JPH0990145A - 希土類元素添加マルチコア光ファイバの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 マルチコア母材の製造歩留りが高く、マルチ
コア光ファイバの励起が効率的になり、損失の少ない希
土類元素添加マルチコア光ファイバの製造方法。 【解決手段】 本発明による希土類元素添加マルチコア
光ファイバの製造方法は、気相軸付け法によって製造し
た多孔質ガラス母材を希土類元素化合物を含む溶液に浸
したのちに乾燥させ、次に該溶液の溶媒に浸す工程と乾
燥する工程を１回以上繰り返して行ない、ついでこれを
焼結して得られるコアガラス母材上に所定量のクラッド
ガラスを形成し、このクラッドガラス付きコア母材の複
数本を束ねて、これを石英管内に挿入し、加熱合体して
光ファイバ母材を製造し、この光ファイバ母材を加熱延
伸し線引きすることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は希土類元素添加マル
チコア光ファイバの製造方法、特には光通信の分野にお
いて利用される希土類元素添加マルチコア光ファイバの
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、コアが希土類元素を含有するガラ
スにより構成されている励起用光ファイバが光通信シス
テムの一部品として利用されている。光通信システムに
おいて、長距離伝送によって減衰した光信号の増幅は、
光信号を一旦電気信号に変換して電気的増幅をしたの
ち、再度光信号に変換する方法が実施されている。しか
しながら、このような方法では、高速性が求められる大
容量通信の中継には制限が有るうえ、システムが複雑に
なるといった問題点が有り、最近では光信号を電気信号
に変換することなく直接光信号を増幅することが出来る
光増幅器が利用されつつある。

【０００３】この、光増幅器はコアにＥｒ、Ｎｄ、Ｐｒ
などの希土類元素を添加したもので、これは前記励起用
光ファイバに入射された励起光で活性元素が励起され、
その誘導放出によりそこを通過する信号光を直接増幅す
るものであり、近年その光増幅器の研究が活発化してい
る。光増幅器の主要構成部品としては、図７に示すよう
に、励起用光ファイバ11の他に、希土類元素を励起する
ための励起光源12、励起光源を駆動するための電源回
路、励起光源からの励起光13と信号光14を励起用光ファ
イバ11に入射させるための光合波器15、励起光13または
信号光14の反射光を除去するための光アイソレータ16、
17、増幅された信号光の中に含まれる励起光を除去する
ための光バンドパスフィルタ18などがあるが、このもの
は波長1.55μｍ帯の信号光14をＥｒを添加した励起用光
ファイバ11のコア内を伝搬させると共に、光合波器15を
介して波長1.48μｍまたは0.98μｍの励起光源12を駆動
して励起光13を励起用光ファイバ11に伝搬させることに
より、信号光14を数百倍から一万倍程度に増幅して信号
光19を得るようにされている。

【０００４】また、これについては高速伝送ために、１
本のファイバ中に複数の波長の信号を送る波長多重伝送
方式が検討されているが、波長多重伝送方式に用いられ
る光増幅器は、増幅の波長特性が小さいものが求められ
ていることから、これにはコアにＡｌ、Ｐ、Ｂ等の元素
を添加して波長依存性を小さくしたり、損失の波長依存
性のあるフィルターを増幅器の系内に挿入し、波長依存
性を補正する方法が検討されている。なお、一本のファ
イバ中に複数本のコアを持つマルチコアファイバは、帯
域特性が非常に小さいことから注目されており、このマ
ルチコアファイバの製造法としては、希土類元素を添加
したコア部と所定の量のクラッド部を有するコア母材を
複数本、クラッド管に入れ加熱合体させるジャケッティ
ング法により光ファイバ母材を作り、これを加熱延伸
し、線引きする方法が用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このコア母材の製造法
としては、気相軸付け法により多孔質母材を作製し、加
熱して所定の密度に調整し、希土類元素を溶解した溶液
中に浸すことによりコア多孔質母材に希土類元素を添加
し、乾燥させ焼結させる方法が従来用いられているが、
密度調整した多孔質母材を希土類元素添加溶液に浸す
際、表面に多くの希土類元素がトラップされ、得られた
コア母材の表面の希土類元素濃度が高く、結晶化し易か
った（図５参照）。そのため、ジャケッティングにおい
て、コア母材とクラッド管を加熱合体させる時に泡が発
生するなどの理由から歩留りが悪くなるという不利があ
り、この泡の発生原因はその多くがコア母材中のコア部
とクラッド部の界面で発生する結晶が原因であり、この
結晶化は上記の様にコア部表面層の希土類元素の量が多
いためであることが判ったし、またマルチコア用母材を
作製する場合に複数のコア母材を使用することから、単
一のコアの光ファイバ母材を作製する場合よりも泡の発
生が多くなり、より歩留りの低下の起ることも判った。
なお、希土類元素を添加したコア部の上には所定量のク
ラッドを形成することが必要とされるが、従来の方法で
はコア部を形成したのちにクラッド部が形成されるので
この際コア部とクラッド部の界面に構造不整損失やＯＨ
基の拡散により、損失の増加が生じ、特性を劣化させて
いることも判った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような不
利、問題点を解決した希土類元素添加マルチコア光ファ
イバの製造方向に関するもので、これは気相軸付け法に
よって製造した多孔質ガラス母材を希土類元素化合物を
含む溶液に浸したのちに乾燥させ、次いで該溶液の溶媒
に浸す工程と乾燥する工程を１回以上繰り返して行な
い、ついでこれを焼結して得られるコア母材上に所定量
のクラッドガラスを形成し、このクラッドガラス付きコ
ア母材の複数本を石英管内に挿入し、加熱合体して光フ
ァイバ母材を製造し、この光ファイバ母材を加熱延伸し
線引きすることを特徴とするものである。

【０００７】すなわち、本発明者らは上記したような不
利、欠点を解決した希土類元素添加マルチコア光ファイ
バの製造方法を開発すべく種々検討した結果、気相軸付
け法によって製造した多孔質ガラス母材に対する希土類
元素の添加方法を、希土類元素化合物含有溶液に浸し乾
燥した後、この希土類元素化合物含有溶液の溶媒に含浸
し、乾燥するという工程を１回以上繰り返したのち、こ
れを焼結したコアガラス母材は、コアの希土類元素濃度
が中心でやや高く表面でやや低いほぼ均一なものとな
り、これが表面で結晶化することがなくなるということ
を見出すと共に、このコアガラス母材の上にクラッドを
形成するとコア部とクラッド部の界面にＯＨ基の無い希
土類元素添加クラッドガラス付コア母材が得られ、この
複数本を束ねて、これを石英管内に挿入し、加熱合体す
ると、このときに泡の発生がなくなるのでその歩留りが
向上するし、これを加熱延伸し、線引きして得られる希
土類元素添加光ファイバには構造不整損失の増加が抑制
されたものになるということを確認して本発明を完成さ
せた。以下にこれをさらに詳述する。

【０００８】本発明は上記した方法による希土類元素添
加マルチコア光ファイバの製造方法に関するものであ
る。しかし、従来法による希土類元素添加マルチコア光
ファイバの製造は図４に示した製造工程によって行なわ
れるものであって、この場合における多孔質ガラス母材
に対する希土類元素の添加は、公知の方法で作成された
多孔質ガラス母材を希土類元素化合物の溶液に浸漬して
からこれを乾燥し、ついでこれを高温で焼結し、透明ガ
ラス化してガラス母材とするという方法で行なわれてい
るが、このものにおける希土類元素の濃度は図５に示し
たように、表面近傍に多くの希土類元素がトラップされ
ていて得られる母材はその表面の希土類元素の濃度が高
くなり、これが結晶化し易いものになるという問題点が
ある。

【０００９】したがって、このようにして得られたガラ
ス母材２の上にクラッド３を形成させて得た母材１の複
数本を束ねて図６（ａ）に示したように、これを石英管
４の中に挿入し、これらの母材と石英管をジャケッティ
ングして希土類元素添加マルチコア光ファイバ母材を作
ると、このジャケッティング時にコアが変形し、図６
（ｂ）に示したようにコアが円形でなくなるという不利
が発生する。

【００１０】これに対し、本発明による希土類元素添加
マルチコア光ファイバの製造方法は図１に示した製造工
程によるものであり、これは気相軸付け法で製造した多
孔質ガラス母材を希土類元素化合物の溶液に含浸して乾
燥させ、次に該溶液の溶媒に浸す工程と乾燥する工程を
１回以上繰返して行い希土類元素添加多孔質ガラス母材
を作製する。ここに使用される、希土類元素化合物を溶
かす溶媒としては各種のアルコール類等が例示される
が、常温で容易に除去できるメタノールとすることがよ
い。この多孔質ガラス母材を焼結すれば容易に透明なコ
アガラス母材となるが、この母材中の希土類元素の濃度
分布が図２に示したようにほぼ均一なものになり、表面
が結晶化することがなくなるので、この上にクラッドを
所定の厚みで形成させると希土類元素添加クラッドガラ
ス付コア母材となるが、このものはコア部とクラッド部
の界面にＯＨ基のないものとなる。

【００１１】なお、この希土類元素添加クラッドガラス
付コア母材は、石英を主原料とするもので、これに増加
のための希土類元素を添加したものとされるが、この希
土類元素はＥｒ、Ｎｂ、Ｔｍなどとすればよいし、この
添加量は石英部材に対して 100〜1,500ppmの範囲とすれ
ばよく、これらの化合物としては塩化物等が例示され
る。更にこのものは屈折率の高いものとすることが好ま
しいことから、屈折率を高くする屈折率制御剤としての
Ｇｅ化合物や、Ａｌ化合物などを添加したものとされ
る。また、ここに使用されるクラッド部材は希土類元素
を添加したものとする必要はないが、これは屈折率の小
さいものとすることがよいことから、屈折率を低くする
屈折率制御剤としてのフッ素などを添加したものとして
もよい。

【００１２】ついで、この希土類元素添加クラッドガラ
ス付コア母材はこの複数本を束ねて、これを石英管内に
挿入し、加熱してジャケッティングすると、このものは
結晶化した希土類元素を含まず、泡の発生の少ないもの
となるので、歩留りの向上したものとなるし、コア部と
クラッド部の界面における不整や不純物の拡散による損
失増のないものとなり、コアの形状も安定していて変形
することもないので、コアを円形のままのものとするこ
とができるので、これを加熱延伸し、線引きすれば物性
のすぐれた希土類元素添加マルチコア光ファイバを容易
に得ることができるという有利性が与えられる。

【００１３】また、この場合におけるコア母材と石英管
とのジャケッティングは例えば図３に示した装置で行え
ばよく、これはコア母材１を石英管に挿入したのち、こ
の石英管４を回転させながらバーナー５で加熱してこの
片端を封止し、ついで管内を減圧に保ち、バーナーを移
動させながらコア母材と石英管をコラプスしてジャケッ
ティングすればよく、これによれば目的とするマルチコ
ア光ファイバ母材を容易に得ることができる。

【００１４】なお、このようにして作られたマルチコア
光ファイバ母材から希土類元素添加マルチコア光ファイ
バを製造するのは公知の方法で行えばよく、したがって
これは上記した方法で作られたマルチコア光ファイバ母
材を電気炉中で加熱延伸し、ついで線引き器に用いて所
望の外径に線引きすればよい。

【００１５】

【発明の実施の形態】つぎに本発明の実施の形態を実施
例をあげて説明する。 実施例 まず気相軸付け法により四塩化けい素、四塩化ゲルマニ
ウム、三塩化アルミニウムを原料ガスとし、これらをバ
ーナーに送り火炎加水分解して、ゲルマニウムおよびア
ルミニウムを含む外径45mm、長さ 300mm、重さ150gの多
孔質シリカ母材を作成し、これを約 1,100℃に加熱して
密度が0.314g/cm³のものとした。ついで、この多孔質シ
リカ母材を塩化エルビウムを溶解したメタノール溶液中
に３時間浸漬して多孔質シリカ母材中に塩化エルビウム
を添加させ、これを１日間室温で乾燥してメタノールを
完全に除去したのち、これをメタノールに３時間浸漬
し、取り出して１日間室温で乾燥したところ、エルビウ
ム含有濃度が半径方向で均一なエルビウムを400ppm含有
するエルビウム添加多孔質シリカ母材が得られた。

【００１６】つぎに、この多孔質シリカ母材を 1,400〜
1,500℃に加熱し焼結して透明なコアガラス母材を作成
し、このコア母材の上に所定量のクラッドを厚さ10mmに
設けて希土類元素添加クラッド付コア部材を作製し、こ
れを延伸して、外径２mm、長さ 300mmのものとし、この
７本を束ねて、これを径が８mmの石英管内に挿入し、図
３に示した装置を用いてコア母材と石英管とをジャケッ
ティングしてエルビウム添加マルチコア光ファイバ母材
を作製し、この光ファイバ母材を加熱延伸し、線引きし
たところ、径が 125μｍのエルビウム添加マルチコア光
ファイバが得られ、このものは泡の発生が認められず、
不良品が生じなかったので歩留りが向上した。また、こ
のものの光増幅特性を図７の装置を用いて調べた所、良
好な結果が得られた。

【００１７】

【発明の効果】本発明は希土類元素添加マルチコア光フ
ァイバの製造方法に関するものであるが、従来法におい
てはコアの表面における希土類元素の濃度が高く、結晶
し易いことから、マルチコア母材の製造歩留りが非常に
悪かったが、本発明によればコア中の希土類元素の濃度
分布が中央でやや高く表面でやや低いほぼ均一なものと
なるので、コア表面が結晶化することがなく、ジャケッ
ティング時に泡の発生もないので製造歩留りが向上する
し、中心部分の希土類元素濃度が従来法に比べて増加す
るので、この光ファイバには励起したときの励起が効率
的になるという有利性も与えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による希土類元素添加マルチコア光ファ
イバ製造法の工程図を示したものである。

【図２】本発明により得られたコア母材の希土類元素濃
度分布図を示したものである。

【図３】石英管中にマルチコア光ファイバをジャケッテ
ィングする装置の縦断面図を示したものである。

【図４】従来法による希土類元素添加マルチコア光ファ
イバ製造法の工程図を示したものである。

【図５】従来法で得られたコア材の希土類元素濃度分布
図を示したものである。

【図６】（ａ）は従来法における、希土類元素添加マル
チコア光ファイバ母材の加熱合体前の横断面図、（ｂ）
は従来法による希土類元素マルチコア光ファイバ母材の
横断面図を示したものである。

【図７】従来公知の光増幅器の主要部品構成の縦断面図
を示したものである。

【符号の説明】

１…コア母材 ２…コア ３…クラッド ４…石英管 ５…バーナー 11…励起用光ファイバ 12…励起光源 13…励起光 14，19…信号光 15…光合波器 16，17…光アイソレーター 18…光バンドパスフィルター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神屋 和雄 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社精密機能材料研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気相軸付け法によって製造した多孔質ガ
   ラス母材を希土類元素化合物を含む溶液に浸したのちに
   乾燥させ、次に該溶液の溶媒に浸す工程と乾燥する工程
   を１回以上繰り返して行ない、ついでこれを焼結して得
   られるコアガラス母材上に所定量のクラッドガラスを形
   成し、このクラッドガラス付きコア母材の複数本を石英
   管内に挿入し、加熱合体して光ファイバ母材を製造し、
   この光ファイバ母材を加熱延伸し線引きすることを特徴
   とする希土類元素添加マルチコア光ファイバの製造方
   法。
2. 【請求項２】 希土類元素化合物を溶かす溶媒がメタノ
   ールである請求項１に記載した希土類元素添加マルチコ
   ア光ファイバの製造方法。