JP3738510B2

JP3738510B2 - 光ファイバ及びその製造方法

Info

Publication number: JP3738510B2
Application number: JP00567197A
Authority: JP
Inventors: 佳生横山; 章浦野; 俊雄彈塚
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-01-16
Filing date: 1997-01-16
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2017-01-16
Also published as: JPH10206669A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、長距離大容量光通信システムに適用可能な光ファイバであって、特に、波長分割多重（ＷＤＭ）通信方式に好適でかつその零分散波長が所望範囲範囲内に設定された分散シフトファイバに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、伝送路としてシングルモード光ファイバ（以下、ＳＭ光ファイバという）が適用された光通信システムでは、通信用信号光として１．３μｍ波長帯あるいは１．５５μｍ波長帯の光が利用されることが多かった。ただし、最近では、伝送路中における伝送損失低減の観点から１．５５μｍ波長帯の光の使用が増しつつある。特に、１．５５μｍ波長帯の光の伝送路に適用されるＳＭ光ファイバ（以下、１．５５μｍ用ＳＭ光ファイバという）は、石英系ＳＭ光ファイバの伝送損失が１．５５μｍ波長帯の光に対して最小になることから、その波長分散（波長によって光の伝搬速度が異なるためパルス波が広がる現象）も１．５５μｍ波長帯の光に対してゼロになるよう設計されている。このように、ゼロ分散波長が１．５５μｍ波長帯付近にシフトした１．５５μｍ用ＳＭ光ファイバは、一般に分散シフトファイバと呼ばれる。
【０００３】
従来の分散シフトファイバとしては、例えば特許番号第２５３３０８３号公報（第１従来例）に、その零分散波長が１．５５μｍ付近にシフトされた分散シフトファイバの断面構造、組成及びその製造方法が開示されている。この第１従来例の分散シフトファイバは、ＧｅＯ₂−ＳｉＯ₂（ゲルマニウムを含むＳｉＯ₂）からなる内側コアと、ＳｉＯ₂からなる外側コアと、Ｆ−ＳｉＯ₂（フッ素を含むＳｉＯ₂）からなるクラッドとを備えている。ただし、この第１従来例の分散シフトファイバの屈折率プロファイルは、クラッドに相当する部分に凹みを持たない、いわゆるMatched 型プロファイルであり、このMatched 型プロファイルを有する光ファイバをこの明細書ではMatched 型ファイバという。一方、クラッドに相当する部分に凹みが設けられた屈折率プロファイルは、Depressed cladding 型プロファイルと言われ、特にこの明細書では、このDepressed cladding 型プロファイルを有する光ファイバをDepressed 型ファイバという。なお、この第１従来例の分散シフトファイバの構造では、１．５５μｍ付近の零分散波長の設定のみが実現可能である。
【０００４】
また、特開昭６３−２０８００５号公報（第２従来例）には、コアの外周に該コアよりも低い屈折率を有する第１クラッドと、該第１クラッドの外周に該第１クラッドよりも高い屈折率を有する第２クラッドを備えた、Depressed cladding型プロファイルを有する分散シフトファイバが開示されている。この第２従来例の分散シフトファイバの目的は、１．３μｍ〜１．５μｍ波長帯の広範囲に渡って波長分散を抑えることにある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、高速かつ大容量の伝送システムの構築が盛んに研究されているが、そのうち、特に、波長分割多重（ＷＤＭ）方式の伝送システムが注目を集めている。この方式は、互いに波長の異なる複数の信号光を同時に１つの伝送路で伝送する方式であり、伝送可能な情報量を飛躍的に増加させる技術である。
【０００６】
このような伝送システムを実現するため、伝送路として適用される光ファイバには様々な新しい仕様が要求されており、上述したような従来の分散シフトファイバでは既に対応できない状況となってきている。
【０００７】
特に、従来の分散シフトファイバのモードフィールド径（ＭＦＤ）は８μｍ程度であり、信号光のパワーが大きくなると非線形光学効果による影響が発生しやすくなる。また、伝送システムに適用される各分散シフトファイバ間では波長分散のバラツキが大きいため、信号光波長とそれらの零分散波長とが一致してしまうと、非線形光学効果の一つである四光波混合によるノイズが発生しやすくなるなどの課題があった。
【０００８】
なお、非線形光学効果とは、光強度の密度等の増大とともに信号光パルスが歪む現象であり、伝送速度の大きな制約要因となる。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ＭＦＤを大きくし、非線形光学効果による影響を効果的に抑える構造を備えた光ファイバ及びその製造方法を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光ファイバは、ＭＦＤが８．６μｍ以上、好ましくは９μｍ以上であり、かつその零分散波長を代表的な信号光波長である１．５５μｍよりも長波長側あるいは短波長側にシフトさせた分散シフトファイバであって、石英ガラスを主成分とするシングルモード光ファイバである。当該分散シフトファイバでは、その零分散波長を信号光波長から所定量ずらすことにより、故意に波長分散を発生させ、非線形光学効果の影響を抑えているので、各分散シフトファイバ間での零分散波長のバラツキを許容した伝送システムの構築を可能にしている。
【００１１】
また、この発明に係る光ファイバは、図１に示されたように、第１の屈折率ｎ₁を有する第１コア１０（内側コア）と、該内側コア１０の外周に設けられかつ第１の屈折率ｎ₁よりも低い第２の屈折率ｎ₂を有する第２コア２０（外側コア）と、該外側コア２０の外周に設けられかつ第２の屈折率ｎ₂よりも低い第３の屈折率ｎ₃を有する第１クラッド３０（内側クラッド）と、そして、該内側クラッド３０の外周に設けられ、第３の屈折率ｎ₃よりも高くかつ第２の屈折率ｎ₂よりも低い第４の屈折率ｎ₄を有する第２クラッド４０（外側クラッド）とを備えている。
【００１２】
特に、この発明に係る光ファイバは、上述した構成からも分るように、Depressed cladding 型の屈折率プロファイルを有し、上記外側コア２０は、２５μｍ以上かつ４０μｍ以下の外径を有している。
【００１３】
また、このDepressed cladding 型の屈折率プロファイルは、基本組成として、内側コア１０を少なくともゲルマニウム（屈折率を上げるための添加物）を含む石英ガラス（ＧｅＯ₂−ＳｉＯ₂）、外側コア２０を実質的にゲルマニウムを含まない石英ガラス（ＳｉＯ₂）あるいはゲルマニウムを含む石英ガラス（ＧｅＯ₂−ＳｉＯ₂）、内側クラッド３０を少なくともフッ素（屈折率を低下させるための添加物）を含む石英ガラス（Ｆ−ＳｉＯ₂）、そして、外側クラッド４０を少なくともフッ素を含む石英ガラス（Ｆ−ＳｉＯ₂）とすることにより実現可能である。なお、当該光ファイバのように外側コア２０の断面積（信号光の進行方向に対して垂直な面）を大きくした場合（外径は２５μｍ以上かつ４０μｍ以下）、該外側コア２０にＧｅＯ₂を添加すると、該外側コア２０の屈折率プロファイルの径方向の平坦化が難しくなる。このため、該外側コア２０はゲルマニウムを含まない方がより好ましい。
【００１４】
次に、この発明に係る光ファイバの製造方法は、上述の構造を備えた光ファイバを得るべく、気相合成法により、長手方向に沿ってその中央部分が上記内側コア１０となり、該中央部分を取り囲む周辺部分が上記外側コア２０となるべき多孔質母材（スート・プリフォーム）を形成する第１工程と、この多孔質母材を焼結しコアガラス母材を得る第２工程と、該第２工程で得られたコアガラス母材を所望の外径に延伸した後、気相合成法により、該延伸されたコアガラス母材の外周に上記内側クラッド３０となるべき第１多孔質ガラス体（スス体）を堆積させ、第１複合母材を得る第３工程と、該第３工程で得られた第１複合母材を、フッ素原料を含む雰囲気中で焼結し中間母材を得る第４工程と、該第４工程で得られた中間母材を所望の外径に延伸した後、気相合成法により、該延伸された中間母材の外周に上記外側クラッド４０となるべき第２多孔質ガラス体（スス体）を堆積させ、第２複合母材を得る第５工程と、該第５工程で得られた第２複合母材を焼結し光ファイバ母材を得る第６工程と、そして、該第６工程で得られた光ファイバ母材の一端を加熱しながら線引する第７工程とを備えている。なお、第６工程における第２複合母材の焼結は、フッ素原料を含む雰囲気中で行われている。
【００１５】
特に、この発明に係る光ファイバの製造方法では、製造される当該光ファイバの外側コア２０の外径が２５μｍ〜４０μｍと大きいため、内側クラッド３０となるべき第１多孔質ガラス体のガラス合成（第３工程）と、外側クラッド４０となるべき第２多孔質ガラス体のガラス合成（第５工程）とを、いずれもＶＡＤ（Vapor phase axial deposition）法、ＯＶＤ（Outside vapor phase deposition）法等の気相合成法により行うことを特徴としている。なお、このように内側及び外側クラッド３０、４０に相当する部分を気相合成法により製造できない場合には、ロッドインコラップスによる製造方法となるため、得られる母材サイズが小さく制限され生産性を上げることが難しくなる。
【００１６】
この発明に係る光ファイバの製造方法では、製造される光ファイバの外側コア２０の外径をより大きく２５μｍ〜４０μｍの範囲に設定することにより、特に上述の第３工程を気相合成法で行うことを可能にしており（第５工程も同様に気相合成法で行うことが可能）、また、上述した各工程は、該光ファイバの外側コア２０の外径が所望の範囲になるよう、それぞれ調節される。
【００１７】
また、この発明に係る光ファイバの製造方法は、第１工程で得られた多孔質母材を、第２工程に先立ってハロゲンガスを含む雰囲気中で加熱することにより、該多孔質母材の脱水処理を行っている。従って、製造される光ファイバの内側コア１０及び外側コア２０には、それぞれ所定濃度の塩素が含まれている。そして、第３工程で得られた第１複合母材に対しても、第４工程に先立ってハロゲンガスを含む雰囲気中で加熱することにより、第１多孔質ガラス体の脱水処理を行っている。従って、製造される光ファイバの内側クラッド３０にも所定濃度の塩素が含まれている。この内側クラッド３０に相当する母材領域に対して脱水処理を行うのは、外側コア２０の外周に気相合成法（火炎加水分解反応を利用してガラス微粒子を堆積させる方法）により多孔質ガラス体（スス体）を形成しても、製造される当該光ファイバにおけるＯＨ吸収の影響を緩和させることができるからである。
【００１８】
特に、内側クラッド３０における塩素含有量は、内側及び外側コア１０、２０における塩素含有量よりも少ないことが好ましい。塩素は屈折率を上げる添加物と知られており、コア領域（内側及び外側コア１０、２０を含む）に塩素を添加することにより、当該光ファイバの屈折率プロファイルの形状を変えることなくクラッド領域（内側及び外側クラッド３０、４０を含む）に添加されるフッ素（屈折率低下剤）の添加量を低減させることが可能となるからである。
【００１９】
このように、クラッド領域へのフッ素添加量を低減できることから、上記第６工程におけるフッ素原料を含む雰囲気中での第２複合母材の焼結処理（フッ素添加処理を含む）に代え、第５工程において、第４工程で得られた中間母材の外周に、フッ素系ガスを供給することにより第２多孔質ガラス体を堆積させ、第２複合母材を得ることも可能となる。なお、この場合、第６工程では第５工程で得られた第２複合母材の焼結のみが行われるので、焼結時間の短縮が可能となり生産性の大幅な向上が期待できる。
【００２０】
また、上述の脱水処理、すなわちハロゲンガスを含む雰囲気中で行われる加熱処理は、第６工程に先立って第５工程で得られた第２複合母材に対して行ってもよい。この場合、必然的に製造される光ファイバの外側クラッド４０は塩素を含んでいる。
【００２１】
なお、上述の脱水処理に使用されるハロゲンガスとしては、ＳｉＣｌ₄が好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例を図１〜図８を用いて説明する。なお、図中同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２３】
図１は、この発明に係る光ファイバ（Depressed cladding 型プロファイルを有する分散シフトファイバ）の断面構造及びその屈折率プロファイルを示す図である。特に、この発明に係る光ファイバ１は、モードフィールド径（ＭＦＤ）が８．６μｍ以上（好ましくは９μｍ以上）かつその零分散波長が１．５５μｍよりも長波長側あるいは短波長側にシフトされた分散シフトファイバであって、石英ガラスを主成分とするシングルモード光ファイバである。
【００２４】
この図において、当該光ファイバ１は、コア領域として、第１の屈折率ｎ₁を有する、外径ａの内側コア１０と、該内側コア１０の外周に設けられかつ第１の屈折率ｎ₁よりも低い第２の屈折率ｎ₂を有する外側コア２０を備えている。また、外側コア２０はその外径を２５μｍ〜４０μｍの範囲に設定することにより広い断面積を有している。
【００２５】
さらに、上記コア領域（内側及び外側コア１０、２０を含む）の外周には、クラッド領域として、外側コア２０の外周に設けられかつ第２の屈折率ｎ₂よりも低い第３の屈折率ｎ₃を有する、外径ｃの内側クラッド３０と、該内側クラッド３０の外周に設けられたガラス領域であって、第３の屈折率ｎ₃よりも高くかつ第２の屈折率ｎ₂よりも低い第４の屈折率ｎ₄を有する、外径ｄの外側クラッド４０を備えることにより、クラッド領域に相当する部分に凹みＡが設けられたDepressed cladding 型プロファイルを実現している（図１参照）。
【００２６】
なお、図１に示された屈折率プロファイル１５０の横軸は、当該光ファイバ１（Depressed 型ファイバ）の断面（伝搬する信号光の進行方向に対して垂直な面）における線Ｌ上の各位置に相当している。さらに、この屈折率プロファイル１５０において、領域１０１は上記内側コア１０の線Ｌ上の各部位の屈折率（ｎ₁）、領域１０２は上記外側コア２０の線Ｌ上の各部位の屈折率（ｎ₂）、領域１０３は上記内側クラッド３０の線Ｌ上の各部位の屈折率（ｎ₃）、領域１０４は上記外側クラッド４０の線Ｌ上の各部位の屈折率（ｎ₄）に対応している。
【００２７】
この発明に係る光ファイバ１の基本組成は、内側コア１０がＧｅＯ₂−ＳｉＯ₂、外側コア２０がＳｉＯ₂あるいはＧｅＯ₂−ＳｉＯ₂、内側クラッド３０がＦ−ＳｉＯ₂、そして、外側クラッド４０がＦ−ＳｉＯ₂である。
【００２８】
ただし、この発明に係る光ファイバ１は、後述するように少なくとも内側コア１０及び外側コア２０には塩素が含まれるため、実際の組成及び純石英ガラスに対する比屈折率差Δは以下のようになる。
【００２９】

なお、αは屈折率変化に対する塩素（Ｃｌ）の寄与分であり、α＝０．１〜０．２％である（Ｃｌは屈折率を上げる添加物として知られており、該Ｃｌによる屈折率変化は、該Ｃｌの濃度１０００ｐｐｍ当たり０．０１％である）。また、この明細書において各ガラス領域の比屈折率差Δは純石英ガラスを基準にして以下のように定義されている。
【００３０】
Δ＝（ｎ_t ²−ｎ₀ ²）／２ｎ₀ ²≒（ｎ_t−ｎ₀）／ｎ₀
ここで、ｎ₀は基準となる純石英ガラスの屈折率、ｎ_tは各ガラス領域の屈折率を示す。
【００３１】
次に、この発明に係る光ファイバ１の製造方法について、図２〜図８を用いて説明する。
【００３２】
当該製造方法では、第１工程で内側コア１０と外側コア２０を含むコア領域となるべき多孔質母材５０をＶＡＤ（Vapor phase axial deposition）法、ＯＶＤ（Outside vapor phase deposition）法等の気相合成法により形成し、第２工程で該多孔質母材５０を焼結してコアガラス母材５１を得る。
【００３３】
図２は上記ＶＡＤ法による第１工程から第２工程までの各処理を説明するための図であり、図３は上記ＯＶＤ法による第１工程から第２工程までの各処理を説明するための図である。
【００３４】
まず、ＶＡＤ法による第１工程〜第２工程までを図２を用いて説明する。
【００３５】
第１工程では、図２（ａ）に示されたスス付け装置により多孔質母材５０が製造される。このスス付け装置は、少なくとも排気口５０４を備えた容器５００と、多孔質母材５０を支持するための支持機構５０３を備えている。また、支持機構５０３には回転可能な支持棒５０２が設けられており、この支持棒５０２の先端には多孔質母材５０を成長させるための出発棒５０１が取り付けられている。
【００３６】
図２（ａ）のスス付け装置には、さらに内側コア１０となるべき多孔質ガラス体（スス体）を堆積させるためのバーナー５５２と、外側コア２０となるべき多孔質ガラス体（スス体）を堆積させるためのバーナー５５１が設けられており、ガス供給システム６００からは各バーナー５５１、５５２に対して所望の原料ガス（例えばＧｅＣｌ₄、ＳｉＣｌ₄等）、燃焼ガス（Ｈ₂及びＯ₂）、及びＡｒやＨｅ等のキャリアガスが供給される。
【００３７】
多孔質母材５０の製造中、バーナー５５２及びバーナー５５１の火炎中では、ガス供給システム６００から供給された原料ガスの加水分解反応によりガラス微粒子が生成され、これらガラス微粒子が出発棒５０１の先端部分に堆積していく。この間、支持機構５０３は、その先端に設けられた支持棒５０２を矢印Ｓ１で示された方向に回転させながら矢印Ｓ２で示された方向（多孔質母材５０の長手方向）に沿って引き上げる動作を行っている。この動作により、多孔質ガラス体が出発棒５０１から下方に向かって成長していき、長手方向に沿ってその中央部分が内側コア１０となり、該中央部分を取り囲む周辺部分が外側コア２０となるべき多孔質母材５０（スート・プリフォーム）が得られる。
【００３８】
続いて、上述の第１工程で得られた多孔質母材５０は、図２（ｂ）に示された加熱容器７００内に設置され、ハロゲンガスを含む雰囲気中で脱水処理が施される。なお、この加熱容器７００には該ハロゲンガスを供給するための導入口７０２と排気口７０１が設けられている。また、この脱水処理中、支持機構５０３は多孔質母材５０を矢印Ｓ３で示された方向に回転させながら、矢印Ｓ４で示された方向に沿って移動させるよう動作する（この動作により、多孔質母材５０全体が加熱される）。
【００３９】
脱水処理中の容器内温度は１０００℃〜１３００℃程度であり、好ましくは１０５０℃〜１１５０℃である。また、この実施例では濃度２００００ｐｐｍ（２％）の塩素ガス（Ｃｌ₂）を導入口７０２から供給しながら脱水処理を行ったが、塩素ガスの濃度は１００００ｐｐｍ〜５００００ｐｐｍ（１％〜５％）程度であれば十分にその効果が得られる。
【００４０】
脱水処理用ガスとしては、塩素ガスの他ＳｉＣｌ₄等のハロゲンガスでも同様の効果が得られる。特に、ＳｉＣｌ₄は塩素の添加量を増加し、外側コア２０と内側クラッド３０との屈折率差を増加させる手段となり得る。
【００４１】
なお、第１工程において、バーナー５５２及び５５１に供給される原料ガスは、得られる光ファイバの内側コア１０の外径ａに対する外側コア２０の外径ｂの比（ｂ／ａ）が、７．５〜１５となるよう調節されている。
【００４２】
以上の処理を経て得られた多孔質母材５０は、引続き上述された加熱容器７００内で焼結される（ＶＡＤ法における第２工程）。すなわち、図２（ｃ）には図２（ｂ）に示された加熱容器の主要部分のみが示されている。図示のように支持機構５０３が多孔質母材５０を矢印Ｓ５で示された方向に回転させながら矢印Ｓ６で示された方向に沿って移動させるよう動作する。この動作により、該多孔質母材５０はその先端からヒーター７５０内に送り込まれ（焼結時の容器内温度は１５００℃〜１６５０℃）、透明なコアガラス母材５１が得られる。
【００４３】
なお、上述した多孔質母材５０の製造、脱水処理、及び焼結処理は同一の容器内で行うことも可能である。
【００４４】
次に、ＯＶＤ法による第１工程〜第２工程までを図３を用いて説明する。
【００４５】
第１工程では、図３（ａ）に示されたスス付け装置により多孔質母材５０が製造される。このスス付け装置の容器８００内には、その一端が支持棒５０２を介して支持機構５０３に保持されるとともに、他端が補助機構５０５によって保持された中心棒８０１が備えられている。また、このスス付け装置の容器８００には排気口８０２と、該多孔質母材５０を中心棒８０１に沿って成長させるためのバーナー８５０を備えている。
【００４６】
多孔質母材５０の製造中、バーナー８５０の火炎中では、ガス供給システム６００から供給された原料ガスの加水分解反応によりガラス微粒子が生成され、これらガラス微粒子が中心棒８０１の側面に堆積していく。この間、支持機構５０３と補助機構５０５は、中心棒８０１を矢印Ｓ７で示された方向に回転させながら矢印Ｓ８、Ｓ９で示された方向に沿って移動させるよう動作する（なお、支持機構５０３と補助機構５０５は同一速度で移動する）。この動作により、多孔質ガラス体が中心棒８０１に沿って成長していく。なお、この工程は内側コア１０となるべき多孔質ガラス体の形成と、外側コア２０となるべき多孔質ガラス体の形成のため、２回繰り返され、これにより、長手方向に沿ってその中央部分が内側コア１０となり、該中央部分を取り囲む周辺部分が外側コア２０となるべき多孔質母材５０（スート・プリフォーム）が得られる。
【００４７】
続いて、上述の第１工程で得られた多孔質母材５０は、中心棒８０１が引き抜かれ、代りに補助棒７０３が取り付けられた状態で、図３（ｂ）に示された加熱容器７００内に設置され、ハロゲンガスを含む雰囲気中で脱水処理が施される。なお、この加熱容器７００には該ハロゲンガスを供給するための導入口７０２と排気口７０１が設けられている。また、この脱水処理中、支持機構５０３は多孔質母材５０を矢印Ｓ１０で示された方向に回転させながら矢印Ｓ１１で示された方向に沿って移動させるよう動作する。この動作により、多孔質母材５０母材全体が加熱される。なお、脱水処理中の容器内温度、供給される塩素ガス濃度等の条件は上述したＶＡＤ法（図２）の場合と同様でよい。
【００４８】
以上の処理を経て得られた多孔質母材５０は、引続き上述された加熱容器７００内で焼結される（ＯＶＤ法による第２工程）。すなわち、図３（ｃ）には図３（ｂ）に示された加熱容器の主要部分のみが示されている。図示のように支持機構５０３が多孔質母材５０を矢印Ｓ１２で示された方向に回転させながら矢印Ｓ１３で示された方向に沿って移動させるよう動作する。この動作により、該多孔質母材５０はその先端からヒーター７５０内に送り込まれ、透明なコアガラス母材５１が得られる。
【００４９】
なお、上述した多孔質母材５０の製造、脱水処理、及び焼結処理は同一の容器内で行うことも可能である。また、上述したＶＡＤ法により得られるコアガラス母材とＯＶＤ法により得られるコアガラス母材の構造上の差異は、該ＯＶＤ法により得られたコアガラス母材には中心棒８０１を引き抜くことによりできた貫通孔５５０がある点のみである。
【００５０】
従って、第３工程以降の処理（特に気相合成に係る工程）は、ＶＡＤ法について詳細に説明する。なお、該ＶＡＤ法に代えてＯＶＤ法で行うことも可能である。
【００５１】
第３工程では、まず第２工程で得られた、透明なコアガラス母材５１が図４に示された延伸装置により所望の外径（仕上り外径）に延伸される。なお、このコアガラス母材５１は延伸に先立って、その両端に端部処理が施され、さらに取扱を簡単にするための棒６１、６２が取り付けられている。
【００５２】
図４の延伸装置は、矢印Ｓ１４で示された方向に沿って移動可能な上側チャック６３と、矢印Ｓ１５で示された方向に沿って移動可能な下側チャック６４を備えており、これら上側チャック６３及び下側チャック６４は、駆動モータ６５、６６により、それぞれＳ１４、Ｓ１４の方向に沿って動かされる。また、端部処理されたコアガラス母材５１は、棒６１が上側チャック６３に把持されるとともに、棒６２が下側チャック６４に把持されることにより、図４の延伸装置に取り付けられる。
【００５３】
上記上側チャック６３はＳ１４の方向に沿って移動することにより、コアガラス母材５１をヒータ６８（例えば、縦型抵抗加熱炉）内に送り込むよう機能する。一方、下側チャック６４はＳ１５の方向に沿って移動することにより、ヒータ６８内からコアガラス母材５１を引出すよう機能する。ヒータ６８内に送り込まれたコアガラス母材５１は部分的に軟化しているので、この延伸装置では、上側チャック６３の移動速度（コアガラス母材５１をヒータ６８内への送り込む速度）よりも下側チャック６４の移動速度（コアガラス母材５１をヒータ６８内から引出す速度）を大きくし、該コアガラス母材５１の軟化部分に引っ張り応力を加えることにより、該コアガラス母材５１を所望の仕上り外径に延伸する。
【００５４】
なお、制御部６７は、外径測定装置６９により加熱されている軟化部分の所定部位の外径を常時モニタしており、所望の仕上がり外径が得られるよう駆動モータ６５、６６を制御している。
【００５５】
続いて、この第３工程では、以上の延伸装置により延伸されたコアガラス母材５１の外周に、さらに内側クラッド３０となるべき第１多孔質ガラス体を堆積させ、第１複合母材５２を得る。すなわち、バーナ９００の火炎中では、図５に示されたように、ガス供給システム６００から供給された原料ガスの加水分解反応によりガラス微粒子が生成され、これらガラス微粒子が延伸されたコアガラス母材５１の外周に堆積していく。この間、該延伸されたコアガラス母材５１は矢印Ｓ１６で示された方向に回転しながら矢印Ｓ１７で示された方向に沿って移動している。この動作により、コアガラス母材５１の外周に多孔質ガラス体（スス体）が堆積していき、第１複合母材５２が得られる。
【００５６】
なお、この第３工程において、バーナー９００に供給される原料ガスは、得られる光ファイバの外側コア２０の外径ｂに対する内側クラッド３０の外径ｃの比（ｃ／ｂ）は、１．５〜２．５（好ましくは１．８〜２．２）となるよう調節されている。
【００５７】
次に、以上の第３工程を経て得られた第１複合母材５２は、第４工程に先立って行われる脱水処理のため、一旦ハロゲンガスを含む雰囲気中で加熱される（図６参照）。この間、支持機構５０３は第１複合母材５２を矢印Ｓ１８で示された方向に回転させながら矢印Ｓ１９、Ｓ２０で示された方向に沿って移動させるよう動作する。この動作により、該第１複合母材５２全体が加熱される。なお、この脱水用ガスとしてはＣｌ₂を使用した（ＳｉＣｌ₄でもよい）。また、加熱容器７００内に供給される塩素ガス濃度は上述した通り１００００ｐｐｍ〜５００００ｐｐｍ（１％〜５％、この実施例では、２００００ｐｐｍ（２％））、容器内の加熱温度は１０００℃〜１３００℃、好ましくは１０５０℃〜１１５０℃である。
【００５８】
続く第４工程では、透明な中間母材５３を得るべく、図７に示されたように、脱水処理が施された第１複合母材５２がフッ素原料を含む雰囲気中で焼結される。なお、この焼結処理は上述の加熱容器７００内で連続的に行われる。また、支持機構５０３は、第１複合母材５２を矢印Ｓ２１で示された方向に回転させながら矢印Ｓ２２で示された方向に沿って移動させるよう動作する。この動作により、該第１複合母材５２がヒータ７５０内に送り込まれる。
【００５９】
具体的に、加熱容器７００内に供給されるフッ素系ガスとしては、ＳＦ₆又はＳｉＦ₄などが利用可能であるが、この実施例では濃度２００００ｐｐｍ（２％）のＳｉＦ₄が供給される。このときの容器内温度は１０００℃〜１２００℃（好ましくは１０５０℃〜１１５０℃）であり、このフッ素系ガス雰囲気中で第１複合母材５２を加熱することによりフッ素を第１多孔質ガラス体（コアガラス母材５１の外周に形成されたスス体）に含浸させた。その後、さらに容器内温度を１４００℃〜１６００℃（好ましくは１４５０℃〜１５５０℃）まで上げて第１複合母材５２を焼結することにより中間母材５３が得られる。
【００６０】
なお、フッ素添加量の調整は供給されるフッ素系ガスの濃度を調整することにより行う。また、フッ素を第１多孔質ガラス体に含浸させる処理と焼結処理とでフッ素系ガスの濃度を適宜調節することにより所望のフッ素添加濃度への調節も可能である。
【００６１】
次に行われる第５工程は、外側クラッド４０となるべき第２多孔質ガラス体を、第４工程で得られた中間母材５３の外周に形成し、第２複合母材５４を得る工程である。
【００６２】
この第５工程では、先に説明した第３工程と同様に、まず、第４工程で得られた中間母材５３が図４に示された延伸装置により所望の仕上り外径に延伸される。その後、図５に示されたように、該延伸された中間母材５３の外周に第２多孔質ガラス体を形成させることにより（バーナ９００の火炎中では、ガス供給システム６００から供給された原料ガスの加水分解反応によりガラス微粒子が生成され、これらガラス微粒子が延伸された中間母材５３の外周に堆積していく）、第２複合母材５４が得られる。
【００６３】
なお、この第５工程において、バーナー９００に供給される原料ガスは、得られる光ファイバの内側クラッド３０と外側クラッド４０との外径比（ｄ／ｃ）が、最終的に得られる光ファイバの外径を１２５μｍにした際（第７工程の線引後）に所望の特性になるよう調整されている。
【００６４】
続く第６工程でも、上述した第４工程と同様に、フッ素原料を含む雰囲気中で第５工程で得られた第２複合母材５４を焼結し、最終的に光ファイバ母材５５を得る（図７参照）。
【００６５】
なお、上述の第５工程で得られた第２複合母材５４に対しては、必ずしも図６に示された脱水処理を行う必要はなく、適宜省略してもよい。
【００６６】
ただし、この実施例では、上述したように多孔質母材５０、第１複合母材５２に対しては塩素ガスを利用して脱水処理が施されているため、必然的に最終的に得られる光ファイバ１の内側コア１０、外側コア２０、及び内側クラッド３０には塩素が含まれることとなる。この場合、内側クラッド３０における塩素含有量は、内側及び外側コア１０、２０における塩素含有量よりも少ないことが好ましい。塩素は屈折率を上げる添加物と知れらており、コア領域（内側及び外側コア１０、２０を含む）に塩素を添加することにより、当該光ファイバの屈折率プロファイルの形状を変えることなくクラッド領域（内側及び外側クラッド３０、４０を含む）に添加されるフッ素の添加量を低減させることが可能となるからである。
【００６７】
以上のように、クラッド領域へのフッ素添加量を低減できることから、上記第６工程におけるフッ素原料を含む雰囲気中での第２複合母材の焼結処理（図７に示されたようなフッ素添加処理）に代え、第５工程において、第４工程で得られた中間母材の外周に、フッ素系ガスが供給される（ガス供給システム６００からバーナ９００へ供給される）ことにより、所定濃度のフッ素を含む第２多孔質ガラス体を堆積させ、第２複合母材を得ることも可能となる。
【００６８】
ただし、上述のガラス体堆積時にフッ素を添加する処理には、以下の理由によりフッ素添加量には限界がある。すなわち、最初に形成されたガラス微粒子の堆積部分（第２多孔質ガラス体の一部）のフッ素濃度は、ガラス微粒子の堆積工程の終期に形成されたガラス微粒子の堆積部のフッ素濃度よりも高くなる。このため、該第２多孔質ガラス母材５２から最終的に得られる光ファイバ１は、その長手方向に沿って径方向の屈折率分布を均一にすることができない。この現象は、添加されるフッ素の添加量が多くなるほど顕著となり、フッ素が添加されたガラス領域の純石英ガラスに対する比屈折率差が０．２％を越えるフッ素添加には、当該代替処理は適さないことを意味する。
【００６９】
従って、この発明のようにクラッド領域のフッ素添加量を低減することができる場合には、特に、外側クラッド４０となるべき第２多孔質ガラス体へのフッ素添加を、焼結処理とともに行う代りに該第２多孔質ガラス体形成時に同時に行うことが可能となる。なお、この場合、第６工程では第５工程で得られた第２複合母材の焼結のみが行われるので、焼結時間の短縮が可能となり生産性の大幅な向上が期待できる。
【００７０】
以上のように製造された光ファイバ母材５５は、図８に示されたように、当該光ファイバ１の内側コア１０となるべき内側コアガラス１００と、外側コア２０となるべき外側コアガラス２００と、内側クラッド３０となるべき内側クラッドガラスと、そして、外側クラッド４０となるべき外側外側クラッドガラスを備えている。
【００７１】
第７工程では、ヒータ９５０により、以上のような構造を備えた光ファイバ母材５５の一端を加熱しながら該光ファイバ母材５５を線引することにより、図１に示された外径１２５μｍの光ファイバ１を得る。
【００７２】
以上説明された製造方法では、各工程が、最終的に得られる光ファイバ１の外側コア２０の外径ｂが、第７工程における線引後に２５μｍ以上（好ましくは２８μｍ以上）になるよう調節されている。この外側コア２０の外径ｂの数値は、伝送される信号光のパワーの広がりが影響しない領域までガラス合成する際の界面（例えば、コアガラス母材５１の外周面）が近寄らないようにするためである。コアガラス母材５１（ガラスロッド）の外周に多孔質ガラス体をガラス合成する場合には、該ガラス体を形成（ガラス合成）するための火炎で該母材の外周面が加熱されるため、該コアガラス母材５１の表層にはＯＨ基が侵入しやすくなる。このため、最終的に得られる光ファイバ１におけるＯＨ吸収の影響を緩和することが重要である。
【００７３】
発明者らは、実験により外側コア２０の外径ｂが２５μｍ、３０μｍ、３３μｍの各光ファイバについて、そのＯＨ吸収のピークが、それぞれ０．３ｄＢ／ｋｍ、０．８ｄＢ／ｋｍ、１．３ｄＢ／ｋｍとなることを確認した。なお、外側コア２０の外径ｂの上限値は、１．５５μｍ波長帯にその零分散波長を設定できる設計に従って決まってくるが、発明者らは、４０μｍ以下、多くの場合は２５μｍ〜３５μｍの範囲内で所望のファイバ特性が得られることを確認した。
【００７４】
なお、上述の製造方法により得られた光ファイバ１の特性を以下に示す。
【００７５】
（組成）
内側コア：ＳｉＯ₂＋ＧｅＯ₂＋Ｃｌ
外側コア：ＳｉＯ₂＋Ｃｌ
内側クラッド：ＳｉＯ₂＋Ｆ＋Ｃｌ
外側クラッド：ＳｉＯ₂＋Ｆ＋Ｃｌ
（屈折率プロファイル）
Δｎ_a＝（ｎ₁−ｎ₂）／ｎ₂：０．８５％
Δｎ_b＝（ｎ₃−ｎ₂）／ｎ₂：−０．２５％
Δｎ_c＝（ｎ₄−ｎ₂）／ｎ₂：−０．１％
なお、Δｎ_aは外側コア２０に対する内側コア１０の比屈折率差、Δｎ_bは外側コア２０に対する内側クラッド３０の比屈折率差、そして、Δｎ_cは外側コア２０に対する外側クラッド４０の比屈折率差である。
【００７６】
（ディメンジョン）
内側コアの外径ａに対する外側コアの外径ｂの比（ｂ／ａ）：１０
外側コアも外径ｂに対する内側クラッドの外径ｃの比（ｃ／ｂ）：２
内側クラッドの外径ｃに対する外側クラッドの外径ｄの比（ｄ／ｃ）：２．１
なお、ｂ／ａは内側コアの外径ａに対する外側コアの外径ｂの比、ｃ／ｂは外側コアも外径ｂに対する内側クラッドの外径ｃの比、そして、ｄ／ｃは内側クラッドの外径ｃに対する外側クラッドの外径ｄの比である。また、この時の外側コア２０の外径は２９μｍであった。
【００７７】
得られた光ファイバ１のＭＦＤは９．８μｍ、２ｍの基準長でのカットオフ波長は１．６８μｍ、零分散波長は１．５８μｍであった。
【００７８】
なお、１．５５μｍ波長帯の光伝送用に選択される分散シフトファイバのカットオフ波長としては、通常、２ｍの基準長（ＣＣＩＴＴ−Ｇ．６５３による測定法）で信号光波長よりも短い１．５５μｍ以下が選択される。
【００７９】
カットオフ波長の一般的な評価の基準である２ｍという短い長さでは、当該分散シフトファイバは、伝送光の基底モードばかりではなく高次モードも伝搬することになる。本願のカットオフ波長は信号光波長（１．５５μｍ）よりも長いが、高次モードの光は基底モードの光と比べて分散シフトファイバ中の伝搬における減衰率が高いので、数ｋｍの伝搬長であれば基底モードに比べて充分に小さくなる。したがって、海底通信ケーブルのように伝搬距離が数百から数千ｋｍに及ぶ場合には、高次モードによる問題が生じることはない。
【００８０】
また、この実施例の製造方法では、コアガラス母材５１の外周にそのまま多孔質ガラス体（第１多孔質ガラス体）を形成しているるが、発明者らは、得られた光ファイバ１について、ＯＨ吸収の影響を示す１．３８μｍの光に対する吸収ピークの大きさΔα_1.38が０．８ｄＢ／ｋｍと比較的小さく、信号光波長帯への影響が小さいことも確認した。
【００８１】
さらに、発明者らは、上述の製造方法により得られた光ファイバ１の伝送損失が、１．５５μｍの光に対して０．２２ｄＢ／ｋｍと良好なものであることも確認した。
【００８２】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、外側コアの外径が２５μｍ〜４０μｍとより大きく設定された、Depressed cladding 型プロファイルを有する分散シフトファイバであるため、より大きなＭＦＤを実現できるという効果がある。
【００８３】
また、このように外側コアの外径を大きく設定することにより、母材製造において、繰り返しＶＡＤ法、ＯＶＤ法等の気相合成法を利用すること（特に、第１及び第２多孔質ガラス体の形成）が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る光ファイバの断面構造及びその屈折率プロファイルを示す図である。
【図２】ＶＡＤ法による光ファイバの製造方法の一部（第１及び第２工程）を説明するための図であり、（ａ）は第１工程における多孔質母材の製造を説明するための図、（ｂ）は多孔質母材の脱水処理を説明するための図、そして、（ｃ）は第２工程における多孔質母材の焼結処理を説明するための図である。
【図３】ＯＶＤ法による光ファイバの製造方法の一部（第１及び第２工程）を説明するための図であり、（ａ）は第１工程における多孔質母材の製造を説明するための図、（ｂ）は多孔質母材の脱水処理を説明するための図、そして、（ｃ）は第２工程における多孔質母材の焼結処理を説明するための図である。
【図４】この発明に係る光ファイバの製造方法における第３及び第５工程の母材延伸処理を説明するための図である。
【図５】この発明に係る光ファイバの製造方法における第３及び第５工程の複合母材製造を説明するための図である。
【図６】この発明に係る光ファイバの製造方法における第４及び第６工程に先立って行われる脱水処理を説明するための図である。
【図７】この発明に係る光ファイバの製造方法における第４及び第６工程の母材焼結処理を説明するための図である。
【図８】この発明に係る光ファイバの製造方法における第７工程の線引処理を説明するための図である。
【符号の説明】
１…分散シフトファイバ、１０…第１コア（内側コア）、２０…第２コア（外側コア）、３０…第１クラッド（内側クラッド）、４０…第２クラッド（外側クラッド）、５０…多孔質母材、５１…コアガラス母材、５２…第１複合母材、５３…中間母材、５４…第２複合母材、５５…光ファイバ母材。

Claims

石英ガラスを主成分とする光ファイバであって、
第１の屈折率ｎ_１を有する第１コアと、
前記第１コアの外周に設けられた領域であって、前記第１の屈折率ｎ_１よりも低い第２の屈折率ｎ_２を有するとともに、その外径が２５μｍ以上かつ４０μｍ以下である第２コアと、
前記第２コアの外周に設けられかつ前記第２の屈折率ｎ_２よりも低い第３の屈折率ｎ_３を有する第１クラッドと、そして、
前記第１クラッドの外周に設けられ、前記第３の屈折率ｎ_３よりも高くかつ前記第２の屈折率ｎ_２よりも低い第４の屈折率ｎ_４を有する第２クラッドとを備えた光ファイバ。
前記第１コアは少なくともゲルマニウムを含むガラス領域であり、前記第２コアは実質的にゲルマニウムを含まないガラス領域であり、前記第１クラッドは少なくともフッ素を含むガラス領域であり、そして、前記第２クラッドは少なくともフッ素を含むガラス領域であることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
前記第１コア、第２コア、及び第１クラッドには、いずれも塩素が含まれていることを特徴とする請求項１又は２記載の光ファイバ。
前記第２クラッドには塩素が含まれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の光ファイバ。
前記第１クラッドにおける塩素含有量は、前記第１及び第２コアにおける塩素含有量よりも少ないことを特徴とする請求項３記載の光ファイバ。
第１の屈折率ｎ_１を有する第１コアと、該第１のコアの外周に設けられかつ第２の屈折率ｎ_２（＜ｎ_１）を有する第２コアと、該第２コアの外周に設けられかつ第３の屈折率ｎ_３（＜ｎ_２）を有する第１クラッドと、該第クラッドの外周に設けられかつ第４の屈折率ｎ_４（＞ｎ_３）を有する第２クラッドとを備えた、石英ガラスを主成分とする光ファイバの製造方法であって、
気相合成法により、長手方向に沿ってその中央部分が前記第１コアとなり、該中央部分を取り囲む周辺部分が前記第２コアとなるべき多孔質母材を形成する第１工程と、
前記多孔質母材を焼結しコアガラス母材を得る第２工程と、
前記コアガラス母材を所望の外径に延伸した後、気相合成法により、該延伸されたコアガラス母材の外周に前記第１クラッドとなるべき第１多孔質ガラス体を堆積させ、第１複合母材を得る第３工程と、
前記第１複合母材を、フッ素原料を含む雰囲気中で焼結し中間母材を得る第４工程と、
前記中間母材を所望の外径に延伸した後、気相合成法により、該延伸された中間母材の外周に前記第２クラッドとなるべき第２多孔質ガラス体を堆積させ、第２複合母材を得る第５工程と、
前記第２複合母材を焼結し光ファイバ母材を得る第６工程と、そして、
線引後に得られる光ファイバの前記第２コアの外径が２５μｍ〜４０μｍの範囲に納まるよう、前記光ファイバ母材の一端を加熱しながら線引する第７工程とを備えた光ファイバの製造方法。
前記第１工程で得られた多孔質母材を、前記第２工程に先立ってハロゲンガスを含む雰囲気中で加熱処理し、そして、
前記第３工程で得られた第１複合母材を、前記第４工程に先立ってハロゲンガスを含む雰囲気中で加熱処理することを特徴とする請求項６記載の光ファイバの製造方法。
前記第５工程で得られた第２複合母材を、前記第６工程に先立ってハロゲンガスを含む雰囲気中で加熱処理することを特徴とする請求項６又は７記載の光ファイバの製造方法。
前記ハロゲンガスは、ＳｉＣｌ_４であることを特徴とする請求項７又は８記載の光ファイバの製造方法。
前記第６工程は、前記得られた第２複合母材を、フッ素原料を含む雰囲気中で焼結することを特徴とする請求項６〜９のいずれか一項記載の光ファイバの製造方法。
前記第５工程は、前記第４工程で得られた中間母材の外周に、フッ素系ガスを供給しながら前記第２多孔質ガラス体を堆積させることを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一項記載の光ファイバの製造方法。