JPH10316445A

JPH10316445A - 光ファイバの使用前の処理方法

Info

Publication number: JPH10316445A
Application number: JP12728697A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiko Saito; 達彦齋藤; Akira Urano; 章浦野; Tsunehisa Kyodo; 倫久京藤; Masaharu Mogi; 昌春茂木; Sukehiko Shishido; 資彦宍戸
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 1998-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】耐電磁波特性の向上した光ファイバを提供す
る。【解決手段】コア中を伝播する光を含め電磁波の被爆を
受ける環境下で使用する光ファイバの使用前の処理方法
であって、予め使用環境下で受ける電磁波の強度を求め
ておき、前記光ファイバに前記強度より大きな強度の前
処理用の電磁波を照射し、その後水素ガスからなる雰囲
気に浸漬する。電磁波をエネルギーに換算した総量を求
めておき、これより大きなエネルギー換算総量となるよ
うに前処理用の電磁波を照射してもよい。電磁波として
はγ線、Ｘ線、レーザー光等を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光ファイバの処理方
法に関し、特にコアを伝播する光を含む電磁波照射環境
下での光を伝送する光ファイバにおいて、初期透過特性
に優れ、かつ伝送損失の増加を抑えることができる、光
ファイバの使用前の処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバは低損失、軽量、細径、無誘
導といった利点から、通信、画像伝送、エネルギ伝送等
各種分野において近時その使用が増大している。その一
つとして例えば原子力関連分野、医療分野、微細加工分
野等の電磁波の被爆環境下での利用があり、石英ガラス
（ＳｉＯ₂）を主成分とする光ファイバが最も好適であ
るとされているが、電磁波照射環境下では石英ガラス系
ファイバであってもガラスが劣化して伝送損失増加が起
きるという問題があり、耐電磁波被爆性向上に関し種々
の報告がある。

【０００３】例えば、石英系ガラスの紫外線照射劣化を
低減する技術として、特開平５−１４７９６６号公報
（文献という）には、純粋石英コア中のＯＨ基含有量
を１０〜１０００ｐｐｍ、Ｆ（フッ素）含有量を５０〜
５０００ｐｐｍ、Ｃｌ（塩素）含有量を実質的に零に調
節することにより、紫外線に対する初期透過特性に優
れ、且つ特定量のフッ素含有により紫外線照射劣化を低
減した光ファイバを得ることが提案されている。

【０００４】また、紫外線照射劣化の改善を直接対象と
したものではないが、可視光、近赤外光伝送用ファイバ
の耐放射線特性の改善に関する技術がいくつか知られて
いる。例えば特開昭６０−９０８５３号公報（文献と
いう）には、ガラススート成形体、透明ガラス母材、ガ
ラス成形体（光ファイバ）のいずれかを水素雰囲気で処
理し、ガラス中の欠陥を解消させて光ファイバの耐放射
線性を向上する処理方法が提案されている。

【０００５】これに対し、東門，長沢等、「水素処理と
γ線照射による光ファイバの耐放射線性の改善」、昭和
60年度電子通信学会半導体・材料部門全国大会講演論文
集、分冊１、第１−２１３頁、（社）電子通信学会発
行、1985年（文献という）には、純粋石英コア光ファ
イバのγ線照射による波長６３０ｎｍ（可視光）におけ
る光吸収増加を抑制する方法として、第１工程として光
ファイバに水素処理を施した後、第２工程としてγ線を
照射することにより、ガラス中の欠陥のシード（プリカ
ーサー）を２ｅＶ帯の原因となる欠陥に変化させ、前工
程においてファイバ中に予め拡散させておいた水素と該
欠陥とを化学結合させることにより可視光域での耐放射
線性を改善することが報告されている。

【０００６】米国特許明細書第５５７４８２０号( 文献
という) には、可視光を伝送するイメージファイバと
して純粋石英コアファイバを放射線環境で使用する際
の、可視光領域での損失増加を低減する手段として、純
粋石英コアファイバに、予め１０⁵Ｇｙ以上の大線量の
放射線を照射することにより、その後放射線を照射して
も波長４００〜７００ｎｍの可視光線領域での損失増加
が３０dB／kmを超えない光ファイバ及びその製法が提案
されている。

【０００７】さらに特開平５−２８８９４２号公報（文
献という）には、文献と同様に可視光を伝送するイ
メージファイバの耐放射線性を向上する方法として、溶
融紡糸したイメージファイバに１０⁷〜１０⁹レントゲ
ン（１０⁵〜１０⁷Ｇｙ）という大線量のγ線を照射し
た後、水素雰囲気で加熱することが提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記文献の方法によ
れば紫外線の初期透過特性に優れた光ファイバとなる
が、この方法で紫外線透過特性を改善するには限界があ
り、紫外線照射劣化に対してはあまり大きな効果は見ら
れない。また逆に、紫外吸収端に由来する吸収を増加し
てしまう場合もあり、最適な添加量の調整はかなり困難
であった。一方、可視光、近赤外光の伝送における耐放
射線特性改善に関する文献〜には、例えば紫外線に
よる照射劣化には有効でなかったり、光伝送用ファイバ
に適用すると光ファイバ被覆を劣化させてしまうため実
用が困難なものがあった。

【０００９】このような現状に鑑み、本発明は電磁波被
爆環境で用いる光ファイバを使用前に処理することによ
り、初期透過特性に優れるとともに、長時間使用によっ
ても伝送損失増加のない優れた耐電磁波被爆性の光ファ
イバとすることのできる光ファイバの使用前の処理方法
を課題とする。さらに本発明は、光ファイバに適用した
場合にガラスファイバのみならずその被覆についても電
磁波照射による劣化がない光ファイバの使用前の処理方
法を課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する手段
として本発明は、（1)コア中を伝播する光を含め電磁波
の被爆を受ける環境下で使用する光ファイバの使用前の
処理方法であって、予め使用環境下で受ける電磁波の強
度を求めておき、前記光ファイバに前記強度より大きな
強度の前処理用の電磁波を照射し、その後水素ガスから
なる雰囲気に浸漬することを特徴とする前記処理方法、
(2) コア中を伝播する光を含め電磁波の被爆を受ける環
境下で使用する光ファイバの使用前の処理方法であっ
て、予め使用環境下で受ける電磁波をエネルギーに換算
した総量を求めておき、前記光ファイバに前記総量より
大きなエネルギー換算総量となるように前処理用の電磁
波を照射し、その後水素ガスからなる雰囲気に浸漬する
ことを特徴とする上記（1)記載の処理方法、(3) 前記前
処理用の電磁波としてγ線を用いることを特徴とする上
記(1) 又は(2) 記載の処理方法、(4) 前記前処理用の電
磁波としてＸ線を用いることを特徴とする請求項１又は
請求項２記載の処理方法。(5) 前記前処理用の電磁波と
して波長４００ｎｍ以下のレーザー光を用いることを特
徴とする上記(1) 又は(2) 記載の処理方法、及び(6) 前
記処理用の電磁波を線量１０〜１０⁴Ｇｙの範囲内で照
射することを特徴とする上記(3) 又は(4) 記載の処理方
法、を提供する。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は、まず光ファイバに前処
理の電磁波を照射して、後に水素処理を行なうが、前処
理の電磁波照射条件を、後の照射環境で受ける電磁波強
度より大きい強度〔Ｗ／ｍ²〕とすることを特徴とす
る。更に、後の照射環境で受ける電磁波のエネルギー総
量〔Ｊ／ｍ²〕よりも大きなエネルギー総量となるよう
にすることが好ましい。これによりその後の電磁波照射
環境下ではもはや劣化しない光ファイバとする。

【００１２】このような処理により、使用環境での電磁
波照射による照射劣化が発生しない理由については、目
下検討中であるが、本発明者らの考察によれば、損失増
加の原因となるのは、図１に模式的に示すＥ′センター
等のようなガラス欠陥である。このガラス欠陥は最初か
ら存在するものと、エネルギーの高い電磁波の照射によ
り切れやすい結合が切れてできるものとの、２種類があ
る。水素処理をすると、このような欠陥には水素原子が
結合して損失増加を防いでくれる。初期状態〔図１の
(a) 〕のものに従来法のように最初から水素処理をした
場合、水素処理直後には図１の(d) に示すように欠陥が
なくなるが、その後の電磁波の被爆により切れやすい
結合が切断されて新たに欠陥が発生し〔図１の(e) 〕、
損失が増加する。これに対して、本発明のように後の使
用環境下での被爆量以上の電磁波に被爆させて切れやす
い結合を切断した〔図１の(b) 〕後に水素処理を行う
と、図１の(c) に示すように潜在的に欠陥になりやすい
結合も水素原子で置換されるので、その後の電磁波の被
爆（例えば使用中に照射される電磁波等）によっても新
たな欠陥は発生しなくなると考えられる。

【００１３】本発明の方法を具体的に説明する。まず、
本発明において電磁波被爆環境とは、紫外光、真空紫外
光、Ｘ線、γ線等を被爆する環境を意味し、紫外光、真
空紫外光に関してはこれらがコア中を伝送される場合も
本発明の電磁波被爆環境に含まれる。本発明の光ファイ
バが伝送する電磁波は特に限定されるところはなく、赤
外光、近赤外光、可視光、紫外光、真空紫外光までが含
まれる。

【００１４】本発明の方法が対象とする光ファイバと
は、石英ガラス製の光ファイバをいう。本発明の工程に
付す前の原料としての石英ガラス材料自体の製法につい
ては特に限定されるところはない。なお、本発明におい
て高純度石英ガラスとは、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉなどの遷移
金属やアルカリ、アルカリ土類金属などの不純物を含ま
ない石英ガラスをを意味し、上記のいずれの元素もＰＰ
Ｂオーダー以下である必要がある。具体的な材料として
は、石英（ＳｉＯ₂）を主成分とし、特に紫外線が透過
する領域はＯＨ基を１００ｐｐｍ以上、２０００ｐｐｍ
以下含むものが好ましい。ＯＨ基含有量２０００ｐｐｍ
とは、スート法、直接法等の一般的な石英ガラスの製造
方法でガラスに添加することのできるＯＨ基濃度のほぼ
上限値である。さらに、フッ素（Ｆ）を１重量％程度含
むと良い場合もある。Ｆ以外の屈折率を変化させるドー
パントは含まない。また、コアにはＣｌは１ｐｐｍ以上
は含まないことが特に好ましい。一方、光ファイバのク
ラッドのように紫外線が透過しない領域の材料は前述の
限りではなく、屈折率を低下させるドーパントが添加さ
れていてもよい。光ファイバとしてはモノコア、マルチ
コア、シングルモード、マルチモードのいずれでもよ
く、さらにはバンドルファイバであってもよい。

【００１５】光ファイバにまず前処理の電磁波照射を施
すが、本発明の前処理の電磁波としては３．５ｅＶ〜
１．３３ＭｅＶの量子エネルギーを有する電磁波が挙げ
られ、上限値はγ線源として工業的に広く利用されてい
る⁶⁰Ｃｏのγ線エネルギーの値に等しく、実用的に決め
た値である。また３．５ｅＶ未満の電磁波では効果を得
るために多大な時間を要するため実用的ではない。本発
明の電磁波としては、紫外線（４００〜１６０ｎｍ）及
び真空紫外線（１６０未満〜１ｎｍ）例えばエキシマレ
ーザ等のレーザー光、Ｘ線（数十〜０．０１ｎｍ）又は
γ線（０．０１ｎｍ以下）等を用いる。

【００１６】本発明の特徴は、後の使用環境で照射され
る電磁波の強度Ａ₁を求めておき、前処理の電磁波の強
度をＡ₀とするとき、Ａ₀＞Ａ₁となるように前処理照
射し、その後に水素処理することにある。また、本発明
においては、後の使用環境で照射される電磁波のエネル
ギー換算総量Ｅ₁を求めておき、前処理の電磁波のエネ
ルギー換算総量をＥ₀とするとき、Ｅ₀＞Ｅ₁となるよ
うに前処理の電磁波照射することが特に好ましい。な
お、上記強度、総量の単位は、レーザ光に関しては強度
として〔Ｗ／ｍ²〕、総量として〔Ｊ／ｍ²〕を用い、
γ線及びＸ線に関しては強度として吸収線量率〔Ｇｙ／
ｓ〕、総量として〔Ｇｙ〕を用いることができる。照射
する線量は、γ線等の場合吸収線量として１０〜１０⁴
Ｇｙ、好ましくは１０²〜１０³Ｇｙであり、このよう
な低い線量で十分な耐電磁波特性を得ることができる。
具体的な照射手段としては、γ線の場合は⁶⁰Ｃｏ，¹³⁷
Ｃｓ等、Ｘ線の場合はＷ（タングステン），Ｃｕ等をタ
ーゲットとするＸ線管、紫外線，真空紫外線の場合は重
水素ランプ，ＫｒＦエキシマレーザ光（２４８ｎｍ），
ＡｒＦエキシマレーザー光（１９３ｎｍ），シンクロト
ロン軌道放射光等を用いる。

【００１７】光ファイバの１次被覆には熱硬化性シリコ
ン又は紫外線硬化性ウレタンアクリレートが用いられ、
２次被覆にはナイロンが使用されることが多いが、本発
明においては１次被覆に放射線照射後の伸び残率の高い
紫外線硬化性ウレタンアクリレートを用いることが好ま
しい。図２に放射線の吸収線量（Ｇｙ）と樹脂の伸び残
率（照射前の破断伸びに対する照射後の破断伸びの割
合）の関係を示すが、同図から線量が１０⁵Ｇｙを超え
ると劣化が始まること、本発明の照射条件の１０ ⁴Ｇｙ
以下では被覆劣化が実質的にないことが明らかに判る。

【００１８】電磁波照射処理の後、水素処理を行う。本
発明の「水素ガスからなる雰囲気」とは、水素ガスの分
圧が０．１気圧〜１０気圧程度、好ましくは０．５〜１
０気圧の、純粋な水素ガス又は水素ガスと窒素ガス及び
／又は不活性ガスの混合雰囲気をいう。気圧範囲の限定
の根拠は、０．５〜１０気圧範囲では、水素のガラス中
での拡散速度としてほぼ同等の効果が得られること、ま
たこの程度のガス圧が実生産の上で用いやすく、１０気
圧を超えると高圧ガスの取扱いになり法的規制が厳しく
なり、経済的でないからである。また０．１気圧程度で
も効果として差異はないがかえって取扱い易くないとい
う現実的な理由による。なお、水素ガスとして重水素ガ
スを用いても同様の効果を得ることができる。水素処理
時の温度は特に限定されるところはないが、１気圧の水
素ではファイバ中心に到達するのに、室温で７日程度、
８０℃では１日、２００℃で２時間程度であるので、室
温以上でよく、光ファイバの場合にはファイバ被覆の耐
熱性により実質的に上限温度が決定され、好ましくは８
０〜２００℃程度である。なお、８０℃は紫外線硬化型
アクリレート樹脂の耐熱上限温度近傍、２００℃はシリ
コン樹脂の耐熱上限温度である。処理時間は、処理温度
により異なるが、８０℃以上であれば概ね２〜３日以内
で光ファイバ中に水素が拡散し、処理が終了する。

【００１９】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、
各実施例及び比較例中での透過量の測定方法は次のとお
りである。なお、光源、受光器の波長依存性は補正され
ていることを前提とする。波長０．８５μｍ又は１．５μｍにおける透過量測
定：ファイバに信号光を入射させた状態で出射側の光量
を測定する。入射側を固定した状態で入射側から１ｍ付
近でファイバをカットし、再度出射側（１ｍ付近）の光
量を測定する。この２つの測定の差がカットされたファ
イバによる損失である。測定に使用したファイバの長さ
は約１ｋｍである。波長２４８μｍにおける透過量測定：２４８μｍでは
バンドルファイバを使用したので、カットバックを行わ
ない。測定光をバンドルファイバに入射し、ファイバの
出射側で光量を測定する。最初の測定において、波長特
性から吸収の見られない領域（光量が波長に依存せずフ
ラットになっている領域）の透過率を１００％と仮定
し、その他の波長域の透過率と２回目以降の測定の透過
率を計算する。従ってカットバックより誤差は大きくな
る。測定に使用したファイバの長さは２ｍである。

【００２０】〔実施例１〕純石英コアの光ファイバ（バ
ンドルファイバ）に出力２００ｍＷ／ｃｍ²のＫｒＦエ
キシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）を１０時間照射
し、その後、８０℃、３気圧のＨ₂雰囲気中に２４時間
放置した。処理後の光ファイバ２ｍの波長２４８ｎｍに
おける透過量は９０％であった。その後、２ｍＷ／ｃｍ
²のエキシマレーザー光（波長２４８ｎｍ）を照射し続
けたところ、１０００時間までは透過量は８８％と殆ど
変化せず、１０００時間を超えると徐々に透過量が減少
し、１５００時間では５０％になった。

【００２１】〔実施例２〕純石英コアの光ファイバに⁶⁰
Ｃｏのγ線を３×１０^-1Ｇｙ／ｓで１時間照射し、その
後、８０℃、３気圧のＨ₂雰囲気中に２４時間放置し
た。処理後の光ファイバの透過損失は、波長１．５５μ
ｍで０．２０ｄＢ／ｋｍであった。その後、３×１０^-4
Ｇｙ／ｓのγ線被曝環境下で、この光ファイバの透過損
失（波長１．５５μｍにおける）を測定したところ、１
０００時間までは０．３０ｄＢ／ｋｍと余り増加せず、
１０００時間を超えると損失増加が大きくなり、１５０
０時間では０．８５ｄＢ／ｋｍとなった。

【００２２】〔比較例１〕純石英コアの光ファイバに⁶⁰
Ｃｏのγ線を３×１０^-3Ｇｙ／ｓで１時間照射し、その
後、８０℃、３気圧のＨ₂雰囲気中に２４時間放置し
た。処理後の光ファイバの透過損失は波長１．５５μｍ
で０．２０ｄＢ／ｋｍであった。その後、６×１０^-3Ｇ
ｙ／ｓのγ線被曝環境下で、この光ファイバの透過損失
（波長１．５５μｍにおける）を測定したところ、最初
から損失増加が起こり、１５分の照射では透過損失０．
９０ｄＢ／ｋｍまで劣化してしまった。

【００２３】〔実施例３〕純石英コアの光ファイバに⁶⁰
Ｃｏのγ線を３×１０^-1Ｇｙ／ｓで１時間照射し、その
後、８０℃、３気圧の水素雰囲気中に２４時間放置し
た。処理後の光ファイバの透過損失は波長０．８５μｍ
で２．５０ｄＢ／ｋｍであった。その後、３×１０^-4Ｇ
ｙ／ｓのγ線被爆環境下で、このファイバの透過損失を
測定したところ、１００時間までは２．６０ｄＢ／ｋｍ
とあまり増加せず、１００時間を超えると損失増加が大
きくなり、２００時間では３．９５ｄＢ／ｋｍとなっ
た。

【００２４】〔比較例２〕純石英コアの光ファイバに⁶⁰
Ｃｏのγ線を３×１０^-4Ｇｙ／ｓで１時間照射し、その
後、８０℃、３気圧の水素雰囲気中に２４時間放置し
た。処理後の光ファイバの透過損失は波長０．８５μｍ
で２．５０ｄＢ／ｋｍであった。その後、６×１０^-4Ｇ
ｙ／ｓのγ線被爆環境下で、このファイバの透過損失
（０．８５μｍ）を測定したところ、最初から損失増加
が起こり、１５分の照射で４．１５ｄＢ／ｋｍとなっ
た。

【００２５】以上の各実施例，比較例の結果を表１にま
とめて示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】〔比較例３〕純石英コアの光ファイバ（バ
ンドルファイバ）を８０℃、３気圧の水素雰囲気中に２
４時間放置した。次いで２４時間以内に⁶⁰Ｃｏのγ線を
３×１０^-1Ｇｙ／ｓで１時間照射した。以上の工程を経
た光ファイバ（２ｍ）の波長２４８ｎｍにおける透過率
は８５％と、この時点では損失増加が抑えられていた。
その後２ｍＷ／ｃｍ²のエキシマレーザー光（波長２４
８ｎｍ）を照射し続けたところ、１００時間で５０％、
２０００時間で２０％と透過量の減少が激しかった。

【００２８】

【発明の効果】本発明は、光ファイバ（バンドルファイ
バを含む）がその使用環境で被爆する電磁波量（強度又
はエネルギー総量）を予め計算しておき、この量より大
きい強度又はエネルギー総量となるように予め電磁波照
射した後に水素処理することにより、当該光ファイバは
後の使用環境ではもはや電磁波照射劣化を起こさなくな
るので、耐電磁波特性の非常に向上した光ファイバを提
供することができる。処理工程も簡単であり、例えばγ
線照射では一度に大量のファイバを処理できる。さらに
本発明を比較的低い線量で実施すれば、光ファイバの被
覆劣化の問題もないので、実用上に有利である。従来の
紫外領域用ファイバは波長１６０ｎｍ〜２００ｎｍでは
真空条件で光を伝送する必要があった（このためにこの
領域を真空紫外域という）上に、紫外線照射劣化が大き
く、実用は困難であったが、本発明によれば、３００〜
１６０ｎｍの紫外域は勿論のこと、真空紫外線域でも真
空にせずに使用できる。また、真空紫外域では本発明に
よる光ファイバは大気中よりも光の透過性が良いという
利点があり、可撓性を有するので、エキシマレーザ光、
重水素ランプ、ハロゲンランプ等の紫外光源を利用した
装置、特に加工装置等、例えばレーザ加工、フォトレジ
スト、ファイバ硬化線源、接着硬化線源、各種マイクロ
部品加工、Ｓｒ（シンクロトロン）光発生線源の光伝送
用ファイバとして用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明と従来法の作用を比較して模式的に説明
する図である。

【図２】放射線の吸収線量（Ｇｙ）と被覆材樹脂の伸び
残率（％）の関係を示すグラフ図である。

フロントページの続き (72)発明者茂木昌春神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者宍戸資彦神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コア中を伝播する光を含め電磁波の被爆
を受ける環境下で使用する光ファイバの使用前の処理方
法であって、予め使用環境下で受ける電磁波の強度を求
めておき、前記光ファイバに前記強度より大きな強度の
前処理用の電磁波を照射し、その後水素ガスからなる雰
囲気に浸漬することを特徴とする前記処理方法。
【請求項２】コア中を伝播する光を含め電磁波の被爆
を受ける環境下で使用する光ファイバの使用前の処理方
法であって、予め使用環境下で受ける電磁波をエネルギ
ーに換算した総量を求めておき、前記光ファイバに前記
総量より大きなエネルギー換算総量となるように前処理
用の電磁波を照射し、その後水素ガスからなる雰囲気に
浸漬することを特徴とする請求項１記載の処理方法。
【請求項３】前記前処理用の電磁波としてγ線を用い
ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の処理方
法。
【請求項４】前記前処理用の電磁波としてＸ線を用い
ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の処理方
法。
【請求項５】前記前処理用の電磁波として波長４００
ｎｍ以下のレーザー光を用いることを特徴とする請求項
１又は請求項２記載の処理方法。
【請求項６】前記前処理用の電磁波を線量１０〜１０
⁴Ｇｙの範囲内で照射することを特徴とする請求項３又
は請求項４に記載の処理方法。