とからなる直径50mmのコアロッド2とする。
【0019】このコアロッド2を、図2に示すように、
チャック14、15に取り付け、モータ13により軸回
転させる。ねじ棒17に螺合した酸水素火炎バーナ12
は、モータ16により、コアロッド2の軸方向で往復し
ている。外付け蒸着法により、バーナ12の酸水素火炎
11から生成するガラス微粒子を、コアロッド2の外周
に多層状に堆積させる。第1〜7層の堆積層の形成時に
は、バーナ12に供給する水素ガス量を一定にする。次
いで第8〜10層の堆積層を形成する間、水素ガス量を
20%増量し酸水素火炎温度を上昇させることにより、
緻密層7を形成する。第11層以降の堆積層を形成する
際には、第1〜7層の堆積層形成時の水素ガス量に戻
す。直径が250mmになるまで、ガラス微粒子を数十
層堆積させる。次にこれを軸棒25に連結し、図3に示
すように、ガス注入管21から注入された塩素ガス10
%を含むヘリウムガスの充満した炉心管22へ挿入す
る。軸棒25に繋がったモータ26により回転しながら
5mm/分の速度で降下させつつ、1500℃の加熱源
23を通過させることにより焼結する。
【0020】焼結のとき、塩素ガスはガラス微粒子間の
孔に浸入しガラス微粒子中の水を脱水する。焼結後のガ
ラス中には塩素ガスがわずかに残留している。第1〜7
層の堆積層では、第8〜10層の緻密層7により塩素ガ
スが内部への注入が阻害されている。そのため、第1〜
7層の堆積層では、第1〜7層より外側の堆積層に比べ
塩素ガスの残存濃度が低くなっており、その結果相対的
に屈折率が低くなり、屈折率不均一層5が形成される。
屈折率不均一層5よりも外側には、外付クラッド6が形
成される。
【0021】実施例にしたがって製造された光ファイバ
プリフォームの屈折率を、屈折率分布測定器 P104
(York社製)により測定した。図1は、縦方向に屈
折率nを示し、横方向に光ファイバプリフォームの直径
方向を示したものである。図1に示すとおり、この光フ
ァイバプリフォームは芯付クラッド4と外付クラッド6
との間に明確な屈折率不均一層5を有している。光ファ
イバプリフォーム1の径Dに対するコアロッド2の径d
の比d/Dは約0.28であり、屈折率不均一層5の屈
折率差は2×10−4であった。
【0022】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明の光
ファイバプリフォームは、芯付クラッドと外付クラッド
の境界面が明確である。そのため、脈理等が、芯付クラ
ッド、外付クラッドのいずれで生じているか正確に確認
できる。芯付クラッドおよび外付クラッドの軸方向での
厚みの変動や円断面での偏芯が、屈折率測定により容易
に確認できる。したがって、光ファイバプリフォームの
カットオフ波長や偏波モード分散の特性などの品質管理
が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用する光ファイバプリフォームの実
施例において、光ファイバプリフォームの直径方向での
屈折率分布を示す図である。
【図2】本発明を適用する光ファイバプリフォーム製造
方法の実施例の製造途中を示す図である。
【図3】本発明を適用する光ファイバプリフォーム製造
方法の実施例の別な製造途中を示す図である。
【符号の説明】
1は光ファイバプリフォーム、2はコアロッド、3はコ
ア、4は芯付クラッド、5は屈折率不均一層、6は外付
クラッド、7は緻密層、11は酸水素火炎、12はバー
ナ、13はモータ、14・15はチャック、16はモー
タ、17はねじ棒、21はガス注入管、22は炉心管、
23は加熱源、24は排気口、25は軸棒、26はモー
タである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−116902(JP,A) 特開 昭63−199303(JP,A) 特開 平1−264940(JP,A) 特開 昭63−201030(JP,A) 特開 平10−206654(JP,A) 特開 昭63−182233(JP,A) 特開 平3−115136(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C03C 1/00 - 14/00 C03B 8/04 C03B 37/00 - 37/16 G02B 6/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コアと芯付クラッドとからなるコアロ
    ッドが、該芯付クラッドと同質な外付クラッドで取り囲
    まれている光ファイバプリフォームにおいて、該芯付ク
    ラッドと該外付クラッドとの間に、これらのクラッドガ
    ラス中に含まれる屈折率調整ドープ材の濃度が相違した
    屈折率不均一層を有し、前記光ファイバプリフォームの
    径に対する前記コアロッドの径の比が少なくとも0.2
    であることを特徴とする光ファイバプリフォーム。
  2. 【請求項2】 第一工程により形成したコアと芯付ク
    ラッドとからなるコアロッド外周に、次工程により該芯
    付クラッドと同質な外付クラッドを形成するためのガラ
    ス微粒子を堆積する途中で、該ガラス微粒子の生成温度
    または堆積速度を上昇させて緻密な層を形成し、屈折率
    調整ドープ材注入の際、該緻密層により注入を阻害させ
    て、これらのクラッドガラス中に含まれる屈折率調整ド
    ープ材の濃度を変化させ、該芯付クラッドと該外付クラ
    ッドとの間に屈折率不均一層を形成する光ファイバプリ
    フォームの製造方法であって、前記光ファイバプリフォ
    ームの径に対する前記コアロッドの径の比が少なくとも
    0.2とすることを特徴とする光ファイバプリフォーム
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 該屈折率調整ドープ材が、堆積した該
    ガラス微粒子を焼結する際に注入される塩素ガスである
    ことを特徴とする請求項に記載の光ファイバプリフォ
    ームの製造方法。
  4. 【請求項4】 第一工程により形成したコアと芯付ク
    ラッドとからなるコアロッド外周に、次工程により該芯
    付クラッドと同質な外付クラッドを形成するためのガラ
    ス微粒子の堆積開始時に、該ガラス微粒子に含まれる屈
    折率調整ドープ材の量を増減させて、これらのクラッド
    ガラス中に含まれる屈折率調整ドープ材の濃度を変化さ
    せ、該芯付クラッドと該外付クラッドとの間に屈折率不
    均一層を形成する光ファイバプリフォームの製造方法で
    あって、前記光ファイバプリフォームの径に対する前記
    コアロッドの径の比を少なくとも0.2にすることを特
    徴とする光ファイバプリフォームの製造方法。
  5. 【請求項5】 第一工程により形成したコアと芯付ク
    ラッドとからなるコアロッド表面に、屈折率調整ドープ
    材を拡散させて、クラッドガラス中に含まれる屈折率調
    整ドープ材濃度の変化を生じさせ、次工程により該芯付
    クラッドと同質な外付クラッドを形成するためのガラス
    微粒子を堆積させ、該芯付クラッドと該外付クラッドと
    の間に屈折率不均一層が形成される光ファイバプリフォ
    ームの製造方法であって、前記光ファイバプリフォーム
    の径に対する前記コアロッドの径の比を少なくとも0.
    2にすることを特徴とする光ファイバプリフォームの製
    造方法。
  6. 【請求項6】 該コアロッド表面をフッ化水素酸溶液
    に浸すことにより、前記屈折率調整ドープ材濃度の変化
    を生じさせることを特徴とする請求項に記載の光ファ
    イバプリフォームの製造方法。
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