JPS61281046A - 光フアイバ - Google Patents

光フアイバ

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Publication number
JPS61281046A
JPS61281046A JP60120893A JP12089385A JPS61281046A JP S61281046 A JPS61281046 A JP S61281046A JP 60120893 A JP60120893 A JP 60120893A JP 12089385 A JP12089385 A JP 12089385A JP S61281046 A JPS61281046 A JP S61281046A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical fiber
glass
quartz glass
core
low
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP60120893A
Other languages
English (en)
Inventor
Ryozo Yamauchi
良三 山内
Suehiro Miyamoto
宮本 末広
Tatsuyuki Oohashi
大橋 立行
Tomio Azebiru
富夫 畔蒜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fujikura Ltd filed Critical Fujikura Ltd
Priority to JP60120893A priority Critical patent/JPS61281046A/ja
Publication of JPS61281046A publication Critical patent/JPS61281046A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C13/00Fibre or filament compositions
    • C03C13/04Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
    • C03C13/045Silica-containing oxide glass compositions

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

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 この発明は、石英ガラスでなる光ファイバに関する。
従来の技術 石英ガラス系光ファイバでは、通常、コア部に比屈折率
を高めるためのドーパントとしてGe(ゲルマニウム)
やP(リン)が用いられる。また、クラッド部には比屈
折率を低めるためのドーパントとしてB(ホウ素)やF
(フッ素)がドープされることもある。
発明が解決しようとする問題点 従来より、光フアイバ通信システムの伝送距離を増大さ
せるため、光ファイバの伝送損失を極限まで減少させよ
うとする試みが続けられてきている。そのなかで、近年
法の2つの問題が浮び上ってきた。
第1に、光ファイバの固有散乱損失であるレーリ散乱を
さらに減少させられないか、 第2に、外部から光フアイバ中に侵入するH2(水素)
ガスによる損失増の生じにくい光フアイバガラス組成は
ないか、 という2つの問題である。
第1の問題については、従来よりレーり散乱損の原因と
して2つの原因が考えられている。それは、 レーり散乱損=ガラスの密度ゆらぎによる散乱損十ガラ
スの組成のゆらぎによる散乱損 で表わされる。
ここで、ガラスの密度ゆらぎによる散乱損は、高温で溶
融状態にあるガラスを冷却する際に、ある温度(近似的
には徐冷温度)で、その温度における熱的なゆらぎ(ガ
ラスが液体的ふるまいをしていた時点のゆらぎ)が固定
されるために生じるものであり、近似的に次式が成立す
る。
密度ゆらぎによる散乱損cckTa (Taは徐冷温度(K)、kはポルツマン定数)そのた
め、ドーパントを含んだガラスでは一般に密度ゆらぎに
よる散乱損が減少することが多い。
特に、ガラスの徐冷温度を下げるようなドーパントを含
むガラスでは顕著であり、たとえばGeO2−3io2
ガラスをコアとする光ファイバに対し、P2O5GeO
z−Stowガラスをコアとする光ファイバは、クラッ
ドの比屈折率を石英ガラスに等しいとし、コアやクラッ
ド間の比屈折率差を1%としたとき、約20%もレーり
散乱損が減少することが知られている。
しかし、レーり散乱損は上記の式の通りガラスの組成の
ゆらぎによる散乱損によっても支配されるので、たとえ
ばドーパントを多量に含むガラスでは、ドーパントが局
所的に偏在しくそのスケールは使用光波長の数分の1以
下)、これによって散乱を生じる。具体的には、純粋S
in、ガラスとGeO2−3iOzガラス(GeO2濃
度15重量%)とを比較すると、前者の方がはるかにレ
ーリ散乱損が小さいことが知られており、レーり散乱損
=A/入4 (入は光の波長、Aは係数) で表わすとき、レーり散乱係数Aは、純粋石英ガラスで
は A(純粋S i O2) 幻0.8 (dB/に+*)
 ・gm’のに対してGeO□−3i O2では A(GeO2−S io、)1.2 (dB/km) 
・JLm’と大きな差を生じる。
これらのことから、現在では、純粋石英ガラスをコアと
する光ファイバが特に優れていると結論されている。し
かしながら、純粋石英ガラスは徐冷温度が必ずしも低く
ないので、ドーパントによるゆらぎに伴なう散乱損は少
なくても、上記の通り密度ゆらぎ(熱ゆらぎ)による散
乱損は少ないとは言い難い。
このように、第1のレーり散乱の問題については、その
原因である密度ゆらぎと組成のゆらぎとの解決が両立せ
ず、なかなか困難な問題となっている。
いずれにしても、レーり故乱損は波長の4乗に反比例す
るので、光通信に限って言えば、光源波長が長い方が損
失が低くなる。一方、光ファイバの損失原因には赤外部
の吸収損失もあり、それらの妥協点として石英系光ファ
イバでは波長1.554m付近での損失が極小となる。
1.55pmの損失について言えば、0.20dB/k
m前後のものがいわゆるチャンピオンφデータとして報
告されているが、いまだ十分に高い確率で生産できると
は言えない状態にある。
第2のH2ガスによる損失増の問題については、最近に
なって、光ファイバを長期間安定に使用するうえできわ
めて重大な問題であると認識されてきた。
すなわち、通常の光ファイバ(特に石英ガラス余光ファ
イlりでは、コアにGeO2−3totを添加すること
により石英ガラスの比屈折率を高め、これにより必要と
されるコア・クラッド間の比屈折率差を得ることが行な
われているが、GeO2やP、0.を含む石英ガラスを
H2雰囲気に曝すと、非常に損失が増加しやすいことが
分ってきた。Gem2やP2O,はS fo、に比べて
ガラス構造中で欠陥をつくりやすく、そのため、光フア
イバ中に拡散してきたH2をp−6HやGeOHの形で
容易にトラップし、その結果、光フアイバ伝送にとって
非常に有害な一〇H基吸収を発生することが原因と考え
られている(雑誌「日経エレクトロニクスJ 1984
年12月3日号p 、211〜p、248参照)。OH
基吸収の顕著な波長としては、1.39〜1.24JL
m、 1.24Bm付近、0.95gm付近の波長があ
り、特にこれらの波長の影響を受けやすく、巨つ光通信
にとって重要な波長としては1、L)tm、 1.55
JLm、 1.2gmなどの波長がある。この場合に発
生する一〇H基は非常に強くガラス構造に固着しており
通常の状態ではもはや動かない(いわゆるperman
ent OHである)。
また従来では、 1.2ILm以上の波長での使用を目
的としてコア中にリンを含む光ファイバを作成すること
は殆どタブー視されてきた。これはリンを用いると、 
1.2gm以上の波長でP−0結合による赤外吸収損が
急激に増加するためであり、そのため特に、長い波長で
の使用を目指した単一モード光ファイバではリンを用い
ることは皆無となっている。
また、前にも触れたP2O,−GeO,Sio2ガラス
をコアとする光ファイバでも、P2O、の含有量は2モ
ル%以下に抑えられており、伝送損失特性面の配慮はい
くらかなされていると言える。しかし、より赤外吸収損
の影響を受けやすい1.55ILmの波長帯ではこれで
は不十分であってさらに考慮が必要であり、極論すれば
P2O。
−G e O2−S i 02ガラスをコアとしたので
は基本的に十分な低損失が得られないとも言える。
一方、前述のようにP2O,をドープした光ファイバの
欠点はH2に対する感受性が極端に高いことであり、こ
の感受性の高さはP−0ポンドの結合力がGe−0やS
 i −0と比べても特に弱いので光フアイバ製造過程
(ガラス堆積、透明ガラス化、光フアイバ化などの過程
)での熱作用(1000℃〜2200℃程度)によって
容易に構造欠陥を作り、この欠陥部位がHをトラップし
やすいためと考えられている。
この発明は、上記第1、第2の問題を解決するもので、
密度ゆらぎによるレーり散乱損と組成のゆらぎによるレ
ーり散乱損とをともに低下させることができ、しかもH
7による損失増も小さい光ファイバを提供することを目
的とする。
問題点を解決するための手段 この発明による光ファイバは、石英ガラスを主成分とし
、コア部がリンとフッ素とを含むことを特徴とする。
作    用 本発明者は2種々のガラスを検討した結果、上記のよう
にコア部に微量のリンとフッ素とを含む石英ガラスを使
用することにより、ガラスの軟化温度の低下によるレー
り散乱損の低減とともにH2による損失増加を極端に減
少させた光ファイバを実現できることに到達したのであ
る。
この場合、リンは、その濃度が比較的微量であっても大
きな粘性低下の効果を有し、1モル%以下、実用的には
0.5モル%程度で十分である。
一方、フッ素は石英ガラス中でいくらか拡散し、Gem
、のように局在した構造をとらないのでいわゆるドーパ
ント濃度のゆらぎは殆どなく、しかも、石英ガラスの溶
融温度を低下させる。このフッ素の添加量はコア部の屈
折率変化の点からは自由である。P2O5による屈折率
上昇を打ち消す程度も良く、また、最終的には2つのド
ーパントは石英ガラスの屈折率を変化させてもさせなく
てもよい。
このような組成のコア部のガラスは、P2O。
のみを含む石英ガラスやP2O5Gem、−5iO,ガ
ラスと異なり、H2感受性が低い。これはP−0の構造
欠陥が陰イオンであるF−によって埋められ、容易にP
−OHのような基を作らないためと考えられる。
そこで 適量のリンとフッ素をドープした石英ガラスは
1組成のゆらぎによるレーり散乱損も、密度ゆらぎによ
るレーり散乱損も少ない。たとえば、リンを0.5モル
%、フッ素を推定0.15モル%ドープした石英ガラス
の場合、溶融温度は約300°C低下した。これにより
レーり散乱損を約15%減少させることができる。
また、リンおよびフッ素をド・−プした光ファイバでは
、H2感受性が小さく、H2(1気圧、150°C,1
0時間)の雰囲気に曝した後の損失増加は極端に少なく
、OH基による吸収損は殆ど見られなかった。
実施例 まず、いわゆるVAD法によりスート状態のガラス微粉
末焼結体を作った。これには、原料ガスとしてはSiC
]nおよびPOCl 、が供給される酸水素バーナを用
い、P(リン)をドープした石英ガラスの微粉末を堆積
させた。その後このガラス微粉末焼結体を、1300℃
の電気炉中に入れ、この炉内にSFl(濃度的1.0 
 mo1%)とHeとの混合ガスを導入し、F(フッ素
)をドープさせるとともに透明ガラス化を行なった。こ
れにより純粋石英ガラスとほぼ等しい比屈折率を有する
PおよびFをドープした石英ガラス母材を得た。この透
明な母材を、長さBoo m m、直径7mmの棒状に
延伸した後、いわゆる外付は法により原料ガスとしては
5iCI4のみが供給される酸水素バーナを用いて、そ
の周囲に約IElOmmの直径となるようにガラス微粉
末焼結体を堆積させた。これをさらに、1eoo℃の電
気炉中に入れ、この炉内にSFlとHeとの混合ガスを
導入し、微粉末焼結体に対してFをドープさせるととも
に、ガラス微粉末焼結体をコア材とともに透明ガラス化
した。このときのSF、の濃度は約8モル%とした。こ
うして得られた母材のうえに純粋石英ガラスからなるパ
イプを被せてコラプスした。その結果、第1図のような
比屈折率分布を有する光ファイバが得られた。この光フ
ァイバのコア直径は約9gm、Fドープクラッド直径は
約901Lm、光フアイバ直径は125 g mであっ
た。
この光ファイバを測定したところ、損失は1.3uLm
の波長で0.31dB/kmであり、この値は通常のG
e0z  5iOzコア光フアイバでは得られない(通
常のGeO25to2光フアイバでは波長1.3 p、
 mでは良くても0.35dB/に■程度の損失となる
)程の低損失を示している。また、1.55p、mの波
長では0.18dB/kmの低損失が得られた。
さらにこの光ファイバを、 150℃、1気圧のH2雰
囲気に曝して、波長1.39gmにおける損失(OH基
による吸収損)を測定したところ第2図のような結果が
得られた。この光ファイバは、従来のGe02−S t
o、コア光ファイバと比較して極端に低い損失増しか示
さないことが分る。
また、この実施例の光ファイバはいわゆる単一モード光
ファイバであり、2番目のLPモードがカットオフとな
る波長入Cを求めたところ1.20pmであった。
なお、単一モード光ファイバでは、コア・クラッド間の
比屈折率が光ファイバの曲がり損失を決定することが多
く、実験的にも、 1.Opm以上の波長で使用する場
合、コアとクラッドとの間の比屈折率差が0.2%以下
では通常の使用状態(具体的には曲がりの直径が30m
m程度まで曲げられる)では損失が急激に増加し使用で
きないことが判明した。この点上記の実施例で得られた
光ファイバはコア・クラッド間比屈折率差が0.3%(
第1図参照)であって1問題ない。
発明の効果 この発明による光ファイバでは、コア部はPとFとをド
ープした石英ガラスでなるので、密度ゆらぎによるレー
り散乱損と組成のゆらぎによるレーり散乱損とがともに
低く、しかも従来問題であったPドープ石英ガラスのH
2感受性を減少させ、H2による損失増も小さいという
利点を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例にかかる光ファイバの比屈
折率分布を表わすグラフ、第2図は波長−損失特性を表
わすグラフである。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)石英ガラスを主成分とし、コア部がリンとフッ素
    とを含むことを特徴とする光ファイバ。
  2. (2)クラッド部のガラスがフッ素またはフッ素とリン
    とを含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    光ファイバ。
  3. (3)クラッド部の外側に石英ガラスからなるジャケッ
    ト部を配置したことを特徴とする特許請求の範囲第1項
    または第2項記載の光ファイバ。
  4. (4)使用する光源波長において、実質的に単一モード
    伝送を保証するコア径およびコア・クラッド間比屈折率
    差を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項ない
    し第3項記載の光ファイバ。
  5. (5)コア部におけるリンの含有量を1モル%以下とし
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第4項
    記載の光ファイバ。
JP60120893A 1985-06-03 1985-06-03 光フアイバ Pending JPS61281046A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03247536A (ja) * 1990-02-27 1991-11-05 Furukawa Electric Co Ltd:The 全フッ素ドープ光ファイバ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03247536A (ja) * 1990-02-27 1991-11-05 Furukawa Electric Co Ltd:The 全フッ素ドープ光ファイバ

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