(57)【要約】【課題】　単一モード光ファイバを製造するシステムおよび方法を提供すること。【解決手段】　光ファイバは、製造中に、スピンを溶融ファイバに組み込む。スピンを導入することにより、偏光モード分散（ＰＭＤ）と呼ばれるひずみの形態が最小限に抑えられ、スピンを変更すること、すなわちその特性を変化させることは、ＰＭＤをさらに低減するために既知である。しかし、スピンを溶融ファイバに導入することによって、ねじれもファイバに導入される可能性がある。ねじれは、冷却ファイバに対する非永続的な回転力であり、応力を生じ、回避されるべきである。ＰＭＤを低減するために高度な変動性を含むだけでなく、ファイバに対する機械的なねじれを最小限に抑え、したがってファイバに対する応力を低減することを保証するスピン関数が開示される。スピン関数は、ファイバのねじれを最小限に抑えるように、サイクルの開始時に、振幅、周波数、またはその両方を変調させる。【選択図】　　　図１
2004051483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　光ファイバを製造する方法であって、
　プリフォームから光ファイバを延伸する工程と、
　変調された正弦波関数によって定義される振幅パラメータと周波数パラメータとを有するスピン運動を使用して、前記光ファイバに観測可能なスピンを付与する工程とを備え、前記振幅パラメータおよび周波数パラメータのうちの少なくとも１つの値が、前記関数の所与の周期について変更され、前記変更が、前記周期の開始時に行われる方法。
【請求項２】
　前記変調された正弦波関数が振幅変調された正弦波関数であり、前記付与工程が、正弦波でありかつ前記振幅変調された正弦波関数の異なる周期について振幅が変化する前記スピン運動を使用して、前記光ファイバ上にスピンを付与する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
　前記変調された正弦波関数が周波数変調された正弦波関数であり、前記付与工程が、正弦波でありかつ前記周波数変調された正弦波関数の異なる周期について周波数とが変化する前記スピン運動を使用して、前記光ファイバ上にスピンを付与する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
　前記変調された正弦波関数が、変調された正弦波関数であり、前記付与工程が、正弦波でありかつ前記変調された正弦波関数の異なる周期について振幅と周波数とが変化する前記スピン運動を使用して、前記光ファイバ上にスピンを付与する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
　ガラス材料から形成される光ファイバであって、前記ガラス材料から前記光ファイバが延伸される際に前記ガラス材料がスピンされ、かつ振幅パラメータと周波数パラメータとを有する変調された正弦波関数によって実質的に定義される観測可能なスピン・パターンを有し、前記振幅パラメータおよび周波数パラメータのうちの少なくとも１つの値が、前記関数の所与の周期について変更され、前記変更が、前記周期の開始時に行われる光ファイバ。
【請求項６】
　前記ガラス材料の前記スピン・パターンが、前記関数の異なる周期について振幅が変化する振幅変調された正弦波関数によって実質的に定義される、請求項５に記載の光ファイバ。
【請求項７】
　前記ガラス材料の前記スピン・パターンが、前記関数の異なる周期について周波数が変化する周波数変調された正弦波関数によって実質的に定義される、請求項５に記載の光ファイバ。
【請求項８】
　光ファイバを延伸する元であるプリフォームと、
　延伸する際に、前記光ファイバ上にスピンを付与するスピン装置と、
　前記正弦波関数の全サイクル数にわたって正味のターンを有していない変調された正弦波関数であるスピン関数を使用して、前記スピン装置を制御するプロセッサとを備える、光ファイバを製造するシステム。
【請求項９】
　前記変調された正弦波関数が、振幅変調された正弦波関数であり、前記振幅変調が、サイクルの開始時に変更される、請求項８に記載の光ファイバを製造するシステム。
【請求項１０】
　前記変調された正弦波関数が、周波数変調された正弦波関数であり、前記周波数変調が、サイクルの開始時に変更される、請求項８に記載の光ファイバを製造するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、単一モード光ファイバを製造するシステムおよび方法に関する。より具体的には、光ファイバ上に導入されたねじれを最小限に抑えながら、ファイバ複屈折の広帯域上でＰＭＤを低減するスピン機能を定義することに関する。
【背景技術】
【０００２】
　通信システムにおいて一般的に使用されるいわゆる「単一モード・ファイバ」は、純粋に単一のモードではないことが周知である。むしろ、垂直偏光を有する２つのモードが、単一モード・ファイバに存在する。
【非特許文献１】Ｄａｎｄｌｉｋｅｒ，ＲのＡｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　ａｎｄ　Ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ、Ｃ．Ｇ．Ｓｏｍｅｄａ　ａｎｄ　Ｇ．Ｓｔｅｇｅｍａｎ（編集者）、Ｅｌｅｓｅｖｉｅｒ、Ｎ．Ｙ．、３９〜７６ページ、１９９２年
【０００３】
たとえば上記文献を参照されたい。数学的には、これらの２つの偏光は、直交基底集合を形成する。したがって、単一モード・ファイバを通って伝播する光のあらゆる構成を、これらの２つのモードの線形重ね合わせによって表すことができる。
【０００４】
　ファイバが、幾何形状と内部の加えられた応力との両方について完全に円対称である場合、２つの偏光モードは縮退する。モードは、同じ郡速度で伝播し、ファイバを同じ距離進行した後、時間遅延に差はない。しかし、通常の光ファイバは、完全には円対称ではない。幾何学的、形態的な変形および応力の非対称など、不完全性により、２つのモードの縮退は破壊される。
【非特許文献２】Ｒａｓｈｌｅｉｇｈ，Ｓ．Ｃ．のＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、ＬＴ−１：３１２：３３１、１９８３年
【０００５】
　たとえば、上記文献を参照されたい。その結果、２つの偏光モードは、異なる伝播定数（β１およびβ２）で伝播する。伝播定数の差は、複屈折（Δβ）と呼ばれ、下式のように表される：
　Δβ＝β１−β２
複屈折により、ファイバを伝播している光の偏光状態は、ファイバの全長に沿って周期的に進展する。偏光が当初の状態に戻るのに必要な距離は、ファイバのビート長（Ｌｂ）であり、これは、ファイバの複屈折に反比例する。具体的には、ビート長Ｌｂは、
　Ｌｂ＝２π／Δβ
によって与えられる。したがって、複屈折のより多いファイバは、ビート長がより短く、逆も同様である。実際に観測される通常のビート長は、最短で２〜３ミリメートル（高複屈折ファイバ）から最長で１０〜５０メートル（低複屈折ファイバ）の範囲にわたる。
【０００６】
　ファイバを進行する光の偏光を周期的な変化させる他に、複屈折の存在は、２つの偏光モードが、異なる郡速度で進行することを意味する。その差は、複屈折が増大するにつれ、大きくなる。２つの偏光モードの差分時間遅延は、偏光モード分散またはＰＭＤと呼ばれる。ＰＭＤにより信号にひずみが生じ、これは、高ビット・レート・システムおよびアナログ通信システムにとって非常に有害である。
【０００７】
　ＰＭＤを低減する様々な方法が開示されてきた。ＰＭＤを低減する１つの従来の技術の方法は、ファイバ延伸プロセス中に、プリフォーム（ファイバが形成される純粋ガラスの形態）をスピンさせることを含む。
【非特許文献３】ＢａｒｌｏｗらのＡｐｐｌｉｅｄ　Ｏｐｔｉｃｓ、２０：２９６２〜２９６８ページ、１９８１年
【非特許文献４】ＰａｙｎｅらのＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ＱＥ−１８：４７７〜４８７ページ、１９８２年；
【非特許文献５】Ｒａｓｈｌｅｉｇｈの「Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ　Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ　Ｓｉｎｇｌｅ　Ｍｏｄｅ　Ｆｉｂｅｒｓ」、Ｎａｖｙ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　５：７〜１２ページ、１９８０年
【特許文献１】ＰＣＴ特許刊行物第ＷＯ８３／００２３２号
【０００８】
　スピンにより、ファイバの内部の幾何学的非対称性および／または応力非対称性が、１つがファイバの軸を下降する際に、その軸の回りに回転する。延伸中にスピンを実施することによって、すなわち、プリフォームのルートが、ほぼ融解しているとき、ファイバが延伸後にねじれている場合に生じる非対称の回転と回転応力の導入との組合わせとは対照的に、本質的に純粋な回転が、ファイバの非対称に関して実施される。ＰＭＤを低減するスピンの回転の議論については以下の文献を参照されたい。
【非特許文献６】ＳｃｈｕｈらのＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、３１：１１７２〜１１７３ページ、１９９５年
【非特許文献７】ＵｌｒｉｃｈらのＡｐｐｌｉｅｄ　Ｏｐｔｉｃｓ、１８：２２４１〜２２５１ページ、１９７９年
【０００９】
　ＰＭＤを低減する他の方法が、以下に開示されている。
【特許文献２】Ａｒｔｈｕｒ　Ｃ．Ｈａｒｔ，Ｊｒ．らへの米国特許第５，２９８，０４７号（これ以後「Ｈａｒｔ」）
【００１０】
　これは、延伸プロセス中に、プリフォームとは対照的に、ファイバの比較的定率のスピンによってＰＭＤを低減することを議論している。
【特許文献３】米国特許第５，４１８，８８１号
【００１１】
　より具体的には、Ｈａｒｔの特許は、ほぼ正弦波で変化するスピン関数を開示している。すなわち、Ｈａｒｔのスピン率αは、Ｈａｒｔのファイバの全長に沿った距離ｚの関数として、次のように表すことができる。
　α（ｚ）＝α０ｓｉｎ（２πｆｚ）
上式で、α０は、ターン／メートルで表したＨａｒｔのスピン振幅であり、ｆは、メートルの逆数で表したＨａｒｔの縦方向周波数である。すなわち、ｆは、Ｈａｒｔのスピン率αがファイバの全長に沿って変化する割合を表す。
【００１２】
　本明細書で使用する「スピン関数」という用語は、距離ｚの関数、すなわちα（ｚ）としてのスピン率、または時間ｔの関数、すなわちα（ｔ）としてのスピン率を記述する。ファイバに適用される時間スピン関数は、ファイバ延伸率により、対応する距離スピン関数から直接導出可能である（逆も同様である）。延伸率は、通常、一般的には定数であるが、変数とすることもできる。以下でより完全に議論するように、ファイバの作成に使用されるスピン関数は、距離の関数として表されても、時間の関数として表されても、完成ファイバに存在する結果的なスピン関数とは、一般に同一ではない。この相違の１つの理由は、ファイバを取り扱う機器における機械的な影響のためであり、たとえば、ファイバと、スピン関数をファイバおよび／またはプリフォームに適用するために使用される装置との境界におけるすべりなどがある。
【００１３】
【特許文献４】Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎへの米国特許第５，９４３，４６６号（これ以後「Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ」）
【００１４】
（１）この件は事実上一定ではない、すなわちファイバの全長に沿った距離の関数として、または時間の関数として、大幅に変化する；（２）事実上正弦波ではない；および（３）複数のビート長に対してＰＭＤの大幅な低減を提供するように、十分な高調波成分など十分な変動性を有する、改良スピン関数について開示している。
【００１５】
　Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎは、様々な非一様スピン関数を開示している。たとえば、スピン関数は、様々な周波数の正弦波成分の重み付き和として構築することができ、成分の数と重みとは、本発明のＰＭＤ低減を達成する関数全体を作成するように選択される。スピン関数も、無作為に生成することができる。ある好ましい実施形態では、スピン関数は、周波数変調正弦関数または振幅変調正弦関数であり、スピン関数が事実上正弦波ではないように、十分変調されている。
【００１６】
　どの方法を使用するかに関係なく、スピンが、光ファイバ上に付与され、付与されたスピンの性質は、ＰＭＤを低減する程度を付与する。ホット・ゾーンにあるファイバが、ねじりにより変形され、その結果、溶融状態から冷却される際に「凍結」されてファイバに変形されるとき、スピンがファイバ上に「刻印」される。冷却後、ファイバは、永続的な「スピン」、すなわち永続的なねじれ変形を提示する。しかし、重要なことは、溶融ファイバに実際に導入されるスピンの量は、導入しようとする量とは常には同じではないことである。回転伝達に影響を与える様々な要因が存在する。
【００１７】
　たとえば、図１は、光ファイバを形成する装置を示す。光ファイバ２５は、ローラの上で「スリップ」して、ねじれ６０を付与することが可能である。さらに、溶融ファイバとスピン装置６０との間のファイバ・スパンの長さは、冷却の程度を付与し、したがって、実際に付与されるスピン量を付与する。スピン装置６０は、スピンを付与するためにローラ１９１または他の手段を備えることが可能であり、角運動θ１５５をファイバに付与する。しかし、スピン装置６０は、コーティングが施される時間までに、ファイバがいくらか冷却されており、ファイバがスピン装置と接触した後、さらに冷却されるように、加熱装置１５からある距離に配置される。したがって、スピン装置が、下方点において角運動θ１５５を付与している間、様々な角運動θ２２８が、ネック・ダウン領域２０の付近に付与される。値は、θ１＜θ２である。これは、一部には、次の理由による：
　１．ネック・ダウン領域とスピン装置との間のファイバの長いスパン
　２．コーティングの粘性抵抗特性
　３．ネック・ダウン自体の粘性抵抗特性
　４．スピン装置におけるファイバのすべり
　５．全長に沿ったファイバの温度差
【００１８】
　したがって、導入しようとするスピンと比較して、実際に導入されるスピンは、１００％未満であるが、導入しようとするスピンにほぼ相当する。
【００１９】
　「スピン」の他に、製造中に測定される光ファイバに関する他のメトリックは、「ねじれ」である。スピンとねじれのメトリックは、関係しており、用語は、従来の技術では区別なく使用されることがある。時には、従来の技術では、これらの用語は区別されず、または、違いは、文脈に基づいており、混乱が生じることがある。本明細書で使用する場合、「スピン」は、溶融状態（すなわち冷却前）の光ファイバに導入される回転を指し、一方、「ねじれ」は、冷却後、光ファイバの上に導入される回転を指す。スピンは、溶融ファイバに付与され、ファイバが冷却されたとき、永続的に固定される。ねじれは、冷却後、光ファイバの上に付与される機械的な回転力を指し、変化させることができる。光ファイバのねじれは、通常、スピン・プロセスにより生じ、スピンとは異なり、ねじれは、ファイバ上にねじり応力を通常導入するが、その理由は、ファイバが冷却され、溶融状態と比較して相対的に非弾性になった後、ねじれが導入されるからである。ねじれは、回転力を他の方向に加えることによって、「解除」または低減することができるが、スピンは、永続的である。過度の量のねじれは、微視的な亀裂を生じることがあり、ファイバの決定的な物理的破壊に寄与し、またはそれを引き起こすことがある。したがって、ファイバ上に導入されるねじれを低減または排除することが望ましい。
【００２０】
　Ｈａｒｔは、ねじれが生じることがあることを認識し、かつ光ファイバ上のねじれを低減する１つの方法を特定している。Ｈａｒｔは、ファイバを巻き出すことによってファイバを「再スプール」して、ファイバを巻き返すことを開示しているが、ねじれを修正するこの方法は、時間がかかり、かつ労力を必要とする。製造中に、ねじれの導入を回避し、または許容可能なレベルまで最小限に抑え、製造後にねじれを低減する追加の取扱いまたは処理を回避することが好ましい。Ｈａｒｔは、また、純粋に正弦波のスピン関数を使用して、所与のサイクルの間、ファイバ上に導入されているねじれとほぼ等しくかつ反対のねじれを得て、正味ゼロのねじれを生成することも開示している。しかし、Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎは、ＰＭＤの低減については純粋正弦波スピン関数より効果的であるが、ねじれを最小限に抑える方法には対処しない可変スピン関数も開示している。１つのスピン関数（Ｈａｒｔ）を選択すると、ねじれが最小限に抑えられ、一方他の関数（Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎ）を選択すると、ＰＭＤが最小限に抑えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
　したがって、ＰＭＤを最小限に抑え、同時にファイバに導入されるねじれを最小限に抑えるスピン関数が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
　本発明の目的は、縦軸を有する光ファイバと、スピン関数によって付与される、ファイバにおいて観測可能なスピンとを提供することである。スピンを付与するスピン関数は：（ｉ）複数のビート長に対して偏光モード分散の低減を提供するように、十分な変動性を有する、（ｉｉ）前記スピン関数の前記変動性が生じる点の間に、正味の回転をもたらさないというものである。
【００２３】
　本発明の他の目的は、縦軸と、ファイバにおいて観測可能なスピンとを有する光ファイバを提供することである。前記スピンは、ファイバの少なくとも一部に対して前記軸に沿った距離の関数として変化するスピン関数によって生成され、前記スピン関数は、変調正弦波関数であり、前記変調正弦波関数は、前記変調正弦波関数の自然数のサイクルに対応する間隔にわたって、正味ゼロのターンを有するというものである。
【００２４】
　本発明の他の目的は、プリフォームから光ファイバを延伸すること、スピン装置からスピンを光ファイバの上に付与することを備える光ファイバを製造する方法を提供することである。スピン装置は、変調正弦波関数であるスピン関数を使用し、前記変調正弦波関数は、前記周波数変調正弦波関数の自然数のサイクルに対応する間隔にわたって、正味ゼロの回転を生成するというものである。
【発明の効果】
【００２５】
　本発明により、ファイバ上に導入されるねじれを最小限に抑えると同時にＰＭＤを最小限に抑えることができる。
【実施例】
【００２６】
　ここで、これ以後添付図面を参照して、本発明についてより完全に記述する。図面には、本発明のすべての実施形態ではなく、いくつかの実施形態が示されている。実際、これらの発明は、多くの異なる形態で実現することが可能であり、本明細書において記述する実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が適用可能な法的要件を満たすように提供される。同じ番号は、図面を通して同じ要素を指す。
【００２７】
　光ファイバを使用して情報を伝達するために、より迅速な伝達速度が使用されるようになるにつれ、光ファイバの質は、より重要になる。低伝達速度では些細なことであった様々な不完全性が、より重大な要因となり、より迅速な伝達速度に影響を与えることがある。１つのそのような不完全性は、偏光モード分散（ＰＭＤ）と呼ばれるあるタイプのねじれである。上記で議論したように、単一モード・ファイバは、実際には基本モードの２つの偏光状態を含むことが周知である。これらの状態は、互いに直交し、異なる率で進行することができる特性を有する。理想的には、各モードは、同一の率で進行するが、光ファイバの不完全性は、複屈折、すなわち２つの偏光状態の間の相対的な伝播遅延をもたらすことがある。
【００２８】
　ＰＭＤを低減する周知の方法は、光ファイバを形成する際に、光ファイバを回転またはスピンさせるというものである。図１は、例示的な光ファイバ装置を示す。材料を光ファイバに提供するために、純粋ガラスのプリフォーム１０が、あらかじめ形成される。プリフォームは、従来の手段を使用して、熱源１５によって加熱される。プリフォームを融点まで加熱し、ファイバを延伸した後、ネック・ダウン２０と呼ばれる角度領域が形成される。単一光ファイバ２５が、半溶融状態のプリフォームから出現し、直径モニタ３０を通過する。光ファイバは、引き続き下方に延伸され、光ファイバを保護するためにコーティングを施すコーティング・アプリケータ４０を通過する。ファイバは、光コーティング４３を硬化させ、コーティングが施された後、直径全体４５を監視する他のユニットをも通過することが可能である。次いで、光ファイバ２５は、スピン装置６０と遭遇し、スピン装置は、スピンをファイバに付与するローラ１９１を備えることが可能である。そのようなスピン装置は、先行特許に記述されており、ローラまたはテーク・アップ・ホイールを組み込むことが可能である（たとえば、米国特許第５，２９８，０４７号を参照されたい）。次いで、光ファイバ２５は、ファイバを延伸する一連のローラ６５に遭遇する。次いで、ファイバは、スプール（図示せず）の回りに巻かれる。
【００２９】
　図２は、他の視点から、図１のローラ６０、６５をより詳細に示し、図１のスピン装置６０のローラ１９１は、図２のローラ２９１に対応する、等である。図２Ａでは、ローラ２９１は、この図ではファイバ２５の上に何らスピンを付与していない。しかし、図２Ｂは、ファイバの上に回転またはスピンを付与するように、ある角度に傾斜したローラ２９１を示す。ローラ２９１は、所望の量のねじれが導入されるように、前後に振動する。前述したように、付与されるスピンは、前述した要因に基づいて、付与しようとするスピン（スピン関数によって定義される）より小さい。それにもかかわらず、スピンが、溶融ファイバの上に付与され、様々な技術を使用して測定することができる。
【００３０】
　ローラ２９１は、異なる大きさを光ファイバに付与する異なるスピン関数を使用して、変調することができる。図３Ａ〜３Ｂのチャートを使用して、いくつかの従来のスピン関数を示す。図３Ａは、一定のスピン関数を示し、これは、１メートルの長さにわたって単一の方向に一定スピン率を有する。この図では、定数３ターン／メートルが、ファイバの全長にわたって存在する。図３Ｂには、純粋正弦波スピン関数が示されており、この場合、スピン関数は、ファイバの全長に沿って、正弦波関数に従って周期的に変化する。正の値は、一方向の回転を示し、負の値は、他方向の回転を示す。回転の方向は相対的なので、正の値または負の値について、どちらの方向が時計回りまたは半時計回りであるかは、重要ではない。
【００３１】
　図１のスピン装置６０の動作は、スピン関数を組み込んでいるソフトウエア・アルゴリズムを実行するプロセッサ（図示せず）によって制御される。プロセッサは、図１の他の態様の例示的な光ファイバ装置をも制御することが可能である。そのような特定の態様には、キャプスタン７０を含んでいるローラの速度を変更することによって延伸率を制御すること、熱源１５の熱を制御すること、ならびに直径測定装置３０から直径測定を受け取ることが含まれる。
【００３２】
　前述したように、付与される実際のスピンは、付与しようとするスピンに等しくない。スピン関数は、後者、すなわち付与しようとするスピンを表す。Ｈａｒｔの特許は、加えられたスピン関数を１．５メートル／秒の延伸速度に対して６０サイクル／分の振動、すなわち純粋正弦波として記述する。ファイバ上に付与された実際のスピンが測定され、Ｈａｒｔの図６から再生成された図３Ｃのグラフ３８０に対応する。同様に、３．０メートル／秒の延伸率に対して１０６サイクル／分の純粋正弦波スピン関数は、図３Ｃのグラフ３８１に示した測定済み付与スピン関数となる。しかし、本発明を例示する目的では、スピン装置のスピン関数が中心であり、実際の付与スピン関数は、わずかに異なる可能性のあることが認識されている。したがって、ファイバに付与されたスピンを調査することは、スピン関数とはわずかに異なることになる。したがって、スピン関数は、自然数のサイクルに対応する期間にわたって正味ゼロのターンを有する可能性があるが、対応する間隔にわたってこの関数を使用してファイバに付与された実際のスピンは、少数の正味のターン（すなわちゼロではない値）を有する可能性がある。このわずかな差は、予期されるものであり、そのようなファイバは、本発明の原理を組み込んでいないスピン関数で製造されたと結論付けられるべきではない。
【００３３】
　図３Ｂに戻ると、光ファイバの延伸率は、一定であることが想定され、Ｘ軸上に表されたファイバの長さは、時間に正比例する。したがって、ΔＬ３４０の長さとなるＬ１３２０とＬ２３３０とによって限定される図３Ｂのファイバの長さを選択することは、ΔＴ３７０として表すことができるＴ１３５０とＴ２３６０とに関連付けられる。この間隔中（時間期間またはファイバの長さとして見る）、領域１３１０は、スピン関数を表す線と、ゼロのスピン率を表す線とによって制限される。さらに、領域１３１０は、Ｌ１とＬ２の間のスピン関数の積分として表すことができる。面積は、「（ターン／メートル）＊メートル」を表し、この間隔中にファイバに付与されたターンまたは回転の数である。開示したスピン関数は、周期的であり、振幅が同じなので、領域１３１０と領域２３２０は、面積は等しいが、反対方向の回転を表すことになる。領域１３１０と領域２３２０を加算することにより、正味ゼロの結果が生成され、これは、正味のターンがゼロに等しいことを意味し、ファイバ上に付与されたねじれが正味ゼロであることに対応する。したがって、純粋正弦波スピン関数は、ファイバ上に正味ゼロのねじれをもたらす。これは、ゼロの結果を有する１つまたは複数のサイクルにわたってスピン関数を積分する以下の式に表すことができる。
【００３４】
【数１】
2004051483.tif 000003
上式で、α（ｚ）は、あるスピン関数をファイバに沿った長さｚの関数として記述し、ｚｎは、スピン関数のｎ番目の開始であり、Ｔｎ（ｚ）は、ファイバに沿った長さの関数とすることができるｎ番目のサイクルの長さである。
【００３５】
　サイクル内において、ファイバの所与のセクション上に正味のねじれが存在する可能性があることは事実であるが、正味のねじれは、サイクルの終わりにはゼロに戻る。その結果、ファイバ上に導入された正味のねじれの増分はないことになり、Ｘサイクルに対応する長さにわたるファイバ上のねじれは、単一サイクルの最大ねじれより大きくはないことになる。
【００３６】
　しかし、Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎが留意したように、純粋正弦波スピン関数またはほぼ正弦波のスピン関数は、ＰＭＤの低減を最適化しない。Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎは、ＰＭＤを効果的にさらに減少させる可変スピン関数を開示している。Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎは、スピン関数に対して十分な高調波成分を有することなど、十分な変動性により、ＰＭＤの大幅な低減が提供されることを開示している。Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎは、所望であれば、周波数と振幅の両方の変調を実施することができるが、実施する際に、２つの変調が相互作用して、スピン率が本質的に一定である（したがって十分な高調波成分を提供しない）ファイバのセクションを創出しないように、慎重にしなければならないことをさらに開示している。したがって、Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎは、ねじれを回避するためではなく、十分な高調波成分を保証するために、同時とは対照的に、別々に振幅または周波数を変調するという好ましい使用法を開示している。Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎの十分な高調波成分を有するスピン関数の一例は、Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎから再生成される図４に開示したスピン関数である。このスピン関数は、一定の振幅を有するが、周波数は、ファイバの距離Ｄ（ｚ）に沿った様々な点において変化する。
【００３７】
　しかし、Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎは、ファイバのねじれを回避する必要性を議論または認識していない。Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎは、可変周波数変調スピン関数を開示している図４を調査することによって明らかになるように、サイクルの中間で周波数を変更することによって正味ゼロのねじれをもたらすスピン関数から離れることを教示している。具体的には、「サイクル」を表すＺ１４１０とＺ３４３０の距離に留意すると、曲線とゼロ軸とによって制限される面積の積分は、ゼロではない。領域２４６０を追加したとき、領域１４５０の面積は、ゼロではない。純粋正弦波スピン関数とは異なり、サイクルにわたるこの関数の積分は、ゼロの値とはならない。すなわち、スピン関数は、ファイバに導入される正味のねじれとなる正味のスピンを生成する。代替として、領域２４６０と領域３４７０の領域を含んで、「サイクル」がＺ２４２０およびＺ４４４０として画定される場合、周波数は、徐々に増大するように表されるので、領域２４６０は、領域３４７０より大きくなければならない。したがって、領域２４６０と領域３４７０の和は、非ゼロでなくてはならず、正の正味のねじれが、Ｚ２４２０とＺ４４４０との間に導入される。
【００３８】
　正味のねじれが生成されない可変スピン関数を定義することが可能である。そのようなスピン関数は、周波数または振幅、あるいはその両方を変更する特性を有するが、変更は、サイクルの開始／終了時に行われることが提供される。すなわち、スピン関数は、具体的にはサイクルの開始／終了である、特定のサイクルに対して調整される。サイクル中に周波数／振幅を変更することは、Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎによって示されたように、正味のねじれをもたらす可能性があるので、回避される。
【００３９】
　可変振幅スピン関数を表している図５Ａを使用して、これを示すことができる。本発明のこの実施形態では、一定周波数を有するスピン関数が示されている。具体的には、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４などと示した任意のサイクルのファイバの長さの間隔は、他のサイクルのファイバの長さに等しいが、スピン関数の振幅は、変更される。Ｌ１中、正の振幅は、負の振幅に等しい。領域Ｌ１−ａ５１０と領域Ｌ１−ｂ５２０の曲線によって制限された面積は同じなので、これらの２つの領域においてファイバに付与された回転数は、同じであるが、方向が反対である。したがって、Ｌ１中にファイバに導入されたねじれは、ゼロである。同様に、領域Ｌ２−ａ５３０と領域Ｌ２−ｂ５４０は同じであり、Ｌ２中に導入された正味のねじれも、同様にゼロである。したがって、Ｌ１＋Ｌ２の間隔を考慮する場合、正味のねじれは、やはりゼロである。分析を他の周期に拡大することによって、あらゆるサイクル時間中の正味のねじれがゼロであり、かつあらゆる全時間サイクル数にわたる正味のねじれもゼロであることが明らかになる。したがって、Ｈｅｎｄｅｒｓｏｎに開示されたＰＭＤの低減を増強させる利益を提供し、Ｈａｒｔに開示されたねじれの導入を回避する可変振幅スピン関数が定義される。
【００４０】
　上記の議論では、曲線下の面積は、同じ面積であり、それらの和はゼロであるとして議論されている。実際の応用では、許容範囲内で、面積がほぼ等しく、和がほぼゼロであるなど、ある程度の値の変動がある。
【００４１】
　図５Ｂは、本発明の他の実施形態を示し、可変周波数スピン関数を示すが、一定振幅スピン関数を有する。サイクルは、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４などと示されている。サイクルは、間隔は等しくないが、各サイクルのスピンは、同じ振幅である。図５Ａの分析と同様に、曲線によって制限された面積は、その間隔中に付与されたスピンの数を表す。具体的には、領域Ｌ５−ａ５６０と領域Ｌ５−ｂ５７０によって制限された面積は、その間隔（Ｌ５）中のスピンの数を表す。領域Ｌ５−ａ５６０と領域Ｌ５−ｂ５７０の面積の和はゼロなので、Ｌ５中にファイバ上に導入された正味の回転はゼロであり、したがってＬ５にわたる正味のねじれはゼロになる。同様に、Ｌ６中に導入された正味のスピンとねじれもゼロであり、図５Ｂの間隔Ｌ５およびＬ６にわたる正味のねじれとスピンの組合せも、ゼロでなければならない。
【００４２】
　正味ゼロのねじれを依然として維持しながら、超低ＰＭＤレベルを達成するために、振幅と周波数の両方を変更することによって、本発明の原理を示すことが可能である。これを図６に示す。Ｘ軸は、時間を表す。図６は、ｔ２およびｔ３など、等しいが、振幅は異なる間隔を示す。同様に、図６で、ｔ３およびｔ５など、スピン関数の振幅は等しいが、周波数が異なる間隔を示す。しかし、ある特定のサイクルを調査すると、そのサイクルにわたる関数の積分がゼロであることが示される。たとえば、ｔ２について、領域ｔ２−ａ６１０と領域ｔ２−ｂ６２０によって制限された面積の和は、ゼロになる。この理由は、領域ｔ２−ａ６１０において付与されたスピンは、領域ｔ２−ｂ６２０と等しいが、方向が反対であるからである。したがって、付与された正味のスピンと正味のねじれは、ゼロである。ｔ１、ｔ３、ｔ４などについての分析も、同じ結果をもたらす。ｔ３＋ｔ４＋ｔ５など、連続する時間周期を調査すると、同様にゼロの正味のスピンとねじれが生成される。再び、超低ＰＭＤレベルを達成するための可変スピン関数が獲得され、光ファイバ・ケーブルにねじれは導入されない。
【００４３】
　振幅、周波数、またはその２つの組合わせの変更は、様々な方式で決定することができる。上記のスピン関数を使用して光ファイバの適切な程度の可変スピンを生成するために、振幅または周波数の値のシーケンスを、あるタイプの無作為分布（すなわち一様、正規など）、または線形関数などのある他の関数から選択することが可能である。可能なことに、ファイバ延伸の任意の固定長に対応するスピン関数をオフラインで生成し、これを使用して、ファイバ・スピン装置の運動コマンドを生成することが可能である。この固定長シーケンスは、その長さが十分に長く、ファイバのほぼ全長（すなわち５００メートルを）を網羅するとすれば、ファイバに沿って順次使用することが可能である。また、可能なことに、ファイバ・スピン装置の動作中にランダム・シーケンスを生成して、生成される値により大きな程度の変動性を提供し、これにより、シーケンスを反復するあらゆる可能性が低減される。スピン関数の変化量に対して何ら有意な制限を課さずに、任意の長さのファイバを網羅するシーケンスを事前に生成することがさらに可能である。
【００４４】
　Ｈａｒｔにおいて議論した様々なタイプのスピン機構または当技術分野において現在既知である、あるいは今度開発される他の機構は、本発明を実施する際に使用することができる。たとえば、Ａｒｄｉｔｔｙらへの米国特許第４，５０９，９６８号を参照されたい。これは、ファイバを形成する際に、軸の回りにファイバを回転させる装置について記述している。一般的には、どのように構築しても、スピン装置には、ローラなど、スピン力をファイバに加えるためのファイバ接触手段と、ファイバ接触手段の運動を定義するためのコンピュータ制御駆動モータと関連する機構連結部など、時間の関数として非正弦波空間パターンでファイバ接触手段を動かすための駆動手段とが含まれる。
【００４５】
　本発明の方法を実施する追加の機構が、本明細書の開示から当業者には明らかであろう。たとえば、プリフォームの非正弦波スピンの機構を使用することによって、そのようなプリフォームを単独で、またはスピン力をファイバに適用することに組み合わせて使用するとき、本発明を実施することが可能である。
【００４６】
　例として、本発明のスピン関数は、図１、２Ａ、および２Ｂに示したスピン装置６０において実施することができる。この場合、ローラ１９１は、その振動がスピン関数の１つに従うように制御することができる。たとえば、一実施形態では、本発明のシステムおよび方法は、図５Ａに示したものと同様の可変振幅スピンを使用して、または図５Ｂに示したものと同様の可変周波数スピンを使用して、光ファイバをスピンさせるようにスピン装置を制御する。さらに、いくつかの実施形態では、本発明のシステムおよび方法は、図６に示したように、振幅と周波数の両方について変化する光ファイバをスピンさせるように、スピン装置を制御することが可能である。ファイバに付与される実際のスピンは、スピン関数と正確には同一ではないが、測定することができる。被付与スピンの存在は、たとえば、ファイバのバブルを微視的に調査して、コアの楕円率または偏心率の回転を決定することによって、または、Ｍ．Ｊ．ＭａｒｒｏｎｅらのＯｐｔｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．１２（１）６０ページによって使用される進行磁気光学変調器の手段によって、容易に確認することができる。
【００４７】
　以上の内容は、ＰＭＤを低減するための改良した方法および装置について記述している。特定の例示的な実施形態を開示したが、当業者なら、本発明は、単に例示として提示されており、限定ではない開示した実施形態以外に実施することができ、かつ本発明は、以下の請求項によってのみ制限されることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】製造中に光ファイバを延伸する装置を示す図である。
【図２Ａ】カントありで光ファイバの製造にスピンを導入する、図１の光ファイバ製造装置において使用する従来の技術のスピン装置を示す図である。
【図２Ｂ】カントなしで光ファイバの製造にスピンを導入する、図１の光ファイバ製造装置において使用する従来の技術のスピン装置を示す図である。
【図３Ａ】図２Ａ〜２Ｂの従来の技術のスピン装置によって使用される一様線形スピン関数を示すグラフの図である。
【図３Ｂ】図２Ａ〜２Ｂの従来の技術のスピン装置によって使用される純粋正弦波スピン関数を示すグラフの図である。
【図３Ｃ】図３Ｂに示した純粋正弦波スピン関数を使用して、図２Ａ〜２Ｂの従来の技術のスピン装置によって正弦波スピン関数から付与された光ファイバにおけるスピンの測定を示す図である。
【図４】従来の技術において、周波数が変数である他のスピン関数を示す図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による、低減されたねじれを有する光ファイバをスピンさせるために使用される可変振幅スピン関数を示す図である。
【図５Ｂ】本発明の原理の一実施形態による、低減されたねじれを有する光ファイバをスピンさせるために使用される可変周波数スピン関数を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、低減されたねじれを有する光ファイバをスピンさせるために使用される可変振幅と可変周波数を組み合わせたスピン関数を示す図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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