(57)【要約】  フッ素およびアルカリ金属酸化物のドーパントがドープされたＳｉＯ2のコアを有する光ファイバが開示されている。アルカリ金属酸化物は、Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ，ＣｓおよびＲｂからなる群より選択され、少なくとも２０質量ｐｐｍの量で提供される。このファイバは、コアを取り囲む内側クラッドを有し、そのクラッドもフッ素を含有している。純粋なシリカに対して測定された内側クラッドの相対屈折率（Δ2％）は、−０．３９％および−０．７％の間にあることが好ましい。このファイバは、０．１７８ｄＢ／ｋｍ以下の１５５０ｎｍでの減衰量を示すことが好ましい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバにおいて、
ＳｉＯ2と、フッ素と、Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ，Ｃｓ，Ｒｂおよびそれらの混合物からなる群より選択されるアルカリ金属の酸化物とを含有するコアであって、前記アルカリ金属の酸化物が少なくとも２０質量ｐｐｍの量で提供され、ファイバの中心線から２マイクロメートル外れたところで測定してコアの相対屈折率（Δ1％）を有するコア、および
フッ素を含有する、前記コアを取り囲む内側クラッドを含むクラッドであって、該内側クラッドが、純粋なシリカに対して測定して、−０．３９％と−０．７％の間の内側クラッドの相対屈折率（Δ2％）を有するクラッド、
を備えた光ファイバ。
【請求項２】
前記コアの相対屈折率（Δ1％）が０．０％と−０．１５％の間にあることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項３】
前記コアの相対屈折率（Δ1％）が−０．０２％と−０．１２％の間にあることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項４】
前記コアが、
１０００質量ｐｐｍより多いフッ素、および
２０〜１０００質量ｐｐｍの間のアルカリ金属酸化物、
をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項５】
Δ2％−Δ1％が−０．４２および−０．３８％の間にあることを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項６】
前記コアが、１２と２０の間のα値を有するアルファプロファイルを有することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項７】
前記コアが、正であるか、または前記コアの相対屈折率（Δ1％）ほどは負ではない中心相対屈折率（Δ0％）を有する中心部分をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【請求項８】
前記中心相対屈折率（Δ0％）が−０．１５％と０．２０％の間にあることを特徴とする請求項７記載の光ファイバ。
【請求項９】
前記中心部分が０．２μｍと１．５μｍの間の外径（Ｒ0）を有することを特徴とする請求項７記載の光ファイバ。
【請求項１０】
前記コアが３．９と６．０μｍの間の外径（Ｒ1）をさらに有することを特徴とする請求項１記載の光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広く、光ファイバに関し、より詳しくは、アルカリ金属酸化物がドープされた、低損失のシリカガラス光ファイバに関する。
【背景技術】
【０００２】
減衰は、光ファイバの主な限定特性である。光ファイバの損失は、例えば、光ファイバ増幅器間の距離を限定する際に重要な役割を果たす。このことは、例えば、そのような増幅器が、相当なシステム費用を占め、システムの信頼性における重要な要因となる、海底用途などの長距離および超長距離ネットワークにおいて特に重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
その結果、減衰を可能な限り最低のレベルまで減少させることに多大な商業上の関心が向けられている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ある広い態様において、本発明は、ＳｉＯ2と、フッ素と、Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ，ＣｓおよびＲｂからなる群より選択されるアルカリ金属の酸化物とを含有するコアを含む光ファイバである。アルカリ金属酸化物は、少なくとも２０質量ｐｐｍの量でコア中に含まれることが好ましく、そのコアは、ファイバの中心線から２マイクロメートルずれたところで測定された相対屈折率（Δ1％）を有する。Ｋ2Ｏは最も好ましいアルカリ金属酸化物である。内側クラッドを含むクラッドが、コアを取り囲み、これもフッ素を含有することが好ましい。内側クラッドは、−０．３９％および−０．７％の間の、純粋なシリカに対して測定された内側クラッドの相対屈折率（Δ2％）を有することが好ましい。このファイバ組成物および構造は、非常に低い減衰を達成することが望ましいであろう。
【０００５】
本発明のさらに別の態様によれば、コアの相対屈折率（Δ1％）はゼロ以下であることが好ましく、０．０％および−０．１２％の間にあることがより好ましい。ある実施の形態において、コアの相対屈折率（Δ1％）はゼロ以下であり、０．０および−０．１５％の間にあることがより好ましい。他の実施の形態において、コアの相対屈折率（Δ1％）は負であり、−０．０２％および−０．１２％の間にあることが好ましい。光ファイバは１５５０ｎｍでシングルモードであることが好ましい。別の好ましい態様において、Δ2％−Δ1％は−０．７％および−０．３８％の間であり、−０．４２％および−０．３８％の間にあることがより好ましい。そのコアは、その外縁に、１２および２０の間のα値を有するαプロファイルを有することが好ましく、その値は１４および１６の間にあることがより好ましい。
【０００６】
ある実施の形態において、ファイバは、（Δ1％）より大きい（純粋なシリカに対して大きい）、より好ましくは−０．１５％および０．２０％の間の、中央相対屈折率（Δ0％）を有する上昇中央部分を含む。その中央部分の外径（Ｒ0）は、ファイバの中心線ＣＬから０．２μｍおよび１．５μｍの間に位置することが好ましい。コアの外径（Ｒ1）は、中心線から３．９μｍおよび６．０μｍの間にあることが好ましく、３．９および５．０μｍの間にあることがより好ましい。
【０００７】
コアは、好ましくは１０００質量ｐｐｍ（０．１質量％）より多い、より好ましくは２０００質量ｐｐｍ（０．２質量％）より多い、最も好ましくは０．１および０．４質量％の間のピーク量でフッ素がドープされている。塩素は、５００質量ｐｐｍ未満、より好ましくは２００質量ｐｐｍ未満の量で存在してもよい。アルカリ金属酸化物のドープは、好ましくは２０および１０００質量ｐｐｍの間、より好ましくは５０〜５００質量ｐｐｍの間、最も好ましくは５０〜３００質量ｐｐｍの間、ある実施の形態においては５０〜２００質量ｐｐｍの間のピーク量である。コアがＧｅＯ2を実質的に含有しないことが最も好ましい。
【０００８】
本発明による光ファイバは非常に低い減衰を示すであろう。１５５０ｎｍでのファイバの減衰は、好ましくは０．１７８ｄＢ／ｋｍ未満、さらには０．１７５ｄＢ／ｋｍ未満、ある実施の形態においては、０．１７３ｄＢ／ｋｍ以下である。そのファイバはまた１５５０ｎｍで１５および２５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの間の全分散を示し、また０．０７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ2未満の１５５０ｎｍでの分散勾配を示すことが好ましいであろう。ラムダゼロは１２７５および１３２５ｎｍの間に位置することが好ましい。ファイバの有効面積は、１５５０ｎｍで、好ましくは６０μｍ2より大きい、より好ましくは６０〜１００μｍ2の間にある。ファイバはまた、２０ｍｍの直径のマンドレル上への２０巻について２５ｄＢ／ｍ未満であることが好ましく、２０ｍｍの直径のマンドレル上への２０巻について１ｄＢ／ｍ未満であることがより好ましい。
【０００９】
本発明の追加の特徴および利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者には容易に明らかであるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付の図面を含む、ここに記載された発明を実施することによって認識されるであろう。先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方は、本発明の実施の形態を表し、特許請求の範囲に記載された本発明の性質および特徴を理解するための概要または構成を提供することが意図されている。適切な場合、同一の特徴は同じ参照番号が付られている。
【００１０】
本発明は低減衰光ファイバである。より詳しくは、本発明は、中央コア、およびコアを取り囲むクラッドを有する光ファイバであって、コアにアルカリ金属酸化物およびフッ素の両方がドープされた光ファイバである。クラッドは、フッ素がドープされていることが好ましく、同様にアルカリ金属酸化物を含有していてもよい。クラッドは内側クラッドを含むが、外側クラッドを含んでもよく、その両方ともフッ素がドープされていることが好ましい。コアを取り囲み、コアに接触している内側クラッドのドープは、好ましくはシリカの屈折率より低い、より好ましくは、純粋なシリカの参照屈折率レベルと比較して、−０．３９％および−０．７％の間の内側クラッドの相対屈折率を提供するのに十分な量である。
【００１１】
ここに用いた以下の用語には、以下に定義した意味がある：
ＭＦＤ  −  モードフィールド径は、シングルモード光ファイバの端面に亘る光パワーの尺度であり、
【数１】
2008536190.tif 000003
【００１２】
として表され、ここで、２ω0はモードフィールド径であり（したがって、ω0はモードフィールド半径であり）、λは光の平均波長であり、Φは照射パターンの中心に対する角度であり、積分は０°から９０°まで行われることが好ましい。モードフィールド径は、例えば、試験手順ＡＮＳＩ／ＴＩＡ／ＥＩＡ−４５５−１９１−Ａ−２００１にしたがって測定してよい。
【００１３】
Ａｅｆｆ  −  有効面積は：
【数２】
2008536190.tif 000004
【００１４】
であり、ここで、積分範囲は０から∞までであり、Ｅは１５５０ｎｍでの伝搬光に関連る電場である。
【００１５】
デルタまたはΔ  −  相対屈折率Δは、式Δi＝（ｎi2−ｎc2）／２ｎi2により定義され、ここで、ｎiは屈折率プロファイルセグメントｉの最大屈折率であり、ｎcは、クラッド層の最小屈折率と通常捉えられる参照領域における屈折率である。この相対屈折率は一般に、パーセントとして表され、ここでは用語Δ％により示される。別記しない限り、Δ％は、シリカの屈折率に対して称されるそのセグメントの最大（ピーク）相対屈折率を表す。
【００１６】
屈折率プロファイル  −  相対屈折率プロファイルまたは単に屈折率プロファイルという用語は、Δ％と光ファイバの半径との間の関係である。
【００１７】
アルファプロファイル  −  アルファプロファイルという用語は、式：
【数３】
2008536190.tif 000005
【００１８】
にしたがうコアの屈折率プロファイルを称し、ここで、ｒはコアの半径であり、ａはプロファイルにおける最後の点である、またはｒはプロファイルの最初の点でゼロであるように選択され、ｎ0は関心のあるコア領域の最大屈折率であり、αはコアのプロファイル形状を決定する指数である。
【００１９】
コア  −  コアは、クラッドに対して一般に上昇した屈折率を有する光ファイバの部分を称し、よって伝送される光パワーは主にコアを通って伝搬する。コアは、１つ以上のセグメントから構成されてもよい。個々のコアセグメントは、純粋なシリカよりも大きい、純粋なシリカと同じ、または純粋なシリカよりも小さい屈折率を有していてよい。
【００２０】
クラッド  −  クラッド、またはクラッドセグメントは、コア領域を取り囲む光ファイバの部分を称し、相対屈折率の絶対値の大きさが最低であり、光ファイバのシリカ系部分の最も外側の半径まで、すなわち、クラッドの最も外側の半径まで、低い（±０．０５％）ままであるように定義される。半径Ｒ1で、コアが終わり、クラッドが始まり、半径Ｒ3でクラッドが終わり、ここで、Ｒ3＞＞Ｒ1である。
【００２１】
ｐｐｍ  −  特別に別記しない限り、質量でパーツ・パー・ミリオン、すなわち、「質量ｐｐｍ」を称し、質量パーセント（質量％）の測定値は、１０，０００を乗じることによって、ｐｐｍに変換できる。
【００２２】
ピンアレイ試験  −  この試験は、マクロベンドに対する光ファイバの相対的な抵抗を比較するために用いられる。この試験を行うために、曲げ損失が生じないように光ファイバを配置し、減衰損失を１５５０ｎｍで測定する。次いで、この光ファイバをピンアレイの周りに編み込み、再度、同じ波長で減衰を測定する。曲げにより誘発される損失は、２種類の減衰測定値（ｄＢで表される）間の差である。ピンアレイは、一列に配列され、平らな表面の固定垂直位置に保持された一組の１０個の円柱ピンである。ピンの間隔は、中心から中心まで５ｍｍである。ピンの直径は０．６７ｍｍである。光ファイバは、隣接するピンの反対側を通される。試験中、光ファイバは、光ファイバをピンの周囲の一部分に従わせるのに十分な張力下に置かれる。
【００２３】
横向き荷重試験  −  横向き荷重試験は、光ファイバのマイクロベンド抵抗の尺度を提供する。この試験において、所定の長さの光ファイバを２つの平板の間に配置する。Ｎｏ．７０のワイヤーメッシュを一方の平板に取り付ける。公知の長さの光ファイバを、平板の間に挟み、平板を３０ニュートンの力で互いに押し付けている間に参照減衰を測定する。次いで、７０ニュートンの力を平板に印加し、ｄＢ／ｍで表される減衰の増加を測定する。減衰のこの増加が、光ファイバの横向き荷重減衰（ｄＢ／ｍ）である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明によれば、本発明の光ファイバ１０のコアのみが、アルカリ金属酸化物ドーパントおよびフッ素を含有することが最も好ましい。ここに記載されているように、アルカリ金属酸化物は、Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ，ＣｓまたはＲｂ、もしくはそれらの混合物の酸化物であることが好ましい。そのコアがＫ2ＯやＲｂ2Ｏなどのアルカリ金属酸化物を含有することが最も好ましい。そのファイバを製造する好ましい方法によれば、好ましいシングルモード光ファイバにおけるピークアルカリ金属酸化物濃度が光ファイバの中心線ＣＬと実質的に一致することが好ましい。それゆえ、アルカリ金属酸化物は、光ファイバのコアにピーク濃度を有することが好ましい。アルカリ金属酸化物濃度が、図２３に示されるように、光ファイバの半径に亘り半径方向に変化することが好ましいのが分かるであろう。
【００２５】
一般に、図２３に最もよく示されているように、アルカリ金属酸化物のピーク濃度はファイバの中心線ＣＬに存在し、アルカリ金属酸化物の濃度は、光ファイバの半径の少なくとも一部分に沿って光ファイバの中心線から増加する半径の関数として減少する（ファイバの半径の関数としてＫ2Ｏの質量％を表している、２３と付されたプロットを参照のこと）。一般に、アルカリ金属酸化物（Ｋ2Ｏなどの）のピーク量の５０％未満しか、ファイバの中心線ＣＬから１０μｍを超えて存在しない。
【００２６】
光ファイバのコア中のアルカリ金属酸化物のピーク濃度２２は、好ましくは２０〜１０００質量ｐｐｍの間、より好ましくは５０〜５００質量ｐｐｍの間、最も好ましくは５０〜３００質量ｐｐｍの間、ある実施の形態においては５０〜２００質量ｐｐｍの間の量である。Ｋ2Ｏの質量％は、図２３の右側の縦軸に示されている。光ファイバのクラッド中のアルカリ金属酸化物のピーク量は、コア中のアルカリ金属酸化物のピーク量よりも少ないことが好ましい。クラッド中のアルカリ金属酸化物のピーク量は、好ましくは約１００質量ｐｐｍ未満、より好ましくは約６０質量ｐｐｍ未満である。
【００２７】
再度、図１および２３を参照すると、コア１２はフッ素ドーパントも含有することが好ましい。フッ素ドーパントのプロットは、図２３において２３と付されており、左側の縦軸の質量％の値に対応する。コア１２が第１のレベル２４でフッ素ドーパントを含有し、クラッド１６が、第１のレベルとは異なる、それより高いことが好ましい、少なくとも１つの第２のレベル２６でフッ素ドーパントを含有することが最も好ましい。第１のレベル２４は、好ましくは１０００質量ｐｐｍ（０．１質量％）より多い、より好ましくは２０００質量ｐｐｍ（０．２質量％）より多い、さらにより好ましくは３０００質量ｐｐｍ（０．３質量％）より多い量でフッ素ドーパントを含有する。第１のレベル２４が約１０００質量ｐｐｍ（０．１質量％）および５０００質量ｐｐｍ（０．５質量％）の間であることが最も好ましい。同様に、クラッド１６もフッ素ドーパントを含有することが好ましい。クラッド１６中のフッ素のピーク量２６はコア中におけるよりも多く、その量２６は、好ましくは１０，０００質量ｐｐｍ（１．０質量％）および３０，０００質量ｐｐｍ（３．０質量％）の間、より好ましくは約１０，０００質量ｐｐｍ（１．０質量％）および２０，０００質量ｐｐｍ（２．０質量％）の間、さらにより好ましくは約１２，５００質量ｐｐｍ（１．２５質量％）および１７，５００質量ｐｐｍ（１．７５質量％）の間である。特に、クラッド１６中のフッ素ドーパントの量２６は、線引きされたファイバにおいて、以下により詳しく記載するように、前記相対屈折率を提供するのに十分である。
【００２８】
アルカリ酸化物およびフッ素のドーパントに加え、ファイバ１０は、その様々な部分に塩素ドーパントも含有することが好ましい。特に、塩素はコア１２中に存在することが好ましく、塩素は、クラッド１６中に存在してもよく、例えば、図２３に示されるように、クラッドにはより少ないピーク量で存在することが好ましい。コア１２は、好ましくは５００質量ｐｐｍ（０．０５質量％）未満、より好ましくは２００質量ｐｐｍ（０．０２質量％）未満のピーク量２８で塩素ドーパントを含有する。特に、コア１２中の塩素ドーパントのピーク量の位置は、ファイバの中心線ＣＬから、好ましくは０．５μｍ以上、最も好ましくは１．０μｍより大きく外れていることが好ましい。多量のアルカリ金属酸化物が存在する場所と同じ位置には、わずかに少量の塩素（５００ｐｐｍ未満のＣｌ）しか存在しないことを認識すべきである。クラッド１６中の塩素のピーク量３０は、好ましくは２００質量ｐｐｍ以下、より好ましくは１００質量ｐｐｍ未満である。
【００２９】
図１および４は、本発明による、アルカリ金属酸化物およびフッ素のドーパントを含有する光ファイバ１０の実施の形態の例示となる屈折率プロファイルを示している。これらのプロットは、ファイバの構造を定義するために明細書全体に亘り用いられた慣例を示しており、それゆえ、ここに示された図２〜３および５〜２２に示された実施の形態については繰り返されない。しかしながら、これらの慣例は、明白にするために符号が付されていないそれらのプロファイルにも等しく適用されることを認識すべきである。
【００３０】
ファイバ１０は、１５５０ｎｍでシングルモードであることが好ましく、このファイバは、アルカリ金属酸化物およびフッ素のドーパント、また好ましくは塩素のドーパントも含有し、ここに示され記載されたプロファイルを有するコア１２を含む。コア１２は、ファイバ１０の中心線ＣＬを中心とすることが好ましく、それを取り囲み、それと接触している。光ファイバ１０はさらに、コア１２を取り囲み、それと接触しているクラッド１６を含む。コア１２およびクラッド１６の両方が、少なくともクラッドについて、好ましくはここに記載されるようにコアとクラッドについて、負である、相対屈折率（純粋なシリカと比較して）を提供するようにフッ素を含有することが好ましい。クラッド１６は、内側クラッド１８を持つ少なくとも単一レベルクラッド構造を含むが、ここに詳細に記載されるように（二重レベルクラッド構造を示す図５，１２〜１４を参照のこと）、内側１８と外側２０の両方のクラッドを含む二重レベルクラッド構造を必要に応じて含んでもよい。クラッド１６は、コア１２を取り囲み、その最も外側の部分からファイバ１０のガラス部分の最も外側の外周まで約６２．５マイクロメートルの外径で半径方向に延在する。ここに示される単一クラッド構造において、クラッドは内側クラッド１８のみを含み、その内側クラッドは、コア１２からファイバ１０の最も外側のガラス部分まで延在する。ここに示したように、明白にするために、クラッド１６の一部分しか示されていない。全図面において、図示されていない部分は、各図面の最も右側の部分に示された相対屈折率の同じレベルで、約６２．５マイクロメートルでガラスファイバの外側まで延在し続けていることを認識すべきである。
【００３１】
別の好ましい特徴によれば、本発明の光ファイバ１０のコア１２の最も外縁は、コアの屈折率Δ1％を持つ図１〜２２に示されているように角が丸められた階段形状、および丸まった角の形状を定義する所定のコアアルファを持つ所望のアルファプロファイルを有することが好ましい。光ファイバ１０のコア１２は、好ましくは１２と２０の間、より好ましくは１４と１６の間のα値を持つ、外縁１５のアルファプロファイルを含む。
【００３２】
ファイバの中心線ＣＬから２μｍのところで測定され、ここに定義されるコアの相対屈折率Δ1％はゼロ以下であることが好ましく、コアの相対屈折率Δ1％はが０．０％と−０．１５％の間にあることが最も好ましい。ある実施の形態において、コアの相対屈折率Δ1％は、純粋なシリカ１１のレベルに対して測定して、負であり、−０．０２％と−０．１５％の間にあることが好ましい。コアにおけるこのレベルのダウンドープ(down-doping)は、ファイバがそこから線引きされる光ファイバのプリフォームを形成するときに、コア１２に十分な量のフッ素を加えることによって達成される。フッ素はクラッド１６にも加えられ、負であり、純粋なシリカ１１のレベルに対して測定されて、好ましくは−０．３９％と−０．７０％の間、より好ましくは−０．４０％と−０．７０％の間、さらにより好ましくは−０．４０％と−０．６０％の間である、クラッドの相対屈折率Δ2％を提供する。コアはＧｅＯ2を実質的に含有しないことが好ましいことを認識すべきである。
【００３３】
本発明による光ファイバの一群に関して、Δ2％およびΔ1％は、Δ2％−Δ1％が好ましくは−０．７と−０．３８％の間、より好ましくは−０．４２と−０．３８％の間の範囲にあるように選択されることが好ましい。
【００３４】
ファイバの特定のもの（実施例１〜１６、２０〜２２）は、好ましくはファイバの中心線ＣＬに位置する、上昇した中心部分１７を含む。中心部分１７は、ピークの相対屈折率Δ0％を有し、ここで、Δ0％は、純粋なシリカ１１のレベルに対して測定して、正、ゼロ、またはΔ1％よりは負ではない。全ての場合において、Δ0％は、Δ1％より大きいことが好ましい屈折率レベルを有する（Δ1％の屈折率レベルより大きい）。中心部分１７は、純粋なシリカ１１のレベルに対して測定して、−０．１５％と０．２０％の間の範囲にあるデルタ（Δ0％）を有することが最も好ましい。
【００３５】
さらに詳しく説明すると、本発明による光ファイバ１０の一群は、以下のような相対屈折率プロファイルを有することが好ましい。コア１２は、ファイバの中心線ＣＬから３．９と６．０μｍの間の外径Ｒ1を有することが好ましく、３．９と５．０μｍの間がより好ましい。外径Ｒ1は、ここでは（Δ2％−Δ1％）の半分と定義され、測定される。言い換えれば、Ｒ1は、コア１２の高さの半分で測定される（上昇した中心部分１７を除く）。上昇した中心部分１７を含むここに記載したファイバ１０の実施の形態に関して、上昇した中心部分１７は、中心線ＣＬに位置し、それを取り囲むことが好ましい。中心部分１７は、０．２μｍと１．５μｍの間の外径Ｒ0を有し、コア中のアルカリドーパントの存在によりもたらされたわずかな屈折率の上昇のために、コア部分よりも大きく上昇している。
【００３６】
ある実施の形態（例えば、図５および１２〜１４に示したような）において、クラッド１６は、内側クラッド１８を取り囲む外側クラッド２０を含む。内側クラッド１８は、純粋なシリカ１１のレベルに対して測定して、Δ2％±０．０５％に等しい相対屈折率Δ3％を有することが好ましい。二重クラッド構造を持つ本発明によるファイバ１０のものに関して、外側クラッド２０と内側クラッド１８との間の界面は、中心線から１３と２９μｍの間、より好ましくは１５と２０μｍの間の界面半径（Ｒ2）に位置する。Ｒ2／Ｒ1の比は２．５と６．０の間にあることが好ましい。
【００３７】
以下の表１および２は、本発明によるファイバのいくつかのモデルの実施の形態を示している。特に、下記の表１は、Δ0％、Δ1％、Δ2％、Δ3％、Ｒ0、Ｒ1、Ｒ2、およびαの値を含む、ファイバの屈折率構造を示している。
【表１】
2008536190.tif 000006
【表２】
2008536190.tif 000007
【００３８】
上記の表２は、本発明による様々なモデルのファイバの実施例に関する光学的性質を示している。本発明による光ファイバ１０は、そのために光伝送システムにおける光伝搬媒体として有用である所望の光学的性質を示すことが好ましい。特に、そのようなファイバ１０は、約１２７０および１３２５ｎｍの間のゼロ分散波長λ0を有することが好ましい。光ファイバ１０の屈折率は、最も望ましくは、１５５０ｎｍで約１６と２５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの間、より好ましくは１５５０ｎｍで約１７と１９ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの間の全分散を示すように選択される。
【００３９】
さらに、それらの光ファイバは、好ましくは０．０７ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ未満、より好ましくは０．０６ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ未満の１５５０ｎｍでの分散勾配も示す。１５５０ｎｍでの全分散を１５５０ｎｍでの分散勾配で割ったものとしてここに定義されるカッパは、好ましくは２７５と３７５ｎｍの間、より好ましくは３００ｎｍより大きく、最も好ましくは３００と３７５ｎｍの間である。ケーブル化されたときの、カットオフ波長(cabled cutoff wavelength)は、好ましくは約１５３０ｎｍ未満、より好ましくは１５００ｎｍ未満である。推定されたファイバのカットオフは、好ましくは約１８８０ｎｍ未満、より好ましくは１８５０ｎｍ未満である。本発明の光ファイバ１０は、１５５０ｎｍで、好ましくは約８μｍより大きい、より好ましくは９．０μｍより大きい、最も好ましくは９μｍと１２μｍの間のモードフィールド径を有する。また、光ファイバ１０は、１５５０ｎｍで、好ましくは６０μｍ2より大きい、より好ましくは６５μｍ2より大きい、最も好ましくは６０μｍ2と１００μｍ2の間の有効面積を示す。本発明によるそのようなファイバ１０は、好ましくは０．１７８ｄＢ未満、より好ましくは０．１７５ｄＢ未満、ある実施の形態において、０．１７３ｄＢ以下の、１５５０ｎｍでの減衰を示す。
【００４０】
ファイバ１０は、優れた曲げ損失特性も示し、１５５０ｎｍでのピンアレイ曲げ損失値も示し、１５５０ｎｍでのピンアレイ曲げ損失値は、好ましくは１０ｄＢ／ｍ未満、より好ましくは５ｄＢ／ｍ未満である。１５５０ｎｍでのマクロベンド曲げ損失値は、２０ｍｍの直径のマンドレル上に２０巻したときに、好ましくは２５ｄＢ／ｍ未満、より好ましくは１０ｄＢ／ｍ未満、ある実施の形態においては、１ｄＢ／ｍ未満である。横向き荷重損失は、１５５０ｎｍで、好ましくは５ｄＢ／ｍ未満、より好ましくは２ｄＢ／ｍ未満である。
【００４１】
製造方法
アルカリドープト光ファイバは、光ファイバの前駆体である適切なシリカガラス物品中にアルカリ金属酸化物を拡散させることによって製造されることが好ましい。例えば、国際公開第２００５／０２１４５５号パンフレットには、アルカリがドープされたプリフォームおよびファイバを製造するための様々な方法が開示されている。現在好ましい方法によれば、第１の工程において、光ファイバの製造に適したシリカガラス管を旋盤（ガラス加工用旋盤または従来の改良化学的気相成長によるガラス形成用旋盤などの）のチャックの間に取り付ける。アルカリ金属供給源化合物を受容するための好ましい環状貯留槽を、その管の一端の近くに形成する。管は、純粋なシリカであっても、または例えば、少量のフッ素などのドーパントを含んでもよい。しかしながら、アルカリ金属の結晶化を防ぐために、管は塩素を実質的に含まないことが好ましい。塩素を実質的に含まないとは、塩素の含有量が、アルカリ塩化物の結晶化による光学的損失が避けられるほど十分に低いことを意味する。さらに、シリカガラス管は実質的に「水」を含まないべきである。「水」とは、ヒドロキシル基ＯＨを意味する。水は、１３８３ｎｍまたはその辺りでの吸収ピークの原因であり、その吸収ピークは光ファイバの動作波長領域に延在するであろう。ガラス管は、好ましくは約５００質量ｐｐｂ未満、より好ましくは１００質量ｐｐｂ未満未満、さらにより好ましくは約２０質量ｐｐｂ未満しかＯＨを含有しない。アルカリ金属酸化物ドーパントを拡散させる前に出発ガラス物品が実質的に水を含まないことを確実にするために、シリカガラス管の製造中に従来の塩素乾燥技法を用いてもよい。しかしながら、ガラス中の塩素濃度を減少させるために、塩素の使用は最小でなければならない。多孔質スートガラス物品の場合、乾燥は、塩素乾燥後またはその代わりのいずれかに、その物品を、例えば、ＣＦ4、ＳｉＦ4、またはその組合せなどのフッ素含有雰囲気に曝露する（フッ素掃引）ことによって行うことが好ましい。フッ素含有雰囲気への曝露（フッ素掃引）は、ガラスに高レベルのフッ素がドープされるのを防ぐために、好ましくは約１１００℃未満の温度で行われる。低レベルのフッ素ドープ、すなわち、例えば、０．１から０．４質量％のフッ素が望ましい。
【００４２】
一旦シリカガラス管が調製されたら、アルカリ供給源化合物をその貯留槽から管中に導入する。貯留槽中のアルカリ供給源化合物は、管が同時に回転され加熱されるときに、蒸気を形成するために熱源により加熱される。酸素または搬送ガスがアルカリ供給源化合物上と管中に流される。アルカリ含有ガスの管中への流れを、管の加熱と組み合わせて、アルカリ金属酸化物の管の内面への拡散を促進させる。管は、熱源により、好ましくは１５００℃より高く、より好ましくは約１５００℃と約２０００℃の間に加熱する。熱源は、管の長手方向に沿って往復移動させることが好ましい。アルカリ金属酸化物供給源化合物は、Ｋ，Ｎａ，Ｌｉ，Ｃｓ，およびＲｂからなる群より選択される元素を含むことが好ましい。アルカリ金属酸化物供給源化合物は臭化物、ヨウ化物またはフッ化物であることが好ましい。アルカリ金属酸化物供給源化合物はＫＢｒ，ＫＩまたはＫＮＯ3であることが最も好ましい。アルカリ金属酸化物（例えば、Ｋ2Ｏ、Ｎａ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、Ｒｂ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏおよびそれらの混合物）を、管のコラプスの前に、管の内部の拡散表面から約１００マイクロメートルと約５００マイクロメートルの間の深さまでずっと拡散させ、それによって、アルカリ金属酸化物がドープされたガラス管を形成することが好ましい。
【００４３】
その拡散工程後に、管をさらに加熱して、従来の方法による管の部分的なコラプスを促進する工程を行ってもよい。拡散ドープ工程、および管の任意の部分的なコラプスの工程が一旦完了したら、管の拡散表面は、必要に応じて、管の拡散表面を通って拡散したかもしれない望ましくない不純物を除去するのに十分な深さまで、シリカガラスを除去するのに適したエッチング液でエッチングしてもよい。例えば、ＨＦ水溶液をエッチング液として用いてもよい。例えば、ＣＦ4、ＳＦ6、ＮＦ3、Ｃ2Ｆ6またはそれらの混合物などのフッ化物ガスを用いることがより好ましい。内面から除去される物質の量は、拡散および任意の部分的な管のコラプス中の加工条件に依存するが、エッチング条件は、アルカリ金属酸化物の全拡散深さの少なくとも約５パーセントの深さまで、表面からガラスを除去するのに十分であることが好ましい。一旦、随意的なエッチングが終了したら、シリカガラス管を熱源でさらに加熱して、管をコラプスし、アルカリ金属酸化物がドープされた中実ガラスロッドを形成する。この後、アルカリ金属酸化物がドープされた中実ガラスロッドを適切なエッチング液でエッチングして、管のコラプス中にその熱源のトーチにより形成されたかもしれない水和ガラスガラスの全てまたはある程度を除去してもよい。
【００４４】
必要に応じて、アルカリがドープされたガラスロッドを、リドロー(redraw)炉内で加熱し、アルカリがドープされたガラスロッドの元の直径よりも小さい直径寸法を持つより小さなガラスロッドに線引きしてもよい。リドロープロセスから得られた小さな直径のガラスロッドの外径寸法は３ｍｍから１０ｍｍの範囲にあることが好ましく、外径寸法が６ｍｍ未満であることがより好ましい。この方法によれば、約２質量％と約４質量％の間のピークアルカリ金属酸化物（例えば、Ｋ2Ｏ）濃度を持つことが好ましい小さな直径のガラスロッドを形成することができる。特に、非常に小さな直径のアルカリがドープされたロッドを形成することが有利である。何故ならば、これにより、それらの悪影響が最小にされる場所であるファイバの中心線の非常に近くのロッドに、存在する遷移金属不純物が濃縮されるからである。
【００４５】
一旦形成されたら、小さな直径のアルカリドープされたガラスロッドを出発ロッドとして用いてもよく、その際に、追加の多孔質ガラススートをＯＶＤ法を用いてオーバークラッドとして堆積させる。特に、ガラスハンドルが、これまでに記載したように製造された小さな直径のアルカリドープされたガラスロッドに取り付けられ、形成されたプリフォームの一体部分となる。ハンドルは、後の加工工程中に堆積工程から生じたシリカガラスプリフォームを支持する方法を提供する。ハンドルの取り付けられたガラスロッドは、旋盤に搭載され、例えば、米国特許第４１６５２２３号明細書に開示されたタイプのものであってよいバーナに対して回転され並進させられる。燃料ガスおよび酸素または空気が供給源からバーナに供給される。この混合物が燃焼して火炎を生成し、この火炎がバーナから発せられる。シリカ前駆体ガスと蒸気の混合物は、火炎内で酸化されて、シリカ含有スート流を形成し、これがガラスロッドに向けられる。ガスと蒸気の混合物をバーナに送達するための適切な手段は当該技術分野においてよく知られており、そのような手段の実例に関して、米国特許第３８２６５６０号、同第４１４８６２１号および同第４１７３３０５号の各明細書を参照されたい。バーナは一般に、その面上のスートの蓄積を最小にしながら、許容できるように高い構築速度(laydown rates)および効率を提供する条件下で動作される。そのような条件下で、バーナのオリフィスからのガスおよび反応体の流量、およびそのようなオリフィスのサイズと位置、並びにその軸の向きは、十分に集束されたスート流が、バーナからガラスロッドに向けられて流れるようなものである。複合体のスートプリフォームは、バーナに対して何回もガラスロッドを並進させ、シリカスート含有スート流の層を多数蓄積させて、スートコーティングを形成することによって形成される。この並進動作は、回転しているガラスロッドに沿ってバーナを往復して移動させることによって、またはバーナとガラスロッド両方の並進動作の組合せによって行っても差し支えない。スートコーティングは複合プリフォームのコアガラスの少なくとも一部分を形成し、このスートコーティングは実質的に純粋なシリカからなることが好ましい。このスートコーティングは、好ましくは０．３５ｇ／ｃｃより大きい、より好ましくは約０．３５ｇ／ｃｃと約０．５ｇ／ｃｃの間の密度を有する。
【００４６】
次いで、複合体プリフォームを、塩素含有ガスに曝露することによって乾燥させ、炉内で加熱して、複合体プリフォームを固結させて、方法の工程に示された透明で中実なガラスの固結光ファイバコアプリフォームを形成する。固結工程中、複合体プリフォームをフッ素掃引して、最初の乾燥プロセス中に与えられた望ましくない塩素を除去することが好ましい。この掃引は、フッ素含有ガスへの曝露を含むが、例えば、少量のフッ素（０．１から０．４質量％）を加える量だけである。次いで、透明なガラスコアプリフォームを、先に記載したプロセスと類似のプロセスでリドローして、第２のコアロッドを形成してもよい。第２のコアロッドはさらに、化学的気相成長法によりガラススートを堆積することなどによって、追加のガラスを加えて、別の光ファイバプリフォームを形成することによって加工してもよい。ガラススートは乾燥され、フッ素ドープされ、ここに記載された所望のレベルのフッ素ドープを達成し、固結され、小さな直径のロッドにリドローされる。シリカは、フラッドドープによりフッ素が十分にダウンドープされる（米国特許第４６２９４８５号明細書参照）。このドーピングは、純粋なシリカに対して、好ましくは−０．３９％と−０．７０％の間の相対屈折率Δ2％を達成するのに十分であることが好ましい。クラッドのスートは、最初に、約６０分間に亘り約１１２５〜１１５０℃の温度で炉内の塩素含有ガスにさらすことによって乾燥させられる。次に、このスートプリフォームは、１１５０〜１２２５℃で約９０〜１０５分間に亘りフッ素含有ガス（例えば、ＳｉＦ4またはＣＦ4）に曝露され、次いで、好ましくはフッ素含有ガスの存在下で、約６〜１０ｍｍ／分で、高温区域（１３９０〜１４６０℃の）を通して下方に駆動することにより固結される。このプリフォームをリドローして、第３のロッドを形成し、適切な直径の最終プリフォームが形成されるまで、各工程、すなわち、堆積、乾燥、フッ素ドープ、および固結を再度繰り返してもよい。完成した光ファイバプリフォームが製造された後、完成した光ファイバ線引き用プリフォームが、アルカリ金属酸化物がドープされた光ファイバに線引きされる。
【実施例】
【００４７】
製造実施例
本発明のファイバの以下の実際の実施例を上述したように製造した。実施例ＡおよびＢに関する得られた光ファイバの屈折率プロファイルが、それぞれ、図２０および２１に示されている。この光ファイバのマイクロプローブ分析を行い、半径の関数としての光ファイバ中のドーパント濃度のプロットが図２３に示されており、ここで、曲線２１は質量％で表されたＫ2Ｏの濃度を示し、曲線２３は質量％で表されたＦの濃度を示し、曲線２５は質量％で表されたＣｌの濃度を示している。製造された光ファイバの実施例は、以下に示した光学的性質を示す。
【表３】
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【００４８】
本発明の範囲から逸脱せずに、本発明に様々な改変および変更を行ってもよいことが当業者には明らかである。それゆえ、本発明は、本発明の改変および変更を、それらが添付の特許請求の範囲およびその同等物に含まれるという条件で包含することが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明による光ファイバの第１の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図２】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図３】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図４】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図５】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図６】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図７】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図８】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図９】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図１０】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図１１】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図１２】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図１３】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図１４】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図１５】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図１６】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図１７】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図１８】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図１９】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図２０】本発明による光ファイバの別の実施の形態の相対屈折率のプロット
【図２１】本発明による光ファイバの製造された実施の形態の相対屈折率のプロット
【図２２】本発明による光ファイバの製造された実施の形態の相対屈折率のプロット
【図２３】本発明による光ファイバの代表的な実施の形態に関する半径の関数としてのドーパント濃度のプロット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【国際調査報告】
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