JP5771943B2 - Optical fiber and method for manufacturing glass preform for optical fiber - Google Patents
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Description
本発明は、コアとクラッドが石英ガラスからなる光ファイバであって、ゲルマニウムを含まないコアとフッ素を含む光学クラッド部とを有する構造の光ファイバ及び光ファイバ用ガラス母材の製造方法に関する。 The present invention relates to an optical fiber having a structure in which a core and a clad are made of quartz glass, each having a core not containing germanium and an optical clad portion containing fluorine, and a method for producing a glass preform for the optical fiber.
石英ガラスの光ファイバを製造する工程では、ガラス微粒子堆積体を形成した後に脱水処理を行い、その後焼結して透明なガラスとすることが行われている。脱水、焼結の処理では、塩素を含むガスの雰囲気中でガラス微粒子堆積体を加熱することにより、光ファイバの伝送損失を低く抑えることができることが知られている。 In the process of manufacturing an optical fiber made of quartz glass, after a glass fine particle deposit is formed, a dehydration treatment is performed, and then sintered to obtain a transparent glass. In the dehydration and sintering processes, it is known that the transmission loss of the optical fiber can be kept low by heating the glass fine particle deposit in an atmosphere of chlorine-containing gas.
2層構造のクラッドを有する光ファイバの母材を製造する方法として、多孔質のコア原層の外周面に多孔質の第1クラッド原層が形成されてなる多孔質ガラス中間体を形成した後に、フッ素化合物が含まれていない塩素系ガス含有の雰囲気ガス中にその多孔質ガラス中間体を配置して焼結し、その焼結により作り出された透明ガラス中間体の外周面に多孔質の第2クラッド原層を形成し、その第2クラッド原層を脱水及び焼結して、透明な光ファイバ用ガラス母材とすることが知られている。そして、第1クラッド原層の脱水時より高い塩素濃度で第2クラッド原層を脱水し、第1クラッド原層の焼結時より高い塩素濃度で第2クラッド原層を焼結することで、第1クラッド部の外周の第2クラッド部に、コアの外周の第1クラッド部よりも高い濃度の塩素を含有させ、第2クラッド部の屈折率を第1クラッド部の屈折率よりも高くすることが知られている(例えば、特許文献1参照)。 As a method of manufacturing an optical fiber preform having a clad having a two-layer structure, after forming a porous glass intermediate body in which a porous first clad original layer is formed on the outer peripheral surface of a porous core original layer The porous glass intermediate is placed and sintered in a chlorine-based gas-containing atmospheric gas that does not contain a fluorine compound, and the porous glass intermediate is created on the outer peripheral surface of the transparent glass intermediate created by the sintering. It is known that a two-cladding original layer is formed, and the second cladding original layer is dehydrated and sintered to form a transparent glass preform for an optical fiber. And dehydrating the second cladding original layer with a higher chlorine concentration than when dehydrating the first cladding original layer, and sintering the second cladding original layer with a higher chlorine concentration than when sintering the first cladding original layer, The second cladding part on the outer periphery of the first cladding part contains chlorine at a higher concentration than the first cladding part on the outer periphery of the core, so that the refractive index of the second cladding part is higher than the refractive index of the first cladding part. It is known (see, for example, Patent Document 1).
また、ガラスの屈折率を上昇させるために、多孔質ガラス体を脱水した後、不活性ガスと四塩化珪素の混合ガスからなるガス雰囲気中で透明ガラス化(焼結)を行うことが知られている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2では、2層構造のクラッドを有する光ファイバにおいて外側のクラッドの屈折率を内側のクラッドの屈折率よりも高くする為に、外側のクラッドとなる部分を焼結する際や、フッ素添加クラッド型母材のコアを焼結する際などに四塩化珪素を用いることが記載されている。また、コア材となる多孔質ガラス体を四塩化珪素を用いて脱水することも記載されている。
In addition, in order to increase the refractive index of glass, it is known that after the porous glass body is dehydrated, transparent vitrification (sintering) is performed in a gas atmosphere composed of a mixed gas of an inert gas and silicon tetrachloride. (For example, refer to Patent Document 2). In
また、分散シフト光ファイバ用母材を製造する方法において、純石英多孔質ガラス体を、塩素ガス含有雰囲気で脱水処理し、次に四フッ化珪素のみの雰囲気ガスを流しながら加熱してフッ素添加するとともに焼結することで、フッ素添加ガラスのクラッドとなる部分のガラスパイプを作製することが知られている(例えば、特許文献3参照)。 Also, in the method of manufacturing a dispersion-shifted optical fiber preform, a pure quartz porous glass body is dehydrated in an atmosphere containing chlorine gas, and then heated while flowing an atmosphere gas containing only silicon tetrafluoride to add fluorine. In addition, it is known that a glass pipe of a portion that becomes a clad of fluorine-added glass is produced by sintering (see, for example, Patent Document 3).
フッ素を含む石英ガラスの光学クラッド部を有する構造の光ファイバを製造する際、上記のように光ファイバ用ガラス母材の製造過程でフッ素添加パイプを作製し、コアロッドを挿入後コラプスする場合があるが、そのパイプを作製する際に、多孔質ガラス体を塩素で脱水した後にフッ素を添加すると、光ファイバの伝送損失が大きくなる現象が生じることが分かってきている。この際、残留する塩素濃度が低い(例えばEPMAの検出限界以下)ことも分かってきている。 When manufacturing an optical fiber having an optical cladding part of quartz glass containing fluorine, there is a case where a fluorine-added pipe is produced in the process of manufacturing a glass preform for an optical fiber as described above, and then collapsed after inserting a core rod. However, it has been found that, when producing the pipe, if fluorine is added after the porous glass body is dehydrated with chlorine, a phenomenon that the transmission loss of the optical fiber becomes large occurs. At this time, it has also been found that the residual chlorine concentration is low (for example, below the EPMA detection limit).
上記のように、脱水及び焼結時に用いる塩素ガスの濃度を高めることで、透明ガラス化後の残留塩素濃度を高める方法が知られているが、これは屈折率を上げることを目的としており、伝送損失に着目したものではない。そして、フッ素添加パイプを作製する場合は、フッ素を添加することにより屈折率を下げているため、屈折率を上げる効果を持つ塩素ガスの濃度を高めることは困難である。
また、上記のように屈折率を上げるために四塩化珪素を用いて焼結を行うことも知られているが、その対象は、コア、2層のクラッドの外側クラッドを透明化する場合であり、フッ素を添加して屈折率を低くする内側クラッド(光学クラッド部)を対象とするものではない。
As mentioned above, by increasing the concentration of chlorine gas used during dehydration and sintering, a method of increasing the residual chlorine concentration after transparent vitrification is known, but this is intended to increase the refractive index, It does not focus on transmission loss. And when producing a fluorine addition pipe, since the refractive index is lowered by adding fluorine, it is difficult to increase the concentration of chlorine gas having the effect of increasing the refractive index.
It is also known to perform sintering using silicon tetrachloride in order to increase the refractive index as described above, but the object is to make the outer clad of the core and the two-layer clad transparent. This is not intended for the inner cladding (optical cladding) in which fluorine is added to lower the refractive index.
本発明は、コアとクラッドが石英ガラスからなり、ゲルマニウムを含まないコアとフッ素を含む光学クラッド部とを有する光ファイバについて、光学クラッド部に含まれる塩素濃度を多くして光ファイバの伝送損失を低く抑えることができる光ファイバ及び光ファイバ用ガラス母材の製造方法を提供することを目的としている。 The present invention relates to an optical fiber having a core and a clad made of quartz glass, a core not containing germanium and an optical clad part containing fluorine, and increasing the chlorine concentration contained in the optical clad part to reduce the transmission loss of the optical fiber. It aims at providing the manufacturing method of the optical fiber which can be restrained low, and the glass preform | base_material for optical fibers.
上記課題を解決することのできる本発明に係る光ファイバは、コアとクラッドからなる石英系の光ファイバであって、
前記コアはゲルマニウムを含まない石英ガラスからなり、
前記クラッドは、前記コアの外周に位置する光学クラッド部と、前記光学クラッド部の外周に位置するジャケット部を有し、
前記光学クラッド部は、フッ素を0.45質量%以上1.50質量%以下含有するとともに、塩素を平均濃度270ppm以上750ppm以下含有し、前記コアに近いほど塩素濃度が高いことを特徴とする。
なお、「ゲルマニウムを含まない石英ガラス」とは、純シリカからなる石英ガラスであり、ゲルマニウムを含まないもの(その他の元素(K,Cl,Fなど)が微量含まれていても良い)を指す。
An optical fiber according to the present invention capable of solving the above problems is a silica-based optical fiber comprising a core and a cladding,
The core is made of quartz glass not containing germanium,
The clad has an optical clad portion located on the outer circumference of the core, and a jacket portion located on the outer circumference of the optical clad portion,
The optical clad part contains 0.45 mass% or more and 1.50 mass% or less of fluorine, and contains chlorine with an average concentration of 270 ppm or more and 750 ppm or less , and the closer to the core, the higher the chlorine concentration is. .
The “quartz glass not containing germanium” refers to a quartz glass made of pure silica and does not contain germanium (other elements (K, Cl, F, etc.) may be contained in a small amount). .
本発明に係る光ファイバは、波長1550nmにおける伝送損失が、0.176dB/km以下であることが好ましい。 The optical fiber according to the present invention preferably has a transmission loss at a wavelength of 1550 nm of 0.176 dB / km or less.
本発明に係る光ファイバにおいて、前記光学クラッド部は、四塩化珪素を用いて脱水処理された石英ガラスであることが好ましい。 In the optical fiber according to the present invention, it is preferable that the optical cladding is quartz glass dehydrated using silicon tetrachloride.
上記課題を解決することのできる本発明に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法は、ゲルマニウムを含まない石英ガラスからなり光ファイバのコアとなるコア材を、中心部が穿孔されて光ファイバの光学クラッド部となるフッ素添加パイプ材の前記中心部に挿入して、前記コア材と前記フッ素添加パイプ材とを加熱一体化させ、その外周に光ファイバのジャケット部となるガラスを形成して光ファイバ用ガラス母材を製造する方法であって、
ガラス微粒子堆積体を四塩化珪素を用いて脱水処理し、その後フッ素添加ガスの雰囲気中で焼結した後、中心部を穿孔して前記フッ素添加パイプ材を形成し、
前記脱水処理は、前記ガラス微粒子堆積体の全ての部分において、脱水処理中の最高温度TAが1110℃以上であり、脱水作用が働く温度Teff以上になる時間の合計Δtが100分以上である条件を満たし、
形成した前記フッ素添加パイプ材を、フッ素を0.45質量%以上1.50質量%以下含有するとともに、塩素を平均濃度270ppm以上750ppm以下含有し、前記中心部に挿入される前記コアに近いほど塩素濃度が高いものとすることを特徴とする。
The method for manufacturing a glass preform for an optical fiber according to the present invention that can solve the above-described problem is a method of manufacturing an optical fiber by drilling a core material that is made of silica glass that does not contain germanium and is a core of an optical fiber. The core material and the fluorine-added pipe material are integrated by heating and inserted into the central portion of the fluorine-added pipe material to be an optical clad portion, and a glass to be a jacket portion of an optical fiber is formed on the outer periphery of the core. A method of manufacturing a fiber glass preform,
The glass fine particle deposit is dehydrated using silicon tetrachloride, and then sintered in an atmosphere of a fluorine-added gas, and then the center is perforated to form the fluorine-added pipe material,
The dehydration treatment in all parts of the glass particles deposit, not less than ℃ Maximum temperature T A in the dehydration process is 1110, a total of Δt time be more than the temperature T eff that acts dewatering action over 100 minutes Meet certain conditions,
The formed fluorine-added pipe material contains 0.45 mass% or more and 1.50 mass% or less of fluorine, contains chlorine with an average concentration of 270 ppm or more and 750 ppm or less , and is close to the core inserted in the center portion It is characterized by having a higher chlorine concentration .
本発明に係る光ファイバ用ガラス母材の製造方法において、前記脱水処理時の前記ガラス微粒子堆積体の嵩密度が0.19g/cm3以上0.6g/cm3以下であることが好ましい。 In the method for producing a glass preform for an optical fiber according to the present invention, it is preferable that a bulk density of the glass fine particle deposit during the dehydration treatment is 0.19 g / cm 3 or more and 0.6 g / cm 3 or less.
本発明の光ファイバは、ゲルマニウムを含まないコアとフッ素を含む光学クラッド部とを有する石英ガラスの光ファイバであり、光学クラッド部のフッ素の含有量が0.45質量%以上1.50質量%以下である。このフッ素含有量により、ゲルマニウムを含まないコアに対して必要な比屈折率差が得られる。さらに、光学クラッド部が塩素を平均濃度270ppm以上750ppm以下含有し、コアに近いほど塩素濃度を高くすることにより、伝送損失が少ない光ファイバとすることができる。
本発明の光ファイバの製造方法によれば、光ファイバの光学クラッド部となるフッ素添加パイプ材を作製する際の脱水処理を、四塩化珪素を用いるとともに最高温度TAが1110℃以上、脱水作用を100分以上働かせる条件とすることで、フッ素添加パイプ材を、フッ素が0.45質量%以上1.50質量%以下含有するとともに、塩素が平均濃度270ppm以上750ppm以下含有し、中心部に挿入されるコアに近いほど塩素濃度が高いものにできる。これにより、ゲルマニウムを含まないコアとフッ素を含む光学クラッド部とを有する構造で、伝送損失が少ない光ファイバを得ることができる。
The optical fiber of the present invention is a quartz glass optical fiber having a core not containing germanium and an optical cladding portion containing fluorine, and the fluorine content of the optical cladding portion is 0.45 mass% or more and 1.50 mass%. It is as follows. This fluorine content provides the necessary relative refractive index difference for the core that does not contain germanium. Furthermore, the optical clad part contains chlorine in an average concentration of 270 ppm or more and 750 ppm or less , and the closer to the core, the higher the chlorine concentration, so that an optical fiber with less transmission loss can be obtained.
According to the manufacturing method for the optical fiber of the present invention, the dehydration process of making the fluoridation pipe material as the optical cladding of the optical fiber, the four highest temperature T A with using the silicon chloride is 1110 ° C. or more, dewatering action the by a condition to work more than 100 minutes, the addition of fluorine pipe, with fluorine containing less 1.50 mass% to 0.45 mass%, chlorine containing less 750 ppm or higher the average concentration 270 ppm, in the heart The closer to the inserted core, the higher the chlorine concentration . As a result, an optical fiber having a transmission loss with a structure having a core not containing germanium and an optical cladding part containing fluorine can be obtained.
以下、本発明に係る光ファイバの実施形態の例について、図面を参照しつつ説明する。
図1は本実施形態の光ファイバを光軸に垂直な面で切断したときの断面図であり、図2は図1の光ファイバの屈折率分布を示す模式図である。
Hereinafter, an example of an embodiment of an optical fiber according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of the optical fiber of the present embodiment cut along a plane perpendicular to the optical axis, and FIG. 2 is a schematic diagram showing a refractive index distribution of the optical fiber of FIG.
図1に示すように、光ファイバ1は、中心にコア2を有し、その外周にクラッド5を有する。クラッド5は、コア2の外周に位置する光学クラッド部3と、光学クラッド部3の外周に位置するジャケット部4を有する。コア2はゲルマニウムを含まない石英ガラスであり、実質的に純石英であるが、製造の過程で塩素等が微量だけ含まれていてもよい。
As shown in FIG. 1, the optical fiber 1 has a
図2に示すように、光ファイバ1において中心のコア2が最も屈折率が高く、その周囲のクラッド5は、コア2に対する比屈折率差Δnだけ屈折率が低い。
また、具体的な各部の大きさの一例としては、コア2の直径d1が9.6μm、光学クラッド部3の直径d2が48μm、ジャケット部4の直径d3が125μmである。コア2の直径や屈折率分布の形状を適宜設定することにより、光ファイバ1をシングルモードファイバとしたり、マルチモードファイバとすることができる。また、コア2を屈折率の異なる複数層から形成してもよい。
As shown in FIG. 2, in the optical fiber 1, the
As specific examples of the size of each part, the diameter d1 of the
光学クラッド部3は、クラッド5のうち、コア2に近い領域であり、光ファイバ1の光伝送特性に大きく関わる部分である。本実施形態の光学クラッド部3は、フッ素を0.45質量%以上1.50質量%以下含有するとともに、塩素を平均濃度270ppm以上2000ppm以下含有する石英ガラスからなる。光学クラッド部3はフッ素が添加されることでコア2に対して屈折率が小さくなるように調節されている。光学クラッド部3のフッ素含有量を0.45質量%以上1.50質量%以下とすることにより、コア2に対する比屈折率差Δnが0.15%〜0.50%とされている。例えば、光学クラッド部3のコア2に対する比屈折率差Δnは0.4%である。
The
光学クラッド部3は、平均して塩素を270ppm以上含有する。これにより、光ファイバ1の伝送損失を小さくすることができる。例えば、光学クラッド部3の平均塩素濃度が270ppm以上であると、波長1550nmにおける光ファイバ1の伝送損失が0.176dB/km以下となる。また、光学クラッド部3の平均塩素濃度が2000ppmを超えると、塩素を含有することによる屈折率の上昇が無視できなくなり、その分だけフッ素含有量も増やす必要が生じる。
The
また、光学クラッド部3においてコア2に近いほど塩素濃度が高くなっていてもよい。例えば、光学クラッド部3におけるコア2との境界から波長1550nmのMFD(モードフィールド径)の二倍の直径までの部分では、平均塩素濃度が300ppm以上3000ppm以下の範囲内となっていてもよい。通常のシングルモード光ファイバのMFDは10μm程度であるので、直径20μm程度の範囲がこれに相当する。
Further, the closer to the
この光学クラッド部3は、ガラス微粒子堆積体を四塩化珪素を用いて脱水処理し、その後、フッ素を添加して焼結することにより、塩素とフッ素をそれぞれ上記の通り含有する石英ガラスとされている。
The
ジャケット部4は、光学クラッド部3と同じ屈折率を有することが好ましく、光学クラッド部3と同程度のフッ素を含有する石英ガラスであるとよい。但し、ジャケット部4は光学クラッド部3と比較して光ファイバ1の光伝送特性に与える影響が小さいので、光学クラッド部3と異なる屈折率であってもよい。
The jacket part 4 preferably has the same refractive index as that of the
次に、このような光ファイバ1が線引きされる光ファイバ母材を製造する方法について説明する。
まず、光ファイバ1のコア2となるコア材を用意する。コア材は、ゲルマニウムを含まない石英ガラスからなる。コア材を作製するには、例えばVAD法により純シリカのガラス微粒子堆積体を作製し、それを塩素雰囲気で脱水及び焼結し、透明化した後、所望の外径となるように延伸する。
Next, a method for manufacturing an optical fiber preform on which such an optical fiber 1 is drawn will be described.
First, a core material to be the
また、光ファイバ1の光学クラッド部3となるフッ素添加パイプ材を用意する。フッ素添加パイプ材を作製するには、まず、例えばVAD法により純シリカのガラス微粒子堆積体を作製する。VAD法では、反応容器内に吊り下げた出発棒に対してガラス微粒子生成用バーナによりガラス微粒子を堆積させる。例えば、ガラス微粒子の堆積面を検出しながら、堆積面の位置が一定になるように出発棒を引き上げていくことで、出発棒の軸方向にガラス微粒子堆積体を成長させることができる。
In addition, a fluorine-added pipe material that becomes the
このようにして作製したガラス微粒子堆積体を、図3に示すように加熱炉17内で脱水処理する。この脱水処理では、ガラス微粒子堆積体16を収容する加熱炉17内を四塩化珪素(SiCl4)のガスと不活性ガス(ヘリウム等)の雰囲気として、ガラス微粒子堆積体16の全体を加熱する。
The glass fine particle deposit thus produced is dehydrated in the
加熱炉17の形態として、長手方向の一部にヒータによる加熱領域を有する場合と、図3のように加熱炉内全体をヒータ18と炉心管19により略均一温度で加熱する均熱炉の場合がある。一部に加熱領域を有する加熱炉を用いる場合では、加熱炉内のヒータ近傍の加熱領域に対して、ガラス微粒子堆積体16を軸方向に移動させながらガラス微粒子堆積体16の全体を加熱する。図3のように均熱炉を用いる場合では、炉内に収容したガラス微粒子堆積体16を移動させずに加熱する。なお、図3の加熱炉17では、炉心管19の内側にガラス微粒子堆積体16を収容して加熱するが、その加熱空間には供給管20を通して雰囲気ガスを導入しつつ、排気管21を通して適宜雰囲気ガスを排気する。
As a form of the
例えば、長手方向の一部に加熱領域を有する加熱炉を用いて、ガラス微粒子堆積体16を加熱炉の加熱領域に対して上から下へ軸方向に移動させて、ガラス微粒子堆積体16の下端から上端まで順に加熱する場合、ガラス微粒子堆積体16の任意の箇所A(図3参照)における脱水処理中の温度変化を模式的に表すと、図4のグラフに示すようになる。グラフの縦軸に示す温度TAは、脱水処理中の最高温度を示し、グラフの縦軸に示す温度Teffは、脱水作用が働く下限温度を示し、温度Teff以上の時間領域Δtで脱水が行われることを示す。温度Teffは、例えば1000℃である。この図4の例では、ガラス微粒子堆積体16の上から下への移動に伴って任意の箇所Aが加熱領域に入って温度Teff以上に加熱され、最高温度TAに達した後、加熱領域から外れて温度Teff以下に下がっていく。温度Teff以上になる時間はΔtである。
For example, by using a heating furnace having a heating region in a part of the longitudinal direction, the
また、ガラス微粒子堆積体16を加熱炉の加熱領域に対して上から下及び下から上へ軸方向に往復移動させて、ガラス微粒子堆積体16の下端から上端まで及び上端から下端まで順に加熱する場合、ガラス微粒子堆積体16の任意の箇所A(図3参照)における脱水処理中の温度変化を模式的に表すと、図5のグラフに示すようになる。この図5の例では、ガラス微粒子堆積体16の上から下への移動に伴って任意の箇所Aが加熱領域に入って温度Teff以上に加熱され、最高温度TAに達した後、加熱領域から外れて温度Teff以下に下がっていく。このときに温度Teff以上となる時間はΔt1である。そして、ガラス微粒子堆積体16の上端が加熱領域で加熱された後、ガラス微粒子堆積体16の移動方向が反転して、ガラス微粒子堆積体16の下から上への移動に伴って任意の箇所Aが再度加熱領域に入って温度Teff以上に加熱され、最高温度TAに達した後、加熱領域から外れて温度Teff以下に下がっていく。このときに温度Teff以上となる時間はΔt2である。すなわち、この例で温度Teff以上になる合計時間Δt=Δt1+Δt2である。
Further, the
また、ガラス微粒子堆積体16を均熱炉内に収容して、ガラス微粒子堆積体16の全体を同時に加熱する場合、ガラス微粒子堆積体16の任意の箇所A(図3参照)における脱水処理中の温度変化を模式的に表すと、図6のグラフに示すようになる。この図6の例では、均熱炉内の温度の上昇に伴って任意の箇所Aの温度が上昇して温度Teff以上に加熱され、最高温度TAに達する。そのまま最高温度TAが維持されて、脱水が終了する。温度Teff以上になる時間はΔtである。なお、均熱炉での脱水処理では、脱水終了時に四塩化珪素ガスの供給を停止するため、温度がTeff以上であっても、これ以降は脱水反応が進まない。
Further, when the glass
図4から図6に示した何れの例においても、四塩化珪素による脱水作用を十分に働かせるために、脱水処理中の最高温度TAを1110℃以上として、脱水作用が働く温度Teff以上になる時間の合計Δtを100分以上となるようにする。脱水作用が強い方が、塩素を多く残留させることができる。ガラス微粒子堆積体16を脱水した後、ガラス微粒子堆積体16をフッ素ガス(例えばSiF4)雰囲気で加熱してフッ素を添加するとともに焼結して透明化するが、このような脱水条件を満たすことにより、フッ素を添加した透明ガラス体の平均塩素濃度を270ppm以上にすることができる。なお、脱水後のガラス微粒子堆積体16を、フッ素を添加して焼結する際には、例えば濃度5%程度のSiF4をHeと混合させて流しながら1500℃に加熱してフッ素を添加し、同じ雰囲気のまま1600℃に加熱する。これにより、フッ素を0.45質量%以上1.50質量%以下含有させることができる。
In either example shown in FIGS. 4 to 6, in order to exert a dewatering effect of silicon tetrachloride enough, as 1110 ° C. or higher the maximum temperature T A in the dehydration process, above the temperature T eff that acts dewatering action The total time Δt is set to be 100 minutes or more. A stronger dehydrating action can leave more chlorine. After dehydrating the
また、脱水処理時のガラス微粒子堆積体16の嵩密度は、0.19g/cm3以上0.6g/cm3以下であるとよい。嵩密度が0.19g/cm3より小さいと、ガラス微粒子が柔らかいため脱水処理時等にガラス微粒子堆積体16が割れやすくなり、逆に嵩密度が0.6g/cm3より大きいと、ガラス微粒子が堅く脱水材や添加剤が浸透しにくくなるため、脱水がされにくくなり、また、フッ素を添加しにくくなる。
Further, the bulk density of the
このようにして塩素とフッ素を含有させた透明ガラス体の、中心軸の部分を穿孔して、フッ素添加パイプ材とする。このフッ素添加パイプ材は、フッ素を0.45質量%以上1.50質量%以下含有するとともに、塩素を平均濃度270ppm以上2000ppm以下含有する石英ガラスからなる。 Thus, the central axis part of the transparent glass body containing chlorine and fluorine is perforated to obtain a fluorine-added pipe material. The fluorine-added pipe material is made of quartz glass containing 0.45 mass% or more and 1.50 mass% or less of fluorine and chlorine with an average concentration of 270 ppm or more and 2000 ppm or less.
図7に示すように、このフッ素添加パイプ材13の中心部の孔14に、コア材12を挿入する。その状態で、フッ素添加パイプ材13を加熱してロッドインコラプスによりコア材12とフッ素添加パイプ材13とを一体化する。これにより、光ファイバ1のコア2となる部分と光ファイバ1の光学クラッド部3となる部分を有する光ファイバ母材の中間体が形成される。
As shown in FIG. 7, the
そして、この中間体の外周に、光ファイバ1のジャケット部4となる部分のガラスを形成する。例えば、OVD法により純シリカのガラス微粒子を中間体の外周に堆積させ、径方向に堆積体を成長させる。それを加熱炉内で加熱し、脱水処理を行う。脱水処理では、加熱炉内を塩素を含むガス(塩素ガス、四塩化珪素ガス等)と不活性ガスの雰囲気とする。その後、フッ素ガス(例えばSiF4)雰囲気で加熱してフッ素を添加するとともに焼結して透明化する。これにより、光ファイバ1のジャケット部4となるガラスが形成され、光ファイバ1のコア2となる部分、光学クラッド部3となる部分、ジャケット部4となる部分を有する光ファイバ用ガラス母材が得られる。
And the glass of the part used as the jacket part 4 of the optical fiber 1 is formed in the outer periphery of this intermediate body. For example, glass particles of pure silica are deposited on the outer periphery of the intermediate by the OVD method, and the deposit is grown in the radial direction. It is heated in a heating furnace and dehydrated. In the dehydration treatment, the inside of the heating furnace is made an atmosphere of chlorine-containing gas (chlorine gas, silicon tetrachloride gas, etc.) and an inert gas. Thereafter, the transparent and sintered together with fluorine gas (e.g., SiF 4) is heated in an atmosphere adding fluorine. Thereby, the glass used as the jacket part 4 of the optical fiber 1 is formed, and the glass base material for the optical fiber having the part that becomes the
そして、このようにして製造した光ファイバ用ガラス母材を、線引き装置によって線引きすることにより、ゲルマニウムを含まないコア2とフッ素を含む光学クラッド部3とを有する構造で、伝送損失が少ない上記の光ファイバ1を得ることができる。なお、このようにフッ素を含む光学クラッド部3に、ある程度の濃度で塩素が残留することにより伝送損失が低減されるメカニズムの詳細は不明ではあるが、塩素原子が、コアへの残留応力を緩和しているのではないか、とも推定される。
The optical fiber glass preform manufactured in this manner is drawn by a drawing apparatus, thereby having a structure having a
(光学クラッド部の塩素濃度と伝送損失について)
図1に示した光学クラッド部3に含まれる塩素の濃度と、光ファイバ1の伝送損失の関係を調べた。
光学クラッド部3はフッ素を0.45質量%以上1.50質量%以下含有する石英ガラスとして、塩素の平均残留濃度が異なる複数のサンプルを用意した。各サンプルで波長1550nmにおける光ファイバ1の伝送損失を調べ、伝送損失の良好率を算出した。その結果を図8に示す。なお、伝送損失の良好率は、波長1550nmにおける光ファイバ1の伝送損失が0.176dB/km以下である場合を良好として、良好率=(良好長/評価長)×100(%)と算出した。
(About chlorine concentration and transmission loss of optical cladding)
The relationship between the concentration of chlorine contained in the
The optical
図8に示すように、塩素の平均残留濃度が200ppmまでは良好率がほぼ0%であり、270ppm前後で良好率が急激に変化し、270ppm以上では良好率が50%を越えてほぼ100%となることが判る。つまり、光学クラッド部3の平均塩素濃度が270ppm以上であると、波長1550nmにおける光ファイバ1の伝送損失が0.176dB/km以下となることが判る。
As shown in FIG. 8, the good rate is almost 0% up to an average residual concentration of chlorine up to 200 ppm, the good rate changes abruptly around 270 ppm, and the good rate exceeds 50% and is almost 100% above 270 ppm. It turns out that it becomes. That is, it can be seen that the transmission loss of the optical fiber 1 at a wavelength of 1550 nm is 0.176 dB / km or less when the average chlorine concentration of the
(光学クラッド部となるガラス微粒子堆積体の脱水条件について)
図3に示したガラス微粒子堆積体16の脱水処理を行う際の最高温度TAと脱水作用が働く温度Teff以上になる時間の合計Δtを変更し、残留塩素濃度及び伝送損失との関係について調べた。
ガラス微粒子堆積体16の直径は100mm、ガラス微粒子堆積体16の長さは750mmとし、ヒータ長400mmの加熱炉を用いて、ガラス微粒子堆積体16を軸方向に移動させながら全体を加熱して、脱水処理を行った。脱水処理には四塩化珪素を用い、1.0リットル/分の流量で加熱炉内に供給した。脱水処理後、濃度5%程度のSiF4をHeと混合させて流しながらフッ素を添加して焼結し、透明化させた。その透明ガラス体の残留塩素濃度を測定した。また、それを用いて光ファイバ用ガラス母材を作製し、線引きして光ファイバを作製して波長1550nmの伝送損失を測定した。これらの結果を表1に示す。なお、最高温度TAはガラス微粒子堆積体16の異なる測定点における最小の値を代表値として扱った。また、比較例4においては、脱水処理に四塩化珪素を用いず、塩素を2.0リットル/分の流量で加熱炉内に供給した。加熱炉温度は何れも1200℃であり、脱水作用が働く温度Teffは1000℃である。
(Dehydration conditions of the glass particulate deposit that will be the optical cladding)
Change the total Δt maximum temperature T A and dewatering action is above the temperature T eff acting time for performing the dehydration treatment of the soot
The diameter of the glass
比較例1,2と実施例1では、加熱炉に対してガラス微粒子堆積体を一方方向にトラバースさせて脱水処理を行った。
比較例1は、トラバース速度が最も速く(30mm/分)、最高温度TAが1020℃であり、温度Teff以上になる時間Δtは30分だけであった。その結果、残留塩素濃度は140ppmと少なく、伝送損失の良好率は0%であった。
比較例2は、トラバース速度を20mm/分とし、最高温度TAが1120℃となった。温度Teff以上になる時間Δtは60分となったが、残留塩素濃度は240ppmであり、伝送損失の良好率は5%であった。
実施例3は、トラバース速度を10mm/分とし、最高温度TAが1180℃となった。温度Teff以上になる時間Δtは110分と長くなった。その結果、残留塩素濃度は350ppmまで増加し、伝送損失の良好率は100%であった。
In Comparative Examples 1 and 2 and Example 1, the glass fine particle deposit was traversed in one direction with respect to the heating furnace to perform dehydration.
Comparative Example 1, the traverse speed is fastest (30 mm / min), the highest temperature T A is 1020 ° C., the time Δt to be above the temperature T eff was only 30 minutes. As a result, the residual chlorine concentration was as low as 140 ppm, and the good rate of transmission loss was 0%.
Comparative Example 2, to the
Example 3, to the traverse speed 10 mm / min, the maximum temperature T A became 1180 ° C.. The time Δt at which the temperature T eff is exceeded is as long as 110 minutes. As a result, the residual chlorine concentration increased to 350 ppm, and the good rate of transmission loss was 100%.
実施例2,3と比較例3では、加熱炉に対してガラス微粒子堆積体を往復でトラバースさせて脱水処理を行った。
比較例3は、トラバース速度が最も速く(30mm/分)、最高温度TAが1020℃であり、温度Teff以上になる時間Δtは60分であった。時間Δtは比較例1より長くなったが、残留塩素濃度は170ppmと少なく、伝送損失の良好率は0%であった。
実施例2は、トラバース速度を20mm/分とし、最高温度TAが1120℃となった。温度Teff以上になる時間Δtは120分であった。時間Δtは比較例2より長くなって、残留塩素濃度は300ppmとなり、伝送損失の良好率は92%であった。
実施例3は、トラバース速度を10mm/分とし、最高温度TAが1180℃となった。温度Teff以上になる時間Δtは220分であった。その結果、残留塩素濃度は420ppmまで増加し、伝送損失の良好率は100%であった。
In Examples 2 and 3 and Comparative Example 3, dehydration was performed by reciprocating the glass fine particle deposit in a reciprocating manner with respect to the heating furnace.
Comparative Example 3, the traverse speed is fastest (30 mm / min), the highest temperature T A is 1020 ° C., the time Δt to be above the temperature T eff was 60 minutes. Although the time Δt was longer than that of Comparative Example 1, the residual chlorine concentration was as low as 170 ppm, and the good rate of transmission loss was 0%.
Example 2, to the
Example 3, to the traverse speed 10 mm / min, the maximum temperature T A became 1180 ° C.. The time Δt at which the temperature T eff was exceeded was 220 minutes. As a result, the residual chlorine concentration increased to 420 ppm, and the good rate of transmission loss was 100%.
塩素ガスを用いた比較例4では、他の条件を良好率は100%であった実施例1と同じにして脱水処理を行った。その結果、残留塩素濃度は140ppmと少なく、伝送損失の良好率は0%であった。 In Comparative Example 4 using chlorine gas, the dehydration treatment was performed under the same conditions as in Example 1 in which the good rate was 100%. As a result, the residual chlorine concentration was as low as 140 ppm, and the good rate of transmission loss was 0%.
このように、四塩化珪素を用いて脱水し、そのときの最高温度TAが1180℃、温度Teff以上になる時間Δtが110分以上である実施例1及び実施例3は、残留塩素濃度が高くなって伝送損失の良好率を100%にできることが判った。 Thus, dried over silicon tetrachloride, the maximum temperature T A is 1180 ° C., the temperature T eff above becomes time Δt is equal to or more than 110 minutes Example 1 and Example 3, the residual chlorine concentration at that time It became clear that the good rate of transmission loss could be made 100%.
また、上記実施例1〜3及び比較例1〜4ではガラス微粒子堆積体の直径は100mmであったが、これを150mmとして、他の条件を実施例3と同じとして脱水処理を行った。その結果を表2に示す。 Further, in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4, the glass fine particle deposit had a diameter of 100 mm, but this was set to 150 mm, and the dehydration treatment was performed under the same conditions as in Example 3. The results are shown in Table 2.
このように、上記の実施例3と比較して、ガラス微粒子堆積体の直径が大きい実施例4は、最高温度TAが低くなり、温度Teff以上になる時間Δtが短くなっており、そのために残留塩素濃度及び伝送損失の良好率が下がった。ガラス微粒子堆積体の直径が大きくなるほど、加熱炉の温度を上げるか、トラバース速度を遅くするなどして、最高温度TA、温度Teff以上になる時間Δtが下がらないように維持する必要があることがわかる。 Thus, compared with Example 3 above, the diameter of the glass particle deposited body is larger in Example 4, the maximum temperature T A is low, the time Δt to be above the temperature T eff has become shorter, because the As a result, the residual chlorine concentration and the good rate of transmission loss decreased. As the diameter of the glass particulate deposit increases, it is necessary to maintain the temperature Δt above the maximum temperature T A and the temperature T eff so as not to decrease by increasing the temperature of the heating furnace or slowing the traverse speed. I understand that.
1:光ファイバ、2:コア、3:光学クラッド部、4:ジャケット部、5:クラッド、12:コア材、13:フッ素添加パイプ材、16:ガラス微粒子堆積体 1: optical fiber, 2: core, 3: optical clad part, 4: jacket part, 5: clad, 12: core material, 13: fluorine-added pipe material, 16: glass fine particle deposit
Claims (2)
ガラス微粒子堆積体を四塩化珪素を用いて脱水処理し、その後フッ素添加ガスの雰囲気中で焼結した後、中心部を穿孔して前記フッ素添加パイプ材を形成し、
前記脱水処理は、前記ガラス微粒子堆積体の全ての部分において、脱水処理中の最高温度TAが1110℃以上であり、脱水作用が働く温度Teff以上になる時間の合計Δtが100分以上である条件を満たし、
形成した前記フッ素添加パイプ材を、フッ素を0.45質量%以上1.50質量%以下含有するとともに、塩素を平均濃度270ppm以上750ppm以下含有し、前記中心部に挿入される前記コアに近いほど塩素濃度が高いものとすることを特徴とする光ファイバ用ガラス母材の製造方法。 A core material made of quartz glass not containing germanium and serving as a core of an optical fiber is inserted into the central portion of a fluorine-added pipe material in which a central portion is perforated to be an optical cladding portion of the optical fiber, and the core material and the core A method of manufacturing a glass preform for an optical fiber by heating and integrating the fluorine-added pipe material and forming a glass serving as a jacket portion of the optical fiber on its outer periphery,
The glass fine particle deposit is dehydrated using silicon tetrachloride, and then sintered in an atmosphere of a fluorine-added gas, and then the center is perforated to form the fluorine-added pipe material,
The dehydration treatment in all parts of the glass particles deposit, not less than ℃ Maximum temperature T A in the dehydration process is 1110, a total of Δt time be more than the temperature T eff that acts dewatering action over 100 minutes Meet certain conditions,
The formed fluorine-added pipe material contains 0.45 mass% or more and 1.50 mass% or less of fluorine, contains chlorine in an average concentration of 270 ppm or more and 750 ppm or less, and is closer to the core inserted in the central portion. A method for producing a glass preform for an optical fiber, wherein the chlorine concentration is high.
2. The method for producing a glass preform for an optical fiber according to claim 1, wherein a bulk density of the glass particulate deposit during the dehydration treatment is 0.19 g / cm 3 or more and 0.6 g / cm 3 or less. .
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