JPH01160840A - 分散シフト光フアイバ用母材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野］ 本発明は零分散波長が１．５μｍ帯にあり、伝送損失の
低減されたシングルモード光ファイバ用母材の新規な構
造及びその製造方法に関するものである。本発明の母材
から製造される１、５μｍ帯零分散シフトシングルモー
ドファイバは長距離かつ大伝送容量の光通信線路として
用いて好適である。

〔従来の技術〕

石英系光ファイバでは、光の波長１．５〜１．６μｍ領
域（１，５μｍ帯）で伝送損失が最小となるため、この
波長域で光伝送すれば最大の中継間隔が得られ、長距離
通信が可能となる。一方、大伝送容量を得るＫは、マル
チモードファイバよりもはるかに広い伝送帯域を持ち、
非常に高い伝送速度を可能とするクングルモードファイ
バが用いられるが、この際、使用波長におけるファイバ
の分散効果を最小としておく必要がある。

したがって、長距離、大伝送容量用の石英系光ファイバ
として、１．５μｍ帯で材料分散と構造分散の和が零と
なるようにファイバ構造を設計した１、５μｍ帯零分散
シフト・シングルモードファイバ（以下分散シフトファ
イバという）の開発が進められている。

ところで、シングルモードファイバにおいて零分散波長
を通常の１．３μｍ帯から１．５μｍ帯ヘシフトさせる
には、ファイバの径をよシ細くすると共に、コアとクラ
ッドの比屈折率差Δｎを増大させる必要がある。しかし
、コアとしてＧｅＯ２添加石英ｒＧｅ−８１０２とも称
す）を用いた場合、Δｎを大きくとるためにＧｅＯ２添
加量を増すと、伝送損失も増加するという現象は、よく
知られた問題である。

そこで、１．５５μｍで伝送損失が最低であシ、しかも
耐放射線特性、耐水素特性、初期伝送損失等においても
原理的に優れている、純石英（純−８１０２とも称す）
をコアとし、フッ素添加石英（ｐ−ｓｔｏ、とも称す）
をクラッドとしたファイバ構造が検討されておシ、その
一部の例として第２図及び第３図にガラス組成と屈折率
分布を示すようなものがある。

第２図のステップ型の場合、通常の１．３μｍ帯用では
純８１０２コアとＦ　−５ｉｎ２クラッド間の比屈折率
差はα５−位、クラツド径／コア径（比）は１５程度で
あるが、１．５μｍＷｆＫシフトさせるにけ、純８１０
宜コア２１とＩＰ　−Ｓｉｎ、クララ　ド２２の間の比
屈折率差は（：１６％以上、好ましくは［１６５〜α７
５チクヲツド径／コア径（比）は約２８倍程度が要求さ
れる。第２図は１．５μｍ帯シングルモードファイバの
場合を示している。

また第３図のように純８１０．コア３１．？−８１０２
クヲツド３２の外周に純Ｓ１０！ジヤケツト管３３をつ
けだ場合も、同様の比屈折率差と径比が要求される。

〔発明が解決しようとする問題点］ ところで、この種の純ｓ　ｉ　Ｏ，コア１．５μｍ帯分
散シフトファイバにおいては、波長１１６３μｍにおけ
る吸収が大きくなるという問題があった。

この波長は伝送用に入射する光波長とは異なるが、１６
３μｍＰＣおける吸収は、いわゆる非架橋酸素欠陥（ｎ
ｏｎ　ＢｒｌｇｉｎｇＯｘｉｇｅｎ　ａｓｓｏｃｉａｔ
ｅｄＨｏコｅ　Ｃｅｎｔｅｒ　：　ｎ　Ｂ　ＯＨＯと略
す）の存在によると考えられており、とのｎＢＯＨｏ存
在は光ファイバの耐水素特性を悪化させて、該ファイバ
の長期安定性、信頼性の低下につながるものである。そ
こで純８１０．コア１．５μ帯分散シフトファイバの実
用化にとっては１６３μｍでの吸収の少ないファイバと
するととが重大な問題となっていた。

ｎＢＯＨｏは一；５ｉ−６という形で存在すると考えら
れ、水素の存在で、３ｓｔ−ｏ＋Ｈ−＋ン５ｌ−ＯＨと
なり、これは１．６９μｍにおけるＯＨ基の吸収をもた
らし、波長１．３μｍ帯や１．５μｍ帯での光伝送に大
きな影響を与えてしまう。

第２図の型のファイバでは、純ＳｉＯ２のコア部２１に
比して、フッ素ｃカの添加されたクラッド部２２の軟化
点が著しく低く、高温の線引工程ではファイバ外周から
加熱されることも加わって、純ＳｉＯ２コア部に張力が
集中し、ｎＢＯＨＣ等の欠陥を生成させると考えられる
。

また第Ｓ図の型のファイバはＦ−８１０，クラッド３２
の外周に純Ｓ１０！ジヤケツト管３３を存在させること
で、上記のようなコア部３１への張力集中を防ぐもので
ある。しかし、このノヤケット付は工程で、コアークツ
ラドからなるロツドを石英ジャケット管とコツデスする
際に酸水素炎を用いると、ジャケット管中に■が拡散し
てＯＥ吸収をもたらしたシ、石英管中の不縄物が拡散し
てしまう、或いはジャケット層を厚くするとジャケット
層の方へ光が漏れてしまう等の問題もあった。

〔発明が解決しようとする問題点及び作用」本発明はフ
ッ素を含むＳｉＯ２ガラスからなるコアとフッ素を含む
ＳｉＯ２ガラスからなり該コアより低屈折率であるクラ
ッドと、該クラッドの外周にある純粋ＳｉＯ３からなる
ジャケット層とを有してなる分散シフト光ファイバ用母
材に関する。

また本発明は上記母材の製法として、純日１０３ガラス
微粒子堆積体を脱水処理した後フッ素添加・透明化して
コア用のフッ素を含むガラス体とした後延伸してコア用
母材とし、該コア用母材と、よプ屈折率の低いフッ素を
含むＳｉＯ２からなるクラッド用パイプとをロッドイン
チューブ法により加熱−層化してコア・クラッド複合体
とし、該複合体の外周に純ＳｉＯ２ガヲス微粒子堆積体
を形成した後脱水・透明化処理して、フッ素を含むＳ１
０！ガラスからなるコアと、Ｆを含む５ｔｏ２ガヲスか
らなり該コアよシ低屈折率であるクラッドと、該クラッ
ドの外周にある純粋８１０゜からなるジャケット層とを
有してなる分散シフト光ファイバ用母材を製造する方法
において、コア用母材へのフッ素添加量は純粋石英に比
べ比屈折率差で（１０１〜０．０５％とし、かつコア用
のフッ素を含む日１０２ガヲス体の延伸は電気抵抗炉を
用いて行なうことを特徴とする上記の分散シフト光ファ
イバ用母材の製造方法を提供するものである。

本発明者らは上記した問題点を解決できる手段について
、種々の研究、検討を重ねた結果、従来の純粋ＳｉＯ２
コアに加えて、ごく少量の？を添加したＳｉＯ３ガラス
コアとし、クラッドはＦを添加した８ｉ０．ガラスとし
、更に最外層に純粋日１０．のジャケラ上層を持つ第１
図に示す構造の１．５μｍ帯分散シフト光ファイバ用母
材に到達した。

第１図においては、コア１０Ｆ−８１０！ガラスの比屈
折率は、純粋ＳｉＯ２のそれに比してＢ０１チ以上ｌｌ
ｏ　５％以下の範囲内で低くなっている。

一方、クラッド２０Ｆ−８１０，ガラスの比屈折率は純
粋石英のそれに比してα６５％−ＣＬ７５％の範囲で低
くなっている。したがって、コア１とクラッド２の比屈
折率差はα６１〜１７４ｑ６である。そして、外周のジ
ャケット層５は純粋Ｅ３１０．である。また、１．５μ
ｍ分散シフトファイバとするには上記の屈折率差に加え
ジャケット層の外径はコア径の２５〜３０倍、好ましく
は約２８倍程度とし、コア径を約４．５〜５μｍとする
ことが挙げられ、−例として線引きしたファイバのコア
径が４．５２ｍクラツド径が８５μ風ファイバ外径が１
２５μｍ（コアの約２８倍）、ジャケット厚約２０μｍ
というようなサイズのものを実施例１で作製した。

本発明の光ファイバ用母材は、コアとクラッドの屈折率
差は充分にとられているが、コアには少量のＦが添加さ
れている。これによって、純石英コアよりは小さい粘性
となるので、コアとクラッドの粘性差を小さくし、線引
時のコアへの応力集中を避けることができる。また、純
粋Ｂ１０２ジヤケツトを設けることＫよって、線引張力
をコア部とジャケット部で分担させるので、やはシコア
への応力集中を避けることができる。

以上の作用によシ、α６５μｍ吸収の欠陥生成を抑える
ことができる。現実に耐放射線特性の面でも、純ＳｉＯ
２コアに比べ、微量フッ素添加Ｓ１０！コアの方が優れ
ていることが確認されている。

純８１０ニガラスはレーリー散乱損失を与えるガラスの
密度ゆらぎ（徐冷温度での熱ゆらぎ）Ｋよる散乱損失が
少なくなかが、？　−８１０２は溶融温度を低下させる
ので、光ファイバの固有散乱損失であるレーリー散乱損
失を更に低くすることができる。

また、本発明の母材から得たファイバの純日１０：ジャ
ケット層は、ファイバ接続の融着時に、その放電時間の
範囲が広がシ、他のファイ／（との接続本容易となる。

々お、最外層まですべて？−８１０，クラッドである型
のファイバでは、その粘性が純ＳｉＯ，の１／１００程
度と、極端に低いため、熱をかけすぎると接続不可能と
なるので、それだけ融着の条件範囲が厳しいと同時に他
のファイバよシも極端に温度を低くしなければならない
。

本発明の光ファイバ用母材を製造する方法を以下に説明
する。

まずコア用ガラス材は、高純度の純８１０．微粒子堆積
体（多孔質体）を例えばＶＡＤ法等のガラス原料を気相
で反応させてガラス微粒子（スス）を生成するスート法
により合成しておき、該純８１０．多孔質体を脱水処理
後、Ｆ添加して？−８１０−ア用透明ガラス体を得る。

この脱水処理は公知技術例えば塩素又は塩素化合物ガス
を含むＨｅ　雰囲気中での加熱処理等によって屯よいが
、還元雰囲気による脱水が好ましい。例えば（３０１４
，Ｏｘ及びＨｅからなる混合雰囲気中で温度１０００〜
１１００℃の範囲内好ましくは１１５０℃で加熱する。

このような還元雰囲気下の脱水によれば、ガラス中の酸
素含有量を通常の０Ｌ２−Ｈｅ雰囲気による脱水よりも
少なくすることができるので、１６５μｍ　吸収を低減
するととができると考えられる。

脱水処理が終了したＭＳｉＯｘ多孔質体を、次ＫｓＦ、
、ｓｔｐ’４等のフッ素化合物ガス及びＨｅからなる雰
囲気下で、温度１０００〜１６００℃に加熱するととに
より、フッ素添加及び透明化する。

１６００℃を越えるとスートが収縮してカサ密度が高く
なり、フッ素が添加されにくくなる。

また１０００℃未満では効率的なフッ素添加ができない
。このときＰ含有量をα０１％以上α０５％以下とする
ために、フッ素化合物ガスは全雰囲気ガス中１００１〜
α１％の範囲とすることが好ましい。α１チを越えると
Ｆ含有量がα０５チを越えてしまう。（１００１％未満
ではＦ含有量α０１チとする忙困難があると考えられる
。

以−上で得られたコア用透明ガラス体を電気抵抗炉を用
いて温度１８００〜２０００℃の範囲に加熱して延伸し
、コア用ガラスロッドを得る。

電気抵抗炉による加熱は火炎からのＨ，の母材中への拡
散を防止できる。

別にＶＡＤ法で作成した純日１０２多孔質体について、
上記と同様に脱水処理し、？系化合物雰囲気中で加熱し
て？添加と透明化を行ない、所望の？添加Ｓ１０．から
々るクラッド用透明ガラスロッドを得、これに超音波穿
孔機等で穴開は加工をして、クラッド用ガラスパイプを
作成する。

以上で得られたコア用ロッドとクラッド用パイプとをロ
ッドインチューブ法゛により融着−層化してコア・クツ
ラド複合体を得る。該複合体外周ＫＶＡＤ法等により所
期の厚さの純ＳｉＯ２ガラス微粒子層を形成し、脱水、
透明化して、外側に純ＳｉＯ２のジャケット層を形成し
、第１図の構造の本発明の光ファイバ用母材を得ること
ができる。ただし、コア用ロッドとクラッド用パイプの
ロッドインチューブによシ得たコア・クツラド複合体の
クラツド径を所定の倍率に足）ない場合は、該複合体外
周に純ＳｉＯ２ガラス微粒子層を形成し、脱水、フッ素
添加、透明化してクラッド用パイプと同じ屈折率差の？
−８１０，として所定のクラツド径（比）とし、得られ
た焼結体を延伸した後、上記の純Ｓ１０．ジヤケツ）ｆ
ｆ形成を行なう。

〔実施例〕

実施例１ ■コア用ロッドの作製 ｖＡＤ法忙より　８１０４１２００ｃｃ／分、Ｈ２３５
ｔ／分、０２３５１／分、Ａｒ１２ｔ／分の条件で純Ｓ
ｉＯ２ガラス微粒子堆積体を作製し、表１の条件で脱水
、フッ素添加、透明化処理して、巖ｆｉｌフッ素が添加
され、純ＳｉＯ２ガラスに比べα０５チ比屈折率が低下
したＦ−８ｉＯ２ガラス母材を得た。これを１９００℃
の抵抗炉で延伸して外径３ＦＩＩｌφのコア用ロッドを
得た。

表　　１ ■クツラド用パイプの作製 コア用ロッドと同様の条件で純ＳｉＯ１ガラス微粒子堆
積体を作製し、表２の条件で脱水、フッ素添加、透明化
処理して純日１０ｍガラス忙比べ比屈折率差が（Ｌ７５
％低下した？−８１０゜ガラス母材を得た。

表　　２ 該Ｆ−８１０１ガラス体の中央に直径８＋ｍの孔を開け
てパイプ状とし、該パイプ内壁をＳＦ。

３０００Ｃ／分、　　０４１００　ｃｃ／分、０，２０
０ＣＣ／分の雰囲気で１４００℃に加熱するととくよプ
、エツチング処理した。

■コア用ロッドとクラッド用バイ１のコラプス■で得た
クツラド用パイプと孔内に■で得たコア用ロッドを挿入
し、両者を酸水素バーナで加熱して融着一体化し、コア
・クツラド複合体を得た。

■Ｆ−８１０２のジャケット付は コア用ロッド作成と同じ条件のＷＡＤ法により、■で得
たコア・クラッド複合体の外周に純８１０鵞ガラス微粒
子堆積体を形成し、外径１３０ｍ１１とし、該堆積体を
表２の条件で脱水。

フッ素添加、透明化処理して、Δｎ＝［１７５％のＦ−
８ｉＯ２クフツド層をさらに形成した。

■純粋ＳｉＯ２ジヤケツト層の形成（プリフォーム完成
） ■で得られた母材の外周に、ｖＡＤ法により、　８１Ｃ
４７００弘／分、　　ｆ　５３１７分、　　０．３５ｔ
／分、Ａｒ１２ｔ／分の条件で純粋ＳｉＯズガラス微粒
子堆積層を形成した。この母材について０１２６００　
ｃｃ／分、Ｈｅ１５ｔ／分、温度１０５０℃。

トラバース速度４ｗｍ１分下降の条件で脱水しＨｅ１５
Ｌ／分雰囲気、１６５０℃、トラバース速度２薦／分下
降の条件で透明化し、得られた透明ガラス体を延伸して
外径２５龍φのプリフォームを得た。

■ファイバ化（線引）、特性値測定 ■で得たプリフォームを線引きして外径１２５μｍ、コ
ア径４．５μｍ、クラツド径８５μｍ。

ジャケット層厚２０μｍ、コア径に対する外径比約２８
倍の第１図に示す屈折率分布のシングルモードファイバ
を得た。コアの比屈折率は純石英よシ［１０５％低く、
またクラッドの比屈折率は純石英よシ［Ｌ７５チ低かっ
た。この光ファイバの１６３μｍでの損失は７ｄＢ／ｋ
ｍｓ　　ｔ　５５　ｐｍでの損失けＣＬ　２２　ｄＢ／
ｋｍ。

ｔ　５９　ｐｍでの吸収ａ　Ａ　５１ＢＡｍ　　と、伝
送特性に優れた１、５μｍ帯零分散シングルモードファ
イバが得られていた。

比較例１ 実施例と同じコアとクツラド構造で、純粋ＳｉＯ２ジャ
ケット層を有してｈない母材を作製しファイバ化した。

第４図のグラフに示すようにこのファイバの１６３μｍ
に訃ける吸収は４０ｄＢ／ｋｍと大きく、また水素試験
後のｔ５９μｍにおけるロス増（ｄＢ／ｋｍ）もグラフ
のとおシで、耐水素特性に問題があった。さらにこのフ
ァイバは、実施例１の本発明ファイバに比べ、接続時の
融着条件が厳しく、他のファイバとの相互性に欠けるも
のであった。

比較例２ 実施例と同じ屈折率分布構造を有する母材を作製したが
、Ｐ　−５ｔｏｓクラツドの作製にはフッ素添加コアに
、ＶＡＤ法により直接スートを合成する方法を採用した
とζろ、得られた母材からのファイバは、１．３９μｍ
にＯＨ基のピークの増加が見られた。これはクラッド部
をスート付けしたときの酸水素炎による影響と考えられ
る。

また、同様に実施例と同じ屈折率分布構造の母材を、Ｉ
Ｐ−８ｉＯ２コア用ロツドと？−８１０．クフツド用パ
イプを１回のフラップスで融着−層化させ、その外側に
純粋ＳｉＯ１ジャケット層を合成する方法で作製した。

この母材からのファイバは、［ｌＬ６３　ｐｍでの吸収
が１２　ｄＢ／に＋ｎあり、十分に低減することができ
なかった。

〔発明の効果〕

本発明の分散シフト光ファイバ用母材は、コア部が微量
のフッ素添加石英ガラスであるため、密度ゆらぎ（熱ゆ
らぎ）Ｋよるレーリー散乱損失を純粋石英コアのそれよ
り低くでき、また最外部に純粋８１０３ジャケット層を
設けることで線引時の応力集中を抑えることができる。

したがって本発明の母材からα６３μｍの吸収が低減さ
れ、耐水素特性の改善された、超低損失、超広帯域の分
散シフト光ファイバが得られ、このファイバは長距離無
中継大容量光通信用伝送路として大いに有望なものであ
る。

また、本発明の製造方法は上記の本発明の光ファイバ用
母材を効率良く、設計値どおりに実現できる有利な方法
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による分散シフト光ファイバの屈折率分
布構造と径方向のサイズを示す図であシ、第２図及び第
３図は従来の分散シフト光ファイバの屈折率分布構造を
示、す図である。第４図は比較例１のファイバの初期の
α６５μｍとおける吸収と水素試験後の１．３９μｍに
おけるロス増（ｌ　Ｂ／に＋ｎ　）の関係を示す図表で
ある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）フッ素を含むＳｉＯ＿２ガラスからなるコアとフ
   ッ素を含むＳｉＯ＿２ガラスからなり該コアより低屈折
   率であるクラッドと、該クラッドの外周にある純粋Ｓｉ
   Ｏ＿２からなるジャケット層とを有してなる分散シフト
   光ファイバ用母材。
2. （２）フッ素を含むＳｉＯ＿２ガラスからなるコアは比
   屈折率が純粋ＳｉＯ＿２に比べ０．０１〜０．０５％低
   いものである特許請求の範囲第１項に記載の分散シフト
   光ファイバ用母材。
3. （３）純ＳｉＯ＿２ガラス微粒子堆積体を脱水処理した
   後フッ素添加・透明化してコア用のフッ素を含むガラス
   体とした後延伸してコア用母材とし、該コア用母材とよ
   り屈折率の低いフッ素を含むＳｉＯ＿２からなるクラッ
   ド用パイプとをロッドインチューブ法により加熱一体化
   してコア・クラッド複合体とし、該複合体の外周に純Ｓ
   ｉＯ＿２ガラス微粒子堆積体を形成した後脱水・透明化
   処理して、フッ素を含むＳｉＯ＿２ガラスからなるコア
   と、Ｆを含むＳｉＯ＿２ガラスからなり該コアより低屈
   折率であるクラツドと、該クラツドの外周にある純粋Ｓ
   ｉＯ＿２からなるジャケット層とを有してなる分散シフ
   ト光ファイバ用母材を製造する方法において、コア用母
   材へのフッ素添加量は純粋石英に比べ比屈折率差で０．
   ０１〜０．０５％とし、かつコア用のフッ素を含むＳｉ
   Ｏ＿２ガラス体の延伸は電気抵抗炉を用いて行なうこと
   を特徴とする上記の分散シフト光ファイバ用母材の製造
   方法。