JP4455740B2 - 光ファイバ用プリフォームの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバの前駆体である光ファイバ用プリフォーム（以下、単にプリフォームと称する）、特には、気相合成法により製造されるプリフォームの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プリフォームの製造方法の１つに、ＶＡＤ法のような気相合成法を用いてコア用スート体をクラッドの一部と同時に形成し、これを脱水・ガラス化した後、必要な長さと径になるように加熱延伸して、外周にクラッドの一部を有するコアロッドを製造し、さらに、このコアロッドの外周に、ＯＶＤ法などのやはり気相合成法でスートを堆積し、脱水・ガラス化して、必要な厚さのクラッド部を有するプリフォームを製造する方法がある。
【０００３】
１,３１０ｎｍ付近にゼロ分散波長λ₀を有するシングルモード光ファイバの径方向への理想的な屈折率分布形状は、コア部がクラッド部よりも矩形状に高くなっている。このような理想的な屈折率分布形状を有する光ファイバは、モードフィールド径ＭＦＤ［μｍ］、カットオフ波長λ_c［μｍ］、ゼロ分散波長λ₀［ｎｍ］が下記の式を満たす関係にある。
−２≦１,４２７−（１０×ＭＦＤ×λ_c＋λ₀）≦２
なお、ゼロ分散波長は、１,３１０±５［ｎｍ］であることが望ましいとされている。
【０００４】
径方向への屈折率分布は、バーナにコア部を形成する原料ガス、例えばＳｉＣｌ₄に屈折率を上昇させる効果のあるＧｅ化合物、例えばＧｅＣｌ₄を添加することによって形成される。しかしながら、このとき堆積されたスート体中のＧｅまたはＧｅＯ₂は、堆積や脱水、ガラス化の際に、コア周辺のクラッド部に拡散し、屈折率分布のすそ引きという意図しない屈折率上昇を招く。屈折率分布にすそ引きがあると、得られる光ファイバの分散特性が悪化する。つまり、ゼロ分散波長を所望の数値範囲内に納めた場合、モードフィールド径及びカットオフ波長のいずれかまたは双方が、好ましい値より大きくなる。このように、コア周辺のクラッド部の屈折率上昇は、光ファイバの伝送特性上好ましくない
【０００５】
このような屈折率分布のすそ引きを抑制するには、堆積したコア部の外側から熱を加えることで、コア部外周付近の密度を高めＧｅの拡散を抑制するという手法がある。しかしながらこの方法は、コア部とクラッド部との間に急峻な密度変化を生じるため、ガラス化の際に、この部分に輝点となって観察される微小な気泡を発生し易いという問題がある。
さらに、例えば、特開平９−１７１１２０号公報にはクラッド中に拡散したＧｅＯ₂の効果が記載されており、クラッド中への意図しないＧｅの拡散が、水素による吸収損失の増大を抑制していることもまた分かっている。つまり、上記の方法によりＧｅの拡散を抑制すると水素による吸収損失が増大する可能性がある。
【０００６】
さらに、信号伝送用の光ファイバをＶＡＤ法のような気相合成法によって製造する場合、塩素などによる脱水処理が不可欠である。これは１,３８５μｍという信号波長付近に、ＯＨ基による吸収ピークが存在するため、ＯＨ基を脱水処理して除去する必要がある。脱水処理に一般的に用いられる塩素は、石英ガラス中で屈折率を上昇させる効果も有している。脱水処理はコア及びクラッドの双方に対して行われるが、ＯＶＤ法で形成されるスート体の密度は、一般にＶＡＤ法で形成されるものよりも高いため、脱水・ガラス化後のガラス中に、脱水処理で使用された塩素は残りにくい。
【０００７】
その結果、ＶＡＤ法で形成されたクラッドと、その外側にＯＶＤ法で付加されたクラッドとでは、残存した塩素によるクラッド部の屈折率上昇の度合が異なり、クラッド部の屈折率分布において、外側の方が低くなり段差を生じやすい。この段差は、上記したようにＯＶＤ法の方が、クラッド中の残存塩素が少ないために生じる。このような段差があると、得られる光ファイバの伝送特性、特にカットオフ波長が大きくなる結果をもたらし、屈折率分布のすそ引きによる分散特性の悪化を助長することになる。
このような段差を抑制するには、ＯＶＤ法で形成されたスート体を脱水する際に、より多量のＣｌ₂などの脱水ガスを使用するか、より時間をかけて脱水する必要があるが、この場合、得られる特性は比較的良好なものの製造コストが上昇してしまう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、気相合成法によってＳｉＣｌ₄などの原料ガス中にＧｅなどの屈折率を上昇させる物質のみを添加してスート体を形成し、脱水・ガラス化した後、所望の径に加工してプリフォームを製造した場合、このプリフォームを線引きして得られる光ファイバの伝送特性、特に、ゼロ分散波長、モードフィールド径及びカットオフ波長の値を全て所望の数値範囲内に維持しつつ、コアとクラッドの界面での微小な気泡の発生を抑え、水素による吸収損失の増大が抑制されたプリフォームを得ることは困難であった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光ファイバとしたときにゼロ分散波長、モードフィールド径及びカットオフ波長の全てが所望の数値範囲内にあり、コアとクラッドの界面での微小な気泡の発生が抑えられ、水素による吸収損失の増大が抑制されたプリフォームの製造方法を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のプリフォームの製造方法は、気相合成法によりコアスート体を製造し、該コアスート体を脱水ガス雰囲気中で脱水した後、不活性ガス中で焼成ガラス化し、これを所定の径に加熱延伸して得たコア部材に、クラッド部を付与してなる光ファイバ用プリフォームであって、該コア部材のコア部の外周部に、クラッド部の屈折率よりも１×１０^-5〜３×１０^-4だけ低い低屈折率部を設け、該低屈折率部の外径ｂとコア径ａとの比ａ／ｂを０．１〜０．２５の範囲内とすることを特徴としている。
【００１１】
また、他の発明によるプリフォームの製造方法は、上記コアスート体を製造する工程において、フッ素含有ガスを原料ガス、燃焼ガス、助燃ガス及びシール用ガスのいずれかと混合して、先に堆積したコア部の外周部に、フッ素を含むスートを堆積して、脱水・ガラス化後の屈折率がクラッド部の屈折率よりも１×１０^-5〜３×１０^-4だけ低い低屈折率部を設け、該低屈折率部の外径ｂとコア径ａとの比ａ／ｂを０．１〜０．２５の範囲内とすることを特徴としている。
【００１２】
上記気相合成法としてＶＡＤ法を採用し、コア堆積用バーナと複数のクラッド堆積用バーナを用いてスートを堆積させるに際し、クラッド堆積用バーナのいずれかのバーナに、原料ガス、燃焼ガス、助燃ガス及びシール用ガスのいずれかにフッ素含有ガスを添加して供給するのが好ましい。フッ素は脱水・ガラス化中にコアスート体全体に拡散するため、１本のバーナにおいてフッ素を添加するだけでコア部材全体の屈折率が低下する。また、フッ素含有ガスを添加するバーナはコア堆積用バーナに隣接するクラッド堆積用バーナである方が、フッ素がスート内に残留する効率が高いので好ましい。
添加するフッ素含有ガスは、ＳｉＦ₄、ＳＦ₆、ＣＦ₄及びＣＣｌ₂Ｆ₂の群から選択して使用し、フッ素含有ガスに含まれるＦのモル数が、コアスート体を製造するのに使用される原料ガス中のＳｉのモル数の１／１００〜１／５、好ましくは１／３０〜１／５とするのが望ましい。
【００１３】
本発明で得られるプリフォームを加熱線引きして得られる光ファイバは、モードフィールド径ＭＦＤ［μｍ］、カットオフ波長λ_c［μｍ］、ゼロ分散波長λ₀［ｎｍ］が下記の式を満たす範囲内にあり、
−２≦１,４２７−（１０×ＭＦＤ×λ_c＋λ₀）≦２
１,３１０±５［ｎｍ］にゼロ分散波長を有している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１に示すように本発明で得られるプリフォームは、ＶＡＤ法でコア部材を形成する際、コア部材のコア部（径ａ）の外周部に、該コア部材の上にＯＶＤ法で形成されるクラッド部の屈折率ｎ₀よりも屈折率の低い外径がｂで、屈折率がｎ₂の低屈折率部を径方向に形成し、これを加熱焼成してガラス化し、さらに所定の径に加熱延伸してコア部材とし、これにＯＶＤ法でクラッド部を付与して製造される。
このような構成とすることによって、すそ引きによる分散特性の悪化を補うことができる。
【００１５】
このコア部の外周部に形成された低屈折率部の外径ｂとコア径ａとの比ａ／ｂは０．１〜０．２５の範囲内とされる。０．１未満では生産効率が著しく低下するので好ましくなく、０．２５を超えるとコア部材とこれに付与するクラッド部の界面付近に残留するＯＨ基により、１．３８５ｎｍ付近の吸収ピークが許容できない程度にまで増大するため好ましくない。
このコア部の外周部に形成された低屈折率部とクラッド部との屈折率差（ｎ₀−ｎ₂）は１×１０^-5〜３×１０^-4とされる。屈折率差が１×１０^-5未満、あるいは３×１０^-4を超えるとＭＦＤ、λ_c、λ₀が、−２≦１,４２７−（１０×ＭＦＤ×λ_c＋λ₀）≦２の式を満たすことができない。
【００１６】
本発明で得られるプリフォームは、ＶＡＤ法による気相合成法によってコアスート体を製造する際、図２に示すように、コア堆積用バーナ１に隣接するクラッド堆積用バーナ２に供給される原料ガス、燃焼ガス、助燃ガス及びシール用ガスのいずれかのガスにフッ素含有ガスを添加して、コアスートの外周部に、クラッド部の屈折率よりも１×１０^-5〜３×１０^-4だけ低い低屈折率部を形成する。さらにこの上に、クラッド堆積用バーナ３でクラッドの一部を形成してもよい。このようにして堆積したコアスート体４を脱水ガス、例えば塩素系ガス雰囲気中で脱水した後、Ａｒ等の不活性ガス雰囲気中で焼成ガラス化し、これを所定の径に加熱延伸してコア部材とし、該コア部材の外周にＯＶＤ法による気相合成法によってクラッド部を形成するものである。なお、符号５はターゲット棒である。
【００１７】
添加するフッ素含有ガスは、ＳｉＦ₄、ＳＦ₆、ＣＦ₄及びＣＣｌ₂Ｆ₂の群から選択して使用すればよく、特に好ましくは１分子中のＦ原子数の多いＳｉＦ₄、ＳＦ₆またはＣＦ₄である。また、フッ素含有ガスに含まれるＦのモル数は、コアスート体を製造するのに使用される原料ガス中のＳｉのモル数の１／１００〜１／５とするのが好ましく、より好ましくは１／３０〜１／５である。１／１００未満では所望の屈折率の低下が得られず、１／５を超えると所望以上に屈折率が低下してしまうため好ましくない。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
ＶＡＤ法による気相合成法を３本のバーナを用いて行ない、コア堆積用バーナに、原料ガスであるＳｉＣｌ₄を０．１１リットル／分、添加剤であるＧｉＣｌ₄を０．０１リットル／分、コア堆積用バーナに隣接するクラッド堆積用バーナに原料ガスであるＳｉＣｌ₄を０．４０リットル／分、フッ素含有ガスであるＳＦ₆を０．１０リットル／分、コア堆積用バーナに隣接しないクラッド堆積用バーナに原料ガスであるＳｉＣｌ₄を１．０リットル／分供給して火炎加水分解反応で生じたスートを堆積し、スート堆積体を製造した。このスート堆積体を７％の塩素ガスを含む雰囲気中で４時間脱水し、その後、Ｈｅガス中で焼成ガラス化し、さらに加熱延伸して、直径４０ｍｍ、長さ１，３００ｍｍのコア部材を得た。
【００１９】
次いで、ＯＶＤ法による気相合成法を用い、コア部材の外周に所望の厚さのスートを堆積させ、得られたスート堆積体を１０％の塩素ガスを含む雰囲気中で２０時間かけて脱水・焼成ガラス化し、さらにこれを所望の径、長さに加熱延伸して光ファイバ用プリフォームを得た。
このプリフォームはコア部とクラッド部との間に、クラッド部の屈折率よりも１．０×１０^-4だけ低い低屈折率部を有し、この低屈折率部の外径ｂとコア径ａとの比ａ／ｂは０．２であった。
さらに、このプリフォームを線引して光ファイバを得た。この光ファイバは波長１，３１０［ｎｍ］にゼロ分散波長λ₀を有し、ＭＦＤ９．２０［μｍ］、λ_c１．２７［μｍ］で上記関係式を満たし、シングルモード光ファイバとして極めて優れた分散特性を有していた。
【００２０】
（比較例１）
コア堆積用バーナに隣接するクラッド堆積用バーナにフッ素含有ガスを添加しなかったことを除いて、他は全て実施例１と同じ条件でプリフォーム及び光ファイバを製造した。
得られたプリフォームはクラッド部に１．５×１０^-4の段差を生じ、このプリフォームを線引きして得た光ファイバは、分散特性が悪く、シングルモード光ファイバとして好ましくないものであった。
【００２１】
（比較例２）
コア堆積用バーナに隣接するクラッド堆積用バーナにフッ素含有ガスを添加しなかったことと、ＯＶＤ法により得られたスート堆積体を脱水・焼成ガラス化する雰囲気を２０％の塩素ガスを含むものとしたことを除いて、他は全て実施例１と同じ条件でプリフォーム及び光ファイバを製造した。
得られたプリフォームはコア部とクラッド部に０．１×１０^-4の低屈折率部を生じ、このプリフォームを線引きして得た光ファイバは、シングルモード光ファイバとして比較的好ましくないものであったが、製造に約１．９倍の塩素量を要した。
【００２２】
【発明の効果】
本発明で得られるプリフォームは、コアとクラッド界面での微小な気泡の発生が抑えられ、水素による吸収損失の増大も抑制されたものであり、さらに、これを線引きして得られる光ファイバは、ゼロ分散波長、モードフィールド径及びカットオフ波長が全て所望の範囲内にあり、シングルモード光ファイバとして極めて優れた分散特性を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のプリフォームの径方向の屈折率分布を示す概略図である。
【図２】 ＶＡＤ法でコア部材を製造する様子を示す概略図である。
【符号の説明】
１． コア堆積用バーナ
２． クラッド堆積用バーナ
３． クラッド堆積用バーナ
４． コアスート体
５． ターゲット棒
ａ． コア径
ｂ． 低屈折率部の外径
n₀ クラッド部の屈折率
n₁ コア部の屈折率
n₂ 低屈折率部の屈折率

Claims (6)

1. 気相合成法によりコアスート体を製造し、該コアスート体を脱水ガス雰囲気中で脱水した後、不活性ガス中で焼成ガラス化し、これを所定の径に加熱延伸して得たコア部材に、クラッド部を付与してなる光ファイバ用プリフォームの製造方法であって、該コア部材のコア部の外周部に、クラッド部の屈折率よりも１×１０^-5〜３×１０^-4だけ低い低屈折率部を設け、該低屈折率部の外径ｂとコア径ａとの比ａ／ｂを０．１〜０．２５の範囲内とすることを特徴とする光ファイバ用プリフォームの製造方法。
2. 気相合成法によりコアスート体を製造し、該コアスート体を脱水ガス雰囲気中で脱水した後、不活性ガス中で焼成ガラス化し、これを所定の径に加熱延伸して得たコア部材に、クラッド部を付与してなる光ファイバ用プリフォームの製造方法であって、該コアスート体を製造する工程において、フッ素含有ガスを原料ガス、燃焼ガス、助燃ガス及びシール用ガスのいずれかと混合して、先に堆積したコア部の外周部にフッ素を含むスートを堆積して、脱水ガラス化後の屈折率がクラッド部の屈折率よりも１×１０^-5〜３×１０^-4だけ低い低屈折率部を設け、該低屈折率部の外径ｂとコア径ａとの比ａ／ｂを０．１〜０．２５の範囲内とすることを特徴とする光ファイバ用プリフォームの製造方法。
3. 気相合成法がＶＡＤ法であり、コア堆積用バーナと複数のクラッド堆積用バーナを用いてフッ素を含むスートを堆積させるに際し、クラッド堆積用バーナのいずれかに、原料ガス、燃焼ガス、助燃ガス及びシール用ガスのいずれかにフッ素含有ガスを添加して供給する請求項２に記載の光ファイバ用プリフォームの製造方法。
4. フッ素含有ガスを添加するバーナが、コア堆積用バーナに隣接するクラッド堆積用バーナである請求項３に記載の光ファイバ用プリフォームの製造方法。
5. フッ素含有ガスが、ＳｉＦ₄、ＳＦ₆、ＣＦ₄及びＣＣｌ₂Ｆ₂の群から選択されたものである請求項３又は４に記載の光ファイバ用プリフォームの製造方法。
6. 添加するフッ素含有ガスに含まれるＦのモル数が、コア部材の製造に使用される原料ガス中のＳｉのモル数の１／１００〜１／５である請求項３乃至５のいずれかに記載の光ファイバ用プリフォームの製造方法。

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