(57)【要約】内部機械的応力の少ない溶融石英ベースの光導波路（光ファイバ）である。従来の光導波路では、内部機械的応力は、主に製造プロセスにより、すなわち、一方では、ファイバを冷却するときのコア材料とクラッド材料の直線熱膨張係数の差により、他方では、延伸自体により生じる。本発明による光導波路の場合、製造プロセス中に冷却により生じる内部機械的応力が、実質的に低減するように、または、延伸により生じる応力を相殺し、かつ／または打ち消すように、コア材料および／またはクラッド材料を適切にドープすることにより、コア材料とクラッド材料の直線熱膨張係数の差が選択される。したがって、従来の光導波路に比べて、本発明により、光導波路内のすべての内部応力が、実質的に低減し、最小になり、または相殺される。これには、従来の光導波路に比べて、減衰の低減およびＰＭＤ値の改善という有利な効果がある。【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々溶融石英からなるコアおよびクラッドを有する光導波路であって、
製造プロセスにより光導波路（１）で発生する内部機械的応力が減少するように、少なくとも１つの異物質を使用してコア材料および／またはクラッド材料をドープすることにより、コア材料とクラッド材料の直線熱膨張係数の差が選択されることを特徴とする光導波路。
【請求項２】
、請求項１に記載の光導波路において、
コア材料とクラッド材料の屈折率の差が、同じタイプの従来の光導波路（１）に比べて変化しないように、コア材料および／またはクラッド材料のドープが選択されることを特徴とする光導波路。
【請求項３】
請求項１に記載の光導波路において、
光導波路（１）が標準のシングルモード光導波路であることを特徴とする光導波路。
【請求項４】
請求項３に記載の光導波路において、
コア材料の屈折率が、クラッド材料の屈折率よりも０．２％乃至０．６％、好ましくは０．４％大きくなるように、コア材料および／またはクラッド材料のドープが選択されることを特徴とする光導波路。
【請求項５】
請求項１に記載の光導波路において、
光導波路（１）が分散シフト・シングルモード光導波路であることを特徴とする光導波路。
【請求項６】
請求項５に記載の光導波路において、
コア材料の屈折率が、クラッド材料の屈折率よりも０．８％〜１．６％、好ましくは１．０％大きくなるように、コア材料および／またはクラッド材料のドープが選択されることを特徴とする光導波路。
【請求項７】
請求項１に記載の光導波路において、
光導波路がマルチモード光導波路であることを特徴とする光導波路。
【請求項８】
請求項７に記載の光導波路において、光導波路がマルチモード・ステップインデックス光導波路であることを特徴とする光導波路。
【請求項９】
請求項８に記載の光導波路において、
コア材料の屈折率が、クラッド材料の屈折率よりも０．５％乃至２．５％、好ましくは１．０％大きくなるように、コア材料および／またはクラッド材料のドープが選択されることを特徴とする光導波路。
【請求項１０】
請求項１に記載の光導波路において、
製造プロセス中に冷却により発生する内部機械的応力が実質的に低減するように、コア材料および／またはクラッド材料を適切にドープすることにより、コア材料とクラッド材料の直線熱膨張係数の差が選択されることを特徴とする光導波路。
【請求項１１】
請求項１に記載の光導波路において、
コア材料とクラッド材料の直線熱膨張係数が等しいことを特徴とする光導波路。
【請求項１２】
請求項１に記載の光導波路において、
製造プロセス中に冷却により生じる内部機械的応力が、延伸プロセスにより生じる内部機械的応力を打ち消すことにより、内部機械的応力の和が低減するように、コア材料および／またはクラッド材料を適切にドープすることにより、コア材料とクラッド材料の直線熱膨張係数の差が選択されることを特徴とする光導波路。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光導波路において、
製造プロセス中に冷却により生じる内部機械的応力が、延伸プロセスにより生じる内部機械的応力を相殺することを特徴とする光導波路。
【請求項１４】
請求項１に記載の光導波路において、
クラッド材料のみがドープされることを特徴とする光導波路。
【請求項１５】
請求項１に記載の光導波路において、
コア材料のみがドープされることを特徴とする光導波路。
【請求項１６】
請求項１に記載の光導波路において、
第１の異物質を使用してドープすることにより生じる、屈折率の変化と直線熱膨張係数の変化との比が、第２の異物質を使用してドープすることにより生じる屈折率の変化と直線熱膨張係数の変化との比と異なるように、コア材料および／またはクラッド材料が、少なくとも１つの第１の異物質および少なくとも１つの第２の異物質を使用してドープされることを特徴とする光導波路。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光導波路において、
第１の異物質を使用してドープすることにより生じる屈折率の変化が、第２の異物質を使用してドープすることにより生じる屈折率の変化と反対方向であることを特徴とする光導波路。
【請求項１８】
請求項１６又は１７のいずれかに記載の光導波路において、
第１の異物質を使用してドープすることにより生じる直線熱膨張係数の変化が、第２の異物質を使用してドープすることにより生じる直線熱膨張係数の変化と反対方向であることを特徴とする光導波路。
【請求項１９】
請求項１６に記載の光導波路において、
フッ素およびＧｅＯ２をクラッド材料のドーパントとして使用することを特徴とする光導波路。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光導波路において、
コア材料とクラッド材料の直線熱膨張係数が同一としたときに、コア材料とクラッド材料の０．４％の屈折率差を達成するために、純溶融石英と比較したクラッド材料の屈折率がフッ素ドープのみによって０．６％減少され、二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）の更なるドープにより０．２％増加され、それにより、クラッド材料の屈折率が全体としてコア材料の屈折率よりも０．４％小さくなるような濃度で、フッ素およびＧｅＯ２をクラッド材料のドーパントとして使用することを特徴とする光導波路。
【請求項２１】
各々溶融石英からなるコアおよびクラッドを有する光導波路を製造する方法であって、ファイバが冷却されて溶融物から延伸され、
冷却かつ／または延伸により光導波路（１）で発生する内部機械的応力、および／または、製造プロセスにより発生する他の機械応力が低減するように、少なくとも１つの異物質を使用してコア材料および／またはクラッド材料をドープすることにより、コア材料とクラッド材料の直線熱膨張係数の差が選択されることを特徴とする光導波路を製造する方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の製造方法において、
コア材料の屈折率が、クラッド材料の屈折率よりも０．２％〜０．６％、好ましくは０．４％大きくなるように、コア材料および／またはクラッド材料のドープが選択されることを特徴とする製造方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の製造方法において、
コア材料の屈折率が、クラッド材料の屈折率よりも０．８％〜１．６％、好ましくは１．０％大きくなるように、コア材料および／またはクラッド材料のドープが選択されることを特徴とする製造方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載の製造方法において、
コア材料の屈折率が、クラッド材料の屈折率よりも０．５％〜２．５％、好ましくは１．０％大きくなるように、コア材料および／またはクラッド材料のドープが選択されることを特徴とする製造方法。
【請求項２５】
請求項２１に記載の製造方法において、
製造プロセス中に冷却により発生する内部機械的応力が実質的に低減するように、コア材料および／またはクラッド材料を適切にドープすることにより、クラッド材料とコア材料の直線熱膨張係数の差が選択されることを特徴とする製造方法。
【請求項２６】
請求項２１に記載の製造方法において、
コア材料とクラッド材料の直線熱膨張係数が等しいことを特徴とする製造方法。
【請求項２７】
請求項２１に記載の製造方法において、
製造プロセス中に冷却によって生じる内部機械的応力が、延伸プロセスによって生じる内部機械的応力を打ち消し、それにより、内部機械的応力の和が低減するように、コア材料および／またはクラッド材料を適切にドープすることによりコア材料とクラッド材料の直線熱膨張係数の差が選択されることを特徴とする製造方法。
【請求項２８】
請求項２７に記載の製造方法において、
製造プロセス中に冷却により生じる内部機械的応力が、延伸プロセスにより生じる内部機械的応力を相殺するように、ドープが選択されることを特徴とする製造方法。
【請求項２９】
請求項２１に記載の製造方法において、
クラッド材料のみ、またはコア材料のみがドープされる、請求項２１に記載の光導波路を製造する方法。
【請求項３０】
請求項２１に記載の製造方法において、
コア材料および／またはクラッド材料が、少なくとも１つの第１の異物質および少なくとも１つの第２の異物質を使用してドープされて、第１の異物質を使用してドープすることにより発生する、屈折率の変化と直線熱膨張係数の変化の比が、第２の異物質を使用してドープすることにより発生する、屈折率の変化と直線熱膨張係数の変化の比と異なることを特徴とする製造方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の製造方法において、
第１の異物質を使用してドープすることにより生じる屈折率の変化が、第２の異物質を使用してドープすることにより生じる屈折率の変化と反対方向であることを特徴とする製造方法。
【請求項３２】
請求項３０又は３１のいずれかに記載の方法において、
第１の異物質を使用してドープすることにより生じる直線熱膨張係数の変化が、第２の異物質を使用してドープすることにより生じる直線熱膨張係数の変化と反対方向であることを特徴とする製造方法。
【請求項３３】
請求項３０に記載の方法において、
フッ素およびＧｅＯ２をクラッド材料のドーパントとして使用することを特徴とする製造方法。
【請求項３４】
請求項３３に記載の方法において、
コア材料とクラッド材料の０．４％の屈折率差を達成するために、コア材料とクラッド材料の直線熱膨張係数が同一の場合、純溶融石英と比較したクラッド材料の屈折率が、フッ素ドープのみによって０．６％減少し、二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）の更なるドープにより０．２％増加することにより、クラッド材料の屈折率が、全体として、コア材料の屈折率よりも０．４％小さくなるような濃度で、フッ素およびＧｅＯ２をクラッド材料のドーパントとして使用することを特徴とする製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
＜発明の分野＞
本発明は、コアおよび／またはクラッドが１つまたは複数の異物質でドープされた、溶融石英ベースの光導波路（光ファイバ）、および光導波路を製造する方法に向けたものである。
【０００２】
＜発明の背景＞
現在、光通信ネットワークでは、溶融石英ベースの光導波路（光ファイバ）が大規模に使用されている。最も重要なファイバのタイプとしては、一般に約８乃至９μｍのコア径、および一般に約１２５μｍのクラッド径を有するシングルモード・ファイバ（モノモード・ファイバ）がある。シングルモード・ファイバには、減衰および分散が少ないという特徴がある。すなわち、このファイバは、情報およびデータを、低損失かつ広帯域幅で送信することができる。
【０００３】
光導波路を使用して情報を送信する際、特に長距離光ネットワークまたは海底ケーブルが必要とされるとき、減衰の低減は、送信損失の低減、および使用可能な帯域幅の増加を伴い、したがってかなりの経済上の利点を伴う。
【０００４】
従来公知の方法では、純粋な（すなわち非ドープの）溶融石英コアとフッ素ドープ溶融石英クラッドとを有するシングルモード・ファイバを使用して作業した場合に、最小の減衰が得られた。日本の会社Ｓｕｍｉｔｏｍｏがこのタイプのファイバを供給しており、このファイバは、１．５５乃至１．５８μｍの波長範囲で０．１７ｄＢ／ｋｍの最小減衰係数を示す。
【０００５】
１９８６年に、Ｓｕｍｉｔｏｍｏ社は、１．５５μｍの波長で０．１５４ｄＢ／ｋｍの減衰係数を有するファイバを製造した。しかし、現在まで、この値は再現されていない。これに関する詳細が、Ｈ．Ｋａｎａｍｏｒｉ他の「Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｐｕｒｅ−Ｓｉｌｉｃａ−Ｃｏｒｅ Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｏｄｅ Ｆｉｂｅｒｓ（純石英コア・シングルモード・ファイバの送信特性および信頼性）」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｖｏｌ．ＬＴ−４， Ｎｏ．８， １９８６年８月， 第１１４４頁乃至第１１５０頁）に記載されている。
【０００６】
「Ｃａｌｃｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎａｔｅ Ｇｌａｓｓｅｓ ａｓ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｕｌｔｒａｌｏｗ−Ｌｏｓｓ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（潜在的超低損失光材料としてのアルミン酸カルシウム・ガラス）」（、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ １０７（１９８９）， 第２５１頁乃至第２６０頁）に記載された、Ｍ．Ｅ．Ｌｉｎｅｓ等の理論的考察および計算では、純溶融石英の最小減衰係数として、０．１４５ｄＢ／ｋｍという値を確立している。
【０００７】
この理論と実践との一致に基づき、関連技術では、シングルモード・ファイバの減衰を実質的に０．１５ｄＢ／ｋｍ未満まで低減することは不可能であると、一般に認められている。
【０００８】
しかし、後者の刊行物に記載されたデータを再検討した結果、固体溶融石英について、０．５１４μｍの波長で９．２ｄＢ／ｋｍの減衰係数が測定されることが明らかになった。この値を１．５５μｍでの減衰係数に変換すると、実質的に０．１５ｄＢ／ｋｍ未満となる値が導かれる。
【０００９】
これとほぼ一致しているのが、「Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ Ｌｏｓｓｅｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃ Ｆｉｂｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ： ＩＩ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｅｓｔｉｍａｔｅｓ（光ファイバ材料の散乱損失：ＩＩ  数値推定）」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ｖｏｌ．５５， ｎｏ．１１， １９８４年６月， 第４０５８頁乃至第４０６３頁）に記載された、Ｍ．Ｅ．Ｌｉｎｅｓによる先の計算である。ここでは、１．５５μｍの波長での純溶融石英の最小減衰係数として、わずか０．１０ｄＢ／ｋｍの値が確認されている。
【００１０】
前記の２つの結果により、減衰の、達成可能な物理的下限（固有限度）は、実質的に０．１５ｄＢ／ｋｍ未満であることが示唆される。
【００１１】
これは、純溶融石英コアとフッ素ドープ・クラッドとを有するマルチモード・ステップインデックス・ファイバについて測定された値により確認される。「Ｆｉｂｅｒｓ Ｗｉｔｈ Ｐｕｒｅ ＳｉＯ２−Ｃｏｒｅ Ｍａｄｅ ｂｙ ＰＩＣＶＤ（ＰＩＣＶＤにより製造された純ＳｉＯ２コアを持つファイバ）」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ８（１９８７）４， 第１３６頁乃至第１３９頁）に記載された、Ｈ．ＢａｕｃｈおよびＶ．Ｐａｑｕｅｔの測定により、９．４ｄＢ／ｋｍの減衰係数が、すなわち０．５μｍの波長で見られる。
【００１２】
１．５５μｍの波長に変換して０．０２ｄＢ／ｋｍの吸収損失を加えることにより（先に引用したＭ．Ｅ．Ｌｉｎｅｓ外の「Ｃａｌｃｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎａｔｅ Ｇｌａｓｓｅｓ ａｓ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｕｌｔｒａｌｏｗ−Ｌｏｓｓ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎ−Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｏｌｉｄｓ １０７（１９８９）， 第２５１頁乃至第２６０頁）から引用）、Ｈ．ＢａｕｃｈおよびＶ．Ｐａｑｕｅｔの結果から、０．１１ｄＢ／ｋｍの減衰係数が導かれる。
【００１３】
この推定では、例えば、より高いモードにより生じる更なる損失は、考慮されていない。
【００１４】
これらの値は、関連技術で認められた約０．１５ｄＢ／ｋｍの最小値と明らかに矛盾している。したがって、１．５５μｍの波長では、純溶融石英コアを有するシングルモード・ファイバの減衰係数の物理的に可能な下限は、関連技術で想定されている０．１５ｄＢ／ｋｍの域にはなく、０．１０乃至０．１１ｄＢ／ｋｍの範囲にあって、実質的に０．１５ｄＢ／ｋｍ未満であると想定することができる。
【００１５】
従来公知の方法により１．５５μｍの波長で実際に達成された０．１５４ｄＢ／ｋｍの最小値を、それにもかかわらず下げることができないのは、主に、製造中にファイバ内、特にコア−クラッド境界面で生じる内部機械的応力が原因である。
【００１６】
その理由として、市販の光導波路の製造プロセスを以下に簡単に説明する。
【００１７】
光導波路の機能的原理は、クラッド材料よりも高い屈折率をコア材料が有することを提供する。この屈折率の差は、通常コア材料の二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）ドープにより、またはクラッド材料のフッ素ドープにより達成される。しかし、関連技術で提供される従来のドープに伴って、同時に直線熱膨張係数が変化する。
【００１８】
そのため、コア材料とクラッド材料とが、ドープにより大きく影響を受けた、異なる直線熱膨張係数を示す。純溶融石英コアを有するシングルモード・ファイバの場合、クラッドのフッ素ドープは、通常、非ドープ溶融石英に比べて屈折率が約０．４％小さくなるように選択される。非ドープ・コアの膨張係数は、約５…６×１０−７／度Ｃであり、ドープ・クラッドについては、Ｈ．Ｌｙｄｔｉｎ外の「Ｍｏｇｌｉｃｈｋｅｉｔｅｎ ｕｎｄ Ｇｒｅｎｚｅｎ ｄｅｓ ＰＣＶＤ−Ｖｅｒｆａｈｒｅｎｓ ｚｕｒ Ｈｅｒｓｔｅｌｌｕｎｇ ｖｏｎ Ｌｉｃｈｔｌｅｉｔｆａｓｅｒｎ（光導波路を製造するＰＣＶＤ方法の可能性と限界：最終レポート）」（Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｐｌａｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＢＭＦＴ， 参照番号４１２−７４９１−ＴＫ０２５５／９、レポート期間１／８４−１２／８６）から推測することができるように、約３×１０−７／度Ｃが導かれる。
【００１９】
光導波路の製造中、プリフォームの最後に、延伸球内で溶融物を約２０００度Ｃに加熱して、ファイバを延伸する。ファイバは、延伸ドラムに巻かれるまでに、周囲温度まで冷却される。すなわち、光導波路は、その製造プロセス中に強く冷却される。
【００２０】
約１０００度Ｃで、コア材料およびクラッド材料が粘性となるので、クラッドとコアの異なる熱膨張係数によって発生する応力を等化する、または低減することが不可能になる。その結果、光導波路内部での更なる冷却に応答して、コア／クラッド境界領域で、急な応力勾配が形成される。
【００２１】
したがって、光導波路内部で機械的応力が形成される１つの重要な原因は、その製造中に生じる冷却である。
【００２２】
光導波路内の機械的応力の別の原因は、光導波路がその製造中に受ける延伸プロセスである。これにより光導波路内で生じる機械的応力の量は、冷却により形成される量と同程度となり得る。
【００２３】
Ｇ．Ｒ．Ａｔｋｉｎｓ外の「Ｄｅｆｅｃｔｓ ｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｒｅｓ ｉｎ Ｒｅｇｉｏｎｓ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｓｔｒｅｓｓ Ｇｒａｄｉｅｎｔｓ（高応力勾配の領域での光ファイバの欠陥）」（Ｅｌｅｃｔｒｎｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ｖｏｌ．２７， ｎｏ．１６（１９９１）， 第１４３２頁乃至第１４３３頁）に記載の調査によれば、これらの応力は非常に大きくなるため、ガラス・ネットワークの原子間の結合が破壊される。
【００２４】
これらの応力により、不均質性、屈折率勾配、および散乱中心が、例えば光導波路内に形成され、それにより減衰係数が増加する。ブランク・ウェーハ内の応力の測定から、シングルモード・ファイバの場合には、急な応力勾配の領域がコア断面の約６０％に達することが明らかになっている。シングルモード・ファイバにより輸送される光電力の実質的な一部はこの領域を流れ、この領域はコア／クラッド境界面に関してやや対称に配置されている。これは、シングルモード・ファイバ内の機械的応力が、全体減衰に対してかなりの悪影響を及ぼし得ることを意味している。
【００２５】
さらに、増加する減衰に加えて、光導波路内の機械的応力によって二重屈折が生じ、これにより、偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ：ＰＭＤ）が増加する。しかし、ビット速度が速い場合には、増加したＰＭＤ値は、送信帯域幅を不利に減少させる。
【００２６】
したがって、本発明の目的は、内部機械的応力の少ない光導波路を提供することである。
【００２７】
本発明によれば、この目的は、各々溶融石英からなるコアおよびクラッドを有する光導波路であって、製造プロセスにより光導波路（１）で発生する内部機械的応力が減少するように、少なくとも１つの異物質を使用してコア材料および／またはクラッド材料をドープすることにより、コア材料とクラッド材料の直線熱膨張係数の差が選択される光導波路によって達成される。
【００２８】
各々溶融石英からなるコアおよびクラッドを有する光導波路を製造する方法は、ファイバが冷却されて溶融物から延伸され、冷却かつ／または延伸により光導波路（１）で発生する内部機械的応力、および／または、製造プロセスにより発生する他の機械応力が低減するように、少なくとも１つの異物質を使用してコア材料および／またはクラッド材料をドープすることにより、コア材料とクラッド材料の直線熱膨張係数の差が選択されることによって特徴付けられる。
【００２９】
本発明によれば、クラッド材料またはコア材料、もしくはクラッド材料とコア材料の両方を適切にドープすることができる。前記したように、ドープ作業は、溶融石英の屈折率と直線熱膨張係数とに、同時に影響を及ぼす。本発明によれば、コア材料および／またはクラッド材料を適切にドープすることにより、コア材料および／またはクラッド材料の屈折率の差と、直線熱膨張係数の差の両方が、選択的に特定の値となる。
【００３０】
＜屈折率の差＞
本発明によれば、一方では、コア材料またはクラッド材料のいずれか、もしくは両方が、コア材料の屈折率がクラッド材料の屈折率よりも所望量だけ高くなるように、１つまたは複数の適宜の異物質でドープされる。特に、コア材料とクラッド材料の屈折率の差が、同じタイプの従来の光導波路に比べて変化しないように、コア材料および／またはクラッド材料のドープを、光導波路のタイプに応じて有利に選択することができる。
【００３１】
したがって、光導波路が標準のシングルモード・ファイバである場合、特に、クラッド材料の屈折率が、標準の市販のシングルモード・ファイバの場合と同様に、コア材料の屈折率よりも０．２％乃至０．６％、好ましくは０．４％小さくなるように、コア材料および／またはクラッド材料のドープを選択することができる。例えば、光導波路が分散シフト・シングルモード・ファイバである場合には、クラッド材料の屈折率が、従来の分散シフト・シングルモード・ファイバの場合と同様に、コア材料の屈折率よりも０．８％乃至１．６％、好ましくは１％小さくなるように、コア材料および／またはクラッド材料のドープを選択することができる。
【００３２】
例えば、光導波路がステップインデックス・マルチモード・ファイバである場合には、クラッド材料の屈折率が、従来のステップインデックス・マルチモード・ファイバの場合と同様に、コア材料の屈折率よりも０．５％乃至２．５％、好ましくは１．０％小さくなるように、コア材料および／またはクラッド材料のドープを選択することができる。
【００３３】
＜直線熱膨張係数の差＞
他方、本発明によれば、クラッド材料および／またはコア材料をドープすることにより、クラッド材料および／またはコア材料の直線熱膨張係数、したがって、特にこれらの差が、光導波路内で製造プロセスにより発生する機械的応力が低減するように、さらに選択的に影響を受ける。
【００３４】
本発明の別の特定の実施例では、クラッドとコアの直線熱膨張係数の差が減少するように、コアおよび／またはクラッドのドープが選択される。この場合、光導波路の製造に伴う冷却に応答して光導波路内で形成される機械的応力が、低減する。
【００３５】
本発明の１つの好適な特定の実施例では、クラッドとコアの直線熱膨張係数が等しくなるように、コアおよび／またはクラッドのドープが選択される。つまり、直線熱膨張係数の差がなくなる。この場合、製造に伴う冷却作業中に、光導波路内で、機械的応力が全く生じないか、またはほんのわずかしか生じない。しかし、製造に伴う延伸プロセスにより生じる応力は、本発明のこの特定の実施例では低減しない。しかし、本発明により、結果として、光導波路内の全応力が低減する。
【００３６】
本発明の別の実施例では、したがって、クラッドとコアの直線熱膨張係数の差が消失するのではなく、製造中に製造に伴う冷却により、したがって熱により生じる光導波路内の機械的応力が、製造中に延伸プロセスにより生じる光導波路内の機械的応力を打ち消すような選択的な値が想定されるように、コアおよび／またはクラッドのドープが選択される。したがって、本発明のこの特定の実施例では、結果として、光導波路内の全機械的応力がさらに低減する。
【００３７】
本発明の別の好適な特定の実施例では、（製造中に冷却により）光導波路内で熱誘導された機械的応力と、延伸プロセスにより誘導された機械的応力とが互いに相殺されて最小になるように、コアおよび／またはクラッドを適切にドープすることにより、クラッドとコアの直線熱膨張係数の差が選択される。したがって、本発明のこの特定の実施例では、製造プロセス中に生じる光導波路内の機械的応力が、全体的に有利に相殺されて最小になる。
【００３８】
本発明による、内部機械的応力を低減し、最小にし、相殺する方法は、他の屈性率差を有するファイバ、例えばマルチモード・ステップインデックス・ファイバ、または一般的な１％の屈折率差の分散シフトファイバおよびシングルモード・ファイバに適用することもできる。
【００３９】
本発明によれば、光導波路の減衰が少ないため、光ネットワークにおいて従来公知の方法で主に使用されている、１．３μｍ前後の波長範囲内の減衰係数を著しく低減することができる。従来製造されているハイグレードなシングルモード・ファイバは、１．３μｍの波長で約０．３４ｄＢ／ｋｍの減衰係数を示す。本発明による光導波路を使用すると、この値を約半分に減少させることができる。
【００４０】
光情報および通信技術の発展は、通信帯域幅の必要性が常に増加することにより特徴付けられる。光ネットワークでは、送信に並行して、複数の導波路がますます使用されるようになっている。この技術は、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：波長分割多重）またはＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ ＷＤＭ：高密度波長分割多重）として説明される。最大に送信可能な帯域幅としては、低減衰の使用可能なスペクトル領域が重要な基準となる。シングルモード設計で本発明による光導波路を使用することにより、１．２５μｍ乃至１．６５μｍでＯＨ補充吸収が０．１ｄＢ／ｋｍ未満の場合、減衰係数が０．３ｄＢ／ｋｍ未満の、４００ｎｍの広い波長範囲を実施することができる。したがって、０．４ｎｍ（ＤＷＤＭ）の個々の送信チャネル間の距離で、１０００の波長を同時に非常に低損失で送信することができる。
【００４１】
内部機械的応力が少ないため、本発明によるシングルモード・ファイバは、従来のシングルモード・ファイバのＰＭＤ値に関しても優れている。
【００４２】
本発明の１つの特定の実施例では、コア材料および／またはクラッド材料が、少なくとも１つの第１の異物質および少なくとも１つの第２の異物質を使用してドープされて、第１の異物質を使用してドープすることにより発生する、屈折率の変化と直線熱膨張係数の変化の比が、第２の異物質を使用してドープすることにより発生する、屈折率の変化と直線熱膨張係数の変化の比と異なるようにする。
【００４３】
この特定の実施例の別の改良では、コア材料および／またはクラッド材料が、少なくとも１つの第１の異物質および少なくとも１つの第２の異物質を使用してドープされて、第１の異物質を使用してドープすることにより生じる屈折率の変化が、第２の異物質を使用してドープすることにより生じる屈折率の変化と反対方向になるようにする。
【００４４】
この特定の実施例の別の改良では、コア材料および／またはクラッド材料が、少なくとも１つの第１の異物質および少なくとも１つの第２の異物質を使用してドープされて、第１の異物質を使用してドープすることにより生じる直線熱膨張係数の変化が、第２の異物質を使用してドープすることにより生じる直線熱膨張係数の変化と反対方向になるようにする。
【００４５】
本発明の１つの好適な特定の実施例では、コアおよび／またはクラッドをドープする異物質が、フッ素（Ｆ）および二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）である。このような二重ドープの作用について、以下に明記する。
【００４６】
フッ素ドープの場合、屈折率と直線熱膨張係数の両方が低減し、これらの低減の各々が、特定の数値比率Ｘ１にある。
【００４７】
他方、二酸化ゲルマニウム・ドープの場合、屈折率と直線熱膨張係数の両方が増加する。しかし、これら２つの増加の数値比率Ｘ２は、Ｘ１とは異なる。これは、屈折率パラメータおよび膨張係数パラメータに対するこれら２つのドープの作用が、反対方向に進んでいるとしても、両方のパラメータについて互いに同時に相殺することができないことを意味する。むしろ、この反対方向に進む傾向は、屈折率と直線熱膨張係数とに異なって作用し、２つのパラメータのうち一方への作用のみを相殺し、他方のパラメータは二重ドープによって変化しないままとなる。したがって、様々な直線熱膨張係数について、１つおよび同一の屈折率に達し、様々な屈折率について、１つおよび同一の直線熱膨張係数に達する。
【００４８】
そのため、フッ素ドープおよび二酸化ゲルマニウム・ドープの濃度を正確に選択することにより、広い限度内で、屈折率および同時に直線熱膨張係数の両方について、所望の値を実施することができる。
【００４９】
本発明の１つの好適な特定の実施例では、光導波路のコアの溶融石英が非ドープであり、クラッドの溶融石英が異物質のフッ素（Ｆ）および二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）でドープされる。
【００５０】
本発明の１つの好適な特定の実施例を示すために、図１は、本発明によるシングルモード光導波路１の拡大横断面図である。
【００５１】
光導波路１は、ドープされた溶融石英クラッド２と非ドープ溶融石英コア４とを備えている。クラッド２およびコア４は、互いに境界領域３で隣接している。　純溶融石英の材料特性により、コア４の膨張係数は約５…６×１０−７／度Ｃである。本発明の１つの好適な特定の実施例によれば、クラッドは２つの異物質、すなわちフッ素（Ｆ）および二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）によりドープされる。
【００５２】
クラッド２のフッ素ドープは、溶融石英と比較したクラッド材料の屈折率が、フッ素ドープのみによって０．６％減少するように、選択される。このドープの結果、Ｈ．Ｌｙｄｔｉｎ外の「Ｍｏｇｌｉｃｈｋｅｉｔｅｎ ｕｎｄ Ｇｒｅｎｚｅｎ ｄｅｓ ＰＣＶＤ−Ｖｅｒｆａｈｒｅｎｓ ｚｕｒ Ｈｅｒｓｔｅｌｌｕｎｇ ｖｏｎ Ｌｉｃｈｔｌｅｉｔｆａｓｅｒｎ（光導波路を製造するＰＣＶＤ方法の可能性と限界：最終レポート）」（Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｐｌａｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ＢＭＦＴ， 参照番号４１２−７４９１−ＴＫ０２５５／９， レポート期間１／８４−１２／８６）から推測することができるように、クラッド材料の膨張係数が２×１０−７／度Ｃまで低下する。
【００５３】
二酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２）による更なるドープは、屈折率が０．２％増加するような濃度となるように選択されるので、クラッド材料の屈折率は、全体として、コア材料の屈折率よりも０．４％小さくなる。この値は、多くのシングルモード・ファイバへの適用に必要とされ、多くの市販のシングルモード光導波路の標準値を示している。
【００５４】
しかし、この更なるドープにより、クラッド材料の膨張係数が純溶融石英の値まで増加し、したがって再びコア材料の値まで増加する（これらのデータもＨ．Ｌｙｄｔｉｎ等の前記刊行物から引用した）。
【００５５】
この場合、光導波路１の製造に伴う冷却作業中に機械的応力は生じない。したがって、製造中に光導波路１内で生じる全機械的応力が、本発明により低減する。
【００５６】
したがって、本発明の１つの好適な特定の実施例は、従来のシングルモード・ファイバと同一の屈折率差を有し、コア材料とクラッド材料とが同一の膨張係数を有する光導波路のタイプを達成する。
【００５７】
本発明の別の特定の実施例では、適切な濃度の２つの前記ドーパント、すなわちフッ素および二酸化ゲルマニウムを適用することにより、光導波路内で、特に製造中に冷却および延伸プロセスで、応力を発生するすべての個々の作用の相互作用から和として導かれた全内部機械的応力が、相殺され、または最小になるような量だけ、コアの直線熱膨張係数から外れるように、クラッドの直線熱膨張係数が選択される。
＜産業上の利用可能性＞
本発明は、特に、例えば光送信ネットワークまたは海底ケーブルで使用される光導波路を介した信号および情報送信の分野において、産業上の利用可能性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明によるシングルモード光導波路１の拡大横断面図である。
【符号の説明】
１  光導波路
２  クラッド
３  クラッドとコアの間の境界領域
４  コア
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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