JPS60215550A - 弗素とｐ↓２ｏ↓５を含有する石英系ガラス光伝送用フアイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、石英系ガラス光伝送用ファイバに関し、特に
ガラス中に存在する欠陥を極力抑えうるガラス組成を持
つ光伝送用ファイバに関する本のである。

〈従来の光ファイバ〉 光フアイバー用ガラス母材はコア部とクラッド部からな
っておシコア部は中心部にあシ光を伝送し易くするため
、クラッド部よシ屈折率を高くしである。例えば第１図
に示す光ファイバーの屈折率差分布構造でＡ部をコア部
、Ｂ部をクラッド部と定義する。

コア部の屈折率（シリカを基準としての意）を高めるに
は、通常屈折率上昇用ドーパントとしてＧ＠１０！、ム
／４０３．ＴＩＯ，などを石英ガラスに添加している。

特にＧ　ｅ　Ｏ！を、使用したファイバーが最も一般的
で、特開昭５１−２１７７４４号公報もしくは特開昭５
５−４６７φ２号公報などにその特徴が提示されている
。

一方、屈折率下降ドーパントとして、Ｌ”１０ｍがあり
、これ等を、クラッド部に用い、コア部を純粋な石英゛
からなる構造の光７アイパについても、特開昭５７−１
１１２５９号公報中に詳しく提案されている。

さらに、屈折率上昇ドーパントと［２てのＧｅＯ２、屈
折率下降用ドーパントとしての弗素。

の両方を使用した。

新しい屈折率分布構造として、第２図に示す構造のもの
が提案されている。

〔参考文献ム、　Ｄ、　Ｐａａｒｓｏｎ、ｓｔ、　ａｌ
：ＦａｂｒｌｃａｔＪｏｎａｎ＋ｉ　Ｐｒｏｐｓｒｔｌ
ｅｓ　ｏｆ　ｓ量ｎｇｌｓ　ｍｏｄ＠ｏｐｔｌｃａｌｆ
１’ｂｓｒ　５ｘｈｌ’ｂ１ｔｌｎｇ　ｌｏｗ　＋Ｈｓ
ｐｓｒｇｌｏｎ、ｌｏｗ　１−ｏｓｓ＋、ａｎ！　ｔｌ
ｇｈｔ　！１ｌｏｄｓ　ｃｏｎｆｌｎｓｍｅｎｔ　ｓ量
ｍｕｌ　ｔａｎｅｏｕｓｌ、ｙ。

この提案によるファイバの組成構造は、第４図に示すよ
うにコアがＧｅＯ２−８１０１系ガラス、クラッドが８
１０！−Ｆ−ＰｆｉＯ９系ガラスとなっておシ、しか４
１Ｍ造はＭＯＶＤ　法によるものである。

しかしながら、従来提案されている、例えばコア用ガラ
スがＧ・Ｏ，−８１０ｆｉ系で構成されたものでは、こ
のガラス組成がガラス構造的に不安定であることが、構
造欠陥に由来する紫外吸収ピークや、放射線による着色
現象などから明らかになっている。この種のガラス構造
の欠陥は、光ファイバの使用される近赤外域の波長帯に
於ても悪影響を与えることは、言うまでもない。

（発明の目的） 本発明は前述のように従来知られている光伝達用ガラス
ファイバ構造では不可避であった、ガラスの構造的な不
安定性を改善することを目的とするものである。

（発明の構成） 本発明者らは鋭意研究し種々実験の結果、上記の目的を
達成する本発明の構造的不安定性を改善された光伝送用
ファイバーを得ることができた。

すなわち本発明は、高屈折領域と、その外周に設けた低
屈折領域よシなるガラス光ファイバにおいて、高屈折率
領域が少なくとも弗素とＰ！ｏ、を含有する高純度石英
系ガラスよシなり、かつ弗素とＰ、０．を共存させた領
域において含有する弗素量はＰ、Ｏ，量より重量比にお
いて大きい光伝送用ファイバを提供するものである。

まず本発明の光伝送用ファイバに到達した経緯を説明す
る。

第３図は８１０ｇ−Ｇ６０寓系ガラス（鎖線ム）と８１
０２−１’−３８０１系ガラス（実線Ｂ）及び８１０ｒ
Ｐ、０５（波線０）の紫外部吸収スペクトルを比較した
ものであって、弗素を含有したものけ吸収が低減すなわ
ち構造欠陥が少ないことが明らかに示されている。

また、欠陥の生じやすさは、耐放射線特性とも相関があ
り、弗素を含有させた方が、耐放射線特性の向上が期待
できる。

弗素を添加させることによるガラス構造の安定化につい
ての、ｉり四な機構については、今だに解明するには到
っていないが、８１０．ヤＧ・０舅などの酸化物がガラ
ス中に於て、ＭＯｘの形をとυｘ＜２となりやすいこと
と、弗素が酸素のかわシのアニオンとしてガラス中に入
ること、などが原因となると思われる。

しかし、弗素を添加しても、完全に欠陥をなくすことは
不可能である。これは、光ファイバ（５） を製造する際に１６００〜１８００℃の高温とすること
が必要で、この時ガラス中の結合、例えばｓ　ｔ　−ｏ
−ｓ　ｔが高温はど切れ易いことが知られている。とれ
は５１−０　の振動が、高温はど激しくなり、結合が維
持できなくなることであシ、すべての結合が維持できな
くなる現象が、固体から液体になることと考えれば容易
に理解できよう。

このため、光ファイバを低温で製造する方が、欠陥を無
くすためには好ましく、ガラスに低粘性をもたらすＰ、
ｏｓを添加することで透明ガラス化温度を下げ、光ファ
イバ用ガ之スの欠陥をなくすことができる。

一方、Ｐ、Ｏ，は光学的特性の観点からは不必要力もの
で、むしろ配位数５のＰ原子はガラス構造中では不安定
なもので光学的には好しくないといえる。すなわち、４
配位となろうとする性質があるため欠陥ができる。この
ことはＰ、Ｏ＠を添加したファイバが欠陥を多く有して
いることから実験的に裏付けられている。

（６） す々わち、Ｐ、Ｏ，は、 ■　光ファイバの製造温度を下げる点でｄ：欠陥生成を
抑える効果がある ■　Ｐ、Ｏ，は５配位のだめ石英第四配位ガラス中では
欠陥生成を促進する という２面性を有しており弗素を添加した光ファイバで
Ｐ、Ｏ，を添加することが欠陥を増加させるものか減少
させるものか従来不明であった。

このため、本発明者らが実験を進めた結果弗素を添加し
たファイバでけｐ、Ｏ，を添加１１．た方が欠陥を抑え
ることが明らかとなり本発明を得るにいたった。

すなわち、コア部に弗素とＰｇ　Ｏ＠を共存させたファ
イバは、著しく欠陥が少なく寿ることを明らかとした。

とのととけ単に弗素とＰ−藝の効果を組合せるだけでは
容易に類推できなかった効果であることは理解できよう
。

さらに実験を進めることにより、Ｐ、Ｏ，と弗素を共存
させた領域における、ガラス中のＰ、０％と弗素の濃度
比が重要であることがわかった。すかわち、上記領域に
おいて、重量％値においてＰ、０．量が弗素量よシ多い
場合は、むしろＰ、ｏ、による欠陥生成が著しくなり、
一方その逆の弗素量の方が多い場合には、欠陥生成を抑
制できることを見出した。

弗素とＰ、Ｏ，の共存する領域における好ましい重量比
の範囲としては、弗素が３重量％程度まで、又Ｐ、ｏ、
は５重量％以下、望ましくは１．０重量％以下である。

以下に本発明を具体的に説明する。

スート母材の作製 火炎加水分解反応によって、石英ガラス微粒子体を生成
させるには、第４図に示すように、石英製同心多重管バ
ーナー１を用いて、酸素２、水素３と原料ガスとして８
１０４．ＰＯＯ４又は８１０４゜Ｐｏｏｌｇ　ＧａＯ２
，４，１１０１４および８Ｆ−などの混合ガスを用い、
ムｒ　ガスをキャリヤーガスに用い酸水素炎の中心５に
送り込み反応させればよい。図中４は、原料ガスがバー
ナー１の先端よル数■離れた空間で反応するように、遮
へい用とじてムｒ　ガスを流す。ガラス微粒子体のロッ
ドを得る場合には回転する出発部材６の先端から軸方向
にガラス微粒子体を積層させる。また、パイプ状ガラス
微粒子体を得る場合には回転する石英棒あるいは炭素棒
７の外周部にバーナー８をトラバースさせながらガラス
微粒子体を積層させ九後中心部材を除去する。なお７は
コア用ガラス母材でもよくこの場合ｄ、中心部材を引抜
く必要はない。またバーナー８は複数本使用してもよい
。

第４図の方法と同様のスート母材はアルコラードの加水
分解法でも得られ、この方法はｌｓｏＬ−ＧｍＬ法と呼
ばれる。

スート母材の焼結 前記の方法で得九スート母材を純石英からなる炉心管に
挿入し、ＯＩ４ガスを添加した不活性ガス雰囲気にて昇
温速度は２〜ｂ 囲で１４００℃まで昇温した後、スート表面で１４００
℃以上に相当する温度で当該スート母材を■・　表どの
不活性ガスのみの雰囲気内で透明ガラス化した。

弗素をガラス中に添加する場合、不活性ガス中に８Ｆ６
などを加えることで、解離した弗素をガラスと反応させ
、該ガラス中に弗素を添加する反応としては、下記の化
学式 ただしく８）：固体、　（７）　：気体が考えられる。

なお、以上述べたところは本発明を説明するための一例
にすぎず、例えばＭＯＶＤ法等の他の光フアイバ製造法
でガラス母材を製造してもよい。

このようにして得られたガラス母材を延伸し、市販の石
英管にてジャケットした後線引きして、外径１２５　Ｊ
ｉｍ　のファイバとした。

得られたファイバの欠陥の大小は、下記の様な簡便な方
法で確認した。

得られたファイバを、馬を添加した雰囲気で２００℃に
加温し、２４時間後に、増加するＯＨ量を確認した。こ
のＯＨ量の増加は、ガラス中の欠陥に由来することは、
ｙ、ｍ、ｓｈ・ｌｂｙ　等にょる１Ｊ、ムｐｐ１．Ｐｈ
ｙｓ、　ｓｏ　（ａ）　５５３３、（１９７９）「Ｒａ
ｄＩａｔｌｏｎ−１ｎｃｌｕｄｅｄ　Ｉｔｉｏｔｏｐｅ
ｒ　＠ｘｃｈａｎｇｅ　ｆｎｖｔｔｒｅｏｕｓ　ａｔｌ
ｔｃａ　ｌ　’の記載から容易に理解できる。

以下実施例を挙げて説明する。

実施例１ 第４図（ＬＬ）に示す方法でスート母材（６０−φ。

３００＋ｗ長さ）を作成し、次いで０７４５０ＣＣ／分
及び８ＩＦ＠１００　ＣＣ７分を添加したＵｓ　１０　
ｔ７Ｊの雰囲気中で１５００℃の温度で母材の透明化を
行った。

得られた母材は、Ｇｅ０１を１７重量％、Ｐ、０．を０
．５重量−１弗素を２重量％含有していた。この母材を
１０−一に延伸し、石然石英管（２６−φ、　４　ｗ　
ｔ　）にジャケットし、１２５μ嘗のファイバとした。

得られたガラス母材のＯＨ３１は、波長１．３８ｐｍ　
での吸収値で１ａＢ／ｋｌＩ（ｎ、　０２１）ｐＨ）で
あつた。

比較例１ 実施例１と同様のスート母材をつくり、次いでＣ４を５
ＱＣＩＣ／分添加したＨｅ　１０ｔ／分の雰囲気中で１
６００℃の温度で母材の透明化を行った。

得られた母材はＧ５０２を１７重量％ｓ　Ｐ２ｏＢをα
５重量％を含んでいた。この母材を１０．φに延伸し、
天然石英管（２６闇φ、　６　［ｔ）にジャケットし１
２５μｍφのファイバとした。

得られたガラス母材のＯＲ基は、波長１．３８μｍでの
吸収値で１ａＢ／ｋｍ　（ｏ、　ｏ　２　ｐｐｍ　）で
あった。

比較例２ 実施例１に於てスート母材を製造する際ｐ、ｏ。

の添加をやめ、他は同一の方法で透明ガラス母材を得、
ファイバ化した。得られた母材はＧ・０！を１７重量％
　ｌ　Ｆは２重量％であった。得られたファイバのＯＨ
基は１．５８１１ｔｎ　での吸収値で１ａｎ／ｋｍ　（
１０２ｐｐｍ　）であった。

比較例３ 比較例２と同様なスート母材をっく９、比較例１と同一
の方法で焼結し透明ガラス化した。

得られたガラス母材を実施例１と同様な方法でファイバ
化した。Ｇａｎｇを１７重量％含み、ＯＨ量は００２　
ｐｐｍであった。

実施例２ 実施例１と同一のスート母材をつくり次いで８Ｆ、を２
００Ｃ／分添加したＩ（０１ｏｔ／分の雰囲気で１４０
０℃の温度で透明ガラス化した。

得られたガラス母材はＧ・０３を１７７重量Ｐ、ｏ、、
をα５重量％、弗素は１５重量−であった。

ファイバ化は実施例１と同一の方法としだ。

実施例５ 実施例１に準じた方法でガラス母材がＧ＠ｎｇ１７重量
％ｅ　”２０ｍが１重量％とし、弗素行０．５重量％で
あった。

ファイバ化は実施例１と同一の方法とした。

以上に述べた実施例、比較例で得られたファイバの欠陥
の対応を見る丸め次に示す実験を行なった。

〈実験方法〉 実験に使用したファイバを表１に示す。−次被覆はシリ
コン樹脂二次被覆はナイロンである。

ファイバは５００ｍを束取り状態でオープンに入れ、２
００℃に昇温一定時間抜損失波長特性を測定した。コア
のふっ素ドープ量はム　値で０．０５％であった。ジャ
ケット管はすべて天然石英管とした。

表１゛ 表Ｉ　昇温試験に用いたファイバ （ファイバは　ａｘ型） 〈実験結果〉 ファイバ心線ム、Ｂ、Ｏ，Ｄの昇ｌ試験の結果、１．５
９μｍでのＯＨ基吸収量の時間賛化は第５図に示すとお
シとなった。第５図において縦軸は１．３９　ｐｍ　に
おける損失値増加量（ａｎ／ｋｍ）、横軸処理時間（ｈ
ｒ　）をあらゎす。破線Ａは比較例２の、破線Ｂは比較
例３の、また実線０は比較例１の実線りけ実施例１のフ
ァイバの損失値増加量を示す。第５図から、１１９μｍ
での損失増（、ｙ）がＡ、Ｂ、Ｏ，Ｄの順で小さくなる
ことがわかる。

すなわち損失増は、コア中のｐ、Ｏ，を抜くこと、もし
くは弗素を添加することのどちらかの方法により〜１０
　ａＢ／ｋｍから〜５ｄＢ／ｋｍと半減できる。

さらに半減（〜５　ｄＢ／ｋｍから〜５　ａｎ　／ｋｍ
）させるＫは、コア中にｐ、Ｏ，と弗素を共存させれば
よいことがわかる。

このことは コア中にふっ素を添加すると損失増が小さくなるのはガ
ラス中の’ＯＨ基成長に由来する。

欠陥にふっ素が結合するためと考えられる。

また、ふつ素とＰ、Ｏ，が共存すると損失増が小さくな
るのは、コア部対応のスート母材の焼結温度が、ＰＭＯ
１添加によシ低くなり、’ＯＨ基成例２、の場合は実施
例１と同様の結果で第５図のＤの様な結果となった。

又実施例５は第５図ムに示す様な結果となった。これは
Ｐ、　０．量は弗素量よシ少なくなければならないこと
を如実に示している。

【図面の簡単な説明】

第１図（、）はシングルモードファイバー、（ｂ）はマ
ルチモードファイバーの一般的屈折率分布を示す図、第
２図新しく提案された屈折率分布、第３図弗素を含有し
たガラスとしないガラスの紫外吸収スペクトル、第４図
（、）及び（１，）は火炎加水分解法によりスート母材
を作製する方法の説明図、そして第５図は２００Ｕの昇
温試験での経時的損失増を示す。 加削 ０１＊曹Ｄ 昭和５９年　８　月　７１１ 特許庁長官　志賀　学殿 １、事件の表示 昭和５９　年１、ｐ許願第７１７３０号光伝送用ファイ
バ ３、補正をする者 事件との関係　１．ＩＪ“許出願人 住　所　大阪市東区北浜５丁目１５番ＪＩＩ２（ほか１
名） ４、代理人 住　所　東京都港区虎ノ門−丁目１６番２号Ｚ補正の対
象 （１）　明細書の「図面の簡単な説明」の欄８、補正の
内容 （１）明細書の第１６頁１４行目の「第２図新しく提案
された屈折率分布、」を「第２図は新しく提案された屈
折率分布を示す図、」と訂正する。 （２）同第１６頁１５行目の「第６図」を「第３図は」
と訂正し、同じく１６行、目の「紫外吸収スペクトル、
」を「紫外吸収スペクトルを示すグラフ、」と訂正する
。 （３）同第１６頁１９行目の「経時的損失増を示す。」
を［経時的損失増を示すグラフである」と訂正する。 （２）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）高屈折領域と、その外周に設けた低屈折領域よ′
   すなるガラス光ファイバにおいて、高屈折率領域が少々
   くと本弗素とＰ、Ｏ，を含有する高純度石英系ガラスよ
   りなり、かつ弗素とＰ、Ｏ，を共存させた領域において
   含有する弗素量はＰ鵞０錫量より重量比において大きい
   光伝送用ファイバ。
2. （２）高屈折率領域の高純度石英系ガラスが０００黛を
   含有している特許請求の範囲第（１）項に記載される光
   伝送用ファイバ。