JP4011418B2 - 改善した酸素化学量論比およびジュウテリウム曝露を用いた光ファイバ製造方法および装置 - Google Patents

改善した酸素化学量論比およびジュウテリウム曝露を用いた光ファイバ製造方法および装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光ファイバに関する。詳細には、本発明は、波長領域７００から１６００ナノメートルに対する伝送特性が改善された光ファイバの製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光ファイバは、コアよりも屈折率の低い保護ガラス・クラッド層で囲まれた屈折性のガラス・コアを備えた固体ガラス・ロッドを通常備えた、光ファイバ・プリフォームの一部を加熱して、線引きをすることによって製造される。光ファイバは、たとえば放射線により硬化される１つまたは複数の保護コーティング材料で被覆される。
【０００３】
従来、内付け化学気相成長法（ＭＣＶＤ）、気相軸付け法（ＶＡＤ）および外付け気相成長法（ＯＶＤ）を含む、いくつかの光ファイバ・プリフォームの製造方法がある。従来のＶＡＤ法およびＯＶＤ法では、ガラス粒子すなわち「スート」の層が、それぞれ出発ロッドの端末表面、または外側表面に堆積する。次に、堆積したスート層を、たとえば塩素またはフッ素含有雰囲気中で乾燥または脱水し、焼結または固結して固体プリフォーム・コア・ロッドを形成する。
【０００４】
プリフォーム・コア・ロッドが形成された後、光ファイバをそれから直接線引きするか、あるいは、光ファイバをそれから線引きする前にその上に１つまたは複数のオーバークラッド層を形成する。オーバークラッド層を、たとえばプリフォーム・コア・ロッドの形成に使用したのと類似のスート堆積技法によって、プリフォーム・コア・ロッド上に形成する。あるいは、オーバークラッド層を、シリカを基材とするチューブすなわちスリーブをプリフォーム・コア・ロッドの周囲に収縮（ｃｏｌｌａｐｓｅ）させることによって形成する。通常、このようなプロセスを、ロッド・イン・チューブ（ＲＩＴ）法と呼ぶ。たとえば、本出願と所有者が同じである米国特許第４，８２０，３２２号を参照されたい。
【０００５】
光ファイバの伝送特性は、たとえば、レイリー散乱などの散乱、ファイバの曲がり、およびヒドロキシ・イオン（ＯＨ）吸収などの吸収を含むいくつかの要素に応じて変わる。ＯＨ吸収すなわち「水」吸収は、特に重要である。というのは、ＯＨ吸収がなければ比較的伝送損失が少ない７００〜１６００ナノメートル（ｎｍ）、すなわち多くの現行光システムが動作する波長領域で、有効に行われる帯域幅を減少させるからである。
【０００６】
ＯＨ吸収は、ファイバ中のヒドロキシ・イオンの振動オーバートーンによるものであるが、通常、７００〜１６００ｎｍの領域内に３個の損失ピーク：９５０ｎｍ、１２４０ｎｍ、１３８５ｎｍを生じる。この水損失ピーク、特に１３８５ｎｍ付近を中心とする水損失ピークを減少させることが望ましい。というのは、百万分の１（ｐｐｍ）のＯＨ濃度でも、シングル・モード・ファイバでは１３８５ｎｍで６５ｄＢ／ｋｍもの大きな損失を生じさせるからである。さらに、１３８５ｎｍの水損失ピークを減少させると、比較的伝送損失の少ない１２００〜１６００ｎｍの連続領域が有効に得られる。１２００〜１６００ｎｍの波長領域は特に重要である。というのは、リン化インジウム（ＩｎＰ）を用いた光源など光源の利用可能性が豊富なためである。たとえば、本出願と所有者が同じで、本出願の譲受人に譲渡された米国特許第６，１３１，４１５号を参照されたい。
【０００７】
水損失の悪影響を減少させる現行の技術には、高温度（たとえば約１０００℃）ＯＨ／ＯＤ変換反応で、水素原子の部分をジュウテリウム原子で変換することが含まれる。たとえば、米国特許第４，４４５，９１８号、米国特許第４，５８３，９９７号、および米国特許第４，３８９，２３０号を参照されたい。これらにおいては、光ファイバ・プリフォーム製造の様々な段階でジュウテリウムが使用されている。米国特許第４，６８５，９４５号も参照されたい。ここでは、光ファイバ・プリフォームを高度照度光とともにジュウテリウムに曝して、ＯＨ欠陥を減少させている。
【０００８】
ジュウテリウムは、光ファイバを含めたガラス体の屈折率の変化を起こさせるのにも使用されることに留意されたい。たとえば、米国特許第５，９３０，４２０号、米国特許第５，５００，０３１号、および米国特許第４，５１５，６１２号を参照されたい。これらはすべて、本出願と所有者が同じで、本出願の譲受人に譲渡された。
【０００９】
減少または除去することが求められている別のタイプの吸収損失は、ファイバの耐用年数の間に起こる、水素エージング損失を含むエージング損失である。このような損失は、光ファイバ中の様々の欠陥と、たとえば光ファイバ・ケーブル環境中などの光ファイバ環境中の水素との化学反応のために生じるものと考えられる。このような欠陥には、たとえば、その製造の間に光ファイバ中に導入されたゲルマニウム（Ｇｅ）欠陥およびケイ素（Ｓｉ）欠陥が含まれる。この化学反応は、たとえば水素が容易に光ファイバ中に拡散できることによって可能になる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ファイバおよびこのような光ファイバを含む光ファイバ・システムの耐用年数にわたって、エージング損失または水素エージング損失をさらに減少させた、シングル・モード光ファイバを含めた光ファイバを製造する方法を可能にすることが望ましい。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ファイバおよびこのような光ファイバを含む光ファイバ・システムの耐用年数にわたって、エージング損失または水素エージング損失を減少させた光ファイバを製造する方法で実施される。本発明の諸実施形態は、ファイバ製造環境のケイ素／酸素の化学量論比を改善して、光ファイバ・プリフォーム中のＳｉ欠陥量を減少させ、併せて、それに続きプリフォームから線引きしたファイバをジュウテリウムに曝して、時間がたつにつれ水素原子を引き付けそれと結合して分子を形成して水吸収損失を増大させる一因となる原子欠陥を光ファイバ中に持つ可能性を低下させる。このような改善されたケイ素／酸素化学量論比は、酸素原子が過剰でなく、そのためシリカ・ガラス中に形成され続いてその中にトラップされる酸素に富んだ欠陥（Ｓｉ−Ｏ−Ｏ−Ｓｉ欠陥）数が減少することもなく、また酸素原子が不足でもなく、そのため形成される酸素不足の欠陥（Ｓｉ−Ｓｉ欠陥）数が減少することもない。後でジュウテリウムに曝す間に、ジュウテリウム原子はＳｉ−Ｏ・欠陥やＳｉ・欠陥などのＳｉ欠陥と反応して、それぞれＳｉＯＤまたはＳｉＤを形成する。それによって、ファイバ中のＳｉ欠陥の量が減少し、その結果Ｓｉ欠陥と水素との起こり得る反応の量が減少する。この反応では、通常、ファイバ中でＳｉＯＨおよびＳｉＨ損失が生じる。
【００１２】
本発明の実施形態による光ファイバを製造する方法は、光ファイバ・プリフォームを製造するステップと、ファイバをプリフォームから線引きするステップと、線引きしたファイバをジュウテリウムに曝すステップであって、たとえば線引きしたファイバを、たとえばジュウテリウムの分圧が約０．０１気圧であるジュウテリウム雰囲気に室温で約６日間曝すステップ、または、分圧０．０５気圧のジュウテリウムに室温で約１．５日間曝すステップとを含む。ファイバ製造ステップは、ガラス・コア・ロッドを形成するステップと、ガラス・コア・ロッドを脱水するステップと、ガラス・コア・ロッドを固結するステップと、ガラス・コア・ロッドの周辺にオーバークラッド領域を形成するステップとを含む。本発明の実施形態によれば、脱水は、酸素、あるいは酸素と１種または複数の塩素含有ガス、フッ素含有ガス、および／または一酸化炭素（ＣＯ）を含有する気体中で、ガス分圧を、かつ／または酸素過剰にも酸素不足にもならない環境になるように確立し、かつ／または調整して実施する。あるいは、オーバークラッド領域形成ステップをほぼ同じ気体中で、改善したケイ素／酸素化学量論比が得られるようにガスの分圧を確立して実施する。
【００１３】
本発明の実施形態による方法によって製造された光ファイバは、伝送特性が改善される。たとえば、本発明の光ファイバの伝送損失は、１３８５ナノメートルで０．３３ｄＢ／ｋｍ未満であり、その後の損失の増加は０．０４ｄＢ／ｋｍ未満である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下の説明では、図面の説明を通して本発明の理解をしやすくするために、同様の参照番号は同様の構成要素を指すものとする。また、以下に具体的な特徴、配置、構成を論じるが、それは例示的な目的に行われるにすぎないことに留意されたい。当業者なら、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、他のステップ、配置、構成も有用であることが理解できよう。
【００１５】
図１に、本発明の実施形態による、シングル・モード光ファイバを含めた、光ファイバを製造する方法１０の簡略化したブロック図を示す。方法１０は、光ファイバをそれから線引きするプリフォームのコア・ロッド部分を形成するステップ１２を含む。コア・ロッドを製造する１つの典型的な方式は、スート堆積ステップ１４、脱水ステップ１６、および固結ステップ１８を含む。
【００１６】
スート堆積ステップ１４は、ガラス粒子（すなわち「スート」）層をシリカ出発ロッドなどの出発ロッド上に堆積させて、ガラス・コア・ロッドを形成する。気相軸付け（ＶＡＤ）法では、スートを出発ロッドの末端の表面に堆積させ、軸方向に蓄積する。外付け気相成長（ＯＶＤ）法では、スートを出発ロッドの外側表面上に堆積させ、半径方向に蓄積する。スート粒子は、たとえば、屈折率ドーピングのためのゲルマニウム、リン、フッ素などの気化化合物、および酸素と反応してガラス原料の成分のシリカ（ＳｉＯ２）を生成する四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）を含む。
【００１７】
脱水ステップ１６は、堆積したスートを乾燥または脱水することを含む。通常は、堆積したスート体を出発ロッドから取り外し、温度約１２００℃の乾燥ガスを含む環境中を通過させる。こうしたガスには、たとえば酸素、フッ素、フッ素含有ガス、塩素、塩素含有ガスがある。この考察では、フッ素含有ガスは、フッ素を含有し、ドーピングおよび／または脱水に使用されることが知られているガスである。同様に、この考察では、塩素含有ガスは、塩素を含有しドーピングおよび／または脱水に使用されることが知られているガスである。この段階のコア・ロッドは多孔質、すなわちスート体であるため、フッ素や塩素ガスはコア・ロッドに浸透し、ＯＨイオンをそこから除去する。ＯＨイオンの除去率は、たとえば脱水温度、脱水環境をスート体が通過する速度、フッ素や塩素のガス流量によって決まる。光ファイバから除去されないＯＨイオンは、ＯＨ吸収、すなわち水吸収の一因となり、前記のように光ファイバの伝送損失の一因となる。
【００１８】
固結ステップ１８は、脱水したコア・ロッドを焼結または固結して均質な状態にする。たとえば、固結ステップ１８は、脱水したコア・ロッドを約１５００℃の酸素およびヘリウムの環境中を通過させることを含む。このステップ中に、堆積したスート粒子は焼結されて堅固な比較的高密度のガラス・コア・ロッドになる。従来の脱水および固結ステップについての具体的な詳細は、たとえば米国特許第３，９３３，４５４号、１９７６年１月２０日発行に出ている。
【００１９】
コア・ロッドが形成された後、次のステップ２２は、光ファイバの線引きをする。形成ステップ１２によって形成したガラス・コア・ロッドから光ファイバを線引きすることも可能ではあるが、通常はガラス・コア・ロッドは、オーバークラッド・ステップ２４でオーバークラッドされてオーバークラッド・プリフォームを形成してから、光ファイバをそれから線引きする。コア・ロッドの周囲にオーバークラッド領域を形成すると、より大きなプリフォームが形成され、オーバークラッドのない小さなプリフォームより、プリフォーム当たり多くの線引きされた光ファイバを得る。
【００２０】
オーバークラッド・ステップ２４では、たとえばオーバークラッド・スート堆積技法２６によって、あるいはロッド・イン・チューブ（ＲＩＴ）法２８によって、コア・ロッドの周囲に１つまたは複数のオーバークラッド領域を形成する。コア・ロッドの周囲にオーバークラッド領域を形成すると、オーバークラッド・コア・ロッド、すなわちオーバークラッド光ファイバ・プリフォームが得られる。オーバークラッド・スート堆積技法２６は、ガラス・コア・ロッドを形成するステップ１２に関して前述したスート堆積ステップ１４、１６、１８と同様である。オーバークラッド・スート堆積技法２６は、あらかじめ形成したガラス・コア・ロッド上にガラス原料のスート粒子を堆積するステップ３４と、堆積したスート粒子を脱水するステップ３６と、堆積した粒子を固結してコア・ロッドの周囲のオーバークラッド領域にするステップ３８とを含んでいる。
【００２１】
ＲＩＴ法２８は、通常、プリフォーム・コア・ロッドの周囲に、たとえばシリカを基材とするチューブ、すなわちスリーブなどのチューブまたはスリーブを収縮させることを含むものである。より具体的には、オーバークラッド・チューブをガラス・コア・ロッドの周囲で位置決めし、その長さに沿って加熱して、チューブをガラス・コア・ロッド上に収縮させ、それによってオーバークラッド光ファイバ・プリフォームを形成する。たとえば、本出願と同じ所有者の米国特許第４，８２０，３２２号を参照されたい。
【００２２】
ガラスの原料のスート粒子は、ＶＡＤまたはＯＶＤなどの方法を用いて堆積される。堆積したスート粒子は、通常四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）などのガラス原料化合物を含むが、コア・ロッドの形成に使用するスート粒子とは異なって、通常はマグネシウム、リン、フッ素など追加のドーピング材料は含まない。スート粒子がコア・ロッド上に堆積された後、オーバークラッド・スート粒子を、たとえば酸素、フッ素、フッ素含有ガス、塩素、塩素含有ガスなどの乾燥ガスを含む環境中で約１２００℃の温度で脱水する。脱水は、たとえばオーバークラッド・スート体からＯＨイオンを除去するために実施する。前述のように、光ファイバ・プリフォームの様々な領域にＯＨイオンが存在すると問題となる。固結は、たとえば酸素およびヘリウム環境中で約１５００℃で実施される。固結により、堆積したスート層はコア・ロッドを取り囲むオーバークラッド領域中に固化される。
【００２３】
光ファイバ・プリフォームを形成した後、ステップ２２のプリフォームからの光ファイバの線引きを実施する。ファイバ線引きステップ２２は、加熱したプリフォームの末端からの光ファイバ線引きを含んでいる。たとえば、プリフォームを垂直に吊るし、制御された速度で炉の中に入れ移動させる。プリフォームは、加熱（たとえば、約１２００℃に）するにつれて軟化し、ガラス・ファイバーがプリフォームの溶融した末端から炉外の下側にある他の適当な装置のキャプスタンによって線引きされる。
【００２４】
前述したように、光ファイバの伝送特性は、ヒドロキシ・イオン（ＯＨ）吸収（すなわち、水吸収）を含むいくつかの要因によって影響される。７００〜１６００ナノメートル（ｎｍ）の領域で、水吸収は約９５０ｎｍ、１２４０ｎｍ、１３８５ｎｍに損失ピークを生じる。このような損失ピークは、たとえば、７００から１６００ｎｍの波長領域における代表的な光ファイバの伝送損失のグラフである図２ａで明確に分かる。また、水吸収ピークを減少させるため多大な努力が払われてきた。たとえば、本出願と所有者が同じで、本出願の譲受人に譲渡された米国特許第６，１３１，４１５号（Ｃｈａｎｇ他）を参照されたい。図２ｂは、米国特許第６，１３１，４１５号に開示の方法による光ファイバの７００から１６００ｎｍにおける伝送損失のグラフを示す。
【００２５】
ただし、もう１つのタイプの吸収損失として（水素）エージング損失がある。従来の光ファイバでは、通常光ファイバのエージングにつれて伝送損失の増大が見られる。これは、たとえば光ファイバの耐用年数の間に光ファイバ中で水素と様々な欠陥との化学反応によって生じる。たとえば、光ファイバ中のゲルマニウム（Ｇｅ）欠陥と光ファイバを取り巻く環境中に存在する痕跡量の水素とが化学的に反応して、光ファイバの耐用年数を通してＧｅＯＨ損失の一因となる。
【００２６】
さらに、ファイバの製造過程で光ファイバに導入されたケイ素（Ｓｉ）欠陥は、通常ＳｉＯＨ損失およびＳｉＨ損失をファイバ中に導入する。これは同様に、時間がたつにつれＳｉ欠陥とファイバ（またはケーブル）環境中に存在する水素の反応によって生じる。あいにく、ＳｉＯＨ損失およびＳｉＨ損失は大きいことが多く、たとえばＧｅＯＨ損失に比べると耐用年数の早い時期に生じる。たとえばＳｉＯＨエージング損失は、しばしば１３８５ｎｍで約０．２１ｄＢ／ｋｍ以上になることがある。
【００２７】
本発明の実施形態によると、多くのＳｉＯＨ損失の原因であると考えられるＳｉ欠陥は、酸素に富んだ欠陥（Ｓｉ−Ｏ−Ｏ−Ｓｉ欠陥）である。Ｓｉ−Ｏ−Ｏ−Ｓｉ欠陥は、たとえば光ファイバ・プリフォームを酸素に富んだ環境で製造するなど、シリカ・ガラス中の過剰な酸素原子によって生じると考えられる。このＳｉ−Ｏ−Ｏ−Ｓｉ欠陥がシリカ・ガラス中に存在すると、後続の熱処理（たとえば、ファイバの線引き）でいくつかのＳｉ−Ｏ−Ｏ−Ｓｉ欠陥が切断されたＳｉ−Ｏ結合欠陥（Ｓｉ−Ｏ・欠陥）に変えられ、それがファイバ中にトラップされるようになる。このＳｉ−Ｏ・欠陥は、時間がたつにつれて水素原子を引き付けてＳｉＯＨ分子を形成し、前述のようにそれが水吸収損失を生じさせる。
【００２８】
本発明の実施形態によると、ＳｉＨ損失の一因と考えられるＳｉ欠陥は酸素不足の欠陥（Ｓｉ−Ｓｉ欠陥）である。Ｓｉ−Ｓｉ欠陥は、光ファイバ・プリフォーム（シリカ・ガラス）を酸素不足条件で製造する結果生じると考えられる。後続の熱処理により、いくつかのＳｉ−Ｓｉ結合欠陥から切断されたＳｉ結合欠陥（Ｓｉ・欠陥）が形成される。このＳｉ・欠陥はファイバにトラップされるようになり、ファイバのエージングにつれてＳｉ・欠陥は水素原子と反応してＳｉＨ分子を生成し、それが１５３０ｎｍの吸収損失ピークを生じさせる。
【００２９】
本発明の実施形態によると、ファイバ製造環境における酸素の化学量論条件を改善することによってエージング損失およびその他の損失が減少して、光ファイバ・プリフォームおよびそれから線引きされる光ファイバ中に酸素に富んだまたは酸素不足のＳｉ欠陥が生成する可能性が下がる。これらのＳｉ欠陥は、時間がたつにつれ水素原子を引き付け、結合して分子を形成し、水吸収損失や他の損失を増大させる一因となる。さらに詳細には、酸素原子を過剰に含まない環境が確立される。この環境は、シリカ・ガラス中で形成されその後トラップされるＳｉ−Ｏ−Ｏ−Ｓｉ欠陥数を減少させる。また、酸素不足ではない環境も確立される。この環境は、形成されるＳｉ−Ｓｉ欠陥数を減少させる。
【００３０】
たとえば酸素化学量論比を調整することにより、光ファイバ製造プロセス中の１つまたは複数のステップで改善された酸素環境が確立される。たとえば酸化／還元条件を調整することによって、この環境が酸素原子過剰でも、酸素不足でもないように、コア・ロッド形成の脱水ステップ１６が実施される環境の酸素化学量論比が確立される。あるいは、このようにして、オーバークラッド脱水ステップ３６が実施される環境の酸素化学量論比が確立される。また、本発明の代替実施形態によると、シリカ材料が酸素原子過剰でも酸素不足でもないように、コア・ロッド形成の堆積ステップ１４および／またはオーバークラッド堆積ステップ３４が実施される環境の酸素化学量論比が確立される。また、本発明の他の代替実施形態によると、それぞれの環境がシリカ材料を酸素原子過剰にも酸素不足にもさせないように、コア・ロッド形成の固結ステップ１８および／またはオーバークラッド固結ステップ３８が実施される環境の酸素化学量論比が確立される。
【００３１】
１つまたは複数のこれらの環境の酸素化学量論比を、たとえば、プロセス・ステップの具体的詳細に基づいて調整する。たとえば、酸化条件を改善するために選択された環境への酸素流量を調整することにより、前述の１つまたは複数の環境における酸素分圧または他の条件が確立される。あるいは、選択された環境の還元条件を改善するためにたとえば一酸化炭素（ＣＯ）などのガスを導入する。また、たとえば、前に確立された酸素化学量論比の効果が、１つまたは複数のこれらの環境の酸素化学量論比を確立するため基礎となる。
【００３２】
酸素環境は通常、たとえば温度、流量、継続時間、スート濃度分布、反応容器の寸法と設計など多くの要因の関数である。線引きしたファイバについての水素試験により、ファイバをそれから線引きするプリフォーム上のある環境によって生じた欠陥の数や欠陥のタイプ（すなわち、酸素過剰か、酸素不足か）がしばしば決まる。
【００３３】
図１にもどると、本発明の実施形態は、所望の環境の酸素化学量論比を確立するステップ４２を含む。コア・ロッド形成ステップ１４、１６、１８の１つまたは複数を実施する環境、および／またはオーバークラッド領域形成ステップ３４、３６、３８の１つまたは複数を実施する環境に対する酸素化学量論比が確立される。たとえば、コア・ロッド製造ステップ１２において、脱水ステップ１６を実施する環境に対する、改善された酸素化学量論比が確立される。すなわち、たとえば、流量調整または他の条件により、シリカ材料中に導入される酸素原子が過剰または不足にならないように酸素化学量論比が確立される。したがって、光ファイバ・プリフォーム中にＳｉ欠陥が生成される可能性が下がり、その結果として、このプリフォームから線引きされる光ファイバでの後続の水素エージング損失の可能性が下がる。通常は、コア・ロッド形成の脱水ステップ１６を実施する環境に対する、改善された酸素化学量論比が確立される。ただし、本発明の実施形態は、コア・ロッド形成プロセスのステップ１４、１６、１８のいずれか１つまたは複数を実施する環境の酸素化学量論比の改善を含むことに留意されたい。
【００３４】
また、図に示すように、確立するステップ４２は、オーバークラッド領域の形成ステップ２４が実施される１つまたは複数の環境、すなわち、オーバークラッド領域の形成ステップ３４、３６、３８の１つまたは複数を実施する環境の酸素化学量論比を改善することも含む。たとえば、本発明の実施形態によると、オーバークラッド脱水ステップ３６を実施する環境に対する、改善された酸素化学量論比が確立される。ただし、本発明の実施形態は、オーバークラッド領域形成プロセスのステップ３４、３６、３８のいずれか１つまたは複数が実施される環境の酸素化学量論比を改善することも含むことに留意されたい。
【００３５】
１つまたは複数の改善された酸素化学量論比の環境が確立された後、様々なコア・ロッドおよびオーバークラッド領域形成ステップが実施され、光ファイバ・プリフォーム、またはより一般的には、オーバークラッド・光ファイバ・プリフォームが形成される。次に、たとえば前述したように、光ファイバ線引きステップ２２が実施される。
【００３６】
ステップ４２によって改善された酸素化学量論比の状態が確立されると、製造の際に光ファイバ・プリフォーム中にＳｉ欠陥が現われる可能性は下がるが、本発明の実施形態によると、光ファイバ・プリフォームから光ファイバを線引きした後で別の予防ステップを行うことが有用である。本発明の実施形態によると、線引きした光ファイバをジュウテリウムに曝すステップ４４は、さらに光ファイバ中のＳｉ欠陥が水素と反応して、水素エージング損失が増大する可能性を下げる。上述のように、利用可能なＳｉ欠陥数が減少すると、水素原子がそれと化学的に反応する機会が減少し、その結果、使用状態の光ファイバ中の水素エージング損失量が減少する。
【００３７】
一般に、シリカ含有ガラス中のジュウテリウムの拡散特性は、水素の拡散特性とほぼ同じであるため、ジュウテリウムは比較的短時間のうちに微視的な距離を拡散する。拡散するジュウテリウム原子がＳｉ−Ｏ・欠陥やＳｉ・欠陥などの反応性Ｓｉ欠陥に遭遇すると、それと反応して、それぞれＳｉＯＤまたはＳｉＤを形成する。これらはともに、７００〜１６００ｎｍの丁度外側の電気通信に使用する波長領域に吸収損失を有する。すなわち、光ファイバをジュウテリウムに曝すと、後続の水素との反応で利用可能なＳｉ欠陥の濃度が減少し、その結果、使用状態でのファイバ中の水素エージング損失の可能性および／または程度が下がる。
【００３８】
本発明の実施形態に従って製造した光ファイバは、たとえば光ファイバ・プリフォーム加工の１つまたは複数のステップ中の改善された酸素化学量論環境と、後続のプリフォームから線引きする光ファイバをジュウテリウムに曝すこととの組合せから利益を得ることができる。このように、本発明の実施形態に従って製造された光ファイバは、水素エージング損失特性が改善される。従来のジュウテリウム処理は、ファイバ・プリフォームの製造過程で通常比較的高温（たとえば、 ）で実施される。従来のジュウテリウム処理により、すでに形成されたＯＨがＯＤに交換／除去される。このような従来のジュウテリウム処理では、ファイバの当初の１３８５ｎｍの損失は減少する。しかし、このようなジュウテリウム処理では、上述のように、ファイバが線引きされ使用された後に開始される水素エージング損失を低減することは企図されていない。本発明の実施形態によると、線引き済みのファイバを室温でジュウテリウム処理をすると、ファイバ製造プロセスで形成されたＳｉ欠陥との反応が引き起こされる。このように、線引きしたファイバに既に存在して、もし対処しなければ後続の水素エージング損失を加速するであろうＳｉ欠陥がジュウテリウムと反応して、水素との結合に使われて水素エージング損失の原因となるＳｉ欠陥の量をさらに減少させる。過大な初期損失を加えることなしに、７００〜１６００ｎｍの波長領域で利用可能なＳｉ欠陥がさらに低減される。
【００３９】
本発明の実施形態によると、ステップ４２は、酸素過剰でも酸素不足でもないシリカ材料をもたらす改善されたガス流量や他の改善された状態を確立する。また、本発明の実施形態によると、光ファイバ・プリフォームを形成しファイバをそれから線引きした（すなわち、ステップ２２）後で、線引きしたファイバを、たとえば０．０１気圧のジュウテリウム環境中で室温で約６日間ジュウテリウムに曝す。あるいは、本発明の実施形態によると、線引きされたファイバを、たとえば０．０５気圧のジュウテリウム環境中で室温で約１．５日間ジュウテリウムに曝す。本発明の実施形態によると、たとえば上記の方式でジュウテリウムに曝し、そのプリフォームが１つまたは複数の改善した酸素環境で製造された光ファイバは、（１３８５ｎｍでの）伝送損失が０．３３ｄＢ／ｋｍ未満で、その後の水素エージング損失が０．０４ｄＢ／ｋｍ未満を示す。
【００４０】
図３は、本発明の実施形態が有用である光システム５０の簡略化した概略図である。光通信システム５０は、たとえば、従来の方式で１つまたは複数の光ファイバ５４に結合された１つまたは複数の光源５２を含む。光ファイバ５４は、たとえば従来の方式で１つまたは複数の光検出装置すなわち光受信装置５６と結合される。光源５２および光受信装置５６は、直接（たとえば、光源５２ａおよび受信装置５６ａ参照）、あるいは、マルチプレクサ５８（システムの光源側）またはデマルチプレクサ５９（システムの受信装置側）を介して光ファイバ５４に動作可能に結合される。
【００４１】
１つまたは複数の光ファイバ５４は、たとえば上述のように、本発明の実施形態により製造される。すなわち、少なくとも１つの光ファイバ５４を、たとえば酸素もしくはＣＯの流量または他の適当な状態により酸素量論比を改善した、１つまたは複数のプロセス環境で製造して、エージング損失およびＯＨ吸収損失など他の損失の一因となる欠陥が減少したプリフォームから線引きされ、かつ、光ファイバをそのプリフォームから線引きした後で、室温でジュウテリウムに曝す。本発明の実施形態により製造された光ファイバ５４の１３８５ｎｍでの伝送損失は、通常０．３３ｄＢ／ｋｍ未満で、その後の水素エージング損失の増加は０．０４ｄＢ／ｋｍ未満である。
【００４２】
当業者なら、頭記の特許請求およびそのすべての範囲の均等物に定義された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載した光ファイバおよび光ファイバの製造方法の実施形態に様々な変更および置換を加えることができることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による光ファイバ製造方法の簡略化したブロック図である。
【図２ａ】一般の光ファイバの、７００から１６００ナノメートル（ｎｍ）の波長領域における伝送損失のグラフである。
【図２ｂ】米国特許第６，１３１，４１５号に開示された方法による光ファイバの、７００から１６００ナノメートル（ｎｍ）の波長領域における伝送損失のグラフである。
【図３】本発明の実施形態が有用である光システムの簡略化したブロック図である。

Claims (10)

  1. 光ファイバを製造する方法（１０）であって、
    スート堆積によってスート体を形成するステップ（１４）を含み、前記スート体がクラッド領域によって囲まれたコア領域を有しており、さらに、
    酸素を単独で含むか、または塩素含有ガス、フッ素含有ガス、および一酸化炭素の少なくとも１つとともに酸素を含む第１の環境中で前記スート体を脱水するステップ（１６）を含み、前記第１の環境が酸素過剰でも酸素不足でもないものであり、さらに、
    酸素過剰でも酸素不足でもないように、前記第１の環境の酸素化学量論比を調整するステップと、
    ガラスコアロッドを形成するために、脱水した前記スート体を固結するステップ（１８）と、
    オーバクラッド光ファイバプリフォームを形成するために、前記ガラスコアロッドの周囲にオーバークラッド領域を形成するステップ（２４、２６、２８）と、
    前記オーバークラッド光ファイバプリフォームからファイバを線引きするステップ（２２）と、
    線引きした前記ファイバを室温でジュウテリウムを含む雰囲気に曝すステップ（４４）とを含むことを特徴とする方法。
  2. 前記オーバークラッド領域を形成するステップ（２４）がさらに、
    前記ガラスコアロッドの周囲にスートを堆積するステップ（３４）と、
    酸素を単独で含むか、または塩素含有ガス、フッ素含有ガス、および一酸化炭素の少なくとも１つとともに酸素を含む第２の環境中で、堆積した前記スートを脱水するステップ（３６）とを含み、前記第２の環境が酸素過剰でも酸素不足でもないものであり、さらに、
    前記ガラスコアロッドの周囲に前記堆積したスートを固結するステップ（３８）とを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記オーバークラッド領域を形成するステップにおけるスート堆積（３４）が、気相軸付け（ＶＡＤ）法および外付け気相成長（ＯＶＤ）法からなる群から選択されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 前記曝すステップ（４４）がさらに、前記線引きした光ファイバを、ジュウテリウムの分圧が約０．０１気圧であるジュウテリウム雰囲気に室温で約６日間曝すステップか、前記線引きした光ファイバを、ジュウテリウムの分圧が約０．０５気圧であるジュウテリウム雰囲気に室温で約１．５日間曝すステップかのいずれか一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 前記オーバークラッドを領域する形成ステップ（２８）がさらに、
    オーバークラッドチューブを前記ガラスコアロッドの周囲で位置決めするステップと、
    前記オーバークラッドチューブが前記ガラスコアロッド上に収縮するように、前記オーバークラッドチューブをその長さに沿って加熱して、オーバークラッド光ファイバプリフォームを形成するステップとを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 前記スート体を形成するステップにおけるスート堆積が、気相軸付け（ＶＡＤ）法および外付け気相成長（ＯＶＤ）法からなる群から選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 光ファイバを製造する方法（１０）であって、
    スート堆積によってスート体を形成するステップ（１４）を含み、前記スート体がクラッド領域によって囲まれたコア領域を有しており、さらに、
    酸素を単独で含むか、または塩素含有ガス、フッ素含有ガス、および一酸化炭素の少なくとも１つとともに酸素を含む第１の環境中で前記スート体を脱水するステップ（１６）を含み、前記第１の環境が酸素過剰でも酸素不足でもないものであり、さらに、
    ガラスコアロッドを生成するために、脱水した前記スート体を固結するステップ（１８）と、
    前記ガラスコアロッドから光ファイバを線引きするステップ（２２）と、
    線引きした前記光ファイバを室温でジュウテリウム雰囲気に曝すステップ（４４）とを含み、
    前記光ファイバの伝送損失が１３８５ナノメートル（ｎｍ）で０．３３ｄＢ／ｋｍ未満であり、水素エージングの将来の増加を前記１３８５ナノメートルにおける伝送損失において０．０４ｄＢ／ｋｍ未満に制限するのに十分な期間だけジュウテリウムを含む雰囲気に前記線引きした光ファイバを曝することを特徴とする含む方法。
  8. 前記曝すステップ（４４）がさらに、前記線引きした光ファイバを、ジュウテリウムの分圧が約０．０１気圧であるジュウテリウム雰囲気に室温で約６日間曝すステップか、前記線引きした光ファイバを、ジュウテリウムの分圧が約０．０５気圧であるジュウテリウム雰囲気に室温で約１．５日間曝すステップかのいずれか一方を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 光ファイバを製造する方法（１０）であって、
    スート堆積によってスート体を形成するステップ（１４）を含み、前記スート体がクラッド領域によって囲まれたコア領域を有するものであり、前記方法はさらに、
    酸素を単独で含むか、または塩素含有ガス、フッ素含有ガス、および一酸化炭素の少なくとも１つとともに酸素を含む第１の環境中で前記スート体を脱水するステップ（１６）を含み、前記第１の環境が酸素過剰でも酸素不足でもないものであり、前記方法はさらに、
    酸素過剰でも酸素不足でもないように、前記第１の環境の酸素化学量論比を調整するステップと、
    ガラスコアロッドを形成するために、脱水した前記スート体を固結するステップ（１８）と、
    オーバークラッド光ファイバプリフォームを形成するために、前記ガラスコアロッドの周囲にオーバークラッド領域を形成するステップ（２４）とを含み、
    前記オーバークラッド領域を形成するステップが、前記ガラスコアロッドの周囲にスートを堆積するステップ（３４）と、酸素を単独で含むか、または塩素含有ガス、フッ素含有ガス、および一酸化炭素の少なくとも１つとともに酸素を含む第２の環境中で、堆積した前記スートを脱水するステップ（３６）と、オーバークラッド領域を形成するために前記堆積したスートを固結するステップ（３８）とを含み、前記第２の環境が酸素過剰でも酸素不足でもないものであり、前記方法はさらに、
    前記オーバークラッド光ファイバプリフォームから光ファイバを線引きするステップ（２２）と、
    線引きした前記光ファイバを室温でジュウテリウムを含む雰囲気に曝すステップ（４４）とを含むことを特徴とする方法。
  10. 前記曝すステップ（４４）がさらに、前記線引きした光ファイバを、ジュウテリウムの分圧が約０．０１気圧であるジュウテリウム雰囲気に室温で約６日間曝すステップか、前記線引きした光ファイバを、ジュウテリウムの分圧が約０．０５気圧であるジュウテリウム雰囲気に室温で約１．５日間曝すステップかのいずれか一方を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
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