JP2004109124A - 光ファイバおよび光ファイバの評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】　耐水素特性に対する信頼性が高く、１３１０ｎｍ〜１６２５ｎｍの波長領域におけるＷＤＭ伝送に好適な光ファイバおよび光ファイバの評価方法を提供する。
【解決手段】　カットオフ波長が１３１０ｎｍ以下であり、水素暴露前の波長１３８５ｎｍにおける伝送損失が０．４０ｄＢ／ｋｍ以下であり、水素曝露後の波長１３１０〜１６２５ｎｍにおける伝送損失が０.４０ｄＢ／ｋｍ以下であり、外周をフッ化水素酸水溶液で外径約５０μｍになるまで研削した後、電子スピン共鳴法で測定したときに、非架橋酸素欠陥の電子スピン密度が１×１０¹³spins／ｇ以下である光ファイバＳＭＦ（１）。
【選択図】　　　図７

Description

　本発明は、耐水素特性に対する信頼性が高く、１３１０ｎｍ〜１６２５ｎｍにおけるＷＤＭ伝送に用いて好適な光ファイバ、および光ファイバの評価方法に関する。

　近年、波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplexing）伝送に関する研究が盛んであり、このＷＤＭ伝送に光伝送路として用いる光ファイバに関しても多くの検討が行われている。そして、ＷＤＭ伝送方式で用いられる光ファイバは、使用する波長領域の全域において低損失であることが要求される。
　これまで、ＷＤＭ伝送は、石英系光ファイバの伝送損失が最低となる１．５５μｍ帯を中心に検討されてきたが、今日では、さらなる伝送容量の拡大が要求されており、使用する波長領域を１３１０ｎｍ〜１６２５ｎｍまで広げる試みがなされている。

　一方、従来の光ファイバは、１３８５ｎｍ付近に吸収ピークを持つＯＨ基が不純物として混入することが多かった。この不純物が混入した光ファイバは、１３８５ｎｍ近辺で大きな伝送損失を示す。
　さらに、光ファイバ内に水素が拡散した場合、波長１２４０ｎｍ付近、波長１３８０ｎｍ付近、波長１５３０ｎｍ付近、および１５３０ｎｍより長波長の領域などにおいて、伝送損失が増加する現象が知られている。これらの損失増加は、ＯＨ基による吸収ピークの増加に基づくものである。

　このようなことから、ＷＤＭ伝送の波長領域を１３１０ｎｍ〜１６２５ｎｍに広げるためには、これらの吸収ピークをできるだけ小さくしなければならない。
　上記した光ファイバ内への水素の拡散による伝送損失の増加現象は、つぎのようなメカニズムで発生する。
　一般に、光ファイバには酸素過剰または酸素欠乏に伴う常磁性欠陥と呼ばれる構造欠陥が存在する。常磁性欠陥のうち、特に非架橋酸素欠陥（ＮＢＯＨＣ：Non−Bridging Oxygen Hole Center）は、光ファイバの伝送損失の増加に大きな影響を与えることが知られている。

　光ファイバ内に水素が拡散すると、拡散した水素分子が常磁性欠陥と反応して、光ファイバの伝送帯域内に吸収をもつ原子結合を生じ、伝送損失の増加が起こる。
　具体的には、常磁性欠陥がＮＢＯＨＣである場合は、次式で示す反応によりＯＨ基を生成し、ＯＨ吸収損失を増加させる。
　　２≡Ｓｉ−Ｏ・＋Ｈ₂→２≡Ｓｉ−Ｏ−Ｈ　　…（１）
　ここで、Ｓｉ−Ｏ・がＮＢＯＨＣである。また、・は不対電子、≡は３つの酸素原子との共有結合をそれぞれ示す。

　特に、光ファイバのモードフィールド径（ＭＦＤ：Mode Field Diameter）内にＮＢＯＨＣが多量に存在している場合は、ＯＨ吸収損失の増加が顕著であり、水素が拡散するにつれてそれは経時的に増加していく。
　したがって、光ファイバの耐水素特性を高めるためには、ＮＢＯＨＣ、とりわけＭＦＤ内のＮＢＯＨＣを低減することが必要になる。

　これに対処したものとして、ＳＭＦ（Single Mode Fiber）に類似した屈折率分布プロファイルでＯＨ吸収損失を抑制した光ファイバが提案されている（特許文献１を参照）。
　ここで提案されている光ファイバでは、１２００〜１６００ｎｍの全波長領域において光伝送が可能になったとされている。
　また、ＮＢＯＨＣは、波長６３０ｎｍ付近に吸収をもつことが知られている（非特許文献１を参照）。

　一方、光ファイバ内のＮＢＯＨＣ密度を低下させる方法として、線引き過程または線引き後の光ファイバを水素または重水素に曝露する方法がある（特許文献２を参照）。
　しかしながら、光ファイバに水素処理を施すと、前記した（１）式の反応が起こり、ＮＢＯＨＣは消失するが、他方ではＯＨ吸収損失が増加してしまう問題がある。
　そのため、ＮＢＯＨＣ密度を減少させるためには、ＮＢＯＨＣの消失に変わってＯＨ吸収損失の増加が起こらない重水素処理が好適である。

　重水素処理を施すと、光ファイバの中では、次式で示される反応が起こる。
　　２≡Ｓｉ−Ｏ・＋Ｄ₂→２≡Ｓｉ−Ｏ−Ｄ　　…(２)
　すなわち、ＯＤ基が生成し、そのためＯＨ吸収は起こらない。ＯＤ基は１３１０ｎｍ〜１６２５ｎｍに大きい吸収ピークを持たないため、この波長範囲における伝送損失に与える影響はほとんどない。

　また、光ファイバを水素に曝露したときの損失増加の度合い（以降、耐水素特性と呼ぶ）を評価する方法に関しては、従来、製品の一部をサンプルとして抽出し、このサンプルに対して水素暴露試験を行い、問題の有無を確認するという方法が唯一であった。
　そして、水素曝露試験に関する条件としては、特に最近では、例えば次のような条件が規定されている（非特許文献２を参照）。

　すなわち、光ファイバを、室温下において水素濃度が１％の雰囲気中で水素に曝露し、波長１２４０ｎｍにおける伝送損失が水素曝露前の伝送損失（初期値）に比べて０.０３ｄＢ／ｋｍ以上増加するまでその状態を維持し、その後、大気中に取出して１４日間以上放置し、伝送損失の測定を行うという規定である。
米国特許第6,131,415号 特開平７−２７７７７０号公報 Y.Hibino and H.Honafusa, J.Appl. Phys., 60，1797.(1986) IEC60793-2 Amendment 1、2001-8 Annex C

　これまで、１３１０ｎｍ〜１６２５ｎｍのWDM伝送に好適な光ファイバとして、１３８０ｎｍにおけるＯＨ吸収損失を抑えるとともに、耐水素特性に優れた、さまざまな光ファイバが提案されている。
　また、光ファイバ内のＮＢＯＨＣ密度を低下させる方法として、光ファイバに重水素処理を施す技術が開示されている。

　しかしながら、光ファイバ内のＮＢＯＨＣ密度と、水素曝露後の波長１３８５ｎｍにおけるＯＨ吸収損失の増加量との関係を明確に示しているものはなかった。
　また、重水素処理が充分に施されたか否かの評価は、光ファイバに重水素処理を施した後、水素暴露試験を行い、伝送損失の増加量を測定するという方法しかなかった。
　本発明者らは、光ファイバ内のＮＢＯＨＣ密度と、水素曝露による波長１３８５ｎｍにおけるＯＨ吸収損失の増加量との関係を明確にするとともに、重水素処理が施された光ファイバからは、電子スピン共鳴法（Electron-Spin-Resonance；ＥＳＲ法）で測定すると、構造欠陥種Ｓｉ（Ｄ）−Ｅ’またはＧｅ（Ｄ）−Ｅ’に関する信号が検出されることを見いだした。

　本発明は、この光ファイバ内のＮＢＯＨＣ密度と水素曝露による波長１３８５ｎｍにおけるＯＨ吸収損失の増加量との関係、および重水素処理が施された光ファイバからはＳｉ（Ｄ）−Ｅ’またはＧｅ（Ｄ）−Ｅ’が検出されるという知見に基づき、耐水素特性に対する信頼性が高く、１３１０ｎｍ〜１６２５ｎｍにおけるＷＤＭ伝送に好適な光ファイバを提供することであり、さらに光ファイバの耐水素特性の評価方法および重水素処理が充分施されたか否かの評価方法を提供することを目的とする。

　上記した目的を達成するために、本発明においては、カットオフ波長が１３１０ｎｍ以下であり、水素暴露前の波長１３８５ｎｍにおける伝送損失が０．４０ｄＢ／ｋｍ以下であり、室温下において水素濃度が１％の雰囲気中で水素に曝露し、波長１２４０ｎｍにおける伝送損失が水素曝露前の伝送損失に比べて０.０３ｄＢ／ｋｍ以上増加するまで水素曝露の状態を維持し、その後、大気中に取出して１４日間以上放置した際の波長１３１０〜１６２５ｎｍにおける伝送損失が０.４０ｄＢ／ｋｍ以下であり、外周をフッ化水素酸水溶液で外径約５０μｍになるまで研削した後、ＥＳＲ法で測定したときに、非架橋酸素欠陥の電子スピン密度が１×１０¹³spins／ｇ以下であることを特徴とする光ファイバが提供される。

　また、重水素原子を含む光ファイバの裸線をＥＳＲ法で測定したときに、Ｓｉ（Ｄ）−Ｅ’に関する信号が検出される光ファイバ、また、外周をフッ化水素酸水溶液で外径約５０μｍになるまで研削した後、ＥＳＲ法で測定したときに、Ｇｅ（Ｄ）−Ｅ’に関する信号が検出される光ファイバが提供される。
　また、本発明においては、光ファイバの外周をフッ化水素酸水溶液で外径約５０μｍになるまで研削した後、ＥＳＲ法で測定したとき、検出される非架橋酸素欠陥の電子スピン密度に基づいて、前記光ファイバに、室温下において水素濃度が１％の雰囲気中で水素に曝露し、波長１２４０ｎｍにおける伝送損失が水素曝露前の伝送損失に比べて０.０３ｄＢ／ｋｍ以上増加するまでその状態を維持し、その後、大気中に取出して１４日間以上放置した際の波長１３８５ｎｍにおける損失増加量を評価することを特徴とする光ファイバの評価方法が提供される。

　また、本発明の光ファイバの評価方法は、光ファイバの裸線をＥＳＲ法で電子スピン密度を測定したとき、Ｓｉ（Ｄ）−Ｅ’に関する信号が検出されるか否かに基づいて、重水素処理が充分施されたか否かを評価することを特徴とする。
　また、本発明の光ファイバの評価方法は、光ファイバの外周をフッ化水素酸水溶液で外径約５０μｍになるまで研削した後、ＥＳＲ法で電子スピン密度を測定したとき、Ｇｅ（Ｄ）−Ｅ’に関する信号が検出されるか否かに基づいて、重水素処理が充分施されたか否かを評価することを特徴とする。

　本発明の光ファイバは、カットオフ波長が１３１０ｎｍ以下であり、水素曝露前後におけるＯＨ吸収損失はいずれも０．４ｄＢ／ｋｍ以下であり、また波長１３１０〜１６２５ｎｍにおける伝送損失も０．４ｄＢ／ｋｍ以下であるため、１３１０〜１６２５ｎｍの全波長領域におけるＷＤＭ伝送の伝送路として有用である。
　また、本発明の光ファイバの評価方法によれば、従来の長期間に亘る水素曝露試験が不要になり、光ファイバが良品であるか否かの結果を短期間で判定することができる。更には、光ファイバのユーザ側でもこの評価方法を採用することができる。

　なお、本発明の評価方法の場合、必ずしも上記した水素曝露試験をしなくても、後述するＮＢＯＨＣの電子スピン密度を測定することにより、水素曝露後の損失増加を評価することができるという効果を奏する。

　１３１０〜１６２５ｎｍの全波長領域におけるＷＤＭ伝送を好適に行うためには、この波長領域において水素暴露後の伝送損失が０．４０ｄＢ／ｋｍ以下であることが好ましい。
　伝送損失０．４０ｄＢ／ｋｍという値は、これまで１．３μｍ帯の光伝送に一般的に用いられてきた値である。したがって、本発明の光ファイバの場合、水素曝露後の１３１０〜１６２５ｎｍにおける伝送損失をこの値以下とすることで、この波長領域の全域において、従来の１．３μｍ帯の光伝送と同等の光伝送が可能となる。

　しかも現在、ＩＥＣにおいても、水素曝露後に１３１０〜１６２５ｎｍの波長領域における吸収損失の最大値を０.４０ｄＢ／ｋｍ以下とするという規格が規定されている。
　なお、通常の光ファイバの場合、１３１０〜１６２５ｎｍの波長領域における伝送損失の最大値は、ＯＨ吸収損失が大きい場合は波長１３８５ｎｍ付近に存在し、ＯＨ吸収損失が小さい場合は波長１３１０ｎｍにおける伝送損失であることが通例である。また、水素暴露後の波長１３１０ｎｍにおける損失増加は、波長１３８５ｎｍにおける損失増加に比較すると非常に小さい。

　従って、水素暴露前の波長１３１０ｎｍにおける伝送損失が充分小さく、水素暴露後のＯＨ吸収損失の損失増加がそれほど大きくない場合は、水素曝露後の波長１３１０ｎｍにおける伝送損失が０．４０ｄＢ／ｋｍを超えることはない。従って、水素曝露後の１３１０〜１６２５ｎｍの波長領域における伝送損失の最大値を０．４０ｄＢ／ｋｍ以下にするためには、水素曝露後の波長１３８５ｎｍにおけるＯＨ吸収損失を０．４０ｄＢ／ｋｍ以下に管理すればよい。

　また、このＯＨ吸収損失は、１３８３〜１３８５ｎｍ付近に最大値をもっているが、波長１３８５ｎｍで測定された値を最大値としても実質的には何らの支障もない。
　本発明の光ファイバにおいては、水素曝露後の波長１３８５ｎｍにおける伝送損失を０.４０ｄＢ／ｋｍ以下とすることにより、水素暴露後の１３１０〜１６２５ｎｍ全波長領域における伝送損失を０．４０ｄＢ／ｋｍ以下としている。

　以下に、本発明の光ファイバを実施形態例を用いて詳細に説明する。
　Ａ．光ファイバの製造
　１．製造目的の光ファイバ
　１．３１μｍ帯に零分散波長を有するシングルモード光ファイバ（ＳＭＦ）を製造目的とした。
　本発明の光ファイバは、様々な屈折率分布プロファイルとすることが可能であるが、本実施例においては、図１（ａ）で示したステップインデックス型のコアをクラッドが覆う、最も一般的な屈折率分布プロファイルを採用した。

　２．光ファイバ母材の製造
　図２で示したＶＡＤ（Vapour-phase Axial Deposition）法で次のようにして光ファイバ母材を製造した。
　第１バーナ１に、Ｈ₂，Ｏ₂とともに石英ガラスの原料となるＳｉＣｌ₄とＧｅＣｌ₄を気相状態で導入し、加水分解反応によってＧｅを含むガラス微粒子を生成させた。Ｇｅは屈折率を上げるための添加剤である。同様にして、第２バーナ３にはＳｉＣｌ₄とＨ₂とＯ₂を導入し、ガラス微粒子を生成させた。これらのガラス微粒子をターゲットロッド２に堆積させ、多孔質母材４を形成した。

　なお、ターゲットロッド２には一定の回転を与えながら全体を上方に引き上げ、ガラス微粒子の堆積下端は常に一定位置となるように制御した。
　ついで、この多孔質母材４を下記表１の条件下で脱水・焼結して、多孔質母材４をガラス化し、透明ガラスロッド（以下、コアロッドという）を製造した。

　このコアロッドは光ファイバとなったときのＭＦＤとなる部分を含んでおり、このコアロッドの脱水、焼結条件は伝送損失に大きな影響を与える。
　特に、脱水工程において温度が高く、また酸素雰囲気下で焼結工程が進んでしまった場合は、コアロッド内に酸素過剰欠陥（≡Ｓｉ−Ｏ−Ｏ−Ｓｉ≡）が多く残留することが知られている。

　得られたコアロッドは、図１（ａ）で示したように、コアとクラッドとの外径比（以下、クラッド／コア比という）が４.８／１であった。なお、本明細書においてコアの外径とは、該コアのクラッドの屈折率に対する比屈折率差の最大値の１／２の部分の直径をいう。
　構造欠陥が少ない光ファイバを製造する観点からすると、このクラッド／コア比は大きい方が望ましい。その理由は以下のとおりである。

　光ファイバ母材を製造するにあたり、コアロッドの外周には、さらにクラッドとなるガラス層が形成されるが、このとき、コアロッドとこのガラス層の間には製造界面ができる。
　この製造界面にはＯＨ基が混入し易く、また、構造欠陥も生じやすい。このため、クラッド／コア比を大きくし、製造界面をＭＦＤから充分に遠ざけることにより、ＭＦＤ内にＯＨ基およびＮＢＯＨＣをはじめとする構造欠陥が少ない光ファイバを製造することができるからである。

　ついで、このコアロッドを加熱・延伸して外径約２５ｍｍにし、その外周に石英ガラス微粒子を所望の厚みだけ堆積させて、更に焼結してその堆積層をガラス化し、図１（ａ）で示した屈折率分布プロファイルを有する光ファイバ母材を製造した。
　この光ファイバ母材は、クラッド／コア比４.８／１のコアロッドの外周にさらにクラッドが形成された構造になっており、コアの外径１に対してクラッドの外径が約１５である。なお、このとき製造界面は、このコアロッドとコアロッドの外周に形成したクラッドとの境界であり、それは図１（ｂ）において破線で示されている。

　３．光ファイバ母材の線引き
　ついで、上記した光ファイバ母材を線引きして目的の光ファイバを製造した。
　この線引き工程においては、２０００℃以上に加熱、溶融された光ファイバ母材を外径約１２５μｍまで一気に細くするため、光ファイバは大きな張力を受けながら、２０００℃／sec以上の冷却速度で急冷される。従って線引き時には光ファイバに大きな応力がかかり、この応力によりＮＢＯＨＣをはじめとする構造欠陥が発生する。

　線引き終了時に残留するＮＢＯＨＣはこの冷却時の冷却速度に大きく依存することが知られている。
　残留するＮＢＯＨＣを減少させるためには、軟化温度に近い温度領域に光ファイバをできるだけ長い時間保持して構造緩和を促進させることが好適である。これは、できるだけ低い炉温でゆっくりとした速度で線引きすることと実質的に等価である。

　このことを考慮して、以下の３水準の条件を用いて線引きを行った。
　　条件１：線引き炉温１９５０℃、線引き速度５００ｍ／分。
　　条件２：線引き炉温２０００℃、線引き速度１０００ｍ／分。
　　条件３：線引き炉温２０５０℃、線引き速度１２００ｍ／分。

　Ｂ．光ファイバの特性調査
　１．伝送特性の測定
　上記３水準の線引き条件で製造したそれぞれのＳＭＦにつき、カットオフ波長と伝送損失の測定を行った。測定結果を表２に示す。
　ここで、ＳＭＦ（１）は条件１で線引きした光ファイバ、ＳＭＦ（２）は条件２で線引きした光ファイバ、ＳＭＦ（３）は条件３で線引きした光ファイバを示す。
　伝送損失は１０００ｍの試料を作製し、波長５５０〜１７００ｎｍにおける伝送損失を測定した。このときの伝送損失を初期値とし、伝送損失（ａ）とした。
　表２には６３０ｎｍ、１３１０ｎｍ、１３８５ｎｍにおける伝送損失を示している。

　本実施例の光ファイバは、いずれもカットオフ波長が１３１０ｎｍ以下となっており、１３１０ｎｍ以下の波長領域で、シングルモード動作が保証されている。
　なお、ここでいうカットオフ波長とは、ＩＴＵ−Ｔ　Ｇ．６５０規格で定義されるケーブルカットオフ波長λccのことである。
　なお、カットオフ波長は前述したコア径を適宜調整することにより、所望の値とすることができる。
　また、本実施例の光ファイバはいずれも１３８５ｎｍにおける損失が０．４０ｄＢ／ｋｍ以下であり、ＯＨ吸収損失が充分に小さい光ファイバになっている

　２．光ファイバの耐水素特性の調査
　ついで、各試料に対し水素暴露を行った。ここで水素暴露条件は、前記した非特許文献２のＩＥＣ６０７９３−２　Ａｍｅｎｄｍｅｎｔ　１、２００１−８　Ａｎｎｅｘ　Ｃに従うものとし、下記条件とした。

　光ファイバを、室温下において水素濃度が１％の雰囲気中で水素に曝露し、波長１２４０ｎｍにおける伝送損失が水素曝露前の伝送損失（初期値）に比べて０.０３ｄＢ／ｋｍ以上増加するまでその水素曝露状態を維持する。その後、大気中に取出して１４日間以上放置し、その時点で伝送損失の測定を行う。また、測定波長は５５０〜１７００ｎｍとした。

　その結果を図３〜図５に示す。
　図３は、ＳＭＦ（１）、図４はＳＭＦ（２）、図５はＳＭＦ（３）に関する結果である。
破線は水素暴露前の伝送損失、実線は水素暴露後の伝送損失を示す。
　いずれの場合も、水素曝露前には存在していた波長６３０ｎｍ付近の吸収損失は、水素曝露後にあっては消滅している。また、水素曝露後において、波長１３８５ｎｍ付近におけるＯＨ吸収損失の増加が、ＳＭＦ（２）、ＳＭＦ（３）に見られる。

　これは、水素分子の光ファイバ内への拡散により、前記した（１）式の反応が起こり、ＮＢＯＨＣが消失し、ＯＨ基が生成されたことを意味している。
　また、波長６３０ｎｍ、１３１０ｎｍ、波長１３８５ｎｍ、における水素曝露後の伝送損失（伝送損失（ｂ）とする）、水素暴露による伝送損失の変化量（ｂ−ａ）を表２に示す。

　ＳＭＦ（１）は水素暴露による波長１３８５ｎｍにおける損失増加（ｂ−ａ）が小さく、水素暴露後の波長１３８５ｎｍにおける伝送損失（ｂ）は０．４０ｄＢ／ｋｍ以下を実現している。
　つまり、ＳＭＦ（１）は１３１０〜１６２５ｎｍの全波長領域における伝送損失が０．４０ｄＢ／ｋｍ以下であり、この波長領域におけるＷＤＭ伝送に好適な光ファイバとなっている。

　しかし、ＳＭＦ（２）とＳＭＦ（３）の光ファイバは水素暴露による波長１３８５ｎｍにおける損失増加（ｂ−ａ）が大きいため、水素暴露後の波長１３８５ｎｍにおける伝送損失（ｂ）が０．４０ｄＢ／ｋｍ以下を実現できていない。
　また、波長６３０ｎｍおよび波長１３８５ｎｍにおける伝送損失の変化量（ｂ−ａ）はＳＭＦ（１）、ＳＭＦ（２）、ＳＭＦ（３）の順で大きくなっている。

　これは、線引き条件が変わると、得られる光ファイバにおけるＮＢＯＨＣの量が変化していることを意味する。
　つまり、線引き炉温が上昇し、線引き速度が速くなるにつれ、得られる光ファイバにおけるＮＢＯＨＣの量が多くなっていることを意味する。
　なお、本実施形態例では線引き条件のパラメータが線引き炉温と線引き速度のみの場合を示しているが、線引き条件はこれのみに限定されるものではなく、その他の調整可能な要因を全て含む。
　また、線引き装置の違いなどによって、それら線引き条件の最適値が一義的に定まるものではない。

　３．ＮＢＯＨＣ密度の測定
　ＳＭＦ（１），ＳＭＦ（２），ＳＭＦ（３）のそれぞれにつき、被覆を硫酸水溶液で除去し、得られた光ファイバ裸線を更にフッ化水素酸水溶液に浸漬して、外径が約５０μｍになるまで研削した。

　外径を約５０μｍにした理由は、ＭＦＤ内における構造欠陥をできるだけ正確に同定することを目的として、外周部の余分なクラッド部分を除去するためである。しかし、外径を５０μｍより小さくすると光ファイバのハンドリングが非常に困難になるため、上記外径値とした。
　ついで、各光ファイバに対してＥＳＲ法でＮＢＯＨＣ密度を測定した。結果を表３に示す。表３におけるＮ．Ｄ．は、検出下限以下であることを示す。なお、ＥＳＲ法によるＮＢＯＨＣ密度の検出限界は、１×１０¹²spins／ｇである。

　表３に示すように、ＳＭＦ（１）からはＮＢＯＨＣが検出されなかったが、ＳＭＦ（２）、ＳＭＦ（３）からはＮＢＯＨＣが検出された。
　各光ファイバにつき、水素曝露後の波長１３８５ｎｍにおけるＯＨ吸収損失の増加量（ｂ−ａ）とＮＢＯＨＣ密度との関係を図６に示した。

　図６から明らかなように、前述した条件にてＥＳＲ法で測定したＮＢＯＨＣ密度が１×１０¹³spins／ｇ以下であれば、水素曝露後の波長１３８５ｎｍにおける伝送損失の増加量（ｂ−ａ）を０.１０ｄＢ／ｋｍ以下とすることができる。
　すなわち、水素曝露後の波長１３８５ｎｍにおけるＯＨ吸収損失の増加量を小さく抑えた、耐水素特性に対する信頼性の高い光ファイバとするためには、ＥＳＲ法で上記測定条件にて検出されるＮＢＯＨＣの密度を１×１０¹³spins／ｇ以下とする必要がある。

　４．重水素処理の検討
　次に、ＳＭＦ（１）、ＳＭＦ（２）、ＳＭＦ（３）から長さ１０００ｍの試料を取出し、これを、常温、１気圧下において、重水素ガスを含むＮ₂雰囲気に２４時間曝露したのち、大気中で１４日間放置し、波長５５０〜１７００ｎｍにおける伝送損失を測定した。
　このとき、重水素ガスはＮ₂ガス中に０．０１〜１００％含まれているのが好ましく、さらに好ましくは０．５〜２％である。またその雰囲気の温度は２０〜４０℃であることが好ましい。

　ＳＭＦ（３）の重水素処理前後の伝送損失を図７に示す。破線が重水素処理前、実線が重水素処理後の伝送損失である。
　図７から明らかなように、重水素処理により、波長６３０ｎｍ付近における吸収損失は消失し、また波長１３８５ｎｍにおけるＯＨ吸収損失の増加も起こっていない。これは、重水素分子の光ファイバ内への拡散により、前記した（２）式の反応が起こり、ＮＢＯＨＣが消失し、かつＯＨ基が生成していないことを意味している。

　ＳＭＦ（１）、ＳＭＦ（２）についても同様の結果が得られた。
　さらに、これらの光ファイバを前述した条件と同条件にて水素に暴露し、伝送損失を測定したところ、波長５５０〜１７００ｎｍにおける伝送損失の変化はほとんど見られなかった。
　その結果を表４に示す。

　つまり、水素暴露後の波長１３８５ｎｍにおける損失増加量の大きかったＳＭＦ（２）、ＳＭＦ（３）についても、重水素処理を施すことにより、波長１３８５ｎｍにおける伝送損失増加のほとんどない光ファイバとすることができる。つまり、重水素処理を行うことにより耐水素特性が向上する。

　従って、水素曝露後の波長１３８５ｎｍにおけるＯＨ吸収損失の増加量を小さく抑えた、耐水素特性に対する信頼性の高い光ファイバとするためには、重水素処理を行う必要がある。
　ＳＭＦ（１）のようにＮＢＯＨＣの量が少ない光ファイバを製造し、それに重水素処理を施すことにより、最も耐水素特性に対する信頼性の高い光ファイバを得ることができる。

　なお、本実施形態例においては、線引き後ボビンに巻き取られた光ファイバに対して重水素処理を施した。しかし、重水素処理は、光ファイバの線引き時の樹脂コーティング処理前であっても良い。ただし、充分な重水素処理を行うためには、本実施形態例のように光ファイバがボビンに巻き取られた後に行うのが好ましい。

　５．Ｓｉ（Ｄ）-Ｅ’およびＧｅ（Ｄ）-Ｅ’密度の測定
　重水素処理前後の光ファイバの裸線を用いてＥＳＲ法でＳｉ（Ｄ）-Ｅ’の測定を行った。結果を表５に示す。

　更に、重水素処理前後の光ファイバをフッ化水素酸水溶液に浸漬して、外径が約５０μｍになるまで研削した後、ＥＳＲ法でＮＢＯＨＣおよびＧｅ（Ｄ）−Ｅ’の測定を行った。重水素処理前のＮＢＯＨＣについては表３の値を記載している。
　結果を表６に示す。

　ここで、外径を研削しないで約１２５μｍの状態でＳｉ（Ｄ）−Ｅ’を測定した理由は、この欠陥が光ファイバ全体に亘って存在するため、敢えて研削する必要がないからである。
　それに対して、外径約５０μｍの状態でＧｅ（Ｄ）−Ｅ’を測定した理由は、この欠陥が、Ｇｅが添加されたコアにのみ存在するため、検出感度を上げるためである。
　なお、表５および表６におけるＮ．Ｄ．は、検出下限以下であることを示す。ここでＥＳＲ法によるＮＢＯＨＣ密度、Ｓｉ（Ｄ）−Ｅ’密度およびにＧｅ（Ｄ）−Ｅ’密度の検出限界は、１×１０¹²spins／gである。

　この結果から、次のことが明らかである。
　（１）重水素処理によってＮＢＯＨＣが消失している。
　（２）重水素処理を行った光ファイバからはＳｉ（Ｄ）−Ｅ’、Ｇｅ（Ｄ）−Ｅ’に相当するＥＳＲ信号が検出される。
　なお、このＥＳＲ測定では、図８で示した構造欠陥種（Ｓｉ（Ｄ）−Ｅ’）、および図９で示した構造欠陥種（Ｇｅ（Ｄ）−Ｅ’）に相当するＥＳＲ信号が、検出された。欠陥種の同定は、ＥＳＲに関する研究論文（T.-E. Tsai and D.L. Griscom, J. Non-Cryst. Solids 91(1987)170）を参考にした。

　重水素処理前の光ファイバからはＳｉ（Ｄ）−Ｅ’、Ｇｅ（Ｄ）−Ｅ’に相当するＥＳＲ信号が検出されていないことから、光ファイバに重水素処理が充分施されたか否かの評価は、ＥＳＲ法の適用により、Ｓｉ（Ｄ）−Ｅ’、Ｇｅ（Ｄ）−Ｅ’に相当するＥＳＲ信号が検出されるか否かを確認することで行うことができる。
　すなわち、耐水素特性に対する信頼性の高い光ファイバとするためには、重水素処理を行う必要があり、さらに、上記測定条件下で行うＥＳＲ法にて、Ｓｉ（Ｄ）−Ｅ’、Ｇｅ（Ｄ）−Ｅ’が検出されるのであるから、Ｓｉ（Ｄ）−Ｅ’およびＧｅ（Ｄ）−Ｅ’に相当するＥＳＲ信号を検出することにより、その光ファイバに対して充分に重水素処理が施されていることを保証できることになる。

　なお、本実施形態例においては、屈折率分布プロファイルが図１（ａ）で示したステップインデックス型のＳＭＦを採用した。この種の光ファイバは、一般に、そのコアにＧｅが添加されている。
　しかしながら、伝送損失をより小さくするためには、コアにＧｅを添加しない状態、すなわち、純粋の石英ガラスで実質的にコアが形成されている方が好適である。このようなＳＭＦは超低損失ＳＭＦとして知られており、通常、クラッドにフッ素を添加してその屈折率を純粋の石英ガラスよりも低めてコアとクラッドの屈折率差を実現している。

　本発明は、このようなＳＭＦに対しても適用可能である。
　なお、近年、ＷＤＭ伝送に使用するために開発された光ファイバは、当該光ファイバに要求される特性の複雑化に伴い、その屈折率分布プロファイルも複雑になる傾向にある。
　これらの光ファイバの伝送特性、とくに耐水素特性を向上させるためには、光ファイバ母材の製造時に、その径方向における各層の軟化特性（粘度特性）を可能な限り一致させることが好ましい。各層の軟化特性の整合により、線引き時に、光ファイバ母材の径方向における軟化特性と冷却過程とのバランスが適正化し、構造欠陥の発生は抑制されるからである。そして軟化特性は、例えば、コアまたはクラッドの少なくともいずれかの一部または全部にフッ素を添加することにより、整合させることができる。
　本発明は、このような光ファイバを含むさまざまな屈折率分布プロファイルを持つ光ファイバに適用することができる。

　本発明の光ファイバは、非架橋酸素欠陥の電子スピン密度を１×１０¹³spins／ｇ以下とすることにより、水素暴露による波長１３８５ｎｍにおける伝送損失増加を０.１０ｄＢ／ｋｍ以下に抑えた光ファイバである。
　また本発明の光ファイバは、ＥＳＲ法で測定したとき、Ｓｉ（Ｄ）−Ｅ’またはＧｅ（Ｄ）−Ｅ’に関する信号が検出されることにより、重水素処理が充分施されていることが保証される。

　従って、本発明の光ファイバは耐水素特性に対する信頼性の高い光ファイバであり、１３１０ｎｍ〜１６２５ｎｍの全波長領域におけるＷＤＭ伝送に好適な光ファイバである。
　また、本発明にて見い出された、非架橋酸素欠陥の電子スピン密度と水素暴露による波長１３８５ｎｍにおける伝送損失の増加量の関係を用いて耐水素特性の評価を行うことができる。

　また、重水素処理が充分施された光ファイバからは、ＥＳＲ法で測定したときに、Ｓｉ（Ｄ）−Ｅ’またはＧｅ（Ｄ）−Ｅ’に関する信号が検出されるという知見に基づき、重水素処理が充分に施されているか否かの評価を行うことができる。
　つまり、本発明の光ファイバの評価方法により、光ファイバの耐水素特性に関する新たな評価方法が提供される。

（ａ）は本発明の実施形態に係る光ファイバの屈折率分布プロファイルを示す。（ｂ）はその断面図を示す。 ＶＡＤ法で光ファイバ母材を製造する方法を示す概略図である。 本発明の実施形態に係る光ファイバＳＭＦ（１）の水素曝露前後の伝送損失スペクトルである。 本発明の実施形態に係る光ファイバＳＭＦ（２）の水素曝露前後の伝送損失スペクトルである。 本発明の実施形態に係る光ファイバＳＭＦ（３）の水素曝露前後の伝送損失スペクトルである。 本発明の実施形態に係る光ファイバの、ＥＳＲ法で測定したＮＢＯＨＣ密度と水素暴露後の波長１３８５ｎｍにおける伝送損失の増加量との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る光ファイバの重水素処理前後における伝送損失の波長スペクトルである。 重水素処理後のＥＳＲ測定で検出される化学種の模式図である。 重水素処理後のＥＳＲ測定で検出される化学種の模式図である。

Claims (7)

1. 　カットオフ波長が１３１０ｎｍ以下であり、
   　水素暴露前の波長１３８５ｎｍにおける伝送損失が０．４０ｄＢ／ｋｍ以下であり、
   　室温下において水素濃度が１％の雰囲気中で水素に曝露し、波長１２４０ｎｍにおける伝送損失が水素曝露前の伝送損失に比べて０.０３ｄＢ／ｋｍ以上増加するまで水素曝露の状態を維持し、その後、大気中に取出して１４日間以上放置した際の波長１３１０〜１６２５ｎｍにおける伝送損失が０.４０ｄＢ／ｋｍ以下であり、
   　外周をフッ化水素酸水溶液で外径約５０μｍになるまで研削した後、電子スピン共鳴法で測定したときに、非架橋酸素欠陥の電子スピン密度が１×１０¹³spins／ｇ以下であることを特徴とする光ファイバ。
2. 　重水素原子が含まれている請求項１の光ファイバ。
3. 　前記光ファイバの裸線を電子スピン共鳴法で測定したとき、Ｓｉ（Ｄ）−Ｅ’に関する信号が検出される請求項２の光ファイバ。
4. 　前記光ファイバの外周をフッ化水素酸水溶液で外径約５０μｍになるまで研削した後、電子スピン共鳴法で測定したとき、Ｇｅ（Ｄ）−Ｅ’に関する信号が検出される請求項２の光ファイバ。
5. 　光ファイバの外周をフッ化水素酸水溶液で外径約５０μｍになるまで研削した後、電子スピン共鳴法で測定したとき、検出される非架橋酸素欠陥の電子スピン密度に基づいて、前記光ファイバを、室温下において水素濃度が１％の雰囲気中で水素に曝露し、波長１２４０ｎｍにおける伝送損失が水素曝露前の伝送損失に比べて０.０３ｄＢ／ｋｍ以上増加するまで水素曝露の状態を維持し、その後、大気中に取出して１４日間以上放置した際の波長１３８５ｎｍにおける損失増加量を評価することを特徴とする光ファイバの評価方法。
6. 　光ファイバの裸線につき電子スピン共鳴法で電子スピン密度を測定したとき、Ｓｉ（Ｄ）−Ｅ’に関する信号が検出されるか否かに基づいて、重水素処理が充分施されたか否かを評価することを特徴とする光ファイバの評価方法。
7. 　光ファイバの外周をフッ化水素酸水溶液で外径約５０μｍになるまで研削した後、電子スピン共鳴法で電子スピン密度を測定したとき、Ｇｅ（Ｄ）−Ｅ’に関する信号が検出されるか否かに基づいて、重水素処理が充分施されたか否かを評価することを特徴とする光ファイバの評価方法。

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