(57)【要約】要約書なし。【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバプリフォームを製造する方法であって、
実質的に水素を含まない燃料に着火することにより生成された火炎を有する燃焼バーナから熱を発生させ、
該火炎中にガラス前駆体を流動させて、シリカ含有スートを生成し、
該シリカ含有スートを回転している支持体上に堆積させる、
各工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記ガラス前駆体が、ゲルマニウム含有化合物、フッ素含有化合物、およびそれらの組合せからなる群より選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ガラス前駆体が、ＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４、フルオロハロカーボン、クロロフルオロシラン、ＣＦ４、ＳｉＦ４、ＮＦ３、ＳＦ６、およびそれらの組合せからなる群より選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
堆積工程中に、前記プリフォームを実質的に水を含まない雰囲気内に入れる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記実質的に水を含まない雰囲気が、乾燥空気、乾燥窒素、乾燥酸素、乾燥アルゴン、乾燥ヘリウム、乾燥二酸化炭素、およびそれらの組合せからなる群より選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記実質的に水を含まない雰囲気がさらに、約−６７℃から約１２５℃までの温度範囲で約１％未満の相対湿度を有することを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記実質的に水を含まない雰囲気がさらに、約１０ｐｐｍ未満の水蒸気を含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項８】
前記実質的に水を含まない雰囲気がさらに、約３ｐｐｍ未満の水蒸気を含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項９】
前記実質的に水を含まない雰囲気がさらに、約１ｐｐｍ未満の水蒸気を含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項１０】
内部に前記プリフォームが取り付けられるハウジング内に前記実質的に水を含まない雰囲気を含ませる工程をさらに含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項１１】
前記燃焼バーナの少なくとも一部を前記ハウジング内に取り付ける工程をさらに含むことを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記プリフォームを、さらに処理するための別の位置に移送し、この移送中に、該プリフォームを実質的に水を含まない雰囲気内に入れる追加の各工程を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記プリフォームを、前記実質的に水素を含まない雰囲気を含む搬送容器中に挿入する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記搬送容器内の前記プリフォームを別の加工工程まで移送する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記移送工程中に、前記プリフォームに実質的に乾燥したガスのパージを施す工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記乾燥したガスのパージのためのガスが、乾燥空気、乾燥窒素、乾燥酸素、乾燥アルゴン、乾燥ヘリウム、乾燥二酸化炭素、およびそれらの組合せからなる群より選択されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記実質的に水素を含まない燃料が一酸化炭素を有してなることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１８】
フッ素またはフッ素含有化合物を前記火炎中に流動させて、フッ素ドープシリカ含有スートを生成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１９】
前記フッ素含有化合物が、Ｆ、Ｆ２、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６、ＮＦ３、ＳｉＦ４、クロロフルオロシラン、およびそれらの組合せからなる群より選択されることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記火炎を少なくとも部分的に囲む放出要素から前記フッ素含有化合物を該火炎中に流動させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
前記フッ素含有化合物を、リング状に形成された複数の半径方向に向けられたポートから放出する工程をさらに含むことを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記フッ素含有化合物を、前記燃焼バーナ内に含まれるシールドから流動させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
実質的に水素を含まない燃料を燃焼させる少なくとも１つの末端バーナにより、前記プリフォームの少なくとも１つの端部を加熱する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２４】
前記回転している支持体上に前記シリカ含有スートを含む第１のセグメントを固着させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項２５】
前記シリカ含有スートにドーピングを施して、前記第１のセグメント内にドーパントを含ませる工程をさらに含むことを特徴とする請求項２４記載の方法。
【請求項２６】
前記第１のセグメントがゲルマニアドーパントを含有することを特徴とする請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記第１のセグメントに隣接してシリカ含有スートの第２のセグメントを固着させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項２４記載の方法。
【請求項２８】
前記第２のセグメントがフッ素ドーパントを含有することを特徴とする請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
前記第２のセグメントに隣接してシリカ含有スートの第３のセグメントを固着させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
前記第３のセグメントに隣接してシリカ含有スートの第４のセグメントを固着させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
前記第４のセグメントがフッ素ドーパントを含有することを特徴とする請求項３０記載の方法。
【請求項３２】
水素を含む燃料に着火することにより生成された火炎中にシリカ含有前駆体を導入することによって前記スートプリフォーム内に追加のシリカ含有スートセグメントを固着させ、それによって、最初のものが実質的に水素を含まない燃料の着火により形成され、追加のものが水素を含む燃料の着火により形成されたものである２つのシリカ含有スートセグメントを形成する追加の工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３３】
前記ガラス前駆体がＳｉＣｌ４を有してなることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３４】
前記堆積工程中に、前記スートをガラス化することにより、前記スートプリフォーム内に少なくとも１つのガラス質バリヤ層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３５】
前記ガラス質バリヤ層が２００μｍ未満の厚さを有することを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
前記ガラス質バリヤ層が、前記スートプリフォーム内に形成され、その半径方向の内側と外側にスートを含むことを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項３７】
前記ガラス質バリヤ層の厚さが約１００μｍ未満であることを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項３８】
前記ガラス質バリヤ層の厚さが約３０μｍ未満であることを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項３９】
前記スートプリフォーム内に第１と第２のスートセグメントを形成する工程をさらに含み、少なくとも１つのスートセグメントがドーパントを含有し、前記ガラス質バリヤ層が前記セグメント間の該ドーパントの移行を最小にすることを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項４０】
前記ドーパントがフッ素を有してなることを特徴とする請求項３９記載の方法。
【請求項４１】
前記ガラス質バリヤ層の厚さが約１０μｍから約２００μｍまでであることを特徴とする請求項３４記載の方法。
【請求項４２】
供給ガスを冷却装置に通過させて、空気を約−４０℃未満の温度まで冷却することにより、実質的に乾燥した雰囲気を提供する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４３】
供給ガスをモレキュラーシーブに通過させることにより前記プリフォームに実質的に乾燥した雰囲気を提供する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４４】
最初に、供給ガスを冷却装置に通過させて、第１のレベルの湿度を持つ冷却された供給ガスを生成し、
次いで、第１のレベルの湿度を持つ該冷却された供給ガスをモレキュラーシーブに通過させて、第２のレベルの湿度を持つ冷却されふるいにかけられたガスを生成し、
第２のレベルの湿度を持つ該冷却されふるいにかけられたガスを前記プリフォームに供給して、実質的に乾燥した雰囲気を提供する、
各工程により、該プリフォームに実質的に乾燥した雰囲気を提供する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４５】
前記スートプリフォームを収容するハウジングに、供給システムから実質的に乾燥した雰囲気を流動させ、
該ハウジングからの排出物を前記供給システムに戻して再利用する、
各工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４６】
前記移送工程中に、前記スートプリフォームを実質的に乾燥した雰囲気にさらしながら、該プリフォームを固結炉に移送する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４７】
前記スートプリフォームを、前記堆積工程から、搬送容器内に入れられた状態で固結炉に移送し、
該搬送容器およびスートプリフォームを該固結炉に挿入する各工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４８】
前記堆積工程から前記スートプリフォームを移送するのに使用される搬送容器の壁から固結炉のマッフル管を形成し、
該スートプリフォームを該搬送容器内に収容する各工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４９】
前記実質的に水素を含まない燃料およびガラス前駆体を、２０：１よりも大きい燃料の流量対前駆体の流量の流量比で供給する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５０】
前記ガラス前駆体を第１の流量で前記燃焼バーナの中心ヒューム管に供給し、
前記実質的に水素を含まない燃料を、該中心ヒューム管を囲む燃料通路に、前記第１の流量の少なくとも２０倍の流量で供給する、
各工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５１】
前記火炎中にフッ素含有化合物を流動させ、それによって、前記堆積工程中に、シリカ含有フッ素ドープスートを形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項５０記載の方法。
【請求項５２】
前記燃料通路と前記中心ヒューム管との間の内側シールド通路に酸素を供給する工程をさらに含むことを特徴とする請求項５０記載の方法。
【請求項５３】
０．５ｌ／分未満の量で、
（ａ）　フッ素、および
（ｂ）　フッ素含有化合物、
からなる群より選択される物質を供給することにより、前記シリカ含有スートのセグメント内に１重量％より多くフッ素を含むようにフッ素ドープを行う工程をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５４】
シリカスートプリフォームを製造する方法であって、実質的に水素を含まない燃料を燃焼させる少なくとも１つの末端バーナにより前記プリフォームの少なくとも１つの端部を加熱する工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項５５】
シリカスートプリフォームを製造する方法であって、両方が実質的に水素を含まない燃料を燃焼させる２つの末端バーナにより前記プリフォームの両端を加熱する工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項５６】
前記実質的に水素を含まない燃料が一酸化炭素であることを特徴とする請求項５４記載の方法。
【請求項５７】
前記プリフォームの各々の使用できない端部に末端バーナが配置されていることを特徴とする請求項５４記載の方法。
【請求項５８】
前記末端バーナが、前記プリフォームの縦軸に沿って該プリフォームの前記使用できない端部に対して静止した状態に配置されていることを特徴とする請求項５７記載の方法。
【請求項５９】
光ファイバプリフォームを製造する方法であって、
水素を含む燃料および実質的に水素を含まない燃料の内の一方に着火することにより生成される第１の火炎を有する第１の燃焼バーナから熱を発生させ、
該第１の火炎中に第１のガラス前駆体を流動させて、前記プリフォーム内のシリカ含有スートの第１のセグメントを堆積させ、
前記水素を含む燃料および前記実質的に水素を含まない燃料の内の他方に着火することにより生成される第２の火炎を有する第２の燃焼バーナから熱を発生させ、
該第２の火炎中に第２のガラス前駆体を流動させて、シリカ含有スートの第２のセグメントを堆積させる、
各工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項６０】
前記堆積工程中に、前記第１と第２のセグメントの間の界面に位置する前記スートプリフォーム内に第１のガラス質バリヤ層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項５９記載の方法。
【請求項６１】
前記第１のガラス質バリヤ層が２００μｍ未満の厚さを有することを特徴とする請求項６０記載の方法。
【請求項６２】
前記第１のガラス質バリヤ層が１００μｍ未満の厚さを有することを特徴とする請求項６０記載の方法。
【請求項６３】
前記第１のガラス質バリヤ層が３０μｍ未満の厚さを有することを特徴とする請求項６０記載の方法。
【請求項６４】
前記第１のガラス質バリヤ層が、第１または第２のスートセグメントの一部に形成されることを特徴とする請求項６０記載の方法。
【請求項６５】
前記第１のガラス質バリヤ層が、前記実質的に水素を含まない燃料を用いて形成されることを特徴とする請求項６４記載の方法。
【請求項６６】
前記第２のセグメントと第３のセグメントの間の界面に第２のガラス質バリヤ層を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６０記載の方法。
【請求項６７】
光ファイバプリフォームを製造する方法であって、
第１のスートセグメントを形成し、
該第１のスートセグメントの第１の部分をガラス化して、少なくとも１つのガラス質バリヤ層を形成し、
該第１のスートセグメントの残りの部分の固結前に、該少なくとも１つのガラス質バリヤ層上に第２のスートセグメントを堆積させる、
各工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項６８】
前記第１と第２のスートセグメントの内の少なくとも１つが、屈折率変更ドーパントを含有することを特徴とする請求項６７記載の方法。
【請求項６９】
前記第１のガラス質バリヤ層が約２００μｍ未満の厚さを有することを特徴とする請求項６７記載の方法。
【請求項７０】
前記第１のガラス質バリヤ層が約１００μｍ未満の厚さを有することを特徴とする請求項６７記載の方法。
【請求項７１】
前記第１のガラス質バリヤ層が約３０μｍ未満の厚さを有することを特徴とする請求項６７記載の方法。
【請求項７２】
前記第１のガラス質バリヤ層が約２００μｍから約１０μｍまでの厚さを有することを特徴とする請求項６７記載の方法。
【請求項７３】
前記第２のセグメント中にフッ素ドーパントを添加する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６７記載の方法。
【請求項７４】
前記フッ素が、前記第２のセグメントの少なくとも一部について、１．０重量％より多い量で存在することを特徴とする請求項７３記載の方法。
【請求項７５】
前記第１と第２のスートセグメントがコア部分を含むことを特徴とする請求項６７記載の方法。
【請求項７６】
前記堆積工程中に、前記第１のセグメント中にゲルマニアドーパントを添加する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６７記載の方法。
【請求項７７】
前記プリフォーム内の前記第１と第２のスートセグメントの両方に屈折率変更ドーパントを添加する追加の工程をさらに含むことを特徴とする請求項６７記載の方法。
【請求項７８】
前記第１のスートセグメントにゲルマニアをドープし、
前記第２のスートセグメントにフッ素をドープする、
各工程をさらに含むことを特徴とする請求項６７記載の方法。
【請求項７９】
前記第１のスートセグメントをドープしないままにし、
前記第２のセグメントにフッ素をドープする、
各工程をさらに含むことを特徴とする請求項６７記載の方法。
【請求項８０】
前記プリフォーム内に第２のガラス質バリヤ層を形成する追加の工程をさらに含むことを特徴とする請求項６７記載の方法。
【請求項８１】
前記第２のスートセグメントが、前記第１と第２のガラス質バリヤ層の間に位置することを特徴とする請求項８０記載の方法。
【請求項８２】
前記第２のスートセグメントにフッ素を添加する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６７記載の方法。
【請求項８３】
前記ガラス質バリヤ層が、前記第１のスートセグメントの半径方向外周または前記第２のスートセグメントの半径方向内周に形成されることを特徴とする請求項６７記載の方法。
【請求項８４】
前記ガラス質バリヤ層が管形状を持つことを特徴とする請求項６７記載の方法。
【請求項８５】
前記ガラス化工程が、火炎によるファイヤーポリッシュを含むことを特徴とする請求項６７記載の方法。
【請求項８６】
前記火炎が、実質的に水素を含まない燃料に着火することにより生成されることを特徴とする請求項８５記載の方法。
【請求項８７】
前記ガラス化工程が、前記部分をレーザ装置から放出されるレーザビームに露出する工程を含むことを特徴とする請求項６７記載の方法。
【請求項８８】
前記レーザ装置がＣＯ２レーザを有してなることを特徴とする請求項８７記載の方法。
【請求項８９】
前記レーザ装置が、約２．０ｍｍから約４．０ｍｍまでのスポットサイズを示すことを特徴とする請求項８７記載の方法。
【請求項９０】
前記レーザビームが、レンズを通して、前記部分上に集束され、それによって、露出点が生成されることを特徴とする請求項８７記載の方法。
【請求項９１】
前記露出点が、約０．５ｍｍから約２．５ｍｍまでの集束寸法を持つことを特徴とする請求項９０記載の方法。
【請求項９２】
前記レーザビームが、前記プリフォームが回転するときに、該プリフォームの軸方向長さに沿って動かされることを特徴とする請求項８７記載の方法。
【請求項９３】
第１のプリフォームの回転中の前記プリフォームの軸方向長さに沿った前記レーザビームの露出点が、次のプリフォームの回転中の対応する露出点と重複することを特徴とする請求項８７記載の方法。
【請求項９４】
実質的に水素を含まない燃料に着火して、火炎を生成し、
該火炎中に前駆体を流動させて、前記第１の部分、第２の部分またはその両方を形成する、
各工程をさらに含むことを特徴とする請求項６７記載の方法。
【請求項９５】
前記実質的に水素を含まない燃料が一酸化炭素を有してなることを特徴とする請求項９４記載の方法。
【請求項９６】
前記第１と第２のセグメントが火炎加水分解プロセスにより堆積されることを特徴とする請求項９４記載の方法。
【請求項９７】
光ファイバプリフォームを製造する方法であって、
シリカ含有スートの第１のスートセグメントを堆積させ、
該第１のスートセグメントのスート表面層をガラス化して、ガラス質バリヤ層を形成し、
該第１のスートセグメントの残りのガラス化されていない部分の固結前に、前記ガラス質バリヤ層上に、フッ素を含有するシリカ含有スートの第２のスートセグメントを堆積させる、
各工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項９８】
光ファイバプリフォームを製造する方法であって、
回転している支持体の外面上に第１のシリカ含有スート領域を第１の所定の直径まで堆積させ、
該第１のシリカ含有スート領域の表面層をガラス化することにより、該第１のスート領域の半径方向の最も外側の範囲の近辺にガラス質バリヤ層を形成し、
該ガラス質バリヤ層の半径方向外側表面上にフッ素ドーパントを含有する第２のシリカ含有スート領域を第２の所定の直径まで堆積させる、
各工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項９９】
第１のスートセグメント、
第２のスートセグメント、および
それらの間にあるガラス化バリヤ層、
を有してなる光ファイバプリフォーム。
【請求項１００】
前記バリヤ層が約２００μｍ未満の厚さを有することを特徴とする請求項９９記載の光ファイバプリフォーム。
【請求項１０１】
前記バリヤ層が約１００μｍ未満の厚さを有することを特徴とする請求項９９記載の光ファイバプリフォーム。
【請求項１０２】
前記バリヤ層が約３０μｍ未満の厚さを有することを特徴とする請求項９９記載の光ファイバプリフォーム。
【請求項１０３】
前記バリヤ層が約１０μｍから約２００μｍまでの厚さを有することを特徴とする請求項９９記載の光ファイバプリフォーム。
【請求項１０４】
前記第１のスートセグメントがゲルマニアドープシリカ含有スート層を有してなることを特徴とする請求項９９記載の光ファイバプリフォーム。
【請求項１０５】
前記第２のスートセグメントがフッ素ドープシリカ含有スート層を有してなることを特徴とする請求項９９記載の光ファイバプリフォーム。
【請求項１０６】
前記第１と第２のスートセグメントが略環形状を持つことを特徴とする請求項９９記載の光ファイバプリフォーム。
【請求項１０７】
前記第２のスートセグメントの半径方向外側の範囲に位置する第２のガラス化バリヤ層をさらに含むことを特徴とする請求項９９記載の光ファイバプリフォーム。
【請求項１０８】
第３のスートセグメントおよび該第３のスートセグメントの半径方向外側の範囲に位置する第３のガラス化バリヤ層をさらに含むことを特徴とする請求項１０７記載の光ファイバプリフォーム。
【請求項１０９】
光ファイバプリフォームを製造する方法であって、
実質的に水素を含まない燃料に着火することにより燃焼バーナから火炎を発生させ、
該火炎中に、ケイ素およびフッ素を含有する前駆体と、ケイ素前駆体および別個のフッ素またはフッ素含有化合物とからなる群より選択されるものを流動させて、フッ素ドープシリカ含有スートを生成し、
該スートを支持体上に堆積させて、光ファイバプリフォームを形成する、
各工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項１１０】
前記ケイ素およびフッ素を含有する前駆体がさらに塩素を含むことを特徴とする請求項１０９記載の方法。
【請求項１１１】
前記実質的に水素を含まない燃料が一酸化炭素を有してなることを特徴とする請求項１０９記載の方法。
【請求項１１２】
前記別個のフッ素またはフッ素含有化合物が、Ｆ、Ｆ２、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６、ＮＦ３、およびそれらの組合せからなる群より選択されることを特徴とする請求項１０９記載の方法。
【請求項１１３】
前記別個のフッ素またはフッ素含有化合物が、ＳｉＦ４およびクロロフルオロシランからなる群より選択されることを特徴とする請求項１０９記載の方法。
【請求項１１４】
シリカ含有スートを製造する方法であって、
堆積中に、塩素−フッ素−シリカ含有化合物を反応させる工程を有してなり、該反応により、フッ素化シリカ含有スートが生成されることを特徴とする方法。
【請求項１１５】
前記塩素−フッ素−シリカ含有化合物を火炎中に導入する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１４記載の方法。
【請求項１１６】
前記火炎を、実質的に水素を含まない燃料に着火することにより生成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１５記載の方法。
【請求項１１７】
前記実質的に水素を含まない燃料が一酸化炭素を有してなることを特徴とする請求項１１６記載の方法。
【請求項１１８】
前記フッ素化シリカ含有スートを、実質的に水を含まない雰囲気内で形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１４記載の方法。
【請求項１１９】
前記フッ素化シリカ含有スートを支持体上に堆積させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１４記載の方法。
【請求項１２０】
前記支持体を回転させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１９記載の方法。
【請求項１２１】
前記フッ素化シリカ含有スートを焼結させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１４記載の方法。
【請求項１２２】
前記反応工程の前に、気体形態にある前記塩素−フッ素−シリカ含有化合物を希釈ガスと混合する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１４記載の方法。
【請求項１２３】
前記塩素−フッ素−シリカ含有化合物がクロロフルオロシランを有してなることを特徴とする請求項１１４記載の方法。
【請求項１２４】
前記クロロフルオロシランが、ＳｉＣｌ３Ｆ、ＳｉＣｌ２Ｆ２、およびＳｉＣｌＦ３からなる群より選択されることを特徴とする請求項１２３記載の方法。
【請求項１２５】
前記フッ素化シリカ含有スートが約０．５重量％より多くフッ素を含有することを特徴とする請求項１１４記載の方法。
【請求項１２６】
前記塩素−フッ素−シリカ含有化合物を、シリカ−塩素含有化合物と混合して、前記スート中にフッ素の所定のレベルを達成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１１４記載の方法。
【請求項１２７】
シリカ含有製品を製造する方法であって、
塩素−フッ素−シリカ含有化合物を火炎中に導入し、フッ素化シリカ含有スートを生成し、
該フッ素化シリカ含有スートを支持体上に堆積させる、
各工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項１２８】
光ファイバスートプリフォームを製造する方法であって、
クロロフルオロシラン前駆体を火炎中に導入し、フッ素化シリカ含有スートを生成し、
該フッ素化シリカ含有スートを回転している支持体上に堆積させる、
各工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項１２９】
光ファイバを製造する方法であって、
クロロフルオロシラン前駆体を火炎中に導入し、フッ素化シリカ含有スートを生成し、
該フッ素化シリカ含有スートを回転している支持体上に堆積させて、光ファイバスートプリフォームを形成し、
該光ファイバスートプリフォームを焼結して、固結プリフォームを形成し、
該プリフォームから光ファイバを線引きする、
各工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項１３０】
ガラス化されたガラス製品を製造する方法であって、
実質的に水素を含まない燃料に着火することにより生成される、唯一の熱源である火炎を有する燃焼バーナから熱を発生させ、
該火炎中にガラス前駆体を流動させて、シリカ含有スートを生成し、
該シリカ含有スートを支持体に堆積させるのと実質的に同時に該スートを転化させて、前記ガラス化されたガラス製品を形成する、
各工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項１３１】
前記スートをシリカ含有ガラス部材上に堆積される追加の工程を含むことを特徴とする請求項１３０記載の方法。
【請求項１３２】
前記シリカ含有ガラス部材を砂床上に載置する追加の工程を含むことを特徴とする請求項１３１記載の方法。
【請求項１３３】
前記シリカ含有ガラス部材がさらに高純度溶融シリカガラスを有してなることを特徴とする請求項１３１記載の方法。
【請求項１３４】
前記ガラス化されたガラス製品が、約１０ｐｐｍ未満の量の水を含有することを特徴とする請求項１３０記載の方法。
【請求項１３５】
前記堆積工程がチャンバ内で行われることを特徴とする請求項１３０記載の方法。
【請求項１３６】
前記チャンバ内にパージガスを提供する追加の工程を含むことを特徴とする請求項１３５記載の方法。
【請求項１３７】
前記パージガスが窒素を有してなることを特徴とする請求項１３６記載の方法。
【請求項１３８】
前記チャンバの外の大気圧よりも大きい加圧雰囲気を該チャンバに提供する追加の工程を含むことを特徴とする請求項１３５記載の方法。
【請求項１３９】
ガラス前駆体を第１の流量で供給するように適用されたヒューム通路、および
実質的に水素を含まない燃料を、前記第１の流量の少なくとも２０倍の流量で供給するように適用された、中心にある前記ヒューム通路を囲む燃料通路、
を有してなる燃焼バーナ。
【請求項１４０】
酸素を供給するように適用された、前記燃料通路と前記ヒューム通路との間にある内側シールド通路をさらに備えることを特徴とする請求項１３９記載のバーナ。
【請求項１４１】
前記燃料通路を囲む水冷ジャケットをさらに備えることを特徴とする請求項１３９記載のバーナ。
【請求項１４２】
前記燃料通路を囲む外側シールド通路をさらに備えることを特徴とする請求項１３９記載のバーナ。
【請求項１４３】
前記燃料通路がその末端近くで内側に向かってテーパー状になっていることを特徴とする請求項１３９記載のバーナ。
【請求項１４４】
燃焼バーナにおいて、
水素を含まないガラス前駆体を火炎領域に提供するように適用された、前記バーナの中心軸に沿って位置する中心管、
少なくとも酸素を前記火炎領域に提供するように適用された、前記バーナの中心軸から半径方向に離れて配された内側シールドユニット、
実質的に水素を含まない燃料を前記火炎領域に供給するように適用された燃料通路、および
前記火炎領域を覆い囲むフッ素含有ガスを供給するように適用された、前記バーナの中心軸から半径方向に離れて配されかつ、前記内側シールドユニットおよび前記燃料通路の外側に位置する外側シールドユニット、
を備え、実質的に水を含まないフッ素ドープシリカを製造するように適用されたことを特徴とするバーナ。
【請求項１４５】
ガラス前駆体を提供するように適用されたヒューム通路、
該ヒューム通路の半径方向外側に位置する内側シールド通路、
実質的に水素を含まない燃料を提供するように適用された、前記内側シールド通路に隣接する燃料通路、および
前記燃料通路の半径方向外側に位置する外側シールド領域、
を備えることを特徴とする燃料バーナ。
【請求項１４６】
フッ素ドープ製品を製造する方法であって、
火炎中に０．５リットル／分未満の量でフッ素またはフッ素含有化合物を供給することにより、０．５重量％より多くフッ素を含有するフッ素化シリカ含有スートを堆積させる工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項１４７】
１重量％より多くフッ素を含有するシリカ含有スートを堆積させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４６記載の方法。
【請求項１４８】
前記火炎中に放出要素からフッ素を供給する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４６記載の方法。
【請求項１４９】
前記放出要素がさらに、前記火炎の周りに半径方向に間隔がおかれて配され、該火炎に向けられた複数のポートを有することを特徴とする請求項１４８記載の方法。
【請求項１５０】
前記火炎に実質的に水素を含まない燃料を提供する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４６記載の方法。
【請求項１５１】
前記実質的に水素を含まない燃料が一酸化炭素を有してなることを特徴とする請求項１５０記載の方法。
【請求項１５２】
前記フッ素化シリカ含有スートを実質的に水を含まない雰囲気内で形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４６記載の方法。
【請求項１５３】
前記フッ素化シリカ含有スートを支持体上に堆積させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４６記載の方法。
【請求項１５４】
前記支持体を回転させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５３記載の方法。
【請求項１５５】
前記フッ素含有化合物をガラス前駆体として供給する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１４６記載の方法。
【請求項１５６】
前記ガラス前駆体が塩素−フッ素−シリカ含有化合物を有してなることを特徴とする請求項１５５記載の方法。
【請求項１５７】
前記塩素−フッ素−シリカ含有化合物がクロロフルオロシランからなることを特徴とする請求項１５６記載の方法。
【請求項１５８】
前記クロロフルオロシランが、ＳｉＣｌ３Ｆ、ＳｉＣｌ２Ｆ２、およびＳｉＣｌＦ３からなる群より選択されることを特徴とする請求項１５７記載の方法。
【請求項１５９】
光ファイバプリフォームを製造する方法であって、実質的に水を含まない雰囲気内でスートを支持体上に堆積させる工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項１６０】
前記支持体を回転させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５９記載の方法。
【請求項１６１】
前記実質的に水を含まない雰囲気が、１００ｐｐｍ未満の水蒸気を含有する乾燥空気を有してなることを特徴とする請求項１５９記載の方法。
【請求項１６２】
前記実質的に水を含まない雰囲気が、１０ｐｐｍ未満の水蒸気を有してなることを特徴とする請求項１５９記載の方法。
【請求項１６３】
前記実質的に水を含まない雰囲気が、３ｐｐｍ未満の水蒸気を有してなることを特徴とする請求項１５９記載の方法。
【請求項１６４】
前記実質的に水を含まない雰囲気が、１ｐｐｍ未満の水蒸気を有してなることを特徴とする請求項１５９記載の方法。
【請求項１６５】
前記雰囲気が、乾燥窒素、乾燥アルゴン、乾燥ヘリウム、およびそれらの組合せからなる群より選択されることを特徴とする請求項１５９記載の方法。
【請求項１６６】
前記雰囲気が、乾燥酸素、乾燥二酸化炭素、およびそれらの組合せからなる群より選択されることを特徴とする請求項１５９記載の方法。
【請求項１６７】
前記実質的に水を含まない雰囲気が、約−６７℃から約１２５℃までの温度範囲で１％未満の相対湿度をさらに示すことを特徴とする請求項１５９記載の方法。
【請求項１６８】
前記実質的に水を含まない雰囲気をハウジング内に含ませ、該ハウジング内に前記プリフォームを収容する各工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５９記載の方法。
【請求項１６９】
前記ハウジング内に燃焼バーナの少なくとも一部を取り付ける工程をさらに含むことを特徴とする請求項１６８記載の方法。
【請求項１７０】
前記プリフォームをさらなる加工のための別の位置に移送し、該移送中に該プリフォームを実質的に水を含まない雰囲気内に含ませる各工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５９記載の方法。
【請求項１７１】
前記プリフォームを、前記実質的に水を含まない雰囲気内に含まれた搬送容器内に挿入する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５９記載の方法。
【請求項１７２】
移送工程中に前記プリフォームを実質的に乾燥したパージガスのパージに施しながら、該プリフォームを搬送容器内で別のプロセスまで移送する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５９記載の方法。
【請求項１７３】
前記乾燥したパージガスが、乾燥空気、乾燥窒素、乾燥酸素、乾燥アルゴン、乾燥ヘリウム、乾燥二酸化炭素、およびそれらの組合せからなる群より選択されることを特徴とする請求項１７２記載の方法。
【請求項１７４】
前記実質的に水を含まない雰囲気が、前記堆積工程中に、前記スートを囲み、加水が該スートと接触するのを実質的に防ぐ乾燥ガスのシュラウドを有してなることを特徴とする請求項１５９記載の方法。
【請求項１７５】
光ファイバプリフォームを製造する方法であって、
実質的に水を含まない雰囲気中でシリカ含有スートプリフォームを形成し、
該スートプリフォームを実質的に水を含まない雰囲気内に維持しながら、該スートプリフォームを固結プロセスまで移送し、
該スートプリフォームを、実質的に水を含まない雰囲気を含有する固結炉内で固結させる、
各工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項１７６】
光ファイバプリフォームを製造する方法であって、
第１の位置でスートプリフォームを形成し、
該プリフォームをさらなる処理のための第２の位置に移送しつつ、そのような移送中に、該スートプリフォームを実質的に水を含まない雰囲気にさらす、
各工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項１７７】
前記スートプリフォームを第２の位置に移送する工程が、保持炉または固結炉への移送を含むことを特徴とする請求項１７６記載の方法。
【請求項１７８】
前記スートプリフォームを搬送容器内に挿入する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１７６記載の方法。
【請求項１７９】
前記搬送容器を実質的に乾燥したガスのパージにさらす工程をさらに含むことを特徴とする請求項１７８記載の方法。
【請求項１８０】
前記実質的に乾燥したガスが、乾燥空気、乾燥窒素、乾燥アルゴン、乾燥ヘリウム、乾燥二酸化炭素、およびそれらの組合せからなる群より選択されることを特徴とする請求項１７９記載の方法。
【請求項１８１】
前記スートプリフォームが、シリカ含有スートを回転している支持体上に堆積させることにより形成されることを特徴とする請求項１７６記載の方法。
【請求項１８２】
前記移送工程中に、前記スートプリフォームを実質的に乾燥したガスのパージに実質的に連続的にさらすことを特徴とする請求項１７６記載の方法。
【請求項１８３】
光ファイバスートプリフォームを製造する方法であって、
第１の加工工程でシリカ含有スートプリフォームを形成し、
該スートプリフォームを搬送容器内に挿入し、
該容器内に収容されたスートプリフォームを第２の加工位置に移動しつつ、そのような移動中に、該スートプリフォームを実質的に水を含まない雰囲気に実質的に連続してさらす、
各工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項１８４】
光ファイバスートプリフォームを製造する方法であって、
シリカ含有スートプリフォームを、ある加工工程から別の加工工程まで移動させ、そのような移動中に、該スートプリフォームを実質的に水を含まない雰囲気に実質的に連続してさらす、
各工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項１８５】
シリカ含有スートを生成する方法であって、
実質的に水素を含まない燃料および燃焼向上添加剤の組合せをバーナに供給する工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項１８６】
前記燃焼向上添加剤が、前記実質的に水素を含まない燃料の燃焼率を増大させる化合物を有してなることを特徴とする請求項１８５記載の方法。
【請求項１８７】
前記燃焼向上添加剤が、前記実質的に水素を含まない燃料から放出される燃焼熱を増大させる化合物を有してなることを特徴とする請求項１８５記載の方法。
【請求項１８８】
前記燃焼向上添加剤が触媒添加剤を有してなることを特徴とする請求項１８５記載の方法。
【請求項１８９】
前記触媒添加剤が、水素（Ｈ２）、水（Ｈ２Ｏ）、過酸化物（Ｈ２Ｏ２）、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、およびアセチレン（Ｃ２Ｈ２）からなる群より選択されることを特徴とする請求項１８８記載の方法。
【請求項１９０】
前記触媒添加剤が、Ｄ２、Ｄ２Ｏ、Ｄ２Ｏ２、ＣＤ４、Ｃ２Ｄ６、Ｃ３Ｄ８、Ｃ２Ｄ２、およびＣ２Ｄ４からなる群より選択されることを特徴とする請求項１８８記載の方法。
【請求項１９１】
前記触媒添加剤が、オゾン（Ｏ３）、ＨＣＮ、および窒素酸化物（ＮＯ）からなる群より選択されることを特徴とする請求項１８８記載の方法。
【請求項１９２】
前記燃焼向上添加剤がエネルギー燃料であることを特徴とする請求項１８５記載の方法。
【請求項１９３】
前記エネルギー燃料が、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、Ｃ２Ｃｌ２、（ＣＮ）２、およびＨＣＮからなる群より選択されることを特徴とする請求項１９２記載の方法。
【請求項１９４】
前記燃焼向上添加剤がエネルギー酸化剤であることを特徴とする請求項１８５記載の方法。
【請求項１９５】
前記燃焼向上添加剤が、前記実質的に水素を含まない燃料の約２０体積％未満の量で供給されることを特徴とする請求項１８５記載の方法。
【請求項１９６】
前記燃焼向上添加剤が、前記実質的に水素を含まない燃料の約５体積％未満の量で供給されることを特徴とする請求項１８５記載の方法。
【請求項１９７】
前記燃焼向上添加剤が、前記実質的に水素を含まない燃料の約１体積％未満の量で供給されることを特徴とする請求項１８５記載の方法。
【請求項１９８】
前記シリカ含有スートが回転している支持体上に堆積されて、プリフォームが形成されることを特徴とする請求項１８５記載の方法。
【請求項１９９】
前記組合せに着火して、火炎を形成し、該火炎中にガラス前駆体を流動させる各工程をさらに含むことを特徴とする請求項１８５記載の方法。
【請求項２００】
光ファイバプリフォームを製造する方法であって、
前記プリフォームの第１のシリカ含有スートセクションを形成し、
該セクションの少なくとも一部の長さ部分を、誘導加熱炉により生成された熱に露出して、該セクションの表面のみにガラス質バリヤ層を形成する、
各工程を有してなることを特徴とする方法。
【請求項２０１】
前記形成工程が、シリカ含有スートを、回転している堆積表面の外面上に堆積させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項２００記載の方法。
【請求項２０２】
前記ガラス質バリヤ層の頂面上に第２のシリカ含有スートセクションを堆積させる追加の工程をさらに含むことを特徴とする請求項２００記載の方法。
【請求項２０３】
前記第１と第２のシリカ含有スートセクションの内の少なくとも一方が、フッ素ドーパントを含有することを特徴とする請求項２０２記載の方法。
【請求項２０４】
前記露出工程が、前記プリフォームの使用できない長さ（Ｌ）の少なくとも全部を前記熱に露出する工程を含むことを特徴とする請求項２００記載の方法。
【請求項２０５】
前記露出工程が、約２．０から約４．０キロワットまでの範囲にある電流を前記加熱炉のコイルに提供する工程を含むことを特徴とする請求項２００記載の方法。
【請求項２０６】
前記露出工程が、約０．５ｃｍ／秒から約３．０ｃｍ／秒までの範囲にある軸方向速度で前記誘導加熱炉を移動させる工程を含むことを特徴とする請求項２００記載の方法。
【請求項２０７】
前記露出工程が、約８０ｒｐｍから約１６０ｒｐｍまでの回転速度で前記プリフォームを回転させる工程を含むことを特徴とする請求項２００記載の方法。
【請求項２０８】
前記露出工程の前に、前記誘導加熱炉が前記プリフォームの端部から外れた位置Ａに格納されていることを特徴とする請求項２００記載の方法。
【請求項２０９】
前記露出工程が、少なくとも１０μｍの厚さのバリヤ層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項２００記載の方法。
【請求項２１０】
前記露出工程中に、前記第１のシリカ含有スートセクションを形成するのに用いられるバーナが、該バーナから放出されるスート流が前記プリフォームに接触しないように脇に移動されることを特徴とする請求項２００記載の方法。
【請求項２１１】
前記露出工程中、前記第１のシリカ含有スートセクションを形成するのに用いられるバーナの火炎が、そらせ板により脇にそらされることを特徴とする請求項２００記載の方法。
【請求項２１２】
前記そらせ板が可動性であることを特徴とする請求項２１１記載の方法。
【請求項２１３】
前記露出工程が堆積チャンバ内で行われることを特徴とする請求項２００記載の方法。
【請求項２１４】
前記露出工程中に、前記加熱炉のサセプタと前記プリフォームとの間の空間がヘリウムによりパージされることを特徴とする請求項２００記載の方法。
【請求項２１５】
光ファイバプリフォームを製造するための装置であって、
堆積チャンバ内で前記プリフォームのシリカスートセクションを支持するように適用された旋盤、および
該旋盤に近接して取り付けられた、前記プリフォーム上にガラス質バリヤ層を形成する熱を生成するように適用された誘導加熱炉、
を備えることを特徴とする装置。
【請求項２１６】
前記誘導加熱炉が、サセプタの周りに巻き付けられた誘導コイルをさらに備えることを特徴とする請求項２１５記載の装置。
【請求項２１７】
前記サセプタがグラファイト環体であることを特徴とする請求項２１６記載の装置。
【請求項２１８】
前記サセプタおよび前記誘導コイルが、前記ガラス質バリヤ層を形成するときに、前記プリフォームを取り囲むことを特徴とする請求項２１６記載の装置。
【請求項２１９】
前記誘導加熱炉が、前記シリカスートセクションにスートを堆積させる最中に、前記加熱炉を前記プリフォームの端部から外れた位置に配置するための駆動装置を備えることを特徴とする請求項２１５記載の装置。
【請求項２２０】
前記誘導加熱炉が、前記シリカスートセクションの長手方向に沿って該誘導加熱炉を移動させるように適用された駆動装置を備えることを特徴とする請求項２１５記載の装置。
【請求項２２１】
前記ガラス質バリヤ層の形成中に、前記プリフォームからスート生成バーナの火炎をそらすように適用されたそらせ板をさらに備えることを特徴とする請求項２１５記載の装置。
【請求項２２２】
前記プリフォームと前記誘導加熱炉のサセプタとの間の空間にヘリウムガスを供給するように適用されたガス供給源をさらに備えることを特徴とする請求項２１５記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願
本出願は、「水を含まない溶融シリカおよびそのための方法（Ｗａｔｅｒ−Ｆｒｅｅ Ｆｕｓｅｄ Ｓｉｌｉｃａ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｔｈｅｒｅｆｏｒ）」と題する、２０００年４月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／２００４０５号、および「実質的に乾燥したシリカ含有スート、溶融シリカおよび光ファイバスートプリフォーム、それらを製造するための装置、方法およびバーナ並びにそのための方法（Ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ Ｄｒｙ， Ｓｉｌｉｃａ−Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ Ｓｏｏｔ， Ｆｕｓｅｄ Ｓｉｌｉｃａ Ａｎｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｆｉｂｅｒ Ｓｏｏｔ Ｐｒｅｆｏｒｍｓ， Ａｐｐａｒａｔｕｓ， Ｍｅｔｈｏｄｓ Ａｎｄ Ｂｕｒｎｅｒｓ Ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓａｍｅ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｔｈｅｒｅｆｏｒ）」と題する、２０００年１２月２２日に出願された米国仮特許出願第６０／２５８１３２号の優先権および恩恵を主張するものであり、これらの開示をここに引用する。
【０００２】
技術分野
本発明は、光ファイバスートプリフォーム、高純度溶融シリカおよびシリカ含有スートを製造するための方法および装置に関する。本発明は、より詳しくは、実質的に水を含まない光ファイバプリフォーム、溶融シリカおよびシリカ含有スートの製造に関する。
【０００３】
発明の背景
フォトマスクは、シリコンウェハ上に細密回路パターンをプリントする上でのマイクロリソグラフィーに用いられており、その上にプリントすべき回路の拡大されたものを担持している。シリコンウェハ上の回路のサイズを減少して、同じウェハ上により多くの回路を形成するためには、より短い波長を持つ光が用いられる。低波長（２４８ｎｍ未満）を持つレーザ光に関して、フォトマスク基板は、高透過率を有する溶融シリカガラスにより製造できる。高透過率を示すためには、溶融シリカガラスは、非常に純粋でありかつ究極的に低いレベルの水（好ましくは、約１０ｐｐｂ未満）しか含有しないことが必要である。溶融シリカ生成物中に多量の水が存在すると、そのガラスは、ある低波長用途には適さなくなってしまう。現在のシステムは、２４８ｎｍウィンドウで動作する。これまで、より短い波長のシステムは、水レベルがシリカフォトマスク材料中において高すぎるために、おおむねうまくいっていない。したがって、より短い波長で使用できるガラス材料を製造することが望ましいであろう。
【０００４】
水のレベルが低いガラスを供給するプロセスの１つは、光ファイバ導波路用のプリフォームを製造するために用いられるプロセス（以後、「プリフォーム製造プロセス」と称する）である。このプリフォーム製造プロセスでは、いくつかの製造工程が用いられる。最初に、シリカ含有スートが、例えば、外付け（ＯＶＤ）法により、例えば、アルミナ心棒上に堆積される。この心棒が取り除かれると、中心開口部を持つ管状スート部材が形成される。このスート部材は、所望の屈折率プロファイルが達成されるような適切なドーパント、例えば、ゲルマニアを含有してもよい。次いで、スートプリフォームは、中心開口部を閉じるために一般に真空に引かれている炉内で固結される。次に、固結されたプリフォームをコアケインに線引きする。ここで、このコアケインは、好ましくは、最終的にファイバに線引きされたときに光ファイバの物理的コアの一部または全てを構成する。このコアケインは、ある長さに切断され、再度、シリカ含有スートでオーバークラッドを形成されて、クラッド部分、または多数のセグメントのプロファイルが望ましい場合には、コアの別のセグメントが形成される。このプリフォームは再度固結される。上述した固結工程の両方で、例えば、固結炉の雰囲気中に塩素ガスが用いられて、ガラスへのガラス化の前に、プリフォームを乾燥させ、水を除去する。次いで、得られた最終固結プリフォームは、線引き炉内に配置され、不活性ガス雰囲気中でファイバに線引きされる。
【０００５】
残念ながら、スートを形成するのに現在用いられているプロセスのために、プリフォーム中に水が否応なく形成されてしまう。したがって、固結前に乾燥工程を用いる必要がある。具体的には、以下に説明されるように、スートを形成するプロセスに現在用いられているシリカ前駆体および燃料の化学反応が、反応副生成物として水を形成するので、前記水が形成される。さらに、本出願の発明者等により、標準的な加工技法における大気条件に露出しても、スートプリフォームにさらに水を含ませてしまうことが分かった。光通信システムにおいて、増幅ステージ間の距離を決定する要因の１つは、光ファイバ減衰である。不十分な減衰に寄与する重大な要因は、プリフォーム中に存在する水（ＯＨ）である。存在する水により、約１３８３ｎｍで透過曲線にピークが生じる。このピークには、光ファイバ通信における主要な透過波長である、１５５０ｎｍでの減衰に有害な影響がある。したがって、固結されたガラスの含水量をできるだけ減少させることにより、この水によるピークを減少させることが望ましい。
【０００６】
さらに、フッ素ドープ光ファイバにおいて、許容できるレベルのフッ素ドーピングは重大な問題である。さらに、スートプリフォーム中にフッ素が一旦存在すると、フッ素の高移動度および小さな分子サイズのために、フッ素の移行は重大な問題となる。フッ素は、屈折率降下剤として用いられ、したがって、望ましくは、所望のところで、負の屈折率を可能にする。移行は、スート中に含まれているであろうフッ素の量を劇的に減少させる。さらに、移行は、最適な信号伝達のために望ましい屈折率プロファイルをならしてしまう。したがって、プロファイル領域間の明確な移行を達成するというよりもむしろ、移行により遷移が丸まってしまう。さらに、移行により、％のデルタ値（クラッドに対する屈折率差の尺度）が低下する。したがって、フッ素は非常に移動性であるので、処理中にスートプリフォーム全体に亘りそのようなドーパントが移行するのを防ぐための方法および／または装置を実施することが非常に望ましい。
【０００７】
化学式１は、従来技術に用いられるプロセスの１つによる高純度溶融シリカまたはシリカスートの形成を示している。ＳｉＣｌ４（シリカ前駆体）、酸素およびメタンが組み合わされ、バーナ内で着火されて、支持体表面に堆積されるガラスすなわちスートが生成される。高純度溶融シリカの場合には、スートは、メタンが用いられる場合、炉内で実質的に同時に固結（ガラス化）される。そのような反応の副生成物は、二酸化炭素、水蒸気および塩素である。特に、多量の水蒸気が生成される。
【０００８】
ＣＨ４＋３Ｏ２＋ＳｉＣｌ４ →ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ＋ＳｉＯ２＋２Ｃｌ２　　（従来技術１）
シリカスート製造に現在用いられている別のプロセスでは、シリカスートの原料としてオクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）を、燃料として天然ガス（他の炭化水素と共に主にメタン）を用いている。天然ガスは、高純度溶融シリカの製造のために炉を高温に維持するための燃料として用いられる。天然ガスの燃焼生成物も、水蒸気および二酸化炭素である。ＯＭＣＴＳの燃焼生成物は、化学式２に示したように、シリカ、水および二酸化炭素である。
【０００９】
Ｃ８Ｈ２４Ｏ８Ｓｉ８ ＋１６Ｏ２ →８ＣＯ２＋１２Ｈ２Ｏ＋８ＳｉＯ２　　（従来技術２）　したがって、化学式１および２に概説した両方のプロセスにおける反応の重要な副生成物は、燃焼の結果として生成された水蒸気であることを認識すべきである。好ましくないことに、この水は、スート中に取り込まれ、一旦含まれると、除去するのが非常に困難である。スートプリフォームのようなスート製品から水を除去しようとするために、塩素を用いた大規模な乾燥工程が用いられる。しかしながら、有害なことに、ある程度の水は、製造された固結ガラス中に捕獲されたまま残留する。水の存在は、製造されたガラスの光学的特性にとって有害である。したがって、高純度溶融シリカおよび光ファイバ製造のためのスートプリフォームのようなシリカスート製品中の含水量をさらに低減させることが、産業全体の目的である。
【００１０】
発明の簡単な概要
本発明のある実施の形態によるプロセスおよび装置により、実質的に水が含まれないシリカスート、プリフォームまたはガラスが製造される。そのような水を含まない溶融シリカスート、プリフォームまたはガラスを製造するためのプロセスおよび装置は、燃焼雰囲気中で水が形成される可能性を除去することによりそうしている。このことは、一酸化炭素（ＣＯ）、亜酸化炭素（Ｃ３Ｏ２）、カルボニルスルフィド（ＣＯＳ）等のような、実質的に水素を含まない燃料を使用することにより、本発明の第１の形態で達成される。そのような実質的にＨを含まない燃料を使用すると、燃焼反応中の水の形成が最小になる。好ましい実施の形態によれば、シリカのためのガラス前駆体として実質的に水素を含まない原料を使用することも望ましい。最も好ましくは、実質的に水素を含まない原料と実質的に水素を含まない燃料との組合せを用いる。実質的にＨを含まないガラス前駆体の典型的な例としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、四臭化ケイ素（ＳｉＢｒ４）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、四ヨウ化ケイ素（ＳｉＩ４）およびシリカ（ＳｉＯ２）が挙げられる。Ｓｉ（ＮＣＯ）４を用いてもよい。
【００１１】
本発明によれば、例えば、一酸化炭素が燃料として用いられ、酸素と組み合わされた場合、唯一の副生成物は二酸化炭素である。この副生成物は、容易に処分することができ、都合よいことに、このプロセスの反応中に水は全く形成されない。この反応は、以下の化学式（３）により示される。
【００１２】
ＣＯ＋１／２Ｏ２ →ＣＯ２　　（３）
本出願の発明者等により、一酸化炭素から利用できる熱は、天然ガス（メタン）から利用できる熱の約四分の一であることが認識された。したがって、同量の熱を発生させるためには、四倍の燃料が必要であろう。しかしながら、１モルのＣＯを燃焼させるためには、二分の一モルの燃焼を行う酸素しか必要ない。したがって、同量の熱を発生させるために、必要とされる酸素の総容積は、いずれの燃料にとっても同じである。以下の化学式（４）は、従来技術のプロセスの１つに用いられた１モルのメタン（ＣＨ４）を燃焼させて得られる熱に合致するのに必要とされる一酸化炭素燃料を示している。
【００１３】
４ＣＯ＋２Ｏ２ →４ＣＯ２　　（４）
以下の化学式（５）は、従来技術における１モルのメタンの燃焼に必要な燃焼を行う酸素および副生成物を示している。
【００１４】
ＣＨ４＋２Ｏ２ →２Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２　　（５）
したがって、上述したことから、バーナを適切に設計すれば、実質的に水を含まないシリカスート、プリフォームおよびガラスを製造できることが認識されよう。
【００１５】
本発明のある実施の形態によれば、光ファイバプリフォームを製造する方法が提供される。その方法は、実質的に水素を含まない燃料に着火することにより発生する火炎を有する燃焼バーナから熱を発生させ、その火炎中にガラス前駆体を流動させて、シリカ含有スートを生成し、次いで、このシリカ含有スートを回転する支持体上に堆積させる各工程を有してなる。そのプリフォーム中の水の包含をさらに最小にするために、プリフォームは、好ましくは、堆積工程中に実質的に水を含まない雰囲気内に包含される。この実質的に水を含まない雰囲気は、乾燥空気、乾燥窒素、乾燥酸素、乾燥アルゴン、乾燥ヘリウム、乾燥二酸化炭素、およびそれらの組合せの供給またはシュラウドであってもよい。
【００１６】
本発明の別の実施の形態において、少なくとも１つの末端バーナでプリフォームの少なくとも一方の端部を加熱する工程を有してなり、この少なくとも１つの末端バーナが実質的に水素を含まない燃料を燃焼させるものである、シリカ含有スートプリフォームを製造する方法が提供される。実質的に水素を含まない燃料を燃焼させる末端バーナを使用することにより、プリフォーム中への水の含有が最小になることが認識されよう。都合よくは、これらの末端バーナは、スート生成バーナに供給される実質的にＨを含まない燃料と組み合わせて、並びに実質的に水を含まない環境を提供することと組み合わせて用いてもよい。
【００１７】
本発明の別の実施の形態によれば、従来の堆積方法（水素含有燃料を使用する）および実質的に乾燥した堆積方法の組合せが用いられる、光ファイバプリフォームを製造する方法が提供される。特に、第１の燃焼バーナは、水素含有燃料または実質的に水素を含まない燃料に着火することにより生成される第１の火炎から熱を発生させる。第１のガラス前駆体が、第１の火炎中に流されて、プリフォーム内のシリカ含有スートの第１のセグメントが固着される。次に、水素含有燃料および実質的に水素を含まない燃料の内の他方のものに着火することにより生成される第２の火炎を有する第２の燃焼バーナから熱が発せられる。第２のガラス前駆体が第２の火炎中に流されて、シリカ含有スートの第２のセグメントが固着される。このようにして、中間体固結工程を持たずに、１つの旋盤で多数のセグメントを持つプリフォームが効率的に製造されるであろう。このいわゆるプリフォームを形成する一段方法は、ＯＶＤの当該技術分野において長い間求められてきた。ここに詳細に説明されるように、セグメント間のドーパントまたは水の移行を最小にするために、ガラス質バリヤ層が好ましくは用いられる。さらに、ガラス質バリヤ層は、固結中におけるＦの損失に役立つであろう。
【００１８】
本発明の別の実施の形態によれば、少なくとも１つのガラス質バリヤ層を有する光ファイバプリフォームを製造する方法が提供される。このガラス質バリヤ層は、プリフォーム内のドーパントまたは水の移行を最小にするガラス化したまたはある程度ガラス化したガラスの薄層である。好ましい実施の形態において、第１のスートセグメントが形成される。次いで、この第１のスートセグメントの第１の部分はガラス化されて、少なくとも１つのガラス質バリヤ層を形成する。さらに、第１のガラススートセグメントの残りの部分の固結の前に、この少なくとも１つのガラス質バリヤ層上に第２のスートセグメントを堆積させてもよい。プリフォーム内に、多数のガラス質バリヤ層を用いてもよい。
【００１９】
別の実施の形態により、第１と第２のスートセグメントおよびそれらの間のガラス化バリヤ層を有してなる光ファイバスートプリフォームが提供される。全ての場合において、そのバリヤ層は、好ましくは、約２００μｍ未満、より好ましくは、約１００μｍ未満、さらにより好ましくは、約３０μｍ未満、最も好ましくは、約１０μｍから約２００μｍまでの範囲の厚さを有する。バリヤ層は、ここに記載したような様々な方法により形成されてもよい。ガラス質バリヤ層を形成するためのレーザおよび誘導加熱炉方法および装置がここに記載されている。
【００２０】
本発明の別の実施の形態の光ファイバプリフォームを製造する方法は、実質的に水素を含まない燃料に着火することにより燃焼バーナから火炎を発生させ、その火炎中に、ケイ素とフッ素を含有する前駆体もしくはケイ素前駆体と別個のフッ素またはフッ素含有化合物のいずれかを流動させ、それによって、フッ素ドープシリカ含有スートを生成する各工程を有してなる。次いで、そのスートが支持体上に堆積されて、光ファイバプリフォームが形成される。好ましくは、ケイ素とフッ素を含有する前駆体は、ＳｉＦ４およびクロロフルオロシランからなる群より選択される。別個のフッ素またはフッ素含有化合物は、好ましくは、Ｆ、Ｆ２ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６、ＮＦ３、およびそれらの組合せからなる群より選択される。実質的に水素を含まない燃料は、前述したものの内のいずれであってもよい。
【００２１】
本発明の別の実施の形態によれば、塩素−フッ素−シリカ含有ガラス前駆体が反応させられる、シリカ含有スートを形成する方法が提供される。その方法によれば、シリカ含有スートは、堆積（固着）プロセスにおいて、好ましくは火炎中で、塩素−フッ素−シリカ含有化合物を反応させることにより生成される。この反応により、フッ素化シリカ含有スートが生成される。最も好ましくは、塩素−フッ素−シリカ含有化合物は、クロロフルオロシランを構成する。例示としての実施の形態としては、ＳｉＣｌ３Ｆ、ＳｉＣｌ２Ｆ２、およびＳｉＣｌＦ３が挙げられる。好ましい実施の形態において、前記塩素−フッ素−シリカ含有化合物は、反応工程前に、希釈ガスと気体形態で混合され、それによって、スート中に含まれるフッ素の量を容易に調節することができる。
【００２２】
本発明の別の実施の形態において、ガラス化されたガラス製品を製造する方法が提供される。本発明の方法は、いくつかの工程を有してなる。最初に、実質的に水素を含まない燃料に着火することにより発生される火炎を有する燃焼バーナから熱が生成される。本発明によれば、その火炎は単なる熱源である。次に、ガラス前駆体がこの火炎中に流されて、シリカ含有スートが生成される。最後に、シリカ含有スートは、支持体上に堆積され、実質的に同時に転化されて（火炎の熱により）、火炎の熱によりガラス化されたガラス製品を形成する。好ましい実施の形態において、スートは、高純度溶融シリカ（ＨＰＦＳ）パックのようなシリカ含有ガラス部材上に堆積される。この方法によれば、ガラス化されたガラス製品は、非常に少量しか水を含有しない。堆積工程は、好ましくは、そこに供給される窒素のようなパージガスを含んでもよいチャンバ内で行われる。この方法は、例えば、フォトマスク用途に用いてもよいＨＰＦＳガラスの製造に適用される。
【００２３】
別の実施の形態によれば、燃焼バーナが提供される。そのバーナは、シリカ含有スート、ガラス化されたガラス、および光ファイバスートプリフォームの形成に適用される。このバーナは、第１の流量でガラス前駆体を供給するように適用されたヒューム通路、およびこのヒューム通路を囲む燃料通路を有してなり、この燃料通路は、第１の流量の２０倍の流量で実質的に水素を含まない燃料を供給するように適用されている。バーナは、燃料通路とヒューム通路との間に、少なくとも酸素を供給するように適用された内側シールド通路を備えていてもよい。バーナはさらに、追加のガスを導入するための、燃料通路を囲む外側シールド通路を備えていてもよい。
【００２４】
本発明の別の実施の形態によれば、フッ素ドープ製品を製造する方法が提供される。その方法は、フッ素またはフッ素含有化合物を、０．５リットル／分未満の量で火炎中に供給することにより、０．５重量％より多くフッ素を含有するフッ素化シリカ含有スートを堆積させる工程を有してなる。この実施の形態によれば、スートプリフォーム上にフッ素を効率的に含ませられる。好ましくは、フッ素は、１重量％より多い量でシリカ含有スート中に含まれる。フッ素またはフッ素含有化合物は、火炎中に放出要素から供給されても、またはフッ素含有ガラス前駆体、例えば、クロロフルオロシラン中に直接含まれてもよい。最も好ましくは、前記火炎は、一酸化炭素のような実質的に水素を含まない燃料または他の実質的に水素を含まない燃料を燃焼させ、実質的に水を含まない雰囲気内にフッ素ドープスートが形成される。
【００２５】
本発明の別の実施の形態によれば、光ファイバプリフォームを製造する方法が提供される。その方法は、実質的に水を含まない雰囲気内で支持体上にスートを堆積させる工程を有してなる。この実質的に水を含まない雰囲気は、好ましくは、約１０００ｐｐｍ未満の水蒸気、より好ましくは、１００ｐｐｍ未満の水蒸気、さらにより好ましくは、１０ｐｐｍ未満の水蒸気、一層好ましくは、３ｐｐｍ未満の水蒸気、最も好ましくは、１ｐｐｍ未満しか水蒸気を含有しない乾燥空気である。この実質的に水を含まない雰囲気は、乾燥窒素、乾燥アルゴン、乾燥ヘリウム、またはそれらの組合せ、もしくは乾燥酸素、乾燥二酸化炭素、またはそれらの組合せであってもよい。別の尺度によれば、この実質的に水を含まない雰囲気は、好ましくは、約−６７℃から約１２５℃までの温度範囲で１％未満の相対湿度を有する。プリフォームに供給される大気中の水が著しく減少すると、都合よくは、後の乾燥工程の長さが減少するであろうことが認識されよう。
【００２６】
本発明による光ファイバプリフォームを製造する別の方法において、スートプリフォームは、実質的に水を含まない雰囲気に露出させながら移送される。したがって、プリフォームは、堆積から固結炉または保持炉へのような追加の製造工程への運搬中に、移送工程において水に汚染されない。本発明によれば、スートプリフォームは第１の位置で形成される。次いで、プリフォームは、さらなる加工のための第２の位置に移送され、そのような移送中に、実質的に水を含まない雰囲気に露出される。その移送中、プリフォームは好ましくは搬送容器中に挿入される。最も好ましくは、その搬送容器には、乾燥空気、乾燥窒素、乾燥酸素、乾燥アルゴン、乾燥ヘリウム、乾燥二酸化炭素、およびそれらの組合せのような実質的に乾燥したガスのパージが施される。
【００２７】
本発明の別の実施の形態によるシリカスートの製造方法は、燃焼向上燃料添加剤および実質的に水素を含まない燃料の組合せをバーナに供給する工程を有してなる。好ましくは、この実質的に水素を含まない燃料は、一酸化炭素（ＣＯ）、亜酸化炭素（Ｃ３Ｏ２）、およびカルボニルスルフィド（ＣＯＳ）からなる群より選択される。前記燃焼向上燃料添加剤は、好ましくは、触媒、エネルギー燃料、またはエネルギー酸化剤である。これらの添加剤は、実質的に水素を含まない燃料の燃焼率を増大させるか、または火炎温度を上昇させる。これにより、火炎の燃焼率、熱、および構造が都合よく改善される。燃焼向上燃料添加剤は、好ましくは、実質的に水素を含まない燃料の約５０体積％未満、より好ましく、約２０体積％未満、さらにより好ましくは、約５体積％未満、最も好ましくは、約１体積％未満の量で供給される。火炎がバーナに適切に付いているように実質的に水素を含まない燃料の燃焼速度を増加させるためには、そのような添加剤が少量（実質的に水素を含まない燃料の５％未満）しか必要ないことが、本出願の発明者等により発見された。スート中に所望のドーパント濃度を達成するために、ゲルマニアのようなあるドーパントを堆積させる場合、より多い量が必要となるかもしれない。
【００２８】
発明の詳細な説明
添付した図面に関して、本発明の現在好ましい実施の形態に詳細に言及する。できる限り、全体に亘り、同じまたは同様の参照番号を、同じまたは同様の部材を称するために用いるものとする。
【００２９】
本発明の第１の実施の形態によれば、実質的に水を含まない光ファイバスートプリフォーム２０を製造するための方法および装置が提供される。図１にもっともよく示されているように、スートプリフォーム２０を形成する方法は、実質的に水素を含まない燃料２６に着火することにより生成された火炎２８を有する燃焼バーナ２５（いくつかの望ましいバーナの詳細が、図２１および３１を参照して説明されている）から熱を発生させ、ガラス前駆体２４を火炎２８中に流動させて、シリカ含有スート３０を生成し、スート３０を回転支持体３２上に堆積させる各工程を有してなる。実質的に水素を含まない燃料２６は、幅広く変わってもよい。その例としては、一酸化炭素（ＣＯ）、亜酸化炭素（Ｃ３Ｏ２）、カルボニルスルフィド（ＣＯＳ）等が挙げられる。
【００３０】
ガラス前駆体２４は、バーナ２５に供給され、火炎中で酸化されて、スートを形成する。ガラス前駆体２４は、好ましくは、実質的に水素を含まないものであり、幅広く変わってもよい。その典型的な例としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、一酸化ケイ素（ＳｉＯ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、四臭化ケイ素（ＳｉＢｒ４）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、四ヨウ化ケイ素（ＳｉＩ４）、シリカ（ＳｉＯ２）、およびＳｉ（ＮＣＯ）４が挙げられる。
【００３１】
プリフォーム２０のコアスート領域を生成するためのガラス前駆体２４は、好ましくは、ＧｅＣｌ４のようなゲルマニウム含有化合物、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）のようなフッ素含有化合物、および所望の屈折率プロファイルを得ることのできる他の適切なアップまたはダウンドーパントからなる群より選択される追加の化合物を含むであろう。より好ましくは、プリフォーム２０におけるフッ素ドープスートを形成するのに用いられるガラス前駆体２４は、フルオロハロカーボン、クロロフルオロシラン、ＣＦ４、ＳｉＦ４、ＮＦ３、ＳＦ６、およびそれらの組合せからなる群より選択される化合物である。好ましくは、前駆体２４は、気体形態でバーナ２５に供給される。液体バーナが用いられる場合には、燃料を液体形態で供給してもよい。液体形態で貯蔵されている場合には、必要に応じてのガス化装置２４ａが、液体前駆体をガス化する。例えば、ＳｉＣｌ４、ＧｅＣｌ４、Ｓｉ（ＮＣＯ）４、およびＧｅ（ＮＣＯ）４の前駆体は、室温で液体形態で供給され、したがって、ガス化が必要となる。前駆体を加熱し、そこにキャリヤガス（Ｎ２、Ｏ２、ＡｒまたはＨｅのような）で泡立てることのような、どのような公知のガス化方法を用いてもよい。図２１に示したバーナが好ましいが、必要に応じて、「金属酸化物スートを製造するためのバーナおよび方法（Ｂｕｒｎｅｒ Ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ Ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｏｏｔ）」と題する、１９９８年１２月３日に出願された国際公開第９９／３２４１０号パンフレットに記載されたような、液体噴霧バーナを用いてもよい。支持体が上に堆積される支持体３２は、堆積の始動中に、回転しているアルミナ心棒またはガラスコアケインを含み、その後、ある程度のスートが堆積されたときに、その支持体は、既に堆積したスートとなる。
【００３２】
支持体は、好ましくは、モータ２２により回転され、回転を与えかつ半径方向の移動を妨げる、Ｖ形ブロックのような任意の適切な端部支持部材２３により他端で支持されている。端部支持部材２３およびモータ２２は、両端矢印「ａ」および「ｂ」により示されているように、好ましくは、ハウジング３６に対して前後に行き来する共通のフレーム部材に取り付けられており、それによって、心棒およびスートプリフォーム２０が、スート生成バーナ２５に対して軸方向に沿って行き来して移動する。必要に応じて、バーナ２５は、スートプリフォーム２０が横軸に沿って静止して保持され、単に回転されている間に、点線の矢印「ｃ」により示されたように、前後に行き来してもよい。本発明による好ましい回転速度は約１８０ｒｐｍである。好ましい実施の形態によれば、好ましくは、燃焼バーナ２５の少なくとも一部は、ハウジング３６のチャンバ３６ａ内に取り付けられる。
【００３３】
フッ素と実質的にＨを含まない燃料との組合せ
本発明の別の実施の形態によれば、フッ素ドーピングおよび実質的にＨを含まない燃料を燃焼させるバーナの使用の組合せを含む、光ファイバプリフォームを製造する方法が提供される。特に、乾燥燃焼源を使用することにより、スート内の水（ＨおよびＯＨ）、したがって、高移動性フッ素分子がスートマトリクスの中と周りを移動する傾向が最小となる。特に、図１に示したように、その方法は、実質的に水素を含まない燃料２６に着火することにより燃焼バーナ２５から火炎２８を発生させ、火炎中にケイ素およびフッ素含有前駆体２４またはシリコン前駆体２４とフッ素またはフッ素含有化合物のようなＦ源３７を流させ、それによって、フッ素ドープシリカ含有スートが生成され、スートを支持体３２上に堆積させて、フッ素ドープ光ファイバプリフォームを形成する各工程を有してなる。ある変更例において、ケイ素とフッ素を含有するガラス前駆体２４はさらに塩素を含有する。好ましくは、実質的に水素を含まない燃料２６は一酸化炭素を有してなる。しかしながら、上述した他の実質的に水素を含まない燃料のいずれを用いてもよい。別個のフッ素またはフッ素含有化合物３７の例示としての実施の形態は、好ましくは、Ｆ、Ｆ２、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６、ＮＦ３、およびそれらの組合せである。しかしながら、他の適切なフッ素含有化合物を同様に用いてもよい。最も好ましくは、ケイ素とフッ素を含有する前駆体２４は、ＳｉＦ４およびクロロフルオロシランからなる群より選択される。特に、他のケイ素とフッ素を含有する前駆体を用いてもよい。
【００３４】
クロロフルオロシラン前駆体
光ファイバスートプリフォーム２０内のシリカとフッ素を含有するスートを形成するための特に有望な群のガラス前駆体化合物の１つは、塩素−フッ素−シリカ含有化合物である。図１９に示したような、シリカ含有スートを生成するための方法および装置の一例によれば、堆積旋盤１８ｃにおいて、塩素−フッ素−シリカ含有化合物２４ｂが、堆積中に、好ましくは、燃焼バーナ２５の火炎２８中で、化学的に反応され、酸化される。この反応により、フッ素化シリカ含有スート３０が生成される。このフッ素化スートを用いて、コア部分またはクラッドセグメントのような、光ファイバプリフォーム２０内のフッ素化セグメントを形成する。
【００３５】
好ましくは、スート３０は、燃焼支持ガス２１の存在下で、ＣＯのような実質的に水素を含まない燃料に着火することにより形成される火炎２８内で前駆体２４ｂを反応させることにより形成される。今では認識されているように、これにより、実質的に水を含まないフッ素ドープスートが形成される。既に述べたように、上述した実質的にＨを含まない燃料の代替物のいずれを用いてもよい。質量流量制御装置（ＭＦＣ）のような適切な弁が、燃料およびその中の化合物の流動を調節する。最も好ましくは、フッ素化シリカ含有スート３０の形成は、例えば、図１に関して図示し、説明したように、ハウジング３６内に与えられる実質的に水を含まない雰囲気３４内で行われる。
【００３６】
前述した実施の形態におけるように、フッ素化シリカ含有スート３０が、好ましくは回転している支持体上に堆積され、スートプリフォーム２０が形成される。次いで、スートプリフォーム２０は、図１６および１７を参照してここに説明する方法または従来の方法にしたがって、乾燥され、焼結される。ガラスプリフォーム７６にガラス化された後（図２３）、このプリフォームは、ハンドル７８に取り付けられ、線引き炉８０中に降下させられ、熱源８２により加熱されて、プリフォーム７６の下端が軟化させられる。軟化したガラスは、プリフォーム７６からゴブとして落ち、線引き装置の様々な部材（その一部のみが図示されている）を通って貫通される。一旦貫通したら、下方引取り機構（図示せず）が、精密に所望の速度でプリフォーム７６からガラスファイバ８４を線引きして、適切な直径のファイバが生成される。ファイバの線引きの詳細は、米国特許第５２８４４９９号明細書に見られるであろう。
【００３７】
再度図１９を参照すると、気体形態にあるガラス前駆体２４ｂとして示されている塩素−フッ素−シリカ含有化合物は、好ましくは、反応工程の前に希釈ガス２４ｃと混合される。この塩素−フッ素−シリカ含有化合物２４ｂを、シリカと塩素を含有する化合物２４ｃと混合する工程を行って、スート中のフッ素の所望のレベルを調節および／または達成する。混合は、適切な弁または質量流量制御装置８５により行われる。好ましい実施の形態において、希釈ガスは、シリカおよび塩素化合物、例えば、ガス化手段によりガス化されたＳｉＣｌ４のようなガラス前駆体２４ｄである。好ましくは、塩素−フッ素−シリカ含有化合物２４ｂは、クロロフルオロシランを有してなる。例示としての実施の形態としては、ＳｉＣｌ３Ｆ、ＳｉＣｌ２Ｆ２、およびＳｉＣｌＦ３が挙げられる。他の実施の形態を同様に用いてもよい。この塩素−フッ素−シリカ含有化合物を使用することにより、前記フッ素化シリカ含有スートを、フッ素を約０．５重量％より多く、より好ましくは、１重量％より多く含むように作製してもよい。
【００３８】
乾燥末端バーナ
図１および３３−３４に示したような末端バーナ３９も、チャンバ３６ａ内に好ましくは含まれる。その火炎は、スートプリフォーム２０の使用しない端部に向けられ、プリフォーム２０内のひび割れおよび熱衝撃を防ぐように機能する。本発明の別の実施の形態による少なくとも１つの末端バーナ３９（図３３および３４に示されているような）には、好ましくは、一酸化炭素のような、少なくとも１つの実質的に水素を含まない燃料２６が供給され、その燃料にバーナが働く。例えば、約１５−２０リットル毎分の流量が用いられる。実質的に水素を含まない燃料２６は、好ましくは、酸素のような燃焼支持ガスと混合され、そのガスと共に用いられる。バーナへの酸素の流量は、好ましくは、５−７リットル毎分である。図３３および３４に示されているように、末端バーナ３９は、好ましくは、中に挿入され、封止された閉塞末端管８３を持つ中空の箱形バーナハウジング８１を有する。ガス流は、管８３中に入り込み、複数の分配ポート８３ａ、例えば、管に沿って等間隔に配置された、約０．０４０インチ（約１．０２ｍｍ）から約０．０８０インチ（約２．０３ｍｍ）までの直径を有する７つのポートを通って流出する。次いで、このガス流は、バーナハウジング８１の表面８７全体に形成された表面ポート８７ａを通って流出する。表面ポート８７ａは、好ましくは、約０．０４６インチ（約１．１７ｍｍ）の直径を有し、プリフォームのサイズおよびプリフォームのいづれの端部かに応じて、５０−１００ポートがある。ポート８３ａから流出するガスに着火されて、末端バーナの火炎が形成される。
【００３９】
図１に示したように、最も好ましくは、バーナ３９は、プリフォームの両端に設けられ、実質的に水素を含まない燃料に働く。末端バーナへの供給システムは、明らかであるので図示されていないが、好ましくは、従来の構造のものである。末端バーナ３９は、好ましくは、それに対して静止しているように上述したフレーム部材に取り付けられる。したがって、バーナ３９は、プリフォーム２０のそれぞれの端部に関して、連続的に実質的に整合されている。実質的に水素を含まない燃料に働く末端バーナ３９の使用は、水蒸気の生成を最小にし、したがって、プリフォーム２０の水蒸気への露出を最小にし、それによって、より乾燥したスートを生成する別の機構である。バーナが往復する変更システムにおいて、末端バーナは静止しているであろう。
【００４０】
実質的に水を含まない雰囲気
本発明の別の実施の形態によれば、雰囲気中の水分からスートプリフォーム２０中に水（Ｈ、ＯＨ、Ｈ２Ｏ）が浸透するのを防ぐために、プリフォーム２０は、好ましくは、堆積工程中に、実質的に水を含まない雰囲気３４内に含まれるか、そうでなければその雰囲気に露出される。露出は、好ましくは、プリフォームをハウジング３６のチャンバ３６ａ内に含ませることにより、または実質的に水を含まない雰囲気のシュラウドにさらすことにより行われる。次いで、実質的に水を含まない雰囲気が、実質的に乾燥した環境供給システム４７によりハウジングに供給される。この実質的に水を含まない雰囲気３４は、好ましくは、乾燥空気、乾燥窒素、乾燥酸素、乾燥アルゴン、乾燥ヘリウム、乾燥二酸化炭素、およびそれらの組合せからなる群より選択される。しかしながら、低レベルの水蒸気しか中に存在しない、どのような適切な実質的に乾燥した雰囲気を用いてもよい。
【００４１】
特に、冷却装置５０を通して、外の空気または室内の空気のような供給ガス４９を通過させることにより、本発明により実質的に水を含まない雰囲気を提供するためのある好ましい方法および装置（図１に示されている）が完成される。冷却装置５０は、供給ガス４９の温度を約−４０℃まで降下させる。この装置４７は、供給ガス中の含水量を、約１０００ｐｐｍ未満の水蒸気である第１の湿度レベルまで容易に減少させることができる。必要に応じて、冷却された供給ガス５１は、さらに水蒸気を除去することが望ましい場合には、モレキュラーシーブ装置５２に通過させてもよい。このモレキュラーシーブ装置５２から排出される際に、第２の湿度レベルを有する実質的に水を含まない雰囲気が、ハウジング３６のチャンバ３６ａ中への入口ダクト５３を通して供給される。
【００４２】
実質的に水を含まないガスのシュラウドの流れが、バーナ２５に亘り、好ましくは、プリフォーム２０の全長に亘り、流動する。この流れの速度は、好ましくは、均一かつ層状の流れがプリフォーム２０に供給されるように十分に遅い。約１５０−５００ｃｆｍ（約４．０５−１４．５ｍ３／分）、より好ましくは、２００−３５０ｃｆｍ（約５．４−９．４５ｍ３／分）の流量が望ましい。乾燥ガスの流れは、プリフォーム２０を横切って続き、排出口５５を通って流出し、その流れと共に、ＣＯ２、ＳｉＯ２、およびＧｅＯ２のような、スート形成反応および燃料の着火の堆積されなかったどのような副生成物をも運び出す。任意の粒状物質を回収または除去するため、もしくは望ましくないどのような反応副生成物も除去するために、随意的なスクラバーを用いてもよい。これには、１つ以上の設備が含まれるであろう。
【００４３】
堆積中にプリフォーム２０に実質的に水を含まない雰囲気３４がそれによって提供される、本発明のこの実施の形態は、実質的に水素を含まない燃料の使用と組み合わせて用いてもよいことを認識すべきである。この組み合わせには、スートプリフォーム２０内の水（Ｈ、ＯＨ）を最小にするという観点で、優れた利点がある。さらに、この組合せにおいて、好ましくは、前記雰囲気または燃焼プロセスのいずれもが、スートプリフォーム２０中への水の感知できるほどの含有に寄与しない。
【００４４】
より詳しくは、供給システム４７により、水の大部分が除去される地点、すなわち、「実質的に水を含まない雰囲気」または「実質的に乾燥した雰囲気」という用語が用いられる地点への、水蒸気を含有する供給ガス４９の状態が調節されることが好ましい。好ましくは、ある方策によれば、水蒸気の含有量は、約−６７℃から約１２５℃までの温度範囲で、１％未満、より好ましくは、０．１％未満の相対湿度である。ｐｐｍの水蒸気で表すと、実質的に水を含まない雰囲気は、好ましくは、約１００ｐｐｍ未満の水蒸気、より好ましくは、約１０ｐｐｍ未満の水蒸気、さらにより好ましくは、約３ｐｐｍ未満の水蒸気、最も好ましくは、約１ｐｐｍ未満の水蒸気を示す。特に、室内の湿度レベルで行われる従来技術のメタン／酸素技術と比較して、水蒸気が著しく減少するために、プリフォーム加工プロセスにおける後の乾燥工程に必要とされる時間が減少することを認識すべきである。したがって、本発明により、ファイバがそこから線引きされるプリフォームを製造するための製造コストおよび時間が減少することを認識すべきである。
【００４５】
図２０は、スートプリフォーム２０ｅがハウジング３６ｄ内のチャンバ中で形成されている旋盤堆積装置１８ｄを示している。供給システム４７ｄからの流動は、実質的に乾燥した雰囲気３４ｄである。このシステム４７ｄは、前述したような、冷却装置５０ｄおよび随意的なモレキュラーシーブ装置５２ｄを備えている。例えば、ＧｅＯ２、ＳｉＯ２、Ｃｌ２、ＣＯ２、ＣＯＦ２、Ｆ２、ＳｉＦ４、またはＣＦ４のような、排出流５５ｄからの様々な望ましくない化合物、ガスおよびスート材料を除去するように機能する除去装置５８ｄも備えられている。この除去装置５８ｄは、そのような望ましくない排出汚染物を除去するための１つ以上の設備を備えているであろう。例えば、粒状物質は、粒状物質分離システムにより除去されるであろう。様々な湿式スクラバーシステムまたはサーマル・リアクタが、他の化合物およびガスを除去するために利用できる。図１に示したものと比較したこの実施の形態の主な違いは、排出流５５ｄが、供給システム４７ｄを通って再利用され、次いで、供給入口５３ｄに再度送り込まれることである。これには、水蒸気レベルがすでに非常に低い状態にあるので、冷却装置５０ｄをより効率的に働かせられるという利点があるであろう。燃焼ガスの追加のために、このシステムには、通気口が必要であろう。
【００４６】
本発明の別の実施の形態によれば、スートプリフォーム２０は、スート堆積チャンバ３６ａからさらなる加工のための別の位置に移送され、好ましくは、この移送中に実質的に水を含まない雰囲気３４ａ内に含まれる。この移送は、例えば、保持オーブンまたは炉もしくは固結または線引き炉等へのものであってよい。図１、２および３にもっともよく示されているように、移送中にプリフォームを実質的に乾燥したガスに露出するための好ましい方法が説明される。その方法および装置は、プリフォーム２０を、実質的に水を含まない雰囲気３４ａを含む搬送容器中に挿入する工程を有してなる。図１に示したように、搬送容器３８は、プリフォームが容易に中に挿入されるように、チャンバ３６ａ内に挿入または収容されていても、そうでなければ、直接チャンバ３６ａに接続されていてもよい。図示した実施の形態において、プリフォーム２０が搬送容器３８内に挿入され、次いで、搬送容器３８が閉じられて、出口ドア３６ｂを通して取り出される。搬送容器３８は、不活性材料、例えば、高純度溶融シリカから製造されてもよい。プリフォーム２０は、好ましくは、ロボットにより、またはハウジング３６に封止され、ハウジングのチャンバ３６ａ中に行き来するグローブ（図示せず）を用いた作業者により手作業で、搬送容器３８中に移送される。このようにして、プリフォーム２０は常に、搬送容器３８中に装填されているときに、実質的に水を含まない雰囲気に露出されている。
【００４７】
好ましくは、図２に示したように、搬送装置３８は、対向する半型３８ａ，３８ｂを持つクラムシェル構造を有している。閉じられた場合、プリフォーム２０は、半型３８ａ，３８ｂ内に収容され、好ましくは、それらの間に適切に固定される。これらの半型は、閉じられたときに、実質的に水を含まない雰囲気３４ａが中に入れられる空洞３８ｃを形成する。最初に、空洞３８ｃ中にプリフォームを配置する際に、その雰囲気は、供給システム４７（図１）により提供されるものと同じである。チャンバ３６ａからその容器が取り出される前に、実質的に水を含まない雰囲気３４ａが、プリフォーム２０を実質的に乾燥したガスのパージにさらすことにより形成される（図３）。この実質的に乾燥したガスのパージは、次のプロセスへの移送工程中、好ましくは、実質的に連続的に、続けられる。図３に示したように、実質的に乾燥したガス４３は、搬送容器３８の一方の端部に提供され、このようにして、空洞３８ｃが実質的に乾燥したガスが満たされる。この実質的に乾燥したガスは、好ましくは、搬送容器の反対の端部にあるパージ孔３８ｄを通って流出する。
【００４８】
このパージに用いられる実質的に乾燥したガス４３は、好ましくは、乾燥空気、乾燥酸素、乾燥二酸化炭素、およびそれらの組合せからなる群より選択される。さらに、乾燥アルゴン、乾燥窒素または乾燥ヘリウムを用いてもよい。しかしながら、パージ工程には、どのような適切な実質的に乾燥した雰囲気を用いてもよい。実質的に乾燥したガスまたは実質的に乾燥した雰囲気という用語により、そのガスは、約１０００ｐｐｍ未満の水蒸気、好ましくは、約１００ｐｐｍ未満の水蒸気、より好ましくは、約１０ｐｐｍ未満の水蒸気、さらに好ましくは、約３ｐｐｍ未満の水蒸気、最も好ましくは、約１ｐｐｍ未満の水蒸気を有することが望ましい。
【００４９】
図３示したように、移送中、実質的に乾燥したガスのキャニスター４３は、適切な取付具３８ｅにより搬送容器３８に接続されている。流れは、適切な弁４３ａにより開始され、調節され、したがって、搬送容器３８のチャンバ３８ｃ内でわずかな正圧が維持される。これにより、雰囲気チャンバ３８ｃ中への流れが最小になる。
【００５０】
図１４および１５に示したように、ハウジングチャンバ３６ａからの取出しまたは取外しの際に、搬送容器３８およびプリフォーム２０は、好ましくは、直立した位置に動かされ（図１４）、心棒が取り外される。これによって、乾燥ガス供給システム４３により提供される実質的に乾燥した雰囲気３４ａにさらされている間に、スートプリフォーム２０は搬送容器３８内にハンドル２０ａにより吊り下げられたままになる。心棒を取り外す際に、図１５に示されているように、ハンドル２０ａへの適切な取付具２０ｂの取付けにより形成された中心線開口に下方に乾燥雰囲気３４ａを供給することが望ましいであろう。
【００５１】
次に、図１６に示したように、本発明の別の実施の形態により、プリフォーム２０が中に取り付けられた搬送容器３８が、好ましくは、乾燥ガス４３の供給源にまだ取り付けられたまま、中空炉のハンドル５４ａにより固結炉５４のマッフル管５７ａ中に降下されてもよい。従来の慣例のように、この炉は、好ましくは、サセプタ５７ｂ、絶縁体５７ｃ、および熱誘導コイル５６を備えている。図１７の好ましい実施の形態によれば、上述したマッフル管は、高純度溶融シリカから製造された容器３８内に完全に配置され、このようにして、炉５４から高価な部材の１つを省いてもよい。したがって、図１７のこの実施の形態によれば、固結炉５４のマッフル管は、堆積工程からスートプリフォーム２０を移送するのに用いられる搬送容器３８の壁３８ｆから形成されることを認識すべきである。しかしながら、プリフォーム２０の固結プロセスは、好ましくは、上述した実施の形態の両方において容器３８内で行われることを認識すべきである。
【００５２】
容器３８およびプリフォーム２０が炉５４内に適切に一旦配置されたら、乾燥ガスおよび／または固結ガスは、好ましくは、中空ハンドル５４ａを通して、炉５４に供給される。この後、供給源４３を取り外してもよい。上述した乾燥プロセスを用いる場合、スートプリフォームは、堆積および移送の各工程中ずっと、実質的に乾燥したままにあるので、乾燥工程を完全に除くこと、または少なくとも実質的に乾燥工程を短縮することも可能であろう。次いで、プリフォーム２０は、約１２００℃から約１６００℃までの温度で、ヘリウム雰囲気内で固結されて、スートプリフォームがガラス化製品に変換される。容器３８が、炉内に挿入されているものとして前述した２つの実施の形態に示されているが、代わりに、プリフォームを、例えば、実質的に乾燥したガスのシュラウドの下で迅速に取り外し、固結炉５４中に迅速に挿入してもよい。ここに記載した様々な本発明の特徴を、個々にまたは組合せのいずれかで用いる場合、乾燥時間の長さは、実質的に減少し、または省かれていてもよいことを認識すべきである。これにより、固結されるプリフォームを製造するための全工程所要時間および使用する必要のある塩素の量が減少する。さらに、より良好な減衰特徴が考えられる。
【００５３】
本発明によれば、図１に示したように、使用され、バーナ２５に供給される実質的に水素を含まない燃料２６は、好ましくは、一酸化炭素を有してなる。実質的に水素を含まない燃料という用語は、一般化学構造中に水素が全く存在せず、水のような汚染物が少量（約０．５％未満）しか存在しないことを意味する。酸素のような燃焼支持ガス２１が、好ましくは、混合装置または他の適切な流動制御装置２６ａにより、気体形態にある水素を含まない燃料と混合される。酸素は、例えば、約２：１の比で、ＣＯと混合される。
【００５４】
乾燥したフッ素ドープスートが、本発明の別の実施の形態により生成されるであろう。フッ素ドープシリカ含有スート３０は、好ましくは、フッ素またはフッ素含有化合物を、実質的に水素を含まない燃料２６に着火することにより生じた火炎２８中に流すことにより、生成される。流動工程は、フッ素源３７からフッ素またはフッ素含有化合物を火炎２８中に直接流すことにより、もしくはガラス前駆体２４の化学構造中に、またはその不可欠な部分として、フッ素またはフッ素含有化合物を含ませることにより、行ってもよい。このフッ素含有化合物は、好ましくは、Ｆ２、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６、ＮＦ３、ＳｉＦ４、クロロフルオロシラン、クロロフルオロカーボン、およびそれらの組合せからなる群より選択される。
【００５５】
ある実施の形態において、旋盤堆積装置１８ａ内で、フッ素またはフッ素含有化合物は、図１、１２および１３に示したように、火炎２８を少なくともある程度囲む放出要素４８から、火炎２８中に流される。フッ素またはフッ素含有化合物は、中空環状リング３３上の入口取付部３３ａへの適切な管（図示せず）により提供される。フッ素またはフッ素含有化合物は、リング３３内の中空環状通路３３ｂの周りに方向付けられ、リング３３内に形成された複数の半径方向内側に向けられたポート３３ｃから排出される。これらのポート３３ｃは、同様に、上向きのものであってもよい。
【００５６】
必要に応じて、フッ素またはフッ素含有化合物は、図３１を参照して説明するように、燃焼バーナ２５内に含まれる外側シールドから放出されてもよい。
【００５７】
一酸化炭素のような実質的に水素を含まない燃料２６を使用することにより、これまで、細かな多段階プロセスにより製造しなければならなかったファイバのプロファイルを作製できることを理解すべきである。したがって、本発明によるプロセスを使用すると、製造コストおよび工程所要時間が減少する。屈折率プロファイルが図４に示されている本発明の例示としての実施の形態によれば、シリカ含有スートを含む第１のセグメント４０が、図１に示したように、回転支持体３２上に固着される。第１のスートセグメント４０’は、図８に示すように、好ましくは、固結プリフォーム、したがって、最終製品の光ファイバにおいて所望の屈折率プロファイルを生成するために、ゲルマニアドーパントのようなドーパントを含有する。次に、プリフォーム２０ａの第２のスートセグメント４２’が、第１のスートセグメント４０’に隣接した堆積物により固着される。好ましくは、第２のスートセグメント４２’は、それによってセグメント４２の屈折率（図４）を純粋シリカの屈折率より低くし、プロファイル中に凹んだ領域を形成するフッ素ドーパントを含有する。堆積プロセス中に導入される水が最小となるので、これらの２つのセグメントは次々に堆積してもよいことを認識すべきである。したがって、ドーパントはスートプリフォーム２０ａ内にわずかしか移行しない傾向がある。従来技術において、第１のセグメントがコアケインとして形成され、次いで、シリカスートが堆積されて、第２のスートセグメントが形成され、その後、固結炉内で第２のセグメントのスートのドーピングが行われていた。
【００５８】
ガラス質バリヤ層
本発明の別の実施の形態によれば、堆積工程中に、スートプリフォーム内に少なくとも１つのガラス質バリヤ層（例えば、３５ａ）が形成される。図８にもっともよく示されているように、このガラス質バリヤ層３５ａは、好ましくは、ガラス化されたガラスの薄層である。バリヤ層３５ａは、スートプリフォームの複数のセグメントの間、例えば、第１と第２の環状セグメント４０’、４２’の間に存在する任意のドーパント（並びに水（Ｈ、ＯＨ））の移行を実質的に最小にするように機能する。「ガラス質」という用語は、ここで用いているように、完全にガラス化されたガラス並びにある程度ガラス化されたガラスの両方を包含する。その層は、ドーパントおよび／または水の移行を実質的に最小にするほど十分にガラス化（ガラス質）されていることだけが必要である。
【００５９】
ある実施の形態において、ガラス質バリヤ層３５ａは、スートの薄層を、固結されたガラスまで完全にガラス化するのに十分な熱にさらすことにより形成される。次いで、第１のスートセグメントの第１の部分がガラス化されて、少なくとも１つのガラス質バリヤ層３５ａが形成される。最後に、第１のガラスセグメント４０’の残りの部分の固結の前に、その少なくとも１つのガラス質バリヤ層３５ａ上に第２のスートセグメント４２’が堆積される。このガラス質バリヤ層３５ａは、あるセグメントから、そのバリヤ層に隣接する他のセグメントに、フッ素のような任意のドーパントが移行するのを減少する上で効果的である。ガラス質バリヤ層は、第１のスートセグメントの外周上に形成されてもよいだけでなく、第２のスートセグメントの内周上に形成されてもよいことが理解されるべきである。それらのバリヤ層は、フッ素が、そのセグメントの少なくとも一部に１．０重量％より多い量で存在する場合に、特に重要である。そのガラス質バリヤ層には、固結されたプリフォーム中にはっきりしたセグメントの移り変わりを形成できるという利点がある。はっきりした、おおまかではない移り変わりにより、結果的に、ファイバの減衰および曲げ性能の両方が改善される。
【００６０】
好ましくは、ガラス質バリヤ層３５ａは、約２００μｍ未満、より好ましくは、約１００μｍ未満、さらにより好ましくは、約３０μｍ未満、最も好ましくは、約１０μｍから約２００μｍまでの厚さ「ｔ」を有する（図２４）。図８に示した実施の形態において、ガラス質バリヤ層３５ａは、スートプリフォーム２０ａ内に形成され、その半径方向の内側と外側の両方にスートを含んでなる。好ましくは、バリヤ層３５ａは、プリフォームの全長に亘り形成され、したがって、管状構造が形成される。必要に応じて、バリヤ層３５は、図３２に示されているように、端部にプリフォーム２０ｄの使用できない端部分の上にさえ形成されてもよい。これは、上述した実質的に乾燥したプロセスの１つ以上にしたがって製造された乾燥スートを含有するスートセグメント４４’を封止するように機能する。
【００６１】
バリヤ層は、フッ素の移行を最小にするのに特に効果的である。フッ素は一般に、小さな分子サイズと活性のために、非常に移動性が高い。したがって、例えば、図８において、第２のスートセグメント４２’がフッ素ドーパントを含有する場合、バリヤ層３５ａは、第２のセグメント４２’から第１のスートセグメント４０’へのフッ素の移行を最小にするであろう。
【００６２】
本発明の別の実施の形態によれば、光ファイバスートプリフォームに多数のバリヤ層を用いてもよい。そのような多数のバリヤ層は、例えば、多数のセグメントを持つコアプリフォームを製造する上で有用である。図９および１０において、第３のスートセグメント４４’が、第２のスートセグメント４２’に隣接して、第２のバリヤ層３５ｂの上に固着される。第２のバリヤ層３５ｂは、任意のドーパントが、プリフォーム２０ｂ、２０ｃのスートセグメント４２’から、スートセグメント４４’に移行するのを防ぎ、またその逆も同様である。同様に、図１０に示すように、第４のセグメント４６’および第３のバリヤ層３５ｃを形成してもよい。ある実施の形態によれば、第４のセグメント４６’もフッ素がドープされており、一方で、第３のバリヤ層は、好ましくは、ゲルマニウムがドープされている。必要であれば、追加のガラス質バリヤ層を用いてもよい。バリヤ層（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）間のセグメント（例えば、４２’、４４’）は実質的に乾燥しているので、これらの多数のセグメントを持つプリフォームの固結における水の除去は、問題とは見られない。
【００６３】
図８−１０は、１つの堆積工程、すなわち、最初に形成されたセグメントの任意の中間固結工程を用いずに、マンドレル上に形成された（したがって、取外しの際に中心線開口が形成される）スートプリフォーム２０ａ−ｃを示している。図９のスートプリフォームにより、図５に示したもののような屈折率プロファイルを有するコアケインが製造される。同様に、図１０のスートプリフォームにより、図６に示したような屈折率プロファイルを有するコアケインが製造されるであろう。追加のシリカスートを、図８−１０のスートプリフォームから一旦形成されたコアケイン上に堆積させてもよい。追加のシリカスートの堆積プロセスは、ここに記載した実質的に乾燥したプロセスでも、または従来の堆積方法であってもよい。
【００６４】
図１１および３２は、二工程以上のプロセスにより製造されたプリフォーム２０ｄを示している。コアケイン３２（好ましくは、最終プリフォームの物理的コア部分のいくつかまたはその全てを含む）が、図２２に示したプロセスにしたがって、コアケインから第１の工程で製造される。コアケイン３２は、固結されたプリフォーム９０を炉９１内に挿入することにより製造される。次いで、プリフォーム９０は、約１８００℃−２２００℃の温度で加熱され、溶融され、直径ｄｃの細長いロッドに線引きされる。トラクタアセンブリ９２は、プリフォーム９０が炉９１中に好ましくは一定の下方供給速度で降下されながら、張力を加える。直径センサ９３が、直径を検知し、所望の設定直径を維持するようにトラクタの下方供給速度を制御する制御システム９４に信号を送る。必要に応じて、制御システム９４は、下方供給速度を可変制御してもよい。一旦適切な長さのケイン３２が線引きされたら、火炎カッターまたは刻み付け装置のようなカッター９５を作動させて、コアケイン３２を所望の長さに切断する。コアケイン３２は、内部に、ここに記載した乾燥堆積プロセスまたは従来の（湿式）プロセスにより製造された１つ以上の別個のセグメント（一般に、ファイバ中の屈折率プロファイルのセグメントに対応する）を含んでもよい。
【００６５】
ある実施の形態によれば、図７および１１に示したように、コアケイン３２は、それぞれ、セグメント４０および４２に対応する、シリカコアおよびフッ素ドープ領域、並びにセグメント４４に対応するフッ素ドープされたスート領域４４’を含む。固結中にフッ素が移行するのを最少にするのに役立てるために、バリヤ層３５ｄをプリフォーム２０ｄ上に用いてもよい。図７において、セグメント４４’は、好ましくは、ここに記載した実質的に乾燥した堆積方法により堆積される。複数のセグメントの内のいずれの１つにおいて、ゲルマニア、フッ素および他の適切なドーパントを含有するシリカ含有スートを、本発明の実質的に乾燥した堆積方法により堆積させてもよい。例えば、図４−６において、ゲルマニアドーパントを、堆積中に第１のスートセグメントに加えて、屈折率プロファイルにおいて屈折率が上昇するようにドープされた（ｕｐ ｄｏｐｅｄ）セグメントを形成してもよい。図４−７において、第２のスートセグメントにフッ素が加えられ、したがって、第２のセグメント４２を屈折率が低下するようにドープする（ｄｏｗｎ ｄｏｐｉｎｇ）。図５および６において、第３のセグメントは、ゲルマニアにより屈折率が上昇するようにドープされている。図６は、屈折率を低下させるフッ素ドーパントを有する第４のセグメントを示している。スートセグメントの内のいずれを、いくつかをまたは全てを、実質的に水素を含まない燃料が着火されて、火炎が生成され、ガラス前駆体がその火炎中に流される（好ましくは、気体形態で）、火炎加水分解プロセスにより製造してもよいことを認識すべきである。
【００６６】
層は、その表面に十分な熱を加えられるどのような方法によりガラス化されてもよい。例えば、ガラス化する好ましい方法の１つは、火炎によるファイヤーポリッシュを含む。好ましくは、この火炎は、ガラス化工程がプリフォームに感知できるほどの水を全く含まないように実質的に水素を含まない燃料（例えば、一酸化炭素）に着火することにより生成される。
【００６７】
レーザにより形成されたバリヤ層
前記層をガラス化する別の方法は、表面部分を、図２６−２９に示したようなレーザデバイス６２から発せられるレーザビーム６０に露出する工程を有してなる。ＣＯ２レーザのようなレーザデバイス６２は、約２ｍｍから４ｍｍまでのスポット直径ｄを有する平行ビーム部分６０ａを放出する。ビーム部分６０ａは、レンズのような集束デバイス６４を通過し、それによって、集束ビーム６０ｂが提供される。この集束ビーム６０ｂは、約０．５ｍｍから２．５ｍｍまでの直径ｄ’を持つ表面４１での露出点６５ｂを示すようにスートプリフォーム２０の表面４１に集束される。レーザビーム６０ｂは、プリフォーム２０がその軸の周りで回転するにつれ、表面４１をガラス化し、ガラス化されたガラス質層３５を形成するのに十分なエネルギーを持つ。
【００６８】
図２６および２７に図示した実施の形態において、各々の回転に関して、レーザまたはプリフォームが、例えば、露出点６５ａから６５ｂまで、次第に増加する量だけ軸方向に移動される。この様式において、レーザビーム６０ｂは、図２８（途中までが示されている）および２９（プリフォームを完全に横切ったのが示されている）に示したように、プリフォーム２０の軸の長手方向に沿って横切らされる。２つの連続した第１の位置６５ａおよび旋回位置６５ｂは、表面のいずれの部分も抜かされずに、表面が所望の深さまでガラス化されるように重複している。しかしながら、全表面がガラス化されるどのような軸方向横切り方策を用いてもよいことに留意されたい。好ましくは、ガラス化された層３５が形成されている間は、堆積は停止される。レーザおよびファイヤーポリッシュの例示としての実施の形態が与えられているが、誘導加熱およびプラズマトーチのような、表面をガラス化する他の手段を同様に用いてもよいことが認識されるであろう。十分な熱を発生するどのような手段を用いてもよい。
【００６９】
誘導加熱炉によるガラス質バリヤ層の形成
本発明の実施の形態によりガラス質バリヤ層３５を製造するための特にうまく適した方法の１つは、図３６および３８−３９に示したように、プリフォーム２０の軸方向長さに沿って誘導加熱炉５９を通過させて、スートの薄層をガラス化し、ガラス質バリヤ層３５を形成する工程を有してなる。誘導加熱炉５９は、好ましくは、適切なサセプタ材料（例えば、グラファイト）の環状リングのようなサセプタ６１およびそのサセプタ６１の周りに巻き付けられた誘導コイル６３を備える。４巻きの水冷銅製誘導コイル６３が満足できるほど機能した。十分な電力（２．０から４．０キロワットまで）が誘導コイルに供給されたときに、サセプタは、スートプリフォーム２０の表面を完全にガラス化する、すなわち、固結するのに十分に高い温度まで熱くなる。ガラス化が行われる程度（深さ）は、電極をコイル６３に供給し、矢印Ｂにより示された移動速度を調節する制御システム６７により調節される。
【００７０】
動作中、本発明の実施の形態により光ファイバプリフォームを製造する方法は、回転している堆積表面４１の外面上にシリカ含有スートを堆積させることによりプリフォーム２０の第１のシリカスートセクション３０を形成し、次いで、誘導加熱炉５９により発せられた熱にセクション３０の長さの少なくとも一部をさらして、そのセクションの表面上のみにガラス質バリヤ層を形成する各工程を有してなる。好ましくは、少なくとも、プリフォーム２０の使用可能な全長「Ｌ」をその熱にさらして、ガラス質バリヤ層を形成する。好ましくは、その端部でさえも、加熱されて、封止された端部を形成する。ガラス質バリヤ層３５が形成された後、これまでに述べたように、ガラス質バリヤ層３５の頂面上に第２のシリカ含有スートセクションを追加に堆積させてもよい。好ましくは、第１と第２のシリカ含有スートセクションの内の少なくとも１つが、フッ素ドーパントを含有する。ここに説明したように、ガラス質バリヤ層３５は、セクション間のドーパントの移行を実質的に最小にする。さらに、このバリヤ層は、ここに記載したように、乾燥プロセスにより形成されたであろうセクションの再湿潤を防ぐ。
【００７１】
より詳しくは、モータ２２、把持具、および端部支持部２３を備えた旋盤装置が、堆積チャンバ３６ａ内にプリフォーム２０のシリカスートセクション３０を支持するように適用されている。誘導加熱炉５９およびその駆動アセンブリは旋盤の直近に取り付けられており、加熱炉は、プリフォームの外面上にガラス質バリヤ層３５を形成するための熱を発生するように適用されている。堆積中、フレーム全体が移動し、バーナが静止したままであってもよく、またその逆も同様である。しかしながら、旋盤アセンブリおよび加熱炉並びにそれらの駆動アセンブリは、好ましくは、連結されていることを認識すべきである。誘導加熱炉５９は、好ましくは、「Ａ」が付された点線により示されるように、スート堆積中にプリフォームの一方の端部から外れた位置に配置されている。所定の量のスートがプリフォーム２０上に堆積された後、制御システム６７が、誘導加熱炉５９を配置位置から軸方向に移動させるコマンドを出す。その移動は、どのような適切な移動機構により行われてもよい。例えば、旋盤の駆動モータ２２に固定した取り付けられたモータ２２ａが、ネジ伝動アセンブリ６９または誘導加熱炉５９に取り付けられた他の適切な駆動機構を駆動してもよい。図示したように、モータ２２ａは、加熱炉５９から延在し、それにしっかりと固定された駆動プレート７３中にねじ込まれた主ネジを回転させる。モータ２２ａにより主ネジ７１を回転させると、駆動プレート７３が移動し、したがって、誘導加熱炉５９が移動する。駆動プレート７３は、軸方向に移動しながら、加熱炉５９の回転を防ぐようにフレームに固定して取り付けられた平行棒７５上に摺動可能に受容されている。他の適切な回転防止機構を用いてもよい。したがって、ガラス質バリヤ層を形成するときに、駆動アセンブリ６９により、加熱炉５９を軸方向に移動させ、サセプタおよび誘導コイルにプリフォームを取り囲ませることができる。このアセンブリは、加熱炉をプリフォームの中心に関して所定の関係に位置決めし、制御システムにより命令されたように所望の速度で移動させることができる。誘導加熱炉５９の制御システム６７は、好ましくは、ガラス質層の形成が堆積工程とうまく同調されるように旋盤の制御とインターフェースしてもよい。
【００７２】
例として、本出願の発明者等は、誘導加熱炉５９を、２．０から４．０キロワット、より好ましくは、２．５から３．０キロワットの電力で、約０．５ｃｍ／ｓから３．０ｃｍ／ｓまでの範囲、より好ましくは、１．０から２．０ｃｍ／ｓの範囲の軸方向速度で移動させると、好ましくは一回の通過で作製される、適切な厚さのバリヤ層を形成することができることを発見した。また、好ましくは、ガラス質層３５の形成中に約８０ｒｐｍから１６０ｒｐｍまでの回転速度でプリフォーム２０を回転させることにより、その均一性がさらに向上する。露出工程中、加熱炉５９のグラファイトサセプタ６１とプリフォーム２０との間の環状空間にヘリウムがパージされる。
【００７３】
本出願の発明者等は、誘導加熱炉を用いる方法により、後に行われるプリフォームの固結プロセス中に亀裂に都合よく抵抗する、バリヤ層３５における滑らかな半径方向密度勾配が提供されることを確定した。例えば、図３７に示したように、バリヤ層の密度対厚さのプロットが作成される。このプロットにおいて、半径方向の寸法の関数として層の密度が、バリヤの最も内側の部分７７ａの小さな値から、最も外側の部分７７ｂでのまたはその近くの大きい値まで変動する。図示した密度プロファイルは、好ましくは、プリフォームの使用可能な長さ「Ｌ」について一定である。図３７のグラフに示したように、バリヤ層の厚さ「ｔ」は好ましくは約１０μｍより大きいことが望ましい。この厚さの値は、好ましくは、完全に固結された厚さとして測定される。例えば、ドープされていない溶融シリカについては、完全に固結された密度は、図示されているように、約２．２ｇ／ｃｍ３である。
【００７４】
露出工程の前に、ここに記載するように、第１のシリカ含有セクション３０を形成するために、従来のまたは乾燥バーナ２５，２７（図１および１８参照）が用いられる。露出工程中、バーナ２５，２７は、好ましくは、図３６に示したように脇に動かされ、したがって、バーナ２５，２７から放出されたスート流はプリフォーム２０に接触しない。多数のバーナを使用する場合、それらのバーナは、どのような適切な様式で脇に動かされてもよい。図３８および３９に示した別の実施の形態によれば、ガラス質バリヤ層３５が形成される露出工程中、第１のシリカ含有セクション３０を形成するために用いられるスート生成バーナ２５，２７の火炎２８，２９は、好ましくは、そらせ板７９により脇にそらされる。そのそらせ板は、好ましくは、可動性であり、バリヤ層が完了した後に脇に外れて動き、したがって、第２のシリカ含有スート層を形成することができる。理解すべきように、露出工程は、好ましくは、堆積チャンバ３６ａ内で行われる。
【００７５】
図２４および２６に示したように、ガラス質バリヤ層３５ａを有する光ファイバプリフォーム２０ａを製造する好ましい方法の１つは、回転している支持体３２’（図示したコアケインのような）の外面上に第１のシリカ含有スート領域４０’を第１の所定の直径ｄｐまで堆積させ、この第１のシリカ含有スート領域の表層をガラス化することにより第１のスート領域４０’の最も外側の半径方向の範囲に近接してガラス質バリヤ層３５ａを形成し、ガラス質バリヤ層３５ａの外面上に第２のシリカ含有スート領域４２’を第２の所定の直径ｄｓまで堆積させる各工程を有してなる。第２のスート領域４２’は、好ましくは、フッ素ドーパントを含有する。図２５に示したように、第２のバリヤ層３５ｂの外面上に第３のスート領域４４’を堆積させてもよい。この領域は好ましくはゲルマニアドーパントを含有する。特定の構造のバリヤ層がここに示されているが、バリヤ層の形状および寸法は、特許請求の範囲から逸脱しないように変更してもよい。
【００７６】
従来の堆積方法および実質的に水を含まない堆積方法の組合せ
本発明の別の図示した実施の形態によれば、図１および１８に最もよく示されているように、従来のプロセスによりシリカ含有スートの１つ以上のセグメントを、そして以下に説明するような実質的に乾燥したプロセスにより別の部分を形成することにより、旋盤装置１８ａ，１８ｂ内にスートプリフォーム２０が形成される。具体的には、従来のように形成されるセグメントは、メタンのような水素含有燃料３１に着火することにより発生されるバーナ２７の火炎２９中にシリカ含有前駆体２４ａを導入することにより生成される。シリカ含有スートの１つ以上の他のセグメントを含む実質的に乾燥したセグメントは、実質的に水素を含まない燃料２６に着火することにより形成される別の火炎２８中にシリカ含有前駆体２４を導入することにより形成される（図１）。従来の堆積工程および乾燥した堆積工程は、どのような順序で行われてもよい。
【００７７】
例えば、スートプリフォーム２０の第１の部分は、実質的に乾燥した火炎２８中で前駆体を酸化することにより形成してもよい（図１）。火炎２８は、バーナ２５内で一酸化炭素２６を燃焼させ、酸素２１を燃焼支持ガスとして用いることにより形成される。プリフォーム２０の第２の部分は、図１８の１８ｂに示したように、従来の火炎２９を有するバーナ２７内で前駆体２４ａを酸化させて、支持体３２上に堆積されたスート３０を生成することにより、従来の方法により形成してもよい。例えば、その火炎は、メタン３１を燃焼させ、燃焼支持ガスとして酸素２１ａを使用してもよい。例えば、実質的に乾燥したプロセスは、プリフォームのコアの部分を形成するために用い、一方で、従来のプロセスは、高堆積速度でプリフォームのクラッドを堆積させるために用いてもよい。必要に応じて、これらの工程を逆にしてもよい。従来の堆積プロセスおよび実質的に乾燥したプロセスは、どのような順序または配列で組み合わせて用いてもよい。ガラス質バリヤ層は、ここに記載したように、好ましくは、乾燥プロセスにより製造された部分への水やドーパントの移行を防ぐために用いられる。このガラス質バリヤ層は、例えば、第１と第２のセグメントの間の界面に位置してもよく、第１と第２のスートセグメントの内のいずれの内部に形成されていてもよい。最も好ましくは、ガラス質バリヤ層３５は、実質的に水素を含まない燃料２６を用いて形成され、したがって、バリヤ層内に捕捉される水が最小になる。所望であれば、追加のバリヤ層を用いてもよい。例えば、第２のガラス質バリヤ層３５ｂを、第２のセグメント４２’および第３のセグメント４４’の界面に形成した。さらに、全プロセスは、好ましくは、入口５３から供給され、排出口５５により排出される実質的に乾燥した雰囲気３４内で行われる。
【００７８】
バーナ
本発明の別の実施の形態によれば、乾燥火炎から十分な熱を得るために、実質的に水素を含まない燃料２６およびガラス前駆体２４は、好ましくは、本出願の発明者等により重要であると認識されている所定の流量比で供給される。具体的には、十分な熱を発生させるために、燃料の流量対ガラス前駆体２４流量は、２０：１よりも大きいべきである。このことは、発明者等により認識されているように、燃焼バーナ２５内に様々な経路を適切なサイズにすることにより行われる。好ましい燃焼バーナの１つが図２１に示されている。実質的に水素を含まないガスを燃焼させるために適用されたバーナは、ここでは、「乾燥燃焼バーナ」と称するものとする。乾燥燃焼バーナ２５は、細長い管として形成されている中心ヒューム管６８を備え、ガス状前駆体を供給するように適用されている。好ましくは、ヒューム管６８は、酸素を運ぶように適用された内側シールド通路７４により囲まれている。燃焼支持ガスである酸素は、約２：１の燃料対燃焼支持ガスの比率で供給される。ヒューム管６８および内側シールド通路７４は、大容積の実質的に水素を含まない燃料を運ぶように適用された燃料通路７０により囲まれている。正確な縮尺で図示されてはいないが、燃料通路７０の断面積がヒューム管６８のものよりもずっと大きいのは明らかである。例えば、一酸化炭素は、着火されたときに、少ない熱しか含まないので、メタンと比較して、より多い流量が必要とされる。これは、ガラス前駆体２４が燃焼バーナ２５の中心ヒューム管６８に第１の流量で供給され、実質的に水素を含まない燃料２６が、第１の流量の少なくとも２０倍の流量で供給され、それによって、前駆体を酸化するのに十分な熱を生成できるように設計される。バーナ２５は、実質的に水素を含まない燃料２６および燃焼支持酸素２１を供給するための多数の入口ポートを備え、それによって、環状通路により均一な流動分布を与えるようにしてもよい。
【００７９】
本発明の別の実施の形態において、フッ素はスート中に含まれていてもよい。本発明によりこのことを実施する様式はいくつかある。第１に、前駆体２４にクロロフルオロシランが用いられる場合のように、前駆体中にフッ素を含ませてもよい。この筋書きにおいて、前駆体２４は、ヒューム管６８へのガスとして供給され、火炎２８により酸化され（図１）、それによって、プリフォーム２０内にフッ素ドープスートが生成される。あるいは、ある程度の燃料または酸素を、実質的に水素を含まない燃料と共に供給してもよい。
【００８０】
フッ素を導入する第２の様式は、気体形態にある、Ｆ２、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ４、ＳＦ６、ＮＦ３、ＳｉＦ４またはそれらの組合せのようなフッ素またはフッ素含有化合物を、燃焼バーナ内に含まれるシール中に流動させることによるものである。図３１は、プリフォーム２０中にフッ素ドープスートを含ませるのに用いてもよいバーナ２５ａを示している。フッ素またはフッ素含有化合物は、燃料通路７０を囲む外側シールド通路７２に気体形態で供給される。燃料通路を囲む水冷ジャケットを用いてもよい。この設計の残りは、これまでに記載されたようなものである。
【００８１】
燃焼バーナの好ましい実施の形態は、実質的に水素を含まないガラス前駆体を火炎領域に提供するように適用され、バーナ２５，２５ａ（図２１，３１）の中心軸に沿って位置する中心管６８；酸素を火炎領域２８（図１）中に提供するように適用され、バーナの中心軸から半径方向に外れた内側シールドユニット７４；バーナの中心軸から半径方向に外れた、実質的に水素を含まない燃料を提供するように適用された燃料ユニット７０；および火炎領域を囲むフッ素含有ガスを提供するように適用され、バーナの中心軸から半径方向に外れて配され、内側シールドユニットおよび燃料ユニットの外側に位置する外側シールドユニット７２を有してなり、このバーナは、実質的に水を含まないフッ素ドープシリカを生成するように適用されている。
【００８２】
フッ素をスート中に含ませる第３の方法は、フッ素またはフッ素含有ガスを、火炎２８を囲むかまたは部分的に囲む放出要素３３中に供給することによるものである。ある放出要素、すなわち、放出リングが、図１２および１３を参照して記載される。これらの方法を使用することにより、フッ素は非常に効率的にスート中に含まれ、それによって、従来技術の方法によるものよりも、著しく少ないフッ素しか用いずに済むであろう。従来技術においては、フッ素は、固結炉内で焼結工程中に含まれた。実際に、本発明の実施の形態によれば、１重量％よりも多いフッ素を含ませられる、シリカ含有スートのセグメント内のフッ素ドーピングを行う工程が実施される。これは、０．５ｌ／分未満の量のフッ素またはフッ素含有化合物を火炎に施すことにより行われる。
【００８３】
実質的にＨを含まない燃料および燃焼向上添加剤の組合せ
本発明の別の実施の形態によれば、図３５にもっともよく示されているように、非常に低い含水量（Ｈ、ＯＨ）を有するシリカ含有スートを生成する方法が記載される。この方法は、ある実施の形態において、実質的に水素を含まない燃料２２６および燃料添加剤２３１の組合せを使用する工程を有してなる。例えば、全てが燃料添加剤２３１と称される、触媒、水素含有燃料、エネルギー燃料またはエネルギー酸化剤と、実質的に水素を含まない燃料２２６との組合せがバーナ２２５に供給される。実質的に水素を含まない燃料２２６を燃焼向上添加剤２３１と組み合わせることが望ましい理由の１つは、実質的に水素を含まない燃料の燃焼速度を実質的に上昇させることまたは燃焼の熱を増加させることにある。例えば、乾燥一酸化炭素の燃焼速度は、約０．１ｍ／ｓ未満である。前駆体ヒュームに望ましい流量は、約２０−４０ｍ／ｓである。したがって、燃料の燃焼速度を実質的に上昇できない限りは、バーナ２２５の面についた火炎を維持することは難しく、したがって、それ自体で消える傾向がある。さらに、本発明者等により、ゆっくりと燃焼する燃料から生じる不十分な火炎構造により、スート密度、捕捉効率、およびスート転化が不十分になることが発見された。これらは、心棒への不十分な熱、ヒュームへの不十分な熱のような問題により生じた。
【００８４】
本発明者等により発見されたように、実質的に水素を含まない燃料と組み合わされた触媒のような、燃焼向上添加剤２３１を少量加えると、組合せで用いた場合、約０．１ｃｍ／ｓ未満から１ｍ／ｓまたはそれ以上まで、ゆっくりと燃焼するＣＯの燃焼速度が著しく上昇する。さらに、火炎温度、速度、および構造も改善された。しかしながら、この少量の添加により、製造されるガラス中に有害な量の水が含まれることにはならない。実質的に水素を含まない燃料２２６は、好ましくは、一酸化炭素（ＣＯ）、亜酸化炭素（Ｃ３Ｏ２）、およびカルボニルスルフィド（ＣＯＳ）からなる群より選択される。「触媒」は、ここに用いたように、燃料の組合せの燃焼速度を増大させる、Ｈ，ＯＨおよびＯのような軽質ラジカルを形成する任意の化合物または添加剤である。これにより、燃焼速度および火炎構造が改善される。触媒は、好ましくは、水素（Ｈ２）、水（Ｈ２Ｏ）、過酸化物（Ｈ２Ｏ２）、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、エチレン（Ｃ２Ｈ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、並びに、それらの重水素の類似体Ｄ２（水素の天然に生じる同位体）、Ｄ２Ｏ、Ｄ２Ｏ２、ＣＤ４、Ｃ２Ｄ６、Ｃ３Ｄ８、Ｃ２Ｄ２およびＣ２Ｄ４からなる群より選択される。触媒は、酸素ラジカルの供給源（例えば、オゾン（Ｏ３））、ＨＣＮ、および窒素の酸化物（ＮＯ）を含んでもよい。
【００８５】
別の実施の形態において、添加剤は、ここで「エネルギー燃料」または「エネルギー酸化剤」と称されるものを含んでもよい。これらの添加剤は発熱特性を示し、したがって、それらの燃焼から生じる熱は、エネルギー燃料またはエネルギー酸化剤の温度を火炎温度まで上昇させるのに必要な熱よりも大きくなる。言い換えれば、それらの添加剤は火炎温度を上昇させる。エネルギー燃料または酸化剤の例としては、低分子量炭化水素、それらの重水素の類似体および特定の他の化合物（例えば、ＨＣＮ、Ｃ２Ｃｌ２、および（ＣＮ）２）が挙げられる。しかしながら、上述した基準により火炎の熱を増大させるものであれば、どのような適切な添加剤を用いてもよい。エネルギー燃料またはエネルギー酸化剤を明確に同定するためには、熱力学分析が必要であるが、壊れたときの多大なエネルギーに寄与する分子内の二重または三重結合の存在を、潜在的な候補を同定するために用いることができる。
【００８６】
好ましくは、添加剤（触媒、エネルギー燃料または酸化剤）は、約５０％未満、より好ましくは、２０％未満、よりいっそう好ましくは、５％未満、最も好ましくは、１％未満の量で供給される。１％以下ほどの少量でも、燃焼速度が著しく改善されることが分かった。これにより、火炎２２８を適切にバーナ２２５上に維持することができる。所望の量でゲルマニアを堆積するためには、多量の添加剤２３１が必要となるかもしれない。必要とされる添加剤２３１の量は、雰囲気の湿度に依存することも分かった。したがって、火炎を囲む、実質的に水と水素を含まない雰囲気が提供される場合、より多くの燃焼向上添加剤２３１が必要とされることを理解すべきである（図１、１８−２０参照）。図３５に示されているように、実質的に水素を含まない燃料２２６および燃焼向上添加剤２３１の組合せが着火されて、火炎２２８が形成され、ガラス前駆体２２４がその火炎中に流し込まれる。形成されたシリカ含有スートは、好ましくは、回転している支持体２３２上に堆積されて、光ファイバスートプリフォーム２０が形成される。
【００８７】
もちろん、所望の添加剤の正確な量は、その添加が、１３８０ｎｍでの吸収ピーク（水ピーク）による通信ウィンドウ（１５３０−１５８０ｎｍ）における減衰にどのように影響を与えるかに基づく。しかしながら、ある実例において、ＣＯ／Ｏ２火炎中の０．１％のＣＨ４により、ガラス中に３００ｐｐｂ未満の水しか生成されなかった。重水素の類似体を使用すると、それらの吸収ピークは通信ウィンドウからは遠い約１８７０ｎｍで生じるので、通信ウィンドウでの減衰をさらに低下させると考えられている。
【００８８】
フォトマスク
図３０に示した別の実施の形態によれば、高純度溶融シリカ（ＨＰＥＳ）ガラス８６のディスクのようなガラス製品を製造するために、実質的に水素を含まない燃料を用いてもよい。このＨＰＳＦガラス８６は、半導体チップの製造に利用されるフォトマスクのために用いられるであろう。ＨＰＦＳを製造する場合、ケイ素含有ガス分子が火炎１２８中で反応せしめられて、ＳｉＯ２粒子が形成される。これらの粒子は基体１３２の熱い表面上に堆積され、そこで、非常に粘性の強い流体に固結される（堆積されると実質的に同時にガラス化される）。この流体は、後に、ガラス質（固体）状態、すなわち、ＨＰＦＳガラス８６に冷却される。
【００８９】
本発明の別の実施の形態によれば、ガラス化されたガラス製品を製造する方法が提供される。この方法は、好ましくは、実質的に水素を含まない燃料１２６に着火することにより生じる、唯一の熱源である火炎１２８を有する燃焼バーナ１２５から熱を発生させ、ガラス前駆体１２４を火炎１２８中に流し込んで、シリカ含有スート１３０を生成し、このシリカ含有スートを基板１３２上に堆積させ、このスートを実質的に同時に転化して、ガラス化されたガラス製品８６を形成する各工程を有してなる。好ましい実施の形態によれば、スートは、それ自体がシリカ含有ガラス部材である基板１３２、最も好ましくは、ＨＰＦＳガラスディスク上に堆積される。好ましくは、基板１３２は、砂床８８上に載置されている。本発明による実質的に水素を含まない燃料を用いることにより、ガラス化されたガラス製品８６は、約数ｐｐｍ未満の量でしか水（ＯＨ）を含有しない。図示した実施の形態において、堆積工程は、チャンバ８９内で行われる。好ましくは、実質的に水を含まない雰囲気が提供されるように、このチャンバ中に窒素のようなパージガスが供給される。一般に、チャンバ８９内に、チャンバの外の大気圧よりも大きい加圧雰囲気を提供することが望ましい。
【００９０】
要約すれば、本発明によるプロセスは、非常に低い含水量（約数ｐｐｍ未満）しか有さないプリフォームまたはガラスブールもしくは他のガラスまたはスート製品を製造できる。堆積および固結が、別々に、または同時の１つの成形工程で行われる方法を使用することができる。実質的に水を含まないガラスは、得られるガラスは非常に少量しか水を含有しないので、光ファイバ製造のためのフォトマスク製品またはプリフォームを製造するのに適している。
【００９１】
実質的に水を含まない溶融シリカは、一般に、０．１重量％未満しか含水量を持たない。好ましくは、含水量は０．５重量％未満である。理論的には、溶融シリカは完全に水を含まない。しかしながら、実際的には、０．１重量％未満の含水量が達成されるであろう。
【００９２】
本発明を実証するために、単独バーナを用いた溶融シリカ固着炉内で以下の実験を行った。直径６インチ（約１５ｃｍ）×１１／２インチ（約３．８ｃｍ）厚のブールが製造された標準実験を行った。
【００９３】
具体例Ｉ（従来技術）
ＯＷＧプロセスにおいて、火炎中で生成されたシリカ粒子を、非晶質または半焼結シリカ粒子としてより冷たい標的上に堆積させた。シリカの原料はＯＭＣＴＳであり、燃料は天然ガスを用いた。このようにして形成されたブランクは、含水量が高かった。このブランクを、形成された溶融シリカガラスを乾燥させるためにフッ素の存在下で固結させた。固結後のブランクは、一般に、４インチ（約１０ｃｍ）の直径を有し、環状リングのように見える屈折率の縞があった。より大きい製品を製造するために、１片のブランクを軟化温度まで加熱して、流れ出させた。これにより、製造に別の工程が加わり、ガラス中に汚染物を導入する機会も加わった。
【００９４】
従来技術の化学式１のメタン反応で放出された顕熱は８０２．４ｋＪであり、これを、断熱条件下（エネルギー損失なし）で用いて、形成された３モルの生成物を加熱した。従来技術の化学式２において、生成物１モル当たりに放出された顕熱は２６７．５ｋＪである。
【００９５】
具体例ＩＩ
一酸化炭素の二酸化炭素への燃焼により放出される顕熱（化学式３）は２８３ｋＪであり、これを断熱条件下で用いて、１モルの燃焼生成物を加熱した。１モルのＣＨ４の燃焼により放出される熱は、１モルのＣＯから放出される熱の約３倍である。ＣＯの低い加熱の値の補償に関して、炉内で同様の熱を放出させるために、ＣＯの流量を少なくとも３倍多くする必要がある。メタンおよび一酸化炭素の両方の燃焼中における燃焼生成物単位モル当たりに放出される熱は同様であるので、ＣＯおよびＣＨ４の断熱加熱温度は同様であると予測される。空気中のＣＯの断熱火炎温度は１９５０℃であり、メタンのものは１９４１℃である。酸素中の断熱火炎温度は、空気中の過剰な窒素による熱負荷が除去されるので、ずっと高い。酸素中のＣＨ４の断熱火炎温度は２６４３℃である。酸素中のＣＯの断熱火炎温度は、２７０５℃であると計算された。断熱火炎温度の類似性に基づいて、本発明のプロセスでは、燃料として一酸化炭素を用いて、溶融シリカの堆積および固結のために１６５０℃（従来技術のＨＰＦＳプロセスと同様）に近い炉の温度を用いた。これを実施するために、バーナは、許容できる速度でより多い流量のＣＯを収容する必要がある。
【００９６】
具体例ＩＩＩ
ガラスの実験条件は以下のようであった。このガラスは、単独の液体供給バーナを用いて製造した。ＳｉＣｌ４の流量は、５．５から７．５ｇ／分までであった。酸素は、２５ｓｌｐｍで噴霧ガスとして用いた。ＣＯガス流は５０ｓｌｐｍであった。炉の頂部から砂床までの実験開始時での距離は９インチ（約２２．５ｃｍ）であり、頂部の温度は約１６７０℃に維持した。
【００９７】
その結果、この実験では、シリカの原料と燃料の両方として、どのような水素含有反応体も使用しないことにより、水を含まない溶融シリカガラスを製造することができ、燃焼生成物も実質的に水を含まなかった。さらに、湿った天然ガスが、それが含有する水に加えて、ナトリウムの供給源であるかもしれない。前記プロセスから天然ガスを使用しないことにより、汚染物の別の潜在的な供給源が除去された。低波長で高透過率を達成することへの主な障害は、鉄の汚染物である。幸い、一酸化炭素は、金属、特に鉄と容易に結合する。したがって、一酸化炭素を鉄と組み合わせて使用すると、高純度溶融シリカを製造する化学的気相成長プロセスに追加の純化が加わる。
【００９８】
さらに、その透過率を超紫外線範囲にまで拡張するために、四フッ化炭素の形態でフッ素をシリカ前駆体供給管に加えてもよい。この四フッ化炭素は、構造中の壊れた結合を満たし、透過率を改善し、周囲の再循環された炉の空気からそのプロセスに侵入するかもしれない任意の水の掃去剤として働くフッ素を加える。金属不純物からＣＯ燃料ガスの純度をさらに改善するために、５００℃より高い温度でＣＯを炉に通して、ＣＯ燃料流から任意の包含された金属を熱的に減少させる。
【００９９】
これらの実施の形態に加えて、当業者には、本発明の範囲から逸脱せずに、本発明に様々な改変および変更を行ってもよいことが分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
実質的に水を含まない光ファイバスートプリフォームを形成するための、本発明による装置および方法を説明する概略図
【図２】
搬送容器内に取り付けられたスートプリフォームの端面図
【図３】
図２の搬送容器内に配置され、乾燥ガスによりパージされているスートプリフォームの部分断面側面図
【図４】
本発明により製造されるであろう屈折率プロファイルを示すグラフ
【図５】
本発明により製造されるであろう屈折率プロファイルを示すグラフ
【図６】
本発明により製造されるであろう屈折率プロファイルを示すグラフ
【図７】
本発明により製造されるであろう屈折率プロファイルを示すグラフ
【図８】
バリヤ層を備えた、本発明により製造されたプリフォームの断面端面図
【図９】
バリヤ層を備えた、本発明により製造されたプリフォームの断面端面図
【図１０】
バリヤ層を備えた、本発明により製造されたプリフォームの断面端面図
【図１１】
バリヤ層を備えた、本発明により製造されたプリフォームの断面端面図
【図１２】
略半径方向に向けられたフッ素流をバーナの火炎中に分配するためのリングの上面図
【図１３】
図１２の切線１３−１３に沿ってとられたリングの断面斜視図
【図１４】
心棒が挿入されている搬送容器内に取り付けられたスートプリフォームの部分断面図
【図１５】
心棒が取り外された搬送容器内に取り付けられたスートプリフォームの部分断面図
【図１６】
固結炉内に挿入されたスートプリフォームの部分断面図
【図１７】
固結炉内に挿入されたスートプリフォームの部分断面図
【図１８】
スートが従来の方法により堆積されており、従来のバーナが一酸化炭素バーナのそばに平行に取り付けられている、スートプリフォームの概略図
【図１９】
本発明による一工程方法において形成されている多数のセグメントを有するスートプリフォームの概略図
【図２０】
排出ガスが再利用されている、スートプリフォームを形成するための装置および方法を示す概略図
【図２１】
本発明のある実施の形態による燃焼バーナ装置の断面側面図
【図２２】
本発明のある実施の形態による、コアケイン線引き装置の部分断面側面図
【図２３】
本発明のある実施の形態による、光ファイバ線引き装置の部分断面側面図
【図２４】
本発明による光ファイバプリフォームの断面側面図
【図２５】
本発明による光ファイバプリフォームの断面側面図
【図２６】
本発明の実施の形態によりその上にガラス質バリヤ層が形成された光ファイバプリフォームの部分断面側面図
【図２７】
本発明の実施の形態による、光ファイバプリフォーム上にガラス質バリヤ層を形成するための装置および方法を示す平面図
【図２８】
本発明の実施の形態による、光ファイバプリフォーム上にガラス質バリヤ層を形成するための装置および方法を示す平面図
【図２９】
本発明の実施の形態による、光ファイバプリフォーム上にガラス質バリヤ層を形成するための装置および方法を示す平面図
【図３０】
本発明の実施の形態による、実質的に水を含まない高純度溶融シリカを形成するための方法および装置を示す部分断面側面図
【図３１】
本発明のある実施の形態による図３０の燃焼バーナ装置の詳細断面側面図
【図３２】
本発明によるバリヤ層を備えたプリフォームの断面側面図
【図３３】
本発明の実施の形態による末端バーナの斜視図
【図３４】
図３３の線３４−３４に沿った末端バーナの側面断面図
【図３５】
燃焼向上添加剤および実質的に水素を含まない燃料の組合せを用いたバーナおよび供給システムの概略図
【図３６】
本発明のある実施の形態による、誘導加熱炉アセンブリが取り付けられた旋盤アセンブリの部分断面平面図
【図３７】
本発明のある実施の形態によるガラス質バリヤ層の厚さ対密度をプロットしたグラフ
【図３８】
本発明のある実施の形態によるそらせ板アセンブリの部分断面図
【図３９】
本発明のある実施の形態によるそらせ板アセンブリの部分断面図
【図１】
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【図３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２２】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３３】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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