JPH01208337A - 光フアイバ用母材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は長距離・低損失・大容量な光ファイバ伝送系と
して用いるのに最適な石英系であり広い波長域に亘り波
長分散が低く、しかも低損失な広波長域低分散光ファイ
バ用母材の製造方法だ関するものである。

〔従来の技術］ 広波長域低分散光ファイバとは、ある波長域例えば１．
３〜１．６μｍ１ｌｃわたって低分散であることから、
この範囲内の複数の波長の光を同時に（波長多重方式）
、しかも大量に伝送することのできる光ファイバである
。ここで低分散とは光による信号伝送容量上問題のない
とされる±６ｐ８　／　Ｋｍ／ｎｍ以下の分散をいう。

このような広波長域低分散光ファイバとして第１図に示
すようなＷ型屈折率分布構造のものが提案されている。

同図において横軸は径方向長さ、縦軸は屈折率を示し、
１はコア、２は第１クラッド、６は第２クワツドであシ
、コア。

第２クラッド、第１クラッドの順だ屈折率が小さく々る
構造である。このようなＷ型屈折率分布構造を形成でき
るガラス材の組合せとしては、コア／第１クラッド／第
２クラッドが純粋石英（純粋５１ｏ２）／フッ素添加石
英（ｐ−ｓｔｏ２）　／フッ素添加石英（Ｆ−ｓｔｏ２
）のＭｅせ、或いはＧｅＯ２添加石英（ＧθＯスーＳ　
ｉ０２　）　／　１’−５ｉ０２　／　Ｆ−Ｓ　ｉ０２
の組合せ、ＧｅＯ２−８ｉ○２７Ｆ−＋５１ｏ２／純粋
Ｓ１０：の組合せ等が挙げられる。特に好ましくは第２
クラッド材として純粋５１０２を用いた構造で、第１ク
ラッド材が純粋５１０２　よシ低屈折率の例えばＦ−８
ｉ０２．コアが純粋５１０２より高屈折率の例えばＧｅ
Ｏ２−８１０２からなるものである。

また広い波長域で波長分散を低くするためには、ファイ
バのプロファイル、すなわち屈折率差、コア、第１クラ
ッド、第２クラッドの径比等を設計通）に正確に実現す
ることが不可欠であり、特にコアと第１クラッドの径比
は重要で、波長１，３〜１．６μｍの範囲で分散を±３
ｐａ／ｎｍ　／　Ｋｍ以下とするには、コア径／第１ク
ラッド径の径比を設計値に対し±０．０３の精度で製造
する必要があることが判ってきた。ところで、光ファイ
バ用母材の製造方法の一つとしてＶＡＤ法（気相軸付法
）はよく知られた方法であり、低損失な光ファイバ用母
材を得られる、生産性が非常に高い、−本のバーナーに
よってＧｅＯ２を添加したガラス体を製造するときにそ
の屈折率分布の制御性に優れる、等の多くの利点を持っ
ている。

このＶＡＤ法による広波長域、低分散光ファイバ用母材
の製造方法として、従来、１本のコア合成用バーナーと
、複数本のクラッド合成用バーナーを用いてコア部スー
ト体の外周だクラッド部スート体を形成してゆき、コア
部及びクラッド部からなるスート体を作製し、該スート
体を加熱して脱水・透明化し、コア部及びクラッド部か
らなる透明ガラス母材を作製する方法が知られている（
特開昭６２−１１６９０２号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来法のようにＶＡＤ法により複数
のバーナを用いて、複数の屈折率分布を得ることはかな
り困難であった。例えば、第１図に示すＷ型屈折率分布
を得ようとしても、コアと第１クラッド、第１クヲツド
と第２クラッドとの境界が階段状にならず、裾を引く為
に設計指示通りに正確にコア径／第１クラッド径比など
を得ることが非常に困雛であった。前記のように、広波
長域・低分散を実現するためには、特だその屈折率分布
を設計通りに正確に実現する必要があるので、この難点
の早急な解消が望まれているのが現状である。

本発明の目的は、上述した従来法の欠点を除去し、例え
ば１．３μｍ〜１．６μｍの広い波長域で低分散であり
、この波長域の少なくとも２つの波長で波長分散が零で
あり、かつ低損失なシングルモードファイバを製造しう
る光ファイバ用母材の改良された製造方法を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記従来法のように複数バーナを用いてコア部
スート体とクツラド部スート体を同時に作製してゆく方
法にかえて、コア部、第１クラッド部、第２クツツド部
をそれぞれ別個に従来公知のＶＡＤ法によりスート体を
作製しこれを透明化する方法で用意しておき、次だガラ
スロツドとガラスパイプを加熱一体化する、いわゆるロ
ッドインチューブ法を利用してコア。

第１クヲツド、第２クラッドからなる第１図の屈折率分
布構造を設計値通りに実現する方法であり、詳しくはコ
ア用ロッドと第１クラッド用パイプを従来公知のロッド
インチューブ法で一体化しておき、第１クヲツド用材の
外周部を穿孔又は研削により除去し、エツチングして、
コア径と第１クラッド径比を精密に調製して所定値とす
るのである。また第１クラッド材と第２クラッド用パイ
プは加熱溶着後その倍率（第２クラッド外径／第１クラ
ッド外径）が３〜６倍となるように第２回目のロッドイ
ンチューブ法を実施することにより、その目的を達成で
きるものである。

すなわち本発明は、コア用ガラス材を、パイプ状で該コ
ア用ガラス材の屈折率より低い屈折率を有する第１クラ
ッド用ガラス材に挿入して加熱溶着するとと知よりガラ
ス棒とした後、該ガラス棒の第１クラッド用ガラス材部
分の外周部を除去することによりコア径と第１クヲツド
外径との比を所定値とした第１クヲツド母材を得て、次
に該第１クラッド母材をパイプ状でその屈折率が前記コ
ア用ガラス材のそれより低くかつ前記第１クラッド用ガ
ラス材のそれより高い第２クラッド用ガラス材に挿入し
て加熱溶着により一体化して第２クラッド外径／第１ク
ラッド外径（比）が３〜６倍である第２クラッド母材と
する工程を有すること尾よりＷ型屈折率分布を有し光伝
送に用いる波長域において低分散でかつ少なくとも２つ
の波長で波長分散が零である光ファイバ用母材を得るこ
とを特徴とする広波長域低分散光ファイバ用母材の製造
方法に関する。上記本発明における外周部の除去は研削
又はくり抜きとこれに続くエツチング処理により行なう
ことが特に好ましい。

本発明においてＷ型屈折率分布を実現するためのコア／
第１クラッド／第２クラッドのガラスの組み合せとして
は、例えば純粋石英／フッ素添加石英／フッ素添加石英
の組合せ、ＧａＯ２添加石英／フッ素添加石英／フッ素
添加石英の組合せ、Ｇｅ０１　添加石英／フッ素添加石
英／純粋石英の組合せ等が挙げられるが、コアの屈折率
が最も高く、第１クラッドの屈折率が最も低く、第２ク
ラッドのそれが両者の中間となるような組合せであれば
よく、以上の例示に限定されるところはない。また、前
記のように、コア側からＧｅ０１添加石英／フッ素添加
石英／純粋石英である組合せは、本発明においても特に
好ましいものである。

以下に本発明の光ファイバ母材の製造方法を具体的に説
明するが、各部分材用のガラスロッド、ガラスパイプの
製造は例えば％’ＡＤ法等の従来公知の技術によればよ
く、次の説明の方法に限定されるものではない。

■　コア用ガラス材の作製 従来のＶＡＤ法を用いて、屈折率を上げるべ（Ｇｅｏ２
を含有する５１０２からなるスート体を形成し、該スー
ト体を加熱脱水処理、及び焼結することによシ、コア用
透明ガラス材を得る。スート合成用バーナに供給する原
料ガスとしては、例えばＳ　ｉ　Ｃ１４とＧｅａｔ−を
、燃焼ガスとしてはＨ！を、助燃ガスとしては例えば０
□を用いる。ＧｅＯ２の添加量はコアと第１クラッドの
屈折率比によシ決定するが、例えば５．７〜１７．０重
量％程度の範囲である。得られたＧｅ０２−８１０２ス
一ト体は例えば塩素又は塩素化合物ガスと不活性ガスと
からなる雰囲気下約１０００℃に保持することにより脱
水し、続いて不活性ガス雰囲気下１６００〜１７００℃
に加熱して焼結してＧｅ０ｌ−８１’０１ガラスからな
るコア用透明ガラス体を得、これを好ましくは電気抵抗
炉等の水素原子を含まない雰囲気中で加熱軟化させ、所
定径に延伸され九ロッド状のコア用１９７体を得る。

■　パイプ状第１クラッド用ガラス材の作製ＶＡＤ法で
純粋Ｓ１０！からなるスート体を作製し、該スート体を
Ｓ　ｉ　ｐ４　等のフッ素及び塩素系ガスを含む不活性
ガフ雰囲気下、約１１００〜１２００℃で加熱して該ス
ート体を脱水すると共にフッ素添加し、次に約１６００
℃といったより高温に加熱して透明化し、Ｆ−８ｉ０２
からなる第１クラッド用ガラス体を得る。この時のフッ
素添加量はコアとの屈折率差に応じ決定される。該ガラ
ス体の中央に穿孔機等により穴を明けてパイプ状とし、
必要に応じて延伸した後に、ＳＦ６等のフッ素化合物ガ
スを流しつつ該パイプの外部より加熱することによシバ
イブ内表面をエツチングして平滑化し、Ｆ−８ｉＯ２か
ら々るパイプ状第１クラッド用ガラス材を得る。

■　コア用ガラス材とパイプ状第１クヲツド用ガラス材
の加熱・溶着 上記■で得たコア用ガラス材を、■で得たパイプ状第１
クラッド用ガラス材に挿入して公知技術により両者を加
熱・溶着するが、溶着できた時点でのコア径に対する第
１クラッド用ガラス材の外径の比（倍率という）が好ま
しくは３倍以上となるように加熱溶着する。

３倍より小で溶着する場合には、第１クラッド用材の肉
厚が薄いために１スアの近傍にＯＨ基やその他の不純物
が侵入し易く、低損失化の防げとなり好ましくない。倍
率上限は６倍前後がコア径の変動による倍率への影響が
小さく好ましいが、外周除去を行なうのでとの°点は厳
密で危くてもよい。

■　コア径／第１クラッド外径（比）の調整（第１クラ
ッド母材の作製） 前記■で得られたコア材と第１クラッド用材からなるガ
ラス棒の外周部分を除去し、設計値のコア径／第１クラ
ッド外径となるようにする。具体的手段としては該ガラ
ス棒の中央部を穿孔機によりくり抜く、又は外周を研削
することによる。次に得られ九ロッド材を弗酸溶液等に
浸してより精密に所定の径比を実現するようエツチング
する。これは外周の機械的除去によりロッド材表面が粗
くなり、次工程での第２クラッド用パイプとの加熱−体
化後も界面が不均一でロス増を招くのを予防すると共に
、この除去工程により汚染されたロッド材表面を取り除
くためである。ただし、高濃度の弗酸で長時間にわたり
分厚くエツチングすると、ロッド材表面が不均一に削）
取られ逆効果となる。そこで、５〜２０％の弗酸溶液を
用いて、［Ｌ１〜１１１１１程度モツチングすることが
最も適当であることが判った。

以上により第１クラッド母材が得られる。

■　第２クラッド層の形成 ＶＡＤ法を用いて純８１０．からなるヌード体を形成し
、前記■と同様にガラス、化して、得られたガラス材を
加工しパイプ状の第２クヲ、ラド用材を得る。該第２ク
ラッド用ガラス材に前記し■で得た第１クラッド用母材
を挿入し、前記■と同様にして加熱・溶着するが、この
とき溶着後の第２クラッド外径／第１クラッド外径（比
）、すなわち倍率が３〜６倍の範囲内と々るようにする
。３倍以上とする理由は前記と同様であり、６倍を越え
る倍率ではコア径の変動が倍率だ大きく影響して、分散
、カットオフ波長に悪影曽を及ぼすため好ましくないか
らである。また、設計値が６倍以上を要求する場合には
、３〜６倍内で第２クラッド部を形成した後、さらに第
２クラッド部分をＶＡＤ法によるスート付は又はロッド
インチューブ法等で増径すればよい、。

以上の工程によ）、第１図に示したＷ型屈折率分布を精
密に実現した光ファイバ用母材を作製することができる
。さらに本発明による母材を線引きすることにより、広
波長域、低分散シングルモードファイバが得られること
ができた。なお、コアがＧｅ０１添加石英、第１クラッ
ドが？添加石英、第２クラッドが純粋石英の例で説明し
たが、この組合せに限定されるものではないことは、す
で疋説明のとおりである。

〔作用〕

本発明は、コア材、第１クラッド材、第２クラッド材の
各部分はＶＡｐ法により高品質なものを製造してゆき、
次にこれらを順次ロッドインチューブ法で加熱溶着して
一体化するもので、特にコア材と第１クラッド材は一体
化した後、その外周を研削し、エツチングすることで非
常に精密に第１クツツド外径／コア径比（倍率）を設計
どおシに実現しうる。第２クラッド層形成も同様であ）
、シかもロッドインチューブ倍率を３倍以上又は６〜６
倍の範囲とすることで、コア径の変動による設計倍率へ
の影響を小さくすることができる。

これはコア径をｄ１外径をＤとするとき倍率はＤ／（ｌ
で表される。コアにΔｄの変動があると−き倍率Ｄ／　
６＋Δｄは、Ｄが大である程下記（１）式のように大き
く変動するからである。

そして本発明者らの検討により、波長１．３μｍ〜１．
６μｍの範囲で分散を±３ｐｓ／ｎｍ／Ｋｍとするには
、コア径と第１クラッド径の比を±１０３以下の精度で
実現する必要があり、このためには上記ロッドインチュ
ーブでの倍率が３〜６倍の範囲内であることが必要であ
るとの結論を得たのである。

〔実施例〕

実施例１ 本発明により第２図（Ｎに示す構造の広波長域低分散光
ファイバ用母材を作製した。Ｇｅ０ｌ−８１０２（Δ１
＝α５９チ）からなり、外径五３Ｔｍφのコア用ロッド
を、Ｆ−５ｉ０２　（Δ−＝α３９％）からなり外径１
＆１＋ｍφ、内径４ｙｍφの第１クラッド用パイプ内に
挿入して外部から加熱し溶着一体化した。この時の倍率
は５．５倍である。得られたガラス体を穿孔機を用いて
中央部をくりぬキ１０％弗酸溶液中でエツチングして外
径から５．８隠φの第１クラッド母材を得た。該母材の
コア径／第１クラッド径＝１５７である。次に該第１ク
ラッド母材を外径２５＋ｍφ、内径ａ１■φの純粋５１
０２からなる第２クラッド用パイプと加熱・溶着一体化
させて外径２４．４＋ｍφのガラス母材を得た。

この時の倍率は４．２倍である。さらに得られたガラス
母材を外径１７．８ｍφに延伸した後、ＶＡＤ装置を用
いてこのガラス母材外周に純粋５１０２からなるスート
材を堆積させ、前記■と同様の条件で脱水・焼結して外
径５５ｍφのガラス母材を得、このガラス母材を延伸し
て外径２５隠φでコア径１．４４騰φ、第１クヲツド径
２．５４騰φ　の第２図（ｊの構造の光ファイバ用母材
を得た。

次に、該光ファイバ用母材を線引きして外径１２５μｍ
の第２図（Ｂ）に示す構造の光ファイバを得た。なお、
第２図（〜、（Ｂ）において横軸は径方向長さであり、
縦軸は純石英に対する比屈折率差（Δｎ）である。この
光ファイバの伝送損失特性を第３図に示すが波長１．５
５μｍでα２４　ｄＢ／Ｋｍと低損失であることがわか
る。同図において横軸は波長（μｍ）、縦軸は伝送損失
（ａｎ／Ｋｍ）である。また該光ファイバの伝送損失特
性を横軸に波長（ｐｍ）、縦軸に分散（ｐ　ｓ／ｎ　ｍ
／Ｋｍ　）にとって第４図に実線で示すが、波長１．３
〜１．６μｍの範囲で±ｐ　ｓ　／　ｎｍ　／Ｋｍ以下
と非常に広い波長域で低分散であり、しかも２箇所で分
散が零であることが確認できた。さらにこの値は、第４
図に破線で示す、屈折率分布バフメータから理論的に算
出した波長分散特性理論値と非常によく一致することが
判シ、本発明の製造方法が設計時に要求した波長分散特
性を正確に実現できることが確認できた。

し発明の効果〕 従来、単なるＷＡＤ法では第１図のよりなＷ−型屈折率
分布を有する広波長域低損失光ファイバを得ることは困
難であった。本発明はコア部、第１クラッド部、第２ク
ラッド部をそれぞれ別個にＷＡＤ法等により作製してか
ら、設計通りの構造と表るようにコアＫまず第１クラッ
ド部を一体化し、さらに第２クラッド部を一体化するこ
とにより、所期の屈折率差、サイズのＷ型屈折率分布構
造光ファイバ用母材を得ることができるので、設計時に
予想される波長分散特性を正確に実現し、しかも伝送損
失特性も優れる広波長域低分散光ファイバを効率よく製
造できる優れた方法である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係わる広波長域低損失光ファイバの屈
折率分布を示す図、第２図乃至第４図は本発明の実施例
で製造された光ファイバ用母材とこれから得た広波長域
低分散光ファイバの構造と特性を示す図であって、第２
図（Ａ）は光ファイバ用母材のサイズと屈折率分布を示
す図、第２図（Ｂｌは光ファイバのサイズと屈折率分布
を示す図、第３図は光ファイバの伝送損失特性を示す図
、第４図は光ファイバの波長分散特性を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）コア用ガラス材を、パイプ状で該コア用ガラス材
   の屈折率より低い屈折率を有する第１クラッド用ガラス
   材に挿入して加熱溶着することによりガラス棒とした後
   、該ガラス棒の第１クラッド用ガラス材部分の外周部を
   除去することによりコア径と第１クラッド外径との比を
   所定値とした第１クラッド母材を得て、次に該第１クラ
   ッド母材をパイプ状でその屈折率が前記コア用ガラス材
   のそれより低くかつ前記第１クラッド用ガラス材のそれ
   より高い第２クラッド用ガラス材に挿入して加熱溶着に
   より一体化して第２クラッド外径／第１クラッド外径（
   比）が３〜６倍である第２クラッド母材とする工程を有
   することによりＷ型屈折率分布を有し光伝送に用いる波
   長域において低分散でかつ少なくとも２つの波長で波長
   分散が零である光ファイバ用母材を得ることを特徴とす
   る広波長域低分散光ファイバ用母材の製造方法。
2. （２）外周部の除去は研削又はくり抜きとこれに続くエ
   ッチング処理により行なうことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の光ファイバ用母材の製造方法。