WO2023054620A1 - 光ファイバおよびその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an optical fiber and its manufacturing method.
- Patent Documents 1 to 5 A method of doping the core with an alkali metal element or alkaline earth metal element to reduce transmission loss at a wavelength of 1550 nm has been disclosed (Patent Documents 1 to 5).
- Patent Document 2 proposes an optical fiber in which the core is co-doped with germanium (Ge) and an alkali metal element.
- Germanium is the material that is most widely used as a dopant for the core of optical fibers and has a long track record of handling.
- An optical fiber having a core portion doped with germanium has been reported at the product level to achieve a low transmission loss characteristic of 0.5 dB/km or less in a wide band including OH loss.
- the OH loss is the transmission loss at the absorption peak wavelength of the OH group, which is about 1383 nm.
- the present invention has been made in view of the above, and its object is to provide an optical fiber with low transmission loss in a wide band and a method for manufacturing the same.
- one aspect of the present invention provides a core portion including a germanium-doped center core, and a refractive index lower than the maximum refractive index of the core portion, and a clad portion surrounding the outer periphery of the center core, wherein the clad portion has a positive relative refractive index difference of 0.1% or less with respect to pure silica glass, and the alkali metal element is distributed in the center core. and the peak of the concentration distribution in the radial direction of the alkali metal element is positioned at a distance of at least twice the radius of the center core from the center of the center core.
- the peak of the concentration distribution in the radial direction of the alkali metal element may be located at a distance of 3 to 5 times the radius of the center core from the center of the center core.
- the alkali metal element may be potassium.
- the average concentration of the alkali metal element in the center core may be 100 ppm or less.
- the relative refractive index difference ⁇ 1 of the average maximum refractive index of the center core with respect to the average refractive index of the clad portion may be 0.2% or more and 0.6% or less.
- the transmission loss at a wavelength of 1550 nm may be 0.185 dB/km or less.
- the transmission loss at the wavelength of the absorption peak of the OH group may be 0.5 dB/km or less.
- the peak of the lowest value of residual stress may exist on the outer peripheral side of the center core.
- the diameter 2a of the center core is 7.9 ⁇ m or more and 13.5 ⁇ m or less, and the average maximum relative refractive index difference ⁇ 1 of the center core with respect to the average refractive index of the clad portion is 0.21% or more and 0.60% or less. It's okay.
- the core portion comprises the center core, the diameter 2a of the center core is 8.0 ⁇ m or more and 12.0 ⁇ m or less, and the average maximum relative refractive index difference ⁇ 1 of the center core with respect to the average refractive index of the clad portion is 0.30%. It may be 0.60% or less.
- the peak of the concentration distribution of the alkali metal element in the radial direction is located at a distance of 2.0 to 2.8 times the radius of the center core from the center of the center core, and the average concentration of the alkali metal element in the center core may be 50 ppm or more and 100 ppm or less.
- the core portion includes the center core and a depressed layer formed so as to surround the outer periphery of the center core and having a refractive index smaller than that of the clad portion, and the diameter 2a of the center core is 8.5 ⁇ m or more and 13.5 ⁇ m or less, the average maximum relative refractive index difference ⁇ 1 of the center core with respect to the average refractive index of the clad portion is 0.21% or more and 0.38% or less, and the average refractive index of the clad portion
- the relative refractive index difference ⁇ 2 of the average refractive index of the depressed layer with respect to the index is ⁇ 0.40% or more and ⁇ 0.03% or less, and the ratio of the outer diameter 2b of the depressed layer to the above 2a (b/a) may be 3.0 or more and 3.6 or less.
- the peak of the concentration distribution of the alkali metal element in the radial direction is located at a distance of 3.0 to 3.6 times the radius of the center core from the center of the center core, and the average concentration of the alkali metal element in the center core may be 25 ppm or more and 60 ppm or less.
- the core portion includes the center core and a stepped layer formed so as to surround the outer periphery of the center core and having a refractive index lower than that of the center core and higher than that of the clad portion,
- the diameter 2a of the center core is 8.4 ⁇ m
- the average maximum relative refractive index difference ⁇ 1 of the center core with respect to the average refractive index of the clad portion is 0.38%
- the stepped layer with respect to the average refractive index of the clad portion may be 0.02%
- the ratio (b/a) of the outer diameter 2b of the stepped layer to the stepped layer 2a may be 3.6.
- the core portion is formed to surround the center core and an outer periphery of the center core, and is formed to surround an intermediate layer having a refractive index smaller than the maximum refractive index of the center core and an outer periphery of the intermediate layer. and a trench layer having a smaller refractive index than the refractive index of the cladding portion, the diameter 2a of the center core being 7.9 ⁇ m or more and 11.8 ⁇ m or less, and the center core relative to the average refractive index of the cladding portion
- the average maximum relative refractive index difference ⁇ 1 is 0.27% or more and 0.40% or less
- the relative refractive index difference ⁇ 2 of the intermediate layer with respect to the average refractive index of the clad portion is ⁇ 0.05% or more and 0.05 % or less
- the relative refractive index difference ⁇ 3 of the trench layer with respect to the average refractive index of the cladding portion is ⁇ 0.60% or more and ⁇ 0.12% or less
- the peak of the concentration distribution of the alkali metal element in the radial direction is located at a distance of 3.0 to 5.0 times the radius of the center core from the center of the center core, and the average concentration of the alkali metal element in the center core may be 5 ppm or more and 55 ppm or less.
- One aspect of the present invention is the method for manufacturing the optical fiber, wherein a portion corresponding to the center core and a position at least twice the radius of the portion corresponding to the center core from the center of the portion corresponding to the center core
- a center core rod is produced by synthesizing the corresponding part and the corresponding part in a batch synthesis process, a glass pipe having an inner surface doped with an alkali metal element is arranged on the outer periphery of the center core rod, and the alkali metal element corresponds to the center core. Then, an optical fiber is drawn from an optical fiber preform including the center core rod and the glass pipe.
- the collective synthesis process may be a VAD (Vapor-phase Axial Deposition) method.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a plane perpendicular to the longitudinal direction of an optical fiber according to an embodiment.
- FIG. 2A is a schematic diagram of a refractive index profile of an optical fiber according to an embodiment
- FIG. 2B is a schematic diagram of a refractive index profile of an optical fiber according to an embodiment
- FIG. 2C is a schematic diagram of a refractive index profile of an optical fiber according to an embodiment
- FIG. 2D is a schematic diagram of a refractive index profile of an optical fiber according to an embodiment
- FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between radial position, refractive index profile, and K concentration.
- FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the center core radius ratio of the alkali-doped peak position, OH loss and 1550 nm loss.
- FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between radial position, K concentration, and residual stress.
- the cutoff wavelength or the effective cutoff wavelength refers to the ITU-T G.I. Refers to the cable cutoff wavelength ( ⁇ cc) defined in R.650.1. For other terms not specifically defined in this specification, see G.I. 650.1 and G.I. 650.2 shall comply with the definition and measurement method.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a plane perpendicular to the longitudinal direction of an optical fiber according to an embodiment.
- the optical fiber 1 includes a core portion 1a and a clad portion 1b surrounding the outer circumference of the core portion 1a.
- a portion of the optical fiber 1 including the core portion 1a and the clad portion 1b is a portion made of glass in the optical fiber, and is sometimes referred to as a glass optical fiber.
- the optical fiber 1 also includes a coating layer 1c surrounding the outer circumference of the clad portion 1b.
- the coating layer 1c has a primary layer 1ca surrounding the outer circumference of the cladding portion 1b and a secondary layer 1cb surrounding the outer circumference of the primary layer 1ca.
- the optical fiber 1 provided with the coating layer 1c may be described as an optical fiber cable.
- the primary layer 1ca and the secondary layer 1cb are made of resin.
- This resin is, for example, an ultraviolet curing resin.
- the UV curable resin is a mixture of various resin materials and additives such as oligomers, diluent monomers, photopolymerization initiators, silane coupling agents, sensitizers and lubricants.
- oligomer conventionally known materials such as polyether urethane acrylate, epoxy acrylate, polyester acrylate, and silicone acrylate can be used.
- Conventionally known materials such as monofunctional monomers and polyfunctional monomers can be used as the diluent monomer.
- the additives are not limited to those described above, and conventionally known additives and the like used for ultraviolet curable resins and the like can be widely used.
- the optical fiber 1 has a refractive index profile as shown in FIGS. 2A, 2B, 2C and 2D, for example.
- 2A, 2B, 2C, and 2D all show the refractive index profile in the radial direction from the central axis of the core portion 1a of the optical fiber 1.
- FIG. Note that the refractive index profile is indicated by a relative refractive index difference with respect to pure silica glass.
- pure silica glass is very high-purity silica glass that does not substantially contain dopants that change the refractive index and has a refractive index of about 1.444 at a wavelength of 1550 nm.
- FIG. 2A shows a step-type refractive index profile.
- profile P11 indicates the refractive index profile of core portion 1a
- profile P12 indicates the refractive index profile of cladding portion 1b.
- the diameter of the core portion 1a is 2a
- the relative refractive index difference is ⁇ 1.
- the relative refractive index difference of the average refractive index of the cladding portion 1b with respect to the refractive index of pure silica glass is ⁇ clad.
- the center core which is the portion having the highest average refractive index in the core portion 1a, corresponds to the entire core portion 1a. That is, the case of FIG. 2A is an example in which the core portion is composed of the center core.
- FIG. 2B shows a so-called W-shaped refractive index profile.
- profile P21 indicates the refractive index profile of core portion 1a
- profile P22 indicates the refractive index profile of cladding portion 1b.
- the core portion 1a is formed so as to surround the center core having a diameter of 2a and the outer periphery of the center core, and has a smaller refractive index than the cladding portion and has an inner diameter of 2a and an outer diameter of 2b and the depressed layer.
- the center core is a portion having the highest average refractive index in the core portion 1a.
- the average maximum relative refractive index difference of the center core with respect to the average refractive index of the cladding portion 1b is ⁇ 1.
- the relative refractive index difference of the average refractive index of the depressed layer with respect to the average refractive index of the cladding portion 1b is ⁇ 2.
- the relative refractive index difference of the average refractive index of the cladding portion 1b with respect to the refractive index of pure silica glass is ⁇ clad.
- FIG. 2B is an example in which the core portion includes the center core and the depressed layer.
- FIG. 2C shows a so-called trench-type refractive index profile.
- profile P31 indicates the refractive index profile of core portion 1a
- profile P32 indicates the refractive index profile of cladding portion 1b.
- the core portion 1a is formed so as to surround the center core having a diameter of 2a and the outer periphery of the center core, and has a refractive index smaller than the maximum refractive index of the center core, an inner diameter of 2a, and an outer diameter of 2a.
- the center core is a portion having the highest average refractive index in the core portion 1a.
- the average maximum relative refractive index difference of the center core with respect to the average refractive index of the cladding portion 1b is ⁇ 1.
- the relative refractive index difference of the intermediate layer with respect to the average refractive index of the cladding portion 1b is ⁇ 2.
- the relative refractive index difference of the trench layer with respect to the average refractive index of the cladding portion 1b is ⁇ 3.
- the relative refractive index difference of the average refractive index of the cladding portion 1b with respect to the refractive index of pure silica glass is ⁇ clad.
- ⁇ 2 is usually set to a value equal to or near 0%.
- FIG. 2C is an example in which the core portion includes the center core, the intermediate layer, and the trench layer.
- FIG. 2D shows a so-called stepped refractive index profile.
- profile P41 indicates the refractive index profile of core portion 1a
- profile P42 indicates the refractive index profile of cladding portion 1b.
- the core portion 1a is formed so as to surround the center core having a diameter of 2a and the outer circumference of the center core, and the inner diameter is smaller in refractive index than the refractive index of the center core and larger than the refractive index of the cladding portion. is 2a and the outer diameter is 2b.
- the center core is a portion having the highest average refractive index in the core portion 1a.
- the average maximum relative refractive index difference of the center core with respect to the average refractive index of the cladding portion 1b is ⁇ 1.
- the relative refractive index difference of the average refractive index of the stepped layer with respect to the average refractive index of the cladding portion 1b is ⁇ 2.
- the relative refractive index difference of the average refractive index of the cladding portion 1b with respect to the refractive index of pure silica glass is ⁇ clad.
- FIG. 2D is an example in which the core portion includes the center core and the staircase layer.
- the refractive index profile of the center core of the core portion 1a is not limited to the geometrically ideal shape step type, but also the shape of the top is not flat and unevenness is formed due to manufacturing characteristics, or the top is uneven. It may have a shape that pulls the hem.
- the refractive index of the substantially flat region at the top of the refractive index profile within the range of the core diameter 2a of the core portion 1a in manufacturing design serves as an index for determining ⁇ 1.
- the substantially flat region seems to be divided into multiple places, or when it is difficult to define the substantially flat region due to a continuous change, At least any part of the core part other than the part where the rate changes is within the range of ⁇ 1 below, and the difference in ⁇ between the maximum value and the minimum value is within ⁇ 30% of a certain value, desired It has been confirmed that it is possible to produce characteristics close to , and there is no particular problem.
- the average refractive index of the depressed layer, the intermediate layer, the trench layer, the stepped layer, and the clad portion 1b is the average value of the refractive indices in the radial direction of the refractive index profile.
- the cladding portion 1b has a lower refractive index than the maximum refractive index of the core portion 1a.
- the cladding portion 1b is made of silica-based glass whose relative refractive index difference is a positive value of 0.1% or less with chlorine (Cl), for example, compared to pure silica glass.
- the cladding portion 1b may not contain dopants that change the refractive index other than Cl.
- the center core of the core portion 1a is made of silica glass doped with Ge or an alkali metal element.
- Alkali metal elements are potassium (K) and sodium (Na), for example.
- An alkali metal element is a dopant that increases the refractive index of quartz glass and reduces the viscosity thereof.
- the alkali metal element may be doped as a compound such as a potassium compound or a sodium compound.
- the center core may be doped with Cl.
- the stepped layer of the core portion 1a is made of silica glass doped with Ge or an alkali metal element.
- the staircase layer may be doped with Cl.
- the depressed layer and the trench layer of the core portion 1a are made of quartz glass doped with fluorine or boron, which is a refractive index lowering dopant that lowers the refractive index.
- the intermediate layer is made of silica glass having a refractive index equal to or close to that of the cladding portion 1b.
- fluorine is more preferable from the viewpoint of manufacturability. Fluorine may be doped as a fluorine compound.
- the depressed layer, the trench layer, and the intermediate layer may be doped with Cl.
- layers other than the center core and the stepped layer in the core portion 1a or the clad portion 1b may be doped with an alkali metal element.
- the optical fiber 1 is doped with an alkali metal element so as to be distributed in the center core of the core portion 1a. in a distant position.
- the alkali metal element is potassium (K).
- FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between radial position, refractive index profile, and K concentration.
- the zero radial position is the central axis of the core portion 1a and the central axis of the center core.
- the region with a large relative refractive index in the refractive index profile is the center core.
- K is doped so as to be distributed in the center core, and the K concentration peak is located at a distance of more than twice the radius of the center core from the center of the center core.
- a portion corresponding to the center core and a portion corresponding to a position at least twice the radius of the portion corresponding to the center core from the center of the portion corresponding to the center core. are synthesized in a batch synthesis process to fabricate a center core rod made of quartz-based glass.
- the collective synthesis process is a VAD (Vapor-phase Axial Deposition) method or an MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition) method.
- K which is an alkali metal element
- K diffuses to a portion corresponding to the center core.
- the optical fiber 1 is drawn from the optical fiber preform including the center core rod and the glass pipe.
- OH groups may be introduced to the surface of the center core rod. in a distant position. Therefore, in the manufactured optical fiber 1 as well, the position where the OH group exists is a position at least twice the radius of the center core from the center of the center core. Therefore, OH loss is suppressed because the OH group is away from the region where the light intensity is high in the optical fiber 1 . Furthermore, since the center core is doped with K, the transmission loss of the optical fiber 1 at a wavelength of 1550 nm is also suppressed.
- the optical fiber 1 according to Embodiment 1 is an optical fiber with reduced transmission loss and OH loss at a wavelength of 1550 nm and low transmission loss in a wide band.
- the transmission loss at a wavelength of 1550 nm is, for example, 0.185 dB/km or less.
- the OH loss is, for example, 0.5 dB/km or less.
- FIG. 4 is a diagram showing an example of the relationship between the center core radius ratio of the alkali-doped peak position, OH loss and 1550 nm loss.
- the center core radius ratio of the alkali dope peak position (hereinafter sometimes abbreviated as the center core radius ratio) is a value obtained by normalizing the distance from the center of the center core to the position of the K concentration peak in the radial direction by the radius of the center core. is.
- 1550 nm loss means transmission loss at a wavelength of 1550 nm.
- the average concentration of K means the average concentration of K in the radial direction.
- the refractive index profiles of the optical fiber samples used for the investigation are step type, W type, step type, and trench type.
- the core diameter was adjusted so that (1) the cable cutoff wavelength was 1200 nm, or (2) the cable cutoff wavelength was 1500 nm.
- the average transmission loss mentioned above is the average transmission loss of samples manufactured on trial under these various conditions.
- Table 1 shows the average transmission loss at a wavelength of 1550 nm when ⁇ 1 and average K concentration are changed.
- Table 1 shows the average transmission loss at a wavelength of 1550 nm when ⁇ 1 and average K concentration are changed.
- ⁇ 1 is 0.2% or more and 0.6% or less and when the average K concentration is 100 ppm or less
- the transmission loss at a wavelength of 1550 nm is 0.185 dB / km or less. preferable.
- the reason for this is that if ⁇ 1 is 0.2% or more, an increase in transmission loss due to bending loss is unlikely to occur, and if ⁇ 1 is 0.6% or less, the influence of Rayleigh scattering loss due to dopants in the center core is small. Conceivable.
- FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the radial position, the K concentration, and the residual stress in an optical fiber prototyped as an example of the optical fiber 1.
- the center core radius of the prototype optical fiber is about 4 ⁇ m.
- the residual stress the tensile stress is shown as a positive value, and the compressive stress is shown as a negative value.
- the position of the K concentration peak corresponds to the position doped with K (position on the surface of the center core rod). That is, from FIG. 5, it can be seen that the optical fiber has a residual compressive stress in a wide region with a peak at the K-doped position. This means that structural relaxation is progressing in this region during drawing, and appears as an effect of reducing transmission loss at a wavelength of 1550 nm.
- a state in which the peak of the lowest value of residual stress exists on the outer peripheral side of the center core in the radial direction is an example of a preferable state.
- an optical fiber similar to the optical fiber according to the embodiment was manufactured by either method (1) or method (2) below.
- a core rod (an example of a center core rod) having a portion corresponding to the core portion of an optical fiber and a portion corresponding to a portion of the clad portion is produced by batch synthesis. bottom.
- a tube corresponding to the remainder of the clad portion was prepared by a tube manufacturing method.
- the potassium chloride (KCl) raw material is heated to the melting point or higher in an electric furnace and melted and evaporated, aerosol particles are generated by cooling gas, transported to the inside of the tube by Ar carrier gas, and potassium is deposited on the inner surface. was deposited.
- KCl potassium chloride
- Method (2) As in method (1), using a known VAD apparatus, a core rod having a portion corresponding to the core portion of the optical fiber and a portion corresponding to a portion of the clad portion is manufactured by batch synthesis. bottom. Subsequently, the aerosol particles generated by the same method as method (1) were combined with oxyhydrogen gas and flowed by a VAD burner to deposit potassium as uniformly as possible on the entire surface of the core rod. Thereafter, a portion corresponding to the remainder of the clad was formed using the VAD method or the jacket method to obtain an optical fiber preform. Subsequently, an optical fiber was drawn from this optical fiber preform.
- the design parameters and optical properties of optical fibers 1-16 are shown in Table 2.
- the "alkali concentration peak position” is a value obtained by normalizing the distance from the center of the center core to the position of the K concentration peak in the radial direction by the radius of the center core.
- the “center core alkali concentration average value” is the average concentration of the alkali metal element in the center core.
- “Aeff” is the effective core area.
- No. 1 to 5 are step type; 6 to 10 are W type, No. 11 is a staircase type; 12 to 16 are trench type.
- optical fibers 1-16 had low transmission loss and OH loss at a wavelength of 1550 nm. Various values of ⁇ cc and Aeff were realized.
- the No. 7 optical fiber has a ⁇ 1 of 0.38%, a ⁇ 2 of ⁇ 0.05%, an alkali concentration peak position of 3.2, b/a of 3.2, 2a of 8.6 ⁇ m, and a center core alkali concentration of The average value is 40 ppm.
- a transmission loss of 0.173 dB/km, an OH loss of 0.34 dB/km, a ⁇ cc of 1192 nm, and an Aeff of 72 ⁇ m 2 are obtained. is desirable.
- ⁇ 1 is 0.27%
- ⁇ 2 is 0%
- ⁇ 3 is -0.17%
- alkali concentration peak position is 4.0
- b/a is 2.5
- c/a is 4.0
- 2a is 11.8 ⁇ m
- the center core alkali concentration average value is 5 ppm.
- 2a is 7.9 ⁇ m or more and 13.5 ⁇ m or less, and ⁇ 1 is 0.21% or more and 0.60% or less.
- a preferable example of a step-type refractive index profile is 2a of 8.0 ⁇ m or more and 12.0 ⁇ m or less and ⁇ 1 of 0.30% or more and 0.60% or less.
- the alkali concentration peak position is 2.0 or more and 2.8 or less
- the center core alkali concentration average value is 50 ppm or more and 100 ppm or less.
- 2a is 8.5 ⁇ m or more and 13.5 ⁇ m or less, ⁇ 1 is 0.21% or more and 0.38% or less, and ⁇ 2 is ⁇ 0.40. % or more and -0.03% or less, and b/a is 3.0 or more and 3.6 or less.
- the alkali concentration peak position is 3.0 or more and 3.6 or less, and the center core alkali concentration average value is 25 ppm or more and 60 ppm or less.
- a preferred example of a stepped refractive index profile has 2a of 8.4 ⁇ m, ⁇ 1 of 0.38%, ⁇ 2 of 0.02%, and b/a of 3.6. be.
- the alkali concentration peak position is 3.6
- the center core alkali concentration average value is 20 ppm.
- 2a is 7.9 ⁇ m or more and 11.8 ⁇ m or less
- ⁇ 1 is 0.27% or more and 0.40% or less
- ⁇ 2 is ⁇ 0.05.
- ⁇ 3 is ⁇ 0.60% or more and ⁇ 0.12% or less
- b/a is 2.0 or more and 3.0 or less
- c/a is 3.0 or more 5.0 or less.
- the alkali concentration peak position is 3.0 or more and 5.0 or less
- the center core alkali concentration average value is 5 ppm or more and 55 ppm or less.
- the doping method of potassium is not limited to the method of the above example.
- silica soot may be first manufactured, then pre-sintered in a temperature range where densification does not occur, and the pre-sintered body may be doped with potassium by a liquid immersion method.
- Potassium nitrates, iodides, bromides, etc. may be used instead of potassium chloride.
- doping sodium instead of potassium, various sodium compounds can be used.
- the present invention is not limited by the above embodiments.
- the present invention also includes those configured by appropriately combining the respective constituent elements described above. Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, broader aspects of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible.
- optical fiber 1a core portion 1b: clad portion 1c: coating layer 1ca: primary layer 1cb: secondary layer
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Abstract
本発明の目的は、広帯域において低伝送損失の光ファイバおよびその製造方法を提供することにある。 本発明の光ファイバは、ゲルマニウムがドープされたセンタコアを含むコア部(1a)と、前記コア部の最大屈折率よりも屈折率が低く、前記コア部の外周を取り囲むクラッド部(1b)と、を備え、前記クラッド部は、純石英ガラスに対して、比屈折率差が0.1%以下の正値であり、アルカリ金属元素が、前記センタコアに分布するようにドープされており、前記アルカリ金属元素の半径方向における濃度分布のピークが、前記センタコアの中心から前記センタコアの半径の2倍以上離れた位置にある。
Description
本発明は、光ファイバおよびその製造方法に関する。
コア部にアルカリ金属元素やアルカリ土類金属元素をドープして、波長1550nmにおける伝送損失を低減する手法が開示されている(特許文献1~5)。たとえば、特許文献2では、コアにゲルマニウム(Ge)とアルカリ金属元素とを共ドープした光ファイバが提案されている。
ゲルマニウムは、光ファイバのコア部へのドーパントとしては最も広く利用され、かつ取り扱いの実績も長い物質である。ゲルマニウムをコア部へドープした光ファイバにおいて、OH損失も含めて、広帯域で0.5dB/km以下の低伝送損失特性を実現したものが製品レベルで報告されている。OH損失とは、OH基の吸収ピークの波長における伝送損失のことであり、その波長は約1383nmである。
しかしながら、ゲルマニウムをコア部へドープした光ファイバの優位性である、OH損失も含めた広帯域での低伝送損失特性を維持しながら、さらにアルカリ金属元素をドープしてさらに伝送損失を低減する方法については、提案がされてこなかった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、広帯域において低伝送損失の光ファイバおよびその製造方法を提供することにある。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様は、ゲルマニウムがドープされたセンタコアを含むコア部と、前記コア部の最大屈折率よりも屈折率が低く、前記コア部の外周を取り囲むクラッド部と、を備え、前記クラッド部は、純石英ガラスに対して、比屈折率差が0.1%以下の正値であり、アルカリ金属元素が、前記センタコアに分布するようにドープされており、前記アルカリ金属元素の半径方向における濃度分布のピークが、前記センタコアの中心から前記センタコアの半径の2倍以上離れた位置にある光ファイバである。
前記アルカリ金属元素の半径方向における濃度分布のピークが、前記センタコアの中心から前記センタコアの半径の3倍以上5倍以下離れた位置にあるものでもよい。
前記アルカリ金属元素はカリウムであるものでもよい。
前記センタコアにおける前記アルカリ金属元素の平均濃度が100ppm以下であるものでもよい。
前記センタコアの平均の最大屈折率の、前記クラッド部の平均屈折率に対する比屈折率差Δ1が0.2%以上0.6%以下であるものでもよい。
波長1550nmにおける伝送損失が0.185dB/km以下であるものでもよい。
OH基の吸収ピークの波長における伝送損失が0.5dB/km以下であるものでもよい。
半径方向において、前記センタコアよりも外周側に残留応力の最低値のピークが存在するものでもよい。
前記センタコアの直径2aが7.9μm以上13.5μm以下であり、前記クラッド部の平均屈折率に対する前記センタコアの平均の最大比屈折率差Δ1が0.21%以上0.60%以下であるものでもよい。
前記コア部は前記センタコアからなり、前記センタコアの直径2aが8.0μm以上12.0μm以下であり、前記クラッド部の平均屈折率に対する前記センタコアの平均の最大比屈折率差Δ1が0.30%以上0.60%以下であるものでもよい。
前記アルカリ金属元素の半径方向における濃度分布のピークが、前記センタコアの中心から前記センタコアの半径の2.0倍以上2.8倍以下離れた位置にあり、前記センタコアにおける前記アルカリ金属元素の平均濃度が50ppm以上100ppm以下であるものでもよい。
前記コア部は、前記センタコアと、前記センタコアの外周を取り囲むように形成されており、屈折率が前記クラッド部の屈折率よりも小さいディプレスト層とで構成されており、前記センタコアの直径2aが8.5μm以上13.5μm以下であり、前記クラッド部の平均屈折率に対する前記センタコアの平均の最大比屈折率差Δ1が0.21%以上0.38%以下であり、前記クラッド部の平均屈折率に対する前記ディプレスト層の平均屈折率の比屈折率差Δ2が-0.40%以上-0.03%以下であり、前記2aに対する前記ディプレスト層の外径2bの比(b/a)が3.0以上3.6以下であるものでもよい。
前記アルカリ金属元素の半径方向における濃度分布のピークが、前記センタコアの中心から前記センタコアの半径の3.0倍以上3.6倍以下離れた位置にあり、前記センタコアにおける前記アルカリ金属元素の平均濃度が25ppm以上60ppm以下であるものでもよい。
前記コア部は、前記センタコアと、前記センタコアの外周を取り囲むように形成されており、屈折率が前記センタコアの屈折率より小さく前記クラッド部の屈折率よりも大きい階段層とで構成されており、前記センタコアの直径2aが8.4μmであり、前記クラッド部の平均屈折率に対する前記センタコアの平均の最大比屈折率差Δ1が0.38%であり、前記クラッド部の平均屈折率に対する前記階段層の平均屈折率の比屈折率差Δ2が0.02%であり、前記2aに対する前記階段層の外径2bの比(b/a)が3.6であるものでもよい。
前記アルカリ金属元素の半径方向における濃度分布のピークが、前記センタコアの中心から前記センタコアの半径の3.6倍離れた位置にあり、前記センタコアにおける前記アルカリ金属元素の平均濃度が20ppmであるものでもよい。
前記コア部は、前記センタコアと、前記センタコアの外周を取り囲むように形成されており、屈折率が前記センタコアの最大屈折率よりも小さい中間層と、前記中間層の外周を取り囲むように形成されており、屈折率が前記クラッド部の屈折率よりも小さいトレンチ層とで構成されており、前記センタコアの直径2aが7.9μm以上11.8μm以下であり、前記クラッド部の平均屈折率に対する前記センタコアの平均の最大比屈折率差Δ1が0.27%以上0.40%以下であり、前記クラッド部の平均屈折率に対する前記中間層の比屈折率差Δ2が-0.05%以上0.05%以下であり、前記クラッド部の平均屈折率に対する前記トレンチ層の比屈折率差Δ3が-0.60%以上-0.12%以下であり、前記2aに対する前記中間層の外径2bの比(b/a)が2.0以上3.0以下であり、前記2aに対する前記トレンチ層の外径2cの比(c/a)が3.0以上5.0以下であるものでもよい。
前記アルカリ金属元素の半径方向における濃度分布のピークが、前記センタコアの中心から前記センタコアの半径の3.0倍以上5.0倍以下離れた位置にあり、前記センタコアにおける前記アルカリ金属元素の平均濃度が5ppm以上55ppm以下であるものでもよい。
本発明の一態様は、前記光ファイバの製造方法であって、センタコアに対応する部分と、前記センタコアに対応する部分の中心から前記センタコアに対応する部分の半径の2倍以上離れた位置までに対応する部分とを一括合成プロセスで合成してセンタコアロッドを作製し、前記センタコアロッドの外周に、内表面にアルカリ金属元素がドープされたガラスパイプを配置し、前記アルカリ金属元素を前記センタコアに対応する部位まで拡散させ、前記センタコアロッドと前記ガラスパイプとを含む光ファイバ母材から光ファイバを線引きする。
前記一括合成プロセスはVAD(Vapor-phase Axial Deposition)法であるものでもよい。
本発明によれは、広帯域において低伝送損失の光ファイバを実現できるという効果を奏する。
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する構成要素には適宜同一の符号を付している。また、本明細書においては、カットオフ波長または実効カットオフ波長とは、国際通信連合(ITU)のITU-T G.650.1で定義するケーブルカットオフ波長(λcc)をいう。また、その他、本明細書で特に定義しない用語についてはG.650.1およびG.650.2における定義、測定方法に従うものとする。
(実施形態)
図1は、実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な面における模式的な断面図である。光ファイバ1は、コア部1aと、コア部1aの外周を取り囲むクラッド部1bとを備える。なお、光ファイバ1におけるコア部1aとクラッド部1bとを備える部分は、光ファイバにおいてガラスからなる部分であり、ガラス光ファイバと記載する場合がある。また、光ファイバ1は、クラッド部1bの外周を取り囲む被覆層1cを備える。被覆層1cは、クラッド部1bの外周を取り囲むプライマリ層1caと、プライマリ層1caの外周を取り囲むセカンダリ層1cbとを有する。被覆層1cを備える光ファイバ1は、光ファイバ心線と記載する場合がある。
図1は、実施形態に係る光ファイバの長手方向に垂直な面における模式的な断面図である。光ファイバ1は、コア部1aと、コア部1aの外周を取り囲むクラッド部1bとを備える。なお、光ファイバ1におけるコア部1aとクラッド部1bとを備える部分は、光ファイバにおいてガラスからなる部分であり、ガラス光ファイバと記載する場合がある。また、光ファイバ1は、クラッド部1bの外周を取り囲む被覆層1cを備える。被覆層1cは、クラッド部1bの外周を取り囲むプライマリ層1caと、プライマリ層1caの外周を取り囲むセカンダリ層1cbとを有する。被覆層1cを備える光ファイバ1は、光ファイバ心線と記載する場合がある。
プライマリ層1caおよびセカンダリ層1cbは、樹脂からなる。この樹脂は、たとえば、紫外線硬化樹脂である。紫外線硬化樹脂は、たとえば、オリゴマー、希釈モノマー、光重合開始剤、シランカップリング剤、増感剤、滑剤等、各種の樹脂材料と添加剤とを配合したものである。オリゴマーとしては、ポリエーテル系ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、シリコーンアクリレート等、従来公知の材料を用いることができる。希釈モノマーとしては、単官能モノマー、多官能モノマー等、従来公知の材料を用いることができる。また、添加剤は、上記したものに限定されず、紫外線硬化樹脂等に対して使用される従来公知の添加剤等を広く用いることができる。
光ファイバ1は、たとえば図2A、2B、2C、2Dに示すような屈折率プロファイルを有する。図2A、2B、2C、2Dは、いずれも、光ファイバ1のコア部1aの中心軸から半径方向における屈折率プロファイルを示している。なお、屈折率プロファイルは、純石英ガラスに対する比屈折率差で示している。ここで、純石英ガラスとは、屈折率を変化させるドーパントを実質的に含まず、波長1550nmにおける屈折率が約1.444である、きわめて高純度の石英ガラスである。
図2Aは、ステップ(Step)型の屈折率プロファイルを示している。図2Aにおいて、プロファイルP11がコア部1aの屈折率プロファイルを示し、プロファイルP12がクラッド部1bの屈折率プロファイルを示す。ステップ型の屈折率プロファイルでは、コア部1aの直径(コア直径)は2aであり、クラッド部1bの平均屈折率に対する、コア部1aの平均の最大屈折率の比屈折率差(最大比屈折率差)はΔ1である。また、純石英ガラスの屈折率に対するクラッド部1bの平均屈折率の比屈折率差はΔcladである。図2(a)の場合、コア部1aのなかで平均の屈折率が最大である部分であるセンタコアは、コア部1a全体に対応する。すなわち、図2Aの場合は、コア部がセンタコアからなる場合の一例である。
図2Bは、いわゆるW型の屈折率プロファイルを示している。図2Bにおいて、プロファイルP21がコア部1aの屈折率プロファイルを示し、プロファイルP22がクラッド部1bの屈折率プロファイルを示す。W型の屈折率プロファイルでは、コア部1aは、直径が2aのセンタコアと、センタコアの外周を取り囲むように形成されており、屈折率がクラッド部の屈折率よりも小さく内径が2aで外径が2bのディプレスト層とで構成されている。センタコアは、コア部1aのなかで平均の屈折率が最大である部分である。クラッド部1bの平均屈折率に対するセンタコアの平均の最大比屈折率差はΔ1である。クラッド部1bの平均屈折率に対するディプレスト層の平均屈折率の比屈折率差はΔ2である。また、純石英ガラスの屈折率に対するクラッド部1bの平均屈折率の比屈折率差はΔcladである。
図2Bの場合は、コア部がセンタコアとディプレスト層とを含む場合の一例である。
図2Cは、いわゆるトレンチ型の屈折率プロファイルを示している。図2Cにおいて、プロファイルP31がコア部1aの屈折率プロファイルを示し、プロファイルP32がクラッド部1bの屈折率プロファイルを示す。トレンチ型の屈折率プロファイルでは、コア部1aは、直径が2aのセンタコアと、センタコアの外周を取り囲むように形成されており、屈折率がセンタコアの最大屈折率よりも小さく内径が2aで外径が2bの中間層と、中間層の外周を取り囲むように形成されており、屈折率がクラッド部の屈折率よりも小さく内径が2bで外径が2cのトレンチ層とで構成されている。センタコアは、コア部1aのなかで平均の屈折率が最大である部分である。クラッド部1bの平均屈折率に対するセンタコアの平均の最大比屈折率差はΔ1である。クラッド部1bの平均屈折率に対する中間層の比屈折率差はΔ2である。クラッド部1bの平均屈折率に対するトレンチ層の比屈折率差はΔ3である。また、純石英ガラスの屈折率に対するクラッド部1bの平均屈折率の比屈折率差はΔcladである。なお、Δ2は、通常は0%と同値またはその近傍に設定される。0%と同値またはその近傍とは、たとえば-0.05%~0.05%の範囲である。Δ2=-0.05%~0.05%の範囲であれば、光ファイバの光学特性に大きな影響を及ぼさないことが分かっている。
図2Cの場合は、コア部がセンタコアと中間層とトレンチ層とを含む場合の一例である。
図2Dは、いわゆる階段型の屈折率プロファイルを示している。図2Dにおいて、プロファイルP41がコア部1aの屈折率プロファイルを示し、プロファイルP42がクラッド部1bの屈折率プロファイルを示す。階段型の屈折率プロファイルでは、コア部1aは、直径が2aのセンタコアと、センタコアの外周を取り囲むように形成されており、屈折率がセンタコアの屈折率より小さくクラッド部の屈折率よりも大きい内径が2aで外径が2bの階段層とで構成されている。センタコアは、コア部1aのなかで平均の屈折率が最大である部分である。クラッド部1bの平均屈折率に対するセンタコアの平均の最大比屈折率差はΔ1である。クラッド部1bの平均屈折率に対する階段層の平均屈折率の比屈折率差はΔ2である。また、純石英ガラスの屈折率に対するクラッド部1bの平均屈折率の比屈折率差はΔcladである。
図2Dの場合は、コア部がセンタコアと階段層とを含む場合の一例である。
ここで、コア部1aのセンタコアの屈折率プロファイルは、幾何学的に理想的な形状のステップ型である場合だけでなく、頂部の形状が平坦ではなく製造特性により凹凸が形成されたり、頂部から裾を引くような形状となっていたりする場合がある。この場合、製造設計上のコア部1aのコア直径2aの範囲内における、屈折率プロファイルの頂部で略平坦である領域の屈折率が、Δ1を決定する指標となる。なお、略平坦である領域が複数個所に分かれていると思われる場合や、あるいは連続的な変化が起こっていて略平坦である領域の定義が難しい場合も、隣の層に向かって急激に屈折率が変化する部分以外のコア部の少なくともいずれかの部分が下記のΔ1の範囲に入っていて、最大値と最小値とのΔの差が、或る値±30%以内であれば、所望に近い特性を出すことが可能であることを確認しており、特に問題はない。
また、ディプレスト層、中間層、トレンチ層、階段層、およびクラッド部1bの平均屈折率とは、屈折率プロファイルの径方向における屈折率の平均値である。クラッド部1bは、コア部1aの最大屈折率よりも屈折率が低い。
つぎに、光ファイバ1のコア部1aおよびクラッド部1bの構成材料について説明する。まず、クラッド部1bは、純石英ガラスに対して、たとえば塩素(Cl)によって、比屈折率差が0.1%以下の正値になっている石英系ガラスからなる。クラッド部1bは、Cl以外には屈折率を変化させるドーパントを含まなくてもよい。
つぎに、コア部1aのセンタコアは、Geやアルカリ金属元素がドープされた石英ガラスからなる。アルカリ金属元素は、たとえばカリウム(K)やナトリウム(Na)である。アルカリ金属元素は、石英ガラスの屈折率を上昇させるとともに、粘性を低下させるドーパントである。なお、アルカリ金属元素は化合物、たとえばカリウム化合物やナトリウム化合物としてドープされていてもよい。センタコアには、Clがドープされていてもよい。
コア部1aの階段層は、Geやアルカリ金属元素がドープされた石英ガラスからなる。階段層には、Clがドープされていてもよい。
コア部1aのディプレスト層およびトレンチ層は、屈折率を低下させる屈折率低下ドーパントであるフッ素またはホウ素がドープされた石英ガラスからなる。中間層は、クラッド部1bと同じまたはそれに近い屈折率となる成分の石英ガラスからなる。ここで、屈折率を下げるドーパントとしては、フッ素にする方が製造性の観点でより好ましい。なお、フッ素は、フッ素化合物としてドープされていてもよい。また、ディプレスト層、トレンチ層、および中間層には、Clがドープされていてもよい。
なお、所望の屈折率プロファイルが実現されているならば、コア部1aにおけるセンタコアと階段層以外の層、またはクラッド部1bに、アルカリ金属元素がドープされていてもよい。
つぎに、光ファイバ1におけるアルカリ金属元素の濃度分布について具体的に説明する。光ファイバ1には、アルカリ金属元素が、コア部1aのセンタコアに分布するようにドープされており、アルカリ金属元素の半径方向における濃度分布のピークが、センタコアの中心からセンタコアの半径の2倍以上離れた位置にある。以下では、アルカリ金属元素がカリウム(K)であるとして説明する。
図3は、半径方向位置と、屈折率プロファイルおよびK濃度との関係の一例を示す図である。半径方向位置がゼロの位置は、コア部1aの中心軸であり、センタコアの中心軸である。また、屈折率プロファイルにおける比屈折率が大きい領域はセンタコアである。図3に示すように、Kは、センタコアに分布するようにドープされており、K濃度のピークが、センタコアの中心からセンタコアの半径の2倍以上離れた位置にある。
このような光ファイバ1を製造する場合、たとえば、まず、センタコアに対応する部分と、センタコアに対応する部分の中心からセンタコアに対応する部分の半径の2倍以上離れた位置までに対応する部分とを一括合成プロセスで合成して、石英系ガラスからなるセンタコアロッドを作製する。ここで、一括合成プロセスとは、VAD(Vapor-phase Axial Deposition)法やMCVD(Modifired Chemical Vapor Deposition)法である。
つづいて、センタコアロッドの外周に、内表面にアルカリ金属元素であるKがドープされたガラスパイプを配置し、熱処理によってセンタコアロッドとガラスパイプとを一体化する。この一体化のための熱処理、または一体化のための熱処理および追加の処理によって、Kはセンタコアに対応する部位まで拡散する。その後、センタコアロッドとガラスパイプとを含む光ファイバ母材から光ファイバ1を線引きする。
以上の製造工程によれば、OH基がセンタコアロッドの表面に導入される可能性があるが、センタコアロッドの表面は、センタコアに対応する部分の中心からセンタコアに対応する部分の半径の2倍以上離れた位置にある。そのため、製造される光ファイバ1においても、OH基が存在する位置は、センタコアの中心からセンタコアの半径の2倍以上離れた位置である。そのため、光ファイバ1において光の強度が強い領域からOH基が離れているので、OH損失は抑制される。さらには、センタコアにはKがドープされることとなるため、光ファイバ1の波長1550nmにおける伝送損失も抑制される。
以上説明したように、実施形態1に係る光ファイバ1は、波長1550nmにおける伝送損失およびOH損失が抑制されており、広帯域において低伝送損失の光ファイバである。
なお、光ファイバ1において、波長1550nmにおける伝送損失は、たとえば0.185dB/km以下である。また、OH損失は、たとえば0.5dB/km以下である。
つづいて、K濃度のピーク位置と波長1550nmにおける伝送損失およびOH損失との関係について説明する。図4は、アルカリドープピーク位置のセンタコア半径比と、OH損失および1550nm損失との関係の一例を示す図である。アルカリドープピーク位置のセンタコア半径比(以下、センタコア半径比と略記する場合がある)とは、半径方向においてセンタコアの中心からK濃度のピークの位置までの距離を、センタコアの半径で規格化した値である。また、1550nm損失とは、波長1550nmにおける伝送損失を意味する。
図4に示すように、センタコア半径比を1から増加させるとOH損失(OHピーク損失)が小さくなる。しかしながら、センタコア半径比を1から増加させると、1550nm損失がいったん減少するがその後増加する。これは、センタコア半径比を1から増加させすぎると、光ファイバ1において光の強度が強い領域における、アルカリ金属元素による線引き時の構造緩和促進効果が小さくなるためであると考えられる。そこで、センタコア半径比が3以上5以下、すなわちアルカリ金属元素の半径方向における濃度分布のピークが、センタコアの中心からセンタコアの半径の3倍以上5倍以下離れた位置にあれば、OH基の低減の効果と、1550nm損失の低減の効果とのバランスの点から好ましい。
つぎに、本発明者は、センタコアのΔ1とセンタコアにおけるKの平均濃度(平均K濃度)とを変化させた場合の波長1550nmにおける平均伝送損失の変化を調査した。ここで、Kの平均濃度とは、半径方向におけるKの濃度の平均を意味する。なお、調査に使用した光ファイバのサンプルの屈折率プロファイルは、ステップ型、W型、階段型、トレンチ型である。また、コア径は、(1)ケーブルカットオフ波長が1200nmになるように調整した、または(2)ケーブルカットオフ波長が1500nmになるように調整した。上記平均伝送損失とは、これらの様々な条件で試作したサンプルの平均の伝送損失である。
調査の結果、Δ1および平均K濃度と、平均伝送損失とには深い相関が見られたが、屈折率プロファイルやケーブルカットオフと、平均伝送損失とには深い相関は見られなかった。
表1は、Δ1と平均K濃度とを変化させた場合の波長1550nmにおける平均伝送損失を示している。表1から分かるように、Δ1が0.2%以上0.6%以下である場合や平均K濃度が100ppm以下である場合が、波長1550nmにおける伝送損失を0.185dB/km以下とする上では好ましい。この理由は、Δ1が0.2%以上であれば曲げ損失の影響による伝送損失の増加が起こりにくく、Δ1が0.6%以下であればセンタコアのドーパントによるレイリー散乱損失の影響が小さいためと考えられる。
つぎに、実施形態に係る光ファイバ1における残留応力について説明する。光ファイバ1の製造工程において、Kはドープされた位置から熱拡散し、センタコアを含む幅広い領域にて残留圧縮応力を発生させる。図5は、光ファイバ1の実施例として試作した光ファイバにおける、半径方向位置と、K濃度および残留応力との関係の一例を示す図である。試作した光ファイバのセンタコア半径は約4μmである。なお、残留応力については引張応力を正値とし、圧縮応力を負値として示している。
図5において、K濃度のピークの位置はKがドープされた位置(センタコアロッドの表面の位置)に相当する。すなわち、図5から、光ファイバには、Kがドープされた位置をピークとして、幅広い領域において残留圧縮応力が存在していることがわかる。このことは、線引き中にこの領域での構造緩和が進んでいることを意味しており、波長1550nmにおける伝送損失の低減の効果として現れている。
図5のように、半径方向において、センタコアよりも外周側に残留応力の最低値のピークが存在する状態は、好ましい状態の一例である。
(実施例)
本発明の実施例として、実施形態に係る光ファイバと同様の光ファイバを、以下の方法(1)、方法(2)のいずれかにて製造した。
本発明の実施例として、実施形態に係る光ファイバと同様の光ファイバを、以下の方法(1)、方法(2)のいずれかにて製造した。
方法(1):まず、公知のVAD装置を用いて、光ファイバのコア部に相当する部分とクラッド部の一部に相当する部分とを有するコアロッド(センタコアロッドの一例)を一括合成にて製造した。つづいて、製管法にて、クラッド部の残部に相当するチューブを準備した。そして、塩化カリウム(KCl)原料を電気炉で融点以上に昇温して溶融・蒸発させた後、冷却ガスによってエアロゾル粒子を生成し、Arキャリアガスでチューブの内部に輸送し、内表面にカリウムを堆積させた。その後、チューブの中にコアロッドを挿入し、内部を真空にし、酸水素火炎をチューブの外部に当ててコラップス処理を行うことで、光ファイバ母材を得た。つづいて、この光ファイバ母材から光ファイバを線引きした。なお、カリウムは、堆積後に行われた各熱処理工程(特にはコラップス処理の際の熱処理)により、中心方向(センタコア方向)および径方向外側(クラッド部側)の両方に拡散し、センタコアなどの所望の領域にドープされる。また、線引きの際には、伝送損失が小さくなるように、線引き速度や線引き張力などの線引き条件を最適化した。
方法(2):方法(1)と同様に、公知のVAD装置を用いて、光ファイバのコア部に相当する部分とクラッド部の一部に相当する部分とを有するコアロッドを一括合成にて製造した。つづいて、方法(1)と同様の方法で生成したエアロゾル粒子を酸水素ガスと合わせてVADバーナで流し、コアロッドの全表面になるべく均一にカリウムを堆積させた。その後、VAD法やジャケット法を用いてクラッドの残部に相当する部分を形成し、光ファイバ母材を得た。つづいて、この光ファイバ母材から光ファイバを線引きした。
製造したサンプルNo.1~16の光ファイバの設計パラメータと光学特性とを表2に示す。なお、表2中、「アルカリ濃度ピーク位置」とは、半径方向においてセンタコアの中心からK濃度のピークの位置までの距離を、センタコアの半径で規格化した値である。また、「センタコアアルカリ濃度平均値」とは、センタコアにおけるアルカリ金属元素の平均濃度である。また、「Aeff」とは、有効コア断面積である。また、屈折率プロファイルについては、No.1~5はステップ型、No.6~10はW型、No.11は階段型、No.12~16はトレンチ型である。
No.1~16の光ファイバのいずれもが、波長1550nmにおける伝送損失およびOH損失が低かった。また、λccやAeffについては、様々な値を実現できた。
特に、No7の光ファイバは、Δ1が0.38%、Δ2が-0.05%、アルカリ濃度ピーク位置が3.2、b/aが3.2、2aが8.6μm、センタコアアルカリ濃度平均値が40ppmである。これにより、伝送損失が0.173dB/km、OH損失が0.34dB/km、λccが1192nm、Aeffが72μm2という特性が得られており、絶対値が小さなΔ2で良好な特性が実現されていて望ましい。
また、No.14は、Δ1が0.27%、Δ2が0%、Δ3が-0.17%、アルカリ濃度ピーク位置が4.0、b/aが2.5、c/aが4.0、2aが11.8μm、センタコアアルカリ濃度平均値が5ppmである。これにより、伝送損失が0.178dB/km、OH損失が0.32dB/km、λccが1503nm、Aeffが123μm2という特性が得られており、大Aeffを維持しながら良好な特性が実現されていて望ましい。
また、これらの光ファイバは、ケーブル化や接続等の関連技術の実験に使用しても、特に問題は生じなかった。
また、好適な例としては、2aが7.9μm以上13.5μm以下であり、Δ1が0.21%以上0.60%以下である。
特に、屈折率プロファイルがステップ型の場合の好適な例は、2aが8.0μm以上12.0μm以下であり、Δ1が0.30%以上0.60%以下である。ステップ型の場合、たとえば、アルカリ濃度ピーク位置が2.0以上2.8以下であり、センタコアアルカリ濃度平均値が50ppm以上100ppm以下である。
また、屈折率プロファイルがW型の場合の好適な例は、2aが8.5μm以上13.5μm以下であり、Δ1が0.21%以上0.38%以下であり、Δ2が-0.40%以上-0.03%以下であり、b/aが3.0以上3.6以下である。W型の場合、たとえば、アルカリ濃度ピーク位置が3.0以上3.6以下であり、センタコアアルカリ濃度平均値が25ppm以上60ppm以下である。
また、屈折率プロファイルが階段型の場合の好適な例は、2aが8.4μmであり、Δ1が0.38%であり、Δ2が0.02%であり、b/aが3.6である。階段型の場合、たとえば、アルカリ濃度ピーク位置が3.6であり、センタコアアルカリ濃度平均値が20ppmである。
また、屈折率プロファイルがトレンチ型の場合の好適な例は、2aが7.9μm以上11.8μm以下であり、Δ1が0.27%以上0.40%以下であり、Δ2が-0.05%以上0.05%以下であり、Δ3が-0.60%以上-0.12%以下であり、b/aが2.0以上3.0以下であり、c/aが3.0以上5.0以下である。トレンチ型の場合、たとえば、アルカリ濃度ピーク位置が3.0以上5.0以下であり、センタコアアルカリ濃度平均値が5ppm以上55ppm以下である。
なお、カリウムのドープ方法は上記実施例の方法に限られない。たとえば、コアロッドの作製の際に、まずシリカスートを作製した後、緻密化が起こらない温度範囲で仮焼結を行い、仮焼結体に液浸法にてカリウムをドープしてもよい。また塩化カリウムの代わりにカリウムの硝酸化物、ヨウ化物、臭化物等を用いてもよい。さらに、カリウムの代わりにナトリウムをドープする場合には、各種のナトリウム化合物を用いることができる。
また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
1 :光ファイバ
1a :コア部
1b :クラッド部
1c :被覆層
1ca :プライマリ層
1cb :セカンダリ層
1a :コア部
1b :クラッド部
1c :被覆層
1ca :プライマリ層
1cb :セカンダリ層
Claims (19)
- ゲルマニウムがドープされたセンタコアを含むコア部と、
前記コア部の最大屈折率よりも屈折率が低く、前記コア部の外周を取り囲むクラッド部と、
を備え、
前記クラッド部は、純石英ガラスに対して、比屈折率差が0.1%以下の正値であり、
アルカリ金属元素が、前記センタコアに分布するようにドープされており、
前記アルカリ金属元素の半径方向における濃度分布のピークが、前記センタコアの中心から前記センタコアの半径の2倍以上離れた位置にある
光ファイバ。 - 前記アルカリ金属元素の半径方向における濃度分布のピークが、前記センタコアの中心から前記センタコアの半径の3倍以上5倍以下離れた位置にある
請求項1に記載の光ファイバ。 - 前記アルカリ金属元素はカリウムである
請求項1に記載の光ファイバ。 - 前記センタコアにおける前記アルカリ金属元素の平均濃度が100ppm以下である
請求項1に記載の光ファイバ。 - 前記センタコアの平均の最大屈折率の、前記クラッド部の平均屈折率に対する比屈折率差Δ1が0.2%以上0.6%以下である
請求項1に記載の光ファイバ。 - 波長1550nmにおける伝送損失が0.185dB/km以下である
請求項1に記載の光ファイバ。 - OH基の吸収ピークの波長における伝送損失が0.5dB/km以下である
請求項1に記載の光ファイバ。 - 半径方向において、前記センタコアよりも外周側に残留応力の最低値のピークが存在する
請求項1に記載の光ファイバ。 - 前記センタコアの直径2aが7.9μm以上13.5μm以下であり、前記クラッド部の平均屈折率に対する前記センタコアの平均の最大比屈折率差Δ1が0.21%以上0.60%以下である
請求項1に記載の光ファイバ。 - 前記コア部は前記センタコアからなり、
前記センタコアの直径2aが8.0μm以上12.0μm以下であり、
前記クラッド部の平均屈折率に対する前記センタコアの平均の最大比屈折率差Δ1が0.30%以上0.60%以下である
請求項9に記載の光ファイバ。 - 前記アルカリ金属元素の半径方向における濃度分布のピークが、前記センタコアの中心から前記センタコアの半径の2.0倍以上2.8倍以下離れた位置にあり、
前記センタコアにおける前記アルカリ金属元素の平均濃度が50ppm以上100ppm以下である
請求項10に記載の光ファイバ。 - 前記コア部は、前記センタコアと、前記センタコアの外周を取り囲むように形成されており、屈折率が前記クラッド部の屈折率よりも小さいディプレスト層とで構成されており、
前記センタコアの直径2aが8.5μm以上13.5μm以下であり、前記クラッド部の平均屈折率に対する前記センタコアの平均の最大比屈折率差Δ1が0.21%以上0.38%以下であり、
前記クラッド部の平均屈折率に対する前記ディプレスト層の平均屈折率の比屈折率差Δ2が-0.40%以上-0.03%以下であり、
前記2aに対する前記ディプレスト層の外径2bの比(b/a)が3.0以上3.6以下である
請求項9に記載の光ファイバ。 - 前記アルカリ金属元素の半径方向における濃度分布のピークが、前記センタコアの中心から前記センタコアの半径の3.0倍以上3.6倍以下離れた位置にあり、
前記センタコアにおける前記アルカリ金属元素の平均濃度が25ppm以上60ppm以下である
請求項12に記載の光ファイバ。 - 前記コア部は、前記センタコアと、前記センタコアの外周を取り囲むように形成されており、屈折率が前記センタコアの屈折率より小さく前記クラッド部の屈折率よりも大きい階段層とで構成されており、
前記センタコアの直径2aが8.4μmであり、前記クラッド部の平均屈折率に対する前記センタコアの平均の最大比屈折率差Δ1が0.38%であり、
前記クラッド部の平均屈折率に対する前記階段層の平均屈折率の比屈折率差Δ2が0.02%であり、
前記2aに対する前記階段層の外径2bの比(b/a)が3.6である
請求項9に記載の光ファイバ。 - 前記アルカリ金属元素の半径方向における濃度分布のピークが、前記センタコアの中心から前記センタコアの半径の3.6倍離れた位置にあり、
前記センタコアにおける前記アルカリ金属元素の平均濃度が20ppmである
請求項14に記載の光ファイバ。 - 前記コア部は、前記センタコアと、前記センタコアの外周を取り囲むように形成されており、屈折率が前記センタコアの最大屈折率よりも小さい中間層と、前記中間層の外周を取り囲むように形成されており、屈折率が前記クラッド部の屈折率よりも小さいトレンチ層とで構成されており、
前記センタコアの直径2aが7.9μm以上11.8μm以下であり、前記クラッド部の平均屈折率に対する前記センタコアの平均の最大比屈折率差Δ1が0.27%以上0.40%以下であり、
前記クラッド部の平均屈折率に対する前記中間層の比屈折率差Δ2が-0.05%以上0.05%以下であり、
前記クラッド部の平均屈折率に対する前記トレンチ層の比屈折率差Δ3が-0.60%以上-0.12%以下であり、
前記2aに対する前記中間層の外径2bの比(b/a)が2.0以上3.0以下であり、
前記2aに対する前記トレンチ層の外径2cの比(c/a)が3.0以上5.0以下である
請求項9に記載の光ファイバ。 - 前記アルカリ金属元素の半径方向における濃度分布のピークが、前記センタコアの中心から前記センタコアの半径の3.0倍以上5.0倍以下離れた位置にあり、
前記センタコアにおける前記アルカリ金属元素の平均濃度が5ppm以上55ppm以下である
請求項16に記載の光ファイバ。 - 請求項1に記載の光ファイバの製造方法であって、
センタコアに対応する部分と、前記センタコアに対応する部分の中心から前記センタコアに対応する部分の半径の2倍以上離れた位置までに対応する部分とを一括合成プロセスで合成してセンタコアロッドを作製し、
前記センタコアロッドの外周に、内表面にアルカリ金属元素がドープされたガラスパイプを配置し、
前記アルカリ金属元素を前記センタコアに対応する部位まで拡散させ、
前記センタコアロッドと前記ガラスパイプとを含む光ファイバ母材から光ファイバを線引きする
光ファイバの製造方法。 - 前記一括合成プロセスはVAD(Vapor-phase Axial Deposition)法である
請求項18に記載の光ファイバの製造方法。
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