JP2000510609A - 被覆された光ファイバ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 屈折率ｎ₁を有するコア（３４）、コア（３４）を包囲し、かつ屈折率ｎ₂を有する内殻被覆（３６）、および内殼被覆（３６）を包囲し、かつ屈折率ｎ₃（ここでｎ₁＞ｎ₂＞ｎ₃）を有する第１外殻被覆（３８）を備える二重被覆光ファイバにおいて、第１外殻被覆（３８）の柔軟性は、多くの場合、研磨または他の機械的操作をファイバの端部上で行うことを困難にする。このような困難を減らすため、第１外殻被覆（３８）をファイバの限定された端部部分から取り除くことは有利であり、屈折率ｎ₄（ここでｎ₂＞ｎ₄）および硬度（第１外殻被覆（３８）の硬度よりも大きい）を有する第２外殻被覆（４４）と置換する。

Description

【発明の詳細な説明】 被覆された光ファイバ 本発明は、二重被覆光ファイバ、およびそのようなファイバを製造するための 工程に関する。より詳細には、本発明は、ファイバの末端部分上の外殻被覆が、 ファイバの中心部分上の外殻被覆と異なり、よってファイバの研磨または他の機 械的操作を容易するような二重被覆光されたファイバに関する。 二重被覆光ファイバは、屈折率ｎ₁を有するコア、コアを包囲し、かつ屈折率 ｎ₂を有する内殻被覆、および内殻被覆を包囲し、かつ屈折率ｎ₃（ここでｎ₁＞ ｎ₂＞ｎ₃）を有する外殻被覆を備え、該二重被覆光ファイバは周知である。また 、例えば米国特許第Ａ−４８１５０７９号；米国特許第Ａ−５２６８９７８号； 米国特許第Ａ−５３７３５７６号、および米国特許第Ａ−５４１８８８０号に記 載されている。このような二重被覆光ファイバは主にファイバレーザとして用い られ、コアがそのように用いられる場合に、通常レーザ材料（これは多重モード 内殻被覆内で処分される）の単一モードコアである。 この二重被覆光ファイバのコアへの使用にとって実用的な材料の数は少なく、 それゆえにｎ₁の利用可能値は限定される。典型的なコア材料は希土類をドープ されたシリカであり、ｎ₁〜１．４７を有する。内殻被覆は、典型的に実質的純 シリカであり、ｎ₂〜１．４６を有する。さらに、二重被覆ファイバの開口数は 、内殻被覆と外殻被覆との屈折率の差（すなわち、ｎ₂とｎ₃との差）に依存する 。大きな開口数が、ファイバへの光の導入を促進するために望ましいため、ｎ₃ はｎ₂よりも実質的に小さくあるべきであり、実際には、ｎ₃は約１．４３よりも 小さく、望ましくは約１．３９よりも大きくないべきである。さらに外殻被覆は 内殻被覆への優れた接着、および低い光減衰を有することを必要とし、ファイバ からのエネルギー損失を防ぐ。最後に、外殻被覆の材料は、外殻被覆の均一薄膜 が内殼被覆上で高速度において形成され得るものでなければならない。 外殼被覆の全ての要件を満たし得る材料の数は、極めて限られており、またか なりの研究が、外殻被覆材料を開発するために費やされてきた。実際には、屈折 率、接着、低い光減衰およびアプリケーションの手軽さという要件を満たす唯一 の材料は、高度にフッ化されたアクリラートまたは類似のモノマーから得られる 放射線硬化ポリマーである。例えば米国特許第Ａ−５０２４５０７号は、光重合 可能な組成物からの被覆の調製を記載している。この組成物は、非置換もしくは フッ素置換ジアクリラートモノマー、フッ素官能性アクリラートモノマー（ジア クリラートモノマーの重量部で、約２から約１２重量部の量において）、光重合 開始剤(photoinitiator)、および粘性改変剤（組成物の粘性を約１０００から約 １５０００ｃＰに増やすため）を含む。紫外放射線での光硬化により、組成物は 約１．４３よりも大きくなく、好ましくは約１．４０よりも大きくない屈折率を 有する。同様に、米国特許第Ａ−５４８４８２２号、米国特許第Ａ−５４９２９ ８７号、および米国特許第Ａ−５５３４５５８号は、光ファイバを被覆するため の工程を記載している。そこで光重合開始基とエチレンによる不飽和基の両方を 有する光重合開始剤モノマーが、エチレンによる不飽和基を有するフッ素置換モ ノマーと反応を起こし、よって付随の光重合開始基を有するコポリマーを調製す る。そして、このコポリマーは、フッ素置換ジアクリラートと混合され、よって 光重合可能な組成物を形成し、この組成物は光ファイバ上でコーティングされ、 そして紫外線に照射され、よって光重合可能な組成物を硬化し、被覆を生成する 。このタイプの好ましい被覆は、１．３５よりも小さい屈折率を有し得る（便宜 上、上記米国特許第Ａ−５０２４５０７号、米国特許第Ａ−５４８４８２２号、 米国特許第Ａ−５４９２９８７号、および米国特許第Ａ−５５３４５５８号の組 成物を用いて生成された外殼被覆は、本明細書中では「フルオロポリマー被覆」 と記載する。） フルオロポリマー被覆は、屈折率、接着、低い光減衰、およびファイバへのア プリケーションの手軽さという要件を満たすが、これら（例えば最も高度にフッ 化されたポリマー）は、軟らかく、約ＨＤＤ−５０よりも大きくない硬度値を有 し、ここで「ＨＤＤ」とはAmerican Society for Testing and Materials，Stan dard D2240（通常「ASTM D2240」と省略される）に従って計測された硬度デュロ メータＤグレードの硬度を意味する。本明細書中で引用される全ての硬度値は２ ３℃において計測される。フルオロポリマー被覆の柔軟性は、二重被覆ファイ バ上で機械的操作中に問題を引き起こす傾向がある。このようなファイバをファ イバレーザとする大抵の使用において、ファイバの一端または両端を反射端部面 （すなわち、ファイバの軸に垂直に延びる光学的にフラットな端部面、または外 部のミラーとの確実なオプティカルコンタクトを可能にする類似した、綿密に制 御された端部面）と共に提供されることが必要である。このような端部面は、通 常ファイバの端部を研磨することにより準備される。０．５ｍｍのオーダーの小 直径、およびファイバの結果的な可撓性(consequent flexibillty)が与えられる とすると、研磨中にファイバを剛性のホルダーの中に収めておくことが必要であ る。そして実際には、ファイバの端部をキャピラリーチューブ内に、ファイバの 端部をそのチューブの端部壁と実質的に面一の状態にして固定する（通常、強力 な接着剤で）こと、ならびにファイバの端部およびチューブを同時に研磨するこ とは都合がよい。あいにく、フルオロポリマー被覆は大変軟らかく、また熱膨張 の係数におけるこれらとガラスキャピラリーとの差は大変大きいため、研磨動作 中ファイバはキャピラリーから押し出される傾向があり、生成される端部面の厳 密な形体を制御することは非常に難しい。従って、良好な反射端部面が形成され ない。類似した問題が、他の機械的操作中にファイバ上で起こり得る。 フルオロポリマーで被覆されたファイバの上記問題点が、二重被覆ファイバの 光特性における著しい悪影響なしに、ファイバの端部分の外殻被覆を改変するこ とにより、軽減または削除され得ることがここで見出された。 従って本発明は、 屈折率ｎ₁を有するコアと、 該コアを包囲し、かつ屈折率ｎ₂を有する内殻被覆と、 該内殻被覆を該ファイバの中心部分で包囲する第１外殻被覆であって、屈折率 ｎ₃および硬度ｈ₃を有する該第１外殻被覆と、 ここで： ｎ₁＞ｎ₂＞ｎ₃； 該光ファイバが、該ファイバの少なくとも１つの端部分上の該内殻被覆を包囲 し、かつ該第１外殻被覆に接触し、屈折率ｎ₄および硬度ｈ₄を有する第２外殻被 覆により特徴づけられ、 ここで： ｎ₂＞ｎ₄；および ｈ₄＞ｈ₃ を含む光ファイバを提供する。 本発明はまた光ファイバアセンブリをも提供し、このアセンブリは上記のよう な本発明の光ファイバ、該ファイバの少なくとも１つの端部分の部分に、実質的 に同軸的であり、且つ固定されている中空チューブ環境を含み、該チューブは該 チューブの該軸に実質的に垂直に延びる端部面を有し、そして該ファイバは該チ ューブの該端部面に近接して終わる。 最後に、本発明は光ファイバを生成するための工程を提供し、 屈折率ｎ₁を有するコアと、該コアを包囲し、かつ屈折率ｎ₂を有する内殻被覆 と、該内殻被覆を包囲する第１外殻被覆であって、屈折率ｎ₃および硬度ｈ₃を有 する該第１外殻被覆と、 ここで： ｎ₁＞ｎ₂＞ｎ₃； を含む光ファイバを提供する工程を含み、該工程は、 該内殻被覆の表面を照射するように、該ファイバの少なくとも１つの端部分か ら該第１外殼被覆を取除く工程と、 その後、少なくとも１つの端部分上に屈折率ｎ₄および硬度ｈ₄を有する該第２ 外殻被覆を形成する工程と、 ここで： ｎ₂＞ｎ₄；および ｈ₄＞ｈ₃ により特徴づけられる。 添付図面の図１は、本発明の工程における、第１外殻被覆を二重被覆ファイバ から除去する好ましい方法および装置を図示し、 図２は、図１の装置の処置後の二重被覆ファイバを示し、 図３は、二重被覆ファイバ上で第２外殼被覆の形成を終えた、図２の二重被覆 ファイバを示し、 図４は、本発明の光ファイバアセンブリにマウントされた、図３の二重被覆フ ァイバを示し、 図５は、第２外殻被覆を図２の剥離されたファイバに適用し、図３のファイバ を生成するための好ましい装置を概略的に示す。 上記のように、本発明において二重被覆光ファイバの本来の（「第１」）外殻 被覆は、ファイバの一端または両端における限られた端部分から除去され、そし て第２外殻被覆（第１外殼被覆よりも硬い）により置換される。この第２外殻被 覆の提供は、ファイバの端部内での光減衰におけるわずかな増加を及ぼし得るが 、端部が短くあり得ることから（望ましくは１００ｍｍよりも短く、そして大抵 の実用的なアプリケーションにおいては数ミリメートルで十分である）、光減衰 におけるいかなるわずかな増加も容易に耐え得る。第２被覆の増加した硬度は、 上記の問題点（ファイバの研磨または他の機械的操作中に、第１外殻被覆の柔軟 性により引き起こされる問題点）を軽減または削減する。 本発明のファイバの外殻被覆が光ガイド(light-guiding)であることから、第 １および第２外殻被覆間の界面における光減衰を最小化することは望ましく、こ の最小化は、光散乱を最小化することでこの界面における空隙の形成を防ぎ、界 面を形づくる。界面における光散乱が最小化され得ること、および第１および第 ２外殻被覆間の優れた接着が達成されることはすでに見出されている。この接着 は、第１外殻被覆の端部分を細くするように第１外殻被覆の除去を達成し、第２ 外殻被覆の形成後に、第１および第２外殼被覆間の界面が実質的に円錐面の部分 形状を有することにより、成し遂げられる。 本発明は、第１外殻被覆をファイバの端部分から除去するいかなる特定の方法 にも制限されない。しかし、用いられる方法は、内殻被覆の表面を損傷するべき ではない。なぜなら、そのような損傷がファイバの光特性に悪影響を及ぼすため である。この理由から、第１外殻被覆の機械的磨耗は、通常回避されるべきであ り、第１外殻被覆を除去する好ましい方法は、ファイバの端部をプラズマに照射 することである。第１外殼被覆を形成するために典型的に用いられるフルオロポ リマーは、市販で入手可能な装置により発生する窒素／酸素プラズマを用いて容 易に除去され得る（後に図１を参照してより詳細に記載される）。光ファイバ技 術において当業者には周知のように、光透過被覆（例えば、本発明のファイバに 用いられる第１外殼被覆）を、非光透過ポリマーコーティング（これはファイバ への機械的保護を提供する）と共に包囲することは一般的である。そのようなポ リマーコーティングは、本発明の工程中に、第１外殻被覆のファイバの端部分か らの除去に先立って、もしくは同時に除去される必要がある。そしてプラズマを 伴う第１外殻被覆の除去は、ポリマーコーティングと第１外殻被覆とを１度の工 程において除去することが多くの場合可能であるという利点を有する。 上に述べられた理由から、第２外殻被覆を備える端部分被覆の長さを、ファイ バ上で実行される研磨または他の機械的操作に要求される最小値に限定すること は、通常望ましく、そして典型的に端部分においては、数ミリメートルの長さが 十分である。プラズマを伴う数ミリメートルのみの第１外殻被覆を除去すること を達成するのは難しい。しかし、一度第１外殼被覆が除去されると、ファイバの 残りの部分（コアおよび内殻被覆のみを含む部分）は、通常、ファイバの残りの 部分への過剰な損傷がなくとも壊れるほどに十分脆い。従って、第１外殻被覆を ファイバの長い端部分（例えば５０ｍｍ以上）から除去することを達成し、そし て端部分の長さを過剰コアおよび内殻被覆を折り取ることにより減少し、その上 への第２外殻被覆の堆積に先だって端部分を短くすることは、本発明の範囲内に ある。同様に、以下に述べられるように、本発明の光ファイバアセンブリを形成 する際、ファイバ上に端部分を、最終アセンブリに要求されるよりも長く提供す ることは有益あり得る。そして過剰端部分は、中空チューブに対して所定位置に ファイバを保持するための「ハンドル」として用いられ得、そして過剰端部分を ファイバがチューブに固定された後に切断する。 第２外殻被覆は、いかなる方法（低い光減衰およびファイバへの優れた接着を 伴う層を生成し得る方法）によってもファイバの端部分上に形成され得る。都合 のよいことには、第２外殻被覆の形成は、ファイバの端部分（この端部分から第 １外殻被覆は除去されている）を、第２外殻被覆が形成されようとする材料を含 む溶液または懸濁液へ侵漬し、ファイバの端部分を溶液または懸濁液から除去し 、そしてファイバに接着した溶液または懸濁液を乾燥させ、ファイバの端部分に 接着する第２外殼被覆を生成することにより達成される。溶液または懸濁液への 浸 漬を繰り返すことにより、第２外殼被覆の連続した層の中間乾燥を伴って必要と され得る（後に図５を参照してより詳細に記載される）。 すでに指摘されているように、本発明の典型的なファイバにおいて、ｎ₁およ びｎ₂は、それぞれ１．４４よりも大きく、ｎ₃は１．３９よりも大きくなく、ｎ₄ は好ましくは１．４２よりも大きくなく、望ましくは１．４０よりも大きくな い。第２外殻被覆の屈折率は、所望のように低くなり得るが、実際には十分な硬 度を備える市販の材料の最低屈折率は約１．２９とみられる。所望の屈折率を有 し、そして他の要件（低い光減衰および硬度など）を満たすいかなる材料でも第 ２外殻被覆を形成するための用いられ得るが、全ての必要特性を有する市販で入 手可能な材料の範囲は限られており、そして第２外殻被覆を以下から形成するこ とが好ましい： 前記第２外殻被覆が以下を含み、 （ａ） テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、Ｒ_fＣＦＣ Ｆ₂（ここでＲ_fは１〜５炭素原子を備える第一級過フルオロアルキル基である） 、Ｒ_gＯＣＦＣＦ₂（ここでＲ_gはＲ_fまたはエーテル酸素および４〜１２炭素原子 を含む第一級過フルオロアルキル基である）、およびアルキル置換され得るフッ 化1,3-ジオキソールの、少なくとも１つのコポリマー、または、 （ｂ） 以下の構造式により表される環式構造の繰り返し単位から実質的に成 る、フッ素含有熱可塑性の樹脂ポリマー： （ここで：ｎは１または２である）；該ポリマーは、その分子の固有粘度が少な くとも０．１であるような分子量を有する。タイプ（ａ）のコポリマーは、米国 特許第Ａ−４５３０５６９号、米国特許第Ａ−４９４６９０２号、米国特許第Ａ −５０４５６０５号、および米国特許第Ａ−５０７６６５９号に記載されており 、 このタイプの特定のポリマー（すなわち過フルオロ-2,2-ジメチル-1,3-ジオキソ ールを備えるテトラフルオロエチレン）のコポリマーは、E.I．Du Pont de Nemo urs and Company，Wilmington，Delaware，United States of Americaにより、 登録商標「ＴＥＦＬＯＮ ＡＦ」のもとに販売されている。この材料は、多様な グレードにおいて販売されており、ＴＥＦＬＯＮ ＡＦ １６００（屈折率１． ３１）を用いて優れた結果が成し遂げられている。ＴＥＦＬＯＮ ＡＦ ２４０ ０（屈折率１．２９）もまた適している。タイプ（ｂ）のポリマーは、米国特許 第Ａ−４８９７４５７号、およびFeiring，Organofluorine Chemistry:Principl es and Commercial Applications，349〜350頁(Plenum Press)に記載されており 、またこのタイプの特定のポリマーは、ＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦ₂ＣＦ＝ＣＦ₂の 環式重合により調製され、2-1-2，Marunouchi，Chiyoda-ku，Tokyo 100，Japan のAsahi Glass Co.，Ltd.により商標「ＣＹＴＯＰ」のもとに販売されており、 この材料は屈折率１．３４を有する。 第２外殻被覆の硬度ｈ₄は、望ましくは少なくともＨＤＤ−７０である。上記 の好ましい被覆材料である、ＴＥＦＬＯＮ ＡＦ １６００はＨＤＤ−７６の硬 度を有し、ＣＹＴＯＰはＨＤＤ−７８の硬度を有する。比較として、第１外殻被 覆への使用に好ましい比較的軟らかいフルオロポリマーは、典型的にＨＤＤ−４ ０の硬度を有する。 すでに指摘されたように、本発明のファイバの第１外殻被覆への使用に好まし い材料は、上記米国特許第Ａ−５０２４５０７号、米国特許第Ａ−５４８４８２ ２号、米国特許第Ａ−５４９２９８７号、および米国特許第Ａ−５５３４５５８ 号に記載のフルオロポリマー被覆である。従って、都合のよいことには、第１外 殻被覆は、（ｉ）約１．４３よりも大きくない屈折率を有し、そして以下から得 られる繰り返し単位を含むコポリマーを含む硬化組成物であり： ａ） 非置換またはフッ素置換ジアクリラートモノマー、および ｂ） フッ素単機能アクリラートモノマー、あるいは （ii） 以下から得られる繰り返し単位を含むコポリマーである： ａ） 付随の光重合開始基を有し、それ自体が光重合開始基とエチレンによる 不飽和基の両方を有する光重合開始剤モノマーから得られる繰り返し単位、およ びエチレンによる不飽和基を有するフッ素置換モノマーから得られる繰り返し単 位を有するコポリマー、および ｂ） フッ素置換ジアクリラート。 本発明の光ファイバアセンブリを形成するために、その上にある第２外殼被覆 を備えるコーティングされたファイバは、中空チューブ内に配置され、そこへ固 定される。ファイバの端部上に後に形成される表面の正確な制御を保証するため 、ファイバがチューブの軸に沿って正確に走ることを保証することが重要である 。都合のよいことには、このことは、ファイバがチューブの両端から突出するま でチューブの中に通すこと、そして正確にチューブの軸に沿ってファイバを中心 に置くように設けられた２つのクランプ間の張力下で、チューブを通過するファ イバの部分をクランプで締めることにより達成される。そして接着剤が、（例え ば、注射器を用いて）ファイバとチューブとの間の空間に注入され得、硬化を可 能にし得る。接着剤は、（例えば、エポキシ接着剤）硬化剤との混合後に注入さ れるタイプのものであってもよく、あるいは放射線硬化接着剤であってもよく、 これはチューブ内にある間、硬化放射線（典型的には紫外放射線）に照射される 。一度接着剤が硬化し、ファイバがチューブ内に固定されると、ファイバはクラ ンプを外され、そしてチューブから突出しているファイバの部分は、ファイバが チューブの端部面に近接して終わるように切断され得る。そして光ファイバアセ ンブリは、研磨のための準備ができた状態となる。大抵の場合、研磨は、チュー ブおよびファイバ上で平行で、光学的にフラットな端部面を生成することを達成 する。（あるいは、少なくともいくつかの場合においては、研磨の切断手段を用 いてチューブおよびファイバを通して切断することにより、このような平行で、 光学的にフラットな表面を提供することは可能であり得る。）他の場合において は、ファイバおよびチューブの端部面を研磨して球面の部分形状（チューブの直 径よりもかなり大きな半径を有する形状）にすることが望ましくあり得、この球 はチューブの軸上に中心を置いている。研磨のこの形状は、ファイバの外部ミラ ーとの確実なオプティカルコンタクトを提供する能力がある。すでに記載されて いるように、ファイバの端部分上の比較的硬い第２外殻被覆の存在は、研磨後の ファイバおよびチューブの端部の形状を精密に制御することを可能に、そして軟 らかい 第１外殻被覆で完全に被覆されたファイバの端部面を研磨しようとする際にぶつ かる問題点を軽減または削除する。 端部上の第２外殻被覆の提供から離れて、本発明で用いられるファイバは、従 来の構成のものであり得る。よって、望ましくはコアは、実質的にはレーザ材料 からなる単一型コアであり、内殻被覆は複数型被覆であり、そして内殻および外 殻被覆間の空間は実質的に全くない。コアは、好ましくは希土類元素をドープさ れたシリカを含み、望ましくはネオジミウム、イッテルビウム、またはエルビウ ムである。 本発明の好ましい光ファイバおよび工程がここでより詳細に説明され、（ただ 説明を目的としてであるが）添付の図面を参照しながら、本発明の光ファイバ、 光ファイバアセンブリならびに工程において用いられる、得に好ましい材料およ び技術の詳細を示す。図示および理解の簡略化のため、添付の図面は厳密に計ら れるものではない。特に、光ファイバの側面の寸法およびその中の多様な層は、 ファイバの端部セクションの長さに比べ大いに誇張されている。 図１は、第１外殻被覆を二重被覆ファイバから本発明の工程中に除去するため の好ましい方法および装置を図示する。この除去は、ファイバの端部セクション をプラズマエッチングに照射する装置（概して１０で示される）を用いることに より達成される。装置１０において、光ファイバ１２の主要部分はリール１４の 周りで覆われ、このリール１４は「気密」密閉部１６に近接した支持部材（図示 せず）により支持され、この密閉部１６はマイクロ波に実質的に透明なポリマー から形成される。しかし、ファイバ１２の１つの端部は、リール１４から接線方 向に延び、グロメット１８内の小開口を通過し、密閉部１６内において水平に、 ファイバ支持部材（概して２０と示される）を用いて保持される。ファイバ支持 部材２０（これはポリテトラフルオロエチレンの単片から形成される）は、実質 的にＣ形であり、水平リム２２（これは密閉部１６の床の上にある）および２つ の垂直リム２４（これは水平リム２２の端部から上方へ延びる）を有し、そして これらは溝２６と共にそれらの上端部において提供され、この溝の中にファイバ １２の端部分２８がある。密閉部１６は、真空ライン３０を備えて提供され、ま た（第１外殻被覆を剥離するために利用されるガスがいかなるガスかに依存し て）ガス注入口３２をも備えて提供され得る。 図２において最もよくわかるように、ファイバ１２は単一型コア３４を備え、 このコア３４はおよそ直径９μｍの円形断面を有し、イッテルビウム(III)をド ープされたシリカから形成され、そして屈折率およそ１．４７を有する。コア３ ４は内殻被覆３６（これはシリカから形成される）により包囲され、屈折率およ そ１．４６を有し、この被覆３６はおよそ３３０×１７０μｍの矩形断面を有す る。内殻被覆３６それ自体は第１外殻被覆３８に包囲され、この被覆３８はフッ 素ジアクリラートモノマー、フッ素モノアクリラートモノマー、遊離基重合開始 剤、および粘性改変剤（上記米国特許第Ａ−５０２４５０７号に記載される）の 混合物の重合により形成されるフルオロポリマーであり、これは屈折率およそ１ ．３８を有する。最後に、第１外殻被覆３８それ自体は、コーティング４０によ り包囲され、これは機械的保護を光ファイバ１２の残りの部分に与え、このコー ティング４０はポリウレタンアクリラートから形成されている。 図１に示される装置１０は、コーティング４０および第１外殻被覆３８の両方 をファイバ１２の端部セクション２８からプラズマエッチングにより除去するた めに用いられる。プラズマは低圧ガスをマイクロ波放射線に照射することにより 発生される。この目的のため、リール１４および密閉部１６は高周波レンジの空 洞（図１中の破線矩形４２により概略的に示される）内に配置される。Plasmati c Systems of North Brunswick，New Jersey，United States of Americaにより 市販されるPlasma-Preen IIオーブンは、この目的にとって満足なものであるこ とが見出されている。高周波レンジ空洞の床が金属板であるため、ファイバをオ ーブンの床からλ/４分だけ上方に間隔を空ける必要があり（ここでλは、使用 されるマイクロ波放射線の波長である）、そしてファイバ支持部材２０は約３０ ｍｍの必要間隔を成し遂げる。エッチングに用いられるガスは、約１−２Torrの 圧力における水蒸気を含む窒素／酸素混合物であり、水飽和気体が通常、満足な ものであるが、所望であれば、他の窒素／酸素／水蒸気混合物も用いられ得る。 （さらに、エッチング技術の当業者には直ちに明らかであるように、要求される エッチング状態は、コーティング４０および第１外殼被覆３８の組成物の官機能 (function)であって、またファイバ１２のこれら構成要素において用いられる正 確な材料に依存して変化させることが必要であり得る。エッチングを達成するた めに、リール１４および密閉部１６は、すでにその中に位置づけているファイバ １２およびファイバ支持部材２０を有して、高周波レンジ空洞４２内に配置され る。密閉部１６は、リールおよび密閉部がオーブン空洞内に配置される前に、湿 潤空気（空気が気泡管を通過することにより供給される）、または別の所望のガ スと共にガス注入口３２を経由して流される。真空ラインは真空ポンプ、および 要求値まで減少した密閉部１６内の圧力に接続される。高周波レンジは、コーテ ィングおよび第１外殻被覆を除去するために必要な期間、スイッチを入れる。上 記された特定のコーティングおよび第１外殻被覆を用い、全力で作動するPlasma -Preen IIオーブンで約１分から約５分の処理が、コーティングと第１外殼被覆 の両方をきれいに除去するのに十分であること、およびエッチングの進行が、視 覚的に確かめられ得ることが見出されており、プラズマはエッチングがなされる 間、初めは紫、後に青白くなり、そしてエッチングが完了すると紫色に戻る。コ ーティングおよび第１外殻被覆の、ファイバの端部セクションからの非常にきれ いな除去は、シリカ内殻被覆（これはすでに説明された状態下でのエッチングに 対して、実質的に免疫がある）へのいかなる損傷もなしに成し遂げられ得る。 図２において最もよくわかるように、使用される装置のジオメトリから、エッ チング後、第１外殼被覆３８は、端部セクション２８と光ファイバ１２の残りの 部分との接合部において、突然には終わらず、むしろ、エッチング後、第１外殻 被覆３８の表面は、初期値から０へと徐々に減少する第１外殻被覆の厚みを備え る、実質的に円錐の部分形状を有する。この第１外殻被覆のテーパー形状は、第 ２外殻被覆の第１外殻被覆への優れた接着を促進し、またこの２つの被覆間の境 界における光損失を軽減するために役立つ。 図１に示される装置は、通常コーティングおよび第１外殻被覆が、ファイバか ら数センチメートルの長さに渡って除去されるような寸法である。この長さが、 図４に示される最終光ファイバアセンブリにおいて必要とされる端部セクション の長さよりもかなり大きいため、また壊れやすい剥離された端部セクションを数 センチメートルの長さで取り扱うのはいくらか困難であるため、過剰な剥離され たセクションを折り取る（手動または機械的のどちらかで）ことは都合がよく、 よって剥離されたセクションの長さを、その上への第２外殼被覆の堆積に先だっ て、約２０〜３０ｍｍまで減少させる。 すでに上記したように、第２外殻被覆の堆積のための好ましい方法は、ファイ バの剥離された端部セクションを溶液に浸漬することか、もしくは第２外殻被覆 を形成するために用いられる材料の散布である。そして溶液の膜、または散布が 端部セクションに接着する第２外殻被覆の干渉性層を形成するように乾燥するこ とを可能にする。この手順を実行するための好ましい装置（概して５０で示され る）が、図５に概略的に示される。この装置は、垂直キャピラリーチューブ５２ を備え、チューブ５２の下端部から垂直に下方へ向けて突き出したファイバの全 端部セクションを伴って、図２に示される剥離されたファイバがこれを通過する 。チューブ５２は、「フード」チューブ５４に備え付けでその中に固定されてい るか、もしくは一体化されており、チューブ５２の端部よりも下で下方に向かっ て延び、よってファイバの端部セクションを包囲する。チューブ５２は、サイド アーム５６を備えて提供され、これを通って暖気流または他のガス流が連続的に 送られる。空気または他のガスの温度は、第２外殻被覆を形成するために用いら れる溶液または懸濁液の性質により変化し得、好ましいＴＥＦＬＯＮ ＡＦおよ びＣＹＴＯＰポリマーは、高度に揮発性の過フルオロ炭化水素溶媒中の溶液の形 態において通常適用され、このような溶媒の蒸発のための空気は約３０〜３５℃ で、溶媒を急速に蒸発するのに十分である。 一度ファイバがチューブ５２内の所定位置に配置され、暖気流が流れ出すと、 第２外殻被覆を形成するために用いられる溶液または懸濁液を含む、試験チュー ブ５８または類似の容器がチューブ５４内で垂直に上げられ、ファイバの端部セ クション全体が完全に浸漬され（第１と第２外殼被覆との間には間隙が全くあっ てはならないことは当然必須である）、そして容器は下げられ、ファイバはキャ ピラリーチューブ５２内にまだ保持されている間に、暖気流の中で乾燥され得る 。好ましいＴＥＦＬＯＮ ＡＦ １６００ポリマーを適用するためには、ＦＬＵ ＯＲＩＮＥＲＴ（登録商標）ＦＣ−７７溶媒（この溶媒はMinnesota Mining and Manufacturing Company，Minneapolis Minnesota，United States of America により市販されており、過フルオロ炭素を含むと記載されている）中の固体ポリ マ ーの５％ｗ／ｖ溶液を形成することは好ましい。ＣＹＴＯＰポリマーは、類似の フッ素溶媒から適用され得る。溶液または懸濁液の中にファイバを浸漬する際、 ファイバが試験チューブの壁に触れることは許されるべきではない。なぜなら、 このことが第２外殻被覆の均一性に悪影響し得、また高度に均一な第２外殻被覆 が望ましいためである。大抵の場合、使用される溶液または懸濁液の粘性に部分 的に依存して、浸漬手順は第２外殻被覆の要求される厚みまで積み上げるために 、何度か繰り返されることを必要とする。以前に特定された寸法を有するファイ バ（これは約１００〜１５０μｍの最大第２外殻被覆の厚みを要求する）で、好 ましいＴＥＦＬＯＮ ＡＦおよびＣＹＴＯＰ溶液（これらは比較的低い粘性を有 する）を用いると、１６以上の浸漬手順および中間乾燥工程が要求され得る。 この工程の結論において、図２に示される剥離されたファイバは図３に示され る形状へと変換されていき、その中で第２外殻被覆４４がファイバの端部セクシ ョン上で形成される。（第２外殻被覆もまた、ファイバの端部を覆うが、これは 実質的には関係がない。なぜならファイバの端部上のいかなる第２外殻被覆も、 後の端部の短縮により除去されるか、もしくは研磨操作中に容易に除去されるか のどちらかであるためである。） 図３の再被覆(reclad)ファイバは、ここで本発明の光ファイバアセンブリへの 組み込みへの準備ができた状態となる。このようなアセンブリを形成するための 好ましい技術は、再被覆ファイバを中空チューブ（キャピラリーチューブ）の中 を通過させることであり、これはファイバの端部セクションの部分がチューブの １つの端部から突出し、ファイバの中心セクションがチューブのもう一方の端部 から突出するように、最終アセンブリの部分を形成し、チューブは備え付けの位 置に固定される。そしてファイバは、ファイバがチューブの軸に沿って正確に整 列し、接着剤がファイバとチューブとの間の間隙に注入されて硬化するように、 チューブの反対側の端部に近接した２つのクランプにより締められ、よってファ イバをチューブ内で同軸性に固定する。使用される接着剤は、自己硬化タイプ（ 例えば硬化剤が追加されているエポキシ接着剤）であり得、あるいは接着剤は適 切な放射線に照射されることにより硬化するタイプ（例えば紫外線硬化接着剤で あり、この場合、接着剤がチューブ内に存在する間に硬化放射線に照射するこ とが必要である）であり得る。放射線硬化可能接着剤は、通常エポキシ接着剤よ りも低い粘性を備えるという利点を有し、ひいては、ファイバとチューブとの間 の狭い間隙へ導入することがより容易である。また、エポキシ接着剤では使用直 前に接着剤と硬化剤とを混合する必要があるところ、放射線硬化可能接着剤は硬 化することなく長い期間蓄積され得、そして例えば、多数の光ファイバアセンブ リのために十分な接着剤のバッチが準備され得る。 光ファイバがチューブ内に固定された後に、ファイバを保持するクランプは取 り除かれ、そしてチューブから突出しているファイバの端部分の部分が折り取ら れ、ファイバはチューブの端部表面に近接して終わる。このことは光ファイバア センブリを図４に示されるように生成し、この中で、ファイバ１２はチューブ４ ６内に中心的に硬化接着剤４８を用いて固定される。第２外殼被覆４４を保有す るファイバ１２の端部分２８にとってチューブ４６の全長を延ばすことは必要で はなく、もちろん第２外殻被覆にとってそうすることは概して望ましくはない。 これはファイバ１２の減衰を増加させるためであるということに注目されたい。 数ミリメートルの長さの端部分２８は、通常、ファイバ１２を研磨または他の機 械的操作中にチューブ４６の端部から押し出すといういかなる傾向をも防ぐため に通常十分である。 図４に示される光ファイバアセンブリは、ファイバ１２上の反射端部面を形成 するための準備ができた状態である。このような反射端部面は、チューブ４６（ その中に固定されたファイバ１２を有する）の端部面に接触することにより生成 され得、グラィディングホイールまたは類似の研磨デバイスで、チューブおよび ファイバの端部を平行になるまで研磨し、光学的にフラットな表面が２つの端部 上で形成される。（あるいは、上に述べられたように、大きな半径の球面がファ イバおよびチューブの端部上で提供され得る。）チューブの端部から突出してい る過剰ファイバが、ファイバをチューブ内に固定した後（上記のように）に折り 取られた場合、そのような折り取りはチューブ内のファイバの一部への損傷を引 き起こし得、このような損傷は、典型的にファイバの内殻被覆の直径とおよそ等 しい距離（もしくはおそらく幾分より大きい距離）だけ、軸方向にファイバに沿 って延びることは注目されるべきである。反射端部面がファイバの損傷してい ない部分上で形成され、不均一性（これは光を散乱するかもしれないし、従って ファイバの特性に悪影響を与える）がファイバ内に全く残らないようにすること を保証するために、損傷した部分を取り除くのに十分なファイバの長さを削り取 るための注意が払われるべきである。光ファイバの内殻被覆が、通常実質的に１ ｍｍよりも小さい直径を有することから、ファイバの約１ｍｍの除去（これは従 来のグライディング／研磨装置で容易に実施可能である）はいかなる損傷した部 分をも除去するのに十分である。 あるいは、反射端部面はファイバおよびチューブを、磨耗切断ホイールまたは 類似のデバイスを用いて、それらの端部から間隔の空いた点において切断するこ とにより形成され得る。このような切断は、切断が始まる前にチューブから突出 する過剰ファイバを除去する必要がなく、よってファイバを損傷する危険性が低 下するという利点を有する。 上記された本発明の工程は、ファイバの１つの端部を処置するのみである。し かし、ファイバの両端部上に反射端部面を形成する必要がある場合、本発明の工 程は、ファイバのもう一方の端部を処置するために容易に繰り返さ得ることは、 容易に明らかとなる。 上記から、本発明が、このような二重被覆ファイバにおいて通常用いられる比 較的柔らかい外殻被覆のために今までぶつかってきた問題なしに、反射端部面が 二重被覆光ファイバ上に形成されることを可能にすることがわかる。本発明は、 単純な様式において、比較的安価な、市販で入手可能な装置および材料を用いて 実施され得、そして過剰な熟練した労力も要求しない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロビンソン，ウィリアム シー. アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01742，ウエスト コンコード，メイン ストリート 1433 (72)発明者 ロックニー，ベンネット エイチ. アメリカ合衆国 マサチューセッツ 01886，エストフォード，バックボード ドライブ 29 (72)発明者 ザン，イン ファ アメリカ合衆国 マサチューセッツ 02154，ウォルトハム，オデ ストリート 14

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 光ファイバであって、 屈折率ｎ₁を有するコアと、 該コアを包囲し、かつ屈折率ｎ₂を有する内殻被覆と、 該内殻被覆を該ファイバの中心部分で包囲する第１外殻被覆であって、屈折率 ｎ₃および硬度ｈ₃を有する該第１外殻被覆と、 ここで： ｎ₁＞ｎ₂＞ｎ₃ 該光ファイバは、該ファイバの少なくとも１つの端部分上の該内殻被覆を包囲 し、かつ該第１外殼被覆に接触し、屈折率ｎ₄および硬度ｈ₄を有する該第２外殻 被覆により特徴づけられ、 ここで ｎ₂＞ｎ₄；および ｈ₄＞ｈ₃ を含む光ファイバ。 ２． 前記第２外殻被覆がその上に存在する、端部または各端部の長さが、約１ ００ｍｍよりも大きくないことを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバ。 ３． 前記第１および第２外殻被覆間の界面または各界面が、実質的に円錐面の 部分形状を有することを特徴とする、請求項１〜２のいずれかに記載の光ファイ バ。 ４． ｎ₁およびｎ₂がそれぞれ１．４４よりも大きく、ｎ₃が１．３９よりも大 きくなく、ｎ₄は１．４２よりも大きくないことを特徴とする、請求項１〜３の いずれかに記載の光ファイバ。 ５． ｈ₃がＨＤＤ−６０よりも小さく、ｈ₄が少なくともＨＤＤ−７０である ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の光ファイバ。 ６． 請求項１〜５のいずれかに記載の光ファイバであって、前記第２外殻被覆 が以下を含む： （ａ） テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、Ｒ_fＣＦＣ Ｆ₂（ここでＲ_fは１〜５炭素原子を備える第一級過フルオロアルキル基である） 、Ｒ_gＯＣＦＣＦ₂（ここでＲ_gはＲ_fまたはエーテル酸素および４〜１２炭素原子 を含む第一級過フルオロアルキル基である）、およびアルキル置換され得るフッ 化1,3-ジオキソールから成る基から選択される、少なくとも１つのモノマーのコ ポリマー、または、 （ｂ） 以下の構造式により表される環式構造の繰り返し単位から実質的に成 る、フッ素含有熱可塑性の樹脂ポリマー： （ここで：ｎは１または２である）；分子の固有粘度が少なくとも０．１である ような分子量を有する該ポリマー、 を該第２外殻被覆が含むことを特徴とする、光ファイバ。 ７． 前記第２外殼被覆が、過フルオロ2,2−ジメチル−1,3−ジオキソールを備 えるテトラフルオロエチレンのコポリマー、またはＣＦ₂＝ＣＦＯＣＦ₂ＣＦ₂Ｃ Ｆ＝ＣＦ₂の環式重合を含むことを特徴とする、請求項６に記載の光ファイバ。 ８． 請求項１〜７のいずれかに記載の光ファイバ、および該ファイバの少なく とも１つの端部分の部分に、実質的に同軸的であり且つ固定されている中空チュ ーブ環境を含むことを特徴とし、該チューブが該チューブの該軸に実質的に垂直 に延びる端部面を有し、そして該ファイバが該チューブの該端部面に近接して終 わる、光ファイバアセンブリ。 ９． 前記チューブが、前記ファイバと該チューブとの間の空間を充填する接着 剤により該ファイバに固定されることを特徴とする、請求項８に記載の光ファイ バアセンブリ。 １０． 前記ファイバが、前記チューブの前記端部面に平行な端部面を有し、該 ファイバおよび該チューブの両方の該端部面が光学的にフラットであることを特 徴とする、請求項８または９に記載の光ファイバアセンブリ。 １１． 光ファイバを生成するための工程であって、 屈折率ｎ₁を有するコアと、該コアを包囲し、かつ屈折率ｎ₂を有する内殼被覆 と、該内殻被覆を包囲する第１外殻被覆であって、屈折率ｎ₃および硬度ｈ₃を有 する該第１外殻被覆と、 ここで： ｎ₁＞ｎ₂＞ｎ₃； を含む光ファイバを提供する工程を含み、 該内殻被覆の表面を照射するように、該ファイバの少なくとも１つの端部分か ら該第１外殼被覆を取除く工程と、 その後、少なくとも１つの端部分上に屈折率ｎ₄および硬度ｈ₄を有する第２外 殻被覆を形成する工程と、 ここで： ｎ₂＞ｎ₄；および ｈ₄＞ｈ₃ により特徴づけられる工程。 １２． 前記第１外殻被覆の除去が、該被覆をプラズマに照射することにより達 成されることを特徴とする、請求項１１に記載の工程。 １３． 前記第２外殻被覆の形成が、前記第１外殻被覆が除去されている前記フ ァイバの端部分を、該第２外殼被覆が形成されようとする材料を含む溶液または 懸濁液へ浸漬し、該ファイバの該端部分を該溶液または懸濁液から除去し、そし て該ファイバに接着した該溶液または懸濁液を乾燥させ、該ファイバの該端部分 に接着する該第２外殼被覆を形成することにより達成されることを特徴とする、 請求項１１または１２に記載の工程。 １４． 前記第２外殻被覆をその上に有する前記ファイバの端部分を中空チュー ブ内に配置し、該チューブが該チューブの軸に実質的に垂直に延びる端部面を有 し、そして該ファイバが該チューブの該端部面に近接して終わるように該ファイ バを該チューブに固定することを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれかに記 載の工程。 １５． 前記チューブおよび前記ファイバの前記端部面を光学的にフラットに研 磨することを特徴とする、請求項１４に記載の工程。