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JP2001512084A - 光導波路減衰デバイス及びその製造方法 - Google Patents

光導波路減衰デバイス及びその製造方法

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Publication number
JP2001512084A
JP2001512084A JP2000505099A JP2000505099A JP2001512084A JP 2001512084 A JP2001512084 A JP 2001512084A JP 2000505099 A JP2000505099 A JP 2000505099A JP 2000505099 A JP2000505099 A JP 2000505099A JP 2001512084 A JP2001512084 A JP 2001512084A
Authority
JP
Japan
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core
optical waveguide
tungsten
manufacturing
doped
Prior art date
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Pending
Application number
JP2000505099A
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English (en)
Inventor
ジェラルド イー． ブルク
クリスチーヌ エル． ホアグリン
カールトン エム． トゥルーズデイル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Corning Inc
Original Assignee
Corning Inc
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Publication date
Application filed by Corning Inc filed Critical Corning Inc
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Pending legal-status Critical Current

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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/264—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting
    • G02B6/266—Optical coupling means with optical elements between opposed fibre ends which perform a function other than beam splitting the optical element being an attenuator
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B2201/06—Doped silica-based glasses
    • C03B2201/30—Doped silica-based glasses doped with metals, e.g. Ga, Sn, Sb, Pb or Bi
    • C03B2201/40—Doped silica-based glasses doped with metals, e.g. Ga, Sn, Sb, Pb or Bi doped with transition metals other than rare earth metals, e.g. Zr, Nb, Ta or Zn
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03C—CHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C2201/00—Glass compositions
    • C03C2201/06—Doped silica-based glasses
    • C03C2201/30—Doped silica-based glasses containing metals
    • C03C2201/40—Doped silica-based glasses containing metals containing transition metals other than rare earth metals, e.g. Zr, Nb, Ta or Zn
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
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Abstract

(57)【要約】 遷移金属をドーピングしたコア並びにクラッドからなる光導波路を有する光減衰デバイスを製造方法。遷移金属は、コアブランク製造中にコア中に供給される。遷移金属をドーピングしたコアを、水素ガスを含む炉に露すことにより、デバイスの減衰を著しく高める。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
本発明は光ファイバ信号の伝送に影響するデバイスに関し、特に光導波路減衰
デバイスに関する。 光信号を長距離伝送する光ファイバ通信システムでは、光ファイバの吸収と散
乱に起因する光量喪失を最小にすることが望ましい。しかしながら、多くの場合
において、光導波路減衰デバイスを使用して光信号に内在する電力を減少せしめ
ることが必要になる。
【０００２】 例えば、受信システムは所定の幅の光入力レベルにおいて最適に機能する故、
所望の範囲に入力を調整することが必要になる。光通信システムの伝送路減衰は
ファイバの長さとファイバ減衰係数の関数である。従って、伝送路減衰はファイ
バを長くすることにより調整可能ではあるが、低損失ファイバを使用する場合、
斯かる手法は実用的ではない。それ故、低損失の長いファイバを使用するのが現
実的ではないときに、高損失の光ファイバ減衰器を用いて伝送路減衰を増加せし
める。減衰器は、異なる供給源から光信号を均等化する場合にも、光コンポネン
ト若しくはネットワークを較正する際に低損失の長い線の存在をシミュレーショ
ンする場合にも利用される。
【０００３】 更に、ファイバ減衰器は、導波路分割マルチプレクサ(wavelength division m
ultiplexers)や星形カプラ等の未使用の光ファイバデバイスの終端器として、そ
の末端部に使用されて、デバイスのに望ましくない後方反射(back reflections)
を排除する。光減衰器を星形カプラの未使用ファイバターミネータとして使用す
ることは、米国特許第5,573,618号に詳述されており、斯かる内容は本明細書に 包含される。
【０００４】 光ファイバ減衰器は、通常、光ファイバの減衰を増大させるドーパントを含む
コア及びクラッドからなる光ファイバからなる。、希土遷移元素の溶融添加によ
りドーパントをファイバのコアに導入することが可能であり、ファイバ減衰はド
ーパント濃度とファイバの長さとに直接比例する。例えば米国特許第5,633,974 号を参照されたい。しかしながら、斯かる溶融添加は光ファイバの作成後に更な
る付加的工程を要する等、幾つかの不利益がある。
【０００５】 米国特許第4,881,793号に記載された別のファイバ減衰器は、原子価変動元素(
variable valency element)の一部が低原子価状態にあり、チタン、バナジウム 、クロム、鉄などをファイバのコアに部に蒸着ドーピング工程を含んでいる。よ
り低い原子価状態は、蒸着プロセス中に使用される酸素量により、又は低い大気
圧にてプリフォームを固化することにより制御される。米国特許4,881,793号に 記載されているファイバにより達成される減衰は、約２５dB/mにしか至らないと
報告されている。ターミネータ等の応用では１００dB/mを超える減衰を提供でき
ることが望ましい。 従って広い範囲に亘る減衰を提供できる光減衰デバイスを製造する方法を提供
できることが要請される。
【０００６】
【発明の概要】
約７８０nmから約1600nmの波長について、約０．５dB/mから約５０００dB/mを
超える範囲に亘って変化し得る減衰を有する光導波路減衰デバイスを製造する方
法を出願人は発見した。 本発明の１つの特徴は、コアブランク製造過程中にシリカコアに遷移金属を添
加する工程と、斯かる遷移金属添加コアを水素ガスに露す工程とを有する、光減
衰デバイスの光導波路を製造する方法である。本発明の製造方法は、好ましくは
塩素乾燥ガスを含まない固化炉においてドーパントの入ったコアを固化する工程
をも含み得る。ドーパントの含まれるコアを水素ガスに露すステップは、好まし
くはコアブランクの固化後にするか、より好ましくは導波路が光ファイバである
実施例においてはコアがコアロッドに形成された後にする。本発明の１つの実施
例では、タングステンをドーパントとする。
【０００７】 本発明の別の特徴は、好ましくはタングステンを添加したコアとクラッドから
なる光導波路を有する光減衰デバイスである点にある。斯かるタングステンは、
好ましくは約０．１重量％から５重量％で存在するものの、より高濃度のタング
ステンを添加、すなわちドーピングすることも可能である。本発明の１つの特徴
において、タングステンの少なくとも一部が酸化度+6から酸化度+5に還元される
。本発明の減衰デバイスは、波長約1300nmから約1550nmにおいて、減衰を約０．
５dB/mから５０００dB/m以上にするように動作可能である。本発明の別の特徴に
おいては、好ましくはシングルモード型の光導波路ファイバであって、タングス
テンをドーピングしたコア並びにクラッドとからなり、かかるタングステンをド
ーピングした光導波路ファイバが少なくとも１本の光ファイバに接続されている
。
【０００８】 本出願人は自身の知っているデバイスと比べて、より広い範囲に亘る減衰を有
する減衰デバイスを提供できることを発見した。 発明の更なる特徴及び利点については、後述の説明に記載されており、一部は
かかる説明から明らかであるか、または、本発明を実施することにより学習され
るであろう。前述の発明の概要と後述の詳細な説明は、例示的説明であり、請求
項に記載の発明の更なる説明を意図していることを理解すべきである。
【０００９】 添付図面は、本発明の更なる理解を提供し、本明細書に包含され且つ本明細書
の一部を構成し、また添付図面は本発明の１つの実施例を示し、後述の詳細な説
明と共に本発明の原理を示す。
【００１０】 ［発明の詳細な説明］ 添付図面に示されている好適な実施例について、以下に詳細に説明する。本発
明の光導波路減衰デバイスの例示的実施例が図１に示され且つ参照番号１０によ
って示されている。 本発明の１つの特徴は、光減衰器のための好ましくはシングルモード型光導波
路ファイバである光導波路１０の製造方法を含み、この製造方法はガラスコアの
ブランク製造工程中にて、コアブランクに遷移金属をドーピングする工程を含む
ことを特徴とする。ガラスのコアブランクを形成するために有用な化合物として
はハロゲン化金属及びハロゲン化物を含まないシクロシロキサン（halide-free
cyclosiloxane compounds）であり、後者としては、例えばオクタメチルテトラ シロキサン(octamethyltetrasiloxane)、デカメチルサイクロペンタシロキサン(
decamethylcyclopentasiloxane)、ヘキサメチルサイクロトリシロキサン(hexame
thylcyclotrisiloxane)若しくはこれらの混合物が挙げられる。本発明の別の特 徴においては、遷移金属のドーピングする方法がガラスのコアブランクの製造工
程中になされる。例えば、タングステンをドーピングする実施例では、好ましく
はタングステンヘキサフロライド(tungsten hexafluoride)の如きタングステン ガス化合物が蒸着工程中にドーピングされ得る。本発明の別な特徴は、コアブラ
ンクを固化し、該コアブランクの回りにクラッド層を設けて導波路プリフォーム
を形成し、導波路プリフォームを固化し、該プリフォームを引き伸ばして光導波
路ファイバにする各工程を含んでいる。
【００１１】 導波路が光ファイバで構成される実施例では、コアブランクはコアロッドに形
成され得るとともに、該コアの回りにクラッド層を設ける前に、該コアロッドが
水素ガスに露され得る。「コアロッド」とは、本明細書において使用されるように
、円筒状をしたガラスブランクであって、約１mmより大きい直径を有し、好まし
くは約7mmから約１0mmの直径を有するものをいう。
【００１２】 例えばOVDプロセスのような蒸着プロセスの間に、遷移金属は光導波路のコア に導入され得る。例えば、１％から４％のタングステンドーパントを含むコアブ
ランクを製造するためには、タングステンヘキサフロライドガスが、 炉の上流に位置する火炎加水分解システム(flame hydrolysis system)の搬送マ ニホールドへ、流量制御装置を介して、導管を通じて容器から供給され得る。タ
ングステンヘキサフロライドガスの流量は、毎分約０．０５標準リットルから毎
分約０．５標準リットルの範囲で変動し得る。バブラー供給システムは、SiCl4 蒸気を毎分約２リットルの速度で流れる酸素キャリアガスを使用するバーナで供
給するのに使用され得る。そして、SiCl4蒸気とタングステンヘキサフロライド ガスはバーナで燃焼せしめられ、タングステンをドーピングしたコアブランクを
形成する。１９９６年１２月１７日に出願され、「流体リアクタントの燃焼によ り合成シリカを形成する装置およびその製造方法」と題し、出願係属中の米国特 許出願第08/767,653号に記載されているように、流体化合物を燃焼せしめること
によりドーピングされたコアブランクが形成され得る斯かる出願内容は、本明細
書に包含される。
【００１３】 ドーピングされたコアブランクは、塩素乾燥ガスを有しない固化炉にて固化す
るのが好ましい。塩素ガスを有する固化炉にて固化したタングステンをドーピン
グしたコアブランクは、タングステンが、コアブランク固化工程中に剥離され、
その結果、より低い減衰を有する導波路となることを出願人は発見した。更に、
塩素乾燥ガスを有しない炉では固化されたブランクで形成された導波路は、水酸
化物を含み、本発明による装置の減衰を更に増加させる。固化炉は、毎分約０．
９標準リットルから毎分約４０標準リットルの流量のヘリウムを有することが好
ましい。
【００１４】 固化した遷移金属をドーピングしたコアブランクは、約７mmから約１０mmの直
径を有するコアロッドに引き伸ばされ得る。その後、該コアはシリカで被覆され
、固化され、そして減衰デバイスを形成すべく引き伸ばされて光導波路ファイバ
になる。約３．８重量％のタングステンをコアに含む導波路ファイバは、約１５
５０nmの波長にて約５０dB/mの減衰及び約１３００nmの波長にて約１００dB/mの
減衰を有する減衰デバイスが得られた。 添加コアを水素ガスに露することによって遷移金属をドーピングした導波路フ
ァイバの減衰が著しく増すことを出願人は発見した。水素ガスを含む炉でコアを
処理することでドーピングしたコアを水素ガスに露すことが好ましい。炉の温度
、炉内水素の圧力、及びケーン(cane)の水素ガスに露される時間を制御すること
により、広範囲に亘る減衰を有する導波路デバイスの製造が可能となる。
【００１５】 水素ガスを含む炉内でコアロッドを長時間処理することは、遷移金属ドーパン
トのより多くの部分が、より高い酸化状態からより低い酸化状態に還元せしめら
れ、より高い減衰を得ることが理解されよう。同様に、炉内の水素圧力の増加は
、遷移金属元素のより低い酸化状態への還元率を増加せしめる。例えば、３．８
％のタングステンを含むコアロッドを１気圧の水素ガスを含む炉内で、４４時間
だけ６５０℃の温度にて処理することにより得られる光導波路ファイバにおいて
、波長１３００nmで約７５０dB/mの減衰を、波長約１５５０nmで約５００dB/mの
減衰を得た。勿論、処理条件を調整することによってより高い減衰が達成可能で
ある。最適の温度、ドーパント濃度、水素圧、処理時間を、実験により決定する
ことで、所望の減衰を得ることが可能である。
【００１６】 遷移金属をドーピングしたコアロッドが水素ガスを含んだ炉で処理された後に
は、該コアロッド上にオーバークラッドシリカを形成して光導波路プリフォーム
が形成され得、固化と引き伸ばしによって光導波路ファイバが形成される。光導
波路プリフォームは、塩素乾燥のない炉内で固化することが好ましい。 図１を参照すると、本発明の別の特徴は、好ましくはシングルモード型ファイ
バである光導波路ファイバを例示した実施例に示す通り、、タングステンをドー
ピングしたコア部１２とクラッド１４とを有する光導波路デバイス１０である。
例えばOVD,MCVD,PCVD,VADのような公知の蒸着処理またはシロキサン(siloxane) のような液体リアクタントの燃焼を含む処理により、当該導波路ファイバは、溶
融シリカプリフォームから形成可能である。コア１２にドーピングされるタング
ステンの量は、より高濃度にすることも可能ではあるものの、約０．１重量％か
ら約５重量％の量である。より高いタングステン濃度により、より高い減衰が得
られる。
【００１７】 コア１２に含まれるタングステンの少なくとも一部は、好ましくは、上述の通
り、コア１２を水素ガスに露すことにより、酸化度+6から酸化度+5へ還元される
。コア１２を水素ガスにより長時間露すと減衰デバイスの減衰が増加することを
出願人は見出した。本発明の原理により作製されたデバイスは、波長約７８０nm
から約１６００nmにて約０．５dB/mから約５０００dB/mを超える減衰を得るよう
に動作する。上述の通り、コア内のタングステン濃度、タングステン添加コアを
水素ガスに露す時間その他の処理条件により、減衰を調整可能である。
【００１８】 本発明のもう１つの特徴として、光導波路デバイスがタングステンをドーピン
グした光導波路であって、好ましくは図１に示すようにシングルモード型導波路
ファイバであり、タングステン添加導波路の少なくとも一端を光ファイバ（図示
せず）に接続したことが挙げられる。本発明によるデバイスは、その一端を星型
カプラの如く未使用の光ファイバ端部に接続して、後方反射を除去すべくターミ
ネータとして使用可能である点は当業者に容易に理解される。別の応用例におい
て、本発明による減衰デバイスは、これを２本の光ファイバの間に重ね継ぎする
ことにより、既存の光路に挿入され得る。
【００１９】 本発明による減衰デバイスを、１本のあるいは多数のファイバ端部に連結する
ための適切な手段を使用し得ることは当然に理解される。特別なタイプのカップ
ラまたはコネクタが選択した応用対象に依存する。 勿論、本発明は、例として上述され且つ示された実施例に限定されるものでは
ない。本発明の技術的範囲から逸脱することなく、本発明にかかるデバイスまた
は製造方法に種々の改良、変更を加え得ることは、当業者にとって明らかである
。例えば、シリカクラッド層をコアに付着する前に、そのコアを水素ガスを炉で
処理して遷移金属をドーピングしたコアを水素に露すことは好ましいものの、シ
リカクラッド層をタングステンをドーピングしたコアに付着し、光導波路プリフ
ォームを固化し、そしてその後、そのプリフォームを水素ガス炉で処理してコア
部を水素ガスに露すことも本発明の技術的範囲に含まれる。従って、本発明は、
請求項に記載された発明の種々の改良、変更を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に沿って構成された光導波路ファイバ減衰デバイス
の斜視図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＬ，ＡＭ，Ａ Ｔ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ， ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ， ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ホアグリン クリスチーヌ エル. アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14821 キャンプベル クローソンドライブ 4748 (72)発明者 トゥルーズデイル カールトン エム. アメリカ合衆国 ニューヨーク州 14830 コーニング リバーロード 11922 Ｆターム(参考） 2H038 AA21 BA23 2H050 AA01 AB18X AD03 4G021 CA11 EA03 EB12 EB19

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 光減衰デバイスに使用する光導波路を製造する方法であって
    、 コアブランクの製造中にシリカコアに遷移金属をドーピングする工程と、 前記遷移金属をドーピングしたコアを水素ガスに露す工程とを有することを特
    徴とする製造方法。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載した光導波路を製造する方法であって、 該ドーピングされたコアを固化する工程を有することを特徴とする製造方法。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載した光導波路を製造する方法であって、 ドーピングされたコアを固化する工程は塩素乾燥ガスを含まない固化炉内で行
    われることを特徴とする製造方法。
  4. 【請求項４】 請求項２に記載した光導波路を製造する方法であって、 ドーピングされたシリカコアを少なくとも約１００℃の水素ガスに露す工程を
    有することを特徴とする製造方法。
  5. 【請求項５】 請求項３に記載した光導波路を製造する方法であって、 該ドーパントはタングステンを含有することを特徴とする製造方法。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載した光導波路を製造する方法であって、 コアブランク製造中にタングステンヘキサフロライドガスを導入する工程を有
    することを特徴とする製造方法。
  7. 【請求項７】 請求項６に記載した光導波路を製造する方法であって、 更に、タングステンをドーピングしたコアを、少なくとも約１大気圧でかつ温
    度が約６２５℃から約６９０℃の水素ガスに少なくとも２０時間に亘って露す工
    程を有することを特徴とする製造方法。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載した光導波路を製造する方法であって、 前記タングステンは約０．１重量％から約５重量％含まれることを特徴とする
    製造方法。
  9. 【請求項９】 光減衰デバイスであって、 タングステンをドーピングしたコアと、クラッドとからなる光導波路を有する
    ことを特徴とするデバイス。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載した光減衰デバイスであって、 前記タングステンは酸化度+6から酸化度+5に還元されていることを特徴とする
    デバイス。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載した光減衰デバイスであって、 前記タングステンは約０．１重量％から約５重量％含まれることを特徴とする
    デバイス。
  12. 【請求項１２】 タングステンをドーピングしたコアと、クラッドとからな
    る光導波路を有するタングステンドーピング導通路からなる光減衰デバイスであ
    って、 前記タングステンドーピング光導波路は少なくとも１本の光フアイバに接続さ
    れてることを特徴とするデバイス。
JP2000505099A 1997-07-31 1998-07-20 光導波路減衰デバイス及びその製造方法 Pending JP2001512084A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US5441097P 1997-07-31 1997-07-31
US60/054,410 1997-07-31
PCT/US1998/014977 WO1999006330A1 (en) 1997-07-31 1998-07-20 Optical waveguide attenuating device and method for producing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001512084A true JP2001512084A (ja) 2001-08-21

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Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000505099A Pending JP2001512084A (ja) 1997-07-31 1998-07-20 光導波路減衰デバイス及びその製造方法

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US (1) US6115524A (ja)
EP (1) EP1017639A1 (ja)
JP (1) JP2001512084A (ja)
KR (1) KR20010022456A (ja)
CN (1) CN1265637A (ja)
AU (1) AU8500198A (ja)
CA (1) CA2295685A1 (ja)
TW (1) TW445383B (ja)
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