JP3668804B2 - 光減衰器用ファイバコアロッドの製造方法 - Google Patents

光減衰器用ファイバコアロッドの製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、石英系のファイバにCo(コバルト)等のドーパントをドープすることによって光を吸収させ、任意の減衰特性を持つ光減衰器を得るための光減衰器用ファイバコアロッドの製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
光ファイバのコア部分にCo(コバルト)等の遷移金属をドープした遷移金属ドープファイバは、光を吸収することによって伝送光を減衰する。従って、このような光ファイバを適当な長さに切断してモジュール化することによって、光減衰器としての応用が期待されている。
図2には、このような石英ガラス中の遷移金属元素による光吸収特性を示すグラフを図示した。このグラフの横軸は光ファイバ中を伝搬される光の波長、縦軸は損失を表している。
この図に示すように、石英ガラス中の遷移金属元素Coの光吸収は波長依存性を持つ。即ち波長が1.3μm(1300nm)よりも1.55μm(1550nm)における光のエネルギー吸収が大きいため、そのままではCoドープファイバを用いた光減衰器が波長依存性を持つことになり、広い帯域での使用は伝送信号に悪影響を及ぼす。そこで、次のような構造が考えられている。
【0003】
図3には、波長依存性をなくすようにした光減衰器の縦断面図を示す。
この例では光減衰器をシングルモードファイバにより構成する。そして、そのコアの中心部にCoドープ領域1を設け外周部は高純度石英領域2とする。この例ではCoドープ領域1を半径bに設定し、コア全体の半径をaに設定している。このaとbとの比を適当に選定し、且つCoドープ領域1のCoの分布を適当に選定すれば、光ファイバ全体として波長依存性を完全になくすことができる。上記のような光減衰器を製造するための光ファイバは、次のように製造する。
【0004】
まず、VAD法(火炎加水分解法)等により作製されたSiO2 (シリカ)を主成分とするステップインデックス型多孔質母材を製造する。この多孔質母材をその収縮率が60%〜75%(かさ密度0.5〜0.3g/cm3 )ぐらいに一旦仮焼結する。次に遷移金属Coの塩化物等を溶かしたメタノール溶液に多孔質母材を浸漬させ、その後取り出した多孔質母材を乾燥する。これによって、溶液のメタノールを蒸発させ多孔質母材中に遷移金属塩化物を沈着させる。次に、塩素(Cl2 )やヘリウム(He)を含むハロゲンガス雰囲気中で乾燥母材を加熱処理した後に透明ガラス化する。これをコアロッドとすれば上記のような光減衰器の材料が完成する。なお、この種の光ファイバ製造技術は例えば特公昭58−3980号公報、特開平5−301734号公報、特開平3−50130号公報に記載されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の光減衰器用ファイバコアロッドの製造方法には次のような解決すべき課題があった。
図4は、従来の光減衰器用光ファイバのコバルト分布を示すグラフである。図の横軸は光ファイバ断面から見た径方向の位置を示し、縦軸はCo含有率を%で表したものである。
この図に示すように、上記のような光ファイバは、Coドープ領域3がコアのほぼ中心部に存在する。
【0006】
標準的なシングルモードファイバの実効ファイバ径即ちモードフィールド径(MFD)はおよそ9.5±0.6μmである。また分散シフトファイバ(DSF)のモードフィールド径(MFD)はおよそ8.0±0.6μmである。これらのケーブルと光減衰器用ファイバを接続する際に、偏心による減衰量の変動を最小限に抑えるため、シングルモードファイバ用に使用する光減衰器用ファイバのモードフィールド径(MFD)はおよそ9.5±0.6μm、分散シフトファイバ(DSF)に使用する光減衰器用光ファイバのモードフィールド径(MFD)は8.0±0.6μmに設定することが好ましい。しかしながら、従来技術では光ファイバのCoドープ領域の径をここまで正確に制御することは容易でなく、波長依存性を完全になくすための、図3に示すaとbの比を最適化することは極めて難しい。
【0007】
本発明は以上の点に着目してなされたもので、ファイバ中のCoドープ領域径の最適化を図った光減衰器用ファイバコアロッドの製造方法を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の方法は、光減衰用シングルモード光ファイバを得るための光減衰器用ファイバコアロッドの製造方法であって、Coを添加したガラスロッドの外周面を、ドーパント濃度分布がほぼ平坦な部分を残してエッチング処理して一定の半径を有するドープ濃度均等ロッドを製作し、該ドープ濃度均等ロッドとほぼ等しい屈折率を有し、かつジャケット処理後に該ドープ濃度均等ロッドの半径に対し一定比の半径となる外径を有するコア用石英管に、前記ドープ濃度均等ロッドを挿入してジャケット処理することを特徴とする。
【0009】
また、本発明の別の方法は、光減衰用シングルモード光ファイバを得るための光減衰器用ファイバコアロッドの製造方法であって、Coを添加したガラスロッドの外周面を、ドーパント濃度分布がほぼ平坦な部分を残してエッチング処理して一定の半径を有するドープ濃度均等ロッドを製作し、該ドープ濃度均等ロッドに、ガラス化後に該ドープ濃度均等ロッドの半径に対し一定比の半径を得るための厚さ寸法で火炎加水分解法により同じ屈折率のコア層を外付けし、該コア層をガラス化することを特徴とする。
【0010】
【作用】
作用は図1を用いて説明する。
図1の破線のようなCoドープ分布を持ったガラスロッドを製造した後、その外周面を弗酸等でエッチングすると、中心から外周までCoが均一に分布した半径cのCoドープガラスロッド4が得られる。そして、ジャケット処理後にドープガラスロッド4の半径cに対し一定比の半径aとなるような所定の外径を有する透明石英管5を予め用意し又は製作し、この透明石英管5にCoドープガラスロッド4を挿入しジャケット化すれば、半径aのコア中に正確に半径がcのCoドープ領域が設定される。
また、Coドープガラスロッド4を得た後、ガラス化後に上記半径aが得られる厚さ寸法でその外周に同一の屈折率の石英を火炎加水分解法により形成しても同様の構造のファイバコアロッドが製造できる。
【0011】
【実施例】
〈実施例1〉
以下、本発明を図を用いて詳細に説明する。
まず、VAD法(火炎加水分解法)によりガラス微粒子を堆積して外径45mm、長さ250mm、外径誤差が0.3%未満のステップインデックス型スート状母材を得る。これをかさ密度0.4g/cm3 になるように仮焼結して石英多孔質ガラス製の母材を得る。次に、CoCl2 ・6H2 Oを4.5wt%溶解したメタノール溶液に浸漬する。こうして母材中にCoドーパントイオンを含浸させる。次に、この母材をメタノール溶液から取り出し自然乾燥する。これによって、メタノール溶液が蒸発する。更にCl2 流量20cc/minでHe流量16リッター/minの雰囲気内で、1200℃の温度で加熱処理をして透明ガラス化する。こうしてガラスロッドを得てこのガラスロッドを外径15mmになるように延伸する。この状態で図4を用いて示したような従来のCoドープ分布のコアが得られる。
【0012】
ここで、本発明では、このガラスロッドの外表面を3mm程エッチング処理する。
図1の(a)には、このようなエッチング処理後のガラスロッドのCoドープ分布状態図を示す。
この図1(a)の横軸はガラスロッドの半径方向の位置を示し、縦軸はCo含有率を%で表したものである。この図の破線に示すCoドープ分布は図4に示したものと全く同一のものである。ここで本発明の場合ガラスロッドの外表面をエッチングすることによってCoドープ分布が平坦な部分のみを残しその半径をcになるように設定している。この半径cはこの実施例では6mmとする。
【0013】
その後、このガラスロッドとほぼ同じ屈折率を持つ外径25mm長さ500mmの石英管を作製する。これはその中心部に直径20mmの穴を開けたものである。ここに上記Coドープガラスロッドを挿入し加熱して両者を密着させジャケッティングを行う。こうして、本発明による光減衰器用ファイバコアロッドが完成する。
【0014】
図1(b)は、そのファイバコアロッドの縦断面図である。
この図に示すように、このファイバコアロッドは外径が2a、Coドープガラスロッド4の部分の外径は2cで、その外側に透明石英管5が被せられた構造となっている。
このようなガラスロッドに別途用意した図示しないクラッドを付けて、コア径9.5μm、クラッド径125μmのファイバに紡糸する。その後このファイバ22.4mmにフェルールを取り付けコネクタ化すると、減衰量15dBで波長依存性のない光減衰器が得られた。
【0015】
上記のように、予めその半径方向に見てCoドープ分布が平坦なガラスロッドを得て、これを20 mm の穴を有する外径25 mm の所定の透明石英管に挿入してジャケット処理すれば、そのガラスロッドの半径cとファイバコアロッドの半径aとの比を適切に設定することができるので、正確に波長依存性のない減衰特性を満たす光ファイバを製造することができる。
【0016】
〈実施例2〉
上記の実施例ではエッチング処理をしたガラスロッドを所定外径の透明石英管に挿入してファイバロッドを製造した。次の実施例では、エッチング処理したガラスロッドの外周に火炎加水分解法によってガラス微粒子を付着させ、透明石英管に相当するを製造する。
【0017】
図5には、このような製造装置の正面図を示した。
この図に示すように、Coドープガラスロッド4は、矢印A1に示すようにその軸を中心に回転しながら矢印A2にに示すように長手方向に往復運動する。そして、その側方にバーナー6を配置し、SiCl、GeCl、H、O等を原料とし火炎加水分解を生じさせる。即ち、Coドープガラスロッド4の外周面にこのガラスロッドと同じ屈折率を持つ多孔質ガラスの層をガラス化後の半径を考慮した所定の厚さ寸法で形成する。そして、更にこれをガラス化する。こうして、図1(b)に示すような断面構造のファイバコアロッドを得る。その後の光ファイバ製造のための処理は第1実施例と全く同様である。
【0018】
本発明は以上の実施例に限定されない。光吸収のためにドーパントとして使用される材料は上記のコバルトの他各種の遷移金属が採用できる。また、その溶液、エッチング処理を行う材料、透明ガラス化処理のための雰囲気等はそれぞれファイバの構造やドーパントの種類に応じて自由に選定して差し支えない。また、コアの外周部分を形成する透明石英管に相当する部分は、中心にあるガラスロッドとほぼ等しい屈折率を持つものであれば純粋な石英管でなく他の各種のドーパント等が含まれていても差し支えない。
【0019】
【発明の効果】
以上説明した本発明の光減衰器用ファイバコアロッドの製造方法によれば、ドーパントを添加したガラスロッドの外周面をエッチング処理し、更にこのガラスロッドと等しい屈折率を有し、かつジャケット処理後にガラスロッドの半径と一定比の半径となる所定外径の石英管によってジャケット処理するようにしたので、コア全体の半径とドーパントを平坦にドープした部分の半径との比を正確に設定して製造することができ、容易に周波数依存性のない光減衰器等を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法による光減衰器用ファイバコアロッドの構成説明図で、(a)はエッチング処理後のCoドープ分布状態図、(b)は本発明による光減衰器用ファイバコアロッドのコア縦断面図である。
【図2】石英ガラス中の遷移金属元素による光吸収特性を示すグラフである。
【図3】波長依存性をなくすようにした光減衰器の縦断面図である。
【図4】従来の光減衰器用光ファイバの屈折率分布を示すグラフである。
【図5】ガラスロッド製造装置の正面図である。
【符号の説明】
3 Coドープ領域
4 Coドープガラスロッド
5 透明石英管

Claims (2)

  1. 減衰用シングルモード光ファイバを得るための光減衰器用ファイバコアロッドの製造方法であって
    oを添加したガラスロッドの外周面を、ドーパント濃度分布がほぼ平坦な部分を残してエッチング処理して一定の半径を有するドープ濃度均等ロッドを製作し、
    該ドープ濃度均等ロッドとほぼ等しい屈折率を有し、かつジャケット処理後に該ドープ濃度均等ロッドの半径に対し一定比の半径となる外径を有するコア用石英管に、前記ドープ濃度均等ロッドを挿入してジャケット処理することを特徴とする光減衰器用ファイバコアロッドの製造方法。
  2. 減衰用シングルモード光ファイバを得るための光減衰器用ファイバコアロッドの製造方法であって
    oを添加したガラスロッドの外周面を、ドーパント濃度分布がほぼ平坦な部分を残してエッチング処理して一定の半径を有するドープ濃度均等ロッドを製作し、
    該ドープ濃度均等ロッドに、ガラス化後に該ドープ濃度均等ロッドの半径に対し一定比の半径を得るための厚さ寸法で火炎加水分解法により同じ屈折率のコア層を外付けし、
    該コア層をガラス化することを特徴とする光減衰器用ファイバコアロッドの製造方法。
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