JPH08254601A - 光を伝送するための光学的構成要素 - Google Patents

光を伝送するための光学的構成要素

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JPH08254601A
JPH08254601A JP8033689A JP3368996A JPH08254601A JP H08254601 A JPH08254601 A JP H08254601A JP 8033689 A JP8033689 A JP 8033689A JP 3368996 A JP3368996 A JP 3368996A JP H08254601 A JPH08254601 A JP H08254601A
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core
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ファービアーン ハインツ
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 石英ガラスを有する円筒形コアガラスおよび
コアガラスを同軸に取り囲むクラッドガラスを備え、ク
ラッドガラスが石英ガラスおよび石英ガラスの屈折率を
下げるドーパントを含有する、光を伝送するための光学
的構成要素を提供する。 【解決手段】 クラッドガラスが１０００〜２５００℃
の線引き温度においてコアに対する引っ張り強さを減少
するための粘度増加補剛剤を含有するかまたは石英ガラ
スの粘度を下げるための緩和剤を、コアガラス中に存在
するよりも低い濃度で含有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光を伝送するため
の光学的構成要素に関し、該要素は石英ガラスを含有す
るコアガラスからなる円筒形コアおよびコアガラスを同
軸に取り囲むクラッドガラスを備え、クラッドガラスは
石英ガラスからなりかつ石英ガラスの屈折率を下げるド
ーパントを含有する。
【０００２】
【従来の技術】このタイプの光学的構成要素は、光導波
路または光導波路を製造するためのプリフォームであっ
てもよい。未ドーピングコアを有する石英ガラスの光導
波路が低い減衰値を有しうることは公知である。“ファ
イバ アンド インテグレーテッド オプチクス（Ｆｉ
ｂｅｒ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｏｐｔｉｃ
ｓ）”７巻、４７〜５６ページにおける田中（Ｇｏｕｔ
ａｒｏ Ｔａｎａｋａ）等による発表文中に、純粋な未
ドーピング石英ガラスのコアおよびフッ素ドーピングさ
れた石英ガラスのクラッドを有するいわゆる“単一モー
ド”フアイバーが例として記載されている。０．１６ｄ
Ｂ／Ｋｍより小さい減衰値が、光の波長１．５μｍでフ
ァイバー中に測定された。このタイプの光導波路の理論
的最低減衰は、この測定値よりもなお僅かに低い。しか
し、これらの低い理論的減衰値にもかかわらず、純粋な
石英ガラスコアを有する単一モードフアイバーは、商業
的成功を収めなかった；しかしゲルマニウムドーピング
されたコアを有するこれらフアイバーは商業的成功を収
めた。これの１つの理由は、純粋な石英ガラスコアおよ
びドーピングされたクラッドを有するプリフォームから
フアイバーを線引きするのが困難なことにある。フアイ
バーを線引きする間、約２０００℃の温度が通常使用さ
れる。これらの温度においては、フッ素ドーピングされ
たクラッドガラスの粘度は純粋な石英ガラスのコアガラ
スの粘度よりも低い。従って、線引き速度および線引き
温度のような線引きパラメーターは、慎重に互いに調整
し、維持しなければならない。そのため、これらファイ
バーの線引きは比較的高価である・さらに、線引き力
は、第一に“硬質”コアガラスにより吸収され、そのた
めコアガラスが引っ張り応力下に置かれる。引っ張り応
力は、光の散乱の増加およびそのため光の減衰の増加を
もたらすことが判明した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、非常
に低い減衰値を有する光学的構成要素を提供することで
ある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
り、クラッドガラスも粘度増加補剛剤を含有しおよび／
またはクラッドガラスが石英ガラスの粘度を、コアガラ
ス中に存在するよりも小さい濃度に下げるための緩和剤
を含有する場合に達成される。
【０００５】光学的構成要素は、プリフォームであるか
またはプリフォームから線引きされた光導波路であって
もよい。クラッドガラスは、屈折率を減少するドーパン
トでドーピングされている。ドーパントは通例、ことに
プリフォームから光導波路を線引きするために要求され
る温度において、クラッドガラスの粘度の減少をもたら
す。
【０００６】本発明の第一の実施形においては、クラッ
ドガラスは所望のドーパントだけでなく、粘度増加補剛
剤でドーピングされている。クラッドガラス中の補剛剤
の濃度が高ければ高いほど、光導波路の線引きの間クラ
ッドガラスの粘度はますます高くなる。補剛剤の濃度の
適当な選択によって、これらの温度におけるクラッドガ
ラスの粘度を、線引き工程がコアガラス中に小さい引っ
張り応力を惹起するかまたは全く惹起しないように調節
することが可能である。その結果として、プリフォーム
または光導波路のコアは純粋な石英ガラスを含有するこ
とができる。
【０００７】本発明の第二の実施形においては、クラッ
ドガラスおよびコアガラスの双方が緩和剤でドーピング
されている。緩和剤は、通常の線引き温度において、石
英ガラスの粘度を減少する効果を有する。同時に、石英
ガラスの屈折率を増加する効果も有しうる。緩和剤はコ
アガラス中に存在するので、石英ガラス中での光の散乱
およびそのため光の減衰に対しては効果を有しないかま
たは無視しうる効果を有するにすぎない。この点で、コ
アの石英ガラス中での緩和剤の濃度は、できるだけ低く
保つべきである。他面において、クラッドガラスの粘度
とコアガラスの粘度との間の相違は、それらが含有する
緩和剤の濃度間の相違に依存するので、緩和剤の濃度の
相違が大きければ大きいほど、光導波路を線引きする間
の粘度の相違はますます大きくなる。クラッドガラス中
の緩和剤の濃度は、非常に低いかまたはゼロであっても
よい。クラッドガラス中では、たとえば、粘度は付加的
ドーパントによって調節することもできる。決定的なフ
ァクターは、緩和剤濃度間の相違の適当な選択により、
線引き温度におけるコアおよびクラッドガラスの粘度
を、線引き工程がコアガラス中に引っ張り応力を少し惹
起するかまたは全く惹起しないように調節すべきであ
る。 その結果として、プリフォームまたは光導波路の
コアは、緩和剤を除き、完全に純粋な石英ガラスを含有
しうる。
【０００８】本発明の第三の実施形においては、第一の
実施形のように、クラッドガラスはドーパントだけでは
なく、粘度増加補剛剤でドーピングされていて、第二の
実施形のように、クラッドガラスおよびコアガラスも緩
和剤でドーピングされている。コアおよびクラッドの粘
度の均等化に関し二つの測定量は互いに補足し、かつそ
れぞれが互いに独立にコアガラスにおける圧縮応力の誘
引に寄与する。コアガラスおよびクラッドガラスに共通
の結合面を有する必要はなく；主要点は、コアガラスを
フアイバーを線引きする間圧縮応力下に置くことであ
る。これは、クラッドガラスとコアガラスの間に付加的
ガラス層が存在するときでも確保することができる。
【０００９】ドーパントとしてフッ素および／またはホ
ウ素を含有する成分は、とくに良好な結果を与えること
が判明した。フッ素は、通常アニオンの形で存在し、ホ
ウ素は酸化ホウ素として存在する。フッ素でのドーピン
グおよびホウ素でのドーピングの双方は、ドーピングさ
れた石英ガラスの粘度をたとえば１０００〜２５００℃
の温度範囲内の純粋な石英ガラスの粘度以下に減少す
る。さらに、フッ素およびホウ素は双方共、石英ガラス
の屈折率を低下する。従って、ホウ素および／またはフ
ッ素でドーピングされたクラッドガラスは純粋な石英ガ
ラスのコアを有する光導波路用のプリフォームの製造に
適当である。引用されたドーパントにより惹起されたク
ラッドガラスの粘度の減少は、補剛剤の添加によって低
下または補償することができる。
【００１０】アルミニウムおよび／または窒素は、補剛
剤として殊に信頼できることが判明した。アルミニウム
はクラッドガラス中に酸化アルミニウムとして存在し；
窒素はアニオン形で存在する。引用された補剛剤は、ク
ラッドガラスの光学的性質には僅かな効果しか有しな
い。アルミニウムおよび窒素の両方は、純粋な石英ガラ
スの屈折率と比較して、屈折率を僅かに変えるにすぎな
い。
【００１１】緩和剤が塩素を含有する成分が有利である
ことも判明した。塩素は、石英ガラス中にアニオン形で
存在する。塩素は、たとえば１０００〜２５００℃の温
度範囲内で石英ガラスの粘度の減少を生じる。塩素での
ドーピングは、石英ガラスの光学的性質に対して僅かな
効果しか有しない。塩素は、光導波路用プリフォームの
製造の間乾燥剤として使用され、従って通常プリフォー
ムおよびそれから製造される光導波路中に、小濃度であ
るが、存在する。最高３０００ｐｐｍまでのコアガラス
中の塩素濃度が、有効であることが判明した。クラッド
ガラス中の塩素濃度については、コアガラス中の塩素濃
度の５０％より少ないのが有利である。クラッドのドー
ピングによってもたらされる純粋な石英ガラスの粘度以
下の粘度の減少は、コアガラスおよびクラッドガラス中
の塩素濃度の相違を調整することにより減少または完全
に補償することができる。従って、コアガラスを実質的
に引っ張り応力なしに保つかまたはむしろその中に圧縮
応力を惹起することが可能である。
【００１２】クラッドガラスが内側層および外側層を有
し、内側層が屈折率を低下しうるドーパントでドーピン
グされ、外側層が粘度を増加する補剛剤を含有する光学
的構成要素が好ましい。このような要素を光導波路を線
引きするためのプリフォームとして使用する場合、外側
層の粘度の増加は、ファイバーを線引きする間に生じる
引っ張り力をこの層により完全にまたは部分的に吸収す
るのを確保する。その結果として、ファイバーを線引き
する間コアを実質的に引っ張り力なしに保つことが可能
である。従って、このタイプのプリフォームから線引き
された光導波路中でコアは、フアイバーの線引きの間そ
れに働く引っ張り力に帰因する引っ張り応力を実質的に
有しない。内側層は、比較的低い粘度を有することがで
きる。内側層には補剛剤を含有することは必要でない。
たとえば、構成要素のコアは、純粋な石英ガラスからな
り；隣接するクラッドの内側層は、フッ素および／また
はホウ素のような屈折率低下剤を含有し；それに続くク
ラッドの外側層は、石英ガラスに加えて、アルミニウム
および／または窒素のような補剛剤を含有しうる。
【００１３】円筒形クラッドの表面がクラッドガラスを
軸方向に取り囲む外装ガラスにより形成されており、こ
の外装ガラスの熱膨張係数が１０００〜２５００℃の温
度範囲内でクラッドガラスよりも小さい光構成要素は、
殊に有利であることが判明した。近表面層中の圧縮応力
が、強さを増進することは公知である。構成要素の表面
に圧縮応力を形成するために、外装ガラスはチタンドー
ピングされた石英ガラスからなることができる。
【００１４】
【実施例】図１において、ファイバー１は、コア２、コ
アを軸方向に取り囲みかつコアと共通の結合面を有する
クラッド３、および光導波路１の表面を形成する外装ガ
ラスからなる。
【００１５】コア２の直径は約８μｍであり；クラッド
３の外径は約１２５μｍであり；外装層４は厚さ約２μ
ｍである。
【００１６】コア２は純粋な石英ガラスからなり、ガラ
ス中には通常の不純物がｐｐｍ範囲で存在しかつ０．１
ｐｐｍ以下のＯＨ含有量を有する。フッ素ドーピングさ
れた石英ガラスは、クラッドガラス３として使用され
る。フッ素によるドーピングは、コアガラスの屈折率に
関し５×１０-3の屈折率の減少をもたらし、これは約１
５００ｐｐｍのフッ素濃度に一致する。さらに、クラッ
ドガラスも酸化アルミニウムを１０ｐｐｍの濃度で含有
する。外装層４は、チタン約５ｐｐｍでドーピングされ
た石英ガラスからなる。
【００１７】コア２には純粋な石英ガラスが使用される
ので、単一モードファイバー１中に最も低い減衰値を達
成することが可能である。光導波路特性を達成するため
に必要な、コアガラスの屈折率に関する屈折率の低下
は、クラッド３をフッ素でドーピングすることによって
達成される。アルミニウムによるクラッド３のドーピン
グは、コア２およびクラッド３の屈折率の間の相違に対
して僅かな効果しか有しない。これとは異なり、アルミ
ニウムによるドーピングは、フッ素だけでドーピングし
たクラッドガラスに対し、１０００〜２５００℃の温度
範囲内でクラッドガラスの粘度に顕著な増加をもたら
す。従って、アルミニウムによるドーピングは、フッ素
ドーピングされたクラッドガラスの粘度を増加すること
が可能である。従って、光導波路１を線引きする場合、
線引き力は主としてクラッド３により吸収される。その
結果コア２は、導波路が冷却する場合圧縮応力下に置か
れる。引っ張り応力とは異なり、圧縮応力はコアガラス
の光学的性質に減損を惹起しない。外装ガラス４は、表
面の範囲に圧縮応力層を形成するように配慮されてい
る。チタンドーピングされた石英ガラスの熱膨張係数は
クラッドガラスの熱膨張係数よりも小さく、その結果冷
却する間外装ガラス４は、クラッド３による圧縮応力下
に置かれ、大きい収縮を受ける。
【００１８】図１に示した単一モード光導波路により、
約１．５μｍの光導波路において０。１８ｄＢ／ｋｍよ
り小さい減衰値を達成することができる。
【００１９】単一モードファイバーの他の実施形（図示
せず）において、コア、クラッドおよび外装層の幾何学
的寸法は、最初の例示的実施形の図１に基づき上記に既
述したものと同じである。しかし、この例示的実施形に
おいては、単一モードファイバーのコアガラスは塩素２
０００ｐｐｍでドーピングされた石英ガラスからなる。
その他の点では、コアガラスは他のドーピング元素を含
有していない。コアガラスを取り囲むクラッドは、フッ
素ドーピングされた石英ガラスからなる。フッ素でのド
ーピングはコアガラスに関し５×１０-3の屈折率の減少
をもたらす。さらに、クラッドガラスも塩素約２００ｐ
ｐｍでドーピングされている。
【００２０】コアガラスの比較的高い塩素ドーピング
は、コアガラスの粘度を、純粋な石英ガラスの粘度以下
およびクラッドガラスの粘度以下に低下する効果を有す
る。粘度は、ファイバーを線引きする場合、引っ張り力
が主としてより堅いクラッドガラスによって吸収される
ような程度に減少し、その結果コアガラスは冷却する間
圧縮応力下に置かれる。
【００２１】単一モードファイバー用プリフォーム５を
示す図２において、コアガラス６は、内側クラッド層７
および外側クラッド層８によって取り囲まれている。コ
アガラス６は未ドーピング石英ガラスからなる。内側ク
ラッド層７は、屈折率を下げるためフッ素でドーピング
された石英ガラスからなる。外側クラッド層８は石英ガ
ラスからなり、粘度を増加する補剛剤として酸化アルミ
ニウムを含有する。外側クラッド層８は、フッ素を含有
してもよいし、しなくてもよい。内側クラッド層７は、
２０００℃のファイバー線引き温度において比較的低い
粘度を有し；コアガラスおよび殊に外側クラッド層８は
比較的高い粘度を有する。光導波路をプリフォーム５か
ら線引きする場合、外側層８の高い粘度は、ファイバー
の線引きの間に発生する引っ張り力をこの層８により完
全にまたは大部分吸収されることを保証する。外側クラ
ッド層８の断面積もこれに寄与し、断面積は、プリフォ
ーム５の長手軸の方向にみて、コアガラスの断面積より
も遥かに大きい。従って、コアガラス６を、ファイバー
の線引きの間実質的に引っ張り力を有しないようにする
ことが可能である。従って、プリフォーム５から線引き
された単一モードファイバーの場合、コアは、ファイバ
ーの線引きの間それに働く引っ張り力に帰因する引っ張
り応力を実質的に有しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】単一モードファイバーの概略断面図
【図２】単一モードファイバー用プリフォームの断面図
【符号の説明】
１ ファイバー ２ コア ３ クラッド ４ 外装層 ５ プリフォーム ６ コアガラス ７ 内側クラッド層 ８ 外側クラッド層

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 石英ガラスからなる円筒状コア、該円筒
    状コアを同軸に取り囲み、コアの屈折率に比しての屈折
    率を下げるドーパントを有する石英ガラスからなるクラ
    ッド、および１０００〜２５００℃の線引き温度におい
    てクラッドの粘度に比してコアの粘度を減少する手段を
    包含する、光を伝送するための光学的構成要素。
  2. 【請求項２】 クラッドがさらに、クラッドの粘度に比
    してコアの粘度を減少する手段として補剛剤を含有す
    る、請求項１記載の光学的構成要素。
  3. 【請求項３】 補剛剤がアルミニウムおよび窒素のすく
    なくとも１つを含有する、請求項２記載の光学的構成要
    素。
  4. 【請求項４】 コアがさらに、クラッドの粘度に比して
    コアの粘度を減少する手段として緩和剤を含有する、請
    求項１記載の光学的構成要素。
  5. 【請求項５】 クラッドがさらに緩和剤を含有し、クラ
    ッド中の緩和剤の濃度がコア中の緩和剤の濃度よりも小
    さい、請求項４記載の光学的構成要素。
  6. 【請求項６】 コア中の緩和剤の濃度が３０００ｐｐｍ
    よりも大きくなく、クラッド中の緩和剤の濃度がコア中
    の濃度の５０％よりも小さい、請求項５記載の光学的構
    成要素。
  7. 【請求項７】 緩和剤が塩素を含有する、請求項4記載
    の光学的構成要素。
  8. 【請求項８】 ドーパントがフッ素およびホウ素のすく
    なくとも１つを含有する、請求項１記載の光学的構成要
    素。
  9. 【請求項９】 クラッドが内側クラッドと外側クラッド
    からなり、内側クラッドがドーパントを含有し、外側ク
    ラッドが、クラッドの粘度に比してコアの粘度を減少す
    る手段として補剛材を含有する、請求項１記載の光学的
    構成要素。
  10. 【請求項１０】 クラッドを同軸に取り囲む外装を有
    し、外装は１０００〜２５００℃の範囲内の温度におい
    てクラッドの膨張係数よりも小さい膨張係数を有する、
    請求項１記載の光学的構成要素。
JP8033689A 1995-02-21 1996-02-21 光を伝送するための光学的構成要素 Pending JPH08254601A (ja)

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DE19505929.8 1995-02-21
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