JPS6113203A - 単一モード光学繊維 - 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】

発明の背景 本発明は、一般に誘電体導波管、特に通信用光学繊維に
関する。 光学ＩＮを長距離にわたる高容量情報の伝送用媒体とし
て使用することは、今や通信産業を通じて知られ十分に
確立している。事実、光学繊維の性能は、非常に着実に
向上した。なぜならばこの光学ｍ維の通信用途の可唾性
は、１９６６年にこの光学繊維が早くも世紀の変り目に
従来の銅線をベースとする系を直換できると信する人も
あることがはっきりしたからである。この急速な進歩は
、主に材料確認および繊維の製造方法における進展によ
る。 光学繊維は、繊維端に適切に注入された光線を繊維の長
さに沿って伝播させ、次いで遠端から出させる構造の、
一層低屈折率の鞘即ちクラツディング領域によって囲ま
れた高屈折率の中心領域を有するガラスの細フィラメン
トである。 通信用光学繊維の性能は、主に、光学損失または減衰お
よび分散によって決定される。損失は、吸収、散乱およ
び繊維の不完全な形状寸法または構造的欠陥および分散
によって生じ、雑音に至る光パルスのスミアリング（ｓ
ｍｅａｒｉｎｏ）を生じる分散には２つの型がある。分
散の１つの型はその材料自体に基づく波長による屈折率
の変化であり、かつ他の型は異なった伝送モード用の光
路長の差によるモード分散と呼ばれる。 銅線をベースとする系と競合する光学繊維については、
この光学繊維は長距離にわたる高いデータレートの伝送
を得るためには低い伝送損失を有し、しかも低い信号ひ
ずみを生成しな

【ノればならない。このような高品質光
学繊維を得るために、非常に純粋なガラスが必要である
。なぜならば、ＦｅまたはＣｕのような若干の不純物の
こん跡によってさえも減衰が激増するからである。しか
も、広バンド伝送を得るために、ｖＡｗ、の屈折率分布
および材料分散を慎重に制御することが必要である。 なぜならば、屈折率分布および材料分散は繊維に沿って
伝送される信号のひずみを多いに決定するからである。 これらの必要条件を満たすために、当業者は光学繊維を
うまく製造できる種々の技術を開発した。 これらの技術は、概して適切なガラス前駆物質蒸気から
のシリカをベースとするガラスの形成に基づいている。 使用される技術は、すす法（米国特許第３，７１１．２
６２号および再発行特許第２８．０２９号明細書）、修
正化学蒸着法（米国特許第４．２１７．０２７号明細書
）およびペーパー・アクシアル・デポジション（ｖａｐ
ｏｒ　ａｘｉａｌｄｅｐｏｓ＋ｔ＋ｏｎ　：米国特許第
３．９６６．４４６号、第４，１３５．９０１号および 第４，２２４．０４６号明細書）である。これらの方法
およびこれらの改良の結果、光学繊維は、今やスペクト
ルの光学領域の若干の部分に２　ｄｂ／−よりも少ない
損失をもって、通常商業的方法で製造される。 繊維の気相形成をベースとするこれらの方法にまさる著
しい改良の１例は、ヒドロキシルイオン（ＯＨ）含量の
、重要な波長領域における不適当な吸収の問題を生じさ
せないように十分低水準への減少である。低減衰の好結
果の繊維には、ヒドロキシルイオン含量を数ｐｐｍ未満
に寸べきことが必要であると知られている。なぜならば
ＯＨの基礎的伸縮振動の上音における望ましくないＯＨ
吸収は２．８ミクロンが中心になっているからである。 これらの上音は、１．４ミクロンおにび９７０ｎｍおよ
び７５０ｎｍに吸収を生じ、従ってガラスにおける重要
な伝送バンドを妨害する。 すなわち、低伝送損失が達成できたならば、存在するＯ
Ｈイオンは最終１維から除かれなければならない。ＯＨ
イオンの除去は、望ましくない量のそのＯＨイオンがほ
とんどの気相法に存在する故に工業にとって特に面艙な
問題である。この問題を解決するために、米国特許　′ 第３，９４４．４５４号明細書に示されかつ記載されて
いる炎加水分解から製造され１＝プレフオームからＯＨ
イオンを除く乾燥剤として、塩素を用いている。フッ素
は、米国特許 第４．０６５．２８０号明細書に示されかつ記載された
乾燥剤としておよび例えば米国特許第４．４４１．７８
８号明細書に示されかつ記載されたヒドロキシルイオン
含量の減少のために繊維におけるドーパントとしても提
案されてい・る。 さらに、フッ素はクラディング指数（Ｃｌａｄｄｉｎ！
］１ｎｄｅｘ）を減少するために用いられている（米国
特許第４．０８２．４２０号明細書）。 伝送バンド幅を向上させるために、当業者は、多モード
繊維よりもむしろ単一モード繊維の使用を選ぶ。なぜな
らば単一モード繊維の使用によって、多モード１１ｉ維
内を伝播する種々のモードの間の光路長の差およびさら
に材料分散によって広がるパルスとして明示される分散
が除かれたかまたは実質上除かれたからである。 単一モード繊維の初期の製作は、コアが均一屈折率のも
のであり、かつクラツディングが主に均一な一層低屈折
率のものであるステップ・インデックス型であった。初
期の繊維は、例えばホウケ後の繊維は、例えばケイ酸ゲ
ルマニアの未ドープコアおよびシリカクラッドを含有し
た。しかしながら、これらの企図は、沈積した純シリカ
、の加工に必要な高温の故に製造上の問題を生じた。 のリンは、製造プロセスを簡単にする。なぜならば、リ
ンはシリカの融解温度を低下させるからである。さらに
、その存在が、同様に低融解温度の故に製造を簡単にす
るホウ素をｉｌｉ維から除くことにより、ホウケイＩｌ
ｉ塩ガラスに関する比較的低波長赤外吸収縁が避けられ
る。 この技術においてなされた多くの革新にもががわらず、
すぐれた繊維材料構造および製造プロセスは、なお低損
失および低分散の確保に必要であり、この低損失および
低分散は、次に中継器の間の長距離および高電気通信容
量に変わる。従って、本発明の主目的は、低減衰および
低分散および製造の好ましい特性の単一モード光学繊維
を提供することである。 本発明の他の目的は、一部明らかであり、しかも１部以
下に見られる。従って、本発明は、下記の詳細な開示に
例示された構造、材料組成および配置を有する光学！１
ｌｆｔを含む。 発明の概要 本発明は、一般に誘電体導波管、特にスペクトルの光学
領域において作動する通信系において使用するに適した
光学繊維の構造に関する。 本発明の光学繊維は、呼称波長的１．３４マイよびクラ
２者は、ヒドロキシルイオンを実質的に除きしかも粘度
を低下させるためにフッ素の基本量を含有する純溶融シ
リカから製造される。 クラツディングは、コアの屈折率に対してその屈折率を
減少しおよびさらにその粘度を低下させる基本量より過
剰量のフッ素をさらに含有する。 繊維は、ロッドおよび管技術から製作されたプレフォー
ムから線引きされる。 【図面の簡単な説明】 本発明の特性と考えられる新規な特徴は、添付特許請求
の範囲に特に示されている。しかしながら、本発明自体
は、そＱＩａ成および作動方法を、他の目的および利点
と共に関して、本発明の光学繊維の拡大断面図である図
面について理解する場合に、例示された実ｍｔｉ様の下
記の記載から最もよく理解される。 」１鬼皿Ｊ 本発明の光学繊維は、繊維を１０で示す図において示さ
れた断面を有する単一モードである。ここで分かるよう
に、繊維１０は、また屈折率が均一でありしかもコア１
２の屈折率より低いクラッド層１４によって囲まれた均
一屈折率のコア１２を含む。繊維１０が作動する呼称波
長は、約１．３４マイクロメートルであり、しかもこの
波長においてコアの屈折率は１．４４５４−・１．４４
４６が好ましく、一方クラツデイングインデックスは繊
Ｎ１０の開口数（ＮＡ＞が０．１〜０．２であるように
０．００３５〜 ０．００６９指数単位だけ低い。 呼称コア直径は、約８．０マイクロメートルであり、か
つクラツディング外径は１２０マイクロメートルである
。 繊＠１０は、従来の方法であるがしかしプレフォームの
コア１２およびクラツディング１４はヒドロキシルイオ
ンを実質的に含まず、プレフォームが低温において線引
きできるようにその粘度が低く、かつその材料分散が小
さいように記載された方法で製造されたプレフォームか
ら線引きされる。 コア１２の組成は、そのヒドロキシルイオン含量を減少
し、その粘度を低下させしかもその材料分散を最小にす
るようにフッ素をもってわずかにドーピングされた純溶
融シリカ（Ｓｉｎ２）である。この目的にためには、］
コア２の純溶融シリカに添付されたフッ素の百分率は、
０．２モル％〜０．４モル％の範囲が好ましい。 クラツディング１４に好ましい指数率の範囲については
、その材料組成はまたコア１２をフッ素をもってドーピ
ングするために同じ理由で添加されたフッ素０．２モル
％〜０．４モル％およびりにさらに０．８モル％〜１．
６１モル％を有する純溶融シリカである。 １１１ｉ１０を線引きするプレフォームの製造に用いる
操作には、まずコアの材料組成の団結ロッドの形成、次
いでこのロッドをクラツディングの材料組成の団結管に
挿入し、次いでコアおにびクラである。 ロッドは、マンドレルが制御された方法で回転するとマ
ンドレルを向いているバーナーノズルの前で生成する酸
水素炎中で四塩化ケイ素（Ｓ　＋　Ｇ　ｌ　４）を燃焼
することによって、外側蒸着法（ＯＶＤ）により、適当
な組成のマンドレル上にまずＳｉＯ２すすを沈積するこ
とによって製造される。シリカすすの必要な厚さの沈積
後、マンドレルを除き、次いで多孔性すすを、すすが部
分塩素雰囲気中で約１，０００℃（加熱されて残留水を
除く脱水および団結炉に入れる。この乾燥工程後、適当
なフッ素化合物を炉中に導入し、次いで約１，２００℃
に加熱して、ヒドロキシルイオン含量を実質的に除くこ
とによってフッ素をすすに拡散させる。次いで、部“分
フッ素化（０，１モル％〜０．２モル％）すず円筒をさ
らにフッ素およびヘリウム含有雰囲気中で熱処理して、
すす円筒を何ら空隙のない十分に圧縮された中実円筒に
合体させる。次いで得られた管をフッ素およびヘリウム
の雰囲気中で中空ロッドに引落してフッ素の何れも沸騰
し続けさせずにコア用ロッド素材を生成する。こめ線引
きロッドを、次いで各々コアロッドとして使用される一
層小さい部分に分断する。 フッ素でドープされた管は、コアロッドの製造と同様の
方法によって製造される。ここで、マンドレルとして働
くに適した高品質二酸化ケイ素または他の材料の管から
晶発し、次いで化学蒸着法によってこの管の外側上に純
溶融シリカのすすを沈積する。すすの必要な厚さを沈積
後、次いでマンドレルを除いて、残りのすす管を前記の
ように、塩素およびフッ素を含有する気体ふｌυ囲気中
で熱処理する。両者は、多孔性Ｓ　ｉ　０２１ｍに入り
、次いでここに位置するＯＨイオンを置換する。次いで
、この部分フッ素化すす管を、フッ素およびヘリウム含
有雰囲気中で一層高熱処理に供して、すす層を何ら空隙
のない十分に圧縮された中実層に合体させる。 コアロッドは管の内部に挿入され、次で両者をフッ素含
有雰囲気に入れ、次に両者が圧潰および融着する温度に
上昇する。これを実施後、次いで繊維１０が従来の方法
で線引きされるかあるいは管が線引きプロセスの間にロ
ッドに圧潰されるプレフォームを有する。 従って、繊ｗ１１０は、フッ素によってわずかにドーピ
ングされ、従ってフッ素の脱水性の故に、低ＯＨ含量ま
たは低水分を有し、それによって作動する波長において
約０．１ｄｂ／ｂ未満の非常に低い損失特性を有するコ
アから構成される。コアとクラツディングの間の屈折率
の小さい差によって、開口数が比較的小さくなり、それ
によってコア寸法・、単一モード繊維に望ましい性質を
最大にする。さらに、またフッ素ドーピングを含有する
クラツディングは、非常に低損失の品質のものであり、
しかも両者のフッ素クラツディングは、低材料分散特性
を有し、従って構造は高い広幅伝送用の理想的候補にな
ると考えられる。さらに、比較的大きいコア半径につい
て、コアとクラツディングの間の小さい屈折率差のみが
必要で、作動波長輯おける導波管形状寸法により、分散
への寄与が最小になり、しかもこの場合には、基本的純
溶融シリカと比較してすでに最小である材料分散のみに
よる分散に近づく。 当業者には、本発明の範囲から逸脱することなく、前記
の実ＩＭ態様に他の変形をなし得ることは明らかである
。例えば、内側蒸着法を用いて管を構成し、後にフッ素
雰囲気中で熱処理してこの方法で生成した耗シリカすす
をドーピングすることが完全にできる。このことがされ
たならば、孔は必要なく、しかも最終繊維構造はクラツ
ディング層の他に追加層を有し、しかもこの層は、マン
トレルとして働く管の品質のものである。従って、前記
説明に含まれるかまたは図面に示される全事項は例示的
であり、しかも限定的意味でなく説明されるように意図
されている。

【図面の簡単な説明】

図面は、本発明の光学繊維の拡大断面図である。 １０：ｉｉ維 １２；コア １４：クラツディング層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）中に均一に分布されたフツ素のある量を含有する
   純溶融シリカから本質的になるコア、および前記コア中
   の量を越える量のフツ素を含有する純溶融シリカから本
   質的になるクラツデイングを含む単一モード光学繊維。
2. （２）前記コア中のフツ素の前記量が０．１モル％〜０
   ．２モル％の範囲内である、特許請求の範囲第１項の光
   学繊維。
3. （３）前記クラツデイング内のフツ素の前記量が、０．
   ９１モル％〜１．８１モル％の範囲内である、特許請求
   の範囲第１項または第２項の光学繊維。
4. （４）前記コアの屈折率は、１．４４５４〜１．４４４
   ６の範囲内であり、しかも前記クラツデイングの屈折率
   は０．００３５〜０．００６９だけ低い、特許請求の範
   囲第１項の光学繊維。