(57)【要約】  光ファイバ・プリフォーム組立体のクラッド部を形成する方法は、ガラス・コア・ケーンを型穴に配置し、前記型穴にシリカガラス・スートを負荷する工程を有してなる。振動エネルギーが鋳型本体に印加される際に、シリカガラス・スートを軸方向に圧縮して、ガラス・コア・ケーンの周りにスート成形体を形成する。ここで、スート成形体は光ファイバ・プリフォームのクラッド部組立体であり、ガラス・コア・ケーンは光ファイバ・プリフォーム組立体のコア部である。
2012507465.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバ・プリフォーム組立体のクラッド部を形成する方法であって、本方法は、
ガラス・コア・ケーンを剛性の鋳型本体の型穴に位置合わせし、
前記型穴にシリカガラス・スートを充填し、
前記シリカガラス・スートを軸方向に圧縮して、前記ガラス・コア・ケーンの周りに少なくとも０．５ｇ／ｃｃの密度を有するスート成形体を形成する、
各工程を有してなり、ここで、
前記スート成形体は前記光ファイバ・プリフォーム組立体のクラッド部であり、
前記ガラス・コア・ケーンは光ファイバ・プリフォーム組立体のコア部である、
方法。
【請求項２】
前記シリカガラス・スートが圧縮される際に、前記鋳型本体に振動エネルギーを印加する工程をさらに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３】
前記振動エネルギーが多重周波数モードを含み、
前記多重周波数モードが周波数範囲にわたって掃引されることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記シリカガラス・スートが圧縮される前に、前記充填されたシリカガラス・スートの密度が、少なくとも０．３５ｇ／ｃｃであることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項５】
前記シリカガラス・スートを前記型穴に充填する際に、前記鋳型本体に振動エネルギーを印加する工程をさらに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６】
前記シリカガラス・スートを前記型穴に充填する際に、前記鋳型本体に振動エネルギーを印加する工程をさらに有してなることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記シリカガラス・スートが、
前記型穴に前記シリカガラス・スートの第１の部分を充填し、
前記シリカガラス・スートの第１の部分を圧縮し、
前記型穴に前記シリカガラス・スートの第２の部分を充填し、
前記シリカガラス・スートの第２の部分を圧縮する
ことによって充填されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記スート成形体を予備焼結し、
予備焼結の後、前記スート成形体を機械加工する工程をさらに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９】
前記鋳型本体が、軸方向に伸びる少なくとも２つの鋳型部分を含む分割した鋳型本体であり、
本方法が、前記分割した鋳型本体を分解することによって、前記光ファイバ・プリフォーム組立体を前記型穴から取り外す工程をさらに有してなることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、「光ファイバ・プリフォーム組立体のクラッド部を形成する方法（Methods for Forming Cladding Portions of Optical Fiber Preform Assemblies）」という発明の名称で２００８年１０月３０日に出願した米国仮特許出願第６１／１０９，６９７号の利益および優先権を主張するものであり、その内容は、信頼され、参照することによって本明細書にその全体が取り込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般に、光ファイバ・プリフォームの形成方法に関し、特に、シリカガラス・スートをガラス・コア・ケーン（core cane）の周りに軸方向に押圧することによって、光ファイバ・プリフォーム組立体のクラッド部を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
光ファイバ・プリフォームのクラッド部は、外部蒸着法（ＯＶＤ法）で形成して差し支えなく、ここで、シリカガラスは、例えば、オクタメチルテトラシロキサンの熱分解を通じて、ガラス・コア・ケーン上に積層される。ＯＶＤ法は、高度に最適化された、高収率の製造方法である。しかしながら、クラッド層の形成は、光ファイバ出力の最大化における律速段階であることが多い。さらには、光ファイバ・プリフォームのクラッド部の堆積の間に、オクタメチルテトラシロキサン原料の熱分解生成物の５０％ほどがガラス・コア・ケーン上に積層されると推測される。オクタメチルテトラシロキサン原料の残りの熱分解生成物は、比較的高純度のシリカガラス・スートとしてバグハウスに回収される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光ファイバ出力をさらに改善し、原料費を低減するために、光ファイバ・プリフォームのクラッド部を形成する代替方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの実施の形態によれば、光ファイバ・プリフォーム組立体のクラッド部を形成する方法は、鋳型本体の型穴にガラス・コア・ケーンを配置する工程を有してなる。シリカガラス・スートは、ガラス・コア・ケーンがシリカガラス・スートに取り囲まれるように、型穴に充填されて差し支えない。型穴におけるシリカガラス・スートは、ガラス・コア・ケーンの周りにスート成形体（soot compact）が形成されるように、軸方向に圧縮されうる。スート成形体は、光ファイバ・プリフォーム組立体のクラッド部であって差し支えなく、ガラス・コア・ケーンは、光ファイバ・プリフォーム組立体のコア部である。
【０００６】
別の実施の形態では、鋳型にシリカガラス・スートを充填する工程は、シリカガラス・スートの第１の部分をガラス・コア・ケーンの周囲の型穴に充填することを含む。次に、シリカガラス・スートの第１の部分は圧縮されうる。その後、シリカガラス・スートの第２の部分が型穴に充填されて、シリカガラス・スートの第１の部分の上部に圧縮されうる。その後、所望の量のシリカガラス・スートが型に充填されるまで、シリカガラス・スートの追加の部分について工程を繰り返して差し支えない。シリカガラス・スートの第１の部分およびシリカガラス・スートの第２の部分は、振動エネルギーが鋳型本体に印加される間に、スート成形体がガラス・コア・ケーンの周囲に形成されるように、軸方向に圧縮されうる。スート成形体は、光ファはイバ・プリフォーム組立体の最初のクラッド部であって差し支えなく、ガラス・コア・ケーンは、光ファイバ・プリフォーム組立体のコア部である。
【０００７】
本発明の追加の特性および利点は、以下の詳細な説明に記載され、一部には、その記載から当業者には容易に明らかとなるであろうし、あるいは、以下の詳細な説明、特許請求の範囲、ならびに添付の図面を含めた本明細書に記載される本発明を実施することによって認識されよう。
【０００８】
特許請求の範囲に記載される本発明の性質および特徴を理解するための概観または枠組みを提供することが意図されていることが理解されるべきである。添付の図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に取り込まれ、その一部を構成する。図面は、本発明のさまざまな実施の形態を例証し、その説明と共に、本発明の原理および動作を説明する役割をする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本明細書に図示し、説明する１つ以上の実施の形態に従って光ファイバ・プリフォームを形成するための鋳型組立体。
【図２】本明細書に図示し、説明する１つ以上の実施の形態に従って光ファイバ・プリフォームを形成するための分割した鋳型本体。
【図３】本明細書に図示し、説明する１つ以上の実施の形態に従って超音波源に連結した鋳型組立体。
【図４】本明細書に図示し、説明する１つ以上の実施の形態に従って、圧縮されていないシリカガラス・スートを充填した鋳型組立体および超音波源の断面図。
【図５】本明細書に図示し、説明する１つ以上の実施の形態に従ってシリカガラス・スートを充填した鋳型組立体および超音波源の断面。
【図６】本明細書に図示し、説明する１つ以上の実施の形態に従って、ガラス・コア・ケーンの周りにスート成形体を形成するのに用いられる鋳型組立体および超音波源の断面。
【図７】本明細書に図示し、説明する１つ以上の実施の形態に従って、ガラス・コア・ケーンの周りに形成されたスート成形体を含む光ファイバ・プリフォーム組立体。
【図８】本明細書に図示し、説明する１つ以上の実施の形態に従って生産された光ファイバ・プリフォーム。
【図９】実施例１および２の光ファイバ・プリフォームのための密度プロファイル。
【図１０】実施例３で論じる光ファイバ・プリフォームの密度プロファイル。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施例が添付の図面に例証されている、さまざまな模範となる実施の形態について詳細に述べる。可能な限り、同一または同様の部分についての言及には、図面および記載全体にわたり同一の参照番号が用いられる。光ファイバ・プリフォームの形成方法の１つの実施の形態を図６に示す。例証する実施の形態では、ガラス・コア・ケーンを円筒形の型枠に設置し、シリカガラス・スートを鋳型に充填する。振動エネルギーおよび圧力をシリカガラス・スートに印加して、シリカガラス・スートを圧縮し、ガラス・コア・ケーンの周りに高密度化されたスート成形体を形成する。スート成形体は光ファイバ・プリフォーム組立体のクラッド部を形成し、ガラス・コア・ケーンは光ファイバ・プリフォーム組立体のコア部を形成する。その後、光ファイバ・プリフォーム組立体は固結して、光ファイバ・プリフォームを形成する。光ファイバ・プリフォーム組立体の形成方法および、光ファイバ・プリフォーム組立体の形成に使用する装置について、これからさらに詳細に説明する。
【００１１】
図１を参照すると、光ファイバ・プリフォーム組立体を形成するための鋳型組立体１００は、一般に、鋳型本体１０２、下部ラム１０４および上部ラム１０６を備える。鋳型本体１０２は、鋳型本体１０２の長軸１１４を中心とし、それに沿って延在する型穴１０８を画成する。型穴１０８は、直径Ｄmおよび長さＬを有する円筒の形状でありうる。鋳型本体１０２は、炭素、アルミニウム、鋼鉄、ケイ素アルミニウム酸窒化物、炭化ケイ素または他の同様の機械的に耐性の材料など、剛性の非弾力性材料を含みうる。１つの実施の形態では、鋳型本体１０２は、図１に示すように、一体成形物として形成されうる。
【００１２】
図２を参照すると、鋳型本体の別の実施の形態が示されている。この実施の形態では、鋳型本体は、軸方向に沿って伸びる複数の鋳型部分１３２、１３４で形成された分割した鋳型本体１３０である。図示する実施の形態では、鋳型部分１３２、１３４は、鋳型部分１３２のエッジに沿って配置された留め具穴１３６を通じて、鋳型部分１３４のエッジに沿って配置された対応するネジ穴１３８に留め具を挿入することによって、互いに固定されうる。しかしながら、鋳型部分は、さまざまな他の留め具および／または留め具技術を用いて連結されうることが理解されるべきである。例えば、鋳型部分１３２は、組立て部分の外周の回りに延在する１つ以上のバンド（図示せず）を用いて鋳型部分１３４に結合されて差し支えなく、それによって鋳型部分１３２を鋳型部分１３４にしっかりと連結される。
【００１３】
さらに図２を参照すると、分割した鋳型本体１３０は、分割した鋳型本体１３０の内部表面が実質的に連続的になるように、材料（図示せず）で裏打ちされていて差し支えない。１つの実施の形態では、裏打ちする材料は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの低摩擦性のポリマー材料または同様の材料を含みうる。別の実施の形態では、裏打ちする材料は、カーボン・シートなどの非ポリマー性の低摩擦性の材料または同様の材料を含みうる。裏打ちする材料は、型穴１０８の壁に対して配置された裏打ち用の材料シート、または型穴１０８に施用されたコーティングを含みうる。
【００１４】
図２には、２つの鋳型部分１３２、１３４を含む分割した鋳型本体１３０が描かれているが、分割した鋳型本体１３０は、連結されるときに、一般に、円筒の形状の型穴を画成する、３つ以上の鋳型部分を含みうることが理解されるべきである。
【００１５】
型穴１０８の直径Ｄmおよび型穴１０８の長さＬは、一般に、本明細書に記載されるスート押圧方法に従って作られる、十分に固結した光ファイバ・プリフォームの所望の最終的な寸法に達するように選択される。実験の目的で（例えば、実験室規模の光ファイバ・プリフォームを形成するため）、４４ｍｍ、４８ｍｍ、および８９ｍｍの直径および６１ｃｍの長さの型穴を使用して、圧密後に約３.３ｃｍ（直径４４ｍｍの型穴を使用）〜約７ｃｍ（直径８９ｍｍの型穴を使用）の外径を有する実験室規模の光ファイバ・プリフォームを形成した。しかしながら、鋳型本体１０２の寸法および型穴１０８は、光ファイバの商業生産に使用する大きい光ファイバ・プリフォームを生産するために、拡大されうることが理解されるべきである。例えば、より大きい、堅牢な（production ready）光ファイバ・プリフォームを生産するため、鋳型本体１０２の型穴１０８の直径は、圧密後に約１５ｃｍの外径を有する光ファイバ・プリフォームを生じうる、約２０ｃｍであって差し支えない。さらには、型穴の長さは約２ｍ以上でありうる。所望の光ファイバ・プリフォームの寸法を達成するために型穴の直径を選択するための基準について、本明細書でさらに論じる。
【００１６】
再び図１を参照すると、下部ラム１０４および上部ラム１０６は、一般に、ディスクの形状をしており、外径Ｄrを有する。ラム１０４、１０６が型穴１０８に位置付けられ、鋳型本体１０２の長軸１１４に沿って互いに連動してスライド可能に配置されるように、ラム１０４、１０６の外径Ｄrは、型穴１０８の直径Ｄmと実質的に同一であって差し支えない。ラム１０４、１０６は、アルミニウム、鋼鉄、プラスチックまたは適切な耐久性を有する任意の他の材料など、金属で作られて構わない。下部ラム１０４および上部ラム１０６のそれぞれは、ラム１０４、１０６が型穴１０８に位置づけられる場合に、ボア１１２、１１０が鋳型本体１０２の長軸１１４上に集中するように、ラムの中心を通じてそれぞれ延在する、ボア１１２、１１０を含みうる。各ボア１１２、１１０は、本明細書においてさらに詳細に説明されるであろう、光ファイバ・プリフォーム組立体の製造に用いられるガラス・コア・ケーンの直径に一般に対応する直径Ｄbを有しうる。
【００１７】
図１に示すように、ラム１０４、１０６はそれぞれ、内部表面１１６、１１８を含む。内部表面１１６，１１８は、ラム１０４、１０６が型穴１０８に配置される際に、互いに向かい合っている。図１に示す実施の形態では、ラム１０４，１０６の内部表面１１６，１１８は一般に平面的である。しかしながら、ラム１０４，１０６の内部表面１１６，１１８は他の表面形状を含んでいて差し支えないことが理解されるべきである。例えば、ラム１０４，１０６の内部表面１１６，１１８は、焼結の際にスート成形体の保形を改善することを目的として、型穴１０８においてラム１０４，１０６の間にシリカガラス・スートを圧縮することで成形されるスート成形体の末端部分を成形するために、円錐形に先が細くなっているか、または放物線の形状をしていて差し支えない。さらには、ラム１０４，１０６の内部表面１１６，１１８は、鋳型本体１０２を通じて型穴１０８に導入された振動エネルギーの反射および／または消散を最適化するために、放物線状の幾何学形状を有していてもよい。
【００１８】
図３を参照すると、超音波源１５０に接続された鋳型組立体１００の鋳型本体１０２が示されている。超音波源１５０を使用して、振動エネルギーを鋳型本体１０２に印加して差し支えなく、言い換えれば、振動エネルギーが型穴１０８に伝搬される。振動エネルギーは、型穴１０８に充填したシリカガラス・スートを流体化させ、それによって、障害、または、隣接したシリカガラス・スート粒子間の摩擦およびシリカガラス・スート粒子と鋳型の内部の間の摩擦を低減する、言い換えれば、振動エネルギーが印加されない場合と比べて、鋳型の長さＬに沿ってシリカガラス・スートをより大きくさらに均一な密度に圧縮し易くする。ガラス・コア・ケーンの周囲へのスート成形体の成型の間に、振動エネルギーの印加によって生じたスート成形体の大きく均一な密度は、光ファイバ・プリフォーム組立体を生じ、これは、光ファイバ・プリフォームへと固結する場合に、プリフォームの末端からプリフォームの中心までのわずかな漸減を有する（例えば、スート成形体から形成されるガラスの密度は、光ファイバ・プリフォームの軸長に沿って実質的に均一である）。「光ファイバ・プリフォーム組立体」という言葉は、本明細書では、固結した場合に、コア部（例えば、ガラス・コア・ケーン）およびガラス・クラッド部（例えば、固結したスート成形体）を含む光ファイバ・プリフォームを形成する、スート成形体に埋め込まれたガラス・コア・ケーンのことを称することが理解されるべきである。
【００１９】
超音波源１５０は、導波管１５２と取り付けカラー１５４を備えた鋳型本体１０２に接続される。図示する実施の形態では、取り付けカラー１５４は、第１のカラー部分１５６および対応する第２のカラー部分１５８を備える。第１のカラー部分１５６および第２のカラー部分１５８は、鋳型本体１０２の周囲に位置づけられ、取り付けカラー１５４が鋳型本体１０２にしっかりと取り付けられるように、互いに固定されて差し支えない。第１のカラー部分１５６は、第１のカラー部分１５６を通じて延在するチャネル１６０を備えていてもよい。導波管１５２が鋳型本体１０２に隣接して配置されるが、鋳型本体１０２とは直接結合して配置されないように、導波管１５２は、チャネル１６０に配置されて差し支えない。超音波源１５０は、超音波源１５０によって発生した振動エネルギーが、導波管１５２に沿って、取り付けカラー１５４に伝搬され、その後、鋳型本体１０２に伝搬されうるように、鋳型本体１０２の反対の位置の導波管１５２の末端に接続される。
【００２０】
超音波源１５０は、電気ケーブル１６２を介して制御装置（図示せず）に接続されて差し支えない。制御装置は、信号発生器および５ｋＷの電力増幅器を備えうる。信号発生器は、制御装置が電気ケーブル１６２を介して電子波形を超音波源１５０に通す前に、電力増幅器によって増幅される、さまざまな低電圧（例えば５〜１０ボルト）の電子波形を発生するように動作可能でありうる。超音波源１５０のトランスデューサーは、電子波形を、導波管１５２に沿って鋳型本体１０２に伝搬し、それによって鋳型本体１０２および型穴１０８の内容物を機械的に振動させる振動エネルギーに変換する。信号発生器によって発生し、超音波源１５０を通過する電子波形は、限定はしないが、正弦波形、方形波の波形、鋸歯状の波形、三角波の波形などを含めた、さまざまな形態を取りうる。１つの実施の形態では、超音波源１５０は、制御装置から電子波形を受信し、その受信した電子波形に基づいて、約１５ｋＨｚ〜約５０ｋＨｚの周波数（例えば、音響周波数または可聴周波数から超音波周波数までの周波数範囲）、さらに好ましくは、約１７ｋＨｚ〜約２５ｋＨｚの周波数を有する高周波振動を発生させうる。別の実施の形態では、超音波源１５０は約１ｋＨｚ〜約１５ｋＨｚ（例えば超音波範囲の外側）、さらに好ましくは約１ｋＨｚ〜約５ｋＨｚの音響範囲または可聴範囲における高周波振動／小振幅振動を発生させるように動作可能でありうる。超音波源１５０によって発生した振動エネルギーの強度または振幅は、制御装置によって生じた電子波形の振幅または強度（例えばパワー）を調整することによって制御されうる。１つの実施の形態では、制御装置は、多重周波数モードを有する電子波形を発生させ、型穴における定在波の確立を回避するために、これらのモードを周波数範囲にわたって掃引するように動作可能でありうる。制御装置はまた、発生した電子波形の振幅を周期的に変動させるように動作可能であってもよい。別の実施の形態では、制御装置は、多重モードの周波数の掃引を発生した電子波形に周期的に印加して、型穴に充填されたシリカガラス・スートの圧縮を阻害するであろう、型穴１０８における振動エネルギーの定在波の確立を回避するように動作可能でありうる。１つの実施の形態では、制御装置によって発生した電子波形を生じるのに用いられる電力供給装置の電力は、５ｋＷの電力供給の約５０％〜約６０％であって差し支えなく、一方、周波数の掃引は、±３０Ｈｚの周波数範囲で行って差し支えない。
【００２１】
図４を参照すると、鋳型本体１０２の断面図が示されている。一般に、光ファイバ・プリフォーム組立体を形成するためには、ガラス・コア・ケーン１８０が最初に型穴１０８に配置され、シリカガラス・スート１９０が棒の周囲に充填され、圧縮される。十分に固結した光ファイバ・プリフォームの所望の寸法は、型穴の正確な寸法および、押圧操作によって生じたスート成形体の最終的な密度を支配する。典型的な実験室規模の光ファイバ・プリフォームでは、プリフォームの所望のコア／クラッド比は０．０６９であった。これは、光ファイバ・プリフォームのコア部がプリフォーム直径の６.９％であることを意味している。よって、直径１９ｍｍおよびコア／クラッド比０．２３のガラス・コア・ケーン（コア直径がケーン直径の２３％または４.１８であることを意味する）を用いて開始して、所望のコア／クラッド比である０．０６９を達成するためには、圧密後のファイバ・プリフォームの外径は、約６１ｍｍであるべきである。所望の寸法の光ファイバ・プリフォームの達成に必要とされる鋳型のサイズは、圧縮したシリカガラス・スートの所定の密度の収縮速度を利用して決定されうる。例えば、０．８１ｇ／ｃｃの密度を有するシリカガラス・スートは、ガラスへの圧密後に２１％の軸方向収縮および３２％の半径方向収縮を有する。したがって、外径６１ｍｍを有する固結した光ファイバ・プリフォームを達成するためには、鋳型の直径は約８９ｍｍでなくてはならない。一般に、所望の光ファイバ・プリフォームの幾何学的形状を達成するために必要な鋳型直径を決定するためには、次のことが必要とされる：圧縮化スート密度；軸方向についての実験的に導出された値；および、所定のスート密度についての圧密の際の半径方向収縮およびガラス・コア・ケーンのコア／クラッド比。
【００２２】
スート成形体のクラッド部によって、スート成形体のクラッド部に取り囲まれ、スート成形体のクラッド部と同軸方向を有するガラス・コア・ケーン１８０を備えた光ファイバ・プリフォーム組立体を形成するために、ガラス・コア・ケーン１８０は、型穴１０８に配置されて差し支えない。さらに具体的には、ガラス・コア・ケーン１８０は、実質的に、鋳型本体１０２の長軸が中心になるように、下部ラム１０４のボアに設置される。ガラス・コア・ケーン１８０は、少なくとも純粋なシリカガラスコアまたはドープされたシリカガラスコアを備えた、円筒の形状のシリカガラス系のコア・ケーンを含みうる。ガラス・コア・ケーンはまた、内部クラッド層などのコアを取り囲む追加のガラス層を備えていてもよく、これらの追加の層は、ガラス層がガラス・コアとは異なる屈折率を有するように、ドーパントを含んでいてもよい。
【００２３】
図４に示すように、ガラス・コア・ケーン１８０は、下部ラム１０４を通じて下部ラム延長部１７０のガイドチャネルまで延在して差し支えない。下部ラム延長部１７０および上部ラム延長部１７４（図６に示され、本明細書でさらに述べる）は、プレス機（図示せず）のプレスアーム（図示せず）からラム１０４，１０６に圧力を伝達し、それによって、ラム１０４，１０６を鋳型本体１０２の軸方向に沿って互いの方向に押し進める。
【００２４】
ガラス・コア・ケーン１８０を型穴１０８に配置した後、型穴１０８にシリカガラス・スート１９０を充填する。シリカガラス・スート１９０は、市販のシリカガラス・スートまたはシリカガラス粒子を含みうる。あるいは、シリカガラス・スートは、例えば、他のシリカ系の光ファイバ・プリフォームの光ファイバのオーバークラッド部の外部蒸着法（ＯＶＤ）の間にオクタメチルテトラシロキサンの蒸着からなど、化学蒸着操作の熱分解から回収されるスートでありうる（例えば、光ファイバ・プリフォーム製造工程から再生したシリカガラス・スート）。スートは、シリカガラスの屈折率を上昇または降下させるドーパントなどのドーパントを含んで差し支えなく、あるいは、スートは、実質的に純粋なシリカガラス・スートであってもよい。１つの実施の形態では、型穴に充填されたシリカガラス・スートは、任意の結合剤を含まない。１つの実施の形態では、シリカガラス・スートは、約２５０ｍ2／ｇ〜約５ｍ2／ｇの表面積、さらに好ましくは約１００ｍ2／ｇ〜約１０ｍ2／ｇ、最も好ましくは、５０ｍ2／ｇ〜１０ｍ2／ｇの表面積を有しうる。これらの範囲は、一般に、それぞれ、約１０ｎｍ〜約５００ｎｍの粒径、さらに好ましくは３０ｎｍ〜約２５０ｎｍ、最も好ましくは６０ｎｍ〜約２５０ｎｍの粒径に対応する。しかしながら、本明細書に記載されるスート押圧方法は、一般に約１０μｍ未満の粒径を有するシリカガラス・スートを圧縮するのに用いられうることが理解されるべきである。
【００２５】
型穴１０８に充填するシリカガラス・スート１９０の量は、型穴１０８の直径、固結した光ファイバ・プリフォームの所望の長さ、および固結した光ファイバ・プリフォームの所望のコア／クラッド比に応じて決まる。これらの評価に基づいて、空洞に加えるシリカガラス・スート１９０の量は、光ファイバ・プリフォームのクラッド部の形成に用いられるスート成形体１９８の標的スート密度が、約０．５ｇ／ｃｃ〜約１．２ｇ／ｃｃ、さらに好ましくは約０．７ｇ／ｃｃより大きく約１．１ｇ／ｃｃ未満、最も好ましくは約０．８ｇ／ｃｃより大きく約１．０ｇ／ｃｃ未満になるように、選択される。
【００２６】
１つの実施の形態では、図４に示すように、シリカガラス・スート１９０は単一の工程で型穴１０８に充填される。この実施の形態では、シリカガラス・スート１９０を型穴１０８に充填する際に、スートを型穴１０８に均等に分散するために、シリカガラス・スートは、ガラス・コア・ケーン１８０におけるスラック（slack）を用いて攪拌して差し支えない。加えて、または代替として、シリカガラス・スートを型穴１０８に充填して型穴１０８におけるシリカガラス・スートの均一な充填を助長する際に、鋳型本体１０２をタッピングする、および／または、超音波源を用いて振動を加えて差し支えない。例えば、超音波源１５０を用いて振動エネルギーを型穴に印加し、それによってシリカガラス・スートを流体化し、隣接したシリカガラス・スート粒子間の摩擦を低減し、シリカガラス・スート粒子と型穴の内部表面の間の摩擦を低減してもよい。シリカガラス・スートが振動エネルギーの印加によって流体化される際に、空洞に充填されるシリカガラス・スートの密度は、機械的圧力を印加することなしに上昇されうる。さらには、振動エネルギーの印加は、鋳型本体１０２の長さにわたり、シリカガラス・スートの密度における均一性を促進する。１つの実施の形態では、振動エネルギーが鋳型本体１０２に印加されるときに、シリカガラス・スートを型穴に充填することから、シリカガラス・スートは、シリカガラス・スートを機械的に押圧することなく、少なくとも約０．３５ｇ／ｃｃの密度、さらに好ましくは、約０．３７ｇ／ｃｃより大きい密度に達しうる。
【００２７】
別の実施の形態では、シリカガラス・スートは、鋳型に真空が適用される際に、型穴１０８に充填されてもよい。例えば、１つの実施の形態では、真空システム（図示せず）が下部ラム１０４に隣接した型穴１０８に連結されて構わない。これは、型穴が真空システムに流体連結されるように、鋳型本体１０２を、真空システムに動作可能に接続された真空ベース（図示せず）に配置することによって達成されうる。シリカガラス・スートを型穴１０８に充填する際に、真空システムを用いて型穴１０８から空気（空気中の水分も含む）、および、シリカガラス・スートを引き出す。言い換えれば、圧縮前にシリカガラス・スートの密度を増大させる。鋳型本体１０２が多孔質の材料で構成される場合など、別の実施の形態では、鋳型本体１０２の外側で真空を適用して差し支えなく、それによって、スートが型穴１０８内に充填される際に鋳型本体１０２を通じて空気および／または水分を引き込む。シリカスートの充填を補助する真空は、振動エネルギーの印加と連動して行ってもよい。
【００２８】
図５Ａ〜Ｂを参照すると、別の実施の形態では、シリカガラス・スートを型穴１０８の別々の部分に充填し、各シリカガラス・スート部分を圧縮して差し支えなく、鋳型本体１０２の長さに沿ったシリカガラス・スートの密度における均一性を改善するために、その後のシリカガラス・スート部分を型穴１０８に加える。例えば、図５Ａを参照すると、シリカガラス・スート１９２、１９４の２つの部分を充填した型穴１０８が示されている。シリカガラス・スートの第１の部分１９２は、図５Ａに図示されるように、第１の部分が第２の部分１９４より大きい密度を有するように、第２の部分１９４を添加する前に圧縮されている。シリカガラス・スート１９４の第２の部分は、型穴１０８のシリカガラス・スートの第１の部分１９２の上に充填した後に、圧縮して構わない。
【００２９】
１つの実施の形態では、型穴に充填された各シリカガラス・スート部分の圧縮は、シリカガラス・スートを手動で圧縮することを含みうる。シリカガラス・スートの手動による圧縮は、タンプまたは同様の装置を用いてシリカガラス・スートに圧力を印加し、それによってシリカガラス・スートを圧縮することを含みうる。シリカガラス・スートの手動による圧縮は、上部ラム１０６を型穴に配置し、上部ラム延長部（図６に示す）などの延長部を備えた上部ラム１０６に圧力を手動で印加し、それによってシリカガラス・スートを圧縮することも含みうる。
【００３０】
別の実施の形態では、各シリカガラス・スート部分の圧縮は、上部ラム１０６が圧縮されるシリカガラス・スート部分上に配置されるように、上部ラム１０６を型穴１０８に位置合わせすることを含みうる。その後、液圧プレスまたは機械プレスなどのプレス機を用いて上部ラム１０６に機械的圧力を印加し、それによってシリカガラス・スートを圧縮してもよい。
【００３１】
各シリカガラス・スート部分の密度を最大限にするため、各シリカガラス・スート部分が型穴１０８内に充填されるように、超音波源１５０を用いて鋳型本体１０２に振動エネルギーを印加して差し支えない。同様に、各シリカガラス・スート部分を圧縮する際に、振動エネルギーを鋳型本体１０２に印加してもよい。
【００３２】
図５Ｂを参照すると、シリカガラス・スートの第２の部分１９４を圧縮した後、図５Ｂに示すように、シリカガラス・スートの第３（さらに随意的に第４、第５など）の部分を、第２の圧縮されたシリカガラス・スート１９４部分に直接隣接した型穴１０８に加えてもよい。次に、第３の部分１９６を圧縮し、所望の量のシリカガラス・スートが型穴１０８内に充填されるまで充填／圧縮工程を繰り返して差し支えない。
【００３３】
図６を参照すると、型穴１０８に所望の量のシリカガラス・スートを充填した後、シリカガラス・スートを軸方向に圧縮して、ガラス・コア・ケーン１８０の周囲にスート成形体１９８を形成してもよい。シリカガラス・スートを軸方向に圧縮するために、上部ラム１０６のボアを通じてガラス・コア・ケーン１８０を挿入し、上部ラム１０６が充填したシリカガラス・スートと直接結合するように、上部ラム１０６が型穴１０８に配置されうる。次に、鋳型組立体をプレス機に配置して差し支えなく、プレス機のプレスアーム（図示せず）に連結されうる上部ラム延長部１７４は、ガラス・コア・ケーン１８０が上部ラム延長部１７４のガイドチャネル１７６に配置されるように、上部ラム１０６に対して位置合わせされる。１つの実施の形態では、下部ラム延長部１７０は、プレス機の支持プレート（図示せず）に配置されて構わない。別の実施の形態では、下部ラム延長部は第２のプレスアーム（図示せず）に配置されうる。
【００３４】
１つの実施の形態では、鋳型組立体１００がプレス機に配置された後、超音波源１５０を用いて、軸圧力をラム１０４，１０６に印加する前に、鋳型本体１０２に振動エネルギーを印加して差し支えない。押圧操作の間に圧縮されたシリカガラス・スートの密度を増大させるため、および、得られたスート成形体の密度における均一性を改善するために、振動エネルギーは、押圧操作全体を通して、鋳型本体に印加されうる。スート加圧工程の間に振動エネルギーが鋳型本体１０２に印加される場合、振動エネルギーが鋳型本体１０２に印加されないスート押圧操作と同一またはそれ以上の圧縮化スート密度を達成するためには、より低い圧力が必要とされることが判明した。
【００３５】
別の実施の形態では、分割型を低摩擦の（シリカガラス・スートに対して）裏打ちする材料に連結して使用する場合、固形の裏打ちされていない鋳型本体を使用して達成するのと同量の圧縮を達成するために、スート圧縮工程の間に鋳型本体１０２に振動エネルギーを印加する必要がないことが判明した。これは、シリカガラス・スート粒子と裏打ちする材料間の摩擦が、型穴１０８の裏打ちする材料に隣接したシリカガラス・スートを容易に圧縮するのに十分に低く（例えば、シリカガラス・スートは鋳型壁を引きずらない）、それによって、振動エネルギーの必要性を低減または排除して、鋳型壁に沿ってシリカガラス・スートの流体化を生じさせることによるものである。
【００３６】
さらに別の実施の形態では、真空システムを用いて、押圧操作の間に空気の鋳型をパージし、それによって、スート成形体中の空気を排除し、所望の密度のスート成形体を得るのに必要とされる全般的な圧縮時間を短縮する。
【００３７】
プレス機に位置合わせされた鋳型組立体を用いて、シリカガラス・スートがラム１０４，１０６の間で圧縮されるように、ラム延長部１７０，１７４を介してプレス機で上部ラム１０６下部ラム１０４に圧力Ｐを印加する。１つの実施の形態では、プレス機を用いて上部ラム１０６に圧力を印加し、それによって、上部ラム１０６を下部ラム１０４の方向に進行させる。上部ラム１０６は、約０．１ｍｍ／秒〜約１０ｍｍ／秒の速度、さらに好ましくは０．１ｍｍ／秒〜約２.０ｍｍ／秒の速度で進行させて差し支えない。押圧操作の間に、鋳型本体１０２は支持され、上部および下部ラムの両方が鋳型の中央に向かって移動するように上部ラム１０６を進行させる、約２分の１の速度で軸方向（図６に矢印Ｓで示す）にスライド可能である。鋳型本体をスライド可能にすることは、スート成形体１９８の中心の周囲の圧縮力の対称性を維持し、振動エネルギーを印加する際に、押圧操作全体を通じて、超音波源をスート成形体１９８の中心部分に位置合わせされた状態に保つ。
【００３８】
１つの実施の形態では、シリカガラス・スートが圧縮される際に、鋳型本体１０２に対する各ラム１０４，１０６の軸方向位置をモニタリングする。各ラム１０４の軸方向位置の測定は、超音波センサー、近接センサー、光学センサーなどのセンサー（図示せず）を鋳型本体１０２の上および／または下の固定点に設置し、鋳型本体１０２の軸に沿ってラムを進行させる際に、センサーを用いてセンサーとラムの間の距離を測定することによって達成されうる。別の実施の形態では、鋳型本体１０２におけるラムの軸方向位置は、ラムおよび／または鋳型本体１０２に動作可能に接続されたノギスまたは同様の測定装置（図示せず）などによって直接的に測定されて差し支えない。型穴におけるラムの位置を検出するためのセンサーまたは測定装置の使用は、型穴におけるラムの位置、型穴の寸法、ラムの寸法、および、型穴１０８に入れたシリカガラス・スートの質量に基づいた、プレスされたシリカガラス・スートの平均密度の実時間計算を可能にする。スート密度の実時間測定は、スート加圧工程の工程管理の変数として用いられうる。さらに具体的には、シリカガラス・スートが、実時間測定から決定される目的の密度に圧縮されるときに、追加の機械的圧力をラム１０４、１０６に印加しなくて差し支えない。
【００３９】
別の実施の形態では、プレス機が液圧駆動式のプレス機の場合、液圧プレス機の管路圧をモニタリングし、スート加圧工程の制御に利用する。プレス機の液圧パイプにおける圧力は、シリカガラス・スートが圧縮される際に、液圧のプレスアームに生じる抵抗を示唆している。したがって、スートの密度が圧縮を通じて増大するにつれて、液圧パイプの圧力も増大する。よって、所定の鋳型寸法および、型穴１０８に充填されるシリカガラス・スートの質量では、管路圧はスート加圧工程の間のスートの密度を示す。したがって、管路圧を利用して、圧縮されたスートが目的密度にいつ到達したかを決定して差し支えない。
【００４０】
スート密度の実時間測定または管路圧のいずれかをスート加圧工程の工程管理変数として利用すると同時に、スート加圧工程の間のスートの密度を決定するために使用して差し支えないことが理解されるべきである。
【００４１】
別の実施の形態では、ロードセルを下部ラム１０４に取り付けて、型穴に配置されたシリカガラス・スートに印加された実際の圧縮力を測定して差し支えない。ロードセル、型穴におけるラムの軸方向移動、スートの質量、および、鋳型寸法から得られるデータは、システムの適切な動作および得られたスート成形体の密度における均一性を確実にするために使用して差し支えなく、そのようなものとして、品質管理の目的に用いられうる。
【００４２】
先に記載したように、シリカガラス・スートは、得られたスート成形体１９８の標的スート密度が達成されるまで押圧される。光ファイバ・プリフォームのクラッド部の形成に用いられるスート成形体１９８の標的スート密度は、約０．５ｇ／ｃｃ〜約１．２ｇ／ｃｃであって差し支えなく、さらに好ましくは約０．７ｇ／ｃｃより大きく約１．１ｇ／ｃｃ未満、最も好ましくは約０．８ｇ／ｃｃより大きく約１．０ｇ／ｃｃ未満でありうる。１つの実施の形態では、標的スート密度に近づける際に、振動エネルギーの印加が中断される。例えば、振動エネルギーの印加は、スート成形体の計算した密度が０．０１ｇ／ｃｃの目的密度内にある場合に中断されうる。ひとたび目的密度に達すると、目的密度においてラムに与えられている圧力は、所定の緩和時間の間、静的負荷として維持されて、スート成形体が圧力下で緩和できるようにする。１つの実施の形態では、緩和時間は約１分間〜約１０分間である。
【００４３】
緩和期間の後、スート成形体１９８の圧力は解放され、上部ラム１０６および下部ラム１０４は型穴１０８から取り外されて、型穴１０８に埋め込まれたガラス・コア・ケーン１８０を有するスート成形体１９８が残される。図７に示すように、スート成形体１９８および埋め込まれたガラス・コア・ケーン１８０は光ファイバ・プリフォーム組立体２００を形成し、ここで、スート成形体１９８は光ファイバ・プリフォーム組立体２００のクラッド部を形成し、ガラス・コア・ケーン１８０は光ファイバ・プリフォーム組立体２００のコア部を形成する。
【００４４】
光ファイバ・プリフォーム組立体を光ファイバ・プリフォームへとさらに加工するために、光ファイバ・プリフォーム組立体２００を型穴１０８から取り外さなければならない。１つの実施の形態では、光ファイバ・プリフォーム組立体を型穴１０８取り外すために、鋳型組立体をプレス機から取り外し、鋳型本体１０２の長軸が実質的に垂直になるように、延長部のロッドに位置合わせする。次に、振動エネルギーを鋳型本体１０２に印加し、鋳型本体を押してスート成形体１９８から取り外し、延長部のロッドに位置合わせした光ファイバ・プリフォーム組立体を残す。
【００４５】
別の実施の形態では、分割型を利用してスート成形体１９８を形成する場合、光ファイバ・プリフォーム組立体を型穴１０８から取り外すことができるまで、鋳型本体の個別の部分を光ファイバ・プリフォーム組立体の周囲から取り外す。この実施の形態では、光ファイバ・プリフォーム組立体を型穴１０８から取り外した後、光ファイバ・プリフォーム組立体をさらに加工できるように、スート成形体１９８を取り囲む円筒の形状のスリーブをスート成形体１９８の周囲から取り外す。
【００４６】
さらに別の実施の形態では、光ファイバ・プリフォーム組立体は、光ファイバ・プリフォーム組立体のスート成形体１９８を予備焼結することによって型穴１０８から取り外されうる。予備焼結は、スート成形体１９８を型穴１０８から容易に取り外せるように、スート成形体の寸法を縮小する。予備焼結はまた、圧密前のスート成形体の機械的耐久性を増加させる。スート成形体１９８の予備焼結はまた、スート成形体の乾燥も含みうる。例えば、スート成形体１９８の乾燥のため、スート成形体を伴う鋳型をチューブ炉のホット・ゾーン内のシリカマッフルに入れてもよい。マッフルの両端にキャップをし、加熱炉の温度を３００℃まで上昇させる際に真空を適用する。プリフォームを、−２６インチの水の真空下、３００℃で１７時間保持する。スート成形体を予備焼結するため、マッフルにヘリウムを１気圧になるまで充填し、排出し、追加の時間、１気圧になるまでヘリウムを再充填する。次に、チューブ炉の温度を９００℃まで上昇させて、ヘリウム流下で４時間保持する。その後、チューブ炉を冷却する。チューブ炉が室温に達したら、ヘリウム流を停止し、キャップしたマッフルから鋳型を取り出す。スート成形体の直径は予備焼結の間に縮小することから、予備焼結したスート成形体は鋳型から取り出されうる。保持時間の変動および、９００℃の予備焼結前に４００℃〜７００℃の温度へのさらなる傾斜の利用は、ガラスの品質を最大限にするために望ましいであろう。
【００４７】
別の実施の形態では、スート成形体１９８は、光ファイバ・プリフォーム組立体を含む鋳型本体１０２をチューブ炉内に入れることによって予備焼結される。加熱炉の雰囲気はヘリウムでパージされて差し支えなく、加熱炉温度は、ヘリウム流の雰囲気下、約８００℃〜１２００℃に上昇させて差し支えない。加熱炉は約２時間、所望の予備焼結温度に維持される。予備焼結されたスート成形体１９８は、冷却の際に、鋳型本体１０２から容易に取り出されうる。より低密度の成形体、またはより小さい直径の鋳型では、スート成形体を１０００℃より高い温度で焼結するのに必要とされうるか、または望ましいであろう。しかしながら、これらの温度に達する前に、焼結したシリカガラスにおける望ましくないクリストバライト相の形成を避けるために、これらの上昇温度で焼結する前に、スート成形体を乾燥することが必要であろう。１つの実施の形態では、スート成形体を乾燥するため、鋳型および光ファイバ・プリフォーム組立体を伴った加熱炉を、ヘリウムガス中、５％の塩素の混合流体下、１０００℃に加熱する。加熱炉は、加熱炉の温度を予備焼結温度まで上昇させる前に、１０００℃で約２時間保持される。乾燥工程の間に、鋳型本体１０２が塩素蒸気に曝露されることから、スート成形体１９８が１０００℃を超える温度で、型穴１０８において予備焼結されると予想される場合には、炭素などの塩素ガスと非反応性の材料を、鋳型本体１０２に使用すべきである。
【００４８】
さらには、上述の予備焼結方法を用いて、４４ｍｍおよび８９ｍｍの内径Ｄmを有する鋳型から成形されたスート成形体を処理した。予備焼結方法は、さまざまな寸法のスート成形体について拡大縮小され、最適化されうることが理解されるべきである。
【００４９】
図７を参照すると、本明細書に記載されるスート圧縮工程は、光ファイバ・プリフォーム組立体２００のクラッド部を形成するスート成形体１９８、および、光ファイバ・プリフォーム組立体２００のコア部を形成するガラス・コア・ケーン１８０を備えた光ファイバ・プリフォーム組立体２００を生じる。光ファイバ・プリフォーム組立体２００を鋳型から取り外した後、光ファイバ・プリフォーム組立体２００を固結し、スート成形体１９８を焼結し、それによって、図８に示すように、ガラス・コア・ケーン１８０の周りに高密度のシリカガラスクラッド部２１２を形成しうる。スート成形体１９８の圧密は、クラッド部２１２をガラス・コア・ケーン１８０に連結し、それによって光ファイバ・プリフォーム２１０を形成する。
【００５０】
１つの実施の形態では、光ファイバ・プリフォーム組立体２００は、ハンドルをガラス・コア・ケーン１８０に取り付け、光ファイバ・プリフォーム組立体を圧密炉（consolidation furnace）上にクォーツ浸漬ロッドから吊り下げることによって、光ファイバ・プリフォーム２１０へと固結される。圧密炉は、一般に、乾燥域および圧密域を有するクォーツマッフルを備えたチューブ炉を含みうる。乾燥域は約１０００℃の温度に保持されて差し支えなく、圧密域は、その領域にわたり、約１０００℃〜約１４５０℃の温度勾配を有する。圧密炉の圧密域は、ヘリウム流下で維持されて構わない。光ファイバ・プリフォーム組立体を乾燥し、炭素、水および遷移金属の不純物を除去するため、光ファイバ・プリフォーム組立体を圧密炉の乾燥域に保持し、２つの等温保持期間において、連続的に、ヘリウムおよび酸素の流れとヘリウムおよび塩素の流れに曝露する。乾燥処理後、チューブ炉内の雰囲気をヘリウム流に切り替え、圧密域を通じて光ファイバ・プリフォーム組立体を下げ、シリカガラス・スートの温度を上昇させて、十分に固結したガラスを形成するのに十分なガラスのガラス質の流れを生じる。圧密後、固結した光ファイバ・プリフォーム組立体（光ファイバ・プリフォーム）を圧密炉から引き出し、ガス抜きし、サンプルをアニールするために、１０００℃に保持したオーブンに少なくとも６時間入れる。
【００５１】
本明細書に記載されるスート加圧工程は、スート成形体の密度の均一性を改善し、それによって、固結した光ファイバ・プリフォームにおける幾何学的変化を低減するために最適化して差し支えないが、スート加圧工程によって形成された光ファイバ・プリフォームは、圧密後にいくらかの寸法変化を有しうる。例えば、光ファイバ・プリフォームのクラッド部２１２の直径は、光ファイバ・プリフォームの直径は両末端から中間部分に向かって細くなるように、固結した光ファイバ・プリフォームの中間部分よりも、光ファイバ・プリフォームの両末端の方が大きい。１つの実施の形態では、光ファイバ・プリフォームは、光ファイバ・プリフォームの軸長に沿った任意の寸法変化を排除するために、予備焼結の後に機械加工されてもよい。例えば、光ファイバ・プリフォームは、旋盤に位置合わせし、光ファイバ・プリフォームの軸長に沿って、クラッディングのある位置の直径を選択的に縮小するために機械加工して差し支えなく、それによって、均一な直径を有する光ファイバ・プリフォームを形成する。
【実施例】
【００５２】
本発明は、次の実施例によってさらに明確になるであろう。
【００５３】
実施例１
この実施例では、単一工程において前記型穴にシリカガラス・スートを負荷することによって、２つの光ファイバ・プリフォーム組立体を調製した。光ファイバ・プリフォーム組立体を形成するため、直径１．９ｃｍのガラス・コア・ケーンを、直径８９ｍｍおよび長さ６１０ｍｍの型穴を有する炭素鋳型に入れた。型穴をガラス状炭素コーティングで裏打ちした。ガラス・コア・ケーンの長さは、この実施例では、鋳型の長さと同一であった。
【００５４】
型穴の下位部に配置されたラムのボアにガラス・コア・ケーンの末端を挿入することによって、ガラス・コア・ケーンを型穴に配置した。ガラス・コア・ケーンがシリカガラス・スートの中心になるように、９３３ｇのシリカガラス・スートを型穴に加えた。シリカガラス・スートの予圧密度を最大化するため、シリカガラス・スートを型穴に充填した後に、鋳型本体に振動エネルギーを印加した。最上部のラムをガラス・コア・ケーンに配置し、型穴に挿入した。ラム延長部をガラス・コア・ケーンの周囲の型穴に挿入し、鋳型および延長部を液圧プレスに配置した。液圧プレスのプレスアームを上部ラム延長部に適合させ、下方ラム延長部を液圧プレスの支持プレートに設置した。鋳型に、周波数１９．８６ｋＨｚ、５ｋＷの増幅器の出力５１％で振動エネルギーを印加した。型穴における定在波の定着を避けるため、０．０２６秒周期、４０Ｈｚの多重モードの掃引周波数を振動エネルギーに印加した。
【００５５】
スートを圧縮するため、プレス機の最上部のラムを４．８ｍｍ／秒の速度で底部ラムの方に進行させた。鋳型を、約２．４ｍｍ／秒の速度でスート成形体に対してスライドさせ、それによって超音波源をスート成形体の中心に保った。型穴における最上部のラムの測定位置、鋳型の寸法、および、スートの質量に基づいた押圧操作の間に、すぐにスート密度を計算した。計算したスート密度は０．０１ｇ／ｃｃの目的密度（この実施例では０．８ｇ／ｃｃ）以内であったことから、振動エネルギーを中断した。計算したスート密度が０．８ｇ／ｃｃの目的密度に達したときに、プレス機の液圧パイプには２０９ポンドの静的負荷のみが残るように、液圧プレスのプレスアームの動きを中断した。１０分後に、静的負荷を解放した。その後、光ファイバ・プリフォーム組立体をチューブ炉内に設置し、５％塩素を加えたヘリウムの流れ内で、１０００℃で１時間、乾燥した。光ファイバ・プリフォーム組立体を１２００℃で１時間、予備焼結した後、先に記載したように固結した。固結した光ファイバ・プリフォームにおける直径の変動を図９に示す。サンプルの直径の変動は、固結した光ファイバ・プリフォームの最小直径の約＋１０％未満であった。
【００５６】
実施例２
この実施例では、シリカガラス・スートを型穴の別々の部分に充填し、次の部分を加える前に、各部分をプレスすることによって、光ファイバ・プリフォーム組立体を作製した。光ファイバ・プリフォーム組立体を形成するため、直径１．９ｃｍのガラス・コア・ケーンを、直径８９ｍｍおよび長さ６１０ｍｍの型穴を有する炭素鋳型に入れた。型穴をガラス状炭素コーティングで裏打ちした。この実施例では、ガラス・コア・ケーンの長さは鋳型の長さと同一であった。型穴の下位部に配置されたラムのボアにガラス・コア・ケーンの末端を挿入することによって、ガラス・コア・ケーンを型穴に設置した。
【００５７】
合計１３７５ｇのシリカガラス・スートを、次の方法で型に充填した：２７５ｇの第１のシリカガラス・スート部分を型穴に充填し、鋳型本体に振動エネルギーを印加する際に、０．５５ｇ／ｃｃの密度まで手動でプレスした。充填段階の間に鋳型に印加された振動エネルギーは、５ｋＷの増幅器の出力６１％において、１９．８６ｋＨｚの周波数を有していた。型穴における定在波の定着を避けるため、０．０２６秒周期、４０Ｈｚの多重モードの掃引周波数を振動エネルギーに印加した。２７５ｇの第２のシリカガラス・スート部分を型穴に充填し、鋳型本体に振動エネルギーを印加する際に、０．４７ｇ／ｃｃの密度まで手動でプレスした。２７５ｇの第３のシリカガラス・スート部分を型穴に充填し、鋳型本体に振動エネルギーを印加する際に、０．４ｇ／ｃｃの密度まで手動でプレスした。鋳型本体に振動エネルギーを印加する際に、ラム延長部を使用して、第１、第２および第３のシリカガラス・スート部分を鋳型本体の反対端に手動でプレスした。その後、第４のシリカガラス・スート部分が第１のシリカガラス・スート部分と直に隣接するように、２７５ｇの第４のシリカガラス・スート部分を型穴に充填した。鋳型本体に振動エネルギーを印加する際に、第４のシリカガラス・スート部分を０．４７ｇ／ｃｃの密度まで手動でプレスした。２７５ｇの第５のシリカガラス・スート部分を、第４の部分に直に隣接した型穴に充填し、鋳型本体に振動エネルギーを印加する際に、０．４ｇ／ｃｃの密度まで手動でプレスした。よって、片側では第１の部分が第２の部分と第３の部分の間に配置され、もう一方の側では第４の部分と第５の部分の間に配置されるように、充填したスートが型穴に配置された。
【００５８】
その後、ラムをガラス・コア・ケーンに配置し、型穴に挿入した。ラム延長部をガラス・コア・ケーンの周囲の型穴に挿入し、鋳型および延長部を液圧プレスに配置した。液圧プレスのプレスアームを上部ラム延長部に適合させ、下方ラム延長部を液圧プレスの支持プレートに設置した。鋳型に、周波数１９．８６ｋＨｚ、５ｋＷの増幅器の出力６１％で振動エネルギーを印加した。型穴における定在波の定着を避けるため、０．０２６秒周期、４０Ｈｚの多重モードの掃引周波数を振動エネルギーに印加した。
【００５９】
スートを圧縮するため、プレス機の最上部のラムを、１．６ｍｍ／秒の速度で底部ラムの方向に進行させた。鋳型を、約０．８ｍｍ／秒の速度でスート成形体に対してスライドさせ、それによって、超音波源をスート成形体の中心に保った。型穴における最上部のラムの測定位置、鋳型の寸法、および、スートの質量に基づいた押圧操作の間に、スート密度をすぐに計算した。計算したスート密度は目的密度（この実施例では０．８ｇ／ｃｃ）の０．０１ｇ／ｃｃ以内であったことから、振動エネルギーを中断した。計算したスート密度が０．８ｇ／ｃｃの目的密度に達したときに、プレス機の液圧パイプに１３１７ポンドの静的負荷のみが残るように、液圧プレスのプレスアームの動きを中断した。１０分後、静的負荷を解放した。その後、光ファイバ・プリフォーム組立体をチューブ炉内に設置し、１０００℃で１時間、５％塩素を加えたヘリウムの流れ内で乾燥させた。光ファイバ・プリフォーム組立体を１２００℃で１時間予備焼結し、先に記載したように固結した。固結した光ファイバ・プリフォームの直径における変動を図９に示す。このサンプルの直径は、軸長全体にわたり、約±５％変化し、最大変化は末端で生じた。
【００６０】
実施例３
この実施例では、振動エネルギーを印加することなく、分割型から光ファイバ・プリフォーム組立体を形成した。直径５０ｍｍおよび３０６ｍｍの長さの型穴を有するアルミニウムの分割型を使用した。分割型は３つの軸方向部分を含み、各部分は鋳型本体の１２０度の部分を形成していた。鋳型を、型穴の外周に延在する１ｍｍ厚のＰＴＦＥシートで裏打ちした。したがって、ＰＴＦＥで裏打ちされた型穴の直径は４８ｍｍであった。底部ラムを鋳型に設置し、直径１．９ｃｍ、長さ３０６ｍｍのシリカガラスコア・ケーンを鋳型に設置した。１９０ｇのシリカガラス・スートを鋳型に充填した。鋳型をタッピングおよびガラス・コア・ケーンのたわみで攪拌し、鋳型中のスートの密度を均質化した。手動の圧力をスートに印加して、約０．６ｇ／ｃｃの密度までスートを詰めた。この密度は、ＰＴＦＥので裏打ちされていることに起因して、機械的圧縮なしに達成できた。シリカガラス・スートの充填後、最上部のラムをガラス・コア・ケーンに配置し、型穴に挿入した。延長部をラムに設置し、組み立てた鋳型を液圧プレスに設置した。
【００６１】
最上部のラムを、約２ｍｍ／秒の速度で、油圧式アームを用いて型穴に進行させることによって、スートを圧縮した。鋳型をスート成形体に対して約１．０ｍｍ／秒の速度でスライドさせることによって、スート成形体に集中した圧縮力を保持した。目的密度にいつ達したかを判断するため、最上部のラムのリアルタイム変位を使用して、スートを０．８１ｇ／ｃｃの目的密度に圧縮した。ひとたび目的密度に達したら、プレス機の液圧パイプに８５４ポンドの静的負荷を残してラムの型穴への進行を停止させた。サンプルを１０分間の静的負荷下で緩和させた。その後、印加した負荷を取り除き、ラムを型穴から外した。
【００６２】
光ファイバ・プリフォーム組立体を離型するため、鋳型部分を一緒に連結するボルトを緩め、鋳型部分の一方を取り外した。その後、光ファイバ・プリフォーム組立体は、光ファイバ・プリフォーム組立体およびＰＴＦＥの裏打ちを型穴の外にスライドさせることによって、鋳型から取り外すことができた。次に、ＰＴＦＥの裏打ちを光ファイバ・プリフォーム組立体から取り外した。
【００６３】
次に、チューブ炉内に光ファイバ・プリフォームを入れることによって、光ファイバ・プリフォーム組立体をチューブ炉で予備焼結し、加熱炉を９００℃の温度まで加熱した。加熱炉を４００℃で４時間維持した。予備焼結の後、ブランクを上述のように固結した。
【００６４】
実施例３の光ファイバ・プリフォームの密度プロファイルを図１０に示す。固結した光ファイバ・プリフォームの直径はプリフォームの末端（例えばプリフォームのいずれかの末端から約１ｃｍ）を除いて６％未満で変動し、プリフォームの全長にわたり、約１９％変動する。
【００６５】
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明にさまざまな変更および変形を行うことができることは、当業者にとって明白であろう。よって、それらが添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内に入ることを条件に、本発明が本発明の変更および変形にも及ぶことが意図されている。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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