(57)【要約】【課題】伝送損失の更に少ない石英系シングルモード光ファイバを提供することを目的とする。【解決手段】石英系ガラスよりなる、コアとクラッドを有するガラス部分を含む石英系シングルモード光ファイバにおいて、前記ガラス部分の少なくとも光が伝搬するモードフィールド径部分が、実質的に窒素原子または窒素分子を含有しないことを特徴とする。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英系ガラスよりなる、コアとクラッドを有するガラス部分を含むシングルモード光ファイバにおいて、前記ガラス部分の少なくとも光が伝搬するモードフィールド径部分が、実質的に窒素原子または窒素分子を含有しないことを特徴とする石英系シングルモード光ファイバ。
【請求項２】
前記モードフィールド径部分に相当する線引き前のガラス母材が含有する窒素原子または窒素分子の量は、二次イオン質量分析法により得た、ＳｉＯに対するＳｉＮの相対強度が０．００２以下となる量であることを特徴とする請求項１に記載の石英系シングルモード光ファイバ。
【請求項３】
前記モードフィールド径部分は、多孔質母材をＮ２　濃度が１０％以下の雰囲気で透明ガラス化することにより得たものであることを特徴とする請求項１に記載の石英系シングルモード光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信用石英系シングルモード光ファイバに関する。
【０００２】
【従来の技術】
石英系光ファイバにおいて、伝送損失の低減は、これまで最も重要な開発課題の一つであったが、近年のシングルモードファイバにおいては、伝送損失は理論限界に近いレベルにまで到達した感がある。伝送に用いられる波長帯と伝送損失の一般的値は、１．３μｍ零分散シングルモードファイバ（以下、ＳＭＦと略す）では、波長１．３１μｍにおいて０．３４ｄＢ／ｋｍ、波長１．５５μｍにおいて０．１９ｄＢ／ｋｍ程度であり、分散シフト光ファイバ（以下、ＤＳＦと略す）では、波長１．３１μｍにおいて０．３７ｄＢ／ｋｍ、波長１．５５μｍにおいて０．２１ｄＢ／ｋｍ程度である。
【０００３】
しかし、伝送損失を更に低減するという課題は、現時点においても依然として残されている。その理由の一つは、ＷＤＭ伝送を行うことによりファイバに入射するレーザー光のパワーが増大していることによって生じる非線形現象が伝送を阻害するという問題があるため、入射光のパワーを出来るだけ小さくした方が有利であるためである。伝送損失が小さければそれだけ小さな入射光パワーで伝送出来ることは明らかである。
【０００４】
もう一つの理由は、伝送に使用する波長帯の広がりである。従来のシステムは、１．３μｍ帯、１．５５μｍ帯を主に使用していたが、ＷＤＭ伝送システムでは１．５５μｍ帯を分割して、１５３０〜１５６５ｎｍをＣ−Ｂａｎｄ帯、１５７０〜１６２５ｎｍをＬ−Ｂａｎｄ帯と呼んで、それぞれの波長で伝送を行うようになってきている。更に、１４５０ｎｍ付近をＳ−Ｂａｎｄ帯とし、ここでも伝送を行うシステムが、ラマンアンプシステムの実用化によって現実味を帯びてきている。
【０００５】
このように、ブロードバンド化やラマンシステム化を見据えた現在、ファイバの伝送損失を更に低減することは大いに意味のあることである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、理論限界値に近いところまで改善が進んでいる光ファイバの伝送損失を更に改善する方法は、未だ見出されていない。
本発明は、このような事情の下になされ、伝送損失を更に低減した石英系シングルモード光ファイバを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者らは、光ファイバの伝送損失を悪化させる要因として、ファイバガラス、特に光が伝搬するＭＦＤ内のガラスが含有する窒素分子あるいは窒素原子に着目し、本発明をなすに至った。
【０００８】
即ち、本発明は、石英系ガラスよりなる、コアとクラッドを有するガラス部分を含むシングルモード光ファイバにおいて、前記ガラス部分の少なくとも光が伝搬するモードフィールド径部分が、実質的に窒素原子または窒素分子を含有しないことを特徴とする石英系シングルモード光ファイバを提供する。
【０００９】
本発明の石英系シングルモード光ファイバにおいて、モードフィールド径部分に相当する線引き前のガラス母材が含有する窒素原子または窒素分子の量は、二次イオン質量分析法により得た、ＳｉＯに対するＳｉＮの相対強度が０．００２以下となる量であることが望ましい。
【００１０】
また、モードフィールド径部分に相当する多孔質母材は、Ｎ２　濃度が１０％以下の雰囲気で透明ガラス化することにより得たものであることが望ましい。
【００１１】
本発明は、本発明者らによる以下のような知見に基づきなされた。
窒化珪素は、一般には結晶構造が安定であり、アモルファスにはなりにくい。しかし、熱合成膜の形で形成することや、イオン注入法などによって局所的に作り出すことは可能であり、これらの知見から推察して、非常に微量であればガラス中へＮを溶存させることは可能であると考えられる。最近ではガラス中に溶存するガス成分（例えば塩素、フッ素、酸素など）がガラスの構造や光の吸収、発光特性に影響を与えることが、様々な研究で報告されている。
【００１２】
しかし、光ファイバの伝送損失に与える窒素の影響については、これまで殆ど研究されてこなかった。本発明者らは、光ファイバを構成するガラス中の窒素に着目し、それによる伝送損失への影響について検討を加えた。
【００１３】
その結果、本発明者らは、ファイバガラス、特に光が伝搬するＭＦＤ内の窒素が光ファイバの伝送損失を悪化させることを見出した。即ち、光ファイバのＭＦＤ部分が、実質的に窒素原子または窒素分子を含有しなければ、光ファイバの伝送損失の低減を図ることが出来ることを見出した。
【００１４】
なお、実質的に窒素原子または窒素分子を含有しないとは、必ずしも完全に含有しないことを意味するものではなく、十分に微量であれば、光ファイバの伝送損失の低減を図ることが出来る。
【００１５】
そのような微量の窒素原子または窒素分子の量は、例えば、線引き前のガラス母材が含有する窒素原子または窒素分子の量が、二次イオン質量分析法により得た、ＳｉＯに対するＳｉＮの相対強度が０．００２以下、好ましくは０．０００５以下となるような量である。また、このような線引き前のガラス母材が含有する窒素原子または窒素分子の量は、多孔質母材を透明ガラス化する際の雰囲気のＮ２　濃度が１０％以下、好ましくは１％以下である場合に得ることが出来る。
【００１６】
以上のように構成される本発明によると、伝送損失を更に低減した石英系シングルモード光ファイバを得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
本発明の実施形態に係る光ファイバの屈折率分布形状は、例えば図１に示すようなものである。
【００１８】
図１（ａ）は、単峰型シングルモード光ファイバの屈折率分布を示し、図１（ｂ）は、階段型シングルモード光ファイバの屈折率分布を示し、図１（ｃ）は、セグメント型シングルモード光ファイバの屈折率分布を示し、図１（ｄ）は、Ｗ型シングルモード光ファイバの屈折率分布を示し、図１（ｅ）は、Ｗセグメント型シングルモード光ファイバの屈折率分布を示し、図１（ｆ）は、セグメント＋トレンチ型シングルモード光ファイバの屈折率分布を示す。
【００１９】
本発明は、以上のいずれの屈折率分布形状の光ファイバに対しても適用可能である。
【００２０】
本発明の課題である光ファイバの伝送損失の低減に関して、本発明者らは、ＶＡＤ法を用いて合成したＭＦＤ部分に相当する多孔質体を、Ｎ２　を含有する雰囲気中で透明ガラス化してガラス中にＮを溶存させ、それをファイバ化して伝送損失を比較する実験を行った。ここでは、図１（ａ）に示す屈折率プロファイルを有する一般的なＳＭＦ（シングルモードファイバ）についての実験結果を示す。
【００２１】
ＶＡＤ法で製造した多孔質体を透明ガラス化する雰囲気中に含有されるＮ２　量を７つの水準に変化させて、多孔質体を透明ガラス化し、その後、さらにクラッド層を付与して光ファイバ母材とした。次いで、この光ファイバ母材を線引きし、評価用の７種の光ファイバを得た。
【００２２】
次に、これら７種の光ファイバの伝送損失を測定し、透明ガラス化時の雰囲気中に含有されるＮ２　濃度との関係を調べた。その結果を下記表１、および図２に示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
上記表１および図２から、ＭＦＤ部分に相当する多孔質体を透明ガラス化する際の雰囲気中に含有されるＮ２　濃度が１０％以下であれば、波長１．３１μｍにおいて０．３４ｄＢ／ｋｍ以下の伝送損失を維持できることが判る。なお、ここで使用したＮ２　ガスは高純度に精製されたものであり、伝送損失変化が他の不純物などの影響によるものではないことは確認されている。
【００２５】
上記表１から明らかなように、Ｎ２　を含有しない条件下で、波長１．３１μｍにおける伝送損失は０．３３３ｄＢ／ｋｍまで到達しており、Ｎ２　を全く含有しない雰囲気下で透明ガラス化する方が最も望ましいことは明らかである。しかし、Ｎ２　濃度が１０％以下であれば、ある程度満足し得る伝送損失の低減効果を得ることが出来る。
【００２６】
従って、多孔質体を透明ガラス化する際には、先ず透明ガラス化炉内の雰囲気中のＮ２　濃度が十分に、例えば１０％以下に低減されたことを確認してから、多孔質体を炉内に挿入することが望ましい。
【００２７】
上記した線引き前のガラス母材について、ＭＦＤに相当する部分に溶存するＮを二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて定量した。ＳＩＭＳの測定方法は、以下の通りである。即ち、１次イオン種をＣｓ＋　、２次イオン極性を負、測定モードをＭａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｕｍとし、先ずＮ２　濃度が４１．７％のサンプルについて、質量数２９〜８０ａ．ｍ．ｎ．の範囲で定性分析を行った。その結果を図３に示す。
【００２８】
なお、［Ｎ］は２次イオン化率が低い元素であるため、２次イオン化率の高い元素との分子イオンである２８Ｓｉ１４Ｎ−　イオン（質量数４２ａ．ｍ．ｕ．）を測定の対象とした。測定はＭａｓｓ　Ｓｐｅｃｔｒｕｍモードで、質量数３９〜４３．５ａ．ｍ．ｕ．までを０．０５ａ．ｍ．ｕ．ステップで行い、各データポイント毎に６００回積算した。更に、Ｓ／Ｎを良くするため、同一測定を１試料につきｎ＝１０回行い、全データを積算した。
【００２９】
このようにして得たデータより、質量数４２ａ．ｍ．ｕ．におけるピークの積分強度（質量数４１．５〜４２．５ａ．ｍ．ｕ．まで）を算出し、更に試料毎の誤差（ばらつき）を少なくするため、マトリクス（２８Ｓｉ１６Ｏ−　イオン質量数４４ａ．ｍ．ｕ．）との相対強度を算出し、雰囲気中のＮ２　濃度との関係を比較した。その結果を図４示す。
【００３０】
図４に示す結果から、伝送損失を低く維持したファイバを製造するための条件は、線引きされる前のＭＦＤ部分に相当するガラス中に含まれるＳｉＮのＳｉＯに対する相対強度が０．００２以下であればよいことがわかる。
【００３１】
なお、線引きされたファイバそのものを対象にＮ含有量を定量することは、現在では技術的に不可能であるが、以上説明した製造条件と伝送損失との相関関係から、Ｎ２　濃度が１０％以下の雰囲気で多孔質母材が透明ガラス化され、それによって、線引き前のガラス母材の二次イオン質量分析法によるＳｉＯに対するＳｉＮの相対強度が０．００２以下であるような、ＭＦＤ部分が実質的にＮを含まない光ファイバが、より低減した伝送損失を有することは明らかである。
【００３２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によると、ＭＦＤ部分の窒素原子または窒素分子を実質的に含有しないため、伝送損失の少ない石英系シングルモード光ファイバを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るシングルモード光ファイバの種々の屈折率分布を模式的に示す図。
【図２】表１に示すデータをグラフ化した特性図。
【図３】ＳＩＭＳの測定結果を示す特性図。
【図４】多孔質体を透明ガラス化する際の雰囲気中のＮ２　濃度と、その線引き前のガラス母材をＳＩＭＳで測定した際のＳｉＯに対するＳｉＮの相対強度との関係を示す特性図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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