JP5831189B2 - 光ファイバおよび光伝送システム - Google Patents

Description

本発明は、光ファイバおよび光伝送システムに関するものである。

１００Ｇｂｉｔ／ｓ以上の伝送速度に対応する光伝送ネットワークにおいて光伝送路として用いられる光ファイバには低損失および低非線形性が求められる。光ファイバの非線形屈折率をｎ_２とし、光ファイバの実効断面積をAeffとすると、光ファイバの非線形性はｎ_２／Aeffによって規定される。実効断面積Aeffが大きいほどコアへの光パワー密度の集中が避けられるので、非線形性は低減される。汎用のシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）の実効断面積Aeffは波長１５５０ｎｍにおいて約８０μｍ^２である。しかし、非線形性を低減した光ファイバとしては、実効断面積Aeffが１１０μｍ^２〜１８０μｍ^２の範囲であることが望ましい。

前述のように実効断面積Aeffが大きいほど非線形性が低減され得る。しかし、実効断面積Aeffが大きくなると、マイクロベンド損失が大きくなり、ケーブル化時に損失が大きくなる。また、実効断面積Aeffが大きくなると、汎用シングルモード光ファイバとの接続損失が大きくなる。光ファイバの屈折率構造、樹脂のヤング率および径等により異なるが、実効断面積Aeffがマイクロベンドや接続損失に与える影響を考慮した場合、実効断面積Aeffは１３０μｍ^２〜１５０μｍ^２であるのが好ましい。

低損失化を図った光ファイバとして、純シリカからなりコアを有する光ファイバ（ＰＳＣＦ）が知られているが、このＰＳＣＦは一般に高価である。低損失および低非線形を実現することができる安価な光ファイバが求められる。一方、ＧｅＯ_２がコアに添加された光ファイバ（ＧＣＦ）は、ＧｅＯ_２の濃度揺らぎによりＰＳＣＦよりレーリー散乱損失が大きいので、上述のような大容量通信に関してＰＳＣＦよりも劣ると考えられていた。

非特許文献１および特許文献１には、ＧＣＦの損失を低減する技術が記載されている。これらの文献に記載された技術は、光ファイバ母材を線引して光ファイバを製造する際に該光ファイバを徐冷することでガラスファイバの仮想温度を低減し、光ファイバにおけるレーリー散乱を低減して低損失化を図る。

特開２００６−５８４９４号公報 特開２００９−１６８８１３号公報

S. Sakaguchi, et al., AppliedOptics, Vol.37, No.33, pp.7708-7711 (1998) M. Ohashi, et al., IEEE PhotonicsTechnology Letters, vol.5, No.7, pp.812-814 (1993) K. Saito, et al., J. Am. Ceram. Soc.,Vol.89[1], pp.65-69 (2006) D.-L. Kim, et al., J. Non-Cryst. Solids,Vol.286, pp.136-138 (2001)

しかしながら、本発明者は、中心コアがＧｅＯ_２を含む場合、徐冷によりガラスの仮想温度を低減してレーリー散乱を低減しても、レーリー散乱以外の損失成分（以降「余剰損失」という。）が増加する場合があり、必ずしも低損失な光ファイバを得られるとは限らないことを見出した。

本発明者の知る限り、ガラスの徐冷による光ファイバの低損失化について記載された非特許文献１および特許文献１や、中心コアとクラッドとの粘度整合による光ファイバの低損失化について記載された非特許文献２等には、中心コアにＧｅＯ_２が添加されている光ファイバの余剰損失と中心コアの残留応力の絶対値の関係については言及されていない。

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、光伝送ネットワークにおいて光伝送路として好適に用いられる安価で低損失の光ファイバ、および、このような光ファイバが伝送路として敷設された光伝送システムを提供することを目的とする。

本発明の光ファイバは、石英ガラスからなる光ファイバであって、中心軸を含む中心コアと、この中心コアを囲む光学クラッドと、この光学クラッドを囲むジャケットと、を備え、中心コアは、ＧｅＯ_２を含み、光学クラッドを基準とした相対屈折率差Δcoreが０.２％以上０.３２％以下であり、径方向位置ｒにおける比屈折率差をΔ(ｒ)としコア半径をａとしたとき下記（１）式で表される屈折率体積ｖが９％・μｍ^２以上１８％・μｍ^２以下であり、ジャケットは、光学クラッドを基準とした相対屈折率差ΔJが０.０３％以上０.２０％以下であり、中心コアを構成するガラスの仮想温度が１４００〜１５３０℃であり、中心コアに残留する応力が圧縮応力であり、２ｍファイバカットオフ波長が１３００ｎｍ以上であり、ファイバ長１００ｍでのカットオフ波長が１５００ｎｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が１１０μｍ^２以上であり、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１８ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。

本発明の光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１７８ｄＢ／ｋｍ以下であり、波長１３１０ｎｍにおける伝送損失が０.３１５ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好適である。ファイバ軸に垂直な断面においてジャケットの断面積のうち５０％以上の部分の応力が引張応力であるのが好適である。中心コアに残留する応力の絶対値が３０ＭＰａ以下であるのが好適である。波長１３８３ｎｍにおけるＯＨ基による伝送損失増加が０.０２ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好適である。中心コアにフッ素が添加されているのが好適である。温度１３００℃においてジャケットの粘性が中心コアの粘性と比べて０.３Poise以上高いのが好適である。線引後に温度１３００℃で１分以上に亘ってアニールした際の光学クラッドを基準としたときの中心コアの比屈折率差の変化が０.００２％以上０.０２％以下であるのが好適である。

また、本発明の光ファイバは、中心コアと光学クラッド部との応力差が２０ＭＰａ以下であるのが好適である。波長１６００ｎｍ以上の波長範囲における波長λに対する伝送損失αの依存性をα＝Ａ・exp(Ｂ／λ) なる式で近似したときに、Ａが６.５×１０^１１以下であり、Ｂが４８.５以上であるのが好適である。ジャケットを囲む一次被覆層および二次被覆層を更に備え、二次被覆層のヤング率が８００ＭＰａ以上であり、一次被覆層のヤング率が０.２ＭＰａ以上１ＭＰａ以下であるのが好適である。素線外径が２４０μｍ以上であり、二次被覆層の厚みが１０μｍ以上であるのが好適である。

本発明の光伝送システムは、リピータ間の光伝送路の距離が７０ｋｍ以上であり、その光伝送路の９０％以上の区間で上記の本発明の光ファイバが敷設されていることを特徴とする。或いは、本発明の光伝送システムは、上記の本発明の光ファイバが敷設されており、この光ファイバにおいて信号光の分布ラマン増幅を行うことを特徴とする。

本発明によれば、光伝送ネットワークにおいて光伝送路として好適に用いられる安価で低損失の光ファイバが提供される。

光ファイバ１の断面図である。 光ファイバ製造装置の要部の構成を示す図である。 ＧｅＯ_２がコアに含有された光ファイバの到達可能な仮想温度のＬ／Ｖ依存性を示すグラフである。 光ファイバの伝送損失の仮想温度依存性を示すグラフである。 光ファイバの伝送損失の仮想温度依存性を示すグラフである。 余剰損失のコアの残留応力依存性を示すグラフである。 光ファイバの残留応力の径方向分布を示すグラフである。 ラマン強度とラマンシフトとの関係を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するため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。

図１は、光ファイバ１の断面図である。光ファイバ１は、ＳｉＯ_２ガラスからなる光ファイバであって、中心軸を含む中心コア１１と、この中心コア１１を囲む光学クラッド１２と、この光学クラッド１２を囲むジャケット１３とを備える。中心コア１１は、ＧｅＯ_２を含み、更にフッ素元素を含んでいてもよい。光学クラッド１２は、中心コア１１の屈折率より低い屈折率を有する。光学クラッド１２は、純ＳｉＯ_２ガラスであってもよいし、フッ素元素が添加されたＳｉＯ_２ガラスからなってもよい。ジャケット１３は、純ＳｉＯ_２ガラスで構成され、塩素元素を含んでいてもよい。

光ファイバ１のレーリー散乱を低減することで、光ファイバ１の損失を低減することができる。レーリー散乱を低減するには、光ファイバ１のガラスの仮想温度を低減することが有効である。ガラスの仮想温度の低減する方法として以下のような第１の方法および第２の方法がある。

光ファイバ１のガラスの仮想温度を低減する第１の方法は、光ファイバ母材を線引して光ファイバ１を製造する際に、紡糸された光ファイバの冷却速度を遅くすることで、ガラスのネットワークの構造緩和を進めて、ガラスの仮想温度を低減する方法（徐冷法）である。また、光ファイバ１のガラスの仮想温度を低減する第２の方法は、中心コア１１の構造緩和を促進しつつ光吸収により伝送損失を増大しない微量の添加物を中心コア１１に添加して、ガラスの仮想温度を低減する方法である。

光ファイバ１は、上記の第１の方法および第２の方法の何れによりレーリー散乱が低減されてもよく、また、両方法が適宜に組み合わされてレーリー散乱が低減されてもよい。以下では徐冷法について説明する。

光ファイバ１の製造方法は以下のとおりである。先ず、ＶＡＤ、ＯＶＤ、ＭＣＶＤ、ＰＣＶＤといった気相ガラス合成法により光が導波するコアを作成し、該コアの周囲にＶＡＤ、ＯＶＤ、ＡＰＶＤ、ロッドインコラプス法やそれに類する方法によりジャケット層を形成して、光ファイバ母材を形成する。ここでコアとジャケットとの間に更に、ＶＡＤ、ＯＶＤ、ＭＣＶＤ、ロッドインコラプス法やそれに類する方法により中間光学クラッド層を設けても良い。このようにして作成した光ファイバ母材を線引タワーに把持し、下端部を作業点以上の温度に加熱し、形成された種ガラスを適宜延伸して紡糸し、紡糸した光ファイバの外径を制御しながら、樹脂を付着させるダイス、樹脂を硬化させるＵＶ炉等を経て光ファイバ素線となし、その光ファイバ素線を巻き取りボビンにより巻き取る。

一般的に光ファイバ１ではジャケット１３の外周に樹脂被覆層が設けられる。樹脂被覆層は、２層構造を有しており、外力が直接にガラスファイバに伝わらないようにする一次被覆層と、外傷を防止する二次被覆層とを含む。それぞれの樹脂層を塗布するダイスは紡糸工程において直列的に配置されても良い。また、２層を同時に排出するダイスにより塗布しても良く、この場合、線引タワーの高さを低くすることができるので、線引建屋の建造コストを軽減することができる。

また、紡糸後のガラスファイバの冷却速度を制御する装置を線引炉とダイスとの間に設けることで、ダイスに入る際のガラスファイバの表面温度を好適な温度に制御することができる。冷却速度を制御する装置内に流すガスのレイノルズ数は低いほうが、紡糸したファイバへ与えられる乱流の発生による振動が軽減されるので望ましい。また、ガラスファイバの冷却速度を制御することで、レーリー散乱を低減し、伝送損失の低い光ファイバを得ることができる。

樹脂を硬化させるためのＵＶ炉は、ＵＶ光の強度のほかに炉内部の温度をフィードバック制御することで、樹脂の硬化速度を適切に制御することができる。ＵＶ炉としては、マグネトロンや紫外ＬＥＤが好適に用いられる。紫外ＬＥＤを用いる場合は、光源そのものは発熱しないので、炉内の温度が適切になるように温風を入れる機構が別途備えられる。また、樹脂から脱離する成分がＵＶ炉の炉心管の内面に付着し、被覆層に到達するＵＶ光のパワーが線引中に変化するので、予め線引中のＵＶ光パワーの減少度合いをモニタし、被覆層に照射されるＵＶ光のパワーが一定となるように、線引時間によりＵＶ光パワーを調節しても良い。また、炉心管から漏れ出るＵＶ光をモニタして、被覆層に照射されるＵＶ光のパワーが一定となるように制御しても良い。これにより、光ファイバ全長において均質な光ファイバの破断強度を得ることができる。

２層の被覆層のうち二次被覆層の厚さは、耐外傷性を保持できるよう、適切に設定することが好ましい。一般に、二次被覆層の厚みは、１０μｍ以上、更に好ましくは２０μｍ以上であることが好ましい。

このようにして製造され巻き取りボビンにより巻き取られた光ファイバ１は、必要に応じて被覆層に着色され、光ケーブルや光コードといった最終製品として使用される。

特に本実施形態では、線引炉において紡糸された光ファイバは、線引炉を出た後に徐冷部および加熱炉を経てダイスに入る。徐冷部は、溶融された光ファイバ母材の下端部において母材径の９０％の径から５％の径になるまでのテーパー部分から、紡糸された光ファイバが温度１４００℃になる部分までを、連続的に１０００〜２００００℃／ｓの冷却速度で冷却する。加熱炉は、線引炉の下部であって紡糸された光ファイバが実質的に線引炉から出る面（線引炉出口）より下部に設けられている。線引炉の出口から加熱炉に入口まで距離は１ｍ以下である。図２に示されるように、母材２を線引する線引炉１０の出口から加熱炉の入口までの間に設けられた徐冷部２０は、紡糸された光ファイバ１の温度の低下を防止する保温構造となっている。加熱炉に入る際の光ファイバの温度は、１０００℃以上であることが好ましく、さらに好ましくは１４００℃以上である。

これにより、加熱炉において光ファイバが再加熱され実質的に構造緩和できる温度（一般にはガラス転移点以上の温度）まで上昇するまでの加熱炉の長さを短くすることができ、構造緩和時間をより長く取ることができる。加熱炉の長さＬは、線引速度Ｖとしたときに、Ｌ／Ｖが０.０５ｓ以上となるように設定される。加熱炉は複数の炉から構成されていることが望ましい。これにより、光ファイバの冷却速度をより精密に制御することができる。加熱炉から出た光ファイバが温度１１００℃以下に冷却されるまでの冷却速度は５０００℃／ｓ以下であることが好ましい。このような加熱炉を用いて光ファイバを製造することで、レーリー散乱が低減された光ファイバを得ることができる。

Ｌ／Ｖを大きくすることにより、ガラスの仮想温度の低減を図ることができる。しかし、経済性を考慮した場合、線引速度Ｖは２０ｍ／ｓ以上であることが好ましい。例えば、Ｌ／Ｖ＝０.２ｓを実現する場合、加熱炉の長さＬは４ｍであることが必要となる。このように、現実的な建造コストと製造線速との両立には一定の限界がある。図３は、ＧｅＯ_２がコアに含有された光ファイバの到達可能な仮想温度のＬ／Ｖ依存性を示すグラフである。同図は、非特許文献３のTable１のデータに基づいて作成されたものである。もし、経済性の要請からＬ／Ｖ＜０.５ｓまでを許容した場合、到達可能な仮想温度は１４００℃となる。

図４および図５は、光ファイバの伝送損失の仮想温度依存性を示すグラフである。これらの図は、非特許文献３の式(２)に基づいて作成されたものである。図４は、中心コアの比屈折率差が０.３２％である場合を示し、図５は、中心コアの比屈折率差が０.２％である場合を示す。これらの図から、レーリー散乱、ブリルアン散乱、ラマン散乱に起因した損失以外の伝送損失（マクロベンドロスおよびマイクロベンドロスを含む）を余剰損失と定義した場合、余剰損失が０.０３ｄＢ／ｋｍ以上となると、仮想温度を１４００℃としても、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失を０.１８ｄＢ／ｋｍとすることが困難であることが分かる。

上記のように、徐冷によりガラスの仮想温度を低下させてレーリー散乱を低減したとしても、レーリー散乱成分以外の余剰損失が増加してしまう場合、安定して波長１５５０ｎｍにおける伝送損失を０.１８ｄＢ／ｋｍ以下とすることは難しいことが分かる。そこで本発明者は、余剰損失の増加要因を解明し、その結果、余剰損失とコアの残留応力との間に良い相関が得られることを見出した。図６は、余剰損失のコアの残留応力依存性を示すグラフである。このように、コアの残留応力を圧縮応力として、その絶対値を５ＭＰａ以上（同図では、０ＭＰａ以下）とすることで、余剰損失を０.０３ｄＢ／ｋｍ以下にすることができることが分かる。

図４と図５との対比により、中心コアの比屈折率差が低減することにより、濃度揺らぎの成分に由来するレーリー散乱が低減することから、さらに低損失の光ファイバが得られることが読み取れる。また、その他の要件として、中心コアと光学クラッドとの応力差を２０ＭＰａ以下とすることで、余剰損失が０.０３ｄＢ／ｋｍとなる歩留りが９０％以上となるので望ましい。また、上述の応力について、実質的に光が伝搬する中心コアの面積平均値を調整することが望ましく、中心コアの中で応力が変動していても構わない。

本実施形態の光ファイバ１の中心コア１１は、ＧｅＯ_２を含み、光学クラッド１２を基準とした相対屈折率差Δcoreが０.２％以上０.３２％以下であり、径方向位置ｒにおける比屈折率差をΔ(ｒ)としコア半径をａとしたとき下記（２）式で表される屈折率体積ｖが９％・μｍ^２以上１８％・μｍ^２以下である。ジャケット１３は、光学クラッド１２を基準とした相対屈折率差ΔJが０.０３％以上０.２０％以下である。中心コア１１を構成するガラスの仮想温度は１４００〜１５３０℃である。中心コア１１に残留する応力は圧縮応力である。２ｍファイバカットオフ波長が１３００ｎｍ以上であり、ファイバ長１００ｍでのカットオフ波長が１５００ｎｍ以下である。また、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が１１０μｍ^２以上であり、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１８ｄＢ／ｋｍ以下である。

本実施形態の光ファイバ１は、波長１５５０ｎｍにおけるマイクロベンド損失を過度に大きくすることなく、汎用のシングルモード光ファイバ（一般的には波長１５５０ｎｍにおける実効断面積Aeffが８０μｍ^２）より非線形性を有意に低減することできる。

このような特性が得られる光ファイバ母材を徐冷線引することで光ファイバを製造する。図４および図５より、コアの仮想温度を１４００〜１５３０℃以下とすることで、レーリー散乱を低減することができる。更に仮想温度は低い方が望ましいが、徐冷線引により仮想温度１４００℃以下を実現にする場合、Ｌ／Ｖを過度に大きくする必要があり、経済性を満足することが困難となる。更に低損失を得る場合には、コアの粘性を低減する添加物（アルカリ金属）を微量に添加することで実現できる。このように仮想温度を低減しながら、コアの残留歪が圧縮応力であれば、図６より余剰損失が０.０３ｄＢ／ｋｍ以下の範囲を実現することができ、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１８０ｄＢ／ｋｍ以下となるファイバを容易に得ることができる。

上記より、光ファイバ本来の伝送損失を低く保ちつつ本実施形態の光ファイバの構造を両立することで、マイクロベンドロス増によるケーブル化後のロスの増加を抑制することができる。好ましくはケーブル化後の伝送損失は０.１９ｄＢ／ｋｍ以下、更に好ましくは０.１８ｄＢ／ｋｍ以下、さらに好ましくは０.１７８ｄＢ／ｋｍ以下である。また、純シリカを中心コアとした光ファイバの方が損失を低くすることできるが、一般に純シリカを中心コアとした光ファイバは製造コストが高い。ＧｅＯ_２により屈折率を上昇させたコアで上記を満足する光ファイバは、１００Ｇｂｉｔ／ｓを超える高速大容量通信向け光ファイバとして経済的な優位性を持つ。

本実施形態の光ファイバ１では、より好ましくは、２ｍファイバカットオフ波長は１４００ｎｍ以上である。より好ましくは、圧縮応力の絶対値は５ＭＰａ以上である。より好ましくは、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１７８ｄＢ／ｋｍ以下であり、波長１３１０ｎｍにおける伝送損失が０.３１５ｄＢ／ｋｍ以下である。また、更に好ましくは、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１７５ｄＢ／ｋｍ以下であり、波長１３１０ｎｍにおける伝送損失が０.３１０ｄＢ／ｋｍ以下である。

本実施形態では、曖昧さを回避するため、光学クラッド１２の屈折率が基準とされて、中心コア１１およびジャケット１３それぞれの比屈折率差が記述される。中心コア１１の屈折率としてＥＳＩ（Equivalent step index）屈折率が用いられる。光学クラッド１２とジャケット１３との境界における屈折率の径方向変化の微分値が最大となる径を光学クラッド１２の外径と定義し、ジャケット１３の屈折率は、光学クラッド１２の外径からガラスの最外周までの屈折率の平均値が用いられる。

本実施形態の光ファイバは、ＧｅＯ_２を含む中心コアを有し、屈折率構造がステップ型、Ｗ型、トレンチ型、リングコア型のいずれであっても構わない。この場合、実質的に伝搬する光のパワーの大部分を占めモードフィールドを実質的に決定する屈折率構造部を中心コアと定義し、その中心コアを取り囲む部位を光学クラッドとする。

光ファイバの残留応力は、例えば特許文献２に記載されているように、光ファイバ中の複屈折を利用して測定される。また、光ファイバの残留応力は、光ファイバ断面の屈折率の面分析を行って得られる屈折率の変化量および材料に固有の光弾性係数からも測定が可能である。図７は、光ファイバの残留応力の径方向分布を示すグラフである。ＧｅＯ_２がコアに含有された光ファイバであってジャケットが実質的に純石英からなる光ファイバでは、同温度におけるコアの粘性が低いので、線引後の光ファイバのコアには圧縮応力が残留する（同図、Ｌ／Ｖ＝０ｓ）。この圧縮応力は、線引張力により変化する。原理的に、線引張力が高いほど大きな圧縮応力が残留することが知られている。

一方、徐冷された光ファイバでは、徐冷部において圧縮応力が緩和され、圧縮応力の絶対値が低下する。同図には、Ｌ／Ｖ＝０ｓ、０.１２ｓ、０.４０ｓと変化させた場合の残留応力の変化が示されている。このように、徐冷部における光ファイバの滞在時間を長くすると、コアの圧縮応力の絶対値は徐々に低下することが分かる。コアに残留する応力を圧縮応力とするには、Ｌ／Ｖを０.４ｓよりも短くすることが望ましい。また、光ファイバが冷却される過程において、徐冷部に到達するまでの光ファイバの温度が徐冷部の内表面温度より高い状態に保たれることによっても、コアの圧縮応力を過度に低下させないことができる。また、原理的に、徐冷部が長いほど徐冷の効果は大きくなり圧縮応力の変化量は大きくなる。

例えば、徐冷部の長さが２ｍ以上である場合、Ｌ／Ｖを０.２ｓ以下に保つことが好適である。また、線引き中の光ファイバガラスに印加される張力は、５０g以上であることが望ましく、更に好ましくは１００g以上である。

その他のコアの応力の調整方法として、コア中にコアの粘性を低減する添加物を入れることで、コアの圧縮応力の絶対値を５ＭＰａ以上に調整することができる。アルカリ金属元素は、微量でシリカガラスの粘性を大きく低減することが可能であるので、濃度揺らぎによるレーリー散乱の増加への影響を軽微に抑制でき、添加物として望ましい。但し、アルカリ金属元素を過度に添加すると、ガラス構造欠陥が増加して、水素特性や放射線特性が悪化するので適切な添加量に調節されることが好ましい。線引後のコア中のアルカリ金属元素の濃度は１ｐｐｂ〜１０ｐｐｍの範囲であることが望ましい。

光ファイバの仮想温度は、図８に示されるように、光ファイバを構成する各部位の顕微ラマン散乱スペクトルの８００ｃｍ^−１ピーク面積比に対するＤ１（４９０ｃｍ^−１）の面積比により評価することができる。図８は、ラマン強度とラマンシフトとの関係を示すグラフである。同図に示されるように、５２５ｃｍ^−１〜４７５ｃｍ^−１の波数範囲にベースラインを引き、このベースラインとスペクトルとの間に挟まれたＤ１ピーク面積を算出する。また、８８０ｃｍ^−１〜７４０ｃｍ^−１の波数範囲にベースラインを引き、このベースラインとスペクトルとの間に挟まれた８００ｃｍ^−１ピーク面積を算出する。そして、８００ｃｍ^−１ピーク面積に対するＤ１ピーク面積の比と、予めバルクガラス等を用いてＩＲ法（非特許文献４参照）により測定しておいた仮想温度との関係を用いて、仮想温度を求めることができる。

本実施形態の光ファイバは、ファイバ軸に垂直な断面においてジャケットの断面積のうち５０％以上の部分の応力が引張応力であるのが好適である。光ファイバにかかる応力は常に引張応力であるので、中心コアの残留応力を圧縮応力とするには、中心コアに掛かかった圧縮応力の分、ジャケットに引張り歪がかかる必要がある。ジャケットの５０％以上の断面積が引張応力となるように光ファイバの張力、熱履歴、組成を調節することで、中心コアの残留応力を圧縮応力とすることが実現容易となる。

本実施形態の光ファイバは、中心コアに残留する応力の絶対値が３０ＭＰａ以下であるのが好適である。更に好ましくは中心コアに残留する応力の絶対値が１０ＭＰａ以下であるのが好適である。中心コアの応力を圧縮歪とし、且つその絶対値を３０ＭＰａ以下とすることで、徐冷線引によるレーリー散乱の低減効果を十分に得つつ、余剰損失を０.０２ｄＢ／ｋｍ以下とすることができるので望ましい。

本実施形態の光ファイバは、波長１３８３ｎｍにおけるＯＨ基による伝送損失増加が０.０２ｄＢ／ｋｍ以下であるのが好適である。ＯＨ吸収が存在すると波長１５５０ｎｍにおける伝送損失の増加を招く。波長１３８３ｎｍにおけるＯＨ基による伝送損失が０.０２ｄＢ／ｋｍ以下である場合、波長１５５０ｎｍにおける伝送損失の増加が０.００４ｄＢ／ｋｍ以下とできるので望ましい。

本実施形態の光ファイバは、中心コア部にフッ素が添加されているのが好適である。また、温度１３００℃においてジャケットの粘性が中心コアの粘性と比べて０.３Poise以上高いのが好適である。コア部にフッ素が含まれていることにより、コアの粘性が低下するので、コア部の残留応力を圧縮応力にすることが容易となり、波長無依存の伝送損失を低減することができる。但し、フッ素を増加させると濃度揺らぎに由来したレーリー散乱が増加するので、フッ素添加による屈折率低下量は−０.１％〜０％となる濃度とすることが好ましい。

本実施形態の光ファイバは、線引後に温度１３００℃で１分以上に亘ってアニールした際の光学クラッドを基準としたときの中心コアの比屈折率差の変化が０.００２％以上０.０２％以下であるのが好適である。アニールによる屈折率の変化量を測定することで、光ファイバのコアにおける残留応力を簡便に評価することができ、品質管理が容易となる。中心コアの比屈折率差の変化が０.００２％以上０.０２％以下であることにより、コア中の応力を余剰損失が増加しない。

本実施形態の光ファイバは、中心コアと光学クラッド部との応力差が２０ＭＰａ以下であるのが好適である。中心コアと光学クラッド部との応力差を２０ＭＰａ以下とすることで、圧縮応力の範囲が０〜５ＭＰａの領域において、余剰損失０.０３ｄＢ／ｋｍ以下が高歩留りで得られる。

本実施形態の光ファイバは、波長１６００ｎｍ以上の波長範囲における波長λに対する伝送損失αの依存性を α＝Ａ・exp(Ｂ／λ) なる式で近似したときに、Ａが６.５×１０^１１以下であり、Ｂが４８.５以上であるのが好適である。曲げ損失や、添加物の赤外吸収による波長１６００ｎｍ以上の損失が上記の範囲から外れる場合、顕著な余剰損失の増加が波長１５５０ｎｍにおいてみられるようになる。上記の範囲になるように、屈折率構造や添加物の量を調節することが望ましい。

本実施形態の光ファイバは、ジャケットを囲む一次被覆層および二次被覆層を更に備え、二次被覆層のヤング率が８００ＭＰａ以上であり、一次被覆層のヤング率が０.２ＭＰａ以上１ＭＰａ以下であるのが好適である。このようすることで、マイクロベンド損失を低減し、ケーブル化時の伝送損失の増加を抑制することができる。

本実施形態の光ファイバは、素線外径が２４０μｍ以上であり、二次被覆層の厚みが１０μｍ以上であるのが好適である。マイクロベンドロスを一定値以下に保つためには、被覆径は大きい方が望ましい。素線外径を２４０μｍ以上とすることで、実用上十分なマイクロベンド損失を得ることができる。被覆径を調節してマイクロベンド損失を低減するほかに、光ファイバのガラス径を調節しても構わない。その場合、ガラス外径は大きい方が望ましい。

本実施形態の光ファイバを光伝送路として用いる光伝送システムは、以下のような態様であるのが好ましい。

第１態様の光伝送システムは、リピータ間の光伝送路の距離が７０ｋｍ以上であり、その光伝送路の９０％以上の区間で本実施形態の光ファイバが敷設されている。本実施形態の光ファイバを用いることで、リピータ間の光伝送路のＯＳＮＲを改善することができるので、伝送機器に求められる性能を緩和することができる。

リピータ間の光伝送路の距離が１００ｋｍ以上であり、その光伝送路の９０％以上の区間で本実施形態の光ファイバが敷設されているのが好適である。リピータ間の光伝送路の距離が長い方が、伝送損失のＯＳＮＲに与える影響が大きくなる。本実施形態の光ファイバを用いることで、更に伝送機器に求められる性能を緩和することができる。

第２態様の光伝送システムは、本実施形態の光ファイバが敷設されており、この光ファイバにおいて信号光の分布ラマン増幅を行う。光伝送路の伝送損失を低減することで、分布ラマン増幅の励起効率を高くすることができる。

本実施形態の光ファイバを製造する方法は、線引炉において母材を線引きして光ファイバを製造する方法であって、紡糸された光ファイバが線引炉から出て実質的に空気と接触する位置における光ファイバの断面の平均温度を１２００℃以上１５５０℃以下とする。線引炉の出口の空気と接触する位置における光ファイバの温度が１５５０℃以上である場合、乱流の発生により光ファイバの外径の制御性を損なう。このことから、該温度が１５５０℃以下であることが望ましい。一方、冷却速度を過度に大きくすると伝送損失の上昇を招く。したがって、上記の温度範囲とすることが望ましい。

本実施形態の光ファイバ製造方法は、線引炉の下流に設置された徐冷炉に入線する際の光ファイバの温度を１０００℃以上とするのが好適である。コアにＧｅＯ_２を含んだ光ファイバにおいて、仮想温度の低下を促進できる光ファイバの保持温度は１０００℃以上となる。徐冷炉への入線温度が１０００℃より低い場合、徐冷効果が発揮されない時間が増加するので、仮想温度の低下による損失低減効果を十分に得られない。より好ましくは光ファイバの徐冷炉への入線温度は１２００℃以上である。

本実施形態の光ファイバ製造方法は、光学クラッドとジャケットとの界面でのＯＨ濃度が１０００wtppm以下である母材を用いて線引きするのが好適である。光ファイバの冷却速度を遅くすることにより、母材中のＯＨ基の拡散が進み易くなるので、波長１３８３ｎｍにおけるＯＨ吸収損失が大きくなる。光学クラッドとジャケットとの界面のＯＨ濃度を１０００wtppm以下とすることで、過度なＯＨ濃度の勾配を作ることが無く、徐冷線引等により冷却速度の低減を行ってもコアへのＯＨの拡散を防止できる。好ましくはＯＨ濃度は８００wtppm以下である。また、同界面におけるＯＨの拡散層の厚みは光ファイバ径換算で５０ｎｍ以下である。

１…光ファイバ、２…母材、１１…中心コア、１２…クラッド、１３…ジャケット、１０…線引炉、２０…徐冷部。

Claims (14)

1. 石英ガラスからなる光ファイバであって、
   中心軸を含む中心コアと、この中心コアを囲む光学クラッドと、この光学クラッドを囲むジャケットと、を備え、
   前記中心コアは、ＧｅＯ_２を含み、前記光学クラッドを基準とした相対屈折率差Δcoreが０.２％以上０.３２％以下であり、径方向位置ｒにおける比屈折率差をΔ(ｒ)としコア半径をａとしたとき下記（１）式で表される屈折率体積ｖが９％・μｍ^２以上１８％・μｍ^２以下であり、
   

   

   
   前記ジャケットは、前記光学クラッドを基準とした相対屈折率差ΔJが０.０３％以上０.２０％以下であり、
   前記中心コアを構成するガラスの仮想温度が１４００〜１５３０℃であり、
   前記中心コアに残留する応力が圧縮応力であり、
   ２ｍファイバカットオフ波長が１３００ｎｍ以上であり、
   ファイバ長１００ｍでのカットオフ波長が１５００ｎｍ以下であり、
   波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が１１０μｍ^２以上であり、
   波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１８ｄＢ／ｋｍ以下である、
   ことを特徴とする光ファイバ。
2. 波長１５５０ｎｍにおける伝送損失が０.１７８ｄＢ／ｋｍ以下であり、
   波長１３１０ｎｍにおける伝送損失が０.３１５ｄＢ／ｋｍ以下である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
3. ファイバ軸に垂直な断面において前記ジャケットの断面積のうち５０％以上の部分の応力が引張応力であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
4. 前記中心コアに残留する応力の絶対値が３０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
5. 波長１３８３ｎｍにおけるＯＨ基による伝送損失増加が０.０２ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
6. 前記中心コアにフッ素が添加されていることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
7. 温度１３００℃において前記ジャケットの粘性が前記中心コアの粘性と比べて０.３Poise以上高いことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
8. 線引後に温度１３００℃で１分以上に亘ってアニールした際の前記光学クラッドを基準としたときの前記中心コアの比屈折率差の変化が０.００２％以上０.０２％以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
9. 前記中心コアと前記光学クラッド部との応力差が２０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
10. 波長１６００ｎｍ以上の波長範囲における波長λに対する伝送損失αの依存性を α＝Ａ・exp(Ｂ／λ) なる式で近似したときに、Ａが６.５×１０^１１以下であり、Ｂが４８.５以上である、ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
11. 前記ジャケットを囲む一次被覆層および二次被覆層を更に備え、
    前記二次被覆層のヤング率が８００ＭＰａ以上であり、
    前記一次被覆層のヤング率が０.２ＭＰａ以上１ＭＰａ以下である、
    ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
12. 素線外径が２４０μｍ以上であり、二次被覆層の厚みが１０μｍ以上である、ことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバ。
13. リピータ間の光伝送路の距離が７０ｋｍ以上であり、その光伝送路の９０％以上の区間で請求項１〜１２の何れか１項に記載の光ファイバが敷設されている、ことを特徴とする光伝送システム。
14. 請求項１〜１２の何れか１項に記載の光ファイバが敷設されており、この光ファイバにおいて信号光の分布ラマン増幅を行う、ことを特徴とする光伝送システム。

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