(57)【要約】  １５５０ｎｍの波長で約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有する共ドープ光ファイバが提供される。このファイバは、５超のアルファを有するグレーデッド屈折率プロファイルを有するファイバ中のコア領域を含む。そのファイバは、そのコア領域を取り囲むファイバ中の第１のクラッド領域も含む。さらに、そのコア領域は、純粋なシリカと比べて、約−０．１０％から約＋０．０５％の相対屈折率を有する。それに加え、そのコア領域は、約１．２質量％以上で塩素が、約０．１質量％と約１質量％の間でフッ素が共ドープされたシリカから作られている。
2018516386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一モード光ファイバにおいて、
１５５０ｎｍの波長で約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有するファイバ、
を備え、該ファイバは、
５超のアルファを有するグレーデッド屈折率プロファイルを有する該ファイバ中のコア領域、および
前記コア領域を取り囲む該ファイバ中の第１のクラッド領域、
を含み、
前記コア領域は、純粋なシリカと比べて、約−０．１０％から約＋０．０５％の相対屈折率を有し、
前記コア領域は、約１．２質量％以上で塩素が、約０．１質量％と約１質量％の間でフッ素が共ドープされたシリカから作られた、単一モード光ファイバ。
【請求項２】
前記第１のクラッド領域は、前記コア領域の相対屈折率より低い相対屈折率を有する低下領域を含む、請求項１記載のファイバ。
【請求項３】
単一モード光ファイバにおいて、
１５５０ｎｍの波長で約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有するファイバ、
を備え、該ファイバは、
フッ素および塩素が共ドープされたシリカから作られた該ファイバ中のコア領域；および
前記コア領域を取り囲む該ファイバ中の第１のクラッド領域、
を含み、
前記コア領域は、５超のアルファを有するグレーデッド屈折率プロファイルを有し、
前記第１のクラッド領域は、前記コア領域の相対屈折率より低い相対屈折率を有する低下領域を含む、単一モード光ファイバ。
【請求項４】
複数モード光ファイバにおいて、
フッ素および塩素が共ドープされたシリカから作られた前記ファイバ中のコア領域であって、純粋なシリカと比べて、約−０．１０％から約＋０．０５％の相対屈折率、および約６．０マイクロメートルから約５０マイクロメートルの半径を有し、１５５０ｎｍの波長で２モード超かつ８モード未満で光データを伝送するように構成されたコア領域、および
前記コア領域を取り囲む前記ファイバ中の第１のクラッド領域、
を含み、
前記第１のクラッド領域は、前記コア領域の相対屈折率より低い相対屈折率を有する低下領域を含み、
前記ファイバは、１５５０ｎｍの波長で約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有する、複数モード光ファイバ。
【請求項５】
１５５０ｎｍの波長で約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有する、請求項４記載のファイバ。
【請求項６】
前記低下領域の相対屈折率が、前記コア領域の相対屈折率より約０．３５％低い、請求項２から５いずれか１項記載のファイバ。
【請求項７】
前記コア領域が、塩素およびフッ素が共ドープされたシリカから作られ、該塩素が約２．５質量％以上である、請求項１から６いずれか１項記載のファイバ。
【請求項８】
前記コア領域と前記第１のクラッド領域との間の相対屈折率差が、０．２％Δと０．５％Δの間である、請求項１から７いずれか１項記載のファイバ。
【請求項９】
前記コア領域が、約１．５質量％以上で塩素が、約０．１質量％と約０．６質量％の間でフッ素が共ドープされたシリカから作られた、請求項１から８いずれか１項記載のファイバ。
【請求項１０】
前記コア領域が、質量パーセントのフッ素で割った質量パーセントのフッ素と塩素の合計が約１．５の係数より大きくなるように、フッ素と塩素が共ドープされたシリカから作られた、請求項２から９いずれか１項記載のファイバ。
【発明の詳細な説明】
【優先権】
【０００１】
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、２０１５年４月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／１４７７７７号の米国法典第３５編第１１９条の下での優先権の恩恵を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、広く、データ伝送のための低コストで低減衰の光ファイバに関し、より詳しくは、共ドープされたコア領域を有するファイバ設計に関する。
【背景技術】
【０００３】
低減衰（例えば、０．１７ｄＢ／ｋｍ以下の減衰値を有するファイバ）は、データを効率的に伝送するように構成された光ファイバの重要な特徴である。
【０００４】
ファイバの非線形性も、高速の長距離伝送用途に使用される光ファイバの性能を制限する要因である。一般に、ファイバの非線形性は、ファイバの実効断面積を増加させることによって減少させることができる。これは、出力密度が実効断面積に反比例するからである。単一モード動作のために構成されたファイバ設計のいくつかは、実効断面積の増加に焦点を当ててきたが、これらの設計により達成される実効断面積は、マイクロおよびマクロベンド損失によって制限されてきた。デジタル信号処理（ＤＳＰ）における最近の進歩により、伝送システムに対する線形障害（例えば、色分散および偏波モード分散（ＰＭＤ））は重大な問題ではない。それでも、ＤＳＰの進歩でさえ、モード分散レベルは、やはり最小にすべきである。
【０００５】
多重機構が、光ファイバにおける減衰および損失特徴に寄与し得る。これらの機構としては、レイリー散乱、小角散乱、金属および不純物関連の吸収効果、並びに他のＵＶおよびＩＲ関連効果が挙げられる。ファイバにおける密度および濃度の変動が、レイリー散乱に寄与し得る。一般に、ファイバ領域（例えば、コアおよびクラッド）の組成、およびそれぞれの加工条件は、これらの機構に影響することがあると理解される。
【発明の概要】
【０００６】
本開示の１つの態様は、１５５０ｎｍの波長で約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有する単一モード光ファイバに関する。このファイバは、約５超のアルファを有するグレーデッド屈折率プロファイルを有するコア領域を中に含む。そのファイバは、そのコア領域を取り囲む第１のクラッド領域も中に含む。さらに、そのコア領域は、純粋なシリカと比べて、約−０．１０％から約＋０．０５％の相対屈折率を有する。それに加え、そのコア領域は、約１．２質量％以上で塩素が、約０．１質量％と約１質量％の間でフッ素が共ドープされたシリカから作られている。
【０００７】
本開示の別の態様は、１５５０ｎｍの波長で約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有するファイバを含む単一モード光ファイバに関する。そのファイバは、フッ素および塩素が共ドープされたシリカから作られたコア領域；およびそのコア領域を取り囲む第１のクラッド領域を中に含む。さらに、そのコア領域は、５超のアルファを有するグレーデッド屈折率プロファイルを有する。それに加え、第１のクラッド領域は、コア領域の相対屈折率より低い相対屈折率を有する低下領域を含む。
【０００８】
特定の態様において、これらのファイバの共ドープコア領域は、約５超かつ約１２未満のアルファを有するグレーデッド屈折率プロファイルを有し得る。その共ドープコア領域は、場合によっては、約１２超のアルファを有する階段状または段階的屈折率プロファイルを有し得る。
【０００９】
先の光ファイバの特定の実施において、第１のクラッド領域は、コア領域の相対屈折率より低い相対屈折率を有する低下領域を含む。例えば、その低下領域の相対屈折率は、コア領域の相対屈折率よりも約０．３５％Δだけ小さくあり得る。ある態様によれば、コア領域と第１のクラッド領域との間の相対屈折率差は、０．２％Δと０．５％Δの間である。
【００１０】
別の態様において、前記光ファイバは、複数モード(few-mode)動作のために構成されたファイバを含むことがある。そのようなファイバは、フッ素および塩素が共ドープされたシリカから作られたコア領域を中に含む。その複数モードファイバは、純粋なシリカと比べて、約−０．１０％から約＋０．０５％の相対屈折率を有し、約６．０マイクロメートルから約５０マイクロメートルの半径を有し、１５５０ｎｍの波長で２モード超かつ８モード未満で光データを伝送するように構成されたコア領域も含む。そのファイバは、そのコア領域を取り囲む第１のクラッド領域を中にさらに含む。その第１のクラッド領域は、実質的に一定であり、コア領域の相対屈折率より低い相対屈折率を有する低下領域を含む。それに加え、そのファイバは、１５５０ｎｍの波長で約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有する。
【００１１】
本開示のさらなる態様において、共ドープコア領域を有する前記光ファイバは、１５５０ｎｍの波長で測定して、約０．１６ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有し得、これらのファイバのあるものは、約０．１５ｄＢ／ｋｍ未満ほど低い減衰レベルも有する。これらの共ドープファイバは、ある場合には、約１４００℃以下、約１３００℃以下、約１２００℃以下の仮想温度も有することがある。
【００１２】
本開示の特定の態様において、前記共ドープ光ファイバは、質量パーセントのフッ素で割った質量パーセントのフッ素と塩素の合計が約１．５の係数より大きくなるように、フッ素と塩素が共ドープされたシリカコア領域を有する。特定の共ドープファイバ構成において、そのファイバ中のコア領域は、約１．２質量％以上で塩素が、約０．１質量％と約１質量％の間でフッ素が共ドープされたシリカから作られている。他の共ドープファイバ構成において、そのファイバ中のコア領域は、フッ素と塩素が共ドープされたシリカから作られ、その塩素は、約１．２質量％以上、１．５質量％以上、２質量％以上、２．５質量％以上、または３質量％以上でドープされ、そのフッ素は、約０．１質量％以上、０．２質量％以上、０．４質量％以上、０．６質量％以上、０．８質量％以上、約１質量％まででドープされている。
【００１３】
追加の特徴と利点は、以下の詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者に容易に明らかになるか、または以下の詳細な説明、特許請求の範囲、並びに添付図面を含む、ここに記載された実施の形態を実施することによって認識されるであろう。
【００１４】
先の一般的な説明および以下の詳細な説明の両方とも、例示に過ぎず、請求項の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供することが意図されているのが理解されよう。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、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、１つ以上の実施の形態を示しており、説明と共に、様々な実施の形態の原理および動作を説明する働きをする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】共ドープコア領域およびクラッドを有する光ファイバに関するファイバ半径の関数としての屈折率を示す概略図
【図１Ａ】図１に示された光ファイバの断面図
【図２】共ドープコア領域、第１のクラッド層および第２のクラッド層を有する光ファイバに関するファイバ半径の関数としての屈折率を示す概略図
【図２Ａ】図２に示された光ファイバに関するファイバ半径の関数としての１６５０℃での粘度を示す概略図
【図３】共ドープコア領域、第１のクラッド層、第２のクラッド層、および第３のクラッド層を有する光ファイバに関するファイバ半径の関数としての屈折率を示す概略図
【図４】共ドープコア領域、内側クラッド、および外側クラッドを有する光ファイバに関するファイバ半径の関数としての屈折率を示す概略図
【図５】共ドープ光ファイバに線引きするのに適したコアケイン内の半径方向距離の関数としてのドーパント濃度をプロットしたグラフ
【図６】比較の単一ドープコアケインの例および本開示の共ドープコアケインの態様に関する温度の関数としてのコアケイン粘度をプロットしたグラフ
【図７】形成したままの状態と、後徐冷した状態の、比較の単一ドープコアケインの例および本開示の共ドープコアケインの態様に関する仮想温度の棒グラフ
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで、その例が添付図面に示されている、現在好ましい実施の形態を詳しく参照する。できるときはいつでも、同じまたは同様の部品を指すために、図面に亘り、同じ参照番号が使用される。
【００１７】
「屈折率プロファイル」は、屈折率または相対屈折率とファイバの半径との間の関係である。
【００１８】
「μｍ」および「マイクロメートル」という用語は、ここでは、交換可能に使用される。
【００１９】
「相対屈折率パーセント」は、下記の式（１）に定義されており：
【００２０】
【数１】
2018516386.tif 000003
【００２１】
式中、ｎcは、未ドープシリカの屈折率であり、ｎiは、光ファイバの特定の領域における地点ｉでの平均屈折率である。
【００２２】
さらにここに用いたように、特に明記のない限り、相対屈折率はΔで表され、その値は「％」の単位で与えられる。Δ、％Δ、Δ％、デルタ屈折率、パーセント屈折率、パーセントデルタ屈折率、および％は、ここでは、交換可能に使用できる。ある領域の屈折率が未ドープシリカの屈折率よりも低い場合、その相対屈折率パーセントは、負であり、低下領域または低下屈折率を有すると称される。屈折率が未ドープシリカの屈折率よりも大きい場合、その相対屈折率パーセントは、正である。「アップドーパント」は、ここでは、純粋な未ドープシリカに対して屈折率を上昇させる傾向を有するドーパントと考えられる。「ダウンドーパント」は、ここでは、純粋な未ドープシリカに対して屈折率を低下させる傾向を有するドーパントと考えられる。アップドーパントの例としては、ＧｅＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｐ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ｃｌ、およびＢｒが挙げられる。ダウンドーパントの例としては、ＦおよびＢが挙げられる。
【００２３】
光ファイバの、ここでは特に明記のない限り「分散」と称される「色分散」は、材料分散および導波路分散の合計である。ゼロ分散波長は、分散の値がゼロである波長である。分散勾配は、波長に関する分散の変化の割合である。
【００２４】
「実効断面積」は、以下の式（２）に定義されており：
【００２５】
【数２】
2018516386.tif 000004
【００２６】
式中、積分限界は０から∞であり、ｆは、導波路（すなわち、光ファイバ）内で伝搬する光に関連する電場の横成分であり、ｒは、ファイバの半径である。ここに用いたように、「実効断面積」または「Ａeff」は、特に明記のない限り、１５５０ｎｍの波長（すなわち、基本モード）での光学的実効断面積を称する。
【００２７】
「アルファ」または「α−プロファイル」という用語は、Δ（ｒ）を用いて表される相対屈折率プロファイルを称する。Δ（ｒ）は、ｒが半径である「％」の単位であり、以下の式（３）にしたがう：
【００２８】
【数３】
2018516386.tif 000005
【００２９】
式中、Δ1maxは、ファイバの中心のピーク屈折率変化（すなわち、コアデルタ）であり、ｒ1はコアの半径である。ここに報告されるアルファは１５５０ｎｍで測定される。α＝１は、三角形の相対屈折率プロファイルに相当し、α＝２は、放物線プロファイルを記述し、α＞１２は、ステップ型屈折率プロファイル（すなわち、ここに用いたように、「階段状屈折率プロファイル」）に近づくプロファイルに相当する。したがって、α＝∞は、純粋なステップ型屈折率プロファイルに相当する。
【００３０】
モードフィールド径（ＭＦＤ）は、以下の式（４）にしたがって、本開示の分野で理解されるようなピーターマンＩＩ法を使用して測定される：
【００３１】
【数４】
2018516386.tif 000006
【００３２】
式中、ｗはモードフィールド半径であり、積分限界は０から∞である。特に明記のない限り、１３１０ｎｍでのＭＦＤは、それぞれ、本開示によるＧ．６５２およびＧ．６５４の共ドープ光ファイバ構成について、約８．２μｍから約９．５μｍ、および約９．０μｍから約１２μｍである。１５５０ｎｍでのＭＦＤは、それぞれ、本開示によるＧ．６５２およびＧ．６５４の共ドープ光ファイバ構成について、約９．０μｍから約１１μｍ、および約９．０μｍから約１４μｍである。
【００３３】
所定のモードに関する「理論ファイバカットオフ波長」、「理論ファイバカットオフ」、または「理論カットオフ」は、導波光がそのモードでそれより上では伝搬できない波長である。その数学的定義は、Single Mode Fiber Optics, Jeunhomme, 39-44頁, Marcel Dekker, New York, 1990に見つかり、そこでは、理論ファイバカットオフは、モード伝搬定数が、外側クラッドにおける平面波伝搬定数と等しくなる波長と記載されている。この理論波長は、直径変動のない、無限に長く、完全に真っ直ぐなファイバに相応しい。
【００３４】
ファイバカットオフは、「２ｍファイバカットオフ」または「測定カットオフ」としても知られている「ファイバカットオフ波長」を生成するために、標準２ｍファイバカットオフ試験であるＦＯＴＰ−８０（ＥＩＡ−ＴＩＡ−４５５−８０）によって測定される。このＦＯＴＰ−８０標準試験は、制御された量の曲げを使用してより高次のモードを取り除くか、またはそのファイバのスペクトル応答を多モードファイバのスペクトル応答に正規化させるいずれかのために行われる。
【００３５】
ここに用いた「ケーブルカットオフ測定」は、ＥＩＡ−４５５−１７０のＣａｂｌｅ  Ｃｕｔｔｏｆｆ  Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  ｏｆ  Ｓｉｎｇｌｅ−ｍｏｄｅ  Ｆｉｂｅｒに記載された標準２２ｍ試験、または「ＦＯＴＰ−１７０」を使用して行われる。
【００３６】
ここに特に明記のない限り、光学的性質（分散、減衰など）は、ＬＰ01モードについて報告される。
【００３７】
「群屈折率」としても知られている「有効群屈折率」（ｎgeff）は、式（５）により与えられるような、群速度ｖgに対する光の速度ｃの比である：
【００３８】
【数５】
2018516386.tif 000007
【００３９】
電磁場、屈折率、波長および伝搬定数に関するファイバにおける導光モードのｖgの数式は、マクスウェル方程式、またはより詳しくは、スカラー波動方程式から導かれる。群速度ｖgは、下記の式（６）により定義され：
【００４０】
【数６】
2018516386.tif 000008
【００４１】
式中、ωは波の角周波数であり、βは、導光モードの伝搬定数である。相対屈折率とも呼ばれる伝搬定数βは、場の伝搬速度に関連する電磁場パラメータであり、選択された導波路についてスカラー波動方程式を解くことによって見つかる。βは導波路の配置に依存するので、その導波路を曲げるとβが変化すると予測するであろう。例えば、本開示に引用する、米国特許６１３４３６７号明細書の第３欄の第１４〜２９行を参照のこと。
【００４２】
光ファイバのコア領域（例えば、シリカ系ガラス組成物を含有するコア領域）にドープすると、一般に、個別基準でコア領域に導入される適切なドーパントは、ガラスの粘度を低下させる傾向にあるので、ガラスの仮想温度が低下する。ガラスの仮想温度を低下させるドーパントの多くは、コア領域における濃度変動を増加させる傾向もあり、増加したレイリー散乱効果に寄与する。したがって、いくつかのドーパントを使用するだけで、ドープ光ファイバに正味のより低い減衰が得られるように、濃度変動を著しく導入せずに、ガラスの仮想温度を低下させることができる。
【００４３】
本開示で概説された光ファイバ設計は、以下に限られないが、レイリー散乱効果を含む上述した原理および検討事項に鑑みて、低損失光ファイバをもたらす共ドープコア領域で構成される。ここに用いたように、「共ドープ」は、光ファイバのコア領域への２種類以上のドーパントの導入を称する。共ドープコア領域を有する光ファイバ構成、およびそのような共ドープコア領域を生成する方法により、コア領域の粘度、レイリー散乱効果、および最終的に、ファイバ減衰の相当な低下がもたらされる。ここでの共ドープ方法およびファイバ構成により、シリカの相対屈折率に近い相対屈折率がもたらされる；その結果、そのファイバ（例えば、単一モード、複数モードおよび多モード）の目的とする動作に相応しい導波挙動を達成するために、典型的なドープレベルをクラッドに用いることができる。
【００４４】
本開示の態様による共ドープファイバに、低減衰レベルが得られる。具体的には、これらのファイバのコア領域を共ドープすることによって、約０．１８ｄＢ／ｋｍ未満の、いくつかの実施の形態において、約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の、１５５０ｎｍでの減衰レベルを得ることができる。いくつかの共ドープファイバの実施の形態によれば、約０．１６ｄＢ／ｋｍ未満の、また約０．１５ｄＢ／ｋｍ未満のさらに低い減衰レベルを得ることができる。フッ素および塩素の両方によるコア領域の共ドープにより、そのコアにおいて低粘度レベルがもたらされる。これらの低粘度レベルは、コア領域内の仮想温度および密度変動の低下に寄与し、それによりレイリー散乱効果が減少する。その上、そのファイバに塩素およびフッ素のドーパントを添加すると、これらのファイバのコア領域内の濃度変動の増加が最小になり、これは、これらの光ファイバに観察される低い減衰レベルに対するさらなる寄与である。それに加え、コア領域にフッ素と塩素の両方を含ませると、純粋なシリカの屈折率に近い相対屈折率がコア領域に生じる傾向にある。このように、クラッドの組成およびドープの調節によって、クラッド内の相対屈折率を制御すると、これらの共ドープファイバ構成に、様々な所望の導波路特性（例えば、単一モード、複数モードおよび多モード）を容易に達成できる。
【００４５】
本開示に概説された共ドープ光ファイバ設計は、ファイバ中のＧｅＯ2含有量を制限することにより、単一および複数モード構成の両方において、低減衰性能について最適化することができる。さらに、光ファイバ中のゲルマニア制限コアは、レイリー散乱の効果を低下させることによって、その光ファイバの減衰性能を改善することができる。ここに用いた「ＧｅＯ2制限ＳｉＯ2コア」により、そのファイバが、単独または組合せで、ＧｅＯ2またはＴｉＯ2を約１．０質量％未満しか含有しないことを意味する。ここに開示された共ドープファイバは、単独または組合せで、ＧｅＯ2またはＴｉＯ2を好ましくは約０．５質量％未満しか、より好ましくは約０．１質量％未満しか含有しない。特定の共ドープ光ファイバの実施において、ＧｅＯ2および／またはＴｉＯ2の濃度は、ゼロに近づき得る、またはゼロに設定できる。
【００４６】
いくつかの実施の形態において、前記ファイバの共ドープコア領域は、フッ素および塩素ドープシリカを含む。ここに開示されたファイバのコア領域は、加えて、酸化カリウムおよび五酸化リンの１つ以上を含む。それぞれのコア領域に少量しかＧｅＯ2およびＴｉＯ2を有さないそのようなファイバは、レイリー散乱のより少ない寄与のために、さらにより低い減衰レベルを示すことができる。
【００４７】
本開示の共ドープファイバの外径が、約８０マイクロメートルと約１５０マイクロメートルの間であることが好ましい。いくつかの態様において、その共ドープファイバの外径が、約１２０マイクロメートルと約１３０マイクロメートルの間であることがある。そのファイバの特定の好ましい実施の形態は、約１２５マイクロメートルの外径を有する。
【００４８】
ＧｅＯ2制限ＳｉＯ2コア中のフッ素および塩素ドーパントプロファイルを最適化することによって、減衰をより改善することができる。減衰性能を改善するために、これらのファイバの共ドープコア領域が、約５超の、ある場合、またさらには約１０超のアルファを有する中程度のグレーデッド屈折率プロファイルを有し得ることが好ましい。その共ドープコア領域は、場合により、約１２超のアルファを有する階段状または段階的屈折率プロファイルを有し得る。他の態様において、段階的屈折率コアの代わりに、よりグレーデッドの屈折率プロファイルをコアに使用しても差し支えない。特に、そのようなグレーデッドプロファイルは、グレーデッド屈折率を提供するためにＧｅＯ2制限コアにドープされたフッ素および塩素により、約０．５から約５のアルファ値を示し得る。必要に応じて、追加の光学的性能の利益のために、段階的、階段状またはグレーデッドコア領域に、Ｋ2Ｏおよび／またはＰ2Ｏ5ドーパントを導入してもよい。
【００４９】
共ドープコア領域の屈折率プロファイル中の様々な漸次的変化レベルにより、コアとクラッドとの間の粘度の不一致を低下させることができる。同様に、中程度から高度のグレーデッド屈折率プロファイル（例えば、０．５から約１２のアルファ）も、コア内、およびコアとクラッドとの間の熱膨張係数関連（ＣＴＥ）不一致を減少させることができる。これらの効果は、共に、コアの内部応力を低下させ、より良好な減衰特性をもたらすことができる。
【００５０】
共ドープコアのアルファプロファイル（すなわち、グレーデッド、階段状または段階的屈折率プロファイル）は、様々な方法を使用して達成できる。１つの手法は、グレーデッド屈折率にフッ素をドープするための不均一固結技術による。その不均一固結技術は、外付け（ＯＶＤ）法および気相軸付け（ＶＡＤ）法による。第２の手法は、内付け化学的気相成長（ＭＣＶＤ）手法による。第３の手法は、プラズマ支援化学的気相成長（ＰＣＶＤ）手法による。ＭＣＶＤおよびＰＣＶＤ手法において、光ファイバのコアは、層毎のガラス堆積により製造され、各層をドープするために使用される過程は、独立して制御することができる。
【００５１】
本開示におけるファイバのコア領域は、ＦおよびＣｌドーパントの両方を含有するので（例えば、フッ素、Ｆ、および塩素、Ｃｌ）、塩素およびフッ素の両方の濃度が、コアの中心からコアの外半径までの半径方向距離の関数として、おおよそ同じ量で変動することが都合よいことがあり得る。例えば、フッ素および塩素の両方は、コア領域の中心で最高であり、コアの外半径までの半径方向距離の関数として、わずかに減少し得る。各ドーパントが、不均一、グレーデッド、または階段状屈折率プロファイルで、コア中に導入されることも都合よいことがあり得る。具体的には、塩素濃度は、コアの中心で最高であり、コアの外半径でより低くあり得、ドーププロファイルは、フッ素ドーパントにより達成されるグレーデッドまたは階段状プロファイルとほぼ反対である。このように、コアの中心でのフッ素ドーパントの濃度は、比較的低いが、コアの外半径に向かって増加して、グレーデッドまたは階段状屈折率プロファイルを形成することがある。これらの様々な共ドープグレーデッドまたは階段状プロファイルは、コアの焼結段階中、または下方駆動炉内のスート堆積コアの乾燥段階中、もしくはＭＣＶＤまたはＰＣＶＤ加工技術により、形成することができる。塩素ドーパントの供給源前駆体として、Ｃｌ2またはＳｉＣｌ4を使用できる。フッ素ドーパントの供給源前駆体として、ＳｉＦ4を使用できる。
【００５２】
本開示の特定の態様において、前記共ドープ光ファイバは、質量パーセントのフッ素で割った質量パーセントのフッ素と塩素の合計が約１．５の係数より大きくなるような「共ドープ比」で、フッ素と塩素が共ドープされたシリカコア領域を有する。特別な例示の共ドープファイバ構成において、そのファイバ中のコア領域は、それぞれ、約１．５質量％および約０．６質量％で塩素およびフッ素が共ドープされたシリカから作られている。そのような実施の形態は、約３．５の共ドープ比（すなわち、３．５＝（約１．５質量％のＣｌ＋約０．６質量％のＦ）／約０．６質量％のＦ）を有する。いくつかの共ドープファイバの態様において、そのコア領域は、約１．２質量％以上で塩素が、約０．１質量％と約１質量％の間でフッ素が共ドープされている。他の共ドープファイバ構成において、そのファイバ中のコア領域は、フッ素と塩素が共ドープされたシリカから作られ、そのコア領域中の塩素濃度は、約１．２質量％以上、約１．３質量％以上、約１．４質量％以上、約１．５質量％以上、約２質量％以上、約２．５質量％以上、または約３質量％以上であり、そのフッ素は、約０．１質量％以上、約０．２質量％以上、０．４質量％以上、０．６質量％以上、０．８質量％以上、約１質量％までである。このように、その共ドープ光ファイバは、コア領域中のフッ素のそれぞれの濃度レベルよりも高い塩素ドーパント濃度をコア領域中に用いることがある。いくつかの実施の形態において、そのコア領域は、約１．５質量％以上で塩素が、約０．１質量％以上かつ０．６質量％以下でフッ素が共ドープされたシリカから作られている。
【００５３】
前記クラッドの組成も、所望の低い減衰特性を達成する上で重要であり得、その屈折率をコア領域の屈折率よりも低くするために、フッ素がドープされることがある。共ドープファイバの特定の態様において、クラッド内の低下領域（例えば、ドープにより達成された）の相対屈折率は、コア領域の相対屈折率よりも、約０．３５％Δ以上低くあり得る。同様に、コアと、クラッドの第１のクラッド領域との間の相対屈折率差は、いくつかの実施の形態において、０．２％Δと０．５％Δの間であり得る。必要に応じて、そのクラッドは、三酸化ホウ素および塩素の１つ以上がさらにドープされてもよい。
【００５４】
コアとクラッドとの間のステップ屈折率は、本開示による共ドープ光ファイバに許容される。必要に応じて、クラッド中のドーパントとして単独で、またはクラッド中にすでに存在するフッ素ドーパントへの付加物として、塩素および／またはＢ2Ｏ3を使用しても差し支えない。
【００５５】
本開示の光ファイバ設計のいくつかの実施の形態において、コアおよびクラッドは、アルカリ元素（例えば、カリウム）の存在を最小にするか、なくすように構成することができる。比較してみると、アルカリドープは、他のドーパント（例えば、フッ素ドープ）に使用されるドープ過程よりも、費用がかかる。したがって、ここに開示された共ドープの無アルカリ光ファイバ設計は、加工費および製造費を減少させるために特に最適化されている。
【００５６】
図１〜３は、本開示の態様による、それぞれ、３つの共ドープ光ファイバ３００、３１０および３２０の設計に関するファイバ半径の関数としての相対屈折率プロファイルを示す。ファイバ３００、３１０および３２０のこれらの相対屈折率プロファイルは、ゼロと等しいベースライン相対屈折率として純粋な未ドープのＳｉＯ2を使用してプロットされている。これら光ファイバ設計３００、３１０および３２０の各々は、本開示の態様による、１５５０ｎｍでの単一モードおよび複数モード（すなわち、複数のモード）の動作スキームについて構成されてもよい。これらのファイバの特徴をさらに図示するために、ファイバ３００の断面も図１Ａに示されている。
【００５７】
図１〜３に示されるように、各共ドープファイバ３００、３１０および３２０は、コア１０１を有する。コア１０１は、グレーデッドまたは階段状相対屈折率プロファイル１を形成するために、約０．５から約５、約１０超、および約２０超のアルファプロファイルを有し得る。コア１０１が約１０から約２０のアルファプロファイルを示すことが好ましい。コア１０１の相対屈折率１（Δ1）は、ファイバ半径（ｒ）の関数として変動する。コア１０１はコア半径１００（ｒ1）を有する。コア１０１は、その中心からその半径１００（ｒ1）まで、ＦおよびＣｌがドープされたＳｉＯ2を主に含有する。必要に応じて、コア１０１に、Ｋ2Ｏ、およびＰ2Ｏ5をドープしてもよい。これらのドーパントは、ＯＶＤ、ＶＡＤ、ＭＣＶＤ、およびＰＣＶＤ加工方法により、ＳｉＯ2コア１０１に導入してよい。
【００５８】
共ドープファイバ３００、３１０および３２０は、ただ１つのクラッド１４１（図１および１Ａ）、２つのクラッド層を有するクラッド（図２）、または３つのクラッド層を有するクラッド（図３）を有する。そのクラッド層の全ては、ＦがドープされたＳｉＯ2を主に含むであろう。必要に応じて、Ｆドーパントに加え、様々なクラッド層中のドーパントとして、Ｃｌおよび／またはＢ2Ｏ3を用いても差し支えない。
【００５９】
図１および１Ａを参照すると、共ドープ光ファイバ３００は、厚さ２００および外半径１４０（ｒ4）を持つクラッド１４１を有する。クラッド１４１の相対屈折率４（Δ4）が外半径１４０（ｒ4）まで実質的に一定であることが好ましい。クラッド１４１の相対屈折率４は、ステップ型プロファイルであってよく、Δ2minを含む。
【００６０】
図２を参照すると、共ドープ光ファイバ３１０は、２つのクラッド層を持ち、低下したクラッド層の相対屈折率プロファイル３および外側クラッド層の相対屈折率プロファイル４を含むクラッド１４１を有する。これらのクラッド層の各々は、コア領域１０１を取り囲む。図２に示されるように、低下したクラッド層は、外側クラッド層の相対屈折率プロファイル４よりも低い屈折率デルタを持つ相対屈折率プロファイル３を有する。これら２つのクラッド層は、合わせて、クラッド１４１の厚さに相当する全厚２００を有する。クラッド１４１における相対屈折率プロファイル３および４の各々は、ステップ型プロファイルを有してもよい。
【００６１】
図２にも示されるように、共ドープファイバ３１０の低下したクラッド層３の相対屈折率プロファイルは、Δ3minとほぼ等しい値を有することがある。図２において、低下したクラッド層の相対屈折率プロファイル３は、その相対屈折率（Δ3）がコア領域１０１の相対屈折率および外側クラッド層の相対屈折率（Δ4）（相対屈折率プロファイル４に相当する）よりも低いような幅ｍ1の凹部を示す。図２に示されるように、相対屈折率プロファイル３を持つ低下したクラッド層は、半径１１０（ｒ3）まで延在する。Ｆ、Ｃｌおよび／またはＢ2Ｏ3、またはそれらの組合せが、外側クラッド層（相対屈折率プロファイル４に相当する）に対する幅ｍ1の凹部の形成を促進するために、低下したクラッド層に屈折率低下ドーパントとして含まれることがある。外側クラッド層の相対屈折率４（Δ4）が、その外半径（ｒ4）１２０まで実質的に一定であることが好ましい。
【００６２】
図３を参照すると、共ドープ光ファイバ３２０は、対応する相対屈折率プロファイル１を持つコア領域１０１を全てが取り囲む、内側クラッド層の相対屈折率プロファイル２、低下したクラッド層の相対屈折率プロファイル３、外側クラッド層の相対屈折率プロファイル４に対応する、３つのクラッド層を持つクラッド１４１を有する。相対屈折率プロファイル２、３および４に対応するクラッド層は、合わせて、全厚２００を有する。さらに、内側クラッド領域は半径ｒ2（１１０）まで延在し、低下したクラッド層は半径ｒ2（１１０）と半径ｒ3（１２０）の間に延在し、外側クラッド層は半径ｒ3（１２０）と外半径ｒ4（１３０）の間に延在する。
【００６３】
再び図３を参照すると、その相対屈折率プロファイル３を持つ低下したクラッド層は、相対屈折率Δ3minを示す。その相対屈折率プロファイル４を持つ外側クラッド層は、相対屈折率Δ4を示し、これは、外半径ｒ4（１３０）まで実質的に一定であり得る。
【００６４】
クラッド１４１を構成するクラッド層の相対屈折率プロファイル２、３、４は、それぞれ、ステップ型プロファイルを有することがある。図３に示されるように、内側クラッド層の相対屈折率プロファイル２は、比較的一定の屈折率を含むことがあり、一方で、低下したクラッド層の相対屈折率プロファイル３は、コア領域１０１の相対屈折率Δ1より低く、内側クラッド層のΔ2（すなわち、相対屈折率プロファイル２に相当する）より低く、外側クラッド層の相対屈折率Δ4（すなわち、相対屈折率プロファイル４に相当する）より低い相対屈折率Δ3を有する幅ｗc2の溝部を含むことがある。低下したクラッド層の相対屈折率プロファイル３は、距離ｗc1（相対屈折率プロファイル２に対応する内側クラッド層の幅に相当する）だけ、コア領域１０１およびその相対屈折率プロファイル１からずれていることがある。Ｆ、Ｃｌおよび／またはＢ2Ｏ3、およびそれらの組合せが、これらのクラッド層の形成を促進するために、クラッド１４１を構成するクラッド層（すなわち、それぞれ、相対屈折率プロファイル２、３、および４に対応する）のいずれに屈折率低下ドーパントとして添加してもよい。
【００６５】
共ドープ光ファイバ３００、３１０および３２０（図１〜３参照）は、単一モード動作のために構成された場合、約１０と約２０の間のアルファを有し得る。特定の態様において、コア領域１０１の相対屈折率プロファイル１は、約２０以上のアルファを持つ階段状の形状を示し得る。いくつかの追加の態様において、共ドープ光ファイバ３００、３１０および３２０は、約０．５から約５のアルファを有し得る。そのアルファ値は、約１から約３の範囲内にも設定されることがある。さらに、ファイバ３００、３１０および３２０のコア１０１は、約−０．２％から約＋０．１％のピーク相対屈折率Δ1maxを有することがある。そのピーク相対屈折率Δ1maxは約−０．０５％から約＋０．０５％にも及ぶことがある。その上、ファイバ３００、３１０および３２０のコア１０１は、単一モード動作のために構成された場合、約４から１２マイクロメートルのコア半径１００（ｒ1）を有し得る。コア１０１の実効断面積Ａeffは、約６０μｍ2から約１００μｍ2に及び得る。
【００６６】
単一モード動作のために構成された共ドープ光ファイバ３００、３１０および３２０は、ゲルマニアを含む他のドーパントの選択肢と比べ、比較的低コストのフッ素および塩素のドーパントを含む。それでも、これらの共ドープ光ファイバ設計は、波長１５５０ｎｍで、約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の、典型的ではなく低い減衰を有する。特定の態様において、その共ドープ光ファイバは、約０．１６ｄＢ／ｋｍ未満の、さらには約０．１５ｄＢ／ｋｍ未満の非常に低い減衰レベルを示し得る。ファイバ３００、３１０および３２０は、１５５０ｎｍでの単一モード動作のために構成された場合、Ｇ．６５２およびＧ．６５４光ファイバ用途に特に適している。単一モード動作のために構成されたそのような共ドープ光ファイバ３００、３１０および３２０は、例えば、１５３０ｎｍ未満、より好ましくは１５００ｎｍ未満、さらにより好ましくは１２６０ｎｍ未満のケーブルカットオフ、および１３００ｎｍと１３２４ｎｍの間のゼロ分散波長を示すことがある。Ｇ．６５４用途について、そのファイバは、約２２ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ以下の、１５５０ｎｍでの分散を有するように構成されることがある。
【００６７】
共ドープ光ファイバ３００、３１０および３２０（図１〜３参照）は、複数モード伝搬の動作のために構成された場合（すなわち、約１４００から約１７００ｎｍ、より好ましくは約１５００から約１６２５ｎｍ、最も好ましくは約１５３０から約１５７０ｎｍで複数のモードを伝送できる）、約１０以上、約２０以上、好ましくは約１０と２０の間のアルファを有し得る。他の態様において、共ドープ光ファイバ３００、３１０および３２０は、約０．５から約５に及ぶアルファで、複数モード伝搬における動作のために構成され得る。ここに用いた「複数モード伝搬」および「複数モードを伝送させられる」は、特定の波長で、２より多く８未満のモードの伝搬と定義される。ここに開示されたそのようなファイバは、２と６の間、より好ましくは２と４の間のモードを伝搬することがある。
【００６８】
その上、複数モードの共ドープファイバ３００、３１０および３２０のコア１０１は、ベースラインとして純粋なＳｉＯ2を使用した場合、約−０．２％から約＋０．１％のピーク相対屈折率Δ1maxを有することがある。このピーク相対屈折率Δ1maxは、約−０．０５％から約＋０．０５％に及ぶこともある。その上、共ドープファイバ３００、３１０および３２０のコア１０１（すなわち、コア領域）は、複数モード動作のために構成された場合、約５マイクロメートルから約５０マイクロメートルのコア半径１００（ｒ1）を有し得る。そのコア１０１の実効断面積Ａeffは、約９０μｍ2から少なくとも約５２５μｍ2に及び得る。
【００６９】
複数モード動作のために構成された共ドープ光ファイバ３００、３１０および３２０は、ゲルマニアを含む他のドーパントの選択肢と比べ、比較的低コストのフッ素および塩素のドーパントを含む。それでも、これらの光ファイバ設計は、波長１５５０ｎｍで、約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の低い減衰を有する。いくつかの態様において、これらの複数モードの共ドープ光ファイバは、１５５０ｎｍで、約０．１６ｄＢ／ｋｍ未満の、またさらには約０．１５ｄＢ／ｋｍ未満ほど低い、非常に低い減衰レベルを有する。複数モードに構成されたファイバ３００、３１０および３２０は、Ｇ．６５２およびＧ．６５４光ファイバ用途に適している。それらは、大きいファイバ実効断面積、および多モード動作を必要とする低減衰用途、特に、長距離に亘る高いデータ転送速度を必要とする用途にも、よく適している。
【００７０】
フッ素および塩素がドープされた低減衰の共ドープ光ファイバ３００、３１０および３２０は、それでも、「応力光学」効果を受けやすいであろう。具体的には、これらのファイバは、段階的、階段状、または中程度にグレーデッドの屈折率コアの使用にもかかわらず、光学性能を低下させ得る、その製造に関連する高い内部応力を受け得る。詳しくは、これらのファイバの製造中に生じる内部応力は、それらの光伝送特性を損なう様式でその屈折率プロファイルに影響を与え得る。
【００７１】
共ドープ光ファイバ３００、３１０および３２０（図１〜３参照）の変更版が、図４に示された、共ドープ光ファイバ６００により例示されている。ファイバ６００は、「応力光学」効果を最小にし、単一モードまたは複数のモードで動作するように構成されている。図が示すように、ファイバ６００は、半径１００（ｒ1）を持つコア１０１を有する。図４に示されるように、コア１０１は、約１２以上、約２０以上、好ましくは約１２と２０の間のアルファを有するアルファプロファイルを持つ相対屈折率プロファイルを有する。特定の態様において、コア１０１のアルファプロファイルは、約０．５から約５のアルファを有するより高度なグレーデッドプロファイルを示す。他の態様において、コア１０１の相対屈折率１（Δ1）は、ファイバ半径（ｒ）の関数として変動する。相対屈折率プロファイル１は、コア半径１００でそのピーク屈折率変化（すなわち、コアデルタまたはΔ1max）に到達する。ファイバ６００の相対屈折率プロファイルは、ゼロと等しいベースライン相対屈折率として純粋なＳｉＯ2を使用して、図４にプロットされていることに留意のこと。
【００７２】
さらに、図４に示された共ドープファイバ６００のコア１０１は、その中心からその外半径１００（ｒ1）まで、フッ素および塩素が共ドープされたＳｉＯ2を主に含有する。コア１０１が、フッ素および塩素がドープされたＧｅＯ制限ＳｉＯ2を含むことが好ましい。必要に応じて、コア１０１に、Ｋ2Ｏ、および／またはＰ2Ｏ5もドープしてもよい。これらのドーパントは、先に記載されたように、ＯＶＤ、ＶＡＤ、ＭＣＶＤ、およびＰＣＶＤ加工方法により、コア１０１に導入してよい。
【００７３】
さらに図４に示されるように、共ドープファイバ６００は、相対屈折率プロファイル２および半径１１０（ｒ2）を持つ内側クラッドを有する。相対屈折率プロファイル２に対応する内側クラッドの厚さは、半径１１０とコア１０１の半径１００の間の差である。その内側クラッドが、ステップ型屈折率プロファイル２（Δ2）を形成するためにＦがドープされたＳｉＯ2を主に含有することが好ましい。共ドープファイバ６００のいくつかの態様において、内側クラッドのフッ素濃度Ｆ内側クラッドは、コア領域１０１中のフッ素濃度を超える。さらに、その内側クラッドの相対屈折率プロファイル２の相対屈折率（Δ2）は、コア領域１０１の最大相対屈折率（Δ1MAX）よりも小さい。特定の態様において、図４に示されるように、内側クラッドの相対屈折率プロファイル２は、コア領域１０１の相対屈折率プロファイル１の最小相対屈折率以下でもある。必要に応じて、相対屈折率プロファイル２に対応する内側クラッド中のドーパントとして、Ｃｌおよび／またはＢ2Ｏ3を用いても差し支えない。
【００７４】
図４に示されるような、共ドープファイバ６００は、外半径１２０（ｒ4）を持つ外側クラッド層も備える。内側クラッドおよび外側クラッドは、合わせて、クラッド１４１を構成し、それぞれ、相対屈折率プロファイル２および５に対応する。相対屈折率プロファイル５に対応する外側クラッドの厚さは、外半径１２０（ｒ4）と内側クラッドの外半径１１０（ｒ3）の間の差である。相対屈折率プロファイル５に対応する外側クラッドは、コア領域１０１中のフッ素の最小量以下である、フッ素濃度Ｆ外側クラッドを有するＳｉＯ2を主に含有する。その外側クラッドは、相対屈折率Δ5および外半径ｒ4（１２０）を有する。外側クラッドの相対屈折率５（Δ5）は、典型的に、それぞれ、コア１０１および内側クラッド（すなわち、相対屈折率プロファイル２に対応する領域）の相対屈折率Δ1およびΔ2よりも大きい。ファイバ６００のいくつかの態様において、クラッド１４１の外側クラッド部分の相対屈折率５は、０％および純粋なシリカの屈折率を超えることがある（図４参照）。さらに、外側クラッドは、コア領域１０１中のフッ素の最小濃度とほぼ等しいかまたはそれより低い濃度でフッ素がドープされたシリカから作られることがある。いくつかの実施の形態において、絶対値｜Δ1max−Δ5｜は、約０．０と約０．５の間であることがあり、他の実施の形態において、｜Δ1max−Δ5｜は、約０．０と約０．２の間であることがある。
【００７５】
本開示の特定の態様において、図４に示された共ドープファイバ６００の外側クラッドは、ファイバの加工温度で、その粘度が、コア１０１および内側クラッド（すなわち、相対屈折率プロファイル２に対応する領域）の粘度より大きいという意味では堅い。外側クラッドがフッ素を実質的に含まないように製造することも好ましい。外側クラッド中の塩素の存在は、外側クラッドを固結させるために使用される過程中に一酸化炭素を導入することにより制限できる。
【００７６】
共ドープ光ファイバ６００（図４参照）は、約９０ｇ未満の線引き張力を有する線引き過程で製造されることがある。その線引き張力は、好ましくは約４５ｇ未満に設定され、より好ましくは約３０ｇと約４５ｇの間に設定される。これらの加工パラメータで形成されたファイバ６００は、導波路伝搬性能を含むファイバの光伝送特性に有害であり得る線引き誘発応力にさらに左右されない。共ドープ光ファイバ６００は、前述のことにしたがって加工され、構成された場合、１５５０ｎｍの動作波長で、約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満、約０．１６ｄＢ／ｋｍ未満、さらに約０．１５ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有すると予測される。
【００７７】
堅い外側クラッド部分のない共ドープ光ファイバは、その屈折率プロファイルに悪影響を及ぼし得る線引き誘発応力を有するであろう。したがって、そのようなファイバのコア領域における比較的高い内部引張応力は、ファイバのコアと内側クラッドとの間に屈折率差の減少をもたらし得る。次に、これらの効果は、減少した導波路伝搬性能をもたらし得る。対照的に、堅い外側クラッド（例えば、図４に示された共ドープファイバ６００の相対屈折率プロファイル５に対応するような）を、先に記載したように、そのようなファイバに用いることができる。例えば、ファイバ６００内に、半径１２０（ｒ4）を有する外側クラッドが存在する場合、そのファイバは、改善された応力レベルおよび光学特性を示すことができる。コア１０１内の最大軸方向応力レベルは、堅い外側クラッドが存在する結果として、低下する（例えば、約２００ＭＰａ〜約２５０ＭＰａから、約１００ＭＰａ以下へ）。さらに、最大コア屈折率Δ1maxと内側クラッド屈折率Δ2の間の差は、約０．３％Δ以上のレベルに増加し得る。
【００７８】
図４に示された共ドープ光ファイバ６００は、その光伝送性能特性をさらに改善するために、より低い線引き張力で加工することもできる。より低い線引き張力の結果として、コア１０１における最大軸方向引張応力レベルは、約５０ＭＰａ未満の張力レベルに低下し得る。さらに、最大コア屈折率Δ1maxと内側クラッド屈折率Δ2の間の差は、約０．３５％Δ以上に増加し得る。
【００７９】
図４に示された共ドープファイバ６００の外側クラッド（すなわち、相対屈折率プロファイル５に対応するような）は、いくらかのＳｉＯ2を酸窒化ケイ素（ＳｉＯxＮy）（式中、１＜ｘ＜２および０＜ｙ＜１）に転化させるために、わずかな質量パーセントで窒素（Ｎ）がドープされたＳｉＯ2を含むように構成されることもある。具体的には、その外側クラッドに、約０．１質量％超のＮがドープされることがある。いくつかの実施の形態において、その外側クラッドは、約０．１質量％超から約１．０質量％の窒素を含む。その外側クラッドに窒素をドープすると、その剛性をさらに増加させることができる。その結果、その外側クラッドにＳｉＯxＮyを使用すると、ファイバについて、それぞれ、共ドープファイバ６００内の軸方向引張応力レベル（ＭＰａで表される）を減少させ、相対屈折率（％）対ファイバ半径（μｍ）を増加させることができる。
【００８０】
堅い外側クラッド部分を含有するファイバ６００（図４参照）の実施の形態と同様に、本開示の特定の態様は、クラッド１４１の堅い外側クラッド部分（すなわち、応力緩和層）を有するファイバ３００、３１０および３２０（図１〜３参照）にも関する。詳しくは、ファイバ３００、３１０および３２０のこれらの態様の応力緩和層は、半径１５０（ｒ5）とそれぞれの半径１４０、１２０または１３０（ｒ4）の間に延在し、相対屈折率５（図１〜３参照）に対応するクラッド１４１の外側部分であることがある。この外側クラッド部分は、存在する場合（図２および３参照）、相対屈折率プロファイル２および３（例えば、幅ｍ1の凹部または幅ｗc2の溝）に関連するクラッド１４１の他の部分と共に、コア領域１０１の組成および寸法に鑑みて構成される。この応力緩和層は、これらの他の領域（例えば、コア領域１０１およびクラッド１４１の他の部分）と比べて、堅い外側クラッド層である。このように、クラッド１４１内の応力緩和層は、光ファイバの光伝搬部分から応力を緩和し、それゆえ、光ファイバ減衰を低下させる。
【００８１】
ファイバ３００、３１０および３２０の特定の実施の形態において、クラッド１４１内の堅い外側クラッド部分（すなわち、応力緩和層）（すなわち、ｒ5とｒ4の間）は、純粋なシリカガラス組成を有する。他の態様において、その堅い外側クラッド部分は、酸窒化ケイ素ガラス組成を有する。特定の実施によれば、クラッド１４１の堅い外側クラッド部分は、コア領域１０１の組成内のＣｌおよびＦの合計総量（例えば、少ない総モル数のＣｌおよびＦ）よりも少ないＦ（例えば、少ないモル数のＦ）を含む組成を有する。クラッド１４１の堅い外側クラッド部分は、コア領域１０１内のＣｌおよびＦの合計総モル数よりも少ないモル数のＣｌおよびＦも有し得る。追加の実施の形態において、その堅い外側クラッド部分は、コア領域１０１中のＣｌおよびＦの合計総モル数よりも少ないモル数のＣｌを有する。
【００８２】
ここに用いたように、クラッド１４１中の堅い外側クラッド部分（すなわち、応力緩和層）は、光ファイバ３００、３１０および３２０の他の領域よりも高い、加工中の粘度を有するという意味では「堅い」。したがって、クラッド１４１の堅い外側クラッド部分は、存在する場合、コア領域１０１、およびクラッド１４１の他の部分（例えば、相対屈折率プロファイル２および３に対応するクラッド部分）の少なくとも１つと比べて、１６５０℃でより高い粘度を有し得る。一例として、図２Ａは、堅い外側クラッド部分を有する共ドープ光ファイバ３１０に関するファイバの半径距離の関数としての粘度を示す。図２Ａにおいて、堅い外側クラッド部分（すなわち、相対屈折率プロファイル５に対応する）の粘度は５．３×１０7ポアズであり、相対屈折率プロファイル３および４に対応するクラッド１４１の他の部分の粘度は、それぞれ、１．３×１０7ポアズおよび１．７×１０7ポアズであり、コア１０１の粘度は２．６×１０7ポアズである。いくつかの実施の形態において、コア領域１０１に対するクラッド１４１内の堅い外側クラッド部分の粘度比η（外側クラッド／コア）（すなわち、η（外側クラッド／コア）＝（応力緩和層の粘度）／（コア領域１０１の粘度））は、１．１以上である。いくつかの実施の形態において、粘度比η（外側クラッド／コア）≧１．５。いくつかの実施の形態において、粘度比η（外側クラッド／コア）≧２。
【００８３】
再びファイバ３００、３１０、３２０および６００（図１〜４参照）を参照して、いくつかの実施の形態において、相対屈折率プロファイル５に対応する堅い外側クラッド部分の（１６５０℃での）粘度と、コア１０１および相対屈折率プロファイル２、３および４に対応するクラッド１４１の部分のいずれか１つまたは組合せの（１６５０℃での）粘度との間の差は、０．１ｅ7ポアズ以上である。いくつかの実施の形態において、相対屈折率プロファイル５に対応する堅い外側クラッド部分の（１６５０℃での）粘度と、コア１０１および相対屈折率プロファイル２、３および４に対応するクラッド１４１の部分のいずれか１つまたは組合せの（１６５０℃での）粘度との間の差は、０．２ｅ7ポアズ以上である。いくつかの実施の形態において、相対屈折率プロファイル５に対応する堅い外側クラッド部分の（１６５０℃での）粘度と、コア１０１および相対屈折率プロファイル２、３および４に対応するクラッド１４１の部分のいずれか１つまたは組合せの（１６５０℃での）粘度との間の差は、０．５ｅ7ポアズ以上である。いくつかの実施の形態において、相対屈折率プロファイル５に対応する堅い外側クラッド部分の（１６５０℃での）粘度と、コア１０１および相対屈折率プロファイル２、３および４に対応するクラッド１４１の部分のいずれか１つまたは組合せの（１６５０℃での）粘度との間の差は、１ｅ7ポアズ以上、特定の実施において、１ｅ8ポアズ以上である。いくつかの追加の態様において、相対屈折率プロファイル５に対応する堅い外側クラッド部分の（１６５０℃での）粘度と、コア１０１および相対屈折率プロファイル２、３および４に対応するクラッド１４１の部分のいずれか１つまたは組合せの（１６５０℃での）粘度との間の差は、０．１ｅ7ポアズ以上、かつ１．６ｅ8ポアズ以下である。いくつかの他の実施において、相対屈折率プロファイル５に対応する堅い外側クラッド部分の（１６５０℃での）粘度と、コア１０１および相対屈折率プロファイル２、３および４に対応するクラッド１４１の部分のいずれか１つまたは組合せの（１６５０℃での）粘度との間の差は、０．１ｅ7ポアズ以上、かつ１ｅ8ポアズ以下である。ここに用いたように、「１ｅ7」および「１ｅ8」は、それぞれ、１×１０7および１×１０8に対応する科学的記数法である。
【００８４】
ファイバ３００、３１０および３２０のいずれの半径方向位置での局所粘度（１６５０℃で、ポアズで表される）は、所定のファイバ層について局所ガラス組成の関数として予測される。例えば、局所粘度は、式（７）の以下の関係により与えられる：
【００８５】
【数７】
2018516386.tif 000009
【００８６】
式中、ｌｏｇは１０を底とする対数であり、［ＧｅＯ2］、［Ｃｌ］、［Ｆ］および［ＳｉＯＮ］は、それぞれ、ゲルマニア、塩素、フッ素およびＳｉＯＮドーパントの局所質量％である。それに加え、η0は、純粋なシリカ（すなわち、ドーパントを含まないシリカガラス）の粘度であり、式（８）に与えられる：
【００８７】
【数８】
2018516386.tif 000010
【００８８】
式中、ＴはケルビンＫで表された温度である。
【００８９】
単一モード動作のために構成された共ドープ光ファイバ３００、３１０、３２０および６００は、低い曲げ損失も有し得る。ここに用いたように、「曲げ損失」は、ｄＢ／ｔｕｒｎの単位で表された、１５５０ｎｍで測定された、光ファイバのマクロベンド損失値を称する。いくつかの実施の形態において、ファイバ３００として構成された光ファイバ設計は、直径１５ｍｍのマンドレル上で５ｄＢ／ｔｕｒｎ以下のマクロベンド損失を有し得る。特定の実施の形態によれば、ファイバのマクロベンド損失は、直径１５ｍｍのマンドレル上で２ｄＢ／ｔｕｒｎ以下、直径２０ｍｍのマンドレル上で１．５ｄＢ／ｔｕｒｎ以下、直径２０ｍｍのマンドレル上で０．５ｄＢ／ｔｕｒｎ以下、直径３０ｍｍのマンドレル上で０．０２５ｄＢ／ｔｕｒｎ以下、そして直径３０ｍｍのマンドレル上で０．０１ｄＢ／ｔｕｒｎ以下である。いくつかの実施の形態において、ファイバ３１０および３２０として構成された光ファイバ設計は、直径１０ｍｍのマンドレル上で１．５ｄＢ／ｔｕｒｎ以下、直径１０ｍｍのマンドレル上で１ｄＢ／ｔｕｒｎ以下、直径１５ｍｍのマンドレル上で１．５ｄＢ／ｔｕｒｎ以下、直径１５ｍｍのマンドレル上で１ｄＢ／ｔｕｒｎ以下、直径１５ｍｍのマンドレル上で０．５ｄＢ／ｔｕｒｎ以下、直径２０ｍｍのマンドレル上で０．５ｄＢ／ｔｕｒｎ以下、直径２０ｍｍのマンドレル上で０．２ｄＢ／ｔｕｒｎ以下、直径２０ｍｍのマンドレル上で０．１ｄＢ／ｔｕｒｎ以下、直径３０ｍｍのマンドレル上で０．０２５ｄＢ／ｔｕｒｎ以下、そして直径３０ｍｍのマンドレル上で０．０１ｄＢ／ｔｕｒｎ以下のマクロベンド損失を有し得る。
【００９０】
ファイバ３００、３１０、３２０および６００を含む、ここに開示されたファイバは、従来の製造技術を使用して製造された光ファイバプリフォームから、例えば、その明細書がここに引用される、米国特許第７５６５８２０号、同第５４１０５６７号、同第７８３２６７５号、および同第６０２７０６２号の各明細書に開示されているように、公知のファイバ線引き方法および装置を使用して線引きされるであろう。具体的には、共ドープ光ファイバ３００、３１０、３２０および６００は、線引き炉内で牽引機により光ファイバプリフォームの基部から引っ張ることができる。線引き炉を出た後、むき出しの光ファイバは、牽引機の速度を調節して、ファイバの直径を一定に維持するために、フィードバック制御ループに使用される信号を提供する直径モニタ（Ｄ）を経る。このむき出しの光ファイバは、次に、プリフォームからファイバを引っ張ることにより生じる光ファイバの張力を測定するファイバ張力測定装置（Ｔ）を通過する。この張力は、ファイバ線引きの速度、プリフォームの基部の温度と粘度などに応じて増加し得る。ファイバ張力測定装置の一例が、ここに引用される、欧州特許出願公開第０４７９１２０Ａ２号明細書に開示されている。ファイバ３００、３１０、３２０および６００を含む、ここに開示された光ファイバは、そのようなプリフォームから線引きし、標準的な一次および二次アクリル酸ウレタン被覆で被覆することができる。
【００９１】
ここに開示されたファイバ３００、３１０、３２０および６００の共ドープコア領域１０１は、必要に応じて、あるレベルのアルカリを含有してもよいが、ここに開示された実施の形態では、アルカリを実質的に含まないコアを利用することがあり、多くの実施の形態において、そのコア領域がアルカリを全く含有しないことが好ましい。
【００９２】
図１〜４を再び参照すると、共ドープファイバ３００、３１０、３２０および６００の各々は、１５５０ｎｍの波長で約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を示すように構成することができる。これらの共ドープファイバは、フッ素および塩素が共ドープされたシリカから作られたコア領域１０１を中に含む。そのファイバは、コア領域１０１を取り囲む第１のクラッド領域１４１もその中に含む。さらに、コア領域１０１は、純粋なシリカと比べて、約−０．１０％から約＋０．０５％の相対屈折率を有する。その上、第１のクラッド１４１は、実質的に一定であり、コア領域１０１の相対屈折率プロファイル１よりも低い相対屈折率を有する低下領域を含み得る。例えば、図１に示された共ドープファイバ３００の相対屈折率プロファイル４は、そのような低下領域に相当する。同様に、図２および３に示された共ドープファイバ３１０および３２０の相対屈折率プロファイル３は、そのような低下領域に相当する。その上、図４に示された共ドープファイバ６００の相対屈折率プロファイル２はそのような低下領域に相当する。
【００９３】
図１〜４の範囲内の例示の様式で示されるように、共ドープファイバ３００、３１０、３２０および６００の各々は、１５５０ｎｍの波長で約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を示すように構成することができる。これらの共ドープファイバは、フッ素および塩素が共ドープされたシリカから作られたコア領域１０１を中に含む。そのファイバは、コア領域１０１を取り囲む第１のクラッド領域１４１も中に含む。さらに、図１〜４に示されるようなコア領域１０１は、約１２以上のアルファを有する階段状屈折率プロファイルを有する。その上、第１のクラッド１４１は、実質的に一定であり、コア領域１０１の相対屈折率よりも低い相対屈折率（例えば、図１に示された共ドープファイバ３００の相対屈折率プロファイル４）を有する低下領域を含み得る。
【００９４】
図１〜４をさらに参照すると、共ドープファイバ３００、３１０、３２０および６００の各々は、複数モード動作のために構成することができる。そのようなファイバの各々は、フッ素および塩素が共ドープされたシリカから作られたコア領域１０１を含む。これらの複数モードファイバは、（ａ）１５５０ｎｍの波長で、２超かつ８未満のモードで光データを伝送するように構成され、（ｂ）純粋なシリカと比べて、約−０．１０％から約＋０．０５％の相対屈折率を有し、（ｃ）約６．０マイクロメートルから約５０マイクロメートルの半径を有するコア領域１０１も含む。そのファイバは、コア領域１０１を取り囲む第１のクラッド領域１４１を中にさらに含む。第１のクラッド１４１は、実質的に一定であり、コア領域１０１の相対屈折率よりも低い相対屈折率（例えば、図１に示された共ドープファイバ３００の相対屈折率プロファイル４）を有する低下領域を含む。その上、複数モード動作のために構成されたこれらの共ドープファイバは、１５５０ｎｍの波長で約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有する。
【００９５】
ここに開示された共ドープファイバ３００、３１０、３２０および６００は、これらの実施の形態にしたがう他の共ドープ光ファイバと共に、約１．２質量％以上の塩素濃度を利用し、これは、いくつかの従来の光ファイバに利用された塩素レベルよりも著しく高い塩素濃度レベルを反映する。ここに開示された共ドープファイバ中のそのような高い塩素レベルは、ここに開示されたファイバ加工方法にしたがって多数の変数を最適化することによって達成できる。例えば、ＳｉＣｌ4液体（例えば、光ファイバのシリカコア領域内に塩素をドープするための前駆体）を気化させるためにより高い温度を使用して、蒸気相中のＳｉＣｌ4濃度レベルを増加させてもよい。いくつかの実施の形態において、その気化器の温度は、４０℃より高く、いくつかの他の実施の形態において、４５℃より高い。さらなる態様において、気化器の温度は、５０℃より高く、さらに他の実施の形態において、５７℃より高い。その結果、固結炉（例えば、ファイバの加工に典型的に利用されるような）内で、増加したＳｉＣｌ4濃度レベルが利用されることがある。ここに開示された方法のいくつかの実施の形態において、炉への総流量に対する気化器／バブラーを通る気体の分率は、３０％より高い；他の実施の形態において、炉への総流量に対する気化器／バブラーを通る気体の分率は、５０％より高い；さらに他の実施の形態において、炉への総流量に対する気化器／バブラーを通る気体の分率は、８０％より高い。その気体の残りはＨｅガスであってよい。特定の他の実施の形態において、炉への総流量に対する気化器／バブラーを通る気体の分率は、１００％、または１００％に近い。
【００９６】
ここに開示された共ドープファイバ加工の実施の形態のいくつかにおいて、ＳｉＣｌ4を使用したコア領域の塩素ドープは、焼結過程中に行うことができる。すなわち、スートプリフォームは、スートプリフォームが、細孔が閉じた状態に移行し、１３００℃より高い温度でＳｉＣｌ4の存在下で完全に焼結されたプリフォームとなる時点の前、および／またはその時点まで、ドープされている。他の実施の形態において、塩素ドープは、１３７５℃より高い温度で行われる。いくつかの追加の実施の形態において、塩素ドープは、１４００℃より高い温度で焼結過程中に行われる。
【００９７】
ここに開示された共ドープ光ファイバを製造する方法の特定の態様において、高スート表面積プリフォーム（すなわち、従来の光ファイバ加工に使用されるプリフォームの表面積と比べて）を、ＳｉＣｌ4を使用したコア領域のドープに利用することができる。いくつかの実施の形態において、そのスートプリフォームの表面積は、１０ｍ2／ｇより大きい、２０ｍ2／ｇより大きい、２５ｍ2／ｇより大きい、またさらには５０ｍ2／ｇより大きい。特定の他の実施の形態において、そのスートプリフォームの表面積は、９０ｍ2／ｇより大きいことがある。そのプリフォームの表面積は、本開示の術野内で理解されるように、ＢＥＴ表面積特性化技術を使用して測定できる。
【００９８】
ここに開示されたファイバのコア領域内にドープされるＳｉＣｌ4の量は、プリフォームを完全に固結する前に、ＳｉＣｌ4およびＨ2Ｏ（および／またはＯ2）の混合物への連続暴露の多数のサイクルでシリカスートプリフォームを処理することによって、増加させることもできる。理論により束縛する意図はないが、シリカスート表面をＳｉＣｌ4で処理すると、シリカスート表面上のＯＨ基の位置に−ＳｉＣｌ3基を結合させることにより、および／またはＳｉ−Ｏ−Ｓｉ基をシリカスート表面と反応させて、ＳｉＣｌ+基およびＳｉＯＣｌ3を形成することにより、塩素がドープされると考えられる。結合した−ＳｉＣｌ3基中のＣｌ分子の各々は、それを水で処理する（または酸素で処理して表面上に別のＳｉＯ2分子を形成する）ことにより、ＯＨ基に転化させることができ、次に、ＯＨ基は、ＳｉＣｌ4ドーパント前駆体との続いての処理の際に、追加の−ＳｉＣｌ3基と結合するための反応場となる。そのプリフォームが多数のサイクルの連続ＳｉＣｌ4およびＨ2Ｏ（および／またはＯ2）環境に暴露される手順を活用することにより、カスケード構造を作り出し、スート粒子表面に多量の塩素を含ませることが可能である。これにより、以前に文献に報告された、および／または従来の光ファイバ加工方法に用いられた、ドープ塩素レベルと比べて、固結されたガラスにおける塩素ドープレベルが著しく高くなる。
【００９９】
ここに開示された高塩素コア領域ドープ方法に用いられるプリフォームのスート表面積を増加させるために使用できる他の方法には、以下が挙げられる：１）低密度スート配置工程、２）高表面積スート加圧工程、および／または３）スートへのゾル・ゲルシリカ（例えば、ＴＥＯＳ、前または後加水分解）またはＬｕｄｏｘ（登録商標）コロイドシリカなどのナノ粒子シリカの含浸。
【０１００】
先に概説した方法を使用することにより、これらの方法のいくつかの実施の形態を使用して、塩素濃度が約１．２質量％以上、約１．３質量％以上、そして約１．４質量％以上の固結ガラス（例えば、共ドープ光ファイバのコア領域として働く）を製造することができる。いくつかの実施の形態において、その固結ガラス中のドープされた塩素濃度は、約１．５質量％以上、約２質量％以上、約２．５質量％以上、またさらには約３質量％以上である。
【０１０１】
コア領域中にフッ素と共に高レベルの塩素を共ドープするためのここに開示された技術は、低損失光ファイバの製造に顕著な利点を与える。塩素は、コア領域内の濃度変動を増加させずに、密度変動の寄与を低下させることによって、低いレイリー散乱損失をもたらすドーパントである。いくつかの従来の光ファイバ構成において、塩素濃度が１．２質量％未満の（すなわち、唯一のドーパントとして）コア領域が使用されてきた。そのような設計について、光ファイバとして作動するための適切な特性に必要な、コアとクラッドとの間の屈折率差を提供するために、クラッドにフッ素が使用されてきた。しかしながら、コアとクラッドとの間の粘度の不一致が大きいために、線引き時に、著しい応力が誘発される。その応力は、応力光学効果により、コアと内側クラッド領域との間の相対屈折率差を低下させ、またガラス転移領域におけるガラスの構造緩和を妨げることによって、減衰に悪影響を及ぼす。
【０１０２】
例えば、コア中に１．１質量％（１．８モル％）の塩素を、隣接するクラッド中に１．４質量％（４．４モル％）のフッ素を有する従来の光ファイバは、コアとクラッドとの間に組成による屈折率差を生じ、これは０．５０５％Δとなる。しかしながら、このファイバは、１５０ｇの張力で線引きされると、ファイバにおける相対屈折率差が、応力光学効果のために大幅に減少し、０．２９６％Δの実際の屈折率デルタパーセントが達成される。この問題は、クラッドガラスよりも堅いコアガラスのためであると考えられる。対照的に、ここに開示された共ドープ光ファイバ構成は、コア領域とクラッドとの間の粘度の不一致を減少させることにより、応力光学効果を最小にするのにより適している。ここに開示された方法により実行可能な共ドープコア領域中のより高い塩素レベルを考えると、フッ素は、従来の光ファイバ中よりも低レベルでクラッドに導入して、光ファイバとして作動するために必要な相対屈折率差を生じることができる。クラッド中に存在するフッ素のレベルがより低いので、コア領域とクラッドとの間の粘度の不一致が減少し、ここに開示された共ドープファイバについて応力光学効果を減少させることができる。
【０１０３】
図５を参照すると、本開示の態様による共ドープ光ファイバ（例えば、ファイバ３００、３１０、３２０および６００）のコア領域（例えば、コア領域１０１）に線引きするのに適した共ドープコアケイン内の半径方向距離（μｍ）の関数としてのドーパント濃度（質量％）のプロットが与えられている。このコアケインは、実施例１に詳述されたように製造したコアケインについて下記に記載されたのと同様の条件にしたがって、加工し、ドープした。
【０１０４】
図５に示されるように、質量％のＣｌ（「Ａ１−Ｃｌ」）およびＦ（「Ａ１−Ｆ」）のドーパント濃度レベルが、コアケインの中心から、約４２００μｍの外半径まで示されている。Ｃｌ濃度レベルは約１．５質量％から約１．４質量％であり、Ｆ濃度レベルは約０．６質量％から約０．７質量％である。コアケインの半径方向距離の関数としてのこれらの濃度レベルは、階段状アルファプロファイルを示しており、アルファは１２より大きいことも明白である。これらのコアケインドープ濃度では、ファイバの単一モード動作に適した効果的な導波路挙動には、コア領域とクラッドとの間の０．３５％Δ差が必要であろうと予測される。
【０１０５】
図６を参照すると、比較の単一ドープコアケインの比較例（比較例「Ｃ１」、「Ｃ２」および「Ｃ３」）および本開示の共ドープコアケインの態様（「Ａ２」）に関する、温度（℃）の関数としてのコアケインの粘度（ｌｏｇ10ポアズ）のプロットが与えられている。図６に用いられたコアケインは、実施例１において製造されたコアケインについて、下記に記載された条件にしたがって、加工し、ドープした。単一ドーパントとしてＣｌを含む比較例Ｃ１〜Ｃ３は、ドーパント源としてＣｌ2およびＳｉＣｌ4ガスのみで（すなわち、ＳｉＦ4は存在しなかった）加工されたことを留意のこと。
【０１０６】
図６が示すように、Ｃ１のコアケインの試料は約２．０質量％のＣｌドーパント濃度を有し、Ｃ２のコアケインの試料は約１．８質量％のＣｌドーパント濃度を有し、Ｃ３のコアケインの試料は約０．４１質量％のＣｌドーパント濃度を有する。対照的に、Ａ２のコアケインの試料は、約１．６質量％のＣｌおよび約０．６質量％のＦのドーパント濃度の共ドープ構成を反映している。図６に示された粘度データは、比較の塩素ドープコアケインが、共ドープコアケインよりも高い粘度レベルを示すことを明らかにする。その上、この共ドープコアケインは、比較例の内の２つと比べてより低いレベルの塩素を有し、それでもまだ、これらのコアケインよりも低い粘度を示す。共ドープコアケイン（「Ａ２」）に観察されたより低い粘度レベルにより、ファイバ線引き過程中にガラス緩和が増加し、仮想温度がより低くなり、それに対応して、ファイバ減衰レベルが低くなる。
【０１０７】
図７を参照すると、形成したままの状態と、後徐冷した状態の、図６からの単一ドープコアケインの比較例の内の２つ（「Ｃ１」および「Ｃ２」）、および本開示の共ドープコアケインの態様（「Ａ３」）に関する仮想温度の棒グラフが与えられている。図７に用いられたコアケインは、下記の実施例１において製造されたコアケインについて記載された条件にしたがって、加工し、ドープした（すなわち、先に述べたように、単一ドープコアケインの比較例については、変更されている）。その上、下記の実施例１において製造したコアケインについて記載した条件にしたがって、コアケインを徐冷した。
【０１０８】
図７が示すように、塩素とフッ素が共ドープされたコアケインの試料（「Ａ３」）の仮想温度は、単一の塩素ドーパントを有するコアケインの比較試料に観察された仮想温度と比べて、形成されたままの状態と後徐冷した状態の両方で、８０℃ほど低かった。共ドープコアケインの試料と、単一ドーパントを有するコアケインの比較試料との間のこれらの観察された仮想温度の差は、ファイバ線引き過程中に増加したガラス緩和レベルに少なくとも基づいて、これらのケインから線引きされた光ファイバにおいても現れるであろうと予測される。
【実施例】
【０１０９】
先のファイバの様々な実施の形態を、モデル化ファイバの以下の実施例によってさらに明白にする。本開示の精神または範囲から逸脱せずに、様々な改変および変更を行えることが当業者には明白であろう。下記に列挙された実施例の全ては、６２．５マイクロメートルの外半径、および１２５マイクロメートルのファイバ直径を有する。さらに、下記のモデル化されたファイバに与えられた全ての光学パラメータは、特に明記のない限り、１５５０ｎｍおよびＬＰ０１モードである。
【０１１０】
本開示の先の態様において記載された共ドープファイバ３００、３１０、３２０および６００の１つ以上による、モデル化された塩素とフッ素が共ドープされたコア、フッ素ドープクラッド、単一モード（ＳＭ）および複数モード（ＦＭ）の光ファイバの例とその性質が、下記の表１〜６に示されている。
【０１１１】
下記の表１〜３には、様々な共ドープＳＭファイバに関する以下のパラメータおよびファイバ寸法が示されている：コアのΔ1max（％）、コアアルファ、コア中のＣｌおよびＦのコアドーパント（質量％）、コアの半径ｒ1（μｍ）、クラッドの外半径ｒ4（μｍ）、クラッドデルタ（％）、２２メートルケーブルカットオフ波長（ｎｍ）、１３１０ｎｍでのモードフィールド径ＭＦＤ（μｍ）、１３１０ｎｍでの実効断面積Ａeff（μｍ2）、１３１０ｎｍでの分散（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）および分散勾配（ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ）、ゼロ分散波長のラムダゼロ（ｎｍ）、１５５０ｎｍでのモードフィールド径ＭＦＤ（μｍ）、１５５０ｎｍでの実効断面積Ａeff（μｍ2）、１５５０ｎｍでの分散（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）および分散勾配（ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ）、１３１０および１５５０ｎｍでの減衰（ｄＢ／ｋｍ）。さらに、表２において、列挙されたファイバの実施例の両方（実施例９および１０）について、凹部の半径ｒ3（μｍ）が与えられており、列挙されたファイバの実施例の一方（実施例１０）について、堅い外側クラッド部分の内半径ｒ5（μｍ）がさらに与えられている。表２は、列挙されたファイバの実施例に適用できるような、コア、凹部、クラッドおよび堅い外側クラッド部分に関する粘度データ（１６５０℃でのポアズで表されている）も含む。表３において、溝部の内半径と外半径ｒ2およびｒ3（μｍ）も与えられている。直径１０、１５、２０および３０ｍｍのマンドレルに関する、ｄＢ／ｔｕｒｎで表された１５５０ｎｍでの曲げ損失値も、表１〜３に含まれている。最後に、「Ｎ／Ａ」という表記は、そのパラメータが特定のファイバの実施例には適用できないことを示す。
【０１１２】
【表１】
2018516386.tif 000011
【０１１３】
【表２】
2018516386.tif 000012
【０１１４】
【表３】
2018516386.tif 000013
【０１１５】
表４〜６には、表１〜３においてファイバについて与えられた一連のパラメータおよび寸法による様々な複数モード（ＦＭ）の光ファイバに関する光学パラメータおよび寸法が列挙されている。その上、表４〜６に概説されたＦＭファイバは、以下の追加のパラメータおよび寸法も含む：ＬＰ０１カットオフ（μｍ）、ＬＰ１１カットオフ（μｍ）、ＬＰ２１カットオフ（μｍ）、ＬＰ０２カットオフ（μｍ）、１５５０ｎｍでのＬＰ０１  ＭＦＤ（μｍ）、１５５０ｎｍでのＬＰ０１  Ａeff（μｍ2）、１５５０ｎｍでのＬＰ０１分散（ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ）、１５５０ｎｍでのＬＰ０１勾配（ｐｓ／ｎｍ2／ｋｍ）、および１５５０ｎｍでのＬＰ０１減衰（ｄＢ／ｋｍ）。
【０１１６】
【表４】
2018516386.tif 000014
【０１１７】
【表５】
2018516386.tif 000015
【０１１８】
【表６】
2018516386.tif 000016
【０１１９】
表１〜３における単一モード（ＳＭ）光ファイバの光学的性質は、Ｇ．６５７、Ｇ．６５２およびＧ．６５４の仕様に準拠する、低い減衰、優れた曲げ性能および他の性質を示す。表４〜６における複数モード（ＦＭ）光ファイバの光学的性質は、低い減衰、優れた曲げ性能、大きいモードフィールド径および実効断面積を示す。
【０１２０】
塩素とフッ素が共ドープされたコアケインに関する、製造および加工条件の例、並びに性質が、下記に詳述されている。これらのコアケインは、以下に限られないが、共ドープ光ファイバ３００、３１０、３２０および６００を含む、本開示の態様による共ドープ光ファイバを線引きするのに適している。
【０１２１】
実施例１
約０．５ｇ／ｃｍ3の密度を有する、１メートル長の３０００グラムのシリカスートプリフォームを、シリカハンドルを含む直径１０ｍｍの取り外しできるアルミナ製回転ベイトロッド上にシリカスートを火炎堆積させることによって、旋盤内で調製した。このスートプリフォームを、固結炉内に入れ、約４５体積％のＨｅ、約１２体積％のＣｌ2、約３２体積％のＳｉＣｌ4、および約１１体積％のＳｉＦ4を有する気体雰囲気内において約１２２５℃で乾燥させ、ドープした。次いで、このアセンブリを、約４４体積％のＨｅ、約４１体積％のＳｉＣｌ4、および約１５体積％のＳｉＦ4を有する気体雰囲気内において約２．５℃／分の昇温速度で約１５００℃のピーク温度を有する高温区域に通して移動させ（下方駆動）、このようにして、完全に緻密化されたＣｌおよびＦ共ドープシリカガラスコアプリフォームを製造した。
【０１２２】
ガラス中の溶解Ｈｅを放出するために、１０００℃に設定されたＡｒパージ済み保持オーブン内にこのプリフォームを約２４時間に亘り置いた。次いで、このプリフォームを、約１９００℃に設定された前線引き(redraw)炉に入れた。ハンドルを通じて、プリフォームの中心線部分まで、炉を真空に引いて、中心線の孔を潰した。次いで、このプリフォームを、約１メートルの長さで直径約８．５ｍｍの、空隙のないＣｌおよびＦ共ドープシリカガラスコアケインに前線引きした。
【０１２３】
結果として得られたコアケインの微小分析により、各ケインが、約１．５質量％のＣｌおよび約０．５８質量％のＦを有する均一な共ドープ領域を含むことが示された。これらの濃度レベルは、そのケインの直径に亘り均一であると測定された。
【０１２４】
これらのケインに関する屈折率プロファイルを作成した。得られたプロファイルは、これらのケインに亘り均一に存在する約−０．０６％のデルタ屈折率（純粋なシリカに対して）を含んだ。
【０１２５】
フーリエ変換赤外分光（ＦＴＩＲ）技術によって、これらのケインの仮想温度も測定した。これらケインの各々について、約１１００℃の仮想温度が測定された。これらのケインの内の１つに徐冷過程を施した。このケインを炉に入れ、１２００℃に加熱し、１２００℃で１時間に亘り保持し、次いで、毎時１００℃の冷却速度で９００℃に冷却した。次いで、このケインを冷却して一晩で約２５℃に戻した。徐冷したケインの仮想温度は、図７にも示されているように（「Ａ３−徐冷」）、約８９０℃であると測定された。
【０１２６】
先は、例示に過ぎず、請求項に定義されたファイバの性質および特徴を理解するための概要を提供する目的であることを理解すべきである。添付図面は、好ましい実施の形態のさらなる理解を与えるために含まれ、本明細書に包含され、その一部を構成する。図面は、説明と共に、原理と動作を説明する働きをする様々な特徴および実施の形態を示している。請求項の性質または範囲から逸脱せずに、ここに記載された好ましい実施の形態に様々な改変および変更を行えることが、当業者に明白であろう。
【０１２７】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１２８】
実施形態１
単一モード光ファイバにおいて、
１５５０ｎｍの波長で約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有するファイバ、
を備え、該ファイバは、
５超のアルファを有するグレーデッド屈折率プロファイルを有する該ファイバ中のコア領域、および
前記コア領域を取り囲む該ファイバ中の第１のクラッド領域、
を含み、
前記コア領域は、純粋なシリカと比べて、約−０．１０％から約＋０．０５％の相対屈折率を有し、
前記コア領域は、約１．２質量％以上で塩素が、約０．１質量％と約１質量％の間でフッ素が共ドープされたシリカから作られた、単一モード光ファイバ。
【０１２９】
実施形態２
前記第１のクラッド領域は、前記コア領域の相対屈折率より低い相対屈折率を有する低下領域を含む、実施形態１に記載のファイバ。
【０１３０】
実施形態３
単一モード光ファイバにおいて、
１５５０ｎｍの波長で約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有するファイバ、
を備え、該ファイバは、
フッ素および塩素が共ドープされたシリカから作られた該ファイバ中のコア領域；および
前記コア領域を取り囲む該ファイバ中の第１のクラッド領域、
を含み、
前記コア領域は、５超のアルファを有するグレーデッド屈折率プロファイルを有し、
前記第１のクラッド領域は、前記コア領域の相対屈折率より低い相対屈折率を有する低下領域を含む、単一モード光ファイバ。
【０１３１】
実施形態４
複数モード光ファイバにおいて、
フッ素および塩素が共ドープされたシリカから作られた前記ファイバ中のコア領域であって、純粋なシリカと比べて、約−０．１０％から約＋０．０５％の相対屈折率、および約６．０マイクロメートルから約５０マイクロメートルの半径を有し、１５５０ｎｍの波長で２モード超かつ８モード未満で光データを伝送するように構成されたコア領域、および
前記コア領域を取り囲む前記ファイバ中の第１のクラッド領域、
を含み、
前記第１のクラッド領域は、前記コア領域の相対屈折率より低い相対屈折率を有する低下領域を含み、
前記ファイバは、１５５０ｎｍの波長で約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有する、複数モード光ファイバ。
【０１３２】
実施形態５
１５５０ｎｍの波長で約０．１７ｄＢ／ｋｍ未満の減衰を有する、実施形態４に記載のファイバ。
【０１３３】
実施形態６
前記低下領域の相対屈折率が、前記コア領域の相対屈折率より約０．３５％低い、実施形態２から５いずれか１つに記載のファイバ。
【０１３４】
実施形態７
前記コア領域が、塩素およびフッ素が共ドープされたシリカから作られ、該塩素が約２．５質量％以上である、実施形態１から６いずれか１つに記載のファイバ。
【０１３５】
実施形態８
前記コア領域と前記第１のクラッド領域との間の相対屈折率差が、０．２％Δと０．５％Δの間である、実施形態１から７いずれか１つに記載のファイバ。
【０１３６】
実施形態９
前記コア領域が、約１．５質量％以上で塩素が、約０．１質量％と約０．６質量％の間でフッ素が共ドープされたシリカから作られた、実施形態１から８いずれか１つに記載のファイバ。
【０１３７】
実施形態１０
前記コア領域が、質量パーセントのフッ素で割った質量パーセントのフッ素と塩素の合計が約１．５の係数より大きくなるように、フッ素と塩素が共ドープされたシリカから作られた、実施形態２から９いずれか１つに記載のファイバ。
【０１３８】
実施形態１１
１５３０ｎｍ未満の２２ｍケーブルカットオフ波長を特徴とする、実施形態１から１０いずれか１つに記載のファイバ。
【０１３９】
実施形態１２
１２６０ｎｍ未満の２２ｍケーブルカットオフ波長を特徴とする、実施形態１から１１いずれか１つに記載のファイバ。
【０１４０】
実施形態１３
前記コア領域の仮想温度が約１４００℃以下である、実施形態１から１２いずれか１つに記載のファイバ。
【０１４１】
実施形態１４
前記コア領域の仮想温度が約１２００℃以下である、実施形態１から１３いずれか１つに記載のファイバ。
【０１４２】
実施形態１５
前記第１のクラッド領域が堅い外側部分をさらに備え、該堅い外側部分の１６５０℃での粘度が、前記コア領域および前記低下領域の少なくとも一方の１６５０℃での粘度より大きい、実施形態１から１４いずれか１つに記載のファイバ。
【０１４３】
実施形態１６
前記第１のクラッド領域の前記堅い外側部分、並びに前記コア領域および該第１のクラッド領域の前記低下領域のいずれか１つの１６５０℃での粘度の差が、１×１０6ポアズ以上かつ１．６×１０8ポアズ以下である、実施形態１５に記載のファイバ。
【０１４４】
実施形態１７
前記コア領域が、それぞれ、約１．４質量％以上および約１質量％と約０．１質量％の間で、塩素およびフッ素で共ドープされたシリカから作られた、実施形態４に記載のファイバ。
【符号の説明】
【０１４５】
１００    コア半径
１０１    コア
１４１    クラッド
２００    クラッドの厚さ
３００、３１０、３２０、６００    共ドープ光ファイバ
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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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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【国際調査報告】
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