JP3424711B2 - 光ファイバ用ガラス体及び光ファイバ - Google Patents
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Description
及び光ファイバに関し、特に、コア部にGeO2−Si
O2ガラスを用いた複合ガラス体(光ファイバ用母材及
びその中間体を含む)、及び、このような光ファイバ用
ガラス体よりなる光ファイバ用母材を線引した光ファイ
バに関する。
2−SiO2ガラスをコアとする石英系光ファイバにおい
て、波長0.63μm(Non bridging oxygen hole cen
ter (以下、NBOHC と記す); ≡Si−O・)吸収が存
在すると、光ファイバ内に水素が拡散して、1.38μ
m(Si−OH)、1.53μm(帰属は諸説あり)で
の吸収損失が増大することが、次記文献に示されてい
る。 電子情報通信学会論文誌 C-I, vol.J72-C-I
, No.1 p45-p52 (1989) この文献によれば、0.63μm吸収(Si−O・)の
生成要因は、ガラス中のアルカリ元素が線引工程で拡散
し、欠陥吸収の源となる(≡Si−O−Na+)なる結
合が形成されること、及び、線引時の高張力、高速線引
によりガラスネットワークに切断が生じるためであるこ
とが示されている。
ファイバでは、水素がガラス中に拡散したとき、1.3
8μm,1.53μmに大きな吸収増加をもたらし、通
信波長帯である1.3μm,1.55μmの伝送損失に
悪影響を及ぼすという課題があった。
等の不純物を極力低減し、線引条件も0.63μm吸収
をできるだけ抑えられる条件に適正化することで、光フ
ァイバの製造を行っている。しかし、GeO2 を添加す
ることによるガラス構造の不安定さから、純粋石英をコ
アとする光ファイバに比べ、GeO2 −SiO2 をコア
とする光ファイバの0.63μm吸収を十分に抑えるこ
とはできなかった。
されたものであり、その目的は、0.63μm吸収を十
分に抑えることができる複合ガラス体及び光ファイバを
提供することを目的とする。
ス及び光ファイバの分析を詳細に検討した結果、線引条
件だけでなく、光ファイバ用のガラス体の製造条件によ
っても、0.63μm吸収量が左右されると共に、Ge
O2−SiO2をコアとする光ファイバ用の複合ガラス体
においては、GeO2−SiO2ガラスの5.16eV
(波長0.240μm)における吸光度と0.63μm
吸収とに相関があり、この吸光度を適正範囲に抑えるこ
とで、0.63μm吸収を通信波長帯に影響を及ばさな
い量まで低減できることを見出した。
ガラス体は、コア部にGeO2−SiO2ガラスを含む光
ファイバ用ガラス体であって、このGeO2−SiO2ガ
ラスに含まれるGe2+の濃度が、1.1×10-9〜2.
8×10-9mol/mm3の範囲内であることを特徴と
する。
は、請求項1のGeO2−SiO2ガラスは、5.16e
Vにおける吸光度が1/mm以上2.5/mm以下であ
ることを特徴とする。
及び2に記載の光ファイバ用ガラス体のうち、いずれか
一方に記載の光ファイバ用ガラス体よりなる光ファイバ
用母材を溶融紡糸したことを特徴とする。
は、コア部に、フッ素含有GeO2−SiO2ガラスを含
む光ファイバ用ガラス体であって、このフッ素含有Ge
O2−SiO2ガラスに含まれるGe2+の濃度が、1.1
×10-9〜2.8×10-9mol/mm3 の範囲内であ
ることを特徴とする。
は、請求項4のフッ素含有GeO2−SiO2ガラスは、
5.16eVにおける吸光度が1/mm以上2.5/m
m以下であることを特徴とする。
及び5に記載の光ファイバ用ガラス体のうち、いずれか
一方に記載の光ファイバ用ガラス体よりなる光ファイバ
用母材を溶融紡糸したことを特徴とする。
程で用いられる光ファイバ用母材のみならず、その母材
に至る製造段階での形態となる、いわゆる中間体をも含
む意である。
(波長0.240μm)の吸収ピーク(半値幅0.5e
V)を図1に示す。ここで、吸光度Aは、A=−log
T(Tは透過率)で示され、光路長1mm当たりに規格
化したものである。また、グラフ上のベースラインとの
差分ΔAを吸光度と定義し、ΔAが1/mm以上2.5
/mm以下の範囲にあるものとする。
EVIEW B, vol.46 , No.18 (1992) p.11445−p.11451 H.
Hosono他 Table II に記載されているGe2+とその中心
波長、半値幅がほぼ一致しており、Ge2+と考えること
ができる。
5.16eV吸収を測定し、また、このガラス体をコア
として光ファイバを作製してΔ0.63μm吸収を測定
すると共に、この両吸収の相関を調査した結果を示して
いる。Δ0.63μm吸収も5.16eV同様、ベース
ラインとの差分として解析している。図3、図4は、水
素処理前のΔ0.63μm吸収と水素処理後の1.38
μm、1.53μm吸収ロスの増分との関係を示してい
る。なお、光ファイバの水素処理は、室温、H2 1%雰
囲気で1週間処理を行った。
収が7dB/km付近にしきい値があり、その値以上で
は、1.38μm吸収の増大と共に、1.53μm吸収
ロスが生成することが明かとなった。Δ0.63μm吸
収を7dB/km以下に抑えるには、図2より、5.1
6eV吸収の吸光度を1〜2.5/mmにすることが適
当である。従って、この範囲にあるGeO2−SiO2ガ
ラスを用いて光ファイバ用の母材を作製し、線引して光
ファイバを作製すれば、1.38μm、1.53μm吸
収ロスを抑制することが可能となり、耐水素特性に優れ
た光ファイバを得ることができる。
スについても、5.16eV吸収の吸光度を1〜2.5
/mmとなるガラス(F−GeO2 −SiO2 )を用い
て光ファイバ母材を作製し、線引して光ファイバとすれ
ば、1.38μm,1.55μm吸収ロスを抑制するこ
とは可能であり、耐水素特性に優れた光ファイバを得る
ことができる。
成した0.63μm吸収(≡Si−O・)が、水素処理
を行うことによって、1.38μm、1.53μm吸収
となるメカニズムについては、以下のように考えること
ができる。
における平衡定数の温度依存性を、図5に示す。
/2SiO+ 1/2O2 (3) SiO2 →SiO+ 1/2O2 図5より、(1)のGeO2 分解反応が最も生じ易く、
かつ、ガラス欠陥のような低濃度の反応であれば、10
00℃程度で反応が生ずると推定される。
は、Ge4+→Ge2+に還元されることと同等であり、
5.16eV吸収は、この還元されたGe2+(GeO)
を捕らえていると考えられる。
と、図6に示すモデルとなる。図6で示した反応によっ
て、Ge2+とともに、≡Si−O・が生成する。また、
酸素も遊離し、遊離した酸素は、ガラス中に存在する他
の欠陥種(≡Si・;E’センタ、または、≡Ge−S
i≡、≡Si−Si≡;酸素欠損型欠陥(oxygen-vacan
cy)が遊離してE’センタを生成)と化学結合し、新た
に≡Si−O・を生成すると考えられる。
が多い場合には、ガラスネットワーク内の過剰酸素が多
くなると推定される。
を添加すれば、ガラス中に存在する≡Si・(E’セン
タ)または、≡Ge−Si≡,≡Si−Si≡等の酸素
欠乏型欠陥とFが反応し、Si−Fとなって、遊離酸素
による≡Si−O・の生成を抑制するので効果的とな
る。
成したNBOHCは水素と反応し、Si−OHを形成す
る(次式参照)。 ≡Si−O・+ 1/2H2 →≡Si−OH(1.38μm
吸収) また、「Si−O」と「Ge−O」の結合エネルギーを
比較すると、Ge−Oの結合エネルギーが330KJ/
molに対し、Si−Oの結合エネルギーが400KJ
/molであり、Si−Oの方が安定に存在する。
る線引工程では、ガラス母材は2000〜2200℃の
高温にさらされるので、高張力、高速となる線引条件で
は、≡Ge−O−Si≡結合は、Ge−O結合が切断さ
れることになる。
Origin of the 5eV band in SiO 2:GeO 2 glasses
”) の記載を参考にして、吸光度AとGe2+濃度との
関係を求めと、吸光度AとGe2+濃度は次式の関係にあ
る。 A=ε5.16eV・C(Ge2+)・l ここでε5.16eVは吸収係数(l/mol/cm)、C
(Ge2+)はGe2+濃度、lは光路長とし、ε5.16eV=9×
103 (前出の論文 p.11449左欄 6〜7 行目を使用)、
l=1mm(測定条件)とすると、Ge2+は、Ge2+=
A/ε5.16eV/lとして求まる。
=1〜2.5/mm-1に対応するGe2+濃度は、1.1
×10-9〜2.8×10-9mol/mm3 となる。
特性に悪影響を及ぼす0.63μm吸収(≡Si−
O・)欠陥は、5.16eVの吸収体と密接な関係にあ
ることが明かとなり、各請求項にかかる光ファイバ用ガ
ラス体及び光ファイバで規定したように、ガラスの製造
条件(ガラス微粒子堆積条件、焼結条件)を最適化し、
5.16eV吸光度を管理することで、ガラス欠陥の生
成を低減し、0.63μm吸収を十分に抑えることが可
能となる。これにより、耐水素特性に優れたガラス欠陥
の少ない光ファイバ用ガラス体及び光ファイバを提供で
きる。また、光ファイバとして短波長側の吸収損失を評
価しなくとも、ガラスの状態で水素特性を予測すること
が可能となり、吸収損失の評価を簡易にしかも効率的に
実施することが可能となる。
ークを示す図表である。
係を示す図表である。
mロス増分との関係を示す図表である。
mロス増分との関係を示す図表である。
である。
図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 コア部にGeO2−SiO2ガラスを含む
光ファイバ用ガラス体であって、 このGeO2−SiO2ガラスに含まれるGe2+の濃度
が、1.1×10-9〜2.8×10-9mol/mm3 の
範囲内であることを特徴とする光ファイバ用ガラス体。 - 【請求項2】 前記GeO2−SiO2ガラスは、5.1
6eVにおける吸光度が、1/mm以上2.5/mm以
下であることを特徴とする請求項1記載の光ファイバ用
ガラス体。 - 【請求項3】 請求項1及び2に記載の光ファイバ用ガ
ラス体のうち、いずれか一方に記載の光ファイバ用ガラ
ス体よりなる光ファイバ用母材を溶融紡糸してなる光フ
ァイバ。 - 【請求項4】 コア部に、フッ素含有GeO2−SiO2
ガラスを含む光ファイバ用ガラス体であって、 このフッ素含有GeO2−SiO2ガラスに含まれるGe
2+の濃度が、1.1×10-9〜2.8×10-9mol/
mm3 の範囲内であることを特徴とする光ファイバ用ガ
ラス体。 - 【請求項5】 前記フッ素含有GeO2−SiO2ガラス
は、5.16eVにおける吸光度が、1/mm以上2.
5/mm以下であることを特徴とする請求項4記載の光
ファイバ用ガラス体。 - 【請求項6】 請求項4及び5に記載の光ファイバ用ガ
ラス体のうち、いずれか一方に記載の光ファイバ用ガラ
ス体よりなる光ファイバ用母材を溶融紡糸してなる光フ
ァイバ。
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