(57)【要約】第１のＭＦＤ及び第１のＭＦＤ膨張率を有する第１の光ファイバーを有する融着接続。前記接続は、前記第１のＭＦＤより小さい、第２のＭＦＤ、及び第２のＭＦＤ膨張率を有する第２のファイバー（１００）を更に有する。前記第２のファイバーが、コアー（１１０）と、前記コアーを半径方向に囲むクラッディング（１３０）と、及び前記コアーと前記クラッディングとの間のフッ素高濃度領域（１２０）と、を含む。前記第１のファイバーのＭＦＤ膨張率が、融着接続作業の間、前記第２のファイバーのＭＦＤ膨張率より小さい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
融着接続であって、
ａ）第１のＭＦＤ及び第１のＭＦＤ熱膨張率を有する第１の光ファイバーと、
ｂ）前記第１のＭＦＤより小さい、第２のＭＦＤ、及び第２のＭＦＤ熱膨張率を有する第２のファイバーと、を含み、
ｃ）前記第２のファイバーが、
ｉ）コアーと、
ｉｉ）前記コアーを半径方向に囲むクラッディングと、
ｉｉｉ）前記コアーと前記クラッディングとの境界にわたる、高濃度のフッ素を有する領域と、を含み、
ｄ）前記第１のファイバーの前記第１のＭＦＤ熱膨張率が、融着接続する間、前記第２のファイバーの前記第２のＭＦＤ熱膨張率より小さい融着接続。
【請求項２】
前記第２のファイバーの前記コアーがエルビウムでドープされる、請求項１に記載の融着接続。
【請求項３】
前記領域中のフッ素の最大濃度が、０．５〜６モル％である、請求項１に記載の融着接続。
【請求項４】
前記第２のファイバーが、少なくとも１つの拡散隔壁層を更に含む、請求項１に記載の融着接続。
【請求項５】
前記コアーがＡｌでドープされる、請求項１に記載の融着接続。
【請求項６】
前記コアーがＡｌ及びＬａでドープされる、請求項１に記載の融着接続。
【請求項７】
前記第１のファイバーが、前記第２のファイバーよりも小さい濃度の屈折率増加ドーパントをコアー内に有する、請求項１に記載の融着接続。
【請求項８】
前記第１のファイバーが、前記第２のファイバーよりも低い拡散率の屈折率増加ドーパントをコアー内に有する、請求項１に記載の融着接続。
【請求項９】
前記第２のファイバーの第２のＭＦＤ変化率が、前記領域内のフッ素量によって制御される、請求項１に記載の融着接続。
【請求項１０】
前記第１のファイバーもまた、コアー、クラッディング、及び前記コアーと前記クラッディングとの中間のフッ素高濃度領域を備え、前記第１のファイバーのＭＦＤ変化率が、フッ素の量及び屈折率増加ドーパントの量によって制御される、請求項１に記載の融着接続。
【請求項１１】
前記第１及び前記第２のファイバーが、異なった波長の増幅を提供する、請求項１に記載の融着接続を有する広帯域増幅器。
【請求項１２】
前記第２のファイバーだけが増幅を提供する、請求項１に記載の融着接続を有する広帯域増幅器。
【請求項１３】
前記第１のファイバーがポンプレーザーコンバイナである、請求項１２に記載の広帯域増幅器。
【請求項１４】
前記第１のファイバーがポンプレーザーピグテールである、請求項１２に記載の広帯域増幅器。
【請求項１５】
請求項１１に記載の広帯域増幅器を備える電気通信システム。
【請求項１６】
請求項１２に記載の広帯域増幅器を備える電気通信システム。
【請求項１７】
第１及び第２の光ファイバーの融着接続方法であって、
ａ）第１のＭＦＤ及び加熱時に第１のＭＦＤ膨張率を有する第１のファイバーを提供する工程と、
ｂ）第２のＭＦＤ及び第２のＭＦＤ膨張率を有する第２のファイバーを提供する工程であって、前記第２のＭＦＤが前記第１のＭＦＤより小さく、前記第２のＭＦＤ膨張率が前記第の２ＭＦＤ膨張率より大きく、
ｃ）前記第２のファイバーが、
ｉ）コアーと、
ｉｉ）前記コアーを半径方向に囲むクラッディングと、
ｉｉｉ）前記コアーと前記クラッディングとの中間の高濃度Ｆリングと、を含み、前記リング中のＦの平均濃度がコアーの中心またはクラッディングの外縁のＦの平均濃度よりも高く、
ｉｖ）前記Ｆリングが、前記Ｆリングのない同様なファイバーと比較した時に前記第２のファイバーのＭＦＤ膨張率を低減させる工程と、
ｄ）前記第１及び第２のファイバーのＭＦＤを整合させる間に各ファイバーの端面に熱を適用し、それらをぴったり接触させて光学整列することによって前記第１及び第２のファイバーを融着する工程と、を含む方法。
【請求項１８】
前記第１及び前記第２のファイバーの両方の前記ＭＦＤが、融着工程の間にモニタされ、熱を適用する前記工程が制御されてＭＦＤ整合を達成する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１及び第２のファイバーのＭＦＤ膨張率が既知であり、熱を適用する前記工程が、ＭＦＤ膨張曲線の交点に相当する所定の時間及び温度で熱を適用する工程を含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光ファイバーの融着接続（ｆｕｓｉｏｎ  ｓｐｌｉｃｉｎｇ）に関する。特に、本発明は、ファイバーの少なくとも１つが他の融着ファイバーのＭＦＤを整合させるために制御されたモードフィールド径（ＭＦＤ）膨張率を有する、光ファイバー融着接続に関する。
【背景技術】
【０００２】
融着接続は、２つの光ファイバーの端部を互いに融着するために電気アークを用いる。目標は、できる限り最も低い信号損失を達成するためにファイバーを整合させることである。非常に高い温度（約２，０００℃）を使用して、前記ファイバーのシリカガラス端部を溶融し、次に、それらを一体に配置し、冷却及び融着させる。単一モードファイバーは、ファイバーのコアーの正確な整列を必要とする。光学損失を最小にするために、２つのファイバーのＭＦＤを整合させることが望ましい。高性能の、コンピュータ制御設備を用いて、ファイバーを整列し、光学整合をモニタする。
【０００３】
エルビウムでドープされたファイバー（ＥＤＦ）は、効率を最大にするために小さなコアー及び高い開口数を必要とし、それによってＭＦＤを減少させるので、融着接続に特に厄介である。この問題は、エルビウムでドープされたファイバー増幅器（ＥＤＦＡ）ポンプコンバイナに見いだされるような、ＥＤＦ及びそれが接続されるファイバー中のドーパントイオンの異なった拡散速度によって更に複雑にされる。
【０００４】
ＥＤＦ接続に適用された先行の方法は、屈折率増加イオンの、ファイバーのコアーからの拡散によって、より低いＭＦＤファイバーのＭＦＤを意図的に膨張させ、第２のファイバーのＭＦＤを整合させる必要がある。屈折率増加イオンの拡散は、有効なコアー寸法を同時に増大させながら、コアーの屈折率を下げる複合効果を有する。
【０００５】
しかしながら、ＭＦＤ膨張は望ましいが、それが起こる率はしばしば、それの制御を難しくすることが分かる。コアー寸法を増大させる間に屈折率を下げる複合効果は、正確な時にＭＦＤ膨張プロセスを止めることを非常に難しくする。例えば、増幅器メーカー会社がＥＤＦを利用するとき、ＭＦＤ膨張に適当である融着時間が非常に短いので機械的強度を提供することができないという問題がある場合がある。更に、短い融着時間は、融着接続機の許容度を制御するのを難しくし、再現性の問題につながる。
【０００６】
電極上にシリカが蓄積することによる接続機の変化（融着電流、アーク位置、アークの安定性の変化）は、不安定性が均される融着時間が少なくなるため、より大きい影響を有するので、整合の問題が更により複雑になる。
【０００７】
先行の試みの多くが、ファイバーコアーの膨張を遅くするよりむしろファイバーコアー（従ってＭＦＤ）の膨張を増大させる試みに焦点を合わせている。実施例の１つは、クラッディングに対するコアーの屈折率の差を減少させるためにファイバーのコアー中へのフッ素の拡散を利用し、それによってＭＦＤの膨張を増大させる設計を開示する。別の関連した実施例は、屈折率増加コアードーパントを意図的に拡散させてＭＦＤを増大させ、接続損失を最適にする方法を記載している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
規則的にＭＦＤの整合された融着接続及びかかる接続を達成するための再現可能な方法が依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
関連出願
本願ケースは、「フッ素含有領域を有する光ファイバー」（“Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ａ  Ｆｌｕｏｒｉｎｅ−Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｚｏｎｅ”）と題された、２００１年５月３０日に出願された、係属中の、本願と同一の所有権者に所有された米国仮特許出願第６０／２９４，７４０号、及び、「フッ素含有領域を有する光導波路物品」（“Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  Ａ  Ｆｌｕｏｒｉｎｅ−Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｚｏｎｅ”）と題された、２００１年８月２１日に出願された、係属中の、本願と同一の所有権者に所有された米国特許出願第０９／９３４，３８８号（共に本願明細書に援用する）に関連し、それらからの優先権を主張する。本願ケースはまた、「フッ素含有領域を含有する光導波管物品の製造方法」（“Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  ｏｆ  ａｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ａ  Ｆｌｕｏｒｉｎｅ−Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｚｏｎｅ”）と題された、２００１年５月３０日に出願された、係属中の、本願と同一の所有権者に所有された米国仮特許出願第６０／２９４，７４１号、及び「フッ素含有領域を有する光導波管物品の製造方法」（“Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ  ｏｆ  ａｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ａｒｔｉｃｌｅ  Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ  ａ  Ｆｌｕｏｒｉｎｅ−Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  Ｚｏｎｅ”）と題された、２００１年８月２１日に出願された、係属中の、本願と同一の所有権者に所有された米国特許出願第０９／９３４，３６１号（共に本願明細書に援用する）に関連し、それらからの優先権を主張する。
【００１０】
本発明は、コアーとクラッディングとの間にフッ素リングを有する光ファイバーを備える光学融着接続に関する。本発明の融着接続は、ＭＦＤ膨張を可能にしたまま、ＭＦＤ膨張を遅くすることによってそのプロセスのより高制御の利点を提供する。更に、ＭＦＤ膨張率の得られる曲線が予測可能であり、フッ素含有ファイバーの化学組成によって制御され得るので、本発明は、ユーザーが所望の融着時間範囲を所望のＭＦＤ膨張率と整合させること可能にする。
【００１１】
本発明による融着接続は、第１のＭＦＤ及び第１のＭＦＤ膨張率を有する第１の光ファイバーを備える。この接続部は更に、第２のＭＦＤ及び第２のＭＦＤ膨張率を有する第２のファイバーを備え、ここで、第２のＭＦＤは第１のＭＦＤより小さい。前記第１のファイバーが、前記第２のファイバーよりも小さい濃度の屈折率増加ドーパントをコアー内に有することができ、または、前記第１のファイバーが、前記第２のファイバーよりも低い拡散率の屈折率増加ドーパントをコアー内に有することができる。第２のファイバーの第２のＭＦＤ変化率を、前記領域内のフッ素量によって制御することができる。
【００１２】
第２のファイバーが、コアーと、前記コアーを半径方向に囲むクラッディングと、前記コアーと前記クラッディングとの間のフッ素高濃度領域と、を含む。高濃度は、前記領域内のフッ素濃度がコアーまたはクラッディングの何れのフッ素濃度より大きい場合として定義される。特定の例示的実施態様において、前記領域内のフッ素の最大濃度が０．５〜６モル％である。第１のファイバーのＭＦＤ膨張率は、融着接続作業の間、第２のファイバーのＭＦＤ膨張率より小さい。
【００１３】
第２のファイバーのコアーが、エルビウムでドープされ、Ａｌでドープされ、及び／又はＬａでドープされてもよい。第２のファイバーはまた、少なくとも１つの拡散隔壁層を更に含んでもよい。
【００１４】
同様に、第１のファイバーはまた、コアー、クラッディング、及び前記コアーと前記クラッディングとの中間のフッ素高濃度領域を備えてもよく、そこにおいて、第１のファイバーのＭＦＤ変化率がフッ素量及び屈折率増加ドーパントの量によって制御される。
【００１５】
いろいろなデバイスが、本発明による融着接続から利点を得ることができる。第１及び第２のファイバーが異なった波長の増幅を提供する、融着接続を有する広帯域増幅器が予想される。同様に、第２のファイバーだけが増幅を提供する、融着接続を有する広帯域増幅器が予想される。第１のファイバーはポンプレーザーコンバイナまたはポンプレーザーピグテールであってもよい。これらのデバイスは、電気通信システムの一部であってもよい。
【００１６】
本発明による第１及び第２の光ファイバーの融着接続方法は、第１のＭＦＤ及び加熱時に第１のＭＦＤ膨張率を有する第１のファイバーを提供する工程と、第２のＭＦＤ及び第２のＭＦＤ膨張率を有する第２のファイバーを提供する工程とを有する。第２のＭＦＤが第１のＭＦＤよりも小さく、第２のＭＦＤ膨張率が第１のＭＦＤ膨張率より大きい。第２のファイバーが、コアー、前記コアーを半径方向に囲むクラッディング、及びコアーとクラッディングとの中間の高濃度Ｆリングを含む。リング内のＦの平均濃度は、コアーの中心またはクラッディングの外縁のＦの平均濃度より高い。Ｆリングは、Ｆリングのない同様なファイバーと比較したとき、第２のファイバーのＭＦＤ膨張率を低減させる。
【００１７】
次に、第１及び第２のファイバーのＭＦＤを整合させる間に各ファイバーの端面に熱を適用し、それらをぴったり接触させて光学整列することによって前記２つのファイバーを融着する。第１及び第２のファイバーの両方のＭＦＤを、融着する工程の間にモニタしてもよく、ここで、熱を適用する工程を制御してＭＦＤ整合を達成する。あるいは、第１及び第２のファイバーのＭＦＤ膨張率が既知である場合、熱を、第１及び第２のＭＦＤ膨張曲線の交点であることが知られている、所定の時間及び所定の温度で適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、融着接続機５０を用いて本発明による第１の光ファイバー１０及び第２の光ファイバー２０を融着接続する方法を示す。前記方法は、第１のＭＦＤ及び第１のＭＦＤ膨張率を有する第１のファイバー１０と第２のＭＦＤ及び第２のＭＦＤ膨張率を有する第２のファイバー２０を提供する工程を含み、ここで、第２のＭＦＤが第１のＭＦＤより小さく、第２のＭＦＤ膨張率が第１のＭＦＤ膨張率より大きい。例示的実施態様において、第１のファイバー１０が、第２のファイバー２０よりも小さい濃度の屈折率増加ドーパントをコアー内に有する。別の実施態様において、第１のファイバー１０が、第２のファイバー２０よりも低い拡散率の屈折率増加ドーパントをコアー内に有する。
【００１９】
光ファイバー１０及び２０の端部１２及び２２がそれぞれ、整列され、２つの電極３０の間に配置される。電圧が、２つの電極の間に保持され、それらの間に電気アーク３２を生じさせる。
【００２０】
電気アーク３２は、強熱をファイバー端部１２及び２２に適用し、それらを溶融する。次に、第１及び第２のファイバーのＭＦＤを整合させる間に、端部１２及び２２をぴったり接触させ、光学整列させる。
【００２１】
一例示的実施態様において、第１の光ファイバー１０は、米国、コーニング社（Ｃｏｒｎｉｎｇ，  ＵＳＡ）による、ＳＭＦ−２８など、従来のピグテール（ｐｉｇｔａｉｌ）ファイバーである。第２の光ファイバー２０が、コアー、前記コアを半径方向に囲むクラッディング、及び前記コアーと前記クラッディングとの中間の高濃度Ｆリングを含み、そこにおいて、リング内のＦの平均濃度が、コアーの中心またはクラッディングの外縁のＦの平均濃度より高い。Ｆリングは、Ｆリングのない同様なファイバーと比較されるとき、第２のファイバーのＭＦＤ膨張率を低減させる。
【００２２】
別の実施態様において、第１及び第２のファイバー１０及び２０両方がそれぞれ、コアー、クラッディング、及びＦリング、すなわち、コアーとクラッディングとの間の境界にまたがるフッ素の高濃度領域を備える。
【００２３】
第１及び第２のファイバーの両方のＭＦＤが、融着工程の間にモニタされてもよく、暴露の時間及び／または温度を制御してＭＦＤ整合を制御することができる。あるいは、第１及び第２のファイバーのＭＦＤ膨張率が既知である場合、熱の適用工程は、ＭＦＤ膨張対時間の曲線を交差させる予め計算した時間／または温度の暴露を適用することを含める。
【００２４】
図２〜９は、第２のファイバーの多数の例示的な組成を示す。図２は、本発明による光ファイバー１００の第１の実施態様の屈折率プロフィル図及び略断面図を示す。図３〜９は同様に、本発明による光ファイバーのそれぞれ、第２、第３、第４、第５、及び第６の実施態様の屈折率プロフィル及び断面図を示す。同様な要素が、最後の同じ２桁を有する参照符号を用いて特定される。図２〜７の屈折率プロフィル図の軸は、中心からの距離（ｒ）対屈折率（ｎ）である。図の目的は、特定の光学物品のプロフィルではなく、プロフィル形状と屈折率の関係を示すことであるので、軸は単位がなく、ｎ軸は必ずしもゼロ点でｒ軸と交わらない。図面は説明に役立てる目的だけのためであり、必ずしも縮尺通りであることを意図していないことに留意のこと。当業者は、本発明によって包含されるいろいろな他の設計をすぐに理解するであろう。
【００２５】
図２は、本発明による整合クラッド低下リング（ＭＣＤＲ）設計を有する光ファイバー１００の第１の実施態様の屈折率プロフィル１０２の図及び相応する略断面図を示す。物品１００は、半径ｒ1を有するコアー１１０、コアーの周囲の、同心の半径ｒ2を有するフッ素含有領域またはリング１２０、コアーと同心の、リング１２０に隣接した半径ｒ3を有する１つ以上のクラッディング層１３０、及びクラッディング層１３０を囲むサブストレート管１４０を備える。クラッディング１３０は、コアー１１０と同心の高純度ガラスの層である。クラッディング１３０は、断面が円形、楕円形、正方形、矩形、または他の形状であってもよい。例えば、光ファイバーを作製するために用いたＭＣＶＤ（ｍｏｄｉｆｉｅｄ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）光学プリフォームにおいて、サブストレート管１４０は高シリカ管であり、それは内部層の形成、管の圧潰、及びファイバーの延伸前に中空である。コアー１１０、領域１２０、及びクラッディング層１３０の基礎成分はまた、概して、望ましい光学的及び機械的特性のために異なった化学物質でドープされた、シリカである。別の実施態様において、クラッディング層１３０は、１つより多いクラッディング層を有してもよい。
【００２６】
図２〜９は、光ファイバーの断面の屈折率プロフィルを略示するが、フッ素領域が概して、ファイバーを延伸する間にコアー及び／またはクラッディング中に拡散し、明瞭なリングではなくフッ素高濃度「領域（ｚｏｎｅ）」を生じることが理解されなくてはならない。この、及び以下の実施態様において、フッ素が拡散されたとき、フッ素濃縮領域の所定の部分が機能上、光学性能に関してクラッディングまたはコアーのどちらかの部分であることが理解されなくてはならない。領域１２０のフッ素濃度は、最内側クラッディング１３０及びコアー１１０のフッ素濃度よりも大きい。任意に、領域１２０はまた、クラッディングの屈折率に似た屈折率を有する。本発明において、領域１２０は、コアーから周囲のガラスへのフッ素の拡散ではなく、周囲のガラスからコアー中へのフッ素の正味拡散を可能にする。
【００２７】
領域１２０はまた、「光学的に狭い」。光学的に狭い、という用語の定義は、フッ素リング差幅（フッ素リングの外径からフッ素リングの内径を差し引いた値）がコアー直径の１／４より概ね小さく、フッ素リングの存在が最終ファイバーの導波性質に有意に悪影響を与えない、ということである。本発明の物品は、普及品と称される、フッ素リングのない似た設計の物品とほぼ同じの光学性質を有するように意図される。似た設計は、ファイバーのコアーのΔの差（Δは、コアーの屈折率からシリカの屈折率を差し引いた値）が５％より小さく、クラッディングのΔの差が５％より小さく、コアーの直径が２％以内であり、クラッディングの直径（フッ素リングの場合、フッ素リング差幅を差し引いた）が２％以内である時に得られると定義される。
【００２８】
好ましくない影響が、フッ素リザーバのない似た設計の標準ファイバーと比較した時に本発明のファイバーの、以下の規格を同時に満たすことができないことと規定される。すなわち、基本モードが動作波長で伝播することができ、モードフィールド径が４．５〜６ミクロン、動作波長でのバックグラウンド損失＜１５ｄＢ／ｋｍであり、増幅ファイバーについては、（第２モード）カットオフが増幅器ポンプ波長より小さい（例えばエルビウムについては、これは、増幅器のために用いたポンプ波長に依存して、８５０〜９５０ｎｍまたは＜１４８０ｎｍ）。
【００２９】
本発明によるファイバーは容易に接続可能であり、望ましい基本モードカットオフ、許容範囲内の分散及びモードフィールド径、及び低偏光モード分散を有するように作製することができる。本発明の方法及び物品はまた、コアーに隣接したガラスの、より低い粘度を提供し、フッ素リングのない低下井戸エルビウムドープトファイバー（ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ−ｗｅｌｌ  ｅｒｂｉｕｍ−ｄｏｐｅｄ  ｆｉｂｅｒ）におけるより低いバックグラウンド減衰を可能にする。本発明はまた、フッ素分布を半径方向に調整する方法を提供する。フッ素イオンの拡散速度が希土類イオンの拡散速度よりずっと大きいので、本発明はまた、均一なオキシフッ化物溶融体からは形成されない、オキシフッ化物ガラス中の希土類イオンの非平衡分布（すなわち、フッ素化され得る希土類リッチ領域）を可能にする。これは、ガラス中の、より多様な希土類イオン部位につながることがあり、それは、光増幅ファイバーのより広い利得スペクトルに寄与する。より広い利得スペクトルは、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）光増幅器に非常に有利である。
【００３０】
図２を参照すると、領域１２０は、コアー１１０に隣接した高フッ素含有量のガラスを含有する。領域１２０のフッ素濃度は、コアー１１０またはクラッディング１３０のいずれのフッ素濃度より大きい。濃度を、波長分散方式Ｘ線分析（ＷＤＸ）または二次イオン質量分光測定法（ＳＩＭＳ）を用いてモルパーセント単位で測定することができる。領域１２０はまた、コアー１１０またはクラッディング１３０のどちらよりも概して狭く、それは、コアー１１０またはクラッディング１３０のどちらの光学機能をも妨害しないように設計される。
【００３１】
図２の光学物品の実施態様において、光ファイバー１００は、整合屈折率クラッディング設計（ｒ3）を有するプリフォームから延伸された単一モード光ファイバーであり、コアー（ｒ1）の周りに薄い低下屈折率（ｄ1）高フッ素含有量リング（ｒ2）を有する。ｄ1は、リング１２０とクラッディング１３０との間の屈折率プロフィルの差である。屈折率プロフィル１０２は、初期プリフォームの理想化された断面の屈折率プロフィルである。フッ素リング（リザーバ）がファイバーの導波性質に実質的に影響を及ぼさないことが概して意図される。例えば、基本モードカットオフは依然として、１５００〜１６５０ｎｍの領域の単一モード動作を可能にし、ファイバーの分散プロフィルは、フッ素リザーバ領域のない対照ファイバーと比較して著しく変化されない。
【００３２】
高フッ素濃度領域１２０は、クラッディング１３０とは異なった化学組成を有する。しかしながら、リザーバ領域１２０は更に、透過光と相互作用し、特に、フッ素の拡散が生じた後に最終ファイバーにおいて、クラッディング１３０の部分として光学的に機能する。
【００３３】
図２に示した実施態様の特定の変型の１つにおいて、ファイバーは以下の性質を有する、すなわち、（１）ＮＡが＞０．２、好ましくは＞０．２５であり、（２）モードフィールド径が＜６μｍ、好ましくは＜５．５μｍであり、（３）１２００ｎｍで測定したバックグラウンド減衰が＜２０ｄＢ／ｋｍ、好ましくは＜１５ｄＢ／ｋｍ、より好ましくは＜１０ｄＢ／ｋｍであり、（４）基本モードカットオフが１８００ｎｍより大きく、（５）第２モードカットオフが＜１４８０ｎｍ、好ましくは＜９８０ｎｍ。これらの同じファイバー規格が、図３〜９の設計の実施態様においても用いられてよい。
【００３４】
図３は、本発明による整合クラッド整合リング（ＭＣＭＲ）設計を有する光ファイバー２００の第２の実施態様の屈折率プロフィル２０２の図及び相応する略断面図である。例示的実施態様において、光学物品２００は、単一モード光ファイバーであり、整合屈折率クラッディング２３０（ｒ3）を有し、薄い整合屈折率高フッ素含有量リング２２０（ｒ2）がコアー２１０（ｒ1）の周りにある。屈折率プロフィル２０２は、初期プリフォームの理想化された断面の屈折率プロフィルである。
【００３５】
図４は、本発明による低下クラッド下限リング（ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ−ｃｌａｄ  ｌｏｗｅｒ−ｒｉｎｇ）（ＤＣＬＲ）設計を有する光ファイバー３００の第３の実施態様の初期プリフォームの理想化された断面の屈折率プロフィル３０２の図及び相応する略断面図である。例示的実施態様において、光ファイバー３００が単一モード光ファイバーであり、低下屈折率（ｄ1）内側クラッディング３３０（ｒ3）及び外側クラッディング３５０設計を有し、薄い更に低下した屈折率（ｄ2）の高フッ素含有量リング３２０（ｒ2）がコアー３１０（ｒ1）の周りにある。ｄ1は、「井戸深さ」、すなわち、外側クラッディングに対して内側クラッディングの低下屈折率の屈折率の差である。ｄ2は、外側クラッディングに対してリングの屈折率の屈折率の差である。
【００３６】
図５は、本発明による低下クラッド低下リング（ＤＣＤＲ）設計を有する光ファイバー４００の第４の実施態様の初期プリフォームの理想化された断面の屈折率プロフィル４０２の図及び相応する略断面図である。例示的実施態様において、ファイバー４００は単一モード光ファイバーであり、低下屈折率の内側クラッディング４３０（ｒ3）及び整合屈折率外側クラッディング４５０設計（ｒ4）を有し、薄い低下屈折率（ｄ2）（ｄ2は図示せず）高フッ素含有量リング４２０（ｒ2）がコアー４１０（ｒ1）の周りにある。
【００３７】
図６は、本発明による整合クラッド増加リング（ＭＣＲＲ）設計を有する光ファイバー５００の第５の実施態様の初期プリフォームの理想化された断面の屈折率プロフィル５０２の図及び相応する略断面図である。この例示的な物品５００は、単一モード光ファイバーであり、整合屈折率クラッディング５３０設計（ｒ3）を有し、薄い増加屈折率高フッ素含有量リング５２０（ｒ2）が、大体、コアー５１０／クラッド５３０の境界面（ｒ1）にある。コアー／クラッド境界面は、測定された屈折率が相当ステップ屈折率（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  ｓｔｅｐ  ｉｎｄｅｘ）（ＥＳＩ）コアー及びＥＳＩクラッド値の平均に等しい半径方向位置と定義される。
【００３８】
図７は、本発明による低下クラッド増加リング（ＤＣＲＲ）設計を有する光ファイバー６００の第６の実施態様の初期プリフォームの理想化された断面の屈折率プロフィル６０２の図及び相応する略断面図である。例示的なファイバー６００が単一モード光ファイバーであり、低下屈折率の内側クラッディング６３０（ｒ3）及び整合屈折率の外側クラッディング６５０（ｒ4）有し、薄い増加屈折率（ｄ2）高フッ素含有量リング６２０（ｒ2）が、大体、コアー／クラッド境界面６１０（ｒ1）にある。
【００３９】
図８に示された、光ファイバー７００の更に別の実施態様において、高シリカリングなどの拡散隔壁層７６０が、隣接したフッ素リング７２０よりコアー７１０から大きい距離で配置される。拡散隔壁層層７６０は、概して高シリカであるか、クラッディング層中のフッ素の拡散速度と比較してフッ素の拡散速度を減少させる、他の材料である。その目的は、フッ素のクラッディング７３０中への拡散を低減させ、それによってリザーバ７２０内のフッ素の大半をコアー７１０中に最終的に拡散させることである。拡散隔壁層７６０は、ファイバーの導波性質に実質的に影響を及ぼさない。
【００４０】
隔壁層が光ファイバー中に組み込まれてコアー付近の領域中への損失増加不純物の拡散を妨ぐ標準とは対照的に、この実施態様は、隔壁層を用いてコアー付近の領域からのフッ素の拡散を妨いで、コアー中のフッ素の量を増大させる。拡散隔壁層７６０は、コアーからのフッ素の拡散を減少させ、その大半を最終的にコアー中に拡散させることを可能にする。
【００４１】
本発明の隔壁層及びリザーバのコンセプトの使用は、フッ素拡散領域を有する新規な実施態様を作製することを可能にする。図９に示された別の実施態様８００において、第１の隔壁層８６０は、コアー領域８１０内またはその付近、例示的には、高フッ素濃度８２０の領域との境界に配置されてもよい。第１の隔壁層８６０は、コアー８１０の内部部分へのフッ素の拡散速度を減少させる。第２の隔壁層８６２が、クラッディング領域８３０内または付近に配置され、クラッディングの外部部分にわたってまたはクラッディング層間のフッ素の拡散速度を減少させることができる。
【００４２】
本発明の、Ｆリングを有する、エルビウムでドープされた光ファイバーは、融着接続する間にモードフィールド径の膨張の増強された制御を提供する。例示的実施例において、ファイバーが接続されるとき、相対的に大きなモードフィールド径ファイバーとの最適化されたモードフィールド径の整合のために必要とされた時間は、ファイバーのコアーの周りにフッ素含有リングのない同じような、エルビウムでドープされたファイバー設計の最適化された接続のために必要とされた時間の約２倍である。フッ素含有リングのないファイバーの融着特性は非常に迅速な接続であり、すなわち、融着時間が非常に短いので、得られた接続部の品質が機械的結合性及び反復性の点から不十分であるすれば、この特徴は利点である。本発明における接続部は、エルビウムでドープされたファイバー増幅器に一般に見出されるピグテールファイバーに接続されるとき、より低い及びよりばらつきのない光学損失を示す。
【００４３】
接続損失の重要性は、エルビウムでドープされたファイバーの増幅器（ＥＤＦＡ）の当業者によって理解される。接続損失は、ポンプ及び信号の両方に影響を及ぼすので、ＥＤＦＡの雑音指数、利得傾き、及び他の性質に悪影響を及ぼすことがある。この融着接続技術は、正確なコアー整列を提供し、接続損失ＭＦＤ不整合に対して大きく貢献する（平坦な、垂直な端部の劈開が達成され、端面の汚染が回避される）。
【００４４】
モードフィールド不整合による接続損失Γを、次式：
【数１】
2004528598.tif 000003
を用いて概算することができ、式中、ω1及びω2が、接続される２つのファイバーのモードフィールド半径である。
【００４５】
本発明は、代表的な希土類でドープされた光ファイバーを用いる接続部よりも低い損失及び高い信頼度の利点を提供する。本発明のファイバーと同一だがフッ素リングを用いないファイバーで行われた接続の研究に基づいて、コアーの周りにフッ素が存在することは、ＭＦＤ膨張を遅くする効果を有する。理論に縛られることを望まないが、これは、コアーからの屈折率増加ドーパントの拡散を相殺することによって達成されると考えられる。これらのイオンがフッ素に衝突するとき、それらの屈折率増加の効果は、フッ素の屈折率低下の効果によって相殺され、コアーの導波寸法をより一定に保持させると考えられる。これは、ＭＦＤの膨張している率を低減させる（下の実施例を参照のこと）。更に、接続損失の結果は、本発明のファイバーが、より大きな反復性と共により低い光学損失の利点を提供することを示す（下の表２を参照のこと）。
【実施例】
【００４６】
図１０は、フッ素リングのないことを除いて本発明のファイバーと同一のファイバー及びフッ素リングを有するように製造された２つのファイバーの融着接続の間のＭＦＤ特性を示すグラフである。図１０において、ＭＦＤは、本発明のファイバーのＭＦＤ膨張の低減を示す融着時間の関数（フィットされた２次多項式）として示される。
【００４７】
【表１】
2004528598.tif 000004
【００４８】
上の表１は、本発明のファイバーのＭＦＤ膨張率のはっきりした低減を示す、図１０の曲線のフィットのデータの一覧である。
【００４９】
図１１は、（表２に示された測定された損失の値について方程式１を解くことによって確定した）ＭＦＤ整合ポイントを示す融着接続の間のＭＦＤ変化のプロットである。
【００５０】
融着時間が、拡散によってＭＦＤ膨張に直接に影響を及ぼすことが知られているので、大きなＭＦＤファイバー（ＳＭＦ−２８）への最適化された接続のための融着時間の差は、フッ素リングの組み込みと関係があることが示される。本発明によるＦリングファイバー及びフッ素リングがない同等のファイバーについての裏付けのデータを表２に示す。
【００５１】
【表２】
2004528598.tif 000005
【００５２】
上の表２は、フッ素がないＥＤＦとコアードーパントの拡散を相殺するフッ素を有するＥＤＦとを比較する接続の結果の一覧である。ファイバーの出発ＭＦＤは、フッ素リングのないファイバーについては５．１７μｍであり、フッ素リングを有するファイバーについては５．１５μｍであった（すべて１５５０ｎｍにおけるデータ）。
【００５３】
当業者は、本発明がＭＦＤ整合が望ましいいろいろな用途で用いられてもよいことを理解するであろう。本発明は好ましい例示的実施態様を参照して記載されたが、本発明は、本発明の精神から外れることなく、他の特定の形で実現されてもよい。したがって、本願明細書に記載及び示された実施態様は例として役立つだけであり、本発明の範囲を限定すると考えられるべきではないことは理解されるはずである。他の変型及び変更が、本発明の精神及び範囲に従って実施されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明による融着接続方法の図である。
【図２】本発明による整合クラッド低下リング（ｍａｔｃｈｅｄ−ｃｌａｄ  ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ−ｒｉｎｇ）（ＭＣＤＲ）設計を有する光ファイバーの第１の実施態様の屈折率プロフィル図及び相応する略断面図である。
【図３】本発明による整合クラッド整合リング（ｍａｔｃｈｅｄ−ｃｌａｄ  ｍａｔｃｈｅｄ−ｒｉｎｇ）（ＭＣＭＲ）設計を有する光ファイバーの第２の実施態様の屈折率プロフィル図及び相応する略断面図である。
【図４】本発明による低下クラッド下限リング（ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ−ｃｌａｄ  ｌｏｗｅｒ−ｒｉｎｇ）（ＤＣＬＲ）設計を有する光ファイバーの第３の実施態様の屈折率プロフィル図及び相応する略断面図である。
【図５】本発明による低下クラッド低下リング（ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ−ｃｌａｄ  ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ−ｒｉｎｇ）（ＤＣＤＲ）設計を有する光ファイバーの第４の実施態様の屈折率プロフィル図及び相応する略断面図である。
【図６】本発明による整合クラッド増加リング（ｍａｔｃｈｅｄ−ｃｌａｄ  ｒａｉｓｅｄ−ｒｉｎｇ）（ＭＣＲＲ）設計を有する光ファイバーの第５の実施態様の屈折率プロフィル図及び相応する略断面図である。
【図７】本発明による低下クラッド増加リング（ｄｅｐｒｅｓｓｅｄ−ｃｌａｄ  ｒａｉｓｅｄ−ｒｉｎｇ）（ＤＣＲＲ）設計を有する光ファイバーの第６の実施態様の屈折率プロフィル図及び相応する略断面図である。
【図８】本発明による隔壁層設計を有する光ファイバーの第７の実施態様の略断面図である。
【図９】本発明による二重隔壁層設計を有する光ファイバーの第８の実施態様の略断面図である。
【図１０】３つの異なったファイバーについてのＭＦＤの変化の％対融着時間のグラフである。
【図１１】ファイバーのＭＦＤ対融着時間のグラフである。
【図１０】
2004528598.tif 000006
【図１１】
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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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