(57)【要約】【課題】  光信号の伝送特性を向上させ、且つ断線時における海水侵入箇所の交換コストの削減が可能な光ファイバ及びその製造方法の提供を目的とする。【解決手段】中心軸領域に設けられたコア２と、コア２の外周に設けられ、コア２よりも小さい屈折率を有する内部クラッド層３と、内部クラッド層３の外周に設けられ、複数の長孔状の気泡５を有する気泡層４と、内部クラッド層３の外周に設けられ、コア２と同等の若しくはコア２より小さい屈折率を有する外部クラッド層６とを有し、気泡５の長さが２００ｍ以下であることを特徴とする光ファイバ１である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸領域に設けられたコアと、
前記コアの外周に設けられ、前記コアよりも小さい屈折率を有する内部クラッド層と、
前記内部クラッド層の外周に設けられ、複数の長孔状の気泡を有する気泡層と、
前記内部クラッド層の外周に設けられ、前記コアと同等の若しくは前記コアより小さい屈折率を有する外部クラッド層と、
を有し、前記気泡の長さが２００ｍ以下であることを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記気泡の長さが１０ｍ〜２００ｍであることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記気泡層は、前記気泡層の中心軸方向の任意の断面において、外径が１μｍ以下の前記気泡を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記コア内を伝搬する伝搬光の波長における前記コアの実効断面積が８０μｍ２以上であることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記実効断面積が８０μｍ２〜２００μｍ２であることを特徴とする請求項３記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記気孔層は、中心軸から前記コアを伝搬する伝搬光の波長におけるモードフィールド径を半径とする円周内側領域に位置することを特徴とする請求項1〜請求項４の何れかに記載の光ファイバ。
【請求項７】
コア母材の外周に内部クラッド層母材を設ける製造工程と、
前記内部クラッド層母材の外周に気泡層母材を設ける製造工程と、
前記気泡層母材の外周に設けられる外部クラッド層母材によって、前記コア母材及び前記気泡層母材を一体に成型し、光ファイバ母材を製造する製造工程と、
前記光ファイバ母材を線引きする線引き工程と、を有し、
前記気泡層母材は、前記内部クラッド層母材と略同質の素材をＨｅガス及びＮ２ガスの混合ガス雰囲気中において加熱処理することにより、前記気泡層母材内に１．２ｍｍ以下のＮ２ガス気泡を生成させることにより製造されることを特徴とする光ファイバの製造方法。
【請求項８】
前記気泡層母材は、Ｈｅガス及びＮ２ガスの混合比Ｈｅ：Ｎ２＝（９０％〜３０％）：（１０％〜７０％）の混合ガス雰囲気中において加熱処理することにより製造されることを特徴とする請求項７記載の光ファイバの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非線形現象を抑制した光ファイバに関し、特に光海底ケーブルに好適な光ファイバに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、インターネット等の急速な普及に伴い、情報を伝送する伝達媒体に対する大容量化が進められている。伝送容量の大容量化を目的とする技術の中で現在有望視されているものに、波長多重（以下、ＷＤＭという。）伝送方式がある。しかし、前記ＷＤＭ伝送方式の大容量化をすると、光ファイバの伝送特性の劣化を招く非線形効果現象が発生する可能性が高くなる。そこで近年、前記ＷＤＭ伝送方式の大容量化には不可欠な非線形効果現象の発生を抑制する光ファイバの開発が進められている。また、前記伝送特性を向上するためには、曲げによる光信号損失の低減も必要である。そのため、実効断面積が大きく、且つ曲げによる光信号の損失の少ない光ファイバの開発が進められている。上記の目的を達成する光ファイバに、コア部の外径を大きくし、該コア部と該コア部の外周に設けられたクラッド層に屈折率差を設けることで実効断面積を大きくし、且つ前記クラッド層に長手方向全長に貫通した気孔や気泡を設けることにより、曲げによる光信号の損失の少なくしたものがある（例えば、特許文献１及び特許文献２）。
【０００３】
また、現在インターネット等の情報網は全世界各国まで及んでいる。そのため、大陸間を結ぶ光海底ケーブルシステムのような長距離大容量伝送路へ前記ＷＤＭ伝送方式を導入することが進められている。しかし、例えば特許文献１に開示されているような長手方向全長に亘る気孔部を有する光ファイバを光海底ケーブルに使用し、当該光ファイバが海底において断線した場合は、断線箇所から当該光ファイバに設けられている気孔部へ毛細管現象により海水が浸入する。この時、海水が浸入した前記気孔部が当該光ファイバの伝送特性に悪影響を及ぼす。特に光海底ケーブルでは８０００ｍ級の深海に敷設される場合がある。その場合、毛細管現象のほかに海水の水圧により気孔部への海水の侵入長が長距離に及ぶ可能性がある。また、前記気孔部に侵入した海水を除去するのは事実上不可能であるので、断線箇所の前記光ファイバのみならず光海底ケーブル自体を交換しなくてはならない。そのため、海底において光ファイバが断線した際に、光海底ケーブルの交換長が短くて済む光ファイバの開発が必要であった。
【０００４】
特許文献２に開示されている光ファイバは、前記クラッド層に設けられているのは気泡である。そのため、当該光ファイバが海底で断線した場合、海水の浸入はあるものの、気泡により海水の侵入長はある程度で止められる。それが結果として、光海底ケーブルの海水侵入箇所の交換長を短くすることが可能である。
【０００５】
特許文献３に開示されている光ファイバは、当該光ファイバの内部に軸心に沿って管状の気孔が複数形成された光ファイバであって、前記気孔の両端に、又は前記気孔の長手方向に亘って所定の間隔で仕切り壁が設けられているものである。当該光ファイバが海底で断線した場合、海水の浸入はあるものの、前記仕切り壁により海水の侵入をある程度止められる。それが結果として、光海底ケーブルの海水侵入箇所の交換長を短くすることが可能であり、海水侵入箇所の交換コストの削減が可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２２６５４０号公報
【特許文献２】特開２００９−６９２３８号公報
【特許文献３】特開２００３−２０２４３１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「光海底ケーブル通信」Ｐ７８〜７９  平成３年１２月２０日  ＫＤＤエンジニアリング・アンド・コンサルティング（ＫＥＣ）発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に開示されている光ファイバは、前記気泡によって、海水の侵入はある程度で止められるものの、前記気泡の長さに関しては触れられていない。つまり、光ファイバ母材を線引きする前における気泡の大きさによっては線引きした際に、当該気泡は長距離に及ぶ可能性がある。その場合、前記光ファイバを光海底ケーブルに用いると、当該光ファイバの断線時に海水の侵入長が長くなってしまう。その結果、海水侵入箇所の交換コストが削減が効果的に成されないという問題があった。
【０００９】
特許文献３に開示されている光ファイバは、前記仕切り壁によって、海水の侵入はある程度止められるものの、前記仕切り壁は気孔部ではないために、曲げによる光信号の損失は大きいものとなる。詳しくは、当該光ファイバを曲げる際、当該光ファイバの曲げ領域にちょうど前記仕切り壁が位置すると、前記仕切り壁から光信号が逃げてしまい、光信号の損失が大きくなるという問題があった。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑み成されたものであり、光信号の伝送特性を向上させ、且つ断線時における海水侵入箇所の交換コストの削減が可能な光ファイバ及びその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は上記事情に鑑み成されたものであり、中心軸領域に設けられたコアと、前記コアの外周に設けられ、前記コアよりも小さい屈折率を有する内部クラッド層と、前記内部クラッド層の外周に設けられ、複数の長孔状の気泡を有する気泡層と、前記気泡層の外周に設けられ、前記コアと同等の若しくは前記コアより小さい屈折率を有する外部クラッド層と、を有し、前記気泡の長さが２００ｍ以下であることを特徴とする光ファイバを提供するものである。前記気泡の長さは１０ｍ〜２００ｍであることが好ましい。前記気泡層は、前記気泡層の中心軸方向の任意の断面において、外径が１μｍ以下の前記気泡を有していても良い。
【００１２】
前記コア内を伝搬する伝搬光の波長における前記コアの実効断面積が８０μｍ２以上であることが好ましい。前記実効断面積が８０μｍ２〜２００μｍ２であっても良い。
【００１３】
前記気孔層は、中心軸から前記コアを伝搬する伝搬光の波長におけるモードフィールド径を半径とする円周内側領域に位置することが好ましい。
【００１４】
コア母材の外周に内部クラッド層母材を設ける製造工程と、前記内部クラッド層母材の外周に気泡層母材を設ける製造工程と、前記気泡層母材の外周に設けられる外部クラッド層母材によって、前記コア母材及び前記気泡層母材を一体に成型し、光ファイバ母材を製造する製造工程と、前記光ファイバ母材を線引きする線引き工程と、を有し、前記気泡層母材は、前記内部クラッド層母材と略同質の素材をＨｅガス及びＮ２ガスの混合ガス雰囲気中において加熱処理することにより、前記気泡層母材内に外径が１．２ｍｍ以下のＮ２ガス気泡を生成させることにより製造されることを特徴とする光ファイバの製造方法である。
【００１５】
前記気泡層母材は、Ｈｅガス及びＮ２ガスの混合比Ｈｅ：Ｎ２＝（９０％〜３０％）：（１０％〜７０％）の混合ガス雰囲気中において加熱処理することにより製造されても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、光信号の伝送特性を向上させ、且つ断線時における海水侵入箇所の交換コストの削減が可能な光ファイバ及びその製造方法の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の好適な実施形態に係る光ファイバ１の中心軸方向の断面図。
【図２】本発明の好適な実施形態に係る光ファイバ１の斜視図。
【図３】本発明の好適な実施形態に係る光ファイバ１の製造方法において、加熱処理に用いた電気炉２１を説明する説明図。
【図４】本発明の好適な実施形態に係る光ファイバ１の中心軸方向の断面写真。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の好適な実施形態に関して、添付図に従って説明する。
【００１９】
図１は、本発明の好適な実施形態に係る光ファイバの中心軸方向の断面図である。図２は、本発明の好適な実施形態に係る光ファイバ１の側断面図である。
【００２０】
本発明の好適な実施形態は、光海底ケーブル用の光ファイバ１であって、中心軸領域に設けられたコア２と、コア２の外周に設けられ、コア２よりも小さい屈折率を有する内部クラッド層３と、内部クラッド層２の外周に設けられ、複数の長孔状の気泡５を有する気泡層４と、気泡層４の外周に設けられ、コア２と同等の若しくはコア２より小さい屈折率を有する外部クラッド層６と、を有し、光ファイバの長手方向における気泡５の長さが２００ｍ以下であることを特徴とする光ファイバ１である。
【００２１】
詳しくは以下の通りである。図１に図示するように、光ファイバ１の内部クラッド層３の外周には、コア２から所定の距離をもって、コア２上を取り囲むように中心軸から同心円状に複数の長孔状の気泡５を有する気泡層４が設けられている。気泡層４が内部クラッド層３を介してコア２から所定の距離をもって設けられる理由は、気泡層４をコア２に近接した場所に設けようとすると、気泡層４内に気泡５を設ける製造工程において、気泡５がコア２付近で発泡してしまい、コア２の外形を歪めてしまう恐れがあるからである。そのため、その結果として生じる光ファイバ１の伝送特性の劣化を防止するため、気泡層４はコア２から所定の距離をもって設けられる。
【００２２】
更に、気泡層４の外周には外部クラッド層６が設けられる。以上のような構成の光ファイバ１の外径は１２５μｍであった。気泡５は、光ファイバ１を曲げた際に生じる曲げ損失を低減するために設けられる。また、気泡５は、光ファイバ１を海底に敷設した際、光ファイバ１の断線時において光ファイバ１に侵入する海水の浸入長を低減するために、図２に図示するように、光ファイバ１の長手方向において非貫通であり、その長さは２００ｍ以下である。
【００２３】
気泡の長さを２００ｍ以下とする理由について、非特許文献１を用いて説明する。非特許文献１は、光海底ケーブルを１０００ｍ及び５５００ｍの海底に敷設した際において、光海底ケーブルの断線時における水走り時間と水走り距離の関係について述べたものである。ここで言う、１０００ｍとは、海底において浅瀬に対応する深長であり、５５００ｍとは海底において深海に対応する深長である。非特許文献１に述べられているように、光海底ケーブルが断線した際の１０００ｍ及び５５００ｍの海底における水走り距離は２週間で、２００ｍ及び１０００m程度である。
【００２４】
光海底ケーブルは当然のように、浅瀬領域から深海領域まで敷設される。そのため、気泡５の長さを５５００ｍにおける水走り距離に対応させて１０００ｍとすると、深長が１０００ｍ程度である浅瀬で光海底ケーブルが断線した場合において、当該光海底ケーブル自体の水走り距離は２００ｍ以下であるのにも拘わらず、気泡５が１０００ｍであるために当該光海底ケーブルの断線箇所の交換長が長距離化してしまう。その結果、光海底ケーブル交換にかかるコストが増大する。そのため、気泡５の長さを浅瀬における水走り距離に対応させて２００ｍ以下とすることにより、交換長を最低限に抑えることができ、交換にかかるコストを低減することができる。
【００２５】
また、気泡５の長さは、線引きする前の気泡５の大きさ、又は線引きする機械の性能上、１０ｍ〜２００ｍであれば良い。本実施形態においては、光ファイバ１が断線した際における海水の侵入長をより短くするために、気泡５の長さを１００ｍ程度とした。また、気泡５の少なくとも一部は、光ファイバ１の任意の断面において、その外径が１μｍ以下となるようにする。これにより、気泡層４を形成する複数の気泡５は任意の断面において、気泡５の外径は任意で良いことを示しており、気泡５の形成状態を揃える必要がない。よって、光ファイバ１の製造が容易となる。
【００２６】
コア２は石英から成り、コア２には屈折率を大きくするための添加物をコア２全体に所定量加えた。当該添加物としては石英に対して屈折率を上昇させる酸化ゲルマニウムを加えた。当該添加物は、Ｔｉ又はＥｒ等の希土類元素であっても良い。
【００２７】
コア２の外径は、所望の実効断面積（以下、Ａｅｆｆとする。）、シングルモード伝送を可能にするカットオフ波長及びコア２の内部クラッド層３に対する非屈折率差（Δｎ）の組み合わせによって定められる。現在、最も使用されている光ファイバである１．３μｍ帯シングルモードファイバ（ＳＭＦ）の波長１．３μｍでのＡｅｆｆは６０μｍ２程度である。しかし、伝送容量を増大させるのに伴い、信号光強度を大きくすると非線形効果現象により伝送損失が増大してしまう。この非線形効果現象を低減するためには、Ａｅｆｆの増大が効果的である。そのため、Ａｅｆｆは光ファイバ１の伝送損失をもたらす非線形効果現象の発生を抑制するために、コア２内を伝搬する伝搬光の波長におけるコア２のＡｅｆｆが８０μｍ２以上であることが好ましい。
【００２８】
また、カットオフ波長を１．３μｍ帯伝送の際に必要となる１．２６μｍ以下にすることが困難であるという点を解決するために、コア２内を伝搬する伝搬光の波長におけるコア２のＡｅｆｆは８０μｍ２〜２００μｍ２とすることがなお好ましい。本実施形態においては、Ａｅｆｆを１７０μｍ２とした。Ａｅｆｆ＝１７０μｍ２とするために、酸化ゲルマニウムをコア２全体に所定量加え、コア２と内部クラッド層３との比屈折率差をΔｎ＝０．１８％とし、またコア２の外径を１５μｍとした。この時、コア２内を伝搬する伝搬光の波長が１．５５μｍである場合における光ファイバ１のモードフィールド径（ＭＦＤ）は１５．３μｍであった。
【００２９】
また、気泡層４は、中心軸からコア２を伝搬する伝搬光の波長におけるモードフィールド径を直径とする円周内側領域に位置することが好ましい。つまり、本実施形態に係る光ファイバ１のコア２に波長１．５５μｍの伝搬光を伝搬させるとすると、気泡層４は、中心軸から１５．３μｍを直径とする円周内側領域に位置させると良い。こうすることにより、曲げ損失をより低減することが可能となり、高耐応力性を向上させることができる。
【００３０】
次に、本実施形態に係る光ファイバ１の製造方法に関し、添付図に従って説明する。本実施形態に係る光ファイバ１は、光ファイバ１の任意の断面において外径が１μｍ以下の気泡5が少なくとも１つ存在し、気泡５の長さが１００ｍ以下である光ファイバ１の製造方法である。
【００３１】
当該光ファイバ１の製造方法は、コア母材の外周に内部クラッド層母材を設ける製造工程と、前記内部クラッド層母材の外周に気泡層母材を設ける製造工程と、前記気泡層母材の外周に設けられる外部クラッド層母材によって、前記コア母材及び前記気泡層母材を一体に成型し、光ファイバ母材を製造する製造工程と、前記光ファイバ母材を線引きする線引き工程と、を有し、前記気泡層母材は、前記内部クラッド層母材と略同質の素材をＨｅガス及びＮ２ガスの混合ガス雰囲気中において加熱処理することにより、前記気泡層母材内に１．２ｍｍ以下のＮ２ガス気泡を生成させることにより製造されることを特徴とする光ファイバの製造方法である。
【００３２】
以下に詳細を述べる。まず製造工程１について述べる。製造工程１は、コア２及び内部クラッド層３の一部に相当する層を備えたコアスート母材をＶＡＤ（Ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  Ａｘｉａｌ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により製造する工程である。得られた前記コアスート母材の外径はφ８０ｍｍで、コア２の外径はφ４０ｍｍであった。また、前記コアスート母材１０の長さは８００ｍｍであった。
【００３３】
次に、製造工程２について述べる。製造工程２は、コアスート母材１０に対してＨｅガス及びＣｌ２ガスを供給しながら加熱処理を行い、透明ガラス母材を作製する製造工程である。コアスート母材１０を電気炉２０を用いて、１６００℃で加熱処理した。電気炉２０は外気と遮断された石英マッフル２１を備える。石英マッフル２１には、Ｈｅガス、Ｃｌ２ガス及びＮ２ガスが供給できる仕組みになっている。
【００３４】
製造工程２における加熱処理は、石英マッフル２１内にＨｅガス２０リットル／分、Ｃｌ２ガス０．５リットル／分を供給しながら行った。Ｈｅガスを供給しながら加熱処理を行う理由は、拡散係数が大きいというＨｅガスの性質により、前記コアスート母材を透明なガラスにしやすくするためである。また、同時にＮ２ガスを供給する理由としては、前記コアスート母材中に含有するＯＨ基を除去し、前記コアスート母材から得られる光ファイバ１の伝送特性を向上するためである。このように製造工程２により製造された前記透明ガラス母材の寸法は、外径がφ４０ｍｍ、コア２の外径がφ２０ｍｍ、また長さは５００ｍｍであった。
【００３５】
次に、製造工程３について説明する。製造工程３は前記透明ガラス母材を延伸してコア母材を製造する工程である。当該コア母材の寸法は、外径がφ３０ｍｍ、長さは７００ｍｍであった。
【００３６】
次に、製造工程４について説明する。製造工程４は、前記コア母材の外周にＯＶＤ（Ｏｕｔｓｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により、内部クラッド層３の一部であり、気泡層４に相当する層を堆積させて外付けスート母材を製造する工程である。
【００３７】
次に、製造工程５について説明する。製造工程５は、前記外付けスート母材に対してＨｅガス及びＮ２ガスを供給しながら加熱処理を行い、ガラス化母材を製造する工程である。前記外付けスート母材を、電気炉２０を用いて、１６００℃で加熱処理した。ここで、Ｈｅガス及びＮ２ガスを供給しながら加熱処理を行う理由について説明する。Ｎ２ガスは拡散係数がＨｅに比べて小さい。そのため、前記ガラス化母材中に球状のＮ２ガス気泡が残留しやすい。その残留した前記Ｎ２ガス気泡が線引き工程において、延伸されて直径１μｍ以下の独立した気泡５を形成し、その結果、気泡層４内において１００ｍ以下の気泡５を形成することが可能となる。
【００３８】
しかし、Ｎ２ガスのみを供給すると、残留する前記Ｎ２ガス気泡の外径が大きくなりすぎてしまう。その結果として、線引きの際、任意の断面において外径１μｍ以上の気泡５の発生頻度が高くなり、所望の長さである１００ｍを超える気泡５が発生してしまうからである。Ｈｅガス及びＮ２ガスの供給量の比は、Ｈｅ：Ｎ２＝（９０％〜３０％）：（１０％〜７０％）であれば良く、この供給量の範囲であれば線引きした際における気泡５の長さが１００ｍを超える気泡５はできない。本実施形態において供給量の比はＨｅ：Ｎ２＝５０％：５０％とし、その供給量は１０リットル／分づつとした。以上のようにして得られた前記ガラス化母材の外径はφ４０ｍｍ、長さは７００ｍｍであった。
【００３９】
次に製造工程６について説明する。製造工程６は、前記ガラス化母材を外径φ３０ｍｍ、長さ１０００ｍｍに延伸し、その外周にＯＶＤ法により外部クラッド層６に相当する層を堆積して外付け母材を製造する工程である。この時、当該外付け母材の外径はφ２００ｍｍであった。
【００４０】
次に製造工程７について説明する。製造工程７は、前記外付け母材を電気炉２０よりも大型であるが性能等に関しては電気炉２０と同様の電気炉で加熱処理することにより透明ガラス化を行い、透明全合成ガラス化母材を製造する工程である。製造工程７における加熱処理条件（透明ガラス化条件）は、処理温度を１６００℃とし、炉内へのガス供給量はＨｅガス２０リットル／分、Ｃｌ２ガス０．５リットル／分とした。以上のように得られた前記透明全合成ガラス化母材の外径はφ１２０ｍｍであり、長さは９００ｍｍであった。その後、前記透明全合成ガラス化母材を線引きし、外径φ１２５μｍ、長さ１０００ｋｍの光ファイバ１を製造した。
【００４１】
以上の製造方法により製造された実際の光ファイバ１の断面について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の好適な実施形態に係る光ファイバ１の中心軸方向の断面写真である。実際に製造された光ファイバ１は、図４に示すように、コア２の外周上にはコア２を取り囲むように外径１μｍ以下の気泡５を含む層圧１０μｍの気泡層４が存在していた。
【００４２】
また、光ファイバ１の切断部を水槽に浸し、毛細管現象によって切断面から気泡５内に侵入する水の侵入長を調べた。光ファイバ１のサンプル１０本について測定したところ、最大侵入長は３５〜５７ｍであった。次に、光ファイバ１の光学的特性について述べる。
【００４３】
【表１】
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【００４４】
表１に示すように、コア２内を伝搬する伝搬光の波長が１．５５μｍにおけるモードフィールド径（ＭＦＤ）は１５．３μｍと大きく、実効断面積は所望の範囲内にある１７０μｍ２程度である。よって、光ファイバ１は非線形効果現象を低減することが可能である。また、伝送損失も小さく、長距離伝送を可能とする。また曲げ損失に関しても、実用上十分な程度に抑えることが出来ている。
【００４５】
以上により、光ファイバ１は光信号の伝送特性を向上させ、且つ断線時における海水侵入箇所の交換コストの削減が可能な光ファイバ及びその製造方法の提供が可能となる。
【符号の説明】
【００４６】
１  光ファイバ
２  コア
３  内部クラッド層
４  気泡層
５  気泡
６  外部クラッド層
１０  コアスート母材
２０  電気炉
２１  石英マッフル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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