JP3753975B2 - シングルモード光ファイバの製造方法及びシングルモード光ファイバ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用シングルモード光ファイバの製造方法及びシングルモード光ファイバに関し、特に、１３８０ｎｍ帯の波長帯域において伝送損失が小さく、かつ水素耐性に優れたシングルモード光ファイバの製造方法と、この製造方法により得られたシングルモード光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重伝送システムは、データトラフィックの急速な増加によって技術革新が進んでおり、伝送容量を増加させるため、使用できる波長領域を広げることが重要となっている。現在利用されている波長領域は、エルビウムドープ光ファイバで増幅できるＣ‐Ｂａｎｄ、あるいはＬ‐Ｂａｎｄであるが、さらなる広帯域化のために、Ｓ‐Ｂａｎｄで増幅可能なツリウムドープ光ファイバや、任意の波長で増幅可能なラマン増幅器が開発されている。その結果、光ファイバの低損失領域すべてにおける増幅が現実的なものとなり、全波長領域にわたって低損失な光ファイバが必要となっている。
光ファイバは波長１２００〜１６００ｎｍ帯において低損失な領域を持つが、１３８０ｎｍ帯にＯＨ基による大きな損失ピークが存在する。この損失ピークは光ファイバの材料に起因するものであり、光ファイバの材料である石英ガラスの構造は、ＳｉＯ ４ が３次元的にランダムに結合した網目構造となっており、不純物や欠陥などが構造中に存在する場合には、新たな結合の生成、消滅が起こり、これが光吸収の原因となる。この光吸収のうち、１３８０ｎｍ帯での損失は、石英ガラス中に存在するＯＨ基によるものとされる。従って、含有するＯＨ基の量が多いほど、１３８０ｎｍ帯における伝送損失は大きくなる。
【０００３】
この損失ピークは広いすその広がりを持つため、その両側の波長帯も、光通信に使用することができなくなっている。実用的には、１３８０ｎｍ帯の損失を０．３１ｄＢ／ｋｍ以下にする事ができれば、広い波長領域を用いた光伝送が可能となる。
特開平１１‐１７１５７５号公報によれば、コアロッドのコア／堆積クラッド比（Ｄ／ｄ比）をある範囲に制御する事でＯＨ基の存在によってもたらされる１３８５ｎｍ帯の損失を低減することができるとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１１−１７１５７５号公報に開示されている方法を利用すれば、１３８５ｎｍ帯における損失が０．３３ｄＢ／ｋｍより小さい光ファイバを製造することができる。この方法は、クラッドを石英管のジャケットで作製するものであり、石英管のジャケットを用いるとコストを安くできるが、コアロッドと石英管との間に気泡が入りやすいという問題があった。
また、石英管のＯＨ濃度や曲がり等の問題が、光ファイバの品質に大きく影響してしまうため、品質管理が煩雑となってしまう恐れがあった。その結果、歩留まりが低下し、コストの増加を招いてしまうことがある。また、初期の１３８０ｎｍ帯での損失が小さい場合でも、外部環境から水素が拡散してきた場合、損失が増加してしまうが、これに対する対策は施されていない。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、１３８０ｎｍの初期損失が低く、且つ外部から水素が拡散してきた場合でも、１３８０ｎｍにおける損失を低く保つことができるシングルモード光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、屈折率の高いコア部と該コア部より屈折率の低い第一クラッド部とからなる石英ロッドを製造する第１の工程と、その石英ロッドの外周に第二クラッド部となるＳｉＯ２微粒子を外付けした後、焼結してガラスプリフォームを製造する第２の工程と、このガラスプリフォームを溶融紡糸することにより光ファイバを製造する第３の工程とを有するシングルモード光ファイバの製造方法であって、該第一クラッド部の直径Ｄと該コア部の直径ｄとの比であるＤ／ｄを４.０〜４.８の範囲とし、かつ、該コア部、該第一クラッド部及び該第二クラッド部の全域におけるＯＨ濃度を０.１ｐｐｍ以下として形成することを特徴とするシングルモード光ファイバの製造方法である。
これにより、石英管をジャケットとして用いた場合に比べてコア母材とクラッドとの界面もしくは第一クラッド部と第二クラッド部との界面での気泡の発生を大量に低減することができ、外付けした多孔質体は、脱水することが容易なため、ＯＨ濃度を任意に制御することができる。また石英管を使用しないため、コアロッドやクラッドとなる石英管の曲がりなどの問題に影響されることがなく、歩留まりが向上し、低コストでシングルモード光ファイバを製造することができる。
【０００７】
なお、上記の製造方法を用いて、該第一クラッド部と該コア部との直径比Ｄ／ｄを、Ｄ／ｄ＞４．８とした場合には、該コア部と該第一クラッド部のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下とすれば、該第二クラッド部のＯＨ濃度は必ずしも０．１ｐｐｍ以下としなくてもよく。例えば１００ｐｐｍ以下として形成すれば、上述した作用・効果が得られる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のシングルモード光ファイバの製造方法において、波長１３８０ｎｍでの初期損失が０．３１ｄＢ／ｋｍ以下であり、かつ、水素拡散後の波長１３８０ｎｍでの損失が０．３５ｄＢ／ｋｍ以下となるように光ファイバを製造することを特徴とする。
これにより、１３８０ｎｍ帯周辺での損失のすその広がりが小さくなるため、その両側の波長帯も、光通信に使用することができるようになる。また、水素拡散後の波長１３８０ｎｍにおける損失を０．３５ｄＢ／ｋｍ以下とすることができるため、水素の拡散が起こった場合でも、１３８０ｎｍ帯の波長領域において低損失なシングルモード光ファイバを、低コストで提供することができる。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載のシングルモード光ファイバの製造方法において、前記溶融紡糸の工程において、徐冷機構を備えた紡糸装置を用いてガラスプリフォームを溶融紡糸して光ファイバを製造することを特徴とする。
これにより、ＳｉＯ・の生成を低いレベルに抑制することができるため、光ファイバ外部の環境から、水素が拡散してきた場合でも、波長１３８０ｎｍ帯における水素ロス増は少なく、長期間の使用に耐え得るシングルモード光ファイバを製造することができる。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項３に記載のシングルモード光ファイバの製造方法において、前記徐冷機構は、傾斜炉、または徐冷管によって構成されていることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項４に記載のシングルモード光ファイバの製造方法において、前記徐冷機構は、徐冷の雰囲気が空気、Ａｒ、Ｎ２、もしくはそれらの混合ガスのいずれかであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明のシングルモード光ファイバを作製するためのガラスプリフォームの長手方向に垂直な方向の断面を示す。
図１中、符号１は高屈折率部であるコア部、符号２はコア部１の外周に設けられコア部１より低屈折率の第一クラッド部である。符号３は第一クラッド部２と同じ屈折率を持つ第二クラッド部である。
以下に、このガラスプリフォーム及びガラスプリフォームを溶融紡糸して形成される光ファイバの製造方法について説明する。
【００１２】
最初に、一般のＶＡＤ装置を用いて、屈折率の高いコア部１と、コア部１より屈折率の低い第一クラッド部からなる多孔質体を作製する。コア部１は、ＧｅＯ ２ とＳｉＯ ２ 微粒子を堆積させて作製し、第一クラッド部２は、ＳｉＯ ２ 微粒子を堆積させて作製する。第一クラッド部２に対するコア部１の比屈折率差△は、０．３〜０．４％となるようにするのが好ましい。
コア部１（直径：ｄ）と第一クラッド部２（直径：Ｄ）の直径比、Ｄ／ｄは４．０以上であることが好ましい。Ｄ／ｄの値をこのように定める理由は以下の通りである。
【００１３】
Ｄ／ｄ＝４．０〜４．８の場合、第二クラッド部３のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下にすることで、１３８０ｎｍ帯における初期損失を０．３１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。これに対して、Ｄ／ｄ＞４．８とした場合には、第二クラッド部３のＯＨ濃度の影響は小さいので、塩素系ガスによる脱水をすることなく、１３８０ｎｍ帯における損失を０．３１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。
このように、１３８０ｎｍ帯での損失を０．３１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができれば、広い波長領域を用いた光伝送が可能となる。
しかし、Ｄ／ｄ＜４．０の場合は、第二クラッド部３のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下に低減しても、１３８０ｎｍ帯での初期損失が０．３１ｄＢ／ｋｍより大きくなり、本発明の目的を達することができなくなる。
【００１４】
以上のことから、第一クラッド部２の直径Ｄとコア部１の直径ｄとの比であるＤ／ｄを４．０〜４．８の範囲とし、かつ、コア部１、第一クラッド部２及び第二クラッド部３のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下とすることが好ましい。
これに対して、第一クラッド部２とコア部１との直径比Ｄ／ｄを、Ｄ／ｄ＞４．８とする場合には、コア部１と第一クラッド部２のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下とし、第二クラッド部３のＯＨ濃度を１００ｐｐｍ以下とすることにより同等の作用・効果が得られる。
その後、この多孔質体を脱水、焼結して石英ロッドを形成する。ここで脱水工程は、Ｄ／ｄ＝４．０〜４．８の場合に行なわれ、約１２００℃の温度において塩素系ガス中、もしくは塩素系ガスと酸素との混合雰囲気下で処理される。また焼結工程は、約１４５０℃のヘリウム雰囲気で行なわれてガラス化される。
【００１５】
第二クラッド部３の形成は、上述した石英ロッドにＳｉＯ ２ 微粒子を外付けすることにより行う。第二クラッド部３の厚さは、石英ロッドをどの程度の直径で作製するかで異なってくるが、例えば、直径１２５μｍの光ファイバの場合、第二クラッド部３の厚さが４３μｍ以下になるようにＳｉＯ ２ 微粒子を外付けするのが好ましい。第二クラッド部３の厚さが４３μｍより厚い場合、１３８０ｎｍ帯での初期損失が大きくなりやすいため好ましくない。
【００１６】
このように第二クラッド部３が外付けされた石英ロッドに対し、上記のＤ／ｄの値如何によって必要となる場合に、塩素系ガス中、もしくは塩素系ガスと酸素との混合雰囲気下で脱水処理を行う。また焼結工程は、約１４５０℃、ヘリウム雰囲気中で行なってガラスプリフォームを作製する。
その後、このガラスプリフォームを溶融紡糸することによって、光ファイバを作製する。紡糸の線速が速い場合、例えば６００ｍ／ｍｉｎ以上の場合は、線引き直後に光ファイバが急冷されやすいため、紡糸炉出口に徐冷機構を備えた紡糸機を用いるのが好ましい。
【００１７】
この紡糸工程において用いる紡糸装置の例を図２、図３に示す。
図２中、符号１０は紡糸炉であり、ガラスプリフォーム１１は紡糸炉１０中のヒータ１２によって溶融紡糸されて光ファイバ裸線１３が形成される。この光ファイバ裸線１３は、徐冷管１４によって冷却された後、樹脂塗布装置により樹脂が塗付されて光ファイバ素線が形成される。徐冷管１４には、冷却用ガスを導入するためのガス導入孔１５が設けられ、この冷却用ガスとして空気、Ａｒ、Ｎ ２ 、もしくはこれらの混合ガスのいずれかを用いることが好ましい。
また、図３に示す紡糸装置は、図２に示す紡糸装置における徐冷管１４に替えて、傾斜炉１６を設けて光ファイバ裸線１３を冷却するようにしたものであり、各符号は図２における符号と同一のものを示す。この傾斜炉１６は、紡糸炉１０本体中のヒータ１２より低い温度、例えば４００〜１８００℃で保持できるものであればよいが、ゾーン毎に温度を変えられる構造であればより好ましい。
【００１８】
これに対し、図４は徐冷機構を持たない従来の紡糸炉を示したものであり、図４中の各符号は、図２における符号と同一のものを示す。このような徐冷機構を持たない紡糸炉を用いた場合には、徐冷が充分になされず、ＳｉＯ・が光ファイバ中に残存しやすくなる。そのため、１３８０ｎｍでの水素による損失増加が起きやすくなる。
以上のようにして光ファイバを作製した後、０．０１ａｔｍの水素分圧下で１０日間暴露し、水素拡散後の損失特性を測定する。水素拡散後の１３８０ｎｍ帯の損失が０．３５ｄＢ／ｋｍ以下であれば、広い波長領域を用いた光伝送を行うのに影響ない。しかし、１３８０ｎｍ帯の水素拡散後の損失が０．３５ｄＢ／ｋｍより大きい場合、当初の目的を達することができなくなる。
上述の製造方法により作製したシングルモード光ファイバの具体例を以下に示す。
【００１９】
（実施例１）
コア部１（直径：ｄ）と第一クラッド部２（直径：Ｄ）の直径比、Ｄ／ｄを４．３とし、第二クラッド部３のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下として、ガラスプリフォームを作製し、その後、徐冷機構を有する紡糸装置を用いて紡糸してシングルモード光ファイバを作製したところ、波長１３８０ｎｍでの損失は０．２８５ｄＢ／ｋｍと０．３１ｄＢ／ｋｍ以下であり、この段階での判定は合格であった。また、水素試験後の波長１３８０ｎｍでの損失を測定したところ、損失は０．３２０ｄＢ／ｋｍと０．３５ｄＢ／ｋｍ以下であり、総合判定は合格であった。
【００２０】
（参考例１）
コア部１（直径：ｄ）と第一クラッド部２（直径：Ｄ）の直径比、Ｄ／ｄを４．９とし、第二クラッド部３のＯＨ濃度を４０ｐｐｍとして、ガラスプリフォームを作製し、その後、徐冷機構を有する紡糸装置を用いて紡糸してシングルモード光ファイバを作製したところ、波長１３８０ｎｍでの損失は０．３０８ｄＢ／ｋｍと０．３１ｄＢ／ｋｍ以下であり、この段階（中間）での判定は合格であった。水素試験後の波長１３８０ｎｍでの損失を測定したところ、損失は０．３４１ｄＢ／ｋｍと０．３５ｄＢ／ｋｍ以下であり、総合判定は合格であった。
【００２１】
（比較例１）
コア部１（直径：ｄ）と第一クラッド部２（直径：Ｄ）の直径比、Ｄ／ｄを４．１とし、第二クラッド部３のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下として、ガラスプリフォームを作製し、その後、徐冷機構を持たない紡糸装置を用いて紡糸してシングルモード光ファイバを作製したところ、波長１３８０ｎｍでの損失は０．２９２ｄＢ／ｋｍと０．３１ｄＢ／ｋｍ以下であり、この段階（中間）での判定は合格であった。しかし、水素試験後の波長１３８０ｎｍでの損失を測定したところ、損失は０．３５９ｄＢ／ｋｍであり、０．３５ｄＢ／ｋｍを超えており、総合判定は不合格であった。
【００２２】
（比較例２）
コア部１（直径：ｄ）と第一クラッド部２（直径：Ｄ）の直径比、Ｄ／ｄを３．８とし、第二クラッド部３のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下として、ガラスプリフォームを作製し、その後、徐冷機構を持たない紡糸装置を用いて紡糸してシングルモード光ファイバを作製したところ、波長１３８０ｎｍでの損失は０．３２０ｄＢ／ｋｍであり、０．３１ｄＢ／ｋｍを超えているため、この段階（中間）での判定は不合格であった。水素試験後の波長１３８０ｎｍでの損失を測定したところ、損失は０．３７１ｄＢ／ｋｍであり、０．３５ｄＢ／ｋｍを超えているため、総合判定は不合格であった。
【００２３】
（比較例３）
コア部１（直径：ｄ）と第一クラッド部２（直径：Ｄ）の直径比、Ｄ／ｄを４．３とし、第二クラッド部３のＯＨ濃度を３５ｐｐｍとして、ガラスプリフォームを作製し、その後、徐冷機構を持たない紡糸装置を用いて紡糸してシングルモード光ファイバを作製したところ、波長１３８０ｎｍでの損失は０．３１７ｄＢ／ｋｍであり、０．３１ｄＢ／ｋｍを超えているため、この段階（中間）での判定は不合格であった。水素試験後の波長１３８０ｎｍでの損失を測定したところ、損失は０．３６５ｄＢ／ｋｍであり、０．３５ｄＢ／ｋｍを超えているため、総合判定は不合格であった。
以上の結果を表１にまとめて表示する。
【００２４】
【表１】
【００２５】
この例のシングルモード光ファイバの製造方法によると、コア部１と第一クラッド部２とからなる石英ロッドの外周に第二クラッド部３となるＳｉＯ ２ 微粒子を外付けしてガラスプリフォーム１１を形成し、このガラスプリフォーム１１を溶融紡糸して光ファイバを製造することにより、石英管のジャケットを用いる場合と比べてコア母材とクラッドとの界面もしくは第一クラッド部２と第二クラッド部３との界面での気泡の発生を大量に低減することができ、外付けした多孔質体は、脱水することが容易なため、ＯＨ濃度を任意に制御して光ファイバを製造することができる。また石英管を使用しないため、コアロッドやクラッドとなる石英管の曲がりなどの問題に影響されることがなく、歩留まりが向上し、低コストでシングルモード光ファイバを製造することができる。
また、第一クラッド部２の直径Ｄとコア部１の直径ｄとの比であるＤ／ｄを４．０〜４．８の範囲とし、かつ、コア部１、第一クラッド部２及び第二クラッド部３のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下として光ファイバを製造することにより、波長１３８０ｎｍ帯での初期損失を０．３１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができ、１３８０ｎｍ帯周辺での損失のすその広がりが小さくなるため、その両側の波長帯も、光通信に使用することができるようになる。これに対して、第一クラッド部２とコア部１との直径比Ｄ／ｄを、Ｄ／ｄ＞４．８とし、かつ、コア部１と第一クラッド部２のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下とし、第二クラッド部３のＯＨ濃度を１００ｐｐｍ以下として光ファイバを製造しても、同様の作用・効果が得られる。
また、水素拡散後の波長１３８０ｎｍでの損失を０．３５ｄＢ／ｋｍ以下とすることができるため、水素の拡散が起こった場合でも、１３８０ｎｍ帯の波長領域において低損失なシングルモード光ファイバを、低コストで提供することができる。
【００２６】
また、溶融紡糸の工程において、徐冷機構を備えた紡糸装置を用いて溶融紡糸することにより、ＳｉＯ・の生成を低いレベルに抑制することができるため、光ファイバ外部の環境から、水素が拡散してきた場合でも、波長１３８０ｎｍ帯での水素による損失増は少なく、長期間の使用に耐え得るシングルモード光ファイバを製造することができる。
また、上述した製造方法によって製造されたシングルモード光ファイバは、波長１３８０ｎｍ帯での初期損失が０．３１ｄＢ／ｋｍ以下であり、１３８０ｎｍ帯周辺での損失のすその広がりを小さくすることができるため、その両側の波長帯においても、光通信に使用することが可能となる。また、水素拡散後の波長１３８０ｎｍでの損失を０．３５ｄＢ／ｋｍ以下とすることができるため、水素の拡散が起こった場合でも、１３８０ｎｍ帯の波長領域において低損失で光通信を行うことができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、コア部と第１クラッド部とからなる石英ロッドの外周に第二クラッド部となるＳｉＯ ２ 微粒子を外付けしてガラスプリフォームを形成し、このガラスプリフォームを溶融紡糸して光ファイバを製造することにより、石英管のジャケットを用いる場合と比べてコア母材とクラッドとの界面もしくは第一クラッド部と第二クラッド部との界面での気泡の発生を大量に低減することができ、外付けした多孔質体は、脱水することが容易なため、ＯＨ濃度を任意に制御して光ファイバを製造することができる。また石英管を使用しないため、コアロッドやクラッドとなる石英管の曲がりなどの問題に影響されることがなく、歩留まりが向上し、低コストでシングルモード光ファイバを製造することができる。
また、第一クラッド部の直径Ｄとコア部の直径ｄとの比であるＤ／ｄを４．０〜４．８の範囲とし、かつ、コア部、第一クラッド部及び第二クラッド部のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下として光ファイバを製造することにより、波長１３８０ｎｍ帯での初期損失を０．３１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができ、１３８０ｎｍ帯周辺での損失のすその広がりが小さくなるため、その両側の波長帯も、光通信に使用することができるようになる。
また、水素拡散後の波長１３８０ｎｍでの損失を０．３５ｄＢ／ｋｍ以下とすることができるため、水素の拡散が起こった場合でも、１３８０ｎｍ帯の波長領域において低損失なシングルモード光ファイバを、低コストで提供することができる。
【００２８】
また、溶融紡糸の工程において、徐冷機構を備えた紡糸装置を用いて溶融紡糸することにより、ＳｉＯ・の生成を低いレベルに抑制することができるため、光ファイバ外部の環境から、水素が拡散してきた場合でも、波長１３８０ｎｍ帯での水素による損失増は少なく、長期間の使用に耐え得るシングルモード光ファイバを製造することができる。
また、上述した製造方法によって製造されたシングルモード光ファイバは、波長１３８０ｎｍ帯での初期損失が０．３１ｄＢ／ｋｍ以下であり、１３８０ｎｍ帯周辺での損失のすその広がりを小さくすることができるため、その両側の波長帯においても、光通信に使用することが可能となる。また、水素拡散後の波長１３８０ｎｍでの損失を０．３５ｄＢ／ｋｍ以下とすることができるため、水素の拡散が起こった場合でも、１３８０ｎｍ帯の波長領域において低損失で光通信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシングルモード光ファイバを製造するためのガラスプリフォームの長手方向に垂直な方向についての断面を示す図である。
【図２】本発明のシングルモード光ファイバの製造方法で用いられる紡糸装置の一例を示す図である。
【図３】本発明のシングルモード光ファイバの製造方法で用いられる紡糸装置の他の例を示す図である。
【図４】従来の紡糸装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…コア部、２…第一クラッド部、３…第二クラッド部、１０…紡糸炉、１１…ガラスプリフォーム、１２…ヒータ、１３…光ファイバ裸線、１４…徐冷管、１５…ガス導入孔、１６…傾斜炉。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信用シングルモード光ファイバの製造方法及びシングルモード光ファイバに関し、特に、１３８０ｎｍ帯の波長帯域において伝送損失が小さく、かつ水素耐性に優れたシングルモード光ファイバの製造方法と、この製造方法により得られたシングルモード光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
波長多重伝送システムは、データトラフィックの急速な増加によって技術革新が進んでおり、伝送容量を増加させるため、使用できる波長領域を広げることが重要となっている。現在利用されている波長領域は、エルビウムドープ光ファイバで増幅できるＣ‐Ｂａｎｄ、あるいはＬ‐Ｂａｎｄであるが、さらなる広帯域化のために、Ｓ‐Ｂａｎｄで増幅可能なツリウムドープ光ファイバや、任意の波長で増幅可能なラマン増幅器が開発されている。その結果、光ファイバの低損失領域すべてにおける増幅が現実的なものとなり、全波長領域にわたって低損失な光ファイバが必要となっている。
光ファイバは波長１２００〜１６００ｎｍ帯において低損失な領域を持つが、１３８０ｎｍ帯にＯＨ基による大きな損失ピークが存在する。この損失ピークは光ファイバの材料に起因するものであり、光ファイバの材料である石英ガラスの構造は、ＳｉＯ ４ が３次元的にランダムに結合した網目構造となっており、不純物や欠陥などが構造中に存在する場合には、新たな結合の生成、消滅が起こり、これが光吸収の原因となる。この光吸収のうち、１３８０ｎｍ帯での損失は、石英ガラス中に存在するＯＨ基によるものとされる。従って、含有するＯＨ基の量が多いほど、１３８０ｎｍ帯における伝送損失は大きくなる。
【０００３】
この損失ピークは広いすその広がりを持つため、その両側の波長帯も、光通信に使用することができなくなっている。実用的には、１３８０ｎｍ帯の損失を０．３１ｄＢ／ｋｍ以下にする事ができれば、広い波長領域を用いた光伝送が可能となる。
特開平１１‐１７１５７５号公報によれば、コアロッドのコア／堆積クラッド比（Ｄ／ｄ比）をある範囲に制御する事でＯＨ基の存在によってもたらされる１３８５ｎｍ帯の損失を低減することができるとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１１−１７１５７５号公報に開示されている方法を利用すれば、１３８５ｎｍ帯における損失が０．３３ｄＢ／ｋｍより小さい光ファイバを製造することができる。この方法は、クラッドを石英管のジャケットで作製するものであり、石英管のジャケットを用いるとコストを安くできるが、コアロッドと石英管との間に気泡が入りやすいという問題があった。
また、石英管のＯＨ濃度や曲がり等の問題が、光ファイバの品質に大きく影響してしまうため、品質管理が煩雑となってしまう恐れがあった。その結果、歩留まりが低下し、コストの増加を招いてしまうことがある。また、初期の１３８０ｎｍ帯での損失が小さい場合でも、外部環境から水素が拡散してきた場合、損失が増加してしまうが、これに対する対策は施されていない。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、１３８０ｎｍの初期損失が低く、且つ外部から水素が拡散してきた場合でも、１３８０ｎｍにおける損失を低く保つことができるシングルモード光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、屈折率の高いコア部と該コア部より屈折率の低い第一クラッド部とからなる石英ロッドを製造する第１の工程と、その石英ロッドの外周に第二クラッド部となるＳｉＯ２微粒子を外付けした後、焼結してガラスプリフォームを製造する第２の工程と、このガラスプリフォームを溶融紡糸することにより光ファイバを製造する第３の工程とを有するシングルモード光ファイバの製造方法であって、該第一クラッド部の直径Ｄと該コア部の直径ｄとの比であるＤ／ｄを４.０〜４.８の範囲とし、かつ、該コア部、該第一クラッド部及び該第二クラッド部の全域におけるＯＨ濃度を０.１ｐｐｍ以下として形成することを特徴とするシングルモード光ファイバの製造方法である。
これにより、石英管をジャケットとして用いた場合に比べてコア母材とクラッドとの界面もしくは第一クラッド部と第二クラッド部との界面での気泡の発生を大量に低減することができ、外付けした多孔質体は、脱水することが容易なため、ＯＨ濃度を任意に制御することができる。また石英管を使用しないため、コアロッドやクラッドとなる石英管の曲がりなどの問題に影響されることがなく、歩留まりが向上し、低コストでシングルモード光ファイバを製造することができる。
【０００７】
なお、上記の製造方法を用いて、該第一クラッド部と該コア部との直径比Ｄ／ｄを、Ｄ／ｄ＞４．８とした場合には、該コア部と該第一クラッド部のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下とすれば、該第二クラッド部のＯＨ濃度は必ずしも０．１ｐｐｍ以下としなくてもよく。例えば１００ｐｐｍ以下として形成すれば、上述した作用・効果が得られる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のシングルモード光ファイバの製造方法において、波長１３８０ｎｍでの初期損失が０．３１ｄＢ／ｋｍ以下であり、かつ、水素拡散後の波長１３８０ｎｍでの損失が０．３５ｄＢ／ｋｍ以下となるように光ファイバを製造することを特徴とする。
これにより、１３８０ｎｍ帯周辺での損失のすその広がりが小さくなるため、その両側の波長帯も、光通信に使用することができるようになる。また、水素拡散後の波長１３８０ｎｍにおける損失を０．３５ｄＢ／ｋｍ以下とすることができるため、水素の拡散が起こった場合でも、１３８０ｎｍ帯の波長領域において低損失なシングルモード光ファイバを、低コストで提供することができる。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載のシングルモード光ファイバの製造方法において、前記溶融紡糸の工程において、徐冷機構を備えた紡糸装置を用いてガラスプリフォームを溶融紡糸して光ファイバを製造することを特徴とする。
これにより、ＳｉＯ・の生成を低いレベルに抑制することができるため、光ファイバ外部の環境から、水素が拡散してきた場合でも、波長１３８０ｎｍ帯における水素ロス増は少なく、長期間の使用に耐え得るシングルモード光ファイバを製造することができる。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項３に記載のシングルモード光ファイバの製造方法において、前記徐冷機構は、傾斜炉、または徐冷管によって構成されていることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項４に記載のシングルモード光ファイバの製造方法において、前記徐冷機構は、徐冷の雰囲気が空気、Ａｒ、Ｎ２、もしくはそれらの混合ガスのいずれかであることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明のシングルモード光ファイバを作製するためのガラスプリフォームの長手方向に垂直な方向の断面を示す。
図１中、符号１は高屈折率部であるコア部、符号２はコア部１の外周に設けられコア部１より低屈折率の第一クラッド部である。符号３は第一クラッド部２と同じ屈折率を持つ第二クラッド部である。
以下に、このガラスプリフォーム及びガラスプリフォームを溶融紡糸して形成される光ファイバの製造方法について説明する。
【００１２】
最初に、一般のＶＡＤ装置を用いて、屈折率の高いコア部１と、コア部１より屈折率の低い第一クラッド部からなる多孔質体を作製する。コア部１は、ＧｅＯ ２ とＳｉＯ ２ 微粒子を堆積させて作製し、第一クラッド部２は、ＳｉＯ ２ 微粒子を堆積させて作製する。第一クラッド部２に対するコア部１の比屈折率差△は、０．３〜０．４％となるようにするのが好ましい。
コア部１（直径：ｄ）と第一クラッド部２（直径：Ｄ）の直径比、Ｄ／ｄは４．０以上であることが好ましい。Ｄ／ｄの値をこのように定める理由は以下の通りである。
【００１３】
Ｄ／ｄ＝４．０〜４．８の場合、第二クラッド部３のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下にすることで、１３８０ｎｍ帯における初期損失を０．３１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。これに対して、Ｄ／ｄ＞４．８とした場合には、第二クラッド部３のＯＨ濃度の影響は小さいので、塩素系ガスによる脱水をすることなく、１３８０ｎｍ帯における損失を０．３１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができる。
このように、１３８０ｎｍ帯での損失を０．３１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができれば、広い波長領域を用いた光伝送が可能となる。
しかし、Ｄ／ｄ＜４．０の場合は、第二クラッド部３のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下に低減しても、１３８０ｎｍ帯での初期損失が０．３１ｄＢ／ｋｍより大きくなり、本発明の目的を達することができなくなる。
【００１４】
以上のことから、第一クラッド部２の直径Ｄとコア部１の直径ｄとの比であるＤ／ｄを４．０〜４．８の範囲とし、かつ、コア部１、第一クラッド部２及び第二クラッド部３のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下とすることが好ましい。
これに対して、第一クラッド部２とコア部１との直径比Ｄ／ｄを、Ｄ／ｄ＞４．８とする場合には、コア部１と第一クラッド部２のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下とし、第二クラッド部３のＯＨ濃度を１００ｐｐｍ以下とすることにより同等の作用・効果が得られる。
その後、この多孔質体を脱水、焼結して石英ロッドを形成する。ここで脱水工程は、Ｄ／ｄ＝４．０〜４．８の場合に行なわれ、約１２００℃の温度において塩素系ガス中、もしくは塩素系ガスと酸素との混合雰囲気下で処理される。また焼結工程は、約１４５０℃のヘリウム雰囲気で行なわれてガラス化される。
【００１５】
第二クラッド部３の形成は、上述した石英ロッドにＳｉＯ ２ 微粒子を外付けすることにより行う。第二クラッド部３の厚さは、石英ロッドをどの程度の直径で作製するかで異なってくるが、例えば、直径１２５μｍの光ファイバの場合、第二クラッド部３の厚さが４３μｍ以下になるようにＳｉＯ ２ 微粒子を外付けするのが好ましい。第二クラッド部３の厚さが４３μｍより厚い場合、１３８０ｎｍ帯での初期損失が大きくなりやすいため好ましくない。
【００１６】
このように第二クラッド部３が外付けされた石英ロッドに対し、上記のＤ／ｄの値如何によって必要となる場合に、塩素系ガス中、もしくは塩素系ガスと酸素との混合雰囲気下で脱水処理を行う。また焼結工程は、約１４５０℃、ヘリウム雰囲気中で行なってガラスプリフォームを作製する。
その後、このガラスプリフォームを溶融紡糸することによって、光ファイバを作製する。紡糸の線速が速い場合、例えば６００ｍ／ｍｉｎ以上の場合は、線引き直後に光ファイバが急冷されやすいため、紡糸炉出口に徐冷機構を備えた紡糸機を用いるのが好ましい。
【００１７】
この紡糸工程において用いる紡糸装置の例を図２、図３に示す。
図２中、符号１０は紡糸炉であり、ガラスプリフォーム１１は紡糸炉１０中のヒータ１２によって溶融紡糸されて光ファイバ裸線１３が形成される。この光ファイバ裸線１３は、徐冷管１４によって冷却された後、樹脂塗布装置により樹脂が塗付されて光ファイバ素線が形成される。徐冷管１４には、冷却用ガスを導入するためのガス導入孔１５が設けられ、この冷却用ガスとして空気、Ａｒ、Ｎ ２ 、もしくはこれらの混合ガスのいずれかを用いることが好ましい。
また、図３に示す紡糸装置は、図２に示す紡糸装置における徐冷管１４に替えて、傾斜炉１６を設けて光ファイバ裸線１３を冷却するようにしたものであり、各符号は図２における符号と同一のものを示す。この傾斜炉１６は、紡糸炉１０本体中のヒータ１２より低い温度、例えば４００〜１８００℃で保持できるものであればよいが、ゾーン毎に温度を変えられる構造であればより好ましい。
【００１８】
これに対し、図４は徐冷機構を持たない従来の紡糸炉を示したものであり、図４中の各符号は、図２における符号と同一のものを示す。このような徐冷機構を持たない紡糸炉を用いた場合には、徐冷が充分になされず、ＳｉＯ・が光ファイバ中に残存しやすくなる。そのため、１３８０ｎｍでの水素による損失増加が起きやすくなる。
以上のようにして光ファイバを作製した後、０．０１ａｔｍの水素分圧下で１０日間暴露し、水素拡散後の損失特性を測定する。水素拡散後の１３８０ｎｍ帯の損失が０．３５ｄＢ／ｋｍ以下であれば、広い波長領域を用いた光伝送を行うのに影響ない。しかし、１３８０ｎｍ帯の水素拡散後の損失が０．３５ｄＢ／ｋｍより大きい場合、当初の目的を達することができなくなる。
上述の製造方法により作製したシングルモード光ファイバの具体例を以下に示す。
【００１９】
（実施例１）
コア部１（直径：ｄ）と第一クラッド部２（直径：Ｄ）の直径比、Ｄ／ｄを４．３とし、第二クラッド部３のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下として、ガラスプリフォームを作製し、その後、徐冷機構を有する紡糸装置を用いて紡糸してシングルモード光ファイバを作製したところ、波長１３８０ｎｍでの損失は０．２８５ｄＢ／ｋｍと０．３１ｄＢ／ｋｍ以下であり、この段階での判定は合格であった。また、水素試験後の波長１３８０ｎｍでの損失を測定したところ、損失は０．３２０ｄＢ／ｋｍと０．３５ｄＢ／ｋｍ以下であり、総合判定は合格であった。
【００２０】
（参考例１）
コア部１（直径：ｄ）と第一クラッド部２（直径：Ｄ）の直径比、Ｄ／ｄを４．９とし、第二クラッド部３のＯＨ濃度を４０ｐｐｍとして、ガラスプリフォームを作製し、その後、徐冷機構を有する紡糸装置を用いて紡糸してシングルモード光ファイバを作製したところ、波長１３８０ｎｍでの損失は０．３０８ｄＢ／ｋｍと０．３１ｄＢ／ｋｍ以下であり、この段階（中間）での判定は合格であった。水素試験後の波長１３８０ｎｍでの損失を測定したところ、損失は０．３４１ｄＢ／ｋｍと０．３５ｄＢ／ｋｍ以下であり、総合判定は合格であった。
【００２１】
（比較例１）
コア部１（直径：ｄ）と第一クラッド部２（直径：Ｄ）の直径比、Ｄ／ｄを４．１とし、第二クラッド部３のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下として、ガラスプリフォームを作製し、その後、徐冷機構を持たない紡糸装置を用いて紡糸してシングルモード光ファイバを作製したところ、波長１３８０ｎｍでの損失は０．２９２ｄＢ／ｋｍと０．３１ｄＢ／ｋｍ以下であり、この段階（中間）での判定は合格であった。しかし、水素試験後の波長１３８０ｎｍでの損失を測定したところ、損失は０．３５９ｄＢ／ｋｍであり、０．３５ｄＢ／ｋｍを超えており、総合判定は不合格であった。
【００２２】
（比較例２）
コア部１（直径：ｄ）と第一クラッド部２（直径：Ｄ）の直径比、Ｄ／ｄを３．８とし、第二クラッド部３のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下として、ガラスプリフォームを作製し、その後、徐冷機構を持たない紡糸装置を用いて紡糸してシングルモード光ファイバを作製したところ、波長１３８０ｎｍでの損失は０．３２０ｄＢ／ｋｍであり、０．３１ｄＢ／ｋｍを超えているため、この段階（中間）での判定は不合格であった。水素試験後の波長１３８０ｎｍでの損失を測定したところ、損失は０．３７１ｄＢ／ｋｍであり、０．３５ｄＢ／ｋｍを超えているため、総合判定は不合格であった。
【００２３】
（比較例３）
コア部１（直径：ｄ）と第一クラッド部２（直径：Ｄ）の直径比、Ｄ／ｄを４．３とし、第二クラッド部３のＯＨ濃度を３５ｐｐｍとして、ガラスプリフォームを作製し、その後、徐冷機構を持たない紡糸装置を用いて紡糸してシングルモード光ファイバを作製したところ、波長１３８０ｎｍでの損失は０．３１７ｄＢ／ｋｍであり、０．３１ｄＢ／ｋｍを超えているため、この段階（中間）での判定は不合格であった。水素試験後の波長１３８０ｎｍでの損失を測定したところ、損失は０．３６５ｄＢ／ｋｍであり、０．３５ｄＢ／ｋｍを超えているため、総合判定は不合格であった。
以上の結果を表１にまとめて表示する。
【００２４】
【表１】
この例のシングルモード光ファイバの製造方法によると、コア部１と第一クラッド部２とからなる石英ロッドの外周に第二クラッド部３となるＳｉＯ ２ 微粒子を外付けしてガラスプリフォーム１１を形成し、このガラスプリフォーム１１を溶融紡糸して光ファイバを製造することにより、石英管のジャケットを用いる場合と比べてコア母材とクラッドとの界面もしくは第一クラッド部２と第二クラッド部３との界面での気泡の発生を大量に低減することができ、外付けした多孔質体は、脱水することが容易なため、ＯＨ濃度を任意に制御して光ファイバを製造することができる。また石英管を使用しないため、コアロッドやクラッドとなる石英管の曲がりなどの問題に影響されることがなく、歩留まりが向上し、低コストでシングルモード光ファイバを製造することができる。
また、第一クラッド部２の直径Ｄとコア部１の直径ｄとの比であるＤ／ｄを４．０〜４．８の範囲とし、かつ、コア部１、第一クラッド部２及び第二クラッド部３のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下として光ファイバを製造することにより、波長１３８０ｎｍ帯での初期損失を０．３１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができ、１３８０ｎｍ帯周辺での損失のすその広がりが小さくなるため、その両側の波長帯も、光通信に使用することができるようになる。これに対して、第一クラッド部２とコア部１との直径比Ｄ／ｄを、Ｄ／ｄ＞４．８とし、かつ、コア部１と第一クラッド部２のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下とし、第二クラッド部３のＯＨ濃度を１００ｐｐｍ以下として光ファイバを製造しても、同様の作用・効果が得られる。
また、水素拡散後の波長１３８０ｎｍでの損失を０．３５ｄＢ／ｋｍ以下とすることができるため、水素の拡散が起こった場合でも、１３８０ｎｍ帯の波長領域において低損失なシングルモード光ファイバを、低コストで提供することができる。
【００２６】
また、溶融紡糸の工程において、徐冷機構を備えた紡糸装置を用いて溶融紡糸することにより、ＳｉＯ・の生成を低いレベルに抑制することができるため、光ファイバ外部の環境から、水素が拡散してきた場合でも、波長１３８０ｎｍ帯での水素による損失増は少なく、長期間の使用に耐え得るシングルモード光ファイバを製造することができる。
また、上述した製造方法によって製造されたシングルモード光ファイバは、波長１３８０ｎｍ帯での初期損失が０．３１ｄＢ／ｋｍ以下であり、１３８０ｎｍ帯周辺での損失のすその広がりを小さくすることができるため、その両側の波長帯においても、光通信に使用することが可能となる。また、水素拡散後の波長１３８０ｎｍでの損失を０．３５ｄＢ／ｋｍ以下とすることができるため、水素の拡散が起こった場合でも、１３８０ｎｍ帯の波長領域において低損失で光通信を行うことができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、コア部と第１クラッド部とからなる石英ロッドの外周に第二クラッド部となるＳｉＯ ２ 微粒子を外付けしてガラスプリフォームを形成し、このガラスプリフォームを溶融紡糸して光ファイバを製造することにより、石英管のジャケットを用いる場合と比べてコア母材とクラッドとの界面もしくは第一クラッド部と第二クラッド部との界面での気泡の発生を大量に低減することができ、外付けした多孔質体は、脱水することが容易なため、ＯＨ濃度を任意に制御して光ファイバを製造することができる。また石英管を使用しないため、コアロッドやクラッドとなる石英管の曲がりなどの問題に影響されることがなく、歩留まりが向上し、低コストでシングルモード光ファイバを製造することができる。
また、第一クラッド部の直径Ｄとコア部の直径ｄとの比であるＤ／ｄを４．０〜４．８の範囲とし、かつ、コア部、第一クラッド部及び第二クラッド部のＯＨ濃度を０．１ｐｐｍ以下として光ファイバを製造することにより、波長１３８０ｎｍ帯での初期損失を０．３１ｄＢ／ｋｍ以下にすることができ、１３８０ｎｍ帯周辺での損失のすその広がりが小さくなるため、その両側の波長帯も、光通信に使用することができるようになる。
また、水素拡散後の波長１３８０ｎｍでの損失を０．３５ｄＢ／ｋｍ以下とすることができるため、水素の拡散が起こった場合でも、１３８０ｎｍ帯の波長領域において低損失なシングルモード光ファイバを、低コストで提供することができる。
【００２８】
また、溶融紡糸の工程において、徐冷機構を備えた紡糸装置を用いて溶融紡糸することにより、ＳｉＯ・の生成を低いレベルに抑制することができるため、光ファイバ外部の環境から、水素が拡散してきた場合でも、波長１３８０ｎｍ帯での水素による損失増は少なく、長期間の使用に耐え得るシングルモード光ファイバを製造することができる。
また、上述した製造方法によって製造されたシングルモード光ファイバは、波長１３８０ｎｍ帯での初期損失が０．３１ｄＢ／ｋｍ以下であり、１３８０ｎｍ帯周辺での損失のすその広がりを小さくすることができるため、その両側の波長帯においても、光通信に使用することが可能となる。また、水素拡散後の波長１３８０ｎｍでの損失を０．３５ｄＢ／ｋｍ以下とすることができるため、水素の拡散が起こった場合でも、１３８０ｎｍ帯の波長領域において低損失で光通信を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシングルモード光ファイバを製造するためのガラスプリフォームの長手方向に垂直な方向についての断面を示す図である。
【図２】本発明のシングルモード光ファイバの製造方法で用いられる紡糸装置の一例を示す図である。
【図３】本発明のシングルモード光ファイバの製造方法で用いられる紡糸装置の他の例を示す図である。
【図４】従来の紡糸装置の一例を示す図である。
【符号の説明】
１…コア部、２…第一クラッド部、３…第二クラッド部、１０…紡糸炉、１１…ガラスプリフォーム、１２…ヒータ、１３…光ファイバ裸線、１４…徐冷管、１５…ガス導入孔、１６…傾斜炉。
Claims (5)
- 屈折率の高いコア部と該コア部より屈折率の低い第一クラッド部とからなる石英ロッドを製造する第１の工程と、
その石英ロッドの外周に第二クラッド部となるＳｉＯ２微粒子を外付けした後、焼結してガラスプリフォームを製造する第２の工程と、
このガラスプリフォームを溶融紡糸することにより光ファイバを製造する第３の工程とを有するシングルモード光ファイバの製造方法であって、
該第一クラッド部の直径Ｄと該コア部の直径ｄとの比であるＤ／ｄを４.０〜４.８の範囲とし、かつ、該コア部、該第一クラッド部及び該第二クラッド部の全域におけるＯＨ濃度を０.１ｐｐｍ以下として形成することを特徴とするシングルモード光ファイバの製造方法。 - 波長１３８０ｎｍでの初期損失が０．３１ｄＢ／ｋｍ以下であり、かつ、水素拡散後の波長１３８０ｎｍでの損失が０．３５ｄＢ／ｋｍ以下となるように光ファイバを製造することを特徴とする請求項１に記載のシングルモード光ファイバの製造方法。
- 前記溶融紡糸の工程において、徐冷機構を備えた紡糸装置を用いてガラスプリフォームを溶融紡糸して光ファイバを製造することを特徴とする請求項１又は２に記載のシングルモード光ファイバの製造方法。
- 前記徐冷機構は、傾斜炉、または徐冷管によって構成されていることを特徴とする請求項３に記載のシングルモード光ファイバの製造方法。
- 前記徐冷機構は、徐冷の雰囲気が空気、Ａｒ、Ｎ２、もしくはこれらの混合ガスのいずれかであることを特徴とする請求項４に記載のシングルモード光ファイバの製造方法。
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