(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲルマニア、フッ素およびそれらの混合物からなる群より選択される第１のドーパントと、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物を含む第２のドーパントを、２０から１０００ｐｐｍのピーク濃度で有してなるシリカベースのコア、および
前記コアを取り囲みかつ直接隣接したシリカベースのクラッド、
を有してなる光ファイバであって、
前記コアが、前記クラッドに対して、０．２％より大きいピーク相対屈折率ΔMAXを持つ屈折率プロファイルを有する光ファイバ。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は、米国特許法第１１２条（ｅ）項の下で２００３年８月２９日に出願された米国仮特許出願第６０／４９８９０１号および２００３年１２月１０日に出願された同第６０／５２８６３９号の優先権を主張するものである。これらの出願をここに引用する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、広く、アルカリ金属酸化物がドープされた光ファイバおよびその製造方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
減衰は、光ファイバの重要な制限特性である。例えば、光ファイバ損失は、光ファイバの増幅器間の制限距離を設定する上で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かなりのシステム費用を占め、システムの信頼性の重要な要因である海底用途などの、長距離および超長距離のネットワークにおいて特に重要である。したがって、減衰をできるだけ最低のレベルまで減少させることに商業的に大きな関心が寄せられている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のある広い態様は、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物を、約０．００１質量％より多く約１質量％未満のピーク濃度で含むコア；およびそのアルカリ金属酸化物を、コア中のピーク濃度より少ないが約０．０００５質量％より多いピーク濃度で含むクラッドを有してなる光ファイバであって、アルカリ金属酸化物の濃度が光ファイバの半径により異なる光ファイバに関する。アルカリ金属酸化物ドーパントの濃度は、光ファイバの中心線からの半径が増加すると共に減少することが好ましい。ここに開示したアルカリ金属酸化物のドーピング技法を用いて、減衰が、１３１０ｎｍで約０．３０ｄＢ／ｋｍ未満、１５５０ｎｍで約０．１８ｄＢ／ｋｍ未満、好ましくは、１５５０ｎｍで約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満、より好ましくは、１５５０ｎｍで約０．１６ｄＢ／ｋｍ未満である光ファイバを製造することができる。
【０００５】
光ファイバのコアとクラッドの両方がアルカリ金属酸化物ドーパントを含有することが好ましい。光ファイバのクラッドガラスはフッ素（Ｆ）を含んでよい。光ファイバは、少なくとも１つのコア・セグメントを有し、いくつかの好ましい実施の形態において、光ファイバは多数のコア・セグメントを有してなる。光ファイバのモード・フィールド半径に等しい半径でのアルカリ金属酸化物の濃度が少なくとも約０．００１質量％であることが好ましい。
【０００６】
本発明は、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物を含むコアを有する光ファイバであって、コアの含有するＯＨが２０ｐｐｂ未満である光ファイバを提案する。
【０００７】
本発明の実施の形態の参考例によれば、Ｒｂ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏ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酸化物を、約０．００１質量％より多く約１質量％未満のピーク濃度で含むコア；およびそのアルカリ金属酸化物を、コア中のピーク濃度より少ないが約０．０００５質量％より多いピーク濃度で含むクラッドを有してなる光ファイバであって、アルカリ金属酸化物の濃度が光ファイバの半径により異なる光ファイバが示される。
【０００８】
本発明の実施の形態のさらに別の参考例によれば、Ｒｂ2Ｏを約０．００１質量％より多く約１質量％未満のピーク濃度で含むコア；およびＲｂ2Ｏをコア中のピーク濃度より少ないが約０．０００５質量％より多いピーク濃度で含むクラッドを有してなる光ファイバであって、Ｒｂ2Ｏの濃度が光ファイバの半径により異なる光ファイバが示される。
【０００９】
本発明の別の広い態様によれば、ＧｅＯ2と、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物とを含むコアを有してなる光ファイバであって、光ファイバの屈折率が、約１５５０ｎｍで約１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍより大きい全分散、および１５５０ｎｍで約０．１０ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ未満の分散スロープを与えるように選択されている光ファイバが提供される。光ファイバが約１５５０ｎｍで約６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍより大きい全分散を有することが好ましい。光ファイバの減衰は、好ましくは１５５０ｎｍで約０．１８ｄＢ／ｋｍ未満、より好ましくは１５５０ｎｍで約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満である。光ファイバが少なくとも１０ｍ／ｓの線引き速度で線引きされることが好ましい。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、ゲルマニア、フッ素およびそれらの混合物からなる群より選択される第１のドーパントと、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物とを、２０から１０００ｐｐｍの間のピーク濃度で含むシリカベースのコア；およびコアを取り囲み、コアに直接隣接したシリカベースのクラッドを有してなる光ファイバであって、１５５０ｎｍでの減衰が０．１８５ｄＢ／ｋｍ未満、好ましくは０．１８ｄＢ／ｋｍ未満、より好ましくは０．１７ｄＢ／ｋｍ未満である光ファイバがここに開示される。いくつかの好ましい実施の形態において、１５５０ｎｍでの減衰が０．１６７ｄＢ／ｋｍ以下である。好ましい実施の形態において、コア中のアルカリ金属酸化物の濃度は、光ファイバの半径により減少する。コア中のアルカリ金属酸化物のピーク濃度は、約０．００２質量％より大きく、約０．０７質量％未満であることが好ましい。好ましい実施の形態において、光ファイバのモード・フィールド半径に等しい半径でのアルカリ金属酸化物の濃度は、少なくとも約０．０００１質量％である。いくつかの実施の形態において、コアはＧｅＯ2を含み、他の実施の形態においては、コアはＧｅＯ2を含まない。いくつかの実施の形態において、コアは１つのセグメントを有してなる。他の実施の形態においては、コアは複数のセグメントを有してなる。いくつかの好ましい実施の形態において、特に、コアがゲルマニアを含まないある実施の形態において、クラッドはＦを含む。好ましい実施の形態において、コア中のアルカリ金属酸化物のピーク量は、約０．００２質量％より多く、約０．０５質量％未満である。様々な実施の形態において、光ファイバは外側の気密被覆を有し、特別な実施の形態において、第１のドーパントはゲルマニアであり、すなわち、そのファイバはゲルマニア・ドープされており、光ファイバはさらに、外側の気密被覆を有する。いくつかの好ましい実施の形態において、光ファイバは単一モードファイバであり、例えば、１５５０ｎｍで単一モードであり、他の好ましい実施の形態において、光ファイバは多モードファイバであり、このファイバは勾配屈折率プロファイルを有することが好ましい。いくつかの好ましい実施の形態は、１５５０ｎｍでの分散が１から６ｐｓ／ｎｍ−ｋｍである非ゼロ分散シフト光ファイバであり、他の実施の形態は、１５５０ｎｍでの分散が６から１５ｐｓ／ｎｍ−ｋｍである。
【００１１】
本発明のさらに別の態様によれば、ＧｅＯ2と、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物とを含むコア、およびコアを取り囲むクラッドを有してなる光ファイバであって、光ファイバの屈折率プロファイルが、１５５０ｎｍで約１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍより大きい全分散、およびゼロ分散波長で約０．１０ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ未満の分散スロープを与えるように選択されている光ファイバがここに開示されている。好ましい実施の形態において、全分散は、１５５０ｎｍで約６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍより大きい。１５５０ｎｍでの減衰が、好ましくは約０．１８ｄＢ／ｋｍ未満、より好ましくは約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満である。
【００１２】
本発明の別の広い実施の形態の参考例において、Ｒｂ2Ｏ、Ｃｓ2Ｏ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酸化物を、約０．００１質量％より多く約１質量％未満のピーク濃度で含むコア、およびコアを取り囲みコアに直接隣接したクラッドを有してなる光ファイバがここに開示されている。
【００１３】
本発明のさらに別の広い実施の形態の参考例において、Ｒｂ2Ｏを約０．００１質量％より多く約１質量％未満のピーク濃度で含むコア、およびコアを取り囲みコアに直接隣接したクラッドを有してなる光ファイバがここに開示されている。
【００１４】
本発明の別の広い実施の形態において、ゲルマニア、フッ素およびそれらの混合物からなる群より選択される第１のドーパントと、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物とを、２０から１０００ｐｐｍの間のピーク濃度で含むシリカベースのコア；およびコアを取り囲み、コアに直接隣接したシリカベースのクラッドを有してなる光ファイバであって、コアが、クラッドに対して、０．２％より大きいピーク相対屈折率ΔMAXを持つ屈折率プロファイルを有するものである光ファイバがここに開示されている。光ファイバは、好ましくは０．１８５ｄＢ／ｋｍ未満、より好ましくは０．１８ｄＢ／ｋｍ未満、さらにより好ましくは０．１７ｄＢ／ｋｍ以下の１５５０ｎｍでの減衰を有する。いくつかの好ましい実施の形態において、１５５０ｎｍでの減衰が０．１６７ｄＢ／ｋｍ以下である。いくつかの好ましい実施の形態において、ファイバは多モードファイバであり、コアは少なくとも７０質量％のＳｉＯ2を有してなる。他の好ましい実施の形態において、コアは少なくとも８０質量％のＳｉＯ2を有してなる。さらに他の好ましい実施の形態において、コアは少なくとも９０質量％のＳｉＯ2を有してなる。光ファイバが単一モードファイバであり、コアが少なくとも９０質量％のＳｉＯ2を有してなることが好ましい。コアはさらに、３０００ｐｐｍ未満のピーク濃度で塩素を含むことが好ましい。アルカリ金属酸化物のピーク濃度が７００ｐｐｍ未満であることが好ましい。アルカリ金属酸化物の平均濃度が３５０ｐｐｍ未満であることが好ましい。いくつかの好ましい実施の形態において、アルカリ金属酸化物のピーク濃度は５００ｐｐｍ未満である、すなわち、アルカリ金属酸化物のピーク濃度は２０から５００ｐｐｍである。好ましい実施の形態において、アルカリ金属酸化物はＫ2Ｏである。第一組の好ましい実施の形態において、第１のドーパントはゲルマニアであり、アルカリ金属酸化物のピーク濃度は３０から３００ｐｐｍ、好ましくは３０から１５０ｐｐｍである。コアはさらに、３０００ｐｐｍ未満のピーク濃度で塩素を含むことが好ましい。コアは、０．２質量％未満のフッ素の最高濃度を有することが好ましい。いくつかの好ましい実施の形態において、クラッドは、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物を、１００ｐｐｍ未満のピーク濃度で含む。第２組の好ましい実施の形態において、第１のドーパントはフッ素であり、アルカリ金属酸化物のピーク濃度は２００から５００ｐｐｍであり、いくつかの好ましい実施の形態において、１００から３００ｐｐｍである。コアが０．０２質量％より大きいフッ素濃度を有することが好ましく、コアが中心線で０．０２質量％より大きいフッ素濃度を有することがさらにより好ましい。コアが０．１５質量％より大きいフッ素濃度を有することが好ましい。コアが０．５から１．５質量％のフッ素の最高濃度を有することが好ましい。第２組の特に好ましい実施の形態において、コアは実質的にゲルマニアを含まず、ゲルマニアを全く含まないことが好ましい。クラッドは、少なくとも１．０質量％のフッ素の最低濃度を有することが好ましい。好ましい実施の形態において、アルカリ金属酸化物はＫ2Ｏである。いくつかの実施の形態において、コアはさらに、５０��ｐｐｍ未満のピーク濃度で塩素を含む。クラッドが、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物を、１００ｐｐｍ未満のピーク濃度で含むことが好ましい。
【００１５】
中実ガラスから実質的になる中心部分が、ガラススートからなる外側部分により取り囲まれてなる光ファイバ・プリフォームであって、中心部分が、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物を含有するものであるプリフォームがここに開示されている。アルカリ金属酸化物がＫ2ＯおよびＲｂ2Ｏからなる群より選択されることが好ましい。中心部分がＧｅＯ2も含有することが好ましい。外側部分がＧｅＯ2を含むことが好ましい。中心部分が２０ｐｐｂ未満のＯＨを含有することが好ましい。
【００１６】
本発明のさらに別の広い実施の形態において、光ファイバを製造する方法であって、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物を含む第１のガラスロッドを形成し、この第１のガラスロッドを光ファイバ・プリフォームの中心孔中に挿入して、複合プリフォーム・アセンブリを形成する各工程を有してなる方法が開示される。ある好ましい実施の形態において、ガラスロッドはＧｅＯ2を含む。光ファイバ・プリフォームがＧｅＯ2を含むことが好ましい。製造の様々な時点で、光ファイバ・プリフォームがガラススートを含むことが好ましい。
【００１７】
本発明のさらに別の広い態様は、光ファイバを製造する方法であって、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物を含む光ファイバ・プリフォームを提供し、この光ファイバ・プリフォームを光ファイバに線引きする各工程を有してなり、線引き速度および線引き張力が、光ファイバ中のアルカリ金属酸化物の濃度を調節するように選択され、その濃度が半径により異なる方法を含む。
【００１８】
本発明の別の広い態様は、光ファイバを製造する方法であって、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物を有してなる光ファイバ・プリフォームを提供し、この光ファイバ・プリフォームを、半径の関数として光ファイバ・プリフォーム中のアルカリ金属酸化物の所定の濃度を得るのに効果的な温度で効果的な時間に亘り熱処理する各工程を有してなる方法を提供する。この方法が、光ファイバ・プリフォームを少なくとも約６時間に亘り熱処理する工程を含むことが好ましい。光ファイバ・プリフォームを少なくとも１０００℃の温度で熱処理することが好ましい。光ファイバ・プリフォームのクラッドガラスがＦを含むことが好ましい。
【００１９】
別の広い態様によれば、本発明は、光ファイバを製造する方法であって、外寸（ｄ１）を有し、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物がドープされたガラス物品を提供し、このガラス物品に追加のガラスを加えて、最終的な外寸（ｄ２）を有する最終的な固結線引きプリフォームを形成する各工程を有してなり、外寸（ｄ１）が最終的な外寸（ｄ２）の０．０６倍以下であり、それによって、最終的な固結線引きプリフォームの中心近くでアルカリ金属酸化物を濃縮するものである方法を提供する。
【００２０】
別の広い態様によれば、本発明は、光ファイバを製造する方法であって、シリカ含有スートを回転しているマンドレル上に堆積させて、シリカ含有スート管を形成し、最初にこのシリカ含有スート管を塩素含有ガスで乾燥させ、次いでさらにシリカ含有スート管をフッ素含有ガスで乾燥させ、シリカ含有スート管を固結させてガラス管を形成し、ガラス管またはガラス管から形成された中間物品に、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物をドープし、ガラス管または中間物品をコラプスしてアルカリドープ・ロッドを形成し、アルカリドープ・ロッド上に追加のシリカ含有ガラスを加える各工程を有してなる方法を提供する。
【００２１】
さらに広い態様によれば、本発明は、光ファイバを製造する方法であって、シリカ含有スートを回転しているマンドレル上に堆積させてシリカ含有スート管を形成し、このシリカ含有スート管を塩素含有ガスで乾燥させ、このシリカ含有スート管をフッ素含有ガスでさらに乾燥させ、シリカスート管を固結させてガラス管を形成し、ガラス管またはガラス管から形成された中間ガラス物品に、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物をドープし、ガラス管または中間ガラス物品をコラプスしてアルカリドープ・ロッドを形成し、アルカリドープ・ロッドをシリカ含有スート管中に挿入し、アルカリドープ・ロッドおよびシリカ含有スート管からコアロッドを形成し、このコアロッドにフッ素ドープ・シリカを加え、フッ素ドープ・シリカを固結させて、最終的な線引きプリフォームを形成する各工程を有してなる方法を提供する。
【００２２】
さらに、別の広い態様によれば、本発明は、光ファイバを製造する方法であって、ゲルマニウムドープ・シリカスートを回転しているマンドレル上に堆積させてゲルマニウムドープ・シリカスート管を形成し、ゲルマニウムドープ・シリカスート管を塩素含有ガスで乾燥させ、シリカスート管をフッ素含有ガスでさらに乾燥させ、ゲルマニウムドープ・シリカスート管を固結させてガラス管を形成し、ガラス管またはガラス管から形成された中間物品にＫ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物をドープし、ガラス管または中間物品からアルカリドープ・ロッドを形成し、アルカリドープ・ロッドをシリカ含有スート管中に挿入する各工程を有してなり、シリカ含有スート管が、ゲルマニウムドープ・シリカスートの内側環状部分および実質的にドープされていないシリカスートの外側環状部分を含むものである方法を提供する。
【００２３】
別の広い態様によれば、本発明は、光ファイバを製造する方法であって、シリカ含有スートを回転しているマンドレル上に堆積させてシリカ含有スート管を形成し、このシリカ含有スート管を塩素含有ガスで乾燥させ、シリカ含有スート管をフッ素含有ガスでさらに乾燥させ、シリカ含有スート管を固結させてガラス管を形成し、ガラス管またはガラス管から形成された中間物品にＫ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物をドープして、アルカリ金属酸化物が約２０〜１０００ｐｐｍの量でドープされたアルカリドープ製品を形成する各工程を有してなる方法を提供する。
【００２４】
別の広い態様によれば、本発明は、フレーム、このフレームに対して回転させるために取り付けられたガラス管、ガラス管に連結されたドーパントの供給源、およびガラス管に近接して取り付けられた誘電加熱器を有してなる拡散ドーピング装置を提供する。
【００２５】
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した本発明を実施することによって認識されるであろう。
【００２６】
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、請求項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を意図したものであるのが理解されよう。添付の図面は、本発明をさらに理解するために含まれたものであり、この明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、本発明の様々な実施の形態を図示し、前記説明と共に、本発明の原理および動作を説明するように働く。適切な場合、同一の特徴は同じ番号が付けられている。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】光ファイバの半径により異なるアルカリ金属酸化物の濃度を有するステップ型光ファイバの屈折率プロファイルの一部のグラフ
【図２】多数のコア・セグメントを有し、ファイバにおけるアルカリ金属酸化物の半径により異なる濃度と比較される光ファイバの屈折率プロファイルのグラフ
【図３】多数のコア・セグメントを有し、ファイバにおけるアルカリ金属酸化物の半径により異なる濃度と比較される別の光ファイバの屈折率プロファイルのグラフ
【図４】純粋なシリカの屈折率より小さい屈折率を持つクラッド領域を有し、ファイバにおけるアルカリ金属酸化物の半径により異なる濃度と比較されるステップ型光ファイバの屈折率プロファイルの一部のグラフ
【図５】ロッドを横切る距離の関数としてのＦおよびＫ2Ｏの濃度を示す、ＦおよびＫ2Ｏの両方でドープされたシリカガラスロッドの散乱損失をプロットしたグラフ
【図６】図５の濃度のプロットと、関数［Ｋ］*［Ｆ］3を表す曲線を含むグラフ
【図７】異なるアルカリ金属酸化物ドーパント、Ｃｓ2ＯとＲｂ2Ｏ、およびＦを含有する２つのガラスコアロッド、Ｋ2Ｏのみを含有する１つのガラスコアロッドの散乱をプロットしたグラフ
【図８】図７からのＣｓ2Ｏ、Ｒｂ2ＯおよびＦの濃度をプロットしたグラフ
【図９】光ファイバ・プリフォームを横切る半径の関数としての、２つの異なる拡散方法から生じたＫ2Ｏの濃度を示すグラフ
【図１０】光ファイバを所定の張力と線引き速度で線引きした後の３つの光ファイバの一部分に亘るＫ2Ｏの濃度を示すグラフ
【図１１】本発明によるアルカリ金属酸化物ドープ光ファイバを製造する方法を示す流れ図
【図１２】ガラス管をアルカリ金属酸化物でドープする方法を説明する概略図
【図１３】ガラスロッドを線引きするためのプロセスを示す概略図
【図１４】アルカリ金属酸化物ドープ・ガラスを多孔質スート光ファイバ・プリフォームの中心孔中に挿入することによって、光ファイバ・プリフォームをアルカリ金属酸化物でドープする方法を説明する概略図
【図１５】ガラスコア・ロッドの直径に亘るＫ2ＯおよびＧｅＯ2の濃度を示すグラフ
【図１６】ガラススートを堆積する方法を示す概略図
【図１７】本発明によりＫ2Ｏをドープしたガラスロッドに関する半径の関数としてのＫ2Ｏの濃度をプロットしたグラフ
【図１８】半径の関数としての、本発明によりシリカガラス・ロッドに亘り拡散したＮａ2Ｏ濃度をプロットしたグラフ
【図１９】本発明により製造した光ファイバ・プリフォームに亘るＫ2Ｏ、ＦおよびＣｌの濃度を示すグラフ
【図２０】Ｋ2Ｏドープ・コアおよびＦドープ・クラッドを有する単一モード光ファイバに関するＫ2ＯおよびＦの濃度を示すグラフ
【図２１】ＧｅＯ2がドープされたコアを有する単一モード光ファイバに関するＫ2Ｏ、ＦおよびＧｅＯ2の濃度を示すグラフ
【図２２】光ファイバ・プリフォームのコアロッド中のＲｂ2ＯおよびＦの濃度を示すグラフ
【図２３】光ファイバ・プリフォームのコアロッド中のＣｓ2ＯおよびＦの濃度を示すグラフ
【図２４】ここに開示された方法により製造した光ファイバの半径の関数としての濃度分布および相対屈折率を示すグラフ
【図２５】本発明のある態様により光ファイバを製造する好ましい方法の流れ図
【図２６】本発明のある態様により光ファイバを製造する別の好ましい方法の流れ図
【図２７】本発明によるアルカリドープファイバの相対屈折率プロファイルを示すグラフ
【図２８】本発明によるアルカリドープファイバの相対屈折率プロファイルを示すグラフ
【図２９】誘電加熱源を示す、本発明のある態様による旋盤装置の斜視図
【図３０】図２９の誘電加熱源の側面断面図
【図３１】本発明のある態様によるゲルマニアドープ・光ファイバの屈折率プロファイルを示すグラフ
【図３２】ファイバの半径に対する様々なドーパントの質量％をプロットしたグラフ
【図３３】様々なファイバの実施の形態に関するファイバの半径に対するＫ2Ｏの質量％をプロットしたグラフ
【図３４】本発明のある態様による別の光ファイバの屈折率プロファイルを示すグラフ
【図３５】本発明による別の光ファイバに関するファイバの半径に対する様々なドーパントの質量％をプロットしたグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明は、低損失光ファイバおよびその製造方法に関する。本発明は、より詳しくは、アルカリ金属酸化物ドーパントがドープされた光ファイバおよびその光ファイバに関連するプリフォームを製造する方法に関する。ここに用いる以下の用語は、以下の意味を有する：
−  モードフィールド径は、単一モード光ファイバの端面に亘る光出力の尺度であり、
【数１】
0005706374.tif 000002
【００２９】
と表される。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る）、λは光の平均波長であり、Φは放射パターンの中心に関する角度であり、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、試験手法ＡＮＳＩ／ＴＩＡ／ＥＩＡ−４５５−１９１−Ａ−２００１にしたがって測定してもよい。
【００３０】
−  実効断面積は、
【数２】
0005706374.tif 000003
【００３１】
である。ここで、積分範囲は０から∞までであり、Ｅは伝搬光に関連する電場である。
【００３２】
−  相対屈折率Δは、式Δi＝（ｎi2−ｎc2）／２ｎi2により定義される。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、通常クラッド層の最小屈折率とみなされる参照領域の屈折率である。相対屈折率は一般に、パーセントで表され、ここでは％Δにより表示される。別記しない限り、％Δは、クラッドの最小屈折率に対するコアの最大相対屈折率を表す。
【００３３】
−  屈折率プロファイルという用語は、光ファイバの選択された部分、典型的にコアに亘る％Δと半径との間の関係である。
【００３４】
−  アルファプロファイルは、式：
【数３】
0005706374.tif 000004
【００３５】
にしたがうコアの屈折率プロファイルを称する。ここで、ｒはコアの半径であり、ａはプロファイルの最後の地点であり、ｒはプロファイルの最初の地点でゼロに選択され、ｎ0は関心のあるコア領域の最大屈折率であり、αはコアプロファイルの形状を定義する指数である。他の一般のコア屈折率プロファイル形状としては、ステップ型、台形型、および丸まったステップ型が挙げられる。ここで、丸まりは、急激な屈折率変化の領域におけるドーパント拡散によるものである。
【００３６】
−  コアは、クラッドに対して一般に高くなっ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なっていてもよい。個々のコア・セグメントは、純粋なシリカより大きい、純粋なシリカと等しい、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。
【００３７】
−  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、相対屈折率の絶対的大きさが０．０３％未満であり、光ファイバのシリカベースの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、０．０３％未満を維持するときに生じると定義される。半径Ｒコアで、コアが終わり、クラッドが始まり、半径Ｒクラッドでクラッドが終わる。ここで、Ｒクラッド＞Ｒコアである。
【００３８】
−  「ｐｐｍ」は、特別に別記しない限り、質量の百万分の一、または「質量ｐｐｍ」を意味し、質量パーセント（ｗｔ％）の測定値は、１０，０００倍することによって、ｐｐｍに変換できる。
【００３９】
光ファイバのコアとクラッドの両方がアルカリ金属酸化物ドーパントを含有することが好ましい。アルカリ金属酸化物は、Ｋの酸化物であることが好ましい。アルカリ金属酸化物はＫ2Ｏであることがより好ましい。単一モード光ファイバ中のアルカリ金属酸化物のピーク濃度が、伝搬する光のモードフィールドのピーク出力レベルと実質的に同時に生じることが有益であり、したがって、好ましい。アルカリ金属酸化物は、光ファイバのコア中で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の濃度は、光ファイバの半径に亘り半径方向に変動することが好ましい。アルカリ金属酸化物の濃度は一般に、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ことが好ましい。半径の関数としてのアルカリ金属酸化物の濃度は、ほぼガウス形状を有することが好ましい。
【００４０】
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は、好ましくは約０．００１質量％より多く約１質量％未満であり、より好ましくは約０．００１質量％より多く約０．４質量％未満であり、最も好ましくは約０．００１質量％より多く約０．１５質量％未満であり、さらにより好ましくは約０．００５質量％より多く約０．１５質量％未満である。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０．０００５質量％より多いことが好ましい。クラッド中のアルカリ金属酸化物のピーク量が約０．００１質量％より多いことがより好ましい。モードフィールド半径に等しい半径での単一モード光ファイバを構成するアルカリ金属酸化物の濃度は、いくつかの実施の形態において、少なくとも約０．０００１質量％、より好ましくは、約０．０００１質量％から約０．０００５質量％である。多モード光ファイバについて、光ファイバのコアとクラッドとの界面でのアルカリ金属酸化物の量は、好ましくは少なくとも約０．００１質量％、より好ましくは約０．００１質量％から約０．００５質量％である。コア、またはクラッド、もしくはコアとクラッドの両方が、アルカリ金属酸化物ドーパントおよび例えば、ＧｅＯ2またはＦなどの一種類以上のガラス改質ドーパントを有していてもよい。好ましい実施の形態において、多モードファイバは、勾配屈折率プロファイルを持つコアを有してなる。
【００４１】
図１は、１つのコア・セグメントを単一モード光ファイバの典型的な屈折率プロファイル１０、並びに本発明を実施することによって達成されるであろう典型的なアルカリ金属酸化物の濃度プロファイル１２（半径の関数としてのアルカリ金属酸化物の濃度）を示している。この光ファイバは、中央のコア・セグメント１４およびクラッド・セグメント１６を含む。アルカリ金属酸化物の濃度が半径の関数として変動することが好ましい。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概ね減少することが好ましい。半径の関数としてのアルカリ金属酸化物の濃度は、ほぼガウス形状を有することが好ましい。光ファイバのコア・セグメント１４は、図１に示すようなステップ型形状を有していても、またはコア・セグメント１４は、丸まった、アルファまたは三角形の形状を有していてもよい。
【００４２】
図２は、多数のコア・セグメント（セグメント化コア構造）を有する光ファイバに関する典型的な屈折率プロファイル１８を示し、また本発明を実施することによって達成されるであろう半径の関数としてのマルチセグメント化コア光ファイバのアルカリ金属酸化物の濃度プロファイル２０も示している。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概ね減少することが好ましい。半径の関数としてのアルカリ金属酸化物の濃度は、ほぼガウス形状を有することが好ましい。屈折率プロファイル１８は、中央コア・セグメント２２、第１の環状コア・セグメント２４、および第２の環状コア・セグメント２６を含むことが好ましい。クラッド・セグメント２８も示されている。しかしながら、本発明は、ここに記載した屈折率プロファイルに制限されるものではないことが理解されよう。コア・セグメントは、純粋なシリカの屈折率と等しいか、純粋なシリカの屈折率よりも大きい屈折率を有していても、もしくはそのセグメントは、純粋なシリカの屈折率よりも小さい屈折率を有していてもよい。実例として、図２は、純粋なシリカの屈折率（純粋なシリカはゼロの％Δにより表される）よりも低下している第１の環状コア・セグメント２４を示している。第１の環状コア・セグメント２４は、必要に応じて、点線３０により示されるように、純粋なシリカの屈折率よりも大きい屈折率を有していても、または第１の環状コア・セグメント２４は、純粋なシリカの屈折率と等しい屈折率を有していてもよい。図２に表された第２の環状コア・セグメント２６は、純粋なシリカの屈折率よりも大きい屈折率を示している。第２の環状コア・セグメント２６は、必要に応じて、点線３２により示されるように、純粋なシリカの屈折率よりも小さい屈折率を有していてもよい。あるいは、第２の環状コア・セグメント２６を完全に除いても差し支えない。図２に示した光ファイバのコアは３つのセグメントを有するものとして表されているが、本発明による光ファイバのコアは、いくつのセグメントを有していてもよい。コア・セグメントは、ステップ型屈折率プロファイル、アルファ屈折率プロファイル、三角形屈折率プロファイル、丸まった屈折率プロファイルまたはそれらの組合せを有していてもよい。ここに開示した濃度におけるアルカリ金属酸化物では、屈折率への影響が最小であり、既存の屈折率プロファイルに影響を認められるほどに与えずに、コアの屈折率プロファイル全体に亘って、アルカリ金属酸化物を分散させることができる。このことによって、製造プロセスに多大な融通性が与えられる。それは、必要であれば、屈折率変化による光ファイバの性能特性への変化に関して過剰な懸念を持たずに、光ファイバ全体にアルカリ金属酸化物を施してもよいからである。
【００４３】
図３は、別のセグメント化コア単一モード光ファイバの屈折率プロファイル３４を示している。図３の屈折率プロファイルは、アルファまたは丸まった屈折率プロファイルを有する中央コア・セグメント３６を含み、第１の環状コア・セグメント３８およびクラッド・セグメント４０も含んでいる。第１の環状コア・セグメント３８は純粋なシリカと等しい屈折率を有していてもよく、または第１の環状コア・セグメント３８は必要に応じて、点線４２によって示されるような、純粋なシリカよりも大きい屈折率を有していてもよい。屈折率プロファイル３４は、必要に応じて、第２の環状コア・セグメント４４を含む。第２の環状コア・セグメント４４は、丸まったプロファイルを有するものとして図３に示されている。しかしながら、例えば、正方形、三角形またはアルファなどの他の形状も可能であることを理解すべきである。図３は、本発明を実施することによって達成されるであろう半径の関数としてのアルカリ金属酸化物の典型的な分布４５も示している。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概ね減少することが好ましい。半径の関数としてのアルカリ金属酸化物の濃度はほぼガウス形状を有することが好ましい。
【００４４】
図４は、クラッドガラスに適切な屈折率低下ドーパントをドープすることにより、クラッドガラスの屈折率を低下させることによって形成されたステップ型屈折率光ファイバの屈折率プロファイル４６を示している。適切な屈折率低下ドーパントをドープは、例えば、Ｆである。図４の光ファイバは、コア・セグメント４８およびクラッド・セグメント５０を含む。コア・セグメント４８は、純粋なシリカよりも大きい、純粋なシリカよりも小さい、または純粋なシリカと等しいピーク屈折率を有していてもよい。クラッド・セグメント５０の屈折率は、純粋なシリカよりも小さく、もちろんコア・セグメント４８よりも小さい。本発明を実施することによって達成されるであろうアルカリ金属酸化物の典型的な濃度分布５２も図４に示されている。アルカリ金属酸化物の濃度が、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概ね減少することが好ましい。半径の関数としてのアルカリ金属酸化物の濃度はほぼガウス形状を有することが好ましい。
【００４５】
図１〜４は、実例の光ファイバにおけるアルカリ金属酸化物の量に関するほぼガウスプロファイルを示しているが、他の半径方向に異なるアルカリ金属酸化物の濃度も可能である。例えば、アルカリ金属酸化物ドーパントの量は、半径と線形に、またはステップ型様式で変動しても差し支えない。
【００４６】
ここに、アルカリ金属酸化物とＦの濃度が重複している、アルカリ金属酸化物とＦがドープされたシリカガラスにおける散乱損失が関係式［Ａ］*［Ｆ］3に従うことが本出願の発明者等によって発見された。ここで、［Ａ］はアルカリ金属酸化物の濃度（質量％）を表し、［Ｆ］はフッ素Ｆの濃度（質量％）を表す。すなわち、［Ａ］*［Ｆ］3は、増加したまたは減少した散乱の領域を予測するために使用される。図５は、シリカガラス・ロッドの直径の一部分に亘る、それぞれ、Ｋ2ＯおよびＦの濃度５４，５６を示している。ガラスロッドの直径の一部分に亘って測定された光散乱５８も図５に示されている。大きな散乱損失を示す散乱ピーク６０，６２も明らかに見える。図６でも、図５に示したＫ2ＯおよびＦの濃度５４，５６を示している。［Ｋ］が酸化カリウム（Ｋ2Ｏ）の濃度を表している、関係式［Ｋ］*［Ｆ］3も図６に示されている。［Ｋ］*［Ｆ］3は、曲線６４により表されている。図５と６を比較することによって分かるように、図５の散乱ピーク６０，６２は、図６の関係式［Ｋ］*［Ｆ］3により表されたピーク６６，６８と一致する。アルカリ金属酸化物とＦとが重複する領域に生じる散乱の増加は、例えば、光ファイバのモードフィールド半径内などの、伝搬光と重複が一致する光ファイバの領域にとっては特に煩わしいであろう。
【００４７】
ここで、本出願の発明者等は、Ｃｓ2ＯまたはＲｂ2Ｏと組み合わせたＦの重複使用では、Ｋ2ＯとＦの組合せにより示されたような、同じような散乱の増加とはならないようであることを発見した。図７は、３つの光ファイバのコアロッドの半径に亘る散乱を示している。コアロッドは、ガラスロッドを含む光ファイバ・プリフォームから後に線引きされるであろう光ファイバのコアガラスの部分を少なくとも含むガラスロッドを意味する。コアロッドは、必要に応じて、光ファイバのクラッドの一部分を含んでもよい。第１のコアロッドは、ＦとＲｂ2Ｏがドープされていた。Ｒｂ2Ｏを含有するコアロッドの散乱は、曲線７０により示されている。第２のコアロッドは、ＦとＣｓ2Ｏがドープされていた。Ｃｓ2Ｏを含有するコアロッドの散乱は、曲線７２により示されている。第３のコアロッドは、Ｋ2Ｏのみがドープされていた。Ｋ2Ｏを含有するコアロッドの散乱は、曲線７４により示されている。Ｃｓ2ＯまたはＲｂ2Ｏいずれかを含むコアロッドの散乱は、Ｋ2Ｏのみを含有するコアロッドにより示された散乱と等しいレベルであった。図８は、第１と第２のコアロッドに関するＲｂ2Ｏ（７５）、Ｃｓ2Ｏ（７６）およびＦ（それぞれ、７７，７８）の濃度を示している。図７の散乱軸の値は、純粋なシリカにおける散乱に対して標準化されて示されている。
【００４８】
本発明によるある実施の形態において、単一モード光ファイバは、約１２８０ｎｍから約１３４０ｎｍのゼロ分散波長λ0、約０．０７ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ未満のゼロ分散スロープＳ0、および１５５０ｎｍで約１５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍより大きい全分散を有することが好ましく、約１５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから２０ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの全分散がより好ましい。本発明の光ファイバが約１３００ｎｍ未満のカットオフ波長を有することが好ましい。本発明の光ファイバが１５５０ｎｍで約８０μｍ2より大きい実効断面積を有することが好ましい。本発明の光ファイバは、好ましくは、約３μｍより大きい、より好ましくは約３μｍから５μｍのコア直径、および１５５０ｎｍで、約９μｍ、より好ましくは１０μｍから１１μｍのモードフィールド径を有する。本発明にしたがってアルカリ金属酸化物を含ませることにより、減衰が、１３１０ｎｍで約０．３０ｄＢ／ｋｍ未満の、１５５０ｎｍで約０．１８ｄＢ／ｋｍ未満の、より好ましくは１５５０ｎｍで約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の、最も好ましくは１５５０ｎｍで約０．１６ｄＢ／ｋｍ未満である光ファイバを製造できるであろう。
【００４９】
別の実施の形態において、単一モード光ファイバは、好ましくは約１３３０ｎｍから１６００ｎｍ、より好ましくは約１３３０ｎｍから１４５０ｎｍの範囲のゼロ分散波長λ0を有する。コア、またはクラッド、もしくはコアとクラッドの両方は、追加に、例えば、ＧｅＯ2またはＦなどの他のガラス改質ドーパントがドープされていてもよい。本発明による光ファイバは、好ましくは約０．０７ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ未満、より好ましくは約０．０３５ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍから０．０７ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍの、ゼロ分散波長での分散スロープ、および１５５０ｎｍで約６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍより大きい、好ましくは１５５０ｎｍで約６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから１５ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの全分散を有する。本発明の光ファイバは、好ましくは約１４００ｎｍ未満の、より好ましくは約１３００ｎｍ未満のカットオフ波長を有する。本発明の光ファイバは、１５５０ｎｍで約４５μｍ2から７５μｍ2の実効断面積を有することが好ましい。ここに開示したアルカリ金属酸化物のドープ技法を用いると、１３１０ｎｍで約０．３０ｄＢ／ｋｍ未満の、１５５０ｎｍで約０．１８ｄＢ／ｋｍ未満の、より好ましくは１５５０ｎｍで約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の、最も好ましくは１５５０ｎｍで約０．１６ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を示す本発明による光ファイバを製造できる。
【００５０】
本発明によるさらに別の実施の形態において、単一モード光ファイバは、約１３５０ｎｍから１４５０ｎｍのゼロ分散波長、約０．１０ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ未満、より好ましくは約０．０３５ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍから０．１０ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍのゼロ分散スロープ、および１５５０ｎｍで約１ｐｓ／ｎｍ／ｋｍから６ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの全分散を有する。この光ファイバは、約１４００ｎｍ未満、好ましくは約１３００ｎｍ未満のカットオフ波長を有する。本発明の光ファイバは、１５５０ｎｍで約４５μｍ2から７５μｍ2の実効断面積を有することが好ましい。ここに開示したアルカリ金属酸化物のドープ技法を用いると、１３１０ｎｍで約０．３０ｄＢ／ｋｍ未満の、１５５０ｎｍで約０．１８ｄＢ／ｋｍ未満の、好ましくは１５５０ｎｍで約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の、より好ましくは１５５０ｎｍで約０．１６ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を示す本発明による光ファイバを製造できる。
【００５１】
さらに別の実施の形態において、光ファイバのコアはアルカリ金属酸化物を含み、この光ファイバのクラッドはアルカリ金属酸化物とＦの両方を含む。アルカリ金属酸化物は、Ｋ2Ｏからなることが好ましい。光ファイバのコア中のアルカリ金属酸化物のピーク量は、好ましくは約０．００１質量％より多く約０．４質量％未満、より好ましくは約０．００１質量％より多く約０．１５質量％未満、最も好ましくは約０．００５質量％から０．１５質量％である。
【００５２】
プリフォームの製造中、およびその後の光ファイバの形成中に、プリフォーム中のアルカリ金属酸化物の相対量を調節する能力は、光ファイバにおける最終的なアルカリ金属酸化物の分布、したがって、その伝搬特性にとって重要であることが、当業者により認識されるであろう。このことは、プリフォームを光ファイバに線引きする前に、時間と温度の所定のスケジュールにしたがって、プリフォームを熱処理することにより行ってもよい。ある場合において、光ファイバのコア中にアルカリ金属酸化物を維持し、アルカリ金属酸化物のクラッド中への拡散を制限することが望ましい。このことは、Ｆドープ・クラッドガラスにより取り囲まれた、実質的に塩素を含まない光ファイバのコア・プリフォームを形成し、光ファイバ・プリフォームを光ファイバに線引きする前に、光ファイバ・プリフォームを熱処理することによって行ってもよい。例えば、Ｋ2Ｏは、約１０００℃から１６００℃の温度範囲内で熱処理したときに、純粋なシリカガラス中よりも、固結されたＦドープ・シリカガラス中において、約１０倍から１００倍速く拡散することが分かった。それゆえ、Ｆを含むクラッドを有する光ファイバのコア・プリフォームを熱処理すると、都合よく、クラッドガラス全体に亘るが、光ファイバ・プリフォームのコア中のアルカリ金属酸化物の濃度と比較して非常に低い濃度で、Ｋ2Ｏが急速に拡散するであろう。したがって、このプリフォームから線引きされた光ファイバのコアにおいて、光ファイバの同じ領域内に共に配置された、大きさが同様のＦおよびＫ2Ｏ両方の濃度を付随する高い散乱を避けながら、低散乱が達成されるであろう。プリフォームを、少なくとも約１０００℃の温度で少なくとも６時間に亘り熱処理することが好ましい。プリフォームを少なくとも約１４００℃の温度で熱処理することがより好ましい。プリフォームを少なくとも約１６００℃の温度で熱処理することが最も好ましい。プリフォームを少なくとも３０時間に亘り熱処理することがより好ましい。光ファイバのプリフォームのクラッドがＦを含むことが好ましい。熱処理後、光ファイバのプリフォームを、従来の線引き技法によって、光ファイバに線引きしてよい。
【００５３】
アルカリ金属酸化物の拡散は、線引きプロセス中に都合よく調節されるであろう。線引き条件を所定の様式で変更することによって、アルカリ金属酸化物ドーパントを、所望の濃度プロファイルでプリフォーム全体に亘って分布させてよいことが分かった。アルカリ金属酸化物ドーパントを、半径に関して比較的線形の関係で拡散させることが好ましい。前出の前線引き熱処理手法と線引き手法との比較が図９に示されている。図９は、曲線８０により示された、１５００℃で６時間後の光ファイバ・プリフォームの前線引き熱処理の結果としてのＫ2Ｏの半径方向の濃度、および２０００℃で線引きした後の光ファイバ・プリフォームにおけるＫ2Ｏの濃度８２を示している。曲線８４により反映された推測された出発Ｋ2Ｏ濃度プロファイル、および曲線８６により示された出発Ｆ濃度プロファイルも示されている。コアとクラッドの界面が点線８８により示されている。前線引き熱処理のＫ2Ｏ濃度プロファイル８０は、コアとクラッドの界面８８で比較的大きな減少を示しているが、線引きプロセスから生じたＫ2Ｏ濃度プロファイル８２はより線形に近いプロファイルを示しているのが明白に示されている。アルカリ金属酸化物の濃度が半径が増加すると共に減少することが好ましい。アルカリ金属酸化物ドーパントの拡散は、ガラスのドープされた温度、およびガラスがその温度に維持された時間にある程度依存するので、これらの同じ要因は、線引きプロセス中にアルカリ金属酸化物の拡散を調節する上で重要な役割を果たす。線引きプロセス中に光ファイバ・プリフォーム（およびこのプリフォームから線引きされた光ファイバ）が露出される時間と温度は、線引き速度、線引き（炉）温度および光ファイバの張力を変更することによって調節される。例えば、線引き速度を増加させると、線引き炉内に光ファイバ・プリフォームの特定の部分に関する滞留時間が減少し、それゆえ、アルカリ金属酸化物ドーパントが光ファイバ・プリフォーム、それゆえ線引きされた光ファイバに亘って拡散する距離が減少する。これにより、クラッド中に拡散するアルカリ金属酸化物が少なくなり、したがって、光ファイバのコア中のアルカリ金属酸化物の濃度が高くなる。これとは逆に、線引き速度を減少させると、滞留時間が増加し、したがって、アルカリ金属酸化物が光ファイバのクラッド中にさらに拡散するので、光ファイバのコア中のアルカリ金属酸化物の濃度が減少するであろう。同様にして、炉の温度を増加させると、アルカリ金属酸化物の拡散速度が増加し、アルカリ金属酸化物の濃度が減少するであろう。それゆえ、線引き速度および炉の温度は、拡散、それゆえ、それにより得られる光ファイバ内のアルカリ金属酸化物の分布を調節するのに効果的に用いられるであろう。光ファイバの直径に亘るアルカリ金属酸化物の濃度を変更するための線引き条件の使用が、図１０に示されている。図１０は、線引き後の、同じ光ファイバ・プリフォームから線引きされた３つの光ファイバの直径の一部分に亘る位置の関数としてのＫ2Ｏの濃度（９０，９２および９４）を示している。参照番号９０により示された光ファイバは、１５ｍ／ｓおよび２００ｇの張力で線引きした。参照番号９２により示された光ファイバは、１５ｍ／ｓおよび９０ｇの張力で線引きし、参照番号９４により示された光ファイバは、９ｍ／ｓおよび９０ｇの張力で線引きした。図１０に示されたＫ2Ｏ濃度９０，９２，９４の比較は、それぞれ、曲線９２および９４により示された、１５ｍ／ｓから９ｍ／ｓへの線引き速度の減少によって、Ｋ2Ｏのピーク濃度が減少したことを示している。曲線９２および９４を曲線９０と比較することにより示されるように、９０ｇから２００ｇへの線引き張力の増加は、曲線９０により示された光ファイバのコア中のアルカリ金属酸化物のピーク量が約３０％増加したことをより劇的に示している。Ｋ2Ｏは、光ファイバの中央領域から光ファイバのクラッド中へと半径方向外側に拡散したと考えられる。クラッド中のＫ2Ｏ濃度の増加は、図１０からは直接的に明らかではないが、測定感度および光ファイバの直径全体に亘るその後の測定走査の改善により、そのような増加が示されると考えられる。
【００５４】
本発明の実施の形態にしたがって、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、アルカリドープ光ファイバを製造する第１の方法１０２が図１１に示されている。方法１０２の第１の工程１０４は、図１１および１２を参照して、図示され、説明される。光ファイバの製造に適したシリカガラス管１０６を、旋盤１０１（ガラス作業旋盤または従来の改良化学気相成長（ＭＣＶＤ）ガラス形成旋盤などの）内のチャック間に最初に取り付けることが好ましい。リザーバを管に火炎作業または他の様式で溶着することにより、管１０６の壁に２つの環状の頸状変形部１１２を形作ることによって、アルカリ金属供給源化合物１１０を収容するための好ましい環状リザーバ１０８を、管１０６の一端の近くに形成する。他のタイプのリザーバを用いてもよい。環状の頸状変形部１１２が、互いから約２ｃｍ離れていることが好ましい。管１０６は、単独でまたは組合せで、ドーパントを含んでいてもよい。そのようなドーパントの例としては、Ｆ、Ａｌ2Ｏ3、ＣａＯ、ＧｅＯ2、Ｐまたは他の屈折率変更ドーパントが挙げられる。特に、この管は、例えば、ステップ型単一モードファイバのコアの一部分を形成するために、ＧｅＯ2がドープされたＳｉＯ2を有してなっていてよい。管中にアルカリ金属酸化物を拡散させる前に、化学気相成長により追加のシリカガラスを、ガラス管１０６の内面に加えてもよい。そのような追加のガラスは、上述したようなドーパントを含有してもよい。しかしながら、アルカリ金属の結晶化を防ぐために、管１０６および管１０６の内部に堆積された任意の追加のガラスは、実質的に塩素を含まないことが望ましい。実質的に塩素を含まないとは、アルカリ塩化物による光学損失が避けられるほど十分に低い塩素濃度を示すことを意味する。この目的のためには、好ましくは約５００質量ｐｐｍ未満、より好ましくは約１００質量ｐｐｍ未満、最も好ましくは約５０質量ｐｐｍ未満の塩素含有量が望ましい。さらに、シリカガラス管１０６およびその内部に堆積した任意の追加のガラスは、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、約１３８３ｎｍ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伸びるかもしれない。このピークには、ファイバの減衰に悪影響があるかもしれない。したがって、ガラス中のＯＨ含有量をできるだけ減少させることによって、水ピークとも称される、吸収ピークを減少させることが望ましい。ガラス管１０６に含まれるＯＨは、好ましくは約１００質量ｐｐｂ未満、より好ましくは約２０質量ｐｐｂ未満である。出発ガラス物品が、アルカリ金属酸化物ドーパントを拡散させる前に、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、塩素の使用は最小にすべきである。多孔質スートガラス物品の場合、塩素乾燥の後、またはその代わりのいずれかで、例えば、ＣＦ4やＳｉＦ4、またはそれらの組合せなどのフッ素含有雰囲気にその物品を曝露すること（フッ素掃引）によって乾燥を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、フッ素がガラスに高レベルでドープされるのを防ぐために、約１１００℃未満の温度で行うことが好ましい。低レベルのフッ素・ドーピング、例えば、０．１から０．４質量％のフッ素が望ましい。光ファイバのコアとなるガラスの含水量は、好ましくは約１００質量ｐｐｂ未満、より好ましくは約２０質量ｐｐｂ未満である。
【００５５】
図１２を再度参照する。追加のガラスの堆積を含むシリカガラス管１０６を一度調製したら、アルカリ供給源化合物１１０をリザーバ１０８で管１０６中に導入し、熱源１１４により加熱して、管１０６を回転させながら蒸気を形成する。酸素またはキャリヤガスを、回転シール１１８を通して管１０６の入口１１６中に流入させ、アルカリ金属酸化物の供給源化合物１１０の下流の管１０６の部分１２０を加熱して、アルカリ金属酸化物を管１０６の内面１２２中への拡散を促進させる。管１０６には、別のガラスロッドなどの任意のプリフォーム部材がその中に挿入されないことが好ましい。アルカリ金属酸化物の供給源化合物１１０の下流の管１０６の部分１２０は、内面１２２中へのアルカリの急激な拡散を促進し、ガラスの失透を防ぐのに十分な温度まで加熱すべきである。アルカリ金属酸化物の供給源化合物１１０の下流の管１０６の部分１２０は、熱源１２４によって、好ましくは１５００℃より高く、より好ましくは約１５００℃から２０００℃に加熱される。熱源１２４は、管１０６の部分１２０の長手方向に沿って動かされることが好ましい。アルカリ金属酸化物の供給源化合物１１０は、Ｋ元素を含むことが好ましい。アルカリ金属酸化物の供給源化合物１１０が臭化物、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の供給源化合物１１０が、ＫＢｒ、ＫＩまたはＫＮＯ3であることが最も好ましい。管１０６をコラプスする前に、アルカリ金属酸化物（例えば、Ｋ2Ｏ）を、管１０６の内部拡散表面１２２から約１００マイクロメートルと５００マイクロメートルの間の深さ全体に亘り拡散させ、それによって、アルカリ酸化物ドープ・ガラス管を形成することが好ましい。特に、管中に拡散したアルカリ金属酸化物ドーパントの濃度（質量％）は半径方向に変動することが好ましい。図１２の拡大図に示されているように、濃度が内側の半分１０７で最高であり、下側の半分１０９で低いように、ガラス物品（例えば、管１０６）をドープすることが好ましい。内側の半分と外側の半分との間の区分点は、管１０６の半径方向の厚さの半分（点線１１１により示される）により定義され、そこに位置している。例えば、拡散は、外側の半分１０９中のアルカリ・ドーパントのピーク濃度が、内側の半分１０７のピーク濃度の５０％未満（質量％）であることが好ましい。
【００５６】
拡散プロセスの後に、アルカリ金属酸化物がそこを通して失われたかもしれない内部の表面積を減少させ、かつアルカリ金属酸化物がその中に拡散したガラスの層を厚くするために、当該技術分野において公知の従来の方法により（またはここに記載した乾燥方法により）、管１０６をさらに加熱して、管１０６の部分的なコラプスを促進してもよい。拡散ドーピング工程、または管１０６の任意の部分的コラプスが一旦完了したら、管の拡散表面１２２を、シリカガラスを除去するのに適したエッチング剤で、管の拡散表面１２２を通し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、必要に応じてエッチングしてもよい。例えば、ＨＦ水溶液をエッチング剤として用いてよい。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使用することがより好ましい。内部の表面１２２から除去される材料の量は、拡散中に処理条件および任意の部分的な管のコラプスに依存するが、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１２２からガラスを除去することになるのに十分であることが好ましい。方法１０２の工程１２６に示されるように、エッチングが一旦完了したら、シリカガラス管１０６を熱源１２４でさらに加熱して、アルカリ金属酸化物の供給源化合物１１０の下流で管１０６をコラプスし、アルカリ金属酸化物ドープ・中実ガラスロッド１３２を形成する。管１０６のコラプスは、適切な熱源（例えば、トーチ）による加熱などの、当該技術分野で公知の従来の方法にしたがって行われる。次いで、中実のアルカリドープ・ガラスロッド１３２を、アルカリ金属酸化物の供給源化合物のリザーバ１０８を含むガラス部分から切断する。中実のアルカリ金属酸化物ドープ・ガラス管１３２を、適切なエッチング剤でエッチングして、管１０６のコラプス中にトーチによって形成されたかもしれない水和ガラスのいくらかまたは全てを除去することが好ましい。コラプスに、乾燥熱源、例えば、誘電加熱器または抵抗加熱器、プラズマトーチ、もしくはＣＯなどの非水素含有燃料を使用する乾燥熱源を使用する場合、エッチング工程は必要ないであろう。ドーピングおよび／またはコラプス工程のために乾燥熱源を使用することは、管の外側の再湿潤、すなわち、外側からの管中へのＯＨ（水）の拡散を最小にし、したがって、ファイバの減衰をさらに減少させるかもしれないと考えられる。乾燥熱源は、感知できるＯＨ（水）を管中に誘導しないものである。
【００５７】
例えば、図２９は、アルカリドーピングのための拡散ドーピング旋盤装置５０１を示している。ここで、拡散およびコラプス中に管５０６を加熱するための熱源５２４が、管に隣接して（好ましくは取り囲んで）取り付けられた誘電加熱器である。具体的には、ガラス管５０６は、フレーム５０２に対して取り付けられ（好ましくはチャック５１７内で）、その中で回転させられる。キャリヤガス（Ｏ2などの）を供給源（図示せず）から供給し、入口１１６および回転シール１１８を通して管５０６中に流入させることが好ましい。キャリヤガスは、連結管により、またはそこへの溶着により、管５０６に結合された容器５０８内に収容されたアルカリ供給源化合物（例えば、ＫＢｒ、ＫＩまたはＫＮＯ3）の上に流される。容器とアルカリ供給源化合物は、例えば、抵抗加熱器、誘電加熱器またはトーチなどの熱源５１４により同時に加熱され（好ましくは８００〜１０００℃まで）、これにより、アルカリ蒸気がキャリヤガス中に含まれ、それによって、アルカリドーパントガスが形成される。ガラス管５０６は、ドーパントガスに露出されながら、誘電加熱器５２４により加熱されて、アルカリドーパントがガラス管５０６中に拡散される。拡散工程中、加熱器５２４は、適切なモータと駆動機構（図示せず）によって管５０６の長手方向に沿って動かされる。アルカリ拡散工程が一旦完了したら、ガラス管５０６は、熱源５２４により十分な熱（上述したような）の適用によってコラプスされて、アルカリドープ・ガラス管が形成される。
【００５８】
誘電加熱器５２４（図３０に一番よく示されている）は、ガラス管５０６（端部が断ち切られて示されている）を取り囲む環状グラファイト製サセプタ５１５およびサセプタを取り囲むコイル５１３を備えている。コイル５１３は、タンク回路５１８に電気接続されている。誘電加熱器５２４はタンク回路５１８に取り付けられ、この回路は、スライド上で移動して、加熱器５２４がガラス管５０６の表面を移動することができる。タンク回路に誘導電力が供給されたときに、加熱器５２４内のコイル５１３に電圧が印加され、渦電流がサセプタ５１５内に誘発され、それによって、コイル（したがって、ガラス管５０６）が加熱される。サセプタは、端部片５２０によって支持され、かつガラス管から間隔が置かれている。ガラススリーブ５０９もサセプタ５１５を取り囲み、アセンブリの物理的支持体および電気絶縁体として作用することが好ましく、よって、サセプタは、不活性ガスの流れ（矢印「Ｉ」により示されている）内に浸されるであろう。特に、サセプタ５１５はガラス管５０６を取り囲み、ガラス管とサセプタとの間の第１の空間５１１を形成する。同様に、ガラススリーブ５０９がサセプタ５１５を取り囲み、スリーブとサセプタとの間に第２の空間を形成する。アルゴンなどの不活性ガスが、空間５１１と５１６に通じ、そこに連結された通路５１９を通して供給源（図示せず）から流され、それによって、サセプタを取り囲み、それによって、その酸化を防ぐ不活性ガスが提供される。空間５１６に多孔質グラファイト・フェルトが充填されていることが好ましい。
【００５９】
コラプスされたときに、アルカリドープ・ロッド１３２（管１０６と類似の）は、半径方向に変動し、内側半分１０７に相当する部分が最高のピーク濃度（質量％）のアルカリ・ドーパントを有し、外側半分１０９に相当する部分が最低のピーク濃度を有するような濃度のアルカリ金属酸化物を有することが好ましいことを認識すべきである。アルカリ・ドーパントのピーク濃度がロッドの中央（図１７および１８に示されているように）にあり、半径の半分での濃度がピーク濃度の５０％未満、より好ましくは２５％未満であることが最も好ましい。ロッドの最も外側の半径層１７１が、どのような有意のアルカリ金属酸化物ドーパントも存在せずに成形されることが最も好ましい。アルカリ・ドーパントを含まないこの最も外側の層１７１は、１．０ｍｍ以上の厚さであり、ロッドの外側半径の２５％より大きい厚さを占めることが好ましい。アルカリ・ドーパントを含まない層をロッドに設けることによって、後の工程に塩素が存在する場合、ロッドの界面で結晶化が生じる傾向が減少することが分かった。
【００６０】
さらなるプロセス工程における方法１０２の随意的な工程１２８によれば、ドープしたガラスロッド１３２を予備線引き炉１３６内で加熱し、アルカリドープ・ガラスロッドの元の直径よりも小さい直径を有する小さなガラスロッド１４４に線引きしてもよい。この予備線引き(redraw)プロセスが図１３に示されている。ガラスハンドル１３０が、前出のコラプス段階から得られたアルカリドープ・ガラスロッド１３２に取り付けられており、このアルカリドープ・ガラスロッド１３２は、従来の予備線引き炉１３６の上にある移動式下方供給支持体１３４に取り付けられている。犠牲ガラスロッド１３８をアルカリドープ・ガラスロッド１３２の底部に取り付けてもよい。この犠牲ガラスロッドは、モータ駆動トラクタ１４０により引っぱられ、それによって、アルカリドープ・ガラスロッド１３２が適切な速度で線引きされる。１５から２３ｃｍ／分の速度が適切であることが分かった。この速度は大体は、センサ１４２により測定される直径に対応して制御される。線引きプロセスから得られた小さな直径のガラスロッド１４４の外寸（ｄ１）は、好ましくは３ｍｍから１０ｍｍの範囲、より好ましくは６ｍｍ未満である。コラプス工程１２６から得られたロッド１３２の直径がこの所望の範囲内にある場合、コラプス工程１２６から得られたロッド１３２をガラスロッド１４４として使用してもよい。小さな直径のガラスロッド１４４は、ファイバの線引き中にアルカリドーパントが大きく移行することを埋め合わせるために、光ファイバが線引きされたときの光ファイバのコアにおいて望ましいピークＫ2Ｏ濃度の約５倍から１０倍のＫ2Ｏのピーク濃度を有するべきである。例えば、光ファイバのコア中のピークＫ2Ｏ濃度が０．４質量％であることが望ましい場合、小さな直径のガラスロッド１４４は、好ましくは約２質量％から４質量％のピークＫ2Ｏ濃度を有するべきである。特に、非常に小さな直径のアルカリドープ・ガラスロッドを有することは、これによって、ロッドに存在する遷移金属不純物がファイバの中心線の極近くに濃縮され、その悪影響が最小になるので都合よい。ドープ・クラッドに加えられた多量の材料について、ファイバのピーク濃度は、小さな直径のガラスロッドにおけるピーク濃度の１００分の１未満であり得ることを認識すべきである。方法１０２の工程１４６により示されるように、一旦形成されたら、この方法による小さな直径のガラスロッド１４４を、例えば、ガラスロッド１４４を光ファイバ・プリフォーム１５０の中心孔中に挿入してアセンブリを形成することによって、オーバークラッドする。光ファイバ・プリフォーム１５０は多孔質であり、図１４に示したガラススートからなることが好ましい。図１４において、小さな直径のアルカリドープ・ガラスロッド１４４は、矢印１５２により示されるように、多孔質のガラススート・コアプリフォーム１５０の中心孔１４８中に挿入されて、複合プリフォーム・アセンブリ１５５を形成する。多孔質ガラススート・コアプリフォーム１５０は、従来の方法により製造してよい。例えば、多孔質ガラススート・コアプリフォーム１５０は、標的ロッド上にスートを堆積させることによる外付け気相成長法によって製造してよい。この標的ロッドは、多孔質ガラススート・プリフォームから取り出されて、プリフォーム１５０の中心線を縦方向に通って延在する中心孔１４８が残る。多孔質ガラススート・コアプリフォーム１５０は、例えば、ゲルマニア（ＧｅＯ2）などの屈折率変更ドーパントを一種類以上含んでもよい。多孔質スート光ファイバ・プリフォーム１５０は、コア・ガラススートのみを含んでいても、またはコア・ガラススート１４９およびクラッド・ガラススート１４３の両方を含んでもよい。このとき、コアとクラッドのガラススートの間の区分線、すなわち、クラッドに対して測定された組成の実質的な変化が、点線１４１として示されている。言い換えれば、プリフォームの外側から内側に移動すると、組成の第１の実質的な変化は、物理的コアの開始を表す。
【００６１】
図１５は、図１２を参照して説明された方法１０２により製造された光ファイバ・プリフォームの例である。特に、ゲルマニアドープ・シリカスート管は、従来のＯＶＤ法、すなわち、ゲルマニアドープ・シリカ含有するスートを回転しているマンドレル上に堆積させて、ゲルマニアドープ・シリカスート管を形成することによって形成される。マンドレルを取り外し、次いで、ゲルマニアドープ・シリカスート管を塩素含有ガス雰囲気に露出することによって乾燥させる。次いで、乾燥したスート管をフッ素掃引（Ｆ含有ガス雰囲気への露出による）して、ほとんどの（好ましくは実質的に全ての）塩素を除去する（以下に図２５を参照して詳しく説明される）。次いで、スートを固結させて、好ましくは４質量％より多くＧｅＯ2を有する、ゲルマニアドープされたガラス化シリカ含有ガラス管を形成する。必要に応じて、ガラス管を、より小さな直径の中間物品の管に予備線引きしてもよい。次いで、シリカおよびゲルマニア（ＧｅＯ2）を有するガラス管（または中間物品の管）を、工程１０４においてアルカリ金属酸化物（例えば、Ｋ2Ｏ）でドープし。工程１２６でコラプスして、アルカリとゲルマニアがドープされた、大きな直径の中実のシリカガラス・コアロッドを形成する。大きな直径の中実ガラス・コアロッドを、随意的な工程１２８で、上述した好ましい直径（ｄ１）を有する小さな直径のガラス・コアロッド１４４に予備線引きしてもよい。次いで、ゲルマニアとアルカリをドープしたシリカを有してなる小さな直径のガラス・コアロッド１４４を、図１１の工程１４６に示すように、このロッドを多孔質ガラススート光ファイバ・プリフォーム１５０の中心孔中に挿入することによってさらにオーバークラッドして、複合光ファイバ・プリフォームを形成する。多孔質スート光ファイバ・プリフォーム１５０も、コアの外側部分を表すスート・プリフォーム１５０の内側の環状部分１４９のゲルマニア（ＧｅＯ2）ドープ・シリカスートおよびクラッドの部分を表すスート・プリフォーム１５０の外側の環状部分１４３上の非ゲルマニアドープ・シリカスート（好ましくは実質的に未ドープのシリカスート）を有してなることが好ましい。複合光ファイバ・プリフォーム１４５を適切に塩素乾燥し、小さな直径のガラスロッド上で工程１６４において固結して、固結光ファイバ・プリフォーム（その詳細は、図２５を参照して与えられる）を形成した。固結の前に、随意的なフッ素掃引を用いて、スートプリフォーム１５０中に存在する残留塩素を除去してもよい。フッ素掃引は、プリフォーム１５０を、好ましくは約９０〜１５０分間に亘り、約１０００〜１１５０℃の温度で塩素含有ガス（例えば、ＳｉＦ4またはＣＦ4ガスなどの）にさらすことによって行うことが好ましい。スート・プリフォーム中に存在する塩素を実質的に除去（掃引）することに加えて、フッ素掃引は、内側部分にフッ素を０．１から０．４質量％の少量ドープする。固結により、多孔質ガラススートを、ガラススートが融合する温度に加熱し、それによって、中実の透明なガラスを形成することを意味する。アルカリドープ・コアプリフォーム・ロッドをさらに予備線引きして、工程１６６に示すように、第２のガラスコア・ロッド物品１４４を形成することが好ましい。ドープガラス・ロッド物品１４４は、ファイバのコアに相当する直径ｄコアを有し、高濃度のアルカリドーパントを含む第１の部分１４５、およびクラッドの内側部分に相当する直径ｄ１を有する周囲部分１４７を含む（図１４の拡大図参照）ことが認識されるであろう。ｄコアは、クラッドの同じ部分がロッド物品に含まれるようにｄ１の０．５倍以下であることが好ましい。再度、この第２のロッド１４４は、シリカ含有ガラスによりオーバークラッドされ、固結されて、最終的な線引きプリフォームが形成される。オーバークラッドは、ＯＶＤまたはロッド・イン・スート・プロセス（ロッドが、シリカ含有ガラススート管中に挿入される）により提供され、固結されることが最も好ましいが、ロッドをガラススリーブ中に挿入することによって含まれ、最終的な固結された外寸（ｄ２）を有する最終的な固結線引きプリフォームを形成してもよい。ガラス物品のロッド１４４の外寸（ｄ１）は、最終的な固結線引きプリフォームの最終的な外寸（ｄ２）の０．０６倍以下（最終的な外寸（ｄ２）の０．０３倍以下がより好ましい）であり、プリフォームの中心近くにアルカリドーパント（アルカリ金属酸化物）を濃縮していることが好ましい。
【００６２】
製造された固結光ファイバ・コアプリフォームは、電子マイクロプローブを使用することによって測定した。図１５に示した曲線１５３，１５５は、固結プリフォームの直径に亘るＧｅＯ2およびＫ2Ｏの典型的な濃度を示している。線１５７および１５９は、小さな直径のガラスロッドと固結されたスートとの界面を示している。最終的な線引きプリフォームの固結の際に、アルカリおよびゲルマニアがドープされた光ファイバ（例えば、図１参照）を、従来の線引き装置と方法またはそうでなければここに記載されたように、工程１７０における固結アセンブリから線引きする。
【００６３】
図１６を参照して説明された代わりの方法によれば、小さな直径のアルカリドープ・ガラスロッド１４４を出発ロッドとして用いてもよい。その際に、追加の多孔質ガラススート１６２を、当該技術分野において公知のようにＯＶＤ法を用いてオーバークラッドとして堆積させて、アセンブリ１６０を形成する。典型的な外付け気相成長法が図１６に示されている。図１６に示したように、ガラスハンドル１５４が、これまで記載したように製造した、小さな直径のアルカリドープ・ガラスロッド１４４に取り付けられ、それによって得られたプリフォームの一体部分となる。ハンドル１５４は、後の加工工程中の堆積プロセスから得られるシリカガラス・プリフォームを支持する方法を与える。ハンドル１５４が取り付けられたガラスロッド１４４は旋盤に取り付けられる。ここで、このガラスロッドは、回転させられ、バーナ１５６に対して移動させられる。このバーナは、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。燃料ガスおよび酸素、または空気が、供給源（図示せず）からバーナ１５６に供給される。この混合物を燃焼させて、バーナ１５６から発せられる火炎を生成する。シリカ前駆体のガス−蒸気混合物は、火炎中で酸化せしめられて、シリカ含有スート流１５８を形成する。このスート流は、ガラスロッド１４４に向けられる。ガス−蒸気混合物をバーナ１５６に送達するための適切な手段が当該技術分野においてよく知られており、そのような手段の例示のために、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する。バーナ１５６は一般に、バーナ面上にスートが蓄積するのを最小にしながら、許容できる高い敷設(laydown)速度および効率を与える条件下で動作させる。そのような条件下で、バーナ・オリフィスからのガスと反応体の流量、およびそのようなオリフィスのサイズと位置、並びにそれらの軸方向は、よく集束されたスート流がバーナ１５６からガラスロッド１４４に向かって流れるようなものである。複合スート・プリフォーム１６０は、ガラスロッド１４４を何回もバーナ１５６に対して行き来させて、シリカスートを含有する多くの層を積み重ねて、スート・被覆１６２を形成することによって形成される。平行移動動作は、回転しているガラスロッド１４４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１５６とガラスロッド１４４の両方の組み合わされた平行移動動作によって行うことができる。スート・被覆１６２は、複合プリフォーム１６０のコアガラスの少なくとも一部分を形成する。この部分は、実質的に純粋なシリカからなることが好ましい。スート・被覆１６２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から０．５ｇ／ｃｃの密度を有する。次いで、複合プリフォーム１６０は、塩素含有ガスに露出することによって乾燥させ、炉内で加熱して、複合プリフォーム１６０を固結させて、方法１０２の工程１６４に示した、透明な中実ガラスの固結光ファイバ・コアプリフォームを形成する。
【００６４】
光ファイバ・コアプリフォームを形成するための複合プリフォームを乾燥させ固結する各工程は、米国特許第４１６５２２３号明細書の教示にしたがって行うか、またはそうでなければ、図２５に関してここに記載したように行ってよい。固結工程中、複合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る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、フッ素含有ガスであるが、例えば、少量のフッ素（０．１から０．４質量％）を加える量のみに露出することを含む。次いで、透明なガラス・コアプリフォームを、前に説明し、方法１０２の工程１６６示したプロセスに類似のプロセスで予備線引きして、第２のコアロッド、すなわち、そこから線引きされる光ファイバのコアの少なくとも一部分を含むガラスロッドを形成する。第２のコアロッドは、クラッドガラスの少なくとも一部分も含んでもよい。方法１０２の工程１６８に示すように、第２のコアロッドは、ガラス管（ガラス管またはスート管のいずれか）によるスリーブ付けによって、例えば、スリーブ付けと化学的気相成長の両方による化学的気相成長法によるガラススートの堆積によって、または当該技術分野に公知の他の方法によって、追加のガラスを加えることによってさらに加工して、光ファイバに線引きすべく準備のできている完全な光ファイバ・プリフォームを形成してもよい。追加のガラスは、コアガラス、クラッドガラスまたはコアガラスとクラッドガラスの両方を含んでもよい。さらに、追加のガラスは、所望の厚さを達成するためにいくつかの追加の堆積工程を要してもよい。ここで、各工程後、スートを乾燥し、フッ素ドープし、固結し、小さな直径のロッドに予備線引きする。コアが、アルカリがドープされたシリカ（少量のフッ素を含んでもよい）から実質的になる場合、追加のガラスは、実質的に未ドープのシリカの内側半径部分、および好ましくはフラッド・ドーピングによりフッ素がダウン・ドープされたシリカ（米国特許第４６２９４８５号明細書参照）の外側半径部分（ファイバのクラッドに相当する）からなる。ドーピングは、コアとクラッドとの間の相対屈折率デルタ％が、例えば、０．２％より大きい、より好ましくは０．３０％から０．４０％を達成するのに十分であることが好ましい。特に、モート・シリカ（その追加のガラスはファイバのクラッドに相当する）が第２のロッドへの堆積により加えられる各追加の工程について、そのようなモート・シリカはフッ素がドープされる。モート・シリカは、最初に塩素含有ガスに露出することによって乾燥させ、次いで、６０〜１２０分間に亘り１２２５℃でフッ素含有ガス（例えば、ＳｉＦ4またはＣＦ4）に露出し、次いで、好ましくはフッ素含有ガスの存在下で、７〜１０ｍｍ／分で高温区域（１４５０へ１５００℃）を通して下方に移動させることによって固結する。このプリフォームを予備線引きして、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。クラッド中の追加のガラスの各連続層内のフッ素質量％は、応力の影響を最小にするために、最も外側のクラッドと、好ましくはほぼ同じであるか、またはより好���しくはわずかに小さい（約０．１から０．５質量％小さい）。工程１６８の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プリフォームを、方法１０２の工程１７０により示したように、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する。ここに記載した各予備線引き工程後、ロッドは、ロッドを重水素雰囲気に露出することによって、Ｄ2処理することが好ましい。重水素処理は、英国特許第２１４９３９２号、米国特許第４５１５６１２号および同第４５０４２９７号の各明細書に記載されている。
【００６５】
図２５の流れ図を参照して記載された別の方法の実施の形態３０２によれば、ゲルマニアおよびアルカリがドープされたステップ型屈折率単一モードファイバが形成される。方法３０２は、工程３０１においてゲルマニアがドープされたシリカ含有ガラススート管を最初に形成する各工程を含むことが好ましい。スート管は、所望の屈折率がファイバ中に達成されるように、回転しているマンドレル上にある量のゲルマニアドーパント（例えば、ステップ型屈折率ファイバについて、０．３％から０．４％）がドープされたシリカ含有スートを堆積させることによるＯＶＤによって成形することが好ましい。それゆえ、環状のスート管は、そのマンドレルを後で取り外すことによって形成される。次いで、スート管を、プリフォームをヘリウム雰囲気中６０分間に亘り１０００℃で予熱することによって、乾燥工程３０３において乾燥させることが好ましい。次に、ゲルマニアドープ・シリカスート管を、約１０００〜１１５０℃の温度で約６０〜１２０分間に亘り炉内の塩素含有（例えば、Ｃｌ2）ガス雰囲気に露出することが好ましい。この雰囲気は、塩素含有ガスの体積流量がヘリウムの体積流量より小さい、ヘリウムと塩素含有ガスの組合せを有してなることが最も好ましい。塩素含有ガスの体積流量がヘリウムの体積流量の１０％未満であることが好ましく、２％未満であることがより好ましい（例えば、２０ＳＬＰＭ（標準リットル毎分）のヘリウムおよび０．２ＳＬＰＭの塩素含有ガス）。塩素乾燥工程３０３後、乾燥したスート管にフッ素掃引工程３０４を施すことが好ましい。ここで、乾燥した管は、約９０〜１５０分間に亘り約１０００〜１１５０℃の温度で炉内のフッ素含有雰囲気（ＣＦ4またはＳｉＦ4を有してなることが好ましい）に施されて、プリフォームはさらに乾燥される。フッ素含有雰囲気は、フッ素含有ガスおよびヘリウムなどの不活性ガスを含有することが最も好ましい。フッ素含有ガスの体積流量は、ヘリウムの体積流量より小さく、フッ素含有ガスの体積流量はヘリウムの体積流量の１０％未満であることが好ましく、５％未満であることがより好ましい（例えば、２０ＳＬＰＭのヘリウムおよび０．４ＳＬＰＭのフッ素含有ガス）。工程３０４におけるフッ素掃引処理は、固結温度未満の温度で行われ、ここで、小さな質量パーセント（約０．１から０．４質量％）のフッ素のみが導入され、ゲルマニアドープ・シリカ管にドープされる。フッ素掃引は、スート・プリフォーム中に残存する塩素の量を最小にすることが意図されている。
【００６６】
次いで、乾燥されフッ素掃引された管を、約１４５０から１５００℃の高温区域温度および例えば、ヘリウムを有してなる不活性ガス雰囲気を有する炉内での露出（スート・プリフォームを約７ｍｍ／分の速度で下方に移動させることにより）によって工程３０７において固結する。これにより、ゲルマニアがドープされたシリカガラス管が製造され、この管は、次いで、工程３０４において図１２を参照して先に説明したように、アルカリドープされる。そのようなドーピングの前に、この管を、必要に応じて、予備線引き炉内に配置し、線引きして、小さな直径のアルカリドープ管の形態にある中間物品を形成してもよい。
【００６７】
アルカリドーピング後、ガラス管または中間物品を、熱源から十分な熱を供給することによって、旋盤上でコラプスして、アルカリ金属酸化物およびゲルマニアがドープされたシリカを含むガラス物品管を形成する。必要に応じて、このロッドを、工程３２６と３２９の間の工程において、予備線引き炉内で、上述したようにさらに小さな直径に予備線引きしてもよい。次に、追加のシリカ含有ガラスをアルカリドープ・ロッドに加える。例えば、アルカリおよびゲルマニアがドープされた小さな直径のロッドを、工程３２６において、ゲルマニアドープ・シリカスートの内側環状部分１４９（コアの最も外側の部分に相当する）、および好ましくは実質的に純粋な（未ドープの）シリカスートから製造された外側部分１４３（クラッドに相当する）を有することが好ましいスート・プリフォーム１５０（図１４）中に挿入してもよい。このロッド・イン・スート管アセンブリを塩素乾燥し、必要に応じてフッ素掃引し、固結して、ゲルマニアドープ・スート管について上述したのと同じ様式で最終的な固結線引きプリフォーム・アセンブリを形成する。最後に、固結された線引きプリフォームから、アルカリとゲルマニアがドープされた単一モード光ファイバを線引きする。その代表的な屈折率プロファイルが図２７に示されている。アルカリドープ光ファイバ３１０において、コア３１２のドーパントは、ゲルマニア、フッ素およびアルカリから実質的になり、一方で、クラッド３１６は未ドープのシリカまたはわずかにフッ素がドープされたシリカから実質的になる。製造されたファイバ３１０の最大相対屈折率デルタ（ΔMAX）は、約０．４３％であり、コア３１２の外側の半径は約５．３μｍであった。
【００６８】
第１組の好ましい光ファイバの実施の形態において、ここに開示された光ファイバは、コアおよびコアを取り囲みかつ直接隣接したクラッドを有してなり、ここで、コアは、クラッドに対して、完全に負ではない、好ましくは正の、相対屈折率プロファイルを有している。コアがゲルマニアを有することが好ましい。
【００６９】
第１組の好ましい実施の形態におけるいくつかの好ましい実施の形態において、コアは、図１および２７並びに、これまで論じたような、ステップ型、丸まった形状、アルファまたは三角形を有するプロファイルなどの、様々なこれら例示のプロファイルに示したように、１つのコア・セグメント、すなわち、中央コア・セグメント、および中央コア・セグメントを取り囲みかつ直接隣接したクラッドセグメントからなる。ここで、中央コア・セグメントは、純粋なシリカに対して正の屈折率Δ1（ｒ）を有する。図２７から分かるように、ファイバの相対屈折率は、クラッド中に延在する拡散尾部を含んでよく、ここで、この相対屈折率は、絶対値で０．０３％未満の大きさを有する。第１組の好ましい実施の形態の他の好ましい実施の形態において、コアは、中央コア・セグメントおよび中央コア・セグメントを取り囲みかつ直接隣接した第１の環状コア・セグメントなどの多数のコア・セグメント、並びに第１の環状コア・セグメントを取り囲みかつ直接隣接したクラッドを有してなる。ここで、中央コア・セグメントは、クラッドに対して、負ではない、好ましくは正の相対屈折率Δ1％（ｒ）を有し、第１の環状コア・セグメントの純粋なシリカは、クラッドに対して負ではない、好ましくは正の相対屈折率Δ2％（ｒ）を有する。
【００７０】
第１組の好ましい実施の形態において、コアは、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物を有してなり、アルカリ金属酸化物のピーク濃度が２０から３００ｐｐｍ、好ましくは２０から２００ｐｐｍである。クラッド中のアルカリ金属酸化物の最高濃度は、好ましくは５０ｐｐｍ未満、より好ましくは１０ｐｐｍ未満、さらにより好ましくは５ｐｐｍ未満である。コアおよびクラッドの各々は、９０質量％より多いＳｉＯ2、好ましくは９５質量％以上のＳｉＯ2を有してなる。ここに開示された方法の１つ以上による光ファイバの製造によって、アルカリ金属酸化物を中に導入する前の、プリフォーム、またはプリフォームの一部のフッ素掃引の結果として、少量のフッ素がコア中に残留するであろう。コアは、好ましくは０．２質量％未満のフッ素、より好ましくは０．１質量％未満のフッ素を有してなり、いくつかの好ましい実施の形態においては、フッ素は含まれない。コアは、好ましくは３０００ｐｐｍ未満の塩素、より好ましくは２０００ｐｐｍ未満の塩素を有してなり、いくつかの好ましい実施の形態では、ここに開示した１つ以上の方法による製造の結果として、５００ｐｐｍから２０００ｐｐｍの塩素を有してなる。
【００７１】
第１組の好ましい実施の形態において、コアは、酸化ゲルマニウムと、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物とを有してなり、アルカリ金属酸化物のピーク濃度は、２０から３００ｐｐｍ、好ましくは２０から２００ｐｐｍ、より好ましくは３０から１５０ｐｐｍである。様々な好ましい実施の形態において、コアはさらに、ピーク相対屈折率ΔMAX＞０．２％を有し、他の好ましい実施の形態において、コアはさらに、０．２から０．５％のピーク相対屈折率ΔMAXを有し、さらに他の好ましい実施の形態において、コアはさらに、０．３から０．４５％のピーク相対屈折率ΔMAXを有する。
【００７２】
第１組の他の好ましい実施の形態において、ここに開示された光ファイバは、１つのコア・セグメント、すなわち、中央コア・セグメント、および中央コア・セグメントを取り囲みかつ直接隣接したクラッドセグメントを有してなり、ここで、コアは、純粋なシリカに対して正の屈折率Δ1（ｒ）を有し、コアは、酸化ゲルマニウムと、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物とを有してなり、アルカリ金属酸化物のピーク濃度は２０から３００ｐｐｍ、好ましくは２０から２００ｐｐｍ、より好ましくは３０から１５０ｐｐｍであり、コアはさらに、０．２から０．５％の、好ましくは０．２５から０．４５％の、ピーク相対屈折率ΔMAXを有し、クラッド中のアルカリ金属酸化物の最高濃度は、好ましくは５０ｐｐｍ未満、より好ましくは１０ｐｐｍ未満、さらにより好ましくは５ｐｐｍ未満である。光ファイバは、９０質量％より多いＳｉＯ2、好ましくは９５質量％以上のＳｉＯ2を有してなる。コアは、好ましくは０．２質量％未満のフッ素、より好ましくは０．１質量％未満のフッ素を有し、いくつかの好ましい実施の形態においては、フッ素は含まない。コアは、好ましくは３０００ｐｐｍ未満の塩素、より好ましくは２０００ｐｐｍ未満の塩素を含み、いくつかの好ましい実施の形態において、５００ｐｐｍから２０００ｐｐｍの塩素を含む。
【００７３】
第１組のさらに他の好ましい実施の形態において、ここに開示された光ファイバは、１つのコア・セグメント、すなわち、中央コア・セグメント、および中央コア・セグメントを取り囲みかつ直接隣接したクラッドセグメントを有してなり、コアは、酸化ゲルマニウムおよびＫ2Ｏを有してなり、Ｋ2Ｏのピーク濃度は２０から３００ｐｐｍ、好ましくは２０から２００ｐｐｍ、より好ましくは３０から１５０ｐｐｍであり、コアはさらに、０．２から０．５％の、好ましくは０．２５から０．４５％の、ピーク相対屈折率ΔMAXを有し、クラッド中のＫ2Ｏの最高濃度は、好ましくは１０ｐｐｍ未満、より好ましくは５ｐｐｍ未満である。光ファイバは、９０質量％より多いＳｉＯ2、好ましくは９５質量％以上のＳｉＯ2を有してなる。コアは、好ましくは０．２質量％未満のフッ素、より好ましくは０．１質量％未満のフッ素を有し、いくつかの好ましい実施の形態においては、フッ素は含まない。コアは、好ましくは３０００ｐｐｍ未満の塩素、より好ましくは２０００ｐｐｍ未満の塩素を含み、いくつかの好ましい実施の形態において、５００ｐｐｍから２０００ｐｐｍの塩素を含む。
【００７４】
本発明の別の好ましい方法の実施の形態によれば、アルカリドープ・シリカコアおよびフッ素ドープ・クラッドを有する光ファイバが製造される。図２６に示されるように、方法４０２は、工程４０１においてシリカスートから実質的になる管を形成する工程を含む。この管と図２５の工程３０１からの先に説明した管との間の唯一の違いは、この管は実質的に純粋な（未ドープの）シリカスートであることが好ましいが、塩素を除去するためのフッ素掃引から少量のフッ素を含んでもよいことである。塩素乾燥、フッ素掃引、固結、アルカリ・ドーピングおよびコラプスの各工程４０３，４０５，４０７，４０４および４２６は、得られたコラプスされたロッドが、アルカリと、フッ素掃引から生じた少量のフッ素（約０．１から０．４質量％）のみがドープされたシリカであることを除いて、図２５の方法について説明したものと同じである。ロッドは、必要に応じてエッチングしおよび／または、さらに小さな直径のアルカリドープ・ロッドに予備線引きしてもよい。
【００７５】
工程４２９において、ロッドを、シリカ含有スート管（好ましくはこれもフッ素掃引されている）中に挿入して、ロッド・イン・スート・アセンブリを形成する。ここで、スート管は、ファイバのシリカコアの残りの部分に相当し、それを構成することが好ましい。特に、スート管は、前記ロッドと実質的に同じ加工および実質的に同じレベルのフッ素を含み、ロッドと管のそれぞれは、フッ素掃引のために少量のフッ素を含む。このロッド・イン・スート・アセンブリを、工程３３１について先に説明した様式で工程４３１において、乾燥し、好ましくは再度フッ素掃引し、固結して、固結アセンブリを形成する。次いで、この固結アセンブリを、工程４６６において、直径が約１５ｍｍの小さな直径のコアロッド（ケインと称されることもある）に好ましくは再度予備線引きする。次いで、オーバークラッド・シリカスートを、工程４６８におけるＯＶＤにより、コア・ケイン上に堆積させることなどによって、コアケインに加える。次いで、このスートを、工程４６７において、乾燥し、フッ素でフラッド・ドープし（米国特許第４６２９４８５号明細書に教示されているように）、固結して、固結アセンブリに追加のフッ素ドープ・ガラスを加える。フッ素・ドーピングは、スートを、約６０から１２０分間に亘り約１２２５℃の温度でフッ素含有ガス（ＳｉＦ4またはＣＦ4）に露出することによって固結炉内で行われ、その後、ドープされたスートを、炉の温度を約１４５０から１５００℃まで上昇させ、スートのこの温度に約７から１０分間に亘り下方駆動焼結炉内で露出することによって固結する。フッ素ガスは、固結の前に停止しても（ヘリウムのみを使用する）、プリフォームがヘリウムと組み合わされて固結を経ているときに流し続けてもよい。工程４４６，４６８および４６７をブロック４７２において繰り返して、追加の量のオーバークラッドを加えて、所望のコア／クラッド比を達成する。次いで、アルカリドープ・シリカコアおよびフッ素ドープ・クラッドを有する代表例のファイバを、従来の線引き装置および方法を使用して線引きする。この方法４０２にしたがって製造したファイバが図２８に示されている。このファイバ４４６は、アルカリドープ・シリカを含むコア４４８およびフッ素ドープ・シリカのクラッド４５０を有する。コア４４８は、フッ素掃引からのわずかな質量％のフッ素を含む。
【００７６】
第２組の好ましい光ファイバの実施の形態において、ここに開示された光ファイバは、コアおよびコアを取り囲みかつ直接隣接したクラッドを有してなり、ここで、コアは、クラッドに対して、全体が負ではない、好ましくは正の相対屈折率プロファイルを有する。コアが実質的にゲルマニアを含まないことが好ましく、コアがゲルマニアを全く含まないことがより好ましい。
【００７７】
第２組の好ましい実施の形態におけるいくつかの好ましい実施の形態において、コアは、図１および、これまで論じたような、ステップ型、丸まった形状、アルファまたは三角形を有するプロファイルなどの、図１の例示のプロファイルの変更例に示したように、１つのコア・セグメント、すなわち、中央コア・セグメント、および中央コア・セグメントを取り囲みかつ直接隣接したクラッドセグメントからなり、中央コア・セグメントはクラッドに対して正の屈折率Δ1（ｒ）を有する。第２組の好ましい実施の形態の他の好ましい実施の形態において、コアは、中央コア・セグメントおよび中央コア・セグメントを取り囲みかつ直接隣接した第１の環状コア・セグメントなどの多数のコア・セグメント、並びに第１の環状コア・セグメントを取り囲みかつ直接隣接したクラッドセグメントを有してなり、ここで、中央コア・セグメントは、クラッドに対して負ではない、好ましくは正の屈折率Δ1（ｒ）を有し、第１の環状コア・セグメントは、クラッドに対して負ではない、好ましくは正の屈折率Δ2（ｒ）を有する。
【００７８】
第２組の好ましい実施の形態において、コアは、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物を有してなり、アルカリ金属酸化物のピーク濃度が２０から１０００ｐｐｍ、好ましくは２０から７００ｐｐｍ、より好ましくは２０から５００ｐｐｍである。クラッド中のアルカリ金属酸化物の最高濃度は、好ましくは２００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満である。光ファイバは、少なくとも０．０２質量％、好ましくは０．１５質量％より大きいフッ素濃度を有し、０．５から０．１５質量％の最高フッ素濃度を有することが好ましい。コアは、０．１から０．４質量％のフッ素、より好ましくは０．１５から０．４質量％のフッ素、ある好ましい実施の形態においては、０．２から０．３質量％のフッ素を含む。コアは、好ましくは５００ｐｐｍ未満の塩素、より好ましくは３００ｐｐｍ未満の塩素を含み、ある好ましい実施の形態においては、２００ｐｐｍ未満の塩素を含む。クラッドは、０．５質量％より多いフッ素、好ましくは１質量％より多いフッ素を含み、ある好ましい実施の形態においては、１から２質量％のフッ素を含む。
【００７９】
第２組のある好ましい実施の形態において、コアは、フッ素と、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物とを有してなり、アルカリ金属酸化物のピーク濃度が２０から１０００ｐｐｍ、好ましくは２０から７００ｐｐｍ、より好ましくは２０から５００ｐｐｍ、さらにより好ましくは１００から５００ｐｐｍである。このとき、コアは、０．２％より大きいピーク相対屈折率Δ％（ｒ）（クラッドに対して）を有し、他の好ましい実施の形態においては、コアはさらに、０．２から０．５％のピーク相対屈折率ΔMAXを有し、さらに他の好ましい実施の形態においては、コアは０．３から０．４％のピーク相対屈折率ΔMAXを有する。クラッドは、少なくとも０．０２質量％のフッ素、好ましくは０．１５質量％より多いフッ素を含み、０．５から１．５質量％の最大フッ素濃度を有する。
【００８０】
第２組の他の好ましい実施の形態において、ここに開示された光ファイバは、１つのコア・セグメント、すなわち、中央コア・セグメント、および中央コア・セグメントを取り囲みかつ直接隣接したクラッドを有してなり、クラッドは純粋なシリカに対して負の屈折率を有し、コアは、フッ素と、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物とを有してなり、アルカリ金属酸化物のピーク濃度が２０から１０００ｐｐｍ、好ましくは２０から５００ｐｐｍ、より好ましくは１００から４００ｐｐｍであり、コアはさらに、０．２から０．５％の、好ましくは０．３から０．４％のピーク相対屈折率（クラッドに対して）ΔMAXを有し、クラッド中のアルカリ金属酸化物の最高濃度は、好ましくは２００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満である。この光ファイバはさらに、９０質量％より多いＳｉＯ2、好ましくは９５質量％以上のＳｉＯ2を有してなる。コアは、好ましくは５００ｐｐｍ未満の塩素、より好ましくは３００ｐｐｍ未満の塩素を含み、ある好ましい実施の形態においては、２００ｐｐｍ未満の塩素を含む。
【００８１】
第２組のさらに他の実施の形態において、ここに開示された光ファイバは、１つのコア・セグメント、すなわち、中央コア・セグメント、および中央コア・セグメントを取り囲みかつ直接隣接したクラッドを有してなり、クラッドは純粋なシリカに対して負の屈折率Δクラッド（ｒ）を有し、コアは、フッ素と、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物とを有してなり、アルカリ金属酸化物のピーク濃度が１００から４００ｐｐｍ、好ましくは２００から３００ｐｐｍであり、コアはさらに、０．２から０．５％の、好ましくは０．３から０．５％の、より好ましくは０．３から０．４％のピーク相対屈折率（クラッドに対して）ΔMAXを有し、クラッド中のアルカリ金属酸化物の最高濃度は、好ましくは２００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満である。この光ファイバはさらに、９０質量％より多いＳｉＯ2、好ましくは９５質量％以上のＳｉＯ2を有してなる。コアは、好ましくは５００ｐｐｍ未満の塩素、より好ましくは３００ｐｐｍ未満の塩素、さらにより好ましくは２００ｐｐｍ未満の塩素を含み、ある好ましい実施の形態においては、５０ｐｐｍ未満の塩素を含む。
【００８２】
第２組のさらに他の実施の形態において、ここに開示された光ファイバは、クラッドに対して正の屈折率プロファイルを、純粋なシリカに対して負の屈折率プロファイルを有する１つのコア・セグメント、すなわち、中央コア・セグメント、および中央コア・セグメントを取り囲みかつ直接隣接したクラッドを有してなり、クラッドは純粋なシリカに対して負の屈折率プロファイルを有し、コアはフッ素と酸化カリウムを有してなり、酸化カリウムのピーク濃度が１００から４００ｐｐｍ、好ましくは２００から３００ｐｐｍであり、コアはさらに、０．２から０．４％の、好ましくは０．３から０．４％のピーク相対屈折率（クラッドに対して）ΔMAXを有し、クラッド中の酸化カリウムの最高濃度は、好ましくは２００ｐｐｍ未満、より好ましくは５０ｐｐｍ未満である。この光ファイバはさらに、９０質量％より多いＳｉＯ2、好ましくは９５質量％以上のＳｉＯ2を有してなる。コアは、好ましくは５００ｐｐｍ未満の塩素、より好ましくは３００ｐｐｍ未満の塩素、さらにより好ましくは２００ｐｐｍ未満の塩素を含み、ある好ましい実施の形態においては、５０ｐｐｍ未満の塩素を含む。
【００８３】
第３組の好ましい実施の形態において、光ファイバは、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物を有してなるコア、およびコアを取り囲みかつ直接隣接したクラッドを含み、コアは、長手方向の中心線に沿って配置され、ファイバは、コアの中央領域に実質的に制限された不純物を含む。この光ファイバは、０．２０ｄＢ／ｋｍ未満、好ましくは０．１９ｄＢ／ｋｍ未満、より好ましくは０．１８５ｄＢ／ｋｍ未満、さらにより好ましくは０．１８０ｄＢ／ｋｍ未満の、１５５０ｎｍでの減衰を有する。コアは、約１００質量ｐｐｂ未満の-ＯＨを含むことが好ましい。不純物は、中央領域の外側に位置するファイバ中の任意の不純物濃度よりも少なくとも２０％大きい、中央領域の内部のピーク不純物濃度を有することが好ましく、ある実施の形態においては、中央領域の外側に位置するファイバ中の不純物濃度はゼロである。不純物は、遷移金属、結晶化アルカリ化合物、および吸蔵物、並びにそれらの組合せからなる群より選択される不純物であって差し支えない。
【００８４】
第３組のいくつかの実施の形態において、光ファイバは、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物を有してなるコア、およびコアを取り囲みかつ直接隣接したクラッドを含み、コアは、長手方向の中心線に沿って配置され、コアはさらに、ピーク遷移金属濃度で遷移金属を有してなる中央領域を含み、中央領域の外部のファイバは、中央領域の内部のピーク遷移金属濃度の２０％未満の最高遷移金属濃度を有する。様々な実施の形態において、中央領域の外側の最高遷移金属濃度はゼロである。中央領域は、中心線から５μｍ未満の半径まで延在することが好ましい。遷移金属の濃度は、５μｍより大きい半径の全てで、約０．０１モル％未満であることが好ましい。ある実施の形態において、中央領域の内部の遷移金属のピーク濃度は約０．１モル％よりも大きい。
【００８５】
第３組の他の実施の形態において、光ファイバは、Ｋ2Ｏからなるアルカリ金属酸化物を有してなるコア、およびコアを取り囲みかつ直接隣接したクラッドを含み、コアは、長手方向の中心線に沿って配置され、この光ファイバは、中心線と５μｍ未満の半径の間で約０．１モル％より大きいピーク濃度を有する遷移金属を含み、遷移金属の濃度は５μｍより大きい半径の全てで、約０．０１モル％未満である。
【００８６】
ここに開示された実施の形態の全てにおいて、光ファイバは、クラッドの最も外側の直径を取り囲みかつ直接接触した一次被覆、および一次被覆を取り囲みかつ直接接触した二次被覆を有してなることが好ましい。
【００８７】
ここに開示された光ファイバのいくつかの好ましい実施の形態において、光ファイバはさらに、その外面に最も外側の気密被覆を有してなる。この外部の気密被覆は、二次被覆を取り囲みかつ直接接触していることが好ましい。ある好ましい実施の形態において、ここに開示された光ファイバは、ゲルマニアとＫ2Ｏがドープされたコア、コアを取り囲みかつ直接接触したクラッド、クラッドを取り囲みかつ直接接触した一次被覆、一次被覆を取り囲みかつ直接接触した二次被覆、および二次被覆を取り囲みかつ直接接触した気密被覆を有してなる。米国特許第５１５２８１７号明細書には、気密被覆された光ファイバを製造するための方法および装置が記載されている。
【実施例】
【００８８】
参考例１
図１１を参照して先に説明した方法にしたがって、Ｋ2Ｏドープ・ガラスコア・ロッドを形成した。図１７に示したように、ガラスコア・ロッドは、ガウス曲線に類似の半径の関数としてのＫ2Ｏ濃度１６４を有した。曲線１６６は、純粋なシリカに関するガラスロッドの相対屈折率を示している。Ｋ2Ｏ拡散のための出発管は純粋な（未ドープの）シリカであった。コア・ロッドは、ロッドの中心線１６８辺りで約１質量％の最大値を持つＫ2Ｏ濃度１６４を有した。ロッドの外側部分に相当する部分１７１は、アルカリが実質的にドープされていないことが好ましい。特に、ドーピングは、ロッドの外側半分がアルカリの最低濃度を有し、内側半分が最高濃度を有するようなものである。より詳しくは、外側半分のアルカリドーパントのピーク濃度は、内側半分のアルカリドーパントのピーク濃度の好ましくは５０％未満、より好ましくは２５％未満である。
【００８９】
参考例２
図１１を参照して先に説明した方法にしたがって、Ｎａ2Ｏドープ・ガラスコア・ロッドを形成した。図１８に示したように、ガラスコア・ロッドは、ガウス曲線に類似の半径の関数としてのＮａ2Ｏ濃度１７０を有した。曲線１７２は、純粋なシリカに関するガラスロッドの相対屈折率を示している。このロッドは、ロッドの中心線１７２辺りで約２質量％の最大値を持つＮａ2Ｏ濃度１７０を有した。
【００９０】
実施例１
ここに開示し、図１２に示した方法を用いて、シリカ管にＫ2Ｏをドープした。アルカリ金属供給源化合物１１０はＫＩであった。バーナ１１４を用いて、ＫＩを約１１００から１２００℃の温度まで加熱した。アルカリ金属供給源化合物１１０が蒸発するまで、バーナ１２４を、順方向では約２２０ｍｍ／分の速度で、反対方向では約４００ｍｍ／分の速度で、管１０６に沿って移動させた。リザーバ１０８を管１０６から切断し、管１０６をコラプスして第１のガラスロッドを形成した。第１のガラスロッドを、１３時間に亘り４９％のＨＦ中でエッチングした。次いで、第１のガラスロッドを旋盤に配置し、シリカガラススートを従来の外付け気相成長法で第１のガラスロッド上に堆積させて、第１の複合ガラス物品を形成した。第１のガラス物品を、従来の固結ドーピングによって、固結させ、乾燥させ、Ｆドープし、次いで、線引きして第２のガラスロッドを形成した。第２のガラスロッドを、ロッドの直径に亘りマイクロプローブで測定した。図１９は、第２のガラスロッドの直径に亘る、Ｋ2Ｏ（曲線１７６）、Ｃｌ（曲線１７８）およびＦ（曲線１８０）の濃度を示している。第２のガラスロッドを旋盤に配置し、追加のシリカスートを第２のガラスロッド上に堆積させて、第２の複合ガラス物品を形成した。第２のガラス物品を、従来の方法によって、固結し、乾燥させ、Ｆドープし、次いで、第３のガラスロッドを形成した。第３のガラスロッドを旋盤に配置し、従来の外付け気相成長法でシリカスートを第３のガラスロッド上に堆積させて、第４の複合ガラス物品を形成した。第４のガラス物品を、固結中に、固結し、Ｃｌガスで乾燥させ、Ｆドープして、光ファイバに線引きするための準備ができている光ファイバ・プリフォーム（線引きプリフォーム）を形成した。この光ファイバ線引きプリフォームを、７０ｇのファイバ張力で７ｍ／ｓで光ファイバに線引きした。この光ファイバは、１１５０ｎｍのカットオフ波長（２メートル長のファイバで測定して）、および１５５０ｎｍでの０．１７ｄＢ／ｋｍの減衰を有した。光ファイバのマイクロプローブ分析を行った。半径の関数としての光ファイバ中のドーパント濃度が図２０に示されている。ここで、曲線１８２はＫ2Ｏの濃度を質量％で表し、曲線１８４はＦの濃度を質量％で表している。
【００９１】
比較例１
ガラス管にＧｅＯ2をドープすることによって、別の光ファイバを製造した。次いで、そのガラス管に、ここに記載した拡散方法によってＫ2Ｏをドープし、コラプスし、Ｋ2Ｏ−ＧｅＯ2ドープ・ガラスロッドに線引きした。従来の外付け気相成長法でロッドにガラススートを堆積させることによってオーバークラッドし、次いで、従来のように固結して、光ファイバ線引きプリフォームを形成した。固結プロセス中に、オーバークラッドしたスートにＦをドープした。線引きプリフォームを、コアに関するピーク相対屈折率％Δが約０．７５％のステップ型屈折率のコアを有する単一モード光ファイバに線引きした。光ファイバのマイクロプローブ分析を行った。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２１に示されている。ここで、曲線１８６はＫ2Ｏの濃度を質量％で表し、曲線１８８はＦの濃度を質量％で表し、曲線１９０はＧｅＯ2の濃度を質量％で表している。
【００９２】
参考例３
本発明にしたがって、ＧｅＯ2を含有するＳｉＯ2ガラス管にＫ2Ｏをドープした。この管を、往復運動しているＨ2／Ｏ2バーナの火炎により加熱することによってコラプスし、約１５ｍｍから１７ｍｍの直径を有する大きな直径の中実のガラスロッドを形成した。このバーナの火炎は、約１．５ｃｍ／分から２ｃｍ／分の速度で往復運動していた。火炎の温度は、約２１５０℃から２２００℃の間であった。大きな直径のガラスロッドの外側を、４９％のＨＦ溶液中で約８時間に亘りエッチングして、ロッドの表面にあった不純物を除去した。大きな直径のガラスロッド中のＫ2Ｏのピーク量は、約１．５質量％から２質量％であった。大きな直径のガラスロッドは、純粋なシリカに対して、約０．３５％から０．４％の相対屈折率を有した。次いで、大きな直径のガラスロッドを従来の線引き方法によって線引きして、約６ｍｍの直径を有する小さな直径のガラスロッドを得た。この小さな直径のガラスロッドを多数のセクションに切断した。ガラススートを標的またはベイト・ロッド上に堆積させる外付け気相成長法によって、多孔質ガラススートコア・プリフォームを製造した。この多孔質ガラススートコア・プリフォームは、コアガラススートおよびクラッドガラススートの少なくとも一部分を含んでいた。多孔質スート・プリフォームが一旦形成されたら、標的ロッドを取り外し、プリフォームの中心線に沿って孔を残した。Ｋ2ＯおよびＧｅＯ2を有してなる小さな直径のガラスロッドをこの多孔質ガラススート・プリフォームの中心孔中に挿入して、第１の複合プリフォームを形成した。次いで、第１の複合プリフォームを従来の固結炉内で固結して、固結したコア・プリフォームを形成した。固結したコア・プリフォームを従来の予備線引き炉内で線引きして、第２のガラスコアロッドを形成した。第２のガラスコアロッドを多数のセクションに切断した。第１のコアロッド・セクションをガラス形成旋盤に配置し、追加のクラッド・ガラススートを第１のコアロッド上に堆積させて、第２の複合プリフォームを形成した。第２の複合プリフォームを従来の固結炉内で固結し、固結した線引きプリフォームを形成した。次いで、線引きプリフォームを従来の方法によって光ファイバに線引きして、Ｋ2ＯおよびＧｅＯ2がドープされたコアを有する光ファイバを形成した。残りのダイのガラスコア・ロッドの各セクションを同様の様式で加工して、線引きプリフォームを得て、これらの線引きプリフォームを光ファイバに線引きした。これらの光ファイバを、ＥＩＡ／ＴＩＡ  ＦＯＴＰ−７８によるスペクトル減衰測定および光パルス反射波時間領域測定（ＯＤＴＲ）ＥＩＡ／ＴＩＡ  ＦＯＴＰ−６０の両方を使用して、光学損失（減衰）について測定した。測定結果が以下の表１に与えられている。表１において、ＭＦＤは１３１０ｎｍの波長で測定した光ファイバのモードフィールド径を表し、ファイバのカットオフ波長は、ＥＩＡ／ＴＩＡ  ＦＯＴＰ−８０にしたがって、２メートル長のファイバについて測定したカットオフ波長である。
【表１】
0005706374.tif 000005
【００９３】
参考例４
ここに開示した方法にしたがって、第１のシリカガラス管にＲｂ2Ｏをドープした。管を加熱し、コラプスして、中実のガラスコアロッドを形成した。第２のシリカガラス管も、ここに開示した方法にしたがって、Ｃｓ2Ｏをドープした。第２のガラスロッドをさらに加熱し、コラプスして、Ｃｓ2Ｏがドープされた第２の中実ガラスコアロッドを形成した。Ｒｂ2Ｏドープ・ガラスコアロッドおよびＣｓ2Ｏドープ・ガラスコアロッドの両方を、各ガラスロッドの中心線近くのガラスロッドの直径の一部分に亘って電子マイクロプローブで測定した。各ガラスロッドの直径に亘り測定したＲｂ2ＯおよびＣｓ2Ｏの濃度が、それぞれ、図２２および図２３に示されている。図２２において、曲線１９２はガラスコアロッドの直径の一部分に亘るＲｂ2Ｏの濃度を表し、曲線１９４はＦの濃度を表している。図２２において、曲線１９６はガラスコアロッドの直径の一部分に亘るＣｓ2Ｏの濃度を表し、曲線１９８はＦの濃度を表している。
【００９４】
実施例２
前出の参考例３からのコアロッドを用いて、光ファイバを製造した。この光ファイバは、図２４に示すような、屈折率プロファイルおよびＫ2Ｏ濃度を有していた。図２４において、曲線２００はコアの屈折率プロファイルを表し、曲線２０２は半径の関数としてのＫ2Ｏの濃度を表している。この光ファイバは、光パルス反射波領域測定（ＯＴＤＲ）により測定したときの１５５０ｎｍで０．１８２７ｄＢ／ｋｍの減衰、および１３１０ｎｍでの９．５２μｍのモードフィールド径を有した。この光ファイバは、約１５１９ｎｍのカットオフ波長、１３０８．２ｎｍのゼロ分散波長、および０．０８８ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍのゼロ分散波長での分散スロープを有した。この光ファイバは、１５０ｇのファイバ張力および１０ｍ／ｓの線引き速度で線引きした。
【００９５】
実施例３
図３１は、図２５により示された方法にしたがって製造された、ここに開示された第１組の好ましい光ファイバの実施の形態に属する光ファイバの相対屈折率プロファイルを示している。ΔMAX＝０．４１％、半値全幅（ＨＨＰＷ）が４．４μｍ、Ｒコア＝７．１μｍ、およびクラッドは６２．５μｍの半径まで延在する。拡散尾部は、クラッド中に７．１μｍから約２２μｍまで延在する。
【００９６】
図３２は、図３１のファイバに測定した、Ｋ2Ｏ、ＧｅＯ2、ＦおよびＣｌの濃度プロファイルを示している。表２は図３２を要約している。
【表２】
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【００９７】
表３は、図３１および３２の光ファイバの測定した性質を列記している。
【表３】
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【００９８】
実施例４，比較例２，３
図３３は、実施例３（図３１により表される）のファイバにおけるＫ2Ｏの濃度プロファイルおよびＫ2Ｏドーパントプロファイルを除いて実施例３に一般的に類似した実施例４、比較例２、３の光ファイバにおけるＫ2Ｏの濃度プロファイルを示している。表４は、実施例３、４、比較例２、３に関する、Ｋ2Ｏプロファイルのピーク濃度および半値全幅並びに１５５０ｎｍでの対応して測定した減衰を列記している。比較例３は、最低のＫ2Ｏピーク、最低のＫ2Ｏプロファイル、および最高の減衰を有した。Ｋ2Ｏの存在による減衰の減少は、約２０ｐｐｍ未満のピークＫ2Ｏ濃度について、次第に減少したことが分かった。
【表４】
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【００９９】
参考例５
図３４は、図２６により示された方法にしたがって製造された、ここに開示された第２組の好ましい光ファイバの実施の形態に属する光ファイバの相対屈折率プロファイルを示している。ΔMAX＝０．３３％、半値全幅（ＨＨＰＷ）が４．４μｍ、Ｒコア＝４．７μｍ、およびクラッドは６２．５μｍの半径まで延在する。コア中のＫ2Ｏの平均濃度は２５０ｐｐｍである。
【０１００】
表５は、図３４の光ファイバの測定した性質を列記している。
【表５】
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【０１０１】
参考例６から１０
ここに開示された第２組の好ましい実施の形態に属する追加の代表的な光ファイバを図２６に示した方法にしたがって製造した。この光ファイバは、図３４に類似の屈折率プロファイルを有する。コア中のＫ2Ｏ濃度が高い比較のための光ファイバの参考例１１も製造し、測定した。
【０１０２】
表６は、参考例６から１１に関する測定値を列記している。
【表６】
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【０１０３】
参考例１１は、１５５０ｎｍで測定した高い減衰を有した。
【０１０４】
図３５は、参考例８のＫ2Ｏ、Ｆ、およびＣｌの濃度プロファイルを示している。コア中のＫ2Ｏのピーク濃度は４００ｐｐｍであり、Ｋ2Ｏ濃度プロファイルの半値全幅（ＦＷＨＭ）は４．８μｍである。
【０１０５】
本発明の精神および範囲から逸脱せずに、本発明の様々な改変や変更を行ってもよいことが当業者には明らかであろう。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入るという条件で、包含することが意図されている。
【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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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