(57)【要約】      （修正有）【課題】１種以上の化学蒸着反応を基材チューブ内で行うことによって光ファイバーを製造する方法において、堆積速度を高めならびに回転対称性を得る。【解決手段】１種以上の化学蒸着反応を基材チューブ内で行うことによって光ファイバーを製造する方法であって、i）１種以上のドープされているか又はされていないガラス形成前駆物質を該基材チューブに供給する工程と、ii）化学量論的に過剰な量の酸素を該基材チューブに供給する工程と、iii）該基材チューブの内部に１種以上のガラス層を堆積させるために、工程i）及びii）で得られた反応物の間で基材チューブ内において反応を開始する工程と、iv）こうして工程iii）で被覆された該基材チューブを、プリフォームを形成するために圧潰処理する工程と、最後にv）前記プリフォームを、加熱しながら光ファイバーへ引き伸ばし、続いて前記光ファイバーを冷却する工程から成る光ファイバーの製造方法に関する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
１種以上の化学蒸着反応を基材チューブ内で行うことによって光ファイバーを製造する方法であって、該方法は、
i）１種以上のドープされているか又はされていないガラス形成前駆物質を該基材チューブに供給する工程と、
ii）化学量論的に過剰な量の酸素を該基材チューブに供給する工程と、
iii）該基材チューブの内部に１種以上のガラス層を堆積させるために、工程i）及びii）で得られた反応物の間で基材チューブ内において反応を開始する工程と、
iv）こうして工程iii）で被覆された該基材チューブを、プリフォームを形成するために圧潰処理する工程と、最後に
v）前記プリフォームを、加熱しながら光ファイバーへ引き伸ばし、続いて前記光ファイバーを冷却する工程
から成る光ファイバーの製造方法であり、工程iii）による堆積処理中におけるレイノルズ数は式120＜Re＜285に従い、該レイノルズ数は、工程i）及び工程ii）で基材チューブに供給された反応物を基に、工程iii）の際に基材チューブ内部に渡る温度及び圧力の条件のもとで計算されることを特徴とする、光ファイバーの製造方法。
【請求項２】
4-35mbarの圧力を、工程iii）の際に用いることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程iii）の最中の基材チューブの温度は、1000-1150℃であることを特徴とする、請求項１又は２のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項４】
1.8から5.0までの間の化学量論的に過剰な量の酸素を、工程ii）の際に用いることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項５】
工程iii）は、１種以上のガラス層を堆積させるために、基材チューブ内にプラズマを形成することから成ることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項６】
工程iii）の最中に、基材チューブに対してプラズマ領域を動かすことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも2g/分の堆積速度を、工程iii）で用いることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１種以上の化学蒸着反応を基材チューブ内で行うことによって光ファイバーを製造する方法であって、該方法は、
i）１種以上のドープされているか又はされていないガラス形成前駆物質を該基材チューブに供給する工程と、
ii）化学量論的に過剰な量の酸素を、該基材チューブに供給する工程と、
iii）該基材チューブの内部に１種以上のガラス層を堆積させるために、工程i）及びii）で得られた反応物の間で基材チューブ内において反応を開始する工程と、
iv）こうして工程iii）で被覆された該基材チューブを、プリフォームを形成するために圧潰処理する工程と、最後に
v）前記プリフォームを、加熱しながら光ファイバーへ引き伸ばし、続いて前記光ファイバーを冷却する工程
から成る光ファイバーの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような方法自体は、米国特許第4,314,833号（特許文献１）から既知であり、該特許では、微細なガラス粒子を気相内で形成することなく堆積速度を増加させて、問題のない圧潰を保証するために、堆積処理後の基材チューブの内径を可能な限り小さくしている。前記米国特許（特許文献１）によると、驚くべきことに、堆積処理中の基材チューブの内径と、微細なガラス粒子が気相内で全く形成されない最大堆積速度との間には単純な関係があることが見出された。３つに分離されている領域が堆積処理と共に区別されており、すなわち第１の領域では、微細なガラス粒子が気相内に形成されており、第２の領域では、特定の堆積速度における基材チューブの内径の下限が示されており、最後に前記第１の領域と前記第２の領域の間にある第３の領域は、好ましい処理条件を定めるものである。これに関連して、ガラス層で被覆された基材チューブ及び堆積処理によって堆積した層の厚さを、後の圧潰処理によって別の問題が全く生じないように選択しなければならないことにさらに留意すべきである。実際には、堆積処理の終了時に基材チューブの内径が大きすぎると、圧潰処理中にいくらかの問題が生じる可能性があり、例えば楕円形のプリフォーム又は弛んだプリフォーム又はその他の幾何学的な障害を示すプリフォームが形成される可能性があり、それに関連して、圧潰処理の期間が短いほど、プリフォームの回転対称性がある程度得られる可能性が大きくなるということが示されている。前記米国特許の明細書（特許文献１）に記載された実施例から、レイノルズ数の値は、約30と約90の間で常に変動していることが分かる。
【０００３】
前述の米国特許（特許文献１）のある欠点が本発明者らによって指摘されており、その欠点は、0.08g/分から0.45g/分まで堆積速度を変動させた結果が示されているのみであり、その堆積速度の値は、最近では十分に高い値ではないという事実である。その上、前述の米国特許の明細書（特許文献１）に示されている図には、より高い堆積速度、例えば2.0g/分以上の堆積速度に関する情報が全くない。従って、本発明者らは、前述の米国特許の明細書（特許文献１）で示唆された処理条件は、2g/分以上の堆積速度ではもはや通用しないということを見出した。
【特許文献１】米国特許第4,314,833号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の一観点は、光ファイバーを製造する方法を提供することであり、該方法は、堆積速度を高くするのに必要な処理条件をまさに明らかにするものである。
【０００５】
本発明のさらにもう一つの観点は、光ファイバーを製造する方法を提供することであり、該方法は、堆積速度を高くすることによって微細なガラス粒子が気相内で形成されないようにするような処理条件を明らかにするものである。
【０００６】
本発明のさらにもう一つの観点は、光ファイバーを製造する方法を提供することであり、該方法によって、基材チューブの内部に１種以上のガラス層を堆積させた後に基材チューブの幾何学的性質が得られ、続く圧潰工程により、回転対称性のプリフォームが生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
序文で述べた方法は、レイノルズ数が、工程iii）による堆積処理中において式120＜Re＜285に従うこと特徴とし、該レイノルズ数は、工程i）及び工程ii）で基材チューブに供給される反応物を基にして、工程iii）の際に基材チューブの内部に渡る温度及び圧力を条件のもとで計算されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の態様は、上記方法を実施することによって達成される。レイノルズ数が、無次元のパラメータであることは、本技術分野における当業者に知られており、該レイノルズ数は、密度と気体の流速と基材チューブの内径との積を粘性で割ったものであり、その値は、基材チューブの内部に供給される気体、特に気体の混合物と関連する物理量を基にしている。本方法におけるレイノルズ数の値の重要性は、ここに記載した実施例および比較例から理解されるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本方法において、4-35mbarの圧力を、工程iii)の際に用いるのが特に好ましい。
【００１０】
さらに、工程iii）の最中の基材チューブの温度は、1000-1150℃であることが好ましい。
【００１１】
また、1.8から5.0までの化学量論的に過剰な量の酸素を、工程ii）の際に用いるのが好ましい。
【００１２】
１種以上のガラス層を基材チューブの内部に堆積させる目的で、工程i）及びii）で得られた反応物間の反応を開始するために基材チューブの内部にプラズマを発生させるのが好ましく、工程iii）の最中に、基材チューブに対してプラズマ領域を動かすことが好ましい。従って、プラズマ化学蒸着（PCVD）法に従って本方法を実施するのが好ましい。
【００１３】
驚いたことに、本発明者らは、上記の米国特許第4,314,833号（特許文献１）で示唆されたように、堆積速度は、望ましい処理条件を特徴付けるのに特に適しているのではなく、そのパラメータは、実際には推定量であって、特徴付けに適しているのは、どちらかと言えば気体の総流量であり、すなわち基材チューブの内部に供給されるガラスを形成する気体であることに気が付いた。
【００１４】
基材チューブを、1000℃以下の温度で工程iii）の際に使用すると、堆積したガラス層に塩素が取り込まれて望ましくない。さらに特に、温度が1000℃以下だと、堆積工程後の収縮処理又は圧潰処理の最中に塩素を含む気泡が堆積した層内に形成され、該収縮工程又は該圧潰工程では、堆積した層で被覆された基材チューブは1800℃以上の温度にさらされている。堆積した層内に気泡が存在するプリフォームは、光ファイバーへ引き伸ばすのに適さない。一方で、基材チューブを1150℃以上の温度で使用すると、変形、特にいわゆる非円形物が生じる。石英基材チューブは、通常約1800℃の温度で変形し始めるが、この場合、堆積時間を4時間以上に長くすると共に圧力条件を低くすることで、該基材チューブの変形を少なくすることができる。そのような変形により、最終的な光ファイバーが非円形となり、かつ／又は偏心して、その結果、単モードファイバーの偏光モード分散や、多モードファイバーの帯域などの特殊な性質が制御できなくなり、失敗する。本発明の工程iii）の最中の基材チューブ内の圧力について、35mbarよりも高い値を用いた場合、多くの不純物が、堆積した層に取り込まれることとなり、好ましくない。具体的には、塩素が取り込まれると、とりわけ気泡が形成されるため問題が生じる。一方、本発明の工程iii）の最中に基材チューブ内の圧力が4mbar以下であると、プラズマが長くなって、プラズマの強度が定高周波数容量で低下した結果、塩化物の酸化物への変換が不十分なものとなる。本方法で用いる化学量論的に過剰な量の酸素について、過剰酸素量が1.8以下であると、プラズマの安定性に関する問題が生じて、堆積した層に塩素が取り込まれる結果となり、望ましくない。一方、化学量論的に過剰な酸素を5.0以上の量で使用すると、プラズマ内の気体の流速が非常に速くなって、反応帯における反応性の気体の滞留時間が非常に短くなり、変換効率が減少して望ましくない。また、微細な粒子が形成されて望ましくない。これに関連して、堆積処理に必要な結合プラズマ容量は、基材チューブ内部に供給されるガラスを形成する分子の量に直接関係していることにさらに留意すべきである。
【００１５】
従って、本発明者らは、90％以上のSiO2（及び任意のドーパント）の取り込み効率を得るためには、特に化学量論的に過剰な酸素の量が最大である場合に、微細なガラス粒子が形成しないようにするために、レイノルズ数が、285を越えないようにしなければならないことを発見した。さらに、本発明者らは、特に化学量論的に過剰な酸素の量が最小である場合に、レイノルズ数の値が低いとプラズマが非常に不安定となるので、前記レイノルズ数は、少なくとも120以上でなければならないことを発見した。
【００１６】
添付した図は、PCVDのいわゆる動作範囲又はプロセスウィンドウを示し、基材チューブの内径（mm）を水平軸にプロットし、基材チューブの内部に供給された気体の総流量を垂直軸にプロットしている。90％以上の堆積効率を得るために、2g/分以上の堆積速度で、上述の必要条件を満たす動作範囲は、285のレイノルズ数に相当する上の線と、120のレイノルズ数に相当する下の線の間にあるのが好ましい。また、添付した図は、堆積速度の最小値が2g/分であることも示している。
【００１７】
本発明を、実施例及び比較例によって以下にさらに詳細に説明するが、本発明は、そのような特定の例に制約されるものではない点に留意すべきである。
【００１８】
（実施例１）
内径が26mmであるガラス基材チューブの内側を、SiO2の層とGeO2がドープされたSiO2の層で被覆した。前記層を、全体の堆積速度を2.5g/分としてPCVD法を用いて堆積させた。過剰酸素量は3.5とし、基材チューブの内部を通した気体の総流量は4196sccmとした。層を堆積させている間の基材チューブ内の最低圧力を10mbar以上の値に保ち、堆積処理中の基材チューブ内の最高圧力を30mbar以下の値に保った。堆積処理の開始時には、基材チューブの内径は26mmであり、気体混合物のレイノルズ数は、基材チューブ内部の1100℃の温度では184であった。基材チューブの内径が18mmに達すると直ちに層を堆積させるのを止めた。この時点でのレイノルズ数は275であった。その後、前記チューブを、塊状のプリフォームへ収縮させて、高品質の光ファイバーを得た。
【００１９】
（実施例２−４及び比較例１−２）
内径が20mmである基材チューブの内側を、PCVD法を用いてSiO2で１時間被覆した。添加したSiCl4の量は、常に933sccm（少なくとも2.5g/分以上の堆積速度で堆積効率が100％となるのに十分な量）とした。過剰酸素量は新たな実験毎に変えて、したがって総流量やレイノルズ数も新たな実験毎に変えた。他の条件（圧力及び温度）を、上記の実施例１と同様の値に維持した。各実験の終了時に、測定した基材チューブの増量を基に堆積効率を計算した。結果を下表に示す。
【００２０】
【表１】
2004182596.tif 000002
【００２１】
上に示した表から、レイノルズ数が285よりも高くなると堆積効率が90％以下となり、それ故にその値は非常に重要であることが分かる。
【００２２】
（実施例５）
内径が30mmであるガラス基材チューブの内側を、SiO2の層及びGeO2がドープされたSiO2の層で被覆した。前記層を、PCVD法を用いて堆積させた。SiCl4の流量は、堆積処理の開始時には750sccmとし、堆積処理の終了時には660sccmの値まで徐々に減少させた。GeCl4の流量を、0から堆積処理の終了時には90sccmの値まで増加させた。堆積処理中の酸素の流量を、2500sccmの値で一定に保った。堆積処理中の基材チューブ内の最低圧力を10mbar以上の値に保ち、堆積処理中の基材チューブ内の最高圧力を30mbar以下の値に保った。堆積処理の開始時には、基材チューブの内径は26mmであり、気体混合物のレイノルズ数は、基材チューブ内部の1100℃の温度では126であった。基材チューブの内径が20mmに達すると直ちに層を堆積させるのを止めた。この時点でのレイノルズ数は192であった。その後、前記チューブを、塊状のプリフォームへ収縮させて、高品質の多モード光ファイバーを得た。
【００２３】
（比較例３−４）
内径が29mmである基材チューブを、PCVD法を用いて、SiCl4の流量を784sccmで一定にしてガラス層で被覆した。比較例３では、過剰酸素量を、5から1.5までゆっくりと減少させた。過剰酸素量が1.8になるとプラズマが不安定になり、この時のレイノルズ数は119であって、基材チューブ内の圧力の重大な変化という形で不安定になった。さらに過剰酸素量が減少すると、最終的にはプラズマが消滅した。
【００２４】
比較例４では、上記の実験を繰り返したが、内径が37mmである基材チューブを使用し、SiCl4の流量を1005sccmで一定にした。本比較例でも、過剰酸素量が1.8かそれ以下になるとプラズマが不安定になり、この時のレイノルズ数は120であった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、PCVDのいわゆる動作範囲又はプロセスウィンドウを示す図である。
【図１】
2004182596.tif 000003