JPS61169735A - 光フアイバの耐水素特性検査方法 - 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】 「産業上の利用分野ｊ 本発明は光ファイバの実用条件にマツチした耐水素特性
の検査方法に関する。

Ｔ従来の技術」 最近、光ファイバ中への水素拡散による損失増加の問題
がクローズアップされている。

水素の影響の主たるものは、石英系光ファイバ中での水
素分子による光の吸収、水素が光ファイバ中の欠陥と反
応して生じるＯＨ基に起因した光の吸収である。

このうち、前者は５１０２をベースにしたすべての光フ
ァイバに共通の現象であり、水素ガスは溶解の限度まで
拡散をつづける。

この際の溶解度は温度の上昇とともに低下し、これとと
もに光ファイバの損失増加の程度も減少する。

その際１石英系光ファイバではその製法、ドーパント等
に関係なく、はぼ同じような損失増加が発生する。

こうした場合の水素も、光ファイバの周囲に存在する水
素が取り除かれたり、圧力が低下することにより光ファ
イバの外部に向って拡散し、これにより光ファイバの損
失増加は減少する。

しかし、光ファイバ中に溶解した水素の一部は徐々に光
ファイバ中の欠陥と反応し、　ＯＨ基を形成する。

例えばコアが５ｔＯ２−Ｇｅ０２組成からなる通常の石
英系光ファイバにおいて、　Ｇｅ周辺の酸素原子が欠け
ていたり、余分についていると、これら構造欠陥と水素
とが反応してＧｅ−ＯＨが形成される。

一方、光ファイバ母材製造時の透明ガラス化温度を下げ
るべく、あるいは屈折率分布の制御性を容易にすべく、
その合成ガラス中に２２０５を添加した場合、２周辺の
欠陥が多くなってしまい、これが容易に水素と反応して
Ｐ−ＯＲを形成するため損失増加をもたらす。

また、Ｓｉの周辺にも微量ではあるが欠陥が存在し、Ｓ
　１−ＯＨが形成されるため、これも損失増加の原因と
なる。

これらＯＨ基の形成にともなう損失増加は、屈折率制御
のために添加されるＧｅ、　Ｐ　、　Ｆなどのドーパン
ト量、ＶＡＤ法、ＭＣＶＤ法、ＯＶＤ法ナトの光ファイ
バ母材製造法の種別、その母材外周に施すジャケット管
の種類等々により、大きな差異がある。

ところで、こうした光ファイバ中への水素分子の拡散、
さらには該拡散水素分子と光ファイバ構造欠陥との反応
によるＯＨ基の形成など、いわゆる水素に起因した光フ
ァイバへの伝送特性の影響を調べるとき、光ファイバを
一定温度の水素雰囲気中に入れて連続的に放置し、これ
に基づく伝送損失の経時変化を測定するのが一般である
が、この際、低温の水素雰囲気中に光ファイバを曝して
その伝送特性を検査することは、光ファイバ中心までの
水素拡散に長時間を要するため回避されており、そのた
めＯＨ基の吸収による損失増加の測定については、水素
雰囲気温度を上げ、光ファイバ中への水素拡散速度、欠
陥との反応を加速することにより実施している。

一方、水素分子の吸収による損失増加に関しては、光フ
ァイバ相互に差がないため常温近くで適当な光ファイバ
を選定し、これを代表とする伝送特性の測定ならびに評
価を行なっている。

１発明が解決しようとする問題点１ 上述した耐水素特性に関する光ファイバの検査手段では
、ある種の光ファイバにおいて低温で生じる損失増加、
すなわち水素分子と光ファイバ構造欠陥との反応による
ＯＨ基の形成に起因した損失増加を看過してしまう虞れ
が生じる。

例えばシングルモード用とした光ファイバ母材をＶＡＤ
法により作製し、その母材外周に合成石英管をジャケッ
トし紡糸して得た光ファイバの場合、これを常温〜１０
０℃の温度で適当時間水素中に放置すると、第３図のと
′とく損失−波長特性において１．５２ｐ、ｍに新しい
損失ピークが出現するほか、通常の光ファイバでは見ら
れない１．３１１１終■における損失ピークの簡単な増
大とか、　１．１−１．５ル■の波長域における全般的
な損失増加が見られるが、従来ではこれらの特異現象が
発見されておらず、それゆえ従来では波長１．３１Ｌ■
を使用する光通信システムに適した光ファイバ選別がで
きず、同システムの実現に大きな支障をきたしている。

本発明者らが発見した新しい吸収ピークについては、５
ｉ−Ｈ振動吸収に起因すると考えられる。

この新しい吸収ピークに関する本発明者らの知見では、
光ファイバケーブル製造工程中の光ファイバが８０〜１
００℃の高温を経験したとき当該ピークが生じやすいこ
と、−たん出現した当該ピークがその後ゆるやかに減少
すること等が判明している。

したがって２００℃など、高温の水素雰囲気中で光ファ
イバを長時間加熱している従来の検査手段では、これら
の特異現象が発見できなかったといえる。

本発明は上述した特異現象に基づく光ファイバの伝送損
失増が生じるか否かにつき、これが短時間で合理的に検
査できる方法を提供しようとするものである。

Ｉ問題点を解決するための手段Ｊ 本発明に係る検査方法は、光ファイバを水素雰囲気内に
入れて加熱し、該水素雰囲気内での加熱により光ファイ
バ中を拡散した水素がその光ファイバのコアに達する直
前で上記加熱を停止し、その後の光ファイバ伝送特性を
モニタして、水素に起因した欠陥が光ファイバに生じた
か否かを検査することを特徴としている。

ｉ作用ｊ 一般に、光ファイバ中に拡散した水素が既述の反応を起
こして伝送特性に影響を及ぼすのは、光が通過するコア
およびその周辺の欠陥における反応である。

したがって、光ファイバを水素雰囲気中に入れてその耐
水素特性を測定するとき、水素がクチラド領域を拡散し
、これがコアまたはコア周辺部に達するまでの時間を速
めば、その分だけ測定ないし評価時間を短縮できること
となり、殊に石英系光ファイバ中の水素拡散速度が温度
上昇に比例して速くなることを鑑みた場合、水素が光フ
ァイバのコアに到達する直前までの間、水素雰囲気中の
温度を高めることが測定時間を短縮する上できわめて有
効となる。

その後、水素が光ファイバのコアに到達する直前で加熱
を停止すればよく、こうすることにより低温の水素雰囲
気下における光ファイバへの水素拡散がはかれ、かかる
状態においてその後の伝送特性をモニタすれば、光ファ
イバのコアおよびその周辺中に拡散した水素が前記の反
応を起こして伝送特性に影響を及ぼすか否か、すなわち
１．１〜１．５ル■の波長域における損失増加が生じる
か否かが検査できる。

前述した本発明の手段はこうした技術的事項に基づいて
なされている。

すなわち、本発明方法では光ファイバを水素雰囲気内に
入れて加熱するが、該水素雰囲気内での加熱により光フ
ァイバ中を拡散した水素がその光ファイバのコアに達す
る直前で上記加熱を停止するようにしているから、水氷
拡散時間ひいて、は測定時間が短縮できることとなり、
その後、光ファイバの伝送特性をモニタすることにより
、水素に起因した欠陥１例えば１．５２４腸、　１．３
９ｇ履などの損失ピーク値が増大しているか否か判明す
る。

ｆ実　施　例１ 以下本発明方法の具体的実施例につき１図面を参照して
説明する。

第１図において、ｌは水素雰囲気を形成するための圧力
容器であり、この圧力容器１は図示しないガス入口、ガ
ス出口を有するほか、図示しない電気ヒータ等の加熱手
段も備えている。

２は検査対象となる石英系光ファイバである。

この光ファイバ２は１例としてＶＡＤ法による母材から
得られたものであり、ゲルマニウムドープト石英からな
るコアの直径が８ル履、純石英からなるクラッドの直径
が９０４ｔａ、合成石英管によるジャケットの外径（光
ファイバ外径＝直径）が１２５給鵬、Δ＝　０．３２の
シングルモード型である。

第１図において本発明方法を実施するとき、圧力容器１
内に所定長さの光ファイバ２を入れ、当該光ファイバ２
の一端には既知の光発信系３を、その他端にはモニタ部
４を備えた既知の光検出系５をそれぞれ接続する。

こうした後、圧力容器１内には水素ガスを入れてその内
部を加熱するが、具体的１例として圧力容器１内におけ
る水素ガス雰囲気を１００℃の１００％水素雰囲気とし
、これを４５分間保持した場合、光ファイバ２中を拡散
する水素はほぼコア付近にまで達する。

したがって加熱開始後、約４５分間経過した時点で当該
加熱を停止し、上記圧力容器ｌを開放して常温の大気を
取りこむとか、あるいは該圧力容器ｌ内から光ファイバ
２を取り出して大気中に放置し、これとともに光発信系
３、光ファイバ２、光検出系５にわたる光信号（例えば
波長１．５２ｐｍ）をその光検出系５で測定し、モニタ
部４によりモニタして前記吸収ピークが生じたか否かを
みる。

この際、１．５２戸腸、　１．３９用厘などの損失ピー
クが発生した光ファイバは波長１．３７を腸を使用する
光通信システムに適さず、このようなピークのないこと
が必要である。

なお、水素が光ファイバのコアに達する直前で加熱を停
止する際、例えば１．２４ル■、　１．８９ＪＬｍ　。

１．８８ｇｍ等の水素分子の吸収による損失ピークを前
記と同様の手段でモニタするようにしておき、これらピ
ークが増大を開始した時点でその加熱を停止してもよい
。

また、水素雰囲気内における光ファイバの加熱条件とし
て、その水素雰囲気内の加熱温度（℃）をＴ、加熱時間
をＨとした場合％Ｔ＝８０〜１５０におけるＴＸＨがほ
ぼ５０となるように加熱した後、その加熱を停止しても
よい。

これらいずれの手段によるときも、水素はコア付近にま
で拡散している。

ただし、いずれの場合も、水素拡散を速めるべく加熱時
の温度上昇を加速しすぎると、水素分子の溶解度が低下
する上、別の反応が活発となり、常温付近での上記現象
が再現できなくなる。

したがって、この点に注意を要する。

その他１本発明に関する事項として、光ファイバを一定
圧力の水素雰囲気内に放置した際の、光ファイバ中への
水素の拡散は、つぎの拡散方程式を解くことにより得ら
れる。

これらの結果は次式で表わされる。

０１（ｒ、ｔ）　＝ 【λｉはＪＯ（り−０のｉ番目の根。

１　ｂは光ファイバの半径。

＄ｙは光ファイバ中心からの半径方向の距−０さらにＳ
　ｒ　０２系光ファイバ中への水素分子の拡散速度は、
つざのような温度依存性をもっことが実験的に求められ
ている。

Ｄ（Ｔ）＝ＤＯＴｅ、、（−Ｅｄ／ＲＴ）（ｃｍ２／５
ｅｃ）ｏＱ−２，ｏａ　Ｘ　１Ｇ−７ａｍ号ｓｅｃＥｄ
ｍ８．８３ｋｃａｌ／ｍｏｌｅ Ｒ＝１．９８７ｃａｌ／ｍａｌｅ／　’にこれらの数値
を代入することにより、光ファイバ内の水素分子の経時
変化を知ることが可能である。

第２図は光ファイバ断面内における水素分圧の１例を示
したものである。

なお、第２図の（イ）は光ファイバを１００℃のＨ２雰
囲気中に４５分間放置した場合を示し、さらに同図の（
ロ）は、上記（イ）の後、光ファイバを大気中に４５分
間放置した場合、同図の（ハ）は上記（イ）の後、光フ
ァイバを大気中に６時間放置した場合、同図（ニ）は上
記（イ）の後、光ファイバを大気中に３日間放置した場
合をそれぞれ示す。

第２図（イ）で明らかなように、１００℃、４５分間の
加熱後には、光ファイバの中央部にわずかに水素が到達
している。

この時点で加熱を停止し、その水素雰囲気から光ファイ
バを取り出すと、第２図（ロ）〜（ニ）のごとく、その
後引き続いて水素は光ファイバの中心に向って拡散を続
ける。

「発明の効果ｊ 以上説明した通り、本発明方法によるときは、光ファイ
バを水素雰囲気内に入れてこれを加熱するだけでなく、
該水素雰囲気内での加熱により光ファイバ中を拡散した
水素がその光ファイバのコアに達する直前で上記加熱を
停止し、その後の光ファイバ伝送特性をモニタするから
、新しい吸収ピークに基づく光ファイバの伝送損失増が
生じるか否かにつき、これが短時間で合理的に検査゛で
きるようになる。

【図面の簡単な説明】

第ｉＩｊｇ：ｉは本発明方法の１実施例を略示した説明
図、第２図は光ファイバ断面内における水素分圧の１例
を示した説明図、第３図は波長１．５５１Ｌｍ帯のロス
スペクトルを示した説明図である。 ｌ　・・・水素雰囲気形成用の圧力容器２　・・・光フ
ァイバ ３　・・・光発信系 ４１１・・モニタ部 ５　・・・光検出系 代理人　弁理士　　斎　藤　義　雄 第　ｊｖＡ 波＆０４＠）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ファイバを水素雰囲気内に入れて加熱し、該水
   素雰囲気内での加熱により光ファイバ中を拡散した水素
   がその光ファイバのコアに達する直前、あるいはその伝
   送モードの電力分布が増大を開始する時点で上記加熱を
   停止し、その後の光ファイバ伝送特性をモニタして、水
   素に起因した欠陥が光ファイバに生じたか否かを検査す
   ることを特徴とする光ファイバの耐水素特性検査方法。
2. （２）水素が光ファイバのコアに達する直前で加熱を停
   止する際、１．２４μｍ、１．６９μｍなど、水素分子
   の吸収による光ファイバの損失ピークをモニタしておき
   、これらピークが増大を開始した時点でその加熱を停止
   する特許請求の範囲第１項記載の光ファイバの耐水素特
   性検査方法。
3. （３）外径（直径）１２５μｍの光ファイバを水素雰囲
   気内で加熱する際の条件として、その水素雰囲気内の加
   熱温度（℃）をＴ、加熱時間をＨとした場合、Ｔ＝８０
   〜１５０におけるＴ×Ｈがほぼ５０となるように加熱し
   た後、その加熱を停止する特許請求の範囲第１項記載の
   光ファイバの耐水素特性検査方法。