(57)【要約】  シリカガラスの臭素ドーピングを実証する。臭素ドーピングは、ＳｉＢｒ４を前駆物質として用いて達成できる。臭素ドーピングは、多孔性シリカガラス本体の加熱、固化又は焼結中に実施できる。臭素のドーピング濃度は、ドーピング前駆物質の圧力の上昇と共に上昇し、ドーピング濃度がドーピング前駆物質の圧力の平方根に比例するというべき乗則方程式によってモデル化できる。臭素はシリカ内のアップドーパントであり、シリカの相対屈折率は、ドーピング濃度によっておおよそ線形に上昇する。臭素は、光ファイバのためのドーパントとして使用でき、コア及び／又はクラッド領域に組み込むことができる。臭素のコアドーピング濃度は、屈折率プロファイルにトレンチを有するファイバの内側クラッド材料としての非ドープシリカの使用を可能とするために十分なものである。臭素及び塩素を用いたシリカガラスの同時ドーピングも実証する。
2019505837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｂｒでドープされたシリカガラスを含む、光ファイバ。
【請求項２】
前記シリカガラスは更にＣｌでドープされる、請求項１に記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記光ファイバは、コア及びクラッドを含み、
前記コアは、Ｂｒでドープされた前記シリカガラスを含む、請求項１又は２に記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記クラッドは、Ｂｒでドープされたシリカガラスを含む、請求項３に記載の光ファイバ。
【請求項５】
前記コアの前記シリカガラス中のＢｒの濃度は、０．５重量％〜３．０重量％である、請求項３又は４に記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記コアはＣｌを更に含む、請求項３〜５のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記クラッドは、内側クラッド及び外側クラッドを含み、
前記内側クラッドは前記外側クラッドより低い相対屈折率を有し、
前記外側クラッドは前記コアより低い相対屈折率を有する、請求項３〜６のいずれか１項に記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記内側クラッドは、Ｆでドープされたシリカガラスを含む、請求項７に記載の光ファイバ。
【請求項９】
前記外側クラッドは、Ｂｒでドープされたシリカガラスを含む、請求項７又は８に記載の光ファイバ。
【請求項１０】
シリカスート本体をＢｒでドーピングするステップであって、前記ドーピングするステップは、前記シリカスート本体をＳｉＢｒ４に曝露するステップを含む、ステップ；
前記Ｂｒドープシリカスート本体を固化させるステップ；及び
前記固化済みＢｒドープシリカスート本体から光ファイバをドロー加工するステップ
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１９条の下で、２０１５年１２月２２日出願の米国仮特許出願第６２／２７０，７０３号の優先権の便益を主張するものであり、上記仮特許出願の内容は信頼できるものであり、その全体が参照により本出願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は、光ファイバに関する。より詳細には、本明細書は、臭素でドープした光ファイバに関する。より詳細には、本明細書は、臭素でドープした高屈折率コアを有する光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００３】
光ファイバの性能は、低損失媒体内で屈折率プロファイルを制御できる能力に左右される。最も典型的には、シリカガラスを、数メートル超から数百キロメートルまでの長さにわたって光を伝送するために使用される光ファイバのための主成分として使用する。なぜなら、１３００〜１５００ｎｍの範囲におけるスペクトル減衰が小さく、実際には典型的なシングルモードファイバ製品に関して０．１８ｄＢ／ｋｍもの小ささであるためである。光学的損失は、シリカ系媒体のレイリー散乱、不純物の濃度、並びにＵＶ及びＩＲ吸収テール等の波長依存因子によって決定される。ほとんどのシングルモードファイバでは、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）を用いてシリカガラスのコア領域をドープし、屈折率を０．３５％上昇させる。ＧｅＯ２は比較的高価なドーパントであるが、ＧｅＯ２はファイバのコア領域の約８重量％、及び全ガラス部分ファイバ（コア＋クラッド）の約０．５重量％しか構成しない。ゲルマニウムドーピングは、ブランクの敷設中に比較的容易に達成され、また、ＯＶＤプロセスにおいてバーナに供給されるシリカ及びゲルマニウム前駆物質の比を変更するだけで、複雑な屈折率プロファイルを得ることができる。ＳｉＣｌ４及びＧｅＣｌ４は、コア敷設プロセス中にＧｅドープシリカガラスを形成するための一般的な前駆物質である。シリカコアのための屈折率向上用ドーパントとしてＧｅを使用することの欠点は、Ｇｅの存在により、純シリカファイバに比べてファイバのレイリー散乱が増大することである。従って、レイリー散乱による減衰損失が比較的少ないファイバを安価に得るために、光ファイバに必要な屈折率プロファイル制御を可能とする、代替的なドーパントの同定が、関心の対象となっている。
【０００４】
超低損失ファイバの生産のための２つのアプローチが商用化されている。一方のアプローチでは、シリカコアを低濃度のアルカリドーピング（例えば０．１重量％Ｋ２Ｏ以下）によって修飾する。アルカリドーピング濃度は：（１）低い仮想温度でファイバコアを生産するために十分な程度にガラスの粘度を低減することによってレイリー散乱を低減できるよう、十分に高く；また（２）組成の不均質性によって発生するレイリー散乱の増大を回避できるよう、十分に低くなるよう設計される。低濃度でのアルカリドーピングは、非ドープシリカに比べてコアの屈折率の有意な上昇をもたらさないため、屈折率プロファイルは、周囲のシリカクラッドにＦ（フッ素）をドープすることによって制御される。シリカクラッド中のフッ素の存在は、非ドープシリカに比べてクラッドの屈折率を低下させ、光ファイバ内での効果的な導波に必要なコア‐クラッド間の屈折率コントラストを達成するための機構を提供する。アルカリドープコアを有するファイバを作製するために必要なプロセスは複雑かつ高価であるが、〜０．１５ｄＢ／ｋｍの減衰を達成できる。
【０００５】
比較的低損失のファイバを作製するための第２のアプローチは、コア内のドーパントとしてＣｌ（塩素）を使用するものである。塩素ドーピングは固化（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ）ステップで達成できるため、コア製作に関連するコストに影響を及ぼすプロセス変数（例えばブランクサイズ、シリカ前駆物質）を再最適化できる。コア内にＣｌが存在すると、中程度の濃度であっても、レイリー散乱機序に対する組成の不均質性の寄与に強い影響を与え、Ｃｌドープコアを有するファイバは、レイリー散乱による損失を低減できる。屈折率プロファイルの制御に関して、市販のファイバに関するデータは、コアに１重量％のＣｌを添加することによって、コアの屈折率が約０．０８％上昇することを示している。屈折率プロファイルの適切な制御には、クラッド中での約０．５〜１重量％のフッ素ドーピングが必要となる。Ｃｌドープコア及びＦドープクラッドを有するファイバの減衰損失は、＜０．１６ｄＢ／ｋｍである。しかしながら、塩素はカリウムほどにはシリカの粘度を低減しない。従って、コアの仮想温度を低く保ち、ドロー加工中の応力を最小化するために、ファイバを極めて低速でドロー加工する必要がある。このスロットドロー速度により、生産コストが上昇する。
【０００６】
Ｆによるクラッドのドーピングもまたコストのかかるステップであり、回避することが望ましい。クラッドのＦドーピングは、クラッドの屈折率を低減して適切なコア‐クラッド間屈折率コントラストを達成するために、必要とされる。クラッドのＦドーピングの必要は、Ｃｌによるコアシリカガラスの最高ドーピング濃度の限界を反映したものである。典型的な市販のプロセス条件下では、シリカのＣｌドーピングは約１重量％に制限される。１重量％のＣｌによるコアのドーピングに関連する屈折率の上昇は、光ファイバに関して望ましいコア‐クラッド間屈折率コントラストを提供するには、非ドープシリカガラスクラッドに比べて不十分である。従って、クラッドをＦでドープして、クラッドの屈折率を低減する。
【０００７】
コア内のＣｌドーピングレベルを更に上昇させるための努力が続けられているものの、これはプロセス設備の実用上考慮すべき事項によって制限されている。現行の固化プロセスは、大気圧以下において気相構成成分を供給するために設けられた炉内で実施される。ＳｉＣｌ４又は他の塩化ケイ素種を用いた固化中のＣｌドーピングは、熱力学的平衡を示すものと考えられ、これにより、コアシリカガラス中に組み込まれるＣｌの濃度（（［Ｃｌ］）は、経験的に導かれた関係：［Ｃｌ］＝２．３＊ＰＳｉＣｌ４１／４（ここでＰＳｉＣｌ４は、ガラスに対するＣｌドーピング前駆物質（ＳｉＣｌ４）の圧力である）と一致する量に制限される。その結果、最大圧力が１気圧のプロセスでは、最高Ｃｌドーピング濃度は２．３重量％である。２．３重量％のＣｌによるドーピングに関する、非ドープシリカと比較した場合の屈折率上昇は、約Δ＝０．１８％にしかならず、これは、非ドープシリカをクラッド材料として使用した場合に十分な有効面積及び低い屈曲損失を有するファイバを得るためには、不十分である。従ってクラッドのＦドーピングが必要となる。クラッドのフッ素ドーピングの必要性を排除するために十分に高いコア屈折率を得るには、３重量％以上のＣｌドーピングレベルが必要となる。非ドープシリカをクラッド材料として使用できるようにするために、Ｃｌドーピングのために予想されるプロセス圧力として、５〜３０気圧程度が必要となる。このようなプロセス圧力は、標準的なプロセス設備の能力を超えており、コストのかかる専用の設備を必要とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
非ドープシリカクラッド又は軽度にドープされたシリカクラッドの使用に適合したドープシリカコアを有する、光ファイバの開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
シリカガラスの臭素ドーピングを実証する。臭素ドーピングは、ＳｉＢｒ４を前駆物質として用いて達成できる。臭素ドーピングは、多孔性シリカスート本体の加熱、固化又は焼結中に実施できる。臭素のドーピング濃度は、ドーピング前駆物質の圧力の上昇と共に上昇し、少なくとも１ａｔｍまでのドーパント圧力に関して、ドーピング濃度がドーピング前駆物質の圧力の平方根に比例するというべき乗則方程式によってモデル化できる。臭素はシリカ内のアップドーパントであり、シリカの相対屈折率は、ドーピング濃度によっておおよそ線形に上昇する。臭素は、光ファイバのためのドーパントとして使用でき、コア及び／又はクラッド領域に組み込むことができる。臭素のコアドーピング濃度は、屈折率プロファイルにトレンチを有するファイバの内側クラッド材料としての非ドープシリカの使用を可能とするために十分なものである。臭素及び塩素を用いたシリカガラスの同時ドーピングも実証する。
【００１０】
シリカガラスコア中のＢｒのドーピング濃度は、０．０１重量％〜４．０重量％、又は０．５重量％〜４．０重量％、又は１．０重量％〜３．５重量％、又は１．５重量％〜３．０重量％、又は１．７５重量％〜２．７５重量％であってよい。
【００１１】
シリカガラスコア中のＢｒのドーピング濃度は０．５重量％〜４．０重量％であってよく、かつ内側クラッド領域は非ドープシリカガラスであってよく；又はシリカガラスコア中のＢｒのドーピング濃度は１．０重量％〜３．５重量％であってよく、かつ内側クラッド領域は非ドープシリカガラスであってよく；又はシリカガラスコア中のＢｒのドーピング濃度は１．５重量％〜３．０重量％であってよく、かつ内側クラッド領域は非ドープシリカガラスであってよく；又はシリカガラスコア中のＢｒのドーピング濃度は１．７５重量％〜２．７５重量％であってよく、かつ内側クラッド領域は非ドープシリカガラスであってよい。
【００１２】
一実施形態では、外側クラッド領域はＢｒでドープされたシリカガラスであり、Ｂｒ濃度は、０．０１重量％〜３．０重量％、又は０．０１重量％〜２．５重量％、又は０．０１重量％〜２．０重量％である。別の実施形態では、コアはＢｒドープシリカガラスであり、外側クラッドはＢｒドープシリカガラスであり、コア内のＢｒドーピング濃度は外側クラッドのＢｒドーピング濃度より高い。
【００１３】
本開示の範囲は：
Ｂｒを含む光ファイバ
にまで及ぶ。
【００１４】
本開示の範囲は：
スート本体をＢｒでドープするステップを含む方法
にまで及ぶ。
【００１５】
更なる特徴及び利点は、以下の「発明を実施するための形態」に記載され、またその一部は、当業者には、「発明を実施するための形態」の記載から容易に明らかとなるか、又は本明細書及び請求項並びに添付の図面に記載される実施形態を実践することにより認識されるであろう。
【００１６】
以上の「発明の概要」及び以下の「発明を実施するための形態」はいずれも例示的なものにすぎず、請求項の本質及び特性を理解するための概観又は枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。
【００１７】
添付の図面は、更なる理解を提供するために含まれており、また本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成する。これらの図面は、本記載の選択された態様を例示し、本明細書と併せて、本説明に包含される方法、製品及び組成物の原理及び動作を説明する役割を果たす。図面に示されている特徴は、本説明の選択された実施形態の例示であり、必ずしも適切な縮尺で描画されていない。
【００１８】
本明細書は、本説明の主題を特に指摘して明確に請求する特許請求の範囲で結ばれるが、本明細書は、以下の説明を添付の図面と共に解釈することによって、より良好に理解されると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】コア、内側クラッド、外側クラッド、一次コーティング及び二次コーティングを有する光ファイバの断面図
【図２】コア、内側クラッド及び外側クラッドを有する光ファイバに関する、相対屈折率プロファイル
【図３】コア、内側クラッド及び外側クラッドを有する光ファイバに関する、相対屈折率プロファイル
【図４】コア、内側クラッド及び外側クラッドを有する光ファイバに関する、相対屈折率プロファイル
【図５】コア及びクラッドを有する光ファイバに関する、相対屈折率プロファイル
【図６】コア及びクラッドを有する光ファイバに関する、相対屈折率プロファイル
【図７】コア、内側クラッド及び外側クラッドを有する光ファイバに関する、相対屈折率プロファイル
【図８】ＯＶＤプロセスによるスートプリフォーム堆積の概略図
【図９】スートプリフォームのドーピング及び固化のための装置
【図１０】複数のシリカガラス中のＢｒの濃度プロファイル
【図１１】複数のシリカガラス中のＢｒ及びＣｌの濃度プロファイル
【図１２】ドーピング前駆物質ＳｉＢｒ４の圧力に対する、シリカガラス中のＢｒドーピング濃度の依存性
【図１３】Ｂｒドーピング濃度の関数としての、シリカガラスの相対屈折率
【図１４】複数の同時ドープシリカガラス中のＢｒ及びＣｌの濃度プロファイル
【図１５】Ｂｒドープコア領域及びＦドープ内側クラッド領域を含む固化済みガラスケーン（ｃａｎｅ）の相対屈折率
【図１６】Ｂｒドープ光ファイバ及びＧｅＯ２ドープ光ファイバに関する、スペクトル減衰の比較
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図示されている実施形態は本質的に例示であり、「発明を実施するための形態」又は特許請求の範囲の範囲を限定することを意図したものではない。可能な限り、図面全体を通して、同一の又は同様の特徴を指すために同一の参照番号を使用する。
【００２１】
本開示は、本発明を実現可能とする教示として提供されるものであり、以下の説明、図面、実施例及び特許請求の範囲を参照することにより、より容易に理解できる。この目的のために、関連技術分野の当業者は、本明細書に記載の実施形態の様々な態様に対して多くの変更を実施しても、その有益な結果を依然として得られることを認識及び理解するであろう。また、これらの実施形態の望ましい便益のうちの一部を、複数の特徴のうちの一部を選択し、他の特徴を利用しないことによっても得ることができることは、明らかであろう。従って当業者は、多くの修正及び適合が可能であり、また特定の状況においては望ましい場合さえあり、これらが本開示の一部であることを認識するだろう。従って、別段の記載がない限り、本開示は、開示されている具体的な組成物、物品、デバイス及び方法に限定されないことを理解されたい。また、本明細書で使用される用語法は、特定の態様を説明することのみを目的としたものであり、限定を意図したものではないことも理解されたい。
【００２２】
本開示の方法及び組成物のために使用できる、本開示の方法及び組成物と併せて使用できる、本開示の方法及び組成物のための準備に使用できる、又は本開示の方法及び組成物の実施形態である、材料、化合物、組成物及び成分を開示する。これらの及びその他の材料が本明細書において開示されており、これらの材料の組み合わせ、サブセット、相互作用、グループ等が開示されている一方で、これらの材料の多様な組み合わせ並びに置換それぞれに対する具体的言及が明示的に開示され得ない場合、各上記組み合わせ及び置換は個別に及び集合的に、本明細書において具体的に考慮され、記載されるものとすることを理解されたい。よって、置換物のクラスＡ、Ｂ、及び／又はＣが開示され、また置換物のクラスＤ、Ｅ、及び／又はＦも開示され、組み合わせの実施形態の一例であるＡ‐Ｄが開示されている場合、それぞれを個別に、及び集合的に考慮する。よってこの例では、各組み合わせＡ‐Ｅ、Ａ‐Ｆ、Ｂ‐Ｄ、Ｂ‐Ｅ、Ｂ‐Ｆ、Ｃ‐Ｄ、Ｃ‐Ｅ及びＣ‐Ｆが具体的に考慮され、Ａ、Ｂ、及び／又はＣ；Ｄ、Ｅ、及び／又はＦ；並びに例示的組み合わせＡ‐Ｄという開示から開示されているものとみなされるものとする。同様に、これらのいずれのサブセット又は組み合わせも、具体的に考慮及び開示される。よって例えば、Ａ、Ｂ、及び／又はＣ；Ｄ、Ｅ、及び／又はＦ；並びに例示的組み合わせＡ‐Ｄの開示から、サブグループＡ‐Ｅ、Ｂ‐Ｆ及びＣ‐Ｅが具体的に考慮され、また開示されているものとする。この概念は、組成物のいずれの成分、並びに本開示の組成物の作製方法及び使用方法のステップを含むがこれらに限定されない、本開示の全ての態様に適用される。よって、実施可能な様々な追加のステップが存在する場合、これらの追加のステップはそれぞれ、本開示の方法のいずれの具体的実施形態又は実施形態の組み合わせを用いて実施できること、及びこのような組み合わせがそれぞれ考慮され、開示されているものとみなされるものとすることが理解される。
【００２３】
本明細書、及び後続の特許請求の範囲において、以下の意味を有するものとして定義される多数の用語を参照する。
【００２４】
「…を含む（ｉｎｃｌｕｄｅ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ等の用語）」は、包含するものの限定しないこと、即ち包括的ではあるものの排他的ではないことを意味する。
【００２５】
用語「約（ａｂｏｕｔ）」は、別段の記載がない限り、全ての項を修飾する。例えば「約１、２、又は３」は「約１、約２、又は約３」と同等であり、更に約１〜３、約１〜２、及び約２〜３を含む。組成物、成分、原料、添加剤及び同様の態様に関して開示されている具体的な好ましい値、並びにその範囲は、単なる例示のためのものであり、他の定義された値、又は定義された範囲内の他の値を排除するものではない。本開示の組成物及び方法は、本明細書に記載のいずれの値、又は複数の値、具体的な値、より具体的な値及び好ましい値のいずれの組み合わせを有するものを含む。
【００２６】
本明細書中で使用される場合、名詞は、別段の記載がない限り、「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」又は「１つ以上の（ｏｎｅ  ｏｒ  ｍｏｒｅ）」の対象を指す。
【００２７】
「径方向位置（ｒａｄｉａｌ  ｐｏｓｉｔｉｏｎ）」又は径方向座標「ｒ」は、ファイバの中線（ｒ＝０）に対する径方向位置を指す。長さ寸法「マイクロメートル（ｍｉｃｒｏｎ）」は、本明細書では「マイクロメートル（ｍｉｃｒｏｎ若しくはｍｉｃｒｏｎｓ）」又はμｍで表すことができる。マイクロメートルベースの面積寸法は、本明細書では「マイクロメートル２（ｍｉｃｒｏｎ２）」又はμｍ２で表すことができる。
【００２８】
「屈折率プロファイル（ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ｐｒｏｆｉｌｅ）」は、屈折率又は相対屈折率とファイバ径との関係である。本明細書中で隣接するコア及び／又はクラッド領域間に階段状境界を有するものとして示される相対屈折率プロファイルに関して、プロセス条件の通常のバリエーションは、隣接する領域の界面において急峻な階段状境界が得られることがないようにすることができる。屈折率プロファイルの境界は、本明細書では屈折率の階段状変化として示すことができるものの、実際の境界は丸みを帯びていてよく、又はその他の様式で完全な階段関数特性から逸脱してよいことを理解されたい。更に、相対屈折率の値は、コア領域及び／又はいずれのクラッド領域内における径方向位置と共に変動し得ることも理解されたい。相対屈折率が、ファイバのある特定の領域（コア領域及び／又はいずれのクラッド領域）内における径方向位置と共に変動する場合、相対屈折率は、実際の若しくは近似的な関数依存性として、又は当該領域に適用可能な平均値として、表現してよい。特段明記されていない限り、ある領域（コア領域及び／又はいずれのクラッド領域）の相対屈折率が単一の値として表現されている場合：当該領域の相対屈折率は一定若しくはおおよそ一定であり、上記単一の値に相当すること；又は上記単一の値は、当該領域内の径方向位置に依存する、非定常相対屈折率の平均値を表すことが理解される。設計によるものであれ、又は通常の製造のばらつきによるものであれ、径方向位置に対する相対屈折率の依存性は、傾斜していても、曲線であっても、又はその他の様式で一定でないものであってもよい。
【００２９】
光ファイバの「相対屈折率（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ）」又は「相対屈折率％（ｒｅｌａｔｉｖｅ  ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ  ｉｎｄｅｘ  ｐｅｒｃｅｎｔ）」は：
【００３０】
【数１】
2019505837.tif 000003
【００３１】
として定義され、ここでｎ（ｒ）は、特段明記されていない限りファイバの中線から径方向距離ｒにおけるファイバの屈折率であり、ｎＲｅｆは１．４４４１３であり、これは波長１５５０ｎｍにおける非ドープシリカガラスの屈折率である。本明細書中で使用される場合、相対屈折率は、Δ（若しくは「デルタ（ｄｅｌｔａ）」）又はΔ％（若しくは「デルタ％（ｄｅｌｔａ  ％）」）で表され、その値は、特段明記されていない限り、「％」を単位として与えられる。相対屈折率はΔ（ｒ）又はΔ（ｒ）％として表される場合もある。
【００３２】
用語「αプロファイル（α‐ｐｒｏｆｉｌｅ）」（「アルファプロファイル（ａｌｐｈａ  ｐｒｏｆｉｌｅ）」と呼ばれる場合もある）は、以下の関数の形式：
【００３３】
【数２】
2019505837.tif 000004
【００３４】
を有する相対屈折率プロファイルΔ（ｒ）を指し、ｒｏはΔ（ｒ）が最大となる点であり、ｒ１はΔ（ｒ）がゼロとなる点であり、ｒはｒｉ≦ｒ≦ｒｆの範囲内であり、ｒｉは、αプロファイルの始点であり、ｒｆはαプロファイルの終点であり、αは実数である。いくつかの実施形態では、本明細書で示す実施例は、１≦α≦１００のコアアルファを有することができる。いくつかの実施形態では、本明細書で示す実施例は、１≦α≦１０のコアアルファを有することができる。いくつかの実施形態では、本明細書で示す実施例は、１０≦α≦１００のコアアルファを有することができる。いくつかの実施形態では、本明細書で示す実施例は、１０≦α≦３０のコアアルファを有することができる。
【００３５】
「トレンチ容積（ｔｒｅｎｃｈ  ｖｏｌｕｍｅ）」は、以下：
【００３６】
【数３】
2019505837.tif 000005
【００３７】
として定義され、ｒＴｒｅｎｃｈ，ｉｎｎｅｒは、屈折率プロファイルのトレンチ領域の内径であり、ｒＴｒｅｎｃｈ，ｏｕｔｅｒは、屈折率プロファイルのトレンチ領域の外径であり、ΔＴｒｅｎｃｈ（ｒ）は、屈折率プロファイルのトレンチ領域の相対屈折率であり、ｒはファイバ内の径方向位置である。トレンチ容積は絶対値であり、正の量であり、本明細書では％Δマイクロメートル２、％Δ‐マイクロメートル２、％Δ‐μｍ２又は％Δμｍ２を単位として表され、これらの単位は本明細書中では相互交換可能なものとして使用できる。
【００３８】
本明細書中で使用される場合、「接触（ｃｏｎｔａｃｔ）」は、直接接触又は間接接触を指す。直接接触は、介在材料が存在しない接触を指し、間接接触は、１つ以上の介在材料を通した接触を指す。直接接触状態の要素は互いに接している。間接接触状態の要素は、互いに接していないが、介在材料又は一連の介在材料に接しており、上記介在材料、又は上記一連の介在材料のうちの少なくとも１つは、他方の要素に接する。接触状態の要素は、しっかりと接合されていても、緩く接合されていてもよい。「接触させること（ｃｏｎｔａｃｔｉｎｇ）」は、２つの要素を直接接触又は間接接触の状態に配置することを指す。直接（間接）接触状態の要素は、「互いに直接（間接的に）接触している（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  （ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）  ｃｏｎｔａｃｔ  ｅａｃｈ  ｏｔｈｅｒ）」と言い表される。
【００３９】
これより、本明細書の例示的な実施形態について詳細に言及する。
【００４０】
本明細書は、光ファイバについて記載する。ファイバは、コアと、コアを取り囲むクラッドとを含む。ファイバはまた、クラッド領域を取り囲む一次コーティングと、一次コーティングを取り囲む二次コーティングとを含んでよい。クラッドは、コアに直接隣接してよい。一次コーティングは、クラッドに直接隣接してよい。二次コーティングは、一次コーティングに直接隣接してよい。クラッド領域は、内側クラッド領域及び外側クラッド領域を含んでよい。外側クラッド領域は、内側クラッド領域に直接隣接してよい。内側クラッド領域は、コアに直接隣接してよい。一次コーティングは、外側クラッド領域に直接隣接してよい。本明細書中で使用される場合、「直接隣接する（ｄｉｒｅｃｔｌｙ  ａｄｊａｃｅｎｔ）」は、直接接触していることを意味し、ここで「直接接触（ｄｉｒｅｃｔ  ｃｏｎｔａｃｔ）」は、接している関係を表す。代替実施形態では、コアとクラッドとの間、又はクラッドと一次コーティングとの間、又は一次コーティングと二次コーティングとの間、又は内側クラッド領域とコアとの間、又は外側クラッド領域と内側クラッド領域との間、又は一次コーティングと外側クラッド領域との間に、介在層又は領域が存在してよい。１つ以上の介在領域又は層で隔てられたファイバ内の要素は、本明細書では「間接的に隣接する（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ  ａｄｊａｃｅｎｔ）」と表現され、互いに間接的に接触している。用語「隣接する（ａｄｊａｃｅｎｔ）」は、互いに直接又は間接的に隣接する要素を包含する。
【００４１】
本明細書中で使用される場合は常に、半径ｒ１及び相対屈折率Δ１（ｒ）はコアに関連し、半径ｒ２及び相対屈折率Δ２（ｒ）は内側クラッド領域に関連し、半径ｒ３及び相対屈折率Δ３（ｒ）は外側クラッド領域に関連する。コアはファイバの中心部分を形成し、略円筒形であることが理解される。更に、周囲の内側クラッド領域及び周囲の外側クラッド領域は略環状であることが理解される。環状領域は、内径及び外径に関して特性決定できる。本明細書では、径方向位置ｒ１、ｒ２、及びｒ３はそれぞれ、コア、内側クラッド領域、及び外側クラッド領域の最外径を指す。２つの領域が互いに直接隣接している場合、内側領域の外径は、外側領域の内径と一致する。例えば一実施形態では、ファイバは、外側クラッド領域によって取り囲まれた、外側クラッドに直接隣接する内側クラッド領域を含む。このような実施形態では、半径ｒ２は、内側クラッド領域の外径及び外側クラッド領域の内径に相当する。
【００４２】
コア、内側クラッド領域及び外側クラッド領域の相対屈折率は異なっていてよい。各領域は、シリカガラス又はシリカ系ガラスから形成してよい。シリカ系ガラスは、１つ以上の元素でドープ又は修飾された、シリカが大部分の構成成分である、シリカガラスである。屈折率の変動は、当業者に公知の技法を用いて、目標の屈折率又は屈折率プロファイルを提供することが知られているレベルのアップドーパント又はダウンドーパントを組み込むことにより、達成できる。アップドーパントは、非ドープガラス組成物に比べてガラスの屈折率を上昇させるドーパントである。ダウンドーパントは、非ドープガラス組成物に比べてガラスの屈折率を低下させるドーパントである。一実施形態では、非ドープガラスは純シリカガラスである。定常屈折率の領域は、ドープしないことによって、又は均一の濃度でドープすることによって、形成できる。可変屈折率の領域は、ドーパントの不均一な空間的分散によって形成できる。
【００４３】
本開示による多数のコーティング済みファイバのうち第１のものの概略断面図を図１に示す。ファイバ１１は、コア１２、クラッド１３、一次コーティング１６、及び二次コーティング１７を含む。クラッド１３は、内側クラッド領域１４及び外側クラッド領域１５を含む。
【００４４】
光ファイバのガラス部分（コア及びクラッド領域）に関する代表的な屈折率プロファイルを図２に示す。図２は：外径ｒ１及び相対屈折率Δ１を有する、コア（１）と；径方向位置ｒ１から径方向位置ｒ２まで延在し、相対屈折率Δ２を有する、内側クラッド領域（２）と；径方向位置ｒ２から径方向位置ｒ３まで延在し、相対屈折率Δ３を有する、外側クラッド領域（３）とを有するファイバに関する相対屈折率プロファイルを示す。コア領域（１）は、上記プロファイル中で最高の相対屈折率を有する。コア領域（１）は、中線付近に比較的低屈折率の領域を含んでよい（当該技術分野においては「中線ディップ（ｃｅｎｔｅｒｌｉｎｅ  ｄｉｐ）」として知られる）（図示せず）。図２に示す実施形態では、外側クラッド領域３は内側クラッド領域２に直接隣接し、内側クラッド領域２はコア１に直接隣接する。
【００４５】
図２に示す屈折率プロファイルは、階段状屈折率プロファイルであり、コア、内側クラッド及び外側クラッド領域の屈折率が一定であるか又はおおよそ一定である。しかしながら、屈折率プロファイルは、非定常相対屈折率を有する領域を含み得ることが理解される。例えば一実施形態では、コア領域の相対屈折率は、αプロファイルによって記述される。
【００４６】
図２に示すタイプの相対屈折率プロファイルは、シリカガラスをＢｒでアップドープしてコア領域（１）を形成し、シリカガラスを（例えばＦで）ダウンドープして内側クラッド領域（２）を形成し、外側クラッド領域（３）のために非ドープシリカガラスを使用することによって、得ることができる。
【００４７】
図３は、シリカガラスをＢｒでアップドープしてコア領域（１）を形成し、内側クラッド領域（２）のために非ドープシリカガラスを使用し、シリカガラスをＢｒでアップドープして外側クラッド領域（３）を形成することによって得ることができる、代替的な相対屈折率プロファイル１１を示す。Δ１＞Δ３を保証するために、Ｂｒドーピングの濃度は、外側クラッド領域（３）においてよりもコア領域（１）において高い。別の実施形態では、図３に示す相対屈折率プロファイル１１は、コア領域（１）及び外側クラッド領域（３）のうちの一方のみにＢｒをドーパントとして含め、コア領域（１）及び外側クラッド領域（３）のうちのもう一方に異なるアップドーパント（例えばＧｅ、Ｃｌ）を使用することによって、得ることができる。
【００４８】
図４は、シリカガラスをＢｒでアップドープしてコア領域（１）を形成し、シリカガラスを（例えばＦで）ダウンドープして内側クラッド領域（２）を形成し、シリカガラスをＢｒでアップドープして外側クラッド領域（３）を形成することによって得ることができる、相対屈折率プロファイルの実施形態１２を示す。Δ１＞Δ３を保証するために、Ｂｒドーピングの濃度は、外側クラッド領域（３）においてよりもコア領域（１）において高い。別の実施形態では、図４に示す相対屈折率プロファイル１２は、コア領域（１）及び外側クラッド領域（３）のうちの一方のみにＢｒをドーパントとして含め、コア領域（１）及び外側クラッド領域（３）のうちのもう一方に異なるアップドーパント（例えばＧｅ、Ｃｌ）を使用することによって、得ることができる。
【００４９】
図５は、シリカガラスをＢｒでアップドープしてコア領域（１）を形成し、外側クラッド領域（３）のために非ドープシリカガラスを使用することによって得ることができる、相対屈折率プロファイルの実施形態１３を示す。この実施形態では、内側クラッド領域（２）は存在せず、ファイバは単一のクラッド領域を含む。
【００５０】
図６は、コア領域（１）がＢｒでドープされ、外側クラッド領域（３）がＦ（又は他のダウンドーパント）でドープされた、実施形態１３の変形例である実施形態１４を示す。
【００５１】
図７は、シリカガラスをＢｒでアップドープしてコア領域（１）を形成し、シリカガラスを（例えばＦで）ダウンドープして内側クラッド領域（２）を形成し、シリカガラスを（例えばＦで）ダウンドープして外側クラッド領域（３）を形成することによって得ることができる、相対屈折率プロファイルの実施形態１５を示し、ここで内側クラッド領域（２）のダウンドーピングは、外側クラッド領域（３）のダウンドーピングより強い（例えば、内側クラッド領域（２）のＦドーピングレベルは、外側クラッド領域（３）のＦドーピングレベルより高い）。
【００５２】
相対屈折率Δ１、Δ２、及びΔ３の相対的な大きさは、ファイバの導波及び屈曲損失特性に影響を及ぼす。多くの用途において、ファイバは（例えば光信号の非直線性を抑制するために）大きな有効面積を有することが望ましい。有効面積は、コアの相対屈折率Δ１、コアの半径ｒ１、及び／又はコアと内側クラッド領域との間の相対屈折率差Δ１−Δ２によって、部分的に制御される。
【００５３】
更に、ファイバを屈曲させた場合に発生する信号損失を最小化することが望ましい。ファイバを屈曲構成で配備することは、ファイバの設置において一般的である。しかしながら、屈曲に関連する応力は、ファイバがガイドする光信号の強度の損失につながる。低屈曲損失のファイバの開発が望ましい。屈曲損失は、内側クラッド領域の相対屈折率Δ２、内側クラッド領域の半径ｒ２、半径の差ｒ２−ｒ１、内側クラッド領域のトレンチ容積、コアと内側クラッド領域との間の相対屈折率差Δ１−Δ２、及び／又は内側クラッド領域と外側クラッド領域との間の相対屈折率差Δ３−Δ２によって、部分的に制御される。コア領域（１）と外側クラッド領域（３）との間に、屈折率が低減された内側クラッド領域（２）を含めることにより、ファイバの屈曲損失が低減される。屈曲損失の低減の程度は、内側クラッド領域（２）及び外側クラッド領域（３）の相対屈折率の相対的な順序付け（Δ２＜Δ３）及び差（Δ３−Δ２）に左右される。内側クラッド領域（２）の厚さｒ２−ｒ１も重要である。
【００５４】
図２に示す相対屈折率プロファイルは、大きな有効面積及び低い屈曲損失を有するファイバに関して使用されるプロファイルの代表例である。相対屈折率は、条件Δ１＞Δ３＞Δ２を満たし、ここでΔ１はゼロより大きく、Δ２及びΔ３はそれぞれゼロ、ゼロ未満又はゼロ超であってよい。一実施形態では、外側クラッド領域（３）は純シリカガラス（Δ＝０）であり、コア領域（１）は純シリカガラスに比べてアップドープされ、内側クラッド領域（２）は純シリカガラスに比べてダウンドープされる。別の実施形態では、内側クラッド領域（２）は純シリカガラス（Δ＝０）であり、コア領域（１）は純シリカガラスに比べてアップドープされ、外側クラッド領域（３）は純シリカガラスに比べてアップドープされる。
【００５５】
現在考案されている低損失ファイバにおいて、コア領域のアップドーピングは、Ｇｅ又はＣｌを用いたドーピングによって達成される。Ｇｅは、中程度のドーピングレベルにおいてコア屈折率の大きな上昇を提供するという利点を提供するが、レイリー散乱による減衰が増大するという欠点を有する。Ｃｌに関するレイリー散乱損失はＧｅより小さいが、コア領域内における光信号の十分な閉じ込めを提供するために、内側クラッドに比べて十分に高いコアドーピング濃度を達成するのは困難である。従って、Ｃｌによるコア領域のアップドーピングは、Ｆ（フッ素）による内側クラッド領域のダウンドーピングを伴う。しかしながら、フッ素ドーピングが必要となることにより、加工が複雑化し、製造コストが高くなる。
【００５６】
本明細書は、シリカガラスのためのアップドーパントとしての臭素（Ｂｒ）の使用について説明する。シリカ及びシリカ系ガラス（バルクガラス及びファイバを含む）のＢｒドーピングについて考察する。シリカ系ガラスは、一次成分としてシリカ（ＳｉＯ２）を含有するガラスである。シリカ系ガラスとしては、ドープシリカガラス、ネットワーク形成剤によって修飾されたシリカガラス、及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。光ファイバのＢｒドーピングは、内側クラッド領域、及び外側クラッド領域のうちの１つ以上のアップドーピングにまで及び、条件Δ１＞Δ３＞Δ２、Δ１＞Δ２＝Δ３、Δ１＞Δ２＝Δ３＝０、Δ１＞Δ３、Δ１＞Δ２、及びΔ３＞Δ２を満たす相対屈折率プロファイルを有するファイバを含む。内側クラッド領域は本発明のファイバでは任意であり、外側クラッド領域はコア領域に直接隣接してよい。外側クラッド領域は、ファイバの唯一のクラッド領域であってよく、ファイバは、外側クラッド領域がコア領域を取り囲んでコア領域に直接隣接するよう、及びコーティングが外側クラッドを取り囲んで外側クラッドに直接隣接するよう、構成してよい。
【００５７】
本明細書は、Ｂｒがシリカガラスの効果的なアップドーパントであり、光ファイバのコア領域のためのドーパントとしてＧｅ又はＣｌの代わりに（又はこれらと組み合わせて）使用できることを実証する。本明細書は更に、非ドープシリカガラスに比べて、Ｂｒドープシリカコア領域及び非ドープシリカ内側クラッド領域を有する大有効面積・低屈曲損失ファイバを実現可能とするために十分な大きさの屈折率コントラストを提供するレベルまで、屈折率を上昇させるために十分な濃度で、Ｂｒをシリカガラス中にドーパントとして組み込むことができることを実証する。Ｂｒは、ファイバのコア、内側クラッド及び外側クラッドのうちの１つ以上に組み込むことができる。Ｂｒは、唯一のドーパントとして、又は複数のドーパントの組み合わせの中の１つのドーパントとして、存在してよい。Ｂｒは、１つ以上の他のアップドーパント（例えばＧｅ、Ｃｌ）と、又は１つ以上のダウンドーパント（例えばＦ、Ｂ）と、組み合わせてよい。
【００５８】
光ファイバの機能的特徴は、コア、内側クラッド、及び外側クラッドの相対屈折率間の関係に左右される。本記載の光ファイバは、（シングルモード伝送、短距離伝送、長距離伝送、低減衰伝送及び低屈曲損失伝送を含むがこれらに限定されない）多様な用途での使用に好適であるため、幅広い値のΔ１、Δ２、Δ３、ｒ１、ｒ２及びｒ３にまたがる相対屈折率プロファイルを有する光ファイバを、本明細書で開示される原理及びドーピング方式に従って設計できる。以下の議論は、本記載によるΔ１、Δ２、Δ３、ｒ１、ｒ２及びｒ３の値について説明する。各パラメータ（Δ１、Δ２、Δ３、ｒ１、ｒ２及びｒ３）の値について別個に記載するが、実際のファイバの相対屈折率プロファイルは、全てのパラメータに関する値を含むこと（ただし内側クラッドが任意であるため、Δ２及びｒ２に関する値が適用可能でない場合があることを除く）、並びに本明細書に記載のΔ１、Δ２、Δ３、ｒ１、ｒ２及びｒ３の値のいずれの及びあらゆる組み合わせを有する相対屈折率プロファイルを有する光ファイバが本記載の範囲内であることが理解される。
【００５９】
コアの相対屈折率Δ１は、０．１０％〜０．６５％、又は０．１５％〜０．６０％、又は０．２０％〜０．５５％、又は０．２５％〜０．５０％、又は０．３０％〜０．４５％であってよい。コアの半径ｒ１は、３．０μｍ〜１０．０μｍ、又は３．０μｍ〜８．０μｍ、又は４．０μｍ〜６．０μｍ、又は５．０μｍ〜１０．０μｍ、又は６．０μｍ〜１０．０μｍ、又は６．０μｍ〜９．０μｍ、又は６．０μｍ〜８．０μｍ、又は６．５μｍ〜７．５μｍ、又は７．０μｍ〜１０．０μｍであってよい。
【００６０】
内側クラッド領域の相対屈折率Δ２は、０％、又は−０．４０％〜０％、又は−０．２５％〜０％、又は−０．２０％〜−０．０５％、又は−０．２０％〜−０．１０％であってよい。内側クラッド領域の半径ｒ２は、１０μｍ〜４０μｍ、又は１０μｍ〜３５μｍ、又は１５μｍ〜４０μｍ、又は１５μｍ〜３８μｍ、又は２０μｍ〜３８μｍ、又は２０μｍ〜３５μｍ、又は２０μｍ〜３０μｍ、又は２２μｍ〜３８μｍ、又は２２μｍ〜３５μｍ、又は２４μｍ〜３８μｍ、又は２４μｍ〜３５μｍであってよい。
【００６１】
内側クラッド領域のトレンチ容積は、２０％Δμｍ２超、又は３０％Δμｍ２超、又は４０％Δμｍ２超、又は６０％Δμｍ２超、又は８０％Δμｍ２超、又は１００％Δμｍ２超、又は２０％Δμｍ２〜２００％Δμｍ２、又は３０％Δμｍ２〜１７０％Δμｍ２、又は４０％Δμｍ２〜１４０％Δμｍ２であってよい。
【００６２】
外側クラッド領域の相対屈折率Δ３は、−０．４０％〜０．１５％、又は−０．３０％〜０．１５％、又は−０．２０％〜０．１５％、又は−０．１０％〜０．２０％、又は−０．０５％〜０．２０％、又は０％〜０．２０％、又は０．０５％〜０．２０％、又は−０．１０％〜０．１５％、又は−０．０５％〜０．１５％、又は０％〜０．１５％、又は０．０５％〜０．１５％、又は−０．１０％〜０．１０％、又は−０．０５％〜０．１０％、又は０％〜０．１０％、又は０．０５％〜０．１０％であってよい。外側クラッド領域の半径ｒ３は、少なくとも５５μｍ、又は少なくとも６０μｍ、又は５５μｍ〜７０μｍ、又は５５μｍ〜６５μｍ、又は６０μｍ〜６５μｍ、又は約６２．５μｍであってよい。
【００６３】
相対屈折率差Δ１−Δ２は、少なくとも０．１５％、又は少なくとも０．２０％、又は少なくとも０．２５％、又は少なくとも０．３０％であってよい。相対屈折率差Δ３−Δ２は、少なくとも０．０５％、又は少なくとも０．０６％、又は少なくとも０．０８％、又は少なくとも０．１０％、又は少なくとも０．１２％、又は少なくとも０．１５％、又は少なくとも０．２０％であってよい。
【００６４】
相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．１５％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．０５％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．１５％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．０６％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．１５％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．０８％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．１５％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．１０％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．１５％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．１２％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．１５％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．１５％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．１５％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．２０％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．１５％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．２５％であってよい。
【００６５】
相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．２０％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．０５％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．２０％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．０６％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．２０％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．０８％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．２０％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．１０％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．２０％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．１２％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．２０％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．２０％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．２０％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．２０％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．２０％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．２５％であってよい。
【００６６】
相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．２５％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．０５％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．２５％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．０６％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．２５％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．０８％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．２５％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．１０％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．２５％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．１２％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．２５％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．１５％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．２５％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．２０％であってよい。相対屈折率差Δ１−Δ２は少なくとも０．２５％であってよく、相対屈折率差Δ３−Δ２は少なくとも０．２５％であってよい。
【００６７】
一実施形態では、光ファイバは、以下のパラメータ値を有する、図５に示す相対屈折率プロファイルを有するシングルモードファイバである：コア領域の相対屈折率Δ１は、０．３５％、又は０．２％〜０．４％、又は０．１％〜０．４５％であってよく；コア領域の半径ｒ１は、３μｍ〜８μｍ、又は４μｍ〜６μｍであってよく；外側クラッド領域の相対屈折率Δ３は、０％、又は０．０５％〜−０．１％、又は−０．０５％〜−０．２０％、又は−０．１０％〜−０．２０％であってよく；外側クラッド領域の半径ｒ３は、約６２．５μｍ、又は６０μｍ〜６５μｍであってよく；相対屈折率差Δ１−Δ３は、少なくとも０．３％、又は０．３〜０．４５％、又は約０．３５％であってよい。
【００６８】
一実施形態では、光ファイバは、以下のパラメータ値を有する、図３に示す相対屈折率プロファイルを有する低屈曲損失ファイバである：コア領域の相対屈折率Δ１は、約０．４０％、又は０．２０％〜０．４５％、又は０．１０％〜０．５０％であってよく；コア領域はアルファプロファイルを有してよく；コア領域の半径ｒ１は、３μｍ〜８μｍ、又は４μｍ〜６μｍであってよく；内側クラッド領域の相対屈折率Δ２は、約０％、又は０．０５％〜−０．３５％、又は０．１０％〜−０．３０％であってよく；内側クラッド領域の半径ｒ２は、約１３μｍ又は１０μｍ〜２０μｍ、又は８〜３０μｍであってよく；外側クラッド領域の相対屈折率Δ３は、約０．０５％、又は０．１％〜−０．２％、又は０．１５％〜−０．３０％であってよく；外側クラッド領域の半径ｒ３は、約６２．５μｍ、又は６０μｍ〜６５μｍであってよく；相対屈折率差Δ１−Δ３は、少なくとも０．３５％、又は０．３０％〜０．４５％、又は約０．４０％であってよく；相対屈折率差Δ３−Δ２は、少なくとも０．０％、又は０．０２０％〜０．１０％、又は約０．０５％であってよく；内側クラッド領域のトレンチ容積は、２０％Δμｍ２超、又は３０％Δμｍ２超、又は４０％Δμｍ２超、又は２０％Δμｍ２〜１００％Δμｍ２、又は２５％Δμｍ２〜７５％Δμｍ２、又は３０％Δμｍ２〜５０％Δμｍ２であってよい。
【００６９】
一実施形態では、光ファイバは、以下のパラメータ値を有する、図２に示す相対屈折率プロファイルを有する低屈曲損失ファイバである：コア領域の相対屈折率Δ１は、約０．４％、又は０．３％〜０．４５％であってよく；コア領域の半径ｒ１は、３μｍ〜８μｍ、又は４μｍ〜６μｍであってよく；内側クラッド領域の相対屈折率Δ２は、−０．３〜−０．５、又は−０．２％〜−０．６％であってよく；内側クラッド領域の半径ｒ２は、約１３μｍ、又は１０μｍ〜２０μｍ、又は８〜３０μｍであってよく；外側クラッド領域の相対屈折率Δ３は、約０．０５％、又は０．１％〜−０．２％であってよく；外側クラッド領域の半径ｒ３は、約６２．５μｍ、又は６０μｍ〜６５μｍであってよく；相対屈折率差Δ１−Δ３は、少なくとも０．３５％、又は０．３０〜０．４５％、又は約０．４０％であってよく；相対屈折率差Δ３−Δ２は、少なくとも０．２０％、又は０．２０％〜０．６０％、又は０．３０％〜０．０５％であってよい。内側クラッド領域のトレンチ容積は、２０％Δμｍ２超、又は３０％Δμｍ２超、又は４０％Δμｍ２超、又は６０％Δμｍ２超、又は８０％Δμｍ２超であってよい。
【００７０】
一実施形態では、光ファイバは、以下のパラメータ値を有する、図３に示す相対屈折率プロファイルを有する、大有効面積・低屈曲損失ファイバである：コア領域の相対屈折率Δ１は、約０．２４％、又は０．１０％〜０．３０％であってよく；コア領域の半径ｒ１は、４μｍ〜９μｍ、又は５．５μｍ〜７．５μｍであってよく；内側クラッド領域の相対屈折率Δ２は、約−０．１０％、又は０．０５％〜−０．２５％であってよく；内側クラッド領域の半径ｒ２は、約２０μｍ、又は２０μｍ〜３０μｍ、又は１５〜３５μｍであってよく；外側クラッド領域の相対屈折率Δ３は、約０％、又は０．１０％〜−０．２０％、又は０．１５％〜−０．３０％であってよく；外側クラッド領域の半径ｒ３は、約６２．５μｍ、又は６０μｍ〜６５μｍであってよく；相対屈折率差Δ１−Δ３は、少なくとも０．２０％、又は０．２０％〜０．３０％、又は約０．２５％であってよく；相対屈折率差Δ３−Δ２は、少なくとも０．０３％、又は０．０２％〜０．１０％、又は約０．０５％であってよく；内側クラッド領域のトレンチ容積は、３０％Δμｍ２超、又は４０％Δμｍ２超、又は５０％Δμｍ２超、又は約４０％Δμｍ２超、又は３０％Δμｍ２〜１００％Δμｍ２、又は３５％Δμｍ２〜８０％Δμｍ２、又は４０％Δμｍ２〜７０％Δμｍ２であってよい。
【００７１】
シリカガラスコア内のＢｒのドーピング濃度は、０．０１重量％〜４．０重量％、又は０．５重量％〜４．０重量％、又は１．０重量％〜３．５重量％、又は１．５重量％〜３．０重量％、又は１．７５重量％〜２．７５重量％であってよい。シリカガラスコア内のＢｒのドーピング濃度は０．５重量％〜４．０重量％であってよく、内側クラッド領域は非ドープシリカガラスであってよく；又はシリカガラスコア内のＢｒのドーピング濃度は１．０重量％〜３．５重量％であってよく、内側クラッド領域は非ドープシリカガラスであってよく；又はシリカガラスコア内のＢｒのドーピング濃度は１．５重量％〜３．０重量％であってよく、内側クラッド領域は非ドープシリカガラスであってよく；又はシリカガラスコア内のＢｒのドーピング濃度は１．７５重量％〜２．７５重量％であってよく、内側クラッド領域は非ドープシリカガラスであってよい。上述の実施形態それぞれにおいて、コアはＧｅ及びＫを含まなくてよい。
【００７２】
代替実施形態では、内側クラッドは、Ｆでドープされたシリカガラスである。内側クラッド領域内のＦのドーピング濃度は、０．０１重量％〜１．０重量％、又は０．０１重量％〜０．７５重量％、又は０．０１重量％〜０．５０重量％、又は０．０１重量％〜０．２５重量％、又は０．０５重量％〜０．８０重量％、又は０．０５重量％〜０．６０重量％、又は０．０５重量％〜０．４０重量％であってよい。コア内のＢｒのドーピング濃度は０．０１重量％〜４．０重量％であってよく、内側クラッド領域内のＦのドーピング濃度は０．０１重量％〜１．０重量％であってよい。コア内のＢｒのドーピング濃度は０．５重量％〜４．０重量％であってよく、内側クラッド領域内のＦのドーピング濃度は０．０１重量％〜１．０重量％であってよい。コア内のＢｒのドーピング濃度は１．０重量％〜３．５重量％であってよく、内側クラッド領域内のＦのドーピング濃度は０．０１重量％〜０．８０重量％であってよい。コア内のＢｒのドーピング濃度は１．５重量％〜３．０重量％であってよく、内側クラッド領域内のＦのドーピング濃度は０．０１重量％〜０．５０重量％であってよい。コア内のＢｒのドーピング濃度は０．５重量％〜２．５重量％であってよく、内側クラッド領域内のＦのドーピング濃度は０．０１重量％〜１．０重量％であってよい。コア内のＢｒのドーピング濃度は０．５重量％〜２．５重量％であってよく、内側クラッド領域内のＦのドーピング濃度は０．０５重量％〜０．９０重量％であってよい。コア内のＢｒのドーピング濃度は０．５重量％〜２．５重量％であってよく、内側クラッド領域内のＦのドーピング濃度は０．１０重量％〜０．８０重量％であってよい。
【００７３】
外側クラッド領域は、非ドープシリカガラス、アップドープシリカガラス（例えばＢｒドープシリカガラス若しくはＣｌドープシリカガラス）、又はダウンドープシリカガラス（例えばＦドープシリカガラス）であってよい。一実施形態では、外側クラッド領域はＢｒでドープされたシリカガラスであり、Ｂｒ濃度は、０．０１重量％〜３．０重量％、又は０．０１重量％〜２．５重量％、又は０．０１重量％〜２．０重量％である。別の実施形態では、コアはＢｒドープシリカガラスであり、外側クラッドはＢｒドープシリカガラスであり、コアのＢｒドーピング濃度は外側クラッドのＢｒドーピング濃度より高い。コアのＢｒドーピング濃度は、外側クラッドのＢｒドーピング濃度より少なくとも１０％高くてよく、又はコアのＢｒドーピング濃度は、外側クラッドのＢｒドーピング濃度より少なくとも２５％高くてよく、又はコアのＢｒドーピング濃度は、外側クラッドのＢｒドーピング濃度より少なくとも５０％高くてよく、又はコアのＢｒドーピング濃度は、外側クラッドのＢｒドーピング濃度より少なくとも１００％高くてよい。上述の実施形態それぞれにおいて、内側クラッド領域は非ドープシリカガラスであってよい。上述の実施形態それぞれにおいて、コアは、Ｇｅ及び／又はＫを含んでも含まなくてもよい。特定の実施形態では、コアは、Ｇｅを含まないか、又はＫを含まないか、又はＣｌを含まないか、又はＧｅ及びＫを含まないか、又はＧｅ及びＣｌを含まないか、又はＫ及びＣｌを含まなくてよい。他の実施形態では、コアはＧｅ、Ｃｌ及びＫのうちの１つ以上を含んでよい。
【００７４】
本明細書で開示されるガラス組成物をベースとした光ファイバは、当該技術分野において公知の方法によって、シングルステップ操作又はマルチステップ操作で生産できる。好適な方法としては：火炎燃焼法、火炎酸化法、火炎加水分解法、ＯＶＤ（外部蒸着）、ＩＶＤ（内部蒸着）、ＶＡＤ（気相アキシャル堆積）法、二重坩堝法、ロッド・イン・チューブ法、ケーン・イン・スート法、及びドープ堆積シリカ法が挙げられる。多様なＣＶＤが公知であり、本発明の光ファイバに使用されるコア、内側クラッド領域、及び外側クラッド領域の生産に好適である。これらのＣＶＤプロセスとしては、外部ＣＶＤプロセス、アキシャル蒸着、改質ＣＶＤ（ＭＣＶＤ）、内部蒸着及びプラズマ強化ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）が挙げられる。
【００７５】
シリカのための好適な前駆物質としては、ＯＭＣＴＳ（オクタメチルシクロテトラシロキサン）及びＳｉＣｌ４が挙げられる。臭素ドーピングのための好適な前駆物質としては、ＳｉＢｒ４が挙げられる。塩素ドーピングのための好適な前駆物質としては、Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４、Ｓｉ２Ｃｌ６、Ｓｉ２ＯＣｌ６、及びＣＣｌ４が挙げられる。フッ素ドーピングのための好適な前駆物質としては、Ｆ２、ＣＦ４、及びＳｉＦ４が挙げられる。
【００７６】
本明細書で開示される光ファイバは、：スート本体を形成するステップ；上記スート本体を固化するステップ；及びファイバをドロー加工するステップによって作製できる。例えば、限定を意図するものではないが、ＯＶＤ法によるシリカ又はシリカスート本体の形成を図８及び９に示す。図８では、スート本体２０は、シリカ含有スート２２を、回転及び並進するベイトロッド２４の外側表面上に堆積させることによって形成される。ベイトロッド２４は好ましくはテーパ加工される。スート２２は、気体形態のガラス／スート前駆物質２８をバーナ２６の火炎へと供給して酸化させることによって形成される。メタン（ＣＨ４）等の燃料３２、及び酸素等の燃焼支援ガス３４をバーナ２６に供給し、点火して火炎３０を形成する。「Ｖ」で標識されている体積流量コントローラは、好ましくは全て気体形態である、バーナ２６へのガラス／スート前駆物質２８、燃料３２及び燃焼支援ガス３４の適切な量を測定する。ガラス／スート前駆物質２８はガラス形成剤化合物であり、火炎３０内で酸化されて、概ね円筒形に成形されたスート領域２３を形成し、これは光ファイバプリフォームのコアに相当し得る。
【００７７】
スートコア本体の形成後、図９に示すように、円筒形スート領域２３を含むスートコア本体２０を（例えばホウ素、塩素等で）ドープし、固化炉２９内で固化して、固化済みスートコアプリフォームを形成してよい。固化前に、図８に示すベイトロッド２４を除去して、中空円筒形スートコアプリフォームを形成する。ドーピング及び固化プロセス中、スートコア本体２０は例えば、保持機構２１によって、炉２９の純石英被覆管２７の内側に懸架される。固化ステップの前及び間、スートコア本体２０をドーパント前駆物質に曝露してよい。ドーパント前駆物質は好ましくは、気体又は蒸気形態で提供され、固化の前又は間にスートコア本体２０に直接供給できる。ドーパント前駆物質は、純粋な状態で、又は希釈ガスと組み合わせて、供給してよい。ドーピング濃度は、限定するものではないが、ドーピングの温度、液体ドーピング前駆物質の気化の温度、スートプリフォームの加工環境における気体又は蒸気ドーピング前駆物質の圧力、ドーピングの時間、ドーピングサイクルの数、並びにスート本体の多孔率又は表面積（高い多孔率及び／又は大きな表面積は、ドーピング濃度を高める）を制御することによって、制御できる。
【００７８】
いくつかの実施形態では、ドーピングは焼結プロセス中に行われ、即ちスートコア本体は、スートコア本体が完全に緻密化された小孔閉鎖状態に変形されてコアプリフォームとなる時点より前に、ドープされる。
【００７９】
ドーピングステップの間又は後、コアスート本体を焼結してよい。一実施形態では、焼結プロセスは等温プロセスであり、焼結温度は１１００℃〜１６００℃、又は１０００℃〜１５００℃、又は１３５０℃〜１５５０℃、又は１２５０℃〜１４５０℃、又は１３８０℃〜１５００℃、又は１２８０℃〜１４００℃とすることができる。ドーピング前駆物質が純粋なガス又は蒸気として供給される場合、等温焼結プロセスが好ましい場合がある。別の実施形態では、焼結プロセスはダウンドライブ（ｄｏｗｎｄｒｉｖｅ）プロセスであり、焼結の前線が局所的加熱によって確立され、ドーピング前駆物質が上記焼結の前線に、平衡溶解度に適応するために十分な（純粋な状態での、又は希釈剤と組み合わせた状態での）濃度で供給される。スート本体のサイズ、スート本体の熱伝導率、及びスート本体の加熱（ダウンドライブ）速度に応じて、焼結の前線は、径方向の温度勾配を含んでよい。即ち焼結の前線においては、スート本体の外側表面は高温に曝露されて加熱され、その後、熱が上記外側表面からスート本体の内部に伝達されるに従って、内部部分の加熱が起こる。焼結後、コアプリフォームを完全に緻密化し、より小さな直径へとドロー加工し、複数の長さに切断して、固化済みドープシリカガラスコアケーンを形成できる。
【００８０】
次に、内側クラッド領域（又は上述のような所望の屈折率プロファイルによっては唯一のクラッド領域）を形成するための追加のケーンを、コアスート堆積プロセスに関して上で説明したものと同一の方法を用いて、ガラスコアケーン上に堆積させてよい。上記追加のスートは、コアケーンに支持されたスート本体を構成する。上述のように、内側クラッドは非ドープシリカ又はドープシリカとすることができる。内側クラッドのドーピングは、内側クラッドスート本体をドーピング前駆物質に曝露した後、コアスート本体に関して上述したものと同一の方法で固化することによって達成できる。内側クラッドスート本体の焼結温度は、１１００℃〜１６００℃、より好ましくは約１４００℃〜１５５０℃、及び最も好ましくは約１４８０℃〜１５５０℃である。外側クラッドスート本体は、（内側クラッドスート本体の固化及び／又はドーピングの前又は後に）内側クラッド上にスートを堆積させることによって、同様に形成でき、また任意に、上記外側クラッドスート本体をドーピング前駆物質に曝露することによって、ドープできる。続いて外側クラッドスート本体を、より高密度の、又は完全に緻密化された状態へと固化させてよい。
【００８１】
本明細書で開示されるファイバは、従来の製造技法を用いて作製した光ファイバプリフォームから、例えば米国特許第７，５６５，８２０号明細書、米国特許第５，４１０，５６７号明細書、米国特許第７，８３２，６７５号明細書、米国特許第６，０２７，０６２号明細書（これらの明細書は参照により本出願に援用される）に開示されているような公知のファイバドロー方法及び装置を用いて、ドロー加工してよい。特に、光ファイバプリフォーム（中心コア領域及び１つ以上の周囲のクラッド領域を有する、完全に固化されたガラスプリフォーム）を、ドロー炉に挿入して加熱し、ガラスを軟化させる。光ファイバを、光ファイバプリフォームの基底部から、牽引器によって引き出す。ドロー炉を出た後、むき出しの光ファイバは直径モニタに入り、この直径モニタは、牽引器の速度を調節して一定のファイバ直径を維持するためのフィードバック制御ループに使用される信号を提供する。次にむき出しの光ファイバは、プリフォームからファイバを引き出すことによって発生する光ファイバの張力を測定するファイバ張力測定デバイスを通過する。この張力は、ファイバドロー速度、プリフォームの基底部の温度及び粘度等に応じて増大し得る。ファイバ張力測定デバイスの一例は、欧州公開特許第０４７９１２０号明細書（参照により本出願に援用される）に開示されている。ドロー炉を出た後、ファイバを、冷却、アニーリング、再加熱、コーティング及び巻取りステップで更に加工できる。
【実施例】
【００８２】
これより、シリカガラスのＢｒドーピングを説明する例示的な実施例について記載する。これらの例示的な実施例では、ＳｉＢｒ４をＢｒドーピング前駆物質として使用する。ＳｉＢｒ４は室内条件において液体であり、沸点は約１５４℃である。液体ＳｉＢｒ４を加熱して、気化ＳｉＢｒ４を形成できる。ＳｉＢｒ４は気化形態でシリカスート本体へと送達され、シリカスート本体のためのＢｒドーピング源としての役割を果たす。液体ＳｉＢｒ４を、閉鎖弁を備える１０ｃｍ３のステンレス鋼容器に装填した。ＳｉＢｒ４の追加前に容器をＮ２でパージして、水及び他の汚染物質を排除した。Ｂｒドープシリカガラスの形成に使用される反応器は、両端がステンレス鋼フランジで封止されたアルミナ管を備える管状炉（Ｓｅｎｔｒｏｔｅｃｈ  ＳＴＴ‐１６００‐３‐２４）からなっていた。ＳｉＢｒ４を内包したステンレス鋼容器を、ＶＣＲ付属器具を用いて炉に取り付け、加熱のために油浴に浸漬した。ステンレス鋼容器を、目標圧力と一致する蒸気圧でＳｉＢｒ４を蒸発させるために必要な温度まで加熱することによって、ＳｉＢｒ４の目標圧力を送達した。アルミナ管は真空ポンプに接続されており、パージガス、脱水ガス及び気化したＳｉＢｒ４の送達を受けるよう構成されていた。管状炉の全ての構成部品は、気化したＳｉＢｒ４の濃縮を防止するために十分に高い温度に維持した。管状炉からの排気ガスは、フードへの放出前にハロゲン化物を除去するために、集塵器に通した。
【００８３】
非ドープシリカの様々な形態のＢｒドーピングを、例示的な実施例において実証する。非ドープシリカ開始材料はスート本体であり、本明細書では基材又はシリカ基材と呼ばれる場合もある。複数のシリカ基材は密度が異なっており、様々な多孔率のシリカ基材をＢｒでドープする能力を示すために含まれているものである。シリカ基材のリストを表１で提供する。各基材の複数の試験片を、Ｂｒのためのドーピング前駆物質としてＳｉＢｒ４を様々な条件で使用する以下に記載の例示的な実施例において用いた。
【００８４】
【表１】
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【００８５】
シリカ基材１及び４は、外部蒸着（ＯＶＤ）プロセスを用いて作製した。オクタメチルテトラシクロシロキサン（ＯＭＣＴＳ）を気化させ、Ｏ２、Ｎ２及びＣＨ４と共にバーナまで送達した。ガス混合物を燃焼して、シリカ粒子を形成した。回転し、かつバーナ出口に対して並進しているアルミナベイトロッド上へと、産物流を配向した。所望の本体サイズが得られるまで、ベイトロッド上でスートを一体の多孔質本体として回収した。スート本体の円筒形中心を通るロッドを物理的に叩くことによって、スート本体をベイトロッドから取り外した。シリカ基材２及び３は、Ｏ２を用いてＯＭＣＴＳ燃焼バーナ内で生成されたスートから調製した。ＯＭＣＴＳ流量及びバーナ温度といったバーナパラメータを変更することによって、スート表面積を制御した。燃焼で生成されたスートを、テフロン（登録商標）バグハウスフィルタで回収し、緩い粉体として供給した。各粉体を円筒形鋳型内において約１５０ｐｓｉの圧縮圧力で圧縮し、排出することによって、インゴットを調製した。シリカ基材５は、Ｅｖｏｎｉｋ，  Ｉｎｃ．から入手した市販のシリカスート試料であった（製品番号Ａ１５０）。
【００８６】
屈折率測定を、Ｂｒドープシリカガラス試料のうちの複数に対して完了した。相対屈折率値を、Ｍｅｔｒｉｃｏｎプリズム結合器系を用いて、直径＞５ｍｍの寸法を有する試料に対して、１５４９ｎｍにおいて測定した。Ｍｅｔｒｉｃｏｎプリズム結合器系から得られた相対屈折率を、溶融シリカ基準試料を用いて、及び円筒形のケーンが得られた場合（試料４）にはＹｏｒｋ屈折率技法によって得られた相対屈折率値に対して、較正した。Ｙｏｒｋデータは、Ｐｈｏｔｏｎ  Ｋｉｎｅｔｉｃｓ１０４ファイバプリフォーム屈折率プロファイル機器で測定した。基準試料は、固化された、塩素乾燥済みＯＶＤシリカ（Δ％＝０．００６）及びＧｅドープシリカ（Δ％＝０．４１７）を含んでいた。Ｍｅｔｒｉｃｏｎ系及びＹｏｒｋ技法から得られた結果の、基準試料に対する優れた一致が観察された。本明細書に記載のＢｒドープシリカガラス試料の相対屈折率を、Ｍｅｔｒｉｃｏｎ系を用いて得た。
【００８７】
実施例１
シリカ基材１、２及び３の試験片（１０〜２０ｇ）を管状炉に装入し、以下の処理スケジュールに供した：（１）基材をＮ２雰囲気（Ｐ＝１ａｔｍ）で、１０℃／分の速度で１０００℃まで加熱し；（２）加熱した基材を、１０００℃においてＣｌ２（Ｎ２中において２体積％、合計圧力１ａｔｍ）で２０分間脱水し；（３）炉の温度を１０６０℃に上昇させ、炉を２０分間Ｎ２でパージしてＣｌ２を除去し；（４）１０６０℃において炉を真空ポンプで１５分間排気して、管内の圧力を〜０．０５ａｔｍ未満まで低下させ；（５）ＳｉＢｒ４液体前駆物質を１３０℃まで加熱してＳｉＢｒ４を気化させ、気化したＳｉＢｒ４を炉に３０分間送達し、管内のＳｉＢｒ４の圧力を＜０．５ａｔｍとすることによって、１０６０℃において基材を静止真空下でドープし；（６）管内のＳｉＢｒ４圧力を０．４５ａｔｍに維持しながら、炉の温度を４５分の期間にわたって１４００℃まで上昇させ；（７）ＳｉＢｒ４圧力を０．４５ａｔｍに維持しながら、Ｂｒドープ基材を１４００℃で３０分間焼結し；（８）炉をオフにし、Ｂｒドープ基材をＮ２パージ（Ｐ＝１ａｔｍ）下で室温まで冷却して、固化済みＢｒドープシリカガラス試料を得た。この実施例において基材１、２及び３から得られたＢｒドープシリカガラス試料を、本明細書ではそれぞれ試料１‐１、１‐２及び１‐３として同定する。
【００８８】
固化後、これら３つの試料を切断し、蛍光Ｘ線で検査して、Ｂｒの濃度プロファイルを決定した。図１０は、試料１‐１（トレース５０）、試料１‐２（トレース５２）及び試料１‐３（トレース５４）の、選択された代表的な部分にわたる（表面からの深さに相当する）距離の関数として、Ｂｒ濃度を示す。このデータは、試料１‐１、１‐２及び１‐３に関してそれぞれ約１．５８重量％、１．７重量％及び１．８重量％のＢｒドーピング濃度を示す。
【００８９】
実施例２
この実施例では、シリカ基材を実施例１よりも高いＳｉＢｒ４圧力に供して、より高いＢｒドーピング濃度を得る。シリカ基材１、２及び３の試験片（１０〜２０ｇ）を管状炉に装入し、以下の処理スケジュールに供した：（１）基材をＮ２雰囲気（Ｐ＝１ａｔｍ）で、１０℃／分の速度で１０００℃まで加熱し；（２）加熱した基材を、１０００℃においてＣｌ２（Ｎ２中において２体積％、合計圧力１ａｔｍ）で２０分間脱水し；（３）炉の温度を１０６０℃に上昇させ、炉を２０分間Ｎ２でパージしてＣｌ２を除去し；（４）１０６０℃において炉を真空ポンプで１５分間排気して、管内の圧力を＜０．５ａｔｍ未満まで低下させ；（５）ＳｉＢｒ４液体前駆物質を１５０℃〜１６０℃まで加熱してＳｉＢｒ４を気化させ、気化したＳｉＢｒ４を炉に３０分間送達し、管内のＳｉＢｒ４の圧力を＜０．９２ａｔｍとすることによって、１０６０℃において基材を静止真空下でドープし；（６）管内のＳｉＢｒ４圧力を０．９２ａｔｍに維持しながら、炉の温度を４５分の期間にわたって１４００℃まで上昇させ；（７）ＳｉＢｒ４圧力を０．９２ａｔｍに維持しながら、Ｂｒドープ基材を１４００℃で３０分間焼結し；（８）炉をオフにし、Ｂｒドープ基材を空気パージ（Ｐ＝１ａｔｍ）下で室温まで冷却して、固化済みＢｒドープシリカガラス試料を得た。この実施例において基材１、２及び３から得られたＢｒドープシリカガラス試料を、本明細書ではそれぞれ試料２‐１、２‐２及び２‐３として同定する。
【００９０】
固化後、これら３つの試料を切断し、蛍光Ｘ線で検査して、Ｂｒの濃度プロファイルを決定した。図１１は、試料２‐１（トレース６０）、試料２‐２（トレース６２）及び試料２‐３（トレース６４）の、選択された代表的な部分にわたる距離の関数として、Ｂｒ濃度を示す。このデータは、試料２‐１、２‐２及び２‐３に関してそれぞれ約２．２５重量％、２．５重量％及び２．５重量％のＢｒドーピング濃度を示す。
【００９１】
対応する実験を実施し、実施例２の処理条件下においてシリカ基材１、２及び３をＣｌでドープした。ＳｉＣｌ４をシリカのためのドーピング前駆物質として使用した。ドーピング手順は、ドープ試料２‐１、２‐２及び２‐３に関して上述した通りである。上記３の基材に関して、Ｃｌについて同様の濃度プロファイルが得られた。上記濃度プロファイルを、重なり合ったトレース６６、６７及び６８として図１１に描画する。約０．１２５重量％のＣｌドーピング濃度が観察された。このデータは、所与のプロセス圧力に関して、ＣｌよりもＢｒについて、（重量％ベース及びモル％ベースの両方で）高いドーピング濃度が得られることを示す。
【００９２】
図１２は実施例１及び２の結果を合わせたものであり、ＳｉＢｒ４ドーピング前駆物質の圧力（ＰＳｉＢｒ４、ａｔｍを単位として表す）の関数として、Ｂｒドーピング濃度（［Ｂｒ］ＳｉＯ２、重量％を単位として表す）の変動を示す。データ点７０は非ドープシリカ試料に対応する。データ点７２は試料１‐３に対応し、データ点７４は試料２‐３に対応する。図１２はまた、これらのデータ点に対するべき乗則フィットも含む。べき乗則フィットは、Ｂｒドーピング濃度とＳｉＢｒ４圧力との間のべき乗則関係：
（［Ｂｒ］ＳｉＯ２＝ｋ（ＰＳｉＢｒ４）ｘ
に基づき、ここでｘはべき指数であり、ｋはデータに対する上記等式の最良のフィットを提供するよう調整された定数である。トレース７６はｘ＝０．２５を用いた最良のフィットを示し、トレース７８はｘ＝０．５を用いた最良のフィットを示す。これらの結果は、ｘ＝０．５を用いたべき乗則の等式が、データに対する優れたフィットを提供することを示している。シリカガラスのＣｌドーピングに関する同様のデータは、ＳｉＣｌ４前駆物質の圧力に対するドーピング濃度の依存性が、ｘ＝０．２５を用いたべき乗則の等式によって最もよく記述されることを示している。これらの結果は、ＳｉＢｒ４を用いた、Ｂｒでのシリカのドーピングが、ＳｉＣｌ４でのドーピングよりも圧力に対する感受性が高いことを示している。この観察結果は、固定プロセス圧力においてＢｒに関してＣｌより高いドーピング濃度が観察されることと一致している。
【００９３】
図１３は、Ｂｒドーピング濃度（重量％）の関数としての、シリカガラスの相対屈折率Δ％の測定値を示す。データ点８１は、Ｂｒドーピング濃度が１．６３重量％の、以下の実施例３で説明される試料に対応する。データ点８２、８３及び８４はそれぞれ、試料１‐１、１‐２及び１‐３に対応する。データ点８５、８６及び８７はそれぞれ、試料２‐１、２‐２及び２‐３に対応する。データに対する最良の線形フィットが示されている。これらの結果は、複数のクラスの相対屈折率Δ％が、Ｂｒドーピング濃度が１重量％上昇する毎に約０．１２５だけ上昇することを示している。対照的に、Ｃｌドープシリカに関するデータ（図示せず）は、Ｃｌドーピング濃度の１重量％の上昇が、Δ％のわずか０．０７５の上昇にしかつながらないことを示している。
【００９４】
実施例３
この実施例では、ファイバ生産においてコアケーンとして使用するために好適なＢｒドープシリカガラスについて説明する。シリカ基材４（長さ〜１８インチ（４５．７２ｃｍ）、重さ〜８０ｇ）を管状炉内に入れ、以下の処理スケジュールに供した：（１）基材をＮ２雰囲気（Ｐ＝１ａｔｍ）で、１０℃／分の速度で１０６０℃まで加熱し；（２）加熱した基材を、１０６０℃においてＣｌ２（Ｎ２中において２体積％、合計圧力１ａｔｍ）で一時間脱水し；（３）炉の温度を１０６０℃に維持し、炉を３０分間Ｎ２でパージしてＣｌ２を除去し；（４）１０６０℃において炉を真空ポンプで３０分間排気して、管内の圧力を＜０．５ａｔｍ未満まで低下させ；（５）ＳｉＢｒ４液体前駆物質を１４７℃まで加熱してＳｉＢｒ４を気化させ、気化したＳｉＢｒ４を炉に６０分間送達し、管内のＳｉＢｒ４の圧力を〜１ａｔｍとすることによって、１０６０℃において基材を静止真空下でドープし；（６）管内のＳｉＢｒ４圧力を〜１ａｔｍに維持しながら、炉の温度を４５分の期間にわたって１４００℃まで上昇させ；（７）ＳｉＢｒ４圧力を〜１ａｔｍに維持しながら、Ｂｒドープ基材を１４００℃で３０分間焼結し；（８）炉をオフにし、Ｂｒドープ基材を空気パージ（Ｐ＝１ａｔｍ）下で室温まで冷却して、固化済みＢｒドープシリカガラスコアケーンを得た。コアケーンは高密度であり、不透明の白色である。コアケーンのセグメントを蛍光Ｘ線で分析し、Ｂｒドーピング濃度が１．６３重量％であることが分かった。コアケーンをハンドルに取り付け、固化炉の高温領域を通して移動させ、ガラスを清掃した。ファイバのドロー加工及び製造に好適な、極めて透明なコアケーンが得られた。
【００９５】
実施例４
この実施例では、Ｃｌ及びＢｒによるシリカガラスの同時ドーピングを実証する。
【００９６】
シリカ基材２、３及び５の試験片（１０〜２０ｇ）を管状炉に装入し、以下の処理スケジュールに供した：（１）基材をＮ２雰囲気（Ｐ＝１ａｔｍ）で、１０℃／分の速度で１０００℃まで加熱し；（２）加熱した基材を、１０００℃においてＣｌ２（Ｎ２中において２体積％、合計圧力１ａｔｍ）で２０分間脱水し；（３）炉の温度を１０６０℃に上昇させ、炉を２０分間Ｎ２でパージしてＣｌ２を除去し；（４）１０６０℃において炉を真空ポンプで１５分間排気して、管内の圧力を〜０．０５ａｔｍ未満まで低下させ；（５）ＳｉＢｒ４液体前駆物質を１３０℃まで加熱してＳｉＢｒ４を気化させ、気化したＳｉＢｒ４を炉に３０分間送達し、管内のＳｉＢｒ４の圧力を＜０．４５ａｔｍとすることによって、１０６０℃において基材を静止真空下でＢｒによってドープし；（６）管内のＳｉＢｒ４圧力を０．４５ａｔｍに維持しながら、ＳｉＣｌ４を０．５ａｔｍの圧力（管内の総圧力：０．９５ａｔｍ）で管状炉に導入することによって、Ｃｌによるドーピングを行い；（７）Ｃｌドープが行われる際、炉の温度を４０分の期間にわたって１４００℃まで上昇させ；（８）ＳｉＢｒ４圧力を０．４５ａｔｍに、及びＳｉＣｌ４圧力を０．５ａｔｍに維持しながら、Ｂｒ，Ｃｌドープ基材を１４００℃で３０分間焼結し；（９）炉をオフにし、Ｂｒ，Ｃｌドープ基材をＮ２パージ（Ｐ＝１ａｔｍ）下で室温まで冷却して、Ｂｒ及びＣｌで同時にドープされた固化済みシリカガラス試料を得た。この実施例において基材２、３及び５から得られた同時ドープシリカガラス試料を、本明細書ではそれぞれ試料４‐２、４‐３及び４‐５として同定する。
【００９７】
上記同時ドープガラスに対する蛍光Ｘ線測定を実施して、試料４‐２、４‐３及び４‐５の選択された代表的な部分にわたる距離の関数として、Ｂｒ及びＣｌのドーピング濃度を決定した。結果を図１４に示す。トレース９１、９２及び９３はそれぞれ、試料４‐２、４‐３及び４‐５のＢｒドーピング濃度を示す。トレース９４、９５及び９６はそれぞれ、試料４‐２、４‐３及び４‐５のＣｌドーピング濃度を示す。これらの試料に関して、Ｂｒ及びＣｌについて同等のドーピング濃度が観察された。Ｂｒドーピング濃度は１．８重量％〜１．９重量％であり、Ｃｌドーピング濃度は約０．３重量％であった。
【００９８】
シリカスート本体のドーピングは、加熱したシリカスート本体を気化ＳｉＢｒ４に曝露することによって達成できる。気化ＳｉＢｒ４に対するシリカスート本体の曝露時間は、少なくとも５分、又は少なくとも１０分、又は少なくとも１５分、又は少なくとも３０分、又は１分〜６０分、又は５分〜４５分、又は１０分〜３５分であってよい。
【００９９】
気化ＳｉＢｒ４の形成は、液体ＳｉＢｒ４の加熱によって達成できる。加熱温度は、少なくとも１００℃、又は少なくとも１１０℃、又は少なくとも１２０℃、又は少なくとも１３０℃、又は少なくとも１４０℃、又は１００℃〜２００℃、又は１００℃〜１７５℃、又は１００℃〜１５５℃、又は１１０℃〜１５０℃、又は１２０℃〜１４５℃であってよい。気化ＳｉＢｒ４は、液体ＳｉＢｒ４を高温蒸気流内に注入し、この蒸気流に、シリカスート本体全体を通過させることによって、形成してもよい。
【０１００】
実施例５
この実施例では、Ｂｒドープコア要素を含むプリフォームからファイバをドロー加工した。また、Ｂｒドープファイバのスペクトル減衰を、ＧｅＯ２ドープ光ファイバのスペクトル減衰と比較した。
【０１０１】
臭素ドープコアを有するファイバを、以下の２段階ロッド・イン・スート手順によって調製した。
【０１０２】
ステップ１：まず、コアセグメントを作製した。２５０７ｇ、長さ１ｍのスートブランクを、ＳｉＣｌ４系火炎加水分解法を用いて、ベイトロッド上に堆積させた。ベイトロッドを除去した後、スートブランクを、ＳｉＢｒ４噴出器系を備えた固化炉内に入れた。噴出器を約１５３℃の温度に設定することにより、２ｓｌｐｍのＨｅキャリアガス流中で約０．５５ａｔｍの蒸気圧を提供した。スートブランクを、固化炉内で以下の処理条件に供した：
【０１０３】
【表２】
2019505837.tif 000007
【０１０４】
焼結済みブランクを冷却し、直径８ｍｍのＢｒドープガラスコアへと再ドロー加工した。コアケーンの屈折率は、シリカに対して０．２３Δ％であった。
【０１０５】
ステップ２：ロッド・イン・スート法を用いて、ファイバの内側クラッド部分を作製した。１７７３ｇ、長さ１ｍのスートブランクを、コアブランクに関するステップ１に記載されたものと同様の方法で調製した。ベイトロッドから内側クラッドスートブランクを除去した後、ステップ１で生産された直径８ｍｍのＢｒドープコアを、内側クラッドスートブランクの中線に沿って、中心キャビティ内に位置決めした。次に、以下の手順：Ｃｌ２乾燥ステップ、フッ素ドーピングステップ、及びダウンドライブ焼結ステップを用いて、固化シーケンスを完了した。この固化シーケンスで使用した条件は、以下の通りであった：
【０１０６】
【表３】
2019505837.tif 000008
【０１０７】
（Ｂｒドープコア及びＦドープ内側クラッド部分を有する）固化済みブランクを、直径８ｍｍの固化済みガラスケーンへと再ドロー加工した。シリカの屈折率１．４４４３７４＠１５５０ｎｍを基準として、Ｐｈｏｔｏｎ  Ｋｉｎｅｔｉｃｓ  Ｐ１０６プリフォームアナライザを用いて屈折率プロファイルを測定した。屈折率プロファイルを図１５に示す。
【０１０８】
ステップ２で調製したケーンのうちの１つを、最終オーバクラッドのために選択した。１０１５ｇのスートを、選択された上記ケーンの長さ１メートルの部分上に直接堆積させた。得られたスートブランクを、以下の手順を用いて固化させた：
【０１０９】
【表４】
2019505837.tif 000009
【０１１０】
（Ｂｒドープコア、Ｆドープ内側クラッド及びＦドープオーバクラッドを含む）最終固化済みブランクを、ファイバへとドロー加工した。ＰＫ２５００光ファイバ分析系を用いて、長さ３ｋｍに対してスペクトル減衰を測定した。図１６において、上記ファイバのスペクトル減衰を、同一のプロセス設備で生産されたＧｅＯ２ドープファイバのスペクトル減衰と比較する。減衰の比較は、Ｂｒドープファイバ及びＧｅＯ２ドープファイバに関して、関心対象の全ての波長において概ね同等の光学的損失を示す。
【０１１１】
【表５】
2019505837.tif 000010
【０１１２】
特段明記されていない限り、本明細書に記載のいずれの方法が、その複数のステップをある具体的な順序で実施することを要求するものとして解釈されることは、全く意図されていない。従って、方法クレームが、その複数のステップが従うべき順序を実際に記載していない場合、又はそうでなくても、請求項若しくは本説明中に、上記複数のステップがある具体的な順序に限定されることが具体的に言明されていない場合、いずれの特定の順序が推定されることは全く意図されていない。
【０１１３】
例示されている実施形態の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変形を実施できることは、当業者には明らかであろう。例示されている実施形態の精神及び実質を援用した、本開示の実施形態の修正、組み合わせ、部分的組み合わせ及び変形は、当業者に想起され得るため、本説明は、添付の請求項及びその均等物の範囲内の全てを含むものとして解釈されるものとする。
【０１１４】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１１５】
実施形態１
Ｂｒを含む光ファイバ。
【０１１６】
実施形態２
上記光ファイバは更にシリカガラスを含み、
上記Ｂｒは上記シリカガラス中のドーパントである、実施形態１に記載の光ファイバ。
【０１１７】
実施形態３
Ｃｌを更に含む、実施形態１又は２に記載の光ファイバ。
【０１１８】
実施形態４
上記光ファイバは、コア及びクラッドを含み、
上記コアはＢｒを含む、実施形態１〜３のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【０１１９】
実施形態５
上記コアは、Ｂｒでドープされたシリカガラスを含む、実施形態４に記載の光ファイバ。
【０１２０】
実施形態６
上記クラッドはＢｒを含む、実施形態４又は５に記載の光ファイバ。
【０１２１】
実施形態７
上記コアの上記シリカガラス中のＢｒの濃度は、０．０１重量％〜４．０重量％である、実施形態５又は６に記載の光ファイバ。
【０１２２】
実施形態８
上記コアの上記シリカガラス中のＢｒの濃度は、１．５重量％〜３．０重量％である、実施形態５又は６に記載の光ファイバ。
【０１２３】
実施形態９
上記コアはＣｌを更に含む、実施形態４〜８のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【０１２４】
実施形態１０
上記クラッドは、内側クラッド及び外側クラッドを含み、
上記内側クラッドは上記外側クラッドより低い相対屈折率を有し、
上記外側クラッドは上記コアより低い相対屈折率を有する、実施形態４〜９のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【０１２５】
実施形態１１
上記内側クラッドは非ドープシリカガラスを含む、実施形態１０に記載の光ファイバ。
【０１２６】
実施形態１２
上記内側クラッドは、Ｆでドープされたシリカガラスを含む、実施形態１０に記載の光ファイバ。
【０１２７】
実施形態１３
上記内側クラッドの上記シリカガラス中のＦの濃度は、０．０１重量％〜１．０重量％である、実施形態１２に記載の光ファイバ。
【０１２８】
実施形態１４
上記コアの上記シリカガラス中のＢｒの濃度は、０．０１重量％〜４．０重量％である、実施形態１３に記載の光ファイバ。
【０１２９】
実施形態１５
上記コアの上記シリカガラス中のＢｒの濃度は、０．５０重量％〜２．５重量％である、実施形態１３に記載の光ファイバ。
【０１３０】
実施形態１６
上記内側クラッドの上記シリカガラス中の上記Ｆの濃度は、０．０５重量％〜０．８０重量％である、実施形態１２に記載の光ファイバ。
【０１３１】
実施形態１７
上記コアの上記シリカガラス中のＢｒの濃度は、０．５０重量％〜２．５重量％である、実施形態１６に記載の光ファイバ。
【０１３２】
実施形態１８
上記外側クラッドは、Ｂｒでドープされたシリカガラスを含む、実施形態１０〜１７のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【０１３３】
実施形態１９
上記外側クラッドの上記シリカガラス中のＢｒの濃度は、０．０１重量％〜３．０重量％である、実施形態１８に記載の光ファイバ。
【０１３４】
実施形態２０
上記コアの相対屈折率は、上記外側クラッドの相対屈折率より少なくとも０．１５％だけ大きい、実施形態１８又は１９に記載の光ファイバ。
【０１３５】
実施形態２１
上記コアの上記シリカガラス中のＢｒの濃度は、上記外側クラッドの上記シリカガラス中のＢｒの濃度より大きい、実施形態１８〜２０のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【０１３６】
実施形態２２
上記内側クラッドは非ドープシリカガラスを含む、実施形態２１に記載の光ファイバ。
【０１３７】
実施形態２３
上記コアは、０．０８％〜０．３０％の相対屈折率を有する、実施形態５に記載の光ファイバ。
【０１３８】
実施形態２４
上記コアは、０．０８％〜０．３０％の相対屈折率を有する、実施形態１０に記載の光ファイバ。
【０１３９】
実施形態２５
上記外側クラッドは、０．０５％〜０．２０％の相対屈折率を有する、実施形態２４に記載の光ファイバ。
【０１４０】
実施形態２６
上記コアはＧｅを含まない、実施形態５〜２５のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【０１４１】
実施形態２７
スート本体をＢｒでドーピングするステップを含む、方法。
【０１４２】
実施形態２８
上記スート本体はシリカを含む、実施形態２７に記載の方法。
【０１４３】
実施形態２９
上記ドーピングするステップは、上記スート本体をＳｉＢｒ４に曝露するステップを含む、実施形態２７又は２８に記載の方法。
【０１４４】
実施形態３０
上記ＳｉＢｒ４は、液体ＳｉＢｒ４を加熱することによって形成され、
上記加熱は、上記ＳｉＢｒ４を気化させ、
上記曝露するステップは、上記スート本体を上記気化ＳｉＢｒ４に曝露するステップを含む、実施形態２９に記載の方法。
【０１４５】
実施形態３１
上記スート本体は上記気化ＳｉＢｒ４に、少なくとも１０分間曝露される、実施形態３０に記載の方法。
【０１４６】
実施形態３２
上記液体ＳｉＢｒ４は、少なくとも１２０℃まで加熱される、実施形態３０又は３１に記載の方法。
【０１４７】
実施形態３３
上記スート本体を形成するステップを更に含む、実施形態２７〜３２のいずれか１つに記載の方法。
【０１４８】
実施形態３４
上記スート本体をＣｌでドーピングするステップを更に含む、実施形態２７〜３３のいずれか１つに記載の方法。
【０１４９】
実施形態３５
上記Ｂｒドープスート本体を固化させるステップを更に含む、実施形態２７〜３４のいずれか１つに記載の方法。
【０１５０】
実施形態３６
上記固化済みＢｒドープスート本体上にスートを形成するステップを更に含む、実施形態３５に記載の方法。
【０１５１】
実施形態３７
上記スートはシリカスートである、実施形態３６に記載の方法。
【０１５２】
実施形態３８
上記シリカスートをＢｒでドーピングするステップを更に含む、実施形態３７に記載の方法。
【０１５３】
実施形態３９
上記スートを固化して固化済み本体を形成するステップを更に含み、
上記固化済み本体は、上記固化済みＢｒドープスート本体及び上記固化済みスートを含む、実施形態３６〜３８のいずれか１つに記載の方法。
【０１５４】
実施形態４０
上記固化済み本体から光ファイバをドロー加工するステップを更に含む、実施形態３９に記載の方法。
【符号の説明】
【０１５５】
図１
１１      ファイバ
１２      コア
１３      クラッド
１４      内側クラッド領域
１５      外側クラッド領域
１６      一次コーティング
１７      二次コーティング
図２以降
１        コア
２        内側クラッド領域
３        外側クラッド領域
１１      相対屈折率プロファイル
１２      相対屈折率プロファイル
１３      相対屈折率プロファイル
１４      相対屈折率プロファイル
１５      相対屈折率プロファイル
２０      スート本体
２１      保持機構
２２      シリカ含有スート
２３      円筒形スート領域
２４      ベイトロッド
２６      バーナ
２７      純石英被覆管
２８      ガラス／スート前駆物質
２９      固化炉
３０      火炎
３２      燃料
３４      燃焼支援ガス
【図１】
2019505837.tif 000011
【図２】
2019505837.tif 000012
【図３】
2019505837.tif 000013
【図４】
2019505837.tif 000014
【図５】
2019505837.tif 000015
【図６】
2019505837.tif 000016
【図７】
2019505837.tif 000017
【図８】
2019505837.tif 000018
【図９】
2019505837.tif 000019
【図１０】
2019505837.tif 000020
【図１１】
2019505837.tif 000021
【図１２】
2019505837.tif 000022
【図１３】
2019505837.tif 000023
【図１４】
2019505837.tif 000024
【図１５】
2019505837.tif 000025
【図１６】
2019505837.tif 000026
【国際調査報告】
2019505837.tif 000027
2019505837.tif 000028
2019505837.tif 000029