JPH0692683A - フッ化物光ファイバ - Google Patents

フッ化物光ファイバ

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JPH0692683A
JPH0692683A JP4241637A JP24163792A JPH0692683A JP H0692683 A JPH0692683 A JP H0692683A JP 4241637 A JP4241637 A JP 4241637A JP 24163792 A JP24163792 A JP 24163792A JP H0692683 A JPH0692683 A JP H0692683A
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JP
Japan
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oxygen
oxygen concentration
optical fiber
clad
fiber
Prior art date
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Withdrawn
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JP4241637A
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English (en)
Inventor
Kazuo Fujiura
和夫 藤浦
Atsushi Mori
淳 森
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C13/00Fibre or filament compositions
    • C03C13/04Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
    • C03C13/041Non-oxide glass compositions
    • C03C13/042Fluoride glass compositions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C3/00Glass compositions
    • C03C3/32Non-oxide glass compositions, e.g. binary or ternary halides, sulfides or nitrides of germanium, selenium or tellurium
    • C03C3/325Fluoride glasses

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 フッ化物ガラスによって構成されたファイバ
において、特に機械的強度及び耐候強度を改善すること
を目的とする。 【構成】 酸素濃度が内部に比べて高い高酸素濃度層を
表面に形成したので、ガラスのネットワークを架橋し
て、ネットワークの断列によるガラスの破壊に対する強
度を改善することができ、また、H2Oの吸着或いは表
面層から内部への反応の進行が抑えられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光通信用或いはセンサ
用の低損失伝送媒体、光アンプ又はレーザ用の増幅媒体
又は医療用等に用いられる高エネルギー伝送媒体として
用いられるフッ化物光ファイバに関し、特に機械的強度
及び耐候強度を改善したものである。
【0002】
【従来の技術】ZrF4を主成分とするフッ化物光ファイ
バは、赤外線波長領域で優れた透過特性を有するため、
センサ域或いは赤外域の高出力レーザ媒体として注目さ
れている。更に、赤外領域まで透過するするということ
は、即ちレーリー散乱が低い領域に透過窓を有している
ことを意味し、結果として石英よりも低損失なファイバ
の実現が期待される。更に、近年、光ファイバアンプ、
特にPrを活性イオンとする1.3μm領域で高い利得
が得られる増幅媒体として注目されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、フッ化物光フ
ァイバは、機械的強度が不十分であるという欠点があ
り、また、フッ化物が大気中の水分と反応して加水分解
を起こすと、結晶化が生じ結果的に強度が低下するとい
う欠点もある。このようなフッ化物光ファイバの信頼性
の問題は、上述したファイバの実用化に対する重大な障
害であると考えられている。本発明は、上記従来技術に
鑑みて成されたものであり、特に機械的強度及び耐候強
度を改善したフッ化物光ファイバを提供することを目的
とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の構成はフッ化物ガラスによって構成されたファイ
バにおいて、酸素濃度が内部に比べて高い高酸素濃度層
を表面に形成したことを特徴とする。
【0005】
【作用】フッ化物ガラスは、ネットワークを構成してい
る金属とフッ素の結合がイオン結合であるため、十分な
機械強度を有していない。この為、フッ化物ガラスを用
いるかぎり、本質的な強度の改善は不可能と考えられ
る。しかし、酸化物のセラミックスで一般に知られてい
るように、酸素と金属の結合は、フッ素と金属のそれに
比べて強く、従って酸素を高濃度に含むガラスは純粋な
フッ化物ガラスに比較して、高強度が期待できる。特
に、酸素は2価のイオンで、ガラスのネットワークを架
橋して、ネットワークの断列によるガラスの破壊に対す
る強度を改善できる。
【0006】一方、高濃度の酸素添加は、ガラス中での
酸化物の結晶核成長原因となり、一定量以上の酸素濃度
となると逆に、ファイバの強度低下の原因となる。ま
た、酸素濃度が低すぎると、十分なネットワークの強化
が行えず、結果として十分な機械的強度が得られにく
い。更に、ファイバ全体の酸素濃度を挙げると、酸素と
金属の結合の吸収が,伝送特性に悪影響を及ぼすことに
なる。
【0007】本発明では、以上の観点から、ファイバの
表面に酸素濃度が高い高酸素濃度層を形成して、機械的
強度が高いガラスを有するフッ化物光ファイバを提供す
るものである。更に、水分とガラスとの反応は、電気陰
性度の高いフッ素と水分子の水素との結合より始まり、
OH基がZrに結合しHFが脱離することによって進行
するが、表面層に酸素とZrの結合を導入することによ
って、H2Oの吸着或いは表面層から内部への反応の進
行が抑えられる。これは、ZrF4とZrO2の水分に対す
る安定性からも容易に類推される。
【0008】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。 (実施例1)本実施例のファイバは、コア組成49Zr
4−25BaF2−3.5LaF3−2YF3−2.5Al
3−18LiF(モル%)、クラッド組成は、47.5
ZrF4−23.5BaF2−2.5LaF3−2YF3
4.5AlF3−20LiF(モル%)のガラスで構成さ
れている。線引き後のコア径は25μm、外形は125
μmであった。このファイバのNAは0.21である。
【0009】このファイバは、図1に示すローテイショ
ナルキャスニングで作製した。但し、酸素の添加された
クラッド融液を最初にキャスニングすることによって酸
素濃度の高い高酸素濃度層を表面に形成した。即ち、図
2(a)に示すように、先ず、坩堝1から酸素の添加さ
れたクラッド融液を鋳型2に流し込み、鋳型2を回転さ
せて、その遠心力により、鋳型2の内周面に上記融液を
凝固させる。
【0010】次いで、図2(b)に示すように、坩堝1
から酸素の添加されていないクラッド融液を、酸素の添
加されたクラッド層の形成された鋳型2に流し込んで鋳
型2を回転させ、更にその内側の層に酸素の添加されて
いないクラッド融液を凝固させる。引続き、図2(c)
に示すように、坩堝1からコア融液を、酸素の添加され
たクラッド層及び添加されていないクラッド層の形成さ
れた鋳型2に流し込んで凝固させることにより母材3と
する。
【0011】その後、鋳型2から母材3を引き抜いて、
母材表面を光学研磨し、ZrOCl2の塩酸溶液でエッチ
ングし、更に、テフロンFEPチューブに挿入して線引
きした。このようにして作製されたファイバの酸素濃度
分布についてSIMSを用いて測定した。その結果を図
3に示す。図3に示されるように、表面近傍のガラス中
の酸素濃度は約5000ppmであり、階段状の分布が
得られていることが判る。高酸素濃度層の厚さは、約5
μmであった。
【0012】また、このようにして製造されたファイバ
の損失スペクトルについて測定した。その結果を図4に
示す。図4に示すように、損失は、酸素添加のないガラ
スを用いた場合とほぼ同じであり、酸素の添加は損失に
影響しないことが判る。更に、このようにして製造され
たファイバの引張強度を測定した。ファイバの引張強度
は、ゲージ長1m、引っ張り速度59mm/min、試
料本数50本の引張試験により行った。引張強度の平均
値は700MPaであり、酸素を含まないガラスで作製
されたファイバの引張強度400MPaに比べて大幅に
向上したことが判る。
【0013】次に、表面近傍の酸素濃度と平均の引張強
度との関係について測定した。その結果を図5に示す。
図5に示すように、ファイバの引張強度は酸素の添加量
とと共に増加するが、20000ppm付近では、結晶
化により急激に強度が低下することが判る。この為、引
張強度を向上させる為には、酸素濃度を1000ppm
以上、20000ppm以下とすることが望ましい。ま
た、酸素の添加は、AlF3を主成分とするフッ化物光フ
ァイバ、InF3を主成分とするフッ化物光ファイバでも
同様な効果を示した。これは、ZrF4系と同様に、酸素
と金属の結合力がフッ素と金属のそれよりも強く、結果
としてガラスの強度が増すためである。
【0014】(実施例2)実施例1と同様な組成を有す
るフッ化物ガラス母材を作製し、このガラス母材の表面
に酸素を添加するため、50気圧の高圧下で且つ200
℃で1時間加熱した。母材は、実施例1と同様に、研
磨、エッチングの工程を経た後、紫外線硬化型の樹脂を
被覆した。このようにして製造したファイバの半径方向
の酸素濃度分布をSIMSにより測定した。その結果を
図6に示す。同図に示すように、酸素濃度は、表面から
中心に向かうに従って急激に低下していることが判る。
これは、酸素が拡散によりガラス中に浸入するためであ
る。
【0015】表面近傍の酸素濃度は、約8000ppm
であり、15μmでほぼマトリックスの酸素濃度である
100ppmになった。損失は、実施例1とほぼ同様で
あり、特に、伝送特性の劣化は認められなかった。引っ
張り強度は、実施例1と同様な方法で測定したところ、
約850MPaに達しており、酸素を含まずUVコート
したファイバの最高値550MPaに比べ大幅に向上し
た。
【0016】(実施例3)実施例1と同様な組成のガラ
スを用い、コア径10.3μmのファイバを作製した。
コア、クラッドの屈折率差が0.61%である為、得ら
れたファイバはカットオフ波長2.2μmの単一モード
ファイバとなる。このファイバにおいても、実施例1と
同様な方法により、酸素濃度の高い高酸素濃度層を表面
に構成した。高酸素濃度層の厚さを変化させた場合、2
0μmまでは伝送損失特性にほとんど影響がなかった。
【0017】しかし、酸素濃度が10000ppm以上
で厚さが20μmを越える高酸素濃度層を形成した場
合、特に、赤外吸収端が短波長にシフトし、損失特性が
劣化する現象が見られた。この為、高酸素濃度層は、フ
ァイバの導波構造にも依存するが、一般的に、20μm
以下であることが望ましい。また、本実施例において
は、実施例1と同様な処理を施した後に線引きし、テフ
ロンFEPとUVキュアーコートを併用することで、引
っ張り強度の改善が見られ、酸素を添加しない場合の最
高強度が600MPaであるのに対して、平均強度で9
00MPaが得られた。
【0018】(実施例4)実施例1のコア組成のガラス
でロッドを作製し、このロッドを切り出してガラスのペ
レットを2個作製した。このうちの一方のペレットは実
施例2と同様な方法で酸素を添加して表面に高酸素濃度
層を形成した。酸素濃度の分布は、実施例2とほぼ同様
であった。このようにして作製した試料を室温で水に浸
し、2時間放置し、表面を自然乾燥した後に、IRスペ
クトルを測定した。その結果を図7に示す。
【0019】同図に示すように、高酸素濃度層を形成し
たものは、殆ど加水分解によるOH基の生成が進行して
いないことが判る。更に、本実施例で作製したガラスロ
ッドに高酸素濃度層を形成したものとしないものとを、
それぞれ研磨、エッチングの工程を経た後、被覆材を用
いずに線引きした。これらのファイバを、室温(25
℃)、湿度70%の雰囲気に放置した後、引っ張り強度
を測定した。その結果を、図8に示す。同図に示すよう
に、高酸素濃度層を有しないファイバにおいては、大気
中の水分による表面からの加水分解により結晶化が進行
するため、ファイバの強度が急激に低下するが、高酸素
濃度層を表面に形成したファイバは、100日放置して
も、殆ど強度変化が認められず、耐候強度が大幅に向上
していることが判る。
【0020】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明のフッ化物光ファイバは、高酸素濃度
層を表面近傍に形成したので、機械的強度及び耐候強度
が向上した。この為、本発明のフッ化物光ファイバは信
頼性が改善され、従来のファイバで実用化の障害となっ
ていた信頼性の問題が克服できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係るフッ化物光ファイバを
ローテイショナルキャスニングにより製造する工程を示
すフローチャートである。
【図2】図1に示すキャスニングを示す説明図である。
【図3】本発明の実施例1に係るフッ化物光ファイバの
半径方向の酸素濃度分布を示すグラフである。
【図4】本発明の実施例1に係るフッ化物光ファイバの
損失スペクトルを示すグラフである。
【図5】本発明の実施例1に係るフッ化物光ファイバの
酸素濃度と引っ張り強度との関係を示すグラフである。
【図6】本発明の実施例2に係るフッ化物光ファイバの
半径方向の酸素濃度分布を示すグラフである。
【図7】本発明の実施例4で作製したガラスペレットの
IRスペクトルを示すグラフである。
【図8】本発明の実施例4に係るフッ化物光ファイバの
引っ張り強度の時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
1 坩堝 2 鋳型 3 母材

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フッ化物ガラスによって構成されたファ
    イバにおいて、酸素濃度が内部に比べて高い高酸素濃度
    層を表面に形成したことを特徴とするフッ化物光ファイ
    バ。
  2. 【請求項2】 前記高酸素濃度層の酸素濃度が1000
    〜20000ppmであることを特徴とする請求項1記
    載のフッ化物光ファイバ。
  3. 【請求項3】 前記高酸素濃度層の厚さが表面から20
    μm以下であることを特徴とする請求項1記載のフッ化
    物光ファイバ。
JP4241637A 1992-09-10 1992-09-10 フッ化物光ファイバ Withdrawn JPH0692683A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999054765A1 (fr) * 1998-04-22 1999-10-28 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Fibre optique, module lumineux et amplificateur a fibre optique
KR100378595B1 (ko) * 2000-08-22 2003-03-31 한국전자통신연구원 용융법을 통한 광섬유 모재 제조용 클래드 몰드 및 그몰드를 이용한 광섬유 모재 제조 방법
JP2010236253A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Railway Technical Res Inst 多目的トイレのドア開閉及びドアロックシステム

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Effective date: 19991130