JP3978071B2

JP3978071B2 - Holy fiber manufacturing method

Info

Publication number: JP3978071B2
Application number: JP2002114987A
Authority: JP
Inventors: 正隆中沢; 和正大薗; 兵姚; 一志大須賀
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2022-04-17
Also published as: JP2003313045A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホーリーファイバ製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光ファイバは、コアと、コアを覆うと共にコアより屈折率の低いクラッドとの２層構造を有している。これらコア及びクラッドの素材は石英がベースであり、コアはクラッドよりも屈折率を高くするためゲルマニウム等の添加物を石英に添加した組成になっている。
【０００３】
この種の光ファイバにおいては、光ファイバのコアの屈折率がクラッドの屈折率よりも高いので、この屈折率差によって光ファイバに入射した光はコア内に閉じ込められて光ファイバ中を伝搬することができる。光が光ファイバ内を伝搬するとき、伝搬する光の単一モード条件を満足するためには、コアの直径を５〜１０μｍ程度にする必要がある。
【０００４】
ところが、近年、光増幅技術や波長多重（ＷＤＭ）技術の発展により光ファイバへ入射させる光のパワーが大きくなっており、種々の非線形効果現象が生じやすくなっている。例えば、非線形効果現象の１つである自己位相変調現象が生じると、光ファイバ中を伝搬するパルス信号波形が歪み伝送容量が制限されてしまう。また、同じ非線形現象の１つであるブリルアン散乱現象も生じやすくなる。このブリルアン散乱現象が生じると、光ファイバの入射パワーが飽和する。
【０００５】
また、従来のシングルモードファイバのゼロ分散波長は、１．３μｍよりも長波長側になってしまうので、波長１．３μｍで大きな異常分散（正分散）を有する光ファイバは存在していなかった。
【０００６】
ところで、上述した光ファイバの問題点を解決する新規な光ファイバとして、フォトニッククリスタル光ファイバ（ＰＣＦ：ＰｈｏｔｏｎｉｃＣｒｙｓｔａｌＦｉｂｅｒ）があり、注目を集めている。このＰＣＦとは、フォトニック結晶構造がクラッドに形成された光ファイバである。フォトニック結晶構造とは、屈折率の周期構造のことであり、具体的には蜂の巣のようなハニカム構造の空間をクラッドに形成したものである。このようなハニカム構造とすることで光の禁制帯であるフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ：ＰｈｏｔｏｎｉｃＢａｎｄＧａｐ）が発生する。例えば、Ｋｎｉｇｈｔ氏らはＳｃｉｅｎｃｅ２８２，１４７６，（１９９８）においてＰＣＧを導波原理とするＰＢＦ構造を報告している。
【０００７】
また、Ｃｒｅｇａｎ氏らはＳｃｉｅｎｃｅ２８５，１５７３，（１９９９）においてＰＣＧ構造を導波原理とする中空コアのＰＣＦの報告を行っている。さらに、近年完全なＰＢＧ構造を有する光ファイバではないが、従来のガラス組成の違いにより比屈折率差をもたせた光ファイバのクラッドのコア近傍に気孔を形成し、クラッドの実効的な屈折率を低下させ、コア／クラッド間の比屈折率差を拡大することで、従来得られなかった特性を有する光ファイバ（ホーリーファイバ：ＨＰ）が報告されている。
【０００８】
例えば長谷川氏らはＯＦＣ２００１ＰＤ−１において、通常のシングルモード光ファイバの構造を有する光ファイバのクラッドのコア近傍に４つの空孔を形成した空孔付加型ホーリー光ファイバであり、コア／クラッド間の実効的な比屈折率差を拡大することで波長１．２μｍ帯でシングルモード動作がある光ファイバを実現した報告を行っている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したフォトニッククリスタル光ファイバやホーリーファイバはコア近傍に空気からなる気孔が存在するので、ＯＨ基による吸収損失が大きいという問題があった。
【００１０】
図９は従来のホーリーファイバの損失波長特性を示す図であり、横軸は波長軸であり、縦軸は損失を示している。
【００１１】
同図より、波長１．３９μｍ近傍にＯＨ基に起因する４０ｄＢ／ｋｍの吸収ピークがある。この値は現在工業的に生産されている通常のシングルモード光ファイバの場合のピーク値０．４〜２．０ｄＢ／ｋｍに比べて２０〜１００倍の値であり、その吸収損失のテールは、通信用に最も多用されている１．３μｍ帯はもとより、長距離系で使用している１．５５μｍ帯の伝送損失を増大させる。また、気孔内の空気に含まれる水分は、石英母材の線引き時に気孔から光ファイバの表面にわたり微細なクラックを発生させるために光ファイバ強度が通常の光ファイバに比べて弱いという問題があった。
【００１２】
図１０は従来のホーリーファイバと通常のシングルモード光ファイバの破断ワイブル分布強度を示す図であり、横軸が張力を示し、縦軸が不良率（破断確率）を示す。
【００１３】
通常のシングルモード光ファイバの強度は６０〜７０Ｎの領域に分布しているのに対し、従来のホーリーファイバの強度は３５〜６９Ｎとなり、シングルモード光ファイバに比べて強度が弱いという問題があった。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ＯＨ吸収損失が低く、強度を向上させたホーリーファイバ製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、ＶＡＤ法によって光ファイバ用の母材を形成し、該母材の中心軸の周囲に該中心軸に沿って複数の気孔を形成し、該母材の線引き時に各気孔に塩素を含む窒素ガスを、塩素濃度が５％から２５％の範囲内になるように充填させながらファイバ化を行うホーリーファイバ製造方法である。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、ＶＡＤ法によって光ファイバ用の母材を形成し、該母材の中心軸の周囲に該中心軸に沿って複数の気孔を形成し、上記気孔に塩素を含む窒素ガスを、塩素濃度が５％から２５％の範囲内になるように充填し、上記石英母材の両端を溶融した後、上記石英母材のファイバ化を行うホーリーファイバ製造方法である。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、上記塩素を含む窒素ガスの圧力を線引き炉内の圧力より高くしてファイバ化を行う請求項１または２に記載のホーリーファイバ製造方法である。
【００１９】
本発明によれば、光ファイバ用の母材に形成された気孔内に充填される気体には塩素が存在するので、母材を線引きする際に気孔部内に残留している水分が分解して発生するＯＨ基が塩素と化学反応を起こして低減する。また、気孔には空気の代わりに塩素を含有した気体が充填されるので、水分による光ファイバの微細クラックの成長が抑制される。この結果、低ＯＨ吸収損失で高強度のホーリーファイバが得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２１】
図１は本発明のホーリーファイバ製造方法を適用した製造装置の概念図であり、図２は図１に示した製造装置で線引きされる石英母材の断面図である。
【００２２】
図１に示す石英母材（石英プリフォームともいう。）１０の一端（図では上端）１０ａに石英ダミー管１１の一端（図では下端）１１ａが固定され、石英ダミー管１１の他端（図でＨ上端）１１ｂにガス投入器１２が取り付けられている。石英プリフォーム１０及び石英ダミー管（若しくはガス投入器１２）１１は図示しないチャックにより鉛直に保持されると共に矢印１３方向に降下若しくは矢印１４方向に上昇できるようになっている。
【００２３】
ガス投入器１２には可撓性を有する配管１５の一端（図では左端）が接続されている。配管１５は３方向に分岐されており、分岐された配管１６−１〜１６−３は開閉バルブ１７、１８、１９を介して排ガス処理装置２０、ガス流量制御器２１及び真空ポンプ２２にそれぞれ接続されている。
【００２４】
石英プリフォーム１０の下端１０ｂには略筒状の電気炉２３が配置され、石英プリフォーム１０が通過できるようになっている。
【００２５】
電気炉２３の下側には樹脂被覆部２４が配置され、樹脂被覆部２４の出口側にはファイバ引き取り機２５が配置されている。
【００２６】
一方、石英プリフォーム１０は図２に示すように石英からなりコアになる部分１０ｃｒと、コアになる部分１０ｃｒの近傍に複数（図では４つであるが限定されない。）の気孔１０ｈを有し、コアになる部分１０ｃｒよりも屈折率が低くコアになる部分１０ｃｒを覆うクラッドになる部分１０ｃｌとで構成されている。
【００２７】
気孔１０ｈの内径は約７μｍであり、気孔１０ｈは、コアになる部分１０ｃｒの中心から半径１２μｍの円周上に位置している。気孔１０ｈの内部には塩素を含んだガスが充填されるようになっており、ガス充填時の屈折率は１である。
【００２８】
次に本発明のホーリーファイバ製造方法について説明する。
【００２９】
（準備段階）
本ホーリーファイバを製造するにあたり、まず、ホーリーファイバとなる石英プリフォーム１０をＶＡＤ法（Ｖａｐｏｕｒａｘｉａｌｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ：気相軸付け法）により作製する。
【００３０】
具体的には、通常のシングルモード光ファイバ用のプリフォームを製造する要領で、直径φ１が約１２０ｍｍであり、長さＬが約１ｍのスートプリフォーム（図示せず。）を作製する。
【００３１】
スートプリフォームを作製する際には、通常のシングルモード光ファイバではコアとなるスート領域に屈折率を高くするためゲルマニウム等の添加物を添加するが、ホーリーファイバではコアの周囲に気孔を形成してクラッドの実効的な屈折率を下げることで導波構造を形成するので、添加物を必要としない。但し、コアに相当するスート領域（図示せず。）に屈折率を高くするための添加物を添加してもよい。
【００３２】
このようなスートプリフォームを塩素等の脱水効果のある雰囲気で焼結し、外径φ６０ｍｍ、長さ４０ｃｍの高純度透明ガラス化母材（図示せず。）を得る。
【００３３】
次にこの高純度透明ガラス化母材の中心軸に対して対称となるように直径φ２．５ｍｍの４つの気孔１０ｈを研削法を用いて加工して石英プリフォーム１０とする。
【００３４】
図３（ａ）は研削加工後の石英母材の側面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示した石英母材の３ｂ−３ｂ線断面図である。
【００３５】
研削後の石英プリフォーム１０の一端１０ｂを封止加工し、石英プリフォーム１０の他端１０ａに外径φ６０ｍｍ、内径φ５０ｍｍの石英ダミー管１１を接続し、線引き用プリフォームとする。
【００３６】
（線引き段階）
まず、開閉バルブ１７を開けると共に開閉バルブ１８、１９を閉めて石英プリフォーム１０の気孔１０ｈ内に残留している空気を真空ポンプ２２の作動により真空引きして除去する。気孔１０ｈ内の空気の除去処理後、開閉バルブ１７を閉めると共に開閉バルブ１８、１９を開けて塩素を含む窒素ガスの流量をガス流量制御器２１により制御して気孔１０ｈ内に塩素を含む窒素ガス雰囲気にする。
【００３７】
ここで、石英プリフォーム１０の気孔１０ｈ内の圧力が低すぎると線引き時に気孔１０ｈが潰れ、ファイバ化後に気孔１０ｈの無い光ファイバになってしまう。また、石英プリフォーム１０の気孔１０ｈ内の圧力が高すぎると線引き後の光ファイバ２６内の気孔１０ｈの占める割合が大きくなり、線引き張力及び線引き速度から決まる内圧の限界点を超えると、線引き中に気孔１０ｈが破裂し、ファイバ形成が不可能となる。
【００３８】
そこで、本発明者らは気孔の内径と線引き時の内圧との関係について調べた。
【００３９】
図４は本発明者らの実験による気孔の内径と線引き時の内圧との関係を示す図であり、横軸が内圧を示し、縦軸が気孔径を示す。
【００４０】
同図より、光ファイバに所望の径の気孔を形成する場合、最適な内圧が必要であることが分かる。本実施の形態では気孔の内圧を１．５ｋＰａとし、ファイバ化時に内径φ５μｍとなるような気孔１０ｈを形成した。このため、ガス流量制御器２１は圧力制御機能を備えているのが好ましい。また、圧力制御を行うためには、塩素・窒素混合の排気ガスが生じるので、本製造装置には排ガス処理装置２０を備えた。
【００４１】
次に本発明者らは線引き時の石英プリフォーム１０内に充填するガスの塩素濃度とファイバＯＨ基吸収損失性及びファイバ強度の関係について調べた。
【００４２】
図５は塩素ガス濃度とファイバＯＨ吸収損失との関係示す図であり、横軸は塩素濃度を示し、縦軸は１．３９μｍＯＨ吸収ピーク損失を示す。
【００４３】
同図より、塩素濃度が高いほどＯＨ吸収損失が低くなり、５％以上で１．３９μｍの吸収ピーク値は２ｄＢ／ｋｍ以下となる。この吸収ピーク値は現在工業的に製造されている光ファイバの上限値レベルであり、この値以下ならば特殊な用途以外の実用上問題の無い特性であると言える。
【００４４】
図６は線引き時の塩素濃度と５０％ワイブル破断加重との関係を示す図であり、横軸が塩素濃度を示し、縦軸がワイブル５０％破断加重強度を示す。
【００４５】
同図より、塩素濃度が２５％と超えると、５０％ワイブル破断加重が通常の光ファイバの最低レベルである６０Ｎよりも小さくなることが分かる。これは、線引きのような高温化において塩素濃度が高いと化１式のような反応が促進され、クリストバライト相が石英ガラスの表面に生じ、石英ガラスの表面を凹凸状に荒らすためである。
【００４６】
【化１】
ＳｉＯ₂＋Ｃｌ₂→ＳｉＣｌ₄＋Ｏ₂
ここで、塩素濃度１０％の窒素混合ガスを用い、本発明によるホーリーファイバを１０ｋｍ作製した。
【００４７】
図７は図１に示した装置を用いて作製したホーリーファイバの損失特性を示す図であり、横軸が波長を示し、縦軸が損失を示す。
【００４８】
同図より、波長１．３９μｍのＯＨ吸収損失は１．５ｄＢ／ｋｍと通常のシングルモード光ファイバと同等のレベルであった。
【００４９】
図８は図１に示した装置を用いて作成したホーリーファイバのワイブル強度分布を示す図であり、横軸が張力を示し、縦軸が不良率を示している。
【００５０】
同図より、ワイブル強度も６０〜７０Ｎと通常の光ファイバと同等のレベルの結果が得られたことが分かる。
【００５１】
また、分散特性について測定を行ったところ、ゼロ分散波長が８６０ｎｍと通常のシングルモード光ファイバでは得られない領域で分散がゼロとなる特性が得られた。なお、ゼロ分散領域においてシングルモード動作になっていることも確認している。
【００５２】
本発明の他の実施の形態としては、研削加工後の石英母材を塩素及び窒素ガス供給可能なガス系を備えたガラス旋盤（図示せず。）を用い、塩素濃度が５〜２５％の塩素・窒素混合ガスを石英ダミー管を介して石英母材の気孔に流しながら、終端を封止する。その後ダミー管終端も封止し、塩素・窒素混合ガスを石英母材の気孔及びダミー管に封入しプリフォームとする。このプリフォームは予め脱ＯＨ基効果のある塩素・窒素混合ガスをプリフォーム内に封入するので、線引き時に排気装置が必要なく、従来の線引き装置をそのまま流用できる利点がある。また、線引き時にプリフォーム加熱部のガスは膨張するが、その膨張分は石英ダミー管で吸収するように、ダミー管サイズと線引き前、初期プリフォーム内の圧力を調整する。
【００５３】
具体的には、外径φ６０ｍｍ、長さ４０ｃｍの孔開け加工母材に対して、外径φ６０ｍｍ、内径φ５０ｍｍ、長さ６０ｃｍの石英管を接続し、プリフォーム内の圧力を大気圧に対して０．５ｋＰａ高くなるように、塩素・窒素混合ガスを封入し、線引きを行う。このようにしても前述と同様の効果が得られた。
【００５４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、ＯＨ吸収損失が低く、強度を向上させたホーリーファイバ製造方法の提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のホーリーファイバ製造方法を適用した製造装置の概念図である。
【図２】図１に示した製造装置で線引きされる石英母材の断面図である。
【図３】（ａ）は研削加工後の石英母材の側面図であり、（ｂ）は（ａ）に示した石英母材の３ｂ−３ｂ線断面図である。
【図４】本発明者らの実験による気孔の内径と線引き時の内圧との関係を示す図である。
【図５】塩素ガス濃度とファイバＯＨ吸収損失との関係示す図である。
【図６】線引き時の塩素濃度と５０％ワイブル破断加重との関係を示す図である。
【図７】図１に示した装置を用いて作製したホーリーファイバの損失特性を示す図である。
【図８】図１に示した装置を用いて作成したホーリーファイバのワイブル強度分布を示す図である。
【図９】従来のホーリーファイバの損失波長特性を示す図である。
【図１０】従来のホーリーファイバと通常のシングルモード光ファイバの破断ワイブル分布強度を示す図である。
【符号の説明】
１０母材（石英母材、石英プリフォーム）
１１石英ダミー管
１２ガス投入器
１５、１６−１〜１６−３配管
１７〜１９開閉バルブ
２０排ガス処理装置
２１ガス流量制御器
２２真空ポンプ
２３電気炉
２４樹脂被覆部
２５ファイバ引き取り機[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a holey fiber manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
A conventional optical fiber has a two-layer structure of a core and a clad that covers the core and has a refractive index lower than that of the core. The material of the core and the clad is based on quartz, and the core has a composition in which an additive such as germanium is added to quartz in order to make the refractive index higher than that of the clad.
[0003]
In this type of optical fiber, the refractive index of the optical fiber core is higher than the refractive index of the cladding, so that the light incident on the optical fiber is confined in the core due to this refractive index difference and propagates through the optical fiber. Can do. When light propagates in an optical fiber, the core diameter needs to be about 5 to 10 μm in order to satisfy the single mode condition of the propagating light.
[0004]
However, in recent years, with the development of optical amplification technology and wavelength division multiplexing (WDM) technology, the power of light incident on an optical fiber has increased, and various nonlinear effect phenomena are likely to occur. For example, when a self-phase modulation phenomenon, which is one of nonlinear effect phenomena, occurs, a pulse signal waveform propagating in an optical fiber is distorted and transmission capacity is limited. In addition, the Brillouin scattering phenomenon, which is one of the same nonlinear phenomena, easily occurs. When this Brillouin scattering phenomenon occurs, the incident power of the optical fiber is saturated.
[0005]
Further, since the zero dispersion wavelength of the conventional single mode fiber is longer than 1.3 μm, there is no optical fiber having a large anomalous dispersion (positive dispersion) at a wavelength of 1.3 μm.
[0006]
By the way, a photonic crystal optical fiber (PCF: Photonic Crystal Fiber) is attracting attention as a new optical fiber that solves the problems of the optical fiber described above. The PCF is an optical fiber having a photonic crystal structure formed in a clad. The photonic crystal structure is a periodic structure having a refractive index. Specifically, a honeycomb structure space such as a honeycomb is formed in the cladding. With such a honeycomb structure, a photonic band gap (PBG), which is a forbidden band of light, is generated. For example, Knight et al., In Science 282, 1476, (1998), reported a PBF structure using PCG as a waveguide principle.
[0007]
In addition, Cregan et al., In Science 285, 1573, (1999), reported a hollow core PCF using a PCG structure as a waveguide principle. Furthermore, in recent years, although it is not an optical fiber having a perfect PBG structure, pores are formed in the vicinity of the core of the clad of the optical fiber having a relative refractive index difference due to the difference in the glass composition of the related art, and the effective refractive index of the clad is thereby increased. An optical fiber (holey fiber: HP) having characteristics not conventionally obtained by reducing and enlarging the relative refractive index difference between the core and the clad has been reported.
[0008]
For example, Mr. Hasegawa et al. Is a hole-added holey optical fiber in which four holes are formed in the vicinity of the cladding core of an optical fiber having a structure of a normal single mode optical fiber in OFC2001PD-1, We have reported that an optical fiber with a single mode operation in the 1.2 μm wavelength band has been realized by expanding the effective relative refractive index difference.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the photonic crystal optical fiber and holey fiber described above have a problem that absorption loss due to OH groups is large because pores made of air exist in the vicinity of the core.
[0010]
FIG. 9 is a diagram showing loss wavelength characteristics of a conventional holey fiber, where the horizontal axis is the wavelength axis and the vertical axis is the loss.
[0011]
From the figure, there is an absorption peak of 40 dB / km due to the OH group in the vicinity of the wavelength of 1.39 μm. This value is 20 to 100 times the peak value of 0.4 to 2.0 dB / km in the case of a normal single mode optical fiber currently industrially produced, and the tail of the absorption loss is The transmission loss of the 1.55 μm band used in the long distance system as well as the 1.3 μm band most frequently used for communication is increased. In addition, the moisture contained in the air in the pores has a problem that the optical fiber strength is weaker than that of a normal optical fiber because fine cracks are generated from the pores to the surface of the optical fiber when the quartz base material is drawn. .
[0012]
FIG. 10 is a diagram showing the fracture Weibull distribution strength of a conventional holey fiber and a normal single-mode optical fiber, where the horizontal axis indicates the tension and the vertical axis indicates the defect rate (break probability).
[0013]
The strength of a normal single mode optical fiber is distributed in the region of 60 to 70 N, whereas the strength of a conventional holey fiber is 35 to 69 N, which is a problem that the strength is weaker than that of a single mode optical fiber. .
[0014]
Therefore, an object of the present invention is to provide a method for producing a holey fiber that solves the above-described problems, has low OH absorption loss, and has improved strength.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a preform for an optical fiber is formed by the VAD method, and a plurality of pores are formed around the central axis of the preform along the central axis. In this holey fiber manufacturing method , a nitrogen gas containing chlorine is filled in each pore when the base material is drawn so that the chlorine concentration is within a range of 5% to 25% .
[0016]
According to a second aspect of the present invention, a preform for an optical fiber is formed by the VAD method, a plurality of pores are formed around the central axis of the preform, and the pores contain chlorine. This is a holey fiber manufacturing method in which nitrogen gas is filled so that the chlorine concentration is within a range of 5% to 25%, both ends of the quartz base material are melted, and then the quartz base material is made into a fiber .
[0018]
The invention described in claim 3 is the holey fiber manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein the fiber is formed by making the pressure of the nitrogen gas containing chlorine higher than the pressure in the drawing furnace.
[0019]
According to the present invention, chlorine exists in the gas filled in the pores formed in the optical fiber preform, so that moisture remaining in the pores is decomposed when the preform is drawn. The generated OH group is reduced by causing a chemical reaction with chlorine. Further, since the pores are filled with a gas containing chlorine instead of air, the growth of fine cracks in the optical fiber due to moisture is suppressed. As a result, a high strength holey fiber with low OH absorption loss can be obtained.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0021]
FIG. 1 is a conceptual diagram of a manufacturing apparatus to which the holey fiber manufacturing method of the present invention is applied, and FIG. 2 is a sectional view of a quartz base material drawn by the manufacturing apparatus shown in FIG.
[0022]
One end (lower end in the figure) 11a of a quartz dummy tube 11 is fixed to one end (upper end in the figure) 10a of a quartz base material (also referred to as quartz preform) 10 shown in FIG. The gas input device 12 is attached to the upper end (H) 11b. The quartz preform 10 and the quartz dummy tube (or gas feeder 12) 11 are vertically held by a chuck (not shown) and can be lowered in the direction of arrow 13 or raised in the direction of arrow 14.
[0023]
One end (left end in the figure) of a flexible pipe 15 is connected to the gas injector 12. The pipe 15 is branched in three directions, and the branched pipes 16-1 to 16-3 are connected to the exhaust gas treatment device 20, the gas flow rate controller 21, and the vacuum pump 22 via the open / close valves 17, 18, and 19, respectively. Has been.
[0024]
A substantially cylindrical electric furnace 23 is disposed at the lower end 10b of the quartz preform 10 so that the quartz preform 10 can pass therethrough.
[0025]
A resin coating portion 24 is disposed below the electric furnace 23, and a fiber take-up machine 25 is disposed on the outlet side of the resin coating portion 24.
[0026]
On the other hand, the quartz preform 10 has a portion 10cr made of quartz as shown in FIG. 2 and a plurality of pores 10h (four in the figure, but not limited) in the vicinity of the portion 10cr that becomes the core. , And a portion 10cl serving as a clad covering the portion 10cr serving as a core having a lower refractive index than the portion 10cr serving as a core.
[0027]
The inner diameter of the pore 10h is about 7 μm, and the pore 10h is located on the circumference having a radius of 12 μm from the center of the portion 10cr that becomes the core. The pores 10h are filled with a gas containing chlorine, and the refractive index at the time of gas filling is 1.
[0028]
Next, the holey fiber manufacturing method of the present invention will be described.
[0029]
(Preparation stage)
In manufacturing the holey fiber, first, a quartz preform 10 to be a holey fiber is manufactured by a VAD method (Vapor axial deposition method).
[0030]
Specifically, a soot preform (not shown) having a diameter φ1 of about 120 mm and a length L of about 1 m is manufactured in the manner of manufacturing a preform for a normal single mode optical fiber.
[0031]
When producing a soot preform, an additive such as germanium is added to the soot region, which is the core of a normal single-mode optical fiber, to increase the refractive index, but pores are formed around the core of a holey fiber. Since the waveguide structure is formed by lowering the effective refractive index of the cladding, no additive is required. However, an additive for increasing the refractive index may be added to a soot region (not shown) corresponding to the core.
[0032]
Such a soot preform is sintered in an atmosphere having a dehydrating effect such as chlorine to obtain a high-purity transparent vitrified base material (not shown) having an outer diameter of 60 mm and a length of 40 cm.
[0033]
Next, the four pores 10h having a diameter of φ2.5 mm are processed using a grinding method so as to be symmetric with respect to the central axis of the high-purity transparent vitrified base material to obtain a quartz preform 10.
[0034]
FIG. 3A is a side view of the quartz base material after grinding, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line 3b-3b of the quartz base material shown in FIG.
[0035]
One end 10b of the quartz preform 10 after grinding is sealed, and a quartz dummy tube 11 having an outer diameter φ60 mm and an inner diameter φ50 mm is connected to the other end 10a of the quartz preform 10 to obtain a drawing preform.
[0036]
(Drawing stage)
First, the opening / closing valve 17 is opened and the opening / closing valves 18, 19 are closed, and the air remaining in the pores 10 h of the quartz preform 10 is removed by evacuation by the operation of the vacuum pump 22. After removing the air in the pores 10h, the open / close valve 17 is closed and the open / close valves 18 and 19 are opened to control the flow rate of the nitrogen gas containing chlorine by the gas flow rate controller 21 so that the nitrogen gas containing chlorine in the pores 10h. Make the atmosphere.
[0037]
Here, if the pressure in the pores 10h of the quartz preform 10 is too low, the pores 10h are crushed at the time of drawing, and an optical fiber without the pores 10h is formed after fiberization. Also, if the pressure in the pores 10h of the quartz preform 10 is too high, the proportion of the pores 10h in the optical fiber 26 after drawing increases, and if the internal pressure limit point determined from the drawing tension and drawing speed is exceeded, drawing is in progress. Then, the pores 10h are ruptured, and fiber formation becomes impossible.
[0038]
Therefore, the present inventors investigated the relationship between the inner diameter of the pores and the internal pressure during drawing.
[0039]
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the inner diameter of the pores and the internal pressure at the time of drawing according to the experiments of the present inventors. The horizontal axis shows the internal pressure, and the vertical axis shows the pore diameter.
[0040]
From the figure, it is understood that an optimum internal pressure is necessary when pores having a desired diameter are formed in the optical fiber. In the present embodiment, the internal pressure of the pores is set to 1.5 kPa, and the pores 10h are formed so as to have an inner diameter of 5 μm when formed into a fiber. For this reason, it is preferable that the gas flow rate controller 21 has a pressure control function. Further, in order to perform pressure control, exhaust gas of chlorine / nitrogen mixture is generated, so the present manufacturing apparatus is provided with an exhaust gas treatment device 20.
[0041]
Next, the inventors investigated the relationship between the chlorine concentration of the gas filled in the quartz preform 10 at the time of drawing, the fiber OH group absorption loss, and the fiber strength.
[0042]
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the chlorine gas concentration and the fiber OH absorption loss. The horizontal axis indicates the chlorine concentration, and the vertical axis indicates the 1.39 μm OH absorption peak loss.
[0043]
From the figure, the higher the chlorine concentration, the lower the OH absorption loss, and the absorption peak value of 1.39 μm at 5% or more is 2 dB / km or less. This absorption peak value is the upper limit level of optical fibers currently industrially manufactured, and if it is less than this value, it can be said that the characteristic has no practical problem except for special applications.
[0044]
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the chlorine concentration at the time of drawing and the 50% Weibull breaking load, in which the horizontal axis represents the chlorine concentration and the vertical axis represents the Weibull 50% breaking load strength.
[0045]
From the figure, it can be seen that when the chlorine concentration exceeds 25%, the 50% Weibull break load is smaller than 60N, which is the lowest level of a normal optical fiber. This is because, when the chlorine concentration is high at a high temperature such as drawing, the reaction shown in Formula 1 is promoted, a cristobalite phase is generated on the surface of the quartz glass, and the surface of the quartz glass is roughened in an uneven shape.
[0046]
[Chemical 1]
SiO ₂ + Cl ₂ → SiCl ₄ + O ₂
Here, a 10-km holey fiber according to the present invention was produced using a nitrogen mixed gas having a chlorine concentration of 10%.
[0047]
FIG. 7 is a diagram showing the loss characteristics of a holey fiber manufactured using the apparatus shown in FIG. 1, where the horizontal axis indicates the wavelength and the vertical axis indicates the loss.
[0048]
From the figure, the OH absorption loss at a wavelength of 1.39 μm was 1.5 dB / km, which was the same level as that of a normal single mode optical fiber.
[0049]
FIG. 8 is a diagram showing a Weibull intensity distribution of a holey fiber prepared using the apparatus shown in FIG. 1, in which the horizontal axis indicates the tension and the vertical axis indicates the defect rate.
[0050]
From the figure, it can be seen that the Weibull intensity is 60 to 70 N, which is the same level as that of a normal optical fiber.
[0051]
Further, when the dispersion characteristic was measured, a characteristic in which the zero dispersion wavelength was 860 nm and the dispersion was zero in a region that could not be obtained with a normal single mode optical fiber was obtained. It has also been confirmed that single mode operation is performed in the zero dispersion region.
[0052]
As another embodiment of the present invention, a glass lathe (not shown) provided with a gas system capable of supplying chlorine and nitrogen gas to the quartz base material after grinding is used, and the chlorine concentration is 5 to 25%. The end is sealed while flowing a chlorine / nitrogen mixed gas through the quartz dummy tube into the pores of the quartz base material. Thereafter, the dummy tube end is also sealed, and a chlorine / nitrogen mixed gas is sealed in the pores of the quartz base material and the dummy tube to form a preform. This preform has an advantage that a chlorine / nitrogen mixed gas having a de-OH group effect is enclosed in the preform in advance, so that an exhaust device is not required at the time of drawing, and a conventional drawing device can be used as it is. Further, the gas in the preform heating section expands during drawing, but the dummy tube size and the pressure in the initial preform are adjusted before drawing so that the expansion is absorbed by the quartz dummy tube.
[0053]
Specifically, a quartz tube having an outer diameter of φ60 mm, an inner diameter of φ50 mm, and a length of 60 cm is connected to a perforated base material having an outer diameter of φ60 mm and a length of 40 cm, and the pressure in the preform is reduced to atmospheric pressure. A chlorine / nitrogen mixed gas is sealed so as to increase the pressure by 0.5 kPa, and drawing is performed. Even in this case, the same effect as described above was obtained.
[0054]
【The invention's effect】
In short, according to the present invention, it is possible to provide a holey fiber manufacturing method with low OH absorption loss and improved strength.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram of a manufacturing apparatus to which a holey fiber manufacturing method of the present invention is applied.
2 is a cross-sectional view of a quartz base material drawn by the manufacturing apparatus shown in FIG. 1. FIG.
3A is a side view of the quartz base material after grinding, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line 3b-3b of the quartz base material shown in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the inner diameter of pores and the internal pressure during drawing according to the experiments of the present inventors.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between chlorine gas concentration and fiber OH absorption loss.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the chlorine concentration at the time of drawing and 50% Weibull breaking load.
7 is a graph showing loss characteristics of a holey fiber manufactured using the apparatus shown in FIG. 1. FIG.
8 is a diagram showing a Weibull intensity distribution of a holey fiber created using the apparatus shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 9 is a diagram showing loss wavelength characteristics of a conventional holey fiber.
FIG. 10 is a diagram showing the Weibull distribution strength of a conventional holey fiber and a normal single mode optical fiber.
[Explanation of symbols]
10 Base material (quartz base material, quartz preform)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Quartz dummy pipe 12 Gas input device 15, 16-1 to 16-3 Piping 17-19 Open / close valve 20 Exhaust gas processing device 21 Gas flow controller 22 Vacuum pump 23 Electric furnace 24 Resin coating part 25 Fiber take-up machine

Claims

An optical fiber preform is formed by the VAD method, a plurality of pores are formed around the central axis of the preform, and nitrogen gas containing chlorine is introduced into each pore when the preform is drawn. A method for producing a holey fiber, characterized in that fiber formation is performed while filling so that the chlorine concentration falls within a range of 5% to 25% .

A base material for an optical fiber is formed by the VAD method, a plurality of pores are formed around the central axis of the base material along the central axis, and nitrogen gas containing chlorine is added to the pores with a chlorine concentration of 5%. From 25% to 25%, melting both ends of the quartz base material, and then forming the fiber from the quartz base material.

The holey fiber manufacturing method according to claim 1 or 2, wherein the fiber is formed by setting the pressure of the nitrogen gas containing chlorine higher than the pressure in the drawing furnace.