(57)【要約】中心線開口部を有するプリフォームから光導波路ファイバを製造する方法であって、中心線開口部内の圧力を減圧するステップと、次に中心線開口部内の圧力を中心線開口部領域の周りの均一性、真円性、及び／または対称性を改善するための圧力に加圧するステップとを含む。
2004536764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路ファイバの製造に用いるプリフォームを形成する方法であって、
外径を備えた外側表面と内径を備えてその中に中心線開口部を画定する内側表面とを有する圧密プリフォームを準備するステップと、
前記プリフォームの少なくとも一部分が前記開口部を完全にコラプスさせることなく、かつ前記プリフォームを牽引することなく収縮するのに十分な時間の間第１の温度にある状態で、前記外側表面の圧力より低い第１の圧力を前記内側表面に印可するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１温度が前記プリフォームの前記圧密温度より低いことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１温度は前記圧密温度と前記プリフォームの前記線引き温度との間であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記第１温度は約１４５０℃から約１９５０℃の間であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記第１温度は約１３００℃から約１６００℃の間であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記第１温度は約１６５０℃から約２２００℃の間であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記第１圧力は約１０Ｔｏｒｒより低いことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記第１圧力は約１００Ｔｏｒｒより低いことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記第１圧力は約５００Ｔｏｒｒより低いことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記開口部の収縮後、前記プリフォームの少なくとも一部分が第２温度に前記開口部を完全に収縮させるために十分な時間の間ある状態で、前記第１圧力より高い第２圧力を前記内側表面に印可するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記第２温度は前記第１温度より高いことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記開口部は完全にコラプスされることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
前記第２圧力は５００Ｔｏｒｒより高いことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記第２圧力は７００Ｔｏｒｒより高いことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１５】
前記第２圧力は７６０Ｔｏｒｒより高いことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１６】
前記開口部が収縮した後、前記プリフォームの少なくとも一部分が第２温度に前記開口部を完全に収縮させるために十分な時間の間ある状態で、前記第１圧力より高い第２圧力を前記内側表面に印可するステップをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項１７】
前記プリフォームはＯＶＤ法によって製造されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
【発明の分野】
【０００２】
本発明は概して光導波路ファイバの分野に関する。さらに具体的には、低偏波モード分散光導波路ファイバの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
本出願は、２００１年７月に出願された米国仮出願第６０／３０９，１６０号について３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（３）下の優先権の利益を主張する。
【０００４】
電気通信産業の大きな目標は、より短時間に、より長い距離にわたって、より大量の情報を伝送することである。通常、システムのユーザ数及びシステムの使用周波数が増加するにつれて、システムリソースに対する要求も同様に増加する。この要求を満たす１つの方法は、情報を伝送するために使用される媒体の帯域幅を増加させることである。光電気通信システムにおいて、さらに高い帯域幅を有する光導波路ファイバに対する需要は特に高い。
【０００５】
一般的に、光ファイバはシリカ系プリフォームから形成される。プリフォームは、シリカすすまたはシリカプラズマをレセプタ表面上へ蒸着し、シリカ層を形成することによって少なくとも一部分が製造されるかもしれない。すすの流れは、ＯＶＤ法におけるようなすす形状、またはＭＣＶＤ法におけるような溶融シリカ形状のいずれかでレセプタ表面に結合する。一般的に、レセプタ表面はマンドレル（例えば、セラミック製ベートロッドの外側表面）または溶融シリカのチューブ（例えば、ＭＣＶＤ法におけるチューブの内側表面）である。一般的に、レセプタ表面は回転可能であるか、または蒸着の間回転している。圧密に先立ち、マンドレルまたはベートロッドは、中央孔を残して、プリフォームから分離される。圧密後、例えば、オーバークラッドまたは付加コア材料などのシリカすすの付加層が用いられてプリフォームに付加される。少なくとも部分的にすすを含むプリフォームは、光ファイバへと線引きされる前に、結局溶融シリカへと圧密される。いくつかのプリフォームはチューブ処理においてロッドによって形成され、溶融シリカロッドが溶融シリカコアの中央開口部へ挿入される。
【０００６】
光ファイバの製造では、様々な方法が用いられてプリフォームの様々なすす層を蒸着し得る。
【０００７】
外付け法（「ＯＶＤ」）では、スートコア母材などの圧密されていないスートプリフォームを、マンドレル、または一般的にはセラミック製ベートロッドである目標ロッドなどの基板状へ、酸素の存在下で前駆構成物質を含むシリカ及びゲルマニウムを蒸着して形成する。ベートロッドが回転するにつれて、前駆構成物質がフレームバーナーに運ばれてすすを生成する。その時すすがベートロッド上に蒸着される。すすはシリカとシリカがドープされたすすとの組み合わせであるかもしれない。一旦十分なすすが蒸着されると、ベートロッドは取り除かれる。得られたスートコア母材は、コアロッドプリフォームまたはコアケーンプリフォームまたはケーンプリフォームまたはガラスコア母材などの溶融シリカプリフォームへと圧密され得る。一般的に、スートコア母材は、圧密加熱炉中でスートコア母材をつり下げ、スートコア母材をガラスへ圧密するために十分な時間の間、十分な温度へスートコア母材を加熱して、圧密される。圧密ステップに先立って、スートコア母材は化学的に乾燥されることが望ましい。例えば、高温で塩素ガスをスートコア母材に印可することによってなどである。概して、中心線に沿った軸孔または中心線孔または中心線開口部を有する円筒型のガラスコア母材またはガラスケーンプリフォームが結果として生じる。即ち、全体的に円筒型の圧密されたガラスチューブが中心線孔を有している。一般的に、ガラスコア母材またはガラスコアプリフォームは、約０．５ｍから１．０ｍの長さを有し、約０．５ｃｍから約３．０ｃｍの内径、約３ｃｍから８ｃｍの外径を備えている。これらの寸法はプロセス及び動作環境によって変化するが、ガラスコア母材またはガラスケーンプリフォームの様々な大きさ及び形状でさえも以下に述べる本発明から恩恵を受け得る。
【０００８】
一般的に、次にガラスコア母材またはガラスケーンプリフォームは「再線引き」される。換言すれば、例えば、ガラスコア母材を加熱炉内に配置し、コア母材を約２０００℃の温度へ加熱して、より小さな直径のコアケーンへコア母材を再線引きするかまたは牽引するかまたは引き延ばして、小径プリフォームへ線引きする。熱エネルギーはガラス状母材またはプリフォームを軟らかくする。それはプリフォームを牽引することと平行して、プリフォームの直径を短縮させる結果になる。即ち、外径及び内径の両方を短縮させることである。
【０００９】
再線引き動作の間、概してコア母材の中心線開口部は、中心線開口部に沿って相当の真空（例えば、２５ｋＰａまたは０．２５気圧）を用いてコラプスされる。これらの真空力によって、中心線に沿ってガラスコア母材が完全に閉塞されることが保証される。一般的に、真空を用いずにプリフォームを線引きまたは牽引することは孔の閉塞またはコラプスをなすためには不十分である。
【００１０】
再線引きステップ後、得られるコアケーンは、通常１つ以上の付加コアすす層を備えたクラッド及び／または、例えばＯＶＤ蒸着法を通してクラッド層の上にクラッドすすを蒸着することによるクラッド層を備えたオーバークラッドである。一旦十分なクラッドすすで覆われると、得られたすすオーバークラッドコアケーンは、化学的に乾燥され、圧密されて光ファイバプリフォームまたは光ファイバ母材を形成する。異なるプロセス（例えば、ＭＣＶＤ法及び他の方法）はいくらか異なるプロセスを用いてプリフォームの製造に用いられるコンポーネントを形成する間、一般に、これらのプロセス（例えば、ＭＣＶＤ法）の多くは、その中に孔を有する円筒型チューブまたは他の中間ガラス物質またはプリフォームを生じる。孔は、それらから光ファイバが線引きされる前に閉じられる。一般的に、これらの製造プロセスは、製造プロセスの間のいくつかのポイントで真空を利用し、外径を著しく変化させることなく中心線開口部を閉じることを含む。
【００１１】
一般的に、相対的に強力な真空を使用してガラスコア母材または他の光ファイバプリフォーム内の中心線開口部または他の開口部を閉じることは困難なことである。かかる真空力は、例えば図１に示すような、ケーンの非対称中心線形状を生じ得る。中心線開口部領域へ強力な真空が用いられると、孔の非円形コラプスが生じ得る。図１は、概して１０で示されるコアケーンの断面図を説明する。コアケーンはガラス層１４によって囲まれた中心点１２を含む。図１において、これらのガラス層１４は、強力な真空力が用いられた結果として、不規則な非対称形状を有し、中心線開口部の完全なコラプスを生じる。中心点１２から更に遠い場所でだけ、ガラス層１６は中心線１２についてより左右対称で同心性の円または輪を形成し始める。コアケーン内に現れる同じ非対称性ガラス層が、そのケーンが光ファイバへ最終的に線引きされると現れるだろう。コアケーン（またはそこから得られる光ファイバ）の長さに沿って異なる位置で取られた中心線形状を観察してもコアが非対照的であることを示すだろう。さらに、コアケーン及び得られた光ファイバの位置的特性はその長さに沿って変化するかもしれない。さらに具体的には、光ファイバに沿った１つの位置の特定の非対称形状は光ファイバに沿った別の位置での形状と異なるかもしれない。
【００１２】
非対称コア位置は、偏波モード分散（ＰＭＤ）、即ち光の１つのコンポーネントが他の直交コンポーネントより速く移動するときに生じる分散形式の主要な要因であると考えられる。特にシングルモードにおいて顕著な程度に現れるＰＭＤの出現は深刻な損失原因である。なんとなれば、ＰＭＤはファイバに基づく電気通信システムのデータ転送速度を制限するからである。さらに具体的には、一般的にシングルモードファイバ及びマルチモードファイバの両方は大抵約１２５ミクロンの外径を有する。しかしながら、シングルモードファイバは、例えば約８ミクロンの相対的に小さなコア径を有する。この直径との関係のために、シングルモードファイバは、ファイバ製造の間に引き起こされる非対称性の孔閉塞によってもたらされる偏波モード分散に極めて感応性が高い。それゆえに、減じられたＰＭＤはファイバ製造、特にシングルモードファイバにおいて大きな目標となる。シングルモードファイバの小さなコアサイズと対照的に、一般的に、マルチモードファイバのコア領域は通常６２．５ミクロンまたは５０ミクロンの直径を有する。ＰＭＤはマルチモードファイバにおける損失原因でもある。マルチモードファイバにおいて、非対称性の孔閉塞は、中心線に隣接するファイバの最深部分の屈折率特徴を調整することができないという結果になった。結果として、かかるファイバに光を発射するために用いられるレーザは、マルチモードファイバの中心線からいくらかの距離をしばしばはずれ、非対称性の孔閉塞のこの領域を避ける。よって、シングルモード及びマルチモードファイバの両方が、低減されたＰＭＤから恩恵を受けるだろう。
【００１３】
ＰＭＤを低減させるために用いられる１つの方法は、ファイバ線引き動作の間光ファイバを回転させることである。ファイバはその中心線軸に沿って機械的にねじられ、同時に光ファイバプリフォームまたは母材の溶融された根本から線引きされる。このねじれによって光の直交コンポーネントが互いに接続することが可能になり、よってそれらの分散及び低下しているＰＭＤを平均化する。回転は非対称性の孔密閉の影響を軽減するが、回転は光ファイバ及び／またはその製造を損ない得るかなり複雑な処理である。例えば、回転はファイバが線引きされる速度を遅らせ、被覆に位置的摂動を生じ、光ファイバの強度を減じたりもし得る。
【００１４】
さらに、非対称コア位置はファイバコアの長さに沿ってコア径におけるばらつきを生じ、ファイバを経由して伝送される光が、光ファイバの長さに沿った異なるポイントで、異なるコア断面領域を通って伝搬するか、または「見る（sees）」。さらに、非対称中心線形状はレーザを発射したマルチモードファイバの帯域幅を減じ得る。
【００１５】
中心線開口部を閉塞する強力な真空力の使用はまた、中心線に沿って形成される隙間を生じ、光ファイバの伝送特性をさらに損ない得るかもしれない。
【００１６】
ここで用いたように、用語「プリフォーム」は光導波路ファイバの製造に用いられるなんらかのシリカ系物体を言い、シリカすすを含むかどうかは問わない。それは未圧密スートプリフォーム、スートコアプリフォーム、スートコア母材、溶融シリカプリフォーム、コアロッドプリフォーム、コアケーンプリフォーム、コア母材、ガラスコア母材、ガラスケーンプリフォーム、ガラス状プリフォーム、圧密プリフォーム、及び／または光ファイバプリフォームとして公知であるプリフォームを含むがこれらに限定されない。
【発明の概要】
【００１７】
１つの態様において、本発明は光導波路ファイバ製造で用いられるプリフォームを形成する方法に関する。方法は、外径を備えた外側表面及び内径を備えた内側表面を有する圧密プリフォームを準備するステップを含み、内側表面はその中の中心線開口部を画定しする。該方法はさらに、プリフォームの少なくとも一部が完全に開口部をコラプスさせることなく、かつプリフォームを牽引することなく、即ち、プリフォーム上で機械的に牽引することも本質的に機械的に牽引することもなしに、収縮するのに十分な時間の間、第１温度にある状態で、外側表面での圧力より低い第１圧力を内側表面に印可するステップを含む。
【００１８】
１つの好適実施例において、プリフォーム全体が定温オーブン内で蒸着される。別の好適実施例において、プリフォームの大部分は第１の温度にある。また別の好適実施例において、プリフォーム全体が第１の温度にある。
【００１９】
好適実施例において、第１の温度はプリフォームの圧密温度より低い。別の好適実施例において、第１の温度はプリフォームの圧密温度にほぼ等しい。また別の好適実施例において、第１の温度はプリフォームの圧密温度と線引き温度との間である。
【００２０】
また別の好適実施例において、プリフォーム全体はその線引き温度以下である。
【００２１】
また別の好適実施例において、第１の温度はプリフォームの線引き温度にほぼ等しい。
【００２２】
第１の温度は約１２００℃と約２２００℃との間が望ましく、約１３００℃と約２１００℃との間がさらに望ましい。好適実施例において、第１の温度は約１４５０℃と約１９５０℃との間である。別の好適実施例において、第１の温度は約１３００℃と約１６００℃との間である。また別の好適実施例において、第１の温度は約１６５０℃と約２２００℃との間である。また別の好適実施例において、第１の温度は約１７５０℃と約２１００℃との間である。また別の好適実施例において、第１の温度は約１９００℃と約２２００℃との間である。
【００２３】
１つの好適実施例において、第１の圧力は約１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）より高い。別の好適実施例において、第１の圧力は約１．３３ｋＰａ（１０Ｔｏｒｒ）より低い。また別の好適実施例において、第１の圧力は約１３．３ｋＰａ（１００Ｔｏｒｒ）より低い。また別の好適実施例において、第１の圧力は約６６．７ｋＰａ（５００Ｔｏｒｒ）より低い。また別の好適実施例において、第１の圧力は約７３．３ｋＰａ（７００Ｔｏｒｒ）より低い。
【００２４】
中心線開口部は第１ステップにおいてサイズが縮小されるか減じられ、次に少なくとも１つの他のステップにおいてサイズがさらに縮小されるか減じられることが望ましい。第１のステップにおける中心線開口部内の圧力は、第２またはその後のステップにおける中心線開口部内の圧力より低い。好適実施例において、中心線開口部は第２のステップにおいて完全にコラプスされる。別の好適実施例において、中心線開口部は第１のステップにおいてサイズが減じられ、次に少なくとも１つの中間ステップにおいてサイズがさらに減じられ、次に最終の開口部閉塞ステップにおいて完全にコラプスされる。
【００２５】
第１のステップにおいて、プリフォームの内側表面が外側表面の圧力より低い第１の圧力であり、同時にプリフォームの少なくとも一部が約１分から約１０時間の間第１の温度であることが望ましい。所定のサイズ及び構成のプリフォームに対して、かつ中心線開口部における所定の内部圧力、またはとりわけプリフォームの外側表面と内側表面との間の所定の圧力差に対して、より低い温度では開口部のサイズにおいて同様の減少を実現するためにより長い時間が必要とされる。処理時間は商業上の納品スケジュール、原価／利益のトレードオフ、及び／または他の様々な要因によって限定されるかもしれないが、概して、中心線領域の周りの対称性及び／または真円度はより長い処理時間で改善されるだろう。
【００２６】
方法は、開口部が縮小された後に、第１の圧力より高い第２の圧力を内側表面に印可するステップを含み、同時にプリフォームの少なくとも一部分が第２の温度に、かつ開口部をさらに縮小するのに十分な時間の間、あることが望ましい。
【００２７】
好適実施例において、第２の圧力は外側表面の圧力より低い。別の好適実施例において、第２の圧力は外側表面の圧力にほぼ等しい。また別の好適実施例において、第２の圧力は外側表面の圧力より高い。また別の好適実施例において、第２の圧力は外側表面の圧力よりわずかだけ高い。
【００２８】
好適実施例において、第２の温度は第１の温度より高い。別の好適実施例において、第２の温度は第１の温度にほぼ等しい。
【００２９】
好適実施例において、開口部は第２ステップ後に完全にコラプスされる。別の好適実施例において、開口部を完全にコラプスさせることなしに開口部を放射状に減じる複数のステップ後に開口部が完全にコラプスされる。
【００３０】
好適実施例において、内側表面が第２の圧力にさらされている状態で、プリフォームは牽引されず、線引きされず、または再線引きされない。
【００３１】
別の好適実施例において、内側表面が第２の圧力にさらされている状態で、プリフォームは牽引される。
【００３２】
好適実施例において、第２の温度はプリフォームの圧密温度とほぼ等しい。別の好適実施例において、第２の温度は圧密温度とプリフォームの線引き温度との間である。また別の好適実施例において、第２の温度はプリフォームの線引き温度とほぼ等しい。
【００３３】
第２の温度は約１２００℃と約２２００℃との間が望ましい。好適実施例において、第２の温度は約１３００℃と約２１００℃との間である。別の好適実施例において、第２の温度は約１４５０℃と約１９５０℃との間である。また別の好適実施例において、第２の温度は約１３００℃と約１６００℃との間である。また別の好適実施例において、第２の温度は約１６５０℃と約２２００℃との間である。また別の好適実施例において、第２の温度は約１７５０℃と約２１００℃との間である。また別の好適実施例において、第２の温度は約１９００℃と約２０００℃との間である。
【００３４】
好適実施例において、第２の圧力は６６．７ｋＰａ（５００Ｔｏｒｒ）より高い。別の好適実施例において、第２の圧力は７３．３ｋＰａ（７００Ｔｏｒｒ）より高い。また別の好適実施例において、第２の圧力は１００ｋＰａ（７５０Ｔｏｒｒ）より高い。また別の好適実施例において、第２の圧力は１０１ｋＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）より高い。
【００３５】
方法は、開口部が収縮した後に、同時にプリフォームの少なくとも一部分が第２の温度であり、かつ開口部を完全にコラプスさせるのに十分な時間にある状態で、第１の圧力より高い第２の圧力を内側表面に印可するステップを含むことが望ましい。
【００３６】
方法は、プリフォームの少なくとも一部分がプリフォームの線引き温度と同じかそれより高い状態で、プリフォームを小径のプリフォームまたは光導波路ファイバへ線引きすることによって開口部を完全にコラプスさせるステップを含むことが望ましい。
【００３７】
好適実施例において、方法は第１の圧力を受動的に含むステップを含む。別の好適実施例において、方法は第１の圧力を能動的に含むステップを含む。
【００３８】
方法は、開口部の圧力を制御するステップを含むことが望ましい。好適実施例において、開口部の圧力は開フィードバックループによって制御される。別の好適実施例において、開口部の圧力は閉フィードバックループによって制御される。
【００３９】
１つの好適実施例において、開口部の圧力は開口部の直径についての関数として変化する。方法は中心線開口部の直径を計測するステップを含むことが望ましい。
【００４０】
好適実施例において、外側表面の圧力は約５０．７ｋＰａ（３８０Ｔｏｒｒ）より高い。別の好適実施例において、外側表面の圧力は約８０ｋＰａ（６００Ｔｏｒｒ）より高い。また別の好適実施例において、外側表面の圧力は約１０１ｋＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）より高い。さらに別の好適実施例において、外側表面の圧力は大気圧と同じかその前後である。
【００４１】
好適実施例において、プリフォームはＯＶＤ法によって製造される。
【００４２】
方法は、プリフォームからファイバを線引きするステップを含むことが望ましい。さらには中心線開口部が完全にコラプスした後であることが望ましい。
【００４３】
別の態様において、本発明は光導波路ファイバ製造に用いられるプリフォームを製造する方法に関する。方法は外径を備えた外側表面と内径を備えた内側表面とを有する圧密されたプリフォームを準備するステップを含み、内側表面はその中の中心線開口部を画定する。方法はさらに、プリフォームが、開口部を完全にコラプスさせることなく、またプリフォームを牽引することなく収縮するのに十分な時間の間、第１の温度にある状態で、外側表面の圧力より低い第１の圧力を内側表面に印可するステップを含む。
【００４４】
好適実施例において、プリフォーム全体が定温オーブン内で蒸着される。
【００４５】
第１の温度は約１３００℃と約１７００℃との間であることが望ましい。さらに第１の温度は約１４００℃と約１６００℃との間であることが望ましい。
【００４６】
好適実施例において、第１の圧力は約１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）より高い。別の好適実施例において、第１の圧力は約１．３３ｋＰａ（１０Ｔｏｒｒ）より低い。また別の好適実施例において、第１の圧力は約１３．３ｋＰａ（１００Ｔｏｒｒ）より低い。
【００４７】
方法は、プリフォームの少なくとも一部分がプリフォームの線引き温度と同じかより高い状態で、プリフォームを小径のプリフォームまたは光導波路ファイバへ線引きするステップを含むことが望ましい。
【００４８】
好適実施例において、プリフォームの少なくとも一部分が線引き温度と同じかまたはそれより高い状態で、開口部が、線引きで（または再線引きで）、即ち、プリフォームが機械的に牽引されると、完全にコラプスされるステップを含む。
【００４９】
好適実施例において、線引き時の開口部の圧力は第１の圧力より高い。別の好適実施例において、線引き時の開口部の圧力は外側表面の圧力とほぼ同じである。また別の好適実施例において、線引き時の開口部の圧力は約７３．３ｋＰａ（７００Ｔｏｒｒ）より高い。さらに別の好適実施例において、線引き時の開口部の圧力は約１００ｋＰａ（７５０Ｔｏｒｒ）より高い。またさらに別の好適実施例において、線引き時の開口部の圧力は約１０１ｋＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）より高い。別の好適実施例において、線引き時の開口部の圧力は約１０１ｋＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）である。
【００５０】
シングルモードファイバが本発明に従って製造され、それは回転または他のＰＭＤ緩和方法の助けを借りたり、もっぱら頼らなければならないということなしに低偏波モード拡散を示すかもしれない。所望のレベルのＰＭＤを実現するために必要な光ファイバに伝えられる回転量は減じられることが望ましい。ファイバの回転が排除されることがさらに望ましい。
【００５１】
本発明の方法は、レーザ光源と共に使用されることに本質的によりよく適するマルチモード光ファイバを形成するためにも用いられ得る。レーザ光発射方法において、レーザのスポットサイズがコアの全体の大きさに関して小さくなり得る。レーザが非対称ガラス層を有する領域へ方向づけられると、これらの非対称ガラス層はそうでなければレーザビームが進むであろうパスを妨げ得る。本発明はこれらの層の同心度を高めることが望ましい。さらに、本発明はファイバのコアの中心線について対称及び同心性のガラス層を均一に実現することに役立つことが望ましい。
【００５２】
さらに、本発明に従って製造された光ファイバは、その中心線に沿って及び／またはその中心線に隣接して隙間が少ないかもしれない。環境圧力、その近辺、またはそれ以下の圧力での中心線開口部の加圧の変動予定による孔径の制御された収縮の影響は、ファイバ内の隙間の可能性を減じることに役立ち、よって光反射及び／またはそれと関係する損失を減じ得ると考えられる。
【００５３】
本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下の明細書、請求項、及び添付図面を参照することにより当業者にさらに深く理解され正しく認識されるだろう。
【００５４】
前述の概説及び以下の詳細な説明の両方は単に本発明の模範であって、請求された本発明の性質及び特徴を理解するための概観及びフレームワークを提供することが意図される。添付図面は、本発明のさらなる理解を与えるために含まれ、明細書の一部分に組み込まれ、それを構成する。図面は本発明の様々な実施例を説明し、説明と合わせて、本発明の主題及び動作を説明するために役立つ。
【好適実施例の詳細な説明】
【００５５】
本発明の本好適実施例が詳細に参照されるだろう。その例は添付図面において説明される。可能な限り、同じ参照番号が同じまたは同様の部分を参照するために図面の初めから終わりまで使用されるだろう。説明を明確にしかつ容易にするために、図面に示された要素は必ずしも一定の比例に拡大して描かれていない。
【００５６】
概して、有効範囲は以下のように画定される。
【数式１】
【００５７】
2004536764.tif 000003
ここで、積分限界はゼロから∞であり、Ｅは伝搬光と関係する電界である。
【００５８】
モードフィールド直径ＤmfはピーターマンＩＩ法（Peterman II method）を用いて計測される。ここで、２ｗ＝Ｄmf、及び
【数式２】
【００５９】
2004536764.tif 000004
、積分限界はゼロから∞である。
【００６０】
ここで使用される部分Δ％の相対指数または相対屈折率は以下の方程式によって画定される。
Δ％＝１００×（ｎi2−ｎc2）／２ｎc2
ここで、ｎiはｉで示される指数特徴セグメントの最大屈折率である。ｎc は基準屈折率であって、クラッド層の最小指数であると見なされる。セグメントのいずれのポイントも関連する屈折率を有する。
【００６１】
用語、屈折率特徴または指数特徴は、Δ％または屈折率とコアの選択されたセグメントにわたる半径との間の関係である。
【００６２】
ここで用いたように、「完全にコラプスされた」は中心線開口部の完全な収縮、またはプリフォームの内側表面の完全な収縮を言い、プリフォームの中心線領域が中実化される。
【００６３】
最初に図２を参照すると、本発明の方法によって製造された光導波路ファイバ３０が示される。光導波路ファイバは、中心に位置する軸３３を有する中心コア領域３２、随意の外側ガラスコア領域３４、及び同軸クラッド領域３６を含む。光導波路ファイバ３０はシリカ系プリフォーム１００から、中心コア領域４２を有する円筒型ガラス体または光ファイバプリフォーム７０（図３）の形式で形成され、中心コア領域４２は長手方向に伸びて中心に位置し、中心長手軸４５に沿って通りそこから伸びている中心線開口部６０を備えている。光ファイバプリフォーム７０は、コア領域４２といずれも同軸である外側ガラスコア領域４６及びクラッド領域４８も含む。例えば、中心コア領域３２及び４２はゲルマニウムがドープされた中央領域から成り、かつ領域３４及び４６はフッ素及び又はゲルマニウムドーパントの様々な量を有する付加領域から成り、複素屈折率グラフ（例えばセグコア形状（segcor profile））を形成する。もちろん、本発明はこれらのドーパントと共に使用することに限定されないし、複素屈折率グラフを有するファイバにも限定されない。代わりに、領域３４は除外され、ファイバは単一ステップ型形状であるかもしれない。また、領域３４はいわゆるクラッドに似た領域を含むだろう。それは一般的に純粋シリカから成るだろう。
【００６４】
本発明の１つの好適実施例によると、スートコア母材形式のシリカ系プリフォーム１００、またはシリカ系すす（図４）を少なくとも部分的に含み、その後に円筒型ガラスプリフォーム７０へ加工されるスートプリフォーム５８は、酸化媒体に化合される少なくとも１つのガラス形成前駆物質を含む動流体混合物の構成物質のうちの少なくともいくらかを化学的に反応させて、シリカ系反応生成物を形成することにより形成されることが望ましい。この反応生成物の少なくとも一部分が基板へ方向付けられ、多孔質体を形成する。参照番号１００がここで及び図面でシリカ系プリフォームを示すために用いられており、プリフォームがすす、圧密ガラス、またはその組み合わせを含むかどうかは問わない。
【００６５】
多孔質体は、例えばすす層を外付け法（「ＯＶＤ」）によってベートロッド上に蒸着することによって形成されるかもしれない。かかるＯＶＤプロセスが図４に説明される。図４において、ベートロッドまたはマンドレル５０はチューブ状一体化ハンドル５２を通して挿入され、旋盤（図示せず）上に搭載される。旋盤は、すす生成バーナー５６の近くにあるマンドレル５０を回転させ平行移動させるよう設計される。マンドレル５０が回転し平行移動するにつれて、概してすすとして公知であるシリカ系反応生成物５６はマンドレル５０の方に方向付けられる。シリカ系反応生成物５６は純粋シリカ及び／またはドーパントを含み得る。シリカ系反応生成物５６の少なくとも一部はマンドレル５０上及び一体化ハンドル５２の一部に蒸着され、近端５９及び遠端６１をその上に有する円筒型すす多孔質体またはスートコア母材５８の形式で、シリカ系プリフォーム１００を形成する。本発明のこの態様が平行移動旋盤に関係して説明される一方、当業者は、マンドレル５０よりむしろすす生成バーナー５４が平行移動し得るということを理解するだろう。さらに、本発明はＯＶＤ法によるすす蒸着に限定されない。むしろ、流体混合物の構成物質のうちのすくなくともいくつかを化学的に反応させる他の方法が用いられて本発明のシリカ系反応生成物を形成し得る。例えば酸化媒体における少なくとも１つのガラス形成前駆物質の化合物の液相または気相送出などがあげられるが、これらに限定されない。さらに、内付け法（ＩＶ）や改良内付け法（ＭＣＶＤ）などの他のプロセスも本発明に適用可能である。本発明は、中心線開口部を閉塞、部分的に閉塞、及び／または完全にコラプスするための準備に最適である。
【００６６】
一旦、所望のすす量がマンドレル５０に蒸着されると、すす蒸着は終了され、マンドレル５０がスートコア母材５８から取り除かれる。マンドレル５０を取り除くと、スートコア母材５８は軸方向に伸びる隙間または中心線開口部６０（図５）を画定する。スートコア母材５８は、一体化ハンドル５２をはめ込んだダウンフィードハンドル６２によって圧密加熱炉６４内で垂直につり下げられる。圧密加熱炉６４はスートコア母材５８を同軸に囲むことが望ましい。一体化ハンドル５２はシリカ系ガラス材料から形成されることが望ましく、コア母材５８の近端５９がその周りに形成される第１端６３と、内側表面６７をそこに画定する第２端６５とを含む。替わりに、一体化ハンドル５２の第２端６５は、蒸着ステップ及び圧密ステップに続いてそこで機能するフレームであるかもしれない。通常、一体化ハンドル５２はカップ状であって内部キャビティ６９を画定する。内側表面６７は粗い地が与えられることが望ましく、その重要性は以下に検討される。スートコア母材５８の遠端６１近くに位置する中心線解開口部は、圧密加熱炉６４Ａ内で多孔質体５８を位置決めする前に、ガラスのボトムプラグ６６を取り付けることが望ましい。ガラスのボトムプラグ６６は相対的に低い融点のガラス（例えば、スートコア母材の融点より低い）でできていることが望ましく、圧密の間、スートコア母材のすすがガラスへと圧密されるにつれて、ガラスプラグが中心線開口部の一端を効果的に封止するだろう。ボトムプラグ６６を挿入することが多孔質体５８の遠端６１を封止する望ましい方法である一方、遠端６１をそこからガスが流れることを妨ぐために封止または閉塞するのに十分な他の方法及び装置が用いられるかもしれない。例えば、端６１を遮断する組み立て及び／または圧接などであるが、これらに限定されない。
【００６７】
本発明の１つの態様において、コア母材５８の近端５９の中心線開口部６０は開いたままであるかもしれないし、または圧密ステップの前に中心線開口部へトッププラグを挿入して閉塞されるかもしれない。トッププラグはボトムプラグ６６と同様であるかもしれない。１つの好適実施例において、孔にこのように栓をすることを容易にするために、一体化ハンドルの内側の孔はスートプリフォーム５８の内側の孔よりも大きく成される。プラグ７３のサイズはこれら２つの内径の中間であるように選択され、プラグは一体化ハンドル部分５２を通して挿入され得るが、プリフォーム５８の中心線開口部領域で詰まる。別の好適実施例において、トッププラグ７３は、スートプリフォーム５８の中心線開口部６０に栓をするよう働く底端のより厚い領域（スートプリフォーム５８内で中心線開口部６０に栓をするために十分な厚さ）、プラグ７３がスートプリフォーム５８の中心線開口部６０へ落ちることを防ぐプラグ上端の別の厚い領域（一体化ハンドル５２の中心線開口部より厚い）、及びこれら２つのより厚い端部領域を接続する両端の間の中間領域から成るかもしれない。よってスートプリフォーム５８は圧密され、同時に中心線開口部の両端が封止されて圧密されたガラス状プリフォーム５５を生じる。それはすぐにまたはその後に加工されるかもしれない。
【００６８】
本発明の１つの態様において、スートコア母材または多孔質体の形式のシリカ系プリフォーム１００またはスートプリフォーム１００は、例えば圧密加熱炉６４の中で高温で塩素を含む大気をスートコア母材５８に印可することにより、化学的に乾燥されることが望ましい。塩素を含む大気は水及び他の不純物をスートコア母材５８から効果的に除去する。そうしないと母材５８から製造される光導波路ファイバの特性に好ましくない影響を与える。スートコア母材５８を形成したＯＶＤ法において、塩素はすすを通って十分に流れ、中心線開口部６０の周りの領域を含む母材５８全体を効果的に乾燥させる。化学乾燥ステップに続いて、加熱炉の温度は、圧密プリフォームまたはガラス状プリフォーム、またはガラスコア母材５５へすすを圧密するために十分な温度へ上昇させられる。
【００６９】
好適実施例において、スートプリフォーム５８は圧密オーブンまたは加熱炉６４の中を往復する。圧密加熱炉６４は１つ以上の高温域を有するかもしれない。よって、例えばスートプリフォーム５８は圧密加熱炉６４へ垂直につり下げられるかもしれない。その中で、スートプリフォーム５８の１つの端または先端が高温域に直面する。スートプリフォーム５８の一部分が加熱されると、スートプリフォームの少なくとも一部分が圧密温度に達する。替わりに、スートプリフォーム５８の加熱された部分全体がその全体にわたって圧密温度に達するかもしれない。
【００７０】
概して、シリカ系スートプリフォームに対する圧密温度は１４００℃から１６００℃または１４００℃から１５００℃の範囲にあるのが通常であって、スートプリフォームの少なくとも１つの実施例は１４５０℃前後で圧密する。しかし、当業者は特定の構成のスートプリフォームに適用可能な温度を容易に決定できるだろう。
【００７１】
好適実施例において、スートプリフォーム５８の形式のシリカ系プリフォーム１００は所望の速度で往復し、かつ／またはスートプリフォームの少なくとも一部を圧密するために十分な温度に、かつ時間の間、スートプリフォームまたはその一部がさらされる。よって、スートプリフォーム５８またはその一部は、ガラス状プリフォームまたは圧密プリフォーム５５へ圧密され得る。
【００７２】
別の好適実施例において、スートプリフォーム５８（または選択されたその一部分）は圧密加熱炉内に置かれ、スートプリフォーム全体または選択されたその一部分が、全体として同時に圧密加熱炉６４の熱効果にさらされるか、さらに具体的には、プリフォーム全体または選択されたその一部分が、圧密加熱炉の１つまたは複数の高温域の熱効果に同時にさらされる。よって、スートプリフォーム５８全体（または選択されたその一部分）がガラス状プリフォームまたは圧密プリフォーム５５へと全体として圧密され得る。
【００７３】
ここで用いられたように、プリフォーム「全体」はプリフォームの使用可能な部分をいう。それは例えば、処理及び／または他の目的のためにシリカ母材に溶融されるかもしれない、いわゆるハンドルまたはプラグのガラス器具を通常含まないだろう。プリフォームの使用可能部分は光導波路ファイバへとその後に線引きされるプリフォームのその部分である。さらに、プリフォームの一部分だけが本発明に従って加工されるということを、ユーザが選択し、装置が決定づけるかもしれない。例えば、プリフォームが上方から加熱炉またオーブンへつり下げられ、ハンドル及びスートまたは圧密ガラス（その後光ファイバへ線引きされるかもしれない）の上端部分が加熱炉内の高温域の上方に残っているかもしれない。
【００７４】
図６でわかるように、１つの好適実施例において、円筒型内部ハンドル７６は下端の茶碗型の粗い地の合わせ面７８を有する。それは一体化ハンドル５２の合わせ面６７と実質的に気密の封止を形成する。陰圧が内部ハンドル７６の内部キャビティ７１及び一体化ハンドル５２の内部キャビティ６９に用いられるかもしれない。真空または陰圧を使用するとそこからＨ2Ｏだけでなく他の粒子状物質などの構成物質を除去する助けとなり得る。少なくとも１つのガス供給８４からの１つまたは複数の乾燥不活性ガス（例えば、ヘリウム）または乾燥ガス（例えば、塩素）が中心線開口部６０、内部キャビティ７１、及び内部キャビティ６９へ分散されるかもしれない。乾いたガスまたは乾燥ガスの供給が準備され、いずれかのガスがガラスプリフォーム１００の中心線開口部６０へ入ると、ガスは乾燥を促進するクリーンな乾燥ガスまたはクリーンなガスであって、得られた光導波路ファイバ内で損失をもたらす希薄化を引き起こさないことが望ましい。ガス供給８４は、加圧ガス（または複数の加圧ガス）送出用の加圧ガス源及び／またはポンプを含む。バルブ８０はガス供給８４へ／からガスの流れをオン／オフ制御することが望ましい。
【００７５】
コントローラ２００は、ガスポンプ及び／または加圧ガス源を含むガス供給８４を制御するために設けられるかもしれない。例えば、中心線開口部６０及び／またはガス供給８４、バルブ８０と内部ハンドル７６との間の１つ以上のラインなどの適当な圧力を検知する位置に配置される圧力センサからの圧力信号などの１つ以上の適当な制御変数の１つ以上のフィードバック信号に基づく、開ループ制御スキームまたは閉ループフィードバック制御スキームを用いて制御される。センサは図面には示されていない。
【００７６】
１つ以上の乾いたガスまたは乾燥ガス（または複数のガス）が、そのとき内部ハンドル７６内で導かれ、よって内部ハンドル７６の内部キャビティ７１、一体化ハンドル５２の内部キャビティ６９、及びガラスプリフォーム７０の中心線開口部６０が汚染物質及び汚染されることから逃れるよう維持する。バルブ８２が用いられてガス供給８４からのガスの流れと中心線開口部６０、内部キャビティ７１、及び内部キャビティ６９へ／からのガスの流れを制御する。排気チューブ８６は一方向バルブ８８と接続されるかもしれない。一方向バルブは空気が排気チューブ８６へ入るのを防ぐ。そうしないと周囲空気及びそれと関係する汚染物質によって中心線開口部６０の汚濁を生じるだろう。一方向バルブ８８は、バブラー、逆止め弁の形式、または周囲空気が排気チューブ８６へ逆流するのを妨ぐ一方向バルブの他の形式で設けられるかもしれない。排気チューブ８６はさらに真空ポンプ２０２に接続されるかもしれない。それは中心線開口部６０を排気するために設けられることが望ましい。バルブ８２及び／または真空ポンプ２０２は開ループ制御スキームまたは閉ループフィードバックループ制御スキームのいずれかにより、コントローラ２００で制御されるかもしれない。センサ並びにバルブ８２及び／または真空ポンプ２０２との間のそれらの接続は図には示されていない。
【００７７】
本発明の好適実施例によると、中心線開口部６０はガスが抜かれて、その中の圧力は第１圧力、または第１圧力範囲、または第１真空レベルへと減圧される。中心線開口部６０内の圧力は第１圧力へ減圧される。それは、プリフォームが中心線開口部６０を放射状に閉塞するために十分な第１の温度にあるときは、どこであってもプリフォーム１００の内径を部分的にだけ閉塞するかまたは収縮させるために十分な時間の間、プリフォーム１００の外側表面の圧力に対して負である。よって、プリフォーム１００の少なくとも一部分が第１の温度より高いか等しいと、そのとき、中心線開口部６０の少なくとも一部は十分な時間及び真空レベルで放射状に部分的に収縮するだろう。プリフォーム５８の外径は、内径の収縮がどこであろうとも通常近接して収縮するだろう。
【００７８】
中心線開口部６０が部分的に閉塞され、または部分的に収縮させられた後に、中心線開口部の圧力は、第１圧力または第１真空レベルより高い第２圧力レベルへ加圧するか、または加圧することが可能になる。中心線開口部６０の第２圧力はプリフォームの外側表面の周囲圧力より低いか、等しいか、またはわずかに高いことが望ましい。さらに、プリフォームは、またはプリフォームの少なくとも一部分は、第１温度と同じかまたはそれより高いことが望ましい第２温度である。
【００７９】
好適実施例において、中心線開口部６０への真空の適用は制御される。例えば、ガス排出流量速度、圧力、期間、及び／またはスケジュールなどが、閉ループフィードバックまたは開ループ制御スキームのいずれかによって定められるかもしれない。
【００８０】
プリフォーム１００はシリカ系すす、圧密ガラス、またはその組み合わせを含むかもしれない。好適実施例において、プリフォーム１００は圧密ガラスを含む。
【００８１】
プリフォーム１００はシリカ系すす、またはシリカ系すすから実質的に成るかもしれない。プリフォーム１００はまた、あらかじめ圧密ガラスを含むことが望ましいかもしれない。好適実施例において、プリフォーム１００はガラスチューブ４８を含む。
【００８２】
よって、プリフォーム１００の特定の往復の断面は、シリカすす、先の圧密ガラス、またはその組み合わせを含むかどうかを問わず、プリフォームのその部分の温度が十分に高く、そこでプリフォームのその部分が用いられた真空の影響化でその領域内の中心線開口部６０が収縮することが可能になるほど十分に柔らかくなければならない。
【００８３】
中心線開口部６０を収縮させるか閉塞することが望ましいプリフォーム１００の一部分は温度が十分に高くないと、プリフォームのその部分の周囲のプリフォームの一部分は加熱されなければならない。他方、プリフォームのその部分がすでに加熱されていて、プリフォームのその部分の温度が十分に高く、プリフォームのその部分がその領域の中心線開口部６０を（単数又は複数の）加圧ガスの影響化で収縮させることを可能にするほど十分に軟らかいと、そのとき余分の加熱はその部分に対して不要である。
【００８４】
プリフォームの少なくとも一部分が加熱された状態で、プリフォーム１００の少なくとも一部分が圧密されることが望ましい。中心線開口部６０がガスを抜かれている状態で、プリフォーム１００の少なくとも一部分が加熱されることが望ましい。他方、中心線開口部のガスが抜かれる状態で、プリフォーム５８の少なくとも一部分は加熱される必要がないだろう。
【００８５】
プリフォーム１００は加熱路内の高温域を通って往復し、高温域はプリフォームの一部分を実質的に局部的に加熱する。そのときプリフォームの残りの部分はそれほど加熱されないだろう。替わりに、加熱炉は付加高温域を与えられ、プリフォーム５８は１つ以上の高温域に十分に近接するために加熱炉の中へ入り得る。
【００８６】
ここで用いられたように、複数の高温域または加熱域はまた複数の加熱炉に対応するかもしれない。それは単一のプリフォームが複数の加熱炉によって加熱されるように互いに隣接、または、近接して構成されているかどうかは問わない。
【００８７】
好適実施例において、プリフォーム１００全体は、プリフォームまたはその所望の部分を通常均一に加熱するのに十分な大きさの定温加熱炉または定温高温域において処理される。
【００８８】
図７は加熱炉６４内の高温域に入る前の中心線開口部６０を有するシリカ系プリフォーム１００を概略的に説明する。高温域は特定の加熱炉内の第１の高温域であるか、または唯一の高温域であるかもしれない。概して高温域は、加熱炉またはオーブン内の加熱素子または複数の加熱素子９０で、またはその付近で生じる。プリフォーム１００は先に圧密されたガラスプリフォーム５５であることが望ましく、同じ加熱炉または異なる加熱炉内で、及び／または早い時期に圧密されるかもしれない。他方、プリフォーム１００はすすプリフォーム５８または、圧密ガラス及びシリカ系すすの両方を含むプリフォーム５８であるかもしれない。図７に示したように高温域を通っての往復の間、プリフォームの少なくとも一部分を完全に圧密することが望ましい。よって、図７に説明した高温域に入る前に、シリカ系プリフォーム１００または高温域にまさに入ろうとするプリフォームの端は、その圧密温度以下の温度であるかもしれない。例えば、シリカ系プリフォーム１００は圧密されて、次に大体室温に冷却される。他方、シリカ系プリフォーム１００またはプリフォームの端の温度はその圧密温度であるかそれより高いかもしれない。例えば、プリフォーム１００またはガラス状プリフォーム５５は同じ加熱炉または異なる加熱炉内でまさに圧密されるかもしれない。
【００８９】
プリフォーム１００が高温域に入る前に、及び／または入っている間、及び／または入った後に、中心線開口部領域から排出されたガスのパスを示す図７における矢印１０１で示したように、第１真空レベルがプリフォーム１００の中心線開口部領域に用いられ、その中の圧力を、プリフォームの外側表面の圧力、特に、高温域に近接するプリフォーム外側表面の一部分の圧力、に対する減少圧力へ減圧する。
【００９０】
図８は閉塞された、または収縮されたプリフォーム１００の中心線開口部６０を概略的に示す。真空は、プリフォーム１００が高温域を通って進むときに維持され、それによってプリフォームの内側表面（及び内径）を収縮させるが、それ自体を完全にコラプスさせないことが望ましい。プリフォームの外側表面（及び外径）は同様に収縮する。
【００９１】
図８も閉ループフィードバックシステムの一部の好適実施例を示す。それは、プリフォーム１００に近接して位置し、内径または半径などの開口部６０を画定するプリフォームの内径を計測するカメラ、または電荷結合素子（ＣＣＤ）アレイを備えたレーザなどの開口部サイズ計測装置２１０を含む。計測装置２１０は加熱炉に関して固定されており、プリフォーム１００は加熱炉に対して移動するか、または移動可能であるかもしれない。プリフォーム１００はまた（例えば、プリフォームの定温加熱または制御された領域加熱のための）加熱炉に対して少なくとも一時的に固定されているかもしれない。替わりに、計測装置２１０が加熱炉に対して移動するかもしれない。計測装置２１０の出力は、データ取得性能を有するコントローラ２００に経路付けられることが望ましい。コントローラ２００は、図６で説明したような所望の制御スキームに従って真空ポンプ２０２を管理する。例えば、内部半径の測定値は、Δｐに対する所望の値に対応させられるかもしれない。それは真空ポンプ２０２のコントロールへの入力となる。
【００９２】
図９は複数の高温域を有する加熱炉６４を概略的に示し、プリフォーム１００の実質的に全ての中心線開口部領域が閉塞するか、または収縮するが、完全にではない。複数の高温域が、プリフォーム内の当該部分、または当該複数部分の温度を上昇させまたは維持するために望ましい。または必要であるかもしれない。プリフォームの往復速度、プリフォームの寸法及び構成、高温域から可能な熱エネルギーなどの加熱炉内の周囲環境との熱交換を含む要因が、１つ以上の高温域を有することの望ましさまたは必要性のいずれかを決定することにすべて役立つかもしれないということを当業者は認めるだろう。
【００９３】
中心線開口部が完全にコラプスすることなく収縮した後に、望ましくは完全に圧密されたプリフォームの部分的に閉塞した中心線開口部の圧力は、そのとき第１真空レベルより高く、かつプリフォームまたはプリフォームの当該部分の外側表面の周囲圧力より低いか、等しいか、またはわずかに高い圧力レベルに加圧されるか、または加圧されることが可能になる。
【００９４】
好適実施例において、プリフォーム１００は完全に圧密され、部分的に閉塞した中心線開口部を有し、かつすぐに光ファイバプリフォーム７０、または最終的に光ファイバ３０のいずれかへさらに加工され得る。さらにプリフォーム１００はすぐにさらに加工されるか、または将来の加工のために保存されるかのいずれかであるかもしれない。
【００９５】
プリフォーム１００は、ある時点で、１つ以上のシリカ系の層を付加されるかもしれない。よって、１つ以上の付加すす層がプリフォーム上にあって、プリフォームは１つ以上の付加圧密ステップの対象となるかもしれない。さらに、または替わりに、圧密プリフォームがガラスチューブの内部に位置するかもしれない。そのときシリカ系層から成る１つ以上の付加層を与えられるかもしれないし、与えられないかもしれない。
【００９６】
中心線開口部６０は、プリフォーム１０が小径プリフォームへ再線引きされるかまたはプリフォーム１００が光ファイバへ線引きされる、その前かその間に完全に閉塞されるか、または完全にコラプスされることが望ましい。中心線開口部６０の完全なコラプスは中心線開口部を排気することによって助けられることが有利であるかもしれない。真空は、プリフォームまたはその一部分が十分に軟らかく、プリフォームの中心線領域がそれ自体にコラプスすることを可能にするときに用いられることが有利であり得る。
【００９７】
本発明によると、相対的に強力な真空を単一で適用することに助けられて、中心線開口部６０を完全に閉塞することの悪影響が、プリフォームの中心線開口部６０が少なくとも２つの別々の大きさの減少を受けて完全なコラプス状態に至るプリフォームで緩和され得る。好適実施例において、孔の大きさにおける第１の減少は圧密後であって線引きまたは再線引き前に生じる。
【００９８】
プリフォーム１００が十分小さい公称内径を有していて、プリフォームが十分高い温度に上昇すると、プリフォームの中心線領域は、真空の助けを借りずに、かつ／またはプリフォームの１つ以上の端で引き抜きまたは線引きの助けを借りずに、それ自体を最終的に完全にコラプスさせるかもしれない。中心線開口部の完全なコラプスはプリフォームの当該部分（またはプリフォーム全体）の温度を比較的高い温度に上昇させまたは維持し、孔の圧力をプリフォームの外側表面の周囲圧力と等しくすることによって実現されるかもしれない。よって、中心線開口部が真空の適用化で部分的に閉塞されると、そのとき孔は周囲圧力で、またはその近辺で完全に閉塞されるかもしれない。中心線の圧力は周囲圧力（即ち、加熱炉内部及びプリフォームまたは当該プリフォームの一部分の周囲）よりわずかに高く、表面張力が優勢に生じると中心線開口部の完全なコラプスを可能にする。
【００９９】
他方、公称内径が相対的に大きいと、中心線開口部への真空を用いること、及び／またはプリフォームの１つ以上の端の上で引き抜き力を用いることが（例えば、孔の閉塞速度の増加のために）望ましいかもしれない。または孔を閉じる為に必要でさえあるかもしれない。例えば、標準的な寸法のコアケーンプリフォーム５５の形式のプリフォーム１００の中心線開口部６０は真空の助けなくして完全に閉じることができないかもしれない。中心線開口部領域で抜かれた僅かな真空でさえコラプスを完了するために十分であるかもしれない。中心線開口部を直接閉塞するために真空をもっぱら適用することの悪影響は、本発明に従って、最初に第１の減少圧力で中心線開口部領域の大きさを減じ、次に第１減少圧力に対してより高い圧力で中心線開口部をコラプスさせることによって、このように緩和され得る。より高い圧力は周囲圧力より低いかまたは等しい。
【０１００】
よって、本発明によれば、中心線開口部の平均孔サイズまたは有効径は減じられるが、完全ではない。次に少なくとも１つの付加ステップにおいて、中心線開口部は相対的に高い圧力に、即ち、望ましくはより低い強度の真空または周囲圧力、またはほぼ周囲圧力に、中心線開口部の完全なコラプスを生じる時間の間、及び温度にさらされる。それによって、プリフォームの真ん中の領域の対称性が増し、かつ／または孔の真円度が増し、かつ／またはプリフォームの真円度または同心度が増し、かつ／またはプリフォームの位置的摂動を減じ、かつ特にその真ん中の領域においてである。さらに、本発明は、孔の完全なコラプスを生じない２つ以上のステップにおいて中心線開口部を部分的に閉塞するために用いられるかもしれない。シリカ系物体の中心線開口部領域は改良された真円度及び／または対称性を有する。しかし未だ中心線開口部を有しており、そこで次に物体が別の方法でさらに加工されるだろう。
【０１０１】
一般的に、少なくとも１つの付加ステップの間、より高い温度がより望ましい。さらに、少なくとも１つのステップの間、真空が用いられないことでより良い真円度または対称性を生じるかもしれないが、真空を用いることが処理速度を考慮した見地から望ましい。または必要でさえあるかもしれない。他方で、中心線開口部を閉塞するために余分にかかる時間についての時間の不利益は、所望の中心線領域の対称性または真円度、またはＰＭＤの所望のレベルを実現するために望ましい。または必要でさえある。
【０１０２】
図１０は先の収縮した中心線開口部６０を有する圧密プリフォーム５５の形式のシリカ系プリフォーム１００を概略的に示す。プリフォーム５５は加熱炉の高温域または加熱された部分の近くに持ち込まれる。中心線開口部の完全な閉塞または完全なコラプスを助けるために高温域を通過するプリフォーム５５の往復の前及び／またはその間、真空が中心線開口部６０に用いられるかもしれない。よって、例えば、図１０に示したプリフォーム５５は、コアケーン（中心線開口部のない）へ形成される中心線開口部６０を備えたコアケーンプリフォームであるかもしれない。さらに、プリフォーム５５の１つ以上の端が引き抜かれてプリフォームを線引きし、中心線開口部６０のコラプスを助けるかもしれない。線引き動作は中心線開口部６０を排気することに加えて、またはその代わりに設けられるかもしれない。
【０１０３】
他の要因の中で、真空レベルの大きさ及びプリフォームの温度は、中心線開口部領域が縮小し真円化する速度を左右する。プリフォームの温度が高くなると所望の孔のサイズ及び／または真円度または対称性に達するのに必要な時間を減じ得る。さらに、所定の真空強度及び温度に対して、所望の孔サイズ及び／または真円度または対称性を実現するために必要な時間は、中心線開口部領域の最初の非真円度または非対称性に依存する。
【０１０４】
好適実施例において、第１ステップ及び、例えば第２の排気または周囲圧力前後の圧力への加圧などを含む少なくとも１つの付加ステップは、プリフォームが同じ加熱炉内で蒸着される間にプリフォーム１００上で実施される。
【０１０５】
別の実施例において、第１ステップは、例えば、圧密加熱炉などの１つの場所で生じるかもしれない。さらなる孔の閉塞及び／または完全なコラプスは、例えば、保持オーブンまたは再線引き加熱炉などの第２の場所で生じるかもしれない。よって、中心線開口部６０を有するプリフォーム７０は再線引き加熱炉へ導かれるかもしれない。再線引きの間のプリフォームの軸の引き抜きは、直径を制御する手段を設けることが望ましい。その後、圧密されて再線引きされたコアケーン５７は２度目となる同じ再線引き加熱炉へ導かれ得る。または、真空が中心線開口部に適用されて、真空及び引き抜きを経て中心線開口部を閉じる間、コアケーンが第２の再線引き加熱炉へ導かれ得る。
【０１０６】
ここで開示された方法のいくつかの変化形が説明される一方、特定の実施例は連続する可能なステップを限定することは意図されておらず単なる例示である。
【０１０７】
図１２は、概して２０で示される光ファイバプリフォームまたは光ファイバの中央領域の断面を概略的に説明し、対照的に形成されたガラス２４の層によって囲まれた中心点２２を含む。この対称中心線形状は、シングルモードファイバにおける偏波モード拡散を減少させ、適当な指数形状を作る性能を大変容易にして所望の屈折率特徴に調整されるべき中心線領域の特徴を可能にすることによりマルチモードファイバにおける高帯域幅を生じる。
【０１０８】
よって、図１２は、本発明による中心線形状、光ファイバのための光ファイバ特徴の断面、または光ファイバ自体を示し、中心線形状２０は中心線２２について実質的に円状の対称性を有する。プリフォーム内に示される同じ均一性または対称性が光ファイバへ線引きされた後も本質的に保持されるべきである。さらに、同様の結果はシングルモードだけでなくマルチモードファイバコアケーン及びそこから線引きされた得られた光ファイバで実現され得る。さらに、円対称は、プリフォームが本発明に従って加工される光ファイバの長さ全体に沿って拡がるだろう。
【０１０９】
図１２に示したような本方法によって製造されるファイバの中心線特徴を、図１に示したような従来の方法で製造されたファイバの中心線特徴と比較すると、従来の製造法によるファイバの中心線特徴はかかる層の均一性及び同心性を示さない。結果として、本発明に従って製造されたファイバは、その中心線についてガラスの同心性及び対称領域を示す。特に、層の真円度が本発明で改善されることが望ましい。
【０１１０】
よって、本発明は、ファイバ線引きステップ１３０の間の回転技術に大いに依存することなく、または頼ることなく偏波モード拡散の低レベルを実現する助けとなるだろう。さらに、本発明を用いて製造された光ファイバは回転されるかもしれない。
【０１１１】
マルチモードファイバがシングルモードファイバの製造に関して上記に開示した同じプロセスを用いて製造され得る。しかしながら、再線引き及びクラッド蒸着ステップの間、マルチモードコアスートプリフォームは両端で閉じられる必要がないかもしれない。なんとなれば、減衰はマルチモードファイバにおいて重要でないかもしれないからである。しかしながら、中心線開口部は上記に説明したシングルモードファイバの場合と同様に閉塞されることが望ましい。マルチモードファイバに対して、対称孔閉塞はファイバ屈折率特徴の中心線領域を可能にし、所望の正確な特徴の形に調整されることを可能にする。このことは、得られたファイバがレーザ光源によって示される小さなスポットサイズで用いられるときに、中心帯域幅上でより有効にする。
【０１１２】
ここで開示された方法は、圧密の間中心線開口部６０を閉じるだけでなく、例えばコアケーンを生成する再線引きステップなどの個別の直径を減じるステップの間、中心線開口部及び／または他の開口部を閉塞するために用いられ得る。プリフォームに現れる孔の直径に対するプリフォームの外径の比率は、十分大きく、中心線開口部に十分近いプリフォームの外径を減じることによって力が生成され得る。よって、プリフォームの外径が十分大きいと、プリフォーム内の孔は、有効な真空力を利用せずとも直径減少動作の間に閉塞され得る。この方法で、円形及び／または対称孔閉塞は向上される。
【０１１３】
よって、本発明の実施例は以下に関連するが、それらに限定されない。即ち、光ファイバ用プリフォームの製造方法、光ファイバ用プリフォームの中心線開口部を閉塞する方法、光ファイバ製造方法、光ファイバ用プリフォームにおける中心線開口部の有効径を減じる方法、光ファイバ用プリフォームの真ん中領域の対称性を増加する方法、光ファイバの真ん中の領域の対称性を向上させる方法、光ファイバのプリフォームの真ん中領域の真円度を増加させる方法、光ファイバの真ん中領域の真円度を向上させる方法、光ファイバ用プリフォームの円形閉塞を改善する方法、及びプリフォームから線引きされる光ファイバ内の偏波モード拡散を低減する方法である。
【０１１４】
また、本発明が中心線開口部を閉塞することに大いに関連してここで開示される一方、ここで開示された方法は中心線開口部を閉塞することに限定されず、光ファイバの製造に用いる光ファイバプリフォームまたは他の中間ガラス品の長さに沿って現れる何らかの隙間を実質的に閉塞するために用いられ得る。これには、ロッドインチューブ法製造技術の結果として形成される隙間だけでなく、事前製造されたコア母材またはケーンの上にガラススリーブを組み立てることによって形成される隙間も含まれる。
【０１１５】
プリフォームの中心線開口部における圧力を調整する付加的な方法及び装置は、１９９９年４月２６日に出願された「実質的に円状の対称コアを有する光ファイバ及びその製造方法」という名称の米国仮出願第６０／１３１，０１２号の利益を主張する２０００年４月２６日に出願された、「光ファイバ並びに低偏波モード拡散及び低減衰光ファイバの製造方法」という名称の米国特許出願第０９／５５８，７７０号、及び１９９９年４月２６日に出願された「低浸水ピーク光導波路及びその製造方法」という名称の米国仮出願第６０／１３１，０３３号で見いだされ得る。それら全てはここに参照として組み込まれている。
【０１１６】
本発明の好適実施例では、圧密プリフォームは加熱炉内で蒸着され、プリフォーム全体がプリフォームの温度を１４００℃から１６００℃の間、さらに望ましくは１４２０℃から１５５０℃の間に上昇させる、定温が望ましい高温域にさらされる。真空が、２時間から１０時間の間、望ましくは３時間から９時間の間、さらに望ましくは４時間から８時間の間、中心線開口部を画定するプリフォームの内径がそれ自身の上に完全にコラプスしないが縮小されるまで、中心線開口部に生じさせられる。次にプリフォーム（またはその一部分）を１９００℃から２０００℃の間、さらに望ましくは１９５０℃から２１００℃の間の温度に加熱し、プリフォームを機械的に引き抜いて小径のプリフォームへとプリフォームを再線引きするか、またはプリフォームを光導波路ファイバへ線引きする。小径のプリフォームの中心線開口部または光導波路ファイバは再線引きまたは線引きの間それ自体の上に完全にコラプスする。上記の処理に適したシリカ系プリフォームは、３０ｍｍより大きい外径、更に望ましくは５０ｍｍより大きい外径及を有し、約１０ｍｍより小さい内径、さらに望ましくは約５ｍｍより小さい内径を有するプリフォームを含むが、これに限定されない。
例
図１３は、９．５ｍｍ（３/８インチ）の直径のベートロッドに最初に蒸着されたスートプリフォームから形成されたファイバ及び／またはそのプリフォームの中心部分の屈折率グラフを示す。プリフォーム及び続いて線引きされたファイバはゲルマニウムがドープされたシリカから成り、フッ素を含まなかった。線引きされた光ファイバの有効領域は約６０平方ミクロンより大であった。図１３の屈折率グラフでわかるように、光ファイバは中心線から約３．５ミクロンまで伸びる中心コア領域を有する。最初の環状領域は中心コア領域に隣接してそれを囲む。ゼロより大きいか等しく、約０．２％、さらに望ましくは約０．１％より小さいデルタ％（Δ％）を有する。第２の環状領域またはリングは第１の環状領域に隣接してそれを囲み、約５ミクロンから約１０ミクロンの半径から広がっている。クラッド材料は第２環状領域に隣接しそれを囲む。即ち、約１０ミクロンから始まる。クラッドは純粋シリカを含むことが望ましい。スートプリフォームは圧密され、内径は約７ｍｍに縮小し、一方、外径は５０ｍｍより大であった。本発明と比較すると、そのとき圧密プリフォームは再線引き加熱炉内で約２０００℃の温度に加熱された。中心線開口部の圧力は、能動的排出によって約１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に減圧された。光ファイバプリフォームはプリフォームから再線引きされた。続いて、光ファイバプリフォームは光導波路ファイバへ線引きされた。未スパンのファイバは０．１０ｐｓ／ｋｍ1/2のＰＭＤを示した。スパンされた光ファイバは０．０４２ｐｓ／ｋｍ1/2のＰＭＤを示した。
【０１１７】
本発明の好適実施例において、スートプリフォームは図１４に示したように、ハンドル２３２上に形成されるかもしれない。ボトムプラグ２４６などのガラス体は、ハンドル２３２から離れたスートボディ２３８の一端の中心線開口部６０内に位置決めされる。中空のチューブ状ガラスプラグまたは開口端２６４を有するトッププラグ６０などのガラス体は図１４に示したようにプラグ２４６の反対側のスートボディ２３８内の中心線開口部６０内に位置決めされる。トッププラグ２６０はチューブ状ハンドル２３２のキャビティ内に配置されることが示される。塩素乾燥に続いて、スートボディ２３８は、圧密加熱炉２４４の高温域内へ下げられる。中心線開口部６０は密閉され、スートボディ２３８は圧密ガラスプリフォームへと圧密される。乾燥及び圧密は随意で同時に生じてもよいかもしれない。圧密の間、スートボディ２３８はいくらか収縮し、ボトムプラグ２４６及びトッププラグ２６０の下端にかみ合う。それによって、得られる圧密ガラスプリフォームをプラグ２４６及びプラグ２６０に溶融させ、中心線開口部６０を封止する。中心線開口部６０の上端及び底面の両方の封止はスートボディ２３８が高温域を通る１回のパスで実施され得る。圧密プリフォームが望ましくは高い温度で維持され、中心線開口部６０内のガスがトッププラグ２６０の外側に比較してより高い濃度であると、ガスはトッププラグを通って拡散し、真空は中心線開口部内部で受動的に引き起こされる。トッププラグ２６０は、内部ガスの拡散がより便宜的に生じやすい相対的に薄い壁を有することが望ましい。図１５において示したように、トッププラグ２６０は拡大された部分２６２を有することが望ましく、ハンドル２３２内のプラグ及びスート母材２３８の中心線開口部６０へ伸びる狭い部分２６４を支持する。プラグ２６０もハンドル２３２の実質部分を占有することが望ましいかもしれない拡大された中空部分２６６を含む。中空部分２６６は中心線開口部６０に付加容量を与え、それによって内部ガスの拡散に続いて中心線開口部６０内でより効果的に真空を設ける。さらに、ガラスプラグは約２００μｍから約２ｍｍの厚さの範囲の薄いプラグであることが望ましい。プラグ２６０の少なくとも一部分が約０．２ｍｍから約０．５ｍｍの薄さであることがさらに望ましい。拡大された部分２６０が約０．３ｍｍから約０．４ｍｍの薄さを有することがさらになお望ましい。より薄壁であることは拡散を促進させるが、処理の間により破損を生じやすい。
【０１１８】
上記したような薄壁性を有するトッププラグを備えたハンドル装置を有する圧密プリフォームは、約１４６０℃の温度に約６時間の間加熱された。次に約２０００℃の温度に上昇され、光プリフォームへ線引きされた。光ファイバプリフォームから線引きされた光ファイバは約０．０１５ｐｓ／ｋｍ1/2より低いＰＭＤを示した。
【０１１９】
別の好適実施例において、栓をされたボトム及び薄壁の膜を備えたトッププラグを有する圧密プリフォームは、１４５０℃の温度に６時間の間加熱され、次に約２０００℃に加熱されてケーンへ線引きされた。
【０１２０】
また別の好適実施例において、栓をされたボトム及び薄壁の膜を備えたトッププラグを有する圧密プリフォームは、１５００℃−１５５０℃の温度に約２時間の間加熱され、次に約２０００℃に加熱されてケーンへ線引きされた。
【０１２１】
薄壁プラグは、プリフォームの中心線領域の湿潤、再湿潤、又は他の汚濁を防止することに役立ち得る。
【０１２２】
例えば、プリフォームが高い温度または高い温度範囲へ加熱され、ガスが薄壁を通って拡散すると、薄壁プラグもプリフォームの中心線開口部内の圧力を最初に減じる可能性を与える。そのとき、プリフォームがより高い温度またはより高い温度範囲であって、特に温度／圧力が圧力を低減させる傾向がある拡散速度より速い速度で増すと、中心線開口部の圧力が増加する。
【０１２３】
替わりに、薄壁膜、及び／または薄壁を支持するガラス部分が壊れて薄壁の外側の大気を中心線開口部６０に印可するかもしれない。よって、中心線開口部６０の内側の圧力が薄壁の外側の圧力より低いと、そのとき中心線開口部内の圧力は増すだろう。さらに、そのとき中心線開口部は能動的に排出されその中に真空を生じさせるだろう。さらに、中心線開口部内の真空は能動的に制御されるかもしれない。
【０１２４】
さらなる利点及び変化形を当業者は容易に思いつくだろう。それゆえ、広範な態様における本発明は明細書の詳細及びここに示され説明された代表的な装置に限定されない。よって、様々な変化形が、添付請求項によって画定される全体的な発明概念の精神及び目的から乖離することなくここに開示された方法及びプリフォームになされるかもしれない。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】中心線開口部をコラプスさせる強力な真空力を用いて形成されたプリフォームまたは光ファイバなどの全体に円筒型のガラス状の物体の断面の中心線形状の例示的概略図である。
【図２】光導波路ファイバの部分透視図である。
【図３】ガラス光ファイバプリフォームの部分透視図である。
【図４】スートコア母材またはすす母材を製造する外付け法を説明する概略図である。
【図５】圧密加熱炉内に配置されたスートコア母材の垂直断面概略図である。
【図６】中心線開口部の中へガスを注入しかつそこからガスを排出する装置を備えたプリフォームの垂直概略断面図である。
【図７】加熱炉の高温域近辺に入ろうとしている中心線開口部を有する圧密プリフォームの垂直断面概略図である。
【図８】その排出によって収縮された中心線開口部を有する圧密プリフォームの垂直断面概略図である。
【図９】加熱炉内の複数の高温域に隣接する収縮した中心線開口部を有する圧密プリフォームの垂直断面概略図である。
【図１０】加熱炉内の高温域に隣接するコラプスされつつある収縮した中心線開口部を有する圧密プリフォームの垂直断面概略図である。
【図１１】圧密プリフォームまたはガラスコア母材からカットされた、中心線開口部を有するコアケーンの垂直断面概略図である。
【図１２】本発明に従って製造された光導波路ファイバの断面の実質的に対称な中心線形状の概略図である。
【図１３】本発明に従って製造された光ファイバの代表的な屈折率のグラフを示す。
【図１４】接合トッププラグを備えたハンドルを有し、プリフォームの中心線開口部内で受動的に引き起こされる圧力の減少を可能にするプリフォームの垂直断面概略図である。
【図１５】図１４のプリフォームの平面拡大図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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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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