JP2012020908A - 光ファイバの製造方法及び光ファイバ - Google Patents

Abstract

【課題】比屈折率差が大きく且つ伝送損失が低減された光ファイバの製造方法及び光ファイバを提供する。
【解決手段】純石英ガラスの屈折率を基準とした比屈折率差が２．０％以上３．０％未満であるコア領域と、前記コア領域の外周に設けられて純石英ガラスの屈折率を基準とした比屈折率差が−０．８％以上−０．３％未満である第１クラッド領域とを含み石英ガラスを主成分とする光ファイバ用プリフォーム１００を線引用加熱炉１１の下方に設けられた徐冷用加熱炉２１にガラスファイバを通過させる。これにより、ガラスファイバが空冷される場合と比較してガラスファイバの冷却速度が緩和される。この結果、ガラス中における原子の結合の乱雑さが低減されてレイリー散乱を抑制することができることから、比屈折率差を高めた場合であっても、光ファイバの伝送損失を低減させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ファイバの製造方法及び光ファイバに関する。

光通信システムの光伝送路として使用される光ファイバは、光通信システムを構成する装置の光部品数の減少によるコスト削減、省エネルギー化の観点から、低伝送損失であることが望まれている。この低伝送損失化の要求に対して、製造に使用する原料の高純度化や製造プロセスにおける様々な改善によって光ファイバの低伝送損失化が進められている。

また、現在最も普及しているシングルモード光ファイバは、１．５５μｍ帯では伝送距離の制限となる正の波長分散値を有する。この波長分散値を補償するために、負の波長分散値を有する分散補償光ファイバが併せて使用される。この分散補償光ファイバは、負の波長分散値を実現するために、コア領域とクラッド領域との比屈折率差が１．５〜３．０％であり一般的なシングルモード光ファイバよりも比屈折率差が大きい光ファイバが多く使用されている。また、分散補償光ファイバのほかにも、光波長変換器等で用いられる高非線形光ファイバを始めとする応用ファイバとして比屈折率差が１．５％よりも大きな光ファイバが用いられている。

比屈折率差が大きな光ファイバを製造するためには、屈折率上昇材として機能するＧｅＯ_２等を多く添加する方法が知られている。しかしながら、純石英系ガラス中にＧｅＯ_２等の不純物を添加することにより、光ファイバ中において光波長よりも短い波長での密度ゆらぎが発生する。この結果、光ファイバによる光伝送時にレイリー散乱が発生し、伝送損失が発生する。特に、比屈折率差を高めるために光ファイバへのＧｅＯ_２等の添加量が増大している場合、この伝送損失は高くなる。このため、レイリー散乱による伝送損失を低減させる方法が検討されている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２００４／００７３８３号

近年、光通信システムの開発が進み、さらに比屈折率差が高く伝送損失が低減された光ファイバへの要求が高まっている。しかしながら、上記のように、比屈折率差を高めようとすると伝送損失が大きくなってしまうという問題がある。

本発明は上記を鑑みてなされたものであり、比屈折率差が大きく且つ伝送損失が低減された光ファイバの製造方法及び光ファイバを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る光ファイバの製造方法は、純石英ガラスの屈折率を基準とした比屈折率差が２．０％以上３．０％未満であるコア領域と、コア領域の外周に設けられて純石英ガラスの屈折率を基準とした比屈折率差が−０．８％以上−０．３％未満である第１クラッド領域とを含み石英ガラスを主成分とする光ファイバ用プリフォームを線引用加熱炉にセットする工程と、線引張力が１００ｇ以上となるように線引用加熱炉で光ファイバプリフォームを溶融して線引きすることでガラスファイバを形成する工程と、線引用加熱炉の下方に設けられた徐冷用加熱炉を通過させてガラスファイバを徐冷する工程と、徐冷後のガラスファイバの外周に保護被覆を形成する工程と、を有することを特徴とする。

上記の光ファイバの製造方法によれば、線引用加熱炉の下方に設けられた徐冷用加熱炉にガラスファイバを通過させることで、ガラスファイバが空冷される場合と比較してガラスファイバの冷却速度が緩和される。この結果、ガラス中における原子の結合の乱雑さが低減されてレイリー散乱を抑制することができることから、比屈折率差を高めた場合であっても、光ファイバの伝送損失を低減させることができる。

ここで、上記の光ファイバの製造方法は、徐冷用加熱炉の温度が１２００℃以上１７３０℃未満であり、徐冷用加熱炉内を通過する通過時間が０．７秒以上である態様とすることが好ましい。

このように、徐冷用加熱炉の温度を上記の範囲とし、内部の通過時間を上記の範囲とすることにより、伝送損失をより低減させることができる。

また、本発明に係る光ファイバは、純石英ガラスの屈折率を基準とした比屈折率差が２．０％以上３．０％未満であるコア領域と、コア領域の外周に設けられて純石英ガラスの屈折率を基準とした比屈折率差が−０．８％以上−０．３％未満である第１クラッド領域とを備え、石英ガラスを主成分とする光ファイバであって、１００ｇ以上の線引張力で線引され、且つ、線引後徐冷用加熱炉を通過されて製造されたことを特徴とする。

上記の光ファイバは、線引用加熱炉の下方に設けられた徐冷用加熱炉にガラスファイバを通過させて製造されるため、比屈折率差が上記の範囲となった場合であっても、伝送損失を低減させることができる。

ここで、上記作用を効果的に奏する構成として、具体的には、徐冷用加熱炉の温度が１２００℃以上１７３０℃未満であり、徐冷用加熱炉内を通過する通過時間が０．７秒以上で製造された態様が挙げられる。

また、上記の光ファイバは、温度８０℃及び水素濃度１００％の環境下で２０時間放置した後の波長１３８０ｎｍ帯での伝送損失の増加量が放置前と比較して０．１５ｄＢ／ｋｍ以下であり、且つ、波長１４４０ｎｍ帯での伝送損失の増加量が放置前と比較して０．０１ｄＢ／ｋｍ以下であることが好ましい。

ここで、上記作用を効果的に奏する構成として、具体的には、第１クラッド領域の外周に設けられて純石英ガラスの屈折率を基準とした比屈折率差が０．０３％以上０．０９％未満である第２クラッド領域を備えることが好ましい。

また、第１クラッド領域と第２クラッド領域との間に、純石英ガラスの屈折率を基準とした比屈折率差が０．２％以上０．５％未満である中間クラッド領域を更に備え、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が１３μｍ^２以上１９μｍ^２以下であり、カットオフ波長が１３００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける波長分散値が−２９０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上−１５０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることが好ましい。

本発明によれば、比屈折率差が大きく且つ伝送損失が低減された光ファイバの製造方法及び光ファイバが提供される。

本実施形態に係る光ファイバの製造に用いられる線引装置を概略的に示す構成図である。 本実施形態に係る光ファイバ（ダブルクラッド）の屈折率プロファイルを示す図である。 本実施形態に係る光ファイバ（トリプルクラッド）の屈折率プロファイルを示す図である。 コア領域の比屈折率差が互いに異なるダブルクラッドの光ファイバについて、線引時の張力を変化させた場合の伝送損失をそれぞれ評価した結果を示す表である。 図４の結果をグラフに示したものである。 コア領域の比屈折率差が互いに異なるトリプルクラッドの光ファイバについて、線引時の張力を変化させた場合の伝送損失をそれぞれ評価した結果を示す表である。 図６の結果をグラフに示したものである。 コア領域の比屈折率差が互いに異なるダブルクラッドの光ファイバについて、線引時の張力を変化させた場合の伝送損失をそれぞれ評価した結果を示す表である。 図８の結果をグラフに示したものである。 コア領域１１０の比屈折率差が互いに異なるトリプルクラッドの光ファイバについて、線引時の張力を変化させた場合の伝送損失をそれぞれ評価した結果を示す表である。 図１０の結果をグラフに示したものである。 コア領域１１０の比屈折率差が２．２％であるトリプルクラッドの光ファイバを製造する際に徐冷用加熱炉の温度を変化させ、その結果得られた光ファイバの伝送損失をそれぞれ測定した結果を示す表である。 図１２の結果をグラフに示したものである。 徐冷用加熱炉内のガラスファイバの滞在時間による耐水素特性の変化について、徐冷用加熱炉内の温度を１４５０℃に設定した場合と温度調節していない場合とについて比較したものであり、波長１３８０ｎｍで伝送損失の増加量を測定した結果を示すグラフである。 温度８０℃及び水素濃度１００％の環境下で２０時間放置した場合の波長１４４０ｎｍ帯で伝送損失の増加量を測定した結果を示すグラフである。 光ファイバの外径のうち被覆を除いたガラス領域、すなわちコア領域及びクラッド領域のガラス径の大きさと伝送損失との関係について測定した結果を示すグラフである。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。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。

（線引装置）
図１は、本実施形態に係る光ファイバの製造に用いられる線引装置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のプリフォームを線引するために用いられる装置であり、線引用加熱炉１１、徐冷用加熱炉２１、外径測定器３、樹脂塗布部４及び樹脂硬化部５を含んで構成される。線引用加熱炉１１、徐冷用加熱炉２１、外径測定器３、樹脂塗布部４及び樹脂硬化部５は、光ファイバのプリフォーム１００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。

この線引装置１を用いた光ファイバの製造の際には、まず、コア領域及びコア領域の外周に設けられた第１のクラッド領域を有して構成されたプリフォーム１００を準備し、供給装置（図示せず）に保持されたプリフォーム１００を線引用加熱炉１１へと供給する。なお、後述のダブルクラッドの光ファイバを形成する際には、第１のクラッド領域の外周にさらに第２のクラッド領域が設けられたプリフォームが用いられる。また、後述のトリプルクラッドの光ファイバを形成する際には、第１のクラッド領域と第２のクラッド領域との間に中間クラッド領域が設けられたプリフォームが用いられる。

そして、線引用加熱炉１１内のヒータ１２によってプリフォーム１００の下端を加熱して軟化させ、所定の線速で線引することでガラスファイバとする。線引用加熱炉１１の炉心管１３には、不活性ガスが供給されていて、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。この不活性ガスとしては、例えばＮ_２ガスが用いられる。

加熱線引後のガラスファイバは、炉心管１３内にて、例えば１７００℃程度の不活性ガス中に曝される。炉心管１３内を通過したガラスファイバは、線引用加熱炉１１の下方に設けられた徐冷用加熱炉２１に送られる。そして、徐冷用加熱炉２１内のヒータ２２によりガラスファイバが加熱される。徐冷用加熱炉２１の炉心管２３には、不活性ガスが供給されていて、炉心管２３内が不活性ガス雰囲気となるように構成されている。この不活性ガスとしては、例えばＮ_２ガスが用いられるほか、空気やＡrガス等の分子量が比較的大きいガスを用いることもできる。徐冷用加熱炉２１における加熱温度及び加熱時間については後述する。

徐冷用加熱炉２１において徐冷されたガラスファイバは、炉心管２３の下部から徐冷用加熱炉２１の外部へ出され空冷される。その後、外径測定器３により外径が測定される。この測定値は、ガラスファイバを巻き取るドラムの回転の制御等に利用される。

さらに、外径測定器３により外径が測定されたガラスファイバは、２段に構成された樹脂被覆部へと入線される。まず、１段目の樹脂塗布部４において、外径測定器３を通過したガラスファイバに対し、コーティングダイスによりＵＶ樹脂が塗布される。

次に、樹脂硬化部５において、樹脂塗布部４において塗布されたＵＶ樹脂が樹脂硬化部５に設けられたＵＶランプからの紫外光によって硬化される。この光ファイバは、ガイドローラを経て、ドラムによって巻き取られる。

（光ファイバ）
次に、上記の線引装置１を用いて製造される光ファイバについて説明する。

図２は、本実施形態に係る光ファイバ（ダブルクラッド）の屈折率プロファイルを示す図である。また、図３は、本実施形態に係る光ファイバ（トリプルクラッド）の屈折率プロファイルを示す図である。なお、図２及び図３において、横軸は光ファイバ内の各部位の中心軸からの距離を示している。また、縦軸は光ファイバ内の各部位での純石英ガラスに対する比屈折率差（％）を示している。

まず図２に示すダブルクラッドの光ファイバについて説明する。このダブルクラッドの光ファイバは、コア領域１１０と、コア領域１１０の外周に設けられた第１クラッド領域１２０と、第１クラッド領域１２０の外周に設けられた第２クラッド領域１３０とを備える。このコア領域１１０、第１クラッド領域１２０及び第２クラッド領域１３０はそれぞれ所定の添加量でＧｅＯ_２又はＦが添加されたＳｉＯ_２からなる。コア領域１１０の外径は２．０〜３．０μｍの範囲であることが好ましく、２．３〜２．７μｍの範囲であることがさらに好ましい。また、第１クラッド領域１２０の外径は８．０〜１２．０μｍの範囲であることが好ましく、９．０〜１１．０μｍの範囲であることがさらに好ましい。また、第２クラッド領域１３０の外径は８０〜１２０μｍの範囲であることが好ましく、９０〜１１５μｍの範囲であることがさらに好ましい。

コア領域１００には、純石英ガラスに対する％で表した比屈折率差が２．０％以上３．０％未満となるように、ＧｅＯ_２が添加されている。この結果、コア領域１００の比屈折率差Δｎ_０は、２．０％以上３．０％未満となっている。なおコア領域１００の比屈折率差Δｎ_０は、２．０％以上２．５％未満が好ましく、２．１％以上２．３％未満がさらに好ましい。コア領域１１０の比屈折率差Δｎ_０を２．０％以上３．０％未満とするためには、石英ガラスに対して添加するＧｅＯ_２の濃度が８．５ｍｏｌ％〜１１．５ｍｏｌ％とされる。また、比屈折率差Δｎ_０を２．１％以上２．３％未満とするためには、石英ガラスに対して添加するＧｅＯ_２の濃度を９．１ｍｏｌ％〜１０．６ｍｏｌ％とされる。

同様に、第１クラッド領域１２０には、純石英ガラスに対する％で表した比屈折率差が−０．８％以上−０．３％未満となるように、Ｆが添加されている。この結果、第１クラッド領域１２０の比屈折率差Δｎ_１は−０．８％以上−０．３％未満とされている。なお第１クラッド領域１２０の比屈折率差Δｎ_１は−０．５５％以上−０．３５％未満が好ましい。第１クラッド領域１２０の比屈折率差Δｎ_１を−０．８％以上−０．３％未満とするためには、石英ガラスに対して添加するＦの濃度が２．８ｍｏｌ％〜６．５ｍｏｌ％とされる。また、比屈折率差Δｎ_１を−０．５５％以上−０．３５％未満とするためには、石英ガラスに対して添加するＦの濃度を３．４ｍｏｌ％〜５．５ｍｏｌ％とすることが好ましい。

また、第２クラッド領域１３０には、純石英ガラスに対する％で表した比屈折率差が０．０３％以上０．０９％未満となるように、Ｃｌ_２が添加されている。この結果、第２クラッド領域１３０の比屈折率差Δｎ_２は０．０３％以上０．０９％未満とされている。なお第２クラッド領域１３０の比屈折率差Δｎ_２は０．０４％以上０．０８％未満が好ましい。第２クラッド領域１３０の比屈折率差Δｎ_２を０．０３％以上０．０９％未満とするためには、石英ガラスに対して添加するＣｌ_２の濃度が０．３０ｍｏｌ％〜１．０ｍｏｌ％とされる。また、比屈折率差Δｎ_２を０．０４％以上０．０８％未満とするためには、石英ガラスに対して添加するＣｌ_２の濃度を０．４ｍｏｌ％〜０．９ｍｏｌ％とすることが好ましい。

次に、図３に示すトリプルクラッドの光ファイバについて説明する。このダブルクラッドの光ファイバは、コア領域１１０と、コア領域１１０の外周に設けられた第１クラッド領域１２０と、第１クラッド領域１２０の外周に設けられた第２クラッド領域１３０と、第１クラッド領域１２０と第２クラッド領域１３０との間に設けられた中間クラッド領域１４０と、を備える。このコア領域１１０、第１クラッド領域１２０、中間クラッド領域１４０、及び第２クラッド領域１３０は、それぞれ所定の添加量でＧｅＯ_２又はＦが添加されたＳｉＯ_２からなる。コア領域１１０の外径は２．０〜３．０μｍの範囲であることが好ましく、２．３〜２．７μｍの範囲であることがさらに好ましい。また、第１クラッド領域１２０の外径は８．０〜１２．０μｍの範囲であることが好ましく、９．０〜１１．０μｍの範囲であることがさらに好ましい。また、中間クラッド領域１４０の外径は１１．０〜１８．０μｍの範囲であることが好ましく、１３．０〜１６．０μｍの範囲であることがさらに好ましい。また、第２クラッド領域１３０の外径は８０〜１２０μｍの範囲であることが好ましく、９０〜１１５μｍの範囲であることがさらに好ましい。

このトリプルクラッドの光ファイバを構成する各領域のうち、コア領域１１０、第１クラッド領域１２０、及び第２クラッド領域１３０の純石英ガラスに対する比屈折率差は、上述のダブルクラッドの光ファイバと同様の構成を有することが好ましい。また、中間クラッド領域１４０には、純石英ガラスに対する％で表した比屈折率差が０．２％以上０．５％未満となるように、ＧｅＯ_２が添加されている。この結果、中間クラッド領域１４０の比屈折率差Δｎ_３は０．２％以上０．５％未満とされている。なお中間クラッド領域１４０の比屈折率差Δｎ_３は０．２５％以上０．４５％未満が好ましい。中間クラッド領域１４０の比屈折率差Δｎ_３を０．２％以上０．５％未満とするためには、石英ガラスに対して添加するＧｅＯ_２の濃度が０．８ｍｏｌ％〜２．１ｍｏｌ％とされる。また、比屈折率差Δｎ_３を０．２５％以上０．４５％未満とするためには、石英ガラスに対して添加するＧｅＯ_２の濃度を１．０ｍｏｌ％〜１．９ｍｏｌ％とすることが好ましい。

また、このトリプルクラッドの光ファイバは、波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が１３μｍ^２以上１９μｍ^２以下であり、カットオフ波長が１３００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける波長分散値が−２９０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上−１５０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下であることが好ましい。

（光ファイバの製造条件）
次に、上述の線引装置１を用いて光ファイバを製造する際の製造条件が伝送損失に与える影響について説明する。具体的には、上記の２種類（ダブルクラッド、トリプルクラッド）の光ファイバを種々の条件で製造し、得られた光ファイバの伝送損失を測定した結果に基づいて説明する。

まず、線引する際の張力について検討すると共に、徐冷用加熱炉２１内に線引後のガラスファイバを通過させるか否かによる伝送損失の効果について検討した結果を説明する。

図４，５は、コア領域１１０の比屈折率差Δｎ_０が互いに異なるダブルクラッドの光ファイバについて、線引時の張力を変化させた場合の伝送損失をそれぞれ評価したものであり、図４は測定結果を示す表であり、図５は図４の結果をグラフに示したものである。具体的には、コア領域１１０の比屈折率差Δｎ_０については２．２％、２．５％、３．０％の３種類準備した。これらの光ファイバの第１クラッド領域１２０の比屈折率差Δｎ_１は−０．５０％であり、第２クラッド領域１３０の比屈折率差Δｎ_２は０．０４％であった。また、張力については、１００ｇ、１３０ｇ、１５０ｇ、２００ｇ、２３０ｇ、２５０ｇ、３００ｇの７つの条件でプリフォームの線引を行った。また、線引後のガラスファイバは徐冷用加熱炉２１内を通過させず、空冷後樹脂被覆を形成して、光ファイバを得た。また、伝送損失は波長１５５０ｎｍ（１．５５μｍ）の場合について測定を行った。

図６，７は、コア領域１１０の比屈折率差Δｎ_０が互いに異なるトリプルクラッドの光ファイバについて、線引時の張力を変化させた場合の伝送損失をそれぞれ評価したものであり、図６は測定結果を示す表であり、図７は図６の結果をグラフに示したものである。具体的には、コア領域１１０の比屈折率差Δｎ_０については２．２％、２．５％、３．０％の３種類準備した。これらの光ファイバの第１クラッド領域１２０の比屈折率差Δｎ_１は−０．５０％であり、第２クラッド領域１３０の比屈折率差Δｎ_２は０．０４％であり、中間クラッド領域１４０の比屈折率差Δｎ_３は０．３０％であった。また、張力については、１００ｇ、１３０ｇ、１５０ｇ、２００ｇ、２３０ｇ、２５０ｇ、３００ｇの７つの条件でプリフォームの線引を行った。また、線引後のガラスファイバは徐冷用加熱炉２１内を通過させず、空冷後樹脂被覆を形成して、光ファイバを得た。また、伝送損失は１５５０ｎｍ波長帯について測定を行った。

上記図４〜７で示すように、プリフォームを線引する際の張力を高めることにより、製造後の光ファイバの伝送損失を低下させることができる。これは、線引用加熱炉１１の温度を下げることができるので、線引後に得られたガラスファイバのガラス中における原子の結合の乱雑さに由来するレイリー散乱が低減されて伝送損失が低下することによる。

ただし、例えば図７に示すようにトリプルクラッドの光ファイバのうち、コア領域１１０の比屈折率差Δｎ_０が２．５％である光ファイバの波長１５５０ｎｍにおける伝送損失を０．６５ｄＢ／ｋｍ以下とするためには、線引時にガラスファイバにかかる張力を２０５ｇ以上にする必要がある。

また、コア領域１１０の比屈折率差Δｎ_０が２．２％である光ファイバの波長１５５０μｍにおける伝送損失を０．６５ｄＢ／ｋｍ以下とするためには、線引時にガラスファイバにかかる張力を約１３０ｇ以上にする必要がある。さらに、同条件での伝送損失を０．６０ｄＢ／ｋｍ以下とするためには、線引時にガラスファイバにかかる張力を約１５０ｇ以上にする必要があり、伝送損失を０．５ｄＢ／ｋｍ以下とするためには張力を約２３０ｇ以上にする必要があることが確認された。

なお、線引時の張力を調整することのみで伝送損失を低減させようとすると、上記のように張力を大きくする必要がある。しかしながら、張力のみを大きくすると、ファイバ表面の微小なクラックに起因する光ファイバの断線の発生確率が上昇する可能性が考えられる。

次に、上記の光ファイバ（ダブルクラッド、トリプルクラッド）を線引後に徐冷用加熱炉２１を通過させて製造した場合の結果を示す。

図８，９は、コア領域１１０の比屈折率差Δｎ_０が互いに異なるダブルクラッドの光ファイバについて、線引時の張力を変化させた場合の伝送損失をそれぞれ評価したものであり、図８は測定結果を示す表であり、図９は図８の結果をグラフに示したものである。図８，９の示す測定に用いた光ファイバは、図４，５に示す測定に用いられたダブルクラッドの光ファイバと同様の比屈折率を有している。ただし、線引後のガラスファイバを徐冷用加熱炉２１内を通過させて光ファイバを製造した。この徐冷用加熱炉２１の温度は１４５０℃であり、徐冷用加熱炉２１内をガラスファイバが通過する通過時間は１．２秒であった。また、伝送損失は波長１５５０ｎｍ（１．５５μｍ）の場合について測定を行った。

図１０，１１は、コア領域１１０の比屈折率差Δｎ_０が互いに異なるトリプルクラッドの光ファイバについて、線引時の張力を変化させた場合の伝送損失をそれぞれ評価したものであり、図１０は測定結果を示す表であり、図１１は図１０の結果をグラフに示したものである。図１０，１１の示す測定に用いた光ファイバは、図６，７に示す測定に用いられたトリプルクラッドの光ファイバと同様の比屈折率を有している。ただし、線引後のガラスファイバを徐冷用加熱炉２１内を通過させて光ファイバを製造した。この徐冷用加熱炉２１の温度は１４５０℃であり、徐冷用加熱炉２１内をガラスファイバが通過する通過時間は１．２秒であった。また、伝送損失は波長１５５０ｎｍ（１．５５μｍ）の場合について測定を行った。

線引用加熱炉１１において線引されたガラスファイバを、線引用加熱炉１１の下方に設けられた徐冷用加熱炉２１を通過させることにより、線引用加熱炉１１において高温となったガラスの冷却速度が緩和される（徐冷される）。これにより、ガラス中における原子の結合の乱雑さが低減され、レイリー散乱を抑制することができ、光ファイバの伝送損失を低減することができる。このことは、図４，５と図８，９との比較、及び図６，７と図１０，１１との比較からも確認することができる。具体的には、コア領域１１０の比屈折率差Δｎ_０が２．２％であるトリプルクラッドの光ファイバの波長１５５０μｍにおける伝送損失を０．６５ｄＢ／ｋｍ以下とするためには、徐冷用加熱炉が無い場合には、線引時にガラスファイバにかかる張力を約１３０ｇ以上にする必要があったものの、徐冷用加熱炉２１を通過させることにより、張力を約１１０ｇまで低減することができた。このように、徐冷用加熱炉２１を設けて線引後のガラスファイバを通過させることによっても伝送損失の低減を達成することができる。

ここで、徐冷用加熱炉２１内の温度について検討した結果について図１２，１３を用いて説明する。ここでは、図１０，１１に示す光ファイバのうち、コア領域１１０の比屈折率差Δｎ_０が２．２％であるトリプルクラッドの光ファイバを製造する際に徐冷用加熱炉の温度を変化させ、その結果得られた光ファイバの伝送損失をそれぞれ測定した。図１２は測定結果を示す表であり、図１３は図１２の結果をグラフに示したものである。

図１３に示すように、徐冷用加熱炉２１内の温度を１２００℃以上１７３０℃未満（図１３のｒ１で示す範囲）とすることにより、伝送損失が低減されることが確認された。なお、徐冷用加熱炉２１内の温度が１２００℃以下のときには、ガラスの構造緩和が進まないことから、伝送損失の低減が小さい。一方、徐冷用加熱炉２１内の温度が１７３０℃以上である場合には、徐冷用加熱炉２１内においてコア領域のガラスの再溶融が発生する。この場合、徐冷用加熱炉２１内から出されたガラスファイバは外気により急冷されるため、ガラスの密度ゆらぎが残存したままファイバ化され、伝送損失が低減されなくなってしまう。したがって、徐冷用加熱炉２１内の温度は１２００℃以上１７３０℃未満とすることが好ましい。

また、線引用加熱炉１１の下方に徐冷用加熱炉２１を設け、所定の時間徐冷用加熱炉２１内に線引後のガラスファイバを滞在させることにより、光ファイバの長期信頼性を示す耐水素特性が飛躍的に向上することが確認された。図１４，１５を用いてこの結果を示す。図１４は、徐冷用加熱炉２１内のガラスファイバの滞在時間による耐水素特性の変化について、徐冷用加熱炉２１内の温度を１４５０℃に設定した場合と温度調節していない場合とについて比較したものである。ここでは、図１０，１１に示す光ファイバのうち、コア領域１１０の比屈折率差Δｎ_０が２．２％であるトリプルクラッドの光ファイバを製造する際の徐冷用加熱炉２１内の温度及び徐冷用加熱炉２１内のガラスファイバの滞在時間を変化させた。また、耐水素特性は、製造後の光ファイバを温度８０℃及び水素濃度１００％の環境下で２０時間放置し、放置前後の波長１３８０ｎｍ帯での伝送損失の増加量によって評価した。また、図１５は、図１４の測定に用いた光ファイバのうち、徐冷用加熱炉２１内の温度が１４５０℃に設定された場合のものと同様の方法で製造し、温度８０℃及び水素濃度１００％の環境下で２０時間放置した場合の波長１４４０ｎｍ帯で伝送損失の増加量を測定したものである。この波長１４４０ｎｍでの伝送損失の増加は、ガラスの構造欠陥により発生するものである。

図１４に示すように、水素環境下に放置した場合の波長１３８０ｎｍ帯における放置前後の伝送損失量の増加を０．１５ｄＢ／ｍ未満にするためには、徐冷用加熱炉２１を設置し加熱する処理が必要である。このことは、徐冷用加熱炉２１における加熱がない場合、すなわち、徐冷用加熱炉２１内の温度調節を行わなかった場合に、水素環境下における放置前後の伝送損失量の増加量が０．１５ｄＢ／ｍ未満とならないことから確認された。

また、図１５に示すように、水素環境下に放置した場合の波長１４４０ｎｍ帯における放置前後の伝送損失量の増加を０．０１ｄＢ／ｍ未満にするためには、徐冷用加熱炉２１内の滞在時間を０．７秒以上とすればよいことが確認された。

さらに、図１６は、光ファイバの外径のうち被覆を除いたガラス領域、すなわちコア領域及びクラッド領域のガラス径の大きさと伝送損失との関係について検討したものである。具体的には、ここでは、図１０，１１に示す光ファイバのうち、コア領域１１０の比屈折率差Δｎ_０が２．２％であるトリプルクラッドの光ファイバを製造する際のガラス径を変化させ、これにより製造された光ファイバを水素環境下に放置した場合の波長１３８０ｎｍ帯における放置前後の伝送損失量の増加を評価した。

図１６に示すように、光ファイバのガラス径が大きくなるほど、放置前後の伝送損失量の増加が低減された。これは、ガラス径が大きい場合のほうが、線引後のガラスファイバが線引用加熱炉１１から排出された後のコア領域のガラスの緩和速度が遅くなることによると考えられる。ガラスの緩和速度が遅くなることにより、レイリー散乱のロスが小さくなる。そして、この結果伝送損失が低減される。なお、分散補償ファイバ（ＤＣＦ）のようにモジュール化を想定した場合には、ガラスファイバの外側に設けられる被覆等が大きくなることから、モジュール全体が大型化してしまう。したがって、実用上好適なガラス径は、１５０μｍ以下である。なお、ガラス径が９０μｍよりも小さくなると、線引後のガラスファイバが線引用加熱炉１１から排出された後のコア領域のガラスの緩和速度が速くなるために伝送損失が増大していまい、また、ガラスの細さからマイクロベンドロスが高くなってしまう。

以上のように、本実施形態に係る光ファイバの製造方法によれば、線引用加熱炉１１の下方に設けられた徐冷用加熱炉２１にガラスファイバを通過させることで、ガラスファイバが空冷される場合と比較してガラスファイバの冷却速度が緩和される。この結果、ガラス中における原子の結合の乱雑さが低減されてレイリー散乱を抑制することができることから、比屈折率差を高めた場合であっても、光ファイバの伝送損失を低減させることができる。

なお、本発明は上記構成に限定されず種々の変更を行うことができる。例えば、本発明に係る光ファイバの製造方法は所謂シングルクラッドの光ファイバにも適用することができる。

１…線引装置、３…外径測定器、４…樹脂硬化部、５…樹脂塗布部、１１…線引用加熱炉、２１…徐冷用加熱炉、１００…プリフォーム。

Claims (7)

1. 純石英ガラスの屈折率を基準とした比屈折率差が２．０％以上３．０％未満であるコア領域と、前記コア領域の外周に設けられて純石英ガラスの屈折率を基準とした比屈折率差が−０．８％以上−０．３％未満である第１クラッド領域とを含み石英ガラスを主成分とする光ファイバ用プリフォームを線引用加熱炉にセットする工程と、
   線引張力が１００ｇ以上となるように前記線引用加熱炉で前記光ファイバプリフォームを溶融して線引きすることでガラスファイバを形成する工程と、
   前記線引用加熱炉の下方に設けられた徐冷用加熱炉を通過させて前記ガラスファイバを徐冷する工程と、
   徐冷後の前記ガラスファイバの外周に保護被覆を形成する工程と、
   を有することを特徴とする光ファイバの製造方法。
2. 前記徐冷用加熱炉の温度が１２００℃以上１７３０℃未満であり、
   前記徐冷用加熱炉内を前記ガラスファイバが通過する通過時間が０．７秒以上である
   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。
3. 純石英ガラスの屈折率を基準とした比屈折率差が２．０％以上３．０％未満であるコア領域と、前記コア領域の外周に設けられて純石英ガラスの屈折率を基準とした比屈折率差が−０．８％以上−０．３％未満である第１クラッド領域とを備え、石英ガラスを主成分とする光ファイバであって、
   １００ｇ以上の線引張力で線引され、且つ、線引後徐冷用加熱炉を通過されて製造されたことを特徴とする光ファイバ。
4. 前記徐冷用加熱炉の温度が１２００℃以上１７３０℃未満であり、前記徐冷用加熱炉内を通過する通過時間が０．７秒以上で製造された
   ことを特徴とする請求項３記載の光ファイバ
5. 温度８０℃及び水素濃度１００％の環境下で２０時間放置した後の波長１３８０ｎｍ帯での伝送損失の増加量が放置前と比較して０．１５ｄＢ／ｋｍ以下であり、且つ、波長１４４０ｎｍ帯での伝送損失の増加量が放置前と比較して０．０１ｄＢ／ｋｍ以下である
   ことを特徴とする請求項３記載の光ファイバ。
6. 前記第１クラッド領域の外周に設けられて純石英ガラスの屈折率を基準とした比屈折率差が０．０３％以上０．０９％未満である第２クラッド領域を備える
   ことを特徴とする請求項３記載の光ファイバ。
7. 前記第１クラッド領域と前記第２クラッド領域との間に、純石英ガラスの屈折率を基準とした比屈折率差が０．２％以上０．５％未満である中間クラッド領域を更に備え、
   波長１５５０ｎｍにおける実効断面積が１３μｍ^２以上１９μｍ^２以下であり、カットオフ波長が１３００ｎｍ以上１７００ｎｍ以下であり、波長１５５０ｎｍにおける波長分散値が−２９０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以上−１５０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下である
   ことを特徴とする請求項６記載の光ファイバ。
   
   

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