JPWO2004007383A1 - 光ファイバ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

コア領域に純ＳｉＯ２に対する％で表した比屈折率差［Ｇｅ］が条件［Ｇｅ］≧０．３％を満たす添加量でＧｅが添加された光ファイバ母材２を準備し、線引炉１１で加熱線引して光ファイバ３とした後、線引炉１１の後段の熱処理炉２１において、冷却速度が２０００℃／秒以下、アニール時間が緩和時間以上となる条件で光ファイバ３をアニールする。さらに、アニールされた光ファイバ３を、冷却手段３１へと７００℃以上の入線温度で入線し、冷却手段３１によって光ファイバ３を強制冷却する。これにより、レイリー散乱損失が低減され、かつ、良好な耐水素特性を有する光ファイバを生産性良く製造することが可能な光ファイバ、及びその製造方法が実現される。

Description

本発明は、低伝送損失で光を伝送する光ファイバ、及びその製造方法に関するものである。

光ファイバを用いた光の伝送において、光ファイバ内でのレイリー散乱によって生じるレイリー散乱損失や、光ファイバ内の構造の乱れによって生じる構造不整損失などの伝送損失が問題となる。これに対して、伝送損失を低減することが可能な光ファイバ、あるいはその製造方法が提案されている。

例えば、文献「坂口、電子情報通信学会論文誌 ２０００／１ Ｖｏｌ．Ｊ８３−Ｃ Ｎｏ．１，ｐｐ．３０−３６」に、線引後の光ファイバの徐冷によって、光ファイバでのレイリー散乱損失を低減することが記載されている。すなわち、ガラス内でのレイリー散乱強度は材料によって一定に定まるものではなく、ガラス内での原子の配列状態の乱雑さを示す仮想的な温度である仮想温度Ｔｆ（Ｆｉｃｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）に依存する。具体的には、ガラス内の仮想温度Ｔｆが高く（乱雑さが大きく）なると、レイリー散乱強度は増大する。

これに対して、光ファイバ母材を加熱線引するときに、線引炉の後段に熱処理炉を設置しておき、線引後の光ファイバが熱処理炉を通過するときに所定の温度範囲内となるように加熱して、光ファイバをアニールする。このような光ファイバのアニールによって、線引後における光ファイバの急激な冷却が防止され、光ファイバが徐冷される。このとき、原子の再配列によるガラスの構造緩和によって、光ファイバ内の仮想温度Ｔｆが低下して、光ファイバ内でのレイリー散乱強度が抑制される。

上述したように、線引炉の後段に設けられた熱処理炉を用いて光ファイバをアニールすることにより、光ファイバでのレイリー散乱損失を低減することができる。一方、このレイリー散乱損失とは別に、コアにＧｅ（ゲルマニウム）が添加された光ファイバにおいて、Ｇｅに起因する欠陥によって波長０．６３μｍでの幅の広い損失ピークが増大することが知られている。

このような波長０．６３μｍでの損失は、Ｓｉ−Ｏ欠陥、あるいは非架橋酸素ホールセンター（ＮＢＯＨＣ）などの光ファイバ内での欠陥に起因して発生する（例えば、文献「花房、セラミックス２１（１９８６）Ｎｏ．９，ｐｐ．８６０−８６８」参照）。そして、これらの光ファイバ内での欠陥は、水素雰囲気中でＳｉ−Ｏ−Ｈとなるため、ＯＨ基に起因する波長１．３８μｍでの損失ピークが増大する原因となる。また、特開昭６０−１８６４３０号公報には、線引後の光ファイバを６００℃以上でアニールすることにより、上記した波長０．６３μｍでの損失が低減されることが記載されている。

レイリー散乱損失を低減するとともに、良好な耐水素特性を有する光ファイバを製造するには、線引後の光ファイバに対して、仮想温度Ｔｆを低下させてレイリー散乱損失を低減するための高温でのアニールと、光ファイバ内での欠陥を減少させて波長０．６３μｍでの損失を低減するための中温でのアニールとを行う必要がある。ここで、良好な耐水素特性を有する、ということは、水素雰囲気下でもＯＨ基に起因する波長１．３８μｍでの損失ピークが増大しないことをいう。

しかしながら、このように広い温度範囲で光ファイバに対するアニールを行う場合、相当な長さのアニール用の熱処理炉が必要となり、線引炉及び熱処理炉を含む線引装置が大型化するという問題がある。また、線引時における光ファイバの線速をアニールのために低く設定しなくてはならず、光ファイバの生産性が低下する。

本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、レイリー散乱損失が低減され、かつ、良好な耐水素特性を有する光ファイバ、及び生産性の良い光ファイバの製造方法を提供することを目的とする。

このような目的を達成するために、本発明による光ファイバの製造方法は、（１）コア領域、及びコア領域の外周に設けられたクラッド領域を有する光ファイバ母材を線引炉によって加熱線引して光ファイバとする線引ステップと、（２）線引炉で線引された光ファイバを、線引炉の後段に設けられた熱処理炉によってアニールする熱処理ステップと、（３）熱処理炉でアニールされた光ファイバを、熱処理炉の後段に設けられた冷却手段へと７００℃以上の温度で入線し、冷却手段によって強制冷却する冷却ステップとを備え、（４）熱処理ステップにおいて、光ファイバの冷却速度が２０００℃／秒以下となる条件、及び、熱処理炉の長さをＬ（ｍ）、光ファイバの線速をＶｆ（ｍ／秒）、熱処理炉の入口における光ファイバの粘度をηｓ（Ｐａ・秒）、単位断面積当たりの光ファイバの張力（張力／光ファイバ断面積、せん断応力）をＫ（Ｐａ）とし、緩和時間をτ＝ηｓ／Ｋと定義したときに、アニール時間Ｌ／Ｖｆが緩和時間τ以上（Ｌ／Ｖｆ≧τ）となる条件を満たすアニール条件で光ファイバをアニールすることを特徴とする。

上記した光ファイバの製造方法においては、光ファイバ母材を加熱線引するときに、線引炉の後段に熱処理炉を設置する。そして、線引後の光ファイバが熱処理炉を通過するときに、光ファイバの冷却速度及びアニール時間が所定の条件を満たすように光ファイバをアニールしている。このように、熱処理炉を用いて光ファイバの徐冷を行うことにより、光ファイバ内の仮想温度Ｔｆを低下させて、光ファイバでのレイリー散乱損失を低減することができる。

また、アニールされた光ファイバに対して、熱処理炉の後段にさらに冷却手段を設置し、この冷却手段によって光ファイバを強制冷却している。これにより、線引装置の長さが短縮されるなど、線引装置を全体として小型化することができる。また、線引時における光ファイバの線速を高くするなど、光ファイバを効率的に製造することが可能となる。

また、この冷却手段による光ファイバの強制冷却について、冷却手段への光ファイバの入線温度を７００℃以上の温度としている。これにより、波長０．６３μｍでの損失の増大、及び耐水素特性の劣化による波長１．３８μｍでの損失の増大の原因となる光ファイバ内でのＳｉ−Ｏ欠陥やＮＢＯＨＣなどの欠陥を減少させることができる。以上より、レイリー散乱損失が低減され、かつ、良好な耐水素特性を有する光ファイバを生産性良く製造することが可能となる。

ここで、熱処理ステップにおいては、熱処理炉の炉温を８００℃以上１６００℃以下の範囲内での所定温度として光ファイバをアニールすることが好ましい。さらに、熱処理炉の炉温を１１００℃以上１６００℃以下の範囲内での所定温度として光ファイバをアニールすることがより好ましい。これにより、光ファイバでのレイリー散乱損失を充分に低減することができる。

本発明による光ファイバは、（１）コア領域と、コア領域の外周に設けられたクラッド領域とを備え、コア領域は、純ＳｉＯ_２に対する％で表した比屈折率差［Ｇｅ］が条件［Ｇｅ］≧０．３％を満たす添加量でＧｅが添加されているとともに、（２）レイリー散乱係数Ａ（ｄＢ／ｋｍ・μｍ^４）、及び波長１．００μｍでの伝送損失α_１．００（ｄＢ／ｋｍ）が、それぞれ次式で表される基準値Ａ_０、及びα_０
Ａ_０＝０．８５＋０．２９［Ｇｅ］
α_０＝０．８６＋０．２９［Ｇｅ］
に対して９７％以下であり、かつ、（３）波長１．３８μｍでの水素処理前後の伝送損失差Δα_１．３８が０．１５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする。

上記した光ファイバにおいては、コアに所定の添加量でＧｅが添加された光ファイバにおいて、そのレイリー散乱係数Ａ、及びレイリー散乱損失を含む伝送損失α_１．００が、通常の光ファイバでの値を示す基準値Ａ_０、α_０よりも３％以上低減されて、９７％以下の値となっている。さらに、光ファイバの耐水素特性に対する指標となる水素処理前後の伝送損失差Δα_１．３８が、０．１５ｄＢ／ｋｍ以下に低減されている。これにより、レイリー散乱損失が低減され、かつ、良好な耐水素特性を有する光ファイバが得られる。このような光ファイバは、上述した製造方法によって製造することが可能である。

ここで、クラッド領域は、それぞれ純ＳｉＯ_２、Ｇｅが添加されたＳｉＯ_２、またはＦが添加されたＳｉＯ_２のいずれかからなる１または複数のクラッド層を有することが好ましい。このような構成によれば、シングルモードファイバ、分散シフトファイバ、及び分散補償ファイバなど、様々な種類の光ファイバが得られる。

図１は、光ファイバの製造方法、及び光ファイバの製造に用いられる線引装置の一実施形態を概略的に示す構成図である。

図２は、光ファイバの第１実施形態での屈折率プロファイルを示すグラフである。

図３は、光ファイバの実施例Ａ１〜Ａ４における製造条件及び損失特性について示す表である。

図４は、光ファイバの比較例Ｂ１〜Ｂ５における製造条件及び損失特性について示す表である。

図５は、光ファイバの第２実施形態での屈折率プロファイルを示すグラフである。

図６は、光ファイバの第３実施形態での屈折率プロファイルを示すグラフである。

図７は、光ファイバの実施例Ｃ１〜Ｃ３、及び比較例Ｄ１〜Ｄ３における製造条件及び損失特性について示す表である。

図８は、光ファイバの実施例Ｅ、及び比較例Ｆにおける光ファイバの製造時での温度変化について示す表である。

図９は、線速４００ｍ／分としたときの光ファイバの冷却速度及びアニール効果について示す表である。

図１０は、線速８００ｍ／分としたときの光ファイバの冷却速度及びアニール効果について示す表である。

図１１は、線速１６００ｍ／分としたときの光ファイバの冷却速度及びアニール効果について示す表である。

図１２は、線速３０００ｍ／分としたときの光ファイバの冷却速度及びアニール効果について示す表である。

図１３は、線速８００ｍ／分としたときの光ファイバの冷却速度及びアニール効果について示す表である。

以下、図面とともに本発明による光ファイバ、及びその製造方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。

図１は、本発明による光ファイバの製造方法、及び光ファイバの製造に用いられる線引装置の一実施形態を概略的に示す構成図である。

図１に示す線引装置１は、石英ガラス系の光ファイバを線引するために用いられる線引装置であり、線引炉１１、徐冷用の熱処理炉２１、及び冷却手段３１を有して構成されている。これらの線引炉１１、熱処理炉２１、及び冷却手段３１は、光ファイバ母材２を線引する方向（図１における上下方向）にこの順で設置されている。また、熱処理炉２１及び冷却手段３１の後段には、線引されたガラスファイバ３を樹脂によって被覆する樹脂被覆部４０が設けられている。

本線引装置１を用いた光ファイバの製造においては、まず、コア領域、及びコア領域の外周に設けられたクラッド領域を有して構成された光ファイバ母材２を準備し、母材供給装置（図示していない）に保持された光ファイバ母材２を線引炉１１へと供給する。そして、線引炉１１内のヒータ１２によって光ファイバ母材２の下端を加熱して軟化させ、所定の線速で線引してガラスファイバ３とする（線引ステップ）。線引炉１１の炉心管１３には、不活性ガス供給部１４からのガス供給通路１５が接続されており、炉心管１３内が不活性ガス雰囲気となるように構成されている。

加熱線引されたガラスファイバ３は炉心管１３内にて、例えば１７００℃程度にまで不活性ガスにより急激に冷却される。その後、ガラスファイバ３は、炉心管１３の下部から線引炉１１外に出され、線引炉１１と熱処理炉２１との間にて空冷される。不活性ガスとしては、例えばＮ_２ガスを用いることができる。Ｎ_２ガスの熱伝導係数λ（Ｔ＝３００Ｋ）は２６ｍＷ／（ｍ・Ｋ）である。また、空気の熱伝導係数λ（Ｔ＝３００Ｋ）は２６ｍＷ／（ｍ・Ｋ）である。

次に、線引され空冷されたガラスファイバ３を、線引炉１１と樹脂被覆部４０との間であって、線引炉１１の後段の所定位置に設けられたアニール用の熱処理炉２１に送る。そして、熱処理炉２１内のヒータ２２によってガラスファイバ３を所定温度でアニールする（熱処理ステップ）。この熱処理炉２１では、光ファイバの冷却速度、アニール時間、及びアニール温度などのアニール条件が所定の条件を満たすようにガラスファイバ３をアニールする。

具体的には、ガラスファイバ３の冷却速度については、冷却速度が２０００℃／秒以下となる条件を満たすようにガラスファイバ３をアニールする。また、ガラスファイバ３のアニール時間については、熱処理炉２１の長さをＬ（ｍ）、ガラスファイバ３の線速をＶｆ（ｍ／秒）、熱処理炉２１の入口におけるガラスファイバ３の粘度をηｓ（Ｐａ・秒）、単位断面積当たりのガラスファイバ３の張力（張力／光ファイバ断面積、せん断応力）をＫ（Ｐａ）とし、緩和時間をτ＝ηｓ／Ｋと定義したときに、アニール時間Ｌ／Ｖｆが緩和時間τ以上（Ｌ／Ｖｆ≧τ）となる条件を満たすようにガラスファイバ３をアニールする。

なお、ガラスファイバ３の冷却速度は、熱処理炉２１の入口（アニールの開始時）におけるガラスファイバ３の温度をＴｓ（℃）、熱処理炉２１の出口（アニールの終了時）におけるガラスファイバ３の温度をＴｅ（℃）としたときに、冷却速度＝（Ｔｓ−Ｔｅ）×Ｖｆ／Ｌによって定義される。

また、熱処理炉２１では、上記したガラスファイバ３の冷却速度及びアニール時間についての条件が満たされるように、熱処理炉２１の炉温となるヒータ２２の温度を設定することが好ましい。具体的には、ヒータ２２の温度を８００℃以上１６００℃以下の範囲内にある所定温度として、ガラスファイバ３のアニールを行うことが好ましい。あるいはさらに、ヒータ２２の温度を１１００℃以上１６００℃以下の範囲内にある所定温度として、ガラスファイバ３のアニールを行うことが好ましい。

熱処理炉２１は、その中をガラスファイバ３が通過する炉心管２３を有する。熱処理炉２１の炉心管２３には、Ｎ_２ガス供給部２４からのガス供給通路２５が接続されており、炉心管２３内がＮ_２ガス雰囲気となるように構成されている。Ｎ_２ガスを用いる代わりに、空気あるいはＡｒなどの分子量が比較的大きいガス等を用いることも可能である。ただし、炉心管がカーボン製である場合には、酸素を含まないガスを用いる必要がある。

続いて、アニールされたガラスファイバ３を、線引炉１１と樹脂被覆部４０との間であって、熱処理炉２１の後段の所定位置に設けられた強制冷却用の冷却手段３１に送る。そして、冷却手段３１によってガラスファイバ３を所定温度まで冷却する（冷却ステップ）。この冷却手段３１は、熱処理炉２１でアニールされたガラスファイバ３が、７００℃以上の所定温度、好ましくは７００℃以上１３００℃以下の範囲内にある所定温度で冷却手段３１へと入線されるように配置されている。

冷却手段３１は、その中をガラスファイバ３が通過する円筒状の管３２を有する。また、円筒管３２の側壁には、冷却ガス供給部３４に接続された複数のノズル３３が設けられている。これにより、円筒管３２中を通過するガラスファイバ３に対して冷却ガス供給部３４からの冷却ガスが供給され、ガラスファイバ３が強制的に冷却される。冷却ガスとしては、好ましくはＨｅガスが用いられる。

冷却手段３１を出たガラスファイバ３は、外径測定器５１により外径がオンライン測定される。そして、その測定値がドラム５２を回転駆動する駆動モータ５３にフィードバックされて、外径が一定となるようにドラム５２の回転が駆動制御される。外径測定器５１からの出力信号は、制御手段としての制御ユニット５４に送られる。制御ユニット５４は、ガラスファイバ３の外径があらかじめ設定された所定値となるように、ドラム５２及び駆動モータ５３の回転速度を演算によって求める。

制御ユニット５４からは、演算によって求めたドラム５２及び駆動モータ５３の回転速度を示す出力信号が、駆動モータ用ドライバ（図示していない）に出力される。この駆動モータ用ドライバは、制御ユニット５４からの出力信号に基づいて、駆動モータ５３の回転速度を制御する。

外径測定器５１によって外径が測定されたガラスファイバ３は、２段（タンデム）に構成された樹脂被覆部４０へと入線される。まず、１段目の樹脂被覆部において、外径測定器５１を通過したガラスファイバ３に対し、コーティングダイス４１によりＵＶ樹脂４２が塗布される。塗布されたＵＶ樹脂４２は、樹脂硬化部４３のＵＶランプ４４からの紫外光によって硬化される。

さらに、２段目の樹脂被覆部において、樹脂硬化部４３からのガラスファイバ３に対し、コーティングダイス４６によりＵＶ樹脂４７が塗布される。塗布されたＵＶ樹脂４７は、樹脂硬化部４８のＵＶランプ４９からの紫外光によって硬化される。これにより、ガラスファイバ３が樹脂によって被覆された光ファイバ素線４が形成される。そして、光ファイバ素線４は、ガイドローラ５６を経て、ドラム５２によって巻き取られる。ドラム５２は、回転駆動軸５５に支持されており、この回転駆動軸５５の端部は駆動モータ５３に接続されている。

なお、線引炉１１の炉心管１３には、上述したように不活性ガス供給部１４からのガス供給通路１５が接続されており、炉心管１３内が不活性ガス雰囲気となるように構成されている。これに対して、不活性ガス供給部１４としてＮ_２ガス供給部を設け、炉心管１３内にＮ_２ガスを供給してＮ_２ガス雰囲気となるように構成しても良い。また、Ｈｅガス供給部とＮ_２ガス供給部とを併設し、線速に応じて炉心管１３内にＨｅガスまたはＮ_２ガスを供給する構成としても良い。

上述した実施形態の光ファイバの製造方法による効果について説明する。

図１に示した光ファイバの製造方法では、光ファイバ母材２を加熱線引するときに、線引炉１１の後段に熱処理炉２１を設置する。そして、線引後のガラスファイバ３が熱処理炉２１を通過するときに、ガラスファイバ３の冷却速度及びアニール時間が所定の条件を満たすようにガラスファイバ３をアニールしている。このように、熱処理炉２１を用いて光ファイバの徐冷を行うことにより、光ファイバ内の仮想温度Ｔｆを低下させて、光ファイバでのレイリー散乱損失を低減することができる。

また、熱処理炉２１でアニールされたガラスファイバ３に対して、熱処理炉２１の後段にさらに冷却手段３１を設置し、この冷却手段３１によってガラスファイバ３を強制冷却している。これにより、熱処理炉２１を出たガラスファイバを数１０℃まで冷却するのに必要なパスライン長が短縮される。こうして、線引炉１１及び熱処理炉２１を含む線引装置１の長さ（線引装置の高さ）が短縮されるので、図１に示した構成の線引装置１を全体として小型化することができる。

例えば、線引炉１１及び熱処理炉２１の後段に樹脂被覆部４０が設置されている構成では、ガラスファイバ３を樹脂によって被覆するときに、ガラスファイバ３が充分に冷却されている必要がある。これに対して、図１に示した線引装置１では、冷却手段３１でガラスファイバ３を適当な温度まで冷却することができる。また、線引時におけるガラスファイバ３の線速（線引速度）を高くするなど、ガラスファイバ３及び光ファイバ素線４を効率的に製造することが可能となる。

また、この冷却手段３１によるガラスファイバ３の強制冷却について、冷却手段３１へのガラスファイバ３の入線温度を７００℃以上の温度としている。これにより、波長０．６３μｍでの損失の増大、及び耐水素特性の劣化による波長１．３８μｍでの損失の増大の原因となる光ファイバ内でのＳｉ−Ｏ欠陥やＮＢＯＨＣなどの欠陥を減少させることができる。以上より、レイリー散乱損失が低減され、かつ、良好な耐水素特性を有するガラスファイバ３を生産性良く製造することが可能となる。

ここで、ガラスファイバ３のアニールにおいては、熱処理炉２１の炉温を８００℃以上１６００℃以下の範囲内での所定温度としてガラスファイバ３をアニールすることが好ましい。さらに、熱処理炉２１の炉温を１１００℃以上１６００℃以下の範囲内での所定温度としてガラスファイバ３をアニールすることがより好ましい。これにより、ガラスファイバ３でのレイリー散乱損失を充分に低減することができる。

また、アニール開始時のガラスファイバ３の温度Ｔｓについては、いったん温度が下がってからアニールすると、アニールの効果を出すために要する時間が長くなることから、１４００℃以上１６００℃以下の温度とすることが好ましい。このガラスファイバ３の熱処理炉２１への入線温度は、ガラスファイバの具体的な構成に応じて設定すると良い。

一方、冷却手段３１へのガラスファイバ３の入線温度は、７００℃以上１３００℃以下の範囲内での所定温度とすることが好ましい。これにより、ガラスファイバ３内での欠陥の確実な減少と、ガラスファイバ３の効率的な強制冷却とを、好適に両立することができる。

また、線引炉１１による線引、熱処理炉２１によるアニール、及び冷却手段３１による強制冷却においては、ガラスファイバ３の線速を３００ｍ／分以上とすることが好ましい。このように、線引時でのガラスファイバ３の線速を比較的高い線速とすることにより、ガラスファイバ３の生産性を向上することができる。

また、熱処理炉２１によるガラスファイバ３のアニールについては、０．０３秒以上０．８秒以下のアニール時間でアニールを行うことが好ましい。このような範囲内での所定時間でガラスファイバ３のアニールを行うことにより、ガラスファイバ３でのレイリー散乱損失を充分に低減することができる。

次に、本発明による光ファイバについて説明する。なお、以下に示す光ファイバは、上述した製造方法によって好適に製造することが可能である。

図２は、本発明による光ファイバの第１実施形態について、その屈折率プロファイルを示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は光ファイバ内の各部位の中心軸からみた位置を示している。また、縦軸は光ファイバ内の各部位での純ＳｉＯ_２に対する比屈折率差（％）を示している。

本実施形態の光ファイバは、コア領域１００と、コア領域１００の外周に設けられたクラッド領域１１０とを備える。コア領域１００は、光ファイバの中心軸を含んだ半径ｒ_０の層として形成されている。また、このコア領域１００は、所定の添加量でＧｅが添加されたＳｉＯ_２からなる。

具体的には、コア領域１００には、純ＳｉＯ_２に対する％で表した比屈折率差［Ｇｅ］によってＧｅの添加量を表したときに、条件
［Ｇｅ］≧０．３％
を満たす添加量でＧｅが添加されている。これにより、コア領域１００の比屈折率差Δｎ_０は、Δｎ_０＝［Ｇｅ］＞０となっている。

また、クラッド領域１１０は、本実施形態では、１層のクラッド層１１１から構成されている。クラッド層１１１は、コア領域１００の外周に設けられた半径ｒ_１の層として形成されている。また、このクラッド層１１１は、純ＳｉＯ_２からなる。これにより、クラッド層１１１の比屈折率差Δｎ_１は、Δｎ_１＝０となっている。

このような構成において、本光ファイバは、光ファイバで発生するレイリー散乱損失についてのレイリー散乱係数Ａ（ｄＢ／ｋｍ・μｍ^４）、及び波長１．００μｍでの伝送損失α_１．００（ｄＢ／ｋｍ）が、それぞれ次式で表される基準値Ａ_０、及びα_０
Ａ_０＝０．８５＋０．２９［Ｇｅ］
α_０＝０．８６＋０．２９［Ｇｅ］
に対して９７％以下となるように形成されている。さらに、本光ファイバは、波長１．３８μｍでの水素処理前後の伝送損失差Δα_１．３８が０．１５ｄＢ／ｋｍ以下となるように形成されている。ここで、Ａ_０は、例えば［Ｇｅ］＝０．３５％であれば、Ａ_０＝０．８５＋０．２９×０．３５＝０．９５である。

図２に示した光ファイバでは、そのコア領域１００に対して、条件［Ｇｅ］≧０．３％を満たす添加量でＧｅが添加されている。このようにコアにＧｅが添加された光ファイバでは、Ｇｅに起因して光ファイバ内でのＳｉ−Ｏ欠陥やＮＢＯＨＣなどの欠陥が発生しやすい。そして、これらの欠陥は、上述したように、波長０．６３μｍでの損失の増大、及び耐水素特性の劣化による波長１．３８μｍでの損失の増大の原因となる。

これに対して、上記した光ファイバでは、コア領域１００にＧｅが添加された光ファイバにおいて、そのレイリー散乱係数Ａ、及びレイリー散乱損失を含む伝送損失α_１．００が、通常の光ファイバでの値を示す基準値Ａ_０、α_０よりも３％以上低減されて、９７％以下の値となっている。さらに、後述するように光ファイバ内に発生している欠陥の量に依存し、光ファイバの耐水素特性に対する指標となる水素処理前後の伝送損失差Δα_１．３８が、０．１５ｄＢ／ｋｍ以下に低減されている。これにより、レイリー散乱損失が低減され、かつ、良好な耐水素特性を有する光ファイバが得られる。

ここで、コア領域１００の外周に設けられるクラッド領域１１０については、図２に示した構成では純ＳｉＯ_２からなる１層のクラッド層１１１を有する構成としたが、一般には、それぞれ純ＳｉＯ_２、Ｇｅが添加されたＳｉＯ_２、またはＦが添加されたＳｉＯ_２のいずれかからなる１層または複数層のクラッド層を有する構成とすることが好ましい。

このような構成によれば、シングルモードファイバ（ＳＭＦ：Ｓｉｎｇｌｅ Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒ）、分散シフトファイバ（ＤＳＦ：Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｓｈｉｆｔ Ｆｉｂｅｒ）、及び分散補償ファイバ（ＤＣＦ：Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ Ｆｉｂｅｒ）など、様々な種類の光ファイバを、良好な特性によって生産性良く製造することができる。

上述した光ファイバの各特性条件について、さらに説明する。本実施形態の光ファイバでは、レイリー散乱損失等の低減効果を評価するための指標として、レイリー散乱係数Ａ、及び波長１．００μｍでの伝送損失α_１．００を用い、これらのレイリー散乱係数Ａ、及び伝送損失α_１．００を、通常の値を示す基準値Ａ_０、α_０よりも３％以上低減された、９７％以下の値としている。

光ファイバでの波長λにおける伝送損失α_λ（ｄＢ／ｋｍ）は、レイリー散乱損失と、それ以外の構造不整損失などの伝送損失成分により、一般に次式
α_λ＝Ａ／λ^４＋Ｂ＋Ｃ（λ）
で表される。このうち、第１項Ａ／λ^４（ｄＢ／ｋｍ）がレイリー散乱損失を示しており、その係数Ａがレイリー散乱係数（ｄＢ／ｋｍ・μｍ^４）である。上式より、レイリー散乱損失はレイリー散乱係数Ａに比例しており、したがって、レイリー散乱係数Ａが基準値から３％低減されれば、レイリー散乱損失が３％低減されることとなる。

ここで、熱処理炉による光ファイバのアニール等を行わない通常の製造方法によって得られる光ファイバでは、コア領域へのＧｅの添加量を上述した［Ｇｅ］で表したとき、レイリー散乱係数Ａ（ｄＢ／ｋｍ・μｍ^４）の値は、次式
Ａ_０＝０．８５＋０．２９［Ｇｅ］
となる。したがって、この通常での値Ａ_０をレイリー散乱係数Ａの基準値とすることができる。このとき、得られた光ファイバでのレイリー散乱係数Ａが、基準値Ａ_０から３％以上低減されていれば良い。

また、レイリー散乱損失を含む全体の伝送損失を評価するため、波長１．００μｍでの伝送損失α_１．００を指標としても良い。波長１．００μｍでは、上記した伝送損失α_λの表式中、Ｂ＋Ｃ（λ）はほぼ０．０１であり、したがって、通常の製造方法で得られる光ファイバでは、伝送損失α_１．００（ｄＢ／ｋｍ）の値は、次式
α_０＝Ａ_０＋０．０１
＝０．８６＋０．２９［Ｇｅ］
となる。したがって、この通常での値α_０を伝送損失α_１．００の基準値とすることができる。このとき、得られた光ファイバでの伝送損失α_１．００が、基準値α_０から３％以上低減されることが好ましい。

このように、レイリー散乱係数Ａ、または伝送損失α_１．００を指標として用いることによって、レイリー散乱損失、あるいはレイリー散乱損失を含む全体の伝送損失の低減効果を確実に得ることが可能となる。また、上記した基準値Ａ_０、α_０のそれぞれの表式によれば、表式中に、コアへのＧｅの添加量に関する変数［Ｇｅ］が含まれている。したがって、Ｇｅの添加量に応じた伝送損失の評価が可能である。

なお、レイリー散乱係数Ａについては、上式より、伝送損失の波長依存性のデータ（例えば１／λ^４プロットでの傾き）から求めることができる。また、全体の伝送損失を評価する指標として、波長１．００μｍでの伝送損失α_１．００を用いているが、これは、１．００μｍでの伝送損失の値が、光伝送に用いられる１．５５μｍの波長帯域などに比べて大きく、１〜１０ｋｍ程度の比較的短い光ファイバサンプルで、充分な精度で評価できるためである。

また、光ファイバの波長１．００μｍでの伝送損失α_１．００と、波長１．５５μｍでの伝送損失α_１．５５とは一定の関係を有して対応しており、伝送損失α_１．００で低減効果を評価することによって、伝送損失α_１．５５についても、同様にその低減を確認することができる。具体的な対応関係としては、波長１．００μｍでの伝送損失α_１．００は、上記したように
α_１．００＝Ａ＋０．０１
で表されるが、この表式に相当する波長１．５５μｍでの伝送損失α_１．５５の表式は、次式
α_１．５５＝Ａ×０．１７３２５＋０．０２５
である。

次に、上述した光ファイバでの伝送損失差Δα_１．３８に対する特性条件について説明する。本実施形態の光ファイバでは、光ファイバの耐水素特性に対する指標として、波長１．３８μｍでの水素処理前後の伝送損失差Δα_{１．３ ８}を用い、この伝送損失差Δα_１．３８を、０．１５ｄＢ／ｋｍ以下の値としている。

コア領域にＧｅが添加された構成の光ファイバでは、上述したように、Ｇｅに起囚するＳｉ−Ｏ欠陥、ＮＢＯＨＣなどの欠陥によって、波長０．６３μｍでの幅の広い損失ピークが増大する。これらの欠陥は、水素雰囲気中でＳｉ−Ｏ−Ｈなり、ＯＨ基による波長１．３８μｍでの損失の増大の原因となる。

したがって、この波長１．３８μｍでの伝送損失α_１．３８について、水素処理前と水素処理後との伝送損失差Δα_１．３８を求めることにより、線引後の光ファイバに発生している欠陥について評価することができる。そして、この伝送損失差Δα_１．３８を０．１５ｄＢ／ｋｍ以下とすることにより、良好な耐水素特性を有する光ファイバを得ることができる。

ここで、水素処理前後の伝送損失差Δα_１．３８については、具体的には、窒素９９％：水素１％の水素雰囲気中において、温度８０℃で２０時間の水素処理を行う。そして、水素処理前の光ファイバに対して得られた波長１．３８μｍでの伝送損失α_１．３８と、水素処理後の光ファイバに対して得られた伝送損失α_１．３８との差である損失の増大分から、耐水素特性の指標となる伝送損失差Δα_１．３８を求めている。水素処理前の光ファイバでの欠陥の発生が抑制されれば、伝送損失差Δα_１．３８は低減される。

本発明による光ファイバ、及びその製造方法による伝送損失の低減効果、及び耐水素特性の向上効果について、具体的な実施例及び比較例とともに説明する。なお、以下に示す実施例での光ファイバでは、いずれも図１に示した構成の線引装置１を用いて製造することとしている。

図３は、本発明による光ファイバの実施例Ａ１〜Ａ４における製造条件、及びその損失特性について示す表である。ここでは、製造される光ファイバとして、図２に示した構成を有するＧｅ添加シングルモードファイバ（Ｇｅ−ＳＭ）を想定している。具体的には、Ｇｅが添加されたＳｉＯ_２からなるコア領域１００の外径を２ｒ_０＝８μｍ、比屈折率差をΔｎ_０＝［Ｇｅ］＝０．３５％、純ＳｉＯ_２からなるクラッド層１１１の外径を２ｒ_１＝１２５μｍ、比屈折率差をΔｎ_１＝０％に設定している。

また、その製造条件については、光ファイバ３を強制冷却する冷却手段３１としては、直径６ｍｍ、長さ４ｍのものを用い、また、冷却ガスとしてＨｅガスを２０ｌ／分（２０ｓｌｍ）の流量で供給している。また、光ファイバ３を線引する線速を４００ｍ／分としている。また、熱処理炉２１における光ファイバ３のアニール温度（℃）、及び冷却手段３１への光ファイバ３の入線温度（℃）は、各実施例について図３の表中に示す通りである。なお、光ファイバのアニール条件については、上述した冷却速度を２０００℃／秒以下とする条件、及びアニール時間Ｌ／Ｖｆを緩和時間τ以上とする条件を満たすように設定している。

また、図３の表には、各実施例での光ファイバの損失特性として、波長１．５５μｍでの伝送損失α_１．５５（ｄＢ／ｋｍ）、及び波長０．６３μｍでの伝送損失α_０．６３（ｄＢ／ｋｍ）を示している。これらの損失値は、いずれも光ファイバに対して水素処理を行う前のものである。

これらの損失値のうち、波長１．５５μｍでの伝送損失α_１．５５は、熱処理炉２１で線引後の光ファイバ３をアニールすることによるレイリー散乱損失の低減効果を主に示している。また、波長０．６３μｍでの伝送損失α_{０． ６３}は、アニール後の光ファイバ３の冷却手段３１での強制冷却等による光ファイバ内での欠陥の低減効果を示している。

この伝送損失α_０．６３が増大する原因となる光ファイバ内での欠陥は、上述したように、光ファイバに対して水素処理を行った後において、波長１．３８μｍでの損失の増大の原因となるものである。

図３の表に示した実施例Ａ１〜Ａ４のうち、実施例Ａ１では、熱処理炉でのアニール温度を１１００℃、冷却手段への入線温度を７００℃に設定しており、得られた伝送損失はα_１．５５＝０．１８５ｄＢ／ｋｍ、α_０．６３＝６ｄＢ／ｋｍとなっている。また、実施例Ａ２では、熱処理炉でのアニール温度を１４００℃、冷却手段への入線温度を１０００℃に設定しており、得られた伝送損失はα_１．５５＝０．１８０ｄＢ／ｋｍ、α_０．６３＝６ｄＢ／ｋｍとなっている。

また、実施例Ａ３では、熱処理炉でのアニール温度を１５５０℃、冷却手段への入線温度を１２００℃に設定しており、得られた伝送損失はα_{１． ５５}＝０．１８２ｄＢ／ｋｍ、α_０．６３＝７ｄＢ／ｋｍとなっている。また、実施例Ａ４では、熱処理炉でのアニール温度を１５５０℃、冷却手段への入線温度を１３００℃に設定しており、得られた伝送損失はα_１．５５＝０．１８２ｄＢ／ｋｍ、α_０．６３＝９ｄＢ／ｋｍとなっている。

これらの実施例では、熱処理炉でのアニール温度が、いずれも１１００℃以上１６００℃以下の範囲内での温度となっている。これにより、光ファイバでのレイリー散乱損失が低減されて、レイリー散乱損失を含む波長１．５５μｍでの伝送損失α_１．５５が低減されている。また、冷却手段への入線温度が、いずれも７００℃以上の範囲内での温度となっている。これにより、光ファイバ内での欠陥が減少されて、欠陥に起因する波長０．６３μｍでの伝送損失α_{０．６ ３}が低減されている。

一方、図４は、光ファイバの比較例Ｂ１〜Ｂ５における製造条件、及びその損失特性について示す表である。ここでは、製造される光ファイバとして、図２に示した構成を有する実施例Ａ１〜Ａ４と同様のＧｅ添加シングルモードファイバ（Ｇｅ−ＳＭ）を想定している。

図４の表に示した比較例Ｂ１〜Ｂ５のうち、比較例Ｂ１では、熱処理炉でのアニールを行わず、冷却手段への入線温度を１０００℃に設定しており、得られた伝送損失はα_１．５５＝０．１９０ｄＢ／ｋｍ、α_０．６３＝１２ｄＢ／ｋｍとなっている。ここでは、光ファイバをアニールしていないために、レイリー散乱損失を含む伝送損失α_１．５５が大きくなっている。また、光ファイバ内での欠陥に起因する伝送損失α_０．６３も大きくなっている。

また、比較例Ｂ２では、熱処理炉でのアニールを行わず、冷却手段への入線温度を５００℃に設定しており、得られた伝送損失はα_１．５５＝０．１９０ｄＢ／ｋｍ、α_０．６３＝６ｄＢ／ｋｍとなっている。ここでは、光ファイバをアニールしていないために、レイリー散乱損失を含む伝送損失α_１．５５が大きくなっている。ただし、冷却手段への入線温度が低いため、伝送損失α_０．６３は低くなっている。

また、比較例Ｂ３では、熱処理炉でのアニール温度を９００℃、冷却手段への入線温度を５００℃に設定しており、得られた伝送損失はα_１．５５＝０．１８９ｄＢ／ｋｍ、α_０．６３＝６ｄＢ／ｋｍとなっている。ここでは、光ファイバのアニール温度が低いために、レイリー散乱損失を含む伝送損失α_１．５５が大きくなっている。ただし、冷却手段への入線温度が低いため、伝送損失α_{０． ６３}は低くなっている。

また、比較例Ｂ４では、熱処理炉でのアニール温度を１１００℃、冷却手段への入線温度を５００℃に設定しており、得られた伝送損失はα_{１．５ ５}＝０．１８５ｄＢ／ｋｍ、α_０．６３＝６ｄＢ／ｋｍとなっている。ここでは、光ファイバのアニール温度が比較的高く、レイリー散乱損失を含む伝送損失α_{１．５ ５}がある程度低減されている。また、冷却手段への入線温度も低く、伝送損失α_{０ ．６３}も低くなっており、損失特性については、良好な特性の光ファイバが得られている。しかしながら、このように冷却手段への入線温度を５００℃と低くする場合、熱処理炉と冷却手段との間で光ファイバを充分に空冷しなくてはならず、線引装置を全体として小型化することができない。

また、比較例Ｂ５では、熱処理炉でのアニール温度を１６５０℃、冷却手段への入線温度を１３００℃に設定しており、得られた伝送損失はα_{１． ５５}＝０．１８８ｄＢ／ｋｍ、α_０．６３＝１０ｄＢ／ｋｍとなっている。ここでは、光ファイバのアニール温度が高過ぎるために、レイリー散乱損失を含む伝送損失α_１．５５が大きくなっている。また、光ファイバ内での欠陥に起因する伝送損失α_０．６３も大きくなっている。

以上の実施例Ａ１〜Ａ４、及び比較例Ｂ１〜Ｂ５より、熱処理炉による光ファイバのアニール温度を１１００℃以上１６００℃以下の温度とし、かつ、冷却手段への光ファイバの入線温度を７００℃以上の温度、好ましくは、７００℃以上１３００℃以下の温度とすることにより、レイリー散乱損失が低減され、かつ、良好な耐水素特性を有する光ファイバが得られる。さらに、線引装置を小型化して、生産性良く光ファイバを製造することが可能となる。

本発明による光ファイバについてさらに説明する。

図５は、光ファイバの第２実施形態について、その屈折率プロファイルを示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は光ファイバ内の各部位の中心軸からみた位置を示している。また、縦軸は光ファイバ内の各部位での純ＳｉＯ_２に対する比屈折率差（％）を示している。

本実施形態の光ファイバは、コア領域２００と、コア領域２００の外周に設けられたクラッド領域２１０とを備える。コア領域２００は、光ファイバの中心軸を含んだ半径ｒ_０の層として形成されている。また、このコア領域２００は、上述した条件
［Ｇｅ］≧０．３％
を満たす添加量でＧｅが添加されたＳｉＯ_２からなる。これにより、コア領域２００の比屈折率差Δｎ_０は、Δｎ_０＝［Ｇｅ］＞０となっている。

また、クラッド領域２１０は、本実施形態では、２層のクラッド層２１１、２１２から構成されている。内側の第１クラッド層２１１は、コア領域２００の外周に設けられた半径ｒ_１の層として形成されている。また、このクラッド層２１１は、Ｇｅが所定の添加量で添加されたＳｉＯ_２からなる。これにより、クラッド層２１１の比屈折率差Δｎ_１は、Δｎ_１＞０となっている。

また、外側の第２クラッド層２１２は、第１クラッド層２１１の外周に設けられた半径ｒ_２の層として形成されている。また、このクラッド層２１２は、純ＳｉＯ_２からなる。これにより、クラッド層２１２の比屈折率差Δｎ_２は、Δｎ_２＝０となっている。

なお、レイリー散乱係数Ａ、波長１．００μｍでの伝送損失α_{１． ００}、及び波長１．３８μｍでの水素処理前後の伝送損失差Δα_１．３８については、図２に示した第１実施形態の光ファイバについて上述した特性条件と同様である。また、このような構成の光ファイバは、例えば分散シフトファイバ（ＤＳＦ）に好適に適用することが可能である。

図６は、光ファイバの第３実施形態について、その屈折率プロファイルを示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は光ファイバ内の各部位の中心軸からみた位置を示している。また、縦軸は光ファイバ内の各部位での純ＳｉＯ_２に対する比屈折率差（％）を示している。

本実施形態の光ファイバは、コア領域３００と、コア領域３００の外周に設けられたクラッド領域３１０とを備える。コア領域３００は、光ファイバの中心軸を含んだ半径ｒ_０の層として形成されている。また、このコア領域３００は、上述した条件
［Ｇｅ］≧０．３％
を満たす添加量でＧｅが添加されたＳｉＯ_２からなる。これにより、コア領域３００の比屈折率差Δｎ_０は、Δｎ_０＝［Ｇｅ］＞０となっている。

また、クラッド領域３１０は、本実施形態では、２層のクラッド層３１１、３１２から構成されている。内側の第１クラッド層３１１は、コア領域３００の外周に設けられた半径ｒ_１の層として形成されている。また、このクラッド層３１１は、Ｆが所定の添加量で添加されたＳｉＯ_２からなる。これにより、クラッド層３１１の比屈折率差Δｎ_１は、Δｎ_１＜０となっている。

また、外側の第２クラッド層３１２は、第１クラッド層３１１の外周に設けられた半径ｒ_２の層として形成されている。また、このクラッド層３１２は、純ＳｉＯ_２からなる。これにより、クラッド層３１２の比屈折率差Δｎ_２は、Δｎ_２＝０となっている。

なお、レイリー散乱係数Ａ、波長１．００μｍでの伝送損失α_{１． ００}、及び波長１．３８μｍでの水素処理前後の伝送損失差Δα_１．３８については、図２に示した第１実施形態の光ファイバについて上述した特性条件と同様である。また、このような構成を有する光ファイバは、例えば分散補償ファイバ（ＤＣＦ）に好適に適用することが可能である。

図２、図５、及び図６に示した各実施形態の光ファイバにおける伝送損失の低減効果、及び耐水素特性の向上効果について、具体的な実施例及び比較例とともに説明する。

図７は、光ファイバの実施例Ｃ１〜Ｃ３、及び比較例Ｄ１〜Ｄ３における製造条件、及びその損失特性について示す表である。

ここで、実施例Ｃ１及び比較例Ｄ１では、製造される光ファイバとして、図２に示した構成を有するＧｅ添加シングルモードファイバ（Ｇｅ−ＳＭ）を想定している。具体的には、Ｇｅが添加されたＳｉＯ_２からなるコア領域１００の外径を２ｒ_０＝８μｍ、比屈折率差をΔｎ_０＝［Ｇｅ］＝０．３５％、純ＳｉＯ_２からなるクラッド層１１１の外径を２ｒ_１＝１２５μｍ、比屈折率差をΔｎ_１＝０％に設定している。

また、実施例Ｃ２及び比較例Ｄ２では、光ファイバとして、図５に示した構成を有する分散シフトファイバ（ＤＳＦ）を想定している。具体的には、Ｇｅが添加されたＳｉＯ_２からなるコア領域２００の外径を２ｒ_０＝６μｍ、比屈折率差をΔｎ_０＝［Ｇｅ］＝０．６％、Ｇｅが添加されたＳｉＯ_２からなる第１クラッド層２１１の外径を２ｒ_１＝４０μｍ、比屈折率差をΔｎ_１＝０．１％、純ＳｉＯ_２からなる第２クラッド層２１２の外径を２ｒ_２＝１２５μｍ、比屈折率差をΔｎ_２＝０％に設定している。

また、実施例Ｃ３及び比較例Ｄ３では、光ファイバとして、図６に示した構成を有する分散補償ファイバ（ＤＣＦ）を想定している。具体的には、Ｇｅが添加されたＳｉＯ_２からなるコア領域３００の外径を２ｒ_０＝４μｍ、比屈折率差をΔｎ_０＝［Ｇｅ］＝１．５％、Ｆが添加されたＳｉＯ_２からなる第１クラッド層３１１の外径を２ｒ_１＝８μｍ、比屈折率差をΔｎ_１＝−０．４％、純ＳｉＯ_２からなる第２クラッド層３１２の外径を２ｒ_２＝１２５μｍ、比屈折率差をΔｎ_２＝０％に設定している。

また、その製造条件については、実施例Ｃ１〜Ｃ３では、熱処理炉における光ファイバのアニール温度を１４００℃、冷却手段への光ファイバの入線温度を１０００℃とする実施例Ａ２（図３参照）での製造条件を用いている。また、比較例Ｄ１〜Ｄ３では、熱処理炉における光ファイバのアニールを行わず、冷却手段への光ファイバの入線温度を１０００℃とする比較例Ｂ１（図４参照）での製造条件を用いている。また、光ファイバの線速等については、図３及び図４の場合と同様である。なお、実施例Ｃ１〜Ｃ３での光ファイバのアニール条件については、上述した冷却速度を２０００℃／秒以下とする条件、及びアニール時間Ｌ／Ｖｆを緩和時間τ以上とする条件を満たすように設定している。

また、図７の表には、各実施例及び比較例での光ファイバの損失特性として、波長１．５５μｍでの伝送損失α_１．５５（ｄＢ／ｋｍ）、及び波長１．３８μｍでの水素処理前後の伝送損失差Δα_１．３８（ｄＢ／ｋｍ）を示している。ここで、波長１．３８μｍでの伝送損失差Δα_１．３８は、図３に示した波長０．６３μｍでの伝送損失α_０．６３と同様に、アニール後の光ファイバの冷却手段での強制冷却等による光ファイバ内での欠陥の低減効果を示している。

図７の表に示した実施例Ｃ１〜Ｃ３では、伝送損失はそれぞれα_１．５５＝０．１８０、０．１８８、０．２２８となっている。これらの値では、コアに添加されているＧｅの添加量に応じて伝送損失が増加しているものの、熱処理炉でのアニールによって光ファイバでのレイリー散乱損失が低減されて、レイリー散乱損失を含む波長１．５５μｍでの伝送損失α_１．５５が低減されている。

また、伝送損失差はそれぞれΔα_１．３８＝０．０５、０．０７、０．１１となっている。これらの値では、冷却手段への入線温度の設定等によって光ファイバ内での欠陥が減少されて、欠陥に起因する波長１．３８μｍでの水素処理前後の伝送損失差Δα_１．３８が０．１５ｄＢ／ｋｍ以下に低減されている。

一方、比較例Ｄ１〜Ｄ３では、伝送損失はそれぞれα_１．５５＝０．１９０、０．２００、０．２４５、また、伝送損失差はそれぞれΔα_１．３８＝０．２、０．３、０．６となっている。これらの値は、いずれも対応する実施例Ｃ１〜Ｃ３での値よりも大きくなっており、光ファイバの損失特性、及び耐水素特性が劣化している。

以上の実施例Ｃ１〜Ｃ３、及び比較例Ｄ１〜Ｄ３より、熱処理炉による光ファイバのアニール温度を１１００℃以上１６００℃以下の温度とし、かつ、冷却手段への光ファイバの入線温度を７００℃以上の温度とすることにより、図２、図５、及び図６にそれぞれ示した構成を有する光ファイバのいずれにおいても、レイリー散乱損失が低減され、かつ、良好な耐水素特性を有する光ファイバが得られることがわかる。

図８は、光ファイバの実施例Ｅ、及び比較例Ｆにおける光ファイバの製造時での温度変化について示す表である。この表では、熱処理炉の出口からの距離に対する光ファイバの温度変化（℃）を示している。

具体的には、実施例Ｅ及び比較例Ｆでは、熱処理炉の入口での光ファイバの温度を１６００℃、光ファイバの線速を１２００ｍ／分、熱処理炉の長さを２ｍ、アニール温度を１２００℃、アニール時間を０．１秒に設定している。また、実施例Ｅでは、熱処理炉の出口からの距離が２ｍ〜３ｍの範囲において、光ファイバに対してＨｅ冷却手段による強制冷却を行っている。また、実施例Ｅ及び比較例Ｆでは、図２に示した構成を有するＧｅ添加シングルモードファイバを想定している。ガラスファイバの直径は１２５μｍである。また、この条件では、緩和時間τは約０．０５秒であり、アニール時間はそれよりも長くなっている。

また、光ファイバの温度変化については、Ｐａｅｋの式
θ＝ｅｘｐ｛−［（４ｈ）／（ρＣ_ｐＶ）］Ｓ｝
または、この式を書き換えた次式
θ＝ｅｘｐ｛−［（４ｈ）／（ρＣ_ｐｄ）］ｔ｝
を用いて計算している。ここで、ｈは熱伝達係数、ρは密度、Ｃ_ｐは比熱、Ｖは光ファイバの線速、ｄは光ファイバの直径、ｔは経過時間である。

また、θ及びＳは、次式
θ＝（Ｔ−Ｔ_０）／（Ｔ_ｓ−Ｔ_０）
Ｓ＝ｚ／ｄ
によって表される。ここで、Ｔは温度、Ｔ_ｓは軟化温度、Ｔ_０は雰囲気温度、ｚは位置である（文献「Ｕ．Ｃ．Ｐａｅｋ ｅｔ．ａｌ．，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｅｒａｍｉｃ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｖｏｌ．５８，Ｎｏ．７−８，ｐｐ．３３０−３３５」を参照）。

図８の表において、実施例Ｅ及び比較例Ｆともに、熱処理炉の出口での光ファイバの温度は１４９９℃、出口から１ｍでは１２９９℃、２ｍでは１１２５℃となっている。そして、この後段において、Ｈｅ冷却手段によって強制冷却を行っている実施例Ｅでは、出口から３ｍで光ファイバの温度が６００℃以下の５５３℃となっているのに対し、強制冷却を行わない比較例Ｆでは、出口から７ｍで６００℃以下の５５４℃となっている。

すなわち、この例では、熱処理炉の後段に冷却手段を設置したことにより、光ファイバの温度を６００℃以下まで低減するための線引装置の長さを４ｍ短縮することができ、線引装置を大幅に小型化することが可能となっている。これにより、線引装置の建設費用を低減することができる。また、線引時における光ファイバの線速を高くするなど、光ファイバの生産性を向上することができる。

このような効果は、特に、線引時における光ファイバの線速が高い場合に顕著となる。例えば、図８に示した例では、線速１２００ｍ／分で４ｍのスペース短縮が可能となっている。このことから、光ファイバの線速が３００ｍ／分以上であれば、線引装置のスペースを１ｍ以上短縮することができる。

また、熱処理炉による光ファイバのアニール時間については、長さ１ｍの熱処理炉では、光ファイバの線速を３００〜１８００ｍ／分とすれば、アニール時間は０．２〜０．０３秒となる。また、長さ４ｍの熱処理炉では、アニール時間は０．８〜０．１３秒となる。したがって、このような条件では、熱処理炉によるアニール時間を０．０３秒以上０．８秒以下とすることが好ましい。

本発明による光ファイバの製造方法での光ファイバのアニールによる伝送損失の低減効果について、実施例とともにさらに説明する。

以下に示す実施例においては、光ファイバとして、実施例Ａ１〜Ａ４と同様のＧｅ添加シングルモードファイバを想定し、熱処理炉の入口での光ファイバの温度をＴｓ＝１５００℃とするとともに、光ファイバの線速Ｖｆ及び熱処理炉の長さＬを変えて、光ファイバの温度変化、冷却速度、及び得られるアニール効果について調べた。この光ファイバの構成及び熱処理炉への入線温度において、光ファイバの緩和時間はτ＝０．１２秒（Ｋは約８０ＭＰａ）である。

また、光ファイバの温度変化については、前述のＰａｅｋの式を用いて計算により求め、熱処理炉内の各位置、及び熱処理炉の後段にある冷却手段の入口での光ファイバの温度（℃）と、それから求められる熱処理炉での冷却速度（℃／秒）とを表中に示した。また、アニール効果については、アニールなしの場合と比較してレイリー散乱係数が３％以上低減される場合を効果あり（表中の○）、それ以外を効果なし（表中の×）とした。

図９は、光ファイバの線速をＶｆ＝４００ｍ／分としたときの光ファイバの冷却速度及びアニール効果について示す表である。図９に示す例では、熱処理炉の長さをＬ＝２ｍ、熱処理炉と冷却手段との距離を０．３ｍに設定し、熱処理炉の設定温度を１３００℃、１０００℃、８００℃、５００℃、及び２０℃とした各条件について光ファイバの温度変化、及び得られるアニール効果を調べた。このとき、アニール時間はＬ／Ｖｆ＝０．３０秒であり、条件Ｌ／Ｖｆ≧τを満たしている。

図１０は、光ファイバの線速をＶｆ＝８００ｍ／分としたときの光ファイバの冷却速度及びアニール効果について示す表である。図１０に示す例では、熱処理炉の長さをＬ＝２ｍ、熱処理炉と冷却手段との距離を１．２ｍに設定し、熱処理炉の設定温度を１３００℃、１０００℃、８００℃、５００℃、及び２０℃とした各条件について光ファイバの温度変化、及び得られるアニール効果を調べた。このとき、アニール時間はＬ／Ｖｆ＝０．１５秒であり、条件Ｌ／Ｖｆ≧τを満たしている。

図１１は、光ファイバの線速をＶｆ＝１６００ｍ／分としたときの光ファイバの冷却速度及びアニール効果について示す表である。図１１に示す例では、熱処理炉の長さをＬ＝３．５ｍ、熱処理炉と冷却手段との距離を２ｍに設定し、熱処理炉の設定温度を１３００℃、１０００℃、８００℃、５００℃、及び２０℃とした各条件について光ファイバの温度変化、及び得られるアニール効果を調べた。このとき、アニール時間はＬ／Ｖｆ＝０．１３秒であり、条件Ｌ／Ｖｆ≧τを満たしている。

図１２は、光ファイバの線速をＶｆ＝３０００ｍ／分としたときの光ファイバの冷却速度及びアニール効果について示す表である。図１２に示す例では、熱処理炉の長さをＬ＝７ｍ、熱処理炉と冷却手段との距離を２ｍに設定し、熱処理炉の設定温度を１３００℃、１０００℃、８００℃、５００℃、及び２０℃とした各条件について光ファイバの温度変化、及び得られるアニール効果を調べた。このとき、アニール時間はＬ／Ｖｆ＝０．１４秒であり、条件Ｌ／Ｖｆ≧τを満たしている。

図１３は、光ファイバの線速をＶｆ＝８００ｍ／分としたときの光ファイバの冷却速度及びアニール効果について示す表である。図１３に示す例では、熱処理炉の長さをＬ＝１．５ｍ、熱処理炉と冷却手段との距離を１．２ｍに設定し、熱処理炉の設定温度を１３００℃とした条件について光ファイバの温度変化、及び得られるアニール効果を調べた。このとき、アニール時間Ｌ／Ｖｆは緩和時間τよりも短いＬ／Ｖｆ＝０．１１秒であり、条件Ｌ／Ｖｆ≧τは満たされていない。

以上の図９〜図１３に示されているように、アニール時間についての条件Ｌ／Ｖｆ≧τが満たされずにアニール時間が短くなっている図１３の例では、充分なレイリー散乱係数の低減効果は得られていない。また、アニール時間が条件Ｌ／Ｖｆ≧τを満たす図９〜図１２の例においても、冷却速度が２０００℃／秒よりも速い場合には、同様に充分なレイリー散乱係数の低減効果が得られないことがわかる。

これに対して、熱処理炉における冷却速度が２０００℃／秒以下となる条件、及びアニール時間Ｌ／Ｖｆが緩和時間τ以上となる条件を満たすように光ファイバをアニールすることにより、レイリー散乱係数が充分に低減される。また、熱処理炉の設定温度であるアニール温度については、アニール温度を８００℃以上とすることにより、レイリー散乱係数が充分に低減される。なお、これらの例においても、冷却手段によって光ファイバを強制冷却することによる効果については、上述した実施例Ａ１〜Ａ４等と同様である。

本発明による光ファイバ、及びその製造方法は、上述した実施形態及び実施例に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、線引装置の具体的な構成については、図１はその一例を示すものであり、上述した製造方法を実現可能なものであれば、他の構成の線引装置を用いても良い。

本発明による光ファイバ、及びその製造方法は、以上詳細に説明したように、レイリー散乱損失が低減され、かつ、良好な耐水素特性を有する光ファイバ、及び生産性の良い光ファイバの製造方法として利用可能である。すなわち、光ファイバの線引時において、線引炉の後段の熱処理炉によって冷却速度が２０００℃／秒以下、アニール時間が緩和時間以上となる条件で光ファイバをアニールするとともに、熱処理炉の後段の冷却手段へと７００℃以上の温度で光ファイバを入線して強制冷却を行う光ファイバの製造方法によれば、レイリー散乱損失が低減され、かつ、良好な耐水素特性を有する光ファイバを生産性良く製造することが可能となる。

また、コア領域に条件［Ｇｅ］≧０．３％を満たす添加量でＧｅが添加され、レイリー散乱係数Ａ、及び波長１．００μｍでの伝送損失α_１．００が、それぞれ通常の基準値Ａ_０、及びα_０に対して９７％以下であり、かつ、波長１．３８μｍでの水素処理前後の伝送損失差Δα_１．３８が０．１５ｄＢ／ｋｍ以下である光ファイバによれば、レイリー散乱損失が低減され、かつ、良好な耐水素特性を有する光ファイバが得られる。

Claims (10)

1. コア領域、及び前記コア領域の外周に設けられたクラッド領域を有する光ファイバ母材を線引炉によって加熱線引して光ファイバとする線引ステップと、
   前記線引炉で線引された前記光ファイバを、前記線引炉の後段に設けられた熱処理炉によってアニールする熱処理ステップと、
   前記熱処理炉でアニールされた前記光ファイバを、前記熱処理炉の後段に設けられた冷却手段へと７００℃以上の温度で入線し、前記冷却手段によって強制冷却する冷却ステップとを備え、
   前記熱処理ステップにおいて、前記光ファイバの冷却速度が２０００℃／秒以下となる条件、及び、前記熱処理炉の長さをＬ（ｍ）、前記光ファイバの線速をＶｆ（ｍ／秒）、前記熱処理炉の入口における前記光ファイバの粘度をηｓ（Ｐａ・秒）、単位断面積当たりの前記光ファイバの張力をＫ（Ｐａ）とし、緩和時間をτ＝ηｓ／Ｋと定義したときに、アニール時間Ｌ／Ｖｆが緩和時間τ以上となる条件を満たすアニール条件で前記光ファイバをアニールすることを特徴とする光ファイバの製造方法。
2. 前記熱処理ステップにおいて、前記光ファイバを前記熱処理炉によって８００℃以上１６００℃以下の温度でアニールすることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの製造方法。
3. 前記熱処理ステップにおいて、前記光ファイバを前記熱処理炉によって１１００℃以上１６００℃以下の温度でアニールすることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの製造方法。
4. 前記冷却ステップにおいて、前記光ファイバを前記冷却手段へと７００℃以上１３００℃以下の温度で入線することを特徴とする請求項１記載の光ファイバの製造方法。
5. 前記線引ステップ、前記熱処理ステップ、及び前記冷却ステップでの前記光ファイバの線速が３００ｍ／分以上であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの製造方法。
6. 前記熱処理ステップにおいて、前記光ファイバを前記熱処理炉によって０．０３秒以上０．８秒以下の時間でアニールすることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの製造方法。
7. 前記コア領域は、純ＳｉＯ_２に対する％で表した比屈折率差［Ｇｅ］が条件［Ｇｅ］≧０．３％を満たす添加量でＧｅが添加されていることを特徴とする請求項１記載の光ファイバの製造方法。
8. 前記クラッド領域は、それぞれ純ＳｉＯ_２、Ｇｅが添加されたＳｉＯ_２、またはＦが添加されたＳｉＯ_２のいずれかからなる１または複数のクラッド層を有することを特徴とする請求項１記載の光ファイバの製造方法。
9. コア領域と、前記コア領域の外周に設けられたクラッド領域とを備え、前記コア領域は、純ＳｉＯ_２に対する％で表した比屈折率差［Ｇｅ］が条件［Ｇｅ］≧０．３％を満たす添加量でＧｅが添加されているとともに、
   レイリー散乱係数Ａ（ｄＢ／ｋｍ・μｍ^４）、及び波長１．００μｍでの伝送損失α_１．００（ｄＢ／ｋｍ）が、それぞれ次式で表される基準値Ａ_０、及びα_０
   Ａ_０＝０．８５＋０．２９［Ｇｅ］
   α_０＝０．８６＋０．２９［Ｇｅ］
   に対して９７％以下であり、かつ、波長１．３８μｍでの水素処理前後の伝送損失差Δα_１．３８が０．１５ｄＢ／ｋｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
10. 前記クラッド領域は、それぞれ純ＳｉＯ_２、Ｇｅが添加されたＳｉＯ_２、またはＦが添加されたＳｉＯ_２のいずれかからなる１または複数のクラッド層を有することを特徴とする請求項９記載の光ファイバ。

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