JP4948718B2 - 光ファイバの１３８０ｎｍ〜１４１０ｎｍにおける水素感度を低減させる方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ファイバに関し、より詳細には、通信ケーブルにおいて使用される光ファイバの１３８０ｎｍ〜１４００ｎｍにおける伝送特性の長期安定性に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、光通信は、波長範囲０．８μｍ〜０．９μｍ、または１．３μｍ〜１．６μｍの赤外線光で行われている。これらの波長は、ＬＥＤおよびレーザダイオードによって十分に発生され、ファイバにおける減衰が殆どない。
【０００３】
この伝送ウィンドウでファイバを動作させることに関連する問題は、吸収帯がこの波長範囲内に生じることである。これらの吸収帯は、具体的にはＯＨ基の存在によるものである。
【０００４】
光ファイバを製造するために、ヒドロキシル含有量の少ない、極めて高純度のシリカを用いることが提案されている。今日の光ファイバのＯＨ含有量は、通常、０．１ｐｐｍ未満である。
【０００５】
しかし、ヒドロキシルの含有量が極めて少ないシリカのファイバでさえ、周囲温度で水素に晒されると、１．３μｍ〜１．６μｍの伝送ウィンドウ、特に１３８０ｎｍ〜１４００ｎｍの伝送ウィンドウでの減衰が増加することが分かっている。水素の存在によって生じる、この時間と共に増加する減衰は、しばしば「水素経時変化損失」と呼ばれている。
【０００６】
ファイバ中への水素分子の拡散によっても吸収帯が生成されるが、それによる損失は永続的なものではなく、ガス抜きすることによって除去することができる。
【０００７】
しかし、水素分子の拡散はまた不可逆反応をもたらし、この種の損失は永続的である。
【０００８】
水素拡散は、ファイバが通信ケーブルとして束ねられると、ファイバクラッドを通してさえ観察される。このことは、周囲温度で０．０１％水素雰囲気中に数日間晒すことによって、既に観察されている。永続する水素経時変化損失による減衰の増加は、１３８３ｎｍにて０．０２ｄＢ／ｋｍ〜０．１２ｄＢ／ｋｍと評価することができる。このような微量水素への露出を避けることは困難である。水素の源の１つは、ケーブル中に異種金属および湿気が存在することによる腐食現象によるものである。また、水素は、ある種のシリコーンによって、加熱時に生成されると考えられている。海水および空中に晒される光ファイバは、時間の経過と共に減衰が特に大きく増加する。したがって、ファイバの伝送特性に強く影響するため、永続する水素経時変化損失は極めて望ましくない。したがって、スペクトルの全範囲に渡って低減衰安定性および一時的な減衰安定性を確保するためには、光ファイバへの水素拡散の永続する作用を抑制しなければならない。
【０００９】
ＯＨ吸収帯による損失を低減するために、光ファイバを重水素で処理し、高温で、あるいは照射によってＯＨ基の水素を重水素に置換する方法が、様々な刊行物で提案されている。
【００１０】
高温（４００℃を超える温度）における、あるいは照射による水素と重水素との間の同位体交換が、報告されている（Ｂ．Ｋｕｍａｒ著「Isotope exchange reactions in vitreous silica」（Physics and chemistry of glasses Vol.26 N^o6 (1985年), 213-216））。この反応中に、ＯＨ基の水素が重水素に置換される。しかしながら、通常、光ファイバの被覆に使用される有機重合体は、このような反応に必要な温度に耐えることができないため、高温プロセスは、光ファイバの水素経時変化損失を低減する目的には使用することができない。
【００１１】
Ｂｕｒｒｕｓへの米国特許第４，５１５，６１２号に、熱誘導水素／重水素交換を光ファイバプリフォームで実施する方法が記載されている。しかしながら、この方法は、後のステージでの水素拡散による減衰損失を妨げていないため、サービス寿命期間中における信頼性を確保していない。
【００１２】
Ｆｒｅｕｎｄへの米国特許第４，６８５，９４５号に、ファイバに存在する過酸化物連鎖を、ファイバと両立する温度で重水素分子（Ｄ_２）と反応させる方法が記載されている。損失あるいは劣化の増加が生じる温度に近い温度で、ファイバに重水素を浸透させることが提案されている。同時に、あるいは引き続いて、強力な光を用いた光活性化ステップを通して、重水素との反応が誘導される。その当時、手に入れることができた低ヒドロキシルのシリカのＯＨ含有量は、著しく大量であった。
【００１３】
最近、新しい水素経時変化機構が明らかになった（Ｋ．Ｈ．Ｃｈａｎｇ、Ｄ．ＫａｌｉｓｈおよびＭ．Ｌ．Ｐｅａｒｓａｌｌ著「New hydrogen aging loss mechanism in the 1400nm window」（Proceedings OFC 1999年））。この機構は、極めて反応性の高い欠陥を含んでおり、そのうちのいくつかが光ファイバに存在する。これらの欠陥のいくつかは、過酸化物欠陥、すなわち、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合間に酸素原子が挿入されることによるガラス構造の変化に対応するものと考えられるが、他の欠陥は機構に影響を及ぼすことがある。これらの欠陥は、水素分子と反応して、材料中に存在しなかった余分のＯＨ基を生成する。このような機構は、水素に短時間晒すことによって、実質的にヒドロキシルの無いシリカ中にヒドロキシル基が観察される理由を説明している。このようなプロセスは、材料中に新しいＯＨ基を生成し、特に１３８３ｎｍに位置するＳｉＯＨのピークを増加させるため、好ましくない影響を減衰に及ぼしている。反応は不可逆的であり、また、それ以上酸素に晒してもさらなる反応は得られず、ファイバを加熱しても逆反応させることはできない。また、この反応は反応速度が速い。周囲条件で数日間、例えば分圧１％の水素にファイバを露出させる場合、減衰を増加させるようなステップが注目される。開始の大きさおよび時間は、選択されるファイバの性質によって大きく左右される。Ｋ．Ｈ．Ｃｈａｎｇ、Ｄ．ＫａｌｉｓｈおよびＭ．Ｌ．Ｐｅａｒｓａｌｌの論文には、この経時変化機構が開示されているが、光ファイバの水素経時変化損失の低減方法については、何ら実際的な提案はなされていない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、光ファイバの水素経時変化損失の問題を解決することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
より具体的には、本発明は、周囲温度で、重水素を含有する混合ガスに晒すことによって、光ファイバにさらなる活性化を受けさせることなく、光ファイバを重水素に接触させるステップと、中性雰囲気中で光ファイバからガスを抜くステップとを含む、光ファイバの水素経時変化損失を低減する方法を提供する。
【００１６】
好ましい一実施形態によれば、混合ガスは０．０１％〜１００％、好ましくは０．５％〜２％の重水素を含んでいる。
【００１７】
混合ガスが、さらに窒素を含んでいることが好ましい。
【００１８】
好ましい一実施形態によれば、光ファイバを１日〜２週間、好ましくは３日〜１０日間の期間の間、混合ガスと接触させる。反応温度は２０℃〜４０℃であることが好ましい。
【００１９】
反応済み光ファイバのガス抜きを、光ファイバを空気中または窒素中に維持することによって実行することが特に有利である。反応済み光ファイバを、１週間〜３週間の期間の間、ガス抜きすることが好ましい。
【００２０】
密閉可能な容器中で反応させることが、有利であることが分かっている。その後反応容器から混合ガスが回収されると、特に有効である。
【００２１】
本発明はまた、本発明による方法によって処理された光ファイバを提供する。
【００２２】
最後に、本発明は、このような低水素経時変化損失を有する光ファイバを備えた通信ケーブルを提供する。
【００２３】
したがって本発明により、光ファイバの水素感度を低コストで低減させるための簡単な方法が提供される。また本発明により、水素経時変化損失が低減され、かつ、全サービス寿命期間中における減衰安定性が強化された光ファイバが提供される。本発明によりさらに、不利な環境条件中においても極めて高い信頼性がある光ファイバを備えた通信ケーブルが提供される。
【００２４】
本発明によるプロセスについて、好ましい実施形態に関してさらに詳細に説明する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明は、これらの反応性部位を飽和させるために、特定の活性化を行う必要がなく、かつ、周囲温度でも反応が起こるという考えに基づいている。
【００２６】
米国特許第４，６８５，９４５号に記載されているプロセスとは対照的に、本発明によるプロセスの間、同位体交換反応は起こらないと考えられる。このことは、処理中にＳｉ−ＯＨ欠陥初期ピーク吸収の減少が生じない、ということと矛盾が無い。実際、本発明による方法が、周囲温度に近い温度で、さらなるエネルギーを供給することなく実施されるのに対し、米国特許第４，６８５，９４５号によるプロセスでは、はるかに大きなエネルギー条件を提供しており、除外しきれない他の反応がある程度存在している。
【００２７】
本発明による方法は、重水素を含有する混合ガスにファイバを晒す第１のステップを含んでいる。重水素がファイバ全体に浸透するのに十分な一定期間の後、ファイバが回収され、別のガス抜き期間の間、空気または窒素などの中性雰囲気中に放置される。
【００２８】
両ステップは、有機被覆材などのファイバ構成要素と両立する温度で実施することができる。この両ステップを周囲温度で実施することができることが、本発明の特に便利かつ有利な点である。
【００２９】
それにより、反応性欠陥がＯＤ基に変換される。したがって反応性部位は、水素とのそれ以上の反応が阻止される。この反応は不可逆的であるため、それ以上水素に晒されたとしても、ＯＨ基の形成を避けることができる。
【００３０】
そのため、後に水素に晒された場合においても、安定した減衰を有するファイバの最大プロセス生産収量が可能である。
【００３１】
プロセスの間、ファイバを標準の出荷スプール上に維持することができ、また、ファイバを予備処理する必要はない。
【００３２】
重水素は極めて高価であるため、重水素を窒素またはアルゴンなどの不活性ガスで希釈することが好ましい。混合ガスは、０．０１％〜１００％の重水素を含有していることが好ましく、０．５％〜２％の重水素を含有していることが最も好ましい。不活性ガスとしては、窒素を使用することが好ましい。最も好ましい混合ガスは、１％の重水素と９９％の窒素の混合ガスである。
【００３３】
ファイバは、重水素を含有した混合ガスと共に反応容器中に導入される。オートクレーブなどの密閉可能容器中で反応させることが好ましく、それにより、重水素混合ガスを回収することができる。
【００３４】
周囲温度で反応させることができるが、２０℃〜４０℃で反応させることが最も好ましい。
【００３５】
反応させる簡易な方法は、標準圧力下で作業することであるが、密閉容器を混合ガスで加圧することも可能である。
【００３６】
ファイバは、混合ガス中に存在する重水素がファイバに浸透し、反応するのに十分な一定期間の間、重水素を含有した混合ガス中に維持される。この期間は、とりわけ混合ガスの重水素含有量に関する要因と温度とによって決まる。１日〜２週間の期間が好ましく、３日〜１０日間の期間が最も好ましい。
【００３７】
反応の完了後、出荷の前に、光ファイバが取り出され、ガス抜きのために、窒素あるいは空気などの中性雰囲気中に維持される。このステップの間に、同様に吸収帯をもたらす、ファイバ全体に存在する過剰重水素が排出される。
【００３８】
ガス抜きステップの期間は、１週間〜３週間が好ましく、２週間が特に好ましい。この期間中、強度の強い光にファイバが晒されることはない。
【００３９】
したがって得られる光ファイバは、水素経時変化損失に対する感度が著しく低減されている。
【００４０】
実際、微量の水素が存在するとＳｉ−ＯＨの形成を引き起こす欠陥部位は、Ｓｉ−ＯＤ中で不可逆的に反応する。Ｓｉ−ＯＤ振動の吸収帯は、１．３９μｍにおけるＳｉ−ＯＨの吸収帯と比較すると、１．８５μｍにシフトしている。したがってＯ−Ｄ振動の吸収帯は、１３８５ｎｍ付近に置かれる、特に関心がある伝送ウィンドウの範囲外にあり、１３００ｎｍ〜１６００ｎｍのウィンドウにおける減衰度に影響を及ぼすことはない。
【００４１】
Ｋ．Ｈ．Ｃｈａｎｇ、Ｄ．ＫａｌｉｓｈおよびＭ．Ｌ．Ｐｅａｒｓａｌｌ著「New hydrogen aging loss mechanism in the 1400nm window」（Proceedings OFC 1999年）に、低ヒドロキシルファイバ経時変化試験について記載されている。その中で、光ファイバは、４日間、０．０１％水素雰囲気中に晒され、１３８５ｎｍにおける損失の変化がモニタされている。
【００４２】
本発明に従って製造された、１３８５ｎｍにおける初期吸収ピークが０．３５０ｄＢ／ｋｍ未満の光ファイバは、低ヒドロキシルファイバ試験に合格し、すなわち、４日間の水素へのファイバ露出後においても、１３８５ｎｍにおける損失が変化しない。
【００４３】
次に、このように製造された低水素経時変化損失の光ファイバを束ね、水素が存在する中での信頼性に関する基準を満たす、通信ケーブルにすることができる。
【００４４】
本発明による方法は、この種の光ファイバに対する工業規格に適合する、水素経時変化損失が低減されたファイバの低コスト生産を可能にする簡単なプロセスである。

Claims (6)

1. 光ファイバの１３００ｎｍ−１６００ｎｍの伝送ウィンドウにおける水素経時変化損失を低減する方法にして、重水素を含有する混合ガスに光ファイバを晒すことによって、光ファイバにさらなる活性化を受けさせることなく、光ファイバを重水素に接触させるステップを含む方法であって、方法が、空気または窒素中で光ファイバからガスを抜くステップを更に含み、該ガスを抜くステップの間、光ファイバは強い光には晒されず、前記接触させるステップは、２０℃〜４０℃で行われ、混合ガスが０．５〜２％の重水素を含むことを特徴とする、方法。
2. 混合ガスが、さらに窒素を含有する、請求項１に記載の方法。
3. 光ファイバを１日〜２週間の期間の間、混合ガスと接触させる、請求項１または２に記載の方法。
4. 反応済み光ファイバが、１週間〜３週間の期間の間、ガス抜きされる、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 反応が、密閉可能な容器中で実行される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 混合ガスが、その後密閉可能な容器から回収される、請求項５に記載の方法。