(57)【要約】後にシート、ロッド、ファイバ等に延伸されるガラス物品（５０，５２）の結合方法が開示されている。結合は接着剤または高温溶融を用いずに達成される。本発明は、光ファイバの線引きに先立つ光ファイバプリフォームの結合に特に有用である。
2005507847.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気的に硬化させた研磨用の流体を用いて、第１および第２の光ファイバプリフォーム上に結合表面を形成する工程と、
前記第１および第２の光ファイバプリフォームの結合表面を、接着剤を用いずに該第１および第２の光ファイバプリフォームの軟化温度よりも低い温度で、ブランクを形成するように接着する工程と、
該ブランクを線引きして光ファイバを形成する工程と、
を含むことを特徴とする光ファイバの形成方法。
【請求項２】
前記接着工程が３００℃よりも低い温度で行なわれることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記接着工程が約３５０×１０３Ｐａ（５０psi ）よりも低い圧力で行なわれることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記形成工程が、前記第１および第２の光ファイバプリフォームの結合表面を、前記第１の光ファイバプリフォームの結合表面のほぼ全部が凹面となり、かつ前記第２の光ファイバプリフォームの結合表面のほぼ全部が凸面となるように付形する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本願は、２００１年１０月２６日付けで出願された米国特許出願第１０／０３５６５９号の一部継続出願であり、該出願の内容全体を基礎とするとともに、参照として本願明細書に組み込み、合衆国法典３５巻１２０条の優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、ガラスの直接結合に関するものである。さらに詳細には、後にシート、バー、チューブ、ファイバ、またはロッドに延伸される光ファイバプリフォームのような多種のガラス物品の直接結合法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
ファイバ、シート、ロッド、チューブ、バーのような多種のガラス物品は、ガラスプリフォームがガラスの軟化点にまで加熱されるガラス延伸処理によって形成される。ガラスの加熱された部分よりも下流側のガラスの一部分に加えられる張力によりガラスが引っ張られて最終的な形態になる。
【０００４】
例えば、図１に示されているような光ファイバの製造においては、クラッドに囲まれたコアを備えたプリフォーム１０が線引き塔１２内に通常垂直に配置され、このプリフォーム１０の一部分が、一般に２０００℃を超える温度に加熱する炉１４内に降下させられる。プリフォームの下端が炉内で溶融するにつれて、プリフォームは、プリフォームの断面積から、所望のファイバ１６の断面積へ断面積が減少する。コーティング装置１８，２０でポリマーコーティングを施されたファイバ１６は、プリフォーム１０がなくなるまでスプール２２上に集められる。プリフォーム１０がなくなると、線引き塔は次のプリフォームが線引き塔にロードされるまで閉鎖される。
【０００５】
ファイバ線引き塔の閉鎖は設備の休止時間を生じるので、この方法は非能率的である。この非能率性を改善する方法の１つは、プリフォームのサイズ、特に直径を増大させることである。しかしながら、プリフォームのサイズの増大は、かかるプリフォームの製造および固化に用いられる装置のサイズによって制限される。これに加えて、より大径のプリフォームから作成されるファイバの光学的特性の管理は困難である。
【０００６】
特許文献１〜４は、それぞれが、プリフォームをその軟化点まで加熱し、かつプリフォーム同士を融着することによって、光ファイバプリフォームの端部同士を接合する方法が開示されている。特許文献１および４には、プリフォームの端部同士を加熱するのにプラズマトーチを用いることが開示されている。特許文献３には、プリフォームの端部をトーチで加熱すると、溶融されたプリフォームから線引きされた光ファイバの減衰パラメータを劣化させることがある旨が説明されている。特許文献３には、高出力レーザーを用いて光ファイバプリフォームの端部を溶融させる方法が記載されている。特許文献３に記載されている方法は改善であるとして評価されてはいるが、実施しかつ作業環境に関して安全に保つのに費用がかかる。より重要なことは、その後に線引きされたプリフォームから生じる利用不可能なファイバの量を最少にする、接続されたプリフォーム間の平滑な遷移を生じさせることがほぼ不可能なことである。
【０００７】
融着とは、二つの表面（ガラスまたは金属）を清浄にし、両表面を接触させ、結合される材料の軟化点の近くまで（異なる二つの材料に関しては低い方の軟化点近くまで）加熱し、かくして溶接される界面を形成する方法に関するものである。上述のように、融着の欠点は、一般にこの方法によって、軟化した材料の流動のために、結合される二つの面が変形することである。融着はまた、結合された面間の界面に気泡を含む傾向がある。これらおよびその他の理由で、融着は一般に、光ファイバのような信号伝送媒体の界面を通過して伝送される信号の損失を生じさせ、かかるファイバの使用を不能にする。
【特許文献１】
欧州特許第１０５７７９３号明細書
【特許文献２】
米国特許第４,４０７,６６７号明細書
【特許文献３】
米国特許第６,０９８,４２９号明細書
【特許文献４】
米国特許第６,１７８,７７９号明細書
【特許文献５】
米国特許第５,９５１,３６９号明細書
【特許文献６】
米国特許第６,１５３,４９５号明細書
【非特許文献１】
A.Sayah, D.Solignac, T.Cueni 著「マイクロチップの化学的分析に応用するための新規な低温度結合技法の開発」センサとアクチュエータ８４巻、2000年，103−108頁
【非特許文献２】
P.Rangsten, O.Vallin, K.Hermansson, Y.Backlund 著「水晶−水晶直接結合」Ｊ．電気化学学会誌 146巻、3号、1999年,1104-1105頁
【非特許文献３】
H.Nakanishi, T.Nishimoto, M.Kani, T.Saitoh, R.Nakamura,T.Yoshida, S.Shoji 著「紫外線検出用マイクロ・フロー・セルのためのＳｉＯ２−ＳｉＯ２高周波結合とその応用の条件最適化、信頼性評価」センサとアクチュエータ８３巻、2000年、136-141頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ファイバ、シート、チューブ、ロッド、およびバーに延伸される物品のための、融着の欠点を克服した結合方法を提供することが望ましい。特に、光ファイバの線引きの領域で、プリフォームの端部の軟化の問題を排除して、このプリフォームから作成された光ファイバにおける減衰の問題を解決できることが可能であれば有利である。これに加えて、利用不能なファイバの量が最少になる結合工程を提供すること、そしてもし高温で張力を加えた状態でガラスプリフォームを配置することを含む線引き工程においてプリフォームを一体に保持することを可能にする高い結合強度が得られるとすれば有用であろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、後にシート、チューブ、ロッド、ファイバ、バー、またはフェルールに延伸されるガラス物品の対向表面を、これらガラス物品の軟化温度よりも低い温度で、かつ接着剤を用いずに接着する方法に関するものである。実施態様によれば、光ファイバプリフォームがプリフォーム端で接合され、この複合プリフォームは光ファイバ導波路に線引きされる。
【００１０】
本発明の別の実施態様によれば、ガラス物品の製造方法は、第１および第２のガラス物品の、例えば磁気流動学的流体を使用した研磨仕上げによって、第１および第２のガラス物品上に結合表面を提供し、上記第１および第２のガラス物品の結合表面を、接着剤を用いずに、かつ１０００℃よりも低い温度で接着してプリフォームを提供することを含む。ガラス物品が結合されてプリフォームを提供した後、このプリフォームは延伸されて、ファイバ、ロッド、シート、バー、またはチューブを提供する。このような実施の形態の一つにおいては、上記第１および第２のガラス物品が光ファイバプリフォームであり、上記結合表面が両プリフォームの端部に配置される。
【００１１】
この方法は、上記第１および第２のガラス物品の結合表面上に親水性表面を提供することをさらに含む。本発明の別の実施態様において、この方法は、上記第１および第２のガラス物品の結合表面間に水素結合を形成することを含んでいてもよい。水素結合を形成することは、上記第１および第２のガラス物品の結合表面を酸に接触させることを含んでいてもよい。別の実施態様において、この方法は、上記第１および第２のガラス物品の結合表面上に、−ＯＨ，≡Ｓｉ−ＯＨ，＝Ｓｉ−（ＯＨ）２，−Ｓｉ−（ＯＨ）３，および−Ｏ−Ｓｉ−（ＯＨ）３，ならびにこれらの組合せなどの末端基を提供することをさらに含んでいてもよい。これら官能基を提供することは、さらに上記第１および第２のガラス物品の端部を、８よりも高いｐＨを有する溶液に接触させることを含んでいてもよい。この溶液は、水酸化アンモニウムなどの水酸化物を含む。この実施態様によれば、上記第１および第２の結合表面をガラス物品の軟化点または変形点よりも低い温度に加熱することによって、上記第１および第２の結合表面間の界面に吸収されたヒドロキシ基が実質的に除去されることが好ましい。これらの条件下で水和表面基が凝縮するので、副産物として水が形成される。
【００１２】
本発明の別の実施態様によれば、上記第１および第２のガラス物品がチューブであり、上記結合表面はこれらチューブの側壁を含む。この実施態様によれば、本方法はファイバフェルールの製造に有用である。別の実施態様によれば、上記第１および第２のガラス物品は、細長い結晶を包含する偏光ガラスを含む。
【００１３】
本発明の別の実施態様は、少なくとも二つの光ファイバプリフォームの端面を、接着剤を用いずに、かつ該プリフォームの軟化温度または変形温度よりも低い温度で結合してブランクを提供し、このブランクから光ファイバを線引きする諸ステップを含む光ファイバの形成方法に関するものである。上記結合表面は、二つの光ファイバプリフォームの端面に対する磁気流動学的流体を使用した研磨仕上げによって形成されるのが好ましい。この実施の形態によれば、この方法は、プリフォームの端面上に、ヒドロキシ末端基であるのが好ましい末端基を提供することを含む。別の実施態様によれば、本発明はさらに、吸収された水の分子が上記端面から除去され、かつ吸収されたヒドロキシ基がプリフォームの端面上に残存するように、プリフォームの端面を加熱することを含んでいてもよい。この方法はまた、プリフォーム間に共有結合を形成することを含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、高い線引き温度にも耐え得る結合強度を備えた、簡素かつ低温の、確実な結合方法を提供するものである。結合は、ガラスの軟化温度または変形温度よりも低い、或る場合には１００℃より低い温度において生じさせることができる。本発明の別の利点は、後述の詳細な説明に記載されている。前述の概要的な記載および後述の詳細な記載は、いずれも具体例としてのものであり、請求の範囲に記載された本発明を詳しく説明しようとするものであることを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明によれば、ガラス物品をシート、ロッド、チューブ、バー、またはファイバに延伸する前に、少なくとも二つのガラス物品の対向面同士を直接結合するのに種々の方法を利用できる。ここで用いられている「直接結合」なる語は、結合表面間に接着剤などの余分な物質が存在せず、かつ加熱による表面の溶融に頼らずに、両表面間の結合が原子レベルまたは分子レベルで行なわれることを意味する。結合表面および／または結合表面の近傍の物質を、結合される物品の軟化温度または変形温度にまで加熱することを含む工程のことをここでは「溶融」または「融着」と呼ぶ。本発明の方法は、接着剤または融着を用いることなしに対向表面同士を結合するものである。接着剤または融着を用いる代わりに、本発明の方法は、例えば磁気流動学的研磨仕上げのような技法を用いた直接結合に適した端面の形成と、一般に光学的に清澄でない界面を生じさせる、ガラス材料を変形点または軟化点まで軟化させる高い温度を利用することのない結合表面間における直接結合の形成とを含む方法である。本発明は、結合された二つの界面間を通過する光の歪が本質的にゼロであることを意味する光学的に清澄な不浸透性シールを提供する結合方法を提供するものである。推奨される結合方法は、限定的ではないが、リンギング（wringing）、化学結合、および真空結合を含む。２つのガラスまたは金属表面間の直接結合の形成により、結合されたバルク材料表面と同様の固有の物理的特性を有する不浸透性シールが準備される。
【００１６】
サブストレートを研磨するための磁気的に硬化する磁気流動学的（magnetorheological)流体は、軟磁性体の研磨粒子、例えば磁場の有無で磁気的特性を得たり失ったりする粒子を含む。これら粒子は、液状担体中に分散され、磁場の存在で磁気的に誘導されるチキソトロープの振舞いを示す。流体の見掛粘度は、液体の濃度が水に近い状態から極めて固いペースト状まで変化するように、けた違いに大きく磁気的に増大する。このようなペーストが、付形されるべきまたは研磨されるべきサブストレート、例えば光ファイバプリフォームに適切に用いられると、極めてハイレベルの研磨仕上げの品質、正確性および制御が達成される。
【００１７】
典型的な磁気流動学的研磨仕上げシステムは、参考としてここに組入れられる特許文献５に記載されているような装置を含む。このようなシステムは通常、ハブの周りに対称的にアンダーカットされた軸幅のリムを備えた垂直に配置されたホイールからなる作用面を有する。このホイールの回転軸を含む垂直面の周りに対称的な特殊の形状を有する一対の磁極片が、アンダーカットされたリムの下側のホイールの両面に向かって延びて、上記ホイールの表面上に、好ましくは上死点位置において、磁気的な作用領域を提供する。ホイールの表面は平坦、すなわち円筒面の一部であっても、凸面、すなわち球面の一部であっても、凹面であってもよい。凸面形状は、ホイールの半径よりも長い半径を有する凹面を研磨仕上げすることができるので特に有用である。
【００１８】
リンギング（wringing）とは、通常６００℃を超えるがガラスの軟化点よりも低い温度で部品を加熱することによって、吸収された表面原子団が表面上の活性結合から取り除かれるガラス表面の結合工程のことである。吸収された水分および有機物は蒸発し、表面部位が「活性」になる。このような温度において、あるいは清浄な低湿度環境で冷却後、各表面上の「活性」結合間に共有結合が自然発生的に生じる部分において両表面を接触させることができる。このリンギングは、温度によってではなく強力な真空によって表面が活性化されることを除いては真空結合と同様である。
【００１９】
真空結合は、二つの清浄な表面を高真空中で互いに接触させて結合を形成することを含む。表面が平坦かつ清浄であれば、高真空は、水分および炭化水素の吸着を阻止しながら吸収された水分および炭化水素を両表面から取り除く。両表面は、真空中に配置される以前に処理され清浄にされて真空中で結合されるか、あるいはイオン加工または他のプラズマ技法によって真空中で清浄にされることが可能である。
【００２０】
特許文献６に記載されているように、マイクロエレクトロニクス分野では、シリコン単結晶、シリコン上で成長させられたＳｉＯ２熱酸化物、および種々の金属のような材料のシールのために真空結合が開発されてきた。処理が室温で行なわれるので、材料間の熱膨張係数（ＣＴＥ）のミスマッチは問題とならない。研磨されたウエーファは薄いが、トワイマン効果により一般に平坦ではないので、特別の取付け手段が用いられ、圧力がウエーファ表面全体に亘って均一に加えられて、適切な接触を生じさせる。
【００２１】
本発明によって利用可能な別の形式の結合方法には化学結合が含まれる。二つのガラスまたは金属の表面間に化学結合を形成すると、結合されたバルク材料と同様の固有の物理的特性を備えた不浸透性シールが準備される。文献には、ソーダ石灰珪酸塩ガラスの結合および結晶石英の結合に関する低温度結合技法が報告されている（非特許文献１および非特許文献２参照）。双方の文献には、酸を用いた清浄化技法が開示されている。非特許文献３には、最初に結合表面を弗化水素酸に接触させることによる溶融シリカの低温度結合が開示されている。
【００２２】
本発明の実施の形態の１つによれば、結合されるべき対向面に官能基が提供される。対向面の結合に先立って、接着剤を用いない高温前処理または苛性弗化水素酸処理が必要である。このような本発明の実施の形態の一つにおいては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムまたは水酸化アンモニウムのような高ｐＨの塩基溶液による表面処理が行なわれて、物品の結合表面上に官能基を提供する。好ましい実施の形態においては、最初に洗剤を用いて表面が浄化され、次いで硝酸溶液のような酸溶液を用いた濯ぎによって汚染粒子および可溶性重金属がそれぞれ除去される。
【００２３】
本発明の別の実施の形態によれば、表面が高ｐＨ溶液に接触させられ、濯がれ、押接され、所望の温度、好ましくは３００℃よりも低い温度に徐熱される。結合を妨げる汚染物質または副産物を誘導しない「クリーンな」熱源を用いることが好ましい。このような熱源として、限定的ではないが、誘導加熱、マイクロウエーブ加熱、高周波（ＲＦ）加熱および電気抵抗加熱が含まれる。結合を強化するためには、予備的な洗浄を実行しかつ乾燥させたサンプル同士の押接を行うことによる促進と同様に、両表面が平坦であることが好ましい。従来から知られている技法によって干渉縞が得られ、これら干渉縞は揃った平坦性の測定に用いることができる。また、個々の表面の平坦性を評価するために光学的平面または干渉計を用いることもできる。
【００２４】
本発明の結合工程は、シールされるべき各表面を適当な平坦さに加工することによって存立することが好ましい。特に好ましい平坦さのレベルは約５μｍ未満であり、より好ましいのは約１μｍ未満であり、最も好ましいのは約０．２５μｍ未満である。表面粗さのレベルは約２．０ｎｍ ＲＭＳ．未満である。研磨後、各表面は、洗剤のような適当な洗滌溶液で浄化され、低ｐＨの酸性溶液に漬けられ、かつ高ｐＨの塩基性溶液に漬けられて、珪酸類（すなわち、≡Ｓｉ−ＯＨ，＝Ｓｉ−（ＯＨ）２，−Ｓｉ−（ＯＨ）３，ならびに−Ｏ−Ｓｉ−（ＯＨ）３）末端表面基を備えた清浄な表面を生じさせることが好ましい。好ましい実施の形態においては、両表面は乾かされずに組み付けられる。次に、吸収された水分が蒸発させられ、かつ珪酸類末端表面基が凝集して共有結合界面を形成するように、両表面が３００℃よりも低い温度、例えば１００℃と２００℃との間の温度に加熱されているときに適度の低い負荷（７×１０３Ｐａ（１psi）程度に低い）が加えられる。
【００２５】
本発明の実施の形態の１つによれば、上述したように、平坦な結合表面を提供することが望ましい。結合される両表面が約５μｍ未満の平坦さに仕上げられているのが好ましく、約１μｍ未満の平坦さが好ましく、約０．２５μｍ未満がより好ましい。
【００２６】
高いパーセンテージのシリカを含むガラス表面に関しては、より高い強度を有する結合を形成するのに必ずしもより高い温度を必要としない。シリカがより高い系の場合、高い強度を有する結合を形成するのに３００℃未満の温度に加熱すれば通常十分である。一方、ガラス組成中のシリカの含有量がより低いサンプルは、満足な結合を形成するために、より高い温度に加熱することが必要である。例えば、硼珪酸ガラスであるＰｙｒｅｘ（Ｒ）ガラス（約８１％のシリカを含む）およびＰｏｌａｒｃｏｒ（Ｒ）（約５６％のシリカを含む）は、高い結合強度を必要とする用途では、十分な結合強度を提供するために、熱を追加することが必要である。異なる結合表面およびガラス表面に関する加熱の度合は、結合される表面のタイプ（例えばファイバまたは平坦な表面）および特定の用途に関して望ましい結合強度に一部左右される。
【００２７】
水分含有量の少ない高シリカ表面は、結合に先立つ加熱を必要としないことが判明している。好ましくは約３００℃未満、より好ましくは約２００℃未満、最も好ましくは約１００℃未満の温度で満足な結合が達成可能である。さらに、完全な結合を形成するために、酸または塩基で表面を浄化するも必要でないことが発見された。ハイシリカ表面に関しては、結合表面を洗剤で浄化し、表面を乾燥させ、約３００℃未満の温度で、より好ましくは約２００℃未満の温度で、最も好ましくは約１００℃未満の温度で、さらに、約３５０×１０３Ｐａ（５０psi）未満の圧力で、好ましくは約１７５×１０３Ｐａ（２５psi）未満の圧力で、より好ましくは約７０×１０３Ｐａ（１０psi）未満の圧力で、最も好ましくは約７×１０３Ｐａ（１psi）未満の圧力で両表面を接触させれば十分である。
【００２８】
本発明の方法によれば、高温線引きおよび線引き中にプリフォームに加えられる張力に耐えるのに十分な結合強度を提供することが期待される。予備実験によれば、高純度溶融シリカの結合強度は１０５０×１０３Ｐａ（１５０psi）を超えることが示されている。ガラス表面の化学結合における結合強度の詳細および付加的情報は、本特許出願の出願人と同一出願人に譲渡される、ロバート・サビア（Robert Sabia）を発明者とする「シリコンを含有する物品の直接結合」と題する同時係属米国特許出願明細書に記載されている。しかしながら、本発明は、上記同時係属特許出願明細書に開示された化学結合法に限定されるものではなく、リンギング（wringing）および真空結合のような他の結合技法も本発明により利用可能であると思われる。
【００２９】
本発明の一つの特定の実施の形態では、光ファイバに線引きされるのに先立って光ファイバプリフォーム同士が結合される。図２Ａ〜２Ｄを参照すると、少なくとも二つの光ファイバプリフォーム３０，４０が提供され、これらプリフォームの対向する端面３２，４２が、少なくとも１μｍの平坦性と約２ｎｍ ＲＭＳ．の表面粗さを有するように、例えば磁気流動学的研磨仕上げを用いて研磨される。上記端面３２，４２は、約０．２５μｍ未満の平坦性を有することが好ましい。一般に光ファイバプリフォームのコアガラスとクラッドガラスとでは、各ガラスの組成が原因で熱膨張係数（ＣＴＥ）が異なっており、或る温度変化に対して各ガラスの体積変化量が異なるので、好ましい実施の態様においては、図５に示されているように、コア領域１０２の周縁よりも内側の端面３２がさらに加工されて窪み１００が形成される。この窪みは双方の端面３２，４２に形成されることが好ましい。光ファイバプリフォームの、添加物がドープされたコア領域は、プリフォームの、通常は純粋なシリカからなるクラッド領域よりも高い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するので、このようにコア領域に窪みを形成すると、線引き工程中の加熱によって生じるコアの膨張に対する余地が提供される。このような窪みを設けない場合には、結合されたプリフォームの加熱時におけるコアの膨張により、コア領域間に過大な接触が生じて、プリフォーム同士が分離する結果となる。図６を参照すると、プリフォームが結合された後に対向するコア領域間に閉じ込められた空気または水分をファイバ線引き工程時に排出させるための通路をさらに設けるために、結合工程に先立って少なくとも一方の結合表面３２または４２に溝１０４が加工されることが好ましく、この溝は、窪んだコア領域からクラッド領域の外周縁まで延びている。溝形成の後、結合表面同士は、接着剤を用いることなしに、またはプリフォーム材料の変形温度まで光ファイバプリフォームの端面を加熱することなしに、リンギング（wringing）、真空結合、または化学結合によって一体に結合される。実施態様の１つによれば、双方の端面は、端面３２および４２上に末端基を提供する溶液に接触させられる。双方の端面は、酸性溶液および／または高ｐＨ溶液に接触させられる。酸で処理すると、プリフォームの端面上にヒドロキシ基が提供される。次に８よりも高いｐＨを有する溶液で処理すると端面の表面上に珪酸のような末端基が提供される。端面を溶液で処理した後、端面３２および４２同士が図２Ｂに示されているように結合される。その後、結合されたプリフォーム同士を、プリフォームの軟化点または変形温度よりも低い温度、例えば１０００℃未満の温度に加熱して、図２Ｃに示されているような一体の光ファイバブランク５０を提供することが望ましい。この光ファイバブランク５０は、複合プリフォーム、すなわちブランクを形成するプリフォーム間の結合界面におけるいずれの部位においても、１μｍを超えるギャップを備えていないことが好ましい。本発明の結合法にこのことが加わることにより、複合光ファイバプリフォームを構成するプリフォーム間における少なくとも約１０５０ＭＰａ（１５０kpsi）を超える結合強度が保証される。次に複合プリフ��ームは、図１に示されているような線引き装置内に挿入され、図２Ｄに示すように、光ファイバ５２を生成させる。あるいは、図２Ｅに示すように、プリフォーム５０をロッド５４、例えば光ファイバプリフォームの製造に用いられる先駆物品として利用されるコアケイン・ロッド、に延伸することができる。好ましい実施の形態においては、結合表面は仕上げられた後、洗剤で洗われ、乾燥させられる。結合表面は室温でかつ７×１０３Ｐａ（１psi）を超える圧力で結合されて、図２Ｃに示されているような一体のブランクが提供される。
【００３０】
本発明の別の実施の形態においては、平面でない形状を有する結合表面を備えたプリフォーム同士が、光ファイバに線引きされるのに先立って結合される。図７を参照すると、上述と同様に、少なくとも２つの光ファイバプリフォーム３０，４０が提供され、これらプリフォームの対向面１３２および１４２は、一方の端面が凹面に、他方の端面が凸面になるように、例えば電磁流動学的研磨仕上げを用いて研磨される。両端面１３２と１４２とが、一方が他方の内部に嵌合するように研磨仕上げられる。対向する結合表面の凹凸嵌合性は、プリフォームを芯合わせする助けとなる。端面１３２および１４２は、約２ｎｍ ＲＭＳ未満の表面粗さを有する。ファイバプリフォーム３０，４０は、凸面の結合表面を備えたプリフォームが線引き装置に入る複合プリフォームの最初の部分であり、したがってファイバが線引きされるプリフォーム端部であるように結合されることが好ましい。このような態様でプリフォームを組付けかつ線引きすると、複合プリフォームから線引きされた光ファイバの光学的特性における変動が最少になる。複合光ファイバプリフォームは、複合プリフォームを形成するプリフォーム間の結合界面におけるいずれの部位においても、１μｍを超えるギャップを備えていないことが好ましい。本発明の結合方法に関連して、このことは、複合光ファイバプリフォームを構成するプリフォーム間における少なくとも約１０５０ＭＰａ（１５０kpsi）を超える結合強度を保証する。好ましい実施の形態においては、図８に示されているように、プリフォーム３０のコア領域１０２の周縁より内側の結合表面がさらに加工されて窪み２００が形成される。この窪みは双方のプリフォーム３０および４０に形成されるのが好ましい。図９を参照すると、プリフォームが結合された後に対向するコア領域間に閉じ込められた空気または水分をファイバ線引き工程時に排出させるための通路をさらに設けるために、結合工程に先立って少なくとも一方の結合表面１３２または１４２に溝２０４が加工されることが好ましく、この溝は、窪んだコア領域からクラッド領域の外周縁まで延びている。溝はプリフォーム結合表面のいずれかまたは双方に形成される。ファイバプリフォーム３０，４０は、凸面の結合表面を備えたプリフォームが線引き装置に入る複合プリフォームの最初の部分であり、したがってファイバが線引きされるプリフォーム端部であるように結合されることが好ましい。このような態様でプリフォームを組付けかつ線引きすると、複合プリフォームから線引きされた光ファイバの光学的特性における変動が最少になる。以上凹凸の結合表面について説明したが、当業者であれば、他の一致形状も可能であることが分かるであろう。
【００３１】
本発明の別の実施の形態においては、図１０ａ に示されているように、光ファイバプリフォーム２１8ａは、ガラスコアロッド２１４ａに一致した熱膨張係数（ＣＴＥ）をそれぞれ有するガラスロッド２１０ａおよび２１６ａが、クラッドガラス２１２ａの付加に先立って、ガラスコアロッド２１４ａの各端部に溶着される態様で作成される。例えば、ガラスロッド２１０ａおよび２１６ａは純粋な溶融シリカにすればよい。ガラスコアロッド２１４ａは、光ファイバプリフォームを製造するための出発部材として機能し、ガラスロッド２１０ａおよび２１６ａは、ガラスコアロッド２１４ａの各端部におけるハンドルを形成する。ガラスコアロッド２１４ａは、完全な光ファイバプリフォームのコア領域の少なくとも一部を包含する。ガラスコアロッド２１４ａはまた、クラッドの少なくとも一部を包含し得る。クラッドガラス２１２ａは、化学蒸着法、または適当なガラスチューブのスリーブ付け、または当業者に知られている他の手段によって付加すればよい。クラッド材料２１２ａは、プリフォーム２１8ａの各端部においてガラスロッド２１０ａおよび２１６ａ上に重ねられる。図１０ｂに示されているように、完全な光ファイバプリフォーム２１８ｂが形成されると、プリフォーム２１８ｂの各端部は、好ましくは１２．７ｍｍ（１／２インチ）から２５．４ｍｍ（１インチ）までの長さのガラスロッドハンドル２１０ｂおよび２１６ｂがプリフォーム２１８ｂの各端部に残るように切断される。次に、プリフォーム２１８ｂの両端に磁気流動学的研磨仕上げによって結合表面が形成され、かつ同様の態様で用意された類似のプリフォーム２１８ｂに対し本発明の方法を用いて結合されて、完全な光ファイバプリフォームのその後の線引き中にプリフォームが分離するというような有害な熱膨張係数（ＣＴＥ）ミスマッチ効果を招くことのなしに複合光ファイバを形成する。個々のプリフォームの結合表面は、平らに形成されるか、あるいは、例えば前述したような凹凸関係をもって形成される。複合光ファイバプリフォームは、プリフォーム間の結合界面におけるいずれの部位においても、１μｍを超えるギャップを備えていてはならない。本発明の結合法にこのことが加わることにより、複合光ファイバプリフォームを構成するプリフォーム間における少なくとも約１０５０ＭＰａ（１５０kpsi）を超える結合強度が保証される。またこのことにより、結合されたプリフォームが、ファイバ線引き工程中に分離しないことが保証される。本実施の形態の複合プリフォームから光ファイバが線引きされると、ガラスロッドハンドル残存物２１０ｂおよび２１６ｂに対応する部分は廃棄しなければならないものの、本実施の形態は、熱膨張係数（ＣＴＥ）のミスマッチを避けるために結合表面のコア領域に図５，図６，図８または図９に示されたような窪みを形成する必要がなくなる利点がある。
【００３２】
本発明の別の実施の形態において、バーおよび／またはシート等のような他のガラス物品の結合に、この直接結合法を利用することができる。結合されるべきガラス物品の軟化点まで加熱することのないこのような直接結合は、軟化点まで加熱することによる光学的特性の劣化が防止される利点がある。例えば、図３Ａに示されているように、プリフォーム６０からバーを引き伸ばす従来の工程によれば、延伸時にプリフォーム６０を保持するために、クランプ機構または保持機構６１をプリフォーム６０の第１区間６２に取り付けなければならないので、第１区間６２が犠牲にされる。同様に、延伸工程において、プリフォームを延伸のために加熱する加熱要素６３内にプリフォーム６０が下降させられるときに、プリフォーム６０の下方区間６４も犠牲にされる。本発明によれば、図３Ｂに示されているように、犠牲になるプリフォーム区間７２および７４が延伸に先立ってプリフォーム７０に直接取り付けられる。犠牲になるプリフォーム区間７２および７４ならびにプリフォーム７０は平らな対向面を備えている。犠牲になる区間７２とプリフォーム７０との対向面は接触させられ、クランプ機構または保持機構７１は犠牲になる区間７２に取り付けることができる。犠牲になる区間７４とプリフォーム７０との対向面も結合される。次に犠牲になる区間７４が加熱要素７３内に下降させられ、プリフォーム７０からの材料の損失が防止される。好ましい実施の形態においては、面同士の接触に先立って、ヒドロキシ基または珪酸基のような末端基が対向面上に提供される。
【００３３】
別の実施の形態においては、本発明の直接結合方法が、光ファイバの接続に用いられる二重フェルールに後に延伸されるチューブの対向側面の結合に利用される。本実施の形態によれば、図４Ａ〜４Ｄに示されているように、一対のＰｙｒｅｘ（Ｒ）ガラスチューブのようなガラスチューブ８０および９０が提供される。チューブ８０および９０の側面８２および９２は、本発明にしたがって研磨および清浄化される。次に両側面８２および９２が合わされ、真空結合、リンギング（wringing）または化学結合によって結合される。好ましい実施の形態によれば、両側面８２および９２が硝酸のような酸に接触させられ、次に両側面が水酸化アンモニウムのような高ｐＨ溶液に接触させられる。両側面は７×１０３Ｐａ（１psi ）を超える適度の圧力で結合され、加熱されて、チューブ８０と９０との間に共有結合を形成するのが好ましい。Ｐｙｒｅｘ（Ｒ）チューブの場合は、４００℃を超えるが、約６７５℃であるＰｙｒｅｘ（Ｒ）の軟化点よりも低い温度に加熱されるのが好ましい。このようにして得られた製品は、二重フェルール構造に線引き可能な二重フェルール９６である。
【００３４】
本発明に対し、その精神および範囲から離れることなしに種々の変形、変更が可能であるころは当業者であれば明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲内で提供された変形、変更をカバーすることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来の光ファイバ線引き装置を示す図である。
【図２】図２Ａ〜２Ｄは、２つの光ファイバプリフォームを結合するステップを示す概略図である。
【図３】図３Ａは、ガラスのシートまたはバーを延伸するための従来の方法を示す概略図、図３Ｂは、ガラスのシートまたはバーを延伸するための本発明の方法を示す概略図である。
【図４】図４Ａ〜４Ｄは、二重フェルールを線引きする方法を示す概略図である。
【図５】平坦な結合表面を有する光ファイバプリフォームを示す本発明の実施の形態の説明図である。
【図６】平坦な結合表面を有する光ファイバプリフォームを示す本発明の実施の形態の説明図である。
【図７】平坦でない結合表面を有する光ファイバプリフォームを示す本発明の実施の形態の説明図である。
【図８】平坦でない結合表面を有する光ファイバプリフォームを示す本発明の実施の形態の説明図である。
【図９】平坦でない結合表面を有する光ファイバプリフォームを示す本発明の実施の形態の説明図である。
【図１０】図１０ａ，１０ｂは、結合されるべき光ファイバプリフォームの結合表面に生じる有害なＣＴＥの作用を排除する本発明の実施の形態の説明図である。
【符号の説明】
【００３６】
３０，４０    光ファイバプリフォーム
３２，４２    プリフォーム端面
５０    光ファイバブランク
５２    光ファイバ
６０，７０    プリフォーム
【国際公開パンフレット】
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2005507847.tif 000004
2005507847.tif 000005
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【国際調査報告】
2005507847.tif 000045