WO2021117825A1 - 光ファイバ - Google Patents
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Definitions
- a low transmission loss pure silica core optical fiber when in place of:: (Standard Single Mode Fiber SSMF ), used in long distance transmission (PSCF Pure Silica Core Fiber) is a standard single-mode optical fiber having a GeO 2 doped core Is increasing.
- PSCF has a core made of silica glass containing no GeO 2 and a clad made of silica glass whose refractive index is lowered by adding fluorine (F).
- F fluorine
- the addition of F to silica glass is realized by heating and sintering the soot body of silica glass in the atmosphere of a fluorine-containing gas such as SiF 4 or CF 4, and this F is added.
- the process is generally less productive and more costly than the process of producing pure silica glass. This tendency becomes more remarkable as the F concentration becomes higher.
- the outer diameter of the clad is 125 ⁇ m, whereas the outer diameter of the core is only about 10 ⁇ m.
- the low productivity of the clad that occupies 99% or more of the volume has a great influence on the productivity of the entire optical fiber.
- PSCF is more expensive than SSMF, and at present, the production volume of the entire industry is only about 1/100 of SSMF.
- SSMF has a clad made of pure silica glass or silica glass containing a very small amount of F, and a core made of silica glass whose refractive index is increased by adding GeO2. Since the clad productivity is high, the productivity is higher than that of PSCF, but the addition of GeO2 to the core increases the transmission loss. Comparing the transmission loss at a wavelength of 1550 nm, PSCF is 0.15 dB / km or more and 0.17 dB / km or less, while SSMF is as high as 0.18 dB / km or more and 0.20 dB / km or less.
- an optical fiber having an increased refractive index by adding bromine (Br) instead of GeO2 to the core and a method for manufacturing the same are described in the following patent documents. Proposed in 2.
- SiBr4 which is approximately equal to atmospheric pressure, it is possible to add Br at a concentration sufficient to guide light, and SiBr4 has a higher molecular weight than SiCl4. Is large and difficult to vaporize.
- the optical fiber according to the embodiment of the present disclosure includes a core extending along a central axis and a clad surrounding the core.
- the core consists of bromine-added silica glass.
- the clad consists of silica glass having a refractive index lower than the maximum index of refraction of the core.
- the residual stress of the core is the compressive stress.
- FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of a manufacturing apparatus for manufacturing an optical fiber according to each embodiment of the present disclosure.
- FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure of each of the optical fibers (types A to C) according to the first to third embodiments of the present disclosure.
- FIG. 3 shows the refractive index profile, viscosity distribution, and stress distribution of the optical fiber (type A) according to the first embodiment of the present disclosure, which is shown along a common straight line orthogonal to the central axis of the optical fiber. ..
- FIG. 4 is an enlarged view of the region R1 in the refractive index profile and viscosity distribution shown in FIG. FIG.
- FIG. 5 shows the refractive index profile, viscosity distribution, and stress distribution of the optical fiber (type B) according to the second embodiment of the present disclosure, which is shown along a common straight line orthogonal to the central axis of the optical fiber.
- FIG. 6 shows the refractive index profile, viscosity distribution, and stress distribution of the optical fiber (type C) according to the third embodiment of the present disclosure, which is shown along a common straight line orthogonal to the central axis of the optical fiber.
- FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional structure of an optical fiber according to a fourth embodiment (type D) of the present disclosure.
- FIG. 8 shows the refractive index profile, viscosity distribution, and stress distribution of the optical fiber according to the fourth embodiment (type D) of the present disclosure, which are shown along a common straight line orthogonal to the central axis of the optical fiber. ..
- the present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present disclosure is to provide an optical fiber having a structure capable of being produced with low transmission loss and high productivity.
- the "optical fiber" has one central axis, is substantially rotationally symmetric around the central axis, and has a translationally symmetric structure along the central axis. ..
- the components of the optical fiber such as the core, clad, and coating are also assumed to have a substantially rotationally symmetric structure around the central axis and a translationally symmetric structure along the central axis. If these assumptions are applicable, the physical property values of the components of the optical fiber are defined in any cross section orthogonal to the central axis.
- the physical property values in the above-mentioned cross section are measured values obtained by measuring with a predetermined spatial resolution at a spatially uniform frequency. Substituted by statistics for the set. Further, unless otherwise specified, the above spatial resolution assumes a circle with a radius of 1 ⁇ m, which is an approximation of the operating wavelength of the optical fiber.
- the refractive index profile of the core is a specific refractive index difference ⁇ 0 at a portion distant from the central axis by a distance r0 along the radial direction, a distance longer than the distance r0.
- the optical fiber according to the embodiment of the present disclosure includes, as one embodiment, a core extending along a central axis and a clad surrounding the core.
- the core consists of bromine-added silica glass.
- the clad consists of silica glass having a refractive index lower than the maximum index of refraction of the core.
- the residual stress of the core is the compressive stress.
- the clad may have a multi-layer structure.
- the clad is composed of a first clad that surrounds the core in contact with the outer peripheral surface of the core, and a second clad that surrounds the first clad in contact with the outer peripheral surface of the first clad.
- the first clad is made of silica glass to which fluorine has been added.
- the second clad is made of pure silica glass or silica glass to which fluorine having a concentration lower than that of the first clad is added. Further, the second clad has tensile stress.
- the second clad is preferably pure silica glass in which the concentration of halogen elements is suppressed to less than 0.1 wt%.
- the concentration of halogen elements is suppressed to less than 0.1 wt%.
- the multilayer structure of the clad includes a first clad that surrounds the core in contact with the outer peripheral surface of the core and the first clad in contact with the outer peripheral surface of the first clad. It may be composed of a second clad that surrounds the second clad and a third clad that surrounds the second clad in contact with the outer peripheral surface of the second clad.
- the first clad is made of silica glass to which fluorine has been added.
- the second clad is made of pure silica glass or silica glass to which fluorine having a concentration lower than that of the first clad is added. With this configuration, the residual stress of the second clad is the tensile stress.
- the third clad is made of pure silica glass or silica glass to which fluorine having a concentration lower than that of the first clad is added.
- the third clad residual stress is a compressive stress. Even with such a configuration, a lower transmission loss can be realized, and both the low transmission loss and the high productivity can be achieved at the same time.
- the core further contains chlorine and the optical fiber has a viscosity adjusting region.
- the viscosity adjustment region is a region defined on the cross section of the optical fiber orthogonal to the central axis, and is adjacent across the boundary between the core and the clad (or the first clad if the clad has a multilayer structure). It consists of a part of the core and a part of the clad.
- the viscosity adjusting region has a shape surrounding the central axis in a state of being separated from the central axis, and the shape of the viscosity adjusting region (planar shape defined on the cross section) is along a distance (along the radial direction).
- the viscosity distribution (distribution defined along the radial direction) of the optical fiber has a viscosity distribution that continuously changes along the radial direction.
- the radial direction coincides with the direction from the central axis toward the outer circumference of the optical fiber on the cross section of the optical fiber.
- FIG. 1 is a diagram showing a schematic structure of a manufacturing apparatus for manufacturing an optical fiber according to each embodiment of the present disclosure.
- the optical fiber manufacturing apparatus 1 shown in FIG. 1 cools a wire drawing furnace 23 for heating one end of an optical fiber base material (preform) 10, a temperature-controlled heating furnace 24, and bare fibers drawn in a He atmosphere.
- a taker 30 is provided.
- the resin coating device 21 is configured by the die 26 and the ultraviolet light source 27, and the resin coating device 21 provides a primary coating on the outer peripheral surface of the bare fiber.
- a resin coating device 22 (including a die and an ultraviolet light source) having a structure similar to that of the resin coating device 21 located on the upstream side is arranged downstream of the resin coating device 21 and is provided by the resin coating device 21 on the upstream side.
- a secondary coating is provided on the outer peripheral surface of the primary coating.
- one end of the prepared optical fiber base material 10 is heated by the drawing furnace 23, and the bare fiber is spun from the heated end.
- the temperature of the bare fiber coming out of the drawing furnace 23 is gradually lowered in the temperature-controlled heating furnace 24.
- the bare fiber coming out of the heating furnace 24 passes through the die 26 after being cooled in the He atmosphere of the cooling device 25.
- a coating resin primary coating
- the coated resin is cured by being irradiated with ultraviolet rays by the ultraviolet light source 27.
- the optical fiber 100 is obtained by providing the secondary coating by the resin coating device 22 on the primary coating provided by the resin coating device 21.
- the roller 28 has a rotating surface that is inclined with respect to the traveling direction of the optical fiber 100 obtained by passing through the resin coating device 21 and the resin coating device 22. As a result, the optical fiber 100 is twisted, and the polarization mode dispersion can be reduced.
- the capstan 29 is located downstream of the roller 28 and applies a predetermined tension to the optical fiber 100. As a result, compressive stress and tensile stress remain in the core and clad of the optical fiber 100 after drawing.
- the optical fiber 100 that has passed through the capstan 29 is wound by a winder 30 that rotates in the direction indicated by the arrow S in the drawing.
- the resin coating device 21 that provides the primary coating and the resin coating device 22 that provides the secondary coating are arranged in order along the fiber traveling direction, but the secondary coating is the primary coating.
- the coated optical fiber may be provided after being wound by the winder 30. In this case, the resin coating device 22 is unnecessary. That is, when the optical fiber provided with the primary coating is rewound from the winding machine 30 to another winding device, the secondary coating is provided on the optical fiber to be rewound.
- the cross-sectional structure of the optical fiber 100 obtained by the optical fiber manufacturing apparatus 1 having the above-mentioned structure is similar to the cross-sectional structure of the optical fiber base material 10. Therefore, by setting the optical fiber base material 10 having a different cross-sectional structure in the optical fiber manufacturing apparatus 1, the optical fiber 100a according to the first embodiment, the optical fiber 100b according to the second embodiment, and the third Optical fibers having various cross-sectional structures such as the optical fiber 100c according to the embodiment can be obtained.
- FIG. 2 The type A optical fiber shown in the upper part of FIG. 2 is the optical fiber 100a according to the first embodiment of the present disclosure.
- FIG. 3 shows a refractive index profile 150a, a viscosity distribution 151a, and a stress distribution 152a shown along a common straight line orthogonal to the central axis AX of the optical fiber 100a.
- FIG. 4 is an enlarged view of the region R1 in the refractive index profile 150a and the viscosity distribution 151a shown in FIG.
- the type A optical fiber 100a includes a core 110 extending along the central axis AX of the optical fiber 100a and a clad 120 surrounding the core 110. , A primary coating 210 surrounding the clad and a secondary coating 220 surrounding the primary coating 210.
- the core 110 is made of silica glass (SiO2) containing bromine (Br).
- the Br concentration is 0.8 wt% or more and 2.6 wt% or less, preferably 1.6 wt% or more and 2.6 wt% or less.
- the maximum specific refractive index difference of the core 110 is 0.1% or more and 0.3% or less, preferably 0.2% or more and 0.3% or less.
- the clad 120 is made of pure silica glass or silica glass containing a trace amount of fluorine (F) of 3000 ppm or less. More preferably, it is made of silica glass in which the total concentration of chlorine, fluorine, and other halogen elements is suppressed to 0.1 wt% or less.
- FIG 3 shows a simplified refractive index profile 150a of the optical fiber 100a according to the first embodiment.
- the profile shape in the outer region of the core 110 is given by the above formula (1), but in the refractive index profile 150a, the profile shape of the core 110 is shown as a schematic shape.
- the diameter of the core 110 is 6 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
- the optical fiber 100a according to the first embodiment has one or more waveguide modes in the 1550 nm wavelength band, which is the lowest loss wavelength band of silica glass (a set of two polarization modes is one waveguide). Defined as a mode).
- the effective cross-sectional area of the base mode at a wavelength of 1550 nm is preferably 60 ⁇ m2 or more and 120 ⁇ m2 or less.
- the outer diameter of the clad 120 is preferably 125 ⁇ 1 ⁇ m.
- the outer diameter of the entire coating including the primary coating 210 and the secondary coating 220 is 245 ⁇ 5 ⁇ m, more preferably 200 ⁇ 5 ⁇ m.
- the median value of the viscosity of the core 110 becomes lower than the maximum value of the viscosity of the clad 120. More preferably, the median viscosity of the core 110 is lower than the 75% percentile of viscosity in the clad 120. More preferably, it is lower than the median viscosity of the clad 120. Due to such a difference in viscosity of each part, the tension at the time of manufacturing the optical fiber 100a, especially at the time of drawing the base metal, is supported by the clad 120, and as a result, the tensile stress remains in the clad 120 of the optical fiber 100a after drawing.
- FIG. 3 shows a simplified viscosity distribution 151a and a simplified stress distribution 152a of the optical fiber 100a according to the first embodiment.
- the horizontal axes of the refractive index profile 150a, the viscosity distribution 151a, and the stress distribution 152a shown in FIG. 3 are positions on a cross section orthogonal to the central axis AX of the optical fiber 100a (a straight line passing through the central axis AX). The upper position) is shown to match.
- the compressive stress itself depends not only on the difference in viscosity of each part but also on the drawing conditions such as the tension when drawing the base metal.
- the absolute value of the compressive stress of the core 110 is preferably 15 MPa or more, preferably 30 MPa or more. It is more preferable to have it. More preferably, the absolute value of the compressive stress of the core 110 is the absolute value of the 75% percentile value of the stress remaining in the core 110, and is preferably 30 MPa or more. If tensile stress remains in the glass, an increase in transmission loss due to glass defects is likely to occur.
- the residual stress of the core 110 is a compressive stress in which the absolute value of the average value or the absolute value of the 75% percentile value is sufficiently large, the increase in transmission loss due to the local tensile stress is effective. It is suppressed.
- the residual stress is represented by a plus sign value and the compressive stress is represented by a minus sign value, and the percentile value is defined by the ratio when the signed values are arranged from the smallest sign.
- the viscosity differs between the core 110 and the clad 120, but the spatial change is preferably continuous and gradual. If the viscosity difference between the core 110 and the clad 120 is steep, large fluctuations in the structure and residual stress occur at the boundary between the core 110 and the clad 120 due to unintended fluctuations in temperature and tension during drawing. This can cause an increase in transmission loss. For this reason, at the boundary between the core 110 and the clad 120, the increase in transmission loss is suppressed by the gradual spatial change in viscosity. More preferably, as shown in FIG.
- a viscosity adjusting region having a width of 2 ⁇ m or more, more preferably 3 ⁇ m or more, including the boundary portion between the core 110 and the clad 120 (point P0 at which the absolute value of the refractive index gradient is maximum) is included.
- AD it is preferable that the viscosity changes continuously.
- the viscosity adjustment region AD is defined on the cross section of the optical fiber 100a orthogonal to the central axis AX, it is arranged so as to sandwich the boundary between the core 110 and the clad 120 at a distance of 2 ⁇ m or more, preferably 3 ⁇ m or more. It is an annular region having an inner peripheral portion and an outer peripheral portion. Therefore, the distance between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion corresponds to the width of the viscosity adjusting region AD defined along the radial direction.
- the average value of Cl concentration in the core 110 is preferably 100 ppm or more. By containing Cl, the increase in transmission loss due to glass defects is further suppressed. More preferably, the average Cl concentration in the core 110 is 200 ppm or more. Further, the 75% percentile value of the Cl concentration in the core 110 is preferably 200 ppm or more. In this case, the increase in transmission loss due to glass defects is further suppressed.
- the type B optical fiber shown in the middle of FIG. 2 is the optical fiber 100b according to the second embodiment of the present disclosure.
- FIG. 5 shows a refractive index profile 150b, a viscosity distribution 151b, and a stress distribution 152b shown along a common straight line orthogonal to the central axis AX of the optical fiber 100b.
- the distribution shape of the region R2 in the viscosity distribution 151b shown in FIG. 5 is substantially similar to the distribution shape shown in FIG.
- the type B optical fiber 100b has a core 110 extending along the central axis AX of the optical fiber 100b and a first clad 120a surrounding the core 110.
- a second clad 120b surrounding the first clad 120a, a primary coating 210 surrounding the second clad 120b, and a secondary coating 220 surrounding the primary coating 210 are provided.
- the clad 120 is composed of the first clad 120a and the second clad 120b.
- the core 110 is made of silica glass (SiO2) containing bromine (Br), similarly to the optical fiber 100a according to the first embodiment.
- the Br concentration is 0.8 wt% or more and 2.6 wt% or less, preferably 1.6 wt% or more and 2.6 wt% or less.
- the maximum specific refractive index difference of the core 110 is 0.1% or more and 0.3% or less, preferably 0.2% or more and 0.3% or less.
- the first clad 120a is made of silica glass containing a trace amount of fluorine (F) of 1000 ppm or more and 3000 ppm or less.
- the second clad 120b is made of pure silica glass or silica glass containing F having a concentration lower than the F concentration of the first clad 120a.
- FIG. 5 shows a simplified index of refraction profile 150b of the optical fiber 100b according to the second embodiment.
- the profile shape in the outer region of the core 110 is given by the above formula (1), but in the refractive index profile 150b, the profile shape of the core 110 is shown as a schematic shape.
- the diameter of the core 110 is 6 ⁇ m or more and 12 ⁇ m or less.
- the optical fiber 100b according to the second embodiment has one or more waveguide modes in the 1550 nm wavelength band, which is the lowest loss wavelength band of silica glass (a set of two polarization modes is one waveguide). Defined as a mode).
- the effective cross-sectional area of the base mode at a wavelength of 1550 nm is preferably 60 ⁇ m2 or more and 160 ⁇ m2 or less.
- the outer diameter of the clad 120 including the first clad 120a and the second clad 120b is 125 ⁇ 1 ⁇ m, that is, the entire coating including the primary coating 210 and the secondary coating 220.
- the outer diameter (practically the outer diameter of the secondary coating 220) is 245 ⁇ 5 ⁇ m, more preferably 200 ⁇ 5 ⁇ m.
- the median viscosity of each of the core 110 and the first clad 120a becomes lower than the maximum value of the viscosity of the second clad 120b. More preferably, the median viscosity of each of the core 110 and the first clad 120a is lower than the 75% percentile value of the viscosity of the second clad 120b. More preferably, the median viscosity of each of the core 110 and the first clad 120a is lower than the median viscosity of the second clad 120b.
- FIG. 5 shows a simplified viscosity distribution 151b and a simplified stress distribution 152b of the optical fiber 100b according to the second embodiment.
- the horizontal axes of the refractive index profile 150b, the viscosity distribution 151b, and the stress distribution 152b shown in FIG. 5 are positions on the cross section orthogonal to the central axis AX of the optical fiber 100b (a straight line passing through the central axis AX). The upper position) is shown to match.
- the compressive stress itself depends not only on the difference in viscosity of each part but also on the drawing conditions such as the tension when drawing the base metal.
- the absolute value of the compressive stress of the core 110 is preferably 15 MPa or more, preferably 30 MPa or more. It is more preferable to have it. More preferably, the absolute value of the compressive stress of the core 110 is 30 MPa or more, which is the absolute value of the 75% percentile value of the stress remaining in each of the core 110 and the first clad 120a. If tensile stress remains in the glass, an increase in transmission loss due to glass defects is likely to occur.
- the residual stress of the core 110 and the first clad 120a is a compressive stress in which the absolute value of the average value or the absolute value of the 75% percentile value is sufficiently large, the transmission loss due to the local tensile stress The increase is effectively suppressed.
- the viscosity is different between the core 110 and the first clad 120a as in the optical fiber 100a according to the first embodiment described above, but the spatial change is continuous. It is preferable that it is targeted and gentle. If the viscosity difference between the core 110 and the first clad 120a is steep, large fluctuations in the structure and residual stress will occur at the boundary between the core 110 and the first clad 120a due to unintended fluctuations in temperature and tension during drawing. Occurs. This can cause an increase in transmission loss. For this reason, at the boundary between the core 110 and the first clad 120a, the increase in transmission loss is suppressed by the gradual spatial change in viscosity.
- the distribution shape of the region R2 of the viscosity distribution 151b is substantially similar to the shape shown in FIG. That is, also in the optical fiber 100b according to the second embodiment, the width including the boundary portion between the core 110 and the first clad 120a (point P0 at which the absolute value of the refractive index gradient is maximum) is 2 ⁇ m or more, more preferably 3 ⁇ m or more. It is preferable that the viscosity is continuously changed in the viscosity adjusting region AD (annular region) of the above.
- the average value of Cl concentration in the core 110 is preferably 100 ppm or more. By containing Cl, the increase in transmission loss due to glass defects is further suppressed. More preferably, the average Cl concentration in the core 110 is 200 ppm or more. Further, the 75% percentile value of the Cl concentration in the core 110 is preferably 200 ppm or more. In this case, the increase in transmission loss due to glass defects is further suppressed.
- the second clad 120b that supports the linear tensile force is separated from the core 110 as compared with the optical fiber 100a according to the first embodiment described above.
- the degree of freedom in selecting the composition of the core 110 and the first clad 120a is increased.
- a difference in the refractive index can be formed between the core 110 and the first clad 120a, so that the required concentration of Br or Cl to be added to the core 110 Can be kept low. This suppresses a decrease in yield due to foaming in the core 110 due to the addition of high concentrations of Br and Cl.
- the type C optical fiber shown in the lower part of FIG. 2 is the optical fiber 100c according to the third embodiment of the present disclosure.
- FIG. 6 shows a refractive index profile 150c, a viscosity distribution 151c, and a stress distribution 152c shown along a common straight line orthogonal to the central axis AX of the optical fiber 100c.
- the distribution shape of the region R3 in the viscosity distribution 151c shown in FIG. 6 is substantially similar to the distribution shape shown in FIG.
- the type C optical fiber 100c has a core 110 extending along the central axis AX of the optical fiber 100c and a first clad 120a surrounding the core 110.
- a second clad 120b surrounding the first clad 120a, a third clad 120c surrounding the second clad 120b, a primary coating 210 surrounding the third clad 120c, and a secondary coating 220 surrounding the primary coating 210.
- the clad 120 is composed of the first clad 120a, the second clad 120b, and the third clad 120c.
- the core 110 is made of silica glass (SiO2) containing bromine (Br), similarly to the optical fiber 100a according to the first embodiment and the optical fiber 100b according to the second embodiment.
- the Br concentration is 0.8 wt% or more and 2.6 wt% or less, preferably 1.6 wt% or more and 2.6 wt% or less.
- the maximum specific refractive index difference of the core 110 is 0.1% or more and 0.3% or less, preferably 0.2% or more and 0.3% or less.
- the first clad 120a is made of silica glass containing a trace amount of fluorine (F) of 1000 ppm or more and 3000 ppm or less.
- the second clad 120b is made of pure silica glass or silica glass containing F having a concentration lower than the F concentration of the first clad 120a.
- the third clad 120c contains an F or OH group and has a viscosity lower than that of the second clad 120b.
- FIG. 6 shows a simplified refractive index profile 150c of the optical fiber 100c according to the third embodiment.
- the profile shape in the outer region of the core 110 is given by the above formula (1), but in the refractive index profile 150c, the profile shape of the core 110 is shown as a schematic shape.
- the diameter of the core 110 is 6 ⁇ m or more and 12 ⁇ m or less.
- the optical fiber 100c according to the third embodiment has one or more waveguide modes in the 1550 nm wavelength band, which is the lowest loss wavelength band of silica glass (a set of two polarization modes is one waveguide). Defined as a mode).
- the effective cross-sectional area of the base mode at a wavelength of 1550 nm is preferably 60 ⁇ m2 or more and 160 ⁇ m2 or less.
- the outer diameter of the clad 120 including the first clad 120a, the second clad 120b, and the third clad 120c (actually, the outer diameter of the third clad 120c) is 125 ⁇ 1 ⁇ m.
- the outer diameter of the entire coating including the primary coating 210 and the secondary coating 220 is 245 ⁇ 5 ⁇ m, more preferably 200 ⁇ 5 ⁇ m.
- the median viscosity of each of the core 110, the first clad 120a and the third clad 120c becomes lower than the maximum value of the viscosity of the second clad 120b. More preferably, the median viscosity of each of the core 110, the first clad 120a and the third clad 120c is lower than the 75% percentile value of the viscosity of the second clad 120b. More preferably, the median viscosity of each of the core 110, the first clad 120a and the third clad 120c is lower than the median viscosity of the second clad 120b.
- FIG. 6 shows a simplified viscosity distribution 151c and a simplified stress distribution 152c of the optical fiber 100c according to the third embodiment.
- the horizontal axes of the refractive index profile 150c, the viscosity distribution 151c, and the stress distribution 152c shown in FIG. 6 are positions on the cross section orthogonal to the central axis AX of the optical fiber 100c (a straight line passing through the central axis AX). The upper position) is shown to match.
- the compressive stress itself depends not only on the difference in viscosity of each part but also on the drawing conditions such as the tension when drawing the base metal.
- the absolute value of the compressive stress (absolute value of the average value of the residual stress in each part) in each of the core 110, the first clad 120a and the third clad 120c is 15 MPa or more. Is preferable, and 30 MPa or more is more preferable. More preferably, the absolute value of the compressive stress in each of the core 110, the first clad 120a and the third clad 120c is 30 MPa or more, which is the absolute value of the 75% percentile value of the stress remaining in each part.
- the optical fiber 100c according to the third embodiment between the core 110 and the first clad 120a, similarly to the optical fiber 100a according to the first embodiment and the optical fiber 100b according to the second embodiment described above.
- the spatial change is continuous and gradual. If the viscosity difference between the core 110 and the first clad 120a is steep, large fluctuations in the structure and residual stress will occur at the boundary between the core 110 and the first clad 120a due to unintended fluctuations in temperature and tension during drawing. Occurs. This can cause an increase in transmission loss. For this reason, at the boundary between the core 110 and the first clad 120a, the increase in transmission loss is suppressed by the gradual spatial change in viscosity.
- the distribution shape of the region R3 of the viscosity distribution 151c is substantially similar to the shape shown in FIG. That is, also in the optical fiber 100c according to the third embodiment, the viscosity is adjusted to have a width of 2 ⁇ m or more, more preferably 3 ⁇ m or more, including the boundary portion between the core 110 and the first clad 120a (point P0 at which the refractive index gradient is maximum). In the region AD (annular region), it is preferable that the viscosity is continuously changed.
- the average value of Cl concentration in the core 110 is preferably 100 ppm or more. By containing Cl, the increase in transmission loss due to glass defects is further suppressed. More preferably, the average Cl concentration in the core 110 is 200 ppm or more. Further, the 75% percentile value of the Cl concentration in the core 110 is preferably 200 ppm or more. In this case, the increase in transmission loss due to glass defects is further suppressed.
- the compressive stress remains in the outermost third clad 120c in the multilayer structure of the clad 120.
- the dynamic fatigue coefficient is 20 or more.
- the type D optical fiber shown in FIG. 7 is the optical fiber 100d according to the fourth embodiment of the present disclosure.
- FIG. 8 shows a refractive index profile 150d, a viscosity distribution 151d, and a stress distribution 152d shown along a common straight line orthogonal to the central axis AX of the optical fiber 100d.
- the distribution shape of the region R4 in the viscosity distribution 151d shown in FIG. 8 is substantially similar to the distribution shape shown in FIG.
- the type D optical fiber 100d includes a core 110d extending along the central axis AX of the optical fiber 100d, a first clad 120a surrounding the core 110d, and the first clad 120a.
- a second clad 120b surrounding the first clad 120a, a primary coating 210 surrounding the second clad 120b, and a secondary coating 220 surrounding the primary coating 210 are provided.
- the clad 120 is composed of the first clad 120a and the second clad 120b.
- the core 110d includes a first core 111d extending along the central axis AX and a second core 112d surrounding the first core 111d and extending along the central axis AX.
- the first core 111d is made of silica glass to which an alkaline element is added.
- the alkaline element is one or more of sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), or cesium (Cs).
- the atomic number concentration of the alkaline element in the first core 111d is 1 ppm or more and 100 ppm or less with respect to the number of silicon (Si) atoms in the silica glass, so that the increase in transmission loss due to the addition is suppressed and at the same time, the first core 111d
- the viscosity of silicon can be effectively reduced.
- chlorine (Cl) and fluorine (F) may be co-added to the first core 111d, whereby the viscosity can be further effectively reduced.
- the second core 112d is made of silica glass (SiO 2 ) containing bromine (Br), like the optical fiber 100a according to the first embodiment and the optical fiber 100b according to the second embodiment.
- the Br concentration is 0.8 wt% or more and 2.6 wt% or less, preferably 1.6 wt% or more and 2.6 wt% or less.
- the maximum specific refractive index difference of the core 110d is 0.1% or more and 0.3% or less, preferably 0.2% or more and 0.3% or less.
- the first clad 120a is made of silica glass containing a trace amount of fluorine (F) of 1000 ppm or more and 3000 ppm or less.
- the second clad 120b is made of pure silica glass or silica glass containing F having a concentration lower than the F concentration of the first clad 120a.
- FIG 8 shows a simplified refractive index profile 150d of the optical fiber 100d according to the fourth embodiment.
- the profile shape in the outer region of the core 110d is given by the above formula (1), but in the refractive index profile 150d, the profile shape of the core 110d is shown as a schematic shape.
- the diameter of the core 110d is 6 ⁇ m or more and 12 ⁇ m or less.
- the optical fiber 100d according to the fourth embodiment has one or more waveguide modes in the 1550 nm wavelength band, which is the lowest loss wavelength band of silica glass (a set of two polarization modes is one waveguide). Defined as a mode).
- the effective cross-sectional area of the base mode at a wavelength of 1550 nm is preferably 60 ⁇ m 2 or more and 160 ⁇ m 2 or less.
- the outer diameter of the clad 120 including the first clad 120a and the second clad 120b is 125 ⁇ 1 ⁇ m.
- the outer diameter of the entire coating including the primary coating 210 and the secondary coating 220 is 245 ⁇ 5 ⁇ m, preferably 200 ⁇ 5 ⁇ m.
- the median viscosity of each of the first core 111d, the second core 112d, and the first clad 120a becomes lower than the maximum value of the viscosity of the second clad 120b due to the difference in the concentration of the above-mentioned additives. More preferably, the median viscosity of each of the first core 111d, the second core 112d, and the first clad 120a is lower than the 75% percentile value of the viscosity of the second clad 120b. More preferably, the median viscosity of each of the first core 111d, the second core 112d, and the first clad 120a is lower than the median viscosity of the second clad 120b.
- FIG. 8 shows a simplified viscosity distribution 151d and a simplified stress distribution 152d of the optical fiber 100d according to the fourth embodiment.
- the horizontal axes of the refractive index profile 150d, the viscosity distribution 151d, and the stress distribution 152d shown in FIG. 8 are positions on the cross section orthogonal to the central axis AX of the optical fiber 100d (a straight line passing through the central axis AX). The upper position) is shown to match.
- the compressive stress itself depends not only on the difference in viscosity of each part but also on the drawing conditions such as the tension when drawing the base metal.
- the absolute value of the compressive stress (absolute value of the average value of the residual stress in each part) in each of the first core 111d, the second core 112d, and the first clad 120a is 15 MPa. It is preferably more than that, and more preferably 30 MPa or more. More preferably, the absolute value of the compressive stress in each of the first core 111d, the second core 112d, and the first clad 120a is 30 MPa or more, which is the absolute value of the 75% percentile value of the stress remaining in each portion.
- the average value or the 75% percentile value of the residual stress remaining in each of the first core 111d, the second core 112d, and the first clad 120a is locally large enough to be a compressive stress. The increase in transmission loss due to the typical tensile tension is suppressed.
- the second core 112d and the first clad 120a are the same as the optical fiber 100a according to the first embodiment and the optical fiber 100b according to the second embodiment.
- the spatial changes are preferably continuous and gradual. If the viscosity difference between the second core 112d and the first clad 120a, which have a large difference in refractive index between them, is steep, the structure and residual stress will fluctuate significantly due to unintended fluctuations in temperature and tension during drawing. Occurs at the boundary between the second core 112d and the first clad 120a. This can cause an increase in transmission loss.
- the distribution shape of the region R4 of the viscosity distribution 151d is substantially similar to the shape shown in FIG. That is, also in the optical fiber 100d according to the fourth embodiment, the width including the boundary portion between the second core 112d and the first clad 120a (point P0 at which the refractive index gradient is maximum) is 2 ⁇ m or more, more preferably 3 ⁇ m or more. It is preferable that the viscosity is continuously changed in the viscosity adjusting region AD (annular region).
- the second core 112d is used. It is preferable that Cl is added together with Br. At least one or more of the additives (Br, if necessary, F, Cl, etc.) added to the second core 112d and the first clad 120a of the optical fiber 100d according to the fourth embodiment are shown in FIG. Of the manufacturing steps of the optical fiber base material 10 shown in 1, it is desirable that the optical fiber base material 10 is added, for example, in the soot deposition step.
- the average value of Cl concentration in the core 110 is preferably 100 ppm or more. By containing Cl, the increase in transmission loss due to glass defects is further suppressed. More preferably, the average Cl concentration in the core 110 is 200 ppm or more. Further, the 75% percentile value of the Cl concentration in the core 110 is preferably 200 ppm or more. In this case, the increase in transmission loss due to glass defects is further suppressed.
- the optical fiber 100d according to the fourth embodiment is the first core 111d forming a part of the core 110 as compared with the optical fibers 100a to 100c according to the first to third embodiments described above.
- the viscosity of the first core can be effectively reduced. Since the alkaline element can be diffused into the second core surrounding the first core and the first clad surrounding the first core in the drawing step, the effect of reducing the viscosity can be obtained also in the second core and the first clad.
- compressive stress can be effectively formed in the first core, the second core, and the first clad regardless of the drawing conditions, so that the drawing speed and the drawing tensile force are optimized from the viewpoint of productivity. This is easy, and as a result, the manufacturing cost of the optical fiber can be reduced.
- Optical fiber manufacturing equipment 10 ... Optical fiber base material, 21, 22 ... Resin coating equipment, 23 ... Wire drawing furnace, 24 ... Heating furnace, 25 ... Cooling device, 26 ... Dies, 27 ... Ultraviolet light source, 28 ... Rollers , 29 ... Capstan, 30 ... Winder, 100, 100a, 100b, 100c, 100d ... Optical fiber, 110, 110d ... Core, 111d ... 1st core, 112d ... 2nd core, 120 ... Clad, 120a ... First 1 clad, 120b ... 2nd clad, 120c ... 3rd clad, 210 ... primary coating, 220 ... secondary coating, AX ...
- central axis 150a, 150b, 150c, 150d ... refractive index profile, 151a, 151b, 151c, 151d ... Viscous distribution, 152a, 152b, 152c, 152d ... Stress distribution, AD ... Viscous adjustment region, AX ... Central axis, R1, R2, R3, R4 ... Region, S ... Arrow (rotational direction).
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Abstract
本開示は、低い伝送損失を有するとともに高い生産性で生産可能な構造を備える光ファイバに関する。一実施形態に係る光ファイバは、コアと、クラッドとを備える。コアは、臭素が添加されたシリカガラスからなり、クラッドは、コアの最大屈折率よりも低い屈折率を有する。また、コアは、圧縮応力を有する。
Description
本開示は、光ファイバに関するものである。
本願は、2019年12月13日に出願された日本特許出願第2019-225471号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。
本願は、2019年12月13日に出願された日本特許出願第2019-225471号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。
伝送容量に対する需要は増え続けており、この需要を満たすために光ファイバケーブルの敷設が続けられている。このとき、伝送損失がより低い光ファイバを敷設することで信号対雑音比の向上や光増幅器の削減が可能となり、特に長距離伝送においてはシステムの費用対効果を改善する効果がある。そのため、伝送損失の低い純シリカコア光ファイバ(PSCF: Pure Silica Core Fiber)が、GeO2添加コアを有する標準シングルモード光ファイバ(SSMF: Standard Single Mode Fiber)に代わって、長距離伝送において用いられる場合が増えている。
PSCFは、GeO2を含まないシリカガラスからなるコアと、フッ素(F)を添加することで屈折率を低下させたシリカガラスからなるクラッドを有する。シリカガラスへのFの添加は、SiF4やCF4などのフッ素含有ガスの雰囲気中でシリカガラスのスス体(soot body)を加熱、焼結することで実現されるが、このFを添加するプロセスは純粋なシリカガラスを製造するプロセスに比べて一般的に生産性が低くコスト高になる。この傾向は、F濃度が高くなるほど顕著になる。また、PSCFおよびSSMFでは、クラッドの外径が125μmであるのに対してコアの外径は約10μmに過ぎない。そのため、体積の99%以上を占めるクラッドの生産性が低いことは、光ファイバ全体の生産性へ大きく影響する。その結果、PSCFは、SSMFに比べて高価であり、現在のところ産業全体における生産量もSSMFの1/100程度しかない。
一方、SSMFは純シリカガラス、または、ごく少量のFを含むシリカガラスからなるクラッドと、GeO2 を添加することで屈折率を上昇させたシリカガラスからなるコアを有する。クラッドの生産性が高いためにPSCFに比べて生産性が高いが、コアにGeO2 を添加することで伝送損失が増大する。波長1550nmにおける伝送損失で比較すると、PSCFが0.15dB/km以上0.17dB/km以下であるのに対し、SSMFは0.18dB/km以上0.20dB/km以下と高い。
そこで、低い伝送損失と高い生産性を両立するファイバ構造の1つとして、コアにGeO2 の代わりに高濃度の塩素(Cl)を添加することで屈折率を高めた光ファイバおよびその製造方法が、以下の特許文献1で提案されている。しかしながら、光を導波するのに十分な濃度のClを添加するためには、大気圧の数倍のSiCl4 ガスを含む雰囲気でシリカガラスのスス体を焼結する必要がある。更に焼結後の後工程においてもSiCl4 が気化することでガラス内に気泡が発生する可能性が高くなる。
低い伝送損失と高い生産性を両立するファイバ構造のもう1つとして、コアにGeO2の代わりに臭素(Br)を添加することで屈折率を高めた光ファイバおよびその製造方法が、以下の特許文献2で提案されている。ほぼ大気圧に等しいSiBr4 を含む雰囲気でシリカガラスのスス体を焼結することで、光を導波するのに十分な濃度のBrを添加することが可能であり、SiBr4 はSiCl4 に比べて分子量が大きく気化しにくいという特徴がある。
本開示の実施形態に係る光ファイバは、中心軸に沿って延びるコアと、該コアを取り囲むクラッドと、を備える。コアは、臭素が添加されたシリカガラスからなる。クラッドは、コアの最大屈折率よりも低い屈折率を有するシリカガラスからなる。また、コアの残留応力は、圧縮応力である。
[発明が解決しようとする課題]
発明者らは、上述の従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、コアにBrが添加されたファイバでは伝送損失が高くなりやすく、上記特許文献2においてもGeO2 よりもむしろ高い伝送損失が報告されている。したがって、コアにBrが添加されたファイバで伝送損失を低減することが従来技術における課題であった。
発明者らは、上述の従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、コアにBrが添加されたファイバでは伝送損失が高くなりやすく、上記特許文献2においてもGeO2 よりもむしろ高い伝送損失が報告されている。したがって、コアにBrが添加されたファイバで伝送損失を低減することが従来技術における課題であった。
本開示は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、低い伝送損失を有するとともに高い生産性で生産可能な構造を備えた光ファイバを提供することを目的としている。
[発明の効果]
本開示によれば、Brが添加されるとともに圧縮応力を有するコアを備えた光ファイバの提供により、伝送損失の低減と高い生産性の実現が可能になる。
本開示によれば、Brが添加されるとともに圧縮応力を有するコアを備えた光ファイバの提供により、伝送損失の低減と高い生産性の実現が可能になる。
[本願発明の実施形態の説明]
以下、本開示の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。
最初に本開示の実施形態に共通する用語を説明し、更に本開示の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。
以下、本開示の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。
最初に本開示の実施形態に共通する用語を説明し、更に本開示の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。
(用語の定義)
本明細書において、純シリカガラス(屈折率n0)を基準としたある媒質(屈折率n)の比屈折率差Δは、
Δ=(n/n0)-1
で与えられるものとする。
本明細書において、純シリカガラス(屈折率n0)を基準としたある媒質(屈折率n)の比屈折率差Δは、
Δ=(n/n0)-1
で与えられるものとする。
また、特に言及がない限り、「光ファイバ」は1つの中心軸を有し、該中心軸の回りに略回転対称であり、かつ、該中心軸に沿って並進対称な構造であると仮定する。コア、クラッド、被覆などの光ファイバの構成要素に関しても、特に言及がない限り、中心軸の回りに略回転対称であり、該中心軸に沿って並進対称な構造であると仮定する。これら仮定が適用可能な場合、光ファイバの構成要素の物性値は、中心軸に直交する任意の断面において定義される。物性値の平均値、最大値、パーセンタイル値などの統計値について定義する際において、上述の断面における物性値は、所定の空間分解能で空間的に一様な頻度で測定して得られる測定値の集合に対する統計値で代替される。更に、特に言及がない限り、上述の空間分解能は、光ファイバの動作波長の近似値である半径1μmの円を仮定する。
中心軸近傍の内側領域を取り囲むコアの外側領域において、該コアの屈折率プロファイルは、半径方向に沿って距離r0だけ中心軸から離れた部位での比屈折率差Δ0、距離r0よりも長い距離r1だけ中心軸から離れた部位での比屈折率差Δ1、および、距離r0以上距離r1以下の距離rだけ中心軸から離れた部位での比屈折率差Δr が、以下の式(1):
Δr =Δ0+(Δ1-Δ0)×((r-r0)/(r1-r0))α …(1)
で近似される関係を満たす形状を有する。指数αの値(一例としてα=2.0)を変更することにより形状は調節される。中心軸を含む該中心軸近傍の内側領域は、光ファイバの製造工程において正確な屈折率プロファイルの制御が難しいため、該内側領域を取り囲むコアの外側領域において正確な屈折率プロファイルの制御が行われる。
Δr =Δ0+(Δ1-Δ0)×((r-r0)/(r1-r0))α …(1)
で近似される関係を満たす形状を有する。指数αの値(一例としてα=2.0)を変更することにより形状は調節される。中心軸を含む該中心軸近傍の内側領域は、光ファイバの製造工程において正確な屈折率プロファイルの制御が難しいため、該内側領域を取り囲むコアの外側領域において正確な屈折率プロファイルの制御が行われる。
(1)本開示の実施形態に係る光ファイバは、その一態様として、中心軸に沿って延びるコアと、該コアを取り囲むクラッドと、を備える。コアは、臭素が添加されたシリカガラスからなる。クラッドは、コアの最大屈折率よりも低い屈折率を有するシリカガラスからなる。また、コアの残留応力は、圧縮応力である。このような構成により、低い伝送損失と高い生産性の両立が可能になる。
(2)本開示の一態様として、クラッドは、多層構造を有してもよい。一例として、クラッドは、コアの外周面に接触した状態で該コアを取り囲む第1クラッドと、該第1クラッドの外周面に接触した状態で該第1クラッドを取り囲む第2クラッドと、により構成される。なお、第1クラッドは、フッ素が添加されたシリカガラスからなる。第2クラッドは、純シリカガラスまたは第1クラッドのフッ素濃度よりも低い濃度のフッ素が添加されたシリカガラスからなる。また、第2クラッドは、引張応力を有する。このような構成は、より低い伝送損失が実現可能になるととともに、該低い伝送損失と高い生産性の両立を可能にする。特に、第2クラッドはハロゲン元素の濃度が0.1wt%未満に抑えられた純粋なシリカガラスであることが好ましい。それにより、コアに対する第2クラッドの大きな粘性差を実現し、第2クラッドに引張応力、コアに圧縮応力が形成される。
(3)本開示の一態様として、クラッドの多層構造は、コアの外周面に接触した状態で該コアを取り囲む第1クラッドと、該第1クラッドの外周面に接触した状態で該第1クラッドを取り囲む第2クラッドと、該第2クラッドの外周面に接触した状態で該第2クラッドを取り囲む第3クラッドと、により構成されてもよい。なお、第1クラッドは、フッ素が添加されたシリカガラスからなる。第2クラッドは、純シリカガラスまたは第1クラッドのフッ素濃度よりも低い濃度のフッ素が添加されたシリカガラスからなる。この構成により、第2クラッドの残留応力は、引張応力である。第3クラッドは、純シリカガラスまたは第1クラッドのフッ素濃度よりも低い濃度のフッ素が添加されたシリカガラスからなる。この構成により、第3クラッド残留応力は、圧縮応力である。このような構成によっても、より低い伝送損失が実現可能になるととともに、該低い伝送損失と高い生産性の両立が可能になる。
(4)本開示の一態様として、コアは、塩素を更に含有し、かつ、当該光ファイバは、粘度調整領域を有するのが好ましい。粘度調整領域は、中心軸に直交する当該光ファイバの断面上で定義される領域であって、コアとクラッド(クラッドが多層構造を有する場合は第1クラッド)との境界部を跨いで隣接するコアの一部とクラッドの一部により構成される。具体的に、粘度調整領域は、中心軸から離れた状態で該中心軸を取り囲む形状を有し、該粘度調整領域の形状(断面上で定義される平面形状)は、距離(半径方向に沿って定義される、粘度調整領域の幅に相当)2μm以上離れた状態でコアとクラッドとの境界部を挟むように配置される内周部と外周部とを有する。このような形状を有する粘度調整領域において、当該光ファイバの粘度分布(半径方向に沿って定義される分布)は、半径方向に沿って連続的に変化する粘度分布を有する。なお、半径方向は、当該光ファイバの断面上において、中心軸から当該光ファイバの外周に向かう方向に一致している。
以上、この[本開示の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。
[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の実施形態に係る光ファイバの具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
以下、本開示の実施形態に係る光ファイバの具体的な構造を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
(光ファイバ製造装置)
図1は、本開示の各実施形態に係る光ファイバを製造するための製造装置の概略構造を示す図である。図1に示された光ファイバ製造装置1は、光ファイバ母材(preform)10の一端を加熱する線引炉23、温度制御される加熱炉24、He雰囲気中で線引きされた裸ファイバを冷却する冷却装置25、冷却された裸ファイバの外周面上に被覆用樹脂を塗布するためのダイス26、該樹脂を硬化させるための紫外線を出力する紫外線光源27、ローラー28、キャプスタン29、および巻き取り機30を備える。なお、ダイス26および紫外線光源27により、樹脂被覆装置21が構成され、当該樹脂被覆装置21により、裸ファイバの外周面上に一次被覆が設けられる。樹脂被覆装置21の下流には、上流側に位置する樹脂被覆装置21と同様の構造を有する樹脂被覆装置22(ダイスおよび紫外線光源を含む)が配置され、上流側の樹脂被覆装置21により設けられた一次被覆の外周面上に二次被覆が設けられる。
図1は、本開示の各実施形態に係る光ファイバを製造するための製造装置の概略構造を示す図である。図1に示された光ファイバ製造装置1は、光ファイバ母材(preform)10の一端を加熱する線引炉23、温度制御される加熱炉24、He雰囲気中で線引きされた裸ファイバを冷却する冷却装置25、冷却された裸ファイバの外周面上に被覆用樹脂を塗布するためのダイス26、該樹脂を硬化させるための紫外線を出力する紫外線光源27、ローラー28、キャプスタン29、および巻き取り機30を備える。なお、ダイス26および紫外線光源27により、樹脂被覆装置21が構成され、当該樹脂被覆装置21により、裸ファイバの外周面上に一次被覆が設けられる。樹脂被覆装置21の下流には、上流側に位置する樹脂被覆装置21と同様の構造を有する樹脂被覆装置22(ダイスおよび紫外線光源を含む)が配置され、上流側の樹脂被覆装置21により設けられた一次被覆の外周面上に二次被覆が設けられる。
具体的には、用意された光ファイバ母材10の一端が線引炉23により加熱され、該加熱された端から裸ファイバが紡糸される。線引炉23から出てきた裸ファイバは、温度制御された加熱炉24の中で徐々に温度が下げられる。この間に裸ファイバ内でガラスの構造緩和が生じ、この構造緩和により、従来技術で生じていた伝送損失の増加が解消される。加熱炉24から出てきた裸ファイバは、冷却装置25のHe雰囲気中で冷却された後にダイス26を通過する。このダイス26を通過する際に、裸ファイバの外周面上に被覆樹脂(一次被覆)が塗布される。塗布された被覆樹脂は、紫外線光源27により紫外線が照射されることで硬化される。更に、樹脂被覆装置21により設けられた一次被覆上に、樹脂被覆装置22により二次被覆が設けられることにより、光ファイバ100が得られる。
ローラー28は、樹脂被覆装置21および樹脂被覆装置22を通過することにより得られる光ファイバ100の走行方向に対して傾斜した回転面を有する。これにより、光ファイバ100に捻れが与えられ、偏波モード分散が低減され得る。キャプスタン29は、ローラー28の下流に位置し、光ファイバ100に対して所定の張力を与える。これにより、線引後の光ファイバ100のけるコアおよびクラッド内に圧縮応力および引張応力が残留することになる。キャプスタン29を通過した光ファイバ100は、図中の矢印Sで示された方向に回転する巻き取り機30によって巻き取られる。
なお、図1の例では、一次被覆を提供する樹脂被覆装置21と、二次被覆を提供する樹脂被覆装置22が、ファイバ進行方向に沿って順に配置されているが、二次被覆は、一次被覆が設けられた光ファイバが巻き取り機30に巻き取られた後に、設けられてもよい。この場合、樹脂被覆装置22は不要である。すなわち、一次被覆が設けられた光ファイバを、該巻き取り機30から別の巻き取り装置に巻替える際に該巻き替えられる光ファイバに二次被覆が設けられる。
また、上述のような構造を有する光ファイバ製造装置1により得られる光ファイバ100の断面構造は、光ファイバ母材10の断面構造と相似関係にある。そのため、断面構造の異なる光ファイバ母材10を該光ファイバ製造装置1にセットすることにより、以下に説明する第1実施形態に係る光ファイバ100a、第2実施形態に係る光ファイバ100b、第3実施形態に係る光ファイバ100cなど、種々の断面構造を有する光ファイバが得られる。
(第1実施形態)
図2の上段に示されたタイプAの光ファイバは、本開示の第1実施形態に係る光ファイバ100aである。また、当該光ファイバ100aの中心軸AXに直交する共通直線に沿って示された屈折率プロファイル150a、粘度分布151a、および応力分布152aが図3に示されている。なお、図4は、図3に示された屈折率プロファイル150aと粘度分布151aにおける領域R1の拡大図である。
図2の上段に示されたタイプAの光ファイバは、本開示の第1実施形態に係る光ファイバ100aである。また、当該光ファイバ100aの中心軸AXに直交する共通直線に沿って示された屈折率プロファイル150a、粘度分布151a、および応力分布152aが図3に示されている。なお、図4は、図3に示された屈折率プロファイル150aと粘度分布151aにおける領域R1の拡大図である。
図2の上段に示されたように、第1実施形態に係るタイプAの光ファイバ100aは、当該光ファイバ100aの中心軸AXに沿って延びたコア110と、該コア110を取り囲むクラッド120と、該クラッドを取り囲む一次被覆210と、該一次被覆210を取り囲む二次被覆220と、を備える。
コア110は、臭素(Br)を含有するシリカガラス(SiO2 )からなる。このコア110において、Br濃度は、0.8wt%以上2.6wt%以下であり、好ましくは1.6wt%以上2.6wt%以下である。また、コア110の最大比屈折率差は、0.1%以上0.3%以下であり、好ましくは0.2%以上0.3%以下である。クラッド120は、純シリカガラス、または、3000ppm以下の微量のフッ素(F)を含むシリカガラスからなる。より好ましくは、塩素、フッ素、および他のハロゲン元素の合計の濃度が0.1wt%以下に抑えられたシリカガラスからなる。図3には、当該第1実施形態に係る光ファイバ100aの、簡略化された屈折率プロファイル150aが示されている。ここで、コア110の外側領域におけるプロファイル形状は、上記式(1)によって与えられるが、屈折率プロファイル150aにおいて、コア110のプロファイル形状は概略形状が示されている。
この第1実施形態において、コア110の直径は、6μm以上10μm以下である。この構成により、第1実施形態に係る光ファイバ100aは、シリカガラスの最低損失波長帯である1550nm波長帯において1つ以上の導波モードを有する(2つの偏波モードの組を1つの導波モードとして定義する)。また、波長1550nmにおける基底モードの実効断面積は、60μm2 以上120μm2 以下であるのが好ましい。クラッド120の外径は、125±1μmであるのが好ましい。一次被覆210および二次被覆220を含む被覆全体の外径(実質的には二次被覆220の外径)は、245±5μm、より好ましくは200±5μmである。
次に、上述の添加物の濃度差により、コア110の粘度の中央値はクラッド120の粘度の最大値よりも低くなる。より好ましくは、コア110の粘度の中央値は、クラッド120における粘度の75%パーセンタイル値よりも低い。更に好ましくは、クラッド120の粘度の中央値よりも低い。このような各部の粘度差により、光ファイバ100aの製造時、特に母材線引の際の張力はクラッド120によって支えられ、結果、線引後の光ファイバ100aのクラッド120には引張応力が残留する一方、コア110には圧縮応力が残留する。図3には、屈折率プロファイル150aの他、当該第1実施形態に係る光ファイバ100aの、簡略化された粘度分布151aおよび簡略化された応力分布152aが示されている。なお、図3に示された屈折率プロファイル150a、粘度分布151a、および応力分布152aのそれぞれの横軸は、当該光ファイバ100aの中心軸AXに直交する断面上の位置(中心軸AXを通る直線上の位置)が一致するように示されている。
圧縮応力自体は各部の粘度差だけでなく母材線引の際の張力などの線引条件にも依存する。ただし、伝送損失の増加を抑制するためには、該コア110の圧縮応力の絶対値(コア110内に残留する応力の平均値の絶対値)は、15MPa以上であるのが好ましく、30MPa以上であるのがより好ましい。更に好ましくは、コア110の圧縮応力の絶対値は、該コア110内に残留する応力の75%パーセンタイル値の絶対値で、30MPa以上であることが好ましい。ガラスに引張応力が残留するとガラス欠陥による伝送損失の増加が発生し易くなる。しかしながら、上述のようにコア110の残留応力が、平均値の絶対値または75%パーセンタイル値の絶対値が十分な大きい圧縮応力である場合、局所的な引張応力による伝送損失の増加が効果的に抑制される。なお、残留応力は、引張応力を正符号の値、圧縮応力を負符号の値で表し、パーセンタイル値は符号付きの値を小さい方から並べた時の割合で定義するものとする。
また、この第1実施形態に係る光ファイバ100aでは、コア110とクラッド120の間で粘度が異なるが、その空間的な変化は連続的かつ緩やかであることが好ましい。コア110とクラッド120の間で粘度差が急峻であると、線引中の温度や張力の意図されない変動により構造や残留応力の大きな変動がコア110とクラッド120の境界部で生じる。これが伝送損失の増加の原因となり得る。このことから、コア110とクラッド120の境界部では、粘度の空間的な変化が緩やかであることにより伝送損失の増加が抑制される。より好ましくは、図4に示されたように、コア110とクラッド120の境界部(屈折率勾配の絶対値が最大となる点P0)を含む幅2μm以上、より好ましくは3μm以上の粘度調整領域ADにおいて、粘度が連続的に変化していることが好ましい。粘度調整領域ADは、中心軸AXに直交する光ファイバ100aの断面上で定義される場合、距離2μm以上、好ましくは3μm以上離れた状態でコア110とクラッド120との境界部を挟むように配置される内周部と外周部とを有する円環領域である。したがって、内周部と外周部の距離は、半径方向に沿って定義される、粘度調整領域ADの幅に相当する。
なお、図4に示されたようにコア110とクラッド120との境界部近傍での粘度変化が緩やかになるように制御するためには、コア110にBrとともにClが添加されるのが好ましい。なお、この第1実施形態に係る光ファイバ100aのコア110およびクラッド120に添加される添加物(Brの他、必要に応じてF、Clなど)の少なくとも一つ以上は、図1に示された光ファイバ母材10の製造工程のうち、例えばスス付け工程(soot deposition)で添加されるのが望ましい。
上述の圧縮応力および粘度分布の緩やかな形状変化に加えて、コア110におけるCl濃度の平均値は、100ppm以上であるのが好ましい。Clを含有することによりガラス欠陥による伝送損失の増加が更に抑制される。より好ましくは、コア110におけるCl濃度の平均値は、200ppm以上である。更に、コア110におけるCl濃度の75%パーセンタイル値は、200ppm以上であることが好ましい。この場合、ガラス欠陥による伝送損失の増加がさらに抑制される。
(第2実施形態)
図2の中段に示されたタイプBの光ファイバは、本開示の第2実施形態に係る光ファイバ100bである。また、当該光ファイバ100bの中心軸AXに直交する共通直線に沿って示された屈折率プロファイル150b、粘度分布151b、および応力分布152bが図5に示されている。なお、図5に示された粘度分布151bにおける領域R2の分布形状は、実質的に図4に示された分布形状に類似している。
図2の中段に示されたタイプBの光ファイバは、本開示の第2実施形態に係る光ファイバ100bである。また、当該光ファイバ100bの中心軸AXに直交する共通直線に沿って示された屈折率プロファイル150b、粘度分布151b、および応力分布152bが図5に示されている。なお、図5に示された粘度分布151bにおける領域R2の分布形状は、実質的に図4に示された分布形状に類似している。
図2の中段に示されたように、第2実施形態に係るタイプBの光ファイバ100bは、当該光ファイバ100bの中心軸AXに沿って延びるコア110と、該コア110を取り囲む第1クラッド120aと、該第1クラッド120aと取り囲む第2クラッド120bと、該第2クラッド120bを取り囲む一次被覆210と、該一次被覆210を取り囲む二次被覆220と、を備える。また、第1クラッド120aおよび第2クラッド120bにより、クラッド120が構成されている。
コア110は、第1実施形態に係る光ファイバ100aと同様に、臭素(Br)を含有するシリカガラス(SiO2 )からなる。このコア110において、Br濃度は、0.8wt%以上2.6wt%以下であり、好ましくは1.6wt%以上2.6wt%以下である。また、コア110の最大比屈折率差は、0.1%以上0.3%以下であり、好ましくは0.2%以上0.3%以下である。第1クラッド120aは、1000ppm以上3000ppm以下の微量のフッ素(F)を含むシリカガラスからなる。第2クラッド120bは、純シリカガラス、または、第1クラッド120aのF濃度よりも低い濃度のFを含むシリカガラスからなる。図5には、当該第2実施形態に係る光ファイバ100bの、簡略化された屈折率プロファイル150bが示されている。ここで、コア110の外側領域におけるプロファイル形状は、上記式(1)によって与えられるが、屈折率プロファイル150bにおいて、コア110のプロファイル形状は概略形状が示されている。
この第2実施形態において、コア110の直径は、6μm以上12μm以下である。この構成により、第2実施形態に係る光ファイバ100bは、シリカガラスの最低損失波長帯である1550nm波長帯において1つ以上の導波モードを有する(2つの偏波モードの組を1つの導波モードとして定義する)。また、波長1550nmにおける基底モードの実効断面積は、60μm2 以上160μm2 以下であるのが好ましい。第1クラッド120aおよび第2クラッド120bを含むクラッド120の外径(実質的には第2クラッド120bの外径)は、125±1μmである、一次被覆210および二次被覆220を含む被覆全体の外径(実施的に二次被覆220の外径)は、245±5μm、より好ましくは200±5μmである。
次に、上述の添加物の濃度差により、コア110および第1クラッド120aそれぞれの粘度の中央値は、第2クラッド120bの粘度の最大値よりも低くなる。より好ましくは、コア110および第1クラッド120aそれぞれの粘度の中央値は、第2クラッド120bの粘度の75%パーセンタイル値よりも低い。更に好ましくは、コア110および第1クラッド120aそれぞれの粘度の中央値は、第2クラッド120bにおける粘度の中央値よりも低い。このような各部の粘度差により、光ファイバ100bの製造時、特に母材線引の際に印加される張力は第2クラッド120bによって支えられ、結果、線引後の光ファイバ100bの第2クラッド120bには引張応力が残留する一方、コア110および第1クラッド120aには圧縮応力が残留する。図5には、屈折率プロファイル150bの他、当該第2実施形態に係る光ファイバ100bの、簡略化された粘度分布151bおよび簡略化された応力分布152bも示されている。なお、図5に示された屈折率プロファイル150b、粘度分布151b、および応力分布152bのそれぞれの横軸は、当該光ファイバ100bの中心軸AXに直交する断面上の位置(中心軸AXを通る直線上の位置)が一致するように示されている。
圧縮応力自体は各部の粘度差だけでなく母材線引の際の張力などの線引条件にも依存する。ただし、伝送損失の増加を抑制するためには、該コア110の圧縮応力の絶対値(コア110内に残留する応力の平均値の絶対値)は、15MPa以上であるのが好ましく、30MPa以上であるのがより好ましい。更に好ましくは、コア110の圧縮応力の絶対値は、コア110および第1クラッド120aそれぞれに残留する応力の75%パーセンタイル値の絶対値で30MPa以上であるのが好ましい。ガラスに引張応力が残留するとガラス欠陥による伝送損失の増加が発生し易くなる。しかしながら、上述のように、コア110および第1クラッド120aの残留応力が、平均値の絶対値または75%パーセンタイル値の絶対値が十分大きい圧縮応力である場合、局所的な引張応力による伝送損失の増加が効果的に抑制される。
この第2実施形態に係る光ファイバ100bにおいても、上述の第1実施形態に係る光ファイバ100aと同様に、コア110と第1クラッド120aの間で粘度が異なるが、その空間的な変化は連続的かつ緩やかであることが好ましい。コア110と第1クラッド120aとの間で粘度差が急峻であると、線引中の温度や張力の意図されない変動により構造や残留応力の大きな変動がコア110と第1クラッド120aの境界部で生じる。これが伝送損失の増加の原因となり得る。このことから、コア110と第1クラッド120aの境界部では、粘度の空間的な変化が緩やかであることにより伝送損失の増加が抑制される。なお、粘度分布151bの領域R2の分布形状は、実質的に図4に示され形状に類似している。すなわち、この第2実施形態に係る光ファイバ100bにおいても、コア110と第1クラッド120aの境界部(屈折率勾配の絶対値が最大となる点P0)を含む幅2μm以上、より好ましくは3μm以上の粘度調整領域AD(円環領域)において、粘度が連続的に変化していることが好ましい。
上述の第1実施形態と同様に、コア110と第1クラッド120aとの境界部近傍での粘度変化が緩やかになるように制御するためには、コア110にBrとともにClが添加されるのが好ましい。なお、この第2実施形態に係る光ファイバ100bのコア110および第1クラッド120aに添加される添加物(Brの他、必要に応じてF、Clなど)の少なくとも一つ以上は、図1に示された光ファイバ母材10の製造工程のうち、例えばスス付け工程(soot deposition)で添加されるのが望ましい。
上述の圧縮応力および粘度分布の緩やかな形状変化に加えて、コア110におけるCl濃度の平均値は、100ppm以上であるのが好ましい。Clを含有することによりガラス欠陥による伝送損失の増加が更に抑制される。より好ましくは、コア110におけるCl濃度の平均値は、200ppm以上である。更に、コア110におけるCl濃度の75%パーセンタイル値は、200ppm以上であることが好ましい。この場合、ガラス欠陥による伝送損失の増加がさらに抑制される。
以上のように、第2実施形態に係る光ファイバ100bは、上述の第1の実施形態に係る光ファイバ100aと比較して、線引張力を支える第2クラッド120bがコア110から離れている。このような構造により、第2実施形態に係る光ファイバ100bは、コア110と第1クラッド120aの組成の選択の自由度が広がる。特に、F添加により第1クラッド120aの比屈折率差を下げることで、コア110と該第1クラッド120aとの間に屈折率差を形成できるので、コア110に添加するBrまたはClの必要濃度を低く抑えることが可能になる。これは、BrやClの高濃度添加に起因したコア110内での発泡による歩留低下を抑制する。
(第3実施形態)
図2の下段に示されたタイプCの光ファイバは、本開示の第3実施形態に係る光ファイバ100cである。また、当該光ファイバ100cの中心軸AXに直交する共通直線に沿って示された屈折率プロファイル150c、粘度分布151c、および応力分布152cが図6に示されている。なお、図6に示された粘度分布151cにおける領域R3の分布形状は、実質的に図3に示された分布形状に類似している。
図2の下段に示されたタイプCの光ファイバは、本開示の第3実施形態に係る光ファイバ100cである。また、当該光ファイバ100cの中心軸AXに直交する共通直線に沿って示された屈折率プロファイル150c、粘度分布151c、および応力分布152cが図6に示されている。なお、図6に示された粘度分布151cにおける領域R3の分布形状は、実質的に図3に示された分布形状に類似している。
図2の下段に示されたように、第3実施形態に係るタイプCの光ファイバ100cは、当該光ファイバ100cの中心軸AXに沿って延びるコア110と、該コア110を取り囲む第1クラッド120aと、該第1クラッド120aと取り囲む第2クラッド120bと、該第2クラッド120bを取り囲む第3クラッド120cと、該第3クラッド120cを取り囲む一次被覆210と、該一次被覆210を取り囲む二次被覆220と、を備える。第1クラッド120a、第2クラッド120b、および第3クラッド120cにより、クラッド120が構成されている。
コア110は、第1実施形態に係る光ファイバ100aや第2実施形態に係る光ファイバ100bと同様に、臭素(Br)を含有するシリカガラス(SiO2 )からなる。このコア110において、Br濃度は、0.8wt%以上2.6wt%以下であり、好ましくは1.6wt%以上2.6wt%以下である。また、コア110の最大比屈折率差は、0.1%以上0.3%以下であり、好ましくは0.2%以上0.3%以下である。第1クラッド120aは、1000ppm以上3000ppm以下の微量のフッ素(F)を含むシリカガラスからなる。第2クラッド120bは、純シリカガラス、または、第1クラッド120aのF濃度よりも低い濃度のFを含むシリカガラスからなる。第3クラッド120cは、FまたはOH基を含み、第2クラッド120bの粘度よりも低い粘度を有する。図6には、当該第3実施形態に係る光ファイバ100cの、簡略化された屈折率プロファイル150cが示されている。ここで、コア110の外側領域におけるプロファイル形状は、上記式(1)によって与えられるが、屈折率プロファイル150cにおいて、コア110のプロファイル形状は概略形状が示されている。
この第3実施形態において、コア110の直径は、6μm以上12μm以下である。この構成により、第3実施形態に係る光ファイバ100cは、シリカガラスの最低損失波長帯である1550nm波長帯において1つ以上の導波モードを有する(2つの偏波モードの組を1つの導波モードとして定義する)。波長1550nmにおける基底モードの実効断面積は、60μm2 以上160μm2 以下であることが好ましい。第1クラッド120a、第2クラッド120b、および第3クラッド120cを含むクラッド120外径(実的には第3クラッド120cの外径)は、125±1μmである。一次被覆210および二次被覆220を含む被覆全体の外径(実質的には二次被覆220の外径)は、245±5μm、より好ましくは200±5μmである。
次に、上述の添加物の濃度差により、コア110、第1クラッド120aおよび第3クラッド120cそれぞれの粘度の中央値は、第2クラッド120bの粘度の最大値よりも低くなる。より好ましくは、コア110、第1クラッド120aおよび第3クラッド120cそれぞれの粘度の中央値は、第2クラッド120bの粘度の75%パーセンタイル値よりも低い。更に好ましくは、コア110、第1クラッド120aおよび第3クラッド120cそれぞれの粘度の中央値は、第2クラッド120bの粘度の中央値よりも低い。このような各部の粘度差により、光ファイバ100cの製造時、特に母材線引の際に印加される張力は第2クラッド120bによって支えられ、結果、線引後の光ファイバ100cの第2クラッド120bには引張応力が残留する一方、コア110、第1クラッド120aおよび第3クラッド120cには圧縮応力がそれぞれ残留する。図6には、屈折率プロファイル150cの他、当該第3実施形態に係る光ファイバ100cの、簡略化された粘度分布151cおよび簡略化された応力分布152cも示されている。なお、図6に示された屈折率プロファイル150c、粘度分布151c、および応力分布152cのそれぞれの横軸は、当該光ファイバ100cの中心軸AXに直交する断面上の位置(中心軸AXを通る直線上の位置)が一致するように示されている。
圧縮応力自体は各部の粘度差だけでなく母材線引の際の張力などの線引条件にも依存する。ただし、伝送損失の増加を抑えるためには、コア110、第1クラッド120aおよび第3クラッド120cそれぞれにおける圧縮応力の絶対値(各部内における残留応力の平均値の絶対値)は、15MPa以上であるのが好ましく、30MPa以上であるのがより好ましい。更に好ましくは、コア110、第1クラッド120aおよび第3クラッド120cそれぞれにおける圧縮応力の絶対値は、各部に残留する応力の75%パーセンタイル値の絶対値で30MPa以上であるのが好ましい。ガラスに引張張力が残留するとガラス欠陥による伝送損失の増加が発生し易くなる。しかしながら、上述のように、コア110、第1クラッド120aおよび第3クラッド120cそれぞれに残留する残留応力の平均値または75%パーセンタイル値が十分な大きさの圧縮応力であることにより、局所的な引張張力による伝送損失の増加が抑制される。
なお、この第3実施形態に係る光ファイバ100cにおいても、上述の第1実施形態に係る光ファイバ100aおよび第2実施形態に係る光ファイバ100bと同様に、コア110と第1クラッド120aとの間で粘度が異なるが、その空間的な変化は連続的かつ緩やかであることが好ましい。コア110と第1クラッド120aとの間で粘度差が急峻であると、線引中の温度や張力の意図されない変動により構造や残留応力の大きな変動がコア110と第1クラッド120aの境界部で生じる。これが伝送損失の増加の原因となり得る。このことから、コア110と第1クラッド120aの境界部では、粘度の空間的な変化が緩やかであることにより伝送損失の増加が抑制される。なお、粘度分布151cの領域R3の分布形状は、実質的に図4に示され形状に類似している。すなわち、この第3実施形態に係る光ファイバ100cにおいても、コア110と第1クラッド120aの境界部(屈折率勾配が最大となる点P0)を含む幅2μm以上、より好ましくは3μm以上の粘度調整領域AD(円環領域)において、粘度が連続的に変化していることが好ましい。
上述の第1実施形態および第2実施形態と同様に、コア110と第1クラッド120aとの境界部近傍での粘度変化が緩やかになるように制御するためには、コア110にBrとともにClが添加されるのが好ましい。なお、この第3実施形態に係る光ファイバ100cのコア110および第1クラッド120aに添加される添加物(Brの他、必要に応じてF、Clなど)の少なくとも一つ以上は、図1に示された光ファイバ母材10の製造工程のうち、例えばスス付け工程(soot deposition)で添加されるのが望ましい。
上述の圧縮応力および粘度分布の緩やかな形状変化に加えて、コア110におけるCl濃度の平均値は、100ppm以上であるのが好ましい。Clを含有することによりガラス欠陥による伝送損失の増加が更に抑制される。より好ましくは、コア110におけるCl濃度の平均値は、200ppm以上である。更に、コア110におけるCl濃度の75%パーセンタイル値は、200ppm以上であることが好ましい。この場合、ガラス欠陥による伝送損失の増加がさらに抑制される。
以上のように、第3実施形態に係る光ファイバ100cでは、クラッド120の多層構造における最外周の第3クラッド120cに圧縮応力が残留する。これにより、クラッド120の外表面に機械的な傷が加えられても、その傷の進展速度が低く抑えられる。その結果、当該光ファイバ100cは、高い疲労係数が得られ、長期的な信頼性が改善される。好ましくは、動疲労係数が20以上である。
(第4実施形態)
図7に示されたタイプDの光ファイバは、本開示の第4実施形態に係る光ファイバ100dである。また、当該光ファイバ100dの中心軸AXに直交する共通直線に沿って示された屈折率プロファイル150d、粘度分布151d、および応力分布152dが図8に示されている。なお、図8に示された粘度分布151dにおける領域R4の分布形状は、実質的に図3に示された分布形状に類似している。
図7に示されたタイプDの光ファイバは、本開示の第4実施形態に係る光ファイバ100dである。また、当該光ファイバ100dの中心軸AXに直交する共通直線に沿って示された屈折率プロファイル150d、粘度分布151d、および応力分布152dが図8に示されている。なお、図8に示された粘度分布151dにおける領域R4の分布形状は、実質的に図3に示された分布形状に類似している。
図7に示されたように、第4実施形態に係るタイプDの光ファイバ100dは、当該光ファイバ100dの中心軸AXに沿って延びるコア110dと、該コア110dを取り囲む第1クラッド120aと、該第1クラッド120aと取り囲む第2クラッド120bと、該第2クラッド120bを取り囲む一次被覆210と、該一次被覆210を取り囲む二次被覆220と、を備える。第1クラッド120aおよび第2クラッド120bにより、クラッド120が構成されている。
コア110dは、中心軸AXに沿って延びる第1コア111d、および該第1コア111dを包囲して中心軸AXに沿って延びる第2コア112dからなる。第1コア111dは、アルカリ元素が添加されたシリカガラスからなる。アルカリ元素は、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、またはセシウム(Cs)の中の一つ以上である。第1コア111dにおける該アルカリ元素の原子数濃度は、シリカガラスの珪素(Si)原子数に対して1ppm以上100ppm以下であることにより、添加に起因する伝送損失増を抑えると同時に第1コア111dの粘度を効果的に低減することができる。第1コア111dには、該アルカリ元素に加えて、塩素(Cl)およびフッ素(F)が共添加されてもよく、それにより、さらに粘度を効果的に低減することができる。第2コア112dは、第1実施形態に係る光ファイバ100aや第2実施形態に係る光ファイバ100bと同様に、臭素(Br)を含有するシリカガラス(SiO2)からなる。この第2コア112dにおいて、Br濃度は、0.8wt%以上2.6wt%以下であり、好ましくは1.6wt%以上2.6wt%以下である。また、コア110dの最大比屈折率差は、0.1%以上0.3%以下であり、好ましくは0.2%以上0.3%以下である。第1クラッド120aは、1000ppm以上3000ppm以下の微量のフッ素(F)を含むシリカガラスからなる。第2クラッド120bは、純シリカガラス、または、第1クラッド120aのF濃度よりも低い濃度のFを含むシリカガラスからなる。図8には、当該第4実施形態に係る光ファイバ100dの、簡略化された屈折率プロファイル150dが示されている。ここで、コア110dの外側領域におけるプロファイル形状は、上記式(1)によって与えられるが、屈折率プロファイル150dにおいて、コア110dのプロファイル形状は概略形状が示されている。
この第4実施形態において、コア110dの直径は、6μm以上12μm以下である。この構成により、第4実施形態に係る光ファイバ100dは、シリカガラスの最低損失波長帯である1550nm波長帯において1つ以上の導波モードを有する(2つの偏波モードの組を1つの導波モードとして定義する)。波長1550nmにおける基底モードの実効断面積は、60μm2以上160μm2以下であることが好ましい。第1クラッド120aおよび第2クラッド120bを含むクラッド120の外径は、125±1μmである。一次被覆210および二次被覆220を含む被覆全体の外径(実質的には二次被覆220の外径)は、245±5μmであり、好ましくは200±5μmである。
次に、上述の添加物の濃度差により、第1コア111d、第2コア112d、および第1クラッド120aそれぞれの粘度の中央値は、第2クラッド120bの粘度の最大値よりも低くなる。より好ましくは、第1コア111d、第2コア112d、および第1クラッド120aそれぞれの粘度の中央値は、第2クラッド120bの粘度の75%パーセンタイル値よりも低い。更に好ましくは、第1コア111d、第2コア112d、および第1クラッド120aそれぞれの粘度の中央値は、第2クラッド120bの粘度の中央値よりも低い。このような各部の粘度差により、光ファイバ100dの製造時、特に母材線引の際に印加される張力は第2クラッド120bによって支えられ、結果、線引後の光ファイバ100dの第2クラッド120bには引張応力が残留する一方、第1コア111d、第2コア112d、および第1クラッド120aには圧縮応力がそれぞれ残留する。図8には、屈折率プロファイル150dの他、当該第4実施形態に係る光ファイバ100dの、簡略化された粘度分布151dおよび簡略化された応力分布152dも示されている。なお、図8に示された屈折率プロファイル150d、粘度分布151d、および応力分布152dのそれぞれの横軸は、当該光ファイバ100dの中心軸AXに直交する断面上の位置(中心軸AXを通る直線上の位置)が一致するように示されている。
圧縮応力自体は各部の粘度差だけでなく母材線引の際の張力などの線引条件にも依存する。ただし、伝送損失の増加を抑えるためには、第1コア111d、第2コア112d、および第1クラッド120aそれぞれにおける圧縮応力の絶対値(各部内における残留応力の平均値の絶対値)は、15MPa以上であるのが好ましく、30MPa以上であるのがより好ましい。更に好ましくは、第1コア111d、第2コア112d、および第1クラッド120aそれぞれにおける圧縮応力の絶対値は、各部に残留する応力の75%パーセンタイル値の絶対値で30MPa以上であるのが好ましい。ガラスに引張張力が残留するとガラス欠陥による伝送損失の増加が発生し易くなる。しかしながら、上述のように、第1コア111d、第2コア112d、および第1クラッド120aそれぞれに残留する残留応力の平均値または75%パーセンタイル値が十分な大きさの圧縮応力であることにより、局所的な引張張力による伝送損失の増加が抑制される。
なお、この第4実施形態に係る光ファイバ100dにおいても、上述の第1実施形態に係る光ファイバ100aおよび第2実施形態に係る光ファイバ100bと同様に、第2コア112dと第1クラッド120aとの間で粘度が異なるが、その空間的な変化は連続的かつ緩やかであることが好ましい。互いの間に大きな屈折率差を有する第2コア112dと第1クラッド120aとの間で粘度差が急峻であると、線引中の温度や張力の意図されない変動により構造や残留応力の大きな変動が第2コア112dと第1クラッド120aの境界部で生じる。これが伝送損失の増加の原因となり得る。このことから、第2コア112dと第1クラッド120aの境界部では、粘度の空間的な変化が緩やかであることにより伝送損失の増加が抑制される。なお、粘度分布151dの領域R4の分布形状は、実質的に図4に示され形状に類似している。すなわち、この第4実施形態に係る光ファイバ100dにおいても、第2コア112dと第1クラッド120aの境界部(屈折率勾配が最大となる点P0)を含む幅2μm以上、より好ましくは3μm以上の粘度調整領域AD(円環領域)において、粘度が連続的に変化していることが好ましい。
上述の第1実施形態および第2実施形態と同様に、第2コア112dと第1クラッド120aとの境界部近傍での粘度変化が緩やかになるように制御するためには、第2コア112dにBrとともにClが添加されるのが好ましい。なお、この第4実施形態に係る光ファイバ100dの第2コア112dおよび第1クラッド120aに添加される添加物(Brの他、必要に応じてF、Clなど)の少なくとも一つ以上は、図1に示された光ファイバ母材10の製造工程のうち、例えばスス付け工程(soot deposition)で添加されるのが望ましい。
上述の圧縮応力および粘度分布の緩やかな形状変化に加えて、コア110におけるCl濃度の平均値は、100ppm以上であるのが好ましい。Clを含有することによりガラス欠陥による伝送損失の増加が更に抑制される。より好ましくは、コア110におけるCl濃度の平均値は、200ppm以上である。更に、コア110におけるCl濃度の75%パーセンタイル値は、200ppm以上であることが好ましい。この場合、ガラス欠陥による伝送損失の増加がさらに抑制される。
以上のように、第4実施形態に係る光ファイバ100dは、上述の第1から第3の実施形態に係る光ファイバ100aから100cと比較して、コア110の一部をなす第1コア111dにアルカリ元素が含有されることにより、第1コアの粘度を効果的に低減することができる。アルカリ元素は線引工程で第1コアを包囲する第2コア、さらにそれを包囲する第1クラッドに拡散できるため、第2コアおよび第1クラッドにおいても粘度の低減効果が得られる。その結果、線引条件に依らず第1コア、第2コアおよび第1クラッドに効果的に圧縮応力を形成することができるため、線引速度や線引張力を生産性の観点で最適化することが容易であり、結果的に光ファイバの製造コストを低減することができる。
1…光ファイバ製造装置、10…光ファイバ母材、21、22…樹脂被覆装置、23…線引炉、24…加熱炉、25…冷却装置、26…ダイス、27…紫外線光源、28…ローラー、29…キャプスタン、30…巻き取り機、100、100a、100b、100c、100d…光ファイバ、110、110d…コア、111d…第1コア、112d…第2コア、120…クラッド、120a…第1クラッド、120b…第2クラッド、120c…第3クラッド、210…一次被覆、220…二次被覆、AX…中心軸、150a、150b、150c、150d…屈折率プロファイル、151a、151b、151c、151d…粘度分布、152a、152b、152c、152d…応力分布、AD…粘度調整領域、AX…中心軸、R1、R2、R3、R4…領域、S…矢印(回転方向)。
Claims (4)
- 中心軸に沿って延び、かつ、臭素が添加されたシリカガラスからなるコアと、
前記コアを取り囲み、かつ、前記コアの最大屈折率よりも低い屈折率を有するシリカガラスからなるクラッドと、
を備え、
前記コアは、圧縮応力を有する、
光ファイバ。 - 前記クラッドは、
前記コアを取り囲み、かつ、フッ素が添加されたシリカガラスからなる第1クラッドと、
前記第1クラッドを取り囲み、純シリカガラスまたは前記第1クラッドのフッ素濃度よりも低い濃度のフッ素が添加されたシリカガラスからなり、かつ、引張応力を有する第2クラッドと、を含む、
請求項1に記載の光ファイバ。 - 前記クラッドは、
前記コアを取り囲み、かつ、フッ素が添加されたシリカガラスからなる第1クラッドと、
前記第1クラッドを取り囲み、純シリカガラスまたは前記第1クラッドのフッ素濃度よりも低い濃度のフッ素が添加されたシリカガラスからなり、かつ、引張応力を有する第2クラッドと、
前記第2クラッドを取り囲み、純シリカガラスまたは前記第1クラッドのフッ素濃度よりも低い濃度のフッ素が添加されたシリカガラスからなり、かつ、圧縮応力を有する第3クラッドと、を含む、
請求項1に記載の光ファイバ。 - 前記コアは、塩素を更に含有し、
前記中心軸に直交する当該光ファイバの断面上で定義される粘度調整領域は、前記中心軸から離れた状態で前記中心軸を取り囲む形状と、距離2μm以上離れた状態で前記コアと前記クラッドとの境界部を挟むように配置される内周部および外周部と、前記中心軸から当該光ファイバの外周に向かう半径方向に沿って連続的に変化する粘度分布と、を有する、
請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光ファイバ。
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