(57)【要約】【課題】光ファイバに重水素ガスを拡散させる処理を、密閉容器のような特別な装置を用いることなく、また、新たな工程や処理時間を要することなく実施することができる光ファイバの製造方法と製造装置を提供する。【解決手段】線引炉２で光ファイバ母材１を加熱溶融してガラスファイバ４ａを線引きし、ガラスファイバの表面に被覆形成装置６で樹脂７を塗布して被覆する光ファイバ４の製造であって、被覆形成装置６に供給される樹脂中に重水素を混入する。樹脂７中への重水素の混入は、被覆形成装置６に樹脂７を供給するための圧送ガス中に重水素ガスを含有させることにより行なうことができ、圧送ガスに窒素ガスと重水素ガスとが混合されたガスを用いる。【選択図】図１
2005331537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
線引炉で光ファイバ母材を加熱溶融してガラスファイバを線引きし、前記ガラスファイバの表面に被覆形成装置で樹脂を塗布して被覆する光ファイバの製造方法であって、前記被覆形成装置に供給される樹脂中に重水素を混入することを特徴とする光ファイバの製造方法。
【請求項２】
前記樹脂中への重水素の混入は、前記被覆形成装置に樹脂を供給するための圧送ガスに重水素ガスを含有させることにより行なうことを特徴とする請求項１に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項３】
前記圧送ガスに窒素ガスと重水素ガスとが混合されたガスを用いることを特徴とする請求項２に記載の光ファイバの製造方法。
【請求項４】
光ファイバを加熱溶融してガラスファイバとする線引炉と、前記ガラスファイバの表面に樹脂を塗布して被覆する被覆形成装置を備えた光ファイバの製造装置であって、前記被覆形成装置に被覆用の樹脂を供給するための樹脂タンクに重水素ガスを含有する圧送ガス送出するガス供給手段を備えていることを特徴とする光ファイバの製造装置。
【請求項５】
前記ガス供給手段は、重水素ガスとそれ以外のガスとを混合するガス混合手段を有することを特徴とする請求項４に記載の光ファイバの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広帯域での光ファイバ通信に用いられる石英ガラス製の光ファイバの製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバが水素含有雰囲気中に晒されると、光ファイバの伝送損失が経時的に増加することが知られている。これは、光ファイバのガラス内に水素が拡散されると、ガラス内に拡散した水素分子Ｈ２自体による伝送光の吸収と、光ファイバのガラス内に拡散した水素分子Ｈ２がガラス内に存在する格子欠陥と化学的に反応して、水酸基（ＯＨ基）を持つ反応生成物となって伝送光の吸収を生じることによるものとされている。
【０００３】
前者の水素分子Ｈ２自体の吸収による伝送損失は、可逆的で外部からの水素の侵入がなくなったり、高温にして水素が外部に放出されたりすれば損失はなくなり、初期状態に復帰させることも可能である。また、これに対する種々の対策がとられ、特定の使用波長に対しては製造技術の改良で実用上問題にならない程度のレベルが得られていて、通常の使用環境では障害となるような問題は生じていない。
【０００４】
これに対し、後者のガラス内の格子欠陥によるＯＨ基の反応生成物による伝送損失は、ドーパントの種類や濃度に依存しており、非可逆的であり飽和値があるか否かは明らかでないが、経時的に増加する傾向がある。このため、光ファイバの製造段階で、損失増加の原因となる格子欠陥を予め水素と反応させておき、光ファイバ製造後の損失増加を低くするという技術が知られている。しかし、この結果、経時的に増加する吸収損失の割合は少なくなるものの、水素と反応した格子欠陥により初期の損失が生じることになる。
【０００５】
また、これらの水素の影響による損失増加は、特定の波長部分にピーク値を有していて、前者の水素分子Ｈ２自体の吸収による損失は、１.２４μｍと１.７μｍ付近にピーク値がある。後者のＯＨ基の反応生成物による損失については、波長１.３８μｍで大きなピーク値を有している。その他、屈折率調整用のドーパントの種類や濃度によって、異なる波長でのピーク値が発生している。通常は、伝送損失が比較的少なく、上述の損失増加の少ない波長１.３μｍ或いは１.５５μｍを用いた光通信が行なわれている。
【０００６】
しかし、近年の急速な通信容量の需要増加に対応するため、波長多重（ＷＤＭ）或いは高密度波長多重（ＤＷＤＭ）伝送技術の導入が進んでいる。このため、赤外帯域の波長を使用波長帯とする光ファイバ通信において、Ｏバンド（波長１.２６〜１.３６μｍ）、Ｅバンド（波長１.３６〜１.４６μｍ）、Ｓバンド（波長１.４６〜１.５３μｍ）、Ｃバンド（波長１.５３〜１.５６５μｍ）、Ｌバンド（波長１.５６５〜１.６２５μｍ）、すなわち、波長１.２６〜１.６２５μｍといった広い範囲において、伝送損失が低く、且つ伝送損失の経時的な増加が少ない光ファイバが要求されている。
【０００７】
このため、ガラスファイバを線引し被覆が施された光ファイバを重水素ガスＤ２の雰囲気中に晒して、
Ｓｉ−Ｏ・  ＋  Ｄ２  →  Ｓｉ−ＯＤ  ＋  Ｄ
といった反応を行なわせることが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。すなわち、光ファイバの製造時にガラス内の格子欠陥である「Ｓｉ−Ｏ・」に重水素ガスＤ２を反応させ、この格子欠陥を不活性化する。
【０００８】
これにより、光ファイバが製造後に水素含有環境に晒されても、光ファイバのガラス中の格子欠陥は、既にＳｉ-ＯＤで置換されているため、Ｓｉ−ＯＨの形成が妨げられ、伝送損失の経時的な増加が防止できるとされている。また、ＯＤ基の形成によっても吸収損失が生じるが、ＯＤ基による損失のピークは、１.８７μｍにあり、波長１.３μｍ〜１.６μｍ付近の伝送帯の伝送損失には影響を与えることはないとされている（例えば、特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００２−１４８４５０号公報
【特許文献２】特開２００３−２６１３５１号公報
【特許文献３】特開２００３−１３７５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献１又は２に開示の技術は、光ファイバ母材から線引された光ファイバをボビンに巻き取り、この巻き取られた状態で密閉容器内に入れて、重水素ガス雰囲気中に晒している。しかし、光ファイバは、通常、ボビン上に整列状態で密に巻き取られているため、巻き取り層の内層にある光ファイバにも重水素ガスを十分に浸透させ、光ファイバ全長に亘って均一に拡散させるには、かなりの時間が必要とされ数日を要している。また、重水素ガスは、可燃性のガスであるため専用の密閉容器を用いる必要があり、さらに、ガス検知器や防爆手段といった安全設備を備える必要もある。このため、光ファイバの製造に際して、長時間の重水素ガス処理工程が増えることもあって、製造コストが増加してしまう。
【００１０】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、光ファイバに重水素ガスを拡散させる処理を、密閉容器のような特別な装置を用いることなく、また、新たな工程や長い処理時間を要することなく実施することができる光ファイバの製造方法と製造装置の提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による光ファイバの製造方法は、線引炉で光ファイバ母材を加熱溶融してガラスファイバを線引きし、ガラスファイバの表面に被覆形成装置で樹脂を塗布して被覆する光ファイバの製造方法であって、被覆形成装置に供給される樹脂中に重水素を混入する。樹脂中への重水素の混入は、被覆形成装置に樹脂を供給するための圧送ガス中に重水素ガスを含有させることにより行なうことができ、圧送ガスに窒素ガスと重水素ガスとが混合されたガスを用いる。
【００１２】
また、本発明による光ファイバの製造装置は、光ファイバを加熱溶融してガラスファイバとする線引炉と、ガラスファイバの表面に樹脂を塗布して被覆する被覆形成装置を備えた光ファイバの製造装置であって、被覆形成装置に被覆用の樹脂を供給するための樹脂タンクに、重水素ガスを含有する圧送ガスを送出するガス供給手段を備えている。また、ガス供給手段は、重水素ガスとそれ以外のガスを混合するガス混合手段を有している。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、密閉容器のような特別な装置を必要とすることなく、また、新たな処理工程や処理時間を要することなく、通常の光ファイバの線引と被覆工程中において、光ファイバに重水素ガスを拡散させるための処理を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１により本発明の実施の形態を説明する。図中、１は光ファイバ母材、２は線引炉、３は加熱ヒータ、４は光ファイバ、４ａはガラスファイバ、５は冷却装置、６は被覆形成装置、７は樹脂、８は紫外線照射装置、９はガイドローラ、１０はキャプスタンローラ、１１はダンサローラ、１２はガイドローラ、１３は巻取りボビン、１４は樹脂タンク、１５は樹脂供給ポンプ、１６は樹脂供給管路、１６ａは樹脂供給バルブ、１７は重水素ガス源、１８は濃度計、１９はガス管路、２０はガスバルブを示す。
【００１５】
図１に示すように、本発明における光ファイバの製造方法及び製造装置の基本構成自体は、従来とほぼ同じである。その概略としては、光ファイバ母材１が線引炉２内にセットされた後、加熱ヒータ３により順次加熱溶融されて、ガラスファイバ４ａが線引きされる。次いで、線引き直後のガラスファイバ４ａは、冷却装置５により所定の温度まで冷却される。この後、被覆形成装置６により、ガラスファイバ４ａの表面に、例えば、紫外線硬化型の樹脂７を塗布して被覆した後、塗布された樹脂７を紫外線照射装置８により硬化させ、保護被覆が施された光ファイバ４とされる。一般に、線引き直後のガラスファイバ４ａに前記の保護被覆を施した状態の光ファイバを光ファイバ素線ということが多い。本発明は、この光ファイバ素線を対象とするものであるが、説明を簡略にするために単に光ファイバという。
【００１６】
光ファイバ母材１は、製造される光ファイバの光伝送特性を実現するように、例えば、ＧｅＯ２が添加されたコア部と、コア部の外周に設けられた高純度の石英ガラスからなるクラッド部とを有している。そして、ガラスファイバ４ａは、通常、標準外径１２５μｍとなるように線引される。このガラスファイバ４ａの表面を被覆する保護被覆には、例えば、紫外線硬化型のウレタンアクリレート樹脂等が用いられ、その被覆外径が２５０±１５μｍ程度となるように塗布或いは成形される。また、この保護被覆は２層で形成し、内側の層を軟質にしてクッション性を持たせ、外側の層を硬質にして外力等に対する耐性を持たすようにすることができる。
【００１７】
保護被覆が施された光ファイバ４は、ガイドローラ９を経て、キャプスタンローラ１０で引取られる。キャプスタンローラ１０で引取られた光ファイバ４は、ダンサローラ１１で巻取り張力または速度を調整されながら、ガイドローラ１２を経て巻取りボビン１３で巻取られる。光ファイバ４の巻き取りは、通常、巻取りボビン１３の軸方及び径方向に整列した密接状態で行なわれ、内層の光ファイバは外層の光ファイバで封じられた状態となっている。
【００１８】
従来は、光ファイバ４を巻取りボビン１３に巻き取った後に、特許文献１〜３に開示のように、巻き取られた状態で密閉容器（図示せず）内に入れて、重水素ガス雰囲気中に晒している。しかし、光ファイバ４は、巻取りボビン１３上に整列状態で密に巻き取られているため、巻き取り層の内層にある光ファイバにも重水素ガスを十分に浸透させるには、かなりの時間が必要とされ、数日を要している。
【００１９】
本発明においては、線引炉１で加熱溶融され冷却装置５で冷却されたガラスファイバ４ａに、被覆形成装置６で被覆用の樹脂７を塗布する際に、被覆用の樹脂７として重水素が混入されたものを用いる。このため、被覆用の樹脂７中には予め重水素が混入される。樹脂７中に重水素を混入するには、例えば、樹脂タンク１４内に蓄えられた樹脂７に、重水素ガス源１７から重水素ガスＤ２を供給し、樹脂７を攪拌するなどして樹脂内に均一に混入する。重水素が混入された被覆用の樹脂７は、樹脂供給ポンプ１５、樹脂供給管路１６及び樹脂供給バルブ１６ａを経て被覆形成装置６に供給される。また、重水素ガスＤ２は，重水素ガス源１７からガス管路１９、濃度計１８及びガスバルブ２０を介して樹脂７内に所定量が混入される。
【００２０】
被覆用の樹脂７中に重水素を予め混入させておくことにより、この樹脂でガラスファイバ４ａを被覆した後に、樹脂内に混入されている重水素ガスＤ２が光ファイバ４のガラス内に次第に拡散していく。この結果、光ファイバ４のガラス中に存在している格子欠陥である「Ｓｉ−Ｏ・」に重水素ガスＤ２が
Ｓｉ−Ｏ・  ＋  Ｄ２  →  Ｓｉ−ＯＤ  ＋  Ｄ
で反応し、上記の格子欠陥を不活性化することができる。なお、特許文献３で開示のように、この反応で波長１.３μｍ〜１.６μｍ付近の伝送帯の伝送損失には影響を与えることはない。その後に、光ファイバ４が水素含有環境中に晒されるようなことがあっても、光ファイバ４のガラス中の格子欠陥は、Ｓｉ−ＯＤで置換されているため、Ｓｉ−ＯＨの形成が妨げられ伝送損失の経時的な増加が防止される。
【００２１】
光ファイバ４への重水素ガスの拡散処理は、光ファイバ４の被覆形成工程後に自然と行なわれるので、重水素ガスに晒すための特別な密閉容器を必要とせず、長時間に亘る追加の処理工程も必要としない。また、光ファイバ内への重水素ガスの拡散は、重水素を混入させた被覆により光ファイバ全長に亘って均一に行なわせることが可能で、均一な品質とすることができる。なお、光ファイバのコア部に、クラッド部との屈折率差をあげるために、ゲルマニウムを添加した構成のものに対しても有用である。
【００２２】
図２は、被覆用の樹脂に重水素を混入させる他の実施形態を説明する図である。図中、６’は被覆形成装置、７ａ，７ｂは樹脂、１４ａ，１４ｂは樹脂タンク、２１は圧力モニタ、２２ａ，２２ｂはガス混合器、２３は窒素ガス源、２４はガスバルブを示し、その他の符号は、図１に用いたのと同じ符号を用いることにより説明を省略する。なお、図２においては、被覆用の樹脂を塗布して紫外線照射装置８で硬化させた後の光ファイバ４の巻き取りは、図１と同じであるので、省略して示してある。
【００２３】
図２に示す光ファイバの製造は、図１で説明したのと同様に、光ファイバ母材１が線引炉２内にセットされた後、加熱ヒータ３により順次加熱溶融されて、ガラスファイバ４ａが線引きされる。次いで、線引き直後のガラスファイバ４ａは、冷却装置５により所定の温度まで冷却され、被覆形成装置６によりガラスファイバ４ａの表面に紫外線硬化型の樹脂７ａ，７ｂを塗布した後、紫外線照射装置８により硬化させ、保護被覆が施された光ファイバ４とされる。この実施形態では、２層の被覆を形成する例で示してあるが、１層の被覆であってもよい。なお、２層被覆を形成する被覆形成装置６’の詳細構造は省略してあるが、２層の被覆を同時に形成する周知のダイスを用いるか、或いは、１層被覆用のダイスを２組使用した構成のもので実施することができる。
【００２４】
ガラスファイバ４ａの外周に被覆形成装置６’で被覆用の樹脂７を塗布する際に、図１の場合と同様に、被覆用の樹脂７ａ，７ｂとして重水素が混入されたものが用いられる。被覆用の樹脂７ａ，７ｂへの重水素の混入は、例えば、２層用に用意された２組の樹脂タンク１４ａと１４ｂのそれぞれに、被覆形成装置６に樹脂を供給する圧送ガス中に重水素ガスを混合することにより行なうことができる。圧送ガスは、ガス供給手段のうちのガス混合器２２ａと２２ｂで、重水素ガス源１７からの重水素ガスＤ２と、例えば、窒素ガス源２３からの窒素ガスＮ２とを濃度計１８で監視しながら混合し、所定濃度の重水素ガスを含有するように調整される。
【００２５】
ガス混合器２２ａと２２ｂで混合された重水素ガス含有の圧送ガスは、ガスバルブ２０を介して樹脂タンク１４ａと１４ｂ内に導入される。樹脂タンク１４ａ，１４ｂ内の樹脂剤７ａ，７ｂは、導入された圧送用ガス中の重水素ガスＤ２が浸透して、重水素が混入された樹脂とされる。このとき、樹脂剤７ａ，７ｂを攪拌するなどして重水素ガスが樹脂内に均一に混入されるようにする。樹脂タンク１４ａ，１４ｂ内に導入された圧送ガスは、内部に蓄えられている樹脂７ａ，７ｂに重水素を含有させた後、ガスの圧力で樹脂供給管路１６に送出する。この樹脂は、圧力モニタ２１と樹脂供給バルブ１６ａを介して被覆形成装置６’に供給される。
【００２６】
上述したように、樹脂供給用の圧送ガスに重水素ガスを含有させておくことにより、被覆用の樹脂７中に重水素を混入させることができる。この重水素が混入された状態の樹脂７でガラスファイバ４ａの表面を被覆することにより、図１で説明したのと同様に、被覆内に混入されている重水素ガスＤ２が、光ファイバのガラス内部に次第に拡散していく。この結果、光ファイバのガラス中に存在している格子欠陥である「Ｓｉ−Ｏ・」に重水素ガスＤ２が反応し、上記の格子欠陥を不活性化することができる。そして、その後に、光ファイバが水素含有環境中に晒されることがあっても、Ｓｉ−ＯＨの形成が妨げられ、伝送損失の経時的な増加が防止される。
【００２７】
伝送損失の経時的な増加は以下のようにして測定できる。図２の実施形態で述べたように、被覆用の樹脂の圧送ガスに重水素ガスＤ２を混合させて製造した光ファイバの波長１.３８μｍにおける伝送損失を製造直後に測定する。その後、この光ファイバを水素濃度が１体積％の密閉容器内に入れ、室温に保って４日間放置して波長１.３８μｍにおける伝送損失を測定する。重水素ガスＤ２を樹脂に混入させないで製造した光ファイバの伝送損失増加が０.１００ｄＢ／ｋｍであるが、重水素ガスＤ２を樹脂に混入させて製造した光ファイバの伝送損失増加が０.００２ｄＢ／ｋｍに下げることができる。
【００２８】
光ファイバの被覆を、重水素を混入した樹脂で形成した光ファイバは、光ファイバの製造後に水素雰囲気中に晒されてもＯＨ基の形成が妨げられ、１.３８μｍでの損失増加を抑えることができる。したがって、波長１.２６〜１.６２５μｍといった広い範囲において、経時的な損失増加を抑制することが可能となって広帯域での光通信を行なうことができる。また、従来のような重水素処理のための密閉容器を必要とせず、長時間に亘る処理作業を行うことなく、コスト的に安価に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態の概略を説明する図である。
【図２】本発明の他の実施形態の概略を説明する図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…光ファイバ母材、２…線引炉、３…加熱ヒータ、４…光ファイバ、４ａ…ガラスファイバ、５…冷却装置、６，６’…被覆形成装置、７，７ａ，７ｂ…樹脂、８…紫外線照射装置、９…ガイドローラ、１０…キャプスタンローラ、１１…ダンサローラ、１２…ガイドローラ、１３…巻取りボビン、１４，１４ａ，１４ｂ…樹脂タンク、１５…樹脂供給ポンプ、１６…樹脂供給管路、１６…樹脂供給バルブ、１７…重水素ガス源、１８…濃度計、１９…ガス管路、２０…ガスバルブ、２１…圧力モニタ、２２ａ，２２ｂ…ガス混合器、２３…窒素ガス源、２４…ガスバルブ。
【図１】
2005331537.tif 000003
【図２】
2005331537.tif 000004