(57)【要約】【課題】浸透係数が異なる物質で形成された多層のＯＨバリアを積層することにより、ＯＨバリアの厚さを減少させて石英管の自己凝縮を抑制し、同時に、コア層へ浸透するＯＨを効率的に遮断することができる光ファイバ母材を提供する。【解決手段】本発明による光ファイバ母材２２０は、光ファイバ母材を形成するための基板として機能する円筒状の石英管２４０と、石英管の内周面上に積層され、光ファイバ母材の内部へ浸透するＯＨを遮断する第１バリア２３３と、第１バリア上に積層され、第１バリアより高い浸透係数を有する第２バリア２３２と、第２バリア上に積層され、第２バリアより低い浸透係数を有する第３バリア２３１と、第３バリアの内側のクラッド層２２２及びコア層２２１と、を含むことを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ母材を形成するための基板として機能する円筒状の石英管と、
前記石英管の内周面上に積層され、光ファイバ母材の内部へ浸透するＯＨを遮断する第１バリアと、
前記第１バリア上に積層され、前記第１バリアより高い浸透係数を有する第２バリアと、
前記第２バリア上に積層され、前記第２バリアより低い浸透係数を有する第３バリアと、
前記第３バリアの内側のクラッド層及びコア層と、を含むことを特徴とするＯＨバリアを有する光ファイバ母材。
【請求項２】
第１バリア及び第３バリアは、ＳｉＯ２材質である請求項１記載のＯＨバリアを有する光ファイバ母材。
【請求項３】
第２バリアは、第１及び第３バリアより浸透係数が高いＰ２Ｏ５材質である請求項１記載のＯＨバリアを有する光ファイバ母材。
【請求項４】
光ファイバ母材を形成するための基板として機能する円筒状の石英管と、
前記石英管の内周面上に積層され、光ファイバ母材の内部へ浸透するＯＨを遮断する第１バリアと、
前記第１バリア上に積層され、前記第１バリアより高い浸透係数を有するＢ２Ｏ３＋ＳｉＯ２材質で形成される第２バリアと、
前記第２バリア上に積層され、前記第２バリアより低い浸透係数を有する第３バリアと、
母材中心に位置するコア層と、
前記第３バリアと前記コア層との間に積層され、前記コア層より低い屈折率を有するクラッド層と、を含むことを特徴とするＯＨバリアを有する光ファイバ母材。
【請求項５】
基板として機能する円筒状の石英管、クラッディング層、及びコア層を含む光ファイバ母材において、
前記石英管の内周面上に積層され、光ファイバ母材の内部へ浸透するＯＨを遮断する第１バリアと、
前記第１バリア上に積層され、前記第１バリアより高い浸透係数を有する第２バリアと、
前記第２バリア上に積層され、前記第２バリアより低い浸透係数を有する第３バリアと、を含むことを特徴とするＯＨバリアを有する光ファイバ母材。
【請求項６】
第１バリア及び第３バリアは、ＳｉＯ２材質である請求項５記載のＯＨバリアを有する光ファイバ母材。
【請求項７】
第２バリアは、Ｐ２Ｏ５材質である請求項５記載のＯＨバリアを有する光ファイバ母材。
【請求項８】
第２バリアは、Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２材質である請求項５記載のＯＨバリアを有する光ファイバ母材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内付け化学気相蒸着法(Modified Chemical Vapor Deposition；ＭＣＶＤ)によって制作された光ファイバ母材(Preform)に関し、特に、ＯＨ(hydroxyl)バリアを有する光ファイバ母材に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ母材は、光ファイバを制作するための原材料である。光ファイバ母材は、屈折率の高いコア層と、コア層の外周面を囲んでいるクラッド層と、光ファイバ母材の基板としての機能をする円形チューブ形態の石英管とを含む。コア層がクラッド層より高い屈折率を有することで、コア層に入射した光信号は、クラッド層とコア層との間の境界面で全反射を引き起こして伝送される。
【０００３】
光ファイバ母材の製法では、石英管の内部に、熱反応によって生成された化学反応物を蒸着させる内付け化学気相蒸着法などが使用されており、このような方法は、石英管(Quartz Reaction Tube)を加熱することにより石英管内部に高温状態を形成し、同時に石英管の内部に原料ガスを注入する工程を含んでいる。すなわち、原料ガスを高熱で加熱するとき生成される反応物を石英管の内周面に積層するものである。特に、内付け化学気相蒸着法は、石英管に熱を加えて原料ガスを積層する蒸着過程と、石英管をその軟化点以上に加熱して凝縮させる凝縮(Collapsing)過程と、クロージング(Closing)過程とから構成され、この方法は、屈折率分布の制御が容易なことからヒルタイプ(hill type)の光ファイバ母材の製法として広く使用されている。
【０００４】
しかし、内付け化学気相蒸着法によって作成された光ファイバ母材は、石英管自体にＯＨを含んでおり、光ファイバ母材の製造過程の間に石英管を加熱する酸素／水素バーナーによってＯＨが発生する。ＯＨは、石英管、クラッド、及びコア間の濃度差(Concentration Gradient)によって光ファイバ母材の内部へ浸透するようになる。そして、光ファイバ母材の内部へ浸透したＯＨは、クラッド層またはコア層の屈折率変化を引き起こすことによって、光信号をかく乱するエラーが発生する。それ以外にも、コア層に浸透したＯＨは、非架橋酸素(Non-Bridging Oxygen)を形成し、この結果、コア層の構造的な均一度を低下させることにより、光信号の散乱及びかく乱を引き起こす。
【０００５】
図１は、ＯＨバリアを有する光ファイバ母材の構造と、光ファイバ母材の屈折率プロファイルを示す。図１を参照すると、光ファイバ母材１１０は、石英管１１３、クラッド層１１２、 光ファイバ母材１１０の中心に位置するコア層１１１、及び石英管１１３とクラッド層１１２との間に積層されたＯＨバリア１１４を含む。
【０００６】
石英管１１３は、光ファイバ母材１１０の製造のときに基板として機能し、ゾル・ゲル工法などによって作成される。クラッド層１１２は、コア層１１１の外周面を囲んでおり、その屈折率は、コア層１１１の屈折率に比べて低い屈折率分布を有する。従って、コア層１１１に入射した光信号は、コア層１１１とクラッド層１１２との間の境界面で全反射を起こしてコア層１１１の内部を進行するようになる。ＯＨバリア１１４は、ＳｉＯ２またはＳｉＯ２＋ＧｅＯ２の組成で構成され、光ファイバ母材１１０の製造のとき使用される水素／酸素バーナーの使用によって発生したＯＨ及び石英管１１３自体が含んでいるＯＨがコア層１１１及びクラッド層１１２へ浸透することを遮断する。
【０００７】
光ファイバ母材１１０の屈折率プロファイル１００を調べてみると、コア層１１１の屈折率が一番高く、クラッド層１１２の屈折率が一番低い。そして、ＯＨバリア１１４の屈折率はコア層１１１の屈折率よりは低く且つクラッド層１１２の屈折率よりは高い屈折率分布を有する。また、石英管１１３は、ＯＨバリア１１４より高い屈折率分布を有する反面、コア層１１１の屈折率よりは低い屈折率分布を有する。図１に示すように、石英管１１３の屈折率を基準にした場合、ＯＨバリア１１４及びクラッド層１１２の屈折率は、低い負の屈折率(ΔＮ−)の分布を有する。一方、コア層１１１は、石英管１１４の屈折率より大きい正の屈折率(ΔＮ＋)の分布を有する。
【０００８】
上記の外にも、石英管とクラッド層との間及びクラッド層とコア層との間にそれぞれＯＨバリアを備えてコア層へのＯＨの浸透を防止する光ファイバ母材の構造について、Ｓｕｎｇｋｕｋ Ｏｈなどによって特許登録された米国特許第６，２８０，８５０号に“OPTICAL FIBER PREFORM HAVING OH BARRIER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF”として詳細に開示されている。特に、当該特許はＳｉＯ２及びＧｅＯ２などの物質をＯＨバリアとして使用しており、また、クラッド層とコア層との間に積層されたバリアは、Ｆをドーピングしてその屈折率をクラッディングの屈折率と同一に調整した光ファイバ母材に関するものである。
【０００９】
しかし、従来のＯＨバリアを含んだ光ファイバ母材は、石英管の過度な加熱による自己凝縮を引き起こすことにより、石英管の内径が減少してその中心に積層可能なコアの直径を減少させてしまう。そして、光ファイバ母材のガラス化の進行のとき熱伝達が円滑にならない問題を生じている。また、石英管内部の直径減少は積層可能なコア層の厚さを減少させ、単位母材当たりの線引き可能な光ファイバ長が減少する問題が生じている。従って、これら短所を克服することができる向上したバリアを有する光ファイバ母材が要求されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、浸透係数が異なる物質で形成された多層のＯＨバリアを積層することにより、ＯＨバリアの厚さを減少させて石英管の自己凝縮を抑制し、同時に、コア層へ浸透するＯＨを効率的に遮断することができる光ファイバ母材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような目的を達成するために、本発明による光ファイバ母材は、光ファイバ母材を形成するための基板として機能する円筒状の石英管と、石英管の内周面上に積層され、光ファイバ母材の内部へ浸透するＯＨを遮断する第１バリアと、第１バリア上に積層され、第１バリアより高い浸透係数を有する第２バリアと、第２バリア上に積層され、第２バリアより低い浸透係数を有する第３バリアと、第３バリアの内側のクラッド層及びコア層と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
このようなＯＨバリアとして形成する第１バリア及び第３バリアはＳｉＯ２材質とし、第２バリアは、Ｐ２Ｏ５材質又はＢ２Ｏ３＋ＳｉＯ２材質とすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による相互に異なる組成を有する多層のＯＨバリアを有する光ファイバ母材は、相互に異なる組成及び浸透係数を有する異物質のＯＨバリアを形成することによりＯＨバリアの全体の厚さを減少させる。また、第１バリアと第３バリアとの間に位置した第２バリアに吸湿性が大きい物質を使用することにより、ＯＨの遮断効率が向上する。さらに、組成が異なる多数のバリアを積層することにより、溶融温度が高いＳｉＯ２層の蒸着の厚さを減少させ、石英管に加えられる加熱時間を短縮して石英管の自体凝縮を抑制する。
【００１４】
その上に、ＳｉＯ２の蒸着温度に比べて低い蒸着温度を有する物質を組み合わせて積層することにより、石英管に加えられる蒸着温度及び加熱時間が減少する。すなわち、ＯＨバリアの積層にかかる蒸着時間及び温度を低めることによって石英管の凝縮を防止することができる。従って、蒸着可能なコアの直径が増加し、光ファイバ母材のガラス化の過程を円滑に進行させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明による好適な実施形態について添付図を参照しつつ詳細に説明する。図中、同一の構成要素には可能な限り同一番号及び同一符号を共通に使用する。下記説明において、本発明の要旨のみを明瞭するために公知の機能又は構成に対する詳細な説明は省略する。
【００１６】
内付け化学気相蒸着法は、石英管を加熱してその内部に高温状態を形成し、同時に石英管の内部に原料ガスを注入する。すなわち、原料ガスを高熱で加熱するとき生成される反応物を石英管の内周面に積層する方法であって、石英管に熱を加えて原料ガスを積層する蒸着過程と、蒸着層が形成された石英管を軟化点以上に加熱して凝縮させる凝縮(Collapsing)過程と、クロージング(Closing)過程とから構成される。
【００１７】
蒸着過程に使用される原料ガスとしては、シリコンテトラクロライド(ＳＣｌ４)、ゲルマニウムテトラクロライド(ＧｅＣｌ４)などがあり、酸素Ｏ２とともに混合して石英管内へ注入する。
【００１８】
図２は、本発明によるＯＨバリアを有する光ファイバ母材の構造及び屈折率プロファイルを示す。図２を参照すると、本発明による光ファイバ母材２２０は、石英管２４０、石英管２４０の内周面に積層された第１バリア２３３、第２バリア２３２、第３バリア２３１、クラッド層２２２、及びコア層２２１を含む。
【００１９】
石英管２４０は、ゾル・ゲル工法によって作成された円筒状を有し、光ファイバ母材を形成するための基板として機能する。
【００２０】
コア層２２１は、光ファイバ母材２２０の中心に位置し、第１バリア２３３、第２バリア２３２、第３バリア２３１、及びクラッド層２２２より高い屈折率を有する。
【００２１】
クラッド層２２２は、コア層２２１より低い屈折率を有し、第３バリア２３１とコア層２２１との間に積層される。
【００２２】
コア層２２１の屈折率は、クラッド層２２２の屈折率に比べて高い屈折率を有する。すなわち、コア層２２１に入射した光信号は、コア層２２１及びクラッド層２２２の境界面で全反射され、コア層２２１の内部を進行する。内付け化学気相蒸着法では、石英管２４０の内部に注入される原料ガスの組成を変化させて蒸着層の屈折率を変化させる。
【００２３】
第１バリア２３３は、石英管２４０の内周面上に積層され、光ファイバ母材２２０の内部へ浸透するＯＨを遮断する。この第１バリア２３３には、ＳｉＯ２などの浸透係数が低い物質を使用する。第１バリア２３３は、石英管２４０を加熱するための酸素／水素バーナーから流入するＯＨと石英管２４０自体に含まれたＯＨとが光ファイバ母材２２０の内部へ浸透することを遮断する。
【００２４】
第２バリア２３２は、第１バリア２３３及び第３バリア２３１より浸透係数が高いＰ２Ｏ５、Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２などの物質を使用し、第１バリア２３３の内周面上に積層される。第２バリア２３２は、Ｐ２Ｏ５やＢ２Ｏ３＋ＳｉＯ２などの吸湿性が大きい物質を使用することによって、第１バリア２３３を透過したＯＨを吸収することができ、純粋なＳｉＯ２に比べて溶融温度が低い物質で蒸着時間及び蒸着温度を低めることができる。このような第２バリア２３２は、Ｐ２Ｏ５とＳｉＯ２との混合組成を利用して蒸着することもできる。
【００２５】
すなわち、本例の光ファイバ母材２２０は、相互に異なる組成を有する多数のＯＨバリアを形成することにより、溶融温度が高いＳｉＯ２の蒸着の厚さを減少させ、石英管に加えられる加熱時間を短縮させ、石英管の自体凝縮の発生及び自体凝縮によるコア直径の縮小現象を防止することができる。
【００２６】
第３バリア２３１は、第２バリア２３２上に積層され、第２バリア２３２より低い浸透係数を有するＳｉＯ２などの物質からなる。第１バリア２３３及び第３バリア２３１は、第２バリア２３２より浸透係数が低い。第３バリア２３１は、第２バリア２３２を通過したＯＨがコア層２２１へ到達することを遮断する。
【００２７】
図２における光ファイバ母材２２０の屈折率プロファイル２１０を参照すると、コア層２２１の屈折率が一番大きく、クラッド層２２２は、第１バリア２３３、第２バリア２３２、及び第３バリア２３１より低い屈折率を有する。すなわち、石英管２４０の屈折率を基準にすると、第１バリア２３１、第２バリア２３２、及び第３バリア２３３とクラッド層２２２は、低い負の屈折率(ΔＮ−)の分布を有する。一方、コア層２２１は、石英管２４０の屈折率より大きい正の屈折率(ΔＮ＋)の分布を有する。
【００２８】
以上、本発明の詳細につき、具体的な実施形態により説明してきたが、本発明の範囲を逸脱しない限り、各種の変形が可能なのは明らかである。従って、本発明の範囲は、上記実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲のみならず、その範囲と均等なものにより定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来技術による光ファイバ母材の構造をその屈折率プロファイルとともに示した断面図。
【図２】本発明による光ファイバ母材の構造をその屈折率プロファイルとともに示した断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
２２０  光ファイバ母材
２２１  コア層
２２２  クラッド層
２３１  第３バリア（ＯＨバリア）
２３２  第２バリア（ＯＨバリア）
２３３  第１バリア（ＯＨバリア）
２４０  石英管
【図１】
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【図２】
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