JP2645710B2 - 光ファイバ用母材及びその製造方法 - Google Patents

光ファイバ用母材及びその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光フアイバ用母材の製造方法に関し、詳しく
はシングルモードフアイバ、特に1.55μm波長帯で零分
散となる分散シフト型シングルモードフアイバ用母材の
製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来の光フアイバ製造技術の一つに、第2図に示すよ
うにコア用ガラスロツド4をクラツド用ガラスパイプ5
の中空部に挿入した状態で、これを水素を含む火炎以外
の加熱源例えばヒータ6等により加熱して溶着一体化
(コラツプスと称する)して、コア/クラツドからなる
構成体7を作製し、該構成体7を高温炉を用いて線引き
し光フアイバとする方法があり、ロツドインチユーブ法
として知られている。
近年、分散シフト型等のシングルモードフアイバの開
発が進んでいるが、この種のフアイバはコアとクラツド
の屈折率差が大きく、コア径が小さく、しかもクラツド
径/コア径(比)が大きいという構造が要求される。
前記したロツドインチユーブ法により、コア径が小さ
くクラツド径/コア径比の大きなシングルモードフアイ
バ母材を作製するには、コラツプスまでの操作を繰返
す、或は第3図に示すようにコア/クラツドからなる構
成体7の外周に、更にバーナ9の火炎中に合成したガラ
ス微粒子(スート)10を堆積してクラツド用スート体8
を形成する方法(例えば特願昭61-72433号公報)等が知
られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記した従来技術によつてシングルモ
ードフアイバ、特にフアイバ断面の屈折率分布が第1図
(a)又は(b)に示す構造で、コア1が純粋石英(Si
O2)ガラスからなり、クラツド2がフツ素含有石英(F-
SiO2)ガラスからなり、コアとクラツドの比屈折率差が
0.5%以上となる分散シフト型シングルモードフアイバ
を作製すると、伝送損失の小さなフアイバが得られない
という問題があつた。
本発明はシングルモードフアイバ、特にコアがSiO2
ラス、クラツドがF-SiO2ガラスからなり、1.55μmで零
分散となる分散シフト型シングルモードフアイバであつ
て、伝送損失の小さなフアイバを、ロツドインチユーブ
法を利用した方法で製造すること及びこれによる光フア
イバ用母材を目的としてなされたものである。
〔問題点を解決するための手段及び作用〕
本発明はSiO2ガラスからなるコア用ロツドをその比屈
折率差がSiO2ガラスよりも0.5%以上小さいクラツド用
パイプの中空部内に挿入して加熱することにより両者を
溶着一体化する工程を有する光フアイバ用母材の製造方
法において、上記クラツド用パイプとして外径100mm以
下のフツ素含有SiO2ガラスパイプを用い、かつ溶着一体
化した後のコア径Aおよびクラツド径Bが の上記条件を満足するようにコア用ロツド及びクラツド
用パイプのサイズを決め、コアガラス表面が滑らかにな
るように水素を含む火炎以外を加熱源として用いて加熱
し一体化することを特徴とする光フアイバ用母材の製造
方法、及びSiO2ガラスからなるコア用ロツドをその比屈
折率差がSiO2ガラスよりも0.5%以上小さく外径100mm以
下のクラツド用フツ素含有SiO2ガラスパイプの中空部内
に挿入し溶着一体化してなる光フアイバ用母材におい
て、溶着一体化した後のコア径Aおよびクラツド径Bが A≧3mm B/A≧4 1/2(B−A)≧12mm の上記条件を満足するものであることを特徴とする光フ
アイバ用母材であり、これにより伝送特性に優れた1.55
μm帯零分散シフトシングルモードフアイバを効率の良
いロツドインチユーブ法を利用して製造することを実現
するものである。
以下に本発明に到達した経緯から始めて、本発明を詳
細に説明する。
コアがSiO2,クラツドがF-SiO2ガラスからなり第1図
(a)又は(b)に示す屈折率分布構造であつて、分散
シフト型等のコア・クラツドの比屈折率差が0.5%以上
と大きく、かつコア径が5μm程度と小さなフアイバを
作製しようとすると、クラツドへのフツ素(F)添加量
を大きくとる必要があり、また、クラツド径/コア径比
を大きく形成する必要がある。
ところでSiO2にFを添加してF-SiO2とすると、その物
性がSiO2とは異つてくるが、特に粘性において大きく変
化し、Fの添加によつてSiO2の粘性は大巾に低下する。
F添加量の多いシングルモードフアイバでは、これが特
に顕著になる。
コラツプス法で本発明の目的とする細径SiO2コア,太
径のF-SiO2クラツドからなる構造体の作製を試みると、
加熱の際にクラツドガラスがより軟かくなるため、この
クラツドガラスがコアガラスにより低温状態で溶着して
しまい、コアガラス表面が充分な加熱による滑らかな状
態(アレのない状態)となる以前に一体化してしまう。
そのためにコア/クラツド界面にはアレが残る度合が大
きくなり、これがフアイバの伝送損失の劣下を招く大き
な要因となつていた。
また、F-SiO2ガラスにおいては、SiO2ガラスに比し
て、金属イオン等の拡散速度が高温下で大きく、特にF
濃度の高いガラスでは、コラツプスまたは線引等の加熱
工程において、外部から混入する、光フアイバの伝送特
性に有害な、金属やOH基等の不純物が、コア近辺に拡散
する度合が高くなる。これによつても光フアイバの伝送
損失が大きく劣下する。
そこで本発明者らは、上記の物性差による影響ができ
るだけ小さくなるような、加熱工程での加熱源、そのと
きのコアとクラツドのサイズ等を求めて、詳細に検討
し、実験を重ねた。
この結果、クラツドとなるF-SiO2ガラスパイプとし
て、屈折率値がSiO2ガラスに比べ比屈折率差で0.5%以
上小さな場合、パイプの外径が100mmより小さいパイプ
を用いて、加熱源として水素を含む火炎以外の加熱源を
用いてコラツプスを行ない、さらにコラツプス後のコア
径をA,クラツド径をBとするとき、下記の の条件を満せば、コア/クラツド界面の影響が少なくな
り、また不純物、特に残留水分の影響も、実用フアイバ
としては無視できる程小さなSiO2コアの分散シフトシン
グルモードフアイバが得られることが判つた。
本発明に用いるF-SiO2ガラスからなるクラツド用のパ
イプは、例えば特願昭53-137659号明細書、同58-195209
号明細書、同60-103997号明細書等に提案される方法に
より、径方向に比較的均一にFが添加された高純度な石
英ガラス母材を作製することができるので、超音波穿孔
機等により該母材中央に機械的に穿孔することにより所
望のパイプを得ることができる。該クラツド用パイプの
外径は100mm以下が好ましい。100mmを越えるとコア部表
面を充分に高温とすることが難かしくなるからである。
コアのSiO2ガラスロツドは、原料ガス中にGeO2等のド
ーパントを導入しない条件でSiO2スート体を作製し、こ
れをCl2等の塩素系ガスで充分に脱水処理した後、さら
に加熱して透明化することにより所望のガラスロツドを
作製できる。
次に第2図に示すように、クラツド用F-SiO2パイプ5
の中空部にコア用SiO2ロツド4を挿入した状態で、水素
を含む火炎以外の加熱源例えばヒータ6で該パイプ外側
から加熱し、コラツプスしてコア/クラツド構成体7を
得る。
本発明に用いられる水素を含む火炎以外の加熱源とし
ては、例えばカーボン,ジルコニア等への誘電加熱,CO
炎,CS2炎,CN炎等が挙げられる。
コラツプス後のコア径Aとクラツド径Bについては、
まずA≧3mmが好ましく、これはこの径よりも細くなる
と、コラツプス過程にてコアが蛇行し易くなり、コア周
辺に気泡を巻き込んだり、コアの偏心が大きなものとな
つたりして良好なコラツプス体が得られないからであ
る。
またB/A≧4及び1/2(B−A)≧12mmという条件は、
いずれも得られるフアイバの伝送損失に大きな影響を与
える残留水分量を所定の値に制限するという理由によ
る。
コアとクラツドの比屈折率差が0.7%で、コア径が5
μm、フアイバ外径が125μmの第1図(a)の構造の
フアイバを、通電加熱によるコラツプスと、第3図に示
すスート堆積法を組合せて合成した。
この時コラツプス後のクラツド径Bを50mm又は35mmの
一定値にしてコア径Aを変えて、クラツド径/コア径=
B/Aの変化に対する、該光フアイバの波長1.0μmでの伝
送ロスを調べた。これにより不純物の存在が推定でき
る。この結果を第4図に示す。黒丸印実線はB=50mm、
黒三角印破線はB=35mmの場合である。
また、コア径を5mmの一定値にして、クラツドの肉厚
すなわち1/2(B−A)を変化させたときの、波長1.0μ
mでの伝送損失(dB/km)の変化を第5図に黒三角印破
線で示す。
第4図及び第5図の結果から、本発明の限定する範囲
のB/A≧4,1/2(B−A)≧12mmにおいて、伝送ロスが減
少していることが判る。
〔実施例〕
実施例及び比較例 VAD法により高純度なSiO2ガラスロツドを合成し、こ
れをヒータがカーボンである抵抗炉を用いて、所定の外
径に延伸しコア用ロツドを得た。一方、比屈折率差でSi
O2ガラスに比べ0.7%低い屈折率のF含有SiO2ガラスロ
ツドをVAD法により合成し、これを上記と同様の炉で延
伸した後その中央を穿孔して所定サイズのクラツド用パ
イプを作製した。表2にコア用ロツドとクラツド用パイ
プの組合せを示す。No.1,No.2,No.5,No.6,No.8が本発明
品(実施例)であり、No.3,No.4,No.7,No.9が比較品
(比較例)である。
以上のコア用ロツドをクラツド用パイプの中空部に挿
入し、両者の界面にCl2 300cc/分およびSF6 500cc/分を
導入しながら、No.1〜No.8のものは温度約1800℃の抵抗
炉により加熱し、No.9については酸水素炎を用いて加熱
し、パイプの一端より該パイプを収縮させることによ
り、上記コアロツドとクラツドパイプとを溶着一体化さ
せた(第2図参照)。得られた構成体を延伸し、この延
伸体の外周部に第3図の構成のVAD法によりSiO2スート
を堆積させてスート体とした。SiO2スート層の厚さは、
これをフツ素添加および透明化して線引用プリフオーム
とした後、外径125μmのフアイバに線引きしたとき、
そのコア径が5μmとなるような所定厚さとした。該ス
ート体を表1の第1ステツプの条件で脱水し、第2ステ
ツプの条件でフツ素添加し、第3ステツプの条件で透明
化してフアイバ母材とし、これを線引きして外径125μ
m、コア径5μmのフアイバを得た。
得られた各フアイバの波長1.0μmにおける損失(α
1.0)および波長依存性のない損失(α)を測定し
た。これ等の結果もまとめて表2に示す。また表2には
載せていないが、OH基による1.38μm波長での吸収損失
についてはNo.9以外は2dB/km以下と低いものであつた
が、No.9は5.5dB/kmと大きな値を示した。これにコラツ
プスの際の加熱源のちがいに基因すると考えられる。
以上の結果から、コア径Aおよびクラツド径Bが本発
明の限定する範囲,条件を満足しかつ加熱源として水素
を含む火炎以外のものを用いた場合に、伝送特性が優れ
たシングルモードフアイバが得られていることが明らか
にわかる。
〔発明の効果〕 以上の説明及び実施例、比較例の結果から明らかなよ
うに、本発明の製法及び本発明による光フアイバ用母材
は特定の寸法関係にあるコアロツドとクラツドパイプを
水素を含む火炎以外の加熱源で溶着一体化することによ
り、従来法では得がたかつたSiO2コア/F-SiO2クラツド
で第1図(a)及び(b)に示す屈折率分布のシングル
モードフアイバで伝送損失が小さいものの製造を可能と
した。特にSiO2コア/F-SiO2クラツドの分散シフト型シ
ングルモードフアイバで伝送損失の小さなものを簡単な
製法で実現できる点で、非常に有利である。
【図面の簡単な説明】 第1図(a)及び(b)は本発明に係わるシングルモー
ドフアイバの屈折率分布構造及びガラス組成を説明する
図である。 第2図及び第3図は本発明の実施態様の説明図であつ
て、第2図はコラツプス工程を、第3図はスート堆積工
程を示す。 第4図はクラツド径/コア径比=B/Aと波長1.0μmにお
ける伝送損失(dB/km)の関係を示す図表である。 第5図はクラツド半径とコア半径の差1/2(B−A)mm
と、波長1.0μmにおける伝送ロス(dB/km)の関係を示
す図表である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石黒 洋一 神奈川県横浜市栄区田谷町1番地 住友 電気工業株式会社横浜製作所内 (56)参考文献 特開 昭60−239334(JP,A) 特開 昭59−202401(JP,A) 特開 昭62−167235(JP,A) 特開 昭62−46931(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】SiO2ガラスからなるコア用ロツドをその比
    屈折率差がSiO2ガラスよりも0.5%以上小さいクラツド
    用パイプの中空部内に挿入して加熱することにより両者
    を溶着一体化する工程を有する光フアイバ用母材の製造
    方法において、上記クラツド用パイプとして外径100mm
    以下のフツ素含有SiO2ガラスパイプを用い、かつ溶着一
    体化した後のコア径Aおよびクラツド径Bが A≧3mm B/A≧4 1/2(B−A)≧12mm の上記条件を満足するようにコア用ロツド及びクラツド
    用パイプのサイズを決め、コアガラス表面が滑らかにな
    るように水素を含む火炎以外を加熱源として用いて加熱
    し一体化することを特徴とする光フアイバ用母材の製造
    方法。
  2. 【請求項2】SiO2ガラスからなるコア用ロツドをその比
    屈折率差がSiO2ガラスよりも0.5%以上小さく外径100mm
    以下のクラツド用フツ素含有SiO2ガラスパイプの中空部
    内に挿入し溶着一体化してなる光フアイバ用母材におい
    て、溶着一体化した後のコア径Aおよびクラツド径Bが A≧3mm B/A≧4 1/2(B−A)≧12mm の上記条件を満足するものであることを特徴とする光フ
    アイバ用母材。
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