(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのコアを有する光ファイバーの製造に使用される、プリフォームを加工する方法において、以下のステップ、すなわち
ａ）ＳｉＯ２粒子を、多孔質ガラスなどの多孔質材料から成るクロージャーによって下端を閉じられた内部空間を有する、シリカチューブの内部空間に注入するステップと、
ｂ）酸素（Ｏ２）、ヘリウム（Ｈｅ）、塩素（Ｃｌ２）、及びフッ素（Ｆ）から成るグループから選択されるガス流を、クロージャーおよびシリカチューブに含有されるＳｉＯ２粒子を通して導入し、ＳｉＯ２粒子を浄化および焼成するため、ガラス化温度より低い温度までシリカチューブを加熱するステップと、
ｃ）シリカチューブの上端に接合部を付着させるステップと、
ｄ）シリカチューブの内部空間内の減圧を生成するステップと、
ｅ）シリカチューブとＳｉＯ２粒子を融合するため、シリカチューブの少なくとも底部を、シリカチューブのガラス化温度より高い温度まで加熱するステップ、
から構成され、
前記ａ）〜ｅ）のステップにおいて、シリカチューブの下端に多孔質材料から成るクロージャーを用いることによって、追加の閉塞手段を用いることなくＳｉＯ２粒子の保持とガス流の導入を実現することを特徴とする、プリフォームを加工する方法。
【請求項２】
シリカチューブのガラス化温度より低い温度までシリカチューブを加熱するステップにおける加熱温度が、１２００℃であることを特徴とする、請求項１に記載のプリフォームを加工する方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のプリフォームを加工する方法において、ＳｉＯ２粒子の替わりにＳｉＯ２粒子と増幅／減衰（Ａ／Ａ）粒子の混合物を用いることを特徴とするプリフォームを加工する方法。
【請求項４】
増幅／減衰（Ａ／Ａ）粒子が、
ａ）一つ以上の波長領域にレーザー活性を得るため、ネオジム、ユーロピウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、酸化ＲＥ、塩化ＲＥ（ＲＥ−Ｃｌ３）、の群から選択される、少なくとも一つの以下のＲＥ粒子、または、
ｂ）望ましい増幅を得るため、少なくとも一つの以下の金属、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、およびＶ、
から構成されることを特徴とする、請求項３に記載のプリフォーム（１）を加工する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号の増幅または減衰ができるアクティブ光ファイバーの引き抜きに使用される、一次、二次、または高次のプリフォームに関する。本発明はさらに、プリフォーム、前記プリフォームから引き抜かれるアクティブ光ファイバー、および前記光ファイバーを使用する光増幅器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在超高速データ通信ネットワークに使用されるファイバーのような光ファイバーの加工は、［１］のＭｏｏｌ  Ｃ．  Ｇｕｐｔａ著、「Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ（フォトニックハンドブック）」、ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ社出版（１９９７年  Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ）の１０．７章、４４５〜４４９ページ（非特許文献１）に記述される。光ファイバー加工の主な工程ステップは、プリフォームを加工、プリフォームからファイバーを引き抜き、およびファイバーを取扱いや環境影響から守る物質でコーティング、である。
【０００３】
引き抜き工程では、プリフォームはトラクターを使用して底部から引き抜かれて上方から炉の引き抜き部分に供給される。ファイバーはその後、引っ張り強度をモニターされながらドラムに巻きつけられる。引き抜きの間の温度は２０００℃程度である。炉から出た後、ドラムに巻きつける前に、ファイバーは紫外線硬化塗装でコーティングされる。
【０００４】
さらに、［１］の４４９〜４５０ページによると、光ファイバー研究の重要な様相は、増幅の希土類ドーピングおよびレージングである。以下、希土類の用語の代わりにＲＥの頭字語が使用される。
【０００５】
光増幅器では、メートルとほぼ同程度の長さおよびおよそ２ｐｐｍのドーパント値のＲＥをドープしたファイバーが、波長依存の光ファイバー結合器に接合される。結合器は、大電力半導体レーザーダイオードから９８０または１４８０ｎｍで放出される光を、あるエルビウム添加ファイバーに一度から継続して噴出させることが可能である。自然放出ノイズおよび反射を最小限にするため、フィルターおよび光アイソレーターがしばしば含まれる。イオンを基底状態から励起状態に励起するためポンプ光が使用される。ファイバーに入る信号光は誘導放出を開始し、かつコヒーレントに増幅される。増幅率の波長依存、増幅率飽和、偏光依存、および誘導放出などの技術的な問題は、注意深く研究されている。 誘導放出は、励起状態のイオンが、ノイズの一因となり、ゆえに増幅器基盤通信システムの信号対ノイズの比率に影響を及ぼす基底状態に自然に緩むときに、生じる。光増幅器の他の重要なパラメータはＲＥイオンの濃度である。ＲＥイオンの最適濃度は、励起状態を変換し、および結果として一つのイオンをより高い状態に引き上げ、かつ隣接するイオンへの放出を結果とする、イオンクラスタリングを回避する。従って、高濃度のＲＥイオンは高増幅率および信号対ノイズの減少を提供するために必要ではない。さらに、ＲＥイオンの場所はコアの範囲内であることもまた明白である。
【０００６】
物質への周波数ｆ入射の放射強度がＩ０の場合、物質内部の深さｘでの強度Ｉは、Ｉ＝Ｉ０ｅ−ａｘによって与えられる（［２］参照、Ｊｏｈｎ  Ｂｅｙｎｏｎ著、「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｏｒｙ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｏｐｔｉｃｓ」Ｐｒｅｎｔｉｃｅ  Ｈａｌｌ社、１９９６年、（非特許文献２）２３１ページ）この式はポンプ工程に関して関与する。従って製造工程は、［１］の４５０ページまたは［２］の２４７ページに示されるように、レーザーシステムかつ／また光増幅器に適用されることが可能である高性能アクティブファイバーを考慮すると、重大である。
【０００７】
Ｍｉｃｈｅｌ  Ｊ．  Ｆ．  Ｄｉｇｏｎｎｅｔ著、「Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ−Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，  ２ｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ（希土類でドープされるファイバーレンズおよび増幅器、第二版）」Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ社、２００１年（非特許文献３），  １．４章［３］によると、ドープされたシリカファイバーを加工する基準方法は二つの基本的なカテゴリーに分類され、両者とも、望ましい酸化物の混合を形成するためＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４、ＰＯＣｌ４、ＳｉＦ４、およびＢＣｌ４などのハロゲン化物の反応に基づく。カテゴリー１による工程は、水素炎に対して反応を示し、およびマンドレルに結果の煤煙、その後透明ガラスに焼結を収集する。この方法に基づく工程は一般的に、気相軸付け法（ＶＡＤ）外部気相堆積（ＯＶＤ）として言及される。カテゴリー２による工程は、プラズマトーチファイアボールまたはマイクロ波空洞がチューブを横断するので、クラッド、反応、堆積、または焼結の一部に同時になる基盤チューブ内部の塩化物に反応する。この方法の基になる工程は、修正化学気相堆積（ＭＣＶＤ）、プラズマ化学気相堆積（ＰＣＶＤ）、および固有マイクロ波化学気相堆積（ＩＭＣVＤ）としてみなされる。
【０００８】
［３］の５ページ、１．４．２章によると、ＲＥ蒸気種をプリフォーム工程の反応／堆積ゾーンに運ぶ方法は、上記の工程カテゴリーの両方で考案されている。［３］のページ６、図２は、ＭＣＶＤ工程を示し、ＲＥドーパントが他の指標管理ドーパントとともに酸化領域に運ばれる。低い蒸気圧のＲＥ反応物は、反応ゾーンに近いＲＥ蒸気源を通って、そしてただちにそれを他の反応物で希釈することにより、またはＲＥドーパントをエアロゾルの物質、または高い蒸気圧化合物とともに反応ゾーンに運ぶことにより、適合される。
【０００９】
従来の光ファイバーおよびフォトニック結晶ファイバーを製造する更なる工程は、レーザーアクティブファイバーからの引き抜きが可能なプリフォームの製造に関連しない、ＷＯ２００５／１０２９４６  Ａ１［４］（特許文献１）およびＷＯ２００５／１０２９４７  Ａ１［５］（特許文献２）に開示される。
【００１０】
コアおよび溶融シリカまたはドープされた溶融シリカの外側ジャケットを有する 光ファイバーのプリフォームブランク？の製造の方法は、グレートブリテン特許２１７６４７２［６］（特許文献３）に開示される。［６］に開示される方法は、少なくとも一つの多孔質のまたは遊離した物質要素を、溶融シリカチューブに挿入するステップを組み込む。従ってこの方法は、多孔質のまたは遊離した物質要素、例として上記および［６］に記述されるような“ＯＶＤ”原理によるものを必要とする。
【００１１】
米国特許５，５７２，６１８［７］（特許文献４）によると、光フィラメント物質の片側に適用される光が十分に物質の反対側に伝達されるよう、フィラメント長さに沿った吸収および散乱によるファイバーの光損失を最小限にするよう十分な注意が払われる。この理由のため、低い減衰光導波路が一般的に、希土類要素でドープされたファイバーから形成される。しかし多くの場合、光信号に存在する力の量を減少させるため光減衰装置を使用する必要がある。この目的のため、［７］では、その長さに沿った光学的放射および吸収、少なくとも０．２ｄＢ／ｍの光学的放射を受容するよう適合される光導波路から成る、パッシブ光減衰装置が開示される。この導波路部分は、そこから減衰される光信号を受容できるよう、低ロス光ファイバーと連結されうる。管理された一定の減衰が達成されることができるよう、単位長さにつき事前に選択された吸収率を達成するため、導波路の少なくとも一つの領域が遷移金属でドープされる。溶融シリカファイバーでは、吸収領域は少なくとも一つの波長に与えられた既定の一定の吸収率を提供するために効果的な濃度の、Ｆｅ、Ｎｉｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、およびＶから成る種から選択される金属のイオンでドープされる。低波長の信号は例としてリング層で減衰されることが可能である。
【００１２】
これらの一般的な方法は管理方法が容易ではなく、および相当な労力が必要とされる。上記に記述されたように、ドーパント、ＲＥ物質、または遷移金属などの金属は、必要な反応を実行するために適切なゾーンに運ばれなければならない。
【００１３】
前記ドーパントには、増幅（Ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）／減衰（Ａｔｔｅｎｕａｔｉｏｎ）ドーパントを意味するＡ／Ａドーパントの用語が以下で使用される。“アクティブファイバー”の用語は以下で、増幅または減衰の目的でＡ／Ａドーパントでドープされたいずれのファイバーに使用する。文脈でファイバーが増幅のために使用されることが明らかな場合は、“レーザーアクティブファイバー”の用語が広義の意味で使用される。
【００１４】
従って、記述された工程を実行するための多大な労力に加えて、Ａ／Ａドーパントの配置を考慮する著しい制限が生じる。必要に応じてファイバーの配列が設計されることができる一方、ＲＥドーパントの位置に厳しい制限が生じる。これらの制限は特に、レーザーアクティブ光ファイバーの最大増幅および最小ノイズの獲得に関して考慮される点において不利である。理想的には、ＲＥドーパントの濃度は最大数の誘導放出および最小限の自然放出が達成される高さでなくてはならない。
【００１５】
さらに、上記に記述された気相堆積工程により、Ａ／Ａ物質でドープされるのに適合する大きいプリフォームを得ることが難しい。特に、Ａ／Ａ物質でドープされるのに適合する多数のコアの光ファイバーを得ることは困難である。
【００１６】
アクティブファイバーを製造する方法はＷＯ９８／５８８８４［８］（特許文献５）に開示される。この方法によると、約１００μｍから５０００μｍの間の粒径を有するＲＥでドープさｒうれたカレットがクラッド構造内に供給される。［８］に述べられるように、希土類ドープされたホスト媒体によって供給される増幅率は、適合する希土類ドーパントの濃度の上昇により上昇される。しかし、上記の適度な濃度、希土類イオンクラスタリング、および消光は問題となる。
【００１７】
既知の方法で、光媒体の増幅率など希土類ドーパントの望ましい濃度は、記述されたクラスタリング問題のため未だ達成できないことが分かっている。従って、ＲＥドーパントの濃度およびその結果のドープ希土類されたホスト媒体の増幅率は、制約が残る。
【００１８】
さらに、クラスタリング問題はまた、ホスト媒体を減衰ドーパントでドープするときにも発生することが分かっている。
【００１９】
さらにまた、コアおよびクラッド物質の屈折率の均一性の欠如に関する適切な配慮が今のところなされていないという問題がある。物質に供給される屈折率の不均一性は、実際には堆積工程で回避できないものであり、ビームの低品質、特にビーム伝搬欠乏を引き起こしうる。
【００２０】
従って、第一次、第二次、または高次のプリフォームおよびそれから得られるアクティブ光ファイバーなど、大きい容量のＡ／Ａでドープされた光ホスト媒体を加工する改良された方法が提供されることが望ましい。
【００２１】
特に、得られたホスト媒体に殖設されるＡ／Ａドーパントの高濃度および高均一性を達成することができ、それによりクラスタリング問題を回避して高い増幅率を提供することの可能である、Ａ／Ａでドープされた光ホスト媒体を加工するための改良された方法を提供することが望ましい。
【００２２】
さらに、屈折率の均一性が改良され、およびそれにより製造されるアクティブ光ファイバーでビームの品質が改良される、Ａ／Ａでドープされた光ホスト媒体を加工する方法を提供することが望ましい。
【００２３】
さらに、労力が削減された高性能アクティブフォトニッククリスタルファイバー（ＰＣＦ）と同様、多数のコアのある高性能アクティブ光ファイバーを加工することが可能な方法を提供することが望ましい。
【００２４】
さらに、単純な方法かつ高効率でレーザー活性の誘導ができる、アクティブ光ファイバーが引き抜かれることが可能なプリフォームを加工できる方法を提供することが望ましい。
【００２５】
また、ファクターが１より大または１より小（増幅または減衰）の望ましい増幅率を提供するため、新奇のアクティブ光ファイバー、特にＰＣＦファイバーで動作する光増幅器を提供することが望ましい。特に、信号を誘導する、信号経路の変更またはアクティブ光ファイバーのコアの機械的接触の必要のない、新奇の、従来の、またはＰＣＦ、アクティブ光ファイバーのポンピングが可能である光増幅器を提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】ＷＯ２００５／１０２９４６  Ａ１
【特許文献２】ＷＯ２００５／１０２９４７  Ａ１
【特許文献３】グレートブリテン特許２１７６４７２
【特許文献４】米国特許５，５７２，６１８
【特許文献５】ＷＯ９８／５８８８４
【非特許文献】
【００２７】
【非特許文献１】Ｍｏｏｌ  Ｃ．  Ｇｕｐｔａ著、「Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  ＰＨＯＴＯＮＩＣＳ（フォトニックハンドブック）」、ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ社出版  １９９７年
【非特許文献２】Ｊｏｈｎ  Ｂｅｙｎｏｎ著、「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｏｒｙ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  Ｏｐｔｉｃｓ」Ｐｒｅｎｔｉｃｅ  Ｈａｌｌ社、１９９６年、
【非特許文献３】Ｍｉｃｈｅｌ  Ｊ．  Ｆ．  Ｄｉｇｏｎｎｅｔ著、「Ｒａｒｅ−Ｅａｒｔｈ−Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｌａｓｅｒｓ  ａｎｄ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ，  ２ｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ（希土類でドープされるファイバーレンズおよび増幅器、第二版）」Ｍａｒｃｅｌ  Ｄｅｋｋｅｒ社、２００１年
【発明の概要】
【００２８】
本発明の上記または他の目的は、特許請求の請求項１に記載の方法、請求項１７に記載のプリフォーム、請求項１８に記載の光ファイバー、および請求項２１に記載の光増幅器によって達成される。
【００２９】
本発明の第一実施例では、第一プリフォームは以下のステップから成る方法で加工される。
・初期工程段階で、シリカチューブと、ＳｉＯ２粒子とＡ／Ａ（増幅／減衰）粒子から成るＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物を提供する。
・クロージャーによってシリカチューブの下端を限度とする内部空間から構成される、シリカチューブを保持する。
・ＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物をシリカチューブの内部空間に注入する。
・好ましくはシリカチューブの上端に接合部を接着し、および内部空間内に減圧を発生させる、および、
・未加工プリフォームの少なくとも底部を、シリカチューブとＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物を融合するため加熱する。
【００３０】
シリカチューブとＳｉＯ２粒子の物質の屈折率は、目的となるプリフォームの種類によって選択される。一次プリフォームが製造される場合には、物質の屈折率は光ファイバーのコアと同一で、かつ適合する。一次プリフォームが製造される場合には、屈折率は異なり、およびコアとクラッドに適合する。望ましい屈折率を得るために、ＧｅＯ２、Ｐ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、かつ／またＢ２Ｏ３などのドーパントがシリカ粒子に添加される。
【００３１】
Ａ／Ａ粒子の溶解度を高めるため、酸化アルミニウムＡｌｘＯｘ、塩化アルミニウムＡｌｘＣｌｘ、ゲルマニウムＧｅ、またはリンＰなどの溶解補助剤が液体に添加される。
【００３２】
５〜１０μｍの範囲の少なくともほぼ同じ大きさを有する、ＳｉＯ２粒子、Ａ／Ａ粒子、および好ましくは溶解補助粒子が選択される場合、プリフォームまたは前記混合物由来のファイバーの領域内の屈折率の改良された均一性が達成される。今までのところ、異なる粒子の大きさが種々の材料の供給者によって提供され、および光媒体製造者によって製造されていた。従って、本発明の方法のためには、購入される材料は化学的および物理的のみならず、幾何学的に互いに適合されるものでなければならない。
【００３３】
好適な実施例では、初期工程段階で以下のステップから成る方法でＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物が製造される。
ａ）好ましくは１０ｎｍから１μｍの範囲の粒径である、煤塵状のＳｉＯ２粒子を提供する。
ｂ）好ましくは１０ｎｍから１μｍの範囲の粒径である、塩化化合物（ＲＥ−Ｃｌ３）などのＡ／Ａ粒子を提供する。
ｃ）好ましくは、塩化化合物（ＲＥ−Ｃｌ３）などの溶解補助粒子（５６）を提供する。
ｄ）水、メタノール、エタノール、またはアルコールなどの、液体を提供する。
ｅ）ＳｉＯ２煤塵、Ａ／Ａ粒子、好ましくは溶解補助粒子（５６）、および液体を、スラリーを得るため混合する。
ｆ）炉またはオーブンなどで、好ましくは８０℃〜１２０℃の範囲の温度でスラリーを乾燥する。および、
ｇ）粉砕されたＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物を得るため乾燥スラリーに機械衝撃を適用し、その後シリカチューブの内部空間に注入する。
【００３４】
ＳｉＯ２煤塵は液体に添加され、続いてＡ／Ａ粒子が添加されることが可能である。または、および好ましくは、Ａ／Ａ粒子が初めに液体に添加され、次にスラリーを得るためＳｉＯ２煤塵と混合される。
【００３５】
この方法により、たとえ比較的高濃度で提供されるとしても、Ａ／Ａ粒子のクラスタリングは回避されることが可能である。Ａ／Ａ粒子はＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物内で、およびのちにＡ／Ａでドープされるホスト媒体、つまりプリフォームまたはファイバーのコアかつ／またクラッド部分で、均一に分配される。従って、非常に高い増幅または減衰のホスト媒体が加工されることが可能である。優れた結果を提供するとともに、新規の方法は少しの労力で実行されることが可能である。同時に、屈折率もまた、処理される物質を通して均一に分配される。
【００３６】
本発明の光媒体から得られるファイバーは従って、特に増幅および適用される信号のビームの質を考慮して、著しく改良された特性から構成される。
【００３７】
さらに、高濃度の異なる種のＡ／Ａ粒子を適用すること、および様々な望ましい特性、例として、異なる範囲の波長スペクトルでの選択式の信号増幅かつ／また減衰を得ることが可能である。
【００３８】
ＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物は、
原子量９０％〜９８％、好ましくは８４％のＳｉＯ２粒子、
原子量０．１％〜１０％、好ましくは２％のＡ／Ａ粒子、
および原子量０．７％〜７０％のアルミニウム粒子
を含有することが好ましい。
【００３９】
ＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物は、Ａ／Ａ粒子より最大７倍量のアルミニウム粒子を含むことが望ましい。
【００４０】
液体は、１リットルにつき、
５０〜１００ｇ、好ましくは１００ｇのＳｉＯ２煤塵、
０２５〜０．１、好ましくは０．０５モルのＡ／Ａ塩化物、
および０．０７５〜０．５、好ましくは０．２モルの塩化アルミニウム、
を含有することが好ましい。
【００４１】
本発明のＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物は、プリフォーム加工用に提供されるチューブを含む、一次および高次プリフォーム、およびそこから得られる光ファイバーなど、いずれの光媒体のいずれの部分にも使用されることが可能であるとが理解されることが重要である。従って、いずれの部分のプリフォームまたはファイバーが、前記ＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物から加工されることが可能である。最適な均一性の屈折率があり、しかしレーザー活性のない物質が望ましい場合、Ａ／Ａ粒子は上記の処方から単純に減少または除外される。
【００４２】
好ましい実施例では、ＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物は以下のステップにより後加工される。
ｇ）シリカチューブの下端に、多孔質ガラスなどの多孔質材料から成るクロージャーを適用する。
ｈ）調製されたＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物をシリカチューブの内部空間に注入する。
ｉ）酸素Ｏ２、ヘリウムＨｅ、塩素Ｃ１２、フッ素Ｆなどのガス流を、第一クロージャーを通して、およびシリカチューブに含有されるＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物を通過して導入し、およびＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物を浄化および焼成するため、ガラス化基準（好ましくは約１２００℃）以下の温度でシリカチューブを加熱する。および、
ｊ）シリカチューブとＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物を融合するため、ガラス化基準以上の温度（好ましくは２１００℃）で、未加工プリフォームの少なくとも底部を加熱する。
【００４３】
シリカチューブとＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物は、加工プリフォームを得るため、全長にわたって完全に加熱されることが可能である。また、溶解要素は制限された部分を加熱している間に、例としてファイバーの引き抜き、または少なくとも一つの縦長のプリフォームの引き抜きによって、同時に変形されることが可能である。従って、シリカチューブとＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物から、一つのみ、または複数のプリフォームが得られることが可能である。
【００４４】
続く工程ステップでは、一つ以上の加工されたプリフォームは二次プリフォームと一体化されることが可能であり、シリカチューブに提供されるＡ／Ａ粒子かつ／また加工されたプリフォームのＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物により、アクティブ光ファイバーはそこから引き抜かれる。
【００４５】
好適な実施例では、高効率にポンプされることが可能であるレーザーアクティブ光ファイバーの製造のため、縦長の穴がプリフォームに提供される。前記穴は、好ましくは長方形または円筒形ロッドなどの取り外し可能なロッドを、ＳｉＯ２粒子が挿入される前にシリカチューブに挿入することにより作られることが好ましい。
【００４６】
一実施例では、好ましくは平面のある少なくとも一つの穴が、プリフォームのクラッド領域に、プリフォームのコア領域に向かって平面方向に提供される。従って、前記平面に到達するポンプ信号は光ファイバーのコア領域に向かって反射される。さらに、平面を包囲する周辺物質は、およそＤ字型になる外形を残して容易に取り除かれることが可能である。
【００４７】
また、プリフォームのクラッド領域に提供される多数の穴がプリフォームに備わる場合でも、高効率のレーザーポンピングが達成されることが可能である。少なくとも３つの、好ましくは５つの穴が、以下のように提供されることが好ましい。
ａ）好ましくは、プリフォームのクラッド領域の周辺ゾーンに不規則に分布される
ｂ）穴の直径は、好ましくはプリフォームの直径の１／１０から成る、および、
ｃ）少なくとも一つの穴の直径分離間される。
【００４８】
さらに、Ａ／Ａ物質でドープされたシリカチューブが使用されることが有利であり、プリフォームの周辺領域に均一に分配されると著しく有利になる。下記の一次シリカチューブまたは二次シリカチューブは、チューブ物質内に均一に分配される望ましいＡ／Ａ粒子のドーピングによって、容易に作られることが可能である。例として、乾燥粉末状のＡ／Ａ物質は溶解状態のシリカと混合されることが可能である。ＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物は上記のように調製されることがさらに好ましい。ＲＥ物質はプリフォームなどから引き抜かれるレーザーアクティブ光ファイバーのコアの周辺領域に均一に分配されるので、高密度のポンプ信号を適用されたクラッドから達することが可能である。従って、本発明のレーザーアクティブ光ファイバーによって、コアまたはクラッドを通してポンプ信号を注入することが可能になる。例として隣接する補助チューブ、例えばマルチモードファイバーまたは下記の送信スリーブなどを通過する、クラッドを通したポンプ信号の導入は、コアが接触されないままになるという利点を生み出す。コアの切り離しやスプライシング（接合）が必要とされない。
【００４９】
選択的に、加工されたプリフォームの表面の研磨工程が、シリカチューブの物質を少なくとも部分的に取り除くため実行されうる。故に、Ａ／Ａ物質でドープされた融解ＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物から成る一次プリフォームまたはプリフォームブランクが残る。
【００５０】
追加的実施例では、Ａ／Ａでドープされたシリカチューブは、ＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物の代わりに固いガラスブランクまたは本発明のプリフォームとしっかりと合致して充填される。Ａ／Ａでドープされた一次シリカスリーブチューブと、挿入される固いシリカブランクまたは本発明のプリフォームの組み合わせは、未加工一次プリフォームを結果として生じる。物理的特性を考慮した結果および関連する利点は、第一実施例の一つと比較できる。シリカチューブのＡ／Ａドーパントはまた、結果のファイバーのコアの周辺領域に均一に分布される。例として、減衰は異なる波長で実行されることが可能である。
【００５１】
第一および第二の実施例の本発明の原理が適用される本発明の追加的実施例は、アクティブフォトニッククリスタルファイバー、特にレーザーアクティブ光ファイバーのためのプリフォームの製造に関する。この第三の実施例では、好ましくは本発明のＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物で製造されたＡ／Ａでドープされたシリカチューブがプリフォームの、アクティブフォトニッククリスタルファイバーのコア領域に関する位置に適用される。フォトニッククリスタルファイバーは中空コアを使用するので、好ましくは薄壁のＡ／Ａでドープされたシリカチューブはシリカブランクまたはシリカ粒子で充填されず、取り外し可能なロッドで充填される好まことがしい。従って、光信号はフォトニックバンドギャップ効果によって中空コア内に限定され、およびＡ／Ａでドープされたシリカチューブの表面に接するとき増幅される。
【００５２】
三つのすべての実施例では、プリフォームから引き抜かれるファイバーのレーザー活性または減衰は有効に達成される。第一および第二の実施例では、Ａ／Ａ物質はクラッドを通して適用されない場合、ポンプ信号強度のあるコアの中心部分に限定されることが可能であり、およびユーザー信号は通常最高である。この場合、一次シリカ粒子はＡ／Ａ物質、例として通常濃度５０ｐｐｍ以上のエルビウムでドープされる。しかし、ポンプ信号がクラッドを通して導入される場合、その後コアの周辺領域に関する一次シリカチューブは、好ましくはクラスタリング上限までＡ／Ａ物質でドープされる。
【００５３】
ポンプ信号のクラッドへの導入は、例として光伝導スリーブを用いて、またはクラッド内に提供されるポンプファイバーを用いて、コーティングの除去後になされることが可能である。コアおよびクラッドの物質が同じ屈折率から構成される場合、クラッドからコアへのポンプ信号の送信はロスを最低限に抑えて実行される。従って、ポンプ信号はコア領域で反射されず、およびコア、特に周辺ゾーンが比較的高強度に達することが可能である。ユーザー信号を限定するため、コア物質およびクラッド物質の同一または類似の屈折率にもかかわらず、コア内でクラッドは空気が充填された構成要素が備わる。これらの構成要素は、クラッドの屈折率がコアの屈折率より平均で低くなるような方法で設計される。従って、アクティブ光ファイバーおよびそれに由来するプリフォームのこの追加的実施例は、クラッドを通してポンプされるのに理想的である。前記構成要素は、例として、二次プリフォームに提供される空気または適切に選択されたガスで充填された補助シリカチューブによって、達成されることが可能である。
【００５４】
本発明のフォトニッククリスタルファイバーにレーザー活性を得るために、ハニカム構造などを例とする周期性の構造が、局部的またはファイバー全体にわたって、および結果的にはプリフォーム全体に、信号がＡ／Ａでドープされたシリカチューブから由来する物質から成るコア領域の周辺ゾーンに入る結果として、分布されることが可能である。
【００５５】
最適化された構造および最適化されたファイバーのドーピング、および適合するプリフォームは、シリカ粒子を使用あるいは二次または高次プリフォームを加工する着想に基づいて下記に説明される工程ステップによって、最も有利に実行される。
【００５６】
第一実施例の一次プリフォーム、第二実施例の未加工プリフォーム、および第三実施例の外表を有するＡ／Ａでドープされたシリカチューブは、内表を有する二次シリカチューブに挿入される。
【００５７】
ａ）上記のようにクラッドの屈折率の調節、
ｂ）下記のようにポンピング目的でのファイバーの提供、
ｃ）フォトニックバンドギャップ効果の達成、
ｄ）多数のコアファイバーの実現、
が必要とされる場合、いずれもまた外表を有する、補助シリカチューブ、取り外し可能な補助ロッド、シリカブランク、または加工一次プリフォーム、など構造要素を追加。
【００５８】
挿入される要素の外表および二次シリカチューブの内表は、二次シリカチューブの第一端で第二クロージャーによって制限される内部空間を決定する。
【００５９】
追加的工程では、挿入される要素は二次シリカチューブとほぼ縦方向に同軸関係で保持される。その後、二次シリカ粒子は第二内部空間に挿入される。
【００６０】
二次内部空間が第二接合部によって二次シリカチューブの上部第二端で制限され、そして第二内部空間および二次シリカチューブ内で減圧が生成された後、二次シリカ粒子および挿入された構成要素は、同時に光ファイバーを引き抜きながら、全体の長さにわたってまたは部分的に、完全に加熱される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
本発明のいくつかの目的および利点が述べられたが、その他は追随する説明は添付の図とともに考慮されることにより明らかになる。
【図１】軸Ｘ、内部空間１２、および下端にクロージャー１３のある薄壁の一次シリカ（ＳｉＯ２）チューブ１１を示す。
【図２】未加工一次プリフォーム１を作るため、上部に一次シリカ粒子５１またはＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物５８が内部空間１２に充填されるよう通過する接合部３のある、図１の一次シリカチューブ１１、１１ｄを示す。
【図３】加工一次プリフォームを得るため、一次シリカ粒子５１またはＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物５８と一次シリカチューブ１１、１１ｄの加熱、溶解、および融合する工程を示す。
【図４ａ】周辺層が取り除かれる間の、一次シリカチューブ１１から由来する物質から成る、熱処理された図３の一次シリカプリフォームの加工を示す。
【図４ｂ】周辺層が取り除かれる間の、一次シリカチューブ１１から由来する物質から成る、熱処理された図３の一次シリカプリフォームの加工を示す。
【図４ｃ】周辺層が取り除かれる間の、一次シリカチューブ１１から由来する物質から成る、熱処理された図３の一次シリカプリフォームの加工を示す。
【図４ｄ】周辺層が取り除かれる間の、一次シリカチューブ１１から由来する物質から成る、熱処理された図３の一次シリカプリフォームの加工を示す。
【図４ｅ】周辺層が取り除かれる間の、一次シリカチューブ１１から由来する物質から成る、熱処理された図３の一次シリカプリフォームの加工を示す。
【図４ｆ】周辺層が取り除かれる間の、一次シリカチューブ１１から由来する物質から成る、熱処理された図３の一次シリカプリフォームの加工を示す。
【図５ａ】同軸に整列された、Ａ／Ａでドープされた図４の一次プリフォーム１、１´および二次シリカ粒子５１０またはＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物５８を受容する、薄壁の二次シリカ（ＳｉＯ２）チューブ１１１のある二次プリフォーム１０の組み立てを示す。
【図５ｂ】同軸に整列された、Ａ／Ａでドープされた図４の一次プリフォーム１、１´および二次シリカ粒子５１０またはＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物５８を受容する、薄壁の二次シリカ（ＳｉＯ２）チューブ１１１のある二次プリフォーム１０の組み立てを示す。
【図５ｃ】同軸に整列された、Ａ／Ａでドープされた図４の一次プリフォーム１、１´および二次シリカ粒子５１０またはＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物５８を受容する、薄壁の二次シリカ（ＳｉＯ２）チューブ１１１のある二次プリフォーム１０の組み立てを示す。
【図６】さらに、シリカブランク１５を固く覆う、薄壁のＡ／Ａでドープされたスリーブチューブ１１ｄ、例として図１に示されるような一次シリカチューブ、から構成される図５の二次プリフォーム１０の上端を示す。
【図７】図４または図６に示されるような、五つの一次または二次プリフォーム１、１０、および二次シリカチューブ１１１に含まれる補助チューブ１１ｘから構成される、二次プリフォーム１００の上端を示す。
【図８】Ａ／Ａでドープされたシリカチューブ１１ｄ、補助チューブ１１ｘ、および二次元周期構造に配置された補助ロッド１０１のある、フォトニッククリスタルファイバーの製造を目的とする二次プリフォームを示す。
【図９】光ファイバー８を図５または図６の二次プリフォーム１０、１０´から引き抜くために使用される装置２を示す。
【図１０】光ファイバー８を図７または図８の二次プリフォーム１００、１００´から引き抜くために使用される図９の装置２を示す。
【図１１】多数のコア８１１、８１２、．．．および補助ファイバー８１１ｘから構成される本発明のアクティブ光ファイバー８の断面図のある増幅器６００を示す。
【図１２】本発明のフォトニッククリスタルファイバー８´の断面図のある増幅器６００を示す。
【図１３】本発明のアクティブ光ファイバーのいくつかの巻線を使用する光増幅器を示す。
【図１４】本発明のアクティブ光ファイバー８のクラッドを通ってポンプ信号を適用する光増幅器６００を示す。
【図１４ａ】本発明のアクティブ光ファイバー８のクラッドを通ってポンプ信号を適用する光増幅器６００を示す。
【図１５ａ】最も有利な実施例のプリフォームおよびファイバーを加工する本発明の方法を示す。
【図１５ｂ】最も有利な実施例のプリフォームおよびファイバーを加工する本発明の方法を示す。
【図１５ｃ】最も有利な実施例のプリフォームおよびファイバーを加工する本発明の方法を示す。
【図１５ｄ】最も有利な実施例のプリフォームおよびファイバーを加工する本発明の方法を示す。
【図１５ｅ】最も有利な実施例のプリフォームおよびファイバーを加工する本発明の方法を示す。
【図１５ｆ】最も有利な実施例のプリフォームおよびファイバーを加工する本発明の方法を示す。
【図１５ｇ】最も有利な実施例のプリフォームおよびファイバーを加工する本発明の方法を示す。および、
【図１６ａ】クラッドを通して高効率でレーザーポンピングができる、空洞または巨大な構成要素８２２、８２２´が備わる、ファイバー８を示す。
【図１６ｂ】クラッドを通して高効率でレーザーポンピングができる、空洞または巨大な構成要素８２２、８２２´が備わる、ファイバー８を示す。
【図１６ｃ】クラッドを通して高効率でレーザーポンピングができる、空洞または巨大な構成要素８２２、８２２´が備わる、ファイバー８を示す。および、
【図１７ａ】図１６ａ〜１６ｃによる光ファイバーを製造するよう設計されるプリフォームの組み立てを示す。
【図１７ｂ】図１６ａ〜１６ｃによる光ファイバーを製造するよう設計されるプリフォームの組み立てを示す。
【図１７ｃ】図１６ａ〜１６ｃによる光ファイバーを製造するよう設計されるプリフォームの組み立てを示す。
【図１７ｄ】図１６ａ〜１６ｃによる光ファイバーを製造するよう設計されるプリフォームの組み立てを示す。
【図１７ｅ】図１６ａ〜１６ｃによる光ファイバーを製造するよう設計されるプリフォームの組み立てを示す。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
図１は、縦軸ｘ、外径ｄ１、壁直径ｄ１０、内部空間１２、および下端に好ましくは一次シリカチューブ１１と一体化で作られるクロージャー１３を有する、一次シリカ（ＳｉＯ２）チューブ１１を示す。選択的に、拡大部分ＢおよびＣで図２に示されるように、一次シリカチューブ１１は、下記に目的が説明される、その壁に包囲される一つまたは多数の種のＡ／Ａ物質５２を含みうる。
【００６３】
図２は、図１５を参照に下記に説明される、一次シリカ粒子５１またはＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物５８がシリカチューブ１１の内部空間１２に充填されるよう通過する第一通路３１から構成される、上端に接合部３のある図１によるシリカチューブ１１、１１ｄを示す。図２はさらに、異なるＡ／Ａ物質５２でドープされ、従って一次プリフォーム１内に異なる選択性Ａ／Ａ物質５２の別々の局在、およびそれゆえ光ファイバーが引き抜かれるコアを結果として生じる、シリカチューブ１１ｄおよび一次シリカ粒子５１を使用する様々な選択Ａ、Ｂ、およびＣを示す。
【００６４】
Ａ／Ａ物質はネオジム、ユーロピウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、またはイッテルビウムかＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｔｉ、およびＶなどの金属が可能である。本発明によって適用されるドーパントには単種の金属が、レーザーアクティブファイバーには通常エルビウムが選択されることが可能である。しかし、誘導信号の波長によって、二つ以上の種のＡ／Ａ物質が適用されることも可能である。
【００６５】
拡大部分ＡはＡ／Ａドーパントが存在しないシリカチューブ１１を示す。代わりに複数の種のＡ／Ａドーパント５２が一次シリカ粒子５１に含まれる。部分Ａの上半分で、異なる粒子の混合Ａ／Ａ物質がシリカ粒子と混合される。部分Ａの下半分に示されるように、Ａ／Ａ物質はシリカ粒子に閉じ込められることが好ましい。これは、Ａ／Ａ物質を融解状のシリカ（ＳｉＯ２）に添加し、Ａ／Ａ物質が処理されたＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物に均一に分布されるまで攪拌することにより達成されることが可能である。ドープされた液体から得られる粒子はその後、Ａ／Ａ物質の均一な分布を含有および維持する。
【００６６】
しかし、もっとも好ましいＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物を調製する工程は、以下のステップに従って実行される。
ａ）煤塵状の、好ましくは粒径が１０ｎｍから１μｍの間のＳｉＯ２粒子５１を提供する。
ｂ）好ましくは粒径が１０ｎｍから１μｍの間の、塩化化合物（ＲＥ−Ｃｌ３）のような、Ａ／Ａ粒子５２を提供する。
ｃ）水、メタノール。エタノール、またはアルコールなどの液体５５を提供する。
ｄ）煤塵ＳｉＯ２粒子５１、Ａ／Ａ粒子５２、および液体５５を、スラリーを得るため混合する。
【００６７】
この好適な手順のため、煤塵ＳｉＯ２粒子５１およびＡ／Ａ粒子５２と異なる方法で混合される液体５５が使用されることが、重要である。煤塵ＳｉＯ２粒子５１は液体５５に添加されることができ、逆もまた同様である。そして、Ａ／Ａ粒子５２、好ましくはＲＥ塩化物ＲＥ−Ｃｌ３がスラリーを得るために添加される。また、および好ましくは、Ａ／Ａ粒子５２および好ましくはＡｌｘＣｌｘx化合物のような溶解補助粒子５６は、液体に添加され、その後、図１５ａに示されるように、煤塵ＳｉＯ２粒子５１を含む容器Ａに導入される。
【００６８】
液体５５の均一な分布を得るために、結果のスラリー５８１は図１５ｂに示されるように攪拌されることが好ましい。
【００６９】
次にスラリー５８１は、図１５ｃに示されるように、好ましくは１００℃程度の温度のオーブンで乾燥される。
【００７０】
図１５ｄに示されるように、乾燥スラリー５８２はその後、Ａ／Ａ粒子５２が均一的に分布される粉末または煤塵５８３を得るため機械的エネルギーの衝撃のもとで粉砕される。
【００７１】
図１５ｅに示される追加的工程ステップでは、粉砕されたＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物５８３は次に、その下端にガス透過性クロージャー１３が備わっている、シリカチューブ１１の内部空間に導入される。透過性クロージャー１３は、ガスの運搬ができるが、導入されるＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物を所定で保持することが可能である、多孔性ガラスから成ることが好ましい。
【００７２】
図１５ｆに示される次の工程ステップでは、酸素Ｏ２、ヘリウムＨｅ、またはフッ素Ｆなどのガス流が、ガス透過性クロージャー１３を通り、およびシリカチューブ１１に含まれるＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物５８を通過し、ガラス化基準より低い温度、例として１２００℃で加熱される。このステップにより、ＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物５８は浄化および焼成される。有機化合物、特にＲＥ−Ｃｌ３化合物から由来する溶解塩素がシリカチューブ１１の上端に残るガス流とともに除去される。
【００７３】
図１５ｇまたは代替的に１５ｈに示される最後の工程段階では、結果の未加工プリフォーム１の少なくとも底部がガラス化基準以上の温度、好ましくは２１００℃で、シリカチューブ１１とＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物５８を融合するため炉２３で加熱される。図１５ｇでは、未加工プリフォーム１は、下記に記述されるようなより複雑なプリフォームを製造するなど、他の時および場所で使用されることができる加工プリフォームを得るため 全長にわたって加熱される。図１５ｈでは、未加工プリフォーム１は、光ファイバー８が同時に引き抜かれる下端が部分的に加熱される。
【００７４】
本発明のＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物は、上記または以後記述される全ての適用のすべての選択で有利に使用されることが可能である。
【００７５】
図２の拡大部分Ｂはいずれも、異なるＡ／Ａ物質５２１、５２２でドープされる一次シリカチューブ１１ｄおよび一次シリカ粒子５１を示す。図２の拡大部分Ｃは、異なるＡ／Ａ物質５２１、５２２でドープされる一次シリカチューブ１１ｄのみを示す。
【００７６】
一次シリカチューブ１１、１１ｄの円形壁（薄壁）の直径ｄ１０は、例としてその外径ｄ１の１０分の１である。しかし、前記直径ｄ１／ｄ１０の比率は、最大で５０かそれ以上である。従って、内部空間１２の容量は比較的大きい、つまり従来のプリフォームの容量より数倍大きい。
【００７７】
一次シリカチューブ１１、１１ｄが完全に充填されると、接合部３の挿入通路３１がシーリングキャップ３９によって閉鎖される。次に、接合部３に提供される排出通路３２に接続される真空ポンプ２２は、加工プリフォーム１に空気含有を避けるため、一次シリカチューブ１１、１１ｄの内部空間から空気を除去する。
【００７８】
図３は、加工一次プリフォーム１を得るため、一次シリカ粒子５１、５２、および一次シリカチューブ１１、１１ｄを加熱、溶解、融合する工程を示す。部分的に加工された一次プリフォーム１は、垂直に整列されて、かつ垂直運動および好ましくは軸ｘに沿った一次プリフォーム１の回転を制御することができる回転保持装置２１に取り付けられる。好ましくは、保持装置２１は、一次シリカチューブ１１、１１ｄの内部空間１２に提供される一次シリカ粒子５１を液化するため、一次プリフォームに振動を適用するよう設計される。
【００７９】
図３はさらに、一次プリフォーム１を例として２１００℃から２３５０℃の範囲の温度で加熱することができる、加熱装置または炉２３を示す。炉２３に提供される熱エネルギーにより、およびプリフォーム１の内外に存在する設定された圧力の違いにより、一次シリカチューブ１１、１１ｄ、および一次シリカ粒子５１、５２は溶融し、および互いに融合される。加熱工程の完了後、一次シリカ１１、１１ｄ、および一次シリカ粒子５１、５２は実質的に均一な、しかしＡ／Ａ物質で個別にドープされた異なるゾーンから構成される、シリカ体を形成する。
【００８０】
一次シリカチューブ１１、１１ｄ、および一次シリカ粒子５１、５２を全長にわたって完全に加熱するかわりに、例としてファイバーを引き抜くことにより、または少なくとも一つの縦長の一次プリフォームを引き抜くことにより、限定された部分を加熱して、溶融要素が同時に変換されることが可能である。従って、一次シリカチューブ１１、１１ｄ、および一次シリカ粒子５１、５２から、特定の要望に合わせた一つのみ、または複数のプリフォーム１が 得られることが可能である。例として、一次シリカチューブ１１、１１ｄ、および一次シリカ粒子５１、５２から引き抜かれる要素は、ファイバーまたはレーザーシステムのファイバーキャビティとして、または下記に記述されるように未加工二次プリフォームの中に導入される一次プリフォームとして、使用されることが可能である。
【００８１】
図４ａ〜ｆは、周辺層が取り除かれる間の、一次シリカチューブ１１から得られる物質から成る、図３の熱処理されたプリフォーム１の加工を示す。図４ａおよび４ｂは熱処理終了後の、図３の加工された一次プリフォーム１を示す。図４ｃおよび４ｄは、好ましくは自動研磨器具によって実行される、研磨工程中の加工された一次プリフォーム１を示す。図４ｃおよび４ｄは、一次シリカチューブ１１の材料が一次プリフォーム１またはそれから得られる光ファイバーの性能に影響を与えないよう結果的に実行されることが推奨される、研磨工程終了後の加工された一次プリフォーム１を示す。
【００８２】
図５ａおよび５ｂは、同軸に整列された、Ａ／Ａでドープされた図４の一次プリフォーム１、１´（図５ａ参照）、および二次シリカ粒子５１０（図５ｂ参照）を受容する、薄壁の二次シリカ（ＳｉＯ２）チューブのある二次プリフォーム１０の組み立てを示す。
【００８３】
図５ｃは、同軸に整列された、ドープされない一つのシリカブランク１５、および二次シリカ粒子５１０を受容する、薄壁の二次シリカ（ＳｉＯ２）チューブ１１１のある二次プリフォーム１０´の組み立てを示す。
【００８４】
拡大部分Ｄ１、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ２´およびＥ、Ｅ１、Ｅ１´Ｅ２、Ｅ２´は、一次シリカチューブ１１、１１´および一次シリカ粒子５１で既に説明されたように、二次プリフォーム１０、１０´の望ましい特性を得るため、二次シリカチューブ１１１かつ／また二次シリカ粒子５１０が、Ａ／Ａ物質（複数可）でドープされることができる可能であることを示す。
【００８５】
図６はさらに、シリカブランク１５をしっかりと覆う、例として図１に示されるような一次シリカチューブである、薄壁のＡ／Ａでドープされたスリーブチューブ１１ｄから構成される、図５ｃからの二次プリフォーム１０の上端を示す。本発明のこの実施例では 、スリーブチューブ１１ｄに含有されるＡ／Ａでドープされた物質をシリカブランク１５の周辺ゾーンに運ぶことが可能になる。好ましくは、シリカブランク１５およびスリーブチューブ１１ｄは、均一なシリカコアが作られることが可能で、しかしＡ／Ａ物質５２で別にドープされるゾーンから構成されるよう、同じ屈折率から構成される。またさらに、同じ屈折率がシリカブランク１５、二次スリーブチューブ１１ｄ、および二次シリカ粒子５１０に使用されることが可能である。この場合、主に溶解二次シリカ粒子５１０から成るクラッドの屈折率は、縦長の空隙を導入することにより調節される。図６に図式的に示されるように、補助チューブ１１ｘがシリカブランク１５と二次シリカチューブ１１１の壁の間に、補助チューブ１１ｘに包括される空気またはガス、および溶解二次シリカ粒子５１０によって生じる望ましい屈折率の平均の大きさおよび数で、提供されうる。従って、二次プリフォーム１０から引き抜かれる光ファイバーでは（図１０参照）、光信号がコアの中心だけでなく、Ａ／Ａでドープされたシリカスリーブチューブから得られるコアの周辺領域の物質にも進行する。二次の半径に沿って指数ステップが生じないため、光はロスを減少されて、クラッドの表面から、またはクラッド内のファイバーからコアの中央へ通過することが可能である。また一方、光は最も容易にコアの周辺領域に達することが可能である。
【００８６】
図６はさらに、シリカブランク１５（または一次プリフォーム１、１´）を受容する通路３１０から構成される、二次プリフォーム１０のための第二接合部３０を示す。二次シリカ粒子５１０は二次シリカ粒子５１０の充填の完了後、例として留具２２１およびチューブ２２０を経由して真空ポンプ２２に接続される排出通路３２０を通って、導入されることが可能である。未加工プリフォーム１０を完全に閉鎖するため、シーリングキャップ３９０が接合部３０の頂部に取り付けられる。
【００８７】
図７は、図４に示されるような５つの一次プリフォーム１、または図６に示されるような５つの二次プリフォーム１０、補助チューブ１１ｘ、および補助シリカロッド１５（またはシリカブランク）が含まれる、大きい二次シリカチューブ１１１から構成される二次プリフォーム１００の上端を示す。加えて、二次シリカ粒子５１０は二次シリカチューブ１１１に挿入される。再び、二次シリカ粒子５１０および二次シリカチューブ１１１は必要に応じ、Ａ／Ａ物質でドープされることが可能である。この二次プリフォーム１００から、さらに加工された後、多数のアクティブコアから構成される光ファイバーが引き抜かれることが可能である。補助チューブ１１ｘまたは補助ロッド１５に関連する引き抜かれたファイバーの要素は、下記に説明される注入および誘導ポンプ信号に使用されることが可能である。
【００８８】
図８は、Ａ／Ａでドープされたシリカチューブ１１ｄ、補助チューブ１１ｘ、および取り外し可能な補助ロッド１０１が二次元周期構造に配置される、大きい二次シリカチューブ１１１から成る二次プリフォーム１００´の上端を示す。この二次プリフォーム１００´から、さらに加工された後、フォトニッククリスタルファイバー（ＰＣＦ）が引き抜かれることが可能である。二次元周期構造は，加工二次プリフォーム１０から引き抜かれるフォトニッククリスタルファイバーに影響するフォトニックバンドギャップ（ＰＢＧ）を適用するため選択される。
【００８９】
取り外し可能な補助ロッド１０１は、粒子５１０、または補助チューブ１１ｘ、またはＡ／Ａでドープされたシリカチューブ１１ｄ内で、空間保持の機能を果たす。結果として、取り外し可能な補助ロッド１０１が適用される場合は、熱処理中に変形または崩壊されない、好ましくは標準サイズの比較的薄い壁のシリカチューブが選択される。熱処理の完了後に取り外される取り外し可能な補助ロッド１０１は、シリカチューブ１１ｘ、１１ｄの内部を正しい形に保持する。さらに、取り外し可能な補助ロッド１０１はシリカ粒子内に縦長の空間を保持するため、補助チューブ１１ｘなしで使用されることが可能である。プリフォーム１００´が加工された後、取り外し可能な補助ロッド１２０５が取り外される。ガラスの熱膨張係数より大きい熱膨張係数のあるグラファイトなどの材料が使用される場合、 補助ロッド１０１はガラス化したシリカから容易に取り外すことが可能である。冷却工程中、そのようなロッド１０１はガラスより強く撤回または収縮するので、ガラスに接着が残ることがない。従って、取り外し可能なロッドによって、多数の細長い空間要素から成る複雑な構造のプリフォームが容易に作られることが可能である。
【００９０】
図９は、図５の二次プリフォーム１０、１０´から本発明の光ファイバー８が引き抜かれるのに使用される装置２を示す。プリフォーム１０、１０´がその融点に加熱され、およびファイバー８が引き抜かれると、ネックダウンと言われる角度範囲が形成される。単一の光ファイバー８は二次プリフォーム１０、１０´から半溶解状態で噴出し、および直径モニター２４を通過する。光ファイバー８は下方に引き抜かれ続け、および光ファイバー８を保護するためコーティングを施すコーティングアプリケーター２５を通過する。光ファイバー８はまた、光コーティングを回復し、かつコーティングが施された後の全径を監視する他の装置２６、２７も通過する。光ファイバー８はその後、光ファイバー８に旋回を与えるローラーから構成されうる旋回装置２８に遭遇する。そして光ファイバー８は最終的に、ドラムまたはスプール２９の周囲に巻きつけられる前に、光ファイバー８を引き抜く一連のローラー（図示せず）に遭遇する。二次プリフォーム１０、１０´は、軸に沿った垂直方向の動き、かつ好ましくは軸の周囲の回転を制御することのできる、保持装置２１に取り付けられる。さらに保持装置２１は、二次シリカ粒子５１０を液化するため、二次プリフォームに振動を適用するよう設計されうる。
【００９１】
図１０は、フォトニッククリスタルファイバーなどの本発明の光ファイバー８を図７または図８の二次プリフォーム１００、１００´から引き抜くために使用される装置２を示す。
【００９２】
［２］の２４６ページに記述されるように、光ファイバーに誘導される光信号は、特定距離を経て再生されなければならない。大量の信号減衰の発生を阻止するため、ケーブルに沿ってある程度の距離をおいて、リピーターが設置される。デジタル信号形成の再構築のため、再生器もまた使用され、およびそれにより増幅も生じる信号ノイズも阻止しうる。約１ｍＷの電力の半導体レーザー源により、再生前の最大距離は１００〜２００kmの間で必要である。例として１９７０年代のトランスランティックファイバー光ケーブルは、７０ｋｍごとのリピーターを有する。
【００９３】
さらに［２］によると、光増幅器の一般的な原理はレーザーの誘導放出に頼る。反転分布は初めに二つの状態の間で設定されなければならず、および誘導放出は同相の光子の数を引き上げる。ネオジムがファイバーをドープする適切な要素として提案された１９６４年に、ファイバー増幅器技術は始まった。大きな進歩は、エルビウムが波長１．５μｍで数千の光増幅を生成することが分かった１９８０年代になされ、それはＩｍＧａＡｓＰ光源をよく統合する。プラセオジムでドープされたファイバーは、通信システムで使用される他の波長、約１．３μｍを作動するため、現在研究されている
【００９４】
［３］の２４７ページ、図９、２０は、送信ファイバーに接合されるエルビウムでドープされたファイバー光増幅器の基本的なレイアウトを示す。レーザー源からの光は波長選択式連結器を経由して信号と結合される。レーザー光はエルビウム原子を励起状態に光学的に押し出し、および信号は誘導放出を信号波長で引き起こす。光アイソレーター（反射防止コート）は必要とされない反射を防止し、およびフィルターはレーザー光をブロックする。
【００９５】
図１１は、簡易化された光増幅器６００、および多数のコア８１１、８１２、．．．および例として二次プリフォーム１０、１０´に提供されるシリカロッドまたはブランクから由来する補助ファイバー８１１ｘの断面図を示す。図１１は複数の波長λ１０、．．．λ６０でポンプ信号を提供する電源装置６２を示す。これらのポンプ信号λ１０、．．．λ６０は、マルチモードポンプファイバー８１１ｘに投入され、およびその後クラッドを通ってＲＥイオンが励起されるコア８１１、８１２．．．に進行する。従って、光ファイバー８のコアに進行する信号λ１、．．．λ７は、誘導放出を生じるので増幅を得る。
【００９６】
図１２は光増幅器６００、および本発明のフォトニッククリスタルファイバー８´の断面図を示す。再び、信号λ１０、．．．λ６０が、クラッドに備わるマルチモードポンプファイバー８１１ｘに提供される。ポンプファイバーから、ポンプ信号は、ＲＥでドープされたシリカガラスチューブ１１ｄに関連するコア領域８１ＲＥの周辺ゾーンに達する。周期構造がわずかに阻害される場合、誘導ユーザー信号、少なくともエバネセント場がこのドープされた周辺ゾーンに入り、および誘導放出とユーザー信号の増幅を生じる。
【００９７】
図１１および１２に示されるように、本発明の主な利点は、プリフォームの構造、およびゆえに光アクティブファイバーの構造が、自由に選択されることが可能なことである。従って、大きいポンプファイバーは、ユーザー信号を誘導するコアの阻害がなく投入ポンプ信号の目的のため識別かつ開放されて、容易に組み込まれることが可能である。また、ポンプファイバーを使用せずに、光を投入することすらも可能である。この目的のため、アクティブ光ファイバー８は、ポンプ信号を受信および送信するスリーブ８５に入れられる（図１４ａ参照）上記のように、同一屈折率およびクラッドの屈折率から構成される異なる要素に使用される物質が、空気またはガスの含有により上昇される場合、ポンプ信号は最小限のロスで送信される。
【００９８】
図１３は、光送信ライン８１に接合される（接合部６５参照）本発明の光ファイバー８のいくつかの巻線を使用する［３］の形状で既知の光増幅器を示す。弱い信号は、光送信ライン８１の着信エンドから光アイソレーター６４およびレーザーフィルター６６を経由して本発明のアクティブ光ファイバー８に転送される。レーザーフィルター６６は、レーザー源６２によって発生し、および連結要素６３を通って本発明のアクティブ光ファイバー８に投入されるポンプ信号をブロックする。従って、弱いユーザー信号は本発明のアクティブ光ファイバー８で増幅され、および光送信ライン８１の送信エンドに転送される。図１３では、単一信号だけでなく、多数のコアに誘導される複数の信号が増幅されうることが示される。
【００９９】
図１４は、接合によって信号通路が阻害されることのない、本発明の光ファイバーに誘導される光信号を再発生させる二つの光増幅器６０１を示す。図１４は、ポンプ信号を投入するために切開されたポンプファイバー８１１ｘの第一選択を示す。
【０１００】
図１４ａは、コーティングが除去される光ファイバー８をスリーブチューブ８５が受容する、第二選択を示す。ポンプ信号はその後、ＲＥイオンを励起するため、スリーブチューブ８５を経由して光ファイバー８に投入される。
【０１０１】
図１６ａから１６ｃは、クラッド領域８２に最小の空洞の構成要素８２２または巨大な構成要素８２２´が備わる、アクティブ光ファイバー８を象徴的に示し、構成要素８２２、８２２´はクラッドを通して光ファイバー８のコア８１へ高効率でのポンプ信号の送信を補助するよう設計される。クラッドを通して光ファイバー８のコア８１へのポンプ信号の送信を可能にする配置は、図１４に示される。
【０１０２】
構成要素８２２、８２２´は、穴または好ましくは残りのクラッド材料とは屈折率かつ／また注入されるＲＥドーパントが異なる巨大材料から成る。
【０１０３】
図１６ａおよび１６ｂは互いに密接に関わる。それぞれの光ファイバー８は、平面に備わるコア８１およびクラッド８２から構成される。
【０１０４】
図１６ａに示される光ファイバー８のクラッド８２では、完全な部分がレーザーで切削されるなどして除去され、平面８２１が露出される。
【０１０５】
図１６ｂに示される光ファイバー８は、長方形の外形から構成される空洞または巨大な構成要素８２２、８２２´が備わる。光ファイバー８のコア８１に面する構成要素８２２、８２２´の側面は、図１６ａに示される光ファイバー８の平面８２１に機能的に適合する。しかし、クラッド８２に空洞または巨大構成要素８２２、８２２´を提供することは、光ファイバー８の望ましい屈折を切断するためにレーザー器具を適用するより容易である。さらに、対応する空洞構成要素８２２がすでに提供されている場合、前記平面に相対する周辺領域の完全な除去は、少ない労力で達成されることが可能である。空洞構成要素８２２に入るのに小さな切削のみが加えられることが必要とされるので、光ファイバー８のコア８１の損傷の危険がより容易に回避されうる。
【０１０６】
図１６ｃに示される光ファイバー８は、
ａ）クラッド領域８２の周辺ゾーンに不規則に分布され、および、
ｂ）光ファイバー８の直径のおよそ１／１０の直径から構成される、
５つの空洞または巨大構成要素８２２、８２２´が備わる。
【０１０７】
上記の寸法の５つの構成要素８２２、８２２´で達成される結果は非常に良い。クラッド８２を通ってコアへのポンプ信号の送信は、単一の空洞または巨大な構成要素８２２、８２２´で既に大幅に改良されるが、光ファイバー８のコア８１近くに設置され、および例として光ファイバー８の直径の１／１０から２／１０程度の、大きい直径が備わることが望ましい。一般に、少ない数の構成要素８２２、８２２´がコア８１の近くに設置され、および大きい直径が備わる。
【０１０８】
数が多く存在するときは、構成要素８２２、８２２´は不規則に分布され、および光ファイバー８の直径の１／１０に近い直径が備わらなければならない。
【０１０９】
図１６ａから１６ｃに示される光ファイバー８の製造のために、図１７ａから１７ｅに示されるように有利に製造されることができるプリフォーム１０が提供される。プリフォームは、下記に説明される方法に従って、適合する空洞または巨大構成要素１２２、１２２´が備わる。
【０１１０】
一方法により、巨大構成要素１２２´は、シリカ粒子５１０またはＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物５８がシリカチューブ１１１に注入される前に、第二シリカチューブ１１１に導入される。巨大構成要素１２２´は、純シリカまたはレーザー活性かつ／また望ましい屈折率を達成するためにドープされたシリカから成る。続いて、シリカチューブ１１１、シリカ粒子５１０またはＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物５８、および巨大構成要素１２２´は上記のように炉２３で融合される。
【０１１１】
また、好ましくは炭素から成る少なくとも一つの取り外し可能ロッド１０１が、シリカ粒子５１０またはＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物５８がシリカチューブ１１１に注入される前に、第二シリカチューブ１１１に導入される。プリフォームが炉２３で加工された後、ロッド１０１は取り除かれ、空洞構成要素１２２が残る。
【０１１２】
図１７ａは、図１６ａおよび１６ｂによる光ファイバー８を製造するよう設計される組み立てを示す。望ましい寸法の巨大構成要素１２２´は、特にコア領域に向かって平行方向に、Ａ／Ａ粒子のある、またはＡ／Ａ粒子のないシリカ粒子で充填される二次シリカチューブ１１１の中に第一プリフォーム１、１´とともに挿入される。プリフォーム１０が炉２３で加工された後、巨大構成要素１２２´は加工プリフォーム１０内に融合されて残る。空洞構成要素が望ましい場合は、取り外し可能ロッドが下記のように適用されうる。
【０１１３】
図１７ｂは、空洞構成要素８２２が備わる図１６ｃによる光ファイバー８を製造するよう設計される、プリフォーム１０の組み立てを示す。この例では、粒子５１０または混合物５８が投入される前に、５つの取り外し可能ロッド１０１が第一プリフォーム１、１´とともに二次シリカチューブ１１１に挿入される。プリフォーム１０が炉２３で加工された後ロッド１０１は取り外され、図１７ｃに示されるように、巨大コア１、１´および５つの空洞構成要素が加工プリフォーム１０の中に残る。
【０１１４】
図１７ｄは、一つの巨大構成要素８２２´のみが備わる、図１６ｃによる光ファイバー８を製造するよう設計されるプリフォーム１０の組み立てを示す。この例では、粒子５１０または混合物５８が投入される前に、一つの巨大構成要素１２２´のみが第一プリフォーム１、１´とともに二次シリカチューブ１１１に挿入される。プリフォーム１０が炉２３で加工された後、図１７ｅに示されるように巨大構成要素１２２´は加工プリフォーム１０内に融合されて残る。
【０１１５】
上記のプリフォームは希望者の要望に応じて、個別に設計、結合、または交互配置されることが可能である。本発明の一次プリフォームは二次プリフォームに挿入または一体化されることが可能である。二次プリフォームは高次プリフォームと一体化されることが可能である、すなわち、少なくとも一つの二次プリフォームから構成される三元プリフォームである。三元プリフォームに含まれる一次または二次プリフォームは、例として異なる波長のユーザー信号の送信またはポンプ信号の送信など異なる適用のために設けられることが可能である。一次または二次の低次プリフォームは、三元の高次プリフォームに加工の前または後に、つまり熱処理の実行の前または後に挿入されることが可能である。ドープされるまたはドープされない多数の一次、二次、または高次のシリカチューブから構成される例えば三元プリフォームなどの高次の完全構造はしかしまた、一つのステップで確立されることが可能である。シリカチューブは追加的ステップでは、高次プリフォームの選択されたゾーンでの望ましい屈折率またはレーザー活性を得るため、適切にドープされた粒子または混合物で個別に充填されることが可能である。
【符号の説明】
【０１１６】
１  一次プリフォーム
１´  プリフォーム
２  装置
８  光ファイバー
８´  フォトニッククリスタルファイバー
１０  二次プリフォーム
１０´  二次プリフォーム
１１  一次シリカチューブ
１１ｄ  スリーブチューブ
１１ｘ  補助チューブ
１２  内部空間
１３  クロージャー
１５  シリカブランク
２１  保持装置
２２  真空ポンプ
２３  炉
２４  直径モニター
２５  コーティングアプリケーター
２６  装置
２７  装置
２８  旋回装置
２９  スプール
３０  第二接合部
３１  挿入通路
３２  排出通路
３９  シーリングキャップ
５１  一次シリカ粒子
５２  Ａ／Ａ粒子
５５  液体
５８  ＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物
５８１  スラリー
５８２  乾燥スラリー
５８３  粉砕ＳｉＯ２‐Ａ／Ａ混合物
６１  信号
６２  レーザー源
６３  連結要素
６４  光アイソレーター
６５  接合部
６６  レーザーフィルター
８１  光送信ライン
８１  コア
８２  クラッド
１００  二次プリフォーム
１００´  二次プリフォーム
１０１  補助ロッド
１０１ｒ補助ロッド
１１１  二次シリカチューブ
１１２  第二内部空間
１１３  第二クロージャー
１２０  クラッド領域
１２２  構成要素
１２２´  構成要素
２２０  チューブ
２２１  留具
３２０  排出通路
３９０  シーリングキャップ
５１０  二次シリカ粒子
５８２  乾燥スラリー
６００  光増幅器
６０１  光増幅器
８１１  コア
８１１ｘ  補助ファイバー
８１２  コア
８２２  構成要素
８２２´  構成要素
１２０５  補助ロッド
ｄ１  外形
Ｄ１  拡大部分
Ｄ１  拡大部分
Ｄ２  拡大部分
Ｄ２´  拡大部分
Ｅ  拡大部分
Ｅ１  拡大部分
Ｅ１´  拡大部分
Ｅ２  拡大部分
Ｅ２´  拡大部分
ｄ１０  壁直径
ｘ  縦軸
λ１  波長
λ２  波長
λ３  波長
λ４  波長
λ５  波長
λ６  波長
λ７  波長
λ１０  波長
λ２０  波長
λ３０  波長
λ４０波長
λ５０  波長
λ６０  波長
【図１−３ａ】
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【図４ａ−４ｆ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１７ｃ】
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【図１７ｄ】
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【図１７ｅ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１４ａ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１５ｃ】
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【図１５ｄ】
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【図１５ｅ】
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【図１５ｆ】
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【図１５ｇ】
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【図１５ｈ】
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【図１６ａ】
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【図１６ｂ】
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【図１６ｃ】
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