JP2582062B2 - Optical fiber drawing method - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、石英系光ファイバの線引き方法に関するも
のであり、さらに詳細には、コアガラスの軟化点温度
T1、クラッドガスの軟化点温度T2の間にT1＞T2なる関係
を有した光ファイバ用母材を線引きして低損失の光ファ
イバを製造する方法に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for drawing a silica-based optical fiber, and more particularly, to a softening point temperature of a core glass.
The present invention relates to a method for producing a low-loss optical fiber by drawing an optical fiber base material having a relationship of T 1 > T 2 between T 1 and a softening point temperature T 2 of a cladding gas.
従来、石英系光ファイバでは屈折率制御用ドーパント
として主にGeO2を用い、コア組成がGeO2−SiO2、クラッ
ド組成がSiO2である光ファイバが実用化されている。特
に上記組成の単一モード光ファイバにおいては損失が0.
2db/kmの極低損失化が達成されている。Conventionally, in the silica-based optical fiber mainly using G e O 2 as a refractive index controlling dopant, G e O 2 -S i O 2 core composition, the cladding composition is optical fiber practical use is S i O 2 ing. Especially in a single mode optical fiber of the above composition, the loss is 0.
Extremely low loss of 2db / km has been achieved.
GeO2をコアにドープした光ファイバで低損失化を実現
するには、GeO2濃度分布制御技術、コアとクラッド界面
との不整合除去技術、母材段階でのコア、クラッドの寸
法制御技術など母材製造工程における諸技術を確立しな
ければならない。光ファイバ用母材の製造方法であるVA
D法においては、前記諸技術がすでに確立され、非常に
高品質な光ファイバ用母材が製造されている。To achieve low loss in the optical fiber doped with G e O 2 in the core, G e O 2 concentration distribution control technology, the core and cladding interface and mismatch removal technology, the core in the preform stage, the cladding Various technologies in the base material manufacturing process such as dimensional control technology must be established. VA, a method of manufacturing a preform for optical fiber
In the method D, the above-mentioned techniques are already established, and a very high quality optical fiber preform is manufactured.
最終的な光ファイバは、上記母材を高温炉で加熱して
細径化する線引き工程によって製造される。GeO2−SiO2
をコアとし、SiO2をクラッドとする母材の線引き条件を
検討したところ、炉内最高温度がSiO2のクラッドの軟化
点温度以上であれば線引き可能であり、線引き張力が1.
6×106乃至1.6×108Paの広い範囲で低損失光ファイバが
得られることがわかっている。すなわち、GeO2−SiO2を
コアとし、SiO2をクラッドとする光ファイバでは、前記
の母材製造工程における諸技術を確立し、最適化するこ
とにより低損失光ファイバが得られている。The final optical fiber is manufactured by a drawing process in which the base material is heated in a high-temperature furnace to reduce the diameter. G e O 2 −S i O 2
Was the core, was examined draw conditions of the base material to clad the S i O 2, the maximum temperature in the furnace are possible drawing if lower than the softening point temperature of the cladding S i O 2, drawing tension is 1 .
It has been found that a low-loss optical fiber can be obtained in a wide range from 6 × 10 6 to 1.6 × 10 8 Pa. That is, a core G e O 2 -S i O 2 , in the optical fiber to the cladding of S i O 2, to establish the techniques explained for the preform manufacturing process, low loss optical fiber by optimizing Have been obtained.
ところで、石英系光ファイバの耐放射線特性、耐水素
特性などの環境特性は、GeO2ドープコア光ファイバより
ドーパントを含まないSiO2コア光ファイバの方が優れて
いる。またSiO2コア光ファイバでは、コア材料固有のレ
ーリー散乱係数がGeO2−SiO2ガラスより小さくなるた
め、GeO2ドープコア光ファイバよりいっそうの低損失化
が期待できる。Incidentally, radiation resistance of the silica-based optical fiber, environmental characteristics such as hydrogen resistance is superior to the S i O 2 core optical fiber containing no dopant than G e O 2 doped core optical fiber. The S in i O 2-core optical fiber, because the core material-specific Rayleigh scattering coefficient is smaller than G e O 2 -S i O 2 glass, G e O 2 doped core optical further lower loss than the fiber can be expected.
SiO2をコアとする場合には、SiO2よりも屈折率を低下
させるドーパントをクラッドに添加しなければならな
い。このようにSiO2の屈折率を低下させるドーパントと
してはＦ（フッ素）、Ｂ（ホウ素）が有効であることが
知られている。しかしながら、Ｂをドープした光ファイ
バは、分子振動による赤外吸収の短波長領域への裾引き
のため使用波長領域（1.3〜1.6μｍ）での損失増加をも
たらすので長距離通信用として実用的ではない。従っ
て、Ｆをクラッドにドープした光ファイバ、すなわちSi
O2をコアとし、Ｆ−SiO2をクラッドとする光ファイバが
より実用的な可能性を有するとされている。When the S i O 2 and the core must be added a dopant to decrease the refractive index than S i O 2 to the cladding. Thus as a dopant to lower the refractive index of S i O 2 F (fluorine), B (boron) is known to be effective. However, the B-doped optical fiber is not practical for long-distance communication because it causes loss in the used wavelength region (1.3 to 1.6 μm) due to the tailing of infrared absorption to short wavelength region due to molecular vibration. Absent. Therefore, the optical fiber doped with F in the cladding, ie, Si
The O 2 as a core, an optical fiber for the F-S i O 2 and cladding is to have a more practical possibilities.
このSiO2をコアとし、Ｆ−SiO2をクラッドとする光フ
ァイバの製造を多孔質母材製造工程とガラス化工程から
成るVAD法によって試みると、Ｆが多孔質母材中のコア
とクラッドとなるべき部分に均一にドープされてしま
い、結果としてSiO2単独のコアが形成されないという問
題があった。And the S i O 2 and core, attempts by F-S i O 2 of the VAD method comprising the manufacture of an optical fiber to the cladding of a porous matrix producing step and the vitrification step, F is the porous preform in will be uniformly doped in the portion to become the core and the clad, S i O 2 alone core as a result there has been a problem that not formed.
そこで、本発明者らはVAD法によるSiO2をコアとし、
Ｆ−SiO2をクラッドとする光ファイバの製造方法につい
て検討を進め、Ｆの拡散制御技術、さらにはVAD法によ
るSiO2をコア、Ｆ−SiO2をクラッドとする光ファイバの
製造方法を開発し、これらを特願昭59−106217号および
特願昭61−25272号に提案したものである。Therefore, the present inventors have made S i O 2 by the VAD method a core,
F-S i O 2 of studying a method for manufacturing an optical fiber to the cladding, F diffusion control technology, more core S i O 2 by VAD method, F-S i O 2 of the optical fiber to the cladding Have been developed and proposed in Japanese Patent Application Nos. 59-106217 and 61-25272.
しかしながら、これらの特許出願で提案の方法に基づ
いて、ステップ型のSiO2をコアとし、Ｆ−SiO2をクラッ
ドとする単一モード光ファイバ用母材を製造し、低損失
化の検討を進めたところ、SiO2をコアとし、Ｆ−SiO2を
クラッドとする単一モード光ファイバでは線引き条件に
よって得られた光ファイバのコアとクラッドとの間の比
屈折率差△は、母材段階でのコアとクラッドとの比屈折
率差△から大幅に変化する欠点を有していることが明ら
かになった。However, according to the method proposed in these patent applications, the S i O 2 of stepped as a core, to produce a single mode optical fiber preform of the F-S i O 2 and cladding, low loss was studying a, S i O 2 was used as a core, the relative refractive index between the core and the cladding of the optical fiber obtained by drawing conditions the F-S i O 2 in a single mode optical fiber and the cladding It has been found that the difference 欠 点 has a disadvantage that varies greatly from the relative refractive index difference の between the core and the clad at the base material stage.
例えば、母材製造においてSiO2のコアとＦ−SiO2のク
ラッドとの比屈折率差△が0.45％の場合、線引き条件に
よっては光ファイバでの比屈折率差△は0.22％まで変化
してしまう事実を見出した。このため単一モード光ファ
イバにとって重要な仕様であるカットオフ波長λｃが初
期設計値である1.2μｍから0.8μｍまで変化してしま
い、単一モード光ファイバの設計が困難となるばかりで
なく、最低損失となる波長1.5μｍ帯で曲げ等による散
乱損失により非常に大きな損失増加が生じてしまう欠点
がある。For example, if the relative refractive index difference between the cladding of S i O 2 of the core and the F-S i O 2 in preform manufacturing △ is 0.45%, the relative refractive index difference of the optical fiber by drawing conditions △ is 0.22% I found the fact that it would change. Therefore would be an important specification cutoff wavelength lambda c for a single mode optical fiber is changed from 1.2μm which is the initial design value to 0.8 [mu] m, not only the design of the single-mode optical fiber is difficult, There is a disadvantage that a very large increase in loss occurs due to scattering loss due to bending or the like in the wavelength band of 1.5 μm, which is the minimum loss.
本発明は、こうしたSiO2をコアとし、Ｆ−SiO2をクラ
ッドとする光ファイバの如き、コアガラスの軟化点温度
T1とクラッドガラスの軟化点温度T2との間にT1＞T2なる
関係を有した光ファイバ用母材から線引きした光ファイ
バの欠点を解消し、該光ファイバ用母材の初期設定値
（比屈折率差、カットオフ波長）を光ファイバ化した後
まで保持する方法、ひいては低損失光ファイバの実現方
法を提供することを目的とする。The present invention these S i O 2 and core, F-S i O 2 such as an optical fiber for a cladding, the core glass softening point temperature
T 1> to overcome the drawbacks of the optical fiber drawn from an optical fiber preform having a T 2 the relationship, the initial setting for the optical fiber preform between the T 1 and the softening point temperature T 2 of the cladding glass It is an object of the present invention to provide a method for retaining values (relative refractive index difference, cutoff wavelength) until after the optical fiber is formed, and a method for realizing a low-loss optical fiber.
本発明者らは、上記した従来技術の問題点を解決する
ため、光ファイバ母材の製造工程および線引き工程を詳
細に検討した結果、線引き工程において上記した従来技
術の問題が誘発されていること、より詳細には上記従来
技術の諸問題は線引き張力が主原因であることを見出し
た。すなわち線引き時に加えた張力が光ファイバのコア
に残留することにより、比屈折率差が母材と光ファイバ
とで変化し、これが光ファイバのカットオフ波長を変化
させることを解明し、本発明を完成するに至ったもので
ある。The present inventors have studied in detail the manufacturing process and the drawing process of the optical fiber preform in order to solve the above-described problems of the conventional technology, and as a result, the problems of the above-described conventional technology are induced in the drawing process. More specifically, it has been found that the drawbacks of the above prior art are mainly due to drawing tension. That is, the tension applied at the time of drawing remains in the core of the optical fiber, and the relative refractive index difference changes between the base material and the optical fiber, which clarifies that this changes the cutoff wavelength of the optical fiber. It has been completed.
すなわち、本発明に従うと、コアガラスの軟化点温度
T1、クラッドガラスの軟化点温度T2の間にT1＞T2なる関
係を有する石英系光ファイバ用母材を高温炉で加熱する
と同時に該母材を線引きして光ファイバを得る方法であ
って、線引き時の張力を該母材の比屈折率差に応じて調
整して線引き後の光ファイバのコアの残留応力を、母材
段階での比屈折率差をファイバ比後まで保持するような
値以下とすることを特徴とする光ファイバの線引き方法
が提供される。That is, according to the present invention, the softening point temperature of the core glass
A method for obtaining an optical fiber by heating a base material for a silica-based optical fiber having a relationship of T 1 > T 2 between T 1 and the softening point temperature T 2 of the clad glass in a high-temperature furnace and simultaneously drawing the base material. Therefore, the tension at the time of drawing is adjusted according to the relative refractive index difference of the base material, and the residual stress of the core of the optical fiber after drawing is maintained until the relative refractive index difference at the base material stage becomes after the fiber ratio. There is provided an optical fiber drawing method characterized by being equal to or less than such a value.
この線引き張力は、1.6×106乃至2.3×107Paの範囲内
で調整するのが好ましい。This drawing tension is preferably adjusted within the range of 1.6 × 10 6 to 2.3 × 10 7 Pa.
まず本発明の方法の前提となる光ファイバのコアとク
ラッドの線引きにおける挙動を説明する。光ファイバは
線引き工程において母材を軟化点温度以上もしくはその
近傍の温度まで加熱して線引きして得られる。この際、
線引きによりファイバに加えられる線引き張力はコアと
クラッドのうちの軟化点温度の高い方の部分、すなわち
母材線引き温度において高い粘性をもつ部分で支えられ
る。First, the behavior of the optical fiber core and clad in the drawing of the optical fiber, which is the premise of the method of the present invention, will be described. An optical fiber is obtained by drawing a base material by heating the base material to a temperature equal to or higher than the softening point temperature or in the vicinity thereof in a drawing step. On this occasion,
The drawing tension applied to the fiber by drawing is supported by the portion of the core and the cladding having the higher softening point temperature, that is, the portion having the higher viscosity at the base material drawing temperature.
従来技術において実用化されているGeO2−SiO2をコア
とし、SiO2をクラッドとする単一モード光ファイバにお
いて、コアの軟化点温度をT1、クラッドの軟化点温度を
T2とすると、第２図（ｂ）に示すようにT2＞T1の関係に
ある。第２図（ｂ）において、１はコア、２はクラッド
をそれぞれ示す。The G e O 2 -S i O 2 which has been put to practical use in the prior art as a core, S i O 2 of the single-mode optical fiber and cladding, T 1 a softening point temperature of the core, the softening point temperature of the cladding To
When T 2, as shown in FIG. 2 (b) are in a relation of T 2> T 1. In FIG. 2 (b), 1 indicates a core, and 2 indicates a clad.
第２図（ｂ）に示すような関係の軟化点温度をそれぞ
れ有するコアおよびクラッドの光ファイバ母材では、線
引き後、まずクラッド２の粘度が高くなり、硬化する
が、コア１は依然低粘度を保持している。このとき、線
引き張力の大部分は軟化点温度が高いクラッド２で支え
られた状態で冷却される。従って、ファイバ全体が硬化
した後もクラッド２には線引き張力に応じた大きな応力
が残留するが、ファイバ断面の中心部に配置されるコア
１には引張り応力が加わらず、残留応力が生じない。In the optical fiber preforms of the core and the clad, each having a softening point temperature as shown in FIG. 2 (b), after drawing, the viscosity of the clad 2 first increases and hardens, but the core 1 still has a low viscosity. Holding. At this time, most of the drawing tension is cooled while being supported by the cladding 2 having a high softening point. Therefore, even after the entire fiber is cured, a large stress corresponding to the drawing tension remains in the clad 2, but no tensile stress is applied to the core 1 disposed at the center of the fiber cross section, and no residual stress is generated.
しかしながら、SiO2をコアとし、Ｆ−SiO2をクラッド
とする光ファイバでは、コア１の軟化点温度をT1、クラ
ッド２の軟化点温度をT2とすると、第２図（ａ）に示す
ようにT1＞T2の関係を有する。この場合、線引き後、コ
ア１が先に高粘度となり、硬化して、大部分の割合で線
引き張力はコア１に負担されることとなる。従って、コ
ア１に引張り応力が残留する。この残留応力の大きさは
線引き張力に対応し、線引き張力が大きくなれば残留応
力も大きくなる。However, the S i O 2 as the core, the optical fiber to the F-S i O 2 and cladding, the softening point temperature T 1 of the core 1, when the softening point temperature of the cladding 2 and T 2, Figure 2 ( As shown in a), there is a relationship of T 1 > T 2 . In this case, after drawing, the core 1 first becomes high in viscosity and hardens, and the drawing tension is borne by the core 1 in most parts. Therefore, tensile stress remains in the core 1. The magnitude of the residual stress corresponds to the drawing tension. As the drawing tension increases, the residual stress increases.
このようにコアに引張り応力が加わると、光弾性効果
によってコアの屈折率が変化する。単一モード光ファイ
バのような細径のコアの場合、光弾性効果によるコアの
屈折率変化は次式で近似することができる。When a tensile stress is applied to the core in this way, the refractive index of the core changes due to the photoelastic effect. In the case of a small diameter core such as a single mode optical fiber, the change in the refractive index of the core due to the photoelastic effect can be approximated by the following equation.
△ｎ≒Ｃδｚ （１） ここで、 △ｎはコアの屈折率の変化量、 Ｃはコアの光弾性定数、 δｚはコアに加わる引張り応力を示す。△ n ≒ Cδ z (1) where, △ n is the amount of change in refractive index of the core, C is a photoelastic constant of the core, [delta] z represents a tensile stress applied to the core.
SiO2コア場合、Ｃの値は−4.2×10-12Pa-1であり、
（１）式からコアに引張り応力が加わると、△ｎは負の
値になることがわかる。すなわち、線引き張力が大きく
なると残留応力も大きくなり、さらに残留応力に応じて
比屈折率差△（％）が減少し、これにより初期設定のカ
ットオフ波長λｃも変化してしまうことになる。In the case of the S i O 2 core, the value of C is −4.2 × 10 −12 Pa −1 ,
From equation (1), it can be seen that Δn takes a negative value when a tensile stress is applied to the core. That is, the residual stress and drawing tension is greater increases further relative refractive index difference according to the residual stress △ (%) is reduced, it becomes possible varies the cutoff wavelength lambda c of this by default.
コア直径あるいはコア形状が光ファイバ内で局部的に
わずかに変化している場合、コア、クラッドの軟化点温
度が第２図（ｂ）に示したT2＞T1になる関係にあるGeO2
−SiO2コア、SiO2クラッド光ファイバではコアに対して
引張り応力が加わらないため前記コア部の非常に微少な
変化による損失増加は生じないが、軟化点温度が第２図
（ａ）に示したT2＞T1の関係にあるSiO2コア、Ｆ−SiO2
クラッド光ファイバではコア部に大きな引張り応力が加
わるためコア部の微少な変化が損失増加となって現れて
くる。コアに加わる引張り応力は、例えば線引き張力を
「6.4×107Pa」とした場合、前者では「107Pa」以下
（熱応力）であるのに対して、後者では「７×108〜８
×108Pa」の非常に大きな値である。If the core diameter or core shape is locally slightly changed in the optical fiber core, in a relationship softening temperature of the cladding is T 2> T 1 shown in FIG. 2 (b) G e O 2
-S i O 2 core, S i O 2 but tension to the core in the clad optical fiber stress does not occur loss increase due to very small changes in the core portion for not applied, the softening point temperature of the second view ( S i O 2 core in a relation of T 2> T 1 shown in a), F-S i O 2
In the clad optical fiber, since a large tensile stress is applied to the core portion, a slight change in the core portion appears as an increase in loss. For example, when the drawing tension is “6.4 × 10 7 Pa”, the tensile stress applied to the core is “10 7 Pa” or less (thermal stress) in the former, whereas “7 × 10 8 to 8” in the latter.
× 10 8 Pa ”.
以上のように、SiO2をコアとし、Ｆ−SiO2をクラッド
とする単一モード光ファイバでは、コア寸法の微小変化
や△およびλｃの変化などの原因によって使用波長域で
ある1.3〜1.6μｍ帯の損失が増加し、またこれらの現象
はコアに加わる残留応力の大きさ、具体的には線引き張
力に依存していることを本発明者等は見出し、本発明を
完成したものである。As described above, the S i O 2 as a core, the F-S i O 2 in the single mode optical fiber to the cladding, the wavelength region used by the cause such as small change and △ and lambda c changes in the core dimensions The present inventors have found that the loss in a certain 1.3 to 1.6 μm band increases, and that these phenomena depend on the magnitude of the residual stress applied to the core, specifically, the drawing tension, and completed the present invention. It was done.
すなわち、本発明はコアとクラッドの軟化点温度が、
第２図（ａ）のようにT1＞T2の関係にある光ファイバ用
母材の線引き工程において、コアとクラッド間の比屈折
率差△（換言すると、コアとクラッド間に屈折率差を生
じせしめるドーパントの添加量）に応じた最適線引き張
力値によって線引きを行い、これによって母材段階での
比屈折率および設計カットオフ波長が線引き後のファイ
バまで保持され、低損失化を実現したものである。That is, in the present invention, the softening point temperature of the core and the clad is
As shown in FIG. 2 (a), in the drawing process of the optical fiber base material having the relationship of T 1 > T 2 , the relative refractive index difference between the core and the clad △ (in other words, the refractive index difference between the core and the clad) Is drawn by the optimum drawing tension value according to the amount of dopant added to cause the fiber, thereby maintaining the relative refractive index and the design cutoff wavelength at the base material stage up to the fiber after drawing, realizing low loss. Things.
添付の図面を参照して本発明の方法の原理をさらに詳
細に説明する。第１図は、本発明の原理の説明図であ
る。さらに詳細には第１図は、SiO2をコアとし、種々の
濃度のＦを含有するＦ−SiO2をクラッドとする単一モー
ド光ファイバ用母材を線引きして光ファイバとするに際
し、線引き後の光ファイバの損失値が0.3dB/kmとなる線
引き力値と光ファイバ母材の引屈折率差との関係を示し
た図である。The principle of the method of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is an explanatory view of the principle of the present invention. More particularly FIG. 1 is a S i O 2 as a core, and an optical fiber by drawing the preform for single mode optical fiber to a cladding of F-S i O 2 containing F various concentrations FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a drawing force value at which a loss value of an optical fiber after drawing is 0.3 dB / km and a refractive index difference of an optical fiber preform.
第１図に示すグラフを用いて、所定の比屈折率差を有
する母材を第１図で示す比屈折率差に対応する線引き張
力で線引きすると、損失が0.3dB/kmの光ファイバが得ら
れる。本発明の方法に従うと、母材の比屈折率差より第
１図から対応する線引き力を読み取り、この読み取った
値以下に相当する線引き張力値で線引きを行うと、光フ
ァイバの損失を0.3dB/km以下にできる。Using the graph shown in FIG. 1, when a preform having a predetermined relative refractive index difference is drawn with a drawing tension corresponding to the relative refractive index difference shown in FIG. 1, an optical fiber having a loss of 0.3 dB / km is obtained. Can be According to the method of the present invention, the corresponding drawing force is read from FIG. 1 from the relative refractive index difference of the base material, and drawing is performed with a drawing tension value corresponding to the read value or less. / km or less.
上述したようにクラッドに添加されるＦの濃度が高い
ほど、クラッドの屈折率が低下する。従って、クラッド
に添加されるＦの濃度が高いほど、光ファイバ母材の比
屈折率差が大きくなり、第１図から容易に理解できるよ
うに、線引き張力の上限値は小さくなる。これに対し
て、クラッドに添加されるＦの濃度が少ないほど、光フ
ァイバ母材の引屈折率差が小さくなり、線引き張力の上
限値は大きくなる。As described above, the higher the concentration of F added to the clad, the lower the refractive index of the clad. Accordingly, the higher the concentration of F added to the cladding, the greater the relative refractive index difference of the optical fiber preform, and the lower the upper limit of the drawing tension, as can be easily understood from FIG. In contrast, the lower the concentration of F added to the cladding, the smaller the difference in the refractive index of the optical fiber preform, and the larger the upper limit of the drawing tension.
Ｆ−SiO2ガラスはSiO2ガラスに比べて軟化温度が低い
ことを前記したが、第１図を作成するのに用いた各光フ
ァイバのコアとクラッドの線引き時の挙動をガラス転移
点（Tg）で比較して検討してみる。すなわち、Ｆ−SiO2
およびSiO2のガラス転移点は軟化点と相関性を有するの
で、ガラス転移点での検討結果から軟化点に関連した特
性の傾向を知ることができる。F-S i O 2 glass was said softening temperature than the S i O 2 glass is low, glass behavior during drawing of the core and cladding of each optical fiber used to create the first FIG. Let's consider the transition point (Tg). That, F-S i O 2
And the glass transition point of S i O 2 has a correlation with the softening point, it is possible to know the tendency of the characteristics associated with a softening point from consideration the results of a glass transition point.
SiO2コアのガラス転移点は1200℃であり、比屈折率差
△がそれぞれ0.15％0.27％および0.45％であるファイバ
のＦ−SiO2クラッドはガラス転移点がそれぞれ約1000
℃、約800℃および約700℃である。第１図から、このよ
うにコア−クラッド間のガラス転移点の差が大きい光フ
ァイバほど、線引き後の光ファイバの損失増加を抑える
ための線引き張力の上限値が小さくなっているのがわか
る。The glass transition point of the S i O 2 core is 1200 ° C., and the F-S i O 2 cladding of the fiber whose relative refractive index difference △ is 0.15%, 0.27% and 0.45%, respectively, has a glass transition point of about 1000.
° C, about 800 ° C and about 700 ° C. From FIG. 1, it can be seen that the larger the difference in the glass transition point between the core and the clad, the smaller the upper limit of the drawing tension for suppressing an increase in the loss of the optical fiber after drawing.
すなわち、線引き時に加えられる張力がコアおよびク
ラッドに与える応力の割合を考えると、クラッドの軟化
点温度（ガラス転移点の値に相対的に対応している）が
高い（コアの軟化点との差が小さい）ファイバほど、線
引き工程での硬化が早く、クラッドの応力分担率が大き
くなり、コアが負担する応力は小さくなる。従って、比
屈折率差△が小さいファイバほどコアが負担する応力を
一定とした状態での線引き張力を大きくできる。第１図
はこのようにコアに残留する応力が一定となるときの線
引き力値を示したものである。That is, considering the ratio of the stress applied to the core and the clad by the tension applied during drawing, the softening point temperature of the clad (relatively corresponding to the glass transition point) is high (the difference from the softening point of the core). The smaller the fiber, the faster the fiber cures in the drawing process, the greater the stress sharing of the cladding, and the less stress the core bears. Accordingly, a fiber having a smaller relative refractive index difference △ can increase the drawing tension in a state where the stress borne by the core is constant. FIG. 1 shows the drawing force when the stress remaining in the core is constant.
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。しかし
ながらこれらの実施例は本発明の単なる例示であって、
本発明の技術的範囲を何ら制限するものではない。Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, these examples are merely illustrative of the present invention,
It does not limit the technical scope of the present invention at all.
それぞれの引屈折率△が0.45％、0.27％および0.15％
の３種類のSiO2をコアとし、Ｆ−SiO2クラッドとする単
一モード光ファイバ用母材を製造した。なお、これらの
母材外径はいずれも25mmφであった。Each refractive index 0.4 is 0.45%, 0.27% and 0.15%
The S i O 2 and core 3 kinds of to produce a single mode optical fiber preform according to F-S i O 2 cladding. The outer diameter of each of these base materials was 25 mmφ.
これらの母材を高温炉を有した線引き装置によって線
引きした。線引きの際、炉の温度を調整してファイバの
線引き張力を変化させた。また、線引き速度は毎分60m
の一定速度とし、ファイバ化後直ちにシリコーン樹脂を
被覆した。このようにして種々の線引き張力で外径125
μｍφの単一モード光ファイバを各々5km製造し、損失
波長特性を測定した。These base materials were drawn by a drawing apparatus having a high-temperature furnace. During the drawing, the temperature of the furnace was adjusted to change the drawing tension of the fiber. The drawing speed is 60m / min
And a silicone resin was coated immediately after forming the fiber. In this way, the outer diameter 125
A single mode optical fiber of μmφ was manufactured for 5 km each, and loss wavelength characteristics were measured.
第３図に光ファイバの線引き力と得られた光ファイバ
の損失値（波長1.55μｍ）の関係を示す。FIG. 3 shows the relationship between the drawing power of the optical fiber and the loss value (wavelength 1.55 μm) of the obtained optical fiber.
第３図をSI単位系に換算すると、損失値が0.3db/kmと
なる張力は、△＝0.45％の母材の場合、6.4×106Pa以下
である。△＝0.27％の母材の場合1.2×107Pa以下、△＝
0.15％の母材の場合2.3×107Pa以下であることがわか
る。なお、△＝0.15％以下の比屈折率差では、ファイバ
の曲げによる放射損失が生じて実用的なファイバ構造と
なしえない。先に示した第１図はこの結果を示したもの
である。When FIG. 3 is converted into the SI unit system, the tension at which the loss value becomes 0.3 db / km is 6.4 × 10 6 Pa or less in the case of the base material with △ = 0.45%. △ = 1.2 × 10 7 Pa or less for base material of 0.27%, △ =
In the case of the base material of 0.15%, it turns out that it is 2.3 * 10 < 7 > Pa or less. When the relative refractive index difference is not more than 0.15%, radiation loss occurs due to bending of the fiber, so that a practical fiber structure cannot be obtained. FIG. 1 shown above shows this result.
従って第３図に示す結果から、SiO2をコアとし、Ｆ−
SiO2をクラッドとする単一モード光ファイバは2.3×107
Pa以下の張力で線引きを行うことにより低損失化が図れ
ることがわかる。なお、張力が1.6×106Pa以下では線引
きの際ファイバ外径の変動が生じ始め、これによって損
失が増加することを確認した。Thus the results shown in Figure 3, the S i O 2 as a core, F-
Single mode optical fiber is 2.3 × 10 7 to the S i O 2 and cladding
It can be seen that the loss can be reduced by drawing with a tension of Pa or less. It was confirmed that when the tension was 1.6 × 10 6 Pa or less, the fiber outer diameter began to fluctuate at the time of drawing, thereby increasing the loss.
第３図には、比較のためすでに実用化されているGeO2
−SiO2をコアとし、SiO2をクラッドとする単一モードフ
ァイバについての結果を併せて示した。この場合には、
張力が1.6×108Pa以下であれば低損失化を図ることがで
き、カットオフ波長の張力依存性は無く、本発明の方法
を適用する必要がないことがわかる。Fig. 3 shows G e O 2 that has already been put into practical use for comparison.
The -S i O 2 as a core, it is also shown the results for a single mode fiber to the cladding of S i O 2. In this case,
If the tension is 1.6 × 10 8 Pa or less, the loss can be reduced, and the cut-off wavelength does not depend on the tension, which indicates that the method of the present invention does not need to be applied.
第４図（ａ）には上記の母材のうちの△＝0.45％の母
材を代表しての屈折率分布を示し、第４図（ｂ）に、こ
の母材を張力6.4×107Paで線引きして得た光ファイバの
屈折率分布の変化を示した。このように本発明の範囲外
の線引き張力で線引きを行うと、比屈折率差△が0.45％
から0.22％に変化し所望の設計値を線引き後に保持でき
ないことがわかる。FIG. 4 (a) shows a refractive index distribution representing a base material of △ = 0.45% among the above base materials, and FIG. 4 (b) shows that the base material has a tension of 6.4 × 10 7. The change of the refractive index distribution of the optical fiber obtained by drawing at Pa is shown. Thus, when drawing is performed with a drawing tension outside the range of the present invention, the relative refractive index difference 0.4 is 0.45%.
From 0.22%, indicating that the desired design value cannot be maintained after drawing.
第５図は、上記の母材のうちの△＝0.45％の母材を線
引き張力を変えて線引きしたときに得られた光ファイバ
の比屈折率差の変化の実測値を示し、同時に本発明の方
法の適用対象外である。GeO2−SiO2をコア、SiO2をクラ
ッドとする単一モード光ファイバについての結果も併記
した。FIG. 5 shows the measured values of the change in the relative refractive index difference of the optical fiber obtained when the base material of △ = 0.45% of the above base material was drawn while changing the drawing tension. Method is not applicable. The results for a single-mode optical fiber with G e O 2 -S i O 2 as the core and S i O 2 as the cladding are also shown.
さらに、第６図は、第５図に示した実験において得ら
れたファイバのカットオフ波長の関係の実測値を示した
図である。FIG. 6 is a graph showing measured values of the relationship between the cutoff wavelengths of the fibers obtained in the experiment shown in FIG.
これらの第５図および第６図をSI単位系に換算して考
えると、△＝0.45％のSiO2をコアとし、Ｆ−SiO2をクラ
ッドとする単一モード光ファイバの線引きにおいて、張
力が約８×106Pa以上で比屈折率差およびカットオフ波
長が変化し始めているのがわかる。すなわち、線引き張
力値に応じて残留応力値が変化し、これにより比屈折率
差△さらにはカットオフ波長λｃが変化する。これは第
３図に示した損失増加が始まる張力値と一致している。Considering in terms of these FIG. 5 and FIG. 6 in SI units, △ = 0.45% of S i O 2 as the core, drawing a single mode optical fiber for the F-S i O 2 and cladding It can be seen that the relative refractive index difference and the cutoff wavelength began to change when the tension was about 8 × 10 6 Pa or more. That is, the residual stress value is changed depending on the drawing tension value, thereby the relative refractive index difference △ further changes the cutoff wavelength lambda c. This is in agreement with the tension value at which the loss starts to increase as shown in FIG.
一方、第５図、第６図には比較のため、△＝0.35％の
GeO2−SiO2をコア、SiO2をクラッドとする単一モード光
ファイバの結果も示しているが、この場合には測定張力
範囲では、比屈折率差及びカットオフ波長のいずれも張
力依存性を示さず一定であり、これらの結果からも本発
明の方法を適用する必要がないことがわかる。On the other hand, in FIGS. 5 and 6, for comparison, 比較 = 0.35%
The results for a single mode optical fiber with G e O 2 -S i O 2 as the core and S i O 2 as the clad are also shown.In this case, the relative refractive index difference and the cutoff wavelength are within the measured tension range. Are constant without showing tension dependency, and it is understood from these results that it is not necessary to apply the method of the present invention.
なお、実施例の他に、コアにAl、Ti、Zrのうち１種類
をドープした、Ｆ−SiO2クラッド光ファイバでも軟化点
温度はT1＞T2の関係にあり、これらの場合でも線引き張
力2.3×107Pa以下で低損失が図れる。In addition to the examples, doped Al, Ti, one kind of Zr to the core, a softening point temperature in F-S i O 2 clad optical fiber is in a relation of T 1> T 2, in these cases However, a low loss can be achieved with a drawing tension of 2.3 × 10 7 Pa or less.
以上説明したように、本発明は、コアの軟化点温度T1
とクラッドの軟化点温度T2がT1＞T2なる関係を有する光
ファイバ用母材を線引きする際に、母材の比屈折率差に
応じて線引き張力を決定することを特徴とする。この線
引き張力は2.3×107Pa以下、好ましくは2.3×107Pa〜1.
6×106Paの範囲とするのが好ましい。このようにして決
定された線引き張力で線引きを行うことにより、母材段
階での比屈折率差および設計カットオフ波長をファイバ
化後まで保持することができ、ひいては低損失光ファイ
バを得ることができる。As described above, the present invention provides a softening point temperature T 1 of the core.
The softening point temperature T 2 of the cladding during the drawing the optical fiber preform having a T 1> T 2 the relationship, and determines the drawing tension in accordance with the relative refractive index difference of the base material. The drawing tension is 2.3 × 10 7 Pa or less, preferably 2.3 × 10 7 Pa~1.
It is preferable to be in the range of 6 × 10 6 Pa. By performing drawing with the drawing tension determined in this way, the relative refractive index difference and the design cutoff wavelength at the preform stage can be maintained until after fiberization, and thus a low-loss optical fiber can be obtained. it can.
特に本発明は、SiO2をコアとし、Ｆ−SiO2をクラッド
とする単一モード光ファイバの低損失化に絶大な効果を
発揮する。In particular, the present invention, the S i O 2 as a core, F-S i O 2 to exert profound effects on the lower loss of single mode optical fiber to the cladding.
なお、コア材料組成が径方向に分布し、かつ少なくと
もコア中心軸にそった領域のガラス組成の軟化点温度が
クラッド部のガラス軟化点温度よりも高い場合について
も、本発明の方法の適用範囲内であることは議論をまた
ない。In addition, even when the core material composition is distributed in the radial direction, and at least the softening point temperature of the glass composition in the region along the core central axis is higher than the glass softening point temperature of the clad portion, the applicable range of the method of the present invention Being within is without argument.
第１図は、SiO2をコアとし、Ｆ−SiO2をクラッドとする
光ファイバに所定の比屈折率差△を与える線引き力値を
示すグラフであり、本発明の原理を説明する図でもあ
り、 第２図（ａ）は、本発明の方法の適用対象である、SiO2
をコアとし、Ｆ−SiO2をクラッドとする単一モード光フ
ァイバの軟化点温度を示した図であり、 第２図（ｂ）は、本発明の方法の適用対象外である、Ge
O2−SiO2をコアとし、SiO2をクラッドとする単一モード
光ファイバの軟化点温度を示した図であり、 第３図は、本発明の実施例で行った種々の比屈折率差の
光ファイバ母材を種々の線引き力で線引きして得られた
光ファイバの線引き力と損失値の関係を示した図であ
り、本発明の方法の対象外のGeO2−SiO2をコアとし、Si
O2をクラッドとする単一モード光ファイバ母材の結果も
併せて示し、 第４図（ａ）は、本発明の方法の適用対象である、SiO2
をコアとし、Ｆ−SiO2をクラッドとする単一モード光フ
ァイバの１例の母材段階での屈折率分布を示し、第４図
（ｂ）は、第４図（ａ）の母材を本発明の方法の範囲外
である「6.4×107Pa」の張力で線引きした後のファイバ
の比屈折率を示した図であり、 第５図は、本発明の方法の適用対象であるSiO2をコア、
Ｆ−SiO2をクラッドとする単一モード光ファイバと本発
明の方法の適用対象外である、GeO2−SiO2をコア、SiO2
をクラッドとする単一モード光ファイバのそれぞれにつ
いて同一の母材を用い、線引き力を変えて線引きを行っ
たときに得られた光ファイバの比屈折率差の実測値を示
した図であり、 第６図は、第５図において得られたファイバについて線
引き力とカットオフ波長の関係の実測値を示した図であ
る。 （主な参照番号） １……コア、２……クラッドFigure 1 is a S i O 2 as the core is a graph showing a drawing force value which gives the F-S i O 2 a predetermined relative refractive index difference in the optical fiber to the cladding △, explain the principles of the present invention it is also a diagram, FIG. 2 (a) is the application object of the methods of the present invention, S i O 2
Was the core is a diagram that shows the softening point temperature of the single-mode optical fiber for the F-S i O 2 and cladding, FIG. 2 (b) is a exempt method of the present invention, G e
FIG. 3 is a diagram showing the softening point temperature of a single mode optical fiber having O 2 —S i O 2 as a core and S i O 2 as a clad, and FIG. It is a diagram showing the relationship between the drawing force and the loss value of the optical fiber obtained by drawing the optical fiber preform of the relative refractive index difference with various drawing forces, G e O 2 not subject to the method of the present invention the -S i O 2 as a core, S i
The results of a single-mode optical fiber preform having O 2 as a cladding are also shown. FIG. 4 (a) shows S i O 2 to which the method of the present invention is applied.
Was a core, a refractive index distribution in the preform stage of an example of single-mode optical fiber for the F-S i O 2 and cladding, FIG. 4 (b), the mother of FIG. 4 (a) FIG. 5 is a diagram showing a relative refractive index of a fiber after drawing a material with a tension of “6.4 × 10 7 Pa” which is out of the range of the method of the present invention. A certain S i O 2 core,
F-S a i O 2 is exempt from the single-mode optical fiber and methods of the present invention that the clad, G e O 2 -S i O 2 of the core, S i O 2
Using the same base material for each of the single-mode optical fibers having a cladding, is a diagram showing the measured values of the relative refractive index difference of the optical fiber obtained when the drawing was performed by changing the drawing force, FIG. 6 is a diagram showing actually measured values of the relationship between the drawing force and the cutoff wavelength for the fiber obtained in FIG. (Main reference numbers) 1 ... core, 2 ... cladding
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 誠 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162 番地 日本電信電話株式会社茨城電気通 信研究所内 (72)発明者 須田 裕之 茨城県那珂郡東海村大字白方字白根162 番地 日本電信電話株式会社茨城電気通 信研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Makoto Shimizu 162 Shirane, Shikata, Tokai-mura, Naka-gun, Ibaraki Pref. 162, Shirane, Mura Ohira, Nippon Telegraph and Telephone Corporation Ibaraki Electric Communication Research Laboratories
Claims (3)
スの軟化点温度T2の間にT1＞T2なる関係を有する石英系
光ファイバ用母材を高温炉で加熱すると同時に該母材を
線引きして光ファイバを得る方法であって、線引き時の
張力を該母材の比屈折率差に応じて調整して線引き後の
光ファイバのコアの残留応力を、母材段階での比屈折率
差をファイバ比後まで保持するような値以下とすること
を特徴とする光ファイバの線引き方法。1. A softening temperature T 1 of the core glass, if the T 1> silica-based optical fiber preform having a T 2 the relationship is heated at a high temperature furnace during the softening point temperature T 2 of the cladding glass at the same time the mother A method for obtaining an optical fiber by drawing a material, wherein the tension at the time of drawing is adjusted in accordance with the relative refractive index difference of the base material to thereby reduce the residual stress of the core of the optical fiber after drawing at the base material stage. A method for drawing an optical fiber, wherein the relative refractive index difference is set to be equal to or less than a value that is maintained until after the fiber ratio.
囲内で調整することを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の光ファイバの線引き方法。2. A method for drawing an optical fiber according to claim 1, wherein the drawing tension is adjusted within a range of 1.6 × 10 6 to 2.3 × 10 7 Pa.
で、クラッドがＦ−SiO2であることを特徴とする特許請
求の範囲第１項または第２項のいずれか１項に記載の光
ファイバの線引き方法。Wherein the core of the silica-based optical fiber preform is S i O 2
In, drawing method for the optical fiber according to any one of Claims first term or second term, wherein the cladding is F-S i O 2.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62015869A JP2582062B2 (en) | 1987-01-26 | 1987-01-26 | Optical fiber drawing method |
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|---|---|---|---|
| JP62015869A JP2582062B2 (en) | 1987-01-26 | 1987-01-26 | Optical fiber drawing method |
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|---|---|
| JPS63185839A JPS63185839A (en) | 1988-08-01 |
| JP2582062B2 true JP2582062B2 (en) | 1997-02-19 |
Family
ID=11900804
Family Applications (1)
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