(57)【要約】  微細構造光ファイバを製造する方法を提供する。基板に対してスート堆積バーナーを３ｃｍ／ｓｅｃよりも高速なバーナー移動速度で移動させることによって基板上にシリカガラスベースのスートを蒸着させて、光ファイバプレフォームの少なくとも一部分を形成し、複数のバーナー経路の各々に対して２０ミクロン未満の膜厚を有するスートの層を堆積させる。加熱炉内でスートプレフォームの少なくとも一部分を固化させて、スートプリフォーム内に閉じ込められた空気のうち５０パーセントより大なる空気を除去し、断面で見られたときに少なくとも５０個の空胴を示す固化ガラスプリフォームを形成する。固化ステップは、固化ステップ中に、気体雰囲気の一部分をプレフォームに閉じ込めるのに有効な条件下で、クリプトン、窒素、又はこれらの混合ガスを含む気体雰囲気において実行される。
2010526756.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対してスート堆積バーナーを３ｃｍ／ｓｅｃよりも高速なバーナー移動速度で移動させることによって前記基板上にシリカガラスベースのスートを蒸着させて、光ファイバプレフォームの少なくとも一部分を形成し、複数のバーナー経路の各々に対して２０ミクロン未満の膜厚を有するスートの層を堆積させるステップと、
加熱炉内で前記スートプレフォームの前記少なくとも一部分を固化させて、前記スートプリフォーム内に閉じ込められた空気のうち５０パーセントより大なる空気を除去して、断面で見られたときに少なくとも５０個の空胴を有する固化ガラスプリフォームを形成するステップと、を含む光ファイバを製造する方法であって、
前記固化ステップは、クリプトン、窒素、又はこれらの混合ガスを含む気体雰囲気において、前記固化ステップ中に前記気体雰囲気の一部分を前記プレフォーム内に有効に閉じ込める条件下で行われることを特徴とする方法。
【請求項２】
断面で見られたときの前記プリフォームは少なくとも１００００個の空胴を示すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記固化ステップはヘリウムをさらに含む気体雰囲気において実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記固化ステップはクリプトンをさらに含む気体雰囲気において実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記堆積ステップで堆積された前記スートは、前記光ファイバプレフォームの前記クラッド領域の一部分を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記堆積ステップにおける前記バーナーの前記移動速度は７ｃｍ／秒より大であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記堆積ステップにおける前記バーナーの前記移動速度は１０ｃｍ／秒より大であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記堆積ステップは、複数のバーナー経路の各々に対して１５ミクロン未満の膜厚を有するスートの層を堆積させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記堆積ステップは、複数のバーナー経路の各々に対して１０ミクロン未満の膜厚を有するスートの層を堆積させるステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記堆積ステップは、複数のバーナー経路の各々に対して１５ミクロン未満の膜厚を有するスートの層を堆積させるステップを含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記固化ステップの後に及び前記プリフォームを光ファイバに線引きするステップに先立って、空胴を有する前記固化プリフォームをケインに線引きして、前記再線引きステップ中に空洞の直径が膨張するのに有効である条件化において、空胴を有する前記固化プリフォームの直径を５ｍｍより大である外側プリフォームの直径まで低減するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記プリフォームをケインに線引きする前記ステップは、約１６５０から１７７５℃までの間の温度に前記プリフォームを暴露させつつ、５ｃｍ／分より大の速度で前記プリフォームを線びきするステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記プリフォームをケインに線引きする前記ステップは、約１６５０から１７７５℃までの間の温度に前記プリフォームを暴露させつつ、７ｃｍ／分より大の速度で前記プリフォームを線びきするステップを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記ファイバを２５０グラムより大の線引き張力で線引きするステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記ファイバを２５０グラムと３００グラムとの間の線引き張力で線引きするステップをさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記ファイバを２５０グラムと３００グラムとの間の線引き張力で線引きするステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願のクロスリファレンス】
【０００１】
本出願は、２００７年５月８日出願の米国特許仮出願第６０／９２８，１６５号の利益及び優先権を主張する。その内容の全体は参照として本明細書に裏付けとして組み込まれている。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、光ファイバに関し、特に、微細構造光ファイバ及び微細構造光ファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ガラス物質から形成された光ファイバは、２０年間以上、商業的に利用されている。かかる光ファイバは電気通信の分野において、大躍進してきたものの、代替の光ファイバに関する研究が継続している。１つの有望な形態の代替光ファイバとして、微細構造光ファイバがある。その微細構造光ファイバは、ファイバ軸の長手方向に沿って拡散する空孔又は空洞を含む。空孔は、一般に空気又は不活性ガスを含むものの、他の物質をも含み得る。微細構造ファイバの大部分が、コアの周囲に分布する複数の空孔を有し、空孔はファイバの長手方向に沿って比較的長い距離（例えば、数１０メートル又はそれ以上）に分布し、通常、空孔は光ファイバの全長にわたって拡がっている。多くの場合、これらクラッドの空孔は光ファイバのコアの周囲において、規則的且つ周期的に配置される。言い換えれば、光ファイバの断面を光ファイバの長軸に沿って切り取る場合、同一の空孔が、互いに同一の周期的な空孔構造において見出され得る。かかる微細構造ファイバの例が、米国特許第６，２４３，５２２号に記載されている。
【０００４】
微細構造光ファイバは、種々の特性を有するよう設計され、種々の用途に使用され得る。例えば、固体ガラスのコアと、コアの周囲のクラッド領域に配置された複数の空孔と、を有する微細構造光ファイバが、すでに形成されている。負の大なる分散値から正の大なる分散値に至る分散を有する微細構造光ファイバを製造するべく、空孔の位置及びサイズが設計され得る。かかるファイバは、例えば、分散補償の観点において、有益であり得る。また、固体コア微細構造光ファイバは、広範囲の波長にわたって単一モード化されるように設計され得る。たいていの固体コア微細構造光ファイバは、全内面反射機構によって光を導波する。空孔の屈折率が低いので、空孔が分布するクラッド領域の有効屈折率が低下する。
【０００５】
微細構造光ファイバはいわゆる「スタック・アンド・ドロー」方法によって通常製造される。かかる「スタック・アンド・ドロー」方法において、一連のシリカロッド及び／又はチューブが最密配置で束にされて、プレフォームが形成される。かかるプレフォームは、従来のタワー型設備を用いてファイバとして線引きされ得る。スタック・アンド・ドロー方法には様々の不利な点がある。（ロッド又はチューブによって画定された）何百もの極薄のケインを集合することが困難であり、そして、円筒型ケインを束にし、且つ線引きする際に間質性の空洞が存在する可能性があるので、可溶性の粒子状不純物、不必要な界面が導入され、初期の空孔を変形し若しくは形態を変えることによって、ファイバの減衰が劇的に影響され得る。その上、生産性が比較的低く且つ高コストであるので、この方法は工業製品には全く適していない。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の一つの態様は、光ファイバを製造する方法に関する。かかる方法は、基板に対してスート堆積バーナーを３ｃｍ／ｓｅｃよりも高速なバーナー移動速度で移動させることによって前記基板上にシリカガラスベースのスートを蒸着させて、光ファイバプレフォームの少なくとも一部分を形成し、複数のバーナー経路の各々に対して２０ミクロン未満の膜厚を有するスートの層を堆積させるステップと、加熱炉内で前記スートプレフォームの前記少なくとも一部分を固化させて、前記スートプリフォーム内に閉じ込められた空気のうち５０パーセントより大なる空気を除去し、断面で見られたときに少なくとも５０個の空胴を示す固化ガラスプリフォームを形成するステップと、を含み、前記固化ステップは、前記固化ステップ中に、前記気体雰囲気の一部分を前記プレフォームに閉じ込めるのに有効な条件下で、クリプトン、窒素、又はこれらの混合ガスを含む気体雰囲気において実行される。１実施例においては、窒素及び任意でヘリウムが気体雰囲気として利用される。別の実施例では、クリプトン及び任意でヘリウムが気体雰囲気として利用される。あるいは、気体雰囲気は、窒素と、クリプトンと、任意でヘリウムとの混合ガスを含み得る。
【０００７】
スートプリフォームは、固化ステップ中に前記気体雰囲気の一部分を前記プレフォームに閉じ込めるのに有効な条件下で、プリフォームを包囲する気体雰囲気にて固化されて、
その結果、固化ガラスプレフォーム中に非周期的に分布する空孔又は空胴が形成される。各空孔は固化ガラスプリフォームの内において少なくとも一つの封止固化ガスの領域に対応する。望ましくは、前記堆積ステップ中の前記バーナーの前記移動速度は７ｃｍ／秒より大であり、より望ましくは５ｃｍ／秒より大であり、さらに望ましくは７ｃｍ／秒より大であり、さらに望ましくは１０ｃｍ／秒より大である。堆積ステップは、複数のバーナーの経路の各々に対して、ゼロより大であり、より望ましくは１ミクロンより大の膜厚であり、２０ミクロン未満であり、より望ましくは１５ミクロン未満であり、最も望ましくは１５ミクロン未満の膜厚を有するスート層を堆積させるステップを含む。望ましくは、固化成型ステップの次に及びプリフォームを光ファイバに線引きする前に、空胴を有する固化プリフォームをケインに線引きして、前記再線引きステップ中に前記空洞の直径が拡大するのに有効である条件化において、空胴を有する固化プリフォームの直径が外側プリフォーム直径まで低減される。かかる直径は、より望ましくは０．７５ｍｍ未満であり、より望ましくは０．６６ｍｍ未満であり、５ｍｍより大である。
【０００８】
空胴を有する固化プリフォームは、光ファイバを製造するのに使用される。固化成型ステップ中に光ファイバプレフォーム内に形成された空孔の少なくともいくつかが、線引きされた光ファイバ内に残存する。空孔含有領域が光ファイバのクラッドに対応するよう設計することによって、これら得られた光ファイバは、第１屈折率を有するコア領域と、コアの屈折率よりも低い第２屈折率を有するクラッド領域と、を含むように製造され得る。かかる低屈折率は、クラッド内の空孔の存在に少なくとも部分的に帰属する。あるいは、又は、本明細書に開示されたさらなる方法は、クラッド内に空孔含有領域を与えるよう使用され、光ファイバの曲げ性能が向上される。例えば、本明細書に開示されファイバ設計及び方法を使用して、１０ｍｍマンドレルの周囲に曲げられたときに、１５５０ｎｍにおいて、２０ｄＢ／ｔｕｒｎ未満であり、さらにより望ましくは１５ｄＢ／ｔｕｒｎ未満であり、さらにより望ましくは１０ｄＢ／ｔｕｒｎ未満である減衰の増加を示す光ファイバを製造することが可能である。同様に、本明細書に開示されファイバ設計及び方法を使用して、２０ｍｍマンドレルの周囲に曲げられたときに、１５５０ｎｍにおいて、３ｄＢ／ｔｕｒｎ未満であり、望ましくは１ｄＢ／ｔｕｒｎ未満であり、さらにより望ましくは１５ｄＢ／ｔｕｒｎ未満であり、より望ましくは０．５ｄＢ／ｔｕｒｎ未満であり、最も望ましくは０．２５ｄＢ／ｔｕｒｎ未満である減衰の増加を示す光ファイバを製造することが可能である。本明細書に記載された方法及びファイバ設計は、１５５０ｎｍにおいてシングルモードのファイバとマルチモードのファイバの双方を製造するのに有益である。
【０００９】
望ましくは、空洞はファイバのクラッド領域内に実質的に位置付けられ、より望ましくはクラッド領域内の全領域において位置付けられ、空洞は空洞含有領域内のコアを包囲し、且つ、空胴は望ましくはコア領域には実質的には存在しない。いくつかの好ましい実施例では、空胴は、光ファイバのコアから離間されている空洞含有領域内に位置する。例えば、（例えば、４０ミクロン未満の半径幅、より望ましくは３０ミクロン未満の半径幅を有する）空洞含有領域の比較的薄いリングは、光ファイバのコアから離間され得るものの、光ファイバの外側周辺部には完全に延在していない。空洞含有領域をコアと離間することによって、１５５０ｎｍにおける光ファイバの減衰が低減される。薄いリングを使用することによって、１５５０ｎｍでシングルモード化される光ファイバの製造が容易にされる。光ファイバは酸化ゲルマニウム又はフッ素を含み、光ファイバのコア及び／又はクラッドの屈折率が調整され得るものの、これらドーパントの使用は回避され得るし、代わりに、空洞のみにより、クラッドの屈折率に対してコアの屈折率がさらに調整され、光が光ファイバのコアで導波される。本明細書に開示された固化技術を使用して、断面が非周期的な空孔分布を示す光ファイバが形成され得る。非周期的分布とは、光ファイバの断面を光ファイバの長軸に沿って切り取る場合、空洞は、光ファイバの一部分においてランダムに若しくは非周期的に分布することを意味する。ファイバの長さに沿って異なるポイントで切り取られた断面は、異なる空孔断面パターンを示すだろう。すなわち、様々な断面が、わずかに異なるランダムに配置された空孔パターン、分布、及びサイズを有するであろう。これらの空孔は光ファイバの長さに沿って（すなわち、長手軸に平行に）伸び（延長し）るものの。光ファイバの全長に延在しない。理論によって縛られるのを望むのではないが、空孔はファイバの長さ方向に沿って数メートル未満の長さにおいて延在し、大抵の場合、１メートル未満の長さにおいて延在すると信じられている。
【００１０】
本明細書に開示された空洞生成固化技術を使用して、クラッド領域を有する光ファイバを製造することが可能である。かかるクラッド領域は、０．０１パーセントより大の全ファイバ空洞面積パーセント（すなわち、空胴の全断面積を光ファイバの全断面積で割ったものに１００を掛けたもの）、より好ましくは０．０２５パーセントより大の全ファイバ空洞面積パーセント、さらに好ましくは０．０５パーセントより大の全ファイバ空洞面積パーセント、さらに好ましくは０．１パーセントより大の全ファイバ空洞面積パーセント、さらに好ましくは０．５パーセントより大の全ファイバ空洞面積パーセントを示す。約１より大の全空洞面積パーセントを有するファイバが製造され、実際、約５より大の又は１０パーセントより大の全空洞面積パーセントを有するファイバが製造されている。しかしながら、ファイバ設計に依存して、１未満であり、さらには０．７未満である全空洞面積パーセントによって、曲げ性能が大いに改善され得ることが信じられている。いくつかの好ましい実施例では、全空洞面積パーセントは２０パーセント未満であり、より好ましくは１５パーセント未満であり、さらに好ましくは１０パーセント未満であり、最も望ましくは５パーセント未満である。他の好ましい実施形態において、光ファイバにおける全空洞面積パーセントは０．７パーセント未満であり且つ０．０１パーセントより大である。かかる空洞含有クラッド領域はコアに対する屈折率を低減し、クラッドを形成するのに使用され得る。そのクラッド領域は光ファイバのコアに沿って光を導波する。以下で説明するように、適切なスート固化条件を選択することによって、様々な有用光ファイバ設計が達成され得る。例えば、クラッド内の空洞の最大サイズを伝送され得る光の波長（例えば、いくつかの電気通信システムに対しては１５５０ｎｍ未満）よりも小さくなるように、好ましくはファイバに沿って伝送され得る光の波長の２分の１よりも小さくなるように選択することによって、高価なドーパントを使用することなく、低減衰ファイバが達成され得る。その結果、様々なアプリケーションに対して、望ましくは、空孔は、ファイバ内の空孔の少なくとも９５％以上、好ましくはファイバ内の空孔のすべては光ファイバのクラッド内で最大の空孔サイズを示すように形成される。かかる最大の空孔サイズは、好ましくは２０ｎｍより大であり且つ１５５０ｎｍ未満であり、より望ましくは７７５ｎｍ未満であり、最も望ましくは約３９０ｎｍ未満である。同様に、ファイバ内の空孔の最大直径は１０ｎｍより大であり、より好ましくは２０ｎｍより大であり、そして、より好ましくは７０００ｎｍ未満であり、より好ましくは２０００ｎｍ未満であり、より好ましくは１５５０ｎｍ未満であり、最も望ましくは７７５ｎｍ未満である。それら平均直径が本明細書に開示された方法を使用することで達成可能である。本明細書に開示された方法を使用して製造されたファイバによって、１０００ｎｍの標準偏差内にある平均直径、より望ましくは７５０ｎｍの標準偏差内にある平均直径、最も望ましくは５００ｎｍの標準偏差内にある平均直径が達成される。いくつかの実施形態では、本明細書に開示されたファイバは、５０００個未満の空孔を有し、いくつかの実施形態では１０００個未満の空孔を有し、他の実施形態では空孔の総数は所定の光ファイバ垂直断面において５００個未満である。もちろん、最も好ましいファイバは、これらの特性が組合された特性を示すだろう。したがって、例えば、光ファイバの１つの特定の好ましい実施形態は、光ファイバ内に２００個未満の空孔を示し、その空孔は、１５５０ｎｍ未満の最大直径及び７７５ｎｍ未満の平均直径を有するであろう。しかしながら、より大きく且つより多数の空孔を使用することによって有用で且つ曲げ抵抗光ファイバが達成され得る。穴部の空孔の数、平均直径、最大直径、及び全空洞面積パーセントについてすべて計算されることができる。かかる計算は、約８００倍の走査電子顕微鏡、及び米国メリーランド州のシルバースプリングのＭｅｄｉａ  Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社より利用可能なＩｍａｇｅＰｒｏ等の画像分析ソフトを用いて行われた。他の好ましい実施形態において、より高い平均数密度の達成を容易にするために、環状空孔含有領域は、ファイバが断面で見られたときに１００より多数の空孔を含み、より望ましくはファイバが断面で見られたときに２００より多数の空孔を含み、さらに望ましくはファイバが断面で見られたときに４００より多数の空孔を含み、最も望ましくはファイバが断面で見られたときに６００より多数の空孔を含む。実際、本明細書に開示された技術は、１０ミクロン未満の幅を有する環状リングに対して、より好ましくは７ミクロン未満の幅を有する環状リングに対して、光ファイバの環状リングにおいて１０００個より多数の空孔、さらには２０００個より多数の空孔を生じせしめるのに十分である。他の好ましい実施形態において、本明細書に開示された微細構造光ファイバは、長手方向の中心線に関して配置されたコア領域と、コア領域を囲むクラッド領域と、を含む。クラッド領域は、非周期的に配置された空孔から成る環状の空孔含有領域を含む。環状の空孔含有領域は２ミクロン〜１２ミクロンの最大半径幅と２パーセント〜１２パーセントの局部的空洞面積パーセントを有する。非周期的に配置された空孔の平均直径は、５００ｎｍ未満であり、好ましくは３００ｎｍ未満であり、より好ましくは２００ｎｍ未満であり、且つ５ｎｍより大である。
【００１１】
本発明の別の態様は、上述した処理を使用して製造され得る微細構造光ファイバに関する。かかる微細構造光ファイバは、第１屈折率を有するコア領域と、非周期分布空洞の存在に少なくとも部分的に帰属してコアの屈折率より低い第２屈折率を有するクラッド領域と、を含む。したがって、ファイバを介して伝送される光は概ねコア領域内に閉じ込められる。その空孔は、１５５０ｎｍの最大直径若しくはそれ未満の最大直径を有し、得られた光ファイバは、６００ｎｍと１５５０ｎｍとの間の少なくとも一つの波長において（最も好ましくは１５５０ｎｍにおいて）、１５５０ｎｍにおいて５００ｄＢ／ｋｍ未満の減衰、より好ましくは２００ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を示す。「減衰」とは、本明細書に使用されているように、「マルチモード減衰」または「シングルモード減衰」として特に指定されない場合において、光ファイバが１５５０ｎｍにおいてマルチモード化されている場合には光ファイバのマルチモード減衰を意味し、光ファイバが１５５０ｎｍにおいてシングルモード化されている場合には光ファイバのマルチモード減衰を意味する。本明細書に開示された空洞生成固化技術を使用して、クラッド領域を有する光ファイバを製造することが可能である。クラッド領域は、０．５パーセントより大の局所的空洞面積パーセントを示し、より好ましくは１パーセントより大の局所的空洞面積パーセントを示し、さらに好ましくは５パーセントより大の局所的空洞面積パーセントを示し、最も望ましくは１０パーセントより大の局所的空洞面積パーセントを示す。特に、かかる空洞含有クラッド領域を光ファイバのコアの１０ミクロンの距離内に形成することが可能である。本明細書に開示された技術を使用して屈折率を調整するドーパントの使用が回避されるものの、ゲルマニウム若しくはフッ素又は屈折率調整する同様のドーパントのうち少なくとも１つが、光ファイバのクラッド領域内に位置する非周期的に分布する空洞と共に使用される。しかしながら、酸化ゲルマニウム及び／又はフッ素の使用は重要でなく、例えば、ファイバは、望まれる場合には、酸化ゲルマニウムとフッ素の両方が完全に存在しないか又は実質的に存在しないであろう。本明細書に使用されるように、非周期的に分布するとは、空胴又は空孔が非周期的であることを意味する、すなわち、空胴又は空孔がファイバ構造内で周期的に配置されていないことを意味する。本発明の方法は、他の個々の空胴に対して個々の空胴の各々を周期的に配置することはできないものの、他のいくつかのタイプの微細構造ファイバの場合のように、本明細書に開示された方法によって、相対的に多量の又は小量の空胴が光ファイバの径方向分布内の様々な位置において配置され得る。例えば、本明細書に開示された方法を使用することによって、空胴のより高い局部的空洞面積パーセントを有するある領域が、ファイバ内（例えば、ファイバのコア内又は光ファイバの外側のクラッド領域内）の他の領域と比べて、光ファイバのコアに隣接して、設けられえる。同様に、空洞含有領域内の平均空孔サイズと空孔サイズ分布は、ファイバの半径方向及び軸方向（すなわち、長さ方向）の両方向において制御され得る。その結果、空孔の均一な非周期的配列はファイバ内のある領域に位置付けられ得るし、この領域の相対的な空洞面積パーセントと平均空孔サイズはファイバの長さに沿って一定に維持される。ファイバは特定の直径には限定されないものの、ファイバの外側直径は、好ましくは７７５ミクロン未満であり、より好ましくは３７５ミクロン未満であり、最も好ましくは２００ミクロン未満である。
【００１２】
かかるファイバは、電気通信ネットワーク（通常、８５０ｎｍのウィンドウ、１３１０ｎｍのウィンドウ、及び１５５０ｎｍのウィンドウ）において使用され得る。かかる電気通信ネットワークは、長距離センター、地下鉄センター、アクセスセンター、構内センター、及びデータセンター、並びに、データ通信アプリケーション、構内制御エリアネットワーク、モバイル（自動車、バス、電車、飛行機）アプリケーション（通常、６００ｎｍから１０００ｎｍの範囲）を含む。係る電気通信ネットワークは、通常、光学的に光ファイバに接続された送信機と受信機を含む。その結果、種々のアプリケーションに対して、光ファイバのクラッド内の最大空孔サイズが１５５０ｎｍ未満であり、より好ましくは７７５ｎｍ未満であり、最も好ましくは３９０ｎｍ未満となるように空孔が形成されることが好ましい。
【００１３】
かかるファイバは、医学、照明、リソグラフィー及び工業的アプリケーションに対するＵＶからＩＲライトパイプ（ｌｉｇｈｔ−ｐｉｐｅ）として使用され得る。一つの好ましいファイバのクラッドは、クラッド内において非周期的に分布された複数の空洞領域を含み、かかる空洞領域は好ましくはコアから１０ミクロンの半径距離内に設けられる。かかる空胴は、半径方向（長手ファイバ軸に垂直な断面）で測定された場合、１５００ｎｍの若しくはそれ未満の最大直径を有し、より好ましくは７７５ｎｍの若しくはそれ未満の最大直径を有する。別の好ましいファイバのクラッドは、クラッド内に非周期的に分布した複数の空洞領域を含み、かかる空洞領域は、コアから離間され且つコアから２０ミクロンの半径距離内に存在する。かかる空胴は、半径方向で測定された場合、１５００ｎｍの若しくはそれ未満の最大直径を有し、より好ましくは７７５ｎｍの若しくはそれ未満の最大直径を有し、最も好ましくは３９０ｎｍの若しくはそれ未満の最大直径を有する。さらに別の好ましいファイバのクラッドは、クラッド内に非周期的に分布した複数の空洞領域を含み、かかる空洞領域は、コアの外側端部から４０ミクロンの半径距離内に存在する。かかる空胴は、半径方向で測定された場合、１５００ｎｍの若しくはそれ未満の最大直径を有し、より好ましくは７７５ｎｍの若しくはそれ未満の最大直径を有し、最も好ましくは３９０ｎｍの若しくはそれ未満の最大直径を有する。本明細書に開示された光ファイバによって、様々な従来の光ファイバに比べて多くの利点が得られる。例えば、本明細書に開示されたファイバは、優れたモードフィールド直径を示しつつ、従来のファイバに比べて優れた曲げ抵抗を示し得る。優れたとは、本明細書に開示された方法を使用して、１５５０ｎｍにて１０ミクロンより大のモードフィールド直径を示し、より好ましくは１１ミクロンのモードフィールド直径を示しつつ、１５５０ｎｍにてシングルモード化され、１５５０ｎｍにて２０ｍｍ直径の曲げに対して０．５ｄＢ／ｔｕｒｎ未満の減衰増大を示し得るファイバを製造することができることを意味する。かかる優れた曲げ性能により、これらファイバは、ファイバ・ツウ・ザ・ホームアプリケーション、アクセスファイバーアプリケーション、ファイバ・イン・ザ・ホームアプリケーション、およびファイバージャンパー（これらは、通常、各エンドが光システム若しくは光デバイスに接続されたコネクタを有する短いセクションのファイバ（１−２０メートル）である。）に対して魅力的な候補となる。例えば、本明細書に開示されたファイバは、光ファイバに光学的に接続された送信機及び受信機を含む光ファイバ情報通信システムで使用され得る。好ましくは、かかるアプリケーションにおいて（すなわち、ファイバが伝送ファイバとして情報通信システム内で機能するとき）、ファイバにはエルビウム等の能動素子が全くない。
【００１４】
本発明のさらなる特徴及び利点が、これに続く発明の詳細な説明に記載されているであろう。かかる特徴及び利点部分的は、その詳細な説明から当業者には部分的に容易に理解されるであろうし、詳細な説明、特許請求の範囲、及び添付された図面を含む本明細書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。
【００１５】
上記の一般的な記載ならびに以下の詳細な説明は、本発明の実施例を示しており、特許請求の範囲に記載された本発明の本質及び特質を理解するための概観及び枠組みを提示することを意図としている。添付した図面は、本発明をさらに理解するために与えられており、本明細書に組み入れられ且つ本明細書の一部を構成している。図面は本発明の様々な実施例を例示しており、明細書とともに、本発明の原理と機能を説明するのに役立つであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、スートプリフォームを形成するＯＶＤ方法を示す図である。
【図２】図２は、本発明に係る固化処理に関する断面図である。
【図３】図３は、コアケインを形成する再線引き処理を示す図である。
【図４】図４は、コアケイン上に堆積されたスートの固化を示す図である。
【図５】図５は、図４に示された固化ステップから得られた完全に固化されたプリフォームを示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明の一実施例に係る製造されたファイバの顕微鏡写真を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の一実施例に係る製造されたファイバの顕微鏡写真を示す図である。
【図７】図７は、本発明の様々な方法を用いて利用され得るロッドインチューブ製造処理を示す図である。
【図８】図８は、本発明の様々な方法を用いて利用され得るロッドインチューブ製造処理を示す図である。
【図９】図９は、本発明の方法において使用され得る線引き処理及び装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の方法は、プレフォーム固化条件を利用しており、かかる固化条件は、かなりの量のガスを固化ガラスの空所箇所に閉じ込めるのに有効であるので、固化ガラス光ファイバプレフォーム内に空胴が形成される。これらの空胴を除去するステップを処理するよりもむしろ、得られたプリフォームは空胴を有する光ファイバを形成するのに使用される。
【００１８】
外部気相成長（ＯＶＤ：ｏｕｔｓｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理過程又は気相軸成長（ＶＡＤ：ｖａｐｏｒ  ａｘｉａｌ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）処理過程等の従来のスート蒸着処理過程によって伝送光ファイバを製造中に、シリカ及びドープされたシリカ粒子は、火炎中において熱によって生じせしめられ、スートとして堆積される。ＯＶＤの場合では、シリカスートプリフォームは、スートを多く含む火炎を円筒形の対象物に沿って移動させて粒子を円筒形の対象ロッドの外側に堆積させることによって、層状に形成される。係る多孔性のスートプリフォームは、次に乾燥剤（例えば、クロリン）を用いて処理されて、水分及び金属不純物が除去され、そして、１１００℃から１５００℃までの範囲の温度において空洞のないガラスの空所箇所に対して、固化加熱炉内で固化され又は焼結される。表面エネルギーによる粘性流焼結は焼結に関して優位な機構であり、それによりスートの細孔が高密度化され且つ閉じ込められ、その結果、固化ガラスプリフォームが形成される。焼結ステップの最終段階の間において、開いた細孔が閉じられると、固化成型に使用されるガスが閉じ込められる。ガラス内に閉じ込められたガスの溶解度と透過度が焼結温度において高い場合、固結処理過程中、ガスはガラス中に入り込み且つガラスから出ることが可能となる。あるいは、ファイバ製造処理過程の固化成型段階後においても閉じ込められたガスは、ガスがガラスプリフォームから抜け出るまで、しばらくの間、ファイバプレフォームに留まり、除去されて、その結果、１つ以上の空胴がプレフォーム内において真空の状態にされる。光ファイバがプリフォームから線引きされる線引き操作中において、これらの空胴は閉じて、無空胴の光ファイバ又は本質的には無空胴の光ファイバが得られる。従来の伝送光ファイバを製造するのに使用される固化成型処理過程においては、光ファイバのコア領域とクラッド領域の両方の内部において空洞が全くない光ファイバを得ることが、目標である。ヘリウムは、従来の光ファイバプレフォームの固化成形中において雰囲気としてしばしば利用されたガスである。ヘリウムはガラス内では非常に浸透性が高く、固結処理過程の間においてスートプリフォーム及びガラスからきわめて容易に抜け出るので、ヘリウム中で固化した後、ガラスは細孔又は空胴がない。
【００１９】
本発明は、プレフォーム固化条件を利用している。かかるプレフォーム固化条件は、かなりの量のガスを固化ガラスの空所箇所に閉じ込めるのに有効であるので、その結果、固化ガラス光ファイバプレフォーム中に非周期的に分布する空胴が形成される。これらの空胴を除去するステップを処理するよりもむしろ、得られたプリフォームは空胴を有する光ファイバを形成するのに意図的に使用されている。特に、比較的浸透度が低いガス及び／又は比較的速い焼結速度を利用することによって、固化成型処理中に、空孔が固化ガラスに閉じ込められ得る。本明細書にて使用される焼結ガラス又は固化ガラスという用語は、ＯＶＤ若しくはＶＡＤ等の化学気相蒸着スート堆積処理過程後のスート固化成型ステップを経由したガラスを意味する。スート固化成型ステップ中に、スートは、高温に曝される高密度化処理過程を経由し、その結果、開いた気孔（すなわち、高密度化ガラスによって包囲されていないスート間にある空洞又は気孔）が除去され、完全に高密度化されたガラスが残る。尚、本発明において、いくつかの閉じた気孔（すなわち、高密度化ガラスによって包囲された空洞又は気孔）が明瞭に残存する。かかるスート固化成型ステップは、望ましくは、スート固化成型加熱炉内において行われる。焼結温度を増大させることによって及び／又は固化加熱炉の焼結域を介してスートプリフォームの供給速度を増大させることによって、焼結速度は増大され得る。特定の焼結条件下においては、閉じ込められたガスの領域部分によってプリフォームの総面積又は総体積のかなりの部分が占有されたガラスを得ることができる。
【００２０】
図１は、本発明に従って使用され得るスート光ファイバプレフォーム２０を製造する方法を示している。図１に示す実施形態では、スートプリフォーム２は、回転し且つ移動するマンドレル又はバイトロッド２４の外部にシリカ含有スート２２を堆積させることによって、形成される。この処理過程は、ＯＶＤ、すなわち外部気相成長として知られている。望ましくは、マンドレル２４は先細りしている。スート２２は、ガス形態のガラス前駆体２８をバーナー２６の炎３０に供給してそれを酸化させることによって形成される。メタン（ＣＨ４）等の燃料３２と酸素等の燃焼助燃ガス３４が、バーナー２６に供給されて、発火されて、火炎３０が形成される。Ｖとラベルされた質量流量制御装置は、適切なドーパント化合物３６，シリカガラス先駆２８，燃料３２，及び燃焼助燃ガス３４の適切量を計量する。望ましくは、全てがガスの形態でバーナー２６に供給される。ガラス形成化合物２８，３６は、炎３０の中で酸化され、実質的に円柱形状のスート領域２３が形成される。特に、必要に応じて、ドーパント化合物３６が含まれ得る。例えば、ゲルマニウム化合物が、屈折率増大ドーパントとして（例えば、ファイバのコア内に）含まれ得るし、または、ふっ素含有化合物が、（例えば、ファイバのクラッド領域及び／又は空胴含有領域内における）屈折率を下げるために含まれてもよい。
【００２１】
いくつかの望ましい実施例では、堆積されるスートがファイバ内の空洞含有領域若しくは無空洞含有領域を形成することを目的としているのか否かに依存して、スート堆積処理過程は異なり得る。出願人は、空胴が、各レイダウン経路のインタフェースにおいて、すなわち、スート層の間において形成する傾向があると割り出している。その結果、得られた光ファイバ中の空胴のサイズは低減され得るし、各経路のスート層の膜厚が低減される場合、それらはより良好に封ぜられる（異なるペアのスート層の間に位置している空胴間の距離をより低減する）。その結果、スート堆積バーナーによって堆積されるスートの各経路に対して、スート層の膜厚は、好ましくは２０ミクロン未満であり、より好ましくは１５ミクロン未満であり、最も好ましくは１０ミクロン未満の膜厚である。これは、高速移動バーナーを使用することによって、達成され得る。例えば、バーナーの移動速度は、２ｃｍ／秒より大である、より望ましくは３ｃｍ／秒より大である、最も望ましくは４ｃｍ／秒より大である。しかしながら、光ファイバの無空洞含有領域を形成するのに利用されるスート堆積ステップに対して、多くの場合、スート堆積処理過程は、より遅いバーナー移動速度、すなわち、５，４，若しくは３ｃｍ／秒を含み得る。その結果、空洞含有領域と無空洞含有領域の双方を有する光ファイバプレフォームに対してスートを堆積させるのに使用されるいくつかの実施形態において、プリフォームの一部分は、第１速度で堆積されたスートを使用して製造され、プリフォームの他部分は、第２速度で堆積されたスートを使用して製造される。ここで、第１速度は第２速度と異なる。いくつかの実施形態では、より薄いスート堆積層の堆積を容易にするために、互いに隣接する４つ未満のバーナー、より望ましくは３つ未満のバーナー、最も望ましくは２つ未満のバーナーを採用することが望ましい。かかるバーナーはスート堆積基板に対して前後に往復移動する。
【００２２】
図２に示すように、円柱スート領域２３を含むスートプリフォーム２０は固化形成加熱炉２９内で固化されて、（後の図３で示した）固化した空所箇所３１が形成される。固化成型に先立って、図１に示すマンドレル２４が外されて、空洞の円筒スートブランクプリフォームが形成される。固化成型処理過程中において、スートプリフォーム２０は、保持機構２１によって加熱炉２９の純粋クウォーツマッフルチューブ２７等の加熱炉２９内に、吊るされる。望ましくは、固化成型ステップの前に、プリフォーム２０は乾燥大気に暴露される。例えば、適切な乾燥大気は、９５０℃と１２５Ｏ℃の間の温度及び約０．５時間から４．０時間の範囲の適切な乾燥時間温度において、約９５パーセントから９９パーセントのヘリウムと１パーセントから５パーセントの塩素ガスを含む。また、必要であれば、例えば、フッ素を有するドーパントガス又は他の光ファイバドーパントを使用して、スートプリフォームはドープされ得る。例えば、フッ素によってドープするには、ＳｉＦ４及び／又はＣＦ４ガスが採用され得る。係るドーパントガスが、０．２５時間〜４時間、従来のドープ処理温度、例えば、約９５０〜１２５０℃において、使用され得る。
【００２３】
望ましくはスート乾燥ステップ後に行われる固化成型ステップ中に、加熱炉の温度は適切な温度に維持され、プリフォーム２０は、例えば約１３９０℃と１５３５℃との間の適切な温度で固化されて、固化プリフォームが形成される。あるいは、勾配焼結が使用されて、スートプリフォーム２０が加熱炉２９の高温域を介して引き下げられる。その加熱炉２９の高温域は、約１２２５℃から１５５０℃までの間の温度において、より望ましくは約１３９０℃から１５３５℃までの間の温度において維持される。例えば、プリフォームは等温度域内に維持される。かかる等温度域は、所望の乾燥温度（９５０−１２５０℃）で維持されている。その後に、スートプリフォームはあるゾーンを介して引き下げられる。かかるあるゾーンは、所定の固化成型温度（例えば、１２２５℃から１５５０℃、より望ましくは１３９０℃と１５３５℃）において、ある速度に維持されている。そのある速度は、１℃／分より大の速度でプリフォーム２０の温度を増大させるのに十分である。加熱炉の上部域は、より低温で維持され得る。これにより、乾燥ステップ及び不純物除去ステップが容易となる。下部域は固化成型に必要である高い温度で維持され得る。１つの好適実施例では、スート含有プリフォームは固化高温域を介して第１供給速度で供給され、それに続いて、そのプリフォームは、第２の高温域を介して第２供給速度で供給される。第２供給速度は第１供給速度より小である。係る固化成型技術によって、プリフォームの残りが焼結する前に焼結するスートプリフォームの外側部分が形成され、その結果、ガスの閉じ込めが容易となる。言い換えると、生成された固化ガラス内に空胴を形成し且つ維持することが容易となる。例えば、係るプリフォームは、第１速度にて適切な固化成型温度（例えば、約１３９０℃より大）に暴露され得る。その第１速度は、１５℃／分より大で、より望ましくは１７℃／分より大でプリフォームの温度を増大させるのに有効である。それに続いて、少なくとも第２供給速度／固化成型温度の組合せでプリフォームの温度が増大される。その少なくとも第２供給率／固化成型温度の組合せは、少なくとも約１２℃／分で、より望ましくは１４℃／分より大でプリフォームを加熱するのに十分である。望ましくは、第１固化成形速度は、第２固化成形速度の加熱速度よりも高く、２℃／分より大、より望ましくは１０℃／分より大、より望ましくは２０℃／分より大、最も望ましく約５０℃／分より大の速度で、プレフォームの外側の温度を増大させる。必要であれば、より遅いレート（例えば、１０℃／分未満）で加熱する第３固化成型ステップ又は５若しくはさらなる付加固化成型ステップが採用され得る。あるいは、スートプリフォームは、加熱炉高温域を介してスートプリフォームを引き下げることによって、より多くの空胴を作成するために、さらに速いレートで焼結され得る。その加熱炉高温域の温度は１５５０℃よりも大、より望ましくは１７００℃よりも大、さらに望ましくは１９００℃よりも大である。あるいは、スートプリフォームは、スートに接触するむき出しの炎若しくはプラズマトーチの使用によって、加熱炉の外部でさらに速い速度で焼結され得る。
【００２４】
固化成型ステップに使用できる好ましい焼結ガス（すなわち、焼結ステップ中にプリフォームを包囲するガス）は、窒素、アルゴン、二酸化炭素、酸素、塩素、ＣＦ４，一酸化炭素、ＳＯ２，クリプトン、ネオン、及びこれらの混合ガスから成るグループから選択された少なくとも１つのガスを含む。これらのガスの各々は、本発明に係る空胴を形成するのに適切である固化成型温度において又は固化成型温度以下においてシリカガラス内で比較的低い浸透性を示す。望ましくは、これら空洞を生成するガスは、５〜１００の容積パーセントにおいて単独又は混合のいずれか一方で使用され、さらに、約２０−１００の間の容積パーセントがより望ましく、そして、約４０−１００の間の容積パーセントが最も望ましい。焼結ガス雰囲気の残留ガスは、例えば、ヘリウム、水素、重水素、若しくは混合ガスなどの適切な希釈又はキャリアガスから成る。本明細書に開示された実施形態のうちいくつかの実施形態において、例えば、付加的スートがＯＶＤを介して得られたガラスプレフォーム又はケインに対して蒸着されることになっているときには、空洞を形成する固化成型処理過程に続いて、焼結ガスを利用するのが好ましい。その焼結ガスは１０パーセント未満の酸素、より望ましくは５パーセント未満の酸素、最も望ましくは酸素を全く含まない。そうでなければ、ＯＶＤ処理過程で形成された水素に対する暴露が原因で、いくつかのシードが損失され得る。概して、焼結ガスに使用される空洞生成ガス（窒素、アルゴン、二酸化炭素、酸素、塩素、ＣＦ４，一酸化炭素、ＳＯ２，クリプトン、ネオン、又はこれらの混合ガス）の容積のパーセントが増大するにつれて、よりサイズが大であり且つより多量の空洞が生成された固化ガラス内に存在することとなる。より好ましくは、固化成型ステップ中に、空胴形成に使用される焼結ガスは窒素、アルゴン、二酸化炭素、酸素、及びクリプトン、及びこれらの混合ガスから成るグループから選択された少なくとも１つのガスを含む。これらガスは単独で使用され得るし、ヘリウム等のキャリアガスとともに係るガスの混合ガスにより使用され得る。１つの特に好ましい空胴生成ガスが、窒素である。出願人によって、以下のことが見出された。すなわち、空洞生成焼結ガスとして共に又は別々に窒素及び／又はアルゴンを使用する際には、窒素及び／又はアルゴンは、１０の容量パーセントよりも大の焼結雰囲気中で使用されるのが好ましく、３０より大の容積パーセントがより好ましく、約５０より大の容積パーセントがさらにより望ましく、そして、約６５より大の容積パーセントが最も望ましい。この場合、その焼結雰囲気における残留ガスは、ヘリウム等のキャリアガスである。これらガスは、８５より大の容積パーセントの濃度において使用されて上手くいっている。実際、最大１００パーセントの窒素ガス、最大１００パーセントのアルゴンガス、及び最大１００パーセントの酸素が上手く利用される。また、スートを、低浸透性ガス（例えば、窒素、アルゴン、二酸化炭素、酸素、塩素、ＣＦ４，一酸化炭素、ＳＯ２）内で、（例えば、プリフォームが焼結雰囲気にある場合には、４０〜７５０Ｔｏｒｒの圧力）分圧下で、焼結させることによって空胴が生成され得る。本明細書に開示された空洞生成固化成型技術を使用して、クラッドが０．５パーセントより大の局部的空洞面積パーセントを有する空洞含有領域を含む光ファイバを製造することができる。その局部的空洞面積パーセントは、より望ましくは約１パーセントより大であり、さらに望ましくは約５パーセントより大であり、最も望ましくは約１０パーセントより大である。
【００２５】
本明細書において使用される局部的空洞領域パーセントとは、（光ファイバが光ファイバの軸に対して垂直な断面積で見られた場合の）空洞含有領域の全面積で割った空洞含有領域における空胴の全面積に１００をかけたものを意味する。空洞含有領域は空洞含有領域の内側及び外側の境界によって画定されている。例えば、最も内側にある空洞の内側の端部は、ファイバの軸中心線から４ミクロンの半径位置を有し、且つファイバにおいて最も外側にある空洞の外側の端部は、中心線から６０ミクロンの半径位置を有する場合、空洞含有領域の面積は約１１３０９−５０＝１１２５９平方ミクロンである。この空洞含有領域に含まれる空胴の総断面積は１１００平方ミクロンであるならば、空洞含有領域の空洞面積パーセントは約９．８パーセントである。
【００２６】
上述した望ましい焼結ガスを利用して、固化成型処理過程を使用することが望ましい。固化成型処理過程は、ある速度と温度においてプリフォームを供給することを含む。かかるある速度と温度において、固化成型ガスのうち少なくともいくつかのガスを意図的に閉じ込めるのに十分な速度及び温度である。これは、例えば、約１０℃／分より大で、少なくともスートプリフォームの一部分を加熱することによって生じ得る。そして、かかる加熱は、望ましくは約１２℃／分より大の速度で行われ、さらに望ましくは約１４℃／分より大の速度で行われ得る。本発明で採用された焼結温度は、１１００℃より大であり、より望ましくは１３００℃より大であり、さらに望ましくは１４００℃より大であり、最も望ましくは１４５０℃より大である。特に好ましい焼結温度の一つとしては、約１４９０℃である。
【００２７】
基板に対するスートの堆積を含む製造工程の各ステップにおいて、スートは、ケインとしての知られるより小なる直径を有するガラスの物体に線引きされ得る。本明細書に使用されるように、ケインは、固化ガラスプリフォームをより小さい直径に線引きすることによって形成された中間ガラスプリフォームである。そして、ケインは、付加的スートをケインに堆積させる前駆体として使用され、その後、付加堆積されたスートは、固化成型されて、スートプリフォームから（例えば、５０パーセントより大なる）ガスの主要部分が除去される。複数のケイン線引きステップが、本明細書に説明されたファイバを製造するのに使用され得る。実際、いくつかの場合、コア、第１環状クラッド領域、及び第２環状空洞含有クラッド領域の各々が得られる各スート堆積ステップの後に中間ケインを線引きするのが好ましい。第２環状空洞含有クラッド領域は第１環状クラッド領域を包囲し且つ好ましくは第１環状領域クラッド領域によってコアから離間されている。最終的なケイン線引きステップは、例えば、最終スート堆積ステップに先立って、すなわち、外側環状クラッド領域が空洞含有領域上に堆積されることに先立って、行われる。したがって、かかる処理過程は最大で３つのケイン線引きステップを含み得る。その後に、付加的クラッドが線引きされたケイン上に堆積されて、外側クラッドが形成される。この外側クラッドが固化された後に、得られた光ファイバは、すぐに光ファイバに線引きされる。図３は本発明において使用されるコア若しくはクラッドケインを線引きするのに使用され得る処理過程を示す。例えば、かかる一つの実施形態においては、スートプリフォームが、図１において先に説明したように形成され、その後に、スートプリフォームは、（例えば、１００パーセントのヘリウム雰囲気内で１３００℃より高温の固化成型温度を利用する）従来の固化成型技術を使用して固化成型されて、無空洞のコアプリフォームが形成される。例えば、純粋シリカコアファイバを製造するのに使用され得るファイバプリフォームの場合では、コアプリフォームは、屈折率を大きく調整するドーパントなしで比較的純粋なシリカから成るであろう。あるいは、純粋ゲルマニウムによってドープされたコアファイバに使用され得る光ファイバプレフォームの場合では、コアプリフォームは、ゲルマニウムドープされたコア領域と、任意でクラッドの部分（例えば、無ドープのシリカクラッド）と、から成るであろう。固化成型されたコアの得られた空所箇所３１はコアケイン線引き加熱炉３７内に載置され且つ低減された外径を有する少なくとも１つのロッド形状のコアケインセグメント３３が、そこから線引きされる。プリフォームの空所箇所３１は、例えば、約１７００℃から２０００℃の温度で加熱される。ケイン線引きステップに先行して直ちに堆積され且つ固化成型されたガラスが無秩序に分布する空洞を有することを目的とする場合、ケイン線引き処理過程は、望ましくは、１６５０℃−１９００℃と同じくらい高い温度下で比較的速い線引き速度にて実行される（５ｃｍ／秒より大である、より望ましくは７ｃｍ／秒より大である、最も望ましくは９ｃｍ／秒より大である）。いくつかの実施形態では、光ファイバプレフォームの線引きは約１８００℃−１９００℃の間の温度下で行われる。いくつかの望ましい実施例では、光ファイバプレフォームの線引きは、約１６５０℃−１７７５℃の間の温度において実行される。より低温の再線引き温度及びより早い再線引き速度を利用すれば、空胴は、空胴内に含まれている窒素ガスの存在によって、高温で膨張しにくくなるであろう。一方、ケイン線引きステップに先行して直ちに堆積され且つ固化成型されたガラスが無秩序に分布する空胴を有することを目的とする場合、すなわち、その特定のケインの外側のガラス領域が無空洞ガラスであることを意図する場合、ケイン線引き処理過程は、望ましくは、１６５０℃−１９００℃と同程度の温度下で、比較的遅い線引き速度にて実行される（２ｃｍ／秒未満あり、より望ましくは３ｃｍ／秒未満であり、最も望ましくは４ｃｍ／秒未満である）。いくつかの望ましい実施例では、（コア領域、内側クラッド領域、及び環状空洞含有リング領域を含む）光ファイバプレフォームのコアケインへの線引きは約１６５０℃−１７７５℃の間の温度において実行される。
【００２８】
結果的に、空洞含有領域と無空洞含有領域の双方を有する光ファイバプレフォームを製造するのに使用される好適実施形態において、プリフォームの一部分は、第１線引き速度を含むケイン線引きステップを使用して製造され、且つ、プリフォームの他部分は、第２の線引き速度を含むケイン線引きステップを使用して製造され、第１速度は第２速度とは異なる。実際、より速いケイン線引き速度でケイン線引きステップのすべてを操作することが、望ましいが、空洞含有領域が得られる固化成型ステップ後に線引きされたケインが望ましくはより遅い線引き速度にて生ずることを除く。
【００２９】
制御装置３８は、本明細書に２個のトラクタホイールとして図示された張力機構４０に対する適切な制御信号によって、ケインに印加される張力を制御し、ケイン３３を適切は速度で線引きする。このように、例えば、約１ｍｍから１６ｍｍの外径を有するコアケイン３３を引き出すことが可能である。そして、このコアケインは、付加スート堆積のためのターゲット又はマンドレル２４として、又は、チューブプロセスによるロッドのロッドとして使用され得る。この事を以下にさらに説明する。
【００３０】
１つの好適実施例では、コアケインの空所箇所を形成するのに図３に関して上述した処理過程が使用され得る。かかるコアケインの空所箇所は、追加スート堆積のためのターゲット又はマンドレルとして使用され得る。追加スート堆積のためのターゲット又はマンドレルは、本明細書に開示された空洞形成技術を使用することで固化されて、結局、光ファイバのクラッド部となる。一つの係る実施形態においては、例えば、完全に固化成型され且つ無空洞のガラスコアケインが、図１に示すスート堆積ステップにおけるバイトロッド２４として使用され得る。ガラスコアケインは無ドープシリカであってもよく、結果として得られた光ファイバは、コアが実質的に純シリカから成るシリカコアファイバとなるであろう。あるいは、コアケインは１以上のドーピングされた領域から成り得る。その１以上のドーピングされた領域は、光ファイバの光伝送コア領域を共に形成している。スートがガラスコアケイン上に堆積された後に、図４に示すように、外側のスート領域１２０が固化形成加熱炉１２９内で完全に固化成型され得る。望ましくは、この固化成型ステップ中に、図５に示すように、上述した空胴形成固化成型処理過程が実行され、固化成型された光ファイバプリフォーム１５０が形成される。
【００３１】
本発明で採用された焼結温度は、望ましくは１１００℃から１５５Ｏ℃までの範囲であり、より望ましくは１３００℃と１５００℃の間であり、最も望ましくは１３５０℃から１５００℃までである。好ましい焼結温度の一つとしては、約１４９０℃である。固化成型処理過程中に使われたガス雰囲気、固化形成加熱炉内の温度、及びプリフォーム固化成型レートは、以下のように選択される。すなわち、スート固化成型ステップ中に、ガスは意図的にプリフォーム内に閉じ込められ、固化ガラス内に空孔が形成される。これらのガス含有空胴は、ファイバ線引き処理過程より先に及び／又はファイバ線引き処理過程中に、望ましくは完全には出ガスされていないので、空洞はファイバが線引きされた後のファイバ内に残存する。種々の処理パラメータが制御されて、空胴のサイズが変えられ且つ制御され得る。例えば、固化成形時間又は温度を増大させると、空洞のサイズが増大し得る。これは、増大された温度によって、空胴内に閉じ込められたガスが膨張するからである。同様に、空洞のサイズ及び空洞の面積率は線引き条件によって影響され得る。例えば、線引き加熱炉内の高温域がより長くなり且つ／又は線引き速度が早くなると、空孔のサイズ及び面積率が増大する傾向がある。固化成型温度におけるガラス内でより透過度の高いガスを選択すれと、生成される空胴のサイズはより小となるであろう。また、焼結速度は空孔のサイズ及び空孔の量に多大な影響を及ぼす。焼結速度がより早くなると、形成される空胴はその数が増大し且つその大きさが大きくなるであろう。しかしながら、焼結速度が遅すぎると、空洞は形成されないであろう。その理由としては、ガスがガラス中で脱離する時間があるからである。その結果、採用されたプリフォームの供給速度及び／又は固化成型温度は、望ましくは十分高いので、プリフォームの少なくとも一つの部分が約１０℃／分より大の速度で加熱され、望ましくは約１２℃／分より大の速度で行われ、さらに望ましくは約１４℃／分より大で行われ得る。概して、低スート濃度の光ファイバプレフォームにより、より多くの空胴が形成されるであろう。しかしながら、特定の光ファイバプレフォーム内の堆積スートの密度が変更されて、（より高い局部的空洞面積率の）より多くの空孔が所望の位置に設けられる。例えば、第１高密度スート領域が、固化ガラス（例えば、純シリカ）コアケイン上に直接堆積され、それに続いて、第１高密度スート領域の密度よりも低い密度を有する第２領域が堆積され得る。我々は、これにより、空孔がより高い空孔面積率で生ぜられて、コア（すなわち、高密度スート領域）の付近で形成されることを見出した。シリカ含有スートは、望ましくは、およそ０．１０ｇ／ｃｃから１．７ｇ／ｃｃのバルク密度を有し、より望ましくはおよそ０．３０ｇ／ｃｃと１．０ｇ／ｃｃの間のバルク密度を有する。また、この効果によって、固化成型された空洞含有プリフォームが形成され得る。その固化成型された空洞含有プリフォームは低空洞領域若しくは無空洞領域と高空洞含有領域とを交互に入れ替わる。かかる無空洞領域と高空洞含有領域において、初期のスート濃度の半径の変化が少なくとも１００ミクロンの距離において３パーセントより大である。係るプリフォームが、例えば、クラッド領域を有する光ファイバを製造するのに使用され、クラッド領域は無空洞ガラスと空洞含有ガラスの領域とを交互に入れ替わる。かかる交互に入れ替わる空洞含有領域及び無空胴領域を有するファイバが、ブラッグ格子として機能する特性を有するであろう。
【００３２】
図５を参照すると、上述した技術を使用して、クラッド１５２によって包囲される無空胴のコア領域１５１を含む光ファイバプレフォーム１５０が形成され得る。クラッド１５２は複数の空胴を含む。適切なサイズの十分な数の空胴を有するクラッド１５２内に空洞含有領域を形成することによって、クラッド１５２は光学クラッドとして機能するであろう。その光学クラッドは、光ファイバプレフォームが光ファイバに線引きされた後に、コア領域１５１に沿って光を導波する。あるいは、空洞含有領域は、光ファイバの曲げ性能を向上させるのに使用され得る。必要であれば、プリフォーム１５０を光ファイバに線引きする前に、さらなるスートが、クラッド領域１５２上に堆積され且つ固化成型され得る。所望に応じて、堆積されたさらなるクラッド材料が、空胴を含むように固化成型され得る。
【００３３】
かかるプリフォームから線引きされたファイバの実施例を図６Ａ及び図６Ｂに示す。図６Ａと図６Ｂの両方のファイバは純粋なシリカコア領域（すなわち、ゲルマニウムドーパントを含まない）を含む。純粋なシリカコア領域は、クラッド領域によって包囲されている。クラッド領域は、フッ素ドーピングされたクラッド領域よってコアから離間された空洞含有領域を含む。あるいは、ゲルマニウムドープされたコアが利用され得る。ゲルマニウムドープされたコアの場合において、コアと空洞含有クラッド領域との間のクラッド領域は純シリカクラッドであり得る。図示されているように、本明細書に開示された技術を使用して、空孔のサイズ及び均等性に関する均等性及び空洞含有領域の周囲の空間分布の均等性は、本明細書に開示された手法を使用することで大いに改良され得る。例えば、ファイバの線引き速度を速めたり、ケインの線引き速度を遅くしたり、スート層を薄く堆積させることによって改良され得る。
【００３４】
あるいは、既に形成されたコアケインにスートを堆積させることの代わりに、上述した空洞形成処理過程が使用されて、先に図２で説明したように、空洞含有領域を有する固化ガラスのチューブが形成され、そして、そのチューブはコアケインにスリーブを付けるのに使用され得る。例えば、上述の処理過程が使用されて、脱着可能なマンドレル２４にスートプリフォームが形成され、その後に、マンドレルが除去されて、スートプリフォームが上述したように固化成型され、空胴を有する固化ガラスチューブが形成される。空洞を含む得られたチューブ６５は、コアケイン３５にスリーブを付けるのに使用され得る。かかるスリービングは、図７及び図８に示すように、例えば、従来のロッドインチューブ（ｒｏｄ  ｉｎ  ｔｕｂｅ）製造技術を使用して、達成され得る。図７において、純粋な（すなわち、実質的にゲルマニウムなどの屈折率増大トーパントを有していない）シリカコアケイン３５は空洞含有クラッドスリーブ部分６５に挿入されるものの、ゲルマニウム又はフッ素等の従来の屈折率調整ドーパントによって、コア領域又はクラッド部がドープされる。図８において、コアケイン３５とクラッドスリーブ部６５は、（例えば、約１３００℃から１５００℃より高い）適切な温度まで加熱され、そして、従来のロッドインチューブ（ｒｏｄ  ｉｎ  ｔｕｂｅ）製造処理ステップを用いてより小さい直径へと再線引きされる。その結果、光ファイバプレフォームが形成され、光ファイバに線引きされる。かかる光ファイバは、本発明による空洞含有クラッド領域によって包囲された純粋シリカコア領域を有する。
【００３５】
本明細書に開示された実施形態のいずれにおいても、得られた最終的な固化光ファイバプレフォーム５０は、光ファイバに線引きされる。これは、図９に示すように、かかるプレフォームを線引き加熱炉５２内に位置付け、次に、従来の方法及び装置を使用して光ファイバ５４を加熱し且つ線引きすることによって行われる。出願人は、より速い光ファイバ線引き速度（１５ｍ／秒より大である、より望ましくは２０ｍ／秒より大である、最も望ましくは２５ｍ／秒より大である）を利用することによって、光ファイバの空洞含有領域における空間分布の均等性が、大幅に改善され得ることを見出している。またより速い線引き速度を利用すると、空洞含有領域における空胴の直径の均等性が改良され、大部分が、２００〜４００ｎｍの直径を有する空洞が得られる。（例えば、２００グラムより大であり、最も望ましくは２５０グラムより大であり、３００グラム未満である）高線引き張力を使用するのが好ましく、そのように設定することによって、光ファイバプレフォームのネックダウン領域における空洞の膨張が防止され、その結果、空胴を含むリングの均等性が改善される。ファイバ５４は、次に、冷却チャンバ５５内で冷却されて、最終的な直径が非接触センサ５６によって測定される。従来の通り、１つ以上の被膜が利用されてもよく、被膜装置５８によって硬化されてもよい。線引き中に、ファイバ５４は張力アセンブリ６０を貫通して、張力が印加されて、プリフォーム５０からファイバ５４が線引きされる。テンションは制御機器６１を介して制御されて、ファイバの直径が所定の設定値となるように維持される。最終的に、被覆されたファイバ５４が、供給ヘッド６２によってファイバーストレージスプール６４に巻き上げされる。
【００３６】
あるいは、空洞含有固化成型チューブを再び線引きする為に、図３に関して説明した同じ処理過程がコアケインを形成するのに使用され得る。チューブ内に含有される空胴のサイズを変更するのに係る再線引き処理過程が使用され得る。例えば、空洞含有プレフォームが再び線引きされるときに生ずる直径の低減がより大きくなると、プリフォーム中の空洞サイズはより小さいであろう。
【００３７】
本明細書に開示された空洞生成固化成型技術を使用して、第１屈折率を有するコア領域と、コアの屈折率より低い第２屈折率を有するクラッド領域と、を含む光ファイバが得られ、ファイバを介して伝送された光が概ねコア領域内で維持され、前記空胴は光ファイバのクラッド領域内に位置し、その結果、光ファイバのクラッド領域を形成し、空胴の空洞面積パーセントは実質的にゼロでない。
【００３８】
本明細書に記載された技術を使用して、以下のファイバが製造され得る。すべての空胴の最大サイズが、光の出力率が８０パーセントより大である領域において、電気通信自動アプリケーションに関するアプリケーションに対して伝送される光の波長より小である。最大サイズとは、光ファイバがファイバの断面とは直角である軸方向に沿って眺められた場合の空洞の最大の直径をいう。例えば、すべての空胴の最大サイズが、光の出力率が８０パーセントより大である領域において、さらに望ましくは光の出力率が９０パーセントより大である領域において、５ミクロン未満であり、好ましくは２ミクロン未満であり、より好ましくは１ミクロン未満であり、最も好ましくは０．５ミクロン未満である光ファイバが製造されている。
【００３９】
本明細書に記載された技術を使用して、空洞含有領域を有するファイバが製造され得る。かかる光ファイバは、１パーセントより大の局部的空洞面積パーセントを示し、１０パーセントより大の局部的空洞面積パーセントを示し、最も望ましくは３０パーセントより大の局部的空洞面積パーセントを示す。
【００４０】
上述した処理過程はシリカコア光ファイバ、すなわち、空洞含有クラッド領域によって包囲された比較的純粋なシリカコア領域を有するファイバを製造するのに制限されている。あるいは、所望であれば、ゲルマニウムやフッ素などの屈折率調節ドーパントが個別又は一緒に使用されて、クラッドの屈折率に対してコアの屈折率がさらに調整され得る。例えば、一つの係る実施形態においては、ゲルマニウムコアケインが開始ロッドとして使用され、望ましくは、上述したようにＯＶＤ法を使用して、さらなるスート被覆物質が堆積される。そして、スートクラッド領域は上述したように固化成型されて、ゲルマニウムドープされたシリカコア領域の周囲に空洞含有クラッド領域が形成される。屈折率調節ドーパントにかかわる別の代替の実施形態では、シリカコアケインはスートクラッド領域のための開始ロッドとして使われる。しかしながら、空洞を生成する固化型成ステップ中に、空胴を生成するドーパントガスに加えて、フッ素ドーパント源（例えば、ＳｉＦ４ガス）が与えられて、空洞含有領域にフッ素が同時にドープされる。このように、フッ素ドープされた空洞含有領域がシリカコア領域の周りにおいて形成され得る。
【００４１】
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明に対して様々な修正や変更がなされ得ることは、当業者にとっては明らかであろう。したがって、本発明は特許請求の範囲およびこれの均等物内の修正および変更を網羅することが意図されている。
【図１】
2010526756.tif 000003
【図２】
2010526756.tif 000004
【図３】
2010526756.tif 000005
【図４】
2010526756.tif 000006
【図５】
2010526756.tif 000007
【図６Ａ】
2010526756.tif 000008
【図６Ｂ】
2010526756.tif 000009
【図７】
2010526756.tif 000010
【図８】
2010526756.tif 000011
【図９】
2010526756.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成22年1月6日(2010.1.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対してスート堆積バーナーを３ｃｍ／ｓｅｃよりも高速なバーナー移動速度で移動させることによって前記基板上にシリカガラスベースのスートを蒸着させて、光ファイバプレフォームの少なくとも一部分を形成し、複数のバーナー経路の各々に対して２０ミクロン未満の膜厚を有するスートの層を堆積させるステップと、
加熱炉内で前記スートプレフォームの前記少なくとも一部分を固化させて、前記スートプリフォーム内に閉じ込められた空気のうち５０パーセントより大なる空気を除去して、断面で見られたときに少なくとも５０個の空胴を有する固化ガラスプリフォームを形成するステップと、を含む光ファイバを製造する方法であって、
前記固化ステップは、クリプトン、窒素、又はこれらの混合ガスを含む気体雰囲気において、前記固化ステップ中に前記気体雰囲気の一部分を前記プレフォーム内に有効に閉じ込める条件下で行われることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記固化ステップはヘリウムをさらに含む気体雰囲気において実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記堆積ステップで堆積された前記スートは、前記光ファイバプレフォームの前記クラッド領域の一部分を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記堆積ステップにおける前記バーナーの前記移動速度は１０ｃｍ／秒より大であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記堆積ステップは、複数のバーナー経路の各々に対して１５ミクロン未満の膜厚を有するスートの層を堆積させるステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記固化ステップの後に及び前記プリフォームを光ファイバに線引きするステップに先立って、空胴を有する前記固化プリフォームをケインに線引きして、前記再線引きステップ中に空洞の直径が膨張するのに有効である条件化において、空胴を有する前記固化プリフォームの直径を５ｍｍより大である外側プリフォームの直径まで低減するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【国際調査報告】
2010526756.tif 000013
2010526756.tif 000014
2010526756.tif 000015