TW200427640A - Glass freform for optic fiber of reducing absorption due to oh group and manufacturing method thereof - Google Patents

Description

200427640 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於光纖用玻璃母材的製造，特別是，關於減 少氫氧基（OH)引起的吸收的光纖用玻璃母材及其製造方 法。 【先前技術】 在使用光纖的通訊中，由於可以使用廉價的半導體雷 射，故主要利用1300nm附近或1550nm附近的波長。但 是，最近伴隨光波分複用（WDM)通訊技術的進步，爲了增 加傳送容量，產生了利用從1300nm到1600nm的寬波長 帶域的必要。 在圖1中示出了通常的單模式(Single Mode)光纖的傳輸 損失與波長的關係。 如圖1所示，通常的單模式光纖的傳輸損失，在1385nm 附近急遽地增加。傳輸損失增加時，不能進行使用1385nm 附近的光的傳輸，並且在CWDM(Coarse-WDM)等中可利 用的通道(Channel)數減少，從而使總的傳輸容量下降。爲 了長距離傳輸光信號，必須增設使光中繼增幅的中繼站， 因此，存在著通訊系統總成本增加之類的不合適的問題。 因此，有必要抑制波長1385mn附近的傳輸損失急遽地 增加。波長1385nm附近的傳輸損失的急遽地增加，是由 於光纖中含有的OH基的吸收所致，這是由於OH基振動， 吸收光而發生的。爲了縮小因這樣的OH基產生的吸收峰， 有必要在作爲光纖母材的玻璃母材階段，就減少OH基的 13293pif.doc/008 6 200427640 另外，從圖1中的波長1385nm附近的傳輸損失的峰値， 與用傳輸損失緩慢減少時的虛線表示的曲線的波長 1385nm附近的傳輸損失的値之差，得到~OH基吸收峰的 値。而且，在圖1中的OH吸收峰的値約爲0.1dB/km。 對於提供減少OH基的單模式纖維用玻璃母材的方法~ 可以舉出採用外包層法的專利第3301602號。該方法是在 將含芯的玻璃條調節到規定直徑的拉伸操作中，爲了不使 玻璃條被OH基污染，或用電漿體火焰，或在火焰下進行 拉伸後除去被污染層，減少OH基。 發明要解決的課題 然而，通常，在光纖用玻璃母材的製造步驟中，使用電 漿體火焰的方法不是一般的方法，而使用氫氧焰的方法才 是廣泛採用的方法。但是採用由氫氧焰的拉伸方法時必要 的除去OH基污染層的步驟，是通常的單模式光纖製造中 不需要的步驟，因此使得成本上升。 另外’罩套中空圓筒管的方法是眾所周知的。該方法 是在含芯的玻璃條上直接堆積玻璃微粒並進行脫水/透明 玻璃化的方法。與OVD法或軸向VAD法相比成本高。宜 理由是中空圓筒管本身要用OVD法或軸向VAD法來製 作，還必須進行其後的形狀加工和表面加工。 【發明內容】 因此本發明的目的在於提供一種光纖用玻璃母材及其製 3s方法’其疋低成本以及OH基少而減少了吸收。 13293pif.doc/008 7 200427640 解決課題的手段 本發明關於光纖用玻璃母材的製造方法，該方法是包括 製作具有芯部和包層的一部分的芯棒，在該芯棒的外周堆 積玻璃微粒形成追加包層，然後將得到的多孔質母材進行 燒結•透明玻璃化處理的光纖用玻璃母材的製造方法，其 特徵在於，將該光纖用玻璃母材進行抽絲得到的光纖，在 令上述芯棒相當部的外徑爲a，令波長1385nm處的模態 場徑（Mode Field Diameter)爲 m 時，其比滿足 3.75 a/m 6的關係地製作上述芯棒。 芯棒可以使用採用VAD(軸向氣相沈積）、〇VD(外氣相 沈積）、MCVD(改進的化學氣相沈積）、PCVD(電漿化學氣 相沈積）中的任何一種方法製作的，且在至少其外徑的90% 以內的部分，平均含OH的濃度爲lppb以下。另外，追 加包層在至少其內徑的150%以內的部分，平均含〇H的 濃度達到50ppm以下。 本發明的光纖用玻璃母材，是採用上述製造方法製造 的。光纖，是將該玻璃母材進行加熱•抽絲得到的，在該 光纖的傳輸損失光譜中，波長1385nm附近的OH基引起 的吸收損失的貢獻份是〇.〇4dB/km以下。 【實施方式】 本發明的第一方案關於光纖用玻璃母材的製造方法，該 方法是爲得到降低在波長1385nm處的起因於光纖中的 基的傳輸損失的光纖而使用的光纖用玻璃母材的製造方 法，並且是將該玻璃母材進行抽絲得到的光纖，在令上述 13293pif.doc/008 8 200427640 芯棒相當部分的外徑爲a，令波長1385nm處的模態場徑 爲m時，以其比滿足3.75 a/m 6的關係的方式製作芯 棒，而且，在該芯棒的外周形成追加包層，並進行燒結· 透明玻璃化處理而製造光纖用玻璃母材的方法。 本發明的光纖用玻璃母材，是經過以下各步驟製造的， 例如，按照滿足上述3.75 a/m 6關係的條件，準備具有 芯部和包層部的一部分的芯棒的步驟；將該芯棒用火焰加 熱拉伸到規定的直徑的步驟；在拉伸的芯棒外周，將玻璃 原料進行火焰水解合成的玻璃微粒進行堆積，賦予成爲多 孔質母材的追加包層的步驟；以及將該多孔質母材在含氯 氣氣氛中，在900〜1250°C下進行脫水處理的步驟；進一 步在以氦氣作爲主要成分的氣氛中，在1400°C以上的溫度 下進行透明玻璃化處理的步驟。光纖是將該玻璃母材抽絲 得到的。 在圖2中用模擬圖不出將本發明的光纖用玻璃母材抽絲 得到的光纖的斷面。 芯和包層的一部分構成的芯棒相當部1內有芯，在波長 1385nm處的模態場徑2，比芯徑3更寬。從模態場徑2往 外側的區域也存在光能量，並向外側呈現指數函數的減 少。在芯棒相當部1的表面附近，通過用火焰拉伸該芯棒 而導致的OH基，以數ppm〜數十ppm的濃度存在，但是 當使該區域充分離開模態場徑2時，可以抑制OH吸收峰， 則不需要去除OH基引起的被污染層。另外，符號4是光 纖直徑。 13293pif.doc/008 9 200427640 芯棒，可以用VAD、OVD、MCVD、PCVD中的任何一 種方法製造。其中，特別是VAD法是容易減少OH基含 量的方法，這是因爲，在芯棒中央部從製造開始直至結束， 不存在孔穴的緣故。其他的方法都在芯棒中央部存在孔 穴，所以爲要減少OH基含量必須格外地注意。 另外，芯棒的平均含OH的濃度，在芯棒的至少外徑的 90%以內的部分達到lppb以下。在使用VAD法製造芯棒 用多孔質母材，並且非常注意地對得到的多孔質母材進行 脫水處理時，則較容易地達到該濃度。 另外，對於芯棒可以附加追加包層，而追加包層的平均 含OH的濃度，在追加包層的至少內徑的150%以內的部 分達到50ppm以下。如果採用上述的方法，即將玻璃微粒 堆積在芯棒的外周後，進行脫水/透明玻璃化的方法，就 容易達到這樣的濃度。 下面，根據實施例更詳細地說明本發明，但是本發明並 不限於此，可以是申請專利範圍內的各種各樣的方案。 實施例 圖3示出本發明的OH基含量少的光纖用玻璃母材的製 造步驟的一例，且是由VAD法製造芯棒時的步驟說明圖。 將玻璃微粒原料、氧和氫供給芯用燃燒器5和包層用燃 燒器6，形成玻璃微粒流7，製造芯棒用多孔質母材8。而 且，還將調節折射率用的摻雜劑同時流入芯用燃燒器5中， 形成折射率高的部分。 此時，將該芯棒用多孔質母材8脫水•玻璃化得到的芯 13293pif.doc/008 10 200427640 棒10的外徑和芯徑，可以通過將使用其製造的玻璃母材 抽絲得到的光纖，按照該芯棒相當部的外徑a和1385nm 處的模態場徑爲m之比滿足3.75 a/m 6的關係的方式 製造出來。 在圖3中，只示出1個包層用燃燒器6，但是爲了給予 必要的包層量，也可以使用多個。而對於芯用燃燒器5， 爲得到通常的突變指數型以外的，階梯型或段節型等複雜 的外形也有使用多個的情況。 將如此得到的芯棒用多孔質母材8，從加熱爐9內部通 過，並在含氯氣體環境中，於900〜1250°C下進行脫水處 理，除去芯棒用多孔質母材中的OH基。將脫水處理結束 的芯棒用多孔質母材，進一步在以氦氣作爲主要成分的氣 氛中，加熱到140(TC以上的溫度下進行玻璃化，由此得到 透明的芯棒10。在以氨氣作爲主要成分的含氯氣體環境 中，於1400°C以上進行處理時，可以同時進行該脫水步驟 和透明玻璃化步驟。 將芯棒10安裝在玻璃轉盤11上，用火焰加熱直至拉伸 到規定的直徑，得到調節了外徑的芯棒12。 然後，將火焰水解玻璃原料生成的玻璃微粒流13吹送 到該芯棒12的外周，堆積多孔質玻璃層14。該操作反覆 進行直到堆積成必要量的包層，得到光纖用多孔質母材 15 c 得到的多孔質母材15從加熱爐16內部通過，並在含氯 氣氣氛中，於900〜1250°C下進行脫水處理，除去多孔質 13293pif.doc/008 11 200427640 母材中的OH基。將脫水處理完了的多孔質母材15，在以 氦氣作爲主要成分的氣體環境中，加熱到1400°C以上的溫 度下進行玻璃化，由此得到透明的光纖用玻璃母材17。在 以氨氣作爲主要成分的含氯氣體環境中，於1400°C以上進 行處理時，可以同時進行該脫水步驟和透明玻璃化步驟。 將該光纖用玻璃母材，使用通常的抽絲裝置進行抽絲 時，可以得到波長1385nm附近的OH吸收峰小的光纖。 採用上述方法，製作出外徑125μηι、波長1385nm處的 模態場徑9.6μιη的，光纖中的芯棒相當部的外徑不同的5 種突變指數型（Step Index)單模式纖維，評價其傳輸損失的 結果示於表1和圖4，纖維(FibeiOID No.3的傳輸損失光譜 示於圖5。 表1 纖維ID No. 光纖中的芯 棒相當部的 外徑a(pm) 波_ 長 1385nm 的 模態場徑 ηι(μηι) a/m OH峰 (dB/k m) 1 33.7 9.6 3.51 0.097 2 36.0 9.6 3.75 0.040 3 41.2 9.6 4.29 0.010 4 48.0 9.6 5.00 0.002 5 57.6 9.6 — 6.00 0.000

如從這些結果表明的那樣，爲要將OH吸收峰抑制在 0.04dB/km以下，就必須使a/m 3.75。a/m成爲6.0時OH 吸收峰的高度達到檢出極限。從製造成本方面看時’包層 賦予步驟的價格比芯製造步驟便宜，所以優選a/m小者’ 13293pif.doc/008 12 200427640 另外，使a/m>6時對於成本效能比是不利的，所以優選的 範圍是3.75 a/m 6。 發明的效果 按照本發明，不需要除去被污染層的步驟，所以能夠 以更簡易的步驟，且廉價地製造OH吸收峰小的光纖。 【圖式簡單說明】 圖1是示出以往的光纖的傳輸損失特性的圖。 圖2是示出本發明的光纖的放大斷面圖。 圖3是示出本發明的光纖用玻璃母材的製造步驟的一例 的步驟說明圖。 圖4是示出OH吸收峰的高度與a/m的關係圖。 圖5是示出本發明的光纖的傳輸損失特性的圖。 【圖式標示說明】 I :芯棒相當部 2:模態場徑 3 :芯徑 4 :光纖徑 5:芯用燃燒器 6:包層用燃燒器 7:玻璃微粒流 8:芯棒用多孔質母材 9 :加熱爐 10 :芯棒 II :玻璃轉盤 13293pif.doc/008 13 200427640 12 :拉伸的芯棒 13 :玻璃微粒流 14 :多孔質玻璃層 15 :光纖用多孔質母材 16 :加熱爐 17 :光纖用玻璃母材 13293pif.doc/008 14

Claims (1)

1. 200427640 拾、申請專利範圍： 1.一種光纖用玻璃母材的製造方法，該方法是包括製作 具有芯部和包層的一部分的芯棒，在該芯棒的外周堆積玻 璃微粒形成追加包層，然後將得到的多孔質母材進行燒 結•透明玻璃化處理的光纖用玻璃母材的製造方法，其特 徵在於，將該光纖用玻璃母材進行抽絲得到的光纖在·令 前述芯棒相當部的外徑爲a，令波長1385nm處的模態場 徑(Mold Field Diameter)爲 m 時，其比滿足 3.75 a/m 6 的關係地製作前述芯棒。 2·如申請專利範圍第1項所述的光纖用玻璃母材的製造 方法，其中前述芯棒是採用VAD(軸向氣相沈積）、0VD(外 氣相沈積）、MCVD(改進的化學氣相沈積）、PCVD(電漿化 學氣相沈積）中的任一種方法製造的。 3.如申請專利範圍第1項或是第2項所述的光纖用玻璃 母材的製造方法，其中前述芯棒的至少其外徑的90%以內 的部分內，平均含OH的濃度爲lppb以下。 4·如申請專利範圍第1項至第3項的其中之一項所述的 光纖用玻璃母材的製造方法，其中前述追加包層的至少其 內徑的150%以內的部分內，平均含〇H的濃度爲50PPm 以下。 5·—種光纖用玻璃母材，其特徵在於，其是用申請專利 範圍第1項至第4項的其中之一項所述的製造方法製造 的。 6 · —^種光纖’其特徵在於，其是將申請專利範圍第5項 13293pif.doc/008 15 200427640 所述的光纖用玻璃母材加熱•抽絲得到的。 7.如申請專利範圍第6項所述的光纖，其在波長1385nm 附近的光纖的傳輸損失光譜中，起因於OH基的吸收損失 的貢獻份是0.04dB/km以下。 13293pif.doc/008 16