(57)【要約】【解決手段】コアに光信号を減衰させるドーパントを添加した光信号減衰用ファイバにおいて、ガラスの溶融状態から固化状態になる時の温度である仮想温度を低下させて１５００℃以下になるようにした。特に仮想温度は９００℃以上１３００℃以下が好ましい。仮想温度を低下させるためには仮想温度を低下させるドーパントを添加したり、光ファイバをアニールしたり、光ファイバの線引きの際に冷却条件を調整したりして行う。【効果】仮想温度を１５００℃以下にしたので通信波長域である１３１０ｎｍおよび１５５０ｎｍの減衰量を平坦化することが可能となった。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を減衰させるドーパントを含有しているコアとこのコアを取り囲むクラッドとからなる光信号減衰用ファイバにおいて、前記ファイバの仮想温度が１５００℃以下であることを特徴とする光信号減衰用ファイバ。
【請求項２】
前記仮想温度は９００℃以上１３００℃以下であることを特徴とする請求項１記載の光信号減衰用ファイバ。
【請求項３】
前記ファイバはコアに光信号減衰用ドーパントと仮想温度低下用ドーパントが共添加されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光信号減衰用ファイバ。
【請求項４】
前記光信号減衰用ドーパントは遷移金属元素であることを特徴とする請求項３記載の光信号減衰用ファイバ。
【請求項５】
前記光信号減衰用ドーパントはＣｏであることを特徴とする請求項４記載の光信号減衰用ファイバ。
【請求項６】
前記仮想温度低下用ドーパントはガラスの軟化点を低下させるドーパントであることを特徴とする請求項３記載の光信号減衰用ファイバ。
【請求項７】
前記ガラスの軟化点を低下させるドーパントはＧｅ、Ｐ、Ａｌ、Ｂ、Ｆから選ばれた少なくとも１種類のドーパントであることを特徴とする請求項６記載の光信号減衰用ファイバ。
【請求項８】
前記仮想温度低下用ドーパントの添加量は総量で３０ｗｔ．％以下であることを特徴とする請求項７記載の光信号減衰用ファイバ。
【請求項９】
前記ファイバは所定の温度でアニールされたものであることを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれかの請求項に記載の光信号減衰用ファイバ。
【請求項１０】
前記ファイバはプリフォームロッドから光ファイバに線引きされる際に冷却条件が調整されたものであることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれかの請求項に記載の光信号減衰用ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号減衰用ファイバに係り、特に通信波長域において光信号減衰量がほぼ等しい光信号減衰用ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の通信ネットワークの進展に伴い光ファイバ通信網が急速に整備されてきているが、この光ファイバ通信網には様々な光デバイスが用いられている。この光デバイスの一種に光ファイバ減衰器がある。光ファイバ減衰器は光ファイバ通信網における光パワーレベルを適正範囲に調整するためのデバイスである。
【０００３】
ところで、光ファイバ減衰器には光信号減衰用ファイバが用いられるが、光信号減衰用ファイバはコアの全部または一部に光信号を減衰させる遷移金属元素をドーパントとして添加している。
【０００４】
光信号減衰用ファイバとしては通信用ファイバと同じく通常シングルモードファイバが用いられるが、通信波長域である１３１０〜１５５０ｎｍにおいて減衰量がほぼ等しいことが求められている。このため従来は遷移金属の中でも１３１０〜１５５０ｎｍの波長域で比較的平坦な減衰量特性を有しているＣｏがドーパントとして用いられてきたが、Ｃｏの添加のみでは到底要求される特性を満たすことができないのが現状であった。
【０００５】
そこで、１３１０〜１５５０ｎｍの波長域での減衰量を平坦化するためにいくつかの改善が試みられている。例えば、コアに波長が増えるに従い減衰量が増加するような波長特性を有する遷移金属元素（Ｃｏ、Ｎｉ等）とコアに波長が増えるに従い減衰量が減少するような波長特性を有する遷移金属元素（Ｆｅ、Ｖ等）とを添加して減衰量を平坦化すること（例えば、非特許文献１参照）やコアの中心部に波長が増えるに従い減衰量が増加するような波長特性を有する遷移金属元素（Ｃｏ、Ｎｉ等）を添加し、かつ光ファイバのモードフィールドパターンが波長の増加に対して大きくなることを利用してドーパント領域の占める割合が１５５０ｎｍより１３１０ｎｍの方が大きくなることで波長依存性をなくすようにすること（例えば、非特許文献２、特許文献１参照）、あるいはコアを伝播するモードとクラッドを伝播するモードを用いて減衰量の波長特性を平坦化すること（例えば、非特許文献３参照）などである。
【０００６】
【非特許文献１】
Ｐ．Ｏ．Ｓｃｈｕｌｔｚ，　”Ｏｐｔｉｃａｌ　Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　Ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｉｎ　Ｖｉｔｒｅｏｕｓ　Ｓｉｌｉｃａ”，　Ｊ．ｔｈｅ　Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｃｅｒａｍｉｃ　Ｓｏｃｉｅｔｙ，　Ｖｏｌ．５７，　Ｎｏ．７，　１９７４，　ｐ３０９−３１３
【非特許文献２】
Ｙ．Ｍｏｒｉｓｈｉｔａ　ｅｔ．ａｌ，　”Ｃｏ２＋−ｄｏｐｅｄ　ｆｌａｔ−ｂａｎｄ　ｆｉｂｅｒ　ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ”　Ｏｐｔ．Ｌｅｔｔ．，　２６，　１１，　２００１，　ｐ７８３−７８５
【非特許文献３】
Ｗ．Ｌｅｅ　ｅｔ．ａｌ，　”Ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｕｎｉｆｏｒｍ　ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　１．２５　ｔｏ　１．６μｍ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ｎｅｗ　ｔｈｒｅｅ−ｌａｙｅｒｅｄ　Ｃｏ２＋　ｄｏｐｅｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｆｉｂｅｒ”　Ｐｈｏｔｏｎ．　Ｔｅｃｈｎｏｌ．　Ｌｅｔｔ．，　Ｖｏｌ．１３，　Ｎｏ．１２，　２００１，　ｐ１３２２−１３２４
【特許文献１】
特開平８−１３６７３６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
【０００８】
即ち、コアに波長が増えるに従い減衰量が増加するような波長特性を有している遷移金属元素と波長が増えるに従い減衰量が減少するような波長特性を有している遷移金属元素を共添加する方法では、共添加するドーパントの濃度調整が難しく、安定して平坦な波長特性を得ることが困難である。また、コアの中心部に波長が増えるに従い減衰量が増加するような波長特性を有する遷移金属元素を添加し、かつ光ファイバのモードフィールドパターンが波長の増加に対して大きくなることを利用して波長依存性をなくすようにする方法では、コアの中心部に遷移金属元素を添加するために、まずコアの中心部を作製した後で遷移金属元素を添加しないコアの外周部を例えばロッド・イン・チューブ法等により作製しなければならず、製造工程が煩雑になりコスト高になるという問題がある。さらに、コアを伝播するモードとクラッドを伝播するモードを用いて減衰量の波長特性を平坦化する方法では、特にクラッドモードが非常に不安定であるためにやはり安定して平坦な波長特性を得ることが困難であるという問題があった。
【０００９】
本発明は製造が簡便で通信波長域での波長特性の平坦化に優れた光信号減衰用ファイバを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した課題を解決するために次のような構成とする。
【００１１】
即ち、光信号を減衰させるドーパントを含有しているコアとこのコアを取り囲むクラッドとからなる光信号減衰用ファイバにおいて、前記ファイバの仮想温度が１５００℃以下であることを特徴としている。この仮想温度は９００℃以上１３００℃以下が好ましい。そして、前記ファイバはコアに光信号減衰用ドーパントと仮想温度低下用ドーパントが共添加されたものが好ましく、光信号減衰用ドーパントは遷移金属元素、特にＣｏが適している。
【００１２】
また、仮想温度低下用ドーパントはガラスの軟化点を低下させるドーパントであり、Ｇｅ、Ｐ、Ａｌ、Ｂ、Ｆから選ばれた少なくとも１種類のドーパントであることが好ましく、仮想温度低下用ドーパントの添加量は総量で３０ｗｔ．％以下であることが好ましい。
【００１３】
さらに、前記ファイバは所定の温度でアニールされたものやプリフォームロッドから光ファイバに線引きされる際に冷却条件が調整されたものであることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光信号減衰用ファイバをその好ましい実施の形態について具体例を用いて説明する。
【００１５】
光信号減衰用ファイバに用いられる減衰用ドーパントのＣｏは２価のイオン状態でガラス中に存在しており、その配位数は４配位および６配位で存在することが知られている。そして、配位状態が異なるとＣｏ２＋イオンの吸収帯域（減衰）も異なる。図１はＣｏ２＋イオンの吸収帯域と波長特性を表した図である。図１より、Ｃｏ２＋イオンの吸収は通信波長域である１３１０〜１５５０ｎｍにおいて非常に幅広い帯域を有しており、その幅広い帯域は大きく２つの吸収帯に分けられることがわかる。一つは１２００〜１３００ｎｍに中心を持つ吸収帯域でＣｏ２＋イオンの６配位によるもの（Ｄ）、もう一つは１５００〜１７００ｎｍに中心を持つ吸収帯域でＣｏ２＋イオンの４配位によるもの（Ｅ）である。なお、１０００ｎｍより短い波長域での吸収のうち、Ａは６配位による吸収、Ｂは４配位と６配位の混在による吸収、Ｃは４配位による吸収である。
【００１６】
ところで、Ｃｏ２＋イオンの４配位および６配位の平衡状態はガラスの仮想温度によって異なることが知られている。ここでガラスの仮想温度とは、ガラスが溶融状態から固化状態になるときの温度のことを言う。一般に、プリフォームロッドと光ファイバではそれらの製造工程において最終形態になるまでの冷却速度が異なるため仮想温度が異なり、プリフォームロッドの仮想温度が１２００〜１３００℃であるのに対して、光ファイバのそれは１６００〜１７００℃である。Ｃｏ２＋イオンの４配位および６配位の状態は、仮想温度が高くなるに従い４配位の状態が増えていく傾向にある。即ち、仮想温度が高くなるとＣｏ２＋イオンの４配位が増え、１５００〜１７００ｎｍの吸収が増加するのに対して、Ｃｏ２＋イオンの６配位が減り、１２００〜１３００ｎｍの吸収が減少することになる。このことは、ガラス中のＣｏ２＋イオンの吸収は１５００〜１７００ｎｍの吸収の方が１２００〜１３００ｎｍの吸収より大きいので、仮想温度を下げるようにすると１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量は等しくなる傾向となる。
【００１７】
石英ガラス（ＳｉＯ２）を主成分とする光ファイバの仮想温度は前述したように１６００〜１７００℃である。そしてＣｏが添加された石英ガラスに他のドーパントを添加して光ファイバの仮想温度を下げるようにすると１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの吸収が平坦化されることになる。仮想温度を下げるようなドーパントとしては、本発明の目的に適するものならば特に限定はないが、光ファイバの基本的な特性を満足し、かつ本発明の目的に適するドーパントとしてＧｅ、Ｐ、Ａｌ、Ｂ、Ｆ等が挙げられる。そしてこれらのドーパントを１種類若しくは組み合わせて用いればよい。なお、Ｇｅは屈折率を上昇させるドーパントとして通常のシングルモードファイバに用いられるが、本発明ではあくまでも屈折率を上昇させ、コアの屈折率分布を形成する他に仮想温度を低下させるドーパントとして用いている。また、Ｇｅを添加しない場合、他の仮想温度を低下させるドーパントもやはり屈折率分布を形成するドーパントとしても用いる。この場合、例えばＢやＦは屈折率を低下させるドーパントであるが、クラッドを形成するときはＢやＦの濃度を高くしてコアとクラッド間の屈折率差を設ければよい。
【００１８】
また、仮想温度を低下させるドーパントの添加濃度は総量で３０ｗｔ．％以下が好ましい。３０ｗｔ．％を超えると目的とする特性を有する光ファイバを得るためのガラス化が困難になるからである。これらのドーパントはＦを除いて通常酸化物の形でガラス中に存在する。即ち、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３である。よって、上記した添加濃度は各元素の組成比で表したものである。なお、ＣｏはＣｏＯの形で存在する。
【００１９】
ここで、仮想温度としては１５００℃以下とする。その理由は、１５００℃を超えると１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの吸収の平坦化の実現が難しくなるからであり、好ましくは９００℃以上１３００℃以下が適している。９００℃未満では仮想温度が低くなり過ぎ、光ファイバの製造に支障を来すようになるからであり、９００℃から１３００℃の範囲がより１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの吸収が平坦になるためである。
【００２０】
仮想温度を低下させるためには、上記の他に一度線引きして室温状態に置かれた光ファイバを温度を上げてアニールすることにより１５００℃以下の仮想温度にすることも可能である。即ち、通常線引き後の光ファイバの仮想温度は１６００〜１７００℃であるが、この光ファイバを１５００℃以下の所定の温度で所定の時間アニールすることにより仮想温度がアニールした温度となり、特に仮想温度を低下させるドーパントを添加しなくても１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量を平坦化することができる
さらに、線引きの際の冷却条件を調整することにより仮想温度を低下させることも可能である。即ち、線引きの際にプリフォームロッドから光ファイバになるまでの冷却速度が速くなると仮想温度は上がり、冷却速度が遅くなると仮想温度は下がる傾向にあるため、通常の線引き速度よりも遅く線引きするとゆっくり冷却されることになるので仮想温度を低下させることができる。従って、やはり仮想温度を低下させるドーパントを添加しなくても１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量を平坦化することができる。もちろん、仮想温度を低下させるドーパントの添加とアニール、冷却条件の調整等を組み合わせて仮想温度が１５００℃以下の光信号減衰用ファイバとすることも何ら限定されるものではない。
【００２１】
【実施例】
次に本発明の光信号減衰用ファイバを実施例について説明する。なお、以下の実施例はいずれも石英ガラス（ＳｉＯ２）に組成比で１ｗｔ．％のＣｏを添加し、実施例１〜実施例９のコアとクラッドの比屈折率差は０．４％、コア径は８μｍ、実施例１０〜実施例１１のコアとクラッドの比屈折率差は２％、コア径は３μｍの光ファイバである。
【００２２】
〈実施例１〉
仮想温度を低下させるドーパントとしてＰを添加したコアロッドを作製した。この時Ｐの濃度は０．５ｗｔ．％とした。このコアロッドに純粋石英ガラスをクラッドとして設け、光ファイバの母材とした後線引きした。この光ファイバの１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量を比較すると、減衰量の比（１３１０ｎｍの減衰量／１５５０ｎｍの減衰量）は０．９６であった。減衰量の比が０．９〜１．１にあればほぼ平坦化されているといえるため、本実施例はほぼ平坦化されていることがわかった。この時の仮想温度は１２３０℃であった。図２に本実施例の光ファイバの波長特性を示す。本図において、横軸は波長であり、縦軸は１５５０ｎｍの減衰量にて規格化した各波長における規格化減衰量である。
【００２３】
〈実施例２〉
仮想温度を低下させるドーパントとしてＧｅとＰを添加したコアロッドを作製した。この時、Ｇｅの濃度は１ｗｔ．％、Ｐの濃度は３ｗｔ．％である。このコアロッドに純粋石英ガラスをクラッドとして設け、光ファイバの母材とした後線引きした。この光ファイバの１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量を比較すると、減衰量の比は１であり、非常に良く平坦化されていた。この時の仮想温度は１０５０℃であった。
【００２４】
〈実施例３〉
仮想温度を低下させるドーパントとしてＧｅとＡｌを添加したコアロッドを作製した。この時、Ｇｅの濃度は０．５ｗｔ．％、Ａｌの濃度は４ｗｔ．％である。このコアロッドに純粋石英ガラスをクラッドとして設け、光ファイバの母材とした後線引きした。この光ファイバの１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量を比較すると、減衰量の比は１．０５であり、ほぼ平坦化されていた。この時の仮想温度は１１２０℃であった。
【００２５】
〈実施例４〉
仮想温度を低下させるドーパントとしてＧｅとＦを添加したコアロッドを作製した。この時、Ｇｅの濃度は５ｗｔ．％、Ｆの濃度は１ｗｔ．％である。このコアロッドに純粋石英ガラスをクラッドとして設け、光ファイバの母材とした後線引きした。この光ファイバの１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量を比較すると、減衰量の比は０．９５であり、ほぼ平坦化されていた。この時の仮想温度は１１５０℃であった。
【００２６】
〈実施例５〉
仮想温度を低下させるドーパントとしてＧｅとＢを添加したコアロッドを作製した。この時、Ｇｅの濃度は５ｗｔ．％、Ｂの濃度は２ｗｔ．％である。このコアロッドに純粋石英ガラスをクラッドとして設け、光ファイバの母材とした後線引きした。この光ファイバの１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量を比較すると、減衰量の比は０．９５であり、ほぼ平坦化されていた。この時の仮想温度は１１９０℃であった。
【００２７】
〈実施例６〉
仮想温度を低下させるドーパントとしてＰを添加したコアロッドを作製した。この時、Ｐの濃度は５ｗｔ．％である。このコアロッドに純粋石英ガラスをクラッドとして設け、光ファイバの母材とした後線引きした。この光ファイバの１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量を比較すると、減衰量の比は１．０７であり、ほぼ平坦化されていた。この時の仮想温度は９６０℃であった。
【００２８】
〈実施例７〉
仮想温度を低下させるドーパントとしてＧｅとＰとＡｌを添加したコアロッドを作製した。この時、Ｇｅの濃度は２ｗｔ．％、Ｐの濃度は１ｗｔ．％、Ａｌの濃度は１ｗｔ．％である。このコアロッドに純粋石英ガラスをクラッドとして設け、光ファイバの母材とした後線引きした。この光ファイバの１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量を比較すると、減衰量の比は０．９３であり、ほぼ平坦化されていた。この時の仮想温度は１２１０℃であった。
【００２９】
〈実施例８〉
石英ガラス（ＳｉＯ２）にＣｏのみを添加したコアロッドを作製した。このコアロッドにＦを添加した石英ガラスをクラッドとして設け、光ファイバの母材とした後線引きした。一度室温まで温度が下がったこの光ファイバを１３８０℃で１時間アニールした。この光ファイバの１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量を比較すると、減衰量の比は０．９２であり、ほぼ平坦化されていた。この時の仮想温度は１３８０℃であった。
【００３０】
〈実施例９〉
石英ガラス（ＳｉＯ２）にＣｏのみを添加したコアロッドを作製した。このコアロッドにＦを添加した石英ガラスをクラッドとして設け、光ファイバの母材とした後線引きした。その際線引きを通常の５０％の速度で行い光ファイバにする際の冷却を遅くした。この光ファイバの１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量を比較すると、減衰量の比は０．９１であり、ほぼ平坦化されていた。この時の仮想温度は１４５０℃であった。
【００３１】
〈実施例１０〉
仮想温度を低下させるド―バントとしてＧｅとＡｌを添加したコアロッドを作製した。この時、Ｇｅの濃度は２０ｗｔ．％、Ａｌの濃度は３ｗｔ．％である。このコアロッドに純粋石英ガラスをクラッドとして設け、光ファイバの母材とした後線引きした。この光ファイバの１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量を比較すると１．０９であり、ほぼ平坦化されていた。この時の仮想温度は９３０℃であった。
【００３２】
〈実施例１１〉
仮想温度を低下させるドーパントとしてＧｅとＦを添加したコアロッドを作製した。この時、Ｇｅの濃度は２４ｗｔ．％、Ｆの濃度は５ｗｔ．％である。このコアロッドに純粋石英ガラスをクラッドとして設け、光ファイバの母材とした後線引きした。この光ファイバの１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量を比較すると１．１であり、ほぼ平坦化されていた。この時の仮想温度は９１０℃であった。
【００３３】
〈比較例〉
石英ガラス（ＳｉＯ２）にＣｏのみを添加してコアロッドを作製した。Ｃｏの濃度は実施例と同じく１ｗｔ．％である。このコアロッドにＦを添加した石英ガラスをクラッドとして設け、光ファイバの母材とした後線引きした。比屈折率差は０．４％、コア径は８μｍである。この光ファイバの１３１０ｎｍと１５５０ｎｍの減衰量を比較すると、減衰量の比は０．８５であり、平坦化はされているとはいえなかった。この時の仮想温度は１５５０℃であった。
【００３４】
【発明の効果】
上記したように本発明によれば、コアに例えばＣｏ等の遷移金属元素を減衰ドーパントとして添加した光信号減衰用ファイバにおいて、ガラスが溶融状態から固化状態になる時の温度である仮想温度を低下させ、１５００℃以下にしたので、通信波長域である１３１０ｎｍおよび１５５０ｎｍの減衰量がほぼ平坦化される。仮想温度を低下させるためには仮想温度を低下させるドーパントを添加したり、光ファイバをアニールしたり、光ファイバの線引きの際に冷却条件を調整したりして行えばよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】光信号減衰用ファイバにおけるＣｏ２＋イオンの波長に対する吸収特性を表す図である。
【図２】本発明による光信号減衰用ファイバの実施例を表す図である。
【図１】
2004107157.tif 000003
【図２】
2004107157.tif 000004