(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバープレフォームの製造方法であって、
（あ）第１の材料で形成され、実質的に水平なターゲットロッドを準備する工程を含み、前記ターゲットロッドは、前記ターゲットロッドに対して実質的に垂直に直立して配置されたプラズマトーチの上方に配置されており、前記プラズマトーチからのプラズマ炎が前記ターゲットロッドにむかって上方に差し向けられ、
さらに、
（い）コイル軸を中心にした複数の巻き線を有するコイルを備えた高周波プラズマトーチを準備する工程を含み、前記プラズマトーチは、前記ターゲットロッドを前記コイルから３０ｍｍから５５ｍｍの間隔だけ離した状態で、前記ターゲットの長さに沿って、選択的に位置決め可能であり、
前記プラズマトーチは、
クォーツから構成された外側の管と、
クォーツから構成された内側の管と、
前記外側の管と、前記内側の管とを連結するチャンバとを含み、前記外側の管と前記内側の管との間にプラズマガス源を構成するために、プラズマガス源が前記チャンバに連結されており、
前記方法は、さらに、
（う）ヒドロキシルの含有量が２ｐｐｍ未満であるプラズマガスをプラズマトーチの中に導入してプラズマを形成する工程を含み、前記プラズマガスは、垂直方向速度がゼロである渦巻き形のパターンを有しており、
前記方法は、さらに、
（え）前記プラズマガスの垂直方向速度がゼロである位置で、或いは、前記プラズマガスの垂直方向速度がゼロである位置の上方で、少なくともＳｉＣｌ4と、ドーパントとを含む原料ガスを、前記コイルの上方の前記プラズマトーチと連通する領域の中に導入する工程を含み、前記原料ガスは、ヒドロキシルの含有量が０．５ｐｐｍ未満であり、
前記方法は、さらに、
（お）前記ターゲットロッドと前記コイルとの間の間隔を維持しながら、前記プラズマと前記原料ガスとの反応生成物の少なくとも１つを前記ターゲットロッドに蒸着する工程と、
（か）前記プラズマトーチによって、第１の濃度で提供された第１ドーパントでドープされた第１のシリカ層を前記ターゲットロッドに、所定の第１の厚さまで、同時に、蒸着して焼結する工程と、
（き）前記第１のシリカ層を蒸着した前記ターゲットロッドを所定の第１の直径まで引いて、それによって、ドープされたシリカロッドを形成する工程とを含み、
前記方法は、さらに、
（く）（く１）所定の回数にわたり、又は、
（く２）前記第１の材料が前記ドープされたシリカロッドの所定の割合を含むまで、
前記工程（い）と前記工程（き）とを繰り返す工程を含み、
前記方法は、さらに、
（け）第２の濃度で提供された第２のドーパントでドープされたシリカを含む第２の層を前記ドープされたシリカロッド上に所定の第２の厚さまで蒸着して、それによって、中間構造体を形成する工程と、
（こ）前記中間構造体に第３の層を所定の第３の厚さまで蒸着して、それによって、プレフォーム構造体を形成する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
（さ）前記プレフォーム構造体の上にジャケット層を付ける工程を更に含み、前記ジャケット層は、本質的に純粋シリカからなり、且つ、所定の第４の厚さまで付けられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記工程（こ）の後であって、且つ、前記工程（さ）の前に、所定の第３の直径まで前記プレフォーム構造体を引く工程を更に含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の材料が、シリカ、および、ドーパントでドープされたシリカからなる群から選ばれたものの一つであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記ドーパントが、Ｆ、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＴｉＯ2、および、Ａｌ2Ｏ3からなる群から選ばれたものの一つである屈折率変更材料であることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記工程（け）において、前記第２の濃度が、前記第１の濃度と相違しており、
前記方法は、さらに、
前記第２のシリカ層を蒸着しているときに、前記第２の濃度を一定の値に維持する工程を含み、これによって、ドープされたシリカロッド、および、第２のシリカ層の階段状の屈折率のプロファイルを形成することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２のシリカ層を蒸着しているときに、第２の濃度を変化させる工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第２のドーパントはフッ素であり、前記第２の濃度は、最初に第２のシリカ層が蒸着されたときの最小値から、前記第２のシリカ層の蒸着がほとんど完了するときの最大値まで変化することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第２の濃度は、前記第２のシリカ層が最初に蒸着されたときの最大値から、前記第２のシリカ層の蒸着がほとんど完了するときの最小値まで変化することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の濃度の最大値は、前記第１の濃度と実質的に等しいことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記工程（こ）において蒸着された前記第３の層は、プラズマ外側蒸着によって蒸着されたクラッド層であって、前記クラッド層は、本質的に、前記最小値で前記第２のドーパントでドープされたシリカからなることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記工程（こ）において蒸着された前記第３の層は、プラズマ外側蒸着によって蒸着されたクラッド層であって、前記クラッド層が、本質的に、フッ素でドープされたシリカからなることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記工程（こ）において蒸着された前記第３の層は、プラズマ外側蒸着によって蒸着されたクラッド層であって、前記クラッド層が、本質的に、フッ素でドープされたシリカからなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
（し）前記プレフォーム構造体にジャケット層を付ける工程を更に含み、前記ジャケット層は、実質的に純粋シリカからなり、且つ、所定の第４の厚さまで付けられることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記工程（さ）の後であって、且つ、前記工程（し）の前に、所定の第３の直径まで前記プレフォーム構造体を引く工程を更に含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記コイルの軸線方向におけるプラズマの速度がゼロである前記プラズマトーチの箇所のすぐ上方に、前記原料ガスを導入することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記ターゲットロッドは、前記ターゲットロッドに最も近い巻き線から、前記間隔だけ離れていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
プラズマガスを前記プラズマトーチの中に導入する前に、プラズマガスを乾燥する工程を更に含むことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１のドーパントと前記第２のドーパントが同じであり、前記第１の濃度と前記第２の濃度が同じであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、プラズマ外面蒸着法（plasma outside vapor deposition process）を用いて単一モードおよび多モード設計の光ファイバープレフォームを製造する方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
従来技術により、石英ガラスのスタートチューブおよび光ファイバープレフォームの種々の製造アプローチが教示されている。スタートチューブは、シリカを加熱して、孔を通して押し出すことにより形成される。スタートチューブ、および、光ファイバーの両者は、修正化学蒸着法（MCVD; modified chemical vapor deposition）、アキシャル蒸着法（VAD; vapor axial deposition）、外面蒸着法（OVD; outside vapor deposition）等の幾つかの技術のうちの１つを用いて、ドープトシリカまたは非ドープトシリカをターゲット上に蒸着することにより製造される。これらの各方法は、一般にチューブまたは中実ロッドの形態をなしかつガラス、セラミックまたは他の幾つかの材料のうちの１つから形成されたターゲットを回転させることにより出発する。或る場合には、ロッドまたはチューブはプレフォームの一体部分となるが、他の場合にはロッドは除去される。ガスバーナまたはプラズマ源等の熱源は、回転ターゲットを横切って、下方、上方または横方向に配置される。熱源は、ガラス粒子を形成するガラス成形反応に必要なエネルギを与える。方法の性質に基いて、これらの蒸着されたガラス粒子は、次の処理、例えばVAD法またはOVD法等の乾燥および燒結工程の準備が整えられる。MCVD法の場合には、これらの粒子は、同じ熱源によって溶融され、ガラス質石英となる。
【０００３】
ターゲットが水平に取り付けられる場合には、熱源は、ターゲットの長さに沿って移動し、均一な蒸着を確保する。ターゲットがチューブである場合には、粒子を形成するガラスおよび材料が、チューブの内面上に蒸着される（この場合には、外径は一定に維持される）か、チューブの外面上に蒸着される（この場合には、外径は成長する）。
【０００４】
ターゲットが垂直に取り付けられる場合には、ターゲットはその垂直軸線の回りで回転し、かつバーナが垂直方向上方または横方向に横切って配置された状態で半径方向および軸線方向の両方向に成長する。これにより、蒸着が連続するにつれて直径および長さが増大した実質的に円筒状の製品となる。
【０００５】
Keck等の米国特許第３，７３７，２９２号には、光ファイバーの製造方法が開示されている。所定の屈折率をもつ多層が、炎加水分解により形成されかつ出発ロッドまたは出発部材の外壁上に蒸着される。これらのガラス層がロッド上にコーティングされた後、得られた中空シリンダが加熱されかつ圧縮（collapsed）されて繊維が形成される。
【０００６】
Izawa等の米国特許第４，２２４、０４６号には、光ファイバープレフォームの製造方法が開示されている。２つのガス状ガラス形成材料、酸素、水素およびアルゴンが、垂直方向に取り付けられた円筒状の回転出発部材に向けて、バーナ内で上方に噴出される。すす状ガラス粒子が炎加水分解により形成されかつ出発部材の下端部上に蒸着される。出発部材は、その成長端部とバーナとの間に一定間隔を維持すべく、上方に向って徐々に引き上げられる。蒸着の完了時に、得られるすす状ガラスプレフォームが、次に乾燥されかつ燒結されて、透明なガラスプレフォームが形成される。
【０００７】
MacChesney等の米国特許第４，２１７，０２７号には、通常、修正された化学蒸着（MCVD）法と呼ばれているプレフォームの製造方法が教示されている。この方法では、シリコンの塩化物または水素化物および酸素を含むゲルマニウムを有する蒸気流が、ガラスチューブの内面に向けられる。これらの化学物質間の化学反応（この化学反応は、ホットゾーンを横切ることにより優先的に誘起される）は、適正条件下で、チューブの内壁上にガラスを形成させる。チューブ上に蒸着された特定物質は各々がホットゾーンを通るときに溶融される。
【０００８】
Partusの米国特許第４，４１２，８５３号には、光ファイバープレフォーム出発チューブを形成するMCVD法が開示されている。この方法は、ガラスから形成されかつ予め選択された組成および光学的特性をもつ、水平に取り付けられた回転管状ターゲットを用いて出発する。管状ターゲットの下に配置された熱源がターゲットの長さに沿って横方向移動するときに、蒸気流が管状ターゲットを通って供給される。これにより、蒸気流の反応生成物が管状ターゲットの内面上に蒸着されかつ融着される。蒸着された材料は管状ターゲットと同じ屈折率を有するが、組成は異なっている。この参考文献はまた、外面蒸気相酸化法または外面蒸気相アキシャル蒸着法によっても同じ効果を達成できることを示唆しているが、どのようにすればこれを行なうことができるかについては明確に開示していない。
【０００９】
Geittner等の米国特許第４，７４１，７４７号は、光ファイバーを製造するプラズマ化学蒸着（PCVD; Plasma Chemical Vapor Deposition）法に関する。このPCVD法では、１〜３０hPaの間の圧力で反応ガス混合物を通す前に１１００〜１３００℃の間の温度にチューブを加熱し、かつプラズマをガラスチューブ内部で前後に移動させることにより、ガラス層がガラスの内壁上に蒸着される。ガラス層が蒸着された後に、このガラスチューブが圧縮され、固体プレフォームが作られる。光ファイバーはこのプレフォームから延伸される。
【００１０】
Drouart等の米国特許第５，５２２，００７号には、プラズマ蒸着を使用して高いヒドロキシルイオン濃度をもつ光ファイバープレフォームを形成する技術が開示されている。この参考文献の技術では、ヒドロキシルイオンは、誘導コイルを備えたプラズマトーチの一端に導入される前にガスを水タンクに通すことにより、プラズマ発生ガス内に計画的に捕捉される。プラズマトーチは、ヒドロキシルイオンと混合された溶融シリカ粒子を、回転する基板プレフォーム上に噴出させる。これにより、ターゲットプレフォーム上に蒸着された５０〜１００ppmの範囲内の平均ヒドロキシルイオン濃度をもつプレフォームが得られる。この米国特許の技術によれば、それぞれ１３１０nmおよびnmで０．３２db/kmおよび０．１９５db/kmの繊細度をもつ光ファイバーが得られる。
【００１１】
プレフォームを製造するのに多くの処理工程を必要とすることに加え、上記方法には、次のような他の幾つかの欠点がある。すなわち、
１．MCVD法およびPCVD法は、蒸着速度が低いため低速であること、
２．MCVD法およびPCVD法では、蒸着チューブのサイズによりプレフォームサイズが制限されること、および
３．OVD法およびVAD法は、過剰量の水を発生させかつ高品質の光ファイバープレフォームを製造するには付加的な乾燥工程および燒結工程を必要とする炎加水分解に基いていることである。
【００１２】
（発明の概要）
本発明の目的は、光ファイバープレフォーム製造において必要とされる工程数を減少させる一方、プレフォームの寸法を大きくし且つ蒸着速度を速くすることにより、ヒドロキシル分が少ない光ファイバープレフォームを低コストで製造する方法を提供することである。この目的及び他の目的は、光ファイバープレフォームを成形する本発明の方法によって達成される。
【００１３】
本発明の一態様によれば、プラズマ源が一次原料から形成されたスタート（出発）ロッドの近傍に配置される。このスタートロッドは、両端が水平方向に支持され、長手方向軸線を中心に回転するように構成されている。プラズマ源は、公知の第１のドープ濃度でドープされたシリカを蒸着させるために使用される。ドープされたシリカを、スタートロッドが所定の直径になるまで、スタートロッドの長さに沿って蒸着させる。次いで、スタートロッドとドープされたシリカを含む複合体を引き、薄くされた部分を二次ロッドとして使用できるように抽出する。二次ロッドは、一次原料から形成された中心部分と、ドープされたシリカで形成された外層とを有している。ドープ量が同じ追加のシリカを、これが所望直径になるまで、二次ロッドの上に蒸着させ、次いで、引き、部分を抽出する。蒸着工程、引く工程、抜き出し工程、そして、蒸着工程を何回も繰り返すのがよい。この作業が結果、一次原料で形成され第１直径を有する中心と、ドープ材料で形成され第２外径を有する環状層とを備えたドープされたシリカロッドが形成される。
【００１４】
ドープされたシリカロッドは、更に処理される。詳細には、前工程と同様に、プラズマ源を使用して、ドープシリカロッドの上にドープシリカの外層を蒸着させ、出来た構造体を引き、薄い層を抽出する。外層を形成するために使用するドーパントは、シリカの屈折率を増大または減少させるように選択される。
外層を蒸着させるにつれてドーパント濃度を変化させると、外層は連続的に移行する層となる。このような場合、ドーパント濃度を、最初に外層が蒸着されたときの初期濃度レベルである最大値から、外層の蒸着が略完了する時点の最終濃度レベルである最小値まで変化させるのが典型的である。
外層の蒸着中にドーパント濃度を変化させないと、外層は、段階的な層となる。このような場合、第１のドーパント濃度とは異なった第２ドーパント濃度を外層の蒸着中に使用するのが典型的である。
【００１５】
本発明のもう一つの態様では、ドープされたシリカロッドと外層とを備えた複合体を更に処理する。プラズマ源を使用してクラッド層を外層の上に蒸着させる。外層が連続的に移行する層であるときには、同じドーパントを同じ最小値すなわち最終濃度レベルでドープされたシリカでクラッド層を形成するのがよい。変形例として、クラッド層を純粋なシリカ、他のドーパントを第３のドーパント濃度でドープしたシリカで形成してもよい。所望なら、クラッド層を連続的移行するようにドープしてもよい。
【００１６】
本発明のもう一つの態様では、ドープシリカロッドと外層とクラッド層とを備えた複合体が、ジャケットを備えている。このジャケットは、更なる、プラズマ蒸着により、または、変型例として、この複合体上にジャケット材料をつけ、次いで熱を加えてジャケット材料を潰して最終成型物にすることによって追加される。
【００１７】
プラズマ蒸着中、ヒドロキシル濃度が低い乾燥プラズマガスを使用してプラズマを生成する。ＳｉＣｌ4またはヒドロキシル濃度が低い他の同様の原料ガスを有する乾燥石英原料ガスと、ＰＯＣｌ3又はＰＣｌ5でドープされている場合があるＧｅＣｌ5のようなドーパント原料ガスとをプラズマ近傍に導入する。これにより、原料は、シリカ（ＳｉＯ2）、または、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ2）および／或いは五酸化燐（Ｐ2Ｏ5）でドープされたシリカに変換され、ターゲットに蒸着され、単一工程でガラス質の石英に融解する。
本発明のこれらの特徴、概念、および利点図面に示されている。
【００１８】
（好ましい実施形態の説明）
図１は、プラズマアウトサイド蒸着に使用する装置２０示す。装置は、不純物が最終製品に入ることを防ぐために遮蔽されたチャンバ２２を有する。
Heatway Ltd. あるいは Litton Engineering Lab.から入手可能な旋盤２４がチャンバ２２内に配置される。旋盤２４は主軸台２５と心押し台２６を有する。主軸台２５と心押し台２６は、一対の対向した回転スピンドルチャック２８を有し、該スピンドルチャック２８はほぼ円筒形の外壁を有する細長いターゲット３０の端部を保持する。スピンドルチャック２８は矢印Ａで示すように、ターゲット３０を回転させる。旋盤２４に可動的に取付けられた可動往復台３２は、二重矢印Ａ２によって示すようにターゲットに沿っていずれの方向にも移動するように構成されている。
【００１９】
全体として４０で示されるプラズマ源が可動往復台３２によって支持されている。従って、可動往復台３２は、プラズマ源４０をターゲット３０の縦方向に沿って移動させる。このことによって、ターゲット３０の上面に材料の蒸着を行い、光ファアイバープレフォームを形成する。スピンドルチャック２８は、ターゲット３０を回転させ、材料がターゲットのまわりにプラズマ源４０によって均一に蒸着してほぼ完全な円筒形外壁を有する管状部材３４を形成することを確保する。
【００２０】
好ましい実施形態において、キャリッジ３２上に配置されたプラズマ源４０は、ターゲット３０の縦方向の全長にわたって両方向に移動する。これは、プラズマ源４０がターゲット３０に沿って移動し、材料をそれに沿って蒸着させることを可能にする。
プラズマ源４０をターゲットの縦方向に沿って移動させる代わりに、ターゲット３０を移動させ、プラズマ源４０を停止させるようにしてもよい。これは、旋盤の主軸台２５と心押し台２６によってターゲットを往復移動させ、ターゲットの全ての関連部分を直接プラズマ源４０の上方へ持っていくによって実現する。
【００２１】
他の実施態様として、複数のプラズマ源をターゲットの縦方向に沿って間隔をおいて配置する。これは、主軸台２５と心押し台２６の移動量を減少させること、またはプラズマ源が取付けられ両者が依存して移動するように形成されたキャリッジ３２の移動量を減少させることを可能にする。非常に多くのプラズマ源がすべてターゲットの縦方向に沿って配置されるという極端な場合には、キャリッジ３２及び旋盤の主軸台２５と心押し台２６のどちらも動く必要がない。
【００２２】
好ましい実施形態において、プラズマ源４０は、乾燥プラズマガスを第１ガス管４２を介して導入させるプラズマトロントーチと、第２ガス管４４を介して導入されるガス源である。
プラズマガスは、実質上、窒素及び酸素を適当な所定の割合で包含する。空気はプラズマガスとして作用する。そのような場合、濾過された空気は、最初に第１ドライヤー４６を通過し、第１ガス管４２に入る前に水蒸気を除去する。これは、プラズマガス中のヒドロキシル濃度が低く、２．０ppmのオーダーまたはそれ以下である。配給されるガスの総量は、マスフロー制御器（MFC）８０、またはそれに代わる流量計によって調節される。
【００２３】
原料ガスは、ＳｉＣｌ4のような原料化学物質と、酸素Ｏ2又は窒素Ｎ2のような少なくとも１つのキャリアガスとを含む。キャリアガスは水分を除去するために第２ドライヤー４８に入る。これは、原料ガスの水酸基濃度も又、非常に低く、０．５ｐｐｍのオーダーになることを確実にする。キャリアガスを乾燥させた後、原料化学物質を取り出すためにバブラー５０に入る前に、原料化学物質及びキャリアガスはＭＦＣ８１に進む。ＭＦＣの特性に応じて、ＭＦＣをバブラーの下流で使用することもできる。原料化学物質を担ったキャリアガスを含むガス流は、次いで、第２ガス管４４に進む。ガス流がプラズマトロントーチに達する前に、弁５２を開くことによって、選択的に、添加ガスをガス流に導入する。
【００２４】
好ましい実施形態では、原料化学物質はＳｉＣｌ4である。この化学物質は、プラズマ内での反応性の性質から選択される。特に、ＳｉＣｌ4はターゲット３０に蒸着されるＳｉＯ2を形成するためのＳｉの原料を提供する。添加は、ＳｉＦ4又はＳｉＦ6の形態のフッ素添加ガスが良い。フッ素添加物は屈折率を低下させ、又、クォーツの粘性を変化させる。加えて、フッ素添加物は、光ファイバープレフォームの設計の柔軟性を増大させる。しかしながら、良く知られているように、屈折率を上昇させたいならば、ＧｅＯ2又は他の等価な物質を添加物として使用することができる。
【００２５】
好ましい実施形態では、ＧｅＯ2に対する原料化学物質はＧｅＣｌ4である。この化学物質は、ＧｅＣｌ4がＳｉＣｌ4と同様の物理的及び化学的性質を持ち、純粋なために選択される。ＧｅＣｌ4の搬送はＳｉＣｌ4と同様に行われる。ドライヤー４８からのキャリアガスは、原料化学物質ＧｅＣｌ4を取り出すためにバブラー８３に進む前に、ＭＦＣ８２によって調整される別の支流に分配することができる。化学物質ＳｉＣｌ4の制御と同様に、ＭＦＣはバブラーの下流に配置することもできる。プラズマトロントーチに入る前に、このガス流をガス管４４の中に導き、混合物を形成することができる。ＧｅＣｌ4ガス流を、別の管８４によってプラズマトロントーチに直接導入することもできる。別の搬送管を使用することの１つの利点は、ＧｅＣｌ4とＳｉＣｌ4との間の化学反応の競合（competing）を最小にすることである。酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ2）の代りに添加し、或いは、酸化ゲルマニウムと共に添加するために使用される他の原料化学物質は、ＰＯＣｌ3、ＰＣｌ5のような材料、及び、化学物質を含むアルミニウム及びチタニウムのような他の同様な屈折率を増加させる添加物である。
【００２６】
図２は、ターゲット３０の下に位置決めされたプラズマトロントーチ４０の切断側面図を示す。プラズマトロントーチ４０は、クォーツから構成された、実質的に管状のトーチハウジング５０を有する。ハウジングは、６０ｍｍの直径と、２２０ｍｍの高さを有する。しかしながら、４０から８０ｍｍの範囲の直径と、１８０から４００ｍｍの高さも使用することができる。
【００２７】
銅の誘導コイル５２を、ハウジング５０の上部分の周りに設ける。コイル５２は約７２ｍｍの直径を持ち、互いに６ｍｍずつ間隔を隔てた複数の巻線５４を有する。ハウジングとコイルとの間の隙間を２から１０ｍｍにすることができる。最上部巻線５４’で指示したコイル５２の最上部分は、３０から５０ｍｍのオーダーであるＬによって指示される間隔だけ、管状部材３４の外面から離される。  水晶ガラスが蒸着されるとき、その外径は増大する。しかし、間隔Ｌは、プラズマトーチ４０が配置される支持スタンド５６の高さを調節することにより、保持される。次に、支持スタンド５６は、往復台３２に取り付けられ、さらに、それと共に横方向に移動する。先ず、支持スタンド５６は、所定の高さにセットされ、この高さは、蒸着中に蒸着材料の直径が増大するにつれて、小さくなる。これにより、プラズマトーチ４０と蒸着材料との間が所定距離に保持される。往復台３２に取り付けられ且つコントローラに接続された光学的又は他のセンサが、半径方向に成長する管状部材３４の往復台からの距離を測定し且つそのために支持スタンド５６の高さを調節するために、使用可能である。
【００２８】
ハウジング５０の最上部の両側に、プラズマスタビライザバー５８が設けられている。各スタビライザバーは、水晶で形成され、ハウジング５０の縁から横方向に延びるＵ字状の溝を備えている。スタビライザバー５８は、直径６０ｍｍで、ハウジングの縁の直径方向に対向する側で２０ｍｍの長さ延びている。ただし、４０〜８０ｍｍの範囲の直径、及び、１５〜４０ｍｍの範囲の長さでもよい。プラズマトーチ４０が使用中に、スタビライザバー５８は、ターゲットに平行に整列してる。この整列により、成長する管状部材３４に蒸着される反応原料化学物質を伸ばすのが助長される。
【００２９】
一対の射出ポート６０は、原料化学物質を搬送する第２ガス管４４をプラズマトロントーチ４０に接続する。射出ポート６０は、コイル５２の最上部の巻線５４’とスタビライザバー５８との間の所定点において、ハウジング５０に沿って実質的同じ高さで、ハウジング５０に侵入する。射出ポートは、直径５ｍｍの水晶の管状体である。だたし、この直径は、本発明のプラズマトーチ４０と共に使用する場合には、３〜１０ｍｍでもよい。好適な実施形態において、一対の射出ポート６０は、同じ高さでハウジング５０に侵入し、さらに、互いに直径方向に渡って配置される。しかしながら、２つのこのようなポートの代わりに、対称に配置された３つ又はそれ以上のポートを用いてもよい。図２において、２つの射出ポート６０は、スタビライザバーの直ぐ下に配置されている。しかしながら、これは、必須のものではなく、射出ポート６０は、図３に示すように、プラズマトーチの平面図において、スタビラライザバー５８からある角度だけオフセットしてもよい。
【００３０】
一対のプラズマガス入口６２は、プラズマガスをプラズマトロントーチ４０に搬送する第１ガス管４２に接続している。プラズマガス入口６２は、ハウジングのベースとほぼ同じ高さでハイジングに侵入する。これらの入口６２は、直径５ｍｍのステンレス鋼を備え、ただし、直径は、この目的を満たすためであれば、他の範囲の値でもよい。
プラズマトロントーチ４０は、さらに、冷媒の入口６４と出口６６を備えている。使用中に、水等の冷媒は、入口６４を通過し、ハウジング５０の外壁内を循環し、出口６６から出て行く。冷媒入口及び出口は、ステンレス鋼から形成され、直径５ｍｍとなっている。プラズマガス入口及び射出ポートと同様に、この直径は、他の値でもよい。
【００３１】
プラズマガス入口６２、冷媒入口６４及び冷媒出口６６は、ステンレス鋼チャンバ６８内に全て形成されている。チャンバ６８は、側面がステンレス鋼の矩形ブロック８０ｍｍであり、ほぼ４０ｍｍの高さを備えている。チャンバ６８は、支持スタンド５６に取り付けられており、この取り付けスタンド５６は、次ぎに、ターゲット３０に沿って移動するために、往復台３２に取り付けられる。
【００３２】
高周波発生器(図示せず)がコイル５２に電気的に接続され、かかる高周波発生器は、約５．０MHzの周波数で８０KWまで出力される可変電力をコイル５２に給電する。好ましい実施形態では、高周波発生器は、レペル社によるモデルNo.T-80-3MCである。この発生器は、プラズマトロントーチ４０を励磁する６０Hz、三相４６０ボルト電源で駆動される。変形例として、ドイツのフリッツフッティンガーゲーエムベーハーによるモデルNo.IG６０／５０００発生器を利用することができる。
【００３３】
図４は、乾燥プラズマガスが入口６２に供給され、プラズマに変換されるときの、プラズマトロントーチ４０内に形成されたプラズマジェット７０を示す。プラズマジェット７０は、トーチの長手方向軸線A'を中心に実質的に対称である。射出ポート６０の位置は、プラズマの垂直方向速度がゼロである個所Vの真上で原料化学物質がプラズマに導入されるようになっている。このことは、成長する環状部材３４への効率的蒸着を実現させるため、境界層に噴射された原料化学物質の流体力学的、熱流の必要とされる構造を提供する。好ましい実施形態は、ハウジング内に側方に入る射出ポートを有するけれども、このことは絶対条件ではない。その代わり、原料ガスは、プラズマトロントーチ４０の長手方向軸線A'に沿って延びる水冷式プローブによって、プラズマジェット７０の中央に導入される。
【００３４】
図５は、ヒースウェイが製造するモデルNo.PFH842XXLS  プレシジョンクォーツアンドグラスワーキングレイスのような旋盤１２４で行われる、周知の手順を示す。旋盤１２４の主軸台１２５及び心押し台１２６は互いに対して長手方向に移動することができる。これにより、初期目標物の頂上に蒸着された、長さL３の仕上げられた加工物１３０に簡単に負荷をかけ、負荷を取除くことを可能にする。特に、旋盤１２４の主軸台１２５及び心押し台１２６は互いに対して長手方向に移動することができることによりまた、加工物の一部を引いて細くし、元の目標物の直径に比して小さい直径の二次ロッドにすることができる。このことは、主軸台１２５を静止させたままにし、心押し台１２６を主軸台１２５から遠ざけるように移動させることによって達成され、プラズマ源１４０は、心押し台１２６の方向と反対の方向に移動される。
【００３５】
変形例として、このことは、プラズマ源１４０、或いは、その他の熱源を加工物１３０の一方の端に配置して、かかる加工物１３０の一方の端を軟化させることによっても達成することができる。次いで、主軸台１２５及び心押し台１２６を、同じ方向に、夫々異なる速度で、仮想１２５'、１２６'で示される位置まで、距離L５、L４、移動させる。結果物は薄い二次ロッド１３２であり、このロッド１３２は、(必要ではないが)初期目標と同じ直径を有する。当業者に知られるように、二次ロッドは、該二次ロッドが得られる加工物と同じ断面組成を有し、密度が初期目標の密度と実質的に同じである中心と、加工物の形成中、目標の頂上に蒸着された材料と実質的に同じである外層とを有する。
【００３６】
旋盤１２４により、二次ロッドを距離L４まで引き伸ばすのに充分なほど遠くに主軸台１２５、心押し台１２６を移動させることができ、距離L４は、二次ロッドが得られる加工物の長さL３と実質的に同じである。二次ロッド１３２を、加工物１３０の代わりに旋盤１２４に取り付けられた加工物から切断し、プラズマ源１４０での引き続く蒸着のための目標として使用することができる。
【００３７】
かくして、最初のターゲット、すなわち、第１世代ターゲットが第１世代加工物を創るのに使用され、この第１世代加工物から第２のロッドを引いて、第２世代ターゲットとして使用することができる。それによって、この第２世代ターゲットの上への蒸着により第１世代加工物を形成することができる等である。加工物を形成するターゲットへのプラズマ蒸着のこの反復プロセスにより、加工物の一端を引き伸ばし、小径のロッドを形成し、この小径のロッドを、その後のターゲットとして使用して、更なる蒸着を任意の回数繰り返すことができる。
【００３８】
もし、ターゲットの上に蒸着する材料が反復プロセスを通して変わらないならば、Ｎ回の反復工程の結果は、最初のターゲットと実質的に組成が等しい非常に小さい中心と、ターゲットの上に蒸着された材料を反映した環状の層とを有するをもった第Ｎ代のロッドとなる。例えば、もし、最初のターゲットが直径Ｄ１を有し、完成した加工物が直径Ｄ２＝Ｍ×Ｄ１を有するならば、最初のターゲットの材料の第１世代加工物の中の割合は、約１／Ｍ2である。もし、直径Ｄ１の第２世代ターゲットをこの加工物から引き、直径Ｄ２の第２世代加工物を形成するのに充分な材料がこの加工物の上に蒸着されるならば、最初のターゲットの材料の第２世代加工物の中の割合は、約１／Ｍ4である。かくして、反復プロセスの総数とともに、蒸着中にＭを制御することによって、所定の割合の最初のターゲットの材料を中に有する加工物をだれでもたやすく形成することができることがわかるであろう。
【００３９】
今、前述した反復技術を使用する多モードの光ファイバープレフォームを形成する方法を説明する。一層詳細な説明を行うために、いくつかの寸法が与えられる。しかしながら、実際のプロセスにおいては、多数の異なる値が可能であることに注目しなければならない。
【００４０】
この方法は、図５に示すように、旋盤に水平に取り付けられた第１世代ターゲットを準備することによって始まる。ターゲットはシリカで形成されるのが好ましく、この場合、ターゲットは、ジョージア州のヘラウス・アメルシルから入手可能な例えば、製品番号Ｆ３００を商業的な売り主から買うことができる。変形例として、第１世代ターゲットは、現行のプロセスを使用して形成された第Ｎ世代のドープしたシリカのロッドとすることもできる。好ましい実施形態では、第１世代ターゲットは１メートルの長さと、直径Ｄ１＝６ｍｍを有する。
【００４１】
ＧｅＯ2をドープされたシリカは、前述したプラズマ源を使用して第１世代ターゲットの上に蒸着される。ＧｅＯ2のドーパント濃度は、製造する多モードの光ファイバーの望ましい開口数（ＮＡ）による。例えば、０．２の開口数（ＮＡ）をもったファイバーを形成するためには、最大のＧｅＯ2ドーパント濃度は、約１０％である。そして、０．２７５の開口数（ＮＡ）をもったファイバーを形成するためには、最大のＧｅＯ2ドーパント濃度は、約１８％であろう。
【００４２】
ドーパント濃度は、蒸着の間、同じレベルに保たれるのがよく、この場合、階段状の層が形成される。変形例として、ドーパント濃度を徐々に変えて、徐々に変化した層を形成することもできる。これは、マイクロプロセッサなどと、ドーパントを導入する調整可能な流量計によって自動的に制御することにより行われる。階段状の層と、徐々に変化した層とは、加工物の続いて起こる世代において互いに続いて起こることと、異なるドープする濃度をもつ層と、一定のドープする濃度をもつ層とも同様に互いに続いて起こることとに注目すべきである。かくして、徐々に変化する層を第１世代ターゲットの上に蒸着し、第１世代加工物を引いた後に形成された第２世代ターゲットの上に階段状の層を蒸着することができる。同様に、徐々に変化する層の上に段のある層を蒸着することができ、この階段状の層は、最初の第１世代ターゲットの上に蒸着されている。また、第１のドーパント濃度を有する第１の段のある層をターゲットの上に蒸着することができ、第２のドーパント濃度を有する第２の段のある層を次の世代のターゲットの上に蒸着することができる。徐々に変化する層であろうと、階段状の層であろうと、付加的な層を、前記の構造のいずれの上にも蒸着することができる。
【００４３】
好ましい実施形態では、１８％のＧｅＯ2をドープしたシリカが、１ｍの長さとＤ２＝４８ｍｍの直径を有する加工物が形成されるまで（すなわち、Ｍ＝８）、６ｍｍの直径の第１世代ターゲットの上に階段状の層として蒸着される。この結果できる第１世代加工物は、最初の第１世代ターゲットの約６４倍の断面積を有する。
【００４４】
次いで、第１世代加工物は、各々が１ｍの長さと６ｍｍの直径を有する６４本の第１世代のドープされたシリカロッドに引き抜かれる。次いで、これらのドープされたシリカロッドの各々は、第２世代ターゲットとして使用されることができる。 第２世代ターゲットは旋盤に配置され、第２蒸着層が付着されて４８ｍｍの直径を有する第２世代加工物を形成する。この第２蒸着は、第１蒸着と同じ一定のドーパント濃度で行われる。蒸着工程中、ドーパント濃度を同じレベルに維持することによって、最初のターゲット材料から形成された中心と、全体に亘って実質的に同じ組成を有する環状層とを有する第１世代のドープされたシリカロッドができる。これにより、第２層の光学特性は、元のターゲット上に蒸着された第１層の光学特性と実質的に同じであることが確保される。次いで、第２世代加工物は、各々が１ｍの長さと４ｍｍの直径を有する１４４本の第２世代のドープされたシリカロッドに引き抜かれる。
【００４５】
これらの各々は、第３世代ターゲットとして使用されることができる。ここで、反復的な加工が、同じドーパント濃度を有する追加層の蒸着により連続することができることに留意すべきである。しかしながら、ある時点で、所望の割合の元のターゲット材料をもつ加工物が形成され、その後は、更なる反復加工は必要とされない。実際に、このことは、第１世代加工物が形成された後に達成されることすらある。
【００４６】
好ましい実施形態では、約８０ｍｍの外径を有する特別蒸着層が、４ｍｍの直径の第３世代ターゲットの上に蒸着される。ドーパント濃度は、第３世代ターゲットの外側表面に最も近い１８％のＧｅＯ2の最大値から始まり、直径が約８０ｍｍであるその最外部分では０．１％のＧｅＯ2の最小値まで徐々に減少される。これにより、最初のターゲットから形成された中心と、実質的に同じ光学特性を有し、互いに明瞭に区別することができない２つの層と、第３の特別層とを有する第３世代加工物ができる。
【００４７】
好ましい実施形態では、８０ｍｍの直径の第３世代加工物に更に加工を施して主光ファイバープレフォームを形成する。特には、クラッディング、またはバリア層が第３世代加工物の上に蒸着される。クラッディング層の厚さは、作るべき最終光ファイバープレフォームの型によって決まる。６２．５／１２５ファイバープレフォームについては、最終主形成物は、約９３ｍｍの最終直径を有する。５０／１２５ファイバープレフォームについては、最終主形成物は、約９６ｍｍの最終直径を有する。クラッディング層は、第３層を形成するのに使用される最小のドーパント濃度、すなわち、１０％ＧｅＯ2と同じＧｅＯ2の濃度でドープされたシリカを蒸着することによって形成される。中心の最初のターゲット材料と、同じ光学特性を有する一定にドープされた一対の第２層と、最大値から最小値まで変化するドーパント濃度を有する特別層と、最小値でドープされたクラッディング層とを有する構造体ができる。
【００４８】
いったんクラッド層を付けたならば、最終プレフォームを形成するために、仕上げ一次プレフォームを引き伸ばさなければならない。直径９３ｍｍで長さ１メートルの単一の６２．５／１２５プレフォームから、各々外径３２ｍｍで長さ１メートルの８つのプレフォームピースが得られる。そして、直径９６ｍｍで長さ１メートルの単一の５０／１２５プレフォームから、各々外径２７ｍｍで長さ１メートルの１２のプレフォームピースが得られる。
【００４９】
ジャケット層をこれらのプレフォームピースのクラッド層のいちばん上に適用するのが良い。ジャケット層は純シリカと同じ屈折率を有するのが好ましい。ジャケット層を、純シリカを使用する外面へのプラズマ蒸着によって適用するのが良い。変形例として、適当な直径又は幅を有する純シリカのチューブ又はシートをプレフォームピースの周りに設け、熱をかけて、ジャケットをプレフォームピースに融着させて、最終光ファイバープレフォームを形成しても良い。好ましい実施形態では、最終光ファイバープレフォームは約５６ｍｍの外径を有する。次いで、この最終プレフォームを引張って、直径１２５μｍで約２００Ｋｍのファイバーにする。
【００５０】
最良の実施については、クラッド層に次いでジャケット層を適用するけれども、いったん第三世代加工物を引き伸ばしたら、クラッド段階を設け、そして、ジャケットチューブを第三世代加工物に直接適用しても良いことに気付かれるはずである。
【００５１】
単一モードの光ファイバープレフォームの同様の製造方法が、以下の手順を採用することによって達成される。スタートターゲットは純シリカロッドであり、この純シリカロッドは、ヘラオス(Heraeus)から購入したＦ３００ロッド又は当社で製造した第Ｎ世代純シリカロッドのいずれかであるのが良い。フッ素を一定濃度でドープさせた多シリカ層を、ターゲットが所望の直径に達するまでターゲットに蒸着させる。このプレフォームから単一モード光ファイバーを引張る。多くの異なるガラスの屈折率の改質剤、例えば、Ｆ、ＧｅＯ2、Ｐ2Ｏ5、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等及びこれらの適当な組合わせがあり、これらを使用して、ドープされたコア及び／又はドープされたクラッドを作る。好ましい実施形態では、ターゲットは第Ｎ世代ＧｅＯ2を純シリカでドープさせたロッド又はその上に蒸着させたドープされたシリカクラッド層である。プレフォームが所望の直径に達したとき、プレフォームは完成される。
【００５２】
本発明を、一定の好ましい実施形態を参照して開示してきたけれども、これらの実施形態は本発明を限定するものと考えるべきではない。当業者は、これらの実施形態の変形例が可能であり、変形例の各々が、特許請求の範囲に記載したように、本発明の範囲に含まれることを容易に理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  プラズマ蒸着に使用する装置を示す図面である。
【図２】  図１の装置に使用するプラズマトロンの一部分を示す側面図である。
【図３】  図２に示されているプラズマトロンと同様のプラズマトロンの平面図である。
【図４】  図３のプラズマトロン内でのプラズマの流れパターンを示す図面である。
【図５】本発明の方法によって作られた光ファイバープレフォームを示す図面である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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