JP4345180B2 - 光ファイバ母材製造方法、光ファイバ母材および光ファイバ製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバ母材およびその製造方法ならびに光ファイバ製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバの屈折率プロファイルは、種々のものが知られており、所望の特性を奏するよう適切に設計される。例えば、波長１．５５μｍで波長分散が負であるような分散補償光ファイバは、図７に屈折率プロファイルを示すように、光軸中心から順にコア領域（屈折率ｎ₀）、第１クラッド領域（屈折率ｎ₁）および外側クラッド領域（屈折率ｎ_out）を有し、各屈折率の大小関係が ｎ₀＞ｎ_out＞ｎ₁ である。
【０００３】
このような屈折率プロファイルを有する光ファイバは、図８に示す工程で製造される。すなわち、(1) ＧｅＯ₂が添加されたシリカのコアロッド（光ファイバのコア領域となるべきもの）１０を作製し、(2) Ｆ元素が添加されたシリカの第１クラッドパイプ（光ファイバの第１クラッド領域となるべきもの）１１を作製し、(3) 通常は純シリカガラスからなる外側クラッドパイプ（光ファイバの外側クラッド領域となるべきもの）１９を作製する。
【０００４】
そして、(4) コアロッド１０を第１クラッドバイプ１１の中に挿入して両者を加熱一体化して延伸してロッド２０を形成し、(5) このロッド２０を外側クラッドバイプ１９の中に挿入して両者を加熱一体化して延伸し、(6) この一体化されて延伸されたものにジャケット付けすることで光ファイバ母材を製造し、(7) この光ファイバ母材を線引することで光ファイバを製造する。上記の(6)の工程で製造された光ファイバ母材は、光ファイバの屈折率プロファイルと同様の屈折率プロファイルを有しており、光軸中心から順にコア部（屈折率ｎ₀）、第１クラッド部（屈折率ｎ₁）および外側クラッド部（屈折率ｎ_out）を有し、各屈折率の大小関係が ｎ₀＞ｎ_out＞ｎ₁ である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の光ファイバ製造方法は以下のような問題点を有していることを本願発明者は見出した。図９は、従来の光ファイバ製造方法の問題点の説明図である。この図は、ロッド２０を外側クラッドバイプ１９の中に挿入して両者を加熱一体化する工程（上記の(5)の工程）において、中心軸を含む面で切断したときのロッド２０および外側クラッドバイプ１９の断面を示している。同図（ａ）は、中心軸を垂直にして加熱一体化する縦型プロセスを示し、同図（ｂ）は、中心軸を水平にして加熱一体化する横型プロセスを示す。これらの図に示すように、外側クラッドパイプ１９の周囲に設けられる円環状のヒータ１による加熱により、ロッド２０および外側クラッドバイプ１９が加熱されて両者が一体化される。
【０００６】
このとき、ロッド２０は、ＧｅＯ₂やＦ元素が比較的高濃度に添加されたシリカガラスであり、軟化点が比較的低く、粘性が比較的低い。これに対して、外側クラッドパイプ１９は、純シリカガラス（または、不純物が比較的低濃度に添加されたシリカガラス）であるので、軟化点が比較的高く、粘性が比較的高い。したがって、互いに粘性が異なるロッド２０および外側クラッドパイプ１９を加熱すると、粘性が低いロッド２０は自重等により変形する。この変形の結果、図示するように光ファイバ母材の断面における各部の形状は非円化し、ひいては、この光ファイバ母材を線引して得られる光ファイバの断面における各領域の形状も非円化するので、この光ファイバの偏波モード分散等の光学特性は劣化する。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、断面における各部の形状の非円率が小さい光ファイバ母材、このような光ファイバ母材を製造する方法、断面における各領域の形状の非円率が小さい光ファイバを製造する方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光ファイバ母材製造方法は、ＧｅＯ₂が添加されたコア部（屈折率ｎ₀）と、このコア部を取り囲みＦ元素が添加された第１クラッド部（屈折率ｎ₁）と、この第１クラッド部を取り囲みコア部及び第１クラッド部より粘性が大きい外側クラッド部（屈折率ｎ_out、ただし、ｎ₀＞ｎ_out＞ｎ₁）とを、少なくとも有するシリカベースの光ファイバ母材を製造する方法であって、実質的に純シリカガラスからなるサポート部がコア部と第１クラッド部との間に設けられたロッドを作製するロッド作製工程と、外側クラッド部となるべき外側クラッドパイプにロッドを挿入して外側クラッドパイプおよびロッドを加熱一体化する加熱一体化工程とを備え、製造後に得られた光ファイバ母材においてサポート部の厚みをコア部の半径の１／２以下とすることを特徴とする。
【０００９】
この光ファイバ製造方法によれば、実質的に純シリカガラスからなるサポート部がコア部と第１クラッド部との間に設けられたロッドが外側クラッドパイプに挿入されて、これら外側クラッドパイプおよびロッドが加熱一体化され、さらにジャケット付けされて、光ファイバ母材が製造される。ロッド内に設けられた純シリカガラスからなるサポート部の粘性が高いことから、加熱一体化の際のロッドの変形が防止されるので、製造された光ファイバ母材の非円率は小さくなる。
【００１０】
本発明に係る光ファイバ母材は、シリカベースのものであって、ＧｅＯ₂が添加されたコア部（屈折率ｎ₀、外径２ａ）と、このコア部を取り囲み実質的に純シリカガラスからなるサポート部（外径２ｂ、ただし、ｂ−ａ≦ａ／２）と、このサポート部を取り囲みＦ元素が添加された第１クラッド部（屈折率ｎ₁）と、この第１クラッド部を取り囲みコア部及び第１クラッド部より粘性が大きい外側クラッド部（屈折率ｎ_out、ただし、ｎ₀＞ｎ_out＞ｎ₁）とを、少なくとも有することを特徴とする。この光ファイバ母材は、上記の光ファイバ母材製造方法により製造されたものであり、非円率が小さい。
【００１１】
なお、第１クラッド部と外側クラッド部との間に第２クラッド部（屈折率ｎ₂、ただし、ｎ₀＞ｎ₂＞ｎ_out＞ｎ₁）を更に有していてもよいし、さらに、第２クラッド部と外側クラッド部との間に第３クラッド部（屈折率ｎ₃、ただし、ｎ₀＞ｎ₂＞ｎ_out＞ｎ₃＞ｎ₁）を更に有していてもよい。これら何れの光ファイバ母材も、上記の光ファイバ母材製造方法により製造され、非円率が小さい。
【００１２】
本発明に係る光ファイバ母材では、外側クラッド部は、第１クラッド部に添加されたＦ元素の濃度より低い濃度のＦ元素が添加されていることを特徴とする。また、外側クラッド部は、純シリカガラスに対する比屈折率差が０．０５％以上となる濃度のＣｌ元素が添加されていることを特徴とする。これらの場合には、外側クラッド部の粘性が低下する。したがって、線引の際に付与された線引張力は、光ファイバの外側クラッド領域に集中することなく、粘性が高いサポート領域に集中して残留するので、サポート領域の屈折率を低下させる上で好適である。
【００１３】
本発明に係る光ファイバ製造方法は、上記の光ファイバ母材を線引して光ファイバを製造することを特徴とする。この光ファイバ製造方法によれば、線引の際に付与された線引張力は、粘性が高いサポート領域に冷却時に集中して残留し、この残留応力に因りサポート領域の屈折率が低下する。特に、光ファイバ母材を線引する際の線引張力は１４７Ｎ／ｍｍ²以上であるのが好適であり、この場合には、所望の屈折率プロファイルを有し非円率が小さい光ファイバ（すなわち、所望の光学特性を有する光ファイバ）を製造することができる。
【００１４】
本発明に係る光ファイバは、上記の光ファイバ製造方法を用いて製造されたことを特徴とする。この光ファイバは、所望の屈折率プロファイルを有し、非円率が小さく、偏波モード分散が小さい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。以下では、図７に示した屈折率プロファイルを有する光ファイバを製造する場合について主に説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る光ファイバ母材製造方法の工程説明図である。この図では、中心軸に垂直な面で切断したときの各ロッドおよび各パイプの断面を示す。先ず、ＧｅＯ₂が添加されたコア部３０を作製し、このコア部３０の周囲に実質的に純シリカガラスからなるサポート部３０Ａを形成し、このサポート部３０Ａの周囲にＦ元素が添加された第１クラッド部３１を形成して、これをロッド４０とする。このロッド４０は、ＯＶＤ法やＶＡＤ法により作製される。
【００１７】
一方、外側クラッド部３９となるべき外側クラッドパイプ３９Ａを用意する。この外側クラッドパイプ３９Ａは、純シリカガラスであってもよいし、第１クラッド部３１に添加されたＦ元素の濃度より低い濃度のＦ元素が添加されているのも好適であり、また、純シリカガラスに対する比屈折率差が０．０５％以上となる濃度のＣｌ元素が添加されているのも好適である。
【００１８】
そして、ロッド４０を外側クラッドパイプ３９Ａに挿入して、ロッド４０および外側クラッドパイプ３９Ａを加熱一体化して延伸し、更にその周囲にＯＶＤ法またはＶＡＤ法によりジャケット付けして、外側クラッドパイプ３９Ａとジャケット付けした部分３９Ｂとを外側クラッド部３９として、光ファイバ母材を製造する。
【００１９】
図２は、本実施形態に係る光ファイバ母材の屈折率プロファイルを示す図である。この光ファイバ母材は、上記の光ファイバ母材製造方法により製造されたものである。この図に示すように、この光ファイバ母材は、光軸中心から順に、ＧｅＯ₂が添加されたコア部３０（屈折率ｎ₀、外径２ａ）、実質的に純シリカガラスからなるサポート部３０Ａ（屈折率ｎ_s、外径２ｂ）、Ｆ元素が添加された第１クラッド部３１（屈折率ｎ₂、外径２ｃ）および外側クラッド部３９（屈折率ｎ_out）を備える。外側クラッド部３９は、純シリカガラスであり、或いは、第１クラッド部３１に添加されたＦ元素の濃度より低い濃度のＦ元素が添加されており、或いは、純シリカガラスに対する比屈折率差が０．０５％以上となる濃度のＣｌ元素が添加されている。各屈折率の大小関係は ｎ₀＞ｎ_out＞ｎ₁ である。また、サポート部３０Ａの厚み（ｂ−ａ）は、コア部３０の半径ａの１／２以下である。すなわち、ｂ−ａ≦ａ／２ である。なお、サポート部３０Ａの厚みがコア部３０の半径ａの１／２を超えると、得られる光ファイバの波長分散等の特性を所望のものとすることが困難となる。
【００２０】
図３は、加熱一体化後の光ファイバ母材の非円率とサポート部３０Ａの厚みとの関係を示すグラフである。ここでは、ロッド４０の外径を１２ｍｍとし、外側クラッドパイプ３９Ａの外径を６５ｍｍとし内径を１５ｍｍとした。純シリカガラスの屈折率を基準として、コア部３０の比屈折率差を２％とし、第１クラッド部３１の比屈折率差を−０．４％とし、外側クラッド部３９の比屈折率差を０％とした。コア部３０および第１クラッド部３１それぞれの外径の比（２ａ／２ｃ）を０．４とした。
【００２１】
このグラフから判るように、サポート部３０Ａの厚みが大きいほど、加熱一体化後の光ファイバ母材の非円率は小さく、この光ファイバ母材を線引して得られる光ファイバの偏波モード分散ＰＭＤは小さい。これは、ロッド４０内に設けられた純シリカガラスからなるサポート部３０Ａの粘性が高いことから、加熱一体化の際のロッド４０の変形を防止できることに因る。一方、サポート部３０Ａの厚みが大きいほど、この光ファイバ母材を線引して得られる光ファイバの光学特性は設計値との差が大きくなる。そこで、得られる光ファイバの光学特性と設計値との差を小さくする上で、サポート部３０Ａの厚みをコア部３０の半径の１／２以下とするのが好適である。、
光ファイバは、この光ファイバ母材を線引することで製造される。図４は、線引後のサポート部３０Ａの比屈折率差と線引張力との関係を示すグラフである。ここでは、光ファイバ母材のコア部３０の比屈折率差を２％とし、サポート部３０Ａの比屈折率差を−０．４％とし、第１クラッド部３１の比屈折率差を０．１％とした。光ファイバのコア領域（光ファイバ母材のコア部３０に相当）の外径を２μｍとし、サポート領域（光ファイバ母材のサポート部３０Ａに相当）の外径を３μｍとし、第１クラッド領域（光ファイバ母材の第１クラッド部３１に相当）の外径を５μｍとし、外側クラッド領域（光ファイバ母材の外側クラッド部３９に相当）の外径を１２５μｍとした。
【００２２】
このグラフから判るように、線引張力が大きいほど、光ファイバのサポート領域の比屈折率差は小さくなる。これは、線引の際に付与された線引張力は、粘性が高いサポート領域に冷却時に集中して残留し、この残留応力に因りサポート領域の屈折率が低下することに因る。光ファイバのサポート領域の屈折率を充分に低下させるには、この線引張力は１４７Ｎ／ｍｍ²（１５ｋｇ／ｍｍ²）以上であるのが好適である。このように、光ファイバ母材を高張力で線引することにより、図７に示した屈折率プロファイルを有する光ファイバ（すなわち、所望の光学特性を有する光ファイバ）を製造することができる。
【００２３】
なお、第１クラッド部３１に添加されたＦ元素の濃度より低い濃度のＦ元素が外側クラッド部３９に添加されている場合や、また、純シリカガラスに対する比屈折率差が０．０５％以上となる濃度のＣｌ元素が外側クラッド部３９に添加されている場合には、外側クラッド部３９の粘性が低下する。したがって、線引の際に付与された線引張力は、光ファイバの外側クラッド領域に集中することなく、粘性が高いサポート領域に集中して残留するので、サポート領域の屈折率を低下させる上で好適である。
【００２４】
以上では、図７に示す屈折率プロファイルを有する光ファイバを製造する場合、すなわち、図２に示す屈折率プロファイルを有する光ファイバ母材を製造する場合について説明したが、他の屈折率プロファイルを有する光ファイバ母材を製造する場合も同様である。
【００２５】
図５は、他の実施形態に係る光ファイバ母材の屈折率プロファイルを示す図である。この図に示した屈折率プロファイル有する光ファイバ母材は、図２に示したものと比較すると、第１クラッド部３１と外側クラッド部３９との間に第２クラッド部３２（（屈折率ｎ₂、外径２ｄ）を更に有している。各屈折率の大小関係は、ｎ₀＞ｎ₂＞ｎ_out＞ｎ₁ である。この光ファイバ母材は、コア部３０、サポート部３０Ａ、第１クラッド部３１および第２クラッド部３２を含むロッドを作製し、このロッドを外部クラッドパイプ（外部クラッド３９となるべきもの）に挿入して加熱一体化して延伸し、さらにジャケット付けすることで製造される。このようにして製造される光ファイバ母材（これを線引して得られる光ファイバ）も非円率が小さいものとなる。
【００２６】
図６は、他の実施形態に係る光ファイバ母材の屈折率プロファイルを示す図である。この図に示した屈折率プロファイル有する光ファイバ母材は、図５に示したものと比較すると、第２クラッド部３２と外側クラッド部３９との間に第３クラッド部３３（屈折率ｎ₃、外径２ｅ）を更に有している。各屈折率の大小関係は、ｎ₀＞ｎ₂＞ｎ_out＞ｎ₃＞ｎ₁ である。この光ファイバ母材は、コア部３０、サポート部３０Ａ、第１クラッド部３１、第２クラッド部３２および第３クラッド部３３を含むロッドを作製し、このロッドを外部クラッドパイプ（外部クラッド３９となるべきもの）に挿入して加熱一体化して延伸し、さらにジャケット付けすることで製造される。このようにして製造される光ファイバ母材（これを線引して得られる光ファイバ）も非円率が小さいものとなる。
【００２７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係る光ファイバ母材製造方法によれば、実質的に純シリカガラスからなるサポート部がコア部と第１クラッド部との間に設けられたロッドが外側クラッドパイプに挿入されて、これら外側クラッドパイプおよびロッドが加熱一体化され、さらにジャケット付けされて、光ファイバ母材が製造される。ロッド内に設けられた純シリカガラスからなるサポート部の粘性が高いことから、加熱一体化の際のロッドの変形が防止されるので、製造された光ファイバ母材の非円率は小さくなる。
【００２８】
本発明に係る光ファイバ母材は、上記の光ファイバ母材製造方法により製造されたものであり、非円率が小さい。この光ファイバ母材では、外側クラッド部は、第１クラッド部に添加されたＦ元素の濃度より低い濃度のＦ元素が添加されているのが好適であり、また、純シリカガラスに対する比屈折率差が０．０５％以上となる濃度のＣｌ元素が添加されているのが好適である。これらの場合には、外側クラッド部の粘性が低下する。したがって、線引の際に付与された線引張力は、光ファイバの外側クラッド領域に集中することなく、粘性が高いサポート領域に集中して残留するので、サポート領域の屈折率を低下させる上で好適である。
【００２９】
本発明に係る光ファイバ製造方法は、上記の光ファイバ母材を線引して光ファイバを製造するものであり、これによれば、線引の際に付与された線引張力は、粘性が高いサポート領域に冷却時に集中して残留し、この残留応力に因りサポート領域の屈折率が低下する。特に、光ファイバ母材を線引する際の線引張力は１４７Ｎ／ｍｍ²以上であるのが好適であり、この場合には、所望の屈折率プロファイルを有し非円率が小さい光ファイバ（すなわち、所望の光学特性を有する光ファイバ）を製造することができる。
【００３０】
また、本発明に係る光ファイバは、上記の光ファイバ製造方法を用いて製造されものであり、所望の屈折率プロファイルを有し、非円率が小さく、偏波モード分散が小さい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光ファイバ母材製造方法の工程説明図である。
【図２】本実施形態に係る光ファイバ母材の屈折率プロファイルを示す図である。
【図３】加熱一体化後の光ファイバ母材の非円率とサポート部の厚みとの関係を示すグラフである。
【図４】線引後のサポート部の比屈折率差と線引張力との関係を示すグラフである。
【図５】光ファイバ母材の屈折率プロファイルを示す図である。
【図６】光ファイバ母材の屈折率プロファイルを示す図である。
【図７】光ファイバの屈折率プロファイルを示す図である。
【図８】光ファイバ母材の製造工程の説明図である。
【図９】従来の光ファイバ製造方法の問題点の説明図である。
【符号の説明】
１０…コアロッド、１１…第１クラッドパイプ、１９…外側クラッドパイプ、２０…ロッド、３０…コア部、３０Ａ…サポート部、３１…第１クラッド部、３９…外側クラッド部、４０…ロッド。

Claims (8)

1. ＧｅＯ₂が添加されたコア部（屈折率ｎ₀）と、このコア部を取り囲みＦ元素が添加された第１クラッド部（屈折率ｎ₁）と、この第１クラッド部を取り囲み前記コア部及び前記第１クラッド部より粘性が大きい外側クラッド部（屈折率ｎ_out、ただし、ｎ₀＞ｎ_out＞ｎ₁）とを、少なくとも有するシリカベースの光ファイバ母材を製造する方法であって、
   実質的に純シリカガラスからなるサポート部が前記コア部と前記第１クラッド部との間に設けられたロッドを作製するロッド作製工程と、前記外側クラッド部となるべき外側クラッドパイプに前記ロッドを挿入して前記外側クラッドパイプおよび前記ロッドを加熱一体化する加熱一体化工程とを備え、
   製造後に得られた光ファイバ母材において前記サポート部の厚みを前記コア部の半径の１／２以下とする
   ことを特徴とする光ファイバ母材製造方法。
2. ＧｅＯ₂が添加されたコア部（屈折率ｎ₀、外径２ａ）と、このコア部を取り囲み実質的に純シリカガラスからなるサポート部（外径２ｂ、ただし、ｂ−ａ≦ａ／２）と、このサポート部を取り囲みＦ元素が添加された第１クラッド部（屈折率ｎ₁）と、この第１クラッド部を取り囲み前記コア部及び前記第１クラッド部より粘性が大きい外側クラッド部（屈折率ｎ_out、ただし、ｎ₀＞ｎ_out＞ｎ₁）とを、少なくとも有することを特徴とするシリカベースの光ファイバ母材。
3. 前記第１クラッド部と前記外側クラッド部との間に第２クラッド部（屈折率ｎ₂、ただし、ｎ₀＞ｎ₂＞ｎ_out＞ｎ₁）を更に有することを特徴とする請求項２記載の光ファイバ母材。
4. 前記第２クラッド部と前記外側クラッド部との間に第３クラッド部（屈折率ｎ₃、ただし、ｎ₀＞ｎ₂＞ｎ_out＞ｎ₃＞ｎ₁）を更に有することを特徴とする請求項３記載の光ファイバ母材。
5. 前記外側クラッド部は、前記第１クラッド部に添加されたＦ元素の濃度より低い濃度のＦ元素が添加されていることを特徴とする請求項２記載の光ファイバ母材。
6. 前記外側クラッド部は、純シリカガラスに対する比屈折率差が０．０５％以上となる濃度のＣｌ元素が添加されていることを特徴とする請求項２記載の光ファイバ母材。
7. 請求項２記載の光ファイバ母材を線引して光ファイバを製造することを特徴とする光ファイバ製造方法。
8. 前記光ファイバ母材を線引する際の線引張力は１４７Ｎ／ｍｍ²以上であることを特徴とする請求項７記載の光ファイバ製造方法。

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