JP3858614B2 - 光ファイバ母材の製造方法 - Google Patents
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- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
- Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数層の屈折率構造を有する光ファイバ母材の製造方法、特にコア非円率が低い前記光ファイバ母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中心コアの周囲に複数層の屈折率分布を有するクラッド層を形成させた光ファイバ母材は、通常クラッド層となるガラスパイプ内にコアロッド（クラッド層の一部を形成させたものを含む）を挿入して加熱一体化（コラプス）させる、いわゆるロッドインチューブ法で製造されている。例えば、図１に示すような、中心コアの周囲に屈折率の異なる第１〜第３クラッド層を形成させた、径方向に複雑な屈折率プロファイルを持つ３重クラッド型の光ファイバ母材を製造する方法の１例として、次のようなプロセスが挙げられる。
（１）中心のコアとなるＧｅＯ2 添加石英ガラスロッドをＶＡＤ（ Vapor Phase Axial Deposition ）法又はＯＶＤ（ Outside Vapor Phase Deposition ）法で合成する。
（２）第１クラッドとなるＦ添加石英ガラスパイプをＶＡＤ法又はＯＶＤ法で合成する。
（３）（１）で作製されたコアロッドを（２）で作製されたパイプ中に挿入してコラプスする（加熱一体化させる）。
（４）ＭＣＶＤ（ Modified Chemical Vapor Deposition ）法により、石英ガラスパイプ内面にＧｅＯ2 添加ガラス層を合成する。
（５）（３）で作製されたコアロッドを（４）で作製されたパイプ中に挿入してコラプスする。
【０００３】
高速伝送が実現される上で、分散特性（特にＰＭＤ：Polarized Mode Dispersion ）の改善は非常に重要である。ＰＭＤは光ファイバ母材のコア非円率と大きな相関があり、ＰＭＤが小さいファイバを製造するためには、母材の非円率を低減することは必要条件である。 一般的に不純物を含まない石英ガラスは粘性が最も高く、石英ガラスに不純物が添加されるとガラスの粘性は低下する。前記プロセスにおいて、ＭＣＶＤ法で製造されたガラス層の不純物ドープ量が増加するとガラス層の軟化温度が低くなるため、コラプス時に内付けされたパイプを加熱する際、ガラス層が変形しやすい。ガラス層が変形した状態でコアがコラプスされると、コアが歪みやすく、コア非円率は高くなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来技術における問題点を解決し、コア非円率が低い、多層の屈折率分布を有する光ファイバ母材を得ることができるロッドインチューブ法による光ファイバ母材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決する手段として次の（１）〜（５）の態様を含むものである。
（１）石英ガラスパイプ内面にドーパントを添加したガラス堆積層を形成させることによって所望の屈折率構造を持つガラスパイプを作製し、その内部にガラスロッドを挿入して加熱一体化させる複数層の屈折率構造を有する光ファイバ母材の製造方法において、前記ガラスパイプの内面のガラス堆積層表面に、加熱一体化時の温度において該ガラス堆積層よりも高い粘度を有するガラスからなる、厚みが５０〜１０００μｍであるサポート層を堆積させ、ガラスロッドを挿入して加熱一体化させることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
（２）前記ガラスロッドが中心コアと第１クラッド層からなるコアロッドであることを特徴とする前記（１）に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【０００６】
（３）加熱一体化時の温度における前記サポート層の粘度が、純石英ガラスの粘度と前記ガラス堆積層の粘度の中間から前記純石英ガラスの粘度側の粘度であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の光ファイバ母材の製造方法。
（４）サポート層が石英ガラスであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の光ファイバ母材の製造方法。
（５）前記ガラスロッドが中心コアとなるＧｅＯ2 添加石英ガラスロッドの表面にＦ添加石英ガラスからなる第１クラッド層を形成させたコアロッドであり、前記ガラスパイプが石英ガラスパイプ内面にＧｅＯ2 添加石英ガラスの堆積層を形成させたガラスパイプであることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の方法においてコアロッドを挿入するガラスパイプは、石英ガラスパイプ内面にドーパントを添加したガラス堆積層（複数層の場合を含む）を形成させたものである。このガラス堆積層は不純物であるドーパントを含んでいるため純石英ガラスに比較して軟化温度が低く、加熱一体化の温度（コラプス温度）における粘度が低いため変形しやすく、非円率を大きくする原因となる。そのため本発明ではこのガラス堆積層の最表面に加熱一体化の温度において、該堆積層よりも粘度が高いガラス層をサポート層として堆積させることを特徴としている。図２に石英ガラスパイプ、ガラス堆積層及びサポート層の粘度の相対関係を模式的に示す。
【０００８】
ドーパントを添加したガラス堆積層は粘度が低いため加熱一体化時に変形しやすいが、その表面に粘度が高いガラスのサポート層を存在させることにより、該サポート層がガラス堆積層の変形を抑制するため、加熱一体化された光ファイバ母材のコア非円率を低減することができる。
サポート層を形成するガラスは、石英ガラスに適量のＧｅＯ2 などのドーパントを添加して所望の粘度に調製したものである。粘度はガラス堆積層の粘度と純石英ガラスの粘度との間で目的とする光ファイバ母材の性状等に応じて適宜設定すればよいが、ガラス堆積層の粘度に近いと効果は少ないので、純石英ガラスの粘度とガラス堆積層の粘度の中間から純石英の粘度側とするのが好ましく、さらに好ましくは純石英の粘度に概ね等しい値であり、サポート層のガラスを純石英ガラスそのものとするのが最も効果的である。
【０００９】
サポート層はガラス堆積層の内表面にＭＣＶＤ法により形成させることができる。また、高周波プラズマを用いたプラズマＣＶＤ法などによっても形成が可能である。ただし、サポート層が薄過ぎると効果がなく、また厚過ぎるとファイバの伝送特性が所望の値からずれるため、サポート層の厚みは５０〜１０００μｍとするのが望ましい。
【００１０】
【実施例】
以下、実施例により本発明の効果を具体的に説明する。
（実施例１、２、比較例１）
ドーパントを添加したガラス堆積層を形成させたガラスパイプの内壁に、粘度の異なるガラスサポート層を形成し、図１に示した屈折率構造の３重クラッド型光ファイバ母材の作製試験を行い、光ファイバ母材の非円率に及ぼすサポート層の粘度の影響を調べた。
【００１１】
ガラスロッドとしては中心コアとなるＧｅＯ2 添加石英ガラスロッドの表面にＦ添加石英ガラスからなる第１クラッド層を形成させたコアロッド（直径４ｍｍ）を使用し、ガラスパイプとしては厚さが６ｍｍの純石英ガラスパイプ内面に７ｗｔ％のＧｅＯ2 を添加した石英ガラスの堆積層を厚さ０．７ｍｍで形成させたガラスパイプを使用した。
サポート層は、実施例１では純石英ガラス、実施例２ではＧｅＯ2 を添加して加熱一体化時の温度（１８００℃）における粘度が純石英ガラスと前記ガラスパイプ内面の堆積層の粘度の中間に調製した石英ガラス、比較例１では前記ガラスパイプ内面の堆積層と同じＧｅＯ2 を添加した石英ガラスを使用し、ＭＣＶＤ法により形成させた。
【００１２】
各実施例、比較例においてサポート層の厚みをそれぞれ、２５０、５００、７５０及び１０００μｍとし、１８００℃で２時間加熱し一体化させて得られた光ファイバ母材のコア非円率を調べた。結果は図３に示す通りであり、本発明の方法により光ファイバ母材のコア非円率が大幅に低下することがわかる。なお、コア非円率はコアの長軸の大きさをａ、短軸の大きさをｂとしたとき、｛（ａ−ｂ）／ａ｝×１００〔％〕で表される値である。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、ロッドインチューブ法による多層の屈折率分布を有する光ファイバ母材の製造方法において、得られる光ファイバ母材のコア非円率を、従来技術に比べて著しく低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３重クラッド型の光ファイバ母材の１例における屈折率プロファイルを模式的に示す図。
【図２】３重クラッド型の光ファイバ母材の１例における石英ガラスパイプ、ガラス堆積層及びサポート層の粘度の相対関係を模式的に示す図。
【図３】実施例及び比較例におけるサポート層の粘度、厚さと、得られる光ファイバ母材のコア非円率との関係を示す図。
【発明の属する技術分野】
本発明は複数層の屈折率構造を有する光ファイバ母材の製造方法、特にコア非円率が低い前記光ファイバ母材の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
中心コアの周囲に複数層の屈折率分布を有するクラッド層を形成させた光ファイバ母材は、通常クラッド層となるガラスパイプ内にコアロッド（クラッド層の一部を形成させたものを含む）を挿入して加熱一体化（コラプス）させる、いわゆるロッドインチューブ法で製造されている。例えば、図１に示すような、中心コアの周囲に屈折率の異なる第１〜第３クラッド層を形成させた、径方向に複雑な屈折率プロファイルを持つ３重クラッド型の光ファイバ母材を製造する方法の１例として、次のようなプロセスが挙げられる。
（１）中心のコアとなるＧｅＯ2 添加石英ガラスロッドをＶＡＤ（ Vapor Phase Axial Deposition ）法又はＯＶＤ（ Outside Vapor Phase Deposition ）法で合成する。
（２）第１クラッドとなるＦ添加石英ガラスパイプをＶＡＤ法又はＯＶＤ法で合成する。
（３）（１）で作製されたコアロッドを（２）で作製されたパイプ中に挿入してコラプスする（加熱一体化させる）。
（４）ＭＣＶＤ（ Modified Chemical Vapor Deposition ）法により、石英ガラスパイプ内面にＧｅＯ2 添加ガラス層を合成する。
（５）（３）で作製されたコアロッドを（４）で作製されたパイプ中に挿入してコラプスする。
【０００３】
高速伝送が実現される上で、分散特性（特にＰＭＤ：Polarized Mode Dispersion ）の改善は非常に重要である。ＰＭＤは光ファイバ母材のコア非円率と大きな相関があり、ＰＭＤが小さいファイバを製造するためには、母材の非円率を低減することは必要条件である。 一般的に不純物を含まない石英ガラスは粘性が最も高く、石英ガラスに不純物が添加されるとガラスの粘性は低下する。前記プロセスにおいて、ＭＣＶＤ法で製造されたガラス層の不純物ドープ量が増加するとガラス層の軟化温度が低くなるため、コラプス時に内付けされたパイプを加熱する際、ガラス層が変形しやすい。ガラス層が変形した状態でコアがコラプスされると、コアが歪みやすく、コア非円率は高くなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような従来技術における問題点を解決し、コア非円率が低い、多層の屈折率分布を有する光ファイバ母材を得ることができるロッドインチューブ法による光ファイバ母材の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決する手段として次の（１）〜（５）の態様を含むものである。
（１）石英ガラスパイプ内面にドーパントを添加したガラス堆積層を形成させることによって所望の屈折率構造を持つガラスパイプを作製し、その内部にガラスロッドを挿入して加熱一体化させる複数層の屈折率構造を有する光ファイバ母材の製造方法において、前記ガラスパイプの内面のガラス堆積層表面に、加熱一体化時の温度において該ガラス堆積層よりも高い粘度を有するガラスからなる、厚みが５０〜１０００μｍであるサポート層を堆積させ、ガラスロッドを挿入して加熱一体化させることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
（２）前記ガラスロッドが中心コアと第１クラッド層からなるコアロッドであることを特徴とする前記（１）に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【０００６】
（３）加熱一体化時の温度における前記サポート層の粘度が、純石英ガラスの粘度と前記ガラス堆積層の粘度の中間から前記純石英ガラスの粘度側の粘度であることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の光ファイバ母材の製造方法。
（４）サポート層が石英ガラスであることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の光ファイバ母材の製造方法。
（５）前記ガラスロッドが中心コアとなるＧｅＯ2 添加石英ガラスロッドの表面にＦ添加石英ガラスからなる第１クラッド層を形成させたコアロッドであり、前記ガラスパイプが石英ガラスパイプ内面にＧｅＯ2 添加石英ガラスの堆積層を形成させたガラスパイプであることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ母材の製造方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の方法においてコアロッドを挿入するガラスパイプは、石英ガラスパイプ内面にドーパントを添加したガラス堆積層（複数層の場合を含む）を形成させたものである。このガラス堆積層は不純物であるドーパントを含んでいるため純石英ガラスに比較して軟化温度が低く、加熱一体化の温度（コラプス温度）における粘度が低いため変形しやすく、非円率を大きくする原因となる。そのため本発明ではこのガラス堆積層の最表面に加熱一体化の温度において、該堆積層よりも粘度が高いガラス層をサポート層として堆積させることを特徴としている。図２に石英ガラスパイプ、ガラス堆積層及びサポート層の粘度の相対関係を模式的に示す。
【０００８】
ドーパントを添加したガラス堆積層は粘度が低いため加熱一体化時に変形しやすいが、その表面に粘度が高いガラスのサポート層を存在させることにより、該サポート層がガラス堆積層の変形を抑制するため、加熱一体化された光ファイバ母材のコア非円率を低減することができる。
サポート層を形成するガラスは、石英ガラスに適量のＧｅＯ2 などのドーパントを添加して所望の粘度に調製したものである。粘度はガラス堆積層の粘度と純石英ガラスの粘度との間で目的とする光ファイバ母材の性状等に応じて適宜設定すればよいが、ガラス堆積層の粘度に近いと効果は少ないので、純石英ガラスの粘度とガラス堆積層の粘度の中間から純石英の粘度側とするのが好ましく、さらに好ましくは純石英の粘度に概ね等しい値であり、サポート層のガラスを純石英ガラスそのものとするのが最も効果的である。
【０００９】
サポート層はガラス堆積層の内表面にＭＣＶＤ法により形成させることができる。また、高周波プラズマを用いたプラズマＣＶＤ法などによっても形成が可能である。ただし、サポート層が薄過ぎると効果がなく、また厚過ぎるとファイバの伝送特性が所望の値からずれるため、サポート層の厚みは５０〜１０００μｍとするのが望ましい。
【００１０】
【実施例】
以下、実施例により本発明の効果を具体的に説明する。
（実施例１、２、比較例１）
ドーパントを添加したガラス堆積層を形成させたガラスパイプの内壁に、粘度の異なるガラスサポート層を形成し、図１に示した屈折率構造の３重クラッド型光ファイバ母材の作製試験を行い、光ファイバ母材の非円率に及ぼすサポート層の粘度の影響を調べた。
【００１１】
ガラスロッドとしては中心コアとなるＧｅＯ2 添加石英ガラスロッドの表面にＦ添加石英ガラスからなる第１クラッド層を形成させたコアロッド（直径４ｍｍ）を使用し、ガラスパイプとしては厚さが６ｍｍの純石英ガラスパイプ内面に７ｗｔ％のＧｅＯ2 を添加した石英ガラスの堆積層を厚さ０．７ｍｍで形成させたガラスパイプを使用した。
サポート層は、実施例１では純石英ガラス、実施例２ではＧｅＯ2 を添加して加熱一体化時の温度（１８００℃）における粘度が純石英ガラスと前記ガラスパイプ内面の堆積層の粘度の中間に調製した石英ガラス、比較例１では前記ガラスパイプ内面の堆積層と同じＧｅＯ2 を添加した石英ガラスを使用し、ＭＣＶＤ法により形成させた。
【００１２】
各実施例、比較例においてサポート層の厚みをそれぞれ、２５０、５００、７５０及び１０００μｍとし、１８００℃で２時間加熱し一体化させて得られた光ファイバ母材のコア非円率を調べた。結果は図３に示す通りであり、本発明の方法により光ファイバ母材のコア非円率が大幅に低下することがわかる。なお、コア非円率はコアの長軸の大きさをａ、短軸の大きさをｂとしたとき、｛（ａ−ｂ）／ａ｝×１００〔％〕で表される値である。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、ロッドインチューブ法による多層の屈折率分布を有する光ファイバ母材の製造方法において、得られる光ファイバ母材のコア非円率を、従来技術に比べて著しく低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３重クラッド型の光ファイバ母材の１例における屈折率プロファイルを模式的に示す図。
【図２】３重クラッド型の光ファイバ母材の１例における石英ガラスパイプ、ガラス堆積層及びサポート層の粘度の相対関係を模式的に示す図。
【図３】実施例及び比較例におけるサポート層の粘度、厚さと、得られる光ファイバ母材のコア非円率との関係を示す図。
Claims (5)
- 石英ガラスパイプ内面にドーパントを添加したガラス堆積層を形成させることによって所望の屈折率構造を持つガラスパイプを作製し、その内部にガラスロッドを挿入して加熱一体化させる複数層の屈折率構造を有する光ファイバ母材の製造方法において、前記ガラスパイプの内面のガラス堆積層表面に、加熱一体化時の温度において該ガラス堆積層よりも高い粘度を有するガラスからなる、厚みが５０〜１０００μｍであるサポート層を堆積させ、ガラスロッドを挿入して加熱一体化させることを特徴とする光ファイバ母材の製造方法。
- 前記ガラスロッドが中心コアと第１クラッド層からなるコアロッドであることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ母材の製造方法。
- 加熱一体化時の温度における前記サポート層の粘度が、純石英ガラスの粘度と前記ガラス堆積層の粘度の中間から前記純石英ガラスの粘度側の粘度であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光ファイバ母材の製造方法。
- サポート層が石英ガラスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光ファイバ母材の製造方法。
- 前記ガラスロッドが中心コアとなるＧｅＯ2 添加石英ガラスロッドの表面にＦ添加石英ガラスからなる第１クラッド層を形成させたコアロッドであり、前記ガラスパイプが石英ガラスパイプ内面にＧｅＯ2 添加石英ガラスの堆積層を形成させたガラスパイプであることを特徴とする請求項４に記載の光ファイバ母材の製造方法。
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