JP2005181414A

JP2005181414A - 光ファイバの製造方法

Info

Publication number: JP2005181414A
Application number: JP2003418251A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Nishio; 友幸西尾; Kazuya Murakami; 和也村上; Kotaro Tan; 孝太郎丹
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】シングルモード光ファイバとしてのファイバ特性及び長期信頼性に優れ、かつ低コストで製造できる光ファイバの製造方法を提供する。
【解決手段】コア２１の周りに、内層側の第１クラッド２２と外層側の第２クラッド２３とで構成されるクラッド部を有する光ファイバの製造方法において、第１クラッド２２の第２クラッド２３に対する比屈折率差Δ₁₂％が−０．１≦Δ₁₂＜０の範囲となるよう調整して光ファイバプリフォームを形成し、該光ファイバプリフォームを線引して得る光ファイバを重水素雰囲気で所定時間保持するものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、波長１．３μｍ〜１．６μｍ帯全波長を使用可能とするシングルモード光ファイバの製造方法に関するものである。

近年、アクセス・メトロ系への適用を目的として、ＣＷＤＭ（Coarse Wavelength Division Multiplexing ：粗密度波長分割多重）やＷＷＤＭ（WidePassBand Wavelength Division Multiplexing : 広帯域通過波長分割多重）技術の開発が進められている。長距離波長多重伝送に用いられているＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing：高密度波長分割多重）よりも波長間隔を広げることで、光デバイスへの要求仕様を緩和し、光源の波長制御を簡略化できるので、コストダウンが可能となる。このシステムでは、波長１．３〜１．６μｍ帯全てが使用される。そのため、光ファイバにはこれまでの一般的なシングルモード光ファイバに見られる１．３８μｍ帯のＯＨ吸収ピークの低減（０．３５ｄＢ／ｋｍ）が要求される。さらに、水素による１．３８μｍ帯の損失増加も殆ど０（水素試験後の１．３８μｍ伝送損失≦０．３５ｄＢ／ｋｍ）にすることが求められる。（一般的なシングルモードファイバの１．３８μｍ帯の伝送損失は約０．４ｄＢ／ｋｍ、水素によりＯＨピークはさらに約０．１ｄＢ／ｋｍ増加する。）
このような光ファイバを製造する方法として、特許文献１に示されているように、コア径ｄとコア近傍の第１クラッド径Ｄの比率Ｄ／ｄを４．０以上とし、第１クラッドのＯＨ基濃度を０．８ｐｐｂ以下、第１クラッドの外側に位置する第２クラッドのＯＨ基の濃度を５０ｐｐｍ以下になるように脱水処理して光ファイバ母材を製造し、線引きした光ファイバを重水素雰囲気（１００％重水素で１時間）で処理する方法がある。

また、特許文献２に示されているように、常温の重水素雰囲気（１％重水素、９９％窒素）で光ファイバを処理する方法がある。

特許文献３には、コア近傍クラッドの屈折率を、その外周クラッドの屈折率より僅かに低くすることで、零分散や伝送損失等の特性が優れた光ファイバについて報告されている。

特開２００２−１８７７３３号公報特開２００２−１４８４５０号公報特開２００２−４７０２７号公報

しかしながら、上述の光ファイバの製造方法では以下の問題があった。

通常、ＯＨ基濃度を下げるためには、焼結脱水時の温度を上げること、塩素との反応速度を速めること及び脱水処理時間を長くすることが有効である。しかし、これらの方法はＯＨ基濃度の低減には有効であるが、その反面、コアスートに含まれるゲルマニウム（Ｇｅ，ＧｅＯ₂ ）の拡散を促進させてしまう。その結果、屈折率分布のすそ引きが大きくなり、光ファイバの特性の一つである零分散波長が長波長側にシフトしてしまうという問題点がある。

また、コア径ｄと第１クラッド径Ｄの比Ｄ／ｄ＝５とし、フッ素を含有していないプリフォームを線引した後、１％常温重水素に３日間エージングし、そのまま１％常温水素試験を長期実施したところ、波長１．３８μｍピークのＯＨ損失は殆ど変化しないが、波長１．４３μｍピークのＯＨ損失は約１０００時間で０．０１ｄＢ／ｋｍ程度増加していた。この現象と連動するように、１．５５μｍの伝送損失も増加する傾向となり、１．３〜１．６μｍ全ての波長に対し信頼性を保証しているとは言い切れず、長期信頼性に問題がある。

さらに、重水素処理において、常温１００％の重水素を用いる場合、重水素の扱いに危険性を伴う。また、重水素は高価なガスであるため、製造コストのアップになる。その対策として回収設備を作ることも考えられるが、設備費用が掛かってしまう。

それに対し、常温１％の重水素を用いる場合では、その処理時間に３日以上要することになり、処理装置の可動効率が悪くなってしまう問題がある。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、シングルモード光ファイバとしてのファイバ特性及び長期信頼性に優れ、かつ低コストで製造できる光ファイバの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、コアの周りに、内層側の第１クラッドと外層側の第２クラッドとで構成されるクラッド部を有する光ファイバの製造方法において、第１クラッドの第２クラッドに対する比屈折率差Δ₁₂％が−０．１≦Δ₁₂＜０の範囲となるよう調整して光ファイバプリフォームを形成し、該光ファイバプリフォームを線引して得る光ファイバを重水素雰囲気で所定時間保持する光ファイバの製造方法である。

請求項２の発明は、コア近傍クラッドにフッ素を１ｍｏｌ％以下でドープする請求項１記載の光ファイバの製造方法である。

請求項３の発明は、重水素１％を含む温度５０〜８０℃の重水素雰囲気ガス中に３時間以上保持する請求項１または２に記載の光ファイバの製造方法である。

請求項４の発明は、波長１３８３ｎｍのＯＨ損失が０．３５ｄＢ／ｋｍより小さく、かつ水素エージング後のＯＨ損失が波長１３１０ｎｍの伝送損失よりも小さい低ＯＨ光ファイバを製造する請求項１〜３いずれかに記載の光ファイバの製造方法である。

本発明によれば、シングルモード光ファイバとしてのファイバ特性及び長期信頼性に優れるという優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１は、本実施の形態に係る光ファイバの光ファイバ用多孔質母材１３の製造方法を示す概略図である。

図１に示すように、ＶＡＤ法（Vapor-phase Axial Deposition：気相軸付法）による光ファイバ用多孔質母材１３の製造装置１０は、反応容器１１内にターゲット棒１２が設けられ、ターゲット棒１２に支持されて光ファイバ用多孔質母材１３が形成される。ターゲット棒１２は、引き上げ架台装置（図示せず）により垂直方向に移動可能である。多孔質母材１３は、内側のコアスート１４と外側のコア近傍クラッドスート１５からなる。反応容器１１には排気孔１６が設けられ、反応容器１１下部には、コアスート１４を加熱するコア用バーナ１７とコア近傍クラッドスート１５を加熱するクラッド用バーナ１８が設けられている。

ＶＡＤ法による多孔質母材１３の製造方法は、コア用バーナ１７とコア近傍クラッド用バーナ１８に酸素、水素及び四塩化珪素等のガラス原料ガスを送り、さらに、コア用バーナ１７にはＧｅＣｌ₄ 等のＧｅドーパント用ガスを、コア近傍クラッド用バーナ１８にはＳｉＦ₄ 等のフッ素ドーパント用ガスを送り、加水分解反応によってガラス微粒子を生成し、これをターゲット棒１２に堆積させて円柱状の光ファイバ用多孔質母材１３を得る方法である。コア近傍クラッドのフッ素ドープ濃度は、１ｍｏｌ％以下であり、好ましくは０．０１〜０．５ｍｏｌ％である。

次に、得られた光ファイバ用多孔質母材１３を脱水剤として有効な塩素ガス雰囲気中で１２００℃の温度で脱水処理した後、脱水処理温度より高い１５００℃の温度でヘリウム（Ｈｅ）ガス中で焼結して透明なコアガラス母材（外径６０ｍｍ）を作製する。ここで、焼結処理に用いるガスはＨｅに限らず、Ｎ₂ 、Ａｒ等の不活性ガスを用いてもよい。この時のコア径ｄとコア近傍クラッドＤの比率Ｄ／ｄは、５．０とした。その後、電気炉延伸装置で外径２０ｍｍに延伸し、外付けＶＡＤ法によりコア径とクラッド径の比が所定の値となるようクラッドを堆積した。堆積後、コアの焼結と同様に、クラッドも脱水処理及び焼結による透明ガラス化を行い、光ファイバプリフォームを得た。

得られた光ファイバプリフォームの屈折率分布を図２に示す。

図２に示すように、クラッド部において、コア２１近傍のクラッド（第１クラッド）２２の、第１クラッド２２を囲繞する外周クラッド（第２クラッド）２３に対する比屈折率差Δ₁₂は−０．０３％であった。この比屈折率差Δ₁₂の範囲は−０．１％≦Δ₁₂＜０％、好ましくは−０．０５％≦Δ₁₂＜０％であればよい。

その後、光ファイバプリフォームを２０００℃の線引炉で溶融して外径１２５μｍの線材を紡糸し、その線材の外周にＵＶ被覆樹脂をコーティングし、外径２５０μｍの光ファイバを作製した。

その光ファイバを６０℃、１％重水素大気圧雰囲気（１％重水素、９９％窒素）に１５時間さらし、光ファイバの完成とする。処理時間は１０時間以上、好ましくは１０〜２０時間とする。

上述の製造方法で製造した光ファイバの諸特性を評価したところ、モードフィールド径９．１μｍ、カットオフ波長１．２６μｍ、零分散波長１３１３ｎｍ、波長１３８３ｎｍでの損失０．３５ｄＢ／ｋｍ以下で、実際には、波長１．３８μｍのＯＨ損失０．２８５ｄＢ／ｋｍであり、波長１．３〜１．６μｍ帯全域で使用できるファイバ特性を得た。

さらに、常温で１％の水素雰囲気中に４日間エージングした耐水素試験を実施したところ、試験前後で波長１．３８μｍのＯＨ基による損失増加はなく、具体的には、波長１３１０ｎｍの損失より小さい、優れた耐水素特性を示した。また、長期信頼性試験として常温水素１％で１０００時間放置したところ、波長１．４３μｍのピーク増加量は０．００５ｄＢ／ｋｍとかなり低減された。

光ファイバプリフォームの屈折率分布をコア近傍の第１クラッドにフッ素をドープすることで、第１クラッドの屈折率が第２クラッドの屈折率より僅かに低いディプレスト型分布にすることができた。その結果、同じカットオフ波長に設計した場合、構造分散が変化するので零分散波長を短波側に５〜１０ｎｍシフトすることができる。これにより、ＯＨ損失を下げるために脱水条件及び焼結条件を厳しくすることで発生した零分散波長の長波長シフトを補償することができ、ファイバ特性を大幅に改善することができる。

耐水素試験による波長１．４３μｍのＯＨピーク増加の現象は、現時点ではそのメカニズムは詳しくはわかっていないが、実験的にコア近傍クラッドにフッ素をドーパントとして添加した場合に波長１．４３μｍの吸収ピーク増加量が、フッ素を添加しないときと比較して約１／２以下に低減できることを見出した。これにより、コア近傍クラッドにフッ素をドープすることで、吸収ピークの増加を抑制でき、光ファイバの長期信頼性を確保できる。

高温で重水素処理する利点は、重水素のガラス中の拡散速度を大きくすることで、処理時間を短くできることにある。重水素１％の場合、常温で３日間必要な重水素処理時間は、例えば、６０℃の場合では１５時間程度で済むことになる。さらに、８０℃の場合は３時間以上で済み、好適には５時間程度となる。温度が５０℃未満では、重水素の反応速度に殆ど影響を及ぼさず、温度を高くするほど処理時間を短くすることが可能であるが、８０℃を超えると、光ファイバの被覆材料に変色等が発生するため、処理温度は５０℃〜８０℃が適している。以上より、１％濃度の重水素雰囲気中で、上記範囲の温度で重水素処理を行うことで、処理時間の短縮化と低コスト化が図れる。

本実施の形態の光ファイバの製造方法に対し、第１クラッドにフッ素をドープしていない光ファイバの各特性は、モードフィールド径９．１μｍ、カットオフ波長１．２６μｍ、零分散波長１３２５ｎｍ、ＯＨ損失０．２８５ｄＢ／ｋｍであった。これら数値より、零分散波長が通常１．３１μｍより長波長側にシフトしてしまっている。

重水素処理後、長期信頼性試験（常温水素１％で１０００時間放置）を行ったところ、波長１．４３μｍのＯＨピーク増加量が０．０１ｄＢ／ｋｍと本実施の形態の光ファイバに比べて約２倍の増加量であった。

本実施の形態に係る多孔質母材の製造方法を示す模式図である。光ファイバプリフォームの屈折率分布図である。

符号の説明

２１コア
２２第１クラッド
２３第２クラッド

Claims

コアの周りに、内層側の第１クラッドと外層側の第２クラッドとで構成されるクラッド部を有する光ファイバの製造方法において、第１クラッドの第２クラッドに対する比屈折率差Δ₁₂％が−０．１≦Δ₁₂＜０の範囲となるよう調整して光ファイバプリフォームを形成し、該光ファイバプリフォームを線引して得る光ファイバを重水素雰囲気で所定時間保持することを特徴とする光ファイバの製造方法。
コア近傍クラッドにフッ素を１ｍｏｌ％以下でドープする請求項１記載の光ファイバの製造方法。
重水素１％を含む温度５０〜８０℃の重水素雰囲気ガス中に３時間以上保持する請求項１または２に記載の光ファイバの製造方法。
波長１３８３ｎｍのＯＨ損失が０．３５ｄＢ／ｋｍより小さく、かつ水素エージング後のＯＨ損失が波長１３１０ｎｍの伝送損失よりも小さい低ＯＨ光ファイバを製造する請求項１〜３いずれかに記載の光ファイバの製造方法。