JP3526580B2 - 超低損失シリカガラスおよびこれを用いた光ファイバ - Google Patents

超低損失シリカガラスおよびこれを用いた光ファイバ

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、不純物添加シリカガラスを用いて得られる
光ファイバに関する。
背景技術 一般に、光ファイバの導伝光の損失要因としては次の
ようなものが挙げられる。
（１）レーリー散乱、赤外吸収損失などの光ファイバを
構成する材料に固有の損失。
（２）コア、クラッドの界面の不整による散乱、脈理、
気泡などファイバ構造の不完全性、ガラスの欠陥等によ
る散乱損失。
（３）Feを初めとする遷移金属による吸収、OH基の分子
間振動による吸収などファイバ中に残留した不純物の吸
収損失。
現在、主に実用化されている石英系光ファイバは、前
記（２）及び（３）の外的要因による損失は解決されて
いる。そしてコア部分に高純度なシリカガラスを用いた
場合には、理論限界値（0.15dB/km）に近い損失値を持
つファイバを作製することが可能となっている。しかし
ながら、インターネットを初めとするマルチメディア時
代を迎えるにあたって、中継距離の増大による通信コス
トの低減や、通信網の拡大のために、さらに石英系ファ
イバを凌ぐ低損失性を有するファイバの開発が必要であ
り、国内外で研究が継続されている。
特に損失の最大の原因であるレーリー散乱を低減化す
ることが材料設計の段階で課せられ、レーリー散乱の小
さい多成分系ガラスを探索する努力がなされてきた。た
とえば、特開平５−105483にレーリー散乱の主な原因で
ある密度揺らぎを低減化できる多成分系ガラスが多数開
示されている。多成分系ガラスはシリカファイバを凌駕
するファイバが実現できると期待されているが、現在の
ところ、長距離通信用のファイバとして実用化されてい
るものはない。
多成分系ガラスには次に挙げる問題点がある。
（１）一成分系ガラスに比べて、濃度揺らぎが増大し光
散乱損失が増大する。
（２）一成分系ガラスに比べて結晶化傾向が大きく、フ
ァイバ紡糸時に微結晶析出の制御が難しく、光透過率が
悪化する。
（３）OH基や遷移金属など、現在使われている通信波長
に吸収をもつ不純物混入の制御が難しく、伝送損失が増
大する。
本発明は、多成分系ガラスにおける問題点を回避して
従来のシリカガラスを用いた光ファイバでは実現するこ
とができない小さな損失値を持つ光ファイバ、特にレー
リー散乱損失特性の優れた光ファイバを得ることを課題
とする。
発明の開示 本発明者は、シリカガラスに極少量のNa2Oを添加する
ことによりレーリー散乱損失が低下することを発見し、
本発明を完成したものである。
すなわち、本発明の光ファイバに用いる超低損失ガラ
スは、金属不純物（Al、Ca、Cu、Fe、Na、Ｋ、Li、Mg、
Mn、Ti）が0.01ppm以下の高純度シリカガラスにNa2O等
のネットワーク修飾酸化物の少なくとも１種類以上のみ
を１〜500wt,ppm含有することを特徴とする。ネットワ
ーク修飾酸化物がシリカの四面体ネツトワーク構造を適
当に緩めレーリー散乱損失が低下するものと考えられ
る。
本発明の光ファイバに用いる超低損失ガラスは、シリ
カガラスとシリカガラス中に原子オーダーで均一に分散
保持されたネットワーク修飾酸化物とからなる。シリカ
ガラスは金属不純物（Al、Ca、Cu、Fe、Na、Ｋ、Li、M
g、Mn、Ti）が0.01ppm以下の高純度のシリカガラスが用
いられる。
ネットワーク修飾酸化物はシリカガラスに対して１〜
500wt,ppm添加される。このように微量に添加した修飾
酸化物は、多成分系ガラスの構成成分というよりは、一
成分系シリカガラス中の微量な不純物と理解すべきもの
で、今までの多成分系ガラスで問題となっていな点を回
避することができる。
上記ネットワーク修飾酸化物としては、Na2O、K2O、L
i2O、MgO、CaO、PbOを挙げることができ、その１種類以
上が選ばれる。このガラスは高純度シリカガラスに比べ
てレーリー散乱が小さく、光ファイバ材料として用いる
ことにより、従来のシリカ光ファイバよりも低損失な光
ファイバを提供することが可能である。
レーリー散乱が低減化する原因としては、以下の２つ
が考えられる。
（１）ガラス転移温度が下がる、この結果、ガラス転移
温度にほぼ比例すると考えられている光散乱強度も減少
する。
（２）修飾酸化物の拡散により光散乱の原因である凍結
した密度揺らぎの緩和が促進され、その結果光散乱強度
が減少する。
ネットワーク修飾酸化物の含有量が1wt,ppm未満では
レーリー散乱の低減化はほとんど起こらず、また500wt,
ppmを越えると、多成分系ガラスにおける問題が回避で
きず低損失な光ファイバは実現できない。
本発明の光ファイバに用いる超低損失ガラスは光ファ
イバーのコアもしくはコア及びクラッドに用いることが
できる。
本発明の光ファイバに用いる超低損失ガラスは、ネッ
トワーク修飾酸化物によりシリカガラスの四面体構造が
緩和され、レーリー散乱が低減化する。このため光をよ
り遠くまで安定して送ることが出来、光ファイバとして
用いると中継距離を長くすることが出来る。
図面の簡単な説明 図１は実施例１〜実施例８および比較例の超低損失シ
リカガラス中のNa2O添加量と光散乱強度との関係をしめ
すグラフである。
発明を実施するための最良の形態 以下に実施例をあげて本発明を具体的に説明するが、
本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。
実施例１ 金属不純物（Al、Ca、Cu、Fe、Na、Ｋ、Li、Mg、Mn、
Ti）が0.01ppm以下の高純度シリカガラス試料に、イオ
ン注入装置でNaイオンを打ち込み試料を作製した。試料
サイズは20×10×1mm3で注入量は4.2×10217cm2であっ
た。この結果、シリカガラス中のNa2O濃度は50ppmにな
った。この後、Naイオンが注入された試料を600℃で24
時間加熱して拡散処理を施した。これにより本実施例の
超低損失ガラスを得た。
本実施例の超低損失ガラスを、アルゴンレーザー488n
mを用いて散乱角90度の光散乱強度を測定した。室温に
おける散乱強度を図１及び表１に示す。
図１は縦軸に光散乱強度を横軸にNa2O添加量を採った
ものである。
比較例１ 金属不純物（Al、Ca、Cu、Fe、Na、Ｋ、Li、Mg、Mn、
Ti）が0.01ppm以下の高純度シリカガラスそのものを比
較例１の試料とした。そしてこの比較例１の試料を実施
例１と同様にしてその光散乱強度を測定した。室温の散
乱強度を図１及び表１に合わせて示す。
実施例２〜８ 金属不純物（Al、Ca、Cu、Fe、Na、Ｋ、Li、Mg、Mn、
Ti）が0.01ppm以下の高純度シリカガラス試料に、実施
例１と同様にしてNaイオンを打ち込み、Na2O濃度が40、
30、20、15、10、５、1ppmの各試料を作製した。これら
試料を実施例１と同様に600℃で24時間加熱して拡散処
理をほどこして、実施例２〜８の超低損失ガラスを得
た。
これら実施例２〜８の超低損失ガラスを、アルゴンレ
ーザー488nmを用いて散乱角90度の光散乱強度を測定し
た。室温における散乱強度を図１及び表１に合わせて示
す。
図１及び表１から明らかなように、Na2Oを1wt,ppm添
加することにより光散乱強度が、30,500（A.U.）から3
0,000（A.U.）に低下し、Na2Oを5wt.ppm、10wt,ppm、15
wt,ppm、20wt,ppm、30wt,ppm、40wt,ppm、50wt,ppmそれ
ぞれ添加することにより光散乱強度がさらに27,900（A.
U.）、27,300（A.U.）、26,500（A.U.）、26,400（A.
U.）、26,000（A.U.）、25,800（A.U.）、26,400（A.
U.）、25,500（A.U.）と低下するのがわかる。
産業上の利用可能性 以上説明したように、本発明の光ファイバに用いる超
低損失シリカガラスは、伝送損失を著しく増大させる光
散乱が小さく、長距離伝送用ガラスファイバの母材とし
て優れている。しかも、シリカガラスに微量の修飾酸化
物を添加するだけで作製できるため、現在のシリカガラ
スプリフォームを作製するスート法の生産ラインに若干
の改良を加えるだけでそのまま使用できる点、大きな利
点がある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 生嶋 明 愛知県名古屋市天白区久方２丁目12番地 １ 学校法人トヨタ学園内 (56)参考文献 特開 昭63−40744（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−48775（ＪＰ，Ａ) 特表 昭62−501699（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】金属不純物（Al、Ca、Cu、Fe、Na、Ｋ、L
    i、Mg、Mn、Ti）が0.01ppm以下の高純度シリカガラスに
    ネットワーク修飾酸化物の少なくとも１種類以上のみを
    １〜500wt,ppm含有した超低損失ガラスからなることを
    特徴とする光ファイバ。
  2. 【請求項２】前記超低損失ガラスを、コアもしくはコア
    及びクラッドに用いる請求項１記載の光ファイバ。
  3. 【請求項３】前記ネットワーク修飾酸化物はNa2O、K
    2O、Li2O、MgO、CaO、PbOである請求項１記載の光ファ
    イバ。
JP50584998A 1996-07-16 1997-07-14 超低損失シリカガラスおよびこれを用いた光ファイバ Expired - Fee Related JP3526580B2 (ja)

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