JPH07277770A - 水素誘導損の増加に対し、不活性化されたガラス光導波路 - Google Patents
水素誘導損の増加に対し、不活性化されたガラス光導波路Info
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- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、水素誘導損の増加に対し、不活性
化されたガラス光導波路を提供する。 【構成】 出願人は、水素誘導損失増を起すガラス光導
波路は、ガラスを重水素中で処理することにより、不活
性化できることを、発見した。重水素処理されたガラス
は、Ｈ2 を含む雰囲気に露出された時、損失の増加速度
が低いだけでなく、重水素加熱処理後には、１．５５及
び１．３１ミクロン波長領域において、光の高い伝送を
保持する。この方法はEr−ドープファイバ、伝送ファイ
バ及びプレーナ導波路に、あてはまる。条状によって
は、水素を重水素の代りとすることができる。
化されたガラス光導波路を提供する。 【構成】 出願人は、水素誘導損失増を起すガラス光導
波路は、ガラスを重水素中で処理することにより、不活
性化できることを、発見した。重水素処理されたガラス
は、Ｈ2 を含む雰囲気に露出された時、損失の増加速度
が低いだけでなく、重水素加熱処理後には、１．５５及
び１．３１ミクロン波長領域において、光の高い伝送を
保持する。この方法はEr−ドープファイバ、伝送ファイ
バ及びプレーナ導波路に、あてはまる。条状によって
は、水素を重水素の代りとすることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は光ファイバ及びプレーナ
導波路のようなガラス光導波路、特に水素誘導損失の増
加に対して不活性化された導波路に係る。
導波路のようなガラス光導波路、特に水素誘導損失の増
加に対して不活性化された導波路に係る。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバのような光導波路は、中継局
間の非常に長い距離に渡り、光信号を運ぶが、そのよう
なファイバは損失が長期間に増加し、特に１．５５及び
１．３１ミクロン波長領域における光の伝送において、
増加することが観測されている。１つの型の損失は、Na
及びLiのようなアルカリ不純物を含むGeO2−ドープ導波
路中の欠陥と、水素との反応による。別の型は、Ｈ2 が
アンドープシリカ領域中の欠陥位置で反応する時、起
る。後者の型の損失増加速度は、引張りプロセス中、水
素でファイバを処理することにより、減すことができ
る。（１９９１年１０月２２日、エム・ジー・ブランケ
ンシップ（M.G.Blankenship)らに承認された米国特許第
５，０５９，２２９号）しかし、この速度減少は、最初
の損失を増加させることによってのみ、実現される。そ
のような損失増加は、長距離伝送のような、多くの高動
作特性を必要とする用途には、望ましくない。
間の非常に長い距離に渡り、光信号を運ぶが、そのよう
なファイバは損失が長期間に増加し、特に１．５５及び
１．３１ミクロン波長領域における光の伝送において、
増加することが観測されている。１つの型の損失は、Na
及びLiのようなアルカリ不純物を含むGeO2−ドープ導波
路中の欠陥と、水素との反応による。別の型は、Ｈ2 が
アンドープシリカ領域中の欠陥位置で反応する時、起
る。後者の型の損失増加速度は、引張りプロセス中、水
素でファイバを処理することにより、減すことができ
る。（１９９１年１０月２２日、エム・ジー・ブランケ
ンシップ（M.G.Blankenship)らに承認された米国特許第
５，０５９，２２９号）しかし、この速度減少は、最初
の損失を増加させることによってのみ、実現される。そ
のような損失増加は、長距離伝送のような、多くの高動
作特性を必要とする用途には、望ましくない。
【０００３】水素誘導損失は、エルビウム−ドープ（Er
−ドープ）増幅器ファイバにおいて、特に問題である。
加速水素経年試験は、Er−ドープ増幅器は極微量のＨ2
とすら、急速に反応し、スペクトルが広がる損失を起
し、それは信号波長及びポンピング波長に、影響を及ぼ
しうることを示している。たとえば、ピー・ジェイ・ル
メーラ（P.J.Lemaire)ら、Er−ドープ増幅器ファイバ中
の長期間水素誘導損失増加の予測、５，アイ・イーイー
イー・フォトニクス・テクノロジー・レターズ（IEEE
Photonics Technology Letters ) ２１４（１９９３
年２月）及びピー・ジェイ・ルメーラ（P.J.Lemaire)
ら、水素導入損失はエルビウムドープ増幅器ファイバで
増加する：修正予言、オーエフシー・テクニカル・ダイ
ジェスト（OFC Technical Digest) 、２月２０−２
５日（１９９４）論文ＦＦ１．従って、水素誘導損失の
増加に対して不活性化された改善されたガラス導波路に
対する要求がある。
−ドープ）増幅器ファイバにおいて、特に問題である。
加速水素経年試験は、Er−ドープ増幅器は極微量のＨ2
とすら、急速に反応し、スペクトルが広がる損失を起
し、それは信号波長及びポンピング波長に、影響を及ぼ
しうることを示している。たとえば、ピー・ジェイ・ル
メーラ（P.J.Lemaire)ら、Er−ドープ増幅器ファイバ中
の長期間水素誘導損失増加の予測、５，アイ・イーイー
イー・フォトニクス・テクノロジー・レターズ（IEEE
Photonics Technology Letters ) ２１４（１９９３
年２月）及びピー・ジェイ・ルメーラ（P.J.Lemaire)
ら、水素導入損失はエルビウムドープ増幅器ファイバで
増加する：修正予言、オーエフシー・テクニカル・ダイ
ジェスト（OFC Technical Digest) 、２月２０−２
５日（１９９４）論文ＦＦ１．従って、水素誘導損失の
増加に対して不活性化された改善されたガラス導波路に
対する要求がある。
【０００４】
【本発明の要約】出願人は、水素誘導損失が増加したガ
ラス光導波路は、重水素でガラスを処理することによ
り、不活性化できることを、発見した。重水素処理ガラ
スは、Ｈ2を含む雰囲気に露出された時、損失の増加速
度が低下するだけでなく、重水素加熱処理直後、１．５
５及び１．３１μｍ波長領域における光の高伝送を保持
する。この方法は、Er−ドープファイバ、伝送ファイバ
及びプレーナ導波路に、適用される。いくつかの条件下
で、水素は重水素に置きかえられる。
ラス光導波路は、重水素でガラスを処理することによ
り、不活性化できることを、発見した。重水素処理ガラ
スは、Ｈ2を含む雰囲気に露出された時、損失の増加速
度が低下するだけでなく、重水素加熱処理直後、１．５
５及び１．３１μｍ波長領域における光の高伝送を保持
する。この方法は、Er−ドープファイバ、伝送ファイバ
及びプレーナ導波路に、適用される。いくつかの条件下
で、水素は重水素に置きかえられる。
【０００５】
【詳細の記述】本記述は、３つの部分に分割される。第
Ｉ部では重水素の処理により、不活性化する好ましい方
法について述べる。第II部では水素が重水素に置きかえ
られる雰囲気について述べ、第III 部ではここで述べた
結果を拡張する理論的な物理モデルについて、述べる。
Ｉ部では重水素の処理により、不活性化する好ましい方
法について述べる。第II部では水素が重水素に置きかえ
られる雰囲気について述べ、第III 部ではここで述べた
結果を拡張する理論的な物理モデルについて、述べる。
【０００６】Ｉ 重水素不活性化 導波路を形成し、水素が低活性化エネルギー欠陥位置と
反応する前に、重水素（Ｄ）の存在下で、導波路を加熱
し、重水素が水素（Ｈ）より高反応性低エネルギー位置
を占めるようにすることにより、ガラス光導波路は、本
質的に水素誘導損失に対して、不活性化される。重水素
は水素より質量が大きいから、ＯＤはＯＨより長波長で
吸収する。具体的には、ＯＤは対象とする１．５５及び
１．３１μｍ波長領域で、吸収が非常に低い。
反応する前に、重水素（Ｄ）の存在下で、導波路を加熱
し、重水素が水素（Ｈ）より高反応性低エネルギー位置
を占めるようにすることにより、ガラス光導波路は、本
質的に水素誘導損失に対して、不活性化される。重水素
は水素より質量が大きいから、ＯＤはＯＨより長波長で
吸収する。具体的には、ＯＤは対象とする１．５５及び
１．３１μｍ波長領域で、吸収が非常に低い。
【０００７】図面を参照すると、図１は水素誘導損失増
加に対し、ガラス光ファイバを不活性化する好ましい方
法の工程を、ブロックダイヤグラムで示す。図１のブロ
ックＡで示されるように、第１の工程は、光ファイバを
引くための適当なプリフォームを形成することである。
従来の実施例に従うと、プリフォームは典型的な場合、
GeO2トープシリカでよい中心コア領域とシリカの同心状
の外部クラッドを有する合成ガラスロッドを含む。典型
的なEr−ドープファイバの場合、コアは約１４−１８モ
ル％のGeO2、約１．０モル％のAl2O3 、及び１００−２
０００ppm のErがドープされる。
加に対し、ガラス光ファイバを不活性化する好ましい方
法の工程を、ブロックダイヤグラムで示す。図１のブロ
ックＡで示されるように、第１の工程は、光ファイバを
引くための適当なプリフォームを形成することである。
従来の実施例に従うと、プリフォームは典型的な場合、
GeO2トープシリカでよい中心コア領域とシリカの同心状
の外部クラッドを有する合成ガラスロッドを含む。典型
的なEr−ドープファイバの場合、コアは約１４−１８モ
ル％のGeO2、約１．０モル％のAl2O3 、及び１００−２
０００ppm のErがドープされる。
【０００８】次の工程は、ブロックＢで示されるよう
に、プリフォームからファイバを引張ることである。Er
−ドープファイバは典型的な場合、当業者には周知の方
法に従い、２．５−４．５μｍコア径に引かれる。
に、プリフォームからファイバを引張ることである。Er
−ドープファイバは典型的な場合、当業者には周知の方
法に従い、２．５−４．５μｍコア径に引かれる。
【０００９】ブロックＣで示されるように、第３の工程
は、従来技術でよく、保護ポリマでファイバを被覆する
ことである。典型的なポリマは、ウレタン−アクリレー
ト被膜である。被膜は典型的な場合、ファイバが引かれ
る時、連続したプロセスで、形成され、紫外光で焼きな
まされる。
は、従来技術でよく、保護ポリマでファイバを被覆する
ことである。典型的なポリマは、ウレタン−アクリレー
ト被膜である。被膜は典型的な場合、ファイバが引かれ
る時、連続したプロセスで、形成され、紫外光で焼きな
まされる。
【００１０】次の工程は、ブロックＤで示され、ファイ
バを重水素を含む雰囲気中に置き、それを熱処理するこ
とである。この工程はファイバ形成直後、ファイバが水
素を含む雰囲気中で用いられる前に始めるのが、好まし
い。この工程は、糸巻きポリマ被覆ファイバを、重水素
で満したオーブン中で、加熱することにより行うのが便
利である。不活性化のために好ましい加熱時間は、温
度、重水素の分圧及びファイバの意図する用途に依存す
る。ポリマ被覆への損傷を避けるためには、１４０℃又
はそれ以下が好ましいが、約２００℃までの高温被覆も
使用できる。２００℃を越える温度は、そのような温度
ではGeO2ドープ導波路が新しい型の吸収損（電子的）を
発生させるため、推められない。好ましい重水素分圧は
１０気圧以下で、高価な圧力容器の使用を避けるため、
１気圧が有利である。しかし、１００気圧までの高圧
も、もし不活性化時間を最小にすることが望ましいな
ら、使用できる。
バを重水素を含む雰囲気中に置き、それを熱処理するこ
とである。この工程はファイバ形成直後、ファイバが水
素を含む雰囲気中で用いられる前に始めるのが、好まし
い。この工程は、糸巻きポリマ被覆ファイバを、重水素
で満したオーブン中で、加熱することにより行うのが便
利である。不活性化のために好ましい加熱時間は、温
度、重水素の分圧及びファイバの意図する用途に依存す
る。ポリマ被覆への損傷を避けるためには、１４０℃又
はそれ以下が好ましいが、約２００℃までの高温被覆も
使用できる。２００℃を越える温度は、そのような温度
ではGeO2ドープ導波路が新しい型の吸収損（電子的）を
発生させるため、推められない。好ましい重水素分圧は
１０気圧以下で、高価な圧力容器の使用を避けるため、
１気圧が有利である。しかし、１００気圧までの高圧
も、もし不活性化時間を最小にすることが望ましいな
ら、使用できる。
【００１１】以下の表１は、２５年間で、２０ｍファイ
バにおいて、指示された１．５５μｍ損に許容されるフ
ァイバの、好ましい処理を示す。
バにおいて、指示された１．５５μｍ損に許容されるフ
ァイバの、好ましい処理を示す。
【００１２】
【表１】
【００１３】異なる不活性化条件による同じプロセス
が、光伝送ファイバに適用できる。そのようなファイバ
は典型的な場合、GeO2ドープ・ガラスコアとアンドープ
SiO2又はＦ、GeO2及びP2O5ドーパントのいくつかの組合
せをドープしたSiO2から成るクラッド層を有するプリフ
ォームから、典型的な場合、引かれる。そのようなファ
イバもまた、アルカリ種（たとえばNa、Li及びＫ）を含
むことがあり、それらは極微量のＨ2 不純物と反応する
傾向のある反応性欠陥位置を導入する。これらの反応
は、長波長損失端とともに、１．４１μｍ領域中に、Ｏ
Ｈ含有量を増加させる。実験により、反応性欠陥は、あ
る範囲の活性化エネルギーをもつことが、示される。最
低の活性化エネルギーを有する位置は、長期間の水素誘
導損を増す原因となる。これらの位置をあらかじめ重水
素と反応させることにより、システムの動作条件におけ
るそれ以上の損失劣化を、避けることができる。更に、
不活性化のために、Ｈ2 の代りにＤ2 を用いることによ
り、１．５５μｍ領域中の著しい損失劣化を起すことな
く、ファイバは不活性化できる。
が、光伝送ファイバに適用できる。そのようなファイバ
は典型的な場合、GeO2ドープ・ガラスコアとアンドープ
SiO2又はＦ、GeO2及びP2O5ドーパントのいくつかの組合
せをドープしたSiO2から成るクラッド層を有するプリフ
ォームから、典型的な場合、引かれる。そのようなファ
イバもまた、アルカリ種（たとえばNa、Li及びＫ）を含
むことがあり、それらは極微量のＨ2 不純物と反応する
傾向のある反応性欠陥位置を導入する。これらの反応
は、長波長損失端とともに、１．４１μｍ領域中に、Ｏ
Ｈ含有量を増加させる。実験により、反応性欠陥は、あ
る範囲の活性化エネルギーをもつことが、示される。最
低の活性化エネルギーを有する位置は、長期間の水素誘
導損を増す原因となる。これらの位置をあらかじめ重水
素と反応させることにより、システムの動作条件におけ
るそれ以上の損失劣化を、避けることができる。更に、
不活性化のために、Ｈ2 の代りにＤ2 を用いることによ
り、１．５５μｍ領域中の著しい損失劣化を起すことな
く、ファイバは不活性化できる。
【００１４】下の表２は２５年の期間で、１．５５μｍ
における許容損失増が、０．００２dB／kmを越えないこ
とが期待されるシングルモード光伝送ファイバについて
の、好ましい処理を示す。
における許容損失増が、０．００２dB／kmを越えないこ
とが期待されるシングルモード光伝送ファイバについて
の、好ましい処理を示す。
【００１５】
【表２】
【００１６】図２は上述のように不活性化された典型的
な伝送ファイバを示し、剥離された端部１１はクラッド
領域１４によって囲まれたコア領域１３を含むガラスフ
ァイバ１２を含むように、示されている。ファイバはシ
ングルモード又はマルチモード光ファイバでよいが、典
型的な場合６−１０μｍ（ミクロン）程度のコア径と、
数十ミクロン厚の周囲クラッドを有するシングルモード
・シリカファイバが好ましい。
な伝送ファイバを示し、剥離された端部１１はクラッド
領域１４によって囲まれたコア領域１３を含むガラスフ
ァイバ１２を含むように、示されている。ファイバはシ
ングルモード又はマルチモード光ファイバでよいが、典
型的な場合６−１０μｍ（ミクロン）程度のコア径と、
数十ミクロン厚の周囲クラッドを有するシングルモード
・シリカファイバが好ましい。
【００１７】剥離されていないファイバ１５は焼きなま
されたポリマ被覆１６を含み、それは基本（内部）被覆
１７及び二次（外部）被覆１８を含む二重被覆である。
ポリマ被覆は、炭化水素ポリマ、ポリエーテル、ポリ炭
酸エステル、ポリエステル及びシリコーンを含む各種ポ
リマの、任意の１つでよい。基本被覆は、ゴム状の組織
を避けるような化学式をもつのが有利で、一方二次被覆
はより高度に交差結合したガラス状組織をもつことが、
有利である。
されたポリマ被覆１６を含み、それは基本（内部）被覆
１７及び二次（外部）被覆１８を含む二重被覆である。
ポリマ被覆は、炭化水素ポリマ、ポリエーテル、ポリ炭
酸エステル、ポリエステル及びシリコーンを含む各種ポ
リマの、任意の１つでよい。基本被覆は、ゴム状の組織
を避けるような化学式をもつのが有利で、一方二次被覆
はより高度に交差結合したガラス状組織をもつことが、
有利である。
【００１８】上述のように重水素中で加熱することによ
り、不活性化した時、ファイバは長期間の水素誘導損の
増加を、あまり感じなくなり、その損失増は、ファイバ
が不活性化されないと、生じる可能性がある。ファイバ
の不活性化に対し、重水素の代りに水素が使用でき、長
期間の損失増は防止できるが、この水素不活性化は、不
活性化プロセス中、損失増を起しうる。このことは、図
３を参照するとわかる。この図はＤ2 処理ファイバ（曲
線２）及びＨ2 処理ファイバ（曲線１）の両方につい
て、波長に対する損失増Δαをプロットしたものであ
る。図からわかるように、Ｄ2 処理は本質的にΔα曲線
を、長波長領域にシフトさせ、対象とする１．５５及び
１．３１μｍ領域中で、不活性化により導入される損失
増を、防止している。
り、不活性化した時、ファイバは長期間の水素誘導損の
増加を、あまり感じなくなり、その損失増は、ファイバ
が不活性化されないと、生じる可能性がある。ファイバ
の不活性化に対し、重水素の代りに水素が使用でき、長
期間の損失増は防止できるが、この水素不活性化は、不
活性化プロセス中、損失増を起しうる。このことは、図
３を参照するとわかる。この図はＤ2 処理ファイバ（曲
線２）及びＨ2 処理ファイバ（曲線１）の両方につい
て、波長に対する損失増Δαをプロットしたものであ
る。図からわかるように、Ｄ2 処理は本質的にΔα曲線
を、長波長領域にシフトさせ、対象とする１．５５及び
１．３１μｍ領域中で、不活性化により導入される損失
増を、防止している。
【００１９】プレーナ導波路デバイスは、コンパクトな
薄膜デバイスになる傾向がある。そのようなデバイス
は、典型的には５０℃ないし２００℃の範囲の温度にお
いて、オーブン中の重水素雰囲気中で加熱することによ
り、処理できる。
薄膜デバイスになる傾向がある。そのようなデバイス
は、典型的には５０℃ないし２００℃の範囲の温度にお
いて、オーブン中の重水素雰囲気中で加熱することによ
り、処理できる。
【００２０】Erファイバ及び伝送ファイバの両方の場合
のすべての不活性化条件は、予想される動作条件に依存
する。水素分圧、温度又は動作時間といったシステムパ
ラメータのいずれかの増加は、より積極的な不活性化条
件を、必要とする。
のすべての不活性化条件は、予想される動作条件に依存
する。水素分圧、温度又は動作時間といったシステムパ
ラメータのいずれかの増加は、より積極的な不活性化条
件を、必要とする。
【００２１】II 水素不活性化 図３に示されるように、Ｄ2 不活性化は一般に、Ｈ2 不
活性化より優れている。しかし、上述の不活性化プロセ
スにおいて、Ｈ2 がＤ2 に置き代えられるいくつかの条
件がある。たとえば、Er増幅器ファイバのような短距離
ファイバの場合、ファイバの安定性に基本的な関心があ
り、ファイバ損ではない。そのような場合、Ｈ2 はＤ2
の代りになり、ファイバの長さは不活性化アニール中生
じうる損失増を補うよう、調整できる。同様の条件は、
導波路長が典型的な場合短いプレーナ導波路構造にも、
あてはまる。
活性化より優れている。しかし、上述の不活性化プロセ
スにおいて、Ｈ2 がＤ2 に置き代えられるいくつかの条
件がある。たとえば、Er増幅器ファイバのような短距離
ファイバの場合、ファイバの安定性に基本的な関心があ
り、ファイバ損ではない。そのような場合、Ｈ2 はＤ2
の代りになり、ファイバの長さは不活性化アニール中生
じうる損失増を補うよう、調整できる。同様の条件は、
導波路長が典型的な場合短いプレーナ導波路構造にも、
あてはまる。
【００２２】III 不活性化条件決定のための理論 一般的に、もし反応位置が活性化エネルギーの分布をも
つなら、導波路を不活性化することが、可能である。非
常に反応性である位置から、非常に非反応性である位置
までの範囲の位置が存在するということは、最も反応性
の位置を除去するなら、デバイスのその後の反応性は、
許容レベルまで減せるということを、示唆する。以下の
議論で、ＯＨの形成は、ファイバの信頼性に影響を与え
うる損失の多い欠陥の典型的な例と、考えられるであろ
う。ＯＨの倍音は、シリカファイバの約１．４μｍに中
心があり、システムの波長に影響を与える可能性があ
り、１．４８μｍEr増幅器ポンピング波長にも中心があ
る。反応性の欠陥は、それらを重水素と反応させること
により除去でき、それはシステム波長に振動損を発生さ
せない。場合によっては、わずかな不活性化誘導損が許
容できる限り、ファイバを不活性化させるために、Ｈ2
を用いることが可能である。
つなら、導波路を不活性化することが、可能である。非
常に反応性である位置から、非常に非反応性である位置
までの範囲の位置が存在するということは、最も反応性
の位置を除去するなら、デバイスのその後の反応性は、
許容レベルまで減せるということを、示唆する。以下の
議論で、ＯＨの形成は、ファイバの信頼性に影響を与え
うる損失の多い欠陥の典型的な例と、考えられるであろ
う。ＯＨの倍音は、シリカファイバの約１．４μｍに中
心があり、システムの波長に影響を与える可能性があ
り、１．４８μｍEr増幅器ポンピング波長にも中心があ
る。反応性の欠陥は、それらを重水素と反応させること
により除去でき、それはシステム波長に振動損を発生さ
せない。場合によっては、わずかな不活性化誘導損が許
容できる限り、ファイバを不活性化させるために、Ｈ2
を用いることが可能である。
【００２３】不活性化のための適切な条件をいかに決定
するかを理解するために、最初に特定の活性化エネルギ
ーＥをもつ分布内の欠陥を考える。欠陥位置におけるＨ
2 の反応速度が、エネルギーＥの未反応欠陥の濃度と、
Ｈ2 の濃度に比例すると仮定すると、簡単な解析によ
り、形成されるＯＨの濃度は、次式で与えられる。
するかを理解するために、最初に特定の活性化エネルギ
ーＥをもつ分布内の欠陥を考える。欠陥位置におけるＨ
2 の反応速度が、エネルギーＥの未反応欠陥の濃度と、
Ｈ2 の濃度に比例すると仮定すると、簡単な解析によ
り、形成されるＯＨの濃度は、次式で与えられる。
【００２４】 ＣOH（Ｅ）＝Ｃd.O （Ｅ）〔１−exp(−ｔ／τ（Ｅ））〕 （１） ここで、Ｃd.O （Ｅ）はエネルギーＥの反応位置の最初
の濃度、τ（Ｅ）は特性時定数で、次式で与えられる。
の濃度、τ（Ｅ）は特性時定数で、次式で与えられる。
【００２５】
【数１】 ここで、ｋはボルツマン定数、ν0 は振動周波数の記号
である。ＣH2はppm で表わされたファイバコアにおける
分子状水素濃度である。ＣH2の値は以下の関係で表わさ
れるシリカ中へのＨ2 （又はＤ2 ）の溶解度のデータに
基き、与えられた時間、温度及び水素圧に対して、計算
できる。 ＣH2＝ＰH2ＳH2 （３） ＳH2はシリカ中の分子状水素の溶解度で、重水素に対す
る場合と同様、文献から容易に得られる。ＰH2はファイ
バ周囲の圧力である。
である。ＣH2はppm で表わされたファイバコアにおける
分子状水素濃度である。ＣH2の値は以下の関係で表わさ
れるシリカ中へのＨ2 （又はＤ2 ）の溶解度のデータに
基き、与えられた時間、温度及び水素圧に対して、計算
できる。 ＣH2＝ＰH2ＳH2 （３） ＳH2はシリカ中の分子状水素の溶解度で、重水素に対す
る場合と同様、文献から容易に得られる。ＰH2はファイ
バ周囲の圧力である。
【００２６】異なるＥを有する位置に分布があるから、
任意の時刻におけるＯＨの全濃度は、次式で与えられ
る。
任意の時刻におけるＯＨの全濃度は、次式で与えられ
る。
【００２７】
【数２】 ここで、Ｎd.O （Ｅ）はエネルギーの関数として、反応
位置の濃度を記述する関数で、Ｅd はｋＴln（ＣH2ν
0t) で与えられる“限界”エネルギーである。式（４）
の第２の部分の近似は、非常に高い活性化エネルギーＥ
＞Ｅd を有する欠陥は、反応性が無視でき、ＯＨ増加に
重要な働きをしないことに基く。即ち、高いＥにおい
て、１−exp(−ｔ／τ（Ｅ））の値は、ほぼゼロであ
る。低いＥにおいて、表式１−exp(−ｔ／τ（Ｅ））は
値１に近づく。
位置の濃度を記述する関数で、Ｅd はｋＴln（ＣH2ν
0t) で与えられる“限界”エネルギーである。式（４）
の第２の部分の近似は、非常に高い活性化エネルギーＥ
＞Ｅd を有する欠陥は、反応性が無視でき、ＯＨ増加に
重要な働きをしないことに基く。即ち、高いＥにおい
て、１−exp(−ｔ／τ（Ｅ））の値は、ほぼゼロであ
る。低いＥにおいて、表式１−exp(−ｔ／τ（Ｅ））は
値１に近づく。
【００２８】一般に、関数Ｎd.O （Ｅ）の性質は先験的
には、わからないが、そうであっても、Ｅd （すなわち
ｋＴln（ＣH2ν0t) の値が一定である限り、ＣOHについ
て、同じ値を得るであろう。
には、わからないが、そうであっても、Ｅd （すなわち
ｋＴln（ＣH2ν0t) の値が一定である限り、ＣOHについ
て、同じ値を得るであろう。
【００２９】ファイバを不活性化するためには、すべて
の反応性欠陥、すなわち何らかの臨界値Ｅcritより小さ
なＥを有する欠陥を、あらかじめ反応させたいと思う。
一度Ｅcritを決めたなら、必要な時間、ＣD2及び不活性
化のための温度を、以下の式に基いて、指定すること
が、可能である。
の反応性欠陥、すなわち何らかの臨界値Ｅcritより小さ
なＥを有する欠陥を、あらかじめ反応させたいと思う。
一度Ｅcritを決めたなら、必要な時間、ＣD2及び不活性
化のための温度を、以下の式に基いて、指定すること
が、可能である。
【数３】 ここで、passという添え字は、不活性化に用いるべき条
件をさす。（ｔpassは不活性化反応に必要な時間で、以
下で述べるように、ファイバの外側からコアへＤ2 又は
Ｈ2 が拡散するのに必要な時間をさしているのではな
い。）
件をさす。（ｔpassは不活性化反応に必要な時間で、以
下で述べるように、ファイバの外側からコアへＤ2 又は
Ｈ2 が拡散するのに必要な時間をさしているのではな
い。）
【００３０】Ｅcritを決めるためには、加速試験から得
た実験データに依存しなければならず、その場合、高温
において比較的高いレベルのＨ2 に露出されるファイバ
又は導波路中の、対象とするいくつかの波長における損
失増を通常測定する。ｋＴln（ＣH2ν0t) に対してＣ0H
をプロットすることにより、容易に“マスター”曲線を
作ることができる。Ｃ0H、Ｔ、ＣH2はすべて実験的に測
定されるパラメータである。（ＯＨ損が増す例では、濃
度Ｃ0Hは１．４μｍ付近のＯＨ倍音吸収の増加から、決
定できる。）ν0 の値は、異なる条件（たとえば異なる
温度）で得た実験データが、すべてなめらかな曲線上に
のるように、反復により見い出せる。図４及び５は、そ
れぞれ典型的なEr増幅ファイバ及びアルカリを含むシン
グルモード伝送ファイバについての、加速劣化試験のデ
ータを示す。たとえば、ＣH2に対して、時間の関数とし
て、ＯＨ増を決めるため、及び実験のシステムの特性と
なることであろう温度を決めるために、“マスター”曲
線を使うことができる。時間に対し、ＯＨをプロットす
ることにより、ＯＨの増加により生じるｔcritないしｔ
crit＋ｔsys 間の損失増が、システムの考察から予測さ
れる許容ＯＨ損より小さくなるように、臨界時間ｔcrit
が簡単に見い出せる。Ｅcritの値は、次式で与えられ
る。
た実験データに依存しなければならず、その場合、高温
において比較的高いレベルのＨ2 に露出されるファイバ
又は導波路中の、対象とするいくつかの波長における損
失増を通常測定する。ｋＴln（ＣH2ν0t) に対してＣ0H
をプロットすることにより、容易に“マスター”曲線を
作ることができる。Ｃ0H、Ｔ、ＣH2はすべて実験的に測
定されるパラメータである。（ＯＨ損が増す例では、濃
度Ｃ0Hは１．４μｍ付近のＯＨ倍音吸収の増加から、決
定できる。）ν0 の値は、異なる条件（たとえば異なる
温度）で得た実験データが、すべてなめらかな曲線上に
のるように、反復により見い出せる。図４及び５は、そ
れぞれ典型的なEr増幅ファイバ及びアルカリを含むシン
グルモード伝送ファイバについての、加速劣化試験のデ
ータを示す。たとえば、ＣH2に対して、時間の関数とし
て、ＯＨ増を決めるため、及び実験のシステムの特性と
なることであろう温度を決めるために、“マスター”曲
線を使うことができる。時間に対し、ＯＨをプロットす
ることにより、ＯＨの増加により生じるｔcritないしｔ
crit＋ｔsys 間の損失増が、システムの考察から予測さ
れる許容ＯＨ損より小さくなるように、臨界時間ｔcrit
が簡単に見い出せる。Ｅcritの値は、次式で与えられ
る。
【数４】 以下の式を満す温度、時間及び水素圧の実際的な条件
は、いずれも不活性化に使用できる。
は、いずれも不活性化に使用できる。
【数５】 不活性化に用いられる温度及びＤ2 圧が与えられると、
必要な不活性化時間は、次式で与えられる。
必要な不活性化時間は、次式で与えられる。
【００３１】
【数６】 Ｄ2 分子がファイバコアに拡散するのに十分な時間をと
るために、アニール条件を微調整することが、時々必要
となる。拡散時間は、おおよそ次式で見積ることができ
る。
るために、アニール条件を微調整することが、時々必要
となる。拡散時間は、おおよそ次式で見積ることができ
る。
【数７】 ここで、ａはファイバの半径（標準的な光ファイバで
は、しばしば６２．５μｍ）、ＤD2はシリカ中の重水素
（又は水素）の拡散係数で、よく知られた値である。不
活性化アニールに必要な時間は、次式のようになる。 ｔanneal＝ｔpass＋ｔdiffn （１０） アニールに必要な全時間を決定するより正確な方法は、
式（１１）で示される式を、ｔannealについて、解くこ
とである。しかし、ほとんどの実際的な用途では、式
（１０）は解くことが幾分容易になり、アニーリング時
間の適切な見積りは、次式で行える。
は、しばしば６２．５μｍ）、ＤD2はシリカ中の重水素
（又は水素）の拡散係数で、よく知られた値である。不
活性化アニールに必要な時間は、次式のようになる。 ｔanneal＝ｔpass＋ｔdiffn （１０） アニールに必要な全時間を決定するより正確な方法は、
式（１１）で示される式を、ｔannealについて、解くこ
とである。しかし、ほとんどの実際的な用途では、式
（１０）は解くことが幾分容易になり、アニーリング時
間の適切な見積りは、次式で行える。
【００３２】
【数８】 先に議論したように、不活性化に用いられる最高温度
は、しばしばファイバのポリマ被覆の熱劣化により、予
測されるが、実際的な最大のＣH2は、不活性化アニール
中、ファイバ又は導波路を保持するために用いる容器で
扱える圧力によって、制限されるであろう。
は、しばしばファイバのポリマ被覆の熱劣化により、予
測されるが、実際的な最大のＣH2は、不活性化アニール
中、ファイバ又は導波路を保持するために用いる容器で
扱える圧力によって、制限されるであろう。
【００３３】これらの原理の応用は、以下の例を考察す
ることによって、理解できる。
ることによって、理解できる。
【００３４】〔実施例１〕 Erドープファイバ Erドープファイバの場合について、図４はｋＴln（ν0
ＣH2ｔ）に対し、倍音ピーク（１．４２μｍ）における
ＯＨ損増加を、プロットしたものである。ν0の値は、
５×１０9 hr-1と決められた。７５℃、０．０１気圧Ｈ
2 、２５年という仮定したシステム条件に対し、２０ｍ
ファイバ長に対し、０．１dBの許容１．５５μｍ損失増
を仮定すると、Ｅcritの値は、約１．０７eVに決る。も
し不活性化温度を１２５℃に選び、不活性化を１気圧の
Ｄ2 中で行うとすると、必要な時間（ｔpass）は約７．
５日と計算される。この温度における拡散時間ｔdiffn
は、比較的短く、約２時間である。従って、全アニール
時間は、約７．６日である。
ＣH2ｔ）に対し、倍音ピーク（１．４２μｍ）における
ＯＨ損増加を、プロットしたものである。ν0の値は、
５×１０9 hr-1と決められた。７５℃、０．０１気圧Ｈ
2 、２５年という仮定したシステム条件に対し、２０ｍ
ファイバ長に対し、０．１dBの許容１．５５μｍ損失増
を仮定すると、Ｅcritの値は、約１．０７eVに決る。も
し不活性化温度を１２５℃に選び、不活性化を１気圧の
Ｄ2 中で行うとすると、必要な時間（ｔpass）は約７．
５日と計算される。この温度における拡散時間ｔdiffn
は、比較的短く、約２時間である。従って、全アニール
時間は、約７．６日である。
【００３５】式（８）で示されるように、不活性化時間
は、不活性化圧力を増すことにより減すことができ、た
とえば１０気圧では０．７６日で、ｔdiffn は不変であ
るから、全アニール時間は約０．８６日である。
は、不活性化圧力を増すことにより減すことができ、た
とえば１０気圧では０．７６日で、ｔdiffn は不変であ
るから、全アニール時間は約０．８６日である。
【００３６】２０ｍファイバ長に対する許容１．５５μ
ｍ損失増が０．１dBで、４０℃、Ｐ H2＝０．００１気
圧、２５年間動作するシステムの場合、Ｅcritの値は
０．７６eVであることが、わかった。（これはシステム
条件の厳しさがゆるいため、上の値１．０７eVより低
い。）やはり、式（７）が満されるように、条件を選ぶ
ことが、可能である。６０℃のアニール温度、１気圧Ｄ
2 の不活性化圧力の場合、必要な不活性化時間ｔ
passは、０．８時間である。しかし、拡散時間ｔdiffn
は、著しく長く、式（１０）を用いて見積られた値は約
２０時間で、ｔannealは約２１時間となる。式（１１）
を用いたｔannealのより正確な見積りにより、１４時間
のアニールが得られる。
ｍ損失増が０．１dBで、４０℃、Ｐ H2＝０．００１気
圧、２５年間動作するシステムの場合、Ｅcritの値は
０．７６eVであることが、わかった。（これはシステム
条件の厳しさがゆるいため、上の値１．０７eVより低
い。）やはり、式（７）が満されるように、条件を選ぶ
ことが、可能である。６０℃のアニール温度、１気圧Ｄ
2 の不活性化圧力の場合、必要な不活性化時間ｔ
passは、０．８時間である。しかし、拡散時間ｔdiffn
は、著しく長く、式（１０）を用いて見積られた値は約
２０時間で、ｔannealは約２１時間となる。式（１１）
を用いたｔannealのより正確な見積りにより、１４時間
のアニールが得られる。
【００３７】式（８）で示唆されるように、不活性化の
ための重水素圧力を、１０分の１下げ、０．１気圧とす
ると、不活性化反応時間は１０倍増加し、８時間とな
る。式（１０）により見積られる拡散時間は不変である
から、２８時間というアニール時間が得られる。
ための重水素圧力を、１０分の１下げ、０．１気圧とす
ると、不活性化反応時間は１０倍増加し、８時間とな
る。式（１０）により見積られる拡散時間は不変である
から、２８時間というアニール時間が得られる。
【００３８】 〔実施例２〕 アルカリを含む伝送ファイバ 図５はコアは約３％のGeO2を含み、P2O5及びＦをドープ
したクラッドを有するアルカリを含むシングルモードフ
ァイバについての、マスター曲線を示す。ν0の値は、
この型のファイバの場合１０8 hr-1である。４０℃、
０．００１気圧Ｈ2 及びシステム寿命２５年で、１．５
５μｍにおける許容損失増が０．００２dB／kmのシステ
ム条件の場合、Ｅcritの必要な値は、０．８５eVであ
る。もし、不活性化を８５℃において、１気圧のＤ2 中
で行うなら、反応に必要な時間ｔpassは６．６日であ
る。拡散時間ｔdiffn は７．５時間であるから、全アニ
ール時間約７日が得られる。
したクラッドを有するアルカリを含むシングルモードフ
ァイバについての、マスター曲線を示す。ν0の値は、
この型のファイバの場合１０8 hr-1である。４０℃、
０．００１気圧Ｈ2 及びシステム寿命２５年で、１．５
５μｍにおける許容損失増が０．００２dB／kmのシステ
ム条件の場合、Ｅcritの必要な値は、０．８５eVであ
る。もし、不活性化を８５℃において、１気圧のＤ2 中
で行うなら、反応に必要な時間ｔpassは６．６日であ
る。拡散時間ｔdiffn は７．５時間であるから、全アニ
ール時間約７日が得られる。
【００３９】２５℃、０．００１気圧、システム寿命２
５年、１．５５μｍにおける許容損失増０．００２dB／
kmのシステム条件の場合、Ｅcritの必要な値は、０．８
０８eVである。もし、不活性化を６５℃の温度におい
て、１気圧のＤ2 中で行うなら、反応に必要な時間ｔ
passは６．２日である。拡散時間ｔdiffn は１６時間
で、約７日の全アニール時間となる。
５年、１．５５μｍにおける許容損失増０．００２dB／
kmのシステム条件の場合、Ｅcritの必要な値は、０．８
０８eVである。もし、不活性化を６５℃の温度におい
て、１気圧のＤ2 中で行うなら、反応に必要な時間ｔ
passは６．２日である。拡散時間ｔdiffn は１６時間
で、約７日の全アニール時間となる。
【図１】水素誘導損失増加に対して、ガラス光ファイバ
を不活性化する好ましい方法の工程をブロックダイヤグ
ラムで示す図である。
を不活性化する好ましい方法の工程をブロックダイヤグ
ラムで示す図である。
【図２】不活性化されたガラス光ファイバの概略図であ
る。
る。
【図３】重水素不活性化導波路の吸収スペクトルを、水
素不活性化導波路と比較するグラフを概略的に示す図で
ある。
素不活性化導波路と比較するグラフを概略的に示す図で
ある。
【図４】本発明の理論を理解するのに有用なグラフのプ
ロットを示す図である。
ロットを示す図である。
【図５】本発明の理論を理解するのに有用なグラフのプ
ロットを示す図である。
ロットを示す図である。
１１ 端部 １２ ガラスファイバ １３ コア領域 １４ クラッド領域 １５ ファイバ １６ ポリマ被覆 １７ 基本（内部）被覆 １８ 二次（外部）被覆
フロントページの続き (72)発明者 ケネス リー ウォーカー アメリカ合衆国 07974 ニュージャーシ ィ，ニュープロヴィデンス，セントラル アヴェニュー 1003
Claims (10)
- 【請求項１】 ガラス光導波路を形成する工程；及び導
波路を水素を含む雰囲気中で使用する前に、水素誘導損
を減すために、前記導波路を、１０気圧かそれ以下の分
圧の重水素を含む重水素含有雰囲気中に置き、５０℃な
いし２００℃の範囲の温度に加熱することにより、前記
導波路を不活性化する工程を含む水素含有雰囲気中で使
用するためのガラス光導波路作製方法。 - 【請求項２】 前記重水素含有雰囲気は、大気圧の重水
素を含み、前記加熱は少くとも１２時間行う請求項１記
載の方法。 - 【請求項３】 前記重水素含有雰囲気は、１気圧をこえ
る分圧の重水素を含み、前記加熱は１２時間以内の時間
行われる請求項１記載の方法。 - 【請求項４】 前記導波路は、前記水素含有雰囲気中に
おいて、２５年間で２０ｍ長のファイバの１．５５μｍ
波長における損失変化が、０．１dBより小さくなるよう
な、時間及び重水素分圧で、重水素中において加熱され
る請求項１記載の方法。 - 【請求項５】 前記２０ｍ長のファイバは、１．５５μ
ｍの波長において、０．０４dB以下の損失変化しか起さ
ない請求項４記載の方法。 - 【請求項６】 前記導波路はGeO2ドープシリカ光ファイ
バである請求項１、２、３、４又は５記載の方法。 - 【請求項７】 前記加熱温度は１４０℃かそれ以下であ
る請求項１、２、３、４又は５記載の方法。 - 【請求項８】 導波路エルビウム増幅器を形成する工
程；及び前記増幅器を水素含有雰囲気中で使用する前
に、使用中の水素誘導損を減すために、前記増幅器を重
水素又は水素を含む雰囲気中に置き、５０℃ないし２０
０℃の範囲の温度に加熱することにより、不活性化する
工程を含む水素含有雰囲気中で使用するためのガラス光
導波路エルビウム増幅器の作製方法。 - 【請求項９】 前記導波路エルビウム増幅器は、GeO2、
Al2O3 及びエルビウムをドープしたシリカコアを有する
光ファイバを含む請求項８記載の方法。 - 【請求項１０】 前記導波路は、１キロメートル長のフ
ァイバが、２５年間に、前記水素含有雰囲気中で、１．
５５μｍ波長における損失変化が０．００２dB以下とな
るような時間及び重水素分圧において、重水素中で加熱
される請求項１記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US21703994A | 1994-03-24 | 1994-03-24 | |
| US217039 | 1994-03-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07277770A true JPH07277770A (ja) | 1995-10-24 |
Family
ID=22809441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7065409A Withdrawn JPH07277770A (ja) | 1994-03-24 | 1995-03-24 | 水素誘導損の増加に対し、不活性化されたガラス光導波路 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0673895A3 (ja) |
| JP (1) | JPH07277770A (ja) |
| KR (1) | KR950033540A (ja) |
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| JP2003026438A (ja) * | 2001-06-26 | 2003-01-29 | Fitel Usa Corp | 改善した酸素化学量論比およびジュウテリウム曝露を用いた光ファイバ製造方法および装置 |
| JP2004131324A (ja) * | 2002-10-09 | 2004-04-30 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光ファイバの製造方法 |
| US6856739B2 (en) | 2001-11-07 | 2005-02-15 | Jds Uniphase Corporation | Optical fiber for resisting hydrogen-induced loss |
| WO2005040872A1 (ja) * | 2003-10-28 | 2005-05-06 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | 光ファイバ処理装置、処理方法及び光ファイバ |
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| US8020411B2 (en) | 2001-07-30 | 2011-09-20 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Method of manufacturing single mode optical fiber |
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| US6518078B2 (en) * | 1998-09-21 | 2003-02-11 | California Institute Of Technology | Articles useful as optical waveguides and method for manufacturing same |
| WO2002035265A2 (en) * | 2000-10-20 | 2002-05-02 | Corning Incorporated | Using deuterated source gases to fabricate low loss germanium-doped silicon oxy nitride (gestion-sion) |
| CN1212989C (zh) * | 2000-12-05 | 2005-08-03 | 住友电气工业株式会社 | 光纤的制造方法 |
| JP2002258090A (ja) * | 2001-02-27 | 2002-09-11 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 低損失光ファイバ |
| CN100357770C (zh) * | 2001-07-30 | 2007-12-26 | 古河电气工业株式会社 | 单模光纤、单模光纤的制造方法和用于制造单模光纤的设备 |
| DE60224218T2 (de) | 2001-08-30 | 2008-12-04 | Hamamatsu Photonics K.K., Hamamatsu | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von flüssigkeitströpfchen aus einer mischflüssigkeit |
| US20040057692A1 (en) | 2002-08-28 | 2004-03-25 | Ball Laura J. | Low loss optical fiber and method for making same |
| JP4112935B2 (ja) | 2002-09-30 | 2008-07-02 | 浜松ホトニクス株式会社 | 混合液の液滴形成方法及び液滴形成装置、並びにインクジェット印刷方法及び装置 |
| JP2007504080A (ja) | 2003-08-29 | 2007-03-01 | コーニング インコーポレイテッド | アルカリ金属酸化物を含有する光ファイバおよびその製造方法と装置 |
| JP4302591B2 (ja) | 2004-08-20 | 2009-07-29 | 浜松ホトニクス株式会社 | 液滴形成条件決定方法、液滴の体積計測方法、粒子数計測方法、及び液滴形成装置 |
| CN101583891A (zh) | 2005-11-23 | 2009-11-18 | 康宁股份有限公司 | 低衰减非零色散位移光纤 |
| US8445059B2 (en) | 2008-02-26 | 2013-05-21 | Ofs Fitel, Llc | Accelerated aging of phosphorus-doped optical fibers |
| EP2584340A1 (en) * | 2011-10-20 | 2013-04-24 | Draka Comteq BV | Hydrogen sensing fiber and hydrogen sensor |
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| DE3504012A1 (de) * | 1984-02-06 | 1985-08-08 | Friedemann Prof. Dr. Tempe Ariz. Freund | Verfahren zum behandeln von lichtleitern und mit diesem verfahren erhaeltlicher lichtleiter |
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1995
- 1995-03-16 EP EP95301749A patent/EP0673895A3/en not_active Withdrawn
- 1995-03-24 JP JP7065409A patent/JPH07277770A/ja not_active Withdrawn
- 1995-03-24 KR KR1019950006801A patent/KR950033540A/ko not_active Application Discontinuation
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