JPH0915464A - シングルモード光伝送ファイバ及びその製造方法 - Google Patents

シングルモード光伝送ファイバ及びその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光信号パワーが光ファイバーの基体導出クラ
ッド層に実質的に広がらないようにし、光損失を少なく
することができ、母材当たりのファイバ歩留まりが増加
するようなシリカベースのシングルモード光伝送ファイ
バを提供する。 【解決手段】 本発明のシリカベースのシングルモード
光伝送ファイバ及びその製造方法は、チューブ導出クラ
ッド層がファイバ製造時の蒸着クラッド層の中への水素
の移動を実質的に防ぐように選択されるＧｅ及びＰ等で
ドープされる水素ゲッタサイトを備える。シリカベース
のシングルモード伝送光ファイバーにおける水素に関連
する光損失は、水素ゲッタサイトを含む基体チューブの
使用によって減少又は除去できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリカベースのシ
ングルモード光伝送ファイバ及びその製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】広く使われているプロセスであるＭＣＶ
Ｄ法による光ファイバーの製造法は、公称純粋なシリカ
チューブ等の基体ガラスチューブの内側側壁上に鏡のよ
うな物質を蒸着することを含む。また母材（プリフォー
ム）を固形物の母材へと破壊し、これからファイバを従
来技術によって線引きする。
【０００３】典型的には公称純粋シリカ（即ち、意図的
にドープされないもの）であるにもかかわらず、従来の
基体チューブは、信号伝送に関わる波長、例えば１.５
４μｍにおいて比較的高値（例えば、１ｄＢ／ｋｍ）の
光損失を有する。従って、光信号パワーが、光ファイバ
ーの基体導出クラッド層（substrate-derived claddin
g）に実質的に広がらないことを確実にすることは必要
である。これは十分な量のクラッド層ガラスの基体チュ
ーブの内側上への蒸着をし、その後にそこへコアガラス
を蒸着することにより達せられる。
【０００４】広く使われ、市場で得られる長距離信号伝
送のためのシングルモード光ファイバーにおいて、光パ
ワーの約８０％はファイバのコアを通って伝送し、残り
は蒸着クラッド層を通して伝送する。蒸着クラッド層
は、ファイバの基体チューブ導出（外側）クラッド層へ
の光パワーの相当な量の広がりを防ぐのに十分厚くなけ
ればならない。上述の光ファイバーでは、このことはＤ
／ｄ〜３.２であるのに十分な蒸着クラッド層ガラスの
提供によって現在は達せられる。ここで、Ｄ及びｄは、
ファイバ又は破壊された母材のいずれにおいても、それ
ぞれ蒸着クラッド層の外径、及びコア径である。
【０００５】経済上の理由のため、与えられた母材から
線引きされるファイバの長さを増やすことが望ましいこ
とは明らかである。しかしながら、母材の単なる規模拡
大は、とりわけ必要となる大量の蒸着ガラスのために実
行できない。具体的には、上述の光ファイバーを５００
ｋｍ産出できる規模拡大された母材は、１７ｍｍのクラ
ッド層蒸着を必要とする。このような多くのガラスを費
用効果が高い方法でチューブの内側上に蒸着することは
できない。
【０００６】従って、母材から線引きできるファイバの
長さを増やすため、ファイバ設計やプロセスパラメータ
ーの変更が必要となる。本明細書は、母材当たりのファ
イバ産出の増加を容易にできる改善されたファイバ設計
及びプロセスパラメーターを開示し、特に、適切に配置
された水素ゲッタリング手段からなる光ファイバーを開
示する。
【０００７】米国特許第５,２７４,７３４号明細書は、
Ｇｅ、ＡＩ及び希土類をコアにさらに含むシリカベース
の光ファイバーを開示し、これにより、ファイバの予想
有効寿命の間に（有効な）ファイバのコアへの水素の到
達を防ぐ手段を提供し、ファイバの有効寿命の間にファ
イバの光損失を防止又は変化を最小限に抑える。具体的
には、この手段は水素ゲッタリングサイトを含むシリカ
クラッド層材料からなり、これにより、周辺雰囲気から
のファイバのＳｉ−Ｇｅ−Ａｌ−希土類含有コアへの水
素の拡散を減らす。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、本発明
により、光信号パワーが光ファイバーの基体導出クラッ
ド層に実質的に広がらないようにし、光損失を少なくす
ることができ、母材当たりのファイバ産出の増加するよ
うなシリカベースのシングルモード光伝送ファイバ及び
その製造方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】我々は、ガラス蒸着時及
び母材破壊時に水素が、比較的大きい基体チューブを通
って拡散するという発見をした。拡散する水素の源は、
多くは基体チューブを熱するために使われる（一般的に
使われる）酸水素トーチである。
【００１０】我々はまた、従来のファイバ設計（一般に
比較的大きいＤ／ｄ、例えばＤ／ｄ＝３.２を必要とす
る）では、水素が蒸着クラッド層領域でゲッタリングで
きるので、この水素の拡散は重大な問題ではないことを
発見した。例えば、上述の市場で得られるファイバは、
Ｐ及びＦドープ外側蒸着クラッド層、並びにＧｅ及びＦ
ドープ内側蒸着クラッド層からなる。水素ゲッタリング
は、これらの蒸着クラッド層領域の一方又は双方で行わ
れる。これにより内側蒸着クラッド層領域及びコアへの
水素の移動が防がれる。
【００１１】上述のアプローチは、しかしながら、実質
的に低いＤ／ｄ（例えば、Ｄ／ｄ≦２.５）を有する母
材では行えない。このようなファイバではゲッタリング
された水素はコアと近すぎ、許容できない付加信号減衰
をもたらすからである。
【００１２】上述の議論が実質的に微量の付加光損失を
も許容できない（受動）伝送ファイバに関し、一般に付
加利得によって補償できるので、若干の付加光損失が許
容できる能動（例、希土類ドープの）ファイバには関係
がないことは理解される。伝送ファイバは、本質的に希
土類を含まず、典型的には本質的にＡｌを含まない。
【００１３】我々は、伝送ファイバにおける水素誘引の
付加光損失の問題は、水素ゲッタサイトの有効な数の提
供によって解決されることを発見した。この水素ゲッタ
サイトは、ゲッタ領域の光パワーが低いように、具体的
にはコアのパワーの１０-4より小さくあるように、ファ
イバコアから十分遠く離れて位置する。
【００１４】好ましい実施例では、ゲッタは基体チュー
ブ全体に分配される。本発明はしかしながら、そのよう
に限定されない。例えば、ゲッタは、従来の（実質的に
ゲッタなしの）基体チューブの周りに破壊される外側チ
ューブに含めることができる。
【００１５】本発明は具体的には、直径ｄのコアと、こ
のコアと接触するように包囲する直径Ｄの蒸着クラッド
層と、この蒸着クラッド層を接触するように包囲するチ
ューブ導出クラッド層（tube-derived cladding）とか
らなるシリカベースのシングルモード光伝送ファイバを
提供する。
【００１６】明らかに、チューブ導出クラッド層は、母
材の製造を含むファイバの製造の間に、蒸着クラッド層
の中への水素の拡散を実質的に防ぐように選択する水素
ゲッタサイトを備える。本発明の実施例は、典型的には
Ｄ／ｄ＜３.２、好ましくは、Ｄ／ｄ＜２.５である。水
素ゲッタサイトの密度は、典型的には、従来のプロセス
温度（典型的には、１５００乃至２３００゜Cの範囲）に
おける基体チューブ側壁を通しての水素移動の速度が、
故意に導入された水素ゲッタサイトを含まない、他の点
は同一の従来の基体チューブと比較して、少なくとも５
０％（好ましくは少なくとも９０％）の割合で減らされ
るようにされる。チューブ側壁を通しての水素拡散の速
度は、質量分析法等の従来の手段によって決定できる。
【００１７】本発明は、シリカベースのシングルモード
光伝送ファイバの製造方法にも関する。本方法は、チュ
ーブ導出シリカベース材料及び蒸着シリカベース材料か
らなる母材を製造するステップと、この母材からファイ
バを線引きするステップとからなる。この母材を製造す
るステップは、母材の製造時及びファイバの線引き時
に、蒸着シリカベース材料の中への水素の移動を実質的
に防ぐために十分な水素ゲッタサイトの密度を有するシ
リカベースの基体チューブを準備することからなる。
【００１８】本発明の基体チューブは、選択した方法が
水素ゲッタサイトの有効な数の導入をもたらすようにさ
れるなら、現在知られるいずれのシリカチューブの製造
方法によってでも作ることができる。例えば、チューブ
は、すす形成及び蒸着を伴う現在商業的に使われている
プロセスによって作ることができ、このプロセスはＧｅ
ドープ（又はＧｅ及びＦドープ）シリカの蒸着をもたら
すようになる。またチューブは、既知のゾル／ゲルプロ
セスによっても作ることができ（例として、米国特許第
５,２４０,４８８号明細書を参照するとよい）、これに
より、一体のシリカベースのドープ基体チューブへとま
とまり得る、Ｇｅドープ（又はＧｅ及びＦドープ）シリ
カベースの透過性のボディーの形成をもたらすようにな
る。
【００１９】典型的には、ここで選択したプロセスは、
結果として生じるチューブが約１原子％以下のＧｅＯ2
又は他の水素ゲッタ材料（例、Ｐ2Ｏ5）を含むようにす
る。もし本発明の基体チューブが純粋なシリカのものと
近い屈折率を有することを望むならば、Ｆによる共同ド
ーピングが考慮される。Ｆドープ基体チューブは、例と
して米国特許４,６９１,９９０号明細書で開示される。
【００２０】
【発明の実施の形態】図１は、高い温度における水素ゲ
ッタリングに対するＧｅドーピングの効力を明示してい
る。この図は、半径方向座標の関数としてシリカベース
の円筒状テスト構造の実施例における「ＧｅＯ」けい光
を示す。中央蒸着領域はＰドープされ、外側蒸着領域
（１０層）はＧｅＯ2ドープされ、最も外側のチューブ
導出領域は公称純粋なシリカであった。図１に示してあ
るように、「ＧｅＯ」けい光は、実質的に内側蒸着材料
へと水素が浸透しないように、その領域で水素ゲッタリ
ングを示す蒸着クラッド層の最も外側の領域において局
在する。我々は、観測された水素は、蒸着時及び破壊時
に使った酸水素トーチから生じ、ある半径方向座標にお
けるＧｅドープ材料の「ＧｅＯ」けい光（〜０．４μｍ
の波長）は、その位置における母材又はファイバの水素
の濃度に直接比例すると考える。
【００２１】水素ゲッタサイトは、本発明の基体チュー
ブ全体に一様に分配している必要はない。例えば、Ｇｅ
ドープチューブは、従来のシリカチューブ上に配置され
てその上に破壊され、Ｇｅドープ外側部分及び公称非ド
ープの内側部分を含む複合基体チューブを生む。Ｇｅド
ープチューブ自身は、一様な水素ゲッタサイト密度を有
しなくてもよい。例えば、実効厚さのＧｅドープシリカ
を、チューブの外側と内側の一方又は双方上に蒸着でき
る。さらに、Ｇｅドープチューブは、公称純粋なチュー
ブの外側上に破壊されなくてもよい。その代わり、公称
純粋なチューブは、Ｇｅドープチューブの外側上に破壊
できる。後者のアプローチは、しかしながら、ファイバ
の光活発な部分の比較的近くにゲッタリングサイトが位
置することもあるので好ましくはない。
【００２２】図２〜４は、本発明の光ファイバー又は母
材の実施例を概略的に示す断面図である。図２では、コ
ア２０、蒸着クラッド層２１及びチューブ導出クラッド
層２２が示してあり、このチューブ導出クラッド層２２
は、実質的に同一の分布な水素ゲッタリングサイト、例
えばＧｅ又はＰと関連するサイトを含む。
【００２３】図３において、実質的にゲッタサイトなし
の（公称純粋なシリカ）複合クラッド層の内側部分３０
及びクラッド層のゲッタサイト含有外側部分３１は、チ
ューブ導出複合クラッド層３０、３１を構成する。
【００２４】図４において、チューブ導出複合クラッド
層４０〜４２は、実質的にゲッタサイトなし部分４０、
４２及び実質的にゲッタサイト含有部分４１からなる。
【００２５】Ｇｅドープシリカによる水素ゲッタリング
を例として挙げたが、本発明を制限するものではない。
例えば、シリカ内のＰと関連するサイトは、水素と反応
し、水素ゲッタサイトとして考えられる。
【００２６】
【実施例】例１ 従来技術で作られたゾル／ゲルチューブを、１０％Ｏ2
／Ｈｅ混合気体で脱水し、湿気及び有機結合材を除去
し、次に数日間湿度８０％の環境で維持して再水和し
た。チューブは、気泡が表面に現われなくなるまで、数
日間リン酸１０％のメタノール溶液に浸透した。その後
チューブを、数日間直立位置で乾燥し、次に８００゜Cに
上る１０％Ｃｌ2／Ｈｅ混合気体で熱して脱水し、１４
５０゜Cの純Ｈｅで焼結した。質量分析測定により、対応
するチューブの外側が酸水素トーチで熱されるときに、
Ｐドープチューブを通しての水素移動の速度は、それ以
外は同一の公称純粋なシリカチューブを通しての速度の
９０％以下であることを示した。同様に製造したＧｅド
ープシリカチューブにおいても同様の成果が得られた。
【００２７】例２ ２１ｘ２５ｍｍの従来合成のシリカチューブを以下の順
序で蒸着した。即ち、純粋なシリカの層、Ｇｅドープシ
リカの９以上の層（３.６５ｇ／分のＳｉＣｌ4、２.４
ｌ／分のＯ2、０.０８ｇ／分のＧｅＣｌ4、８ｃｍ／分
のトーチ速度）、及び（ＧｅＣｌ4を０.１１ｇ／分のＰ
ＯＣｌ3で置き換えた）Ｐドープシリカの１つの層であ
る。チューブは、約２９ｍｍの直径にされ、１９ｘ２５
ｍｍの合成シリカチューブ上に滑らさられた。複合チュ
ーブは引き伸ばされ、２０７ｍｍ2の断面積を得た。こ
のようにして作ったゲッタリングサイトを有する複合チ
ューブの内側上には、Ｄ／ｄ＜２.５の従来の蒸着クラ
ッド層材料及びコア材料を蒸着した。このように作った
管状体に対する従来の破壊の後に、ファイバを母材から
線引きした。ファイバは、Ｄ／ｄ＝３.２である従来の
伝送ファイバと比べて実質的に同じである１．５４μｍ
の光損失であった。
【００２８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明のシリカベー
スのシングルモード光伝送ファイバ及びその製造方法
は、チューブ導出クラッド層がファイバ製造時の蒸着ク
ラッド層の中への水素の移動を実質的に防ぐように選択
されるＧｅ及びＰ等でドープされる水素ゲッタサイトを
備えることにより、光信号パワーが光ファイバーの基体
導出クラッド層に広がらないようにし、光損失を少なく
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半径方向座標の関数として「ＧｅＯ」欠陥と関
連するけい光を示す。
【図２〜４】本発明の光ファイバー又は母材の実施例を
概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
２０ コア ２１ 蒸着クラッド層 ２２ チューブ導出クラッド層 ３０〜３１、４０〜４２ チューブ導出複合クラッド層 ３０ ゲッタサイトなし内側部分 ３１ ゲッタサイト含有外側部分 ４０、４２ ゲッタサイトなし部分 ４１ ゲッタサイト含有部分
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケネス リー ウォーカー アメリカ合衆国，07974 ニュージャージ ー，ニュー プロヴィデンス，セントラル アヴェニュー 1003

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】直径ｄのコア（２０）と、 このコア（２０）に接触し包囲する直径Ｄの蒸着クラッ
    ド層（２１）と、 この蒸着クラッド層（２１）に接触し包囲する、チュー
    ブ導出クラッド層（２２）とからなるシングルモード光
    伝送ファイバにおいて、 このチューブ導出クラッド層（２２）は、ファイバ製造
    時の前記蒸着クラッド層の中への水素の移動を実質的に
    防ぐように選択される水素ゲッタサイトを備えることを
    特徴とするシングルモード光伝送ファイバ。
  2. 【請求項２】前記Ｄ及びｄは、Ｄ／ｄ＜２.５であるよ
    うに選択されることを特徴とする請求項１記載のシング
    ルモード光伝送ファイバ。
  3. 【請求項３】前記水素ゲッタサイトは、Ｇｅ及びＰから
    なる群から選択される元素からなることを特徴とする請
    求項１記載のシングルモード光伝送ファイバ。
  4. 【請求項４】前記チューブ導出クラッド層は、ゾル／ゲ
    ル導出シリカベースガラスからなることを特徴とする請
    求項３記載のシングルモード光伝送ファイバ。
  5. 【請求項５】前記水素ゲッタサイトは、チューブ導出ク
    ラッド層に渡って実質的に一様に分配されることを特徴
    とする請求項４記載のシングルモード光伝送ファイバ。
  6. 【請求項６】前記チューブ導出クラッド層は、少なくと
    も内側及び外側のチューブからなる複合基体チューブか
    ら得られ、 前記水素ゲッタサイトは、前記内側及び外側のチューブ
    の１つに実質的に範囲が限定されることを特徴とする請
    求項１記載のシングルモード光伝送ファイバ。
  7. 【請求項７】前記水素ゲッタサイトは、Ｇｅ及びＰから
    なる群から選択される元素からなり、前記外側のチュー
    ブに実質的に範囲が限定されることを特徴とする請求項
    ６記載のシングルモード光伝送ファイバ。
  8. 【請求項８】前記チューブ導出クラッド層は、水素ゲッ
    タサイトを実質的に含まないその他は同一の比較チュー
    ブの側壁を通してのプロセス温度における水素移動速度
    と比較して、プロセス温度において前記基体チューブ側
    壁を通しての水素移動速度を少なくとも５０％の割合で
    減少させるのに有効な水素ゲッタサイトを含む基体チュ
    ーブから得られることを特徴とする請求項１記載のシン
    グルモード光伝送ファイバ。
  9. 【請求項９】（Ａ）母材を製造するステップと、 （Ｂ）この母材からファイバを線引きするステップとか
    らなり、 この母材は、チューブ導出材料と、及び蒸着されたシリ
    カベース材料とからなるシリカベースの光伝送ファイバ
    の製造方法において、 前記（Ａ）母材を製造するステップは、母材の製造時及
    びファイバの線引き時に、蒸着シリカベース材料の中へ
    の水素の移動を実質的に防ぐために十分な水素ゲッタサ
    イトの密度を有するシリカベースの基体チューブを準備
    することからなることを特徴とするシリカベースの光伝
    送ファイバの製造方法。
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