JP2003075293A - シングルモード光ファイバの損失評価方法及びシングルモード光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】１３８０ｎｍ帯の波長領域でのシングルモード
光ファイバの損失評価方法を提供し、この損失評価方法
を用いて、水素の拡散による損失増加を低減することが
できるシングルモード光ファイバを提供する。 【解決手段】コア１と第１クラッド２とからなる石英ロ
ッドにＳｉＯ₂微粒子を外付けして第２クラッド３が形
成されたガラスプリフォームを紡糸して光ファイバを形
成する。この石英ガラス中のシリコンと酸素との結合欠
陥によって生じる波長６３０ｎｍ帯での損失増加分を４
ｄＢ／ｋｍ以下とすることにより、石英ガラス中への水
素拡散によって生じる波長１３８０ｎｍ帯での損失増加
分を０．１ｄＢ／ｋｍ以下とすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信用シングル
モード光ファイバとその損失評価方法に関し、特に、１
３８０ｎｍ帯の波長帯域における伝送損失の評価方法
と、１３８０ｎｍ帯の波長帯域において伝送損失が小さ
く、かつ水素耐性に優れたシングルモード光ファイバに
関する。

【０００２】

【従来の技術】通信容量の需要増大に伴って、１本の光
ファイバに多数の波長の光を伝送する波長多重伝送技術
が重要となっている。そのため、従来用いられてきたＯ
―Ｂａｎｄ（波長帯域１２６０ｎｍ〜１３６０ｎｍ）、
Ｃ―Ｂａｎｄ（波長帯域１５３０ｎｍ〜１５６５ｎｍ）
以外の波長帯域でも利用可能な光ファイバの開発が進め
られている。通常の光ファイバは、その構造中に微量に
存在するＯＨ基のため、１３８０ｎｍ帯で伝送損失が大
きくなる。従って、この光ファイバ中のＯＨ基を低減す
ることができれば、より広い波長帯域での光伝送が可能
となる。特開平１１−１７１５７５号公報には、コアロ
ッドのコア／堆積クラッドの比を所定の範囲内に制御す
ることで、ＯＨ基の存在によってもたらされる１３８５
ｎｍ帯での損失を低減できることが報告されている。光
ファイバの材料である石英ガラスの構造は、ＳｉＯ₄が
３次元的にランダムに結合した網目構造となっている
が、不純物や欠陥などが構造中に存在する場合には、新
たな結合の生成、消滅が起こり、これが光吸収の原因と
なる。この光吸収のうち、１３８０ｎｍ帯での損失は、
石英ガラス中に存在するＯＨ基によるものとされる。従
って、含有するＯＨ基量が多いほど、１３８０ｎｍ帯で
の伝送損失は大きくなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開平１１−１７１５
７５号公報に開示されている方法を利用すれば、１３８
５ｎｍ帯での損失が０.３３ｄＢ／ｋｍより小さい光フ
ァイバを製造することができる。しかし、この方法を用
いても、光ファイバの外部環境から水素が拡散してきた
際に、１３８０ｎｍ帯での損失増加を必ずしも小さく抑
えられる訳ではなかった。この損失のメカニズムは以下
のように説明できる。光ファイバの線引き工程において
は、石英ガラス構造中のＳｉ−Ｏ−Ｓｉが、（１）式に
示す反応により切断される。

【化１】 この際発生するＳｉ−Ｏ・として表されるシリコンと酸
素との結合欠陥（以下「欠陥」という）は、６３０ｎｍ
帯で光吸収を引き起こすが、線引き条件によっては、Ｓ
ｉ−Ｏ・が、外部から拡散してきた水素と反応し、新た
に（２）式に示す結合を生じる。

【化２】 しかし、線引き速度が速い場合、つまり、この（２）式
による反応が起こるより早く光ファイバが冷却された場
合には、Ｓｉ−Ｏ・は水素と反応することなく、光ファ
イバ中に残存してしまう。この残存したＳｉ−Ｏ・は、
再び外部から水素が拡散してきたときに、（２）式に示
した反応によってＳｉ−ＯＨが生成される。すなわち、
光ファイバ製造時に１３８０ｎｍ帯での損失が小さくて
も、線引き条件によっては、その後外部より水素が拡散
してきたときに、１３８０ｎｍ帯での損失が増加してし
まうことがある。

【０００４】このような水素の拡散によって、１３８０
ｎｍ帯での損失増加が０.１ｄＢ／ｋｍ以上となった場
合、１３８０ｎｍ帯の前後の波長帯域における損失の増
加、すなわち損失のすその広がりが顕著となる。このた
め、長期間にわたって光ファイバを使用した場合、経時
的に伝送損失が悪化してしまい、広い波長帯域での光伝
送が不可能となる。Ｓｉ−Ｏ・が生成されることによる
６３０ｎｍ帯での損失増加と、水素の拡散による１３８
０ｎｍ帯での損失増加との関係については、従来、欠陥
生成のメカニズムについて定性的な議論がなされてきた
にすぎず、水素の拡散による１３８０ｎｍ帯での損失増
加を低く抑えるための定量的な基準については、明らか
にされていなかった。さらに、６３０ｎｍでの損失につ
いては、レーリー散乱などの石英ガラス固有の損失を差
し引いた欠陥そのものによる損失分として議論していな
いため、製造条件による違いを区別できなかった。ま
た、水素の拡散による１３８０ｎｍ帯での損失増加量を
評価する方法として、ある一定の長さの光ファイバを長
時間水素に暴露する水素試験という方法がとられていた
が、この方法によると、長時間を要し、コスト面におい
て問題があった。本発明は、このような事情を考慮して
なされたもので、１３８０ｎｍ帯の波長領域でのシング
ルモード光ファイバの損失評価方法を提供し、この損失
評価方法を用いて、水素の拡散による損失増加を低減す
ることができるシングルモード光ファイバを提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、石英ガラスからなるシン
グルモード光ファイバの損失評価方法において、石英ガ
ラス中のシリコンと酸素との結合欠陥によって生じる波
長６３０ｎｍ帯での損失増加分に基づいて、石英ガラス
中への水素拡散によって生じる波長１３８０ｎｍ帯での
損失増加分を評価することを特徴とするシングルモード
光ファイバの損失評価方法である。これにより、結合欠
陥によって生じる波長６３０ｎｍ帯での損失増加分と、
石英ガラス中への水素拡散によって生じる波長１３８０
ｎｍ帯での損失増加分との相関によって、波長１３８０
ｎｍ帯での損失増加分を正確に評価することができる。
請求項２記載の発明は、請求項１記載のシングルモード
光ファイバの損失評価方法において、コアと第１クラッ
ドとからなる石英ロッドに対して第２クラッドを外付け
してガラスプリフォームを形成し、このガラスプリフォ
ームを紡糸して形成されたシングルモード光ファイバの
波長６３０ｎｍ帯での損失を測定した後、シングルモー
ド光ファイバを水素中に暴露して波長１３８０ｎｍ帯で
の損失を測定することによりシングルモード光ファイバ
の損失評価を行うことを特徴とする。

【０００６】請求項３記載の発明は、石英ガラスからな
るシングルモード光ファイバにおいて、石英ガラス中の
シリコンと酸素との結合欠陥によって生じる波長６３０
ｎｍ帯での損失増加分を４ｄＢ／ｋｍ以下とすることに
より、石英ガラス中への水素拡散によって生じる波長１
３８０ｎｍ帯での損失増加分が０．１ｄＢ／ｋｍ以下と
なることを特徴とするシングルモード光ファイバであ
る。これにより、波長６３０ｎｍ帯での損失増加分を抑
制して、水素拡散による波長１３８０ｎｍ帯での損失増
加分を低減することができる。

【０００７】請求項４記載の発明は、石英ガラスからな
るシングルモード光ファイバにおいて、石英ガラス中の
シリコンと酸素との結合欠陥によって生じる波長６３０
ｎｍ帯での損失増加分を２ｄＢ／ｋｍ以下とすることに
より、石英ガラス中への水素拡散によって生じる波長１
３８０ｎｍ帯での損失増加分が０．０５ｄＢ／ｋｍ以下
となることを特徴とするシングルモード光ファイバであ
る。これにより、波長６３０ｎｍ帯での損失増加分をさ
らに抑制して、水素拡散による波長１３８０ｎｍ帯での
損失増加分をより好ましい値にまで低減することができ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明のシングルモード光ファイバを作製する
ためのガラスプリフォームの長手方向に垂直な方向の断
面を示す。図１中、符号１は高屈折率部であるコア、符
号２はコア１より低屈折率の第１クラッドである。符号
３は第１クラッド２と同じ屈折率を持つ第２クラッドで
ある。このコア１と第１クラッド２からなる石英ロッド
は、例えば、一般的な気相軸堆積（ＶＡＤ）装置を用い
て、ＧｅＯ₂とＳｉＯ₂の微粒子からなる多孔質体とした
後、脱水、焼結して形成される。この際コア１（直径：
ｄ）と第１クラッド２（直径：Ｄ）の直径比（Ｄ／ｄ）
は、約４以上とすることが好ましい。この比が４未満で
あると、１３８０ｎｍの初期損失が高くなりやすいた
め、当初の目的を達することができなくなる。脱水工程
は、約１２００℃の温度において塩素系ガス中で行われ
る。また焼結工程は、約１４５０℃、ヘリウム雰囲気で
行われ、ガラス化される。第２クラッド３は、例えば、
コア１と第１クラッド２からなる石英ロッドに、ＳｉＯ
₂微粒子を外付けすることによって形成される。この第
２クラッド３の厚さは、上記石英ロッドをどの程度の直
径まで作製するかで異なってくるが、例えば、直径１２
５μｍの光ファイバとした際に、第２クラッド３の厚さ
が４３μｍ以下になるようにＳｉＯ₂微粒子を外付けす
ることが好ましい。第２クラッド３の厚さが４３μｍよ
り厚い場合、１３８０ｎｍの初期損失が高くなりやすい
ため好ましくない。このように、第２クラッド３が外付
けされた石英ロッドに対し、必要に応じて塩素系ガスを
用いて脱水し、ヘリウム雰囲気で焼結してガラスプリフ
ォームを作製する。このガラスプリフォームを、紡糸装
置を用いて紡糸して光ファイバを作製する。得られた光
ファイバに対して、波長６３０ｎｍ帯の光を入射して、
６３０ｎｍ帯での損失を測定する。

【０００９】光ファイバの短波長領域における損失は、
レーリー散乱による損失、光ファイバ材料の構造不整に
よる損失、紫外吸収による損失、構造中の欠陥による損
失からなり、（３）式のように表すことができる。

【数１】 （３）式において、第１項がレーリー散乱による損失、
第２項が構造不整による損失、第３項が紫外吸収による
損失、第４項が欠陥による損失である。なお、（３）式
において、λは波長、ｗはＧｅＯ₂濃度〔ｗｔ％〕、Ｋ
_UV、Ｃ_{U V}は定数である。図２は、光ファイバの損失を図
示したものであり、図２中、直線１は、レーリー散乱に
よる損失と構造不整による損失の和であり、曲線１は、
レーリー散乱による損失と構造不整による損失と紫外吸
収による損失との和である。曲線２は、全損失であり、
従って、曲線１と曲線２とに囲まれた領域が、欠陥の存
在による損失増加分を表す。

【００１０】このようにして、測定された全損失値か
ら、レーリー散乱による損失と構造不整による損失と紫
外吸収による損失とを除き、６３０ｎｍ帯での欠陥の存
在による損失増加分を求める。その後、この光ファイバ
を水素雰囲気中に暴露して、１３８０ｎｍ帯での損失増
加分を測定する。図３に、室温、０.０１ａｔｍの水素
雰囲気中に１０日間暴露して測定した結果を示す。図３
からわかるように、１３８０ｎｍ帯での水素拡散による
損失増加分が０.１ｄＢ／ｋｍ以下となるためには、６
３０ｎｍ帯での欠陥による損失増加分が４ｄＢ／ｋｍ以
下であることが必要となる。さらに、１３８０ｎｍ帯で
の水素拡散による損失増加分がより好ましい値である
０.０５ｄＢ／ｋｍ以下となるためには、６３０ｎｍ帯
での欠陥による損失増加分が２ｄＢ／ｋｍ以下であるこ
とが必要となる。１３８０ｎｍ帯での水素拡散による損
失増加分が０.１ｄＢ／ｋｍ以下であれば、通常の光フ
ァイバケーブルの設置環境においては、外部環境による
水素の拡散によって損失が増大しても、十分に使用する
ことができる。一方、６３０ｎｍ帯での欠陥による損失
増加分が４ｄＢ／ｋｍ以上であると、１３８０ｎｍ帯で
の水素拡散による損失増加分が０.１ｄＢ／ｋｍを超え
るため、使用上好ましくない。

【００１１】この例のシングルモード光ファイバの損失
評価方法によると、石英ガラス中のシリコンと酸素との
結合欠陥によって生じる波長６３０ｎｍ帯での損失増加
分に基づいて、石英ガラス中への水素拡散によって生じ
る波長１３８０ｎｍ帯での損失増加分を評価することに
より、測定試料として用いる光ファイバの条長を短くし
て損失評価を行うことができ、短時間かつ低コストでの
シングルモード光ファイバの損失評価が可能となる。ま
た、この例のシングルモード光ファイバによると、石英
ガラス中のシリコンと酸素との結合欠陥によって生じる
波長６３０ｎｍ帯での損失増加分を４ｄＢ／ｋｍ以下と
することにより、石英ガラス中への水素拡散によって生
じる波長１３８０ｎｍ帯での損失増加分を０．１ｄＢ／
ｋｍ以下とすることができ、品質の保証されたシングル
モード光ファイバを簡単な損失評価方法で提供すること
ができる。さらに、石英ガラス中のシリコンと酸素との
結合欠陥によって生じる波長６３０ｎｍ帯での損失増加
分を２ｄＢ／ｋｍ以下とすることにより、石英ガラス中
への水素拡散によって生じる波長１３８０ｎｍ帯での損
失増加分を０．０５ｄＢ／ｋｍ以下とすることができ、
より好ましい品質を有するシングルモード光ファイバを
簡単な損失評価方法で提供することができる。

【００１２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
石英ガラス中のシリコンと酸素との結合欠陥によって生
じる波長６３０ｎｍ帯での損失増加分に基づいて、石英
ガラス中への水素拡散によって生じる波長１３８０ｎｍ
帯での損失増加分を評価することにより、測定試料とし
て用いる光ファイバの条長を短くして損失評価を行うこ
とができ、短時間かつ低コストでのシングルモード光フ
ァイバの損失評価が可能となる。また、本発明による
と、石英ガラス中のシリコンと酸素との結合欠陥によっ
て生じる波長６３０ｎｍ帯での損失増加分を４ｄＢ／ｋ
ｍ以下とすることにより、石英ガラス中への水素拡散に
よって生じる波長１３８０ｎｍ帯での損失増加分を０．
１ｄＢ／ｋｍ以下とすることができ、品質の保証された
シングルモード光ファイバを簡単な損失評価方法で提供
することができる。さらに、石英ガラス中のシリコンと
酸素との結合欠陥によって生じる波長６３０ｎｍ帯での
損失増加分を２ｄＢ／ｋｍ以下とすることにより、石英
ガラス中への水素拡散によって生じる波長１３８０ｎｍ
帯での損失増加分を０．０５ｄＢ／ｋｍ以下とすること
ができ、より好ましい品質を有するシングルモード光フ
ァイバを簡単な損失評価方法で提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシングルモード光ファイバを製造する
ためのガラスプリフォームの長手方向に垂直な方向につ
いての断面を示す図である。

【図２】シリコンと酸素との結合欠陥によって生じる損
失増加分を示す図である。

【図３】シリコンと酸素との結合欠陥によって生じる波
長６３０ｎｍ帯での損失増加分と、水素拡散によって生
じる波長１３８０ｎｍ帯での損失増加分との関係を示す
図である。

【符号の説明】 １…コア、２…第１クラッド、３…第２クラッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 学 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 (72)発明者 藤巻 宗久 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 (72)発明者 原田 光一 千葉県佐倉市六崎1440番地 株式会社フジ クラ佐倉事業所内 Ｆターム(参考） 2G086 BB01 2H050 AB04Y AB05X AC09 AC36 AC71

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 石英ガラスからなるシングルモード光フ
   ァイバの損失評価方法において、 該石英ガラス中のシリコンと酸素との結合欠陥によって
   生じる波長６３０ｎｍ帯での損失増加分に基づいて、該
   石英ガラス中への水素拡散によって生じる波長１３８０
   ｎｍ帯での損失増加分を評価することを特徴とするシン
   グルモード光ファイバの損失評価方法。
2. 【請求項２】 前記シングルモード光ファイバの損失評
   価は、コアと第１クラッドとからなる石英ロッドに対し
   て第２クラッドを外付けしてガラスプリフォームを形成
   し、このガラスプリフォームを紡糸して形成されたシン
   グルモード光ファイバの波長６３０ｎｍ帯での損失を測
   定した後、該シングルモード光ファイバを水素中に暴露
   して波長１３８０ｎｍ帯での損失を測定することにより
   行うことを特徴とする請求項１記載のシングルモード光
   ファイバの損失評価方法。
3. 【請求項３】 石英ガラスからなるシングルモード光フ
   ァイバにおいて、該石英ガラス中のシリコンと酸素との
   結合欠陥によって生じる波長６３０ｎｍ帯での損失増加
   分を４ｄＢ／ｋｍ以下とすることにより、該石英ガラス
   中への水素拡散によって生じる波長１３８０ｎｍ帯での
   損失増加分が０．１ｄＢ／ｋｍ以下となることを特徴と
   するシングルモード光ファイバ。
4. 【請求項４】 石英ガラスからなるシングルモード光フ
   ァイバにおいて、該石英ガラス中のシリコンと酸素との
   結合欠陥によって生じる波長６３０ｎｍ帯での損失増加
   分を２ｄＢ／ｋｍ以下とすることにより、該石英ガラス
   中への水素拡散によって生じる波長１３８０ｎｍ帯での
   損失増加分が０．０５ｄＢ／ｋｍ以下となることを特徴
   とするシングルモード光ファイバ。