(57)【要約】【課題】  長波長領域における損失を低減できる低損失光ファイバ及びこの低損失光ファイバを引き出すための光ファイバ用母材の製造方法を提供する。【解決手段】  低損失光ファイバ２００は、純粋シリカ材質の内コア部２１０と、該内コア部を包囲するとともに、屈折率制御物質のドープされたシリカ材質からなる外コア部２２０と、を含むコア２３０と、このコア２３０を包囲するクラッド２６０と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバであって、
純粋シリカ材質の内コア部と、この内コア部を包囲するとともに、屈折率制御物質のドープされたシリカ材質からなる外コア部とを含むコアと、
このコアを包囲するクラッドと、
を含むことを特徴とする低損失光ファイバ。
【請求項２】
前記外コア部の直径に対する前記内コア部の直径の比率は、０よりも大きく０．４よりも小さいこと
を特徴とする請求項１に記載の低損失光ファイバ。
【請求項３】
前記クラッドは、
前記外コア部を包囲するとともに、前記外コア部の屈折率よりも低い屈折率を持つ内クラッド部と、
この内クラッド部を包囲する外クラッド部と、含むこと
を特徴とする請求項１に記載の低損失光ファイバ。
【請求項４】
前記クラッドは、
前記外コア部を包囲するとともに、屈折率制御物質のドープされたシリカ材質からなる内クラッド部と、
この内クラッド部を包囲する外クラッド部と、を含むこと
を特徴とする請求項１に記載の低損失光ファイバ。
【請求項５】
前記外クラッド部は、前記内クラッド部の屈折率よりも高い屈折率を持つこと
を特徴とする請求項１に記載の低損失光ファイバ。
【請求項６】
光ファイバ用母材の製造方法であって、
石英管の内壁上に、屈折率制御物質のドープされたシリカ材質のクラッド層を蒸着する過程と、
このクラッド層上に、屈折率制御物質のドープされたシリカ材質の外コア層を蒸着する過程と、
この外コア層上に純粋シリカ材質の内コア層を蒸着する過程と、を含むこと
を特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項７】
前記石英管の直径を減少させるために、前記石英管を加熱する過程をさらに含むこと
を特徴とする請求項６に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項８】
前記光ファイバ用母材は、前記石英管の長さ方向に沿って移動しながら前記石英管の外周面を加熱するバーナーを使用した内付け化学気相蒸着法により製造されること
を特徴とする請求項６に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項９】
前記光ファイバ用母材は、前記石英管の外周面を加熱するファーネスを使用したファーネス化学気相蒸着法により製造されること
を特徴とする請求項６に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１０】
前記ファーネスは、前記石英管の長さ方向に沿って移動しながら前記石英管の外周面を加熱すること
を特徴とする請求項７に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１１】
光ファイバ用母材の製造方法であって、
ロッドの外周面上に、純粋シリカ材質の内コア層を蒸着する第１の過程と、
この内コア層上に、屈折率制御物質のドープされたシリカ材質の外コア層を蒸着する第２の過程と、
前記外コア層の外周面上に、相対的に低い屈折率を持つクラッド層を蒸着する第３の過程と、を含むこと
を特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１２】
上記第３の過程により得られた結果物から前記ロッドを取り除く第４の過程と、
この第４の過程により得られた結果物を加熱して内部にすき間がないようにその外径を減少させる第５の過程と、をさらに含むこと
を特徴とする請求項１１に記載の光ファイバ用母材の製造方法。
【請求項１３】
光ファイバ用母材の製造方法であって、
ロッドの先端から純粋シリカ材質の内コア層を前記ロッドの長さ方向に成長させる過程と、
前記内コア層の外周面上に、屈折率制御物質のドープされたシリカ材質の外コア層を蒸着する過程と、
前記外コア層の外周面上に、相対的に低い屈折率を持つクラッド層を蒸着する過程と、
を含むことを特徴とする光ファイバ用母材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信網に関し、特に、光通信網の伝送路として使用される光ファイバ及び前記光ファイバを引き出すための光ファイバ用母材に関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバ用母材(optical fiber preform)を製造するための内付け化学気相蒸着法(modified chemical vapor deposition：ＭＣＶＤ)では、石英管(quartz tube)内にSiCl4、GeCl4、POCl3などの原料を酸素(O2)と一緒に供給しながら、当該石英管の外周面を加熱する。このＭＣＶＤによる熱酸化反応の結果、石英管内には、すす形態の酸化堆積物(Soot)が発生して、この石英管の内壁上に蒸着されるが、このとき、当該石英管内部に流入する化学原料の濃度をコンピュータで微細に制御することによって、異なる屈折率を有するクラッド層(clad layer)とコア層(core layer)が形成される。
【０００３】
実際に、光の伝送される領域であるコア層の屈折率は、クラッド層の屈折率よりも高くならねばならないため、コア層の蒸着のときには、供給するGeCl4の比率をクラッド層の蒸着のときよりも高くしている。このような蒸着過程が終わった後、当該石英管を高温に加熱してその直径を縮めて行くクロージング(closing)及びコラップス(collapse)過程が行われる。このようなクロージング及びコラップス過程のときには、GeO2化合物が１４００℃以上の温度で分解(decomposition)されることから、コア層の中心(center)において屈折率が減少する領域が生じるが、この領域は、コアディップ(core dip)と称される。すなわち、コア層の中心部において気化現象(GeO2(s)⇔GeO(g)＋1/2 O2(g))が起こることから、屈折率の減少したコアディップが生成される。
【０００４】
このようなコアディップを持つ光ファイバは、光素子との結合効率の減少、伝送帯域幅の減少及び長波長領域(１５６５〜１６２５ｎｍ)における損失(loss)増加といった、欠点を有することが知られている。また、光ファイバ用母材のクロージング(closing)及びコラップス(collapse)過程、または光ファイバの線引き(drawing)過程の間に該コアディップ内のGe-O化学結合が破られながら生じる分子欠陥は、光ファイバの散乱損失(scattering loss)及びベンディング損失(bending loss)を増加させる原因とされている。
【０００５】
図１は、コアディップを持つ従来の光ファイバの構成を示す図である。この光ファイバ１００は、光伝送媒質であって、その中心部にコアディップ１２０を持つコア１１０と、該コア１１０を包囲する（surround）クラッド１５０とを含む。該クラッド１５０は、コア１１０を包囲する内クラッド(inner clad)１３０と、該内クラッド１３０を包囲する外クラッド１４０とを含む。ここで、コアディップ１２０の直径(Ａ)とコア１１０の直径(Ｂ)との比(Ａ／Ｂ)が大きくなるほど、長波長領域において損失は増加する。
【０００６】
上述した如く、コアディップ１２０を持つ従来の光ファイバ１００は、そのコアディップ１２０内の分子欠陥のため、長波長領域における損失が大きい、という問題点を抱えていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、従来よりも長波長領域における損失を低減できる低損失光ファイバ及びこの低損失光ファイバを引き出すための光ファイバ用母材の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成すべく、本発明による低損失光ファイバは、純粋シリカ材質の内コア部と、この内コア部を包囲するとともに、屈折率制御物質がドープされたシリカ材質からなる外コア部と、を含むコアと、このコアを包囲するクラッドと、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の低損失光ファイバによれば、その中心部に純粋シリカ材質の内コア部を持つコアを含むため、従来に比べて長波長領域における損失を低減できる、という利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本発明を説明するにあたり、関連する公知機能や構成についての具体的な説明は、本発明の要旨を曖昧にするのを避けるために、適宜省略するものとする。
【００１１】
図２は、本発明の好ましい実施形態による低損失光ファイバを示す図である。この低損失光ファイバ２００は、コア２３０とクラッド２６０とを含む。
【００１２】
本実施形態において、コア２３０は、光伝送媒質であって、多層構造を持つ。また、このコア２３０は、その中心部に相対的に低い屈折率を持つ純粋シリカ材質からなる内コア部(inner core portion)２１０と、この内コア部２１０を包囲するとともに、相対的に高い屈折率を持つ屈折率制御物質のドープされたシリカ材質からなる外コア部(outer core portion)２２０と、を備えている。ここで、内コア部２１０の直径(Ｃ)とコア２３０（すなわち外コア部２２０）の直径(Ｄ)との比率(Ｃ／Ｄ)は、０よりも大きく、かつ０．４よりも小さくなるようにする。
【００１３】
クラッド２６０は、多層構造を持つとともに、コア２３０に接する内クラッド部(inner clad portion)２４０と、この内クラッド部２４０を包囲するとともに、内クラッド部２４０の屈折率よりも高い屈折率を持つ外クラッド部(outer clad portion)２５０と、を含む。また、このクラッド２６０は、光ファイバ２００内に入射された光をコア２３０内に閉じ込めるために、コア２３０を包囲するとともに、コア２３０に接する内クラッド部２４０の屈折率は、外コア部２２０の屈折率よりも低くなっている。また、内クラッド部２４０は、屈折率制御物質のドープされたシリカ材質からなり、外クラッド部２５０は、屈折率制御物質のドープされたシリカ材質からなるか、或いは、純粋シリカ材質からなる。ここで、屈折率制御物質としては、GeO2、P2O5などの、通常の屈折率を制御するための化合物の中でいずれか一つを使用するか、或いは、これらの化合物を組み合わせて使用することができる。
【００１４】
図３は、図２に示した低損失光ファイバと、従来の光ファイバとの比較例を示す図である。このため、図３には、低損失光ファイバ２００の伝送損失曲線３１０と、コアディップを持つ従来の光ファイバの伝送損失曲線３２０と、が示されている。従来の光ファイバは、その中心にコアディップを持つ断層構造のコアと、このコアを包囲するとともに、内クラッド部及び外クラッド部を持つ多層構造のクラッドと、を含む。かかる従来の光ファイバの各構成要素の屈折率及び直径は、上述した低損失光ファイバ２００の対応する構成要素の屈折率及び直径と同一である。図３に示すように、本実施形態の低損失光ファイバは、従来の光ファイバに比べて長波長領域における伝送損失が小さいことが分かる。
【００１５】
本発明を適用した低損失光ファイバのための光ファイバ用母材は、種々の製造工程によって製造されることができる。最初に、上述した低損失光ファイバが内付け化学気相蒸着法(modified chemical vapor deposition：ＭＣＶＤ)によって製造される場合の一の実施形態を挙げると、下記の通りである。
【００１６】
石英管内にSiCl4、GeCl4、POCl3などの原料物質を酸素(O2)と共に供給しながら、酸水素バーナー(或いはトーチ)を使ってこの石英管の外周面を加熱する。この石英管の内部に流入する化学原料の濃度をコンピュータで微細に制御することによって、この石英管の内壁に、異なる屈折率を持つ屈折率制御物質がドープされたシリカ材質のクラッド層と、屈折率制御物質のドープされたシリカ材質の外コア層と、を形成する。
【００１７】
さらに、この石英管内に、SiCl4のみで構成された原料物質を酸素と共に供給することによって、当該外コア層上に純粋シリカ材質の内コア層を形成する。これら蒸着過程が完了すると、この石英管を高温で加熱して該石英管の直径を縮めて行くクロージング(closing)及びコラップス(collapse)過程を行い、これにより、１次光ファイバ用母材が生成される。この１次光ファイバ用母材の直径を増加させるために、他の石英管を用いたオーバークラッディング(over cladding)工程をさらに行うことができる。
【００１８】
上記蒸着過程において、GeCl4及びPOCl3は、屈折率を調節するために使われる化合物であって、必要に応じて、いずれか一つだけを使用するか、それらの組み合わせを使用するか、或いは、CF4、SiF4などの他の化合物と共に使用することができる。前記１次光ファイバ用母材または２次光ファイバ用母材の先端を溶融させることによって、低損失光ファイバを引き出すことができ、このとき、該１次光ファイバ用母材の石英管は、上述した低損失光ファイバの外クラッド部（２５０）に該当し、また、クラッド層は、上述した低損失光ファイバの内クラッド部（２４０）に該当する。
【００１９】
本発明を適用した低損失光ファイバのための光ファイバ用母材が、ファーネス化学気相蒸着法(furnace chemical vapor deposition：ＦＣＶＤ)によって製造される場合には、酸水素バーナーの代わりに、固定または移動するファーネスを使用するという点を除けば、上述した内付け化学気相蒸着法と同様の過程で製造することができる。
【００２０】
また、本発明を適用した低損失光ファイバのための光ファイバ用母材が、プラズマ化学気相蒸着法(plasma chemical vapor deposition：ＰＣＶＤ)によって製造される場合には、プラズマ生成のために電磁波共振器(microwave resonator)がさらに使用されるという点を除けば、上述した内付け化学気相蒸着法と同様の過程で製造することができる。
【００２１】
本発明を適用した低損失光ファイバのための光ファイバ用母材が、外付け蒸着法(outside vapor deposition：ＯＶＤ)によって製造される場合を挙げると、下記の通りである。
【００２２】
黒鉛棒の外周面に、トーチ(torch)を使って火炎と化学原料を噴き出し、加水分解反応による層を形成する。ここで、トーチに提供される化学原料の濃度などをコンピュータで微細に制御することによって、当該黒鉛棒の外周面上に、異なる屈折率を有する純粋シリカ材質の内コア層と、屈折率制御物質のドープされたシリカ材質の外コア層と、屈折率制御物質のドープされたシリカ材質のクラッド層とを形成する。
【００２３】
このような層形成過程を終了した後に、当該黒鉛棒を除去し、これらの層を高温で加熱することで、当該層の直径を縮めて行くクロージング及びコラップス過程を行い、これにより、１次光ファイバ用母材が形成される。この１次光ファイバ用母材の直径を増加させるために、石英管を使用したオーバークラッディング工程をさらに行うことによって、２次光ファイバ用母材を形成する。
【００２４】
この２次光ファイバ用母材の先端を溶融させることによって、低損失光ファイバを引き出すことができ、このとき、当該２次光ファイバ用母材の石英管は、上述した低損失光ファイバの外クラッド部（２５０）に該当し、また、クラッド層は、上述した低損失光ファイバの内クラッド部（２４０）に該当する。
【００２５】
図４は、本発明の好ましい実施形態による低損失光ファイバのための光ファイバ用母材の製造方法を説明するための図である。図４に示した装置は、軸付け蒸着法(vapor phase axial deposition：ＶＡＤ)により製造を行うものであり、チャック４１０と、純粋シリカ材質の初期ロッド（initial rod）４２０と、第１乃至第３のバーナー４３０，４４０，４５０と、を含む。
【００２６】
ここで、チャック４１０は、垂直移動及び回転が可能となっており、初期ロッド４２０の上端をクランプ(clamp)により固定する。
【００２７】
初期ロッド４２０は、その上端がチャック４１０に固定され、軸付け蒸着工程の間に、回転すると同時に上方へ移動する。
【００２８】
第１のバーナー４３０は、初期ロッド４２０の中心方向に火炎を噴き出すことによって、純粋シリカ材質の内コア層５１０を下方に成長させる。この第１のバーナー４３０には燃料と原料物質が供給され、第１のバーナー４３０の火炎噴出によって、初期ロッド４２０の先端上に内コア層５１０が蒸着される。上記の原料物質は、SiCl4、GeCl4、POCl3などの化合物を含む。
【００２９】
第２のバーナー４４０は、内コア層５１０の外周面に向けて火炎を噴き出すことによって、屈折率制御物質のドープされたシリカ材質の外コア層５２０を蒸着する。すなわち、この第２のバーナー４４０には燃料と原料物質が供給され、第２のバーナー４４０の火炎噴出によって、内コア層５１０の外周面上に外コア層５２０が蒸着される。
【００３０】
第３のバーナー４５０は、外コア層５２０の外周面に向けて火炎を噴き出すことによって、屈折率制御物質のドープされたシリカ材質のクラッド層５３０を蒸着する。すなわち、この第３のヒーター４５０には燃料と原料物質が供給され、第３のバーナー４５０の火炎噴出によって、外コア層５２０の外周面上にクラッド層５３０が蒸着される。
【００３１】
続いて、図には示さないが、上記の軸付け蒸着法によって１次光ファイバ用母材が生成される。この１次光ファイバ用母材の直径を増加させるために、石英管を用いたオーバークラッディング工程をさらに行い、これにより、２次光ファイバ用母材が生成される。この２次光ファイバ用母材の先端を溶融させることによって低損失光ファイバを引き出すことができ、このとき、この２次光ファイバ用母材の石英管は、上述した低損失光ファイバの外クラッド部（２５０）に該当し、また、クラッド層は、上述した低損失光ファイバの内クラッド部（２４０）に該当する。
【００３２】
本発明に従った低損失光ファイバのクラッドは、内クラッド部及び外クラッド部とを含む多層構造を持つものであっても良く、場合によっては単層構造のものであっても良い。すなわち、オーバークラッディング過程をさらに行わずに、１次光ファイバ用母材から低損失光ファイバを引き出すことができる。
【００３３】
また、本発明に従った低損失光ファイバのクラッドは、コアよりも低い屈折率を持つという条件下で、任意の材質を使用して形成されることができる。すなわち、クラッドは、純粋シリカ材質若しくは屈折率制御物質のドープされたシリカ材質で作ることが出来る。
【００３４】
また、本発明に従った低損失光ファイバは、単一モード伝送のための単一モード光ファイバまたは複数モードの伝送のための多重モード光ファイバのいずれであっても良い。これら単一モード光ファイバと多重モード光ファイバは、コアの直径、光ファイバの屈折率分布などにより区分されるので、上述したような製造方法を用いて所望する低損失光ファイバを製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】コアディップを持つ従来の光ファイバの構成を示す図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態による低損失光ファイバを示す図である。
【図３】図２に示した低損失光ファイバと従来の光ファイバとの比較例を示す図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態による低損失光ファイバのための光ファイバ用母材の製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３６】
２００  低損失光ファイバ
２１０  内コア部
２２０  外コア部
２３０  コア
２４０  内クラッド部
２５０  外クラッド部
２６０  クラッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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