JP7397733B2 - 光ファイバ用母材、光ファイバ用母材の製造方法、及び光ファイバの製造方法 - Google Patents
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Description
ただし、上記式において、Δ1Pは前記内側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差を示し、Δ2Pは前記外側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差を示し、CAlは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するアルミニウムの濃度を示し、CPは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するリンの濃度を示す。
ただし、上記式において、δΔ1Pは内側コアガラス体の線引き前における平均比屈折率差と内側コアガラス体の線引き後における平均比屈折率差との差を示し、CAlは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するアルミニウムの濃度を示し、CPは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するリンの濃度を示す。
0.039(CAl-CP)+0.048
から求められる値を追加した値は、内側コアガラス体の線引き後における平均比屈折率差、すなわち、内側コアのクラッドに対する平均比屈折率差と見做し得る。
0.9Δ2P≦Δ1P+{0.039(CAl-CP)+0.048}
の関係が満たされるように内側コアガラス体及び外側コアガラス体が形成されている。つまり、内側コアガラス体の線引き後における平均比屈折率差が、外側コアガラス体の線引き後における平均比屈折率差、すなわち、外側コアのクラッドに対する平均比屈折率差の0.9倍以上になるように内側コアガラス体が形成されている。
Δ1P+{0.039(CAl-CP)+0.048}≦1.1Δ2P
の関係が満たされるように内側コアガラス体及び外側コアガラス体が形成されている。つまり、内側コアガラス体の線引き後における平均比屈折率差が、外側コアガラス体の線引き後における平均比屈折率差、すなわち、外側コアのクラッドに対する平均比屈折率差の1.1倍以下になるように内側コアガラス体が形成されている。
ただし、上記式において、Δ1Pは前記内側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差を示し、Δ2Pは前記外側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差を示し、CAlは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するアルミニウムの濃度を示し、CPは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するリンの濃度を示す。
ただし、上記式において、Δ1Pは前記内側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差を示し、Δ2Pは前記外側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差を示し、CAlは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するアルミニウムの濃度を示し、CPは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するリンの濃度を示す。
本工程は、光ファイバ10を製造するための光ファイバ用母材を製造する工程である。本工程のフローを説明する前に、本工程により製造される光ファイバ用母材の構成について説明する。
ただし、式(1)において、CAlは、内側コアガラス体11Piに含まれる元素の総量に対するアルミニウムの濃度(wt%)を示す。また、CPは、内側コアガラス体11Piに含まれる元素の総量に対するリンの濃度(wt%)を示す。ここで、内側コアガラス体11Piに含まれる元素の総量とは、例えば、内側コアガラス体11Piを形成する二酸化ケイ素、希土類酸化物、酸化アルミニウム、五酸化二リン、酸化ホウ素、及び塩素の総量に対する濃度である。なお、上述した内側コアガラス体11Piに含まれる元素は、上記の元素に限定されず、例えば、二酸化ケイ素、希土類酸化物、並びに屈折率を上昇させるドーパント及び屈折率を低減させるドーパントのいずれか一方又は両方であってもよい。
本工程は、コアガラス体11Pに添加する各種ドーパントの濃度を決定する工程であり、第1濃度決定工程P111と、第2濃度決定工程P112と、第3濃度決定工程P113とを含んでいる。
こうして、第3濃度決定工程P113において、内側コアガラス体11Piの平均比屈折率差Δ1Pが定められる。
第1濃度決定工程P111と、第2濃度決定工程P112と、第3濃度決定工程P113とを含むドーパント濃度決定工程P11によって、添加する各種ドーパントの濃度を決定した後、本工程を行う。本工程では、外側コアガラス体11Poに添加されるゲルマニウムの濃度がドーパント濃度決定工程P11で決定された濃度となるように外側コアガラス体11Poが形成される。本工程は、例えば、MCVD法を用いて行うことができる。MCVD法を用いる場合、ゲルマニウムの濃度が第1濃度決定工程P111で決定された濃度となるように、二酸化ゲルマニウムを含む石英のスートを純粋石英からなる中空石英管の内壁に堆積させる。こうして、当該スートの堆積とほぼ同時にゲルマニウムを含む層が透明ガラス化される。
外側コアガラス体形成工程P12の後、本工程を行う。本工程では、内側コアガラス体11Piに添加されるイッテルビウム、アルミニウム、リン、及びホウ素の濃度がドーパント濃度決定工程P11で決定された濃度となるように内側コアガラス体11Piが形成される。本工程では、例えば、外側コアガラス体形成工程P12から連続してMCVD法を行ってもよい。具体的には、透明ガラス化されたゲルマニウムを含む層を含む中空石英管に、イッテルビウム、アルミニウム、及びリンが第2濃度決定工程P112で決定された各濃度となるように、また、ホウ素が第3濃度決定工程P113で決定された濃度となるように、イッテルビウム、アルミニウム、リン、及びホウ素を含むガラスをさらに堆積させる。この工程において、例えば、イッテルビウム及びアルミニウムが添加されたスートを堆積させた上でリン及びホウ素を添加して透明ガラス化するプロセスを複数回繰り返してもよい。あるいは、イッテルビウム、アルミニウム、リン、及びホウ素を含むガラスの堆積と透明ガラス化とを同時に行ってもよい。
次に、外側コアガラス体11Poとなるスートの堆積層及び内側コアガラス体11Piとなるガラスが積層された中空石英管をさらに加熱する。こうして、中空石英管を潰して、中空石英管の内部に残存する隙間を消滅させる。
図3に示すように、母材製造工程P1により光ファイバ用母材10Pを製造した後、本工程を行う。本工程は、光ファイバ用母材10Pを線引きする工程である。図7は、本工程及び被覆工程P3の様子を概略的に示す図である。図7に示すように、本工程では、まず、光ファイバ用母材10Pを紡糸炉310に設置する。そして、紡糸炉310の加熱部311を発熱させた後、光ファイバ用母材10Pを加熱部311に挿入して、光ファイバ用母材10Pを加熱する。このとき、光ファイバ用母材10Pの下端は、例えば2000℃に加熱され溶融状態となる。そして、光ファイバ用母材10Pからガラスが溶融して、ガラスが線引きされる。なお、上述のようにコアガラス体11Pにはイッテルビウムに加えてアルミニウムが添加されているため、線引きの際にイッテルビウムが結晶化することが抑制される。
線引工程P2の後、本工程が行われる。図7に示すように、線引工程P2によって形成された光ファイバ裸線10Nは、外側クラッド13となる第1熱硬化樹脂が入った第1コーティング装置331を通過し、内側クラッド12がこの第1熱硬化樹脂で被覆される。本実施形態では、この第1熱硬化樹脂は、所定条件下の加熱により架橋する材料から形成される。第1熱硬化樹脂で被覆された光ファイバ裸線10Nは、第1加熱炉332を通過し、この加熱炉332内で加熱される。この加熱により、第1熱硬化樹脂を形成する材料が架橋して第1熱硬化樹脂が硬化する。その結果、内側クラッド12の外周面に、第1熱硬化樹脂からなる外側クラッド13が形成される。
10N・・・光ファイバ裸線
10P・・・光ファイバ用母材
11i・・・内側コア
11о・・・外側コア
11Pi・・・内側コアガラス体
11Po・・・外側コアガラス体
12・・・内側クラッド
12P・・・クラッドガラス体
Claims (8)
- 内側コアガラス体と、
前記内側コアガラス体の外周面を隙間なく囲む外側コアガラス体と、
前記外側コアガラス体の外周面を隙間なく囲むクラッドガラス体と、
を備え、
前記内側コアガラス体は、希土類元素、アルミニウム、及びリンをドーパントとして含み、
前記外側コアガラス体は、アルミニウム及びリンをドーパントして含まず、屈折率を上昇させるドーパントを含み、
前記内側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差と、前記外側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差とが下記式で表される
ことを特徴とする光ファイバ用母材。
ただし、上記式において、Δ1Pは前記内側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差を示し、Δ2Pは前記外側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差を示し、CAlは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するアルミニウムの濃度(wt%)を示し、CPは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するリンの濃度(wt%)を示す。 - 前記希土類元素はイッテルビウムである
ことを特徴とする請求項1に記載の光ファイバ用母材。 - 前記内側コアガラス体は、前記内側コアガラス体の屈折率を調整するための前記希土類元素、アルミニウム、及びリン以外の1種類以上の屈折率調整ドーパントをドーパントとしてさらに含む
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光ファイバ用母材。 - 前記屈折率調整ドーパントは、ホウ素、フッ素、及びゲルマニウムの少なくとも1つである
ことを特徴とする請求項3に記載の光ファイバ用母材。 - 希土類元素、アルミニウム、及びリンをドーパントとして含む内側コアガラス体と、当該内側コアガラス体を隙間なく囲み、屈折率を上昇させるドーパントを含む外側コアガラス体と、当該外側コアガラス体を隙間なく囲むクラッドガラス体と、を備える光ファイバ用母材の製造方法であって、
前記外側コアガラス体に添加されるゲルマニウムの濃度を決定する第1濃度決定工程と、前記内側コアガラス体に添加される前記希土類元素、アルミニウム、及びリンの各濃度を決定する第2濃度決定工程と、前記内側コアガラス体の屈折率を調整するために前記内側コアガラス体にさらに添加される屈折率調整ドーパントの濃度を決定する第3濃度決定工程と、を含むドーパント濃度決定工程と、
前記内側コアガラス体に添加される各ドーパントの濃度が前記ドーパント濃度決定工程で決定された濃度となるように前記内側コアガラス体を形成する内側コアガラス体形成工程と、
前記外側コアガラス体に添加されるドーパントの濃度が前記ドーパント濃度決定工程で決定された濃度となるように前記外側コアガラス体を形成する外側コアガラス体形成工程と、
を備え、
前記第3濃度決定工程では、前記内側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差と、前記外側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差とが下記式を満たすように、前記屈折率調整ドーパントの濃度が決定される
ことを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
ただし、上記式において、Δ1Pは前記内側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差を示し、Δ2Pは前記外側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差を示し、CAlは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するアルミニウムの濃度(wt%)を示し、CPは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するリンの濃度(wt%)を示す。 - 前記屈折率調整ドーパントは、ホウ素、フッ素、及びゲルマニウムの少なくとも1つである
ことを特徴とする請求項5に記載の光ファイバ用母材の製造方法。 - 請求項5又は6に記載の光ファイバ用母材の製造方法により製造された光ファイバ用母材を線引きする線引工程を備える
ことを特徴とする光ファイバの製造方法。 - 光ファイバ用母材を線引きして光ファイバ裸線を形成する線引工程を備え、
前記光ファイバ用母材は、
希土類元素、アルミニウム、及びリンをドーパントして含む内側コアガラス体と、
前記内側コアガラス体の外周面を隙間なく囲み、アルミニウム及びリンをドーパントとして含まず、屈折率を上昇させるドーパントを含む外側コアガラス体と、
前記外側コアガラス体を隙間なく囲むクラッドガラス体と、
を備え、
前記内側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差と、前記外側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差とが下記式で表される
ことを特徴とする光ファイバの製造方法。
ただし、上記式において、Δ1Pは前記内側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差を示し、Δ2Pは前記外側コアガラス体の前記クラッドガラス体に対する平均比屈折率差を示し、CAlは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するアルミニウムの濃度(wt%)を示し、CPは前記内側コアガラス体に含まれる元素の総量に対するリンの濃度(wt%)を示す。
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