JP4759816B2 - 光ファイバの製造方法 - Google Patents

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    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸方向に延びる空孔を有する光ファイバを製造する光ファイバの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軸方向に延びる空孔を有する光ファイバとして、ホーリーファイバ（微細構造光ファイバ、フォトニッククリスタルファイバとも言う）と称されるファイバがある。このホーリーファイバは、シリカガラス等の主媒質と気体等の副媒質とで構成された光ファイバであり、主媒質と副媒質との間の大きな屈折率差を利用して、コアとクラッドとの実効的な屈折率差を大きくすることにより、絶対値の大きな波長分散や、小さなモードフィールド径を実現できる。前者は分散補償の応用に好適であり、後者は非線形光学効果の利用に適している。従って、ホーリーファイバは、光通信システムへの応用が期待される。このようなホーリーファイバについては、例えば、D.J.Richardson,et al.,Proc.ECOC 2000,vol.4,pp37-40,(Sep.2000)に記載されている。
【０００３】
また、USP 5,802,236には、ホーリーファイバの製造方法が開示されている。この製造方法は、一端が封止された複数本のシリカ製の毛管を束ね、管束バンドルを形成する。その際、中心の毛管をシリカロッドで置換する。次いで、シリカ製のオーバークラッド管を管束バンドル上に置き、管束バンドルへコラプスする。ここで得られたプリフォームを線引炉の高温領域に入れて、毛管の非封止端を加熱し、ファイバに線引する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のホーリーファイバでは、伝送損失が高いという不具合がある。例えば、P.J.Bennett,et al.,Opt. Lett.,vol.24,pp.1203-1205,(1999)では、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は０．２４ｄＢ／ｍである。これは、光通信システムにおいて実用に供されている光ファイバの伝送損失の典型値である０．２〜０．３ｄＢ／ｋｍに比べると非常に高い。
【０００５】
光ファイバの伝送損失が高いと、光ファイバを光伝送路に用いた場合に伝送距離が制限される。また、光ファイバを分散補償器として用いた場合には、ファイバ長が制限されることによって補償分散量が制限される。さらに、分散補償器としての挿入損失が高いことにより、所定のＳＮ比を実現するのに必要な入力光信号パワーが増大するため、ＳＰＭ、ＸＰＭ、ＦＷＭなどの非線形光学効果による伝送品質劣化が生じ、光スペクトル利用効率が制限される。
【０００６】
本発明の目的は、軸方向に延びる空孔を有する光ファイバにおいて伝送損失を低減することができる光ファイバの製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
軸方向に延びる空孔を有する光ファイバの伝送損失には、空孔におけるファイバの内壁表面部に存在する不純物による吸収損失が大きく寄与する。具体的には、波長１４００ｎｍ〜１６００ｎｍにおけるシリカガラスの低損失波長帯は光通信システムの応用に好適であるが、この波長帯においてはＯＨ基による吸収が伝送損失に最も大きく寄与する。従って、光通信システムへの応用のためには、空孔におけるファイバ内壁表面部に存在するＯＨ基の濃度を低減することが重要である。本発明は、そのような知見に基づいてなされたものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、軸方向に延びる空孔を有する光ファイバを製造する光ファイバの製造方法であって、空孔となる凹状穴部を有するプリフォームを形成する第１の工程と、プリフォームを形成した後、乾燥性を有する気体を凹状穴部内に満たして、プリフォームを加熱する第２の工程と、プリフォームを光ファイバに線引きする第３の工程とを含み、第２の工程において、プリフォームにおける開口側端に、蓋体が取り付けられたガラス管を接続し、ガラス管に分岐配管を接続し、分岐配管に供給配管及び排気配管を分岐接続した状態で、供給配管を介して凹状穴部内に乾燥性を有する気体を供給すると共に、排気配管を介して凹状穴部内から乾燥性を有する気体を排出することを特徴とするものである。
【００１１】
このように凹状穴部を有するプリフォームを形成した後に、乾燥性を有する気体を凹状穴部に満たし、プリフォームを加熱することにより、凹状穴部におけるプリフォームの内壁表面に存在するＯＨ基がＨ2Ｏ分子として凹状穴部内の空間へと拡散する。そして、そのＨ2Ｏ分子は、拡散または対流によってプリフォームの外部に排出される。これにより、プリフォームの内壁表面のＯＨ濃度が低下し、ＯＨ基に起因する光ファイバの伝送損失が低減される。また、乾燥性を有する気体の使用により、内壁表面へのＯＨ基の再付着が抑制されるため、ＯＨ濃度の低下が早められる。従って、製造コストの削減を図ることもできる。
【００１２】
このとき、第２の工程において、乾燥性を有する気体を凹状穴部内に注入する工程と、凹状穴部内から乾燥性を有する気体を排出する工程とを繰り返すことが好ましい。これにより、凹状穴部内の空間に拡散したＨ2Ｏ分子が効果的にプリフォームの外部に排出される。また、内壁表面へのＯＨ基の再付着が効果的に抑制される。従って、光ファイバの伝送損失をより低減することができる。
【００１６】
好ましくは、乾燥性を有する気体として、露点が−５０℃以下の気体を使用する。これにより、Ｈ2Ｏ濃度の十分に低い気体がプリフォームの穴部内に供給されることになるため、プリフォームの内壁表面へのＯＨ基の再付着がより抑制され、その結果光ファイバの伝送損失をより低減することができる。
【００１７】
このとき、好ましくは、乾燥性を有する気体として、不活性気体を８５％以上のモル濃度で含む気体を使用する。これにより、シリカガラスからなるプリフォームを加熱したときに、乾燥性を有する気体がガラスと反応しにくくなる。従って、気体とガラスとの化学反応による光吸収や光散乱の発生を回避し、光ファイバの伝送損失の増大を抑制することができる。
【００１８】
このとき、不活性気体として、Ｎ2、Ｈｅ、Ａｒの１つ又は２つ以上の混合である気体を使用するのが好ましい。これらの気体は特に活性度が低いため、ガラスとの化学反応の抑制に効果的である。
【００１９】
また、乾燥性を有する気体として、脱水作用を有する活性気体を含む気体を使用してもよい。この場合には、プリフォームの内壁表面におけるＯＨ濃度の低下速度が速くなるため、プリフォームの内壁表面部に存在するＯＨ基を除去する第２の工程に要する時間が短縮され、より製造コストを削減できる。また、活性気体の濃度を高く、例えばモル濃度で３０％以上とすることにより、ＯＨ濃度の低下をより速めることができる。
【００２０】
このとき、脱水作用を有する活性気体として、ＨＦ、Ｆ2、Ｃｌ2、ＣＯの少なくとも１つを含む気体を使用するのが好ましい。これらの気体は特に脱水作用に優れているため、第２の工程に要する時間の短縮に効果的である。
また、軸方向に延びる空孔を有する光ファイバを製造する光ファイバの製造方法であって、空孔となる凹状穴部を有するプリフォームを形成する第１の工程と、プリフォームを形成した後、凹状穴部内を減圧排気すると共に、プリフォームを加熱する第２の工程と、プリフォームを光ファイバに線引きする第３の工程とを含み、第２の工程において、プリフォームにおける開口側端に、蓋体が取り付けられたガラス管を接続し、ガラス管に排気配管を接続した状態で、排気配管を介して凹状穴部内を減圧排気することを特徴とするものである。
このように凹状穴部を有するプリフォームを形成した後に、凹状穴内を減圧排気すると共に、プリフォームを加熱することにより、凹状穴部におけるプリフォームの内壁表面に存在するＯＨ基がＨ 2 Ｏ分子として凹状穴部内の空間へと拡散する。そして、そのＨ 2 Ｏ分子は、凹状穴内の減圧排気によってプリフォームの外部に排出される。これにより、プリフォームの内壁表面のＯＨ濃度が低下し、ＯＨ基に起因するファイバの伝送損失が低減される。
上述した各光ファイバの製造方法において、好ましくは、第２の工程において、プリフォームを８００℃以上の温度で加熱する。これにより、ＯＨ基がＨ 2 Ｏ分子となる反応が促進されるため、プリフォームの内壁表面に存在するＯＨ基がＨ 2 Ｏ分子として穴部内の空間へと早く拡散するようになる。さらに、長時間、例えば３０分以上にわたって加熱することにより、ＯＨ濃度をより低下させることができる。
【００２１】
また、好ましくは、第２の工程の前に、穴部におけるプリフォームの内壁表面を平滑化する。これにより、プリフォームの内壁表面の表面積が小さくなるため、プリフォームの内壁表面部に存在するＯＨ基の総量が減少する。従って、第２の工程においてＯＨ基の除去に要する時間を短くし、より製造コストを削減できる。
【００２２】
また、好ましくは、第２の工程の前に、穴部におけるプリフォームの内壁表面をドライエッチングする。これにより、プリフォームの内壁表面の平滑化の効果が得られると共に、ＯＨ基が含まれるプリフォームの内壁表面部のガラス層が直接的に除去される。このため、プリフォームの内壁表面部に存在するＯＨ基の総量が減少する。従って、第２の工程においてＯＨ基の除去に要する時間を短くし、より製造コストを削減できる。
【００２３】
さらに、好ましくは、第３の工程において、穴部内の圧力を調整する。軸方向に延びる穴部を有するプリフォームをファイバに線引きする際、穴部を形成するプリフォームの内壁表面における表面張力によって、光ファイバにおける空孔占有率は減少しようとする。この空孔占有率は、プリフォームの穴部内とプリフォームの内壁との間に生じる圧力差にも依存する。そこで、プリフォームの穴部内の圧力を制御することによって、所望の空孔占有率を有する光ファイバを製造することができる。ここで、空孔占有率とは、ファイバ断面における所定の領域、例えば断面全体の断面積に対する空孔断面積の比である。また、第２の工程において乾燥性を有する気体を供給する手段にプリフォームを接続する手段と、第３の工程において圧力を調整する手段にプリフォームを接続する手段とは、一部または全部を共通とすることができる。これにより、工程間での接続変更に伴う汚染物質の侵入を防ぐことができる。
【００２４】
また、好ましくは、第１の工程において、穿孔具を用いて円柱状のプリフォームを切削することにより、プリフォームに穴部を形成する。これにより、プリフォームに穴部を形成する作業が容易に行えるようになり、高い歩留まりを実現できる。また、この場合には、プリフォームにおける穴部間に微細な隙間が生じないため、その隙間に存在する不純物を取り除く必要がなく、これにより第２の工程においてＯＨ基の除去に要する時間を短くし、より製造コストを削減できる。さらに、線引き時にプリフォームの穴部内の圧力を調整することによって、プリフォームの穴部と内壁との圧力差を容易に形成できるため、線引き時に光ファイバの空孔の収縮が生じにくくなる。
【００２５】
また、第１の工程において、複数の筒状部材を束ねてバンドルを形成し、このバンドルをジャケット管内に挿入することにより、穴部を有するプリフォームを形成してもよい。この場合には、穴径の小さな穴部を有するプリフォームを容易に形成できるため、短い波長の光を導波させるのに適した光ファイバを容易に製造することが可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる光ファイバの製造方法の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００３５】
図１は、本発明に係わる光ファイバの一実施形態を示す断面図である。同図において、光ファイバ１は、ＧｅＯ2が添加されたシリカガラスからなるコア２と、このコア２を囲み純粋シリカガラスからなるクラッド３とから構成されている。クラッド３におけるコア２の周囲には、ファイバ軸方向に延びる複数本の空孔４が形成されている。このような光ファイバ１においては、全反射によって所定の波長の光がコア２に閉じ込められてファイバ軸方向に沿って導波される。
【００３６】
なお、コア２を純粋シリカガラスで形成すると共にクラッド３をＦが添加されたシリカガラスで形成したり、Ｔｉ、Ｂ、Ｐ等の添加物をコア２及びクラッド３の一方または両方に添加することによって、コア２の屈折率をクラッド３の屈折率よりも高くする構成をとっても良い。
【００３７】
次に、上記の光ファイバ１を製造する方法について説明する。最初に、光ファイバ１の母材であるプリフォームを形成する。このプリフォームを作成する方法の一例を図２に示す。
【００３８】
同図において、まず一体構造の円柱状のプリフォーム５を用意する。このプリフォーム５は、ＧｅＯ2が添加されたシリカガラスからなるコア領域６と、このコア領域６を囲み純粋シリカガラスからなるクラッド領域７とで構成されている。コア領域６には、コア領域６とクラッド領域７との比屈折率差が所望の値（例えば０．３％）となるようにＧｅＯ2が添加されている。このような一体構造のプリフォーム５は、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、ＯＶＤ法などの方法により作成できる。
【００３９】
そして、クラッド領域７におけるコア領域６の周囲を、ダイヤモンドの刃先を有する穿孔具８を用いて切削することにより、プリフォーム５にプリフォーム軸方向に延びる複数本の貫通穴部９を形成する。この貫通穴部９は、後述する線引後の光ファイバ１における空孔４を形成するものである。貫通穴部９の径（直径）は例えば３ｍｍであり、貫通穴部９の長さ（プリフォーム５の高さ）は例えば３００ｍｍである。このように穿孔具８を用いてプリフォーム５に貫通穴部９を形成することにより、貫通穴部９の形成作業が容易に行えるようになり、高い歩留まりを実現できる。
【００４０】
穿孔具としては、ダイヤモンドの刃先を有する工具の代わりに、ガラスを軟化させるための加熱手段とガラス軟化点以上の融点を有する器具とを使用することもできる。この場合、ガラスを加熱して軟化させた状態で高融点器具をガラスに挿入し、器具を引き抜く直前または直後にガラスを冷却して硬化させることによって、貫通穴部９を形成できる。
【００４１】
なお、上記のプリフォーム５のコア領域６とクラッド領域７は、Ｇｅ，Ｆ，Ｔｉ，Ｂ，Ｐ等の添加物を添加したシリカガラスで形成することもでき、更に添加物濃度をプリフォーム５内で変化させることにより、屈折率をプリフォーム５内で変化させることも可能である。この場合には、波長分散やモードフィールド径などに関して、所望の特性を容易に得ることができる。また、貫通穴部９の位置やプリフォーム５の材料屈折率分布は、全反射またはブラッグ反射によって所定の波長の光が光ファイバ１中のコア２に閉じ込められてファイバ軸方向に沿って導波されるように選ばれる。
【００４２】
また、光ファイバの空孔となる貫通穴部は、特に図２に示すような配置には限定されず、図３〜図５に示すような配置を採ることもできる。図３に示す構成では、シリカガラスからなるプリフォーム５Ａに貫通穴部９Ａが複数配置されており、その結果、空孔占有率が小さいコア領域６Ａを空孔占有率が大きいクラッド領域７Ａが包囲する。この構成では、光ファイバが生成された際に、全反射によってコアに光を閉じ込めてファイバ軸方向に導波させることができるが、コアとクラッドとの間で等価的に大きな屈折率差を実現し、絶対値の大きな波長分散や小さなモードフィールド径を実現できる。前者は分散補償への応用において好ましく、後者は非線形光学効果の利用において好ましい。
【００４３】
図４に示す構成では、シリカガラスからなるプリフォーム５Ｂに貫通穴部９Ｂが複数配置されており、その結果、径方向に規則的な屈折率分布を有するクラッド領域７Ｂによって貫通穴部９Ｂを含むコア領域６Ｂが囲まれる。径方向に規則的な屈折率分布は、図４に示すように貫通穴部９Ｂをリング状に配置することによって実現できるほか、Ｇｅ，Ｆ，Ｔｉ，Ｂ，Ｐ等の添加物をリング状に添加することによっても実現できる。
【００４４】
また、図５に示すように、シリカガラスからなるプリフォーム５Ｃに貫通穴部９Ｃを複数配置し、その結果、断面内で規則的な屈折率分布を有するクラッド領域７Ｃによって貫通穴部９Ｃを含むコア領域６Ｃが囲まれる構成も可能である。図４及び図５に示す構成により、光ファイバが生成された際には、ブラッグ反射によってコアに光を閉じ込めてファイバ軸方向に導波させることができる。また、コアが空孔を含むことにより、空孔を伝搬するパワーの全伝搬パワーに占める割合を大きく、例えば５０％以上にすることができる。その結果、低い伝送損失や低い非線形性を実現できる。
【００４５】
図２に戻り、上記のようにプリフォーム５に貫通穴部９を形成した後、この貫通穴部９におけるプリフォーム５の内壁５ａの表面（図７参照）を平滑化することが好ましい。この内壁５ａ表面の平滑化は、ヤスリ状の器具を用いて内壁５ａ表面を直接削ったり、貫通穴部９内にダイヤモンド粉末と適当な溶媒を満たして超音波を照射することにより行う。これにより、プリフォーム５の内壁５ａ表面の表面積が小さくなるため、その分だけ内壁５ａ表面部に存在するＯＨ基の総量が減少する。
【００４６】
また、プリフォーム５に貫通穴部９を形成した後、プリフォーム５の内壁５ａ表面に、ＨＦ水溶液によるウェットエッチングを施すと共にＳＦ6等によるドライエッチングを施すことが好ましい。ＳＦ6によるドライエッチングは、例えば１０００℃以上に加熱されたプリフォーム５の貫通穴部９内にＳＦ6を導入することにより行う。ＨＦエッチングを行うことにより、切削時にプリフォーム５の内壁５ａ表面に付着した汚染物質が除去される。また、ＳＦ6エッチングを行うことにより、内壁５ａ表面が平滑化されると同時に、プリフォーム５の内壁５ａ表面部の層が直接除去されるため、内壁５ａ表面部に存在するＯＨ基の総量が更に減少する。
【００４７】
プリフォームを作成する他の方法を図６に示す。同図において、まずシリカガラス製のロッド１０と複数本のシリカガラス製のキャピラリ１１を束ねて、バンドル１２を形成する。ロッド１０は、光ファイバのコアを形成するものであり、キャピラリ１１の径と同程度の径を有している。なお、キャピラリ１１の径の半分以下の径を有する別のロッドを、スペーサとして更に設けることもできる。そして、バンドル１２の径よりも僅かに大きい内径を有するシリカガラス製のジャケット管１３の中に、バンドル１２を挿入することによって、プリフォーム１４を形成する。このような構造では、キャピラリ１１の中空部分がプリフォーム１４の貫通穴部１５を構成することになる。ロッド１０及びキャピラリ１１の径の典型値は１ｍｍ程度であり、キャピラリ１１の外径に対する内径の比は、例えば０．４ないし０．８である。ジャケット管１３としては、外径２０ｍｍ程度、内径１８ｍｍ程度のものが用いられる。
【００４８】
このように複数本のキャピラリを束ねてプリフォームが形成する方法では、径の小さな貫通穴部を含むプリフォームの形成が容易に行えるため、光ファイバに形成される空孔の径を小さくできる。このように光ファイバの空孔の径を小さくすることで、比較的短い波長の光に対しても低い実効屈折率を実現できる。従って、この方法は、短い波長の光を導波させるのに適した光ファイバの製造に有利である。
【００４９】
以上のように複数の貫通穴部を有するプリフォームを形成した後、貫通穴部を形成するプリフォームの内壁表面部に存在するＯＨ基の除去処理を行う。このＯＨ基の除去処理を実施するための構成を図７に示す。
【００５０】
同図において、貫通穴部９を有するプリフォーム５は線引機の炉内にセットされる。プリフォーム５の両端にはガラス管２１ａ，２１ｂの一端が接続され、各ガラス管２１ａ，２１ｂの他端には蓋体２２ａ，２２ｂが固定されている。これにより、プリフォーム５の貫通穴部９内に汚染物質が侵入するのを防ぐことができる。ガラス管２１ａ，２１ｂの長さは、線引機の構成に依存して調整される。ガラス管２１ａには、プリフォーム５の貫通穴部９内に乾燥性を有する気体を供給するための供給配管２３ａが接続されている。また、ガラス管２１ｂには、乾燥性を有する気体をプリフォーム５の外部に排出するための排気配管２３ｂが接続されている。ここで、乾燥性を有する気体（以下、乾燥気体という）とは、完全に乾燥した気体のみならず、わずかな水分を含んでいる実質的に乾燥している気体をも含む概念である。なお、ガラス管２１ａ，２１ｂは、プリフォーム５におけるプリフォーム有効部つまり線引後に光ファイバとなる部分を、供給配管２３ａ、排気配管２３ｂ及び把持手段（図示せず）に接続するために設けたものである。
【００５１】
以上において、プリフォーム５の貫通穴部９内に、プリフォーム５の一端から他端に向けて乾燥気体を例えば５リットル／分程度の流速で流すと共に、炉内の加熱部２４によりプリフォーム５を加熱する。このとき、プリフォーム５を８００℃以上で３０分以上加熱することが好ましく、１２００℃以上で１時間以上加熱することがより好ましい。また、プリフォーム５のプリフォーム有効部の長さに比べて加熱部２４が小さい場合には、プリフォーム５を適時上下動させてプリフォーム有効部全体が適切に加熱されるようにする。
【００５２】
このように乾燥気体をプリフォーム５の貫通穴部９に流しながら、プリフォーム５を加熱することにより、貫通穴部９を形成するプリフォーム５の内壁５ａ表面に存在するＯＨ基がＨ2Ｏ分子となる反応が促進され、ＯＨ基がＨ2Ｏ分子として貫通穴部９の空間へと拡散する。そして、その拡散したＨ2Ｏ分子は、貫通穴部９内にとどまることなく、乾燥気体の流れによって排気配管２３ｂを介して排出される。これにより、内壁５ａ表面におけるＯＨ濃度が低下する。また、貫通穴部９内に乾燥気体を流すことで、内壁５ａ表面へのＯＨ基の再付着が抑制されるため、内壁５ａ表面部におけるＯＨ濃度の低下が早くなる。このように内壁５ａ表面部に存在するＯＨ基が除去されるため、ＯＨ基に起因する光ファイバの伝送損失を低減することが可能となる。
【００５３】
ここで、内壁５ａ表面部に存在するＯＨ基を効果的に除去するためには、Ｈ2Ｏ濃度が十分に低い乾燥気体を使用するのが望ましい。このような乾燥気体としては、具体的には、露点が−５０℃以下、より好ましくは露点が−７０℃以下の気体を使用する。
【００５４】
ところで、シリカガラス製のプリフォーム５を加熱したときには、プリフォーム５の貫通穴部９内の気体分子はガラスと反応しやすくなる。このような気体とガラスとの化学反応の中には、光吸収や光散乱を増大させて伝送特性を劣化させる反応もある。そこで、乾燥気体としては、不活性気体を８５％以上のモル濃度で含む気体を使用するのが好ましい。乾燥気体が化学的に不活性であると、シリカガラスとの反応が生じにくくなるため、貫通穴部９内の気体とガラスとの化学反応が抑制され、これにより光ファイバの伝送特性の劣化を防止することができる。なお、乾燥気体としては、Ｎ2、Ｈｅ、Ａｒの１つ又は２つ以上の混合である不活性気体を８５％以上のモル濃度で含む気体を使用する。これらの気体は特に活性度が低く、ガラスとの化学反応の抑制に効果的である。
【００５５】
また、乾燥気体としては、脱水作用を有する活性気体を含む気体を使用することもできる。この場合には、プリフォーム５の内壁５ａ表面のＯＨ濃度の低下速度を速めることができるため、その分ＯＨ基の除去処理時間が短縮される。なお、脱水作用を有する活性気体としては、ＨＦ、Ｆ2、Ｃｌ2、ＣＯの少なくとも１つを含む気体を使用する。これらの気体は特に脱水作用に優れており、ＯＨ基の除去処理時間の短縮に効果的である。また、活性気体の濃度を高く、例えば３０％以上にすると、脱水にとって効果的である。
【００５６】
なお、以上のようなプリフォーム５の内壁５ａ表面部に存するＯＨ基の除去処理は、必ずしも線引機において行う必要はなく、この工程に適した構成を適宜用いることができる。
【００５７】
以上のようにＯＨ基の除去処理を行った後、プリフォーム５を線引機の加熱部２４により例えば１８００℃程度に加熱し、プリフォーム５の加熱側端から光ファイバに線引する。これにより、図１に示すような複数本の空孔４を有すると共に１２５μｍの径をもった光ファイバ１が生成される。このとき、上述した蓋体２２ａを用いて線引を行うと、プリフォーム５の貫通穴部９内に水蒸気等の汚染物質が侵入することが防止され、その結果歩留まりが向上する。
【００５８】
このようなプリフォーム５の線引時には、貫通穴部９を形成するプリフォーム５の内壁５ａ表面における表面張力によって光ファイバ１における空孔占有率は減少しようとする。ここで、空孔占有率は、ファイバにおける空孔断面積をファイバ断面積で割った値、またはプリフォーム５の貫通穴部９の断面積をプリフォーム５の断面積で割った値である。この線引時の空孔占有率は、プリフォーム５の貫通穴部９内と内壁５ａとの間に生じる圧力差にも依存する。そこで、貫通穴部９内の圧力を制御することによって、光ファイバ１において所望の空孔占有率が得られるようにする。
【００５９】
具体的には、乾燥気体の供給圧力を調整するための圧力調整部２５を供給配管２３ａに介設させると共に、プリフォーム５の貫通穴部９内の圧力を検出するための圧力センサ２６を設ける。圧力センサ２６は、供給配管２３ａにおける圧力を検出してもよく、この検出値に基づいて貫通穴部９における圧力を求めることができる。そして、圧力調整部２５は、圧力センサ２６の検出値に基づいて、貫通穴部９内の圧力が所望値となるように乾燥気体の供給圧力を制御する。これにより、プリフォーム５の内壁５ａ表面における表面張力による貫通穴部９の収縮が抑制され、所望の空孔占有率を有する光ファイバが線引されるようになる。また、乾燥気体の供給圧力を調整することにより、光ファイバ１の空孔占有率を適宜調節することができる。この場合には、波長分散やモードフィールド径といったファイバ特性を容易に調整することが可能となる。
【００６０】
以上のように本実施形態にあっては、貫通穴部９を有するプリフォーム５を形成した後に、乾燥気体を貫通穴部９内に流しながらプリフォーム５を加熱するようにしたので、貫通穴部９を形成するプリフォーム５の内壁５ａ表面部に存在するＯＨ基が除去され、これにより伝送損失の低い光ファイバ１を得ることができる。
【００６１】
また、乾燥気体を貫通穴部９内に流すことで、プリフォーム５の内壁５ａ表面へのＯＨ基の再付着も抑制されるため、内壁５ａ表面部におけるＯＨ濃度が速く低下する。また、乾燥気体を貫通穴部９内に流しながらプリフォーム５を加熱する前に、プリフォーム５の内壁５ａ表面を平滑化し、更にプリフォーム５の内壁５ａ表面をドライエッチングするので、内壁５ａ表面部に存在するＯＨ基の総量が減少する。これにより、ＯＨ基の除去に要する時間が短くなり、製造コストの削減を図ることができる。
【００６２】
さらに、プリフォーム５を光ファイバ１に線引する際、プリフォーム５の貫通穴部９内の圧力を調整するので、所望の空孔占有率を有する光ファイバ１を得ることができる。
【００６３】
図１に示す光ファイバ１を製造する他の方法について図８により説明する。なお、上述した製造方法と同様の内容については、その説明を省略する。
【００６４】
本製造方法では、光ファイバ１の母材であるプリフォーム３０として、軸方向に延び一端側が閉じられた複数本の凹状穴部３１を有するものを使用する。このプリフォーム３０は、上述した実施形態と同じ方法で作成される。プリフォーム３０を形成した後、図５に示す構成によって、凹状穴部３１を形成するプリフォーム３０の内壁３０ａ表面部に存在するＯＨ基の除去処理を行う。
【００６５】
図８において、プリフォーム３０における開口側端にはガラス管３２の一端が接続され、このガラス管３２の他端には蓋体３３が取り付けられている。ガラス管３２には分岐配管３４が接続され、この分岐配管３４には、乾燥気体をプリフォーム３０の凹状穴部３１内に供給するための供給配管３５と、凹状穴部３１内の乾燥気体を排出するための排気配管３６とが分岐接続されている。排気配管３６は、真空ポンプ３７と接続されている。また、配管３５，３６には開閉弁３８，３９がそれぞれ設けられている。
【００６６】
以上において、開閉弁３９を閉じ、開閉弁３８を開いた状態で、乾燥気体を流し、プリフォーム３０の凹状穴部３１内に乾燥気体を満たす。その状態で、炉内の加熱部２４によりプリフォーム３０を８００℃以上の温度で３０分以上加熱する。そして、所定時間経過後、開閉弁３８を閉じ、開閉弁３９を開いた状態で、真空ポンプ３７により凹状穴部３１内の気体を排気する。このような乾燥気体の注入及び排気は、複数回繰り返して行うのが好ましい。
【００６７】
これにより、プリフォーム３０の内壁３０ａ表面や内壁３０ａ中のＯＨ基がＨ2Ｏ分子として凹状穴部３１の空間へと拡散する。そして、そのＨ2Ｏ分子は、拡散または対流によってプリフォーム３０の外部に送られ、更に真空ポンプ３７により排出される。従って、プリフォーム３０の内壁３０ａ表面部に存在するＯＨ基が効果的に除去されると共に、内壁３０ａ表面へのＯＨ基の再付着が抑制される。
【００６８】
このとき、プリフォーム３０のプリフォーム非有効部からプリフォーム有効部へのＨ2Ｏ分子の拡散を低減することにより、プリフォーム有効部における内壁３０ａ表面部のＯＨ濃度の低下を速めることができる。ここで、プリフォーム非有効部からプリフォーム有効部へのＨ2Ｏ分子の拡散を低減する方法としては、プリフォーム有効部をプリフォーム非有効部よりも高温にしたり、プリフォーム非有効部に吸湿性媒質を設けたり、プリフォーム非有効部における凹状穴部３１の容積をプリフォーム有効部における凹状穴部３１よりも大きくする等があげられる。
【００６９】
以上のようにＯＨ基の除去処理を行った後、プリフォーム３０を線引機の加熱部２４により加熱し、プリフォーム３０の加熱側端からファイバに線引する。このとき、供給配管３５に介設した圧力調整部２４と圧力センサ２５によって、プリフォーム３０の凹状穴部３１内の圧力が所望値となるように乾燥気体の供給圧力を制御する。これにより、プリフォーム３０の内壁３０ａ表面における表面張力による凹状穴部３１の収縮が抑制され、所望の空孔占有率を有する光ファイバが線引される。
【００７０】
以上のような実施形態においても、凹状穴部３１を形成するプリフォーム３０の内壁３０ａ表面部に存在するＯＨ基が確実に除去されるので、ＯＨ基に起因する光ファイバの伝送損失を低減することができる。
【００７１】
図１に示す光ファイバ１を製造する更に他の方法について説明する。なお、上述した製造方法と同様の内容については、その説明を省略する。また、本製造方法では、図８に示すプリフォーム３０を使用する。
【００７２】
まず、凹状穴部３１を有するプリフォーム３０を形成する。続いて、開閉弁３８を閉じ、開閉弁３９を開いた状態で、真空ポンプ３７により凹状穴部３１内を減圧排気すると共に、炉内の加熱部２４によりプリフォーム３０を８００℃以上の温度で３０分以上加熱する。これにより、凹状穴部３１を形成するプリフォーム３０の内壁３０ａ表面や内壁３０ａ中に存在するＯＨ基がＨ2Ｏ分子として凹状穴部３１の空間へと拡散し、そのＨ2Ｏ分子が減圧排気によってプリフォーム３０の外部に排出される。
【００７３】
続いて、開閉弁３９を閉じ、開閉弁３８を開いた状態で、乾燥気体を流し、プリフォーム３０の凹状穴部３１内に乾燥気体を満たす。そして、線引機の加熱部２４によりプリフォーム３０を加熱し、プリフォーム３０の加熱側端からファイバに線引する。
【００７４】
このような実施形態においても、凹状穴部３１を形成するプリフォーム３０の内壁３０ａ表面部に存在するＯＨ基を除去することができるので、ＯＨ基に起因する光ファイバの伝送損失を低減することが可能となる。
【００７５】
図９に、線引された光ファイバの伝送損失に関する一実験例を示す。同図において、実線Ｐは、プリフォームの内壁表面部に存在するＯＨ基の除去処理を行った場合の伝送損失であり、点線Ｑは、ＯＨ基の除去処理を行わなかった場合の伝送損失である。なお、ＯＨ基の除去処理においては、乾燥気体として露点が−７０℃以下のＮ2を使用し、これをプリフォームの穴部内に流しながら、プリフォームを１２００℃の温度で３時間加熱した。
【００７６】
図９から分かるように、ＯＨ基の除去処理を行った場合には、ＯＨ基の吸収による損失が低く抑えられることで、約１１００〜１７００ｎｍの波長帯域における伝送損失が低減される。このとき、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失は、６．７ｄＢ／ｋｍから１．１ｄＢ／ｋｍに低減されている。なお、８．５ｄＢ／ｋｍ以上の伝送損失については、測定器の測定可能範囲を超えているため、正確には測れていない。
【００７７】
図１０は、上記のＯＨ基の除去処理工程に先立って、プリフォームの内壁表面を平滑化した場合の伝送損失に関する一実験例を示したものである。図１０から分かるように、ＯＨ基の吸収ピーク波長である１３８０ｎｍにおける伝送損失は約２４ｄＢ／ｋｍであり、波長１５５０ｎｍにおいては伝送損失が０．６８ｄＢ／ｋｍにまで低減されている。
【００７８】
以上のような種々の製造方法によって得られた空孔４を有する光ファイバ１においては、ＯＨ基の吸収ピーク波長である１３８０ｎｍにおける伝送損失を約２００ｄＢ／ｋｍ以下とすることにより、１５５０ｎｍ付近の波長帯域において１０ｄＢ／ｋｍ以下、好ましくは３ｄＢ／ｋｍ以下の低い伝送損失が実現可能となる。このとき、光ファイバ１の空孔４内部に存在する水の密度が好ましくは１ｍｇ／リットル以下であれば、空孔４内に含まれる水が、空孔４を形成するファイバ内壁表面に付着することが抑えられるため、そのような低い伝送損失を確実に達成できる。伝送損失の低い光ファイバは、分散補償器としての使用に好適である。
【００７９】
具体的には、空孔４を有する光ファイバ１を分散補償器として使用する場合、長尺の光ファイバ１を使用できるため、補償できる分散量が大きくなる。その結果、分散補償対象の伝送路長を長くして、伝送距離を増大させることができる。また、所定のＳＮ比を実現するための分散補償器の入力光信号パワーを低減できるため、ＳＰＭ、ＸＰＭ、ＦＷＭなどの非線形光学効果による伝送品質劣化が抑制され、スペクトル利用効率つまり周波数帯域当たりの伝送容量を増大させることができる。
【００８０】
このとき、１３８０ｎｍの波長における伝送損失を３０ｄＢ／ｋｍ以下とすることにより、１５５０ｎｍ付近の波長帯域において１ｄＢ／ｋｍ以下の極めて低い伝送損失を実現できるようになる。これにより、光ファイバ１を分散補償器として更に有効的に使用できる。また、この場合には、数十ｋｍオーダーでの伝送が可能となるため、分散補償器としてのみならず、光伝送路としても好適に応用でき、伝送距離を更に増大させることができる。
【００８１】
このような伝送損失の低い光ファイバを使用して構築した光通信システムについて、以下に説明する。
【００８２】
図１１は、図１に示す光ファイバ１を含む分散補償器を備えた光通信システムの一例を示したものである。この光通信システム４０においては、光送信機４１と光受信機４２とが、光伝送路４３及び分散補償器４４を介して接続されている。光伝送路４３は、１種類または２種類以上の光ファイバで構成され、通常は正の波長分散を有している。この光伝送路４３の後段に分散補償器４４が接続されている。この分散補償器４４は、光伝送路４３の分散と逆符号の波長分散を有する光ファイバ１からなるコイル４５と、このコイル４５の前段および後段に設けられた光アンプ４６とによって構成されている。このような構成では、分散補償器４４によって光伝送路４３の波長分散が補償され、パルス波形劣化が抑制されることにより、大きな伝送容量が得られる。また、光伝送路４３の後段に分散補償器４４を挿入することにより、分散補償器４４への入力光信号パワーが低減され、ＦＷＭ等の非線形光学効果による伝送品質劣化が抑制され、スペクトル利用効率が向上する。
【００８３】
図１２は、図１に示す光ファイバ１を含む光伝送路を備えた光通信システムの一例を示したものである。この光通信システム５０においては、光送信機５１と光受信機５２とが、光伝送路５３及び光アンプ５４を介して接続されている。光伝送路５３に使用される光ファイバ１は、５０ｎｍ以上の広い波長帯域にわたって絶対値が１〜１０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有すると共に、３０ｋｍ以上の長さを有している。なお、光増幅器を挟んで複数の光伝送路を接続し、伝送距離を更に長くすることができる。このように広い帯域にわたって絶対値の小さな波長分散を有することにより、１波長当たりの伝送容量を大きく且つ波長数の大きな波長多重伝送を行うことができ、大きな伝送容量が得られる。
【００８４】
図１３は、図１に示す光ファイバ１を含む光伝送路を備えた他の光通信システムの一例を示したものである。この光通信システム６０においては、光送信機６１と光受信機６２とが、光伝送路６３及び光アンプ６４を介して接続されている。光伝送路６３は、空孔を有しない通常の光ファイバで構成された伝送路６５と、図１に示すような空孔４を有する光ファイバ１で構成された伝送路６６とを含んでいる。伝送路６５に使用される通常の光ファイバは、＋１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有すると共に、３０ｋｍ以上の長さを有している。伝送路６６に使用される光ファイバ１は、−３ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの波長分散を有すると共に、１０ｋｍ以上の長さを有している。各々の光ファイバの長さは、累積波長分散が所定の範囲内の値となるように選ばれる。なお、光増幅器を挟んで複数の光伝送路を接続し、伝送距離を更に長くすることができる。このように絶対波長分散が所定値以上の光ファイバを用いることにより、ＦＷＭ等の非線形光学効果による伝送品質劣化が抑制され、伝送速度やスペクトル利用効率が向上する。
【００８５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態の光ファイバは、クラッドのみに空孔を形成したものであるが、本発明は、コアに空孔が形成された光ファイバにも適用可能である。
【００８６】
【発明の効果】
本発明によれば、乾燥性を有する気体をプリフォームの貫通穴部内に流しながらプリフォームを加熱するので、貫通穴部におけるプリフォームの内壁表面部に存在するＯＨ基が除去され、これにより伝送損失の低い光ファイバを得ることができる。
【００８７】
また、乾燥性を有する気体をプリフォームの凹状穴部内に満たして、プリフォームを加熱するので、凹状穴部におけるプリフォームの内壁表面部に存在するＯＨ基が除去され、これにより伝送損失の低い光ファイバを得ることができる。
【００８８】
さらに、プリフォームの凹状穴部内を減圧排気すると共に、プリフォームを加熱するので、凹状穴部におけるプリフォームの内壁表面部に存在するＯＨ基が除去され、これにより伝送損失の低い光ファイバを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる光ファイバの一実施形態を示す断面図である。
【図２】プリフォームを作成する方法の一例を示す図である。
【図３】他のプリフォームを示す断面図である。
【図４】更に他のプリフォームを示す断面図である。
【図５】更に他のプリフォームを示す断面図である。
【図６】プリフォームを作成する方法の他の例を示す図である。
【図７】プリフォームの内壁表面部に存在するＯＨ基の除去処理を行う方法を示す図である。
【図８】プリフォームの内壁表面部に存在するＯＨ基の除去処理を行う他の方法を示す図である。
【図９】空孔を有する光ファイバの伝送損失に関する一実験例を示したものである。
【図１０】プリフォームの内壁表面部に存在するＯＨ基の除去処理に先立って、プリフォームの内壁表面を平滑化した場合の光ファイバの伝送損失に関する一実験例を示したものである。
【図１１】図１に示す光ファイバを含む分散補償器を備えた光通信システムの一例を示したものである。
【図１２】図１に示す光ファイバを含む光伝送路を備えた光通信システムの一例を示したものである。
【図１３】図１に示す光ファイバを含む他の光伝送路を備えた光通信システムの一例を示したものである。
【符号の説明】
１…光ファイバ、２…コア、３…クラッド、４…空孔、５…プリフォーム、５ａ…内壁、８…穿孔具、９…貫通穴部、１１…キャピラリ（筒状部材）、１２…バンドル、１３…ジャケット管、１４…プリフォーム、１５…貫通穴部、２５…圧力調整部、２６…圧力センサ、３０…プリフォーム、３０ａ…内壁、３１…凹状穴部、３７…真空ポンプ。

Claims (14)

  1. 軸方向に延びる空孔を有する光ファイバを製造する光ファイバの製造方法であって、
    前記空孔となる凹状穴部を有するプリフォームを形成する第１の工程と、
    前記プリフォームを形成した後、乾燥性を有する気体を前記凹状穴部内に満たして、前記プリフォームを加熱する第２の工程と、
    前記プリフォームを光ファイバに線引きする第３の工程とを含み、
    前記第２の工程において、前記プリフォームにおける開口側端に、蓋体が取り付けられたガラス管を接続し、前記ガラス管に分岐配管を接続し、前記分岐配管に供給配管及び排気配管を分岐接続した状態で、前記供給配管を介して前記凹状穴部内に前記乾燥性を有する気体を供給すると共に、前記排気配管を介して前記凹状穴部内から前記乾燥性を有する気体を排出することを特徴とする光ファイバの製造方法。
  2. 前記第２の工程において、前記乾燥性を有する気体を前記凹状穴部内に注入する工程と、前記凹状穴部内から前記乾燥性を有する気体を排出する工程とを繰り返すことを特徴とする請求項１記載の光ファイバの製造方法。
  3. 前記乾燥性を有する気体として、露点が−５０℃以下の気体を使用することを特徴とする請求項１または２記載の光ファイバの製造方法。
  4. 前記乾燥性を有する気体として、不活性気体を８５％以上のモル濃度で含む気体を使用することを特徴とする請求項３記載の光ファイバの製造方法。
  5. 前記不活性気体として、Ｎ 2 、Ｈｅ、Ａｒの１つ又は２つ以上の混合である気体を使用することを特徴とする請求項４記載の光ファイバの製造方法。
  6. 前記乾燥性を有する気体として、脱水作用を有する活性気体を含む気体を使用することを特徴とする請求項３記載の光ファイバの製造方法。
  7. 前記脱水作用を有する活性気体として、ＨＦ、Ｆ 2 、Ｃｌ 2 、ＣＯの少なくとも１つを含む気体を使用することを特徴とする請求項６記載の光ファイバの製造方法。
  8. 軸方向に延びる空孔を有する光ファイバを製造する光ファイバの製造方法であって、
    前記空孔となる凹状穴部を有するプリフォームを形成する第１の工程と、
    前記プリフォームを形成した後、前記凹状穴部内を減圧排気すると共に、前記プリフォームを加熱する第２の工程と、
    前記プリフォームを光ファイバに線引きする第３の工程とを含み、
    前記第２の工程において、前記プリフォームにおける開口側端に、蓋体が取り付けられたガラス管を接続し、前記ガラス管に排気配管を接続した状態で、前記排気配管を介して前記凹状穴部内を減圧排気することを特徴とする光ファイバの製造方法。
  9. 前記第２の工程において、前記プリフォームを８００℃以上の温度で加熱することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の光ファイバの製造方法。
  10. 前記第２の工程の前に、前記穴部における前記プリフォームの内壁表面を平滑化することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項記載の光ファイバの製造方法。
  11. 前記第２の工程の前に、前記穴部における前記プリフォームの内壁表面をドライエッチングすることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項記載の光ファイバの製造方法。
  12. 前記第３の工程において、前記穴部内の圧力を調整することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項記載の光ファイバの製造方法。
  13. 前記第１の工程において、穿孔具を用いて円柱状の前記プリフォームを切削することにより、前記プリフォームに前記穴部を形成することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項記載の光ファイバの製造方法。
  14. 前記第１の工程において、複数の筒状部材を束ねてバンドルを形成し、このバンドルをジャケット管内に挿入することにより、前記穴部を有するプリフォームを形成することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項記載の光ファイバの製造方法。
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