JP2004505000A - 単一モード光ファイバーおよび単一モード光ファイバーの製造法 - Google Patents

単一モード光ファイバーおよび単一モード光ファイバーの製造法 Download PDF

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Abstract

本発明は、光伝導生コア部分（４）、前記コア部分を取り囲む内部クラッド部分（３）および前記内分クラッド部分を取り囲むジャケット部分（１）を有する単一モード光ファイバーの製法に関する。前記コア部分の屈折率はクラッド部分およびジャケット部分の領域の屈折率より大きく、クラッド部分とジャケット部分の屈折率は略等しい。

Description

【０００１】
（発明が属する技術分野）
本発明は、光伝導性コア部分、前記コア部分を取り囲む内部クラッド部分、および前記内部クラッド部分を取り囲むジャケット部分から構成され、前記コア部分の屈折率が前記クラッド部分およびジャケット部分の領域の屈折率より大きく、前記クラッド部分およびジャケット部分の領域の屈折率が略等しい単一モード光ファイバーの製造法に関し、この製造法により、ジャケット部分として使用されるシリカ基体チューブが１種またはそれ以上の反応性ガスで内部をフラッシュされて前記内部クラッド部分およびコア部分をそれぞれ形成し、その後、２層が備わった前記基体チューブをコラプスして延伸し単一モード光ファイバーにする。さらに、本発明は、光伝導性コア部分、前記コア部分を取り囲むクラッド部分、および前記内部クラッド部分を取り囲むジャケット部分から構成される単一モード光ファイバーに関する。
【０００２】
（従来の技術）
この型の光ファイバーは周知であり、主に遠距離通信技術の分野において利用されている。例えば、欧州特許出願公開第０１２７２２７号明細書、米国特許第５，２４２，４７６号明細書、および米国特許第５，８３８，８６６号明細書を参照のこと。本発明で使用する「単一モード」の用語は、この分野の専門家には一般に知られているので、ここでさらに説明する必要性はない。減衰や分散が低いという特性のために、このような光ファイバーは長距離の、しばしば何千キロメートルもの距離の、データのリンクを形成するのに特に適している。このようなかなり距離にわたって光ファイバーの累積的な信号ロスを最小に維持することは、光信号の伝送を少数の中間増幅ステーションを使用して行なおうとする場合、非常に重要である。普通に使用される伝送波長である１５５０ｎｍでは、遠距離通信産業にとっては、従来的に、このような光ファイバーにおける全減衰が０．２５ｄＢ／ｋｍを超えないことが必要である。
【０００３】
現在製造されているファイバーは、許容可能な減衰に関するこのような全要求に適合しているかもしれないが、それにもかかわらず、時間が経つと、同じ光ファイバーについてかなり減衰が増加することがしばしば観察される。広範な調査により、この現象は徐々に水素ガスが周囲からファイバー内にしみ出し、その結果ファイバー内にＳｉＨおよびＳｉＯＨのような化合物が形成するためであることがわかった。これらの化合物は、約１５３０および１３８５ｎｍの波長における減衰ピークと共に強い赤外吸収を示す。
【０００４】
このような水素が誘導する減衰の問題を克服するための解決策は欧州特許出願公開第４７７，４３５号明細書に開示されている。ここに開示された方法によると、ファイバーの実際的な実施の前にファイバーの全構造的欠陥部位に水素原子を確実に存在させるために、溶融した光ファイバーはその製造過程で既に水素含有ガスに広範に暴露される。しかし、この既知の方法の欠点は、水素誘導減衰の兆候に対応するのみであり、原因に対応するものではない。さらに、この既知の方法は、製造法をかなり複雑にし、使用された水素含有ガスによる製品ファイバーの汚染の付加的な危険をもたらす。
【０００５】
米国特許第５，０９０，９７９号明細書に、光ファイバーの製造法が開示されており、これは、純粋な二酸化珪素コア部分、フッ素ドープ二酸化珪素外側層、フッ素ドープ二酸化珪素基体層、および純粋な二酸化珪素キャリヤ層から構成され、前記コア部分の屈折率は前記キャリヤ層の屈折率に略等しい。
【０００６】
米国特許第５，０３３，８１５号明細書に、マルチモード型の光ファイバーが開示されており、このファイバーは本発明の単一モード光ファイバーとは実質的に異なる。さらに、この公報からわかるマルチモード光ファイバーは引き続き、ＧｅＯ２−またはＳｂ２Ｏ３−ドープコア部分、Ｆ−ドープクラッド部分および任意に備えるＴｉＯ２−ドープジャケット部分を含み、結果として、前記コア部分の屈折率はクラッド部分およびジャケット部分の領域の屈折率より高く、ジャケット部分の屈折率はクラッド部分の屈折率より実質的に低く、屈折率の特徴は本発明の特徴と実質的に異なる。圧縮軸方向応力に関するデータは該公報には開示されていない。
【０００７】
欧州特許出願公開第７６２１５９号明細書には、分散補償ファイバーが開示されている。それは、少なくとも１０モル％のＧｅＯ２を含むコア部分、およびクラッド部分から構成され、前記クラッド部分は第１フッ素ドープクラッド部分、第２塩素ドープクラッド部分、および第３塩素またはフッ素ドープクラッド部分から構成される。前記第３クラッド部分のドーピングは延伸時のガラス粘度が純粋な二酸化珪素ガラスの粘度より低く、延伸の間の温度が比較的低くできるように選択される。圧縮軸方向応力に関するデータはこの公報からはわからない。
【０００８】
（発明が解決しようとする課題）
したがって、本発明の目的は、１５５０ｎｍの波長において水素により引き起こされる減衰が充分に低く、確実に、その波長における全減衰が最大で０．２５ｄＢ／ｋｍである単一モード光ファイバーの製造法を提供することである。
上記のように、本発明の目的は、内部クラッド部分が０．１〜８．５重量％の範囲のフッ素をドープされたＳｉＯ２から構成され、その結果、コア部分が全断面にわたって圧縮軸方向応力を受けることを特徴とする単一モード光ファイバーの製造法により達成される。
【０００９】
（課題を解決するための手段）
本発明者は、ファイバーコアの軸圧縮の存在により、前記欠陥の発生を防止し、その結果、水素誘導減衰を非常に低下させることを提案する。本発明は、ファイバーコアに軸張力が存在することにより二酸化珪素コアに構造的欠陥を形成することが容易になることから、ファイバーコアに軸圧縮を存在させることでこのような欠陥の発生を本質的に回避でき、したがって、水素誘導減衰が実質的に減少することになる。
【００１０】
（発明の実施の形態）
本発明者は、多くの実験を実施し、プレフォームを形成した。それは、基体チューブの内部表面に、フッ素ドーピングを含むＳｉＯ２から形成される、酸化珪素の内部クラッド部分、および、内部クラッド部分の屈折率より高い屈折率であり、ファイバーの最終的なコアを形成する酸化珪素の第２ドープ層を提供した。次に、こうして得られたコア部分および内部クラッド部分を形成した基体チューブを熱的にコラプスし、ロッドを形成し、このロッドは最終的に溶融端の一方にて必要なファイバーに延伸される。
【００１１】
本発明では、内部クラッド部分は、０．１〜８．５重量％の範囲で、好ましくは０．２〜２．０重量％の範囲で、フッ素でドープされることが好ましい。８．５重量％より多いフッ素ドーピングは、このような層の堆積における問題が生じるため望ましくない。０．１重量％よりフッ素量が少ないと、コア部分において必要な圧縮軸方向応力についての顕著な効果をもたらさない。最大ドーピング２．０重量％は、非常に低い減衰ロスが必要とされる場合に特に好ましい。この減衰ロスはレイリー散乱の増加によりネガティブに影響される。内部クラッド部分の一部は、ファイバーのコア内側を移送される光のための光通路としても機能することを実験は事実として示した。
【００１２】
内部クラッド部分におけるフッ素ドーピングの適用によりこの層の屈折率が減少する。ジャケット部分の領域の屈折率に略等しい、低い屈折率に調節するために、この内部クラッド部分には、例えば、Ｐ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２、ＧｅＯ２、Ｎ、またはＡｌ２Ｏ３、またはこれらの化合物のうちの１つまたはそれ以上の組み合わせ等のいわゆる屈折率増加ドーピング材料が供給される。
【００１３】
本発明の方法の態様では、ジャケット部分および内部クラッド部分の間に緩衝層を挿入することが特に好ましい。この緩衝層はコア部分の屈折率より小さい屈折率を有し、かつクラッド部分およびジャケット部分の領域の屈折率に略等しい。
ジャケット部分の光品質が低い場合、つまり、ジャケット部分が不純物を含むことを意味する場合に、このような緩衝層は特に必要である。プレフォームを製造するためのコラプスのための連続的な熱処理およびその次のプレフォームからのファイバーの延伸において、このような不純物は、光ファイバーの光伝導部分に拡散し得る。その結果として、減衰の発生が強められる。したがって、緩衝層の適用は、ファイバーの光伝導部分に不純物が至るのを防止する。
【００１４】
本発明の方法の特別な態様は、コア部分と内部クラッド部分との間に中間層を挿入することがこのましい。この中間層はコア部分の屈折率より低い屈折率を持っており、内部クラッド部分およびジャケット部分の領域の屈折率に略等しい。
単一モード光ファイバーの光伝導はコア部分を直接取り囲む層において部分的に生じる。この層が多くドープされると、高レイリー散乱の効果が顕著になる。しかし、高ドーピングは、必要とされる圧縮軸方向応力下にコア部分をおくために必要とされる。低ドーピングの中間層は起こり得る過剰なレイリー散乱の否定的な効果を防止するために挿入されるのが好ましい。
【００１５】
内部クラッド部分は最終ファイバー中で好ましくは３〜２１マイクロメートルの厚さを有する。
必要な層厚さは層へのドーピングに依存する。試験により、３マイクロメートルより薄い層厚さは、本発明において必要とされる圧縮軸方向応力下にコア部分をおくのに不十分である。内部クラッド部分の最大層厚さの上限は、最終的に光ファイバーに延伸されるプレフォームのプロセス可能性により主に決定される。
【００１６】
ある態様において、さらに、１種またはそれ以上のドーピングを有する光伝導性コア部分は０．２〜２重量％の範囲のフッ素ドーピングを有するＳｉＯ２から形成され、この１種またそれ以上のドーピングによりコア部分が本発明において必要とされる屈折率を確実に有し、このコア屈折率がクラッド部分の屈折率より高く、ドーピングは、例えば、Ｐ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２、ＧｅＯ２、Ｎ、Ａｌ２Ｏ３またはこれらの化合物のうち１種またはそれ以上の組み合わせを含むことが要求される。
特別な態様では、コア部分、内部クラッド部分、およびジャケット部分、場合によって設けられる緩衝層および／または中間層から構成されるプレフォームが例えばガラスチューブまたは外部ＣＶＤ法により形成される層の形態において付加的な層を形成されることが好ましい。
【００１７】
本発明では、コア部分および内部クラッド部分、および設ける可能性のある中間層および／または緩衝層の形成は化学蒸着法により行われる。特に、ＰＣＶＤ法、好ましくはプラズマ誘導法により行われる。従来の基体チューブの軸長さは特に直径の何倍も長いので、このような基体チューブの内部表面に材料の均一な層を制御下で堆積することはスパッタ堆積法、レーザーアブレーション堆積法等の従来の堆積法を用いては非常に困難である。ＰＣＶＤの態様では、使用した化学蒸着は基体チューブの内側表面の全長にわたって首尾よく分布され得る。これにより、内壁に非常に均一な堆積が可能になる。さらに、ＰＣＶＤ法を適用することにより、ドーピングレベルを制御した層の堆積を行うことが可能になる。これにより、この方法を、コア部分および内部クラッド部分、補助的に設ける可能性のある中間層および／または緩衝層の堆積に都合よく利用できる。
【００１８】
さらに、本発明は、光伝導性コア部分、前記コア部分を取り囲む内部クラッド部分、および前記内部クラッド部分を取り囲むジャケット部分から構成される単一モード光ファイバーに関する。ここで、コア部分の屈折率は内部クラッド部分およびジャケット部分の領域の屈折率より大きく、内部クラッド部分とジャケット部分の領域の屈折率が略等しく、本発明の単一モード光ファイバーは、０．１〜８．５重量％の範囲、好ましくは０．２〜２．０重量％の範囲のフッ素ドーピングを有するＳｉＯ２で形成され、これによりコア部分がその全断面にわたり圧縮軸方向応力を受けることを特徴とする。
【００１９】
特別な態様では、単一モード光ファイバーが、コア部分と内部クラッド部分との間に中間層を挿入され、その中間層がコア部分の屈折率より低い屈折率を有し、内部クラッド部分とジャケット部分の領域の屈折率に略等しくなるように形成されることが好ましい。
さらに、本発明の単一モード光ファイバーの特別な態様では、ジャケット部分および内部クラッド部分との間に緩衝層があると好ましく、この緩衝層は屈折率がコア部分の屈折率より低く、内部クラッド部分およびジャケット部分の領域の屈折率に略等しい。
さらに、ある態様では、ジャケット部分の外側に外部クラッド部分があると好ましい。
【００２０】
（実施例）
図１において、単一モード光ファイバー６は、模式的に表されており、該光ファイバー６はプレフォームをコラプスし、これからファイバーを延伸する工程の後に得られる。単一モード光ファイバー６は光伝導性コア部分４と見なすことができる。この光伝導性コア部分４は内部クラッド部分３により取り囲まれており、次に内部クラッド部分３はジャケット部分１により取り囲まれている。例えば、基体チューブはジャケット部分として適切である。前記コア部分４の屈折率は内部クラッド部分３およびジャケット部分１の屈折率より大きく、これら後者２つの部分の屈折率は略等しい。図１〜６において使用される同じ符号は互いに対応する。
【００２１】
図２において、単一モード光ファイバー６の特別な態様を模式的に示す。該単一モード光ファイバー６は、光伝導性コア部分４から構成され、この光伝導性コア部分４は内部クラッド部分３により取り囲まれ、この内部クラッド部分３は緩衝層２により取り囲まれ、この緩衝層２は最後にジャケット部分１により取り囲まれる。このような単一モード光ファイバー６はジャケット部分１としてシリカ基体チューブを使用し、その後、緩衝層２、内部クラッド部分３および最後にコア部分４をそれぞれＰＣＶＤ法により堆積して、本発明の方法にしたがって製造される。前記各層をシリカ基体チューブ上に堆積した後、サーマルコラプス法を実施し、その後、プレフォームを得、プレフォームからその端部において単一モード光ファイバー６を延伸する。
【００２２】
図３において、単一モード光ファイバー６の特別な態様を模式的に示す。この単一モード光ファイバー６は中間層５により取り囲まれたコア部分４から構成され、この中間層５は内部クラッド部分３により取り囲まれ、この内部クラッド部分３は緩衝層２により取り囲まれ、この緩衝層２は最後にジャケット１により取り囲まれる。図３に模式的に示されたこの単一モード光ファイバー６は図２において記載したのと同じ方法で製造される。しかし、ある態様では、図３に示された緩衝層２を省略することができる。その結果、内部クラッド部分３はジャケット部分１に直接堆積され、次に内部中間層５および最後にコア部分４が堆積される。ただし、この態様は図示していない。
【００２３】
図４において、ジャケット層１は外部クラッド部分７を備える。この外部クラッド層７は図５および６においても適用される。本発明では、０．１〜８．５重量％、および好ましくは０．２〜２．０重量％の範囲でフッ素により内部クラッド部分をドーピングすることにより圧縮軸方向応力を単一モード光ファイバーのコア部分に受けさせることにおいて特に特徴がある。
図７に、従来技術における単一モード光ファイバーの半径ｒの関数として応力を表すグラフを示す。このファイバーは、ＧｅＯ２およびＦをドープされたＳｉＯ２から形成されたコア部分およびＳｉＯ２からなる非ドープのクラッド部分から構成される。このコア部分の位置は垂直な点線で示される。したがって、コア部分がポジティブな応力下、すなわち張力下にあることが直ちにわかる。
【００２４】
図８に、本発明の単一モード光ファイバーの半径ｒの関数として応力を表すグラフを示す。このファイバーはＧｅＯ２およびＦをドープされたＳｉＯ２から形成されたコア部分、さらに内部クラッド部分から構成され、これは図５に応じてＧｅＯ２およびＦをドープされたＳｉＯ２から形成され、他の部分は非ドープのＳｉＯ２からなる。コア部分の位置は垂直な点線により示され、コア部分は圧縮軸方向応力下にあることが直ちに明確となる。この特性は本発明に必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の単一モード光ファイバーの態様を示す。
【図２】緩衝層を備えた、本発明の単一モード光ファイバーの特別な態様を示す。
【図３】中間層を備えた、本発明の単一モード光ファイバーの特別な態様を示す。
【図４】図１〜３にそれぞれ対応するが、これらはジャケット部分が外部クラッド部分を備えている。
【図５】図１〜３にそれぞれ対応するが、これらはジャケット部分が外部クラッド部分を備えている。
【図６】図１〜３にそれぞれ対応するが、これらはジャケット部分が外部クラッド部分を備えている。
【図７】従来における張力対ファイバー半径のグラフを示す。
【図８】本発明の張力対ファイバー半径のグラフを示す。

Claims (14)

  1. 光伝導性コア部分（４）、前記コア部分（４）を取り囲む内部クラッド部分（３）、および前記内部クラッド部分（３）を取り囲むジャケット部分（１）から構成される単一モード光ファイバーであって、前記コア部分（４）の屈折率が前記クラッド部分およびジャケット部分の領域（３、１）の屈折率より大きく、かつ前記クラッド部分およびジャケット部分の領域（３、１）の屈折率が略等しい単一モード光ファイバーにおいて、前記内部クラッド部分（３）が０．１〜８．５重量％の範囲でフッ素をドープされたＳｉＯ２から形成され、これにより前記コア部分（４）がその全断面にわたって圧縮軸方向応力を受けることを特徴とする単一モード光ファイバー。
  2. 前記内部クラッド部分（３）のフッ素の量が０．２〜２．０重量％の範囲であることを特徴とする請求項１記載の単一モード光ファイバー。
  3. 前記ジャケット部分（１）と内部クラッド部分（３）との間に緩衝層（２）があり、前記緩衝層（２）が前記コア部分（４）の屈折率より低い屈折率を有し、かつ前記内部クラッド部分（３）およびジャケット部分（１）の領域の屈折率に略等しいことを特徴とする請求項１または２記載の単一モード光ファイバー。
  4. 前記コア部分（４）と前記内部クラッド部分（３）との間に中間層（５）があり、前記中間層（５）が前記コア部分（４）の屈折率より低い屈折率を有し、かつ前記内部クラッド部分（３）およびジャケット部分（１）の領域の屈折率に略等しいことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の単一モード光ファイバー。
  5. 前記ジャケット部分（１）の外側に外部クラッド部分（７）があり、前記外部クラッド部分（７）が内部クラッド部分（３）およびジャケット部分（１）の領域の屈折率に略等しい屈折率を有することを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の単一モード光ファイバー。
  6. 前記内部クラッド部分（３）が３〜２１μｍの範囲の厚さを有することを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の単一モード光ファイバー。
  7. 前記コア部分（４）が０．２〜２．０重量％の範囲でフッ素をドープされたＳｉＯ２から形成されることを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の単一モード光ファイバー。
  8. 光伝導性コア部分、前記コア部分を取り囲む内部クラッド部分、および前記内部クラッド部分を取り囲むジャケット部分から構成され、前記コア部分の屈折率が前記内部クラッド部分およびジャケット部分の領域の屈折率より大きく、かつ前記内部クラッド部分およびジャケット部分の領域の屈折率が略等しい、単一モード光ファイバーの製造法であって、ジャケット部分として機能するシリカ基体チューブが１種またはそれ以上の反応性ガスでフラッシュされて、前記内部クラッド部分および前記コア部分をそれぞれ形成し、その後、前記基体チューブをコラプスし、かつ延伸して単一モード光ファイバーにする、単一モード光ファイバーの製造法において、内部クラッド部分（３）が０．１〜８．５重量％の範囲でフッ素をドープされたＳｉＯ２から形成され、これにより、前記コア部分（４）がその全断面にわたって圧縮軸方向応力を受けることになることを特徴とする単一モード光ファイバーの製造法。
  9. 前記内部クラッド部分（３）のフッ素量が０．２〜２．０重量％の範囲であることを特徴とする請求項８記載の製造法。
  10. 緩衝層（２）が前記ジャケット部分（１）と前記内部クラッド部分（３）との間に挿入され、前記緩衝層（２）が前記コア部分（４）の屈折率より低い屈折率を有し、かつ前記内部クラッド部分（３）およびジャケット部分（１）の領域の屈折率に略等しいことを特徴とする請求項８または９記載の製造法。
  11. 中間層（５）が前記コア部分（４）と前記内部クラッド部分（３）との間に挿入され、前記中間層（５）が前記コア部分（４）の屈折率より低い屈折率を有し、かつ前記内部クラッド部分（３）およびジャケット部分（１）の領域の屈折率に略等しいことを特徴とする請求項８〜１０のうちいずれか１項に記載の製造法。
  12. 前記ジャケット部分（１）の外側に外部クラッド層（７）を配置し、前記外部クラッド部分（７）が内部クラッド部分（３）およびジャケット部分（１）の領域の屈折率に略等しい屈折率を有することを特徴とする請求項８〜１１のうちいずれか１項に記載の製造法。
  13. 前記コア部分（４）および前記内部クラッド部分（３）、および任意に前記外部クラッド部分（７）、前記中間層（５）および／または緩衝層（２）、をＰＣＶＤ法により形成することを特徴とする請求項８〜１２のうちいずれか１項に記載の製造法。
  14. 前記ＰＣＶＤ法がプラズマ導入下で行われることを特徴とする請求項１３記載の製造法。
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