JP3847269B2

JP3847269B2 - Optical fiber manufacturing method with excellent hydrogen resistance

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Publication number: JP3847269B2
Application number: JP2003110797A
Authority: JP
Inventors: 大井上
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-04-15
Filing date: 2003-04-15
Publication date: 2006-11-22
Anticipated expiration: 2023-04-15
Also published as: JP2004317750A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信分野で使用される低損失の光ファイバ、特には、耐水素特性に優れた光ファイバの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを使用した通信には、800〜900nm、又は1300〜1600nm波長域の赤外光が利用されている。しかしながら、光ファイバには、ＯＨ基に起因する吸収損失ピーク（以下、略してＷＰと称する）が存在するため、これまで1400nm付近の波長帯は、信号波長として使用されなかった。
【０００３】
近年、CWDM（波長分割多重）と呼ばれる通信技術が研究され、これに使用される光ファイバとして、ＷＰの極めて小さい光ファイバが注目され、開発されてきている。このＷＰは、光ファイバが水素含有雰囲気に曝された場合に増加することが知られている。従って、敷設された光ファイバが長期にわたって使用されることを考えると、敷設初期の段階のみならず、水素含有雰囲気に曝された後もＷＰが小さい状態を維持できる耐水素特性の高い光ファイバが必要とされる。
【０００４】
これまでに、耐水素特性の高い光ファイバの製造方法として、光ファイバを重水素含有雰囲気に曝して、ガラス中の欠陥部位にＳｉ‐ＯＤ結合を生じさせ、ＷＰによる吸収を通信に使用しない波長域にシフトさせる方法が開発されている（例えば、特許文献１乃至３参照）。
【０００５】
波長λでの光ファイバの損失痾は、一般的に次式で表される。
【数１】

上式において、Ａ：レーリー散乱係数、α_IM：構造不完全性損失、α_IR：赤外吸収損失、α_other：その他の吸収損失であり、α_otherにはＷＰなどの不純物などによる吸収損失ピークが含まれる。
【０００６】
光ファイバには、構造上の欠陥が含まれていることが多く、その代表的なものとして、Ｓｉ・（Ｅ'センター）、Ｓｉ‐Ｏ・（非架橋酸素ホールセンター、NBOHC）、Ｓｉ‐Ｏ‐Ｏ・（パーオキシラジカル）などがある。このうち、ＮＢＯＨＣが拡散してきた水素と結合してＯＨ基を形成し、ＷＰが増加するというのが、水素によるＷＰ増のメカニズムと考えられている。
【０００７】
一方、光ファイバの損失を測定すると、630nm付近に吸収ピークが生じることがある。一般的にはこのピークはＮＢＯＨＣに起因すると考えられている。この630nm付近の吸収ピークは、水素含有雰囲気に光ファイバを曝すと無くなることがすでに報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
水素が光ファイバ中に拡散されるときの630nmの吸収とＷＰの関係については、すでに報告がなされている（特許文献４参照）。しかし、630nm付近の吸収ピークの決定方法については言及しておらず、数式１におけるレーリー散乱係数が光ファイバごとに異なる可能性を考慮すると、ルーチンで行うには吸収ピークの決定方法が定められていないと、レーリー散乱係数の違いによっては、630nm付近の吸収ピークの大きさを見誤る可能性がある。また、特許文献４は、重水素含有雰囲気に曝した場合の630nm付近の吸収ピークの挙動については、何ら言及していない。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭６０‐９０８５２号公報（第１頁）
【特許文献２】
ＧＢ２１４９３９２Ａ（第１頁）
【特許文献３】
ＥＰ１１８２１７６Ａ１（第１頁）
【特許文献４】
特開平９−１３２４３０号公報（第１乃至４頁、図１乃至６）
【非特許文献１】
ＯＦＣ１９９９，ＰＤ２２−１（第２頁）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
光ファイバの耐水素特性を調べるには、国際規格ＩＥＣ 60793−2に規定された試験方法によればよい。この試験方法は、水素を１％含む室温・常圧の雰囲気中に光ファイバを、波長1240nmでの損失が0.03dB/km以上上昇するまで曝した後、14日間大気中に放置し、その後、ＷＰを測定して試験前の測定値と比較する、という方法である。
しかしながらこの方法は、1240nmでの損失が0.03dB/km以上上昇するのに、一般的な光ファイバで３日から７日程度を要する。その結果、１本の光ファイバを試験するのに、３週間程度を要していた。
【００１１】
しかもこの方法は、出荷する製品から１km以上をサンプリングして行う必要があり、試験に使用した光ファイバは、製品として出荷できず、試験後廃棄することになる。
以上の結果、製品の耐水素特性を確認する方法としてこの方法を使用すると、測定に長期間かかるだけでなく、廃棄物も大量に出てしまうという問題点があった。また、水素試験による確認を行わずに、重水素含有雰囲気中での曝露処理のみで済まそうとすると、重水素含有雰囲気に曝露する設備の不具合、あるいは操作ミスにより、重水素含有雰囲気への曝露が不十分なままで出荷されてしまうおそれがあった。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑み、重水素含有雰囲気中での曝露処理が十分になされ、耐水素特性を測定するために長期間を必要とせず、かつ製品ロスの少ない、耐水素特性に優れた光ファイバの製造方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、耐水素特性を高めるために重水素含有雰囲気に光ファイバを曝すと、波長630nmでの吸収ピークが消失することを見出し、これを耐水素特性の確認方法としたものである。
【００１４】
すなわち、耐水素特性に優れた光ファイバは、重水素含有雰囲気に曝した光ファイバであって、該光ファイバの実測した波長630nmにおける損失値と、損失が波長の４乗分の一に比例している波長領域900nm 〜 1200nmの損失から推定して得た630nmにおける損失値との差が、1.5dB/km以下まで減少したことを確認し、選別して得られる。
【００１５】
本発明の耐水素特性に優れた光ファイバの製造方法は、重水素含有雰囲気に光ファイバを曝した後、該光ファイバの損失が波長の４乗分の一に比例している波長領域900nm 〜 1200n mの損失から該光ファイバの630nmにおける損失を推定し、この推定した損失値と実測した630nmにおける損失値との差が1.5dB/km以下まで減少したことを確認し、選別することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の態様】
図１は、光ファイバを重水素含有雰囲気に曝す重水素試験の前後において、1200nmから1600nmの波長帯域での損失を測定したものであり、重水素試験後においても損失の増加は認められない。
他方、図２に示すように、重水素含有雰囲気に曝露していない光ファイバを、水素含有雰囲気に曝す水素試験を行うと、1400nm付近において顕著な損失の増加が認められる。
【００１７】
光ファイバの損失を構成する要素については、上記数式１で示したが、これらの要素のうち赤外吸収損失α_IRは、波長1600nm以上で顕著になる。従って、1600nmよりも短い波長帯域での損失は、その他の吸収損失α_otherが比較的大きな値となる吸収損失ピークを除けば、1/λ⁴でフィッティングさせることができる。
【００１８】
一般に使用される石英系の光ファイバでは、波長900nmから1200nmの波長帯域には、目立った吸収損失ピークは存在しないため、この波長帯域での損失を1/λ⁴でフィッティングさせた曲線と、実際に測定された損失を比較すると、吸収損失ピークの大きさを求めることができる。
【００１９】
例えば、図３に示すように、ＷＰの小さい光ファイバの波長帯域900nm〜1200nmの損失から、光ファイバのレーリー散乱係数Ａを考慮に入れて、波長900nmから600nmまでA/λ⁴でフィッティングさせて得た曲線（以下、フィッティング曲線と称する、破線で示す）と、実際に測定して得た損失曲線（実線）とを比較することで、ＮＢＯＨＣに起因すると考えられる630nmにおける吸収損失ピークの大きさを求めることができる。
【００２０】
本発明においては、重水素含有雰囲気に曝露した光ファイバの630nmでのフィッティング曲線の損失と、実際に測定して得た630nmに温度ける損失値との差が、1.5dB/km以下まで減少し、耐水素特性に優れていることを確認するものである。
【００２１】
図４は、ＷＰの小さい光ファイバを、重水素含有雰囲気に一定期間曝露した後に、実際に測定した損失曲線とフィッティング曲線とを比較するグラフであり、フィッティング曲線と実際に測定して得た損失曲線とは、極めて一致しており、曝露前には大きかった630nm付近の吸収ピーク（図３参照）が、曝露後にはほぼ消滅していることがわかる。
【００２２】
630nm付近の吸収ピークの消失は、重水素が水素と同様に光ファイバ中に拡散し、ＮＢＯＨＣと結合してＳｉ−ＯＤ基を形成したためと考えられる。しかしながらＳｉ−ＯＤ基は、Ｓｉ−ＯＨ基と異なる位置に吸収ピークを生じ、光ファイバの伝送に使用される波長帯に目立った吸収ピークを生じない。Ｓｉ−ＯＤ基は、Ｓｉ−ＯＨ基と同様に、通常使用される環境では安定した結合であり、水素がさらに光ファイバ中に拡散してきても、Ｓｉ−ＯＨ基となることはなく、効果的にＷＰの上昇を抑制することができる。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）
ＷＰの小さい光ファイバを製造し、損失スペクトルを測定したところ、630nmに6dB/kmという大きな吸収損失ピークが見られた。この光ファイバを重水素１％、窒素99%の雰囲気に曝し、室温で４日間放置した後に、再度、損失スペクトルを測定したところ、630nmにおける損失は、900nmから1200nmの波長帯域の損失をフィッティングしたフィッティング曲線上の630nmの値と比較して、僅かに0〜1.50dB/km大きいだけであった。
さらにこの光ファイバを水素含有雰囲気に曝した後に、ＩＥＣ 60793−２に規定された試験方法で試験したところ、1240nmでのＷＰの増加は皆無で、耐水素特性に優れていた。
【００２４】
（比較例１）
実施例１と同じ630nmでの損失が6dB/kmの光ファイバを、重水素0.5%、窒素99.5%の雰囲気に曝し、室温で４日間放置した後に、損失スペクトルを測定したところ、630nmにおける損失は、フィッティング曲線上の630nmの損失値と比較して2.000dB/km大きく、重水素処理が不充分であった。
この光ファイバを水素含有雰囲気に曝した後に、ＩＥＣ 60793−２に規定された試験方法で試験したところ、1240nmにおいてWPが0.08dB/km増加していた。
【００２５】
なお、重水素処理後に、実測した630nmでの損失が、フィッティング曲線から得た損失と比較して、1.50dB/km以下であれば、水素含有雰囲気に曝した後の光ファイバのＷＰの増加は0.05dB/km以下となり、実質的に問題のないレベルであった。
【００２６】
【発明の効果】
本発明により、水素含有雰囲気に光ファイバを曝すという、時間がかかり廃棄物が増加する試験方法によることなく、単に630nmでの損失スペクトルを測定するだけで、光ファイバの重水素雰囲気処理が十分に行われていることを、簡単な手段で確認し、選別することができる。
その結果、従来、複数のロットに１本の割合でしか行えなかった耐水素特性の確認試験を全数について実施することができ、信頼性が向上した。
【図面の簡単な説明】
【図１】光ファイバを重水素含有雰囲気に曝す重水素試験の前後において、1200nmから1600nmの波長帯域での損失を測定したグラフである。
【図２】重水素含有雰囲気に曝露していない光ファイバについて、水素含有雰囲気に曝す水素試験の前後において、1200nmから1600nmの波長帯域での損失を測定したグラフである。
【図３】ＷＰの小さい光ファイバを、重水素含有雰囲気への曝露前に、実際に測定した損失とフィッティング曲線とを比較するグラフである。
【図４】ＷＰの小さい光ファイバを、重水素含有雰囲気に一定期間曝露した後に、実際に測定した損失とフィッティング曲線とを比較するグラフである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a low-loss optical fiber used in the communication field, and more particularly to a method for manufacturing an optical fiber excellent in hydrogen resistance.
[0002]
[Prior art]
For communication using optical fibers, infrared light having a wavelength range of 800 to 900 nm or 1300 to 1600 nm is used. However, since an optical fiber has an absorption loss peak (hereinafter referred to as WP for short) due to OH groups, the wavelength band near 1400 nm has not been used as a signal wavelength until now.
[0003]
In recent years, a communication technique called CWDM (wavelength division multiplexing) has been studied, and an optical fiber having an extremely small WP has been attracting attention and developed as an optical fiber used for this. This WP is known to increase when the optical fiber is exposed to a hydrogen-containing atmosphere. Therefore, considering that the installed optical fiber is used over a long period of time, not only the initial stage of installation but also an optical fiber with high hydrogen resistance that can maintain a small WP after being exposed to a hydrogen-containing atmosphere. Needed.
[0004]
So far, as a method of manufacturing optical fibers with high hydrogen resistance characteristics, the optical fiber is exposed to a deuterium-containing atmosphere, Si-OD bonds are generated at the defective sites in the glass, and absorption by WP is not used for communication. A method of shifting to a region has been developed (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
[0005]
The loss 痾 of the optical fiber at the wavelength λ is generally expressed by the following equation.
[Expression 1]

In the above formula, A: Rayleigh scattering coefficient, α _IM : structural imperfection loss, α _IR : infrared absorption loss, α _other : other absorption loss, α _other is absorption loss peak due to impurities such as WP Is included.
[0006]
Optical fibers often contain structural defects, and typical ones include Si. (E 'center), Si-O. (Non-bridging oxygen hole center, NBOHC), Si-O. -O. (Peroxy radical). Among them, NBOHC is combined with hydrogen that has diffused to form OH groups and WP increases, which is considered to be a mechanism for increasing WP by hydrogen.
[0007]
On the other hand, when the loss of the optical fiber is measured, an absorption peak may occur near 630 nm. Generally, this peak is considered to be due to NBOHC. It has already been reported that the absorption peak near 630 nm disappears when the optical fiber is exposed to a hydrogen-containing atmosphere (for example, see Non-Patent Document 1).
[0008]
The relationship between the absorption at 630 nm and the WP when hydrogen is diffused in an optical fiber has already been reported (see Patent Document 4). However, the method for determining the absorption peak near 630 nm is not mentioned, and considering the possibility that the Rayleigh scattering coefficient in Equation 1 differs for each optical fiber, the method for determining the absorption peak is defined for routine execution. Otherwise, depending on the difference in the Rayleigh scattering coefficient, there is a possibility that the size of the absorption peak near 630 nm may be mistaken. Patent Document 4 does not mention anything about the behavior of an absorption peak near 630 nm when exposed to a deuterium-containing atmosphere.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 60-90852 A (first page)
[Patent Document 2]
GB2149392A (first page)
[Patent Document 3]
EP1182176A1 (first page)
[Patent Document 4]
JP-A-9-132430 (pages 1 to 4, FIGS. 1 to 6)
[Non-Patent Document 1]
OFC 1999, PD22-1 (2nd page)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In order to investigate the hydrogen resistance characteristics of the optical fiber, a test method defined in the international standard IEC 60793-2 may be used. In this test method, after exposing an optical fiber in a room temperature / atmospheric pressure atmosphere containing 1% hydrogen until the loss at a wavelength of 1240 nm rises by 0.03 dB / km or more, the optical fiber is left in the atmosphere for 14 days. In this method, WP is measured and compared with the measured value before the test.
However, this method requires about 3 to 7 days for a general optical fiber to increase the loss at 1240 nm by 0.03 dB / km or more. As a result, it took about three weeks to test one optical fiber.
[0011]
Moreover, this method needs to be performed by sampling 1 km or more from the product to be shipped, and the optical fiber used for the test cannot be shipped as a product and is discarded after the test.
As a result, when this method is used as a method for confirming the hydrogen resistance characteristic of a product, there is a problem that not only measurement takes a long time but also a large amount of waste is generated. In addition, if it is attempted to perform only the exposure treatment in the deuterium-containing atmosphere without confirming it by the hydrogen test, the exposure to the deuterium-containing atmosphere may be caused by a malfunction of the facility exposed to the deuterium-containing atmosphere or an operation error. However, there was a risk of being shipped with insufficient.
[0012]
In view of the above circumstances, the present invention is sufficiently exposed in a deuterium-containing atmosphere, does not require a long period of time to measure hydrogen resistance, and has excellent product resistance with little product loss. It aims at providing the manufacturing method of an optical fiber.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present invention finds that an absorption peak at a wavelength of 630 nm disappears when an optical fiber is exposed to a deuterium-containing atmosphere in order to enhance hydrogen resistance, and this is a method for confirming hydrogen resistance.
[0014]
In other words, an optical fiber with excellent hydrogen resistance is an optical fiber exposed to a deuterium-containing atmosphere, and the loss value at a wavelength of 630 nm measured for the optical fiber is proportional to the fourth power of the wavelength. The difference from the loss value at 630 nm obtained by estimating from the loss in the wavelength region of 900 nm to 1200 nm is confirmed to be reduced to 1.5 dB / km or less, and is obtained by selection .
[0015]
Method for producing a hydrogen resistance excellent optical fibers of the present invention, after exposing the optical fiber to deuterium-containing atmosphere, the wavelength region loss of the optical fiber is proportional to a fourth power portion of the wavelength 900 nm ~ The loss at 630 nm of the optical fiber is estimated from the loss of 1200 nm , and it is confirmed that the difference between the estimated loss value and the actually measured loss value at 630 nm has decreased to 1.5 dB / km or less, and is selected. It is said.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 shows the loss measured in the wavelength band from 1200 nm to 1600 nm before and after the deuterium test in which the optical fiber is exposed to a deuterium-containing atmosphere, and no increase in loss is observed even after the deuterium test.
On the other hand, as shown in FIG. 2, when an optical fiber not exposed to the deuterium-containing atmosphere is subjected to a hydrogen test in which the optical fiber is exposed to a hydrogen-containing atmosphere, a significant increase in loss is observed near 1400 nm.
[0017]
The elements constituting the loss of the optical fiber are shown in the above formula 1. Among these elements, the infrared absorption loss α _IR becomes remarkable at a wavelength of 1600 nm or more. Therefore, loss in a wavelength band shorter than 1600 nm can be fitted at 1 / λ ⁴ except for an absorption loss peak at which _other absorption loss α _other has a relatively large value.
[0018]
In a silica-based optical fiber that is generally used, there is no conspicuous absorption loss peak in the wavelength band from 900 nm to 1200 nm, so a curve obtained by fitting the loss in this wavelength band by 1 / λ ⁴ and actually If the measured loss is compared, the magnitude of the absorption loss peak can be obtained.
[0019]
For example, as shown in FIG. 3, from the loss in the wavelength band of 900 nm to 1200 nm of an optical fiber with a small WP, fitting with A / λ ⁴ from a wavelength of 900 nm to 600 nm in consideration of the Rayleigh scattering coefficient A of the optical fiber. The magnitude of the absorption loss peak at 630 nm, which is considered to be caused by NBOHC, by comparing the obtained curve (hereinafter referred to as a fitting curve, indicated by a broken line) and the loss curve obtained by actual measurement (solid line) Can be requested.
[0020]
In the present invention, the difference between the loss of the fitting curve at 630 nm of the optical fiber exposed to the deuterium-containing atmosphere and the loss value at the temperature of 630 nm actually measured is reduced to 1.5 dB / km or less. It is confirmed that the hydrogen resistance is excellent.
[0021]
FIG. 4 is a graph comparing an actually measured loss curve with a fitting curve after an optical fiber having a small WP is exposed to a deuterium-containing atmosphere for a certain period, and the loss obtained by actually measuring the fitting curve. The curve is very consistent, and it can be seen that the absorption peak around 630 nm (see FIG. 3), which was large before the exposure, almost disappeared after the exposure.
[0022]
The disappearance of the absorption peak at around 630 nm is considered to be due to deuterium diffusing into the optical fiber in the same manner as hydrogen and combining with NBOHC to form Si-OD groups. However, the Si-OD group generates an absorption peak at a position different from that of the Si-OH group, and does not generate a conspicuous absorption peak in the wavelength band used for transmission of the optical fiber. The Si-OD group, like the Si-OH group, is a stable bond in a normally used environment, and even if hydrogen diffuses further into the optical fiber, it does not become a Si-OH group and is effective. In addition, an increase in WP can be suppressed.
[0023]
【Example】
Example 1
When an optical fiber having a small WP was manufactured and the loss spectrum was measured, a large absorption loss peak of 6 dB / km was observed at 630 nm. When this optical fiber was exposed to an atmosphere of 1% deuterium and 99% nitrogen and left at room temperature for 4 days, the loss spectrum was measured again, and the loss at 630 nm was fitted with a loss in the wavelength band from 900 nm to 1200 nm. It was only 0 to 1.50 dB / km higher than the value of 630 nm on the fitting curve.
Furthermore, when this optical fiber was exposed to a hydrogen-containing atmosphere and tested by the test method specified in IEC 60793-2, there was no increase in WP at 1240 nm and the hydrogen resistance was excellent.
[0024]
(Comparative Example 1)
The optical fiber with a loss of 6 dB / km at 630 nm as in Example 1 was exposed to an atmosphere of 0.5% deuterium and 99.5% nitrogen and left at room temperature for 4 days. The loss spectrum was measured. Compared with the loss value of 630 nm on the fitting curve, it was 2.000 dB / km larger and the deuterium treatment was insufficient.
When this optical fiber was exposed to a hydrogen-containing atmosphere and tested by the test method defined in IEC 60793-2, WP increased by 0.08 dB / km at 1240 nm.
[0025]
If the measured loss at 630 nm after deuterium treatment is 1.50 dB / km or less compared to the loss obtained from the fitting curve, the increase in WP of the optical fiber after exposure to a hydrogen-containing atmosphere is The level was 0.05 dB / km or less, and there was no problem.
[0026]
【The invention's effect】
According to the present invention, the optical fiber is sufficiently exposed to a deuterium atmosphere by simply measuring the loss spectrum at 630 nm without using a time-consuming waste-increasing test method that exposes the optical fiber to a hydrogen-containing atmosphere. It is possible to confirm and sort out what is being done by simple means.
As a result, it was possible to carry out the confirmation test of the hydrogen resistance characteristic, which was conventionally performed only at a ratio of one for a plurality of lots, and the reliability was improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing loss measured in a wavelength band of 1200 nm to 1600 nm before and after a deuterium test in which an optical fiber is exposed to a deuterium-containing atmosphere.
FIG. 2 is a graph of loss measured in a wavelength band from 1200 nm to 1600 nm before and after a hydrogen test exposed to a hydrogen-containing atmosphere for an optical fiber not exposed to a deuterium-containing atmosphere.
FIG. 3 is a graph comparing an actually measured loss and a fitting curve of an optical fiber having a small WP before exposure to a deuterium-containing atmosphere.
FIG. 4 is a graph comparing a loss actually measured and a fitting curve after an optical fiber having a small WP is exposed to a deuterium-containing atmosphere for a certain period of time.

Claims

重水素含有雰囲気に光ファイバを曝した後、該光ファイバの損失が波長の４乗分の一に比例している波長領域900 〜 1200nmの損失から該光ファイバの630nmにおける損失を推定し、この推定した損失値と実測した630nmにおける損失値との差が1.5dB/km以下まで減少したことを確認し、選別することを特徴とする耐水素特性に優れた光ファイバの製造方法。After exposing the optical fiber to a deuterium-containing atmosphere, the loss at 630 nm of the optical fiber is estimated from the loss in the wavelength region 900 to 1200 nm where the loss of the optical fiber is proportional to one fourth of the wavelength. A method for producing an optical fiber having excellent hydrogen resistance characteristics, characterized by confirming that the difference between the estimated loss value and the actually measured loss value at 630 nm has decreased to 1.5 dB / km or less.