JPH0274534A

JPH0274534A - 高△ファイバ母材の作製方法

Info

Publication number: JPH0274534A
Application number: JP22776488A
Authority: JP
Inventors: Toshito Hosaka; 保坂　敏人; Shoichi Sudo; 昭一須藤
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1988-09-12
Filing date: 1988-09-12
Publication date: 1990-03-14
Anticipated expiration: 2013-04-08
Also published as: JP2739154B2

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】（発明の産業上利用分野）本発明は高Δファイバ母材の作製方法、さらに詳細には
、高効率なファイバラマンレーザ等非線形効果の大きな
ファイバ用母材および長波長域（波長２〜３μｍ）極低
損失ファイバ用母材の作製方法に関するものである。

（従来技術および問題点）従来の石英系ガラスファイバとしては、ＧｅＯ２ガラス
を２〜１０ｍｏｌ％添加した５ｉ０２ガラスをコア、純
シリカガラスをクラッドとするものがＭＣＶＤ法、ＶＡ
Ｄ法あるいはＰＣＶＤ法等により作製されてきた。純Ｇ
ｅＯ２ガラスのラマン散乱係数はＳ　ｉ　０２ガラスの
それより９，２倍大きいが、（Ｆ、Ｌ、　ｇａｌｅｅｎ
ｅｒ　ｅｔ、　ａｌ、、　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌ
ｅｔｔ、、　ｖｏｌ。

３２、　Ｐ、３４．１９１８．　）通常のファイバでは
、はとんど５ｉ０２ガラス材料に依存したラマン特性あ
るいは非線形効果が支配的であり、５ｉ０２ガラスはラ
マン散乱定数などの非線形効果は非常に小さい。

従って、通常のファイバを用いて誘導ラマン散乱光を発
生させるには、大きな光パワーをファイバに入射させる
か、あるいは１〜１０Ｋｍの長い低損失なファイバを用
いて、励起光と発生する誘導ラマン散乱光との相互作用
長を長くする必要かあった。

５ｉ０２ガラス系以外のＧｅ○２系ガラスファイバとし
ては、ＶＡＤ法により作製した純ＧｅＯ２ガラスをコア
、５ｉ０２添加ＧｅＯ２ガラスをクラッドとするファイ
バを用いて、通常のファイバより低い励起入射パワーで
誘導ラマン散乱光が発生することが示されている。（Ｋ
、　Ｎａｋａｍｕｒａ、　ｅｔ、　ａｌ、。

１２ｔｈ　Ｅｕｒｏｐｅａｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　
ｏｎ　０ｐｔｉｃａｌ　ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＥ
α）Ｃ’８６．　Ｉ＋−１４）　Ｌかし、コア径が２６
μｍと大きく、屈折率差も△＝０．５６％と小さいため
、半導体レーザのような低出力レーザでの誘導ラマン光
の発生は困難であり、他の非線形効率も本発明のファイ
バより小さいという欠点があった。半導体レーザのよう
Ｇ′−小型で使い騎手の良い比較的低出力レーザからの
誘導ラマン散乱光の発生あるいは高効率非線形効果（カ
ー効果等）の発生は、本発明が提供するような高効率な
コア材料の選択、コア径を小さくすることによる入射パ
ワー密度の増大およびファイバの低損失化が必要となる
。純ＧｅＯ２ガラスをコアとする高Δ微小コアファイバ
の作製方法としては、コア材料となるＧｅＯ２ガラスお
よびクラッド材料となるＰ２Ｏ５／５ｉ０２　（Ｂ２Ｏ
５を２０ｗｔ％添加）ガラスロットをそれぞれＶＡＤ法
によって作製し、クラッド材料の中心部に孔開けを行な
いパイプ状とした後、コアを挿入し、最外ノー（第２ク
ラツド）にパイレックス管を用いてロッドインチューブ
法によりコア径１．４μｍ、屈折率差Δ−８，２％のフ
ァイバを作製した例があるか、（Ｔ、　Ｈｏ５ａｋａ　
ｅｔ、　ａｌ、、　Ｅｌｃｃｌｒ。

ｎ、　Ｌｅｔｔ、、ｖｏｌ、２４．　ｎｏ、１３．　Ｐ
Ｐ、７７０−７７１．１’１８．　）ロッドインチュー
ブ法を使用しているため、ファイバか長さ方向に不均一
であり、低損失化が困難であるという欠点があった。

一方、ＧｅＯ２ガラスを主成分としたファイバを用いて
波長２０μｍ以上て極低損失化を狙ったファイバとして
は、コアに５ｂ２０３を添加したＧｅＯ２ガラスまたク
ラッドに純Ｇ　ｅ　Ｏ２ガラスを使用した多モードファ
イバで最低損失値が達成されており、第６図に示すよう
に波長２．０μｍで４ｄＢ／ｋｍの伝送損失が得られて
いる。

しかし、この値は第７図に示すように、理論的に予測さ
れる値（０，０６ｄＢ／ｋｍ　：波長λ２．５μｍ、（
Ｒ，０１ｓｈａｎｓｋｙ　ａｎｄ　Ｇ、Ｗ、　５ｃｈｅ
ｒｅｒ、　ＥＣ○Ｃ’７９．　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｄ
ｉｇｅｓｔ、　Ｐ、　１２．５−１．１９７９゜）より
はるかに大きい。これは、光ファイバ中を伝搬する光の
大部分が集中するコア材料が５ｂ２０３とＧｅＯ２ガラ
スの２成分であり、ガラスの密度ゆらぎ等が大きくなる
ことによる。

純ＧｅＯ２ガラスのみの場合でも５ｉ０２ガラスに比較
すると均一なガラスの作製が容易でないことを考慮する
と、５ｂ２０３のコアへの添加は低損失化を困難にする
という問題点があった。

本発明は上述の問題点に鑑みなされたものであり、これ
までのファイバが誘導ラマン散乱なとの非線形効果を生
じさせるうえで、大きな入射パワーおよび長尺なファイ
バが必要であった点を解決し、半導体レーザのような低
パワーあるいは短尺なファイバで誘導ラマン散乱に代表
される高効率非線形動作を生じるようなファイバ母材お
よび理論値にせまるような長波長域（波長２〜３μｍ）
極低損失ファイバ母材の作製方法を提供することにある
。

（問題点を解決するための手段）上記問題点を解決するため、本発明による高Δファイバ
母材の作製方法は、所定のガラス管を保持し、回転させ
て該ガラス管内に光ファイバ用ガラス原料ガスおよび酸
素を導入し、該ガラス管を外側あるいは内側から加熱す
ることによって酸化反応を生ぜしめ、該ガラス管内壁に
クラッドおよびコアとなる酸化物ガラスの層を堆積した
後、該ガラス管を中実化する光ファイバ用母材の作製方
法において、所定のガラス管としてＢ２Ｏ３を７〜１３
ｍｏ　１％添加したＳｉＯ２ガラス管を用い、クラッド
ガラスとして、上記ガラス管より等しいか低い屈折率を
有し、かつコアより低屈折率のガラスを堆積し、コアガ
ラスとしてＧｅＯ２系ガラスを堆積することを特徴とし
ている。

本発明は、大きな非線形光学効果を有するファイバ母材
および長波長域（波長２〜３μｍ）極低損失ファイバ母
材の作製方法を提供することを最も主要な特徴とする。

従来の技術とは、石英管に代わり８２０３を７〜１．３
ｍｏｌ％添加した５ｉ０２ガラス管を出発ガラス管とし
て用い、Ｂ２Ｏ３を上記ガラス管より多く添加した５ｉ
０２ガラスなどをクラッド材料、および純ＧｅＯ２ガラ
スなどをコア材料としてＭＣＶＤ法、ＰＣＶＤ法などに
より作製する点か異なる。従来の石英管を出発管として
用いた場、合には、中実化時に約１９００℃という高温
とな１、乞ため、コアとなるべき純ＧｅＯ２ガラスなど
が蒸発し、ファイバ母材を作製することができなかった
。また、出発管として、パイレックスガラス管、等の低
軟化点ガラス管を使用した場合、酸化反応開始前に出発
管が変形するために出発管内で、効率良く酸化反応を生
せしめることか難しいという問題点があった。本発明の
要旨は、Ｂ２Ｏ３を７〜１３ｍｏ　１％添加した５ｉ０
２ガラス管として使用することによって、効率の良い酸
化反応を可能とすると共に、中実化時のＧｅＯ２ガラス
の蒸発も防止できるＧｅＯ２ガラスコアファイバの製造
方法を実現した点にある。

本発明によれは、前述のようにクラッドおよびコアとな
る酸化物カラスを堆積させるガラス管として、Ｂ２０３
７〜ｌ　３ｍｏ　１％を添加した５ｉ０２ガラスを使用
している。出発ガラス管は、コアとなるＧｅＯ２ガラス
の堆積か可能な軟化温度を有するガラスを使用する必要
性から決定される。

出発ガラス管において５ｉ０２中の８２０３の含有址か
７ｍ０１％未満の場合には軟化温度が高すきるため中実
化時にＧｅ○２コアが蒸発してしまい、逆に１３ｍｏｌ
％を越える場合には軟化温度が低すぎるためにＧｅ○２
コアおよびクラッドの堆積時に出発カラス管の収縮か激
しずきるという問題が生じる。

このようなガラス管に堆積させるクラッドカラスとして
は、上記カラス管と等しいかあるいは低い屈折率を有し
、かつコアよりも低い屈折率を有するものであればいか
なるものでもよい。皿にはコアとなるＧ　ｅ　０２系ガ
ラスの蒸発温度未満の軟化点を有するものであるのがよ
い。このようなガラスとしては、たとえばＢ２Ｏ３を上
記ガラスより多く添加したＳｉＯ２ガラス、上記８２０
３を上記ガラスより多く添加したＳｉＯ２カラスにさら
にＰ２Ｏ５が添加されたガラスであって、前記ガラス管
より屈折率の小さなガラス、あるいは８２０３を上記ガ
ラスより多く添加したＳｉＯ２カラスまたは上記８２０
３を上記ガラスより多く添加したＳｔ○２ガラスにさら
にＰ２Ｏ５が添加されたガラスであって、前記ガラス管
より屈折率の小さなガラスのいずれかに、フッ素が微量
添加されたガラスなどを具体例としてあげることができ
る。

またコアガラスとして、本発明はＧｅＯ２系ガラスを使
用しているが、このＧｅＯ２系ガラスとしては、たとえ
ば純ＧｅＯ２ガラス、５ｉ０２ガラスが微量に添加され
たＧｅＯ２ガラスなどのガラスを例としてあげることこ
とができる。

（実施例１）第１図ζ、土本発明の第１の実施例を説明する図であっ
て、１は原料ガス供給部、２は接続用パイプ、３は８２
０３を約１０ｍｏｌ％添加したＳｉＯ２ガラス管（出発
ガラス管、１５φ×１２φ×１０００１００Ｏ，４はガ
ラス管支持部すなわちチャック、５は加熱源、６は管径
測定部、７は回転コネクタ、８はトラップ、９は電磁弁
、１０はノズル、ｌ】は排気量制御部である。前記原料
ガス供給部１には、５ｉＣ１４、ＧｅＣｌ４、ＰＣｌ３
、ＢＢｒ３の液体が各容器に入れられており、Ａｒガス
を液体中に供給することにより蒸発させて輸送する。ま
た、他に０２ガスおよびＳＦ６ガスが保管されており、
温度制御および流量制御が可能となっている。原料ガス
供給部ｌは接続用パイプ２を介して出発ガラス管３内に
気体を供給するようになっており、方、この出発ガラス
管３内を通過した気体はトラツブ８を介し、電磁弁９、
ノズル１０から排気されるようになっている。出発ガラ
ス管３はチャック４によって支持され、回転コネクタの
作用により回転可能になっている。加熱源５および管径
測定部６は相互に隣接して設けられ、共に出発ガラス管
３の長さ方向に対し、移動可能となっている。さらに、
排気量制御部】１は管径測定部６の信号を受け、電磁弁
９の開閉を制御する。

これを動作させるには、まずチャック４で支持された出
発ガラス管３を６０ｒｐｍ程度の回転数で回転させ、原
料ガス供給部１からは接続用パイプ２を介して０２ガス
５００ｃｃ／分のみを流す。

この状態で酸水素バーナなどの加熱源５によって出発ガ
ラス管３を約１１００°Ｃの温度で数回走査（約５〜Ｌ
ｏａｍ／分）加熱し、空焼きを行なう。

これはガラス管内壁を非常に滑らかにするためである。

出発カラス管３を軟化点以上に加熱すると、出発ガラス
管３は同心円状に収縮し、管径はより細くなる。この時
の管径を管軽測定部６で測定する。排気量制御部】】に
は予め下限管径が設定してあり、管軽測定部６て測定さ
れた出発カラス管３の管径がこの設定値より大きい場合
には電磁弁９は開放され、管内を流れる気体は抵抗なく
排気される。

一方、管径か設定値と比較して小さい場合には、排気量
制御部１１から電磁弁９に電源を供給することにより、
電磁弁９が閉じ、管内の気体の出口はノズル１０のわず
かの間隙のみとなる。原料ガス供給部１からは常時０２
ガスが供給されているため、管内の圧力は高まり、出発
カラス管３の加熱部分は収縮しようとする表面張力に打
ち勝ち膨張する。

この膨張した管径が設定値と一致するかあるいは大きく
なると、排気量制御部１１の指示によって電磁弁９が開
放され、管内の圧力は大気圧までＦがる。この動作を加
熱源５の移動と共に出発カラス管３の長手方向に行なう
ことにより、設定値にあうように整形することかできる
９次に前記原料ガス供給部１から５００ｃｃ／分の０２と
共にＡｒガスでバブリングされた１２℃、２００ｃｃ／
分の５ｉＣ１４，１２°Ｃ１２０ｃｃ／分（７）ＰＣｌ
３および１２°Ｃ１２００ｃｃ／分のＢＢｒ３を流し、
加熱源５によって原料ガスを約１２００℃に加熱し、酸
化反応を起こさせ、クラッドとなるＰ２Ｏ５／Ｂ２Ｏ３
／Ｓ　ｉ０２ガラス薄膜を出発管の内壁に堆積させる。

加熱源５を３００回程往復させることにより上記ガラス
薄膜を約１００μｍ堆積させる０次に１２°Ｃ５１００
ｃｃ／分のＧｅＣｌ４を５００ｃｃ／分の０２ガスと共
に流し、加熱源５によって約１１００’ｃに加熱し、酸
化反応を生じさせコアとなるＧｅＯ２ガラス薄膜を堆積
させる。すなわち、加熱源５を約１０回往復させること
によって約５μｍのＧｅＯ２ガラス薄膜をクラッドガラ
スの内側に堆積させる。最後に加熱源５を１〜２ｃｍ／
分の速度で移動させ、排気量制御部１１をオフにして約
１５００℃に加熱し、３回程度加熱源５を移動させるこ
とによって中実化を行ない中実な円柱母材（約９．２ｍ
ｍφＸ５００ｍｍＬ）を作製する。

作製された母材の両端は高温がら室温まで冷却されると
き、コア、クラッドおよび出発ガラス管の材料の違いに
よる線膨張係数の差に依存する応力の発生から母材に割
れが生じる部分である。従って、これを防ぐため第２図
に示すように引き伸ばしておく必要がある。第３図に作
製した母材の断面図、第４図に屈折率分布を示す、ｅ：
材のコア径は約０．５ｍｍである。また、コア、クラッ
ドおよび出発ガラス管の屈折率はそれぞれ１，６１．１
．４５２７および１．４５４　（波長λ−０，５８９３
μｍ）である。

なお、コアおよびクラッドの外径はそれぞれのガラスの
堆積量を変化させることにより、コア径２ｍｍ、クラツ
ド径３ｍｍとして多モードファイバ用母材とすることも
可能である。コア径の小さな単一モード用母材は高効率
非線形用に、またコア径の大きな多モード用母材は主と
して長波長域（波長λ＝２〜３μｍ）極低損失ファイバ
用に用いることが可能である。出発ガラス管は、コアと
なるＧｅＯ２ガラスの堆積が可能な軟化温度を有するガ
ラスを使用する必要性から決定される。出発ガラス管に
おいてＳｉＯ２中のＢ２Ｏ３の含有量が７ｍｏ　１％以
下の場合には軟化温度が高すぎるため中実化時にＧｅＯ
２コアが蒸発してしまい、逆に１３ｍｏｌ％以上の場合
には軟化温度が低すぎるためにＧｅＯ２コアおよびクラ
ッドの堆積時に出発ガラス管の収縮が激しすぎるという
問題が生じる。従って、ＧｅＯ２コアガラスファイバを
作製するためには出発管の軟化温度が重要であり、その
範囲を図示すると第５図のようになる。さらに、クラッ
ド用ガラスとしては本実施例のほかにＢ２Ｏ３／ＳｉＯ
２ガラスあるいはこれらのガラスにフッ素が添加された
ガラスを使用することもできる。また、コア用ガラスと
しても５ｉ０２ガラスか微量に添加されたＧｅＯ２ガラ
スを用いることも可能である。なお、本実施例第１図の
加熱源５は酸水素バーナを現しているが、Ｐ　ＣＶ　Ｄ
　（ＰｌａｓｒｎａＣＶ　Ｄ　）法では出発ガラス管内
を１．０−７Ｔｏｒｒに減圧し、加熱源５としてマイク
ロ波キャビティを用い、２．４５ＧＨｚのマイクロ波２
００〜１５００Ｗの出力で出発ガラス管を加熱し、発生
するプラズマにより管内面を重点的に加熱しなから上記
コアおよびクラッド薄膜を堆積することができる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明による高Δファイバ母材の
作製方法はＭＣＶＤ法にあるいはＰＣＶＤ法という閉管
系を用いているため、低損失化か可能となる利点がある
。

本作製方法による母材から単一モートファイバを作製し
た場合には屈折率差Δ−９，７７％、コア径１μｍの時
カットオフ波長＾ｃ＝０．９０７μｍ程度となり、同一
光源から従来の石英系単一モードファイバの約１００倍
のパワー密度を達成することができる。従って、ラマン
散乱に代表される非線形効果の増大に非常に有効である
。また、・低出力レーザと上記ファイバを組み合わせた
小型のレーザ加工装置、レーザメスの開発に利点がある
。さらに、イメージカイトの分解能の向上にも利点があ
る。

本作製方法による母材からコア径５０μｍ程度の多モー
ドファイバを作製した場合には、光がコア材料ＧｅＯ２
ガラスにほぼ完全に閉じ込められるため長波長域（２〜
３μｍ）で極低損失値が達成できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光ファイバ用母材の作製方法を示
す図、第２図は本発明により作製された母材を示す図、
第３図は本発明による母材断面図、第４図は屈折率分布
を示す図、第５図は出発管の軟化温度を示す図、第６図
は従来法による酸化ゲルマニウム系光ファイバの損失波
長特性を示す図、第７図は酸化ゲルマニウム系光ファイ
バの理論的な損失波長特性を示す図である。１２コア、　１３・　・クラッド（合成）、　１４第２
クラツド（出発カラス）。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）所定のガラス管を保持し、回転させて該ガラス管
内に光ファイバ用ガラス原料ガスおよび酸素を導入し、
該ガラス管を外側あるいは内側から加熱することによっ
て酸化反応を生ぜしめ、該ガラス管内壁にクラッドおよ
びコアとなる酸化物ガラスの層を堆積した後、該ガラス
管を中実化する光ファイバ用母材の作製方法において、
所定のガラス管としてＢ＿２Ｏ＿３を７〜１３ｍｏｌ％
添加したＳｉＯ＿２ガラス管を用い、クラッドガラスと
して、上記ガラス管より等しいか低い屈折率を有し、か
つコアより低屈折率のガラスを堆積し、コアガラスとし
てＧｅＯ＿２系ガラスを堆積することを特徴とする高Δ
ファイバ母材の作製方法。