(57)【要約】低い減衰を有する光ファイバ、およびそれを製造する方法が開示される。光ファイバは、コアと、コアを囲む内側クラッドと、内側クラッドを囲む外側クラッドとを有する。外側クラッドは塩素でドーピングされており、相対屈折率が半径の関数として変化するようになっている。外側クラッドの半径方向に変化する相対屈折率プロファイルは、コアおよび内側クラッドにおける余分な応力を低減し、このことは、マクロベンド損失およびマイクロベンド損失も低減しつつ、ファイバ減衰を低くすることに役立つ。光ファイバを製造する方法は、スートプリフォームのオーバークラッドスート層を塩素でドーピングし、次に、オーバークラッドスート層の最外領域から塩素ドーパントの一部を除去することを含む。次に、修正された塩素ドーパントプロファイルを有するスートプリフォームが焼結されてガラスプリフォームが形成され、次に、このガラスプリフォームを、光ファイバを線引きするために用いることができる。
2019530005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバにおいて、
外半径ｒ１と、最大値Δ１ＭＡＸを有する相対屈折率Δ１（ｒ）とを有するコアであって、中心軸に中心合わせされており、１より大きいα値を有するコアと、
前記コアを囲む内側クラッドであって、相対屈折率Δ２と、９マイクロメートルより大きい外半径ｒ２とを有する内側クラッドと、
前記内側クラッドを直に囲む外側クラッドであって、外半径ｒ３と、半径ｒ＝ｒＭＡＸにおいてΔ３ＭＡＸ＞Δ２である最大相対屈折率Δ３ＭＡＸを有すると共に半径ｒ＝ｒＭＩＮにおいて最小相対屈折率Δ３ＭＩＮを有し、ｒＭＩＮ＞ｒＭＡＸである相対屈折率Δ３（ｒ）とを有する外側クラッドと
ｉ）Δ１ＭＡＸ＞Δ３ＭＡＸ＞Δ２であり、
ｉｉ）Δ３ＭＡＸ−Δ２＞０．００５Δ％であり、
ｉｉｉ）Δ３ＭＡＸ−Δ３ＭＩＮ≧０．０１Δ％であり、
前記外側クラッドが、半径方向の座標と共に変化する塩素濃度Ｃを有する塩素でドーピングされたシリカを含む
ことを特徴とする光ファイバ。
【請求項２】
前記塩素濃度Ｃが、ｒ２と４０マイクロメートルとの間にある半径方向の座標ｒＣ＿ＭＡＸにおいて最大塩素濃度ＣＭＡＸを有すると共に、ｒ＝４０マイクロメートルとｒ３＝６２．５マイクロメートルとの間にある半径方向の座標ｒＣ＿ＭＩＮにおいて最小塩素濃度ＣＭＩＮを有し、前記ＣＭＡＸが前記ＣＭＩＮより少なくとも１０００パーツ・パー・ミリオン（ｐｐｍ）大きい、請求項１記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記ＣＭＡＸが前記ＣＭＩＮより少なくとも１５００ｐｐｍ大きい、請求項２記載の光ファイバ。
【請求項４】
１５５０ｎｍの波長において、０．１８５ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を更に有する請求項１〜３のいずれか一項記載の光ファイバ。
【請求項５】
１５５０ｎｍにおいて、直径２０ｍｍのマンドレルについて０．５ｄＢ／ｔｕｒｎ未満の曲げ損失を更に有する、請求項１〜４のいずれか一項記載の光ファイバ。
【請求項６】
１３１０ｎｍの波長において、８．８マイクロメートル〜９．５マイクロメートルのモードフィールド径を更に有する、請求項１〜５のいずれか一項記載の光ファイバ。
【請求項７】
コアおよびクラッドを有する光ファイバを形成する方法において、
ａ）コアケインに対してオーバークラッド配置処理を行うことにより、前記コアケインの周囲に設けられたスートオーバークラッド層を有するシリカスートプリフォームを生じる工程であって、前記シリカスートプリフォームが、調節された半径方向のスート密度プロファイルを有する、工程と、
ｂ）オーバークラッド圧密化処理を用いて、前記スートオーバークラッド層を塩素でドーピングすることにより、塩素でドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォームを形成する工程と、
ｃ）前記塩素でドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォームを更に圧密化することにより、塩素でドーピングされ圧密化され空隙を含まないガラスプリフォームを形成する工程と、
ｄ）前記塩素でドーピングされ圧密化され空隙を含まないガラスプリフォームを線引きすることにより、前記光ファイバを形成する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記塩素でドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォームの前記スートオーバークラッド層の最外領域から前記塩素の一部を除去する工程を更に含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
ｂ）塩素でドーピングする前記工程が、前記スートオーバークラッド層をＣｌ２およびＳｉＣｌ４のうちの少なくとも１つに晒すことを含む、請求項７〜８のいずれか一項記載の方法。
【請求項１０】
ｂ）塩素でドーピングする前記工程が、前記スートオーバークラッド層を一酸化炭素に晒すことを含む、請求項７〜９のいずれか一項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【優先権の主張】
【０００１】
本願は、合衆国法典第３５巻第１１９条に基づき、２０１６年９月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／３９７，５０６号による優先権を主張するものであり、その内容に依拠すると共に、その全体を参照して本明細書に組み込む。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、一般的には光ファイバに関し、具体的には、変化するクラッド屈折率を有する低減衰光ファイバ、およびそれを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、通信分野において、低い減衰を有するガラス光ファイバに大きな関心が持たれている。長距離用途で用いられる伝送ファイバ、ＦＴＴＨ（Fiber to the Home）用途の新たに出現した領域において用いられるマルチモードファイバ、および、曲げ損失によって多くの設計が実用から制限されてきた分散補償ファイバを含む、多くのタイプのファイバにおいて、減衰特性を改善するための技術が重要な役割を果たし得る。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の１つの態様は、半径方向の座標ｒを有する光ファイバにおいて、外半径ｒ１と、最大値Δ１ＭＡＸを有する相対屈折率Δ１（ｒ）とを有するコアであって、中心軸に中心合わせされており、１より大きいα値を有するコアと、コアを直に囲む内側クラッドであって、相対屈折率Δ２と、９マイクロメートルより大きい外半径ｒ２とを有する内側クラッドと、内側クラッドを直に囲む外側クラッドであって、外半径ｒ３と、半径ｒ＝ｒＭＡＸにおいてΔ３ＭＡＸ＞Δ２である最大相対屈折率Δ３ＭＡＸを有すると共に半径ｒ＝ｒＭＩＮにおいて最小相対屈折率Δ３ＭＩＮを有し、ｒＭＩＮ＞ｒＭＡＸである相対屈折率Δ３（ｒ）とを有する外側クラッドとを含み、ｉ）Δ１ＭＡＸ＞Δ３ＭＡＸ＞Δ２であり、ｉｉ）Δ３ＭＡＸ−Δ２＞０．００５Δ％であり、ｉｉｉ）Δ３ＭＡＸ−Δ３ＭＩＮ≧０．０１Δ％であり、外側クラッドが、半径方向の座標と共に変化する塩素濃度Ｃを有する塩素でドーピングされたシリカを含む、光ファイバである。
【０００５】
本開示の別の態様は、上記の光ファイバにおいて、α値が１０未満である。
【０００６】
本開示の別の態様は、上記の光ファイバにおいて、塩素濃度Ｃが、ｒ２と４０マイクロメートルとの間にある半径方向の座標ｒＣ＿ＭＡＸにおいて最大塩素濃度ＣＭＡＸを有すると共に、ｒ＝４０マイクロメートルとｒ３＝６２．５マイクロメートルとの間にある半径方向の座標ｒＣ＿ＭＩＮにおいて最小塩素濃度ＣＭＩＮを有し、ＣＭＡＸがＣＭＩＮより少なくとも１０００パーツ・パー・ミリオン（ｐｐｍ）大きい。
【０００７】
本開示の別の態様は、上記の光ファイバにおいて、ＣＭＡＸがＣＭＩＮより少なくとも１５００ｐｐｍ大きい。
【０００８】
本開示の別の態様は、上記の光ファイバにおいて、ＣＭＡＸがＣＭＩＮより少なくとも２０００ｐｐｍ大きい。
【０００９】
本開示の別の態様は、上記の光ファイバであって、１５５０ｎｍの波長において、０．１８５ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有する。
【００１０】
本開示の別の態様は、上記の光ファイバであって、直径２０ｍｍのマンドレルについて０．５ｄＢ／ｔｕｒｎ未満の曲げ損失を有する。
【００１１】
本開示の別の態様は、上記の光ファイバであって、１３００ｎｍ≦λ０≦１３２４ｎｍである零分散波長λ０を有する。
【００１２】
本開示の別の態様は、上記の光ファイバであって、１３１０ｎｍの波長において、８．８マイクロメートル〜９．５マイクロメートルのモードフィールド（ＭＦＤ）径を有する。
【００１３】
本開示の別の態様は、上記の光ファイバであって、１２６０ｎｍ以下のケーブルカットオフを有する。
【００１４】
本開示の別の態様は、コアおよびクラッドを有する光ファイバを形成する方法である。本方法は、ａ）コアケインに対してオーバークラッド配置処理を行うことにより、コアケインの周囲に設けられたスートオーバークラッド層を有するシリカスートプリフォームを生じる工程であって、シリカスートプリフォームが、調節された半径方向のスート密度プロファイルを有する、工程と、ｂ）オーバークラッド圧密化処理を用いて、スートオーバークラッド層を塩素でドーピングすることにより、塩素でドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォームを形成する工程と、ｃ）塩素でドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォームを更に圧密化することにより、塩素でドーピングされ圧密化され空隙を含まないガラスプリフォームを形成する工程と、ｄ）塩素でドーピングされ圧密化され空隙を含まないガラスプリフォームを線引きすることにより、光ファイバを形成する工程とを含む。
【００１５】
本開示の別の態様は、上記の方法であって、半径方向に変化する塩素濃度をスートオーバークラッド層内に定めるために、ドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォームのスートオーバークラッド層の最外領域から塩素の一部を除去する工程を更に含む。
【００１６】
本開示の別の態様は、上記の方法において、塩素の一部を除去する工程が、スートオーバークラッド層の最外領域を、酸素および水のうちの少なくとも１つに晒すことによって達成される。
【００１７】
本開示の別の態様は、上記の方法において、塩素の一部を除去する工程が、スートオーバークラッド層の最外領域を、ヘリウム、窒素、およびアルゴンのうちの少なくとも１つを有する乾燥雰囲気に晒すことによって達成される。
【００１８】
本開示の別の態様は、上記の方法において、ｂ）塩素でドーピングする工程が、スートオーバークラッド層をＣｌ２およびＳｉＣｌ４のうちの少なくとも１つに晒すことを含む。
【００１９】
本開示の別の態様は、上記の方法において、ｂ）塩素でドーピングする工程が、スートオーバークラッド層を一酸化炭素に晒すことを含む。
【００２０】
本開示の別の態様は、上記の方法において、ａ）スートオーバークラッド層を形成する工程が、ｉ）環状スート密度プロファイルを有する第１のスートオーバークラッド層を有するプリフォームから形成された試験光ファイバについての屈折率パラメータの屈折率プロファイルを、所望の屈折率プロファイルを有する基準光ファイバと比較することにより、プロファイルフィット誤差を決定する工程と、ｉｉ）プロファイルフィット誤差を、スート密度に対する屈折率パラメータの感度で除算することにより、スート密度誤差を定める工程と、ｉｉｉ）スート密度誤差を環状スート密度プロファイルから減算することにより、修正された環状スート密度プロファイルを定める工程と、ｉｖ）修正されたスート密度プロファイルを用いてスートオーバークラッド層を形成することにより、シリカスートプリフォームを形成する工程とを含む。
【００２１】
本開示の別の態様は、上記の方法であって、ｖ）工程ｉｖ）のシリカスートプリフォームを用いて別の試験光ファイバを形成する更なる工程と、スート密度誤差がスート密度誤差閾値より低くなるまで、工程ｉ）〜工程ｖ）を繰り返すこととを更に含む。
【００２２】
本開示の別の態様は、上記の方法において、屈折率プロファイルが相対屈折率プロファイルを含み、屈折率パラメータが相対屈折率である。
【００２３】
本開示の別の態様は、上記の方法において、屈折率プロファイルが正規化された屈折率プロファイルを含み、屈折率パラメータが正規化された屈折率である。
【００２４】
実施形態の更なる特徴および長所は、以下の詳細な説明で述べられると共に、部分的にはその説明から当業者に自明であり、または、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、および添付の図面を含む本明細書に記載されるように実施形態を実施することによって認識される。
【００２５】
上記の概要説明および以下の詳細説明は、実施形態を示すものであり、特許請求されている実施形態の性質および特徴を理解するための概観また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。添付の図面は、実施形態の更なる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれてその一部をなすものである。図面は様々な実施形態を示しており、明細書と共に、実施形態の原理および作用を説明する役割をするものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】本明細書に示され記載される１以上の実施形態による光ファイバの側面図
【図１Ｂ】本明細書に示され記載される１以上の実施形態による光ファイバの模式的な断面図
【図２Ａ】本明細書において開示される例示的な光ファイバについての半径方向の座標ｒ（任意の単位）に対する相対屈折率プロファイルΔ％の理想化されたプロット
【図２Ｂ】本明細書において開示される例示的な光ファイバについての半径方向の座標ｒ（任意の単位）に対する相対屈折率プロファイルΔ％の理想化されたプロット
【図３Ａ】例示的なプロファイルＰ０についての半径方向の座標ｒ（μｍ）に対する相対屈折率プロファイルΔ％のプロット
【図３Ｂ】例示的なプロファイルＰ０およびＰ１についての半径方向の座標ｒ（μｍ）に対する相対屈折率プロファイルΔ％のプロット
【図３Ｃ】例示的なプロファイルＰ０およびＰ２についての半径方向の座標ｒ（μｍ）に対する相対屈折率プロファイルΔ％のプロット
【図４Ａ】ベースラインプロファイルＰ０およびプロファイルＰ１についてのモデリングされたカットオフトレースを示す、波長λ（ｎｍ）に対するシミュレーションされたカットオフ信号ＳＣＳ（ｄＢ）のプロット
【図４Ｂ】ベースラインプロファイルＰ０およびプロファイルＰ２についてのモデリングされたカットオフトレースを示す、波長λ（ｎｍ）に対するシミュレーションされたカットオフ信号ＳＣＳ（ｄＢ）のプロット
【図５】本明細書に示され記載される１以上の実施形態による、光ファイバを線引きするための例示的なシステムの模式図
【図６】左側の縦軸に外側クラッドの正規化された相対屈折率Ｎをプロットし、右側の縦軸にファイバプリフォームについての環状スート密度ρ（ｇ／ｃｍ３）をプロットし、横軸がファイバ半径ｒ（μｍ）である、プロット
【図７】異なるファイバ半径ｒ（μｍ）についてのスート密度ρ（ｇ／ｃｍ３）に対する８５３ｎｍにおける正規化された屈折率Ｎについての測定データの最良近似線のプロット
【図８】ファイバ半径ｒ（μｍ）の関数としての正規化された屈折率感度（ｄＮ／ｄρ）のプロット
【図９】基準光ファイバのプロファイルに略一致する光ファイバを形成する処理において、基準光ファイバに対する試験光ファイバのプロファイルの一致を決定するために、試験光ファイバ（ＰＴ）と比較した基準光ファイバ（ＰＲ）についてのファイバ半径ｒ（μｍ）に対する８５３ｎｍにおける正規化された相対屈折率Ｎのプロット
【図１０】元の環状スート密度プロファイル（実線）、補正された環状スート密度プロファイル（破線）、およびスート密度誤差ερ（点線）を示す、ファイバ半径ｒ（μｍ）の関数としてのスート密度ρ（ｇ／ｃｍ３）のプロット
【図１１】コアケインと、コアケインを囲むスートオーバークラッドとを含む例示的なシリカスートプリフォームの断面図を示す
【図１２】圧密化炉内におけるドーピングされ部分的に圧密化されたスートプリフォームの形成を示す
【図１３】ドーピングされ部分的に圧密化されたスートプリフォームの塩素ドーパントプロファイルが、スートオーバークラッドの最外領域において、最内領域と比較して低くなるよう、如何に修正されるかを示す、図１２と類似の図
【図１４】図１３のドーピングされ圧密化されたスートプリフォームの塩素ドーパントプロファイルに対応する塩素ドーパントプロファイルを有するドーピングされ部分的に圧密化されたスートプリフォームから形成された光ファイバプリフォームを示す
【発明を実施するための形態】
【００２７】
定義
本明細書において用いられる「アップドーパント」とは、純粋なシリカに対して相対的にガラスの屈折率を高める材料またはドーパントである。そのようなアップドーパントは、例えば、塩素、酸化ゲルマニウム、Ｎ、リン、酸化チタン、またはアルミナであり得る。
【００２８】
本明細書において用いられる「相対屈折率プロファイル」とは、相対屈折率（以下に定義される）と光ファイバの半径方向の断面のファイバ半径との間の関係である。
【００２９】
本明細書において用いられる「相対屈折率」は、
Δｉ（％）＝１００・［ｎｉ２−ｎｒ２］／（２ｎｉ２）
として定義され、式中、ｎｉは特に明記しない限り領域ｉにおける最大屈折率であり、ｎｒは特に明記しない限り純粋なシリカガラスの屈折率である基準屈折率である。従って、本明細書において用いられる「相対屈折率」は、純粋なシリカガラスに対して相対的な屈折率である。本明細書において、「デルタ」、「デルタ屈折率」、「デルタ屈折率パーセント」、「Δ」、「Δ％」という用語は、区別なく用いられる。「ΔｉＭＡＸ」および「ΔｉＭＩＮ」という用語は、それぞれ、光ファイバの領域ｉについての最大相対屈折率および最小相対屈折率を指す。
【００３０】
正規化された屈折率は「Ｎ」と示され、Ｎ＝ｎｉ−ｎｒｅｆとして定義され、式中、ｎｒｅｆはプロファイルの最小屈折率である。
【００３１】
本明細書において用いられる「屈折率プロファイル」という用語は、屈折率プロファイル、相対屈折率プロファイル、正規化された屈折率プロファイル、または屈折率に基づく他の任意のプロファイルを意味する。
【００３２】
「屈折率パラメータ」という用語は、屈折率プロファイルを記述するために用いられるパラメータを示すために用いられる。例えば、相対屈折率プロファイルについては、屈折率パラメータはΔ（相対屈折率）であり、一方、正規化された屈折率プロファイルについては、屈折率パラメータは正規化された屈折率Ｎである。
【００３３】
なお、本明細書において用いられる「純粋なシリカガラス」という用語は、「純粋なシリカガラス」で構成される光ファイバの領域または層が、例えば、ドーパントおよび／または他の微量の材料等の材料を、シリカガラス領域または部分の屈折率を顕著に変える量では含有しないことを意味することを理解されたい。しかし、「シリカ」または「純粋なシリカ」であるものとして参照されるファイバの領域または部分に、少量のドーパント（例えば、それぞれ１５００ｐｐｍ未満の量の塩素および／またはフッ素）が存在してもよい。
【００３４】
導波路ファイバの「波長分散」（特に明記しない限り、本明細書においては「分散」として参照され得る）は、材料分散と導波路分散との合計である。「零分散波長」とは、分散が０の値を有する波長であり、本明細書においてはラムダ０、即ちλ０としても参照される。分散スロープは、波長に関する分散の変化率である。
【００３５】
「αプロファイル」（本明細書においてはαプロファイルまたは単にαとしても参照される）という用語は、Δ（ｒ）に関して表されるコア領域の相対屈折率プロファイルを指し、単位は「％」であり、ｒは半径である。Δｒは
【００３６】
【数１】
2019530005.tif 000003
【００３７】
として表され、式中、ｒｏはΔ（ｒ）が最大となる点であり、ｒ１はΔ（ｒ）が０となる点であり、ｒはｒｉ＜ｒ＜ｒｆの範囲内であり、式中、Δの定義は上記の通りであり、ｒｉはαプロファイルの最初の点であり、ｒｆはαプロファイルの最後の点であり、αは実数である指数である。
【００３８】
モードフィールド径（ＭＦＤ）は、
２ｗ＝ＭＦＤ
の式に基づくＰｅｔｅｒｍａｎｎＩＩ法を用いて測定され、式中
【００３９】
【数２】
2019530005.tif 000004
【００４０】
であり、ｆ（ｒ）の定義は上記の通りである。
【００４１】
導波路ファイバの曲げ耐性は、所定の試験条件下において生じる減衰によって測定され得る。マンドレル巻付はマクロベンド試験であり、横荷重およびピンアレイはマイクロベンド試験である。表１のデータは、両方のタイプの損失についての値を含む。マンドレル巻付試験は、マクロベンド損失（マクロＢＬ）を決定するために用いられる１つの試験である。マンドレル巻付試験では、光ファイバは、所定の直径を有するマンドレルの周囲に巻き付けられ（例えば、光ファイバは、６ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、または他の指定されている直径のマンドレルに１回ターンするように巻き付けられ（例えば「１×１０ｍｍ直径マクロ曲げ損失」または「１×３０ｍｍ直径マクロ曲げ損失」））、指定されている波長（典型的には１２００〜１７００ｎｍの範囲内（例えば、１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍ、または１６２５ｎｍ）における１ターン当たりの減衰の増加を測定する。
【００４２】
マイクロベンド損失（マイクロＢＬ）を測定するための１つの試験は、ワイヤメッシュドラム試験である。ワイヤメッシュドラム試験では、室温における、７５０ｍの長さを有するコーティングされたファイバを通る１３１０ｎｍ、１５５０ｎｍ、および１６２５ｎｍの波長の光の減衰を決定した。マイクロベンドによって生じる減衰は、ワイヤメッシュドラム上における０張力展開と高張力展開との間の差によって決定された。２つの巻回構成について、別々の測定を行った。第１の構成では、ファイバは、滑らかな表面と約４００ｍｍの直径とを有するアルミニウムドラム上に０張力構成で巻回された。０張力巻回構成は、ファイバを通過する光についての、応力がかかっていない状態の基準減衰を提供した。十分なドエルタイムの後、最初の減衰測定を行った。第２の巻回構成では、ファイバ試料は、細かいワイヤメッシュが巻き付けられたアルミニウムドラムに巻回された。この展開では、アルミニウムドラムのバレル表面はワイヤメッシュで覆われており、ファイバはワイヤメッシュの周囲に巻き付けられた。メッシュは、伸長されることなくバレルの周囲にぴったりと巻き付けられ、穴、凹み、裂け目、または損傷が生じない完全な状態に保持された。この測定において用いられたワイヤメッシュ材料は、耐食タイプの３０４ステンレス鋼織金網から作られたものであり、以下の特性を有した。１リニア・インチ（２．５４リニア・センチメートル）当たりのメッシュ数：１６５×１６５、ワイヤ直径：０．００１９インチ（約０．００４８センチメートル）、開口幅：０．００４１インチ（約０．０１０４センチメートル）、および開口面積％：４４．０。８０（±１）グラムの張力を加えながら、７５０ｍの長さのコーティングされたファイバを、ワイヤメッシュで覆われたドラム上に、１ｍ／秒で、０．０５０ｃｍの巻き取りピッチで巻回した。張力を保つために、所定の長さのファイバの両端部をテープで留めると共に、ファイバの交差を生じないようにした。巻回されたファイバとメッシュとの接触点は、ファイバに応力を付与し、巻回されたファイバを通る光の減衰は、ファイバの応力によって生じる（マイクロベンド）損失の尺度となる。このワイヤドラム測定は、１時間のドエルタイムの後に行われた。各波長について、第１の構成（滑らかなドラム）と比較した、第２の構成（ワイヤメッシュで覆われたドラム）で行われた測定におけるファイバ減衰（単位：ｄＢ／ｋｍ）の増加を決定した。各波長における３回の試験の平均が決定され、表１において、コーティングされたファイバのワイヤメッシュマイクロベンド損失として報告されている。
【００４３】
本明細書において用いられる「ケーブルカットオフ波長」または「ケーブルカットオフ」は、ＥＩＡ−ＴＩＡ光ファイバ標準、即ち、米国電子工業会−電気通信工業会（Electronics Industry Alliance-Telecommunications Industry Association）光ファイバ標準の一部であるＥＩＡ−４４５光ファイバ試験手順に記載されている２２ｍケーブルカットオフ試験を意味する。
【００４４】
特に明記しない限り、本明細書において、光学特性（例えば、分散、分散スロープ等）は、ＬＰ０１モードについて報告される。
【００４５】
例えば、領域Ａを直に囲む領域Ｂを記載するために用いられるような「直に囲む」という用語は、領域Ｂが領域Ａに直に接触していることを意味する。
【００４６】
本明細書において用いられる「コアケイン」という用語は、光ファイバを製造するために用いられるドーピングされたシリカ棒を指す。一部の実施形態では、コアケインは、シリカクラッドによって囲まれているドーピングされた中心コア領域を有する。コアケインは圧密化されたガラスである。
【００４７】
本明細書において用いられる「μｍ」という用語は、マイクロメートルを単位とする距離を指す。
【００４８】
本明細書において用いられる「低屈折率トレンチ領域」および「トレンチ領域」という用語は、光プリフォームまたは光ファイバの、純粋なシリカに対して相対的に屈折率を低くするドーパントを含む部分を指す。また、本明細書において用いられる「低屈折率トレンチ領域」および「トレンチ領域」という用語は、ファイバまたはプリフォームの、まだ圧密化されていないが最終的には屈折率を下げるドーパントを含有する圧密化された領域を定めるドーピングされたスートを含有する暫定的領域も含むことも理解されたい。
【００４９】
本明細書において、光プリフォームおよび／またはファイバ中のドーパント濃度は、特に明記しない限り、重量に基づいて表される（例えば、重量ｐｐｍ、ｐｐｍ（重量）、重量パーセント、ｗｔ％）。
【００５０】
本明細書において、気相の成分の濃度は、体積に基づいて表される（例えば、体積ｐｐｍ、ｐｐｍ（体積）、体積パーセント、ｖｏｌ％）。
【００５１】
本明細書において、「シリカ系ガラススート」、「シリカ系スート」、および「スート」という用語は区別なく用いられ得るものであり、ＳｉＯ２粒子またはドーピングされたＳｉＯ２粒子を指し得る。個々のスート粒子は、一般的に、約５ｎｍ〜約１０マイクロメートルの直径を有し、一部の実施形態では、約５ｎｍ〜約１マイクロメートルの直径を有することも理解されたい。
【００５２】
「スートプリフォーム」という用語は、少なくとも幾分の開放気孔率を有するスート粒子でできた物品を指す。
【００５３】
「部分的に圧密化されたスートプリフォーム」という用語は、気孔を部分的に閉じるための圧密化工程を受けたスートプリフォームを指す。圧密の程度が増すにつれ、気孔はますます閉じられ、気孔の体積はますます減少する。
【００５４】
「圧密化されたガラス」という用語は、気孔が閉じられた状態のガラスを指す。一部の実施形態では、ガラスは空隙を含まない。
【００５５】
「圧密化する」という用語は、多孔質ガラスの状態から気孔が閉じられた状態になる工程を指す。一部の実施形態では、圧密化工程において、ガラスは空隙を含まないものになる。
【００５６】
「光ファイバプリフォーム」、「圧密化されたプリフォーム」、および「ブランク」という用語は、光ファイバが線引きされ得る元のガラス物品を指す。「光ファイバプリフォーム」および「光ファイバブランク」という用語は区別なく用いられる。
【００５７】
光ファイバ
図１Ａは、本明細書において開示される例示的な光ファイバ６の等角図であり、図１Ｂは、その模式的な断面図である。本明細書に記載される光ファイバ６の実施形態は、一般的に、中心軸ＡＣに中心合わせされたコア１０を有するシングルモード光ファイバを含む。光ファイバ６は、コア１０を直に囲む内側クラッド２０（本明細書においては、内側クラッド層とも称する）、および、内側クラッドを直に囲む外側クラッド３０（外側クラッド層とも称する）も有する。内側クラッド２０および外側クラッド３０は、全体でクラッド４０を構成する。
【００５８】
コア１０（本明細書においては、コア層およびコア部分とも称する）は、半径方向の座標（半径）ｒと共に変化する相対屈折率Δ１を有し、従って、Δ１（ｒ）として表すことができる。相対屈折率Δ１は、一例ではｒ＝０において生じる（純粋なシリカに対して相対的な）最大相対屈折率Δ１ＭＡＸを含む（後で紹介されて述べられる図２Ａを参照）。
【００５９】
コア１０は半径ｒ１を有し、これは内側クラッド２０の内半径を定める。一例において、コア半径ｒ１は６マイクロメートル〜８マイクロメートルの範囲内である。コア１０は、中心軸ＡＣから測定される厚さＴ１も有し、従って、コア１０は、ｄ１＝２ｒ１＝Ｔ１である直径ｄ１を有する。内側クラッド２０は半径ｒ１から半径ｒ２まで延びており、従って、内側クラッドは、Ｔ２＝ｒ２−ｒ１である半径方向の厚さＴ２を有する。外側クラッド３０は半径ｒ２から半径ｒ３まで延びており、従って、外側クラッドは、Ｔ３＝ｒ３−ｒ２である半径方向の厚さＴ３を有する。光ファイバ６は、Ｄ＝２ｒ３である外直径Ｄを有する。一例において、ｒ３＝６２．５μｍである。一例において、厚さＴ２は８マイクロメートル〜９マイクロメートルの範囲内である。別の例では、半径方向の厚さＴ３は４５マイクロメートル〜４８マイクロメートルの範囲内である。半径ｒ１、ｒ２、およびｒ３は、それぞれ、コア１０、内側クラッド２０、および外側クラッド３０の外半径である。一部の実施形態では、ｒ２は９マイクロメートルより大きい。一部の実施形態では、ｒ２は１２マイクロメートル以上である。一部の実施形態では、ｒ２は１５マイクロメートル以上である。一部の実施形態では、ｒ２は２５マイクロメートル以下である。一部の実施形態では、ｒ２は９マイクロメートルより大きく且つ２５マイクロメートル以下である。
【００６０】
図２Ａおよび図２Ｂは、例えば、光ファイバ６のファイバ半径ｒ（μｍ）に対する相対屈折率Δ％を示す、理想化された屈折率プロファイルのプロットである。このプロットは、相対屈折率プロファイルの選択された特徴をハイライトするために、縮尺通りではない。
【００６１】
内側クラッド２０は相対屈折率Δ２を有し、Δ１ＭＡＸ＞Δ２である。相対屈折率Δ２も半径ｒと共に変化し得るものであり、従って、Δ２（ｒ）として表すことができる。相対屈折率Δ２も、最大値Δ２ＭＡＸおよび最小値Δ２ＭＩＮを有し得る。一例において、Δ２ＭＩＮ＝０であり、即ち、相対屈折率Δの計算は、Δの最低値がΔ２ＭＩＮとなるよう行われる。
【００６２】
外側クラッド３０は、半径ｒと共に変化する相対屈折率Δ３を有し、従って、Δ３（ｒ）として表すことができる。相対屈折率Δ３は最大値Δ３ＭＡＸを含み、Δ１ＭＡＸ＞Δ３ＭＡＸ＞Δ２である。一例において、Δ３ＭＡＸはｒ＝ｒ２において生じる。一例において、外側クラッド３０の相対屈折率Δ３は、最小値Δ３ＭＩＮを含む。更なる例では、最小値Δ３ＭＩＮはｒ＝ｒ３において生じる。一部の実施形態ではΔ３ＭＡＸ−Δ３ＭＩＮ≧０．０１Δ％である。一部の実施形態ではΔ３ＭＡＸ−Δ３ＭＩＮ≧０．０３Δ％である。一部の実施形態ではΔ３ＭＡＸ−Δ３ＭＩＮ≧０．０５Δ％である。一部の実施形態ではΔ３ＭＡＸ−Δ３ＭＩＮ≧０．０８Δ％である。
【００６３】
コア１０、内側クラッド２０、および外側クラッド３０は、本明細書においてより詳細に説明するように、ドーパントを含み得る。光ファイバ６の断面は、中心軸ＡＣに関して概ね円対称である。
【００６４】
一部の実施形態では、屈折率勾配を有するコア１０は、１０未満のコアαを有し、一部の実施形態では、屈折率勾配を有するコア１０は、５未満のコアαを有し、一部の実施形態では、屈折率勾配を有するコア１０は、３未満のコアαを有する。一部の実施形態では、屈折率勾配を有するコア１０は、３未満であり且つ１より大きいコアαを有する。一部の実施形態では、屈折率勾配を有するコア１０は、２．５未満であり且つ１．５より大きいコアαを有する。外側クラッド３０の相対屈折率Δ３ＭＡＸと内側クラッド２０の相対屈折率との間の差はΔ３−Δ２であり、正であって０．００５Δ％より大きいのが好ましく、０．０１５Δ％以上であるのがより好ましく、０．０２５％以上であるのが更に好ましい。一例において、Δ３−Δ２はΔ３ＭＡＸ−Δ２ＭＩＮとして定義され、ここで、Δ２ＭＩＮは０である。
【００６５】
図２Ａおよび図２Ｂのプロファイルは、外側クラッド３０の相対屈折率Δ３の曲線形状を示している。図２Ａでは、最大値Δ３ＭＡＸはｒ＝ｒ２＝ｒＭＡＸにおいて生じており、最小値Δ３ＭＩＮはｒ＝ｒ３＝ｒＭＩＮにおいて生じている。図２Ｂでは、最大値Δ３ＭＡＸは、ｒ２＜ｒＭＡＸ＜ｒ３であるｒ＝ｒＭＡＸにおいて生じており、最小値Δ３ＭＩＮはｒ＝ｒ３＝ｒＭＩＮにおいて生じている。一例において、ｒＭＩＮ＞ｒＭＡＸである。
【００６６】
図２Ａおよび図２Ｂの理想化されたプロットでは、Δ２は一定の値を有しているが、上述のように、Δ２は半径方向の座標ｒと共に変化してもよく、実際に製造される光ファイバ６については、製造上の影響に起因して、半径方向の座標と共に変化し得る。
【００６７】
以下の表１は、それぞれ図３Ａ〜図３Ｃに示されている相対屈折率プロファイルＰ０、Ｐ１、およびＰ２を有する例０、例１、および例２として示されている３つの例示的な光ファイバ６についての例示的なパラメータを示している。表１において、「ＢＬ」は「曲げ損失」のことである。マクロＢＬデータは、上述のマンドレル巻付試験を用いて得られたものであり、マイクロＢＬデータは、上述のワイヤメッシュドラム試験を用いて得られたものである。「Ｃｍａｘ」および「Ｃｍｉｎ」はそれぞれ「最大塩素濃度」および「最小塩素濃度」のことである。
【００６８】
【表１】
2019530005.tif 000005
【００６９】
図３Ａは、例示的なベースラインプロファイル（Ｐ０）（例えば、光ファイバ例０）についてのファイバ半径ｒ（μｍ）に対するΔ％のプロットである。図３Ｂおよび図３Ｃは、図３Ａと類似のプロットであり、ベースラインプロファイルＰ０と、それぞれの更なるプロファイルＰ１およびＰ２（例えば、光ファイバ例１および例２）とを含んでおり、ここで、Δ％の軸は、外側クラッド３０についてのプロファイルの形状の詳細を示すために増幅されている。図４Ａおよび図４Ｂは、波長（ｎｍ）に対するシミュレーションされたカットオフ信号ＳＣＳ（ｄＢ）のプロットであり、ベースラインプロファイルＰ０と、プロファイルＰ１（図４Ａ）およびプロファイルＰ２（図４Ｂ）とについてのモデリングされたカットオフのトレースを示している。図４Ａおよび図４Ｂのプロットは、ベースラインプロファイルＰ０についてのＳＣＳ信号における突き出した部分が、プロファイルＰ１およびＰ２においては顕著に低減されていることを示している。ＳＣＳ信号におけるこの突き出した部分の存在は、カットオフ波長の決定の誤りにつながり、ＭＡＣ数（カットオフ波長に対するモードフィールド径の比率）を曲げ損失の予測の判断材料として用いることが困難になるので、望ましくない。
【００７０】
塩素濃度
光ファイバ６は、外側クラッド３０の変化する相対屈折率Δ３が、半径方向の座標ｒと共に変化する（即ち、Ｃ＝Ｃ（ｒ）である）塩素濃度Ｃによって定められるように製造され得る。従って、塩素濃度Ｃ（ｒ）は、最大値ＣＭＡＸおよび最小濃度ＣＭＩＮを有する濃度勾配を有するプロファイルを有する。一例において、最大塩素濃度ＣＭＡＸは、ｒ＝ｒＣ＿ＭＡＸ＝ｒ２、即ち、外側クラッド３０の内側部分（内面）にあり、最小塩素濃度ＣＭＩＮは、ｒ＝ｒＣ＿ＭＩＮ＝ｒ３、即ち、外側クラッドの外側部分（外面）にある（図２Ａ）。別の例では、ｒＣ＿ＭＡＸは、ｒ２とｒ２＋Ｔ３／２との間にある（図２Ｂ）。別の例では、ｒＣ＿ＭＩＮはｒ２＋Ｔ３／２とｒ３との間にある。
【００７１】
ｒ３＝６２．５マイクロメートルである例では、最大塩素濃度ＣＭＡＸはｒ２と４０マイクロメートルとの間にある半径方向の座標ｒＣ＿ＭＡＸにあり、最小塩素濃度ＣＭＩＮはｒ＝４０マイクロメートルとｒ３との間にある半径方向の座標ｒＣ＿ＭＩＮにある。
【００７２】
一例において、ＣＭＡＸはＣＭＩＮより少なくとも１０００ｐｐｍ大きい。別の例では、ＣＭＡＸはＣＭＩＮより少なくとも１５００パーツ・パー・ミリオン（ｐｐｍ）大きい。別の例では、ＣＭＡＸはＣＭＩＮより少なくとも１７００パーツ・パー・ミリオン（ｐｐｍ）大きい。別の例では、ＣＭＡＸはＣＭＩＮより少なくとも２０００ｐｐｍ大きい。
【００７３】
一例において、光ファイバ６は、１５５０ｎｍの波長において、０．１８５ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有する。また、一例において、光ファイバ６は、１５５０ｎｍの波長において、直径２０ｍｍのマンドレルについて０．２ｄＢ／ｔｕｒｎ未満のマクロ曲げ損失を有する。また、一例において、光ファイバ６は、１３００ｎｍ≦λ０≦１３２４ｎｍである零分散波長λ０を有する。別の例では、光ファイバ６は、１３１０ｎｍの波長において、８．８マイクロメートル〜９．５マイクロメートルのＭＦＤを有する。別の例では、光ファイバ６は、１２６０ｎｍ以下のケーブルカットオフを有する。光ファイバ６は、上記で識別された特性のうちの１以上（上記で識別された特性の全てを含む）を有し得る。
【００７４】
一実施形態において、本発明は、コアおよびクラッドを有する光ファイバを形成する方法を含み、本方法は、ａ）コアケインに対してオーバークラッド配置処理を行うことにより、コアケインの周囲に設けられたスートオーバークラッド層を有するシリカスートプリフォームを生じる工程であって、シリカスートプリフォームが、調節された半径方向のスート密度プロファイルを有する、工程と、ｂ）オーバークラッド圧密化処理を用いて、スートオーバークラッド層を塩素でドーピングすることにより、ドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォームを形成する工程と、ｃ）ドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォームを圧密化することにより、塩素でドーピングされ圧密化され空隙を含まないガラスプリフォームを形成する工程と、ｄ）塩素でドーピングされ圧密化され空隙を含まないガラスプリフォームを線引きすることにより、光ファイバを形成する工程とを含む。
【００７５】
「調節された半径方向のスート密度プロファイル」という用語は、本明細書においては、光プリフォームのスート部分に対応するシリカスートまたはドーピングされたシリカスートの所定の半径方向の密度プロファイルを指す。
【００７６】
一実施形態において、本発明は、半径方向に変化する塩素濃度をスートオーバークラッド層内に定めるために、ドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォームのスートオーバークラッド層の最外領域から塩素の一部を除去する工程を更に含む。
【００７７】
一実施形態において、本発明では更に、除去する工程が、スートオーバークラッド層の最外領域を、酸素および水のうちの少なくとも１つに晒すことによって達成される。
【００７８】
一実施形態において、本発明では更に、除去する工程が、スートオーバークラッド層の最外領域を、ヘリウム、窒素、およびアルゴンのうちの少なくとも１つを有する乾燥雰囲気に晒すことによって達成される。
【００７９】
一実施形態において、本発明では更に、ｂ）塩素でドーピングする工程が、スートオーバークラッド層をＣｌ２およびＳｉＣｌ４のうちの少なくとも１つに晒すことを含む。
【００８０】
一実施形態において、本発明では更に、ｂ）塩素でドーピングする工程が、スートオーバークラッド層を一酸化炭素に晒すことを含む。
【００８１】
製造方法
本明細書において開示される光ファイバ６は、線引き処理を用いて形成され得る。図５は、本明細書において開示される光ファイバ６を製造するための例示的な線引きシステム２００の模式図である。システム２００は、ガラスプリフォームから光ファイバ６が線引きされ得るように、ガラス光ファイバプリフォーム（「ガラスプリフォーム」）２０４を加熱するための線引き炉２０２を含み得る。ガラスプリフォーム２０４は、外面蒸着（ＯＶＤ）法によって製造され得るものであり、以下に述べるように形成され得る。ガラスプリフォーム２０４の構成および様々な線引きパラメータ（線引き速度、温度、張力、冷却速度等）は、光ファイバ６の最終的な形態を決定づける。ガラスプリフォーム２０４を形成するための例示的な技術は、米国特許第９，１０８，８７６号明細書、米国特許第９，２９０，４０５号明細書、および米国特許付与前公開第２００３／００７９５０４号明細書に記載されており、これらを参照して本明細書に組み込む。線引き炉２０２は、ガラスプリフォーム２０４から線引きされた光ファイバ６が、略垂直な経路に沿って炉から出るように配向され得る。
【００８２】
光ファイバ６が線引き炉２０２から出た後、光ファイバの直径および光ファイバ６に加えられる線引き張力が、非接触型センサ２０６ａおよび２０６ｂを用いて測定され得る。張力は、任意の適切な張力付与機構２１０によって光ファイバ６に加えられ得る。
【００８３】
光ファイバ６の直径および張力が測定された後、光ファイバは、光ファイバのゆっくりとした冷却を提供する冷却機構２０８に通され得る。冷却機構２０８は、光ファイバを冷却するための、当該技術分野において現在知られているまたは今後開発される任意の機構であってよい。一実施形態において、冷却機構２０８には、周囲温度の空気内における光ファイバの冷却よりもゆっくりとした速度での光ファイバの冷却を容易にするガスが充填される。
【００８４】
例示的なタイプのガラスプリフォーム２０４は、例えば、米国特許第４，９０６，２６８号明細書および米国特許第５，６５６，０５７号明細書（これらを参照して本明細書に組み込む）に記載されているように、シリカスートから形成され、次に、圧密化される。外側クラッド３０の相対屈折率Δ３を高めるための例示的な処理は、圧密工程中に、シリカスートプリフォームを塩素でアップドーピングすることを含む。塩素は、塩素ガス（Ｃｌ２）、または、好ましくは四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）蒸気をプレカーサとして用いて、シリカ母材に取り込まれ得る。このドーピング技術は「フラッドドーピング」（例えば、米国特許第４，６２９，４８５号明細書（これを参照して本明細書に組み込む）を参照）と称され、塩素の取り込みのレベルは、温度、プレカーサ濃度、およびスートの気孔率または密度に大きく依存する。選択された塩素ドーパントプロファイルを有するようにガラスプリフォーム２０４を形成するための上記および他の処理について、以下により詳細に述べる。
【００８５】
３つの更なる例示的なファイバが調製され、本明細書においては「実験１」、「実験２」、および「実験３」として識別する。図６では、左側の縦軸に、実験１（点線）、実験２（破線）、および実験３（実線）の例示的な光ファイバの外側クラッド３０の正規化された屈折率Ｎがプロットされている。図６の右側の縦軸は、実験１、実験２、および実験３の例示的な光ファイバを形成するために用いられたスートプリフォームについての環状スート密度ρ（ｇ／ｃｍ３）を示す。実験１、実験２、および実験３の例示的な光ファイバを作るために、別々のプリフォームを用いた。図６に示されている環状スート密度ρは、各プリフォームのドーピング時におけるスート密度に対応する。ドーピング後、別々のプリフォームを同一条件下で焼結することにより、緻密化されたプリフォームを形成した。各緻密化されたプリフォームから、光ファイバを線引きした。図６の横軸はファイバ半径ｒ（μｍ）であり、これは、ファイバの中心線（ｒ＝０）に関して測定される。図６のプロットは、外側クラッド３０の正規化された屈折率Ｎのプロファイルが、光ファイバを製造するために用いられるプリフォームのスート密度プロファイルに如何に依存するかを示している。
【００８６】
図６のプロットは、より低い気孔率を有し、より少ない塩素を取り込んだ、より高いスート密度ρが、より低い相対屈折率Δを生じることを示している。より低いスート密度ρは反対の挙動を示している。これらのデータは、スート密度ρに対する外側クラッドの相対屈折率Δ３の依存性を示すよう変換され得る。例えば、図７は、異なるファイバ半径ｒ（μｍ）についてのスート密度ρ（ｇ／ｃｍ３）に対する８５３ｎｍにおける正規化された屈折率Ｎをプロットしたものである。以下の表２は、図７のｒ＝１６μｍ、２０μｍ、２５μｍ、および３０μｍの半径値についての、各最良近似線と関連付けられた最良近似線パラメータスロープＳ、ｙ切片Ｙ−ＩＮＴ、およびＲ２値を示す。
【００８７】
【表２】
2019530005.tif 000006
【００８８】
図８は、図７に示されているスロープデータ、表２、および、図７または表２には含まれていない類似のデータからの、スート密度ρに対する正規化された屈折率Ｎの感度（即ち、ｄＮ／ｄρ）を、ｃｍ３／ｇの単位で、ファイバ半径ｒ（μｍ）の関数としてプロットしたものである。量ｄＮ／ｄρは、以降、「Ｎ感度」として参照される。なお、対応する量ｄΔ／ｄρ、即ち「Δ感度」も用いられ得る。より一般的には、任意の形態の屈折率のプロットが、対応する屈折率感度と共に用いられてよく、相対屈折率Δおよび正規化された屈折率Ｎは、例として本明細書に挙げたものである。
【００８９】
スートプリフォームを形成する方法
屈折率プロファイル感度（例えば、Δ感度またはＮ感度等）がわかったら、選択された（基準）屈折率プロファイル（例えば、上述のプロファイルＰ１およびＰ２のうちの１つのような相対屈折率プロファイルΔ％（ｒ）（またはＮプロファイル等））を達成するために、正しい量の塩素が取り込まれるよう「調整された」スートプリフォームを形成できる。従って、一例において、１組の既存のファイバの中から、基準プロファイルにほぼ一致するものを識別でき、その誤差（即ち、プロファイルにおける違い）を決定できる。
【００９０】
図９は、基準プロファイルＰＲ（実線の曲線）と、試験プロファイルＰＴ（破線の曲線）を有する例示的な試験ファイバとについての、半径ｒ（μｍ）に対する正規化された屈折率Ｎを例として示す、屈折率のプロットである。試験ファイバのクラッドの正規化された屈折率Ｎ３は、約ｒ＝４０μｍのファイバ半径を超えたところで、基準プロファイルＰＲと比較して、高過ぎるものとなっている。各ファイバ半径ｒにおいて、プロファイルフィット誤差ＥＰ（ｒ）＝ＮＰＴ（ｒ）−ＮＰＲ（ｒ）を、Ｎ感度（ｄＮ／ｄρ）で除算することにより、試験ファイバＰＴを作るために用いられた元の（圧密化されていない）プリフォームにおけるスート密度誤差ερを算出する。なお、スート密度誤差ερを算出するために、図９は、相対屈折率ΔおよびΔ感度、または他の任意の屈折率プロファイルおよび対応する屈折率感度を用いてプロットされてもよいことを強調する。
【００９１】
次に、元のプリフォームのスート密度プロファイルからスート密度誤差ερを減算することにより、所望の屈折率プロファイル、即ち、基準プロファイルＰＲに十分に近い（例えば、測定されたプロファイル誤差ＥＰ（ｒ）に対する許容誤差ＴＰ以内（即ち、ＥＰ（ｒ）＜ＴＰ）の）屈折率プロファイルを有するファイバを製造するための新たなプリフォームを形成するための目標スート密度プロファイルを提供する。図１０は、ファイバ半径ｒ（μｍ）の関数としてのスート密度ρ（ｇ／ｃｍ３）をプロットしたものであり、元のプリフォームの環状スート密度プロファイル（実線）、基準プロファイルＰＲを有するファイバを設けるために設計された補正された環状スート密度プロファイル（破線）、および、元のプリフォームと補正されたプリフォームとの間のスート密度誤差ερ（点線）を示している。スート密度誤差ερに対する許容誤差ＴＳも、２つの平行な破線として示されている。
【００９２】
上記の方法の一実施形態において、ａ）スートオーバークラッド層を形成する工程は、ｉ）環状スート密度プロファイルを有する第１のスートオーバークラッド層を有するプリフォームから形成された試験光ファイバの相対屈折率プロファイルを、所望の屈折率プロファイルを有する基準光ファイバと比較することにより、プロファイルフィット誤差を決定する工程と、ｉｉ）プロファイルフィット誤差を、スート密度に対する相対屈折率の感度で除算することにより、スート密度誤差を定める工程と、ｉｉｉ）スート密度誤差を環状スート密度プロファイルから減算することにより、修正された環状スート密度プロファイルを定める工程と、ｉｖ）修正されたスート密度プロファイルを用いてスートオーバークラッド層を形成することにより、シリカスートプリフォームを形成する工程とを含む。
【００９３】
一実施形態において、本方法は、ｖ）工程ｉ）〜ｉｖ）によって形成されたシリカスートプリフォームを用いて別の試験光ファイバを形成する更なる工程と、次に、スート密度誤差がスート密度誤差許容値より低くなるまで、工程ｉ）〜工程ｖ）を繰り返すこととを更に含む。
【００９４】
第１の例示的な処理
スートプリフォームについての目標スート密度プロファイルがわかったら、スートオーバークラッドプリフォーム、即ち「シリカスートプリフォーム」を形成するために、コアケインに対してオーバークラッド配置処理が行われる。図１１は、コアケイン１１０と、外面１２６に隣接して位置する最外領域１２２およびコアケインに隣接して位置する最内領域１２４を含むスートオーバークラッド１２０とを含む例示的なシリカスートプリフォーム１００の断面図を示す。
【００９５】
オーバークラッド配置処理は、必要な目標スート密度プロファイルを有するプリフォームを製造するために調節可能な幾つかの変数（例えば、プレカーサ流量、プリフォーム表面速度、およびバーナーとプリフォーム表面との間の距離等）を含む。実験により、スート密度ρは、主に、付着中のプリフォーム表面温度の関数であり、温度が高いほど密度が高くなり、温度が低いほど密度が低くなることが示されている。アップドーピングのためのスート密度ρを調整する目的で、ノミナル温度から±３００℃の表面温度制御範囲が望ましいことが推定される。
【００９６】
オーバークラッド配置処理中、シリカスートプリフォーム１００の表面温度は、オーバークラッド配置処方において用いられるプロセスガスおよびその流れを含む１以上の処理変数と、旋盤動作制御変数とを用いて制御され得る。旋盤動作制御変数は、バーナーとベイトとの間の距離、スピンドル速度、およびバーナー横断速度を含む。
【００９７】
第２の例示的な処理
図１２に示されている第２の例示的な処理では、図１１のシリカスートプリフォーム１００が圧密化炉１５２の内部１５０に配置され得る。スートオーバークラッド１２０は、ガス供給源１６１によって供給される少なくとも１つの塩素含有物質１６０に晒され、スートオーバークラッドが塩素１６２でドーピングされて、ドーピングされ圧密化されたシリカスートプリフォーム１０１が形成されるようになっている。一例では、ドーピング処理を容易にするために、ドーピング処理中に、例えば一酸化炭素等の非塩素含有ガスが炉内に含まれる、即ち、塩素ドーピング中にスートオーバークラッド１２０を囲んでいる雰囲気中に存在する。一例では、少なくとも１つの塩素含有物質１６０は、Ｃｌ２またはＳｉＣｌ４を含む。
【００９８】
次に、図１３に示されているように、スートオーバークラッド１２０内に存在する塩素１６２の一部が、スートオーバークラッドの外側部分１２２から除去され得る。一例において、これは、炉の内部１５０を通してガス１７０をスイープすることによって達成され、一例では、ガス１７０は少量の酸素および／または水を含有する。その結果、上述のように、半径方向に変化するＣｌ濃度を有する修正されたＣｌドーピングプロファイルを有する、ドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォーム１０１となる。
【００９９】
次に、図１４に示されていると共に図５に関して上述したように、修正されたプリフォーム１０１が更に圧密化されて、ドーピングされ圧密化され空隙を含まないガラスプリフォーム２０４が形成される。ガラスプリフォーム２０４は、ガラスコア２１０と、外面２２６に隣接した最外領域２２２およびガラスコアに隣接した最内領域２２４を有するガラスオーバークラッド２２０とを有する。ガラスプリフォーム２０４は、ガラスオーバークラッド２２０の最外領域２２２における塩素濃度が、ガラスオーバークラッドの最内領域２２４と比較してより低くなった、半径方向の塩素濃度プロファイルＣ（ｒ）を有する。
【０１００】
第３の例示的な処理
第３の例示的な処理では、スートオーバークラッドプリフォーム１００は、ドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォーム１０１を形成するために、上述のように、圧密化炉内において塩素でドーピングされ得る。一例において、塩素含有物質１６０は、Ｃｌ２およびＳｉＣｌ４のうちの少なくとも１つを含む。次に、塩素含有物質１６０の供給源１６１がオフにされる。ガス１７０を、炉の内部を通して、ドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォームを通過するようスイープすることによって、ドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォーム１０１の最外領域から塩素１６２が除去され得る。一例では、ガス１７０は、乾燥したヘリウム、窒素、およびアルゴンのうちの少なくとも１つを含有する。塩素でドーピングされたシリカスート粒子は、特に、スートオーバークラッド１２０の最外領域１２２において、シリカ粒子上のＣｌがＳｉＣｌ４ガスを生じるために移動することによって塩素を失い、ＳｉＣｌ４ガスはスイープされて炉１５２の内部１５０から出る。
【０１０１】
このように得られた、修正後のドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォーム１０１は、次に、上述のように更に圧密化されて、図１４のドーピングされ圧密化され空隙を含まないガラスプリフォーム２０４が形成される。ガラスプリフォーム２０４は、ガラスオーバークラッド２２０の最外領域２２２における塩素濃度が、ガラスオーバークラッドの最内領域２２４と比較してより低くなった、半径方向の塩素濃度プロファイルＣ（ｒ）を有する。
【０１０２】
本明細書において開示される光ファイバ６を形成するために用いられるガラスプリフォーム２００における所望の塩素プロファイルを達成するために、第１、第２、および第３の処理の組合せが用いられてもよい。
【０１０３】
外側クラッド３０の相対屈折率Δ３のこの形態は、コア１０および内側クラッド２０における余分な応力を低減し、このことは、ファイバ減衰を低くするために役立つ。また、外側クラッド３０の相対屈折率Δ３のこのプロファイルは、マクロベンド損失およびマイクロベンド損失を、従来のプロファイルと比較して、約５〜１０％だけ低くする。この方法を用いて製造された光ファイバ６は、１５５０ｎｍにおいて、０．１８５ｄＢ／ｋｍ未満の減衰と、１５５０ｎｍにおいて、２０ｍｍのマンドレル直径について０．５ｄＢ／ｔｕｒｎ未満の曲げ損失とを示す。
【０１０４】
また、外側クラッド３０の相対屈折率Δ３のこの形態は、図４Ａおよび図４Ｂに示されているように、カットオフ構造／ハンプを解消または抑制することを補助する。このクラッドの屈折率の形状を理由として、高次モードが基本モードと結合しない。また、高次モードの損失が多い。高次モードが剥がされるので、このことは、カットオフを確実に測定するために役立つ。
【０１０５】
特許請求される主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載された実施形態に対して様々な変形および変更が行われ得ることが、当業者には自明であろう。従って、本明細書は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内である、本明細書に記載された様々な実施形態の変形および変更を網羅することが意図される。
【０１０６】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１０７】
実施形態１
光ファイバにおいて、
外半径ｒ１と、最大値Δ１ＭＡＸを有する相対屈折率Δ１（ｒ）とを有するコアであって、中心軸に中心合わせされており、１より大きいα値を有するコアと、
前記コアを囲む内側クラッドであって、相対屈折率Δ２と、９マイクロメートルより大きい外半径ｒ２とを有する内側クラッドと、
前記内側クラッドを直に囲む外側クラッドであって、外半径ｒ３と、半径ｒ＝ｒＭＡＸにおいてΔ３ＭＡＸ＞Δ２である最大相対屈折率Δ３ＭＡＸを有すると共に半径ｒ＝ｒＭＩＮにおいて最小相対屈折率Δ３ＭＩＮを有し、ｒＭＩＮ＞ｒＭＡＸである相対屈折率Δ３（ｒ）とを有する外側クラッドと
を含み、
ｉ）Δ１ＭＡＸ＞Δ３ＭＡＸ＞Δ２であり、
ｉｉ）Δ３ＭＡＸ−Δ２＞０．００５Δ％であり、
ｉｉｉ）Δ３ＭＡＸ−Δ３ＭＩＮ≧０．０１Δ％であり、
前記外側クラッドが、半径方向の座標と共に変化する塩素濃度Ｃを有する塩素でドーピングされたシリカを含む
ことを特徴とする光ファイバ。
【０１０８】
実施形態２
前記α値が１０未満である、実施形態１記載の光ファイバ。
【０１０９】
実施形態３
前記塩素濃度Ｃが、ｒ２と４０マイクロメートルとの間にある半径方向の座標ｒＣ＿ＭＡＸにおいて最大塩素濃度ＣＭＡＸを有すると共に、ｒ＝４０マイクロメートルとｒ３＝６２．５マイクロメートルとの間にある半径方向の座標ｒＣ＿ＭＩＮにおいて最小塩素濃度ＣＭＩＮを有し、前記ＣＭＡＸが前記ＣＭＩＮより少なくとも１０００パーツ・パー・ミリオン（ｐｐｍ）大きい、実施形態１または２記載の光ファイバ。
【０１１０】
実施形態４
前記ＣＭＡＸが前記ＣＭＩＮより少なくとも１５００ｐｐｍ大きい、実施形態３記載の光ファイバ。
【０１１１】
実施形態５
前記ＣＭＡＸが前記ＣＭＩＮより少なくとも２０００ｐｐｍ大きい、実施形態４記載の光ファイバ。
【０１１２】
実施形態６
１５５０ｎｍの波長において、０．１８５ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を更に有する、実施形態１〜５のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【０１１３】
実施形態７
１５５０ｎｍにおいて、直径２０ｍｍのマンドレルについて０．５ｄＢ／ｔｕｒｎ未満の曲げ損失を更に有する、実施形態１〜６のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【０１１４】
実施形態８
１３００ｎｍ≦λ０≦１３２４ｎｍである零分散波長λ０を更に有する、実施形態１〜７のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【０１１５】
実施形態９
１３１０ｎｍの波長において、８．８マイクロメートル〜９．５マイクロメートルのモードフィールド径を更に有する、実施形態１〜８のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【０１１６】
実施形態１０
１２６０ｎｍ以下のケーブルカットオフを更に有する、実施形態１〜９のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【０１１７】
実施形態１１
前記内側クラッドが前記コアを直に囲む、実施形態１〜１０のいずれか１つに記載の光ファイバ。
【０１１８】
実施形態１２
コアおよびクラッドを有する光ファイバを形成する方法において、
ａ）コアケインに対してオーバークラッド配置処理を行うことにより、前記コアケインの周囲に設けられたスートオーバークラッド層を有するシリカスートプリフォームを生じる工程であって、前記シリカスートプリフォームが、調節された半径方向のスート密度プロファイルを有する、工程と、
ｂ）オーバークラッド圧密化処理を用いて、前記スートオーバークラッド層を塩素でドーピングすることにより、塩素でドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォームを形成する工程と、
ｃ）前記塩素でドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォームを更に圧密化することにより、塩素でドーピングされ圧密化され空隙を含まないガラスプリフォームを形成する工程と、
ｄ）前記塩素でドーピングされ圧密化され空隙を含まないガラスプリフォームを線引きすることにより、前記光ファイバを形成する工程と
を含むことを特徴とする方法。
【０１１９】
実施形態１３
前記ドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォームの前記スートオーバークラッド層の最外領域から前記塩素の一部を除去する工程を更に含む、実施形態１２記載の方法。
【０１２０】
実施形態１４
前記除去する工程が、前記スートオーバークラッド層の前記最外領域を、酸素および水のうちの少なくとも１つに晒すことによって達成される、実施形態１３記載の方法。
【０１２１】
実施形態１５
前記除去する工程が、前記スートオーバークラッド層の前記最外領域を、ヘリウム、窒素、およびアルゴンのうちの少なくとも１つを有する乾燥雰囲気に晒すことによって達成される、実施形態１３記載の方法。
【０１２２】
実施形態１６
ｂ）塩素でドーピングする前記工程が、前記スートオーバークラッド層をＣｌ２およびＳｉＣｌ４のうちの少なくとも１つに晒すことを含む、実施形態１２〜１５のいずれか１つに記載の方法。
【０１２３】
実施形態１７
ｂ）塩素でドーピングする前記工程が、前記スートオーバークラッド層を一酸化炭素に晒すことを含む、実施形態１２〜１５のいずれか１つに記載の方法。
【０１２４】
実施形態１８
ａ）前記スートオーバークラッド層を形成する前記工程が、
ｉ）環状スート密度プロファイルを有する第１のスートオーバークラッド層を有するプリフォームから形成された試験光ファイバについての屈折率パラメータの屈折率プロファイルを、基準光ファイバの所望の屈折率プロファイルと比較することにより、プロファイルフィット誤差を決定する工程と、
ｉｉ）前記プロファイルフィット誤差を、スート密度に対する前記屈折率パラメータの感度で除算することにより、スート密度誤差を定める工程と、
ｉｉｉ）前記スート密度誤差を前記環状スート密度プロファイルから減算することにより、修正された環状スート密度プロファイルを定める工程と、
ｉｖ）前記修正されたスート密度プロファイルを用いて前記スートオーバークラッド層を形成することにより、前記シリカスートプリフォームを形成する工程と
を含む、実施形態１２〜１７のいずれか１つに記載の方法。
【０１２５】
実施形態１９
ｖ）前記工程ｉｖ）の前記シリカスートプリフォームを用いて別の試験光ファイバを形成する更なる工程と、
前記スート密度誤差がスート密度誤差閾値より低くなるまで、前記工程ｉ）〜工程ｖ）を繰り返すことと
を更に含む、実施形態１８記載の方法。
【０１２６】
実施形態２０
前記屈折率プロファイルが相対屈折率プロファイルを含み、前記屈折率パラメータが相対屈折率である、実施形態１８または１９記載の方法。
【０１２７】
実施形態２１
前記屈折率プロファイルが正規化された屈折率プロファイルを含み、前記屈折率パラメータが正規化された屈折率である、実施形態１８または１９記載の方法。
【符号の説明】
【０１２８】
６  光ファイバ
１０  コア
２０  内側クラッド
３０  外側クラッド
４０  クラッド
１００  シリカスートプリフォーム
１０１  ドーピングされ部分的に圧密化されたシリカスートプリフォーム
１１０  コアケイン
１２０  スートオーバークラッド
１２２  最外領域
１２４  最内領域
１５２  圧密化炉
１６０  塩素含有物質
１６２  塩素
１７０  ガス
２００  線引きシステム
２０４  ガラス光ファイバプリフォーム
２１０  ガラスコア
２２０  ガラスオーバークラッド
２２２  最外領域
２２４  最内領域
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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